JP2001264235A - 微粒子カウンタ、微粒子カウント方法および微粒子カウントプログラムを記録した媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ろ過による集塵、拡大観察とを別々に行なわ
なければならず、また、微粒子のサイズの分布を得ると
いうようなことも作業的に困難であった。 【解決手段】 略台形としたプリズム１１の入射面１１
ｂから同プリズム１１における観察面１１ａにて全反射
する照明光を発光器１３ａ，１３ｂにて照射すると、同
観察面１１ａには近接場が形成されて微粒子が到来する
と近接場散乱光で照明されることになり、同観察面１１
ａに対面する光学系１５を介して光センサ１６ａ，１６
ｂが光量変化を検知すると、同光量変化に基づいて微粒
子の個体数をカウントできるし、両光センサ１６ａ，１
６ｂの出力比が微粒子の大きさに相当するので度数分布
を求めることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微粒子カウンタ、
微粒子カウント方法および微粒子カウントプログラムを
記録した媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造現場では、クリーンル
ーム化された環境で製造が行われており、浮遊微粒子の
管理が重大な問題となっている。従来は、クリーンルー
ムの空気をろ過して浮遊中の微粒子を補足し、拡大して
微粒子の数を計測することが行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の微粒子
カウンタにおいては、ろ過による集塵、拡大観察とを別
々に行なわなければならず、作業が繁雑であった。ま
た、微粒子のサイズの分布を得るというようなことも作
業的に困難であった。本発明は、上記課題にかんがみて
なされたもので、微粒子のカウントなどを容易に行える
ようにすることが可能な微粒子カウンタ、微粒子カウン
ト方法および微粒子カウントプログラムを記録した媒体
の提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる発明は、平板状の観察面を有する
光透過媒体に所定の角度で照明光を入射して上記観察面
で全反射させる近接場照明手段と、上記観察面における
近接場散乱光を集光可能な光学系と、同光学系を介して
上記近接場散乱光を受光し、同近接場散乱光の光量変化
に基づいて上記観察面における微粒子の個体数をカウン
トする光カウント手段とを具備する構成としてある。

【０００５】上記のように構成した請求項１にかかる発
明においては、近接場照明手段を有している。すなわ
ち、平板状の観察面を有する光透過媒体を備え、この光
透過媒体に所定の角度で照明光を入射して、上記観察面
で全反射させている。このようにすると、光透過媒体を
透過する照明光が上記観察面で全反射する結果、同観察
面に近接場が形成される。そして、この観察面上に微粒
子などが付着すると同面からの距離に対応する近接場散
乱光が発光される。

【０００６】一方、上記観察面に対応して光学系が配置
されているので、上記観察面にて近接場散乱光が発光さ
れれば当該光学系にて集光可能であり、光カウント手段
は集光された近接場散乱光を受光して微粒子の個体数を
カウントする。より具体的には、微粒子が観察面に付着
した時点で近接場散乱光が発光されるので光量変化を生
じ、光カウント手段はこの光量変化を検知するので、微
粒子のカウントが可能となる。近接場照明手段は光透過
媒体を備えており、その一面が観察面となっている。観
察面には近接場が形成される必要があるため、同観察面
にて全反射する照明光を照射している。全反射させる条
件は光透過媒体の材料や形状によって適宜異なる。その
一例として、請求項２にかかる発明は、請求項１に記載
の微粒子カウンタにおいて、上記請求項１に記載の微粒
子カウンタにおいて、上記近接場照明手段は、台形のプ
リズムを有し、平行面の一面を上記観察面とした構成と
してある。

【０００７】上記のように構成した請求項２にかかる発
明においては、台形のプリズムが備えられ、このプリズ
ムには少なくとも一対の平行面があり、その一面が観察
面となっている。従って、この観察面に対面する二方向
からは観察が容易となる。一方、台形となっているので
傾斜面を有しており、当該傾斜面に対して所定の角度で
照明光を入光させることにより、上記観察面にて全反射
せしめることができる。

【０００８】一方、光学系は観察面にて発光される近接
場散乱光を観察できるように配置され、具体的な配置は
適宜変更可能である。その一例として、請求項３にかか
る発明は、上記請求項２に記載の微粒子カウンタにおい
て、上記光学系は、上記台形のプリズムを透過して上記
観察面に対面するように配置した構成としてある。近接
場では観察面に対面する側が照明される。上記のように
構成した請求項３にかかる発明においては、光学系がプ
リズムを透過して観察面に対面するので、被照明面に対
面する。従って、効率よく近接場散乱光を集光できる。

【０００９】また、プリズム自体が台形であるため、観
察面と反対の側に光学系を配置した状態でも光学系は直
に観察面に対面することになる。微粒子が観察面に載置
されれば近接場散乱光が発光するし、微粒子自体は質量
を有しているので空間中に浮遊したとしても自ずから落
下する。従って、観察面が上方に対面していれば微粒子
は自然に落下してくる。しかしながら、自然に任せて落
下してくるのを待機するのみならず、積極的に捕捉する
ことも可能である。その一例として、請求項４にかかる
発明は、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の微
粒子カウンタにおいて、上記近接場照明手段は、電場を
形成して上記観察面に微粒子を付着させる電場吸着手段
を有する構成としてある。

【００１０】上記のように構成した請求項４にかかる発
明においては、電場を形成して微粒子を移動させる。例
えば、請求項５にかかる発明は、上記請求項４に記載の
微粒子カウンタにおいて、上記電場吸着手段は、上記観
察面を挟んで対峙する一対の電極を有する構成としてあ
る。上記のように構成した請求項５にかかる発明におい
ては、観察面を挟んで電極が対峙しているので、両電極
間に電圧を印加させれば一方向に電界強度が変化する電
場が形成される。従って、帯電している微粒子は電界強
度の傾斜に伴って一方向へ移動されることになる。この
ようにすれば浮遊中の微粒子は電極に向かって移動しや
すくなる。

【００１１】電極は、場合によっては光学経路の障害に
なりかねない。このため、請求項６にかかる発明は、上
記請求項５に記載の微粒子カウンタにおいて、上記電極
の一方は、透明電極で構成されて、上記プリズムにおけ
る上記観察面と反対の側に配置される構成としてある。
上記のように構成した請求項６にかかる発明において
は、電場を形成するための電極の一方が透明電極である
ので、光学経路を妨げない。特に、透明電極はプリズム
における観察面と反対の側に配置されているので、観察
面の全体にわたって概ね一定の強さの電場を形成でき
る。

【００１２】電場で微粒子を吸着するためには同微粒子
が帯電していると効率的であり、請求項７にかかる発明
は、上記請求項１〜請求項６のいずれかに記載の微粒子
カウンタにおいて、上記電場吸着手段は、微粒子を帯電
させるイオン化手段を有する構成としてある。上記のよ
うに構成した請求項７にかかる発明においては、イオン
化手段によって微粒子を帯電させるため、形成された電
場内で一様に電極に向かって引きつけられ、微粒子の捕
捉効率が向上する。

【００１３】光カウント手段は集光された近接場散乱光
の光量変化に基づいて微粒子をカウントする。微粒子が
付着する毎にその前の段階と発光状態が変化するのであ
るから、これを利用して計測しても良い。その一例とし
て、請求項８にかかる発明は、上記請求項１〜請求項７
のいずれかに記載の微粒子カウンタにおいて、上記光カ
ウント手段は、上記近接場散乱光の光量変化をトリガと
して微粒子をカウントする構成としてある。

【００１４】上記のように構成した請求項８にかかる発
明においては、観察面での光量変化を見ており、光量変
化があればカウントするので自動化が容易となる。観察
面での発光スポットを検出してどこに微粒子が付着した
かを判断するのではなく、単純に光量の変化だけを見る
構成は、極めてシンプルである。むろん、具体的な計測
手法は適宜変更可能であり、計測開始前の観察場面での
発光状態と計測終了時の観察場面での発光状態とを比較
したり、所定間隔毎に近接場の発光状態を比較し、発光
状態の変化をが可能となる。

【００１５】近接場での発光光量は波長に対応して変化
するため、複数の波長を利用して観測することも有効で
ある。その一例として、請求項９にかかる発明は、上記
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の微粒子カウンタ
において、上記近接場照明手段は、それぞれ単一の波長
の照明光を照射する複数の単一波長照明手段を有し、上
記光カウント手段は、それぞれの単一波長の近接場散乱
光に分離して上記微粒子のカウントを実行する構成とし
てある。

【００１６】上記のように構成した請求項９にかかる発
明においては、複数の単一波長照明手段がそれぞれ異な
る単一の波長の照明光を照射するので、微粒子を照明す
る近接場散乱光も特性が異なる。このため、上記光カウ
ント手段は、それぞれの単一波長の近接場散乱光に分離
し、上記微粒子のカウントを実行する。複数の単一波長
の照明光を利用する具体例として、請求項１０にかかる
発明は、上記請求項９に記載の微粒子カウンタにおい
て、上記光カウント手段は、分離した単一波長の近接場
散乱光の光量比に基づいて微粒子のサイズ分布を検知す
る構成としてある。

【００１７】近接場での発光光量は観察面からの距離に
応じて指数関数的に減衰する。従って、微粒子の大きさ
は観察面からの距離に対応して減衰する。このため近接
場散乱光の減衰度合いを利用して微粒子の高さおよび大
きさを検知することが理論的には可能なように思える。
しかしながら、その場合は発光光量を正確にキャリブレ
ーションしなければならず、実際には困難である。発光
光量の不均一は同じ環境であれば異なる波長に対して同
様の影響度合いを与える。また、発光光量は波長に対応
して変化する。このため、上記のように構成した請求項
１０にかかる発明においては、分離した単一波長の近接
場散乱光の光量比を求める。このようにすると、環境に
よって発光光量にばらつきがあったとしても光量比を求
める段階でほぼ不均一要素が解消される。むろん、その
前提として発光光量の波長依存度合いが非線形であるこ
とが必要であるが、近接場散乱光はその条件に適合する
ので可能となる。

【００１８】このようにして得られた光量比は微粒子の
大きさに対応するとともに正規化されているので、光量
変化が生じる毎にトリガをかけて同光量比の度数分布を
求めていくと、微粒子のサイズの分布が求められる。さ
らに、請求項１１にかかる発明は、略台形のプリズム
と、同プリズムにおける傾斜面から入光して同プリズム
における平行面の一方の観察面にて全反射する照明光を
照射する発光器と、上記観察面と反対の側の平行面に配
置した透明電極と、上記観察面の側に所定距離を隔てて
配置した非透明電極と、上記透明電極と上記非透明電極
との間に電圧を印加して電場を形成する印加電源と、上
記透明電極の側から上記観察面の近接場散乱光を集光す
る光学系と、同光学系を介して受光した同近接場散乱光
の光量変化に基づいて上記観察面における微粒子の個体
数をカウントする光カウント手段とを具備する構成とし
てある。

【００１９】上記のように構成した請求項１１にかかる
発明においては、略台形のプリズムを挟んで電場が形成
され、微粒子を効率よく観察面上に捕捉し、同プリズム
の観察面上に形成される近接場にて同微粒子を照明する
ことができるので、同プリズムを挟んで観察面に対面す
る光学系で近接場散乱光を集光しつつ光カウント手段で
同微粒子をカウントすることができる。このように、近
接場散乱光を利用して微粒子の個体数をカウントする手
法は必ずしも実体のある装置に限られる必要はなく、そ
の方法としても機能することは容易に理解できる。この
ため、請求項１２にかかる発明は、平板状の観察面を有
する光透過媒体に所定の角度で照明光を入射して上記観
察面で全反射させる近接場照明を行なうとともに、上記
観察面における近接場散乱光を集光して受光し、同近接
場散乱光の変化量に基づいて上記観察面における微粒子
の個体数をカウントする構成としてある。

【００２０】すなわち、必ずしも実体のある装置に限ら
ず、その方法としても有効であることに相違はない。と
ころで、このような微粒子カウンタは単独で存在する場
合もあるし、ある機器に組み込まれた状態で利用される
こともあるなど、発明の思想としてはこれに限らず、各
種の態様を含むものである。従って、ソフトウェアであ
ったりハードウェアであったりするなど、適宜、変更可
能である。発明の思想の具現化例として微粒子カウンタ
のソフトウェアとなる場合には、かかるソフトウェアを
記録した記録媒体上においても当然に存在し、利用され
るといわざるをえない。

【００２１】その一例として、請求項１３にかかる発明
は、 さらに、請求項１３にかかる発明は、平板状の観
察面を有する光透過媒体に所定の角度で照明光を入射し
て上記観察面で全反射させる近接場照明を行なうととも
に、上記観察面における近接場散乱光を集光して受光
し、同近接場散乱光の変化量に基づいてコンピュータに
て上記観察面における微粒子の個体数をカウントする微
粒子カウントプログラムを記録した媒体であって、それ
ぞれ単一の波長の複数の照明光を上記観察面に照射する
とともに、上記観察面からの近接場散乱光を単一波長光
に分離し、同分離した近接場散乱光の強度分布に基づい
て微粒子のサイズ分布を検知する機能をコンピュータに
実行させる構成としてある。

【００２２】むろん、その記録媒体は、磁気記録媒体で
あってもよいし光磁気記録媒体であってもよいし、今後
開発されるいかなる記録媒体においても全く同様に考え
ることができる。また、一次複製品、二次複製品などの
複製段階については全く問う余地無く同等である。その
他、供給方法として通信回線を利用して行なう場合でも
本発明が利用されていることにはかわりない。さらに、
一部がソフトウェアであって、一部がハードウェアで実
現されている場合においても発明の思想において全く異
なるものではなく、一部を記録媒体上に記憶しておいて
必要に応じて適宜読み込まれるような形態のものとして
あってもよい。

【００２３】本発明をソフトウェアで実現する場合、ハ
ードウェアやオペレーティングシステムを利用する構成
とすることも可能であるし、これらと切り離して実現す
ることもできる。例えば、補間処理するために画像デー
タを入力する処理といっても、その実現方法はオペレー
ティングシステムにおける所定の関数を呼び出して処理
することも可能であれば、このような関数を呼び出すこ
となくハードウェアから入力することも可能である。そ
して、実際にはオペレーティングシステムの介在のもと
で実現するとしても、プログラムが媒体に記録されて流
通される過程においては、このプログラムだけで本発明
を実施できるものと理解することができる。

【００２４】また、本発明をソフトウェアで実施する場
合、発明がプログラムを記録した媒体として実現される
のみならず、本発明がプログラム自体として実現される
のは当然であり、プログラム自体も本発明に含まれる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、簡易な構
成で、かつ自動化を容易にすることが可能な微粒子カウ
ンタを提供することができる。また、請求項２にかかる
発明によれば、台形のプリズムを使用するので、近接場
散乱光の観察自体は平行な面を利用することができる
し、傾斜面を利用すれば近接場を形成するための全反射
も容易に実現でき、全体として構成をシンプルにするこ
とができる。

【００２６】さらに、請求項３にかかる発明によれば、
微粒子の被照明面に対面するので微粒子自体で陰を形成
することが無くなり、観測上も都合がよい。さらに、請
求項４にかかる発明によれば、積極的に微粒子を捕捉し
やすくなり、短時間での計測が可能となる。さらに、請
求項５にかかる発明によれば、微粒子を観察面に直接移
動させる電場を形成でき、捕捉の効率が向上する。さら
に、請求項６にかかる発明によれば、透明電極を利用す
るので集光を妨げることなく観察面で一様の電場を形成
して捕捉効率を向上させることができる。

【００２７】さらに、請求項７にかかる発明によれば、
微粒子を積極的に帯電させて観察面に捕捉しやすくな
る。さらに、請求項８にかかる発明によれば、光量変化
をトリガにしてカウントするため、計測の自動化が容易
になる。さらに、請求項９にかかる発明によれば、波長
に依存する特性を利用して観測の幅を広げることができ
る。さらに、請求項１０にかかる発明によれば、面倒な
キャリブレーションを必要とすることなく微粒子のサイ
ズ分布を求めることができる。

【００２８】さらに、請求項１１にかかる発明によれ
ば、同様の効果を奏する微粒子カウント方法を提供で
き、請求項１２にかかる発明によれば、微粒子カウント
プログラムを記録した媒体を提供できる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面にもとづいて本発明の
実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態にか
かる微粒子カウンタを模式図により示している。同図に
おいて、プリズム１１は断面略台形に形成され、上面の
方が下面よりも大きくなっている。また、平面的には概
ね矩形形状となっている。ここでプリズム１１の上面を
観察面１１ａと呼び、図面上左側の傾斜面を入射面１１
ｂと呼び、右側の傾斜面を出射面１１ｃと呼ぶ。入射面
にはプリズム１２を介してそれぞれ波長の異なる単一波
長（λ１，λ２）を照射する発光器１３ａ，１３ｂが対
面している。プリズム１２は各発光器１３ａ，１３ｂか
らの照明光の光軸を合わせてプリズム１１の入射面１１
ｂに入射せしめる。

【００３０】この光軸は観察面１１ａと交差するが、プ
リズム１１の側から観察面１１ａを透過するものではな
く、全反射する。従って、プリズム１１における観察面
１１ａの外側には近接場が形成される。また、全反射後
の光軸は出射面１１ｃを介してプリズム１１外に出射さ
れる。ここで、プリズム１１内での散乱光の発生を抑止
するため、この光軸と入射面１１ｂ及び出射面１１ｃと
は直交するように配向してある。

【００３１】以上のプリズム１１，１２と発光器１３
ａ，１３ｂにより、近接場照明手段を構成する。本実施
形態においては、二つの発光器１３ａ，１３ｂを使用し
ているが、後述するように微粒子のサイズ分布を得るた
めであり、必ずしも複数の発光器を必要とするわけでは
ない。また、同様の意味で単一波長の発光器１３ａ，１
３ｂを使用しているが、単一波長である必要もない。ま
た、光軸を合わせるためにプリズム１２を使用している
が、ハーフミラーを利用する事も可能である。さらに光
軸を合わせるために各種の光学系を備えて発光器１３
ａ，１３ｂの配置を変更することも可能である。

【００３２】プリズム１１における観察面１１ａと反対
側の面には透明電極１４ａを備えており、プリズム１１
の上方には窓を開けた枠状の電極１４ｂを配置してあ
る。窓は概ね観察面１１ａにおける観察上有効な部位に
対応して形成されており、上方から微粒子が観察面上に
落下するのを妨げないようにしてある。電極１４ａ，１
４ｂには電源１４ｃにて電圧を印加してあり、さらに両
電極間には微粒子を積極的にイオン化させるためのイオ
ン針１４ｄが配置されている。イオン針１４ｄはイオン
化回路１４ｅから所定電圧を印加されており、これによ
り微粒子がイオン化されると透明電極１４ｂの側へと引
きつけられて観察面１１ａ上に密着しやすくなる。近接
場で微粒子を照明するためには観察面１１ａにできるだ
け近接する必要があるためである。

【００３３】これらの透明電極１４ａ、電極１４ｂ、電
源１４ｃ、イオン針１４ｄ、イオン化回路１４ｅによっ
て電場吸着手段を構成している。電場吸着手段は上記近
接場照明手段での効率を向上させるために役立つが、必
須のものではない。また、電場を形成する手法は適宜変
更可能であり、例えば電極１４ｂに針状の尖端部位を形
成し、電極１４ｂと透明電極１４ａとの間に高圧直流回
路を配置することにより、電極１４ｂで微粒子をイオン
化させつつ透明電極１４ａに向けて吸引させるような構
成としても良い。

【００３４】プリズム１１の下方には光学系１５が備え
られ、レンズ１５ａ、ハーフミラー１５ｂ、フィルタ１
５ｃ１，１５ｃ２を介して波長λ１，λ２ごとに光セン
サ１６ａ，１６ｂに結像させている。光学系１５につい
ては概略的に示しているが、プリズム１１下方の設置ス
ペースなどに応じて適宜プリズムやミラーを配して光軸
方向を変更可能である。また、ハーフミラー１５ｂとフ
ィルタフィルタ１５ｃ１，１５ｃ２は発光器１３ａ，１
３ｂにて波長λ１，λ２を分離して結像させるために使
用されるものであり、必要に応じて適宜使用する。ただ
し、光センサ１６ａ，１６ｂによって適宜光学系１５は
設計されればよく、光センサ１６ａ，１６ｂ内に実質的
な光学系を備えるようなものであっても良い。

【００３５】光センサ１６ａ，１６ｂはＣＣＤセンサで
構成され、微粒子をカウントするカウンタ本体１７に接
続されている。カウンタ本体１７には操作パネル１８と
表示器１９が備えられている。カウンタ本体１７の内部
には、図２に示すように、演算を司るＣＰＵ１７ａ、フ
ァームウェアなどを記憶するＲＯＭ１７ｂ、演算のワー
クエリアなどとして利用されるＲＡＭ１７ｃ、外部機器
と接続するインターフェイス１７ｄなどが備えられてお
り、上記ＣＰＵ１７ａは図３に示すフローチャートに従
って微粒子カウント処理を実行可能となっている。むろ
ん、このフローを実現するプログラムがＲＯＭ１７ｂに
書き込まれており、この意味で同ＲＯＭ１７ｂは微粒子
カウントプログラムを記録した媒体を構成する。

【００３６】本実施形態においては、以上の光センサ１
６ａ，１６ｂ、カウンタ本体１７、操作パネル１８、表
示器１９によって光カウント手段を構成しているが、近
接場散乱光を受光しつつ同近接場散乱光の光量変化に基
づいて微粒子の個体数をカウントするためには各種の変
更も可能である。例えば、微粒子のサイズ分布を検知す
るためにはＣＣＤなどで観察面を画像として撮像する必
要があるが、微粒子の到来だけを検知するのであれば単
純に光量だけを検知するセンサを利用すればよい。ま
た、操作パネル１８や表示器１９もＬＣＤ上にタッチパ
ネルを配するなどして一体化したり操作性を向上させた
りすることもできる。また、ソフトウェア的な処理だけ
でなく、ハードウェア的な処理で実現することもでき、
後述する。

【００３７】次に、上記構成からなる本実施形態の動作
を説明する。ハード的にはプリズム１１の観察面１１ａ
に付着している微粒子を取り除き、電極１４ｂを上方に
向けて設置する。透明電極１４ａと電極１４ｂの間に電
圧を印加しつつ、イオン化回路１４ｅにてイオン針へ所
定の高圧電源を印加する。一方、発光器１３ａ，１３ｂ
を発光させて所定の単一波長光を発生させ、プリズム１
２を介してプリズム１１の観察面１１ａへと入光させ
る。このとき、プリズム１１への入射時には入射面１１
ｂと直角に、出射時には出射面１１ｃと直角になるた
め、屈折光がプリズム１１内で発生して観察面１１ａか
ら出射してしまうことはない。この結果、観察面１１ａ
では近接場が形成され、純粋に近接場散乱光を観察でき
るようになる。なお、この前提として電極１４ｂの上方
に照明がないことが必要となり、そのような状況下で観
測を行う。ただし、観察面１１ａに対して微粒子を付着
せしめるのは電極１４ｂに窓を形成しなくても可能であ
り、窓を形成しないようにして光学系１５の側から観察
面１１ａに対面したときに暗視野状態を確保できるよう
にしても良い。

【００３８】この状態でＣＰＵは図３に示すフローチャ
ートに従って微粒子カウント処理を実行する。ステップ
１００では初期化を実行し、例えばカウンタ変数や度数
分布の変数をクリアする。計測は一定時間の間、以下の
ステップ１０２〜ステップ１１４の処理をループ処理で
繰り返して行われる。最新の撮影画像を入力する前にス
テップ１０２とステップ１０４にて旧画像を保存し、ス
テップ１０６では波長λ１の光センサ１６ａから撮像画
像を入力し、ステップ１０８では波長λ２の光センサ１
６ｂから撮像画像を入力する。従って、波長λ１と波長
λ２についてそれぞれ最新の画像と１ループ前の画像と
がワークエリア上に保存される。ステップ１１０では計
測時間の経過を判断し、ステップ１１２でそれぞれの波
長毎に新画像と旧画像とで変化が生じていないか判断す
る。

【００３９】旧画像と新画像との撮影の間に観察面１１
ａ上に微粒子が到来すると、観察面１１ａ上にて近接場
散乱光が発光するので両画像に変化が見られる。従っ
て、変化が生じていればステップ１１４にて変化部位を
特定し、ステップ１１６にて微粒子のカウント数を一つ
増やす。なお、このときに変化部位が複数あれば複数の
カウントアップを行うようにしても良い。微粒子のカウ
ントだけであれば以上の処理でよいが、本実施形態にお
いてはサイズ分布も検知するため、以下の処理を行う。

【００４０】処理の内容について説明する前に図４
（ａ）について説明する。同図は波長ごとに近接場散乱
光の強度を示しており、横軸に強度を示し、縦軸に観察
面１１ａからの距離を示している。高さと強度との関係
では観察面１１ａにて最も強度が強く、離れるに従って
指数関数的に弱くなる。また、波長が変化しても観察面
１１ａでは同じ強度であり、波長が変化すると減衰の度
合いが変化する。この光量の絶対強度は各種の環境要因
に変化する。従って、高さに対応して光量が一律の値と
なるようにキャリブレーションするのはコスト的に極め
て困難である。

【００４１】本発明においては、複数の単一波長の照明
光を利用し、キャリブレーションを要することなく高さ
を求められるようにしている。すなわち、それぞれの照
明光に基づく光量比を演算し、この光量比に基づいて高
さを得る。このようにすると概略的にはそれぞれの絶対
光量が変化する場合であっても相対比はそれほど大きく
変化するわけではないし、減衰係数が異なる両者の相対
比は高さとの対応関係でも一律になるからである。むろ
ん、正確な演算を利用してリニアな関係を得るようにす
ることも可能である。図４（ｂ）はこの相対比の変化度
合いを示しており、高さに対して一律でほぼリニアな関
係を得られる。

【００４２】ステップ１１４にて特定された変化部位で
のそれぞれの光量をＰ（λ１）、Ｐ（λ２）とすると、
ステップ１１８ではその相対比（Ｐ（λ２）／Ｐ（λ
１））を演算する。この相対比は微粒子の高さおよび大
きさに相当するため、ステップ１２０では同相対比の度
数分布を求める。すなわち、相対比（Ｐ（λ２）／Ｐ
（λ１））がとりうるある一定の範囲で変化幅を小刻み
に区分し、各変化幅内で該当するものの度数を一つ繰り
上げる。これは微粒子が到来するごとに行われるので、
ステップ１１０にて一定時間が経過して終了したと判断
されるときには全微粒子についてのサイズの度数分布が
求められることになる。

【００４３】そして、この後ステップ２２ではカウント
した全微粒子の数と共に、サイズの度数分布を表示器１
９上に表示する。図５はその表示例を示しており、横軸
をサイズとして縦軸を個数としたヒストグラムを表示し
つつ、右上の余白部分に全微粒子の個数と計測時間を表
示している。むろん、この表示は一例に過ぎず、ＬＥＤ
表示で個数を表示しつつ、時分割でサイズの区分毎に個
数表示するというようなことも可能である。

【００４４】一方、上述したカウンタ本体１７はコンピ
ュータを利用したソフトウェア処理で微粒子カウント処
理を実現しているが、ハードウェア的に実現することも
可能である。図６はハードウェア的に実現する場合のブ
ロック図を示している。波長λ１については光センサ２
１ａで受光され、その出力を積分回路２２ａ，２３ａに
て積分する。ここで一方の積分回路２３ａについては遅
延回路２４ａを介在させてあり、積分回路２２ａ，２３
ａの出力には時間差が生じているので、積分回路２２ａ
の出力から積分回路２３ａの出力を減ずる減算回路２５
ａの出力は、結局のところ光センサ２１ａにおける各時
間ごとの変化量となる。

【００４５】より具体的には新たに微粒子が到来したと
きに光センサ２１ａでの受光光量は増加するが、この増
加幅が減算回路２５ａの出力として表れる。一方、受光
光量が変化したときには微分回路２６でトリガが出力さ
れ、このトリガでカウンタ２７が一つだけカウントアッ
プする。むろん、このカウンタ２７の出力が微粒子の到
来数となる。一方、波長λ２についてもほぼ同様の回路
構成で光センサ２１ｂと積分回路２２ｂ，２３ｂと遅延
回路２４ｂと減算回路２５ｂとが備えられている。従っ
て、減算回路２５ａの出力と減算回路２５ｂの出力とを
除算回路２８に入力しておいて、微分回路２６のトリガ
で同除算回路２８に除算させることにより、上述した相
対比が求められる。そして、この相対比を度数分布回路
２９に入力して度数分布を求めることができる。

【００４６】この例では度数分布まで求める回路構成と
しているが、全微粒子数を求めるだけであれば光センサ
２１ａと積分回路２２ａと微分回路２６とカウンタ２７
だけでも実現できる。むろん、このような回路構成も一
例に過ぎず、適宜変形可能なことはいうまでもない。こ
のように、略台形としたプリズム１１の入射面１１ｂか
ら同プリズム１１における観察面１１ａにて全反射する
照明光を発光器１３ａ，１３ｂにて照射すると、同観察
面１１ａには近接場が形成されて微粒子が到来すると近
接場散乱光で照明されることになり、同観察面１１ａに
対面する光学系１５を介して光センサ１６ａ，１６ｂが
光量変化を検知すると、同光量変化に基づいて微粒子の
個体数をカウントできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる微粒子カウンタの
概略図である。

【図２】カウンタ本体の概略ブロック図である。

【図３】カウンタ本体の微粒子カウント処理のフローチ
ャートである。

【図４】近接場散乱光の光量変化を示すグラフである。

【図５】計測結果の表示例を示す図である。

【図６】ハードウェア回路による実現例を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１１…プリズム １１ａ…観察面 １１ｂ…入射面 １１ｃ…出射面 １２…プリズム １３ａ，１３ｂ…発光器 １４ａ…透明電極 １４ｂ…電極 １４ｃ…電源 １４ｄ…イオン針 １４ｅ…イオン化回路 １５…光学系 １５ａ…レンズ １５ｂ…ハーフミラー １５ｃ１，１５ｃ２…フィルタ １６ａ，１６ｂ…光センサ １７…カウンタ本体 １７ａ…ＣＰＵ １７ｂ…ＲＯＭ １７ｃ…ＲＡＭ １７ｄ…インターフェイス １８…操作パネル １９…表示器 ２１ａ，２１ｂ…光センサ ２２ａ，２２ｂ…積分回路 ２３ａ，２３ｂ…積分回路 ２４ａ，２４ｂ…遅延回路 ２５ａ，２５ｂ…減算回路 ２６…微分回路 ２７…トリガでカウンタ ２８…除算回路 ２９…度数分布回路

【手続補正書】

【提出日】平成１２年３月２７日（２０００．３．２
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】上記のように構成した請求項８にかかる発
明においては、観察面での光量変化を見ており、光量変
化があればカウントするので自動化が容易となる。観察
面での発光スポットを検出してどこに微粒子が付着した
かを判断するのではなく、単純に光量の変化だけを見る
構成は、極めてシンプルである。むろん、具体的な計測
手法は適宜変更可能であり、計測開始前の観察場面での
発光状態と計測終了時の観察場面での発光状態とを比較
したり、所定間隔毎に近接場の発光状態を比較し、発光
状態の変化を検出することが可能となる。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状の観察面を有する光透過媒体に所
   定の角度で照明光を入射して上記観察面で全反射させる
   近接場照明手段と、 上記観察面における近接場散乱光を集光可能な光学系
   と、 同光学系を介して上記近接場散乱光を受光し、同近接場
   散乱光の光量変化に基づいて上記観察面における微粒子
   の個体数をカウントする光カウント手段とを具備するこ
   とを特徴とする微粒子カウンタ。
2. 【請求項２】 上記請求項１に記載の微粒子カウンタに
   おいて、上記近接場照明手段は、台形のプリズムを有
   し、平行面の一面を上記観察面としたことを特徴とする
   微粒子カウンタ。
3. 【請求項３】 上記請求項２に記載の微粒子カウンタに
   おいて、上記光学系は、上記台形のプリズムを透過して
   上記観察面に対面するように配置したことを特徴とする
   微粒子カウンタ。
4. 【請求項４】 上記請求項１〜請求項３のいずれかに記
   載の微粒子カウンタにおいて、上記近接場照明手段は、
   電場を形成して上記観察面に微粒子を付着させる電場吸
   着手段を有することを特徴とする微粒子カウンタ。
5. 【請求項５】 上記請求項４に記載の微粒子カウンタに
   おいて、上記電場吸着手段は、上記観察面を挟んで対峙
   する一対の電極を有することを特徴とする微粒子カウン
   タ。
6. 【請求項６】 上記請求項５に記載の微粒子カウンタに
   おいて、上記電極の一方は、透明電極で構成されて、上
   記プリズムにおける上記観察面と反対の側に配置される
   ことを特徴とする微粒子カウンタ。
7. 【請求項７】 上記請求項１〜請求項６のいずれかに記
   載の微粒子カウンタにおいて、上記電場吸着手段は、微
   粒子を帯電させるイオン化手段を有することを特徴とす
   る微粒子カウンタ。
8. 【請求項８】 上記請求項１〜請求項７のいずれかに記
   載の微粒子カウンタにおいて、上記光カウント手段は、
   上記近接場散乱光の光量変化をトリガとして微粒子をカ
   ウントすることを特徴とする微粒子カウンタ。
9. 【請求項９】 上記請求項１〜請求項８のいずれかに記
   載の微粒子カウンタにおいて、上記近接場照明手段は、
   それぞれ単一の波長の照明光を照射する複数の単一波長
   照明手段を有し、上記光カウント手段は、それぞれの単
   一波長の近接場散乱光に分離して上記微粒子のカウント
   を実行することを特徴とする微粒子カウンタ。
10. 【請求項１０】 上記請求項９に記載の微粒子カウンタ
    において、上記光カウント手段は、分離した単一波長の
    近接場散乱光の光量比に基づいて微粒子のサイズ分布を
    検知することを特徴とする微粒子カウンタ。
11. 【請求項１１】 略台形のプリズムと、同プリズムにお
    ける傾斜面から入光して同プリズムにおける平行面の一
    方の観察面にて全反射する照明光を照射する発光器と、
    上記観察面と反対の側の平行面に配置した透明電極と、
    上記観察面の側に所定距離を隔てて配置した非透明電極
    と、上記透明電極と上記非透明電極との間に電圧を印加
    して電場を形成する印加電源と、上記透明電極の側から
    上記観察面の近接場散乱光を集光する光学系と、同光学
    系を介して受光した同近接場散乱光の光量変化に基づい
    て上記観察面における微粒子の個体数をカウントする光
    カウント手段とを具備することを特徴とする微粒子カウ
    ンタ。
12. 【請求項１２】 平板状の観察面を有する光透過媒体に
    所定の角度で照明光を入射して上記観察面で全反射させ
    る近接場照明を行なうとともに、上記観察面における近
    接場散乱光を集光して受光し、同近接場散乱光の変化量
    に基づいて上記観察面における微粒子の個体数をカウン
    トすることを特徴とする微粒子カウント方法。
13. 【請求項１３】 平板状の観察面を有する光透過媒体に
    所定の角度で照明光を入射して上記観察面で全反射させ
    る近接場照明を行なうとともに、上記観察面における近
    接場散乱光を集光して受光し、同近接場散乱光の変化量
    に基づいてコンピュータにて上記観察面における微粒子
    の個体数をカウントする微粒子カウントプログラムを記
    録した媒体であって、それぞれ単一の波長の複数の照明
    光を上記観察面に照射するとともに、上記観察面からの
    近接場散乱光を単一波長光に分離し、同分離した近接場
    散乱光の強度分布に基づいて微粒子のサイズ分布を検知
    する機能をコンピュータに実行させることを特徴とする
    微粒子カウントプログラムを記録した媒体。