(57)【要約】      （修正有）【課題】ＣＥＯＳ機器を周囲環境、すなわち熱的環境及び振動環境の両方からほぼ完全に遮断すること。【解決手段】高性能キャビティを使用する分光機器の筐体は、機器の光学キャビティを筐体壁から離れた位置に配置し、壁に取り付けられるヒートポンプ、ファン、及び熱交換器を設けることにより温度が極めて安定した環境を実現する。ファンによって、筐体内に含まれるガスが、熱交換器全体及び筐体の内壁面に沿った乱流ではない層流路に循環するようになり、これによって光学キャビティを温度及び振動の安定したゾーンに保持することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高性能キャビティを使用する分光機器の光学キャビティをほぼ一定の温度に維持する装置であって、
ａ）内壁面及び外壁面を有し、前記光学キャビティを取り囲む筐体であって、前記内壁面は前記光学キャビティから離間している筐体、
ｂ）前記筐体内に位置し、前記内壁面の内の少なくとも一つの壁面に近接する少なくとも一つの熱交換器、
ｃ）前記熱交換器及び前記筐体の外部の周囲環境の両方と熱連通する少なくとも一つのヒートポンプ、
ｄ）前記筐体内に位置する少なくとも一つのファンであって、前記筐体内に含まれるガスの一部を、前記筐体の内壁面にほぼ沿った経路を取る層流として循環させることにより前記層流ガスを前記熱交換器と熱接触させるが、前記光学キャビティは前記層流路内に位置しないファン、
ｅ）前記光学キャビティを支持する光学ベンチ、及び
ｆ）前記光学キャビティ又は前記光学ベンチに取り付けられる少なくとも一つの温度センサ、
を備える装置。
【請求項２】
前記筐体には、複数のヒートポンプ、熱交換器及びファンが設けられる、請求項１記載の装置。
【請求項３】
高性能キャビティを使用する前記分光機器の前記光学トレインを構成する部品の内の少なくとも主要な部品が前記筐体内に位置し、前記層流路内には位置しない、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも一つの熱交換器に取り付けられる第２温度センサが少なくとも１つ設けられる請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記温度センサはサーミスタを含む請求項１記載の装置。
【請求項６】
絶縁材料層が前記筐体の前記内壁面及び外壁面の内の少なくとも一つの壁面の少なくとも大部分を覆う請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記熱交換器は、前記層流路に位置する複数のフィンを有する金属構造を含む、請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記ヒートポンプはペルチェ効果を利用した熱電冷却器を含む請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記ファンはＤＣ電動モータによって駆動される請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記光学ベンチは複数のマウントに取り付けられ、これらのマウントは前記ベンチを前記内壁面に接触しないように保持する、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記マウントの少なくとも一部が前記層流路内に位置する請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記ガスは乾燥空気である請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高性能キャビティを使用する分光（ｃａｖｉｔｙ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＣＥＯＳ）機器の構成の改良に関する。この改良は、ＣＥＯＳ機器の光共振器、好適には光学トレイン全体を非常に均一で安定な動作温度に維持するように設計された固有のチャンバー又は固有の筐体から構成される。
【背景技術】
【０００２】
高性能キャビティを使用する分光法（ＣＥＯＳ）は、分光機器の性能を改善するために、光学キャビティとも呼ばれる受動型光共振器を使用する必要がある。高性能キャビティを使用する吸収分光法（ｃａｖｉｔｙ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＣＥＡＳ）及びキャビティリングダウン分光法（ＣＲＤＳ）は最も広く使用されているＣＥＯＳ技術の内の２つである。受動型光共振器内で捕捉されるシングルモード照射光の強度は時間と共に、多くの場合リングダウン時間と呼ばれる時定数τで指数関数的に減衰する。実際、単一の共振器モードのみが相当大きな振幅を有することが保証されることが好ましい。というのは、複数の共振器モードを起動すると複数の指数関数的な照射光強度の減衰（すなわち、複数の時定数）が生じ、これによって測定結果の分析が非常に複雑になるためである。リングダウン時間τは、キャビティの往復長、及びキャビティ内に在る試料による吸収及び／又は散乱による損失を含むキャビティ内の往復の損失に依存する。従って、光共振器のリングダウン時間を測定することにより、共振器内の試料に関する分光情報が得られ、ＣＲＤＳ及びＣＥＡＳが共にこのようなτの測定に基づくものとなる。
【０００３】
ＣＲＤＳでは、光源はモードが一致するように共振器に接続されるので共振器内で捕捉される照射光がほとんど単一空間モードとなる。次に、光源と共振器との結合を遮断する（例えば、光源からの照射光を阻止する、又は光源からの照射光と発振共振器モードとのスペクトルオーバーラップを変えることにより）。通常、検出器は共振器からリークする照射光の一部を受信する位置に配置され、この照射光の一部は時定数τで時間の経過と共に指数関数的に減衰する。次にこの検出器からの時間依存信号を処理してτを求める（例えば、検出器信号をサンプリングし、適切な曲線近似法をサンプリングした信号の減衰部分に適用することにより）。ここで、ＣＲＤＳにはτの絶対測定が伴うことに注目されたい。非特許文献１の論文及びその引用文献に記載されているＣＲＤＳ技術の特徴は、最近の報告である。
【０００４】
共振器を単一空間モードで励振する方法は普通、ＣＥＡＳ（アイコス（ＩＣＯＳ）と呼ばれることもある）にも用いられるが、ＣＥＡＳは、ＣＲＤＳとは、光源の波長を掃引して（すなわち時間と共に変化させて）光源波長を一連の共振器モードの共振波長と簡単に一致させる点が異なる。検出器は、共振器から漏れる照射光を受信する位置に配置され、検出器からの信号は、着目する試料スペクトル線を含むように光源波長をスキャンさせるのに要する時間と同程度の時間に渡って積分されることが好ましい。結果として得られる検出器信号はτに比例するので、光源波長とともにこの信号が変化することにより、試料に関するスペクトル情報が得られる。ここで、ＣＥＡＳではτの相対測定が行われることに注目されたい。非特許文献２が、ＣＥＡＳ及びＣＲＤＳ技術及び用途に関する情報についてさらに記載している。Ｐｅｅｔｅｒｓの博士論文は主として、レーザ（パルスレーザ又はＣＷ）のＣＥＯＳ機器の光源としての使用に焦点を当てている。しかしながら、非特許文献３は、インコヒーレント光源、例えばキセノンアークランプが高性能キャビティを使用する吸収分光法にも適切であることを示唆している。他のインコヒーレント光源、例えばＬＥＤも適切である。
【０００５】
選択する光源に関係なく、ＣＥＯＳ機器の最高性能を達成するには、分析の間、光学キャビティ（及び好適には、光学トレイン全体）を環境摂動（例えば振動）が最も小さい状態の均一且つ安定な温度に維持する必要がある。動作周波数の温度に対する感度はレーザを含む全ての電磁共振器及び超音波共振器の特性であり、この特性は、固体材料に関するサイズ、誘電率、音速などに観察される熱変動に起因する。これらのパラメータの微小変動は通常、絶対温度当たり１０−４〜１０−５である。分析対象の試料が液体の場合、この液体の屈折率は温度と共に変化し、この変化が測定のドリフト及び／又は不正確さとなって現われる。ＣＲＤＳ又はＣＥＡＳを使用してガスの同位元素比、例えばＣ１４Ｏ２対Ｃ１２Ｏ２の比を求める場合、温度変化は異なる同位元素のボルツマン分布に影響を及ぼすので、固定組成の測定同位元素比を変化させる。
【特許文献１】米国特許第５６９２５５６号
【非特許文献１】「Ｃａｖｉｔｙ−Ｒｉｎｇｄｏｗｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ」ｂｙ  Ｋ．Ｗ．Ｂｕｓｃｈ及びＭ．Ａ．Ｂｕｓｃｈ，  ＡＣＳ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｎｏ．  ７２０，  １９９９  ＩＳＢＮ  ０−８４１２−３６００−３
【非特許文献２】「Ｃａｖｉｔｙ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ」，  Ｒ．Ｐｅｅｔｅｒｓ，  Ｋａｔｈｏｌｉｅｋｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｅｉｔ  Ｎｉｊｍｅｇｅｎ，  Ｔｈｅ  Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ，  ２００１，  ＩＳＢＮ  ９０−９０１４６２８−８
【非特許文献３】Ｆｉｅｄｌｅｒ等による論文、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ３７１  （２００３）  ２８４−２９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在、高感度且つ高精度のＣＥＯＳ機器に対する需要が在り、この機器はまた頑丈で携帯性に優れ、比較的容易に移動させることができて、例えば複数場所での汚染モニター又は爆発物検出が可能になるような性質のものである。このような機器は急速に変化する周囲温度だけでなく、振動のような環境摂動に晒される可能性があるので、ＣＥＯＳ機器を周囲環境、すなわち熱的環境及び振動環境の両方から遮断することが非常に望ましい。現在のＣＥＯＳ機器においては、光学トレイン又は少なくとも光学キャビティを或るタイプの筐体内に配置して周囲環境による影響を減らしているが、現状の構成はこれらの点に関して不十分なものとなっている。
【０００７】
特許文献１には、電子部品用の温度制御されるテストチャンバーが記載されており、この場合、チャンバー内の気温変動をミリ絶対温度の範囲に収めるように維持することができるとしている。このチャンバーの設計の重要な点は、チャンバー全体において乱気流パターンを確保することである。この基本前提は、乱流に置かれる筐体の全ての部品全体に渡って空気をできるだけ急速に移動させることにより、均一温度をチャンバー全体に渡って実現することである。チャンバー内の乱気流によって通常、内部温度勾配を低くすることができるのは事実であるが、このような乱流はまた、熱を筐体外部の大気から内部部品に向かって（又は内部部品から大気に向かって）急激に移動させ易い。既に示したように、ＣＥＯＳの重要な点は、機器の温度が分析の間一定に維持されることである。機器の温度を特定の温度に維持することはさほど重要ではない。空気を急激に移動させることによって筐体内の精巧な光学部品に衝撃が加えられるという特有の問題に加えて（ここで一般的に、流速が大きくなると衝撃レベルが大きくなることに注目されたい）、我々は、乱流を使用する手法では筐体内の温度（従って光学トレインの温度）を、最大感度を得るためと、ＣＲＤＳ又はＣＥＡＳのいずれが優れているかを選択するために必要な非常に狭い温度範囲の内に維持することができないことを発見した。分光測定において最大精度を実現するには、我々は、光学トレインの温度を±０．０１Ｋ、更に好適には±０．００１Ｋ内に維持することが望ましいという知見を得た。既存の筐体構成はこのレベルの性能を示すことができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
我々は次の事実を予想外の形で見出した。すなわち、筐体の内壁面に沿ったゆっくりとした流れの層流ガスを形成することにより筐体内部、つまり光学トレインを取り囲む領域にガスの動きが非常に小さい中央「デッドゾーン」が形成される。この層流ガスの形成によって光学トレインにとって非常に熱的に安定で、振動のない環境を実現することができるので、非常に再現性が良く、高精度の分光測定結果がＣＲＤＳ機器及びＣＥＡＳ機器により得ることができる。本明細書において使用する「層流」という用語は、層流領域がほとんど乱流の影響を受けることなく、循環ガス分子の大多数は互いに、且つ筐体の内壁面にほぼ平行な方向に動くことを意味する。明らかに、筐体の隅や、又はファンにより押し出された直後は、分子は壁面に正確に平行には動かない。本発明の重要な点は、デッドゾーンとガス流との間には基本的に境界ができて層流ガスとデッドゾーンガスの極めて小さな混合しか生じないということである。乾燥空気以外のガスを使用して本発明を実施することができるが、乾燥空気は普通に選択されるガスである。
【０００９】
ここで、ＣＥＯＳ機器には、分光分析中に筐体の外の周囲温度にかなりの変動が生じ得る稼動状況で動作することが期待されていることを理解されたい。このような周囲温度変動は、出来る限り生じないようにして、筐体内のガス温度、特に光学トレインの温度に影響が及ばないようにする必要がある。
【００１０】
留意すべき点は、測定精度が主として、分析期間全体に渡って均一温度に維持される光学トレインに依存するということである。特定温度を正確に実現する機能はさほど重要ではない。正確な温度制御に加えて、本発明の筐体構成は光学トレインの振動（「空気揺らぎ（ａｉｒ  ｗｉｇｇｌｅ）」又は「光ジッタ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｊｉｔｔｅｒ）」とも呼ぶ）を非常に有効に防止することができる。このこともまた高精度の分析を可能にするうえで重要である。
【実施例】
【００１１】
図１は、ＣＥＯＳ機器１０を模式的に示しており、この機器は上述したように、ＣＲＤＳ機器又はＣＥＡＳ機器とすることができる。ＣＥＯＳ機器は普通、少なくとも次の部品を含む。すなわち、ａ）２〜４の平面又は曲面ミラーを含む光学キャビティ（ここでは、参照番号１４，１６及び１８が付されたミラーを備える３ミラー構成のキャビティを示している）、ｂ）通常、パルスレーザ又は連続波レーザである光源１２（上述したように、光源１２はインコヒーレント光源とすることもできる）、ｃ）レーザと光学キャビティとの間に位置してレーザのモードをキャビティのモードに一致させるモード整合光学系１３、ｄ）キャビティから放出される照射光を受ける検出器又は検出器アレイ２０、ｅ）キャビティと検出器との間に位置してキャビティから放出される光を検出器に集光させる結像光学系１９、及びｆ）検出器が受信する信号を処理して測定結果を供給するプロセッサ２２、である。検出器アレイは多くの場合、光源がレーザとは異なるインコヒーレント光源である場合に適切である。部品ａ）〜ｅ）、すなわち図１の部品１２〜２０は普通、光学トレインと呼ばれる。ＣＥＯＳ機器の部品は通常、支持手段の上に位置し、この支持手段は、かなり硬い平坦面であればどのような平坦面（普通、「光学ベンチ」又は「ブレッドボード」と呼ばれ、この図には示さない）とすることもできる。このような光学ベンチは、光学トレインを安定で均一な温度に維持するのを促進するために、大きな熱質量及び熱伝導率を有することが好ましく、よって、普通は、少なくとも基本的には金属によって形成される。光学キャビティ（リングダウンキャビティ又は共振キャビティと呼ばれることがある）は、試料用のガラス製又は金属製の管状容器を備え、この試料は、気体、液体、又は蒸気とすることができ、例えば気体の場合には、粒子状の分散物質、及び／又は普通の大気又は煙道ガスのような噴霧飛沫を含む気体とすることができる。また、キャビティは普通、試料搬入手段及び搬出手段を含む。
【００１２】
図２ａは本発明による筐体３０の模式上面図であり、この筐体は、内部に、中央に配置されるＣＥＯＳ機器光学トレイン４０を有する。図２ａにおいては、番号３２は筐体壁を指し、番号３４は内部絶縁層を指す。筐体壁３２を基本的に、普通最も容易に形成することができる形である矩形構造を有するように示しているが、この構成は本発明の重要な特徴ではない。筐体は、例えば正方形、卵形又は他の形状とすることができる。重要な点は、筐体が、層流ガス流の生成を可能にし、且つＣＥＯＳ機器の光学キャビティ、好適には全光学トレインがガス流の通過しない領域（デッドゾーン）に位置することができるようなサイズ及び構成を有することである。筐体壁３２は金属により最も容易に形成することができるが、硬いプラスチック（例えば、プレクシグラス又はグラスファイバで強化したエポキシ）又は金属とプラスチックの組合せを別の構成として使用することができる。プラスチックは熱伝導率が金属よりも小さいという利点を有する。有利には、容器の内壁及び／又は外壁の表面の少なくともかなりの部分を、図の番号３４で示す低熱伝導率絶縁材料で覆う。最も有利には、この材料は、所定の発泡ウレタンによって実現するような絶縁特性及び振動減衰特性の両方を有する。他の適切な発泡体としては、例えばビニル／ニトリル共重合体をベースとするクローズドセル発泡体が挙げられる。追加の、又は別の絶縁層を筐体壁３２の外壁面の上に配置することができる。
【００１３】
番号３６は、ガスが筐体内を循環するときのガス（普通は乾燥空気）の層流を示している。ＣＥＯＳ機器光学トレイン４０は、層流３６により取り囲まれる「デッドゾーン」内に位置する。デッドゾーン内でのガス流は通常、正確にはゼロではないが、デッドゾーン内でのガス流速は層流３６の流速に比べて十分に低いのでデッドゾーンのガスは実質動いていないと見て良い。従って、デッドゾーンは層流３６の一部としては見なされないので、ＣＥＯＳ機器光学トレイン４０は層流３６の経路内には無い。番号３８は光学ベンチを指しており、このベンチの上にＣＥＯＳ機器４０の部品が搭載される。光学ベンチ３８は普通、筐体３０の内部床面に複数の好適な振動減衰マウントにより接続され、これらのマウントによってベンチと筐体の床面との間の熱絶縁も行なわれる。
【００１４】
ファンは番号４２によって示されており、筐体内に在るガスが層流３６として熱交換器４４を通過し、且つ筐体の内壁面の内の幾つかにほぼ沿って循環することができるように取り付けられる。図２の例では、層流３６の経路は筐体３０の内壁面の４つの面にほぼ沿っており、筐体３０の上面又は底面には実質的に沿っていない。ファン４２は、比較的低速で回転する電動ファンであることが好ましい。我々は、ファン４２がＡＣモータよりもＤＣモータを含むことが好ましいという知見を得た。これは、ＤＣモータによって、単にモータ入力電圧を高くする、又は低くするだけでファン速度を容易に制御することができるからである。さらに、ＤＣモータは特に低速において振動し難くなる。熱交換器４４は普通、複数の金属フィンを有する構造であり、この構造は筐体内に取り付けられてヒートポンプ４６と熱連通する（さらにヒートポンプに取り付けられることが好ましい）。ヒートポンプ４６は通常、筐体３０の壁に取り付けられ、熱交換器４４と、さらに筐体３０外部の周囲環境とも熱連通する。図２ａにおいて、ヒートポンプ４６は、筐体壁３２及び絶縁層３４を貫通する開口に配置されるように示されている。ヒートポンプ４６は、熱を筐体３０の外部から内部に移動させるように機能する（又は場合によっては逆の移動が生じるように機能する）。ヒートポンプ４６がペルチェ効果を利用した熱電冷却器／加熱器となってポンプが内部ガスから熱を取り除くだけでなく、内部ガスに熱を加えることができるように最大限のフレキシビリティをポンプに持たせるのが好ましいが、熱を移動させる他のメカニズムも本発明を実施するのに適している。例えば、外部環境温度が常に十分に低く、分析の間に熱を定常的に内部ガスに加える必要があることが確実な状況の場合、簡単な抵抗加熱ヒータが適しており、そしてこの場合、「ヒートポンプ」という用語は抵抗加熱ヒータを含むものとする。
【００１５】
ヒートポンプ４６は、筐体３０の内壁面又は外壁面に取り付けることができる、又は壁穴に取り付けてヒートポンプが筐体壁を貫通するようにすることができる。重要な点は、外部環境の全ての温度変化に対処する必要性から、ヒートポンプ４６が外部大気に加えて内部の熱交換器４４とも熱連通し、よって熱交換器が隣接内部ガスを加熱（又は冷却）する機能を備えることである。好適な実施形態では、少なくとも２つのヒートポンプ、ファン及び熱交換器を設けることになり、これらの全てが筐体の同じ辺、隣接辺、又は好適には対向辺に取り付けられる。循環ガスが熱交換器と接触する前に非常に長い距離を移動する必要がないように、複数のヒートポンプ、交換器、及びファンを設けることが好ましい。複数のヒートポンプを使用する場合、これらのヒートポンプは直列接続して基本的に単一ユニットとして機能させるのが好ましい。
【００１６】
図２ａには温度センサ４１及び温度センサ４３も示される。温度センサ４３は任意選択であるが、このセンサは本発明の好適な実施形態に含まれる。温度センサ４１は、ＣＥＯＳ機器光学トレイン４０の光学キャビティの外側表面に取り付けるのが好ましい。図２ａには示さないが、別の構成においては、温度センサ４１を光学ベンチ３８に取り付ける。環境によっては、これらの温度センサを光学キャビティ及び光学ベンチの両方に取り付けることが望ましい。温度センサ４１は、ヒートポンプ４６を起動する外部制御回路に接続される。適切な温度センサとしては、熱電対、抵抗加熱装置、好適にはサーミスタが挙げられる。
【００１７】
既に示したように、高精度の分光分析を行なうに当たっての重要な点は、光学キャビティ、好適には光学トレイン全体を一定温度に維持することである。理論上は、光学キャビティの温度を（例えば温度センサ４１により）モニターし、必要に応じてヒートポンプに指示して熱交換器により熱を加えて（又は取り除いて）、光学キャビティを一定の温度に維持するだけで良い。このような動作は熱制御装置（図には示さず）により実行することができる。実際には、我々は、好適な手法は、少なくとも２つのサーミスタ（又は他の温度センサ）を使用し、第１のセンサ（すなわち温度センサ４１）は光学キャビティに取り付け、第２のセンサ（すなわち温度センサ４３）は熱交換器に取り付けることであるという知見を得た。この手法の利点は、我々が、ＣＥＯＳ機器が動作状態にあるときに通常含まれる幾つかの要素を考慮することにより一層容易に理解される。これらの要素とは、１）光学キャビティ、好適には光学トレイン全体の好適な動作温度が普通、筐体外部の周囲温度よりも高い、２）光学トレイン、及び光学トレインを支持する光学ベンチの熱質量が熱交換器の熱質量よりもずっと大きい、３）光学トレイン及び光学ベンチは基本的に同じ温度になる、４）動作状態において光学トレインが或る量の熱を生成する、並びに５）外部周囲環境から光学ベンチ及び光学トレインに、例えばベンチマウントを通して移動する熱はゼロではないが、非常に小さい、ことである。
【００１８】
筐体及びそこに含まれる中身（すなわち、光学ベンチ、光学トレイン、ファン、熱交換器、及びヒートポンプ）の全てが周囲温度、例えば２５℃になっている状態から始めて、次に光学ベンチ及び光学トレインを、例えば４０℃の所望動作温度にまで加熱し始める場合、プロセスは、２つの温度センサを使用すると次のように進行する。レーザをオンにすると、ヒートポンプ又はヒートポンプ群は熱を熱交換器に加え、ファンによって層流ガス流が熱交換器全体に注がれる。熱がデッドゾーンに、次にベンチ及びトレインに移動する速度が小さく、且つ光学ベンチ及び光学トレインの熱質量が大きいので、これらの部品を約４０℃にまで加熱するにはしばらくの時間を要する。前述で指摘したように、光学トレインが正確に４０℃（又は他の選択動作温度）になることが重要ではなく、分析の間、その温度が±０．０１Ｋ、好適には±０．００１Ｋよりも大きく変化しないことが重要である。トレイン及びベンチが温度センサ４１の示す所望温度Ｔ１に達すると、熱制御装置がこの温度を第１設定ポイントとして認識し、その後、光学トレインに起因する温度Ｔ１からの変化を全て検出する。
【００１９】
熱制御装置はまた、温度センサ４３が示す熱交換器の温度Ｔ２（例えば４１℃）を認識する。この状態は光学ベンチ及び光学トレインの温度をＴ１にし、光学ベンチ及び光学トレインを外部環境の熱変化が無い状態でＴ１の温度に維持するために必要である。この熱交換器温度は制御装置が第２設定ポイントとして認識する。繰り返すが、第２設定ポイントの正確な温度は重要なのではなく、温度制御装置が熱交換器の温度を、たとえ小さくてもＴ１の非常に小さな変化の結果としてこの設定ポイントから上げる、又は下げるために熱を加える、又は取り除くべきかどうかを判断することができることが重要である。ベンチ及びトレインは熱質量が大きく、且つデッドゾーンに位置しているため、それらの温度はゆっくりと、且つ非常に小さく変化するだけであるので、第１設定ポイントからの温度変化が検出される（例えば、温度Ｔ１がほんの少し低くなる）と直ちに、制御装置はヒートポンプに指示して熱交換器の温度をＴ２よりも高くなるように上げる。熱交換器は熱質量が小さく、急速に加熱され、同様にこの交換器に注がれる循環ガスを急速に加熱するので、層流ガスからデッドゾーンガスへ限られた量の熱しか移動しないのにも関わらず、ベンチ及びトレインがＴ１を大きく下回る温度、例えば０．００１℃を超えて下回る温度に至る前に、デッドゾーンガスの温度、従って光学ベンチ及び光学トレインの温度を、Ｔ１に戻すように上げることができる。
【００２０】
図２ｂは、図２ａに示す同じチャンバーの模式側面図であり、同様な番号は同様な部品を指す。光学ベンチ用の縦型支持マウント４８が図２ｂに示されている。これらのマウントは光学ベンチ３８及びＣＥＯＳ機器光学トレイン４０を環境摂動から熱絶縁且つ振動絶縁する機能を有する。
【００２１】
図３は光学ベンチマウントの別の実施形態を示している。この場合、縦型支持マウント４８はベンチ３８の直下には位置しない。そうではなく、ベンチ３８の外側に向かって突出して支持マウント４８と接続される（又は一体化される）水平支柱５０を設ける。この特定の構成の利点は、この構成によって、ベンチマウントが筐体の床に接触するポイント５２の容器壁を通してベンチから外部環境に移動する全ての熱が及ぼす影響が最小化されることである。熱の移動がこのように小さくなるのは、ベンチが支持部材に接続される各ポイントが循環空気によってＴ１に近い温度に保持され、熱流を生じさせる温度差が無いからである。
【００２２】
我々の考案した筐体構成の利点は、光学トレインの温度に影響を及ぼすためには、筐体外部の周囲温度の変化が、筐体壁及び筐体壁に設けられる全ての絶縁層を通して循環ガスに伝わる必要があるということである（ベンチマウントを通しての極わずかな熱移動は除く）。光学トレインを取り囲むデッドゾーンガスはほとんど動かないので、デッドゾーンへの、又はデッドゾーンからの熱移動は循環層流ガスとデッドゾーンガスとの境界にしか生じない。従って、循環ガスから光学トレインへの熱移動はデッドゾーンによる伝導を通してのみ行なわれる。ガスは通常、低熱伝導率を有し、層流は乱流と比較して摩擦の小さい流れであるので、壁とデッドゾーンとの間の循環空気の層は「効果的な絶縁」を光学トレイン及び光学ベンチに対して実現するものと考えられる。我々の考案した現時点での筐体構成から得られる更に別の利点は、外部温度変化の全てが循環ガスだけに影響するので、ヒートポンプによって直接加熱する（又は冷却する）必要があるのは、筐体内のガス（循環ガス）の比較的小さな部分のみということである。
【００２３】
ここで、理論的には、高精度を達成するために、実際の光学キャビティのみがそれ自体でその温度を均一に維持する必要があるだけであり、従って光学トレインのこの部品のみを筐体内に配置する必要があるだけである。しかしながら、好適なＣＥＯＳ機器構成においては、光学トレイン全体及び光学トレインを搭載する光学ベンチは普通、図２ａ，２ｂ及び３に示すように、本発明の温度制御された筐体内に配置される。プロセッサ２２は普通、本発明の新規の筐体の内部には配置しない。前述に示したように、乾燥空気は普通よく使用されるガスであるが、乾燥空気以外のガスを筐体３０内で使用して本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】典型的なＣＥＯＳ機器を模式的に示す。
【図２ａ】本発明による筐体の概略上面図である。
【図２ｂ】本発明による筐体の概略側面図である。
【図３】本発明による筐体に使用する光学ベンチマウントの別の構成の側面図を模式的に示す。
【図１】
2006138752.tif 000002
【図２ａ】
2006138752.tif 000003
【図２ｂ】
2006138752.tif 000004
【図３】
2006138752.tif 000005
【外国語明細書】
2006138752000001.pdf
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2006138752000003.pdf
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