JPH03501518A - レーザ起動されたラマン光散乱によるマルチチャネル分子ガス分析 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 レーザ起動されたうマン光散乱による マルチチャネル分子ガス分析 発明の分野 この発明は包括してガス分析に関し、かつより詳述すればレーザ誘起ラマン光散 乱による多重ガスの同時分析のためのシステムに関するものである。

発明の背景 手術室における患者の呼吸ガスの連続的な呼吸ごとの分析は麻酔中の患者の安全 を改良する際にますます重要となってきている。特定のトレーサおよび呼吸ガス の取込みおよび発生に基づく特定の心臓の、かつ肺の機能の測定と同様に呼吸お よび麻酔ガスをモニタすることは精巧なセンサ、トランスデユーサおよびコンピ ュータの発達に伴う技術の進歩の高い水準に到達した。これらのモニタ技術は患 者の状態の好ましくない傾向を素早く診断することと治療することを可能にし、 かつ改善された生存率、手術の後の早期の抜管および集中治療ユニットでのより 短い時間をもたらす。呼吸ガスおよび麻酔薬をモニタする応用は酸素の消費と二 酸化炭素の発生と麻酔薬の取込みとの測定および麻酔機械の回路の断線と血液中 への空気塞栓の差込とを検出する可能性を含む。これらの測定値は麻酔薬の管理 のためのより科学的な根拠に繋がる。患者の呼吸ガスを呼吸ごとにモニタをする ことと集中治療ユニットおよび他の危篤状態における患者のシステムにおける多 重の特定呼吸ガスおよび麻酔薬の同時測定とはしばしば診断および治療を容易に し、接近する問題の進展を予想し、かつ防ぎ、かつその他の点では医師および他 の健康管理職員が治療局面において使用する即時のデータを提供する。心拍出量 および肺の機能の非侵入の測定のために使用されるガス混合の呼吸ごとの分析に も同じことがいえる。

特定の揮発性麻酔薬を見分け、かつ窒素の量を測る質量分光法の技術を利用して 危篤状態の患者の呼吸をモニタすることは現在手術室および集中治療ユニットに おいて利用可能である。多重層サンプリング技術は高価な多重質量分析計ガスア ナライザの使用を実行可能にする、なぜならばそれは多くの患者の間で共有され ることができるからである。質量分析計ユニットは大きくかつ部屋から部屋へ容 易に動かされないので、それは一般的に遠隔の場所に置かれ、かつ患者をユニッ トに繋ぐために長い毛細管が使用される。

この管輸送システムはガスサンプルの混合、時間遅延、波形の歪みおよび断線の 可能性を増加させ、かつ麻酔、危篤の治療および医学の研究における使用に対し て固有の制限を持出す。さらに質量分析計は真空システムを必要とし、それはそ のコストおよび維持を増加させ、がっその信頼性を減少させる。真空システムも またヘリウムまたは他の希ガスが存在する多くの状況において質量分析計の使用 を妨げる。希ガスはしばしばレーザが患者に適用される場所をしゃ下するレーザ 手術の手順において使用される。希ガスの質量分析計の真空システムへの拡散は それを呼吸ガス分析にとって事実上役に立たないものにする。

代りに、ともに用いられるとき麻酔薬および呼吸ガスを測定することができる赤 外線吸収およびポーラログラフィのかつ固体の半導体分析を含む数個の異なる物 理的原理に基づく様々なガス検出器がある。これらの検出器のいくらかの不利な 点は高い総コスト、かさばること、遅い応答時間および患者のパラメータの１つ の包括的なディスプレイへの貧弱なデータ統合である。

危篤の治療状況において数個のガスを同時にモニタするときの使用のために提案 される代替的な技術はラマン光散乱に基づく。ラマン光散乱効果は単色光がガス 分子の振動／回転モードと相互作用し散乱ガス分子の振動／回転エネルギに対応 する量により入射する放射のそれから周波数変化する散乱光を生ずるときに起こ る。もし入射光光子が衝突においてエネルギを失うとすれば、それは入射光子よ り低いエネルギおよび結果的に低い周波数を伴う散乱光として再放出される。こ の非弾性散乱はストロークスラマン散乱（Ｓｔｒｏｋｅｓ　Ｒａｍａｎ　ｓｅａ ｔｔｅｒｌｎｇ）とよばれる。同様にもし入射光子が衝突においてエネルギを得 るとすれば、それは入射光子より高いエネルギおよび結果的に高い周波数を伴う 散乱光として再放出される。このタイプの非弾性散乱は反ストロークスラマン散 乱（ａｎｔｉ−８ｔｒｏｋｅｓ　Ｒａｍａｎ　ｓｃａｔｔｅｒｊｎｇ　）とよば れる。これらのエネルギ変化は種類が特定で供する。様々な周波数成分またはラ マンライン（Ｒａｍａｎ　Ｉｔｎｅｓ　）の強度はもし適当な校正が行なわれた とすれば、存在するガスの量の測定を提供する。異なるガスに対する相対感度は 絶対的に固定されたままであり、頻繁な校正の必要を除去する。主に、ストロー クスまたは反ストロークスラマン光散乱のどちらかが利用されることができる。

しかしながら、室温では、ストロークスラマン効果は一般的により激しい。

ラマン技術は大気のモニタをするために、かつ燃焼応用のために広く使用されて きた。ｌｐｐｍよりよい感度が示された。コンピュータ補助された信号処理技術 と結合したラマン散乱分析の典型的な応用はラップ他、“レーザラマンガス診断 学”プレナムプレス、二ニーヨーク／ロンドン、ｅｎｕｍ　Ｐｒｅｓｓ、　Ｎｅ ｗ　Ｙｏｒｋ／Ｌｏｎｄ。

ｎ、　１９７４）において報告される。

ラマン散乱分析技術はまた特許文献においても説明される０ベナー他（Ｂｅｎｎ ｅｒ、　ｅｔ　ａｌ、）（米国特許番号第４．６４８，７１４）はこれらの内の 多くのものの概要を含み、チャツプ（Ｃｈｕｐｐ）（米国特許番号第３．７０４ ．９５１）％　Ｈａｔｚｅｎｂｕｈｌｅｒ　（米国特許番号第３，８０７，８６ ２）およびレオナード（Ｌｅｏｎａｒｄ）（米国特許番号第３，７２３．００７ ）を含む。

多重ガスの同時検出のためのシステムはＡ　１　ｂ　ｒ　ｅ　ｃ　ｈｔ他独国特 許番号第ＤＥ　２７　２３　９３９　Ｃ２号（１９８３）において教示される。

この特許は偏光されないレーザビームを２個の凹面鏡の間の領域に拘束する２個 の凹面鏡を有する空洞外マルチパスサンプルセルを開示する。２つの凹面鏡はレ ーザビームが合焦された領域または増加された光の強度の領域を通して２個の鏡 の間を繰返して前後に反射するように配向される。分析中のサンプルからのラマ ン散乱光が収集されかつ分析されるのはこの合焦された領域からである。合焦さ れた領域からの散乱光はラマン散乱光に３６０＠赤道モニタジオメトリを提供す る焦点領域のまわりに装着された一連の６個の検出器チャネルにより収集される 。各チャネルは集光レンズ、干渉フィルタおよび光子検出器を有する。干渉フィ ルタは各チャネルが特定のガスに感じやすいように選択される。これは広バンド フィルタを１個のガス特定フィルタと組合せることによって達成される。このよ うに６個のチャネルは６個の異なるガス成分を同時にモニタするために６個の別 個のラマンラインからの信号を収集する。検出器チャネルが赤道面に配置され、 かつセルの中の高い光強度の単一のポイントに向けられるこの方法はサンプルか らのラマン光の収集のために１チヤネルにつき効果的な立体角が約ｆ／１集光レ ンズに対応するという事実のためにおのずかられずか６個の検出器に制限される 。そのような集光レンズの利用は光散乱の最適利用を保証するといわれている。

もし６個より多いガス成分をモニタすることが望まれるなら、記載された光散乱 は様々な検出器へ連続的に送られる数個のガス特定成分へ分割される。これは集 光レンズを使用して達成され、それは第１のフィルタで検出されるべきガスが検 出器へと通過するような入射角度で、散乱光を一連の干渉フィルタおよび凹面鏡 へ向ける。工程は所望数のチャネルを得るために必要とされるのと同じ数のフィ ルタ、検出器および鏡に対して続く。連続チェーンで最後のフィルタからの光を 直接反射する鏡はチェーンを通して残る光を逆戻りで通過させるので、入るおよ び出る方向は一致し、かつ光は再び逆の順序ですべてのフィルタを通過する。こ の精巧な計画はフィルタおよび鏡の角度の正確な位置決めを必要とする。さらに 各反射とともに光の強度の累積損失が起こり、それは数個のフィルタおよび鏡か らの反射の後かなり大きくなる。ラマン散乱光は入射光よりかなり弱いので、最 小の数の屈折および反射で散乱光の各モニタされた波長を検出器へ向け、収集し 、ろ波し、かつ合焦することが望ましら十分な、かつ均一のラマン信号を得るた めにレーザビームが偏光されないことを必要とする。

Ａｌｂｒｅｃｈｔシステムの制限の多くを克服するラマン散乱光の収集および検 出による多重多価ガスの同時に近い測定のための改善されたシステムはベナー他 （米国特許番号節４，６４８，７１４）により開示される。この特許はシステム および方法を教示し、そこでガスサンプルはレーザの共振空洞の中に配置された サンプリングセルの中に置かれる。ラマン散乱光の検出できる信号を発生するの に十分な強度を有する偏光されたレーザビームはセルおよびガスを通過させられ る。非弾性ラマン散乱光および弾性レーザ散乱光の両方はその先軸をレーザビー ムの軸とレーザビームの偏光ベクトルとの両方に垂直にさせる集光レンズにより 偏光されたレーザビームの単一の合焦された領域から収集される。散乱光の別の 部分はとらえられ、かつ光軸をレーザビームの軸に垂直に配向されるようにし、 かつ合焦された領域に近接して配置されるようにする反射鏡によって集光レンズ へ再び向けられる。鏡はガスセルの外にある。収集された散乱信号は多分子層誘 電レーザライン阻止フィルタへ向けられ、そこでは散乱弾性レーザ信号は炉渡し 出され、かつ非弾性ラマン散乱信号は一連の干渉フィルタを含む回転フィルタホ イールへ伝送され、各フィルタは１個のラマンラインの伝送に特定である。回転 フィルタを通過するラマンラインは単一検出器により連続的に感知され、かつ増 幅され、かつ分析されているガスにある多値分子の各々の同一性および濃度を表 示する視覚読出しへと処理され、かつ変換されるデジタル電気パルスへ変換され る。

ベナー他の特許に開示されるシステムは先行技術に対して実質的な改良である一 方、多くの干渉フィルタを含む単一の検出器およびフィルタホイールの使用に関 連した実際上の制限がある。たとえば単一の検出器を伴う同時に近い連続サンプ リングは“ｎ“チャネルからの連続データのすべてを処理するのに十分に速くか つ強力なマイクロプロセッサを必要とする。それはまた各フィルタの位置により 信号が非常に短い時間で分析されるのを可能となるために、十分な信号の強度が 検出器で存在することを必要とする。

チャネルたとえば麻酔ガスおよび一酸化二窒素チャネルの間の混線補正、ちまた データが連続的に得られるときに速いマイクロプロセッサを必要とする。

このように６個より多い検出器チャネルが使用されるときに性能を犠牲にしない ラマン散乱技術を使用して多重ガスを同時にモニタするための装置および方法へ の必要が存在する。そのような装置はまた、超高速電子プロセッサまたはエキシ チック光学シ゛ステムを必要とすることなしに６個より多いガスの種類を同時に 素早くモニタすることができるべきである。モニタ装置はシステムの応答時間ま たはその測定値の正確さを犠牲にすることなく上述のことを達成するべきである 。

発明の概要 この発明はレーザ誘起されたラマン光散乱によりガスサンプルを含む多重ガスの 同時検出および分析のための方法および装置であり、そこでガスサンプルはレー ザ光源の共振空洞の中または外のどちらかに置かれる。多数の専用光学系および 検出器がサンプルからラマン散乱光信号を収集し、かつその量を測るために利用 される。専用光学検出器は分析されている各ガスの種類に対し利用される。

より詳述すれば、この発明は患者の呼吸を含む多重の呼吸ガスおよび麻酔蒸気薬 の連続的な呼吸ごとの分析のための方法およびシステムに関するものであり、そ こで入射レーザビームがレーザの共振空洞の中または共振空洞の外側のどちらか に置かれる呼吸ガスサンプルを通過するものに関するものである。一連の光収集 光学および干渉フィルタはサンプルからのラマン散乱光を各特定のラマン信号の 量を測るために適当な検出器へ伝送するために使用され、かつこのように各特定 のガスは呼吸サンプルを含む。

（Ｊ大王＃色） この発明のガスアナライザは、ラマン散乱の原理を有利に利用し患者の呼吸を含 む多重ガスの連続的でかつ同時の分析を提供する。先行のシステムに対比して、 この発明の使用を単一の患者に専用に用いることは費用効果があり、かつ実際的 である。単一の患者の使用は検出応答時間を改善し、かつ事実上多数の患者によ り共有されるシステムの固有の制限の大部分を除去する。これらの利点は分析の 品質を犠牲にすることなく達成される。

この発明に従って構成されるガスアナライザは患者の呼吸ガスの連続的モニタが 示される手術室、集中治療ユニット、回復室および他の場所でのルーチン使用の ために必要な信頼性および柔軟性を有する。多重ガスの種類を同時にモニタし、 かつガスの濃度のリアルタイムの分析を行なう能力は医療職員が患者の状態をよ り正確にモニタするのを可能とする。さらに、この発明が使用されるとき、麻酔 薬の誤ったタイプまたは誤った用量決定という事故的な管理が減少される、なぜ ならば患者のシステムにある薬のタイプおよび対応する濃度は患者が行なう呼吸 ごとに決定されるからである。

この発明はまた先行技術の器具がしばしば役に立たない環境において使用される こともできる。特に、レーザ手術においては、レーザが患者に与えられる範囲を 一杯にするためにヘリウムガスが使用される。真空チャンバ、たとえば質量分析 計を利用するガス分析システムはしばしばヘリウムガスの存在するところでは完 全に実施不可能にされる。

外部ガスの存在はこの発明の動作に影響を及ぼさない、なぜならばそれは真空シ ステムを必要としないからである。

真空システムの不在はまたこの発明の信頼性を改良し、かつその取得および維持 費を減少させる。

この発明は多数の収集領域を有利に含み同時にモニタされることができるガスの 種類の数を増加させる。これらの多数の領域は光源により発生される放射のビー ムの縦軸に沿って位置決めされる。ガスサンプルから散乱された光を表す光学信 号は放射ビームの軸に沿った多数の収集領域でサンプルから光を受けるように位 置決めされた多数の収集チャネルにより収集される。収集領域は放射のビームの コリメートされた、または合焦された領域の一方に配置されてもよい。収集がコ リメートされた領域からのとき、光源が偏光を発生することが好ましい。収集が 合焦された領域からのとき、光源が偏光されない光を発生することが好ましい。

この発明は数個の収集チャネルからのデータを同時に処理することにより従来の データ分析技術およびマイクロプロセッサを使用し数個のガスの種類のための速 いデータ分析を行なう。データのこの効率的な処理に貢献するこの発明の１個の 特徴は各チャネルのガスの種類のための重要な特定のストロークスおよび／また は反ストロークスラマンラインを通す一方で弾性的に散乱されたレーザ光（レイ リ散乱）を阻止する多数の収集チャネルにおける一連のフィルタである。

この発明の一実施例は偏光されたレーザ光開始されたラマン散乱により多重ガス の同時モニタのための改良されたシステムおよび方法を提供する。システムはサ ンプルからのストロークスおよび／または反ストロークスラマンラインスペクト ルを受ける空洞内または空洞外の一方のサンプリングセルおよび多重検出器を使 用する。それぞれが特定のガスの種類に特有の多重光学フィルタチャネルは収集 光学系および狭バンド干渉フィルタを含む。

この発明はガスサンプリングセルを利用することによりガスの同一性および濃度 の決定のための応答時間を改善し、そこではサンプリングボリュームは小さく、 かつ連続的で、かつそこで光学フィルタチャネルはサンプリングセルに関し整列 しておりガスサンプルからラマン散乱光を直接受ける。

システムの一実施例は偏光されたレーザ源を含み、好ましくはラマン散乱信号を 向上させるためにレーザの共振空洞の中に配置されたガスサンプリングセルを含 む。しかしながら、共振空洞の外に配置されたガスセルもまた利用されることが できる。ラマン散乱光はガスセルから一連の整列した光学フィルタ検出器チャネ ルの上へ、かつそれを通って同時に受けられる。各チャネルは（ａ）収集レンズ を含む光学部分または一連の反反射コーティングされた収集レンズと、（ｂ）弾 性的に散乱されたレーザ光を減じ、かつサンプルされているガス分子との衝突か ら生じる非弾性的に散乱されたストロークスおよび／または反ストロークスラマ ンラインを伝送する１ノーザライン阻止フイルタを含むフィルタ部分と、ディス クリ−１・な分子の種類に対応して１個またはそれより多いラマンラインに沿っ て通るように選ばれた狭バンド干渉フィルタと、（Ｃ）前記ラマンラインを合焦 する任意の合焦レンズと、（ｄ）前記ラマンラインを受け、増幅し、かつ検出さ れているディスクリートな分子の種類の濃度を示す有用なデータへ処理する検出 器とを含む。

光子計数または充電流電子工学に関連して使用される光電子増倍管（ＰＭＴ）　 、またはそれに制限はされないのだがアバランシェフォトダイオード、強化ダイ オードアレイまたは電荷結合素子のような様々な固体光検出器は増幅および検出 手段に典型的である。このように一連の収集光学系、干渉フィルタ、（もし望ま れるのならば）合焦光学系および検出器を含む各ガス特定チャネルは特定の選択 ガスを感知する。これらの選択ガスの対応する濃度は適当な校正が行なわれた後 で決定される。ゆえに各ガスの決定は同時で、かつほとんど即時である。各検出 器からのデータは好ましくはマイクロプロセッサに送られ、そこからは検出され ている各ガスの濃度はさらに所望されるように処理され、かつプリントアウトさ れ、または表示されることができる。体積パーセントの何分の１まで正確な各ガ スの同時読取りおよび／または波形は任意の所望時間間隔で出力されることがで きる。

この発明において、ラマン光散乱を利用し、縦軸（２０）に沿った光学放射（１ ８）のビームを発生するために光源（１０）を含むガスサンプルの中のガスの分 析のための装置が開示される。この発明の装置は縦軸（２０）に沿った多数の位 置でガスサンプルを含むためのサンプル容器（２６）により特徴づけられるので 、光学放射（１８）のビームは多数の位置でガスサンプルに入射し、かつこれは 縦軸（２０）に沿った多数の位置からサンプルに入射するビーム（１８）からの 散乱された光学エネルギの複数個のサンプルを同時に得るための複数個の光学検 出チャネル（１６゜４０）によってである。

一実施例において、この発明の装置はさらに光源（１０）からの光のビームを合 焦するための多数の光学素子（３８）により特徴づけられ、このようにビームに 沿った増加された強度（３６）の多数の領域を創造し、そこで領域（３６）に入 る光線は領域（３６）で実質的に集中し、かつ領域（３６）から出る光線は実質 的に逸れる。多数の領域（３６）はビームの伝播の包括的な方向に光学軸に沿っ て存在し、それにより多数の高い強度の領域（３６）でサンプルによりビームか ら散乱される光は検出される。典型的に、高い強度の領域（３６）は多数の縦の 位置に一致する。光源（１０）が偏光されない光を発生するのは有利かもしれな い。

第２の実施例において、この発明はさらに光源（１０）から縦軸（２０）に沿っ て伝播する光学放射のコリメートされたビームへ出される光学放射のビームをコ リメートするためのコリメータ（１２，１４）により特徴づけられる。

放射のコリメートされたビームは縦軸（２０）の領域に沿って平行な光線を実質 的に含み、そこでコリメートされたビームはサンプルと相互作用する。

典型的に、光学放射のビームは線形に偏光され、このように偏光ベクトルを規定 する。偏光ベクトルおよび縦軸（２０）は付加的に偏光の面を規定する。検出器 チャネル（１６，４０）が検出の軸に沿って伝播する光を優先的に受け、かつ検 出の軸が偏光の面に実質的に垂直に配向されることはしばしば有利である。

好ましくは、光源（１０）は共振空洞を有するレーザを含む。レーザ共振空洞は プラズマ管（８０）を含んでもよく、かつレーザ共振空洞の一方の端部は出力カ ブラ鏡（９４）を含んでもよく、かつ他方の端部は高い反射率の鏡（１０８）含 んでもよい。サンプル容器（２６）は出力カブラ鏡（９４）とプラズマ管（８０ ）の近接した端部との間に位置決めされてもよい。付加的にまたは代替的に、サ ンプル容器（２６）は高い反射率の鏡（１０８）とプラズマ管（８０）の近接し た端部との間に位置決めされてもよガスサンプルを含むための多数の位置が共振 空洞の中に配置されることはしばしば有利である。しかしながら、ガスサンプル を含むための多数の位置はまた共振空洞の外に配置されてもよい。いくつかの実 施例はガスサンプルを含むための多数の位置を共振空洞の中と共振空洞の外の両 方に配置されるようにしてもよい。

好ましくは、ガスサンプルを含むためのサンプル容器（２６）はガス拘束チャン バ（１０４）を有するガスセル（５０）を含む。チャンバ（１０４）は光学放射 縦軸（２０）のビームと実質的に一致する縦軸を有する。付加的に、サンプル容 器（２６）は多数のチャンバ（１０４）を有するガスセル（５０）を含んでもよ い。多数のチャンバ（１０４）は光学放射縦軸（２０）のビームに沿って多数の 位置に配置される。

典型的に、レーザ源（１０）はレーザ空洞を含み、かつチャンバ（１０４）は側 壁によって相互接続された端部光学手段を含む。ガスセル（５０）はレーザビー ムが活性化されたとき、レーザビームが縦のガスチャンバ（１０４）の軸と一致 し、かつそれを横切るようにレーザ共振空洞に関し配向される。光学端部手段は 縦のガスチャンバ（１０４）の軸に沿ってレーザビームを反射または伝送するよ うに位置決めされる。ガスセル（５０）はまた縦のガスチャンバ（１０４）の軸 の一方側に平行でかつその上で側壁の対向する整列した側部窓（１４６）を有し てもよい。好ましくはガスセル（５０）は対向する平行端部窓（１０２゜１０６ ）を側壁により相互接続されるようにする。一実施例において端部窓は縦のガス セルチャンバ（１０４）の軸に実質的に垂直になるように位置決めされる。代替 的な実施例において、ガスセル（５０）は端部窓を側壁によって相互接続される ようにし、そこで端部窓は縦のガスセルチャンバ（１０４）の軸に関し、実質的 にブルースタ角になるように位置決めされる。端部窓がレーザビームの選択され た波長に特定の反反射コーティングでコーティングされることが好ましい。さら に、ガスセル（５０）の側部窓（１４６）は非弾性ラマン散乱光の所望の波長を 通すように適合した広バンド反反射コーティングでコーティングされてもよい。

典型的に、セル（５０）はさらにセル（５０）を通してサンプルガスを通すよう にチャンバ（１０４）に連通するおよび出口手段を含む。

光学検出器チャネル（１６，４０）が光学部分、ライン阻止フィルタ（２１６） 、狭バンドフィルタ（２１７）、および光子検出器（２１９）を含むことがしば しば有利である。光学部分は光学放射（１８）のビームおよびサンプル容器（２ ６）に関し、縦軸（２０）に沿った多数の位置からの散乱された光学エネルギを 収集するように位置決めされた収集レンズ（２１４）を含む。ライン阻止フィル タ（２ｉ　６）は弾性的に散乱された光またはレイリ光を減するように選択され る。狭バンドフィルタ（２１７）は重要な特定のラマンラインに対応して狭い波 長バンドの中に光学信号を伝送するように選択される。光子検出器（２１９）は ライン阻止フィルタ（２１６）および狭バンドフィルタ（２１７）を通して伝送 される光学信号を受ける。好ましくは、ライン阻止フィルタ（２１６）およびラ インバスフィルタ（２１７）はインターフェイスフィルタである。しばしば光子 検出器（２１９）は光電子増倍管（ＰＭＴ）を含む。代替的に、光子検出器（２ １９）は感光固体ダイオードを含んでもよい。

一実施例において、ライン阻止フィルタ（２１６）はラインバスフィルタ（２１ ７）の先にくるようにチャネル（１６，４０）に位置決めされる。代替的な実施 例において、ラインパスフィルタ（２１７）はライン阻止フィルタ（２１６）の 先にくるようにチャネル（１６，４０）に位置決めされる。

典型的にラインパスフィルタ（２１７）は特定の多価ガスの特徴を示す特定のス トロークスまたは反スＩ・ロークスラマン波長の伝送に特定である。

この発明はまたガスサンプルからの散乱された光学エネルギを表す検出器チャネ ル（１６，４０）からの信号を受け、かつ分析するデータ分析システムを含んで もよい。データ分析システムは典型的に検出器チャネル（１６，４０）からの信 号を解釈し、かつガスサンプルの中の選択された多価分子ガスの濃度を示す出力 信号へそれらを変換するための処理手段（７０，７１）を含む。

この発明の一実施例において光学検出器チャネル（１６゜４０）は狭バンドフィ ルタ（２１７）を含み、それは狭バンドフィルタ（２１７）により選択される光 学信号を受けるための重要な１個またはそれより多い特定のラマンラインおよび 光子検出器（２１９）に対応して狭い波長バンドの中の光学信号を選択する。

この発明の別の局面に従ってガスサンプルを分析する手段が開示される。その手 段は縦軸（２０）に沿って伝播する光学放射のビームを発生する段階と、放射の ビームがサンプルを通って伝播するように縦軸（２０）に沿った領域にガスサン プルを閉じ込める段階と、放射のビームと縦軸（２０）に沿った多数の位ばから のガスサンプルとの相互作用から生じるラマン散乱光を収集する段階とによって 特徴づけられる。

この方法はさらに放射のビームを多数の位置に実質的にコリメートする段階を含 んでもよい。代替的に、この方法はさらに多数の位置で高い強度の領域を形成す るように放射のビームを合焦する段階を含んでもよい。

放射のビームがレーザビームを含み、かつ共振空洞を有するレーザにより発生さ れることが好ましい。この方法はそれから、さらに多数の位置を共振空洞の中に 置く段階によって特徴づけられる。

この方法がさらにガスサンプルを含むガスの分子の種類を同定し、かつその量を 測るようにラマン散乱光を分析する段階を含むことが有利である。

この発明の装置は呼吸および麻酔ガスからなるグループから選択された多値ガス の分析のために使用されてもよい。

さらに、この発明の装置は窒素、酸素、二酸化炭素、−酸化二窒素およびハロゲ ン化された麻酔ガスからなるグループから選択された成分である多価ガスの分析 のために使用されてもよい。

図面の説明 第１ａ図は、多重チャネルのコリメートされたビームラマン分光法システムを示 すこの発明の一実施例の略図である。

第１ｂ図は、ラマン分光計において偏光されたレーザ光の利用のための散乱ジオ メトリを示す立体座標系図である。

第１ｃ図は、多重チャネルの合焦されたビームラマン分光法システムを示すこの 発明の一実施例の略図である。

第２図は、空洞内のガスセルおよびコリメートされたレーザビームを使ったレー ザ起動されたラマン散乱、サンプリングおよびマルチチャネル検出システムの完 全な、がっ好ましい実施例を示す略平面図である。

第３ａ図は、第２図に示されるマルチチャネルコリメートされたビームシステム において利用されるようなガスサンプリングセルの平面断面図である。

第３ｂ図は、第３ａ図に示されるガスセルの側面図である。

ＭＢｃ図は、第３ａ図および第３ｂ図でのガスセルの端面図である。

第３ｄ図は、第３ａ図、第３ｂ図および第３ｃ図で示されるガスセルの斜視図で ある。

第４図は、ガスセルへの、かつガスセルからのガスの流れを示す略図である。

第５図は、ガスセルに近接した位置で示される検出器チャネルの好ましい実施例 の断面図である。

′！Ｊ６図は、呼吸ガスおよび麻酔薬の分析のための主なマイクロプロセッサル ーチンのフローチャートである。

第７ａ図は、計算手順のためのフローチャートである。

第７ｂ図は、第７ａ図の続きである。

第８図は、趨勢データの手順を最新のものにするためのフローチャートである。

第９図は、自己校正の手順のためのフローチャートである。

第１０図は、趨勢データの表示ルーチンのためのフローチャートである。

第１１図は、共振空洞の外に配置されているガスセルを示し、かつまた空洞内の 位置を示し、そこで１個またはそれより多いガスセルが配置されることができる レーザ共振器およびガスセル形状の側面図である。

第１１ａ図、第１１ｂ図、第１１ｃ図および第１ｉｄ図は、第１１図に示される 共振器の部分の略平面図であり、これらの部分がどのように空洞内のガスセルの 部分として役割を果たすこともできるかを示す図である。

発明の詳細な説明 第１ａ図および第１Ｃ図はこの発明の好ましい実施例の特徴を組み入れる２個の ラマン分析形状の略ブロック図表示を図示する。第１ａ図はコリメートされたビ ームシステムと呼ばれるであろう形状２を示す一方で、第１Ｃ図は合焦されたビ ームシステムと呼ばれるであろう形状４を示す。

第１ａ図は光源１０、光線コリメータ１２および１４、および多重分析チャネル １６を含むコリメートされた光線システム２を示す。分析チャネル１６ａ〜１６ ｈは光線１８に近接して位置決めされる。光線１８は縦軸２０に沿って光源１０ により放出される。光線１８の縦軸２０と実質的に一致する縦軸２８を有するサ ンプリング領域２６は分析のためのガスのサンプルを含む。コリメータ１２およ び１４は光線１８が軸２０に沿って通るときにそれが実質的にコリメートされる ようになるように軸２０のまわりに位置決めされる。つまり、それは焦点からの 逸脱または焦点への集中の小さな角度を示す実質的に平行な光線２２．２４を含 む。Ｃ’Ｊ　ｉ　ａ図に示される逸脱は図解を明らかにするために誇張される。

）光源１０が低い逸脱光線を発生するとき、コリメータ１２および１４は必要で ないかもしれない。これは光源がレーザを含むときによ（あることである。領域 ２６の幾何学的形状もまたさらに光線１８をコリメートするために機能してもよ い。領域２６の中のサンプルから散乱された光は分析チャネル１６ａ〜１６ｈに より検出され、かつ分析される。チャネル１６はそれぞれ光線１８およびサンプ リング領域２６の縦軸２０．２８に近接して、かつそれに沿って位置決めされる 。分析チャネル１６はチャネル１６ａ、１６ｂ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇおよび １６ｈにより図示されるように軸２８の一方の側部からまたはチャネル１６ｃに より図示されるように両方の側部から領域２６からの散乱光を収集する。チャネ ル１６ｃに対向する軸２８の側部に向かう散乱された光は鏡１６ｄにより収集さ れ、かつチャネル１６ｃへ反射し返される。

鏡１６ｄは平面鏡または合焦鏡のどちらでもよい。

コリメートされたビームシステム２を利用する一実施例において、光線１８は偏 光される。Ｅベクトルの偏光の方向はＹ軸に沿ってであり、それは第１ａ図を参 照すると、図の面に垂直な軸である。光線１８の伝播の方向はＺ軸に沿ってであ り、検出器チャネルはＸ軸に実質的に一直線であり、かつＸ２面に存在する。

偏光された光ラマン散乱に対する散乱ジオメトリが第１ｂ図に図示される。散乱 サンプルはＸＹＺ座標系の原点３０に配置され、かつＺ軸２０に沿って伝播する 偏光された光３１により照らされる。偏光された光３１のＥベクトルの偏光の状 態３２はＹＺ面にある。伝播のＺ軸に平行な２個の直交する面（面ＹＺおよびＸ Ｚ）へ散乱されたラマン光の散乱特性はこのジオメトリにおいて特に重要である 。

ラマン散乱光は等方性および非等方性構成要素からなる。

空間の、結果として生じｇ散乱強度分布は不変量、ａによって説明されることが でき、それは平均分極率、分極率の異方性、イ　、および観察面での角度の測定 である。−Ｘ２面においてベクトルＯｉ　により示される包括的な観察方向はＺ 軸との角度φを生じる。ＹＺ面において、ベクトルへにより示される包括的な観 察方向はＺ軸との角度θを生るＮランダムに配向された分子のアセンブリでは、 入射すて散乱された偏光状態Ｐｓ　の散乱された放射の強度を表し、以下によっ て与えられる。

ここでｔｉ、ｖ、ｌ　は　ｖｆ−ｖ五　の振動遷移に関連した波数の大きさの絶 対値であり、かっ−および十記号はそれぞれストロークスおよび反ストロークス ラマン散乱を示す。Ｎｖ’ｌ　は初期振動状態１／）における分子の数であり、 カつ’ｒ　（’　、Ｔ”、ＳＬ、　０　）　ｂ　−！−ヒ−Ｆ（（Ｌ−ｔ　’ｌ ”　”ｔ　＆　’　、　ｐ’　）は不変量　心ｒ、＆　および観察角度θお１１ （φ）が偏光Ｅ−ベクトルに直角なＸ２面におけるφの関数としてのラマン散乱 強度であり、かつＩＩＩ（θ）が偏光Ｅ−ベクトルに平行なＹＺ面におけるθの 関数としてのラマン散乱強度である場合は下記のとおりである。

１工Ｃφ）　−よ工Ｉ（φ］　＋　１エエ、（φ）　ｔＪ）ｌｘ（＃）　−１工 １（＃）　”　’：！ｚ（＃）　（りそこでり、　Ａ、　ｏング（Ｄ、　Ａ、　 Ｌ　ｏ　ｎ　ｇ）著「ラマン分光学」、マグロウヒル社１９７７年のＣＲ８６頁 −ＣＲ８７頁によれば、 （Ｘ２面）においてラマン散乱強度が等方性であることを示す。言い換えれば、 １１（φ）は関数的にはＸ２面における角度φに依存しない。他方、方程式（６ ）は放射のＥ−ベクトルに平行なＹＺ面でのラマン散乱信号強度における非等方 性のＣ０８２θの変分を示す。すなわち、φのどのような所与の値にも、ポイン ト３０をも通過する電気的Ｅ−ベクトルに対して平行な無限数の面のどれに対す るラマン信号強度においてもｃｏｓ２　θの変位が存在する。したがって、θ− ０のときＹＺ面における最大ラマン散乱信号が発生する。θ−ル／２では、ラマ ン散乱強度は最小であるが、一般的にはノンゼロの値である。空間的ラマン散乱 強度の分布は方程式（５）および方程式（６）の総和により与えられかつＸ２面 における最大値（θ−〇）に達する。

θ−０であるとき、φはラマン散乱強度を変化させることなく０度から３６０度 まで変化し得るが、φが０およびπに近づくと、入射レーザ光強度およびレイリ ー光散乱強度がラマン信号を大いに圧倒することに留意されたい。

上記から、散乱ラマン光を最適に収集するためには、Ｘ２面におけるラマン光を 収集するように各分析チャネル１６をおくことが好ましいことは明らかである。

Ｘ２面における特に好都合な方向はレーザビーム軸２０および電気Ｅ−ベクトル 軸３２に直角なＸ軸の方向にある。この所望の整列を達成するために多数の態様 が存在することは当該技術の熟練者には自明であろう。ここに記載される技術は したがって例証的なものとして意図され制限的なものとしては意図されない。

第１Ｃ図に示されるとおり、合焦のビームを使用したこの発明の実施例４におい ては、複数の高強度領域３６または焦点が縦のビーム軸２０に沿って形成される 。焦点３６は光学レンズ３８または他の等価な合焦手段を介して源１０からビー ム１８を通すことにより形成される。分析チャネル４０はこれら高強度領域３６ におかれたサンプルからラマン散乱光をサンプルするために位置決めされる。分 析チャネルはチャネル４０ａ、４０ｄおよび４０ｅにより示される軸２０の回り のどの位置におかれてもよい。ラマン散乱光は鏡４０ｃに対向して置かれたチャ ネル４０ｂに関連する収集鏡４０ｃを使用して軸２０の対向側部から収集されて もよい。代替的には、チャネル４０ｆのアレイは軸２０の回りの赤道面４２およ び高強度領域３６ｄに置かれてもよい。赤道アレイ４０ｆを使用するときは、入 射ビーム１８は偏光されないことが望ましいかもしれない。

高強度の領域３６０回りへの分析チャネル４０の配置のためのこれらのおよび他 の方法は当該技術の熟練者には明からの光を収集する分析チャネルの位置につい て述べる。

バーチエル（Ｈｅｒｃｈｅｌ）他による「応用分光学」（Ａｐｐｌｉｅｄ　５ｐ ｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）第３２巻、第３号１９７８年における「能率的空洞内レ ーザラマン分光計Ｊ　（Ａｎ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎ、ｔ　Ｉｎｔｒａｅａｖｆｔｙ 　Ｌａ５ｅｒ　Ｒａｍａｎ　Ｓｐｅｅｔｒｏｍｅｔｅｒ）と題する論文において はレーザビームの合焦位置におけるラマン散乱が議論される。ドイツ特許第Ｄｅ 、２７２３９３９Ｃ２号（１９８Ｂ）において、アルブレヒト（Ａｌｂｒｅｃｈ ｔ）他は高強度または合焦領域の回りの赤道面における分析チャネルのアレイに ついて議論する。

コリメートビームジオメトリを組込むこの発明の実施例が第２図に図示される。

このシステムはガスセル５０の一方の端で接続された偏光レーザ放射１０の源を 広く含む。

検出器チャネル６０のアレイはガスセル５０に隣接して位置決めされる。マイク ロプロセッサ７０は検出器６０に接続される。動作においては、レーザ１０はガ スセル５０内へ伝播しかつガスセル内に含まれるガスサンプルから散乱する偏光 光学放射７８のコリメートされたビームを発生する。上記の説明のとおり、非等 方性的に放出されるラマン散乱放射は入射レーザ光により形成された円筒の軸の いずれかの側に対してほぼ直角にかつそのいずれかの側に置かれた一連の検出器 チャネル６０により可能な限り大きな立体角にわたって収集される。ラマン信号 はマイクロプロセッサ７０で分析される。ラマン散乱光信号の分析に基いて、マ イクロプロセッサ７０はガスサンプルを含み得る特定のガス８つまでの同一性と 濃度を報告する。

レーザ源 レーザ１０は好もしくは４８８ナノメータの波長を有する光７８の偏光されたビ ームを発生する能力のある持続波Ａ＋レーザである。レーザ１０はプラズマ放電 管８０、放電管８０の一方の端の近くに置かれたカソード８２および放電管８０ のもう一方の端の近くに置かれたアノード８４を含む。電源８６は線８８および 線９０によりそれぞれカソード８２およびアノード８４に接続される。ラジェー タまたは熱交換器９２はカソード８２およびアノード８４の間に置かれた放電管 ８０の部分に熱でコンタクトしかつそれを取り囲む。アルゴンガスを含むレーザ のガス混合物はプラズマ放電管８０内に閉じ込められる。

電源８６はカソード８２およびアノード８４の間に高電圧を供給しそれによりプ ラズマ放電管８０内でのレーザのガス混合物を介するプラズマ放電を作り出す。

ガス混合物に含まれるアルゴン原子はより高いエネルギレベルへ励起されかつ適 当に刺激されると同時により低いエネルギレベルに減励起（ｄｅ−ｅｘｃｉｔｅ ）Ｌ、そのことにより特定の特性波長で光のレーザ放出を発生する。アルゴンの そのような１つの波長特性が４８８ナノメータである。最適な光の増幅が発生す るためには、放出された光が共振空洞を通って伝播し、そのことによりアルゴン の付加的な励起された原子のさらなる放出を誘導しなければならない。

上記の特性を有するレーザ源１ｏはユタ州ツルトレイクシティに位置するイオン ・レーザ・テクノロジ・コーポレーシヨンから品番３５０Ａとして容易に入手可 能である。

このレーザからのビームの空洞外出力は、９８パーセントの反射率の出力カブラ ９４を使用するとき、好ましくは数１０ミリワットの位である。

第２図に示される実施例のための共振空洞は放電管８゜のカソード８２部分に対 向する出力カブラ反射器９４がら放電管８０のアノード８４部分に対向する端部 の反射器１０８へ延在する領域を取り囲む。レーザ源１ｏにより発生させられた 光ビーム７８は、第２図に左から右へ順に出力カブラ反射器９４、第１ブルース ター（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ）窓９６、放電管８０、第２のブルースター窓９８、空 洞内アパチャ１００、第３のブルースター窓１０２、ガスセル５０の内部のチャ ンバ１０４、第４のブルースター窓１゜６および端部の反射器１０８を含む共振 空洞を通る光の経路に従う。典型的には、出力カブラ反射器９４は多層の誘電体 コーティングでコーティングされた高い反射率の湾曲した鏡を含む。はこりを防 ぐスリーブ１０９が、共振空洞において循環する光パワーに悪影響を与え得る粒 子および分子の汚染からこれらコンポーネントを保護するために、鏡９４、ブル ースター窓９６およびプラズマ管８ｏのカソード端部を囲む。同様に、はこりを 防ぐスリーブ１１９が汚染から共振空洞のこの部分を保護するために、プラズマ 管８０のアノード端部、ブルースター窓９８、相互作用アパチャ１００およびガ スセル５０上のブルースター窓１０２を囲む。第３のほこりを防ぐスリーブ１２ １はガスセル５０上のブルースター窓１０６および端部反射器１ｏ８を保護する 。端部反射器１０８はリットロウプリズムの裏面でコーティングされた高い反射 率の鏡を含む。代替的には、端部反射器１０８はレーザ線選択コーティングを有 する平坦な鏡を含んでもよい。この場合には、出力カブラ９４はまた波長選択の ためのレーザ線選択コーティングでコーティングされるであろう。ブルースター 窓９６．９８．１゜２．１０６および端部反射器９４．１０８およびそれらのそ れぞれのコーティングおよび／または配向は共振空洞で循環する偏光され選択さ れた波長の光のパワーを最大限にするために選択される。付加的には、ブルース ター窓９６．９８．１０２および１０６はレーザビーム７８が第２図の平面に実 質的に直角をなす偏光ベクトルを有することを引き起こすために配向される。

ガスセル５０およびプラズマ管８０の位置はレーザの共振空洞内にある。この形 状はしばしば空洞内と呼ばれる。

共振空洞内のガスセル５０の位置はセルチャンバ１０４におけるガス分子からの ラマン散乱のために使用可能なレーザ出力の量を増大させる。ＲおよびＴが出力 カブラ反射器９４のそれぞれ反射率および伝送である、［１＋Ｒ］　／Ｔの因数 により空洞内出力は空洞外出力より高い。空洞内セル５０を使用しているときは 実質的レーザ光量を抽出する必要がないので、端部反射器１０８および出力反射 器９４の双方は約９９．９％またはそれ以上の反射率を有しかつそのことにより 空洞外での配置に比べて空洞内サンプル配置のために循環する光パワーおよびラ マン散乱信号の実質的増大を与え得る。

レーザビーム７８の安定化は出力カブラ反射器９４、狭いレーザ線フィルタ１１ ２、拡散器１１４および光検出器１１６を含むビーム分析システム１１０により 提供される。

フィルタ１１２は出力カブラ反射器９４に隣接して位置し、かつ拡散器１１４は フィルタ１１２と検出器１１６の間に位置する。検出器１１６は線１１８を介し てレーザ電源８６へ接続される。フィルタ１１２は拡散アルゴンプラズマグロー を阻止しかつ出力カブラ鏡９４を伝送するわずかな量のレーザ光を伝送する働き をする。

安定化は検出器１１６を介して光ビーム７８の強度をモニタしかつ光ビーム７８ の強度における変化に応答して電源８６を調節することにより達成され、かつそ のことにより帰還システムを形成する。光ビーム７８の約０．　１％の、小さな サンプルは出力カブラ反射器９４を介して共振空洞から抽出され、そしてそれは 約９９１％またはそれ以上の反射率を有するべく選択される。フィルタ１１２は 実質的に４８８ｎｍの波長を有する光が拡散器１１４へ通過することを可能にす る。拡散器１１４はサンプルされフィルタ処理された４８８ｎｍの光のサンプル が検出器１１６の敏感な領域のかなりの部分にわたって散布されることを引き起 こし、かつそのことにより均一ではないかもしれない検出器の敏感な領域をさま ようビームの影響を減する。サンプルされた光ビームの強度の関数である、検出 器１１６がらの出力は電源８６からプラズマ放電管８０への出力を制御するため に使用され、そのことによりレーザビーム７８の強度を安定化するための帰還ル ープを完成する。

ガスセルチャンバ１０４内に実質的にコリメートされた光ビーム７８を提供する ために、合焦出力カブラ反射器９４がガスセル５０から最も離れた共振空洞の端 部に配置される。平坦な端部反射器１０８はさらにガスセル５ｏ内の狭い本質的 にはコリメートされたビーム７８を保存する働きをする。加えて、プラズマ管８ ０の内側の直径（約０゜０５０インチ）がガスセルにおいてレーザビームを形づ くりかつそれをコリメートする役割をさらに果たす効果的なアパチャとしての働 きをする。加えて、空洞内アパチャ１００はガスセルの内部に到達するプラズマ 管平行放射を効果的に減するために放電管８０の付近でかつガスセル５０から約 ３インチの位置に配置される。光学要素のこの配列において、ガスセル５０のチ ャンバ１０４の近くには合焦要素は置かれず、そのことによりチャンバ内の光の コリメートを改善する。

長期のレーザシステムはこうしてガスセル５０のチャンバ１０４内で実質的にコ リメートされ、偏光され、高強度の４８８ｎｍの光の空洞内ビーム７８を提供す る。

ガスサンプルセル ガスセル５０は空洞内における循環する光パワーを実質的に減することなしにレ ーザの共振空洞内にサンプルが配置されることを可能にする、ガスのサンプルが 分析されるために使用される囲いを提供する。この配列は結果的にラマン散乱を 生じるレーザビームおよびガス分子の間の相互作用の数を最大にすることにより 入手可能なレーザ出力パワーを効率的に使用する。第２図および第３図の双方に 示されるとおり、ガスセル５０の好ましい実施例は中央チャンバ１０４とガスセ ルの間に光の通路を形成する中央チャンバ１０４および８つの出力チャネル１２ ０を含む。８つの出力チャネルはレーザビーム７８の伝播の軸と一致するチャン バ１０４の縦の軸１２１に直角になるように配列される。出力チャネル１２０は さらにレーザ光ビーム７８の偏光のＥベクトル軸に直角をなす面である第２図の Ｘ２面に対称に位置する軸を有する。

ガスサンプリングセル５０の１つの実施例が第３ａ図、第３ｂ図、第３Ｃ図およ び第３ｄ図に詳細に示され、かつ中空のインテリア１０４、ガスサンプルをイン テリアに運び入れかつインテリアから運び出すための通路１４２、通路１４４お よびラマン散乱光が通り得る出力チャネル１２０を有する枠組み１４０を含む。

内部チャンバ１０４の軸１２１はチャンバ１０４の軸中央を介するレーザビーム ７８の通過を収容するべく配向される。１つの実施例においては、チャンバは約 ０．１２５インチの直径を有する中空の円筒を形成するが、他の形および大きさ もまた使用され得る。チャンバの容積は応答時間が早くなるよう可能な限り小さ くなるべく選択されるが、しかしながら、また分析のために十分な量のガスを適 用するのに十分な大きさになるべく選択される。付加的には、チャンバの内側の 大きさはかなりの割合のレーザビームパワーがガスサンプルと相互作用できるよ うに選択されるべきである。好ましいチャンバの形はまたガスサンプルの部分が チャンバの内側に集まり得る無駄な空間をできる限り排除する。ハウジング１４ ０のいずれかの端部にブルースター窓１０２および１０６が装着される（第２図 に図示）。ブルースター窓１０２および１０６の目的は三重である；第１に、そ れらはチャンバ１０４内にサンプルガスを拘束しかつそのことによって応答時間 を減するサンプルの量を最小限にし、第２に、それらはチャンバ１０４内にレー ザビーム７８の循環する空洞内出力を維持する働きをしかつ第３には、それらは ガスサンプルから生じることが可能な汚染から共振空洞における他の光成分を保 護する。

第２図および第３ａ図に示されるとおり、ガスセル５０はまたそのいずれかの側 の上に対向する光の側部窓１４６を含む。側部窓１４６はセルハウジング１４０ の側部に沿って連続し得るしまたは図示のとおり、セルハウジング壁面における チャネル１２０に装着された一連の窓１４６でもよい。側部の窓１４６は好まし くは偏光されたレーザビーム７８から出力チャネル１２０への散乱した光の信号 の最適な通過を提供するためにハウジング１４０の縦の軸１２１およびレーザビ ーム７８に平行に装着される。窓１４６はラマン散乱光を検出器へ伝送しなけれ ばならないので、それらは所望の波長を通過しなければならない。したがって、 高能率広帯域及反射コーティングが適切である。広帯域コーティングは典型的に は覆われる空間範囲のために全体の反射率を極度に低いレベルに減するような態 様で組合された、種々の屈折率の透明な材料の交互の層を含む多層誘電体フィル ムにより形成される。広帯域の範囲にわたっては反射率は一般的には１．０％を 越えずかつ一般的には０．６％を下回る。

側部の窓１４６はガスサンプルを拘束しかつしかも、ラマン散乱光を伝送するこ とが可能ないかなる材料でもよい。

窓は第１図、第２図および第３ａ図に描写されるとおり、面状であってよい。代 替的には、第２図に示される収集光学系２１４はレンズ２１４の焦点距離がレー ザビーム７８の光の中心と一致する限りにおいては側部窓１４６のために使用さ れてもよい。どのような代替的形状の側部窓も弾力的に散乱するレーザの光を阻 止するためにＶ−帯多層誘電体コーティングでコーティングされてもよい。

第４図に示されるとおり、ガスセル５０は入り口１４２により分析されるべきガ スの源に接続される。出口１４４がセルチャンバ１０４からサンプルガスを放出 するために設けられる。セル５０の設計が典型的には約０．　１から１゜０立方 センチメートルの間のたいへんわずかの量のガスがレーザビーム７８を介して連 続的に発することを可能にする。セル５０はまた分析されるべきいかなる所与の ガスもわずかなサンプルしか必要としない集団型の動作における使用のためによ く適合する。入り口１４２は供給線１４８を介して３方向ソレノイドバルブ１４ ９に接続される。サンプルガスはセルインテリア１０４内へ出口１４４へのチュ ーブ線１５３を介して接続された空気ポンプ１５０により引き入れられる。入力 線１５１および１５２に取付けられたソレノイドの入力位置に依存して、種々の 源がセル５０ヘガスサンプルを供給し得る。線１５１は第２の３方向ソレノイド バルブ１６０に接続し、それは活性化されていないときはシステムの窒素および 酸素ガスに対する校正のために室内の空気が線１６１を介してセル５０へ引き込 まれることを可能にし、またはソレノイド１６０が活性状態にあるとき校正ガス の混合物が線１５７を介してセル５０へ引き入れられてもよい。代替的には、呼 吸ガスまたは他のサンプルガスは患者の気道または他のサンプル源から線１５２ を介して引き込まれてもよい。膜フィルタ１５６を含むフィルタハウジング１５ ５は、セル５０における端部のおよび側部の窓の汚染を最小限にするために患者 の気道からサンプルするときのサンプルから望まれない物質を取り除くためにソ レノイド１４９の上流にある線１５２に配置される。第２のフィルタ１６２もま た校正ガスからのセル５０の汚染を防ぐために使用されてもよい。チューブ１５ ３はセル÷÷の出口１４４に接続され、サンプルガスをセル５０からポンプ１５ ０へ運ぶ。チューブ１５４はポンプ１５０に接続され、排気のためまたは患者の 気道へ再導入のためもしくは収集および保管のためにサンプルされたガスをポン プから運ぶ。電子気圧計１５８はサンプル管１５９を介してサンプルの線１５３ に接続されかつサンプルセル５０の内部におけるガスの気圧のモニタとして機能 する。

膜フィルタ１５６が栓をされると、サンプルセル５０におけるガスの気圧はしき い値を下回って低下し測定された信号が誤った状態になることを引き起こす。こ のような場合には、電子気圧計１５８はマイクロプロセッサ７０へ信号を送り、 それは順に、ユーザまたはオペレータに警告する。

再び第２図を参照すると、ガスセル５０はブラズ・マ管８０に沿ってスリーブ１ １９をすべらせてガスセル５０から引き離すことにより容易に空洞内の空間から 除去できる。

セルはそこでスリーブ１２１からすべらされて引き離されかつ共振空洞から取り 除かれる。ガスセル５０の容易な除去がフィールドのサービスおよび維持を簡単 にする。たとえば、埃の粒子または有機フィルムにより汚染された状態にあれば 、端部の窓１０２および１０６のクリーニングが必要になるかもしれない。

多重検出器チャネル 第２図に示されるように、ラマン散乱光は窓１４６を介してガスセル５０を出、 かつ検出器チャネル６０のアレイに入る。第２図に実施例に示される検出器アレ イ６０はガスセル５０のいずれかの側に一連の８つの個別の検出チャネルを含み 、１つのチャネルはガスセル５０の８つの出力窓１４６の各々からの光出力を検 出するために配置される。

８つの検出器チャネルはすべて全く類似したものであり、したがって、明瞭にす るために、１つのチャネルだけが詳細に記載されるが、説明はまた残りの７つの チャネルにも適用されることを理解されたい。８つのチャネルの選択は単に例証 的であり、サンプルされ検出されるガスの数に依存してガスセルのいずれかの側 に異なる数のチャネルが整列され得ることを理解されたい。

典型的な検出器チャネル６０ａはチャンバ１０４内に配置された領域１２２から 窓１４６を介して光を受取るため１６がレンズ２１４の下流に位置決めされる。

狭帯域干渉フィルタ２１７はフィルタ２１６に隣接して配置されかつ出力レンズ ２１８はフィルタ２１７に隣接して位置決めされる。使用される検出器の形式に 依存して、レンズ２１７が必要とされるかもしれないし必要とされないかもしれ ない。１つの実施例では、収集レンズ２１８および出力合焦レンズ２１８の双方 が平面凸ホウケイ酸レンズ（ｐｌａｎよい。好ましい実施例はレンズ２１４、フ ィルタ２１６および２１７を通過した後の、セルからの光を検出するために光電 子倍増管（ＰＭＴ）２１９を使用し、そうしてレンズ２１８を除去する。ＰＭＴ は経路２２１を介して電源２２０に接続される。ＰＭＴ２１９により検出された 光を表わす電気パルスは線２２２を介して増幅弁別器２２４へ伝送されそこでそ れらは処理されかつ分析される。処理されたパルスはそれからマイクロプロセッ サ７０へ線２２６を介して伝送されそこでそれらは累算され、分析され、記憶さ れかつ表示装置７１上に表示される。

（以下余白） 代替的には、検出器２１９は、光子カウンティングまたはフォトダイオード、強 化されたダイオードアレイ、電荷連結装置もしくは線２２１を介して適切な電源 ２２０により電力を与えられた光電子倍増管等の充電流電子工学を使用するどの ような適当な検出器でもよい。

典型的な検出器チャネル６０ａのより詳細な断面図が第５図に示される。検出器 ６０ａは検出器チャネル６０ａの光の軸２３０がレーザビーム７８の伝播の軸に 直角をなしかつレーザビームのＥ−ベクトルの偏光の方向に直角をなすようにガ スセル５０に対抗して位置決めされる。第１ｂ図および第２図ではこの方向はＸ −軸に沿っている。チャンバ１０４の領域１２２からのラマン散乱光は窓１４６ を介して伝送され、収集されかっＰＭＴ２１９により検出される前にレーザ線阻 止フィルタ２１６およびラマン線帯域バスフィルタ２１７によりフィルタ処理さ れたレンズ２１４によりコリメートされる。レンズ２１８は２つの機能を果たす 。第１に、それはラマン散乱光を収集する。第２に、それはこの光がフィルタ２ １６および２１７を通って移動するとき、それらフィルタが弾力性の散乱を阻止 しかつ特定のラマン散乱光を伝送するために最適に機能するようにこの光をコリ メートする。収集レンズ２１４は実際にはそれらの全てが反反射コーティングを 施された一連の最適な形状のレンズの要素であってもよい。そのような１つの例 が高速（ｆ／１．２）カメラレンズである。各収集レンズ２１４はガスセル５０ からの散乱光の能率的な収集を確実にするため、レーザビーム７８に関して適当 に整列されなければならない。各チャネル６０において１／ンズ２１４により収 集された弾力的なおよび非弾力的な散乱光は１つまたは２つ以上の直列配向の高 度な阻止レーザ線フィルタ２１６に向けられる。フィルタ２１６はラマン散乱光 または非弾力的に散乱された光への干渉を最小限にするために弾力的に散乱され たレーザ線（レイリー散乱）を大いに減じかつ非弾力的に散乱されたラマン線の すべてを実質的に伝送する。散乱する分子の振動性の７回転性のエネルギに応答 してサンプルガスと相互作用する入射１ノーザビームから生じる伝送されたラマ ン線はそれから干渉フィルタ２１７を介して伝送される。

フィルタ部分は弾力的に散乱されたレーザ光および特定の重要な線を除く全ての ラマン線を阻止するべく設計される。これは２つのフィルタを使用することによ り達成され得る。しかしながら、１つのフィルタで２つのフィルタ２１６および ２１７の直列配列と同じ機能を達成する商業的に入手可能なフィルタの設計が存 在する。フィルタ２１６はラマン散乱光における干渉を最小限にするために弾力 的な散乱レーザ線を大いに減する一方でフィルタを介（、てラマン散乱光のすべ ての波長が伝送されることを可能にする高度な阻止レーザ線フィルタである。フ ィルタ２１７は所望のものを除く全てのレイリーおよびラマン散乱光波長を阻止 する特定的に選択された干渉フィルタである。所望されれば、フィルタ２１６お よび２１７は逆の順序でもよい、すなわちフィルタ２１７をレンズ２１４および レーザ線フィルタ２１６の間に位置決めする。

ラマンスペクトル線特定フィルタ２１７は各チャネルにおいて異なったものでも よいしかつ機械装備が、いくつかの重要な異なる多原子のガスを検出しかつその 量を定めることができるように選択される。したがって、使用されるチャネルの 数は識別されかつ測定されるガスの数に依存する。

第１ａ図および第２図に示されるこの発明のコリメートされたビームの実施例は ガスセル５０内の狭い長方形の区域１２２から光を収集する。たとえば、第３図 における出力チャネル１２０ｂを参照。こう１．て、理想的な光のシステムは長 方形の形の焦点を有するレンズのシステムを含むであろうしかつフィルタ２１７ および２１８を介してのさらなる伝搬のためにチャンバ１０４から収集された光 をコリメートするであろう。このことが望ましいのは多層誘電体フィルタが入射 する光が相当に良好にコリメートされるとき弾力的に散乱されたレーザ光を最も 良く阻止しかつ特定のラマン線機能を伝送するべく設計されているからである。

このような特定の目的を持ったレンズは製造が困難でありかつ高価である。　代 替的には、この発明のコリメートされたビームの実施例を実現化するための１つ の方策はガスセル５０におけるレーザビーム７８の可能な限り広い妨害角度から の信号を収集する単一の平面凸収集レンズ２１４を使用する。実際の応用におい ては、光の収集は幅にして約０．５ｍｍおよび長さにして数ミリメータの大きさ を有するレーザビームの長方形の形の領域１２２から行なわれる。結果的にはレ ンズ２１４はレーザビーム７８内のポイント源を観察する場合よりはより多くの 光（弾力性および非弾力性双方）を収集する。結果的に、ラマン信号はより高く なる。しかしながら、光の収集は延長された源から行なわれるので、収集された 光のいくらかは非通常的に（すなわち完全にコリメートされない）フィルタ２１ ６および２１７に入射し、結果的にノンゼロレベルの迷光背景信号が検出器２１ ９へ伝送されることになる。こうして、ラマン信号は比較的高いが迷光背景への 信号の比率は比較的低い。この比率の典型的な値はＣＯ□に関しては２３０；１ でありかつ５％のハロセンに関しては７；１である。より高いラマン信号レベル から結果として得られる利点はその妥協を独占し、かつ受け入れられる背景への より高い信号レベルを作り出すことであることがわかった。

記載された発明に従い設計された機械装備で行われたテストでは、分子Ｎ２、分 子０２、分子ＣＯ２および分子Ｎ２０のための検出された信号レベルはアイリス 絞りを介してのポイント源収集を使用する純粋なガスのためには毎秒的２０００ ０から約１０００００カウントの範囲でありかつガスセルにおける直径０．５ｍ ｍｘ長さ４ｍｍのレーザビーム全体からの収集のためには毎秒約５００００から ２５００００のカウントの範囲であった。レイリー線の弾力性の散乱からの対応 する迷光散乱背景は純粋のアルゴンを使用するこれら２つの収集ジオメトリのた めに決定されてかつそれぞれ毎秒約５００および１０００カウントであることが わかった。

所望されれば、迷散乱レーザ光を減じかつ背景の雑音を最小限にするためにガス セル５０および光フイルタ検出器チャネル６０においである改善がなされてもよ い。たとえば、ガスセルに入りかつガスセルを出るレーザビームの経路のための アパチャの大きさは端部の窓１０２および１０４の丁度内部のセル５０のいずれ かの端部または双方の端部に位置するアイリスまたは円状のバッフル（図示され ていない）により決定されてもよい。同様に、アイリスまたはバッフル（図示さ れていない）もしくは連続するいくつかのバッフルが各側部の窓１４６および対 応する収集レンズ２１４０間にあるチャネルに配置されてもよい。付加的なバッ フル（図示されていない）は迷光を最小限にするために収集レンズ２１４、フィ ルタ２１６および２１７の間ならびに合焦光学系２１８および光検出器２１９の 間に位置決めされてよい。また、第２図に示されるように空洞内アパチャ１００ は背景信号の原因となる平行なプラズマのグローを減じるために機能する。加え て、平坦な黒い塗料が背景の迷光をさらに吸収す゛るために光収集チャネル６０ の内部の表面をコーティングするために使用されてもよい。

収集レンズ２１４は単一のまたは最適に整列する連続するファイバ光学系により 置き換えられてもよい。このようなファイバの光学系は一般的にはレンズより大 変高い数学的な開口を有しかつしたがってより能率的な光の収集器である。ラマ ン散乱光の収集の後、その信号を光フイルタシステムおよび／または検出器へ伝 送させかつ再び向けるどのような手段、すなわちレンズ等の屈折する光学系、鏡 等の反射する光学系またはファイバの光学系等の伝送する光学系が使用されてよ い。

多原子ガス状分子からの散乱はそれら分子の振動性／回転性のエネルギに対応す る量の入射放射の周波数からの周波数変化を引起しかつ種特異性であるので、ラ マン散乱光内に存在する周波数成分の分析は散乱する量におけるガスの識別およ び量の決定を提供する。量の決定は基準ガスに対して校正されたラマン信号の測 定された強度から決定されかつラマン散乱クロスセクションとして知られる。

各ガスの種類を量決め決定するために、狭帯域干渉フィルタ２１７がそのガスの ためのラマン線の波長を伝送するために選択される。第２図および第５図に示さ れる通り、これらのフィルタは各チャネル６０に位置する特定の多層誘電体干渉 フィルタ２１７により表される。各特定のフィルタ２１７はディスクリートな分 子の種類に対応する１つまたは２つ以上のラマン散乱線を通過させるべく選択さ れる。各チャネルには異なったフィルタが使用され、したがって各チャネルを異 なった多原子のガスの種類の検出に特定的にする。ガスの量を定めるために１つ 以上のディスクリートなラマン線を伝送するフィルタを使用することが可能であ る。適切な例は２９００ｃｍ−’から３１００ｃｍ−１の領域におけるラマン周 波数の変化を有する麻酔ガスのためのＣ−Ｈストレッチ線である。使用の麻酔薬 の形式を識別するために２つまたは３つ以上のチャネルからのデータを使用する ことも可能である。

この発明の主要な関心事は呼吸および麻酔薬のガスの分析に焦点を合わせている ので、以下の表はストーク　ラマン周波数の変化およびいくつかの代表的な重要 なガスのための相対的散乱クロスセクションを示す。麻酔薬のためのラマンスペ クトルは大変複雑である。したがって、麻酔薬のための［表Ｉ］に示される周波 数の変化は好ましい実施例における使用のために経験論的に選択されたものであ る。

麻酔ガスおよびＣ−Ｈストレッチのための相対的散乱クロスセクションもまたそ のスペクトルの複雑性により、容易に入手可能ではない。

ｒ表ＩＪ いくつかの呼吸および麻酔ガスのための周波数の変化および正規化された相対的 散乱クロスセクションガスの種類　周波数の変化（ＣＭ　）　相対的りａスセ９ ’／＊ンＮ２　２３３１　１゜０ ０２　１５５５　１、　Ｏ Ｃｏ、、　２１４３　０．９ ＣＯ１２ｇ５　０．８ １３８８　１、　２ Ｎ２０　１２ｇ５　１．８ ２２２４　０、　５ ）（２ｏ　３６５２　２．８ イソフルラン　９９５　− エンフルラン　８１５　− 特定のガスの種類のだめの検出チャネル６０において、選択された周波数を有す るラマン散乱光は各チャネルにおける干渉フィルタ２１７を通過しかつ分離した 検出器２１９への入力である。任意の合焦レンズ２１８がいくつかのフィルタお よび検知器のために使用されてもよい。検出器２１９は光の信号を受取り、増幅 してかつそれを有用なデータへ処理する能力のあるどのような装置でもよい。第 ２図および第５図に示されるのは光電子倍増管（ＰＭＴ）２１９であり、それは 信号処理ユニット２２４に接続されそしてそれは光子カウンタ、光電流増幅器ま たはラマン信号を増幅し、処理しかつその量を測定して有用なアナログまたはデ ジタルのデータにすることができそしてそのデータがデジタル表示、ＣＲＴスク リーンおよび／またはプリンタ等の表示装置７１上に表示される中央処理ユニッ トまたはマイクロプロセッサを含む他の装置であってよい。表１はそれら重要な ガスが一般的には水蒸気のためのものより実質的に小さい周波数の変化を有する ことを示す。したがって、ラマン信号の間にはいかなる重大なスペクトルの重複 もほとんど存在しないので水蒸気からのラマン信号は重要なラマン信号には干渉 しない。このことは高い（〉１０００）の帯域外阻止を有する狭い（１ｎｍ半値 幅エネルギ）帯域干渉フィルタが使用されることを真に条件とする。

麻酔薬と呼吸ガスの識別および量の測定のための好ましい実施例において、８つ の多層誘電体フィルタ２１７が使用される。へロセン、エンフルランおよびイン フルランの麻酔薬が５０５．　７　ｎ　ｍ％　５０８．　２　ｎ　ｍおよび５１ ２゜９ｎｍのそれぞれ中央波長を有するフィルタ２１７によって検出される。二 酸化炭素、酸素、−酸化二窒素および窒素は５２３．５ｎｍ、５２８．ｌｎｍ、 ５４７．４ｎｍおよび５５０．６ｎｍの中央波長をそれぞれ有するフィルタ２１ ７によりその量が測定される。上記のフィルタ全てが約１ｎｍの半分の帯域を有 する。麻酔薬は５７２．６ｎｍの中央波長と１０ｎｍの半分の帯域を有するフィ ルタ２１７によりその量が測定される。これらフィルタは４８８ｎｍでのアルゴ ンレーザ線のラマン散乱のために適切である。

データ処理 再び第２図を参照すると、電源２２０により電力を供給される検出器２１９によ り受けとられる光子は、電流または電圧に変換され、増幅され信号ライン２２６ により光電流または光電圧としてパルス増幅器弁別器または電流または電圧増幅 器回路２２４へ送られる。これらの信号は標準のディジタルパルスへ変換され、 信号ライン２２６を介してマイクロプロセッサ７０へ中継される。検出器２１９ へ入り有用なデータへの特定のラマンラインの処理は既知の手段により達せられ 、マイクロプロセッサ７０に入る信号はソフトウェアにより処理され得、所望の データを与え、それはその後ライン７３を介してディジタルまたはアナログＣＲ Ｔディスプレイ７１へ送られる。

技術状態の技術がデータを処理するのに使用されるが、データが収集され、処理 されディスプレイされる態様は最終のユーザのニーズの準備をするために変更さ れてもよい。

マイクロプロセッサ７０の主な機能は収集チャネル６０から受取られた日付を蓄 積し、分析し、記憶し、ディスプレイすることである。２次的な機能はガスセル の中のガスフロー、レーザ強度出力、システムにわたる温度その他をモニタする ルーチンを含み得る。

呼吸ガスおよび麻酔薬をモニタするための好ましい実施例の応用におけるマイク ロプロセッサ７０の一般的な機能は第６図にフローチャートにより図示される。

マイクロプロセッサのパワーアップで、ソフトウェアはハードウェアを初期設定 し、プログラムの割込構造をセットアツプし、グローバル変数をそれらの開始値 に設定する。それはレーザが進み、その後ユーザがグローバル変数におけるフラ グを設定しまたは変更するのを可能にする開始選択スクリーンをディスプレイす る。１つのメニュー選択はメインプログラムの実行を始める。これらのアクティ ビティはアクティビティブロック３００に示される。動作を始めるコマンドの受 取りで、メインプログラムソフトウェアは決定ブロックおよび通路３０４．３０ ６．３０８．３１０，３１２、および３１４を含む無限のループにおいて実行す る。このループ以内で、待機キープレスが決定ブロック３１２において検出され 、それがプログラムの実行を停止しアクティビティブロック３００の一部として ディスプレイされる開始選択スクリーンに制御を戻すまでデータはそれが使用可 能になる間抜われる。

マイクロプロセッサのタイマチャネルは１００ｍ５ストローブを与え、収集チャ ネル６０からのデータがマイクロプロセッサによる受入れの準備ができていると いう信号をシステムに送る。ストローブは割込みを発生し、検出器チャネルは読 出され、データは待ち行列データ構造においてグローバルに利用可能にされるが 、なぜならＣＰＵ時間としての処理が利用可能になるからである。これらのアク ティビティは決定ブロック３０４内で実施される。

もし割込み待ち行列でデータがまったく利用可能でないとすると、制御は経路３ ０６を介して通過し、無限のループが続く。もしデータが割込み待ち行列で利用 可能であるならば、制御は経路３１６を介してアクティビティブロック３１８へ 通過し、それは濃度を計算するための手続きを実行する。ブロック３１８内で行 なわれるアクティビティの詳細は第７ａ図および第７ｂ図のフローチャートにお いて図示される。

第７ａ図に図示される計算手続きの主要な動作は、３つの麻酔蒸気薬、すなわち イソフルラン、ハロセン、またはエンフルランの１つと同じく、４つのガス、す なわち酸素（０２）　、窒素（Ｎ２　）　、亜酸化窒素（Ｎ２０）　、および二 酸化炭素（ＣＯ２）の体積パーセント濃度を計算することである。

蒸気薬が前に識別されたと仮定するならば麻酔蒸気薬濃度のように、酸素濃度は 直接に計算されることができる。

蒸気薬がまだ識別されていない、または示されていないとするならば、蒸気薬が イソフルランであるという仮定はエンフルランについてのおおよその正確な結果 を生じ１００％だけハロセン濃度を過大に見積るが、しかしこの状態は２０秒以 上継続しないであろう。

アクティビティブロック３２２において、バックグラウンド信号レベルは酸素、 窒素、亜酸化窒素、および二酸化炭素チャネルを表わす信号から減算される。ブ ロック３２２におけるバックグラウンド減算の後、アクティビティブロック３２ ４は亜酸化窒素からの漏話寄与のために窒素チャネルを訂正し、その後窒素濃度 を計算する。亜酸化窒素漏話寄与は亜酸化窒素の前に決定された濃度から計算さ れる。窒素、および酸素のための体積パーセントガスはそれぞれのチャネル信号 を１００％ガスを表わす信号で除算することによりアクティビティブロック３２ ６において決定される。二酸化炭素チャネルにおける麻酔蒸気薬のための漏話値 はその後アクティビティブロック３２８において決定され合計信号から減算され る。同様に亜酸化窒素チャネルにおける窒素からの漏話は決定され合計信号から 減算される。アクティビティブロック３３０における二酸化炭素および亜酸化窒 素信号からの漏話の最終の減算の後、アクティビティブロック３３２はガウス消 去とよばれるｎの未知数におけるｎの等式を解く方法を用いて二酸化炭素および 亜酸化窒素のための濃度を計算する。この点において、第７ａ図におけるフロー チャートは第７ｂ図のフローチャートと接続する。

ここで第７ｂ図を参照すると、もし器械が蒸気薬を識別するように設定されない ならば、制御は決定ブロック３３４から制御経路３３６を介して計算ルーチンの 最後まで通過される。もし器械が蒸気薬を識別するように設定されるならば、そ れはＣＨストレッチチャネルにおいて検出される麻酔蒸気薬の量をモニタするで あろうし、チャネルは麻酔薬を量的に表わすために使用される。制御は決定ブロ ック３３４から経路３３８を介して決定ブロック３４０まで通過され、そこでは 麻酔蒸気薬の濃度はしきい値と比較される。もし蒸気薬濃度がしきい値未満であ るならば、制御は経路３４２を介してブロック３４０からブロック３４４へ通過 され、そこでは種々の検出器チャネルの信号を表わす和がクリアされ、麻酔蒸気 薬がまったく識別されなかったということを示すフラグが設定される。制御はそ の後経路３４６を介して計算手続きの終りまで通過する。

もし決定ブロック３４０において麻酔蒸気薬濃度がしきい値より大きいとわかる と、それなら制御は経路３４８を介してアクティビティブロック３５０へ通過さ れ、そこでは３つの麻酔フィルタチャネルからの、およびＣＨストレッチチャネ ルと同じく亜酸化窒素チャネルからの信号は合計１０秒について積分される。

制御はアクティビティブロック３５０から経路３５２を介して決定ブロック３５ ４まで通過され、そこでは積分時間の持続時間が検査される。もし積分時間が十 分でないならば、制御は経路３５６を介して計算手続きの終りまで通過する。も し積分時間が十分であるならば、制御は決定ブロック３５４から経路３５８を介 してアクティビティブロック３６０まで通過し、そこではデータは平均にされバ ックグラウンドは減算される。

信号平均およびバックグラウンド減算の後、制御は経路３６２を介してアクティ ビティブロック３６４まで通過し、そこではデータは４つの未知数における５つ の等式として処理され、解は再びガウス消去技術を用いて達せられる。

アクティビティブロック３６４において決定される蒸気薬の濃度は経路３６６を 介して決定ブロック３６８まで転送される。もし麻酔蒸気薬の濃度のどれもがし きい値より大きくないならば、それなら制御は経路３７０を介して計算ルーチン の終りまで転送される。もし麻酔蒸気薬の濃度のいずれかがしきい値より大きい ならば、それなら制御は経路３７２を介して決定ブロック３７４まで転送される 。

もし１つより多い麻酔蒸気薬がしきい値より大きい濃度を有するのであれば、そ れなら制御は経路３７６を介してアクティビティブロック３７８まで転送され、 そこでは多数の蒸気薬が存在するということを示す警報が発せられる。

制御はその後経路３８０を介してアクティビティブロック３８４まで進む。もし 決定ブロック３７４においてたった１つの麻酔蒸気薬がしきい値より大きいので あれば、それなら制御は経路３８２を介してアクティビティブロック３８４まで 通過され、そこでは識別フラグはどの麻酔蒸気薬が最高濃度に存在するかを示す ように設定される。制御はその後経路３８６を介してアクティビティブロック３ ８８まで進み、そこではディスプレイスクリーンは識別された蒸気薬の同一性が 更新される。制御はその後経路３９０を介して計算ルーチンの終りまで通過し、 第６図におけるメインルーチンのためのフローチャートのアクティビティブロッ ク３９２を始める。

メインルーチンのアクティビティブロック３９２において、Ｃ０２濃度データは 低域実行平均ディジタルフィルタを用いてフィルタリングされる。制御はその後 経路３９４を介して決定ブロック３９６まで通過し、そこではもし器械のディス プレイモードが波形を示すように設定されるならば、制御は経路３９８を介して 決定ブロック４００まで通過し、それはディスプレイスクリーンに新しい濃度デ ータ点を塗る。制御はその後経路４０２を介してアクティビティブロック４０８ まで通過する。も１．決定ブロック３９６においてディスプレイモードが可能化 されないならば、制御は経路４０６を介してアクティビティブロック４０８まで 通過し、そこでは患者が吐き出しているかまたは吸入しているかどうかを決定す るためにテストが行なわれる。

この決定は二酸化炭素濃度がしきい値より上であるかどうかを観察することによ りなされ、それは呼気の徴候である。

この情報はグローバルフラグでプログラムの残りに信号を送られる。呼吸検出間 のデータストローブの数は測定され、呼吸速度値を供給する。すべてのデータは 経路４１０を介して決定ブロック４１２まで通過され、そこではすべてのデータ はユーザにより設定されるように上部のおよび下部の警告限界に対して比較され 、もしいずれかの濃度が上部の警告限界より上、または下部の警告限界より下で あれば、警報状態がディスプレイで注目される。警告限界を検査した後、制御は 経路４１４を介してアクティビティブロック４１６まで通過し、そこではスクリ ーンのディジタルデータを更新する手続きが実行される。この手続きの詳細なフ ローチャートは第８図に図示される。

第８図に図示される決定ブロック４１７は、呼気が起こっているかどうかを決定 する。もし呼気が起こっているならば、制御は経路４１８を介してアクティビテ ィブロック４２０まで通過し、そこでは現在の呼気データが呼気データ和に追加 される。制御はその後経路４２２を介して決定ブロック４２４まで通過する。も し決定ブロック４１７において呼気が起っていないならば、それなら制御は経路 ４２５を介してアクティビティブロック４２７まで転送され、そこでは現在のデ ータは吸気相へ追加される。制御はその後経路４２９を介して決定ブロック４２ ４に通過される。

もし特定のガスのためにスクリーンを更新する時間であれば、それは９秒ごとに １度発生するが、制御は決定ブロック４２４から経路４２６を介して決定ブロッ ク４２８まで通過される。もし吸込まれた、および吐き出された和レジスタにデ ータがあるならば、それなら制御は決定ブロック４２８から経路４３０を介して アクティビティブロック４３２まで通過し、そこでは吸込まれた、および吐き出 された和はそれぞれの和を形成するエレメントの数により除算され、したがって 平均を生成する。制御はその後経路４３４を介してアクティビティブロック４３ ６まで通過する。

もし吸込まれた、および吐き出された和にデータがまったくないのであれば、制 御は決定ブロック４２８から経路４３８を介してアクティビティブロック４４０ まで通過し、そこでは吸込まれた値は前の吸込まれた値へデフォルトにより設定 される。制御はその後経路４３４を介してアクティビティブロック４３６へ通過 し、そこではトレンドデータがトレンドバッファに記憶され、更新された濃度値 は、ＣＰＵ時間が利用できるようになるので、ディスプレイのためのペイント待 ち行列に位置する。更新ルーチンはその後終了し、経路４３９を介してメインプ ログラム決定ブロック４４０まで戻る。

もし自己校正のための時間であるならば、それは５分ごとに発生するが、メイン プログラムは経路４４２を介してアクティビティブロック４４４まで進み、それ は自己校正手続きを行なう。自己校正手続きの詳細なフローチャートは第９図に 示される。経路４４２を介してアクティビティブロック４４５へ自己校正ルーチ ンに入ると、そこでは現在のメツセージがクリアされ校正メツセージが書込まれ る。

制御はその後アクティビティブロック４４６へ通過し、それはサンプル校正ポー トを器械へ接続する。アクティビティブロック４４８へ進むと、工場校正データ がメモリから読取られる。アクティビティブロック４５０において、データは部 屋の空気サンプルからとられる。部屋の空気サンプルを得た後、器械はアクティ ビティブロック４５２においてアルゴンサンプリングポートへ切換えられ、そこ では内蔵されたアルゴンタンクは器械のサンプリングポートヘアルゴンガスを供 給する。アルゴンガスはバックグラウンドを得るためにアクティビティブロック ４５４で使用される。アクティビティブロック４５６において、サンプリングポ ート圧力は一貫した値のためにテストされる。部屋の空気サンプルにおける酸素 および窒素の濃度は固定され、それでアクティビティブロック４５８におけるそ れらの工場校正値と比べて酸素および窒素のための信号におけるどんな変化も、 他のチャネルにおいて信号の類似の変化を生じる。その後アクティビティブロッ ク４６０において、酸素および窒素信号はそれらの工場校正値へ釣合いのとれる ようにされ、この比率はすべての他のガスのための校正係数を修正するのに使用 される。サンプリングポートはその後アクティビティブロック４６２において患 者ポートへ切換えられる。アクティビティブロック４６４において、システムは 校正メツセージをクリアすること、および制御経路４６６に沿ってメインルーチ ンへ戻ることによりそれの状態を復元する。

第６図の決定ブロック４４０へ再び戻ると、もし自己校正をする時間でないなら ば、制御はライン４６６を介して決定ブロック３０８へ通過される。もしシステ ムがディスプレイスクリーンにディジタルデータを塗る準備ができているならば 、制御はライン４６８を介してアクティビティブロック４７０まで通過し、それ はスクリーンのディジタル情報を更新する。トレンドデータをディスプレイする ときペイントスクリーンソフトウェアの詳細なフローチャートは第１０図に図示 される。

第１０図において経路４６８を介して第１のアクティビティブロック４７１へ入 ると、ソフトウェアは正確なディスプレイを描き、その後経路４７２を介してア クティビティブロック４７４へ進み、そこではトレンドデータはトレンドバッフ ァから抽出される。制御はその後経路４７６を介してアクティビティブロック４ ７８へ通過し、そこではデータは吐き出された、および吸込まれた値を表わす和 へ追加される。経路４８０を介して決定ブロック４８２へ継続すると、もしトレ ンドデータの終りが達せられていないならば、制御は経路４８４に沿って決定ブ ロック４８６まで続く。もしデータを平均する時間でないならば、それなら制御 はライン４８８を介してアクティビティブロック４７４まで戻る。アクティビテ ィブロック４７４で始まり決途ブロック４８６を介するステップはデータを平均 にする時間まで続き、その時間では制御は経路４９０を介してアクティビティブ ロック４９２まで通過し、そこではデータは平均にされる。制御は再び経路４８ ８を介してアクティビティブロック４７４まで通過し、トレンドバッファの終り が達せられるような時間まで決定ブロック４８２を介して継続する。このことが 発生するとき、制御は経路４９４を介してアクティビティブロック４９６まで移 り、そこでは正確な濃度目盛が選択され、ディスプレイされる。制御はその後経 路４９８を介してアクティビティブロック５゜Ｏまで通過し、そこでは時間の関 数としての吐き出された、および吸込まれたトレンドのためのデータがプロット 窓にディスプレイされる。転送がその後経路５０２を介して決定ブロック３１２ へのメインルーチンへ戻って起こる。

もしディジタルデータが第６図における決定ブロック３０８のスクリーンに塗ら れる準備がないのであれば、制御は経路３１０を介してアクティビティブロック ３１２へ直接に転送される。決定ブロック３１２においてキーバッドはいずれか の命令がモードを変更するためにユーザがら受けとられたかどうかをみるために 読出される。もしキープレスが受取られたならば、制御は経路５０４を介してア クティビティブロック５０６まで通過し、そこではキープレスはそれを各キーの ためのモード変更命令のリストと比較することにより分析される。これらの命令 は主にグローバルフラグを設定しディスプレイを再び描くことだけを伴う。

制御はその後ライン３１４を介してメインプログラム無限ループの開始決定ブロ ック３０４へその後戻る。

代替の多重セル構成 再び第２図を参照し、ガスセル５ｏをブルースタの窓１０２および１０６で限る ことの代わりとして、ガスセル端部窓としてプラズマ放電チューブ８０のブルー スタの窓９８および共振空洞の端部のミラー１０８を利用することが可能である 。ガスサンプルはまだ束縛され、適当に設計されるとき、セル体積は適当な反応 時間のために最小にされることができる。不便はブルースタの窓９８およびミラ ー１０８の両方への汚染のリスクである。しかしながら端部窓汚染についての可 能性は、患者を検出システムへ接続する自由になるインターフニイスチューブ先 行ライン１５２およびフィルタハウジング１５５（第４図に図示される）におい て模型フィルタ（図示されない）を組み入れることにより好ましい実施例におい て最小にされる。また第４図に図示されるように、ソレノイド１４９、ガスセル ５０およびポンプ１５０の上流の第２の膜フイルタハウジング１５５およびフィ ルタ１５６は端部窓汚染に対する追加の保護として役立つ。最後に、第２の電子 バロメータ（図示されない）が、Ｈｇのミリメータに関してサンプルにおける任 意のガスの濃度を正確に計算するのに必要な気圧の変化を感知するために、シス テム内に都合よくおかれてもよい。

もう１つの空洞内ガスセル（図示されない）が、ミラー９４とブルースタの窓９ ６との間の、プラズマチューブ８０の他方の側の共振器空洞内に置かれ得るとい うことが第２図からまた明らかである。第１１図はガスセルの端部を規定し共振 器空洞内にガスサンプルを含むためにブルースタの窓および共振器ミラーを利用 するこのアプローチの展開を図解する。第１１図は、第２図に規定されたそれら と同様のレーザ１０、放射器９２、カソード８２、アノード８４およびプラズマ チューブ８０を大まかに図示する。空洞内レーザビームは再び数字７８により示 される。プラズマチューブ８０の各々の側に１つ、２つの空洞内セルが規定され る。第１のセルはプラズマチューブ８０の左にあり、ミラー９４およびブルース タの窓９６により規定される。

プラズマチューブ８０の右への第２のセルはブルースタの窓９８および端部ミラ ー１０８により規定される。第３図に図示されるガスセル５０と同じ態様でスリ ーブ５６０および５６２は側部窓（図示されない）を含み得るということが明ら かである。第１１図に図示される実施例において、２つの追加の窓５６４および ５６６がプラズマチューブ８０の各々の側に規定される左の、および右のガスセ ル内に含まれた。これら２つの端部窓５６４および５６６の存在は、第２図に図 示されるセル５０と同様の態様で使用に適合され得る４つの空洞内ガスセルにレ ーザの共振空洞を効果的に分割する。これら４つのセルの各々は第１１ａ図ない し第１ｉｄ図に、より詳細に図解される。

第１１ａ図はミラー９４および窓５６４の間の第１１図の部分５０ａの部分平面 断面図である。スリーブ５６０は側部窓１４６ａを含むように修正されて、それ を介して非弾性散乱ラマン光およびレイリー散乱弾性レーザ光が、第２図、第３ 図、および第５図に関連して前に記述されたのと同じ態様で光学フィルタ検出器 チャネル６０へ伝送され得る。セル５０ａは、ミラー９４、端部窓５６４および 側部窓１４６を含むハウジング５６０（変更されたスリーブ）により規定される 。隣合ったミラー９４および端部窓５６４は隔壁５７０および５７２であり、そ れは実際の光学採集領域に入るミラー９４および端部窓５６４からの散乱した光 を最小にするのに役立つ。

第１１ｂ図゛は窓５６４とプラズマチューブ８０のブルースタの窓９６との間の 第１１図の部分５０ｂの部分平面断面図である。スリーブ５６０は第１１ａ図に 関連して記述されたように側部窓１４６ｂを含むように修正された。セル５０ｂ は端部窓５６４、ブルースタの窓９６および側部窓１４６ｂを含むハウジング５ ６０（変更されたスリーブ）により規定される。隣合った端部窓５６４およびブ ルースタの窓９６は隔壁５７４および５７６であり、それは実際の光学採集領域 に入る端部窓５６４およびブルースタの窓９６からの散乱した光を最小にするの に役立つ。

第１１ｃ図はプラズマチューブ８０のブルースタの窓９８と端部窓５６６との間 の第１１ｃ図の一部の部分平面断面図である。スリーブ５６２は第１１９ａ図と 関連して記述されたように側部窓１４６Ｃを含むように修正された。

セル５０ｃはブルースタの窓９８、端部窓５６６および側部窓１４６ｃを含むハ ウジング５６２（変更されたスリーブ）により規定される。隣合ったブルースタ の窓９８および端部窓５６６は隔壁５７８および５８０であって、それは実際の 光学採集領域に入るブルースタの窓９８および端部窓５６６からの散乱された光 を最小にするのに役立つ。

第１ｉｄ図は窓５６６と端部ミラー１０８どの間の第１１図の一部の部分平面断 面図である。スリーブ５６２は第１１ａ図に関連して記述されたように側部窓１ ４６ｄを含むように修正された。セル５０ｄは端部窓５６６、端部ミラー１０８ および側部窓１４６ｄを含むハウジング５６２（変更されたスリーブ）により規 定される。隣合った端部窓５６６および端部ミラー１０８は隔壁５８２および５ ８４であり、それは実際の光学採集領域に入る端部窓５６６および端部ミラー１ ０８からの散乱した光を最小にするのに役立つ。

第１１図はまた、第３図で開示されたそれと同様のガスセル５０ｅはレーザ共振 器の外側の空洞外モードにおいて利用されてもよいということを示す。第１１図 において空洞外位置において図示されるようなこのセル５０ｅは、ハウジング５ ８６、端部窓６０２および６０４、および側部窓１４６ｅからなり、それは第１ 図ないし第３図に記述されたようなものと同じ機能を満たす。この場合空洞外ビ ーム６００は検出可能なラマン散乱信号を発生する十分な光学的出力を有さなけ ればならない。端部窓６０２および６０４はガスをガスセル５０ｅ内に閉込め、 空洞外ビームがセル５０ｅを通って伝播するのを可能にする。窓６０２および６ ０４は非常に効率的な狭バンド反射防止膜、すなわちレーザの特定の波長のため の「ｖ」コーティングで被覆される。■コーティングは１つの非常に狭い波長レ ンジのために光学成分の反射率をＯ近くに低減する多層誘電反射防止膜であり、 垂直の、または垂直に近い入射での使用に一般的に企図される。したがって窓６ ０２および６０４はお互いに平行であり、ハウジング５８６の軸およびレーザビ ーム６００に実質上垂直である。そのようなコーティングは多くて約０．２５％ の最大の反射率を達するであろうし、特定の波長で表面当りたった約０．１％の 反射率を許すのに一般的に有効である。このようにそれらはレーザの共振空洞を 通るレーザビームの伝送を明らかには干渉しない。代替的に、端部窓６０２およ び６０４はブルースタ角に配向された被覆されない石英ガラスであってもよい。

ここに記述されたシステムおよび方法は呼吸および麻酔薬ガスをモニタするため に主に開発された。しかしながらそれはまた、血液および組織ガス（適当なサン プリングカテーテルと関連した）、肺機能および拍出量決定のために使用される ガスおよび仕事場における危険なガスをモニタするために、および化学処理工場 における漏れを検出し、疑わしい化学および環境汚染物質のレベルをモニタする ために、および多原子ガス分子が検出され測定されるべき他の応用において有用 であるかもしれない。

上記の説明は呼吸ガスの分析に応用されるようなこの発明の１つの好ましい実施 例を含むが、当業者に明らかであるであろう他のものがある。さらに当業者はシ ステムの多様性および適応性は、たとえば汚染モニタリング、化学処理モニタリ ングなどのようなラマン分光分析の多数の型のためにそれを有用にするというこ とを容易に理解するであろう。

発明はそれの精神または本質的な特性から逸脱することなく他の特定の形式で実 施され得る。記述された実施例はすべての点においてただ例示的であり制限的で はないように考えられるべきである。この発明の範囲はしたがって、前記の説明 によりというよりもむしろ、添付の請求の範囲により示される。請求の範囲の均 等の意味および範囲内に入るすべての変更は、それらの範囲内に含まれるべきで ある。

Ｆ／に、　７Ａ 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）１．事件の表示 国際出願番号：　ＰＣＴ／ＵＳ８８１０３３９４２、発明の名称 レーザ起動されたラマン光散乱によるマルチチャネル分子ガス分析３゜特許出願 人 住　新　アメリカ合衆国、８４１１６　ユタ州ソルト・レイク・シティ、ウィリ ー・ポスト・ウェイ、４７４５ブラザ・６．６５０ 名　称　アルピオン・インストルメンツ４、代理人 住　所　大阪市北区南森町２丁目１番２９号　住友銀行南森町ビル２５日１０月 　１９８９年 ６、添付書類の目録 補正書の写しく翻訳文）　１通 したがって、明瞭にするために、１つのチャネルをごけが詳細に記載されるが、 説明はまた残りの７つのチャネルにも適用されることを理解されたい。８つのチ ャネルの選択は単に例証的であり、サンプルされ検出されるガスの数に依存して ガスセルのいずれかの側に異なる数のチャネルが整列され得ることを理解された い。

典型的な検出器チャネル６０ａはチャンバ１０４内に配置された領域１２２から 窓１４６を介して光を受取るために位置決めされた入力収集レンズ２１４を含む 。１つまたは２つの直列に配向された高度な阻止レーザ線フィルタ２１６がレン ズ２１４の下流に位置決めされる。狭帯域干渉フィルタ２１７はフィルタ２１６ に隣接して配置されかつ出力レンズ２１８はフィルタ２１７に隣接して位置決め される。使用される検出器の形式に依存して、レンズ２１７が必要とされるかも しれないし必要とされないかもしれない。１つの実施例では、収集レンズ２１４ および出力合焦レンズ２１８の双方が平面凸ホウケイ酸レンズ（ｐｌａｎｏ　ｃ ｏｎｖｅｘ　ｂｏｒｏｓｉｌｉｃａｔｅ　１ｅｎｓｅｓ）であるが、他の適当な レンズ―■￥危く使用されてもよい。好ましい実施例はレンズ２１４、フィルタ ２１６お、にヒ２１７を通過した後の、セルからの光を検出するために光電子倍 増管（ＰＭＴ）２１９を使用し、そうしてレンズ２１８を除去する。ＰＭＴは経 路２２１を介して電源２２０に接続される。ＰＭＴ２１９により検出された光を 表データ処理 再び第２図を参照すると、電源２２０により電力を供給される検出器２１９によ り受けとられる光子は、電流または電圧に変換され、増幅され信号ライン２２６ により光電流または光電圧としてパルス増幅器弁別器または電流または電圧増幅 器回路２２４へ送られる。これらの信号は標準のディジタルパルスへ変換され、 信号ライン２２６を介してマイクロプロセッサ７０へ中継される。検出器２１９ へ入り有用なデータへの特定のラマンラインの処理は既知の手段により達せられ 、マイクロプロセッサ７０に入る信号はソフトウェアにより処理され得、所望の データを与え、それはその後ライン７３を介してディジタルまたはアナログＣＲ Ｔディスプレイ７１へ送られる。

技術状態の技術がデータを処理するのに使用されるが、データが収集され、処理 されディスプレイされる態様は最終のユーザのニーズの準備をするために変更さ れてもよい。

マイクロプロセッサ７０の主な機能は収集チャネル６０から受取られたデータを 蓄積し、分析し、記憶し、ディスプレイすることである。２次的な機能はガスセ ルの中のガスフロー、レーザ強度出力、システムにわたる温度その他をモニタす るルーチンを含み得る。

呼吸ガスおよび麻酔薬をモニタするための好ましい実施例の応用におけるマイク ロプロセッサ７０の一般的な機能は第６図にフローチャートにより図示される。

マイクロブ１５、前記ガスサンプルを含むための前記サンプル容器（２６）がガ ス閉込めチャンバ（１０４）を有するガスセル（５０）を含み、前記チャンバ（ １０４）は光学放射縦軸（２０）の前記ビームと実質上一致する、請求項１に記 載のガスサンプルにおけるガスの分析のための装置。

１６、前記サンプル容器（２６）が多数のチャンバ（１０４）を有するガスセル （５０）を含み、前記多数のチャンバ（１０４）は光学放射縦軸（２０）の前記 ビームに沿って前記多数の位置に位置する、請求項１に記載のガスサンプルにお けるガスの分析のための装置。

１７、前記レーザ源（１０）がレーザ共振空洞を含みかつ前記チャンバ（１０４ ）は側壁により相互接続される端部光学手段を含み、前記ガスセル（５０）は前 記レーザ共振空洞に関連して配向され、前記レーザビームが活性化されるとき、 レーザビームは前記縦のがスチャンバ（１０４）の軸と一致しかつ横切り、前記 光学端部手段は縦のガスチャンバ（１０４）の軸に沿ってレーザビームを反射し 、または伝送するように位置し、前記ガスセル（５０）はまた前記縦のガスチャ ンバ（１０４）・の軸に平行のかつ各々の側の前記側壁において対向する、整列 した側部窓（１４６）を有する、請求項１５に記載のガスサンプルにおけるガス の分析のための装置。

１８、前記ガスセル（５０）は前記側壁により相互接続される対向する平行の端 部窓（１０２，１０６）を有し、前弾性的に散乱した、またはレイリー光を減衰 するように選択されたライン阻止フィルタ（２１６）と、興味のある特定のラマ ンラインに対応する狭い波長バンド内に光学信号を伝送するように選択されるラ イン通過フィルタ（２１７）と、 前記ライン阻止フィルタ（２１６）と前記ライン通過フィルタ（２１７）とを介 して伝送される光学信号を受取るための光子検′出器（２１９）とを含む、請求 項１に記載のガスサンプルにおけるガスの分析のための装置。

２４、前記ライン阻止フィルタ（２１６）および前記ライン通過フィルタ（２１ ７）が干渉フィルタである、請求項２３に記載のガスサンプルにおけるガスの分 析のための装置。

２５、前記光子検出器（２１９）がフォトマルチプライヤチューブ（ＰＭＴ）を 含む、請求項２３に記載のガスサンプルにおけるガスの分析のための装置。

２６、前記光子検出器（２１９）が光感知固体ダイオードを含む、請求項２３に 記載のガスサンプルにおけるガスの分析のための装置。

２７、前記ライン阻止フィルタ（２１６）が前記ライン通過フィルタ（２１７） に先行するために前記チャネル（１６，４０）に位置する、請求項２３に記載の ガスサンプルにおけるガスの分析のための装置。

２８、前記ライン通過フィルタ（２１７）が前記ライン阻止フィルタ（２１６） に先棒するために前記チャネル（１６，４０）に位置する請求項２３に記載のガ スサンプルにおけるガスの分析のための装置。

２９、前記ライン通過フィルタ（２１７）が特定の多原子ガスの特性である特定 のストークスまたは反ストークスラマン波長の伝送に特定である、請求項２３に 記載のガスサンプルにおけるガスの分析のための装置。

３０、前記ガスサンプルからの前記散乱した光学エネルギを表わす前記検出器チ ャネル（１６，４０）からの信号を受取りかつ分析するデータ分析システムをさ らに含み、前記データ分析システムは、 前記検出器チャネル（１６，４０）からの前記信号を解釈しかつそれらを前記ガ スサンプルにおける選択された多原子分子ガスの濃度を示す出力信号へ変換する ための処理手段（７０，７１）を含む、請求項１に記載のガスサンプルにおける ガスの分析のための装置。

３１、前記光学検出器チャネル（１６，４０）は興味のある１つまたはそれ以上 の特定のラマンラインに対応する狭い波長バンド内で光学信号を選択するライン 通過フィルタ（２１７）と、 前記ライン通過フィルタ（２１７）により選択される光学信号を受取るための光 子検出器（２１９）とを含む、請求項１に記載のガスサンプルにおけるガスの分 析のための装置。

３２、ガスサンプルを分析する方法であって、縦軸（２０）に沿って伝播する光 学放射のビームを発生するステップと、 前記放射のビームが前記サンプルを通って伝播するように前記縦軸（２０）に沿 って前記ガスサンプルを領域に閉込めるステップと、 前記放射のビームと前記縦軸（２０）に沿った多数の位置からの前記ガスサンプ ルとの相互作用から結果として生じるラマン散乱光を採集するステップとを含む 方法。

３３、前記多数の位置内に前記放射のビームを実質上コリメートするステップを さらに含む、請求項３２に記載の方法。

３４、前記多数の位置に高強度の領域を形成するために前記放射のビームの焦点 を合わせるステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。

３５、前記放射のビームはレーザビームを含みかつ共振空洞を有するレーザによ り発生され、前記方法は前記多数の位置を前記共振空洞内に位置するステップを さらに含む、請求項３２に記載の方法。

３６、前記ガスサンプルを含むガスの分子の種を識別し量を測るために前記ラマ ン散乱光を分析するステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。

３７、呼吸および麻酔ガスからなる群から選ばれる多原子ガスの分析のための請 求項ユないし請求項７、請求項１５ないし請求項１９、および請求項２１ないし 請求項３１のいずれか１つに記載の装置の使用。

３８、窒素、酸素、二酸化炭素、亜酸化窒素およびハロゲン化された麻酔ガスか らなる群から選ばれるメンバーである多原子ガスの分析のための請求項１ないし 請求項７、請求項１５ないし請求項１９、および請求項２１ないし請求項３１の いずれか１つに記載の装置の使用。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ラマン光散乱を利用するガスサンプルにおけるガスの分析のための装置であ って、縦軸（２０）に沿って光学放射のビーム（１８）を発生するための光源（ １０）を含むものであって、 前記光学放射のビーム（１８）が多数の位置で前記ガスサンプルに投射するよう に前記縦軸（２０）に沿って前記多数の位置に前記ガスサンプルを含むためのサ ンプル容器（２６）と、 前記縦軸（２０）に沿った前記多数の位置からサンプルに投射する前記ビーム（ １８）から散乱する光学エネルギの複数個のサンプルを同時に得るための複数個 の光学検出器チャネル（１６、４０）とを特徴とする装置。 ２．前記光源（１０）からの前記光のビームの焦点を合わせるための多数の光学 エレメント（３８）をさらに特徴とし、前記ビームに沿って高められた強度の多 数の領域（３６）を生み出し、そこでは前記領域（３６）に入る光線は前記領域 （３６）に実質上集中し前記領域（３６）から出ていく光線は実質上広がり、前 記多数の領域（３６）は前記ビームの伝播の一般的な方向に光学軸に沿ってあり 、それによって前記多数の高強度領域（３６）において前記サンプルにより前記 ビームから散乱される光は検出される、請求項１に記載のガスサンプルにおける ガスの分析のための装置。 ３．前記高強度領域（３６）が前記多数の縦の位置と一致する、請求項２に記載 のガスサンプルにおけるガスの分析のための装置。 ４．前記光源（１０）が偏光されない光を発生する、請求項２に記載のガスサン プルにおけるガスの分析のための装置。 ５．前記光源（１０）から放射される前記光学放射のビームを前記縦軸（２０） に沿って伝播する光学放射のコリメートされたビームにコリメートするためのコ リメータ（１２、１４）をさらに特徴とし、前記放射のコリメートされたビーム は前記縦軸（２０）の領域に沿った実質上平行の光線を含み、そこでは前記コリ メートされたビームは前記サンプルと相互に作用する、請求項１に記載のガスサ ンプルにおけるガスの分折のための装置。 ６．前記光学放射のコリメートされたビームは線形に極性を与えられ偏極ベクト ルを規定し、前記偏極ベクトルおよび前記縦軸（２０）は偏光面をさらに規定す る、請求項５に記載のガスサンプルにおけるガスの分析のための装置。 ７．前記検出器チャネル（１６、４０）は検出の軸に沿って伝播している光を優 先的に受取り前記検出の軸は前記偏光面に実質上垂直に配向される、請求項６に 記載のガスサンプルにおけるガスの分析のための装置。 ８．前記光源（１０）が共振空洞を有するレーザを含む、先行する請求項のいず れか１つに記載のガスサンプルにおけるガスの分折のための装置。 ９．前記レーザ共振空洞はプラズマチューブ（８０）を含み、かつ前記レーザ共 振空洞の一方の端部は出力結合器ミラー（９４）を含み他方の端部は高反射率ミ ラー（１０８）を含む、請求項８に記載のガスサンプルにおけるガスの分析のた めの装置。 １０．前記サンプル容器（２６）が出力結合器ミラー（９４）とプラズマチュー ブ（８０）の隣合う端部との間に位置する、請求項９に記載のガスサンプルにお けるガスの分折のための装置。 １１．前記サンプル容器（２６）が高反射率ミラー（１０８）とプラズマチュー ブ（８０）の隣合う端部との間に位置する、請求項９に記載のガスサンプルにお けるガスの分折のための装置。 １２．前記ガスサンプルを含むための前記多数の位置は前記共振空洞内に位置す る、請求項８に記載のガスサンプルにおけるガスの分析のための装置。 １３．前記ガスサンプルを含むための前記多数の位置は前記共振空洞の外部に位 置する、請求項８に記載のガスサンプルにおけるガスの分折のための装置。 １４．前記ガスサンプルを含むための前記多数の位置の少なくとも１つが前記共 振空洞内に位置し前記位置の残余は前記共振空洞の外部である、請求項８に記載 のガスサンプルにおけるガスの分析のための装置。 １５．前記ガスサンプルを含むための前記サンプル容器（２６）がガス閉込めチ ャンバ（１０４）を有するガスセル（５０）を含み、前記チャンバ（１０４）は 光学放射縦軸（２０）の前記ビームと実質上一致する、請求項１に記載のガスサ ンプルにおけるガスの分析のための装置。 １６．前記サンプル容器（２６）が多数のチャンバ（１０４）を有するガスセル （５０）を含み、前記多数のチャンバ（１０４）は光学放射縦軸（２０）の前記 ビームに沿って前記多数の位置に位置する、請求項１に記載のガスサンプルにお けるガスの分析のための装置。 １７．前記レーザ源（１０）がレーザ空洞を含みかつ前記チャンバ（１０４）は 側壁により相互接続される端部光学手段を含み、前記ガスセル（５０）は前記レ ーザ共振空洞に関連して配向され、前記レーザビームが活性化されるとき、レー ザビームは前記縦のガスチャンバ（１０４）の軸と一致しかつ横切り、前記光学 端部手段は縦のガスチャンバ（１０４）の軸に沿ってレーザビームを反射し、ま たは伝送するように位置し、前記ガスセル（５０）はまた前記縦のガスチャンバ （１０４）の軸に平行のかつ各々の側の前記側壁において対向する、整列した側 部窓（１４６）を有する、請求項１５に記載のガスサンプルにおけるガスの分析 のための装置。 １８．前記ガスセル（５０）は前記側壁により相互接続される対向する平行の端 部窓（１０２、１０６）を有し、前記端部窓は縦のガスセルチャンバ（１０４） の軸に実質上垂直に位置する、請求項１７に記載のガスサンプルにおけるガスの 分折のための装置。 １９．前記ガスセル（５０）は前記側壁により相互接続される端部窓を有し、前 記端部窓は縦のガスセルチャンバ（１０４）の軸に関して実質上ブルースタ魚に あるように位置する、請求項１７に記載のガスサンプルにおけるガスの分析のた めの装置。 ２０．前記端部窓はレーザビームの選択された波長に特定の反射防止膜で被覆さ れる、請求項１８または請求項１９に記載のガスサンプルにおけるガスの分析の ための装置。 ２１．前記ガスセル（５０）における前記側部窓（１４６）は非弾性ラマン散乱 光の所望の波長を通過するように適合された広バンド反射防止膜で被覆される、 請求項１７に記載のガスサンプルにおけるガスの分析のための装置。 ２２．前記セル（５０）は前記セル（５０）を通ってサンプルガスを通過するた めに前記チャンバ（１０４）と通信する入口および出口手段をさらに含む、請求 項１５に記載のガスサンプルにおけるガスの分析のための装置。 ２３．前記光学検出器チャネル（１６、４０）は、前記光学放射のビーム（１８ ）および前記サンプル容器（２６）に関連して位置し、前記縦軸（２０）に沿っ て前記多数の位置から前記散乱した光学エネルギを集める採集レンズ（２１４） を含む光学部分と、 弾性的に散乱した、またはレイリー光を減衰するように選択されたライン阻止フ ィルタ（２１６）と、興味のある特定のラマンラインに対応する狭い波長バンド 内に光学信号を伝送するように選択される狭バンドフィルタ（２１７）と、 前記ライン阻止フィルタ（２１６）と前記狭バンドフィルタ（２１７）とを介し て伝送される光学信号を受取るための光子検出器（２１９）とを含む、請求項１ に記載のガスサンプルにおけるガスの分析のための装置。 ２４．前記ライン阻止フィルタ（２１６）および前記ライン通過フィルタ（２１ ７）が干渉フィルタである、請求項２３に記載のガスサンプルにおけるガスの分 析のための装置。 ２５．前記光子検出器（２１９）がフォトマルチプライヤチューブ（ＰＭＴ）を 含む、請求項２３に記載のガスサンプルにおけるガスの分析のための装置。 ２６．前記光子検出器（２１９）が光感知固体ダイオードを含む、請求項２３に 記載のガスサンプルにおけるガスの分析のための装置。 ２７．前記ライン阻止フィルタ（２１６）が前記ライン通過フィルタ（２１７） に先行するために前記チャネル（１６、４０）に位置する、請求項２３に記載の ガスサンプルにおけるガスの分析のための装置。 ２８．前記ライン通過フィルタ（２１７）が前記ライン阻止フィルタ（２１６） に先行するために前記チャネル（１６、４０）に位置する請求項２３に記載のガ スサンプルにおけるガスの分析のための装置。 ２９．前記ライン通過フィルタ（２１７）が特定の多原子ガスの特性である特定 のストークスまたは反ストークスラマン波長の伝送に特定である、請求項２３に 記載のガスサンプルにおけるガスの分折のための装置。 ３０．前記ガスサンプルからの前記散乱した光学エネルギを表わす前記検出器チ ャネル（１６、４０）からの信号を受取りかつ分析するデータ分析システムをさ らに含み、前記データ分折システムは、 前記検出器チャネル（１６、４０）からの前記信号を解釈しかつそれらを前記ガ スサンプルにおける選択された多原子分子ガスの濃度を示す出力信号へ変換する ための処理手段（７０、７１）を含む、請求項１に記載のガスサンプルにおける ガスの分折のための装置。 ３１．前記光学検出器チャネル（１６、４０）は興味のある１つまたはそれ以上 の特定のラマンラインに対応する狭い波長バンド内で光学信号を選択する狭バン ドフィルタ（２１７）と、 前記狭バンドフィルタ（２１７）により選択される光学信号を受取るための光子 検出器（２１９）とを含む、請求項１に記載のガスサンプルにおけるガスの分析 のための装置。 ３２．ガスサンプルを分析する方法であって、縦軸（２０）に沿って伝播する光 学放射のビームを発生するステップと、 前記放射のビームが前記サンプルを通って伝播するように前記縦軸（２０）に沿 って前記ガスサンプルを領域に閉込めるステップと、 前記放射のビームと前記縦軸（２０）に沿った多数の位置からの前記ガスサンプ ルとの相互作用から結果として生じるラマン散乱光を採集するステップとを含む 方法。 ３３．前記多数の位置内に前記放射のビームを実質上コリメートするステップを さらに含む、請求項３２に記載の方法。 ３４．前記多数の位置に高強度の領域を形成するために前記放射のビームの焦点 を合わせるステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。 ３５．前記放射のビームはレーザビームを含みかつ共振空洞を有するレーザによ り発生され、前記方法は前記多数の位置を前記共振空洞内に位置するステップを さらに含む、請求項３２に記載の方法。 ３６．前記ガスサンプルを含むガスの分子の種を識別し量を測るために前記ラマ ン散乱光を分析するステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。 ３７．呼吸および麻酔ガスからなる群から選ばれる多原子ガスの分析のための請 求項１ないし請求項３１のいずれか１つに記載の装置の使用。 ３８．窒素、酸素、二酸化炭素、亜酸化窒素およびハロゲン化された麻酔ガスか らなる群から選ばれるメンバーである多原子ガスの分析のための請求項１ないし 請求項３１のいずれか１つに記載の装置の使用。