KR101824900B1 - 파티클 카운터 - Google Patents

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Abstract

[과제] 양호한 S/N 비로 유체 중의 소입경 입자의 계수를 행할 수 있는 파티클 카운터를 얻는다. [해결 수단] 조사 광학계(12)는 광원(1)으로부터의 광을 분기하여 얻어지는 복수의 광 중의 1개의 광을 유로(2a) 내를 흐르는 유체에 조사하여, 검출 영역을 형성한다. 검출 광학계(13)는 그 검출 영역 내의 유체에 포함되는 입자로부터의 산란광 중, 조사 광학계의 광축과는 상이한 방향의 산란광을 빔 스플리터(17)에 입사시킨다. 한편, 빔 익스팬더(16)는 그 복수의 광 중의 다른 광을 참조광으로서 빔 스플리터(17)에 입사시킨다. 검출부(4)는 빔 스플리터(17)에 의해 얻어지는 산란광과 참조광의 간섭광을 수광 소자로 수광하고, 그 간섭광에 대응하는 검출 신호를 생성하고, 계수부(6)는 그 검출 신호에 기초하여 입자의 계수를 행한다.

Description

파티클 카운터
본 발명은 파티클 카운터에 관한 것이다.
약액, 물 등의 액체나 공기 등의 기체인 유체 중의 입자를 측정하는 장치로서 파티클 카운터가 있다. 파티클 카운터에서는, 입자를 포함하는 유체에 레이저광을 조사하고, 유체 중의 입자로부터의 산란광을 관측하여, 입자를 계수하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
예를 들면, 반도체 웨이퍼의 제조에 있어서, 사용되는 약액에 포함되어 있는 불순물의 입자가 프로세스에 영향을 주기 때문에, 파티클 카운터를 사용하여 약액 중의 입자를 계수함으로써, 약액의 상태를 관리하고 있다. 약액에서는, 매질(즉, 약액 자체)에 의한 산란광(배경광) 등이 있기 때문에, 약액 중의 입자를 측정하는 경우, 수중의 입자를 측정하는 경우에 비해, 배경 노이즈가 커진다. 이 때문에, 소입경(예를 들면, 30㎚ 이하)인 입자의 계수가 곤란하다.
어느 파티클 카운터는 다분할 수광 소자를 사용하고, 단부에서의 유효 수광 면적을 작게 함으로써, 배경광에 기인하는 노이즈를 줄여 S/N(Signal to Noise) 비를 향상시키고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
한편, 마하 젠더형 간섭계와 저간섭성 광원을 갖는 동적 광산란 측정 장치가 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 이러한 동적 광산란 측정 장치에서는, 입자의 브라운 운동에 기인하는 산란광 강도의 변화에 기초하여 입경 분포를 구하고 있다.
일본 특허 제5438198호 명세서 일본 공개특허공보 2011-13162호
상술한 동적 광산란 측정 장치는 입경 분포를 구할 수 있지만, 입자의 브라운 운동을 이용하고 있기 때문에, 유체 중의 입자의 계수에는 적합하지 않다.
상술한 파티클 카운터에 의해, 어느 정도 입경이 작은 입자의 계수를 행할 수 있지만, 보다 작은 입경의 입자의 계수를 행하는 것이 요구되고 있다. 예를 들면, 근래의 반도체 웨이퍼의 제조에 있어서의 프로세스 룰의 미세화에 의해, 약액 중의 입경 30㎚나 그보다 작은 입경의 입자를 계수하는 파티클 카운터가 요구되고 있다.
본 발명은 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 양호한 S/N 비로 유체 중의 소입경 입자의 계수를 행할 수 있는 파티클 카운터를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 파티클 카운터는 광을 출사하는 광원과, 2개의 광을 공간적으로 중첩하는 광중첩부와, 광원으로부터의 광을 분기하여 얻어지는 복수의 광 중의 1개의 광을 유로 내의 유체에 조사하여 검출 영역을 형성하는 조사 광학계와, 검출 영역 내를 흐르는 유체에 포함되는 입자로부터의 산란광 중, 조사 광학계의 광축과는 상이한 방향의 산란광을 광중첩부에 입사시키는 검출 광학계와, 복수의 광 중의 다른 1개의 광을 참조광으로서 광중첩부에 입사시키는 참조 광학계와, 광중첩부에 의해 얻어지는 산란광과 참조광의 간섭광을 수광 소자로 수광하고, 간섭광에 대응하는 검출 신호를 생성하는 검출부와, 검출부에 의해 생성된 검출 신호에 기초하여 입자의 계수를 행하는 계수부를 구비한다. 그리고, 광중첩부는 빔 스플리터이고, 산란광의 투과 성분과 참조광의 반사 성분에 의한 제1 간섭광과, 산란광의 반사 성분과 참조광의 투과 성분에 의한 제2 간섭광을 생성하고, 검출부는 2개의 수광 소자로 제1 간섭광 및 제2 간섭광을 수광하고, 제1 간섭광에 대응하는 전기 신호 및 제2 간섭광에 대응하는 전기 신호의 차분을 검출 신호로 한다.
본 발명에 의하면, 양호한 S/N 비로 작은 입경의 입자의 계수를 행할 수 있는 파티클 카운터를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 파티클 카운터의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 도 1에 있어서의 플로우 셀(2)의 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1에 있어서의 플로우 셀(2), 검출 광학계(13) 및 빔 스플리터(17)의 배치를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1에 있어서의 빔 스플리터(17)에 있어서의 광의 분기에 대해 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1에 있어서의 검출부(4)에 의해 얻어지는 검출 신호에 대해 설명하는 타이밍 차트이다.
이하, 도면에 기초하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.
실시형태 1.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 파티클 카운터의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 1에 나타내는 파티클 카운터는 광원(1), 플로우 셀(2), 광학계(3), 검출 회로(4), 필터(5) 및 계수부(6)를 구비한다.
광원(1)은 안정한 주파수의 광(여기에서는 레이저광)을 출사하는 광원이다. 이 실시형태에서는, 광원(1)은 싱글 모드로 고간섭성인 광을 출사한다. 예를 들면, 광원(1)에는, 파장 532㎚에서 출력 500mW 정도의 레이저 광원이 사용된다.
플로우 셀(2)은 계수 대상인 입자를 포함하는 유체의 유로를 형성하고 있다. 또한, 이 실시형태에서는, 계수 대상인 입자를 포함하는 유체는 액체이다.
도 2는 도 1에 있어서의 플로우 셀(2)의 일 예를 나타내는 사시도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 플로우 셀(2)은 L형으로 굴곡져 있고, 굴곡진 유로(2a)를 형성하는 투명한 관 형상의 부재이다. 또한, 계수 대상인 입자를 포함하는 유체가 이소프로필알코올, 불화수소산 용액, 아세톤 등의 약액인 경우, 플로우 셀(2)은 예를 들면, 사파이어제로 된다.
플로우 셀(2)에 있어서, 광원(1)으로부터의 광을 분기하여 얻어지는 광 중의 1개의 광을 유로(2a) 내를 흐르는 유체에 조사하여, 검출 영역이 형성된다.
광학계(3)는 빔 스플리터(11), 조사 광학계(12), 검출 광학계(13), 감쇠기(14), 미러(15), 빔 익스팬더(16), 빔 스플리터(17) 및 집광부(18a, 18b)를 구비한다.
빔 스플리터(11)는 광원(1)으로부터의 광을 2개의 광으로 분기한다. 빔 스플리터(11)에 의해 분기된 광 중의 1개(이하, 측정광이라고 한다)는 조사 광학계(12)에 입사한다. 또한, 빔 스플리터(11)에 의해 분기된 광 중의 다른 광(이하, 참조광이라고 한다)은 감쇠기(14)에 입사한다. 예를 들면, 빔 스플리터(11)는 소정의 불균등한 비율(예를 들면, 90:10)로 광원(1)으로부터의 광을 분기하고 있고, 측정광의 강도는 참조광의 강도보다 크다.
조사 광학계(12)는 플로우 셀(2)의 유로(2a)에 있어서의 유체의 진행 방향(도 2에 있어서의 X 방향)과는 상이한 방향(여기에서는, 수직인 방향, 즉, 도 2에 있어서의 Z 방향)으로부터 측정광을 유로(2a) 내를 흐르는 유체에 조사한다. 또한, 조사 광학계(12)는 예를 들면, 일본 공개특허공보 2003-270120호에 기재되어 있는 렌즈 군에서, 에너지 밀도가 높아지도록 레이저광을 정형하고 있다.
검출 광학계(13)는 상술한 측정광의 조사에 의한 유로(2a) 내의 입자로부터의 산란광을 빔 스플리터(17)의 소정의 입사면에 입사시킨다. 예를 들면, 검출 광학계(13)에는, 집광 렌즈가 사용되거나, 배경광을 차폐하기 위한 핀 홀 및 그 전후에 각각 배치된 집광 렌즈를 갖는 광학계가 사용되거나 한다.
이 실시형태에서는, 검출 광학계(13)의 광축과는 상이한 방향으로부터 측정광이 유로(2a)에 입사하고 있기 때문에, 측방 산란의 산란광이 검출 광학계(13)에 의해 빔 스플리터(17)에 입사한다.
도 3은 도 1에 있어서의 플로우 셀(2), 검출 광학계(13) 및 빔 스플리터(17)의 배치를 설명하는 도면이다. 구체적으로는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 검출 광학계(13)는 유로(2a) 내의 입자 및 유체가 발하는 산란광 중, 검출 영역에서의 유체(즉, 입자)의 진행 방향을 따라 발하는 산란광을 빔 스플리터(17)에 입사시킨다.
이 실시형태에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 유체(즉, 입자)의 진행 방향(X 방향)과 검출 광학계(13)의 광축은 동일한 방향으로 되어 있고, 검출 영역의 중심으로부터 소정의 입체각 내의 산란광이 빔 스플리터(17)에 입사한다.
이와 같이, 유로(2a) 내의 입자가 발하는 산란광 중, 검출 영역에서의 유체의 진행 방향(X방향)을 따라 발하는 측방 산란광을 검출함으로써, 검출 영역 내에서의 입자의 이동에 따라, 그 입자와 빔 스플리터(17)의 거리인 광로 길이의 변화가, 입자의 산란광을 다른 방향(X 방향 이외)에서 검출하는 경우보다 커진다. 이 점에 대해서는 후술한다.
한편, 빔 스플리터(11)에 의해 분기된 참조광은 감쇠기(14)에 입사한다.
감쇠기(14)는 광의 강도를 소정의 비율로 감쇠시킨다. 감쇠기(14)에는 예를 들면, ND(Neutral Density) 필터가 사용된다. 미러(15)는 감쇠기(14)로부터 출사되는 참조광을 반사하고, 그 참조광을 빔 익스팬더(16)에 입사시킨다. 예를 들면, 빔 스플리터(11) 및 감쇠기(14)에 의해, 참조광의 강도는 광원(1)으로부터 출사되는 광의 강도의 1만분의 1 정도로 된다. 또한, 빔 스플리터(17)에 입사하는 참조광의 강도는 계수 대상인 입자의 입경, 산란광 강도 등에 따라 설정되고, 그 참조광의 강도를 실현하도록 감쇠기(14)의 감쇠율 등이 설정된다.
빔 익스팬더(16)는 참조광의 빔 직경을 소정의 직경으로 확대하고, 빔 직경을 확대된 참조광을 대략 평행광으로서 빔 스플리터(17)의 소정의 입사면(산란광의 입사면과는 다른 입사면)에 입사시킨다.
이 실시형태에서는, 검출 광학계(13), 미러(15) 및 빔 익스팬더(16)는 빔 스플리터(17)에 있어서, 산란광의 파면 형상과 참조광의 파면 형상이 대략 일치하도록 한다. 이 실시형태에서는, 검출 광학계(13) 및 빔 익스팬더(16)는 산란광 및 참조광을 각각 대략 평행광으로 출사시키고 있다. 또한, 산란광 및 참조광의 파면 형상은 곡면이어도 된다.
또한, 검출 광학계(13), 미러(15) 및 빔 익스팬더(16)는 빔 스플리터(17)에 있어서 편광각이 일치하도록 한다.
이와 같이, 이 실시형태에서는, 보다 간섭의 정도를 높이기 위해, 참조광의 광로에 있어서, 참조광의 강도, 편광각 및 파면 형상을 제어하는 감쇠기(14), 미러(15), 빔 익스팬더(16) 등이 설치되어 있다.
빔 스플리터(17)는 입사한 산란광과 입사한 참조광을 공간적으로 중첩하여, 서로 강화 또는 약화시키도록 간섭시킨다. 이 실시형태에서는, 빔 스플리터(17)는 빔 스플리터(11)와는 별도로 형성되어 있다. 빔 스플리터(17)에서는, 검출 영역에서의 입자의 이동에 따른 광로 길이의 변화에 따라, 산란광과 참조광의 위상차가 변화하고, 빔 스플리터(17) 자체를 투과 또는 반사하는 광에 의해 간섭광의 강도가 변화한다. 상술한 바와 같이, 검출 영역에서의 유체의 진행 방향을 따라 발하는 측방 산란광을 검출함으로써, 검출 영역 내에서의 입자의 이동에 따른 산란광의 광로 길이가 크게 또한 빠르게 변화하기 때문에, 간섭광의 강도 변화의 속도도 높아진다. 따라서, 검출 영역에서의 유체(즉, 입자)의 진행 방향에 있어서의 속도에 따른 주기(즉, 주파수)에서 간섭광의 강도가 변화한다. 또한, 입자에 의한 산란광이 입사하고 있지 않은 기간에 있어서는, 빔 스플리터(17)로부터 유체에 의한 산란광과 참조광을 분기한 광(투과 성분과 반사 성분)이 간섭하여 출사한다. 이 경우의 간섭광의 변화는 입자에 의한 것에 비해 작다.
집광부(18a)는 빔 스플리터(17)의 어느 출사면으로부터 출사하는 광을 집광하여 수광 소자(21a)에 입사시킨다. 집광부(18b)는 빔 스플리터(17)의 다른 출사면으로부터 출사하는 광을 집광하여 수광 소자(21b)에 입사시킨다. 집광부(18a, 18b)에는 예를 들면, 집광 렌즈가 사용된다.
도 4는 도 1에 있어서의 빔 스플리터(17)에 있어서의 광의 분기에 대해 설명하는 도면이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 빔 스플리터(17)에서는, 산란광(S)의 반사 성분(S1)의 광축과 참조광(R)의 투과 성분(R2)의 광축이 일치하고, 산란광(S)의 투과 성분(S2)의 광축과 참조광(R)의 반사 성분(R1)의 광축이 일치하도록, 산란광(S)과 참조광(R)이 입사하고 있다. 따라서, 빔 스플리터(17)로부터, 산란광(S)의 반사 성분(S1)과 참조광(R)의 투과 성분(R2)에 의한 제1 간섭광과, 산란광(S)의 투과 성분(S2)과 참조광(R)의 반사 성분(R1)에 의한 제2 간섭광이 출사한다. 이 제1 간섭광과 제2 간섭광은 집광부(18a, 18b)를 개재하여, 검출부(4)의 수광 소자(21a, 21b)에 각각 입사한다.
또한, 빔 스플리터(17)의 광분기면에 대해 산란광(S) 및 참조광(R)은 각각 대략 45도로 입사하고 있고, 투과 성분(S2, R2)은 산란광(S) 및 참조광(R)에 대해 각각 동상이 되고, 반사 성분(S1, R1)의 위상은 산란광(S) 및 참조광(R)에 대해 각각 90도 늦어지기 때문에, 제1 간섭광과 제2 간섭광은 서로 역상이 된다.
또한, 빔 스플리터(17)에 있어서의 투과 성분과 반사 성분의 비율은 50:50이 바람직하지만, 60:40 등의 불균등한 비율이어도 된다. 빔 스플리터(17)에 있어서의 투과 성분과 반사 성분의 비율이 불균등한 경우, 그 비율에 따라, 전기 신호(V1)에 있어서의 참조광의 투과 성분과 전기 신호(V2)에 있어서의 참조광의 반사 성분이 동일하게 되도록, 증폭기(22a, 22b)의 게인이 설정된다.
또한, 빔 댐퍼(19)는 플로우 셀(2)을 통과한 광을 흡수한다. 이로써, 플로우 셀(2)을 통과한 광의 난반사, 누설 등에 의한 광학계(3)에 대한 영향을 억제할 수 있다.
검출부(4)는 빔 스플리터(17)에 의해 얻어지는 간섭광을 수광 소자(21a, 21b)로 각각 수광하고, 이들 간섭광의 차분에 대응하는 검출 신호(Vo)를 생성한다. 이 실시형태에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 검출부(4)는 수광 소자(21a, 21b), 증폭기(22a, 22b) 및 차분 연산부(23)를 구비한다.
수광 소자(21a, 21b)는 포토 다이오드, 포토 트랜지스터 등의 포토 디텍터로서, 입사하는 광에 대응하는 전기 신호를 각각 출력한다. 증폭기(22a, 22b)는 수광 소자(21a, 21b)로부터 출력되는 전기 신호를 소정의 게인으로 증폭한다. 차분 연산부(23)는 수광 소자(21a)에 의해 얻어지는 제1 간섭광에 대응하는 전기 신호(V1)와 수광 소자(22a)에 의해 얻어지는 제2 간섭광에 대응하는 전기 신호(V2)의 차분을 연산하여 검출 신호(Vo)로서 출력한다.
또한, 입자에 의한 산란광 성분을 포함하지 않는 상태(유체에 의한 산란광 성분과 참조광 성분)에 있어서, 전기 신호(V1)의 전압과 전기 신호(V2)의 전압이 동일하게 되도록, 증폭기(22a, 22b)의 게인은 조정되고 있다. 그 대신에, 증폭기(22a, 22b) 중 1개만을 형성하고, 상술한 양자가 동일하게 되도록, 그 증폭기의 게인을 조정하도록 해도 된다. 또한, 수광 소자(21a)의 전기 신호의 전압과 수광 소자(22a)의 전기 신호의 전압이 동일하면, 증폭기(22a, 22b)를 형성하지 않아도 된다.
도 5는 도 1에 있어서의 검출부(4)에 의해 얻어지는 검출 신호에 대해 설명하는 타이밍 차트이다.
어느 입자가 검출 영역을 시각(T1)에서 시각(T2)까지의 기간에서 통과할 때, 그 기간에 있어서 입자에 의한 산란광이 발생한다. 그리고, 검출 영역 내에서의 입자의 진행 방향(X 방향)에 대한 이동에 따라, 입자로부터 빔 스플리터(17)의 광분기면까지의 광로 길이가 변화하고, 입자에 의한 산란광과 참조광의 위상차가 변화하여, 간섭광의 강도(진폭)는 서로 강화시키거나 약화시키거나 하여 변화한다.
따라서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 전기 신호(V1)는 입자가 검출 영역을 통과하는 기간에 있어서는, 입자가 없는 상태의 전압(V1o)을 기준으로서 간섭의 정도에 따라 정부(正負)로 변동하고, 그 기간 이외에 있어서는 전압(V1o)이 된다. 동일하게, 전기 신호(V2)는 그 기간에 있어서는, 입자가 없는 상태의 전압(V2o)을 기준으로서 간섭의 정도에 따라 정부로 변동하고, 그 기간 이외에 있어서는 전압(V2o)이 된다. 단, 그 기간에 있어서의 전기 신호(V1, V2)의 교류 성분은 서로 역상이 된다.
증폭기(22a, 22b)로부터 출력되는 전기 신호(V1, V2)의 기준 전압(V1o, V2o)은 서로 동일하게 되어 있기 때문에, 차분 연산부(23)에 의해 얻어지는 검출 신호(Vo)는 도 5에 나타내는 바와 같이, 입자가 검출 영역을 통과하는 기간에 있어서는, 전기 신호(V1, V2)의 각각에 있어서의 간섭에 기인하는 교류 성분보다 진폭이 큰(약 2배) 교류 성분을 갖고 있고, 그 기간 이외에 있어서는, 대략 제로의 전압이 된다.
또한, 본 발명의 실시형태에서는, 입자가 검출 영역을 통과할 때 광로양의 변화가 커지도록, 검출 영역에서의 유체의 진행 방향(X 방향)을 따라 발하는 산란광을 검출하는 것으로 하였다. 시각(T1)에서 시각(T2)까지의 기간에서 통과할 때, 입자의 이동 거리가 입자와 빔 스플리터(17)의 광분기면 사이의 광로 길이 변화가 되기 때문에, 입자의 산란광을 다른 방향(X 방향 이외)으로 검출하는 것보다도, 간섭의 변화의 횟수가 증가하게(즉, 간섭광의 위상 회전이 많아지게) 된다. 이는 시각(T1)에서 시각(T2)까지의 기간에 있어서, 수광 소자(21a, 21b)로부터 출력되는 전기 신호의 파장의 수가 증가하게 되기 때문에, 신호가 검출되기 쉬워지는 점에서, S/N 비가 향상된다. 단, 산란광을 검출할 수 있는 것이면, 산란광의 검출 방향을 한정하는 것은 아니다.
또한, 유체의 매질인 액체로부터의 산란광(배경광)은 검출 영역의 전역에서 발생하고, 또한 상이한 위치로부터의 배경광도 존재하지만 차분 연산에 의해 없어지기 때문에, 검출 신호(Vo)에 있어서, 입자로부터의 산란광의 간섭에 기인하는 교류 성분에 비해, 배경광의 간섭에 기인하는 교류 성분은 작아진다.
이 실시형태에서는, 계수 대상인 입자의 입경은 광원(1)으로부터 출사되는 광의 파장보다 작기 때문에, 레일리 산란에 의한 산란광의 강도는 입경의 6승에 비례한다. 이에 대해, 이 산란광과 참조광의 간섭광 강도는 입경의 3승에 비례한다. 따라서, 산란광을 직접 검출하는 것보다, 간섭광을 검출하는 편이 입경을 작게 한 경우의 그 강도의 감소가 적다.
또한, 산란광과 참조광의 간섭광 강도의 최대값과 최저값의 차(산란광과 참조광의 위상차가 0일 때와 180도일 때의 간섭광 강도의 차)는 참조광의 전기장 강도(Er)와 산란광의 전기장 강도(Es)의 곱에 비례한다. 따라서, 참조광의 강도를 높임으로써, 충분히 강한 간섭광이 얻어지고, 나아가서는, 충분히 큰 진폭의 검출 신호가 얻어진다. 참조광의 강도는 클수록, 간섭광의 강도가 커지지만, 검출부(4), 필터(5) 및 계수부(6)의 다이나믹 레인지에 따라 검출 신호를 양호하게 처리 가능한 값이 된다.
예를 들면, 입경 20㎚의 입자의 산란광 강도(Is)가 7.0×10-6㎼인 경우, 산란광의 전기장 강도(Es)는 5.8×10-3V/m가 된다. 한편, 참조광 강도(Ir)를 1.2㎼로 하면, 참조광의 전기장 강도(Er)는 2.4V/m가 된다. 그리고, 산란광과 참조광이 파면 전역에서 간섭한다고 하면, 상술한 간섭광 강도의 차는 1.2×10-2㎼가 되고, 산란광 강도의 약 1,600배가 되어, 입경 70㎚의 입자의 산란광 강도와 동등 레벨로 증폭된다.
필터(5)는 검출부(4)에 의해 생성된 검출 신호(Vo)에 대해 필터 처리를 행한다. 필터(5)는 유로(2a) 내의 유체 속도(즉, 입자의 이동 속도)에 대응하는 주파수 성분(즉, 간섭광의 주파수 성분)을 통과시키고, 그 유체의 진행 속도에 대응하는 주파수 성분 이외의 주파수 성분을 감쇠시키는 필터 처리를 검출 신호(Vo)에 대해서 행한다. 이로써, 검출 신호(Vo)에 있어서의 노이즈 성분이 감쇠되어, 검출 신호(Vo)의 S/N 비가 보다 높아진다. 또한, 통과 대역 주파수에 대해서는 입자의 이동 속도, 측정광의 파장(즉, 광원(1)의 파장) 등에서 미리 특정된다. 또한, 필터(5)에는 밴드패스 필터가 사용된다. 또한, 노이즈의 주파수가 간섭광의 주파수보다 높은 경우에는, 로우패스 필터를 사용해도 되고, 노이즈의 주파수가 간섭광의 주파수보다 낮은 경우에는 하이패스 필터를 사용해도 된다.
계수부(6)는 검출 신호(Vo)에 기초하여 입자의 계수를 행한다. 이 실시형태에서는, 계수부(6)는 필터(5)에 의한 필터 처리 후의 검출 신호(Vo)에 기초하여, 입자의 계수를 행한다. 예를 들면, 계수부(6)는 검출 신호(Vo)에 있어서, 상술한 기간 연속하는 교류 성분(즉, 간섭광의 주파수 성분)을 검출하면, 그 진폭과 입경마다 정한 소정의 역치를 비교하여, 입경마다 구별하고, 1개의 입자를 카운트한다.
다음으로, 실시형태 1에 따른 파티클 카운터의 동작에 대해 설명한다.
광원(1)은 레이저광을 출사하고, 빔 스플리터(11)는 그 레이저광을 측정광과 참조광으로 분기한다. 참조광은 감쇠기(14)에 의해 감쇠된 후, 미러(15) 및 빔 익스팬더(16)를 거쳐, 대략 평행광으로서 빔 스플리터(17)에 입사한다.
한편, 측정광은 조사 광학계(12)에 의해 플로우 셀(2) 내의 검출 영역에 입사한다. 입자가 검출 영역을 통과하면, 검출 영역을 통과하고 있는 기간에 있어서 입자로부터의 산란광이 발생한다. 검출 광학계(13)는 플로우 셀(2)의 유로(2a) 내의 유체의 진행 방향(X 방향)을 따라 출사해 오는 산란광을 대략 평행광으로서 빔 스플리터(17)에 입사시킨다.
이와 같이, 입자가 검출 영역을 통과하고 있는 기간에 있어서는, 빔 스플리터(17)에 참조광과 입자로부터의 산란광이 입사하고, 양자의 간섭광이 빔 스플리터(17)로부터 출사된다.
입자가 검출 영역을 통과하고 있는 기간에 빔 스플리터(17)로부터 출사되는 간섭광은 수광 소자(21a, 21b)에 의해 각각 수광되고, 간섭광의 강도에 대응하는 전기 신호가 검출 신호(Vo)로서 검출부(4)로부터 출력된다. 특히, 실시형태 1에서는, 서로 역상이 되는 상술한 제1 간섭광과 제2 간섭광의 차분에 기초하는 검출 신호(Vo)가 생성되기 때문에, 전기 신호(V1, V2)에 대해 약 2배의 진폭의 교류 성분의 검출 신호(Vo)가 얻어진다.
필터(5)는 그 검출 신호에 대해 상술한 필터 처리를 실행하고, 계수부(6)는 필터 처리 후의 검출 신호에 기초하여 입자의 계수를 행한다.
이상과 같이, 상기 실시형태에 의하면, 조사 광학계(12)는 광원(1)으로부터의 광을 분기하여 얻어지는 복수의 광 중의 1개의 광을 유체가 흐를 방향과는 상이한 방향으로부터, 유로(2a) 내의 유체에 조사하여 검출 영역을 형성한다. 검출 광학계(13)는 검출 영역 내의 유체에 포함되는 입자로부터의 산란광 중, 조사 광학계(12)의 광축과는 상이한 방향의 산란광을 빔 스플리터(17)에 입사시킨다. 한편, 빔 익스팬더(16)는 그 복수의 광 중의 다른 광을 참조광으로서 빔 스플리터(17)에 입사시킨다. 검출부(4)는 빔 스플리터(17)에 의해 얻어지는 산란광과 참조광의 간섭광을 수광 소자로 수광하고, 그 간섭광에 대응하는 검출 신호를 생성하고, 계수부(6)는 그 검출 신호에 기초하여 입자의 계수를 행한다.
이로써, 검출 영역에 있어서의 입자의 통과에 기인하는 간섭광에 기초하여 입자의 통과가 검출된다. 따라서, 산란광을 검출하는 경우에 비해, 양호한 S/N 비로 유체 중의 소입경의 계수를 행할 수 있다.
실시형태 2.
실시형태 1에서는, 입자로부터의 산란광과 참조광의 간섭광으로서 제1 간섭광 및 제2 간섭광을 수광하고, 양자의 전기 신호(V1, V2)의 차분을 검출 신호(Vo)로 하고 있지만, 실시형태 2에서는, 그 대신에, 제1 간섭광 및 제2 간섭광 중 어느 한쪽의 전기 신호를 검출 신호(Vo)로 한다. 이와 같이 해도, 검출 신호(Vo)에는, 입자로부터의 산란광과 참조광의 간섭광에 기인하는 교류 성분이 포함되기 때문에, 동일하게 입자를 카운트할 수 있다. 이 경우, 수광 소자는 1개 있으면 된다.
또한, 실시형태 2에 따른 파티클 카운터의 그 밖의 구성에 대해서는 실시형태 1과 동일하기 때문에 그 설명을 생략한다.
한편, 상술한 각 실시형태는 본 발명의 바람직한 예이지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 다양한 변형, 변경이 가능하다.
예를 들면, 상기 실시형태 1, 2에서는, 참조광의 광로에 빔 익스팬더(16)가 형성되어 있지만, 그 대신에, 혹은 추가적으로, 빔 스플리터(11)의 전단에 빔 익스팬더를 형성해도 된다. 또한, 상기 실시형태 1, 2에서는 도 1에 나타내는 바와 같이, 1개의 미러(15)를 사용하고 있지만, 3개의 미러를 사용하여 삼차원적으로 광로의 방향을 조정하도록 해도 된다. 또한, 상기 실시형태 1, 2에서는, 입자로부터의 산란광과 참조광을 중첩하기 위해 빔 스플리터(17)를 사용하고 있지만, 그 대신에, 편광 프리즘을 사용해도 된다.
또한, 상기 실시형태 1, 2에 있어서, 검출 신호(Vo)에 있어서의 노이즈 성분이 작으면, 필터(5)를 생략해도 된다. 그 경우, 검출 신호(Vo)가 계수부(6)에 직접 입력된다.
또한, 상기 실시형태 1, 2에 있어서, 광원(1)은 싱글 모드로 고간섭성인 레이저광을 출사하는 광원이지만, 그 대신에, 멀티 모드로 비교적 저간섭성인 레이저광을 출사하는 광원을 사용해도 된다. 단, 검출 영역의 어느 위치에서도, 입자로부터의 산란광과 참조광의 간섭이 일어나는 에너지 분포의 광원을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실시형태 1, 2에서는, 필터(5) 및 계수부(6)는 아날로그 회로로 해도 되며, 디지털 회로로 해도 된다. 필터(5) 및 계수부(6)를 디지털 회로로 하는 경우에는, 필터(5)의 전단에서 검출 신호(Vo)에 대해 아날로그-디지털 변환이 행해진다.
또한, 상기 실시형태 1, 2에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 광의 분기와 광의 중첩이 상이한 빔 스플리터(11, 17)로 행해지는 이른바, 마하 젠더형의 간섭 광학계가 채용되고 있지만, 그 대신에, 마이켈슨형이나 그 밖의 간섭 광학계를 채용해도 된다.
또한, 상기 실시형태 1, 2에 따른 파티클 카운터는 액중 파티클 카운터이지만, 상기 실시형태 1, 2에 따른 파티클 카운터를 기중 파티클 카운터에 적용해도 된다.
본 발명은 예를 들면, 약액용의 파티클 카운터에 적용 가능하다.
1 광원
4 검출부
5 필터
6 계수부
11 빔 스플리터(광분기부의 일 예)
12 조사 광학계
13 검출 광학계
16 빔 익스팬더(참조 광학계의 일 예)
17 빔 스플리터(광중첩부의 일 예)
21a, 21b 수광 소자

Claims (9)

  1. 광을 출사하는 광원과,
    2개의 광을 공간적으로 중첩하는 광중첩부와,
    상기 광원으로부터의 광을 분기하여 얻어지는 복수의 광 중의 1개의 광을 유로 내를 흐르는 유체에 조사하여 검출 영역을 형성하는 조사 광학계와,
    상기 검출 영역 내의 상기 유체에 포함되는 입자로부터의 산란광 중, 상기 조사 광학계의 광축과는 상이한 방향의 산란광을 상기 광중첩부에 입사시키는 검출 광학계와,
    상기 복수의 광 중의 다른 1개의 광을 참조광으로서 상기 광중첩부에 입사시키는 참조 광학계와,
    상기 광중첩부에 의해 얻어지는 상기 산란광과 상기 참조광의 간섭광을 수광 소자로 수광하고, 상기 간섭광에 대응하는 검출 신호를 생성하는 검출부와,
    상기 검출 신호에 기초하여 상기 입자의 계수를 행하는 계수부를 구비하고,
    상기 광중첩부는 빔 스플리터이고, 상기 산란광의 투과 성분과 상기 참조광의 반사 성분에 의한 제1 간섭광과, 상기 산란광의 반사 성분과 상기 참조광의 투과 성분에 의한 제2 간섭광을 생성하고,
    상기 검출부는 2개의 수광 소자로 상기 제1 간섭광 및 상기 제2 간섭광을 수광하고, 상기 제1 간섭광에 대응하는 전기 신호 및 상기 제2 간섭광에 대응하는 전기 신호의 차분을 상기 검출 신호로 하는 것을 특징으로 하는 파티클 카운터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출 광학계는 상기 유로 내의 상기 입자로부터 발하는 산란광 중, 상기 검출 영역에서의 상기 유체의 진행 방향을 따라 발하는 산란광을 상기 광중첩부에 입사시키는 것을 특징으로 하는 파티클 카운터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출부에 의해 생성된 상기 검출 신호에 대해 필터 처리를 행하는 필터를 추가로 구비하고,
    상기 필터는 상기 유체의 진행 속도에 대응하는 주파수 성분을 통과시켜, 상기 유체의 진행 속도에 대응하는 주파수 성분 이외의 주파수 성분을 감쇠시키는 필터 처리를 상기 검출 신호에 대해 행하고,
    상기 계수부는 상기 필터에 의한 필터 처리 후의 상기 검출 신호에 기초하여 상기 입자의 계수를 행하는 것을 특징으로 하는 파티클 카운터.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 검출부에 의해 생성된 상기 검출 신호에 대해 필터 처리를 행하는 필터를 추가로 구비하고,
    상기 필터는 상기 유체의 진행 속도에 대응하는 주파수 성분을 통과시켜, 상기 유체의 진행 속도에 대응하는 주파수 성분 이외의 주파수 성분을 감쇠시키는 필터 처리를 상기 검출 신호에 대해 행하고,
    상기 계수부는 상기 필터에 의한 필터 처리 후의 상기 검출 신호에 기초하여 상기 입자의 계수를 행하는 것을 특징으로 하는 파티클 카운터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출 광학계 및 상기 참조 광학계는 상기 산란광의 파면 형상과 상기 참조광의 파면 형상이 일치하도록, 상기 산란광 및 상기 참조광을 출사하는 것을 특징으로 하는 파티클 카운터.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 검출 광학계 및 상기 참조 광학계는 상기 산란광의 파면 형상과 상기 참조광의 파면 형상이 일치하도록, 상기 산란광 및 상기 참조광을 출사하는 것을 특징으로 하는 파티클 카운터.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 검출 광학계 및 상기 참조 광학계는 상기 산란광의 파면 형상과 상기 참조광의 파면 형상이 일치하도록, 상기 산란광 및 상기 참조광을 출사하는 것을 특징으로 하는 파티클 카운터.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 검출 광학계 및 상기 참조 광학계는 상기 산란광의 파면 형상과 상기 참조광의 파면 형상이 일치하도록, 상기 산란광 및 상기 참조광을 출사하는 것을 특징으로 하는 파티클 카운터.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광중첩부와는 별도로, 상기 광원으로부터의 광을 상기 복수의 광으로 분기하는 광분기부를 구비하는 것을 특징으로 하는 파티클 카운터.
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