JPS6334420B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 光束発生装置から放射された光束がケースの
入口孔を通つて対物反射鏡に入射し、この対物反
射鏡はこの放射光束の経路を遮断するように配置
され、次いでこの光束は光束発生装置の光源の中
間像結像装置に入射し、反射した後再び対物反射
鏡に戻り、最終経路をたどり、ケースの入口孔に
隣接する出口孔を通つてこの装置の外に出る構造
の光学的多重経路装置において、光束発生装置２
の光源の中間像結像装置は、その上に光源の中間
像を結像する曲率の異なる２個の鏡１６，１７；
２９，３０を有する集光体からなり、集光体の２
個の鏡は対物鏡から反射した光束が集光体の２個
の鏡で順に反射され、そこから再び対物反射鏡に
戻るように配置され、この鏡の中の曲率の大きい
方の鏡１７，２９に対する光束１の入射角は曲率
の小さい方の鏡１６，３０に対する光束１の入射
角よりも小さいことを特徴とする光学的多重経路
装置。

２ 前記集光体において、鏡１６が平面鏡であ
り、これに対して他方の鏡１７が凹面鏡であるこ
とを特徴とする請求の範囲第１項記載の光学的多
重経路装置。

３ 前記集光体１５の鏡２９，３０が共に凹面鏡
であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の
光学的多重経路装置。

４ 光束発生装置から放射された光束がダイヤフ
ラムの入口孔を通つて対物反射鏡に入射し、この
対物反射鏡はこの放射光束の経路を遮断するよう
に配置され、次いでこの光束は光束発生装置の光
源の中間像結像装置に入射し、反射した後再び対
物反射鏡に戻り、最終経路をたどり、ダイヤフラ
ムの入口孔に隣接するの出口孔を通つてこの装置
の外に出る構造の光学的多重経路装置において、
光束発生装置２の光源の中間像結像装置は、その
上に光源の中間像を結像する曲率の異なる２個の
鏡１６，１７；２９，３０を有する集光体からな
り、集光体の２個の鏡は対物鏡から反射した光束
が集光体の２個の鏡で順に反射され、そこから再
び対物反射鏡に戻るように配置され、この鏡の中
の曲率の大きい方の鏡１７，２９に対する光束１
の入射角は曲率の小さい方の鏡１６，３０に対す
る光束１の入射角よりも小さくし、さらに試料３
９の平面の反射率測定のために、前記試料３９を
支持具３８に装着して放射光束１の経路を遮断す
るように配設し、これに対して測定を行う時点で
対物反射鏡３１を試料位置に位置する旋転軸３３
を中心として回転させ、放射光束１を試料平面で
の反射を介して対物反射鏡３１と集光体１５に交
互に入射させ、その最終経路で放射光束１を出口
孔４３に直接向かわせることを特徴とする光学的
多重経路装置。

５ 前記対物反射鏡３１は旋転軸３３を中心とし
てアーム３２の円弧に沿つて回転可能であり、前
記アーム３２は試料３９の支持具３８に対して旋
回可能かつ同軸に装着されるとともに、その端部
に対物反射鏡３１を支持することを特徴とする請
求の範囲第４項記載の光学的多重経路装置。

技術分野 本発明は光学装置製造工業に係わり、より具体
的には光学的多重経路装置に関するものである。

背景技術 今日では、光が通る経路を光学的に非常に長く
したことを特徴とする光学的多重経路装置は低濃
度の気体又は極く微弱な吸収帯を有する気体を試
験するためのあらゆる赤外線分光計に不可欠のも
のとなつている。このような装置は定性分析及び
定量分析の何れにも使用することができる。

現在、光学的多重経路装置については１つの先
行技術が公知になつており、それは光束発生装置
の光源から放射させた光束をケースの入口孔を通
して対物反射鏡に入射させ、この対物反射鏡を放
射光束の経路を横断すると共に回転可能に装着
し、この光束を更に、光束発生装置光源の中間像
結像装置に入射させた後再び対物反射鏡に戻し、
一連の多重経路を通過し終えてからこの装置のケ
ースの出口孔を通してこの装置の外に出す構造の
光学的多重経路装置である。この装置では、光束
発生装置の光源の中間像結像装置は２個の平面鏡
を有し、この平面鏡は相互に角度をなすように配
設されている。

然し乍ら、上述の装置の中で光束発生装置の光
源の中間像の結像時に光束の周辺の光が平面鏡に
捕捉されず、そのために放射光束の中の相当量の
光が対物反射鏡を越えて散乱する（これは光束が
ぼける原因となる）。

発明の開示 本発明は光束発生装置の光源の中間像結像装置
の光束透過率を向上させると共に光束の経路の数
の調整を簡単にできる装置を提供することを目的
とするものである。

この目的は光束発生装置から放射した光束を装
置のケースの入口孔を通して対物反射鏡に入射さ
せ、この対物反射鏡を放射光束の軸回りに回転可
能に装着し、前記放射光束を更に光束発生装置の
光源の中間像結像装置に向かわせ、そこから対物
反射鏡に戻し、これを繰り返して多重経路を通過
させた後にケースの出口孔から出すように構成し
た光学的多重経路装置において本発明に基づき、
光束発生装置の光源の中間像結像装置に複合型の
集光体を設け、この集光体を曲率の異る２個の鏡
で構成し、これを適当に配置して、曲率の大きい
鏡に対する放射光束の入射角を、曲率の小さい鏡
に対する放射光束の入射角より小さくすることに
よつて具現化することができる。

この集光体の一方の鏡を平面、他方の鏡を凹面
とすることに注意する必要がある。この集光体の
鏡の両方とも凹面にすることを要求される場合も
ある。

本発明の光学的多重経路装置の作動態様を改良
するために、保持具に保持された試料を、放射光
束の経路を横断するように置いてこの試料の平面
の反射率を測定し、対物反射鏡を測定の時点でそ
の軸回りに円弧に沿つて回転させて放射光束を対
物反射鏡と集光体とに交互に入射させ、これを所
定回数繰返した後、最後にこの光束をこの装置の
ケースの出口孔に直接向わせるようにすることが
できる。

また、試料保持具と同軸かつ旋転可能に装着し
たアームの一方の端部に対物反射鏡を支持させ、
このアームを用いてこの対物反射鏡を、この対物
反射鏡自体の軸回りに回転させると共に円弧に沿
つて回転させることも、同様に合理的である。

本発明は、この装置の中における光束経路がど
れだけあろうとも、放射光束の一連の光束がぼや
けるのを防ぐことができる。これは見方を変えれ
ば、この装置の明るさの透過度を向上させると共
にこの装置が放射光束の経路の数の影響を受けな
いようにすることである。

更に本発明は、放射光束経路の数の調整を簡単
にし、それによつてこの装置に光束経路数をより
適確にプリセツトできるようにするものである。

加えて、本発明は寸法の小さい平らな試料の反
射率の測定をより適確に行なう手段たり得ること
にも注意する必要がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく光学的多重経路装置の
全体縦断面図、第２図は第１図の線−に沿う
断面図、第３図は第１図の線−に沿う断面
図、第４図は本発明に基づく光学的多重経路装置
の集光体の正面図、第５図は本発明に基づく光学
的多重経路装置の縦断面構造図、第６図は本発明
に基づく光学的多重経路装置を反射計として作動
させる場合の調整段階の全体斜視図、第７図は本
発明に基づく光学的多重経路装置を反射計として
作動させる場合の試料の平らな表面の反射率を測
定する時の全体斜視図である。

発明を実施するための最良の形態 本発明の好ましい実施例として、放射光束経路
が６経路である場合について、以下、図によつて
詳細に説明する。

第１図は光学的多重経路装置を示すものである
が、この装置において、光束発生装置２から放射
された光束１は、この装置のケース５の蓋４に設
けられた入口孔３（第１図及び第２図）を通る。
この入口は対物反射鏡６（第１図及び第３図）に
入射させるためのものである。

対物反射鏡６は放射光束の経路を横断するよう
な位置にあつて保持具７の中に固定され、これを
ねじ１１が押すことによつて放射光束の経路の数
が調整され、このねじ１１はこの装置のケースの
カバー１２を貫いている。これの調整はねじ１１
と連接するノブ１３を回転させることにより行な
う。細長い部材１０はカバー１２に固定された平
ばね１４によつて固定される。

集光体１５（第１図、第２図）は対物反射鏡で
反射した光束の経路を横断するように配設され、
この集光体１５は曲率の異る２個の鏡を有し、そ
の１つは平面鏡１６であり、他方は凹面鏡１７で
ある。この鏡１６，１７が適正に位置づけられる
ので、放射光束の凹面鏡１７に対する入射角は平
面鏡１６に対する入射角よりも小さい。複合集光
体の鏡１６，１７に対する光束１の入射角は、互
いに異なるように選択される。その理由は、本発
明の光学的多重経路装置は、スペクトルの赤外線
の範囲内で操作され、その際、相対的に大きい曲
率をもつ複合集光体の鏡１７に対する光束１の入
射角は、鏡１６のそれよりも小さくなるよう設定
される。かりに、この条件に適合していないと、
ゆがみが出口孔からの像に現われる。

とくに、この像は、当該装置からの出力点で焦
点がづれ、かつ、ゆがんだものとなる。平らな面
あるいは小さな曲率をもつ複合集光体の鏡１６に
関するかぎり、入射角はそれほど重要でなく、鏡
１７のそれに比して相対的に大きな入射角をも
つ。この鏡１６，１７は共に保持具１８によつて
蓋４に固定される。出口孔１９は蓋４の入口孔３
より上の位置に設けられ、この装置の中の最終経
路を通つた放射光束がこの出口孔１９を通つてこ
の装置の外に出る。窓２０は所与の放射光束に対
して透明な穴３，１９の中に整合する。

対物反射鏡６は凹面鏡１７の表面に光束発生装
置２の光源（図示省略）の中間像２１，２２を結
像し、この中間像２１，２２は対物反射鏡６の曲
率の中心２３に対して対称の位置を占める。

放射光束の経路の数が10（長さが10倍）の場合、
対物反射鏡６は光束発生装置の光源の４個の中間
像２４，２５，２６，２７を集光体１５（第１
図、第４図）の上に結像する。対物反射鏡６の曲
率の中心２８はこの中間像２５，２６の間にあ
る。

本発明の光学的多重経路装置のもうひとつの実
施例では、集光体１５（第５図）は曲率の異る２
個の凹面鏡２９，３０を有し、この凹面鏡２９，
３０は保持具３１に装着され、この保持具３１は
蓋４に固定される。この鏡２９，３０は放射光束
１に対して適当に位置づけられるので放射光束の
曲率の大きい凹面鏡２９に対する入射角は曲率の
小さい凹面鏡３０に対する入射角より小さい。

更にもうひとつの実施例は、放射光束の経路を
６経路として反射計として作動させる光学的多重
経路装置（第６図、第７図）であるが、この装置
では対物反射鏡３１がアーム３２の一方の端部に
可動に装着され、それに対してその他方の端部は
旋転中心軸３３に装着され、この旋転中心軸３３
は基盤３４に動かないように固定される。集光体
１５の保持具１８はベツド３５に固定され、この
ベツド３５はアーム３２の旋転軸３３に動かない
ように固定される。回転支持具３８はダイヤフラ
ム３７（この場合図示省略）のオリフイスを通る
放射光束を横断するように設置され、前記支持具
は旋転軸３３に装着されると共に標本３９を支持
し（第７図）、この標本の平らな面（図示省略）
の反射率が測定される。ダイヤフラム３７（第６
図、第７図）はベツド３５に設けられる。

ベツド３５の対物反射鏡３１側の端部には角度
目盛４０が刻まれ、それに対して支持具３８はア
ーム３２と一体となつて回転し、この角度目盛４
０を読取るための指針４１が固定されている。試
料３９（第７図）が支持具３８に設定され、アー
ム装置３２によつて対物反射鏡３１が円弧に沿つ
て回転されると、放射光束１は標本３９で反射し
た後、対物反射鏡３１と集光体１５に交互に入射
し、最終経路でダイヤフラム３７の出口オリフイ
ス４３（第６図、第７図）に直接到達する。凹面
鏡１７は光束発生装置２（第１図）の光源の中間
像４４，４５を示す。

この光学的多重経路装置は、放射光束の経路が
６経路になるように調整されて気体のスペクトル
分析に使用される場合は次のように作用する。

この装置のケース５（第１図）は供試気体で満
たされる。光束発生装置２から放射された光束１
は入口孔３の窓２０を通つて対物反射鏡６に入射
し、この光束は光束発生装置２の光源の中間像２
１（第２図）を集光体１５の凹面鏡１７の上部に
結像し、次いで平面鏡１６で反射する。鏡１６，
１７で反射して太くなつた放射光束１は再度対物
反射鏡１６に向けられてそこで反射し、次いで光
束発生装置２（第１図）の光源の中間像２２（第
２図）と同様に凹面鏡１７の下部に像を結ぶ。放
射光束は更に平面鏡１６で反射して対物反射鏡６
に向かい、ここで反射して最後に出口孔１９を通
つてこの装置の外に出る。

集光体に２枚の凹面鏡２９，３０を使用すれ
ば、光束発生装置２の光源の像の収差によるゆが
みを補償することができる。この光学装置は以上
で説明したところと同様である。

本発明によれば、集光体１５は、それ自体が光
学的多重経路を備えており、それによつてこの装
置で像がぼけるのを防止する。

対物反射鏡６をその回転軸８（第１図及び第５
図）の回りを回転させると、その曲率の中心２３
（第２図）及び２８（第４図）は、集光体１５
（第１図及び第５図）の凹面鏡１７，２９の表面
に沿つて移動する。集光体１５の鏡１６，１７及
び３０，２９の接合部の方向に対する対物反射鏡
６（第１図及び第５図）の曲率の中心が移動した
時、この装置における経路の数が増加する。第２
図に示す対物反射鏡６の曲率の中心２３がこの位
置にある時、光束の経路の数は６個であり、第４
図に示す対物反射鏡６の曲率の中心２８がこの位
置にある時、多重経路装置における光束の経路の
数は10個であり、光束発生装置２の光源の中間像
２４，２５，２６，２７は連続して形成される。

この光学的多重経路装置を６経路とし、反射計
として使用する場合には、測定時に試料３７（第
７図）を置くか置かないかによつて対物反射鏡３
１（第６図、第７図）の集光体１５に対する作動
位置が異る。

この反射計の対物反射鏡３１（第６図）を第１
の位置にし、試料を置かずに、上述したのと同様
の方法で測定操作を行なつて、放射光束１の信号
をこの光学装置の出口孔４３で取り出す。

次いで、試料３９（第７図）の平面の反射率を
測定するためにその試料３９を支持具３８に整合
させ、他方、アーム３２を用いて対物反射鏡３１
を旋転軸３３の中心を取り囲む円弧に沿つて移動
させて、試料３９で反射した放射光束を対物反射
鏡３１に入射させる。この対物反射鏡３１と試料
３９の位置はこの装置の基盤３５の角度目盛４０
と指針４１によつて示される。対物反射鏡で反射
した放射光束は再び試料３９に向かつて進み、こ
の試料３９で反射して集光体１５に向かい、この
集光体１５の上に光束発生装置の光源の中間像４
４，４５を結像する。このように経路を構成した
多重経路光学装置の各構成部分の作動は、放射光
束１を試料３９で反射させることを除いて、上述
の試料なしの場合と全く同一である。信号Ｉの強
さI₁は、この装置の出口での透過量を測定して求
める場合には、試料の反射率に比例し、光束の通
る経路の数Ｋに応じて減少する。試料３９の反射
率Ｒは次式 によつて求める。

産業上の利用可能性 本発明は、赤外線吸収スペクトルの分光学的測
定装置の感度の増大を図る場合に最も有用であ
る。

また、本発明は分光装置を用いることなく、特
に大気汚染の定量測定用の迅速作動方式の高精度
光学音響式ガス分析装置にも応用できるものであ
り、このことは環境保全との関連で重要である。

更に本発明は反射角度を小さくして、平らな試
料の反射率を高精度で測定するためにも応用する
ことができ、このことはレーザー技術及び高エネ
ルギー設備に大きな利益をもたらす。