JP4177735B2 - 二酸化硫黄分析計における励起光選択ユニット - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車エミッションや大気中等の試料ガス中の二酸化硫黄（以下、ＳＯ₂ と記載する）を紫外線蛍光法を用いて分析するＳＯ₂ 分析計における励起光選択ユニットに関する。

紫外線蛍光法を用いたＳＯ₂ 分析計では、光源から照射される光のうち２１０〜２２０ｎｍ付近の波長をもつ励起光を選択して測定セルに入射することにより、波長３００ｎｍ付近の蛍光強度を測定するものであり、その際、測定対象のＳＯ₂ が発光する蛍光と同じあるいは極端に接近した波長の光が入らないようにするために、２１０〜２２０ｎｍ付近という特定波長の励起光を選択する必要がある。かかる励起光の選択手段として、従来から、波長２５０ｎｍ以上の長波長の光を１０〜３０％反射する特性を有するバンドパス反射ミラーの複数枚を用いて波長２５０ｎｍ以上の光の反射率を低減させるように構成された励起光選択ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２４０５３０号公報

ところで、複数枚のバンドパス反射ミラーを用いた従来の励起光選択ユニットにおける各バンドパス反射ミラーは一般的に次のように設置して用いられている。すなわち、図４に示すように、水平面１１ａと垂直面１１ｂとそれら両面１１ａ，１１ｂの端部間を略４５°の傾斜角度をもって結ぶ傾斜面１１ｃとを有する縦断面形状が略直角二等辺三角形のミラー取付台１１の傾斜面１１ｃに、バンドパス反射ミラー１２をその表面（反射面）１２ａが有効径範囲Ｄの入射光に対して約４５°傾くようにその裏面１２ｂ全域で固定支持させて取付けられている。したがって、前記有効径範囲Ｄの入射光のうち、特定波長以外の波長をもつ光がバンドパス反射ミラー１２の裏面１２ｂ側まで透過し、その透過光がミラー取付台１１の傾斜面部１１ｃで反射されることにより散乱光（迷光）ｒ２となり、この散乱光ｒ２がミラー表面１２ａで反射される特定波長の反射光ｒ１と同様に次段のバンドパス反射ミラーを経由して最終的に測定セルに入射され、その結果、ＳＯ₂ から発光される蛍光強度の測定値に誤差が生じ、分析計の測定精度及び信頼性の低下を招きやすい。

また、上述のような散乱光による測定精度及び信頼性の低下を抑制するために、図５に概略的に示すように、前記同様に取付台１１の傾斜面部１１ｃにその裏面１２ｂ全域で固定支持させて取付けられている各バンドパス反射ミラー１２への光入射側位置及び反射光出射側位置にミラー表面１２ａからの反射光ｒ１のみ通過させ、散乱光ｒ２の入射及び出射は遮断するスリット１３ａ付きの遮光板部材１３を設置することも考えられるが、この場合は、多くの部品点数を要してコスト高になるとともに、装置全体が大掛かりなものとなる難点がある。又、反射による迷光を完全になくすものではない。

本発明は上述の実情に鑑みてなされたもので、部品点数を増加せずコストダウン及びコンパクト化を図りつつ、散乱光の影響を極減して測定精度及び信頼性の向上を実現できるＳＯ₂ 分析計における励起光選択ユニットを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係るＳＯ₂ 分析計における励起光選択ユニットは、光源から照射された光をバンドパス反射ミラーの表面側で反射させることにより特定波長の光を選択し、その選択された特定波長の光をＳＯ₂ 分析計の測定セルに入射させるように構成されているＳＯ₂ 分析計における励起光選択ユニットにおいて、前記バンドパス反射ミラーをその裏面側で固定支持するミラー取付台のミラー支持面側に、バンドパス反射ミラーの表裏面に対して非平行であり、バンドパス反射ミラーに入射されその裏面側まで透過してくる光を測定セル側に向けて反射しない透過光反射面を有する空洞部が形成されていることを特徴としている。

上記のごとき特徴を有する本発明に係るＳＯ₂ 分析計における励起光選択ユニットによれば、波長２５０ｎｍ以上の長波長の光を１０〜３０％反射する特性を有するバンドパス反射ミラーを用いることによる波長２５０ｎｍ以上の光の反射率の低減、つまり、迷光低減効果に加えて、有効径範囲でバンドパス反射ミラーに入射されその裏面側まで透過した光を、ミラー取付台に形成の空洞部内に進入させ、バンドパス反射ミラーの表裏面に対して非平行であり、バンドパス反射ミラーに入射されその裏面側まで透過してくる光を測定セル側に向けて反射しない透過光反射面で反射させることにより、例えば入射光路を辿るように出射させるなど透過光の反射による散乱光（迷光）が次段のバンドパス反射ミラーを経由して最終的に測定セルに入射されて所定の測定に悪影響を及ばすことを抑制する効果が得られ、これら迷光低減効果と散乱光による測定影響抑制効果との相乗によって測定精度及び信頼性の著しい向上を達成できる。しかも、励起光選択ユニットが本来備えているミラー取付台に前記透過光反射面を有する空洞部を形成するだけでよく、スリット付きの遮光板部材等を設置する必要がないので、部品点数を少なくして装置全体のコンパクト化、低コスト化を図ることができるという効果を奏する。

本発明に係るＳＯ₂ 分析計における励起光選択ユニットにおいて、前記ミラー取付台に形成の空洞部としては、バンドパス反射ミラーの透過光が次段のバンドパス反射ミラーを経由して最終的に測定セルに入射されないような透過光反射面を有する形状であればどのような形状であってもよいが、特に、請求項２に記載のように、ミラー取付台のミラー支持面側に底面を有する円錐状に形成する場合は、透過光を入射光路を辿るように反射させて散乱光の影響抑制効果を高めることができ、ミラー取付台のミラー支持面側からの座ぐり加工により空洞部を円錐状に形成すれば、その製作加工が非常に容易で、既存のミラー取付台も簡単に散乱光の影響抑制効果のあるものに改造することができる。

また、円錐状空洞部を形成するにあたって、請求項３に記載のように、円錐面角度が鋭角となるように形成することによって、空洞部に進入してくる透過光を該空洞部内の円錐面での繰り返し反射作用によって空洞部内で収束させて散乱光の出射を確実に防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係るＳＯ₂ 分析計における励起光選択ユニットの全体構成を示し、１は紫外線を発生・照射する光源であり、この光源１から照射された紫外線領域の光を、第１〜第４バンドパス反射ミラー２，３，４，５の表面側で順次反射させることにより、波長２５０ｎｍ以上の長波長の光の反射率は低減して２１０〜２２０ｎｍ付近の特定波長の光を選択し、その選択された特定波長の反射光ｒ１をＳＯ₂ 分析計６の測定セルに入射させるように構成されている。

前記第１〜第４バンドパス反射ミラー２〜５は後述するミラー取付台７に固定支持されており、それらミラー取付台７の構造及びそのミラー取付台７に対するミラー固定支持構造は全て同一であるため、ここでは第１バンドパス反射ミラー２の取付台構造及び固定支持構造についてのみ図示（図２）し説明し、第２〜第４バンドパス反射ミラー３〜５の取付台構造及び固定支持構造の図示は省略する。

図２に示すミラー取付台７は、水平面７ａと垂直面７ｂとそれら両面７ａ，７ｂの端部間を略４５°の傾斜角度をもって結ぶミラー支持面７ｃとを有し縦断面において直角二等辺三角形状に形成されている。このミラー取付台７のミラー支持面７ｃには、第１バンドパス反射ミラー２がその表面（反射面）２ａを有効径範囲Ｄの入射光に対して約４５°傾くようにその裏面２ｂの周縁部で固定支持されており、その裏面２ｂの周縁部を除く取付台７のミラー支持面７ｃ側には、バンドパス反射ミラー２の表，裏面２ａ，２ｂに対して非平行な、具体的には、略４５°の傾斜角度をもつ透過光反射用円錐面８ａを有する円錐状の空洞部８が座ぐり加工によって形成されている。

上記のように構成されたＳＯ₂ 分析計における励起光選択ユニットによれば、光源１から照射された紫外線領域の光が第１〜第４バンドパス反射ミラー２，３，４，５の表面側で順次反射されることにより、波長２５０ｎｍ以上の長波長の光の反射率を低減する迷光低減効果に加えて、有効径範囲Ｄで各バンドパス反射ミラー２〜５に入射されその裏面２ａ〜５ａ側まで透過した光はミラー取付台７に形成の空洞部８内に進入し円錐面８ａで反射されて入射光路を辿って出射されるといった具合に、透過光の反射による散乱光（迷光）ｒ２が特定波長の反射光ｒ１と共に次段のバンドパス反射ミラーを経由して最終的にＳＯ₂ 分析計６の測定セルに入射されることに伴う所定の測定への悪影響を抑制する効果が得られ、これら迷光低減効果と散乱光ｒ２による測定影響抑制効果との相乗によって測定精度及び信頼性の著しい向上が図れる。また、散乱光ｒ２による測定影響を抑制するために、スリット付きの遮光板部材を設置する等の別の構成部品を追加する必要が全くなく、励起光選択ユニットが本来備えているミラー取付台７に空洞部８を形成するだけでよいので、部品点数をできるだけ削減して装置全体のコンパクト化、低コスト化を図ることが可能である。

図３は他の実施の形態を示し、ミラー取付台７に座ぐり加工によって形成される円錐状空洞部８を、その円錐面角度θが鋭角になるように形成したものである。この場合は、空洞部８内に進入してくる透過光を円錐面８ａで矢印のように繰り返し反射させて空洞部８内で収束させることが可能となり、散乱光ｒ２が特定波長の反射光ｒ１と同一の方向に向けて出射され、最終的に測定セルに入射されることを確実に防止し散乱光による測定影響抑制効果を一層向上することができる。

なお、本発明におけるミラー取付台７の形状は、図２や図３に示すものに限定されるものでなく、バンドパス反射ミラー２〜５を略４５°の傾斜姿勢で安定よく固定支持できるものであればいかなる形状のものであってもよい。

また、上記実施の形態では、励起光選択ユニットとして、４枚のバンドパス反射ミラーを用いたもので説明したが、合計６枚あるいは８枚のバンドパス反射ミラー及び集光レンズを用いて迷光低減効果をより高くしたものであってもよい。

本発明に係るＳＯ₂ 分析計における励起光選択ユニットの一実施の形態を示す模式的構成図である。 同ユニットにおける要部の拡大縦断面図である。 本発明に係るＳＯ₂ 分析計における励起光選択ユニットの他の実施の形態を示す要部の拡大縦断面図である。 従来のＳＯ₂ 分析計における励起光選択ユニットにおける要部の拡大縦断面図である。 同従来のＳＯ₂ 分析計における励起光選択ユニットにおける問題を解決するために考えられる手段が講じられた要部の拡大縦断面図である。

符号の説明

１ 光源
２ 第１バンドパス反射ミラー
２ａ 表面
２ｂ 裏面
３ 第２バンドパス反射ミラー
４ 第３バンドパス反射ミラー
５ 第４バンドパス反射ミラー
６ ＳＯ₂ 分析計
７ ミラー取付台
７ｃ ミラー支持面
８ 空洞部
８ａ 円錐面
ｒ１ 特定波長の反射光
ｒ２ 散乱光

Claims (3)

1. 光源から照射された光をバンドパス反射ミラーの表面側で反射させることにより特定波長の光を選択し、その選択された特定波長の光を二酸化硫黄分析計の測定セルに入射させるように構成されている二酸化硫黄分析計における励起光選択ユニットにおいて、
   前記バンドパス反射ミラーをその裏面側で固定支持するミラー取付台のミラー支持面側に、バンドパス反射ミラーの表裏面に対して非平行であり、バンドパス反射ミラーに入射されその裏面側まで透過してくる光を測定セル側に向けて反射しない透過光反射面を有する空洞部が形成されていることを特徴とする二酸化硫黄分析計における励起光選択ユニット。
2. 前記空洞部が、ミラー取付台のミラー支持面側に底面を有する円錐状に形成されている請求項１に記載の二酸化硫黄分析計における励起光選択ユニット。
3. 前記空洞部は、その円錐面角度が鋭角になるように形成されている請求項２に記載の二酸化硫黄分析計における励起光選択ユニット。

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