JPS61114145A - 微粒子検出装置 - Google Patents
微粒子検出装置Info
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- JPS61114145A JPS61114145A JP59234911A JP23491184A JPS61114145A JP S61114145 A JPS61114145 A JP S61114145A JP 59234911 A JP59234911 A JP 59234911A JP 23491184 A JP23491184 A JP 23491184A JP S61114145 A JPS61114145 A JP S61114145A
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- Japan
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- laser
- laser beam
- diameter
- measured
- resonator
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- Pending
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
- G01N2021/391—Intracavity sample
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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。
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、空間に存在する微粒子を光散乱効果を利用し
て検出する微粒子検出装置に関するものである。
て検出する微粒子検出装置に関するものである。
従来から、被測定気体流に光ビームを照射して、それか
らの散乱光を検出することにより、上記気伴流中に含む
微小粒子を計測する技術は周知である。この場合、検出
性能を高めるには照射光強度を高めることが有効で、こ
のための光源として。
らの散乱光を検出することにより、上記気伴流中に含む
微小粒子を計測する技術は周知である。この場合、検出
性能を高めるには照射光強度を高めることが有効で、こ
のための光源として。
ランプ光源の代りにレーザ発振器が使用される。
これらの方式については、例えば、”ＯｐｌｕｇＥ”１
９８２年１２月号、７８頁に記載されている。この中で
レーザ光をより有効に活用するため、レーザ共振器内に
被測定気体を導き共振器内のレーザビームを照射する方
式がある。この例として、“Ｔｈｅ Ｒｅｖｉｅｗ ｏ
ｆ ５ｃｊｅｎｔｊｆｊｃ Ｌｎｓｔｒｕｏ＋ｅｎｔｓ
”第３９巻、第１２号、頁１９】６、または、第４４巻
、第９号、頁１１９３、などがある。この方式では比較
的小型のレーザ装置でも高強度のレーザビームが利用で
きる利点がある。この場合のレーザ発振器と被測定気流
の検出空間との関係は、第１図（ａ）。
９８２年１２月号、７８頁に記載されている。この中で
レーザ光をより有効に活用するため、レーザ共振器内に
被測定気体を導き共振器内のレーザビームを照射する方
式がある。この例として、“Ｔｈｅ Ｒｅｖｉｅｗ ｏ
ｆ ５ｃｊｅｎｔｊｆｊｃ Ｌｎｓｔｒｕｏ＋ｅｎｔｓ
”第３９巻、第１２号、頁１９】６、または、第４４巻
、第９号、頁１１９３、などがある。この方式では比較
的小型のレーザ装置でも高強度のレーザビームが利用で
きる利点がある。この場合のレーザ発振器と被測定気流
の検出空間との関係は、第１図（ａ）。
（ｂ）に示すようなものである。図中１はレーザ放電管
、２は共振器内のレーザビーム、３は該レーザビームに
交叉するよう発射される被測定気体流、４は該気体流中
に含む微小粒子からの散乱信号光である。第１図（ａ）
は、レーザ共振器用ミラーとして一端に球面ミラーを配
置し、他端の測定空間側に平面ミラーを配置してビーム
径の縮少をはかつている。第１図（ｂ）は、両側の反射
ミラーに平面または曲率半径の比較的大きな球面鏡を使
用し、共振器内ビーム径が一様に近くなっている。いず
れの場合も検出空間でのレーザビーム径が大きく、レー
ザビームをエネルギー密度の点から有効に活用していな
い。また、検出空間でのレーザビーム径が太いため、散
乱空間が大となり、この空間でのＮ、 、 ０２などの
気体分子からのレイリー散乱光量が増大するので、低濃
度でかつ、０．１ μ程度以下の径の微小粒子の計測で
は十分な信号・雑音比が得られない。さらには、第１図
（８）では、ミラー６の面上がビーム径最小となりつる
が、ミラー直前に検出空間を設けることは実際上不可能
である。また、ミラー面上にレーザビームを収束させた
形で使用することは、ミラー面が劣化しやすくなる上に
、局所的汚れの影響も受けやすいのでレーザ光強度が変
動しやすい欠点がある。
、２は共振器内のレーザビーム、３は該レーザビームに
交叉するよう発射される被測定気体流、４は該気体流中
に含む微小粒子からの散乱信号光である。第１図（ａ）
は、レーザ共振器用ミラーとして一端に球面ミラーを配
置し、他端の測定空間側に平面ミラーを配置してビーム
径の縮少をはかつている。第１図（ｂ）は、両側の反射
ミラーに平面または曲率半径の比較的大きな球面鏡を使
用し、共振器内ビーム径が一様に近くなっている。いず
れの場合も検出空間でのレーザビーム径が大きく、レー
ザビームをエネルギー密度の点から有効に活用していな
い。また、検出空間でのレーザビーム径が太いため、散
乱空間が大となり、この空間でのＮ、 、 ０２などの
気体分子からのレイリー散乱光量が増大するので、低濃
度でかつ、０．１ μ程度以下の径の微小粒子の計測で
は十分な信号・雑音比が得られない。さらには、第１図
（８）では、ミラー６の面上がビーム径最小となりつる
が、ミラー直前に検出空間を設けることは実際上不可能
である。また、ミラー面上にレーザビームを収束させた
形で使用することは、ミラー面が劣化しやすくなる上に
、局所的汚れの影響も受けやすいのでレーザ光強度が変
動しやすい欠点がある。
本発明の目的は、上記の点を改善し、散乱光検出に適し
たレーザ発振器構成を実現し、これに適合した被測定気
体流を含む検出セルと組合せて、高い検出性能を有する
微小粒子検出装置を提供することにある。
たレーザ発振器構成を実現し、これに適合した被測定気
体流を含む検出セルと組合せて、高い検出性能を有する
微小粒子検出装置を提供することにある。
」二記の目的を達成するため、本発明では、レーザ発振
器と該発振器を構成する外部鏡型レーザ共振器内に検出
セルを配置した構成とする。
器と該発振器を構成する外部鏡型レーザ共振器内に検出
セルを配置した構成とする。
検出セルは、被測定気体を吸引・排気する吸引ノズルお
よび排気ノズルと、被測定気体からの散乱光を集光する
集光光学系と、集光された散乱光を光電変換する受光素
子とで構成する。
よび排気ノズルと、被測定気体からの散乱光を集光する
集光光学系と、集光された散乱光を光電変換する受光素
子とで構成する。
本発明では、光共振器内でレーザビーム断面が最小値を
有するような共振器構成とし、この最小ビーム径となる
位置で、該被測定気体流と該レーザビームとが交叉する
よう」二記検出セルを配置することを特徴とする。
有するような共振器構成とし、この最小ビーム径となる
位置で、該被測定気体流と該レーザビームとが交叉する
よう」二記検出セルを配置することを特徴とする。
レーザ共振器内の最小ビーム径（２Ｗ、）は、第２図に
示すように、共振器長間隔（ｄ）、両端のミラーの曲率
半径（Ｒ，、Ｒ２）およびレーザ発振波長（λ、）で定
まり、次の式で与えられる（引用、Ｉｔ、 Ｋｏｇｅｌ
ｎｉｋ、 Ｔ、 Ｌｉ ： Ａｐｐｌ、 Ｑｐｔ、 ｓ
。
示すように、共振器長間隔（ｄ）、両端のミラーの曲率
半径（Ｒ，、Ｒ２）およびレーザ発振波長（λ、）で定
まり、次の式で与えられる（引用、Ｉｔ、 Ｋｏｇｅｌ
ｎｉｋ、 Ｔ、 Ｌｉ ： Ａｐｐｌ、 Ｑｐｔ、 ｓ
。
１５５０ （１９６６年））。
最小ビーム位置から両端ミラーＲ，、Ｒ，までの距離を
それぞれｔｌ １ ｔ２とするとｔ、＋ｔ、＝ｄ ここでレーザ発振可能なミラーの組合せは、（ｉ） ｄ
＜Ｒ，＜Ｒ，および（ｕ ） ｄ ＞ Ｒｘ ＞ Ｒ２
かつＲ，＋Ｒ，＞ｄ、の場合があり、いずれの場合も最
小ビーム径は共振器中央部よりＲ２ミラー側に存在する
。この位置に上記検出セルを配置させ、被測定気流ビー
ムとレーザビームとを交叉させ、ここでの散乱光強度を
計測し微小粒子の検出を行なう。なお、共振器内のレー
ザビーム断面を通常得られるＴＥＭｏｏモード（ガウス
分布形）とすると、レーザビーム径は中心強度ｅ−２に
低下する点で規定される。一方、被測定気流ビームの径
は、上記検出セルに配置したノズル径で決まる。
それぞれｔｌ １ ｔ２とするとｔ、＋ｔ、＝ｄ ここでレーザ発振可能なミラーの組合せは、（ｉ） ｄ
＜Ｒ，＜Ｒ，および（ｕ ） ｄ ＞ Ｒｘ ＞ Ｒ２
かつＲ，＋Ｒ，＞ｄ、の場合があり、いずれの場合も最
小ビーム径は共振器中央部よりＲ２ミラー側に存在する
。この位置に上記検出セルを配置させ、被測定気流ビー
ムとレーザビームとを交叉させ、ここでの散乱光強度を
計測し微小粒子の検出を行なう。なお、共振器内のレー
ザビーム断面を通常得られるＴＥＭｏｏモード（ガウス
分布形）とすると、レーザビーム径は中心強度ｅ−２に
低下する点で規定される。一方、被測定気流ビームの径
は、上記検出セルに配置したノズル径で決まる。
粒子の径が小さく、密度も低い場合、ガウスビームの周
辺部での散乱信号光は微弱で検出誤差を生じる。このた
めレーザビーム径は該気体流ビーム径より大きくとる必
要がある。理想的には、レーザビームの半値全幅で決ま
る径程度以下に該気体流ビーム径を定めることが望まし
いくこのときのレーザビームと気体流ビームの径の比は
１．７倍程度以下）が、測定条件によっては、該気体流
ビーム径は、レーザビーム径以下なら実用上差しつかえ
ない。
辺部での散乱信号光は微弱で検出誤差を生じる。このた
めレーザビーム径は該気体流ビーム径より大きくとる必
要がある。理想的には、レーザビームの半値全幅で決ま
る径程度以下に該気体流ビーム径を定めることが望まし
いくこのときのレーザビームと気体流ビームの径の比は
１．７倍程度以下）が、測定条件によっては、該気体流
ビーム径は、レーザビーム径以下なら実用上差しつかえ
ない。
このような構成をとることにより、レーザ共振器内のレ
ーザビーム強度を最大限に利用できると共に、散乱空間
を小〈できるので信号・雑音比を高めることができ高感
度の微粒子検出が可能となる。またレーザビーム径に対
応させた気体流ビーム径を最適化することにより高精度
の検出が可能となる。さらには、共振器面上のレーザビ
ーム強度は減少するのでミラー面の劣化防止と汚れの影
響低減が可能となり信頼性の高い微粒子検出装置が実現
できる。
ーザビーム強度を最大限に利用できると共に、散乱空間
を小〈できるので信号・雑音比を高めることができ高感
度の微粒子検出が可能となる。またレーザビーム径に対
応させた気体流ビーム径を最適化することにより高精度
の検出が可能となる。さらには、共振器面上のレーザビ
ーム強度は減少するのでミラー面の劣化防止と汚れの影
響低減が可能となり信頼性の高い微粒子検出装置が実現
できる。
以下、本発明の一実施例を第３図により説明する。第３
図（ａ）は立面図、（ｂ）は平面図である。レーザ放電
管１０の両端には曲率半径の異った高反射率のミラー１
．１，１．２が配置され、レーザ共振器を構成する。こ
こでミラー１１．１２の曲率半径は前記の（１）〜（３
）の関係式で求められたもので、この場合、共振器内に
生ずるレーザビーム１３の最小径位置１９の点で被測定
気体流２１が交叉するよう検出セル１４を配置する。
図（ａ）は立面図、（ｂ）は平面図である。レーザ放電
管１０の両端には曲率半径の異った高反射率のミラー１
．１，１．２が配置され、レーザ共振器を構成する。こ
こでミラー１１．１２の曲率半径は前記の（１）〜（３
）の関係式で求められたもので、この場合、共振器内に
生ずるレーザビーム１３の最小径位置１９の点で被測定
気体流２１が交叉するよう検出セル１４を配置する。
１．５，１．６は検出セルに装着した吸引および排気ノ
ズルで、レーザビーム径のほぼ３分の２程度の気流ビー
ム径を発生するよう構成される。
ズルで、レーザビーム径のほぼ３分の２程度の気流ビー
ム径を発生するよう構成される。
被測定気体流２１中に含はれる微小粒子により、散乱空
間２０中で発生した散乱信号光２１は集光レンズ１７で
集光され光検出器１８で検出され、微小粒子が計測され
る。
間２０中で発生した散乱信号光２１は集光レンズ１７で
集光され光検出器１８で検出され、微小粒子が計測され
る。
実際の構成例としては、レーザ放電管１０として、Ｈｅ
−Ｃｄレーザ放電管を使用し、管長を６０ａ１１、共振
器間隔を１００ａａとしたとき、ミラー１１の曲率半径
を１．５ ｍ、ミラー１２の曲率半径５ｍとすれば、Ｈ
ｅ −Ｃｄレーザの発振波長が４４２ｎｍであるから、
ビーム径最小位置はミラー１２より１ｌａｎの距離に存
在する。この位置でのレーザビーム径は６４０μｍとな
り、該レーザビームと交叉する被測定気体流ビーム径は
、この値より少なめの、例えば３分の２程度の４３０μ
ｍに保つ。このような構成をとることにより、散乱空間
を必要最小限に設定でき、しかも高強度のレーザビーム
を照射可能となる。
−Ｃｄレーザ放電管を使用し、管長を６０ａ１１、共振
器間隔を１００ａａとしたとき、ミラー１１の曲率半径
を１．５ ｍ、ミラー１２の曲率半径５ｍとすれば、Ｈ
ｅ −Ｃｄレーザの発振波長が４４２ｎｍであるから、
ビーム径最小位置はミラー１２より１ｌａｎの距離に存
在する。この位置でのレーザビーム径は６４０μｍとな
り、該レーザビームと交叉する被測定気体流ビーム径は
、この値より少なめの、例えば３分の２程度の４３０μ
ｍに保つ。このような構成をとることにより、散乱空間
を必要最小限に設定でき、しかも高強度のレーザビーム
を照射可能となる。
なお、共振器構成は関係式（１）〜（３）に従って各種
の構成をとりうろことは明らである。また、レーザ媒質
として、Ｈｅ −Ｃｄ以外にＨｅ −ＮｅやＡｒ、Ｋｒ
などの気体レーザまたは各種の固体レーザ、色素レーザ
など必要に応じて使用できる。
の構成をとりうろことは明らである。また、レーザ媒質
として、Ｈｅ −Ｃｄ以外にＨｅ −ＮｅやＡｒ、Ｋｒ
などの気体レーザまたは各種の固体レーザ、色素レーザ
など必要に応じて使用できる。
また、実施例では気体中の微粒子検出について述べたが
液体に対しても同様に適用できることは云うまでもない
。
液体に対しても同様に適用できることは云うまでもない
。
本発明によれば、レーザ共振器内のレーザビーム強度の
最大限に高めることができ、これを有効に活用できると
共に、散乱空間を必要最小限に限定できる利点があり、
信号・雑音比を高めることが可能となり高感度の微粒子
検出が可能となる。
最大限に高めることができ、これを有効に活用できると
共に、散乱空間を必要最小限に限定できる利点があり、
信号・雑音比を高めることが可能となり高感度の微粒子
検出が可能となる。
また、レーザビーム径と被測定気体流径との最適化をは
かることにより高精度の検出が可能となる。このように
して、０．１ μ以下の粒径でしかも低濃度の粒子を高
精度で検出できる微粒子検出装置が実現できる。またレ
ーザミラーの劣化や汚れの影響を防止できるので信頼性
の高い検出装置を提供できる効果がある。
かることにより高精度の検出が可能となる。このように
して、０．１ μ以下の粒径でしかも低濃度の粒子を高
精度で検出できる微粒子検出装置が実現できる。またレ
ーザミラーの劣化や汚れの影響を防止できるので信頼性
の高い検出装置を提供できる効果がある。
第１図は微粒子検出用に従来から使用されているレーザ
共振器構成を示す図、第２図は本発明に関するレーザ共
振器の構成図、第３図は本発明による検出装置の一実施
例の構成図である。
共振器構成を示す図、第２図は本発明に関するレーザ共
振器の構成図、第３図は本発明による検出装置の一実施
例の構成図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、内部にレーザ活性媒質を含むレーザ発振用光共振器
、被測定気体流を含む検出セル、該被測定気体流からの
散乱光を電気信号に変換する光検出素子からなり、該光
共振器内でレーザビームの径の最小なる位置に該検出セ
ルを配置したことを特徴とする微粒子検出装置。 ２、請求範囲第１項記載の装置において、上記被測定気
体流径を上記レーザビーム最小径以下に定めたことを特
徴とする微粒子検出装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59234911A JPS61114145A (ja) | 1984-11-09 | 1984-11-09 | 微粒子検出装置 |
| US06/721,904 US4685802A (en) | 1984-04-11 | 1985-04-10 | Small particle detection system |
| DE19853513035 DE3513035A1 (de) | 1984-04-11 | 1985-04-11 | System zum nachweis kleiner teilchen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59234911A JPS61114145A (ja) | 1984-11-09 | 1984-11-09 | 微粒子検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61114145A true JPS61114145A (ja) | 1986-05-31 |
Family
ID=16978216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59234911A Pending JPS61114145A (ja) | 1984-04-11 | 1984-11-09 | 微粒子検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61114145A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010091548A (ja) * | 2008-10-06 | 2010-04-22 | Msp Corp | 空気中の繊維を高精度でカウントする装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50104980A (ja) * | 1974-01-25 | 1975-08-19 | ||
| JPS59104533A (ja) * | 1982-12-08 | 1984-06-16 | Hitachi Ltd | 光散乱式微粒子検出器 |
-
1984
- 1984-11-09 JP JP59234911A patent/JPS61114145A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50104980A (ja) * | 1974-01-25 | 1975-08-19 | ||
| JPS59104533A (ja) * | 1982-12-08 | 1984-06-16 | Hitachi Ltd | 光散乱式微粒子検出器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010091548A (ja) * | 2008-10-06 | 2010-04-22 | Msp Corp | 空気中の繊維を高精度でカウントする装置 |
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