(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に測定対象ガスが導入されるセル本体と、前記セル本体内に設けられ、入射した光を多重反射した後に外部へ射出する多重反射機構とを備えた多重反射型セルであって、
前記多重反射機構が、
フィールドミラーと、
前記フィールドミラーと対向するとともに前記多重反射機構における光の入射側に設けられた第１対物ミラーと、
前記フィールドミラーと対向するとともに前記多重反射機構における光の射出側に設けられた第２対物ミラーと、を具備し、
前記フィールドミラーと、前記第１対物ミラー及び前記第２対物ミラーとの間に前記測定対象ガスが導入されるように構成され、
前記多重反射機構に入射する光が最初に前記第２対物ミラーで反射されるように構成されていることを特徴とする多重反射型セル。
【請求項２】
前記第１対物ミラー及び前記第２対物ミラーが、前記フィールドミラーの光軸を含む対称面に対して対称となるように配置されている請求項１記載の多重反射型セル。
【請求項３】
前記第１対物ミラーの曲率中心が前記フィールドミラーの前記多重反射機構における光の射出側に設定されており、
前記第２対物ミラーの曲率中心が前記フィールドミラーの前記多重反射機構における光の入射側に設定されている請求項１又は２記載の多重反射型セル。
【請求項４】
前記フィールドミラーが、前記多重反射機構の外部から光が入射する光入射口と、前記多重反射機構から外部へ光が射出される光射出口と、を備えた請求項１乃至３の何れか一項に記載の多重反射型セル。
【請求項５】
前記フィールドミラーの反射面上に形成される複数の反射点の配置間隔が、反射面の中心部よりも外縁部のほうが大きくなるように構成されている請求項１乃至４の何れか一項に記載の多重反射型セル。
【請求項６】
前記第１対物ミラーの反射面上に形成される複数の反射点の配列、及び、前記第２対物ミラーの反射面上に形成される複数の反射点の配列がそれぞれ放物線をなし、各放物線の頂点が前記多重反射機構の外側へ向くように構成されている請求項１乃至５の何れか一項に記載の多重反射型セル。
【請求項７】
前記多重反射機構を収容するセル本体を備えており、
前記セル本体における前記フィールドミラー側に、外部から前記多重反射機構に光を入射させる入射窓及び前記多重反射機構から外部に光を射出させる出射窓が設けられており、
前記入射窓が、入射する光の光軸に対して面板部が直交するとともに、当該面板部が前記第２対物ミラー側を向いており、
前記出射窓が、入射する光の光軸に対して面板部が直交するとともに、当該面板部が前記第１対物ミラー側を向いている請求項１乃至６の何れか一項に記載の多重反射型セル。
【請求項８】
前記セル本体における前記フィールドミラー側に、外部から前記多重反射機構に光を入射させる入射窓及び前記多重反射機構から外部に光を射出させる出射窓が設けられており、
前記入射窓及び前記出射窓の表面に反射防止膜が形成されている請求項１乃至６の何れか一項に記載の多重反射型セル。
【請求項９】
最後に前記第１対物ミラーで反射された光が前記多重反射機構から外部へと射出されるように構成された請求項１乃至８の何れか一項に記載の多重反射型セル。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の多重反射型セルを備えた分析装置。
【請求項１１】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の多重反射型セルを備え、
前記測定対象ガスが排ガスである排ガス分析装置。
【請求項１２】
内部に測定対象ガスが導入されるセル本体と、前記セル本体内に設けられ、入射した光を多重反射した後に外部へ射出する多重反射機構とを備えた多重反射型セルへの光の入射方法であって、前記多重反射機構が、フィールドミラーと、前記フィールドミラーと対向するとともに前記多重反射機構における光の入射側に設けられた第１対物ミラーと、前記フィールドミラーと対向するとともに前記多重反射機構における光の射出側に設けられた第２対物ミラーと、を具備し、前記フィールドミラーと、前記第１対物ミラー及び前記第２対物ミラーとの間に前記測定対象ガスが導入されるように構成されており、
前記多重反射機構に入射する光が最初に前記第２対物ミラーで反射されるように光を前記多重反射機構へと入射させることを特徴とする光の入射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射した光を多重反射した後に外部へと射出する多重反射型セル、及び、この多重反射型セルを用いた分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光）法を用いたガスの吸光分析では、必要となる測定対象ガスの容量を小さくしつつ、測定対象ガスを通過する光の光路長を長くするために複数枚のミラーで構成された多重反射機構を備えたホワイト型多重反射セルが用いられる（非特許文献１参照）。
【０００３】
図９に示す多重反射機構ＭＲは、測定対象ガスが内部に導入されるセル本体（図９においては図示しない）の内部に配置されている。さらに前記多重反射機構ＭＲは、１枚のフィールドミラー１２と、前記フィールドミラー１２と対向するとともに前記多重反射機構ＭＲにおける光の入射側に設けられた第１対物ミラー１３と、前記フィールドミラー１２と対向するとともに前記多重反射機構ＭＲにおける光の射出側に設けられた第２対物ミラー１４と具備する。
【０００４】
このような多重反射機構ＭＲには、まず前記第１対物ミラー１３で最初に反射されるように光軸に対して所定の広がりを有する光が導かれる。その後前記フィールドミラー１２と前記第１対物ミラー１３又は前記第２対物ミラー１４との間で導入された光の反射が繰り返される。そして、前記多重反射機構ＭＲ内で反射を繰り返した光は最終的に前記多重反射機構ＭＲにおける光の入射側とは反対側に設定されている射出側から外部へと射出される。
【０００５】
ところで、例えば発動機の排ガス分析等のように測定対象ガスの成分の時間変化を測定したい場合、前記セル本体の容積を小さくして導入される測定対象ガスの置換時間をできる限り短くし、応答性を向上させることが求められる。
【０００６】
この要望に応えるために前記セル本体の容積を小さくすると必然的に各ミラーの間隔が短くなってしまう。このため、従来と同程度の測定精度を実現するには、前記多重反射機構ＭＲ内における光の反射回数を増やして光路長を維持する必要がある。
【０００７】
しかしながら、前記多重反射機構ＭＲ内における反射回数が増えると、前記フィールドミラー１２の中央部よりも外縁近傍に反射点が密に集中してしまう。すると、外縁近傍の射出口ＯＰ付近で反射点が重なりあってしまい、一部の光が規定の反射回数に到達する前に前記多重反射機構ＭＲから外部へと射出されてしまうことがある（図８参照）。このため、測定対象ガスによる吸光度を正確に測ることができなくなってしまう。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Long Optical Paths of Large Aperture Journal of the Optical Society of America May, 1942 Vol 32
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、測定対象ガスの導入されるセル本体の容積を小さくしつつ、多重反射機構において規定の反射回数に達する前に外部へ射出され反射されずに失われてしまう光の量を低減できる多重反射型セル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】
【００１０】
すなわち、本発明に係る多重反射型セルは、入射した光を多重反射した後に外部へ射出する多重反射機構を備えた多重反射型セルであって、前記多重反射機構が、フィールドミラーと、前記フィールドミラーと対向するとともに前記多重反射機構における光の入射側に設けられた第１対物ミラーと、前記フィールドミラーと対向するとともに前記多重反射機構における光の射出側に設けられた第２対物ミラーと、を具備し、前記多重反射機構に入射する光が最初に前記第２対物ミラーで反射されるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光の入射方法は、入射した光を多重反射した後に外部へ射出する多重反射機構を備えた多重反射型セルへの光の入射方法であって、前記多重反射機構が、フィールドミラーと、前記フィールドミラーと対向するとともに前記多重反射機構における光の入射側に設けられた第１対物ミラーと、前記フィールドミラーと対向するとともに前記多重反射機構における光の射出側に設けられた第２対物ミラーと、を具備し、前記多重反射機構に入射する光が最初に前記第２対物ミラーで反射されるように光を前記多重反射機構へと入射させることを特徴とする。
【００１２】
このようなものであれば、前記多重反射機構に入射する光の入射角を大きくすることができ、従来とは逆に前記フィールドミラーの中心部に反射点を密に集中させて、当該フィールドミラーの少なくとも光が射出される側の外縁部では反射点があまり集中しないようにできる。なお、フィールドミラーの中心部とは、少なくとも中心部を含む光出射口側から離れた領域を示す概念であり、フィールドミラーの外縁部とは、少なくとも光出射口側に近い領域を表す概念である。
【００１３】
したがって、前記多重反射型セルを小型化した場合に反射回数を多くして測定対象ガスを通過する光の光路長は長くしても、フィールドミラーの光が射出される側の外縁部において反射点が重なりあうことで規定の反射回数に達する前に外部に射出されてしまう光の量を低減できる。このため、例えば吸光分析時における応答速度を改善しつつ、その測定精度を高く保つことが可能となる。
【００１４】
より具体的には従来の多重反射型セルでは多重反射機構における入射側に配置された第１対物ミラーで最初に反射されるように光を入射させ、第２対物ミラーで最後に反射された光が外部に射出されるように構成されている。このため、第２対物ミラーから例えば前記フィールドミラー上に形成された出射口に至る光線の光軸は、前記フィールドミラーの光軸に対して角度が小さく、出射口の近傍に反射点が集中する原因となっていた。これに対して本発明に係る多重反射型セルでは多重反射機構の入口側から遠く離れた第２対物ミラーに対して最初に光が入射し、第１対物ミラーで最後に反射された光を外部へと射出することができる。このため、前記第２対物ミラーから前記フィールドミラーへと進行する光と、前記フィールミラーから前記第１対物ミラーへと進行する光は従来よりも前記フィールドミラーの光軸に対して斜めに進行し、前記第１対物ミラーから前記フィールドミラーへの光の入射角度を大きくできる。したがって、多重反射機構の出口近傍で反射点が集中して密度が上昇するのを防ぐことができ、反射回数が規定回数に達さずに外部へと出射されるのを防ぎやすい。
【００１５】
必要最小数のミラーで前記多重反射機構を実現でき、前記多重反射型セルを小型化しやすくするとともに、高性能の分析装置を実現できるようにするには、前記第１対物ミラー及び前記第２対物ミラーが、前記フィールドミラーの光軸を含む対称面に対して対称となるように配置されていればよい。
【００１６】
前記多重反射型セルの小型化した場合において、前記多重反射機構内における光の反射回数を増加させやすく、規定の反射回数に達さずに外部に射出される光の量を低減しやすくするには、前記第１対物ミラーの曲率中心が前記フィールドミラーの前記多重反射機構における光の射出側に設定されており、前記第２対物ミラーの曲率中心が前記フィールドミラーの前記多重反射機構における光の入射側に設定されていればよい。
【００１７】
前記フィールドミラーと前記第１対物ミラーとの間から光を入射させなくてもよいようにして前記多重反射型セルの内部容積を小さくできるようにし、かつ、規定の反射回数に達さずに外部に射出される光の量を低減できるようにするための具体的な構成としては、前記フィールドミラーが、前記多重反射機構の外部から光が入射する光入射口と、前記多重反射機構から外部へ光が射出される光射出口と、を備えたものが挙げられる。このようなものであれば、前記多重反射機構内で反射を繰り返す光は前記フィールドミラーの外縁に至るまでに前記光射出口から前記多重反射機構の外部へと射出されるようにできる。したがって、外縁部での反射点を減らすことができ、ミラーに反射されない光を低減することができる。
【００１８】
反射回数を多くして光路長を長くできるとともに、規定の反射回数に達さずに外部に射出される光の量を低減するための具体的な構成例としては、前記フィールドミラーの反射面上に形成される複数の反射点の配置間隔が、反射面の中心部よりも外縁部のほうが大きくなるように構成されているものが挙げられる。
【００１９】
前記フィールドミラーの外縁部における反射点の発生密度を低下させることができ、規定の反射回数に達さずに外部に射出される光の量を低減できる具体的な構成例としては、前記第１対物ミラーの反射面上に形成される複数の反射点の配列、及び、前記第２対物ミラーの反射面上に形成される複数の反射点の配列がそれぞれ放物線をなし、各放物線の頂点が前記多重反射機構の外側へ向くように構成されているものが挙げられる。
【００２０】
多重反射型セルが、前記多重反射機構を収容するセル本体を備えている。そして、このセル本体は、前記フィールドミラー側に、外部から前記多重反射機構に光を入射させる入射窓及び前記多重反射機構から外部に光を射出させる出射窓が設けられている。この構成において、入射窓及び出射窓における光の反射によるロスを低減するためには、前記入射窓が、入射する光の光軸に対して面板部が直交するとともに、当該面板部が前記第２対物ミラー側を向いており、前記出射窓が、入射する光の光軸に対して面板部が直交するとともに、当該面板部が前記第１対物ミラー側を向いていることが望ましい。
【００２１】
また、入射窓及び出射窓における光の反射によるロスを低減するためには、前記入射窓及び前記出射窓の表面に反射防止膜が形成されていることが望ましい。
【００２２】
最後に前記第１対物ミラーで反射された光が前記多重反射機構から外部へと射出されるように構成されたものであれば、前記フィールドミラー上において反射点の形成密度が小さい部分から外部へと光を導出でき、規定回数の反射をせずに外部へと射出される光を無くして光量のロスを防ぎやすい。
【００２３】
本発明に係る多重反射型セルを用いた分析装置であれば、前記多重反射型セル内の容積を小型化して測定の応答性を高めつつ、規定の反射回数に達さずに外部に射出される光を低減して測定精度を高い分析を実現できる。
【００２４】
本発明に係る多重反射型セルを備え、前記フィールドミラーと、前記第１対物ミラー及び前記第２対物ミラーとの間に排ガスが存在するように構成された排ガス分析装置であれば、装置全体を小型化しながらも高精度での排ガスの成分分析や濃度測定を実施できる。
【発明の効果】
【００２５】
このように本発明の多重反射型セルによれば、前記多重反射機構に入射する光が最初に前記第２対物ミラーで反射されるように構成されているので、前記フィールドミラーにおける反射点を中心部に集中させ、外縁部ではまばらにすることができる。したがって、多重反射型セルを小型化して光路長を長くするために前記多重反射機構における反射回数を多くしても規定の反射回数に達さずに外部に射出される光を低減し、測定精度を高く保つことが可能となる。好ましくは、フィールドミラーの外縁部において、対物ミラーからの反射光が、規定の反射回数に達する前に外部に射出されてしまうことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る分析装置を示す模式図である。
【図２】同実施形態における多重反射型セルを示す模式図である。
【図３】同実施形態における多重反射セルにおける反射状態を示す模式図である。
【図４】同実施形態の多重反射型セルにおける反射点の間隔について示す模式図である。
【図５】変形実施形態に係る分析装置を示す模式図である。
【図６】変形実施形態における多重反射型セルを示す模式図である。
【図７】従来の多重反射型セルにおける反射状態を示す模式図である。
【図８】従来の多重反射型セルにおける反射点の間隔について示す模式図である。
【図９】従来の多重反射型セルにおいて第１対物ミラーに光を入射させる点を示す模式図である。
【図１０】光源の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の一実施形態に係る多重反射型セル１００、及び、分析装置２００について図１を参照しながら説明する。
【００２８】
本実施形態の分析装置２００は、自動車の内燃機関から排出される排ガスに含まれる複数の成分の濃度を時系列データとして測定するために用いられる。すなわち、本実施形態の分析装置２００は排ガス分析装置として構成してある。
【００２９】
図１に示すように前記分析装置２００は、自動車のテールパイプに接続され排ガスの一部をサンプリングするとともに、空気により所定の濃度まで希釈する希釈機構２１と、前記希釈機構２１と接続され、希釈排ガスから排ガス中の各成分の濃度を測定する分析機構２とを備えている。
【００３０】
前記分析機構２は、ＦＴＩＲ法により排ガス中の例えばＣＯ２、ＮＯｘ等の複数の成分について各濃度を測定するものである。この分析機構２は、前記希釈機構２１により希釈された希釈排ガスが導入される多重反射型セル１００と、前記多重反射型セル１００に対して赤外光を導入する光源２２と、前記多重反射型セル１００を通過して射出された光の強度を検出する光検出器２３と、前記多重反射型セル１００に希釈排ガスを導入するポンプ２４と、前記光検出器２３の校正を行うためのゼロガス、スパンガスを前記多重反射型セル１００内へと供給する基準ガス供給部２５と、を備えている。なお、ポンプ２４は、多重反射型セル１００の上流に設けられても良いし、下流に設けられても良い。
【００３１】
次に前記多重反射型セル１００の詳細について説明する。
【００３２】
前記多重反射型セル１００は、内部に測定対象ガスである希釈排ガスが導入されるセル本体１１と、前記セル本体１１内に設けてあり、入射した光を多重反射した後に外部へと射出する多重反射機構ＭＲと、を備えている。
【００３３】
前記多重反射機構ＭＲは、図２に示すように１つのフィールドミラー１２と、前記フィールドミラー１２と対向するように設けられた第１対物ミラー１３及び第２対物ミラー１４とを具備する。各ミラーは凹面鏡であり反射した光を対向するミラーの反射面上で結像するように配置してある。より具体的には、前記フィールドミラー１２の光軸を含む対称面ＳＰ（反射型セルの中心線を通る仮想平面）に対して前記第１対物ミラー１３及び前記第２対物ミラー１４は対称（面対称）となるように配置してある。なお、以下の説明では前記対称面ＳＰを境界として「前記多重反射機構ＭＲにおける光の入射側」と「前記多重反射機構ＭＲにおける光の射出側」を定義することとする。すなわち、図２において前記光源２２から射出された赤外光が入射する前記対称面ＳＰに対して上半分が前記多重反射機構ＭＲにおける光の入射側に相当する。また、図２における前記対称面ＳＰに対して下半分が前記多重反射機構ＭＲにおける光の射出側に相当する。本実施形態では、前記多重反射機構ＭＲにおける光の入射側に配置してあるのが前記第１対物ミラー１３であり、前記多重反射機構ＭＲにおける光の射出側に配置してあるのが前記第２対物ミラー１４である。
【００３４】
前記フィールドミラー１２は、前記セル本体１１内において前記光源２２から光が導入される側の端部に設けてある。また前記フィールドミラー１２の反射面の曲率半径は前記第１対物ミラー１３及び前記第２対物ミラー１４の曲率半径とほぼ同じに設定してある。このフィールドミラー１２において前記多重反射機構ＭＲにおける光の入射側には、赤外光を前記多重反射機構ＭＲ内、すなわち、前記フィールドミラー１２と前記第１対物ミラー１３又は前記第２対物ミラー１４との間に導入するための貫通口である光入射口ＩＰが形成してある。また、前記フィールドミラー１２において前記対称面ＳＰに対して前記光入射口ＩＰと対称の位置には前記多重反射機構ＭＲ内で多重反射された光を外部へ射出するための貫通口である光射出口ＯＰが形成してある。
【００３５】
前記光入射口ＩＰから入射する赤外光の光軸方向は、前記多重反射機構ＭＲにおける光の射出側に配置してある前記第２対物ミラー１４の反射面中央部に対して交差するようにしてある。すなわち、前記光源２２から射出され、多重反射される前の赤外光は前記多重反射機構ＭＲにおいて最初に前記第２対物ミラー１４の反射面に入射して反射されるように構成してある。言い換えると、前記光入射口ＩＰを通過した光は当該光入射口ＩＰから見て遠い方の対物ミラーに対して最初に入射するようにしてある。さらに別の表現をすると、前記多重反射機構ＭＲに入射した光は前記フィールドミラー１２の光軸を含む前記対称面ＳＰを通過した後で前記第２対物ミラー１４に対して入射するように構成してある。
【００３６】
前記第１対物ミラー１３及び前記第２対物ミラー１４は、曲率半径中心と反射面の中心とを結ぶ仮想直線が前記対称面ＳＰと交差するようにその向きが設定してある。すなわち、前記多重反射機構ＭＲにおける光の入射側に配置してある前記第１対物ミラー１３は、前記フィールドミラー１２の光の射出側と対向するようにしてある。一方、前記多重反射機構ＭＲにおける光の射出側に配置してある前記第２対物ミラー１４は、前記フィールドミラー１２の光の入射側と対向するようにしてある。前記第１対物ミラー１３及び前記第２対物ミラー１４の曲率中心はそれぞれ前記フィールドミラー１２の反射面の近傍に配置してある。
【００３７】
このように構成された多重反射型セル１００における光線の軌跡、反射点の特性について従来と比較しながら説明する。
【００３８】
図３に本実施形態の多重反射型セル１００に対して光を入射させた場合の光の軌跡を示す。また、図４は入射直後の光の軌跡のみを抽出して記載したものであり、本実施形態の各ミラーにおける反射点の発生状態を示すものである。
【００３９】
一方、図７には従来のように光入射口ＩＰから近い方の前記第１対物ミラー１３に対して光を入射させた場合の光の軌跡を示す。また、図８は入射直後の光の軌跡のみを抽出して記載したものであり、従来の各ミラーにおける反射点の発生状態を示すものである。
【００４０】
図３及び図４に示すように前記光入射口ＩＰから遠い方の前記第２対物ミラー１４に対して光を入射させると、第２対物ミラー１４、フィールドミラー１２、第１対物ミラー１３、フィールドミラー１２、第２対物ミラー１４、フィールドミラー１２の順番で光の反射が繰り返される。さらに、前記フィールドミラー１２の反射面上に形成される反射点に注目すると図４の番号及び矢印で示すように第１対物ミラー１３の反射光の軌跡ＲＦ１は、反射が繰り返されるごとに光入射口ＩＰから光射出口ＯＰに向けて反射点が移動していく。また、第２対物ミラー１４の反射光の軌跡ＲＦ２は、反射が繰り返されるごとに、光射出口ＯＰから光入射口ＩＰに向けて反射点が移動していく。この際、前記フィールドミラー１２の外縁部においては反射点の発生間隔は中央部と比較して粗になる。したがって、反射回数を増加させても前記フィールドミラー１２の外縁部に形成された前記光射出口ＯＰの近傍に反射点同士が重なり合いながら密集してしまうのを防ぐことができる。このため、前記光射出口ＯＰの近傍から例えば規定の反射回数に対して残り２回反射される必要のある光の反射点を十分に遠ざけることができ、規定の到達していない光が前記光射出口ＯＰを通って外部へ射出されることを防止する。このようになるのは、前記光入射口ＩＰから遠い方にある前記第２対物ミラー１４へ光を入射させることによって、前記フィールドミラー１２に対する光の入射角は外縁部ほど大きくなるからである。
【００４１】
一方、図７及び図８に記載している従来技術では、本実施形態の前記フィールドミラー１２における反射点の発生状態とは全く逆の傾向が表れている。
【００４２】
図７及び図８に示すように、光入射口ＩＰから近い方の第１対物ミラー１３に対して光を入射させると、第１対物ミラー１３、フィールドミラー１２、第２対物ミラー１４、フィールドミラー１２、第１対物ミラー１３、フィールドミラー１２の順番で光の反射が繰り返される。さらに、フィールドミラー１２の反射面上に形成される反射点に注目すると、光入射口ＩＰから近い方の第１対物ミラー１３に対して光を入射させると、第１の対物ミラー１３の反射光の軌跡ＲＦ１は、反射が繰り返されるごとに光射出口ＯＰから光入射口ＩＰに向けて反射点が移動していく。また、第２対物ミラー１４の反射光の軌跡ＲＦ２は、反射が繰り返されるごとに、光入射口ＩＰから光射出口ＯＰに向けて反射点が移動していく。この際、前記フィールドミラー１２の外縁部においては反射点の発生間隔は中央部と比較して密になる。これは、フィールドミラー１２に対する光の入射角は外縁部ほど小さくなるからである。
【００４３】
したがって、図７に示されるようにフィールドミラー１２の外縁部において反射点の間隔が短くなり、反射点が集中することになる。特に光がレーザ光等のようにコヒーレンス性の高いものではなく、光軸に対して所定の広がりを有する光の場合、光射出口ＯＰの近傍に反射点が集中すると、光軸に対して広がっていく光は規定の反射回数に達する前に前記光射出口ＯＰに入ってしまう。このため、外縁部での反射回数が多いほど、規定の反射回数に達さずに前記多重反射機構ＭＲの外部へと射出されてしまう光の量が多くなってしまっている。
【００４４】
さらに、本実施形態は図４に示すように前記第１対物ミラー１３の反射面上に形成される複数の反射点の配列、及び、前記第２対物ミラー１４の反射面上に形成される複数の反射点の配列は、頂点を有する離散曲線をなしている。これらの離散曲線は概略放物線状であり、前記第１対物ミラー１３上では前記多重反射機構ＭＲにおける光の入射側に凸となるように、前記第２対物ミラー１４上では前記多重反射機構ＭＲにおける光の射出側に凸となるように構成してある。
【００４５】
このように本実施形態の多重反射型セル１００によれば、前記多重反射機構ＭＲの光の射出側に配置されている前記第２対物ミラー１４に対して最初に光が入射するように構成してあるので、上述したように前記フィールドミラー１２上において外縁部での反射頻度を低減し、中央部での反射頻度を高くすることができる。
【００４６】
したがって、前記多重反射型セル１００に対して入射される光のコヒーレンス性が低く、所定の立体角で広がりながら進行するものであっても、前記フィールドミラー１２の外縁部において規定の反射回数に達する前に前記光射出口ＯＰに入ってしまって外部へと射出されてしまう光の量を低減させることができる。
【００４７】
言い換えると、従来の光の入射態様であれば多重反射型セル１００の容積を単純に小さくすると、前記フィールドミラー１２の外縁部における反射頻度が高くなり、規定の反射回数に達する前に外部に射出される光の量が多くなってしまい、ＦＴＩＲ法を実行するのに必要な吸光を十分に実現できない。これに対して、本実施形態であれば多重反射型セル１００を小型化しても分析精度を担保できるだけの光量を前記多重反射型セル１００から射出する事が可能となる。したがって、容積の低減による多重反射セル内の測定対象ガスの置換速度を向上させ、成分分析の応答速度を良くしつつ、従来とほぼ同じ精度の成分分析も可能となる。
【００４８】
その他の実施形態について説明する。
【００４９】
前記実施形態の分析装置は排ガスを分析するものであったが、その他のガスについて吸光度に基づき測定を行うものであっても構わない。例えばＮＤＩＲ法等の測定に本発明を用いても構わない。また、吸光度法を用いた測定であれば本発明の多重反射型セルにより、測定の応答性と測定精度を両立させることが可能となる。また、前記多重反射型セルは、吸光度に基づく分析装置以外にも用いることができる。
【００５０】
前記実施形態では、フィールドミラーに設けられた光入射口を介して光を第２対物ミラーへ入射させるように構成されていたが、例えば図９に示した従来例のようにフィールドミラーと第１対物ミラーとの間から光を多重反射機構内へ入射させて、前記第２対物ミラーへ最初に入射し反射されるようにしても構わない。このようなものであっても前記実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００５１】
フィールドミラー及び対物ミラーの個数については前記実施形態に示したものに限られず、さらに複数設けられていても構わない。この場合、前記多重反射機構の入射側に最も近い対物ミラーに対して光を最初に入射させず、他の対物ミラーへ光を最初に入射させて反射されるようにすればよい。すなわち、前記多重反射機構における光の入射側、又は、前記多重反射機構における光の射出側の定義は前記実施形態に記載したもののように前記フィールドミラーの光軸に基づいて定められる対称面を基準としたものに限られない。例えば対物ミラーが光の前記多重反射機構内の進行方向に対して３つ並んで設けられている場合には、１つ目の対物ミラーと２つ目の対物ミラーとの間に設定される仮想平面を基準として光の入射側と光の射出側を定義してもよい。この場合、２つ目の対物ミラー又は３つ目の対物ミラーのいずれかに最初に光が入射するように構成すればよい。
【００５２】
前記実施形態では、採取した排ガスを大気により希釈するものであったが、図５に示すように、分析装置２００は、例えば自動車のテールパイプから出る排ガスの一部又は全部を試料採取部２０１により採取して、当該試料採取部２０１により採取された排ガスを希釈することなく多重反射型セル１００に導入するものであっても良い。
【００５３】
さらに、図６に示すように、セル本体１１におけるフィールドミラー１２側に、外部から多重反射機構ＭＲに光を入射させる入射窓Ｗ１及び多重反射機構ＭＲから外部に光を射出させる出射窓Ｗ２が設けたものであっても良い。なお、入射窓Ｗ１及び出射窓Ｗ２は、フッ化バリウム（ＢａＦ２）基板、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）基板又は硫化亜鉛（ＺｎＳ）基板などを用いることが考えられる。
【００５４】
ここで、入射窓Ｗ１は、第２対物ミラー１４側を向いて前記フィールドミラー１２の光軸に対して傾斜している。つまり、入射窓Ｗ１は、第２対物ミラー１４の反射面に対向しており、入射窓Ｗ１の法線方向が、第２対物ミラー１４の光軸１４Ｃとほぼ一致するように配置されている。また、出射面Ｗ２は、第１対物ミラー１３側を向いて前記フィールドミラー１２の光軸に対して傾斜している。つまり、出射面Ｗ２は、第１対物ミラー１３の反射面に対向しており、出射面Ｗ２の法線方向が第１対物ミラー１３の光軸１３Ｃとほぼ一致するように配置されている。すなわち、入射窓Ｗ１、射出窓Ｗ２の面板部はそれぞれ入射する光、又は、射出される光の光軸に対して垂直となるように配置されているとともに、各面板部は第２対物ミラー１４、第１対物ミラー１３の方向へ向くように配置してある。
【００５５】
さらに、入射窓Ｗ１及び出射窓Ｗ２における光の反射によるロスを低減するために、入射窓Ｗ１及び出射窓Ｗ２の表面に反射防止膜が形成されている。この反射防止膜は、分析対象となる赤外線の波長域において８０％以上の透過率を有するものである。また、反射防止膜は、入射面Ｗ１及び出射面Ｗ２のセル内側表面及びセル外側表面の両方に形成されても良いし、セル内側表面又は外側表面の何れか一方に形成されても良い。なお、セル内側表面に反射防止膜を形成して、排ガスによる腐食又は反射防止膜による排ガスのコンタミの問題が生じる場合には、セル外側表面のみに設けることが望ましい。
【００５６】
その上、図１０に示すように、前記実施形態の分析機構２の光源２２の周囲に断熱部材２２１を設けても良い。この断熱部材２２１は、光源２２である例えばセラミック光源の発光部２２ｘに対応した例えば円柱状の開口部２２１Ｈを有している。このように、光源２２の周囲に断熱部材２２１を設けることにより、外部からの熱影響を受けにくくするとともに、開口部２２１Ｈの形状によって光源２２から出る光を調整することができる。
【００５７】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の組み合わせや変形を行っても構わない。
【符号の説明】
【００５８】
２００・・・分析装置
１００・・・多重反射型セル
１１  ・・・セル本体
ＭＲ  ・・・多重反射機構
１２  ・・・フィールドミラー
１３  ・・・第１対物ミラー
１４  ・・・第２対物ミラー
ＩＰ  ・・・光入射口
ＯＰ  ・・・光射出口
ＳＰ  ・・・対称面
【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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