JP3343680B2 - レーザー分光分析装置 - Google Patents
レーザー分光分析装置Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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- G01N2021/399—Diode laser
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー分光分析
装置に関し、詳しくは、波長可変型半導体レーザーを光
源として用いた赤外分光分析によってガス中に含まれる
微量成分を分析する装置に関する。
装置に関し、詳しくは、波長可変型半導体レーザーを光
源として用いた赤外分光分析によってガス中に含まれる
微量成分を分析する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガス状試料の成分分析、例えば不純物含
有量の測定を行う装置として、赤外分光分析装置が広く
用いられている。赤外分光分析は、赤外線領域の光を試
料ガスに透過させて吸収スペクトルを測定し、これを解
析することにより分析を行なうものであり、吸収された
光の波長から試料ガス中の測定対象ガス分子（不純物）
の同定を行い、そのときの吸収量からその分子の定量を
行なうことができる。特に、近赤外半導体レーザを光源
とした赤外分光分析装置は、その感度及び精度が高いこ
とが知られており、半導体産業や、その関連材料産業で
製造又は使用される半導体材料ガス中の微量水分の定
量、あるいは安定同位体を用いた呼気による病気の診断
等に応用されつつある。
有量の測定を行う装置として、赤外分光分析装置が広く
用いられている。赤外分光分析は、赤外線領域の光を試
料ガスに透過させて吸収スペクトルを測定し、これを解
析することにより分析を行なうものであり、吸収された
光の波長から試料ガス中の測定対象ガス分子（不純物）
の同定を行い、そのときの吸収量からその分子の定量を
行なうことができる。特に、近赤外半導体レーザを光源
とした赤外分光分析装置は、その感度及び精度が高いこ
とが知られており、半導体産業や、その関連材料産業で
製造又は使用される半導体材料ガス中の微量水分の定
量、あるいは安定同位体を用いた呼気による病気の診断
等に応用されつつある。
【０００３】図３は、半導体レーザを使用したレーザー
分光分析装置の一般的な構成例を示すものである。この
レーザー分光分析装置は、測定用レーザー光を発生させ
る波長可変型半導体レーザー光源１０と、試料ガスが導
入されるサンプルセル１１と、該サンプルセル１１を通
過したレーザー光の光強度を測定する第１光検出器１２
と、レーザー光源１０からのレーザー光の一部を分岐す
る２個のビームスプリッター１３，１４と、第１ビーム
スプリッター１３で分岐（反射）したレーザー光の光強
度を測定する第２光検出器１５と、測定対象物を減圧状
態で封入したリファレンスセル１６と、第２ビームスプ
リッター１４で分岐してリファレンスセル１６を通過し
たレーザー光の光強度を測定する第３光検出器１７とを
備えた光学系を有している。通常、この光学系は、パー
ジボックス１８内に収納された状態となっている。ま
た、レーザー光源１０には、駆動電流や駆動温度を制御
するための駆動手段１０ａ，１０ｂが設けられ、各光検
出器１２，１５，１７には、検出光量を電圧信号に変換
するとともに増幅してロックインアンプ１９に出力する
プリアンプ２０がそれぞれ設けられている。
分光分析装置の一般的な構成例を示すものである。この
レーザー分光分析装置は、測定用レーザー光を発生させ
る波長可変型半導体レーザー光源１０と、試料ガスが導
入されるサンプルセル１１と、該サンプルセル１１を通
過したレーザー光の光強度を測定する第１光検出器１２
と、レーザー光源１０からのレーザー光の一部を分岐す
る２個のビームスプリッター１３，１４と、第１ビーム
スプリッター１３で分岐（反射）したレーザー光の光強
度を測定する第２光検出器１５と、測定対象物を減圧状
態で封入したリファレンスセル１６と、第２ビームスプ
リッター１４で分岐してリファレンスセル１６を通過し
たレーザー光の光強度を測定する第３光検出器１７とを
備えた光学系を有している。通常、この光学系は、パー
ジボックス１８内に収納された状態となっている。ま
た、レーザー光源１０には、駆動電流や駆動温度を制御
するための駆動手段１０ａ，１０ｂが設けられ、各光検
出器１２，１５，１７には、検出光量を電圧信号に変換
するとともに増幅してロックインアンプ１９に出力する
プリアンプ２０がそれぞれ設けられている。
【０００４】このようなレーザー分光分析装置は、リフ
ァレンスセル１６に測定対象となるガスを所定圧力、例
えば１００Ｔｏｒｒ程度で封入するとともに、前記サン
プルセル１１に試料ガスを所定圧力、例えば１００Ｔｏ
ｒｒ程度で流通させた状態で、パソコン等の制御手段２
１により、前記駆動手段１０ａ，１０ｂを介して所定波
長のレーザー光をレーザー光源１０から発生させ、各光
検出器１２，１５，１７で検出した光量をロックインア
ンプ１９を介して制御手段２１に取り込み、所定の演算
を行って試料ガス中の測定対象成分の含有量を算出す
る。なお、レーザー光源１０からのレーザー光は、レン
ズ２２やスリット、ピンホール等を通ってビーム径が調
整され、散乱光等が除去された状態で照射される。
ァレンスセル１６に測定対象となるガスを所定圧力、例
えば１００Ｔｏｒｒ程度で封入するとともに、前記サン
プルセル１１に試料ガスを所定圧力、例えば１００Ｔｏ
ｒｒ程度で流通させた状態で、パソコン等の制御手段２
１により、前記駆動手段１０ａ，１０ｂを介して所定波
長のレーザー光をレーザー光源１０から発生させ、各光
検出器１２，１５，１７で検出した光量をロックインア
ンプ１９を介して制御手段２１に取り込み、所定の演算
を行って試料ガス中の測定対象成分の含有量を算出す
る。なお、レーザー光源１０からのレーザー光は、レン
ズ２２やスリット、ピンホール等を通ってビーム径が調
整され、散乱光等が除去された状態で照射される。
【０００５】図４は、上記レーザー分光分析装置を使用
して塩化水素中の水分濃度を測定したときの２次微分吸
収スペクトルの一例を示すものである。上段の２次微分
吸収スペクトルＸは、ビームスプリッター１３，１４及
びサンプルセル１１を通過して第１光検出器１２で検出
されたレーザー光の吸収強度であり、中段の２次微分吸
収スペクトルＹは、ビームスプリッター１３で反射して
第２光検出器１５で検出されたレーザー光の吸収強度で
ある。そして、下段の２次微分吸収スペクトルＺは、第
１光検出器１２で検出した光強度から第２光検出器１５
で検出した吸収強度を差し引いたものであって、これが
サンプルセル１１内を流れる試料ガス中の水分による吸
収強度となる。このように、いわゆるサンプルラインの
第１光検出器１２で検出した吸収強度から、キャンセル
ラインの第２光検出器１５で検出した吸収強度を差し引
くことにより、サンプルセル１１以外の光路での吸収強
度をキャンセルすることができ、サンプルセル１１内の
試料ガス中の水分による吸収強度のみを得ることができ
る。したがって、２次微分吸収スペクトルＺからピーク
及びバレイを読み取ることにより、塩化水素中の水分濃
度を算出することができる。
して塩化水素中の水分濃度を測定したときの２次微分吸
収スペクトルの一例を示すものである。上段の２次微分
吸収スペクトルＸは、ビームスプリッター１３，１４及
びサンプルセル１１を通過して第１光検出器１２で検出
されたレーザー光の吸収強度であり、中段の２次微分吸
収スペクトルＹは、ビームスプリッター１３で反射して
第２光検出器１５で検出されたレーザー光の吸収強度で
ある。そして、下段の２次微分吸収スペクトルＺは、第
１光検出器１２で検出した光強度から第２光検出器１５
で検出した吸収強度を差し引いたものであって、これが
サンプルセル１１内を流れる試料ガス中の水分による吸
収強度となる。このように、いわゆるサンプルラインの
第１光検出器１２で検出した吸収強度から、キャンセル
ラインの第２光検出器１５で検出した吸収強度を差し引
くことにより、サンプルセル１１以外の光路での吸収強
度をキャンセルすることができ、サンプルセル１１内の
試料ガス中の水分による吸収強度のみを得ることができ
る。したがって、２次微分吸収スペクトルＺからピーク
及びバレイを読み取ることにより、塩化水素中の水分濃
度を算出することができる。
【０００６】ところが、実際の測定においては、図４に
示したようなきれいな２次微分吸収スペクトルが得られ
ることはまれであり、通常の２次微分吸収スペクトルに
は、フリンジノイズと呼ばれるうねりが発生するため、
微量成分を高感度に測定することは困難であった。例え
ば、図５は精製処理を行って水分を除去した塩化水素を
試料ガスとしてサンプルセル１１に流したときの２次微
分吸収スペクトルの一例である。この場合も、上段の２
次微分吸収スペクトルＸから中段の２次微分吸収スペク
トルＹを差し引いて下段の２次微分吸収スペクトルＺを
得たものであるが、試料ガス中には水分が存在しないに
もかかわらず、フリンジノイズによって２次微分吸収ス
ペクトルＺに大きなうねりが発生し、水分の吸収波長部
分にピークが存在するような状態になってしまう。
示したようなきれいな２次微分吸収スペクトルが得られ
ることはまれであり、通常の２次微分吸収スペクトルに
は、フリンジノイズと呼ばれるうねりが発生するため、
微量成分を高感度に測定することは困難であった。例え
ば、図５は精製処理を行って水分を除去した塩化水素を
試料ガスとしてサンプルセル１１に流したときの２次微
分吸収スペクトルの一例である。この場合も、上段の２
次微分吸収スペクトルＸから中段の２次微分吸収スペク
トルＹを差し引いて下段の２次微分吸収スペクトルＺを
得たものであるが、試料ガス中には水分が存在しないに
もかかわらず、フリンジノイズによって２次微分吸収ス
ペクトルＺに大きなうねりが発生し、水分の吸収波長部
分にピークが存在するような状態になってしまう。
【０００７】このようなフリンジノイズは、レーザー光
がサンプルセル１１の内壁や窓等、ビームスプリッター
１３，１４を通過したときや反射により発生するもので
あり、このようなフリンジノイズが発生すると、バレイ
部分に大きな歪みが生じるために測定精度を低下させる
原因となる。フリンジノイズが大きくなると、例えば図
６に示すように、本来は上段のようにして表れるべき水
分のピークＰが、フリンジノイズＱに埋もれて測定が困
難になったりする。また、吸収波長が近似した他成分、
例えば、水に対する二酸化炭素、臭化水素が存在してい
る場合は、例えば図７に示すように、水分のピークＰの
近傍に臭化水素のピークＲが発生するため、ピークの区
別が困難になって正確な測定が行えなくなることがあ
る。特に、高純度ガス中の微量成分を分析する際にはこ
れらの問題が大きくなる。
がサンプルセル１１の内壁や窓等、ビームスプリッター
１３，１４を通過したときや反射により発生するもので
あり、このようなフリンジノイズが発生すると、バレイ
部分に大きな歪みが生じるために測定精度を低下させる
原因となる。フリンジノイズが大きくなると、例えば図
６に示すように、本来は上段のようにして表れるべき水
分のピークＰが、フリンジノイズＱに埋もれて測定が困
難になったりする。また、吸収波長が近似した他成分、
例えば、水に対する二酸化炭素、臭化水素が存在してい
る場合は、例えば図７に示すように、水分のピークＰの
近傍に臭化水素のピークＲが発生するため、ピークの区
別が困難になって正確な測定が行えなくなることがあ
る。特に、高純度ガス中の微量成分を分析する際にはこ
れらの問題が大きくなる。
【０００８】このため、水分を分析する際には、１００
％の水蒸気を所定圧力で封入したリファレンスセル１６
を設け、このリファレンスセル１６を通過したレーザー
光を第３光検出器１７で検出することにより、水分の吸
収波長を確実に同定できるようにしている。すなわち、
２次微分吸収スペクトルＺのピークがフリンジノイズと
同じくらいに小さい場合でも、リファレンスセル１６を
通過したレーザー光によるピークを参照することによ
り、サンプルセル１１を通過したレーザー光の水分によ
るピークを確実にとらえることができるので、水分量を
高感度で測定することが可能となる。また、このような
リファレンスラインと呼ばれるリファレンスセル１６及
び第３光検出器１７を設置しておくことにより、吸収波
長が近似した他成分が存在していても、水分量のみを確
実に測定することができる。
％の水蒸気を所定圧力で封入したリファレンスセル１６
を設け、このリファレンスセル１６を通過したレーザー
光を第３光検出器１７で検出することにより、水分の吸
収波長を確実に同定できるようにしている。すなわち、
２次微分吸収スペクトルＺのピークがフリンジノイズと
同じくらいに小さい場合でも、リファレンスセル１６を
通過したレーザー光によるピークを参照することによ
り、サンプルセル１１を通過したレーザー光の水分によ
るピークを確実にとらえることができるので、水分量を
高感度で測定することが可能となる。また、このような
リファレンスラインと呼ばれるリファレンスセル１６及
び第３光検出器１７を設置しておくことにより、吸収波
長が近似した他成分が存在していても、水分量のみを確
実に測定することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところが、リファレン
スセル１６を設けるために、光路中に第２ビームスプリ
ッター１４を設けてレーザー光を分岐させると、レーザ
ー光源１０として出力の大きなものを使用しなければな
らずコストアップを招くだけでなく、フリンジノイズを
増加させる原因ともなる。
スセル１６を設けるために、光路中に第２ビームスプリ
ッター１４を設けてレーザー光を分岐させると、レーザ
ー光源１０として出力の大きなものを使用しなければな
らずコストアップを招くだけでなく、フリンジノイズを
増加させる原因ともなる。
【００１０】また、図８に示すように、レーザー光源１
０の後方に集光レンズ２３を設けてレーザー光源１０の
後方錯乱光を集光し、集光したレーザー光をリファレン
スセル１６に導入して第３光検出器１７に入射させるこ
ともできる。しかし、この場合は、光軸方向の機器の配
置が増加するため、装置の大型化を招いて省スペース化
の妨げとなる。
０の後方に集光レンズ２３を設けてレーザー光源１０の
後方錯乱光を集光し、集光したレーザー光をリファレン
スセル１６に導入して第３光検出器１７に入射させるこ
ともできる。しかし、この場合は、光軸方向の機器の配
置が増加するため、装置の大型化を招いて省スペース化
の妨げとなる。
【００１１】また、光学系等の機器をパージボックス１
８内に収納したものでは、リファレンスセル１６の設置
によってパージボックス１８の容積が増加すると、該パ
ージボックス１８内の雰囲気を、例えば大気雰囲気から
水分調整を行った窒素雰囲気に置換するためのパージ効
率が低下し、パージに要する時間、即ち装置立ち上げ時
間が長くなるとともに、窒素ガスの消費量も増大すると
いう問題が発生する。
８内に収納したものでは、リファレンスセル１６の設置
によってパージボックス１８の容積が増加すると、該パ
ージボックス１８内の雰囲気を、例えば大気雰囲気から
水分調整を行った窒素雰囲気に置換するためのパージ効
率が低下し、パージに要する時間、即ち装置立ち上げ時
間が長くなるとともに、窒素ガスの消費量も増大すると
いう問題が発生する。
【００１２】さらに、リファレンスセル１６を設置する
ためとはいえ、ビームスプリッター１４や集光レンズ２
３の追加は、それ自身だけでなく周辺の部品点数も大幅
に増加することになるため、製造コストの上昇を招くこ
とになる。
ためとはいえ、ビームスプリッター１４や集光レンズ２
３の追加は、それ自身だけでなく周辺の部品点数も大幅
に増加することになるため、製造コストの上昇を招くこ
とになる。
【００１３】そこで本発明は、簡単な構成でフリンジノ
イズの影響を低減することができ、さらに、リファレン
スセルも、最小のコスト、最小のスペースで効果的に設
置することができるレーザー分光分析装置を提供するこ
とを目的としている。
イズの影響を低減することができ、さらに、リファレン
スセルも、最小のコスト、最小のスペースで効果的に設
置することができるレーザー分光分析装置を提供するこ
とを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のレーザー分光分析装置の第１は、測定用レ
ーザー光を発生させる波長可変型半導体レーザー光源
と、試料ガスが導入されるサンプルセルと、該サンプル
セルを通過したレーザー光の光強度を測定する第１の光
検出器と、レーザー光源からのレーザー光の一部を分岐
するビームスプリッターと、該ビームスプリッターで分
岐したレーザー光の光強度を測定する第２の光検出器と
を備えたレーザー分光分析装置において、前記第１及び
第２の光検出器の受光面を光軸に対して１０〜３０度傾
斜させて配置し、いずれかの検出器の受光面で反射した
レーザー光の光路に、測定対象物を封入したリファレン
スセルを設けるとともに、該リファレンスセルを通過し
たレーザー光の光強度を測定する第３の光検出器を設け
たことを特徴としている。
め、本発明のレーザー分光分析装置の第１は、測定用レ
ーザー光を発生させる波長可変型半導体レーザー光源
と、試料ガスが導入されるサンプルセルと、該サンプル
セルを通過したレーザー光の光強度を測定する第１の光
検出器と、レーザー光源からのレーザー光の一部を分岐
するビームスプリッターと、該ビームスプリッターで分
岐したレーザー光の光強度を測定する第２の光検出器と
を備えたレーザー分光分析装置において、前記第１及び
第２の光検出器の受光面を光軸に対して１０〜３０度傾
斜させて配置し、いずれかの検出器の受光面で反射した
レーザー光の光路に、測定対象物を封入したリファレン
スセルを設けるとともに、該リファレンスセルを通過し
たレーザー光の光強度を測定する第３の光検出器を設け
たことを特徴としている。
【００１５】また、本発明のレーザー分光分析装置の第
２は、前記第１及び第２の光検出器のいずれか一方の受
光面を光軸に対して１０〜３０度傾斜させて配置し、前
記第１及び第２の光検出器のうち、受光面を傾斜させて
配置した光検出器の受光面で反射したレーザー光の光路
に、測定対象物を封入したリファレンスセルを設けると
ともに、該リファレンスセルを通過したレーザー光の光
強度を測定する第３の光検出器を設けたことを特徴とし
ている。
２は、前記第１及び第２の光検出器のいずれか一方の受
光面を光軸に対して１０〜３０度傾斜させて配置し、前
記第１及び第２の光検出器のうち、受光面を傾斜させて
配置した光検出器の受光面で反射したレーザー光の光路
に、測定対象物を封入したリファレンスセルを設けると
ともに、該リファレンスセルを通過したレーザー光の光
強度を測定する第３の光検出器を設けたことを特徴とし
ている。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明のレーザー分光分
析装置の一形態例を示す光学系部分の概略構成図であ
る。なお、以下の説明において、前記図３に示した従来
例装置の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付
して詳細な説明は省略する。また、光学系以外の部分
は、前記従来例装置と同様に形成することができるの
で、図示及び詳細な説明を省略する。
析装置の一形態例を示す光学系部分の概略構成図であ
る。なお、以下の説明において、前記図３に示した従来
例装置の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付
して詳細な説明は省略する。また、光学系以外の部分
は、前記従来例装置と同様に形成することができるの
で、図示及び詳細な説明を省略する。
【００１７】このレーザー分光分析装置は、波長可変型
半導体レーザー光源１０と、サンプルラインを形成する
サンプルセル１１及び第１光検出器１２と、キャンセル
ラインを形成するビームスプリッター１３及び第２光検
出器１５とを、従来の装置と同様に配置し、第１光検出
器１２で検出した光強度と第２光検出器１５で検出した
光強度とから前述のような２次微分吸収スペクトルを得
ることにより、試料ガス中の微量成分（測定対象物）の
濃度を測定するものである。
半導体レーザー光源１０と、サンプルラインを形成する
サンプルセル１１及び第１光検出器１２と、キャンセル
ラインを形成するビームスプリッター１３及び第２光検
出器１５とを、従来の装置と同様に配置し、第１光検出
器１２で検出した光強度と第２光検出器１５で検出した
光強度とから前述のような２次微分吸収スペクトルを得
ることにより、試料ガス中の微量成分（測定対象物）の
濃度を測定するものである。
【００１８】本形態例では、前記両検出器１２，１５の
受光面１２ａ，１５ａを光軸Ｃ１，Ｃ２に対して所定角
度傾斜させて配置している。すなわち、従来のように受
光面１２ａ，１５ａを光軸Ｃ１，Ｃ２に直交させて配置
すると、検出器１２，１５に入射するレーザー光は、受
光面１２ａ，１５ａで光軸Ｃ１，Ｃ２方向に反射して光
路を逆方向に進むことになる。そして、この反射光が光
路中で再反射することによって光検出器１２，１５に戻
ると、その往復分が光路差となってフリンジノイズの発
生源となる。したがって、受光面１２ａ，１５ａを光軸
Ｃに対して適当な角度、好ましくは１０〜３０度、特に
好ましくは１５度程度傾けて配置することにより、受光
面１２ａ，１５ａから光軸Ｃ１，Ｃ２方向以外の方向に
レーザー光を反射させることができるので、再反射に起
因するフリンジノイズの発生を防止することができる。
この傾斜角度が小さいと反射光が光路方向に戻ってフリ
ンジノイズを発生させる可能性があり、傾斜角度を大き
くしすぎると、有効受光面積が小さくなってしまうため
に光軸の調整が困難になることがある。
受光面１２ａ，１５ａを光軸Ｃ１，Ｃ２に対して所定角
度傾斜させて配置している。すなわち、従来のように受
光面１２ａ，１５ａを光軸Ｃ１，Ｃ２に直交させて配置
すると、検出器１２，１５に入射するレーザー光は、受
光面１２ａ，１５ａで光軸Ｃ１，Ｃ２方向に反射して光
路を逆方向に進むことになる。そして、この反射光が光
路中で再反射することによって光検出器１２，１５に戻
ると、その往復分が光路差となってフリンジノイズの発
生源となる。したがって、受光面１２ａ，１５ａを光軸
Ｃに対して適当な角度、好ましくは１０〜３０度、特に
好ましくは１５度程度傾けて配置することにより、受光
面１２ａ，１５ａから光軸Ｃ１，Ｃ２方向以外の方向に
レーザー光を反射させることができるので、再反射に起
因するフリンジノイズの発生を防止することができる。
この傾斜角度が小さいと反射光が光路方向に戻ってフリ
ンジノイズを発生させる可能性があり、傾斜角度を大き
くしすぎると、有効受光面積が小さくなってしまうため
に光軸の調整が困難になることがある。
【００１９】さらに、第１光検出器１２の傾斜した受光
面１２ａで反射したレーザー光の光路には、測定対象物
を減圧状態で封入したリファレンスセル１６と、該リフ
ァレンスセル１６を通過したレーザー光の光強度を測定
する第３光検出器１７とを有するリファレンスラインを
設けている。このリファレンスセル１６及び第３光検出
器１７は、従来と同様に、測定対象物の吸収波長を確実
に同定するためのものであって、これらを設けることに
より、吸収波長が近似した他成分の影響やフリンジノイ
ズの影響を低減して測定対象物を、より高感度、高精度
で測定することができる。また、第３光検出器１７にお
いても、その受光面１７ａを光軸Ｃ３に対して所定角度
傾斜させて配置することにより、受光面１７ａの反射光
によりフリンジノイズが発生することを防止している。
面１２ａで反射したレーザー光の光路には、測定対象物
を減圧状態で封入したリファレンスセル１６と、該リフ
ァレンスセル１６を通過したレーザー光の光強度を測定
する第３光検出器１７とを有するリファレンスラインを
設けている。このリファレンスセル１６及び第３光検出
器１７は、従来と同様に、測定対象物の吸収波長を確実
に同定するためのものであって、これらを設けることに
より、吸収波長が近似した他成分の影響やフリンジノイ
ズの影響を低減して測定対象物を、より高感度、高精度
で測定することができる。また、第３光検出器１７にお
いても、その受光面１７ａを光軸Ｃ３に対して所定角度
傾斜させて配置することにより、受光面１７ａの反射光
によりフリンジノイズが発生することを防止している。
【００２０】したがって、各光検出器１２，１５，１７
の各受光面１２ａ，１５ａ，１７ａを各光軸Ｃ１，Ｃ
２，Ｃ３に対して傾斜させてフリンジノイズの低減を図
るとともに、リファレンスセル１６を設置して吸収波長
の同定を確実に行えるようにしたことにより、測定対象
物の測定感度や測定精度を大幅に高めることができる。
の各受光面１２ａ，１５ａ，１７ａを各光軸Ｃ１，Ｃ
２，Ｃ３に対して傾斜させてフリンジノイズの低減を図
るとともに、リファレンスセル１６を設置して吸収波長
の同定を確実に行えるようにしたことにより、測定対象
物の測定感度や測定精度を大幅に高めることができる。
【００２１】さらに、リファレンスセル１６及び第３光
検出器１７を、第１光検出器１２の受光面１２ａで反射
したレーザー光の光路上に設置することにより、レーザ
ー光源１０の出力を大きくする必要がなく、ビームスプ
リッターや集光レンズ等の部品を追加する必要もなくな
り、また、光学系の光軸方向の長さも、リファレンスセ
ルを備えていない従来装置と同等にすることが可能とな
る。これにより、部品点数の削減とともに、装置の小型
化も図れるので、製造コストを低減することができる。
このように光学系を小型化することにより、光学系を覆
うパージボックスも小型化できるので、パージボックス
内を窒素ガス等でパージするための時間も短縮でき、装
置の立ち上げを迅速に行えるとともに、窒素ガス等の消
費量も削減できる。
検出器１７を、第１光検出器１２の受光面１２ａで反射
したレーザー光の光路上に設置することにより、レーザ
ー光源１０の出力を大きくする必要がなく、ビームスプ
リッターや集光レンズ等の部品を追加する必要もなくな
り、また、光学系の光軸方向の長さも、リファレンスセ
ルを備えていない従来装置と同等にすることが可能とな
る。これにより、部品点数の削減とともに、装置の小型
化も図れるので、製造コストを低減することができる。
このように光学系を小型化することにより、光学系を覆
うパージボックスも小型化できるので、パージボックス
内を窒素ガス等でパージするための時間も短縮でき、装
置の立ち上げを迅速に行えるとともに、窒素ガス等の消
費量も削減できる。
【００２２】また、ＣＶＤ装置の排気ガスのように、凝
固成分を含むガスをサンプルセル１１内に流通させる
と、凝固成分がサンプルセル１１の窓部に付着して通過
光量が減少するため、窓部の清掃や交換を行う必要があ
る。このような場合、上述のように、サンプルセル１１
を通過して第１光検出器１２で反射したレーザー光をリ
ファレンスセル１６を介して第３光検出器１７に入射さ
せるように形成すると、サンプルセル１１の通過光量の
減少を第３光検出器１７の受光強度の低下で知ることが
できるので、サンプルセル１１の窓部の清掃や交換の時
期を把握することができる。
固成分を含むガスをサンプルセル１１内に流通させる
と、凝固成分がサンプルセル１１の窓部に付着して通過
光量が減少するため、窓部の清掃や交換を行う必要があ
る。このような場合、上述のように、サンプルセル１１
を通過して第１光検出器１２で反射したレーザー光をリ
ファレンスセル１６を介して第３光検出器１７に入射さ
せるように形成すると、サンプルセル１１の通過光量の
減少を第３光検出器１７の受光強度の低下で知ることが
できるので、サンプルセル１１の窓部の清掃や交換の時
期を把握することができる。
【００２３】なお、図２の概略構成図にに示すように、
前記リファレンスセル１６及び第３光検出器１７は、第
２光検出器１５で反射したレーザー光の光路上に設置す
ることもできる。また、各受光面１２ａ，１５ａ，１７
ａの全てを傾斜させる必要はなく、リファレンスセル１
６及び第３光検出器１７に反射光を入射させる光検出器
の受光面のみを傾斜させるようにしてもよい。
前記リファレンスセル１６及び第３光検出器１７は、第
２光検出器１５で反射したレーザー光の光路上に設置す
ることもできる。また、各受光面１２ａ，１５ａ，１７
ａの全てを傾斜させる必要はなく、リファレンスセル１
６及び第３光検出器１７に反射光を入射させる光検出器
の受光面のみを傾斜させるようにしてもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザー
分光分析装置によれば、フリンジノイズの低減により測
定精度の向上が図れるとともに、リファレンスセルの設
置を低コストで行うことができる。
分光分析装置によれば、フリンジノイズの低減により測
定精度の向上が図れるとともに、リファレンスセルの設
置を低コストで行うことができる。
【図１】 本発明のレーザー分光分析装置の一形態例を
示す光学系部分の概略構成図である。
示す光学系部分の概略構成図である。
【図２】 リファレンスセルの他の配置例を示す光学系
部分の概略構成図である。
部分の概略構成図である。
【図３】 レーザー分光分析装置の一例を示す概略構成
図である。
図である。
【図４】 塩化水素中の水分濃度を測定したときの２次
微分吸収スペクトルの一例を示す図である。
微分吸収スペクトルの一例を示す図である。
【図５】 フリンジノイズの発生状態を示す図である。
【図６】 フリンジノイズに測定ピークが埋もれた状態
を示す図である。
を示す図である。
【図７】 吸収波長が近似した他成分のピークが表れた
状態を示す図である。
状態を示す図である。
【図８】 リファレンスセルの他の配置例を示す光学系
部分の概略構成図である。
部分の概略構成図である。
１０…波長可変型半導体レーザー光源、１１…サンプル
セル、１２…第１光検出器、１２ａ…受光面、１３…ビ
ームスプリッター、１５…第２光検出器、１５ａ…受光
面、１６…リファレンスセル、１７…第３光検出器、１
７ａ…受光面、２２…レンズ、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…光軸
セル、１２…第１光検出器、１２ａ…受光面、１３…ビ
ームスプリッター、１５…第２光検出器、１５ａ…受光
面、１６…リファレンスセル、１７…第３光検出器、１
７ａ…受光面、２２…レンズ、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…光軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−60681（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−195233（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−29346（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−10135（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−9842（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 G01J 3/00 - 3/52 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 測定用レーザー光を発生させる波長可変
型半導体レーザー光源と、試料ガスが導入されるサンプ
ルセルと、該サンプルセルを通過したレーザー光の光強
度を測定する第１の光検出器と、レーザー光源からのレ
ーザー光の一部を分岐するビームスプリッターと、該ビ
ームスプリッターで分岐したレーザー光の光強度を測定
する第２の光検出器とを備えたレーザー分光分析装置に
おいて、前記第１及び第２の光検出器の受光面を光軸に
対して１０〜３０度傾斜させて配置し、いずれかの検出
器の受光面で反射したレーザー光の光路に、測定対象物
を封入したリファレンスセルを設けるとともに、該リフ
ァレンスセルを通過したレーザー光の光強度を測定する
第３の光検出器を設けたことを特徴とするレーザー分光
分析装置。 - 【請求項２】 測定用レーザー光を発生させる波長可変
型半導体レーザー光源と、試料ガスが導入されるサンプ
ルセルと、該サンプルセルを通過したレーザー光の光強
度を測定する第１の光検出器と、レーザー光源からのレ
ーザー光の一部を分岐するビームスプリッターと、該ビ
ームスプリッターで分岐したレーザー光の光強度を測定
する第２の光検出器とを備えたレーザー分光分析装置に
おいて、前記第１及び第２の光検出器のいずれか一方の
受光面を光軸に対して１０〜３０度傾斜させて配置し、
前記第１及び第２の光検出器のうち、受光面を傾斜させ
て配置した光検出器の受光面で反射したレーザー光の光
路に、測定対象物を封入したリファレンスセルを設ける
とともに、該リファレンスセルを通過したレーザー光の
光強度を測定する第３の光検出器を設けたことを特徴と
するレーザー分光分析装置。
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| JP19798499A JP3343680B2 (ja) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | レーザー分光分析装置 |
| US09/611,260 US6483589B1 (en) | 1999-07-12 | 2000-07-06 | Laser spectroscopy system |
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| EP1887343A1 (en) * | 2006-08-11 | 2008-02-13 | Geoservices | Device for quantifying the content of at least one gaseous constituent contained in a gaseous sample from a fluid, related assembly and process |
| US7994479B2 (en) * | 2006-11-30 | 2011-08-09 | The Science And Technology Facilities Council | Infrared spectrometer |
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