JP2005070027A

JP2005070027A - 光散乱式粒子計数装置

Info

Publication number: JP2005070027A
Application number: JP2003400941A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Kondo; 秀幸近藤; Hirotaka Nakajima; 弘登中島; Yoshimizu Nagasawa; 芳水永沢
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-12-01
Also published as: JP3966851B2

Abstract

【課題】試料流体を高速で流通させることなく粒子を検出する。
【解決手段】レーザ光２を測定領域３に照射し、この測定領域３に存在する粒子４が発生する散乱光５に基づいて粒子４を計数する光散乱式粒子計数装置において、レーザ光２は、帯状のレーザビームに形成されてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光散乱特性を利用して気体中の粒子の数を測定する光散乱式粒子計数装置に関する。更に詳述すると、本発明は試料流体に照射するレーザ光のビーム形状の改良に関する。

この種の光散乱式粒子計数装置１００としては、図６に示すようにレーザ光１０１を射出する光源１０２と、レーザ光１０１を試料流体１０４に集光させる投光レンズ１０３と、試料流体１０４を流す流路手段１０５と、試料流体１０４中の粒子（ダスト）が発生する散乱光１０６を集光する受光レンズ１０７と、集光した散乱光１０６を光電変換する受光素子１０８とを備えたものが知られている。そして、受光素子１０８から得られた電気出力のパルスの大きさと浮遊粒子径とが相関関係を有するので、電気出力のパルスの大きさから粒径を求めることができる。また、粒子が通過したときにパルスが発生するので、パルスの回数から粒子数を求めることができる。

散乱光１０６を高精度に検出するためにはレーザ光１０１のエネルギ密度が高い方が有利であるため、投光レンズ１０３はレーザ光１０１を小さな点状に集光するよう設けられている。そして、試料流体１０４は点状の検出エリア１０９を通過する。試料流体１０４の流通は下流側から吸引ポンプを使用して行われる。

一方、本装置１００をクリーンルームの汚濁度をモニタし汚濁が予想される場合にアラームを発生する装置として使用する場合は、短時間に多くの試料流体１０４をモニタして確度の高い汚濁度の予測を実現し早い時期にアラームを発報することが望まれる。

特開平９−１７８６４５号

しかしながら、上述した光散乱式粒子計数装置１００では、レーザ光１０１は点状に集光されるので、試料流体１０４は非常に狭い検出エリア１０９を通過しなければならない。このため、多くの試料流体１０４を短時間でモニタするには気体を高速で流通させる必要がある。よって、大容量の吸引ポンプを使用しなければならず装置１００の大型化や高コスト化を招いてしまう。また、検出回路の高速化が必要になるので回路が複雑化してしまう。

そこで、本発明は、試料流体を高速で流通させることなく粒子を検出できる光散乱式粒子計数装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、請求項１記載の発明は、レーザ光を測定領域に照射し、この測定領域に存在する粒子が発生する散乱光に基づいて粒子を計数する光散乱式粒子計数装置において、前記レーザ光は、帯状のレーザビームに形成されてなるようにしている。

したがって、レーザ光が帯状であるので、従来のように点状に集光されるレーザ光に比べて検出エリアを広くすることができる。このため、単位時間当たりにより多くの試料流体を通過させることができるので、吸引ポンプの小型化や検出回路の簡易化を図ることができる。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の光散乱式粒子計数装置において、前記粒子を含む試料流体を一定の方向に流す流路手段を有し、前記レーザ光は前記流路手段により流通される前記試料流体の太さより幅広であると共に、前記レーザ光の進行方向に対し直角かつ前記レーザ光の幅広な方向において前記試料流体の全幅に亘って横切るようにしている。したがって、レーザ光は試料流体の全幅に亘っているので、粒子の係数を確実に行うことができる。

以上説明したように、請求項１記載の光散乱式粒子計数装置によれば、レーザ光が帯状であるので、従来のように点状に集光されるレーザ光に比べて検出エリアを広くすることができる。このため、単位時間当たりにより多くの試料流体を通過させることができるので、吸引ポンプの小型化や検出回路の簡易化を図ることができる。そして、吸引ポンプの大型化や検出回路の複雑化を招くことなく、より確度の高い汚濁度の予測やより早い時期でのアラームの発報を行うことができるようになる。よって、クリーンルームが汚濁する前に警告することができる。

また、請求項２記載の光散乱式粒子計数装置によれば、レーザ光は、その進行方向に対し直角かつこのレーザ光の幅広な方向おいて試料流体の全幅に亘っているので、粒子の係数を確実に行うことができる。

以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。

図１および図２に、本発明の光散乱式粒子計数装置１の実施形態の一例を示す。この光散乱式粒子計数装置１は、レーザ光２を測定領域３に照射し、この測定領域３に存在する粒子（ダスト）４が発生する散乱光５に基づいて粒子４を計数するものである。そして、レーザ光２は、帯状のレーザビームに形成されてなるようにしている。また、粒子４を含む試料流体６を一定の方向に流す流路手段７を有している。レーザ光２は流路手段７により流通される試料流体６の太さより幅広であると共に、レーザ光２の進行方向に対し直角かつレーザ光２の幅広な方向において試料流体６の全幅に亘って横切るようにしている。

この光散乱式粒子計数装置１は、レーザ光２を射出する光源８と、レーザ光２を試料流体６に集光させる投光レンズ９と、流路手段７と、試料流体６中の粒子４が発生する散乱光５を集光する受光レンズ１０と、集光した散乱光５を光電変換する受光素子１１とを備えている。

光源８はレーザダイオードとしている。投光レンズ９は、コリメータレンズ１２と、シリンドリカルレンズ１３とを備えている。コリメータレンズ１２ではレーザ光２を平行光にする。シリンドリカルレンズ１３は２枚組で、楕円形状のレーザ光２を更に扁平な帯状の光線にする。このレーザ光２は例えば幅（図２（Ａ）の紙面に垂直な方向の幅）４ｍｍ、厚さ（図２（Ａ）における上下方向の厚さ）５０μｍ程度とする。シリンドリカルレンズ１３によってレーザ光２のエネルギ密度が高められる。

投光レンズ９の下流側にはビームポケット１４が配置されている。ビームポケット１４は投光されたレーザ光２をトラップするものである。これにより、レーザ光２の装置１内部での反射による迷光を減少し、受光素子１１に入射するバックグラウンドノイズを減少させることができる。よって、ＳＮ比を高めて、信号の増幅度を高めることができる。

流路手段７は、投光レンズ９の下流側に配置された気密部１５と、この気密部１５に資料流体６を供給する供給管１６と、気密部１５を負圧にする吸引ポンプ１７とを備えている。また、レーザ光２と試料流体６との交わる部分が測定領域３となる。

受光レンズ１０は測定領域３に向き合っていると共に、光軸をレーザ光２の光軸と直交させている。受光素子１１としては、プリアンプ付きＳｉＰＩＮフォトダイオードを使用している。これにより、感度とＳＮ比とを高めることができる。

上述した光散乱式粒子計数装置１の作用を以下に説明する。

光源８から発せられたレーザ光２は投光レンズ９を透過して帯状にされる。この帯状のレーザ光２は気密部１５に投光される。一方、吸引ポンプ１７の作動により気密部１５では試料流体６が流通されている。そして、レーザ光２が試料流体６を通過する。ここで、投光されたレーザ光２は、流路手段７により流通される試料流体６の太さより幅広であると共に、進行方向に対し直角かつレーザ光２の幅広な方向において試料流体６の全幅に亘って横切っている。すなわち、レーザ光２は、図２（Ａ）の紙面に垂直な方向におけるその幅が試料流体６の最外層の流れよりも幅広に形成されており、紙面に垂直な方向において試料流体６の最外層の流れ部分を横切っている。

試料流体６にダストが含まれていると、測定領域３から散乱光５が発せられる。この散乱光５は受光レンズ１０を介して受光素子１１に入射される。そして、受光素子１１から得られた電気出力のパルスの大きさと粒子４の粒子径とが相関関係を有するので、電気出力のパルスの大きさから粒径を求めることができる。また、粒子４が通過したときにパルスが発生するので、パルスの回数から粒子数を求めることができる。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では投光レンズ９を出たレーザ光２はそのまま試料流体６を通過しているが、これには限られず図３に示すように投光レンズ９の先に反射ミラー１８を設けてレーザ光２は反射してから試料流体６を通過するようにしても良い。これによれば光路を曲折できるので光散乱式粒子計数装置１の小型化を図ることができる。

また、本実施形態では試料流体６の流れがレーザ光２の幅広面に対して４５度をなすようにしているが、これには限られず図４に示すように９０度をなすようにしても良い。図４に示す光散乱式粒子計数装置１では、光源（図示せず）から発せられたレーザ光２は２枚のシリンドリカルレンズ１３を透過して紙面に垂直な方向に圧縮されて帯状になるようにしている。そして、紙面に垂直な方向に試料流体６が流れるように供給管１６および吸引ポンプが設けられている。

さらに、上述した各実施形態では楕円形状のレーザ光２をシリンドリカルレンズ１３を使用して更に扁平な形状にしているが、これには限られず楕円形状のレーザ光２をそのまま試料流体６に照射するようにしても良い。この場合もレーザ光２は幅広の帯状であるので、試料流体６を幅広く照射することができる。

また、上述した各実施形態では供給管１６と吸引ポンプ１７との間を流れる試料流体６にレーザ光２を直接照射しているが、これには限られずレーザ光２を透過する透明体から成る管路に試料流体６を流してその外部からレーザ光２を照射するようにしても良い。

さらに、上述した各実施形態では、光源８から発せられたレーザ光２は２枚のシリンドリカルレンズ１３を透過して、図示の上下方向（図２（Ａ）、図３（Ａ））あるいは、紙面に垂直な方向（図４）に圧縮されて帯状になるようにしているが、これには限られず、図５に示す光散乱式粒子計測装置１のように、投光レンズ９をコリメータレンズ１２と１枚だけのシリンドリカルレンズ１３とから構成し、レーザ光２が試料流体６を通過するようにしても良い。これによればシリンドリカルレンズ１３を通過したレーザ光２は完全な平行光ではないが、測定領域３が狭いので、平行光としてみることができ、上述した各実施形態と同様に粒子の量を求めることができる。また、図５に示す光散乱式粒子計測装置１には、受光素子１１や受光レンズ１０と反対側に反射ミラー２０を配置している。これにより、受光素子１１とは反対側に散乱した散乱光５を反射ミラー２０で反射させ受光素子１１に集光させることができ、より効率良く粒子数を求めることができる。

本発明の光散乱式粒子計数装置の原理を示す概略の斜視図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ光散乱式粒子計数装置を示す概略平面図および概略側面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ光散乱式粒子計数装置の他の例を示す概略平面図および概略側面図である。光散乱式粒子計数装置の更に他の例を示す平面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ光散乱式粒子計数装置の更に他の例を示す概略構成図および概略側面図である。従来の光散乱式粒子計数装置の主要部を示す概略図である。

符号の説明

１光散乱式粒子計数装置
２レーザ光
３測定領域
４粒子
５散乱光
６試料流体
７流路手段

Claims

レーザ光を測定領域に照射し、この測定領域に存在する粒子が発生する散乱光に基づいて粒子を計数する光散乱式粒子計数装置において、
前記レーザ光は、帯状のレーザビームに形成されてなることを特徴とする光散乱式粒子計数装置。
前記粒子を含む試料流体を一定の方向に流す流路手段を有し、
前記レーザ光は前記流路手段により流通される前記試料流体の太さより幅広であると共に、前記レーザ光の進行方向に対し直角かつ前記レーザ光の幅広な方向において前記試料流体の全幅に亘って横切ることを特徴とする請求項１記載の光散乱式粒子計数装置。