(57)【要約】気体混合物中の微量気体の濃度を検出するための光音響式微量気体検出器（１００）が提供される。本検出器（１００）は、光ビームを生成する光源（１０１）と、気体混合物中に音波を発生させるために前記光ビームを変調して一連の光パルスにする光変調器（１０３）とを有する。光変調器（１０３）は、前記光ビームを、0でないより低い強度レベルとより高い強度レベルとの間で変調するよう構成される。前記音波の振幅が前記濃度の尺度である。光空洞（１０４ａ、１０４ｂ）は前記気体混合物を入れ、前記光パルスの光強度を増幅する。トランスデューサ（１０９）は前記音波を電気信号に変換する。前記光パルスの光強度を測定する光検出器（１１０）をもつフィードバック・ループ（１１０、１１１）が光空洞（１０４ａ、１０４ｂ）中の光強度の増幅を調節する。
2010502943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体混合物中の微量気体の濃度を検出するための光音響式微量気体検出器であって：
・光ビームを生成する光源と、
・前記気体混合物中に前記濃度の尺度になる振幅をもつ音波を発生させるために前記光ビームを変調して一連の光パルスにする光変調器と、
・前記気体混合物を入れ、前記光パルスの光強度を増幅するための光空洞と、
・前記音波を電気信号に変換するトランスデューサと、
・前記光空洞中の光パルスの光強度の増幅を調節するための、前記光パルスの光強度を測定する光検出器を有するフィードバック・ループとを有し、
・前記光ビームを、0でないより低い強度レベルと、より高い強度レベルとの間で変調するよう構成された光変調器とを有する、
光音響式微量気体検出器。
【請求項２】
前記より低い強度レベルの高さを調節する手段をさらに有する、請求項１記載の光音響式微量気体検出器。
【請求項３】
・前記光変調器は、第一の偏極をもつ光を変調する一方、第二の偏極をもつ光は変調しないよう構成され、
・前記フィードバック・ループは、前記第二の偏極をもつ光だけを前記光検出器に与える手段を有する、
請求項１記載の光音響式微量気体検出器。
【請求項４】
前記光源と前記光変調器の間に位置され、前記第一の偏極をもつ光の強度と前記第二の偏極をもつ光の強度の比を変えることを可能にする偏極回転子をさらに有する、請求項３記載の光音響式微量気体検出器。
【請求項５】
前記光変調器が少なくとも第一の0でない透過係数をもつ第一の部分および前記第一の透過係数より高い第二の透過係数をもつ第二の部分を有する、請求項１記載の光音響式微量気体検出器。
【請求項６】
前記トランスデューサが水晶振動子である、請求項１記載の光音響式微量気体検出器。
【請求項７】
前記水晶振動子が水晶音叉である、請求項３記載の光音響式微量気体検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体混合物中の微量気体の濃度（a  concentration  of  a  trace  gas）を検出するための光音響式微量気体検出器であって、光ビームを生成する光源と、前記気体混合物中に前記濃度の尺度になる振幅をもつ音波を発生させるために前記光ビームを変調して一連の光パルスにする光変調器と、前記気体混合物を入れ、前記光パルスの光強度を増幅するための光空洞と、前記音波を電気信号に変換するトランスデューサと、前記光空洞中の光パルスの光強度の増幅を調節するフィードバック・ループとを有し、前記フィードバック・ループは前記光パルスの光強度を測定するための光検出器を有する光音響式微量気体検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような検出器は非特許文献１の論文から知られている。この論文に記載されている検出器は、断続されたレーザー・ビームを音響セル中に含まれる気体中に送る。レーザー・ビームは周期的に光ビームを遮る回転ディスク・チョッパによって断続される。レーザー波長は、気体の特定の分子をより高いエネルギー・レベルに励起し、結果として音響セル内の温度および圧力の局所的上昇を引き起こすよう同調されている。断続周波数が音響セルの共振周波数に一致すれば、圧力変動は定常音響波を生じる。音響波は音響セル内のマイクロホンによって検出される。そのような音響セルの共振周波数は、典型的には数kHzのオーダーである。ロッシらの検出器では、2.6kHzの断続周波数が使われている。
【０００３】
ロッシらはまた、レーザー波長を空洞長にロックすることによって、ファブリ・ペロ空洞を使って音響セル内の光強度を増幅することも記載している。検出器の感度はレーザー出力に比例するので、増幅は非常に有利である。フィードバック信号は、ファブリ・ペロ空洞の背後に置かれるフォトダイオードから得られる。空洞を通じて伝わった強度がレーザー波長に対するフィードバックのために使われる。それは、チョッパがレーザー・ビームを遮断し、透過する強度が0であるときにはフィードバック信号が存在しないという欠点がある。したがって、これらの期間にはレーザーに空洞フィードバックを与えることができず、空洞は擾乱を受けるとロックが外れることがありうる。結果は、光パワーの損失であり、付随する光音響信号強度の減少である。ロッシらによって提起された解決策は、生成されるフィードバック信号が数周期にわたる平均であるよう、大きな時定数をもつ信号復調を使う。その結果、空洞ロック機構は遅くなる。
【０００４】
光音響式微量気体検出器の重要な用途は、呼気試験である。呼気試験は医療技術の有望な領域である。呼気試験は非侵襲的で、ユーザー・フレンドリーで低コストである。呼気試験の主要な例は、喘息のモニタリング、酒気試験ならびに胃の障害および急性臓器拒絶の検出である。最初の臨床的な試行は、乳癌および肺癌の予備スクリーニングにおける可能な用途を示している。これらの揮発性バイオマーカーは、十億分の一（ppb）の範囲の典型的な濃度をもつ。窒素酸化物（NO）は人間の息における最も重要な微量気体の一つであり、喘息患者にはNOの濃度上昇が見られる。現在のところ、ppb濃度での呼気のNOレベルは、化学ルミネセンスまたは光吸収分光に基づく高価でかさばる装置を使ってしか測定できない。コンパクトでハンドヘルドで低コストのNOセンサーは、気道の炎症を診断およびモニタリングするために使うことができ、医師の診察室でも自宅での投薬管理のためにも使うことができる興味深い装置をなす。
【０００５】
これらのハンドヘルド型気体分析装置にとって、十分な高感度（ppbのレベル）を高い堅牢性と組み合わせることが課題である。現在の光音響式微量気体検出器には、小さな形状因子のレーザー（すなわちダイオード・レーザー）は微量気体検出のために必要とされる感度に達するのに十分なレーザー出力をもたないという欠点がある。ロッシらによって記述された光出力増強空洞の使用は光出力を増すことができるが、それは遅いフィードバックにつながってしまう。上記のように、光増強空洞が光音響と組み合わせて使われるとき、フィードバック信号はチョッパによって間欠的にオン／オフされる。結果として、空洞ロック機構が非常に遅くなる。これはシステムがポータブルな用途のためには十分堅牢でないことにつながる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ロッシ（Rossi）ら、「外部ファブリ・ペロ空洞による、ダイオード・レーザー光音響式微量気体検出の光学的向上（Optical  enhancement  of  diode  laser-photo  acoustic  trace  gas  detection  by  means  of  external  Fabry-Perot  cavity）」、「アプライド・フィジックス・レターズ（Applied  Physics  Letters）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
冒頭段落のような光音響式微量気体検出器であって高速なフィードバック・ループをもつものを提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の側面によれば、この目的は、冒頭段落のような光音響式微量気体検出器であって、前記光変調器が0でないより低い強度レベルとより高い強度レベルとの間で前記光ビームを変調するよう構成されることによって達成される。
【０００９】
光強度が0まで落ちないので、中断されないフィードバック信号が提供される。このようにして、高速でより安定したフィードバック・ロック・ループが実装でき、当該検出器のポータブルな用途が可能になる。
【００１０】
ある好ましい実施形態では、前記検出器はさらに、前記より低い強度レベルの高さを調節する手段を有する。
【００１１】
前記調節する手段は、ユーザーまたは自動化システムに、光音響変調された信号に関するフィードバック・ループのためのフィードバック信号の強さを調節することを許容する。強いフィードバック信号が必要とされるときは、より多くの光強度がフィードバック・ループのために使われる。より安定した条件では、気体流セルにおける圧力変動を与えるためにより多くの光強度が使われ、フィードバック信号のために使われるのはより少なくてもよい。それは微量気体検出器の改善された精度につながる。前記調節する手段は、たとえば、調節可能な透過性をもつフィルタを有していてもよい。
【００１２】
ある好ましい実施形態では、前記光変調器は、第一の偏極をもつ光を変調する一方、第二の偏極をもつ光は変調しないよう構成され、前記フィードバック・ループは、前記第二の偏極をもつ光だけを前記光検出器に提供する手段を有する。
【００１３】
この実施形態では、第二の偏極をもつ光はフィードバック信号として使うために連続的に利用可能であり、一方で第一の偏極をもつ光は変調されて、気体流セルの中に所望される圧力変動を引き起こす。フィードバック信号が比較的安定していて、光パルスを提供するために必要とされる光強度の遷移によって影響されないことが、この実施形態の利点である。
【００１４】
好ましくは、前記光音響式微量気体検出器はさらに、前記光源と前記光変調器の間に位置され、前記第一の偏極をもつ光の強度と前記第二の偏極をもつ光の強度の比を変えることを可能にする偏極回転子を有する。
【００１５】
レーザー光の偏光方向を回転させることにより、第一および第二の偏極をもつ光の強度の比を変えることができる。これは、ユーザーまたは自動化システムに、光音響変調された信号に関するフィードバック・ループのためのフィードバック信号の強さを調節することを許容する。
【００１６】
ある好ましい実施形態では、前記トランスデューサは水晶振動子である。水晶振動子は、上述の従来技術のシステムにおいて使用されるマイクロホンよりずっと感度がいい。結果として、より感度の高い光音響式微量気体検出器が得られる。追加的な利点として、水晶振動子の高感度により、音響セルの使用が本質的ではなくなり、それにより検出器の構築が単純化される。
【００１７】
あるさらなる実施形態では、水晶振動子は水晶音叉〔音叉型水晶振動子〕である。水晶音叉は高い精度もつ。さらに、水晶音叉は、たとえばデジタル時計の製造のために大規模に使われているのでそれほど高価ではない。
【００１８】
本発明のこれらの側面およびその他の側面は、以下に記載する実施形態から明白であり、これを参照することで明快にされるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１ａ】本発明に基づく光音響式微量気体検出器のある実施形態を概略的に示す図である。
【図１ｂ】本発明に基づく光音響式微量気体検出器のあるさらなる実施形態を概略的に示す図である。
【図２ａ】従来技術に基づく変調された光の光強度の時間依存性を示す図である。
【図２ｂ】本発明のある実施形態に基づく変調された光の光強度の時間依存性を示す図である。
【図３】本発明に基づく微量気体検出器と一緒に使うために構成されている二つのチョッパを示す図である。
【図４】本発明のあるさらなる実施形態に基づく、変調された光の光強度の時間依存性を示す図である。
【図５】本発明のある実施形態に基づく、変調された光の波長依存性を示す図である。
【図６ａ】偏極依存変調器を有する本発明の諸実施形態に基づく、変調された光の時間依存性を示す図である。
【図６ｂ】偏極依存変調器を有する本発明の諸実施形態に基づく、変調された光の時間依存性を示す図である。
【図７】偏極依存変調器を有する本発明のある実施形態に基づく、二つの異なる偏極をもつ変調された光についての光強度の時間依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１ａは、本発明に基づく典型的な光音響式微量気体検出器１００を示している。光源１０１は連続波レーザー・ビームを提供し、たとえばチョッパ１０３、シャッターまたは音響光変調器によってある「チョッピング」周波数で一連の光パルスに変調される。あるいはまた、光源１０１そのものが固定した周波数で光パルスを提供してもよい。光パルスは、二つの半透明鏡１０４ａおよび１０４ｂによって画定される光空洞中に送られる。任意的に、空洞鏡１０４ａから光源１０１への光の反射を減らすために、光源１０１と入力鏡１０４ａの間に光アイソレータ１０２が置かれる。光パルスは入力鏡１０４ａを通って光空洞にはいり、二つの空洞鏡１０４ａおよび１０４ｂの間を何度も反射される。二つの鏡１０４ａと１０４ｂの間の距離がレーザーの波長と共振していれば、定常波が発生し、光強度が増幅される。出力鏡１０４ｂによって透過される光は光検出器１１０で測定される。光検出器１１０からの信号がレーザー波長または光空洞の長さについてのフィードバック信号として使われる。
【００２１】
空洞ロック方式では、レーザーおよび空洞は同じ固定した波長で動作する。たいていの設計では、レーザー波長または空洞長のいずれかが変調され、空洞を通してのレーザーの透過または反射が光検出器１１０によって監視される。その際、透過の変化がフィードバック信号として使われる。フィードバック信号は、空洞鏡１０４ａ、１０４ｂの一つに取り付けられたアクチュエータ、たとえば圧電ドライバを駆動するために（空洞長の変調）、あるいはレーザー周波数を設定するために（レーザー波長の変調）使われる。レーザーの波長は典型的には、空洞にロックされていれば、空洞共振の側部（flank）で走査される。レーザー波長が空洞との共振から外れると（レーザーの小さな波長変調は含まない）、透過される強度が変わる。すると、フィードバック信号がレーザー・ダイオード１０１に送られて、波長を訂正し、透過を所望されるレベルに引き戻す。最大空洞透過では、レーザーの波長変調は典型的には透過の変化につながらないことを注意しておく。したがって、空洞は好ましくは最大透過のすぐ下で（just  below）動作されるべきである。レーザー強度が（レーザーの不安定性により）変わるとき、共振ピークの高さが変わり、結果としてフィードバック振幅が変わる。ロック機構は、新しい平衡が達成されるまで、レーザーを、新しい共振曲線上の別の周波数に動かす。
【００２２】
光空洞内において、検査されるべき気体試料を含むために気体セル１０６が位置されている。代替的には、光空洞が気体セル１０６によって包まれている。任意的に、気体セル１０６は、当該気体セル１０６を通じた気体の流れを許容するために気体入口１０７および気体出口１０８を有する。レーザー波長が分子遷移、すなわちEI→EKに同調されている場合、下のレベルEIにある気体分子の一部は上のレベルEKに励起されることになる。これらの励起された分子は、他の原子または分子との衝突により、励起エネルギーを衝突相手の並進、回転または振動エネルギーに移行させうる。熱平衡では、これは熱エネルギーの上昇を引き起こし、気体セル１０６内の温度および圧力の局所的な上昇をもたらす。各光パルスが圧力増を引き起こし、その後、次のパルスが到着するまで圧力は再び低下できる。この圧力の増減はチョッピング周波数での音響波を生じることになる。気体セル１０６の中ほどに、気体中で吸収された光によって生成された音響波を拾い上げることのできるトランスデューサ１０９、たとえばマイクロホンが位置されている。好ましくは、トランスデューサ１０９は、気体中で吸収された光によって生成される音響波を拾い上げることのできる共振周波数をもつ結晶振動子、たとえば水晶音叉である。水晶振動子の使用は音響セルを不要にすることがありうる。
【００２３】
図２ａは、従来技術における変調された光の光強度（y軸）を時間の進行（x軸）の関数として示している。たとえば、ロッシらによる微量気体検出器では、レーザー源からの連続波レーザー・ビームから光パルスを作り出すため、光ビームは周期的に遮断される。結果として、変調された光の光強度は二つのパルスの間の期間では0になり、フィードバック信号が中断される。中断期間は簡単には短縮できない。より高いチョッパ周波数を使う検出器は、あまりに小さな音響セルを必要とすることになり、非効率的になるからである。
【００２４】
図２ｂは、本発明に基づく変調された光の光強度の時間依存性を示している。ここで、光は光強度が決して0まで下がらないように変調される。光は上と下の強度レベルの間で変調されるが、下のレベルは0よりも実質的に高い。このようにして、フィードバック信号は決して中断されず、フィードバック・ループの応答時間は従来技術の状況よりずっと短くなりうる。
【００２５】
図３は、本発明に基づく微量気体検出器１００とともに使うよう構成されている二つのチョッパ１０３を示している。チョッパ１０３は、光ビームを変調して一連の光パルスにするために使用される。図３のチョッパ１０３は、より低い透過係数をもつ第一のセグメント３０１およびより高い透過係数をもつ第二のセグメント３０２を有する回転可能なディスクである。前記より低い透過係数は0よりも実質的に高い。前記より高い透過係数は、前記第一の透過係数より高く、好ましくは約1に等しい。動作では、チョッパ１０３は定角速度で回転される。光ビームがより低い透過係数をもつセグメント３０１に入射するとき、光のほとんどは遮断される。チョッパ１０３の背後では、その低い強度の光ビームは気体中の多くの分子を励起することはないが、光検出器１１０がフィードバック信号を与えるには十分な光を提供する。光ビームがより高い透過係数をもつセグメント３０２に入射するときは、光の全部または大半が透過される。チョッパ１０３の背後では、その高い強度の光ビームは気体中の多くの分子を励起し（もしあれば）、これが熱エネルギーの増加を引き起こし、気体セル１０６内の温度および圧力の局所的な上昇をもたらす。前記両セグメントの透過係数は、吸収フィルタまたは反射フィルタを使って実現されてもよい。図３に示される第二の実施形態は、低レベルと高レベルの間で相応して強度を変調するために小さな穴３０３および大きな穴３０４の配列をもつプレートを使う。穴の代わりにスリットを使ってもよい。あるいはまた、穴またはスリットの大きさではなく密度を変えることもできる。穴またはスリットの総面積が、要求される透過に比例する。いずれの変調状態でも比較的一定の強度を達成するためには、穴またはスリットはビーム直径よりずっと小さいべきである。必要なら、これは、ビーム拡大器（beam  expander）にコリメータを後続させたものを用いて達成できる。光パルスおよび結果として得られる音響波の周波数は、チョッパ１０３の角速度およびディスク上のセグメント数に依存する。音響光信号の強度は、パルスの高い強度レベルとより暗い期間の間の低い強度レベルとの間の差に比例する。チョッパ１０３の代わりに、たとえばシャッターまたは音響光変調器のような他の種類の変調器が使用されてもよい。
【００２６】
図４は、本発明のあるさらなる実施形態に基づく変調された光の光強度の時間依存性を示している。光強度は、光音響検出のための低周波数のチョッピング成分および空洞ロッキングのための高周波数の変調を有する。高周波数変調は、レーザー波長を平均波長のまわりで変調することによって提供されうる。あるいはまた、たとえば空洞鏡１０４ａ、１０４ｂの一つに取り付けられた圧電ドライバを使って空洞長を変調することもできる。レーザーの波長は、空洞にロックされていれば、典型的には、空洞共振の側部で走査される。レーザー波長が空洞との共振から外れると（レーザーの小さな波長変調は含まない）、透過される強度が変化する。すると波長を補正して透過を所望のレベルに向かって引き戻すよう、フィードバック信号がレーザー・ダイオード１０１に送られる。最大空洞透過では、レーザーの波長変調は透過の変化につながらないことを注意しておく。したがって、空洞は最大透過のすぐ下で（just  below）動作されるべきである。レーザー強度が（レーザーの不安定性により）変わるとき、共振ピークの高さが変わり、結果としてフィードバック振幅の変化を伴う。
【００２７】
図５は、本発明のある実施形態に基づく、変調された光の波長依存性を示している。チョッピング周波数での光強度の変調は、図５に示されるような小さな波長シフトを生じる。小さな波長区間５１にわたる高周波数での波長変調は、空洞共振の傾きに沿ってある振幅５２での強度変調につながる。透過が低から高に変わるとき、共振ピークの高さは振幅を増す。結果として、共振曲線の傾きおよびフィードバック振幅が変えられる。フィードバック振幅５３は一定のままでなければならないので、レーザーの中心波長を変えて同じフィードバック振幅を達成するよう、フィードバック信号がレーザーに送られる。これは、小さな波長シフト５４につながる。この望まれない波長シフト５４は、図６を参照してのちに述べる実施形態では起こらない。
【００２８】
図１ｂは、本発明に基づく光音響式微量気体検出器のある好ましい実施形態を示している。この実施形態は偏極依存変調器１０３を使う。この偏極依存変調器１０３は、光音響励起のために使われる偏光ビームの変調につながるが、フィードバックのために使われる直交する偏光ビームは変調しない。これは、機械的チョッパの周に沿って「ｐ」偏光子と開いたブレードの交互の系列を置くことによって達成されうる。「ｓ」ビームは「ｐ」偏光子によって遮断され、一方、「ｐ」ビームはチョッパのブレードのいずれによっても影響されず、したがって一定の振幅をもつ。レーザーは、出力ビームが「ｐ」「ｓ」両成分を含むような角度で設置される。するとビームは図１ａに示されるような気体分析システム全体にはいり、光空洞の下流にある偏極ビーム・スプリッター８２によって分割される。すると透過された「ｓ」偏極ビームは、光音響信号に対する参照信号のはたらきをするよう第一の光検出器８３によって測定されうる。透過された「ｐ」偏極ビームは第二の光検出器８４によって検出され、電子システム１１１を使って復調される。ここで、その振幅がレーザーを空洞にロックするために使われる。変調器１０３の目的は、微量気体の光音響励起のために「ｓ」ビームを変調しつつ、その一方で同時に、空洞ロッキングのために「ｐ」ビームのための一定の透過を達成することである。この一定な透過のため、この実施形態は、図５に示された前記の実施形態の波長シフト５４を示さず、したがって非常に安定している。
【００２９】
ある好ましい実施形態では、検出器は、異なる偏極をもつ光の強度の比を変えることを可能にするための、光源１０１と光変調器１０３との間に置かれた偏極回転子８１を有する。フィードバックがあまり重要でない安定な条件では、フィードバック・ループのために使われる光の強度は減らされ、光音響検出のために使われる光の強度が増やされる。
【００３０】
図６は、偏極回転子８１および偏極依存変調器１０３を有する本発明のある実施形態に基づく、変調された光の光強度の二つの時間依存性を示している。図６ａに示される状況では、「ｓ」偏極成分は比較的大きい。図６ａは、変調器の背後での全光強度（「ｓ」と「ｐ」の和）を示している。高い強度レベルと低い強度レベル６２の間の比較的大きな差６１は、強い光音響信号につながる。
【００３１】
図６ｂは、それほど安定でない状況についての、たとえば検出器が大きな衝撃を受けるときの（たとえば誰かが検出器を手に持って歩いているときの）変調器の背後での全光強度を示している。偏極回転子８１は、変調器によって影響されない偏極をもつ光（「ｐ」成分）がより多く変調器に送られるように光ビームの偏極を回転させる。高い強度レベルと低い強度レベル６４の間の差６３は今やずっと小さくなっているが、フィードバック・ループのために使われる光の強度レベル６４は増加される。結果として、光音響信号は前ほど強くないが、空洞ロック・フィードバック・ループはずっとよい性能を発揮する。
【００３２】
図７は、偏極依存変調器を有する本発明のある実施形態に基づく、空洞の下流での異なる偏極両方について変調された光の光強度の時間依存性を示している。これらの強度は、偏極ビーム・スプリッター８２を光空洞の背後に置き、対応する偏極をもつ光の強度を測定するために二つの別個の光検出器８３、８４を設けることによって別個に測定されうる。図７は、空洞の下流での両偏極の光強度を示している。「ｓ」偏極ビームは、光音響信号生成のための低周波の変調およびレーザー波長変調の高周波成分を両方有している。「ｐ」偏極ビームは、高周波数の波長変調を有するのみである。「ｐ」偏極ビームの空洞へのロックは、非常に安定になされることができる。というのも、図５に示した実施形態にあったような強度の大きな差がないからである。フィードバック・ビームが光音響ビームから分離されているので、波長シフト５４はもはや存在しない。フィードバック信号の量は単に、レーザー偏極のさらなる回転によって調整されることができる。「ｓ」偏光および「ｐ」偏光を空洞に結合することは等しいと想定される。軸対称空洞についてはもっともな想定である。
【００３３】
光空洞および水晶振動子の有利な組み合わせは、原理的には、異なるフィードバック・ループおよび／または変調方式を使った微量気体検出器において達成されることもできることを注意しておく。マイクロホンの代わりに水晶振動子が使われるとき、水晶振動子の共振周波数に一致するチョッピング周波数を使うことが重要である。
【００３４】
上記の実施形態が本発明を限定するのではなく例解するものであり、当業者は付属の請求項の範囲から外れることなく多くの代替的な実施形態を設計できるであろうことを注意しておくべきであろう。請求項において、括弧内に入れられた参照符号があったとしてもその請求項を限定するものと解釈してはならない。動詞「有する」およびその活用形の使用は、請求項において述べられているもの以外の要素や段階の存在を排除するものではない。要素の単数形の表現はそのような要素の複数の存在を排除するものではない。本発明は、いくつかの相異なる要素を有するハードウェアによって、およびプログラムされたコンピュータによって実装されることができる。いくつかの手段を列挙する請求項において、これらの手段のいくつかは単一のハードウェア項目によって具現されてもよい。ある種の施策が互いに異なる従属請求項に記載されているというだけの事実が、それらの施策の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。
【図１ａ】
2010502943.tif 000003
【図１ｂ】
2010502943.tif 000004
【図２ａ】
2010502943.tif 000005
【図２ｂ】
2010502943.tif 000006
【図３】
2010502943.tif 000007
【図４】
2010502943.tif 000008
【図５】
2010502943.tif 000009
【図６ａ】
2010502943.tif 000010
【図６ｂ】
2010502943.tif 000011
【図７】
2010502943.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月3日(2009.3.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体混合物中の微量気体の濃度を検出するための光音響式微量気体検出器であって：
・光ビームを生成する光源と、
・前記気体混合物中に前記濃度の尺度になる振幅をもつ音波を発生させるために前記光ビームを変調して一連の光パルスにする光変調器と、
・前記気体混合物を入れ、前記光パルスの光強度を増幅するための、二つの半透明鏡を有しており、該二つの鏡の間の距離が前記光ビームの波長と共振するときに前記増幅を与える光空洞と、
・前記音波を電気信号に変換するトランスデューサと、
・前記光空洞中の光パルスの光強度の増幅を調節するための、増幅後の前記光パルスの光強度を測定する光検出器を有するフィードバック・ループとを有し、
・前記光ビームを、0でないより低い強度レベルと、より高い強度レベルとの間で変調するよう構成された光変調器とを有する、
光音響式微量気体検出器。
【請求項２】
前記より低い強度レベルの高さを調節する手段をさらに有する、請求項１記載の光音響式微量気体検出器。
【請求項３】
・前記光変調器は、第一の偏極をもつ光を変調する一方、第二の偏極をもつ光は変調しないよう構成され、
・前記フィードバック・ループは、前記第二の偏極をもつ光だけを前記光検出器に与える手段を有する、
請求項１記載の光音響式微量気体検出器。
【請求項４】
前記光源と前記光変調器の間に位置され、前記第一の偏極をもつ光の強度と前記第二の偏極をもつ光の強度の比を変えることを可能にする偏極回転子をさらに有する、請求項３記載の光音響式微量気体検出器。
【請求項５】
前記光変調器が少なくとも第一の0でない透過係数をもつ第一の部分および前記第一の透過係数より高い第二の透過係数をもつ第二の部分を有する、請求項１記載の光音響式微量気体検出器。
【請求項６】
前記トランスデューサが水晶発振器である、請求項１記載の光音響式微量気体検出器。
【請求項７】
前記水晶発振器が水晶音叉である、請求項３記載の光音響式微量気体検出器。
【国際調査報告】
2010502943.tif 000013
2010502943.tif 000014
2010502943.tif 000015