JP2000346794A

JP2000346794A - 光学セル装置

Info

Publication number: JP2000346794A
Application number: JP2000095685A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Yamamoto; 和成山本
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2000-12-15

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】光学セルにレーザー光を透過させ、ガス等に関
する各種測定を行う装置において、レーザー光の入射及
び出射を光ファイバを用いて簡単な光学系で行う。【解決手段】筒状測定領域２を形成した光学セル基体１
の、筒状測定領域の両端側に、光を透過させる第１の楔
形基板１０ａ，１０ｂを気密的に設置すると共に、これ
らの第１の楔形基板から適宜距離隔てた外側に第２の楔
形基板１１ａ，１１ｂを設置して第１の楔形基板との間
を真空層１３ａ，１３ｂに構成し、第１の楔形基板の夫
々及び第２の楔形基板の夫々は面対称に配置すると共
に、第１の楔形基板と第２の楔形基板は透過面同士が平
行にならないように配置し、第２の楔形基板の夫々の外
側にコリメータレンズ６またはフォーカシングレンズ
６′とアイソレータ７及び光ファイバ８を取付け部材９
に一体化した組立体５を固定した光学セル装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学セル装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】光学セルにレーザー光を透過させ、光学
セルに導入したガス等に関する各種測定を行う装置にお
いて、光学セルに対してのレーザー光の入射及び出射を
光ファイバを用いて行うものがあり、このような装置で
は複雑な光学系を必要としている。

【０００３】即ち、図７は、このような装置の光学系の
一例を示すもので、図中左端の固定治具に固定された光
ファイバの出射端から、図中右端の固定治具に固定され
た光ファイバの入射端まで、光学要素として、光アイソ
レータ、コリメータレンズ、光学セル、フォーカシング
レンズ、光アイソレータが配置されている。そして、夫
々の光学要素は、各光学面が平行にならないように配置
して、戻り光によるレーザー光の変動を抑制する構成と
している。一方、光ファイバの入射端を固定する固定治
具には、角度と位置を微調整するための微調整機構が設
けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような光学系を有
する従来の装置では、以下に示すような課題がある。ａ．上述したように各光学面が平行にならないように配
置するため、コリメータレンズ、フォーカシングレンズ
等を光軸に対して斜めに配置しなければならない。ｂ．光ファイバへのレーザー光の入射効率を上げるた
め、上述した角度、位置の微調整機構が必要である。ｃ．楔形基板を使用するが、楔形基板の入射及び出射の
面が互いに平行でないため、光学セルへの入射光軸に対
する出射光軸の角度と位置が変化する。ｄ．固定治具や微調整機構が、振動や温度変化に対して
位置が変化するため、入射効率が悪くなる。本発明はこのような課題を解決することを目的とするも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明では、まず、請求項１に示すように筒状測
定領域を形成した光学セル基体の、筒状測定領域の両端
側に、光を透過させる楔形基板を、内側面が面対称で、
且つ、一方の肉厚側が他方の肉薄側に対向するように気
密的に設置すると共に、夫々の外側にコリメータレンズ
またはフォーカシングレンズとアイソレータ及び光ファ
イバを取付部材に一体化した組立体を固定した光学セル
装置を提案するものである。

【０００６】また本発明では、次に、請求項２に示すよ
うに、筒状測定領域を形成した光学セル基体の、筒状測
定領域の両端側に、光を透過させる第１の楔形基板を気
密的に設置すると共に、これらの第１の楔形基板から適
宜距離隔てた外側に第２の楔形基板を設置して第１の楔
形基板との間を真空層に構成し、これらの第１の楔形基
板の夫々及び第２の楔形基板の夫々は面対称に配置する
と共に、夫々の側の第１の楔形基板と第２の楔形基板は
透過面同士が平行にならないように配置し、夫々の第２
の楔形基板の夫々の外側にコリメータレンズまたはフォ
ーカシングレンズとアイソレータ及び光ファイバを取付
け部材に一体化した組立体を固定した光学セル装置を提
案するものである。

【０００７】請求項１の発明では、組立体の出射側から
組立体の入射側に、レーザー光の位置は若干ずれるが角
度はずれず、また請求項２の発明では、位置も角度もず
れない。

【０００８】また本発明では、請求項２の構成におい
て、真空層には、真空ポンプと、真空計及び漏洩気体サ
ンプリングボンベを備えた気密性測定系を接続すること
を提案する。

【０００９】また本発明では、以上の構成において、光
学セル基体の両端面は、組立体の取付部材との平行な接
合面として構成し、組立体における入射及び出射の光軸
を、取付部材の接合面の法線方向に設定することを提案
する。

【００１０】本発明によれば、光ファイバの出射側と入
射側は、筒状測定領域を形成した光学セル基体に、コリ
メータレンズまたはフォーカシングレンズとアイソレー
タ及び光ファイバを一体化した組立体を設置して構成す
るので、光軸調整が簡単で、振動や温度変化にも強い光
学セル装置を構成することができる。

【００１１】そして請求項２の発明では、筒状測定領域
の気密性の信頼度が向上し、真空度の確認も簡易にでき
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図を参
照して説明する。図１は請求項１の発明の実施の形態を
示すもので、符号１は筒状測定領域２を形成した光学セ
ル基体であり、この光学セル基体１の、筒状測定領域２
の両端側の夫々に、光を透過させる楔形基板３ａ，３ｂ
を、内側面が面対称で、且つ、一方の肉厚側ｄが他方の
肉薄側ｔに対向するように設置する。この際、これらの
楔形基板３ａ，３ｂは、パッキン４等による気密機構に
より、筒状測定領域２を気密的に保持するように固定し
ている。符号５（５ａ，５ｂ）は組立体を示すもので、
５ａは出射側の組立体、５ｂは入射側の組立体である。
この組立体５は、コリメータレンズ６（出射側）または
フォーカシングレンズ６′（入射側）と光アイソレータ
７及び光ファイバ８を、取付部材９の光学セル基体１へ
の接合面の法線方向に一致するよう、組立体５ａ，５ｂ
の出射、入射光軸を調整し、取付部材９に一体化したも
のであり、この取付部材９は、光学セル基体１の、筒状
測定領域２の両端側に接合するフランジ状の構成として
いる。光学セル基体１の両端面は、組立体５の取付部材
９との平行な接合面として構成し、組立体５における出
射及び入射の光軸を、取付部材９の接合面、従って光学
セル基体１の両端面の法線方向に設定している。このよ
うな構成において、夫々の組立体５ａ，５ｂを光学セル
基体１の両端側にフランジ状の取付部材９をもって固定
することにより、これらの組立体５ａ，５ｂ間に光学セ
ル本体を構成する気密的な筒状測定領域２を配置するこ
とができる。筒状測定領域２の両端側の楔形基板３ａ，
３ｂは、内側面が面対称の配置であり、且つ、一方の肉
厚側ｄが他方の肉薄側ｔに対向するように設置している
ため、出射側と入射側で、レーザー光の位置は若干ずれ
るものの、角度はずれない。一方、フランジ状の取付部
材９同士は上述した構成により、光学セル基体１に平行
に設置することができ、この設置により、レーザー光の
組立体の出射側と組立体の入射側が構成されるので、光
軸調整は非常に簡単であり、振動や温度変化にも強い。

【００１３】次に図２は請求項２の発明の実施の形態を
示すもので、図１の要素と同様な要素には同一の符号を
付して重複する説明は省略する。即ち、この実施の形態
では、筒状測定領域２を形成した光学セル基体１の、筒
状測定領域２の両端側に、第１の楔形基板１０ａ，１０
ｂをパッキン４等により気密的に設置すると共に、これ
らの第１の楔形基板１０ａ，１０ｂの外側に、第２の楔
形基板１１ａ，１１ｂをパッキン１２等により気密的に
設置して、第１の楔形基板１０ａ，１０ｂとの間を真空
層１３ａ，１３ｂに構成している。このことにより筒状
測定領域２のガスと真空層及び真空層と大気との間の気
密性が保たれ、結果として筒状測定領域２と大気との間
は二重の気密性があることになる。一方、この実施の形
態では、第１の楔形基板１０ａ，１０ｂ同士、及び第２
の楔形基板１１ａ，１１ｂ同士は、夫々面対称に配置す
ると共に、夫々の側の第１、第２の楔形基板１０ａ，１
１ａ；１０ｂ，１１ｂの一方の肉厚側ｄが他方の肉薄側
ｔに対向するように配置している。そして図１の構成と
同様に、夫々の組立体５ａ，５ｂを光学セル基体１の両
端側にフランジ状の取付部材９をもって固定することに
より、これらの組立体５ａ，５ｂ間に光学セル本体を構
成する気密的な筒状測定領域２を配置することができ
る。この構成においても、前述の実施の形態と同様に、
光学セル基体１の両端面は、組立体５の取付部材９との
平行な接合面として構成し、組立体５における入射及び
出射の光軸を、取付部材９の接合面の法線方向に設定し
ている。上述したとおり、筒状測定領域２の両端側の第
１の楔形基板１０ａ，１０ｂ同士、及び第２の楔形基板
１１ａ，１１ｂ同士は、夫々面対称に配置すると共に、
夫々の側の第１、第２の楔形基板１０ａ，１１ａ；１０
ｂ，１１ｂの一方の肉厚側ｄが他方の肉薄側ｔに対向す
るように配置しているため、組立体の出射側と組立体の
入射側で、レーザー光の位置も、角度もずれない。ま
た、この実施の形態においても、フランジ状の取付部材
９同士は光学セル基体１に平行に設置することができ、
この設置により、レーザー光の組立体の出射側と組立体
の入射側が構成されるので、光軸調整は非常に簡単であ
り、振動や温度変化にも強い。またこの実施の形態で
は、筒状測定領域２の両端側の外側に真空層１３ａ，１
３ｂを構成しているため、筒状測定領域２の気密性の信
頼度が向上し、気密機構の保守の必要性の判断ができ
る。

【００１４】そこで次に、この点につき説明する。図２
において、符号１４は気密性測定系を概して示すもの
で、この気密性測定系１４は、真空ポンプ１５と、真空
計１６及び漏洩気体サンプリングボンベ１７を備えてい
る。符号１８は真空層１３ａ，１３ｂに接続した配管で
あり、この配管１８はバルブ１９ａを介して接続部２０
を構成している。この接続部２０に接続した配管２１に
真空計１６を設けると共に、夫々バルブ１９ｂ，１９ｃ
を介して真空ポンプ１５，漏洩気体サンプリングボンベ
１７を接続している。かかる構成においては、バルブ１
９ａ，１９ｂを開とし、バルブ１９ｃを閉として真空ポ
ンプ１５を動作させて真空層１３ａ，１３ｂを真空にし
た後、バルブ１９ａを閉として真空状態を保持すること
ができる。またバルブ１９ｂ，１９ｃが閉状態において
バルブ１９ａを開とすることにより、真空計１６により
真空層１３ａ，１３ｂの真空状態を測定することができ
る。また漏洩気体サンプリングボンベ１７及び配管２１
を予め真空状態に保持した後、バルブ１９ｂを閉とした
後、バルブ１９ａ，１９ｃを開とすることにより、真空
層１３ａ，１３ｂに至る系内のガスを収集することがで
き、しかる後、接続部２２により取り外してガスの成分
を測定することができる。

【００１５】以上の測定に加えて、筒状測定領域２と、
真空層１３ａ，１３ｂ及び大気の圧力を測定し、次のよ
うな判断条件により気密性の判断を行うことができる。（１）まず、（筒状測定領域または大気のどちらか小さい圧力）＞
（真空層の圧力＋α）（α：筒状測定領域２や大気の圧力の変動を考慮した安
全のための圧力）の場合にはパッキン４とパッキン１２におけるいずれの
気密性も健全であると判断できる。（２）次に、筒状測定領域の圧力≦（真空層の圧力＋
α）で、且つ、サンプリングボンベ内のガス成分が、筒
状測定領域内のガスと大気中のガスであった場合には、
パッキン４及びパッキン１２における気密性が不良であ
ると判断できる。

【００１６】次に本発明の光学セル装置に関するシミュ
レーションの結果を説明する。即ち、図３は図２に示す
第１の楔形基板１０ａ，１０ｂと第２の楔形基板１１
ａ，１１ｂの配置における出射側と入射側のレーザー光
のずれのシミュレーションにおいて用いた諸元を説明す
るための模式図であり、（ａ）は角度のずれ、（ｂ）は
位置のずれに対応するものである。まず、図３の（ａ）
において、破線は第２の楔形基板１１ａに入射するレー
ザー光の方向、即ち出射光軸の方向と、その方向に平行
な方向を示すものであり、この方向の直角方向を２点鎖
線で示している。また１点鎖線は、第１の楔形基板１０
ａ，１０ｂ及び第２の楔形基板１１ａ，１１ｂの夫々の
境界面の法線方向を示している。次に各諸元を説明する
と、まず、Ψ（Ψ₀，Ψ₁，Ψ₂，Ψ₃，Ψ₄，Ψ₅，Ψ₆，
Ψ₇）は、第１の楔形基板１０ａ，１０ｂ及び第２の楔
形基板１１ａ，１１ｂの夫々の境界面が、上記２点鎖線
で示す方向と成す角度である。また、θ（θ₀，θ₁，θ
₂，θ₃，θ₄，θ₅，θ₆，θ₇）は、第１の楔形基板１０
ａ，１０ｂ及び第２の楔形基板１１ａ，１１ｂの外部に
おける、レーザー光と夫々の境界面の法線方向が成す角
度、即ち、第１の楔形基板１０ａ，１０ｂ及び第２の楔
形基板１１ａ，１１ｂへのレーザー光の入射角度
（θ₂，θ₄，θ₀，θ₆）及び第１の楔形基板１０ａ，１
０ｂ及び第２の楔形基板１１ａ，１１ｂからのレーザー
光の出射角度（θ₃，θ₅，θ₁，θ₇）を示すものであ
る。またφ（φ₀，φ₁，φ₂，φ₃，φ₄，φ₅，φ₆，
φ₇）は、第１の楔形基板１０ａ，１０ｂ及び第２の楔
形基板１１ａ，１１ｂの内部における、レーザー光と夫
々の境界面の法線方向が成す角度、即ち、第１の楔形基
板１０ａ，１０ｂ及び第２の楔形基板１１ａ，１１ｂの
図中左側の境界面におけるレーザー光の屈折角度
（φ₂，φ₄，φ₀，φ₆，）及び図中右側の境界面におけ
るレーザー光の入射角度（φ₃，φ₅，φ₁，φ₇）であ
る。次に、図３の（ｂ）において、ｌ（ｌ₀，ｌ₂，
ｌ₄，ｌ₆）は、第１の楔形基板１０ａ，１０ｂ及び第２
の楔形基板１１ａ，１１ｂの内部における、レーザー光
の光路長であり、またａ（ａ₀，ａ₂，ａ₄，ａ₆）は、こ
れらの光路の入射側の境界面の位置から出射側の境界面
に、出射側の境界面に垂直な直線を引いた場合の直線の
距離である。また、図３の（ｂ）において、Ｘ1は第２
の楔形基板１１ａと第１の楔形基板１０ａ間及び第１の
楔形基板１０ｂと第２の楔形基板１１ｂ間における光路
長の出射光軸方向成分であり、Ｘ2は、第１の楔形基板
１０ａ，１０ｂ間における光路長の出射光軸方向成分で
ある。また、図３のｙ（ｙ₀，ｙ₁，ｙ₂，ｙ₃，ｙ₄，
ｙ₅，ｙ₆）は、第１の楔形基板１０ａ，１０ｂ及び第２
の楔形基板１１ａ，１１ｂの夫々の境界面におけるレー
ザー光の屈折による出射光軸の直角方向の直前入射点ま
たは出射点からのずれである。

【００１７】図３に示す模式図に基づき、第２の楔形基
板１１ａから入射し、第２の楔形基板１１ｂから出射す
るレーザー光の角度のずれΔθと、位置のずれΔｙを、
以下に示す手順でシミュレートする。Ａ：角度のずれΔθ まず、図３の（ａ）において、第２の楔形基板１１ａの
左側の境界面においては、Ψ₀＝θ₀であり、またスネル
の法則より（sinθ₀／sinφ₀）＝ｎ（但し、ｎは楔形
基板（ガラス）の屈折率）であることから、 φ₀＝arcsin（sinθ₀／ｎ） ……（１） φ₁＝Ψ₁−（Ψ₀−φ₀） ……（２）となる。また右側の境界面において、（sinθ₁／sin
φ₁）＝ｎであることから、 θ₁＝arcsin（ｎ・sinφ₁ ） ……（３）であり、従って第１の楔形基板１０ａへの入射角度は、 θ₂＝Ψ₂−（Ψ₁−θ₁） ……（４）となる。次いで、第１の楔形基板１０ａの左側の境界面におい
て、（sinθ₂／sinφ₂）＝ｎであることから、 φ₂＝arcsin（sinθ₂／ｎ） ……（５） φ₃＝Ψ₃−（Ψ₂−φ₂） ……（６）となる。また右側の境界面において、（sinθ₃／sin
φ₃）＝ｎであることから、 θ₃＝arcsin（ｎ・sinφ₃ ） ……（７）であり、従って第１の楔形基板１０ｂへの入射角度は、 θ₄＝Ψ₄＋（Ψ₃−θ₃） ……（８）となる。次いで上述と同様に、第１の楔形基板１０ｂの
左側の境界面において、（sinθ₄／sinφ₄）＝ｎであ
ることから、 φ₄＝arcsin（sinθ₄／ｎ） ……（９） φ₅＝Ψ₅−（Ψ₄−φ₄） ……（１０）となる。また右側の境界面において、（sinθ₅／sin
φ₅）＝ｎであることから、 θ₅＝arcsin（ｎ・sinφ₅ ） ……（１１）であり、従って第２の楔形基板１１ｂへの入射角度は、 θ₆＝Ψ₆−（Ψ₅−θ₅） ……（１２）となる。次いで上述と同様に、第２の楔形基板１１ｂの
左側の境界面において、（sinθ₆／sinφ₆）＝ｎであ
ることから、 φ₆＝arcsin（sinθ₆／ｎ） ……（１３） φ₇＝Ψ₇−（Ψ₆−φ₆） ……（１４）となる。また右側の境界面において、（sinθ₇／sin
φ₇）＝ｎであることから、 θ₇＝arcsin（ｎ・sinφ₇ ） ……（１５）となる。以上の手順により、右側の第２の楔形基板１１
ｂからのレーザー光の出射角度θ₇が求まり、左側の第
２の楔形基板１１ａへの入射角度との差としての角度の
ずれΔθを求めることができる。

【００１８】Ｂ：位置のずれΔｙ第１の楔形基板１０ａ，１０ｂの口径をＤ₂、厚い側の
厚さをｂ₂とすると共に、第２の楔形基板１１ａ，１１
ｂの口径をＤ₁、厚い側の厚さをｂ₁とし、また第１の楔
形基板１０ａ，１０ｂ及び第２の楔形基板１１ａ，１１
ｂにおける境界面の上記角度Ψの差、即ち、｜Ψ₂−Ψ₃
｜，｜Ψ₄−Ψ₅｜，｜Ψ₀−Ψ₁｜，｜Ψ₆−Ψ₇｜をいず
れも等しいΔΨとすると、まず、第２の楔形基板１１ａ
において、次式が成り立つ。ａ₀＝ｂ₁−(1/2)Ｄ₁・tanΔΨ ……(１６) ｌ₀＝ａ₀／cosφ₀ ……(１７) 従って、第２の楔形基板１１ａ内の伝搬におけるｙ方向
のずれｙ₀と、第２の楔形基板１１ａから第１の楔形基
板１０ａまでの伝搬におけるｙ方向のずれｙ₁は、夫々
下式で表される。ｙ₀＝ｌ₀・sin(Ψ₀−φ₀) ……(１８) ｙ₁＝Ｘ₁・tan(Ψ₁−θ₁) ……(１９) 同様に、左側の第１の楔形基板１０ａにおいては、次式
が成り立つ。ａ₂＝ｂ₂−(1/2)Ｄ₂・tanΔΨ ……(２０) ｌ₂＝ａ₂／cosφ₂ ……(２１) 従って、第１の楔形基板１０ａ内の伝搬におけるｙ方向
のずれｙ₂と、第１の楔形基板１０ａから第１の楔形基
板１０ｂまでの伝搬におけるｙ方向のずれｙ₃は、夫々
下式で表される。ｙ₂＝ｌ₂・sin(Ψ₂−φ₂) ……(２２) ｙ₃＝Ｘ₂・tan(Ψ₃−θ₃) ……(２３) 同様に、右側の第１の楔形基板１０ｂにおいては、次式
が成り立つ。ａ₄＝ｂ₂−(1/2)Ｄ₂・tanΔΨ ……(２４) ｌ₄＝ａ₄／cosφ₄ ……(２５) 従って、第１の楔形基板１０ｂ内の伝搬におけるｙ方向
のずれｙ₄と、第１の楔形基板１０ｂから第２の楔形基
板１１ｂまでの伝搬におけるｙ方向のずれｙ₅は、夫々
下式で表される。ｙ₄＝−ｌ₄・sin(Ψ₄−φ₄) ……(２６) ｙ₅＝−Ｘ₁・tan(Ψ₅−θ₅) ……(２７) そして最後に、右側の第２の楔形基板１１ｂにおいて
は、次式が成り立つ。ａ₆＝ｂ₁−(1/2)Ｄ₁・tanΔΨ ……(２８) ｌ₆＝ａ₆／cosφ₆ ……(２９) 従って第２の楔形基板１０ｂ内の伝搬におけるｙ方向の
ずれｙ₆は下式で表される。ｙ₆＝−ｌ₆・sin(Ψ₆−φ₆) ……(３１) 以上の手順により、左側の第２の楔形基板１１ａから、
第１の楔形基板１０ａ，１０ｂ、第２の楔形基板１１ｂ
を順次経て、第２の楔形基板１１ｂから出射するレーザ
ー光の夫々の屈折におけるずれが求まり、従ってこれら
の総和により、左側の第２の楔形基板１１ａの入射位置
から、右側の第２の楔形基板１１ｂの出射位置までのレ
ーザー光の位置のｙ方向のずれΔｙを求めることができ
る。

【００１９】図４は以上のシミュレーションにおける諸
元の値とシミュレーション結果を示すもので、この結果
では、Δθ＝−0.00153° Δｙ＝0.00125 となり、
図２の構成では、組立体の出射側と組立体の入射側で、
レーザー光の位置のずれも、角度のずれも極めて小さい
ことが分かる。尚、これらのずれの値は、シミュレーシ
ョンにおける各数値の有効数字の桁数に依存して生じた
もので、桁数を大きくしたシミュレーションでは、"0"
となるものである。

【００２０】次に図５は図１に示す楔形基板３ａ，３ｂ
の配置における出射側と入射側のレーザー光のずれのシ
ミュレーションにおいて用いた諸元を説明するための模
式図であり、（ａ）は角度のずれ、（ｂ）は位置のずれ
に対応するものである。まず、図５の（ａ）において、
破線は楔形基板３ａに入射するレーザー光の方向、即ち
出射光軸の方向と、その方向に平行な方向を示すもので
あり、この方向の直角方向を２点鎖線で示している。ま
た１点鎖線は、楔形基板３ａ，３ｂの境界面の法線方向
を示している。次に各諸元を説明すると、まず、ψ（ψ
₀，ψ₁，ψ₂，ψ₃）は、楔形基板３ａ，３ｂの境界面
が、上記２点鎖線で示す方向と成す角度である。また、
Θ（Θ₀，Θ₁，Θ₂，Θ₃）は、楔形基板３ａ，３ｂの外
部における、レーザー光と境界面の法線方向が成す角
度、即ち、楔形基板３ａ，３ｂへのレーザー光の入射角
度（Θ₀，Θ₂）及び楔形基板３ａ，３ｂからのレーザー
光の出射角度（Θ₁，Θ₃）を示すものである。またΦ
（Φ₀，Φ₁，Φ₂，Φ₃）は、楔形基板３ａ，３ｂの内部
における、レーザー光と境界面の法線方向が成す角度、
即ち、楔形基板３ａ，３ｂの図中左側の境界面における
レーザー光の屈折角度（Φ₀，Φ₂）及び図中右側の境界
面におけるレーザー光の入射角度（Φ₁，Φ₃）である。
次に、図５の（ｂ）において、Ｌ（Ｌ₀，Ｌ₁，Ｌ₂）
は、楔形基板３ａの内部、楔形基板３ａ，３ｂ間及び楔
形基板３ｂの内部における、レーザー光の光路長であ
り、またＡ（Ａ₀，Ａ₂）は、楔形基板３ａ，３ｂの内部
の光路の入射側の境界面の位置から出射側の境界面に、
出射側の境界面に垂直な直線を引いた場合の直線の距離
である。また、図５の（ｂ）において、ｘ₁は楔形基板
３ａ，３ｂ間における光路長Ｌ₁の出射光軸方向成分で
ある。また、図５のＹ（Ｙ₀，Ｙ₁，Ｙ₂）は、楔形基板
３ａ，３ｂの夫々の境界面におけるレーザー光の屈折に
よる出射光軸の直角方向の直前入射点または出射点から
のずれである。

【００２１】次に、図５は図１に示す構成に対して上述
と同様なシミュレーションを行った場合の諸元とシミュ
レーション結果を示すもので、この結果では、ΔΘ＝−
0.00016° ΔＹ＝0.18453 となり、図１の構成で
は、出射側と入射側で、レーザー光の角度のずれは図２
の構成と同様に極めて小さいものの、位置のずれは図２
の構成よりも大きいことが分かる。

【００２２】図１の構成に対するシミュレーションは、
次の手順により行う。Ａ：角度のずれΔΘ まず、左側の楔形基板３ａにおいては、上記シミュレー
ションの手順と同様にして、(３１)、(３２)及び(３３)
式が求まる。 Φ₀＝arcsin（sinΘ₀／ｎ） ……（３１） Φ₁＝ψ₁−（ψ₀−Φ₀） ……（３２） Θ₁＝arcsin（ｎ・sinΦ₁ ） ……（３３）次いで、右側の楔形基板３ｂへの入射角度は、 Θ₂＝ψ₂＋（ψ₁−Θ₁） ……（３４）となる。次いで、右側の楔形基板３ｂの左側の境界面に
おいて、（sinΘ₂／sinΦ₂）＝ｎであることから、 Φ₂＝arcsin（sinΘ₂／ｎ） ……（３５） Φ₃＝ψ₃−（ψ₂−Φ₂） ……（３６）となる。また右側の境界面において、（sinΘ₃／sin
Φ₃）＝ｎであることから、 Θ₃＝arcsin（ｎ・sinΦ₃ ） ……（３７）であり、こうして右側の楔形基板３ｂからのレーザー光
の出射角度Θ₃が求まり、左側の楔形基板３ａへの入射
方向に対する出射方向の角度のずれΔΘを求めることが
できる。

【００２３】Ｂ：位置のずれΔＹ夫々の楔形基板３ａ，３ｂの口径をｄ₁、厚い側の厚さ
をＢ₁とする。また夫々の楔形基板３ａ，３ｂにおける
夫々の境界面の上記角度ψの差、即ち、｜ψ₀−ψ₁｜，
｜ψ₂−ψ₃｜は、いずれも等しいΔψとすると、（３
８）〜(４１)式を経て、右側の楔形基板３ｂにおいて、
（４２）、（４３）式が成り立つ。Ａ₀＝Ｂ₁−(1/2)ｄ₁・tanΔψ ……(３８) Ｌ₀＝Ａ₀／cosΦ₀ ……(３９) Ｙ₀＝Ｌ₀・sin（ψ₀−Φ₀） ……(４０) Ｙ₁＝ｘ₁・tan（ψ₁−Θ₁） ……(４１) Ａ₂＝Ｂ₁−(1/2)ｄ₁・tanΔψ ……(４２) Ｌ₂＝Ａ₂／cosΦ₂ ……(４３) 従って、右側の楔形基板３ｂ内の伝搬におけるＹ方向の
ずれＹ₂は、下式で表される。Ｙ₂＝−Ｌ₂・sin(ψ₂−Φ₂) ……(４４) こうして、左側の楔形基板３ａの入射位置から、右側の
楔形基板３ｂの出射位置までのレーザー光の位置のＹ方
向のずれΔＹを求めることができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は以上のとおりであるので、次の
ような効果がある。ａ．請求項１の発明においては、組立体の出射側と組立
体の入射側とでレーザー光の位置は若干ずれるが、角度
はずれず、また請求項２の発明においては、組立体の出
射側と組立体の入射側とでレーザー光の位置も角度もず
れないので、コリメータレンズまたはフォーカシングレ
ンズと、アイソレータ及び光ファイバを取付部材に一体
化した組立体の取付部材は、平行となっている光学セル
基体の両端接合面に設置すれば良く、従って光軸調整が
簡単であると共に、振動、温度変化にも強い。ｂ．請求項２記載の発明においては、筒状測定領域の両
端側の外側に真空層を構成しているため、筒状測定領域
の気密性の信頼度が向上し、気密機構の保守の必要性の
判断が容易にできる。ｃ．こうして本発明では、簡単な光学系で、戻り光がな
く、効率良くレーザー光を透過させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の実施の形態を示す縦断説明
図である。

【図２】請求項２の発明の実施の形態を示す縦断説明
図である。

【図３】請求項２の発明における出射側と入射側のレ
ーザー光のずれのシミュレーションにおいて用いた諸元
を説明するための模式図である。

【図４】図３の模式図に諸元を示したシミュレーショ
ンの結果を示すものである。

【図５】請求項１の発明における出射側と入射側のレ
ーザー光のずれのシミュレーションにおいて用いた諸元
を説明するための模式図である。

【図６】図５の模式図に諸元を示したシミュレーショ
ンの結果を示すものである。

【図７】従来の光学セル装置の光学系の一例を示す説
明図である。

【符号の説明】

１光学セル基体２筒状測定領域３ａ，３ｂ楔形基板４パッキン５ａ，５ｂ組立体６コリメータレンズ６′ フォーカシングレンズ７光アイソレータ８光ファイバ９取付部材１０ａ，１０ｂ第１の楔形基板１１ａ，１１ｂ第２の楔形基板１２パッキン１３ａ，１３ｂ真空層１４気密性測定系１５真空ポンプ１６真空系１７漏洩気体サンプリングボンベ１８配管１９ａ，１９ｂ，１９ｃバルブ２０，２２接続部２１配管ｎ楔形基板の屈折率Ｄ₁，Ｄ₂，ｄ₁ 楔形基板の口径ｂ₁，ｂ₂，Ｂ₁ 楔形基板の厚い側の厚さＸ₁，Ｘ₂，ｘ₁ 光路長の出射光軸方向成分 Ψ_0〜7，ψ_0〜3 楔形基板の境界面が出射
光軸の直角方向と成す角度 ΔΨ，Δψ 楔形基板の境界面同士が成す
角度の差 φ_0〜7，Φ_0〜3 楔形基板内におけるレーザ
ー光の屈折又は出射角度 θ_0〜7，Θ_0〜3 楔形基板外におけるレーザ
ー光の入射又は屈折角度 Δθ，ΔΘ 組立体の出射方向と組立体へ
の入射方向との成す角度の差ｙ_0〜6，Ｙ_0〜3 楔形基板の境界面におけ
る出射光軸の直角方向の直前入射点または出射点からの
ずれ Δｙ，ΔＹ全ての楔形基板を通ることに
よる位置のずれｌ_0,2,4,6，Ｌ_0,2 楔形基板内の光路長ａ_0,2,4,6，Ａ_0,2 楔形基板内の光路の入射
側の境界面の位置から出射側の境界面に、出射側の境界
面に垂直な直線を引いた場合の直線の距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒状測定領域を形成した光学セル基体
の、筒状測定領域の両端側に、光を透過させる楔形基板
を、内側面が面対称で、且つ、一方の肉厚側が他方の肉
薄側に対向するように気密的に設置すると共に、夫々の
外側にコリメータレンズまたはフォーカシングレンズと
アイソレータ及び光ファイバを取付部材に一体化した組
立体を固定することを特徴とする光学セル装置
【請求項２】筒状測定領域を形成した光学セル基体
の、筒状測定領域の両端側に、光を透過させる第１の楔
形基板を気密的に設置すると共に、これらの第１の楔形
基板から適宜距離隔てた外側に第２の楔形基板を設置し
て第１の楔形基板との間を真空層に構成し、これらの第
１の楔形基板の夫々及び第２の楔形基板の夫々は面対称
に配置すると共に、夫々の側の第１の楔形基板と第２の
楔形基板は透過面同士が平行にならないように配置し、
夫々の第２の楔形基板の夫々の外側にコリメータレンズ
またはフォーカシングレンズとアイソレータ及び光ファ
イバを取付け部材に一体化した組立体を固定することを
特徴とする光学セル装置
【請求項３】真空層には、真空ポンプと、真空計及び
漏洩気体サンプリングボンベを備えた気密性測定系を接
続したことを特徴とする請求項２記載の光学セル装置
【請求項４】光学セル基体の両端面は、組立体の取付
部材との平行な接合面として構成し、組立体における入
射及び出射の光軸を、取付部材の接合面の法線方向に設
定したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の光学
セル装置