JP2006010618A - 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半導体レーザ２８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３１を流す。この気流３１に平行光を透過させ、この透過時に気流３１に含まれる微粒子での散乱光をフォトダイオード３２で受光する。この構成において、測定管２２における半導体レーザ２８の配設端との対向端に、半導体レーザ２８から離れるに従って細くなる円錐形状の内壁を有し、この内壁に反射防止加工が施された光吸収体２４を備え、この光吸収体２４で平行光が出射方向へ向かいながら多重反射されて吸収されるようにする。
【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照射し、この照射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することによって、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。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部分での光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、前記光源から離れるに従って細くなる円錐形状の内壁を有し、この内壁に反射防止加工が施された光吸収体を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、光吸収体の内壁が円錐形状を成すので、光源からの出射光がレンズで変換された平行光が、その内壁において、出射光の出射方向へ向かいながら多重反射し、光吸収体の中央部に集光する。この際、光吸収体の内壁には反射防止加工が施されており反射率が低いので、光の殆どが光吸収体の内壁で吸収され、光源側へは光は殆ど戻らない。これによって、光源側への戻り光が光路空間の内壁に乱反射して受光素子で受光されるといった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で測定することができる。

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、前記光吸収体の円錐形状の内壁の頂点位置に配設され、当該内壁から外界へ向かって光を透過する光透過部と、前記光透過部を透過した光を受光する第２の受光素子とを更に備え、前記光透過部からの透過光の受光に応じて前記第２の受光素子から出力される電気信号より前記光源の出射光量を検出し、この検出された光量に応じて前記光源の出射光の光量を制御することを特徴とする。
この構成によれば、光源からの出射光量を常時一定の値に制御し、この一定の光量の光によって微粒子を検出することができるので、微粒子の数と大きさを高精度に検出することができる。

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（光軸２６）に沿って円柱形状に貫通する光路空間２１を有する円筒形状の測定管２２を有する。
測定管２２の一端部には、光路空間２１を外界と遮光状態に閉塞する円板部材２３が固定されている。その円板部材２３の固定端と反対側の端には、光路空間２１を外界と遮光状態に閉塞する光吸収体２４が固定されている。この光吸収体２４の内壁は、光路空間２１の光軸２６を中心とする円周が光軸２６に沿って徐々に狭まる円錐コーン形状に形成されている。

また、光吸収体２４の内壁には反射率を低くするために、サンドブラスト加工及び艶消し黒色塗装等の反射防止加工がなされている。光吸収体２４の円錐コーン形状の内壁の先端部には、光軸２６に沿って外界へ抜ける細長い円柱形状の貫通穴に、光を透過する材料が嵌合又は埋め込まれて形成された光透過部２５が設けられている。更に、光透過部２５から透過した光を受光できる位置に光量制御用フォトダイオード２７が配置固定されている。

光路空間２１において、円板部材２３には、半導体レーザ２８が固定されている。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が配置され、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が配置されている。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から光吸収体２４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３１とが交差する状態となるように、測定管２２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２２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／吸引用のポンプ又はファンモータに接続されており、そのポンプ又はファンモータ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２６と交差して気流３１が流れるようになっている。

また、その気流３１が流れる光路空間２１の内壁には、散乱光検出用フォトダイオード３２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３１とが交差する際に、気流３１中の粉塵等の微粒子で散乱した光（散乱光）が散乱光検出用フォトダイオード３２で受光さ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、ポンプ又はファンモータが起動されると、噴出通路から噴出された気流３１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、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３１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、この散乱光が散乱光検出用フォトダイオード３２で受光される。この受光に応じて散乱光検出用フォトダイオード３２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ている。

一方、気流３１を透過した扁平ビーム光は、光吸収体２４に照射される。図１に示す光線３３は扁平ビーム光の光線の一部である。光線３３は、光吸収体２４の内壁において、レーザ光の出射方向へ向かいながら多重反射し、光吸収体２４の中央部に集光する。この際、光吸収体２４の内壁の反射率は低いため、光の殆どが光吸収体２４の内壁で吸収され、半導体レーザ２８側へは光は殆ど戻らない。図１では光線３３のみ図示しているが、図示せぬ扁平ビーム光の他の光線についても光線３３と同じように光吸収体２４の内壁でレーザ光の出射方向へ向かいながら多重反射することにより、光の殆どが吸収される。

これによって、半導体レーザ２８側への戻り光が測定管２２の内壁に乱反射して散乱光検出用フォトダイオード３２で受光されるといった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で測定することができる。
また、この微粒子測定装置２０は、光源である半導体レーザ２８の光量の一部をモニタリングすることにより、半導体レーザ２８の出射光量を制御して安定した光が出射されるようになされている。半導体レーザ２８から出射された光は、レンズ２９，３０を通して扁平ビーム光となり、扁平ビーム光は前述のとおり光吸収体２４によってその殆どを吸収されるが、一部は光透過部２５を透過して光量制御用フォトダイオード２７によって受光される。

この受光に応じて光量制御用フォトダイオード２７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、その増幅信号から半導体レーザ２８の駆動電流が制御されることにより、半導体レーザ２８の出射光が予め設定されている光量になるように制御される。
このような微粒子測定装置２０によれば、常時、半導体レーザ２８の出射光量を所定の値に制御し、その出射光によって微粒子を検出するため、微粒子の数と大きさを高精度に検出することができる。更に、簡単な構造による光吸収体２４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。

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断面図である。 従来の微粒子測定装置の構成を示す断面図である。 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 測定管
２３ 円板部材
２４ 光吸収体
２５ 光透過部
２６ 光軸
２７ 光制御用フォトダイオード
２８ 半導体レーザ
２９ コリメートレンズ
３０ シリンドリカルレンズ
３１ 気流
３２ 散乱光検出用フォトダイオード
３３ 光線

Claims (2)

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、前記光源から離れるに従って細くなる円錐形状の内壁を有し、この内壁に反射防止加工が施された光吸収体
   を備えたことを特徴とする微粒子測定装置。
2. 前記光吸収体の円錐形状の内壁の頂点位置に配設され、当該内壁から外界へ向かって光を透過する光透過部と、前記光透過部を透過した光を受光する第２の受光素子とを更に備え、
   前記光透過部からの透過光の受光に応じて前記第２の受光素子から出力される電気信号より前記光源の出射光量を検出し、この検出された光量に応じて前記光源の出射光の光量を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の微粒子測定装置。

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