特開 2023-109399 測定装置

(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】P2023109399

(43)【公開日】2023-08-08

(54)【発明の名称】測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/03 20060101AFI20230801BHJP

   G01N 21/35 20140101ALI20230801BHJP

【ＦＩ】

G01N21/03 B

G01N21/35

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022010889

(22)【出願日】2022-01-27

(71)【出願人】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(71)【出願人】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池原 辰弥

(72)【発明者】

【氏名】古宮 哲夫

(72)【発明者】

【氏名】東條 公資

(72)【発明者】

【氏名】富田 英生

【テーマコード（参考）】

2G057

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G057AA01

2G057AB02

2G057AB04

2G057AB06

2G057AC03

2G057BA01

2G057BA05

2G057BB08

2G057DA03

2G057EA06

2G057EA07

2G059AA01

2G059BB01

2G059EE01

2G059GG01

2G059GG09

2G059HH01

2G059JJ14

2G059KK02

2G059LL03

2G059NN02

(57)【要約】

【課題】光共振器内の温度を目標温度まで加熱または冷却して測定を行うことに適した測定装置を提供する。
【解決手段】ガス測定装置１００は、光を共振させる光共振器３と、光共振器３に照射するための光を発生させる光発生器１と、光共振器３から取り出された光を検出する光検出器６と、を備える。光共振器３は、複数のミラー３１，３２と、保持部材３３，３４と、円筒部材３６と、円筒部材３７と、温度調節器３８と、を備える。保持部材３３，３４は、円筒部材３６より熱膨張率が低い。円筒部材３６は、保持部材３３，３４より熱伝導率の高い部分と、第１部分に比べて伸縮性の高いベローズ３６ａ，３６ｂと、を有する。円筒部材３７は、円筒部材３６と同等以上の熱伝導率を持ち、ベローズ３６ａ，３６ｂの内側を含む複数のミラー３１，３２の位置まで設けられる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を共振させる光共振器と、前記光共振器に照射するための光を発生させる光発生器と、前記光共振器から取り出された光を検出する光検出器と、を備えた測定装置であって、
前記光共振器は、
複数のミラーと、
前記複数のミラーを保持する保持部と、
前記保持部とそれぞれ接する両端部を有し、前記複数のミラーを含む空間を形成する第１筒部と、
前記第１筒部に沿って、該第１筒部の内側に設けられる第２筒部と、
前記第１筒部の内側の温度を調節する温度調節部と、を備え、
前記保持部は、前記第１筒部より熱膨張率が低い材料で構成られ、
前記第１筒部は、
前記保持部より熱伝導率の高い材料で構成された第１部分と、
前記第１部分に比べて伸縮性の高い第２部分と、を有し、
前記第２筒部は、
前記第１部分と同等以上の熱伝導率を持つ材料で構成され、前記第２部分の内側を含む前記複数のミラーの位置まで設けられる、測定装置。

【請求項2】

前記第２部分は、前記第１筒部の少なくとも一方の端部に設けられる、請求項１に記載の測定装置。

【請求項3】

前記第２部分は、ベローズである、請求項１または請求項２に記載の測定装置。

【請求項4】

前記保持部は、前記複数のミラーをそれぞれ保持する複数の保持部材を有し、
各保持部の相対位置を固定する固定部をさらに備えた、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の測定装置。

【請求項5】

前記複数のミラーは、第１のミラーと、第２のミラーとを有し、
前記保持部は、前記第１のミラーを保持した第１保持部と、前記第２のミラーを保持した第２保持部とを少なくとも有し、
前記固定部は、前記第１保持部と前記第２保持部との距離を一定に保つ、請求項４に記載の測定装置。

【請求項6】

前記固定部は、フランジ形状の前記第１保持部および前記第２保持部を固定する３本以上のロッドであり、前記ロッドは、前記第１筒部より熱膨張率が低い材料で構成される、請求項５に記載の測定装置。

【請求項7】

前記保持部は、保持するミラーを変位させるピエゾ素子を有する、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光共振器を備える測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

空気中の環境汚染物質などの測定において、ガス吸収分光法などの測定原理を利用するガス測定装置が広く使用されている。このガス測定装置では、測定対象のガスに光を照射し、当該ガスに含まれる物質の共鳴周波数と同じ周波数で吸収される光の強度から物質を定量する。

【0003】

例えば、測定対象のガスに含まれる揮発性有機化合物（VOC：Volatile Organic Compounds）または極微量の気体（一酸化炭素、二酸化炭素の同位体、など）を測定する場合、ガス測定装置は、検出感度を高めるために光共振器を用いて測定対象のガスを測定する必要がある。光共振器を用いたガス測定装置については、例えば、非特許文献１に開示がある。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】"Development of a low-temperature cavity Ring-Down Spectrometer for the detection of CarBon-14", McCartt, Stanford University, July 2014

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

光共振器は、２枚以上の高反射率ミラーの間で光を反射させることで、ガスの測定に利用できる実効光路長をキロメートルオーダーまで長くすることができる。そのため、光共振器が熱によって大きく変形すると、ガス測定装置の検出感度に大きな影響を与える。そこで、光共振器は、熱膨張率の低い材料（例えば、インバー合金、または超低膨張ガラス）で構成することが考えられる。

【0006】

しかし、光共振器を熱膨張率の低い材料で構成した場合、当該材料の熱伝導率が低いため、光共振器内の温度を目標温度まで加熱または冷却するのに長い時間が必要となる。さらに、光共振器を熱伝導率の低い材料で構成すると、光共振器内の温度分布に偏りが生じやすく、ガス測定装置においてガスを測定する際に、この温度分布の偏りが検出誤差の要因となる。さらに、熱膨張率の低い材料は、加工し難い材料で、価格も高い。

【0007】

本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、光共振器内の温度を目標温度まで加熱または冷却して測定を行うことに適した測定装置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】

本開示の態様に係る測定装置は、光を共振させる光共振器と、光共振器に照射するための光を発生させる光発生器と、光共振器から取り出された光を検出する光検出器と、を備える。光共振器は、複数のミラーと、複数のミラーを保持する保持部と、保持部とそれぞれ接する両端部を有し、複数のミラーを含む空間を形成する第１筒部と、第１筒部に沿って、該第１筒部の内側に設けられる第２筒部と、第１筒部の内側の温度を調節する温度調節部と、を備える。保持部は、第１筒部より熱膨張率が低い材料で構成られ、第１筒部は、保持部より熱伝導率の高い材料で構成された第１部分と、第１部分に比べて伸縮性の高い第２部分と、を有する。第２筒部は、第１部分と同等以上の熱伝導率を持つ材料で構成され、第２部分の内側を含む複数のミラーの位置まで設けられる。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、光共振器は、第１筒部より熱膨張率が低い材料で構成られた保持部で複数のミラーを保持し、第１部分と同等以上の熱伝導率を持つ第２筒部が、第２部分の内側を含む複数のミラーの位置まで設けられているので、光学的安定性を確保しつつ、内側に生じる温度分布の偏りを抑えて目標温度まで加熱または冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態に係るガス測定装置の全体構成を示すブロック図である。

【図2】実施の形態に係る光共振器の構成を示す概略図である。

【図3】比較対象の光共振器の構成を示す概略図である。

【図4】変形例に係るガス測定装置の全体構成を示すブロック図である。

【図5】別の変形例に係るガス測定装置の全体構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

【0012】

［実施の形態］
＜測定装置の構成＞
図１は、実施の形態に係るガス測定装置１００の全体構成を示すブロック図である。図１に示すガス測定装置１００は、光共振器３を用いて測定対象であるガス（サンプルガス）に含まれる目的成分の光吸収を測定する。ガス測定装置１００は、レーザ光源である光発生器１と、光共振器３と、光検出器６と、コントローラ１０とを備える。

【0013】

光発生器１は、光共振器３に照射するためのレーザ光を発する。光発生器１は、コントローラ１０からの指令に従ってレーザ光の発振周波数を可変することができる。例えば、光発生器１は、量子カスケードレーザ（ＱＣＬ：Quantum Cascade Laser）のレーザ光源であって、中赤外（波長５μｍ程度）のレーザ光を発する。コントローラ１０は、光発生器１の駆動電流を変更することにより、レーザ光の発振周波数を変化させることができる。

【0014】

光共振器３は、測定対象のサンプルガスを封入可能な容器であり、例えば円筒形状を有する。光共振器３には、測定開始前にサンプルガスを導入するための導入管４１と、導入管４１に設けられる電磁弁４２と、測定終了後にサンプルガスを排出するための排出管４３と、排出管４３に設けられる電磁弁４４とを設けてある（図２参照）。ガス測定装置１００は、測定する毎に電磁弁４２，４４を開いて、導入管４１から測定するサンプルガスを光共振器３に封入し、測定後に電磁弁４２，４４を開いて、排出管４３から測定が終わったサンプルガスを光共振器３から排出する。

【0015】

光共振器３は、光発生器１と光検出器６との間に設けられている。光共振器３は、一対のミラー３１，３２を含む。ミラー３１，３２は、光共振器３の内側において光が互いの間で反射するように対向して配置されている。各ミラー３１，３２には、光共振器３の外部に漏れ出す光が極めて微弱になるように高反射率（たとえば９９．９８％程度）のものを採用することが好ましい。

【0016】

本実施の形態において、光共振器３の共振器長Ｌ１は、ミラー３１とミラー３２とを結ぶ方向（光軸方向）におけるミラー３１とミラー３２との間の距離である。共振器長Ｌ１は、たとえば数十ｃｍ（この例では約３０ｃｍ）である。

【0017】

図１に示す例では、ミラー３１，３２は、いずれも凹面鏡である。しかし、両方のミラー３１，３２が凹面鏡であることは必須ではない。ミラー３１，３２のうちの少なくとも一方が凹面鏡であればよい。たとえば、ミラー３１，３２のうちの一方が凹面鏡であり、他方が平面鏡であってもよい。

【0018】

光検出器６は、フォトダイオードまたはイメージセンサなどの検出器である。光検出器６は、ミラー３２から取り出された微弱な透過光を検出し、その検出結果を示す信号（検出信号）をコントローラ１０に出力する。

【0019】

コントローラ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのプロセッサ１０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ１０２と、入出力ポート（図示せず）とを含む。コントローラ１０は、ガス測定装置１００を構成する各機器を制御する。より具体的には、コントローラ１０は、レーザ光の発振周波数を走査するための指令を光発生器１に出力したり、光検出器６からの検出信号を受け取ったりする。また、コントローラ１０は、光検出器６からの検出信号をＡ／Ｄ変換した後、当該Ａ／Ｄ変換したデータに基づいてサンプルガスに含まれる目的成分の濃度（絶対濃度）などの情報を解析する各種データ処理を実行する。

【0020】

なお、コントローラ１０は、機能毎に２以上のユニットに分割して構成されていてもよい。たとえば、コントローラ１０は、各機器を制御するユニットと、各種データ処理を実行するユニットとに分割されていてもよい。

【0021】

＜測定原理＞
光共振器３を用いた吸収分光法による測定原理について簡単に説明する。一般に、光共振器３には、光共振器３に照射される光の周波数が特定の周波数である場合に共振が生じるとの共振条件が存在する。以下、光共振器３に照射されるレーザ光の周波数を「レーザ周波数」と呼ぶ。光共振器３により共振が生じ得る光の周波数を「モード周波数」と呼ぶ。

【0022】

レーザ周波数がいずれかのモード周波数と一致することで、光共振器３内にレーザ光のパワーが蓄えられる。レーザ光のパワーが光共振器３内に十分に蓄積された後、光共振器３に照射されるレーザ光を遮断する。遮断前に光共振器３内に蓄えられていた光は、ミラー３１とミラー３２との間を多数回（通常、数千～数万回）往復する。この光は、ミラー３１，３２の間を往復するうちにサンプルガス中の目的成分による吸収により徐々に減衰する。その際に、ミラー３２から漏れ出る透過光の減衰を光検出器６によって検出する。光共振器３を用いた吸収分光法では、光がサンプルガスを通過する距離（実行光路長）を光共振器３により長くすることで、目的成分による光吸収が極めて僅かであっても、その光吸収を検出することができる。

【0023】

コントローラ１０は、光検出器６からの検出信号に基づいて光の減衰の時定数を求める。この時定数から、そのときのレーザ周波数における目的成分の吸収係数を算出できる。レーザ周波数を走査して同様の測定を繰り返すことにより、目的成分の吸収スペクトルを作成することも可能である。さらに、吸収係数から目的成分の濃度を算出できる。

【0024】

＜光共振器＞
ガス測定装置１００において、測定対象のガスに含まれる揮発性有機化合物または極微量の気体を測定するためには、光共振器３内の温度を低温にする必要がある。そのため、光共振器３には、内側の温度を調節する温度調節器が設けられている。図２は、実施の形態に係る光共振器３の構成を示す概略図である。一方、図３は、比較対象の光共振器３ａの構成を示す概略図である。

【0025】

まず、比較対象の光共振器３ａでは、図３に示すように、ミラー３１を保持する保持部材３３と、ミラー３２を保持する保持部材３４とが円筒部材３９の両端において接続された構造である。光共振器３ａは、ミラー３１とミラー３２との間の距離（共振器長Ｌ１）が変化しないように、保持部材３３，３４および円筒部材３９に熱膨張率の低い材料で構成している。

【0026】

さらに、光共振器３ａでは、内側の温度を低温にするため、円筒部材３９の側面に光共振器３ａ内の温度を調節する温度調節器３８が設けられている。しかし、温度調節器３８を設けた円筒部材３９に熱膨張率の低い材料で構成されているので熱伝導率が低く、光共振器３ａ内の温度を目標温度まで冷却するのに長い時間が必要であった。さらに、光共振器３ａを熱伝導率の低い材料で構成すると、光共振器３ａ内の温度分布に偏りが生じやすく、ガス測定装置においてガスを測定する際に、この温度分布の偏りが検出誤差の要因となる。

【0027】

そこで、本実施の形態に係る光共振器３では、図２に示すように、ミラー３１（第１のミラー）を保持する保持部材３３（第１保持部）と、ミラー３２（第２のミラー）を保持する保持部材３４（第２保持部）との距離（共振器長Ｌ１）が一定となるように複数のロッド３５で固定する構造を採用している。さらに、光共振器３では、ミラー３１，３２を含む空間を形成するための円筒部材３６（第１筒部）を設け、円筒部材３６の端部の各々が保持部材３３，３４と接している。なお、円筒部材３６の側面には、光共振器３内の温度を調節する温度調節器３８が設けられている。

【0028】

光共振器３は、円筒部材３６の両端に設けたフランジ形状の保持部材３３，３４を３本以上のロッド３５で固定する構造である。この保持部材３３，３４およびロッド３５は、円筒部材３６より熱膨張率の低い材料（例えば、インバー合金、または超低膨張ガラス）で構成し、温度変化が生じた場合であってもミラー３１とミラー３２との間の距離（共振器長Ｌ１）が変化し難くなっている。一方、円筒部材３６は、光共振器３内を加熱または冷却しやすいように保持部材３３，３４およびロッド３５より熱伝導率の高い材料（例えば、アルミニウム、銅など）で構成する。

【0029】

ただし、保持部材３３，３４およびロッド３５より熱伝導率の高い部分（第１部分）のみで円筒部材３６を構成した場合、温度調節器３８の温度変化によって生じる円筒部材３６の変形により保持部材３３，３４およびロッド３５に力が加わり、ミラー３１とミラー３２との間の距離（共振器長Ｌ１）に影響を与える可能性がある。そこで、円筒部材３６は、図２に示すように、両端部にベローズ３６ａ，３６ｂを設けている。ベローズ３６ａ，３６ｂは、円筒部材３６の他の部分（第１部分）に比べて伸縮性が高い部分（第２部分）である。ここで、伸縮性とは、円筒部材３６の延在方向に引っ張り応力または圧縮応力を加えたときに当該延在方向に生じる変形量であって、弾性コンプライアンス定数で定義することができる。そのため、温度調節器３８の温度変化によって生じた熱伝導率の高い部分（第１部分）の変形を、ベローズ３６ａ，３６ｂ（第２部分）の伸縮で相殺または低減している。これにより、光共振器３は、温度調節器３８による温度調節を容易にしつつ、保持部材３３，３４およびロッド３５により保持されたミラー３１とミラー３２との間の距離に与える影響を低減している。なお、円筒部材３６の変形は、温度調節器３８の温度変化以外に、ガスを封入している部分の熱的なゆらぎによっても生じる可能性がある。

【0030】

なお、ベローズ３６ａ，３６ｂは、円筒部材３６の両端に設けられているが、熱伝導率の高い部分で生じた変形を相殺または低減できればベローズ３６ａ，３６ｂのうち、いずれか一方のベローズのみ円筒部材３６に設けてもよい。さらに、ベローズを設ける位置は、円筒部材３６の端部に限定されず、中央部など他の位置に設けてもよい。また、円筒部材３６は、熱伝導率の高い部分（第１部分）とベローズ３６ａ，３６ｂの部分（第２部分）とを別部材で作製し組み合わせて構成してもよいが、１つの部材の一部をベローズの形状に加工して第１部分と第２部分とを一体で構成してもよい。

【0031】

ここで、温度調節器３８は、円筒部材３６，３９の内側の温度を調節する温度調節部であり、例えばヒータ、ペルチェ素子などを含む。コントローラ１０は、円筒部材３６，３９の内側の温度が目標温度となるように温度調節器３８を制御する。

【0032】

円筒部材３６は、前述したように、熱伝導率の高い部分（第１部分）のみで構成されているのではなく、ベローズ３６ａ，３６ｂの部分（第２部分）を有している。そのため、ベローズ３６ａ，３６ｂの部分が熱抵抗として機能し、温度調節器３８からの熱量の円筒部材３６内への伝搬を妨げる場合がある。つまり、円筒部材３６にベローズ３６ａ，３６ｂの部分を設けることで、円筒部材３６内の温度分布に偏りが生じやすくなる。

【0033】

そこで、本実施の形態に係る光共振器３では、図２に示すように、円筒部材３６に沿って内側に円筒部材３７（第２筒部）をさらに設けている。円筒部材３７は、円筒部材３６と同等以上の熱伝導率を持つ材料（例えば、アルミニウム、銅など）で構成してあり、ベローズ３６ａ，３６ｂの内側を含むミラー３１，３２の位置まで設けられる。そのため、熱抵抗を持たない円筒部材３７により、ベローズ３６ａ，３６ｂの内側を含む円筒部材３６内の全体に、温度調節器３８からの熱量を伝搬させることができる。つまり、円筒部材３７を設けることで、円筒部材３６内の温度分布に偏りを抑えることができる。

【0034】

なお、円筒部材３６は、内側にサンプルガスを封止する必要があるため、気密性を確保しつつ保持部材３３，３４と接続する必要がある。一方、円筒部材３７は、内側にサンプルガスを封止する必要がないため、ミラー３１，３２を保持している保持部材３３，３４の近傍まで設けてあればよく、保持部材３３，３４と接続する必要はない。そのため、円筒部材３７には、円筒部材３６のように熱抵抗となるベローズを設ける必要がない。

【0035】

以上のように、本実施の形態に係るガス測定装置１００は、光を共振させる光共振器３と、光共振器３に照射するための光を発生させる光発生器１と、光共振器３から取り出された光を検出する光検出器６と、を備える。光共振器３は、複数のミラー３１，３２と、複数のミラー３１，３２を保持する保持部材３３，３４と、保持部材３３，３４とそれぞれ接する両端部を有し、複数のミラー３１，３２を含む空間を形成する円筒部材３６と、円筒部材３６に沿って、該円筒部材３６の内側に設けられる円筒部材３７と、円筒部材３６の内側の温度を調節する温度調節器３８と、を備える。保持部材３３，３４は、円筒部材３６より熱膨張率が低い材料で構成られる。円筒部材３６は、保持部材３３，３４より熱伝導率の高い材料で構成された部分（第１部分）と、該部分に比べて伸縮性の高いベローズ３６ａ，３６ｂ（第２部分）と、を有する。円筒部材３７は、円筒部材３６と同等以上の熱伝導率を持つ材料で構成され、ベローズ３６ａ，３６ｂの内側を含む複数のミラー３１，３２の位置まで設けられる。これにより、本実施の形態に係る光共振器３は、保持部材３３，３４でミラー３１，３２の位置を固定して光学的安定性を確保しつつ、円筒部材３７で内側に生じる温度分布の偏りを抑えて目標温度まで加熱または冷却することができる。

【0036】

ベローズ３６ａ，３６ｂは、円筒部材３６の少なくとも一方の端部に設けられること、ミラー３１，３２をそれぞれ保持するフランジ形状の保持部材３３，３４を３本以上のロッド３５（固定部）で保持部材３３，３４の相対位置を固定することで、ミラー３１とミラー３２との間の距離（共振器長Ｌ１）を一定に保つことができる。

【0037】

［変形例］
（１）図４は、変形例に係るガス測定装置２００の全体構成を示すブロック図である。図４に示すガス測定装置２００は、光発生器１と光共振器３との間に光スイッチ２が設けられている点、およびミラー３２を変位させるためのピエゾ素子４が保持部材３４に設けられている点において、実施の形態に係るガス測定装置１００（図１参照）と異なる。つまり、ガス測定装置２００は、ミラー３２を変位させることで共振器長Ｌ１を変化させることが可能である。

【0038】

光スイッチ２は、コントローラ１０からの指令に従って、光発生器１から光共振器３へのレーザ光の照射と遮断とを切り替える。光スイッチ２としては、例えば音響光学変調器（ＡＯＭ：Acousto-Optic Modulator）を採用できる。光スイッチ２は、光発生器１からのレーザ光のパワーが光共振器３内に十分に蓄積された後に、光共振器３に照射されるレーザ光を遮断する。

【0039】

ピエゾ素子４は、光を通過させるための穴がドーナツ状に形成され、ミラー３２を光軸方向に変位させる。コントローラ１０がピエゾ素子４を制御することでミラー３２を変位させ、それにより共振器長Ｌ１を変化させることが可能である。コントローラ１０は、共振器長Ｌ１が所定量だけ変化するようにミラー３２を走査する。なお、ピエゾ素子をミラー３１側の保持部材３３に設けてもよく、ミラー３１を光軸方向に変位させてもよい。また、ミラー３２を変位させる構成は、ピエゾ素子４に限定されず、光軸方向に変位させることができるアクチュエータであればよい。

【0040】

以上のように、変形例に係るガス測定装置２００では、保持部材３４が、保持するミラー３２を変位させるピエゾ素子４を有する。これにより、ガス測定装置２００は、共振器長Ｌ１を所定量だけ変化させて、測定を行うことができる。

【0041】

（２）図５は、別の変形例に係るガス測定装置３００の全体構成を示すブロック図である。図５に示すガス測定装置３００は、２枚のミラーを含むファブリペロー型の光共振器ではなく、３枚のミラーを含むリング型の光共振器を採用している点において、実施の形態に係るガス測定装置１００（図１参照）と異なる。

【0042】

光共振器８は、内側に配置された３枚のミラー８１～８３を含む。光共振器８に照射されたレーザ光は、ミラー８１－ミラー８２－ミラー８３－ミラー８１－ミラー８２－ミラー８３－・・・と順に反射を繰り返す。ミラー８１，８２は平面鏡である。ミラー８３は凹面鏡である。ミラー８１とミラー８２との間の距離と、ミラー８３とミラー８２との間の距離とは等しい。この距離を「共振器長Ｌ２」と記載する。

【0043】

ミラー８３にはピエゾ素子９が設けられている。ピエゾ素子９は、コントローラ１０からの指令に従ってミラー８３を変位させる。これにより、共振器長Ｌ２を変化させることが可能である。なお、ミラー８３を変位させる必要がなければミラー８３にピエゾ素子９を設けなくてもよい。

【0044】

図示していないが、ミラー８１～８３を保持する保持部材、および保持部材の位置を固定するロッドは、熱膨張率の低い材料（例えば、インバー合金、または超低膨張ガラス）で構成される。また、ミラー８１～８３を含む空間を形成する円筒部材（第１筒部）は、高い熱伝導率を持つ材料（例えば、アルミニウム、銅など）で構成される。円筒部材（第１筒部）は、ベローズを有し、内側に同等以上の熱伝導率を持つ円筒部材（第２筒部）がさらに設けられている。

【0045】

（３）前述の実施の形態では、ファブリペロー型の光共振器について説明した。しかし、光共振器は、２枚以上のミラーで構成されたヘリオットセル（多重反射型セル）を採用してもよい。

【0046】

（４）前述の実施の形態では、光共振器３に円筒部材３６，３７を用いると説明した。しかし、光共振器は、円柱形状の円筒部材３６，３７に限定されず、筒状であれば三角柱、四角柱などの角柱形状の筒部材を採用してもよい。

【0047】

（５）前述の実施の形態では、円筒部材３６の変形を相殺または低減するためにベローズ３６ａ，３６ｂを設けると説明した。しかし、光共振器３は、円筒部材３６にベローズを設ける構成に限定されず、伸縮性の高い部材（例えば、樹脂、ゴムなど）をベローズに代えて採用してもよい。また、前述の実施の形態では、保持部材３３，３４の位置を固定する固定部としてロッド３５を採用すると説明した。しかし、固定部はロッド３５に限定されず、保持部材３３，３４の位置を固定できれば、板部材、他の装置の一部などであってもよく、ガス測定装置自体に保持部材３３，３４を固定すれば固定部自体を設けなくてもよい。
［態様］
上述した実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

【0048】

（第１項）
一態様に係る測定装置は、光を共振させる光共振器と、光共振器に照射するための光を発生させる光発生器と、光共振器から取り出された光を検出する光検出器と、を備えた測定装置であって、光共振器は、複数のミラーと、複数のミラーを保持する保持部と、保持部とそれぞれ接する両端部を有し、複数のミラーを含む空間を形成する第１筒部と、第１筒部に沿って、該第１筒部の内側に設けられる第２筒部と、第１筒部の内側の温度を調節する温度調節部と、を備え、保持部は、第１筒部より熱膨張率が低い材料で構成られ、第１筒部は、保持部より熱伝導率の高い材料で構成された第１部分と、第１部分に比べて伸縮性の高い第２部分と、を有し、第２筒部は、第１部分と同等以上の熱伝導率を持つ材料で構成され、第２部分の内側を含む複数のミラーの位置まで設けられる。

【0049】

第１項に記載の測定装置によれば、第１筒部より熱膨張率が低い保持部で複数のミラーを保持し、第１部分と同等以上の熱伝導率を持つ第２筒部が、第２部分の内側を含む複数のミラーの位置まで設けられているので、光学的安定性を確保しつつ、内側に生じる温度分布の偏りを抑えて目標温度まで加熱または冷却することができる。また、第１項に記載の測定装置によれば、光共振器内の温度を制御して、高い検出感度を得ることができる。

【0050】

（第２項）
第２項に記載の測定装置であって、第２部分は、第１筒部の少なくとも一方の端部に設けられる。第２項に記載の測定装置によれば、熱伝導率の高い第１部分で生じた変形を相殺または低減することができる。

【0051】

（第３項）
第３項に記載の測定装置であって、第２部分は、ベローズである。第３項に記載の測定装置によれば、熱伝導率の高い第１部分で生じた変形を相殺または低減することができる。

【0052】

（第４項）
第４項に記載の測定装置であって、保持部は、複数のミラーをそれぞれ保持する複数の保持部材を有し、各保持部の相対位置を固定する固定部をさらに備えた。第４項に記載の測定装置によれば、固定部で保持部の相対位置を固定することで、ミラーの間の距離を一定に保つことができる。

【0053】

（第５項）
第５項に記載の測定装置であって、複数のミラーは、第１のミラーと、第２のミラーとを有し、保持部は、第１のミラーを保持した第１保持部と、第２のミラーを保持した第２保持部とを少なくとも有し、固定部は、第１保持部と第２保持部との距離を一定に保つ。

【0054】

第５項に記載の測定装置によれば、温度調節部で温度調節を行う場合でも、第１のミラーと第２のミラーとの距離を一定に保つことができる。

【0055】

（第６項）
第６項に記載の測定装置であって、固定部は、フランジ形状の第１保持部および第２保持部を固定する３本以上のロッドであり、ロッドは、第１筒部より熱膨張率が低い材料で構成される。

【0056】

第６項に記載の測定装置によれば、製造コストを低減しつつ、第１のミラーと第２のミラーとの距離を一定に保つことができる。

【0057】

（第７項）
第７項に記載の測定装置であって、保持部は、保持するミラーを変位させるピエゾ素子を有する。第７項に記載の測定装置によれば、ミラーを変位させて共振器長を変化させることができる。

【0058】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0059】

１ 光発生器、２ 光スイッチ、３，３ａ，８ 光共振器、４，９ ピエゾ素子、６ 光検出器、１０ コントローラ、３１，３２，８１，８２，８３ ミラー、３３，３４ 保持部材、３５ ロッド、３６，３７，３９ 円筒部材、３６ａ，３６ｂ ベローズ、３８ 温度調節器、１００，２００，３００ ガス測定装置、１０１ プロセッサ、１０２ メモリ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】