JPH05232012A - Fine particle measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体の製造工程にお
けるウエハの洗浄その他の用途に使用される超純水やク
リーンルームなどに使用される清浄空気など、流体中に
含まれた微粒子の大きさおよび量を測定する微粒子測定
装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the size of fine particles contained in fluids such as ultrapure water used for cleaning wafers in semiconductor manufacturing processes and clean air used in clean rooms. And a fine particle measuring device for measuring the amount.
【0002】[0002]
【従来の技術】前記微粒子測定装置として、例えば図3
に示したものが知られている。この図において、31はノ
ズルで、これがフローセル(図外)の内に試料流体Fを
噴出する。Lは半導体レーザ(図外)によって発生され
るレーザ光で、このレーザ光Lを集光レンズ32で集光し
て、試料流体Fの流速分布がほぼ均一になる径方向の中
心部に、その流動方向に対して垂直方向に照射するよう
に構成されている。Sは試料流体Fに照射されたレーザ
光Lの観測領域33を通過する微粒子から生じる散乱光、
34はこの散乱光Sの受光レンズで、その結像位置にスリ
ット板35が配置され、このスリット板35を通過した散乱
光Sを検出する光検出器(図外)が設けられている。2. Description of the Related Art FIG.
The ones shown in are known. In this figure, 31 is a nozzle which ejects the sample fluid F into a flow cell (not shown). L is a laser beam generated by a semiconductor laser (not shown). The laser beam L is condensed by the condensing lens 32, and the flow velocity distribution of the sample fluid F is substantially uniform at the radial center. Irradiation is perpendicular to the flow direction. S is scattered light generated from the fine particles passing through the observation region 33 of the laser light L irradiated on the sample fluid F,
Reference numeral 34 denotes a light receiving lens for the scattered light S, a slit plate 35 is arranged at the image forming position thereof, and a photodetector (not shown) for detecting the scattered light S passing through the slit plate 35 is provided.
【0003】この微粒子測定装置は、集光レンズ32で絞
ったレーザ光Lを試料流体Fの中心部に入射する。そし
て、試料流体Fに微粒子が含まれていると、その微粒子
にレーザ光Lが照射されて散乱光Sが生じるから、この
散乱光Sを受光レンズ34とスリット板35を介して光検出
器で検出することによって、前記微粒子の大きさおよび
量を測定するのである。In this fine particle measuring apparatus, the laser light L focused by the condenser lens 32 is made incident on the central portion of the sample fluid F. If the sample fluid F contains fine particles, the fine particles are irradiated with the laser light L to generate scattered light S. Therefore, the scattered light S is passed through the light receiving lens 34 and the slit plate 35 by the photodetector. By detecting, the size and amount of the fine particles are measured.
【0004】前記従来の微粒子測定装置は、集光レンズ
32で集光したレーザ光Lの光軸と試料流体Fの流動方向
とが互いに垂直になるように構成されており、試料流体
Fに含まれた微粒子は、レーザ光Lを径方向に通過す
る。従って、試料流体Fに含まれた微粒子にレーザ光L
が照射されて生じる散乱光Sの光量を多くすることが困
難であるから、前記微粒子の可測粒径の下限が 0.1μm
程度である。The above-mentioned conventional fine particle measuring device is provided with a condenser lens.
The optical axis of the laser beam L condensed by 32 and the flow direction of the sample fluid F are configured to be perpendicular to each other, and the fine particles contained in the sample fluid F pass the laser beam L in the radial direction. .. Therefore, the laser light L is applied to the fine particles contained in the sample fluid F.
Since it is difficult to increase the amount of scattered light S generated by irradiating the particles, the lower limit of the measurable particle size of the fine particles is 0.1 μm.
It is a degree.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、微粒
子測定装置として、 0.1μm以下のごく小さい(例えば
0.1μm〜0.05μm)微粒子を検出することが要求され
てきている。このような要求に対しては、レーザ光とし
て高度にコヒーレントなものが必要となるところから、
レーザ光源としてシングルモード形半導体レーザを用い
ることが考えられる。しかし、この種の半導体レーザに
は、電流や温度変化によって発振波長が変化すると共
に、モード競合ノイズが生ずると云った問題点がある。By the way, in recent years, as a fine particle measuring device, it is as small as 0.1 μm or less (for example,
It is required to detect fine particles (0.1 μm to 0.05 μm). In order to meet such requirements, a highly coherent laser beam is required,
It is conceivable to use a single mode semiconductor laser as the laser light source. However, this type of semiconductor laser has a problem that the oscillation wavelength changes due to changes in current and temperature, and mode competition noise occurs.
【0006】そこで、前記ノイズ対策として、マルチモ
ード発振タイプの半導体レーザの使用することが考えら
れるが、次のような欠点がある。すなわち、マルチモー
ド発振タイプの半導体レーザは、これを低ノイズの条件
で使用すると、光量が低下しやすいと共に、より細いビ
ームを得ることが困難であると云った欠点がある。ま
た、他のノイズ対策として、マルチモード発振タイプの
半導体レーザを光源として用いると共に、差動検出ノイ
ズキャンセル法を適用する手法が試みられているが、光
学機構、光電変換素子、プリアンプにおけるゲインと位
相バランスを合わせる必要があり、その調整が極めて困
難である。Therefore, it is possible to use a multimode oscillation type semiconductor laser as a countermeasure against the noise, but there are the following drawbacks. That is, the multi-mode oscillation type semiconductor laser has the drawbacks that when it is used under conditions of low noise, the amount of light is likely to decrease and it is difficult to obtain a thinner beam. As another measure against noise, a method of using a multimode oscillation type semiconductor laser as a light source and applying a differential detection noise cancellation method has been attempted, but gain and phase in an optical mechanism, a photoelectric conversion element, and a preamplifier have been tried. It is necessary to adjust the balance, and the adjustment is extremely difficult.
【0007】一方、光源としてシングルモード形半導体
レーザを用い、これに高周波を重畳させて駆動すること
により、マルチモードのレーザ光を発生させる手法があ
るが、この高周波重畳駆動方法によっても、低ノイズの
条件で使用すると、光量が低下しやすく、より細いビー
ムが得にくいと云った欠点がある。On the other hand, there is a method of generating a multimode laser light by using a single mode type semiconductor laser as a light source and superposing and driving a high frequency wave on this semiconductor laser. When used under the conditions of (1), there is a drawback that the light quantity is likely to decrease and it is difficult to obtain a thinner beam.
【0008】このように、従来においては、光源ノイズ
を十分に低減させることができず、従って、粒子検出信
号にノイズが生ずることを避けられなかった。As described above, in the prior art, the light source noise could not be sufficiently reduced, and therefore the generation of noise in the particle detection signal was unavoidable.
【0009】ところで、シングルモード発振形半導体レ
ーザにおいては、図4に示すように、発振スペクトル
は、そのケース温度に依存している。この図は、光出力
P0 が30mWにおける半導体レーザのケース温度が20℃
から50℃まで変化するときにおける発振波長(nm)の
変化を示すもので、発振波長は、ケース温度に対して不
連続に変動していることが判る。In the single mode oscillation type semiconductor laser, as shown in FIG. 4, the oscillation spectrum depends on the case temperature. This figure shows the case temperature of the semiconductor laser is 20 ° C when the optical output P 0 is 30 mW.
It shows that the oscillation wavelength (nm) changes when the temperature changes from 1 to 50 ° C., and that the oscillation wavelength fluctuates discontinuously with respect to the case temperature.
【0010】また、図5は、光出力P0 変化させたとき
における発振波長と相対光出力との関係を示したもの
で、この図から発振波長によって光強度(図5における
高さ)が大きく変わることが判る。つまり、これらの図
から、シングルモード発振形半導体レーザにおいては、
ケース温度が変わると、光出力が急変(モードホップ)
することが判る。Further, FIG. 5 shows the relationship between the oscillation wavelength and the relative light output when the light output P 0 is changed. From this figure, the light intensity (height in FIG. 5) increases depending on the oscillation wavelength. I see that it will change. In other words, from these figures, in the single mode oscillation type semiconductor laser,
Light output suddenly changes when the case temperature changes (mode hop)
I understand that
【0011】本発明は、上述の事柄に留意してなされた
もので、その目的とするところは、光源ノイズを低減
し、極めて小さい微粒子でも確実に測定できる検出感度
の良好な微粒子測定装置を提供することにある。The present invention has been made in consideration of the above matters, and an object thereof is to provide a fine particle measuring device which has a low detection noise and is capable of reliably measuring even very small fine particles. To do.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る微粒子測定装置は、光源としてシング
ルモード発振形半導体レーザを用いると共に、このシン
グルモード発振形半導体レーザに内蔵されているレーザ
光量センサの出力が常に一定になるようにレーザ電流を
制御すると共に、モードホップを検出した時点でシング
ルモード発振形半導体レーザの温度制御における設定温
度を切換えるようにしている。In order to achieve the above object, a particle measuring apparatus according to the present invention uses a single mode oscillation type semiconductor laser as a light source and a laser incorporated in the single mode oscillation type semiconductor laser. The laser current is controlled so that the output of the light amount sensor is always constant, and the set temperature in the temperature control of the single mode oscillation type semiconductor laser is switched when the mode hop is detected.
【0013】[0013]
【作用】上記構成によれば、光源であるシングルモード
発振形半導体レーザに内蔵されているレーザ光量センサ
の出力が常に一定になるようにレーザ電流が制御され
る。そして、モードホップが検出されると、その時点
で、シングルモード発振形半導体レーザの温度制御にお
ける設定温度が切換えられる。これにより、光源ノイズ
が低減し、検出感度が向上する。According to the above construction, the laser current is controlled so that the output of the laser light amount sensor incorporated in the single mode oscillation type semiconductor laser as the light source is always constant. When the mode hop is detected, the set temperature in the temperature control of the single mode oscillation type semiconductor laser is switched at that time. This reduces light source noise and improves detection sensitivity.
【0014】[0014]
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照しなが
ら説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0015】先ず、図2は、本発明に係る微粒子測定装
置における光源ユニットの一例を示し、この図におい
て、1はレーザ光Lを発する光源としてのシングルモー
ド発振形半導体レーザ(以下、単に半導体レーザと云
う)で、熱伝導の良好な金属、例えばアルミニウムより
なるヒートシンク2に保持されている。この半導体レー
ザ1は、その内部にレーザ光Lを発するレーザダイオー
ドと、発せられるレーザ光Lをモニタするためのレーザ
光量センサとしてのフォトダイオードとを備えている。
そして、3,4,5は半導体レーザ1にそれぞれ設けら
れるレーザダイオード端子、フォトダイオード端子、共
通端子である。そして、ヒートシンク2は、温度検出器
6を備えると共に、ペルチェ素子7を介して熱容量の大
なるベース8に取り付けられている。First, FIG. 2 shows an example of a light source unit in a fine particle measuring apparatus according to the present invention. In FIG. 2, 1 is a single mode oscillation type semiconductor laser (hereinafter simply referred to as a semiconductor laser) as a light source for emitting a laser beam L. Therefore, the heat sink 2 is held by a heat sink 2 made of a metal having good heat conduction, for example, aluminum. The semiconductor laser 1 includes a laser diode that emits a laser beam L therein and a photodiode serving as a laser light amount sensor for monitoring the emitted laser beam L.
Reference numerals 3, 4, and 5 are a laser diode terminal, a photodiode terminal, and a common terminal provided in the semiconductor laser 1, respectively. The heat sink 2 includes the temperature detector 6 and is attached to the base 8 having a large heat capacity via the Peltier element 7.
【0016】図1は、前記光源ユニットの駆動回路の構
成例を概略的に示すもので、この図において、8,9
は、半導体レーザ1に内蔵されるレーザダイオード、フ
ォトダイオードである。10はレーザ光制御回路で、フォ
トダイオード9の検出出力に基づいて、レーザダイオー
ド8から発せられるレーザ光Lの強度が一定になるよう
に制御する。11は温度制御回路で、温度検出器6の検出
出力と後述する可変設定部19の出力に基づいてペルチェ
素子7に制御信号を出力し、半導体レーザ1のケース温
度を設定温度になるようにするものである。FIG. 1 schematically shows a constitutional example of a drive circuit of the light source unit. In FIG.
Are laser diodes and photodiodes built in the semiconductor laser 1. A laser light control circuit 10 controls the intensity of the laser light L emitted from the laser diode 8 to be constant, based on the detection output of the photodiode 9. Reference numeral 11 denotes a temperature control circuit, which outputs a control signal to the Peltier device 7 based on the detection output of the temperature detector 6 and the output of a variable setting unit 19 described later so that the case temperature of the semiconductor laser 1 becomes the set temperature. It is a thing.
【0017】12は前述したモードホップを検出する回路
で、前記フォトダイオード9の検出出力を増幅する増幅
器13、例えば 200〜 300μSで変化する信号のみを通過
させるバンドパスフィルタ14、フリップフロップ15、タ
イマー回路16、サイクリックカウンタ17、DA変換器18
などよりなり、このDA変換器18の出力は、可変設定部
19に一方の入力として加えられる。Reference numeral 12 denotes a circuit for detecting the above-mentioned mode hop, which is an amplifier 13 for amplifying the detection output of the photodiode 9, for example, a bandpass filter 14, a flip-flop 15, and a timer for passing only a signal varying in 200 to 300 μS. Circuit 16, cyclic counter 17, DA converter 18
The output of this DA converter 18 is the variable setting section.
Added to 19 as one input.
【0018】19は可変設定部で、基準電源20からの基準
電圧信号と前記モードホップ検出回路12の出力とに基づ
いてペルチェ素子7に対する制御信号を設定するもので
ある。すなわち、20は基準電源、21,22は抵抗、23は基
準電源20からの信号とモードホップ検出回路12からの信
号とを加算する加算回路である。A variable setting section 19 sets a control signal for the Peltier element 7 based on the reference voltage signal from the reference power source 20 and the output of the mode hop detection circuit 12. That is, 20 is a reference power supply, 21 and 22 are resistors, and 23 is an adder circuit that adds the signal from the reference power supply 20 and the signal from the mode hop detection circuit 12.
【0019】次に、上記構成の微粒子測定装置の動作に
ついて説明すると、図外の電源スイッチをオンすると、
レーザ光制御回路10からの信号により、レーザダイオー
ド8がレーザ光Lを発する。この場合、フォトダイオー
ド9の出力が常に一定になるようにレーザ電流が制御さ
れる。そして、このときのレーザ光Lの光量は、フォト
ダイオード9によって検出され、その検出出力は、レー
ザ光制御回路10およびモードホップ検出回路12に入力さ
れる。一方、レーザダイオード8のケース温度は、ヒー
トシンク2に設けられた温度検出器6によって検出さ
れ、その検出結果が温度制御回路11に入力される。Next, the operation of the above-structured particle measuring apparatus will be described. When a power switch (not shown) is turned on,
The laser diode 8 emits a laser beam L in response to a signal from the laser beam control circuit 10. In this case, the laser current is controlled so that the output of the photodiode 9 is always constant. The light amount of the laser light L at this time is detected by the photodiode 9, and the detection output is input to the laser light control circuit 10 and the mode hop detection circuit 12. On the other hand, the case temperature of the laser diode 8 is detected by the temperature detector 6 provided on the heat sink 2, and the detection result is input to the temperature control circuit 11.
【0020】この温度制御回路11からは、所定の設定温
度が出力され、これによって、ペルチェ素子7が加熱あ
るいは冷却動作を行い、レーザダイオード8が所定の光
出力を出力できるように、ヒートシンク2の温度がペル
チェ素子7によって温度調節される。A predetermined set temperature is output from the temperature control circuit 11, whereby the Peltier element 7 performs a heating or cooling operation, and the laser diode 8 outputs a predetermined light output so that the heat sink 2 can output. The temperature is adjusted by the Peltier element 7.
【0021】今、レーザダイオード8の光出力にモード
ホップが生ずると、レーザダイオード8の光出力に大き
いノイズが生じるので、モードホップ検出回路12から所
定の検出信号が出力される。この検出信号に基づいて前
記温度制御回路11からの設定温度が切り換えられるの
で、ノイズが低減し、従って、安定した光強度を保持さ
せることができ、これによって、高感度の検出が可能に
なる。Now, when a mode hop occurs in the optical output of the laser diode 8, a large noise is produced in the optical output of the laser diode 8, so that the mode hop detection circuit 12 outputs a predetermined detection signal. Since the set temperature from the temperature control circuit 11 is switched based on this detection signal, noise is reduced, and therefore stable light intensity can be maintained, which enables highly sensitive detection.
【0022】本発明は、上述の実施例に限られるもので
なく、例えばモードホップの検出時点で、2以上の設定
温度に切換えるようにしてもよい。また、設定温度の切
換えと同時に微粒子検出信号を一定時間オフし、ノイズ
計測を行わないようにしてもよい。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, but may be switched to two or more set temperatures at the time of detecting the mode hop, for example. Further, the particle detection signal may be turned off for a certain period of time at the same time when the set temperature is switched, and noise measurement may not be performed.
【0023】[0023]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光源ノイズが低減し、検出感度が向上する。従って、今
まで困難であった 0.1μm〜0.05μmと云うようなきわ
めて小さい微粒子をも精度よく測定することができるよ
うになった。As described above, according to the present invention,
Light source noise is reduced and detection sensitivity is improved. Therefore, it has become possible to accurately measure extremely small particles of 0.1 μm to 0.05 μm, which has been difficult until now.
【図1】本発明に係る微粒子測定装置における光源ユニ
ットの駆動回路の構成例を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example of a drive circuit of a light source unit in a particle measuring device according to the present invention.
【図2】光源ユニットの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a light source unit.
【図3】一般的な微粒子測定装置の構成の要部を示す図
である。FIG. 3 is a diagram showing a main part of a configuration of a general fine particle measuring device.
【図4】発振スペクトルの温度依存性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing temperature dependence of an oscillation spectrum.
【図5】発振スペクトルの光出力依存性を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing optical output dependence of an oscillation spectrum.
1…シングルモード発振形半導体レーザ、9…レーザ光
量センサ、F…試料流体、L…レーザ光、S…散乱光。1 ... Single mode oscillation type semiconductor laser, 9 ... Laser light amount sensor, F ... Sample fluid, L ... Laser light, S ... Scattered light.
Claims (1)
し、試料流体中の微粒子による散乱光を検出することに
よって、前記微粒子を測定する微粒子測定装置におい
て、前記光源としてシングルモード発振形半導体レーザ
を用いると共に、このシングルモード発振形半導体レー
ザに内蔵されているレーザ光量センサの出力が常に一定
になるようにレーザ電流を制御すると共に、モードホッ
プを検出した時点で前記シングルモード発振形半導体レ
ーザの温度制御における設定温度を切換えるようにした
ことを特徴とする微粒子測定装置。1. A fine particle measuring apparatus for measuring fine particles by irradiating a sample fluid with laser light from a light source and detecting scattered light from the fine particles in the sample fluid, wherein a single mode oscillation type semiconductor laser is used as the light source. And the laser current is controlled so that the output of the laser light amount sensor built in this single mode oscillation type semiconductor laser is always constant, and when the mode hop is detected, the single mode oscillation type semiconductor laser A fine particle measuring device characterized in that a set temperature in temperature control is switched.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4072626A JPH05232012A (en) | 1992-02-22 | 1992-02-22 | Fine particle measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4072626A JPH05232012A (en) | 1992-02-22 | 1992-02-22 | Fine particle measuring device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05232012A true JPH05232012A (en) | 1993-09-07 |
Family
ID=13494790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4072626A Pending JPH05232012A (en) | 1992-02-22 | 1992-02-22 | Fine particle measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05232012A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8804120B2 (en) | 2011-03-31 | 2014-08-12 | Sony Corporation | Fine particle analyzing apparatus and fine particle analyzing method |
| JP2019197022A (en) * | 2018-05-11 | 2019-11-14 | 三菱電機株式会社 | Particle detector |
-
1992
- 1992-02-22 JP JP4072626A patent/JPH05232012A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8804120B2 (en) | 2011-03-31 | 2014-08-12 | Sony Corporation | Fine particle analyzing apparatus and fine particle analyzing method |
| JP2019197022A (en) * | 2018-05-11 | 2019-11-14 | 三菱電機株式会社 | Particle detector |
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