專利名稱：光學(xué)管測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是與測量存在于氣管內(nèi)的物質(zhì)的頻譜的光學(xué)管測量裝置有關(guān)的。
背景技術(shù)：
在氣管內(nèi)將多個球面鏡成對置的狀態(tài)設(shè)置，從斜方向使光線射入管內(nèi)，用球面鏡使此光線發(fā)生多次反射(2次～20次)，然后引出光線，這樣能將光程長實(shí)質(zhì)性地延長，進(jìn)行頻譜的測量。把像這樣能將光程長度實(shí)質(zhì)性地延長的氣管稱為“長光程氣管”。通過此采用了長光程氣管的測量方法，能將通常情況下微弱且測量困難的頻譜變成比較強(qiáng)的信號進(jìn)行測量。(WO01/013091)。
但是上述長光程氣管，采用了球面鏡，而且將光線射入氣管內(nèi)，不是從球面鏡的正面射入時，而需要從微斜的方向?qū)⒐饩€射入。因此，由于球面鏡的像差，偏振方向是縱向的光線的焦點(diǎn)與偏振方向是橫向的光線的焦點(diǎn)變得不一致。此傾向，從斜向射入的光線的角度越大，也就是說，氣管的光線入射位置和光線出射位置的距離越大的話，就越顯著。
因此，為了引出射入氣管的的光線而在任意一偏振方向的光線上聚焦后，在其他方向的光線上就無法聚焦。因此，無法引出所有的光線，結(jié)果出現(xiàn)氣管的透過率降低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供具有補(bǔ)償設(shè)置在氣管內(nèi)部的球面鏡的像差的功能從而不會使氣管的透過率降低的光學(xué)管測量裝置。
本發(fā)明的光學(xué)管測量裝置具備照射出在某一波長范圍內(nèi)擴(kuò)展的光線的光源、使從上述光源照射出的光線發(fā)生反射的第1反射鏡、引導(dǎo)上述被第1反射鏡反射的光線的長光程氣管、使從上述長光程氣管射出的光線發(fā)生反射的第2反射鏡、以及檢測被上述第2反射鏡反射的光線的傳感器，其特征在于在從上述光源到上述傳感器的光程之間，設(shè)置了具有在與光程正交的2個方向之間焦距不同的雙聚焦特性的光學(xué)元件。
上述第1反射鏡與上述第2反射鏡，反射鏡本身可以是上述具有雙聚焦特性的元件，也可以在反射鏡上安裝上述具有雙聚焦特性的光學(xué)元件。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)成，通過在上述光源到上述傳感器的光程間插入具有雙聚焦特性的元件，能使射入上述長光程氣管的光線的焦點(diǎn)位置在與光程正交的2個方向之間相同，而且，能使上述長光程氣管射出的光線的焦點(diǎn)位置在與光程正交的2個方向之間相同。因此，與偏振方向無關(guān)，能將所有的光線射入長光程氣管，而且，與偏振方向無關(guān)，能從長光程氣管中引出所有的光線。結(jié)果是氣管的透過率不會降低，能進(jìn)行高靈敏度的頻譜測量。
另外，通過補(bǔ)償上述像差，能加大氣管的光線入射位置與光線出射位置的距離，所以能很容易地在這之間設(shè)置短光程氣管。也就是說，本發(fā)明的光學(xué)管測量裝置，也還可以具備短光程氣管，其設(shè)在從上述光源到上述傳感器之間的去掉上述第1反射鏡和上述第2反射鏡后的光程上；以及移動裝置，使上述第1反射鏡和上述第2反射鏡在從上述光源到上述傳感器之間的光程中移動。在此構(gòu)成中，采用了上述移動裝置，能任意選擇長光程氣管測量和短光程氣管測量中的一個，進(jìn)行測量。
本發(fā)明中上述的或者另外其它的優(yōu)點(diǎn)、特征以及效果，邊參照附圖，邊看下述的對實(shí)施形態(tài)的說明，就會很明確。


圖1是具備長光程氣管和短光程氣管這兩個氣管的本發(fā)明的光學(xué)管測量裝置的剖面圖。
圖2是表示雙聚焦透鏡的形狀例的立體圖。
圖3是表示將雙聚焦透鏡插入光程中的本發(fā)明的光學(xué)測量裝置的光程圖。
圖4是表示在本發(fā)明的光學(xué)管測量裝置中，使移動式反射鏡M1、M2從光程中移動時的剖面圖。
圖5是表示將雙聚焦透鏡設(shè)置在移動式反射鏡M1、M2和氣管窗口之間的本發(fā)明的其他實(shí)施形態(tài)的光學(xué)管測量裝置的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是具備長光程氣管1、短光程氣管2這兩個氣管的本發(fā)明的光學(xué)管測量裝置的剖面圖。
光學(xué)管測量裝置，具備光源S、狹縫17、對光源S的光線進(jìn)行聚光的透鏡3、使透鏡3匯聚的光線透過氣管窗口4照射到長光程氣管的移動式反射鏡M1。
上述光源S，比如是SiC燈等。此SIC燈具有從400cm-1到7000cm-1的范圍很廣的紅外線頻譜。按照換算式107/X(nm)＝Y(jié)(cm-1)換算成波長的話，波長的范圍是從1429nm到25000nm。X表示波長，Y表示波數(shù)。
透過氣管窗口4照射到長光程氣管1的光線，在長光程氣管1的內(nèi)部安裝的物鏡7和聚光鏡6之間多次被反射，然后透過氣管窗口5射出。上述物鏡7和聚光鏡6，可以采用在不銹鋼凹面鏡上鍍上金的物件。
透過氣管窗口5射出的光線，被移動式反射鏡M2反射，透過聚光透鏡8射入傳感器D。氣管窗口4、5，比如是由ZnSe構(gòu)成的物件。
上述長光程氣管，具備用來導(dǎo)入測量波長頻譜的被測量氣體的氣體入口11、用來將導(dǎo)入的被測量氣體排到氣管外的氣體出口12。另外，長光程氣管1中安裝了測量長光程氣管1內(nèi)部壓力的壓力傳感器13。10是表示安裝在長光程氣管1周圍的隔熱材料。
短光程氣管2設(shè)置在將光源S、透鏡3、8、傳感器D直接連接在一起的光程L上。透過氣管窗口9照射到短光程氣管2的光線直接通過短光程氣管2的內(nèi)部，再透過氣管窗口9射出。氣管窗口9，比如是由ZnSe構(gòu)成的物件。
上述短光程氣管2，具備用來導(dǎo)入測量波長頻譜的被測量氣體的氣體入口14、用來將導(dǎo)入的被測量氣體排到氣管外的氣體出口15。另外，短光程氣管2安裝了測量短光程氣管2內(nèi)部壓力的壓力傳感器16。
上述移動式反射鏡M1、M2比如是在石英板上鍍上金的物件。
在圖1中，沿著光程L的光的傳播方向用Z表示，與之正交的2個方向用X、Y表示。
在本發(fā)明中，在上述移動式反射鏡M1、M2的表面，分別安裝了在與光程正交的2個方向X、Y之間焦距不同的雙聚焦透鏡21、22。雙聚焦透鏡21、22的材料優(yōu)選能讓從光源S照射的頻譜波長范圍的光線透過的材料。比如，硒化亞鉛、二氟化鋇、CsI。
此雙聚焦透鏡21、22的形狀如圖2所示。
雙聚焦透鏡21、22的曲面有YZ面內(nèi)的曲率和XZ面內(nèi)的曲率。YZ面內(nèi)的曲率中心用C1表示，XZ面內(nèi)的曲率中心用C2表示。曲率半徑分別是R1、R2。
通過分別調(diào)整此雙聚焦透鏡的曲率半徑R1、R2，使得偏振方向是X的光線的焦點(diǎn)位置與偏振方向是Y的光線的焦點(diǎn)位置變得一致。此被簡并的焦點(diǎn)位置在圖1的長光程氣管1的光線入射一側(cè)表示為“F1”，在光線出射一側(cè)表示為“F2”。
雖然在圖2中表示出R1＞0、R2＞0的雙凸透鏡，但不一定僅限于此。根據(jù)F1、F2設(shè)置的位置，可以選擇R1＜0、R2＞0或者R1＞0、R2＜0的凹凸透鏡的類型，也可以選擇R1＜0、R2＜0的兩凹透鏡的類型。
圖3是將雙聚焦透鏡21、22插入光程中的光程圖。圖3的右端是光源S的位置。從光源S發(fā)出的光線被透鏡3聚光，被移動式反射鏡M1幾乎成直角反射。接下來，上述被反射的光線，透過氣管窗口4進(jìn)入氣管內(nèi)部。這時，通過移動式反射鏡M1中安裝的雙聚焦透鏡21，像散像差被修正，所以光線與偏振方向無關(guān)，匯聚在焦點(diǎn)位置F1上。光線在氣管內(nèi)部被物鏡7和聚光鏡6多次反射后，匯聚在與上述焦點(diǎn)位置F1是共軛關(guān)系的焦點(diǎn)位置F2上。匯聚在焦點(diǎn)位置F2上的光線，透過氣管窗口5從氣管中射出，被移動式反射鏡M2幾乎成直角反射。這時，通過移動式反射鏡M2中安裝的雙聚焦透鏡22，像散像差被修正。被移動式反射鏡M2幾乎成直角反射的光線，透過透鏡8匯聚在傳感器D的受光面上。
綜上所述，依靠移動式反射鏡M1、M2中安裝的雙聚焦透鏡21、22的功能，光線與偏振方向無關(guān)，匯聚在焦點(diǎn)F1、F2上，氣管內(nèi)光線的射入、氣管中光線的引出都能有效地進(jìn)行。因此，氣管的透過率能保持在一個很高的數(shù)值，能進(jìn)行高靈敏度的頻譜測量。
圖4是在上述本發(fā)明的光學(xué)管測量裝置中，將移動式反射鏡M1、M2從光程中移動時的剖面圖。
像這樣，通過使移動式反射鏡M1、M2移動，能測量短光程氣管2中的被測量氣體。
移動式反射鏡M1、M2的移動裝置，可以采取各種各樣的形態(tài)。比如(1)采用直線導(dǎo)軌，可以使之如圖4所示沿垂直方向(圖4的Y方向)移動。也可以使之沿水平方向(圖4的X方向)移動。使之移動的動力有驅(qū)動軸和傳動機(jī)構(gòu)的組合，或者滾珠絲杠和發(fā)動機(jī)的組合等，通過自動或手動使之機(jī)械地移動。另外，(2)使移動式反射鏡M1、M2能沿著一軸(比如Z軸)的周圍旋轉(zhuǎn)，通過該旋轉(zhuǎn)使之移動。使之移動的動力可以采用旋轉(zhuǎn)傳動機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)螺線管等。
以上說明了本發(fā)明的實(shí)施的形態(tài)，但是本發(fā)明的實(shí)施，不僅僅限定于上述的形態(tài)。比如，在上述的說明中，是將雙聚焦透鏡安裝在移動式反射鏡上。但是也可以將雙聚焦透鏡與移動式反射鏡分開設(shè)置。比如，如圖5所示，可以將雙聚焦透鏡21、22設(shè)置在移動式反射鏡M1、M2和氣管窗口4、5之間的空間。另外，雖然沒用圖表示出來，但也可以將雙聚焦透鏡設(shè)置在光源S和移動式反射鏡M1之間，以及移動式反射鏡M2與傳感器D之間。
另外，可以不設(shè)置雙聚焦透鏡，對移動式反射鏡M1、M2的曲面進(jìn)行加工，使之具有雙聚焦特性。這時，可以對移動式反射鏡M1、M2的2個方向的曲率半徑按照不同的方向進(jìn)行不同的加工。通過真空鍍等，在雙聚焦透鏡表面上形成反射性的薄膜，將雙聚焦透鏡本身做成反射鏡，這樣的實(shí)施也是可以的。其他在本發(fā)明范圍內(nèi)實(shí)施的各種變更都是可以的。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)管測量裝置，用于測量存在于氣管內(nèi)部的物質(zhì)的頻譜，具備照射出在某一波長范圍內(nèi)擴(kuò)展的光線的光源、使從上述光源照射出的光線發(fā)生反射的第1反射鏡、引導(dǎo)上述被第1反射鏡反射的光線的長光程氣管、使從上述長光程氣管射出的光線發(fā)生反射的第2反射鏡、以及檢測被上述第2反射鏡反射的光線的傳感器，其特征在于在從上述光源到上述傳感器的光程間，設(shè)置了具有在與光程正交的2個方向之間焦距不同的雙聚焦特性的光學(xué)元件。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)管測量裝置，其中，具有上述雙聚焦特性的光學(xué)元件安裝在上述第1反射鏡和第2反射鏡上。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)管測量裝置，其中，具有上述雙聚焦特性的光學(xué)元件是上述第1反射鏡和上述第2反射鏡，上述第1反射鏡和上述第2反射鏡具有雙聚焦特性。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)管測量裝置，還具備短光程氣管，設(shè)置在從上述光源到上述傳感器之間的去掉上述第1反射鏡和上述第2反射鏡的光程中；以及移動裝置，使上述第1反射鏡及上述第2反射鏡在從上述光源到上述傳感器的光程中移動。
全文摘要
具備照射出在某一波長范圍擴(kuò)展的光線的光源S、使從上述光源照射出的光線發(fā)生反射的第1反射鏡M1、引導(dǎo)上述被第1反射鏡反射的光線的長光程氣管1、從上述長光程氣管射出的光線發(fā)生反射的第2反射鏡M2、以及檢測被上述第2反射鏡反射的光線的傳感器D，并且在上述光源S到上述傳感器D的光程間，設(shè)置了具有在與光程正交的2偏振方向(X、Y)間焦距不同的雙聚焦特性的透鏡21、22。補(bǔ)償設(shè)置在氣管1內(nèi)部的球面鏡6、7的像差，使得氣管1的光線透過率不會降低。
文檔編號G01N21/35GK1710407SQ200510078909
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月17日
發(fā)明者岡宏一, 新田哲士 申請人:大塚電子株式會社