JP2017173130A - 障害物検知システム及びこれを備えた分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】限られたスペースで障害物の有無を簡単に判定することができる障害物検知システムを備えた分析装置を提供する。
【解決手段】分析位置に配置された試料Ｓを分析するための試料分析室１０と、試料Ｓを交換位置に配置するための開口２１ａが形成された筐体２１と、試料Ｓの位置を移動させる試料搬送機構３０とを有する試料搬送室２０と、光源部６１と受光センサ６２とを有する光学式感知センサ６０と、光源部６１からの光の出射期間を制御する光源部制御部５１ｃと、所定領域における障害物の有無を光情報に基づいて判定する判定部５１ｄとを備え、光源部６１は、異なる領域に光を出射する複数個の光源６１ａ、６１ｂを有し、障害物の有無を判定する際には、光源部制御部５１ｃにより複数個の光源６１ａ、６１ｂを同時に同期して点滅させる期間を設けるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、障害物の有無を判定する障害物検知システムに関し、また、当該システムを用いて試料を分析位置と交換位置とに移動させるようにした分析装置に関する。

電子線等の粒子線やＸ線等の電磁波を励起線として試料表面に照射し、そこから放出される種々の粒子やＸ線を検出して画像化する分析装置として、様々な種類の装置が実用化されている。例えば、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：「電子線プローブ微小部分析装置」ともいう）は、微小径に集束させた電子線を励起線として試料表面に照射するものである。電子線が照射された試料表面からは試料表面に含まれる元素に特有のエネルギーを有する特性Ｘ線が発生するため、この特性Ｘ線を検出してそのエネルギー及び強度を分析することにより、試料表面に存在する元素の同定や定量を行うことができる（例えば特許文献１参照）。

図５は、従来のＥＰＭＡの要部を示す概略構成図である。なお、地面に水平な一方向をＸ方向とし、地面に水平でＸ方向と垂直な方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向とに垂直な方向をＺ方向とする。
ＥＰＭＡ１０１は、試料表面分析室１０と、試料搬送機構３０を備える試料搬送室２０と、ＥＰＭＡ１０１全体の制御を行う制御部１５０とを備える。

試料表面分析室１０は、筐体１１を備え、筐体１１は、内部に電子線を照射する照射手段１２と、特性Ｘ線による信号を検出する検出手段１３とが設置されるとともに、筐体１１内は真空ポンプ１４と連結されている。
また、筐体１１の下面には円形状の開口１１ａが形成されており、試料Ｓは、開口１１ａから挿入されて分析位置に配置されるようになっている。

照射手段１２は、例えば電子銃と偏向コイルと対物レンズとを備える。このような照射手段１２によれば、電子銃から放出された電子線は、偏向コイルを経て対物レンズによって集束され、分析位置に配置された試料Ｓ表面に照射されるようになっている。
検出手段１３は、電子線が照射された試料Ｓ表面から放出された特性Ｘ線による信号を検出するエネルギー分散型の検出器であって、入射したＸ線のエネルギーに比例したパルス信号を発生する。また、所望の高さのパルス信号を選別する回路としての波高弁別部を備え、これによって選別されたパルス信号のみを計数器で計数する。すなわち、目的とする元素による特性Ｘ線に対応するエネルギーを持つパルス信号のみが選別されるように波高弁別部を設定しておき、このパルス信号数を計数することで目的元素の濃度を反映した情報を得るようにしている。

試料搬送室２０は、筐体２１を備え、筐体２１は、内部に試料搬送機構３０が設置されるとともに、上面には円形状の開口２１ａが形成され、試料Ｓは、開口２１ａから挿入されて交換位置に配置されるようになっている。

試料搬送機構３０は、試料台座３１と、試料台座３１が一端部に取り付けられたスイングアーム３２と、スイングアーム３２の他端部に取り付けられたシャフト３３と、シャフト３３を回転させる回転駆動機構４０とを備える。
試料台座３１は、水平方向を回転軸３１ａとしてスイングアーム３２の一端部に回転可能に取り付けられ、円形状の試料台座３１の上面が常に上方を向くように取り付けられている。また、試料台座３１の上面には、試料Ｓが載置されるとともに、筐体１１下面の開口１１ａより大きい直径を有するゴム製で円環形状のＯリング３１ｂが配置される。

回転駆動機構４０は、水平方向を回転軸としてシャフト３３を回転させるウォームギア４１と、ウォームギア４１を回転させるモータ４２とを備える。
このような回転駆動機構４０によれば、制御部１５０からの制御信号に基づいてモータ４２に電力を供給し、モータ４２を順方向や逆方向に回転させることで、試料台座３１上面に載置された試料Ｓを、試料Ｓを分析するための分析位置と、試料Ｓ’と交換するための交換位置とに移動させている。

ここで、上述したＥＰＭＡ１０１を用いて試料Ｓを分析する分析方法について説明すると、まず、測定者は、交換位置に配置された試料台座３１上面に試料Ｓを載置する。次に、測定者が制御部１５０に制御信号を入力することにより、制御部１５０はモータ４２に電力を供給し、モータ４２を順方向に所定数回転させることで、シャフト３３（すなわちスイングアーム３２）を時計回りに回転させる。その結果、試料Ｓが、筐体２１上面の開口２１ａを通過して筐体１１下面の開口１１ａから挿入され、筐体１１内の分析位置に配置される。このとき、開口１１ａ周辺の筐体１１下面にＯリング３１ｂが押し当てられることで、筐体１１内の気密を得る。その後、測定者は、筐体１１内を真空ポンプ１４によって真空にする。

そして、制御部１５０は試料Ｓを分析する。試料Ｓの分析が終了すると、筐体１１内に大気を導入し真空ポンプ１２を停止させた後、制御信号を入力することにより、モータ４２へ電力を供給して、モータ４２を逆方向に所定数回転させてシャフト３３（スイングアーム３２）を反時計回りに回転させる。その結果、試料Ｓが、筐体１１下面の開口１１ａを通過して筐体２１上面の開口２１ａから挿入され、交換位置に試料Ｓ’が配置される。このようにして測定者は試料Ｓ、Ｓ’を交換する。

ところで、試料Ｓや試料台座３１等が筐体２１の開口２１ａから挿入される際に、開口２１ａ付近に測定者の手等が存在していると怪我をすることがある。そのため、ＥＰＭＡ１０１では、開口２１ａ付近における障害物（測定者の手等）の有無を判定するための光学式感知センサ等が設けられている。

例えば、所定周波数で点滅しながら開口２１ａ付近（所定領域）に光束を出射する光源部と、開口２１ａ付近を通過した光束を検知する受光センサとを備える光学式感知センサが用いられる。そして、受光センサは、制御部１５０に出力信号を出力し、その出力信号は、光を受光したときには、Ｌｏｗとなり、光を受光しなかったときには、Ｈｉｇｈとなるようになっている。これにより、制御部１５０は、所定周波数に同期した受光センサの応答（出力信号）のみを判定に用いることで、光源部以外の光による誤作動を防止するとともに、筐体２１の開口２１ａ付近における障害物の有無を判定している。

特開２００８−５８１５９号公報

しかしながら、光源となる１個の赤外線ＬＥＤからの光束で開口２１ａ付近の全領域をカバーしようとすると、開口２１ａから離れた位置に赤外線ＬＥＤを設けるためのスペースを確保する必要があり、装置が大型化するという問題が生じる。
一方、複数個の赤外線ＬＥＤ（第一光源、第二光源）を設ける場合には、赤外線ＬＥＤの点滅の切り替えに際して、全光源を一度消灯し、その間は受光センサの出力信号を読み取らない時間（受光側で特別な処理が必要な期間）を設けるようにする等、制御部の処理ルーチン中に赤外線ＬＥＤの点滅状況に応じた場合分けを導入する必要がある。そのため、有感時間の減少と、制御部の処理ルーチンの煩雑化とが問題となっていた。図６は、受光側で特別な処理を行う場合の光源点滅タイムチャートの一例を示す図である。

そこで、出願人は、限られた装置スペースで障害物の有無を簡単に判定することができる障害物検知システムを備えた分析装置について検討した。まず、限られた装置スペースでの判定を可能とするために、複数個の光源を設けるようにした。次に、光源の点滅の切り替えに際して、全光源を消灯する期間を設けるのではなく、光源を同時に同期して点滅させる期間を設けるようにした。この場合の光源点滅タイムチャートの一例を図３に示す。

これにより、光源を同時に同期して点滅させる期間（第三期間）では、或る領域に障害物があってもＬｏｗを示す出力信号が入力されることがあるが、第一光源から光束が通過する第一領域に障害物が存在する場合には、第一光源を点滅させる期間（第一期間）に出力信号Ｌｏｗが入力されなくなり、第二光源から光束が通過する第二領域に障害物が存在する場合には、第二光源を点滅させる期間（第二期間）に出力信号Ｌｏｗが入力されなくなる。その結果、制御部では、第一期間及び第二期間、第三期間中に出力信号Ｌｏｗが入力されない場合には、第一領域と第二領域とを含む所定領域に障害物が存在すると判定できることを見出した。

すなわち、本発明の障害物検知システムは、所定周波数で点滅しながら所定領域に光を出射する光源部と、前記所定領域を通過した光情報を検知する受光センサとを有する光学式感知センサと、前記光源部から光を出射する期間を制御する光源部制御部と、前記光情報に基づいて、前記所定領域における障害物の有無を判定する判定部とを備える障害物検知システムであって、前記光源部は、異なる領域に光を出射する複数個の光源を有し、前記光源部制御部は、前記障害物の有無を判定する際には、複数個の光源を同時に同期して点滅させる期間を設けるようにしている。

ここで、「所定周波数」とは、設計者や測定者等によって決められる任意の周波数であり、例えば３８ｋＨｚ等となる。
また、「所定領域」とは、設計者等によって決められる任意の領域であり、例えば開口付近等となる。

以上のように、本発明の障害物検知システムによれば、光源の点滅の切り替え時において全く障害物の有無を判定することができない時間をなくすことができる。また、光源の点滅状況に応じた場合分けを導入する必要がなく、常に同じ処理ルーチンを行えばよいため、制御部の処理ルーチンが簡素になる。

（他の課題を解決するための手段および効果）
また、本発明の分析装置は、分析位置に配置された試料を分析するための試料分析室と、前記試料が交換位置に配置されるための開口が形成された筐体と、前記筐体内に配置され、前記試料を分析位置と交換位置とに移動させる試料搬送機構とを有する試料搬送室と、所定周波数で点滅しながら所定領域に光を出射する光源部と、前記所定領域を通過した光情報を検知する受光センサとを有する光学式感知センサと、前記光源部から光を出射する期間を制御する光源部制御部と、前記光情報に基づいて、前記所定領域における障害物の有無を判定する判定部とを備える分析装置であって、前記光源部は、異なる領域に光を出射する複数個の光源を有し、前記光源部制御部は、前記障害物の有無を判定する際には、複数個の光源を同時に同期して点滅させる期間を設けるようにしている。
このような本発明の分析装置によれば、光源の点滅の切り替え時において全く障害物の有無を判定することができない時間をなくすことができ、また、光源の点滅状況に応じた場合分けを導入する必要がなく、常に同じ処理ルーチンを行えばよいため、制御部の処理ルーチンが簡素になる。

さらに、本発明の分析装置において、前記光源部は、第一領域に光を出射する第一光源と、第二領域に光を出射する第二光源とを有し、前記光源部制御部は、前記障害物の有無を判定する際には、前記第一光源のみを前記所定周波数で点滅させる第一期間と、前記第二光源のみを前記所定周波数で点滅させる第二期間と、前記第一光源及び前記第二光源を前記所定周波数で点滅させる第三期間とに切り替えるようにしてもよい。

本発明に係る分析装置の一例であるＥＰＭＡの要部の概略構成を示す図。 図１のＥＰＭＡにおける試料搬送室の開口付近を示す拡大平面図。 光源を同時に同期させる場合の光源点滅タイムチャートの一例を示す図。 光源部の回路の一例を示す図。 従来のＥＰＭＡの要部を示す概略構成図。 受光側で特別な処理を行う場合の光源点滅タイムチャートの一例を示す図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれる。

本発明に係る障害物検知システムを備えた分析装置の構成例として、ＥＰＭＡを例にして図１にその要部の概略構成図を示す。また、図２は、図１のＥＰＭＡにおける試料搬送室の開口付近を拡大して示す平面図である。なお、上述したＥＰＭＡ１０１と同様のものについては、同じ符号を付すことにより説明を省略する。
ＥＰＭＡ１は、試料表面分析室１０と、試料搬送機構３０を備える試料搬送室２０と、ＥＰＭＡ１全体の制御を行う制御部５０と、光学式感知センサ６０とを備える。

光学式感知センサ６０は、光源部６１と、１１個のセンサ６２ａ〜６２ｋからなる受光センサ６２とを備える。また、光源部６１は、第一赤外線ＬＥＤ（第一光源）６１ａと、第二赤外線ＬＥＤ（第二光源）６１ｂと、ＣＬＫ６１ｃと、第一スイッチ６１ｄと、第二スイッチ６１ｅとを備える。

第一光源となる第一赤外線ＬＥＤ６１ａは、開口２１ａの右側上方に配置されている。また、第一赤外線ＬＥＤ６１ａは、波長９４０ｎｍの光束をＸ方向に出射することが可能となっており、これにより、第一赤外線ＬＥＤ６１ａは、開口２１ａ付近の一部領域となる第一領域に光束を出射することになる。
第二光源となる第二赤外線ＬＥＤ６１ｂは、開口２１ａの右側上方かつ第一赤外線ＬＥＤ６１ａからＹ方向に所定距離離隔した位置に配置されている。また、第二赤外線ＬＥＤ６１ｂは、波長９４０ｎｍの光束をＸ方向に出射することが可能となっており、これにより、第二赤外線ＬＥＤ６１ｂは、開口２１ａ付近の残りの一部領域を含む第二領域に光束を出射することになる。

そして、第一赤外線ＬＥＤ６１ａと第二赤外線ＬＥＤ６１ｂとは、制御部５０からの制御信号が入力されることで、例えば３８ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比５０％（所定周波数）で点滅しながら光束を出射することが可能となっている。

受光センサ６２は、第一赤外線ＬＥＤ６１ａからの光束と第二赤外線ＬＥＤ６１ｂからの光束との両方の光束を受光するように、開口２１ａの左側上方に配置され、Ｙ方向に並べられた１１個のセンサ６２ａ〜６２ｋを有している。そして、１１個の受光センサ６２ａ〜６２ｋは、制御部５０に出力信号をそれぞれ出力し、その出力信号は、赤外線を受光したときにはＬｏｗとなり、赤外線を受光しなかったときにはＨｉｇｈとなるようになっている。

制御部５０は、ＣＰＵ５１と入力装置５２とを備える。また、ＣＰＵ５１が処理する機能をブロック化して説明すると、照射手段１２及び検出手段１３を制御する分析部５１ａと、試料搬送機構３０を制御する試料搬送機構制御部５１ｂと、光源部６１を制御する光源部制御部５１ｃと、障害物の有無を判定する判定部５１ｄとを有する。

光源部制御部５１ｃは、試料Ｓを交換位置に配置するための制御信号が入力されると、図３に示すように、第一赤外線ＬＥＤ６１ａのみを所定周波数で点滅させる第一期間と、第二赤外線ＬＥＤ６１ｂのみを所定周波数で点滅させる第二期間と、第一赤外線ＬＥＤ６１ａ及び第二赤外線ＬＥＤ６１ｂを所定周波数で同時に同期して点滅させる第三期間との内のいずれかの期間に切り替える制御を行う。
図４は、光源部制御部５１ｃが点滅制御する光源部６１の回路図の一例を示す図である。ＣＬＫ６１ｃは、３８ｋＨｚ（所定周波数）でＯＮとＯＦＦと繰り返す。第一スイッチ６１ｄは、第一期間と第三期間とでＯＮとなり第二期間でＯＦＦとなり、一方、第二スイッチ６１ｅは、第二期間と第三期間とでＯＮとなり第一期間でＯＦＦとなる。
これにより、試料Ｓを交換位置に配置するための制御信号が入力されると、まず、第一赤外線ＬＥＤ６１ａが３８ｋＨｚで点滅する。そして、所定時間（第一期間）経過後に第二赤外線ＬＥＤ６１ｂが３８ｋＨｚで点滅して、第三期間経過後に第一赤外線ＬＥＤ６１ａが消灯する。そして、所定時間（第二期間）経過後に第一赤外線ＬＥＤ６１ａが３８ｋＨｚで点滅して、第三期間経過後に第二赤外線ＬＥＤ６１ｂが消灯する。このようにして、第一期間と第三期間と第二期間と第三期間とを繰り返す。つまり、第一赤外線ＬＥＤ６１ａと第二赤外線ＬＥＤ６１ｂとの両方を消灯する期間（全く障害物の有無を判定できない時間）は設けない。

判定部５１ｄは、受光センサ６２の１１個のセンサ６２ａ〜６２ｋから出力される出力信号に基づいて、開口２１ａ付近（所定領域）における障害物の有無を判定する制御を行う。例えば、３８ｋＨｚ（所定周波数）で出力信号Ｌｏｗが入力されなければ、開口２１ａ付近に障害物が存在すると判定し、試料搬送機構制御部５１ｂに対する制御信号の出力を中止する。一方、３８ｋＨｚ（所定周波数）で出力信号Ｌｏｗが入力されていると、開口２１ａ付近には障害物が存在しないと判定し、試料Ｓを交換位置に配置するための制御信号を試料搬送機構制御部５１ｂに出力する。

ここで、上述したＥＰＭＡ１を用いて試料Ｓを分析する分析方法について説明すると、まず、測定者は、交換位置に配置された試料台座３１上面に試料Ｓを載置する。次に、測定者が試料搬送機構制御部５１ｂに制御信号を入力することにより、試料搬送機構制御部５１ｂはモータ４２に電力を供給して順方向に所定数回転させることで、シャフト３３（スイングアーム３２）を時計回りに回転させる。その結果、試料Ｓが、筐体２１上面の開口２１ａを通過して筐体１１下面の開口１１ａから挿入され、筐体１１内の分析位置に配置される。このとき、開口１１ａ周辺の筐体１１下面にＯリング３１ｂが押し当てられることで、筐体１１内の気密を得る。その後、測定者は、筐体１１内を真空ポンプ１４によって真空引きにする。

そして、制御部５０は試料Ｓを分析する。試料Ｓの分析が終了すると、筐体１１内に大気を導入して真空ポンプ１４を停止させた後に、光源部制御部５１ｃは第一期間と第三期間と第二期間と第三期間とを繰り返す制御を行う。そして、判定部５１ｄは、受光センサ６２の１１個のセンサ６２ａ〜６２ｋから出力される出力信号に基づいて、３８ｋＨｚ（所定周波数）で出力信号Ｌｏｗが入力されていると、開口２１ａ付近に障害物が存在しないと判定し、試料搬送機構制御部５１ｂに制御信号を出力する。

判定部５１ｄからの制御信号が入力された試料搬送機構制御部５１ｂは、モータ４２に電力を供給して、モータ４２を逆方向に所定数回転させてシャフト３３（スイングアーム３２）を反時計回りに回転させる。その結果、試料Ｓが、筐体１１下面の開口１１ａを通過して筐体２１上面の開口２１ａから挿入され、交換位置に試料Ｓ’が配置される。このようにして測定者は試料Ｓ、Ｓ’を交換する。

以上のように、本発明の障害物検知システムを備えたＥＰＭＡ１によれば、光源部６１の点滅の切り替え時において全く障害物の有無を判定することができない時間をなくすことができ、また、光源部６１の点滅状況に応じた場合分けを導入する必要がなく、常に同じ処理ルーチンを行えばよいため、制御部５０の処理ルーチンを簡素にすることができる。

＜他の実施形態＞
（１）上述した実施形態では、本発明をＥＰＭＡ１に適用した場合の構成を示したが、これに代えて、試料を分析位置と交換位置とに移動させる分析装置等としてもよい。

（２）上述したＥＰＭＡ１において、光源部６１は、第一赤外線ＬＥＤ（第一光源）６１ａと第二赤外線ＬＥＤ（第二光源）６１ｂとの２個の光源を有する構成を示したが、３個以上の光源を有する構成としてもよい。また、受光センサ６２は１１個（６２ａ〜６２ｋ）のセンサを有する構成を示したが、１０個以下もしくは１２個以上のセンサを有する構成としてもよい。

本発明は、試料を分析位置と交換位置とに移動させる構成の分析装置等に利用することができる。

１ ＥＰＭＡ（分析装置）
１０ 試料表面分析室
２０ 試料搬送室
２１ 筐体
２１ａ 開口
３０ 試料搬送機構
５１ｃ 光源部制御部
５１ｄ 判定部
６０ 光学式感知センサ
６１ 光源部
６１ａ 第一赤外線ＬＥＤ（光源）
６１ｂ 第二赤外線ＬＥＤ（光源）
６２ 受光センサ
Ｓ 試料

Claims (3)

1. 所定周波数で点滅しながら所定領域に光を出射する光源部と、前記所定領域を通過した光情報を検知する受光センサとを有する光学式感知センサと、
   前記光源部から光を出射する期間を制御する光源部制御部と、
   前記光情報に基づいて、前記所定領域における障害物の有無を判定する判定部とを備える障害物検知システムであって、
   前記光源部は、異なる領域に光を出射する複数個の光源を有し、
   前記光源部制御部は、前記障害物の有無を判定する際には、複数個の光源を同時に同期して点滅させる期間を設けることを特徴とする障害物検知システム。
2. 分析位置に配置された試料を分析するための試料分析室と、
   前記試料が交換位置に配置されるための開口が形成された筐体と、前記筐体内に配置され、前記試料を分析位置と交換位置とに移動させる試料搬送機構とを有する試料搬送室と、
   所定周波数で点滅しながら所定領域に光を出射する光源部と、前記所定領域を通過した光情報を検知する受光センサとを有する光学式感知センサと、
   前記光源部から光を出射する期間を制御する光源部制御部と、
   前記光情報に基づいて、前記所定領域における障害物の有無を判定する判定部とを備える分析装置であって、
   前記光源部は、異なる領域に光を出射する複数個の光源を有し、
   前記光源部制御部は、前記障害物の有無を判定する際には、複数個の光源を同時に同期して点滅させる期間を設けることを特徴とする分析装置。
3. 前記光源部は、第一領域に光を出射する第一光源と、第二領域に光を出射する第二光源とを有し、
   前記光源部制御部は、前記障害物の有無を判定する際には、前記第一光源のみを前記所定周波数で点滅させる第一期間と、前記第二光源のみを前記所定周波数で点滅させる第二期間と、前記第一光源及び前記第二光源を前記所定周波数で点滅させる第三期間とに切り替えることを特徴とする請求項２に記載の分析装置。

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