JPS60194334A - 励起螢光モニタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、励起螢光モニタ装置に係り、特にプラズマ中
の特定化学種の三次元的分布をレーザ励起螢光方式によ
り、高度の位置分解能を保ちつつ測定時間の短縮化に好
適な励起螢光モニタ装置に関する。

〔発明の背景〕

従来から、微量の原子９二原子分子等を高精度で検出す
る方法として、レーザ励起螢光法が知られている。この
レーザ励起螢光法により。

プラズマ利用装置内のプラズマ中の特定化学種の三次元
的分布を知るためには測定系を高感度化して、走査速度
を大きくする必要があった。

ところが、従来技術ではレンズを利用した点測定方法を
採っていたため、入射レーザ光と測定系とで三次元的な
走査を行なう必要があり。

測定時間の短縮のためには位置分解能を犠牲にせざるを
得ないという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、レーザ励起螢光方式に基づく前記従来
技術の問題を解決し、高い位置分解能を保ちつつプラズ
マ中の特定化学種の三次元分布を高感度で測定でき、し
かも測定速度の同上を図り得る励起螢光モニタ装置を提
供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は、プラズマ利用装置内のプラズマ中の特定化学
種の三次元分布をレーザ励起螢光方式によと測定する励
起螢光モニタ装置において励起螢光の受光部に、励起螢
光を導くソーラスリットと、このソーシスリットを通過
した励起螢光を反射させる反射凹面鏡と、この反射凹面
鏡で反射された励起螢光を集光する集光手段とを設け、
前記集光手段により集光された励起螢光の測定部に１回
折格子を利用し力）っ励起螢光の一次元像を結ぶ分光器
と、前記励起螢光の一次元像に基づいてデータ測定を行
なう半導体イメージ七／すとを設けたところに特徴を有
するもので、この構成により前記目的を全て達成するこ
とができたものである。

〔発明の実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図、第２図および第５図
により説明する。

これらの図に示す励起螢光モニタ装置は、その第１図に
示すように、入射レーザビームチョッパ１と、入射レー
ザビーム用反射鏡５α、５４゜５Ｇと、プラズマ利用装
置の容器４と、励起螢光　゛測定部８とを備えている。

前記入射レーザビームチョッパ１は、ロックインアンプ
（図示せず）と連動し、入射レーザビーム２を測定すべ
き特定化学種の原子または分子の吸収波長に同調させる
ようにしている。

前記入射レーザビーム用反射鏡５ｃＬは、第１図に矢印
Ｘで示すように、励起螢光測定部８０前後方向の移動に
のみ同調し、前記入射レーザビームチョッパ１を通過し
た入射レーザビーム２を入射レーザビーム反射鏡５４に
向かって反射させ得るように設けられている。他の入射
レーザビーム反射鏡μ、５ｃは、励起螢光測定部８に固
定されたブーム１９に取り付けられていて、励起螢光測
定部８と一緒にＸ、Ｙ方向に移動し得るように設けられ
ている。そして、前記入射レーザビーム反射鏡μは入射
レーザビーム反射鏡５Ｇに向かって入射レーザビーム２
を反射させ、入射レーザビーム反射鏡５Ｇは容器４内の
プラズマ中の測定位置に入射レーザビーム２を反射させ
得るようになっている。

前記容器４は、内部にプラズマを包含するようになって
いる。また、容器４には第２図に示すように、少なくと
もレーザビーム入射用窓５ａと、励起螢光測定用窓５４
とが設けられている。

前記励起螢光測定部８は、プラズマ利用装置の容器４に
設けられた励起螢光測定用窓５４に対向する位置に配置
されており、第１図に矢印Ｘで示す前後方向と、矢印Ｙ
で示す上下方向とに移動調整し得るように設けられてい
る。そして１％励起螢光測定部８は第２図および第３図
に示すように、集光系９と、測定系１６とを有している
。

前記集光系９は、第２図および第３図に示すごとく、ソ
ーラスリット１０と、主反射凹面鏡１１と、副反射凹面
鏡１２と、集光手段とを備えており、前記集光手段は入
射スリット１５と、集光レンズ１４と、光路調整用レン
ズ１５とで構成されている。一方、前記測定系１６は第
２図および第５図に示すように５分光器１７ｃＬ、　１
７４と、半導体イメージセンサ１８とを備えている。

前記ソーシスリット１０は、受光部に配置され。

容器４内のプラズマ中の測定位置６で発生した励起螢光
７の横方向発散角を抑制しつつ、前記励起螢光７を主反
射凹面鏡１１に導くように設けられている。

前記主反射凹面鏡１１は、受光部に配置され、前記ソー
ラスリット１ｏを通った励起螢光７を副反射凹面鏡１２
に向かって反射させ得るように設けられている。また、
この主反射凹面鏡１１により受光立体角を従来技術の１
００倍程度に増大可能となっている。

前記副反射凹面鏡１２は、主反射凹面ｆｉＭ１１で反射
された励起螢光７を集光手段の入射スリット１５に向か
って反射させ得るように設けられている。

前記入射スリット１５は、副反射凹面鏡１２で反射され
た励起螢光７が線焦点を結ぶ位置に配置されており、迷
光な可能な限り減衰させ得るようになっている。

前記集光レンズ１４は、入射スリット１５を通過した励
起螢光７を集光するようになっている。

前記光路調整用レンズ１５は、集光レンズ１４ヲ通った
励起螢光７を測定糸１６の分光器１７αに導くように設
けられている。

前記分光器１７ｅＬ　、　１７４には１回折格子を利用
したものが用いられており、励起螢光波長に厳密に合わ
せ、他の波長の光を抑制し、励起螢光７の一次元像を半
導体イメージセンサ１８に正確に結像させるようになっ
ている。

前記半導体イメージセンサ１８は、励起螢光７の強度を
電気信号に変換し、−次元の測定データを瞬時に取り出
し得るように構成されている。

なお、第２図中７ｎ　、　７−１は励起螢光のうちの主
反射凹面鏡へ入射する部分を示す。

前記実施例の励起螢光モニタ装置は１次のように作用す
る。

すなわち、ロックインアンプと連動する入射レーザビー
ムチョッパ１から、プラズマ中の測定すべき特定化学種
の原子または分子の吸収波長に同調させたレーザビーム
が放射され、その入射レーザビーム２は第１図に示すよ
うに、入射レーザビーム用反射鏡５６　、５”　、　５
”を通じてプラズマ利用装置の容器４方向に反射され、
容器４に設けられたレーザビーム入射用窓５ａを通じて
容器４内のプラズマ中の測定位置６に入射する。

この入射レーザビーム２によりプラズマ中の測定位置６
の特定化学種が励起されて螢光を発し、その励起螢光７
は容器４に設けられた励起測定用窓５４から全立体角方
向に放出されるが。

そのうちの特定された部分７ａ　、　７ｋが２励起螢光
測定部８の集光系９へ入射する。

前記集光系９に入射した励起螢光７は、第２図および第
６図に示すように、ソーラスリット１０を通じて主反射
凹面鏡１１に導かれて入射する。

その際、ソーラスリット１０により第５図に矢印Ｚで示
す横方向発散角の抑制によって、プラズマ測定の位置分
解能を高く保持したまま励起螢光７を主反射凹面鏡１１
に導くことができる。

前記主反射凹面鏡１１に入射した励起螢光７は、この主
反射凹面鏡１１から副反射面鏡１２に向かって反射され
、この副反射凹面鏡１２により集光手段の入射スリブト
１５方向に反射され、入射スリット１５の位置で線焦点
を結ぶ。したがって、前記測定位置６以外における発晃
または螢光は、入射スリット１５以外の位置で焦点を結
ぶので、迷光を著しく減衰することができる。

前記入射スリット１５を通過した励起螢光７は、集光レ
ンズ１４により集光され、ついで光路調整用レンズ１５
を通じて測定系１６に導かれる。

前記測定系１６に導かれた励起螢光７は１分光器１７ａ
　、　１７７を通じて半導体イメージセンサ１８に導か
れ、この半導体イメージセンサ１８上に励起螢光７の一
次元像が結像される。その際、分光器１７ａ　、　１７
４には回折格子を利用したものを用いているので、励起
波長に厳密に合わせ、他の波長の光を抑制して半導体イ
メージセンサ１Ｂ上に結像させることができるので、測
定精度の向上を図ることができる。

前記半導体イメージセンサ１８は、励起螢光７０強度を
電気信号に変換する。これにより、瞬時に励起螢光＋７
の一次元の測定データを取り出すことができる。

前述のごとく、半導体イメージセンサ１８により励起螢
光７の一次元の測定データを取得できるので、三次元の
測定の機械的な走査は二次元だけでよく、シたがって高
速度でプラズマの測定位置６の三次元的分布状態をモニ
タすることができる。

なお１本発明ではプラズマ中の特定化学種を励起するた
めの入射レーザビーム２を発する部分は、前記入射レー
ザチョッパ１と口・ツクインアンプを用いたものに限ら
ず、また入射レーザビーム２をプラズマ利用装置の容器
４内の測定位置６に導く部分も、前記実施例に限らず、
これらの部分はそれぞれ所期の機能を有するものであれ
ばよい。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、ソーラスリットを用いて
反射凹面鏡に励起螢光を導くようにしているので１位置
分解能を保持でき、また反射凹面鏡により集光手段に励
起螢光を反射させるようにしているので、受光立体角を
著しく増大することができ、さらに回折格子を利用した
分光器を用いて励起螢光波長に厳密に合わせ。

他の波長の光を抑制して半導体イメージセンサ上に励起
螢光の一次元像を結像させるようにしているので１位置
分解能を保ちつつ、高感度で測定し得る効果がある。

しかも１本発明によれば、半導体イメージセ／すにより
励起螢光の結像から瞬時に一次元の測定データを取得で
きるので、三次元の測定の機械的な走査は二次元だけで
よいので、高速度でプラズマの測定位置の三次元分布状
態を測定できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の一実施例を示すもので、
その第１図は装置全体の斜視図、第２図は励起螢光測定
部の縦断正面図、第３図は同横断平面図である。 １・・・入射レーザビームチョッパ、２・・・入射レー
ザビーム、５ａ　、　５６．５ｃ、・・・入射レーザビ
ーム反射鏡、４・・・プラズマ利用装置の容器％　６・
・・プラズマ中の測定位置、７・・・励起螢光、８・・
・励起螢光測定部。１０・・・ソーラスリット、１１・
・・主反射凹面鏡、１２・・・副反射凹面鏡、１５・・
・集光手段を構成している入射スリット、１４・・・同
集光レンズ、１５・・・同光路調整用レンズ　ｊ７ａ　
、　１７ｋ・・・分光器。 １８・・・半導体イメージセンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　プラズマ利用装置内のプラズマ中の特定化学種の
   三次元分布をレーザ励起螢光方式により測定する励起螢
   光モニタ装置において、励起螢光の受光部に、励起螢光
   を導くソーラスリットと、このソーラスリットを通過し
   た励起螢光を反射させる反射凹面鏡と、この反射凹面鏡
   で反射された励起螢光を集光する集光手段とを設け。 前記集光手段により集光された励起螢光の測定部に、回
   折格子を利用しかつ励起螢光の一次元像を結ぶ分光器と
   、前記励起螢光の一次元像に基づいてデータ測定を行な
   う半導体イメージセンサとを設けたことを特徴とする励
   起螢光モニタ装置。 ２、　前記反射凹面鏡は、ソーラスリットを通過した励
   起螢光を直接反射する主反射凹面鏡と。 この主反射凹面鏡で反射された励起螢光を集光手段に向
   かって反射する副反射凹面鏡とで構成されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の励起螢光モニタ
   装置。 ３、　前記集光手段は、副反射凹面鏡で反射された励起
   螢光が線焦点を結ぶ位置に設けられた入射スリットと、
   この入射スリットを通った励起−螢光を集光する集光レ
   ンズとを備えていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の励起螢光モニタ装置。