JPS62220833A - Light scatter type particulate sensor - Google Patents
Light scatter type particulate sensorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は光散乱式微粒子センサにかかり、詳しくは微粒
子を含む空気等のサンプルに光を照射し、前記微粒子に
よる散乱光を検出することによって微粒子の個数や大き
さを測定する微粒子センサに関する。Detailed Description of the Invention (Industrial Field of Application) The present invention relates to a light scattering type particle sensor, and more specifically, a light scattering type particle sensor that irradiates a sample such as air containing particles with light and detects the light scattered by the particles. The present invention relates to a particle sensor that measures the number and size of particles.
（従来の技術およびその問題点）
従来、この種の光散乱式微粒子センサは種々提供されて
いる。しかるに、従来では検出用の光源として例えば出
力３０Ｗ程度のハロゲンランプを用いたものが多く、発
熱に伴う冷却装置や光源用電源等のスペースによってセ
ンサ全体が大型化、重量化するという問題があった。ま
た、消費電力が多大であるためランニングコストが嵩み
、省エネルギーの要請にも反するものであった。(Prior Art and its Problems) Conventionally, various light scattering type particle sensors of this type have been provided. However, in the past, many devices used a halogen lamp with an output of about 30 W as a light source for detection, and the problem was that the overall size and weight of the sensor increased due to the space required for the cooling device and power source for the light source due to heat generation. . In addition, the large amount of power consumed increases running costs, which goes against the requirement for energy conservation.
一方、光源としてＨｅ−ＮｅまたはＨｅ−Ｃｄレーザ等
のガスレーザを用いたものは、高価で駆動装置が大型と
なる。更に、レーザダイオードを光源に利用することも
考えられるが、現状ではサブミクロンオーダーの微粒子
を十分に検出できる波長帯のレーザダイオードは未だ開
発されていない。加えて、ハロゲンランプは使用する上
で効率が低く。On the other hand, those using a gas laser such as a He-Ne or He-Cd laser as a light source are expensive and require a large driving device. Furthermore, it is conceivable to use a laser diode as a light source, but at present no laser diode with a wavelength band capable of sufficiently detecting submicron-order fine particles has yet been developed. Additionally, halogen lamps are less efficient to use.
また消費電力が大きい、そして、これらの従来の光源の
寿命は、例えばガスレーザにあっては約１００００時間
、ハロゲンランプにあっては約１０００時間というよう
に比較的短いものであった。Furthermore, the power consumption is large, and the lifetime of these conventional light sources is relatively short, for example, about 10,000 hours for gas lasers and about 1,000 hours for halogen lamps.
更に従来では１通常、光源からの光を空気等のサンプル
に照射してその散乱光を集光する検出セルが光源とは別
個に配置されているため、この点でもセンサの大型化を
招いていた。Furthermore, in the past, a detection cell that irradiated light from a light source onto a sample such as air and focused the scattered light was placed separately from the light source, which also led to an increase in the size of the sensor. Ta.
本発明は上記の問題点を解決するべく提案されたもので
、その目的とするところは、検出用の光源として発光ダ
イオードを用い、しかもこの光源を検出セル内に配置す
ることによってセンサの小型・軽量化を図り、光源の高
効率化、長寿命化を可能にして消費電力ならびにコスト
の低減を図った光散乱式微粒子センサを提供することに
ある。The present invention has been proposed to solve the above problems, and its purpose is to use a light emitting diode as a light source for detection, and furthermore, by arranging this light source within the detection cell, the sensor can be made smaller and smaller. It is an object of the present invention to provide a light scattering type particle sensor that is lightweight, has a high efficiency light source, and has a long service life, thereby reducing power consumption and cost.
（問題点を解決するための手段）
上記目的を達成するため、本発明は、光源からの光を微
粒子を含む空気等のサンプルに照射し、微粒子による散
乱光を検出して微粒子の個数等を検出する光散乱式微粒
子センサにおいて、検出用の光源として発光ダイオード
を用いると共に、この光源からの光をサンプルに照射し
て散乱光を集光する検出セル内に光源すなわち発光ダイ
オードを配置したことを特徴とする。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention irradiates light from a light source onto a sample such as air containing fine particles, detects light scattered by the fine particles, and calculates the number of fine particles, etc. In a light scattering type particle sensor for detection, a light emitting diode is used as a light source for detection, and the light source, that is, the light emitting diode is placed inside a detection cell that irradiates the sample with light from this light source and collects the scattered light. Features.
（作用）
本発明においては、光源からの平行光線を微粒子を含む
サンプルに照射し、その際の微粒子による散乱光を球面
リフレクタによって集光・反射すると共に、かかる反射
光を非球面レンズ等の集光レンズにて集光してＰＩＮダ
イオード等の受光素子に導き、この受光素子における光
電変換によって得た電気信号により微粒子の個数や大き
さを検出するものである。(Function) In the present invention, a sample containing fine particles is irradiated with parallel light from a light source, and the scattered light from the fine particles at that time is collected and reflected by a spherical reflector, and the reflected light is collected by an aspherical lens or the like. The light is focused by an optical lens and guided to a light-receiving element such as a PIN diode, and the number and size of the particles are detected based on an electrical signal obtained by photoelectric conversion in the light-receiving element.
（実施例） 以下１図に沿って本発明の詳細な説明する。(Example) The present invention will be described in detail below with reference to FIG.
まず、第１図ないし第４図は本発明の第１実施例を示す
もので、このうち第１図は本発明の内部構造を示してい
る。図において１は円筒形のケーシングであり、その内
部には非球面状の集光レンズ２の中心部に位置するよう
に光源３が配置されている。この光源３は、詳しくは第
２図に示すようにホルダー３８の内部に発光ダイオード
３ｂが収容され、かつその全面にマイクロレンズ３ｃを
配設して構成されるものであり、前方に形成された照射
口３ｄを介して平行光線の光ビームＬが照射されるよう
になっている。First, FIGS. 1 to 4 show a first embodiment of the present invention, of which FIG. 1 shows the internal structure of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a cylindrical casing, and a light source 3 is disposed inside the casing so as to be located at the center of an aspherical condensing lens 2. As shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 2, this light source 3 is constructed by housing a light emitting diode 3b inside a holder 38 and disposing a microlens 3c on the entire surface of the holder 38. A parallel light beam L is irradiated through the irradiation port 3d.
再び第１図において、光源３の前方にはその光軸に中心
が一致するように球面リフレクタ４が配設されている。Referring again to FIG. 1, a spherical reflector 4 is disposed in front of the light source 3 so that its center coincides with the optical axis.
この球面リフレクタ４の中心部には通孔４ａが形成され
、かかる通孔４ａを通過した光ビームＬの一部が前方の
ホトダイオード５にて受光可能となっている。このホト
ダイオード５は光軸に対して約４５度傾けて取り付けら
れ、ホトダイオード５に入射した光ビームＬが球面リフ
レクタ４の背後にトラップされるように配慮されており
、当該反射光が１８０度反射して光源３方向に戻ること
による検出感度の減少を防止している。なお。A through hole 4a is formed in the center of this spherical reflector 4, and a portion of the light beam L passing through the through hole 4a can be received by a photodiode 5 in front. This photodiode 5 is installed at an angle of about 45 degrees with respect to the optical axis, and is designed so that the light beam L incident on the photodiode 5 is trapped behind the spherical reflector 4, and the reflected light is reflected 180 degrees. This prevents a decrease in detection sensitivity due to the return to the three directions of the light source. In addition.
ホトダイオード５は光ビームＬの強度を電気信号に変換
し、検出感度が一定になるように光源３の駆動用プリア
ンプ（図示せず）に帰還するべく作用する。The photodiode 5 converts the intensity of the light beam L into an electrical signal and feeds it back to the driving preamplifier (not shown) of the light source 3 so that the detection sensitivity is constant.
また、ケーシング１には、光軸に対して直交するように
給気ノズル６および吸引ノズル７が取り付けられ、給気
ノズル６には測定対象たる微粒子を含んだサンプルエア
ーＳの吸引口６ａおよびエアカーテン用のシースエアー
の吸引口６ｂが設けられ、他方吸引ノズル７には吸引ポ
ンプ（図示せず）に連通ずる吸引ロアａが形成されてい
る。ここで、吸引口６ａおよび吸引ロアａはケーシング
１内の集光レンズ２および球面リフレクタ４にて包囲さ
れる検出セルＣ内において開口し、かつ光軸を介して同
軸上に配設されていると共に、これらの吸引口６ａおよ
び吸引ロアａを結ぶ直線と光軸との交点は１球面リフレ
クタ４の半径をＲとすればその内面からＲ／２の距離を
隔てて位置するように設定される。Further, an air supply nozzle 6 and a suction nozzle 7 are attached to the casing 1 so as to be perpendicular to the optical axis, and the air supply nozzle 6 has a suction port 6a for sample air S containing particles to be measured, and a suction port 6a for sample air S containing particles to be measured. A suction port 6b for sheath air for the curtain is provided, and the suction nozzle 7 is formed with a suction lower a that communicates with a suction pump (not shown). Here, the suction port 6a and the suction lower a open in the detection cell C surrounded by the condensing lens 2 and the spherical reflector 4 in the casing 1, and are arranged coaxially through the optical axis. In addition, the intersection point between the optical axis and the straight line connecting these suction ports 6a and suction lower a is set to be located at a distance of R/2 from the inner surface of the spherical reflector 4, where R is the radius of the spherical reflector 4. .
更に、詳しくは第３図に示す如く、検出セルＣ内におい
て吸引口６ａはサンプルノズル６Ａに、また吸引口６ｂ
はサンプルノズル６Ａの外側に位置する同心円筒状のシ
ースノズル６Ｂにそれぞれ連通しており、シースノズル
６Ｂから吹き出されるシースエアーがサンプルノズル６
＾からのサンプルエアーＳをエアカーテン状に包囲して
サンプルエアーＳが検出セルＣ内に飛散するのを防止し
ている。Furthermore, as shown in FIG. 3 in detail, in the detection cell C, the suction port 6a is connected to the sample nozzle 6A, and the suction port 6b is connected to the sample nozzle 6A.
are in communication with a concentric cylindrical sheath nozzle 6B located outside the sample nozzle 6A, and the sheath air blown out from the sheath nozzle 6B flows through the sample nozzle 6.
The sample air S from ^ is surrounded in an air curtain shape to prevent the sample air S from scattering into the detection cell C.
また、第１図において集光レンズ２の後方には受光素子
としてのＰＩＮダイオード８が配設され、集光レンズ２
を通過した微粒子による散乱光を検出可能となっている
。なお、図中、９は上記ＰＩＮダイオード８や光源３の
駆動用プリアンプの如き駆動回路、受光回路等の回路素
子が実装されるプリント基板、１０はカバーを示してい
る。Further, in FIG. 1, a PIN diode 8 as a light receiving element is disposed behind the condenser lens 2, and the condenser lens 2
It is possible to detect light scattered by fine particles that have passed through the sensor. In the figure, numeral 9 indicates a printed circuit board on which circuit elements such as a driving circuit such as the PIN diode 8 and a preamplifier for driving the light source 3, a light receiving circuit, and the like are mounted, and numeral 10 indicates a cover.
次に、この動作を説明する。まず、微粒子を含むサンプ
ルエアーＳをシースエアーと共に給気ノズル６および吸
引ノズル７を介して検出セルＣ内に送り込む。そして光
源３内の発光ダイオード３ｂに通電すると、マイクロレ
ンズ３ｃを介して高効率で集光された平行な光ビームＬ
が球面リフレクタ４方向に照射され、第３図に示す如く
サンプルノズル６Ａの出口付近で微粒子りに衝突して散
乱光を生じる。いま、微粒子りが球体であると仮定して
その直径を１μｍ、屈折率を１．５とし、光ビームＬの
波長を７８５ｎｍとすると、Ｍａｘｗｅｌｌの電磁方程
式を球状粒体に適用したＭｉｓ理論に基づいて、光軸に
対する角度に応じた散乱光の光強度は第４図に示すとお
りとなる。本発明では、前述したように光ビームＬと微
粒子りとの衝突位置から光軸方向にＲ／ ２離れた位置
に球面リフレクタ４を配設しであるため、様々な角度で
散乱した散乱光を高効率で集光することが可能である。Next, this operation will be explained. First, sample air S containing fine particles is sent into the detection cell C together with sheath air through the air supply nozzle 6 and the suction nozzle 7. When the light emitting diode 3b in the light source 3 is energized, a parallel light beam L is condensed with high efficiency through the microlens 3c.
The light is irradiated in the direction of the spherical reflector 4, and as shown in FIG. 3, it collides with fine particles near the exit of the sample nozzle 6A, producing scattered light. Now, assuming that the particle is spherical, its diameter is 1 μm, the refractive index is 1.5, and the wavelength of the light beam L is 785 nm, based on the Mis theory that applies Maxwell's electromagnetic equation to the spherical particle. Therefore, the light intensity of the scattered light depending on the angle with respect to the optical axis is as shown in FIG. In the present invention, as described above, since the spherical reflector 4 is disposed at a position R/2 apart in the optical axis direction from the collision position of the light beam L and the particle, the scattered light scattered at various angles is reflected. It is possible to collect light with high efficiency.
こうして球面リフレクタ４により反射された散乱光は平
行光束となって集光レンズ２に入射し、集光されて後方
のＰＩＮダイオード８に入射するにの場合、散乱光はパ
ルス状となるから、ＰＩＮダイオード８からは光の強度
に応じたパルス状の信号が得られる。従って、以後は周
知のようにコンパレータ等を介してカウンタにてこのパ
ルス信号をカウントすれば、微粒子りの個数を正確に検
出することができる。またこのパルス信号のレベルは微
粒子りの大きさに対して一定の相関関係を有するため、
当該レベルを検出することで微粒子りの大きさを知るこ
とが可能である。In this way, the scattered light reflected by the spherical reflector 4 becomes a parallel light beam and enters the condenser lens 2. When the light is condensed and enters the rear PIN diode 8, the scattered light becomes a pulse, so the PIN A pulse-like signal corresponding to the intensity of light is obtained from the diode 8. Therefore, as is well known, by counting the pulse signals with a counter via a comparator or the like, the number of particles can be accurately detected. Also, since the level of this pulse signal has a certain correlation with the size of the particles,
By detecting the level, it is possible to know the size of the particles.
なお、この実施例のように集光レンズ２として非球面レ
ンズを用いれば、焦点距離を短くしてセンサ全体の光軸
方向の長さを短くすることができる。Note that if an aspherical lens is used as the condensing lens 2 as in this embodiment, the focal length can be shortened and the length of the entire sensor in the optical axis direction can be shortened.
次いで、第５図は本発明の第２実施例を示すものである
。この実施例は、先の実施例のように光源３を集光レン
ズ２Ａ内に埋め込む構造とせず、それぞれ別個に形成し
た上、光軸方向に沿って若干離して配置したもので、こ
の実施例によればセンサ全体が光軸方向に若干長くなる
反面、集光レンズ２人の加工が容易になるという利点が
ある。なお、その他の構造および動作は先の実施例と同
様であるため、詳述を省略する。Next, FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the light source 3 is not embedded in the condenser lens 2A as in the previous embodiment, but is formed separately and placed slightly apart along the optical axis direction. According to the above, although the entire sensor becomes slightly longer in the optical axis direction, it has the advantage that the condenser lens can be easily processed by two people. Note that the other structures and operations are the same as those in the previous embodiment, so detailed descriptions will be omitted.
更に、第６図は本発明の第３実施例を示している。上述
した第１および第２実施例はサンプルとして空気を用い
た場合のものであるが１本発明の原理は空気等の気体の
みならず液体にも適用可能であることから、この第３実
施例では純水等の液体をサンプルとしてこのサンプル液
中に含まれる微粒子を検出するものである。Furthermore, FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention. The above-mentioned first and second embodiments were conducted using air as a sample, but since the principle of the present invention is applicable not only to gases such as air but also to liquids, this third embodiment In this method, a liquid such as pure water is used as a sample and fine particles contained in this sample liquid are detected.
すなわち第６図において、１１は光源３と球面リフレク
タ４との間に配置されるガラス管であり、その内部には
図示されていない液体用吸引ポンプによって微粒子りを
含む純水等のサンプル液Ｓ′が流通するようになってい
る。このサンプル液Ｓ′の流通方向は光軸に対して直交
する方向であり、また、その直交点が球面リフレクタ４
の内面からＲ／２の位置に設定される点や検出動作につ
いても先の実施例と同様であるため１重複を避ける意味
で説明を省略する。That is, in FIG. 6, 11 is a glass tube placed between the light source 3 and the spherical reflector 4, and a sample liquid S such as pure water containing particulate matter is pumped into the tube by a liquid suction pump (not shown). ' is now in circulation. The flow direction of this sample liquid S' is perpendicular to the optical axis, and the orthogonal point is the spherical reflector 4.
Since the point of setting at the position R/2 from the inner surface and the detection operation are the same as in the previous embodiment, the explanation will be omitted to avoid duplication.
なお、この実施例において、第２実施例（第５図参照）
の如く光′ｇ３と集光レンズ２人とを分離して配置する
ことも勿論可能である。In addition, in this example, the second example (see FIG. 5)
Of course, it is also possible to separately arrange the light 'g3 and the two condensing lenses as shown in FIG.
（発明の効果）
以上のように本発明によれば、光源として発光ダイオー
ドを用いているため、光源自体が小型かつ軽量であるこ
とによってセンサ全体の小型化、軽量化を図ることがで
きる。特に、光源にハロゲンランプ等を用いる場合に比
べて発熱量が極めて少ないから冷却装置等の付属機器が
不要となり、また駆動回路もごく簡単なもので済むため
、これらの点でもセンサの小型・軽量化に寄与するとこ
ろが大きい。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, since a light emitting diode is used as a light source, the light source itself is small and lightweight, so that the entire sensor can be made smaller and lighter. In particular, compared to using a halogen lamp as a light source, the amount of heat generated is extremely low, so there is no need for accessory equipment such as a cooling device, and the drive circuit can also be very simple, which also makes the sensor smaller and lighter. It greatly contributes to the development of society.
更に、光源自体が安価であるためコストの低減が可能で
あり、しかも半永久的な寿命を有すると共に、光電変換
の効率が高い等の利点によって経済的な微粒子センサを
提供することができる。特に光源の寿命が半永久的であ
ることは、半導体の製造等に用いるクリーンルームの清
浄度を常時監視するために本発明を利用する場合、はぼ
メンテナンスフリーとなって有益である。同時に、本発
明では光源の消費電力をほぼＩＷ以下に抑えてハロゲン
ランプの１／３０以下に低減することが可能であり、発
明者の鋭意研究によれば直径０．３μｍ以下の微粒子で
あっても正確に検出できることが確認されている。Furthermore, since the light source itself is inexpensive, it is possible to reduce the cost, and furthermore, it has semi-permanent lifespan, and it is possible to provide an economical particle sensor due to advantages such as high efficiency of photoelectric conversion. In particular, the fact that the light source has a semi-permanent lifespan is advantageous since it is virtually maintenance-free when the present invention is used to constantly monitor the cleanliness of a clean room used for semiconductor manufacturing or the like. At the same time, in the present invention, it is possible to suppress the power consumption of the light source to almost IW or less, which is less than 1/30 of that of a halogen lamp. It has been confirmed that it can also be detected accurately.
加えて、集光系の構造として光源９球面リフレクタ、集
光レンズおよびＰＩＮダイオード等を光軸上に配置でき
ることとあいまって、光源を検出セル内に配置すること
でセンサの光軸方向の全長を短く形成することができ、
一層の小型化、コンパクト化を図ることができる。In addition, the light source 9 spherical reflector, condensing lens, PIN diode, etc. can be placed on the optical axis as a condensing system structure, and by placing the light source inside the detection cell, the total length of the sensor in the optical axis direction can be reduced. Can be formed short,
Further miniaturization and compactness can be achieved.
第１図ないし第４図は本発明の第１実施例を示すもので
、第１図は全体の縦断面図、第２図は光源の要部断面図
、第３図はサンプルノズルおよびシースノズルの説明図
、第４図は散乱光の強度分布を示す説明図、第５図は本
発明の第２実施例を示す要部説明図、第６図は本発明の
第３実施例を示す要部説明図である。
１・・・ケーシング ２，２Ａ・・・集光レンズ
３・・・光−＠ ３ａ・・・ホルダー３
ｂ・・・発光ダイオード ３ｃ・・・マイクロレンズ
３ｄ・・・照射口 ４・・・球面リフレクタ
４ａ・・・通孔 ５・・・ホトダイオード
６・・・給気ノズル ６ａ、６ｂ・・・吸引口６
Ａ・・・サンプルノズル ６Ｂ・・・シースノズル７
・・・吸引ノズル ７ａ・・・吸引口８・・・Ｐ
ＩＮダイオード ９・・・プリント基板１０・・・カバ
ー １１・・・ガラス管Ｃ・・・検出セル
Ｄ・・・微粒子Ｌ・・・光ビーム Ｓ
・・・サンプルエアーＳ′・・・サンプル液1 to 4 show a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the whole, FIG. 2 is a sectional view of main parts of the light source, and FIG. 3 is a sectional view of a sample nozzle and a sheath nozzle. 4 is an explanatory diagram showing the intensity distribution of scattered light, FIG. 5 is an explanatory diagram of the main part showing the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is the main part showing the third embodiment of the present invention. It is an explanatory diagram. 1...Casing 2,2A...Condensing lens 3...Light-@3a...Holder 3
b...Light emitting diode 3c...Micro lens 3d...Irradiation port 4...Spherical reflector 4a...Through hole 5...Photodiode 6...Air supply nozzle 6a, 6b...Suction port 6
A...Sample nozzle 6B...Sheath nozzle 7
...Suction nozzle 7a...Suction port 8...P
IN diode 9... Printed circuit board 10... Cover 11... Glass tube C... Detection cell
D...Fine particles L...Light beam S
...Sample air S'...Sample liquid
Claims (1)
粒子による散乱光を検出して前記微粒子の個数等を検出
する光散乱式微粒子センサにおいて、前記光源として発
光ダイオードを用いると共に、前記光源からの光をサン
プルに照射して前記散乱光を集光する検出セル内に前記
光源を配置したことを特徴とする光散乱式微粒子センサ
。A light-scattering type particle sensor that irradiates light from a light source onto a sample containing particles and detects light scattered by the particles to detect the number of particles, etc. uses a light emitting diode as the light source, and a light emitting diode is used as the light source; A light scattering type particle sensor, characterized in that the light source is disposed within a detection cell that irradiates a sample with light and collects the scattered light.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61064593A JPS62220833A (en) | 1986-03-22 | 1986-03-22 | Light scatter type particulate sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61064593A JPS62220833A (en) | 1986-03-22 | 1986-03-22 | Light scatter type particulate sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62220833A true JPS62220833A (en) | 1987-09-29 |
Family
ID=13262708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61064593A Pending JPS62220833A (en) | 1986-03-22 | 1986-03-22 | Light scatter type particulate sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62220833A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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