JPH02208531A

JPH02208531A - 真空度測定装置

Info

Publication number: JPH02208531A
Application number: JP2745789A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Shimizu; 仁清水; Satoshi Ogura; 聰小倉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-02-08
Filing date: 1989-02-08
Publication date: 1990-08-20

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は真空度測定装置に係り、特に、局所的な場所で
の真空度を測定するのに好適な真空度測定装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来、真空度を測定する装置は、真空技術入門（林義孝
著、日刊工業新聞社列）、第７７頁から第９８頁で論じ
られている。これは、真空度の測定、特に、高真空での
測定は、気体分子の数を数える必要があり、気体分子数
を数えるため、分子をイオン化してその数を電流として
計測する。この方法での測定器の電極の配置を示し、そ
の電極の電位配分を第２図で説明する。中心にイオンコ
レクタ１２があり、半径方向にグリッド１３、さらに、
フィラメント１４が配置されている。フィラメントから
の熱電子がコレクタに到達する間に気体分子はある一定
の割合でイオン化され、イオンコレクタで捕捉され、イ
オン電流として計測される。今、イオン化のための電子
電流を■。、イオン電流を１１とすると、真空度Ｐは（
１）式によって表わされる。

β　α五　ＬＩｅここで、α１はイオン化断面積、Ｌは電子の飛行距離、
βをイオンコレクタによるイオンの捕捉効率ｋＴｅは熱
電子の持っているエネルギである。

一方、レーザを用いた圧力測定は、フィジカル・レビュ
ー・レター、２６　（１９７０）第１５６頁から第１５
９頁（ＰＨＹＳＩＣＡＬ　ＲＥＶＩＥＷ　ＬＥＴＴＥＲ
２６（１９７０）ＰＰ１５６−１５９）で論じられてい
る。これはレーザ光の光圧力によって微粒子の挙動がか
わり、その結果、レーザ光の散乱量も変わることについ
て述べられている。このように、レーザ光を利用した微
粒子の計測は、その形状、あるいは、ふるまいの測定が
主である。また、微粒子の数密度の測定では微粒子数が
減少すると散乱光量も減少し、測定誤差が大きくなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、特定の領域での真空度の測定をすると
いう点については考慮がされておらず、特定の場所での
真空度を測定できないという問題があった。

また、高真空度になると測定誤差が大きくなるという問
題があった。

本発明の目的は、特定の場所での高真空の真空度を測定
する装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、測定しようとする領域にレーザ光を入射さ
せ、測定領域内の気体分子による光の吸収、あるいは、
散乱光を測定することにより達成される。

〔作用〕

測定領域内に入射したレーザ光は、その領域内に存在す
る気体分子により吸収、あるいは、散乱される。この吸
収、あるいは、散乱される光強度は、レーザ光の光路中
に存在する気体の分子数に比例するので、これらの光強
度を測定すれば、気体分子の数密度が求まる。レーザ光
の光路内の体積がわかれば、真空度が測定できる。それ
によってレーザ光の光路を変えれば、特定の領域の真空
度が測定できるようになる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。レー
ザ発振器１ａから放出される波長λ１のレーザ光６ａと
レーザ発振器１ｂから放出される波長λ２のレーザ光６
ｂとを光軸制御器２に入射させ、二つの波長のレーザ光
の光軸を一致させるように光軸制御器で制御する。光軸
制御器から出射されたレーザ光は測定領域３を透過し、
受光器４ａに入射し、レーザパワーを測定する。測定領
域では窒素、酸素等の気体分子により一部のパワーが吸
収される。一方、受光器４ｂは、直接、透過光が入射し
ないように、受光器４ａとはビーム径以上の間隔をもっ
て設置し、測定領域内で気体分子により散乱されたレー
ザ光のみを測定できる配置とする。

受光器で受信された検出信号７ａ及び７ｂは、真空度測
定器５により、真空度を求め、出力端子１１に出力する
。一方、真空度測定器５からは、レーザ発振器１に対し
て、それぞれ、制御信号８ａ、及び、８ｂが送信され、
その信号によってレーザ発振器１は発振するタイミング
を制御している。

レーザ波長は、一つの波長（λ１）を気体分子の影響が
少ない波長に選択して参照光強度とし、もう一方の波長
（λ２）を気体分子の影響の大きい波長に選択する。λ
１の波長でのレーザ光は、測定領域内の気体による散乱
以外の測定系内の雑音成分となる吸収光、及び、散乱光
を取り除くためのものである。

また、受光器４ｂに透過光が重畳することを防ぐために
、受光器４ａの中心にレーザビームが照射するように、
真空度測定器から制御信号１０ａが光軸制御駆動器９に
送信される。光軸制御部は光軸制御駆動器からの信号１
０ｂによって最適に光軸が制御される。

気体分子によって吸収される光強度は、気体分子数Ｃｏ
に比例するものと考えられ、その比例係数をレーザ波長
λ１．λ２に対して、それぞれ、εａｌ、ε＆２とすれ
ば、測定領域の光路長Ｑを透過した透過光の光強度Ｉａ
ｘ、　　Ｉａｚは（１）式によって示すことができる。

Ｉ　　ａｓ　＝　　Ｉ　　ｏｅｘｐ［−Ｃｏ　　　ｔ　
　ａｔ　　Ｑ　　コ　　　　　　　　　　　　　°−（
１）ｉ＝１．２ここでＩＯは測定領域に入射する光強度である。

・方、気体分子によって散乱される光強度も、測定領域
内に存在する気体分子数に比例するものと考えられ、そ
の比例係数をレーザ波長λ工、λ２に対してそれぞれＥ
ｓ１．Ｅ５２とすれば散乱光の光強度Ｉｓｒ　　、　Ｉ
Ｓ２’は。

Ｉｓ１′＝Ｉｏ　ｅｘｐ［−Ｃｏｔｓ’（１１−（２）
ｉ＝１．２散乱光は受光器４ｂによって受光するので（２）式で示
した全散乱光のうち一部のみを受光することになる。そ
の比を波長λ１．λ２に対してそれぞれα１及びα２と
すると、受光器４ｂの検出する信号Ｉ　Ｓ１＋　　Ｉ　
ｓｚは、Ｉｓ＋＝　ａ＋　Ｉｏ　ｅｘｐ　［−Ｃｏ　ｉ　ｓｒ　
Ｑ　］　　　　・”（３）ｉ＝１．２となる。

ここで波長に対する検出感度が等しい検出器を使用すれ
ば、透過・散乱光のλ１．λ２でのそれぞれの光強度の
差が測定領域内に存在する気体分子により吸収・散乱さ
れた光強度になる。

吸収、あるいは、散乱される光強度は、気体分子数に比
例するので、真空度が向上すると気体分子数も減少する
ので吸収量、散乱量ともに減少する。そこで、透過光強
度と散乱光強度の比より真空度を求める。すなわち、（
１）式と（３）式より、真空度Ｐは、（４）式は、レーザ光の通過する領域内のみで吸収及び
散乱により変化した光強度を測定していることになるの
で（４）式から求めた真空度は、レーザ光が通過した領
域での真空度になる。

また、この方法によれば、Ｃｏが小さくなれば散乱光の
光強度も弱くなるが、この光強度が検出限界以上であれ
ば、（４）式の信号処理により、信号対雑音比を大きく
することができる。

本実施例によれば、散乱光と透過光の両光強度を測定す
ることにより、特定の領域での真空度を測定でき、かつ
、比較的高真空での真空度を測定することができる。

真空度測定装置の他の実施例を第３図において説明する
。参照用レーザ発振器１ａと測定用レーザ発振器１ｂか
ら、それぞれ、８ａ、８ｂのタイミング信号によってレ
ーザが発振され、光軸制御器２に入射される。一方、（
ｎ＋１）個の受光器４−　（１）〜４−（ｎ＋１）は、
それぞれの間隔が光軸制御器から出射されるレーザビー
ムの径よりも大きくなるように、アレイ状に設置する。

レーザ光の光軸は、制御信号１０により、光軸制御駆動
器９を制御し、それによって光軸制御器２が動作する。

光軸制御器は、二つのレーザ光の光軸が同じになるよう
に制御され、複数個ある受光器のうちの一つを目標にな
るように設定する。

光軸制御器からｉ番目の受光器４−　（ｉ）を目標とす
るレーザ光は、その光径路内で吸収、あるいは、散乱さ
れ、透過レーザ光強度がｉ番目の受光器（４−（ｉ））
で検出され、その信号７−（ｉ）が真空度測定器５に送
信される。一方、光径路で散乱された光が、ｉ＋１番目
の受光器４−（ｉ＋１）で検出され、その信号７−（ｉ
＋１）が真空度測定器５に送信される。

真空度測定器は、第１図の実施例と同様、測定用波長で
の透過、及び、散乱光強度から参照用波長での透過、及
び、散乱光強度をそれぞれ差し引き、実際に光路内で吸
収・散乱された光強度を求める。この結果を用いて、透
過光と散乱光の比より真空度を求め、出力端子１１に出
力する。ここで得た真空度は、光軸制御器とｉ番目の受
光器とを結んだレーザ光路上の平均的な真空度になる。

レーザ光の光軸は、光軸制御器により制御できるので、
レーザ光の目標を変えることができる。

そこで、レーザ光の目標を、次に、ｉ＋１番目の受光器
になるように設定すれば、同様に光軸制御器とｉ＋１番
目の受光器を結んだレーザ光路上の平均的な真空度が測
定できる。

このように真空度を測定しながら、順次、レーザ光の目
標を変えていけば、特定の領域での真空度を、順次、測
定することができる。

本実施例によれば、多数の受光器をアレイ状に設置する
ことによって広範囲の領域内の局所的な真空度を測定す
ることができる。

真空度測定装置の他の実施例を第４図において説明する
。参照用レーザ発振器１ａ（発振波長λ１）と他の二個
のレーザ発振器１ｂ、ｌｃ　（発振波長λ２．λ８）に
おいて、レーザの波長を測定領域３の内部の気体分子の
吸収波長から選択する。すなわち、波長λｌは参照用に
使用するために、測定領域内の気体によって吸収・散乱
の少ない波長に設定する。一方、波長λ２．λ３は、測
定領域内に存在する任意の気体の吸収・散乱の大きい波
長に設定する。例えば、測定用のレーザ波長を４．３μ
園と６μｍに設定すれば、第５図に示すように、波長４
．３μｍでは、Ｃｏｘによる吸収は大きいが、水による
吸収は無視できる。それに対して、波長６μｍでは、逆
に水による吸収は大きいが、Ｃ（ｈによる吸収は無視で
きる。

このように設定した三つの波長のレーザ発振器は、それ
ぞれ発振タイミング信号８ａ、８ｂ、８ｃによって、発
振され、それぞれ光軸制御器２に入射する。

光軸制御器では、三本のレーザ光を同一の光軸になるよ
うに制御し、測定領域３に入射する。

受光器４ａ、４ｂでそれぞれ受光した光強度は、真空度
測定器５により第１図の実施例あるいは第４図の実施例
と同様に、信号用波長での透過光あるいは散乱光の光強
度から参照用波長での透過光、あるいは、散乱光の光強
度をそれぞれ差し引き、その比を求めて真空度を出力端
子１１に出力する。

ここで測定用の波長は、測定領域内に存在する任意の気
体分子の吸収波長に合うように設定するので、個々の波
長で求めた真空度は異なる。ところが得られた真空度は
、波長毎に異なった気体によって吸収・散乱された光強
度を測定しているので、選択した気体での真空度を求め
たことになる。

すなわち、前述の測定用波長を４．３μｍ　、６．０μ
ｍに設定すると、４．３μｍでレーザ光を発振した時に
得られた真空度はＣＯｚが主成分となり、−方、６μｍ
でレーザ光を発振した時に得られた真空度は水が主成分
となる。この結果、ＣＯｚと水との分圧比を求めること
ができる。また、レーザ光の測定用波長を、測定領域内
に存在する気体に合わせれば、その気体の分圧を測定す
ることができる。

本実施例によれば、特定の場所での真空度を求められ、
かつ、任意の気体の吸収波長に合わせてレーザ光波長を
設定すれば、その気体の分圧比を測定できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複数のレーザ光を同一の光軸になるよ
うに調整し、透過光と散乱光の光強度を測定すれば、レ
ーザ光路の平均の真空度が測定でき、特定の領域の真空
度も測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の真空度測定装置の系統図
、第２図は電離真空計の斜視図（ａ）および回路図（ｂ
）、第３図は本発明の真空度測定装置の他の実施例の系
統図、第４図は、レーザを用いた分圧測定用の実施例の
系統図、第５図は、レーザ光の吸収特性図である。１・・・レーザ発振器、２・・・光軸制御部、３・・・
測定領域、４・・・受光器、５・・・真空度測定部、６
・・・レーザ光路、７・・・受光信号、８・・・発振タ
イミング信号、９・・・光軸調整制御部、１０・・・制
御信号、１１・・・測定値、１２・・・イオンコレクタ
、１３・・・グリッド。１４・・・フィラメント。第図第図第図（α）第図

Claims

【特許請求の範囲】１、複数のレーザ光発生装置と、複数の光検出器とより
なる真空度測定装置において、測定領域を通過する前記レーザ光の透過光と散乱光とを
測定できるように受光器を設けたことを特徴とする真空
度測定装置。２、特許請求項第１項記載の真空度測定装置において、前記透過光と前記散乱光とを区別して測定できるように
前記レーザ光の光軸を制御できる光軸制御器を設けたこ
とを特徴とする真空度測定装置。