JP2014013199A

JP2014013199A - 粒子検出装置の光源の製造装置及び粒子検出装置の光源の製造方法

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Publication number: JP2014013199A
Application number: JP2012150849A
Authority: JP
Inventors: Seiichiro Kinugasa; 静一郎衣笠
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2032-07-04
Also published as: JP5885602B2; CN103528929B; CN103528929A

Abstract

【課題】誤検出の少ない光学式粒子検出装置を製造可能な粒子検出装置の光源の製造装置を提供する。
【解決手段】光源素子１を保持する素子保持部６１と、光源素子１が装着される台座２を保持する台座保持部６２と、光源素子１の表面の配線パターンの方向を認識する認識装置６３と、台座２に対して、光源素子１の配線パターンが所定の方向を向くよう、台座２に対して光源素子１を相対的に回転させる回転機構と、を備える粒子検出装置の光源の製造装置。
【選択図】図８

Description

本発明は環境評価技術に関し、特に粒子検出装置の光源の製造装置及び粒子検出装置の光源の製造方法に関する。

バイオクリーンルーム等のクリーンルームにおいては、粒子検出装置を用いて、飛散している粒子が検出され、記録される（例えば、非特許文献１参照。）。粒子の検出結果から、クリーンルームの空調機器の劣化具合を把握可能である。また、クリーンルームで製造された製品に、参考資料として、クリーンルーム内の粒子の検出記録が添付されることもある。光学式の粒子検出装置は、例えば、クリーンルーム中の気体を吸引し、吸引した気体に光を照射する。気体に粒子が含まれていると、粒子によって光が散乱されるため、気体に含まれる粒子の数や大きさ等を検出することが可能となる。

長谷川倫男他，「気中微生物リアルタイム検出技術とその応用」，株式会社山武，azbil Technical Review 2009年12月号，p.2-7，2009年

本発明は、誤検出の少ない光学式粒子検出装置を製造可能な粒子検出装置の光源の製造装置及び粒子検出装置の光源の製造方法を提供することを目的の一つとする。

本発明の態様によれば、（ａ）光源素子を保持する素子保持部と、（ｂ）光源素子が装着される台座を保持する台座保持部と、（ｃ）光源素子の表面の配線パターンの方向を認識する認識装置と、（ｄ）台座に対して、光源素子の配線パターンが所定の方向を向くよう、台座に対して光源素子を相対的に回転させる回転機構と、を備える、粒子検出装置の光源の製造装置が提供される。

また、本発明の態様によれば、（ａ）光源素子を保持することと、（ｂ）光源素子が装着される台座を保持することと、（ｃ）光源素子の表面の配線パターンの方向を認識することと、（ｄ）台座に対して、光源素子の配線パターンが所定の方向を向くよう、台座に対して光源素子を相対的に回転させることと、を含む、粒子検出装置の光源の製造方法が提供される。

本発明によれば、誤検出の少ない光学式粒子検出装置を製造可能な粒子検出装置の光源の製造装置及び粒子検出装置の光源の製造方法を提供可能である。

本発明の実施の形態に係る光学式粒子検出装置の模式図である。本発明の実施の形態に係る光源素子の断面図である。本発明の実施の形態に係る光源素子の像の模式図である。本発明の実施の形態に係る光学式粒子検出装置の照明光学系の模式図である。本発明の実施の形態に係る光学式粒子検出装置の光源の像と、粒子の進行方向と、の関係を示す第１の模式図である。本発明の実施の形態に係る光学式粒子検出装置の光源の像と、粒子の進行方向と、の関係を示す第２の模式図である。本発明の実施の形態に係る光学式粒子検出装置の光源の像と、粒子の進行方向と、の関係を示す第３の模式図である。本発明の実施の形態に係る粒子検出装置の光源の製造装置の模式図である。本発明の実施の形態に係る粒子検出装置の光源の製造装置の中央演算処理装置の模式図である。本発明のその他の実施の形態に係る光源素子の模式図である。本発明のその他の実施の形態に係る台座の第１の模式図である。本発明のその他の実施の形態に係る台座の第２の模式図である。本発明のその他の実施の形態に係る台座の第３の模式図である。本発明のその他の実施の形態に係る台座の第４の模式図である。本発明のその他の実施の形態に係る台座の第５の模式図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

まず、実施の形態に係る製造装置で製造される光学式粒子検出装置について説明する。光学式粒子検出装置は、例えば図１に示すように、光を発する光源素子１と、光源素子１が装着される台座２と、光源素子１から放射された光を平行光にする照射側平行光レンズ１１と、平行光を集光する照射側集光レンズ１２と、照射側集光レンズ１２で集光された光に粒子を含む気流を横切らせる噴射機構３と、を備える。ここで、粒子とは、微生物、無害あるいは有害な化学物質、ごみ、ちり、及び埃等のダスト等を含む。

台座２に装着された光源素子１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。光源素子１が発する光は、可視光であっても、紫外光であってもよい。光が可視光である場合、光の波長は、例えば４００乃至４１０ｎｍの範囲内であり、例えば４０５ｎｍである。光が紫外光である場合、光の波長は、例えば３１０乃至３８０ｎｍの範囲内であり、例えば３５５ｎｍである。光源素子１を保持する台座２は、光学式粒子検出装置の筐体３１に固定されている。

噴射機構３は、ファン等によって筐体３１の外部から気体を吸引し、ノズル等を介して、吸引した気体を照射側集光レンズ１２の焦点に向けて噴射する。照射側集光レンズ１２で集光された光の進行方向に対して、噴射機構３から噴射される気流の進行方向は、例えば、略垂直に設定される。ここで、気流に粒子が含まれていると、粒子に当たった光がミー散乱により散乱し、散乱光が生じる。また、粒子が細菌を含む微生物等である場合、光を照射された微生物に含まれるトリプトファン、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド、及びリボフラビン等が、蛍光を発する。

細菌の例としては、グラム陰性菌、グラム陽性菌、及びカビ胞子を含む真菌が挙げられる。グラム陰性菌の例としては、大腸菌が挙げられる。グラム陽性菌の例としては、表皮ブドウ球菌、枯草菌芽胞、マイクロコッカス、及びコリネバクテリウムが挙げられる。カビ胞子を含む真菌の例としては、アスペルギルスが挙げられる。照射側集光レンズ１２で集光された光を横切った気流は、排気機構によって筐体３１の外部に排気される。

光学式粒子検出装置は、噴射機構３が噴射した気流を横切った光を平行光にする検出側平行光レンズ１３と、検出側平行光レンズ１３で平行光にされた光を集光する検出側集光レンズ１４と、をさらに備える。気流に含まれる粒子によって散乱光が生じた場合、散乱光も、検出側平行光レンズによって平行光にされ、その後、検出側集光レンズ１４で集光される。

検出側集光レンズ１４の焦点には、粒子によって散乱した光を検出する散乱光検出部１６が配置されている。散乱光検出部１６としては、フォトダイオード及び光電子増倍管等が使用可能である。散乱光検出部１６が散乱光を検出した回数から、粒子の数を計測することが可能である。また、粒子による散乱光の強度は、粒子の粒径と相関する。したがって、散乱光検出部１６で散乱光の強度を検出することにより、光学式粒子検出装置が配置された環境を飛散する粒子の粒径を求めることが可能である。

光学式粒子検出装置の筐体３１内部には、例えば噴射機構３から噴射される気流と平行に、凹面ミラーである集光ミラー１５がさらに配置されている。集光ミラー１５は、気流に含まれる粒子が発した蛍光を集光する。集光ミラー１５の焦点には、蛍光を検出する蛍光検出部１７が配置されている。散乱光検出部１６が散乱光を検出した場合に、蛍光検出部１７が蛍光を検出しなかった場合、気流に含まれる粒子が非生物粒子であることが分かる。散乱光検出部１６が散乱光を検出し、かつ蛍光検出部１７が蛍光を検出した場合、気流に含まれる粒子が生物粒子であることが分かる。また、蛍光検出部１７が蛍光を検出した回数から、粒子の数を計測することが可能である。例えば、散乱光検出部１６及び蛍光検出部１７には、検出した光強度及び蛍光強度を統計処理するコンピュータが接続される。

光学式粒子検出装置の光源素子１は、例えば図２に示すように、基板１０１と、基板１０１の表面に沿って設けられたアノード電極１０２と、カソード電極１０３と、基板１０１上に配置されたＬＥＤチップ１０４と、を備える。アノード電極１０２と、ＬＥＤチップ１０４と、は、ワイヤボンディング１０５で電気的に接続される。また、カソード電極１０３と、ＬＥＤチップ１０４と、は、ワイヤボンディング１０６で電気的に接続される。基板１０１上には、ＬＥＤチップ１０４を取り囲むように、リフレクタ１０７が配置される。また、ＬＥＤチップ１０４は、透明樹脂１０８で封止される。

ＬＥＤチップ１０４の表面から発せられた光は、ワイヤボンディング１０５、１０６の配線パターンで遮られる。したがって、図３に示すように、光源素子１の像２００は、ワイヤボンディング１０５、１０６による影２０５、２０６を含んでいる。よって、図４に示すように、照射側集光レンズ１２の焦点においても、影２０５、２０６を含む光源素子１の像２００が形成される。

図５に示すように、照射側集光レンズ１２の焦点において、粒子５１、５２が光源素子１の像２００を横切る。図５に示す例では、照射側集光レンズ１２の焦点における光源素子１の像２００の影２０５、２０６の長手方向が、粒子５１、５２が流される方向と平行になるよう、光源素子１は配置されている。この場合、光源素子１の像２００の影２０５、２０６の無い領域を横切る粒子５１もあれば、光源素子１の像２００の影２０５、２０６に沿って流れる粒子５２もある。

粒子５１は、光源素子１の像２００を横切る間、散乱光あるいは蛍光を発する。これに対し、粒子５２は、光源素子１の像２００の影２０５、２０６の間を横切る間のみ、散乱光あるいは蛍光を発する。粒子５２が光源素子１の像２００の影２０５、２０６の間を横切る時間が、散乱光検出部１６あるいは蛍光検出部１７のデータサンプリング間隔より短いと、粒子５２を検出しえない。

図６に示す例では、照射側集光レンズ１２の焦点における光源素子１の像２００の影２０５、２０６の長手方向が、粒子５１、５２が流される方向と垂直になるよう、光源素子１は配置されている。この場合、光源素子１の像２００の影２０５、２０６の無い領域を横切る粒子５１もあれば、光源素子１の像２００の影２０５を横切って流れる粒子５２もある。粒子５２は、光源素子１の像２００の影２０５を横切る前後で、散乱光あるいは蛍光を２回発する。そのため、一つの粒子５２を、二つ存在すると誤って検出する場合がある。

図７に示す例では、照射側集光レンズ１２の焦点における光源素子１の像２００が、粒子５１、５２が流される方向に対して４５度に傾くよう、光源素子１は配置されている。この場合、光源素子１の像２００の対角線付近を対角線と平行に流れる粒子５２に対して、対角線から離れた部分を対角線と平行に流れる粒子５１は、光源素子１の像２００を横切る時間が短い。

本発明者は、以上説明したように、光学式粒子検出装置において、光源素子１の配置によって、粒子が散乱光や蛍光を発する時間や、回数が変化することを見出した。光源素子１の配置方向が常に一定であれば、散乱光検出部１６あるいは蛍光検出部１７の受光信号を補正することは容易である。しかし、光源素子１の配置方向が、光学式粒子検出装置を製造する際に管理されていない場合、散乱光検出部１６あるいは蛍光検出部１７の受光信号を補正することは容易でない。

上記の課題に基づく、実施の形態に係る粒子検出装置の光源の製造装置は、図８に示すように、光源素子１を保持する素子保持部６１と、光源素子１が装着される台座２を保持する台座保持部６２と、光源素子１の表面の配線パターンの方向を認識する認識装置６３と、台座２に対して、光源素子１の配線パターンが所定の方向を向くよう、台座２に対して光源素子１を相対的に回転させる回転機構と、を備える。

素子保持部６１は、例えば光源素子１をピックアップするピックアップ装置である。台座保持部６２は、例えばテーブル基板である。認識装置６３は、光源素子１の表面を撮像する撮像素子６４と、撮像素子６４及び回転機構に接続された中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００と、を備える。撮像素子６４としては、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）イメージセンサ等が使用可能である。

撮像素子６４は、台座２に設けられた、台座２の配置方向を識別するための配置方向表示部２１を含む、台座２の表面を撮影する。配置方向表示部２１は、例えば台座２に設けられた切り欠き等の凹部である。配置方向表示部２１は、例えば光源素子１が挿入される凹部等の光源素子配置部２２の外部に設けられる。撮像素子６４は、撮影した台座２の表面画像を、図９に示すＣＰＵ３００の台座画像記憶部３０１に保存する。これにより、台座２の配置方向表示部２１が、認識装置６３に認識される。

次に、図８に示す撮像素子６４は、図２に示したワイヤボンディング１０５、１０６の配線パターンを含む、光源素子１の表面を撮影する。撮像素子６４は、撮影した光源素子１の表面画像を、図９に示すＣＰＵ３００の素子画像記憶部３０２に保存する。

ＣＰＵ３００は、さらに、レイアウト記憶部３０３と、抽出部３０４と、を備える。レイアウト記憶部３０３は、予め取得された光源素子１の配線パターンのレイアウトデータを保存する。レイアウトデータとしては、ＣＡＤデータ、あるいは配線パターンのみの画像データ等が使用可能である。

抽出部３０４は、素子画像記憶部３０２から光源素子１の表面画像を読み出す。また、抽出部３０４は、レイアウト記憶部３０３から配線パターンのレイアウトデータを読み出す。次に、抽出部３０４は、レイアウトデータを参照して、光源素子１の表面画像から配線パターンを抽出する。これにより、光源素子１の表面における配線パターンの方向が、認識装置６３に認識される。

ＣＰＵ３００は、さらに、回転制御部３０５を備える。回転制御部３０５は、抽出部３０４から、抽出した配線パターンの画像を受け取る。また、回転制御部３０５は、台座画像記憶部３０１から、台座２の配置方向表示部２１を含む表面画像を読み出す。次に、回転制御部３０５は、台座２の配置方向表示部２１に基づき、光源素子１の配線パターンが台座２の配置方向表示部２１が示す所定の方向に対してなす角度を算出する。

回転制御部３０５は、回転機構を制御し、台座２に設けられた配置方向表示部２１と、光源素子１の配線パターンと、の位置関係が、所定の条件を満たすよう、台座２に対して光源素子１を相対的に回転させる。例えば、回転制御部３０５は、光源素子１の配線パターンが台座２の配置方向表示部２１が示す所定の方向に対してなす角度が０度となるよう、台座２に対して光源素子１を相対的に回転させる。回転機構は、素子保持部６１のみを回転させてもよいし、台座保持部６２のみを回転させてもよいし、素子保持部６１及び台座保持部６２の双方を回転させてもよい。

台座２に設けられた配置方向表示部２１と、光源素子１の配線パターンと、の位置関係が、所定の条件を満たした後、素子保持部６１は光源素子１を台座２の光源素子配置部２２に挿入する。この際、光源素子配置部２２には、接着剤２３等が予め滴下されていてもよい。その後、光源素子１が装着された台座２は、光学式粒子検出装置の筐体３１内部における粒子の進行方向に対して、所定の方向で取り付けられる。

以上説明した実施の形態に係る粒子検出装置の光源の製造装置によれば、光源素子１の配線パターンが、光学式粒子検出装置の筐体３１内部における粒子の進行方向に対して、常に一定の方向を向いて配置される。そのため、光源素子１の配線パターンによって粒子の検出信号にばらつきが生じても、そのばたつきの仕方は一定の法則に則る。そのため、検出信号のばらつきの補正も、一定の方法で対応しうる。また、光学式の粒子検出装置においては、光源素子１の寿命が、他の部品よりも短い傾向にある。そのため、光源素子１を交換するメンテナンスが必要となる場合がある。光源素子１を交換する際も、実施の形態に係る粒子検出装置の光源の製造装置を用いれば、光源素子１の配線パターンを、光学式粒子検出装置の筐体３１内部における粒子の進行方向に対して、常に一定の方向に向けることが可能となる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、実施の形態では、光源素子１の配線パターンそのものを画像認識する例を示したが、図１０に示すように、光源素子１の表面に、配線パターンの方向を示す配線パターン方向表示部１１０が設けられていてもよい。配線パターン方向表示部１１０は、例えばシールや、印字である。加えて、複数の配線パターン方向表示部１１０が、回転機構で回転される際の光源素子１の軸に対して非対称的に、光源素子１の表面に設けられていてもよい。

また、台座２に設けられた配置方向表示部２１は、図１１に示すように、その開口が放物線状で、光源素子配置部２２の側面中央から設けられた切り欠きであってもよく、あるいは図１２に示すように、光源素子配置部２２の側面端から設けられた切り欠きであってもよい。さらに、図１３及び図１４に示すように、配置方向表示部２１は、その開口が三角形状の切り欠きであってもよい。あるいは、図１５に示すように、配置方向表示部２１は、光源素子配置部２２から離れた部分に設けられた溝であってもよい。加えて、複数の配置方向表示部２１が、回転機構で回転される際の台座２の軸に対して非対称的に設けられていてもよい。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。

１光源素子
２台座
３噴射機構
１１照射側平行光レンズ
１２照射側集光レンズ
１３検出側平行光レンズ
１４検出側集光レンズ
１５集光ミラー
１６散乱光検出部
１７蛍光検出部
２１配置方向表示部
２２光源素子配置部
２３接着剤
３１筐体
５１、５２粒子
６１素子保持部
６２台座保持部
６３認識装置
６４撮像素子
１０１基板
１０２アノード電極
１０３カソード電極
１０４ＬＥＤチップ
１０５、１０６ワイヤボンディング
１０７リフレクタ
１０８透明樹脂
１１０配線パターン方向表示部
２００光源素子の像
２０５、２０６影
３０１台座画像記憶部
３０２素子画像記憶部
３０３レイアウト記憶部
３０４抽出部
３０５回転制御部

Claims

光源素子を保持する素子保持部と、
前記光源素子が装着される台座を保持する台座保持部と、
前記光源素子の表面の配線パターンの方向を認識する認識装置と、
前記台座に対して、前記光源素子の配線パターンが所定の方向を向くよう、前記台座に対して前記光源素子を相対的に回転させる回転機構と、
を備える、粒子検出装置の光源の製造装置。
前記認識装置が、前記台座に設けられた配置方向表示部を認識する、請求項１に記載の粒子検出装置の光源の製造装置。
前記台座に設けられた配置方向表示部と、前記光源素子の配線パターンと、の位置関係が、所定の条件を満たすよう、前記回転機構が、前記台座に対して前記光源素子を相対的に回転させる、請求項２に記載の粒子検出装置の光源の製造装置。
前記認識装置が、前記光源素子の表面を撮像する撮像素子を備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粒子検出装置の光源の製造装置。
前記認識装置が、予め取得された前記光源素子の配線パターンのレイアウトデータを保存するレイアウト記憶部を更に備える、請求項４に記載の粒子検出装置の光源の製造装置。
前記認識装置が、前記レイアウトデータに基づき、前記光源素子の表面画像から前記配線パターンを抽出する抽出部を更に備える、請求項５に記載の粒子検出装置の光源の製造装置。
前記回転機構が、前記素子保持部を回転させる、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の粒子検出装置の光源の製造装置。
前記回転機構が、前記台座保持部を回転させる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の粒子検出装置の光源の製造装置。
光源素子を保持することと、
前記光源素子が装着される台座を保持することと、
前記光源素子の表面の配線パターンの方向を認識することと、
前記台座に対して、前記光源素子の配線パターンが所定の方向を向くよう、前記台座に対して前記光源素子を相対的に回転させることと、
を含む、粒子検出装置の光源の製造方法。
前記台座に設けられた配置方向表示部を認識することを更に含む、請求項９に記載の粒子検出装置の光源の製造方法。
前記台座に設けられた配置方向表示部と、前記光源素子の配線パターンと、の位置関係が、所定の条件を満たすよう、前記台座に対して前記光源素子を相対的に回転させる、請求項１０に記載の粒子検出装置の光源の製造方法。
前記認識することが、前記光源素子の表面を撮像することを含む、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の粒子検出装置の光源の製造方法。
前記認識することが、予め取得された前記光源素子の配線パターンのレイアウトデータを用意することを更に含む、請求項１２に記載の粒子検出装置の光源の製造方法。
前記認識することが、前記レイアウトデータに基づき、前記光源素子の表面画像から、前記配線パターンを抽出することを更に含む、請求項１３に記載の粒子検出装置の光源の製造方法。
前記前記台座に対して前記光源素子を相対的に回転させることが、前記チップを回転させることである、請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の粒子検出装置の光源の製造方法。
前記前記台座に対して前記光源素子を相対的に回転させることが、前記台座を回転させることである、請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の粒子検出装置の光源の製造方法。