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公開番号2025092841
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-23
出願番号2023208210
出願日2023-12-11
発明の名称多重反射セル、分析装置及び分析方法
出願人株式会社堀場製作所
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01N 21/03 20060101AFI20250616BHJP(測定;試験)
要約【課題】光学系、光透過窓、セル長及び/又はセル容積といった多重反射セルの設計を大きく変更せずに、レーザ光の反射回数を抑えた短光路を実現する。
【解決手段】内部空間にサンプルが導入され、前記内部空間において光を反射する多重反射セルは、前記内部空間に光を入射及び前記内部空間から光を出射させる光透過窓と、前記内部空間に設けられ、前記光透過窓から入射した光を複数の平面ミラーの反射面により複数回反射させた後に前記光透過窓から出射させる反射機構とを備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
内部空間にサンプルが導入され、前記内部空間において光を反射する多重反射セルであって、
前記内部空間に光を入射及び前記内部空間から光を出射させる１つの光透過窓と、
前記内部空間に設けられ、前記光透過窓から入射した光を複数の平面ミラーの反射面により複数回反射させた後に前記光透過窓から出射させる反射機構とを備える多重反射セル。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記反射機構は、前記光透過窓に対向して前記内部空間に設けられている第１平面ミラー及び第２平面ミラーを有し、
前記第１平面ミラーは、前記光透過窓から入射した光を前記第２平面ミラーに向けて反射し、
前記第２平面ミラーは、前記第１平面ミラーにより反射された光を前記光透過窓に向けて反射する、請求項１に記載の多重反射セル。
【請求項３】
前記反射機構は、前記第１平面ミラーの反射面と前記第２平面ミラーの反射面とが互いに向かい合った状態で前記第１平面ミラー及び前記第２平面ミラーを連結する連結部をさらに備える、請求項２に記載の多重反射セル。
【請求項４】
前記第１平面ミラー及び前記第２平面ミラーは、前記内部空間において、前記光透過窓の中心を通る軸である中心軸に対して対称に設けられている、請求項２又は３に記載の多重反射セル。
【請求項５】
前記反射機構は、前記内部空間において互いに対向して設けられる一対のミラーをさらに備え、
前記一対のミラーは、
前記光透過窓が形成されている一方のミラーと、
前記光透過窓から入射した光を前記一方のミラーとの間で多重反射させた後、前記光透過窓に光を出射する他方のミラーとにより構成される、請求項１又は４の何れか一項に記載の多重反射セル。
【請求項６】
前記一対のミラーは、球面ミラー又はトロイダルミラーである、請求項５に記載の多重反射セル。
【請求項７】
サンプルガスが導入された多重反射セルに光を照射し、当該多重反射セルから出射される光を検出して、前記サンプルガス中に含まれる測定対象成分を分析する分析装置であって、
請求項１乃至６の何れか一項に記載の多重反射セルと、
前記光透過窓に光を出射する光出射部と、
前記光透過窓から出射した光を検出する光検出部と、
前記光検出部からの出力信号に基づいて、前記測定対象成分の濃度を演算する濃度演算部とを備える、分析装置。
【請求項８】
前記反射機構は、前記内部空間において互いに対向して設けられる一対のミラーをさらに備え、
前記一対のミラーは、
前記光出射部からの光が入射するとともに前記光検出部に光を出射させる光通過部が形成されている一方のミラーと、
前記光通過部を通過した光を前記一方のミラーとの間で多重反射させた後、前記光通過部に光を出射する他方のミラーとを有するものであり、
前記光出射部は、
複数の前記平面ミラーに短光路用の光を出射する短光路用の光出射部と、
前記一対のミラーに長光路用の光を出射する長光路用の光出射部とを有するものであり、
前記光検出部は、
複数の前記平面ミラーから出射した短光路用の光を検出する短光路用の光検出部と、
前記一対のミラーから出射した長光路用の光を検出する長光路用の光検出部とを有する、請求項７に記載の分析装置。
【請求項９】
前記測定対象成分は、水、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、アセチレン又はメタノールである、請求項７又は８に記載の分析装置。
【請求項１０】
サンプルが導入された多重反射セルに光を照射し、当該多重反射セルから出射される光を検出して、前記サンプル中に含まれる測定対象成分を分析する分析方法であって、
前記多重反射セルは、
前記サンプルが導入される内部空間に光を入射及び前記内部空間から光を出射させる光透過窓と、
前記内部空間に設けられ、前記光透過窓から入射された光を複数の平面ミラーの反射面により複数回反射させた後に前記光透過窓に出射する反射機構とを備え、
前記分析方法は、
前記光透過窓に光を入射させ、
前記反射機構で反射された後に前記光透過窓から出射した光を検出し、
検出した光に基づいて、前記測定対象成分の濃度を演算する、分析方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重反射セル、分析装置及び分析方法に関するものである。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の多重反射セルは、例えば特許文献１に示すように、内部空間に試料ガスが導入されるセル本体と、内部空間に対向して設けられた一対のミラーとを具備し、セル本体の入射窓から入射したレーザ光が一対のミラーの間で数十～数百回多重反射してセル本体の射出窓から射出するものがある。このように一対のミラーの間で多重反射することにより光路長が長くなるので（すなわち、長光路となるので）、レーザ光と試料ガスとが相互作用する距離を長くすることができ、感度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－０７９５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような多重反射セルにおいて、測定対象成分の濃度が高い場合には、長光路で測定すると濃度が飽和してしまうので、レーザ光の反射回数を抑えて、光路長を短くする短光路を実現する必要がある。しかし、短光路の場合は、光出射部と光検出部等からなる光学系、光透過窓、セル長、及び／又はセル容積等を短光路用に作り直す必要があった。
【０００５】
そこで、本発明は上述したような問題に鑑みてなされたものであり、光学系、光透過窓、セル長及び／又はセル容積といった多重反射セルの設計を大きく変更せずに、レーザ光の反射回数を抑えた短光路を実現することをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明に係る多重反射セルは、内部空間にサンプルが導入され、前記内部空間において光を反射する多重反射セルであって、前記内部空間に光を入射及び前記内部空間から光を出射させる光透過窓と、前記内部空間に設けられ、前記光透過窓から入射した光を複数の平面ミラーの反射面により複数回反射させた後に前記光透過窓から出射させる反射機構とを備えることを特徴とする。
【０００７】
このような多重反射セルであれば、反射機構が複数の平面ミラーの反射面によって光を複数回反射させた後に光を光透過窓に向けて出射させるので、光の入射及び出射を同一の光透過窓にすることができる。その結果、多重反射セルの設計を大きく変更することなく、反射回数が少ない短光路を実現することができる。なお、短光路とは、内部空間において長光路よりも反射回数が少ない光路を言う。
また、反射機構が光を複数回反射させる際に複数の平面ミラーを用いるので、他の形状のミラーを用いる場合と比較して、光が反射する方向を調整しやすく、内部空間の光学設計を簡単にすることができる。なお、ここで言う内部空間の光学設計とは、光透過窓から入射した光が内部空間で複数回反射した後に同一の光透過窓から出射する際のミラーの配置及びミラーの種類の選択を言う。
【０００８】
短光路を実現するための具体的な態様としては、前記反射機構は、前記光透過窓に対向して前記内部空間に設けられている第１平面ミラー及び第２平面ミラーを有し、前記第１平面ミラーは、前記光透過窓から入射した光を前記第２平面ミラーに向けて反射し、前記第２平面ミラーは、前記第１平面ミラーにより反射された光を前記光透過窓に向けて反射することが望ましい。
【０００９】
このような構成であれば、第１平面ミラーは、光透過窓から入射した光を第２平面ミラーに向けて反射し、第２平面ミラーは、第１平面ミラーにより反射された光を透過窓に向けて反射するので、光の入射及び出射が同一の光透過窓である場合における２回反射の短光路を実現することができる。
また、２つの平面ミラーだけで２回反射の短光路を実現することができるので、内部空間の光学設計をさらに簡単にすることができるとともに、短い光路長で分析するのが好ましい測定対象成分である高濃度の測定対象成分を測定する場合の感度を向上させることができる。
【００１０】
前記反射機構は、前記第１平面ミラーの反射面と前記第２平面ミラーの反射面とが互いに向かい合った状態で前記第１平面ミラー及び前記第２平面ミラーを連結する連結部をさらに備えることが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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