JP2002131214A - レーザ発振器とそれを用いた光散乱式粒子検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光の戻りによるレーザ光の強度のゆら
ぎを低減することによって、粒子検出における信号対雑
音比を十分高くし、比較的小さい粒径の粒子を正確に検
出できる光散乱式粒子検出器を提供する。 【解決手段】 光源として半導体レーザ４を用い、流路
２を形成する試料流体中に含まれる粒子を検出する光散
乱式粒子検出器において、半導体レーザ４から放射され
るレーザ光Ｌａを凹面鏡５により流路２に集光させて粒
子検出領域８を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザを用
いたレーザ発振器とそれを用いて試料流体中に含まれる
粒子を検出する光散乱式粒子検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光散乱式粒子検出器としては、図
５に示すように、レーザ発振器を構成するレーザ媒質１
００と反射鏡１０１の間に粒子検出対象となる流体によ
り流路１０２を形成し、半導体レーザ１０３の励起用レ
ーザ光Ｌｅを集光レンズ１０４でレーザ媒質１００に集
光させてレーザ媒質１００を励起させ、レーザ媒質１０
０と反射鏡１０１の間で共振するレーザ光Ｌａと流路１
０２が交差する箇所を粒子検出領域１０５とし、共振す
るレーザ光Ｌａによって粒子検出領域１０５で発生する
散乱光Ｌｓを受光部１０６で受光して散乱光Ｌｓの強度
に応じた電気信号から試料流体中に含まれる粒子を検出
するものが知られている。

【０００３】更に、特公平６−５８３１８号公報に記載
されているように、レーザ媒質１００の集光レンズ１０
４と対向する面に、半導体レーザ１０３の励起波長（レ
ーザ媒質１０５のポンピング波長）を通す反射防止膜お
よびレーザ媒質１００の発振波長を反射する特性を有す
る高反射膜をコーティングしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図５に示す光
散乱式粒子検出器においては、レーザ媒質１００の集光
レンズ１０４と対向する面に、半導体レーザ１０３の励
起波長を通す反射防止膜をコーティングしても、励起用
レーザ光Ｌｅが半導体レーザ１０３に戻り光として入射
したり、またレーザ媒質１００の発振波長を反射する特
性を有する高反射膜をコーティングしても、レーザ媒質
１００と反射鏡１０１との間の共振するレーザ光Ｌａが
レーザ媒質１００を透過して再び、半導体レーザ１０３
に戻り光として入射したりするため、これらの戻り光に
より共振するレーザ光Ｌａの強度がゆらぎ、このゆらぎ
が粒子検出における信号対雑音比を低下させる原因とな
っていた。

【０００５】本発明は、従来の技術が有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、レーザ光の戻りによるレーザ光の強度のゆらぎ
を低減したレーザ発振器及び、レーザ光の戻りによるレ
ーザ光の強度のゆらぎを低減することによって、粒子検
出における信号対雑音比を十分高くし、比較的小さい粒
径の粒子を正確に検出できる光散乱式粒子検出器を提供
しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく請
求項１に係る発明は、半導体レーザが放射する励起用レ
ーザ光によりレーザ媒質を励起させてレーザ光を放射す
るレーザ発振器において、前記半導体レーザが放射する
励起用レーザ光を凹面鏡により前記レーザ媒質に集光さ
せ、前記凹面鏡で反射した前記半導体レーザが放射する
励起用レーザ光の中心軸（主光線）と前記レーザ媒質の
光軸との間に所定角度を設けるものである。

【０００７】請求項２に係る発明は、光源として半導体
レーザを用い、流路を形成する試料流体中に含まれる粒
子を検出する光散乱式粒子検出器において、前記半導体
レーザから放射されるレーザ光を凹面鏡により前記流路
に集光させて粒子検出領域を形成するものである。

【０００８】請求項３に係る発明は、光源として半導体
レーザを用い、流路を形成する試料流体中に含まれる粒
子を検出する光散乱式粒子検出器において、前記半導体
レーザから放射されるレーザ光を凹面鏡と集光レンズに
より前記流路に集光させて粒子検出領域を形成し、前記
凹面鏡で反射した前記半導体レーザが放射するレーザ光
の中心軸（主光線）と前記集光レンズの光軸との間に所
定角度を設けるものである。

【０００９】請求項４に係る発明は、半導体レーザが放
射する励起用レーザ光によりレーザ媒質を励起させ、こ
のレーザ媒質が放射するレーザ光を試料流体が形成する
流路に集光させて粒子検出領域を形成し、この粒子検出
領域に含まれる粒子を検出する光散乱式粒子検出器にお
いて、前記半導体レーザが放射する励起用レーザ光を凹
面鏡により前記レーザ媒質に集光させ、前記凹面鏡で反
射した前記半導体レーザが放射する励起用レーザ光の中
心軸（主光線）と前記レーザ媒質の光軸との間に所定角
度を設けるものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明の第１
の実施の形態に係る光散乱式粒子検出器の概略構成図、
図２は本発明の第２の実施の形態に係る光散乱式粒子検
出器の概略構成図、図３は本発明の第３の実施の形態に
係る光散乱式粒子検出器の概略構成図、図４は本発明の
第４の実施の形態に係る光散乱式粒子検出器の概略構成
図である。

【００１１】本発明の第１の実施の形態に係る光散乱式
粒子検出器は、図１に示すように、光源としてのレーザ
発振器１と、検出対象となる流体により形成される流路
２と、散乱光Ｌｓを受光する受光部３を備えている。

【００１２】レーザ発振器１は、レーザ光Ｌａを放射す
る半導体レーザ４と、レーザ光Ｌａを受けて流路２に集
光する凹面鏡５からなる。そして、半導体レーザ４と凹
面鏡５は真正面に対向していない、即ち半導体レーザ４
の光軸と凹面鏡５の光軸は一致していないので、半導体
レーザ４が放射したレーザ光Ｌａは凹面鏡５で反射した
後に半導体レーザ４に戻ることはない。

【００１３】流路２は、粒子の検出対象となる流体をア
ウトレット６の下流に接続した吸引ポンプ（不図示）が
吸引することにより、流体がインレット７からアウトレ
ット６にながれて形成される。レーザ光Ｌａと流路２が
交差する箇所が粒子検出領域８となる。

【００１４】受光部３は、粒子検出領域８で生じる散乱
光Ｌｓを集光する集光レンズ９と、集光した散乱光Ｌｓ
を光電変換するフォトダイオード１０などを備え、流体
に粒子が含まれている場合に粒子検出領域８において粒
子に照射されたレーザ光Ｌａによる散乱光Ｌｓを受光
し、散乱光Ｌｓの強度に応じた電気信号を出力する。

【００１５】以上のように構成した第１の実施の形態に
係る光散乱式粒子検出器においては、半導体レーザ４が
放射するレーザ光Ｌａが再び半導体レーザ４に戻るのを
防止できるので、半導体レーザ４が放射するレーザ光Ｌ
ａの強度のゆらぎの程度を低減できる。

【００１６】次に、本発明の第２の実施の形態に係る光
散乱式粒子検出器は、図２に示すように、光源としての
レーザ発振器２０と、検出対象となる流体により形成さ
れる流路２と、散乱光Ｌｓを受光する受光部３を備えて
いる。なお、図１に示す符号と同一のものについては説
明を省略する。

【００１７】レーザ発振器２０は、レーザ光Ｌａを放射
する半導体レーザ２１と、レーザ光Ｌａを反射して方向
を変える凹面鏡２２と、凹面鏡２２で反射したレーザ光
Ｌａを流路２に集光する集光レンズ２３からなる。そし
て、凹面鏡２２で反射したレーザ光Ｌａの中心軸（主光
線）Ｌａｃと集光レンズ２３の光軸２３ａの間に所定角
度θを設けている。

【００１８】従って、凹面鏡２２で反射するレーザ光Ｌ
ａは集光レンズ２３で一部反射して、凹面鏡２２側に戻
るが、所定角度θを設けたことにより、集光レンズ２３
で反射したレーザ光Ｌａが再び凹面鏡２２で反射して半
導体レーザ２１に戻ることはない。

【００１９】以上のように構成した第２の実施の形態に
係る光散乱式粒子検出器においては、凹面鏡２２で反射
したレーザ光Ｌａの中心軸（主光線）Ｌａｃと集光レン
ズ２３の光軸２３ａの間に所定角度θを設けることによ
って、半導体レーザ２１が放射するレーザ光Ｌａが再び
半導体レーザ２１に戻るのを防止できるので、半導体レ
ーザ４が放射するレーザ光Ｌａの強度のゆらぎの程度を
低減できる。

【００２０】次に、本発明の第３の実施の形態に係る光
散乱式粒子検出器は、図３に示すように、光源としての
レーザ発振器３０と、検出対象となる流体により形成さ
れる流路２と、散乱光Ｌｓを受光する受光部３を備えて
いる。なお、図１に示す符号と同一のものについては説
明を省略する。

【００２１】レーザ発振器３０は、励起用レーザ光Ｌｅ
を放射する半導体レーザ３１と、励起用レーザ光Ｌｅを
反射して集光する凹面鏡３２と、凹面鏡３２で集光した
励起用レーザ光Ｌｅを受けて励起し、レーザ光Ｌａを放
射するレーザ媒質３３と、レーザ媒質３３と流路２を挟
んで対向して設置され、レーザ媒質３３が放射するレー
ザ光Ｌａを反射する反射鏡３４からなる。レーザ媒質３
３と反射鏡３４の間で共振するレーザ光Ｌａが発生す
る。そして、凹面鏡３２で反射した励起用レーザ光Ｌｅ
の中心軸（主光線）Ｌｅｃとレーザ媒質３３の光軸３３
ａとの間に所定角度θを設けている。

【００２２】従って、凹面鏡３２で集光した励起用レー
ザ光Ｌｅがレーザ媒質３３で反射したり、レーザ媒質３
３が放射したレーザ光Ｌａが反射鏡３４で反射した後、
その一部がレーザ媒質３３を透過して凹面鏡３２側に出
ていったりするが、凹面鏡３２で反射した励起用レーザ
光Ｌｅの中心軸（主光線）Ｌｅｃとレーザ媒質３３の光
軸３３ａとの間に所定角度θを設けているので、励起用
レーザ光Ｌｅ及びレーザ光Ｌａの一部が半導体レーザ３
１に戻ることはない。

【００２３】以上のように構成した第３の実施の形態に
係る光散乱式粒子検出器においては、凹面鏡３２で反射
した励起用レーザ光Ｌｅの中心軸（主光線）Ｌｅｃとレ
ーザ媒質３３の光軸３３ａの間に所定角度θを設けるこ
とによって、半導体レーザ３１が放射する励起用レーザ
光Ｌｅが再び半導体レーザ３１に戻ったり、レーザ光Ｌ
ａの一部が半導体レーザ３１に戻ったりするのを防止で
きるので、励起用レーザ光Ｌｅの強度にゆらぎが生ぜ
ず、レーザ媒質３３が放射するレーザ光Ｌａの強度のゆ
らぎの程度を低減できる。

【００２４】次に、本発明の第４の実施の形態に係る光
散乱式粒子検出器は、図４に示すように、光源としての
レーザ発振器４０と、検出対象となる流体により形成さ
れる流路２と、散乱光Ｌｓを受光する受光部３を備えて
いる。なお、図１に示す符号と同一のものについては説
明を省略する。

【００２５】レーザ発振器４０は、励起用レーザ光Ｌｅ
を放射する半導体レーザ４１と、励起用レーザ光Ｌｅを
反射して集光する凹面鏡４２と、凹面鏡４２で集光した
励起用レーザ光Ｌｅを受けて励起し、レーザ光Ｌａを放
射するレーザ媒質４３と、レーザ媒質４３と対向して設
置され、レーザ媒質４３が放射するレーザ光Ｌａを反射
する半透鏡４４からなる。レーザ媒質４３と半透鏡４４
の間で共振するレーザ光Ｌａが発生し、このレーザ光Ｌ
ａの一部が半透鏡４４を透過して粒子検出領域８を照射
する。そして、凹面鏡４２で反射した励起用レーザ光Ｌ
ｅの中心軸（主光線）Ｌｅｃとレーザ媒質４３の光軸４
３ａとの間に所定角度θを設けている。

【００２６】従って、凹面鏡４２で集光した励起用レー
ザ光Ｌｅがレーザ媒質４３で反射したり、レーザ媒質４
３が放射したレーザ光Ｌａが半透鏡４４で反射した後、
その一部がレーザ媒質４３を透過して凹面鏡４２側に出
ていったりするが、凹面鏡４２で反射した励起用レーザ
光Ｌｅの中心軸（主光線）Ｌｅｃとレーザ媒質４３の光
軸４３ａとの間に所定角度θを設けているので、励起用
レーザ光Ｌｅ及びレーザ光Ｌａの一部が半導体レーザ４
１に戻ることはない。

【００２７】以上のように構成した第４の実施の形態に
係る光散乱式粒子検出器においては、凹面鏡４２で反射
した励起用レーザ光Ｌｅの中心軸（主光線）Ｌｅｃとレ
ーザ媒質４３の光軸４３ａの間に所定角度θを設けるこ
とによって、半導体レーザ４１が放射する励起用レーザ
光Ｌｅが再び半導体レーザ４１に戻ったり、レーザ光Ｌ
ａの一部が半導体レーザ４１に戻ったりするのを防止で
きるので、励起用レーザ光Ｌｅの強度にゆらぎが生ぜ
ず、レーザ媒質４３が放射するレーザ光Ｌａの強度のゆ
らぎの程度を低減できる。

【００２８】なお、凹面鏡とは、凹形に湾曲した反射鏡
であり、例えば球面状の凹面鏡を本発明において用いる
ことができる。更に、非球面状の凹面鏡を用いれば、よ
り集光能力を高めることができ、粒子検出領域８に高エ
ネルギー密度で所望の強度パターンのレーザ光Ｌａを照
射することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に係る発明
によれば、半導体レーザが放射する励起用レーザ光を凹
面鏡でレーザ媒質に集光すると共に、凹面鏡で反射した
励起用レーザ光の中心軸（主光線）とレーザ媒質の光軸
との間に所定角度を設けたので、励起用レーザ光が再び
半導体レーザに戻るのを防止でき、励起用レーザ光の強
度にゆらぎが生ぜず、よってレーザ媒質が放射するレー
ザ光の強度のゆらぎを低減できる。

【００３０】請求項２に係る発明によれば、半導体レー
ザが発するレーザ光を凹面鏡で集光して粒子検出領域を
照射するので、半導体レーザが発するレーザ光が再び半
導体レーザに戻るのを防止でき、半導体レーザが放射す
るレーザ光の強度のゆらぎを低減できる。従って、比較
的小さい粒径の粒子も正確に検出できる。

【００３１】請求項３に係る発明によれば、半導体レー
ザが発するレーザ光を凹面鏡で反射し、集光レンズで集
光して粒子検出領域を照射すると共に、凹面鏡で反射し
たレーザ光の中心軸（主光線）と集光レンズの光軸との
間に所定角度を設けたので、半導体レーザが発するレー
ザ光が再び半導体レーザに戻るのを防止でき、半導体レ
ーザが放射するレーザ光の強度のゆらぎを低減できる。
従って、比較的小さい粒径の粒子も正確に検出できる。

【００３２】請求項４に係る発明によれば、半導体レー
ザが放射する励起用レーザ光を凹面鏡でレーザ媒質に集
光すると共に、凹面鏡で反射した励起用レーザ光の中心
軸（主光線）とレーザ媒質の光軸との間に所定角度を設
けたので、励起用レーザ光が再び半導体レーザに戻るの
を防止でき、励起用レーザ光の強度にゆらぎが生ぜず、
よってレーザ媒質が放射するレーザ光の強度のゆらぎを
低減できる。従って、比較的小さい粒径の粒子も正確に
検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光散乱式粒子
検出器の概略構成図

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る光散乱式粒子
検出器の概略構成図

【図３】本発明の第３の実施の形態に係る光散乱式粒子
検出器の概略構成図

【図４】本発明の第４の実施の形態に係る光散乱式粒子
検出器の概略構成図

【図５】従来の光散乱式粒子検出器の概略構成図

【符号の説明】

１，２０，３０，４０…レーザ発振器、２…流路、３…
受光部、４，２１，３１，４１…半導体レーザ、５，２
２，３２，４２…凹面鏡、６…アウトレット、７…イン
レット、８…粒子検出領域、２３…集光レンズ、２３ａ
…集光レンズの光軸、３３，４３…レーザ媒質、３３
ａ，４３ａ…レーザ媒質の光軸、３４…反射鏡、４４…
半透鏡、Ｌａ…レーザ光、Ｌａｃ…レーザ光の中心軸
（主光線）、Ｌｅ…励起用レーザ光、Ｌｅｃ…励起用レ
ーザ光の中心軸（主光線）、Ｌｓ…散乱光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 勉 東京都国分寺市東元町３丁目20番41号 リ オン株式会社内 (72)発明者 水上 敬 東京都国分寺市東元町３丁目20番41号 リ オン株式会社内 Ｆターム(参考） 5F072 JJ05 KK05 PP07 YY11 5F088 BA07 BB06 JA12 LA07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザが放射する励起用レーザ光
   によりレーザ媒質を励起させてレーザ光を放射するレー
   ザ発振器において、前記半導体レーザが放射する励起用
   レーザ光を凹面鏡により前記レーザ媒質に集光させ、前
   記凹面鏡で反射した前記半導体レーザが放射する励起用
   レーザ光の中心軸と前記レーザ媒質の光軸との間に所定
   角度を設けることを特徴とするレーザ発振器。
2. 【請求項２】 光源として半導体レーザを用い、流路を
   形成する試料流体中に含まれる粒子を検出する光散乱式
   粒子検出器において、前記半導体レーザから放射される
   レーザ光を凹面鏡により前記流路に集光させて粒子検出
   領域を形成することを特徴とする光散乱式粒子検出器。
3. 【請求項３】 光源として半導体レーザを用い、流路を
   形成する試料流体中に含まれる粒子を検出する光散乱式
   粒子検出器において、前記半導体レーザから放射される
   レーザ光を凹面鏡と集光レンズにより前記流路に集光さ
   せて粒子検出領域を形成し、前記凹面鏡で反射した前記
   半導体レーザが放射するレーザ光の中心軸と前記集光レ
   ンズの光軸との間に所定角度を設けることを特徴とする
   光散乱式粒子検出器。
4. 【請求項４】 半導体レーザが放射する励起用レーザ光
   によりレーザ媒質を励起させ、このレーザ媒質が放射す
   るレーザ光を試料流体が形成する流路に集光させて粒子
   検出領域を形成し、この粒子検出領域に含まれる粒子を
   検出する光散乱式粒子検出器において、前記半導体レー
   ザが放射する励起用レーザ光を凹面鏡により前記レーザ
   媒質に集光させ、前記凹面鏡で反射した前記半導体レー
   ザが放射する励起用レーザ光の中心軸と前記レーザ媒質
   の光軸との間に所定角度を設けることを特徴とする光散
   乱式粒子検出器。