特許 7311645 粒子を特徴付けるためのセンサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-10

(45)【発行日】2023-07-19

(54)【発明の名称】粒子を特徴付けるためのセンサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20230711BHJP

   G01N 15/10 20060101ALI20230711BHJP

【ＦＩ】

G01B11/00 A

G01N15/10 A

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021576952

(86)(22)【出願日】2020-04-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-09-01

(86)【国際出願番号】 EP2020060392

(87)【国際公開番号】W WO2020259889

(87)【国際公開日】2020-12-30

【審査請求日】2022-03-10

(31)【優先権主張番号】102019209213.6

(32)【優先日】2019-06-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】521038809

【氏名又は名称】クー．アント ゲー・エム・ベー・ハー

【氏名又は名称原語表記】Ｑ．ａｎｔ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｈａｎｄｗｅｒｋｓｔｒａｓｓｅ ２９， ７０５６５ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】ミヒャエル フェアチュ

(72)【発明者】

【氏名】シュテファン ヘンゲスバッハ

【審査官】櫻井 仁

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－１８５７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０２４５５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－０７４８３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

Ｇ０１Ｎ １５／００－１５／１４

Ｇ０１Ｎ ２１／００－２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７－２１／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

粒子（Ｐ）を特徴付けるための、粒子の位置（Ｐ_Ｘ，Ｐ_Ｙ）、粒子の速度（ｖ_Ｘ，ｖ_Ｙ）、粒子の加速度（ａ_Ｘ，ａ_Ｙ）、及び／又は、粒子のサイズ（Ｄ）を特定するためのセンサ装置（１）であって、
前記センサ装置（１）は、送信機（２）と、集束光学系（８）と、受信機（４）とを含み、
前記送信機（２）は、
レーザビーム（３）を生成するためのレーザ源（５）と、
前記レーザビーム（３）の局所的な強度（Ｉ（Ｘ，Ｙ））と局所的な偏光方向（Ｒ（Ｘ，Ｙ））との異なる組合せを各位置（Ｘ，Ｙ）において有する、前記レーザビーム（３）の界分布（１１，１１ａ）を生成するためのモード変換デバイス（７）とを備えており、
前記集束光学系（８）は、焦点面（９）における、前記粒子（Ｐ）が通過する少なくとも１つの測定領域（１０；１０ａ～１０ｃ）に、前記レーザビーム（３）の前記界分布（１１）を集束させ、
前記受信機（４）は、
前記少なくとも１つの測定領域（１０；１０ａ～１０ｃ）における前記レーザビーム（３）の前記界分布（１１，１１ａ）の偏光関連強度信号（Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３，Ｉ_４）を求めるためのアナライザ光学系（１４）と、
前記偏光関連強度信号（Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３，Ｉ_４）に基づいて、前記粒子（Ｐ）を特徴付ける、前記粒子の位置（Ｐ_Ｘ，Ｐ_Ｙ）、前記粒子の速度（ｖ_Ｘ，ｖ_Ｙ）、前記粒子の加速度（ａ_Ｘ，ａ_Ｙ）及び／又は前記粒子のサイズ（Ｄ）を特定するための評価デバイス（２０）と、
を備えている、
粒子（Ｐ）を特徴付けるためのセンサ装置（１）。

【請求項2】

前記モード変換デバイス（７）は、放射状に対称な偏光方向（Ｒ（Ｘ，Ｙ））において前記界分布（１１）を生成するように、又は、線形に一定の偏光方向（Ｒ（Ｘ，Ｙ））において前記界分布（１１ａ）を生成するように構成されている、
請求項１に記載のセンサ装置。

【請求項3】

前記モード変換デバイス（７）は、位相板として、回折光学要素として、フォトニック結晶ファイバとして、又は、液晶として構成されている、
請求項１又は２に記載のセンサ装置。

【請求項4】

前記レーザ源（５）は、パルス状レーザビーム（３）を生成するように構成されている、
請求項１から３までのいずれか１項に記載のセンサ装置。

【請求項5】

前記送信機（２）は、ビーム経路において、前記モード変換デバイス（７）の後に配置されている、前記モード変換デバイス（７）によって生成された前記界分布（１１，１１ａ）を有する複数の部分ビーム（３ａ～３ｃ）に前記レーザビーム（３）を分割するためのビームスプリッタデバイス（２６）を有しており、
前記集束光学系（８）は、前記焦点面（９）における複数の測定領域（１０ａ～１０ｃ）における前記複数の部分ビーム（３ａ～３ｃ）の集束のために構成されており、
前記受信機（４）は、それぞれ異なる遅延持続時間（Δｔ_ａ，Δｔ_ｂ，Δｔ_ｃ）における、前記複数の部分ビーム（３ａ～３ｃ）の遅延のための遅延デバイス（２７）を有する、
請求項１から４までのいずれか１項に記載のセンサ装置。

【請求項6】

前記ビームスプリッタデバイス（２６）は、同一の波長（λ_ａ，λ_ｂ，λ_ｃ）を有する前記複数の部分ビーム（３ａ～３ｃ）を生成するための回折光学要素及び／又は少なくとも１つのマイクロレンズアレイを有する、
請求項５に記載のセンサ装置。

【請求項7】

前記ビームスプリッタデバイス（２６）は、異なる波長（λ_ａ，λ_ｂ，λ_ｃ）を有する前記複数の部分ビームを生成するための回折光学要素を有しており、
前記遅延デバイス（２７）は、それぞれ異なる遅延持続時間（Δｔ_ａ，Δｔ_ｂ，Δｔ_ｃ）における、異なる波長（λ_ａ，λ_ｂ，λ_ｃ，…）を有する前記部分ビーム（３ａ～３ｃ）の遅延のための回折光学要素又は分散光学要素を有する、
請求項５に記載のセンサ装置。

【請求項8】

前記アナライザ光学系（１４）は、前記アナライザ光学系（１４）の前記ビーム経路を第１の検出ビーム経路（１６ａ）と第２の検出ビーム経路（１６ｂ）とに分割するためのビームスプリッタ（１５）を含む、
請求項５に記載のセンサ装置。

【請求項9】

前記第１の検出ビーム経路（１６ａ）は、第１の偏光ビームスプリッタ（１７ａ）並びに第１の光学的な検出器（１８ａ）及び第２の光学的な検出器（１８ｂ）を含み、
前記第２の検出ビーム経路（１６ｂ）は、第２の偏光ビームスプリッタ（１７ｂ）並びに第３の光学的な検出器（１８ｃ）及び第４の光学的な検出器（１８ｄ）を含む、
請求項８に記載のセンサ装置。

【請求項10】

前記アナライザ光学系（１４）は、偏光回転式デバイス（１９）を有しており、前記偏光回転式デバイス（１９）は、前記第１の偏光ビームスプリッタ（１７ａ）の前又は前記第２の偏光ビームスプリッタ（１７ｂ）の前において、前記レーザビーム（３）の偏光方向を４５°回転させる、
請求項９に記載のセンサ装置。

【請求項11】

前記アナライザ光学系（１４）の前記ビームスプリッタ（１５）から、前記第１の光学的な検出器から前記第４の光学的な検出器（１８ａ～１８ｄ）までの光路長は、同一の長さである、
請求項９又は１０に記載のセンサ装置。

【請求項12】

前記評価デバイス（２０）は、前記第１の光学的な検出器（１８ａ）及び前記第２の光学的な検出器（１８ｂ）の、求められた前記偏光関連強度信号（Ｉ_１，Ｉ_２）から和信号（Ｉ_１＋Ｉ_２）及び／又は差信号（Ｉ_１－Ｉ_２）を形成するように、及び／又は、前記第３の光学的な検出器（１８ｃ）及び前記第４の光学的な検出器（１８ｄ）の、求められた前記偏光関連強度信号（Ｉ_３，Ｉ_４）から他の和信号（Ｉ_３＋Ｉ_４）及び／又は他の差信号（Ｉ_３－Ｉ_４）を形成するように、構成されている、
請求項９から１１までのいずれか１項に記載のセンサ装置。

【請求項13】

前記評価デバイス（２０）は、前記和信号（Ｉ_１＋Ｉ_２）及び／又は前記他の和信号（Ｉ_３＋Ｉ_４）から前記粒子のサイズ（Ｄ）を計算するように構成されている、
請求項１２に記載のセンサ装置。

【請求項14】

前記評価デバイス（２０）は、前記差信号（Ｉ_１－Ｉ_２）及び／又は前記他の差信号（Ｉ_３－Ｉ_４）に基づいて、前記焦点面（９）における前記粒子の位置（Ｐ_Ｘ，Ｐ_Ｙ）及び／又は前記粒子の速度（ｖ_Ｘ，ｖ_Ｙ）及び／又は前記粒子の加速度（ａ_Ｘ，ａ_Ｙ）を計算するように構成されている、
請求項１２又は１３に記載のセンサ装置。

【請求項15】

前記測定領域（１０）内の前記焦点面（９）と交差する他の焦点面（９ａ）において他のレーザビーム（３ａ）を集束させるための他の送信機（２ａ）と、
前記他のレーザビーム（３ａ）を受信するための他の受信機（４ａ）と、
をさらに含み、
前記評価デバイス（２０）は、３つの空間方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、粒子の位置（Ｐ_Ｘ，Ｐ_Ｙ，Ｐ_Ｚ）、粒子の速度（ｖ_Ｘ，ｖ_Ｙ，ｖ_Ｚ）、粒子の加速度（ａ_Ｘ，ａ_Ｙ，ａ_Ｚ）、及び／又は、粒子のサイズ（Ｄ_Ｘ，Ｄ_Ｙ，Ｄ_Ｚ）を特定するように構成されている、
請求項１から１４までのいずれか１項に記載のセンサ装置。

【請求項16】

前記送信機（２）は、出射窓（２１ａ）を備えたハウジング（２３）を有しており、前記受信機（４）は、入射窓（２１ｂ）を備えたハウジング（２４）を有しており、これらの間に前記焦点面（９）が形成されている、
請求項１から１５までのいずれか１項に記載のセンサ装置。

【請求項17】

前記送信機（２）と前記受信機（４）とは、互いに固定的に結合されている、
請求項１から１６までのいずれか１項に記載のセンサ装置。

【請求項18】

前記送信機（２）と前記受信機（４）とは互いに固定的に結合されておらず、
前記送信機（２）と前記受信機（４）との間の光学的な接続が、能動的なレーザビーム安定化によって維持される、
請求項１から１５までのいずれか１項に記載のセンサ装置。

【請求項19】

前記受信機（４）は、前記レーザビーム（３）のビーム成分を空間分解式検出器、特にカメラ（２２）に取り出すための他のビームスプリッタ（１３）を有する、
請求項１から１８までのいずれか１項に記載のセンサ装置。

【請求項20】

特にＥＵＶビーム生成設備（３０）のための光学的な装置であって、
粒子（Ｐ）が目標領域（３６）に供給可能な真空チャンバ（３８）と、
請求項１から１９までのいずれか１項に記載の、前記真空チャンバ（３８）内の前記粒子（Ｐ）を特徴付けるセンサ装置（１）と、
を含む光学的な装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、粒子を特徴付けるための、特に、粒子の位置、粒子の速度、粒子の加速度、及び／又は、粒子のサイズを特定するためのセンサ装置に関する。本発明はまた、このようなセンサ装置を備えた、例えばＥＵＶビーム生成設備用の光学的な装置に関する。

【背景技術】

【0002】

粒子又は粒子流の特徴付け、例えば、粒子のサイズ／体積、粒子の位置又は軌道及び粒子の速度又は飛行方向の特徴付けは、化学産業、製薬産業又は半導体産業などの多くの業界にとって非常に重要である。特に、粒子が小さい場合、即ち、粒子のサイズがナノメートルの範囲及びマイクロメートルの範囲にある場合及び粒子が高い周波数で流れる場合、確立されたセンサシステムは、自身の限界に突き当たる。さらに、粒子が液体中を移動する場合、粒子の特徴付けには極めて多くの労力を伴う。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

発明の課題
本発明の課題は、特にリアルタイムで、異なるタイプの媒体中の粒子を特徴付けるために使用することができるセンサ装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

発明の主題
上述の課題はセンサ装置によって解決され、このセンサ装置は、送信機と、集束光学系と、受信機とを含み、送信機は、レーザビームを生成するためのレーザ源と、局所的な強度と局所的な偏光方向との異なる組合せを各位置において有する、レーザビームの界分布を生成するためのモード変換デバイスとを備えており、集束光学系は、焦点面における、粒子が通過する少なくとも１つの測定領域に、レーザビームの界分布を集束させ又はイメージングし、受信機は、少なくとも１つの測定領域におけるレーザビームの界分布の偏光関連強度信号を求めるためのアナライザ光学系と、偏光関連強度信号に基づいて、特に強度信号の時間経過に基づいて、粒子を特徴付ける、特に、粒子の位置、粒子の速度、粒子の加速度、及び／又は、粒子のサイズを特定するための評価デバイスとを備えている。

【0005】

ここに記載するセンサ装置は、局所的な強度分布と局所的な偏光方向との間に明確な相関関係を有する界分布又は光学モードの生成に基づいている。このような光学モードの形態における測定領域を通って移動する粒子は、界分布の強度と偏光との両方の時間的な変化を引き起こす。光学モードの厳密に１つの部分領域又は厳密に１つの位置への各偏光／強度の組合せが明確に割り当て可能であることによって、（現在の）粒子の位置が特定され、強度信号の時間経過に基づいて、粒子の時間経過、即ち、粒子の軌道も特定される。即ち、評価デバイスは、空間座標又は軌道を逆算するように構成されている。（現在の）粒子の速度又はその時間経過も、強度信号の時間経過に基づいて特定される。同様に、粒子のサイズ又はその時間経過を特定することができる。本出願の文脈では、粒子のサイズは、焦点面における粒子の断面積を意味すると理解される。このセンサ装置においては、粒子は、ＧＨｚ範囲の高速で特徴付けされる。即ち、粒子の検出又は特徴付けをリアルタイムで行うことができる。

【0006】

送信機は、レーザ源とモード変換デバイスとの両方を含む。基本的に、あらゆるタイプのレーザがレーザ源として適している。例えば、レーザ波長が１５５０ｎｍで光学的なパワーが１００ｍＷのレーザダイオードをレーザ源として使用することができる。このようなレーザ源は、センサ装置の基本原理を制限することなく、他のレーザ波長を有するレーザによって置き換え可能である。従って、センサ装置又は使用される測定方法は、それが可視スペクトル外であっても、利用可能な任意のレーザ波長及び複数のレーザ波長の組合せのもとで実装される。従って、多数の異なる媒体（気体、液体又は固体）において粒子を特徴付けるために、このセンサ装置を使用することができる。レーザ源によって生成されるレーザビームの横モードプロファイルは通常ＴＥＭ_００であるが、レーザ源は場合によっては他のモードプロファイルを生成することもできる。

【0007】

レーザビームを、送信機において、例えばレンズの形態の少なくとも１つの集束光学要素を有する集束光学系によって焦点面に集束させることができ、ここでは、モード変換デバイスによって生成された界分布が焦点面にイメージングされる。レーザビームを、集束光学系によってコリメートし、任意選択的にテレスコープによって拡大することができ、これによって、ビーム断面を、ビーム経路において後続するモード変換デバイスに合わせることができ、その結果、モード変換デバイスが最適に照射される。集束光学要素の焦点距離は、送信機と粒子流若しくは特徴付けられる粒子との間の所望の、十分に大きい動作間隔に合わせられており又は場合によって合わせることができる。焦点面の測定領域は一種の「仮想センサ面」を形成する。この「仮想センサ面」は、粒子の遠隔特徴付けを可能にし、この際に焦点面又は粒子の場所にセンサを位置付ける必要はない。集束光学系は、レトロフォーカスレンズを有するものとしてよい。集束光学系は、焦点面への焦点サイズの調整のために、ズーム光学系も有するものとしてよい。

【0008】

一実施形態においては、モード変換デバイスは、放射状に対称な偏光方向においてレーザビームの界分布を生成するように、又は、線形に一定の偏光方向において界分布を生成するように構成されている。上述したように、粒子センサは、界分布又は横ビームプロファイル（即ち、レーザビームの伝搬方向に対して垂直）の光学的な横モード及び光学的な偏光モードの固有の絡み合いに基づいている。モード変換デバイスは、（ａ）レーザビームに付加的な横位相を加える、（ｂ）レーザビームの局所的な偏光を局所的に変化させる、ように構成されている。このようにして、焦点面における焦点合わせの際に、（ａ）振幅／強度及び（ｂ）偏光ベクトルの方向（偏光方向に相当する）の各組合せが、ビームプロファイルの明確に定められた横位置にのみ存在する電磁界分布が生じる。このような界分布の例は、放射偏光、即ち、放射状に対称な偏光分布であり、これは、ＴＥＭ０１モードとＴＥＭ１０モードとの重ね合わせによって表される。他の例は、放射状の偏光を有し、強度が１つの方向において連続的に上昇する界分布である。このようにして、線上の各点の強度が異なるため、強度と偏光方向との組合せを明確に１つの点に割り当てることができる。異なる線上の点は、異なる偏光方向を有するので、同様に、互いに区別可能である。

【0009】

他の実施形態においては、モード変換デバイスは、（場合によってはセグメント化された）位相板として、回折光学要素として、フォトニック結晶ファイバとして又は液晶として構成されている。基本的には、異なる光学要素において、横位相を加え、偏光を局所的に変化させることが可能である。しかし、通常は、位相及び偏光の両方の変更を同一の光学要素で行うことが有利である。これは、例えば、上述のタイプの光学要素によって実現可能である。

【0010】

他の実施形態においては、レーザ源は、好ましくは１ｎｓ未満のパルス持続時間を有する、パルス状レーザビームを生成するように構成されている。基本的に、レーザ源は連続波ビーム（ｃｗビーム）を生成するように構成されるものとしてよい。ここに記載する実施形態においては、レーザ源は、パルス状レーザ源又はパルス状レーザシステムであり、例えば、ピコ秒範囲のパルス持続時間を有するレーザパルスを生成することができる超短パルスレーザである。以下においてより詳細に説明するように、パルス状レーザビームを使用して、焦点面における測定領域又は仮想センサ面を大きくすることができる。連続波ビームでの動作方式とパルス状レーザビームでの動作方式との間における切り替えを行うことができるレーザ源も使用可能であることが自明である。

【0011】

他の実施形態においては、送信機は、ビーム経路において、モード変換デバイスの後に配置されている、モード変換デバイスによって生成された界分布を有する複数の部分ビームにレーザビームを分割するためのビームスプリッタデバイスを有しており、集束光学系は、焦点面における複数の測定領域における複数の部分ビームの集束のために構成されている。受信機は、好ましくは、それぞれ異なる遅延持続時間における、複数の部分ビームの遅延のための（光学的な）遅延デバイスを有する。このようなケースでは、仮想センサ面は、焦点面において、複数の測定領域を空間的に隣り合わせに生成することによって大きくなる。

【0012】

この目的のために、レーザビームは、ビームスプリッタデバイスによって所望の複数の部分ビームに分割され、これらの部分ビームはそれぞれ、モード変換デバイスによって生成された同様の界分布を有する。集束光学系は、焦点面における複数の測定領域に、特に、通常は規則的な配置で、即ち、Ｎ個の行及びＭ個の列で配置されているＮ×Ｍ個の測定領域の数を有するグリッド又はアレイにより部分ビームを集束させる。この目的のために、集束光学系は、例えば、複数の集束レンズ、又は、１つ又は複数のレンズアレイを有するものとしてよい。

【0013】

Ｎ×Ｍ個の部分ビームの数に対応する数の、アナライザ光学系又は受信機をセンサ装置内に設けることが可能である。このようなケースでは、（光学的な）遅延デバイスを省略することができ、又は、このような遅延が総じて必要とされる場合には、（光学的な）遅延デバイスをアナライザ光学系の強度信号の純粋な電子的な遅延によって置き換えることができる。

【0014】

受信機において遅延デバイスは、各測定領域を通過した偏光関連強度信号又は部分ビームを異なる遅延持続時間により時間的に次のように遅延させるために使用される。即ち、異なる測定領域から発せられたパルス状部分ビームが異なる時点においてアナライザ光学系に入り、そこに存在している光学的な検出器に入射するように遅延させるために使用される。遅延デバイスは、通常、アナライザ光学系への各部分ビームの異なる光路長を生成することによって異なる遅延を可能にする。この（光学的な）遅延デバイスによって、アナライザ光学系を１つだけ用いて、複数の部分ビームを評価することが可能になる。

【0015】

遅延が異なるため、異なる測定領域による空間分解能の、時間分解能又は時間的に変化する信号への変換が可能である（時分割多重化）。各パルス状部分ビームによって生成された、時間的に変化する信号又は偏光パラメータの割り当てを容易にするために、トリガ値を生成することができる。これは、例えば、完全な吸収を行う測定領域を使用することによって、又は、アナライザ光学系によって求められた偏光関連強度信号の、トリガ値若しくはトリガ信号を生成するために使用される測定領域への明確な割り当てを可能にするように、部分ビームのうちの１つの部分ビームを変調することによって行われる。

【0016】

発展形態においては、ビームスプリッタデバイスは、同一の波長を有する複数の部分ビームを生成するための回折光学要素及び／又は少なくとも１つのマイクロレンズアレイを有する。この実施形態においては、レーザビームは、回折光学要素で複数の部分ビームに分割され、複数の部分ビームは、それぞれ（ほぼ）同一の波長を有する。次に、空間的に分離されているこれら部分ビームが、遅延デバイスの少なくとも１つの光学要素によって、例えば、ガラスプレート又はウェッジプレートによって異なる程度で遅延させられる。

【0017】

選択的な発展形態においては、ビームスプリッタデバイスは、異なる波長を有する複数の部分ビームを生成するための回折光学要素を有しており、遅延デバイスは、好ましくは、それぞれ異なる遅延持続時間における、異なる波長を有する部分ビームの遅延のための回折光学要素又は分散光学要素として構成されている。このようなケースにおいては、各部分ビームは、異なる波長を有し、回折光学要素、例えば、反射格子又は透過格子又は分散光学要素によって空間的に分割されるものとしてよく、相応の遅延経路、例えば、多重化のための異なる長さのグラスファイバケーブルによって、時間的に異なる程度で遅延させられるものとしてよい。

【0018】

基本的に、遅延デバイスは、屈折光学要素又は光学要素、例えば、偏向ミラー、ウェッジプレート、プリズムなども有するものとしてよく、これによって、部分ビームを異なる程度で、典型的にはそれらが受信機のアナライザ光学系に入る前に、遅延させることができる。アナライザ光学系に入る前に部分ビームを空間的に重畳させるために、屈折光学要素に、波長に関連する反射度を備えた反射防止コーティングが設けられるものとしてよく、又は、屈折光学要素が反射防止コーティングにおける勾配を有するものとしてよく、これによって、異なる波長を有する複数の部分ビームの重畳が行われる。

【0019】

受信機は、通常、アナライザ光学系に入る前にレーザビーム又はレーザビームの部分ビームをコリメートするためのコリメーション光学系を含む。偏光関連強度、即ち、偏光方向に関連する強度（又は、これに同等に、各パワー）を求めるために使用されるアナライザ光学系が種々の形式で構成されるものとしてよい。この目的のために、アナライザ光学系は、通常は空間的な分解を行わない、少なくとも１つの検出器を有しており、これは、例えばフォトダイオード、例えばＰＩＮダイオードの形態で構成されるものとしてよい。異なる（直線）偏光方向のもとで２つ以上の強度を求めるために、アナライザ光学系は、例えば、静止した偏光器及び偏光回転式デバイスを、例えば、回転式のλ／２遅延板の形態で有するものとし得る。しかし、可動光学要素の使用は、ＧＨｚ範囲の周波数における高速評価には不利である。従って、アナライザ光学系が可動光学要素を有しないことが有利である。

【0020】

一実施形態においては、アナライザ光学系は、アナライザ光学系のビーム経路を第１の検出ビーム経路と第２の検出ビーム経路とに分割するための（幾何学的）ビームスプリッタを含む。幾何学的ビームスプリッタは、例えば、ビームスプリッタキューブなどの態様で構成されるものとしてよく、固定された所定の比率（例えば、５０：５０）で、２つの検出ビーム経路に、レーザビームのパワーを分割するために用いられる。

【0021】

発展形態においては、第１の検出ビーム経路は、第１の偏光ビームスプリッタ並びに第１の光学的な検出器及び第２の光学的な検出器を含み、第２の検出ビーム経路は、第２の偏光ビームスプリッタ並びに第３の光学的な検出器及び第４の光学的な検出器を含む。例えばフォトダイオード、例えば（小型）ＰＩＮダイオードの形態の光学的な検出器は、１０ＧＨｚ以上のサンプリングレート又は分解能を可能にする。以下においてより詳細に説明するように、偏光関連強度から界分布の偏光パラメータ（ストークスパラメータ）を求めるために、４つの検出器の使用が有利であることが証明されている。光学的な検出器は、レーザビーム又は部分ビームの波長に適合させられる。光学的な検出器又はＰＩＮダイオードは、自由放射ダイオード又はファイバ結合ダイオード（シングルモード若しくはマルチモード）として構成されるものとしてよい。後者は、散乱光の影響を受けにくいという利点を有する。使用される検出器は、サンプリングの際に可能な最大時間分解能を決定する。

【0022】

発展形態においては、アナライザ光学系は、偏光回転式デバイスを有しており、これは第１の偏光ビームスプリッタの前又は第２の偏光ビームスプリッタの前で、レーザビーム（又はレーザビームの各部分ビーム）の偏光方向を４５°回転させる。偏光回転式デバイスは、例えば、適当に配向されたλ／２遅延板であるものとしてよい。偏光パラメータを求めるために、４つの検出器が、互いに垂直に配向される２つの偏光方向（０°及び９０°又は４５°及び１３５°）のもとで、パワー又は強度を検出することが有利であることが証明されている。２つの検出ビーム経路間において偏光方向を４５°回転させることによって、偏光関連強度から偏光パラメータを求めることが容易になる（以下を参照）。偏光回転式デバイスを除いて、アナライザ光学系において、２つの検出ビーム経路又はレーザビームの、反射ビーム成分及び透過ビーム成分が交換可能である。

【0023】

他の発展形態においては、（幾何学的）ビームスプリッタから、第１の光学的な検出器から第４の光学的な検出器までのアナライザ光学系の光路長は、同一の長さである。アナライザ光学系における光路長又はビームスプリッタから検出器までの光路長が同一の長さであることは、有利であることが証明されており、これによって、光学的な検出器で求められる偏光関連強度信号間に伝搬時間差が生じることがなくなる。レーザビームを１つだけ使用するケースにおいては、アナライザ光学系における光路長だけでなく、焦点面から４つの検出器までの光路長も同一の長さである。

【0024】

他の実施形態においては、評価デバイスは、第１の検出器及び第２の検出器の、求められた偏光関連強度から和信号及び／又は差信号を形成するように、及び／又は、第３の検出器及び第４の検出器の、求められた偏光関連強度から他の和信号及び／又は他の差信号を形成するように構成されている。評価デバイスは、第１の検出器及び第２の検出器、又は、第３の検出器及び第４の検出器の偏光関連強度から和信号若しくは差信号を生成するように構成されている。直交に配向された２つの偏光方向において求められた２つの各強度間の和又は差から、測定領域における界分布の偏光パラメータを決定することができる。偏光パラメータは通常、２つ以上の、いわゆるストークスパラメータであるが、基本的には、測定領域における界分布の偏光状態を表す他のパラメータが決定されるものとしてもよい。この和信号及び差信号に基づいて、粒子の位置又は粒子の速度及び粒子のサイズを同時に特定することができる。

【0025】

評価デバイスにおける和信号若しくは差信号の形成を、方向性結合器を介して読出電子装置により受動的に行い、又は、電子的な増幅器（演算増幅器）を介して能動的に行うことができ、これによって、センサ装置の信号対雑音比、ひいては分解能を向上させることができる。読出電子装置の速度は、フォトダイオードの帯域幅に適合させられている。評価デバイスの読出電子装置は受信機内に統合されている。評価デバイスの残余の部分は、同様に、受信機又は受信機のハウジング内に収容されるものとしてよいが、例えば、この計算が評価用コンピュータなどで実行される場合、評価デバイスの一部がインタフェースを介して受信機と接続されるものとしてもよい。

【0026】

発展形態においては、評価デバイスは、和信号及び／又は他の和信号から粒子のサイズを計算するように構成されている。評価の際の測定領域が比較的狭く、時間分解能が高いことに基づいて、分かりやすくするために、それぞれ１つの粒子のみが測定領域を通過する、即ち、求められた偏光関連強度を１つの粒子に明確に割り当てることができると想定可能である。第１の検出器及び第２の検出器で求められた偏光関連強度からの和信号は、測定領域を通過したレーザビームの強度総計に比例する（ストークスパラメータｓ_０）。強度総計又は和信号が小さくなるほど、測定領域が粒子によってより強く影にされる。即ち、焦点面において粒子又は粒子の断面が大きくなる。検出された粒子を自身のサイズで分類するために、和信号を１つ又は複数の閾値と比較することができる。場合によっては、読出電子装置は、この目的のために、場合によっては調整可能な閾値を備える１つ又は複数の電子的なコンパレータを有するものとしてよい。較正を用いて、又は、既知の粒子のサイズを有する粒子を測定領域に供給することによって、検出された粒子のサイズを相対的にだけでなく、絶対的に特定することができる。粒子を、自身の粒子のサイズに従って又は自身の粒子断面に従って、例えば、約１００ｎｍ～５０００ｎｍの大きいサイズ間隔にわたって分類することができる。

【0027】

他の発展形態においては、評価デバイスは、差信号及び／又は他の差信号に基づいて、焦点面又は測定領域における粒子の位置、粒子の速度、及び／又は、粒子の加速度を計算するように構成されている。この目的のために、差信号の時間経過、通常は２つの差信号の時間経過を評価することができ、これらは、偏光の線形成分を表す２つのストークスパラメータｓ_１，ｓ_２である。さらに、和信号又はストークスパラメータｓ_０もこの目的のために使用することができる。焦点面における偏光分布と界分布の強度分布との間の相関関係に基づいて、測定領域内の粒子の位置を再構築することができ、ひいては時間経過に基づいて粒子の軌道を再構築することができる。この目的のために、場合によっては事前に各ストークスベクトルｓ_０，ｓ_１，ｓ_２に測定領域内の位置を割り当て、測定領域内の位置をテーブル内に格納することができる。測定領域における粒子の速度及び加速度も、時間経過又はストークスベクトルｓ_０，ｓ_１，ｓ_２の変化に基づいて求めることができる。

【0028】

粒子のサイズの計算に関連して上述したように、例えば、電子的なコンパレータを使用して、目標軌道からの粒子の軌道の偏差を検出することができる。電子的なコンパレータは、差信号を、場合によっては調整可能な閾値と比較する。偏差が大きすぎる場合は、場合によっては、粒子が生成されるプロセス又は粒子の軌道が設定されるプロセスに、制御又は調整によって介入することができる。目標軌道は、特に、粒子が保持されるべき、粒子の所定の一定の目標位置であるものとしてよい。ＧＨｚ範囲における時間分解能によって、このような目標位置からの最小偏差もリアルタイムで決定することができる。

【0029】

送信機と受信機とを用いて、粒子の位置、粒子の速度、粒子の加速度、及び／又は、粒子のサイズを、焦点面の２つの空間方向において特定することができる。３つの空間方向の総てにおいて、測定領域を通過する粒子を特徴付けるためには、送信機と受信機との１つの対の使用では、通常、不十分である。

【0030】

他の実施形態においては、センサ装置は、測定領域内の焦点面と交差する他の焦点面において他のレーザビームを集束させるための他の送信機と、この他のレーザビームを受信するための他の受信機とを含む。評価デバイスは、３つの空間方向において、粒子の位置、粒子の速度、粒子の加速度、及び／又は、粒子のサイズを特定するように構成されている。他の送信機及び他の受信機は、特に、上述の送信機及び受信機と構造的に同様に構成されるものとしてよく、他の焦点面における２つの空間方向において、粒子の位置、粒子の速度、粒子の加速度、及び／又は、粒子のサイズを特定するように構成されるものとしてよい。他の焦点面と焦点面とは、粒子が通過する測定領域において交差するので、３つの空間方向の総てにおける、測定領域を通過する粒子の特徴付けのための総ての情報が、評価デバイスに提供される。焦点面と他の焦点面とが互いに垂直に配向されることは、有利である。

【0031】

他の実施形態においては、送信機は、出射窓を備えたハウジングを有しており、受信機は、入射窓を備えたハウジングを有しており、これらの間に焦点面が形成される。送信機のハウジング及び受信機のハウジングは、窓によって、検査される粒子及び媒体から密閉されている。投影された測定面及び粒子の行路曲線は、２つの密閉されたハウジング間に位置する焦点面において検出される。

【0032】

他の実施形態においては、送信機と受信機とは、より正確にはそれらのハウジングは、互いに固定的に結合されている。送信機と受信機とが、固定された、分解不可能な結合によって相互に結合されるものとしてよく、例えば、送信機と受信機とがＣフレームに固定されるものとしてよい。送信機と受信機との間の固定的な結合が分解可能に構成されるものとしてもよく、例えば、送信機と受信機とはプラグ結合によって互いに固定的に結合されるものとしてよい。固定的な結合によって、送信機と受信機とが互いに所定の間隔を置いて配置されており、所望のように相互に配向される、即ち、通常は、平行に配向される入射窓と出力窓とを伴って、相互に配向されることが保証される。

【0033】

選択的に、センサ装置の送信機と受信機とは互いに固定的に結合されていない。このようなケースにおいては、送信機と受信機とは最初に相互に配向され、この配向において安定化が行われる（受動的な構成）。選択的に、送信機と受信機とは互いに固定的に結合されてないが、送信機と受信機との相対的な光学的な接続又は配向が、レーザビームの能動的な安定化によって維持される（能動的な構成）。レーザビームの安定化のために、例えば、アナライザ光学系の総ての検出器の和信号の変化が、粒子の読出周波数よりも低いサンプリングレートと組み合わせて、安定性基準として使用されるものとしてよい。このようなケースにおいては、和信号は、粒子の読出周波数よりも格段に長い持続時間にわたって積分される。積分時間が長くなったことによって、例えば、送信機と受信機との間の温度ドリフトに起因する、送信機と受信機との間の長期ドリフトが和信号において可視になる。安定性基準としての和信号に関連した、送信機と受信機との相対的な適当なシフト及び／又は回転によって、送信機と受信機との間の光学的な接続又は配向を維持することができる。選択的又は付加的に、カメラの信号（以下を参照）も、安定性基準として使用することができる。

【0034】

他の実施形態においては、受信機は、レーザビームのビーム成分を空間分解式検出器、特にカメラに取り出すための他のビームスプリッタを有する。この他のビームスプリッタによって、レーザビームの任意のパワー成分を、プロセス観察のために、カメラに取り出すことができる。プロセス観察は、特に、レーザビームに対して相対的な、検査される粒子の初期配向のために使用可能である。送信機と受信機との配向の、上述した能動的な安定化を、安定性基準として使用されるカメラの出力信号を用いて実現することもできる。カメラは受信機内に統合されるものとしてよい。選択的に、受信機は取り出し窓を有するものとしてよく、この取り出し窓で、取り出されたビーム成分が、カメラへ向かう方向において、受信機から取り出される。

【0035】

本発明の他の態様は、特に、ＥＵＶビーム生成設備のための光学的な装置に関しており、この光学的な装置は、粒子が供給可能な真空チャンバと、上述のように構成されているセンサ装置とを含む。このセンサ装置は、真空チャンバ内の粒子の特徴付け、特に、粒子の位置、粒子の速度、粒子の加速度、及び／又は、粒子のサイズの特定のためのものである。上述したように、このセンサ装置は、固体、液体又は気体の粒子又は粒子流を特徴付けるために、多くの適用分野において使用可能である。

【0036】

例えば、センサ装置は、ＥＵＶビーム生成設備の真空チャンバ内の粒子又は粒子流を特徴付けるために使用されるものとしてよい。このようなＥＵＶビーム生成設備は、通常、ドライバレーザビームを生成するためのドライバレーザ装置と、ドライバレーザビームを上述の真空チャンバに供給するためのビーム供給装置とを有する。ドライバレーザビームは、真空チャンバの目標領域内に集束される。目標領域には、すず粒子又はすず液滴の形態のターゲット材料が導入される。ドライバレーザビームで照射すると、各粒子はプラズマ状態に移行し、この際にＥＵＶビームを放出する。目標領域に誘導されたターゲット材料の粒子と、レーザビームがターゲット材料に当たるとき（ターゲット材料が噴霧されるとき）に生成される粒子とを、上述のセンサ装置を用いて特徴付けることができる。このセンサ装置が、他の適用分野において粒子を特徴付けるため、例えばすず粒子などを特徴付けるためにも使用可能であることが自明である。

【0037】

本発明の他の利点は、明細書及び図面から明らかになる。同様に、上述され、さらに詳細に記載される複数の特徴を、個別に又は任意の組合せにおける複数で使用することができる。図示及び記載される実施形態は、網羅的な列挙として理解されるべきではなく、むしろ、本発明を説明するための例示的な特性を有する。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1a】送信機と受信機との間の焦点面における測定領域を通過する粒子を特徴付けるためのセンサ装置の概略図である。

【図1b】他の送信機と他の受信機とを備えた、図１ａに類似したセンサ装置の概略図である。

【図2a】焦点面に複数の測定領域を生成するように構成されるセンサ装置の概略図である。

【図2b】焦点面に複数の測定領域を生成するように構成されるセンサ装置の概略図である。

【図3】真空チャンバ内の粒子を特徴付けるためのセンサ装置を有するＥＵＶビーム生成設備の概略図である。

【図4】モード変換デバイスによって生成された２つの界分布の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

以下の図面の説明においては、同一の又は機能的に等しい構成部分に同一の参照符号が用いられている。

【0040】

図１ａは、レーザビーム３を送信するための送信機２と、レーザビーム３を受信するための受信機４とを有するセンサ装置１の例を概略的に示している。送信機２は、レーザビーム３を生成するためのレーザ源５を有しており、これは、図示の例においては、用途に応じて、約１８０ｎｍ～約１００００ｎｍの間の波長範囲から選択されるレーザ波長を有するダイオードレーザである。レーザビーム３のビーム経路において、レーザ源５の後に、レーザビーム３をコリメートするためのコリメーションレンズ６の形態のコリメーション光学系が続いている。次に、コリメートされたレーザビーム３が、モード変換デバイス７に入射し、後続の、（焦点距離ｆを有する）集束レンズ８の形態の集束光学系によって、焦点面９に、特に、焦点面９内のレーザビーム３の焦点ゾーンに対応する測定領域１０に集束される。

【0041】

センサ装置１は、測定領域１０を通過する粒子Ｐを特徴付けるために使用される。測定領域１０は、図１ａにおける詳細な表示において、レーザビーム３の伝搬方向Ｚに対して垂直なＸＹ平面において示されている。センサ装置１によって、測定領域１０を通過する粒子Ｐの粒子の位置Ｐ_Ｘ，Ｐ_Ｙ、粒子の速度ｖ_Ｘ，ｖ_Ｙ及び粒子のサイズ又は粒子の直径Ｄを特定することができる。

【0042】

これを可能にするために、モード変換デバイス７は、図４ａに示されているように、焦点面９において界分布１１を生成する。モード変換デバイス７は、図示の例においては、セグメント化された位相板として構成されており、選択的に例えばフォトニック結晶ファイバとして、液晶として又は回折光学要素として構成されるものとしてよい。モード変換デバイス７によって生成された界分布１１は、放射状に対称的に偏光される。即ち、界分布１１の局所的な偏光方向Ｒ（Ｘ，Ｙ）は、常に、レーザビーム３のビームプロファイルの中心に対して放射状に配向される。界分布１１におけるレーザビーム３の局所的な強度Ｉ（Ｘ，Ｙ）は、放射状に偏光されたモードを形成する。ＴＥＭ０１モードとＴＥＭ１０モードとの重ね合わせを表す、図４ａに示された界分布１１は、モード変換デバイス７を用いて、レーザビーム３がレーザ源５からの出射時に有するＴＥＭ００モードプロファイルから生成される。

【0043】

図４ａに示された界分布１１は、これが、界分布１１、ひいては測定領域１０の各位置Ｘ，Ｙにおいて、局所的な強度Ｉ（Ｘ，Ｙ）と局所的な偏光方向Ｒ（Ｘ，Ｙ）との異なる組合せを有するという特殊性を有する。即ち、位置Ｘ，Ｙにおいて、界分布１１の偏光方向Ｒ（Ｘ，Ｙ）も強度Ｉ（Ｘ，Ｙ）も一致することはない。これによって、界分布１１の各位置Ｘ，Ｙを、厳密に１つの、強度Ｉ（Ｘ，Ｙ）と偏光方向Ｒ（Ｘ，Ｙ）との組合せに明確に割り当てることができる。

【0044】

図４ｂは界分布１１ａを示しており、これは同様に、各位置Ｘ，Ｙに明確に偏光／強度の組合せが割り当て可能であるという、図４ａに関連して記載された特性を有する。図４ａに示された界分布１１とは対照的に、図４ｂに示された界分布１１ａにおいて偏光方向Ｒ（Ｘ，Ｙ）は放射状に延在する。強度Ｉ（Ｘ，Ｙ）は、界分布１１ａにわたって、規定された方向に沿って連続的に上昇する。

【0045】

図４ａ，図４ｂに示された界分布１１，１１ａの特性を利用して、空間分解式の測定を実行する必要なく、上述の形式で粒子Ｐを特徴付けることができる。この目的のために、測定領域１０を通過した後、レーザビーム３は、はじめに、受信機４内に配置された、コリメーションレンズ１２の形態のコリメーション光学系によってコリメートされる。コリメートされたレーザビーム３は、第１の幾何学的ビームスプリッタ１３を介してアナライザ光学系１４に入る。レーザビーム３のビーム成分、例えば、ビームパワーの約５０％は、第１のビームスプリッタ１３で取り出され、アナライザ光学系１４に入らない。レーザビーム３のビームパワーの残余の５０％は、第２の幾何学的ビームスプリッタ１５に入射し、ここで、レーザビーム３、より正確には、レーザビーム３のビームパワーは、同様に、５０：５０の比率で、第１の検出ビーム経路１６ａと第２の検出ビーム経路１６ｂとに分割される。

【0046】

第１の検出ビーム経路１６ａにおいて、第２のビームスプリッタ１５を通り抜けたレーザビーム３は、第１の偏光ビームスプリッタ１７ａに入射する。第１の偏光ビームスプリッタ１７ａは、レーザビーム３を、互いに垂直な２つの直線偏光成分に分割する。ここでは、第１の検出器１８ａによって、０°の偏光角を有するレーザビームの強度Ｉ_１が検出され、これに対して垂直に、即ち、９０°の偏光角で偏光させられたレーザビームの強度Ｉ_２は、第２の検出器１８ｂによって検出される。第２の検出ビーム経路１６ｂにおいて、第２のビームスプリッタ１５で反射したレーザビーム３は第２の偏光ビームスプリッタ１７ｂに入射するが、その前に、レーザビーム３の偏光状態を４５°回転させるλ／２遅延板１９の形態の偏光回転式デバイスを通過する。偏光方向が４５°の偏光角を有する第２の偏光ビームスプリッタ１７ｂで反射したビーム成分の強度Ｉ_３は、第３の検出器１８ｃによって検出される。これに相応して、偏光方向が１３５°の偏光角を有する、第２の偏光ビームスプリッタ１７ｂを通り抜けたビーム成分の強度Ｉ_４は、第４の検出器１８ｄによって検出される。従って、４つの偏光関連強度信号Ｉ_１～Ｉ_４が、４つの検出器１８ａ～１８ｄを用いて検出される。

【0047】

図示の例においては、光学的な検出器１８ａ～１８ｄは、フォトダイオード、より正確には、ＧＨｚ範囲におけるサンプリングを可能にするＰＩＮダイオードである。図１ａに示された例においては、検出器１８ａ～１８ｄは、自由放射ダイオードとしてのＰＩＮダイオードの形態で構成されている。アナライザ光学系１４は、レーザビーム３の４つの直線偏光成分を各ＰＩＮダイオード１８ａ～１８ｄに集束させるための集束レンズを有する。選択的に、光学的な検出器１８ａ～１８ｄは、例えば、ファイバ結合ＰＩＮダイオードとして構成されるものとしてよい。光学的な検出器１８ａ～１８ｄは、レーザビーム３の波長に合わせて調整又は最適化されるものとしてよい。しかし、Ｓｉ、ＩｎＧａＡｓ又はＧｅで作られた従来の半導体検出器１８ａ～１８ｄは、上述の波長範囲を良好にカバーするので、このような最適化は必須ではない。強度信号Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３，Ｉ_４は、以下においてより詳細に説明されるように、評価デバイス２０によって評価される。

【0048】

図示の例においては、送信機２は、ハウジング２３によって、周囲に対して遮蔽される。これに相応して、受信機４も、ハウジング２４によって、周囲から保護される。レーザビーム３の出射のために、送信機２のハウジング２３に出射窓２１ａが形成されている。測定領域１０を通過した後に、レーザビーム３が受信機４に入るための入射窓２１ｂが、相応に、受信機４のハウジング２４に形成されている。受信機４は、取り出し窓２１ｃを有しており、これを通じて、第１の幾何学的ビームスプリッタ１３を通り抜けたレーザビーム３のビーム成分が、受信機４から、カメラ２２の形態の空間分解式検出器に取り出される。カメラ２２はプロセス観察のために用いられ、例えば、焦点面９に相対的な粒子Ｐ又は粒子流の配向を識別し、場合によっては修正するために使用されるものとしてよい。窓２１ａ～２１ｃは、周囲に対して送信機２及び受信機４を遮蔽することを可能にし、その結果、センサ装置１を使用して、種々の液体、気体又は固体の媒体を検出することが可能になる。

【0049】

送信機２及び受信機４は、相対的な配向のためにフレーム２５に固定されている。フレーム２５は、送信機２及び受信機４を互いに一定の間隔及び一定の角度配向に保持し、送信機２の光軸と受信機４の光軸との同軸配向を可能にする。図示の例に対して選択的に、送信機２と受信機４とを、例えばプラグ結合によって、分解可能に互いに結合することが可能である。送信機２と受信機４とを互いに結合するのではなく、最初にそれらを互いに配向すること（受動的な配向）又は能動的なビーム安定化によって相対的に配向すること（能動的な配向）も可能である。後者のケースにおいては、送信機２と受信機４との相対的な配向は、能動的なレーザビーム安定化を用いて維持される。この目的のために、例えば、カメラ２２によって生成された信号を使用することができ、これは、送信機２と受信機４との相対的な配向のための安定性基準として用いられる。総ての検出器１８ａ～１８ｄの和信号Ｉ_１＋Ｉ_２＋Ｉ_３＋Ｉ_４も、十分に長い積分時間を前提条件として、安定性基準として用いることができる。

【0050】

粒子Ｐの特徴付けのために、評価デバイス２０において、第１の検出器１８ａ及び第２の検出器１８ｂの偏光関連強度Ｉ_１，Ｉ_２から和信号Ｉ_１＋Ｉ_２及び差信号Ｉ_１－Ｉ_２が形成される。これらは、ストークスパラメータｓ_０又はストークスパラメータｓ_１に対応する。これに相応して、第３の検出器１８ｃ及び第４の検出器１８ｄにおいて求められた偏光関連強度Ｉ_３，Ｉ_４から他の和信号Ｉ_３＋Ｉ_４及び他の差信号Ｉ_３－Ｉ_４が形成される。他の差信号Ｉ_３－Ｉ_４はストークスパラメータｓ_２に対応する。各和信号Ｉ_１＋Ｉ_２，Ｉ_３＋Ｉ_４又は各差信号Ｉ_１－Ｉ_２，Ｉ_３－Ｉ_４の形成は、評価デバイス２０において、受動的な電子的な構成要素、例えば方向性結合器を用いて、又は、能動的な構成要素、例えば演算増幅器を用いて行われるものとしてよい。評価デバイス２０の読出電子装置の速度は、検出器１８ａ～１８ｄの帯域幅に適合させられる。

【0051】

評価デバイス２０は、和信号ｓ_０（又はＩ_１＋Ｉ_２）に基づいて、粒子のサイズＤを計算するように構成されている。ここでは、和信号ｓ_０が、測定領域１０を通過したレーザビーム３の強度総計に比例するという事実が利用される。測定領域１０が粒子Ｐによって部分的に又は場合によって完全に覆われる場合、レーザビーム３の強度総計、ひいては和信号ｓ_０の値も減少する。これに相応して、粒子のサイズＤを計算するために、他の和信号Ｉ_３＋Ｉ_４も評価されるものとしてよい。和信号ｓ_０の値に基づいて、粒子Ｐをサイズにおいても分類することができ、これは、例えば、和信号ｓ_０の値を、例えばコンパレータを用いて、粒子Ｐの各サイズクラスに割り当てられる、異なる大きさの閾値と比較することによって行われる。

【0052】

評価デバイス２０はまた、差信号ｓ_１及び他の差信号ｓ_２に基づいて、焦点面９における粒子Ｐの粒子の位置Ｐ_Ｘ，Ｐ_Ｙを特定するように構成されている。場合によっては、付加的に、和信号ｓ_０（又は他の和信号Ｉ_３＋Ｉ_４）をこの目的のために使用することができる。位置を特定するために、評価デバイス２０は、例えば、各組合せｓ_１，ｓ_２又は場合によっては各組合せｓ_０，ｓ_１，ｓ_２に測定領域１０内の位置Ｐ_Ｘ，Ｐ_Ｙを割り当てるテーブルなどを有するものとしてよい。測定領域１０内の粒子Ｐの軌道を、差信号ｓ_１，ｓ_２の時間経過に基づいて特定することができる。差信号ｓ_１，ｓ_２の時間経過に基づいて、さらに、焦点面９における各粒子の位置Ｐ_Ｘ，Ｐ_Ｙでの粒子の速度ｖ_Ｘ，ｖ_Ｙ及び粒子の加速度ａ_Ｘ，ａ_Ｙも特定することができる。

【0053】

粒子Ｐの特徴付けのために、和又は差が、各偏光関連強度信号Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３，Ｉ_４から計算されるので、アナライザ光学系１４における４つの検出器１８ａ～１８ｄに対して、時間的なずれ又は伝搬時間差が生じないことが必要である。これを阻止するために、アナライザ光学系１４は、レーザビーム３を第１の検出ビーム経路１６ａと第２の検出ビーム経路１６ｂとに分割するビームスプリッタ１５の光路長が、４つの検出器１８ａ～１８ｄそれぞれに対して同一の長さであるように構成されている。

【0054】

図１ｂは、図１ａの送信機２及び受信機４並びに図１ａの送信機２及び受信機４と構造的に等しい他の送信機２ａ及び他の受信機４ａを有するセンサ装置１を示している。他の送信機２ａは、図１の焦点面９に対して垂直に配向される他の焦点面９ａにおいて、他のレーザビーム３ａを集束させるための他の（図示されていない）集束デバイスを含む。焦点面９と他の焦点面９ａとは、測定領域１０において交差する。他の受信機４ａの図示されていない他の評価光学系は、粒子Ｐの粒子の位置Ｐ_Ｘ，Ｐ_Ｚ、粒子の速度ｖ_Ｘ，ｖ_Ｚ及び粒子の加速度ａ_Ｘ，ａ_Ｚを他の焦点面９ａにおいて特定することを可能にする。２つの焦点面９，９ａは、Ｘ方向に延在する、測定領域１０の直線部分において交差するので、評価デバイス２０は、この付加的な情報を利用して、測定領域１０を通過する粒子Ｐの粒子の位置Ｐ_Ｘ，Ｐ_Ｙ，Ｐ_Ｚ、粒子の速度ｖ_Ｘ，ｖ_Ｙ，ｖ_Ｚ及び粒子の加速度ａ_Ｘ，ａ_Ｙ，ａ_Ｚを、３つの空間方向Ｘ，Ｙ，Ｚの総てにおいて特定することができる。これに相応して、評価デバイス２０は、３つの空間方向Ｘ，Ｙ，Ｚの総てにおいて、粒子のサイズＤ_Ｘ，Ｄ_Ｙ，Ｄ_Ｚを特定することもできる。

【0055】

図２ａ，図２ｂに示されたセンサ装置１は、図１ａ，図１ｂに示されたセンサ装置１と、実質的に、１つの測定領域１０が焦点面９において生成されるのではなく、複数の測定領域が生成されるという点において異なる。これらの測定領域のうち、例示的に３つの測定領域１０ａ～１０ｃが示されている。複数の測定領域１０ａ～１０ｃを生成するために、ビーム経路において、モード変換デバイス７の後に、ビームスプリッタデバイス２６が配置されており、これは、レーザビーム３を、相応の複数の部分ビームに分割する。複数の部分ビームのうち、例示的に３つの部分ビーム３ａ～３ｃが図２ａ，図２ｂに示されている。３つの部分ビーム３ａ～３ｃは、適当に修正された集束光学系８によって、焦点面９において互いに間隔を置いて配置される３つの測定領域１０ａ～１０ｃにおいて集束される。通常、測定領域１０ａ～１０ｃ，…は、焦点面９において規則的な配置（測定グリッド）で配置される。レーザビーム３を複数の部分ビーム３ａ～３ｃに分割することによって、センサ装置１を用いて監視可能な、焦点面９内の領域を格段に大きくすることができる。

【0056】

図２ａ，図２ｂに示されたセンサ装置１のレーザ源５はパルス方式で動作し、即ち、これは、レーザパルス又はパルス状レーザビーム３を生成するように構成されている。従って、３つの測定領域１０ａ～１０ｃを通過する、ビームスプリッタデバイス又はビームスプリッタ光学系で生成された部分ビーム３ａ～３ｃも、それらが受信機４に入るときにパルス状にされる。受信機４は、遅延デバイス２７を有しており、これによって、それぞれ異なる遅延持続時間Δｔ_ａ，Δｔ_ｂ，Δｔ_ｃで部分ビーム３ａ～３ｃを遅延させることができ、その結果、これらは時間的にずらされて、アナライザ光学系１４に入り、異なる測定領域１０ａ～１０ｃに割り当てられる強度信号Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３，Ｉ_４が、時間的にずらされて、検出器１８ａ～１８ｄに入射する。このようにして、時分割多重化を実行することができ、その結果、異なる測定領域１０ａ～１０ｃに割り当てられる強度信号Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３，Ｉ_４を時間的に連続して評価することができる。場合によっては、部分ビーム３ａ～３ｃのうちの１つは、各部分ビーム３ａ～３ｃが明確に識別可能な（変化しない）強度信号Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３，Ｉ_４を生成する場合、評価デバイス２０における評価のためのトリガ信号として使用されるものとしてよい。例えば、これは、例えば測定領域１０ａ～１０ｃのうちの１つが対応する部分ビーム３ａ～３ｃを実質的に吸収することによって各部分ビーム３ａ～３ｃがぼかされる場合に実現されるものとしてよい。

【0057】

ビームスプリッタデバイス２６及び遅延デバイス２７を実現するために、種々の手法が存在する：図２ａに示されている例においては、ビームスプリッタデバイス２６は、回折光学要素（回折格子）として構成されており、異なる波長λ_ａ，λ_ｂ，λ_ｃを有する複数の部分ビーム３ａ～３ｃを生成するために用いられる。これに相応して、遅延デバイス２７は、例えば、反射格子若しくは透過格子である回折光学要素として、又は、それぞれ異なる遅延持続時間Δｔ_ａ，Δｔ_ｂ，Δｔ_ｃで、異なる波長λ_ａ，λ_ｂ，λ_ｃ，…を有する部分ビーム３ａ～３ｃを遅延させるための分散光学要素として構成されている。

【0058】

図２ｂに示された例においては、ビームスプリッタデバイス２６は、同一の波長λ_ａ，λ_ｂ，λ_ｃを有する複数の部分ビーム３ａ～３ｃを生成するための少なくとも１つのマイクロレンズアレイを有する。焦点面９内の測定領域１０ａ～１０ｃのグリッド状の配置を生成するために、ビームスプリッタデバイス２６は、例えば、円筒形レンズアレイを有するものとしてよい。マイクロレンズアレイに対して選択的に又は付加的に、回折光学要素をビームスプリッタデバイス２６において使用することもでき、これは、実質的に同一の波長λ_ａ，λ_ｂ，λ_ｃを有する複数の部分ビーム３ａ～３ｃを生成する。このようなケースにおいては、遅延デバイス２７は、典型的には、例えば、ガラスプレート又はウェッジプレートの形態の、少なくとも１つの分散光学要素を有する。

【0059】

図２ｂに示されているように、集束光学系８は、このようなケースにおいては、各部分ビーム３ａ～３ｃを測定領域１０ａ～１０ｃに集束させるために、複数の集束レンズを有するものとし得る。基本的に、集束光学系８も、図２ａ，図２ｂには示されていないコリメート光学系１２も、球面レンズ、非球面レンズ、アクロマティックレンズ、交差シリンドリカルレンズ又はＧＲＩＮレンズを有するものとし得る。集束光学系８及びコリメーション光学系１２が、透過光学要素に対して選択的に又は付加的に、反射光学要素も有するものとし得ることは自明である。

【0060】

図１ａ及び図１ｂ並びに図２ａ及び図２ｂに関連して説明されたセンサ装置１は、多数の異なる用途において粒子Ｐを特徴付けるために使用されるものとしてよい。以下においては、例示的に、図３に基づいて、このような用途を、ＥＵＶビーム生成設備３０に基づいてより詳細に説明する。ＥＵＶビーム生成設備３０は、ビーム源３１と、３つの光学的な増幅器又は増幅器段３３ａ～３３ｃを備えた増幅器装置３２と、詳細には示されていないビーム誘導デバイス３４と、集束デバイス３５とを含む。集束デバイス３５は、ビーム源３１によって生成され、増幅器装置３２によって増幅されたドライバレーザビーム３１ａを、粒子Ｐが導入される真空チャンバ３８内の目標領域３６に集束させるために用いられる。粒子Ｐ又は個別のすず液滴がターゲット材料として用いられ、ドライバレーザビーム３１ａによって照射される。この際に、すず液滴はプラズマ状態に移行し、コレクタミラー３７によって集束されるＥＵＶビームを放出する。図３に示された例においては、コレクタミラー３７は、レーザビーム３１ａが通過するための開口部を有する。図示された例においては、ビーム源３１は、２つのＣＯ_２レーザを有しており、これによって、プリパルス及びメインパルスが生成され、これらは、増幅器装置３２において共に増幅され、目標領域３６に集束される。ビーム源３１は、増幅器装置３２とともに、ＥＵＶビーム生成設備３０のドライバレーザ装置３９を構成する。

【0061】

図３においても見て取れるように、センサ装置１の送信機２及び受信機４は、真空チャンバ３８に取り付けられている。１つ又は複数の測定領域１０，１０ａ～１０ｃが形成される焦点面９は、すず液滴の形態の粒子Ｐを伴う目標領域３６を通過する。センサ装置１を用いて、粒子Ｐ又は粒子Ｐの、目標領域３６への動きを検査することができ、粒子Ｐの動き又は軌道を特定することができる。粒子Ｐのサイズ又は各すず液滴の噴霧の際にドライバレーザビーム３１ａによって生成される、比較的小さい粒子のサイズも、センサ装置１を用いて検出され得る。噴霧の際に生成される粒子Ｐの軌道又は速度も、センサ装置１を用いて検出することができる。

【図1a】

【図1b】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4a】

【図4b】