专利名称：微型激光微尘粒计数器光学传感器的制作方法
技术领域：
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。
本实用新型与现有技术相比其显著的积极效果是①全部采用非成像光学元件，不需要聚焦特性，使得光敏测试区面积增大，可大于40mm2，同时使其光学部件的制造工艺更加简便、有效；②经光学导管后形成的光平面，构成光敏测试区，可使同样粒度的微尘粒在光敏测试区的不同点时，所受到照射光的强度基本相同，它产生的散射光不受位置变化而变化，因此，该技术方案大大降低了位置检测误差，经测试，在40mm2光敏测试区内的位置检测误差小于27％；③各部件可一次性制作在衬底之上，提高了精度，减少了安装调整过程，缩小了整体体积，同时使生产成本大大降低，利用发明人自开发的模压成形技术生产的光学部件成本只有传统工艺的1/10，以发射光导管与接收光导管90°角设置，其传感器的体积有只20cm(长)×10cm(宽)×10cm(高)，重量为1公斤以下。
本实用新型的具体结构由以下附图
和实施例给出。
附图是根据本实用新型所述微型激光微尘粒计数器光学传感器的结构示意图。
下面根据附图，以两光导管90°角设置的光学传感器为例对本实用新型做进一步详细说明。
参见附图，根据本实用新型制作的微型激光微尘粒计数器光学传感器，主要由激光光源1、发射光导管2和接收光导管6构成，发射光导管2和接收光导管6的管芯为聚酯塑料(n=1.52)，外层为其它聚合物，由于在制造过程中，不可能把管芯一次封入光导管的外层材料中，所以把发射、接收光导管分别分成上下两片，在制造时，先根据光导管尺寸生产出相应的模具，然后把聚酯材料放入模具，在一定的高温(～200℃)和真空条件下，通过模压生产出所需的光导管，同时将光导管的上下片合二为一。光导管的内部结构叙述如下发射光导管2的光学下片(2-1)开有6.4mm(宽)、2mm深的凹槽，凹槽内间隔设置有分光镜3和全反镜4，分光镜3的表面镀有分光膜，其透射率50％，反射率50％，发射光导管2的光学上片(2-2)开有两个6.4mm长、2mm宽的矩形通道，两通道内侧纵向设置对称的柱面镜5，它主要是对光束起准直作用，光学上片(2-2)与光学下片(2-1)组合时，应注意将光学上片的两个通道分别对应光学下片中的分光镜3和全反镜4，为更好地吸收光束并消除杂光，在发射光导管的出射光路上还可设置一个光学吸收器，样气通道9位于发射光导管2的出射光路上，并垂直于出射光束。接收光导管6与发射光导管2呈90°角设置，接收光导管6的光学上片(6-1)上也开有与发射光导管2的光学上片相对应的两个通道，接收光导管6的光学下片(6-2)两端开有对称的喇叭形凹槽，凹槽出口宽度为2mm方形，在两喇叭形凹槽底端分别放有全反镜7，全反镜7分别接收从光学上片(6-2)中两通道的光束，在喇叭形出口处分别放置光电耦合器8(如光电二极管)，接收光导管6的光学下片(6-2)上的两个对称喇叭形凹槽，其斜面设计应保证散射光在该凹槽导管内通过反射始终能向光电耦合器8传输。
权利要求1.一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[1]、发射光导管[2]、接收光导管[6]构成，光源[1]位于发射光导管[2]的入口处，发射光导管[2]由光学下片[2-1]和光学上片[2-2]紧密配合而成，光学下片[2-1]上开有凹槽，凹槽内间隔设置分光镜[3]和全反镜[4]，光学上片[2-2]与光学下片[2-1]凹槽内分光镜[3]和全反镜[4]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[5]；接收光导管[6]也由光学上片[6-1]和光学下片[6-2]紧密配合而成，光学上片[6-1]上开有与发射光导管[2]中光学上片[2-1]相对应的两个通道，光学下片[6-2]两端开有对称的喇叭形凹槽，在两喇叭形凹槽内与光学上片[6-1]两通道对应位置分别放有全反镜[7]，在两喇叭形凹槽的出口处分别设置有光电耦合器[8]。
2.根据权利要求1所述的微型激光微尘粒计数器光学传感器，其特征在于发射光导管2与接收光导管[6]的管芯为聚酯塑料，外层材料为其它聚合物。
3.根据权利要求1或2所述微型激光微尘粒计数器光学传感器，其特征在于发射光导管[2]与接收光导管[6]之间为90°角设置。
4.根据权利要求1或2所述的微型激光微尘粒计数器光学传感器，其特征在于发射光导管[2]中的分光镜[3]表面镀有分光膜。
专利摘要本实用新型公开了一种微型激光微尘粒计数器光学传感器,它是由激光光源、发射光导管和接收光导管构成,发射光导管将激光分成两束平行的、光强度基本均匀的光平面,照射样气通道内微尘粒的散射光由接收光导管传输给光电耦合器。本实用新型体积小,重量轻,全系统均采用非成像元件,光敏测试区大于40mm
文档编号G06E3/00GK2331992SQ97243028
公开日1999年8月4日 申请日期1997年12月8日 优先权日1997年12月8日
发明者罗军, 吴军基 申请人:罗军