JPS5912981B2 - Repeated reflection optical device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、光吸収セルに内蔵する繰返し反射光フo 学
装置に関し、特に光束の太いインコヒーレントな光(例
えばタングステンランプ(以後Wランプ)、重水素ラン
プ(以後D2ランプ)、などの光)を、容積の小さい光
吸収セルの中で繰返し反射している光束の光軸が立体的
に分布するように繰返し反ク5 射させ、6つて長い光
路長を得るようにした繰返し反射光学装置に関するもの
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a repeating reflection optical photonic device built into a light absorption cell, and particularly relates to an incoherent light beam with a large luminous flux (for example, a tungsten lamp (hereinafter referred to as a W lamp), a deuterium lamp (hereinafter referred to as a D2 lamp), etc. The light from a lamp) is repeatedly reflected in a light absorption cell with a small volume so that the optical axis of the light beam that is repeatedly reflected is distributed three-dimensionally, so that a long optical path length is obtained. This invention relates to a repeating reflection optical device.
ガスの吸収スペクトルから、定量分析を感度および精度
良く行うには、ガス中の光路長を長くする事が必要であ
る。In order to perform quantitative analysis with high sensitivity and accuracy from the absorption spectrum of gas, it is necessary to lengthen the optical path length in the gas.
すなわちガスによる光吸収は、30ランバートベールの
法則が成立するから、ガス分子によつて光吸収された光
強度Pは、P=P0e−n0σ01
たたしPoは初期光強度、nは分子密度、σは35吸収
断面積、lは吸収光路長、Pは吸収後の光強度を示す。In other words, since the 30-Lambert-Beer law holds true for light absorption by gas, the light intensity P absorbed by gas molecules is P=P0e-n0σ01 where Po is the initial light intensity, n is the molecular density, σ is the 35 absorption cross section, l is the absorption optical path length, and P is the light intensity after absorption.
と表わせる。It can be expressed as
したがつて吸収光路長lが長い程、、11−光吸収は大
きくなる。Therefore, the longer the absorption optical path length l, the greater the 11-light absorption.
長い光路長を得る光束の繰返し反射光学装置として、第
1図に示した様に二枚の球面鏡1を各々の曲率中心3が
一点となるように対向させて配置し、光束2を繰返し反
射させるもの、第2図に示したように平面鏡4を二枚対
置して光束を繰返4し反射させたもの、又両方平面鏡で
あると反射されるにしたがつて光束が発散してしまうの
で第3図に示したように片方を二枚の球面鏡5にして反
射の角度を調整し同時に発散を押えるようにしたもの、
などがあつた。As an optical device for repeatedly reflecting a light beam to obtain a long optical path length, two spherical mirrors 1 are arranged facing each other so that their centers of curvature 3 are at one point, as shown in Fig. 1, and the light beam 2 is repeatedly reflected. As shown in Figure 2, two plane mirrors 4 are placed opposite each other to repeatedly reflect the light beam, and if both are plane mirrors, the light beam diverges as it is reflected. As shown in Figure 3, one side is made of two spherical mirrors 5 to adjust the angle of reflection and suppress divergence at the same time.
etc. were hot.
これらの繰返し反射光学装置で光束を繰返し反射させる
と第4図に示した様にミラー面『に光束のスポツト7の
中心が直線上に並ぶ、すなわち繰返し反射光学装置内で
繰返し反射による光軸が全て同一平面上に並ぶ、そのた
め太い光束を同じ装置で繰返し反射させようとすると、
第5図に示したように一方のミラー『面上での任意の光
束の反射点(たとえば9)と、さらにもう一回反射して
戻つて来た光束の同一のミラー面上での反射点(たとえ
ば10)との間隔は、光束8の太さ程度までしかせばめ
る事ができないため、同じ大きさのミラーを用いる限り
、繰返し反射回数が少くなり、短い光路長しか得られな
い。また光路長を長くしようとすると、ミラーの面積を
当然大きくしなければならない、したがつてこのような
大きなミラーで構成される繰返し反射光学装置を内蔵で
きる光吸収セルの容積も大きくなつてしまう。セル容積
を出来る限り小さくする事、すなわちガス採取量を少く
する事は、ガスをセルに採取開始してからガスが完全に
新しいガスと交換するまでの測定の応答時間を速くする
上で必要な事である。When a light beam is repeatedly reflected by these repeating reflection optical devices, the centers of the spots 7 of the light beam are aligned on a straight line on the mirror surface, as shown in FIG. They are all lined up on the same plane, so if you try to reflect a thick beam of light repeatedly with the same device,
As shown in FIG. (for example, 10) can only be narrowed to about the thickness of the light beam 8, so as long as mirrors of the same size are used, the number of repeated reflections will be small and only a short optical path length can be obtained. Furthermore, if an attempt is made to increase the optical path length, the area of the mirror must naturally be increased, and therefore the volume of the light absorption cell that can house the repeating reflection optical device constituted by such a large mirror also becomes large. Making the cell volume as small as possible, that is, reducing the amount of gas sampled, is necessary to speed up the measurement response time from when gas starts being sampled into the cell until the gas is completely replaced with new gas. That's a thing.
またレンズを用いて、光束を細く絞ぼつた平行光束を、
従来の繰返し反射光学装置に入射させても、光束は細く
すればする程、先へ行つての発散が大きくなるため、発
散による損失が大きくなつてしまう、これをさけようと
すると、大きなミラーを用いなければならず、結果的に
はセル容積が大きくなつてしまう。要するに従来の繰返
し反射光学装置のように、繰返し反射による光軸が全て
同一平面上に並ぶような装置では、繰返し反射回数が多
く、かつ光量損失が少なく、セル容積を小さくするよう
な繰返し反射光学装置を作る事はできないという欠点が
あつた。本発明は、以上の欠点をかんがみてなされたも
ので、その目的は、Wランプ、D2ランプ等を光源とし
た比較的平行な太い光束を、独立可動な複数枚のミラー
をミラー取付け基板にミラーホルダーを介して平面的(
二次元的)に分布させたミラー群から成る反射鏡装置と
、もう一つの同様なミラー群から成る反射鏡装置とを互
いに対向させて構成した繰返し反射光学装置によつて、
繰返し反射する光束の光軸が立体的に分布するように繰
返し反射して、狭い空間で光量損失の小さい、長い光路
長を得るようにした、容積の小さな光吸収セルに内蔵で
きる繰返し反射光学装置を提供することである。In addition, a lens is used to narrow down the parallel light beam,
Even if the light beam is incident on a conventional repeating reflection optical device, the narrower the light beam, the greater the divergence as it goes forward, resulting in greater loss due to divergence.To avoid this, it is necessary to use a large mirror. As a result, the cell volume increases. In other words, in devices such as conventional repeating reflection optical devices, where the optical axes resulting from repeated reflections are all aligned on the same plane, repeating reflection optical devices that have a large number of repeated reflections, little light loss, and a small cell volume cannot be used. The drawback was that it was not possible to create devices. The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks, and its purpose is to transmit a relatively parallel and thick beam of light using a W lamp, a D2 lamp, etc. as a light source, by attaching a plurality of independently movable mirrors to a mirror mounting board. Planar (
By using a repeating reflection optical device configured by a reflecting mirror device consisting of a group of mirrors distributed two-dimensionally and another reflecting mirror device consisting of a similar group of mirrors facing each other,
A repeating reflection optical device that can be built into a small-volume light absorption cell, which repeatedly reflects the optical axis of the repeatedly reflected light beam so that it is distributed three-dimensionally to obtain a long optical path length with little light loss in a narrow space. The goal is to provide the following.
以下図面によつて説明する。This will be explained below with reference to the drawings.
第6図、第7図、第8図は、ミラー取付け基板上に平面
的に分布した複数枚のミラーの配置のし方を示した図で
ある。それぞれのミラー11は独立可動であり平面的に
複数枚のミラーが分布している二つのミラー取付け基板
31を対向させて繰返し反射光学装置を構成した。ミラ
ー取付け基板31に二次元的に分布する複数枚のミラー
の配置のし方は、第6図、第7図、第8図に示したもの
だけではなく、同心円に沿つてミラーを配置したミラー
群や、放射状にミラーを配置したミラー群としても、複
数枚のミラーを稠密に配置することができる。また各ミ
ラー取付け基板31に配置されるミラーの枚数は、繰返
し反射光学装置を内蔵する光吸収セルの長さで決められ
るミラー群とミラー群との距離と所望の吸収光路長とか
ら決まり、その枚数は限定されるものではない。ここで
複数枚のミラーから成るミラー群は、ミラー取付け基板
にミラーホルダを介して装着される事によつて反射鏡装
置を構成する。FIG. 6, FIG. 7, and FIG. 8 are diagrams showing how to arrange a plurality of mirrors distributed two-dimensionally on a mirror mounting board. Each mirror 11 is movable independently, and two mirror mounting substrates 31 on which a plurality of mirrors are distributed in a plane are opposed to form a repeating reflection optical device. A plurality of mirrors distributed two-dimensionally on the mirror mounting board 31 can be arranged not only as shown in FIGS. 6, 7, and 8, but also as a mirror in which the mirrors are arranged along concentric circles. A plurality of mirrors can be densely arranged as a group or a mirror group in which mirrors are arranged radially. The number of mirrors arranged on each mirror mounting board 31 is determined by the distance between the mirror groups determined by the length of the light absorption cell containing the repeating reflection optical device and the desired absorption optical path length. The number of sheets is not limited. Here, a mirror group consisting of a plurality of mirrors constitutes a reflecting mirror device by being attached to a mirror mounting board via a mirror holder.
第9図に、複数枚のミラーから成る一対のミラー群の間
で太い光束を繰返し反射する様子を示した、なお判り易
く説明するため、同図において各各独立したミラーが直
線上に配置されているように描いてあるが、実際には第
6図、第7図、第8図に示した様に二次元的に分布した
配置をとつている。Figure 9 shows how a thick beam of light is repeatedly reflected between a pair of mirror groups made up of multiple mirrors.For easier understanding, each independent mirror in the figure is arranged on a straight line. However, in reality, they are two-dimensionally distributed as shown in FIGS. 6, 7, and 8.
第9図中、光源20からの光をレンズ21で太い光束の
平行光束22を作り 対向側のミラー11に入射する、
対向側のミラー群25は 入射側と対向側のミラー群の
間隔をdとした時、曲率半径2dの球面鏡を使い、入射
側のミラー1『に絞り返す。In FIG. 9, the light from the light source 20 is made into a thick parallel light beam 22 by the lens 21, and is incident on the mirror 11 on the opposite side.
The mirror group 25 on the opposite side uses a spherical mirror with a radius of curvature of 2d, where the distance between the mirror groups on the incident side and the opposite side is d, and the beam is focused back to the mirror 1' on the incident side.
入射側のミラー群24は、平面鏡(又は光束の広がりに
よる損失を少くする為に曲率半径の大きな球面鏡を用い
ても良い)を使用する。平面鏡1『で反射された光束は
、次の球面鏡11″には焦点から放射された光束として
入射し、平行光束となつて返される。順々にミラーの角
度を微調整することによつて、第9図に示したような多
数回の繰返し反射をさせ平行光束23として取出した。
以上説明したように、ミラー取付け基板に二次元的に複
数枚のミラーを分布配置する際に、従来用いられてきた
ミラーホルダのミラー装着面の面積がミラーの面積より
大きい微調可能なミラーホルダを本発明による繰返し反
射光学装置に用いようとすると光学的には全く不用の空
間のミラーホルダのために用意することになり、結局こ
の様な繰返し反射光学装置を内蔵する光吸収セルの容積
も大きくなつてしまい好ましくない。The mirror group 24 on the incident side uses a plane mirror (or a spherical mirror with a large radius of curvature may be used to reduce loss due to spread of the light beam). The light beam reflected by the plane mirror 1'' enters the next spherical mirror 11'' as a light beam radiated from the focal point, and is returned as a parallel light beam. By finely adjusting the angles of the mirrors one after another, The light was reflected many times as shown in FIG. 9 and extracted as a parallel light beam 23.
As explained above, when distributing multiple mirrors two-dimensionally on a mirror mounting board, a mirror holder that can be finely adjusted is used, where the area of the mirror mounting surface of the conventional mirror holder is larger than the area of the mirror. If you try to use it in the repeated reflection optical device of the present invention, you will have to prepare a space for a mirror holder that is completely unnecessary optically, and as a result, the volume of the light absorption cell that houses such a repeated reflection optical device will also be large. I get used to it and don't like it.
そこで本発明では、ミラーホルダのミラー装着面の面積
を実質的にミラーの面積又はそれ以下にしミラー取付け
基板の裏側からミラーの固定角度を微調することによつ
てミラーの入出射角を微調するようにした。Therefore, in the present invention, the area of the mirror mounting surface of the mirror holder is substantially the area of the mirror or less, and the angle of incidence and exit of the mirror is finely adjusted by finely adjusting the fixing angle of the mirror from the back side of the mirror mounting board. I made it.
このようなミラー取付け基板へのミラー取付けの様子を
第10図に示した。同図において、ミラーホルダ12は
微調用ネジ13によつてミラー取付け基板31のネジ穴
17に締結されている。ミラーホルダ12とミラー取付
け基板との間にはコイルバネ16を挟んであり、このコ
イルバネ16には、ミラーホルダ12とミラー取付け基
板31との間隔を拡げようとする力を持たせてある。し
たがつて、微調用ネジ13に設けられた刃型溝18にド
ライバをあてて微調用ネジ13を回すことによつてミラ
ーホルダ12とミラー取付け基板31との間隔を自在に
変えることができる。この時、微調用ネジ13′を回転
させずにおけばミラーホルダ12の取付け角度を微調で
きる。実際には一つのミラーホルダ12に対して三本の
微調用ネジが設けられており、いわゆる三点調整によつ
てミラーホルダ12の取付け角度を自在に変えることが
できる。ミラーホルダ12にはミラー11が装着されて
おり、ミラーホルダ12の取付け角度を前述のように微
調することによつてミラー11の入出射角を微調してい
る。ミラーホルダ12にはサグリ穴14が設けられてお
り、このザグリ穴は微調用ネジ13の頭部15が埋まる
ような深さのザグリ穴14である。ミラー11はこのザ
グリ穴14をプタするように装着することによつて、ミ
ラーホルダ12をミラー11の大きさより小さくするこ
とができた。ミラー11は接着剤によつてミラーホルダ
12に装着されているが、ベルトのような金具を用いて
装着するとミラーの取りはずしが可能となり好ましい。
また、ミラー装着の面積がわずかにミラーの面積より大
きなミラーホルダとし、このミラーホルダのミラー装着
面を丁度ミラーが入るような座ぐり穴を設けて、この座
グリ穴の中にミラーを挿入し、ミラーの外周と座ぐり穴
の内周との間に接着剤を使用してミラーを装着するのも
よい。FIG. 10 shows how the mirror is mounted on such a mirror mounting board. In the figure, a mirror holder 12 is fastened to a screw hole 17 of a mirror mounting board 31 by a fine adjustment screw 13. A coil spring 16 is sandwiched between the mirror holder 12 and the mirror mounting board 31, and the coil spring 16 is given a force to increase the distance between the mirror holder 12 and the mirror mounting board 31. Therefore, by applying a screwdriver to the blade groove 18 provided in the fine adjustment screw 13 and turning the fine adjustment screw 13, the distance between the mirror holder 12 and the mirror mounting board 31 can be freely changed. At this time, if the fine adjustment screw 13' is not rotated, the mounting angle of the mirror holder 12 can be finely adjusted. Actually, three fine adjustment screws are provided for one mirror holder 12, and the mounting angle of the mirror holder 12 can be freely changed by so-called three-point adjustment. The mirror 11 is attached to the mirror holder 12, and by finely adjusting the mounting angle of the mirror holder 12 as described above, the incident and exit angles of the mirror 11 are finely adjusted. A counterbore hole 14 is provided in the mirror holder 12, and the counterbore hole 14 has a depth such that the head 15 of the fine adjustment screw 13 is buried therein. By fitting the mirror 11 into the counterbore hole 14, the mirror holder 12 can be made smaller than the mirror 11. The mirror 11 is attached to the mirror holder 12 with an adhesive, but it is preferable to attach it using a metal fitting such as a belt, since this allows the mirror to be removed.
Also, use a mirror holder whose area for attaching the mirror is slightly larger than the area of the mirror, make a counterbore hole in the mirror attachment surface of this mirror holder, and insert the mirror into the counterbore hole. Alternatively, the mirror may be attached using an adhesive between the outer circumference of the mirror and the inner circumference of the counterbore.
この方法によつても、ミラーホルダのミラー装着面は従
来のミラーホルダに比べ格段と小さくすることができる
。Even with this method, the mirror mounting surface of the mirror holder can be made much smaller than that of conventional mirror holders.
要は、微調用ネジ13をミラー装着面の裏側に設けたこ
とにより、ミラーホルダのミラー装着面の面積を小さく
することにある。The point is that by providing the fine adjustment screws 13 on the back side of the mirror mounting surface, the area of the mirror mounting surface of the mirror holder can be reduced.
第11図は、本発明による繰返し反射光学装置を内蔵し
た光吸収セルの実施例を示した図である。FIG. 11 is a diagram showing an embodiment of a light absorption cell incorporating a repeating reflection optical device according to the present invention.
第11図中、20は光源、21は平行光束を得るための
レンズ、22は入射平行光束、23は繰返し反射して光
吸収セルを出射した光束、24,25はそれぞれ入射側
、対向側のミラー群、30,30′は光吸収セル密閉用
外ブタ、31,3『はミラー取付け基板、32,32f
は光吸収セル密閉用外ブタにつけた透明ガラス窓、33
,335は光束の入射口および出射口、34,35は試
料ガスの吸入口および排気口、36は円筒状の筒を示す
。実施例では、平行光束22の太さは20φ、ミラー1
1,1『の大きさは20φ、ミラー群24,25の間隔
は1m1人射側のミラー群24のミラー11は曲率半径
3mの球面鏡であり、他方の対向側のミラー1『は曲率
半径2mの球面鏡とし、光吸収セル内の光路長12mな
る繰返し反射光学装置である。この時のミラーの分布配
置の様子を第12図に示した。なお第12図は第11図
に於いて、B一仔面、c−C面より対向側のミラー群2
5および入射側のミラー群24のミラーの配置をのぞい
た図である。図中、37,38はミラー調整のためのの
ぞき穴である。また第13図は20mの光路長を得る時
のミラーの分布配置の様子を示す図である。In FIG. 11, 20 is a light source, 21 is a lens for obtaining a parallel light beam, 22 is an incident parallel light beam, 23 is a light beam that has been repeatedly reflected and exited the light absorption cell, 24 and 25 are on the incident side and the opposite side, respectively. Mirror group, 30, 30' are outer lids for sealing the light absorption cell, 31, 3' are mirror mounting boards, 32, 32f
33 is a transparent glass window attached to the outer lid for sealing the light absorption cell.
, 335 are the entrance and exit ports for the light flux, 34 and 35 are the inlet and exhaust ports for the sample gas, and 36 is a cylindrical tube. In the example, the thickness of the parallel light beam 22 is 20φ, and the mirror 1
The size of 1 and 1' is 20φ, and the interval between the mirror groups 24 and 25 is 1 m. The mirror 11 of the mirror group 24 on the human shooting side is a spherical mirror with a radius of curvature of 3 m, and the mirror 1' on the opposite side has a radius of curvature of 2 m. This is a repeating reflection optical device with a spherical mirror and an optical path length of 12 m within the light absorption cell. The distribution arrangement of the mirrors at this time is shown in FIG. Note that FIG. 12 shows the mirror group 2 on the opposite side from the B-plane and the C-C plane in FIG.
5 is a diagram showing the arrangement of mirrors in the mirror group 24 on the incident side and the mirror group 24 on the incident side. In the figure, numerals 37 and 38 are peepholes for adjusting the mirror. Further, FIG. 13 is a diagram showing the distribution arrangement of mirrors when obtaining an optical path length of 20 m.
対向するミラー群の間隔1mは変えていないので、繰返
し反射の回数を増すために配置されたミラーの枚数は当
然増えている。次に多成分の測定を同時に行う場合を考
える。Since the distance of 1 m between the opposing mirror groups remains unchanged, the number of mirrors arranged to increase the number of repeated reflections is naturally increased. Next, consider the case where multiple components are measured simultaneously.
測定対象波長は、ガスの成分に依存する。ところでミラ
ーの反射率には波長特性があり、例えば、NOの吸収は
2300人付近にあり、NO2の吸収は4500人付近
にある。ミラーの反射率は、2300λ付近と4500
人付近とでは、数パーセント異なる、したがつてミラー
によつて光束を何回も繰返し反射させ同一の長さの光路
長で測定すると、両者の光量の差が大きなものとなり、
両方ともに精度良く測定する事が出来なくなつてしまう
。一般に分光学的手段でガスの定量化をしようとすると
、その感度は、受光器に入射する光量Pの平方根!Pに
比例する。すなわち、感度をGとすると、GO−c!P
となる。The wavelength to be measured depends on the gas components. By the way, the reflectance of a mirror has wavelength characteristics; for example, the absorption of NO is around 2300, and the absorption of NO2 is around 4500. The reflectance of the mirror is around 2300λ and 4500λ
There is a difference of a few percent between the light intensity near a person, so if the light beam is reflected many times by a mirror and measured with the same optical path length, the difference in the light intensity between the two will be large.
Both become impossible to measure accurately. Generally, when attempting to quantify gas by spectroscopic means, the sensitivity is the square root of the amount of light P incident on the receiver! Proportional to P. That is, if the sensitivity is G, then GO-c! It becomes P.
ところで受光器に入射する光量Pは、ミラーの反射率に
依存し、n回ミラーで反射された光量PnはPn又PO
−An
で表わされる。By the way, the amount of light P that enters the light receiver depends on the reflectance of the mirror, and the amount of light Pn reflected by the mirror n times is Pn or PO
-An.
又感度Gは、光路長に依存し、ミラー間距離を実施例の
如く1メートルとすると光路長は(n+1)メートルと
なるからGO<:(n+1)
なる関係式で表わされる。Furthermore, the sensitivity G depends on the optical path length, and if the distance between the mirrors is 1 meter as in the embodiment, the optical path length is (n+1) meters, so it is expressed by the relational expression GO<:(n+1).
従つてこれらの式をまとめると Gc((n+1)VTn が得られる。Therefore, putting these formulas together, we get Gc((n+1)VTn is obtained.
これより感度Gが最大となるのは、n−(−2/1na
)−1の時である。From this, the maximum sensitivity G is n-(-2/1na
)-1.
すなわち成分により吸収波長が異なり、測定対象波長が
異なるから、それぞれの成分に応じた適切な反射回数が
ある。本発明の繰返し反射光学装置に於いては、個々の
ミラーが独立可動であるため、任意のミラーを取り除く
事ができ、代りにハーフミラーを取付け、新たに入射口
をもうければ、異なる位置からの光束を繰返し反射の途
中から入射させる事ができる。That is, since the absorption wavelength differs depending on the component and the wavelength to be measured differs, there is an appropriate number of reflections depending on each component. In the repeating reflection optical device of the present invention, since each mirror is independently movable, any mirror can be removed, a half mirror can be installed in its place, and a new entrance opening can be provided to allow light to be reflected from different positions. can be made to enter from the middle of repeated reflections.
すなわち異なる長さの光路長を同一光軸で取り出す事が
できる。第14図は、異なる長さの光路長を提供する繰
返し反射光学装置を内蔵した光吸収セルの一実施例であ
る。図中20,20′は光源、21,2『は平行光束を
得るためのレンズ、22,22′は入射の平行光束、3
2,32′,321まセル密閉用外ブタ30に付けた透
明ガラス窓、33,33′,331ま円板状のミラー取
付け基板31にもうけた光束の入射口及び出射口、39
はハーフミラーホルダ、40はハーフミラーを示す。な
おハーフミラーは、紫外域、可視域等の領域で任意の反
射率および透過率が得られるものであり、第15図にハ
ーフミラーの一例を示す。In other words, different optical path lengths can be extracted from the same optical axis. FIG. 14 is an embodiment of a light absorption cell incorporating repeating reflection optics to provide different optical path lengths. In the figure, 20 and 20' are light sources, 21 and 2' are lenses for obtaining parallel light beams, 22 and 22' are incident parallel light beams, and 3
2, 32', 321 a transparent glass window attached to the cell sealing outer lid 30; 33, 33', 331; an entrance and an exit opening for the light beam on the disk-shaped mirror mounting board 31; 39;
indicates a half mirror holder, and 40 indicates a half mirror. Note that the half mirror can obtain arbitrary reflectance and transmittance in regions such as the ultraviolet region and the visible region, and an example of the half mirror is shown in FIG. 15.
第15図中41は光に対して透明な基板、42は透過面
、43は反射面(反射膜付着面)を示す。第16図は、
ハーフミラーホルダを示す図である。In FIG. 15, reference numeral 41 indicates a substrate transparent to light, reference numeral 42 indicates a transmitting surface, and reference numeral 43 indicates a reflective surface (reflective film adhering surface). Figure 16 shows
It is a figure showing a half mirror holder.
第16図中44は光束の入射用穴、45はハーフミラー
ホルダの微調ネジ用穴を示す。第17図は、2つの異な
る長さの光路長を提供する場合の入射側のミラーおよび
ハーフミラーの分布配置の一例を示す図である。In FIG. 16, reference numeral 44 indicates a hole for the incidence of a light beam, and reference numeral 45 indicates a hole for a fine adjustment screw in the half mirror holder. FIG. 17 is a diagram showing an example of the distribution arrangement of mirrors and half mirrors on the incident side when two different optical path lengths are provided.
本発明は以上説明したように太い光束を独立可動な複数
枚のミラーからなる、互いに対向する一対のミラー群で
構成される繰返し反射光学装置で繰返し反射させ長い光
路長が得られるようにしたものであり、かつ繰返し反射
光学装置を内蔵する光吸収セルの容積を小さくしたもの
である。As explained above, the present invention enables a long optical path length to be obtained by repeatedly reflecting a thick beam of light using a repeating reflection optical device consisting of a pair of mirror groups facing each other and consisting of a plurality of independently movable mirrors. In addition, the volume of the light absorption cell containing the repeating reflection optical device is reduced.
本発明より容易に考えられる応用を次に述べると、(!
)入射口、出射口を入射側、対向側の円板状のミラー取
付け基板上でない位置、すなわち円筒状の筒の横腹にも
うける事。The following are the applications that can be more easily considered than the present invention: (!
) Provide the entrance and exit ports at positions other than on the disc-shaped mirror mounting substrate on the entrance side and the opposite side, that is, on the side of the cylindrical tube.
(1)対向側の球面鏡を曲率半径が実質的に2dのもの
を使用し、入射側には平面鏡を使用するもの、又は入射
側、対向側の両方に曲率半径が実質的にdの球面鏡を使
用したもの。(1) A spherical mirror with a radius of curvature of substantially 2d is used on the opposing side, and a plane mirror is used on the input side, or a spherical mirror with a radius of curvature of substantially d is used on both the input side and the opposite side. What I used.
(111) ミラーホルダの微調に使用する弾性材料で
あるコイルバネの代りに、ゴム、板バネ、その他スポン
ジ等を使用したもの。(111) Instead of a coil spring, which is an elastic material used for fine adjustment of the mirror holder, rubber, plate springs, or other sponges are used.
(′V)第18図に示した様に、ミラー11が薄板の円
筒状の金具50によつてミラーホルダ12に装着される
もの。('V) As shown in FIG. 18, the mirror 11 is attached to the mirror holder 12 by a thin cylindrical metal fitting 50.
()ハーフミラーが誘電体多層膜、その他膜厚によつて
反射、透過率を制御した金属蒸着膜によつて形成される
もの。() The half mirror is formed of a dielectric multilayer film or other metal evaporated film whose reflection and transmittance are controlled by the film thickness.
(Vl)入射口が1つで出射口が複数個あるもの、又人
射口、出射口ともに複数個あるもの。(Vl) One with one entrance port and multiple exit ports, or one with multiple injection ports and multiple exit ports.
(11)ミラー取付け基板が四角形で、吸収セルが箱形
のもの。(11) The mirror mounting board is square and the absorption cell is box-shaped.
〜11)太い平行光束をつくるレンズの代りに、球面鏡
あるいは非球面鏡を使用したもの。~11) A spherical mirror or an aspherical mirror is used instead of a lens that creates a thick parallel beam of light.
などの応用がある。There are applications such as
以上説明したように、本発明による繰返し反射光学装置
によれば、次のような諸効果が得られる。As explained above, according to the repeating reflection optical device according to the present invention, the following effects can be obtained.
(イ) ミラー取付け基板の裏側からミラーの入出射角
を調整するような微調機構としたから、ミラーの大きさ
以下の微調可能なミラーホルダとすることができた。(
ロ) ミラーホルダのミラー装着面の面積をミラーの面
積以下にしたから、複数枚のミラーをミラー取付け基板
に稠密に配置することができた。(a) Since the fine adjustment mechanism was used to adjust the incident and output angles of the mirror from the back side of the mirror mounting board, it was possible to create a mirror holder that could be finely adjusted to a size smaller than the size of the mirror. (
(b) Since the area of the mirror mounting surface of the mirror holder was made smaller than the area of the mirror, multiple mirrors could be densely arranged on the mirror mounting board.
(・→ 複数枚の独立可動なミラーをミラー取付け基板
に稠密となるように並べる事ができたため、セル容積を
小さくする事ができた。(ニ)太い光束を繰返し反射さ
せたので、光束の発散による光量損失を小さくする事が
できた。(・→ Because we were able to arrange multiple independently movable mirrors densely on the mirror mounting board, we were able to reduce the cell volume. (d) Since the thick beam of light was reflected repeatedly, the We were able to reduce the amount of light loss due to divergence.
(ホ)太い光束を立体的に繰返し反射させたので、セル
内のガス中をまんべんなく通過するため、濃度のかたよ
りによる誤差を少くする事ができた。(へ)繰返し反射
するミラーは各々独立可動としたから、光軸の調整を、
光束の反射順に調整してゆけば良いという様に容易にす
る事ができた。(e) Since the thick light beam was repeatedly reflected three-dimensionally, it passed through the gas inside the cell evenly, making it possible to reduce errors caused by uneven concentration. (f) Since the mirrors that repeatedly reflect each other are movable independently, the optical axis can be adjusted by
This can be easily done by simply adjusting the order of reflection of the light flux.
(卜)反射鏡装置に於けるミラー群のミラーを各々独立
可動にしたから、任意のミラーを取り除き、代りにハー
フミラーを取付け、新たに入射口をもうければ、同一の
繰返し反射光学装置で、同時に異なる位置からの光源か
らの光束を入射させることができ、長さの異なる光路長
を同一光軸で得る事ができた。)(B) Since each of the mirrors in the mirror group in the reflecting mirror device is movable independently, if you remove any mirror, install a half mirror in its place, and create a new entrance, you can use the same repeating reflection optical device. , it was possible to simultaneously input light beams from light sources from different positions, and it was possible to obtain different optical path lengths on the same optical axis. )
第1図、第2図、第3図は従来の繰返し反射光学装置を
示した図。
第4図は従来の繰返し反射光学装置で細い光束を繰返し
反射させた時の一方のミラー面上に於ける光束の様子を
示した図である。第5図は、従来の繰返し反射光学装置
で太い光束を繰返し反射させた時の一方のミラー面上に
於ける光束の配列の様子を示した図である。第6図、第
7図、第8図は、ミラー取付け基板に二次元的に分布さ
せたミラーの配置のし方を示した図である。第9図は、
相方独立可動な複数枚のミラーによつて光束を繰返し反
射する様子を平面的に描いた説明図。第10図は、ミラ
ーの微調機構を示した図。第11図は、本発明による繰
返し反射光学装置を内蔵した光吸収セルの一実施例を示
した図である。第12図、第13図は、第11図に於い
てB−仔面、c−σ面から入射側、対向側をのぞいた時
のミラーの配置を示したもので、第12図および第13
図はミラーの配置を示した図である30第14図は、同
一光軸で異なる長さの光路長を提供する繰返し反射光学
装置を内蔵する光吸収セルの一実施例を示す図である。
第15図は、望みの反射率、透過率を提供するハーフミ
ラーの一例を示す図である。第16図は、ハーフミラー
ホルダを示す図である。第17図は、第14図に於いて
D一仔面から入射側をのぞいた時のミラー及びハーフミ
ラーの配置を示した図である。第18図は、ミラーホル
ダの変形例を示した図である。図中、11はミラー、1
2はミラーホルダ、13は微調用ネジ、14はザグリ穴
、15はネジの頭、16はコイルバネ、17はミラー取
付け基板に設けられたネジ穴、18は刃型溝、24は入
射側の、ミラー群、25は対向側のミラー群、30,3
0′は光吸収セルの密閉用外ブタ、31はミラー取付け
基板、32,321,3211ま光吸収セルの密閉用外
ブタにつけた透明ガラス窓、33,33′,335は光
束の入出射口、34,35は試料ガスの吸入、排気口、
36は円筒状の筒、37,38はミラーの角度調整のた
めののぞき穴、39はハーフミラーホルダ、40はハー
フミラー。FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 3 are diagrams showing a conventional repeating reflection optical device. FIG. 4 is a diagram showing the state of the light beam on one mirror surface when a narrow light beam is repeatedly reflected by a conventional repeating reflection optical device. FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of light beams on one mirror surface when a thick light beam is repeatedly reflected by a conventional repeating reflection optical device. FIG. 6, FIG. 7, and FIG. 8 are diagrams showing how mirrors are two-dimensionally distributed on a mirror mounting board. Figure 9 shows
FIG. 2 is an explanatory diagram depicting in a plane how a light beam is repeatedly reflected by a plurality of independently movable mirrors. FIG. 10 is a diagram showing a mirror fine adjustment mechanism. FIG. 11 is a diagram showing an embodiment of a light absorption cell incorporating a repeating reflection optical device according to the present invention. Figures 12 and 13 show the arrangement of the mirrors when looking at the incident side and the opposite side from the B-plane and c-σ plane in Figure 11.
The figure shows the arrangement of mirrors. 30 Figure 14 shows an embodiment of a light absorption cell incorporating a repeating reflection optical device that provides different optical path lengths on the same optical axis.
FIG. 15 is a diagram showing an example of a half mirror that provides desired reflectance and transmittance. FIG. 16 is a diagram showing a half mirror holder. FIG. 17 is a diagram showing the arrangement of the mirror and half mirror when looking at the incident side from the D-plane in FIG. 14. FIG. 18 is a diagram showing a modification of the mirror holder. In the figure, 11 is a mirror, 1
2 is a mirror holder, 13 is a fine adjustment screw, 14 is a counterbore hole, 15 is a screw head, 16 is a coil spring, 17 is a screw hole provided on the mirror mounting board, 18 is a blade groove, 24 is on the incident side, Mirror group, 25 is the mirror group on the opposite side, 30,3
0' is the outer cover for sealing the light absorption cell, 31 is the mirror mounting board, 32, 321, 3211 is a transparent glass window attached to the outer cover for sealing the light absorption cell, and 33, 33', 335 are the entrance and exit ports for the light flux. , 34, 35 are sample gas intake and exhaust ports;
36 is a cylindrical tube, 37 and 38 are peepholes for adjusting the angle of the mirror, 39 is a half mirror holder, and 40 is a half mirror.
Claims (1)
に微調用ネジによつて装着される複数個の独立可動なミ
ラーホルダと、該各ミラーホルダに装着された複数枚の
ミラーとによつて2個の反射鏡装置を構成し;前記各々
の反射鏡装置は前記複数枚のミラーを前記ミラー取付け
基板上に二次元的に分布配置させてあり、かつ、各々の
反射鏡装置に備えられたミラーの反射面が互いに対向す
るように隔てて配置してあることを特徴とする繰返し反
射光学装置。 2 ミラーホルダは、ミラー装着面の面積が実質的にミ
ラーの面積と同等か、または、それ以下であり、複数枚
のミラーがミラー取付け基板上に稠密となるように二次
元的に分布配置されたことを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の繰返し反射光学装置。 3 ミラーは、反射鏡装置のミラーの反射面と対向する
反射鏡装置のミラーの反射面との間隔をdとしたとき、
一方の反射鏡装置にある全てのミラーの曲率半径が2d
となる球面鏡であることを特徴とする特許請求の範囲第
1項又は第2項記載の繰返し反射光学装置。 4 ミラーは、反射鏡装置のミラーの反射面と対向する
反射鏡装置のミラーの反射面との間隔をdとしたとき、
両反射鏡装置の全てのミラーの曲率半径がdとなる球面
鏡であることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第
2項記載の繰返し反射光学装置。 5 ミラー取付基板が、円板状である特許請求の範囲第
1項又は第2項又は第3項又は第4項記載の繰返し反射
光学装置。 6 ミラーの一枚以上がハーフミラーであることを特徴
とする特許請求の範囲第1項又は第2項又は第3項又は
第4項又は第5項記載の繰返し反射光学装置。[Claims] 1. Two mirror mounting boards, a plurality of independently movable mirror holders mounted on each mirror mounting board with fine adjustment screws, and a plurality of mirror holders mounted on each mirror holder. two reflecting mirror devices are constituted by the mirrors; each of the reflecting mirror devices has the plurality of mirrors arranged two-dimensionally on the mirror mounting substrate; 1. A repeating reflection optical device characterized in that mirrors included in the mirror device are spaced apart so that their reflecting surfaces face each other. 2. The mirror holder is such that the area of the mirror mounting surface is substantially equal to or smaller than the area of the mirror, and the multiple mirrors are two-dimensionally distributed on the mirror mounting board so as to be densely arranged. A repeating reflection optical device according to claim 1, characterized in that: 3 When the distance between the reflecting surface of the mirror of the reflecting mirror device and the reflecting surface of the opposing mirror of the reflecting mirror device is d,
The radius of curvature of all mirrors in one reflecting mirror device is 2d
3. The repeated reflection optical device according to claim 1, wherein the repeating reflection optical device is a spherical mirror. 4. When the distance between the reflecting surface of the mirror of the reflecting mirror device and the reflecting surface of the mirror of the opposing reflecting mirror device is d,
3. The repeating reflection optical device according to claim 1, wherein all the mirrors of the double reflecting mirror device are spherical mirrors with a radius of curvature of d. 5. The repeated reflection optical device according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein the mirror mounting substrate is disk-shaped. 6. The repeating reflection optical device according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, wherein one or more of the mirrors is a half mirror.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51033101A JPS5912981B2 (en) | 1976-03-27 | 1976-03-27 | Repeated reflection optical device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51033101A JPS5912981B2 (en) | 1976-03-27 | 1976-03-27 | Repeated reflection optical device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS52117175A JPS52117175A (en) | 1977-10-01 |
| JPS5912981B2 true JPS5912981B2 (en) | 1984-03-27 |
Family
ID=12377264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51033101A Expired JPS5912981B2 (en) | 1976-03-27 | 1976-03-27 | Repeated reflection optical device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5912981B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62204286U (en) * | 1986-06-16 | 1987-12-26 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4522882B2 (en) * | 2005-02-15 | 2010-08-11 | 浜松ホトニクス株式会社 | Absorption measuring device |
| JP5320542B2 (en) * | 2009-06-10 | 2013-10-23 | ゼネラルパッカー株式会社 | Multipass cell |
| GB201812766D0 (en) | 2018-08-06 | 2018-09-19 | Res & Innovation Uk | Optical multi-pass cells |
| JP7665904B2 (en) * | 2021-02-16 | 2025-04-22 | 日本分光株式会社 | Multi-reflection instrument and multi-reflection cell |
-
1976
- 1976-03-27 JP JP51033101A patent/JPS5912981B2/en not_active Expired
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62204286U (en) * | 1986-06-16 | 1987-12-26 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS52117175A (en) | 1977-10-01 |
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