JP2000214077A - 光学吸収セル - Google Patents
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- G01N21/03—Cuvette constructions
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ホワイト型の光学吸収セル中を透過するレーザ
光の外部温度変動による光軸安定性を確保する。 【解決手段】気密容器３９の端壁４の内面側に、保持具
４８を介して、２軸のあおり調整が可能な一体構造のス
テージ５０を固定する。ステージ５０上に第２、第３の
凹面ミラー１２、１３が固定される。試料ガスは、ガス
ポート６を介してセル３０内に導入される。レーザ光Ｌ
は、光学窓１６、１８を介して入出射され、第１〜第３
の凹面ミラー１１、１２、１３で多重反射される。試料
ガスを透過した後のレーザ光Ｌ′の光強度変化によりガ
ス分子による光スペクトル吸収量の測定が行われる。こ
の場合、一体構造を有するステージ５０の温度を温度セ
ンサ５２により直接検出し、温度検出回路５８と電力制
御回路６１により発熱体５３を所定の温度に温度制御す
ることによって、外部温度変動に対する光軸安定性を確
保することができる。
光の外部温度変動による光軸安定性を確保する。 【解決手段】気密容器３９の端壁４の内面側に、保持具
４８を介して、２軸のあおり調整が可能な一体構造のス
テージ５０を固定する。ステージ５０上に第２、第３の
凹面ミラー１２、１３が固定される。試料ガスは、ガス
ポート６を介してセル３０内に導入される。レーザ光Ｌ
は、光学窓１６、１８を介して入出射され、第１〜第３
の凹面ミラー１１、１２、１３で多重反射される。試料
ガスを透過した後のレーザ光Ｌ′の光強度変化によりガ
ス分子による光スペクトル吸収量の測定が行われる。こ
の場合、一体構造を有するステージ５０の温度を温度セ
ンサ５２により直接検出し、温度検出回路５８と電力制
御回路６１により発熱体５３を所定の温度に温度制御す
ることによって、外部温度変動に対する光軸安定性を確
保することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、試料ガスにレー
ザ光を照射し、その光吸収スペクトルを観測するレーザ
分光分析装置等に適用して好適な光学吸収セルに関す
る。
ザ光を照射し、その光吸収スペクトルを観測するレーザ
分光分析装置等に適用して好適な光学吸収セルに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】まず、この発明の背景について説明す
る。
る。
【０００３】レーザ分光分析手法は、主としてガスの光
スペクトル分析によって微量分子量の測定を行うもので
あり、その有力な応用に同位体の測定がある。
スペクトル分析によって微量分子量の測定を行うもので
あり、その有力な応用に同位体の測定がある。
【０００４】同位体の変化をトレースする手法は、医学
分野では病気の診断、農業分野では光合成の研究や植物
の代謝作用の研究、地球科学分野では生態系のトレース
に利用することができる。
分野では病気の診断、農業分野では光合成の研究や植物
の代謝作用の研究、地球科学分野では生態系のトレース
に利用することができる。
【０００５】このような用途に使われる同位体として
は、炭素、窒素、酸素等があるが、周知のように、炭素
においては質量数が１２（以下、単に12Ｃと略記す
る。）と質量数が１３（以下、単に13Ｃと略記する。）
の安定同位体があり、この安定同位体は放射性同位体の
ような放射線被爆がなく取り扱いが容易であるので、医
療分野での利用が積極的に研究されている。
は、炭素、窒素、酸素等があるが、周知のように、炭素
においては質量数が１２（以下、単に12Ｃと略記す
る。）と質量数が１３（以下、単に13Ｃと略記する。）
の安定同位体があり、この安定同位体は放射性同位体の
ような放射線被爆がなく取り扱いが容易であるので、医
療分野での利用が積極的に研究されている。
【０００６】従来、このような用途の炭素同位体分析装
置として赤外線分光計がある。この装置は赤外域の発光
波長範囲の広いランプを光源とし、分散型分光器等を用
いて光波長を選択し、12ＣＯ2 および13ＣＯ2 のスペク
トル吸収強度を観測していた。しかしながら、この方式
では、分散型分光器の光波長選択性能がネックとなり、
十分な光波長分解能が得られず、炭素同位体の測定精度
は十分とはいえなかった。
置として赤外線分光計がある。この装置は赤外域の発光
波長範囲の広いランプを光源とし、分散型分光器等を用
いて光波長を選択し、12ＣＯ2 および13ＣＯ2 のスペク
トル吸収強度を観測していた。しかしながら、この方式
では、分散型分光器の光波長選択性能がネックとなり、
十分な光波長分解能が得られず、炭素同位体の測定精度
は十分とはいえなかった。
【０００７】また、このような用途の他の装置として、
質量分析計がある。この装置は、分子の質量そのものを
測定するため、高い精度で炭素同位体の測定が可能であ
るが、装置が大型で取り扱いが難しく、装置価格も非常
に高価であるという欠点があった。
質量分析計がある。この装置は、分子の質量そのものを
測定するため、高い精度で炭素同位体の測定が可能であ
るが、装置が大型で取り扱いが難しく、装置価格も非常
に高価であるという欠点があった。
【０００８】ここで、レーザ分光分析手法は、光源とし
て狭帯域の半導体レーザを用いることによって、小型で
高い光波長分解能が得られるため、上記した従来の問題
点を解決し、簡便な操作性で炭素同位体の十分な測定精
度が得られる分析手法として注目されている。
て狭帯域の半導体レーザを用いることによって、小型で
高い光波長分解能が得られるため、上記した従来の問題
点を解決し、簡便な操作性で炭素同位体の十分な測定精
度が得られる分析手法として注目されている。
【０００９】レーザ分光分析手法では、光源として用い
る半導体レーザの温度および電流を安定化することによ
って、所定の光波長を得、試料ガスを透過した後のレー
ザビームの光強度変化によってガス分子による光スペク
トル吸収量を測定する。ただし、レーザ分光分析手法で
は、非常に微弱な光スペクトル吸収を高感度で検出する
ため、光学系の機械的安定性を保つことが要求され、こ
の光学系の機械的安定性の達成度が測定系の性能を大き
く左右することが分かっている。
る半導体レーザの温度および電流を安定化することによ
って、所定の光波長を得、試料ガスを透過した後のレー
ザビームの光強度変化によってガス分子による光スペク
トル吸収量を測定する。ただし、レーザ分光分析手法で
は、非常に微弱な光スペクトル吸収を高感度で検出する
ため、光学系の機械的安定性を保つことが要求され、こ
の光学系の機械的安定性の達成度が測定系の性能を大き
く左右することが分かっている。
【００１０】次に、図６により、レーザ分光分析用のホ
ワイト型の光学吸収セル（以下、単にセルともいう。）
１の従来例について説明する。
ワイト型の光学吸収セル（以下、単にセルともいう。）
１の従来例について説明する。
【００１１】光学吸収セル１は、両端壁２、４と、ガス
ポート６が形成された側壁８とからなる中空柱状体の形
状を有するケーシング１０からなる気密容器（ケーシン
グ１０を気密容器と呼称した方が理解が容易になる場合
もあるので、この符号を９とする。）の構造とされてい
る。なお、前記ガスポート６は、側壁８ではなく両端壁
２、４のいずれかに形成することも可能である。
ポート６が形成された側壁８とからなる中空柱状体の形
状を有するケーシング１０からなる気密容器（ケーシン
グ１０を気密容器と呼称した方が理解が容易になる場合
もあるので、この符号を９とする。）の構造とされてい
る。なお、前記ガスポート６は、側壁８ではなく両端壁
２、４のいずれかに形成することも可能である。
【００１２】この場合、側壁８としてガラス管を用いる
場合には、この出願人の先願である特開平１０−３８７
９４号公報に開示しているように、図７に示すガラス管
１５を支持するための構造体である金属のステー１４が
必要とされるが、側壁８として金属を用いる場合には、
図６に示したように、気密容器９自身が、構造体として
のケーシング１０を兼用する構成とすることができる。
場合には、この出願人の先願である特開平１０−３８７
９４号公報に開示しているように、図７に示すガラス管
１５を支持するための構造体である金属のステー１４が
必要とされるが、側壁８として金属を用いる場合には、
図６に示したように、気密容器９自身が、構造体として
のケーシング１０を兼用する構成とすることができる。
【００１３】図６において、ケーシング１０の一方の端
壁２にはレーザ光Ｌの入射用光学窓１６とレーザ光Ｌ′
の出射用光学窓１８とが設けられ、該端壁２の内面側に
は第１の凹面ミラー１１が固定配置されている。ケーシ
ング１０の他方の端壁４の内側には、保持具２０、２２
を介してステージ２４、２６が配され、該ステージ２
４、２６上に第２および第３の凹面ミラー１２、１３が
それぞれ配される。
壁２にはレーザ光Ｌの入射用光学窓１６とレーザ光Ｌ′
の出射用光学窓１８とが設けられ、該端壁２の内面側に
は第１の凹面ミラー１１が固定配置されている。ケーシ
ング１０の他方の端壁４の内側には、保持具２０、２２
を介してステージ２４、２６が配され、該ステージ２
４、２６上に第２および第３の凹面ミラー１２、１３が
それぞれ配される。
【００１４】このように構成される光学吸収セル１にお
いて、レーザ分光の対象となる試料ガス（例えば、呼
気）は、ガスポート６を介してセル１内に導入排出され
る。波長が変化されるレーザ光Ｌは、一方の光学窓１６
を介してセル１内に入射され、ホワイト型の光学吸収セ
ルの特徴である３枚の凹面ミラー１１、１２、１３で多
重反射し、試料ガスを透過した後のレーザ光Ｌ′が他方
の光学窓１８から出射する。このレーザ光Ｌ′の波長変
化に伴うガス分子の光スペクトル吸収を原因とする光強
度変化を、図示していない受光素子により検出すること
で、ガス分子による光スペクトル吸収量の測定を行うこ
とができる。
いて、レーザ分光の対象となる試料ガス（例えば、呼
気）は、ガスポート６を介してセル１内に導入排出され
る。波長が変化されるレーザ光Ｌは、一方の光学窓１６
を介してセル１内に入射され、ホワイト型の光学吸収セ
ルの特徴である３枚の凹面ミラー１１、１２、１３で多
重反射し、試料ガスを透過した後のレーザ光Ｌ′が他方
の光学窓１８から出射する。このレーザ光Ｌ′の波長変
化に伴うガス分子の光スペクトル吸収を原因とする光強
度変化を、図示していない受光素子により検出すること
で、ガス分子による光スペクトル吸収量の測定を行うこ
とができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図６のよう
に構成されるホワイト型の光学吸収セル１では、セル１
の内部で１０〜２０回もの多重反射光路を形成するため
光軸の調整が微妙であり、実際上、凹面ミラー１２、１
３をそれぞれ載せるステージ２４、２６には、２軸（紙
面に平面な矢印α方向に回動する軸と紙面に垂直な方向
に回動する軸）のあおり機構が必要である。
に構成されるホワイト型の光学吸収セル１では、セル１
の内部で１０〜２０回もの多重反射光路を形成するため
光軸の調整が微妙であり、実際上、凹面ミラー１２、１
３をそれぞれ載せるステージ２４、２６には、２軸（紙
面に平面な矢印α方向に回動する軸と紙面に垂直な方向
に回動する軸）のあおり機構が必要である。
【００１６】また、これらステージ２４、２６を側壁８
に固定するための保持具２０、２２が必要とされてい
る。
に固定するための保持具２０、２２が必要とされてい
る。
【００１７】さらに、セル１の気密容器９の温度は、室
温である環境温度に依存し、この環境温度が変化した場
合、保持具２０、２２またはステージ２４、２６自体の
温度による微小な変形によりステージ２４、２６のあお
り調整に微妙な狂いが発生し、結果として光軸を安定に
維持することができないという問題があった。
温である環境温度に依存し、この環境温度が変化した場
合、保持具２０、２２またはステージ２４、２６自体の
温度による微小な変形によりステージ２４、２６のあお
り調整に微妙な狂いが発生し、結果として光軸を安定に
維持することができないという問題があった。
【００１８】この発明は、これらの課題を考慮してなさ
れたものであって、環境温度が変化しても、レーザ光に
係る光軸の安定性を確保することを可能とする光学吸収
セルを提供することを目的とする。
れたものであって、環境温度が変化しても、レーザ光に
係る光軸の安定性を確保することを可能とする光学吸収
セルを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】この項では、理解の容易
化のために添付図面中の符号を付けて説明する。したが
って、この項に記載した内容がその符号を付けたものに
限定して解釈されるものではない。
化のために添付図面中の符号を付けて説明する。したが
って、この項に記載した内容がその符号を付けたものに
限定して解釈されるものではない。
【００２０】この発明は、ガスポート（６）を介して試
料セル（３０）内に導入されたガス分子の微弱な光スペ
クトル吸収を、レーザ光源の光波長を制御することによ
り観測するレーザ分光分析装置で試料セルとして用いら
れる光学吸収セルであって、該光学吸収セル（３０）
は、両端壁（２、４）と側壁（３８）とからなる中空柱
状体の形状を有し、前記両端壁（２、４）のいずれか一
方、あるいは側壁（３８）にガスポート（６）が設けら
れ、前記中空柱状体の一方の端壁（２）には、前記レー
ザ光の入出射光学窓（１６、１８）が形成されるととも
に、該端壁の内面に第１の凹面ミラー（１１）が配置さ
れ、前記中空柱状体の他方の端壁（４）の内面側には、
保持具（４８）を介して一体構造のステージ（５０）が
配され、該ステージ上に前記第１の凹面ミラーに対面
し、且つ第１の凹面ミラーと協働して前記レーザ光を多
重反射させるための第２および第３の凹面ミラー（１
２、１３）がそれぞれ配置され、前記ステージは、前記
第２および第３の凹面ミラーのあおりをそれぞれ個別に
調整可能な構造（１５１、１５２）とされ、前記ステー
ジには、温度センサ（５２）と発熱体（５３）が固定さ
れ、前記温度センサと前記発熱体が、ハーメチックシー
ル構造体（５９）を介して、電気的に、それぞれ、前記
中空柱状体の外部の温度制御回路（５８）と電力制御回
路（６０）に接続され、前記温度制御回路は、前記温度
センサにより検出された前記ステージの温度が所定の設
定温度となるように前記電力制御回路を駆動することを
特徴とする（請求項１記載の発明）。
料セル（３０）内に導入されたガス分子の微弱な光スペ
クトル吸収を、レーザ光源の光波長を制御することによ
り観測するレーザ分光分析装置で試料セルとして用いら
れる光学吸収セルであって、該光学吸収セル（３０）
は、両端壁（２、４）と側壁（３８）とからなる中空柱
状体の形状を有し、前記両端壁（２、４）のいずれか一
方、あるいは側壁（３８）にガスポート（６）が設けら
れ、前記中空柱状体の一方の端壁（２）には、前記レー
ザ光の入出射光学窓（１６、１８）が形成されるととも
に、該端壁の内面に第１の凹面ミラー（１１）が配置さ
れ、前記中空柱状体の他方の端壁（４）の内面側には、
保持具（４８）を介して一体構造のステージ（５０）が
配され、該ステージ上に前記第１の凹面ミラーに対面
し、且つ第１の凹面ミラーと協働して前記レーザ光を多
重反射させるための第２および第３の凹面ミラー（１
２、１３）がそれぞれ配置され、前記ステージは、前記
第２および第３の凹面ミラーのあおりをそれぞれ個別に
調整可能な構造（１５１、１５２）とされ、前記ステー
ジには、温度センサ（５２）と発熱体（５３）が固定さ
れ、前記温度センサと前記発熱体が、ハーメチックシー
ル構造体（５９）を介して、電気的に、それぞれ、前記
中空柱状体の外部の温度制御回路（５８）と電力制御回
路（６０）に接続され、前記温度制御回路は、前記温度
センサにより検出された前記ステージの温度が所定の設
定温度となるように前記電力制御回路を駆動することを
特徴とする（請求項１記載の発明）。
【００２１】この発明によれば、中空柱状体の他方の壁
面内面側に配置固定された保持具に固定されて支持され
るあおり調整可能なステージを一体構造とし、かつステ
ージの温度を温度制御回路と電力制御回路とにより所定
温度（一定温度）になるように制御しているので、環境
温度（外部温度）が変化しても、ステージ位置が変化せ
ず、したがって、このステージに固定される第２および
第３の凹面ミラーの位置が変化しないので、光軸の安定
性が確保される。
面内面側に配置固定された保持具に固定されて支持され
るあおり調整可能なステージを一体構造とし、かつステ
ージの温度を温度制御回路と電力制御回路とにより所定
温度（一定温度）になるように制御しているので、環境
温度（外部温度）が変化しても、ステージ位置が変化せ
ず、したがって、このステージに固定される第２および
第３の凹面ミラーの位置が変化しないので、光軸の安定
性が確保される。
【００２２】この場合、保持具の材質を、ステージに対
して熱伝導率の低い材質を使用することで、より一層、
外部温度の変動によるステージ温度の変化を抑制でき、
かつステージの温度制御は、熱容量の小さいステージの
みを制御すればよいこととなるので、セル全体の温度を
安定化制御することに比較して、応答が速く、かつ制御
電力を少なくすることができる（請求項２記載の発
明）。
して熱伝導率の低い材質を使用することで、より一層、
外部温度の変動によるステージ温度の変化を抑制でき、
かつステージの温度制御は、熱容量の小さいステージの
みを制御すればよいこととなるので、セル全体の温度を
安定化制御することに比較して、応答が速く、かつ制御
電力を少なくすることができる（請求項２記載の発
明）。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて添付の図面を参照して説明する。なお、以下に参
照する図面において、上述の図６に示したものと対応す
るものには同一の符号を付ける。
ついて添付の図面を参照して説明する。なお、以下に参
照する図面において、上述の図６に示したものと対応す
るものには同一の符号を付ける。
【００２４】図１は、この発明の一実施の形態に係るレ
ーザ分光分析用のホワイト型の光学吸収セル３０の一部
断面構成を示している。なお、繁雑となるので、以下の
説明においては、理解の容易化のために必要なビス等の
機構部品のみを描き、光学吸収セル３０を組み立てる際
等に必要な、その他のビス等の機構部品の図示を省略し
ている。
ーザ分光分析用のホワイト型の光学吸収セル３０の一部
断面構成を示している。なお、繁雑となるので、以下の
説明においては、理解の容易化のために必要なビス等の
機構部品のみを描き、光学吸収セル３０を組み立てる際
等に必要な、その他のビス等の機構部品の図示を省略し
ている。
【００２５】光学吸収セル（試料セル、あるいは単にセ
ルともいう。）３０は、両端壁２、４と、側壁３８で形
成される中空柱状体（この実施の形態では、中空４角柱
を採用しているが、この形状には限定されず、たとえ
ば、材料の入手性やＯリングによる機密シールを考慮す
る場合には、中空円柱体を用いることができる。）の形
状を有するケーシング４０からなる気密容器（ケーシン
グ４０を気密容器と呼称した方が理解が容易になる場合
もあるので、この符号を３９とする。）の構造とされて
いる。
ルともいう。）３０は、両端壁２、４と、側壁３８で形
成される中空柱状体（この実施の形態では、中空４角柱
を採用しているが、この形状には限定されず、たとえ
ば、材料の入手性やＯリングによる機密シールを考慮す
る場合には、中空円柱体を用いることができる。）の形
状を有するケーシング４０からなる気密容器（ケーシン
グ４０を気密容器と呼称した方が理解が容易になる場合
もあるので、この符号を３９とする。）の構造とされて
いる。
【００２６】この場合、側壁３８には、試料ガス（例え
ば、導入して12ＣＯ2 と13ＣＯ2 の同位体比を測定する
ための呼気等）の吸排出口であるガスポート６が取り付
けられている。なお、ガスポート６は、側壁３８に限ら
ず、両端壁２、４のいずれか一方に形成してもよい。
ば、導入して12ＣＯ2 と13ＣＯ2 の同位体比を測定する
ための呼気等）の吸排出口であるガスポート６が取り付
けられている。なお、ガスポート６は、側壁３８に限ら
ず、両端壁２、４のいずれか一方に形成してもよい。
【００２７】また、側壁３８の両端面と両端壁２、４の
対向する面との間には、それぞれ、シールリング４２、
４４が介装され、ケーシング４０内の気密性が保持され
るようになっている。
対向する面との間には、それぞれ、シールリング４２、
４４が介装され、ケーシング４０内の気密性が保持され
るようになっている。
【００２８】なお、側壁３８としてガラス管を用いる場
合には、この出願人の先願である特開平１０−３８７９
４号公報に開示しているように、図７に示したガラス管
１５を支持するための構造体である金属のステー１４が
必要とされるが、図１に示すように、側壁３８として金
属を用いる場合には、気密容器３９自身が構造体として
のケーシング４０を兼用することができる。この実施の
形態において、側壁３８と端壁２、４の材質は、金属材
料のステンレスを採用している。
合には、この出願人の先願である特開平１０−３８７９
４号公報に開示しているように、図７に示したガラス管
１５を支持するための構造体である金属のステー１４が
必要とされるが、図１に示すように、側壁３８として金
属を用いる場合には、気密容器３９自身が構造体として
のケーシング４０を兼用することができる。この実施の
形態において、側壁３８と端壁２、４の材質は、金属材
料のステンレスを採用している。
【００２９】ケーシング４０の一方の端壁２には、レー
ザ光Ｌの入射用光学窓１６とレーザ光Ｌ′の出射用光学
窓１８とが設けられ、該端壁２の内面側には第１の凹面
ミラー１１が固定配置されている。
ザ光Ｌの入射用光学窓１６とレーザ光Ｌ′の出射用光学
窓１８とが設けられ、該端壁２の内面側には第１の凹面
ミラー１１が固定配置されている。
【００３０】ケーシング４０の他方の端壁４に対向する
側壁３８の端部側は薄肉とされ、段部４６が形成されて
いる。この段部４６に、ステンレス製の板状の保持具
（保持板）４８が取り付けられている。保持具４８と端
壁４とは平行状態となっている。
側壁３８の端部側は薄肉とされ、段部４６が形成されて
いる。この段部４６に、ステンレス製の板状の保持具
（保持板）４８が取り付けられている。保持具４８と端
壁４とは平行状態となっている。
【００３１】この保持具４８の内側の主面上には、一体
構造部品である、後述する２軸のあおり調整の可能なあ
おり機構１５１、１５２を有するステージ５０のベース
２９側が固定されている。この場合、一体構造部品であ
るステージ５０の材質は、保持具４８の材質であるステ
ンレスより熱伝導率の高い材質、例えば、アルミニウ
ム、真鍮等が使用される。換言すれば、保持具４８の材
質は、ステージ５０に比較して熱伝導率の低い材質のも
のが使用される。
構造部品である、後述する２軸のあおり調整の可能なあ
おり機構１５１、１５２を有するステージ５０のベース
２９側が固定されている。この場合、一体構造部品であ
るステージ５０の材質は、保持具４８の材質であるステ
ンレスより熱伝導率の高い材質、例えば、アルミニウ
ム、真鍮等が使用される。換言すれば、保持具４８の材
質は、ステージ５０に比較して熱伝導率の低い材質のも
のが使用される。
【００３２】ステージ５０は、図２に示すように、略凹
状の側面形状を有し、あおり機構１５１、１５２をそれ
ぞれ構成する２つの膨出部４７、４９の上面部にそれぞ
れ第２および第３の凹面ミラー１２、１３が固定されて
いる。
状の側面形状を有し、あおり機構１５１、１５２をそれ
ぞれ構成する２つの膨出部４７、４９の上面部にそれぞ
れ第２および第３の凹面ミラー１２、１３が固定されて
いる。
【００３３】図１に示すように、このステージ５０の一
方の膨出部４７には、白金薄膜温度センサやサーミスタ
等の温度センサ５２が取り付けられるとともに、２つの
膨出部４７、４９を跨ぐように、ヒータ、抵抗線、ある
いはペルチェ素子等の発熱体５３が取り付けられ、ステ
ージ５０自体の温度が一定になるように制御される。
方の膨出部４７には、白金薄膜温度センサやサーミスタ
等の温度センサ５２が取り付けられるとともに、２つの
膨出部４７、４９を跨ぐように、ヒータ、抵抗線、ある
いはペルチェ素子等の発熱体５３が取り付けられ、ステ
ージ５０自体の温度が一定になるように制御される。
【００３４】この温度を一定に制御するための接続線５
４、５６が、側壁３８に設けられたハーメチックシール
コネクタ（ハーメチックシール構造体）である貫通端子
５９を介して、それぞれ、温度検出回路５８と電力制御
回路６１に接続される。
４、５６が、側壁３８に設けられたハーメチックシール
コネクタ（ハーメチックシール構造体）である貫通端子
５９を介して、それぞれ、温度検出回路５８と電力制御
回路６１に接続される。
【００３５】そして、温度センサ５２により検出された
ステージ５０の温度が、接続線５４を介して、オペアン
プ等によるアナログ演算回路として構成された温度検出
回路５８に供給される。
ステージ５０の温度が、接続線５４を介して、オペアン
プ等によるアナログ演算回路として構成された温度検出
回路５８に供給される。
【００３６】温度検出回路５８は、内部に設定された所
定の温度設定値と検出温度値とを比較し、温度差を誤差
信号として電力制御回路６１に送る。
定の温度設定値と検出温度値とを比較し、温度差を誤差
信号として電力制御回路６１に送る。
【００３７】電力制御回路６１は、交流サイクル制御回
路とサイリスタ等により構成され、前記誤差信号に応じ
て接続線５６を介して発熱体５３を駆動する。このよう
にしてステージ５０の温度の安定化が図られる。
路とサイリスタ等により構成され、前記誤差信号に応じ
て接続線５６を介して発熱体５３を駆動する。このよう
にしてステージ５０の温度の安定化が図られる。
【００３８】このように構成される光学吸収セル３０に
おいて、レーザ分光の対象となる試料ガス（例えば、呼
気）は、ガスポート６を介してセル３０内に導入され
る。
おいて、レーザ分光の対象となる試料ガス（例えば、呼
気）は、ガスポート６を介してセル３０内に導入され
る。
【００３９】２．０μｍ帯の赤外波長で変化されるレー
ザ光Ｌが、一方の光学窓１６を介してセル３０内に入射
され、ホワイト型の光学吸収セル３０の特徴である３枚
の第１〜第３の凹面ミラー１１、１２、１３で多重反射
を繰り返す。具体的には、凹面ミラー１２→凹面ミラー
１１→凹面ミラー１３→凹面ミラー１１→凹面ミラー１
２→凹面ミラー１１→凹面ミラー１３の順に、凹面ミラ
ー１１、１２、１３の位置関係で規定される回数（この
実施の形態では、１０回〜２０回の中、所定回数）だけ
内部で多重反射した後、試料ガスを透過したレーザ光
Ｌ′が他方の光学窓１８から出射する。この場合、多重
反射の光路は立体的な光路となっている。
ザ光Ｌが、一方の光学窓１６を介してセル３０内に入射
され、ホワイト型の光学吸収セル３０の特徴である３枚
の第１〜第３の凹面ミラー１１、１２、１３で多重反射
を繰り返す。具体的には、凹面ミラー１２→凹面ミラー
１１→凹面ミラー１３→凹面ミラー１１→凹面ミラー１
２→凹面ミラー１１→凹面ミラー１３の順に、凹面ミラ
ー１１、１２、１３の位置関係で規定される回数（この
実施の形態では、１０回〜２０回の中、所定回数）だけ
内部で多重反射した後、試料ガスを透過したレーザ光
Ｌ′が他方の光学窓１８から出射する。この場合、多重
反射の光路は立体的な光路となっている。
【００４０】このレーザ光Ｌ′の波長変化に伴うガス分
子の光スペクトル吸収を原因とする光強度変化を、図示
していない受光素子により検出することで、ガス分子に
よる光スペクトル吸収量の測定を行うことができる。
子の光スペクトル吸収を原因とする光強度変化を、図示
していない受光素子により検出することで、ガス分子に
よる光スペクトル吸収量の測定を行うことができる。
【００４１】そして、このホワイト型の光学吸収セル３
０では、セル３０の内部で１０〜２０回もの多重反射光
路を形成するため光軸の調整が微妙であり、実際上、凹
面ミラー１２、１３を載せるステージ５０には、２軸
（紙面に平面な矢印α方向に回動する軸と紙面に垂直な
方向に回動する軸）のあおり機構１５１、１５２が必要
である。
０では、セル３０の内部で１０〜２０回もの多重反射光
路を形成するため光軸の調整が微妙であり、実際上、凹
面ミラー１２、１３を載せるステージ５０には、２軸
（紙面に平面な矢印α方向に回動する軸と紙面に垂直な
方向に回動する軸）のあおり機構１５１、１５２が必要
である。
【００４２】図３は、ステージ５０のあおり機構１５１
（あおり機構１５２もセル３０の軸線に対して対称で同
一の構成）の説明に供される一部省略断面斜視図であ
る。
（あおり機構１５２もセル３０の軸線に対して対称で同
一の構成）の説明に供される一部省略断面斜視図であ
る。
【００４３】図４は、図３に描いたステージ５０のＩＶ
−ＩＶ線一部省略断面図、図５は、図３に描いたステー
ジ５０のＶ−Ｖ線一部省略断面図である。
−ＩＶ線一部省略断面図、図５は、図３に描いたステー
ジ５０のＶ−Ｖ線一部省略断面図である。
【００４４】膨出部４７、４９には、それぞれ、９０度
違えての切り込み６０、６２と切り込み６４、６６が設
けられている。切り込み６０、６２、６４、６６により
削り残された約０．５ｍｍ程度の厚み部分（薄肉部分）
がヒンジ部６８、７０、７２、７４とされる。
違えての切り込み６０、６２と切り込み６４、６６が設
けられている。切り込み６０、６２、６４、６６により
削り残された約０．５ｍｍ程度の厚み部分（薄肉部分）
がヒンジ部６８、７０、７２、７４とされる。
【００４５】この場合、例えば、セットビスである押し
ねじ８０と圧縮ばね８２とボール８４によりヒンジ部６
８を支点として、凹面ミラー１２が矢印αａ方向に動く
ように応力がかけられる。したがって、調整ねじ（引き
ねじ）８６を右回転することで、第２の凹面ミラー１２
を矢印αｂ方向にあおることが可能であり、調整ねじ８
６を左回転することで、第２の凹面ミラー１２を矢印α
ａ方向にあおることが可能である。
ねじ８０と圧縮ばね８２とボール８４によりヒンジ部６
８を支点として、凹面ミラー１２が矢印αａ方向に動く
ように応力がかけられる。したがって、調整ねじ（引き
ねじ）８６を右回転することで、第２の凹面ミラー１２
を矢印αｂ方向にあおることが可能であり、調整ねじ８
６を左回転することで、第２の凹面ミラー１２を矢印α
ａ方向にあおることが可能である。
【００４６】第３の凹面ミラー１３も、第２の凹面ミラ
ー１２と同様に、ヒンジ部７２と、セットビス８８、圧
縮ばね９０、ボール９２と、調整ねじ９４からなるあお
り機構により矢印αａ、αｂ方向にあおり量を調整する
ことが可能である。
ー１２と同様に、ヒンジ部７２と、セットビス８８、圧
縮ばね９０、ボール９２と、調整ねじ９４からなるあお
り機構により矢印αａ、αｂ方向にあおり量を調整する
ことが可能である。
【００４７】一方、手前側のヒンジ部７０（７４）と、
セットビス１００（１１０）、圧縮ばね１０２（１１
２）、ボール１０４（１１４）と、調整ねじ１０６（１
１６）からなるおあり機構により矢印α方向と直交する
矢印β（βａ、βｂ）方向に凹面ミラー１２（１３）の
あおり量を調整することが可能である。
セットビス１００（１１０）、圧縮ばね１０２（１１
２）、ボール１０４（１１４）と、調整ねじ１０６（１
１６）からなるおあり機構により矢印α方向と直交する
矢印β（βａ、βｂ）方向に凹面ミラー１２（１３）の
あおり量を調整することが可能である。
【００４８】以上説明したように、上述した実施の形態
によれば、第２、第３の凹面ミラー１２、１３のあおり
を調整するステージ５０を一体構造とし、このステージ
５０をベース２９を介して熱伝導性の低いステンレス製
の保持具４８により、ケーシング４０の内部に固定し、
さらに、ステージ５０自身を熱伝導性の高いアルミニウ
ム製あるいは真鍮製で製作している。そして、ステージ
５０に固定した温度センサ５２によりステージ５０の温
度を直接検出し、温度検出回路５８と電力制御回路６１
の作用下にステージ５０の温度を発熱体５３を介して所
定の設定温度に温度制御するようにしている。
によれば、第２、第３の凹面ミラー１２、１３のあおり
を調整するステージ５０を一体構造とし、このステージ
５０をベース２９を介して熱伝導性の低いステンレス製
の保持具４８により、ケーシング４０の内部に固定し、
さらに、ステージ５０自身を熱伝導性の高いアルミニウ
ム製あるいは真鍮製で製作している。そして、ステージ
５０に固定した温度センサ５２によりステージ５０の温
度を直接検出し、温度検出回路５８と電力制御回路６１
の作用下にステージ５０の温度を発熱体５３を介して所
定の設定温度に温度制御するようにしている。
【００４９】このため、一度あおり調整を行った後に
は、外部温度の変動を原因とするステージ５０の変形が
ほとんどなくなり、したがって、第１〜第３の凹面ミラ
ー１１、１２、１３により形成される光軸の変化がきわ
めて少なくなる。
は、外部温度の変動を原因とするステージ５０の変形が
ほとんどなくなり、したがって、第１〜第３の凹面ミラ
ー１１、１２、１３により形成される光軸の変化がきわ
めて少なくなる。
【００５０】また、外部温度変動があった場合にも、ス
テンレス製のセル３０全体の温度が安定化する時間より
も短い時間で、換言すれば、高速応答で、しかも低消費
電力でアルミニウム製等のステージ５０を温度制御する
ことができるので、光軸安定性を確保することができ
る。
テンレス製のセル３０全体の温度が安定化する時間より
も短い時間で、換言すれば、高速応答で、しかも低消費
電力でアルミニウム製等のステージ５０を温度制御する
ことができるので、光軸安定性を確保することができ
る。
【００５１】これにより、光学窓１８から出射されるレ
ーザ光Ｌ′の光量が安定し、結果として高精度のレーザ
分光分析環境を提供することができる。
ーザ光Ｌ′の光量が安定し、結果として高精度のレーザ
分光分析環境を提供することができる。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、一体構造を有するステージの温度を直接検出し、該
ステージを発熱体により所定の設定温度に温度制御する
ことにより、外部温度の変動を原因とするステージの変
形がほとんどなくなり、結果として高い光軸安定性が確
保される。
ば、一体構造を有するステージの温度を直接検出し、該
ステージを発熱体により所定の設定温度に温度制御する
ことにより、外部温度の変動を原因とするステージの変
形がほとんどなくなり、結果として高い光軸安定性が確
保される。
【００５３】特に、ステージ保持具の材質を、ステージ
に対して熱伝導率の低い材質を使用することで、より一
層、外部温度の変動によるステージ温度の変化を抑制で
き、かつステージの温度制御は、熱容量の小さいステー
ジのみを制御すればよいこととなるので、セル全体の温
度を安定化制御することに比較して、応答が速く、かつ
制御電力を少なくすることができるという効果が達成さ
れる。
に対して熱伝導率の低い材質を使用することで、より一
層、外部温度の変動によるステージ温度の変化を抑制で
き、かつステージの温度制御は、熱容量の小さいステー
ジのみを制御すればよいこととなるので、セル全体の温
度を安定化制御することに比較して、応答が速く、かつ
制御電力を少なくすることができるという効果が達成さ
れる。
【００５４】従って、微弱な光スペクトル吸収を観測す
るレーザ分光分析用光学吸収セルにおいて、高確度、高
精度、高安定性の測定を行うことが可能となる。
るレーザ分光分析用光学吸収セルにおいて、高確度、高
精度、高安定性の測定を行うことが可能となる。
【図１】この発明の一実施の形態に係る光学吸収セルの
構成を示す一部断面図である。
構成を示す一部断面図である。
【図２】凹面ミラーを配置した一体構造のステージを示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図３】ステージのあおり機構の説明に供される一部省
略断面斜視図である。
略断面斜視図である。
【図４】図３例のステージのＩＶ−ＩＶ線一部省略断面
図である。
図である。
【図５】図３例のステージのＶ−Ｖ線一部省略断面図で
ある。
ある。
【図６】従来の技術に係る光学吸収セルの構成を示す一
部断面図である。
部断面図である。
【図７】試料セルがガラス管である場合の光学吸収セル
の構造体の一般的な説明に供される線図である。
の構造体の一般的な説明に供される線図である。
１、３０…ホワイト型の光学吸収セル ２、４…端壁 ６…ガスポート ８、３８…側壁 ９、３９…気密容
器 １０、４０…ケーシング １１…第１の凹面
ミラー １２…第２の凹面ミラー １３…第３の凹面
ミラー １４…ステー １５…ガラス管 １６、１８…光学窓 ２０、２２、４８
…保持具 ２４、２６、５０…ステージ ４２、４４…シー
ルリング ４６…段部 ４７、４９…膨出
部 ５２…温度センサ（サーミスタ） ５３…発熱体 ５４、５６…接続線 ５８…温度検出回
路 ５９…貫通端子（ハーメチックシール構造体） ６０、６２、６４、６６…切り込み ６１…電力制御回
路 ６８、７０、７２、７４…ヒンジ部 ８０、８８、１００、１１０…押しねじ（セットビス） ８２、９０、１０２、１１２…圧縮ばね ８４、９２、１０４、１１４…ボール ８６、９４、１０６、１１６…調整ねじ １５１、１５２…あおり機構 Ｌ、Ｌ′…レーザ
光
器 １０、４０…ケーシング １１…第１の凹面
ミラー １２…第２の凹面ミラー １３…第３の凹面
ミラー １４…ステー １５…ガラス管 １６、１８…光学窓 ２０、２２、４８
…保持具 ２４、２６、５０…ステージ ４２、４４…シー
ルリング ４６…段部 ４７、４９…膨出
部 ５２…温度センサ（サーミスタ） ５３…発熱体 ５４、５６…接続線 ５８…温度検出回
路 ５９…貫通端子（ハーメチックシール構造体） ６０、６２、６４、６６…切り込み ６１…電力制御回
路 ６８、７０、７２、７４…ヒンジ部 ８０、８８、１００、１１０…押しねじ（セットビス） ８２、９０、１０２、１１２…圧縮ばね ８４、９２、１０４、１１４…ボール ８６、９４、１０６、１１６…調整ねじ １５１、１５２…あおり機構 Ｌ、Ｌ′…レーザ
光
Claims (2)
- 【請求項１】ガスポートを介して試料セル内に導入され
たガス分子の微弱な光スペクトル吸収を、レーザ光源の
光波長を制御することにより観測するレーザ分光分析装
置で試料セルとして用いられる光学吸収セルであって、 該光学吸収セルは、両端壁と側壁とからなる中空柱状体
の形状を有し、 前記両端壁のいずれか一方、あるいは前記側壁に前記ガ
スポートが設けられ、 前記中空柱状体の一方の端壁には、前記レーザ光の入出
射光学窓が形成されるとともに、該端壁の内面に第１の
凹面ミラーが配置され、 前記中空柱状体の他方の端壁の内面側には、保持具を介
して一体構造のステージが配され、 該ステージ上に前記第１の凹面ミラーに対面し、且つ第
１の凹面ミラーと協働して前記レーザ光を多重反射させ
るための第２および第３の凹面ミラーがそれぞれ配置さ
れ、 前記ステージは、前記第２および第３の凹面ミラーのあ
おりをそれぞれ個別に調整可能な構造とされ、 前記ステージには、温度センサと発熱体が固定され、 前記温度センサと前記発熱体が、ハーメチックシール構
造体を介して、電気的に、それぞれ、前記中空柱状体の
外部の温度制御回路と電力制御回路に接続され、 前記温度制御回路は、前記温度センサにより検出された
前記ステージの温度が所定の設定温度となるように前記
電力制御回路を駆動することを特徴とする光学吸収セ
ル。 - 【請求項２】請求項１記載の光学吸収セルにおいて、 前記保持具は、前記ステージに対して熱伝導率の低い材
質が使用されることを特徴とする光学吸収セル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1213599A JP2000214077A (ja) | 1999-01-20 | 1999-01-20 | 光学吸収セル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1213599A JP2000214077A (ja) | 1999-01-20 | 1999-01-20 | 光学吸収セル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000214077A true JP2000214077A (ja) | 2000-08-04 |
Family
ID=11797089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1213599A Pending JP2000214077A (ja) | 1999-01-20 | 1999-01-20 | 光学吸収セル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000214077A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2008203049A (ja) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Toyota Motor Corp | 排ガス分析用センサ |
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| CN105424649A (zh) * | 2015-12-04 | 2016-03-23 | 北京大方科技有限责任公司 | 一种气室结构、气体检测箱及气体检测*** |
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-
1999
- 1999-01-20 JP JP1213599A patent/JP2000214077A/ja active Pending
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| WO2017078504A3 (ko) * | 2015-11-05 | 2017-06-22 | 한국표준과학연구원 | 공정가스 분석장치 |
| CN105424649A (zh) * | 2015-12-04 | 2016-03-23 | 北京大方科技有限责任公司 | 一种气室结构、气体检测箱及气体检测*** |
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| CN107024442A (zh) * | 2015-12-15 | 2017-08-08 | 株式会社堀场制作所 | 多重反射型单元、分析装置、排气分析装置和光的射入方法 |
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| JP7490398B2 (ja) | 2020-03-11 | 2024-05-27 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | ガスセンサ |
| CN115452755A (zh) * | 2022-09-16 | 2022-12-09 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种高温高压气体红外光谱辐射和吸收特性测量方法 |
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