JP2005351835A - 微粒子測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 迷光を低減して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、簡単な構造で迷光の低減を可能とすることによって製造コストを低減させること。
【解決手段】 長手方向に沿って直線に伸びる光路空間２１の一端に配設された光源２からの出射光をレンズ２９，３０で平行光に変換する。また光路空間２１を抜けて対向側壁を貫通する通路に気流３２を流す。この気流３２に平行光を透過させ、この透過時に気流３２に含まれる微粒子での散乱光をフォトダイオード３４で受光する。この構成において、筒状部材における光源２の配設端との対向端に、光源２からの出射光が光源２方向へ戻らないように反射する角度で配設した光ストッパ２５と、光ストッパ２５での反射光が入射され、この入射光を吸収する反射防止加工を壁面に施した空洞による光トラップ空間２２とを備える。
【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は、気体等の流体を当該微粒子測定装置の内部に吸引して外部へ排気し、この際、内部に流れる流体に光源からのレーザ光を透過し、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するように構成されている。そして、そ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（粒径）を演算して求めるようになっている。

この種の従来の微粒子測定装置として、例えば特許文献１及び２に記載のものがある。
特許文献１の微粒子測定装置は、図２に示すように、受光素子２の視野１０の中心軸に垂直な平面内で且つその中心軸から一定距離の円周上に複数の発光素子８が配置され、これら複数の発光素子８からそれぞれ光を発して煙粒子による散乱光１１が受光素子２で受光されるように構成されている。また、複数の発光素子８から光を放射することにより、低濃度の煙に照射する光量が増し、これに比例して煙による散乱光も光量が増加し、これによって高感度の微粒子検出がなされるようになっている。

特許文献２の微粒子測定装置は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、発光手段１から発せられた光がレンズ２により平行光３に変換され、受光素子４が平行光３の光路に沿って広がる扇形のフィールドパターン６内に存在する微粒子からの散乱光を検出するように構成されている。平行光３を使用することによって、小さなスペースで迷光の処理を行うことができ、また扇形のフィールドパターン６により微粒子による平行光３の散乱光を検出することによって、高Ｓ／Ｎ比で大量の空気の微粒子検出を行うことができるようになっている。

なお、上記図２及び図３は特許文献１及び２に記載の図面を引用したため、上記説明に出てこない符号が記載されており、双方の図において同一符号が存在している。
特開平８−２７１４２３号公報 特開平８−２３３７３６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、光トラップ部４が三角状に尖った凸部を有する凹凸構造の角の部分での乱反射等による迷光が受光素子２に入射されてしまうので、Ｓ／Ｎ（信号／雑音）比が低下して、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。
特許文献２の微粒子測定装置においては、光トラップ部が迷光を小さく抑える構造となっているが、その構造自体が複雑であるため、製造コストが高くな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、迷光を低減して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、簡単な構造で迷光の低減を可能とすることによって製造コストを低減させ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、長手方向に沿って直線に伸びる中空部を有する筒状部材の前記中空部を光路空間とし、この光路空間の一端に出射光が長手方向の直線に沿って放射されるように光源を配設すると共に、その光源からの出射光を平行光に変換するレンズを配設し、長手方向の直線と交差するように筒状部材の光路空間を抜けて対向する側壁を貫通する通路に流体を流し、この流体に、レンズで変換された平行光を透過させ、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、前記筒状部材における前記光源の配設端との対向端に、前記光源からの出射光が当該光源方向へ戻らないように反射する角度で配設された光ストッパと、前記光ストッパでの反射光が入射され、この入射光を吸収する反射防止加工を壁面に施した空洞による光トラップ空間とを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、光源からの出射光がレンズで平行光に変換され、この平行光が気体を透過して光ストッパで反射し、この反射光が光トラップ空間に入射され、この入射光が当該光トラップ空間の反射防止加工が施された壁面にて殆ど吸収されるので、光ストッパを介した光源方向への戻り光が少なくなる。これによって、戻り光が流体中の微粒子に反射して受光素子で受光される迷光を低減することができ、これによって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、筒状部材に光ストッパと光トラップ空間とを設けた簡単な構造で、迷光の低減を可能とすることができるので、製造コストを低減させることができる。

また、本発明の請求項２による微粒子測定装置は、請求項２において、前記光ストッパの光反射面に、反射防止加工を施したことを特徴とする。
この構成によれば、気体を透過した平行光が光ストッパで反射されるが、この際、その光反射面に反射防止加工が施されているので、ここで平行光を殆ど吸収することができ、光トラップ空間方向への反射光が大幅に低減する。反射光の低減に比例して光トラップ空間への入射光も低減し、この微小強度の入射光が更に光トラップ空間の反射防止加工が施された壁面にて吸収されるので、光ストッパを介した光源方向への戻り光が略無くなる。これによって、戻り光が流体中の微粒子に反射して受光素子で受光される迷光を低減することができ、これによって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、本発明の請求項３による微粒子測定装置は、請求項１または２において、前記光路空間を形成する前記筒状部材の内壁の径は、前記レンズで変換された平行光の直径よりも大きい寸法とされ、前記内壁に前記光源からの出射光及び前記平行光が照射されないように前記光源を配設したことを特徴とする。
この構成によれば、光源からの出射光及びこの出射光を変換した平行光の双方が光路空間を形成する内壁に照射して反射することはないので、その分、受光素子で受光される迷光を低減することができ、これによって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、迷光を低減して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、簡単な構造で迷光の低減を可能とすることによって製造コストを低減させ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縦断面図である。
図１に示す微粒子測定装置２０は、長手方向中心線に沿って円柱形状に貫通する光路空間２１と、この光路空間２１の一端部の内壁にて長手方向中心線との直交線に沿って凹状に形成されて当該光路空間２１と連通する光トラップ空間２２とを有する円筒形状を成す測定管２４を有する。

また、測定管２４の光トラップ空間２２が形成された一端部が４５度の傾斜角の斜面２４ａに加工され、その斜面２４ａに光路空間２１及び光トラップ空間２２の双方と外界とを遮光状態に閉塞する光ストッパ２５が固定されている。
また、測定管２４の光ストッパ２５の固定側と反対側の端には、光路空間２１を遮光状態に閉塞する円板部材２７が固定されている。

光路空間２１において、円板部材２７には、半導体レーザ２８が、当該半導体レーザ２８から出射されるレーザ光の光軸２８ａと長手方向中心線とが一致するように固定されている。半導体レーザ２８のレーザ光出射側には所定間隔離してコリメートレンズ２９が配設され、更に、コリメートレンズ２９から所定間隔離れた位置にシリンドリカルレンズ３０が配設されている。

半導体レーザ２８から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ２９によって平行ビーム光とされ、更にシリンドリカルレンズ３０によって扁平ビーム光とされるようになっている。
また、シリンドリカルレンズ３０から光ストッパ２５側に所定間隔離れた位置には、シリンドリカルレンズ３０からの扁平ビーム光と気流３２とが交差する状態となるように、測定管２４の外面から周壁を貫通して光路空間２１へ抜ける図示せぬ噴出通路及び吸引通路が対向状態に形成されている。

測定管２４の外面に抜ける噴出通路及び吸引通路の開口は、図示せぬ排気／吸引用のポンプに接続されており、ポンプによって噴出通路から噴出された気体が吸引通路で吸引されることによって、光路空間２１に光軸２８ａと交差して気流３２が流れるようになっている。
また、その気流３２が流れる光路空間２１の内壁には、フォトダイオード３４が配置されて、シリンドリカルレンズ３０からの扁平ビーム光と気流３２とが交差する際に、気流３２中の粉塵等の微粒子で散乱した光（散乱光）がフォトダイオード３４で受光されるようになっている。

更に、光ストッパ２５は、光トラップ空間２２側の面が、半導体レーザ２８側への戻り光とならないように低い反射率で扁平ビーム光を反射し、この反射光が光トラップ空間２２へ到達するように成されている。これは、光ストッパ２５が固定される測定管２４の斜面２４ａを、半導体レーザ２８側への戻り光とならないように扁平ビーム光を反射する傾斜角に加工することによって実現されている。なお、光ストッパ２５には、低い反射率で扁平ビーム光を反射するために、市販の反射防止膜等が貼り付けられている。

また、光路空間２１の内壁の寸法は、当該光路空間２１を通過する平行ビーム光及び扁平ビーム光の外径よりも大きく形成されており、平行ビーム光及び扁平ビーム光が光路空間２１の内壁を照射しないようになされている。つまり、平行ビーム光及び扁平ビーム光が光路空間２１の内壁を照射することによる半導体レーザ２８側への戻り光とならないようになされている。

光トラップ空間２２を形成する内壁面は、サンドブラスト加工が施され、この上に黒アルマイトを塗布する等の反射防止加工２２ａが施されており反射率が小さくされている。これによって、光ストッパ２５での反射光が光トラップ空間２２で殆ど吸収され、光ストッパ２５側へ殆ど戻らないようになされている。
このような構成の微粒子測定装置２０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、噴出通路から噴出された気流３２が光路空間２１を通って吸引通路で吸引される。この後、半導体レーザ２８からレーザ光が出射されると、このレーザ光がコリメートレンズ２９によって平行ビーム光とされ、この平行ビーム光がシリンドリカルレンズ３０によって扁平ビーム光とされる。
この扁平ビーム光は、光路空間２１を横切る気流３２を交差して透過する。この透過時に、気体中の微粒子で光が散乱され、この散乱光がフォトダイオード３４で受光される。この受光に応じてフォトダイオード３４から出力される電気信号が、図示せぬ増幅装置によって増幅され、更に図示せぬ演算装置によって、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。

一方、気流３２を透過した扁平ビーム光は、一部が光ストッパ２５で吸収され、残りは光ストッパ２５で反射されて、光トラップ空間２２へ入射される。この入射光は、光トラップ空間２２の壁面で複数回反射される過程で殆ど吸収される。僅かに吸収されなかった微小強度の光が光ストッパ２５へ戻ったとしても、光ストッパ２５も基本的には光を吸収するので、ここで完全に吸収される。この結果、半導体レーザ２８側への戻り光は略無くなる。

このような本実施の形態の微粒子測定装置２０によれば、光源２からの出射光がレンズ２９，３０で平行ビーム光及び扁平ビーム（上位概念では平行光）に変換され、この扁平ビーム光が気流３２を透過して光ストッパ２５で反射し、この反射光が光トラップ空間２２に入射される。この入射光が光トラップ空間２２の反射防止加工が施された壁面にて殆ど吸収されるので、光ストッパ２５を介した光源２方向への戻り光が少なくなる。

これによって、戻り光が測定管２４等の壁面に乱反射してフォトダイオード３４で受光される迷光を低減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、光ストッパ２５と光トラップ空間２２とを設けた簡単な構造で、迷光の低減を可能とすることができるので、製造コストを低減させることができる。

また、光ストッパ２５の光反射面には、反射防止膜による反射防止加工を施したので、扁平ビーム光が照射された際に、光ストッパ２５で光を殆ど吸収することができ、これによって光トラップ空間２２方向への反射光が大幅に低減する。反射光の低減に比例して光トラップ空間２２への入射光も低減し、この微小強度の入射光が更に光トラップ空間２２の反射防止加工が施された壁面にて吸収されるので、光ストッパ２５を介した光源２方向への戻り光が略無くなる。これによって、戻り光が測定管２４等の壁面に乱反射してフォトダイオード３４で受光される迷光を低減することができ、これによって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、光路空間２１を形成する筒状部材の内壁の径を、平行ビーム光及び扁平ビーム光の直径よりも大きい寸法とし、その内壁に光源２からの出射光、平行ビーム光及び扁平ビーム光が照射されないように光源２を配設した。これによって、光源２からの出射光、平行ビーム光及び扁平ビーム光が光路空間を形成する内壁に照射して反射することはないので、その分、フォトダイオード３４で受光される迷光を十分減衰してフォトダイオード３４からの出力信号のＳ／Ｎ比を大きくすることができるので、微粒子測定精度を高く保つことが可能となる。

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縦断面図である。 従来の微粒子測定装置の構成を示す縦断面図である。 従来の他の微粒子測定装置の構成を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示す光トラップ部の拡大図である。

符号の説明

２０ 微粒子測定装置
２１ 光路空間
２２ 光トラップ空間
２２ａ 反射防止加工
２４ 測定管
２４ａ 斜面
２５ 光ストッパ
２７ 円板部材
２８ 半導体レーザ
２８ａ 光軸
２９ コリメートレンズ
３０ シリンドリカルレンズ
３２ 気流
３４ フォトダイオード

Claims (3)

1. 長手方向に沿って直線に伸びる中空部を有する筒状部材の前記中空部を光路空間とし、この光路空間の一端に出射光が長手方向の直線に沿って放射されるように光源を配設すると共に、その光源からの出射光を平行光に変換するレンズを配設し、長手方向の直線と交差するように筒状部材の光路空間を抜けて対向する側壁を貫通する通路に流体を流し、この流体に、レンズで変換された平行光を透過させ、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、
   前記筒状部材における前記光源の配設端との対向端に、前記光源からの出射光が当該光源方向へ戻らないように反射する角度で配設された光ストッパと、
   前記光ストッパでの反射光が入射され、この入射光を吸収する反射防止加工を壁面に施した空洞による光トラップ空間と
   を備えたことを特徴とする微粒子測定装置。
2. 前記光ストッパの光反射面に、反射防止加工を施した
   ことを特徴とする請求項１に記載の微粒子測定装置。
3. 前記光路空間を形成する前記筒状部材の内壁の径は、前記レンズで変換された平行光の直径よりも大きい寸法とされ、前記内壁に前記光源からの出射光及び前記平行光が照射されないように前記光源を配設した
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の微粒子測定装置。

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