【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば赤外線ガス分析計や放射温度計など赤外線応用機器に組み込まれる光チョッパに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平１０−２９３０８６号公報
従来、例えば赤外線を用いたガス分析計では、測定対象ガスに赤外線を照射したときに測定対象ガスを透過した赤外線を検出することにより測定対象ガスの濃度分析を行なう。また、検出器から交流信号を取り出して測定精度を向上するために、赤外線の光路中に光を断続するための光チョッパを配置することが多い。
【０００３】
図９は従来の光チョッパ４０の構成を示す図である。この光チョッパ４０は、例えば半円形の板体からなる光遮断部４１を有し、中心部４２を中心に回転自在に形成された回転羽根よりなる。そして、光遮断部４１の外周から光遮断部４１と直行する方向に連設させたスカート部４３ａが形成され、このスカート部４３ａを延設してスカート部４３ｂを形成することにより、スカート部４３ａ，４３ｂによってリング状のスカート部４３が形成されている。また、４４は光遮断部４１の対称位置においてスカート部４３から中心部４２の間に形成された開口からなる光透過窓であり、４５はバランスウェイトである。
【０００４】
前記光チョッパ４０は、中心部４２を中心に回転自在に支持される。そして、この光チョッパ４０を回転させることにより、赤外線ＩＲが、光遮断部４１によって遮断されたり、光透過窓４４を透過したりする。つまり、光チョッパ４０を回転させることにより、赤外線ＩＲを断続（チョッピング）することができる。
【０００５】
ところで、前記構成の光チョッパ４０は、板体からなる光遮断部４１が、光透過窓４４を形成した部分に比べて重くなり、重量バランスが悪くなる。このため、中心部４２における負荷が大きくなり、この中心部４２に設けた中心軸に力がかかったり、回転ムラが生じるなどして、寿命が短くなることがある。そこで、従来は光チョッパ４０の重心を構造中心となる中心部４２上に保つために、各部の質量を調整していた。すなわち、前記光チョッパ４０では、光透過窓４４を形成した側のスカート部４３ｂの外周面に鉛のように比重の大きい金属よりなるバランスウェイト４５を取付けることにより、全体の重量バランスを取っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記構成の従来の光チョッパ４０においてはバランスウェイト４５をスカート部４３ｂに確実に取り付けるのが困難で生産性が悪いだけでなく、回転中にバランスウェイト４５が移動して、いわゆる振れ回りが発生し、回転および寿命に信頼性を欠くおそれがあった。また、光チョッパ４０はその幾何的な形状が複雑であるため、その形状が複雑であればある程、加工や組み付けに手間がかかるため、製造コストが上がるという問題もあった。
【０００７】
加えて、光チョッパ４０の形状が複雑に入り組んだものであればあるほど、その幾何学的な形状の調整でその重量バランスを精度良く調整することは難しい。また、歪な形状の物体を回転させると空気抵抗などによって回転が幾らか不安定になり、十分に安定した断続光が得られないという問題もあった。
【０００８】
ところで、光ファイバのプリフォームアナライザに用いられるような光学用チョッパにおいては、特許文献１に示すように、チョッパの重量バランスを改善するために、透明基板上に不透明薄膜の積層されたものが用いられ、不透明薄膜の一部が除去されて、光線が通過できる窓となっているチョッパが用いられることもある。一方、赤外線ガス分析計においては、チョッパによる光の断続だけでなく、透過させる赤外線の波長選択が正確な測定に重要な要素である。すなわち、例えば車両の排気ガスのような測定対象ガスに含まれるＣＯ２ ，ＮＯｘ，ＣＯ，ＨＣなどの特定の測定対象成分の濃度を測定するために、光学フィルタを用いて測定する赤外線の波長領域を選択することが行われている。
【０００９】
図１０は、前記光チョッパ４０を組み込んだ非分散型赤外線ガス分析計５０の一例を示す図である。図１０において、５１は測定対象ガスＳが供給されるセル、５２はセル５１の一端側に配置された光源、５３，５４はセル５１の他端側に配置されて、セル５１を通過してきた赤外線を受光する検出器である。そして、一方の検出器５３は、その前面に測定対象成分（例えばＣＯ２ ）の特性吸収帯域の赤外線のみを通過させるバンドパスフィルタ５３ａを備え、他方の検出器５４は、その前面に前記測定対象成分に対応した吸収帯域のないところの波形の赤外線を通過させるバンドパスフィルタ５４ａを備えている。前記光チョッパ４０は例えばセル５１と検出器５３，５４との間に配置され、モータ５６によって駆動されている。
【００１０】
このように構成された赤外線ガス分析計５０においては、光源５２をオンにして赤外光をセル５１に照射すると共に、モータ５６を駆動して光チョッパ４０を回転させている状態で、セル５１に測定対象ガスＳを供給すると、検出器５３，５４から検出信号が出力され、これらの信号を図外の演算処理部で処理することにより、バンドパスフィルタ５３ａ，５４ａの特性に合わせて測定対象ガスＳに含まれる測定対象成分（ＣＯ２ ）の濃度を得ることができる。
【００１１】
すなわち、従来の光チョッパ４０を用いた赤外線ガス分析計５０では、測定対象ガスＳに含まれる特定の測定対象成分を測定するためには、前記光チョッパ４０とは別に光学フィルタ５３ａ，５４ａを用いて測定する赤外線の選択を行なうことが必要であり、これが赤外線ガス分析計５０の構造を複雑にするものとなっていた。また、赤外線ガス分析計５０の部品点数が多くなり、生産コストが引き上げられるという問題があった。
【００１２】
本発明は上述の事柄を考慮に入れてなされたものであって、その目的は、所望の光チョッピングとフィルタ機能とを兼備し、赤外線ガス分析計などに好適に組み込むことができる光チョッパを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光チョッパは、赤外線透過性の基板に、赤外線透過部と赤外線遮光部とを形成する一方、前記基板の赤外線透過部に特定波長領域の赤外線を透過させるフィルタ部を形成したことを特徴としている。（請求項１）
【００１４】
本発明の光チョッパは同じ赤外線透過性の基板上に光学フィルタ部と赤外線遮光部を形成しているので、その構成が極めて簡素であり、それだけ低コストで製造できる。また、赤外線をチョッピングすると同時に、透過させる赤外線の波長帯域を選択できるので、赤外線を完全に遮断した状態と、特定波長の赤外線を透過させる状態を周期的に切り換えることにより、迷光などの影響のない分析を行なうことができて、赤外線ガス分析計の分析精度が向上する。加えて、フィルタ層によって特定波長帯域の赤外線を選択的に透過させることができるので、この光チョッパを用いることにより、この特定波長の赤外線を吸収する特定の測定対象ガスの濃度を精度良く測定することができる。
【００１５】
さらに、本発明の光チョッパは同じ赤外線透過性の基板上に光学フィルタと赤外線遮光部を形成しているので、図１０に示した例のように、光チョッパと光学フィルタを別々に設ける場合に比べて、部品点数が少なくなる。つまり、部品点数の削減によって組み付けコストの削減を図ると共に、複数の部品を組み合わせる場合に比べて堅牢性の点でも優れている。
【００１６】
前記フィルタ部が前記基板に蒸着して形成された特定波長領域の赤外線を透過させるフィルタ層からなる一方、前記赤外線遮光部が基板に形成された遮光膜からなり、重心が基板の回転軸に位置するように構成する場合（請求項２）には、前記光チョッパは赤外線透過性の基板を主体とするものであるから、その重量の大半が基板によって占められている。このため、フィルタ層や遮光膜の形成によって光チョッパ全体の重心が移動することがなく、本発明の光チョッパの重量バランスが良好となる。また、フィルタ部や赤外線遮光部の形成によって基板の外形にほとんど変化がない。
【００１７】
光チョッパの重量バランスが良好で、その全体形状が凹凸部がほとんどないといってよい程の基板であるので、その回転が極めて安定し、回転軸や軸受けへの負荷が低減して、長寿命化を図ることができる。そして、光チョッパの回転が安定すればするほど、これを赤外線ガス分析計に組み込んだときに光源から出射される連続した赤外線を、安定して断続（チョッピング）することができる。また、基板にフィルタ部を形成する手順は一般的な光学フィルタを製造する手順と何ら変わるところがなく、フィルタ部は既に確立された技術を用いて形成できる。つまり、本発明の光チョッパはいわば光学フィルタに赤外線遮光部を形成したものであるから、構成が極めて簡素であり、それだけ低コストで製造できる。
【００１８】
前記フィルタ部がそれぞれ異なる回転位相に複数形成され、各フィルタ部によってそれぞれ異なる波長領域の赤外線を透過するように構成した場合（請求項３）には、一つの測定対象ガスに複数の異なる波長領域の赤外線を照射できるので、測定対象ガスを封入するサンプルセルがたとえ一つであっても、フィルタ層の種類だけ多くの測定対象成分を測定することができる。つまり、光学チョッパはマルチチョッピングフィルタとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は第１実施例の光チョッパ１の全体構成を示す図である。図１において、２は赤外線を透過する材料からなる円盤状の基板、３はこの基板２の中心Ｏに形成した回転軸、４は前記基板２の表面の一部であって回転軸３を通る中心線Ｌによってちょうど半分に分けられた一方の側の面に形成したフィルタ部（赤外線透過部）、５は前記中心線Ｌによって分けられた他方の側の面に形成した赤外線遮光部である。
【００２０】
また、６は前記光チョッパ１を用いて断続光にする赤外線の光源、７は光チョッパ１を回転させるための動力を与えるモータであり、前記光チョッパ１と光源６とモータ７によって、全体として周期的な断続光を照射する光源部８を形成する。
【００２１】
前記基板２は赤外線を透過できる材料として例えばＣａＦ２ ，ＢａＦ２ ，サファイアガラスなどからなり、測定対象成分の濃度分析を行うために必要な波長の赤外線が透過可能である透明基板を円盤状に成形したものである。また、前記回転軸３は円盤状の基板２の中心Ｏ位置に形成しているので、回転軸３はちょうど基板２の重心位置にある。
【００２２】
前記フィルタ部４の構造は、図１において符号Ａを付した一部拡大図に示すように、例えば基板２の表面２ａに真空蒸着された第１のフィルタ層４ａと、基板２の裏面２ｂに真空蒸着された第２のフィルタ層４ｂを組み合わせてなるものである。つまり、特性の異なる２つのフィルタ層４ａ，４ｂを組み合わせることによって、特定波長領域の赤外光のみを効率よく透過させることができる。
【００２３】
つまり、測定対象ガスが例えば排気ガスの場合、ＣＯ２ ，ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ，ＳＯ２ などの特定の測定対象成分の赤外線吸収スペクトルに合わせて、適当な波長領域を選択するように、前記フィルタ部４を形成することにより、この測定対象成分の濃度分析を高精度に行なうことができる。また、この特定波長領域の幅はフィルタ層４ａ，４ｂの構成によって任意に選択可能である。
【００２４】
また、赤外線遮光部５は基板２の表面２ａ側に例えばアルミニウムなどの金属を表面２ａにごく薄く蒸着した遮光膜５ａを設けたものである。なお、遮光膜５ａの厚さは光源６からの赤外線を十分に遮断できる必要最小限の厚さとすることが望ましい。また、この遮光膜５ａは、赤外遮光機能を有する材料をスパッタリングしたり、Ｃｒなどの金属をメッキするなどにより形成してもよい。
【００２５】
前記構成の光チョッパ１は、光源６からの赤外線を断続的に供給するために、回転軸３を中心Ｏに回転自在に保持され、かつ、その周囲には例えば回転磁界を形成することにより光チョッパ１を回転させる動力を与えるモータ７を有している。すなわちモータ７によって得られる回転力によって所定の回転数で回転可能に構成している。
【００２６】
図２は前記光チョッパ１の製造方法の一例を示す図である。以下、図２を用いて光チョッパ１の製造方法の一例を説明する。図２において、１０は前記基板２を収容した状態で内部を真空引きするための真空チャンバ、１１はヒータ、１２は基板２上に蒸着させる第１材料として例えば高屈折率物質としてのＧｅを加熱する電子銃備えて加熱蒸発機構、１３は基板２上に蒸着させる第２材料として例えば低屈折率物質としてのＳｉＯを加熱する抵抗加熱機構、１４は膜厚モニタ用の基板、１５は膜厚モニタ用の赤外光源、１６は赤外光源１５からの赤外線１７を真空チャンバ１０内に導入する高速案内筒である。
【００２７】
また、１８は基板２に沿うように設けたマスクを有するホルダ、１９は材料の蒸着を制御するためのシャッタ、２０は真空チャンバ１０の上部に設けた窓、２１は前記モニタ用の基板１４および窓２０を透過した赤外光を監視することにより形成された膜厚を測定する膜厚モニタである。
【００２８】
すなわち、基板２に適度なマスクを沿わせるようにホルダ１８上にセットした状態で、加熱蒸発機構１２によってＧｅを蒸散させてシャッタ１９を開くことにより、Ｇｅを基板２のマスクを施していない部分に蒸着し、これによってＧｅによる薄膜を形成できる。また、膜厚の管理は、モニタ用の基板１４に形成された膜厚を膜厚モニタ２１によって測定することによって行なうことができる。加えて、前記基板２は詳細な図示を省略するが、ホルダ１８が回転することにより全ての部分で均等な厚みの膜厚が得られるように蒸着を行う。
【００２９】
そして、図２において符号Ｂを付した一部拡大図に示すように、Ｇｅによる所定の厚さの薄膜ｇが形成されると、上記と同様に、抵抗加熱機構１３を用いて第２材料のＳｉＯを蒸散させて、ＳｉＯによる所定の厚さの薄膜ｓを形成する。これらのＧｅとＳｉＯは屈折率の異なる材料であり、この薄膜ｇ，ｓを所定の厚さに調整して、交互に複数段形成することにより、所定の波長の赤外光のみを透過するような種々の特性を有するフィルタ層４ａ，４ｂを形成することができる。
【００３０】
同様に、前記真空チャンバ１０を用いて、基板２の表面２ａまたは裏面２ｂに金属を蒸着することにより、基板の面２ａ，２ｂに遮光膜５を形成することができる。このフィルタ層４ａ，４ｂおよび遮光膜５の製造プロセスは既に確立されたものであるから、既存の装置を用いて膜厚を高精度に調節した特性の良いフィルタ層４ａ，４ｂおよび遮光膜５を容易に形成することができる。
【００３１】
加えて、基板２はフィルタ層４ａ，４ｂよりなるフィルタ部４を形成しているので、基板２に別部材のフィルタを取り付ける場合に比べて部品点数を少なくできる。すなわち、光チョッパ１に対する光学フィルタの組み付けを無くすことができるので、光学フィルタを設けた光チョッパ１の製造コストを引き下げることができる。また、組み付け部分を無くしてフィルタ部４と赤外線遮光部５とを一体的に形成することにより、その堅牢性が向上する。
【００３２】
そして、前記フィルタ層４ａ，４ｂおよび遮光膜５は何れも真空蒸着によって形成されるものであるから、その厚みは可能な限り薄くすることができる。つまり、図１中の拡大図には、前記フィルタ層４ａ，４ｂおよび遮光膜５ａの厚みを図示可能である程度の厚みを有するように示しているが、これらのフィルタ層４ａ，４ｂおよび遮光膜５ａは極めて薄く形成される。したがって、フィルタ層４ａ，４ｂおよび遮光膜５ａの質量は無視できる程小さく、これらの部分の形成が基板２の全体の重量バランスに何ら悪影響を与えることがない。
【００３３】
すなわち、本発明の光チョッパ１はその重心を精度良く回転軸３の中心Ｏに合わせることができ、これによって回転時における安定性を向上でき、振動の発生を可及的に抑えることができる。
【００３４】
また、図１には便宜上、フィルタ層４ａを形成する部分と、遮光膜５ａを形成する部分が重なっていないように示しているが、この遮光膜５ａとフィルタ層４ａは幾らか重ねて設けることが望ましい。つまり、フィルタ層４ａをフィルタ部４よりも幾らか広い部分に形成した後に、このフィルタ層４ａに一部重ねて遮光膜５ａを形成するように、前記マスク１８を設けてもよい。逆に、先に遮光膜５ａを形成した後に、この遮光膜５ａを形成した部分に重ねてフィルタ層４ａを形成してもよい。
【００３５】
何れにしても、フィルタ層４ａを形成する部分と、遮光膜５ａを形成する部分を幾らか重ねることにより、遮光膜５ａとフィルタ層４ａの隙間からフィルタ層４ａを透過しない赤外線が漏れないようにすることができる。また、裏面側のフィルタ層４ｂは裏面２ｂの全面に形成してもよい。
【００３６】
なお、上述の例ではフィルタ部４を真空蒸着によって形成する例を示しているが、フィルタ部４を、別途形成したフィルタを基板２の表面２ａまたは裏面２ｂに貼り付けて形成してもよい。この場合もフィルタを貼り付けた部分と遮光膜５ａを形成する部分が幾らか重なるようにすることもでき、貼り付けるフィルタの質量が無視できない場合にはこれを基板２の表面２ａまたは裏面２ｂの全面に貼り付けることが望ましい。
【００３７】
図３は前記光チョッパ１を組み込んだ状態の光源部８の構成を示す図である。図３（Ａ）は光源部８を光チョッパ１の表面２ａの正面側から見た図であり、図３（Ｂ）はこの光源部８の断面図である。
【００３８】
図３（Ｂ）において、２５，２６は前記回転軸３を支持する軸受け、２７は一方の軸受け２５を付勢するばね材である。前記回転軸３はその両端３ａ，３ｂを尖らせた針状に形成しており、軸受け２５，２６は何れも回転軸３の両端３ａ，３ｂを受ける窪み２５ａ，２６ａを形成している。
【００３９】
本発明の光チョッパ１を用いる場合は、その重心がちょうど回転軸３の中心Ｏに精度良く合っているので、光チョッパ１が回転するときに、回転軸３にはほとんど横ぶれが生じない。また、光チョッパ１の外観形状はほぼ円盤状であり、これが回転するときに空気抵抗となるような凹凸部がない。したがって、軸受け２５，２６は光チョッパ１が外れない程度に回転軸３を保持すれば良く、バネ材２７による付勢力は従来に比べて弱くすることが可能であり、窪み２５ａ，２６ａの角度を従来に比べて緩くすることもできる。
【００４０】
つまり、回転軸３と軸受け２５，２６の間で生じる摩擦が可及的に小さくなり、その耐久性が向上する。また、回転時に横ぶれが生じないことから回転軸３と軸受け２５，２６に余分な力がかからないので、各部の寿命が長くなる。したがって、この光チョッパ１を用いた赤外線ガス分析計の信頼性が向上する。
【００４１】
なお、回転軸３および軸受け２５，２６は鋼鉄およびサファイヤなどの硬度の高い材料で形成されていることが望ましい。また、遮光膜５ａをフッ素系樹脂などによりコーティングして、金属の酸化を防止することにより、光チョッパ１の寿命を長くすることも可能である。加えて、フッ素系樹脂などの摩擦係数の小さい材料によるコーティングによって光チョッパ１の回転時における空気摩擦による影響を小さくすることも可能となる。
【００４２】
本発明の光チョッパ１は、回転軸３と軸受け２５，２６の間で余分な摩擦力が生じないので、それだけ少ない力で安定した回転を保つことができる。そして、回転数が安定すれば、この光チョッパ１を用いて形成される光源部８は安定した赤外線の断続光を出射することができる。すなわち、上記構成の光源部８を用いた赤外線ガス分析計においては測定精度が向上する。
【００４３】
さらに、前記光チョッパ１のフィルタ部４には特定波長の赤外線を透過するフィルタ層４ａ，４ｂを形成しているので、この光チョッパ１を用いることにより、測定対象ガスに含まれる特定の測定対象成分の濃度を精度良く測定することができる。
【００４４】
図４は、前記光チョッパ１を赤外線ガス分析計の光源部８に組み込んだ状態を示す図である。図４において、図３と同じ符号を付けた部分は同一または同等の部分であるからその詳細な説明を省略する。図４において、７’はモータ、３’はモータ７’の軸芯であり、この軸芯３’が光チョッパ１の回転軸３である。２８は測定対象ガスＳを収容すると共に赤外線を透過可能に構成されたセル、２９はセル２８内の測定対象ガスＳを透過した赤外線を検出する検出器である。
【００４５】
図４に示すように、本例の光チョッパ１の赤外線遮光部５およびフィルタ部４は、光チョッパ１の回転に伴って交互に光源６に重なるように構成している。つまり、モータ７’を用いて光チョッパ１を回転させるときに、光源部８は光源６からの赤外光を完全に遮断した状態と、フィルタ部４の特性によって定まる特定波長領域の赤外光を出力する状態とを所定の間隔で繰り返して、特定波長領域の赤外光を断続的に出力することができる。
【００４６】
つまり、本例のように光チョッパ１を赤外線ガス分析計に組み込むことで、この赤外線ガス分析計は別途のフィルタなどを形成することなく、フィルタ部４の特定波長領域の赤外線を吸収する測定対象成分を分析することができる。したがって、赤外線ガス分析計の構成を簡単にして製造コストを削減できるだけでなく、堅牢性も向上する。
【００４７】
図５は図１〜４に示した前記光チョッパ１の変形例を示している。本例の光チョッパ１は赤外線遮光部５とフィルタ部４の境界線５ｂ，５ｃを曲線としている。このように境界線５ｂ，５ｃの形状を変えることにより出力信号の波形を変更でき、この境界線５ｂ，５ｃの形状を調整して測定精度の向上を図ることもできる。
【００４８】
図６は第２実施例の前記光チョッパ３０の構成を示す図である。図６において、図１〜３と同じ符号を付した部分は同一または同等の部材であるから、その詳細な説明を省略する。
【００４９】
図６において、３１〜３４は基板２をその中心Ｏから見て例えば９０°ずつ異なる回転位相の位置にそれぞれ配置するように形成したフィルタ部であり、３５は基板２のフィルタ部３１〜３４を除く部分に形成した赤外線遮光部である。
【００５０】
また、フィルタ部３１〜３４はそれぞれ異なる特定波長領域の赤外線を透過させるように構成されたフィルタ層３１ａ〜３４ａ，３１ｂ〜３４ｂからなり、一点鎖線で示すように基板２の中心Ｏを通る線Ｌ１ 〜Ｌ４ によって９０°毎に分けられた４つの領域に形成される。
【００５１】
一方、前記赤外線遮光部３５は測定に用いられる全波長の赤外線を遮断する例えばアルミニウムなどの金属で形成されたフィルム状の遮光膜３５ａを基板２の表面に貼着して形成している。また、遮光膜３５ａには予めフィルタ部３１〜３４に相当する位置で９０°ずつ異なる回転位相に円形の開口３６〜３９を設けてあり、この開口３６〜３９がそれぞれ一つのフィルタ層３１ａ〜３４ａに重なるように貼り付けられる。
【００５２】
なお、前記遮光膜３５ａは薄い方が好ましく、これを真空蒸着によって直接光チョッパ３０の表面に形成してもよい。しかしながら、赤外線遮光部３５の形状が中心Ｏにおける点対称の形状で３６０°をフィルタ部３１〜３４の数で割った回転角度（本例の場合９０°）毎に同一形状となるように形成されているので、その厚みを幾らか厚く形成しても、光チョッパ３０の重心はその中心Ｏからずれることがない。つまり、中心Ｏに回転軸３（図１参照）を形成することにより、光チョッパ３０は回転軸３を中心に横ブレすることなく安定して回転することができる。
【００５３】
図７は、前記光チョッパ３０を赤外線ガス分析計の光源部８に組み込んだ状態を示す図である。図７において、図４と同じ符号を付けた部分は同一または同等の部分であるからその詳細な説明を省略する。
【００５４】
図７に示すように、本例の光チョッパ３０における開口３６〜３９の形状は光源６およびセル２８の形状に合わせて形成することにより、各フィルタ部３１〜３４を切り換えて光源６に重なるように構成している。つまり、光チョッパ３０を回転するときに、これが９０°回転する毎に光源６からの赤外線が前記各フィルタ部３１〜３４のうち一つを透過するので、光源部８はそれぞれ異なる特定波長領域の赤外光を出力し、光チョッパ３０の回転によって光源部６が各フィルタ部３１〜３４の何れにも重ならないときは、赤外線遮光部３５によって赤外線が完全に遮断される。
【００５５】
上記構成の光チョッパ３０を光源部８に用いることにより、セル４０内にはフィルタ部３１〜３４のそれぞれを透過した特定波長領域の赤外線が断続的に照射されるので、４種類（例えば、ＣＯ，ＣＯ２ ，ＨＣ，ＮＯ）の特定波長領域の赤外線が順番に照射されて、測定対象ガスＳに含まれる４種類の測定対象成分を互いに区別して分析することができる。つまり、一つのセル４０を用いて複数の測定対象成分を分析することができ、簡単な構成で非分散型の赤外線ガス分析によって多成分の濃度を同時に測定することができる。
【００５６】
なお、一度に測定できる成分の数は、形成するフィルタ部３１〜３４の透過波長帯域が互いに異なる数で決まるものであるから、本例のように光チョッパ３０が４つのフィルタ部３１〜３４を形成する場合には最大４成分を測定可能であるが、５つ以上のフィルタ部を有する光チョッパ３０を形成すれば５成分以上を測定することも可能である。
【００５７】
しかしながら、本発明は全てのフィルタ部３１〜３４がそれぞれ異なる透過帯域特性を有するフィルタ層３１ａ〜３４ａであることを限定するものではない。つまり、回転位相が１８０°異なるフィルタ部３１とフィルタ部３３および／またはフィルタ部３２とフィルタ部３４が同じ特性を有するフィルタ層を形成してもよい。この場合、測定できる成分の数が減少するが、より長く赤外線を照射することのできる測定対象成分の測定精度を向上することができる。
【００５８】
なお、上述の各例では前記フィルタ部（赤外線透過部）４，３１〜３４に測定対象成分の吸光特性に合わせた特性のフィルタを形成した例を示しているが、複数のフィルタ部を形成する場合には、そのうちの少なくとも一つをリファレンス用としてもよい。つまり、リファレンス用の赤外線透過部を設けることにより、バックグランドを除去することができるので、測定精度がより向上する。
【００５９】
図８は、前記光チョッパ３０の変形例を示す図であり、上記フィルタ層３１ａ〜３４ａを前記開口３６〜３９に相当する部分だけに形成した例を示している。本例のように構成することにより、遮光膜３５ａの厚みをフィルタ層３１ａ〜３４ａの厚みに合わせて、表面の凹凸をできるだけ小さくすることができる。なお、本例の場合、開口３６〜３９の形状および位置がフィルタ層３１ａ〜３４ａの形状および位置と正確に合っていることが必要であるから、遮光膜３５ａを真空蒸着によって形成することが望ましい。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光チョッパは同じ赤外線透過性の基板上に光学フィルタと赤外線遮光部を形成しているので、赤外線をチョッピングすると同時に、透過させる赤外線の波長帯域を選択でき、迷光などの影響のない分析を行なって、分析精度が向上する。加えて、フィルタ層によって特定波長帯域の赤外線を選択的に透過させることができるので、この光チョッパを用いることにより、この特定波長の赤外線を吸収する特定の測定対象ガスの濃度を精度良く測定することができる。さらに、重量バランスが良好であり、その重心を回転軸に精度よく合わせることができるので、回転時に極めて安定した回転を持続でき、より安定した断続光を得ることができ、回転軸および軸受けへの負荷が低減するので、長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の光チョッパの全体構成を示す図である。
【図２】前記光チョッパを製造する方法を説明する図である。
【図３】前記光チョッパを用いた光源部の例を示す図である。
【図４】前記光チョッパを用いた赤外線ガス分析計の測定部の構成を示す図である。
【図５】前記光チョッパの変形例を示す図である。
【図６】第２実施例の光チョッパの構成を示す図である。
【図７】前記光チョッパを用いた赤外線ガス分析計の測定部の構成を示す図である。
【図８】前記光チョッパの変形例を示す図である。
【図９】従来の光チョッパの構成を示す図である。
【図１０】従来の光チョッパを用いた赤外線ガス分析計の構成を示す図である。
【符号の説明】
１，３０…光チョッパ、２…基板、２ａ，２ｂ…基板の面、３…回転軸、４，３１〜３４…フィルタ部、４ａ，４ｂ，３１ａ〜３４ａ，３１ｂ〜３４ｂ…フィルタ層、５…赤外線遮光部、５ａ，３５ａ…遮光膜、Ｏ…重心。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical chopper incorporated in an infrared application device such as an infrared gas analyzer or a radiation thermometer.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1] JP-A-10-293086
Conventionally, for example, in a gas analyzer using infrared rays, concentration analysis of a measurement target gas is performed by detecting infrared rays that have passed through the measurement target gas when the measurement target gas is irradiated with infrared rays. Further, in order to take out an AC signal from the detector and improve the measurement accuracy, an optical chopper for interrupting light is often arranged in the infrared optical path.
[0003]
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional optical chopper 40. The light chopper 40 includes a light blocking portion 41 made of, for example, a semicircular plate, and includes rotating blades that are formed to be rotatable around a central portion 42. And the skirt part 43a continuously provided in the direction orthogonal to the light shielding part 41 from the outer periphery of the light shielding part 41 is formed, and the skirt part 43a is formed by extending this skirt part 43a to form the skirt part 43b. , 43b form a ring-shaped skirt portion 43. Reference numeral 44 denotes a light transmission window including an opening formed between the skirt portion 43 and the central portion 42 at a symmetrical position of the light blocking portion 41, and 45 denotes a balance weight.
[0004]
The optical chopper 40 is supported so as to be rotatable about a central portion 42. Then, by rotating the light chopper 40, the infrared IR is blocked by the light blocking unit 41 or transmitted through the light transmitting window 44. That is, the infrared IR can be intermittently (chopped) by rotating the optical chopper 40.
[0005]
By the way, the light chopper 40 of the said structure becomes heavy compared with the part in which the light-blocking part 41 which consists of a board | plate body formed the light transmissive window 44, and a weight balance worsens. For this reason, the load in the center part 42 becomes large, a force is applied to the center axis provided in the center part 42, rotation unevenness, etc. may shorten the life. Therefore, conventionally, the mass of each part is adjusted in order to keep the center of gravity of the optical chopper 40 on the central part 42 which is the center of the structure. That is, in the optical chopper 40, the overall weight balance is achieved by attaching a balance weight 45 made of a metal having a large specific gravity such as lead to the outer peripheral surface of the skirt portion 43b on the side where the light transmission window 44 is formed. .
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional optical chopper 40 configured as described above, it is difficult to reliably attach the balance weight 45 to the skirt portion 43b, resulting in poor productivity, and the balance weight 45 moves during rotation, so-called swinging occurs. There was a risk that the rotation and life would be unreliable. Moreover, since the geometric shape of the optical chopper 40 is complicated, the more complicated the shape is, the more time is required for processing and assembling.
[0007]
In addition, the more complicated the shape of the optical chopper 40 is, the more difficult it is to adjust the weight balance with the adjustment of the geometric shape. Further, when a distorted object is rotated, the rotation becomes somewhat unstable due to air resistance or the like, and there is a problem that a sufficiently stable intermittent light cannot be obtained.
[0008]
By the way, in an optical chopper used in an optical fiber preform analyzer, as shown in Patent Document 1, an opaque thin film laminated on a transparent substrate is used in order to improve the weight balance of the chopper. In some cases, a chopper is used in which a portion of the opaque thin film is removed to form a window through which light can pass. On the other hand, in the infrared gas analyzer, not only the light is intermittently transmitted by the chopper, but also the wavelength selection of the infrared ray to be transmitted is an important factor for accurate measurement. That is, for example, CO contained in a measurement target gas such as vehicle exhaust gas. 2 In order to measure the concentration of a specific component to be measured such as NOx, CO, and HC, an infrared wavelength region to be measured using an optical filter is selected.
[0009]
FIG. 10 is a diagram showing an example of a non-dispersive infrared gas analyzer 50 in which the optical chopper 40 is incorporated. In FIG. 10, 51 is a cell to which the measurement target gas S is supplied, 52 is a light source disposed on one end side of the cell 51, 53 and 54 are disposed on the other end side of the cell 51, and have passed through the cell 51. It is a detector that receives infrared rays. One detector 53 has a measurement target component (for example, CO 2) on its front surface. 2 ) Of the characteristic absorption band), and the other detector 54 has a band-pass filter that passes the infrared of the waveform having no absorption band corresponding to the measurement target component on its front surface. 54a. The optical chopper 40 is disposed, for example, between the cell 51 and the detectors 53 and 54 and is driven by a motor 56.
[0010]
In the infrared gas analyzer 50 configured as described above, the cell 51 is turned on while the light source 52 is turned on to irradiate the cell 51 with infrared light and the motor 56 is driven to rotate the light chopper 40. When the measurement target gas S is supplied to the detector, detection signals are output from the detectors 53 and 54, and these signals are processed by an arithmetic processing unit (not shown) to match the characteristics of the bandpass filters 53a and 54a. Component to be measured (CO) contained in gas S 2 ) Concentration can be obtained.
[0011]
That is, in the infrared gas analyzer 50 using the conventional optical chopper 40, in order to measure a specific measurement target component contained in the measurement target gas S, optical filters 53a and 54a are used separately from the optical chopper 40. Therefore, it is necessary to select an infrared ray to be measured, which complicates the structure of the infrared gas analyzer 50. Further, there is a problem that the number of parts of the infrared gas analyzer 50 is increased and the production cost is increased.
[0012]
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned matters, and an object of the present invention is to provide an optical chopper that has both desired optical chopping and filter functions and can be suitably incorporated into an infrared gas analyzer or the like. There is to do.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the optical chopper of the present invention forms an infrared transmitting portion and an infrared shielding portion on an infrared transmitting substrate, and transmits infrared rays in a specific wavelength region to the infrared transmitting portion of the substrate. The filter part is formed. (Claim 1)
[0014]
In the optical chopper of the present invention, the optical filter portion and the infrared light shielding portion are formed on the same infrared transparent substrate, so that the configuration is extremely simple and can be manufactured at a low cost. In addition, since the wavelength band of infrared rays to be transmitted can be selected simultaneously with chopping infrared rays, there is no influence of stray light etc. by periodically switching between a state where infrared rays are completely blocked and a state where infrared rays having a specific wavelength are transmitted. Analysis can be performed and the analysis accuracy of the infrared gas analyzer is improved. In addition, since the filter layer can selectively transmit infrared light in a specific wavelength band, by using this optical chopper, the concentration of a specific measurement target gas that absorbs infrared light of the specific wavelength is accurately measured. be able to.
[0015]
Furthermore, since the optical chopper of the present invention forms the optical filter and the infrared light shielding part on the same infrared transparent substrate, when the optical chopper and the optical filter are separately provided as in the example shown in FIG. In comparison, the number of parts is reduced. In other words, the assembly cost is reduced by reducing the number of parts, and the robustness is superior to the case of combining a plurality of parts.
[0016]
The filter unit is made of a filter layer that transmits infrared rays in a specific wavelength region formed by vapor deposition on the substrate, while the infrared light shielding unit is made of a light shielding film formed on the substrate, and the center of gravity is located on the rotation axis of the substrate. When configured to do so (Claim 2), since the optical chopper is mainly composed of an infrared transparent substrate, most of the weight is occupied by the substrate. For this reason, the center of gravity of the entire optical chopper does not move due to the formation of the filter layer and the light shielding film, and the weight balance of the optical chopper of the present invention is improved. Moreover, there is almost no change in the outer shape of the substrate due to the formation of the filter portion and the infrared light shielding portion.
[0017]
The optical chopper has a good weight balance, and its overall shape is such that there are almost no irregularities, so its rotation is extremely stable, the load on the rotating shaft and bearings is reduced, and long life Can be achieved. As the rotation of the optical chopper becomes more stable, continuous infrared rays emitted from the light source when it is incorporated into the infrared gas analyzer can be stably interrupted (chopped). Further, the procedure for forming the filter portion on the substrate is not different from the procedure for manufacturing a general optical filter, and the filter portion can be formed by using an already established technique. In other words, the optical chopper of the present invention is an optical filter having an infrared light shielding portion formed thereon, so that the configuration is extremely simple and can be manufactured at a low cost.
[0018]
In the case where a plurality of the filter sections are formed at different rotational phases and each filter section is configured to transmit infrared rays having different wavelength ranges (claim 3), a plurality of different wavelength ranges are provided for one measurement target gas. Therefore, even if there is only one sample cell containing the measurement target gas, it is possible to measure as many measurement target components as the types of filter layers. That is, the optical chopper becomes a multi-chopping filter.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an optical chopper 1 according to the first embodiment. In FIG. 1, 2 is a disk-shaped substrate made of a material that transmits infrared rays, 3 is a rotating shaft formed at the center O of the substrate 2, 4 is a part of the surface of the substrate 2, and passes through the rotating shaft 3. A filter part (infrared transmitting part) 5 formed on one side surface divided in half by the center line L is an infrared light shielding part formed on the other side surface divided by the center line L.
[0020]
Reference numeral 6 denotes an infrared light source that makes intermittent light using the optical chopper 1, and 7 denotes a motor that supplies power for rotating the optical chopper 1. The optical chopper 1, the light source 6, and the motor 7 as a whole A light source unit 8 that emits periodic intermittent light is formed.
[0021]
The substrate 2 is made of, for example, CaF as a material that can transmit infrared rays. 2 , BaF 2 A transparent substrate made of sapphire glass or the like and capable of transmitting infrared light having a wavelength necessary for analyzing the concentration of the component to be measured is formed into a disk shape. Further, since the rotary shaft 3 is formed at the center O position of the disc-shaped substrate 2, the rotary shaft 3 is exactly at the center of gravity of the substrate 2.
[0022]
The structure of the filter section 4 is, for example, as shown in a partially enlarged view denoted by reference symbol A in FIG. 1, for example, on the first filter layer 4a vacuum-deposited on the surface 2a of the substrate 2 and the back surface 2b of the substrate 2 This is a combination of the vacuum-deposited second filter layer 4b. That is, by combining two filter layers 4a and 4b having different characteristics, it is possible to efficiently transmit only infrared light in a specific wavelength region.
[0023]
That is, when the measurement target gas is, for example, exhaust gas, CO 2 , CO, HC, NOx, SO 2 By forming the filter unit 4 so as to select an appropriate wavelength region in accordance with the infrared absorption spectrum of a specific measurement target component such as, the concentration analysis of the measurement target component can be performed with high accuracy. . The width of the specific wavelength region can be arbitrarily selected depending on the configuration of the filter layers 4a and 4b.
[0024]
The infrared light shielding portion 5 is provided with a light shielding film 5a on the surface 2a side of the substrate 2 in which a metal such as aluminum is deposited very thinly on the surface 2a. It is desirable that the thickness of the light shielding film 5a be a minimum necessary thickness that can sufficiently block infrared rays from the light source 6. The light shielding film 5a may be formed by sputtering a material having an infrared light shielding function or plating a metal such as Cr.
[0025]
The optical chopper 1 having the above-described configuration is held rotatably about the rotary shaft 3 as a center O in order to intermittently supply infrared rays from the light source 6, and light is generated by forming a rotating magnetic field around the rotary shaft 3, for example. A motor 7 is provided to supply power for rotating the chopper 1. That is, it is configured to be rotatable at a predetermined rotational speed by the rotational force obtained by the motor 7.
[0026]
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing the optical chopper 1. Hereinafter, an example of a method for manufacturing the optical chopper 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, 10 is a vacuum chamber for evacuating the inside with the substrate 2 accommodated, 11 is a heater, and 12 is a first material to be deposited on the substrate 2, for example, heating Ge as a high refractive index substance. A heating evaporation mechanism equipped with an electron gun, 13 a resistance heating mechanism for heating, for example, SiO as a low refractive index material as a second material to be deposited on the substrate 2, 14 a substrate for film thickness monitoring, and 15 a film thickness monitor An infrared light source 16 is a high-speed guide cylinder for introducing the infrared light 17 from the infrared light source 15 into the vacuum chamber 10.
[0027]
18 is a holder having a mask provided along the substrate 2, 19 is a shutter for controlling the deposition of the material, 20 is a window provided in the upper part of the vacuum chamber 10, 21 is the monitor substrate 14 and It is a film thickness monitor that measures the film thickness formed by monitoring the infrared light transmitted through the window 20.
[0028]
That is, in a state in which an appropriate mask is set on the substrate 2 on the holder 18, Ge is evaporated by the heating evaporation mechanism 12 and the shutter 19 is opened, so that Ge is not masked on the substrate 2. Thus, a Ge thin film can be formed. The film thickness can be managed by measuring the film thickness formed on the monitor substrate 14 with the film thickness monitor 21. In addition, although the detailed illustration of the substrate 2 is omitted, vapor deposition is performed so that a uniform thickness can be obtained in all portions by rotating the holder 18.
[0029]
Then, as shown in the partially enlarged view denoted by B in FIG. 2, when the thin film g having a predetermined thickness is formed by Ge, the resistance heating mechanism 13 is used to form the second material as described above. SiO is evaporated to form a thin film s having a predetermined thickness of SiO. These Ge and SiO are materials having different refractive indexes, and the thin films g and s are adjusted to a predetermined thickness and are formed in a plurality of stages alternately so that only infrared light of a predetermined wavelength is transmitted. Thus, the filter layers 4a and 4b having various characteristics can be formed.
[0030]
Similarly, the light shielding film 5 can be formed on the surfaces 2a and 2b of the substrate by depositing metal on the front surface 2a or the back surface 2b of the substrate 2 using the vacuum chamber 10. Since the manufacturing processes of the filter layers 4a and 4b and the light shielding film 5 have already been established, the filter layers 4a and 4b and the light shielding film 5 having good characteristics obtained by adjusting the film thickness with high accuracy using an existing apparatus. It can be formed easily.
[0031]
In addition, since the substrate 2 forms the filter portion 4 including the filter layers 4a and 4b, the number of components can be reduced as compared with the case where a filter of another member is attached to the substrate 2. That is, since the assembly of the optical filter with respect to the optical chopper 1 can be eliminated, the manufacturing cost of the optical chopper 1 provided with the optical filter can be reduced. Moreover, the robustness improves by eliminating the assembly part and integrally forming the filter part 4 and the infrared light shielding part 5.
[0032]
Since the filter layers 4a and 4b and the light shielding film 5 are all formed by vacuum deposition, the thickness can be made as thin as possible. That is, in the enlarged view in FIG. 1, the filter layers 4a and 4b and the light shielding film 5a are shown to have a certain thickness so that the filter layers 4a and 4b and the light shielding film 5a can be illustrated. Is formed extremely thin. Therefore, the masses of the filter layers 4a and 4b and the light shielding film 5a are negligibly small, and the formation of these portions does not adversely affect the overall weight balance of the substrate 2.
[0033]
That is, the optical chopper 1 of the present invention can accurately adjust the center of gravity to the center O of the rotating shaft 3, thereby improving the stability during rotation and suppressing the occurrence of vibration as much as possible.
[0034]
For convenience, FIG. 1 shows that the portion where the filter layer 4a is formed and the portion where the light-shielding film 5a is formed do not overlap, but the light-shielding film 5a and the filter layer 4a are provided somewhat overlapped. Is desirable. That is, the mask 18 may be provided so that the light shielding film 5a is formed so as to partially overlap the filter layer 4a after the filter layer 4a is formed in a part somewhat wider than the filter part 4. Conversely, after the light shielding film 5a is formed first, the filter layer 4a may be formed so as to overlap the portion where the light shielding film 5a is formed.
[0035]
In any case, the portion where the filter layer 4a is formed and the portion where the light shielding film 5a is formed are somewhat overlapped so that infrared rays that do not pass through the filter layer 4a do not leak from the gap between the light shielding film 5a and the filter layer 4a. can do. Further, the filter layer 4b on the back surface side may be formed on the entire surface of the back surface 2b.
[0036]
In addition, although the example which forms the filter part 4 by vacuum evaporation is shown in the above-mentioned example, you may form the filter part 4 by affixing the filter formed separately on the surface 2a or the back surface 2b of the board | substrate 2. FIG. Also in this case, the part where the filter is pasted and the part where the light shielding film 5a is formed can be overlapped somewhat. If the mass of the filter to be pasted cannot be ignored, this is applied to the front surface 2a or the back surface 2b of the substrate 2. It is desirable to apply it to the entire surface.
[0037]
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the light source unit 8 in a state where the optical chopper 1 is incorporated. FIG. 3A is a view of the light source unit 8 as viewed from the front side of the surface 2 a of the optical chopper 1, and FIG. 3B is a cross-sectional view of the light source unit 8.
[0038]
In FIG. 3B, reference numerals 25 and 26 denote bearings that support the rotating shaft 3, and 27 denotes a spring material that biases one of the bearings 25. The rotary shaft 3 is formed in a needle shape with sharpened both ends 3a and 3b, and the bearings 25 and 26 both form recesses 25a and 26a for receiving both ends 3a and 3b of the rotary shaft 3.
[0039]
In the case of using the optical chopper 1 of the present invention, the center of gravity exactly matches the center O of the rotating shaft 3, so that when the optical chopper 1 rotates, the rotating shaft 3 hardly undergoes lateral shake. Moreover, the external shape of the optical chopper 1 is substantially disk-shaped, and there is no uneven portion that causes air resistance when it rotates. Therefore, the bearings 25 and 26 need only hold the rotary shaft 3 to the extent that the optical chopper 1 cannot be removed, and the urging force by the spring material 27 can be made weaker than before, and the angles of the recesses 25a and 26a can be reduced. It can also be made looser than before.
[0040]
That is, the friction generated between the rotating shaft 3 and the bearings 25 and 26 becomes as small as possible, and the durability is improved. Further, since no side shake occurs during rotation, no extra force is applied to the rotary shaft 3 and the bearings 25 and 26, so that the life of each part is prolonged. Therefore, the reliability of the infrared gas analyzer using the optical chopper 1 is improved.
[0041]
The rotating shaft 3 and the bearings 25 and 26 are preferably made of a material having high hardness such as steel and sapphire. Further, it is possible to extend the life of the optical chopper 1 by coating the light shielding film 5a with a fluorine-based resin or the like to prevent metal oxidation. In addition, the effect of air friction when the light chopper 1 is rotated can be reduced by coating with a material having a small friction coefficient such as a fluorine resin.
[0042]
Since the optical chopper 1 of the present invention does not generate an excessive frictional force between the rotary shaft 3 and the bearings 25 and 26, it can maintain a stable rotation with such a small force. When the rotational speed is stabilized, the light source unit 8 formed using the optical chopper 1 can emit stable infrared intermittent light. That is, the measurement accuracy is improved in the infrared gas analyzer using the light source unit 8 having the above configuration.
[0043]
Furthermore, since filter layers 4a and 4b that transmit infrared rays of a specific wavelength are formed in the filter unit 4 of the optical chopper 1, by using the optical chopper 1, a specific measurement target included in the measurement target gas is used. The concentration of the component can be accurately measured.
[0044]
FIG. 4 is a view showing a state in which the optical chopper 1 is incorporated in the light source unit 8 of the infrared gas analyzer. In FIG. 4, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3 are the same or equivalent parts, and thus detailed description thereof is omitted. In FIG. 4, 7 ′ is a motor, 3 ′ is an axis of the motor 7 ′, and this axis 3 ′ is the rotating shaft 3 of the optical chopper 1. Reference numeral 28 denotes a cell configured to receive the measurement target gas S and transmit infrared light. Reference numeral 29 denotes a detector that detects infrared light transmitted through the measurement target gas S in the cell 28.
[0045]
As shown in FIG. 4, the infrared light shielding unit 5 and the filter unit 4 of the optical chopper 1 of this example are configured to overlap with the light source 6 alternately as the optical chopper 1 rotates. That is, when the light chopper 1 is rotated using the motor 7 ′, the light source unit 8 completely blocks the infrared light from the light source 6 and the infrared light in a specific wavelength region determined by the characteristics of the filter unit 4. The infrared light in the specific wavelength region can be intermittently output by repeating the state of outputting the light at predetermined intervals.
[0046]
That is, by incorporating the optical chopper 1 in the infrared gas analyzer as in this example, the infrared gas analyzer can measure the infrared rays in the specific wavelength region of the filter unit 4 without forming a separate filter or the like. Components can be analyzed. Therefore, not only can the structure of the infrared gas analyzer be simplified to reduce the manufacturing cost, but also robustness is improved.
[0047]
FIG. 5 shows a modification of the optical chopper 1 shown in FIGS. In the optical chopper 1 of this example, boundary lines 5b and 5c between the infrared light shielding part 5 and the filter part 4 are curved. Thus, the waveform of the output signal can be changed by changing the shapes of the boundary lines 5b and 5c, and the measurement accuracy can be improved by adjusting the shapes of the boundary lines 5b and 5c.
[0048]
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of the optical chopper 30 of the second embodiment. In FIG. 6, since the part which attached | subjected the same code | symbol as FIGS. 1-3 is the same or equivalent member, the detailed description is abbreviate | omitted.
[0049]
In FIG. 6, reference numerals 31 to 34 denote filter portions formed so as to be arranged at positions of rotational phases different from each other by 90 ° when viewed from the center O, for example, and 35 denotes the filter portions 31 to 34 of the substrate 2. It is an infrared shielding part formed in the part except.
[0050]
The filter units 31 to 34 include filter layers 31a to 34a and 31b to 34b configured to transmit infrared rays of different specific wavelength regions, and a line L passing through the center O of the substrate 2 as indicated by a one-dot chain line. 1 ~ L 4 Are formed into four regions divided every 90 °.
[0051]
On the other hand, the infrared light shielding portion 35 is formed by sticking a film-like light shielding film 35a made of a metal such as aluminum, which shields infrared rays of all wavelengths used for measurement, on the surface of the substrate 2. In addition, circular openings 36 to 39 are provided in the light shielding film 35a in advance at rotational positions different by 90 ° at positions corresponding to the filter portions 31 to 34, and each of the openings 36 to 39 is one filter layer 31a to 34a. It is pasted so as to overlap.
[0052]
The light shielding film 35a is preferably thin and may be directly formed on the surface of the light chopper 30 by vacuum deposition. However, the shape of the infrared light shielding portion 35 is a point-symmetric shape at the center O, and is formed so as to have the same shape at every rotation angle (90 ° in this example) obtained by dividing 360 ° by the number of filter portions 31 to 34. Therefore, the center of gravity of the light chopper 30 does not deviate from the center O even if the thickness is somewhat increased. That is, by forming the rotation shaft 3 (see FIG. 1) at the center O, the optical chopper 30 can rotate stably without causing lateral shaking around the rotation shaft 3.
[0053]
FIG. 7 is a view showing a state in which the optical chopper 30 is incorporated in the light source unit 8 of the infrared gas analyzer. In FIG. 7, since the part which attached | subjected the same code | symbol as FIG. 4 is the same or equivalent part, the detailed description is abbreviate | omitted.
[0054]
As shown in FIG. 7, the shapes of the openings 36 to 39 in the optical chopper 30 of this example are formed in accordance with the shapes of the light source 6 and the cell 28, so that the filter units 31 to 34 are switched to overlap the light source 6. It is configured. That is, when the light chopper 30 is rotated, the infrared light from the light source 6 is transmitted through one of the filter units 31 to 34 every time the light chopper 30 is rotated by 90 °. When infrared light is output and the light source unit 6 does not overlap any of the filter units 31 to 34 due to the rotation of the light chopper 30, the infrared light shielding unit 35 completely blocks the infrared light.
[0055]
By using the optical chopper 30 having the above-described configuration for the light source unit 8, the cell 40 is intermittently irradiated with infrared rays in a specific wavelength region that has passed through the filter units 31 to 34, so that four types (for example, CO 2) , CO 2 , HC, NO) are sequentially irradiated with infrared rays in a specific wavelength region, and the four types of measurement target components contained in the measurement target gas S can be distinguished from each other and analyzed. That is, a plurality of measurement target components can be analyzed using one cell 40, and the concentration of multiple components can be measured simultaneously by non-dispersive infrared gas analysis with a simple configuration.
[0056]
Since the number of components that can be measured at one time is determined by the number of transmission wavelength bands of the filter units 31 to 34 that are formed different from each other, the optical chopper 30 includes four filter units 31 to 34 as in this example. In the case of forming, it is possible to measure a maximum of four components, but if an optical chopper 30 having five or more filter portions is formed, it is also possible to measure five or more components.
[0057]
However, the present invention does not limit that all the filter units 31 to 34 are filter layers 31a to 34a having different transmission band characteristics. In other words, the filter unit 31 and the filter unit 33 and / or the filter unit 32 and the filter unit 34 having the same rotational characteristics may be formed with the same characteristics. In this case, the number of components that can be measured is reduced, but the measurement accuracy of the measurement target component that can be irradiated with infrared rays for a longer time can be improved.
[0058]
In each of the above-described examples, an example is shown in which a filter having characteristics matching the light absorption characteristics of the measurement target component is formed in the filter units (infrared transmitting units) 4, 31 to 34, but a plurality of filter units are formed. In some cases, at least one of them may be used for reference. That is, by providing the reference infrared transmission part, the background can be removed, so that the measurement accuracy is further improved.
[0059]
FIG. 8 is a view showing a modification of the optical chopper 30 and shows an example in which the filter layers 31a to 34a are formed only in portions corresponding to the openings 36 to 39. In FIG. By configuring as in the present example, the thickness of the light-shielding film 35a can be matched to the thickness of the filter layers 31a to 34a, and the surface unevenness can be made as small as possible. In the case of this example, since it is necessary that the shapes and positions of the openings 36 to 39 exactly match the shapes and positions of the filter layers 31a to 34a, it is desirable to form the light shielding film 35a by vacuum deposition. .
[0060]
【The invention's effect】
As described above, since the optical chopper of the present invention has an optical filter and an infrared light shielding part formed on the same infrared transparent substrate, the wavelength band of infrared rays to be transmitted can be selected simultaneously with chopping infrared rays, and stray light. The analysis accuracy is improved by performing the analysis without any influence. In addition, since the filter layer can selectively transmit infrared light in a specific wavelength band, by using this optical chopper, the concentration of a specific measurement target gas that absorbs infrared light of the specific wavelength is accurately measured. be able to. Furthermore, because the weight balance is good and the center of gravity can be accurately adjusted to the rotation axis, extremely stable rotation can be maintained during rotation, and more stable intermittent light can be obtained. Since the load is reduced, the service life can be extended.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of an optical chopper according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical chopper.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a light source unit using the optical chopper.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a measurement unit of an infrared gas analyzer using the optical chopper.
FIG. 5 is a view showing a modification of the optical chopper.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an optical chopper according to a second embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a measurement unit of an infrared gas analyzer using the optical chopper.
FIG. 8 is a view showing a modification of the optical chopper.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a conventional optical chopper.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an infrared gas analyzer using a conventional optical chopper.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,30 ... Optical chopper, 2 ... Board | substrate, 2a, 2b ... Board | substrate surface, 3 ... Rotating shaft, 4, 31-34 ... Filter part, 4a, 4b, 31a-34a, 31b-34b ... Filter layer, 5 ... Infrared light shielding part, 5a, 35a ... light shielding film, O ... center of gravity.