JP7488586B2 - マルチガススペクトルセンサのための小型マルチパスガスセル - Google Patents
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Description
本出願は、2019年3月4日に米国特許商標庁に出願された仮出願第62/813,714号の優先権およびその利益を主張するものであり、その内容の全体は、その全体が以下に完全に記載されているかのように、また適用可能なすべての目的のために、引用により本明細書に援用されるものとする。
Claims (22)
- マルチパスガスセルであって、
マルチパスガスセルの光入力部で入力光を受け取るように光学的に結合され、入力光をコリメートしてコリメート光を生成するように構成された第1の光学部品と、
コリメート光を受け取るように光学的に結合され、マルチパスガスセル内でコリメート光を反射して、マルチパスガスセルの複数のパスを通るコリメート光の多重反射を生成するように構成された2以上のリフレクタのセットと、
コリメート光の多重反射から生じる出力光を受け取るように光学的に結合され、マルチパスガスセルの光出力部に向けて出力光を集束するように構成された第2の光学部品とを備え、
前記第1の光学部品および前記第2の光学部品が前記2以上のリフレクタのセットとは異なり、前記多重反射が前記2以上のリフレクタのセットのみによって生成され、
前記第1の光学部品および前記第2の光学部品が、前記2以上のリフレクタのセットのうちの単一のリフレクタと一体化されていることを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項1に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記2以上のリフレクタのセットが、少なくとも3つの曲面リフレクタを含むことを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項1に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記第1の光学部品および前記第2の光学部品が、曲面ミラーまたはレンズを含むことを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項1に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記2以上のリフレクタのセットが、第1の球面ミラー、第2の球面ミラーおよび第3の球面ミラーを含み、各々が、前記第1の球面ミラーと前記第2の球面ミラーおよび前記第3の球面ミラーの各々との間の距離に等しい同一の曲率半径を有し、
前記第1の球面ミラーが、前記マルチパスガスセルの第1の側に配置され、前記第2の球面ミラーおよび前記第3の球面ミラーがともに、前記第1の側とは反対側の前記マルチパスガスセルの第2の側に配置され、
前記第2の球面ミラーと前記第3の球面ミラーとの間の角度が、前記マルチパスガスセル内にコリメート光を維持するように選択され、
前記第1の球面ミラーが、前記単一のリフレクタを含むことを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項4に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記第1の光学部品が、前記第1の球面ミラーの第1の端部で一体化され、前記第2の光学部品が、前記第1の端部と反対側の前記第1の球面ミラーの第2の端部で一体化されていることを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項5に記載のマルチパスガスセルにおいて、
マルチパスガスセルの光入力部で追加の入力光を受け取るように光学的に結合された第3の光学部品をさらに備え、前記第3の光学部品が、追加の入力光をコリメートして、追加のコリメート光が前記第1の球面ミラーと前記第2の球面ミラーおよび前記第3の球面ミラーの各々との間で反射するように、追加のコリメート光を生成するように構成され、前記第3の光学部品が、前記第1の球面ミラーの第1の端部でさらに一体化されていることを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項6に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記第2の球面ミラーが、前記第2の球面ミラーの第1の部分と前記第2の球面ミラーの第2の部分を生成する不連続部を含み、前記第1の部分と前記第2の部分が、異なるそれぞれの傾きを有し、前記マルチパスガスセル内に異なるそれぞれのマルチパス光路長を形成することを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項7に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記第2の球面ミラーの第1の部分が、コリメート光の第1の反射回数を含む第1のマルチパス光路長を生成し、前記第2の球面ミラーの第2の部分が、追加のコリメート光の第2の反射回数を含む第2のマルチパス光路長を生成し、前記第1の反射回数が、前記第2の反射回数とは異なることを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項6に記載のマルチパスガスセルにおいて、
2つの光源と、
前記2つの光源に結合され、前記2つの光源を切り替えるように構成されたスイッチとをさらに備えることを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項1に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記光入力部および前記光出力部が前記単一のリフレクタの第1の端部に位置するように、前記第1の光学部品および前記第2の光学部品がともに、前記単一のリフレクタの第1の端部で一体化されていることを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項10に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記単一リフレクタが、前記第1の端部とは反対側のその第2の端部に非対称部分を有し、それにより前記コリメート光を前記マルチパスガスセル内に反射して戻すことが可能となっていることを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項1に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記2以上のリフレクタのセットが、第1の凹面ミラーおよび第2の凹面ミラーを含み、前記第1の凹面ミラーが、前記単一のリフレクタを含み、
前記第1の凹面ミラーが、第1の曲率半径を有し、前記第2の凹面ミラーが、前記第1の曲率半径の2倍である第2の曲率半径を有し、
前記第1の凹面ミラーと前記第2の凹面ミラーとの間の距離が、前記第2の曲率半径と等しいことを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項12に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記コリメート光の迷光が前記マルチパスガスセルの光出力部に到達するのを防ぐために光学的に結合された吸収体をさらに備えることを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項13に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記吸収体が、前記第2の凹面ミラー上の吸収領域を含むことを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項13に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記第1の光学部品および前記第2の光学部品が、直角ミラー、曲面ミラーまたはレンズを含むことを特徴とするマルチパスガスセル。 - マルチパスガスセルであって、
マルチパスガスセルの光入力部で入力光を受け取るように光学的に結合され、入力光をコリメートしてコリメート光を生成するように構成された第1の光学部品と、
コリメート光を受け取るように光学的に結合され、マルチパスガスセル内でコリメート光を反射して、マルチパスガスセルの複数のパスを通るコリメート光の多重反射を生成するように構成された2以上のリフレクタのセットと、
コリメート光の多重反射から生じる出力光を受け取るように光学的に結合され、マルチパスガスセルの光出力部に向けて出力光を集束するように構成された第2の光学部品とを備え、
前記第1の光学部品および前記第2の光学部品が前記2以上のリフレクタのセットとは異なり、前記多重反射が前記2以上のリフレクタのセットのみによって生成され、
前記第1の光学部品が、前記2以上のリフレクタのセットのうちの第1のリフレクタと一体化され、前記第2の光学部品が、前記2以上のリフレクタのセットのうちの第2のリフレクタと一体化されていることを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項16に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記2以上のリフレクタのセットが、少なくとも第1のミラー、第2のミラー、第3のミラーおよび第4のミラーを含み、
前記第1の光学部品が、前記第1のミラーと一体化され、
前記第2の光学部品が、前記第2のミラーと一体化されていることを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項17に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記第1の光学部品および前記第2の光学部品が、曲面ミラーまたはレンズを含むことを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項17に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記第1のミラー、前記第2のミラー、前記第3のミラーおよび前記第4のミラーの各々が、平面ミラーまたは円筒形ミラーを含むことを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項17に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記第1のミラーおよび前記第2のミラーの各々が第1の長さを有し、前記第3のミラーおよび前記第4のミラーの各々が、前記第1の長さよりも長い第2の長さを有し、
前記第1の光学部品が、前記第2のミラー、前記第3のミラー、前記第4のミラーおよび前記第1のミラーの間に、前記コリメート光の螺旋状のマルチパス光路を生成するように選択された角度で、前記コリメート光を前記第2のミラーに向けて導くように、前記第1のミラーの上部分に一体化され、
前記第2の光学部品が、前記第1のミラーから反射された出力光を受け取り、前記光出力部に向けて出力光を集束させるように、前記第2のミラーの下部分に一体化されていることを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項16に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記2以上のリフレクタのセットが、第1の平面ミラーおよび第2の平面ミラーを含み、前記第1の光学部品が、前記第1の平面ミラーと一体化され、前記第2の光学部品が、前記第2の平面ミラーと一体化され、
当該マルチパスガスセルがさらに、
前記第1の光学部品からのコリメート光を受け取るように光学的に結合され、前記第1の平面ミラーと前記第2の平面ミラーとの間の多重反射を含むマルチパスガスセルの内部を伝播するための入力ベッセルビームを生成するように構成された第1の光学ベッセル部品と、
前記多重反射から生じる出力ベッセルビームを受け取るように光学的に結合され、前記第2の光学部品によって受け取られる出力光として出力コリメート光を生成するように構成された第2の光学ベッセル部品とを備えることを特徴とするマルチパスガスセル。 - 請求項21に記載のマルチパスガスセルにおいて、
前記第1の光学部品および前記第2の光学部品が、曲面ミラーまたはレンズを含み、
前記第1の光学ベッセル部品および前記第2の光学ベッセル部品が、アキシコンレンズ、環状アパーチャまたは円錐形リフレクタを含むことを特徴とするマルチパスガスセル。
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