CN109477791A - 浓度测定装置 - Google Patents

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University of Tokushima NUC
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Abstract

本发明提供了一种浓度测定装置(100)，具备：测定单元(4)，其具有被测定流体的流路(4c)和与流路连接的透光性的窗部(3)；光源(1)，其发射经由窗部向测定单元入射的光；反射部件(5)，其反射在测定单元内传播的光并使反射的光经由窗部从测定单元射出；光检测器(7)，其检测从测定单元的窗部射出的光；运算部(8)，其基于光检测器的检测信号计算被测定流体的浓度；和光学设备(10)，其将从光源发射的光向测定单元的窗部导光，并且将从测定单元的窗部射出的光向光检测器导光。

Description

浓度测定装置
技术领域
本发明涉及一种浓度测定装置，特别是，涉及一种通过使光入射到导入有被测定流体的测定单元，并检测从测定单元射出的被测定流体通过光而测定被测定流体的浓度的浓度测定装置。
背景技术
以往，已知有以这样的方式构成的浓度测定装置(所谓的管线式浓度测定装置)：组装到将由有机金属(MO)等液体材料或固体材料形成的气体等原料气体向半导体制造装置供给的气体供给管线，测定在气体供给管线中流动的气体的浓度。
在这种浓度测定装置中，使规定波长的光经由光入射窗从光源向供给有被测定流体的测定单元入射，通过将在测定单元内通过的透过光在受光元件进行受光而测定吸光度。并且，能够从被测定的吸光度，依照比尔-朗伯定律求出流体的浓度(例如，专利文献1和专利文献2)。
在本说明书中，将为了检测被导入内部的被测定流体的浓度而使用的各种透过光检测结构广义称为测定单元。测定单元中不仅包括从气体供给管线分支而单独配置的单元结构，还包括如专利文献1所示的设置于气体供给管线的中途的透过光检测结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2014-219294号公报
专利文献2：国际公开第2017/029792号
专利文献3：日本专利特开2014-38069号公报
本申请申请人在国际公开第2017/029792号(专利文献2)中公开了光入射窗与光射出窗以在测定单元的两端对向的方式加以配置的浓度测定装置。在该结构中，在光入射窗的外侧固定有连接到光源的光纤的端部，能够经由光入射窗使检测用的光入射到测定单元。另一方面，在光射出窗的外侧固定有连接到光检测器的光纤的端部，从光射出窗射出的光被导光到光检测器。
然而，在测定单元的两端部单独安装光入射用的光纤和光检测用的光纤的结构中，浓度测定装置整体的尺寸常常变大。这是因为，为了防止破损或传送效率的降低，优选使光纤以一定程度以上的曲率半径弯曲等而连接到各个装置，为了配设光纤而需要在测定单元的两侧确保比较大的空间。
发明内容
本发明是鉴于上述课题完成的，主要目的在于提供一种适用于小型化的浓度测定装置。
根据本发明的实施方式的浓度测定装置具备：测定单元，所述测定单元具有被测定流体的流路和与所述流路连接的透光性的窗部；光源，所述光源发射经由所述窗部向所述测定单元入射的光；反射部件，所述反射部件反射在所述测定单元内传播的所述光，使所述反射的所述光经由所述窗部从所述测定单元射出；光检测器，所述光检测器检测从所述测定单元的所述窗部射出的所述光；运算部，所述运算部基于所述光检测器的检测信号计算所述被测定流体的浓度；和光学设备，所述光学设备将从所述光源发射的所述光向所述测定单元的所述窗部导光，并且将从所述测定单元的窗部射出的光向所述光检测器导光。
在某个实施方式中，所述反射部件以隔着所述流路与所述窗部对向的方式加以配置。
在某个实施方式中，所述光学设备具有导光部件和连接到所述导光部件的分束器，所述分束器接收来自所述光源的所述光并经由所述导光部件使其向所述测定单元入射，并且接收从所述测定单元射出的、由所述导光部件引导的所述光并使其向所述光检测器入射。
在某个实施方式中，所述光学设备具有光纤束，所述光纤束包括：用于将从所述光源发射的所述光向所述测定单元的所述窗部导光的光射出用的光纤；和用于将从所述测定单元的窗部射出的所述光向所述光检测器导光的受光用的光纤。
在某个实施方式中，在所述测定单元的两端部设置有与所述流路连通的流入口和流出口。
在某个实施方式中，所述流入口和所述流出口的中任何一个配置于所述窗部的附近，另一个配置于所述反射部件的附近。
在某个实施方式中，所述光是紫外光，所述反射部件包含：由包含铝的材料形成的反射层或由电介质多层膜构成的反射层。
在某个实施方式中，所述反射部件具有透光性板和设置于所述透光性板的一面的反射层，并且具有用于将设置有所述反射层的面与另一个面加以识别的表背识别结构。
在某个实施方式中，所述表背识别结构通过将设置于所述透光性板的侧面的平坦面、设置于所述透光性板的凹部或通孔、或者设置于所述透光性板的凸部中的任何一个进行非对称地配置而构成。
根据本发明的实施方式的浓度测定装置具备：测定单元，所述测定单元具有被测定流体的流路和与所述流路连接的透光性的窗部；光源，所述光源发射经由所述窗部向所述测定单元入射的光；反射部件，所述反射部件反射在所述测定单元内传播的所述光，使所述反射的所述光经由所述窗部从所述测定单元射出；光检测器，所述光检测器检测从所述测定单元的所述窗部射出的所述光；运算部，所述运算部基于所述光检测器的检测信号计算所述被测定流体的浓度；和第一光学设备以及第二光学设备，所述第一光学设备将从所述光源发射的所述光向所述测定单元的所述窗部导光，所述第二光学设备将从所述测定单元的窗部射出的光向所述光检测器导光，所述反射部件以这样的方式构成：接收从所述第一光学设备入射的、在所述测定单元的所述流路内传播的入射光，使反射光通过与所述入射光的光路不同的光路向所述第二光学设备反射，在所述测定单元的两端部设置与所述流路连通的流入口和流出口，所述流入口和所述流出口的中任何一个配置于所述窗部的附近，另一个配置于所述反射部件的附近。
在某个实施方式中，也可以是将来自所述光源的所述光进行分支，使其作为参照光向参照光检测器入射。
在某个实施方式中，所述反射光的所述光路与所述入射光的所述光路平行。
在某个实施方式中，所述反射部件包括三角柱状的棱镜。
在某个实施方式中，所述反射部件包含从相对于所述入射光的行进方向垂直的面倾斜的反射面。
在某个实施方式中，还具有光学元件，所述光学元件设置于所述窗部的附近，接收来自所述第一光学设备的所述射出光并使其向所述测定单元入射，并且接收来自所述测定单元的所述反射光并使其向所述第二光学设备入射，所述光学元件的光轴配置于所述第一光学设备与所述第二光学设备之间。发明效果
根据本发明的实施方式，提供了一种容易维护且能够小型化的浓度测定装置。
附图说明
图1是表示根据本发明的实施方式1的浓度测定装置的整体结构的示意图。
图2是示意性地表示根据本发明的实施方式1的浓度测定装置的主要部分的截面图。
图3是表示根据本发明的实施方式1的浓度测定装置所具备的反射部件的图，(a)～(e)分别对应于不同的方式，在(a)、(b)中，上段表示俯视图、下段表示截面图，(c)～(e)表示俯视图。
图4是表示根据本发明的实施方式1的浓度测定装置所具备的光学设备的向测定单元的连接部的截面图。
图5(a)是示意性地表示根据本发明的实施方式2的浓度测定装置的主要部分的截面图，(b)是光纤束的截面图。
图6是示意性地表示根据本发明的实施方式3的浓度测定装置的主要部分的截面图。
图7是示意性地表示根据本发明的实施方式4的浓度测定装置的主要部分的截面图。
图8是示意性地表示根据本发明的实施方式5的浓度测定装置的主要部分的截面图。
符号说明
1 光源
3 窗部
4 测定单元
4a 流入口
4b 流出口
4c 流路
5 反射部件
6 反射侧窗部
7 测定光检测器
8 运算部
8A 第一流路形成部件
8B 第二流路形成部件
10 光学设备
10a 光纤
10b 分束器
10d 连接部
24 光学元件
50a 光入射用光纤(第一光学设备)
50b 受光用光纤(第二光学设备)
100 浓度测定装置
具体实施方式
以下，虽然边参照附图边说明本发明的实施方式，但是本发明并非限定于以下的实施方式。
(实施方式1)
图1是表示根据本发明的实施方式1的浓度测定装置100的整体结构的示意图。浓度测定装置100具备：具有被测定流体的流入口4a、流出口4b和流路4c，并且设置有与流路4c连接的透光性的窗部3的测定单元4；产生通过透光性的窗部3而入射到测定单元4内的光的光源1；以反射在测定单元4内传播的光，使反射的光经由窗部3从测定单元4射出的方式构成的反射部件5；检测由反射部件5反射并从测定单元4射出的光的测定光检测器7；基于测定光检测器7的检测信号计算被测定流体的浓度的运算部8；检测来自光源1的参照光的参照光检测器9；和温度传感器11。而且，在反射部件5的前面也可以设置窗部(未图示)。
在本说明书中，所谓光不仅是可见光线，还至少包括红外线、紫外线，并能够包括任意的波长的电磁波。并且，所谓透光性的含义是相对于被入射到测定单元的所述的光的内部透过率高到能够进行浓度测定的程度。
作为构成测定光检测器7和参照光检测器9的受光元件，虽然能够使用光电二极管，但并非限定于此，也可以使用例如光电晶体管等。例如，运算部8也可以使用设置在电路基板PCB上的处理器或存储器等而构成，包含基于输入信号执行规定的运算的计算机程序，可以通过硬件和软件的组合而实现。
光源1具有多个发光元件12～15，此处，发光元件12～15分别是发射不同波长的光的LED。在各个发光元件12～15中，利用振荡电路而流动不同频率的驱动电流。这种情况下，通过进行频率解析(例如，高速傅里叶变换或小波变换)，能够根据测定光检测器7检测的检测信号，测定对应于各个波长成分的光的强度。发光元件12～15发射的多个波长的光通过WDM(波长分割多重方式：Wavelength Division Multiplexing)的合波器17、18、19加以合成并向测定单元4入射。此处示出一例：发光元件12的光的波长是255nm、发光元件13的光的波长是280nm、发光元件14的光的波长是310nm、发光元件15的光的波长是365nm，发光元件12的驱动电流的频率是216Hz、发光元件13的驱动电流的频率是192Hz、发光元件14的驱动电流的频率是168Hz、发光元件15的驱动电流的频率是144Hz。这样，在本实施方式中，光源1以输出包含多个波长成分的紫外光的方式构成。作为发光元件12～15，也可以使用LED以外的发光元件，例如LD(激光二极管)。
例如，在专利文献2(国际公开第2017/029792号)中公开了将多个波长的合波紫外光用作测定光的浓度测定装置，在本发明申请中也可以利用同样的光源或运算部等。为了参考，将国际公开第2017/029792号的公开内容的全部援引加入于本说明书中。而且，也可以不将多个不同波长的合波光用作光源而利用单一波长的光源，这种情况下，能够省略合波器或频率解析电路。并且，上述虽然示出了使用4个发光元件形成合波光的方式，但也可以使用其中任意的1～3个发光元件而形成合波光，当然也可以使用5个以上的发光元件。
在本实施方式的浓度测定装置100中，在光源1与测定单元4之间设置有包括作为导光部件的光纤10a和分束器10b的光学设备10。从光源1发射的光通过光学设备10被向测定单元4的窗部3导光。并且，光学设备10也兼具将由反射部件5反射的光向测定光检测器7导光的功能。分束器10b也能够使从光源1发射的光的一部分分支而作为参照光向参照光检测器9入射。在参照光检测器9检测出的参照光用于测定光的补正。
虽然在本实施方式说明了使用光纤作为导光部件的例子，但并非限定于此，例如，也可以将以利用基于镜子的反射而能够在规定空间中导光的方式加以构成的部件、树脂性或玻璃制的透光性部件等作为导光部件而使用。
图2是示意性地表示浓度测定装置100的主要部分的截面图。如图2所示，光纤10a的一端部通过连接部10d安装于测定单元4，另一端部连接于分束器10b。向测定单元4的连接部10d上可以设置有准直透镜等光学元件24，由此，光适当地射出到测定单元4内，并且，能够对来自测定单元4的光适当地进行受光。
虽然分束器10b使从光源1射出的光的一部分透过并向光纤10a射出，并且将由反射部件5反射的、从测定单元4经由光纤10a返回的光的一部分进行反射并向测定光检测器7射出，但是为了进行光的透过和反射也可以具备例如50％反射过滤器10c。
接着，对测定单元4的结构进行说明。测定单元4具有从流入口4a向流出口4b流动气体的流路4c，流入口4a与流出口4b在测定单元4的两端部分开进行设置。在本实施方式中，流入口4a配置于窗部3的附近，流出口4b配置于反射部件5的附近。测定单元4具有立式的结构，流路4c在垂直方向上延伸。浓度测定装置100能够在被测定对象的气体在垂直方向的流路4c中流动的状态下，测定浓度。
如果进行更具体的说明，则本实施方式的测定单元4具有设置于流入口4a的外侧的第一流路形成部件8A(例如，配管或流路块体)和设置于流出口4b的外侧的第二流路形成部件8B，在第一流路形成部件8A和第二流路形成部件8B上分别设置有与气体供给管线的管线连接部8a、8b。浓度测定装置100在组装到气体供给管线时，以作为整体在水平方向(管线连接部8a、8b的配置方向)上流动气体的方式加以构成。与此相对，测定单元4的流路4c在与气体供给管线的整体的流动方向正交的方向上延伸，将这样的结构称为立式的测定单元4或在垂直方向上延伸的流路4c。但是，并非限定于此，只要流路4c在相对于整体的流动方向成例如45°以上的角度、优选60°以上的角度的方向上延伸即可，如果使用这样的立式的测定单元4，则在组装到气体供给管线时能够实现对死角(dead space)的对策或省空间化，同时获得容易维护的好处。
并且，在本实施方式中，窗部3与反射部件5的位置也可以颠倒，在这种情况下，流入口4a与流出口4b的位置也颠倒。进一步地，在本实施方式中，虽然流入口4a设置于窗部3的附近，流出口4b设置于反射部件5的附近，但也可以是将流入口4a设置于反射部件5的附近，将流出口4b设置于窗部3的附近的方式。
在测定单元4上，设置有光入射用和光射出用的窗部(透光性板)3。作为窗部3，虽然优选使用相对于在紫外光等的浓度测定中使用的检测光具有耐性和高透过率，机械性/化学性稳定的蓝宝石玻璃，但是也可以使用其他稳定的原料、例如石英玻璃。测定单元4的主体(流路形成部)也可以为，例如SUS316L制。
在测定单元4中，以窗部3与反射部件5隔着流路4c对向的方式加以配置。在本实施方式中，反射部件5以反射面相对于入射光的行进方向垂直的方式加以设置。因此，反射光通过与入射光实质相同的光路向窗部3反射。另外，在图示的方式中，在反射部件5的前面开设间隙地配置有反射侧窗部6，作为反射侧窗部6也优选使用蓝宝石玻璃。但是，并非限定于该方式，反射部件5也可以以包含反射侧窗部6的方式加以构成，例如，在蓝宝石玻璃的背面也可以具有通过溅射(sputtering)形成作为反射层的铝层的结构。反射部件5也可以是在蓝宝石玻璃的背面配置反射镜的方式。
并且，反射部件5也可以是包含作为反射层的电介质多层膜的部件，如果使用电介质多层膜，则能够使特定波长域的光(例如近紫外线)选择性地反射。电介质多层膜由折射率不同的多个光学覆膜的积层体(叠层体)(例如，高折射率薄膜和低折射率薄膜的积层体)构成，通过适当选择各个层的厚度或折射率，能够反射特定的波长的光或使其透过。
并且，由于电介质多层膜能够以任意的比例使光反射，因此例如，当入射光通过反射部件5被反射时，不是将入射的光100％反射，而是使一部分(例如10％)透过，能够对在设置于反射部件5的下部(从反射部件5观察，与反射侧窗部6对向的位置)的光学设备(未图示)透过的光进行受光。而且，也可以将透过的光作为参照光而利用，将光学设备替换为参照光检测器9。或者，由于透过的光是通过测定单元4内的气体中且接收由气体进行光吸收之后的光，因此也可以使用透过的光算出气体的浓度。此时，也可以是使用反射的光，监视反射部件5或反射侧窗部6的经时变化的方式。
反射部件5也可以由递归反射板(例如，角锥棱镜阵列)构成。如果使用递归反射板，则即使在反射面相对于光入射方向不垂直地配置时，也能够使光递归反射到光入射位置的附近，因此能够更加自由地设计光入射部和反射部件5的配置。
窗部3在图示的方式中，配置在相对于入射光的行进方向垂直的面上，但在其他方式中也可以以从垂直面稍微倾斜的方式配置。由此，因为防止了在窗部3反射的光作为检测光向光学设备10入射，所以能够提高测定精度。
在以上说明的测定单元4中，在测定单元4内传播的光的光路长能够规定为窗部3与反射部件5的表面的距离的2倍。并且，如图2所示，在反射部件5的前面开设间隙并设置有密封流路的端部的反射侧窗部6的情况下，通过气体中的光的光路长(有时称为测定单元的光路长)能够规定为窗部3与反射侧窗部6的距离的2倍。
在上述浓度测定装置100中，向测定单元4入射之后，通过反射部件5被反射的光中的吸收波长成分的光被存在于测定单元4内的流路4c的气体吸收。吸收的多少取决于气体的浓度。然后，运算部8(参见图1)通过对来自测定光检测器7的检测信号进行频率解析，能够测定该吸收波长下的吸光度Aλ，进一步地，基于以下的式(1)所示的比尔-朗伯定律，能够根据吸光度Aλ算出气体浓度C。
Aλ＝-log10(I/I0)＝αLC···(1)
上述式(1)中，I0是向测定单元入射的入射光的强度，I是通过测定单元内的气体中的光的强度，α是摩尔吸光系数(m2/mol)，L是测定单元的光路长(m)，C是浓度(mol/m3)。摩尔吸光系数α是取决于物质的系数。
另外，关于上述式中的入射光强度I0，当测定单元4内不存在吸光性的气体时(例如，充满不吸收紫外光的吹扫气体时或抽真空时)，也可以将由测定光检测器7检测的光的强度视为入射光强度I0。
此处，由于测定单元4的光路长L，如上所述，能够规定为窗部3与反射侧窗部6的距离的2倍，因此与在测定单元的两侧具备光入射窗和光射出窗的以往的浓度测定装置相比，能够得到2倍的光路长。由此，尽管小型化了，但也能够提高测定精度。并且，在浓度测定装置100中，由于经由设置在测定单元4的一侧的一个窗部3仅使用一个光学设备10进行光入射和受光，因此能够减少部件个数。
图3(a)～(e)是表示反射部件5的各个方式的图。如图3(a)所示，反射部件5具有由蓝宝石玻璃制成的透光性板30和设置在透光性板30的背面的作为反射层的铝层31。
虽然反射部件5安装于测定单元4，但也可以不设置如图2所示的反射侧窗部6，而是以与气体的流路4c连接的方式安装。但是，铝层31相对于紫外光表现出高的反射率(例如90％以上)，相反也可以成为使铝混入在流路中流动的气体中的主要原因，例如在连接到半导体制造装置的情况下下成为大问题。因此，为了防止铝的混入，要求不要弄错反射部件5的安装方向，设置有铝层31的面以不与气体流路4c连接的方式配置于外侧。因此，反射部件5优选具有用于将设置有反射层(铝层)的面与另一个面加以识别的表背识别结构。
在图3(a)中，作为表背识别结构，一个定向平面(设置于透光性板30的侧面的平坦面)32和一个通孔33设置在透光性板30的面上隔着透光性板30的中心不对向的位置(即非对称)。由此，在使用能够将两个彼此区別的表背识别结构的情况下，如果将这些以不对向的方式配置，将对应的嵌合形状设置在测定单元4的接收盘侧，则不会将反射部件5的表背弄错地安装，防止了铝混入气体的情况。
图3(b)表示，作为表背识别结构，设置一个定向平面32和一个凸部34的方式。通过也将这些在透光性板30上以隔着中心不对向的方式配置，能够使其作为表背识别结构发挥功能。
进一步地如图3(c)～图3(e)所示，在使用相同方式的表背识别结构的情况下，通过使三个定向平面32、三个通孔33或三个凸部34非对称地，即，在透光性板30的面上以相对于通过透光性板30的中心的任意的轴不线对称的方式非对称地配置，能够使其作为表背识别结构发挥功能。另外，当然也可以设置四个以上的表背识别结构。
实际上作为在透光性板30上设置的结构，从制造工序上的观点看，虽然优选使用定向平面32、通孔33和它们的组合，但是表背识别结构也可是各种方式。例如，也可使用凹部而非通孔33，也可在侧面设置切口部或角部来替代定向平面32。并且，也可以沿着透光性板30的一面的周缘形成锥状的倒角部或台阶状的切口部。
以下，对用于将光学设备10向测定单元4安装的连接部10d的一方式进行说明。连接部10d如图2所示，为配置于测定单元4的窗部3的附近的部分，优选以这样的方式进行设计：在测定单元4中流动的被测定对象的气体在高温时，也能够不破损且高精度地进行浓度测定。
如图4所示，光学设备10的连接部10d具有：作为覆盖光纤10a的端部的保护部件的内侧筒部21、内侧筒部21的保持部22和在内侧固定有光学元件24的前端筒部23。
保持部22、内侧筒部21和前端筒部23也可为，例如，不锈钢(SUS316L或SUS304)制。光纤10a也可具有在外周面作为被覆层的聚酰亚胺层。光纤10a的芯和包层可以由，例如石英形成。光学元件24是由石英制成的准直透镜，通过例如环氧树脂树脂固定在前端筒部23的内侧。在该方式中，连接部10d构成准直仪。
这样，由于连接部10d由保护光纤10a的筒状的金属部件构成，因此在安装于浓度测定装置之后，假设即使高温的气体在测定单元4中流动的情况下，也不会在连接部10d产生损伤，能够维持高的检测光输出。如果使用上述光学设备10，则不仅能够应对在低温和常温下是气体状的材料，还能够应对通过加热而被气化的例如达到200℃的高温气体，能够以广泛的用途高精度地进行被测定流体的浓度测定。
(实施方式2)
以下，一边参见图5(a)和(b)，一边对实施方式2的浓度测定装置200进行说明。
本实施方式的浓度测定装置200在光学设备的结构的这一点上与实施方式1的浓度测定装置100不同。除此之外，由于测定单元4等的结构与实施方式1相同，因此标注相同的参考符号同时省略详细说明。
在浓度测定装置200所具备的光学设备中，为了光源1和测定光检测器7与测定单元4的连接，使用捆束多个光纤而构成的光纤束40。光纤束40包含至少1根光射出用的光纤40a和至少1根反射光受光用的光纤40b。
在本实施方式中，如图5(b)所示，以包围1根光射出用的光纤40a的周围的方式配置有4根反射光受光用的光纤40b。在该结构中，能够使光从中央部向测定单元4入射，并且通过配置于周围的光纤40b接收反射光。但是，光纤束40的结构并非限定于图示的方式，光射出用光纤40a和受光用光纤40b的根数或配置也可以是任意的。
光纤束40的一端侧与实施方式1相同，通过连接部10d安装于测定单元4。并且，光纤束40的另一端侧在本实施方式中于中途被分支。在被分支的光纤中，光入射用的光纤40a的端部被连接到分束器10b，反射光受光用的光纤40b的端部被连接到测定光检测器7。
在该结构中，由于入射光与反射光通过分别的光纤40a、40b被导光，因此降低了信号的干渉，能够实现高精度的浓度测定。并且，分束器10b使来自光源1的光分支为参照光和向测定单元4的入射光，但是和实施方式1不同，没有接收来自测定单元4的反射光，反射光被直接向测定光检测器7输出。因此，反射光为了向测定光检测器7的导光，在分束器10b进一步被反射而不会降低输出，能够获得更高的检测光输出。
(实施方式3)
以下，一边参见图6，一边对实施方式3的浓度测定装置300进行说明。对于与实施方式1相同的结构要素，标注相同的参考符号并且省略详细说明。
本实施方式的浓度测定装置300与实施方式1的浓度测定装置100不同，使用由棱镜等构成的反射部件60，以入射光与反射光在测定单元4内通过相互平行的不同的光路的方式加以构成。而且，通过使用被棱镜反射的光而进行浓度测定的结构虽然在例如，专利文献3公开，但是在专利文献3公开的浓度测定装置并非如本实施方式的管线式的浓度测定装置。
如图6所示，在浓度测定装置300的测定单元4中，也与实施方式1相同，与流路4c连通的流入口4a与流出口4b在测定单元4的两端部分开设置，流路4c具有在垂直方向上延伸的立式的结构。流入口4a配置于窗部3的附近，流出口4b配置于反射部件60的附近。在该结构中，组装到气体供给管线时，能够实现省空间化，同时获得容易维护的好处。
在测定单元4上，光入射用的光纤50a和受光用的光纤50b分别通过单独的连接部10d(和光学元件24)安装到测定单元4。即，在浓度测定装置300中，单独地设置有将从光源1发射的光向测定单元4的窗部3导光的第一光学设备和将从测定单元4的窗部3射出的光向测定光检测器7导光的第二光学设备。但是，各个光学设备的连接部10d均配置于立式的测定单元4的一端部(窗部3的附近)，在本结构中，也实现了浓度测定置300整体的小型化。
从第一光学设备的光纤50a射出的光通过光学元件24和窗部3，沿着流路4c向反射部件60行进。此时，入射光向与测定单元4内的气体的流动相同的方向行进。此后，通过反射部件60而被反射的光通过与入射光平行的不同的光路向第二光学设备(光纤50b)的连接部10d行进。此时，反射光向与测定单元4内的气体的流动相反的方向行进。而且，气体的流动的方向也可以是与图示的方向相反的方向(即，也可以在反射部件5的附近设置流入口4a，在窗部3的附近设置流出口4b)，在这种情况下，入射光的行进方向成为与气体的流动相反的方向，反射光的行进方向成为与气体的流动相同的方向。
如以上所说明的那样，在本实施方式3和其他实施方式中，测定单元4内的入射光和反射光的任何一个向与气体的流动相同的方向行进，另一个向与气体的流动相反的方向行进。由此，即使是管线式的浓度测定装置，也难以受到气体的流动的影响而能够进行稳定的浓度测定。
反射部件60，例如，也可以由三角柱状的棱镜构成，如图6所示通过在棱镜的两个反射面进行2次反射，反射光通过与入射光的光路平行的其他光路而行进。棱镜也可以，例如，嵌入到金属性的保持部件的凹部，反射面也可以以与空气等低折射率介质接触的方式露出地设置。并且，在棱镜的反射面上也可以形成作为反射层的金属膜或电介质多层膜。进一步地，在图6中，虽然示出了作为反射部件60的棱镜和反射侧窗部6单独设置的方式，但是也可以是这些一体形成，将在反射侧窗部6的背面侧设置有棱镜结构的部件作为反射部件60而使用。
(实施方式4)
以下，虽然一边参见图7，一边对实施方式4的浓度测定装置400进行说明，但是对于与实施方式1～3相同的结构要素标注相同的参考符号并且省略详细说明。
本实施方式的浓度测定装置400与实施方式1的浓度测定装置100不同，以使用反射部件70，入射光与反射光在测定单元4内通过彼此不同的光路的方式加以构成。并且，浓度测定装置400与实施方式3的浓度测定装置300相同，单独地具备：将从光源1发射的光向测定单元4的窗部3导光的第一光学设备(光入射用光纤50a)；和将从测定单元4的窗部3射出的光向测定光检测器7导光的第二光学设备(受光用光纤50b)。
在浓度测定装置400的测定单元4中，也与实施方式1相同，与流路4c连通的流入口4a和流出口4b在测定单元4的两端部分开设置，流路4c具有在垂直方向上延伸的立式的结构。流入口4a(或流出口4b)配置于窗部3的附近，流出口4b(或流入口4a)配置于反射部件60的附近。
在浓度测定装置400中，反射部件70具有反射面，其以从相对于入射光的行进方向垂直的面稍微倾斜的方式加以配置。在本实施方式中，反射部件70的反射面由电介质多层膜(例如，高折射率薄膜和低折射率薄膜的积层体)形成。反射面的倾斜角能够根据例如，从第一光学设备的连接部10d到反射面的距离和各个光学设备的连接部10d间的距离而决定。
通过使用这样的反射部件70，反射光通过与入射光不同光路向第二光学设备引导，并没有如实施方式1那样在分束器10b被反射，而是在单独设置的测定光检测器7被检测。由此，能够对更高的光输出进行检测。
而且，在图7中，虽然示出有入射光的行进方向是图中的垂直方向，反射部件70的反射面倾斜的方式，但在其他方式中，也可以将入射光的行进方向设为倾斜方向，并且将反射部件70的反射面设定为水平面。如此一来，为使入射光的行进方向倾斜，例如，也可以是这样的方式：将相对于第一光学部件设置的光学元件24的光轴从垂直方向稍微向左侧倾斜，将相对于第二光学部件设置的光学元件24的光轴从垂直方向稍微向右侧倾斜。
并且，在本实施方式中，虽然在测定单元4的长度与连接部10d间的距离相比充分大的情况下，测定单元4的光路长近似为窗部3与反射侧窗部6的距离L3-6的2倍，但是在测定单元4的长度比较短的情况下，能够通过窗部3与反射侧窗部6的距离L3-6与L3-6/cosθ(其中，θ为反射面的倾斜角度)之和(L3-6+L3-6/cosθ)进行规定。
(实施方式5)
以下，虽然一边参见图8，一边对实施方式5的浓度测定装置500进行说明，但是对于与实施方式1～4相同的结构要素标注相同的参考符号并且省略详细说明。
本实施方式的浓度测定装置500也与实施方式3和4相同，单独地具备：将来自光源1的光向测定单元4导光的第一光学设备(光入射用光纤50a)和将从测定单元4射出的光向测定光检测器7导光的第二光学设备(受光用光纤50b)，以向测定单元4内入射的光和反射光通过彼此不同的光路的方式加以构成。
在浓度测定装置500的测定单元4中，与流路4c连通的流入口4a和流出口4b也在测定单元4的两端部分开设置，流路4c具有在垂直方向上延伸的立式的结构。流入口4a(或流出口4b)配置于窗部3的附近，流出口4b(或流入口4a)配置于反射部件5的附近。
在浓度测定装置500中，在窗部3的附近设置有光学元件54，其接收来自第一光学设备的射出光并使其向测定单元4入射，并且接收来自测定单元4的反射光并使其向第二光学设备入射。光学元件54可以是对入射光进行准直的透镜，相对于第一光学设备和第二光学设备共通地设置。
在本实施方式中，光学元件54的光轴54x配置在第一光学设备与第二光学设备之间。此时，从第一光学设备射出的光照射光学元件54范围的中心形成在与光学元件54的中心(光轴上)分离的位置。
在该结构中，通过光学元件54受到折射作用的光在测定单元4内向从垂直方向倾斜的方向行进，并且在反射部件5被反射的光通过与入射光不同的光路在倾斜方向上行进。然后，再次向光学元件54入射后，通过光学元件54受到折射作用并且被向第二光学设备聚光。
以上，虽然对根据本发明的实施方式1～5的浓度测定装置进行了说明，但是本发明并非限定解释上述实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围进行各种变化。例如，作为在测定中使用的光，也可以使用紫外范围以外的波长范围的光。
产业上的可利用性
本发明的实施方式涉及的浓度测定装置，被组装到在半导体制造装置等上使用的气体供给管线，适合用于测定在流路中流动的气体的浓度。

Claims (15)

1.一种浓度测定装置，其特征在于，具备：
测定单元，所述测定单元具有被测定流体的流路和与所述流路连接的透光性的窗部；
光源，所述光源发射经由所述窗部向所述测定单元入射的光；
反射部件，所述反射部件反射在所述测定单元内传播的所述光，使所述反射的所述光经由所述窗部从所述测定单元射出；
光检测器，所述光检测器检测从所述测定单元的所述窗部射出的光；
运算部，所述运算部基于所述光检测器的检测信号计算所述被测定流体的浓度；和
光学设备，所述光学设备将从所述光源发射的所述光向所述测定单元的所述窗部导光，并且将从所述测定单元的窗部射出的光向所述光检测器导光。
2.根据权利要求1所述的浓度测定装置，其特征在于，
所述反射部件以隔着所述流路与所述窗部对向的方式加以配置。
3.根据权利要求1或2所述的浓度测定装置，其特征在于，
所述光学设备具有导光部件和连接到所述导光部件的分束器，
所述分束器接收来自所述光源的所述光并经由所述导光部件使其向所述测定单元入射，并且接收从所述测定单元射出的、由所述导光部件引导的所述光并使其向所述光检测器入射。
4.根据权利要求1或2所述的浓度测定装置，其特征在于，
所述光学设备具有光纤束，所述光纤束包括：用于将从所述光源发射的所述光向所述测定单元的所述窗部导光的光射出用的光纤；和用于将从所述测定单元的窗部射出的所述光向所述光检测器导光的受光用的光纤。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的浓度测定装置，其特征在于，在所述测定单元的两端部设置有与所述流路连通的流入口和流出口。
6.根据权利要求5所述的浓度测定装置，其特征在于，
所述流入口和所述流出口的中任何一个配置于所述窗部的附近，另一个配置于所述反射部件的附近。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的浓度测定装置，其特征在于，
所述光是紫外光，所述反射部件包含：由包含铝的材料形成的反射层或由电介质多层膜构成的反射层。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的浓度测定装置，其特征在于，
所述反射部件具有透光性板和设置于所述透光性板的一面的反射层，并且具有用于将设置有所述反射层的面与另一个面加以识别的表背识别结构。
9.根据权利要求8所述的浓度测定装置，其特征在于，
所述表背识别结构通过将设置于所述透光性板的侧面的平坦面、设置于所述透光性板的凹部或通孔、或者设置于所述透光性板的凸部中的任何一个进行非对称地配置而构成。
10.一种浓度测定装置，其特征在于，具备：
测定单元，所述测定单元具有被测定流体的流路和与所述流路连接的透光性的窗部；
光源，所述光源发射经由所述窗部向所述测定单元入射的光；
反射部件，所述反射部件反射在所述测定单元内传播的所述光，使所述反射的所述光经由所述窗部从所述测定单元射出；
光检测器，所述光检测器检测从所述测定单元的所述窗部射出的所述光；
运算部，所述运算部基于所述光检测器的检测信号计算所述被测定流体的浓度；和
第一光学设备以及第二光学设备，所述第一光学设备将从所述光源发射的所述光向所述测定单元的所述窗部导光，所述第二光学设备将从所述测定单元的窗部射出的光向所述光检测器导光，
所述反射部件以这样的方式构成：接收从所述第一光学设备入射的、在所述测定单元的所述流路内传播的入射光，使反射光通过与所述入射光的光路不同的光路向所述第二光学设备反射，
在所述测定单元的两端部设置与所述流路连通的流入口和流出口，所述流入口和所述流出口的中任何一个配置于所述窗部的附近，另一个配置于所述反射部件的附近。
11.根据权利要求10所述的浓度测定装置，其特征在于，
将来自所述光源的所述光进行分支，使其作为参照光向参照光检测器入射。
12.根据权利要求10或11所述的浓度测定装置，其特征在于，
所述反射光的所述光路与所述入射光的所述光路平行。
13.根据权利要求12所述的浓度测定装置，其特征在于，
所述反射部件包括三角柱状的棱镜。
14.根据权利要求10或11所述的浓度测定装置，其特征在于，
所述反射部件包括从相对于所述入射光的行进方向垂直的面倾斜的反射面。
15.根据权利要求10或11所述的浓度测定装置，其特征在于，
还具有光学元件，所述光学元件设置于所述窗部的附近，接收来自所述第一光学设备的所述射出光并使其向所述测定单元入射，并且接收来自所述测定单元的所述反射光并使其向所述第二光学设备入射，所述光学元件的光轴配置于所述第一光学设备与所述第二光学设备之间。
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