參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)以及參照光分支方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將從光源射出的測(cè)定光向測(cè)定對(duì)象物照射，并對(duì)透過光及反射光進(jìn)行檢測(cè)的裝置中的參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)以及參照光分支方法。
[0002]本申請(qǐng)基于在2014年7月31日在日本申請(qǐng)的專利2014 — 156413而主張優(yōu)先權(quán)，在此引用其內(nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0003]在激光分光法氣體分析裝置等的測(cè)定裝置中，具有下述的光學(xué)系統(tǒng)，其將從光源射出的測(cè)定光向測(cè)定對(duì)象物照射，對(duì)透過光及反射光進(jìn)行檢測(cè)。在上述的測(cè)定裝置的光學(xué)系統(tǒng)中，有時(shí)將向測(cè)定對(duì)象物照射的光的一部分進(jìn)行分支而用作參照光。參照光用于對(duì)光源的光量進(jìn)行測(cè)定、或者波長(zhǎng)校正等的各種目的。
[0004]在日本特開2001 — 21493號(hào)公報(bào)中，公開了具有參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)的激光分光法氣體分析裝置。圖5是示意性地表示具有參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)的激光分光法氣體分析裝置的通常的結(jié)構(gòu)例的框圖。在圖5中，激光分光法氣體分析裝置300具有下述光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具有:波長(zhǎng)可變型半導(dǎo)體激光光源310，其產(chǎn)生測(cè)定用激光；透鏡322，其將測(cè)定用激光變換為平行激光；樣品室311，其導(dǎo)入試樣氣體；第1光檢測(cè)器312，其對(duì)通過了樣品室311的激光的光強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定；2個(gè)分光器313、314，其將來自激光光源310的激光的一部分作為參照光進(jìn)行分支；第2光檢測(cè)器315，其對(duì)利用第1分光器313進(jìn)行分支(反射)后的激光的光強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定；參比室316，其將測(cè)定對(duì)象物在減壓狀態(tài)下封入；以及第3光檢測(cè)器317，其對(duì)利用第2分光器314進(jìn)行分支后通過了參比室316的激光的光強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。
[0005]通常，該光學(xué)系統(tǒng)收容在凈化箱318內(nèi)。在激光光源310中設(shè)置有用于對(duì)驅(qū)動(dòng)電流及驅(qū)動(dòng)溫度進(jìn)行控制的驅(qū)動(dòng)部310a、310b，在各光檢測(cè)器312、315、317中分別設(shè)置有前置放大器320，該前置放大器320將檢測(cè)光量變換為電壓信號(hào)，并且進(jìn)行放大而向鎖定放大器319輸出。
[0006]在日本特開2005 — 69882號(hào)公報(bào)中，公開了作為具有參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)的測(cè)定裝置的其他例子的光學(xué)測(cè)定系統(tǒng)。圖6是示意性地表示具有作為參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)的測(cè)定裝置的其他例子的光學(xué)測(cè)定系統(tǒng)的框圖。在圖6中，光學(xué)測(cè)定系統(tǒng)400包含波長(zhǎng)可變的激光光源410、參照室414、試樣室412以及前稀釋室416。在參照室414中，分別具有在其入口及出口設(shè)置的1對(duì)光學(xué)檢測(cè)器442及444，在試樣室412中具有光學(xué)檢測(cè)器452及454，在前稀釋室416中具有光學(xué)檢測(cè)器462及464。
[0007]從激光光源410向試樣室412照射的光束，利用分光器432及分光器434作為參照光而進(jìn)行分支，向參照室414及前稀釋室416入射。另外，在圖6中，來自各氣室412、414、416的輸入基板的反射光也用作參照光。
[0008]如圖5、圖6所示，在將來自光源的光作為參照光而進(jìn)行分支的情況下使用分光器。作為分光器，廣泛使用光學(xué)玻璃基板，為了使參照光大致成直角地進(jìn)行分支，以使入射角度為45度左右的方式配置。
[0009]如圖7所不，已知在光向光學(xué)玻璃基板入射時(shí)，根據(jù)入射角度和偏振光方向的不同，反射率會(huì)出現(xiàn)較大的差異。圖7是表示不具有無反射膜的通常的光學(xué)玻璃基板的入射角所涉及的反射率特性的圖。P偏振光是在包含玻璃面的法線和入射光在內(nèi)的平面內(nèi)進(jìn)行振動(dòng)的光波，s偏振光是與P偏振光正交地進(jìn)行振動(dòng)的光波。除此以外的偏振光狀態(tài)可以認(rèn)為是將P偏振光和S偏振光的分配比改變并進(jìn)行合成而得到的偏振光。
[0010]P偏振光和S偏振光的反射率由入射角度和玻璃的折射率決定，但是各自按照不同的定律，所以如圖7所示，根據(jù)入射角度的不同，P偏振光和S偏振光的反射率產(chǎn)生差異。特別地，在相關(guān)技術(shù)的分光器的配置狀態(tài)即入射角度45度附近，P偏振光和S偏振光的反射率出現(xiàn)很大的差異。將P偏振光的反射率變?yōu)?%的入射角度稱為布儒斯特角。
[0011]如果P偏振光和S偏振光的反射率不同，貝在光源輸出的光的偏振光狀態(tài)變化的情況下，由于P偏振光和S偏振光的分配比變化，所以反射光的強(qiáng)度變化。其結(jié)果，測(cè)定光和參照光的分支比變化，對(duì)測(cè)定結(jié)果造成影響。
[0012]因此，在具有相關(guān)技術(shù)的參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)的測(cè)定裝置中，激光光源的輸出光不使用光纖等波導(dǎo)通路，直接以空間光射出，成為平行光而導(dǎo)入分光器。由此，向分光器入射的偏振光狀態(tài)始終恒定，其結(jié)果，測(cè)定光和參照光的分支比變得恒定。
[0013]另一方面，如果能夠?qū)⒓す夤庠吹妮敵龉饨?jīng)由光纖導(dǎo)入分光器，則激光光源的配置的自由度提高，維護(hù)也變得容易。特別地，在防爆規(guī)格的測(cè)定裝置的情況下，由于能夠在從配置在危險(xiǎn)場(chǎng)所的測(cè)定用腔室等遠(yuǎn)離的安全場(chǎng)所配置激光光源，所以還提高運(yùn)用上的便利性。
[0014]但是，如果通過光纖，則由于各種的外部因素，透過光的偏振光狀態(tài)會(huì)變化。因此，如果向相關(guān)技術(shù)的參照光分光用光學(xué)系統(tǒng)入射光纖的輸出光，則反射光的強(qiáng)度不穩(wěn)定，測(cè)定光和參照光的分支比變化，對(duì)測(cè)定結(jié)果造成影響。
[0015]將由于偏振光狀態(tài)的不同所導(dǎo)致的分支比的變動(dòng)消除了的無偏振光分光器已經(jīng)被實(shí)用化，但是由于僅對(duì)應(yīng)特定波長(zhǎng)，所以在進(jìn)行波長(zhǎng)掃描的測(cè)定裝置的光學(xué)系統(tǒng)中不能得到充分的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的一個(gè)方式提供一種參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)以及參照光分支方法，即使入射光的偏振光狀態(tài)變化，也不會(huì)對(duì)分支比造成較大的影響。
[0017]本發(fā)明的一種方式的參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)可以具有:光射出部，其射出光；以及分光器，其將所述光分支為至少1個(gè)參照光、和向測(cè)定對(duì)象物進(jìn)行照射的測(cè)定光，該分光器配置為，從所述光射出部射出的光以入射角小于10度入射。
[0018]在上述參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)中，所述入射角可以為大于或等于3度而小于或等于5度。
[0019]在上述參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)中，所述光射出部可以是光纖的輸出端。
[0020]在上述參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)中，所述分光器可以是楔形基板型。
[0021]在上述參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)中，所述分光器可以兼作為收容所述測(cè)定對(duì)象物的腔室的窗。
[0022]上述的參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)還可以具有:透鏡，其配置在從所述光射出部射出的光的光軸上，將從所述光射出部射出的光變換為平行光；以及第1室，其配置在所述測(cè)定光的光軸上，所述測(cè)定對(duì)象物在該第1室中流動(dòng)。所述分光器可以配置為，所述平行光以入射角小于10度入射。
[0023]上述的參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)還可以具有:第1光檢測(cè)器，其配置在透過了所述第1室的所述測(cè)定光的光軸上，對(duì)透過了所述第1室的光的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)；第2光檢測(cè)器，其配置在作為所述參照光而分支出的第1參照光的光軸上，對(duì)所述第1參照光的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定；波長(zhǎng)校正用的第2室，其配置在作為所述參照光而分支出的第2參照光的光軸上；以及第3光檢測(cè)器，其配置在透過了所述第2室的所述第2參照光的光軸上，對(duì)所述第2參照光的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。
[0024]在上述的參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)中，所述第1室可以具有輸入光學(xué)窗，該輸入光學(xué)窗作為所述分光器起作用。
[0025]上述的參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)還可以具有:第1光檢測(cè)器，其配置在透過了所述第1室的光的光軸上，對(duì)透過了所述第1室的光的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)；波長(zhǎng)校正用的第2室，其配置在所述透鏡和所述第1室之間，具有作為所述分光器起作用的輸入光學(xué)窗和輸出光學(xué)窗；第2光檢測(cè)器，其配置在通過由所述輸入光學(xué)窗進(jìn)行反射而作為所述參照光所分支出的第1參照光的光軸上，對(duì)所述第1參照光的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定；以及第3光檢測(cè)器，其配置在通過由所述輸出光學(xué)窗進(jìn)行反射而作為所述參照光所分支出的第2參照光的光軸上，對(duì)所述第2參照光的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。
[0026]本發(fā)明的一種方式的參照光分支方法，可以包含下述步驟:使光以入射角小于10度向分光器入射；以及通過所述分光器，使所述光分支為至少1個(gè)參照光和向測(cè)定對(duì)象物進(jìn)行照射的測(cè)定光。
[0027]在上述的參照光分支方法中，所述入射角可以為大于或等于3度而小于或等于5度。
[0028]在上述的參照光分支方法中，使所述光以入射角小于10度向分光器入射的情況，可以包含使所述光經(jīng)由光纖向所述分光器入射的情況在內(nèi)。
[0029]在上述的參照光分支方法中，所述分光器可以是楔形基板型。
[0030]在上述的參照光分支方法中，所述分光器可以兼作為收容所述測(cè)定對(duì)象物的腔室的窗。
【附圖說明】
[0031]圖1是示意性地表示第1實(shí)施方式的參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)的框圖。
[0032]圖2是示意性地表示使第1實(shí)施方式所涉及的激光光源的輸出光經(jīng)由光纖進(jìn)行入射的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0033]圖3是示意性地表示將第2實(shí)施方式所涉及的被測(cè)定氣流室的輸入光學(xué)窗用作分光器的情況下的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0034]圖4是示意性地表示將第3實(shí)施方式所涉及的波長(zhǎng)校正用氣室的楔形窗用作分光器的情況下的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0035]圖5是示意性地表示具有參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)下的激光分光法氣體分析裝置的通常的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0036]圖6是示意性地表示作為具有參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)下的測(cè)定裝置的其他例子的光學(xué)測(cè)定系統(tǒng)的框圖。
[0037]圖7是表不P偏振光和S偏振光的入射角度和反射率之間的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]參照附圖，對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0039](第1實(shí)施方式)
[0040]圖1是示意性地表示第1實(shí)施方式的參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)的框圖。在本第1實(shí)施方式中，以將參照光分支用光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用于激光分光法氣體分析裝置的情況為例進(jìn)行說明。
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