JPH05340866A - Dust particle detector - Google Patents

Dust particle detector

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Publication number
JPH05340866A
JPH05340866A JP4145993A JP14599392A JPH05340866A JP H05340866 A JPH05340866 A JP H05340866A JP 4145993 A JP4145993 A JP 4145993A JP 14599392 A JP14599392 A JP 14599392A JP H05340866 A JPH05340866 A JP H05340866A
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JP
Japan
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laser beam
light
beam light
sheet
scattered light
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4145993A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Haruzo Miyashita
治三 宮下
Toshio Kikuchi
俊雄 菊地
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Canon Anelva Corp
Original Assignee
Anelva Corp
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Publication date
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Publication of JPH05340866A publication Critical patent/JPH05340866A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain excellent maintainability and high detection accuracy by providing a scattered light detector and laser beam absorber which finally absorbs a sheet-like laser beam without allowing the laser beam to leak out. CONSTITUTION:The laser light from a semiconductor laser oscillator 40 becomes a parallel sheet-like laser beam 52 containing no gap after passing thr6ugh prisms 46a and 46b and a slit 48 and is made incident to a space 51 to be measured. When dust particles traverse the beam 52, reflected scattered light rays are generated and detected by means of photosensors 50a and 50b which are provided on both sides of the beam 52 as the detecting elements of a scattered light detector. Detected signals are sent to the main body 50 of the scattered light detector and the number of the dust particles or the particles themselves and approximate sizes of the particles are measured. Since the beam 52 contains no gap, the occurrence of detection omission is eliminated against the dust particles traversing the space. The beam 52 is finally absorbed by a laser beam absorber 54 and no leakage light is caught by the photosensors 50a and 50b.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体あるいは電子
部品製造空間において、塵粒子の数、塵粒子の概略の大
きさ、又はその両者をリアルタイムで計測する塵粒子検
出器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dust particle detector for measuring the number of dust particles, the approximate size of dust particles, or both in real time in a semiconductor or electronic component manufacturing space.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体製造用装置あるいは電子部品製造
用装置では、製品の歩留まりを確保するために、基板に
対する塵(ダスト)の付着を最小限にする必要がある。
このため、常時、製品製造環境における塵の発生状況
(塵粒子の数、塵粒子の概略の大きさ、又はその両者)
をモニターし、塵の増加があればこれを検知して塵を抑
制する対策をとる必要がありその研究がなされている。
2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing apparatus or an electronic component manufacturing apparatus, it is necessary to minimize the adhesion of dust to a substrate in order to secure the product yield.
For this reason, the status of dust generation in the product manufacturing environment (number of dust particles, approximate size of dust particles, or both) at all times
It is necessary to monitor and monitor the increase in dust and take measures to suppress it by detecting the increase in dust.

【0003】図6は、従来のこの種の塵粒子検出器の一
例(特開昭62−215843公報に開示のあるもの)
を説明するための図である。同図の(A)、(B)およ
び(C)は、それぞれその塵粒子検出器の平面図、側面
図および斜視図を示している。
FIG. 6 shows an example of a conventional dust particle detector of this type (as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-215843).
It is a figure for explaining. (A), (B) and (C) of the same figure respectively show the plan view, side view and perspective view of the dust particle detector.

【0004】レーザ発振器10から出たレーザビーム光
12は、対向設置された二枚の平行平面鏡14aおよび
14bの間で反射を繰り返し、両平面鏡14aおよび1
4b間に単一の平面状のレーザビーム光ネット120を
形成している。レーザビーム光12は、レーザビーム光
吸収器16に入り、ここで最終的に吸収されて外部に洩
れないようになっている。
The laser beam light 12 emitted from the laser oscillator 10 is repeatedly reflected between the two parallel plane mirrors 14a and 14b which are installed to face each other, and the two plane mirrors 14a and 14b.
A single planar laser beam optical net 120 is formed between 4b. The laser beam light 12 enters a laser beam light absorber 16 where it is finally absorbed and is prevented from leaking to the outside.

【0005】塵粒子18が矢印20のようにこのレーザ
ビーム光ネット120に飛来してレーザビーム光12を
横切るとき散乱光22を生じる。この散乱光22は集光
ミラー24aおよび24bによって、散乱光検出器26
aおよび26bに集められ、ここでレーザビーム光12
を横切った塵粒子18の数がカウントされる。
When the dust particles 18 fly to the laser beam light net 120 as shown by the arrow 20 and cross the laser beam light 12, scattered light 22 is generated. The scattered light 22 is collected by the collecting mirrors 24a and 24b, and the scattered light detector 26
a and 26b, where the laser beam light 12
The number of dust particles 18 that have traversed is counted.

【0006】レーザビーム光12の反射の繰り返し回数
を増やすことによってレーザビーム光ネット120のビ
ーム光密度を密にし、ネットの隙間を少なくして、検出
されないまま通過する塵粒子18の数を減らして塵粒子
数計測の感度を向上させることができる。
By increasing the number of times the laser beam light 12 is repeatedly reflected, the beam light density of the laser beam light net 120 is increased, the gap between the nets is reduced, and the number of dust particles 18 that pass undetected is reduced. The sensitivity of measuring the number of dust particles can be improved.

【0007】図7は、従来の塵粒子検出器の他の例(特
開平3−176641号公報に開示のあるもの)を示す
図である。図7の(A)および(B)は、それぞれ平面
図および側面図である。符号は図6に合わせてある。
FIG. 7 is a diagram showing another example of the conventional dust particle detector (disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-176641). 7A and 7B are a plan view and a side view, respectively. The reference numerals are the same as those in FIG.

【0008】図7に示した構成例では、半導体レーザア
レイ等で構成されるレーザ光照射手段28により、複数
のレーザビーム光を平行かつ緻密に照射してレーザビー
ム光シート30を形成している。このレーザビーム光シ
ート30を塵粒子18が遮ると散乱光22が発生する。
この散乱光22を検出器26を使って検出するようにし
ている。16はレーザビーム光吸収器である。図6でレ
ーザビーム光を反射させるのに使用していた反射鏡14
aおよび14bは必要としない。
In the configuration example shown in FIG. 7, a laser beam irradiating means 28 composed of a semiconductor laser array or the like irradiates a plurality of laser beam lights in parallel and densely to form a laser beam light sheet 30. .. When the dust particles 18 block the laser beam light sheet 30, scattered light 22 is generated.
The scattered light 22 is detected using a detector 26. Reference numeral 16 is a laser beam light absorber. The reflecting mirror 14 used to reflect the laser beam light in FIG.
a and 14b are not needed.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述の図6に示した構
成の従来の塵粒子検出器では、対向する反射鏡14aお
よび14bの鏡面が飛来するダスト等によって次第に汚
染されるため、定期的にクリーニングしなければならな
い。また、反射鏡14aおよび14bは機械的に精密に
平行平面に設置されなければならないが、製造、使用お
よびクリーニングのすべての過程で常時この精密さを保
つのには困難がある。また、レーザビーム光ネット12
0のビーム光密度にも限界があるため、ネットの隙間を
素通りする塵粒子18の数が多い。このため、高い測定
精度を得ることができない。
In the conventional dust particle detector having the structure shown in FIG. 6, the mirror surfaces of the reflecting mirrors 14a and 14b facing each other are gradually polluted by the flying dust and so on. Must be cleaned. Further, the reflecting mirrors 14a and 14b must be mechanically precisely placed in parallel planes, but it is difficult to maintain this precision at all times during the manufacturing, use and cleaning processes. Also, the laser beam optical net 12
Since the beam light density of 0 is also limited, the number of dust particles 18 passing through the gaps of the net is large. Therefore, high measurement accuracy cannot be obtained.

【0010】一方、図7に示した構成の従来の塵粒子検
出器では、半導体レーザアレイ28等からの光でレーザ
ビーム光シートを形成するため、反射鏡を必要とせず、
そのため構成が極めて単純になる。しかし、半導体レー
ザアレイ28等を構成する多数のレーザ光源から発する
レーザビーム光を、平行、かつ、等間隔で、よく揃った
スポット状ビーム光に変換して実用に耐えるレーザビー
ム光シートを形成するためには、レーザ光源のそれぞれ
に微細で高精度の補正用光学的レンズを備える必要があ
る。
On the other hand, in the conventional dust particle detector having the structure shown in FIG. 7, since the laser beam light sheet is formed by the light from the semiconductor laser array 28 or the like, no reflecting mirror is required,
Therefore, the configuration is extremely simple. However, the laser beam light emitted from a large number of laser light sources constituting the semiconductor laser array 28 and the like is converted into well-aligned spot-shaped beam light in parallel and at equal intervals to form a practical laser beam light sheet. Therefore, it is necessary to provide each of the laser light sources with a fine and highly accurate correction optical lens.

【0011】しかし、多数のレーザ光源の各々に補正用
光学的レンズを装着して正確に平行なレーザビーム光を
形成するのは容易な作業ではない。またもし、その作業
に成功して、数十μm間隔で多数本の平行なレーザビー
ム光を形成することができたとしても、これではレーザ
ビーム光相互間の間隙はあまりに広い。測定の対象とな
る塵粒子18の粒径は最大でも数μmの大きさであるた
め、その広い間隙を検出されないまま素通りする塵粒子
がどうしても多くなる。
However, it is not an easy task to mount a correction optical lens on each of a number of laser light sources to accurately form parallel laser beam light. Even if the work is successful and a large number of parallel laser beam lights can be formed at intervals of several tens of μm, the gap between the laser beam lights is too wide. Since the particle size of the dust particles 18 to be measured is at most several μm, the number of dust particles that pass through the wide gap without being detected will inevitably increase.

【0012】さらに、複数のレーザビーム光を一斉に放
射する半導体レーザアレイは、多数の半導体レーザの発
生する熱によって動作が不安定になる可能性がある。こ
の発熱の問題を解決するためには、半導体レーザに投入
する電力を制限したり、或いはまたは、半導体レーザア
レイに冷却機構を付加したりしなければならない。そう
すると、塵粒子の検出感度が低下したり、あるいは塵粒
子検出器の構成部品数が増えて構造が複雑化してコスト
上昇を招いたりする欠点がある。
Further, the semiconductor laser array that radiates a plurality of laser beam lights all at once may become unstable in operation due to heat generated by a large number of semiconductor lasers. In order to solve this heat generation problem, it is necessary to limit the electric power supplied to the semiconductor laser or to add a cooling mechanism to the semiconductor laser array. Then, there is a drawback that the detection sensitivity of dust particles is lowered, or the number of constituent parts of the dust particle detector is increased to complicate the structure and increase the cost.

【0013】また、散乱光の強度を利用して塵粒子の概
略の粒子径、即ち概略の大きさを測定しようとすると
き、図7でレーザ発振器から出射される光ビーム光の断
面内の光強度分布はおよそガウス関数の二乗で表される
分布をしているのが普通であり、図6では光強度の分布
は更に複雑な様相を呈するが、これが塵粒子の粒子径の
測定誤差を大きくする。つまり、レーザビーム光の断面
内の光強度分布を考えた場合、一般にビーム光の中心部
は強い光強度であるが、周辺部に向かって光強度は次第
に弱くなる。従来の塵粒子検出器のレーザビーム光径は
1mm程度であるが、対象となる塵粒子の直径は数ミク
ロン程度である。ビーム光断面内の光強度に強弱の分布
があると、同じ大きさの塵粒子がビーム光を横切っても
散乱光の強度は、横切る位置によって異なるため、塵粒
子の大きさの概略値も知ることができない。
Further, when it is attempted to measure the approximate particle diameter of the dust particles, that is, the approximate size by utilizing the intensity of the scattered light, the light in the cross section of the light beam emitted from the laser oscillator in FIG. The intensity distribution usually has a distribution represented by the square of a Gaussian function, and the distribution of light intensity has a more complicated appearance in FIG. 6, but this causes a large error in measuring the particle size of dust particles. To do. That is, when considering the light intensity distribution in the cross section of the laser beam light, generally, the central part of the beam light has a high light intensity, but the light intensity gradually decreases toward the peripheral part. The laser beam diameter of the conventional dust particle detector is about 1 mm, but the diameter of the target dust particle is about several microns. If there is a strong and weak distribution of the light intensity in the cross section of the beam, even if dust particles of the same size cross the beam light, the scattered light intensity varies depending on the crossing position, so the approximate size of the dust particles is also known. I can't.

【0014】この発明の目的は、微妙な調整作業等を必
要とせず、安価で、しかも優れたメンテナンス性と高い
測定精度を備え、塵粒子の数だけでなく、塵粒子の概略
の大きさ、又は、必要に応じてその両者を、小さい誤差
で検出することのできる塵粒子検出器を提供することに
ある。
An object of the present invention is that it does not require delicate adjustment work, is inexpensive, has excellent maintainability and high measurement accuracy, and not only the number of dust particles but also the approximate size of dust particles, Alternatively, it is to provide a dust particle detector capable of detecting both of them with a small error as necessary.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上述の目的達成のため
に、この発明の塵粒子検出器は、単一のレーザ発振器
と、このレーザ発振器から出射されたレーザ光から幅が
広く厚さが薄い平行レーザビーム光を作る装置と、該平
行レーザビーム光を導入して被測定空間に隙間の無いシ
ート状レーザビーム光を形成する装置と、該シート状レ
ーザビーム光を塵粒子が横切る際に発生する散乱光を検
出する散乱光検出装置と、該シート状レーザビーム光を
最終的に吸収して外部にもらさないレーザビーム光吸収
器とを備えて構成される。
In order to achieve the above object, the dust particle detector of the present invention has a single laser oscillator and a laser beam emitted from the laser oscillator that is wide and thin. A device that produces parallel laser beam light, a device that introduces the parallel laser beam light to form a sheet-like laser beam light with no gap in the measurement space, and a dust particle that crosses the sheet-like laser beam light And a laser beam light absorber that finally absorbs the sheet-shaped laser beam light and does not leak it to the outside.

【0016】前記の平行レーザビーム光を作る装置を、
レーザ発振器から発するレーザ光を平行ビーム光に変換
する光学レンズ系と、該平行ビーム光の断面形状の幅を
広く厚さを薄く変形するプリズム光学系とを以て構成す
るのが好適である。
An apparatus for producing the above-mentioned parallel laser beam light,
It is preferable to configure the optical lens system that converts the laser light emitted from the laser oscillator into parallel beam light, and the prism optical system that deforms the cross-sectional shape of the parallel beam light such that the width is wide and the thickness is thin.

【0017】前記散乱光検出装置には、検出した散乱光
の強度の変化を利用して、該シート状レーザビーム光を
横切る塵粒子の個数を計測する構成を具える。若しく
は、検出した散乱光の強度を利用して、該シート状レー
ザビーム光を横切る塵粒子の概略の大きさを計測する構
成を具えるのが好適である。又は、その両構成を具えて
いてもよい。
The scattered light detecting device is provided with a structure for measuring the number of dust particles that cross the sheet-like laser beam light by utilizing the change in the intensity of the detected scattered light. Alternatively, it is preferable to use a configuration in which the detected scattered light intensity is used to measure the approximate size of dust particles that cross the sheet-shaped laser beam light. Alternatively, both configurations may be provided.

【0018】特に、前記の平行レーザビーム光の断面を
長楕円形状にすると、塵粒子数及び塵粒子の概略の大き
さの計測に好適となる。このときは、散乱光検出装置は
光の進行方向に延長された一対の散乱光検出端(以下、
フォトセンサ)を具え、該一対のフォトセンサは該シー
ト状レーザビーム光を間に挟み、その全体の断面形状
が、H字形状をなす構成とすることによって、計測に好
結果を得ることが出来る。
In particular, if the cross section of the parallel laser beam is elliptical in shape, it is suitable for measuring the number of dust particles and the approximate size of dust particles. At this time, the scattered light detection device has a pair of scattered light detection ends (hereinafter,
The pair of photosensors are provided with a photosensor), and the sheet-shaped laser beam light is sandwiched between them, and the entire cross-sectional shape is H-shaped, so that good results can be obtained for measurement. ..

【0019】[0019]

【作用】上述の、被測定空間に形成されたシート状レー
ザビーム光には隙間がない。そのため、散乱光の強度が
検出限界以上でありさえすれば、横切る塵粒子は全てそ
の数をリアルタイムで計測することができ、また、横切
る塵粒子の概略の大きさをリアルタイムで計測すること
ができる。
The above-mentioned sheet-shaped laser beam light formed in the measurement space has no gap. Therefore, as long as the intensity of scattered light is above the detection limit, the number of dust particles that traverse can be measured in real time, and the approximate size of dust particles that traverse can be measured in real time. ..

【0020】特に、シート状レーザビーム光はその断面
が長楕円形状のときには、その長軸方向の断面内光強度
分布がガウス関数の二乗に比例しているため、ビーム光
の中心部から離れた部分を横切る塵粒子で発生する散乱
光の強さは、ビーム光の中心部を横切る塵粒子で発生す
る散乱光の強さよりもかなり弱くなる性質を持つ。散乱
光検出装置が光の進行方向に延長された一対のフォトセ
ンサを具え、該一対のフォトセンサが該シート状レーザ
ビーム光を間に挟んで、その全体の断面形状がH字形状
をなす構成の場合には、塵粒子の大きさの計測の誤差を
小くすることができる。ビーム光の中心から離れた位置
を横切る塵粒子はフォトセンサに近く、その分、光強度
の検出値が大きくなり、従って、それぞれの効果が互い
に打ち消される、などがその理由である。
In particular, when the cross section of the sheet-shaped laser beam light is oblong, the light intensity distribution in the cross section in the major axis direction is proportional to the square of the Gaussian function, so that it is far from the center of the beam light. The intensity of scattered light generated by the dust particles that cross the portion has a property that it is considerably weaker than the intensity of scattered light generated by the dust particles that cross the central portion of the beam light. The scattered light detection device includes a pair of photosensors extended in the light traveling direction, the pair of photosensors sandwiches the sheet-shaped laser beam light therebetween, and the entire cross-sectional shape is H-shaped. In this case, the error in measuring the size of dust particles can be reduced. The reason is that the dust particles that cross the position away from the center of the beam light are close to the photo sensor, and the detected value of the light intensity becomes large accordingly, so that the respective effects cancel each other out.

【0021】[0021]

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の塵粒子検出
器の実施例につき説明する。図1は、この発明の塵粒子
検出器の実施例の構成を説明するための図である。
Embodiments of the dust particle detector of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of an embodiment of the dust particle detector of the present invention.

【0022】半導体レーザ発振器40から出射されたレ
ーザ光は、平行レーザビーム光を作る装置、例えば、光
学レンズ系としてコリメータレンズ42によって、幅が
広く厚さが薄い平行ビーム光、ここでは、断面が楕円形
のコリメート光線である平行ビーム光44aに変換され
る。図2の(A)にこの平行ビーム光44aの断面形状
の一例を示した。短軸の長さL1=0.5mm、長軸の
長さL2=1.2mmである。図2の(C)にその長軸
方向の光強度分布の様子を示した。短軸方向の光強度と
同様形状の光強度分布を示す。この発明は、上述の楕円
形断面及び光強度分布を必須条件とするものではない
が、その場合に後述のように、様々なメリットが得られ
る。
The laser light emitted from the semiconductor laser oscillator 40 is a device for producing a parallel laser beam light, for example, a collimator lens 42 as an optical lens system, which is a wide and thin parallel beam light. It is converted into parallel beam light 44a which is an elliptical collimated light beam. FIG. 2A shows an example of the cross-sectional shape of the parallel beam light 44a. The short axis length L1 = 0.5 mm and the long axis length L2 = 1.2 mm. FIG. 2C shows the state of the light intensity distribution in the long axis direction. A light intensity distribution having the same shape as the light intensity in the minor axis direction is shown. The present invention does not make the above elliptical cross section and the light intensity distribution essential, but in that case, various merits can be obtained as described later.

【0023】図1に示す構造では、上述の断面の楕円の
短軸が紙面に対し垂直になるように置かれた平行ビーム
光44aを、シート状レーザビーム光を形成する装置、
例えば、プリズム46aおよび46bのプリズム系に入
射させる。このとき、プリズム46aの入射面に対して
斜めに入射させ、プリズム46aの出射面からは、この
面に対してはほぼ垂直に出射させて、長軸を拡大した長
楕円断面形状の平行ビーム光44bを得ている。このと
きの長軸の拡大率は、プリズム46aの入射面に対する
ビーム光44aの入射角によって変る。平行ビーム光4
4bは先と同じ要領でもう一度プリズム46bを通され
て長軸が更に拡大され、一層の長楕円断面形状の平行ビ
ーム光44cとなる。この平行ビーム光44cは、被測
定空間において隙間の無いシート状レーザビーム光52
となる。今仮に、一つのプリズムによる拡大率を2.4
5倍とすると、2個のプリズムでは約6倍の拡大が得ら
れる。したがってこの場合は、図2の(A)の断面の平
行ビーム光44aから、図2の(B)に示すような、長
軸がL3=7.2mm(=1.2mm×6)、短軸がL
1=0.5mm(不変)の長楕円断面形状の平行ビーム
光44cが得られる。図2の(D)にその長軸方向の光
強度分布の様子を示した。
In the structure shown in FIG. 1, a device for forming a sheet-like laser beam of parallel beam light 44a placed such that the minor axis of the ellipse of the above-mentioned cross section is perpendicular to the paper surface.
For example, the light is incident on the prism system of the prisms 46a and 46b. At this time, parallel beam light having an oblong cross-sectional shape in which the major axis is enlarged is made to enter obliquely with respect to the entrance surface of the prism 46a, and exit from the exit surface of the prism 46a almost perpendicularly to this surface. 44b is obtained. The magnifying power of the major axis at this time changes depending on the incident angle of the beam light 44a with respect to the incident surface of the prism 46a. Parallel beam light 4
4b is passed through the prism 46b again in the same manner as described above, the major axis thereof is further expanded, and the parallel beam light 44c having a further elliptical cross section is formed. The parallel beam light 44c is a sheet-shaped laser beam light 52 having no gap in the measurement space.
Becomes Now, let's assume that the magnification of one prism is 2.4
At a magnification of 5, a magnification of about 6 is obtained with two prisms. Therefore, in this case, from the parallel beam light 44a of the cross section of FIG. 2A, the long axis is L3 = 7.2 mm (= 1.2 mm × 6) and the short axis is as shown in FIG. 2B. Is L
The parallel beam light 44c having an oblong cross-sectional shape of 1 = 0.5 mm (invariant) is obtained. FIG. 2D shows the state of the light intensity distribution in the long axis direction.

【0024】尚、これと同じ長楕円断面形状の平行ビー
ム光は、別の方法例えば図4に示す構造を用いても得ら
れる。即ち、図4において、半導体レーザ発振器40か
ら出射されたレーザ光は、レンズ43によって、一般
に、断面が円形に近い楕円形の平行ビーム光45aに変
換される。図4では、その断面の楕円の長軸を紙面に対
し垂直に置かれた平行ビーム光45aを、プリズム47
aの入射面に対して垂直に入射させ、プリズム46aの
出射面に対しては斜めに出射させて、長軸の縮小された
長楕円断面形状の平行ビーム光45bを得ている。この
ときの長軸の縮小率は、プリズム47aの出射面に対す
るビーム光45aの出射角によって変る。平行ビーム光
45bはもう一度プリズム47bに垂直に投入され、斜
めに出射されて、先と同様にして長軸が更に拡大された
長楕円断面形状の平行ビーム光45cとなる。これは先
の長楕円断面形状の平行ビーム光44cと変わらず、以
下の記述に同様に使用できる。
The parallel beam light having the same oblong cross-sectional shape can be obtained by another method, for example, using the structure shown in FIG. That is, in FIG. 4, the laser light emitted from the semiconductor laser oscillator 40 is converted by the lens 43 into a parallel beam light 45a having an elliptical cross section generally close to a circle. In FIG. 4, the parallel beam light 45a, in which the major axis of the ellipse of the cross section is placed perpendicular to the paper surface,
The light is incident perpendicularly to the incident surface of a and is obliquely emitted to the emitting surface of the prism 46a, and parallel beam light 45b having a long axis and a reduced elliptical cross section is obtained. The reduction ratio of the major axis at this time changes depending on the emission angle of the beam light 45a with respect to the emission surface of the prism 47a. The parallel beam light 45b is again injected vertically into the prism 47b and is emitted obliquely to become parallel beam light 45c having a long elliptical cross-sectional shape with the long axis further expanded in the same manner as above. This is the same as the parallel beam light 44c having the elliptical cross-sectional shape described above, and can be used similarly in the following description.

【0025】説明を図1に戻して、平行ビーム光44c
は、その長楕円断面形状が丁度通り抜ける程度の、図2
の(B)に示すような矩形状スリット48を通して、塵
粒子の被測定空間51に入射し、この空間51に平行で
隙間の無いシート状レーザビーム光52を作る。矩形状
スリット48を通すのは、平行ビーム光44cの周囲に
不正規に発生している、ぼんやりした散乱光乃至漏洩光
を除去するためである。
Returning to FIG. 1, the parallel beam light 44c
Figure 2 shows that the oblong cross-sectional shape just passes through.
(B) through the rectangular slit 48, the dust particles are incident on the space 51 to be measured, and sheet-shaped laser beam light 52 parallel to the space 51 and having no gap is formed. The rectangular slit 48 is used to remove the dim scattered light or leaked light irregularly generated around the parallel beam light 44c.

【0026】塵粒子がこのシート状のレーザビーム光5
2を横切るとき反射散乱光を生ずる。そしてその散乱光
はレーザビーム光52を挟んで設けられた、散乱光検出
装置の検出端であるフォトセンサ50aおよび50bで
検出される。フォトセンサ50aおよび50bで検出さ
れた信号は、散乱光検出装置本体50に送られて、ここ
で塵粒子の数、又は、塵粒子の数及び塵粒子の概略の大
きさが計測される。シートには隙間がないのでこの空間
を横切る塵粒子に対しては検出漏れの心配は無い。
The dust particles are the sheet-like laser beam light 5
When it crosses 2, it produces reflected scattered light. Then, the scattered light is detected by the photosensors 50a and 50b, which are detection ends of the scattered light detection device, which are provided with the laser beam light 52 interposed therebetween. The signals detected by the photo sensors 50a and 50b are sent to the scattered light detection device main body 50, where the number of dust particles, or the number of dust particles and the approximate size of the dust particles are measured. Since there is no gap in the sheet, there is no concern about detection failure for dust particles that cross this space.

【0027】シート状レーザビーム光52は、レーザビ
ーム光吸収器54に最終的に吸収されて、漏洩光がフォ
トセンサに捕捉されるようなことがないようになってい
る。この塵粒子検出器は上述の通り簡単な光学系及び検
出系で構成されているため、安価に製作出来る上に、性
能維持の保守性に優れる。尚、図4の、スリット48及
びその右方に描かれている各部材は、部材の符号を含め
て図1のそれらと同じにしてある。ただ、図1の(それ
らの)平面図が図2(のその場所)に描かれているに過
ぎない。
The sheet-shaped laser beam light 52 is finally absorbed by the laser beam light absorber 54 so that the leaked light is not trapped by the photosensor. Since this dust particle detector is composed of the simple optical system and detection system as described above, it can be manufactured at low cost and is excellent in maintainability of performance maintenance. In addition, the slit 48 and each member depicted on the right side of FIG. 4 are the same as those of FIG. 1 including the reference numerals of the members. However, the plan view (of those) of FIG. 1 is only drawn in (the place of) FIG.

【0028】さて、塵粒子がこのシート状レーザビーム
光52を横切る(図1の紙面に垂直な方向、従って、長
楕円断面をその短軸方向で横切る)際に発生する散乱光
の強度は、塵粒子がシート状レーザビーム光52に入る
ときと、出るときとで弱く、中心部分で最も強い。その
光強度は、図2の(C)と同様な曲線を描いてフォトセ
ンサ50aおよび50bで検出されるが、その検出値を
受けた散乱光検出装置本体50の内部では、塵粒子の1
個がこの曲線の山の頂上位置でカウントされるよう電気
的処理が行なわれる。尚、塵粒子の1個のカウント方法
にはこの他にも様々な方法がある。例えば、平行ビーム
光44cの断面が長楕円形状でない一般の場合の塵粒子
の1個のカウントは、検出光強度の階段的変化、又は変
化の急峻さを監視し捕捉する電気的処理で行なわれる。
Now, the intensity of scattered light generated when dust particles cross the sheet-shaped laser beam light 52 (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1, and thus cross the elliptical cross section in the minor axis direction), The dust particles are weak at the time of entering and exiting the sheet-shaped laser beam light 52, and are strongest at the central portion. The light intensity is detected by the photosensors 50a and 50b by drawing a curve similar to that of FIG. 2C, but within the main body 50 of the scattered light detection device which has received the detection value, 1 of dust particles is detected.
Electrical processing is performed so that the individual is counted at the peak position of this curve. There are various other methods for counting one dust particle. For example, in the general case where the cross-section of the parallel beam light 44c is not an elliptical shape, one dust particle is counted by an electrical process that monitors and captures the stepwise change of the detected light intensity or the steepness of the change. ..

【0029】塵粒子の概略の大きさの測定は、横切って
いる塵粒子が1個だけと判定されている場合には、散乱
光の強度で行なうことが可能であり、また、塵粒子が複
数個同時に横切りつつあると判定されている場合には、
上述の光強度の階段的変化、又は急峻な変化の、変化分
の大きさを捕捉することで可能となるが、一般にその測
定誤差は大きい。
The approximate size of dust particles can be measured by the intensity of scattered light when it is determined that only one dust particle is traversing, and a plurality of dust particles can be measured. If it is determined that they are crossing at the same time,
This can be achieved by capturing the magnitude of the change in the above-mentioned stepwise change or steep change in the light intensity, but the measurement error is generally large.

【0030】しかし、平行ビーム光44cの断面が長楕
円形状であるときには、フォトセンサの個数、形状及び
設置位置を適当にすることで、即ち例えば図1の実施例
のフォトセンサ50aおよび50bのようにすること
で、比較的容易に誤差の小さい測定結果を得ることがで
きる。以下にその理由を述べる。
However, when the cross section of the collimated beam 44c has an oblong shape, the number, shape and installation position of the photosensors are set appropriately, that is, the photosensors 50a and 50b of the embodiment of FIG. By doing so, a measurement result with a small error can be obtained relatively easily. The reason will be described below.

【0031】断面が長楕円形状のときには、散乱光の発
生の強さは塵粒子がシート状レーザビーム光を長軸の中
心部分で横切るか、中心を離れて端の方で横切るかによ
って変化する。これは前述のように、シート状レーザビ
ーム光の光及び強度分布が一般にガウス関数の二乗に比
例する分布をしているためである。しかし、検出光強度
は、塵粒子の通過位置のほかに、フォトセンサ50a、
50bとの距離、およびフォトセンサの形状にも依存す
るため、上述の図1の実施例のような構成を採用すれ
ば、測定誤差をかなりの程度打ち消すことができる。以
下それについて詳しく説明する。
When the cross section is oblong, the intensity of scattered light generation varies depending on whether the dust particles cross the sheet-like laser beam light at the central portion of the long axis or off the center and toward the end. .. This is because, as described above, the light and intensity distribution of the sheet-shaped laser beam light generally has a distribution proportional to the square of the Gaussian function. However, the detected light intensity is determined by the photo sensor 50a,
Since it depends on the distance from 50b and the shape of the photosensor, the measurement error can be canceled to a large extent by adopting the configuration of the embodiment of FIG. 1 described above. The details will be described below.

【0032】先ず、シート状レーザビーム光の断面方向
について考察すると、図3の(A)のように、長軸の長
さ2Lの長楕円断面形状のシート状レーザビーム光52
の中心100から、長軸上、距離xだけ離れた点Pにお
けるレーザ光の強さI1 は、ガウス分布の二乗に比例し
た分布であるため、I1 =K・exp(−2x2 /σ2 )で
表される。ここでKは比例定数、σはビーム光の分布の
広がりを示すパラメータであって、σが大きいほどレー
ザビーム光は広がることを示す。点Pで塵粒子がレーザ
ビーム光を散乱したとし、それが図のように、シート状
レーザビーム光とHの字を描いて立てられた高さ(幅)
2Hの2つのフォトセンサ50a、50bに検出される
とするときの光強度Iは、I=I1 ・2(θ1 +θ2
/360゜となる。但し散乱光は全方向に均等に散乱さ
れると仮定している。また、検出光強度はこの断面の平
面におけるものだけを考えている。
First, considering the cross-sectional direction of the sheet-shaped laser beam light, as shown in FIG. 3A, the sheet-shaped laser beam light 52 having a long axis length of 2 L and an elliptical cross section.
Since the intensity I 1 of the laser light at the point P, which is separated from the center 100 by a distance x on the long axis, is a distribution proportional to the square of the Gaussian distribution, I 1 = K · exp (−2x 2 / σ It is represented by 2 ). Here, K is a proportional constant, and σ is a parameter indicating the spread of the beam light distribution, and the larger σ is, the wider the laser beam light is. It is assumed that the dust particles scatter the laser beam light at the point P, and as shown in the figure, the sheet laser beam light and the height (width) that stands up in the shape of H
The light intensity I when detected by the two photosensors 50a and 50b of 2H is I = I 1 .2 (θ 1 + θ 2 ).
It becomes / 360 °. However, it is assumed that the scattered light is uniformly scattered in all directions. Further, the detected light intensity is considered only in the plane of this cross section.

【0033】ここで、実際の寸法として、L=3.6m
m、H=1.2mm(浜松ホトニクス社製のSiフォト
ダイオードS2551(商品番号))を考え、ビーム光
の分布の広がりを示すパラメータは、σ=0.6mm〜
4.2mmのものを、逐次値を変更して計算してみる
(即ち、図3の(A)の楕円断面を逐次長軸にしてみ
る)。こうして得られた検出光強度の計算値を図3の
(B)に示す。但し、この図の横軸にはxmm、縦軸に
は検出光強度をとっている。パラメータはσである。σ
=4.2mmの曲線(ビーム光径、即ちビームの光強度
がピーク値の半分になる範囲、が約5mmのレーザビー
ム光に相当する)では、xの値が変化しても、検出光強
度が大きくは変わらないという結果が得られている。
Here, as an actual dimension, L = 3.6 m
Considering m and H = 1.2 mm (Si photodiode S2551 (product number) manufactured by Hamamatsu Photonics KK), the parameter indicating the spread of the beam light distribution is σ = 0.6 mm-
A value of 4.2 mm is calculated by sequentially changing the values (that is, the elliptical cross section of FIG. 3A is sequentially changed to the long axis). The calculated value of the detected light intensity thus obtained is shown in FIG. However, the horizontal axis of this figure is xmm, and the vertical axis is the detected light intensity. The parameter is σ. σ
= 4.2 mm curve (the beam light diameter, that is, the range in which the light intensity of the beam is half the peak value corresponds to a laser beam light of about 5 mm), the detected light intensity is changed even if the value of x changes. The result is that does not change significantly.

【0034】次に、シート状レーザビーム光の進行方向
について考察する。図5のように、長さW0=29mm
の長いフォトセンサ(H=1.2mmで、先と同じ浜松
ホトニクス社のSiフォトダイオードS2551であ
る)50a、50bを使用し、長軸の長さ2L=7.2
mmの長楕円断面形状のシート状レーザビーム光52の
中心から、長軸上、距離xだけ離れ、フォトセンサの端
からはW1だけ離れた各断面の点Pを通過する塵粒子に
よる散乱光を検出するものとし、W1をW1=0からW
1=W0にまで逐次変えて、検出光強度の測定値を計算
してみると、その計算値は、Wがどの値をとる場合であ
っても図3の(B)σ=4.2mmの曲線からは大きく
変化しないことがわかった。
Next, the traveling direction of the sheet-shaped laser beam light will be considered. As shown in Fig. 5, length W0 = 29 mm
Long photosensors (H = 1.2 mm, which is the same Si photodiode S2551 manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.) 50a and 50b, and the long axis length 2L = 7.2.
The scattered light by the dust particles passing through the point P of each cross section, which is separated from the center of the sheet-shaped laser beam light 52 having an oblong cross section of mm by a distance x on the long axis and is separated from the end of the photosensor by W1. W1 to W from W1 = 0
When the measured value of the detected light intensity is calculated by sequentially changing it to 1 = W0, the calculated value is (B) σ = 4.2 mm in FIG. It was found from the curve that it did not change significantly.

【0035】これで、上述のような例えばH=1.2m
m、W0=29mmのような光の進行方向に長い寸法、
H字型配置のフォトセンサを使用すれば、塵粒子がビー
ム光のどの位置を横切った場合でも、塵粒子の大きさを
小さい誤差で検出できることがわかる。
Then, for example, H = 1.2 m as described above.
m, W0 = 29 mm, long dimension in the traveling direction of light,
It can be seen that the use of the H-shaped photosensor can detect the size of the dust particles with a small error regardless of where the dust particles cross the beam light.

【0036】[0036]

【発明の効果】この発明によれば、微妙な調整作業等を
必要とせず、安価で、しかも優れたメンテナンス性と高
い測定精度を備え、塵粒子の数、大きさ、又は、その両
者を小さい誤差で検出することのできる塵粒子検出器を
提供できる。
According to the present invention, there is no need for delicate adjustment work, etc., it is inexpensive, has excellent maintainability and high measurement accuracy, and the number and / or size of dust particles are small. A dust particle detector that can detect an error can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の実施例の塵粒子検出器の構成を示す
説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a dust particle detector according to an embodiment of the present invention.

【図2】(A)と(B)はこの発明の塵検出器における
平行レーザビーム光の断面形状の図である。(C)と
(D)は、そのそれぞれの光強度分布の図である。
2 (A) and 2 (B) are sectional views of parallel laser beam light in the dust detector of the present invention. (C) and (D) are diagrams of the respective light intensity distributions.

【図3】(A)は塵粒子がシート状レーザビーム光を横
切る位置を示す断面図である。(B)は塵粒子が横切る
位置と検出光強度の関係を示すグラフである。
FIG. 3A is a cross-sectional view showing a position where dust particles cross a sheet-shaped laser beam light. (B) is a graph showing the relationship between the position where dust particles cross and the detected light intensity.

【図4】この発明の別の実施例の塵粒子検出器の構成を
示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of a dust particle detector according to another embodiment of the present invention.

【図5】塵粒子がシート状レーザビーム光を横切る位置
を示す光の進行方向の平面図である。
FIG. 5 is a plan view in the traveling direction of light showing the position where dust particles cross the sheet-shaped laser beam light.

【図6】従来の塵粒子検出器の、(A)は平面図、
(B)は側面図および(C)は斜視図である。
FIG. 6 (A) is a plan view of a conventional dust particle detector,
(B) is a side view and (C) is a perspective view.

【図7】従来の塵粒子検出器の、(A)は平面図および
(B)は側面図である。
7A is a plan view and FIG. 7B is a side view of a conventional dust particle detector.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

40:レーザ発振器 42:コリメータレンズ
43:レンズ 44a、44b、44c、45a、45b、45c:平
行ビーム光 46a、46b、47a、47b:プリズム 48:スリット 52:シート状レーザビー
ム光 50:散乱光検出装置本体 50a、50b:フォトセ
ンサ 54:レーザビーム光吸収器
40: Laser oscillator 42: Collimator lens
43: lens 44a, 44b, 44c, 45a, 45b, 45c: parallel beam light 46a, 46b, 47a, 47b: prism 48: slit 52: sheet-shaped laser beam light 50: scattered light detection device main body 50a, 50b: photo sensor 54: Laser beam light absorber

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単一のレーザ発振器と、該レーザ発振器
から出射されたレーザ光から幅が広く厚さが薄い平行レ
ーザビーム光を作る装置と、該平行レーザビーム光を導
入して被測定空間に隙間の無いシート状レーザビーム光
を形成する装置と、該シート状レーザビーム光を塵粒子
が横切る際に発生する散乱光を検出する散乱光検出装置
と、該シート状レーザビーム光を最終的に吸収して外部
にもらさないレーザビーム光吸収器とを備えたことを特
徴とする塵粒子検出器。
1. A single laser oscillator, an apparatus for producing parallel laser beam light having a wide width and a thin thickness from laser light emitted from the laser oscillator, and a space to be measured by introducing the parallel laser beam light. A device for forming a sheet-shaped laser beam light without a gap in the sheet, a scattered light detection device for detecting scattered light generated when dust particles cross the sheet-shaped laser beam light, and the sheet-shaped laser beam light A dust particle detector, comprising: a laser beam light absorber that absorbs light to the outside and does not leak it to the outside.
【請求項2】 前記平行レーザビーム光を作る装置が、
レーザ発振器から発するレーザ光を平行ビーム光に変換
する光学レンズ系と、該平行ビーム光の断面形状の幅を
広く厚さを薄く変形するプリズム光学系とを備えること
を特徴とする請求項1に記載の塵粒子検出器。
2. An apparatus for producing the parallel laser beam light,
2. An optical lens system for converting laser light emitted from a laser oscillator into parallel beam light, and a prism optical system for deforming the cross-sectional shape of the parallel beam light in a wide width and a thin thickness. The dust particle detector described.
【請求項3】 前記散乱光検出装置は、検出した散乱光
の強度の変化を利用して、該シート状レーザビーム光を
横切る塵粒子の個数を計測することを特徴とする請求項
1、又は2に記載の塵粒子検出器。
3. The scattered light detection device uses the change in the intensity of the detected scattered light to measure the number of dust particles that cross the sheet-shaped laser beam light. The dust particle detector according to 2.
【請求項4】 前記散乱光検出装置は、検出した散乱光
の強度を利用して、該シート状レーザビーム光を横切る
塵粒子の概略の大きさを計測することを特徴とする請求
項1、2、又は3に記載の塵粒子検出器。
4. The scattered light detection device measures the approximate size of dust particles that traverse the sheet-shaped laser beam light by using the intensity of the detected scattered light. The dust particle detector according to 2 or 3.
【請求項5】 前記平行レーザビーム光の断面が長楕円
形状であることを特徴とする請求項1、2、3又は4に
記載の塵粒子検出器。
5. The dust particle detector according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein the cross section of the parallel laser beam light has an oblong shape.
【請求項6】 前記散乱光検出装置は、光の進行方向に
延長設置された一対の散乱光検出端を具え、該一対の散
乱光検出端が該シート状レーザビーム光を間に挟んで、
その全体の断面形状がH字形状をなすことを特徴とする
請求項5に記載の塵粒子検出器。
6. The scattered light detection device comprises a pair of scattered light detection ends extended in the traveling direction of light, the pair of scattered light detection ends sandwiching the sheet-like laser beam light,
The dust particle detector according to claim 5, wherein the entire cross-sectional shape is H-shaped.
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