(57)【要約】【課題】光反応もしくは分光分析に用いる多重反射容器にあたり、球面ミラーの凹状反射面の変形を簡易に調整することができる多重反射容器を提供する。【解決手段】本発明に係る多重反射容器は、レーザ光を複数回反射するために対向して設けられた一対の凹状球面ミラーを内装した多重反射容器であって、前記球面ミラーの外周部を保持して固定する保持固定部材と、該保持固定部材を所定の温度を冷却する冷却機構を備え、該冷却機構によって前記保持固定部材を冷却することで、前記球面ミラーに対して応力を付与し、該応力により前記球面ミラーの反射面を変形させて焦点距離を変化させることを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を複数回反射するために対向して設けられた一対の凹状球面ミラーを内装し、光反応もしくは分光分析に用いる多重反射容器であって、
前記球面ミラーの外周部を保持して固定する保持固定部材と、
該保持固定部材を所定の温度に冷却する冷却機構を備え、
該冷却機構によって前記保持固定部材を冷却することで、前記球面ミラーに対して応力を付与し、該応力により前記球面ミラーの反射面を変形させて焦点距離を変化させることを特徴とする多重反射容器。
【請求項２】
前記冷却機構は所定の温度に調節された熱媒体を流通させることにより前記保持固定部材を冷却することを特徴とする請求項１記載の多重反射容器。
【請求項３】
前記保持固定部材は、前記熱媒体が流通する流路を有し、前記冷却機構により前記保持固定部材を冷却することを特徴とする請求項２記載の多重反射容器。
【請求項４】
前記冷却機構は、前記熱媒体が流通する流路を備える冷却部材を有し、該冷却部材を前記保持固定部材と当接させて、熱伝導によって前記保持固定部材を冷却することを特徴とする請求項２記載の多重反射容器。
【請求項５】
前記冷却機構は、前記熱媒体が流通する流路を備える冷却部材を有し、該冷却部材を前記多重反射容器の外壁面に設置し、前記保持固定部材を間接的に冷却することを特徴とする請求項２記載の多重反射容器。
【請求項６】
前記保持固定部材は、椀型又は円筒形状であり、前記球面ミラーの外周部を保持することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の多重反射容器。
【請求項７】
前記保持固定部材と前記球面ミラーとの間の隙間を、周方向において異なるように調整し、前記冷却機構によって前記保持固定部材を冷却することで前記球面ミラーに付与される前記応力が周方向において異なる構造としたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の多重反射容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いた光反応もしくは分光分析等に用いられる多重反射容器であって、特に非点収差型の多重反射容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を用いた光反応は、特定のエネルギー準位間の光学遷移を誘起できることから、同位体ガス成分等の低濃度かつ希少価値の高い物質の分離及び濃縮方法として用いられている（例えば、特許文献１及び２）。
また、光源にレーザ光を用いてガス成分の吸光度を測定するレーザ吸収分光法は、高い測定精度と感度の点から、混合ガス中の微量物質を分析する方法として広く用いられている。
【０００３】
一般に、光を吸収する物質を含む試料を光が透過する場合、入射光の光量と透過光の光量との関係は（１）式に示すLambert-Beerの法則で表されることが知られている。
【０００４】
【数１】
2016121905.tif 000003
【０００５】
ここでI0は入射光の光量[W]、I(z)は光路長z[m]の試料を透過する透過光の光量[W]、σは光吸収断面積[m2/molecule]、Nは光吸収する物質の分子密度[molcules/m3]であり、（１）式は光路長が大きいほど物質により吸収される光量が大きいことを示す。
また、吸収される光量と入射光量の比である光利用率ηは、（２）式で表される。
【０００６】
【数２】
2016121905.tif 000004
【０００７】
（２）式より、光路長zに比例して光利用率ηは増加し、光利用率が高いほど物質の光吸収による入射光と透過光の光量の変化が大きいことが分かる。
光反応の場合においては、光を吸収した分子が反応のポテンシャル障壁を乗り越えて分子結合を切断・再結合することにより、光反応が進行する。したがって、光反応速度は光利用率を増加させることによって大きくなる。また、分光分析においては、光利用率が高いほど高感度で物質を検出することができる。
このように、光反応もしくは分光分析のいずれにおいても光利用率を増加させることが重要となる。
【０００８】
光利用率を増加させる代表的な方法として、照射対象物質の分子数の増加、適切な光波長の選択、入射光量の増加、光の反射等を利用した長光路化等が挙げられる。
これらの方法のうち、長光路化を実現するものとして、ミラー等の反射面によりレーザ光を複数回反射させる多重反射容器が知られており、その代表例としてヘリオットセルがある。
【０００９】
ヘリオットセルは、凹状反射面を有する一対の球面ミラーを互いの光軸が一致するように対向して配置し、球面ミラーの一方側に開けられた穴、もしくは球面ミラー間に配置したガイドミラーにより、球面ミラー間に入射光を導入し、対向する球面ミラー間で入射光を多重反射させるように構成したものである（非特許文献１）。
【００１０】
球面ミラーの凹状反射面においてレーザが照射されている箇所をスポットと呼び、該凹状反射面上にてレーザ光が多重反射している場合、該凹状反射面上における複数個のスポットは円状あるいは楕円状のパターンを示す。このパターンをスポットパターンと呼び、適切な露光特性を有するカメラ等を用いて前記凹状反射面上のスポットからの拡散光を撮影することにより、スポットパターンの確認や前記凹状反射面上におけるレーザ光の反射回数を計測することができる。
【００１１】
さらに、ヘリオットセルに備えられる球面ミラーの凹状反射面において、光軸に直交するx軸方向とy軸方向の曲率半径rx、ryが異なる場合、反射光の焦点距離はx軸方向とy軸方向で異なり、非点収差となる。非点収差の凹状反射面を有する一対の球面ミラー間でレーザ光を多重反射させると、凹状反射面におけるスポットはリサージュパターンを示すことが知られている（非特許文献２）。このように、反射光が非点収差である多重反射容器を特に非点収差型ヘリオットセルと呼び、非点収差のないヘリオットセルを通常型ヘリオットセルと呼ぶ。
【００１２】
非点収差型ヘリオットセルは、通常型ヘリオットセルに比べると、反射面の単位面積あたりの反射回数を多くすることができ、光反射に使用されないミラー面積を少なくできるため、ミラーを有効に使用でき、必要な光路長を得るためのセル容積を減らすことができるといった利点を有する。
【００１３】
非点収差型ヘリオットセルを構成する方法として、以下の２つの方法が知られている。
方法１：球面ミラーの外周部を挟んで固定する２枚以上の部材をボルトにより締め付け、該ボルトにより球面ミラーに対して応力を加えることにより、球面ミラーの反射面を変形させる方法（非特許文献２）。
方法２：光軸に直交するx軸方向とy軸方向の曲率半径ry及びryが異なる凹状反射面を有する一対の球面ミラーを予め製造し、互いに対向するように配置する方法（非特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−７３６７３号公報
【特許文献２】特開２００６−２７２０９０号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】D.  Herriott，H.  Kogelnik  and  R.Kompfner，Applied  Optics，Vol.  3，No.  4，1964，pp.  523-526
【非特許文献２】D.  Herriott  and  H.  Shulte，Applied  Optics，Vol.  4，No.  8，1965，pp.  883-889
【非特許文献３】J.  B.  McManus，P.  L.  Kebabian  and  M.  S.  Zahniser，Applied  Optics，Vol.  34，No.  18，1995，pp.  3336-3348
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ヘリオットセルを非点収差型にする前記２つの方法には、以下に示す課題がある。
【００１７】
前記の方法１に関しては、球面ミラーを固定するボルトの締め付けトルク管理だけで反射面の変形量を再現することが極めて困難であり、スポットパターンを確認しながらボルト締め付けトルクを調整する必要があり、調整作業が難しく手間である。
また、周囲環境の温度変化により、ボルトが緩むことや、球面ミラーを固定する部材と球面ミラーとの間に熱応力が発生することにより、反射面の変形量が変化する恐れがある。
さらに、ボルトを締め付けるための工具スペースをヘリオットセル内に確保する必要がある。
【００１８】
前記の方法２に関しては、反射面のx軸方向とy軸方向における曲率半径や対向する一対の球面ミラー間の距離を10-4以下の寸法精度で製作する必要があり、厳しい製作精度が要求される。
さらに、前記の方法１と同様に、周囲環境の温度変化によって、球面ミラーを固定する部材と球面ミラーとの間に発生する熱応力により反射面が変形する恐れがある。
【００１９】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、周囲環境温度による影響を受けることなく、球面ミラーの凹状反射面の変形を簡便な方法により調整することで、入射したレーザ光の反射回数を増加することができる多重反射容器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】
【００２０】
（１）本発明に係る多重反射容器は、レーザ光を複数回反射するために対向して設けられた一対の凹状球面ミラーを内装し、光反応もしくは分光分析に用いる多重反射容器であって、前記球面ミラーの外周部を保持して固定する保持固定部材と、該保持固定部材を所定の温度に冷却する冷却機構を備え、該冷却機構によって前記保持固定部材を冷却することで、前記球面ミラーに対して応力を付与し、該応力により前記球面ミラーの反射面を変形させて焦点距離を変化させることを特徴とするものである。
【００２１】
（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記冷却機構は所定の温度に調節された熱媒体を流通させることにより前記保持固定部材を冷却することを特徴とするものである。
【００２２】
（３）上記（２）に記載のものにおいて、前記保持固定部材は、前記熱媒体が流通する流路を有し、前記冷却機構により前記保持固定部材を冷却することを特徴とするものである。
【００２３】
（４）上記（２）に記載のものにおいて、前記冷却機構は、前記熱媒体が流通する流路を備える冷却部材を有し、該冷却部材を前記保持固定部材と当接させて、熱伝導によって前記保持固定部材を冷却することを特徴とするものである。
【００２４】
（５）上記（２）に記載のものにおいて、前記冷却機構は、前記熱媒体が流通する流路を備える冷却部材を有し、該冷却部材を前記多重反射容器の外壁面に設置し、前記保持固定部材を間接的に冷却することを特徴とするものである。
【００２５】
（６）上記（１）乃至（５）のいずれかに記載のものにおいて、前記保持固定部材は、椀型又は円筒形状であり、前記球面ミラーの外周部を保持することを特徴とするものである。
【００２６】
（７）上記（１）乃至（６）のいずれかに記載のものにおいて、前記保持固定部材と前記球面ミラーとの間の隙間を、周方向において異なるように調整し、前記冷却機構によって前記保持固定部材を冷却することで前記球面ミラーに付与される前記応力が周方向において異なる構造としたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明においては、レーザ光を複数回反射するために対向して設けられる一対の球面ミラーを内装し、光反応もしくは分光分析に用いる多重反射容器であって、前記球面ミラーの外周部を保持して固定する保持固定部材と、該保持固定部材を所定の温度を冷却する冷却機構を備え、該冷却機構によって前記保持固定部材を冷却することで、前記球面ミラーに対して応力を付与し、該応力により前記球面ミラーの凹状反射面を変形させて焦点距離を変化させることにより、周囲環境温度の影響を受けることなく凹状反射面からの反射光を非点収差化することが容易となり、前記多重反射容器に入射されたレーザ光の反射回数を増加させることができ、コンパクトで長光路を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る多重反射容器の説明図である。
【図２】本発明に係る球面ミラーにおける保持固定部材の説明図である。
【図３】本発明に係る球面ミラーの曲率半径の説明図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る多重反射容器の説明図である。
【図５】本発明の実施例に係る多重反射容器の説明図である。
【図６】本発明の比較例に係る球面ミラーの反射面上におけるスポットパターンである。
【図７】本発明例に係る球面ミラーの反射面上におけるスポットパターンである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
［実施の形態１］
本発明の一実施の形態に係る多重反射容器を、図１〜図３に基づいて説明する。
多重反射容器１は、図１に示すように、両端に底部３ｂを備える容器本体３、球面ミラー５及び７、保持固定部材９、冷却部材１１、調整構造体１３、窓１５、ガイドミラー１７から構成され、保持固定部材９を冷却する冷却機構として熱媒体流路１９、熱媒体入側流路２１、熱媒体出側流路２３、冷凍機２５及び温度計２７を備えている。
また、容器本体３には、ガス分析又は光反応を行う際にガスを流通させるためのガス流路入口２９、ガス流路出口３１が備えられている。
【００３０】
球面ミラー５及び７は凹状反射面を有し、椀型形状の保持固定部材９の内部に保持及び固定され、保持固定部材９は球面ミラー５と７の光軸が一致するように対向して調整構造体１１に固定される。球面ミラー５及び７は、ガラス製もしくは銅やアルミ等の金属でよく、材質は問わない。
【００３１】
保持固定部材９は、図２に示すように、保持固定部材９の内部の一部に調整材３３が設置されており、球面ミラー５又は７を保持及び固定した際に、球面ミラー５又は７の外周部５ａ又は７ａと保持固定部材９との間には当接する部位と隙間が生じる部位が設けられる。保持固定部材９には、使用する温度域で脆性の起こしにくい材料が望ましい。
【００３２】
冷却部材１１は、熱媒体流路１９を内部に備えており、保持固定部材９に当接するように設置される。冷却部材１１には熱伝導性の良い材料が望ましい。
【００３３】
調整構造体１３は、球面ミラー５及び７のあおりや首振り方向、及び球面ミラー５及び７のミラー間距離を調整するために供されており、容器本体３内に設置される。
【００３４】
本実施の形態に係る多重反射容器１の動作を以下に説明する。
レーザ光は容器本体３に設けられた窓１５より入射し、球面ミラー７の近傍に設けられたガイドミラー１７で反射した後、球面ミラー５及び７間で多重反射する。球面ミラー５及び７において多重反射したレーザ光はガイドミラー１７で反射し、再度窓１５を通って容器本体３の外へと出射する。
【００３５】
保持固定部材９の冷却機構は、冷凍機２５及び温度計２７により所定の温度に設定された熱媒体を熱媒体入側流路２１より熱媒体流路１９へ供給することによって冷却部材１１を冷却し、保持固定部材９から冷却部材１１への熱伝導により冷却する。冷却部材１１を冷却した熱媒体は、熱媒体出側流路２３より排出される。これより、保持固定部材９は熱媒体に直接触れることなく、目標温度に冷却された冷却部材１１により冷却される。そのため、冷凍機２５には、冷却部材１１の目標温度に応じて適切なものを選定する必要がある。
【００３６】
前記冷却機構により保持固定部材９を冷却すると、保持固定部材９は収縮する。このとき、球面ミラー５及び７の外周部５ａ及び７ａは調整材３３を介して保持固定部材９の内部に保持及び固定されているため、調整材３３によって保持固定部材９の内部と球面ミラー５又は７の外周部５ａ又は７ａとが当接する部位においては、球面ミラー５又は７の外周から中心へ向かう圧縮応力が付与される。一方、球面ミラー５又は７の外周部５ａ又は７ａと保持固定部材９に隙間がある部位においては、球面ミラー５又は７に付与される前記圧縮応力は前記隙間によって緩和される。
【００３７】
例として、図２に示すように、球面ミラー５又は７の凹状反射面の光軸に直交するx軸方向とy軸方向において、保持固定部材９の内部のy軸方向の上部と下部にのみ調整材３３を設置することによって、保持固定部材９のx軸方向とy軸方向の内径Dx及びDyを異なる保持固定部材９を前記冷却機構によりを冷却した場合、球面ミラー５又は７のy軸方向に対しては圧縮応力が付与されるのに対し、x軸方向に対しては球面ミラー５又は７と保持固定部材９との間に隙間があるため圧縮応力が緩衝される。
【００３８】
これにより、図３に示す球面ミラー５を例とすると、球面ミラー５の凹状反射面の変形は、該凹状反射面のx軸方向とy軸方向とで差異が生じ、x軸方向とy軸方向の曲率半径rx、ryが異なる。その結果、x軸方向とy軸方向の焦点距離fx、fyも異なる値となり、前記凹状反射面からの反射光は非点収差となって、球面ミラー５の凹状反射面上において多重反射されたレーザ光は非点収差型ヘリオットセルと同様のスポットパターンを示す。球面ミラー７の凹状反射面においても、上記の球面ミラー５と同様に非点収差型のスポットパターンが得られる。
【００３９】
以上より、本実施の形態に係る多重反射容器１においては、熱媒体により冷却部材１１を冷却してミラーの反射面形状を変形させることで、厳しい製作精度が要求される非点収差ミラーを使用することなく、非点収差型ヘリオットセルと同様のスポットパターンを容易に得ることができる。
【００４０】
さらに、熱媒体の設定温度により前記スポットパターンの形状を調整できるとともに、周辺環境温度の変化の影響に対しては熱媒体の設定温度を変更することにより補正することができる。これにより、周囲環境温度の影響を排除することができ、従来の非点収差型ヘリオットセルにおいて課題であった反射面形状を調整するためのボルト締め付けトルクの管理や、前記ボルト締め付けの工具を使用するためのスペースの確保を必要としない。
【００４１】
上記の例ではミラーを非点収差型とするため、保持固定部材９の内部の一部に調整材３３を設置し、ミラーの光軸に直交するx軸方向とy軸方向に付与する圧縮応力を個別に調整できるようにすることによって各方向の焦点距離を変化させている。適当な調整材３３を入手できない場合は、保持固定部材９の内部を切削又は研磨加工し、内部の各方向の内径DxとDyを異なる値とすることによっても、調整材３３を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
また、上記の説明において保持固定部材９は椀型形状であったが、円筒形状のものであっても、椀型形状のものと同様の効果が得られる。
【００４２】
さらに、本実施の形態において、保持固定部材９とは別に冷却部材１１を設けた例を示したが、これによって、保持固定部材９には冷却した時の収縮性に優れ、使用温度域で脆性の起こしにくい材料を用い、冷却部材１１には熱伝導性の良い材料を用いる等、優れた効果を得るために適した材料を選択することができるという利点を有する。ただし、保持固定部材９の内部に熱媒体流路１９を設けて熱媒体を流通させることによって、保持固定部材９を直接冷却しても、保持固定部材９により保持及び固定される球面ミラー５又は７の凹状反射面を非点収差型にすることは可能である。
【００４３】
また、保持固定部材９を冷却する冷却部材１１は内部に熱媒体を流通させる熱媒体流路１９のみを有するものであったが、前記熱媒体を流通させる熱媒体流路１９の他に、冷却部材１１を加温するために別の熱媒体を流通させて保持固定部材９の温度を微調整する別の流路を有するものとしてもよい。
【００４４】
［実施の形態２］
本発明の他の実施の形態は、図４に示す多重反射容器４１に関するものであり、容器本体３の底部３ｂの外壁面に取り付けられた分割冷却部材４３及び４５により間接的に保持固定部材９を冷却する構造としたものである。
図４において、図１と同一部分には同一の符号を付しており、以下その説明を省略する。
【００４５】
分割温調部材４３及び４５は、銅管を容器本体３の外壁周囲に複数回巻きつけ、銀ろうつけあるいは熱伝セメントにより固定したものである。さらに、容器本体３は発泡ウレタンなどの断熱材４９により断熱される。
【００４６】
多重反射容器４１において、熱媒体は熱媒体入側流路２１から供給され、分割冷却部材４３内を通過し、分割冷却部材４３ならびに調整構造体１３全体を冷却する。さらに、分割冷却材４３から流出する熱媒体は熱媒体流路４７を経て分割冷却部材４５に供給され、熱媒体出側流路２３から排出される。
このように低温の熱媒体を循環させることで、多重反射容器４１の壁面内部の熱伝導や、内壁面と内部ガスとの間の対流伝熱等により、保持固定部材９が冷却される。
【００４７】
図４に示す構造の多重反射容器４１においても、実施の形態１に係る多重反射容器１と同様に、保持固定部材９の冷却により非点収差化したスポットパターンを得ることができる。
【００４８】
本発明の他の実施の形態に係る多重反射容器４１は、実施の形態１に比べて冷却対象となる保持固定部材９と熱媒体との間の熱抵抗が大きいため、冷却に要する時間が長くなるものの、冷却部材１１を容器本体３に内装するものではないため、多重反射容器４１の内容積及び表面積を減らすことができるというメリットがある。
多重反射容器の容積と表面積を減少することは、容器表面からのアウトガスを減らすことにつながるため、多重反射容器を反応器や分析機器として用いる際の待ち時間を削減することができる。
【実施例】
【００４９】
本発明の多重反射容器によるレーザ光の反射回数増加の効果を確認するための具体的な実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
【００５０】
実験は、図５に示す多重反射容器５１にレーザ光を入射し、球面ミラー５の反射面におけるスポットパターンを観察するというものである。
多重反射容器５１は実施の形態１で示した多重反射容器１に、スポットパターンの確認及び撮影用の観察窓５３とカメラ５５を追加して設置したものである。
観察窓５３にはコバール窓を用い、カメラ５５には市販のデジタルカメラを用いた。カメラ５５は、レーザ光の波長に対して感度を有し長時間露光の撮影が可能であればよい。
【００５１】
球面ミラー５及び７は外径75.0mm、反射面の光軸に直交するx軸方向及びy軸方向の焦点距離が共に500mmのガラス製ミラーを用い、球面ミラー５と７の間の距離は1mとした。
【００５２】
レーザ光は波長1μmの半導体レーザを光源として、窓１５より多重反射容器４１内に入射する。窓１５にはレーザ光の乱反射を防ぐため、両面にＡＲコーティングを施した石製窓を用いた。また、ガイドミラー１７には45°ロッドミラーを用いた。
【００５３】
冷却部材１１は銅合金製の材料を用い、保持固定部材９に直接接触して冷却できるようネジで取り付けた。
熱媒体は冷凍機２５により所定の目標温度まで冷却され、多重反射容器５１に供給される。本実施例では、冷凍機２５には-120℃以下に冷却できる能力を持つＨＦＣ冷凍機を用いた。冷却部材１１の内部に設けた熱媒体流路１９と接続する熱媒体入側流路２１及び熱媒体出側流路２３は結露防止のため発泡ウレタン材で断熱した。
【００５４】
本実施例において、保持固定部材９にはSUS304製で椀型形状のものを使用した。
保持固定部材９を常温から-120℃まで冷却した時の収縮量は次式で算出される。
ΔL=πD×α×ΔT
ここでΔLは固定部材の内円周の変化量［mm]、Dは固定部材の代表内径［mm]、αは部材の線膨張率［℃-1]、ΔTは温度変化量［℃］である。
【００５５】
SUS304の線膨張率は1.73×10-5℃-1であるので、内径D=75.0mmの保持固定部材９を常温25℃から-120℃まで冷却したときの収縮量は、上式の関係から、次式で与えられる。
π×75.0×1.73×10-5×{25-(-120)}=0.591mm
該収縮量は保持固定部材９の内円周の変化量であり、内径の変化量に換算すると約0.2mmの収縮に相当する。
【００５６】
上記の収縮量の計算結果に基づいて、本実施例においては、保持固定部材９を内径75.2mmとして製作し、保持固定部材９と球面ミラー５又は７との間に設置する調整材３３を厚さ0.1mm、SUS304製の薄板とし、図２に示すようにy軸方向の上部及び下部に設置した。この場合、保持固定部材９と球面ミラー５及び７との間にはy軸方向には隙間がないのに対し、x方軸向には収縮による内径の減少を緩衝する隙間があるため、球面ミラー５及び７の反射面はy軸方向にのみ圧縮応力が付与されて変形する。その結果、x軸方向とy軸方向の曲率半径rx、ryは異なるため、焦点距離fx、fyも異なり、球面ミラー５及び７による反射光は非点収差となる。
【００５７】
図６に、冷却部材１１を冷却する熱媒体を循環せずに、常温でレーザ光を多重反射容器５１に入射した場合の、球面ミラー５の反射面上におけるスポットパターンを撮影した画像を示す。
画像中央付近にて円状に広がるのがスポットパターンである。また、画像左上に円弧状に明るくなっている箇所は、多重反射容器５１の内部における散乱光がカメラ５５に写り込んだものである。
撮影したスポットパターンからスポット数を測定すると、球面ミラー５における反射回数は68回であった。
【００５８】
図７に、-120℃に設定した熱媒体を循環して保持固定部材９を冷却した場合の、球面ミラー５の凹状反射面上におけるスポットパターンを撮影した画像を示す。
図６に示した冷却前のスポットパターンと比べて、保持固定部材９を冷却して球面ミラー５及び７の凹状反射面を変形させることによりスポット数が飛躍的に増加している。また、図７に示すスポットパターンは、非特許文献３のHerriottらの実験でも出現したスポットパターンと類似しており、本実施例に係る多重反射容器５１に入射したレーザ光の多重反射が非点収差化したことを示すものである。
【００５９】
図７においては、スポット同士が重なるものがあるため、反射回数を正確に計測することは困難であるが、判別できるスポット数を計測すると、少なくとも140回以上の反射回数が確認できた。さらに、図７に示すスポットパターンは、冷凍機２５を一度停止し、保持固定部材９の温度を常温まで回復させた後に再度冷却しても、同じ熱媒体の設定温度において同じスポットパターンが得られる再現性が確認された。
【００６０】
以上より、球面ミラーの外周部を保持して固定する保持固定部材を冷却機構によって冷却することで、前記球面ミラーに対して応力を付与し、該応力により前記球面ミラーの凹状反射面を変形させて焦点距離を変化させることにより、入射されたレーザ光を前記凹状反射面において多重反射させ、光路長を容易に増加させることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  多重反射容器
３  容器本体
３ａ  底部
５  球面ミラー
５ａ  外周部
７  球面ミラー
７ａ  外周部
９  保持固定部材
１１  冷却部材
１３  調整構造体
１５  窓
１７  ガイドミラー
１９  熱媒体流路
２１  熱媒体入側流路
２３  熱媒体出側流路
２５  冷凍機
２７  温度計
２９  ガス流路入口
３１  ガス流路出口
３３  調整材
４１  多重反射容器
４３  分割冷却部材
４５  分割冷却部材
４７  熱媒体流路
４９  断熱材
５１  多重反射容器
５３  観察窓
５５  カメラ
【図２】
2016121905.tif 000005
【図３】
2016121905.tif 000006
【図１】
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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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