(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発光部と、
一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その垂直面がレーザ発光部側に向けて配置される発光部側ウェッジ型ウィンドウと、
一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その垂直面が発光部側ウェッジ型ウィンドウの傾斜面側に向けて配置される出力側ウェッジ型ウィンドウと、
レーザ発光部および発光部側ウェッジ型ウィンドウが収容配置されるケース部と、
レーザ発光部および発光部側ウェッジ型ウィンドウの光軸と略一致するような中心軸によりケース部に対して回転移動および水平移動するようになされ、レーザ発光部および発光部側ウェッジ型ウィンドウの光軸上に出射側ウェッジ型ウィンドウが収容配置される収容部と、
を備えるレーザ光出力部であって、
ケース部と収容部とを、中心軸を基に相対的に回転移動および／または平行移動させることにより、発光部側ウェッジ型ウィンドウおよび／または出力側ウェッジ型ウィンドウを、その光軸と略一致する中心軸を基に相対的に回転移動および／または水平移動させ、光軸を調整することを特徴とするレーザ光出力部。
【請求項２】
レーザ発光部と、
一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その垂直面がレーザ発光部側に向けて配置される発光部側ウェッジ型ウィンドウと、
一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その傾斜面が発光部側ウェッジ型ウィンドウの傾斜面側に向けて配置される出力側ウェッジ型ウィンドウと、
レーザ発光部および発光部側ウェッジ型ウィンドウが収容配置されるケース部と、
レーザ発光部および発光部側ウェッジ型ウィンドウの光軸と略一致するような中心軸によりケース部に対して回転移動および水平移動するようになされ、レーザ発光部および発光部側ウェッジ型ウィンドウの光軸上に出射側ウェッジ型ウィンドウが収容配置される収容部と、
を備えるレーザ光出力部であって、
ケース部と収容部とを、中心軸を基に相対的に回転移動および／または平行移動させることにより、発光部側ウェッジ型ウィンドウおよび／または出力側ウェッジ型ウィンドウを、その光軸と略一致する中心軸を基に相対的に回転移動および／または水平移動させ、光軸を調整することを特徴とするレーザ光出力部。
【請求項３】
レーザ受光部と、
一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その垂直面がレーザ受光部側に向けて配置される受光部側ウェッジ型ウィンドウと、
一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その垂直面が受光部側ウェッジ型ウィンドウの傾斜面側に向けて配置される入力側ウェッジ型ウィンドウと、
を備えるレーザ光入力部であって、
受光部側ウェッジ型ウィンドウおよび／または入力側ウェッジ型ウィンドウを、その光軸と略一致する中心軸を基に相対的に回転移動および／または水平移動させることにより、光軸を調整することを特徴とするレーザ光入力部。
【請求項４】
レーザ受光部と、
一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その垂直面がレーザ受光部側に向けて配置される受光部側ウェッジ型ウィンドウと、
一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その傾斜面が受光部側ウェッジ型ウィンドウの傾斜面側に向けて配置される入力側ウェッジ型ウィンドウと、
を備えるレーザ光入力部であって、
受光部側ウェッジ型ウィンドウおよび／または入力側ウェッジ型ウィンドウを、その光軸と略一致する中心軸を基に相対的に回転移動および／または水平移動させることにより、光軸を調整することを特徴とするレーザ光入力部。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のレーザ光入力部において、
レーザ受光部および受光部側ウェッジ型ウィンドウが収容配置されるケース部と、
レーザ受光部および受光部側ウェッジ型ウィンドウの光軸と略一致するような中心軸によりケース部に対して回転移動および水平移動するようになされ、レーザ受光部および受光部側ウェッジ型ウィンドウの光軸上に入力側ウェッジ型ウィンドウが収容配置される収容部と、
を備え、
ケース部と収容部とを、中心軸を基に相対的に回転移動および／または平行移動させて、光軸を調整することを特徴とするレーザ光入力部。
【請求項６】
測定ガス中にレーザ光を照射し、そのレーザ光の光吸収による光量変化からガス濃度を測定するレーザ式ガス分析計において、
測定対象となるガスが光吸収するような波長のレーザ光を測定ガス中に照射する請求項１または請求項２に記載のレーザ光出力部と、
光吸収されたレーザ光を受光して検出信号を出力するレーザ光入力手段と、
レーザ光入力手段からの検出信号を処理してガスを特定する演算処理装置と、
を備えることを特徴とするレーザ式ガス分析計。
【請求項７】
請求項６に記載のレーザ式ガス分析計において、
前記レーザ光入力手段は、請求項３，請求項４または請求項５に記載のレーザ光入力部であることを特徴とするレーザ式ガス分析計。
【請求項８】
請求項７に記載のレーザ式ガス分析計において、
前記４種のウェッジ型ウィンドウは、ガス成分が吸収する光の波長が含まれる赤外線を透過する合成石英、ＢＫ７，ＣａＦ２，またはＢａＦ２という赤外線透過材料により形成されたウィンドウであることを特徴とするレーザ式ガス分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光軸の精密調整機能を有するレーザ光出力部およびレーザ光入力部に関する。また、これらレーザ光出力部またはレーザ光入力部を搭載したレーザ式ガス分析計に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＯ，ＮＯ等の各種ガス濃度等を検出する好適な手法としてレーザ吸収法が知られている。この手法は、レーザ光を雰囲気中に照射して、レーザ光の光路に存在する分子・原子によりレーザ光が光吸収されることを利用するものである。
レーザ吸収法を実現するレーザ計測システムは、測定したい空間に向けて測定用レーザ光を照射するレーザ光源と、測定空間を透過した測定用レーザ光を検出するレーザ光検出器と、このレーザ光検出器の出力信号を処理する演算処理装置と、により構成される。
【０００３】
このような装置の従来技術として、例えば、特許文献１に記載されたレーザ計測方法及びレーザ計測システムなどが知られている。この従来技術について図を参照しつつ説明する。図８は従来技術のレーザ計測システムのシステム構成図である。このレーザ計測システムは、レーザ光源１０１、ミラー１０２、ハーフミラー１０３、パルスレーザ光源１０４、光軸調整部１０５、レーザ光検出器１０６、ハーフミラー１０７、位置検出センサ１０８、演算処理装置１０９を備える。燃焼部１１０の炉壁１１１に形成された二個の窓部１１２，１１３が対向するように配置され、これら窓部１１２，１１３を測定用レーザ光１２１、パルスレーザ光１２２が透過する。
【０００４】
そして、レーザ光源１０１から出力された測定用レーザ光１２１が、ミラー１０２、ハーフミラー１０３、窓部１１２を経て燃焼部１１０内に照射され、対向する窓部１１３、ハーフミラー１０７を経てレーザ光検出器１０６に入射される。
また、パルスレーザ光源１０４から出力されたパルスレーザ光１２２が、ハーフミラー１０３、窓部１１２を経て燃焼部１１０内に照射され、対向する窓部１１３、ハーフミラー１０７を経て位置検出センサ１０８に入射される。
【０００５】
この計測は、光路上のガス等により測定用レーザ光１２１が吸収され、この吸収量が上記ガス等の濃度と関連することを利用してその濃度等を検出するものである。即ち、波長を連続的に変化させながら（変調をかけながら）測定用レーザ光１２１を測定空間に照射しており、この結果得るレーザ光検出器１０６の出力信号を演算処理装置１０９で分析・演算することにより検出対象である分子・原子の平均濃度及び平均温度のデータを得る。
【０００６】
ガス等を透過した測定用レーザ光１２１を処理する際、演算処理装置１０９は、この測定用レーザ光１２１の波長に対する強度を表すデータから、検出するガス等に固有の所定周波数帯域のデータである信号成分Ａを削除し、この削除したデータが、残りの他の部分のデータと連続するように多項式のデータで補完してノイズ成分Ｃを生成するとともに、上記測定用レーザ光１２１のデータからノイズ成分Ｃを差し引くことによりノイズ成分Ｃを除去して検出する分子又は原子に対応する信号成分Ａのデータのみを抽出する。このように処理することでＳ／Ｎ比の向上を図っている。
【０００７】
この種のレーザ計測システムにより得られる測定用レーザ光１２１は、理想的には、図９のレーザ光強度−レーザ光波長特性図で示すようになる。この図９では、横軸に測定用レーザ光１２１の波長、縦軸に測定用レーザ光１２１の強度を採ったものであり、当該測定用レーザ光１２１の強度（吸収度）の波長依存性を示す。ここで、特定の分子または原子（本例はＣＯ分子）では、吸収される測定用レーザ光１２１の波長が理論計算により一義的に定まり、特定の波長で測定用レーザ光１２１の光強度の落ち込みが検出される。この落ち込みは分子又は原子による測定用レーザ光１２１の吸収に起因する。また、この落ち込みパターンは、測定用レーザ光１２１の光路上の濃度で落ち込み量が変わるので、測定用レーザ光１２１の吸収波長で特定される分子又は原子の濃度をその測定用レーザ光１２１の落ち込み量（吸収量）で検出する。特許文献１に記載の従来技術はこのようなものである。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２７７３９１号公報（段落番号００２２〜００３１，図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このようなレーザ式のガス分析計は、燃焼部や煙道など排気ガスがある箇所に直接設置されるが、その光路長さが１ｍから１０ｍ程度になることがあり、最初の装置設置時にレーザ発光部を機械的に位置決めして光軸調整をする必要がある。このような調整機構について図を参照しつつ説明する。図１０は従来技術のレーザ計測装置の調整機構の構成図である。図１０に示すように例えば燃焼部（煙道）の炉壁１１１に溶接等で内部フランジ２０１を固定しておき、この内部フランジ２０１にＯリング２０２を介して外部フランジ２０３が固定される。このように内部フランジ２０１と外部フランジ２０３との間で挟み込まれて固定されるＯリング２０２の存在により、燃焼部（煙道）内の気体が外へ漏れたり、また、燃焼部（煙道）内へ外気が入り込まないようにしてある。
【００１０】
そして、このような内部フランジ２０１や外部フランジ２０３は発光側と受光側の両側に取付けられている。発光側の外部フランジ２０３にはレーザ光源２０５が固定される。なお、図１０で示す構造は説明のため最も簡単な構造を示すものであり、図８のようなミラー、ハーフミラー等は備えない構造である。また、図示しないが、受光側では、内部フランジ、Ｏリングおよび外部フランジにより、レーザ光検出器が同様な機構により位置決め調整可能になされている。
【００１１】
続いて調整について説明する。発光側と受光側との内部フランジ２０１は数ｍ以上離れ、さらに燃焼部（煙道）の炉壁１１１に溶接されるものであるため、レーザ光の光軸を完全に一致させて精度良く固定することは現実的には不可能である。そこで、光軸調整が必要となる。この光軸調整であるが、Ｏリング２０２の弾力性により外部フランジ２０３が移動できることに着目し、アライメントスクリュー２０４により内部フランジ２０１に対し外部フランジ２０３を傾けるように移動させ、外部フランジ２０３に取付けられたレーザ光源２０５や受光部を傾かせて、光軸角度調整を行っている。
【００１２】
しかしながら、このようなＯリング２０２の弾力性を利用する光軸調整機構では、傾斜可能な光軸角度が数ｄｅｇ程度しかないため調整能力が低く、特に溶接により取付け精度が低い内部フランジ２０１を基準としているため、光軸を合わせられないおそれがあるという問題があった。
また、地震や衝突などにより燃焼部（煙道）の炉壁１１１が振動を受けると、アライメントスクリュー２０４も振動を受けて、外部フランジ２０３が動いて光軸がズレて、計測精度が低下するという問題点があった。
【００１３】
そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な構成で光軸調整範囲を広げたレーザ光出力部およびレーザ光入力部を提供することにある。さらにこれらのようなレーザ光出力部およびレーザ光入力部を搭載して計測精度を向上させたレーザ式ガス分析計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような本発明の請求項１に係るレーザ光出力部は、
レーザ発光部と、
一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その垂直面がレーザ発光部側に向けて配置される発光部側ウェッジ型ウィンドウと、
一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その垂直面が発光部側ウェッジ型ウィンドウの傾斜面側に向けて配置される出力側ウェッジ型ウィンドウと、
レーザ発光部および発光部側ウェッジ型ウィンドウが収容配置されるケース部と、
レーザ発光部および発光部側ウェッジ型ウィンドウの光軸と略一致するような中心軸によりケース部に対して回転移動および水平移動するようになされ、レーザ発光部および発光部側ウェッジ型ウィンドウの光軸上に出射側ウェッジ型ウィンドウが収容配置される収容部と、
を備えるレーザ光出力部であって、
ケース部と収容部とを、中心軸を基に相対的に回転移動および／または平行移動させることにより、発光部側ウェッジ型ウィンドウおよび／または出力側ウェッジ型ウィンドウを、その光軸と略一致する中心軸を基に相対的に回転移動および／または水平移動させ、光軸を調整することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項２に係るレーザ光出力部は、
レーザ発光部と、
一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その垂直面がレーザ発光部側に向けて配置される発光部側ウェッジ型ウィンドウと、
一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その傾斜面が発光部側ウェッジ型ウィンドウの傾斜面側に向けて配置される出力側ウェッジ型ウィンドウと、
レーザ発光部および発光部側ウェッジ型ウィンドウが収容配置されるケース部と、
レーザ発光部および発光部側ウェッジ型ウィンドウの光軸と略一致するような中心軸によりケース部に対して回転移動および水平移動するようになされ、レーザ発光部および発光部側ウェッジ型ウィンドウの光軸上に出射側ウェッジ型ウィンドウが収容配置される収容部と、
を備えるレーザ光出力部であって、
ケース部と収容部とを、中心軸を基に相対的に回転移動および／または平行移動させることにより、発光部側ウェッジ型ウィンドウおよび／または出力側ウェッジ型ウィンドウを、その光軸と略一致する中心軸を基に相対的に回転移動および／または水平移動させ、光軸を調整することを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項３に係るレーザ光入力部は、
レーザ受光部と、
一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その垂直面がレーザ受光部側に向けて配置される受光部側ウェッジ型ウィンドウと、
一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その垂直面が受光部側ウェッジ型ウィンドウの傾斜面側に向けて配置される入力側ウェッジ型ウィンドウと、
を備えるレーザ光入力部であって、
受光部側ウェッジ型ウィンドウおよび／または入力側ウェッジ型ウィンドウを、その光軸と略一致する中心軸を基に相対的に回転移動および／または水平移動させることにより、光軸を調整することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項４に係るレーザ光入力部は、
レーザ受光部と、
一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その垂直面がレーザ受光部側に向けて配置される受光部側ウェッジ型ウィンドウと、
一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その傾斜面が受光部側ウェッジ型ウィンドウの傾斜面側に向けて配置される入力側ウェッジ型ウィンドウと、
を備えるレーザ光入力部であって、
受光部側ウェッジ型ウィンドウおよび／または入力側ウェッジ型ウィンドウを、その光軸と略一致する中心軸を基に相対的に回転移動および／または水平移動させることにより、光軸を調整することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項５に係るレーザ光入力部は、
請求項３または請求項４に記載のレーザ光入力部において、
レーザ受光部および受光部側ウェッジ型ウィンドウが収容配置されるケース部と、
レーザ受光部および受光部側ウェッジ型ウィンドウの光軸と略一致するような中心軸によりケース部に対して回転移動および水平移動するようになされ、レーザ受光部および受光部側ウェッジ型ウィンドウの光軸上に入力側ウェッジ型ウィンドウが収容配置される収容部と、
を備え、
ケース部と収容部とを、中心軸を基に相対的に回転移動および／または平行移動させて、光軸を調整することを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項６に係るレーザ式ガス分析計は、
測定ガス中にレーザ光を照射し、そのレーザ光の光吸収による光量変化からガス濃度を測定するレーザ式ガス分析計において、
測定対象となるガスが光吸収するような波長のレーザ光を測定ガス中に照射する請求項１または請求項２に記載のレーザ光出力部と、
光吸収されたレーザ光を受光して検出信号を出力するレーザ光入力手段と、
レーザ光入力手段からの検出信号を処理してガスを特定する演算処理装置と、
を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項７に係るレーザ式ガス分析計は、
請求項６に記載のレーザ式ガス分析計において、
前記レーザ光入力手段は、請求項３，請求項４または請求項５に記載のレーザ光入力部であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の請求項８に係るレーザ式ガス分析計は、
請求項７に記載のレーザ式ガス分析計において、
前記４種のウェッジ型ウィンドウは、ガス成分が吸収する光の波長が含まれる赤外線を透過する合成石英、ＢＫ７，ＣａＦ２，またはＢａＦ２という赤外線透過材料により形成されたウィンドウであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
以上のような本発明によれば、簡易な構成で光軸調整範囲を広げたレーザ光出力部およびレーザ光入力部を提供することができる。さらにこれらのようなレーザ光出力部およびレーザ光入力部を搭載して計測精度を向上させたレーザ式ガス分析計を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態のレーザ光軸調整機構およびこのレーザ光軸調整機構を搭載したレーザ式ガス分析計について図を参照しつつ説明する。図１は本形態のレーザ式ガス分析計の構造図、図２はウェッジ型ウィンドウの説明図であり、図２（ａ）は形状の説明図、図２（ｂ）は傾斜角度の説明図である。
レーザ式ガス分析計１は、図１で示すようにレーザ光出力部１０、レーザ光入力部２０、演算処理装置３０を備える。レーザ式ガス分析計１は、燃焼部（煙道）４０の炉壁４１に対向するように設けられたフランジ部４２，４３に配置されている。なお、燃焼部（煙道）４１以外でもガス分析対象がある箇所（例えば、ガスチャンバなど）に設置することが可能である。
【００２５】
レーザ光出力部１０は、ケース部１１、レーザ発光部１２、コリメートレンズ１３、発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４、収容部１５、出力側ウェッジ型ウィンドウ１６を備えている。
【００２６】
ケース部１１は、穴部１１ａと、溝部１１ｂとを備える。穴部１１ａは有底筒体であって内周円状に形成されている。この穴部１１ａ内にレーザ発光部１２、コリメートレンズ１３および発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４が収容配置される。レーザ発光部１２、コリメートレンズ１３および発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４の光軸は、ケース部１１の穴部１１ａに固定された時に穴部１１ａの中心軸と略一致するようになされている。これらは図示しない位置決め機構を介して取付けたり、または、穴部１１ａ内の取付け位置精度を高めて、穴部１１ａ内に配置固定するようにしても良い。ここに、発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４は、燃焼部（煙道）４０側からの気体が煙やガスが流入しないように適宜シーリングがなされる。穴部１１ａの中心軸は、ケース部１１の開口部に多段に形成された円状の溝部１１ｂの中心軸でもある。このようにしてレーザ発光部１２、コリメートレンズ１３および発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４の光軸と穴部１１ａと溝部１１ｂとの中心軸が略一致するようになされている。
【００２７】
レーザ発光部１２は、レーザ光を出力する。レーザ光の波長は先に説明したように測定対象のガスの分子構造や原子構造により一義的に決定されるものであり、測定対象に応じて適宜選択される。
コリメートレンズ１３は、レーザ発光部１２から出射したレーザ光を平行光にする。
【００２８】
発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４は、図２（ａ）で示すように、一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、本形態では垂直面をレーザ発光部１２側に向けて配置する。傾斜面は、図２（ｂ）で示すように、垂直面に対し傾斜角θｉで傾斜されるものとする。発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４は、後述するが、平行光の光軸角度を変更させる。
【００２９】
収容部１５は、孔部１５ａ、環状部１５ｂ、フランジ面１５ｃを備える。内側円孔である孔部１５ａおよび外側円筒体である環状部１５ｂの中心軸は一致するように形成されている。この孔部１５ａ内に出力側ウェッジ型ウィンドウ１６が収容配置される。出力側ウェッジ型ウィンドウ１６の光軸は、収容部１５の孔部１５ａに固定された時に孔部１５ａの中心軸と略一致するようになされている。これらは図示しない位置決め機構を介して取付けたり、または、孔部１５ａ内の取付け位置精度を高めて、孔部１５ａ内に配置固定するようにしても良い。
【００３０】
また、収容部１５のフランジ面１５ｃは、図示しないねじ等の固定部により、シールの上で、フランジ部４２に固定されている。また、収容部１５の環状部１５ｂがケース部１１の開口部に多段に形成された円状の溝部１１ｂに嵌め込まれている。これにより、環状部１５ｂを軸とし、また、溝部１１ｂを軸受けとする軸支構造を形成して、フランジ部４２に固定された収容部１５に対してケース部１１が回転移動および水平移動するようになされている。なお、軸支構造としては、ケース部１１に軸となる環状部と、また、収容部１５に軸受けとなる溝部と、を形成した軸支構造としても良い。図示しないが回転移動後および水平移動後により決定された適正位置で収容部１５にケース部１１を固定する固定手段を持ち、この固定手段により固定される。
【００３１】
出力側ウェッジ型ウィンドウ１６は、図２（ａ）で示すように、一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、図１で示すように、出力側ウェッジ型ウィンドウ１６の垂直面が発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４の傾斜面に対向するように配置する。傾斜面は、図２（ｂ）で示すように、垂直面に対し傾斜角θｉで傾斜されるものとする。出力側ウェッジ型ウィンドウ１６は、後述するが、平行光の光軸角度を変更させる。出力側ウェッジ型ウィンドウ１６は、燃焼部（煙道）４０側からの気体が煙やガスが流入しないように適宜シーリングがなされる。
収容部１５の環状部１５ｂがケース部１１の溝部１１ｂに嵌め込まれたときに、ケース部１１と収容部１５との中心軸が略一致し、これにより出力側ウェッジ型ウィンドウ１６の光軸は、レーザ発光部１２、コリメートレンズ１３および発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４の光軸と一致するように決定される。
【００３２】
このようなレーザ光出力部１０では、レーザ発光部１２から出力されたレーザ光がコリメートレンズ１３により平行光にされ、後述するように発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４および出力側ウェッジ型ウィンドウ１６により光軸調整がなされた上で、フランジ部４２を通過して燃焼部４０内へ照射される。
レーザ光出力部１０はこのように構成される。
【００３３】
続いて、レーザ光入力部２０について説明する。
レーザ光入力部２０は、ケース部２１、レーザ受光部２２、集光レンズ２３、受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４、収容部２５、入力側ウェッジ型ウィンドウ２６を、備えている。
【００３４】
ケース部２１は、穴部２１ａと、溝部２１ｂとを備える。穴部２１ａは有底筒体であって内周円状に形成されている。この穴部２１ａ内にレーザ受光部２２、集光レンズ２３および受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４が収容配置される。レーザ受光部２２、集光レンズ２３および受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４の光軸は、ケース部２１の穴部２１ａに固定された時に穴部２１ａの中心軸と略一致するようになされている。これらは図示しない位置決め機構を介して取付けたり、または、穴部２１ａ内の取付け位置精度を高めて、穴部２１ａ内に配置固定するようにしても良い。ここに、受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４は、燃焼部（煙道）４０側からの気体が煙やガスが流入しないように適宜シーリングがなされる。穴部２１ａの中心軸は、ケース部２１の開口部に多段に形成された円状の溝部２１ｂの中心軸でもある。このようにしてレーザ受光部２２、集光レンズ２３および受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４の光軸と、穴部２１ａと溝部２１ｂとの中心軸が略一致するようになされている。
【００３５】
レーザ受光部２２は、レーザ光を受光して光強度に比例した検出信号を出力する。
集光レンズ２３は、入射した平行光を集束し、レーザビームスポットをレーザ受光部２２に入射させる。
【００３６】
受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４は、図２（ａ）で示すように、一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、本形態では垂直面をレーザ受光部２２側に向けて配置する。傾斜面は、図２（ｂ）で示すように、垂直面に対し傾斜角θｉで傾斜されるものとする。受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４は、後述するが、平行光の光軸角度を変更させる。
【００３７】
収容部２５は、孔部２５ａ、環状部２５ｂ、フランジ面２５ｃを備える。内側円孔である孔部２５ａおよび外側円筒体である環状部２５ｂの中心軸は一致するように形成される。この孔部２５ａ内に入力側ウェッジ型ウィンドウ２６が収容配置される。入力側ウェッジ型ウィンドウ２６の光軸は、収容部２５の孔部２５ａに固定された時に孔部２５ａの中心軸と略一致するようになされている。これらは図示しない位置決め機構を介して取付けたり、または、孔部２５ａ内の取付け位置精度を高めて、孔部２５ａ内に配置固定するようにしても良い。
【００３８】
また、収容部２５のフランジ面２５ｃは、図示しないねじ等の固定部により、シールの上、フランジ部４３に固定されている。また、収容部２５の環状部２５ｂがケース部２１の開口部に多段に形成された円状の溝部２１ｂに嵌め込まれている。これにより、環状部２５ｂを軸とし、また、溝部２１ｂを軸受けとする軸支構造を形成し、フランジ部４３に固定された収容部２５に対してケース部２１が回転移動および水平移動するようになされている。なお、軸支構造としては、ケース部２１に軸となる環状部と、また、収容部２５に軸受けとなる溝部と、を形成した軸支構造としても良い。図示しないが回転移動後および水平移動後により決定された適正位置で収容部２５に対してケース部２１を固定する固定手段を持ち、この固定手段により固定される。
【００３９】
入力側ウェッジ型ウィンドウ２６は、図２（ａ）で示すように、一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、図１で示すように、入力側ウェッジ型ウィンドウ２６の垂直面が受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４の傾斜面に対向するように配置する。傾斜面は、図２（ｂ）で示すように、垂直面に対し傾斜角θｉで傾斜されるものとする。入力側ウェッジ型ウィンドウ２６は、後述するが、平行光の光軸角度を変更させる。入力側ウェッジ型ウィンドウ２６は、燃焼部（煙道）４０側からの気体が煙やガスが流入しないように適宜シーリングがなされる。
収容部２５の環状部２５ｂがケース部２１の円状開口部２１ａに嵌め込まれたときに、ケース部２１と収容部２５との中心軸が略一致し、これにより入力側ウェッジ型ウィンドウ２６の光軸は、レーザ受光部２２、集光レンズ２３および受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４の光軸と一致するように決定される。
【００４０】
このようなレーザ光入力部２０では、燃焼部４０およびフランジ部４２を通過して入力力されたレーザ光が、後述するように入力側ウェッジ型ウィンドウ２６および受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４により光軸調整がなされた上で、集光レンズ２３により集束光にされ、最終的にレーザ受光部２２へ入射される。
レーザ光入力部２０はこのように構成される。
【００４１】
そして、レーザ受光部２２から出力された検出信号は、演算処理装置３０へ入力される。演算処理装置３０は、レーザ波長毎のレーザ光強度を検出して図９のような波長に依存して強度が落ち込むような検出データを取得する。また、この落ち込みパターンは、分子又は原子による測定用レーザ光の吸収に起因するものであり、測定用レーザ光の光路上の濃度で落ち込み量が変わるので、測定用レーザ光の吸収波長で特定される分子又は原子の濃度をその測定用レーザ光の落ち込み量（吸収量）で検出することとなる。検出結果は図示しない出力部（ディスプレイ・プリンタ等）により出力される。これにより雰囲気中に含まれるガスを特定する。レーザ式ガス分析計１はこのようなものである。
【００４２】
続いて本形態の光軸調整について図を参照しつつ説明する。まず、レーザ出力部１０について説明する。図３は光軸調整の説明図であり、図３（ａ）標準光軸の説明図は、図３（ｂ）は傾斜調整の説明図、図３（ｃ）は垂直調整の説明図、図３（ｄ）は垂直調整の説明図である。
再度の説明となるが、上記したような発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４、出力側ウェッジ型ウィンドウ１６、受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４、入力側ウェッジ型ウィンドウ２６（以下、四者共通の説明を行う場合は単にウェッジ型ウィンドウという。）は、図２（ａ），（ｂ）に示すような形状をしており、一般的な光学部品として入手可能である。材料は、使用する波長にあわせ、例えば合成石英、ＢＫ７，ＣａＦ２，ＢａＦ２という赤外線透過材料を採用することが可能である。例えば、煙道排ガス測定の排ガスが持つ吸収波長のうち、近赤外域の１．２〜２．２μｍの波長範囲で透過率が全般的に高いＢＫ７を選択する。
【００４３】
次にウェッジ型ウィンドウでの屈折について説明する。一般的に光の屈折は、スネルの法則により、入射角をθｉ、屈折角をθｏ、入射側の媒質の屈折率をｎ１、出射側の媒質の屈折率をｎ２としたとき数１で示される。
【００４４】
【数１】
0004446195.tif 000002
【００４５】
図２（ｂ）に示されるウェッジ型ウィンドウでは、角度が付いた面で屈折が発生する。
数１に従えば、出射角θｏは数２で示される。
【００４６】
【数２】
0004446195.tif 000003
【００４７】
このようにウェッジ型ウィンドウの斜面の角度と屈折率差とにより光は屈折するが、ウェッジ型ウィンドウ１枚では、角度を変えることができず、光軸調整は困難となる。そこで、本発明では、ウェッジ型ウィンドウを２枚あわせ、片側を回転・水平移動させることで、屈折角度の範囲内で、光軸を調整可能としている。
【００４８】
通常は、図３（ａ）で示すように前後のウェッジ型ウィンドウ１４，１６の傾斜面の傾斜方向が平行となるように配置して、入射側と出射側で光軸を平行にしている。なお、実際は、屈折率が異なる境界面でそれぞれ屈折により傾斜が発生するが、図３（ａ）では傾斜面でのみ傾斜するとして簡略に図示している。実際の光路と異なるが、光軸調整が出来る点に重点を当てて説明する。以下、図３（ａ）〜図３（ｄ）で同様に簡略に図示している。
【００４９】
ここで、図３（ａ）の状態からケース部１１を１８０°回転移動させると、発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４の傾斜面が変化し、図３（ｂ）で示すように光軸方向がθｖ下側へ傾斜する。このようにして０〜θｖの範囲で光軸の角度調整が可能となる。
また、図３（ａ）の状態からケース部１１を光軸方向で発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４が遠のくように水平移動させると、図３（ｃ）で示すように光軸が−ａ平行移動する。このようにして光軸の移動調整が可能となる。
また、図３（ａ）の状態からケース部１１を光軸方向で発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４が近づくように水平移動させると、図３（ｄ）で示すように光軸が＋ａ平行移動する。このようにして光軸の移動調整が可能となる。
【００５０】
続いて、レーザ入力部２０について説明する。図４は光軸調整の説明図であり、図４（ａ）標準光軸の説明図は、図４（ｂ）は傾斜調整の説明図、図４（ｃ）は垂直調整の説明図、図４（ｄ）は垂直調整の説明図である。
【００５１】
通常は、図４（ａ）で示すように前後のウェッジ型ウィンドウ２６，２４の傾斜面の傾斜方向が平行となるように配置して、入射側と出射側で光軸を平行にしている。なお、実際は、屈折率が異なる境界面でそれぞれ屈折により傾斜が発生するが、図４（ａ）では傾斜面でのみ傾斜するとして簡略に図示している。実際の光路と異なるが、光軸調整が出来る点に重点を当てて説明する。以下、図４（ａ）〜図４（ｄ）で同様に簡略に図示している。
【００５２】
ここで、図４（ａ）の状態からケース部２１を１８０°回転移動させると、受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４の傾斜面が変化し、図４（ｂ）で示すように光軸方向がθｖ上側へ傾斜する。このようにして０〜θｖの範囲で光軸の角度調整が可能となる。
また、図４（ａ）の状態からケース部２１を光軸方向で受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４が遠のくように水平移動させると、図４（ｃ）で示すように光軸が＋ａ平行移動する。このようにして光軸の移動調整が可能となる。
また、図４（ａ）の状態からケース部１１を光軸方向で受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４が近づくように水平移動させると、図４（ｄ）で示すように光軸が−ａ平行移動する。このようにして光軸の移動調整が可能となる。
本形態のレーザ光出力部１０、レーザ光入力部２０およびレーザ式ガス分析計１はこのようなものである。
【００５３】
続いて他の形態について説明する。図５は光軸調整の説明図であり、図５（ａ）標準光軸の説明図、図５（ｂ）は傾斜調整の説明図、図５（ｃ）は垂直調整の説明図、図５（ｄ）は垂直調整の説明図である。
本形態では、レーザ光出力部１０において、発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４の一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その垂直面がレーザ発光部１２側（入射側）に向けて配置されるものであり、さらに出力側ウェッジ型ウィンドウ１６は、一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その傾斜面が発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４の傾斜面側に向けて配置されるものである。つまり、傾斜面が対向するように配置される。これ以外の構成は、図１で示した構成と同じであり、重複する説明を省略する。
通常は、図５（ａ）で示すように、発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４、出力側ウェッジ型ウィンドウ１６の両傾斜面の傾斜方向が平行となるように配置して、入射側と出射側で光軸を平行にしている。なお、実際は、屈折率が異なる境界面で光軸の傾斜が発生するが、図５（ａ）では傾斜面でのみ傾斜するとして簡略に図示している。実際の光路と異なるが、光軸調整が出来る点に重点を当てて説明する。以下、図５（ａ）〜図５（ｄ）で同様に簡略に図示している。
【００５４】
ここで、図５（ａ）の状態からケース部１１を１８０°回転移動させると、図５（ｂ）で示すように発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４の傾斜面が回転して、光軸方向がθｖ下側へ傾斜する。この傾斜範囲は０〜θｖとなる。このようにして光軸の角度調整が可能となる。
また、図５（ａ）の状態からケース部１１を光軸方向で発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４が遠のくように水平移動させると、図５（ｃ）で示すように光軸が−ａ平行移動する。このようにして光軸の移動調整が可能となる。
また、図５（ａ）の状態からケース部１１を光軸方向で発光部側ウェッジ型ウィンドウ１４が近づくように水平移動させると、図５（ｄ）で示すように光軸が＋ａ平行移動する。このようにして光軸の移動調整が可能となる。
【００５５】
続いて他の形態について説明する。図６は光軸調整の説明図であり、図６（ａ）標準光軸の説明図、図６（ｂ）は傾斜調整の説明図、図６（ｃ）は垂直調整の説明図、図６（ｄ）は垂直調整の説明図である。
本形態では、レーザ光入力部２０において、受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４の一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その垂直面がレーザ受光部２２側（出射側）に向けて配置されるものであり、さらに入力側ウェッジ型ウィンドウ２６は、一方の面が垂直面で、他方の面が傾斜面であり、その傾斜面が受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４の傾斜面側に向けて配置されるものである。つまり、傾斜面が対向するように配置される。
通常は、図６（ａ）で示すように、受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４、入力側ウェッジ型ウィンドウ２６の両傾斜面の傾斜方向が平行となるように配置して、入射側と出射側で光軸を平行にしている。なお、実際は、屈折率が異なる境界面で光軸の傾斜が発生するが、図６（ａ）では傾斜面でのみ傾斜するとして簡略に図示している。実際の光路と異なるが、光軸調整が出来る点に重点を当てて説明する。以下、図６（ａ）〜図６（ｄ）で同様に簡略に図示している。
【００５６】
ここで、図６（ａ）の状態からケース部２１を１８０°回転移動させると、図６（ｂ）で示すように受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４の傾斜面が回転して、光軸方向がθｖ上側に傾斜する。この傾斜範囲は０〜θｖとなる。このようにして光軸の角度調整が可能となる。
また、図６（ａ）の状態からケース部２１を光軸方向で受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４が遠のくように水平移動させると、図６（ｃ）で示すように光軸が＋ａ平行移動する。このようにして光軸の移動調整が可能となる。
また、図６（ａ）の状態からケース部２１を光軸方向で受光部側ウェッジ型ウィンドウ２４が近づくように水平移動させると、図６（ｄ）で示すように光軸が−ａ平行移動する。このようにして光軸の移動調整が可能となる。
本形態のレーザ光出力部１０、レーザ光入力部２０およびレーザ光分析計１はこのように構成することも可能である。
【００５７】
続いて、他の形態について説明する。図７は他の形態の説明図であり、図７（ａ）はレーザ光出力部の構成図、図７（ｂ）は傾斜調整の説明図である。本形態では、先の図１で示した形態と比較すると、収容部１５に対してケース部１１が回転し、さらに、フランジ部４２に対して収容部１５が回転するようにした点が相違する。以下相違点のみ説明し、他の構成は同じ符号を付すとともに重複する説明を省略する。
【００５８】
フランジ部４２の開口部には、ケース部１１の開口部に多段に形成された円状の溝部１１ｂが形成されている。
収容部１５は、孔部１５ａ、環状部１５ｂ、フランジ面１５ｃ、環状部１５ｄを備える。内側円孔である孔部１５ａおよび外側筒体である環状部１５ｂ，１５ｄの中心軸は一致するように形成される。環状部１５ｄは、フランジ部４２の溝部４２ａに嵌め込まれている。これにより、環状部１５ｄを軸とし、また、溝部４２ａを軸受けとして、収容部１５は、ケース部１１とともに、フランジ部４２に対して回転移動および水平移動するようになされている。また、先に説明したように、収容部１５の環状部１５ｂがケース部１１の開口部に多段に形成された円状の溝部１１ｂに嵌め込まれている。これにより、環状部１５ｂを軸とし、また、溝部１１ｂを軸受けとして、フランジ部４２に固定された収容部１５に対してケース部１１が回転移動および水平移動するようになされている。
【００５９】
ベース部用固定部１７は、収容部１５に対してケース部１１を固定する。
全体固定部１８は、一体となった収容部１５およびケース部１１を、フランジ部４２に対して固定する。
このような構成とした場合、例えば、収容部１５に対してケース部１１を固定して図３（ｂ）のように調整し、さらに一体となった収容部１５およびケース部１１を回転して図７（ｂ）のように調整すれば、全角度調整が可能となる。また、図３（ｃ），（ｄ）のように光軸の平行移動も可能であるため、調整範囲を広げることができる。
このような構成は、レーザ光入力部２０において、収容部２５に対してケース部２１が回転し、さらに、フランジ部４３に対して収容部２５が回転するようにすれば良い。具体的には、図７と同様の構成であるが、フランジ部４３の開口部には、円状の溝部を追加形成して、収容部２５に追加構成した環状部を嵌め込めば実現できる。
【００６０】
以上本発明の各形態について説明した。通常レーザは非常に狭帯域の光を出射しており、屈折率が異なる面でのフレネル反射により光のノイズを発生するが、本発明のように前後二枚のウェッジ型ウィンドウを用いることで実質的にこのフレネル反射による干渉の影響を取り除くことも可能になる。
また、円周方向で固定するため、Ｏリングの弾力性とネジでする光軸調整ではないので、従来技術では問題となっていた振動の影響も低減可能となる。例えば、図１のように、環状部１５ｂを溝部１１ｂに隙間なく嵌め込めば、調整後は振動の影響を受けなくなり、光軸精度が保持される。
【００６１】
総じて、簡易な構成で光軸調整範囲を広げたレーザ光出力部およびレーザ光入力部を提供することが可能となる。さらにこれらのようなレーザ光出力部およびレーザ光入力部を搭載して計測精度を向上させたレーザ式ガス分析計を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明を実施するための最良の形態のレーザ式ガス分析計の構造図である。
【図２】ウェッジ型ウィンドウの説明図であり、図２（ａ）は形状の説明図、図２（ｂ）は傾斜角度の説明図である。
【図３】光軸調整の説明図であり、図３（ａ）標準光軸の説明図、図３（ｂ）は傾斜調整の説明図、図３（ｃ）は垂直調整の説明図、図３（ｄ）は垂直調整の説明図である。
【図４】光軸調整の説明図であり、図４（ａ）標準光軸の説明図、図４（ｂ）は傾斜調整の説明図、図４（ｃ）は垂直調整の説明図、図４（ｄ）は垂直調整の説明図である。
【図５】光軸調整の説明図であり、図５（ａ）標準光軸の説明図、図５（ｂ）は傾斜調整の説明図、図５（ｃ）は垂直調整の説明図、図５（ｄ）は垂直調整の説明図である。
【図６】光軸調整の説明図であり、図６（ａ）標準光軸の説明図、図６（ｂ）は傾斜調整の説明図、図６（ｃ）は垂直調整の説明図、図６（ｄ）は垂直調整の説明図である。
【図７】他の形態の説明図であり、図７（ａ）はレーザ光出力部の構成図、図７（ｂ）は傾斜調整の説明図である。
【図８】従来技術のレーザ計測システムのシステム構成図である。
【図９】レーザ光強度−レーザ光波長特性図である。
【図１０】従来技術のレーザ計測装置の調整機構の構成図である。
【符号の説明】
【００６３】
１：レーザ式ガス分析計
１０：レーザ光出力部
１１：ケース部
１１ａ：穴部
１１ｂ：溝部
１２：レーザ発光部
１３：コリメートレンズ
１４：発光部側ウェッジ型ウィンドウ
１５：収容部
１５ａ：孔部
１５ｂ：環状部
１５ｃ：フランジ面
１５ｄ：環状部
１６：出力側ウェッジ型ウィンドウ
１７：ベース部用固定部
１８：全体固定部
２０：レーザ光入力部
２１：ケース部
２１ａ：穴部
２１ｂ：溝部
２２：レーザ受光部
２３：集光レンズ
２４：受光部側ウェッジ型ウィンドウ
２５：収容部
２５ａ：孔部
２５ｂ：環状部
２５ｃ：フランジ面
２６：入力側ウェッジ型ウィンドウ
３０：演算処理装置
４０：燃焼部（煙道）
４１：炉壁
４２，４３：フランジ部
【図１】
0004446195.tif 000004
【図２】
0004446195.tif 000005
【図３】
0004446195.tif 000006
【図４】
0004446195.tif 000007
【図５】
0004446195.tif 000008
【図６】
0004446195.tif 000009
【図７】
0004446195.tif 000010
【図８】
0004446195.tif 000011
【図９】
0004446195.tif 000012
【図１０】
0004446195.tif 000013