JP3716384B2 - 球体検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば機能素子が集積回路化されるボール状の半導体デバイスからなる球体を、その製造プロセス等において透明液体を搬送媒体として透明なチューブ内を１個ずつ搬送する際、その球体を確実に検出することのできる球体検出装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
近時、直径１ｍｍ程度のボール状の半導体にトランジスタ等の機能素子をモノリシックに集積して球状半導体装置を実現することが提唱されている。また基本素子機能を持たせた幾つかの球状半導体装置を互いに連結して所定の回路機能を持つ半導体装置を構築することも提唱されている。
【０００３】
この種の球状半導体の製造プロセスにおいては、例えば透明なチューブを用いて上記球状半導体からなる球体の搬送路を形成し、水等の透明な液体を搬送媒体として上記球体を１個ずつ搬送することが行われる。この際、その製造プロセスを管理するべく、予め前記チューブを挟んで対向配置されてチューブ内を横切る光路を設定した発光器と受光器とからなる光センサを用い、該チューブ内を搬送される球体が上記光路を遮るか否かを検出することで球体を検出して、例えばチューブ内を搬送された球体の個数を計数することが行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来においては、搬送媒体をなす透明な液体に混入した気泡に起因して球体の誤検出が生じることがあった。
即ち、従来の球体検出装置は、図５(ａ)にその概略構成を示すように球体の搬送路をなす透明なチューブ１の側面に、光源２から発せられた光を導いてチューブ１内に照射する投光用の光ファイバ３を設けると共に、チューブ１を介して上記光ファイバ３に対向させて受光用の光ファイバ４を配置し、前記チューブ１を横切った光を上記光ファイバ４を介して受光器５にて受光する如く構成される。そして図５(ｂ)に示すように搬送媒体をなす透明液体６にて上記チューブ１内を搬送される球体７が上記チューブ１内を横切る光を遮ったとき、前記受光器５による受光が途絶えることを利用して球体１を検出するものとなっている。
【０００５】
しかしながら、希に上記透明液体６に気泡８が混入することがある。するとこの気泡８が凹レンズとして作用し、チューブ１内に照射された光が図５(ｃ)に示すように偏向されて受光用の光ファイバ４に到達しなくなることがある。この結果、受光器５が前記光源２から発せられた光を受光しなくなるので、気泡８を球体７として誤検出すると言う不具合が生じる。この場合、そのプロセス管理ができなくなる虞があるので、従来より気泡８の混入を防ぐべく種々の工夫が試みられている。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、搬送媒体として用いられる透明液体に混入した気泡の影響を受けることなしに、チューブ内を搬送される球体を確実に検出することのできる簡易な構成の実用性の高い球体検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る球体検出装置は、搬送路をなす透明なチューブ内を搬送媒体として透明液体を用いて１個ずつ搬送される非透明体からなる球体を光センサを用いて検出するものであって、
その光源として、所定の光束断面積を有し、且つ所定の拡がり角を有する散乱光を前記チューブの側面から該チューブ内に照射する面光源を用い、
一方、前記チューブを介して前記面光源にその受光領域を対向配置される受光器を、前記散乱光の一部であって前記透明液体を透過して上記受光領域に向かう成分、および／または前記散乱光の一部であって前記透明液体に混入した気泡により屈折されて前記受光領域に向けて前記透明液体が出射される成分を受光し、且つ前記チューブ内を搬送される前記球体により前記受光領域が遮られるように設け、
この受光器による受光信号のレベルを判定して前記チューブ内を搬送される球体の存在を検出する（判定手段）ようにしたことを特徴としている。
【０００８】
即ち、本発明に係る球体検出装置は、球体検出用の光として所定の光束断面積を有し、且つ所定の拡がり角を有する散乱光を用い、受光器としてはその受光領域が前記チューブ内を搬送される球体により遮られる大きさのものを用いる。そして前記散乱光の一部であって、前記透明液体を直接的に透過して上記受光領域に向かう成分、或いは前記透明液体に混入した気泡により屈折されることで間接的に前記受光領域に向かうようになった成分を前記受光器により検出するようにしたことを特徴としている。
【０００９】
好ましくは請求項２に記載するように前記受光器は、前記球体により受光視野領域の全てが遮られる受光領域を備えたものであって、上記受光視野領域から前記球体が外れたときに前記透明液体を透過した散乱光の一部、および／または前記透明液体に混入した気泡により屈折されて前記透明液体を透過した散乱光の一部を受光し得るように、前記受光領域を前記チューブを介して前記面光源に対向配置して設けられる。
【００１０】
また請求項３に記載するように前記面光源および前記受光器は、それぞれ光ファイバを介して前記チューブの側面に対向配置される。更に請求項４に記載するように前記面光源は、光の拡散板を備えて拡散光を生成する如く構成される。また前記球体は請求項５に記載するように、例えば機能素子が集積回路化されるボール状の半導体デバイスからなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る球体検出装置について、ボール状の半導体からなり、光学的に非透明な球体１０を光学的に検出する装置を例に説明する。
図１(ａ)はこの実施形態に係る球体検出装置の概略構成図で、１１は球体の搬送路をなす透明なチューブである。チューブ１１としては、その検出対象である球体１０の直径が１ｍｍ程度である場合、内径が１.２ｍｍ程度の可撓性チューブが用いられる。そしてチューブ１１は、その内部に水等の透明液体を通流し、この透明液体を球体１０の搬送媒体として球体を搬送するものとなっている。
【００１２】
このようにしてチューブ１１内を搬送される球体１０を検出する光センサは、所定の光束断面積を有し、且つ所定の拡がり角を有する散乱光を前記チューブ１１内に照射する面光源１２と、チューブ１１を介して上記面光源１２に対向配置されて該チューブ１１を横切って到達する散乱光を受光する受光器１３とからなる。尚、この実施形態においては前記面光源１２から発せられた散乱光は、照明用の光ファイバ１４を介してチューブ１１の側面に導かれて該チューブ１１内に照射される。また受光器１３は、チューブ１１を挟んで前記照明用の光ファイバ１４に対して同軸に対向配置された受光用の光ファイバ１５を介して前記面光源１２から発せられた散乱光を受光するように構成されている。
【００１３】
特にこの実施形態においては、前記照明用の光ファイバ１４としては、面光源１２から発せられた所定の光束断面積を有する散乱光を、その光束断面積を保ってチューブ１１内を照射するべく大径のものが用いられる。また受光用の光ファイバ１５としては、その開口端面の径とその受光視野角度とにより規定される受光領域の全てが、図１(ｂ)に示すように前記球体１０によって遮られるもの、一般的には前記照明用の光ファイバ１４に比較して小径のものが用いられる。
【００１４】
このような照明用および受光用の光ファイバ１４,１５を介して、更に前記チューブ１１を挟んで前記面光源１２にその受光面を対向させた受光器１３は、上記光ファイバ１５により規定される受光領域に到達した光を受光し、その受光量に応じたレベルの電気信号を出力する。そして受光器１３は、図１(ａ)に示すように常時は面光源１２からチューブ１１内に照射された散乱光の一部であって、透明液体を通して直進した成分を受光する。また受光器１３は、図１(ｂ)に示すようにチューブ１１内を搬送される球体１０が、その受光領域に対向する位置に至ったとき、該球体１０によってその受光領域の全てが遮られる。この結果、受光器１３は前記面光源１２からチューブ１１内に照射された散乱光の全てを受光することができなくなる。
【００１５】
このような球体１０による散乱光の遮断に加えてこの実施形態においては、前記受光器１３は、図１(ｃ)に示すように透明液体中に気泡１６が混入したとき、前述した散乱光の一部であって凹レンズとして気泡１６により屈折された成分を受光するものとなっている。即ち、面光源１２から発せられた散乱光は、前述したように所定の光束断面積を有し、且つ所定の拡がり角を有している。この為、気泡１６によって散乱光が屈折してその進行方向が変わるといえども、その一部の成分が受光器１３（光ファイバ１５）の受光領域に向かうので、受光器１３は上記散乱光を確実に受光する。
【００１６】
換言すれば散乱光の一部であって、チューブ１１内を直進して受光器１３（光ファイバ１５）の受光領域に向かっていた成分が気泡１６により屈折して上記受光領域から外れる向きに進行しても、上記散乱光の別の一部であって、本来、受光器１３（光ファイバ１５）の受光領域から外れる向きに進行していた成分が、逆に気泡１６により屈曲して上記受光領域に向かうことになる。これ故、受光器１３は、散乱光の内、受光領域の直進していた成分（直接成分）が気泡１６によって屈曲し、その全てが受光領域に向かわなくなった場合においても、上記散乱光の別の一部であって、気泡１６により屈曲したことによって受光領域に向かうようになった散乱光の成分（間接成分）を受光することになる。特に前述したように散乱光が所定の光束断面積を有し、且つ所定の拡がり角を有しているので、気泡１６によって散乱光の或る成分が受光器１３の受光領域から外れた向きに向かうとき、上記散乱光の別の成分が受光器１３の受光領域に向かうようになるので、受光器１３は気泡１６による屈折の影響を受けることなく、図１(ｃ)に示すように面光源１２からチューブ１１内に照射された散乱光の一部を確実に受光することが可能となる。
【００１７】
従って図２に模式的に示すように、散乱光の拡がり角度および受光器１３の受光視野角度とに応じて、球体１０に対して面光源１２の大きさと受光器１３の受光領域の大きさとを適正に設定することにより、受光器１３の受光領域を球体１０によって完全に遮断し、また球体１０が存在しない場合には面光源１２から発せられた散乱光の一部を確実に受光し得る光学系を構築することが可能となる。この結果、搬送媒体である透明液体中に混入した気泡１６の影響を受けることなしに、チューブ１１内における球体１０の存在の有無を確実に検出することが可能なる。
【００１８】
尚、受光器１３の出力（受光量）から球体１０の存在の有無を判定する判定回路としては、例えば図３に例示するように受光器１３の出力を前置増幅器２１を介して所定のレベルに増幅した後、比較器２２を用いて上記前置増幅器２１の出力レベルを所定の比較基準値Ｖrefと比較し、その受光レベルが比較基準値Ｖrefよりも低下したとき、これを球体１０を検知した状態であると判定するようにすれば良い。そして球体１０の個数をカウントする必要がある場合には、カウンタ回路２３を用いて上記比較器２２の出力を累積計数するようにすれば良い。
【００１９】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態においては、面光源１２を用いて所定の光束断面積を有し、且つ所定の拡がり角を有する散乱光をチューブ１１内に照射するようにしたが、例えば図４に例示するように照明用の光ファイバ１４の光射出端に光拡散板１７を設けて上述した拡散光を得るようにしても良い。この場合には、その光源として所定のビーム経を有するレーザ光を発する半導体レーザ素子等を用いることも可能である。また実施形態において光ファイバ１３,１４を用いて光を導くようにしたが、面光源１２から発せられる散乱光をチューブ１１内に直接導入し、またチューブ１１を横切った散乱光を受光器１３にて直接受光するようにその光学系を構築することも勿論可能である。
【００２０】
また散乱光の光束断面積とその拡がり角度、更には受光器１３における受光視野角度とその受光領域の大きさについては、検出対象とする球体１０の大きさやその検出距離等に応じて設定すれば良いものである。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、透明液体を搬送媒体としてチューブ内を搬送される球体を光学的に検出するに際して、上記透明液体に混入した気泡の影響を簡易にして確実に排除し、チューブ内を搬送される球体を確実に検出することができる。この結果、球体の個数を正確に計数することが可能となるので、そのプロセス管理を信頼性良く確実に実行することが可能となり、またその構成も簡単なので動作信頼性の高い球体検出装置を安価に実現しうる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る球体検出装置の概略構成を示す図。
【図２】図１に示す球体検出装置における球体に対する面光源と受光器の光学的な関係を示す図。
【図３】図１に示す球体検出装置における球体判定回路の構成例を示す図。
【図４】本発明の別の実施形態に係る球体検出装置の概略構成を示す図。
【図５】従来の球体検出装置の構成例を示す図。
【符号の説明】
１０ 球体
１１ チューブ
１２ 面光源
１３ 受光器
１４ 照明用光ファイバ
１５ 受光用光ファイバ
１６ 気泡
１７ 拡散板

Claims (5)

1. 透明液体を搬送媒体として透明なチューブ内を１個ずつ搬送される非透明体からなる球体を検出する球体検出装置であって、
   前記チューブの側面から該チューブ内に所定の光束断面積を有し、且つ所定の拡がり角を有する散乱光を照射する面光源と、
   前記チューブを介して上記面光源に受光領域を対向配置してなり、前記散乱光の一部であって上記受光領域に向けて前記透明液体を透過した成分、および／または前記散乱光の一部であって前記透明液体に混入した気泡により屈折されて前記受光領域に向けて前記透明液体から出射する成分を受光すると共に、前記チューブ内を搬送される前記球体により前記受光領域が遮られる受光器と、
   この受光器による受光信号を判定して前記チューブ内を搬送される球体の存在を検出する判定手段と
   を具備したことを特徴とする球体検出装置。
2. 前記受光器は、前記球体により受光視野領域の全てが遮られる受光領域を備え、上記受光視野領域から前記球体が外れたときに前記透明液体を透過した散乱光の一部、および／または前記散乱光の一部であって前記透明液体に混入した気泡により屈折されて前記透明液体を透過した成分を受光可能に、前記受光領域を前記チューブを介して前記面光源に対向配置したものである請求項１に記載の球体検出装置。
3. 前記面光源および前記受光器は、それぞれ光ファイバを介して前記チューブの側面に対向配置されることを特徴とする請求項１に記載の球体検出装置。
4. 前記面光源は、光の拡散板を備えて拡散光を生成するものである請求項１に記載の球体検出装置。
5. 前記球体は、機能素子が集積回路化されるボール状の半導体デバイスからなる請求項１〜４のいずれかに記載の球体検出装置。

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