JPH07311148A - 多重反射光学装置とそれを用いた反射光の採取方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被計測気体が挿入されたセルが振動などによ
り歪んだ場合でも、最終的に反射する光束を、その位置
をずらすことなく、安定して採取することのできる多重
反射光学装置およびそれを用いた反射光の採取方法を提
供することを目的とする。 【構成】 多重反射光学装置のハウジング１２０内での
最後の反射となる光束が視野鏡１１１，１１２上の反射
スポットによって形成された奇数行を有するイメ−ジマ
トリックスにおける偶数番目の最大数の往復に相当する
スポットに向かう反射光束であると共に、該偶数番目の
往復に相当するスポットに向かう前記反射光束は第３対
物鏡１１５を介して行われる最後の反射光束であって、
当該反射光束は主視野鏡１１１の入射窓１１７側に隣接
した補助の視野鏡１１２上またはその下方に形成された
出射窓１１８からハウジング１２０の外に出されて採取
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、マルチプルパス・オプチカル・
マトリックス・システムに関し、特にガスなどの気体の
成分分析に用いられる多重反射光学装置とそれを用いた
反射光の採取方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来から、この種の技術においては、分析
すべきガスが挿入されたセルのハウジング内にレーザー
光を透過させ、透過後の波長強度を分析することで、ガ
スの成分分析を行ってきた。この分析を行うためにはハ
ウジング内において、できる限り長いオプチカルパス
（透過光路）を実現する必要がある。

【０００３】古典的には、ホワイト（White ）が透過光
路を長くするために複数のミラーを用いたシステムを開
発しているが、このシステムではまだ不十分である。

【０００４】最近では、特公平４−６８９４号に開示さ
れている技術がある。当該技術は、図９に概略的に示さ
れる装置の構成と、図１０に基づいて以下に示される作
用とを有するマルチプルパス・オプチカル・マトリック
ス・システムに関する。

【０００５】まず、図９において、このシステムは円筒
状のセルにハウジング４が形成されたもので、このハウ
ジング４の長手方向の一端側にはメーン視野鏡２４と該
メーン視野鏡２４に隣接した補助の視野鏡２５とが設置
され、一方、ハウジング４の長手方向の他端側には互い
に等しい曲率半径を有する４個一組の対物鏡３９，４
０，４１，４２が視野鏡２４，２５に対向するようにマ
ウント３４を介して設置されている。メ−ン視野鏡２４
の曲率は対物鏡の曲率と同じであり、その曲率中心は４
個の対物鏡の対称中心とハウジング４の長手方向の軸線
に沿って一致している。上記のように構成された多重反
射光学装置において、光源を出た光束が視野鏡側に設け
られた入口開口２からハウジング４内に投光され、対物
鏡３９，４０，４１，４２と視野鏡２４，２５とのいず
れか一組毎の間において複数回の反射を繰り返した後、
最後に入口開口２側に形成された出口開口２７から出光
させられ、出口開口２７を出た光束の波長強度が調べら
れる。上記多重反射システムにおけるハウジング４内で
の反射作用を図１０のイメージマトリックスに関連して
次に説明する。

【０００６】光源から出た光束が、セルに設けられたハ
ウジング４の長手方向の一端に形成された入口開口２を
通って、４個の対物鏡の一つである第１対物鏡３９へ向
けられる。その光束がハウジング４内で最初の１往復を
行うように第１対物鏡３９から反射されてメーン視野鏡
２４に向けて反射されて、そこに形成されるイメージマ
トリックスの一端に第１スポット１を作る。さらに、光
束はこのメーン視野鏡２４の第１スポット１から別の第
２対物鏡４０に向けられ、そこから反射されて、メーン
視野鏡２４を介して最初の対物鏡３９へ再び反射され
る。このような、第１対物鏡３９と視野鏡２４との間お
よび第２対物鏡４０と視野鏡２４との間の反射を交互に
複数回繰り返しながら、反射光束がメーン視野鏡２４上
に形成されるイメージマトリックスにおける前記第１ス
ポット１を含む一側端の第７スポット７に到達した直後
に、第１対物鏡３９を介して、入口開口２側でメーン視
野鏡２４に隣接して配置され、かつ曲率が各対物鏡の曲
率と同じであり、第１および第３対物鏡３９，４１の対
称点に一致する曲率中心を有する補助の視野鏡２５に通
される。そして、補助の視野鏡２５から反射された光束
はここで第３対物鏡４１に向けられ、この第３対物鏡４
１からメ−ン視野鏡２４へ再び通され、そこから最後の
第４対物鏡４２に向けられる。

【０００７】以上のような反射をさらに複数回繰り返し
た後、ハウジング内４で第１対物鏡３９による最後の反
射によってハウジング４の奇数番目の往復（図１０では
４５番目）に相当するスポットを含む出口開口２７を通
ってハウジング４の外に出されてセンサ等に採取され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、実際問題と
して、上記した従来のシステムを走行中の自動車や飛行
中の航空機などのように極めて強い振動を発生する環境
のなかで使用すると、多重反射光学装置のセルの歪みに
より光路が変動し、出射開口において透過光を安定して
採取することができないと云う問題が生じる。これを図
１１に関連して以下に説明する。

【０００９】上記システムを使用中に、振動によるセル
の歪みによって視野鏡または対物鏡のいずれかの鏡Ｍが
角度Δαだけ傾いたとすると、この鏡Ｍに向かってきた
光束１の鏡Ｍからの反射光１ｂは正常状態時の反射光１
ａに対して角度２Δαずれてしまう。つまり、反射光１
ｂはセルの歪みによる鏡の傾斜角度の２倍の角度でずれ
ることになる。従って、セルの歪みの大きさおよびハウ
ジングの長さ如何で、ハウジング内における最終反射光
束が出射開口から大きくずれてしまい、透過光の採取が
不可能になる事がある。セルの最大歪みをあらかじめ予
測しておいて、ずれに対処できる程の大きい開口面積を
持つ出射開口を形成する事も考えられるが、セル自体の
大きさに制限があると共に、そのような大きい開口面積
に対応し得る光センサを用いた場合にはセンサ精度が著
しく落ちてしまい、ガスの成分分析等の目的を達せられ
ない事になる。

【００１０】さらに、飛行中の航空機内で大気を採取し
ながら移動する場合、高速で移動しているため、特定の
地点におけるデータのサンプリングを再び行うことが困
難になるので、透過光の採取ミスは許されない。

【００１１】そこで、本発明は上記の事情に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、被計測気体
が挿入された多重反射光学装置のセルが振動等により歪
んだ場合でも、最終的に反射する光束の位置を所定位置
から少しもずらすことなく安定して採取することができ
る多重反射光学装置と、該装置を用いた反射光の採取方
法とを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１態様によれば、ガス分析等に用いられ
るための多重反射光学装置であって、（ａ）セルに形成
されたハウジングと、（ｂ）光源からの光束を前記ハウ
ジング内に導入するための入射窓と前記ハウジング内で
多重反射した光束を計測機器へ導くための出射窓とが形
成されたマウントを介して前記ハウジングの一端側に固
設された主視野鏡と、（ｃ）前記主視野鏡と同一の曲率
半径を有し、前記光束入射窓側において主視野鏡に隣接
するように前記マウントを介して固設された補助の視野
鏡と、（ｄ）前記ハウジングの他端側であって、前記両
視野鏡と対向するように１つのホルダーを介して全体的
にもそして個々にも上下左右方向に回動可能に設けら
れ、各々が互いにかつ前記主視野鏡と同一の曲率半径を
有する第１乃至第４対物鏡であって、前記補助の視野鏡
の曲率中心が第１および第３の対物鏡の対称点になるよ
うに設置された４個の対物鏡とを含み、そこにおいて、
前記入射窓から前記ハウジング内に入射した光束の複数
個の反射スポットによって前記主および補助の視野鏡上
にイメージマトリックスが形成され、前記出射窓に向か
う最後の反射光束が該イメージマトリックスにおける偶
数番目でかつ最大数であって、しかも前記第３対物鏡か
らの反射光束となるように、前記主視野鏡に投影された
前記第１乃至第４対物鏡の各々の曲率中心位置が調整さ
れていることを特徴とする多重光学反射装置が提供され
る。

【００１３】本発明の第２態様によれば、上記第１態様
におけるイメージマトリックスの水平方向に並ぶスポッ
トの行の数が奇数になるように前記主視野鏡上に投影さ
れる４個の対物鏡の各々の曲率中心位置が調整されてい
ることを特徴とする多重光学反射装置が提供される。

【００１４】本発明の第３態様によれば、上記第１およ
び第２態様のいずれかにおける出射窓が前記補助の視野
鏡上に形成されていることを特徴とする多重光学反射装
置が提供される。

【００１５】本発明の第４態様によれば、上記第１およ
び第２態様のいずれかにおける出射窓が前記補助の視野
鏡の下方に形成されていることを特徴とする多重光学反
射装置が提供される。

【００１６】本発明の第５態様によれば、上記第３態様
における第１乃至第４対物鏡は、前記第１対物鏡の曲率
中心が前記入射窓における入射光束位置とそこから前記
第１対物鏡を介して前記主視野鏡上の最左列でかつ最下
行の位置に通された第１スポットとの対称点であり、第
２対物鏡の曲率中心が前記第１スポットとそこから前記
第２対物鏡を介して前記主視野鏡上の最右列でかつ最上
行の位置に通された第２スポットとの対称点であり、前
記第３対物鏡の曲率中心が前記補助の視野鏡上の最下行
スポットとそこから前記第３対物鏡を介して前記主視野
鏡上の最左列でかつ上から第２行の位置に通されたスポ
ットとの対称点であり、前記第４対物鏡の曲率中心が前
記最左列でかつ上から第２行に位置するスポットとそこ
から前記第４対物鏡を介して前記主視野鏡上の最右列で
かつ最下行の位置に通されたスポットとの対称点であ
り、しかも前記第１および第３対物鏡または第２および
第４対物鏡のそれぞれの曲率中心の間隔が互いに縦方向
で隣接するスポット間の距離の半分であり、一方、前記
第１および第２対物鏡または第３および打４対物鏡のそ
れぞれの曲率中心の間隔が互いに横方向で隣接するスポ
ット間の距離の半分であるように、構成されていること
を特徴とする多重反射光学装置が提供される。

【００１７】本発明の第６態様によれば、上記第４態様
における第１乃至第４対物鏡は、前記第１対物鏡の曲率
中心が前記入射窓における入射光束位置とそこから前記
第１対物鏡を介して前記主視野鏡上の最左列でかつ下か
ら第２行の位置に通された第１スポットとの対称点であ
り、第２対物鏡の曲率中心が前記第１スポットとそこか
ら前記第２対物鏡を介して前記主視野鏡上の最右列でか
つ最上行の位置に通された第２スポットとの対称点であ
り、前記第３対物鏡の曲率中心が前記補助の視野鏡上の
最下行スポットとそこから前記第３対物鏡を介して前記
主視野鏡上の最左列でかつ上から第３行の位置に通され
たスポットとの対称点であり、前記第４対物鏡の曲率中
心が前記主視野鏡上の最左列でかつ上から第３行に位置
する前記スポットとそこから前記第４対物鏡を介して前
記主視野鏡上の最右列でかつ下から第２行の位置に通さ
れたスポットとの対称点であり、しかも前記第１および
第３対物鏡または第２および４対物鏡のそれぞれの曲率
中心の間隔が互いに縦方向で隣接するスポット間の距離
と同じであり、一方、前記第１および第２対物鏡または
第３および打４対物鏡のそれぞれの曲率中心の間隔が互
いに横方向で隣接するスポット間の距離の半分であるよ
うに、構成されていることを特徴とする請求項３に記載
の多重反射光学装置。

【００１８】さらに、本発明の第７態様によれば、光源
からの入射光束が、セルに形成されたハウジングの長手
方向の一端側に設けられたマウントの隅部に形成された
入射窓を通って、互いに等しい曲率半径を有し、かつイ
メージマトリックスに関して垂直および水平な軸線の回
りでそれぞれ回動自在になるように、前記ハウジングの
長手方向の他端側に設置されたホルダーに機械的に装着
された４個の対物鏡の内の第１対物鏡へ通され、前記入
射光束が、当該第１対物鏡から反射されて、各対物鏡の
曲率半径に等しい曲率を有し、しかも該曲率の中心が４
個の前記対物鏡の対称中心と前記ハウジングの長手方向
の軸線に沿って一致するように、前記ハウジングの長手
方向の一端側に設置された主視野鏡上に形成されるイメ
ージマトリックスの第１スポットに通され、当該主視野
鏡の第１スポットから反射された前記光束が、今度は前
記第１対物鏡とは対角位置関係にある第２対物鏡に向け
られ、当該第２対物鏡から反射された光束が前記主視野
鏡に向けられた後、そこから再び前記第１対物鏡へ反射
され、このような第１対物鏡と主視野鏡との間および第
２対物鏡と主視野鏡との間における反射を交互に複数回
繰り返した後に、光束が前記主視野鏡上に形成されるイ
メージマトリックスの前記第１スポットを含む他側端の
列に到達し、該他側端のスポットにある反射光束が前記
第１対物鏡を介して、前記入射窓側で前記主視野鏡に隣
接して配置され、かつ各対物鏡の曲率と同じ曲率を有
し、第１及び第３対物鏡の対称点に一致する曲率中心を
有する補助の視野鏡に通され、続いて、当該補助の視野
鏡から前記第２対物鏡とは水平方向に関し、前記第１対
物鏡とは垂直方向に関して隣接する第３対物鏡へ反射さ
れ、さらに、前記光束が前記第３対物鏡から再び前記主
視野鏡へ通された後、そこから当該第３対物鏡とは対角
位置関係にある第４対物鏡に向けて反射され、前記第４
対物鏡によって反射された光束が前記主視野鏡へ向けら
れた後、そこから再び前記第３対物鏡に向けて反射さ
れ、このような前記第３対物鏡と前記主視野鏡との間お
よび前記第４対物鏡と前記主視野鏡との間における反射
を再び交互に複数回繰り返し、その後再び、前記第１及
び前記第２対物鏡と前記主視野鏡との間における反射を
交互に複数回繰り返し、さらに、前記第３及び前記第４
対物鏡と前記主視野鏡都の間における反射を交互に複数
かい繰り返し、そして前記ハウジング内での最後の通過
となる出射光束が前記ハウジングの長手方向一端の片側
隅部に形成された出射窓を通って前記ハウジングの外へ
出るようにしたマルチプルパス・オプチカル・マトリッ
クス・システムの反射光の採取方法において、前記入射
光束が前記イメージマトリックスにおける前記補助の視
野鏡から最も離れた一側端列と下から２番目の行との交
点に形成されたスポットに向けられ、一方、前記出射光
束が前記イメージマトリックスにおける偶数番目の最大
数の往復に相当するスポットに向かう反射光束であると
共に、第３対物鏡を介して行われる最後の反射光束であ
り、当該反射光束は前記イメージマトリックスにおける
前記補助の視野鏡上の列を含む他側端列と最下行との交
点に形成された出射窓から前記ハウジングの外へ出され
ることを特徴とする反射光の採取方法が提供される。

【００１９】またさらに、本発明の第８態様によれば、
上記第４態様における前記イメージマトリックスの水平
方向に並ぶスポットの行の数が奇数になるように前記主
視野鏡上に投影される４個の対物鏡の各々の曲率中心が
調整されていることを特徴とする反射光の採取方法が提
供される。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面（図１乃至
図８）を参照しながら詳細に説明する。

【００２１】図１は本発明の多重反射光学装置の一具体
例を示す概略斜視図であり、図９に示した従来のものと
は、反射光束の出口開口（出射窓）の形成位置の違い
と、後述するように主視野鏡上における各対物鏡のそれ
ぞれの曲率中心の位置の違いとを除けば、殆ど変わると
ころはない。従って、装置に関する詳しい説明は省略す
る。

【００２２】符号１１１は装置のセルに設けたハウジン
グ１２０の長手方向の一端側に固定されたマウント１１
０を介して固設された主視野鏡であり、１１２は当該主
視野鏡１１１の一側に隣接してマウント１１０上に固設
され、主視野鏡１１１と同一の曲率を有する補助の視野
鏡である。

【００２３】符号１１３，１１４，１１５，１１６は互
いに同一で、かつ主視野鏡１１１および補助の視野鏡１
１２と同じ曲率を有し、これらの視野鏡１１１，１１２
と対向するようにハウジング１２０の長手方向の他端側
にホルダー１２５を介して全体的にもまた個々にも可動
自在に設置された４個の対物鏡であり、１１８は補助の
視野鏡に形成した出射窓である。

【００２４】続いて、図２を参照して対物鏡１１３，１
１４，１１５，１１６が機械的に装着されているホルダ
ー１２５について詳細に説明する。

【００２５】ホルダー１２５は、４個の対物鏡１１３，
１１４，１１５，１１６がそれぞれ可動的に設けられた
第１マウント１２５ａと、この第１マウント１２５ａを
その中央垂直軸心１２４を中心にして回動させるための
第２マウント１２５ｂとを含む。第１マウント１２５ａ
は、調節つまみ１２１によってその中央水平軸心１２３
を中心にして回動せしめられ、一方、もう１つの調節つ
まみ１２２によって第２マウント１２５ｂを介して垂直
軸心１２４を中心にして回動せしめられるように構成さ
れている。さらに対物鏡１１３，１１４，１１５，１１
６は、図示されていない各々の調節つまみによって個々
に角度位置を調節できるようになっている。これらの調
節つまみ１２１，１２２による調節が視野鏡１１１およ
び補助の視野鏡１１２への光束の反射方向を決定する。

【００２６】調節つまみ１２２を固定して１２１を調節
することで、４個の対物鏡は水平軸心１２３を中心にし
て回動せしめられる。調節つまみ１２１を固定して１２
２を調節することで、４個の対物鏡は垂直軸心１２４を
中心にして回動せしめられる。

【００２７】また、補助の視野鏡１１２の曲率中心は第
１および第３の対物鏡１１３，１１５の対称中心（対称
点）になっている。

【００２８】さらに、対物鏡１１３，１１４，１１５，
１１６の反射角度をそれぞれに設けた調節つまみ（図示
せず）によって調節することにより視野鏡１１１，１１
２上に形成されるイメージマトリックスの配列数が決定
される。

【００２９】４個の対物鏡を水平軸心１２３を中心にし
て回動させることで、視野鏡１１１，１１２への光束の
水平方向の反射角度が変化するために、イメージマトリ
ックスの水平方向の行数が増減し、一方、４個の対物鏡
を垂直軸心１２４を中心にして回転させることで、視野
鏡１１１，１１２への光束の垂直方向の反射角度が変化
するので、イメージマトリックスの垂直方向の列数が増
減する。

【００３０】図３には主視野鏡１１１と補助の視野鏡１
１２とに照射された光束のスポットを表すイメージマト
リックスが示される。これを参照しながら本発明の多重
反射光学装置における光束の反射作動を以下に説明す
る。 （１）０は入射窓１１７から入射する光束の入射位置で
あり、該入射光束は第１対物鏡１１３を介して反射さ
れ、主視野鏡１１１上に形成されるイメージマトリック
スの第１スポット１へ通される。この第１スポットの位
置は補助の視野鏡１１２から最も離れた一側端列と最下
行との交点である。 （２）続いて、主視野鏡１１１上に形成された第１スポ
ット１から反射して第２対物鏡１１４に向かい、対物鏡
１１４を介して反射されて、今度は主視野鏡１１１上の
第２スポット２へ通される。この第２スポットの位置は
補助の視野鏡１１２に最も近い他側端列と最上行との交
点である。 （３）第２スポット２から反射した光束は再び第１対物
鏡１１３を介して、主視野鏡１１１上の第１スポット１
に水平方向において隣接する第３スポット３へ通され
る。 （４）第３スポット３から反射した光束は再び第２対物
鏡１１４を介して、主視野鏡１１１上の第２スポット２
に水平方向において隣接する第４スポット４へ通され
る。 （５）第４スポット４から反射した光束は第１対物鏡１
１３を介して再び次のスポットに通される。このような
第１対物鏡１１３と主視野鏡１１１との間および第２対
物鏡１１４と主視野鏡１１１との間におけるそれぞれの
反射を交互に複数回繰り返し、主視野鏡１１１上のイメ
ージマトリックスの最右列最下行のスポット７まで移動
した後に、そこから第２対物鏡１１４を介して最左列最
上行のスポット８まで移動する。 （６）続いて、スポット８から反射した光束は第１対物
鏡１１３を介して、補助の視野鏡１１２上の最下行スポ
ット９へ通される。 （７）このスポット９から反射した光束は今度は第３対
物鏡１１５に向かい、そこから主視野鏡１１１上のスポ
ット１０へ通される。 （８） スポット１０から反射した光束は新たに第４対
物鏡１１６に向かい、そこから再び主視野鏡１１１のイ
メージマトリックスの最右列最下行１１のスポットに通
される。このスポット１１は、上記した通り、４往復前
のスポット７と同一点であり、２回のスポットが重なっ
ている。このスポットの重複は最上段の行および出射窓
を含む行におけるスポットと、補助の視野鏡１１２上に
おけるスポットとを除く他のスポットにも生じる。この
ような第３対物鏡１１５と主視野鏡１１１の間および第
４対物鏡１１６と主視野鏡１１１との間における反射を
交互に複数回繰り返し、その後再び、第１及び第２対物
鏡１１１，１１４と主視野鏡１１１との間における反射
を交互に複数回繰り返し、さらに第３及び第４対物鏡１
１５，１１６と主視野鏡１１１との間における反射を交
互に複数回繰り返し、視野鏡１１１，１１２の面内に結
像されるスポット数を増やしつつ、イメージマトリック
スのスポットは主視野鏡１１１の中間部の水平軸付近に
移動せしめられる。 （９）そして、最終的に反射光束は第３対物鏡１１５で
反射されて、偶数番目の往復に相当する反射光束スポッ
トを含む出射窓１１８（図１参照）から出射される。

【００３１】本発明による反射光の採取方法が最終反射
光束を偶数番目の往復に相当する反射光束スポットを含
む出射窓から取り出す理由は、振動などにより入射光束
と視野鏡１１１，１１２との相対的位置ならびに各対物
鏡１１３〜１１６の主視野鏡１１１上に投影された曲率
中心の相対的位置が変わらなければ、奇数番目の往復に
相当する視野鏡上の反射光束スポットはずれても、偶数
番目の往復に相当する視野鏡上の反射光束スポットはず
れないからである。何故そうなるのかについて図５を参
照して説明する。

【００３２】図５において、入射窓１１７から入射した
光束が第１対物鏡１１３（図示せず）で反射して主視野
鏡１１１上のスポット１（奇数番目）に結像するとき、
例えば、水平方向の振動による装置の歪みによって、主
視野鏡１１１上に投影された対物鏡１１３の曲率中心Ａ
の位置がΔαだけ右にずれてＡ′になったとすると、ス
ポット１の主視野鏡１１１上における結像位置は２Δα
だけ右にずれて１′の位置になる。続いて、２Δαだけ
ずれたスポット１′から出た光束が、主視野鏡１１１上
に曲率中心Ｂを投影する第２対物鏡１１４（図示せず）
で反射されて、再び主視野鏡１１１上にスポット２（偶
数番目）を結像させる場合は、曲率中心Ｂも前以てΔα
だけずれているので、ずれが相殺され、振動による装置
の歪みのあるなしに拘らずスポット２の結像位置はずれ
ない。以降の反射においても、上記のとおりの奇数番目
と偶数番目の往復を交互に繰り返すだけである。また、
反射が第３および第４対物鏡に移っても同様である。

【００３３】図３に示したイメージマトリックスの配列
および配行において、（イ）入射窓１１７における入射
光束位置０と、そこから第１対物鏡１１３を介して主視
野鏡１１１上の最左列でかつ最下行の位置に通された第
１スポット１との対称点Ａが第１対物鏡１１３の曲率中
心となり、（ロ）この第１スポット１と、そこから第２
対物鏡１１４を介して主視野鏡１１１上の最右列でかつ
最上行の位置に通された第２スポット２との対称点Ｂが
第２対物鏡１１４の曲率中心となり、（ハ）補助の視野
鏡１１２上の最下行スポット９と、そこから第３対物鏡
１１５を介して主視野鏡１１１上の最左列でかつ上から
第２行の位置に通されたスポット１０との対称点Ｃが第
３対物鏡１１５の曲率中心となり、そして（ニ）最左列
でかつ上から第２行の位置に通された前記スポット１０
と、そこから第４対物鏡１１６を介して主視野鏡１１１
上の最右列でかつ最下行の位置に通されたスポット１１
との対称点Ｄが第４対物鏡１１６の曲率中心となる、よ
うに本発明の多重反射光学装置の第１実施例においては
決定される訳であるが、多重反射光学装置に形成された
ハウジング１２０の寸法は予め制限されたものであるか
ら、その中に設置された視野鏡１１１，１１２に形成さ
れるイメージマトリックスの最大寸法も当然制限された
ものになる。そのような制限の中で、反射光束の安定し
た採取のためにハウジング１２０からの出射光束を偶数
番目の往復に相当する反射光束とし、しかも、できる限
り長い透過光路を実現するためには、収差等を含めた光
束の視野鏡上での径よりも大きなスポット間隔を設定し
た上で、イメージマトリックスにおけるスポットの列の
数が視野鏡１１１，１１２内に入り得る２以上の最大の
自然数であり、またスポットの行の数が視野鏡１１１，
１１２内に入り得る３以上の最大の奇数になるように、
主視野鏡１１１の鏡面上に投影される４個の対物鏡の曲
率中心Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを決定する必要がある。

【００３４】次に、その理由を図６の（ａ）および
（ｂ）に基づいて説明する。

【００３５】図６（ａ）には、視野鏡１１１，１１２の
面上に結像されるスポットの列をｎ列とし、行を偶数の
２ｍ行とし，光束の出射窓を偶数の最大数とした場合の
イメージマトリックスの例が示されている。この例から
分かるように、偶数行にした場合は、上から２番目の行
にはスポットの結像が見られず、また最上行と下から２
番目の行とにおいてはそれぞれ１回だけの反射になって
いる。そこで、この例におけるスポットの数を計算すれ
ば、次のようになる。

【００３６】

【数１】 ｛２×（２ｍ−２）×（ｎ−１）−（ｎ−１）｝…（エリアＸ内の数） ＋（２ｍ−２）……………………………………………（エリアＹ内の数） ＋（ｎ−１）………………………………………………（エリアＺ内の数） ＝（２ｍ−２）×（２ｎ−１） 図６（ｂ）には、図６（ａ）に比較して行の数が１行少
ない奇数（２ｍ−１）行のイメージマトリックスにおい
て、光束の出射窓を偶数の最大数とした場合の例が示さ
れている。この例から分かる通り、奇数行とした場合
は、最上行と中央の行とにおいてそれぞれ１回だけの反
射になる。この場合のスポットの数は次式で算出され
る。

【００３７】

【数２】 ｛２×（２ｍ−２）×（ｎ−１）−（ｎ−１）｝…（エリアＸ′内の数） ＋（２ｍ−２）……………………………………………（エリアＹ′内の数） ＋（ｎ−１）………………………………………………（エリアＺ′内の数） ＝（２ｍ−２）×（２ｎ−１） 上記の数１および数２から明らかな通り、光束を偶数番
目の最大数で採取するとき、イメージマトリックスの行
が偶数行の場合とそれより１行少ない奇数行の場合とで
はスポットの数に変わりがない。したがって、図６
（ａ）に示したような上から２番目の行が無駄になる偶
数行のマトリックスを用いるよりは、図６（ｂ）に示す
奇数行のマトリックスの方が効率よく視野鏡を利用し得
る。

【００３８】図４は上記した反射を複数回繰り返し、７
８番目の往復に相当するスポットから反射光束を出射さ
せたときのイメージマトリックスを示す図である。この
図から明らかなように、本発明の多重反射光学装置の第
１実施例においては、主視野鏡１１１の鏡面上に投影さ
れた４個の対物鏡１１３，１１４，１１５，１１６のそ
れぞれの曲率中心Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが前述の（イ）乃至
（ニ）の定義に併せてさらに次のように定められてい
る。すなわち、ＡＣ（ＢＤ）間の縦方向の距離ｄ₂が互
いに縦方向で隣接するスポット間の距離ｄ₁ の半分であ
り、またＡＢ（ＤＣ）間の横方向の間隔ｄ₄ が互いに横
方向で隣接するスポット間の距離ｄ₃ の半分である。

【００３９】図７には本発明の多重反射光学装置の第２
実施例が示されている。この第２実施例が前述の第１実
施例と相違する点は、出射窓１１８が補助の視野鏡１１
２の面上ではなくその下方に形成されている点のみであ
るので、重複を避けるために詳細な説明は省略する。

【００４０】第２実施例によって主視野鏡１１１および
補助の視野鏡１１２の鏡面上に形成されたイメージマト
リックスの一例が図８に示される。図８から明らかなよ
うに、この例による反射光の採取方法においては、入射
窓１１７を介してハウジング内に導入された光束は３６
往復目の反射光束が出射窓１１８からハウジング外に出
されるようになっている。

【００４１】図８に示したイメージマトリックスの配列
および配行において、（ｉ）入射窓１１７における入射
光束位置０と、そこから第１対物鏡１１３を介して主視
野鏡１１１上の最左列でかつ下から第２行の位置に通さ
れた第１スポット１との対称点Ａが第１対物鏡１１３の
曲率中心となり、（ｉｉ）この第１スポット１と、そこ
から第２対物鏡１１４を介して主視野鏡１１１上の最右
列でかつ最上行の位置に通された第２スポット２との対
称点Ｂが第２対物鏡１１４の曲率中心となり、（ｉｉ
ｉ）補助の視野鏡１１２上の最下行スポット９と、そこ
から第３対物鏡１１５を介して主視野鏡１１１上の最左
列でかつ上から第３行の位置に通されたスポット１０と
の対称点Ｃが第３対物鏡１１５の曲率中心となり、（ｖ
ｉ）主視野鏡１１１上の最左列でかつ上から第３行の位
置に通されたスポット１０と、そこから第４対物鏡１１
６を介して主視野鏡１１１上の最右列でかつ下から第２
行の位置に通されたスポット１１との対称点Ｄが第４対
物鏡１１６の曲率中心となる、と共に、ＡＣ（ＢＤ）間
の縦方向の距離ｄ₂ が互いに縦方向で隣接するスポット
間の距離ｄ₁ と同じであり、またＡＢ（ＤＣ）間の横方
向の距離ｄ₄ が互いに横方向で隣接するスポット間の距
離ｄ₃ の半分であるように定められている。

【００４２】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明においては、
相対する対物鏡と視野鏡との間で光束を最大限に偶数回
だけ往復反射させることにより、振動等による光束の出
射窓における位置のずれが相殺されると共に、ガス検出
ハウジング内における光束の透過光路も使用上まったく
問題にならない長さが確保されるので、例えば、飛行中
の航空機内などのように強い振動を受ける環境において
も、装置の予め定められた位置に形成された出射窓にお
いて反射光束を確実に採取することができる。これによ
り安定したガス分析を行うことができるという特有の効
果がある。

【００４３】また、出射窓を補助の視野鏡上に形成しな
いように構成した本発明の多重反射光学装置において
は、製造コストが廉価になるという利点をさらに有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多重反射光学装置の一実施例を示す概
略斜視図である。

【図２】４個の対物鏡を角度調節可能に機械的に装着し
たホルダーの一例を示す概略斜視図である。

【図３】視野鏡と補助の視野鏡とに照射された光束のス
ポットを表すイメージマトリックスを示す図である。

【図４】７８番目の往復に相当するスポットから出射さ
せた本発明の反射光の採取方法におけるイメ−ジマトリ
ックスを示す図である。

【図５】視野鏡上における各対物鏡の曲率中心のずれと
各スポットのずれとの関係を示す説明図である。

【図６】出射窓を偶数番目の最大数の往復に相当するス
ポット位置としたときの偶数行のイメージマトリックス
（ａ）と、その偶数行より１行少ない奇数行のイメージ
マトリックス（ｂ）を示す図である。

【図７】本発明の多重反射光学装置の別の実施例を示す
概略斜視図である。

【図８】図７図示の実施例を用いた反射光の採取方法に
よるイメージマトリックスを示す図である。

【図９】従来の多重反射光学装置を示す概略斜視図であ
る。

【図１０】従来の反射光の採取方法によるイメージマト
リックスの例を示す図である。

【図１１】多重反射光学装置における反射光のずれに関
する説明図である。

【符号の説明】

０ 光束の入射位置 １１１ 主視野鏡 １１２ 補助の視野鏡 １１３ 第１対物鏡 １１４ 第２対物鏡 １１５ 第３対物鏡 １１６ 第４対物鏡 １１７ 入射窓 １１８ 出射窓 １２０ ハウジング １２１ 水平軸の調節つまみ １２２ 垂直軸の調節つまみ １２３ 水平軸 １２４ 垂直軸 １２５ ホルダー １２５ａ 第１マウント １２５ｂ 第２マウント ｄ₁ ，ｄ₃ スポット間の距離 ｄ₂ ，ｄ₄ 曲率中心の間隔 Ａ，Ａ′ 第１対物鏡の曲率中心 Ｂ，Ｂ′ 第２対物鏡の曲率中心 Ｃ，Ｃ′ 第３対物鏡の曲率中心 Ｄ，Ｄ′ 第４対物鏡の曲率中心 Δｄ，２Δｄ ずれ幅 Δα，２Δα ずれ角度 ２ｍ，２ｍ−１ 行数 ｎ 列数 Ｘ，Ｙ，Ｚ、 Ｘ′，Ｙ′，Ｚ′ エリア

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス分析等に用いられる多重反射光学装
   置であって、 （ａ）セルに形成されたハウジングと、 （ｂ）光源からの光束を前記ハウジング内に導入するた
   めの入射窓と前記ハウジング内で多重反射した光束を計
   測機器へ導くための出射窓とが形成されたマウントを介
   して前記ハウジングの一端側に固設された主視野鏡と、 （ｃ）前記主視野鏡と同一の曲率半径を有し、前記光束
   入射窓側において主視野鏡に隣接するように前記マウン
   トを介して固設された補助の視野鏡と、 （ｄ）前記ハウジングの他端側であって、前記両視野鏡
   と対向するように１つのホルダーを介して全体的にもそ
   して個々にも上下左右方向に回動可能に設けられ、各々
   が互いにかつ前記主視野鏡と同一の曲率半径を有する第
   １乃至第４対物鏡であって、前記補助の視野鏡の曲率中
   心が第１および第３の対物鏡の対称点になるように設置
   された４個の対物鏡とを含み、 そこにおいて、前記入射窓から前記ハウジング内に入射
   した光束の複数個の反射スポットによって前記主および
   補助の視野鏡上にイメージマトリックスが形成され、前
   記出射窓に向かう最後の反射光束が該イメージマトリッ
   クスにおける偶数番目でかつ最大数であって、しかも前
   記第３対物鏡からの反射光束となるように、前記主視野
   鏡に投影された前記第１乃至第４対物鏡の各々の曲率中
   心位置が調整されていることを特徴とする多重光学反射
   装置。
2. 【請求項２】 前記イメージマトリックスの水平方向に
   並ぶスポットの行数が奇数になるように、前記主視野鏡
   上に投影される４個の対物鏡の各々の曲率中心位置が調
   整されていることを特徴とする請求項１記載の多重光学
   反射装置。
3. 【請求項３】 前記出射窓が前記補助の視野鏡上に形成
   されていることを特徴とする請求項１および２のいずれ
   かに記載の多重光学反射装置。
4. 【請求項４】 前記出射窓が前記補助の視野鏡の下方に
   形成されていることを特徴とする請求項１および２のい
   ずれかに記載の多重光学反射装置。
5. 【請求項５】 前記第１乃至第４対物鏡は、前記第１対
   物鏡の曲率中心が前記入射窓における入射光束位置とそ
   こから前記第１対物鏡を介して前記主視野鏡上の最左列
   でかつ最下行の位置に通された第１スポットとの対称点
   であり、第２対物鏡の曲率中心が前記第１スポットとそ
   こから前記第２対物鏡を介して前記主視野鏡上の最右列
   でかつ最上行の位置に通された第２スポットとの対称点
   であり、前記第３対物鏡の曲率中心が前記補助の視野鏡
   上の最下行スポットとそこから前記第３対物鏡を介して
   前記主視野鏡上の最左列でかつ上から第２行の位置に通
   されたスポットとの対称点であり、前記第４対物鏡の曲
   率中心が前記最左列でかつ上から第２行に位置するスポ
   ットとそこから前記第４対物鏡を介して前記主視野鏡上
   の最右列でかつ最下行の位置に通されたスポットとの対
   称点であり、しかも前記第１および第３対物鏡または第
   ２および第４対物鏡のそれぞれの曲率中心の間隔が互い
   に縦方向で隣接するスポット間の距離の半分であり、一
   方、前記第１および第２対物鏡または第３および打４対
   物鏡のそれぞれの曲率中心の間隔が互いに横方向で隣接
   するスポット間の距離の半分であるように、構成されて
   いることを特徴とする請求項３に記載の多重反射光学装
   置。
6. 【請求項６】 前記第１乃至第４対物鏡は、前記第１対
   物鏡の曲率中心が前記入射窓における入射光束位置とそ
   こから前記第１対物鏡を介して前記主視野鏡上の最左列
   でかつ下から第２行の位置に通された第１スポットとの
   対称点であり、第２対物鏡の曲率中心が前記第１スポッ
   トとそこから前記第２対物鏡を介して前記主視野鏡上の
   最右列でかつ最上行の位置に通された第２スポットとの
   対称点であり、前記第３対物鏡の曲率中心が前記補助の
   視野鏡上の最下行スポットとそこから前記第３対物鏡を
   介して前記主視野鏡上の最左列でかつ上から第３行の位
   置に通されたスポットとの対称点であり、前記第４対物
   鏡の曲率中心が前記主視野鏡上の最左列でかつ上から第
   ３行に位置する前記スポットとそこから前記第４対物鏡
   を介して前記主視野鏡上の最右列でかつ下から第２行の
   位置に通されたスポットとの対称点であり、しかも前記
   第１および第３対物鏡または第２および第４対物鏡のそ
   れぞれの曲率中心の間隔が互いに縦方向で隣接するスポ
   ット間の距離と同じであり、一方、前記第１および第２
   対物鏡または第３および打４対物鏡のそれぞれの曲率中
   心の間隔が互いに横方向で隣接するスポット間の距離の
   半分であるように、構成されていることを特徴とする請
   求項４に記載の多重反射光学装置。
7. 【請求項７】 光源からの入射光束が、セルに設けられ
   たハウジングの長手方向一端の片側隅部に形成された入
   射窓を通って、互いに等しい曲率半径を有し、かつ垂直
   および水平な各軸線の回りでそれぞれ上下左右方向に回
   動自在になるように、前記ハウジングの長手方向の他端
   側に設置されたホルダーに機械的に装着された４個の対
   物鏡の内の第１対物鏡へ通され、 前記入射光束が、前記第１対物鏡から反射されて、各対
   物鏡の曲率半径に等しい曲率を有し、しかも該曲率の中
   心が４個の前記対物鏡の対称中心と前記ハウジングの長
   手方向の軸線に沿って一致するように前記ハウジングの
   長手方向の一端側に設置された主視野鏡上に形成される
   イメージマトリックスの第１スポットに通され、 当該主視野鏡上の第１スポットから反射された前記光束
   が、今度は前記第１対物鏡とは対角位置関係にある第２
   対物鏡に向けられ、 当該第２対物鏡から反射された光束が前記主視野鏡に向
   けられた後、そこから再び前記第１対物鏡へ反射され、
   このような第１対物鏡と主視野鏡との間および第２対物
   鏡と主視野鏡との間における反射を交互に複数回繰り返
   した後に、光束が前記主視野鏡上に形成されるイメージ
   マトリックスの前記第１スポットを含む他側端の列に到
   達し、 該他側端のスポットにある反射光束が前記第１対物鏡を
   介して、前記入射窓側で前記主視野鏡に隣接して配置さ
   れ、かつ各対物鏡の曲率半径に等しい曲率を有し、しか
   も前記第１および第３対物鏡の対称点に一致する曲率中
   心を有する補助の視野鏡上の１つのスポットに通され、 続いて、当該補助の視野鏡から前記第２対物鏡とは水平
   方向に関し、また前記第１対物鏡とは垂直方向に関して
   隣接する第３対物鏡へ反射され、 さらに、前記光束が前記第３対物鏡から再び前記主視野
   鏡へ通された後、そこから当該第３対物鏡とは対角位置
   関係にある第４対物鏡に向けて反射され、 前記第４対物鏡によって反射された光束が前記主視野鏡
   へ向けられた後、そこから再び前記第３対物鏡に向けて
   反射され、このような前記第３対物鏡と前記主視野鏡と
   の間および前記第４対物鏡と前記主視野鏡との間におけ
   る反射を再び交互に複数回繰り返し、 その後再び、前記第１及び前記第２対物鏡と前記主視野
   鏡との間における反射を交互に複数回繰り返し、 さらに、前記第３及び前記第４対物鏡と前記主視野鏡都
   の間における反射を交互に複数回繰り返し、そして前記
   ハウジング内での最後の通過となる出射光束が前記ハウ
   ジングの長手方向一端の片側隅部に形成された出射窓を
   通って前記ハウジングの外へ出るようにしたマルチプル
   パス・オプチカル・マトリックス・システムの反射光の
   採取方法において、 前記入射光束が前記イメージマトリックスにおける前記
   補助の視野鏡から最も離れた一側端列と下から２番目の
   行との交点に形成されたスポットに向けられ、一方、前
   記出射光束が前記イメージマトリックスにおける偶数番
   目の最大数の往復に相当するスポットに向かう反射光束
   であると共に、第３対物鏡を介して行われる最後の反射
   光束であり、当該反射光束は前記イメージマトリックス
   における前記補助の視野鏡上の列を含む他側端列と最下
   行との交点に形成された出射窓から前記ハウジングの外
   へ出されることを特徴とする反射光の採取方法。
8. 【請求項８】 前記イメージマトリックスの水平方向に
   並ぶスポットの行の数が奇数になるように、前記主視野
   鏡面上に投影される４個の前記対物鏡の各々の曲率中心
   位置が調整されることを特徴とする請求項７に記載の反
   射光の採取方法。