多重反射セル式ガス分析システム用のフローセル、多重反射セル式ガス分析システム及びフローセルのミラー間距離の調整方法
【課題】ミラーの曲率半径のバラツキの影響を簡単且つ費用の増大を伴わずに補償可能な、多重反射セル式ガス分析システム用のフローセル、多重反射セル式ガス分析システム及びフローセルのミラー間距離の調整方法を提供する。
【解決手段】 試料ガス入口部１５及び試料ガス出口部１６を備える筒状のセルボディ５、セルボディ５の第１終端部に設けられ、入射光及び出射光が通過するトンネル部４を有した第１ミラー２ａ、セルボディ５の第２終端部に設けられ、第１ミラー２ａの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラー６とを備え、第２終端部と第２ミラー６との間にスペーサ１３を挿入して、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離を調整するスペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）を設ける。
【解決手段】 試料ガス入口部１５及び試料ガス出口部１６を備える筒状のセルボディ５、セルボディ５の第１終端部に設けられ、入射光及び出射光が通過するトンネル部４を有した第１ミラー２ａ、セルボディ５の第２終端部に設けられ、第１ミラー２ａの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラー６とを備え、第２終端部と第２ミラー６との間にスペーサ１３を挿入して、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離を調整するスペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス中の不純物ガスなどの微量成分濃度の測定に用いる多重反射セル式ガス分析システムに関し、特に工場での出荷前の多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス分析システムとして、多重反射セル式ガス分析システムの基本となる多重反射セルについては、エリオット(Herriott)式のものがよく知られている。（例えば、非特許文献１参照。）。エリオット式のガスセルは、２枚の球面鏡又は放物面鏡を、筒状のセルボディに対向させて配置し、一方のミラー周縁部に設けた小孔から光を入射し、２枚のミラーの間で多重反射させた後、再び、入射光から入射光とは異なる角度で光束を取り出すものである。なお、
光が多重反射の後に入射光と同じ孔から出てくるためには、装置内での反射回数、ミラー間の距離、及びミラーの曲率半径又は焦点距離（非球面鏡の場合）における関係が厳密に正確でなければならない。ミラー間の距離はセルボディの加工精度で決まるが、セルボディの単純な構造から一般に単純な機械加工で制作可能であり、公差±０．１ｍｍ程度の精度が容易に得られる。しかし、ミラーの曲率半径又は焦点距離については、曲面構造という特殊性や、金属の延性などの性質、及びミラーとしての性能（高反射率、低散乱光）を維持するための研磨加工の特性によって製品レベルでの加工誤差が避けられないため、その精度は非常に出しにくく、工業生産上、設計値通りにすることは実質的に不可能であるという問題がある。
【０００３】
以下に表１を用いて、多重反射セル式ガス分析システムシステム用のフローセルのミラーの曲率半径の調整機構について説明する。表１では、用いた多重反射セル式ガス分析システムシステム用のフローセルにおいて、対向するミラーの曲率半径の製品レベルにおける精度誤差は等しい（対向する２つのミラーの曲率半径の誤差は等しい）として、ミラーの曲率半径の基準寸法に対する誤差に対し、入射孔（出射孔）における入射光と出射光の位置ずれを示す（ミラー間距離が２６０ｍｍ、ミラーの曲率半径が２７５ｍｍとして設計したフローセルの場合である。）。出射光は、入射光として入射孔の中心から入射されたレーザ光束が、対向するミラー間で３０回の多重反射を繰り返した後、出射孔から出射された際に得られるものとする。又、曲率半径の「誤差」とは、ミラーの加工において生じた加工精度の低下による、製品の実測値と設計基準値との差異である。
【表１】
【０００４】
表１から明らかなように、ミラーの曲率半径の誤差−２．０ｍｍ、−１．０ｍｍ、０ｍｍ、＋１．０ｍｍ及び＋２．０ｍｍに対し、入射孔（出射孔）における入射光と出射光との距離は、それぞれ＋３．１ｍｍ、＋１．６ｍｍ、０ｍｍ、−１．６及び−３．０ｍｍである。これより曲率半径の誤差が大きくなるにつれて、入射孔（出射孔）における入射光と出射光との距離（位置ずれ）も大きくなることがわかる。ミラーの曲率が設計基準値から誤差を生じると、多重反射後の出射光は、光軸がずれるため、入射及び出射孔の壁で散乱し大きな迷光を生じたり、孔から出射しない現象を引き起こし、測光上において多重反射セル式ガス分析システムの性能を大きく劣化する結果を生じる。
【０００５】
この問題に対しては、光線追跡の計算結果により、ミラーの曲率半径又は焦点距離の誤差をミラー間の距離を変えることで、誤差の影響の補正を行うことが可能である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、真空シール用のガスケット及びミラー間距離の調整用ガスケットを１組としてミラー間の距離を変更する必要があるが、ミラー間距離の調整用ガスケットは一般に純銅の焼鈍し品が必要で制作に困難を要し、費用も増大するという問題がある。
【非特許文献１】Ｄ．Ｒ．エリオット（Herriott）、Ｈ．コゲルニック（Kogelnik）、Ｒ．コンファー（Kompfer）共著、「応用光学（Appl. Opt.）」、第３版、１９６４年、ｐ．５２３
【特許文献１】特開２００６−５８００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記問題点を鑑み、本発明は、ミラー製造時のミラーの曲率半径のバラツキの影響を簡単且つ費用の増大を伴わずに補償可能な、多重反射セル式ガス分析システム用のフローセル、このフローセルを用いた多重反射セル式ガス分析システム及びフローセルのミラー間距離の調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の様態は、（イ）試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディと、（ロ）セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラーと、（ハ）第１終端部に対向するセルボディの第２終端部に設けられ、第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーと、（ニ）第２終端部と第２ミラーとの間に設けられ、第２終端部と第２ミラーとの間にスペーサを挿入することにより第１及び第２ミラー間の距離を調整するスペーサ挿入手段とを備える多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルであることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の様態は、（イ）試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディ、セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラー、第１終端部に対向するセルボディの第２終端部に設けられ、第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーを有するフローセルと、（ロ）フローセルに連結され、フローセルからの光学的情報を電気信号に変換する分析計とを備える多重反射セル式ガス分析システム用に関する。ここで、第２の様態に係る多重反射セル式ガス分析システム用は、第２終端部と第２ミラーとの間に、スペーサの厚さの選択により第１及び第２ミラー間の距離を調整するスペーサ挿入手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３の様態は、試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディ、セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラー、第１終端部に対向するセルボディの第２終端部に設けられ、第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーを備える多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法に関する。ここで、第３の様態に係る多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法は、（イ）第１ミラー及び第２ミラーの曲率半径が共に最小許容寸法となる場合に対してセルボディの長さを設計して、フローセルをスペーサなしで組み立てるステップと、（ロ）入射光をフローセルの内部に導入して、フローセルから出力される出射光の光強度を測定しながら、順次、第２終端部及び第２ミラーの間に複数の厚さの異なるスペーサを挿入し、最大光強度を与える厚さのスペーサを選択し、第１及び第２ミラー間の距離を調整するステップとを含むことを特徴とする。ここで、「最小許容寸法」とは、第１ミラー及び第２ミラーの曲率半径の寸法公差が負の最大値（マイナス公差の最大値）を有する場合である。
【００１１】
本発明の第４の様態は、試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディ、セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラー、第１終端部に対向するセルボディの第２終端部に設けられ、第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーを備える多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法に関する。ここで、第４の様態に係る多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法は、（イ）第１ミラー及び第２ミラーの曲率半径が共に最小許容寸法となる場合に対してセルボディの長さを設計して、フローセルをスペーサなしで組み立てるステップと、（ロ）入射光をフローセルの内部に導入して、フローセルから出力される出射光の光強度を測定するステップと、（ハ）測定された光強度が規定値に達しているか確認するステップと、（ニ）規定値に達していない場合、セルボディの第２終端部及び第２ミラーの間に、第１のスペーサを挿入して、フローセルを組み立て直すステップとを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第５の様態は、試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディ、セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラー、第１終端部に対向するセルボディの第２終端部に設けられ、第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーを備える多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法に関する。ここで、第５の様態に係る多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法は、（イ）第１ミラー及び第２ミラーの曲率半径をそれぞれ測定するステップと、（ロ）測定結果に基づき、最適の厚みを有するスペーサを決定するステップと、（ハ）第２終端部及び第２ミラーの間に、決定されたスペーサを挿入して、第１及び第２ミラー間の距離を調整するステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ミラー製造時のミラーの曲率半径のバラツキの影響を簡単且つ費用の増大を伴わずに補償可能な、多重反射セル式ガス分析システム用のフローセル、このフローセルを用いた多重反射セル式ガス分析システム及びフローセルのミラー間距離の調整方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。又、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１５】
（多重反射セル式ガス分析システム）
図１に示す本発明の実施の形態に係る多重反射セル式ガス分析システムは、フローセル９ａと分析計１０ａとを備える。フローセル９ａは、試料ガス入口部１５及び試料ガス出口部１６を備える筒状のセルボディ５と、セルボディ５の第１終端部に設けられ、入射光及び出射光が通過するトンネル部４を有した第１ミラー２ａと、第１終端部に対向するセルボディ５の第２終端部に設けられ、第１ミラー２ａの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラー６とを備える。そして、第２終端部と第２ミラー６との間には、スペーサ１３の厚みの選択により、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離を調整するスペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）を設けている。
【００１６】
セルボディ５は、第１ミラー２ａに接合する第１フランジ１９を第１終端部に、第２ミラー６に接合する第２フランジ２０を第２終端部に備えている。第１ミラー２ａに第１Ｏリング溝１７ａが設けられ、この第１Ｏリング溝１７ａには、第１Ｏリング１１ａが挿入され、第１Ｏリング１１ａを介して、第１ミラー２ａと第１フランジ１９とが真空機密を維持して接続される。そして、スペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）は、第２フランジ２０に設けられたOリング溝（第３Ｏリング溝）１８、第２ミラー６に設けられたOリング溝（第２Ｏリング溝）１７ｂ、第３Ｏリング溝１８に挿入される第３Ｏリング１２、第２Ｏリング溝１７ｂに挿入される第２Ｏリング１１ｂを有する。スペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）は、第２Ｏリング１１ｂと第３Ｏリング１２とでスペーサ１３を挟むように構成し、第２Ｏリング１１ｂと第３Ｏリング１２とにより、第２ミラー６と第２フランジ２０とが真空機密を維持して接続される。
【００１７】
セルボディ５の第１終端部に固定された第１ミラー２ａの内部には窓板３が取り付けられ、トンネル部４を分析計１０ａ側とセルボディ５側とに分離している。第１Ｏリング１１ａは、第１ミラー２ａにおいて、セルボディ５が第１終端部で備える第１フランジ１９との接合面側で、固定ネジ１４を挿入する複数の穴よりも第１ミラー２ａの中心側に設けられた第１Ｏリング溝１７ａに装着される。
【００１８】
スペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）の一部をなす第２Ｏリング１１ｂは、第２ミラー６において、第２終端部との接合面側で、固定ネジ１４を挿入する複数の穴よりも第２ミラー６の中心側に設けられた第２Ｏリング溝１７ｂに装着される。第３Ｏリング１２は、セルボディ５が第２終端部で備える第２フランジ２０において、固定ネジ１４を挿入する複数の穴よりも第２終端部の中心側且つ第２Ｏリング溝１７ｂの外径よりも大きい内径を有する第３Ｏリング溝１８に装着される。すなわち、図１に例示したように、第２フランジ２０に設けられた第３Ｏリング溝１８の位置と、第２ミラー６に設けられた第２Ｏリング溝１７ｂの位置とが、第２フランジ２０の半径方向において異なる。但し、図１は例示であり、逆に、第３Ｏリング１２が、第２Ｏリング溝１７ｂの内径よりも小さな外径を有する第３Ｏリング溝１８に装着されるように構成しても良い。
【００１９】
図１に示すように第１の実施の形態に係るフローセル９ａは、第１Ｏリング１１ａ、第２Ｏリング１１ｂ及び第３Ｏリング１２により、第１ミラー２ａ、第２ミラー６、スペーサ１３及びセルボディ５によって形成される空間は真空機密を維持して、密封され、セルボディ５の内外からの気体及び流体の導入出は、試料ガス入口部１５及び試料ガス出口部１６から出入りする試料ガスのみとなる。
【００２０】
図１では、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６は、それぞれフランジ部分及びミラー部分が一体化された場合を例示したが、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がそれぞれフランジ部分とミラー部分に分けられた構成でも構わない。さらに、第１ミラー２ａは固定ネジ１４により、セルボディ５の第１終端部において第１フランジ１９に固定される。固定ネジ１４は、４〜８箇所等の複数の箇所で、セルボディ５側から第１ミラー２ａ側にねじ込まれ、セルボディ５及び第１ミラー２ａを固定する。第２ミラー６は、第１ミラー２ａと対向した状態で、スペーサ１３を介し、第２終端部で固定ネジ１４により第２フランジ２０に固定される。固定ネジ１４は、複数箇所で、セルボディ５側から、スペーサ１３及び第２ミラー６側にねじ込まれ、セルボディ５、スペーサ１３及び第２ミラー６を固定する。図１では、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６に雌ねじが切られた場合を例示しているが、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６に貫通孔を開け、固定ネジ１４をナットで固定する形式等、種々の変形が可能である。又、固定ネジ１４を用いず、クイックカップリングの形式で、第１ミラー２ａを第１フランジ１９に真空機密を保って固定しても良い。この場合は、第１ミラー２ａを第１フランジ１９とも、フランジシール部は平面でその反対側はテーパにしておけば良い。そして、このテーパ部にクランプを嵌め込み、蝶ネジを締め付けると、フランジの中心に向かって力が生じ、Oリングを潰してシールする。この時、Oリングのガイドになるセンターリングを設けても良い。
【００２１】
第１ミラー２ａ、第２ミラー６、セルボディ５、スペーサ１３及び固定ネジ１４の材料は、耐腐食性を考慮して、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）が使用可能である。第１Ｏリング１１ａ、第２Ｏリング１１ｂ及び第３Ｏリング１２には、例えば、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）及び天然ゴム等によって製造される合成ゴムが使用可能である。
【００２２】
図１で示すように、分析計１０ａは、光源１と、光源１から出射した光束をフローセルに導入するよう反射する光源ミラー５４と、フローセルから戻ってきた光束を反射する検出器ミラー５５と、検出器ミラー５５で反射された光束を検出し、光情報を電気情報に光電変換する検出器７と、これらを収納し、且つ、パージガスが供給されるパージガス導入口５１及びガスパージされたパージガスを排出するパージガス排出口５２とを設けた光源室５０ａとを備える。光源１から出射した光束は、窓板３を通過して、第１ミラー２ａに設けられたトンネル部４からセルボディ５の内部に入射する。入射した光束は、第２ミラー６に達する。光束は、セルボディ５の反射面を構成する第１ミラー２ａ及び第２ミラー６との間で数回〜１００回程度の反射、いわゆる多重反射を行う。続いて、多重反射後の光束は、入射光が入射した際と逆の順番で、トンネル部４及び窓板３を通過した後、セルボディ５から出射して、入射光とは若干異なる角度で検出器７に検知される。
【００２３】
光源１には半導体レーザ等が使用可能である。半導体レーザを使用するのは、ハロゲンランプなどのランプ光源では、第１ミラー２ａ、第２ミラー６の間で多重反射する間に光束の発散が大きくなり、出射孔から充分な光量を取り出せないためである。光源ミラー５４は、光源１から出射したレーザ光からなる光束をフローセルに導入する。検出器ミラー５５は、フローセル９ａ内で多重反射した後、戻ってきた光束を検出器７に反射する。検出器７は、検出器ミラー５５で反射したセルボディ５内における多重反射後の出射光を検出し、光信号から電気信号に光電変換する。検出器７には、例えば、シリコン（Ｓｉ）ダイオード及びインジウムガリウムヒ化物（ＩｎＧａＡｓ）ダイオード等の光電変換素子を有する光電検出器が使用可能である。
【００２４】
光源室５０ａに設けられたパージガス導入口５１には、窒素ガス（Ｎ2）が所定の圧力に減圧されて、供給される。さらに、パージガス排出口５２は、パージされた窒素ガスを排出する。光源室５０ａ内部の窒素ガスパージに関しては、単純な垂れ流し方式でも、パージガス排出口５２側に圧力付与のバルブを設けてもよい。プリアンプ５６は、検出器７に接続され、検出器７で光電変換された光束の電気信号を増幅する。ハーメチックシール形コネクタ５３は、プリアンプ５６で増幅された光束の電気信号を光源室５０ａの外部に取り出し、取り出された電気信号は信号ケーブルを介して、例えば、パソコンのような信号処理を行いガス濃度のスペクトルを表示するような情報処理装置に送られる。
【００２５】
（スペーサ挿入手段の構造例）
図２（ａ）〜（ｃ）は、第２終端部と第２ミラー６との間に設けられた、本発明の実施の形態に係るスペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）の構造例を示す断面図である。図２（ａ）は、スペーサ１３なしで組み立てたフローセル９ａのスペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）の断面図である。図２（ａ）に示したように、第２フランジ２０に設けられた第３Ｏリング溝１８の位置と、第２ミラー６に設けられた第２Ｏリング溝１７ｂの位置とが、第２フランジ２０の半径方向において異なるため、スペーサ１３なしでフローセル９ａを組み立てても、第２フランジ２０と第２ミラー６との間の真空機密が達成可能となる。スペーサ１３なしでフローセル９ａを組み立てた場合に、第２フランジ２０と第２ミラー６との間の真空機密を達成するためには、第２フランジ２０の半径方向において、第３Ｏリング溝１８の位置と第２Ｏリング溝１７ｂの位置とが重なり合わないように設計するのが好ましい。なお、第２フランジ２０の半径方向において、第３Ｏリング溝１８の位置と第２Ｏリング溝１７ｂの位置とが重なり合うように構成して、第３Ｏリング溝１８と第２Ｏリング溝１７ｂに共通の太いＯリングを挿入、若しくは共通の太い角形パッキンを挿入するような変形例も可能である。第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最小許容寸法となる場合に対してセルボディ５の長さを設計しておけば、もし、実際に、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最小許容寸法であるならば、図２（ａ）のように、スペーサ１３なしの場合が最適な第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の距離となる。ここで、「最小許容寸法」とは、第１ミラー及び第２ミラーの曲率半径の寸法公差が、負の最大値（マイナス公差の最大値）を有する場合である。もし、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６のいずれかの曲率半径が最小許容寸法よりも大きな誤差の曲率半径を有するのであれば、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の距離の調整が必要となるので、図２（ｂ）又は（ｃ）に示すようなスペーサ１３ａ，１３ｂを用いた調整が必要となる。
【００２６】
図２（ｂ）は、図１に示すスペーサ１３よりも薄いスペーサを第２終端部及び第２ミラー６の間に挿入したスペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）の断面図である。図２（ｂ）における第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の距離は、図２（ａ）における距離よりも長く、図１における距離よりも短い。
【００２７】
図２（ｃ）は、図１に示すスペーサ１３よりも厚いスペーサを第２終端部及び第２ミラー６の間に挿入したスペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）の断面図である。図２（ｃ）における第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離は、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図１それぞれにおける距離よりも長い。
【００２８】
表１に例示したミラー間距離が２６０ｍｍ、ミラーの曲率半径が２７５ｍｍ、多重反射３０回のフローセルの場合、ミラーの曲率半径の誤差を、ミラー間の距離を変えることで、出射光の位置のズレをどれだけ補正できるかを表２に示す。なお、表１と同様、表２は、対向する第１ミラー及び第２ミラーの曲率半径の誤差は等しいとしている。
【表２】
【００２９】
表２に示すように、曲率半径の誤差が−２．０ｍｍのときにミラー間の距離を−２．０ｍｍ変化させた場合、出射光の位置ズレは−０．３ｍｍまで小さくなる。したがって、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の寸法公差が±２．０ｍｍであれば、±２．０ｍｍの第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離の調整をすれば良く、寸法公差が±１．０ｍｍであれば、±１．０ｍｍの第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離の調整をすれば良い。但し、フローセル９ａのセルボディ５の長さを短くすることはできないので、予め、セルボディ５の長さを、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最小許容寸法となる場合に対して設計しておき、セルボディ５の長さを長くすることにより、ミラー間の距離を最適化する。即ち、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の製造上の寸法公差を考えた場合、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最小許容寸法となる場合が、セルボディ５の長さが、最も短い場合になるので、スペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）により、セルボディ５の第２終端部と第２ミラーの間へ、必要に応じてスペーサを挿入することによって、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離が調整可能となる。
【００３０】
上述したように、表１、表２に記載した曲率半径は、第１ミラー２ａと第２ミラー６がどちらも同じ曲率誤差を示した場合である。実際の生産では、ミラーの曲率のバラツキは、千差万別であり、第１ミラー２ａがプラス誤差、第２ミラー６がマイナス誤差；第１ミラー２ａがプラス誤差、第２ミラー６がプラス誤差；第１ミラー２ａがマイナス誤差、第２ミラー６がマイナス誤差；第１ミラー２ａがマイナス誤差、第２ミラー６がプラス誤差等いろいろのケースがランダムに起こる。又、平均曲率誤差＝＋１ｍｍと仮定した場合でも：
（イ）第１ミラー２ａと第２ミラー６が、ともに＋１ｍｍ；
（ロ）第１ミラー２ａが＋０．５ｍｍで、第２ミラー６が＋１．５ｍｍ；
（ハ）第１ミラー２ａが＋２．０ｍｍで、第２ミラー６が±０ｍｍ；
（ニ）第１ミラー２ａが＋３．０ｍｍで、第２ミラー６が−１ｍｍ；
等があるので事情は複雑である。経験則によれば、（イ）の第１ミラー２ａと第２ミラー６が、ともに＋１ｍｍの曲率誤差の場合と（ロ）の第１ミラー２ａが＋０．５ｍｍで、第２ミラー６が＋１．５ｍｍの曲率誤差の場合の位置ずれには、ほとんど差はない。しかし、（ハ）の第１ミラー２ａが＋２．０ｍｍで、第２ミラー６が±０ｍｍの曲率誤差の場合の位置ずれは、（イ）及び（ロ）の場合よりは若干大きくなる（極端な差はない）。（ニ）の＋３ｍｍと−１ｍｍの組み合わせの場合は、位置ずれは更に顕著となる。したがって、平均曲率誤差が等しい場合は、第１ミラー２ａと第２ミラー６の絶対偏差が大きいほど位置ずれ誤差は大きくなる傾向にある。
【００３１】
（第１のミラー間距離の調整方法）
次に、本発明の実施の形態に係る多重反射セル式ガス分析システム用のフローセル９ａのミラー間距離の調整方法を説明する。上述したように、本発明の実施の形態に係るミラー間距離の調整方法においては、予め、セルボディ５の長さを、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最小許容寸法となる場合（寸法公差が、マイナス公差の最大値となる場合）に対して設計しておけば、セルボディ５の長さを長くすることにより、セルボディ５の長さを最適化できる。このため、スペーサは、例えば、０．３ｍｍステップ、０．４ｍｍステップ、０．５ｍｍステップ、……等で、順次、その厚さが増大する組み合わせで、複数枚のセットとして用意しておけば良い。このとき、表２に示すようなデータを予め取得しておけば、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の製造上の寸法公差に応じて、必要な調整厚さが分かるので、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最大許容寸法（寸法公差が、プラス公差の最大値となる場合）となる場合まで、スペーサを複数枚用意しておけば良い。
【００３２】
（ａ）先ず、第２終端部及び第２ミラー６を接合し、図２（ａ）に示すように、フローセル９ａをスペーサ１３のない状態で組み立てる。そして、トンネル部４を介して、光源１から出た入射光をフローセル９ａの内部に導入し、光束がフローセル９ａの内部で多重反射した後に、トンネル部４から出射される出射光の強度を検出器７で測定し、検出器７において測定された出射光の強度が規定値に達しているか確認する。
【００３３】
（ｂ）出射光の強度が規定値に達している場合、ミラー間距離の調整を終了する。規定値に達していない場合、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の少なくとも一方が、曲率半径が最小許容寸法より大きく製造されたということであるから、図２（ｂ）に示すように、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に、複数枚用意したスペーサのうち最も薄いスペーサとして、第１のスペーサ１３ａを挿入して、フローセル９ａを組み立て直す。これにより、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離は、図２（ａ）に示す第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離（初期値）よりも大きくなる。
【００３４】
（ｃ）第１のスペーサ１３ａを挿入後、トンネル部４を介して、光源１から出た入射光をフローセル９ａの内部に導入し、光束がフローセル９ａの内部で多重反射した後に、トンネル部４から出射される出射光の強度を検出器７で測定し、測定された出射光の強度が規定値に達しているか確認する。規定値に達している場合、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の曲率半径の製造上の誤差は、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に第１のスペーサ１３ａを挿入することで補正（補償）されたと判断され、第１のスペーサ１３ａが第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の曲率半径の補正に最適なスペーサとして選択される。
【００３５】
（ｄ）検出器７において測定された出射光の強度が規定値に達していない場合は曲率半径の製造上の誤差が補償されていないので、図２（ｃ）に示すように、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に、第１のスペーサ１３ａより厚い、第２のスペーサ１３ｂを挿入して、フローセル９ａを組み立て直す。第２のスペーサ１３ｂを挿入後、トンネル部４を介して、光源１から出た入射光をフローセル９ａの内部に導入し、光束がフローセル９ａの内部で多重反射した後に、トンネル部４から出射される出射光の強度を検出器７で測定し、測定された出射光の強度が規定値に達しているか確認する。
（ｅ）規定値に達した場合、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の曲率半径の製造上の誤差は、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に第２のスペーサ１３ｂを挿入することで補正（補償）されたと判断され、第２のスペーサ１３ｂが第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の曲率半径の補正に最適なスペーサとして選択される。
【００３６】
（ｆ）検出器７において測定された出射光の強度が規定値に達していない場合は曲率半径の製造上の誤差が未だ補償されていないので、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に、第２のスペーサ１３ｂより更に厚い、第３のスペーサを挿入して、……という操作を出射光の強度が規定値に達するまで繰り返す。もし、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最大許容寸法（寸法公差が、プラス公差の最大値となる場合）となる場合までスペーサを挿入しても出射光の強度が規定値に達しなければ、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が寸法公差を逸脱していることになるので、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の少なくとも一方を交換して、上記のステップを繰り返す。
【００３７】
このようにして、本発明の実施の形態に係る第１のミラー間距離の調整方法によれば、第２終端部及び第２ミラー６間に、順次、厚いスペーサを挿入することで、フローセル９ａの長さを、そのフローセル９ａに用いられた第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の曲率半径の製造上の誤差に適合した最適な長さに調整することが可能になる。
【００３８】
（第２のミラー間距離の調整方法）
上述した第１のミラー間距離の調整方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々のミラー間距離の調整方法により、本発明の実施の形態に係るミラー間距離の調整方法は実現可能であることは勿論である。即ち、第１のミラー間距離の調整方法では、フローセルから出力される出射光の光強度を測定し、測定された光強度が規定値に達しているかを確認したが、光強度の規定値を用いず、フローセルから出力される出射光の光強度を測定しながら、順次、第２終端部及び第２ミラーの間に複数の厚さの異なるスペーサを挿入し、最大光強度を与える厚さのスペーサを選択し、第１及び第２ミラー間の距離を調整しても良い。
【００３９】
本発明の実施の形態に係る第２のミラー間距離の調整方法においても、予め、セルボディ５の長さを、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最小許容寸法となる場合（寸法公差が、マイナス公差の最大値となる場合）に対して設計しておくことは勿論である。そして、第１のミラー間距離の調整方法と同様に、表２に示すようなデータを予め取得しておき、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最大許容寸法となる場合まで、必要な厚さのスペーサを複数枚用意しておく。
【００４０】
（ａ）先ず、第２終端部及び第２ミラー６を接合し、図２（ａ）に示すように、フローセル９ａをスペーサ１３のない状態で組み立てる。そして、トンネル部４を介して、光源１から出た入射光をフローセル９ａの内部に導入し、光束がフローセル９ａの内部で多重反射した後に、トンネル部４から出射される出射光の強度を検出器７で測定し、検出器７において測定された出射光の強度を記録する（「記録」は、必ずしも紙等の媒体に記録する必要はなく、人間の脳に記憶しても良い。）。
【００４１】
（ｂ）次に、図２（ｂ）に示すように、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に、複数枚用意したスペーサのうち最も薄いスペーサとして、第１のスペーサ１３ａを挿入して、フローセル９ａを組み立て直す。これにより、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離は、図２（ａ）に示す第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離（初期値）よりも大きくなる。そして、第１のスペーサ１３ａを挿入後、トンネル部４を介して、光源１から出た入射光をフローセル９ａの内部に導入し、光束がフローセル９ａの内部で多重反射した後に、トンネル部４から出射される出射光の強度を検出器７で測定し、測定された出射光の強度を記録し、スペーサ１３のない状態で組み立てたときの出射光の強度と比較する。出射光の強度がスペーサ１３のない状態で組み立てたときの出射光の強度より低ければ、スペーサ１３のない状態で組み立てたときが出射光強度が最大となる場合であるので、スペーサ１３のない状態（最適状態）に戻して、ミラー間距離の調整を終了する。
【００４２】
（ｃ）出射光の強度がスペーサ１３のない状態で組み立てたときの出射光の強度より高ければ、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の曲率半径の製造上の誤差が補償されていない可能性があるので、図２（ｃ）に示すように、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に、第１のスペーサ１３ａより厚い、第２のスペーサ１３ｂを挿入して、フローセル９ａを組み立て直す。第２のスペーサ１３ｂを挿入後、トンネル部４を介して、光源１から出た入射光をフローセル９ａの内部に導入し、光束がフローセル９ａの内部で多重反射した後に、トンネル部４から出射される出射光の強度を検出器７で測定し、測定された出射光の強度を記録し、第１のスペーサ１３ａを挿入して組み立てたときの出射光の強度と比較する。出射光の強度が第１のスペーサ１３ａを挿入して組み立てたときの出射光の強度より低ければ、第１のスペーサ１３ａを挿入して組み立てたときが出射光強度が最大となる場合であるので、第１のスペーサ１３ａを挿入し直し（最適状態に戻して）、ミラー間距離の調整を終了する。
（ｄ）出射光の強度が第１のスペーサ１３ａを挿入して組み立てたときの出射光の強度より低ければ、曲率半径の製造上の誤差が未だ補償されていない可能性があるので、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に、第２のスペーサ１３ｂより更に厚い、第３のスペーサを挿入して、フローセル９ａを組み立て直す。第３のスペーサを挿入後、トンネル部４を介して、光源１から出た入射光をフローセル９ａの内部に導入し、光束がフローセル９ａの内部で多重反射した後に、トンネル部４から出射される出射光の強度を検出器７で測定し、測定された出射光の強度を記録し、第２のスペーサ１３ｂを挿入して組み立てたときの出射光の強度と比較する。出射光の強度が第２のスペーサ１３ｂを挿入して組み立てたときの出射光の強度より低ければ、第２のスペーサ１３ｂを挿入して組み立てたときが出射光強度が最大となる場合であるので、第２のスペーサ１３ｂを挿入し直し（最適状態に戻して）、ミラー間距離の調整を終了する。
（ｅ）出射光の強度が第２のスペーサ１３ｂを挿入して組み立てたときの出射光の強度より低ければ、曲率半径の製造上の誤差が未だ補償されていない可能性があるので、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に、第３のスペーサより更に厚い、第４のスペーサを挿入して、フローセル９ａを組み立て直す。第４のスペーサを挿入後、第３のスペーサを挿入して組み立てたときが出射光強度が最大であったのか否かを確認する……という操作を、出射光強度を最大にするスペーサの厚みが発見されるまで繰り返す。もし、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最大許容寸法（寸法公差が、プラス公差の最大値となる場合）となる場合までスペーサを挿入しても、出射光強度を最大にするスペーサの厚みが発見されなければ、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が寸法公差を逸脱していることになるので、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の少なくとも一方を交換して、上記のステップを繰り返す。
【００４３】
このようにして、本発明の実施の形態に係る第２のミラー間距離の調整方法によっても、第２終端部及び第２ミラー６間に、順次、厚いスペーサを挿入しながら、出射光強度を最大にするスペーサの厚みを決定し、フローセル９ａの長さを、そのフローセル９ａに用いられた第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の曲率半径の製造上の誤差に適合した最適な長さに簡単且つ単純操作で調整することが可能になる。
【００４４】
以上、第１及び第２のミラー間距離の調整方法で説明したように、本発明の実施の形態に係るフローセル９ａのミラー間距離の調整方法によれば、第２終端部及び第２ミラー６間にスペーサを挿入することで、フローセル９ａの長さ、すなわち、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離を調整し、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の曲率半径の製造上の誤差を簡単かつ、特別な費用の増大を伴うことなく、補正可能である。
【００４５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４６】
例えば、上記の第１のミラー間距離の調整方法では、フローセルから出力される出射光の光強度を測定し、測定された光強度が規定値に達しているかを確認し、第２のミラー間距離の調整方法では、フローセルから出力される出射光の光強度を測定して、最大光強度を与える厚さのスペーサを選択したが、第１のミラー間距離の調整方法と第２のミラー間距離の調整方法とを組み合わせて用いても良い。即ち、フローセルから出力される出射光の光強度を測定し、測定された光強度が規定値に達しているかを確認し、規定値に達した場合であっても、それで直ちに最適ミラー間距離と断定し、ミラー間距離の調整を終了するのではなく、その後、第２のミラー間距離の調整方法と同様、更に厚いスペーサを挿入して、フローセルから出力される出射光の光強度を測定して、最大光強度を与える厚さであったのかを確認した後、ミラー間距離の調整を終了するようにしても良い。
【００４７】
又、他の３次元表面形状解析装置で第１ミラー２ｂ及び第２ミラー６の曲率を、予め求めておき、その値を元に、経験則で定められる最適の厚みのスペーサを決めれば、より迅速に、ミラー間距離の調整が可能となる。
【００４８】
又、図３に示すように、フローセル９ｂが、入射光側トンネル部４ａ及び出射光側トンネル部４ｂを有する第１ミラー２ｂを備えるようにすれば、機械設計上での自由度が向上する。入射光側トンネル部４ａは、光源１側とセルボディ５側とで分離する入射光側窓板３ａを、出射光側トンネル部４ｂは、出射光側トンネル部４ｂを、検出器７側とセルボディ５側とで分離する出射光側窓板３ｂをそれぞれ配置する。分析計１０ｂを構成する光源室５０ｂには、図１が示す第１の実施の形態における多重反射セル式ガス分析システムの光源室５０ａとは異なり、光源１から入射光を入射する孔と、検出器７が検知する出射光が出射する孔を異なる位置に設ける。
【００４９】
又、一定温度に加熱することで、第１ミラー２ｂ及び第２ミラー６の表面への水分子の付着を防ぎ、付着水蒸気の影響による応答時間の長期化や、水分子と測定対象ガスとの反応で生じる水酸化物等の堆積の問題を解決するために、カートリッジヒータ等を内部に埋め込んだ第１ミラー２ａ、第１ミラー２ｂ及び第２ミラー６を用いてもよい。
【００５０】
更に、第２ミラー６とセルボディ５の間に配置したスペーサ１３は、第１ミラー２ａとセルボディ５との間及び第１ミラー２ｂとセルボディ５との間に配置してもよいし、両方に配置してもよい。
【００５１】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態に係る多重反射セル式ガス分析システムの概観図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るフローセルのスペーサを挿入によるミラー間距離の調整を説明するための模式的な断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る多重反射セル式ガス分析システムの模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…光源
２ａ、２ｂ…第１ミラー
３…窓板
３ａ…入射光側窓板
３ｂ…出射光側窓板
４…トンネル部
４ａ…入射光側トンネル部
４ｂ…出射光側トンネル部
５…セルボディ
６…第２ミラー
７…検出器
９ａ、９ｂ…フローセル
１０ａ、１０ｂ…分析計
１１ａ…第１Ｏリング
１１ｂ…第２Ｏリング
１２…第３Ｏリング
１３…スペーサ
１３ａ…第１のスペーサ
１３ｂ…第２のスペーサ
１４…固定ネジ
１５…試料ガス入口部
１６…試料ガス出口部
１７ａ…第１Ｏリング溝
１７ｂ…第２Ｏリング溝
１８…第３Ｏリング溝
１９…第１フランジ
２０…第２フランジ
５０ａ、５０ｂ…光源室
５１…パージガス導入口
５２…パージガス排出口
５３…ハーメチックシール形コネクタ
５４…光源ミラー
５５…検出器ミラー
５６…プリアンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス中の不純物ガスなどの微量成分濃度の測定に用いる多重反射セル式ガス分析システムに関し、特に工場での出荷前の多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス分析システムとして、多重反射セル式ガス分析システムの基本となる多重反射セルについては、エリオット(Herriott)式のものがよく知られている。（例えば、非特許文献１参照。）。エリオット式のガスセルは、２枚の球面鏡又は放物面鏡を、筒状のセルボディに対向させて配置し、一方のミラー周縁部に設けた小孔から光を入射し、２枚のミラーの間で多重反射させた後、再び、入射光から入射光とは異なる角度で光束を取り出すものである。なお、
光が多重反射の後に入射光と同じ孔から出てくるためには、装置内での反射回数、ミラー間の距離、及びミラーの曲率半径又は焦点距離（非球面鏡の場合）における関係が厳密に正確でなければならない。ミラー間の距離はセルボディの加工精度で決まるが、セルボディの単純な構造から一般に単純な機械加工で制作可能であり、公差±０．１ｍｍ程度の精度が容易に得られる。しかし、ミラーの曲率半径又は焦点距離については、曲面構造という特殊性や、金属の延性などの性質、及びミラーとしての性能（高反射率、低散乱光）を維持するための研磨加工の特性によって製品レベルでの加工誤差が避けられないため、その精度は非常に出しにくく、工業生産上、設計値通りにすることは実質的に不可能であるという問題がある。
【０００３】
以下に表１を用いて、多重反射セル式ガス分析システムシステム用のフローセルのミラーの曲率半径の調整機構について説明する。表１では、用いた多重反射セル式ガス分析システムシステム用のフローセルにおいて、対向するミラーの曲率半径の製品レベルにおける精度誤差は等しい（対向する２つのミラーの曲率半径の誤差は等しい）として、ミラーの曲率半径の基準寸法に対する誤差に対し、入射孔（出射孔）における入射光と出射光の位置ずれを示す（ミラー間距離が２６０ｍｍ、ミラーの曲率半径が２７５ｍｍとして設計したフローセルの場合である。）。出射光は、入射光として入射孔の中心から入射されたレーザ光束が、対向するミラー間で３０回の多重反射を繰り返した後、出射孔から出射された際に得られるものとする。又、曲率半径の「誤差」とは、ミラーの加工において生じた加工精度の低下による、製品の実測値と設計基準値との差異である。
【表１】
【０００４】
表１から明らかなように、ミラーの曲率半径の誤差−２．０ｍｍ、−１．０ｍｍ、０ｍｍ、＋１．０ｍｍ及び＋２．０ｍｍに対し、入射孔（出射孔）における入射光と出射光との距離は、それぞれ＋３．１ｍｍ、＋１．６ｍｍ、０ｍｍ、−１．６及び−３．０ｍｍである。これより曲率半径の誤差が大きくなるにつれて、入射孔（出射孔）における入射光と出射光との距離（位置ずれ）も大きくなることがわかる。ミラーの曲率が設計基準値から誤差を生じると、多重反射後の出射光は、光軸がずれるため、入射及び出射孔の壁で散乱し大きな迷光を生じたり、孔から出射しない現象を引き起こし、測光上において多重反射セル式ガス分析システムの性能を大きく劣化する結果を生じる。
【０００５】
この問題に対しては、光線追跡の計算結果により、ミラーの曲率半径又は焦点距離の誤差をミラー間の距離を変えることで、誤差の影響の補正を行うことが可能である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、真空シール用のガスケット及びミラー間距離の調整用ガスケットを１組としてミラー間の距離を変更する必要があるが、ミラー間距離の調整用ガスケットは一般に純銅の焼鈍し品が必要で制作に困難を要し、費用も増大するという問題がある。
【非特許文献１】Ｄ．Ｒ．エリオット（Herriott）、Ｈ．コゲルニック（Kogelnik）、Ｒ．コンファー（Kompfer）共著、「応用光学（Appl. Opt.）」、第３版、１９６４年、ｐ．５２３
【特許文献１】特開２００６−５８００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記問題点を鑑み、本発明は、ミラー製造時のミラーの曲率半径のバラツキの影響を簡単且つ費用の増大を伴わずに補償可能な、多重反射セル式ガス分析システム用のフローセル、このフローセルを用いた多重反射セル式ガス分析システム及びフローセルのミラー間距離の調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の様態は、（イ）試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディと、（ロ）セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラーと、（ハ）第１終端部に対向するセルボディの第２終端部に設けられ、第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーと、（ニ）第２終端部と第２ミラーとの間に設けられ、第２終端部と第２ミラーとの間にスペーサを挿入することにより第１及び第２ミラー間の距離を調整するスペーサ挿入手段とを備える多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルであることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の様態は、（イ）試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディ、セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラー、第１終端部に対向するセルボディの第２終端部に設けられ、第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーを有するフローセルと、（ロ）フローセルに連結され、フローセルからの光学的情報を電気信号に変換する分析計とを備える多重反射セル式ガス分析システム用に関する。ここで、第２の様態に係る多重反射セル式ガス分析システム用は、第２終端部と第２ミラーとの間に、スペーサの厚さの選択により第１及び第２ミラー間の距離を調整するスペーサ挿入手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３の様態は、試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディ、セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラー、第１終端部に対向するセルボディの第２終端部に設けられ、第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーを備える多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法に関する。ここで、第３の様態に係る多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法は、（イ）第１ミラー及び第２ミラーの曲率半径が共に最小許容寸法となる場合に対してセルボディの長さを設計して、フローセルをスペーサなしで組み立てるステップと、（ロ）入射光をフローセルの内部に導入して、フローセルから出力される出射光の光強度を測定しながら、順次、第２終端部及び第２ミラーの間に複数の厚さの異なるスペーサを挿入し、最大光強度を与える厚さのスペーサを選択し、第１及び第２ミラー間の距離を調整するステップとを含むことを特徴とする。ここで、「最小許容寸法」とは、第１ミラー及び第２ミラーの曲率半径の寸法公差が負の最大値（マイナス公差の最大値）を有する場合である。
【００１１】
本発明の第４の様態は、試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディ、セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラー、第１終端部に対向するセルボディの第２終端部に設けられ、第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーを備える多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法に関する。ここで、第４の様態に係る多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法は、（イ）第１ミラー及び第２ミラーの曲率半径が共に最小許容寸法となる場合に対してセルボディの長さを設計して、フローセルをスペーサなしで組み立てるステップと、（ロ）入射光をフローセルの内部に導入して、フローセルから出力される出射光の光強度を測定するステップと、（ハ）測定された光強度が規定値に達しているか確認するステップと、（ニ）規定値に達していない場合、セルボディの第２終端部及び第２ミラーの間に、第１のスペーサを挿入して、フローセルを組み立て直すステップとを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第５の様態は、試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディ、セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラー、第１終端部に対向するセルボディの第２終端部に設けられ、第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーを備える多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法に関する。ここで、第５の様態に係る多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法は、（イ）第１ミラー及び第２ミラーの曲率半径をそれぞれ測定するステップと、（ロ）測定結果に基づき、最適の厚みを有するスペーサを決定するステップと、（ハ）第２終端部及び第２ミラーの間に、決定されたスペーサを挿入して、第１及び第２ミラー間の距離を調整するステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ミラー製造時のミラーの曲率半径のバラツキの影響を簡単且つ費用の増大を伴わずに補償可能な、多重反射セル式ガス分析システム用のフローセル、このフローセルを用いた多重反射セル式ガス分析システム及びフローセルのミラー間距離の調整方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。又、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１５】
（多重反射セル式ガス分析システム）
図１に示す本発明の実施の形態に係る多重反射セル式ガス分析システムは、フローセル９ａと分析計１０ａとを備える。フローセル９ａは、試料ガス入口部１５及び試料ガス出口部１６を備える筒状のセルボディ５と、セルボディ５の第１終端部に設けられ、入射光及び出射光が通過するトンネル部４を有した第１ミラー２ａと、第１終端部に対向するセルボディ５の第２終端部に設けられ、第１ミラー２ａの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラー６とを備える。そして、第２終端部と第２ミラー６との間には、スペーサ１３の厚みの選択により、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離を調整するスペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）を設けている。
【００１６】
セルボディ５は、第１ミラー２ａに接合する第１フランジ１９を第１終端部に、第２ミラー６に接合する第２フランジ２０を第２終端部に備えている。第１ミラー２ａに第１Ｏリング溝１７ａが設けられ、この第１Ｏリング溝１７ａには、第１Ｏリング１１ａが挿入され、第１Ｏリング１１ａを介して、第１ミラー２ａと第１フランジ１９とが真空機密を維持して接続される。そして、スペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）は、第２フランジ２０に設けられたOリング溝（第３Ｏリング溝）１８、第２ミラー６に設けられたOリング溝（第２Ｏリング溝）１７ｂ、第３Ｏリング溝１８に挿入される第３Ｏリング１２、第２Ｏリング溝１７ｂに挿入される第２Ｏリング１１ｂを有する。スペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）は、第２Ｏリング１１ｂと第３Ｏリング１２とでスペーサ１３を挟むように構成し、第２Ｏリング１１ｂと第３Ｏリング１２とにより、第２ミラー６と第２フランジ２０とが真空機密を維持して接続される。
【００１７】
セルボディ５の第１終端部に固定された第１ミラー２ａの内部には窓板３が取り付けられ、トンネル部４を分析計１０ａ側とセルボディ５側とに分離している。第１Ｏリング１１ａは、第１ミラー２ａにおいて、セルボディ５が第１終端部で備える第１フランジ１９との接合面側で、固定ネジ１４を挿入する複数の穴よりも第１ミラー２ａの中心側に設けられた第１Ｏリング溝１７ａに装着される。
【００１８】
スペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）の一部をなす第２Ｏリング１１ｂは、第２ミラー６において、第２終端部との接合面側で、固定ネジ１４を挿入する複数の穴よりも第２ミラー６の中心側に設けられた第２Ｏリング溝１７ｂに装着される。第３Ｏリング１２は、セルボディ５が第２終端部で備える第２フランジ２０において、固定ネジ１４を挿入する複数の穴よりも第２終端部の中心側且つ第２Ｏリング溝１７ｂの外径よりも大きい内径を有する第３Ｏリング溝１８に装着される。すなわち、図１に例示したように、第２フランジ２０に設けられた第３Ｏリング溝１８の位置と、第２ミラー６に設けられた第２Ｏリング溝１７ｂの位置とが、第２フランジ２０の半径方向において異なる。但し、図１は例示であり、逆に、第３Ｏリング１２が、第２Ｏリング溝１７ｂの内径よりも小さな外径を有する第３Ｏリング溝１８に装着されるように構成しても良い。
【００１９】
図１に示すように第１の実施の形態に係るフローセル９ａは、第１Ｏリング１１ａ、第２Ｏリング１１ｂ及び第３Ｏリング１２により、第１ミラー２ａ、第２ミラー６、スペーサ１３及びセルボディ５によって形成される空間は真空機密を維持して、密封され、セルボディ５の内外からの気体及び流体の導入出は、試料ガス入口部１５及び試料ガス出口部１６から出入りする試料ガスのみとなる。
【００２０】
図１では、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６は、それぞれフランジ部分及びミラー部分が一体化された場合を例示したが、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がそれぞれフランジ部分とミラー部分に分けられた構成でも構わない。さらに、第１ミラー２ａは固定ネジ１４により、セルボディ５の第１終端部において第１フランジ１９に固定される。固定ネジ１４は、４〜８箇所等の複数の箇所で、セルボディ５側から第１ミラー２ａ側にねじ込まれ、セルボディ５及び第１ミラー２ａを固定する。第２ミラー６は、第１ミラー２ａと対向した状態で、スペーサ１３を介し、第２終端部で固定ネジ１４により第２フランジ２０に固定される。固定ネジ１４は、複数箇所で、セルボディ５側から、スペーサ１３及び第２ミラー６側にねじ込まれ、セルボディ５、スペーサ１３及び第２ミラー６を固定する。図１では、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６に雌ねじが切られた場合を例示しているが、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６に貫通孔を開け、固定ネジ１４をナットで固定する形式等、種々の変形が可能である。又、固定ネジ１４を用いず、クイックカップリングの形式で、第１ミラー２ａを第１フランジ１９に真空機密を保って固定しても良い。この場合は、第１ミラー２ａを第１フランジ１９とも、フランジシール部は平面でその反対側はテーパにしておけば良い。そして、このテーパ部にクランプを嵌め込み、蝶ネジを締め付けると、フランジの中心に向かって力が生じ、Oリングを潰してシールする。この時、Oリングのガイドになるセンターリングを設けても良い。
【００２１】
第１ミラー２ａ、第２ミラー６、セルボディ５、スペーサ１３及び固定ネジ１４の材料は、耐腐食性を考慮して、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）が使用可能である。第１Ｏリング１１ａ、第２Ｏリング１１ｂ及び第３Ｏリング１２には、例えば、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）及び天然ゴム等によって製造される合成ゴムが使用可能である。
【００２２】
図１で示すように、分析計１０ａは、光源１と、光源１から出射した光束をフローセルに導入するよう反射する光源ミラー５４と、フローセルから戻ってきた光束を反射する検出器ミラー５５と、検出器ミラー５５で反射された光束を検出し、光情報を電気情報に光電変換する検出器７と、これらを収納し、且つ、パージガスが供給されるパージガス導入口５１及びガスパージされたパージガスを排出するパージガス排出口５２とを設けた光源室５０ａとを備える。光源１から出射した光束は、窓板３を通過して、第１ミラー２ａに設けられたトンネル部４からセルボディ５の内部に入射する。入射した光束は、第２ミラー６に達する。光束は、セルボディ５の反射面を構成する第１ミラー２ａ及び第２ミラー６との間で数回〜１００回程度の反射、いわゆる多重反射を行う。続いて、多重反射後の光束は、入射光が入射した際と逆の順番で、トンネル部４及び窓板３を通過した後、セルボディ５から出射して、入射光とは若干異なる角度で検出器７に検知される。
【００２３】
光源１には半導体レーザ等が使用可能である。半導体レーザを使用するのは、ハロゲンランプなどのランプ光源では、第１ミラー２ａ、第２ミラー６の間で多重反射する間に光束の発散が大きくなり、出射孔から充分な光量を取り出せないためである。光源ミラー５４は、光源１から出射したレーザ光からなる光束をフローセルに導入する。検出器ミラー５５は、フローセル９ａ内で多重反射した後、戻ってきた光束を検出器７に反射する。検出器７は、検出器ミラー５５で反射したセルボディ５内における多重反射後の出射光を検出し、光信号から電気信号に光電変換する。検出器７には、例えば、シリコン（Ｓｉ）ダイオード及びインジウムガリウムヒ化物（ＩｎＧａＡｓ）ダイオード等の光電変換素子を有する光電検出器が使用可能である。
【００２４】
光源室５０ａに設けられたパージガス導入口５１には、窒素ガス（Ｎ2）が所定の圧力に減圧されて、供給される。さらに、パージガス排出口５２は、パージされた窒素ガスを排出する。光源室５０ａ内部の窒素ガスパージに関しては、単純な垂れ流し方式でも、パージガス排出口５２側に圧力付与のバルブを設けてもよい。プリアンプ５６は、検出器７に接続され、検出器７で光電変換された光束の電気信号を増幅する。ハーメチックシール形コネクタ５３は、プリアンプ５６で増幅された光束の電気信号を光源室５０ａの外部に取り出し、取り出された電気信号は信号ケーブルを介して、例えば、パソコンのような信号処理を行いガス濃度のスペクトルを表示するような情報処理装置に送られる。
【００２５】
（スペーサ挿入手段の構造例）
図２（ａ）〜（ｃ）は、第２終端部と第２ミラー６との間に設けられた、本発明の実施の形態に係るスペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）の構造例を示す断面図である。図２（ａ）は、スペーサ１３なしで組み立てたフローセル９ａのスペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）の断面図である。図２（ａ）に示したように、第２フランジ２０に設けられた第３Ｏリング溝１８の位置と、第２ミラー６に設けられた第２Ｏリング溝１７ｂの位置とが、第２フランジ２０の半径方向において異なるため、スペーサ１３なしでフローセル９ａを組み立てても、第２フランジ２０と第２ミラー６との間の真空機密が達成可能となる。スペーサ１３なしでフローセル９ａを組み立てた場合に、第２フランジ２０と第２ミラー６との間の真空機密を達成するためには、第２フランジ２０の半径方向において、第３Ｏリング溝１８の位置と第２Ｏリング溝１７ｂの位置とが重なり合わないように設計するのが好ましい。なお、第２フランジ２０の半径方向において、第３Ｏリング溝１８の位置と第２Ｏリング溝１７ｂの位置とが重なり合うように構成して、第３Ｏリング溝１８と第２Ｏリング溝１７ｂに共通の太いＯリングを挿入、若しくは共通の太い角形パッキンを挿入するような変形例も可能である。第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最小許容寸法となる場合に対してセルボディ５の長さを設計しておけば、もし、実際に、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最小許容寸法であるならば、図２（ａ）のように、スペーサ１３なしの場合が最適な第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の距離となる。ここで、「最小許容寸法」とは、第１ミラー及び第２ミラーの曲率半径の寸法公差が、負の最大値（マイナス公差の最大値）を有する場合である。もし、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６のいずれかの曲率半径が最小許容寸法よりも大きな誤差の曲率半径を有するのであれば、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の距離の調整が必要となるので、図２（ｂ）又は（ｃ）に示すようなスペーサ１３ａ，１３ｂを用いた調整が必要となる。
【００２６】
図２（ｂ）は、図１に示すスペーサ１３よりも薄いスペーサを第２終端部及び第２ミラー６の間に挿入したスペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）の断面図である。図２（ｂ）における第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の距離は、図２（ａ）における距離よりも長く、図１における距離よりも短い。
【００２７】
図２（ｃ）は、図１に示すスペーサ１３よりも厚いスペーサを第２終端部及び第２ミラー６の間に挿入したスペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）の断面図である。図２（ｃ）における第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離は、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図１それぞれにおける距離よりも長い。
【００２８】
表１に例示したミラー間距離が２６０ｍｍ、ミラーの曲率半径が２７５ｍｍ、多重反射３０回のフローセルの場合、ミラーの曲率半径の誤差を、ミラー間の距離を変えることで、出射光の位置のズレをどれだけ補正できるかを表２に示す。なお、表１と同様、表２は、対向する第１ミラー及び第２ミラーの曲率半径の誤差は等しいとしている。
【表２】
【００２９】
表２に示すように、曲率半径の誤差が−２．０ｍｍのときにミラー間の距離を−２．０ｍｍ変化させた場合、出射光の位置ズレは−０．３ｍｍまで小さくなる。したがって、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の寸法公差が±２．０ｍｍであれば、±２．０ｍｍの第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離の調整をすれば良く、寸法公差が±１．０ｍｍであれば、±１．０ｍｍの第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離の調整をすれば良い。但し、フローセル９ａのセルボディ５の長さを短くすることはできないので、予め、セルボディ５の長さを、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最小許容寸法となる場合に対して設計しておき、セルボディ５の長さを長くすることにより、ミラー間の距離を最適化する。即ち、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の製造上の寸法公差を考えた場合、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最小許容寸法となる場合が、セルボディ５の長さが、最も短い場合になるので、スペーサ挿入手段（１１ｂ，１２，１７ｂ，１８）により、セルボディ５の第２終端部と第２ミラーの間へ、必要に応じてスペーサを挿入することによって、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離が調整可能となる。
【００３０】
上述したように、表１、表２に記載した曲率半径は、第１ミラー２ａと第２ミラー６がどちらも同じ曲率誤差を示した場合である。実際の生産では、ミラーの曲率のバラツキは、千差万別であり、第１ミラー２ａがプラス誤差、第２ミラー６がマイナス誤差；第１ミラー２ａがプラス誤差、第２ミラー６がプラス誤差；第１ミラー２ａがマイナス誤差、第２ミラー６がマイナス誤差；第１ミラー２ａがマイナス誤差、第２ミラー６がプラス誤差等いろいろのケースがランダムに起こる。又、平均曲率誤差＝＋１ｍｍと仮定した場合でも：
（イ）第１ミラー２ａと第２ミラー６が、ともに＋１ｍｍ；
（ロ）第１ミラー２ａが＋０．５ｍｍで、第２ミラー６が＋１．５ｍｍ；
（ハ）第１ミラー２ａが＋２．０ｍｍで、第２ミラー６が±０ｍｍ；
（ニ）第１ミラー２ａが＋３．０ｍｍで、第２ミラー６が−１ｍｍ；
等があるので事情は複雑である。経験則によれば、（イ）の第１ミラー２ａと第２ミラー６が、ともに＋１ｍｍの曲率誤差の場合と（ロ）の第１ミラー２ａが＋０．５ｍｍで、第２ミラー６が＋１．５ｍｍの曲率誤差の場合の位置ずれには、ほとんど差はない。しかし、（ハ）の第１ミラー２ａが＋２．０ｍｍで、第２ミラー６が±０ｍｍの曲率誤差の場合の位置ずれは、（イ）及び（ロ）の場合よりは若干大きくなる（極端な差はない）。（ニ）の＋３ｍｍと−１ｍｍの組み合わせの場合は、位置ずれは更に顕著となる。したがって、平均曲率誤差が等しい場合は、第１ミラー２ａと第２ミラー６の絶対偏差が大きいほど位置ずれ誤差は大きくなる傾向にある。
【００３１】
（第１のミラー間距離の調整方法）
次に、本発明の実施の形態に係る多重反射セル式ガス分析システム用のフローセル９ａのミラー間距離の調整方法を説明する。上述したように、本発明の実施の形態に係るミラー間距離の調整方法においては、予め、セルボディ５の長さを、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最小許容寸法となる場合（寸法公差が、マイナス公差の最大値となる場合）に対して設計しておけば、セルボディ５の長さを長くすることにより、セルボディ５の長さを最適化できる。このため、スペーサは、例えば、０．３ｍｍステップ、０．４ｍｍステップ、０．５ｍｍステップ、……等で、順次、その厚さが増大する組み合わせで、複数枚のセットとして用意しておけば良い。このとき、表２に示すようなデータを予め取得しておけば、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の製造上の寸法公差に応じて、必要な調整厚さが分かるので、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最大許容寸法（寸法公差が、プラス公差の最大値となる場合）となる場合まで、スペーサを複数枚用意しておけば良い。
【００３２】
（ａ）先ず、第２終端部及び第２ミラー６を接合し、図２（ａ）に示すように、フローセル９ａをスペーサ１３のない状態で組み立てる。そして、トンネル部４を介して、光源１から出た入射光をフローセル９ａの内部に導入し、光束がフローセル９ａの内部で多重反射した後に、トンネル部４から出射される出射光の強度を検出器７で測定し、検出器７において測定された出射光の強度が規定値に達しているか確認する。
【００３３】
（ｂ）出射光の強度が規定値に達している場合、ミラー間距離の調整を終了する。規定値に達していない場合、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の少なくとも一方が、曲率半径が最小許容寸法より大きく製造されたということであるから、図２（ｂ）に示すように、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に、複数枚用意したスペーサのうち最も薄いスペーサとして、第１のスペーサ１３ａを挿入して、フローセル９ａを組み立て直す。これにより、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離は、図２（ａ）に示す第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離（初期値）よりも大きくなる。
【００３４】
（ｃ）第１のスペーサ１３ａを挿入後、トンネル部４を介して、光源１から出た入射光をフローセル９ａの内部に導入し、光束がフローセル９ａの内部で多重反射した後に、トンネル部４から出射される出射光の強度を検出器７で測定し、測定された出射光の強度が規定値に達しているか確認する。規定値に達している場合、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の曲率半径の製造上の誤差は、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に第１のスペーサ１３ａを挿入することで補正（補償）されたと判断され、第１のスペーサ１３ａが第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の曲率半径の補正に最適なスペーサとして選択される。
【００３５】
（ｄ）検出器７において測定された出射光の強度が規定値に達していない場合は曲率半径の製造上の誤差が補償されていないので、図２（ｃ）に示すように、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に、第１のスペーサ１３ａより厚い、第２のスペーサ１３ｂを挿入して、フローセル９ａを組み立て直す。第２のスペーサ１３ｂを挿入後、トンネル部４を介して、光源１から出た入射光をフローセル９ａの内部に導入し、光束がフローセル９ａの内部で多重反射した後に、トンネル部４から出射される出射光の強度を検出器７で測定し、測定された出射光の強度が規定値に達しているか確認する。
（ｅ）規定値に達した場合、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の曲率半径の製造上の誤差は、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に第２のスペーサ１３ｂを挿入することで補正（補償）されたと判断され、第２のスペーサ１３ｂが第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の曲率半径の補正に最適なスペーサとして選択される。
【００３６】
（ｆ）検出器７において測定された出射光の強度が規定値に達していない場合は曲率半径の製造上の誤差が未だ補償されていないので、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に、第２のスペーサ１３ｂより更に厚い、第３のスペーサを挿入して、……という操作を出射光の強度が規定値に達するまで繰り返す。もし、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最大許容寸法（寸法公差が、プラス公差の最大値となる場合）となる場合までスペーサを挿入しても出射光の強度が規定値に達しなければ、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が寸法公差を逸脱していることになるので、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の少なくとも一方を交換して、上記のステップを繰り返す。
【００３７】
このようにして、本発明の実施の形態に係る第１のミラー間距離の調整方法によれば、第２終端部及び第２ミラー６間に、順次、厚いスペーサを挿入することで、フローセル９ａの長さを、そのフローセル９ａに用いられた第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の曲率半径の製造上の誤差に適合した最適な長さに調整することが可能になる。
【００３８】
（第２のミラー間距離の調整方法）
上述した第１のミラー間距離の調整方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々のミラー間距離の調整方法により、本発明の実施の形態に係るミラー間距離の調整方法は実現可能であることは勿論である。即ち、第１のミラー間距離の調整方法では、フローセルから出力される出射光の光強度を測定し、測定された光強度が規定値に達しているかを確認したが、光強度の規定値を用いず、フローセルから出力される出射光の光強度を測定しながら、順次、第２終端部及び第２ミラーの間に複数の厚さの異なるスペーサを挿入し、最大光強度を与える厚さのスペーサを選択し、第１及び第２ミラー間の距離を調整しても良い。
【００３９】
本発明の実施の形態に係る第２のミラー間距離の調整方法においても、予め、セルボディ５の長さを、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最小許容寸法となる場合（寸法公差が、マイナス公差の最大値となる場合）に対して設計しておくことは勿論である。そして、第１のミラー間距離の調整方法と同様に、表２に示すようなデータを予め取得しておき、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最大許容寸法となる場合まで、必要な厚さのスペーサを複数枚用意しておく。
【００４０】
（ａ）先ず、第２終端部及び第２ミラー６を接合し、図２（ａ）に示すように、フローセル９ａをスペーサ１３のない状態で組み立てる。そして、トンネル部４を介して、光源１から出た入射光をフローセル９ａの内部に導入し、光束がフローセル９ａの内部で多重反射した後に、トンネル部４から出射される出射光の強度を検出器７で測定し、検出器７において測定された出射光の強度を記録する（「記録」は、必ずしも紙等の媒体に記録する必要はなく、人間の脳に記憶しても良い。）。
【００４１】
（ｂ）次に、図２（ｂ）に示すように、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に、複数枚用意したスペーサのうち最も薄いスペーサとして、第１のスペーサ１３ａを挿入して、フローセル９ａを組み立て直す。これにより、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離は、図２（ａ）に示す第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離（初期値）よりも大きくなる。そして、第１のスペーサ１３ａを挿入後、トンネル部４を介して、光源１から出た入射光をフローセル９ａの内部に導入し、光束がフローセル９ａの内部で多重反射した後に、トンネル部４から出射される出射光の強度を検出器７で測定し、測定された出射光の強度を記録し、スペーサ１３のない状態で組み立てたときの出射光の強度と比較する。出射光の強度がスペーサ１３のない状態で組み立てたときの出射光の強度より低ければ、スペーサ１３のない状態で組み立てたときが出射光強度が最大となる場合であるので、スペーサ１３のない状態（最適状態）に戻して、ミラー間距離の調整を終了する。
【００４２】
（ｃ）出射光の強度がスペーサ１３のない状態で組み立てたときの出射光の強度より高ければ、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の曲率半径の製造上の誤差が補償されていない可能性があるので、図２（ｃ）に示すように、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に、第１のスペーサ１３ａより厚い、第２のスペーサ１３ｂを挿入して、フローセル９ａを組み立て直す。第２のスペーサ１３ｂを挿入後、トンネル部４を介して、光源１から出た入射光をフローセル９ａの内部に導入し、光束がフローセル９ａの内部で多重反射した後に、トンネル部４から出射される出射光の強度を検出器７で測定し、測定された出射光の強度を記録し、第１のスペーサ１３ａを挿入して組み立てたときの出射光の強度と比較する。出射光の強度が第１のスペーサ１３ａを挿入して組み立てたときの出射光の強度より低ければ、第１のスペーサ１３ａを挿入して組み立てたときが出射光強度が最大となる場合であるので、第１のスペーサ１３ａを挿入し直し（最適状態に戻して）、ミラー間距離の調整を終了する。
（ｄ）出射光の強度が第１のスペーサ１３ａを挿入して組み立てたときの出射光の強度より低ければ、曲率半径の製造上の誤差が未だ補償されていない可能性があるので、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に、第２のスペーサ１３ｂより更に厚い、第３のスペーサを挿入して、フローセル９ａを組み立て直す。第３のスペーサを挿入後、トンネル部４を介して、光源１から出た入射光をフローセル９ａの内部に導入し、光束がフローセル９ａの内部で多重反射した後に、トンネル部４から出射される出射光の強度を検出器７で測定し、測定された出射光の強度を記録し、第２のスペーサ１３ｂを挿入して組み立てたときの出射光の強度と比較する。出射光の強度が第２のスペーサ１３ｂを挿入して組み立てたときの出射光の強度より低ければ、第２のスペーサ１３ｂを挿入して組み立てたときが出射光強度が最大となる場合であるので、第２のスペーサ１３ｂを挿入し直し（最適状態に戻して）、ミラー間距離の調整を終了する。
（ｅ）出射光の強度が第２のスペーサ１３ｂを挿入して組み立てたときの出射光の強度より低ければ、曲率半径の製造上の誤差が未だ補償されていない可能性があるので、セルボディ５の第２終端部及び第２ミラー６の間に、第３のスペーサより更に厚い、第４のスペーサを挿入して、フローセル９ａを組み立て直す。第４のスペーサを挿入後、第３のスペーサを挿入して組み立てたときが出射光強度が最大であったのか否かを確認する……という操作を、出射光強度を最大にするスペーサの厚みが発見されるまで繰り返す。もし、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が最大許容寸法（寸法公差が、プラス公差の最大値となる場合）となる場合までスペーサを挿入しても、出射光強度を最大にするスペーサの厚みが発見されなければ、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６がともに曲率半径が寸法公差を逸脱していることになるので、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の少なくとも一方を交換して、上記のステップを繰り返す。
【００４３】
このようにして、本発明の実施の形態に係る第２のミラー間距離の調整方法によっても、第２終端部及び第２ミラー６間に、順次、厚いスペーサを挿入しながら、出射光強度を最大にするスペーサの厚みを決定し、フローセル９ａの長さを、そのフローセル９ａに用いられた第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の曲率半径の製造上の誤差に適合した最適な長さに簡単且つ単純操作で調整することが可能になる。
【００４４】
以上、第１及び第２のミラー間距離の調整方法で説明したように、本発明の実施の形態に係るフローセル９ａのミラー間距離の調整方法によれば、第２終端部及び第２ミラー６間にスペーサを挿入することで、フローセル９ａの長さ、すなわち、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６間の距離を調整し、第１ミラー２ａ及び第２ミラー６の曲率半径の製造上の誤差を簡単かつ、特別な費用の増大を伴うことなく、補正可能である。
【００４５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４６】
例えば、上記の第１のミラー間距離の調整方法では、フローセルから出力される出射光の光強度を測定し、測定された光強度が規定値に達しているかを確認し、第２のミラー間距離の調整方法では、フローセルから出力される出射光の光強度を測定して、最大光強度を与える厚さのスペーサを選択したが、第１のミラー間距離の調整方法と第２のミラー間距離の調整方法とを組み合わせて用いても良い。即ち、フローセルから出力される出射光の光強度を測定し、測定された光強度が規定値に達しているかを確認し、規定値に達した場合であっても、それで直ちに最適ミラー間距離と断定し、ミラー間距離の調整を終了するのではなく、その後、第２のミラー間距離の調整方法と同様、更に厚いスペーサを挿入して、フローセルから出力される出射光の光強度を測定して、最大光強度を与える厚さであったのかを確認した後、ミラー間距離の調整を終了するようにしても良い。
【００４７】
又、他の３次元表面形状解析装置で第１ミラー２ｂ及び第２ミラー６の曲率を、予め求めておき、その値を元に、経験則で定められる最適の厚みのスペーサを決めれば、より迅速に、ミラー間距離の調整が可能となる。
【００４８】
又、図３に示すように、フローセル９ｂが、入射光側トンネル部４ａ及び出射光側トンネル部４ｂを有する第１ミラー２ｂを備えるようにすれば、機械設計上での自由度が向上する。入射光側トンネル部４ａは、光源１側とセルボディ５側とで分離する入射光側窓板３ａを、出射光側トンネル部４ｂは、出射光側トンネル部４ｂを、検出器７側とセルボディ５側とで分離する出射光側窓板３ｂをそれぞれ配置する。分析計１０ｂを構成する光源室５０ｂには、図１が示す第１の実施の形態における多重反射セル式ガス分析システムの光源室５０ａとは異なり、光源１から入射光を入射する孔と、検出器７が検知する出射光が出射する孔を異なる位置に設ける。
【００４９】
又、一定温度に加熱することで、第１ミラー２ｂ及び第２ミラー６の表面への水分子の付着を防ぎ、付着水蒸気の影響による応答時間の長期化や、水分子と測定対象ガスとの反応で生じる水酸化物等の堆積の問題を解決するために、カートリッジヒータ等を内部に埋め込んだ第１ミラー２ａ、第１ミラー２ｂ及び第２ミラー６を用いてもよい。
【００５０】
更に、第２ミラー６とセルボディ５の間に配置したスペーサ１３は、第１ミラー２ａとセルボディ５との間及び第１ミラー２ｂとセルボディ５との間に配置してもよいし、両方に配置してもよい。
【００５１】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態に係る多重反射セル式ガス分析システムの概観図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るフローセルのスペーサを挿入によるミラー間距離の調整を説明するための模式的な断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る多重反射セル式ガス分析システムの模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…光源
２ａ、２ｂ…第１ミラー
３…窓板
３ａ…入射光側窓板
３ｂ…出射光側窓板
４…トンネル部
４ａ…入射光側トンネル部
４ｂ…出射光側トンネル部
５…セルボディ
６…第２ミラー
７…検出器
９ａ、９ｂ…フローセル
１０ａ、１０ｂ…分析計
１１ａ…第１Ｏリング
１１ｂ…第２Ｏリング
１２…第３Ｏリング
１３…スペーサ
１３ａ…第１のスペーサ
１３ｂ…第２のスペーサ
１４…固定ネジ
１５…試料ガス入口部
１６…試料ガス出口部
１７ａ…第１Ｏリング溝
１７ｂ…第２Ｏリング溝
１８…第３Ｏリング溝
１９…第１フランジ
２０…第２フランジ
５０ａ、５０ｂ…光源室
５１…パージガス導入口
５２…パージガス排出口
５３…ハーメチックシール形コネクタ
５４…光源ミラー
５５…検出器ミラー
５６…プリアンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディと、
該セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラーと、
前記第１終端部に対向する前記セルボディの第２終端部に設けられ、前記第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーと、
前記第２終端部と前記第２ミラーとの間に設けられ、前記第２終端部と前記第２ミラーとの間にスペーサを挿入することにより前記第１及び第２ミラー間の距離を調整するスペーサ挿入手段
とを備えることを特徴とする多重反射セル式ガス分析システム用のフローセル。
【請求項２】
前記セルボディが、前記第１ミラーに接合する第１フランジを前記第１終端部に、前記第２ミラーに接合する前記第２フランジを前記第２終端部に備え、
前記第２フランジに設けられ、前記スペーサ挿入手段の一部をなすOリング溝の位置と、前記第２ミラーに設け、前記スペーサ挿入手段の他の一部をなすOリング溝の位置とが、前記第２フランジの半径方向において異なることを特徴とする請求項１に記載のフローセル。
【請求項３】
試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディ、該セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラー、前記第１終端部に対向する前記セルボディの第２終端部に設けられ、前記第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーを有するフローセルと、
前記フローセルに連結され、前記フローセルからの光学的情報を電気信号に変換する分析計
とを備え、前記第２終端部と前記第２ミラーとの間に、スペーサの厚さの選択により前記第１及び第２ミラー間の距離を調整するスペーサ挿入手段を設けたことを特徴とする多重反射セル式ガス分析システム。
【請求項４】
前記セルボディが、前記第１ミラーに接合する第１フランジを前記第１終端部に、前記第２ミラーに接合する前記第２フランジを前記第２終端部に備え、
前記第２フランジに設けられ、前記スペーサ挿入手段の一部をなすOリング溝の位置と、前記第２ミラーに設け、前記スペーサ挿入手段の他の一部をなすOリング溝の位置とが、前記第２フランジの半径方向において異なることを特徴とする請求項３に記載の多重反射セル式ガス分析システム。
【請求項５】
試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディ、該セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラー、前記第１終端部に対向する前記セルボディの第２終端部に設けられ、前記第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーを備える多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法であって、
前記第１ミラー及び前記第２ミラーの曲率半径が共に最小許容寸法となる場合に対して前記セルボディの長さを設計して、前記フローセルをスペーサなしで組み立てるステップと、
入射光を前記フローセルの内部に導入して、前記フローセルから出力される出射光の光強度を測定しながら、順次、前記第２終端部及び第２ミラーの間に複数の厚さの異なるスペーサを挿入し、最大光強度を与える厚さのスペーサを選択し、前記第１及び第２ミラー間の距離を調整するステップ
とを含むことを特徴とするフローセルのミラー間距離の調整方法。
【請求項６】
試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディ、該セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラー、前記第１終端部に対向する前記セルボディの第２終端部に設けられ、前記第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーを備える多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法であって、
前記第１ミラー及び前記第２ミラーの曲率半径が共に最小許容寸法となる場合に対して前記セルボディの長さを設計して、前記フローセルをスペーサなしで組み立てるステップと、
入射光を前記フローセルの内部に導入して、前記フローセルから出力される出射光の光強度を測定するステップと、
スペーサなしで測定された光強度が規定値に達しているか確認するステップと、
前記規定値に達していない場合、前記第２終端部及び第２ミラーの間に、第１のスペーサを挿入して、前記第１及び第２ミラー間の距離を調整するステップ
とを含むことを特徴とするフローセルのミラー間距離の調整方法。
【請求項７】
前記第１スペーサを挿入後、入射光を前記フローセルの内部に導入して、前記フローセルから出力される出射光の光強度を測定するステップと、
前記第１スペーサを挿入して測定された光強度が前記規定値に達しているか確認するステップと、
前記規定値に達していない場合、前記第２終端部及び第２ミラーの間に、前記第１のスペーサより厚い第２のスペーサを挿入して、前記第１及び第２ミラー間の距離を調整するステップ
とを更に含むことを特徴とする請求項６に記載のミラー間距離の調整方法。
【請求項８】
試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディ、該セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラー、前記第１終端部に対向する前記セルボディの第２終端部に設けられ、前記第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーを備える多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法であって、
前記第１ミラー及び前記第２ミラーの曲率半径をそれぞれ測定するステップと、
前記測定結果に基づき、最適の厚みを有するスペーサを決定するステップと、
前記第２終端部及び第２ミラーの間に、前記決定されたスペーサを挿入して、前記第１及び第２ミラー間の距離を調整するステップ
とを含むことを特徴とするフローセルのミラー間距離の調整方法。
【請求項１】
試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディと、
該セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラーと、
前記第１終端部に対向する前記セルボディの第２終端部に設けられ、前記第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーと、
前記第２終端部と前記第２ミラーとの間に設けられ、前記第２終端部と前記第２ミラーとの間にスペーサを挿入することにより前記第１及び第２ミラー間の距離を調整するスペーサ挿入手段
とを備えることを特徴とする多重反射セル式ガス分析システム用のフローセル。
【請求項２】
前記セルボディが、前記第１ミラーに接合する第１フランジを前記第１終端部に、前記第２ミラーに接合する前記第２フランジを前記第２終端部に備え、
前記第２フランジに設けられ、前記スペーサ挿入手段の一部をなすOリング溝の位置と、前記第２ミラーに設け、前記スペーサ挿入手段の他の一部をなすOリング溝の位置とが、前記第２フランジの半径方向において異なることを特徴とする請求項１に記載のフローセル。
【請求項３】
試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディ、該セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラー、前記第１終端部に対向する前記セルボディの第２終端部に設けられ、前記第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーを有するフローセルと、
前記フローセルに連結され、前記フローセルからの光学的情報を電気信号に変換する分析計
とを備え、前記第２終端部と前記第２ミラーとの間に、スペーサの厚さの選択により前記第１及び第２ミラー間の距離を調整するスペーサ挿入手段を設けたことを特徴とする多重反射セル式ガス分析システム。
【請求項４】
前記セルボディが、前記第１ミラーに接合する第１フランジを前記第１終端部に、前記第２ミラーに接合する前記第２フランジを前記第２終端部に備え、
前記第２フランジに設けられ、前記スペーサ挿入手段の一部をなすOリング溝の位置と、前記第２ミラーに設け、前記スペーサ挿入手段の他の一部をなすOリング溝の位置とが、前記第２フランジの半径方向において異なることを特徴とする請求項３に記載の多重反射セル式ガス分析システム。
【請求項５】
試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディ、該セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラー、前記第１終端部に対向する前記セルボディの第２終端部に設けられ、前記第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーを備える多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法であって、
前記第１ミラー及び前記第２ミラーの曲率半径が共に最小許容寸法となる場合に対して前記セルボディの長さを設計して、前記フローセルをスペーサなしで組み立てるステップと、
入射光を前記フローセルの内部に導入して、前記フローセルから出力される出射光の光強度を測定しながら、順次、前記第２終端部及び第２ミラーの間に複数の厚さの異なるスペーサを挿入し、最大光強度を与える厚さのスペーサを選択し、前記第１及び第２ミラー間の距離を調整するステップ
とを含むことを特徴とするフローセルのミラー間距離の調整方法。
【請求項６】
試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディ、該セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラー、前記第１終端部に対向する前記セルボディの第２終端部に設けられ、前記第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーを備える多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法であって、
前記第１ミラー及び前記第２ミラーの曲率半径が共に最小許容寸法となる場合に対して前記セルボディの長さを設計して、前記フローセルをスペーサなしで組み立てるステップと、
入射光を前記フローセルの内部に導入して、前記フローセルから出力される出射光の光強度を測定するステップと、
スペーサなしで測定された光強度が規定値に達しているか確認するステップと、
前記規定値に達していない場合、前記第２終端部及び第２ミラーの間に、第１のスペーサを挿入して、前記第１及び第２ミラー間の距離を調整するステップ
とを含むことを特徴とするフローセルのミラー間距離の調整方法。
【請求項７】
前記第１スペーサを挿入後、入射光を前記フローセルの内部に導入して、前記フローセルから出力される出射光の光強度を測定するステップと、
前記第１スペーサを挿入して測定された光強度が前記規定値に達しているか確認するステップと、
前記規定値に達していない場合、前記第２終端部及び第２ミラーの間に、前記第１のスペーサより厚い第２のスペーサを挿入して、前記第１及び第２ミラー間の距離を調整するステップ
とを更に含むことを特徴とする請求項６に記載のミラー間距離の調整方法。
【請求項８】
試料ガス入口部及び試料ガス出口部を備える筒状のセルボディ、該セルボディの第１終端部に設けられた第１ミラー、前記第１終端部に対向する前記セルボディの第２終端部に設けられ、前記第１ミラーの第１の鏡面と対向する第２の鏡面を有する第２ミラーを備える多重反射セル式ガス分析システム用のフローセルのミラー間距離の調整方法であって、
前記第１ミラー及び前記第２ミラーの曲率半径をそれぞれ測定するステップと、
前記測定結果に基づき、最適の厚みを有するスペーサを決定するステップと、
前記第２終端部及び第２ミラーの間に、前記決定されたスペーサを挿入して、前記第１及び第２ミラー間の距離を調整するステップ
とを含むことを特徴とするフローセルのミラー間距離の調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−８００１７（Ｐ２００９−８００１７Ａ）
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４９７０３（Ｐ２００７−２４９７０３）
【出願日】平成１９年９月２６日（２００７．９．２６）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２６日（２００７．９．２６）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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