JP2589616B2 - 光散乱式粒子計数装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光散乱式粒子計数装置に
関し、特に気体又は液体でなる流体中の粒子の濃度を、
例えばレーザ光でなる光ビームを用いて計数する光散乱
式粒子計数装置に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光散乱式粒子検出装置として、例
えば半導体製造工程においてクリーンルームの清浄度を
測定する場合に、図３に示すように流入側ノズル１から
流入した試料空気ＡＩＲを例えばレーザビームでなる粒
子検出用光ビーム２を横切るように排出側ノズル３に噴
射させるように構成したものが用いられている。

【０００３】試料空気ＡＩＲに含まれている粒子ＰＣＬ
は光ビーム２を横切る際に散乱光ＬＡ１を発生させ、こ
の散乱光ＬＡ１が集光レンズ４によつて光電変換素子で
なる受光部５に集光させる。

【０００４】かくして受光部５は、粒子ＰＣＬが通過す
るごとに図４（Ａ）に示すように散乱光ＬＡ１の光量従
つて粒子ＰＣＬの粒径に相当する波高値を有する粒子検
出パルスＰ１を含む電圧信号でなる光電変換出力Ｓ１を
発生し、この光電変換出力Ｓ１を増幅処理回路部６に供
給する。

【０００５】増幅処理回路部６は、光電変換出力Ｓ１の
電圧レベルが所定の粒径Ｄに相当するしきい値電圧でな
る粒子選別レベルＫ０を超えたとき図４（Ｂ）に示すよ
うな検出パルスＰ２を発生し、これを検出パルス出力Ｓ
２として粒子数カウント部７に与え、これにより粒子数
カウント部７において通過した試料空気ＡＩＲの単位体
積に含まれている粒子数をカウントするようになされて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、実際上、光
電変換素子でなる受光部５の光電変換出力Ｓ１には、光
電変換素子においてランダムに発生するノイズＮ１（こ
れを自己ノイズと呼ぶ）が重畳されており、当該自己ノ
イズＮ１のレベルが何らかの原因によつて図４（Ａ）に
おいてノイズ波形Ｎ１に示すように、粒子選別レベルＫ
０を超えたときこれに応じて図４（Ｂ）に示すように増
幅処理回路部６がノイズパルスＰＮ１を発生することに
より、粒子数カウント部７が誤計数するおそれがある。

【０００７】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、誤計数が少なく計数値の信頼性の高い測定を行い得
る光散乱式粒子計数装置を提案しようとするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、被検流体ＡＩＲを流す流路１、３
の一部に光２を照射し、この照射領域を通過する被検流
体ＡＩＲ中の粒子ＰＣＬが発生させる散乱光ＬＡ１に基
づいて粒子ＰＣＬを計数する光散乱式粒子計数装置にお
いて、散乱光ＬＡ１を集光する集光光学系４と、照射領
域を通過する粒子ＰＣＬの移動に応じて移動する集光光
学系４による粒子ＰＣＬの結像位置の軌跡上に、順次隣
接して配置された複数の光電変換素子１１Ａ、１１Ｂ
と、各光電変換素子１１Ａ、１１Ｂにそれぞれ対応させ
て設けられ、それぞれ対応する光電変換素子１１Ａ、１
１Ｂの出力が所定の信号レベルＫ１、Ｋ２を越えたとき
に第１のパルスＰ１１、Ｐ１２を生成して出力する複数
のパルス生成回路２４、２５と、各パルス生成回路２
４、２５にそれぞれ対応させて設けられ、１つの粒子Ｐ
ＣＬが照射領域を通過する際に各パルス生成回路２４、
２５から出力される各第１のパルスＰ２１、Ｐ２２が時
系列的に重複するように、対応するパルス生成回路２
４、２５から出力された第１のパルスＰ２１、Ｐ２２を
遅延させて出力する複数の遅延回路２６、２７と、各遅
延回路２６、２７からそれぞれ出力される第２のパルス
Ｐ３１、Ｐ３２の論理積演算を実行する論理積演算回路
２８と、論理積演算回路２８から出力される第３のパル
スＰ４１を計数するパルス計数回路１３とを設けるよう
にした。

【０００９】

【作用】各パルス生成回路２４、２５にそれぞれ対応さ
せて、１つの粒子ＰＣＬが照射領域を通過する際に各パ
ルス生成回路２４、２５から出力される各第１のパルス
Ｐ２１、Ｐ２２が時系列的に重複するように、対応する
パルス生成回路２４、２５から出力された第１のパルス
Ｐ２１、Ｐ２２を遅延させて出力する複数の遅延回路２
６、２７と、各遅延回路２６、２７からそれぞれ出力さ
れる第２のパルスＰ３１、Ｐ３２の論理積演算を実行す
る論理積演算回路２８と、論理積演算回路２８から出力
される第３のパルスＰ４１を計数するパルス計数回路１
３とを設けるようにしたことにより、１つの光電変換素
子１１Ａ、１１Ｂに所定の信号レベルＫ１、Ｋ２を越え
る自己ノイズＮ１が発生した場合においても、効果的に
誤計数が生じることを回避し得、かくして誤計数が少な
く計数値の信頼性の高い計数を行い得る光散乱式粒子計
数装置を実現できる。

【００１０】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００１１】図３との対応部分に同一符号を付して示す
図１において、１０は全体として本発明を適用した光散
乱式粒子計数装置を示し、フオトダイオードからなる２
つの分割光電変換素子１１Ａ及び１１Ｂから形成された
受光部１１が設けられている。この場合この受光部１１
は、光ビーム２により形成される試料空気ＡＩＲの照射
領域を粒子ＰＣＬが通過する際に移動する、集光光学系
４による粒子ＰＣＬの結像位置の軌跡上に、分割光電変
換素子１１Ａ及び１１Ｂが順次隣接して並ぶように配置
されている。

【００１２】かくして、試料空気ＡＩＲ中の粒子ＰＣＬ
が流入側ノズル１方向から光ビーム２内に突入した後排
出側ノズル３方向に抜け出すまでの間に、当該散乱光Ｌ
Ａ１の集束光ＬＡ２が粒子ＰＣＬの動きに応じて分割光
電変換素子１１Ａ及び１１Ｂの受光面上を分割光電変換
素子１１Ａから分割光電変換素子１１Ｂに向けて移動し
て行き、その結果、分割光電変換素子１１Ａ及び１１Ｂ
から、それぞれ図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように
当該集束光ＬＡ２の動きに応じて移動時間差ＴＡだけ時
間的にずれて発生する散乱光検出パルスＰ１１及びＰ１
２を含む一対の光電変換出力信号Ｓ１１及びＳ２１がそ
れぞれ計数パルス発生回路１２に供給される。

【００１３】光電変換出力信号Ｓ１１及びＳ２１は、そ
れぞれ計数パルス発生回路１２の増幅回路２０及び２１
を介して直流交流分離回路２２及び２３に供給され、図
２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように光電変換出力信号
Ｓ１１及びＳ２１に含まれる交流成分だけが検出信号Ｓ
１２及びＳ２２として比較回路２４及び２５に供給され
る。

【００１４】比較回路２４及び２５は、検出信号Ｓ１２
及びＳ２２をそれぞれ粒径選別レベルＫ１及びＫ２と比
較し、図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）に示すように検出信号
Ｓ１２及びＳ２２の信号レベルが粒径選別レベルＫ１及
びＫ２を超えたとき論理「１」レベルに立ち上がる計数
パルスＰ２１及びＰ２２を含む計数パルス信号Ｓ１３及
びＳ２３をそれぞれ遅延回路２６及び２７に供給する。

【００１５】遅延回路２６及び２７は図２（Ｅ）及び図
２（Ｆ）に示すように、検出パルス信号Ｓ１３及びＳ２
３にパルスが発生した時、その時点から所定の持続時間
ＴＢが経過するまでの期間論理「１」レベルに立ち上が
る持続パルスＰ３１及びＰ３２を含む持続パルス信号Ｓ
１４及びＳ２４を論理積回路２８に供給する。

【００１６】ここで持続時間ＴＢは、検出パルス信号Ｓ
１３及びＳ２３に散乱光検出パルスＰ１１及びＰ１２に
対応する検出パルスＰ２１及びＰ２２が順次発生したと
き両者間に生ずる移動時間差ＴＡより僅かに長い大きさ
に予め選定され、これにより、一方の検出パルスＰ２１
に対応する持続パルスＰ３１の後縁部分に他方の検出パ
ルスＰ２２に対応する持続パルスＰ３２の前縁部分が時
間的に重複するようになされている。

【００１７】論理積回路２８は持続パルス信号Ｓ１４及
びＳ２４を論理積演算することにより図２（Ｇ）に示す
ように持続パルスＰ３１及びＰ３２が重複している間論
理「１」レベルに立ち上がる粒子検出パルスＰ４１を含
む粒子検出信号Ｓ３１を粒子数計数回路１３に与えてカ
ウントさせる。

【００１８】以上の構成において、試料空気ＡＩＲによ
つて粒子ＰＣＬが運ばれて来たとき、集束光ＬＡ２の受
光部１１上の照射位置が粒子ＰＣＬの移動に応じて移動
することにより、分割光電変換素子１１Ａが照射される
状態が得られた後、分割光電変換素子１１Ｂが照射され
る状態に変化して行く（図２（Ａ）及び図２（Ｂ））。

【００１９】従つて計数パルス発生回路１２の比較回路
２４及び２５から、集束光ＬＡ２が分割光電変換素子１
１Ａ側から分割光電変換素子１１Ｂに移動するのに要す
る時間に相当する時間差ＴＡをもつ検出パルスＰ２１及
びＰ２２が順次発生する（図２（Ｃ）及び図２
（Ｄ））。

【００２０】かくして遅延回路２６及び２７から一部が
互いに重複するような持続時間ＴＢを有する持続パルス
Ｐ３１及びＰ３２が発生され（図２（Ｅ）及び図２
（Ｆ））、この結果粒子検出用光ビーム２を粒子ＰＣＬ
が通過するごとに論理積回路２８から持続パルスＰ３１
及びＰ３２の重複期間に相当するパルス幅を有する粒子
検出パルスＰ４１が得られることにより、粒子数計数回
路１３において試料空気ＡＩＲによつて運ばれる粒子の
数を計数することができる。

【００２１】このような粒子検出動作の間に、例えば図
２の時点ｔｘにおいて、例えば一方の分割光電変換素子
１１Ａにパルス状自己ノイズＮ２（図２（Ａ））が発生
することにより、対応するノイズパルスＰＮ２（図２
（Ｃ））が比較回路２４から得られる検出パルス信号Ｓ
１３に混入すると、このノイズパルスＰＮ２に対応する
持続パルスＰＮ３（図２（Ｅ））が遅延回路２６の持続
パルス信号Ｓ１４に混入する。

【００２２】しかしながらこのとき、他方の分割光電変
換素子１１Ｂには自己ノイズが発生していないので（図
２（Ｂ）、図２（Ｄ））、他方の遅延回路２７から持続
パルスが発生しない（図２（Ｆ））。従つて論理積回路
２８の粒子検出信号Ｓ３１には、分割光電変換素子１１
Ａの自己ノイズに基づく誤検出パルスは発生しない（図
２（Ｇ））。

【００２３】以上の構成によれば、光ビーム２により形
成される試料空気ＡＩＲの照射領域を粒子ＰＣＬが通過
する際に移動する、集光光学系４による粒子ＰＣＬの結
像位置の軌跡上に、分割光電変換素子１１Ａ及び１１Ｂ
を順次隣接して並ぶように配置すると共に、１つの粒子
が光ビーム２により形成される試料空気ＡＩＲの照明領
域を通過する際に各比較回路２４、２５から出力される
各パルスＰ２１、Ｐ２２が時間的に重複するように当該
各パルスＰ２１、Ｐ２２をそれぞれ対応する遅延回路２
６、２７において遅延させ、これら遅延回路２６、２７
の各出力の論理積演算を論理積回路２８において行い、
当該論理積回路２８から出力されるパルス数を計数する
ようにして試料空気ＡＩＲ内に含まれる粒子ＰＣＬ数を
計数するようにしたことにより、分割光電変換素子１１
Ａ、１１Ｂのいずれか一方に粒径選別レベルＫ１、Ｋ２
を越える自己ノイズＮ１が発生した場合においても、当
該自己ノイズＮ１を誤計数するおそれが少なく、かくし
て実用上十分に誤計数を抑制し得る光散乱式粒子計数装
置を実現できる。

【００２４】因に実際上、２つの分割光電変換素子１１
Ａ及び１１Ｂに同時に自己ノイズが発生する確立は極く
小さく、実験によれば、分割光電変換素子１１Ａ及び１
１Ｂの一方から得られる光電変換出力信号Ｓ１２又はＳ
２２の粒子パルスに対するホワイトノイズの比Ｓ／Ｎが
２程度でも、分割光電変換素子１１Ａ及び１１Ｂから発
生する自己ノイズなどによる誤計数は１時間に１個以下
に抑えることができた。

【００２５】なお上述の実施例においては、受光部１１
がフオトダイオードから構成される場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、要は光電変換作用を生ずる
ものであれば受光部１１の材料として種々のものを適用
し得る。また上述の実施例においては、受光部１１は２
分割する場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、２個の個別の光電変換素子を近接して粒子の通過す
る方向と同じ方向に並べて配設するようにしても良い。

【００２６】さらに上述の実施例においては、受光部１
１が２分割されている場合について述べたが、本発明は
これに限らず、光電変換素子が３分割又はそれ以上に分
割されていると共に各分割素子から得られる光電変換出
力信号に基づいて論理積回路１２が粒子検出信号Ｓ３１
を出力するようにしても良い。

【００２７】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、被検流体
を流す流路の一部に光を照射し、この照射領域を通過す
る被検流体中の粒子が発生させる散乱光に基づいて粒子
を計数する光散乱式粒子計数装置において、照射領域を
通過する粒子の移動に応じて移動する集光光学系による
粒子の結像位置の軌跡上に、順次隣接して配置された複
数の光電変換素子と、各光電変換素子にそれぞれ対応さ
せて設けられ、それぞれ対応する光電変換素子の出力が
所定の信号レベルを越えたときに第１のパルスを生成し
て出力する複数のパルス生成回路と、各パルス生成回路
にそれぞれ対応させて設けられ、１つの粒子が照射領域
を通過する際に各パルス生成回路からそれぞれ出力され
る各第１のパルスが時系列的に重複するように、対応す
るパルス生成回路から出力された第１のパルスを遅延さ
せて出力する複数の遅延回路と、各遅延回路からそれぞ
れ出力される第２のパルスの論理積演算を実行する論理
積演算回路と、論理積演算回路から出力される第３のパ
ルスを計数するパルス計数回路とを設けるようにしたこ
とにより、１つの光電変換素子に所定の信号レベルを越
える自己ノイズが発生した場合においても、効果的に誤
計数が生じることを回避し得、かくして誤計数が少なく
計数値の信頼性の高い計数を行い得る光散乱式粒子計数
装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した光散乱式粒子計数装置の構成
を示すブロツク図である。

【図２】各信号に対する電気パルスの波形を示す信号波
形図である。

【図３】従来の光散乱式粒子検出装置の構成を示すブロ
ツク図である。

【図４】粒子検出信号に生ずる電気パルスの波形を示す
信号波形図である。

【符号の説明】

１、３……流路（ノズル）、２……光（粒子検出用光ビ
ーム）、４……集光光学系（集光レンズ）、１０……光
散乱式粒子計数装置、１１……受光部、１１Ａ、１１Ｂ
……光電変換素子（分割光電変換素子）、１３……パル
ス計数回路（粒子数計数回路）、２４、２５……パルス
生成回路（比較回路）、２６、２７……遅延回路、２８
……論理積演算回路、ＬＡ１……散乱光、ＬＡ２……集
束光、Ｐ２１、Ｐ２２……第１のパルス（計数パル
ス）、Ｐ３１、Ｐ３２……第２のパルス（持続パル
ス）、Ｐ４１……第３のパルス（粒子検出パルス）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検流体を流す流路の一部に光を照射し、
   この照射領域を通過する上記被検流体中の粒子が発生さ
   せる散乱光に基づいて上記粒子を計数する光散乱式粒子
   計数装置において、 上記散乱光を集光する集光光学系と、 上記照射領域を通過する上記粒子の移動に応じて移動す
   る上記集光光学系による上記粒子の結像位置の軌跡上
   に、順次隣接して配置された複数の光電変換素子と、 各上記光電変換素子にそれぞれ対応させて設けられ、そ
   れぞれ対応する上記光電変換素子の出力が所定の信号レ
   ベルを越えたときに第１のパルスを生成して出力する複
   数のパルス生成回路と、 各上記パルス生成回路にそれぞれ対応させて設けられ、
   １つの上記粒子が上記照射領域を通過する際に各上記パ
   ルス生成回路からそれぞれ出力される各上記第１のパル
   スが時系列的に重複するように、対応するパルス生成回
   路から出力された上記第１のパルスを遅延させて出力す
   る複数の遅延回路と、 各上記遅延回路からそれぞれ出力される第２のパルスの
   論理積演算を実行する論理積演算回路と、 上記論理積演算回路から出力される第３のパルスを計数
   するパルス計数回路とを具えることを特徴とする光散乱
   式粒子計数装置。