JPH0949793A - 多重反射形試料セル - Google Patents

多重反射形試料セル

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JPH0949793A
JPH0949793A JP7200149A JP20014995A JPH0949793A JP H0949793 A JPH0949793 A JP H0949793A JP 7200149 A JP7200149 A JP 7200149A JP 20014995 A JP20014995 A JP 20014995A JP H0949793 A JPH0949793 A JP H0949793A
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正祐 宇野
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睦 南雲
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Abstract

(57)【要約】 【課題】小寸法で製作も容易な微量成分分析用の赤外線
ガス分析計などへの適用に適した長光路の多重反射形試
料セルを提供する。 【解決手段】多重反射形試料セルを構成する３面の凹面
鏡のうち中央凹面鏡23と入射窓21, 射出窓22とを試料セ
ルの１壁面を構成する鏡板２の部材自体に、鏡板２に対
向する壁面を構成する側板３の部材自体に残りの２面の
凹面鏡を、入側結象鏡31および出側結像鏡32として所与
の光学条件を満たす寸法諸元の値で加工形成して設け、
試料セルの残りの内壁部を構成するフレーム４が、鏡板
２に設けた中央凹面鏡23と底板３に設けた入側・出側結
像鏡31，32の光学的相互位置を規定するようにして多重
反射形試料セルを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、限られた空間内で
長い光路長を得ることができる赤外線ガス分析計などに
用いる多重反射形試料セルに関する。
【０００２】
【従来の技術】着目の成分が光吸収を示す波長域でのみ
感度を有する検出器を用いて構成した特定成分の濃度を
連続して検出測定するプロセス用の非分散形の赤外線ガ
ス分析計などで安定な分析測定を可能にするには、分析
対象成分に係わる吸収係数と濃度および試料セルの光路
長との積である光学密度の値が相応の値となるように光
路長を確保しなければならないが、分析対象成分が極め
て低濃度である場合、極小な濃度の値をおぎなって光学
密度の値が相応の値となるよう試料セルの光路長を大き
く設定しなければならず、このことがコンパクトで実用
的な赤外線ガス分析計の成立を妨げる大きな要因になっ
ている。
【０００３】ところで、分光機能を有する試験研究用途
を主眼とする赤外線分光光度計などで注目の成分が光吸
収を示す波長域を走査して低濃度成分を検出して測定す
るときにも長い光路長の試料セルを必要とするが、限ら
れた空間内で長い光路長を得る手段として曲率が同じ３
枚の凹面鏡間の多重反射を利用した図５に示すようなホ
ワイトの創始になる多重反射式の試料セル（以降ホワイ
トセルと略記する）が従来から用いられている。
【０００４】ホワイトセルの動作および設計原理につい
ては下記1)〜3)に挙げる文献に詳説されているが、本発
明の理解を容易にすべく以下に図５をもとにホワイトセ
ルの原理と構成について概説する。 1) J.U.White, J.Opt.Soc.Am., vol32,285(1942) 2) J.U.White, N.L.Alpert, A.D.DeBell, J.Opt.Soc.A
m., vol45,154(1955) 3) P.Hannan, Opt.Engineering, vol28,1180,(1989) 図５の（ａ）において、23と31および32は同一の曲率半
径Ｒをもつ凹面鏡であり、対向する反射面間の距離を曲
率半径Ｒに等しくとって配置されている。また、21はス
リットあるいは小孔で構成されたホワイトセル10へ光を
導入する入射窓であり、この入射窓21に対向して配置さ
れた凹面鏡31は、入射窓21に隣設して配置された中央凹
面鏡23の反射面上に入射窓21の像を結像する入側結像鏡
である。そして凹面鏡32は、中央凹面鏡23の上に形成さ
れた入射窓21の像を再度中央凹面鏡23の上に結像する出
側結像鏡である。
【０００５】上記のように凹面鏡を配置すると、入側結
像鏡31は入射窓21の像を直接中央凹面鏡23上に結像する
と共に、出側結像鏡32によって中央凹面鏡23の上に形成
された入射窓21の像を、再度中央央凹面鏡23の上に結像
するようにも作用する。同様に、出側結像鏡32は中央凹
面鏡23上に結像した入射窓21の像を再度中央凹面鏡23上
に結像させると共に、反射結像を繰返して最後に中央凹
面鏡23の上に得られた入射窓21の像を、符号22で示され
ているホワイトセル10からの光の射出窓の上に結像する
ようにも作用する。
【０００６】寸法容積の大きいホワイトセル10を赤外線
分光光度計などの測定光路ＯＬ中の試料セル装着部に挿
入設定する場合には、図５の（ａ）に示されているよう
に、試料セル装着部に光路を直角方向に変向させる入射
光案内ミラー51を設けて測定光を分光光度計の測定光路
ＯＬと直行する外部に導き、同じく試料セル装着部に設
けた射出光案内ミラー52を設けてホワイトセル10から射
出される光束が分光光度計の元の測定光路ＯＬに戻るよ
うにしている。そうして、入射窓21には、図示されてい
ない凹面反射鏡またはレンズなどを用いて同じく図示さ
れていない光源から放射された光が集光するようにして
いるので、ホワイトセル10内では入射窓21が光源のよう
に機能することとなる。
【０００７】ここで、上記のように構成したホワイトセ
ル10において成立する光学関係式について図５の（ｂ）
に表示の符号を用いて簡単に説明しておく。半径Ｒの曲
率を持つ凹面鏡の収差が無視しうる光軸付近に置かれた
物体とその像の間には、幾何光学原理に基づく下記式
（１）の結像公式が成立している。
【０００８】
【数１】 １／ａ＋１／ｂ＝２／Ｒ＝１／ｆ （１） ここに、 ａ；凹面鏡の中心から物点までの距離 ｂ；凹面鏡の中心から像点までの距離 Ｒ；凹面鏡の曲率半径 ｆ；凹面鏡の焦点距離＝Ｒ／２ 凹面鏡と物点間の距離ａを凹面鏡の曲率半径Ｒと等しく
すると、式（１）より凹面鏡から像点までの距離ｂもＲ
となり、凹面鏡の光軸に関し物点と対称の位置に物点の
像が結像されることとなる。
【０００９】ホワイトセル10では、入射窓21は、対向す
る入側結像鏡31の反射面からその曲率半径Ｒに等しい距
離離れた位置に配置されているので、入射窓21の像は入
側結像鏡31から曲半径Ｒに等しい距離を隔だてた位置、
即ち中央凹面鏡23の反射面上に結像する。そして、中央
凹面鏡23に形成された入射窓21の像が、今度は出側結像
鏡32によって再び中央凹面鏡23上の出側結像鏡32の配置
によって定まる位置に形成される。
【００１０】上記の過程を繰り返して入射窓21から入射
した光束は、中央凹面鏡23の上に入側結像鏡31と出側結
象鏡32の曲率中心Ｃ31とＣ32の配置間隔ｄに依存して配
列される複数個の入射窓21の像を形成したのち、出射窓
22からホワイトセル10の外部に射出されるが、このとき
のホワイトセル中での光のパス回数をｎ、したがって反
射の回数をｎ−１とすると次の式（２）と式（３）の関
係が成立する。
【００１１】
【数２】 Ｒ≒Ｌ／ｎ （２）
【００１２】
【数３】 ｈ＝ｎｄ／４ （３） ここに Ｒ：入側，中央，出側の各凹面鏡の曲率半径 Ｌ：必要光路長 ｈ：中央凹面鏡23の中心と入射窓21の中心間の距離 ｄ：入側と出側の結像鏡31，32の曲率中心Ｃ31とＣ32間
の距離 そして、中央凹面鏡23の上には、入射窓21の像がｎ／２
−１個、ｄ間隔で並び、入射窓21と射出窓22の間隔はｗ
は下記の式（４）で与えられる。
【００１３】
【数４】 ｗ＝ｎｄ／２ （４） 上記の関係式が成り立つので、パス回数ｎを４の倍数に
設定して射出窓22は中央反射鏡23を挟んで入射窓21と対
称の位置に配置すればよいことになる。図５（ａ）の例
ではパス回数ｎを16に設定しているので、光源物体とし
て作用する入射窓21から射出された光は、15回の反射を
繰返してａないしｇの７個の入射窓21の像を中央凹面鏡
23の上に結象したのちに、図中に符号22で示されている
射出窓上に入射窓21の像を結像してホワイトセル10の外
へ導出されて分光光度計の元の測定光路ＯＬに戻る。
【００１４】上記のように、ホワイトセルでは反射回数
を大きく設定することによって長い光路長が得られる
が、ホワイトセルに入射した光が所定の反射の回数を重
ねた後にホワイトセルから確実安定に射出されるように
するには、高精度に加工した構成要素の各凹面鏡を所定
の位置方向に正確に配置する必要がある。このため、赤
外線分光光度計などの試料セル部に装着して試料中の極
微量の成分の検出測定を目的とする従来のホワイトセル
では、測定対象試料導入用の試料コック65を設けた円筒
状または円錐台形状の容器６の一端に、位置と光軸方向
の調整を行う微調整機構62に載せた入側・出側結象鏡3
1，32としての凹面鏡を配置する構成とし、凹面鏡の配
向を光学的に正しく調整固定してから容器６の両端に蓋
63を気密に締結してホワイトセルが形成される構造にし
ている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】以上に説明のように、
試験研究用途を主眼とする赤外線分光光度計への適用を
前提とした従来技術によるホワイトセル式の多重反射試
料セルでは、多段の反射回数を設定して100mを超えるこ
ともある長大な光路長を確保しているので光学系の微細
調整を要することとなり、微調整機構に載せた凹面鏡を
試料セル内に配置する構成を必要とし、必然的に試料セ
ルは大寸法で大容積の構造となりデッドスペースも多い
構造となっている。
【００１６】一方、低濃度成分の測定を目的とする非分
散形の赤外線ガス分析計において必要とされる試料セル
の光路長は１ｍ程度のオーダであり、なによりも装置を
コンパクトに纏められるよう、試料セルは小型小寸法な
構成で、導入される試料ガスによるガスの置換が速やか
に行われて早い分析応答時間が得られるようデッドスペ
ースのない小容積な構造であることが必要となる。それ
ゆえ、従来技術によるホワイトセル式の多重反射セルを
そのままの形態で低濃度成分測定用の非分散形の赤外線
ガス分析計に適用することは実際上不可能である。
【００１７】本発明は、低濃度成分の測定を目的とする
非分散形の赤外線ガス分析計などの試料セルに適用する
に当たって問題となる従来技術にもとづくホワイトセル
式の多重反射形試料セルにおける上記の問題点を解決し
て、小型小寸法でデッドスペースの少ない小容積な構造
で、かつ、製作も容易な赤外線ガス分析計などへの適用
に適した多重反射形試料セルを提供することを目的とす
る。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記の目的達成のため、
本発明においては、曲率半径が等しい３ヶの凹面鏡の１
を中央凹面鏡とし、この中央凹面鏡の近くの一端に光の
入射窓を、他端に射出窓を設け、中央凹面鏡に対向する
曲率半径に等しい距離隔たった位置に残りの２ヶの凹面
鏡を入側および出側結像鏡として配置し、入射窓から入
射した光が前記中央凹面鏡と入側および出側結像鏡間で
反射を繰返して射出窓部近傍に入射窓近傍の像を結像し
て射出する多重反射形試料セルを、試料セルの内壁の一
部となる鏡板に中央凹面鏡と入射・射出窓とを加工形成
して設け、鏡板に対向する位置の試料セルの内壁となる
側板に入側および出側結像凹面鏡とを加工形成して設
け、試料セルの残りの内壁部を構成するフレームが、鏡
板に設けた中央凹面鏡と側板に設けた入側と出側結像鏡
の光学相互位置を規定するようにして構成する。
【００１９】
【発明の実施の形態】低濃度成分の測定を目的とする非
分散形の赤外線ガス分析計の試料セルに要求される光路
長は１ｍ程度のオーダであるから、ホワイトセルの原理
にもとづく多重反射形の試料セルを適用する場合、その
パス回数を最多でも12回程度に設定して凹面鏡の曲率半
径を10cmオーダに選定するとプロセス分析計構成要素と
して許容しうる寸法の範囲で試料セルを構成し得る。
【００２０】ホワイトセルの原理にもとづく多重反射形
試料セルを構成するときの光学的要件が上記の程度の場
合、通常の加工技術の範囲で高精度に加工成形した構成
部品を組み立てるのみで特別な光学的調整を加えずとも
所期の光学的機能を得ることができる。そこで、本発明
では多重反射形試料セルを構成する３ヶの凹面鏡に配置
位置と配向を微調整する調整機構を設けることなしに、
試料セルの構成壁面となる部材自体に所与の光学条件を
満たす寸法諸元の値で凹面鏡および入射窓部と射出窓部
を加工成形しておき、凹面鏡の配置間隔を定めると共に
試料セルの他の壁面を構成するように加工成形したフレ
ームの両端に前記の凹面鏡を加工成形した壁面部材を密
着させて多重反射形の試料セルを構成することとしてい
る。そうして、試料セル内を往復する光束の包絡面の外
側の領域を壁面部材が占めるようにフレームの内壁面形
状を定めてデッドスペースが生じないようにしている。
【００２１】また、中央凹面鏡および入射・射出窓部を
加工成形する鏡板部材として分析測定に用いる波長域で
透明な部材を用い、入射と射出窓部の別途加工を要しな
いようにして構造と製作工程の両面の簡素化を図ってい
る。さらに、入射窓部に公知の技術によって鏡板部材と
屈折率が異なる透明物質を単層あるいは多層に被着して
反射防止膜あるいは特定波長域の光のみが透過するフィ
ルタが形成されるようにしている。
【００２２】〔実施例１〕図１に本発明にもとづきパス
数を４、従って各反射鏡での反射回数は１回で都合３回
の反射を経て入射光が射出されるように構成した低濃度
成分測定用の非分散形の赤外線ガス分析計への適用を目
的とする多重反射形試料セルの１実施例の断面構造図を
示す。
【００２３】図１において、２は中央に加工成形した中
央凹面鏡23の両側に試料セルへの光の出入口となる入射
窓21と射出窓22の開口穴が設けられた鏡板であり、入射
・射出窓部の開口穴にはフッ化カルシウムなどの赤外域
で透明な窓部材が接着などの技法によって装着される。
なお、測定成分の選択性を高めるべく窓材としての透明
基板上にこの透明基板部材と屈折率の異なる透明部材を
多層に被着して形成した光学的バンドパスフィルタ又は
ローパスフィルタ或いはハイパスフィルタのいずれかを
窓部材として用いると有効である。
【００２４】一方、３は入射窓21から入射した光を反射
して鏡板２の中央に設けた中央凹面鏡23を経て射出窓22
に導く入側結象鏡31と出側結象鏡32とを一体に加工成形
した側板であり、中央と入側および出側の各凹面鏡の曲
率半径はいずれも同一の値Ｒとなるように加工されてい
る。そして、４は入側・出側の結象鏡31，32の反射面
が、中央凹面鏡23の曲率半径上に配置されるように鏡板
２と側板３間の位置間隔を確保するとともに試料セルの
側壁を構成するフレームである。
【００２５】上記の図１の構成の多重反射形の試料セル
における光学諸元の値の決定手順を、従来技術の項で説
明した内容にもとづいて説明する。所与の条件である分
析対象成分と測定濃度範囲とによって安定な分析動作が
保証される光学密度の値を確保するに必要な試料セルの
光路長Ｌの値が定められる。また、適用する光検出器の
感光度，受光エリア寸法等の特性諸元の値によって光源
から試料セルに投射される光束の条件すなわち試料セル
入射窓の寸法と入射光束の立体角の値が定められる。
【００２６】本実施例では製作を容易にすべくパス数を
最小の４に設定しているので、このパス数の値と先に定
めた光路長Ｌの値とを式（２）に適用して３凹面鏡の曲
率半径の値Ｒが定まる。なお、試料セルの寸法制約が厳
しい場合には凹面鏡の曲率半径の許容上限値を先に仮設
定し、この曲率半径の許容上限値で光路長Ｌを除して最
適なパス数の値を選択設定し、設定したパス数の値にも
とづいて曲率半径の値を決定するようにする。但し、パ
ス数の値が極端に大きな値になる場合、この値に基づく
試料セルの製作は困難になる。
【００２７】本実施例のようにパス数が４の場合、中央
凹面鏡23には単一の入射窓21の像が結象されるので、中
央凹面鏡23には入射窓の像が納まる寸法の口径を選定す
る。一方、入側結象鏡31は、入射窓21から試料セル内に
射出される光束の立体角範囲の光を受光して中央凹面鏡
23に向けて反射しなければならないので、入射光束の立
体角と決定した凹面鏡の曲率半径の値Ｒとによって入側
結象鏡31の口径が定められる。そして、中央凹面鏡23に
結象した入射窓21の像は、出側結象鏡に対して入射窓21
と同等に作用するので出側結象鏡32の口径は入側凹面鏡
31の口径と同一に設定しておけばよい。
【００２８】中央凹面鏡23の口径が定まると中央凹面鏡
23に隣接して設ける入射窓21の位置の値ｈを定められる
ので、この値とパス数ｎの値４とを式（３）に適用して
入側と出側の結像鏡31，32の曲率中心ｃ31とｃ32配置間
隔ｄの値が定められる。なお、パス数を４以上に選定し
てすると、式（３）の説明の部で説明のように中央凹面
鏡23上には入射窓21の像が間隔ｄを置いて結象されるの
で、これらの像が互いに重ならないようにする観点から
中央凹面鏡23の口径と入側と出側の結像鏡の曲率中心配
置間隔ｄの値を定める必要がある。
【００２９】以上のように、所与の条件をもとに多重反
射形試料セルを構成する部品にかかわる基本諸元の値が
全て定められるので、これら基本諸元の値を高精度で実
現し得る工作機械で加工製作した部品を組み立てること
によって所要の性能を備えた多重反射形の試料セルを実
現することができる。図１の実施例では、多重反射形の
試料セルを、中央凹面鏡23と入射・射出窓21，22を設け
た鏡板２と、入・出側の２面の結象凹面鏡を設けた側板
３、および、鏡板２と底板３を正しい位置に保持すると
ともに試料セルの側壁となるフレーム４の３部品で構成
することとしており、これらの部品を加工が容易なアル
ミニュウム部材を用いて製作する場合、鏡板２と底板３
に設ける凹面鏡部については、与えられた曲面指定数値
に従って高精度で曲面を加工する例えばエアベアリング
付超精密ＣＮＣ旋盤に先に説明の凹面鏡の曲率半径Ｒ，
曲率中心間距離ｄ，口径寸法の値を設定して加工し、そ
の他の部位部品については通常のＮＣフライス盤で工作
すればよい。
【００３０】上記のように凹面鏡部をエアベアリング付
超精密ＣＮＣ旋盤などで加工すれば、指定の寸法配置の
曲面が高精度で実現でき、入・出側２面の結象凹面鏡の
位置配向を微調整可能としておく必要がないので２面の
凹面鏡を一体に底板３上に単一部品として加工形成する
ことができる。そして、フレーム４の内壁部位の光束が
透過する包絡領域以外の部分が、図２の断面構造図と図
３の分解斜視図によって示されているように、フレーム
４の構成部材によって占められるように加工成形してお
くと部品を結合して試料セルを組み立てたときにデッド
スペースが生じないようにできる。なお、各部品には、
組み立て時に部品相互の位置を正確に定めためのガイド
ピン挿入孔などを設けておくものとする。
【００３１】本実施例のように、加工が容易なアルミニ
ュウム部材を用いて各部品を製作する場合、各部品の寸
法加工後、部品を結合して試料セルを形成したとき内部
表面となる表面領域に真空蒸着あるいはスパッタリング
などの公知の手段によってクローム（Cr），二酸化珪素
（SiO2），金（Au）の皮膜をこの順に被着しておくと、
試料ガスと接する試料セル内部表面がクロームと二酸化
珪素によって耐食性を備えることとなり、凹面鏡部では
金による高反射率が得られるようになる。
【００３２】ところで、同一寸法の試料セルを多数必要
とする場合、上記の実施例のように各部品を切削加工な
どによって個別に製作して組み立てる製造方法では能率
が悪いので、各部品または複数の部品を組み合わせた形
態の部品をＰＣ，ＰＰＯ，ＰＰＣなどのエンジニアリン
グプラスチックスを素材とし、圧縮成形によって複製製
作するようにすれば能率よく、かつ、低価格に多重反射
形試料セルを製作できる。なお、金型を用いる複製製作
法としては比較的低融点の金属素材を用いるダイカスト
法を適用してもよい。
【００３３】例えばフレーム４の内壁部位の光束が透過
する包絡領域以外の部分がフレーム４の構成部材で占め
られるようにした図２の断面構造の多重反射形試料セル
の構成部品を圧縮成形によって製作する場合、金型の抜
き勾配の制約を満たして側板２とフレーム４とは一体に
成形できるので、この一体部品と鏡板３の成形金型を前
記のエアベアリング付超精密ＣＮＣ旋盤などを用いて製
作しておけばよい。そうして、圧縮成形によって製作し
た部品の反射面遮光となる面には真空蒸着あるいはスパ
ッタリンなどの手段によって金（Au）その他の光反射率
物質の皮膜を被着しておくものとする。
【００３４】〔実施例２〕つづいて、中央凹面鏡23と入
射・射出窓21，22とを設ける鏡板２を分析に用いる光の
波長域において透明な部材で構成する発明の１実施例の
断面構造を図４に示し、この発明を説明する。図４にお
いて、中央凹面鏡23と入射・射出窓21，22とを設ける鏡
板２の部材としては、分析に用いる赤外線域で透明でか
つエッチングなどによる微細加工が容易な結晶シリコン
を用いる。勿論結晶シリコン以外の透明部材、たとえば
サファイヤやフッ化カルシウム，また、近赤外線域の光
を用いる場合には光学ガラスや一部のエンジニアリング
プラスチックスを用いることができる。
【００３５】鏡板２以外の側板３とスペーサ４の構成部
材は必ずしも鏡板２と同一である必要はないが、同一の
加工成形手段が採れることと、静電接合による精密接着
を有効に適用しうる点を考慮して本実施例ではこれらの
部品も結晶シリコンで製作することとしている。結晶シ
リコン部材への凹面鏡曲面の形成あるいは穴明けなどの
成形加工は、公知のエッチングや研削加工法を用いて微
細精密に行う。そして、成形加工終了後に、入射・射出
窓領域と試料セルとして組み立てるとき他の部品と接合
する領域以外の図４において太い実線で表示した範囲35
に高反射率の金属または高屈折率物質を真空蒸着，スパ
ッタリングなどの技法を用いて被着して反射面と光透過
防止膜を形成し、各部品の接合面を合わせて静電接着法
を用いて精密接着して多重反射形の試料セルとする。
【００３６】ところで、結晶シリコンの屈折率の値は約
３程度とかなり大きいので反射率が高い値となり、結晶
シリコンへ入射する光は約50% 程度しか透過しない。そ
こで、鏡板２に設ける入射・射出窓領域に結晶シリコン
より低屈折率の透明物質たとえばMgF2を光路長が使用波
長の１／４の程度になるように被着して反射防止膜を形
成しておくと、透過率を100%近くまで確保でき試料セル
としての効率が向上する。あわせて、入射窓部に形成す
る薄膜を屈折率の異なる透明部材を多層に被着して光学
的バンドパスフィルタ又はローパスフィルタ或いはロー
パスフィルタのいずれかが形成されるようにしておく
と、検出器に入射する光が分析に利用する狭い範囲に集
約されるのでＳ／Ｎ比の高い検出信号が得られるように
なる。
【００３７】
【発明の効果】本発明においては、ホワイトセルの原理
にもとづく多重反射形試料セルを構成する３ヶの凹面鏡
および入射窓部と射出窓部とを、試料セルの構成壁面と
なる部材自体に所与の光学条件を満たす寸法諸元の値で
精密加工成形しておき、凹面鏡の配置間隔を定めると共
に試料セルの他の壁面を構成するように加工成形したフ
レームの両端に凹面鏡を加工成形した壁面部材を密着接
合して多重反射形の試料セルを構成することとしている
ので、凹面鏡の配置位置と配向を微調整する調整機構を
試料セルの内外に設ける必要がなくなり、長い光路長を
備えたホワイトセル形の多重反射形の試料セルが小型小
寸法に実現でき、低濃度成分測定用の非分散形の赤外線
ガス分析計を小型コンパクトに構成出来るという効果が
先ず得られ、精密加工成形した部品を密着接合すると多
重反射形の試料セルが構成されるようにしているので、
同一寸法の試料セルを多数必要とする場合、金型を用意
して低コストで必要な部品を複製製作できるという効果
も得られる。
【００３８】また、試料セル内を往復する光束の包絡面
の外側の領域を壁面部材が占めるようにスペーサの内壁
面形状を定める発明を適用すると、試料セル内で光束が
往復透過する領域以外のデッドスペースがなくなって試
料セル空間容積が極小になって試料ガスの置換が早急に
行われるようになり、早い応答速度の赤外線ガス分析計
が実現できるという効果が得られ、試料セルの入射また
は射出窓いずれか一方の窓部材として透明部材を多層に
被着して形成した分析目的成分の吸収波長域の光のみを
透過する光学的バンドパスフィルタ又はローパスフィル
タ或いはハイパスフィルタのいずれかを用いると分析目
的成分を共存する妨害成分の影響を避けて高精度な測定
が可能になるという効果が得られる。
【００３９】さらに、中央凹面鏡と入射・射出窓とを設
ける鏡板を始めとし、その他の部品の部材として分析に
用いる赤外線域で透明な結晶シリコンなどの透明部材を
用いる発明によれば、窓部材が不要なので極めて簡素な
部品構成となり、結晶シリコンの成形加工にはエッチン
グと精密研削および静電接着などの微細加工技術をを適
用できるので、長光路でありながら微小寸法の多重反射
形の試料セルが実現され、低濃度成分測定用の非分散形
の赤外線ガス分析計をさらに小型コンパクト化出来ると
いう効果が得られる。
【００４０】
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明にもとづく多重反射形試料セルの１実施
例の断面構造図
【００４２】
【図２】本発明の他の実施例の断面構造図
【００４３】
【図３】図２の実施例の多重反射形試料セルの分解斜視
図
【００４４】
【図４】鏡板部を透明部材にした多重反射形試料セル実
施例の断面構造図
【００４５】
【図５】ホワイトセルの原理説明図
【００４６】
【符号の説明】
１ 多重反射形試料セル 10 ホワイトセル ２ 鏡板 21 入射窓 22 射出窓 23 中央凹面鏡 C23 中央凹面鏡の曲率中心 ３ 側板 31 入側結像鏡 Ｃ31 入側結像鏡の曲率中心 32 出側結像鏡 Ｃ32 出側結像鏡の曲率中心 ４ フレーム 51 入射光案内ミラー 52 射出光案内ミラー ６ セル容器 62 結像鏡微調機構 63 密閉蓋 65 試料コック
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年８月１７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】曲率半径が概ね等しい３ヶの凹面鏡の１を
    中央凹面鏡とし、この中央凹面鏡の近くの一端に光の入
    射窓を、他端に射出窓を設け、中央凹面鏡に対向する曲
    率半径に概ね等しい距離隔たった位置に残りの２ヶの凹
    面鏡を入側および出側結像鏡として配置し、入射窓から
    入射した光が前記中央凹面鏡と入側および出側２ケの凹
    面鏡間で反射を繰返して射出窓近傍に入射窓近傍の像を
    結像して射出する多重反射形試料セルであって、 試料セルの内壁の一部を構成する鏡板に前記中央凹面鏡
    と前記入射・射出窓とを加工形成して設け、試料セルの
    前記鏡板に対向する部位の内壁を構成する側板に前記入
    側および出側結像鏡とを加工形成して設け、試料セルの
    残りの内壁部を構成するフレームが、前記鏡板に設けた
    中央凹面鏡と前記側板に設けた入側および出側結像鏡の
    光学相互位置を規定するようにして構成したことを特徴
    とする多重反射形試料セル。
  2. 【請求項２】中央凹面鏡に対向する位置に配置される入
    側および出側結像鏡の２ヶの凹面鏡を、１部品を成す底
    板に一体に形成したことを特徴とする請求項１に記載の
    多重反射形試料セル。
  3. 【請求項３】フレームの内壁部位の光束が透過する包絡
    領域以外の部分がフレーム構成部材によって占められる
    ようにしたことを特徴とする請求項１または２のいずれ
    かに記載の多重反射形試料セル。
  4. 【請求項４】鏡板と側板およびフレームの構成部材がア
    ルミニウムまたはアルミニウム系合金であり、各部品の
    寸法加工後、試料セルを形成したとき試料セルの内部表
    面となる領域にクローム（Cr），二酸化珪素（SiO2），
    金（Au）の皮膜をこの順に被着して設けたことを特徴と
    する請求項１ないし３のいずれかに記載の多重反射形試
    料セル。
  5. 【請求項５】鏡板と側板およびフレームの少なくも２を
    一体に結合した部品と残りの部品、または、鏡板と側板
    およびフレームのそれぞれが金型を用いて複製製作され
    たものであることを特徴とする請求項１ないし３のいず
    れかに記載の多重反射形試料セル。
  6. 【請求項６】鏡板の入射窓部または射出窓部のいずれか
    に装着する窓材が、透明基板上に該透明基板部材と屈折
    率の異なる透明部材を多層に被着して光学的バンドパス
    フィルタ又はローパスフィルタ或いはハイパスフィルタ
    のいずれかを形成したものであるとを特徴とする請求項
    １ないし４のいずれかに記載の多重反射形試料セル。
  7. 【請求項７】すくなくも鏡板は分析測定に用いる光の波
    長域において透明な部材でなり、光の反射および遮光面
    となる部位には高反射率の金属または高屈折率物質を被
    着して反射および遮光膜を形成したことを特徴とする請
    求項１ないし３のいずれかに記載の多重反射形試料セ
    ル。
  8. 【請求項８】鏡板の入射および射出窓の領域に鏡板部材
    より低屈折率の透明部材を被着して反射防止膜を形成し
    たことを特徴とする請求項７に記載の多重反射形の試料
    セル。
  9. 【請求項９】鏡板の入射窓または射出窓のいずれかの領
    域に屈折率の異なる透明部材を多層に被着して光学的バ
    ンドパスフィルタ又はローパスフィルタ或いはハイパス
    フィルタのいずれかを形成したことを特徴とする請求項
    ７に記載の多重反射形の試料セル。
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