特開 2022-79586 多重反射セル、ガス分析装置、及び多重反射セルの構成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022079586

(43)【公開日】2022-05-26

(54)【発明の名称】多重反射セル、ガス分析装置、及び多重反射セルの構成方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/03 20060101AFI20220519BHJP

   G01N 21/61 20060101ALI20220519BHJP

   G01N 21/39 20060101ALI20220519BHJP

【ＦＩ】

G01N21/03 B

G01N21/61

G01N21/39

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022054044

(22)【出願日】2022-03-29

(62)【分割の表示】P 2018182976の分割

【原出願日】2018-09-27

(31)【優先権主張番号】P 2017193889

(32)【優先日】2017-10-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000155023

【氏名又は名称】株式会社堀場製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(72)【発明者】

【氏名】渋谷 享司

(72)【発明者】

【氏名】中根 正博

(57)【要約】

【課題】試料ガスが導入される内部空間Ｓの容積を小さくすることのできる多重反射セル２０を提供する。
【解決手段】内部空間Ｓに試料ガスが導入されるセル本体１と、内部空間Ｓに対向して設けられた一対のミラー２とを具備し、セル本体１の入射窓Ｗ１から入射した光が一対のミラー２の間で多重反射してセル本体１の射出窓Ｗ１から射出する多重反射セル２０であって、前記各ミラー２が、光の多重反射により各ミラー２の反射面２１に形成される光スポットＰが所定幅の細長領域Ｚに点在する形状であり、各ミラー２が、細長領域Ｚの長手方向に沿った細長形状をなすようにした。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部空間に試料ガスが導入されるセル本体と、前記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、前記セル本体の入射窓から入射した光が前記一対のミラーの間で多重反射して前記セル本体の射出窓から射出するヘリオットセルである多重反射セルであって、
前記一対のミラーが、球面ミラーであり、前記光の多重反射により前記各ミラーの反射面に形成される光スポットが所定幅の細長領域に点在するように構成されており、
前記各ミラーが、前記細長領域の長手方向に沿った細長形状をなし、前記セル本体の扁平形状の内部空間に設けられており、
前記各ミラーの細長形状の厚みの薄い方向が、前記セル本体の扁平形状の内部空間の厚みの薄い方向に沿っていることを特徴とする多重反射セル。

【請求項2】

前記細長領域の長手方向に沿った前記各ミラーの長さが、前記細長領域の長手方向と直交する幅方向に沿った前記各ミラーの長さの２倍以上である請求項１記載の多重反射セル。

【請求項3】

前記長手方向に沿った前記各ミラーの長さが、前記幅方向に沿った前記各ミラーの長さの３倍以上である請求項２記載の多重反射セル。

【請求項4】

前記光スポットが前記細長領域に直線上、放物線上、又は楕円上に点在する請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の多重反射セル。

【請求項5】

前記ミラーの長手方向に沿った前記セル本体の長さが、前記ミラーの幅方向に沿った前記セル本体の長さよりも長い請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の多重反射セル。

【請求項6】

前記セル本体が、当該セル本体を構成する少なくとも２つのセル要素を有し、
前記２つのセル要素の一方に前記一対のミラーの一方が固定されるとともに、前記２つのセル要素の他方に前記一対のミラーの他方が固定されており、
前記２つのセル要素の間に、前記一方のセル要素に対して前記他方のセル要素をスライドさせるスライド機構が設けられている請求項１乃至５のうち何れか一項に記載の多重反射セル。

【請求項7】

前記各ミラーが、所定の基準平面に対して当該基準平面と直交する方向に位置決めされており、
前記スライド機構が、前記一方のセル要素に対して前記他方のセル要素を前記基準平面と平行な面内方向に沿ってスライドさせる請求項６記載の多重反射セル。

【請求項8】

前記スライド機構が、前記一方のセル要素に形成された第１スライド面と、前記他方のセル要素に形成されるとともに前記第１スライド面に面接触する第２スライド面とを有している請求項６又は７記載の多重反射セル。

【請求項9】

前記スライド機構が、前記他方のセル要素に接触するとともに、当該他方のセル要素のスライド方向を規制するガイド面を有している請求項６乃至８のうち何れか一項に記載の多重反射セル。

【請求項10】

請求項１乃至９のうち何れか一項に記載された多重反射セルと、
前記入射窓に光を射出する光源と、
前記射出窓から射出された光を検出する光検出器と、
前記光検出器により検出された光強度信号に基づいて前記試料ガスを分析する情報処理装置とを具備するガス分析装置。

【請求項11】

試料ガスが導入されるセル本体の内部空間に対向して一対のミラーを設け、前記セル本体とともにヘリオットセルである多重反射セルを構成する方法であって、
前記一対のミラーが、球面ミラーであり、
前記一対のミラーの原型となる一対の原型ミラーを細長形状に切断し、光の多重反射により前記一対のミラーの反射面に形成される光スポットが所定幅の細長領域に点在するように、前記一対の原型ミラーを厚みの薄い形状に変更し、
前記一対のミラーを前記セル本体の扁平形状の内部空間に設け、
前記各ミラーの細長形状の厚みの薄い方向を、前記セル本体の扁平形状の内部空間の厚みの薄い方向に沿わせることを特徴とする多重反射セルの構成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多重反射セル、多重反射セルを備えるガス分析装置、及び多重反射セルの構成方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

光の吸収を利用したガス分析装置として、特許文献１に示すように、試料ガスを導入するセル本体内に一対のミラーを対向配置して、これらのミラーの間で光を多重反射させる所謂多重反射セルと呼ばれるものを用いたものがある。

【0003】

このように多重反射セルを用いることで、光路長が長くなるので、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。

【0004】

しかしながら、特許文献１に示す多重反射セルは、ヘリオットセルと称されるタイプのもので、一対のミラーとして反射面が平面視円形上の球面ミラーを用いており、セル本体の高さや幅は球面ミラー形状よりも大きくする必要があり、セル本体の内部空間の容積を小さくするには限度がある。

【0005】

これにより、内部空間に導入される試料ガスの置換速度を向上させるにも限度があり、例えば内燃機関の挙動に応じて各成分の排出量等が変動する排ガスなどを測定する場合に、分析に求められる応答速度を得られないという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０－２４３２７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

そこで本発明は、上述した問題を解決すべくなされたものであり、試料ガスが導入される内部空間の容積を小さくすることのできる多重反射セルを提供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】

【0008】

すなわち本発明に係る多重反射セルは、内部空間に試料ガスが導入されるセル本体と、前記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、前記セル本体の入射窓から入射した光が前記一対のミラーの間で多重反射して前記セル本体の射出窓から射出する多重反射セルであって、前記一対のミラーが、前記光の多重反射により前記各ミラーの反射面に形成される光スポットが所定幅の細長領域に点在するように構成されており、前記各ミラーが、前記細長領域の長手方向に沿った細長形状をなすことを特徴とするものである。

【0009】

このように構成された多重反射セルであれば、一対のミラーが、反射面における光スポットが所定幅の細長領域に点在するように構成されており、且つ、細長領域の長手方向に沿った細長形状をなすので、これら一対のミラーを従来よりも飛躍的に小型なものにすることができる。
これにより、セル本体の内部空間として必要な容積を非常に小さくすることができ、その結果、内部空間に導入される試料ガスの置換速度を向上させることが可能となり、分析の応答速度を大幅に向上させることができる。

【0010】

多重反射により光路長を長くしつつ、ミラーの小型化を図るためには、前記細長領域の長手方向に沿った前記各ミラーの長さが、前記長手方向と直交する幅方向に沿った前記各ミラーの長さの２倍以上であることが好ましく、より好ましくは３倍以上である。

【0011】

ところで、多重反射セルとしては、背景技術で述べたヘリオットセルとは別のタイプで非点収差(Astigmatic)ヘリオットセルと称されるタイプのものがある。このタイプは、一対のミラーとして、球面ミラーではなく、互いに直交する２つの軸の曲率半径が異なるトロイダルミラーを用いており、反射面のある領域に光スポットを集中させることで、ミラーの利用効率を向上させ、結果としてミラーの小型化を図ったものである。
しかしながら、トロイダルミラーを精度良く製作するためには、高度な加工技術が必要であり、球面ミラーに比べて製造コストが大幅に増加する。

【0012】

そこで、製造コストの大幅な増加を招くことなく、内部空間の容積の小型化を図るためには、前記各ミラーが、球面ミラーを用いて、前記細長領域に前記光スポットが点在するように構成されていることが好ましい。

【0013】

光スポットを所定幅の細長領域に点在させるための実施態様としては、前記光スポットが前記細長領域に直線上、放物線上、又は楕円上に点在する態様が挙げられる。

【0014】

前記ミラーの長手方向に沿った前記セル本体の長さが、前記ミラーの幅方向に沿った前記セル本体の長さよりも長ければ、セル本体が扁平形状なものとなり、従来のセル本体よりも内部空間の容積を小さくすることができる。

【0015】

ところで、多重反射セルを用いる場合、セル本体の入射窓から入射した光が一対のミラー間で多重反射してセル本体の射出窓から射出するようにミラーの位置を調整する必要がある。その調整方法としては、複数の調整ネジを用いてミラーの複数個所を押したり引いたりすることで、ミラーのあおり方向や首振り方向を変えながらミラーの向きを調整する方法が挙げられる。
しかしながら、上述した調整方法では、複数の調整ネジを押したり引いたりする作業を繰り返しながらミラーの向きを調整するので、調整に手間がかかるうえ、複数の調整ネジを設けることで部品点数が多くなり、それに準じてコストも増加する。

【0016】

そこで、前記セル本体が、当該セル本体を構成する少なくとも２つのセル要素を有し、記２つのセル要素の一方に前記一対のミラーの一方が固定されるとともに、前記２つのセル要素の他方に前記一対のミラーの他方が固定されており、前記２つのセル要素の間に、前記一方のセル要素に対して前記他方のセル要素をスライドさせるスライド機構が設けられていることが好ましい。

【0017】

このように構成された多重反射セルであれば、セル本体を構成する少なくとも２つのセル要素それぞれにミラーが固定されており、これらのセル要素の間に一方のセル要素に対して他方のセル要素をスライドさせるスライド機構が設けられているので、このスライド機構によって他方のセル要素をスライドさせればミラーを位置調整することができる。
これにより、例えばミラーのあおり方向や首振り方向を変えるための調整ネジ等を用いることなく、少ない部品点数でミラーの位置を簡単に調整することが可能となる。

【0018】

ミラーの位置決めをより簡単にするためには、前記各ミラーが、所定の基準平面に対して当該基準平面と直交する方向に位置決めされており、前記スライド機構が、前記一方のセル要素に対して前記他方のセル要素を前記基準平面と平行な面内方向に沿ってスライドさせることが好ましい。
このような構成であれば、基準平面に対して直交する方向にはミラーの位置調整を不要にすることができ、基準平面と平行な面内方向に沿ってセル要素をスライドさせることでミラーの位置調整を完了させることができる。

【0019】

２つのセル要素の間に別部材を介在させずに、少ない部品点数でスライド機構を構成するためには、前記スライド機構が、前記一方のセル要素に形成された第１スライド面と、前記他方のセル要素に形成されるとともに前記第１スライド面に面接触する第２スライド面とを有し、前記面内方向における前記一対のミラーの位置を変更するものであることが好ましい。

【0020】

前記スライド機構が、前記他方のセル要素に接触するとともに、当該他方のセル要素のスライド方向を規制するガイド面を有していることが好ましい。
このような構成であれば、セル要素をガイド面によって規制されたスライド方向にスライドさせることでミラーの位置調整を完了させることができ、ミラーの位置決めをより簡単にすることができる。

【0021】

また、本発明に係るガス分析装置は、上述した多重反射セルと、前記入射窓に光を射出する光源と、前記射出窓から射出された光を検出する光検出器と、前記光検出器により検出された光強度信号に基づいて前記試料ガスを分析する情報処理装置とを具備することを特徴とするものである。
このようなガス分析装置であれば、上述した多重反射セルと同様の作用効果を奏し得る。

【0022】

さらに、本発明に係る多重反射セル用ミラーの製造方法は、試料ガスが導入されるセル本体の内部空間に対向して設けられて、前記セル本体とともに多重反射セルを構成する一対のミラーの製造方法であって、前記一対のミラーの原型となる一対の原型ミラーを細長形状に切断し、光の多重反射により前記一対のミラーの反射面に形成される光スポットが所定幅の細長領域に点在するように、前記一対の原型ミラーの形状を変更することを特徴とする方法である。

【0023】

このような方法で製造された細長形状のミラーであれば、従来よりも飛躍的に小型なものにすることができる。これにより、セル本体の内部空間として必要な容積を非常に小さくすることができ、その結果、内部空間に導入される試料ガスの置換速度を向上させることが可能となり、分析の応答速度を大幅に向上させることができる。

【発明の効果】

【0024】

このように構成した本発明によれば、試料ガスが導入される内部空間の容積を小さくすることができ、試料ガスの置換速度を向上させることが可能となり、分析の応答速度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施形態に係るガス分析装置の全体模式図。

【図2】同実施形態の多重反射セルの構成を示す断面図。

【図3】同実施形態の各ミラーの構成を示す平面図。

【図4】同実施形態の一対のミラーの構成を示す斜視図。

【図5】同実施形態の多重反射セルの構成を示す断面図。

【図6】同実施形態の多重反射セルの構成を示す平面図。

【図7】変形実施形態の多重反射セルの構成を示す断面図。

【図8】変形実施形態の多重反射セルの構成を示す断面図。

【図9】変形実施形態のミラーの反射面に形成される光スポットを示す図。

【図10】変形実施形態における情報処理装置の機能ブロック図。

【図11】変形実施形態におけるレーザ発振波長の変調方法を示す模式図。

【図12】変形実施形態における変調信号、光検出器の出力信号、測定結果の一例を示す図。

【図13】変形実施形態の分析装置の要部を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下に本発明に係るガス分析装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0027】

本実施形態のガス分析装置１００は、例えば内燃機関から排出される排ガス等の試料ガスを例えばＮＤＩＲ等の赤外分光法を用いて分析するものであり、具体的には図１に示すように、光源たる半導体レーザ１０と、試料ガスが導入されるとともに半導体レーザ１０からの光を多重反射させる多重反射セル２０と、多重反射セル２０から射出した光を検出する光検出器３０と、光検出器３０により検出された光強度信号に基づいて試料ガスに含まれる成分を分析する情報処理装置４０とを備えている。
本発明に係るガス分析装置１００は、多重反射セル２０が特徴的であるので、まずはそれ以外の各部について説明する。

【0028】

半導体レーザ１０は、ここでは半導体レーザ１０の一種である量子カスケードレーザ（QCL: Quantum Cascade Laser）であり、中赤外（４μｍ～１０μｍ）のレーザ光を発振する。この半導体レーザ１０は、与えられた電流（又は電圧）によって、発振波長を変調（変える）ことが可能なものである。なお、発振波長が可変でさえあれば、他のタイプのレーザを用いてよく、発振波長を変化させるために、温度を変化させるなどしても構わない。

【0029】

光検出器３０は、ここでは、比較的安価なサーモパイルなどの熱型のものを用いているが、その他のタイプのもの、例えば、応答性がよいHgCdTe、InGaAs、InAsSb、PbSeなどの量子型光電素子を用いても構わない。

【0030】

情報処理装置４０は、バッファ、増幅器などからなるアナログ電気回路と、ＣＰＵ、メモリなどからなるデジタル電気回路と、それらアナログ／デジタル電気回路間を仲立ちするＡＤコンバータ、ＤＡコンバータなどとを具備したものであり、前記メモリの所定領域に格納した所定のプログラムに従ってＣＰＵやその周辺機器が協働することによって、前記光検出器３０からの出力信号を受信し、その値を演算処理して測定対象成分の濃度を算出する機能を発揮する。

【0031】

次に、本発明に係るガス分析装置１００の特徴である多重反射セル２００について詳述する。

【0032】

多重反射セル２０は、図２に示すように、内部空間Ｓに試料ガスが導入されるセル本体１と、セル本体１内に対向して設けられた一対のミラー２とを具備し、セル本体１の入射窓Ｗ１から入射した光が一対のミラー２の間で多重反射してセル本体１の射出窓Ｗ２から射出するように構成されている。なお、入射窓Ｗ１や射出窓Ｗ２は、試料ガスに含まれる測定対象成分（ここでは、例えばＣＯやＣＯ_２など）の吸収波長帯域において光の吸収がほとんどない石英、フッ化カルシウム、フッ化バリウムなどの透明材質で形成されている。

【0033】

本実施形態の多重反射セル２０は、ヘリオットセルと称されるタイプのものであり、一対のミラー２として球面ミラーが用いられている。これらのミラー２は、互いの光軸ＬＡ、ＬＢが重なり合うように配置され、一方のミラー２に形成された光通過穴ｈを通過した光が、各ミラー２の反射面２１の間で所定のパス数及び／又は所定の光路長となるように多重反射して、再び光通過穴ｈを通過するように設計されている。なお、ここでの光通過穴ｈは、反射面２１からその裏面に向かって徐々に広がる形状としてあるが、光通過穴ｈの形状は適宜変更して構わない。以下、一対のミラー２を区別する場合は、光通過穴ｈが形成されたミラー２を第１ミラー２Ａと言い、第１ミラー２Ａに対向配置されたミラー２を第２ミラー２Ｂと言う。なお、光通過穴ｈの配置や数は適宜変更して良い。例えば、光通過穴ｈは、第１ミラー２Ａのみならず第２ミラー２Ｂにも形成されていても良いし、第２ミラーＢにのみ形成されていても良い。さらには、例えば第１ミラー２Ａや第２ミラー２Ｂの周囲から各ミラー２Ａ、２Ｂ間に光を導入・導出するのであれば、第１ミラー２Ａ及び第２ミラー２Ｂのいずれにも光通過穴ｈが形成されていなくても良い。

【0034】

然して、本実施形態のミラー２は、図３に示すように、光の多重反射により各ミラー２の反射面２１に形成される光スポットＰが所定幅の細長領域Ｚに点在するように構成されている。なお図３では、一対のミラー２を代表して、第２ミラー２Ｂを図示しているが、光通過穴ｈが形成されている点を除けば、第１ミラー２Ａも第２ミラー２Ｂと同じ構成である。

【0035】

より詳細に説明すると、細長領域Ｚは、図３に示すように、ミラー２の反射面２１の平面視において、互いに平行な一対の仮想線Ｘに挟まれた例えば幅数ｍｍ程度の領域であり、ここでは帯状の領域である。これらの仮想線Ｘは、反射面２１において光スポットＰを点在させようとする領域を規定する線である。本実施形態における一対の仮想線Ｘは、ミラー２の中心Ｏを通過する中心線Ｍを挟むとともに、この中心線Ｍから等距離に設けられた互いに平行な直線である。図３における仮想線Ｘは、説明の便宜上、ミラー２の外縁よりも内側に図示しているが、実際にはミラー２の外縁と仮想線Ｘとは一致しており、言い換えれば反射面２１全体が細長領域Ｚとして設定されている。ただし、仮想線Ｘをミラー２の外縁よりも内側に設定しても良く、言い換えれば反射面２１の一部に細長領域Ｚを設定しても良い。なお、一対の仮想線Ｘは、必ずしも互いに平行である必要はないし、直線に限らず例えば曲線や波線としても良い。

【0036】

一対のミラー２は、上述した細長領域Ｚに光スポットＰが例えば直線上、放物線上、楕円（楕円の一部も含む）上といった線上に点在するように設計されている。具体的に一対のミラー２は、ミラー直径、ミラー間距離、光通過穴ｈの穴径、反射面２１の曲率半径などの種々のパラメータが適宜設定されており、ミラー２の中心Ｏを通る中心線Ｍ上に光スポットＰが点在するように構成されている。
なお、光スポットＰは、必ずしも１本の線上に点在する必要はなく、例えば複数の直線上や複数の放物線上や複数の楕円上に点在しても良い。

【0037】

次に、ミラー２の具体的な製造方法について一例を挙げると、一対のミラー２の原型となる原型ミラー（例えば平板ミラー）を細長形状に切断し、光の多重反射により一対のミラー２の反射面２１に形成される光スポットＰが上述した細長領域Ｚに点在するように、各原型ミラーの反射面の曲率を調整する方法が挙げられる。

【0038】

このような各ミラー２は、ミラー２の長手方向が細長領域Ｚの長手方向に平行な細長形状であり、具体的には、細長領域Ｚの長手方向に沿ったミラー２の長さＬａが、細長領域Ｚの長手方向と直交する幅方向に沿ったミラー２の長さＬｂの少なくとも２倍以上であり、好ましくは３倍以上であり、本実施形態では約６倍である。

【0039】

各ミラー２には、図４に示すように、上述した幅方向に各ミラー２を貫通して形成した複数の貫通孔２ｈが設けられており、各ミラー２はこれらの貫通孔２ｈを介してセル本体１にネジ留めされる。なお、貫通孔２ｈは、反射面２１の裏面に形成されていても良い。

【0040】

続いて、セル本体１について説明する。

【0041】

セル本体１は、図２、図５、図６に示すように、上述した一対のミラー２を内部空間Ｓに収容する例えば略直方体形状の筐体であり、長手方向に沿って一対のミラー２が対向して配置されている。本実施形態では、一対のミラー２を細長形状の厚みの薄いものにしているので、セル本体１として厚みの薄い扁平形状のものを用いている。これにより、セル本体１の内部形状も扁平となるので、内部空間Ｓを小容量にすることができ、具体的にここでの内部空間Ｓの容積は例えば数十ｍｌ程度である。なお、ここでいう扁平形状とは、平面視における形状は直方体形状や楕円形状など適宜変更して構わない。
以下では、説明の便宜上、図２や図６に示すように、セル本体１の長手方向を前後方向、セル本体２の長手方向に直交する方向を左右方向と言い、図５に示すように、前後方向及び左右方向に直交する方向、つまりセル本体の厚み方向を上下方向と言う。

【0042】

セル本体１には、図２や図５に示すように、内部空間Ｓに連通するとともに外部から試料ガスを導入するための導入路Ｌ１と、内部空間Ｓに連通するとともに試料ガスを外部に導出するための導出路Ｌ２が形成されている。

【0043】

セル本体１の一の側壁（以下、前壁１ａという）には、図５に示すように、上述した入射窓Ｗ１及び射出窓Ｗ２が設けられており、本実施形態では、前壁１ａに設けられた１枚の透光板３が入射窓Ｗ１及び射出窓Ｗ２として兼用されている。このように１枚の透光板３を入射窓Ｗ１及び射出窓Ｗ２として兼用できるのは、上述したように一方のミラー２に形成された光通過穴ｈが光の入口及び出口として兼用されているからであり、かかる構成により部品点数の削減及び製造コストの削減を図れる。
なお、入射窓Ｗ１及び射出窓Ｗ２は、互いに異なる側壁に設けられていても良いし、互いに異なる透光板３によって形成されていても良い。

【0044】

本実施形態の透光板３は、前壁１ａに形成された凹部にパッキン等の弾性部材を介して嵌め込まれており、その外側にはさらにパッキン等の弾性部材を介して押さえ部材４が設けられている。押さえ部材４は、中心部に光が通過する光通過孔４ａが形成された平板状のものであり、前壁１ａにネジ留めされることにより、透光板３を押さえて固定している。
なお、透光板３の内部での多重反射による光の干渉によるノイズ（フリンジノイズ）を低減させるべく、透光板３の内部空間Ｓ側の面は、光源１０からの光の進行方向に対して傾斜させている。

【0045】

本実施形態のセル本体１は、図５及び図６に示すように、２つのセル要素（以下、第１セル要素１１、第２セル要素１２という）に分割されており、第１セル要素１１に一対のミラー２の一方（ここでは、第１ミラー２Ａ）が固定されるとともに、第２セル要素１２に一対のミラー２の他方（ここでは、第２ミラー２Ｂ）が固定されている。

【0046】

より具体的に説明すると、第１セル要素１１及び第２セル要素１２は、これらが組み合わさることでセル本体１を構成するものであり、言い換えれば、第１セル要素１１及び第２セル要素１２は、セル本体１を２つに分割した一方と他方とであって、例えば直方体を２つに分割した形状をなす。

【0047】

第１セル要素１１は、少なくともセル本体１の底壁１ｂの一部を構成するものであり、この底壁１ｂを構成する部分に第１ミラー２Ａがシール部材ＳＭを介してネジ留めされている。本実施形態の第１セル要素１１は、セル本体１の底壁１ｂ及び側壁全周（すなわち、前壁１ａ、左壁１ｃ、右壁１ｄ、及び後壁１ｅ）を構成している。

【0048】

第２セル要素１２は、少なくともセル本体１の上壁１ｆの一部を構成するものであり、この上壁１ｆに第２ミラー２Ｂがシール部材ＳＭを介してネジ留めされている。本実施形態の第２セル要素１２は、セル本体１の上壁１ｆのほぼ全体を構成している。

【0049】

このように、第１セル要素１１に第１ミラー２Ａを固定するとともに、第２セル要素１２に第２ミラー２Ｂを固定しているので、第１セル要素１１及び第２セル要素１２を組み合わせることにより、第１ミラー２Ａ及び第２ミラー２Ｂは上下方向に位置決めされる。つまり、第１セル要素１１及び第２セル要素１２を組み合わせることにより、各ミラー２Ａ、２Ｂは、これらの光軸ＬＡ、ＬＢと平行な基準平面Ｂに対して位置決めされる。
例えば、第１セル要素１１において第１ミラー２Ａが取り付けられている面、すなわち底壁１ｂの内向き面を基準平面Ｂとした場合、第１ミラー２Ａ及び第２ミラー２Ｂは、基準平面Ｂと直交する方向に位置決めされる。なお、基準平面Ｂは、光軸ＬＡ、ＬＢと平行な平面であれば良く、底壁１ｂの外向き面としても良いし、第２セル要素１２において第２ミラー２Ｂが取り付けられている面、すなわち上壁１ｆの内向き面としても良いし、セル本体１が載置される面としても良い。また、後述する第１スライド面５１や第２スライド面５２が各ミラー２Ａ、２Ｂと平行な場合は、これらの第１スライド面５１や第２スライド面５２を基準平面Ｂとしても良い。

【0050】

第１ミラー２Ａ及び第２ミラー２Ｂが上下方向に沿って位置決めされた状態において、第１ミラー２Ａ及び第２ミラー２Ｂそれぞれの光軸ＬＡ、ＬＢは、基準平面Ｂから上下方向に沿って所定の高さとなり、具体的にはそれぞれの光軸ＬＡ、ＬＢが基準平面Ｂから同じ高さとなる。

【0051】

然して、本実施形態のセル本体１は、図５及び図６に示すように、第１セル要素１１及び第２セル要素１２の間に設けられて、一方のセル要素１１、１２に対して他方のセル要素１２、１１をスライドさせるスライド機構５を備えている。

【0052】

このスライド機構５は、基準平面Ｂと平行な面内方向に沿って第１セル要素１１又は第２セル要素１２をスライド移動させるものであり、本実施形態では、図６に示すように、第２セル要素１２を前後方向及び左右方向にスライド移動させるものである。

【0053】

具体的にスライド機構５は、第２セル要素１２に形成された第１スライド面５１と、この第１スライド面５１が面接触する第２スライド面５２とを有しており、ここでは第２セル要素１２をスライド方向に沿って押し込む押し込み部材５３をさらに有している。

【0054】

本実施形態では、第２セル要素１２が第１セル要素１１と面接触しながらスライド移動するように構成されており、第１スライド面５１は、第２セル要素１２における第１セル要素１１に対向する面であり、第２スライド面５２は、第１セル要素１１における第２セル要素１２に対向する面である。これらの第１スライド面５１及び第２スライド面５２は、いずれも平面である。

【0055】

より詳細に説明すると、セル本体１の側壁上面、すなわち前壁１ａ、左壁１ｃ、右壁１ｄ、及び後壁１ｅそれぞれの上面には、上壁１ｆよりも若干大きい段部が形成されており、この段部に上壁１ｆが載置されている。これにより、図６に示すように、第２セル要素１２たる上壁１ｆは、前壁１ａ、左壁１ｃ、右壁１ｄ、及び後壁１ｅとの間に隙間Ｇを介して配置されることになり、この隙間Ｇによって第２セル要素１２が前後方向及び左右方向にスライド可能となる。なお図６では、第２セル要素１２たる上壁１ｆを左壁１ｃ側に押し込んだ状態を示しており、上壁１ｆと左壁１ｃとの間における隙間Ｇが無い状態である。

【0056】

押し込み部材５３は、第２セル要素１２に対して進退可能に設けられたものであり、具体的には側壁を貫通するとともに、例えばドライバによって押し引き可能なボルト等である。
本実施形態では、側壁の複数箇所に押し込み部材５３が設けられている。具体的に押し込み部材５３は、前壁１ａ又は後壁１ｅの少なくとも一方に設けられるとともに、左壁１ｃ又は右壁１ｄの少なくとも一方に設けられている。ここでの押し込み部材５３は、前壁１ａ、後壁１ｅ、及び右壁１ｄの３つの側壁には設けられているが、左壁１ｃには設けられていない。

【0057】

また、前壁１ａ、左壁１ｃ、右壁１ｄ、又は後壁１ｅの少なくとも１つには、複数箇所に押し込み部材５３が設けられている。ここでの押し込み部材５３は、前壁１ａや右壁１ｄには２箇所に設けられており、後壁１ｅには１箇所に設けられている。このように、同じ側壁に複数の押し込み部材５３を設けることで、本実施形態のスライド機構５は、第２セル要素１２を前後方向及び左右方向にスライド移動させることのみならず、上下方向に沿った軸周りに回転させながらスライドさせることができる。なお、押し込み部材５３の位置や個数は適宜変更して構わない。

【0058】

さらに本実施形態のスライド機構５は、第２セル要素１２に接触するとともに、当該第２セル要素１２のスライド方向を規制するガイド面５４を有している。このガイド面５４は、第２セル要素１２のスライド方向に沿って延びる面であり、ここでは前後方向に延びて左右方向のスライド移動を規制している。具体的にガイド面５４は、第２セル要素１２が接触した状態で押し込み部材５３による第２セル要素１２の押し込みを規制する面であり、セル本体１の側壁（ここでは、左壁１ｃ）において第２セル要素１２の側壁に対向する部分である。このように、本実施形態のガイド面５４は、第１セル要素１１に設けられているが、第１セル要素１１と第２セル要素１２との間に別部材を介在させて、その別部材にガイド面５４を設けても良い。

【0059】

このように構成された多重反射セル２０であれば、一対のミラー２が、反射面２１における光スポットＰが所定幅の細長領域Ｚに点在するように構成されており、且つ、細長領域Ｚの長手方向に沿った細長形状をなすので、これら一対のミラー２を従来よりも飛躍的に小型なものにすることができる。
これにより、セル本体１の内部空間Ｓとして必要な容積を非常に小さくすることができ、その結果、内部空間Ｓに導入される試料ガスの置換速度を向上させることが可能となり、分析の応答速度を大幅に向上させることができる。

【0060】

具体的には、細長領域Ｚの長手方向に沿ったミラー２の長さＬａが、細長領域Ｚの長手方向と直交する幅方向に沿ったミラー２の長さＬｂの２倍以上であり、本実施形態では約６倍である。そして、ミラー２の長手方向に沿ったセル本体１の長さが、ミラー２の幅方向に沿ったセル本体１の長さよりも長く、セル本体１の形状を扁平形状にしている。
これにより、多重反射により光路長を長くしつつ、ミラー２の小型化を図ることができ、従来のセル本体１よりも内部空間Ｓの容積を非常に小さくすることが可能となる。

【0061】

多重反射セル２０におけるミラー２の小型化を図るためには、反射面２１をトロイダル面とする態様が挙げられるが、トロイダルミラーを精度良く製作するためには、高度な加工技術が必要であり、製造コストが高い。
これに対して、本実施形態の多重反射セル２０は、一対のミラー２として球面ミラーを用いたヘリオットセルであるので、内部空間Ｓの容積の小型化を図りつつ、製造コストを低減させることができる。

【0062】

また、トロイダルミラーは曲率半径が互いに異なる２つの軸を有していることから、一対のミラーの間で光を多重反射させるためには、多重反射セルを組み立てるうえで各ミラーの位置や向きなどをシビアに決める必要がある。
これに対して、本実施形態において一対のミラー２として用いている球面ミラーは、曲率半径が１つに定まっているので、トロイダルミラーを用いた場合に比べて、多重反射セル２０の組み立て性が良い。

【0063】

さらに、第１セル要素１１に第１ミラー２Ａが固定されるとともに、第２セル要素１２に第２ミラー２Ｂが固定されており、第１セル要素１１及び第２セル要素１２の間にスライド機構５が設けられているので、このスライド機構５によって第１セル要素１１又は第２セル要素１２をスライドさせれば各ミラー２の位置調整を簡単に行うことができる。

【0064】

加えて、一対のミラー２が、基準平面Ｂに対して当該基準平面Ｂと直交する方向に位置決めされており、スライド機構５が、一方のセル要素に対して他方のセル要素を基準平面Ｂと平行な面内方向に沿ってスライドさせるので、基準平面Ｂに対して直交する方向にはミラー２の位置調整を不要にすることができる。つまり、基準平面Ｂと平行な面内方向に沿って第１セル要素１１又は第２セル要素１２をスライドさせることで各ミラー２の位置調整を完了させることができ、ミラー２の位置決めがより簡単になる。

【0065】

さらに加えて、スライド機構５が、第１セル要素１１に形成された第２スライド面５２と、第２セル要素１２に形成されるとともに第１スライド面５１とを有しているので、２つのセル要素の間に別部材を介在させずに、少ない部品点数でスライド機構５を構成することができる。

【0066】

そのうえ、スライド機構５が、第２セル要素１２に接触するとともに、第２セル要素１２のスライド方向を規制するガイド面５４を有しているので、第２セル要素１２をガイド面５４によって規制されたスライド方向にスライドさせることで一対のミラー２の位置調整を完了させることができ、一対のミラー２の位置決めを簡単にすることができる。

【0067】

また、第１セル要素１１及び第２セル要素１２が、略直方体形状をなすセル本体１を２つに分割したものであるので、多重反射セル２０を構成する部品点数を極力少なくすることができる。

【0068】

さらに、第２セル要素１２が、セル本体１の上壁１ｆの一部を構成しているので、第２セル要素１２を第１セル要素１１から取り外せば、セル本体１の内部を簡単に清掃などすることができ、セル本体１のメンテナンス性を向上させることができる。特に本実施形態のように排ガスを分析する場合、セル本体１の内部の汚れを簡単に清掃することができるようになる。しかも、清掃等のメンテナンスを終えた後は、第１セル要素１１と第２セル要素１２とを組み合わせることで、一対のミラー２の光軸を合わせることができるので、メンテナンス性及び組み立て性を一挙に向上させることができる。

【0069】

なお、本発明は前記各実施形態に限られるものではない。

【0070】

例えば、前記実施形態では、第２セル要素１２がセル本体１の上壁１ｆを構成していたが、第１セル要素１１がセル本体１の少なくとも一部を構成するとともに第１ミラー２Ａが固定されており、第２セル要素１２がセル本体１の少なくとも一部を構成するとともに第２ミラー２Ｂが固定されていれば、第１セル要素１１及び第２セル要素１２の形状は種々変更して構わない。
具体的には、図７に示すように、第２セル要素１２がセル本体１の上壁１ｆの一部を構成していても良いし、図８に示すように、第１セル要素１１が少なくとも底壁１ｂ及び後壁１ｅを構成し、第２セル要素１２が少なくとも上壁１ｆ及び前壁１ａを構成しても良い。

【0071】

また、前記実施形態のスライド機構５は、第２セル要素を前後方向及び左右方向にスライドイ動作させるものであったが、前後方向又は左右方向の何れか一方のみにスライド移動させるものであっても良いし、上下方向（セル本体１の厚み方向）にスライド移動させるものであっても良い。さらに、第２セル要素に対して、第１セル要素をスライド移動させるものであっても良い。

【0072】

セル本体１は、３つ以上のセル要素に分割されていても良いし、単一のセル要素から構成されていても良いし、セル本体１の形状は前記実施形態に限定されるものではない。さらには、セル本体１としては、スライド機構５を備えたものでなくても良い。

【0073】

一対のミラー２の製造方法は前記実施形態に限らず、例えばまず一対のミラー２の原型となる一対の原型ミラーを製造する。この原型ミラーは、反射面の形状が平面視において円形の球面ミラーである。
各原型ミラーは、これらの間で光が多重反射することにより各原型ミラーの反射面に形成される光スポットが、上述した細長領域に点在するように、ミラー直径、ミラー間距離、光通過穴の穴径、反射面の曲率半径などの種々のパラメータを適宜設定したものである。
そして、各原型ミラーの細長領域以外の部分を切断して取り除くことで、一対のミラーが細長領域に沿った細長形状に製造される。なお、細長領域Ｚを残すようにすれば、必ずしも各原型ミラーの細長領域以外の全部を取り除く必要はない。

【0074】

また、前記実施形態では、ミラー２の長手方向と細長領域Ｚの長手方向とが互いに平行である場合について説明したが、例えば図９（ａ）に示すように、ミラー２の長手方向に対して細長領域Ｚの長手方向が傾いていても良い。
さらに、光スポットＰは、直線上に点在する必要はなく、例えば図９（ｂ）のように楕円上に点在しても良い。

【0075】

スライド機構５は、前記実施形態では第１セル要素１１と第２セル要素１２とが互いに面接触するように構成されていたが、第１セル要素１１及び第２セル要素１２の間に別部材が介在するとともに、その別部材と第１セル要素１１や第２セル要素とが面接触してスライドするように構成されていても良い。なお、別部材は１つに限らず複数設けられていても良い。

【0076】

また、試料ガス（サンプル）は、排ガスのみならず大気などでもよいし、サンプルとしては液体や固体でも構わない。その意味では、測定対象成分もガスのみならず液体や固体でも本発明を適用可能である。また、測定対象を貫通透過した光の吸光度のみならず、反射による吸光度算出にも用いることができる。

【0077】

前記実施形態では、多重反射セル２０がヘリオットセルである場合について説明したが、多重反射セル２０は、ホワイトセルであっても良い。

【0078】

前記実施形態では一対のミラー２が、球面ミラーであったが、一対のミラー２としてトロイダルミラーを用いても構わない。

【0079】

前記実施形態では、光源が半導体レーザの一種である量子カスケードレーザ（QCL: Quantum Cascade Laser）である場合について説明したが、光源は、量子カスケードレーザ以外の半導体レーザであっても良い。また、光源は、必ずしも半導体レーザである必要もなく、例えばフィラメントを用いたランプであっても良いし、ＬＥＤ光源であっても良い。さらに光源は、中赤外光を射出するものに限らず、近赤外光や遠赤外光を射出するものであっても良いし、紫外光を射出するものであっても良い。

【0080】

前記実施形態では、ガス分析装置１００をＮＤＩＲ法を用いたものとして説明したが、本発明に係るガス分析装置は、例えばＦＴＩＲ法やＮＤＵＶ法を用いたものであっても良い。

【0081】

さらに、分析原理としては以下に説明するものであっても良い。

【0082】

まず、分析原理について説明する前に、情報処理装置４０の機能について説明する。
情報処理装置４０は、図１０に示すように、前記半導体レーザ１０の出力を制御する光源制御部４１や、前記光検出器３０からの出力信号を受信し、その値を演算処理して測定対象成分の濃度を算出する信号処理部４２しての機能を発揮する。

【0083】

前記光源制御部４１は、電流（又は電圧）制御信号を出力することによって半導体レーザ１０の電流源（又は電圧源）を制御するものであり、このことによって、その駆動電流（又は駆動電圧）を所定周波数で変化させ、ひいては、半導体レーザ１０から出力されるレーザ光の発振波長を前記所定周波数で変調させる。

【0084】

この実施形態においては、光源制御部４１は駆動電流を正弦波状に変化させ、前記発振周波数を正弦波状に変調する（図１２の変調信号参照）。また、前記レーザ光の発振波長は、図１１に示すように、測定対象成分の光吸収スペクトルのピークを中心にして変調されるようにしてある。

【0085】

前記信号処理部４２は、第１算出部４２１、周波数成分抽出部４２２、第２算出部４２３等からなる。
第１算出部４２１は、試料ガスが封入され、その中の測定対象成分による光吸収が生じる状態での前記多重反射セル２０を透過したレーザ光（以下、測定対象光ともいう。）の光強度と、光吸収が実質的にゼロ状態での前記多重反射セル２０を透過したレーザ光（以下、参照光ともいう。）の光強度との比の対数（以下、強度比対数ともいう。）を算出するものである。

【0086】

より詳細に説明すると、前者、後者いずれの光強度も前記光検出器３０により測定され、その測定結果データはメモリの所定領域に格納されるところ、前記第１算出部４２１は、この測定結果データを参照して前記強度比対数を算出する。

【0087】

しかして、前者の測定（以下、サンプル測定ともいう。）は、当然のことながら、試料ガスごとに都度行われる。後者の測定（以下、参照測定ともいう。）は、前記サンプル測定の前後にいずれかに都度行ってもよいし、適宜のタイミングで、例えば１回だけ行い、その結果をメモリに記憶させて各サンプル測定に共通に用いてもよい。

【0088】

なお、この実施形態においては、光吸収が実質的にゼロとなる状態とするために、前記測定対象成分の光吸収がみられる波長帯域において、光吸収が実質的にゼロとなるゼロガス、例えばＮ_２ガスを多重反射セル２０に封入しているが、その他のガスでもよいし、多重反射セル２０内を真空にしても構わない。

【0089】

前記周波数成分抽出部４２２は、前記第１算出部４２１が算出した強度比対数（以下、吸光度信号ともいう。）を、前記変調周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数）の周波数を有する参照信号でロックイン検波して、当該強度比対数から参照信号の有する周波数成分を抽出するものである。なお、ロックイン検波は、デジタル演算で行ってもよいし、アナログ回路による演算で行ってもよい。また、周波数成分の抽出は、ロックイン検波のみならず、例えばフーリエ級数展開といった方式を用いても構わない。

【0090】

第２算出部４２３は、前記周波数成分抽出部４２２による検波結果に基づいて、前記測定対象成分の濃度を算出するものである。

【0091】

次に、前記各部の詳細説明を兼ねて、このガス分析装置１００の動作の一例を説明する。

【0092】

まず、光源制御部４１が、前述したように、半導体レーザ１０を制御し、前記変調周波数で、かつ測定対象成分の吸収スペクトルのピークを中心に、レーザ光の波長を変調する。

【0093】

次に、オペレータにより又は自動的に、多重反射セル２０内にゼロガスが封入されると、これを検知した前記第１算出部４２１は、参照測定を行う。
具体的には、ゼロガスが多重反射セル２０に封入された状態での光検出器３０からの出力信号を受信し、その値を測定結果データ格納部に格納する。この参照測定における光検出器３０の出力信号の値、すなわち参照光強度を時系列グラフで表すと、図１２（ａ）のようになる。すなわち、レーザの駆動電流（電圧）の変調による光出力の変化のみが光検出器３０の出力信号に表れている。

【0094】

そこで、オペレータにより又は自動的に多重反射セル２０内に試料ガスが封入されると、前記第１算出部４２１は、サンプル測定を行う。具体的には、試料ガスが多重反射セル２０に封入された状態での光検出器３０からの出力信号を受信し、その値をメモリの所定領域に格納する。このサンプル測定における光検出器３０の出力信号の値、すなわち測定対象光強度を時系列グラフで表すと、図１２（ｂ）のようになる。変調の半周期ごとに吸収によるピークが現れることがわかる。

【0095】

次に、第１算出部４２１は、各測定データを変調周期に同期させ、測定対象光の光強度と、参照光の光強度との強度比対数を算出する。具体的には、以下の式（数１）と均等な演算を行う。

【数1】

ここで、Ｄ_ｍ（ｔ）は測定対象光強度、Ｄ_ｚ（ｔ）は参照光強度、Ａ（ｔ）は強度比対数（吸光度信号）である。この吸光度信号を時間を横軸にとってグラフに表すと図１２（ｃ）のようになる。

【0096】

なお、強度比対数の求め方としては、測定対象光強度と参照光強度との比を算出してからその対数を求めてもよいし、測定対象光の対数及び参照光強度の対数をそれぞれ求め、それらを差し引いても構わない。

【0097】

次に、周波数成分抽出部４２２が、前記強度比対数を前記変調周波数の２倍の周波数を有する参照信号でロックイン検波、すなわち、該変調周波数の２倍の周波数成分を抽出し、そのデータ（以下、ロックインデータともいう。）を、メモリの所定領域に格納する。なお、測定対象光の対数と参照光強度の対数とをそれぞれロックイン検波したものを差し引くことによりロックインデータを得ても良い。

【0098】

このロックインデータの値が、測定対象成分の濃度に比例した値となり、第２算出部４２３が、該ロックインデータの値に基づいて、測定対象成分の濃度を示す濃度指示値を算出する。

【0099】

しかして、このような構成によれば、何らかの要因でレーザ光強度が変動したとしても前述した強度比対数には、一定のオフセットが加わるだけで、波形は変化しない。したがって、これをロックイン検波して算出された各周波数成分の値は変化せず、濃度指示値は変化しないため、精度のよい測定が期待できる。

【0100】

その理由を詳細に説明すると以下のとおりである。
一般的に、吸光度信号Ａ（ｔ）をフーリエ級数展開すると、次式（数２）で表される。
なお、式（数２）におけるａ_ｎが測定対象成分の濃度に比例する値であり、この値ａ_ｎに基づいて前記第２算出部４２３が測定対象成分の濃度を示す濃度指示値を算出する。

【数2】

ここで、ｆ_ｍは変調周波数であり、ｎは変調周波数に対する倍数である。

【0101】

一方、Ａ（ｔ）は、前記式（数１）とも表される。

【0102】

次に、測定中に何らかの要因でレーザ光強度がα倍変動した場合の、吸光度信号Ａ‘（ｔ）は、以下の式（数３）のように表される。

【数3】

【0103】

この式（数３）から明らかなように、Ａ‘（ｔ）は、レーザ光強度の変動のない場合の吸光度信号Ａ（ｔ）に一定値である－ｌｎ（α）が加わるだけとなり、レーザ光強度が変化しても各周波数成分の値ａ_ｎは変化しないことがわかる。

【0104】

よって、変調周波数の２倍の周波数成分の値に基づいて決定している濃度指示値には影響はでない。
以上が、試料ガスに測定対象成分以外の干渉成分が含まれていない場合のガス分析装置１００の動作例である。

【0105】

次に、測定対象成分のピーク光吸収波長に光吸収を有する１又は複数の干渉成分（例えばＨ_２Ｏ）が試料ガスに含まれている場合の本ガス分析装置１００の動作例について説明する。

【0106】

まず、原理を説明する。
測定対象成分と干渉成分の光吸収スペクトルは形状が違うため、それぞれの成分が単独で存在する場合の吸光度信号は波形が異なり、各周波数成分の割合が異なる（線形独立）。このことを利用し、測定された吸光度信号の各周波数成分の値と、あらかじめ求めた測定対象成分と干渉成分の吸光度信号の各周波数成分の関係を用いて、連立方程式を解くことにより、干渉影響が補正された測定対象成分の濃度を得ることができる。

【0107】

測定対象成分、干渉成分のそれぞれが単独で存在する場合の単位濃度当たりの吸光度信号をそれぞれＡ_ｍ（ｔ）、Ａ_ｉ（ｔ）とし、それぞれの吸光度信号の各周波数成分をａ_ｎｍ、ａ_ｎｉとすると、以下の式（数４、数５）が成り立つ。

【数4】

【数5】

【0108】

測定対象成分、干渉成分の濃度がそれぞれＣ_ｍ、Ｃ_ｉで存在する場合の吸光度信号値Ａ（ｔ）は、各吸光度の線形性により、以下の式（数６）で表される。

【数6】

【0109】

ここで、Ａ（ｔ）のｆ_ｍと２ｆ_ｍの周波数成分をそれぞれａ_１、ａ_２とすれば、上式（数６）より、以下の連立方程式（数７）が成り立つ。

【数7】

【0110】

測定対象成分、干渉成分のそれぞれが単独で存在する場合の各周波数成分ａ_ｎｍ、ａ_ｎｉ（ｎは自然数、ここではｎ＝１，２）は、あらかじめ、各スパンガスを流して求めておくことができるので、上式（数７）の連立方程式を解くという簡単かつ確実な演算により、干渉影響が取り除かれた測定対象ガスの濃度Ｃ_ｍを決定することができる。

【0111】

上述した原理に基づいてガス分析装置１００は動作する。
すなわち、この場合のガス分析装置１００は、メモリの所定領域に、例えば事前にスパンガスを流して予め測定するなどして、前記測定対象成分及び干渉成分が単独で存在する場合のそれぞれの吸光度信号の周波数成分ａ_１ｍ、ａ_２ｍ、ａ_１ｉ、ａ_２ｉを記憶している。具体的には、前例同様、測定対象成分及び干渉成分それぞれにおいて、測定対象光強度と参照光強度とを測定して、それらの強度比対数（吸光度信号）を算出し、該強度比対数からロックイン検波するなどして前記周波数成分ａ_１ｍ、ａ_２ｍ、ａ_１ｉ、ａ_２ｉを求め、これらを記憶する。なお、前記周波数成分ではなく、単位濃度当たりの吸光度信号Ａ_ｍ（ｔ）、Ａ_ｉ（ｔ）を記憶して、前記式（数４）から周波数成分ａ_１ｍ、ａ_２ｍ、ａ_１ｉ、ａ_２ｉを算出するようにしてもよい。

【0112】

そして、該ガス分析装置１００は、オペレータからの入力などによって、測定対象成分及び干渉成分を特定する。

【0113】

次に、前記第１算出部４２１が、前記式（数１）に従って強度比対数Ａ（ｔ）を算出する。
その後、前記周波数成分抽出部４２２が、前記強度比対数を前記変調周波数ｆ_ｍ及びその２倍の周波数２ｆ_ｍを有する参照信号でロックイン検波して、各周波数成分ａ_１、ａ_２（ロックインデータ）を抽出し、メモリの所定領域に格納する。

【0114】

そして、第２算出部４２３が、前記ロックインデータの値ａ_１、ａ_２及びメモリに記憶された周波数成分ａ_１ｍ、ａ_２ｍ、ａ_１ｉ、ａ_２ｉの値を前記式（数７）に当てはめ、あるいはこれと均等な演算を行って、干渉影響が取り除かれた測定対象ガスの濃度を示す濃度（又は濃度指示値）Ｃ_ｍを算出する。このとき、各干渉成分の濃度（又は濃度指示値）Ｃ_ｉを算出してもよい。

【0115】

なお、干渉成分が２以上存在する場合でも、干渉成分の数だけ、より高次の周波数成分を追加して、成分種の数と同じ元数の連立方程式を解くことで、同様に干渉影響が取り除かれた測定対象成分の濃度を決定することができる。

【0116】

すなわち、一般に測定対象成分と干渉成分を合わせてｎ種のガスが存在する場合、ｋ番目のガス種のｉ×ｆ_ｍの周波数成分を、ａ_ｉｋ、ｋ番目のガス種の濃度をＣ_ｋとすると、以下の式（数８）が成り立つ。

【数8】

【0117】

この式（数８）で表されるｎ元連立方程式を解くことで、測定対象成分及び干渉成分の各ガスの濃度を決定することができる。

【0118】

またnより大きい次数の高調波成分も追加して、ガス種の数より大きい元数の連立方程式を作り、最小二乗法で、各ガス濃度を決定してもよく、こうすることで、より測定ノイズに対しても誤差の小さい濃度決定が可能となる。

【0119】

前記実施形態では１つの光検出器によりサンプル測定及び参照測定を行っているが、図１３に示すように、２つの光検出器３１、３２を用いて、一方の光検出器３１をサンプル測定用とし、他方の光検出器３２を参照測定用としても良い。この場合、ハーフミラ３３により光源２からの光を分岐させる。また、参照測定の光路上に参照セルを配置しても良い。なお、参照セルには、ゼロガス又は濃度既知の基準ガスを封入することが考えられる。

【0120】

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

【符号の説明】

【0121】

１００・・・ガス分析装置
２０ ・・・多重反射セル
Ｓ ・・・内部空間
１ ・・・セル本体
２Ａ、Ｂ・・・ミラー
２１ ・・・反射面
Ｐ ・・・光スポット
Ｚ ・・・細長領域
１１ ・・・第１セル要素
１２ ・・・第２セル要素
５ ・・・スライド機構
５１ ・・・第１スライド面
５２ ・・・第２スライド面
５３ ・・・押し込み部材
５４ ・・・ガイド面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】