JP3966851B2 - Light scattering particle counter - Google Patents
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Description
本発明は、光散乱特性を利用して気体中の粒子の数を測定する光散乱式粒子計数装置に関する。更に詳述すると、本発明は試料流体に照射するレーザ光のビーム形状の改良に関する。 The present invention relates to a light scattering particle counter that measures the number of particles in a gas using light scattering characteristics. More specifically, the present invention relates to an improvement in the beam shape of laser light applied to a sample fluid.
この種の光散乱式粒子計数装置100としては、図6に示すようにレーザ光101を射出する光源102と、レーザ光101を試料流体104に集光させる投光レンズ103と、試料流体104を流す流路手段105と、試料流体104中の粒子(ダスト)が発生する散乱光106を集光する受光レンズ107と、集光した散乱光106を光電変換する受光素子108とを備えたものが知られている。そして、受光素子108から得られた電気出力のパルスの大きさと浮遊粒子径とが相関関係を有するので、電気出力のパルスの大きさから粒径を求めることができる。また、粒子が通過したときにパルスが発生するので、パルスの回数から粒子数を求めることができる。
As shown in FIG. 6, this type of light
散乱光106を高精度に検出するためにはレーザ光101のエネルギ密度が高い方が有利であるため、投光レンズ103はレーザ光101を小さな点状に集光するよう設けられている。そして、試料流体104は点状の検出エリア109を通過する。試料流体104の流通は下流側から吸引ポンプを使用して行われる。
In order to detect the
一方、本装置100をクリーンルームの汚濁度をモニタし汚濁が予想される場合にアラームを発生する装置として使用する場合は、短時間に多くの試料流体104をモニタして確度の高い汚濁度の予測を実現し早い時期にアラームを発報することが望まれる。
On the other hand, when the
しかしながら、上述した光散乱式粒子計数装置100では、レーザ光101は点状に集光されるので、試料流体104は非常に狭い検出エリア109を通過しなければならない。このため、多くの試料流体104を短時間でモニタするには気体を高速で流通させる必要がある。よって、大容量の吸引ポンプを使用しなければならず装置100の大型化や高コスト化を招いてしまう。また、検出回路の高速化が必要になるので回路が複雑化してしまう。
However, in the above-described light
そこで、本発明は、試料流体を高速で流通させることなく粒子を検出できる光散乱式粒子計数装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a light scattering type particle counter capable of detecting particles without circulating a sample fluid at high speed.
かかる目的を達成するため、請求項1記載の発明は、レーザ光を測定領域に照射し、この測定領域に存在する粒子が発生する散乱光に基づいて粒子を計数する光散乱式粒子計数装置において、前記粒子を含む試料流体をある太さで一定の方向に流す流路手段を有し、前記レーザ光は、帯状のレーザビームに形成されているとともに、前記帯状のレーザビームの幅広な方向において前記試料流体の全幅に亘って横切るようにし、更に、前記試料流体の流れが前記レーザ光の幅広面に対して45度をなすようにしている。 In order to achieve such an object, the invention according to claim 1 is a light scattering type particle counting device that irradiates a measurement region with laser light and counts particles based on scattered light generated by particles existing in the measurement region. And a flow path means for flowing the sample fluid containing the particles in a certain direction with a certain thickness, and the laser beam is formed in a belt-like laser beam and in a wide direction of the belt-like laser beam. The entire width of the sample fluid is traversed, and the flow of the sample fluid is 45 degrees with respect to the wide surface of the laser beam .
したがって、レーザ光が帯状であるので、従来のように点状に集光されるレーザ光に比べて検出エリアを広くすることができる。このため、単位時間当たりにより多くの試料流体を通過させることができるので、吸引ポンプの小型化や検出回路の簡易化を図ることができる。また、粒子を含む試料流体を一定の方向に流す流路手段を有し、前記帯状のレーザビームの幅広な方向において前記試料流体の全幅に亘って横切るようにし、更に、前記試料流体の流れが前記レーザ光の幅広面に対して45度をなすようにしている。したがって、レーザ光は試料流体の全幅に亘っているとともに、その試料流体に対して45度の角度で入射されるから、レーザ光と試料流体との交わる部分である測定領域を大きくすることができ、粒子の計数を確実に行うことができる。 Therefore, since the laser beam is strip-shaped, the detection area can be widened as compared with the laser beam condensed like a dot as in the prior art. For this reason, since more sample fluid can be passed per unit time, the suction pump can be downsized and the detection circuit can be simplified. In addition, it has flow path means for flowing the sample fluid containing particles in a certain direction so as to traverse the entire width of the sample fluid in the wide direction of the belt-like laser beam, and further the flow of the sample fluid An angle of 45 degrees is formed with respect to the wide surface of the laser beam. Accordingly, since the laser beam covers the entire width of the sample fluid and is incident on the sample fluid at an angle of 45 degrees, the measurement region that is a portion where the laser beam and the sample fluid intersect can be enlarged. The particles can be counted reliably.
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の光散乱式粒子計数装置において、前記測定領域に照射されるレーザ光の光軸と直交する方向に、前記測定領域に存在する粒子が発生する散乱光を受光する受光素子を配置している。したがって、前記帯状のレーザビームの形成するビーム平面に対して直交する方向が試料流体の流れる方向と一致しないので、散乱光を受光する受光素子の配置を、試料流体を一定の方向に流す流路手段の配置と重ならないようにすることができ、粒子の計数を確実に行うことができる。 According to a second aspect of the present invention, in the light scattering type particle counter according to the first aspect, particles existing in the measurement region are generated in a direction perpendicular to the optical axis of the laser beam irradiated on the measurement region. A light receiving element for receiving scattered light is disposed. Therefore, since the direction orthogonal to the beam plane formed by the belt-shaped laser beam does not coincide with the direction in which the sample fluid flows, the arrangement of the light receiving elements that receive the scattered light is arranged to flow the sample fluid in a certain direction. The arrangement of the means can be prevented from overlapping, and the particles can be counted reliably.
以上説明したように、請求項1記載の光散乱式粒子計数装置によれば、レーザ光が帯状であるので、従来のように点状に集光されるレーザ光に比べて検出エリアを広くすることができる。このため、単位時間当たりにより多くの試料流体を通過させることができるので、吸引ポンプの小型化や検出回路の簡易化を図ることができる。そして、吸引ポンプの大型化や検出回路の複雑化を招くことなく、より確度の高い汚濁度の予測やより早い時期でのアラームの発報を行うことができるようになる。よって、クリーンルームが汚濁する前に警告することができる。また、レーザ光は試料流体の全幅に亘っているとともに、その試料流体に対して45度の角度で入射されるから、レーザ光と試料流体との交わる部分である測定領域を大きくすることができ、粒子の計数を確実に行うことができる。 As described above, according to the light scattering type particle counting apparatus of the first aspect, since the laser beam is in a band shape, the detection area is widened as compared with the conventional laser beam focused in a dot shape. be able to. For this reason, since more sample fluid can be passed per unit time, the suction pump can be downsized and the detection circuit can be simplified. Further, it is possible to predict the pollution degree with higher accuracy and to issue an alarm at an earlier time without increasing the size of the suction pump and the complexity of the detection circuit. Therefore, a warning can be given before the clean room is polluted. In addition, since the laser beam covers the entire width of the sample fluid and is incident on the sample fluid at an angle of 45 degrees, the measurement region that is the portion where the laser beam and the sample fluid intersect can be enlarged. The particles can be counted reliably.
また、請求項2記載の光散乱式粒子計数装置によれば、前記測定領域に照射されるレーザ光の光軸と直交する方向に前記測定領域に存在する粒子が発生する散乱光を受光する受光素子を配置しているので、散乱光を受光する受光素子の配置を、試料流体を一定の方向に流す流路手段の配置と重ならないようにすることができ、受光素子及び流路手段の配置が容易であるとともに、粒子の計数を確実に行うことができる。
Further, according to the light scattering type particle counter according to
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on the best mode shown in the drawings.
図1および図2に、本発明の光散乱式粒子計数装置1の実施形態の一例を示す。この光散乱式粒子計数装置1は、レーザ光2を測定領域3に照射し、この測定領域3に存在する粒子(ダスト)4が発生する散乱光5に基づいて粒子4を計数するものである。そして、レーザ光2は、帯状のレーザビームに形成されてなるようにしている。また、粒子4を含む試料流体6を一定の方向に流す流路手段7を有している。レーザ光2は流路手段7により流通される試料流体6の太さより幅広であると共に、レーザ光2の進行方向に対し45度の角度で、かつレーザ光2の幅広な方向において試料流体6の全幅に亘って横切るようにしている。
1 and 2 show an example of an embodiment of the light scattering particle counter 1 of the present invention. This light scattering type particle counter 1 irradiates a
この光散乱式粒子計数装置1は、レーザ光2を射出する光源8と、レーザ光2を試料流体6に集光させる投光レンズ9と、流路手段7と、試料流体6中の粒子4が発生する散乱光5を集光する受光レンズ10と、集光した散乱光5を光電変換する受光素子11とを備えている。
The light scattering type particle counter 1 includes a
光源8はレーザダイオードとしている。投光レンズ9は、コリメータレンズ12と、シリンドリカルレンズ13とを備えている。コリメータレンズ12ではレーザ光2を平行光にする。シリンドリカルレンズ13は2枚組で、楕円形状のレーザ光2を更に扁平な帯状の光線にする。このレーザ光2は例えば幅(図2(A)の紙面に垂直な方向の幅)4mm、厚さ(図2(A)における上下方向の厚さ)50μm程度とする。シリンドリカルレンズ13によってレーザ光2のエネルギ密度が高められる。
The
投光レンズ9の下流側にはビームポケット14が配置されている。ビームポケット14は投光されたレーザ光2をトラップするものである。これにより、レーザ光2の装置1内部での反射による迷光を減少し、受光素子11に入射するバックグラウンドノイズを減少させることができる。よって、SN比を高めて、信号の増幅度を高めることができる。
A
流路手段7は、投光レンズ9の下流側に配置された気密部15と、この気密部15に資料流体6を供給する供給管16と、気密部15を負圧にする吸引ポンプ17とを備えている。また、レーザ光2と試料流体6との交わる部分が測定領域3となる。
The flow path means 7 includes an
受光レンズ10は測定領域3に向き合っていると共に、光軸をレーザ光2の光軸と直交させている。既に説明したように、受光レンズ10は、散乱光5を受光素子11に集光させるものであるから、受光素子11もレーザ光2の光軸と直交した状態となっている。受光素子11としては、プリアンプ付きSiPINフォトダイオードを使用している。これにより、感度とSN比とを高めることができる。
The
上述した光散乱式粒子計数装置1の作用を以下に説明する。 The operation of the above-described light scattering particle counter 1 will be described below.
光源8から発せられたレーザ光2は投光レンズ9を透過して帯状にされる。この帯状のレーザ光2は気密部15に投光される。一方、吸引ポンプ17の作動により気密部15では試料流体6が流通されている。そして、レーザ光2が試料流体6を通過する。ここで、投光されたレーザ光2は、流路手段7により流通される試料流体6の太さより幅広であると共に、進行方向に対し直角かつレーザ光2の幅広な方向において試料流体6の全幅に亘って横切っている。すなわち、レーザ光2は、図2(A)の紙面に垂直な方向におけるその幅が試料流体6の最外層の流れよりも幅広に形成されており、紙面に垂直な方向において試料流体6の最外層の流れ部分を横切っている。
The
試料流体6にダストが含まれていると、測定領域3から散乱光5が発せられる。この散乱光5は受光レンズ10を介して受光素子11に入射される。そして、受光素子11から得られた電気出力のパルスの大きさと粒子4の粒子径とが相関関係を有するので、電気出力のパルスの大きさから粒径を求めることができる。また、粒子4が通過したときにパルスが発生するので、パルスの回数から粒子数を求めることができる。
If the
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では投光レンズ9を出たレーザ光2はそのまま試料流体6を通過しているが、これには限られず図3に示すように投光レンズ9の先に反射ミラー18を設けてレーザ光2は反射してから試料流体6を通過するようにしても良い。これによれば光路を曲折できるので光散乱式粒子計数装置1の小型化を図ることができる。
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in this embodiment, the
また、本実施形態では試料流体6の流れがレーザ光2の幅広面に対して45度をなすようにしているが、本発明とは異なる参考例として、図4に示すように90度をなすようにしても良い。図4に示す光散乱式粒子計数装置1では、光源(図示せず)から発せられたレーザ光2は2枚のシリンドリカルレンズ13を透過して紙面に垂直な方向に圧縮されて帯状になるようにしている。そして、紙面に垂直な方向に試料流体6が流れるように供給管16および吸引ポンプが設けられている。
In the present embodiment, the flow of the
さらに、上述した各実施形態では楕円形状のレーザ光2をシリンドリカルレンズ13を使用して更に扁平な形状にしているが、これには限られず楕円形状のレーザ光2をそのまま試料流体6に照射するようにしても良い。この場合もレーザ光2は幅広の帯状であるので、試料流体6を幅広く照射することができる。
Further, in each of the above-described embodiments, the
また、上述した各実施形態では供給管16と吸引ポンプ17との間を流れる試料流体6にレーザ光2を直接照射しているが、これには限られずレーザ光2を透過する透明体から成る管路に試料流体6を流してその外部からレーザ光2を照射するようにしても良い。
In each of the above-described embodiments, the
さらに、上述した各実施形態では、光源8から発せられたレーザ光2は2枚のシリンドリカルレンズ13を透過して、図示の上下方向(図2(A)、図3(A))あるいは、紙面に垂直な方向(図4)に圧縮されて帯状になるようにしているが、これには限られず、図5に示す光散乱式粒子計測装置1のように、投光レンズ9をコリメータレンズ12と1枚だけのシリンドリカルレンズ13とから構成し、レーザ光2が試料流体6を通過するようにしても良い。これによればシリンドリカルレンズ13を通過したレーザ光2は完全な平行光ではないが、測定領域3が狭いので、平行光としてみることができ、上述した各実施形態と同様に粒子の量を求めることができる。また、図5に示す光散乱式粒子計測装置1には、受光素子11や受光レンズ10と反対側に反射ミラー20を配置している。これにより、受光素子11とは反対側に散乱した散乱光5を反射ミラー20で反射させ受光素子11に集光させることができ、より効率良く粒子数を求めることができる。
Further, in each of the above-described embodiments, the
1 光散乱式粒子計数装置
2 レーザ光
3 測定領域
4 粒子
5 散乱光
6 試料流体
7 流路手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light-scattering
Claims (2)
前記粒子を含む試料流体をある太さで一定の方向に流す流路手段を有し、前記レーザ光は、帯状のレーザビームに形成されているとともに、前記帯状のレーザビームの幅広な方向において前記試料流体の全幅に亘って横切るようにし、更に、前記試料流体の流れは前記レーザ光の幅広面に対して45度をなすようにしたことを特徴とする光散乱式粒子計数装置。 In a light scattering type particle counter that irradiates a laser beam to a measurement region and counts particles based on scattered light generated by particles present in the measurement region.
A flow path means for flowing the sample fluid containing the particles in a certain direction with a certain thickness, and the laser beam is formed in a belt-like laser beam, and in the wide direction of the belt-like laser beam, A light scattering type particle counting apparatus characterized in that the sample fluid traverses over the entire width of the sample fluid, and the flow of the sample fluid is 45 degrees with respect to the wide surface of the laser beam .
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