JPH05142138A

JPH05142138A - 粒子検出器

Info

Publication number: JPH05142138A
Application number: JP3331625A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Nakada; 重範仲田
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1991-11-21
Filing date: 1991-11-21
Publication date: 1993-06-08

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】レーザ光発振部からの光を簡単な光学系でシ
ート状の光に変えて、また、レーザ光の直進方向におい
て、光量が不均一にならないようにして、さらには、レ
ーザ光発振部からの出射光を損失を少なくして効率良く
使うことができる粒子検出器を提供する。【構成】レーザ光発振部１と、このレーザ光発振部１
からのレーザ光をコリメートするコリメータレンズ群２
と、このコリメータレンズ群２の出射光をシート状に成
形するアナモルフィックプリズム３ａよりなる光学系
と、このシート状のレーザ光を受けるビームストッパー
６と、粒子が、シート状のレーザ光の上を落ちたときに
発生する散乱光検出器５より構成している粒子検出器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、粒子を検出する粒子
検出器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、真空中における粒子の検出装置と
しては、例えば米国特許第４８０４８５３号に開示して
いるものがある。この装置は、棒状のレーザ光を使っ
て、そこを横切る粒子を検出するものである。しかし、
この方法は、粒子を検出できる領域が非常に小さくなっ
てしまうという問題がある。

【０００３】また、別の方法として、特開昭６２−２１
５８４３号に開示しているものがある。この方法は、棒
状のレーザ光を反射ミラーによって複数回往復させて、
ジクザグパターンの検出領域を作っている。この方法
は、検出領域は比較的広くなるが、反射ミラーが必要と
なり、この反射ミラーが、種々のガスによって腐食した
り、あるいは振動により位置ズレを起こすという問題が
ある。

【０００４】さらには、このような問題を解決するため
に、棒状のレーザ光を、光学系によってシート状に変形
させる方法がある。この方法は、例えば、特開昭６４−
５３１３２号に示しているように、粒子の検出領域が広
くなり、また反射ミラーを使うこともない。

【０００５】図３は、この方法を説明するための図であ
る。レーザ光発振部３１から出射した棒状のレーザ光Ｌ
１は、ビームエクスパンダ３２で拡大する。そして、拡
大したレーザ光Ｌ２は、鼓状の切り抜きを持つ空間フィ
ルタ３３を通過する。空間フィルタ３３を通ったレーザ
光Ｌ３は、鼓状になるが、これは、もともと棒状のレー
ザ光の光量がガウス分布をしているので、これを補正す
るためである。

【０００６】空間フィルタ３３を通ったレーザ光Ｌ３
は、円筒レンズ３４によって、シート状のレーザ光Ｌ４
に変わる。ビームエクスパンダ３２、空間フィルタ３
３、円筒レンズ３４によって光学系３８を構成してい
る。シート状のレーザ光Ｌ４には、粒子Ｒを検出するた
めの領域３５がある。粒子Ｒは、落下してきて、この検
出領域３５を横切るときに、散乱光を発生する。この散
乱光を受光器３６で検出して、粒子の量を測定する。

【０００７】ところが、この方法の場合は、棒状のレー
ザ光Ｌ１をシート状に変えるための光学系３８が、非常
に大掛かりになってしまう。また、円筒レンズ３４より
出射したシート状レーザ光Ｌ４は、円筒レンズ３４の長
手方向では光量分布が均一であるが、直進方向に対して
は不均一である。このため検出領域３５は、レーザ光の
直進方向において、極めて範囲が小さくなってしまう。
さらには、レーザ光発振部３１からの出射光Ｌ１は、空
間フィルタ３３を通過する時に損失を生じる。このため
光の利用率は、極めて悪い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明が解
決しようとする課題は、まず、棒状のレーザ光を、簡単
な構造の光学系で、シート状に変えることである。次
に、シート状のレーザ光は、直進方向において、光量が
不均一にならないようにすることである。さらには、レ
ーザ光発振部からの出射光を、損失を少なくして効率良
く使うことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明による粒子検出
装置は、以上のような課題を解決するためのものであっ
て、次のようなものである。すなわち、レーザ光発振部
と、このレーザ光発振部からのレーザ光をコリメートす
るコリメータレンズ群と、このコリメータレンズ群の出
射光をシート面状に成形する、アナモルフィックプリズ
ムよりなる光学系と、このシート状のレーザ光を受ける
ビームストッパーと、粒子が、シート状のレーザ光の上
に落ちた時に発生する散乱光を検出する散乱光検出器よ
り構成されている。

【００１０】

【作用】このような構成によれば、レーザ光発振部から
のレーザ光は、アナモルフィックプリズムよりなる光学
系で、簡単にシート状に変形することができる。

【００１１】

【実施例】図１は、この発明の粒子検出装置の具体例を
示した概略図である。図１（ａ）は、装置全体を上から
見た図を示す。同図（ｂ）は、図１（ａ）のａ−ａ´の
断面図を示す。同図（ｃ）は、図１（ａ）のｂ−ｂ´の
断面図を示す。

【００１２】レーザ光発振部１からは、例えば波長７８
０ｎｍの光Ｌ１を発振する。このレーザ光Ｌ１は、例え
ば外形０．５ｍｍ程度のものである。コリメータレンズ
群２の中には、幾つかのコリメータレンズが配置してい
る。光学系部３では、アナモルフィックピリズム３ａ，
３ｂをペアで使っていて、コリメータレンズ群２の出射
光Ｌ２をシート状に変形する。光学系部３の出射光Ｌ３
によって検出領域４ができる。この両側には散乱光検出
器５がある。シート状のレーザ光Ｌ３は、検出領域４を
通ったあとで、ビームストッパー６で受け止められる。

【００１３】この装置では、粒子Ｒが、検出領域４に落
ちたときに、散乱光を発生して、その量によって、粒子
の量を検出するわけである。この粒子Ｒを、検出領域４
に落とすために、窓部材７がある。そして、シート状の
レーザ光Ｌ３は、例えば厚さが０．５ｍｍで、幅（Ｘ）
は１〜１０ｍｍ程度である。また、検出領域４における
レーザ光Ｌ３の直進方向における長さ（Ｙ）は、例えば
４０ｍｍに設定できる。シート状のレーザ光Ｌ３は、ほ
ぼ同じ厚さのまま直進するため、検出領域４については
広く設置することができる。

【００１４】光学系部３を構成するアナモルフィックピ
リズム３ａ，３ｂは、検出領域４において、幅方向Ｘの
み広げるものである。このため、厚み方向はレーザ光発
振部１の出射時の大きさと同じである。このため、ビー
ムエキスパンダーを使った場合に比べて、パワー密度の
低下ははるかに少なくなる。また、空間フィルタ等を使
っていないので、レーザ光の損失もなく、利用効率も非
常に良い。

【００１５】一方、図１（ｂ）に示すように粒子Ｒが検
出領域４に落下した時に、発生する散乱光Ｌは、散乱光
発生器５によって検知される。この散乱光発生器５は、
例えばシリコンホトダイオードで構成され、検知した光
を電流信号として処置する。検出領域４におけるレーザ
光Ｌ３は、図２に示すようになる。図２（ａ）は、レー
ザ光Ｌ３の断面図を示し、同図（ｂ）は、その断面図に
対応した光量の分布を示している。この図より、レーザ
光Ｌ３は、形状こそシート状であるが、光量分布はガウ
ス分布であり、中心部（幅Ｘにおける中心）は光量が大
きく、両端が低くなっている。

【００１６】一方、ＰＳはスレッシュホールドレベルを
示す。このレベルを越える範囲が、検出可能になる。散
乱光検出器５を検出領域４の幅Ｘ方向では、左右対称の
検出感度を有して、検出位置によるバラツキをできるだ
け少なくさせている。ところが、検出領域４の幅Ｘ方向
で中心部と両端部は、感度がばらついてしまう。図２
（ｃ）は、同図（ａ）に対応した検出領域４における検
知効率を示したものである。この図は、検出領域４にお
いて両端部は、散乱光検出器５に近いため広い立体角の
散乱光を検出できる。逆に散乱光検出器５から比較的遠
い中央部は検知効率は低い。このように、レーザ光Ｌ３
の光量分布の差をこの検出効率の差で補うようにして最
終的なセンサとして検出感度のばらつきをおさえてい
る。

【００１７】このように散乱光検出器５を５ａ，５ｂと
２つ設けることにより、粒子の落下位置による検出感度
を均一に近づけることができる。

【００１８】図４は、検出領域４と粒子の大きさの関係
を示した実験データである。実線は、この発明の粒子検
出器を示し、点線は、従来の棒状レーザ光の装置による
ものを示す。このグラフは、ある大きさの粒子が検出さ
れるためのレーザ光の有効検出面積を示している。図で
は、例えば、粒子の直径０．５μｍ以上の比較的大きな
粒子に対しては、この発明によりレーザ幅が広くなって
いるため、はるかに広い有効検出面積を示している。こ
れは大きな粒子の場合、散乱光強度も高いのでレーザの
幅を広げたことによる若干のレーザパワー密度の低下に
は、ほとんど影響なく広い検出面積が得られていること
を示す。

【００１９】また、０．５μｍ以下の比較的小さな粒子
の場合は、散乱光強度はあまり強くないので、小さな粒
子になるほど、レーザパワー密度の低下の影響を受け
て、有効検出面積は低下する。しかし、レーザ光の厚み
方向は、一定の厚みのままであるのでレーザパワー密度
の低下は最小限ですみ、結果として小さな粒子に対する
検出面積低下もわずかである。

【００２０】このように、この発明によれば、広い粒子
径範囲において、従来に比べて、有効検出面積が広く、
従ってより多くの粒子を検出できる優れた特性が得られ
る。

【００２１】

【発明の効果】以上、説明したようにこの発明によれ
ば、簡単な光学系によって、シート状のレーザ光の直進
方向において光量が不均一にならないように、広い有効
検出面積を得ることができる。またレーザ光発振部から
の出射光を、損失を少なくして効率良く使うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の粒子検出装置を示す。

【図２】この発明の粒子検出器による粒子の検出領域の
特性を示した図である。

【図３】従来の粒子検出器を示した図である。

【図４】この発明の粒子検出器による粒子径と有効検出
面積を示した図である。

【符号の説明】

１レーザ光発振部２コリメータレンズ群３光学系部３ａアナモルフィックプリズム３ｂアナモルフィックプリズム４検出領域５散乱光検出器６ビームストッパー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光発振部と、このレーザ光発振部からのレーザ光をコリメートするコ
リメータレンズ群と、このコリメータレンズ群の出射光
をシート面状に成形する、アナモルフィックプリズムよ
りなる光学系部と、このシート面状のレーザ光を受けるビームストッパー
と、粒子が、シート状のレーザ光の上に落ちた時に発生する
散乱光を検出する散乱光検出器より構成されることを特
徴とする粒子検出器。