JPH02243944A - 光学式ガス検知装置 - Google Patents
光学式ガス検知装置Info
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- JPH02243944A JPH02243944A JP1063494A JP6349489A JPH02243944A JP H02243944 A JPH02243944 A JP H02243944A JP 1063494 A JP1063494 A JP 1063494A JP 6349489 A JP6349489 A JP 6349489A JP H02243944 A JPH02243944 A JP H02243944A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
- G01N21/643—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" non-biological material
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、有機色素分子を含む薄膜を感カス体として用
いた光学式ガス検出装置に関する。
いた光学式ガス検出装置に関する。
従来の技術
従来のガス検知装置は、接触燃焼式又は半導体式のむの
が主流を占めていた。近年、オプロロード等、光を利用
したガス検知装置が提案され、幾つかの応用例も出現し
ている（特開昭６２−３５２４６号公報参照）。更にま
た、ある種の有機色素分子は、酸化性又は還元性ガスと
の間で、ある程度選択性をもって相互作用し、電気又は
光学特性が変化することが知られており、例えばフタロ
シアニンの電気特性変化を利用してＮｏ、 、Ｓｏ、ガ
ス検知装置に応用することも提案されている。
が主流を占めていた。近年、オプロロード等、光を利用
したガス検知装置が提案され、幾つかの応用例も出現し
ている（特開昭６２−３５２４６号公報参照）。更にま
た、ある種の有機色素分子は、酸化性又は還元性ガスと
の間で、ある程度選択性をもって相互作用し、電気又は
光学特性が変化することが知られており、例えばフタロ
シアニンの電気特性変化を利用してＮｏ、 、Ｓｏ、ガ
ス検知装置に応用することも提案されている。
発明が解決しようとする課題
ところで、オグロロード等、光を利用したガスセンサは
、感ガス部が複雑であったり、光源として大型のレーザ
を必要としたり、或いは受光部に光電子増倍管を使用し
たりして、簡単なものではなかった。また、有機色素分
子を用いる場合についても、簡単な手段で繰り返しガス
検知のできる安定なガス検知装置は、未だ実用的なもの
としては知られていない。
、感ガス部が複雑であったり、光源として大型のレーザ
を必要としたり、或いは受光部に光電子増倍管を使用し
たりして、簡単なものではなかった。また、有機色素分
子を用いる場合についても、簡単な手段で繰り返しガス
検知のできる安定なガス検知装置は、未だ実用的なもの
としては知られていない。
本発明は、この様な事情の下になされたものである。
本発明の目的は、感度がよく、応答速度が速く、広い濃
度範囲で使用可能な小型の光学式ガス検知装置を提供す
ることにある。
度範囲で使用可能な小型の光学式ガス検知装置を提供す
ることにある。
本発明の他の目的は、製造、測定両面において簡易であ
り、かつ種々の条件に対し、安全性と安定性を兼ね備え
た光学式ガス検知装置を提供することにある。
り、かつ種々の条件に対し、安全性と安定性を兼ね備え
た光学式ガス検知装置を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、不要なノイズ光を少なくした
光学式ガス検知装置を提供することにある。
光学式ガス検知装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
本発明の光学式ガス検知装置は、発光素子、受光素子、
有機色素を含む薄膜よりなり、該発光素子からの光によ
って螢光又はりん光を発するガス検知素子、および螢光
又はりん光を分離するフィルターからなり、該発光素子
から受光素子に至る光経路に該ガス検知素子及び該フィ
ルターを順次配置してなることを特徴とする。
有機色素を含む薄膜よりなり、該発光素子からの光によ
って螢光又はりん光を発するガス検知素子、および螢光
又はりん光を分離するフィルターからなり、該発光素子
から受光素子に至る光経路に該ガス検知素子及び該フィ
ルターを順次配置してなることを特徴とする。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明の光学式ガス検知装置において使用するガス検知
素子は、有機色素を含む薄膜よりなり、発光素子からの
光によって螢光又はりん光を発する性質を有するもので
、例えば支持体上に有機色素を含む薄膜を設けた形態で
使用することができる。この薄膜は、被検知ガス、例え
ばＮｏえ、ＳＯ−、Ｃ１２、Ｏｓ 、ＮＨｓ等の存在に
より、螢光又はりん光強度が可逆的に変化する。したが
って、薄膜の色又は発生する螢光又はりん光強度の変化
を測定すれば、被検知ガスを検知することができる。
素子は、有機色素を含む薄膜よりなり、発光素子からの
光によって螢光又はりん光を発する性質を有するもので
、例えば支持体上に有機色素を含む薄膜を設けた形態で
使用することができる。この薄膜は、被検知ガス、例え
ばＮｏえ、ＳＯ−、Ｃ１２、Ｏｓ 、ＮＨｓ等の存在に
より、螢光又はりん光強度が可逆的に変化する。したが
って、薄膜の色又は発生する螢光又はりん光強度の変化
を測定すれば、被検知ガスを検知することができる。
特に有機色素として、スクェアリリウム色素のＪ会合体
を含む薄膜よりなるガス検知素子を使用すれば、ＮＯ８
を高感度で検知することができる。
を含む薄膜よりなるガス検知素子を使用すれば、ＮＯ８
を高感度で検知することができる。
その理由の一つとして、Ｊ会合体内で光の吸収により生
成した励起状態が速やかにＪに移動できることにより、
Ｎｏ工の吸収により生成した励起状態のトラッピンクサ
イトとしてカバーできる領域が大きくなったためと考え
られる。スクェアリリウム色素としては、一般式（Ｉ＞
で示されるものが有利に使用できる。
成した励起状態が速やかにＪに移動できることにより、
Ｎｏ工の吸収により生成した励起状態のトラッピンクサ
イトとしてカバーできる領域が大きくなったためと考え
られる。スクェアリリウム色素としては、一般式（Ｉ＞
で示されるものが有利に使用できる。
（式中、ＸおよびＹは、それぞれ発色団を示す）上記一
般式（Ｉ＞において、Ｘ及びＹで示される発色団として
は、次のものがあげられる。
般式（Ｉ＞において、Ｘ及びＹで示される発色団として
は、次のものがあげられる。
し式中、Ｒ１及びＲ２は、同一または異なるものであっ
て、それぞれ水素原子、Ｃ−Ｈｘ−や１、Ｃ，Ｒ２，０
Ｈ１Ｃ，Ｈ，、−、、Ｃ，Ｈｘ−ｓ （但し、ｎは１〜
２０）、塩素原子、弗素原子又は臭素原子を示し、Ｒ３
は水素原子、水酸基、ＣＭ）（２＋＋＋１（ｆ！！ Ｌ
ｎは１〜２０）、メトキシ基、弗素原子、塩素原子又
は臭素原子を示し、Ｒ２は水素原子、水＠基、Ｃ，Ｒ２
，、、（但しｎは１〜２０）、メトキシ基を示し、Ｚは
Ｃ（ＣＨ，）、、ＯｌＳ又はＳｅを示す１ スクェアリリウム色素の具体例としては、特願昭６３−
６９６６６号公報に記蔽のものがあげられる。
て、それぞれ水素原子、Ｃ−Ｈｘ−や１、Ｃ，Ｒ２，０
Ｈ１Ｃ，Ｈ，、−、、Ｃ，Ｈｘ−ｓ （但し、ｎは１〜
２０）、塩素原子、弗素原子又は臭素原子を示し、Ｒ３
は水素原子、水酸基、ＣＭ）（２＋＋＋１（ｆ！！ Ｌ
ｎは１〜２０）、メトキシ基、弗素原子、塩素原子又
は臭素原子を示し、Ｒ２は水素原子、水＠基、Ｃ，Ｒ２
，、、（但しｎは１〜２０）、メトキシ基を示し、Ｚは
Ｃ（ＣＨ，）、、ＯｌＳ又はＳｅを示す１ スクェアリリウム色素の具体例としては、特願昭６３−
６９６６６号公報に記蔽のものがあげられる。
本発明の光学式ガス検知装置において、上記のように薄
膜から螢光又はりん光を発生させるための励起光源とし
て使用する発光素子としては、半導体レーザー素子及び
ＬＥＤを有利に使用することができる。
膜から螢光又はりん光を発生させるための励起光源とし
て使用する発光素子としては、半導体レーザー素子及び
ＬＥＤを有利に使用することができる。
螢光又はりん光と励起光を分離するためのフィルターは
、ガス検知素子と受光素子の間の光経路に配置される。
、ガス検知素子と受光素子の間の光経路に配置される。
このフィルターは、発光素子から出る光をカットし、ガ
ス検知素子から出る螢光又はりん光成分を主に透過する
と特性を有するものが使用される。更に、ガス検知素子
から出る螢光又はりん光より長波長の光をカットする特
性を有するフィルターが好ましく用いられる。
ス検知素子から出る螢光又はりん光成分を主に透過する
と特性を有するものが使用される。更に、ガス検知素子
から出る螢光又はりん光より長波長の光をカットする特
性を有するフィルターが好ましく用いられる。
本発明においては、使用する発光素子から励起に必要な
波長の光以外の成分が出ている場合、更に、それをカッ
トする為のフィルターを使用してもよい、即ち、発光素
子から出る主発光波長付近の光を主に透過し、発光素子
から出る主発光波長付近の光以外の光を主にカットする
特性を有するフィルターを、発光素子とガス検知装置の
間の光経路に配置してもよい、その場合、フィルターへ
の入射光がフィルター表面に垂直な方向と角度をもって
入射するように配置するのが好ましい。
波長の光以外の成分が出ている場合、更に、それをカッ
トする為のフィルターを使用してもよい、即ち、発光素
子から出る主発光波長付近の光を主に透過し、発光素子
から出る主発光波長付近の光以外の光を主にカットする
特性を有するフィルターを、発光素子とガス検知装置の
間の光経路に配置してもよい、その場合、フィルターへ
の入射光がフィルター表面に垂直な方向と角度をもって
入射するように配置するのが好ましい。
作用
本発明の光学式ガス検知装置によれば、ガス検知素子の
有機色素を含む薄膜と被検知ガスとの接触により薄膜の
可逆的な色変化又は螢光又はりん光強度変化を測定する
ことにより、被検知ガスを検出することが可能になる。
有機色素を含む薄膜と被検知ガスとの接触により薄膜の
可逆的な色変化又は螢光又はりん光強度変化を測定する
ことにより、被検知ガスを検出することが可能になる。
即ち、発光素子から出た励起光は、ガス検知素子の有機
色素を含む薄膜に達し、そこで有機顔料を励起して螢光
又はりん光を発生させる。その場合、有機顔料を含む薄
膜は、被検知ガス、例えばＮｏ工、ＳＯえ、Ｃｌ ２．
０３ 、ＮＨｓ等と接触することにより、ガス検知素子
から発する光の吸収スペクトルの波長が可逆的に変化し
、又は螢光又はりん光強度が可逆的に変化する。そこで
、ガス検知素子から発する光を、螢光又はりん光と励起
光を分離するためのフィルターを通して受光素子で受光
させ、薄膜の可逆的な色変化又は螢光又はりん光強度変
化を測定すれば、被検知ガスを検知することができる。
色素を含む薄膜に達し、そこで有機顔料を励起して螢光
又はりん光を発生させる。その場合、有機顔料を含む薄
膜は、被検知ガス、例えばＮｏ工、ＳＯえ、Ｃｌ ２．
０３ 、ＮＨｓ等と接触することにより、ガス検知素子
から発する光の吸収スペクトルの波長が可逆的に変化し
、又は螢光又はりん光強度が可逆的に変化する。そこで
、ガス検知素子から発する光を、螢光又はりん光と励起
光を分離するためのフィルターを通して受光素子で受光
させ、薄膜の可逆的な色変化又は螢光又はりん光強度変
化を測定すれば、被検知ガスを検知することができる。
実施例
以下、図面によって本発明を詳記する。
第１図は、本発明の光学式ガス検知装置の基本的構成図
である６図中、１は発光素子、２はレンズ、３は有Ｒ顔
料を含む薄膜よりなるガス検知素子、４は励起光カット
用のフィルター、５は受光素子を示す。
である６図中、１は発光素子、２はレンズ、３は有Ｒ顔
料を含む薄膜よりなるガス検知素子、４は励起光カット
用のフィルター、５は受光素子を示す。
発光素子１から出た励起光は、レンズ２により集光され
、ガス検知素子３に照射される。それによってガス検知
素子３の薄膜から螢光又はりん光が発生ずる０発生した
螢光又はりん光は、フィルター４を通って受光素子５に
達し、図示しない電気回路により電気信号に変換される
。この場合、ガス検知素子３に特定のガス（例えば、Ｎ
ｏ２）が接触すると、ガス検知素子３から出る螢光又は
りん光強度が変化し、ガス濃度が電気信号として検知で
きる。
、ガス検知素子３に照射される。それによってガス検知
素子３の薄膜から螢光又はりん光が発生ずる０発生した
螢光又はりん光は、フィルター４を通って受光素子５に
達し、図示しない電気回路により電気信号に変換される
。この場合、ガス検知素子３に特定のガス（例えば、Ｎ
ｏ２）が接触すると、ガス検知素子３から出る螢光又は
りん光強度が変化し、ガス濃度が電気信号として検知で
きる。
本発明において、ガス検知素子３としては、例えばガラ
ス等からなる基板上に有機色素を含む薄膜を形成したも
ので、６００〜７６０ｎｎ＋の範囲の光を照射すると７
７０ｎｎ付近にピークを有する螢光又はりん光を発生す
るものが有利に使用できる。
ス等からなる基板上に有機色素を含む薄膜を形成したも
ので、６００〜７６０ｎｎ＋の範囲の光を照射すると７
７０ｎｎ付近にピークを有する螢光又はりん光を発生す
るものが有利に使用できる。
その場合、発光素子１としては、６００〜７６０ｎｌｌ
の範囲に主発光波長を有するＬＥＤ或いは半導体レーザ
ー素子が好ましく使用され、これ等は、小型の励起光源
として使用することができる。
の範囲に主発光波長を有するＬＥＤ或いは半導体レーザ
ー素子が好ましく使用され、これ等は、小型の励起光源
として使用することができる。
また、受光素子５としては７７Ｏｎｌｌ付近にピーク波
長を有する螢光又はりん光に対して感度を有するもので
なければならない。
長を有する螢光又はりん光に対して感度を有するもので
なければならない。
レンズ２は、発光素子１から出る光が発散するのを防ぎ
、ガス検知素子３の上に有効に集めるために使用するも
のであり、ガス検知素子３から出る螢光又はりん光強度
を強めるのに有効である。
、ガス検知素子３の上に有効に集めるために使用するも
のであり、ガス検知素子３から出る螢光又はりん光強度
を強めるのに有効である。
レンズ２は発光素子１と一体に構成されていてもよい。
フィルター４は、発光素子１がら出た励起光が、ガス検
知素子３で反射又は散乱して受光素子５に入るのを防ぐ
作用をする。したがって、受光素子５が励起光に対して
感度を有する場合であっても、これ等の励起光や散乱光
をフィルター４で防ぐことによって、受光素子５に入る
光のうち、螢光又はりん光の割合が大きくなり、ノイズ
の少ない信号が得られるようになる。
知素子３で反射又は散乱して受光素子５に入るのを防ぐ
作用をする。したがって、受光素子５が励起光に対して
感度を有する場合であっても、これ等の励起光や散乱光
をフィルター４で防ぐことによって、受光素子５に入る
光のうち、螢光又はりん光の割合が大きくなり、ノイズ
の少ない信号が得られるようになる。
螢光又はりん光を有効に集めるために、受光素子５或い
はフィルター４の前にレンズを置いてもよいし、レンズ
と受光素が一体に構成されたものを使用してもよい。
はフィルター４の前にレンズを置いてもよいし、レンズ
と受光素が一体に構成されたものを使用してもよい。
本発明の光学式ガス検知装置において、ガス検＠素子３
から出る螢光又はりん光を受光素子５で有効に受光させ
るためには、発光素子１、レンズ２、ガス検知素子３、
フィルター４、受光素子５の順に配置することが必要で
あるが、装置をできるかぎり小型にして大きな電気信号
を得るためには、これ等の各部分をできるだけ接近させ
て配置するのが望ましい、その場合、励起光が受光素子
５に入るのを防ぐようにする為に、受光素子５は、ガス
検知素子３で励起光が鏡面反射する方向に配置しないこ
とが望ましい、具体的な配置としては、フィルター４と
受光素子５を一体にして、ガス検知素子３に対して垂直
方向に配置し、一方、発光素子１とレンズ２を一体にし
て上記垂直方向に対して、適当な角度（数度ないし数十
層）で配置するのが好ましい。
から出る螢光又はりん光を受光素子５で有効に受光させ
るためには、発光素子１、レンズ２、ガス検知素子３、
フィルター４、受光素子５の順に配置することが必要で
あるが、装置をできるかぎり小型にして大きな電気信号
を得るためには、これ等の各部分をできるだけ接近させ
て配置するのが望ましい、その場合、励起光が受光素子
５に入るのを防ぐようにする為に、受光素子５は、ガス
検知素子３で励起光が鏡面反射する方向に配置しないこ
とが望ましい、具体的な配置としては、フィルター４と
受光素子５を一体にして、ガス検知素子３に対して垂直
方向に配置し、一方、発光素子１とレンズ２を一体にし
て上記垂直方向に対して、適当な角度（数度ないし数十
層）で配置するのが好ましい。
発光素子１から出る光には、励起光として作用する６０
０〜７６０ｎｉの波長範囲の光の他に−１それよりも長
い波長の光が含まれている場合がある０例えば、Ｇ ａ
Ａ ｓ系の材料を用いた発光素子では、６００〜７６
０ｎｉの範囲にピークを持つ主発光波長の光と共に、１
３９ＯｎｒＲ付近に小さなピークを持つフォトルミネッ
センスが僅かに出ている。この光のピーク強度は、主発
光波長のピーク強度に比して百分の一以下であるが、螢
光又はりん光の測定の際にノイズとなり得る。この様な
光を除くなめに、本発明においては、フィルター４を、
７８０ｎＩｌ付近の螢光又はりん光成分のみを透過し、
それよりも短波長側及び長波長側をカットする性質を有
するバンドパスフィルターにするか、或いは、７８０ｎ
ｎ付近の螢光又はりん光成分よりも長波長側の光をカッ
トするフィルターを追加的に挿入すればよい。
０〜７６０ｎｉの波長範囲の光の他に−１それよりも長
い波長の光が含まれている場合がある０例えば、Ｇ ａ
Ａ ｓ系の材料を用いた発光素子では、６００〜７６
０ｎｉの範囲にピークを持つ主発光波長の光と共に、１
３９ＯｎｒＲ付近に小さなピークを持つフォトルミネッ
センスが僅かに出ている。この光のピーク強度は、主発
光波長のピーク強度に比して百分の一以下であるが、螢
光又はりん光の測定の際にノイズとなり得る。この様な
光を除くなめに、本発明においては、フィルター４を、
７８０ｎＩｌ付近の螢光又はりん光成分のみを透過し、
それよりも短波長側及び長波長側をカットする性質を有
するバンドパスフィルターにするか、或いは、７８０ｎ
ｎ付近の螢光又はりん光成分よりも長波長側の光をカッ
トするフィルターを追加的に挿入すればよい。
後者の場合、追加する長波長側の光をカットするフィル
ターは、発光素子１と受光素子５の間の光経路であれば
原則的にはどこの位置に設けてもよいが、スペースの点
からは、第２図に示す位置に設けるのが好ましい、すな
わち、長波長側の光をカットするフィルター６は、レン
ズ２とガス検知素子３の間に配置する。特に、発光素子
として半導体レーザー素子を用いる場合には、上記フィ
ルター６は、励起光に対して垂直に配置するのではなく
、第２図に示すように若干角度を付けて配置し、フィル
ター６の表面で反射した光が半導体レーザー素子の発光
部に戻らないようにするのが望ましい、なお、第２図中
、他の符号は第１図と同じ意味を有する。
ターは、発光素子１と受光素子５の間の光経路であれば
原則的にはどこの位置に設けてもよいが、スペースの点
からは、第２図に示す位置に設けるのが好ましい、すな
わち、長波長側の光をカットするフィルター６は、レン
ズ２とガス検知素子３の間に配置する。特に、発光素子
として半導体レーザー素子を用いる場合には、上記フィ
ルター６は、励起光に対して垂直に配置するのではなく
、第２図に示すように若干角度を付けて配置し、フィル
ター６の表面で反射した光が半導体レーザー素子の発光
部に戻らないようにするのが望ましい、なお、第２図中
、他の符号は第１図と同じ意味を有する。
第１図及び第２図は、本発明の光学式ガス検知装置の概
略の構成を示すものであるが、これ等は、図示しない一
つの小さな箱に収納して、光学式ガス検知装置が形成さ
れる。
略の構成を示すものであるが、これ等は、図示しない一
つの小さな箱に収納して、光学式ガス検知装置が形成さ
れる。
上記の場合、箱全体を被検知ガスの中に置き、ガス検知
を行うのであるが、被検知ガスが箱全体に充満するのに
若干時間がかかり、検知の応答速度が遅くなる。そこで
、ガス検知素子の周辺にのみガスが流れるように、ガス
検知素子の周りにガス導入部材を設けるのが好ましい。
を行うのであるが、被検知ガスが箱全体に充満するのに
若干時間がかかり、検知の応答速度が遅くなる。そこで
、ガス検知素子の周辺にのみガスが流れるように、ガス
検知素子の周りにガス導入部材を設けるのが好ましい。
第３図はその場合を示すもので、ガス検知素子３の周り
にガス導入部材７を設け、デッドスペースをできるだけ
小さくすることによって、応答遠度を速めることが可能
になる。また、発光素子１、レンズ２、フィルター４、
受光素子５等が被検知ガスから分離されるので、信頼性
の向上も基体できる。
にガス導入部材７を設け、デッドスペースをできるだけ
小さくすることによって、応答遠度を速めることが可能
になる。また、発光素子１、レンズ２、フィルター４、
受光素子５等が被検知ガスから分離されるので、信頼性
の向上も基体できる。
次に更に具体的な実施例を示す。
例１
下記式で示されるスクェアリリウム色素とアラキン酸（
Ｃ＋ ＊Ｈｓｅｃ ＯＯＨ）とをモル比１：１の割合で
クロロホルム中に溶解し、約８ｘ １０−’Ｍの濃度の
溶液を調製した。この溶液を用いＬＢ膜作成法によって
成膜した。それによりスクェアリリウム色素のＪ会合体
からなるガス検知素子が得られた。即ち、約２００μｍ
を水面上に展開し、ガラス基板を、気水界面を上下させ
ることにより、ガラス基板上に感ガス体薄膜を形成して
ガス検知素子を得た。
Ｃ＋ ＊Ｈｓｅｃ ＯＯＨ）とをモル比１：１の割合で
クロロホルム中に溶解し、約８ｘ １０−’Ｍの濃度の
溶液を調製した。この溶液を用いＬＢ膜作成法によって
成膜した。それによりスクェアリリウム色素のＪ会合体
からなるガス検知素子が得られた。即ち、約２００μｍ
を水面上に展開し、ガラス基板を、気水界面を上下させ
ることにより、ガラス基板上に感ガス体薄膜を形成して
ガス検知素子を得た。
発光素子として６７Ｏｎｌ付近にピーク波長を有する市
販の半導体レーザー素子を使用し、励起光源とした。こ
の光を集めるためのプラスチックレンズを半導体レーザ
ー素子の前に設けた。また、受光素子としては市販のシ
リコンフォトダイオードを用い、励起光カットフィルタ
ーをその前に取り付けた。励起光カットフィルターは、
色ガラスフィルターの上に、干渉膜を蒸着したものであ
って、？２Ｏｎｌ付近より短波長側の励起光をカットす
るものであった。これ等の各部品を第１図に示すように
配置した。即ち、励起光カットフィルター及びシリコン
フォトダイオードを、ガス検知素子に対してほぼ垂直方
向で、カス検知素子の薄膜表面から５〜１０市離して配
置した。
販の半導体レーザー素子を使用し、励起光源とした。こ
の光を集めるためのプラスチックレンズを半導体レーザ
ー素子の前に設けた。また、受光素子としては市販のシ
リコンフォトダイオードを用い、励起光カットフィルタ
ーをその前に取り付けた。励起光カットフィルターは、
色ガラスフィルターの上に、干渉膜を蒸着したものであ
って、？２Ｏｎｌ付近より短波長側の励起光をカットす
るものであった。これ等の各部品を第１図に示すように
配置した。即ち、励起光カットフィルター及びシリコン
フォトダイオードを、ガス検知素子に対してほぼ垂直方
向で、カス検知素子の薄膜表面から５〜１０市離して配
置した。
半導体レーザー素子及びレンズは、励起光がガス検知素
子に対して、垂直方向がら約６０’の角度で入射するよ
うに配置した。これ等を半導体駆動回路及びフォトダイ
オード駆動回路と共に内部を黒色処理し、カス導、入口
を設けた箱に入れて光学式ガス検知装置を作製した。
子に対して、垂直方向がら約６０’の角度で入射するよ
うに配置した。これ等を半導体駆動回路及びフォトダイ
オード駆動回路と共に内部を黒色処理し、カス導、入口
を設けた箱に入れて光学式ガス検知装置を作製した。
この光学式ガス検知装置において、半導体レーザー装置
を点灯すると、励起光がガス検知素子に照射され、そこ
から出た螢光又はりん光をフォトダイオードで受け、フ
ォトダイオードに流れる１０−’Ａオーダーの電流を電
気回路により１Ｖオーダーの電圧信号として取り出すこ
とができた。
を点灯すると、励起光がガス検知素子に照射され、そこ
から出た螢光又はりん光をフォトダイオードで受け、フ
ォトダイオードに流れる１０−’Ａオーダーの電流を電
気回路により１Ｖオーダーの電圧信号として取り出すこ
とができた。
この状態でガス導入口から０．１〜１００１１１）ＩＩ
のＮＯ８ガスを導入するとＮＯ８の濃度に応じて信号電
圧が変化し、ＮＯ，ガス濃度が定量的に測定できた。
のＮＯ８ガスを導入するとＮＯ８の濃度に応じて信号電
圧が変化し、ＮＯ，ガス濃度が定量的に測定できた。
例２
励起光カットフィルター以外は実施例１と同様のものを
用いて光学式ガス検知装置を作製した。
用いて光学式ガス検知装置を作製した。
励起光カットフィルターとしては、７２０ｒ＋ｎ付近か
ら８５０ｎＩＩ付近の光を透過するバンドパスフィルタ
ーを用いた。 実施例１とほぼ同様に配置し、Ｎ０８ガ
スを流さない状態での信号レベルが、実施例１とほぼ同
様になるように調整した。この状態でＮＯ，ガスを流す
と、ＮＯえの濃度に応じて信号電圧が変化し、Ｎ０８ガ
ス濃度が定量的に測定できた。この場合の信号電圧の変
化は、実施例１の場合よりも大きかった。即ち８９０ｎ
ｉ付近でピークを持つ光をカットすることでＳｌＮ比が
好くなることが確認できた。
ら８５０ｎＩＩ付近の光を透過するバンドパスフィルタ
ーを用いた。 実施例１とほぼ同様に配置し、Ｎ０８ガ
スを流さない状態での信号レベルが、実施例１とほぼ同
様になるように調整した。この状態でＮＯ，ガスを流す
と、ＮＯえの濃度に応じて信号電圧が変化し、Ｎ０８ガ
ス濃度が定量的に測定できた。この場合の信号電圧の変
化は、実施例１の場合よりも大きかった。即ち８９０ｎ
ｉ付近でピークを持つ光をカットすることでＳｌＮ比が
好くなることが確認できた。
例３
発光素子、レンズ、ガス検知素子、励起光カットフィル
ター、受光素子として、実施例１におけると同様のもの
を用い、実施例１とほぼ同様に配置した。但し、８００
ｒ＋ｎ付近より長波長側の光をカットする赤外カットフ
ィルターをレンズの前に設けた。この場合、励起光が赤
外カットフィルターに対して約２０４の入射角を持つよ
うに赤外カットフィルターを傾けて設けた。Ｎ０３カス
を流さない状態での信号レベルが、実施例１とほぼ同様
になるように調整した。この状態でＮＯ，ガスを流すと
、ＮＯ８の濃度に応じて信号電圧が変化し、ＮＯえガス
濃度が定量的に測定できた。この場合の信号電圧の変化
は、実施例１の場合よりも大きかった。即ち８９０ｎｎ
＋付近でピークを持つ光をカットすることでＳ／Ｎ比が
よくなったことが確認できた。
ター、受光素子として、実施例１におけると同様のもの
を用い、実施例１とほぼ同様に配置した。但し、８００
ｒ＋ｎ付近より長波長側の光をカットする赤外カットフ
ィルターをレンズの前に設けた。この場合、励起光が赤
外カットフィルターに対して約２０４の入射角を持つよ
うに赤外カットフィルターを傾けて設けた。Ｎ０３カス
を流さない状態での信号レベルが、実施例１とほぼ同様
になるように調整した。この状態でＮＯ，ガスを流すと
、ＮＯ８の濃度に応じて信号電圧が変化し、ＮＯえガス
濃度が定量的に測定できた。この場合の信号電圧の変化
は、実施例１の場合よりも大きかった。即ち８９０ｎｎ
＋付近でピークを持つ光をカットすることでＳ／Ｎ比が
よくなったことが確認できた。
例４
ガス検知素子を透明ガラスからなるガス導入部材の中に
入れた以外は、実施例１と同様の材料及び方法で試験を
行った。ガス導入部材の中にＮ０８ガスを流すと、ＮＯ
８の濃度に応じて信号電圧が変化し、ＮＯエガス濃度が
定量的に測定できた。この場合の応答速度は、実施例１
の場合の十分の一以下であった。
入れた以外は、実施例１と同様の材料及び方法で試験を
行った。ガス導入部材の中にＮ０８ガスを流すと、ＮＯ
８の濃度に応じて信号電圧が変化し、ＮＯエガス濃度が
定量的に測定できた。この場合の応答速度は、実施例１
の場合の十分の一以下であった。
例５
励起用光源として半導体レーザー素子の代わりに、先端
がレンズ状で６６０ｎｉ付近にピーク波長を持つＬＥＤ
を用い、また、受光素子として、レンズつきのフォトダ
イオードを用いた。その他のガス検知素子、及び励起光
カットフィルター及びそれ等の配置などは、実施例１と
同様であった。
がレンズ状で６６０ｎｉ付近にピーク波長を持つＬＥＤ
を用い、また、受光素子として、レンズつきのフォトダ
イオードを用いた。その他のガス検知素子、及び励起光
カットフィルター及びそれ等の配置などは、実施例１と
同様であった。
これ等をＬＥＤ駆動回路及びフォトダイオード駆動回路
と共に内部を黒色処理し、ガス導入口を設けた箱に入れ
て光学式ガス検知装置を作製した。
と共に内部を黒色処理し、ガス導入口を設けた箱に入れ
て光学式ガス検知装置を作製した。
この光学式ガス検知装置についてＬＥＤを点灯すると、
励起光がガス検知素子に照射され、そこから出た螢光又
はりん光をフォトダイオードで受け、電圧信号として取
り出すことができた。この状態でガス導入口から０．１
〜１００ｐｐｎのＮＯえガスを導入するとＮＯえの濃度
に応じて信号電圧が変化し、ＮＯｘガス濃度が定量的に
測定できた。
励起光がガス検知素子に照射され、そこから出た螢光又
はりん光をフォトダイオードで受け、電圧信号として取
り出すことができた。この状態でガス導入口から０．１
〜１００ｐｐｎのＮＯえガスを導入するとＮＯえの濃度
に応じて信号電圧が変化し、ＮＯｘガス濃度が定量的に
測定できた。
発明の効果
上記したように、本発明の光学式ガス検知装置は、発光
素子と受光素子の間の光経路に、有機色素を含み、発光
素子から発する光によって螢光又はりん光を発するガス
検知素子とフィルターを順次配置した構成を有するから
、被検知ガスとの相互作用による可逆的な物理的、化学
的変化を利用して、簡単にガス検知を行うことができる
。また、それら可逆的な物理的、化学的変化を利用して
、被検知ガスを定量的に検出することもできる。
素子と受光素子の間の光経路に、有機色素を含み、発光
素子から発する光によって螢光又はりん光を発するガス
検知素子とフィルターを順次配置した構成を有するから
、被検知ガスとの相互作用による可逆的な物理的、化学
的変化を利用して、簡単にガス検知を行うことができる
。また、それら可逆的な物理的、化学的変化を利用して
、被検知ガスを定量的に検出することもできる。
本発明の光学式ガス検知装置は、光学感度、安定性、応
答速度に優れ、広い濃度範囲で使用可能である。また、
製作も容易で、コスト面、対環境面でも有利であるので
、非常に広範な応用が可能である。更に、光を利用する
ものであるから、電気的、磁気的および化学的妨害に対
して抵抗性を有している。
答速度に優れ、広い濃度範囲で使用可能である。また、
製作も容易で、コスト面、対環境面でも有利であるので
、非常に広範な応用が可能である。更に、光を利用する
ものであるから、電気的、磁気的および化学的妨害に対
して抵抗性を有している。
本発明の光学式ガス検知装置は、Ｎ０８のみならず、Ｓ
Ｑ、、Ｃ１２，０３等の酸化性ガス、Ｎ Ｈｓ等の還元
性カス等の検出にも使用することができる。更に又、本
発明のガス検知素子における上記薄膜は、色変化に件っ
て電気特性なども変化するから、本発明のガス検知素子
は、従来の電気的なガスセンサの感ガス素子としても使
用可能である。
Ｑ、、Ｃ１２，０３等の酸化性ガス、Ｎ Ｈｓ等の還元
性カス等の検出にも使用することができる。更に又、本
発明のガス検知素子における上記薄膜は、色変化に件っ
て電気特性なども変化するから、本発明のガス検知素子
は、従来の電気的なガスセンサの感ガス素子としても使
用可能である。
また、本発明の光学式ガス検知装置は、励起光源として
、半導体レーザーやＬＥＤを用い、また、受光素子とし
てホトダイオードを利用することができ、これ等はいず
れも小さな部品であるので、本発明の光学式ガス検知装
置は、小型化、低コスト化および信顆性の点で有利なも
のである。
、半導体レーザーやＬＥＤを用い、また、受光素子とし
てホトダイオードを利用することができ、これ等はいず
れも小さな部品であるので、本発明の光学式ガス検知装
置は、小型化、低コスト化および信顆性の点で有利なも
のである。
釦装置の他の基本構成を示す構成図、第３図は、本発明
の光学式ガス検知装置の一実施例の構成図である。
の光学式ガス検知装置の一実施例の構成図である。
１・・・発光素子、２・・・レンズ、３・・・ガス検知
素子４・・・フィルター、５・・・受光素子、６・・・
フィルター７・・・カス導入部材。
素子４・・・フィルター、５・・・受光素子、６・・・
フィルター７・・・カス導入部材。
特許出願人 富士ゼロックス株式会社代理人
弁理士 液部 剛
弁理士 液部 剛
Claims (8)
- （１）発光素子、受光素子、有機色素を含む薄膜よりな
り、該発光素子からの光によって螢光またはりん光を発
するガス検知素子、および螢光またはりん光を分離する
フィルターからなり、該発光素子から受光素子に至る光
経路に該ガス検知素子及び該フィルターを順次配置して
なることを特徴とする光学式ガス検知装置。 - （２）ガス検知素子の周辺にのみガスが流れるように、
該ガス検知素子の周りにガス導入部材を設けたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光学式ガス検知
装置。 - （３）ガス検知素子の薄膜に含まれる有機色素がＪ会合
体の構造を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の光学式ガス検知装置。 - （４）ガス検知素子の薄膜に含まれる有機色素がスクエ
アリリウム色素からなることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の光学式ガス検知装置。 - （５）発光素子が半導体レーザー素子又はＬＥＤである
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光学式
ガス検知装置。 - （６）ガス検知素子と受光素子の間の光経路に配置され
たフィルターが、発光素子から出る光をカットし、ガス
検知素子から出る螢光又はりん光成分を主に透過する特
性を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の光学式ガス検知装置。 - （７）ガス検知素子と受光素子の間の光経路に配置され
たフィルターが、該ガス検知素子から出る螢光又はりん
光より長波長の光をカットする特性を有することを特徴
とする特許請求の範囲第１項又は第６項に記載の光学式
ガス検知装置。 - （８）発光素子から出る主発光波長付近の光を主に透過
し、発光素子から出る主発光波長付近の光以外の光を主
にカットする特性を有するフィルターを、発光素子とガ
ス検知装置の間の光経路に配置してなることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の光学式ガス
検知装置。 ９ 発光素子から出る主発光波長付近の光を主に透過し
、発光素子から出る主発光波長付近の光以外の光を主に
カットする特性を有するフィルターを、発光素子とガス
検知装置の間の光経路に、該フィルターへの入射光が該
フィルター表面に垂直な方向と角度をもって入射するよ
うに配置してなることを特徴とする特許請求の範囲第８
項に記載の光学式ガス検知装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1063494A JPH07119690B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 光学式ガス検知装置 |
| US07/495,024 US5030009A (en) | 1989-03-17 | 1990-03-16 | Optical gas sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1063494A JPH07119690B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 光学式ガス検知装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02243944A true JPH02243944A (ja) | 1990-09-28 |
| JPH07119690B2 JPH07119690B2 (ja) | 1995-12-20 |
Family
ID=13230858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1063494A Expired - Lifetime JPH07119690B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 光学式ガス検知装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5030009A (ja) |
| JP (1) | JPH07119690B2 (ja) |
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| KR20160071001A (ko) * | 2014-12-11 | 2016-06-21 | 엘지이노텍 주식회사 | 가스 센서 및 이를 포함하는 가스 검출 장치 |
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| TWI293363B (en) | 2001-12-11 | 2008-02-11 | Sensors For Med & Science Inc | High performance fluorescent optical sensor |
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| KR20180055294A (ko) | 2016-11-16 | 2018-05-25 | 삼성전자주식회사 | Fbar 발진기 및 이를 이용하는 가스 감지 시스템 |
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1989
- 1989-03-17 JP JP1063494A patent/JPH07119690B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-03-16 US US07/495,024 patent/US5030009A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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|---|---|
| JPH07119690B2 (ja) | 1995-12-20 |
| US5030009A (en) | 1991-07-09 |
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