JPH09502254A - 粒子分析のための改良型粒子センサ及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 粒子センサ（１０）はマスク等により遮られぬミラー空洞部（７９）を有する。光検出装置（７５）は前記ミラーの第二次焦点（１６）に配され、該ミラー空洞部（７９）の充分外側にある。別種の粒子センサにはビーム・スプリッタ（１０５）と第二光検出装置（７７）とが含まれ、より大きな粒子（２９）を検出すべく改良がなされている。第二の実施例には光ビーム（３１）に沿い片寄りを設けて配した一組の楕円形ミラー（１１ａ、１１ｂ）が含まれる。第二ミラー（１１ｂ）で反射した光はレーザー装置電力の変動とガス分子（１６１）により散乱された光だけを表す。前記ミラーから光が反射された結果、形成された信号は第一ミラー（１１ａ）が形成した信号から差し引かれ、微粒子（２９）の分析に有用な比較的「クリーン」な信号が得られる。もう一つの別種粒子センサにはガス分子（１６１）によって散乱された光を集光する結像システム（２０９）が含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】 粒子分析のための改良型粒子センサ及び方法関連出願 本出願は現在放棄されてはいるが、１９９３年１月２２日に出願された特許出 願第０８／００７，９５８号の一部継続出願である。発明の技術分野 本発明は一般に空気の品質に関するが、より詳細には、空気によって運ばれる 粒子を分析する装置に関する。発明の技術的な背景 流体の流れ、例えば、空気の流れに連行した粒子により散乱された光の検出に は粒子カウンタと粒子センサが使用される。このようなカウンタとセンサは、例 えば、部屋からエアー（連行粒子と共に）を引き込み、このエアーをチューブに 沿って流し、照明されたセンサの「観察体積部（ＶＩＥＷ ＶＯＬＵＭＥ）」内 を通過させ、連行粒子の数とサイズについての情報を求める。このような情報は 光が観察体積部内部を進行するときに連行粒子によって「散乱された」極く少量 の光の分析から結果的に得られる。 あるタイプのセンサでは密封透明チューブ内部に粒子連行エアーを流す。別種 タイプのセンサでは一つのチューブから開放空間を介し別なチューブに特定の流 速（多くの場合、毎分当たりの立方フィートで測定）でエアーと連行粒子とを「 投射(project)」する。後者タイプのセンサには光の散乱と集光を阻害する管壁 （いかに透明度の高いものであっても）は存在しない。即ち、粒子が開放空間を 「飛ぶ」ときに粒子は微小 径の光ビームにより短時間照明される。 別な用途では、粒子センサを内蔵する粒子カウンタは、ある特定量の空気、例 えば、１立方メートル中の空気に存在する粒子の数とサイズに関する情報を形成 することでエアーの品質測定値を求めることに使用される。人間の観察でクリー ンに感じられる事業所、製造施設等の作業環境でもかなりの数の空気によって運 ばれる粒子を取り込んでしまうことがある。その内部空間を占有する人間にとっ ては、このような粒子は普通、厄介な問題にはならないが、ある種の製造運転を 実行する上で現実の問題となる。 例えば、半導体や集積回路チップはエアーが非常によく濾過された公知の「ク リーン・ルーム」で製造される。実際に、クリーン・ルームは普通、周囲環境か らの粒子を連行したエアーが内部に浸入せぬよう極めてクリーンなエアーを使用 し、僅かに加圧されている。しかも、半導体／集積回路チップ製造産業では製品 のサイズが益々小さくなってゆく傾向にある。製造時に製品に混入される小さな 異物粒子は不慮の欠陥が生じる原因となったり、取引先への出荷前であっても、 即座に不良品としてはねられてしまう製品が作り出されることになる。空気によ って運ばれる粒子の数とサイズを従来の許容レベル以下に確実に下げるようにす るため、サイズ微小化の継続的進行に対応してクリーン・ルーム環境（および関 連する各測定装置）の改善が求められる。こうした条件に関し、公知の粒子カウ ンタと粒子センサは完全に満足すべきものではなかった。 米国特許第４，６０６，６３６号（Ｍｏｎｉｎ、その他）には密閉チューブ「 観察体積部」の内部に粒子を導入する粒子分析装置が記載されている。放物面反 射体が提示され、楕円面反射体が解説され、ミラー空 洞部はマスクで遮られている。粒子搬送チューブでの光の屈折は予測し難く、こ のため装置の光学系は一層複雑な構成にすることが必要になる。米国特許第４， ５２３，８４１号（Ｂｒｕｎｓｔｉｎｇ、その他）には生物細胞の相の検査に用 いたシステムが記載されている。このシステムには楕円面反射体と、広領域検出 器と、「円錐形」タイプの光トラップとが使用されている。米国特許第４，１８ ９，２３６号（Ｈｏｇｇ、その他）には血球等の相の分析に用いた放射線コレク ターが記載されている。このようなコレクターには例えば細胞によって散乱され 、検出器が受光する前に二度反射された光が用いられる。米国特許第３，２４８ ，５５１号（Ｆｒｏｍｍｅｒ）には埃や花粉のような微粒子を検出する光学装置 が記載されている。 公知の粒子カウンタとセンサの別な短所は、例えば、０．１ミクロン及びそれ 以下の微粒子を検出しようとするとき、あるいは比較的大流量体積、例えば、毎 分１立方フィートの空気の流れに存在する粒子を検出しようとするときに顕著に なる。粒子が非常に微細であること及び／又は、粒子が比較的高速で移動するこ と（その結果、照明中の観察体積部の内部を高速で通過する）のために、この粒 子は光をごくわずかしか反射し散乱させない。検出され、正確に測定できるこの ような光の量は往々にして既存のセンサと検出器の解像度限界と検出感度限界に 近似する値か、それ以下である。しかも、当然のことながら、検出器はレベルの 低い固有のノイズを発する。 この問題を解決する一見尤もらしい方法は光ビームの強度を大きくすることで 微粒子及び／又は高速移動粒子により反射され散乱された光の量を増大させるこ とである。より大きな強度の光源を用いると、より高いレベルの偶発電子ノイズ 又は「ショット」ノイズが発生するため、こ うした努力は意図とは遥かにかけ離れた逆な結果がもたらされることは証明済み である。そして、光ビームの強度が更に大きくなるにつれ、ガス分子によって散 乱される光の量は粒子が観察体積部の内部に存在すると否とに関わらず増大する 傾向がある。ショット・ノイズとガス分子によって散乱される光の量の増加は粒 子散乱光の効果を一部又は全体的に不明瞭にする傾向がある。 問題を一層複雑にするのはレーザー光源に於いて動作時に僅かではあるが出力 電力が変化する傾向がある。その結果、ガス分子により散乱される光の量は電力 の変動に伴い変化する。微粒子を大きな流速で検出するために用いた高出力レー ザー装置の場合、このような出力の変動はショット・ノイズ又は電子検出装置に 固有なノイズよりも遥かに大きな値になる。以上の各現象のために達成し得る検 出感度は大幅な制約を受けることになる。 微粒子によって散乱される光の大きな百分比量を集めて分析し、光源に於ける 出力電力の変動とガス分子による光の散乱からの影響を解消する上で役に立つ改 良型の粒子センサは当該分野では重要な技術の進歩となろう。発明の概要 本発明は空洞部と、長軸と、この長軸に沿った第一次及び第二次焦点とを有す る楕円面ミラーを備えたタイプの粒子センサに於ける改良である。この粒子セン サにはある波長を有し、第一次焦点に交差するビーム軸に沿って延びる光の粒子 照明ビームが含まれる。センサの「観察体積部」の内部には入口チューブから粒 子が導入され、出口チューブでは観察体積部の内部を通過した粒子を回収してい る。 この改良型センサではミラー空洞部はマスク等によって遮られること はなく、一次光検出装置はミラー空洞部の充分外側に位置する第二次焦点にある 。この光検出装置は、微粒子が光ビーム内を通過するときに、この粒子によって 散乱する低エネルギー強度の光等を検出するよう「最適化」されている。更に詳 しく述べるならば、この光センサは約０．０５ミクロンのサイズまで粒子を検出 する。 微粒子は観察体積部の内部、例えば、光ビームと粒子通過路とが交差する非常 に狭い通常円筒形をした領域を通過する。前記改良型センサの場合、観察体積部 は無境界の空間領域、例えば、粒子搬送チューブ又は同様な構造体の壁部と境を 接しない領域である。粒子はチューブによりそこを通してガイドされるというよ りはむしろ発射体のようにこの領域内を「飛ぶ」。センサをこのように構成する と、最大サイズが光の波長よりもかなり小さな粒子の検出が効率よく行われる。 本改良型のセンサでは、ビーム軸とミラーの長軸とが約９０°の夾角を画定し 、このような各軸は、好適には、粒子通過路に対し９０°の角度を成すことであ る、即ち各軸と粒子通過路は直交する。しかし、各軸と粒子通過路は相互に対し 垂直である必要はなく、僅かな非垂直度であれば採用することができる。即ち、 粒子通過路とミラーの長軸と、前記の二軸相互及び／又は前記両軸と粒子通過路 とに於けるように粒子通過路とビーム軸とが９０°以下の夾角を画定できる。 非常に好適な実施例に於いて、センサは拡大した粒子検出エリアを有する。即 ち、このセンサでは一次検出装置が検出するようなビーム波長の約６０〜６５％ のサイズよりも大きな粒子が検出される。従って、センサにはビーム・スプリッ タ（分割）・プレートと二次検出装置をも含めることができる。二次検出装置は ビーム・スプリッタ・プレートで反射した光を受光し、そのため、センサのより 大きな粒子を検出する機能 が改善される。好適には、ビーム・スプリッタ・プレートと二次検出装置がミラ ーの長軸と一致し、ビーム・スプリッタ・プレートが前記検出装置間にあること である。 光トラップ装置は粒子に衝突せずに、従って、粒子が反射しない光を「捕捉」 する。本発明の他の態様に於いて、光トラップ装置は光ビームの波長を有する光 を吸収する一次プレートから成る。非常に好適な実施例に於いて、このプレート は規格の帯域波長範囲を有する光帯域フィルタから成り、光ビームの波長はこの ような波長範囲外にある。一次プレートで反射される極く僅かな量の光を吸収す るために二次プレートも含めることができる。 光の「捕捉」がミラー空洞部の外部で行われるとき、検出装置回路系に電子「 ノイズ」を他の態様に発生させる可能性もある迷光量が減少することは既に確認 されている。従って、プレートが一枚であれ、二枚であれ、光トラップ装置はミ ラー空洞部の外部に配される。少なくとも一次プレートは光ビーム軸に対し角度 をなして方向設定し、吸収されなかった光が反射してミラー空洞部に戻るのを防 止する。 本発明センサの第二の実施例は微粒子、特に流速の大きなエアー流に連行され た微粒子の検出と分析（例えば、微粒子のサイズと数の決定）に特に便利である 。この第二の実施例では、空気によって運ばれる粒子とガス分子とによって散乱 された光を集める第一の装置を備え、しかも、実質上、ガス分子だけで散乱され た光を集める第二の装置も設備されている。 前記第一の装置には観察体積部にほぼ一致する第一次焦点と長軸とを有する楕 円形光反射第一ミラーが含まれる。前記センサには各装置に用意された第一、第 二検出装置がある。ミラーで反射された光は第一出力 信号を形成する第一検出装置上に入射し、第二の装置で反射された光は第二出力 信号を形成する第二検出装置上に入射する。前記センサには前記の各信号を差し 引く回路が含まれる。 別種の第二の実施例に於いて、前記第二の装置は少なくとも一個のレンズを有 する結像形成システムから成る。このレンズは空気によって運ばれる粒子とガス 分子とによって散乱された光を集める。前記第二の装置の検出装置には中央部分 と、レンズが集光した光の一部がこの中央部分に入射するのを防止する不透明マ スクとが用意されている。発明の詳細な説明で述べたように、マスクで「遮られ る」光は実質上ガス分子のみで反射される光よりはむしろ粒子とガス分子とで反 射される光である。ガス分子のみで反射する光は前記検出装置への入射が許容さ れる。 もう一つの別種第二の実施例に於いて、前記第二の装置は観察体積部から変位 させた、好適には光ビーム軸に沿って変位させた焦点を有する第二ミラー（好適 には、長軸をもつ楕円形）を備える。この第二ミラーはガス分子で散乱した光を 反射する。前記センサには第一、第二検出装置があり、非常にに好ましい構成に 於いて、前記第一検出装置は第一ミラーの長軸に一致し、前記第二検出装置は第 二ミラーの長軸に一致する。 第二の実施例に於けるセンサの更に別の各態様に関して、前記第一光検出装置 は空気によって運ばれる粒子とガス分子とで散乱した光を受光し、他方、前記第 二光検出装置は実質上ガス分子のみで散乱し、前記第二ミラーが反射した光を受 光する。各検出装置は出力信号（第一、第二の各信号）を形成し、第一、第二の 両出力信号には（ａ）ショット・ノイズ（以下に説明）と、（ｂ）偶発検出装置 ノイズと、（ｃ）レーザー装置電力の変動から生じる成分が含まれる。減算回路 は第一出力信号からレーザー装置電力の変動から生じる第二出力信号の変動成分 を差し引 く。 以下に詳しく説明するように、レーザー光源からは必ずしも一定した強度の光 が出力されない。これはレーザー装置電力が恐らく１パーセント程の僅かな部分 だけが変動し、光強度がこの変化に従い変動するためである。前記第一検出装置 が受光した光（粒子とガス分子とによって散乱したもの）と前記第二検出装置が 受光した光（ガス分子のみで散乱したもの）は共に「散乱信号」強度に見られる 同量の変化からレーザー装置電力に以上のような変動のあることが確認される。 各前記検出装置からの信号は散乱信号強度の変動分を排除する（分析しようと するもので、検出装置で形成された信号から）ために減算回路で処理される。回 路の名称から判るように、ガス分子のみで散乱した光から形成される信号を「差 し引く」ことで減算回路は減算処理を行う。従って、レーザー装置電力の変動か ら生じる散乱信号に於ける変分を実質上含まぬ出力信号が減算回路から送出され る。即ち、このような出力信号は実質上、（以下に説明する僅かな例外はあるが ）空気によって運ばれる粒子により散乱された光のみを表している。 更に詳しくは、第二の実施例の改良型粒子センサには光ビーム軸に交差し、こ れにより光ビーム軸をもつ観察体積部を決定する粒子流路がある。このような観 察体積部の一般的な形状が図面に図解されている。 好適な個々のミラーは楕円形をしたもので、それぞれ長軸と第一次、第二次焦 点とを有する。それぞれのミラーの長軸は、好適には、相互に実質上平行である ことである。非常に好適な構成のセンサ第二の実施例では、第一、第二検出装置 はそれぞれ実質上第一、第二ミラーの第二次焦点に配されている。 本発明の他の態様には光ビームで照明された粒子を分析する方法が含 まれる。このような方法には粒子とガス分子により散乱された光の第一量を集光 するステップと、実質上ガス分子だけで散乱された光の第二量を集光するステッ プとが含まれる。観察体積部に於けるような第一の場で散乱する光の第一量は好 適にはこの第一の場に第一次焦点を有する第一ミラーから前記散乱光を反射させ ることで集光する。第二の場で散乱する光の第二量は、好適には、この第二の場 に焦点をもつ第二ミラーから前記散乱光を反射させて集光する。 この方法には、また、第一光量を表す第一信号を形成するステップと、第二光 量を表す第二信号を形成するステップと、前記の各信号を差し引いて分析しょう とする粒子により散乱された実質上散乱光だけを表す「クリーン」な出力信号を 形成するステップとが含まれる。 第一信号形成ステップには好適には、第一ミラーから散乱光が前記ミラーの第 二次焦点にある第一検出装置に反射されるよう、第一次焦点と前記第二次焦点と を有する楕円形の前記第一ミラーを位置決めするステップが含まれる。同様に、 第二信号形成ステップには、好適には、第一次、第二次焦点を有する楕円形の第 二ミラーを準備し、この第二ミラーから前記ミラーの前記第二次焦点にある第二 検出装置に散乱光が反射されるよう前記第二ミラーを位置決めするステップが含 まれる。 楕円形のミラーが好ましいが、条件に適した合焦特性又は結像特性を有する別 タイプの反射光集光システムを本発明の実施に用い得ることを理解すべきであり 、このような集光システムは本発明の技術範囲内にあると考えられる。本発明に ついての更なる詳細は付属図面に関して行われた以下の詳細な説明に述べられて いる。発明の目的 本発明の目的は従来技術の抱える問題と欠陥の幾つかを克服した改良 型粒子センサを提供することである。 本発明の他の目的は微小空気中浮遊微粒子の検出に役立つ改良型の粒子センサ を提供することである。 本発明の更に他の目的は一度反射した光を活用し、これにより信号強度を改善 するするもので、風媒の微粒子の検出に役立つ改良型の粒子センサを提供するこ とである。 本発明の他の目的はより大きな空気中浮遊微粒子を検出するべく検出範囲を拡 大した改良型粒子センサを提供することである。 本発明の更に他の目的はサイズが１ミクロンの端数値で与えられる粒子を検出 する改良型粒子センサを提供することである。 本発明の他の目的はレーザー装置の出力電力変動による影響を解消するのに役 立つ改良型粒子センサを提供することである。 本発明の更に他の目的は改良された小粒子検出感度をもつ改良型の粒子センサ を提供することである。 本発明の更に他の目的は未反射光を効率よくトラップする改良型の粒子センサ を提供することである。 上記の各目的とそれ以外の目的をいかに達成するかは図面に関して行った以下 の説明から明らかになろう。図面の簡単な説明 図１は改良型センサが有する一定の相を等長の空間で表示したもので、パーツ の表示は省略してある。 図２は図１の観察軸２−２の斜視図から見たもので、幾つかのハウジング要素 を含み、明快な提示のため他の要素は省略した改良型センサの断面図である。 図３は図２の観察軸３−３の斜視図から見た改良型センサの端部正面 図である。 図４は帯域光フィルタの特性をグラフ表示したものである。 図５は図３に示す図に類似する改良型センサの図で本明細書に記述した角度の 関係が解説している。 図６は図２に示す図に類似する改良型センサの図で本明細書に記述した角度の 関係を解説している。 図７は図２に示す図に類似する改良型センサの断面を示す側面図で、前記セン サの別種第一の実施例が解説されている。 図８は図２に示す図に類似する改良型センサの図で、個々のパーツを分解して 提示し、前記センサの更にもう一つの別種第一の実施例が解説されている。 図９は観察体積部を形成する光ビームと粒子通過路との交点を空間的に示す図 である。光ビームと粒子通過路は破線輪郭ラインで示し、長さが短縮されている 。 図１０は図２に示す図に類似する図で、光源として活性空洞型レーザー装置を 使用したセンサの更にもう一つの別種第一の実施例を示す。 図１１は図２と同一の全体斜視図から見た図で、パーツの提示は省略し、二つ の反射ミラーを使用したセンサの前記別種第二の実施例が提示されている。提示 を明快にするため、パーツの記載は省略している。 図１２は図１１に示す観察軸１２−１２の斜視図から見た図１１のセンサの図 である。 図１３はセンサ・ハウジングと他のセンサ要素を記載した図１１、図１２のセ ンサのもう一つの図である。 図１４は信号処理回路の簡略図である。 図１５は簡略化した光の散乱線図である。 図１６は活性空洞型レーザー装置から発せられた偏光を示す線図である。 図１７は垂直偏光に対応する光の角度散乱強度を示すグラフである。 図１８は平行偏光に対応する光の角度散乱強度を示すグラフである。 図１９は一つの光反射システムと一つの光結像システムを使用したセンサのも う一つの別種第二の実施例を示す図である。提示を明快にするため、パーツの提 示は省略し、観察体積部は大きく拡大してある。 図２０は図１９に示すセンサの検出装置の一部の拡大図で、検出装置の一部を 遮蔽した不透明マスクが提示されている。好適な実施例の詳細な説明 改良型センサ１０の各実施例を理解する一助に先ず図１〜図６を参照し、特に センサ１０の若干の要素があたかも空間につり下げられたように示す図１を参照 する。これら要素の相対位置を正しく認識すると、上記以外の図に記載した内容 が容易に理解されよう。 センサ１０にはミラー長軸１３と、第一次焦点１５と、第二次焦点１６とを有 する楕円形ミラー１１が含まれる。図１に於いて、ミラー１１は理解を容易にす るため透明であるかのように提示した。事実、ミラー壁部１９は剛性であり、不 透明で、その内面２１は大きな反射性を有する。光源１７からの光はミラー１１ の壁部１９に設けたビーム入口開口部２３を通過する。同時に、サンプル・エア ー（例えば、部屋から吸引した）は入口チューブ２５から出口チューブ２７に到 るまで流動する。このエアーに連行された粒子２９は光ビーム３１の内部を通過 し、ミラーの反射面２１に向けて光３３ａを散乱させる。ミラー１１で一度反射 した光３３ｂは第一次焦点３５で収斂し、その結果形成された電気信号が分析さ れ、粒子２９に付いての分析情報や、その他、例えば、粒子サ イズやエアーの体積測定値当たりの粒子数カウント値に関する情報が得られる。 粒子２９による散乱を免れた光３３ｃは一次、二次プレート３９、４１を有する 光トラップ装置３７に吸収される。センサ１０（以下説明する）の第二の実施例 の場合、光トラップ装置３７に代えてヘリウム／ネオン活性空洞型レーザー装置 に反射出力ミラーが使われている。 特に、図２、図３を参照する。改良型粒子センサ１０にはボデー壁部４５と、 前部カバー及び後部カバー４７、４９を有し、多少細長く、通常円筒形をした中 空ボデー４３が含まれる。壁部４５の内面５１にはミラー支持リング５５が隣接 する階段形状部５３が含まれる。階段形状部５３はボデー４３の長軸５７と同心 であり、長軸５７に通常垂直な面５９を有する円を決定する。 リング５５はボデー４３の内部にきちんと収納され、リング／ボデーの相対的 な動きが防止され、楕円形ミラー１１をショルダ前端に受け、確実に保持するた めの直径サイズを持つ階段状の通常円形をしたショルダ６１がこのリングに含ま れる。階段形状部５３と同様、ショルダ６１はボデー４３の長軸５７に同心であ り、長軸５７に対し通常垂直な面を有する円を決定する。前記ミラーには長軸５ ７に通常一致する長軸１３が含まれる。以下に説明する比較的小さな若干数の開 口部を別とすればミラー１１はボデー４３の内部を後部空間６５と前部空間６７ とに分割する。 ミラー１１には共にミラー長軸１３とボデー長軸５７に一致する第一次焦点１ ５と第二次焦点１６がある。本明細書に於ける以下の各態様を理解する上で楕円 形ミラー１１の公知特性についての簡単な説明が一助になろう。このようなミラ ー１１にはその長軸１３に沿った二つの焦点（焦点１５、１６のような）がある 。第一次焦点１５で散乱を生じた光 線３３ａは第二次焦点１６に反射される。 一つの好適な実施例に於いて、ミラー１１は「フル・ジェネレーション（全一 体形成）、ハーフ・リフレクタ型」ミラーと呼ばれる。即ち、そのミラーの内側 反射面２１は通常（その内部に形成された開口部２３、２４、１０３のような若 干数の小さな開口部がなければ）軸１３を中心に楕円を３６０°回転させること で、あるいは軸を中心に３６０°の範囲に亘り楕円を形成し、次いで、前記の回 転等で得られる形状（フット・ボールの形状に類似）を面６３に沿い、例えば、 軸１３に垂直な面に沿って１／２に分割するすることで決定され、面端相互間に 位置決めされる。ミラー１１は「フル・ジェネレーション」ミラーにする必要の ないことを理解する。即ち、それぞれが３６０°範囲以下に形成された（更に、 勿論のことではあるが、３６０°を超えぬ範囲までの合計値に形成された）一つ 又はそれ以上の区分ミラー１１をフル・ジェネレーション・ミラーの代わりに使 用することができる。 それぞれ、ネジ付きのファスナ７１を一個又はそれ以上使用してボデー４３に 固定する複数の支持ブラケット６９がボデー４３の前部空間６７の内部に取り付 けられている。各支持ブラケット６９には半径内側方向に突起するアームがあり 、その各アームは共に機能して一次光検出装置３５を含む検出装置取り付けアセ ンブリ７３を支持する。第二次焦点１６に一致する検出装置３５の検出面７６が ミラー軸１３、ボデー長５７に通常垂直になり、鏡面２１で一度反射した光３３ ｂをピックアップすべく後部に面して位置決めされるように各ブラケット６９と 、検出装置取り付けアセンブリ７３と、検出装置３５とを配している。しかも、 この配列構成はボデー４３の内部に僅かな真空を維持しながら、しかも検出面７ ６が前記の位置まで調整自在に移動ができるようにしたもので ある。 検出装置３５及び／又は検出装置７７は比較的広いエリア又は「点状」の検出 装置で受けた光を受光し、この光に反応するような構造にできることを理解すべ きである。本明細書に採用されているように、「点状」なる用語は点に近い、又 は近似する非常に狭隘な「インパクト・エリア」内の検出面７６で受けた光を検 出すべく「最適化」した検出装置（検出装置３５又は二次検出装置７７に類似） を指す。点状検出装置は高速で動作し、発生する背景ノイズのレベルが低く、し ばしば経費が安いため、多くの用途に用いられるセンサ１０に使用することが好 ましい。 検出装置３５も約０．８ミクロン又はこれよりも短い波長の光を受光すると電 圧信号を発生するように最適化されており、この最適化は好適には特定の光波長 に対して行う。検出装置３５は粒子サイズと数に関する情報を得るために検出装 置電圧を用いる電子回路（図示省略）に接続していることを理解する必要がある 。好適な検出装置３５はＩＲ光源用のソリッド・ステート・フォト・ダイオード 又はブルー／グリーン・カラーの光源に適した光電子増倍管である。 好適な一実施例に於いて、ミラー１１には光ビーム３１がミラー空洞部７９を 出入りするときに通過する一組のビーム用開口部２３、２４が含まれる。以下に 更に説明しているように、このようなビーム用開口部２３、２４は光源１７から 放射され、光トラップ装置３７まで進行する光ビーム３１に対して心合わせされ ている。ミラー１１には、また、入口チューブ２５と出口チューブ２７をそれぞ れ貫通させる一組のチューブ用開口部８１、８３が含まれる。 ミラー１１のむしろ急角度に湾曲させた端部８５の近傍に於いてボデー４３に は光源用開口部８７と光トラップ用開口部８９が含まれる。こ れらの開口部８７、８９はボデー４３の内部を通り、ミラーの第一次焦点１５を 通過する光ビーム軸３１ａに心合わせしてある。光アセンブリ９１は光源用開口 部８７に近接させて取り付けられ、ある光合焦装置、例えば、適正なレンズ系９ ３と共に光源１７を内部に支持している。光がボデー４３の内部に入り、粒子の 検出と粒子数のカウントに支障が生じぬよう、光アセンブリ９１自体と該アセン ブリ９１とボデー４３の接合部は光漏れのない構成である。 多くの用途に活用する上で、レーザー・ダイオードは好適な光源であるが、こ れはサイズが比較的小さく、低い電源レベルで機能し、経費が比較的安く、しか も、以下に詳しく解説するように、観察体積部９５の内部に於いて、通常、光強 度を均一にする出力特性をもつためである。光源１７（検出装置３５で検出され る反射光３３ｂの原点）に代えて用いる製品の幾つかを例に引用すると、今日の 各赤外線レーザー・ダイオードは約０．７８ミクロンの波長の光を発し、ヘリウ ム／ネオン・レーザー装置は約０．６３ミクロン波長の光を放射し、アルゴン・ レーザー装置からの光は約０．５ミクロンの波長を有する。 そして本発明は本明細書に記載した各光源１７と検出装置３５、７７に対する 用途だけに限定されるものではない。前文に述べたものとは別のタイプの光源や 検出装置も共に継続的に技術的な進歩が達成され、この進歩は本発明の範囲内に あると考えられよう。図１を考察する。光源１７からの光は焦点に集中するため 、光焦点９７はミラーの第一次焦点１５と観察体積部９５に一致する。図９に記 載する拡大図は光ビーム３１と、粒子通過路９９を決定するエアー流との交差に よって形成される観察体積部９５の全体形状を理解する上で役に立つ。図９に於 いて、粒子２９は大きなドットで表し、粒子２９の近傍にあるガス分子１６１は 小さなドットで提示されている。 光漏れのないトラップ・アセンブリ３７ａはトラップ開口部８９に取り付け、 このトラップ・アセンブリには光トラップ装置３７が含まれる。改良型センサ１ ０には独特なものと考えられ、非常に有効なトラップ装置３７が使われている。 トラップ装置３７は好適には、ある波長の、あるいは光源１７から放射される光 の波長を含む波長範囲内の光を吸収する一次プレート３９として実施される。大 変好適な実施例では、一次プレート３９は厚さが約１ｍｍのガラスで作成した光 帯域フィルタであるが、その意図する方式とは別な様式で用いられる。 図４を参照する。図に引用例として記載された一つの帯域フィルタは括弧「Ｐ 」で括って表した０．３５〜０．６ミクロンの「帯域」範囲を有する構造である 。即ち、波長が光帯域範囲内の光の大部分は入射してフィルタを通過する。他方 、波長が０．７〜０．９ミクロン範囲（括弧「Ａ」で表示）の大部分の光はフィ ルタを通過するよりはむしろ吸収されてしまう。 一次プレート３９はミラー空洞部７９の外部にあり、ビーム軸３１ａに対して は方向が角度設定されている。即ち、一次プレート３９はビーム軸３１ａに対し 非垂直である。このような一次プレートの位置決めと方向設定によって大きな利 便が得られる。光トラップ装置３７をミラー空洞部７９の外部に位置決めするこ とで、一次プレート３９からのいかなる反射光（いかなる場合でも非常に少量の 光）も事実上ミラー空洞部７９に再度進入し、疑似光信号を形成するする機会は 与えられない。疑似光信号は電子検出回路内で電気的な「ノイズ」となる。そし て、角度を成した方向設定は反射光のミラー空洞部７９内への再侵入を防止する 上で役に立つ。 もう一つの好適な実施例に於いて、光トラップ装置３７には一次プレート３９ からの反射光を吸収する二次プレート４１も含まれる。光トラップ装置３７の使 用目的は粒子２９に当たらぬ光３３ｃを「消し去る」ことであるため、二次プレ ート４１は光ビーム３１の波長に等しい波長の光を吸収するようなものが選択さ れる。 更に図３を参照する。入口チューブ２５と出口チューブ２７は分析のために空 気中浮遊微粒子２９が進行する通過路９９を形成する。各粒子２９が入口チュー ブ２５の末梢端１０１からチューブ外に出ると、観察体積部９５の内部を通過し 、出口チューブ２７に内部に引き入れられ（出口チューブ内の僅かな真空度によ って）、最終的に処分される。図１、図２、図３に記載する前記種別のセンサ１ ０にあっては、通過路９９はビーム軸３１ａとミラー長軸１３に対し約９０°の 夾角を決定し、通過路９９とミラー長軸１３及びビーム軸３１ａとはそのために 直角になると言われる。しかし、改良型センサ１０はミラー長軸１３及びビーム 軸３１ａと通過路９９とが直角でなくても機能することができる。即ち、ミラー 長軸１３及びビーム軸３１ａと通過路９９のいずれか二つ、あるいはこれら総て は前記それぞれの軸と前記通過路相互間に９０°よりも多少小さな夾角を決定す ることができ、それにもかかわらず本発明の範疇に属する。このような関係は図 ５、図６に於いて大幅に誇張されている。 図７に記載する別種の第一の実施例では、入口チューブ２５と出口チューブ２ ７は共にミラー空洞部７９の内部に突き出し、前者チューブはミラー端８５にあ る小さな開口部１０３を貫通している。入口チューブ２５と出口チューブ２７と で規定される粒子通過路９９同様、前記チューブ２５、２７はミラーの長軸１３ に一致する。チューブ２５、２７は 直径が充分小さいため、ミラー空洞部７９を遮ることはなく、殊に粒子２９が散 乱させた光線３３ａの進行を著しく妨げることはない。チューブ２５、２７と他 のハードウエアのボデー４３への接続は個々のアセンブリの付属装置３７ａ、９ １と同様、周囲光がボデー４３の内部に入らぬように行われることを理解する必 要がある。 図８に記載する更にもう一つの別種第一の実施例では、センサ１０は粒子検出 範囲が拡大されている。即ち、センサ１０はビーム波長の約６０〜６５％以下の サイズの粒子よりも大きな粒子２９を検出することができる。センサ１０には厚 さが１〜１．５ｍｍなるオーダーで表される通常の光学的特質を有し、無被覆ガ ラスで形成した比較的平坦なプレートを有するビーム・スプリッタ１０５が含ま れる。ビーム・スプリッタ１０５は僅かなパーセント値、例えば、ビーム・スプ リッタ上に入射する光３３ｂの４％を反射し、この反射光３３ｂは二次検出装置 ７７に向かう。二次検出装置７７は好適には粒子２９からの反射光パルスを非常 に大きな値に「処理」するように選択したゲインの小さな検出装置であるため、 散乱が生じ、反射した光３３ａ，３３ｂは一次検出装置３５の動的電圧範囲以上 になることが考えられる。前記プレートの厚さは受け入れ得るプレート・コスト と、両プレート面から光が反射するときに生じることのある「二重画像」問題が 実質上避けられるプレートとの間に於ける適度の妥協値である。 検出装置３５、７７は相互に対面し、ビーム・スプリッタ１０５は前記検出装 置相互間に位置決めし、ビーム・スプリッタ１０５と検出装置７７は通常長ミラ ー軸１３に対し垂直である。しかも、二次検出装置７７はビーム・スプリッタ１ ０５で反射した光ビーム３３ｄの焦点１０７に一致する位置にある。 動作時、「クリーン・ルーム」から引き込み、少なくとも数個の粒子を（必ず ）連行したエアーは入口チューブ２５の基部端１０９に流入し、出口チューブ２ ７に入り、内部を通過する。粒子２９が観察体積部９５を通過するとき、光ビー ブ３１は粒子２９に当たり、このため光３３ａには散乱が生じる。散乱光３３ａ のかなりの部分はミラー１１に入射し、一度反射して一次検出装置３５に達する 。その結果形成される電圧信号は公知の方法で分析され、粒子サイズと、例えば 、１立方メートルのクリーン・ルーム・エアーに含まれる粒子２９の数とに関す る情報が得られる。 改良型センサ１０の第一の実施例には若干数の長所がある。公知のセンサでは 、分析に備えミラーと検出装置とで「集光」した粒子散乱光のパーセント値は８ ０％台の初期値から中間値に及ぶ。センサ１０の第一の実施例では、散乱光の集 光で得られるパーセント値は９０％台の初期値になる。しかも、大量の散乱光の 集光ができるとき、光ビーム３１の強度を下げることができる。光ビーム強度を 下げ得ることは瑣末な事柄ではない。例えば、コストが＄１０００又はこれを超 える強度の大きな光源は並のコストとは言えない。必要とされる光ビーム強度を 適度に低減させることで、光源１１のコストは１０％程度下げることができる。 しかし、極めて小さな粒子が含まれる状況及び／又は速い流速を伴う状況から 強度の大きな光源が求められよう。これは粒子の粒度が低くなると光の反射面が 小さくなり、粒子の移動速度が大きくなれば光ビーム「内」に滞在する時間が短 くなるためである。粒度が小さいときでも、粒子の移動速度が高い場合でも、反 射光は少なくなり、光源の強度を高めることは反射光の強度を維持する上で有効 な方法である。反射光強度の維持が望まれる理由は活用できる検出装置が光を「 検出」できるよう 反射光の強度は充分大きなものでなければならず、検出によって形成される検出 装置信号は利用される処理回路等で分析され得るよう充分な強度をもたねばなら ぬためである。 光源１７と光トラップ装置３７に代えてマルチ・モード、活性空洞型ヘリウム ・ネオン・レーザ装置１１９が使用されていることを除外すれば、図１０に記載 するセンサ１０は通常図２のセンサに対応する。 レーザー装置１１９にはブルースター（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ）窓１２３からチュ ーブの外に出て、レーザー装置空洞部１２９を完成させている球形出力ミラー１ ２５まで進行する偏光を発する光源としてのプラズマ・チューブ１２１が設備さ れている。本タイプのレーザー装置では、チューブ１２１と、ブルースター窓１ ２３と、ミラー１２５は総て空洞部１２９の一部であり、この空洞部を決定して いることを理解すべきである。 ミラー１２５は通過路１２７に沿ってブルースター窓１２３に光を反射し、こ れにより、観察体積部９５に於いて活用し得る光の強度が非常に高められる。図 解した光源１７と光トラップ装置３７の代わりに活性空洞部型レーザー装置１１ ９を備えたセンサ１０を図５〜図７にそれぞれ記載する別種の構成を採用するこ とができることが理解されるべきである。 図１１〜図１３には改良型センサ１０に於ける一別種の第二の実施例が記載さ れ、もう一つの別種第二の実施例は図１９及び図２０に関し以下に説明する。 第二の実施例にはレーザー装置電力の変動による影響を解消する特別の有用性 がある。センサ１０にはビーム軸３１ａに沿って光ビーム３１を走らせるマルチ ・モード、活性空洞型ヘリウム／ネオン・レーザー装 置１１９が含まれる。「三次元的」な考察によれば、粒子搬送エアー流動路１３ １は図１１に記載する図面の用紙から外部に伸び、図１２の用紙に一致する。光 ビーム３１とエアー流動路１３１との交差は図９に図解したように観察体積部９ ５を画定する。粒子通過路９９とエアー流動路１３１は内容が一致する一般に同 意語であることが理解されるべきである。 図１３を参照する。センサ１０にはプラズマ・チューブ１２１と出力ミラー１ ２５を支持するハウジング１３３が含まれる。ブルースター窓１２３はアクセス 開口部１３５ａから見ることができ、一方、ミラー１２５はアクセス開口部１３ ５ｂから観察される。シリンダ１３７ａはダブル０−リング構成のシール１３９ を有し、第二次焦点１６に第二検出装置３５ａを支持している。同様に、シリン ダ１３７ｂは第二検出装置３５ｂを支持している。エアー・パージ用継ぎ手１４ １が用意されているため、ハウジング１３３は実質上無粒子のエアーで満たすこ とができブルースター窓１２３や出力ミラー１２５上に粒子が積もるのを防止す ることができる。 第一集光装置１２として、センサ１０には第一楕円形ミラー１１ａが含まれ、 前記ミラーの第一次焦点１５と、第一の場とも呼ばれることもある観察体積部９ ５は互いに一致する。光線３３ｂ（粒子２９と粒子２９の近傍に存在するガス分 子とによって散乱された）は第一ミラー１１ａで一度反射し、ミラー１１ａの第 二次焦点１６にある第一検出装置３５ａに向かい、これに入射する。両焦点１５ 、１６は前記ミラーの長軸１３に沿って存在する。第一検出装置３５ａは第一出 力信号を形成し、この信号を用いる方法を以下に説明する。 第二集光装置１４として、センサ１０には第二楕円形ミラー１１ｂも 含まれ、第二の場とも呼ばれることもあるこのミラーの第一次焦点１５はビーム 軸３１ａに沿い変位し、従って、観察体積部９５から一定の間隔がおかれた位置 になる。この第二の場を適切に呼ぶとすれば、「疑似観察体積部９６」を当てる ことができる。光線（粒子ではなくガス分子によって散乱された）は第二ミラー １１ｂで一度反射し、ミラー１１ｂの第二次焦点１６にある第二検出装置３５ｂ に向かい、これに入射する。両焦点１５、１６は第二ミラー１１ｂの長軸１３に 沿って存在する。第二検出装置３５ｂも同様、第二種出力信号を形成する。 以下の情報を参照し、第一ミラー１１ａは粒子２９と近傍のガス分子１６１と の双方によって散乱された光を反射することを思い出せば以下の説明を理解する 上での一助となろう。他方、第一次焦点１５を粒子通過路９９から多少間隔をあ けている第二ミラー１１ｂは粒子２９で散乱された光は「集光」しない。しかし この第二ミラー１１ｂは光ビーム３１の通過路に存在するガス分子１６１で散乱 された光は反射しない。 背景情報に言及すると、現在利用できるエーザー装置の光源は電源出力が僅か に変動し、この変動に伴い光強度が変動する。第一検出装置３５ａが受光した光 （粒子２９とガス分子１６１とで散乱された）と第二検出装置３５ｂで集光した 光（ガス分子２９のみで散乱された）は「散乱信号」の強度に同じ変化を示すこ とでレーザー装置電源に出力変動が生じることを証明している。しかし、レーザ ー装置電力の変動は高感度粒子センサの設計者が直面する唯一の問題ではない。 反射光の「検出」に用いた検出装置（検出装置３５ａ、３５ｂに類似）には光 子が偶発的に衝突する。光子の衝突は検出装置出力信号の品質を損なう一般に「 ショット・ノイズ」の呼ばれる好ましからざる低レベルの偶発電子パルス、即ち 、「ハッシュ」ノイズを検出装置に発生させる 原因となる。しかも、光子が検出装置に入射しなくとも、現在利用し得る検出装 置では光子を原因とした「ショット・ノイズ」とは区別されるもので、本明細書 で「検出装置ノイズ」と呼ぶ偶発電子ノイズが発生する。 図１４は粒子２９の検出に用いた信号処理回路１６３の構成図である。以下に 説明するように、ガス分子１６１で散乱された光の強度は動作期間中生じるレー ザー装置電力の僅かな変動と共に変化する。このような変動は現在公知のいかな るレーザー装置（レーザー装置１１９に類似）でも発生する。光ビーム３１の内 部を速やかに移動する粒子２９の露光は瞬間的であるため、電力の変動は特定の 粒子２９について容易に感知し得るものではない。 第一複合波形１６５はレーザー装置出力電力の変動を表し（波形１６７には一 つのピーク１６９と一つの谷部１７１がある）、更に観察体積部９５の内部に存 在するガス分子１６１で散乱された光も表している（波形１６７上、数個の低振 幅リプル１７３によって）。このような複合波形１６５には観察体積部９５に於 いて、例えば、第一の場に於いて粒子２９により散乱された光を表す短い期間の 「ブリップ」１７５も含まれる。このブリップ１７５は非常に短い期間であるが 、思い出されるように、通過路９９に沿い比較的大きな速度で移動する粒子２９ の観察体積部９５内部滞在時間は極めて短いためである。第一複合波形１６５が 表す光は第一ミラー１１から第一検出装置３５ａに向けて反射する。 第二複合波形１６５ａも同様にレーザー装置出力電力の変動を表し（波形には 一つのピーク１６９ａと一つの谷部１７１ａがある）、更に疑似観察体積部９６ 内部のガス分子１６１により散乱された光をも表している（波形１６５ａ上、数 個の低振幅リプル１７３ａによって）。し かし、第二複合波形１６５ａには粒子２９により観察体積部９５の内部で散乱さ れた光を表す「ブリップ」１７５は含まれない。第二ミラー１１ｂの第一次焦点 １５は粒子通過路９９から僅かに変位しているため、ガス分子１６１によって第 二の場（例えば、疑似観察体積部９６の内部）で散乱が発生した光は第二ミラー １１ｂから第二検出装置３５ｂに反射する。 光（複合波形１６５、１６５ａで表す）は検出装置３５ａ、３５ｂにそれぞれ 入射し、線分１７７、１７９に沿ってそれぞれ伝播する出力信号Ｅｓ,Ｅｎを前 記検出装置に形成させる。しかし、各検出装置は検出装置ノイズとショット・ノ イズを共に形成し、このようなノイズは小振幅の波線１８１によって表されるこ とを思い出されよう。従って、検出装置３５ａ、３５ｂからそれぞれ出力され、 線分１７７、１７９に沿って伝播する各信号には（ａ）レーザー装置電力の変動 から生じた変分と、（ｂ）検出装置ノイズと、（ｃ）ショット・ノイズとを表わ す特性がある。しかし、線分１７７に沿って伝播する信号だけには粒子２９によ って観察体積部９５の内部で散乱された光を表す特性、例えばブリップ１７５が ある。 ピーク１６９、１６９ａと谷部１７１，１７１ａが表す波形１６７、１６７ａ の変分には低振幅リプル１７３，１７３ａの変分よりも大きな値があることに気 付かねばならない。この事実の意味するところは、レーザー装置電力の変動から 生じる変分は検出装置ノイズとショット・ノイズによるよりも粒子ブリップ１７ ５を「除去する（ｓｗａｍｐｉｎｇｏｕｔ）」ことでセンサの感度を遥かに損な い易いことである。 図１３を参照する。第一検出装置３５ａからの第一出力信号Ｅｓと第二検出装 置３５ｂの第二出力信号Ｅｎは減算回路１８３に印加され、処 理される。この減算回路１８３（それ自体はよく知られている）は線分１７７上 を伝播する信号から線分１７９上を伝播し、レーザー装置電力の変動とガス分子 １６１によって生じた散乱とから生じた波形を「除去」する。その結果、減算回 路から線分１８５に沿って出力される信号「Ｅｓ−Ｅｎ」は比較的「クリーン」 なもので、実質上空気中浮遊微粒子２９（「ブリップ」１７５）だけで散乱され た光を表し、空気中浮遊微粒子２９を表す信号の検出装置ノイズとショット・ノ イズ部分と比較し共に低レベルな検出装置ノイズとショット・ノイズを伴う。 センサ１０に於ける第二の実施例についての更に技術的に高レベルな相の幾つ かに注目し、理解すべきである。例えば、ミラー空洞部１８７に於ける個々のガ ス分子１６１は同一の圧力が印加されており、ガス分子が観察体積部９５に存在 しようが、疑似観察体積部９６にあろうが、これに関わりなく同一のガス成分で ある。これにより、検出装置３５ａ、３５ｂに入射する光と各出力信号Ｅｓ−Ｅ ｎに対するガス圧とガス成分の変動による影響が解消される。 しかも観察体積部９５と疑似観察体積部９６に於けるガス分子１６１はレーザ ー装置電力の変動が原因ともなり得るもので、ガス分子１６１に衝突する光の強 度に於ける同一の変動に曝される。即ち、ガス圧、ガス成分又は光強度の変動の ために出力信号Ｅｓ，Ｅｎ又はＥｓ−Ｅｎのいずれも「補正」する必要はない。 このため、センサ１０の第二の実施例では約１ＣＦＭなる粒子の通過路流速と、 約０．１ミクロン又はそれ以下のもので、粒子通過路９９に沿って流動する粒子 ２９の検出に特に適した高感度粒子カウンタの製作が可能になる。 下記の表は特定の粒子感度と粒子通過路流速の粒子カウンタの製作に役に立と う。 改良型センサ１０の付加的な各態様を理解する上で以下の情報が有益である。 照明用ビーム３１の波長を測定用の「物差し」として利用すると、公称値がこの ビーム波長に等しいか、僅かに大きいサイズの粒子２９は前方、例えばビームの 「進行」方向とビームに比較的近い通過路に沿った方向により多くの光を散乱さ せる傾向がある。 ビーム波長に対し粒子２９のサイズがより小さくなるにつれて、この粒子で散 乱が生じる光は前方と後方に寧ろ等しく散乱が生じる傾向であるが、それでもや はりビーム３１に比較的近い通過路に沿って散乱が発生する。しかも、ビーム波 長の約２５〜３０％以下の粒子サイズの場合、横方向（前後方向よりは寧ろ）に 散乱する光の量は極めて少ない。 図２、図７に於いて、若干量の散乱光３３ａは矢印１１１で表す通過路に沿い 進行し、ミラー１１には入射せず、従って、分析に備え検出装置３５には反射さ れないことに注目されよう。光の波長に比べ、比較的サイズの小さな粒子２９の 場合、粒子２９が散乱させる光３３ａの大部分は、通常、矢印１１５で表すよう に前方又は後方に方向設定されることが全文の説明から、更に、図１５から理解 されよう。比較的少ない量の光が矢印１１３ａ、１１３ｂで示すように横方向に 散乱される。従っ て、矢印１１３ａ、１１３ｂで提示する各通過路に沿い横方向に進行する光は散 乱光全体の極めて僅かなパーセント値にすぎない。 ブルースター窓１２３を備えた活性空洞部型レーザー装置１１９を採用したセ ンサ１０では、レーザー装置から発せられた光は図１６の矢印で示すように偏光 される。このように偏光された光が粒子２９に衝突すると、図１５及び上述の説 明のとおり、強度に広いバラツキはあるが、様々な方向に反射する傾向がある。 この部分の説明に対し、偏光面１９１は図１５に示す図に一致するするものと 仮定する。図１６に記載する偏光面１９１に対し垂直、例えば図１５を見たとき に図面の用紙を上から下に貫通する方向に偏光した光（粒子２９からの反射によ り）の角度散乱強度が図１７に提示されている。線分１９３は０．１ミくロンの 粒子２９で散乱を生じた光を表し、一方、線分１９５は０．０６３３ミクロンの 粒子２９で散乱された光を表す。垂直に偏光した光では、０°散乱角は矢印１９ ７で示す前方方向にあり、９０°散乱角は矢印１９９で示す方向にあり、１８０ °散乱角は矢印２０１の指示する方向にある場合（図１７）、光強度は散乱角度 に関わりなく実質上一定である。 図１６の偏光面１９１に平行に、例えば、図１５では用紙面に一致する方向に 偏光された（前文におけると同様、粒子２９からの反射により）光の角度散乱強 度を図１８に示す。曲線２０３は０．１ミクロン粒子２９で散乱された光を表し 、一方、曲線２０５は０．０６３３ミクロン粒子２９で散乱された光を表す。平 行偏光の場合、光強度は前後方向（図１５では矢印１９７、２０１で示す）に於 いて最大になり、散乱角度が９０°に近似すると非常に小さくなる。しかも、散 角度が、例えば、９０°では、光強度は検討中の特定な偏光角度に従い変化する 。 従って、図７又は図１１に示すように入口チューブ２５をミラー１１、１１ａ の後部に位置決めするとセンサ１０の集光特性を損なうことは殆どない。これは 少なくとも平行偏光では前記ミラーの後部で受光され、反射される光は比較的少 ないためである。 図１９、図２０にセンサ１０に於けるもう一つの別種第二の実施例が記載され ている。第一集光装置１２として、センサ１０には第一次焦点１５を観察体積部 ９５に一致させた楕円形ミラー１１が含まれる。別な点での考察で、ミラー１１ とその検出装置３５ａの構成は図１１に記載し、この図に関して解説したミラー １１ａと検出装置３５ａの構成と実質上同一である。 実質上ガス分子１６１のみで散乱された光を集める第二装置１４として、セン サ１０には少なくとも一つのレンズ２１１を含む結像システム２０９が設備され ている。非常に好適な実施例では、この結像システム２０９にフレネル・レンズ （好ましい）、非球面レンズ又は球面レンズにすることができる一組のレンズ２ １１ａ、２１１ｂが用意されている。レンズが短焦点であることは最良の集光特 性上好ましい。レンズ２１１ａ、２１１ｂは粒子２９とガス分子１６１からの反 射光を集光し、焦点に集中させる（図９に記載するように）。 観察体積部９５のセンターから放射される光線２１３は粒子２９からの反射光 を表し、前記センターから離れた各位置から放射されてくる光線２１５はガス分 子１６１からの反射光を表していることに注目する。換言すると、観察体積部９ ５の「像」は検出装置３５ｂの面に向けて投影される。粒子２９からの反射光を 表す光線は検出装置３５ｂの中央部分２１７の近傍に於いて前記検出装置に入射 し、他方、ガス分子１６１からの反射光を表す光線は検出装置３５ｂの周辺２１ ９により近い部分 に於いて前記検出装置に入射する。 非常に好適な構成に於いて、検出装置３５ｂはガス分子１６１により散乱され た光だけを表す信号を形成する構造になる。この目的を達成するため、検出装置 ３５ｂには前記検出装置の中央部分２１７全域に亘る不透明マスク２２１が含ま れる。このマスク２２１は粒子２９からの反射光を遮るが、ガス分子１６１から の反射光の検出装置３５ｂへの入射は許容する。このため、検出装置３５ｂは粒 子２９とガス分子１６１からの反射光を表す信号から差し引く「分子のみ」反射 光信号を形成する。 本発明の原理に付いて特定の実施例に関し説明をしてきたが、これらの実施例 は引用例を介し提示、解説しているだけであって、本発明をこれに限定する意図 はない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）空洞部と、長軸と、この長軸に沿った第一次、第二次焦点とを備えた ミラーと、（ｂ）ある波長を有し、該第一次焦点に交差するビーム軸に沿って伸 びる粒子照明光ビームと、（ｃ）センサの観察体積部の内部に粒子を導く入口部 とを含む粒子センサにおいて、 −該ミラーの空洞部は遮られることがなく、 −光検出装置を該第二次焦点に配し、 −該観察体積部は無境界の空間領域であり、 これにより、該波長よりもかなり小さい最大寸法を有する粒子が効率よく検出 されることを特徴とする粒子センサ。 ２．粒子は通過路に沿い内部に導入され、該通過路と該ビーム軸は９０°以下の 夾角を画定し、該通過路と該長軸は９０°以下の夾角を画定する請求項１記載の センサ。 ３．更にビーム・スプリッタ・プレートとこのスプリッタ・プレートからの反射 光を受光する第二検出装置とを含み、それによりセンサ能力を改良し、より大き な粒子を検出し得る請求項１記載のセンサ。 ４．−楕円形ミラーは第一ミラーであり、 −該第一次ミラーの第一次焦点は該観察体積部に一致し、 −該センサには焦点を該観察体積部から変位させ、ガス分子により散乱され た光を反射する第二ミラーが含まれる請求項１記載のセンサ。 ５．−該光検出装置は空気中浮遊粒子とガス分子とによって散乱された光を受光 する第一検出装置であって、 該センサは、 −ほぼガス分子だけで散乱が生じ、該第二ミラーで反射した光を受光する第 二検出装置を含み、及び、 −各該検出装置からの信号は、空気中浮遊粒子により散乱された光だけを実 質的に表す出力信号を形成する減算回路で処理される請求項４記載のセンサ。 ６．−ビーム軸に沿い伸びる光ビームと、 −該ビーム軸に交差し、該ビーム軸と共に観察体積部を画定する粒子流路と 、 −空気中浮遊微粒子とガス分子とによって散乱を生じた光を集光し、焦点を 該観察体積部にほぼ一致させたミラーを含む第一装置と、 −ほぼガス分子のみで散乱された光を集光する第二装置とを含む改良型セン サ。 ７．第一、第二検出装置を含み、 −該ミラーで反射した光は第一出力信号を形成する該第一検出装置に入射し 、 −該第二装置で集光した光は第二出力信号を形成する該第二検出装置に入射 し、 −該センサには各該信号を差し引く回路が含まれる、請求項６に記載のセン サ。 ８．該第二装置が、 −少なくとも一個のレンズを有する結像システムと、 −中央部分を有し、該中央部分への光の入射を防止する不透明マスクを備え た検出装置とを含む請求項７記載の粒子センサ。 ９．光ビームで照明した粒子を分析する方法であって、 −粒子とガス分子とによって散乱された第一量の光を検出するステップと、 −ほぼガス分子のみで散乱された第二量の光を検出するステップと を含む方法。 １０．−該第一量の光を検出する該ステップが第一ミラーからの該第一量の光を 反射するステップを含み、 −該第二量の光を検出する該ステップが第二ミラーからの該第二量の光を 反射するステップを含む請求項９記載の方法。 １１．該第二量の光の検出が検出装置に該光を入射させることで行われる請求項 ９記載の方法。