JP5529565B2 - イオン化システム - Google Patents

Description

本発明は、イオン化システムおよび回路に関する。

本出願は、１９９８年９月１８日付けで出願された標題「低電圧モジュール方式室内イオン化システム」の米国仮出願第６０／１０１，０１８号の利益を請求する。

静電荷がデバイス歩留まりに対して大きな悪影響を与えるので、静電荷を抑制することが半導体製造においては重要な問題である。静電気によって引き寄せられた異物と静電放電事象とによって引き起こされるデバイスの欠陥が、全体的な製造損失の大きな原因となる。

集積回路の生産のためのプロセスの多くは、大きな静電荷と相補電圧とをウェハおよびデバイスの表面上に発生させる。

空気イオン化は、非導電性材料および絶縁された導体上の静電荷を除去する最も効果的な方法である。空気イオン化装置は、周囲雰囲気内に、空気中で移動電荷キャリアとして働く大量の正イオンと負イオンとを発生させる。イオンは、空気中を流動しながら、逆の極性の電荷を帯びた粒子および表面に引きつけられる。静電帯電した表面の中和が、このプロセスによって迅速に実現できる。

空気イオン化は、コロナ放電として知られているプロセスでイオンを発生させる電気イオン化装置を使用して行われることが可能である。電気イオン化装置は、上記プロセスによって、尖端の周囲の電界が周囲空気の絶縁耐力を越えるまでその電界を増大させることによって、空気イオンを発生させる。電子が電極から周囲空気中へと流れている時に、負コロナが発生する。正コロナは、空気分子から電極内への電子の流れの結果として発生する。

所与の出力のイオン化装置によって可能な限り最大の静電荷の低減を実現するためには、そのイオン化装置が、互いに等しい量の正イオンと負イオンとを発生させなければならない。すなわち、そのイオン化装置の出力が「平衡化されて」いなければならない。そのイオン化装置が平衡状態にない場合には、絶縁された導体および絶縁体が帯電状態となる可能性があり、その結果として、イオン化装置が、それが解決する問題よりも多くの問題を生じさせることになる。イオン化装置は、電源ドリフト、片方の極性の電源の故障、電極の汚染、または、電極の劣化のために、不平衡状態になる可能性がある。これに加えて、イオン化装置の出力が平衡状態にあっても、システム構成要素の劣化のせいで、イオン出力全体がその所望レベルよりも低下する可能性もある。

したがって、イオン化システムは、フィードバックによる監視および自動平衡化システムと、修正されない不平衡状態と範囲外の出力とを検出するための警報装置とを含む。殆どのフィードバックシステムは、完全にまたは主としてハードウェアベースである。こうしたフィードバックシステムの多くは、フィードバック制御信号がハードウェア構成要素値に基づいて決定されているので、高度に精密な平衡制御を実現することは不可能である。さらに、こうしたハードウェアベースのフィードバックシステムの平衡制御の範囲全体が、ハードウェア構成要素値に基づいて制限される可能性もある。さらに、こうしたハードウェアベースのフィードバックシステムの多くは、その個々の構成要素が適切な動作を行うために相互に依存し合っているので、容易には修正できない。

作業空間内の実際の平衡状態が、イオン化装置のセンサによって検出される平衡状態とは異っているかも知れないので、帯電プレート監視装置が、電気イオン化装置の実際の平衡状態を較正し定期的に測定するために一般的に使用されている。

この荷電プレート監視装置は、静電荷減衰時間を定期的に測定するためにも使用される。減衰時間が遅すぎるか早すぎる場合には、事前設定イオン電流値を増減することによって、イオン出力を調整できる。この調整は、典型的には、（一方が正イオン発生に関し、他方が負イオン発生に関する）２つのトリマー電位差計を調整することによって行われる。作業空間内での実際のイオン出力が、イオン化装置に設定されたイオン出力電流値に関する目標イオン出力と必ずしも相関関係にあるとは限らないので、減衰時間の定期的な測定が必要である。例えば、単位時間当たりに所望量のイオンを発生させるために、イオン出力電流が最初にある一定の値（例えば０．６μＡ）に工場で設定される場合がある。イオン化装置の放射源上の粒子付着のためにイオン出力が上記値よりも低下する場合のように、そのイオン化装置の電流が上記値から逸脱する場合には、イオン化装置の高電圧電源が、イオン電流の初期値を回復するように調整される。

室内イオン化システムは、典型的には、単一のコントローラに接続されている複数の電気イオン化装置を含む。図１（従来技術）は、コントローラ１６に単一の線路１４でデイジーチェーン形に接続されている複数の天井装着放射源モジュール１２１ 〜１２ｎ （「ポッド（ｐｏｄ) 」とも呼ばれる）を含む、従来の室内イオン化システム１０を示す。各々の放射源モジュール１２が、電気イオン化装置１８と、
（１）装置のオン／オフ機能と、
（２）個々の放射源モジュール１２が適正に機能していないことが検出される場合に信号線路１４内の単一の警報線路を通してコントローラ１６に警報信号を送る機能
とを含む、限られた機能を果たすための通信／制御回路系２０とを含む。

この図１の従来のシステムに関する重大な問題点の１つは、コントローラ１６と放射源モジュール１２１ −１２ｎ との間に「インテリジェントな」通信が存在しないということである。従来の方式の１つでは、信号線路１４が、４つの線路、すなわち、電力線路、グランド線路、警報線路、および、オン／オフ線路を有する。警報線路を通して伝送される警報信号は、誤動作する放射源モジュール１２の識別に関する情報を全く含まない。したがって、コントローラ１６は、警報信号を受け取っても、どの放射源モジュール１２が誤動作しているのか判別できない。さらに、警報信号は、問題のタイプ（例えば、負イオン放射源が不良なのか、正イオン放射源が不良なのか、不平衡状態なのか）を識別しない。したがって、どの放射源モジュール１２が警報信号を送ったのか、および、何のタイプの問題点が存在するのかを識別する作業に、時間を要することになる。

従来の室内イオン化システムに関するさらに別の問題点は、コントローラ１６からイオン出力電流または平衡のような個々の放射源モジュール１２のパラメータを遠隔調整することが不可能であるということである。これらのパラメータは、典型的には、個々の放射源モジュール１２上のアナログトリマー電位差計を介して、手動で設定を変更することによって調整される。（幾つかのタイプの電気イオン化装置の平衡状態は、ディジタル電位差計設定を制御する（＋）／（ー）ボタンまたはＵＰ／ＤＯＷＮボタンを押すことによって調整される。）天井装着放射源モジュール１２を有する従来のシステム１０に関する典型的な調整作業は次の通りである。

（１）荷電プレート監視装置によって範囲外パラメータを削除する。
（２）梯に上って、平衡設定および／またはイオン出力電流電位差計設定を調整する。
（３）梯から降りて、測定区域からその梯を取り除く。
（４）荷電プレート監視装置上の新たな値を読み取る。
（５）必要に応じてステップ（１）〜（４）を繰り返す。

この手動調整プロセスは時間浪費的でありじゃまである。さらに、室内の作業者の物理的存在が、荷電プレート表示値に干渉する。

再び図１を参照すると、この図に示されているように、個々の放射源モジュール１２の間の信号線路１４は、圧着、はんだ付けまたは他の方法でコネクタが各ワイヤの末端に取り付けられている複数のワイヤから成る。信号線路１４の長さが放射源モジュール１２間で異っている場合があるので、これらのコネクタは現場で（すなわち、据え付け中に）取り付けられる。すなわち、放射源モジュール１２１ と放射源モジュール１２２ との間の信号線路１４の長さは、放射源モジュール１２３ と放射源モジュール１２４ との間の信号線路１４の長さとは異っている場合がある。コネクタを現場で取り付けることによって、信号線路１４が正確な長さに適切に設定されることが可能であり、それによって、より整然とした据え付けが結果的にもたらされる。

現場でコネクタを取り付ける時に生じる問題点の１つは、コネクタが逆に取り付けられることがあるということである。この誤りは、システム全体が起動されるまで検出されない場合がある。この時には、据え付け業者がどのコネクタが逆であるのかを発見しなければならず、そのコネクタを配線し直すことによって問題を修復しなければならない。

従来の室内イオン化装置１０は、高電圧システムまたは低電圧システムのどちらであってもよい。高電圧システムでは、高電圧がコントローラ１６で発生させられ、正放射源と負放射源とに対する接続のために複数の放射源モジュール１２に電力ケーブルを介して配給される。低電圧システムでは、低電圧がコントローラ１６で発生させられて、複数の放射源モジュール１２に配給され、これらの放射源モジュールでは、正放射源と負放射源とに対する接続のために所望の高電圧に電圧が昇圧される。どちらのシステムでも、電圧は交流または直流のどちらであってもよい。電圧が直流である場合には、電圧は、定常直流でもパルス直流でもよい。各々のタイプの電圧が利点と欠点とを有する。

従来のシステム１０の欠陥の１つは、放射源モジュール１２の全てが同一のモードで動作しなければならないということである。したがって、低電圧直流システムでは、放射源モジュール１２の全てが定常イオン化装置またはパルスイオン化装置のどちらか一方だけを使用しなければならない。

従来の低電圧直流システム１０の別の欠陥は、放射源ベースの低電圧電源のために線形電圧調整器が一般的に使用されるということである。線形電圧調整器を通過する電流はその出力における電流と同一なので、線形電圧調整器の両端間での大きな電圧降下（例えば、３０Ｖ入力／５Ｖ出力によって引き起こされる２５Ｖの電圧降下）が、線形電圧調整器が大量の電力を消費することを生じさせ、一方、こうした大量の電力は、多量の熱を発生させる。したがって、線形電圧調整器の潜在的な過熱の可能性が入力電圧を制限し、一方、この入力電圧の制限が、単一のコントローラ１６に接続されることが可能な放射源モジュールの量を制限する。さらに、電力線路は無損失ではないので、この電力線路の電流はいずれも電力線路の両端間で電圧降下を生じさせる。これらの最終的な影響は、線形電圧調整器が放射源モジュール１２で使用される時には、モジュールベースの高電圧電源を駆動するのに十分な電圧を放射源モジュール１２の全てが受け取ることを確実なものにするように、連続するデイジーチェーン形放射源モジュール１２の相互間の距離と、コントローラ１６と全ての放射源モジュール１２との間の距離とが制限されなければならないということである。

したがって、放射源モジュールの融通性および制御と、放射源モジュールとの通信とを改善することを可能にする、室内イオン化システムが、依然として必要とされている。さらに、より簡単な形で誤配線問題を自動的に検出して訂正する方法も依然として必要とされている。さらに、放射源モジュールのモードの個別制御を可能にする方法も依然として必要とされている。本発明は、これらの必要性を満たす。

正放射源および負放射源と、その正放射源と負放射源とに別々に関連付けられている正の高電圧電源と負の高電圧電源とを有する電気イオン化装置において、正イオン出力と負イオン出力とを平衡させるための方法および装置が提供される。平衡基準値が、ソフトウェアによって調整可能なメモリ内に記憶される。電気イオン化装置の動作時には、平衡基準値が、上記放射源に近接した位置にあるイオン平衡センサによって測定される平衡測定値に対して比較される。平衡基準値が平衡測定値に等しくない場合には、正の高電圧電源および負の高電圧電源の少なくとも一方が自動的に調整される。この調整は、平衡測定値が平衡基準値に等しくなることを生じさせる形で行われる。さらに、電気イオン化装置の較正時または初期セットアップ時に、実際のイオン平衡が、荷電プレート監視装置を用いて電気イオン化装置付近の作業空間内で測定される。実際の平衡測定値が自動イオン平衡スキームが真の平衡状態をもたらしていないことを示す場合には、平衡基準値が調整される。

同様の方法および装置がイオン出力電流の制御のために提供され、この場合には、イオン出力基準値が、ソフトウェアによって調整可能なメモリ内に記憶され、イオン出力電流基準値が、電気イオン化装置内の電流計測回路系によって測定された実際イオン電流値と比較され、所望イオン出力電流を維持するために自動調整が行われる。電気イオン化装置の較正時または初期セットアップ時に、荷電プレート監視装置を使用して、電気イオン化装置の付近の作業空間内で減衰時間が測定される。減衰時間が遅すぎるか早すぎる場合にはイオン出力電流基準値が調整され、一方、このことは、新たなイオン出力電流基準値に一致するように実際イオン出力電流を増減させる。

平衡基準値およびイオン出力電流基準値の両方が、遠隔制御装置によって、または、電気イオン化装置に接続されているシステムコントローラによって調整されてもよい。

本発明は、さらに、予め決められた区域内のあちこちに間隔を置いて配置されている複数の放射源モジュールと、放射源モジュールを制御するためのシステムコントローラと、複数の放射源モジュールをシステムコントローラにデイジーチェーン形に電気的に接続するための電線とを含み、電線が上記放射源モジュールに対する通信および給電の両方を実現する、予め決められた区域のためのイオン化システムも提供する。

イオン化システムの１つの実施様態では、各々の放射源モジュールが個別のアドレスを有し、システムコントローラが各々の放射源モジュールを個別にアドレス指定して制御する。各放射源モジュールの平衡基準値とイオン出力電流基準値とが、システムコントローラによってまたは遠隔制御送信機によって個々に調整される。

イオン化システムの別の実施様態では、誤配線状態の検出時に、各放射源モジュールの中に入る電線の相対的位置を自動的に変更するために、誤配線保護回路系が各々の放射源モジュール内に備えられている。

イオン化システムの別の実施様態では、電線上での線路損を最小限に抑えるために、各々の放射源モジュールにスイッチング電源が備えられている。

イオン化システムの別の実施様態では、複数の異なった動作電力モードのいずれか１つのモードに各放射源モジュールを設定するための電力モード設定が備えられている。

本発明は、さらに、互いに固定した相互関係にありかつ第１の通信線路と第２の通信線路とを含む、配線済み電線の相対的位置を変更するための回路も提供する。この回路は、第１の通信線路に関連付けられている第１のスイッチと、第２の通信線路に関連付けられている第２のスイッチと、第１と第２のスイッチとに接続されている出力制御信号を有するプロセッサとを備える。第１のスイッチは、初期位置である第１の位置と、その初期位置である第１の位置とは逆の第２の位置とを有する。同様に、第２のスイッチは、初期位置である第１の位置と、その初期位置である第１の位置とは逆の第２の位置とを有する。プロセッサの出力制御信号は、第１のスイッチと第２のスイッチとがその各スイッチの第１の位置または第２の位置に置かれることを引き起こし、第１の通信線路と第２の通信線路とが、第１のスイッチと上記第２のスイッチの両方がそれらの初期位置である第１の位置にある時に第１の構成を有し、第１のスイッチと第２のスイッチの両方がそれらの第２の位置にある時に第２の構成を有する。

従来の室内イオン化システムの従来技術の概略的なブロック線図である。 本発明による室内イオン化システムの概略的なブロック線図である。 図２の室内イオン化システムのための赤外（ＩＲ）遠隔制御送信機回路の概略的なブロック線図である。 図３の詳細な回路レベルの図（その１）である。 図３の詳細な回路レベルの図（その２）である。 図２の室内イオン化システムのための放射源モジュールの概略的なブロック線図である。 図６に関連した誤配線保護回路の回路レベルの図である。 図２の室内イオン化システムのためのシステムコントローラの概略的なブロック線図である。 図６の放射源モジュールのための平衡制御スキームの概略的なブロック線図である。 図６の放射源モジュールのための電流制御スキームの概略的なブロック線図である。 図２のシステムのハードウェア構成要素の斜視図である。 図６の放射源モジュールのマイクロコントローラに関連したソフトウェアのフローチャートである。 図８のシステムコントローラのマイクロコントローラに関連したソフトウェアのフローチャート（その１）である。 図８のシステムコントローラのマイクロコントローラに関連したソフトウェアのフローチャート（その２）である。

本発明の好適な実施例の詳細な説明を添付図面を参照しながら検討することによって、本発明をより適切に理解することが可能である。本発明を例示するために、現時点で好ましい実施様態が各図面に示されている。しかし、本発明はこれらの図に示されている構成と装置とには限定されない。

単なる説明の便宜のために特定の術語がここで使用されているが、これらの術語が本発明を限定するとは理解されてはならない。添付図面では、複数の図面にわたって同一の要素を示すために、同一の参照符号が使用されている。

図２は、本発明によるモジュール方式室内イオン化システム２２である。このシステム２２は、ＲＳ−４８５通信／電力線路２６によってデイジーチェーン形にシステムコントローラ２８に接続されている、複数の天井装着放射源モジュール２４１ 〜２４ｎ を含む。本発明の１つの実施例では、最多で１０個の放射源モジュール２４が単一のシステムコントローラ２８にデイジーチェーン形に接続されており、連続した放射源モジュール２４が互いに約２．１３〜７．３２ｍ（７〜２４フィート）の間隔を置いて配置されている。各々の放射源モジュール２４が電気イオン化装置と通信／制御回路系とを含み、これらの各々が図６に詳細に示されている。システム２２は、さらに、放射源モジュール２４に命令を送るための赤外（ＩＲ）遠隔制御送信機３０も含む。送信機３０の回路系が、図３〜５とにさらに詳細に示されている。システムコントローラ２８の回路系が図８にさらに詳細に示されている。

システム２２は、図１に示されているような従来のシステムを上回る改善された機能をもたらす。改善された機能の幾つかは次の通りである。

（１）各々の放射源モジュール２４の平衡とイオン出力とが個々に調整される。こうした調整を行うために、各々の放射源モジュール２４が、遠隔制御送信機３０を経由して、または、システムコントローラ２８によって、個々にアドレス指定されてもよい。アナログタイプのトリマー電位差計を使用する代わりに、放射源モジュール２４は、ディジタルもしくは電子電位差計および／またはＤ／Ａ変換器を使用する。平衡値とイオン電流値とがシステムコントローラ内のメモリロケーションに記憶され、ソフトウェア制御によって調整される。平衡値（電圧値に関係付けられる）は、ＢＲＥＦ としてメモリ内に記憶され、イオン電流はＣＲＥＦ としてメモリ内に記憶される。

（２）平衡調整とイオン出力調整とが遠隔制御によって行われてもよい。したがって、較正時および設定時にはユーザが「立ち入り禁止」区域の外側に立っている間に、および、荷電プレート監視装置を読み取るのに十分に近い距離に立っている間に、個々の放射源モジュール２４を調整することができる。

（３）問題の診断および修正が従来のシステムの場合よりも容易にかつ迅速に行われるように、放射源モジュール２４が、識別情報と詳細な警報状態情報とをシステムコントローラ２８に送る。例えば、放射源モジュール２４３ は、システムコントローラ２８に警報信号を送って、負放射源が不良であるか、正放射源が不良であるか、または、非平衡であるかを表示することが可能である。

（４）各放射源モジュール２４の中に組み込まれている誤配線保護回路系は、ＲＳ−４８５通信／電力線路２６を据付け者がスイッチを反転、すなわち転極することを見込む。この回路系は、線路が逆向きにされている場合に自己修正を行い、それによって、線路の再配線を不要にする。従来の信号線路では、その線路が反転される場合には、通信または電力の配送は不可能になる。

（５）各々の放射源モジュール２４のモードが個別に設定されることが可能である。したがって、幾つかの放射源モジュール２４が定常直流モードで動作し、一方、他の放射源モジュール２４がパルス直流モードで動作することが可能である。

（６）スイッチング電源（すなわち、スイッチングレギュレータ）が、線形電圧調整器の代わりに放射源モジュール２４で使用される。このスイッチング電源は線路損失を減少させ、それによって、互いに遠く離れている場合、および／または、そのシステムコントローラ２８から遠く離れている場合がある放射源モジュール２４に対して、システムコントローラ２８が適切な動作電圧を供給することを可能にする。スイッチング電源は、出力を駆動するためにそのスイッチング電源が必要とする電力だけしか線路から減じないので、線形電源よりも効率が高い。したがって、通信／電力線路２６を挟んだ電圧降下は、線形電源に比較して小さい。したがって、よりゲージの小さいワイヤが使用されてよい。スイッチング電源は、従来の低電圧システムの場合に比較して放射源モジュール２４が互いにより遠く離して配置されることと、システムコントローラ２８からより遠く離して配置されることとを可能にする。

次に、システム２２の個々の構成要素を説明する。

図３は、遠隔制御送信機３０の概略的なブロック線図を示す。送信機３０は、２つのロータリエンコーダスイッチ３２と、４つの押しボタンスイッチ３４と、４：２デマルチプレクサ３６と、シリアルエンコーダ３８と、周波数変調器４０と、ＩＲドライブ回路４２とを含む。ロータリエンコーダスイッチ３２は、個々の放射源モジュール２４を「アドレス指定」するのに使用される７つのバイナリデータ線路を与えるために使用される。４つの押しボタンスイッチ３４が、回路系に電力を接続するために、かつ、４：２デマルチプレクサ３６を通過する信号を生じさせるために使用される。

４：２デマルチプレクサ３６は、２つの２入力ＮＡＮＤゲートと１つの４入力ＮＡＮＤゲートとを備える。２つの出力信号を発生させる従来の４：２デマルチプレクサとは異って、デマルチプレクサ３６は、３つの出力信号、すなわち、２つのデータ線路と１つのイネーブル線路とを生じさせる。「イネーブル」信号（従来の４：２デマルチプレクサによっては発生させられない）が、押しボタンの押し下げの結果として４つの入力のいずれかがＬＯＷになる時に生じる。この信号は、ＬＥＤをオンにするために、および、エンコーダの出力と変調器の出力とを使用可能にするために使用される。

ロータリエンコーダスイッチ３２からの７つのバイナリデータ線路と、デマルチプレクサ３６からの２つのデータ線路と１つのイネーブル線路とがシリアルエンコーダ３８に送られ、このシリアルエンコーダではシリアルデータストリームが生じさせられる。変調器４０は、デマルチプレクサ３６からのイネーブル線路と、エンコーダ３８からのシリアルデータとを受け取り、変調信号を生成する。そして、この変調信号は、ＩＲ情報を送信するためのＩＲダイオードドライブ回路に送られる。

図４および５は、図３の回路レベルの図である。

図６は、１つの放射源モジュール２４の概略的なブロック線図を示す。この放射源モジュール２４は、少なくとも次の３つの基本的機能を果たすが、それは、イオンの発生と監視、システムコントローラ２８との通信、および、送信機３０からのＩＲデータの受信である。

放射源モジュール２４は、３つの入力系路と２つの出力系路とを含む閉ループトポロジを使用してイオンを発生させる。これら３つの入力系路の内の２つの経路が正イオン電流と負イオン電流とを監視し、電流計測回路５６または５８と、多入力Ａ／Ｄ変換器６０と、マイクロコントローラ４４とを含む。第３の入力系路はイオン平衡を監視し、センサアンテナ６６と、増幅器６８と、多入力Ａ／Ｄ変換器６０と、マイクロコントローラ４４とを含む。２つの出力経路は、高電圧電源５２または５４の電圧レベルを制御し、マイクロコントローラ４４と、ディジタル電位差計（または、その代替物としてのＤ／Ａ変換器）と、アナログスイッチと、高電圧電源５２または５４と、出力放射源６２または６４とを含む。ディジタル電位差計およびアナログスイッチはレベルコントローラ４８または５０の一部である。

動作時には、マイクロコントローラ４４が、システムコントローラ２８から得られる基準イオン出力電流値ＣＲＥＦ を保持する。その次に、マイクロコントローラ４４が、この値を、Ａ／Ｄ変換器６０から読み取られる測定値または実際値ＣＭＥＡＳと比較する。この測定値は、正電流値と負電流値とを平均することによって得られる。ＣＭＥＡＳがＣＲＥＦ と相違する場合には、マイクロコントローラ４４が、正放射源と負放射源とに関連付けられているディジタル電位差計（またはＤ／Ａ変換器）に命令を送り、その電位差計の出力を同じ量（または、概ね同じ量）だけ増減させる。正レベルコントローラ４８、５０のアナログスイッチが、マイクロコントローラ４４によって制御され、このマイクロコントローラ４４は、放射源モジュールのモードに応じて、定常直流イオン化のためにアナログスイッチを常にオン状態にしておくか、あるいは、変動する割合でアナログスイッチを振動させる。それから、アナログスイッチからの出力信号が、正の高電圧電源５２と負の高電圧電源５４とに送られる。これらの高電圧電源５２、５４はその直流信号を受け取り、放射源尖端６２、６４上に高電圧電位を生じさせる。上記のように、高電圧電位のための戻り経路が正または負の電流計測回路５６、５８に接続されている。電流計測回路５６、５８は、高電圧電源５２、５４が抵抗器を通して電流を得る時に生じさせられる電圧を増幅する。その次に、高電圧戻り回路が、この信号を、（このために４つの入力を有する）Ａ／Ｄ変換器６０に送る。Ａ／Ｄ変換器６０は、マイクロコントローラ４４によって要求される時に、高電圧戻り回路によって生じさせられる電圧レベルに対応するシリアルデータストリームを生じさせる。それから、マイクロコントローラ４４が、これらの値を、プログラムされた値と比較して、ディジタル電位差計を調整する。

センサアンテナ６６と、（３４．２の利得を有する増幅器のような）増幅器６８と、レベル調整器（図示されていない）と、Ａ／Ｄ変換器６０とを使用することによって、放射源モジュール２４のイオン平衡が実現される。センサアンテナ６６は、正放射源モジュール６２と負放射源モジュール６４との間に、この間の各モジュールから等距離の位置に配置されている。放射源モジュール２４において非平衡がある場合には、センサアンテナ６６上に電荷が蓄積するだろう。この蓄積された電荷は増幅器６８によって増幅される。この増幅された信号が、Ａ／Ｄ変換器６０の入力範囲に適合するようにレベルシフトされ、それから、マイクロコントローラ４４で使用するためにＡ／Ｄ変換器６０に送られる。

マイクロコントローラ４４とシステムコントローラ２８との間に配置されている通信回路は、誤配線保護回路７０とＲＳ−４８５符号器／復号器７２とを含む。

通信／電力線路２６にコネクタを取り付ける際に据え付け者が誤って配線接続を逆転（すなわち、反転または転極）する場合にさえ、誤配線保護回路によって、放射源モジュール２４が正常に動作することが可能である。放射源モジュール２４が最初に電源投入されると、マイクロコントローラ４４は、２つのスイッチをオンにし、ＲＳ−４８５線路を読み取る。この初期読取り値から、マイクロプロセッサ４４が、期待状態（ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｓｔａｔｅ）に通信／電力線路２６があるかどうかを判定する。通信／電力線路２６がその期待状態にあり、かつ、予め決められた時間期間の間その期待状態のままである場合には、通信／電力線路２６の通信線路が反転させられずに、マイクロコントローラ４４内のプログラムが次のステップに進む。しかし、その線路が期待状態とは反対である場合には、通信／電力線路２６の通信線路を正しい状態に電子的に反転させるために、誤配線保護回路７０に関連したスイッチが逆向きにされる。通信／電力線路２６が修正されると直ぐに、システムコントローラ２８が放射源モジュール２４と通信するための経路が動作状態になる。入力電力を適正な極性に自動的に適合させるために、全波ブリッジが備えられる。

図７は、誤配線保護回路７０の回路レベル線図である。反転スイッチ７４１、７４２は、通信線路を電気的に極性反転（ｆｌｉｐ）させ、全波ブリッジ７６が電力線路を反転させる。好適な４ワイヤ配列方式では、２つのＲＳ−４８５通信線路が外側にあり、２つの電力線路が内側にある。

再び図６を参照すると、システムコントローラ２８が個々の放射源モジュール２４と通信しようとする時に、送られる第１のバイトは「アドレス」である。この時点では、放射源モジュール２４内のマイクロコントローラ４４は、放射源モジュールアドレス回路から「アドレス」を検索する必要がある。放射源モジュールの「アドレス」が、放射源モジュール２４上に位置した２つのロータリエンコーダスイッチ９０の調整によって据え付け時に設定される。マイクロコントローラ４４が、ロータリエンコーダスイッチ９０とシリアルシフトレジスタ９２とからアドレスを取得する。ロータリエンコーダスイッチ９０は、シリアルシフトレジスタ９２への７つのバイナリデータ線路を提供する。必要に応じて、マイクロコントローラ４４は、「アドレス」を決定するために、スイッチの設定を逐次的にシフトインし、そのアドレスをそのメモリ内に記憶する。

放射源モジュール２４は、ＩＲ受信機９６とＩＲ復号器９８と２つのロータリエンコーダスイッチ９０とを含む、ＩＲ受信機回路９４を含む。赤外信号が受信されると、ＩＲ受信機９６は、搬送周波数を取り除き、ＩＲ復号器９８に送られるシリアルデータストリームだけを残す。ＩＲ復号器９８はそのデータを受け取り、最初の５つのデータビットを、ロータリエンコーダスイッチ９０上の５つの最上位データビットと比較する。これらのデータビットが一致する場合には、ＩＲ復号器９８が、マイクロコントローラ４４に入力される４つの並列データ線路と１つの有効な伝送信号とを生じさせる。

放射源モジュール２４は、さらに、マイクロコントローラ４４が暴走した時にマイクロコントローラ４４をリセットするための、ウォッチドッグタイマ１００も含む。

放射源モジュール２４は、さらに、システムコントローラ１０２から２０〜２８ＶＤＣを受け取り、＋１２ＶＤＣ、＋５ＶＤＣ、−５ＶＤＣおよびグランドを生じさせるスイッチング電源１０２も含む。上記のように、大きな電圧降下を引き起こす原因となる長い配線距離のために、電力を維持するようにスイッチング電源が選択されている。

図１２は、放射源モジュールのマイクロコントローラ４４に関連付けられているソフトウェアの簡明なフローチャートである。

図８は、システムコントローラ２８の概略的なブロック線図である。システムコントローラ２８は少なくとも３つの基本機能を果たすが、すなわち、放射源モジュール２４と通信し、外部監視コンピュータ（図示されていない）と通信し、データを表示する。システムコントローラ２８は、ＲＳ−４８５通信１０４を使用して放射源モジュール２４と通信し、ＲＳ−２３２通信１０６を使用して監視コンピュータと通信することが可能である。システムコントローラ２８は、マイクロプロセッサでもよいマイクロコントローラ１１０を含む。マイクロコントローラ１１０に対する入力は、５つの押しボタンスイッチ１１２と、キースイッチ１１４とを含む。ＬＣＤディスプレイ１１６をスクロールさせて設定を選択および変更するために、押しボタンスイッチ１１２が使用される。キースイッチ１１４は、システムを、スタンバイモード、実行モード、または、セットアップモードに設定するために使用される。

システムコントローラ２８は、さらに、マイクロコントローラ１１０と共に使用するためのメモリ１１８とウォッチドッグタイマ１２０とを含む。メモリ１１８の一部分は、電力オフ時または電力中断時に、放射源モジュール２４に関するＣＲＥＦ とＢＲＥＦ と、他のシステム構成情報とを記憶するためのＥＥＰＲＯＭである。ウォッチドッグタイマ１２０は、システムコントローラ２８が停止したかどうかを検出して、それ自体のリセットを行う。

個々の放射源モジュール２４をアドレス指定するために、システムコントローラ２８は、さらに、放射源モジュール２４の対応する要素の動作とその動作が類似する、２つのロータリエンコーダスイッチ１２２とシリアルシフトレジスタ１２４とを含む。

システム２２のセットアップ時には、各々の放射源モジュール２４が、そのロータリエンコーダスイッチ９０を介して固有の番号に設定される。その次に、システムコントローラ２８が、放射源モジュール２４１ 〜２４ｎ の状態警報値を得るために、これらのモジュールをポーリング（ｐｏｌｌｉｎｇ）する。ポーリングの実施例の１つでは、システムコントローラ２８が、番号の欠落なしに連続的に番号が放射源モジュール２４の各々に割り振られているかどうかを判定するために、放射源モジュール２４を検査する。ディスプレイ１１６を通して、システムコントローラ２８がその検査結果を表示し、オペレータに承認を求める。欠落番号を発見した時には、オペレータが放射源モジュール２４に番号を割り振り直して、ポーリングを再実行してもよく、または、既存の番号付けの承認の信号を送ってもよい。オペレータが番号付けスキームの承認の信号を送ると、システムコントローラ２８が、後続の動作と制御とのために放射源モジュール番号を記憶する。本発明の別の実施例では、システムコントローラ２８が、放射源モジュール２４に自動的に番号を割り当て、それによって、各放射源モジュール２４においてスイッチを設定する必要をなくす。

上記のように、遠隔制御送信機３０が、放射源モジュール２４に対して命令を直接送ってもよく、または、システムコントローラ２８を経由して命令を送ってもよい。したがって、システムコントローラ２８が、この目的のためにＩＲ受信機１２６とＩＲ復号器１２８とを含む。

システムコントローラ２８は、さらに、同期化リンクであるＳＹＮＣ ＩＮ １３０とＳＹＮＣ ＯＵＴ １３２とを含む。これらのリンクは、複数のシステムコントローラ２８に関連付けられている放射源モジュール２４の放射率（ｆｉｒｉｎｇ ｒａｔｅ）と位相とが互いに同期化されるように、同期化された形で複数のシステムコントローラ２８がデイジーチェーン接続されることを可能にする。有限個の放射源モジュール２４が単一のシステムコントローラ２８によって制御されることが可能なので、この特徴が、さらに多くの放射源モジュール２４が同期した形で動作することを可能にする。このスキームでは、１つのシステムコントローラ２８がマスタとして動作し、残りのシステムコントローラ２８がスレーブコントローラとして動作する。

システムコントローラ２８は、随意に、表示灯タワー等の形で警報を表示するためのリレーインジケータ１３４を含んでもよい。この形態では、独立形システムコントローラ２８、あるいは、複数のスレーブコントローラを有するマスタシステムコントローラ２８、を監視しているオペレータに対して、特定の警報状態が視覚的に伝達されることが可能である。

システムコントローラ２８は、３つの汎用入力交流スイッチング電源（図示されていない）を収容する。これらの電源は、５０−６０Ｈｚで９０〜２４０ＶＡＣのいずれかの線路電圧から絶縁２８ＶＤＣを生じさせる。この（２０ＶＤＣから３０ＶＤＣの間で変化してよい）２８ＶＤＣが、放射源モジュール２４に給電するために放射源モジュール２４に供給される。さらに、システムコントローラ２８内のオンボードスイッチング電源１３６が、汎用入力交流スイッチング電源から２８ＶＤＣを受け取り、＋１２ＶＤＣ、＋５ＶＤＣ、−５ＶＤＣおよびグランドを生じさせる。電力を維持するためには、スイッチング電源が好ましい。

図１３および１４は、システムコントローラのマイクロプロセッサ１１０に関連付けられているソフトウェアの簡明なフローチャートである。

図９は、放射源モジュール２４１ の平衡制御回路１３８の概略的なブロック線図である。（演算増幅器とＡ／Ｄ変換器とを含む）イオン平衡センサ１４０が、放射源モジュール２４１ の放射源に比較的近くで測定される平衡測定値ＢＭＥＡＳを出力する。マイクロコントローラ４４内に記憶されている平衡基準値１４２であるＢＲＥＦ１が、比較器１４４においてＢＭＥＡＳと比較される。これらの値が互いに等しい場合には、正または負の高電圧電源１４６の調整は行われない。これらの値が互いに等しくない場合には、これらの値が等しくなるまで電源１４６に対して適切な調整が行われる。このプロセスは、放射源モジュール２４１ の動作中に連続的にかつ自動的に生じる。較正または初期セットアップの際に、放射源モジュール２４１ の付近の作業空間内で実際平衡測定値ＢＡＣＴＵＡＬを得るために、荷電プレート監視装置から平衡測定値が求められる。比較器の出力が、ＢＲＥＦ１がＢＭＥＡＳと等しいことを示し、かつ、ＢＡＣＴＵＡＬがゼロである場合には、放射源モジュール２４１ が平衡しており、さらに別の処置は行われない。しかし、比較器の出力が、ＢＲＥＦ１がＢＭＥＡＳと等しいことを示しており、かつ、ＢＡＣＴＵＡＬがゼロでない場合には、放射源モジュール２４１ が非平衡である。したがって、遠隔制御送信機３０またはシステムコントローラ２８を使用して、ＢＡＣＴＵＡＬがゼロに戻されるまでＢＲＥＦ１が増減調整される。例えば、製造許容差と経時的なシステム劣化とのために、各々の放射源モジュール２４が、異ったＢＲＥＦ 値を有する可能性があるだろう。

図１０は、ＣＲＥＦ とＣＭＥＡＳとに関して上述した通りの、イオン電流のために使用される図９と同様の方式である。この図１０では、ＣＭＥＡＳが、図６に示される回路要素５６、５８、６０を使用して直接測定される通りの実際のイオン出力電流である。比較器１５２は、（マイクロコントローラ４４内のメモリ５０に記憶されている）ＣＲＥＦ１をＣＭＥＡＳと比較する。これらの値が互いに等しい場合には、正または負の高電圧電源１４６に対しては調整は行われない。これらの値が互いに等しくない場合には、これらの値が互いに等しくなるまで適切な調整が電源１４６に対して行われる。放射源モジュール２４１ の動作中に、このプロセスが連続的かつ自動的に行われる。較正または初期セットアップの際に、放射源モジュール２４１ の付近の作業空間内で実際のイオン出力電流ＣＭＥＡＳの表示を得るために、荷電プレート監視装置１４８から減衰時間の測定値が得られる。この減衰時間が所望範囲内にある時には、それ以上の処置は行われない。しかし、減衰時間が遅すぎるか早すぎる場合には、ＣＲＥＦ１がオペレータによって増減調整される。その次に、比較器１５２はＣＭＥＡＳとＣＲＥＦ１との間の差を示し、上記と同様の形で、これらの値が等しくなるまで適切な調整が電源１４６に対して自動的に行われる。

上記したように、従来の自動平衡システムはハードウェアベースのフィードバックシステムを有し、少なくとも次の問題点を呈する。

（１）フィードバック制御信号がハードウェア構成要素値に基づいて固定されているので、こうしたシステムはあまり厳密な平衡制御を提供できない。

（２）平衡制御の全範囲が、ハードウェア構成要素値に基づいて限定されている。

（３）適正な動作を得るために個々の構成要素が相互依存しあっているので、迅速にかつ低コストで修正を加えることは困難である。

従来のイオン電流制御回路系は、上記に類似した問題点を有する。本発明のソフトウェアベースの平衡およびイオン電流制御回路系は、従来のシステムとは対照的に、こうした欠点を全く持たない。

図１１は、図２のシステム２２のハードウェア構成要素の斜視図である。

マイクロコントローラ４４、１１０は、次のような有利な特徴が実現されることを可能にする。

（１）マイクロプロセッサが、ＢＲＥＦ とＢＭＥＡＳとの間の比較とＣＲＥＦ とＣＭＥＡＳとの間の比較とのために使用されるコンパレータを監視する。これらの差が両方とも予め決められた値よりも小さい場合には、放射源モジュール２４が、正常動作に関連した必要な僅かな調整を行っているものと推定される。しかし、１つ以上の時点において、これらの差の一方または両方が予め決められた値よりも大きい場合には、放射源モジュール２４を点検する必要があると推定される。この時点で、警報がシステムコントローラ２８に送られる。

（２）急激な変化または電位差オーバシュートを回避するために、各々の放射源モジュール２４に関する自動的なイオン発生変化と平衡変化との勾配を増減してもよい。例えば、パルス直流モードを使用する時には、パルスレート（すなわち、周波数）を、所望の勾配の増減効果を実現するように、当初の値から所望値に徐々に調整してもよい。パルス直流モードまたは定常直流モードのどちらを使用する時には、所望の勾配の増減効果を実現するために直流振幅を当初の値から所望値に徐々に調整してもよい。

本発明の範囲は上記の特定の実施例に限定されない。例えば、通信がＲＳ−４８５またはＲＳ−２３２通信／電力線路を介して行われることは必ずしも必要ではない。特に、誤配線保護回路系が、上記の形でスイッチによって反転させられることが可能なあらゆるタイプの通信／電力線路と共に使用されてもよい。

本発明の広範囲な発明の着想から逸脱することなしに、上記実施例に対して変更が加えられることが可能であることが当業者には理解されるだろう。したがって、本発明が、開示された特定の実施例に限定されず、添付の特許請求項によって定義される通りの本発明の思想と範囲に含まれる変形例を、本発明が含むことが意図されていることを理解されたい。

１４ イオン平衡センサ
２２ イオン化システム
２４ 放射源モジュール
２６ 通信／電力線路
２８ システムコントローラ
５２ 正の高電圧電源
５４ 負の高電圧電源
５６ 正電流計測回路
５８ 負電流計測回路
６２ 正放射源モジュール
６４ 負放射源モジュール
７０ 誤配線保護回路系
９６ ＩＲ受信機
１１６ ＬＣＤディスプレイ
１３４ リレーインジケータ
１５２ コンパレータ

Claims (7)

1. 予め画定された区域のためのイオン化システムであって、
   （ａ）各々の放射源モジュールが設定変更可能な個別アドレスを有しかつ少なくとも１つの電気イオン化装置を含む、前記区域のあちこちに間隔を置いて配置されている複数の放射源モジュールと、
   （ｂ）前記放射源モジュールを個別にアドレス指定しかつ制御するためのシステムコントローラと、
   （ｃ）前記複数の放射源モジュールを前記システムコントローラとデイジーチェーン形に電気的に接続するための通信線路とを備え、
   前記放射源モジュールの各々が、電力モード設定と、記憶された平衡基準値およびイオン出力電流基準値のうちの少なくとも１つと、を含み、
   前記システムコントローラは、各前記放射源モジュールの前記電力モード設定、前記平衡基準値および前記イオン出力電流基準値を個別に調整する手段を含むことを特徴とするイオン化システム。
2. 前記放射源モジュールの各々は、前記電気イオン化装置の少なくとも１つの動作パラメータに関する警報状態情報を前記通信線路を介して送信するための手段をさらに含み、前記警報状態情報は前記放射源モジュールのアドレスを含み、前記システムコントローラが前記警報状態情報を受け取る請求項１に記載のイオン化システム。
3. 前記動作パラメータは、正放射源または負放射源のステータスである請求項２に記載のイオン化システム。
4. 前記動作パラメータがイオン非平衡状態である請求項２に記載のイオン化システム。
5. 前記通信線路が前記放射源モジュールの各々にデイジーチェーン形に接続されており、前記通信線路が、前記放射源モジュールに対して（ｉ）通信と（ｉｉ）電力の両方を提供する請求項１に記載のイオン化システム。
6. （ｄ）放射源アドレス設定と平衡調整機能とを有する遠隔制御送信機を備え、
   各前記放射源モジュールが、さらに、記憶された平衡基準値と、前記平衡基準値に電気的に接続されておりかつ前記遠隔制御送信機に応答する遠隔制御受信機とをさらに含み、前記遠隔制御送信機が、各前記放射源モジュールの前記平衡基準値が個別に調整されることを可能にする請求項１に記載のイオン化システム。
7. （ｄ）放射源アドレス設定とイオン出力電流調整機能とを有する遠隔制御送信機をさらに備え、前記放射源モジュールの各々が、さらに、記憶されたイオン出力電流基準値と、前記イオン出力電流基準値に電気的に接続されておりかつ前記遠隔制御送信機に応答する遠隔制御受信機とを有し、前記遠隔制御送信機が、前記放射源モジュールの各々の前記イオン出力電流基準値が個別に調整されることを可能にする請求項１に記載のイオン化システム。

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