专利名称：光学管测量装置的制作方法
技术领域：
本发明是与测量存在于气管内的物质的频谱的光学管测量装置有关的。
背景技术：
在气管内将多个球面镜成对置的状态设置，从斜方向使光线射入管内，用球面镜使此光线发生多次反射(2次～20次)，然后引出光线，这样能将光程长实质性地延长，进行频谱的测量。把像这样能将光程长度实质性地延长的气管称为“长光程气管”。通过此采用了长光程气管的测量方法，能将通常情况下微弱且测量困难的频谱变成比较强的信号进行测量。(WO01/013091)。
但是上述长光程气管，采用了球面镜，而且将光线射入气管内，不是从球面镜的正面射入时，而需要从微斜的方向将光线射入。因此，由于球面镜的像差，偏振方向是纵向的光线的焦点与偏振方向是横向的光线的焦点变得不一致。此倾向，从斜向射入的光线的角度越大，也就是说，气管的光线入射位置和光线出射位置的距离越大的话，就越显著。
因此，为了引出射入气管的的光线而在任意一偏振方向的光线上聚焦后，在其他方向的光线上就无法聚焦。因此，无法引出所有的光线，结果出现气管的透过率降低的问题。
发明内容
因此，本发明的目的是提供具有补偿设置在气管内部的球面镜的像差的功能从而不会使气管的透过率降低的光学管测量装置。
本发明的光学管测量装置具备照射出在某一波长范围内扩展的光线的光源、使从上述光源照射出的光线发生反射的第1反射镜、引导上述被第1反射镜反射的光线的长光程气管、使从上述长光程气管射出的光线发生反射的第2反射镜、以及检测被上述第2反射镜反射的光线的传感器，其特征在于在从上述光源到上述传感器的光程之间，设置了具有在与光程正交的2个方向之间焦距不同的双聚焦特性的光学元件。
上述第1反射镜与上述第2反射镜，反射镜本身可以是上述具有双聚焦特性的元件，也可以在反射镜上安装上述具有双聚焦特性的光学元件。
根据本发明的构成，通过在上述光源到上述传感器的光程间插入具有双聚焦特性的元件，能使射入上述长光程气管的光线的焦点位置在与光程正交的2个方向之间相同，而且，能使上述长光程气管射出的光线的焦点位置在与光程正交的2个方向之间相同。因此，与偏振方向无关，能将所有的光线射入长光程气管，而且，与偏振方向无关，能从长光程气管中引出所有的光线。结果是气管的透过率不会降低，能进行高灵敏度的频谱测量。
另外，通过补偿上述像差，能加大气管的光线入射位置与光线出射位置的距离，所以能很容易地在这之间设置短光程气管。也就是说，本发明的光学管测量装置，也还可以具备短光程气管，其设在从上述光源到上述传感器之间的去掉上述第1反射镜和上述第2反射镜后的光程上；以及移动装置，使上述第1反射镜和上述第2反射镜在从上述光源到上述传感器之间的光程中移动。在此构成中，采用了上述移动装置，能任意选择长光程气管测量和短光程气管测量中的一个，进行测量。
本发明中上述的或者另外其它的优点、特征以及效果，边参照附图，边看下述的对实施形态的说明，就会很明确。
图1是具备长光程气管和短光程气管这两个气管的本发明的光学管测量装置的剖面图。
图2是表示双聚焦透镜的形状例的立体图。
图3是表示将双聚焦透镜插入光程中的本发明的光学测量装置的光程图。
图4是表示在本发明的光学管测量装置中，使移动式反射镜M1、M2从光程中移动时的剖面图。
图5是表示将双聚焦透镜设置在移动式反射镜M1、M2和气管窗口之间的本发明的其他实施形态的光学管测量装置的剖面图。
具体实施例方式
图1是具备长光程气管1、短光程气管2这两个气管的本发明的光学管测量装置的剖面图。
光学管测量装置，具备光源S、狭缝17、对光源S的光线进行聚光的透镜3、使透镜3汇聚的光线透过气管窗口4照射到长光程气管的移动式反射镜M1。
上述光源S，比如是SiC灯等。此SIC灯具有从400cm-1到7000cm-1的范围很广的红外线频谱。按照换算式107/X(nm)＝Y(cm-1)换算成波长的话，波长的范围是从1429nm到25000nm。X表示波长，Y表示波数。
透过气管窗口4照射到长光程气管1的光线，在长光程气管1的内部安装的物镜7和聚光镜6之间多次被反射，然后透过气管窗口5射出。上述物镜7和聚光镜6，可以采用在不锈钢凹面镜上镀上金的物件。
透过气管窗口5射出的光线，被移动式反射镜M2反射，透过聚光透镜8射入传感器D。气管窗口4、5，比如是由ZnSe构成的物件。
上述长光程气管，具备用来导入测量波长频谱的被测量气体的气体入口11、用来将导入的被测量气体排到气管外的气体出口12。另外，长光程气管1中安装了测量长光程气管1内部压力的压力传感器13。10是表示安装在长光程气管1周围的隔热材料。
短光程气管2设置在将光源S、透镜3、8、传感器D直接连接在一起的光程L上。透过气管窗口9照射到短光程气管2的光线直接通过短光程气管2的内部，再透过气管窗口9射出。气管窗口9，比如是由ZnSe构成的物件。
上述短光程气管2，具备用来导入测量波长频谱的被测量气体的气体入口14、用来将导入的被测量气体排到气管外的气体出口15。另外，短光程气管2安装了测量短光程气管2内部压力的压力传感器16。
上述移动式反射镜M1、M2比如是在石英板上镀上金的物件。
在图1中，沿着光程L的光的传播方向用Z表示，与之正交的2个方向用X、Y表示。
在本发明中，在上述移动式反射镜M1、M2的表面，分别安装了在与光程正交的2个方向X、Y之间焦距不同的双聚焦透镜21、22。双聚焦透镜21、22的材料优选能让从光源S照射的频谱波长范围的光线透过的材料。比如，硒化亚铅、二氟化钡、CsI。
此双聚焦透镜21、22的形状如图2所示。
双聚焦透镜21、22的曲面有YZ面内的曲率和XZ面内的曲率。YZ面内的曲率中心用C1表示，XZ面内的曲率中心用C2表示。曲率半径分别是R1、R2。
通过分别调整此双聚焦透镜的曲率半径R1、R2，使得偏振方向是X的光线的焦点位置与偏振方向是Y的光线的焦点位置变得一致。此被简并的焦点位置在图1的长光程气管1的光线入射一侧表示为“F1”，在光线出射一侧表示为“F2”。
虽然在图2中表示出R1＞0、R2＞0的双凸透镜，但不一定仅限于此。根据F1、F2设置的位置，可以选择R1＜0、R2＞0或者R1＞0、R2＜0的凹凸透镜的类型，也可以选择R1＜0、R2＜0的两凹透镜的类型。
图3是将双聚焦透镜21、22插入光程中的光程图。图3的右端是光源S的位置。从光源S发出的光线被透镜3聚光，被移动式反射镜M1几乎成直角反射。接下来，上述被反射的光线，透过气管窗口4进入气管内部。这时，通过移动式反射镜M1中安装的双聚焦透镜21，像散像差被修正，所以光线与偏振方向无关，汇聚在焦点位置F1上。光线在气管内部被物镜7和聚光镜6多次反射后，汇聚在与上述焦点位置F1是共轭关系的焦点位置F2上。汇聚在焦点位置F2上的光线，透过气管窗口5从气管中射出，被移动式反射镜M2几乎成直角反射。这时，通过移动式反射镜M2中安装的双聚焦透镜22，像散像差被修正。被移动式反射镜M2几乎成直角反射的光线，透过透镜8汇聚在传感器D的受光面上。
综上所述，依靠移动式反射镜M1、M2中安装的双聚焦透镜21、22的功能，光线与偏振方向无关，汇聚在焦点F1、F2上，气管内光线的射入、气管中光线的引出都能有效地进行。因此，气管的透过率能保持在一个很高的数值，能进行高灵敏度的频谱测量。
图4是在上述本发明的光学管测量装置中，将移动式反射镜M1、M2从光程中移动时的剖面图。
像这样，通过使移动式反射镜M1、M2移动，能测量短光程气管2中的被测量气体。
移动式反射镜M1、M2的移动装置，可以采取各种各样的形态。比如(1)采用直线导轨，可以使之如图4所示沿垂直方向(图4的Y方向)移动。也可以使之沿水平方向(图4的X方向)移动。使之移动的动力有驱动轴和传动机构的组合，或者滚珠丝杠和发动机的组合等，通过自动或手动使之机械地移动。另外，(2)使移动式反射镜M1、M2能沿着一轴(比如Z轴)的周围旋转，通过该旋转使之移动。使之移动的动力可以采用旋转传动机构、旋转螺线管等。
以上说明了本发明的实施的形态，但是本发明的实施，不仅仅限定于上述的形态。比如，在上述的说明中，是将双聚焦透镜安装在移动式反射镜上。但是也可以将双聚焦透镜与移动式反射镜分开设置。比如，如图5所示，可以将双聚焦透镜21、22设置在移动式反射镜M1、M2和气管窗口4、5之间的空间。另外，虽然没用图表示出来，但也可以将双聚焦透镜设置在光源S和移动式反射镜M1之间，以及移动式反射镜M2与传感器D之间。
另外，可以不设置双聚焦透镜，对移动式反射镜M1、M2的曲面进行加工，使之具有双聚焦特性。这时，可以对移动式反射镜M1、M2的2个方向的曲率半径按照不同的方向进行不同的加工。通过真空镀等，在双聚焦透镜表面上形成反射性的薄膜，将双聚焦透镜本身做成反射镜，这样的实施也是可以的。其他在本发明范围内实施的各种变更都是可以的。
权利要求
1.一种光学管测量装置，用于测量存在于气管内部的物质的频谱，具备照射出在某一波长范围内扩展的光线的光源、使从上述光源照射出的光线发生反射的第1反射镜、引导上述被第1反射镜反射的光线的长光程气管、使从上述长光程气管射出的光线发生反射的第2反射镜、以及检测被上述第2反射镜反射的光线的传感器，其特征在于在从上述光源到上述传感器的光程间，设置了具有在与光程正交的2个方向之间焦距不同的双聚焦特性的光学元件。
2.如权利要求1所述的光学管测量装置，其中，具有上述双聚焦特性的光学元件安装在上述第1反射镜和第2反射镜上。
3.如权利要求1所述的光学管测量装置，其中，具有上述双聚焦特性的光学元件是上述第1反射镜和上述第2反射镜，上述第1反射镜和上述第2反射镜具有双聚焦特性。
4.如权利要求1所述的光学管测量装置，还具备短光程气管，设置在从上述光源到上述传感器之间的去掉上述第1反射镜和上述第2反射镜的光程中；以及移动装置，使上述第1反射镜及上述第2反射镜在从上述光源到上述传感器的光程中移动。
全文摘要
具备照射出在某一波长范围扩展的光线的光源S、使从上述光源照射出的光线发生反射的第1反射镜M1、引导上述被第1反射镜反射的光线的长光程气管1、从上述长光程气管射出的光线发生反射的第2反射镜M2、以及检测被上述第2反射镜反射的光线的传感器D，并且在上述光源S到上述传感器D的光程间，设置了具有在与光程正交的2偏振方向(X、Y)间焦距不同的双聚焦特性的透镜21、22。补偿设置在气管1内部的球面镜6、7的像差，使得气管1的光线透过率不会降低。
文档编号G01N21/35GK1710407SQ200510078909
公开日2005年12月21日 申请日期2005年6月16日 优先权日2004年6月17日
发明者冈宏一, 新田哲士 申请人:大塚电子株式会社