JP2005351714A

JP2005351714A - 微粒子測定装置

Info

Publication number: JP2005351714A
Application number: JP2004171539A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kobayashi; 毅小林; Kazuhiro Koizumi; 和裕小泉; Hideo Shimizu; 秀雄清水
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-06-09
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】粉塵などの微粒子の数と大きさを高精度に測定することができ、また、光学系部品を容易に組立可能とすることによって組立工数を削減すること。
【解決手段】光源２からのレーザ光２１をコリメートレンズ１２、シリンドリカルレンズ１３にて扁平ビーム光２３に変換し、この扁平ビーム光２３を、各ノズル１４ａ，１４ｂ間に流れる気体に交差して透過させ、この際、交差方向の当該流体の断面全てに掛かって透過するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、クリーンルームなどの粉塵を管理する領域において、粉塵などの微粒子の数と大きさを計測する微粒子測定装置に関する。

従来の微粒子測定装置として、例えば特許文献１に記載のものがある。この内容を、図２に示す微粒子測定装置の斜視図を参照して説明する。フローセル４に、その導入管４ｃから導出管４ｂに向かって連続的に、被測定流体（気体又は液体）を流す。この状態で、光源２からフローセル４にレーザ光１を照射する。レーザ光１は投光レンズ５によってフローセル４の球形部４ａの中心で最も絞られた後、ビームブロック６で吸収、消光されるようになっている。

ここで、フローセル４の中を流れる被測定流体に微粒子が含まれているとすると、その微粒子がレーザ光１を横切るときに散乱光が発生する。この散乱光の内、フローセル４の球形部４ａの中心を通る微粒子による散乱光のみが、受光レンズ８、ピンホール９を介して受光器７で受光され、また同時に受光レンズ８ａ、ピンホール９ａを介して受光器７ａで受光され、それぞれ光強度が検出されるようになっている。この光強度は、微粒子の個数や粒度分布に関連しているので、受光器７，７ａの出力信号から、それら微粒子の個数や粒度分布を求めることが可能となる。
特開平３−３９６３５号公報

しかし、上記の特許文献１の微粒子測定装置においては、レーザ光１を集光させる光学系部品が投光レンズ５及び受光レンズ８，８ａと集光レンズのみで構成されているので、光源２からのレーザ光１を集光する側にあっては、投光レンズ５で集光されたレーザ光１の形状が、光源２の射出パターンに近い楕円形で、その直径が流体の導入管４ｃによるノズル径より小さい。このため、ノズルから噴出される流体全てにレーザ光１を照射することができないので、流体に含まれる全ての粒子からの散乱光を受光することができず、微粒子の数と大きさの測定精度が悪くなるという問題がある。

また、球形部４ａ内の略点状領域において、投光レンズ５、各受光レンズ８，８ａ、ビームブロック６の各光軸が通るように光学系部品を調整しなければならない。このため、組立時の調整余裕がなく、光学系部品の組立調整に時間がかかるので、その分、組立工数が掛かるという問題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、粉塵などの微粒子の数と大きさを高精度に測定することができ、また、光学系部品を容易に組立可能とすることによって組立工数を削減することができる微粒子測定装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１による微粒子測定装置は、流体の噴射口及び吸引口が所定間隔離されて対向関係に配置された１対のノズルうち一方のノズルの噴射口から流体を噴射させ、この噴射流体を他方のノズルの吸引口で吸引することにより双方のノズル間に流れる流体に、光源からの出射光を透過し、この透過時に流体中に含まれる微粒子での散乱光を受光素子で受光し、この受光に応じて受光素子から出力される電気信号から微粒子の数及び大きさを演算して求める微粒子測定装置において、前記光源からの出射光を平行光とするコリメートレンズと、前記コリメートレンズからの平行光を扁平光とするシリンドリカルレンズとを備え、前記コリメートレンズ及び前記シリンドリカルレンズを、前記扁平光が前記双方のノズル間に流れる流体を交差し、この交差方向での当該流体の断面全てに掛かって透過するように配置したことを特徴とする。

この構成によれば、ノズルの噴射口から流体を噴射させ、この噴射流体を他方のノズルの吸引口で吸引することにより双方のノズル間に流れる流体に、光源からの出射光を交差して透過させ、この際、交差方向での当該流体の断面全てに掛かって透過するようにしたので、ノズルから噴出される流体全てに出射光を照射することができる。これによって、流体に含まれる全ての粒子からの散乱光を受光することができるので、微粒子の数と大きさを高精度に測定することができる。

また、光学系部品として、コリメートレンズとシリンドリカルレンズを用い、シリンドリカルレンズからの扁平光の直径が、双方のノズル間に流れる流体の直径以上となり、上記のように扁平光が流体を交差して透過するように双方のレンズを調整すればよいので、組立時の調整を容易に行うことができる。これによって、光学系部品の組立調整を短時間で行うことができるので、その分、組立工数を削減することができる。

また、本発明の請求項２による微粒子測定装置は、請求項１において、前記シリンドリカルレンズの開口数は０．３以下であり、前記双方のノズルの内径は０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり、前記扁平光の直径は前記ノズルの内径以上の大きさであり、前記双方のノズルの気体通過方向の軸と前記扁平光の光軸との交差位置は、前記シリンドリカルレンズの焦点位置に対して±２０ｍｍの範囲に設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、各ノズル間の気流断面内における扁平光による光量分布が均一化され、気流に含まれる微粒子での散乱光の入射に応じて受光素子から出力される電気信号のバラツキを小さく抑えることができるので、微粒子の数と大きさを高精度に測定することができる。

以上説明したように本発明によれば、粉塵などの微粒子の数と大きさを高精度に測定することができ、また、光学系部品を容易に組立可能とすることによって組立工数を削減することができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る微粒子測定装置の構成を示す斜視図である。
図１に示す微粒子測定装置１０は、半導体レーザ１１と、光を平行にするコリメートレンズ１２と、少なくとも一つの面が円柱の一部のような形を成し、光の点を線に伸ばす非点収差を生じさせるシリンドリカルレンズ１３と、噴出ノズル１４ａと、吸引ノズル１４ｂと、フォトダイオード１５とを備え、これら構成要素が図示せぬ固定部材によって固定されて構成されている。

噴出ノズル１４ａは一方の開口端が、図示せぬ排気／吸引用のポンプの排気側に接続されており、吸引ノズル１４ｂは一方の開口端が、同ポンプの吸引側に接続されており、互いに他方の開口端が、所定間隔離れて対向するように配置されている。このような配置関係において噴出ノズル１４ａから噴出された気体が吸引ノズル１４ｂで吸引されるようになっている。

また、光学系部品は、半導体レーザ１１から出射されたレーザ光２１が、コリメートレンズ１２によって平行ビーム光２２とされ、この平行ビーム光２２がシリンドリカルレンズ１３によって扁平ビーム光２３とされ、この扁平ビーム光２３が、各ノズル１４ａ，１４ｂ間を略円柱状の気流となって通過する気体と交差し、この交差時に気体中の粉塵等の微粒子で散乱した光（散乱光）２４がフォトダイオード１５で受光されるように配置されている。

但し、扁平ビーム光２３の径は、各ノズル１４ａ，１４ｂ間を略円柱状の気流の径より大きくなるように、半導体レーザ１１、コリメートレンズ１２、シリンドリカルレンズ１３が配置されている。
また、シリンドリカルレンズ１３のＮＡ（開口数）は０．３以下とされている。各ノズル１４ａ，１４ｂの内径は０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であって、扁平ビーム光２３の直径がノズル内径以上の大きさとされている。各ノズル１４ａ，１４ｂ間の気体が通過する中心軸と、扁平ビーム光２３の光軸との交差位置は、シリンドリカルレンズ１３の焦点位置に対して±２０ｍｍの範囲となされている。

このように設定することによって、各ノズル１４ａ，１４ｂ間の気流断面内における扁平ビーム光２３による光量分布が均一化され、気流に含まれる微粒子での散乱光２４の入射に応じてフォトダイオード１５から出力される電気信号のバラツキが小さく抑えられるようにしてある。
また、フォトダイオード１５の出力信号は、一般的に知られているように、図示せぬ増幅装置によって増幅され、更に演算装置によって、その増幅信号の波形の振幅や幅から微粒子の数と大きさ（粒径）が求められるようになっている。

このような構成の微粒子測定装置１０は、クリーンルーム等の粉塵を管理する領域に配置されて、次のような微粒子の測定動作を行う。
まず、ポンプが起動されると、噴出ノズル１４ａから噴出された気体が吸引ノズル１４ｂで吸引される。この後、半導体レーザ１１からレーザ光２１が出射されると、このレーザ光２１がコリメートレンズ１２によって平行ビーム光２２とされ、この平行ビーム光２２がシリンドリカルレンズ１３によって扁平ビーム光２３とされ、各ノズル１４ａ，１４ｂの間へ出射される。

この出射された扁平ビーム光２３は、各ノズル１４ａ，１４ｂ間を通過する気流を切断状態に透過し、この際その断面全てを透過する。この透過時に、気体中の微粒子で光が散乱され、この散乱光２４がフォトダイオード１５で受光される。この受光に応じてフォトダイオード１５から出力される電気信号が、増幅装置によって増幅され、更に演算装置によって、その増幅信号の波形の振幅や幅から微粒子の数と粒径が求められる。

このような微粒子測定装置１０によれば、光源２からのレーザ光２１をコリメートレンズ１２、シリンドリカルレンズ１３にて扁平ビーム光２３に変換し、この扁平ビーム光２３を、各ノズル１４ａ，１４ｂ間に流れる気体に交差して透過させ、この際、交差方向の当該流体の断面全てに掛かって透過するようにしたので、ノズル１４ａから噴出される流体全てにレーザ光２１を照射することができる。

これによって、流体に含まれる全ての粒子からの散乱光を受光することができるので、微粒子の数と大きさを高精度に測定することができる。
また、光学系部品として、コリメートレンズ１２とシリンドリカルレンズ１３を用い、シリンドリカルレンズ１３からの扁平光の直径が、双方のノズル間に流れる流体の直径以上となり、上記のように扁平光が流体を交差して透過するように双方のレンズ１２，１３を調整すればよいので、組立時の調整を容易に行うことができる。これによって、光学系部品の組立調整を短時間で行うことができるので、その分、組立工数を削減することができる。

本発明の実施の形態に係る微粒子測定装置の構成を示す斜視図である。従来の微粒子測定装置の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１０微粒子測定装置
１１半導体レーザ
１２コリメートレンズ
１３シリンドリカルレンズ
１４ａ噴出ノズル
１４ｂ吸引ノズル
１５フォトダイオード
２１レーザ光
２２平行ビーム光
２３扁平ビーム光
２４散乱光

Claims

流体の噴射口及び吸引口が所定間隔離されて対向関係に配置された１対のノズルうち一方のノズルの噴射口から流体を噴射させ、この噴射流体を他方のノズルの吸引口で吸引することにより双方のノズル間に流れる流体に、光源からの出射光を透過し、この透過時に流体中に含まれる微粒子での散乱光を受光素子で受光し、この受光に応じて受光素子から出力される電気信号から微粒子の数及び大きさを演算して求める微粒子測定装置において、
前記光源からの出射光を平行光とするコリメートレンズと、
前記コリメートレンズからの平行光を扁平光とするシリンドリカルレンズとを備え、
前記コリメートレンズ及び前記シリンドリカルレンズを、前記扁平光が前記双方のノズル間に流れる流体を交差し、この交差方向での当該流体の断面全てに掛かって透過するように配置した
ことを特徴とする微粒子測定装置。
前記シリンドリカルレンズの開口数は０．３以下であり、前記双方のノズルの内径は０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり、前記扁平光の直径は前記ノズルの内径以上の大きさであり、前記双方のノズルの気体通過方向の軸と前記扁平光の光軸との交差位置は、前記シリンドリカルレンズの焦点位置に対して±２０ｍｍの範囲に設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の微粒子測定装置。