(57)【要約】【課題】光学部品に所望の振動を与えることができ、レーザ光由来の干渉ノイズを低減して、高精度な測定を可能にするレーザ式ガス分析装置を提供する。【解決手段】レーザ式ガス分析装置において、レーザ素子２４を光軸方向に微小振動させるレーザ素子振動手段２８Ａを、 直棒９２と、直棒の両端部に配置された圧電素子９３と、直棒の定常波の腹に設けられた微小突起部９１とから構成した。【選択図】図６
2011196832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ素子を含むレーザ光源部と、
前記レーザ素子から出射された光を被測定ガスに照射させるレーザ光出射光学系と、
前記被測定ガスを透過した光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系で集光された光の強度を測定する受光素子と、
前記レーザ素子または前記受光素子の少なくもいずれか一方を光軸方向に微小振動させる振動手段とを備えたレーザ式ガス分析装置において、
前記振動手段は、
直棒と、前記直棒の両端部に配置された圧電素子と、前記直棒の定常波の腹に設けられた微小突起部とからなる振動部と、前記圧電素子を駆動する振動制御部とを備え、
前記直棒を励振することにより前記微小突起部を介し前記レーザ素子または前記受光素子を振動させるようにしたことを特徴とするレーザ式ガス分析装置。
【請求項２】
前記振動部を、第１、第２の直棒と、前記第１、第２の直棒の定常波の腹にそれぞれ設けられた第１、第２の微小突起部と、台座とから構成し、
前記第１の微小突起部を前記レーザ素子または前記受光素子に取り付ける一方、前記第２の微小突起部を前記台座に取り付けるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ式ガス分析装置。
【請求項３】
前記振動部を、長さ方向に伸縮する２枚１組の圧電素子を前記直棒に貼着してなるバイモルフ型の振動部として構成し、前記微小突起部を前記レーザ素子または前記受光素子に取り付けるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ式ガス分析装置。
【請求項４】
前記直棒に１次モード又は３次モードの振動を誘起するようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ式ガス分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの濃度をレーザ光により測定するガス分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
気体状のガス分子には、それぞれ固有の光吸収スペクトルがあることが知られている。レーザ光を用いたガス分析装置（以下、「レーザ式ガス分析装置」）は、レーザ光の特定波長の吸収量が被測定ガス（測定対象ガス）の濃度に比例することを利用してガス濃度を測定する装置である。ガス濃度の測定方法は、周波数変調方式（特許文献１参照）と、２波長差分方式（特許文献２参照）とに大別される。
【０００３】
レーザ式ガス分析装置では、レーザ光のコヒーレント性によって、レーザ素子とコリメートレンズとの間、あるいは、集光レンズと受光素子との間といった光学部品間での光の多重反射により干渉光が発生し、受光信号に干渉ノイズとして重畳されてしまう。この干渉ノイズは外部環境（特に温度）の変化によって変動するため、装置の高感度化、高安定化の妨げになっている。
【０００４】
そこで、近年、上述した光学部品間での光の多重反射による干渉光を低減する手段を備えたレーザ式ガス検出装置が検討されている（特許文献３を参照）。
図１０は、特許文献３に記載されるレーザ式ガス検出装置である。このレーザ式ガス検出装置７００では、測定雰囲気（ガスＧ）中に所定測定光路長を隔てて投受光ユニット７１０と反射ユニット７２０とが対向配置されている。
【０００５】
投受光ユニット７１０は、レーザ素子を備える光源ユニット７３０と、光源ユニット７３０から出射されガス中を通過した光を集光する集光レンズ７４０と、集光レンズ７４０で集光した光を受光検出する受光素子７５０Ａと、受光素子７５０Ａで検出した受光信号を処理してガス濃度を演算する受光信号処理部７５０Ｂと、集光レンズ７４０を光軸方向に微小振動させる振動手段７６０とを備えている。この振動手段７６０は、振動モータなどの各種モータや圧電素子などの駆動手段で構成され、集光レンズ７４０に直接取り付けられている。一方、反射ユニット７２０は、投受光ユニット７１０からのレーザ光を再び測定雰囲気に向けて反射する反射板７９０を備えている。
【０００６】
光源ユニット７３０から出射されたレーザ光は、反射ミラー７７０Ａ，７７０Ｂでそれぞれ反射したのち、集光レンズ７４０の中心位置に設けられたガラス窓７８０から測定雰囲気に向けて出射される。ガラス窓７８０から出射された光は、測定雰囲気中を通過して反射板７９０で反射し、再び測定雰囲気中を通過して集光レンズ７４０で集光され、受光素子７５０Ａで受光される。受光された光は電気信号に変換されたのち、受光信号処理部７５０Ｂで信号処理される。
【０００７】
上記のように構成されるレーザ式ガス分析装置７００では、ガスの検出動作中に振動手段７６０を動作させると、投受光ユニット７１０における集光レンズ７４０及び窓部７８０が光軸方向に微小振動することで、反射ミラー７７０Ｂと窓部７８０との間の距離Ｄ１、窓部７８０と反射板７９０との間の距離Ｄ２、反射板７９０と集光レンズ７４０との間の距離Ｄ３、集光レンズ７４０と受光素子７５０Ａとの間の距離Ｄ４といった光学部材相互間の距離がそれぞれ変化する。これにより、窓部７８０の表面、集光レンズ７４０の表面、反射板７９０の表面での干渉光の反射位置が変わって位相ずれが生じる。その結果、上記距離Ｄ１〜Ｄ４で発生する干渉光が多重反射する間に平均化され、測定に不要な干渉光を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１５１６８１号公報（段落［０００５］、図４等）
【特許文献２】特開２００１−２３５４１８号公報（段落［００１２］〜［００２４］、図２，図１１等）
【特許文献３】特開２００８−７０３１４号公報（段落［００２０］、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献３に示されるようにガスの検出中に集光レンズを微小振動させる方法は、ガス濃度測定を妨げるノイズ要因であるレーザ光由来の干渉ノイズを低減するのに有効な方法ではあるが、以下に述べる問題がある。
【００１０】
まず、レーザ式ガス分析装置では、通常、レーザ光のビームを拡大して測定対象空間に照射するため、集光レンズ７４０のレンズ径は２５〜３０ｍｍ程度と大きくなる。また、煙道のような高温・高腐食性の雰囲気下でガス濃度を計測する場合には、集光レンズ７４０の材料として耐熱性、耐腐食性を有する石英ガラスを用いる必要があるため、プラスチックレンズを用いる場合と比べて集光レンズ７４０の重量が重くなる。このように大きく重いガラスレンズを振動させるためには、振動手段７６０も大型かつ複雑な構造となり、コストアップの要因となる。
【００１１】
また、図１０に示すように、集光レンズ７４０は投受光ユニット７１０の外部に露出した状態で配置されており、煙道内のガスに直接触れる構造となっている。通常、ガスが煙道外部に漏れ出すことがないように、煙道内部は外気に対して陰圧となっている。このため、集光レンズ７４０を振動させた場合には、煙道内・外の気圧差で集光レンズ７４０に圧力がかかり振動させることが困難になるという問題が発生する。集光レンズ７４０が外部に露出しないようにガラス板等で集光レンズ７４０を覆うことも考えられるが、このガラス板によって干渉光がさらに増加してしまうために適用することは困難である。
【００１２】
さらに、微弱振動の周波数が１０ｋＨｚ以上のような高周波振動域になると、光学部品を剛体とみなせなくなり、弾性体としてその振動特性（挙動）を考慮する必要がある。例えば、集光レンズ７４０を高周波で振動させた場合、１枚の集光レンズ上であっても振動変位量は分布をもってしまい、振動の制御が困難になるが、従来技術ではこの点について着目されてはいなかった。
【００１３】
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであって、高周波振動域においても光学部品に所望の振動を与えることができ、レーザ光由来の干渉ノイズを低減して、高精度な測定を可能にするレーザ式ガス分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の請求項１に係るガス分析装置は、
レーザ素子を含むレーザ光源部と、前記レーザ素子から出射された光を被測定ガスに照射させるレーザ光出射光学系と、前記被測定ガスを透過した光を集光する集光光学系と、前記集光光学系で集光された光の強度を測定する受光素子と、前記レーザ素子または前記受光素子の少なくもいずれか一方を光軸方向に微小振動させる振動手段とを備えたレーザ式ガス分析装置において、
前記振動手段は、
直棒と、前記直棒の両端部に配置された圧電素子と、前記直棒の定常波の腹に設けられた微小突起部とからなる振動部と、前記圧電素子を駆動する振動制御部とを備え、
前記直棒を励振することにより前記微小突起部を介して前記レーザ素子または前記受光素子を振動させるようにしたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項２に係るガス分析装置は、請求項１において、前記振動部を、
第１、第２の直棒と、前記第１、第２の直棒の定常波の腹にそれぞれ設けられた第１、第２の微小突起部と、台座とから構成し、前記第１の微小突起部を前記レーザ素子または前記受光素子に取り付ける一方、前記第２の微小突起部を前記台座に取り付けるようにしたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項３に係るガス分析装置は、請求項１において、前記振動部を、
長さ方向に伸縮する２枚１組の圧電素子を前記直棒に貼着してなるバイモルフ型の振動部として構成し、前記微小突起部を前記レーザ素子または前記受光素子に取り付けるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項４に係るガス分析装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記直棒に１次モード又は３次モードの振動を誘起するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のレーザ式ガス分析装置では、振動手段を用いてレーザ素子または受光素子の少なくもいずれか一方を光軸方向に微小振動させることで、レーザ光由来の干渉ノイズを低減させている。光学系を構成するこれらレーザ素子や受光素子は集光レンズと比べてはるかに小型で軽量な部品である。そのため、本発明のレーザ式ガス分析装置によれば、大きく重い集光レンズを振動させる場合と比べて、より信頼性の高いガス分析装置を提供できる。さらに、微小突起部を介してこれら光学部品を振動させるようにしているので、高周波数振動域においても所望の振動を与えることができ、高精度でガス濃度分析を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本実施の形態のレーザ式ガス分析装置の全体構成を示す概略断面図である。
【図２】図２は、図１に示されるレーザ光源部の概略構成を示す図である。
【図３】図３は、図１に示されるレーザ式ガス分析装置の走査信号波形を示す図である。
【図４】図４は、図１に示される受光信号処理部の概略構成を示す図である。
【図５】図５は、図１に示されるレーザ式ガス分析装置の受光信号処理部によって取出された波長走査信号成分を示す図であり、ガスを検出しているときの波形である。
【図６】図６は、振動手段の第１の実施形態を示す図である。
【図７】図７は、振動なしのときの信号波形と振動ありのときの信号波形の一例を示す図である。
【図８】図８は、振動手段の第２の実施形態を示す図である。
【図９】図９は、振動手段の第３の実施形態を示す図である。
【図１０】図１０は、集光レンズを微小振動させる振動手段を備えた従来のレーザ式ガス分析装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
添付図面を参照して、本発明に係るレーザ式ガス分析装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。以下では、本発明を周波数変調方式を用いたレーザ式ガス分析装置に適用した例について説明する。
【００２１】
図１は、本実施の形態のレーザ式ガス分析装置１０の構成を示す概略断面図である。図１に例示されるレーザ式ガス分析装置１０は、被測定ガスＧ（図示せず：以下、省略して「ガスＧ」とよぶ）が通過する煙道などの配管の壁Ｗ１，Ｗ２に設置されている。このレーザ式ガス分析装置１０は、一対のフランジ１１ａ、１１ｂと、各フランジ１１ａ，１１ｂに取り付けられるカバー１３，１４と、一方のカバー１３内に収容されるレーザ光源部（レーザ光源部）２０及びコリメートレンズ（レーザ光出射光学系）３０と、他方のカバー１４内に収容される集光レンズ（集光光学系）４０、受光素子５０及び受光信号処理部６０とから構成されている。
【００２２】
一対のフランジ１１ａ，１１ｂは、両端が開口した円筒状に形成されたものであり、煙道の壁Ｗ１，Ｗ２に溶接等によって固定されている。カバー１３，１４は、一端が開口し他端が閉塞した有底円筒状に形成されたものであり、取付座１２ａ，１２ｂを介してそれぞれフランジ１１ａ，１１ｂに取付けられている。
【００２３】
カバー１３内に配置されたレーザ光源部２０から出射した光はコリメートレンズ３０を含む光学系にて平行光Ｌにコリメートされ、煙道内のガスＧに入射する。平行光Ｌは、煙道内のガスＧを通過する際にガスの吸収を受ける。煙道を通過した平行光Ｌは、カバー１４内に配置された集光レンズ４０により集光されたのち、受光部５０により受光され、受光信号処理部６０で電気信号として検出される。
【００２４】
図２は、図１に示したレーザ光源部２０の概略構成を示す図である。レーザ光源部２０は、以下に説明するレーザ素子２４等の複数の部品をパッケージに収容したユニットとして構成されている。図２に示すように、このレーザ光源部２０のパッケージ内部には、波長制御手段としての波長走査駆動信号発生部（波長走査信号発生手段）２１及び高周波変調信号発生部（周波数変調手段）２２、電流制御部（レーザ素子駆動手段）２３、レーザ素子２４、サーミスタ２５、ペルチェ素子２６、温度制御部２７、レーザ素子振動手段２８及び振動制御部２９が収容されている。
【００２５】
波長走査駆動信号発生部２１は、ガスＧの吸収波長を走査するようにレーザ素子２４の発光波長を可変とする波長走査信号を発生する。高周波変調信号発生部２２は、ガスの吸収波形を検出するために、例えば１０ｋＨｚ程度の正弦波信号を発生して波長を周波数変調する。電流制御部２３は、波長走査駆動信号発生部２１で発生させた波長走査信号と高周波変調信号発生部２２で発生させた正弦波信号とを合成した信号（レーザ駆動信号）を、レーザ素子２４の駆動電流に変換してレーザ素子２４を駆動する。
【００２６】
レーザ素子２４は半導体レーザ（ＬＤ： laser diode）であり、電流制御部２３から供給される駆動電流によりレーザ光を出射する。サーミスタ２５は、レーザ素子２４の温度を検出するための温度検出素子であり、レーザ素子２４と接した状態で配置される。ペルチェ素子２６は、レーザ素子２４の加熱冷却手段であり、サーミスタ２５と接した状態で配置される。温度制御部２７は、サーミスタ２５で測定した温度に基づいてペルチェ素子２６を制御し、これによりレーザ素子２４の温度を一定温度に保つことで、レーザ光の発振波長が制御される。
【００２７】
上述したレーザ素子２４、サーミスタ２５及びペルチェ素子２６は、図２に示すようにレーザ光源部２０のパッケージ内部において積層・一体化された状態で配置されている。そして、ペルチェ素子２６と接触させるようにレーザ素子振動手段２８が設けられている。
【００２８】
レーザ素子振動手段２８は、駆動した場合に自らが振動することにより、ペルチェ素子２６とサーミスタ２５とともにレーザ素子２４をレーザ光の光軸方向に振動させるものである。このレーザ素子振動手段２８により、レーザ素子２４とコリメートレンズ３０との間の距離を変化させることができる。
【００２９】
レーザ素子２４は全長が５ｍｍ程度と非常に小型なパッケージであるため、レーザ素子振動手段２８には小型で安価なものを用いることができる。具体的には、レーザ素子振動手段２８として、圧電素子などを採用することができる。レーザ素子振動手段２８は、振動制御部２９から信号に基づいて制御される。レーザ素子振動手段２８の具体的構造及び振動制御部２９の詳細については後述する。
【００３０】
図２における波長走査駆動信号発生部２１で発生する出力信号は、図３に示すように、一定周期で繰り返される台形形状となる。図３における信号Ｓ１は、電流制御部２３を介してレーザ素子２４に供給される電流の大きさを直線的に変える部分である。この信号Ｓ１によってレーザ素子２４０の発光波長を徐々にずらしていき、例えばアンモニアガスであれば、０．２ｎｍ程度の線幅を走査可能としている。
【００３１】
図３に示される信号Ｓ２は、吸収波長は走査しないがレーザ素子２４は発光させておく部分であり、レーザ素子２４の発光が安定するスレッショルド電流値以上の値にしておく。さらに信号Ｓ３は、駆動電流をほぼ０にした部分である。
【００３２】
さらに、波長走査駆動信号発生部２１は、波長走査信号の１周期に同期したパルス状のトリガ信号（図示せず）を発生させて、そのトリガ信号をガス濃度検出のための演算処理を行う演算部６５（図４を参照）に送信する。このトリガ信号は、例えば、レーザ素子２４の駆動電流をゼロにするような波長走査駆動信号のタイミング（信号Ｓ３の発生タイミング）に同期して発生させる。
【００３３】
図４は、図１における受光素子５０及び受光信号処理部６０の概略構成を示す図である。受光素子５０は、例えばフォトダイオードであり、レーザ素子２４の発光波長に感度を持つ素子を適用する。受光素子５０の出力は受光信号処理部６０に送られ、Ｉ−Ｖ変換器６１で電圧出力に変換され、ローパスフィルタ６４Ａで高周波ノイズ成分が除去される。ローパスフィルタ６４Ａからの出力信号は、発振器６２からの２ｆ信号（２倍波信号）が加えられる同期検波回路６３に入力され、レーザ光の変調信号の２倍周波数成分の振幅のみが抽出される。同期検波回路６３の出力信号は、ローパスフィルタ６４Ｂでノイズ除去や増幅が行われ、演算部６５に送られる。演算部６５では、ガス濃度検出のための演算処理を行う。
【００３４】
上記のように構成したレーザ式ガス分析装置１０を用いた濃度測定の方法について説明する。まず、事前に、レーザ素子２４の温度をサーミスタ２５により検出する。さらに、図３に示した波長走査駆動信号Ｓ１の中心部分でガスＧを測定できるように、温度制御部２７によりペルチェ素子２６の通電を制御してレーザ素子２４の温度を所望の温度に保つ。
【００３５】
レーザ素子２４の温度を所望の温度に保ちながら、ドライブ電流を変化させることによりレーザ素子２４を駆動し、ガスが存在する煙道内に向けてレーザ素子２４から光を出射し、受光素子５０へ光を入射させる。ガスによるレーザ光の吸収がある場合は、同期検波回路６３によって２倍波信号が検出され、ガスの吸収波形が現れる。図５は、ガスを検出しているときの波形を示すグラフであり、信号８１はＩ−Ｖ変換器６１から出力される受光信号波形であり、信号８２は同期検波回路６３の出力波形である。同期検波回路６３の出力波形において、点線で囲んだＡ部がガスの吸収波形である。
【００３６】
吸収波形Ａの大きさがガス濃度となるため、吸収波形Ａの最大値又は最小値の大きさを計測してもよいし、信号変化を積分してもよい。しかしながら、何らかの原因によって同期検波回路６３の出力にオフセット変動が発生した場合、最大値もしくは最小値のみの検出あるいは積分による検出では誤差が生じてしまい、ガス濃度を正確に検出できないおそれがある。そこで、さらに高精度に安定的にガス濃度を検出するため、以下の（数１）、（数２）式に示すように、最大値（図５のＣ点）と、最小値（図５のＢ点もしくはＤ点）の差分をとり、その差分値の絶対値を算出し、ガス濃度を検出するのが好ましい。
（数１）  
ガス濃度＝α×｜Ｂ−Ｃ｜
（数２）  
ガス濃度＝α×｜Ｃ−Ｄ｜
（数１）式及び（数２）式において、Ｃは図５中の吸収波形Ａにおける最大値、Ｂ，Ｄは吸収波形Ａにおける最小値、αはガス濃度変換係数を示す。
【００３７】
一方、ガスの吸収がない場合には、同期検波回路６３は、２倍周波数信号が検出されないので、同期検波回路６３の出力は理想的には直線となる。
【００３８】
上述した方法によりガス濃度検出が可能となるが、光源にレーザ素子２４を使用しているため、その非常に高いコヒーレンス性によって、例えばレーザ素子２４とコリメートレンズ３０との間、集光レンズ４０と受光素子５０との間で、レーザ光の一部が多重反射し、この多重反射光が干渉光となる。
【００３９】
この干渉ノイズを低減させるために、上述したレーザ素子振動手段２８によりレーザ素子２４を光軸方向に微小振動させ、レーザ素子２４とコリメートレンズ３０との間の距離を変化させる。レーザ素子振動手段２８は、圧電素子を用いて構成され、振動制御部２９の指令信号に基づいた振動周波数および振幅（光軸方向の変位量）で振動する。レーザ素子振動手段２８の振幅は数μｍから数１０μｍであり、振幅は時間によらず一定とするのが好ましい。また、レーザ素子振動手段２８の振動周波数は、高周波変調信号発生部２２による正弦波信号の周波数（たとえば１０ｋＨｚ）の１０倍以上（たとえば１００ｋＨｚ以上）もしくは１／１０倍以下（たとえば１ｋＨｚ）に設定することがのぞましい。レーザ素子振動手段２８の振動周波数が正弦波信号の周波数の１／１０倍より大きく１０倍未満の場合、レーザの変調周波数（たとえば１０ｋＨｚ）と振動周波数の分離が困難となり、干渉ノイズの除去が困難となる。
【００４０】
上述したレーザ素子振動手段２８によって、レーザ素子２４が振動すると、レーザ素子２４とコリメートレンズ３０間の距離が変化する。これにより、コリメートレンズ３０表面とレーザ素子２４間の多重反射光によって発生している干渉光の強度は、干渉発生条件が変化するため変動する。この干渉光変動の周期はレーザ素子２４の振動周波数に等しい。そこで、振動周波数成分を除去可能なローパスフィルタ等のフィルタ処理によって検出信号から干渉ノイズを除去することが可能となる。
【００４１】
次に、レーザ素子振動手段の具体的構成について説明する。  
図６はレーザ素子振動手段の第１の実施形態を示す図であり、図６(Ａ)は１次モードの振動状態を示し、図６(Ｂ)は３次モードの振動状態を示している。
レーザ素子振動手段２８Ａは、圧電素子を用いた振動部９０Ａと振動制御部２９からなる。振動部９０Ａは、直棒９２と、直棒９２の両端部に配置された一対の圧電素子９３と、これらを支持する台座９４から構成されている。また、圧電素子９３と直棒９２は接着剤で固定されている。
【００４２】
そして、直棒９２の長さ方向の中心（定常波振動の腹）に微小突起部９１が設けられており、レーザ素子２４は、この微小突起部９１を介して直棒９２に取り付けられる。レーザ素子２４を取り付ける際、直棒９２の光軸方向以外に振動する部分にレーザ素子３１が触れていると、光軸がずれてしまう恐れがある。また、振動の中心点とレーザ素子２４の取り付け位置を合致させる位置決め作業も困難である。本実施形態のように、レーザ素子２４と直棒９２との間に微小突起部９１を設けることにより、レーザ素子２４を正確に光軸方向に振動させることができ、さらに取り付けの際の位置決めも容易となる。また、振動系の付加質量となる微小突起部９１のサイズを変更することにより、振動特性を微調整することもできる。
【００４３】
２つの圧電素子９３を同周波数、同位相で駆動させると、直棒９２に定在波のたわみ振動が誘起される。振動モードは、直棒９２の中心が振動の腹になる誘起しやすい奇数次の振動モードであればどのモードを用いても良いが、レーザ素子２４に大きな振動変位量を与えるには、図６に示すような１次もしくは３次モードが望ましい。
【００４４】
図７に、レーザ素子振動手段２８Ａを動作させた場合とさせない場合の受光信号処理部による出力信号波形の一例を示す。図７に示すように、レーザ素子振動手段２８Ａを動作させない場合（振動なし）の信号波形には、凹凸形状の干渉ノイズが発生している。一方、レーザ素子振動手段２８Ａを動作させたとき（振動あり）には、大幅に干渉ノイズが低減できていることが分かる。
【００４５】
図８はレーザ素子振動手段の第２の実施形態を示す図であり、図８(Ａ)は１次モードの振動状態を示し、図８(Ｂ)は３次モードの振動状態を示している。
このレーザ素子振動手段２８Ｂでは、直棒２本を用いた変位増大機構を用いており、その他の構成は第１の実施形態と同様である。振動部９０Ｂは、第１の直棒９２と第２の直棒９６を有し、相対向するこれら直棒の両端に圧電素子９３が配置されている。また、第１、第２の直棒の長さ方向の中心（定常波振動の腹）には、それぞれ、第１の微小突起部９１、第２の微小突起部９５が設けられている。そして、第１の微小突起部９１をレーザ素子２４に取り付ける一方、第２の微小突起部９５を台座９４に取り付けるようにして構成されている。ここで、両端の圧電素子９３を駆動すると、第１の微小突起部９１と第２の微小突起部９５は互いに逆向きに接近、離間するように振動する。本実施形態によれば、上述の第１の実施の形態と比較して、圧電素子９３に印加する電圧が同じでも、レーザ素子２４に２倍の振動変位を与えることが出来る。
【００４６】
図９に、レーザ素子振動手段の第３の実施形態を示す。
このレーザ素子振動手段２８Ｃでは、振動部９０Ｃをバイモルフ構成としている。すなわち、直棒９２はその両端を不図示のレーザ光源部ケース内壁に固定した両持ち梁となっており、分極方向を揃えた２枚１組の圧電素子９７が、直棒９２の両側に計４枚貼着されている。また、上述の実施形態と同様に、直棒９２の長さ方向の中心（定常波振動の腹）に微小突起部９１を設け、微小突起部９１を介してレーザ素子２１を取り付けるようにしている。圧電素子９７を駆動すると、圧電素子９７は長さ方向に沿って伸縮し、直棒９２を撓み振動させる。本実施形態によれば、直棒１本でも大きな振動変位を得ることができる。
【００４７】
ところで、干渉光は、レーザ素子２４とコリメートレンズ３０との間で最も多く発生する。したがって、上記のようにレーザ素子２８を振動させることで干渉ノイズが大幅に低減され、従来に比して正確なガス濃度計測を行うことができるようになる。
しかしながら、干渉光は集光レンズ４０と受光素子５０との間でも発生する。そこで、受光素子５０を振動させる受光素子振動手段（図示せず）を設けるようにしても良い。この受光素子振動手段は、レーザ素子振動手段２８と同様に構成され、受光素子５０に接した状態で配置される。
【００４８】
また、上記実施の形態では、ガス濃度の測定方法として周波数変調方式を用いたレーザ式ガス分析装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、レーザ光の特定波長の吸収量が被測定ガスの濃度に比例することを利用してガス濃度を測定する他の方法を用いたレーザ式ガス分析装置にも適用することができる。
例えば、被測定ガスにより吸収されやすい（吸収の大きい）波長と、吸収され難い（吸収の小さい）波長の２波長のレーザ光をレーザ素子から被測定ガスに照射し、この２波長のレーザ光を受光素子で受光してガス濃度を測定する２波長差分方式を用いたレーザ式ガス分析装置においても、上述した効果と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００４９】
１０  レーザ式ガス分析装置
１１ａ，１１ｂ  フランジ
１２ａ，１２ｂ  取付座
１３，１４  カバー
２０  レーザ光源部
２１  波長走査駆動振動発生部（波長走査信号発生手段：波長制御手段）
２２  高周波変調信号発生部（周波数変調手段：波長制御手段）
２３  電流制御部（レーザ素子駆動手段）
２４  レーザ素子
２５  サーミスタ
２６  ペルチェ素子
２７  温度制御部
２８Ａ,２８Ｂ,２８Ｃ  レーザ素子振動手段
２９  振動制御部
３０  コリメートレンズ（レーザ光出射光学系）
４０  集光レンズ（集光光学系）
５０  受光素子
６０  受光信号処理部
６１  Ｉ／Ｖ変換器
６２  発信器
６３  同期検波回路（２倍周波数成分検出手段）
６４Ａ，６４Ｂ  ローパスフィルタ
６５  演算部
９１，９５  微小突起部
９２，９６  直棒
Ｇ    被測定ガス
Ｌ    平行光（レーザ光）
Ｗ１，Ｗ２  （煙道の）壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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