JPH1062348A - ラマンガス分析器の光学素子の汚れをモニタリングする装置 - Google Patents
ラマンガス分析器の光学素子の汚れをモニタリングする装置Info
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- JPH1062348A JPH1062348A JP9160125A JP16012597A JPH1062348A JP H1062348 A JPH1062348 A JP H1062348A JP 9160125 A JP9160125 A JP 9160125A JP 16012597 A JP16012597 A JP 16012597A JP H1062348 A JPH1062348 A JP H1062348A
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N21/15—Preventing contamination of the components of the optical system or obstruction of the light path
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- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
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- Optical Measuring Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 キャビティの光学素子の表面の微粒子汚れレ
ベルをモニタリングする方法および装置を提供すること
にある。 【解決手段】 光検出器を使用して、光学系内の光学素
子の汚れをモニタリングする。光検出器は、光学系内の
光学素子の表面上に付着する微粒子による表面凹凸を原
因とする非正反射／拡散反射を検出すべく整列される。
非正反射の強度の増大は、光学素子の表面上の汚れのレ
ベルの増大に対応する。電子検出器回路は、光検出器の
出力信号に関する信号処理を行いかつ汚れレベルに対応
する出力信号を発生する。本発明の他の観点では、光検
出器回路がラマンガス分析装置に組み込まれる。また、
本発明は、光学的共鳴装置内の非正反射を検出する方法
も提供する。
ベルをモニタリングする方法および装置を提供すること
にある。 【解決手段】 光検出器を使用して、光学系内の光学素
子の汚れをモニタリングする。光検出器は、光学系内の
光学素子の表面上に付着する微粒子による表面凹凸を原
因とする非正反射／拡散反射を検出すべく整列される。
非正反射の強度の増大は、光学素子の表面上の汚れのレ
ベルの増大に対応する。電子検出器回路は、光検出器の
出力信号に関する信号処理を行いかつ汚れレベルに対応
する出力信号を発生する。本発明の他の観点では、光検
出器回路がラマンガス分析装置に組み込まれる。また、
本発明は、光学的共鳴装置内の非正反射を検出する方法
も提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ラマンガス分析装
置の光学素子からの非正反射 （ nonspecularreflect
ions)を検出して、ラマンガス分析装置の汚れの度合い
をモニタリングする方法および装置に関する。
置の光学素子からの非正反射 （ nonspecularreflect
ions)を検出して、ラマンガス分析装置の汚れの度合い
をモニタリングする方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ラマン光散乱は、危機的治療状況におけ
る患者の呼吸ガスの連続的モニタリングに成功裏に使用
されている。この技術は、単色光がガス分子の振動／回
転モードと相互作用して、散乱ガス分子の振動／回転エ
ネルギに対応する量だけ入射放射（incident radiatio
n）の散乱光から頻繁にシフトされる散乱光を発生する
ときに生じる効果に基づいている。入射光の光子が衝突
時にエネルギを失うと、入射光子は、入射光子より低い
エネルギの散乱光として、（従って、入射光子より低周
波数の散乱光として）再放射される。同様に、入射光子
が衝突時にエネルギを得ると、入射光子は入射光子より
高いエネルギの散乱光として、（従って、入射光子より
高周波数の散乱光として）再放射される。これらのエネ
ルギシフトは種特異性を有するので、試料のラマン散乱
スペクトルに存在する種々の周波数成分の分析により、
散乱体積中に存在するガスの化学的識別を行なうことが
できる。種々の周波数成分、すなわち、ラマンスペクト
ル線の強度は、適当なキャリブレーションがなされてい
るという条件で、存在するガスの定量化を与える。この
方法では、ラマン光散乱を、手術室および集中治療状況
での患者の呼吸中に存在する種々の呼吸ガスおよび麻酔
ガスの同一性および量を決定するのに用いることができ
る。
る患者の呼吸ガスの連続的モニタリングに成功裏に使用
されている。この技術は、単色光がガス分子の振動／回
転モードと相互作用して、散乱ガス分子の振動／回転エ
ネルギに対応する量だけ入射放射（incident radiatio
n）の散乱光から頻繁にシフトされる散乱光を発生する
ときに生じる効果に基づいている。入射光の光子が衝突
時にエネルギを失うと、入射光子は、入射光子より低い
エネルギの散乱光として、（従って、入射光子より低周
波数の散乱光として）再放射される。同様に、入射光子
が衝突時にエネルギを得ると、入射光子は入射光子より
高いエネルギの散乱光として、（従って、入射光子より
高周波数の散乱光として）再放射される。これらのエネ
ルギシフトは種特異性を有するので、試料のラマン散乱
スペクトルに存在する種々の周波数成分の分析により、
散乱体積中に存在するガスの化学的識別を行なうことが
できる。種々の周波数成分、すなわち、ラマンスペクト
ル線の強度は、適当なキャリブレーションがなされてい
るという条件で、存在するガスの定量化を与える。この
方法では、ラマン光散乱を、手術室および集中治療状況
での患者の呼吸中に存在する種々の呼吸ガスおよび麻酔
ガスの同一性および量を決定するのに用いることができ
る。
【０００３】ラマン光散乱を用いて危機的治療状況での
ガスの分析を行なうべく開発された装置は、一般に、分
析すべき患者の呼吸ガスの試料を収容するガスセルを使
用している。このような装置の１つが、「レーザ活性化
ラマン光散乱による多チャンネル分子ガス分析（Laser-
Activated Raman Light Scattering) 」という名称に係
るバン・ワーゲネン（Van Wagenen ）等に付与された米
国特許第4,784,486 号に開示されている。ガスセルは、
レーザ共鳴キャビティの内部か、このキャビティの外部
のどちらかに配置されている。バン・ワーゲネンによっ
て上記米国特許に開示されたようなキャビティ内装置
（intracavity system) では、レーザビームは共鳴キャ
ビティを通るように差し向けられ、ガスセル内の呼吸ガ
ス試料に通される。共鳴キャビティの一端に配置された
端ミラーは、プラズマ放出管からの入射光を、共鳴キャ
ビティを通して再び差し向け戻し、この共鳴キャビティ
において、光は再びガスセルを通ってプラズマ放出管内
に戻る。レーザによって発生させた光（レージング光）
の所望の波長および偏光（ポーラリゼーション）状態を
選択するために、端ミラーの近くにブルースタープリズ
ムを取り付けることができる。端ミラーおよびブルース
タープリズムは、両方共、アライメント組立体の１つ以
上のプレート上に取り付けられる。ガスセル内のガス分
析領域からのラマン散乱光は、集光素子により集光され
かつ１つ以上の干渉フィルタまたは他の波長識別手段を
通って差し向けられる。集光素子および干渉フィルタ
（および合焦素子が使用されることもある）は、各特定
ラマン信号を定量化するための適当な検出器、従って、
呼吸ガス試料を含む各特定ガスを定量化するための適当
な検出器に、ラマン散乱光を伝達させる。
ガスの分析を行なうべく開発された装置は、一般に、分
析すべき患者の呼吸ガスの試料を収容するガスセルを使
用している。このような装置の１つが、「レーザ活性化
ラマン光散乱による多チャンネル分子ガス分析（Laser-
Activated Raman Light Scattering) 」という名称に係
るバン・ワーゲネン（Van Wagenen ）等に付与された米
国特許第4,784,486 号に開示されている。ガスセルは、
レーザ共鳴キャビティの内部か、このキャビティの外部
のどちらかに配置されている。バン・ワーゲネンによっ
て上記米国特許に開示されたようなキャビティ内装置
（intracavity system) では、レーザビームは共鳴キャ
ビティを通るように差し向けられ、ガスセル内の呼吸ガ
ス試料に通される。共鳴キャビティの一端に配置された
端ミラーは、プラズマ放出管からの入射光を、共鳴キャ
ビティを通して再び差し向け戻し、この共鳴キャビティ
において、光は再びガスセルを通ってプラズマ放出管内
に戻る。レーザによって発生させた光（レージング光）
の所望の波長および偏光（ポーラリゼーション）状態を
選択するために、端ミラーの近くにブルースタープリズ
ムを取り付けることができる。端ミラーおよびブルース
タープリズムは、両方共、アライメント組立体の１つ以
上のプレート上に取り付けられる。ガスセル内のガス分
析領域からのラマン散乱光は、集光素子により集光され
かつ１つ以上の干渉フィルタまたは他の波長識別手段を
通って差し向けられる。集光素子および干渉フィルタ
（および合焦素子が使用されることもある）は、各特定
ラマン信号を定量化するための適当な検出器、従って、
呼吸ガス試料を含む各特定ガスを定量化するための適当
な検出器に、ラマン散乱光を伝達させる。
【０００４】キャビティ内装置は、ラマン散乱がレーザ
共鳴キャビティの外部で生じる装置に比べ、非常に大き
なラマン散乱強度が得られるという長所を有している。
この大きな強度は、キャビティ内構造を通過するレーザ
ビームがガス試料を多数回伝播し、これに対応するラマ
ン散乱光のより大きな時間積分強度が試料から集光され
るため生じる。これに対し、ガスセルの外部構造は、レ
ーザビームがより少ない回数でガス試料を通ることを許
容する。キャビティ内装置は、レーザ共鳴キャビティの
外部に配置されたガスセルをもつ装置よりも大きなラマ
ン信号強度が得られるという長所があるが、この長所を
実現するためには、共鳴器素子を極めて正確に配置しな
ければならない。なぜならば、キャビティ内でのレーザ
ビームの多数回反射により、キャビティ端ミラーのあら
ゆるミスアライメントを大きくするからである。同様
に、アライメントおよび最適素子性能は、外部共鳴装置
の場合についても重要である。従って、キャビティ端ミ
ラー、ブルースタープリズム（これを使用している場
合）、およびレーザプラズマ放出管の中心軸線は、全て
が、ガス分析装置の作動中、常時、互いに殆ど完全に整
列されなくてはならない。また、窓、レンズ、プリズム
等を通るレーザビームの伝達およびミラー等からのレー
ザビームの反射を最適レベルに維持しなければならず、
そうしなければ、レーザ出力の損失により装置性能が低
下してしまうであろう。
共鳴キャビティの外部で生じる装置に比べ、非常に大き
なラマン散乱強度が得られるという長所を有している。
この大きな強度は、キャビティ内構造を通過するレーザ
ビームがガス試料を多数回伝播し、これに対応するラマ
ン散乱光のより大きな時間積分強度が試料から集光され
るため生じる。これに対し、ガスセルの外部構造は、レ
ーザビームがより少ない回数でガス試料を通ることを許
容する。キャビティ内装置は、レーザ共鳴キャビティの
外部に配置されたガスセルをもつ装置よりも大きなラマ
ン信号強度が得られるという長所があるが、この長所を
実現するためには、共鳴器素子を極めて正確に配置しな
ければならない。なぜならば、キャビティ内でのレーザ
ビームの多数回反射により、キャビティ端ミラーのあら
ゆるミスアライメントを大きくするからである。同様
に、アライメントおよび最適素子性能は、外部共鳴装置
の場合についても重要である。従って、キャビティ端ミ
ラー、ブルースタープリズム（これを使用している場
合）、およびレーザプラズマ放出管の中心軸線は、全て
が、ガス分析装置の作動中、常時、互いに殆ど完全に整
列されなくてはならない。また、窓、レンズ、プリズム
等を通るレーザビームの伝達およびミラー等からのレー
ザビームの反射を最適レベルに維持しなければならず、
そうしなければ、レーザ出力の損失により装置性能が低
下してしまうであろう。
【０００５】上記キャビティ内ガスセル装置では、周囲
の光学素子およびフィルタを、ガス試料中に存在する汚
染物質から保護するため、一般に、ガスセルのいずれか
の端部に窓が設けられている。また、窓は、ガス試料を
ガスセル内に閉じ込め、これにより試料の体積を最小に
し、従って、検出器の応答時間を改善するのに役立つ。
幾つかの装置では、ガスセルの窓は、試料を通過する特
定の偏光状態の光の伝達を選択しかつ改善するため、ブ
ルースター角に向けられている。この方法により、セル
を通過するレーザビームの光学的損失が最小になる。し
かしながら、ガス試料が、該試料ガスと共にしばしば運
ばれる微粒子と一緒に、セルの窓を汚しかつ装置の性能
を低下させる。この汚れにより、好ましくない吸光およ
び／または散乱をもたらし、従って、試料のセルを通っ
て循環するレーザ出力を低下させる。何らの処置も施さ
ない場合には、この汚れによって、最終的に装置が適正
に機能しなくなってしまうであろう。
の光学素子およびフィルタを、ガス試料中に存在する汚
染物質から保護するため、一般に、ガスセルのいずれか
の端部に窓が設けられている。また、窓は、ガス試料を
ガスセル内に閉じ込め、これにより試料の体積を最小に
し、従って、検出器の応答時間を改善するのに役立つ。
幾つかの装置では、ガスセルの窓は、試料を通過する特
定の偏光状態の光の伝達を選択しかつ改善するため、ブ
ルースター角に向けられている。この方法により、セル
を通過するレーザビームの光学的損失が最小になる。し
かしながら、ガス試料が、該試料ガスと共にしばしば運
ばれる微粒子と一緒に、セルの窓を汚しかつ装置の性能
を低下させる。この汚れにより、好ましくない吸光およ
び／または散乱をもたらし、従って、試料のセルを通っ
て循環するレーザ出力を低下させる。何らの処置も施さ
ない場合には、この汚れによって、最終的に装置が適正
に機能しなくなってしまうであろう。
【０００６】窓およびキャビティの光学素子の汚れの問
題は、光学素子を汚染試料から遮蔽するために、レーザ
装置の光学素子の周囲にエアダムを設けることによっ
て、ある程度解決されている。このようなエアダムを設
けるための装置が、マイルズ（Miles ）等に付与された
「関連した光学素子を保護するためのバッファガス入口
を備えたガス分析装置 （ Gas Analysis System Havi
ng Buffer Gas Input ToProtect Associated Optical E
lements) 」という名称に係る米国特許第5,135,304
号、およびマイルズ（Miles ）に付与された「関連した
光学素子を保護するためのバッファガス入口を備えたガ
ス分析装置 （Gas Analysis System HavingBuffer Gas
Input To Protect Associated Optical Elements) 」
という名称に係る米国特許第5,135,671 号に開示されて
いる。米国特許第5,135,304 号に開示されたキャビティ
内装置では、分析すべきガスの試料が検出器アレーの中
央近くに噴射される。これと同時に、窒素または濾過空
気のようなバッファガスが分析器キャビティの側部に噴
射される。両ガス流は、中間点で排出される。この装置
は、検出器の近くに純粋なガス試料を供給できると同時
に、共鳴キャビティの光学素子を試料ガスにより運ばれ
る汚れから保護できる長所がある。
題は、光学素子を汚染試料から遮蔽するために、レーザ
装置の光学素子の周囲にエアダムを設けることによっ
て、ある程度解決されている。このようなエアダムを設
けるための装置が、マイルズ（Miles ）等に付与された
「関連した光学素子を保護するためのバッファガス入口
を備えたガス分析装置 （ Gas Analysis System Havi
ng Buffer Gas Input ToProtect Associated Optical E
lements) 」という名称に係る米国特許第5,135,304
号、およびマイルズ（Miles ）に付与された「関連した
光学素子を保護するためのバッファガス入口を備えたガ
ス分析装置 （Gas Analysis System HavingBuffer Gas
Input To Protect Associated Optical Elements) 」
という名称に係る米国特許第5,135,671 号に開示されて
いる。米国特許第5,135,304 号に開示されたキャビティ
内装置では、分析すべきガスの試料が検出器アレーの中
央近くに噴射される。これと同時に、窒素または濾過空
気のようなバッファガスが分析器キャビティの側部に噴
射される。両ガス流は、中間点で排出される。この装置
は、検出器の近くに純粋なガス試料を供給できると同時
に、共鳴キャビティの光学素子を試料ガスにより運ばれ
る汚れから保護できる長所がある。
【０００７】共鳴キャビティの光学素子を汚れから保護
する点で優れているにも係わらず、端ミラー、ガスセル
の窓、レンズ、プリズム、レーザプラズマ放出管等を含
む共鳴キャビティの個々の部分を、場合によっては依然
として、分解し、汚染物質を洗浄し、修理しまたは交換
しなければならない。このような場合には、光学素子
を、分解修理または洗浄した後、再び組立てる。端ミラ
ー、ブルースタープリズム（もし、これを使用している
場合には、）およびプラズマ放出管のアライメントを含
む装置の光学的アライメントに要求される高い精度は、
現場での修理を困難にしている。従って、現在、殆どの
修理は、部品の正確なアライメントを行なうための光学
ベンチまたは固定装置上に装置を置くことができる工場
で行なわれている。
する点で優れているにも係わらず、端ミラー、ガスセル
の窓、レンズ、プリズム、レーザプラズマ放出管等を含
む共鳴キャビティの個々の部分を、場合によっては依然
として、分解し、汚染物質を洗浄し、修理しまたは交換
しなければならない。このような場合には、光学素子
を、分解修理または洗浄した後、再び組立てる。端ミラ
ー、ブルースタープリズム（もし、これを使用している
場合には、）およびプラズマ放出管のアライメントを含
む装置の光学的アライメントに要求される高い精度は、
現場での修理を困難にしている。従って、現在、殆どの
修理は、部品の正確なアライメントを行なうための光学
ベンチまたは固定装置上に装置を置くことができる工場
で行なわれている。
【０００８】共鳴キャビティの光学素子を修理するか否
かは、（１）このような光学素子が稼働状態にある時間
数、（２）或る稼働周期、または（３）ユニットの機能
的性能の低下をオペレータが感知したときに基づいて決
定される。これらに基づいて共鳴キャビティの光学素子
を維持することを決定することにより、光学的性能は、
キャビティがもはや最適レベルで機能しなくなるまで低
下することがある。そのうえ、キャビティの光学素子の
メインテナンスに基礎を置く定量化可能な基準の欠如に
より、非常に頻繁で、従って不必要なメインテナンスを
行なうこともあろう。このようなメインテナンスを正当
化するためのよりコスト有効性に優れた基準は、キャビ
ティの何らかの定量化可能な性能の判定基準に基づいて
いる。
かは、（１）このような光学素子が稼働状態にある時間
数、（２）或る稼働周期、または（３）ユニットの機能
的性能の低下をオペレータが感知したときに基づいて決
定される。これらに基づいて共鳴キャビティの光学素子
を維持することを決定することにより、光学的性能は、
キャビティがもはや最適レベルで機能しなくなるまで低
下することがある。そのうえ、キャビティの光学素子の
メインテナンスに基礎を置く定量化可能な基準の欠如に
より、非常に頻繁で、従って不必要なメインテナンスを
行なうこともあろう。このようなメインテナンスを正当
化するためのよりコスト有効性に優れた基準は、キャビ
ティの何らかの定量化可能な性能の判定基準に基づいて
いる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って、キャビティの
光学素子の表面の微粒子汚れレベルをモニタリングする
方法および装置が要望されている。上記のように、ラマ
ンガス分析装置の光学素子の汚れを阻止することに関す
る進歩がなされている。しかしながら、現存の装置で
は、装置の汚れをモニタリングするための最も一般的に
行われている手段は、キャビティ内を循環する全レーザ
出力をモニタリングすることである。これは、汚れによ
って最初に引き起こされる損失に比べて比較的大きい数
であるため、汚れについての非常に敏感な測定を与える
ものではなく、また汚れ源を特定するのに有効な情報を
与えない。更に、いずれか１つの光学素子の表面の汚
れ、光学素子のミスアライメント、キャビティ内空間の
閉塞、またはレーザゲイン媒体（laser gain medium)の
不調を含む他の要因が、キャビティ内を循環する全レー
ザ出力に影響を与える。これまで、装置の選択された位
置での汚れを検出しかつ測定すべく特別に設計された手
段が組み込まれた装置は存在しない。従って、ダスト、
埃、微粒子または膜形成によるレーザキャビティ内のレ
ーザ光学素子の汚れは、非シール形レーザ共鳴器での信
頼できるレーザによる光の発生（レージング）の維持を
困難にする依然として大きな問題である。
光学素子の表面の微粒子汚れレベルをモニタリングする
方法および装置が要望されている。上記のように、ラマ
ンガス分析装置の光学素子の汚れを阻止することに関す
る進歩がなされている。しかしながら、現存の装置で
は、装置の汚れをモニタリングするための最も一般的に
行われている手段は、キャビティ内を循環する全レーザ
出力をモニタリングすることである。これは、汚れによ
って最初に引き起こされる損失に比べて比較的大きい数
であるため、汚れについての非常に敏感な測定を与える
ものではなく、また汚れ源を特定するのに有効な情報を
与えない。更に、いずれか１つの光学素子の表面の汚
れ、光学素子のミスアライメント、キャビティ内空間の
閉塞、またはレーザゲイン媒体（laser gain medium)の
不調を含む他の要因が、キャビティ内を循環する全レー
ザ出力に影響を与える。これまで、装置の選択された位
置での汚れを検出しかつ測定すべく特別に設計された手
段が組み込まれた装置は存在しない。従って、ダスト、
埃、微粒子または膜形成によるレーザキャビティ内のレ
ーザ光学素子の汚れは、非シール形レーザ共鳴器での信
頼できるレーザによる光の発生（レージング）の維持を
困難にする依然として大きな問題である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、モニタリング
すべき光学素子（ミラー、窓、プリズム、レンズ等を含
む）に近接して感光検出器を配置することにより、上記
多くの問題を解決する汚れモニタ（contamination moni
tor ）を有する。検出器は、光学素子から反射され、又
は散乱される非正反射光を受けるように光学素子に対し
て角度の向きが定められる。検出器は、受けた非正反射
光の強度を測定する信号を出力する。検出器の出力信号
の大きさは、光学素子の汚れの度合いを表示する。従っ
て、この汚れモニタは、従来の利用可能な情報よりも明
確な情報を与える。すなわち、幾つかの光学素子をモニ
タリングする場合に、それぞれの検出器からの出力信号
は、各光学素子が汚れている相対度合いを表示する量的
情報を与える。この情報を利用すれば、装置の修理およ
び補修の質が大幅に高められる。
すべき光学素子（ミラー、窓、プリズム、レンズ等を含
む）に近接して感光検出器を配置することにより、上記
多くの問題を解決する汚れモニタ（contamination moni
tor ）を有する。検出器は、光学素子から反射され、又
は散乱される非正反射光を受けるように光学素子に対し
て角度の向きが定められる。検出器は、受けた非正反射
光の強度を測定する信号を出力する。検出器の出力信号
の大きさは、光学素子の汚れの度合いを表示する。従っ
て、この汚れモニタは、従来の利用可能な情報よりも明
確な情報を与える。すなわち、幾つかの光学素子をモニ
タリングする場合に、それぞれの検出器からの出力信号
は、各光学素子が汚れている相対度合いを表示する量的
情報を与える。この情報を利用すれば、装置の修理およ
び補修の質が大幅に高められる。
【００１１】本発明の第１の観点によれば、光学系内の
光学素子の汚れをモニタリングする装置を開示する。光
学系内の光学素子に隣接して取り付けられた光検出器
は、汚れ（一般に、光学素子の表面上に付着する微粒子
の形態をなす）による表面凹凸を原因とする非正反射を
検出するために整列される。非正反射の強度の増大は、
汚れレベルの増大に対応する。検出器電子回路は、光検
出器の出力信号についての信号処理を行いかつ検出した
反射の強度に関する出力信号を発生する。本発明の他の
観点によれば、光検出器回路がラマンガス分析装置に組
み込まれる。光検出器は、装置を構成する光学的共鳴キ
ャビティ内の光学素子からの非正反射光を検出する。こ
のような非正反射は、光学素子の表面上の微粒子物質
（汚れ）の堆積により生じる。微粒子物質は、装置を構
成するガス分析セル内に導入される試験ガスにより運ば
れる。
光学素子の汚れをモニタリングする装置を開示する。光
学系内の光学素子に隣接して取り付けられた光検出器
は、汚れ（一般に、光学素子の表面上に付着する微粒子
の形態をなす）による表面凹凸を原因とする非正反射を
検出するために整列される。非正反射の強度の増大は、
汚れレベルの増大に対応する。検出器電子回路は、光検
出器の出力信号についての信号処理を行いかつ検出した
反射の強度に関する出力信号を発生する。本発明の他の
観点によれば、光検出器回路がラマンガス分析装置に組
み込まれる。光検出器は、装置を構成する光学的共鳴キ
ャビティ内の光学素子からの非正反射光を検出する。こ
のような非正反射は、光学素子の表面上の微粒子物質
（汚れ）の堆積により生じる。微粒子物質は、装置を構
成するガス分析セル内に導入される試験ガスにより運ば
れる。
【００１２】また本発明は、光学系内の光学素子からの
非正反射の強度を検出することにより光学系内の汚れの
度合いを決定する方法を提供する。本発明の方法は、光
学素子を用いて光ビームを伝播し、少なくとも１つの光
学素子からの非正反射を検出し、検出した非正反射光エ
ネルギの強度に機能的に関係する出力信号を発生する段
階を含む。本発明の重要な長所は、本発明を、光学系の
性能をモニタリングするのに使用できることである。本
発明は、光学系内の光学素子の洗浄の必要性に関して決
定を行う量的判定基準を与える。このような判定基準が
なければ、光学系のメインテナンスは、光学系の実際の
性能に必ずしも関係しない何らかの基準に基づいて行な
わなくてはならない。
非正反射の強度を検出することにより光学系内の汚れの
度合いを決定する方法を提供する。本発明の方法は、光
学素子を用いて光ビームを伝播し、少なくとも１つの光
学素子からの非正反射を検出し、検出した非正反射光エ
ネルギの強度に機能的に関係する出力信号を発生する段
階を含む。本発明の重要な長所は、本発明を、光学系の
性能をモニタリングするのに使用できることである。本
発明は、光学系内の光学素子の洗浄の必要性に関して決
定を行う量的判定基準を与える。このような判定基準が
なければ、光学系のメインテナンスは、光学系の実際の
性能に必ずしも関係しない何らかの基準に基づいて行な
わなくてはならない。
【００１３】第１の実施の形態では、本発明は、光学系
内の光学素子の表面上の汚れを検出する装置であって、
光学系内で伝達されかつ光学素子の照射を行なうために
光放射ビームを発生するように配置された光エネルギ源
と、光学素子の表面から散乱される非正反射光エネルギ
を検出するように配置された光エネルギ検出器と、該光
エネルギ検出器により検出される光学素子の表面から散
乱される光エネルギの強度を表す前記光エネルギ検出器
からの信号を受けるように前記光エネルギ検出器に作動
可能に接続された検出器回路とを有し、該検出器回路
は、光学素子の表面から散乱される光エネルギの強度を
表す電気信号を発生することを特徴とする装置である。
この実施の形態において、光エネルギ検出器は、フォト
ダイオード、光電子増倍管またはフォトトランジスタの
うちのいずれか１つからなり、光エネルギ源は共鳴キャ
ビティを備えたレーザからなり、光学素子はレーザ共鳴
キャビティ内に配置されている。また、光エネルギ検出
器を、レーザ共鳴キャビティ内に取り付けるのがよい。
内の光学素子の表面上の汚れを検出する装置であって、
光学系内で伝達されかつ光学素子の照射を行なうために
光放射ビームを発生するように配置された光エネルギ源
と、光学素子の表面から散乱される非正反射光エネルギ
を検出するように配置された光エネルギ検出器と、該光
エネルギ検出器により検出される光学素子の表面から散
乱される光エネルギの強度を表す前記光エネルギ検出器
からの信号を受けるように前記光エネルギ検出器に作動
可能に接続された検出器回路とを有し、該検出器回路
は、光学素子の表面から散乱される光エネルギの強度を
表す電気信号を発生することを特徴とする装置である。
この実施の形態において、光エネルギ検出器は、フォト
ダイオード、光電子増倍管またはフォトトランジスタの
うちのいずれか１つからなり、光エネルギ源は共鳴キャ
ビティを備えたレーザからなり、光学素子はレーザ共鳴
キャビティ内に配置されている。また、光エネルギ検出
器を、レーザ共鳴キャビティ内に取り付けるのがよい。
【００１４】また、本発明は、光学系内の光学素子の汚
れを検出する方法であって、光ビームを発生する段階
と、光学系内に光学素子を配置する段階と、光学素子を
光ビームで照射する段階と、光検出器を光学素子に対し
て配置して、光検出器が、光学素子の表面上に付着した
汚れにより光ビームから散乱される非正反射光放射を受
ける段階と、光学素子の表面から散乱される非正反射光
放射を検出する段階と、光学素子の表面から散乱される
非正反射光放射の強度を表す出力信号を発生する段階と
を含むことを特徴とする方法である。前記検出する段階
は、フォトダイオード、フォトトランジスタまたは光電
子増倍管のいずれか１つを選択する段階を含む。また、
光ビームを発生する段階は、共鳴キャビティを備えたレ
ーザを選択する段階を含み、光検出器を配置する段階
は、レーザ共鳴キャビティ内に光検出器を配置する段階
を含む。
れを検出する方法であって、光ビームを発生する段階
と、光学系内に光学素子を配置する段階と、光学素子を
光ビームで照射する段階と、光検出器を光学素子に対し
て配置して、光検出器が、光学素子の表面上に付着した
汚れにより光ビームから散乱される非正反射光放射を受
ける段階と、光学素子の表面から散乱される非正反射光
放射を検出する段階と、光学素子の表面から散乱される
非正反射光放射の強度を表す出力信号を発生する段階と
を含むことを特徴とする方法である。前記検出する段階
は、フォトダイオード、フォトトランジスタまたは光電
子増倍管のいずれか１つを選択する段階を含む。また、
光ビームを発生する段階は、共鳴キャビティを備えたレ
ーザを選択する段階を含み、光検出器を配置する段階
は、レーザ共鳴キャビティ内に光検出器を配置する段階
を含む。
【００１５】本発明の第２の実施の形態は、ラマン光散
乱によりガス試料中のガスを分析する装置であって、光
放射レーザビームを光路に沿って発生させかつ伝達する
ためのレーザ光源と、ガス試料セルとを有し、該ガス試
料セルは、ガス試料を受け入れて該ガス試料セルの内部
領域にガス試料を保持し、ガス試料セルはレーザ光源か
らの光放射レーザビームを受けるように前記光路内に配
置されており、ガス試料からのラマン散乱光を受けかつ
検出するようにガス試料セルに対して配置されたラマン
散乱光検出器と、前記光路内に配置された光学素子と、
該光学素子によりレーザビームから散乱される非正反射
光を受けかつ検出するように光学素子に対して配置され
た汚れ検出器とを更に有することを特徴とする装置であ
る。この実施の形態では、レーザ光源は共鳴キャビティ
を備えたレーザからなり、ガス試料セルおよび光学素子
はレーザ共鳴キャビティ内に配置されている。また、光
学素子は、窓、レンズ、プリズム、ブルースター窓、ま
たはフィルタのうちのいずれか１つからなる。或る態様
では、この実施の形態は、汚れ検出器に作動可能に接続
され、かつ光学素子によりレーザビームから散乱される
非正反射光の強度に関する出力信号を発生するように構
成された電子回路を更に有している。汚れ検出器は、フ
ォトダイオード、光電子増倍管またはフォトトランジス
タのうちのいずれか１つで構成される。また、或る実施
の形態では、ガス試料セルは、前記レーザ光源によりポ
ンピングされる受動共鳴キャビティからなる。
乱によりガス試料中のガスを分析する装置であって、光
放射レーザビームを光路に沿って発生させかつ伝達する
ためのレーザ光源と、ガス試料セルとを有し、該ガス試
料セルは、ガス試料を受け入れて該ガス試料セルの内部
領域にガス試料を保持し、ガス試料セルはレーザ光源か
らの光放射レーザビームを受けるように前記光路内に配
置されており、ガス試料からのラマン散乱光を受けかつ
検出するようにガス試料セルに対して配置されたラマン
散乱光検出器と、前記光路内に配置された光学素子と、
該光学素子によりレーザビームから散乱される非正反射
光を受けかつ検出するように光学素子に対して配置され
た汚れ検出器とを更に有することを特徴とする装置であ
る。この実施の形態では、レーザ光源は共鳴キャビティ
を備えたレーザからなり、ガス試料セルおよび光学素子
はレーザ共鳴キャビティ内に配置されている。また、光
学素子は、窓、レンズ、プリズム、ブルースター窓、ま
たはフィルタのうちのいずれか１つからなる。或る態様
では、この実施の形態は、汚れ検出器に作動可能に接続
され、かつ光学素子によりレーザビームから散乱される
非正反射光の強度に関する出力信号を発生するように構
成された電子回路を更に有している。汚れ検出器は、フ
ォトダイオード、光電子増倍管またはフォトトランジス
タのうちのいずれか１つで構成される。また、或る実施
の形態では、ガス試料セルは、前記レーザ光源によりポ
ンピングされる受動共鳴キャビティからなる。
【００１６】本発明の第３の実施の形態は、ラマン光散
乱によりガス試料中のガスを分析する装置であって、光
放射レーザビームを光路に沿って発生させかつ伝達する
ためのレーザ光源を有し、該レーザ光源が、約1,000 〜
2,500 PPM （百万分の一）の範囲内の損失をもつ共鳴キ
ャビティを備えており、該共鳴キャビティ内に配置され
たガス試料セルを有し、該ガス試料セルは、ガス試料を
受け入れて該ガス試料セルの内部領域にガス試料を保持
し、前記ガス試料セルは前記レーザ光源からの光放射レ
ーザビームを受けるように前記光路内に配置されてお
り、ガス試料からのラマン散乱光を受けかつ検出するよ
うにガス試料セルに対して配置されたラマン散乱光検出
器を備えていることを特徴とする装置である。
乱によりガス試料中のガスを分析する装置であって、光
放射レーザビームを光路に沿って発生させかつ伝達する
ためのレーザ光源を有し、該レーザ光源が、約1,000 〜
2,500 PPM （百万分の一）の範囲内の損失をもつ共鳴キ
ャビティを備えており、該共鳴キャビティ内に配置され
たガス試料セルを有し、該ガス試料セルは、ガス試料を
受け入れて該ガス試料セルの内部領域にガス試料を保持
し、前記ガス試料セルは前記レーザ光源からの光放射レ
ーザビームを受けるように前記光路内に配置されてお
り、ガス試料からのラマン散乱光を受けかつ検出するよ
うにガス試料セルに対して配置されたラマン散乱光検出
器を備えていることを特徴とする装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の上記および他の特徴は、
好ましい実施の形態および添付図面についての以下の詳
細な説明から明らかになるであろう。本発明は、光学系
内に配置された光学素子の表面に存在する汚れからの拡
散散乱光すなわち非正反射を検出し、それによって、光
学系の性能をモニタリングするための光検出器を提供す
る。図１に示すように、拡散散乱光すなわち非正反射６
４とは、一般に、他の点では円滑な光学素子の反射面７
２上の表面凹凸部６８から、広範囲の角度で散乱される
光エネルギをいう。拡散散乱光／非正反射６４とは区別
すべき正反射６５とは、光学素子のきれいで円滑な表面
７２から特定角度（該角度は、入射光エネルギ４４と表
面７２との間の入射角に関する）で一般的に反射する光
エネルギをいう。第１部 ここで図１を参照すると、プラズマ管ハウジング２８の
一端に配置されたプラズマ放出管２４を備えた光学的共
鳴キャビティ２０が示されている。プラズマ放出管２４
の一端に取り付けられた第１反射器３２と、該第１反射
器３２と光学的に整列しかつこれに対向してプラズマ管
ハウジング２８の端部に取り付けられた第２反射器３６
とは、協働して光学的共鳴キャビティ２０の長さを形成
している。第１反射器３２と第２反射器３６との間に介
在されるように、ブルースター窓４０を、第１反射器３
２に対向するプラズマ放出管２４の端部に取り付けるの
が好ましい。レーザ光を発生させること（レージング）
が可能なレージングガス混合物（図示せず）が、プラズ
マ放出管２４内に閉じ込められている。光ビーム４４の
形態をなす光エネルギがプラズマ放出管２４からブルー
スター窓４０を通って出力され、反射器３２と３６との
間で共鳴する。ブルースター窓４０を、特定の偏光状態
の光ビーム４４の低損失伝達を行なうために用いること
ができる。両反射器３２、３６およびブルースター窓４
０の各々は、例えば、光ビームを反射し、屈折し、濾過
しおよび／または光ビームの偏光状態を変化させる光学
素子すなわち光学的構造として分類できる。
好ましい実施の形態および添付図面についての以下の詳
細な説明から明らかになるであろう。本発明は、光学系
内に配置された光学素子の表面に存在する汚れからの拡
散散乱光すなわち非正反射を検出し、それによって、光
学系の性能をモニタリングするための光検出器を提供す
る。図１に示すように、拡散散乱光すなわち非正反射６
４とは、一般に、他の点では円滑な光学素子の反射面７
２上の表面凹凸部６８から、広範囲の角度で散乱される
光エネルギをいう。拡散散乱光／非正反射６４とは区別
すべき正反射６５とは、光学素子のきれいで円滑な表面
７２から特定角度（該角度は、入射光エネルギ４４と表
面７２との間の入射角に関する）で一般的に反射する光
エネルギをいう。第１部 ここで図１を参照すると、プラズマ管ハウジング２８の
一端に配置されたプラズマ放出管２４を備えた光学的共
鳴キャビティ２０が示されている。プラズマ放出管２４
の一端に取り付けられた第１反射器３２と、該第１反射
器３２と光学的に整列しかつこれに対向してプラズマ管
ハウジング２８の端部に取り付けられた第２反射器３６
とは、協働して光学的共鳴キャビティ２０の長さを形成
している。第１反射器３２と第２反射器３６との間に介
在されるように、ブルースター窓４０を、第１反射器３
２に対向するプラズマ放出管２４の端部に取り付けるの
が好ましい。レーザ光を発生させること（レージング）
が可能なレージングガス混合物（図示せず）が、プラズ
マ放出管２４内に閉じ込められている。光ビーム４４の
形態をなす光エネルギがプラズマ放出管２４からブルー
スター窓４０を通って出力され、反射器３２と３６との
間で共鳴する。ブルースター窓４０を、特定の偏光状態
の光ビーム４４の低損失伝達を行なうために用いること
ができる。両反射器３２、３６およびブルースター窓４
０の各々は、例えば、光ビームを反射し、屈折し、濾過
しおよび／または光ビームの偏光状態を変化させる光学
素子すなわち光学的構造として分類できる。
【００１８】図１に示すように、光学的共鳴キャビティ
２０は、該キャビティ２０内の光学素子から反射される
非正反射光信号６４を検出するための１つ以上の光検出
器回路４８ａ、４８ｂを備えるのがよい。以下、両光検
出器回路４８ａ、４８ｂは、総称的に光検出器回路４８
と呼ぶこともある。光検出器回路４８は、各々、光検出
器５２を有し、該光検出器５２は、適当な信号処理を行
なうための検出器電子回路６０に入力される出力信号５
６を発生する。出力信号５６は、光学的共鳴キャビティ
２０内の種々の光学素子上の微粒子汚れ６８から散乱さ
れる非正反射光信号６４の強度を表す。例えば、１）光
検出器装置４８ａの光検出器５２は、ブルースター窓４
０の表面７２上に堆積したあらゆる微粒子汚れ６８から
散乱される非正反射光信号６４の強度を検出するため
に、プラズマ管ハウジング２８内に配置されるのが好ま
しく、２）光検出器装置４８ｂの光検出器５２は、反射
器３６の表面７６上に堆積するあらゆる微粒子汚れ６８
から散乱される非正反射光信号６４の強度を検出するた
めに、プラズマ管ハウジング２８内に配置される。
２０は、該キャビティ２０内の光学素子から反射される
非正反射光信号６４を検出するための１つ以上の光検出
器回路４８ａ、４８ｂを備えるのがよい。以下、両光検
出器回路４８ａ、４８ｂは、総称的に光検出器回路４８
と呼ぶこともある。光検出器回路４８は、各々、光検出
器５２を有し、該光検出器５２は、適当な信号処理を行
なうための検出器電子回路６０に入力される出力信号５
６を発生する。出力信号５６は、光学的共鳴キャビティ
２０内の種々の光学素子上の微粒子汚れ６８から散乱さ
れる非正反射光信号６４の強度を表す。例えば、１）光
検出器装置４８ａの光検出器５２は、ブルースター窓４
０の表面７２上に堆積したあらゆる微粒子汚れ６８から
散乱される非正反射光信号６４の強度を検出するため
に、プラズマ管ハウジング２８内に配置されるのが好ま
しく、２）光検出器装置４８ｂの光検出器５２は、反射
器３６の表面７６上に堆積するあらゆる微粒子汚れ６８
から散乱される非正反射光信号６４の強度を検出するた
めに、プラズマ管ハウジング２８内に配置される。
【００１９】例示の目的のために、以下に述べる光検出
器装置４８ａの作動は、光検出器装置４８ｂの作動に等
しく適用できる。光検出器５２により発生された出力信
号５６は、適当な信号処理を行なうための検出器電子回
路６０に入力されるのが好ましい。検出器電子回路６０
は、光検出器５２により検出された非正反射光信号６４
の強度を表す出力信号８０を発生する。出力信号８０
を、データプロセッサ（図示せず）またはディスプレイ
（図示せず）に入力するのがよい。例えば、光検出器５
２を、フォトダイオード、光電子増倍（ＰＭ）管、フォ
トトランジスタ、または光エネルギを検出できる他の任
意の装置で構成するのがよい。非正反射光信号６４の強
度の増大は、ブルースター窓４０の表面７２上の微粒子
汚れ６８の増大に対応する。例えば、非正反射光信号６
４の強度が増大することにより、光検出器５２により発
生される出力信号５６のレベルの増大を生じさせ、非正
反射光信号６４の強度が低下することにより、光検出器
５２により発生される出力信号５６のレベルの低下を生
じさせる。
器装置４８ａの作動は、光検出器装置４８ｂの作動に等
しく適用できる。光検出器５２により発生された出力信
号５６は、適当な信号処理を行なうための検出器電子回
路６０に入力されるのが好ましい。検出器電子回路６０
は、光検出器５２により検出された非正反射光信号６４
の強度を表す出力信号８０を発生する。出力信号８０
を、データプロセッサ（図示せず）またはディスプレイ
（図示せず）に入力するのがよい。例えば、光検出器５
２を、フォトダイオード、光電子増倍（ＰＭ）管、フォ
トトランジスタ、または光エネルギを検出できる他の任
意の装置で構成するのがよい。非正反射光信号６４の強
度の増大は、ブルースター窓４０の表面７２上の微粒子
汚れ６８の増大に対応する。例えば、非正反射光信号６
４の強度が増大することにより、光検出器５２により発
生される出力信号５６のレベルの増大を生じさせ、非正
反射光信号６４の強度が低下することにより、光検出器
５２により発生される出力信号５６のレベルの低下を生
じさせる。
【００２０】図１に示す光学的共鳴キャビティ２０の例
には、ブルースター窓４０および反射器３６からの非正
反射を検出するように位置決めされた２つの光検出器５
２が示されている。しかしながら、光学的共鳴キャビテ
ィ２０内に配置される任意数の光学素子からの非正反射
を検出するために、この光学的共鳴キャビティ２０内に
任意数の光検出器を配置することも本発明の範囲内にあ
るものと理解すべきである。図２を参照すると、本発明
の第２の実施の形態は、ラマンガス分析装置８８内の種
々の位置での微粒子汚れのレベルを決定するように、ラ
マンガス分析装置８８のガス分析セル８４内の光学素子
からの非正反射レベルをモニタリングする光検出器回路
を提供する。図２および図３に示されたラマンガス分析
装置８８は、「正確な光学的アライメントの特徴をもつ
ラマンガス分析装置 （ Raman GasAnalysis System W
ith Precision Optical Alignment Features)」という
名称に係る米国特許出願第08/366,840号（該米国特許出
願の全部を本願に援用する）において完全に説明されて
いる。この装置は光学的共鳴キャビティを有し、該キャ
ビティは、プラズマ放出管１００を備えかつ第１反射器
９２および第２反射器９６で構成された体積を有してい
る。プラズマ放出管１００は、プラズマ管ハウジング１
０４の一端内に取り付けられている。第２反射器９６
は、プラズマ放出管１００とは反対側のハウジング１１
２の端部に取り付けられた光学的アライメント構造１０
８により支持されている。第１反射器９２は、99.9％よ
り高い反射率をもつ高反射率ミラーであるのが好まし
い。第２反射器９６は、第２の高反射率ミラーで構成す
るのが好ましい。光ビーム１２０の特定の波長および偏
光状態を選択するため、ブルースタープリズム１１６を
キャビティ内に挿入するのが好ましい。光ビーム１２０
は、第１反射器９２と第２反射器９６との間で、ガス分
析装置８８内の通路に沿って共鳴する。このような通路
は光学的共鳴キャビティを形成する。レーザ光を発生す
ること（レージング）が可能なレージングガス混合物
が、プラズマ放出管１００内に閉じ込められており、ブ
ルースター窓１２４は、光学的共鳴キャビティ内で共鳴
する光ビーム１２０がブルースター窓１２４を通って出
入りするように、出口に隣接してプラズマ放出管１００
の端部に配置されている。
には、ブルースター窓４０および反射器３６からの非正
反射を検出するように位置決めされた２つの光検出器５
２が示されている。しかしながら、光学的共鳴キャビテ
ィ２０内に配置される任意数の光学素子からの非正反射
を検出するために、この光学的共鳴キャビティ２０内に
任意数の光検出器を配置することも本発明の範囲内にあ
るものと理解すべきである。図２を参照すると、本発明
の第２の実施の形態は、ラマンガス分析装置８８内の種
々の位置での微粒子汚れのレベルを決定するように、ラ
マンガス分析装置８８のガス分析セル８４内の光学素子
からの非正反射レベルをモニタリングする光検出器回路
を提供する。図２および図３に示されたラマンガス分析
装置８８は、「正確な光学的アライメントの特徴をもつ
ラマンガス分析装置 （ Raman GasAnalysis System W
ith Precision Optical Alignment Features)」という
名称に係る米国特許出願第08/366,840号（該米国特許出
願の全部を本願に援用する）において完全に説明されて
いる。この装置は光学的共鳴キャビティを有し、該キャ
ビティは、プラズマ放出管１００を備えかつ第１反射器
９２および第２反射器９６で構成された体積を有してい
る。プラズマ放出管１００は、プラズマ管ハウジング１
０４の一端内に取り付けられている。第２反射器９６
は、プラズマ放出管１００とは反対側のハウジング１１
２の端部に取り付けられた光学的アライメント構造１０
８により支持されている。第１反射器９２は、99.9％よ
り高い反射率をもつ高反射率ミラーであるのが好まし
い。第２反射器９６は、第２の高反射率ミラーで構成す
るのが好ましい。光ビーム１２０の特定の波長および偏
光状態を選択するため、ブルースタープリズム１１６を
キャビティ内に挿入するのが好ましい。光ビーム１２０
は、第１反射器９２と第２反射器９６との間で、ガス分
析装置８８内の通路に沿って共鳴する。このような通路
は光学的共鳴キャビティを形成する。レーザ光を発生す
ること（レージング）が可能なレージングガス混合物
が、プラズマ放出管１００内に閉じ込められており、ブ
ルースター窓１２４は、光学的共鳴キャビティ内で共鳴
する光ビーム１２０がブルースター窓１２４を通って出
入りするように、出口に隣接してプラズマ放出管１００
の端部に配置されている。
【００２１】図２および図３に示すように、ガス分析セ
ル８４は、ブルースター窓１２４と、光学的共鳴キャビ
ティ内の第２反射器９６の中間に配置されている。分析
セル８４は、分析チャンバ１２８を包囲するハウジング
１１２を有する。ハウジング１１２は、プラズマ放出管
１００とは反対側のプラズマ管ハウジング１０４の端部
に取り付けられている。分析セル８４は、分析チャンバ
１２８の両端部に配置された２つのバッファガス領域１
３２、１３６を有している。分析チャンバ１２８は、ガ
ス試料入口ポート１４０を介して、分析すべき試料ガス
の源に連結される。ガス分析セル８４は複数の出口チャ
ンネル１４４を更に有し、該出口チャンネル１４４は、
レーザ共鳴器の光軸に対してほぼ垂直な光軸を有し、か
つ分析チャンバ１２８とガスセル８４の外部との間の光
路を形成している。第１バッファガス入口ポート１４８
が、ブルースター窓１２４に隣接して、バッファ領域１
３６に連結されており、第２バッファガス入口ポート
（図示せず）が、ブルースタープリズム１１６および第
２反射器９６に隣接して、バッファ領域１３２に連結さ
れている。また、ガスセル８４は、ブルースター窓１２
４に最も近い分析チャンバ１２８の端部でバッファ領域
１３６に連結された第１出口ポート１５２を有する。出
口ポート１５２は、ガス試料入口ポート１４０と第１バ
ッファガス入口ポート１４８の中間に配置されている。
第２出口ポート１５６は、第２反射器９６に最も近い分
析チャンバ１２８の端部でバッファ領域１３２に連結さ
れている。出口ポート１５６は、ガス試料入口ポート１
４０と第２バッファガス入口ポートの中間に配置されて
いる。
ル８４は、ブルースター窓１２４と、光学的共鳴キャビ
ティ内の第２反射器９６の中間に配置されている。分析
セル８４は、分析チャンバ１２８を包囲するハウジング
１１２を有する。ハウジング１１２は、プラズマ放出管
１００とは反対側のプラズマ管ハウジング１０４の端部
に取り付けられている。分析セル８４は、分析チャンバ
１２８の両端部に配置された２つのバッファガス領域１
３２、１３６を有している。分析チャンバ１２８は、ガ
ス試料入口ポート１４０を介して、分析すべき試料ガス
の源に連結される。ガス分析セル８４は複数の出口チャ
ンネル１４４を更に有し、該出口チャンネル１４４は、
レーザ共鳴器の光軸に対してほぼ垂直な光軸を有し、か
つ分析チャンバ１２８とガスセル８４の外部との間の光
路を形成している。第１バッファガス入口ポート１４８
が、ブルースター窓１２４に隣接して、バッファ領域１
３６に連結されており、第２バッファガス入口ポート
（図示せず）が、ブルースタープリズム１１６および第
２反射器９６に隣接して、バッファ領域１３２に連結さ
れている。また、ガスセル８４は、ブルースター窓１２
４に最も近い分析チャンバ１２８の端部でバッファ領域
１３６に連結された第１出口ポート１５２を有する。出
口ポート１５２は、ガス試料入口ポート１４０と第１バ
ッファガス入口ポート１４８の中間に配置されている。
第２出口ポート１５６は、第２反射器９６に最も近い分
析チャンバ１２８の端部でバッファ領域１３２に連結さ
れている。出口ポート１５６は、ガス試料入口ポート１
４０と第２バッファガス入口ポートの中間に配置されて
いる。
【００２２】図３に示すように、ラマンガス分析装置８
８は、１つ以上の光検出器回路、例えば光検出器回路４
８ｃ、４８ｄ、４８ｅ（総称的には光検出器回路４８の
参照番号を用いる）を有するのがよい。光検出器回路４
８は、各々、光検出器５２を有し、該光検出器５２は、
ラマンガス分析装置８８の種々の光学素子から反射され
る非正反射光信号６４（該信号は光検出器回路４８によ
り検出される）の強度を表す出力信号を発生する。例え
ば、１）光検出器装置４８ｃの光検出器５２は、第２反
射器９６の表面から反射される非正反射光信号６４の強
度を検出するために、バッファガス領域１３２内に配置
されるのが好ましく、２）光検出器装置４８ｄの光検出
器５２は、プリズム１１６の表面から反射される非正反
射光信号６４の強度を検出するために、バッファガス領
域１３２内に配置され、３）光検出器装置４８ｅの光検
出器５２は、ブルースター窓１２４の表面から反射され
る非正反射光信号６４の強度を検出するために、バッフ
ァガス領域１３６内に配置される。
８は、１つ以上の光検出器回路、例えば光検出器回路４
８ｃ、４８ｄ、４８ｅ（総称的には光検出器回路４８の
参照番号を用いる）を有するのがよい。光検出器回路４
８は、各々、光検出器５２を有し、該光検出器５２は、
ラマンガス分析装置８８の種々の光学素子から反射され
る非正反射光信号６４（該信号は光検出器回路４８によ
り検出される）の強度を表す出力信号を発生する。例え
ば、１）光検出器装置４８ｃの光検出器５２は、第２反
射器９６の表面から反射される非正反射光信号６４の強
度を検出するために、バッファガス領域１３２内に配置
されるのが好ましく、２）光検出器装置４８ｄの光検出
器５２は、プリズム１１６の表面から反射される非正反
射光信号６４の強度を検出するために、バッファガス領
域１３２内に配置され、３）光検出器装置４８ｅの光検
出器５２は、ブルースター窓１２４の表面から反射され
る非正反射光信号６４の強度を検出するために、バッフ
ァガス領域１３６内に配置される。
【００２３】以下に説明する光検出器装置４８ｅの作動
は、光検出器装置４８ｃ、４８ｄの作動に等しく適用で
きる。更に図３を参照すると、光検出器装置４８ｅは、
ブルースター窓１２４の表面上に存在する何らかの微粒
子または残留物（図示せず）から反射される非正反射光
信号６４が存在する場合に該信号を検出するために、バ
ッファガス領域１３６内に取り付けられた光検出器５２
を有する。光検出器５２の出力信号５６は、信号処理を
行なうための検出器電子回路６０に入力される。検出器
電子回路６０は、光検出器５２により検出された非正反
射信号６４の強度を表す出力信号８０を発生する。出力
信号８０は、光検出器５２により検出された非正反射信
号６４の強度を表示するために、データプロセッサ（図
示せず）に入力させてもよいし、或いは、ディスプレイ
（図示せず）に入力させてもよい。光検出器５２を、フ
ォトダイオード、光電子増倍（ＰＭ）管、フォトトラン
ジスタ、または光エネルギを検出できる他の任意の装置
で構成してもよい。非正反射光信号６４の強度の増大
は、ブルースター窓１２４の表面上の微粒子汚れの増大
に対応する。例えば、非正反射光信号６４の強度の増大
により、光検出器５２により発生される出力信号５６の
レベルの増大を生じさせ、非正反射光信号６４の強度の
低下により、光検出器５２により発生される出力信号５
６のレベルの低下を生じさせる。
は、光検出器装置４８ｃ、４８ｄの作動に等しく適用で
きる。更に図３を参照すると、光検出器装置４８ｅは、
ブルースター窓１２４の表面上に存在する何らかの微粒
子または残留物（図示せず）から反射される非正反射光
信号６４が存在する場合に該信号を検出するために、バ
ッファガス領域１３６内に取り付けられた光検出器５２
を有する。光検出器５２の出力信号５６は、信号処理を
行なうための検出器電子回路６０に入力される。検出器
電子回路６０は、光検出器５２により検出された非正反
射信号６４の強度を表す出力信号８０を発生する。出力
信号８０は、光検出器５２により検出された非正反射信
号６４の強度を表示するために、データプロセッサ（図
示せず）に入力させてもよいし、或いは、ディスプレイ
（図示せず）に入力させてもよい。光検出器５２を、フ
ォトダイオード、光電子増倍（ＰＭ）管、フォトトラン
ジスタ、または光エネルギを検出できる他の任意の装置
で構成してもよい。非正反射光信号６４の強度の増大
は、ブルースター窓１２４の表面上の微粒子汚れの増大
に対応する。例えば、非正反射光信号６４の強度の増大
により、光検出器５２により発生される出力信号５６の
レベルの増大を生じさせ、非正反射光信号６４の強度の
低下により、光検出器５２により発生される出力信号５
６のレベルの低下を生じさせる。
【００２４】図３は、光学的共鳴キャビティ内の種々の
光学素子から反射される非正反射信号６４を検出するの
に使用される３つの光検出器装置４８を示す。しかしな
がら、光学的共鳴キャビティ内の１つ以上の光学素子か
ら反射される非正反射信号を検出するのに任意数の光検
出器を使用することも本発明の範囲に含まれることを理
解すべきである。図３を参照すると、分析すべきガス試
料は、入口ポート１４０からサンプリングセル８４に入
り、分析チャンバ１２８内に収容される。レーザ放出管
１００は、該放出管１００内のレージングガスの種類に
基づく特徴的波長をもつ光ビーム１２０を放射する。キ
ャビティ内で共鳴する光ビーム１２０の波長（単一また
は複数）および偏光は、ブルースタープリズム１１６の
向きおよび反射端ミラー９２（図２）、９６の鏡面コー
ティングの性質により選択される。光ビーム１２０は、
ガス分析セル８４の分析チャンバ１２８の長さおよびブ
ルースタープリズム１１６を通る第１反射器９２と第２
反射器９６との間の距離に亘って共鳴する。このような
距離は、光学的共鳴キャビティの長さを構成する。ブル
ースター窓１２４は、放出管１００内のガスをシールす
ると同時に、好ましい偏光状態をもつ完全に伝達する光
による光ビーム１２０の偏光制御も行なう。
光学素子から反射される非正反射信号６４を検出するの
に使用される３つの光検出器装置４８を示す。しかしな
がら、光学的共鳴キャビティ内の１つ以上の光学素子か
ら反射される非正反射信号を検出するのに任意数の光検
出器を使用することも本発明の範囲に含まれることを理
解すべきである。図３を参照すると、分析すべきガス試
料は、入口ポート１４０からサンプリングセル８４に入
り、分析チャンバ１２８内に収容される。レーザ放出管
１００は、該放出管１００内のレージングガスの種類に
基づく特徴的波長をもつ光ビーム１２０を放射する。キ
ャビティ内で共鳴する光ビーム１２０の波長（単一また
は複数）および偏光は、ブルースタープリズム１１６の
向きおよび反射端ミラー９２（図２）、９６の鏡面コー
ティングの性質により選択される。光ビーム１２０は、
ガス分析セル８４の分析チャンバ１２８の長さおよびブ
ルースタープリズム１１６を通る第１反射器９２と第２
反射器９６との間の距離に亘って共鳴する。このような
距離は、光学的共鳴キャビティの長さを構成する。ブル
ースター窓１２４は、放出管１００内のガスをシールす
ると同時に、好ましい偏光状態をもつ完全に伝達する光
による光ビーム１２０の偏光制御も行なう。
【００２５】試料セル８４の分析チャンバ１２８の内部
では、光学的共鳴キャビティ内で共鳴する光ビーム１２
０が、分析すべきガスの試料を通過する。ガス試料から
のラマン散乱放射線は、光ビーム１２０の軸線の両側で
該軸線に対してほぼ垂直に配置された個々の検出器チャ
ンネル１４４により可能とされる、できる限り大きい立
体角にわたって集光される。次に、ラマン信号を、光学
素子により集光し、検出器により検出し、検出器チャン
ネル１４４に接続されたマイクロプロセッサ（図示せ
ず）により分析することができる。このような分析に基
づいて、分析チャンバ１２８内に収容されたガス試料を
含む各特定ガス（specific gas）の同一性および濃度を
決定することができる。バン・ワグネン（Van Wagenen
）等に付与された「レーザ活性化ラマン光散乱による
多チャンネル分子ガス分析 （Multi-Channel Molecula
r Gas Analysis by Laser-Activated Raman Light Scat
tering) 」という名称に係る米国特許第4,784,486 号
（この米国特許は本出願の出願人に譲渡されており、こ
の米国特許を本願に援用する）には、この分析方法につ
いてのより詳細な説明がなされている。ラマンガス分析
装置の種々の観点についての更に詳細な説明が、本出願
の出願人に譲渡され、マイルズ（Miles ）等に付与され
た「関連した光学素子を保護するためのバッファガス入
口を備えたガス分析装置（Gas Analysis System Having
Buffer Gas Input to Protect AssociatedOptical Ele
ments) 」という名称に係る米国特許第5,135,304 号;
マイルズ（Miles ）に付与された「関連した光学素子を
保護するためのバッファガス入口を備えたガス分析装置
（Gas Analysis System Having Buffer Gas Input to P
rotectAssociated Optical Elements) 」という名称に
係る米国特許第5,153,671 号;ミッチェル（Mitchell）
等に付与された「定圧力ガスセル（Constant PressureG
as Cell) 」という名称に係る米国特許第5,245,405 号;
および「正確な光学的アライメントの特徴をもつラマ
ンガス分析装置（Raman Gas Analysis System With Pre
cision Optical Alignment Features)」という名称に係
る米国特許出願第08/366,840号に開示されている。これ
らの各米国特許および米国特許出願を本願に援用する。
では、光学的共鳴キャビティ内で共鳴する光ビーム１２
０が、分析すべきガスの試料を通過する。ガス試料から
のラマン散乱放射線は、光ビーム１２０の軸線の両側で
該軸線に対してほぼ垂直に配置された個々の検出器チャ
ンネル１４４により可能とされる、できる限り大きい立
体角にわたって集光される。次に、ラマン信号を、光学
素子により集光し、検出器により検出し、検出器チャン
ネル１４４に接続されたマイクロプロセッサ（図示せ
ず）により分析することができる。このような分析に基
づいて、分析チャンバ１２８内に収容されたガス試料を
含む各特定ガス（specific gas）の同一性および濃度を
決定することができる。バン・ワグネン（Van Wagenen
）等に付与された「レーザ活性化ラマン光散乱による
多チャンネル分子ガス分析 （Multi-Channel Molecula
r Gas Analysis by Laser-Activated Raman Light Scat
tering) 」という名称に係る米国特許第4,784,486 号
（この米国特許は本出願の出願人に譲渡されており、こ
の米国特許を本願に援用する）には、この分析方法につ
いてのより詳細な説明がなされている。ラマンガス分析
装置の種々の観点についての更に詳細な説明が、本出願
の出願人に譲渡され、マイルズ（Miles ）等に付与され
た「関連した光学素子を保護するためのバッファガス入
口を備えたガス分析装置（Gas Analysis System Having
Buffer Gas Input to Protect AssociatedOptical Ele
ments) 」という名称に係る米国特許第5,135,304 号;
マイルズ（Miles ）に付与された「関連した光学素子を
保護するためのバッファガス入口を備えたガス分析装置
（Gas Analysis System Having Buffer Gas Input to P
rotectAssociated Optical Elements) 」という名称に
係る米国特許第5,153,671 号;ミッチェル（Mitchell）
等に付与された「定圧力ガスセル（Constant PressureG
as Cell) 」という名称に係る米国特許第5,245,405 号;
および「正確な光学的アライメントの特徴をもつラマ
ンガス分析装置（Raman Gas Analysis System With Pre
cision Optical Alignment Features)」という名称に係
る米国特許出願第08/366,840号に開示されている。これ
らの各米国特許および米国特許出願を本願に援用する。
【００２６】第２部 図４には、本発明の種々の特徴を具現するラマン分光装
置２００の断面図が示されている。ラマン分光装置は、
光エネルギとガスとの相互作用により生じる光エネルギ
のスペクトル成分に基づいて、ガスの成分を分析するの
に使用される。ラマン分光装置２００は、検出器ユニッ
ト２０４と、ガス試料セルサブシステム２０８と、プラ
ズマ管ハウジング２１２とを有している。ガス試料セル
サブシステム２０８は試料ガス入口ポートおよび試料ガ
ス出口ポート（図示せず）を有し、これらのポートを通
って、試料ガスが、ガス試料セルサブシステム２０８内
に取り付けられた透明ガス試料セル２１６から出入りで
きる。
置２００の断面図が示されている。ラマン分光装置は、
光エネルギとガスとの相互作用により生じる光エネルギ
のスペクトル成分に基づいて、ガスの成分を分析するの
に使用される。ラマン分光装置２００は、検出器ユニッ
ト２０４と、ガス試料セルサブシステム２０８と、プラ
ズマ管ハウジング２１２とを有している。ガス試料セル
サブシステム２０８は試料ガス入口ポートおよび試料ガ
ス出口ポート（図示せず）を有し、これらのポートを通
って、試料ガスが、ガス試料セルサブシステム２０８内
に取り付けられた透明ガス試料セル２１６から出入りで
きる。
【００２７】図５は、図４の５−５線におけるラマン分
光装置２００の断面図である。図４および図５に示すよ
うに、ガス試料セルサブシステム２０８はレーザ共鳴キ
ャビティ２２０内に配置されており、このレーザ共鳴キ
ャビティ２２０は、プラズマ放出管２２４、該管２２４
の第１端部２３２に取り付けられた第１ミラー２２８お
よび該第１ミラー２２８と光学的に整列している第２ミ
ラー２３６のような光学的ゲイン装置からなる。プラズ
マ放出管２２４は光ビーム２４０を発生させ、及びこれ
を放射し、該光ビーム２４０は、ミラー２２８と２３６
との間で共鳴キャビティ２２０内で共鳴し、これにより
レーザを形成する。例えば、プラズマ放出管２２４を、
端部２３２で第１ミラー２２８によって、そして、端部
２４４でブルースター窓２４８によってシールされたヘ
リウム−ネオンプラズマ放出管で構成するのが好まし
い。第１ミラー２２８は、予め整合されかつシールされ
た形態で、プラズマ放出管２２４に一体に取り付けられ
ている。ブルースター窓２４８は、光ビーム２４０につ
いて、単一の偏光状態を選択する。本発明に使用するの
に適したプラズマ放出管は、カリフォルニア州サン・デ
ィエゴ（San Diego ）にあるメルズ・グリオット・レー
ザ・デビジョン（Melles Griot Laser Division ）から
市販されているモデル番号（Model No. ）05-LHB-566で
ある。プラズマ放出管２２４はヘリウム−ネオンプラズ
マ放出管であると上述したが、光学的ゲイン装置は、変
形例として、他の形式のレーザ、例えば、ガスレーザ、
ソリッドステートレーザまたはレーザダイオードを用い
て実施してもよいことを理解すべきである。
光装置２００の断面図である。図４および図５に示すよ
うに、ガス試料セルサブシステム２０８はレーザ共鳴キ
ャビティ２２０内に配置されており、このレーザ共鳴キ
ャビティ２２０は、プラズマ放出管２２４、該管２２４
の第１端部２３２に取り付けられた第１ミラー２２８お
よび該第１ミラー２２８と光学的に整列している第２ミ
ラー２３６のような光学的ゲイン装置からなる。プラズ
マ放出管２２４は光ビーム２４０を発生させ、及びこれ
を放射し、該光ビーム２４０は、ミラー２２８と２３６
との間で共鳴キャビティ２２０内で共鳴し、これにより
レーザを形成する。例えば、プラズマ放出管２２４を、
端部２３２で第１ミラー２２８によって、そして、端部
２４４でブルースター窓２４８によってシールされたヘ
リウム−ネオンプラズマ放出管で構成するのが好まし
い。第１ミラー２２８は、予め整合されかつシールされ
た形態で、プラズマ放出管２２４に一体に取り付けられ
ている。ブルースター窓２４８は、光ビーム２４０につ
いて、単一の偏光状態を選択する。本発明に使用するの
に適したプラズマ放出管は、カリフォルニア州サン・デ
ィエゴ（San Diego ）にあるメルズ・グリオット・レー
ザ・デビジョン（Melles Griot Laser Division ）から
市販されているモデル番号（Model No. ）05-LHB-566で
ある。プラズマ放出管２２４はヘリウム−ネオンプラズ
マ放出管であると上述したが、光学的ゲイン装置は、変
形例として、他の形式のレーザ、例えば、ガスレーザ、
ソリッドステートレーザまたはレーザダイオードを用い
て実施してもよいことを理解すべきである。
【００２８】図４に示すように、プラズマ管ハウジング
２１２は、「正確な光学的アライメントの特徴をもつラ
マンガス分析装置 （ Raman Gas Analysis System Wi
thPrecision Optical Alignment Features)」という名
称に係る係属中の１９９４年１２月３０日に出願された
米国特許出願第08/366,840号（該出願は本出願の出願人
に譲渡されており、この出願を本願に援用する）に開示
された形式のガス密封締まり嵌めを用いて、ガス試料セ
ルサブシステム２０８に取り付けるのが好ましい。第２
ミラー２３６を、例えばねじ（図示せず）によりガス試
料セル２０８の端部に取り付けられた光学的正確位置決
め装置２５６に取り付けるのが好ましい。正確な光学的
位置決め装置２５６は、上記米国特許出願第08/ 366,84
0 号に開示された形式のものが好ましい。正確な光学的
アライメント装置２５６は、共鳴キャビティ２２０内で
の光ビームの共鳴を最適化するために、第２ミラー２３
６の位置を極めて正確に角度調節することができる。
２１２は、「正確な光学的アライメントの特徴をもつラ
マンガス分析装置 （ Raman Gas Analysis System Wi
thPrecision Optical Alignment Features)」という名
称に係る係属中の１９９４年１２月３０日に出願された
米国特許出願第08/366,840号（該出願は本出願の出願人
に譲渡されており、この出願を本願に援用する）に開示
された形式のガス密封締まり嵌めを用いて、ガス試料セ
ルサブシステム２０８に取り付けるのが好ましい。第２
ミラー２３６を、例えばねじ（図示せず）によりガス試
料セル２０８の端部に取り付けられた光学的正確位置決
め装置２５６に取り付けるのが好ましい。正確な光学的
位置決め装置２５６は、上記米国特許出願第08/ 366,84
0 号に開示された形式のものが好ましい。正確な光学的
アライメント装置２５６は、共鳴キャビティ２２０内で
の光ビームの共鳴を最適化するために、第２ミラー２３
６の位置を極めて正確に角度調節することができる。
【００２９】レーザ共鳴キャビティ２２０の第２ミラー
２３６の反射率は、装置２００からの光損失が約1,000
〜2,500ppm（parts per million: 百万分の一）の範囲
内に入るようなものにするのがよい。この損失レベル
は、十分なラマン信号を得るのに充分な出力を光ビーム
２４０に付与すると同時に、ミラー２３６に入射する光
ビーム２４０が単一のレージング波長をもつように第２
ミラー２３６の前方にプリズムを配置する必要性を無く
すことができる。図４および図５に示すように、ガス試
料セルサブシステム２０８は光出口ポート２６０を備え
る。集光光学素子が、光出口ポート２６０に光学的に連
結されている。集光光学素子２６４は、ガスセル２１６
から放射されかつ光出口ポート２６０に差し向けられる
光信号２６８を集める。集光光学素子２６４は、光信号
２６８を、検出器ユニット２０４の入口スリット２７２
に差し向ける。スリット２７２は、光ビーム２４０に対
して平行な長手方向軸線をもつ矩形状をなしているのが
好ましい。プラズマ管ハウジング２１２の側面に取り付
けられたミラー２７６は、あらゆる入射光信号２６８を
集光光学素子２６４に向けて反射し、入口スリット２７
２上に合焦される光信号２６８の信号強度を増大させ
る。レーザ共鳴キャビティ２２０内で循環する光ビーム
２４０の波長をもつ散乱光を濾波除去するために、光出
口ポート２６０と入口スリット２７２との間の光路に、
レーザライン除去フィルタ（laser line rejection fil
ter)２８０を設けるのが好ましい。
２３６の反射率は、装置２００からの光損失が約1,000
〜2,500ppm（parts per million: 百万分の一）の範囲
内に入るようなものにするのがよい。この損失レベル
は、十分なラマン信号を得るのに充分な出力を光ビーム
２４０に付与すると同時に、ミラー２３６に入射する光
ビーム２４０が単一のレージング波長をもつように第２
ミラー２３６の前方にプリズムを配置する必要性を無く
すことができる。図４および図５に示すように、ガス試
料セルサブシステム２０８は光出口ポート２６０を備え
る。集光光学素子が、光出口ポート２６０に光学的に連
結されている。集光光学素子２６４は、ガスセル２１６
から放射されかつ光出口ポート２６０に差し向けられる
光信号２６８を集める。集光光学素子２６４は、光信号
２６８を、検出器ユニット２０４の入口スリット２７２
に差し向ける。スリット２７２は、光ビーム２４０に対
して平行な長手方向軸線をもつ矩形状をなしているのが
好ましい。プラズマ管ハウジング２１２の側面に取り付
けられたミラー２７６は、あらゆる入射光信号２６８を
集光光学素子２６４に向けて反射し、入口スリット２７
２上に合焦される光信号２６８の信号強度を増大させ
る。レーザ共鳴キャビティ２２０内で循環する光ビーム
２４０の波長をもつ散乱光を濾波除去するために、光出
口ポート２６０と入口スリット２７２との間の光路に、
レーザライン除去フィルタ（laser line rejection fil
ter)２８０を設けるのが好ましい。
【００３０】検出器ユニット２０４は、反射ホログラフ
ィ回折格子２８４およびアレー検出器２８８を更に有し
ている。装置２００の１つの実施の形態では、ホログラ
フィ回折格子２８４は、直径が約５０mmであり、約１０
０mmの焦点距離および1,110個／mmの溝密度を有するの
がよい。このような回折格子は、マサチューセッツ州の
リトルトン（Littleton ）にあるアメリカン・ホログラ
フィック社（AmericanHolographic社）から部品No.491.
75 として購入できる。ガス試料セル２１６内に収容さ
れたガス試料により散乱されたラマン散乱光信号２６８
は光出口ポート２６０を通過し、かつ集光光学素子２６
４およびレーザライン除去フィルタ２８０により集光さ
れ、及び濾波されて、入口スリット２７２上に合焦され
る。一般に、ラマン散乱光信号２６８は、複数の別々の
波長からなる。入口スリット２７２を通過後、ラマン散
乱光信号２６８は反射ホログラフィ回折格子２８４に入
射する。反射ホログラフィ回折格子２８４は、光信号２
６８からなる複数の別々の波長を、別々の波長の光信号
２７０に分離する。別々の波長の光信号２７０は、反射
されかつ反射ホログラフィ回折格子２８４によりアレー
検出器２８８上に合焦される。例えば、アレー検出器２
８８は、荷電結合素子（ＣＣＤ）のアレー検出器で構成
するのが好ましい。反射ホログラフィ回折格子２８４
は、入口スリット２７２の長方形または正方形イメージ
をアレー検出器２８８上に投影するのが好ましい。
ィ回折格子２８４およびアレー検出器２８８を更に有し
ている。装置２００の１つの実施の形態では、ホログラ
フィ回折格子２８４は、直径が約５０mmであり、約１０
０mmの焦点距離および1,110個／mmの溝密度を有するの
がよい。このような回折格子は、マサチューセッツ州の
リトルトン（Littleton ）にあるアメリカン・ホログラ
フィック社（AmericanHolographic社）から部品No.491.
75 として購入できる。ガス試料セル２１６内に収容さ
れたガス試料により散乱されたラマン散乱光信号２６８
は光出口ポート２６０を通過し、かつ集光光学素子２６
４およびレーザライン除去フィルタ２８０により集光さ
れ、及び濾波されて、入口スリット２７２上に合焦され
る。一般に、ラマン散乱光信号２６８は、複数の別々の
波長からなる。入口スリット２７２を通過後、ラマン散
乱光信号２６８は反射ホログラフィ回折格子２８４に入
射する。反射ホログラフィ回折格子２８４は、光信号２
６８からなる複数の別々の波長を、別々の波長の光信号
２７０に分離する。別々の波長の光信号２７０は、反射
されかつ反射ホログラフィ回折格子２８４によりアレー
検出器２８８上に合焦される。例えば、アレー検出器２
８８は、荷電結合素子（ＣＣＤ）のアレー検出器で構成
するのが好ましい。反射ホログラフィ回折格子２８４
は、入口スリット２７２の長方形または正方形イメージ
をアレー検出器２８８上に投影するのが好ましい。
【００３１】ＣＣＤ検出器２８８は、光信号２７０を、
光信号２６８からなる別々の波長の光信号２７０の強度
を表示する信号に有効に変換する。ＣＣＤ検出器２８８
は、５１２×１２８画素デバイスとして構成するのがよ
い。このようなＣＣＤ検出器を、ＴＥクーラ（部品番号
S5769-0907）を備えた単一の気密シール形パッケージと
して、浜松ホトニクス社（浜松市、日本）から購入でき
る。図５に示すように、プラズマ管ハウジング２１２に
は、該ハウジング２１２内の光学素子上の微粒子汚れか
ら散乱される非正反射光信号を検出するための光検出器
回路４８ｆを有するのがよい。以後、光検出器回路４８
ｆは、光検出器回路４８として示すこともある。光検出
器回路４８ｆの作動は、前述の光検出器回路４８ａ〜４
８ｅの作動と全体として同じである。例えば、光検出器
装置４８ｆの光検出器５２は、ガス試料セル２１６、ミ
ラー２３６またはブルースター窓２４８の任意の光学素
子の表面上に堆積したあらゆる微粒子汚れから散乱され
る非正反射光信号６４の強度を検出するために、プラズ
マ管ハウジング２１２内に配置するのが好ましい。
光信号２６８からなる別々の波長の光信号２７０の強度
を表示する信号に有効に変換する。ＣＣＤ検出器２８８
は、５１２×１２８画素デバイスとして構成するのがよ
い。このようなＣＣＤ検出器を、ＴＥクーラ（部品番号
S5769-0907）を備えた単一の気密シール形パッケージと
して、浜松ホトニクス社（浜松市、日本）から購入でき
る。図５に示すように、プラズマ管ハウジング２１２に
は、該ハウジング２１２内の光学素子上の微粒子汚れか
ら散乱される非正反射光信号を検出するための光検出器
回路４８ｆを有するのがよい。以後、光検出器回路４８
ｆは、光検出器回路４８として示すこともある。光検出
器回路４８ｆの作動は、前述の光検出器回路４８ａ〜４
８ｅの作動と全体として同じである。例えば、光検出器
装置４８ｆの光検出器５２は、ガス試料セル２１６、ミ
ラー２３６またはブルースター窓２４８の任意の光学素
子の表面上に堆積したあらゆる微粒子汚れから散乱され
る非正反射光信号６４の強度を検出するために、プラズ
マ管ハウジング２１２内に配置するのが好ましい。
【００３２】第３部 図６には、本発明の種々の特徴を具現するラマンガス分
析装置４００が示されている。該ラマンガス分析装置４
００は受動光学的共鳴キャビティ （passiveoptical r
esonant cavity)を備え、該キャビティは、この中の光
学素子上に堆積した任意の微粒子汚れからのあらゆる非
正反射のレベルをモニタリングするための光検出器回路
を備えている。受動光学的共鳴キャビティは、この中に
光出力源を備えておらず、すなわち、光出力は、このキ
ャビティの外部の出力源により供給される。ラマンガス
分析装置４００は、レーザ４０２と、レンズ系４０４
と、ガス分析セル４０５とを有している。ガス分析セル
４０５は、対向するガス密封端シール４０８、４１０を
備えた管４０６からなる。部分反射ミラー４１２が端シ
ール４０８に取り付けられ、反射ミラー４１４が端シー
ル４１０に取り付けられている。例えば、両ミラー４１
２、４１４を、互いに対面する反射面をもつ凹面鏡で構
成するのが好ましく、両ミラー間に光学的共鳴キャビテ
ィを形成するために、一致する光軸を有する。ガス入口
ポート４１６およびガス出口ポート４１８により、ガス
をガス分析セル４０５内に導入させ、ガスをガス分析セ
ル４０５から排出させる。ガス分析装置４００は、ガス
分析セル４０５内の光学素子すなわちミラー４１２、４
１４上に堆積した微粒子からの非正反射を検出するため
の光検出器回路４８ｉ、４８ｊを更に有する。光検出器
回路４８ｉ、４８ｊの構造および作動は、前述の光検出
器回路４８ａ〜４８ｆの構造および作動と同じであるの
が好ましい。光検出器回路４８ｉの光検出器５２は、ミ
ラー４１２上に堆積した任意の微粒子から反射される非
正反射光信号６４を検出するために、ガス分析セル４０
５内に取り付けられる。同様に、光検出器回路４８ｊの
光検出器５２は、ミラー４１４上に堆積した任意の微粒
子から反射される非正反射光信号６４を検出するため
に、ガス分析セル４０５内に取り付けられる。ラマンガ
ス分析装置４００の作動時に、レーザ４０２はレーザビ
ーム４２０を発生し、該レーザビーム４２０は、レンズ
系４０４によって、部分反射ミラー４１２を通して、ガ
ス分析セル４０５内に差し向けられる。ガス分析セル４
０５内に放射された後、レーザビーム４２０はミラー４
１４によりミラー４１２に向かって反射され、それによ
って、両ミラー間で共鳴する。レーザビーム４２０は、
ガス分析セル４０５を通過するガスとの間の相互作用に
よりラマンシフトされる。両ミラー４１２、４１４の表
面上に堆積した微粒子汚れ（図示せず）のため、両ミラ
ーから非正反射光信号６４が反射される。光信号６４
は、光検出器回路４８ｉ、４８ｊの対応するフォトダイ
オード５２により検出される。かくして、本発明は、ガ
ス分析セル内の光学素子上の微粒子汚れのレベルをモニ
タリングする装置を提供する。
析装置４００が示されている。該ラマンガス分析装置４
００は受動光学的共鳴キャビティ （passiveoptical r
esonant cavity)を備え、該キャビティは、この中の光
学素子上に堆積した任意の微粒子汚れからのあらゆる非
正反射のレベルをモニタリングするための光検出器回路
を備えている。受動光学的共鳴キャビティは、この中に
光出力源を備えておらず、すなわち、光出力は、このキ
ャビティの外部の出力源により供給される。ラマンガス
分析装置４００は、レーザ４０２と、レンズ系４０４
と、ガス分析セル４０５とを有している。ガス分析セル
４０５は、対向するガス密封端シール４０８、４１０を
備えた管４０６からなる。部分反射ミラー４１２が端シ
ール４０８に取り付けられ、反射ミラー４１４が端シー
ル４１０に取り付けられている。例えば、両ミラー４１
２、４１４を、互いに対面する反射面をもつ凹面鏡で構
成するのが好ましく、両ミラー間に光学的共鳴キャビテ
ィを形成するために、一致する光軸を有する。ガス入口
ポート４１６およびガス出口ポート４１８により、ガス
をガス分析セル４０５内に導入させ、ガスをガス分析セ
ル４０５から排出させる。ガス分析装置４００は、ガス
分析セル４０５内の光学素子すなわちミラー４１２、４
１４上に堆積した微粒子からの非正反射を検出するため
の光検出器回路４８ｉ、４８ｊを更に有する。光検出器
回路４８ｉ、４８ｊの構造および作動は、前述の光検出
器回路４８ａ〜４８ｆの構造および作動と同じであるの
が好ましい。光検出器回路４８ｉの光検出器５２は、ミ
ラー４１２上に堆積した任意の微粒子から反射される非
正反射光信号６４を検出するために、ガス分析セル４０
５内に取り付けられる。同様に、光検出器回路４８ｊの
光検出器５２は、ミラー４１４上に堆積した任意の微粒
子から反射される非正反射光信号６４を検出するため
に、ガス分析セル４０５内に取り付けられる。ラマンガ
ス分析装置４００の作動時に、レーザ４０２はレーザビ
ーム４２０を発生し、該レーザビーム４２０は、レンズ
系４０４によって、部分反射ミラー４１２を通して、ガ
ス分析セル４０５内に差し向けられる。ガス分析セル４
０５内に放射された後、レーザビーム４２０はミラー４
１４によりミラー４１２に向かって反射され、それによ
って、両ミラー間で共鳴する。レーザビーム４２０は、
ガス分析セル４０５を通過するガスとの間の相互作用に
よりラマンシフトされる。両ミラー４１２、４１４の表
面上に堆積した微粒子汚れ（図示せず）のため、両ミラ
ーから非正反射光信号６４が反射される。光信号６４
は、光検出器回路４８ｉ、４８ｊの対応するフォトダイ
オード５２により検出される。かくして、本発明は、ガ
ス分析セル内の光学素子上の微粒子汚れのレベルをモニ
タリングする装置を提供する。
【００３３】本発明は、光学系内の光学素子の表面から
反射される非正反射光放射を検出することにより、光学
系内の微粒子汚れのレベルをモニタリングする方法およ
び装置を提供する。本願の教示に基づいて、当業者にと
って、本発明の他の多くの実施形態が明らかであろう。
例えば、本発明を、共鳴キャビティおよび非共鳴キャビ
ティ内、より詳しくはラマンガス分析装置内の光学素子
上の汚れをモニタリングすることに関して説明したが、
本発明は光学素子上の汚れをモニタリングすることが望
まれるあらゆる光学系に適用できることも理解すべきで
ある。従って、本発明の装置および方法は、本発明の精
神または本質的特徴から逸脱することなく、他の特定形
態に具現できる。本願で説明した実施の形態は、あらゆ
る点において例示に過ぎず、制限的なものではないと考
えるべきである。従って、本発明の範囲は上記説明によ
り定められるものではなく、特許請求の範囲の記載によ
り定められるものである。特許請求の範囲の意味および
均等物の範囲内に含まれるあらゆる変更も本発明の範囲
内に包含される。
反射される非正反射光放射を検出することにより、光学
系内の微粒子汚れのレベルをモニタリングする方法およ
び装置を提供する。本願の教示に基づいて、当業者にと
って、本発明の他の多くの実施形態が明らかであろう。
例えば、本発明を、共鳴キャビティおよび非共鳴キャビ
ティ内、より詳しくはラマンガス分析装置内の光学素子
上の汚れをモニタリングすることに関して説明したが、
本発明は光学素子上の汚れをモニタリングすることが望
まれるあらゆる光学系に適用できることも理解すべきで
ある。従って、本発明の装置および方法は、本発明の精
神または本質的特徴から逸脱することなく、他の特定形
態に具現できる。本願で説明した実施の形態は、あらゆ
る点において例示に過ぎず、制限的なものではないと考
えるべきである。従って、本発明の範囲は上記説明によ
り定められるものではなく、特許請求の範囲の記載によ
り定められるものである。特許請求の範囲の意味および
均等物の範囲内に含まれるあらゆる変更も本発明の範囲
内に包含される。
【図１】光学的共鳴キャビティ内に配置される光学素子
の表面からの非正反射を検出するための、本発明の種々
の特徴を具現する装置を示す図面である。
の表面からの非正反射を検出するための、本発明の種々
の特徴を具現する装置を示す図面である。
【図２】ラマンガス分析装置内に配置される光学素子の
表面からの非正反射を検出する装置の特定の実施の形態
の一例を示す図面である。
表面からの非正反射を検出する装置の特定の実施の形態
の一例を示す図面である。
【図３】図２に示したラマンガス分析装置の拡大断面図
である。
である。
【図４】本発明の種々の特徴を具現するラマン分光装置
の断面図である。
の断面図である。
【図５】図４の５−５線におけるラマン分光装置の断面
図である。
図である。
【図６】本発明の種々の特徴を具現する他のラマン分光
装置を示す図面である。
装置を示す図面である。
２０ 光学的共鳴キャビティ ２４ プラズマ放出管 ２８ プラズマ管ハウジング ３２ 第１反射器 ３６ 第２反射器 ４０ ブルースター窓 ４４ 光ビーム ５２ 光検出器 ６０ 検出器電子回路 ６４ 非正反射光信号 ６８ 微粒子汚れ
Claims (10)
- 【請求項１】 光学系内の光学素子の表面上の汚れを検
出する装置であって、 光学系内で伝達されかつ光学素子の照射を行なうために
光放射ビームを発生するように配置された光エネルギ源
と、 光学素子の表面から散乱される非正反射光エネルギを検
出するように配置された光エネルギ検出器と、 該光エネルギ検出器により検出される光学素子の表面か
ら散乱される光エネルギの強度を表す前記光エネルギ検
出器からの信号を受けるように前記光エネルギ検出器に
作動可能に接続された検出器回路とを有し、該検出器回
路は、光学素子の表面から散乱される光エネルギの強度
を表す電気信号を発生することを特徴とする装置。 - 【請求項２】 前記光エネルギ検出器は、フォトダイオ
ード、光電子増倍管またはフォトトランジスタのうちの
いずれか１つからなることを特徴とする請求項１に記載
の装置。 - 【請求項３】 前記光エネルギ源は共鳴キャビティを備
えたレーザからなり、光学素子は前記レーザ共鳴キャビ
ティ内に配置されていることを特徴とする請求項１に記
載の装置。 - 【請求項４】 光学系内の光学素子の汚れを検出する方
法において、 光ビームを発生する段階と、 光学素子を光学系内に配置する段階と、 光学素子を光ビームで照射する段階と、 光検出器を光学素子に対して配置して、光検出器が、光
学素子の表面上に付着した汚れにより光ビームから散乱
される非正反射光放射を受ける段階と、 光学素子の表面から散乱される非正反射光放射を検出す
る段階と、 光学素子の表面から散乱される非正反射光放射の強度を
表す出力信号を発生する段階とを含むことを特徴とする
方法。 - 【請求項５】 前記光ビームを発生する段階が、共鳴キ
ャビティを備えたレーザを選択する段階を含み、 前記光検出器を配置する段階が、レーザ共鳴キャビティ
内に光検出器を配置する段階を含むことを特徴とする請
求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 ラマン光散乱によりガス試料中のガスを
分析する装置であって、 光放射レーザビームを光路に沿って発生させかつ伝達す
るためのレーザ光源と、 ガス試料セルとを有し、該ガス試料セルは、ガス試料を
受け入れて該ガス試料セルの内部領域にガス試料を保持
し、前記ガス試料セルは前記レーザ光源からの前記光放
射レーザビームを受けるように前記光路内に配置されて
おり、 ガス試料からのラマン散乱光を受けかつ検出するように
前記ガス試料セルに対して配置されたラマン散乱光検出
器と、 前記光路内に配置された光学素子と、 該光学素子により前記レーザビームから散乱される非正
反射光を受けかつ検出するように前記光学素子に対して
配置された汚れ検出器とを備えていることを特徴とする
装置。 - 【請求項７】 前記レーザ光源が共鳴キャビティを備え
たレーザからなり、前記ガス試料セルおよび前記光学素
子が前記レーザ共鳴キャビティ内に配置されていること
を特徴とする請求項６に記載の装置。 - 【請求項８】 前記汚れ検出器に作動可能に接続され、
かつ、前記光学素子により前記レーザビームから散乱さ
れる非正反射光の強度に関する出力信号を発生するよう
に構成された電子回路を更に有することを特徴とする請
求項６に記載の装置。 - 【請求項９】 前記ガス試料セルが、前記レーザ光源に
よりポンピングされる受動共鳴キャビティからなること
を特徴とする請求項６に記載の装置。 - 【請求項１０】 ラマン光散乱によりガス試料中のガス
を分析する装置であって、 光放射レーザビームを光路に沿って発生させかつ伝達す
るためのレーザ光源を有し、該レーザ光源が、約1,000
〜2,500 PPM の範囲内の損失をもつ共鳴キャビティを備
えており、 該共鳴キャビティ内に配置されたガス試料セルを有し、
該ガス試料セルは、ガス試料を受け入れて該ガス試料セ
ルの内部領域にガス試料を保持し、前記ガス試料セルは
前記レーザ光源からの前記光放射レーザビームを受ける
ように前記光路内に配置されており、 ガス試料からのラマン散乱光を受けかつ検出するように
前記ガス試料セルに対して配置されたラマン散乱光検出
器を備えていることを特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/665387 | 1996-06-18 | ||
| US08/665,387 US5929981A (en) | 1996-06-18 | 1996-06-18 | System for monitoring contamination of optical elements in a Raman gas analyzer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1062348A true JPH1062348A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=24669910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9160125A Pending JPH1062348A (ja) | 1996-06-18 | 1997-06-17 | ラマンガス分析器の光学素子の汚れをモニタリングする装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5929981A (ja) |
| EP (1) | EP0814333A3 (ja) |
| JP (1) | JPH1062348A (ja) |
| CA (1) | CA2204587A1 (ja) |
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