本发明专利技术说明了一种在流体中检测颗粒的装置，该装置可以检测较小的颗粒而无需增加倍率和空间且可以廉价地实施。该装置利用了两个反射镜和一个光电二极管。光电二极管的壳体被加工形成所述两个反射镜中的一个。该两个反射镜具有特殊的位置，以使第二反射镜利用第一反射镜将因颗位偏转的光反射回光电二极管。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
一种用光检测流体中颗粒的装置，使用两个反射镜以将偏转光反射回一个检光装置且其中一个反射镜由检光装置的壳体形成。由于半导体的尺寸小，在制造半导体时，关键是不允许颗粒沾污制造过程。小至1微米甚至更小的颗粒都会沾污制造过程。第一代半导体加工厂房使用了所谓的开放舞厅的概念。在这里，进行了保持整个厂房无颗粒的尝试。后来的每一代厂房均将清除颗粒的净化间设计得越来越小。加工厂房的最新设计具有所谓的微环境。这些环境仅足够容纳加工硅片的刀具。硅片在一个与刀具相连的容器中，通过一种类似于两个空间码头运输的工序在刀具间运输。其目的是排除颗粒进入晶片运输仓或刀具微环境的可能性。为了阻止昂贵的硅片被颗粒污染，需要持续不断的监视刀具的微环境。刀具的微环境基本不大于容纳刀具所必要的空间。由于增加微环境的空间价格昂贵且半导体不断地变小，要求颗粒检测器可以检测出越来越小的颗粒却仍保持小尺寸。图1示出了针对颗粒检测器的一种基本设计。各组件悬空以方便理解其相互间的关系。三个基本组件为一个光源10，一个检光装置20，及一个颗粒流源30。示出了三条分别垂直于三个基本组件的轴1、2、3。这些轴可以但不必须如欧氏几何中那样相互垂直。箭头31指示颗粒流的方向。箭头11指示光15的方向。在大多数相关技术中，光源10是一个激光器，检光装置20是一个光电二极管，并通过用一个常规泵(未示出)沿轴3推动或拉动颗粒得到颗粒流30。在图1、3及5中，如光线跟踪所惯用的那样，用直线表示由光源10发出的光线15，并用小圆圈表示颗粒35。为了达到说明的目的，夸大了颗粒的尺寸。由颗粒源发出的具有一定速度的颗粒与光线15相交。观察区40对应颗粒流35和光线15的三维交点。如讨论颗粒检测器时惯用的那样，用一个球体表示观察区40。下面说明一个如何检测颗粒的例子。为了阐述操作的基本方法，将使用一个光15的简单模型，这样可以使用光线跟踪。颗粒流35穿过观察区40，光线15撞击颗粒35。在图1中，第一光线101，第三光线103，第四光线104，及第五光线105与颗粒35相撞并发生散射。为了讨论的目的，这四束光线101、103、104、105将被称为散射光线101、103、104、105。第二光线102不与颗粒35相撞。大多数光15不会与颗粒35相碰撞且仅会穿过观察区40并沿轴1继续前进。在大多数相关技术中，光线15将会进入一个常见的光陷阱(未示出)。第四光线104将与检光装置20相碰撞；而第一光线101，第三光线103，第四光线104将不会与检光装置20相碰撞。撞击检光装置20的第四光线104被用来定义撞击颗粒33的存在，并基于信号强度定义颗粒33的尺寸。对颗粒数量的精确计算及颗粒尺寸的精确测量是基于高于系统背景噪音的信号强度。信噪比越大，能够被检测到并被测量尺寸的颗粒越小。系统的噪声是由杂散光撞击检光装置20产生的。通过检光装置20收集的在观察球内发生散射的光线101、103、104、105越多，颗粒检测器的灵敏度将越高。相关技术涉及通过重定向不命中检光装置20的散射光线，从而提高颗粒检测器纪录散射光线101、103、104、105的能力。这种重定向由反射镜实现。基本原理为检光装置20能够检测到的散射光线101、103、104、105越多，那么颗粒检测器的灵敏度越高，且对于一个由激光器10给定的灵敏度，颗粒检测器20所需要消耗的能量越少。图2是一种改进的颗粒探测器的俯视图。在基本设计上增加了一个反射镜50，反射镜置于与检光装置20相对的一侧。颗粒流35在图2中并未示出，但是与纸面成直角进入纸内。光线15沿轴1行进并与观察区40内的颗粒相碰撞且发生散射。反射镜50将第十光线110、第十一光线111、第十二光线112，及第十三光线113这些不会命中检光装置20的光线反射至检光装置20上。这是通过将反射镜制成一个焦点位于观察区40且另一个焦点位于检光装置20的椭球面镜50实现的。这种配置依赖于椭球面镜50的由一个焦点51发出的光线15将会被椭球面镜反射至另一焦点52这一基本特性。在图2中，第十六光线116及第十七光线117通过撞击颗粒35而发生散射且直接射向检光装置20。由于其既没有命中反射镜50也没有命中检光装置20，那些发生散射的但仍没有被收集的光线未被示出。通过从与检光装置20相对的一侧聚焦发生散射的第十光线110、第十一光线111、第十二光线112、第十三光线113，反射镜50改进了检光装置20处的信号强度。于1983年12月17日授予弗罗默的第4,422,761号美国专利阐明了这种观察区40位于椭球面镜的两个焦点51、52之一上的基本的单反射镜设计。图2中的弗罗默的单椭球面镜设计的局限性在于第十四光线114及第十五光线115经颗粒35散射，却未被检测器20捕获20。这降低了颗粒传感器的灵敏度。这一问题的一种可行的解决方案是增大检光装置20的尺寸；然而，任何更大的检光装置20均价格昂贵且需要定制。相关技术涉及通过与第一反射镜相对的第二反射镜反射第十四光线114和第十五光线115这些未命中的散射光线的方法。于1998年6月16日授予俞法的第5,767,967号美国专利阐述了一种相对椭球面镜的布置，如图2中，观察球40位于一个椭球面镜的焦点处。然而，该装置需要一个第二椭球面镜，该椭球面镜不仅价格昂贵还需要在检光装置20后方的空间。此外，该装置需要一种造价高昂的球面形的检光装置20。第二椭球面镜附加的空间难以构建一个小型颗粒检测器。制造手持装置及在较大装置如硅片刀具中安装颗粒检测器均需要小型颗粒检测器。此外，由于在颗粒检测器壳体内没有足够的空间容纳此额外的空间，在检光装置20后方的第二椭球面镜所需的附加空间阻碍了现有的单反射镜检测器的升级。这样，带来了对一种颗粒检测器的需求，这种颗粒检测器基于一面在其一个焦点具有一个观察区40的椭球面镜50，这种检测器具有一面造价不昂贵的第二反射镜且检测器的体积无需因容纳颗粒检测器而增加。此外，检测器不需要一个特殊的检光装置20。
技术实现思路
阐述了一种用于检测流体中颗粒的装置，该装置使用一个第一椭球面镜，椭球面镜的其中一个焦点处有一个观察球，另一个焦点处有一个检光装置。观察球是流体流和光相交处。光由一个常规激光器提供。装置的灵敏度与观察球中经颗粒散射后到达检光装置的光所占的百分比成比例。使用了一个第二反射镜以增加到达检光装置的散射光的数量。该检光装置与第二反射镜平齐以使需要容纳颗粒检测器的体积最小化。第二反射镜通过使光通过第一反射镜的第一焦点反射回来，以使第一反射镜随后将光反射回检光装置来利用第一反射镜。在优选的实施方式中，第一反射镜为椭球形，且其第一焦点在观察球的中心，第二焦点在检光装置处。第二反射镜为球面形，其半径或曲率半径中心在观察球的中心。这种布置允许第二反射镜利用第一反射镜将散射光送至检光装置并允许反射镜尽可能的紧凑。在优选的实施方式中，通过将光电二极管的外壳加工成具有一个半径与第二反射镜表面与观察球之间的距离相等的适当的球面形，使得第二反射镜价格低廉。使用光电二极管的外壳为使额外空间最小化提供了可能且实现起来成本低廉。此外，还为现存的颗粒检测器与新的反射镜相配合提供了可能。附图说明图1示出了一种使用光的颗粒检测器的基本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种颗粒传感器，包括：一个检光装置；一个与所述检光装置相关联的壳体；以及，一个在所述壳体上的第一内凹反射面。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：洛克D波奇，斯科特H萨尔顿，托马斯C桑德斯，威廉L小沙德，
申请(专利权)人：光屋环球解决方案有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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