JPS5910484B2 - 分光計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は分光計、特に気体または液体の微量分析を行う
ための分光計で、従来の分光計の感度、精度を改良した
もので、近年注目を浴びている公害関連計測に有用な分
光計に関するものである。

気体または液体の発光スペクトルまたは吸収スペクトル
から、気体または液体の定性分析および定量分析を感度
良く行う分光計には高次導関数法（別名：高次微分法と
呼ぷ）がある。この高次導関数法は、物質の定性定量分
析を、発光または吸収スペクトルを微分することによつ
て得られる１次微分スペクトルあるいは２次微分スペク
トルで行うものである。この方法を用いる理由は、発光
スペクトルまたは吸収スペクトルを波長に関して微分し
た場合、１次微分スペクトルが微分前の元のスペクトル
の僅かな変化を大きく把え、スペクトルのプロフィルは
急峻（シャープ）なものとなり、さらにこれを微分した
２次微分スペクトルは一層急峻なものとなるからである
。高次導関数法以外の方法としては、相関分光法がある
が、これには次のような欠点があるので一般に用いられ
ていない。

第１に測定すべき物質濃度と電気出力との関係が直線関
係でない。第２に測定すべき物質濃度が零の時でも大き
な零時信号が発生する。第３に相関分光法では出口スリ
ットが多数本のスリットアレイであるために、そのうち
のいずれかのスリットが他物質の吸収と重なる機会が多
く、他物質の妨害影響を受けやすい。つぎに、以上に述
べた２つの方法のうち、一般に用いられてきた高次導関
数法による分光計の従来技術について検討した結果を含
めて説明する。高次導関数法を採用した分光計の一つに
は、微分スペクトルを得るため分光計に電子計算機を付
加したものがあるが、これは電子計算機を使用するため
高価とならざるをえないので、一般に普及していない。
この電子計算機を用いて微分スペクトルを得る方法に対
して、任意の波長近傍で時間的に正弦波状の波長変調を
かけることによつて、その波長近傍のスペクトルの微分
値を求める方法が装置として簡単である。この方法に基
づく分光計が種々提案されており、これら分光計の特徴
は波長変調をかける点でそれぞれ異なつた技術が採用さ
れた点にある。それらの例を列挙する。第１例として、
分光計の内部に取付けられる分光器の入ロスリツトおよ
び出口スリツトを固定し分光器内部にミラーを置き、そ
のミラー面を振つて光束を振らせるようにして出口スリ
ツトの中心波長を変調した装置がある。この装置では振
動ミラーを分光器の内部に組込まなければならないから
、従来用いられている汎用の分光器の利用は考えられず
、新たに専用の分光器を設計しなければならなく、また
分光器内部に可動部分が取り付くため製造段階での調整
が複雑になる。第２例として分光器の入ロスリツト、出
口スリツトを固定し、分光器内部の透過形の振動屈折板
を用いて光束を振り、出口スリツトの中心波長を変調し
ている装置があるが、この装置では振幅を大きく取ろう
とすると厚い屈折板を用いなければならず、したがつて
質量の大きな屈折板になつてしまい、この屈折板を振動
させることが難しくなるし、もつと基本的な欠点は屈折
板の屈折率に波長分散があるため分光器に新たな色収差
が生じることである。

また第３例として分光器の出口スリツトを固定して入ロ
スリツトを振動させることにより出口スリツトの中心波
長を変調している装置があり、この装置は振動入ロスリ
ツトの分光器への取付け、調整などの製造が容易、被振
動物体のスリツト板が軽いから振動させることが容易で
ある、などの優れた点もあるが、この装置では入ロスリ
ツトが動く幅全体に亘つて光源から放射された光が均一
に照らされなければならない。

そのため入ロスリット上での光束は直径１０ｕ以上にし
なければならないから、入射光量で大きな損をすること
になり、分光学的手段で定量分析をする際、感度、精度
を悪くすることに他ならない。以上述べたように大別す
ると、３種類の分光計があつたが、いずれの分光計にお
いても、それぞれ欠点を有していた。

そこで、本発明者はこれらの欠点を取り除くために、出
口スリツトを振る分光計を作れば良いという着想を得た
が、従来の分光計では、繰返し反射光学装置を内蔵した
吸収セルを出口スリツトと、光電子増倍管の間に配置し
てあつたから、これを用いて出口スリツトを振る分光計
を作ることは不可能であることが分つた。さらに、詳し
く説明すると、繰返し反射光学装置を内蔵した吸収セル
を出口スリツトと光電子増倍管の間に配置せざるを得な
かつた理由は、次の２つであることが分つた。（イ）大
気中の汚染物質たとえばＳＯ２ガス（被測定物質）など
を測定する場合は吸収光路長を１０ｍあるいはそれ以上
もの長さに取つて感度を上げなければならないが、吸収
セルの実用的な長さとしては１ｍ程度がせいぜいである
から吸収セルの内部に繰返し反射光学装置を配置して吸
収光路長を稼がなければならない。

この時吸収セルの容量をできるだけ小さくして被測定媒
質である大気の採取量を小さくすることが分光計の応答
時間を速くする上で必要であり、結局繰返し反射光学装
置も長さ方向を一定とすると断面積を小さくしなければ
ならない。この時、繰返し反射光学装置の中で往復して
いる光束のそれぞれの光軸すべてが同一平面内にあるよ
うな大きなミラーを対向させた普通の繰返し反射光学装
置を用いると、一方のミラー面上での任意の光束の反射
点とさらにもう一回反射して戻つて来た光束の同一のミ
ラー面上での反射点との間隔（ピツチ）は光束の太ざ程
度まで狭くすることが必要であり、それぞれのピツチは
ほぼ等しいから、入射光束が細くないと繰返し反射光学
装置の断面寸法を小さくすることができない。光源とし
てレーザ光のようなコヒーレント光が使用できる場合は
格別として、タングステンランプ、重水素放電管などの
発する太い光束のインコヒーレント光を使用しなければ
ならない場合には容積の小さな光吸収セルの中で、繰返
し反射させることは、むずかしい技術的課題である。例
えば長い光路長を得る光学装置として、第６図に示した
ように、２枚の球面鏡３１を各各の曲率中心３２が一点
となるように配置して、光束３３を繰返し反射させるも
の、第７図に示したように平面鏡３４を２枚対置して光
束３３を繰返し反射させるもの、また両方とも平面鏡で
あると、繰返し反射されるにしたがつて光束が発散して
しまうので、第８図に示したように片方を２枚の球面鏡
３５にして反射の角度を調整し、同時に光束の発散を押
えるようにしたものなどがあつた。これらの反射光学装
置で光束を繰返し反射させると第９図に示したようにミ
ラー面３６に光束のスポツトの中心３７が直線上に並ぶ
ことになる、そのため太い光束を同じ装置で繰返し反射
させようとすると、第１０図に示したように、一方のミ
ラー面上での任意の光束の反射点（例えば３８）と、さ
らにもう１回反射して戻つて来た光束の同一ミラ一面上
での反射点（例えば３８′）との間隔は、光束の太さの
３８Ｉ倍程度までしかせばめることが出来ないため、同
じ大きさのミラーを用いる限り、繰返し反射回数が少く
なり、短い光路長しか得られない。また光路長を長くし
ようとすると、ミラーの面積を大きくしなければならず
、光学装置を内蔵する光吸収セルの容積が大きくなつて
しまう。セルを小さくすることは、すなわちガス採取量
を少くすることで、ガスをセルに採取開始してからガス
が完全に新しいガスと交換するまでの測定の応答時間を
速くする上で必要なことである。そこでレンズを用いて
光束を細く絞ぼり、光学装置を小さくしようとしても、
光束は細くすればするほど、先へ行つての発散が大きく
なるため、発散による損失が大きくなる。これをさけよ
うとすると大きなミラーを使わなければならず結果的に
は、セル容積が大きくなつてしまう。要するに従来の反
射光学装置のように、繰返し反射による光束の通過軌跡
が全て一次元的に並ぶような装置では、繰返し反射回数
が多く（光路長が長い）、かつ光量損失が少なく、セル
容積を小さくするような繰返し反射光学装置を作ること
はできない。したがつて、分光器の出口スリツトを通過
した細い光束を繰返し反射光学装置に入射させる方法を
採用しなければならないからである。（ロ）第２の理由
としては、特に入ロスリツトを振る変調方法を採用して
いる従来装置では、前述したように入ロスリツトでの光
量損失が大きいから光源を入ロスリツトに近く配置して
できるだけ入ロスリツトでの光量損失を小さくするため
に長い吸収セルを出口スリツトと光電子増倍管との間に
配置しなければならなかつたためである。

以上２つの理由によつて、従来の装置は繰返し反射光学
装置を内蔵した吸収セルを分光器の出口スリツトと光電
子増倍管との間に配置しなければならなかつた。

この配置では仮りに出口スリツトを振動させると、繰返
Ｌ反射光学装置の内部の光束が振れるから繰返し反射光
学装置を構成しているミラー面のわずかな汚れや光束の
周縁がミラー面かられずかにはずれることなどにより大
きな光強度変調信号すなわち零時信号（被測定物質が無
い時でも発生している信号）が発生するから、繰返し反
射光学装置を出口スリツトと光電子増倍管との間に配置
した従来の分光計では出口スリツトを振動させることは
実用上できなかつた。また従来の分光計では量子効率の
大きな受光部分が格子線状の光電子増倍管を用いている
が、この場合も出口スリツトを振動させると光束が振れ
るから受光部が格子線状であるために大きな零時信号が
発生してしまい出口スリツトを振動させることが実用上
できなかつたのである。本発明は、前記従来技術の欠点
を解消し、高感度、高精度の分光計を提供することを目
的とするものである。

本発明の分光計は上記目的を達成するため、繰返し反射
光学装置を内蔵した吸収セルを光源と分光器の入ロスリ
ツトとの間に配置し、分光器の入口スリツトを固定し、
スリツト板に形成された出口スリツトをスリツト振動装
置によつて振動させ、頭部窓形光電子増倍管を使用した
分光計である。

つまり、出口スリツトを振らせる分光計を得るため、（
イ）、複数の分割されたミラーを使用して光束を繰返し
反射させることによつて、太い平行光束を狭い領域で多
数回往復させた繰返し反射光学装置を使用して吸収セル
の容積を小さくし、被測定媒質の採取に要する時間を短
縮した。これによつて光源と分光器の入ロスリツトとの
間に吸収セルを配置しても、従来の吸収セル容量と同程
度以下の形状の吸収セルを作ることを可能とした。（口
）、出口スリツトを振らせても零時信号が発生しないよ
うに、繰返し反射光学装置を内蔵した吸収セルを光源と
分光器の入ロスリツトとの間に配置した。（ハ）、出口
スリツトを振らせても零時信号の発生が無いように、受
光面が実質的に均一な頭部窓形光電子増倍管を使用した
。（ニ）、出口スリツトを振らせることによつて、入ロ
スリツトを固定することを可能とし、分光器と一体構造
にした。（ホ）、（ニ）項を可能としたことによつて、
吸収セルを通過した光束をコレクタで入ロスリツトへ集
光出来るようにして、分光器への入射光量損失を防止し
た。（へ）、波長変調装置として、スリツト振動装置を
使用し、このスリツト振動装置は分光器の外側から分光
器へ取付けることが出来る構造とした。これによつて、
スリツト振動装置の分光器への取付け、調整を容易にし
、汎用の分光器の使用を可能とした。（ト）、出口スリ
ツトを有するスリツト板を軽くすることによつて、スリ
ツト振動装置の負荷を軽るくし、スリツト板が容易に振
動するようにした。（力、スリツト板を横方向に時間的
に正弦波状にスリツト振動装置で振動させることによつ
て、出口スリツトを振らせ、出口スリツトを通過する光
に時間的に正弦波状の波長変調をかけた。（Ｖ）ｓ出口
スリツトの振動周波数の２倍の振動周波数を有する光変
調信号の変調度に対応した出力を得るため、頭部窓形光
電子増倍管の出力信号を受けて、これを処理する電気処
理系を設けた。以上のような点を本発明は主なる特徴と
するものである。以下、一実施例を図面によつて詳細に
説明する。

第１図は本発明による第一実施例を示す構成図である。
同図において光源１から放射された光はコリメータレン
ズ５によつて平行光束にされた後、 ，７被測定媒質を
採取導入して吸収スペクトルを生じさせる機能を有する
吸収セル１０の内部に吸収セルの入射窓１１から入射す
る。この入射した平行光束は伝播するにしたがつて次第
に発散して行くから、凹面鏡２１によつて反射し平面鏡
２２の面 Ｊ上でもとの平行光束と同じような平行光束
となるようもどされ、この平行光束はさらに平面鏡２２
で反射する。この様な反射を何回も繰返した後に吸収セ
ルの出射窓１２から平行光束が出射する。吸収セル１０
の内部に設けられた繰返し反射光学 ４装置２０は、そ
の内部で繰返し反射（往復）している光束の光軸すべて
が同一平面内にあるような繰返し反射光学装置である。
吸収セル１０はその容量をできる限り小さくするため断
面が矩形の筒である。吸収セルの出射窓１２から出射し
た平行光束はコレクタレンズ３０によつて分光器４０の
入ロスリツト４１に集光され分光器４０の内部に入射し
、分光器４０の分散機構４２によつて波長分散されて単
色光がスリツト板５０に刻まれた出口スリツト５５を通
過して頭部窓形光電子増倍管８０の受光面に入射する。
スリツト板５０はスリツト振動装置６０に装着されてお
り、スリツト振動装置６０によつてスリツト板５０に振
動を加え、出口スリツト５５を振動させて出口スリツト
５５を通過する単色光の波長を変調する。この時、吸収
セル１０の排気口１４に接続した排気ポンプ（図示せず
）によつて吸収セル１０内の大気を排気して吸収セル１
０内の気圧を下げることにより自然に吸気口１３から新
しい被測定媒質である大気を採取し、この採取した大気
中の被測定物質である大気汚染物質たとえばＳＯ２ガス
が含まれていたとすると、スリツト板５０の前面にＳＯ
２ガスの光吸収によつて生じたスペクトルを結像する。
すなわち、スリツト板５０の横方向（第１図のｘ方向）
に出口スリツト５５に平行な明暗の紋様が生ずる。そし
て、その暗い部分がＳＯ，ガスの吸収に対応している。
スリツト板５０の横方向（図中ｘ方向）は光の波長λに
対応し、明暗の紋様は光の強度分布であるから、ＳＯ２
ガスの吸収によつて生じたスペクトルを横軸に波長λ１
縦軸に光強度１を取つて図示すると第２図のようになる
。同図に出口スリツト５５の位置座標を第１図のｘ方向
に取つて波長軸λに対応させて示した。図において、出
口スリツト５５の停止時のスリツト位置をＸ。、出口ス
リツト５５の振幅ピークをＸｌ，Ｘ２で示した。図のよ
うに出口スリツト５５の停止時の位置ＸＯが波長λ。（
例えば２９９ｎｍ）に対応するようにスリツト板５０を
装着し、そして出口スリツト５５の振幅ピークＸ１とＸ
，が波長λ，（例えば２９８ｎｍ）およびλ２（例えば
３００ｎｍ）にそれぞれ対応するように出口スリツト５
５を振動させると、出口スリツト５５の角周波数ωに対
し２倍の周波数２ωの光強度変調がかけられ、この光強
度変調信号を第１図に示した頭部窓形光電子増倍管８０
で光電変換し、この周波数２ωの変調信号の変調度に対
応した出力を電気処理系８５内の処理部９０で発生し、
この出力を出力表示部９６で表示する。つぎに本発明の
第一実施例で用いたスリツト振動装置６０について詳細
に説明する。

第３図において固有振動数が高くしかも安定で、振幅が
安定なＵ字形音叉６１を出口スリツト５５の振動源とし
て使用する。このＵ字形音叉６１の一方の自由端に出口
スリツト５５を形成したスリツト板５０をホールダ６３
を介して取り付け、さらにもう一方の自由端に音叉のバ
ランスを保つためのバランサ６２を取り付けて非常にＱ
の高い振動器を構成してある。この振動器の固有振動を
ピツクアツプするためのピツクアツブ用電極ヘツド６４
、このピツクアツプされた交流信号を増幅し一定の出力
の駆動用交流信号を発生する駆動回路７０、前記振動器
を励振するためのドライブ用電磁ヘツド６５および前記
振動器とから電気一機械系の発振装置を構成してある。
両電磁ヘッド６４および６５は、コア６８，６８′とコ
ア６８，６８′の回りに巻かれたコイル６９，６９／か
ら成つており、ピツクアツプ用電磁ヘツド６４のコイル
６９には駆動回路７０に内蔵された定電流発生回路７１
から常に定電流が供給されていて電磁ヘツド６４は磁石
になつている。したがつて音叉６１がわずかにでも振動
して電磁ヘツド６４のコア６８と音叉６１の脚との間の
ギヤツプが変化すると磁気抵抗が変化し、したがつてコ
ア６８を走る磁力線の密度が変化してコイル６９に音叉
振動に応じた交流信号が誘起される。この誘起された交
流信号は駆動回路７０に内蔵された増幅器７３で増幅し
、さらに音叉６１の振動を一定の振幅とするための駆動
電圧調節回路７４を通してドライブ用電磁ヘツドに駆動
電圧を印加する。音叉６１の振幅を一定に保つために、
ピツクアツプされた交流信号を増幅器７５で増幅し、こ
の交流信号を全波整流回路７６と低域ろ波器７７を通し
てピツクアツプされた交流信号の絶対値に相当する出力
を発生させ、この出力が増すと駆動電圧が下がるという
風に駆動電圧調節回路７４で自動的に駆動電圧を調節し
ている。以上説明したスリツト振動装置を用いた実験結
果では、振幅が約１」振動数が約４００Ｈｚの非常に安
定で、しかも正しく正弦波状の振動を得ることができ、
音叉を振動源とするスリツト振動装置は好ましい実施例
である。次に電気処理系を第４図によつて詳細に説明す
る。

同図において頭部窓形光電子増倍管８０の電ｊ気出力信
号は電気処理系８５内の処理部９０に内蔵された前置増
幅器１２０で増幅され、コンデンサ１２１によつて直流
成分を除去した後にバンドパスフイルタ１２２によつて
出口スリツトの振動数ωの２倍の周波数２ωの交流信号
を取り出し、さらに増幅器１２３により増幅し、同期ス
イツチ回路１２４に入れられる。

この同期スイツチ回路１２４は周波数２ωの変調信号が
正の半波の時スイツチがオンになり、負の半波の時オフ
になつて信号を半波整流する作用をしている。また増幅
器１２３の出力を極性反転回路１２５で極性反転すると
、増幅器１２３の出力信号の負の半波は正の半波となる
から、この正の半波を同期スイツチ回路１２４′によつ
て取り出し、同期スイツチ回路１２４の出力信号と低域
沢波器１３０の入口で合わせることによつて増幅器１２
３の出力信号を全波整流している。同期スイツチ回路１
２４および１２４′の同期信号は、スリツト振動装置７
０の周波数ωなる駆動信号を位相調整のための位相器１
１０を通し、てい倍回路１１１で周波数４ωの信号とし
、さらに分周器１１２で分周し周波数２ωとし、それぞ
れ位相が１８０分シフトした二つの矩形波を作り、これ
を使つた。前述の全波整流された信号頃低域沢波器１３
０で平滑され除算器１３５の分子に入る。一方、前置増
幅器１２０の出力のうち直流成分を直流増幅器１３１で
増幅した後、除算器１３５の分母に入れる。こうして除
算器１３５の出力を光源強度などに依存しない変調信号
の変調度に対応した値とし、これを出力表示器９６で表
示する。この時、出力表示器の表示値と被測定ガス濃度
（実施例ではＳＯ２ガス濃度）とをあらかじめ較正して
おけばガス濃度に応じた出力表示ができる。したがつて
、吸収セルの内部の大気を連続的に排気することにより
新しい大気を吸収セルの内部に連続的に採取導入すれば
、大気中のＳＯ２ガスの濃度を連続して測定できる。実
施例では被測定ガスはＳＯ２ガスであつたが、約２００
ｎｍより長波長で吸収を有し、その吸収スペクトルが比
較的シヤープな構造を持つ物質であれば測定できる。し
たがつて波長走査形の分光器であつて任意の波長でその
走査を止めておくことができる普通の分光器４０を使用
すれば、所定の波長に合わせて所定の物質濃度を測定す
ることができる。次に第２実施例について説明する。

第５図において、分光器４０は波長走査用のモータ（た
とえば波長走査形の回折格子分光器では一般にサインバ
一方式を採用してモータで回折格子を回転させ回折格子
への入射角を変えている）４５と波長走査に対応した出
力を発生させるためのポテンシヨメータ４６を備えた普
通の分光器であり、ポテンシヨメータ４６の出力をＸＹ
レコーダ９５のＸ軸に入れ、処理部９０の出力をＸＹレ
コーダ９６′のＹ軸に入れる。そしてモータ４５を回転
させると、ＸＹレコーダに吸収セル１０内に採取された
大気の吸収スペクトルの２次微分スペクトルが描かれる
。この２次微分スペクトルから大気中にわずかに含まれ
ている汚染ガスなどの定性分析、定量分析ができる。次
に、本発明による分光計の変形応用例について述べる。

吸収セルに内蔵される繰返し反射光学装置２０として、
従来技術の方法をそのまま採用できない。

例えば特開昭５０−８６３８４号の光吸収セルでは回転
楕円反射鏡を両側に各１面宛配置しているが、発明者自
身が記述しているように光束が広がらずに反射するレー
ザ光についてのみ多重反射が可能とされている。また、
特開昭５０−１５１５４２号の多重往復反射光学装置に
ついても、（１）対向する二方のミラーのうち一方は唯
一面の球面鏡であり、他方は数個の平面鏡であること：
（４）前記平面鏡で受光した反射光線の位置をずらして
のち、他の平面鏡を介して出射させ、球面鏡に向わせる
構造であること；（１１ｉ）光学装置の入口で焦点結像
する光束を入射光として取り扱つていることは明白で、
分光計に応用する場合に次の作用効果で問題がある。（
イ）明るい光学系を作るために、できるだけ開口系の大
きなミラーを用意しなければならないこと。

唯１個の球面鏡を小口径の複数のミラーに置換すること
は光学系の品質を劣悪にしてしまうことになる。（ロ）
光束の経路の一部を一方の側で、すぐ隣の小平面鏡に向
う構成としているから、この部分については光吸収セル
では無用の経路となる。

（ハ）多重反射光束の軌跡が占める空間がもつ広がりは
、一方で収束する円錐状の広がりであつて広がりが狭い
こと。そこで本願では吸収セルに内蔵される繰返し反射
光学装置の備えるべき要件として、理想的（仮想的）な
線ビームではなく、現存する光ビームの光束径とほぼ同
じ大きさの径をもつ複数個のミラーを用い、多重反射さ
れた光束が、セル内でできるだけ広く広がるように配慮
することとした。

吸収セルに内蔵される繰返し反射光学装置２０を変化し
た実施例としては、繰返し反射光学装置内で繰返し反射
している光束の光軸が全体として立体的に三次元空間を
占めるように、ほぼ光束の太さと同程度の大きさに分割
された複数個のミラーを配置した繰返し反射光学装置と
すると、円筒状の吸収セルとすることができ、矩形状の
セルにくらべ容量も小さくでき、製造も容易となる。ま
た、従来の分光計（例えば特開昭５０−８６３８４号開
示）のように出口スリツトの後段に長光路セルを用いる
場合は、ホワイトセル（ＷｈｉｔｅＣｅｌｌ）が有効と
されているが、それは限りなく小さく絞り込みが可能な
光束に対してである。

本願発明が対象とするように、タングステンランプや重
水素放電管が発する光束のように、太い、絞り込みがむ
ずかしい光束を光源に用いる場合であつて、分光器の前
段に長光路セルを配置するときは、前記の繰返し反射光
学装置を内蔵したセルが効果を発揮する。またスリツト
の振動源は、直線棒状の音叉でも良いし音叉の脚の断面
は矩形、円形、ダ円形などいずれでも可能であるし、平
行バネやスピーカでも良い。

またスリツト板は必ずしも金属である必要は無く、感光
性のフイルムやガラス感板などを現像した時に、細い透
明部を残してその周囲全体を不透明になるように感光さ
せたものでも可能であるし、普通の透明なフイルムやガ
ラス板を細い透明部を残してその周囲全体を不透明に塗
りつぶしたものでも可能であり、スリツトも光学的に形
成されていれば良い。

フイルムをスリツト板に使用する場合は、フイルム自身
が羽ばたく様に振動しやすいから、この振動を妨ぐため
の枠を必要とする。以上説明した本発明による分光計？
使用して実験した結果を次に述べる。本発明による分光
計を大気中の汚染物質、たとえばＳＯ２ガス、ＮＯガス
、ＮＯ２ガス、０，ガスあるいは揮発性の諸物質の測定
に利用するとその効果を発揮するが、その一例として、
第一実施例のように構成した本発明の分光計を用いて３
００ｎｍを測定対象波長として大気中のＳＯ２ガス濃度
の測定を行うと、約３ｐｐｂの検出感度、±１．５ｐｐ
ｂの測定精度で測定でき、１週間にわたる長時 ３間安
定性も３ｐｐｂ以下であつた。

また、音叉の代わりに平行バネをスリツトの振動源にす
ると、従来の分光計では、入ロスリツトを５０Ｈｚにし
た最も感度の良いものでも、３００ｎｍを測定対象波長
にした場合、検出感度 １は高々２４ｐｐｂであり、日
常起りえる２００ｐｐｂ以下の汚染度はとても測定でき
なかつた。

そこで、この分光計ではＳＯ２ガスを測定するのにＳＯ
２吸収ピークの大きな２１１ｎｍを測定対象波長として
検出感度３ｐｐｂを得ているが、一般に大気中に含 １
まれている揮発性の諸物質の吸収がこの波長付近に多く
重つており、ＳＯ２ガスの測定に際して、これらの物質
の吸収によつて、大きな妨害影響を受けるから精度の悪
い測定になつて好ましくなかつた。ところが、本発明に
よる分光計においては、 二平行バネをスリツトの振動
源に使用しても、振動数が約４０Ｈｚで、Ｕ字形音叉を
使用したときよりもＱの低い振動ではあるが、それでも
なお、ＳＯ２検出感度８ｐｐｂ（３００ｎｍで）が得ら
れ、２１１ｎｍを測定対象波長とすると、１ｐｐｂの検
出感度が得られた。以上説明したように本発明によれば
下記に示すような諸効果が得られる。

（イ）繰返し反射光学装置を内蔵した吸収セルを光源と
分光器の入ロスリツトとの間に配置したから出口スリツ
トを振らせても零時信号の発生が悪く、従来実用的には
不可能であつた出口スリツトを振る分光計が可能となっ
た。

（ロ）受光面が実質的に均一な頭部窓形光電子増倍管を
使用したから、出口スリツトを振らせても零時信号の発
生が悪く、従来実用的には不可能であつた出口スリツト
を振る分光計が可能となつた。

（ハ）出口スリツトを振ることを実用的に可能としたか
ら、入ロスリツトを固定することが可能となつた。

（ニ）入ロスリツトを固定したから、吸収セルを通過し
た光束をコレクタにより入ロスリツトへ集光することが
可能となり、結局は分光器への入フ射光量損失の小さい
感度、精度の良い分光計を提供することが可能となつた
。

（ホ）出口スリツトを振動させて波長変調をかけたから
、出口スリツトが所定の位置になるようにスリツト振動
装置を分光器の外側から分光器へ取付けるだけで良く、
波長変調装置（本発明ではスリツト振動装置）の取付け
、調整などの製造が容易になつた。

（へ）出口スリツトを振動させて波長変調をかけたから
、出口スリツトが所定の位置になるようにスリツト振動
装置を分光器の外側から分光器へ取付けるだけで良く、
新たに分光器の設計も必要なく汎用の分光器が使用でき
た。

（卜）出口スリツトを振動させて波長変調をかけたから
、被振動物体（本発明ではスリツト板）を軽くすること
ができ、結局、容易に振動させることができる。

（イ）繰返し反射光学装置を用いて吸収光路長を長くし
たから感度、精度の良い分光計ができた。

（男 繰返し反射光学装置を用いて吸収光路長を長くし
たから、直線見通し距離を吸収光路とする場合に問題と
なる熱や震動による光軸ずれの無い分光計ができた。（
？＜）繰返し反射光学装置を吸収セルの中に収めたから
、ちり、霧、雨などによるミラー面の汚れを妨ぐことが
できた。

（ニ）本発明の実施例のように、音叉をスリツトの振動
源とすると、振動数の高い、振動数の安定な且つ振幅の
安定な振動をスリツトに供給でき、さらに感度、精度、
安定性を改善した分光計が構成できる。

以上詳細に説明したように、本発明による分光計は、従
来の分光計よりも著るしく感度、精度の良いものであり
、従来測定不可能であつた微量な公害測定が可能となり
、特に環境大気計測の分野での計測技術を向上させるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による第一実施例を示す構成図である。 第２図は、ＳＯ２ガスによる光吸収を受けた通過光のス
ペクトルを示した図であり、さらに分光器の出射部にお
けるスリツト位置と波長の関係も示した本発明の説明図
である。第３図は本発明の第一実施例で用いたスリツト
振動装置の構成図である。第４図は本発明の第一実施例
で用いた電気処理系の構成図である。第５図は本発明の
第二実施例を示す構成図である。第６図、第７図、第８
図は従来の繰返し反射光学装置を示す図である。第９図
は従来技術の繰返し反射系の光束の並び方（一次元配列
）を示す図である。第１０図は太い光束を従来技術の繰
返し反射系で反射させた場合を示す図である。１：光源
、１０：吸収セル、２０：繰返し反射光学装置、２１：
凹面鏡、２２：平面鏡、３０：コレクタレンズ、４０：
分光器、４１：入ロスリツト、５０：スリツト板、５５
：出口スリツト、６０：スリツト振動装置、８０：頭部
窓形光電子増倍管、８５：電気処理系、９０：処理部、
９６：出力表示器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源と、被測定物質を含む被測定媒質および繰返し
   反射光学装置を内部に有して測定空間を画成し前記被測
   定物質の吸収スペクトルを発生せしめる吸収セルと、固
   定された１本の入口スリットを有する分光器と、前記光
   源から放射され前記吸収セルを通過した光束を前記入口
   スリットに集光するコレクタと、前記分光器の出射部に
   備えられていて１本の出口スリットを有し該出口スリッ
   トをして横方向に振動自在ならしめるようにされたスリ
   ット板と、該スリット板を振動させ前記出口スリットを
   して横方向に時間的に正弦波状に振動させるスリット振
   動装置と、前記振動された出口スリットからの出射光束
   のすべてに対して実質的に均一な受光面を提供するよう
   に備えられた１個の頭部窓形光電子増倍管と、該光電子
   増倍管の出力信号を受領して前記出口スリット振動周波
   数の２倍の変調周波数を有する光変調信号の変調度に対
   応した出力表示を得るようにされた電気処理系とを備え
   て成る分光計。 ２ 繰返し反射光学装置は、その内部で往復している光
   束の光軸が全体として立体的に三次元空間を占めるよう
   に複数個のミラーを配置して成り、もつて所定の吸収光
   路長に対して吸収セルの容積を減少させたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の分光計。