JPH0772066A - 高純度物質中微粒子散乱光検出装置及び分散式ファブリ・ペロー型分光装置並びに平行平面鏡の製造方法及び波長安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】どのような波長の散乱光もカットすることなく
同時に全波長領域をカバーしてスペクトル分析ができる
分散法の特長を活かし、測定精度が悪かった分散法の欠
点を解消し、測定時間を短縮できる分散式ブリルアン散
乱測定装置及び高純度液中超微粒子の１個１個の存在と
粒径を検出できる装置の提供。 【構成】平行平面鏡８、結像用光学系６，１０、結像面
にほぼ合致して受光面が分割され形成され、位置間の実
長さ関係を示す番地を有する画素からなる受光面分割体
１１、単位時間の微粒子移動距離を代入してブラウン運
動に関するアインシュタインの関係式から粒径を求める
計算回路とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分散式ブリルアン・レ
ーリー・ラーマン散乱測定装置などの分散式ファブリ・
ペロー型分光装置及び高純度被測定試料中の不純物の個
数・粒径を測定するための高純度物質中微粒子散乱光検
出装置並びにファブリ・ペロー型分光のために用いるエ
タロン板（平行平面鏡）の製造方法及び波長安定化装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】透明または半透明の物質に当たって散乱
する光は、物質中に自然に存在する音響フォノン、音響
マグノン、第２音波などによりドップラー効果を受け
て、ブリルアン散乱光となる。ブリルアン散乱光を適当
な光学系を通して分光させると部分環状の干渉縞ができ
る。このような干渉縞からブリルアン散乱光のスペクト
ルがわかり、物質の性質、たとえば、物質の弾性率がわ
かる。

【０００３】ブリルアン散乱測定装置は、このような原
理を用いて、音響フォノンなどが本質的に関係している
誘電体、磁性体、液体、超流動体、超格子、構造相転移
結晶などの研究の推進に寄与してきた。特に、１ｍｍ立
方以下の試料を非接触で測定するのに適しているので、
大きな試料を作成することが困難な場合には、ブリルア
ン散乱法は、ほとんど唯一の弾性率測定法である。ま
た、非接触性の測定方法であるので、超低温、高温、超
高圧下などの測定方法としても適切である。

【０００４】ブリルアン散乱測定方法には、２方法が知
られている。１つは分散法で、もう１つは掃引法であ
る。数十年以前のブリルアン散乱測定方法は、ほとんど
が、分散法であった。分散法は、測定試料の３次元領域
に単色光を照射し、その領域からの散乱光をファブリペ
ロー干渉計の分光素子である平行平面鏡（エタロン板）
で分光し、環状または部分環状の干渉縞（以下、単に干
渉縞という）を写真乾板に結像させ、その干渉縞の動径
方向の分布から散乱光のスペクトル分析を行うものであ
った。

【０００５】このような分散法は、特定点以外の点から
の（全ての）散乱光をカットすることはないので、同時
に全波長領域をカバーしてスペクトル収集ができる。し
かし、写真乾板の感度が低いので、干渉縞の記録に時間
がかかり、現像、計測にも時間を要した。その上、干渉
縞の線幅、干渉縞のスペクトル強度に関する測定精度が
低い。このため、この方法は、現在、全く用いられてい
ない。

【０００６】その後、光電子増倍管などの発明が分散法
から掃引法に転じさせた。掃引法は測定試料の１点から
散乱する散乱光をファブリペロー干渉計の分光素子であ
る平行平面鏡に入射させる。その平行平面鏡の光学的間
隔（屈折率と幾何学的間隔の積）を変えて時間的に透過
帯を掃引（走査）する。適当な光学系で１点に結像させ
た測定試料の１点からの散乱光のスペクトル収集を前記
掃引により行う。

【０００７】このような掃引法は、感度が高い光電子増
倍管を用いて測定できるため、スペクトルの線幅、スペ
クトル強度の測定精度が前記分散法に比べて格段に向上
している。また、ブリルアン・シフトについても分散法
に比べてかなり測定精度が向上している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の掃
引法においては、対向する平行平面鏡間の光学的間隔が
変わらない限りその光学的間隔により定められる特定波
長の散乱光しか捕らえることができない。そこで、スペ
クトル全体を得るためには、必要な帯域にわたって波長
を掃引する。このため、１回の測定時間は掃引時間だけ
かかる。光電子増倍管に各単位時間に届く光量は微量で
あるので、このような掃引はかなりゆっくり行わねばな
らないので、掃引時間としてはかなりの時間を要するこ
とになる。１回の測定に何時間も要するものもある。こ
のような訳で、特にダイナミックスの研究は不可能であ
る。

【０００９】さらに、次の問題がある。全波長領域につ
いて短時間のスペクトル分析を可能にしたとしても、測
定試料中に不純物が混入していると、観測されるスペク
トルには不純物により散乱されるレーリー散乱光のスペ
クトルが畳み込まれているので、得られたスペクトルは
被測定試料の物性を正しく知ることができない。そこ
で、同じ検出装置で不純物の検出ができるかどうかが問
題になる。

【００１０】この問題を具体的に検討してみる。たとえ
ば、純粋製造分野でこの問題が重要視されている。純水
の必要度は生物学の分野で桁外れに高い。しかし、最も
急がれている分野は、半導体製造の分野である。装置本
体だけで１１００億円といわれる加速器が目下、播磨
（兵庫県）のテクノポリスで建設中である。これの１つ
の大きい目的は、次世代半導体製造に欠くことができな
いＸ線レーザーの取り出しである。播磨の加速器による
Ｘ線レーザー発生装置は、次世代半導体のメーカーの焦
眉の的になっている。

【００１１】一挙に３桁（画素としては１００万倍）も
上がる密度の半導体回路の製造工程中の洗浄工程で用い
る水などの液体からは、従来に較べて１０００分の１の
大きさの微粒子が取り除かれていなければならない。こ
のような小さい粒子が取り除かれた水が供給されないな
らば播磨の装置はこの分野では無用の長物になり、新し
い半導体の製造は宇宙空間でしかできない。当面は、
０．０５ミクロン以下、欲をいえば０．０１ミクロンの
粒子１個１個の存在を検出することが緊要の課題であ
る。

【００１２】ゴミの除去は、フィルターなどで可能であ
る。しかし、除去されたかどうかは、ゴミの検出手段に
より確認しなければならない。ゴミが除去されていて
も、洗浄工程で使用される超純粋中に無塵室中のゴミが
水の強力な表面張力により吸引されてしまう。空気中の
ゴミの検出でなく使用時の超純粋中のゴミの検出が管理
工程中に組み込まれなければならない。このような分野
における粒子の有効な検出には、もっぱら光散乱法が利
用されている。

【００１３】光散乱は、ミー散乱、ミー散乱の極限とし
てのレーリー散乱、ブリルアン散乱、ラマン散乱が知ら
れている。従来の微粒子検出法は、ミー散乱を用いたも
のである。これは、いわゆるチンダル現象（障子の穴か
ら入って来る１条の光が見える日常的な現象）を利用し
たものである。使用するレーザーは、この分野における
色々な制約から、ＨｅーＮｅ・レーザーが用いられる
（制約とは、寿命・波長の安定性、パワーの安定性、価
格、サイズなど）。

【００１４】ミー散乱理論を利用する従来のゴミ検出方
法では、ゴミの粒子径が０．１ミクロン程度まで小さく
なると、ゴミ１個１個の存在と個数を検出することは不
可能になってくる。０．１ミクロン以下の大きさのゴミ
１個に関する散乱光の検出はは、レーリー散乱理論によ
る。ところで、レーリー散乱光の強度は、粒子直径の６
乗に比例するために、新たな難問が生じる。ゴミの直径
が１０分の１になると、散乱光強度は、１００万分の１
になる（参考文献＊１）。ゴミの直径が０．１ミクロン
程度になりゴミの数が少なくなると、次の２つの点
ａ．、ｂ．で問題が生じる。

【００１５】ａ．ゴミから散乱される散乱光の強度が極
端に低くなる。散乱光子の個数は毎秒数１０個程度にな
る（通常用いられているパワーのレーザーでは、現在の
最高感度の検出器でも実質上検出不能である。）。

【００１６】ｂ．前記ａ．の問題点を克服するためレー
ザーパワーを上げたとしても、測定領域全体の水そのも
のが散乱させる光（ブリルアン散乱光、レーリー散乱
光、ラマン散乱光）の強度が、その測定領域中に単数個
なしは数個のゴミとしての微粒子から散乱される散乱光
の強度より強くなり、全散乱光強度から微粒子散乱光強
度を分離することは、確率的にしかできなくなる。

【００１７】その理由は、散乱光強度が極端に弱い場合
の分離方法である光子数比較は、光子が本質的に持つ統
計的「ゆらぎ」を含む光子数比較になることを避けられ
ないからである。このように、水とゴミの区別ができな
いので、検出不能に陥る（従来、０．１ミクロンの検出
を可能とするミー散乱利用の装置が市販されている。こ
れは、ゴミ１個を検出することができるものではない。
多くのゴミから散乱される光をレンズで集光して測定し
た全光量と標準化された微粒子からの散乱光量との比較
から、ゴミの粒径と個数とを統計的にかつ経験則的に割
り出したものであり、粒子径と粒子数の関係に一意性が
なく、測定装置としては一般性がなく、信頼性は全くな
い）。

【００１８】この発明は上述のような技術的背景のもと
になされたものである。

【００１９】この発明の目的は、どのような波長の散乱
光もカットすることなく同時に全波長領域をカバーして
スペクトル分析ができる分散法の特長を活かし、測定精
度が悪かった分散法の欠点を解消し、測定時間を格段に
短縮できる分散式ファブリ・ペロー型分光装置を提供す
ることにある。

【００２０】また、この発明の目的は、分散式ファブリ
・ペロー型分光装置に用いる平行平面鏡の平面度を向上
させ、より一層測定時間を短縮できる平行平面鏡の製造
方法を提供することにある。

【００２１】また、この発明の目的は、液中微粒子１個
１個の存在を検出できる高純度液中微粒子散乱光検出装
置を提供することにある。

【００２２】また、この発明の目的は、測定領域の液中
微粒子１個１個の存在を検出して同領域内の全個数を検
出するとともに光量または散乱光子数から粒径を計算に
より検出できる高純度物質中微粒子散乱光検出装置を提
供することにある。

【００２３】また、この発明の目的は、測定領域の液中
微粒子１個１個の存在を検出して同領域内の全個数を検
出するとともに測定した微粒子のブラウン運動速度から
粒径を計算により検出できる高純度物質中微粒子散乱光
検出装置を提供することにある。

【００２４】また、この発明の目的は、発振系内でレー
ザーを集光できるレーザー発振装置を用いた高純度物質
中微粒子散乱光検出装置を提供することにある。

【００２５】また、この発明の目的は、レーザー照射す
る液体特に水に対流を生じさせない高純度物質中微粒子
散乱光検出装置、または一般的に液体特に水に対流を生
じさせない対流防止方法を提供することにある。

【００２６】また、この発明の目的は、発振波長の超高
性能の安定化を可能とする波長安定化レーザーを提供す
ることを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】次に、本発明の課題を解
決するための手段を記載するが、１つまたはいくつかの
実施例に対応させて本発明の構成要素に括弧つきで参照
番号をつけたのは、本発明と実施例の構成要素間の対応
関係を分かりやすく参照するためであり、本発明を実施
例に限定するためではない。

【００２８】第１発明の分散式ファブリ・ペロー型分光
装置は、透過型平行平面鏡（８）を含み、入射レーザ光
（１）が測定試料に当り散乱する１部の散乱領域を結像
させる結像用光学系（６，１０）と、前記結像用光学系
（６，１０）の結像面にほぼ合致して受光面が分割され
形成される受光面分割体（１１）とからなり、前記受光
面分割体（１１）は、受光量を個別に検出するための多
数の画素からなり、前記画素は互いの位置間の実長さ関
係を示す番地を有していることを特徴としている。

【００２９】また、第２発明の分散式ファブリ・ペロー
型分光装置は、第１発明において、前記散乱領域の結像
位置の近傍に、ｍ次、（ｍ−Ｌ）次（ｍは大きい整数、
Ｌは小さい整数）のレーリー散乱光の干渉縞像を覆うが
ブリルアン散乱光の干渉縞像を覆わない空間フィルター
（５）が設けられていることを特徴としている。

【００３０】また、第３発明の平行平面鏡の製造方法
は、基板（２８）の面を多数の領域に分け、前記領域毎
に基板（２８）の面上の複数点を通る平面からの平均的
ずれの値を前記各領域毎に測定する工程と、マスク（２
６）に多数の透過口（２７）を開ける工程と、真空蒸着
容器（２０）内に前記測定ずみ基板（２８）と平滑材
（２３）が溶融されて放射される放射口（２４）との間
に前記マスク（２６）が位置するように、前記測定ずみ
基板（２８）とマスク（２６）を配置しセットする工程
と、前記マスク（２６）の透過口を通して前記放射口
（２４）から放射される前記平滑材（２３）を前記基板
（２３）に蒸着する工程とからなり、前記透過口（２
７）の径は、各透過口（２７）の位置、前記放射口（２
４）と前記マスク（２６）との間の距離、前記マスク
（２６）と前記基板（２８）との間の距離を定数とし、
前記透過口（２７）の径を変数として計算により求めた
前記基板（２８）の前記各領域の蒸着量を前記基板（２
８）の各領域毎の前記平均的ずれの値に対応する値に等
置した連立方程式から求められる値であることを特徴と
している。

【００３１】また、第４発明の平行平面鏡の製造方法
は、第３発明において、前記マスク（２６）を前記基板
（２８）の前記領域と同じに分け、前記マスク（２６）
の領域の中心部に単一の透過口（２７）を開け、この透
過口（２７）の径が前記連立方程式から求められる値で
あることを特徴としている。

【００３２】また、第５発明の平行平面鏡の製造方法
は、第３発明において、前記マスクを前記基板の前記領
域と同じに分け、前記マスクの領域に複数の透過口を開
け、この透過口の径を同一とし、各領域の透過口の数が
前記連立方程式から求められる値であることを特徴とし
ている。

【００３３】また、第６発明の高純度物質中微粒子散乱
光検出装置は、透過型平行平面鏡（８）を含み、入射レ
ーザ光（１）が測定試料に当り散乱する１部の散乱領域
を結像させる結像用光学系（６，１０）と、前記結像用
光学系（６，１０）の光軸上に位置する受光面を備える
受光量検出装置からなり、透過型平行平面鏡（８）の光
路長を調整することにより透過型平行平面鏡（８）を透
過するブリルアン散乱光を透過型平行平面鏡（８）を透
過するレーリー散乱光から空間的に分離し、被測定試料
の液体からのレーリー散乱光と同一波長の微粒子からの
散乱光の光量を前記受光量検出装置より検出することを
特徴としている。

【００３４】また、第７発明の高純度物質中微粒子散乱
光検出装置は、透過型平行平面鏡（８）を含み、入射レ
ーザ光（１）が測定試料に当り散乱する１部の散乱領域
を結像させる結像用光学系（６，１０）と、前記結像用
光学系（６，１０）の結像面にほぼ合致して受光面が分
割され形成される受光面分割体（１１）とからなり、前
記受光面分割体（１１）は、受光量を個別に検出するた
めの多数の画素からなり、前記画素は互いの位置間の実
長さ関係を示す番地を有し、大きい整数値ｍについて、 ｍλ＝平行平面鏡（８）の光路差 λ：光源レーザーの波長 となるときの（ｍ−０）次のレーリー散乱光受光円領域
の受光面分割体（１１）に前記被測定試料である液体中
の微粒子の実像を形成させることを特徴としている。

【００３５】また、第８発明の高純度物質中微粒子散乱
光検出装置は、透過型平行平面鏡（８）を含み、入射レ
ーザ光（１）が測定試料に当り散乱する１部の散乱領域
を結像させる結像用光学系（６，１０）と、前記結像用
光学系（６，１０）の結像面にほぼ合致して受光面が分
割され形成される受光面分割体（１１）とからなり、前
記受光面分割体（１１）は、受光量を個別に検出するた
めの多数の画素からなり、前記画素は互いの位置間の実
長さ関係を示す番地を有し、大きい整数値ｍについて、 ｍλ＝平行平面鏡（８）の光路差 λ：光源レーザーの波長 となるときの（ｍ−０）次のレーリー散乱光受光円領域
の受光面分割体（１１）に前記被測定試料である液体中
の微粒子の実像を形成させ、前記散乱領域の水の温度を
レーザー照射時に摂氏３．９８度またはこの近傍温度に
することを特徴としている。

【００３６】また、第９発明の高純度物質中微粒子散乱
光検出装置は、第７発明または第８発明において、ブラ
ウン運動に関する次のアインシュタインの関係式、

【００３７】

【数７】 Ｔ：微粒子を含む液体の絶対温度、 π：円周率、 ｋ：ボルツマン常数、 η：粘性係数、 Ｌ：時間ｔの間に移動する微粒子の確率的移動距離 で表される確率的移動距離Ｌに、受光面分割体（１１）
により計測した微粒子の移動距離を代入して微粒子の直
径ａを算出することを特徴としている。

【００３８】また、第１０発明の高純度物質中微粒子散
乱光検出装置は、両端にブリュースター窓と反射ミラー
（３２）とを備えるレーザー発振管（３０）と、前記レ
ーザー発振管（３１）の外部に設けられた反射ミラー
（３６）と、前記レーザー発振管（３１）の外部で反射
ミラー（３２）と反射ミラー（３６）との間に設けられ
共焦点を有する２体の集光用レンズ（４０，４１）と、
入射レーザ光（１）が測定試料に当り散乱するレーザー
散乱光を集光するための結像用光学系（６，１０）と、
前記結像用光学系（６，１０）の光軸上に位置する受光
面を備える受光量検出装置とからなることを特徴として
いる。

【００３９】また、第１１発明の波長安定化装置は、両
端にブリュースター窓と反射ミラーを備えるレーザー発
振管（３１）と、前記レーザー発振管（３１）の外部に
設けられ光軸方向に変位自在な反射ミラー（３７）と、
発振レーザーの１部を透過させるファブリ・ペロー型平
行平面鏡（８５）と、前記ファブリ・ペロー型平行平面
鏡（８５）を透過したレーザー光の光量検出から透過率
を検出するための光量検出器（８６）と、前記光量検出
器（８６）により検出した光量の増減に応じて前記反射
ミラー（３７）を光軸方向に変位させる反射ミラー変位
装置（８４，９１）とからなることを特徴としている。

【００４０】

【作用】この発明の分散式ファブリ・ペロー型分光装置
は、平行平面鏡がブリルアン散乱光をレーリー散乱光な
どから分離する。分離された前波長の散乱光について全
波長領域をカバーしてスペクトルを同時に収集するとと
もに、受光量を個別に且つ同時に検出する。このような
検出は、多数の画素により収集する。単位画素により単
一波長の散乱光のみが検出される。

【００４１】また、この発明の平行平面鏡の製造方法
は、計算によりもとめられた透過口を開けたマスクを通
して平滑材を基板に蒸着することにより基板を平滑化す
る。

【００４２】また、この発明の高純度物質中微粒子散乱
光検出装置は、平行平面鏡がブリルアン散乱光をレーリ
ー散乱光などから空間的に分離する。液体からのレーリ
ー散乱光と微粒子からの全散乱光量を検出するが、比較
的に粒径が大きい場合は、全散乱光量を微粒子からのも
のとして微粒子の存在を検出する。この場合、光量と粒
子径の関係から粒径を計算により求めることができる。

【００４３】また、この発明の高純度物質中微粒子散乱
光検出装置は、平行平面鏡がブリルアン散乱光をレーリ
ー散乱光などから空間的に分離する。このように空間的
に分離された各波長の散乱光は、画素に集光する。単位
画素には、単一波長の散乱光のみが収集される。また、
単位画素には、被測定試料の被測定領域の画素に対応す
る単位領域からの散乱光が収束して集光している。被測
定試料の液体の同一単位領域から散乱する液体からの散
乱光と微粒子からの散乱光が同一の単位画素に収束して
集光する。したがって、単位領域の液体からの散乱光量
が同一単位領域内の単一の微粒子からの散乱光量に比較
して少ない場合には、微粒子の個数が計測される。

【００４４】また、この発明の高純度物質中微粒子散乱
光検出装置は、水の温度を密度最大点にして観測するの
で、水の対流が生じない。

【００４５】また、この発明の高純度物質中微粒子散乱
光検出装置は、レーリー散乱光が集光する（ｍ−０）次
成分の円領域において微粒子の運動を観測する。このよ
うな円領域の直径は、可視光レーザーでたとえば０．０
２ミクロンの微粒子を観測する場合、微粒子の直径に較
べて圧倒的に大きい。ブラウン運動する微粒子の単位時
間の移動距離（始点と終点を結ぶベクトルの大きさ）か
ら、アインシュタインの関係式により微粒子の粒径が計
算により求められる。

【００４６】また、この発明の高純度物質中微粒子散乱
光検出装置は、発振系内で集光するレーザーを測定試料
に照射する。したがって、集光密度が高い。

【００４７】また、この発明の波長安定化装置は、発振
波長が僅かに変わると発振レーザーが平行平面鏡を透過
する透過率が急激に変わる。透過率の変化に応じて発振
用ミラー間距離が変わり、発振波長は元の波長になる。

【００４８】

【実施例】次に本発明の実施例を説明する。 （分散式ファブリ・ペロー型分光装置の実施例１）図１
は、本発明の実施例１を構成する光学系を示す。用いる
レーザ光１は、ＹＡＧレーザ、Ａｒレーザ、Ｈｅ−Ｎｅ
レーザなどである。ＹＡＧレーザを用いるときは、その
線幅を狭くするためのインジェクションシーダ（たとえ
ば、スペクトラフィジックス社製）を用いる。入射レー
ザ光１で透明容器２の中の測定試料３を照射する。

【００４９】測定試料３のある立体的領域に当り散乱す
る散乱光の１部が結像用（集光用）レンズ４を通って結
像点領域Ｐ１に結像する。この結像点領域Ｐ１の近傍に
空間フィルタ５を置く。この空間フィルタ５は、迷光と
してのレーリー散乱光（この明細書において、ドップラ
ー効果を受けずに元の波長のまま測定試料３から散乱す
るレーザ光をいう）を除去するためのものである。

【００５０】前記結像点領域Ｐ１からある距離離れた位
置に同じ距離の焦点距離を持った前段のレンズ６を同じ
光軸上に置く。レンズ６の前方に光軸に対して４５度の
反射面を持ったプリズム７を置き、コーナキューブ９に
散乱光を向かわせる。コーナキューブ９とプリズム７と
の間に平行平面鏡８を介設する。コーナキューブ９は散
乱光を２回平行平面鏡８に通すためのものである。

【００５１】平行平面鏡８は石英製で、前後面が平行に
形成され、その平行平面８ａには、適当な透過率を持っ
た半透明反射膜が形成されている。平行平面８ａは、光
軸に直交する面に対して僅かに傾いている。平行平面鏡
８を通った帰路の散乱光は、前記プリズム７のもう１つ
の面で反射し、ある焦点距離を持った後段のレンズ１０
に入射する。レンズ６とレンズ１０とで、入射レーザ光
１が測定試料３に当り散乱する散乱点を結像させる結像
用光学系を構成する。

【００５２】レンズ１０の焦点位置近傍に受光面分割体
１１が置かれる。受光面分割体１１の受光面はほぼ光軸
に直交している。したがって、前記結像用光学系（６，
１０）の結像面にほぼ合致して受光面分割体１１が置か
れている。受光面分割体１１の受光面は矩形状に形成さ
れ、格子状に分割され多数の正方形状の画素の集合体で
ある。各画素ごとに個別に受光量を検出できる。受光量
を個別に同時に検出するための多数の画素からなる受光
面分割体１１の画素としてＣＣＤ（電荷結合素子）が用
いられている。

【００５３】受光面分割体１１は、矩形状であり、長さ
は２５ｍｍ程度あれば十分である。画素は１辺が２５ミ
クロン程度でよい。その幅は１ｍｍ以上は必要である。
入射レーザ・ビームの径を大きくするにつれ幅も大きく
する。したがって、２５ｍｍ平方の正方形のものを用い
れば色々の場合に間に合う。受光面分割体１１を形成す
る画素は１辺が２５ミクロン程度の正方形状のものでよ
い。したがって、画素の行数は４０程度以上は必要であ
る。

【００５４】画素の列数は１０００程度でよい。画素毎
に番地がつけられ、中心列の番地を零とする。２次元Ｃ
ＣＤでは中心行の番地も零とする。中心列から互いに反
対方向（動径方向）に同じ列数進んだ２つの画素の列番
は同じでよい。受光面分割体１１の幅が大きい場合は行
番も付ける。受光面分割体１１の幅が小さい場合は行番
は付けなくてよい。なぜなら、受光面分割体１１に重な
る部分の干渉縞はまっすぐなものとして十分に近似でき
るからである。

【００５５】分割された各受光面に達した散乱光の光量
は、電流または電圧に変換され、光量と電流または電圧
とは関数関係たとえば比例関係にある。たとえば、光量
に比例した電気信号が、各受光面の固有の番地に１対１
の対応で取り出される。このように１対１の対応で取り
出して電気信号を出力することができる素子がＣＣＤを
組み込んだ状態で市販されている。このように１対１の
対応で取り出された電気信号は、受光面分割体１１の全
面に結像した像の写像としてパソコンに連結されたブラ
ウン管１２上に表示される。また、番地も出力される。

【００５６】また、前記のように１対１の対応で受光面
分割体１１から取り出された電気信号は、スイッチ回路
１３を介して、他の表示装置１４に表示される。あるい
は、このような電気信号は、スイッチ回路１３を介し
て、図示しない記憶装置たとえばフロッピーディスクに
記憶される。スイッチ回路１３は、任意に設定できる時
間内に受光面分割体１１で集めた光量の全てに相当する
電気信号を瞬時に出力できる回路機能と前記時間内に受
光面分割体１１で集めた光量の全てを消去できる回路機
能を有している。

【００５７】前記表示装置１４は、たとえば、横軸を振
動数とし、縦軸を光量とするグラフを表示する。この場
合は、表示装置１４とスイッチ回路１３との間に、番地
を振動数に変換する関数を計算するための後述する番地
・振動数変換器１５が介設される。

【００５８】前記構成で、結像用レンズ４は、入射レー
ザ光１が測定試料３に当り散乱する散乱点を空間フィル
タ５の近傍に一旦結像させることによりレーリー散乱光
を除去して検出能力を高めるためのものであるが、この
ような結像用レンズ４と空間フィルタ５とは省略してよ
い。この場合は、透明容器２を前記点Ｐ１の近傍に置
く。

【００５９】次に、前記実施例１の動作を説明する。測
定試料３中の点でありレンズ４の焦点Ｒ１で散乱する散
乱レーザ光は、点Ｒ１から円錐状にひろがりレンズ４に
入射し、レンズ４の焦点Ｐ１に結像する。説明の便宜の
ため、空間フィルタ５がないものとする。このように焦
点Ｐ１に結像した散乱レーザ光はレンズ６により平行化
される。このように平行化された散乱レーザ光はプリズ
ム７で反射され平行平面鏡８に入射する。

【００６０】図２は、平行平面鏡８に入射する光線と平
行平面鏡８から出る光線のよく知られている多光束干渉
を解説するための断面図である。平行平面鏡８の屈折率
をｎ、平行平面鏡８の厚さをｈ、平行平面鏡８内での屈
折角をレーリー散乱光についてｒ0、ブルリアン散乱光
についてｒbとする。遠方の点Ａから発した光線が平行
平面鏡８に点Ｂで入射し平行平面鏡８の中の点Ｃ，Ｄで
反射し点Ｅで平行平面鏡８から抜け出るとする。点Ｃで
抜け出る光線に点Ｅから下した垂線の足を点Ｆとする。
点Ｃから抜け出る光線と点Ｃから抜け出る光線との光路
差は、屈折率・（線分ＣＤＥ−線分ＣＦ）で、これをレ
ーリー散乱光についてＬ0、ブルリアン散乱光について
Ｌbで表すと、よく知られているように、次式 Ｌ0＝２ｈｎｃｏｓ（ｒ0） （１） Ｌb＝２ｈｎｃｏｓ（ｒb） （２） で示される。多光束干渉した光線は、次の条件式（３，
４）を満たすときに、平行平面鏡８を全透過する。

【００６１】 Ｌ0＝ｍＷ0 （３） Ｌb＝ｍＷb （４） ここで、Ｗ0は光源レーザ光の真空中の波長、Ｗbはブル
リアン散乱光の真空中の波長、ｍは平行平面鏡８に入り
出て行く散乱光の最短光路上にある波の数で整数であ
る。したがって、レーザ光と平行平面鏡８を特定し、装
置系を固定すればｍの値は定まり、ｍが最大値のときの
散乱光をｍ次の散乱光、ｍが最大値より１だけ小さい散
乱光を（ｍ−１）次の散乱光という。

【００６２】この明細書で一般に、ｍが最大値よりＬだ
け小さい散乱光を（ｍ−Ｌ）次の散乱光という。この最
大値ｍは、ｈ＝２ｍｍ、ｎ＝１．５、Ｗ0＝０．６ミク
ロン、θ＝０としたとき、ｍ＝１００００である。もし
レンズ６の焦点位置が点Ｐ１に完全に一致しているな
ら、角度θは零であるので、点Ｒ１から発した散乱光
は、前記式（２）を満たすときに、コーナキューブ９で
反射し、レンズ１０を通って、受光面分割体１１上の１
点に結像する。このような像は、ブラウン管１２上に点
として表示される。いま、このような点状の像が、レー
リー散乱光のものであるとする。点Ｒ１から発した散乱
光のうちでドップラー効果を受けた成分、即ち、ブリル
アン成分は、前記条件を満たしていないので、レーリー
散乱光の結像位置にはブリルアン散乱光の干渉像は生じ
ない。

【００６３】点Ｒ１から等距離にあり点Ｒ１を通り光軸
に直交する面上にある光源としての円または部分環Ｒ
２，Ｒ３を図４または図５に示す。図４は入射レーザ光
束の径が大きい場合を示し、図５は入射レーザ光束の径
が小さい場合を示している。光源としての円または部分
環Ｒ２，Ｒ３を便宜上入射レーザ光束の中心断面上に描
いている。光源としての円または部分環Ｒ２，Ｒ３上の
任意の点から発する散乱光のうちレーリー成分は、前式
（２）を満たすので、図６または図７に示すように、干
渉縞の像Ｒ２’，Ｒ３’として受光面分割体１１上に結
像する。

【００６４】光源としての点Ｒ１、円または部分環Ｒ
２，Ｒ３の間にある光源としての円または部分環Ｒ４，
Ｒ５，Ｒ６、Ｒ７，Ｒ８上の任意の点から発する散乱光
のうちレーリー成分は、前記条件式（４）を満たさない
ので、干渉像は受光面分割体１１上に結像しないが、光
源としての円または部分環Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６、Ｒ７，Ｒ
８上の任意の点から発する散乱光のうちブリルアン成分
は、この成分のうち前記条件式（４）を満たすので、図
６または図７に示すように、干渉縞の像Ｒ４’，Ｒ
５’、Ｒ６’，Ｒ７’，Ｒ８’として、受光面分割体１
１上に結像する。

【００６５】図７において、干渉縞Ｒ１’，Ｒ２’〜Ｒ
８’は同時に生じる。干渉縞の中心に一致する画素から
個別につけられた番地（列）の各画素までの距離は実測
されている。たとえば、番地が１０００であれば、中心
からこの番地までの距離は、１０００ｘ２５ミクロン
で、２５ｍｍである。各部分環の像はその部分環に固有
の波長を持ったレーザ散乱光の結像である。

【００６６】結像環の中心から各番地の画素までの距離
をＤ／２、ブリルアン散乱光の振動数をＮb、光源のレ
ーザの振動数（レーリー散乱光の振動数）をＮ0とし、
ブリルアン線の干渉縞の直径をＤ（Ｎb、ｍ）、次数が
Ｌだけ小さいブリルアン線の干渉縞の直径をＤ（Ｎb、
ｍ−Ｌ）、レーリー線の干渉縞の直径をＤ（Ｎ0、
ｍ）、次数がＬだけ小さいレーリー線の干渉縞の直径を
Ｄ（Ｎ0、ｍ−Ｌ）とすると、隣合うレーリー線の間隔
は、次式（５）から計算される。

【００６７】

【数１】 ここで、 ｆ：レンズ１０の焦点距離 ｎ：平行平面鏡の屈折率 また、レーリー線とブリルアン線の間隔は、次式（６，
７）から計算される。

【００６８】

【数２】 式（６，７）は、ブリルアン線の干渉縞ががレーリー線
の干渉縞の両側に対称に現れることに対応している。こ
のように、線間隔は次数に関係しない量である。これよ
り，ブリルアンシフトは，次式（８）から計算される。

【００６９】

【数３】 ここで、Ｆｓはフリースペクトルレインジで、次式で与
えられる。

【００７０】

【数４】 測定試料中の音速ｖと振動数Ｎb，Ｎ0との関係は次式
（９）から計算される。

【００７１】

【数５】 ここで、 ｃ：真空中の光速度 Ｓ：散乱角度 ｎ’：測定試料の屈折率 次に、上記実施例の実験結果を説明する。受光面分割体
１１として容易に入手できる一般市販のもの、光源とし
てＨｅ−Ｎｅレーザ、平行平面鏡８として従来の掃引式
ブリルアン散乱測定装置に用いられている掃引式ファブ
リ・ペロー干渉計の分光素子である２枚のミラー間を調
整後に固定したもの（面平行度１００分の１波長）、測
定試料としてベンゼンを用いた。

【００７２】前記式（５，６）により番地を振動数に変
換し、振動数と強度との関係を表示装置１４のブラウン
管面に表示し、また、それを紙面に出力して図８に示す
結果をえた。また、従来の掃引法により図８に示す結果
と同等の結果をうるように別に従来の掃引法による実験
を行った。測定試料に対するレーザ照射時間を比較する
と、本発明の分散法は従来の掃引法に対して４０分の１
であった。

【００７３】図９は、空間フィルタ５の実施例を示して
いる。この空間フィルタ５は長方形領域に分布している
図５に示す光源Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３からのレイリー散乱光
を遮断するためのものである。これらの光源Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３はレンズ４により拡大されて点Ｐ１を通る焦面
に結像する。その像に重なるように５本のピン１７ａ，
１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅを支持台１８に立てて
置く。ピン１７ａはｍ次の、ピン１７ｂ，ｃは（ｍ−
１）次の、ピン１７ｄ，ｅは（ｍ−２）次のレイリー散
乱光を遮断する。

【００７４】これらのピン１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１
７ｄ，１７ｅを支持台１８上で変位可能に、また、他の
ピンと交換可能に支持することができる。このように支
持すると、表示装置１２のブラウン管面を見ながら各ピ
ン１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅを順次に動
かして１つずつレイリー線を消去することができる。な
お、隣合うピン間の幅は、ブラウン管面上に生ずる干渉
縞の間隔を測定して得られる測定値と光学系の係数値と
から、即ち、式（５）から式（１０）までの式にしたが
って計算により求めることができる。

【００７５】また、各ピン１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１
７ｄ，１７ｅの必要な太さも同様に計算により求めるこ
とができる。適切な太さのピンを用いることにより各ピ
ンに接近したブリルアン散乱光の像を遮断しないように
する。ブリルアン散乱光の像を遮断していないこともブ
ラウン管面をみていればわかり、その判断はすぐにでき
る。ピンの形状は、直線、直線に近いもの、円弧状のも
のなど、すなわち、ｍ次、（ｍ−１）次、（ｍ−２）
次、・・・の干渉像に合致して干渉像を覆い隠す各種の
ピンを用意しておくと便利である。

【００７６】前記空間フィルター５は、前段のレンズ６
の前方においたが、前記散乱領域の結像位置の近傍に、
ｍ次、（ｍ−Ｌ）次のレーリー散乱光の干渉縞像を僅か
に覆うようにおけばよく、受光面分割体１１の直前に置
いてもよい。 （測定装置の実施例２）上記実施例で用いたレンズ６は
必ずしも必要でない。図１０はレンズ６を省略した場合
の実施例２を示している。平行平面鏡８は試料容器２と
レンズ１０との間に置かれる。結像位置に受光面分割体
１１が置かれる点は実施例１と同様である。

【００７７】（平行平面鏡の製作法の実施例）図１１は
平行平面鏡８の平行度を向上させる製造方法を実施する
ための製造装置を示している。真空容器２０は真空ポン
プ２１により真空化される。真空容器２０の下部に抵抗
加熱で加熱される皿２２が置かれている。皿２２上で平
行平面鏡８と同じ材質の平滑材２３、たとえば、石英が
溶融されている。皿２２の中央部の上方で円形のシャッ
ター付き開口２４が開けられた遮断板２５が設けられて
いる。遮断板２５の上方にマスク２６が水平に配置され
ている。

【００７８】このマスク２６は、仮想的に多数の領域に
分割されている。たとえば、互いに外接し合う同一半径
の円に仮想的に分割されている。それらの各仮想的領域
の中心に円形の透過孔２７が点在するように開けられて
いる。幾つかの仮想的領域には透過孔２７は開けられて
いない。各透過孔２７の半径はまちまちであり、各透過
孔２７の半径は次のように求められる。

【００７９】１枚の円形の基板２８（たとえば石英製）
の両面を研磨する。その片面を前記分割と同様に分割し
各領域毎に平行度を測定する。研磨するときに基板を支
持した３点の所の領域を基準位置としこの３点を含む平
面を基準面とする。この基準面に対して各領域の平均の
ずれを測定する。図１２は前記基準位置を零で表示し前
記ずれの価を正負の数値で表示したものである。その数
値の単位は１０００分の１波長である。このような測定
方法は、参考文献＊３に詳しい。「超精密光学平面度の
測定」（光学、第１０巻第６号）に詳しく記載されてい
る。

【００８０】各領域の偏差に基づいて、前記マスク２６
の透過孔２７の径を計算する。一番小さい値を零基準と
しずれを負の値に直し、ずれ量即ち窪み量を等間隔でた
とえば零段階から１９段階までの２０段階に分ける。図
１３に示すように、各領域の段階数に比例する径の透過
孔２７を各領域の中心に開ける。このような透過孔２７
を開けたマスク２６を真空容器２０の中の所定位置にセ
ットし、マスク２６に対して定められる位置に前記のよ
うに平行度を測定した基板２８をセットする。

【００８１】次に、開口２４のシャッターを所定時間開
き平滑材２３を基板２８に蒸着する。開口２３からのマ
スク２６の距離、マスク２６と基板２８の間の間隔、開
口２３の径を定数とし、透過孔２７の径を全て未知数と
し、平滑材２３の溶融温度を一定にしておいて、基板２
８の各領域に積層される平滑材２３の量を幾何光学的に
計算しその値を右辺に置き、左辺に前記測定結果から必
要とされる積層量を等置すると、未知数の数に等しい数
の方程式ができる。このような連立方程式を解けば各透
過孔２７の径を求めることができる。

【００８２】１次方程式で近似できるように定数を選べ
ば計算が速くなる。前記実施例は、マスク２６の各領域
に１個の透過孔を開けるものであるが、マスク２６を基
板の前記領域と同じに分け、マスク２６の各領域に同じ
径の孔を孔数を可変して開け、孔数を前記連立方程式に
よりもとめることによっても平滑化を行うことができ
る。

【００８３】このように基板２８の平滑化を行なって製
作した平行平面鏡８は、任意に選んだ領域がブリルアン
散乱測定の精度を向上させる平行度を有している。した
がって、図１に示すような平行平面鏡８に散乱光を２回
通す２パス式測定を容易に実現できる。掃引法で２パス
式測定を行う場合は、２ヶ所での高度な平行度制御が必
要であるので装置コストが高い。しかし、本発明方法で
製作した平行平面鏡８を用いて分散法で測定すると、平
行平面鏡８は無調整でどの場所でも必要な平行度がでて
いるので、従来法で必要であった制御が不要である。

【００８４】また、本発明方法で製作した平行平面鏡８
を用いると容易にマルチパスを無制御で実現できる。と
ころで、測定値のコントラスト（ブリルアン散乱のスペ
クトル分析において、コントラストは隣合うレーリー・
スペクトル間の谷間の光量の値−−装置関数の最小値−
−とレーリー・スペクトルの光量の値−−装置関数の最
大値−−との比）は、ワンパスのコントラストをＫ（通
常３００程度）とすると、ｎパス式で測定するとき、ｎ
パス時のコントラストはＫのｎ乗で表される値になるの
で、容易に飛躍的にコントラストを向上させることがで
きる。

【００８５】ところで、ブリルアン散乱光に対して数十
万倍の強度を持つレーリー散乱光の迷光が装置媒体で散
乱して測定部に入り込んでくる。このように迷光が入っ
てくると、折角コントラストを向上させるｎパス方式を
採用しても仕方がない。このように桁外れにコントラス
トを向上させようとするときに、上述した空間フィルタ
ー５が決定的に重要な意義を持つ。

【００８６】（高純度物質中微粒子散乱光検出装置の実
施例） −ＣＣＤとファブリ・ペロー共振器型平行平面鏡の両方
を用いる場合 図１４は、ＣＣＤとファブリ・ペロー共振器型平行平面
鏡の両方を用いた場合の高純度物質中微粒子散乱光検出
装置の実施例を示している。レーザー発振装置３０とし
て、単一周波数安定化アルゴンガスレーザー（後述）ま
たはＨｅ−Ｎｅガスレーザーを用いる。発振管３１はガ
ラス製の管であり、一端は内面に誘電体多層膜が蒸着さ
れた１００％反射ミラー３２で閉じられている。発振管
３１の他端は、ブリュスター角を持つようにレーザー発
振系光軸Ｌに対して斜めに設けられたブリュスター窓３
３により閉じられている。

【００８７】反射ミラー３２とブリュスター窓３３とで
閉じられた発振管３１内にアルゴンガスが封入されてい
る。発振管３１内には一対の電極３４，３４が封入さ
れ、一対の電極３４，３４間は交流電源３５により外部
で接続されている。発振管３１のレーザー発振系光軸Ｌ
に直交する内面に誘電体多層膜が蒸着された１００％反
射ミラー３６が、図示しない手段により発振管３１に一
体的に固定され設けられている。

【００８８】発振管３１と反射ミラー３６との間にレー
ザー発振系光軸Ｌに直交する両面を備えた発振誘導用ミ
ラー３７が、図示しない手段により発振管３１に一体的
に固定され設けられている。発振誘導用ミラー３７の面
に誘電体多層膜３８が蒸着されている。誘電体多層膜３
８は反射率が５０％になるように形成されている。この
ため、ブリュスター窓３３と反射ミラー３６の間にある
発振誘導用ミラー３７に両側から入射するレーザービー
ム３９をそれぞれに５０％透過させる。

【００８９】反射ミラー３６と発振誘導用ミラー３７と
の間に一対の発振レーザー集光用凸レンズ４０，４１が
レーザー発振系光軸Ｌ上に発振管３１と一体に固定され
設けられている。一対の発振レーザー集光用凸レンズ４
０，４１の焦点距離は等しい。一対の発振レーザー集光
用凸レンズ４０，４１により３０ミクロン立方の微少領
域にレーザーを集光することができる。

【００９０】一対の発振レーザー集光用凸レンズ４０，
４１の共焦点位置即ち一対の発振レーザー集光用凸レン
ズ４０，４１の中間点位置に中心位置が位置するサイフ
ォン式光学セル４２が配置されている。サイフォン式光
学セル４２は、図１５に示すように、直方体上のセル本
体４３と流入管４４と吐出管４５とから構成されてい
る。セル本体４３は、上下壁、両側壁４６の４面のガラ
ス壁とレーザー発振系光軸Ｌに直交する前後壁４７とに
より形成されている。このようなガラス壁特に両側壁４
６及び前後壁４７は、透過性に勝れた光学ガラスたとえ
ば石英系ガラスによりつくられている。

【００９１】セル本体４３は、流入管４４の流入口４８
と吐出管４５の吐出口４９を除いて閉じられている。流
入管４４の流入口４８は、セル本体４３の上壁に開けら
れた開口である。吐出管４５の吐出口４９は流入口４８
より低位にあり、セル本体４３の下壁に近接している。
吐出管４５のセル外の端部は図示しない排水路の鉛直上
方位置で開放されている。前記一対の発振レーザー集光
用凸レンズ４０，４１の共焦点位置５０が、セル本体４
３の前後壁４７間の中間で両側壁４６の一方の壁に近接
した位置に位置づけられ、かつ、吐出管４５の吐出口４
７の少し鉛直上方位置に位置づけられるように、セル本
体４３の設置位置が定められている。

【００９２】サイフォン式光学セル４２内の前記共焦点
位置５０を通りレーザー発振系光軸Ｌに直交する線を観
測系光軸Ｋとする凸レンズ６，１０が図示しない検出装
置本体に固定され設けられているが、位置調整は可能で
ある。凸レンズ６の焦点位置は、前記共焦点位置５０に
一致するか共焦点位置５０の近傍にある。両レンズ６，
１０の間にファブリ・ペロー共振器型平行平面鏡を構成
する２枚の平行平面鏡５１が固定され設けられている。

【００９３】２枚の平行平面鏡５１は、互いに対向する
各面に透過型反射膜が蒸着形成されている。２枚の平行
平面鏡５１を用いるファブリ・ペロー型平行平面鏡は、
分散式ファブリ・ペロー型分光装置の実施例で用いた１
枚形式の平行平面鏡８に換えてもよい。この高純度物質
中微粒子散乱光検出装置の実施例では、それほど（１０
０分の１波長も）平行度を必要としないので、ファブリ
・ペロー共振器型平行平面鏡として３０分の１波長程度
の２枚の平行平面鏡５１を用いることにより、コストダ
ウンを図ることができる。

【００９４】多光束干渉計として用いるこの平行平面鏡
は、２枚の平行平面鏡５１の間にガスたとえば空気を封
入する形式である。２枚の平行平面鏡５１の間の気圧を
調整することにより、２枚の平行平面鏡５１の間の光学
的距離を変えることができる。レーザーの１波長程度の
光学的距離の変更のために調整される封入空気の気圧は
ほとんど大気圧に近い気圧であるため、調整後の気圧は
数年間は調整しないで済む。

【００９５】このようなファブリ・ペロー共振器型平行
平面鏡は、この実施例では、後述するように、ブリルア
ン散乱光を除くためのフィルタとして用いられる。この
ようなフィルタの機能をもつためには、レーザー光また
はレーリー散乱光がレンズ６を透過した後平行平面鏡５
１に垂直に入射して透過する必要がある（この場合、平
行平面鏡５１に垂直に入射するブリルアン散乱光は透過
しない。）。その条件は、平行平面鏡５１が１波長の整
数倍（ｍ倍）の光路差を持つことである。

【００９６】なお、結像用レンズ４と空間フィルタ５と
を凸レンズ６とサイフォン式光学セル４２との間に直列
に挿入して、いわゆる迷光（この光学系外のレーザー
光）としてのレーリー散乱光を取り除き、かつ、サイフ
ォン式光学セル４２内の共焦点位置５０の近傍から散乱
光が発する光源を拡大して空間フィルター５のピンホー
ル内に結像させる点は、前記実施例と同様である。

【００９７】レンズ１０の焦点位置に中心位置が一致す
る位置またはその近傍位置に格子状配列の画素を持った
光検出器である受光面分割体１１が固定され設けられて
いる。受光面分割体１１は、光軸方向に位置調整自在で
ある。受光面分割体１１としては、ＣＣＤを用いるのが
ベストである。両凸レンズ６，１０の焦点距離は異なっ
ており、共焦点位置５０の被写体は、拡大されて受光面
分割体１１の面上に実像として映像化される。

【００９８】図１６は、平行平面鏡５１間の光学的距離
の調整次第により第０次（正しくはｍ−０次）のレーリ
ー散乱光成分が集光する円の一部を含む大きさの正方形
受光領域６０の受光面分割体１１を示している。光軸が
中心を通るこのような受光領域６０は、受光面分割体１
１の中心部にある。受光面分割体１１の正方形画素とし
て各種大きさのものが市販されているが、計算の便宜の
ため１辺１０ミクロンの画素のものを使用することにす
る。

【００９９】図１６に示すように、受光領域６０の１辺
を３００ミクロンとする。このような受光領域６０は縦
横にそれぞれに３０分割された９００画素を有してい
る。原点画素を００番地とし、直交座標を受光領域６０
に設定する。上方及び右方へプラス１４番地を取り、左
方及び下方へ１５番地を取る。サイフォン式光学セル４
２の中の１辺３０ミクロンの散乱領域から散乱光が発す
る光源が結像用レンズ４を含む拡大光学系により１０倍
に拡大されて受光領域の全面に結像する。１画素の走査
周期は、０．１秒に設定する。

【０１００】測定対象の微粒子の大きさとして、直径
０．１ミクロン以下に想定する（０．１ミクロン以上の
微粒子の測定を行う場合は、拡大率を高める。１０倍に
拡大される微粒子の実像は直径が最大で１ミクロン（た
だし、実際にはレンズの収差のため数ミクロンになる）
であるので、１個の微粒子の実像は、高い確率で１０ミ
クロン平方の単位画素内にある。

【０１０１】図１７は、微粒子移動距離・速度検出回路
６１を示している。受光領域の各画素に連続接続されて
いるレジスターを含む番地情報出力回路６２の出力端子
６３から０．１秒毎に１回の番地情報付電気信号６４の
出力が可能である。受光領域６０のある特定の画素に一
定以上の個数の光子たとえば２０数個以上の光子が到達
すると、その画素の番地を含む１回目の番地情報付電気
信号６４が出力される。番地情報付電気信号６４は番地
情報記憶回路６５に入力され、１回目の番地情報付電気
信号６４は、番地情報記憶回路６５で番地（Ｍ1，Ｎ1）
として記憶される。

【０１０２】この０．１秒に必ず１回出る信号６４の電
圧部分は、時間積算カウンタ６６に入力され、時間積算
カウンタ６６により零に足し加えられて積算値は１とな
る。０．２秒後に、受光領域６０の同一または他の画素
に一定以上の個数の光子たとえば２０数個以上の光子が
到達すると２回目の番地情報付電気信号６４が出力され
る。番地情報付電気信号６４は番地情報記憶回路６５に
入力され、２回目の番地情報付電気信号６４は、番地情
報記憶回路６５で番地（Ｍ2，Ｎ2）として記憶される。

【０１０３】この信号の電圧部分は、時間積算カウンタ
６６に入力され、時間積算カウンタ６６により前回積算
値の１に１が足し加えられて積算値は２となる。同様に
Ｓ回目の信号により、番地情報記憶回路６５で（Ｍs，
Ｎs）として記憶される。同様に１秒後に、１０回目の
番地情報付電気信号６４が出力される。番地情報付電気
信号６４は番地情報記憶回路６５に入力され、１０回目
の番地情報付電気信号６４は、番地情報記憶回路６５で
（Ｍ10，Ｎ10）として記憶される。この信号の電圧部分
は、時間積算カウンタ６６に入力され、時間積算カウン
タ６６により前回積算値の９に１が足し加えられて積算
値は１０となる。移動距離計算回路６７は、時間積算カ
ウンタ６６により１が積算される度にあるいは積算値が
１０に達すると、次式の計算を行う。

【０１０４】

【数６】 式（１１）のＬは、光点が１秒間に移動する平均距離を
表している。このような平均化は１例である。初めと１
秒後の光点の現実の移動距離を１秒間の平均移動距離と
してもよいし、その他の平均化方法によってもよい。

【０１０５】受光領域６０に２つの光点が現れると、番
地情報出力回路６２から同時に２つの番地情報付電気信
号６４、６４ａが出力される。両信号６４，６４ａはＡ
ＮＤ回路６８に入力され、ＡＮＤ回路６８の出力電圧６
９が、パソコン７０を介して番地情報記憶回路６５及び
時間積算カウンタ６６に入力され、番地情報記憶回路６
５及び時間積算カウンタ６６はリセットされる。

【０１０６】番地情報付電気信号６４は番地情報記憶回
路６５を介して、番地情報付電気信号６４ａは直接にパ
ソコン７０に入力される。パソコン７０の表示画面に
は、受光領域６０と同形の碁盤目が表示される。番地情
報付電気信号６４、６４ａの番地に対応する碁盤目は、
１つが赤色で他の１つが緑色で塗りつぶされる。また、
表示画面に前記計算結果の平均移動距離（または平均速
度Ｖａ）も表示されるほかに、微粒子の直径値ａも１秒
ごとにリアルタイムで表示される。直径値ａは、精度の
高い値が１９０５年発表のブラウン運動の理論により平
均移動距離から求められることが知られている。直径ａ
は、次のアインシュタインの関係式から求められる。

【０１０７】

【数７】この式中、Ｔは微粒子を含むセル４２内の液体
である水の絶対温度、πは円周率、ｋはボルツマン常
数、ηは粘性係数ηで、変数であるＬは時間ｔの間に移
動する微粒子の確率的移動距離（時刻零の時の地点と時
刻ｔの時の地点との間の距離）である。 （高純度物質中微粒子散乱光検出装置の実施例の動作）
次に、ＣＣＤと平行平面鏡５１の両方を用いている前記
実施例の動作を作用・原理とともに説明する。電極３２
間に交流電源３５を印加すると、発振管３１内のアルゴ
ンガスが励起され反射ミラー３２と発振誘導用ミラー３
７とが形成する共振器において、レーザー発振が起こり
始める。誘導放出された単色光の５０％が発振誘導用ミ
ラー３７を透過して反射ミラー３６に向かい、反射ミラ
ー３６で１００％反射される。反射ミラー３６で反射し
た単色光は、その５０％が発振誘導用ミラー３７で反射
されるが、残りの５０％は発振誘導用ミラー３７を透過
して反射ミラー３２に向かう。

【０１０８】さらに誘導放出の確率が高くなり、瞬間的
にレーザー発振の定常状態が得られる。この方法は、日
本科学エンジニアリング社の特許で実用に供されてい
る。この発明では、このような外部共振系内にさらにレ
ンズ４１，４２が挿入されている（このレンズ４１，４
２の挿入はこの出願の出願人による工夫である。）。一
対の発振レーザー集光用凸レンズ４０，４１を透過する
レーザーとして、０．１ワットの定常発振状態のレーザ
ーを用いる。

【０１０９】一対の発振レーザー集光用凸レンズ４０，
４１の共焦点位置５０を含む３０ミクロン立方の領域
に、直径１ｍｍの０．１ワットレーザービームが集光す
る。この領域の断面には、単位面積当たり約１００ワッ
トのエネルギーが通過する。この領域すなわちこの領域
にある微粒子がレーザーを散乱させる散乱領域からほぼ
円錐体を形成して散乱される散乱光は、レンズ４により
空間フィルター５のピンホール内で結像する。このよう
な実像が１０倍に拡大されて凸レンズ６，レンズ１０に
より受光面分割体１１の面に再結像する。

【０１１０】平行平面鏡５１は全ての次数のブリルアン
散乱光をカットしている。したがって、受光面分割体１
１に到達する散乱光は、レーリー散乱光とラマン散乱光
だけである。ラマン散乱光は、水からのレーリー散乱光
に較べてきわめて微弱であることが知られている（たと
えば、参考文献＊４）。

【０１１１】今、散乱領域に１個のゴミＧが入って来た
ものとする。このゴミＧから散乱される散乱光すなわち
レーリー散乱光は、受光面分割体１１面上でＧ’で示す
位置たとえば原点画素に結像する。被測定領域のレーリ
ー光に関して第０次の散乱領域である中心部の水から散
乱される第０次のレーリー散乱光は、ＣＣＤ上に点線の
円Ｃで囲まれる領域内に結像する。この円Ｃは重大な意
味を持つので、図１６に示すＣＣＤの１部の上に円Ｃを
転記している。円Ｃの中の領域をＴで示す。

【０１１２】後述する計算によると、円Ｃの内部は全て
第０次のレーリー散乱光が到着する領域である。この領
域にある限り、像Ｇ’は、常にあり消えることがない。
この領域Ｔの画素を細かく利用する。ブラウン運動をす
るゴミの移動距離が計算される。アインシュタインのブ
ラウン運動の理論により示された理論式にゴミの移動距
離を代入することにより、ゴミの粒径が即座に計算さ
れ、粒径がリアルタイム（１秒間隔）でブラウン管上に
表示される。

【０１１３】このように表示されるゴミの粒子の粒径は
どこまで小さいものが検出されるか、具体例により説明
する。前述したように、被測定領域の３０ミクロン平方
の断面積を１００００ワットのレーザーが通過する。測
定時間として、１秒とする。また、４００万円程度で容
易に入手できる電子冷却型ＣＣＤは、１画素あたり２０
数個の光子数で１カウントできる性能がある。

【０１１４】１画素にくるゴミからのレーリー散乱光が
２０数個ほどになる粒子径は、詳しくは、文献（＊１）
で示される通りであるが、要約すると次のように求めら
れる。被測定領域に対してレンズ４が張る立体角をΩ、
レンズ４の焦点距離をＬ、レンズ４の直径をＤとする
と、

【０１１５】

【数８】 この立体角Ωに対応する散乱断面積σは、微粒子に対し
ては、被測定試料に入射するレーザービームとレンズ４
の光軸との角度θを９０度とすると、

【０１１６】

【数９】 ここで、ｎは水の屈折率（＝１．３３）、Δｎは 粒子と水との相対屈折率＝（微粒子の屈折率）／（水の屈折率） ＝１＋Δｎ （１５） で表される（ただし、水と粒子の屈折率差が小さい場
合）。また、式（１４）で、ａは微粒子の直径、λはレ
ーザーの光源としての波長（６３２８オングストロー
ム）である。入射レーザー光が単位時間（１秒）に単位
面積（１平方ｃｍ）を通過する光子数をＮとすると、微
粒子から散乱されてレンズ４に入射する光子数Ｎは、単
位時間当たり、 Ｎp＝σＮ （１６） である。レーザーのパワーＰと光子数Ｎの関係は、次式
で表される。

【０１１７】

【数１０】 ここでｄはレーザービームを集光した等価球の直径、ｈ
はプランク常数、ｃは光速度である。４００万円程度で
容易に入手できる電子冷却型ＣＣＤは、１画素あたり２
０数個の光子数で１カウントできる性能がある。式（１
６）で示される光子数Ｎpが０．１秒間に２０数個にな
るような微粒子直径は、微粒子の屈折率を１．５、水の
屈折率を１．３３として計算すると、０．０２ミクロン
である。

【０１１８】このような粒子径の微粒子の観測を行う場
合に、微粒子以外の物質すなわち水からの散乱光の強度
を知っておく必要がある。ラマン散乱光の強度は、前述
の通り、水からのレーリー散乱光の強度に較べて桁外れ
に小さい。ＣＣＤの画素に来るレーリー散乱光の単位面
積当たりの強度は、ゴミ粒子からのレーリー散乱光の結
像点領域の単位面積当たりの強度に較べて、粒子径が
０．０２ミクロンのような超微粒の場合でも、きわめて
小さい。画素１個について、純水からのレーリー散乱光
とゴミからのレーリー散乱光との相対比は、きわめて小
さい。

【０１１９】次に、残された最後の検討課題は、このよ
うな０．０２ミクロンの超微粒子が１秒間にブラウン運
動する範囲が、被測定対象領域の前記３００ミクロン平
方の範囲に含まれているかどうかである。既述の通り、
点光源近似の塵から散乱されるレーリー散乱光がＣＣＤ
受光面に結像する点光源像の追跡を可能とする受光領域
は、塵の点光源像の強度よりもはるかに強度が小さい
（面密度比較で）水分子からの回折散乱光が結像するレ
ーリー散乱受光領域である。

【０１２０】この受光領域は、中央の円領域または複数
の同心リングとして現れる。複数の同心リングに現れる
点光源像、たとえば、あるリング上に現れた点光源像と
他のリング上に時間差をもって現れた点光源との間の履
歴は、仮にこれら点光源像が同一の塵の結像であったと
しても判定困難である。しかし、塵からの点光源像が、
ある範囲の連続した領域内に現れる１固の点光源は、Ｃ
ＣＤの画素の単位が小さければ、１固の粒子の像として
同定できる。

【０１２１】平行平面鏡５１の光路長を調整することに
より、ブリルアン散乱光でなくレーリー散乱光の受光領
域をリング状でなく中心部の円内領域にすることができ
る。この円内領域がブラウン運動を観察できる領域であ
れば、本発明を実施できる。このような受光領域に対応
する被測定領域が、被測定試料に照射されるレーザ集光
領域内に作りだされる。被測定領域内のレーリー散乱光
源の内の中心部の半径は、次式で表される透過率Ｔと下
記定義の角度θとの関係から求めることができる。

【０１２２】

【数１１】 ここで、Ｔが透過率である。この式中、ｎは空気の屈折
率、Ｒはファブリ・ペロー平行平面鏡の反射率、λは光
源レーザーの波長、ｎ・ｄは１００００・λ（ｍ＝１０
０００の場合）とした平行平面鏡の光路長の設定値、θ
（ラジアン）は被測定試料の前に置かれた対物レンズ４
の中心から見た被測定領域内の任意の点と対物レンズ４
の光軸との間の角度（光軸上にある被測定領域内の点の
まわりにあり光軸に直交する平面上のリング上の任意の
点と対物レンズ４の中心を結ぶ線と光軸との間の角度、
すなわち、平行平面鏡５１に入射する散乱光と光学系の
光軸とがなす角）である。

【０１２３】図１８は、前記式（１８）を縦軸を透過率
Ｔとし横軸を変数θとして表したグラフである（反射率
Ｒとして８０％の場合を選んだ）。適当な透過率のレベ
ルでのラジアン角θは、約０．００１３ラジアンであ
る。したがって、利用有効領域の直径Ｄは、 Ｄ＝０．００１３・２・（対物レンズ４の焦点距離） である。対物レンズ４の焦点距離の現実的な値として５
０ｍｍを選ぶと、 Ｄ＝０．１３ｍｍ＝１３０ミクロン となる。反射率Ｒの値を高めると、前記ラジアン角θは
小さくなる。図１９は、ｎ・ｄ＝１００００・λ、λ＝
６３２．８ｎｍ（Ｈｅ−Ｎｅレーザー使用の場合）、反
射率８０％の場合について、被測定散乱領域の平面から
散乱されるレーリー成分レーザー光の透過率を前記角度
θで表される円・リング上でどうなるかを計算により求
め表示したコンピュータ・グラフィック図である。白い
所の透過率が高く暗い所の透過率が低くなるようにグラ
フィック化した。中心の最も白い円領域が、第０次（正
確にはｍ−０次）レーリー散乱領域である。明白に明る
い円の直径を示すラジアン角は、約０．００２５であ
る。

【０１２４】このような、第０次レーリー散乱光の円領
域は、被測定領域として考えた３０ミクロンに較べて十
分に大きい。したがって、設定した被測定領域のすべて
を、前記円Ｃ内に結像するブリルアン散乱光が発生せず
円Ｃ内に結像するレーリー散乱光だけが発生する領域と
することができる。なお、この領域の水から発生するレ
ーリー散乱光のうち単位画素に集光する光量は、ゴミか
らのそれに較べてきわめて少ないことは前述の通りであ
る。このように、ゴミのみをブラウン管面に表示でき
る。

【０１２５】直径０．０２ミクロンの超微粒子の１秒間
の移動距離は、式（１２）から、摂氏２０度で、１１．
４ミクロンと算出される（ただし、この長さは３次元的
に移動する粒子の移動距離であるので２次元ＣＣＤ面上
では、この長さに（２／３）の平方根をかけた値とな
る）。逆に、式（１２）から算出される長さが１１．４
ミクロンであれば、この観測値から、ゴミの粒径は０．
０２ミクロンであることがわかる。参考までに算出して
おくと、粒径２ミクロンで１秒間の移動距離は、１．１
４ミクロン、粒径０．２ミクロンで１秒間の移動距離は
３．６０ミクロン、粒径０．１ミクロンで１秒間の移動
距離は５．１０ミクロンである。

【０１２６】直径０．０２ミクロンの超微粒子が１秒間
に原点から運動する平均範囲は、１０倍に拡大されて原
点の画素に対して半径１１４ミクロンの円領域Ｃ”内に
ある確率が高い。ゴミの実像はこの範囲内の一辺１０ミ
クロンの１画素にある。したがって、被測定領域を１０
倍に拡大して映写するＣＣＤ画面を３００ミクロン程度
にとっておけば、原点画素から半径数ミクロン程度の範
囲に現れた微粒子の実像の１秒間の運動を追跡すること
ができる。この１秒間を１０に分割して０．１秒間ごと
に実像の運動を追跡できることはすでに証明した通りで
ある。 −ＣＣＤを用いるが平行平面鏡５１を用いない場合− 純水からの散乱光は、レーリー散乱光とブリルアン散乱
光とラマン散乱光である。ラマン散乱光のスペクトル
は、レーリー散乱光、ブリルアン散乱光のスペクトルか
らはるかにずれているので、狭帯域干渉フィルタにより
ラマン散乱光は容易に取り除くことができる。ゴミの粒
子径が比較的に大きい場合は、ゴミの実像も大きくな
る。小さく分割されたＣＣＤの画素１つにゴミ１個の像
が形成される。 ゴミ１個の像が形成される１画素にく
る被測定領域の水からのブリルアン散乱光は、それほど
大きくはない。ゴミと同じ場所の水（ゴミの周囲の極く
薄い層の水）からのレーリー散乱光の強度は、幸運にも
ゴミからのレーリー散乱光に較べてきわめて小さい（＊
２）。したがって、ゴミの粒子径が比較的に大きい場合
は、平行平面鏡を用いないで、ゴミ１個１個の存在と個
数を検出できる。 −ＣＣＤを用いないが平行平面鏡５１を用いる場合− ＣＣＤを用いずに従来通り光電子増倍管を用いる。ＣＣ
Ｄを用いないので、光電子増倍管の受光部に来る全ての
散乱光が区別されずに計数される。ブリルアン散乱光
は、平行平面鏡により除去される。ラマン散乱光につい
ては、前記の通りである。前記参考資料（＊２）で説明
されているように、ゴミからのレーリー散乱光の方が、
被測定領域の全レーリー散乱光よりも多いのでゴミの存
在を検出できる。しかし、ゴミの個数は検出できない。

【０１２７】（波長安定化手段及び安定化制御方法）ア
ルゴンレーザー発振装置は、高出力のものが容易に得ら
れるが、波長が不安定であるため、第０次レーリー散乱
光が結像する前記円領域Ｃの直径、透過率が変動し、こ
のため微粒子の直径が小さくなると高精度の散乱光検出
が困難になる。ここで提供する波長安定化レーザー発振
装置は、図１４に示したアルゴンレーザーを改良して波
長安定化を目的にした波長安定化手段を備えている。

【０１２８】図２０に示す波長安定化レーザー発振装置
は、両端にブリュースター窓と反射ミラーを備える発振
管の外部に単複数の反射ミラーを設け、単複数の反射ミ
ラーの少なくとも１つのミラーを光軸方向に変位自在と
し、発振レーザーの１部をファブリ・ペロー型平行平面
鏡を透過させ、透過したレーザー光の光量検出から透過
率を検出し、透過率の正負の変化に対応して前記変位自
在な反射ミラーの正負の変位を起こさせることにより、
発振波長を一定に維持し安定化したものである。

【０１２９】次に波長安定化レーザー発振装置の実施例
を図２０により説明する。図１４と図２０で共通に用い
る参照番号は同一機能またはほぼ同一の機能を持った各
部材を示す。発振管３１はガラス製の管であり、一端は
内面に誘電体多層膜が蒸着された１００％反射ミラー３
２で閉じられている。発振管３１の他端は、ブリュスタ
ー角を持つようにレーザー発振系光軸Ｌに対して斜めに
設けられたブリュスター窓３３により閉じられている。

【０１３０】反射ミラー３２とブリュスター窓３３とで
閉じられた発振管３１内にアルゴンガスが封入されてい
る。発振管３１内には一対の電極３４，３４が封入さ
れ、一対の電極３４，３４間は交流電源３５により外部
で接続されている。発振管３１のレーザー発振系光軸Ｌ
に直交する内面に誘電体多層膜が蒸着された１００％反
射ミラー３６が、図示しない手段により発振管３１に一
体的に固定され設けられている。発振管３１と反射ミラ
ー３６との間にレーザー発振系光軸Ｌに直交する両面を
備えた発振誘導用反射ミラー３７が、図示しない手段に
より発振管３１に一体的に固定され設けられている。

【０１３１】発振誘導用反射ミラー３７の面に誘電体多
層膜３８が蒸着されている。誘電体多層膜３８は反射率
が５０％になるように形成されている。このため、ブリ
ュスター窓３３と反射ミラー３６の間にある発振誘導用
反射ミラー３７に両側から入射するレーザービーム３９
をそれぞれに５０％透過させる。反射ミラー３６と発振
誘導用反射ミラー３７との間に一対の発振レーザー集光
用凸レンズ４０，４１がレーザー発振系光軸Ｌ上に発振
管３１と一体に固定され設けられている。一対の発振レ
ーザー集光用凸レンズ４０，４１の焦点距離は等しい。
一対の発振レーザー集光用凸レンズ４０，４１により３
０ミクロン立方の微少領域にレーザーを集光することが
できる。

【０１３２】一対の発振レーザー集光用凸レンズ４０，
４１の共焦点位置即ち一対の発振レーザー集光用凸レン
ズ４０，４１の中間点位置に中心位置が位置するサイフ
ォン式光学セル４２が配置されている。サイフォン式光
学セル４２は、図１５に示す既述のものが用いられてい
る。

【０１３３】発振誘導用反射ミラー３７（または反射ミ
ラー３６）は、図１４のものと異なり、スライダー８１
に保持されている。スライダー８１は、案内部材８２に
案内され光軸方向に変位することができる。レーザー発
振管と１体に伸縮棒取付部材８３が設けられている。複
数の伸縮棒８４の各一端が伸縮棒取付部材８３に取り付
けられている。複数の伸縮棒８４の各他端が、前記スラ
イダー８１に取付けられている。

【０１３４】反射ミラー３２と反射ミラー３６とで形成
される共振系または帰還反射系の系外で反射ミラー３２
から反射ミラー３６に向かう方向に波長制御用ファブリ
・ペロー型平行平面鏡８５が設けられている。波長制御
用ファブリ・ペロー型平行平面鏡８５を透過したレーザ
ーの光量（強度）は、光量検出計８６により計測され
る。光量検出計８６は、検出光量に対応するたとえば比
例する電圧信号８７を出力する。

【０１３５】電圧信号８７は、電圧の増減を判断する光
量変化対応２値化信号発生回路８８に入力される。光量
変化対応２値化信号発生回路８８は、光量検出計８６の
検出光量が増大すると”２”の信号を発生させ、その検
出光量が減少すると”１”の信号を発生させる。このよ
うな２値化信号は、定電圧定電流電源９０に入力され
る。定電圧定電流電源９０から電力を供給され発熱する
複数の電熱コイル９１が、前記伸縮棒８４に巻かれてい
る。伸縮棒８４と電熱コイル９１とで、反射ミラー変位
装置が構成されている。平行平面鏡８５と光量検出計８
６と光量変化対応２値化信号発生回路８８と定電圧定電
流電源９０とで、波長安定化装置の波長安定化制御装置
を構成している。

【０１３６】定電圧定電流電源９０は、信号”１”を受
けると定電力を電熱コイル９１に供給し、信号”２”を
受けると電熱コイル９１への電力供給を中断する。ま
た、定電圧定電流電源９０は、初期状況形成用始動スイ
ッチを備え、このスイッチが入ると、電熱コイル９１へ
の電力を供給することができる。

【０１３７】次に、前記装置系を用いた波長安定化制御
方法について説明する。電極３４，３４間に電圧をかけ
ると、図１４に示した装置系と同様にレーザー発振が起
こる。しばらく発振状態を続けて全装置系の温度が平衡
化するのを待ってもよいが、このような平衡化には時間
がかかるので、定電圧定電流電源９０の前記初期状況形
成用始動スイッチを入れる。このスイッチを作動させ、
電熱コイル９１に電力を供給し、電熱コイル９１により
温度が上昇する伸縮棒８４を十分に伸ばす。

【０１３８】伸縮棒８４の伸びにより反射ミラー３２と
反射ミラー３７との間の距離が僅かに変わり、両ミラー
間の距離が整数倍になる波長のレーザーの発振状況にな
る。図２１は、発振レーザー振動数とこのような状況の
ある瞬間のレーザー振動数νと波長制御用ファブリ・ペ
ロー型平行平面鏡８５の透過率Ｔとの一般的関係を示し
ている。横軸は振動数νを縦軸は透過率Ｔを示してい
る。

【０１３９】伸縮棒８４が伸びて行く前記状況は、透過
率曲線上にあり時々刻々変わる透過率を示す点が、左方
へ移動する状況に対応する。図２１に（ロ）で示す点線
より（イ）で示す点線の方に向かって透過率を示す点が
移動するときには、レーザーが波長制御用ファブリ・ペ
ロー型平行平面鏡８５を透過する透過率が上昇する。こ
の上昇は、光量検出計８６の検出光量の増大により確認
できる。

【０１４０】したがって、電熱コイル９１に電力を供給
している状況での光量検出計８６の検出光量の増大は、
現在の透過率が図２１に透過率曲線上にたとえば黒丸で
示す位置にあることがわかる。このような状況が確認さ
れると、前記初期状況形成用始動スイッチを切る。この
切断は簡単な回路で自動化することができる。

【０１４１】初期状況形成用始動スイッチが切れたの
で、伸縮棒９１の温度は下がり始め、発振レーザーの振
動数は上がり始める。このように振動数が上がり始める
と、光量検出計８６の検出光量は減少し始める。光量検
出計８６は、検出光量に比例する電圧信号８７即ち減少
する電圧信号８７を出力する。このような電圧信号８７
が光量変化対応２値化信号発生回路８８に入力され、光
量変化対応２値化信号発生回路８８は、”１”の信号を
発生させ、このような２値化信号”１”が定電圧定電流
電源９０に入力される。定電圧定電流電源９０から定電
力が電熱コイル９１に供給され、再び伸縮棒９１が伸び
始め、発振レーザーの波長が長くなる。逆に発振レーザ
ーの波長が長くなれば短くなるように電熱コイルへ電力
が供給される。

【０１４２】このように、きわめて僅かな波長のずれに
対してきわめて敏感に変化する透過率の正負の検出を可
能とするファブリ・ペロー型平行平面鏡８５を使用した
ので、波長安定化手段を簡単に構成することができ、か
つ、きわめて精度が高い波長安定化制御を容易に行うこ
とができる。

【０１４３】（微粒子検出時の液体対流対策）本発明に
よると、０．１ミクロン以下の１個の超微粒子について
粒径を測定できるが、前述したように１秒間の移動距離
が１１．４ミクロン程度に小さくなる直径０．０２ミク
ロンの粒子は、高密度にレーザー照射を受ける液体の局
所的熱膨張による対流に乗って移動するであろう。この
問題を解決するために、図１５に示す焦点位置であるレ
ーザー集光点５０の温度を摂氏３．９８度に維持する。
この温度は、定出力レーザーが集光しているレーザー集
光点５０の温度である。

【０１４４】流入管４４から光学セル４２に供給する水
の温度と光学セル４２の周囲の環境温度を制御すること
により、レーザー集光点５０の温度を摂氏３．９８度に
維持することができる。水素結合による水分子の会合の
ため擬結晶構造（氷の結晶構造が部分的に残っている）
をとっている水は、他の液体と異なり色々な点で異常で
ある。

【０１４５】このような水は、前記温度で密度が最大に
なる性質を持っている。この温度における膨張率の変化
率は、零である。したがって、この温度が僅かに変動し
ても、密度の変化はきわめて小さいので、レーザー集光
領域に働く沈降力、浮力は実質上零にすることができ
る。このため、レーザー照射は対流発生原因にはならな
い。

【０１４６】（その他の実施例）本発明は、上記実施例
に限られることはなく、本発明の趣旨の範囲内で、設計
変更が行われる。たとえば、パルスレーザを用いること
により１瞬（１００ナノ秒以下）の測定が可能になる。
この場合は、過渡現象、相転移現象の研究が可能にな
る。微粒子検出のためにアルゴンレーザーを用いたが、
ヘリューム・ネオンレーザーと切り換え式に用いてもよ
い。ときどきアルゴンレーザーを用いてときどきに径が
小さい微粒子を計測するようにすることができる。

【０１４７】また、実施例はブリルアン散乱に限定して
示したが、本発明はブリルアン散乱に限られるのではな
くレーリー散乱、ラーマン散乱にも適用される。さら
に、散乱現象だけでなくなく非散乱現象にも適用され
る。従って、本発明は、たとえば、単一周波数レーザの
周波数変動の動的検出、励起光源の波長に極めて接近し
たルミネッセンスの検出、重い分子の回転スペクトルの
検出にも適用される。

【０１４８】また、本発明の平行平面鏡を２体組み合わ
せて固定式タンデム型ファブリ・ぺロー干渉計を実現で
きる。また、微粒子・超微粒子の検出は、石英系統の空
中のゴミに限られず有機物質たとえば生きた細菌・ビー
ルスに対しても行われる。また、液体は、水に限られず
各種有機溶媒の場合がある。

【０１４９】また、波長安定化レーザー発振装置を用い
て、分散式ブリルアン散乱測定装置、高純度物質中微粒
子散乱光検出装置を構成することができる。共焦点レン
ズを用いた発振系内集光レーザーを試料に照射して、分
散式ブリルアン散乱測定装置、高純度物質中微粒子散乱
光検出装置を構成することができる。

【０１５０】また、実施例は単一粒子に主眼をおいて説
明されたが、直径が異なる複数粒子について、統計処理
による平均個数または平均粒径の測定が可能である。ま
た、波長安定化装置で伸縮棒の伸縮制御を２値化信号で
行ったが、連続的制御たとえば透過率の変化率に比例す
る電力を電熱コイルに供給することができる。電熱コイ
ルに変えて透過率変化率に比例する電圧により変形する
ピエゾ素子を使用して高精度の波長安定化をすることが
できる。

【０１５１】

【発明の効果】この発明の分散式ブリルアン散乱測定装
置によれば、次の効果が奏される。

【０１５２】分散法の特長を活かすことができるので、
分散法の欠点を解消し、高精度を維持しながら測定時間
を格段に短縮できる。また、この発明によると、測定に
熟練を要しないので、本発明は過渡現象、相転移現象を
取り扱う次世代の研究に寄与する。

【０１５３】また、この発明の平行平面鏡の製造方法に
よれば、平行度が向上するので、明るい分光器を提供で
き、その結果一層測定時間を短縮できる。

【０１５４】また、この発明の高純度物質中微粒子散乱
光検出装置によると、微粒子１個単位の存在の検出と単
一粒子の直径の測定が可能になった。また、超微粒子の
１個単位の存在の検出以外に単一超微粒子の直径の測定
が可能になった。

【０１５５】また、この発明の高純度物質中微粒子散乱
光検出装置によると、試料中のレーザー集光密度が高い
ので、小さい直径の微粒子を検出できる。また、試料中
のレーザー集光密度を高くしたために生じる溶媒の水
は、特定温度からのわずかの変動によっては対流が起き
ずあるいは起きてもわずかであるから、液中粒子のブラ
ウン運動の検出が容易である。

【０１５６】また、この発明の波長安定化装置による
と、きわめて僅かな波長のずれに対してきわめて敏感に
変化する透過率の正負の検出を可能とするファブリ・ペ
ロー型平行平面鏡８５を使用したので、波長安定化装置
を簡単に構成することができ、かつ、きわめて精度が高
い波長安定化制御を容易に行うことができる。なお、こ
のような波長安定化装置を用いると、シャープなブリル
アン散乱光の分離ができるとともに、微粒子の存在検
出、その直径検出の精度が向上する。 参考文献（＊１）：伊藤進一、東京工芸大学工学部紀
要，Ｖｏｌ．９ Ｎｏ．１１９８６、「光散乱の光子数
分布と液体内単一微粒子の検出条件」 参考文献（＊２）：H.Z. Cummins and K.W. Cammon, Jo
urnal of Chemical Physics, Vol.44 参考文献（＊３）：伊藤進一「超精密光学平面度の測
定」，光学，第１０巻第６号 参考文献（＊４）：日本物理学会誌、Vol.48，No.10，O
ctober, 1933

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の分散式ブリルアン散乱測定装
置の実施例１の光学系を示す正面図である。

【図２】図２は、平行平面鏡８における多光束干渉を解
説する説明図である。

【図３】図３は、散乱光源と結像との関係の光学的作図
を説明する説明図である。

【図４】図４は、入射レーザ光束内の散乱光源を示す側
面図である。

【図５】図５は、他の入射レーザ光束内の散乱光源を示
す側面図である。

【図６】図６は、干渉像と受光面分割体１１の位置関係
を示す側面図である。

【図７】図７は、他の干渉像と受光面分割体１１の位置
関係を示す側面図である。

【図８】図８は、本発明による測定結果を示すグラフで
ある。

【図９】図９は空間フィルターの実施例を示す側面図で
ある。

【図１０】図１０は、本発明の分散式ブリルアン散乱測
定装置の実施例２の光学系を示す正面図である。

【図１１】図１１は、本発明の平行平面鏡８の製造方法
の実施例を示す正面図である。

【図１２】図１２は、平行平面鏡８の基板の平行度を示
すデータ図である。

【図１３】図１３は、マスク２６を示す平面図である。

【図１４】図１４は、この発明の高純度物質中微粒子散
乱光検出装置の実施例の光学系を示す１部断面付き平面
図である。

【図１５】図１５は、光学セルを示す射軸投影図であ
る。

【図１６】図１６は、本発明にＣＣＤ上のレイリー散乱
光受光領域を示す側面図である。

【図１７】図１７は波長安定化制御装置を示す回路図で
ある。

【図１８】図１８は、式（１８）のグラフである。

【図１９】図１９は、式（１８）の透過率Ｔを黒白ドッ
ト数密度の濃淡で表した側面図である。

【図２０】図２０は、本発明の波長安定化装置の実施例
を示す１部断面付き正面図である。

【図２１】図２１は、透過率と発振波長の関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１…入射レーザ光 ６…レンズ（結像用光学系） ８，５１…透過型平行平面鏡 １０…レンズ（結像用光学系） １１…受光面分割体 １７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ…ピン ２３…平滑材 ２４…放射口 ２６…マスク ２７…透過口 ２８…基板 ３０…レーザー発振装置 ３１…発振管 ３２，３６，３７…反射ミラー ４０，４１…集光用凸レンズ ８４…伸縮棒（反射ミラー変位装置） ８５…ファブリ・ペロー型平行平面鏡 ８６…光量検出器 ９１…電熱コイル（反射ミラー変位装置）

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透過型平行平面鏡（８）を含み、入射レー
   ザ光（１）が測定試料に当り散乱する１部の散乱領域を
   結像させる結像用光学系（６，１０）と、 前記結像用光学系（６，１０）の結像面にほぼ合致して
   受光面が分割され形成される受光面分割体（１１）とか
   らなり、 前記受光面分割体（１１）は、受光量を個別に検出する
   ための多数の画素からなり、 前記画素は互いの位置間の実長さ関係を示す番地を有し
   ていることを特徴とする分散式ファブリ・ペロー型分光
   装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記散乱領域の結像位置の近傍に、ｍ次、（ｍ−Ｌ）次
   （ｍは大きい整数，Ｌは小さい整数）のレーリー散乱光
   の干渉縞像を覆うがブリルアン散乱光の干渉縞像を覆わ
   ない空間フィルター（５）が設けられていることを特徴
   とする分散式ファブリ・ペロー型分光装置。
3. 【請求項３】基板（２８）の面を多数の領域に分け、前
   記領域毎に基板（２８）の面上の複数点を通る平面から
   の平均的ずれの値を前記各領域毎に測定する工程と、 マスク（２６）に多数の透過口（２７）を開ける工程
   と、 真空蒸着容器（２０）内に前記測定ずみ基板（２８）と
   平滑材（２３）が溶融されて放射される放射口（２４）
   との間に前記マスク（２６）が位置するように、前記測
   定ずみ基板（２８）とマスク（２６）を配置しセットす
   る工程と、 前記マスク（２６）の透過口を通して前記放射口（２
   ４）から放射される前記平滑材（２３）を前記基板（２
   ３）に蒸着する工程とからなり、 前記透過口（２７）の径は、各透過口（２７）の位置、
   前記放射口（２４）と前記マスク（２６）との間の距
   離、前記マスク（２６）と前記基板（２８）との間の距
   離を定数とし、前記透過口（２７）の径を変数として計
   算により求めた前記基板（２８）の前記各領域の蒸着量
   を前記基板（２８）の各領域毎の前記平均的ずれの値に
   対応する値に等置した連立方程式から求められる値であ
   ることを特徴とする平行平面鏡の製造方法。
4. 【請求項４】請求項３において、 前記マスク（２６）を前記基板（２８）の前記領域と同
   じに分け、前記マスク（２６）の領域の中心部に単一の
   透過口（２７）を開け、この透過口（２７）の径が前記
   連立方程式から求められる値であることを特徴とする平
   行平面鏡の製造方法。
5. 【請求項５】請求項３において、 前記マスクを前記基板の前記領域と同じに分け、前記マ
   スクの領域に複数の透過口を開け、この透過口の径を同
   一とし、各領域の透過口の数が前記連立方程式から求め
   られる値であることを特徴とする平行平面鏡の製造方
   法。
6. 【請求項６】透過型平行平面鏡（８）を含み、入射レー
   ザ光（１）が測定試料に当り散乱する１部の散乱領域を
   結像させる結像用光学系（６，１０）と、 前記結像用光学系（６，１０）の光軸上に位置する受光
   面を備える受光量検出装置からなり、 透過型平行平面鏡（８）の光路長を調整することにより
   透過型平行平面鏡（８）を透過するブリルアン散乱光を
   透過型平行平面鏡（８）を透過するレーリー散乱光から
   空間的に分離し、被測定試料の液体からのレーリー散乱
   光と同一波長の微粒子からの散乱光の光量を前記受光量
   検出装置より検出することを特徴とする高純度物質中微
   粒子散乱光検出装置。
7. 【請求項７】透過型平行平面鏡（８）を含み、入射レー
   ザ光（１）が測定試料に当り散乱する１部の散乱領域を
   結像させる結像用光学系（６，１０）と、 前記結像用光学系（６，１０）の結像面にほぼ合致して
   受光面が分割され形成される受光面分割体（１１）とか
   らなり、 前記受光面分割体（１１）は、受光量を個別に検出する
   ための多数の画素からなり、 前記画素は互いの位置間の実長さ関係を示す番地を有
   し、 大きい整数値ｍについて、 ｍλ＝平行平面鏡（８）の光路差 λ：光源レーザーの波長 となるときの（ｍ−０）次のレーリー散乱光受光円領域
   の受光面分割体（１１）に前記被測定試料である液体中
   の微粒子の実像を形成させることを特徴とする高純度物
   質中微粒子散乱光検出装置。
8. 【請求項８】透過型平行平面鏡（８）を含み、入射レー
   ザ光（１）が測定試料に当り散乱する１部の散乱領域を
   結像させる結像用光学系（６，１０）と、 前記結像用光学系（６，１０）の結像面にほぼ合致して
   受光面が分割され形成される受光面分割体（１１）とか
   らなり、 前記受光面分割体（１１）は、受光量を個別に検出する
   ための多数の画素からなり、 前記画素は互いの位置間の実長さ関係を示す番地を有
   し、 大きい整数値ｍについて、 ｍλ＝平行平面鏡（８）の光路差 λ：光源レーザーの波長 となるときの（ｍ−０）次のレーリー散乱光受光円領域
   の受光面分割体（１１）に前記被測定試料である液体中
   の微粒子の実像を形成させ、 前記散乱領域をレーザー照射時に摂氏３．９８度または
   この近傍温度にすることを特徴とする高純度物質中微粒
   子散乱光検出装置。
9. 【請求項９】請求項７または請求項８において、 ブラウン運動に関する次のアインシュタインの関係式、 【数７】 Ｔ：微粒子を含む液体の絶対温度、 π：円周率、 ｋ：ボルツマン常数、 η：粘性係数、 Ｌ：時間ｔの間に移動する微粒子の確率的移動距離 で表される確率的移動距離Ｌに、受光面分割体（１１）
   により計測した微粒子の移動距離を代入して微粒子の直
   径ａを算出することを特徴とする高純度物質中微粒子散
   乱光検出装置。
10. 【請求項１０】両端にブリュースター窓と反射ミラー
    （３２）とを備えるレーザー発振管（３１）と、 前記レーザー発振管（３１）の外部に設けられた反射ミ
    ラー（３６）と、 前記レーザー発振管（３１）の外部で反射ミラー（３
    ２）と反射ミラー（３６）との間に設けられ共焦点を有
    する２体の集光用レンズ（４０，４１）と、 入射レーザ光（１）が測定試料に当り散乱するレーザー
    散乱光を集光するための結像用光学系（６，１０）と、 前記結像用光学系（６，１０）の光軸上に位置する受光
    面を備える受光量検出装置とからなる高純度物質中微粒
    子散乱光検出装置。
11. 【請求項１１】両端にブリュースター窓と反射ミラーを
    備えるレーザー発振管（３１）と、 前記レーザー発振管（３１）の外部に設けられ光軸方向
    に変位自在な反射ミラー（３７）と、 発振レーザーの１部を透過させるファブリ・ペロー型平
    行平面鏡（８５）と、 前記ファブリ・ペロー型平行平面鏡（８５）を透過した
    レーザー光の光量検出から透過率を検出するための光量
    検出器（８６）と、 前記光量検出器（８６）により検出した光量の増減に応
    じて前記反射ミラー（３７）を光軸方向に変位させる反
    射ミラー変位装置（８４，９１）とからなることを特徴
    とする波長安定化装置。