[实用新型]微型激光微尘粒计数器光学传感器

说明书

本实用新型涉及一种大规模半导体集成器件生产环境中微尘粒检测设备的主要部件，特别是一种微型激光微尘粒计数器光学传感器。

目前，已有的激光微尘粒计数器光学传感器，如美国TS1公司的LPC-3755型激光微尘粒计数器，德国Palas公司的HC-15型白炽光微尘粒计数器以及中国南京理工大学贺安之等人发明的便携式激光尘埃粒子计数器光学传感器(专利号：95239831.1)等，它们皆采用如透镜、球面或椭球反射镜等成像光学元件来形成微尘粒光敏测试区和作为散射光的光学收集器，其原理是，光源(激光或白炽光)首先通过一系列组合透镜被准直和聚焦后，在透镜的焦点处得到一个光敏测试区，同时该光敏测试区被设计成为光学收集器的焦点。当样气通道中的微尘粒通过这一光敏测试区时，被光源所照射，并产生散射光，这些散射光再被光学收集器收集后通过自会聚或透镜会聚至光电耦合器接收。所以，在现有技术中，无论光路如何设计，都离不开成像光学元件的聚焦特性(即成像原理)。而在微尘粒测试技术中采用成像光学元件所设计的光路存在以下一些缺点：①为保证较高的成像质量与测试灵敏度，要求光学元件有较高的表面光洁度和与之相适应的精密机械调整部件，这样会使其生产成本较高；②在大规模半导体集成器件超净生产环境中，其微尘粒的浓度不大于3.5×10^-5/cm³，这就要求微尘粒计数器光学传感器具有较大的光敏测试区，而由于把成像光学元件的焦点作为光敏测试区，限制了测试区面积的大小，一般不大于10^-2mm²，所以如此小的光敏测试区会使得微尘粒计数器的检测效率下降：③在微尘粒散射光的检测时，同样直径的微尘粒在光敏区的不同位置，其散射光的光能量是不同的，位于焦点处的微尘粒散射光能量强，容易被光电耦合器接收，而偏离焦点的激光粒散射光能量低，不易被接收，由此而产生的位置误差较大，从而造成检测误差也较大。

本实用新型的目的在于提供一种由非成像光学元件组成的体积小、结构简单且生成成本低的微型激光微尘粒计数器光学传感器。

本实用新型的目的是通过以下技术措施来实现的，这种微型激光微尘粒计数器光学传感器，其特征在于它是由激光光源、发射光导管和接收光导管构成，激光光源位于发射光导管的入口处，发射光导管由光学上片和光学下片紧密配合而成，光学下片开有矩形凹槽，凹槽内间隔设置分光镜和全反镜，光学上片与光学下片的凹槽内分光镜和全反镜对称位置开有两个矩形通道，两通道内侧纵向对称安装有柱面镜：接收光导管也是由光学上片和光学下片紧密配合而成，光学上片上开有与发射光导管中光学上片相对应的两个通道，光学下片两端开有相对称的喇叭形凹槽，在两喇叭形凹槽内与光学上片两通道的对应位置分别放有全反镜，在两喇叭形凹槽的出口处分别设置光电耦合器。测试时，样气通道垂直于发射光导管出射光路，接收光导管可位于样气通道后的任意角位置，但从整体体积考虑，可选择接收光导管与发射光导管之间为90°角。激光光源发出的具有高斯光强度分布的激光，由发射光导管的光学下片凹槽中进入，经分光镜和全反镜后形成两束平行的、光强度基本均匀的激光平面，该光平面与样气通道垂直相交并作为光敏测试区，当微尘粒以一定的速度流经样气通道后，在t₁时刻被光平面1所照射，所产生的散射光经接收光导管中光学上片一通孔和光学下片对应端喇叭形凹槽内的全反镜反射，再由该出口处的光电耦合器接收并转换成电信号，经过一段时间间隔后，该微尘粒在t₂时刻又被另一光平面照射，所产生的散射光再经接收光导管中光学上片的另一通道和光学下片的另一对应端喇叭形凹槽内的全反镜反射，最后由该出口处的光电耦合器接收并转换成电信号，两喇叭形凹槽可保证散射光在该光导管内通过反射始终向出口处的光电耦合传输。在本实用新型中，由同一微尘粒产生的两路散射光信号经过信号处理技术后，能使背景噪声大为降低，同时提高检测信号的信噪比，使之正确检测率得到提高。