(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアーカーテンを形成して、検査の対象物が含まれる領域を覆い、外界から隔離された空間を形成するエアー供給ユニットと、
前記隔離された空間内のガスを採取するサンプリングユニットと、
前記隔離された空間内に、前記サンプリングユニットの採取量と少なくとも等しい量の拡散用のガスを供給する拡散ガス供給ユニットとを有し、
前記サンプリングユニットは、前記隔離された空間内の、前記領域に沿った２次元的な位置および前記領域からの距離が異なるように立体的に異なる位置に配置された複数のサンプリングノズルを含む、ガス採取装置。
【請求項２】
請求項１において、前記複数のサンプリングノズルのそれぞれを、前記隔離された空間内で、ランダムに、または所定のアルゴリズムにしたがって周期的に移動する第１の駆動ユニットをさらに有する、ガス採取装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記複数のサンプリングノズルのそれぞれの採取量をランダムに、または所定のアルゴリズムにしたがって周期的に制御する第１の流量制御ユニットをさらに有する、ガス採取装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記エアー供給ユニットは、前記対象物を搬送するコンベア上に前記隔離された空間を形成する空気吹出し口を含み、
前記拡散ガス供給ユニットは、前記隔離された空間内に、前記コンベアの下方から、または、コンベアの搬送面に沿って前記拡散用のガスを供給する拡散ガス吹出し口を含む、ガス採取装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記隔離された空間内の前記対象物を直接または間接的に加熱する温度制御ユニットをさらに有する、ガス採取装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のガス採取装置と、
前記サンプリングユニットに採取されたガスに含まれる化学物質の少なくともいずれかを検出するセンサーと、
前記ガス採取装置と前記センサーとを接続する配管システムとを有する、検査装置。
【請求項７】
請求項６において、前記配管システムを加熱するヒーターユニットをさらに有する、検査装置。
【請求項８】
請求項６または７において、前記サンプリングユニットに採取されたガスとキャリアガスとを混合した混合ガスを前記センサーに供給する混合ユニットをさらに有する、検査装置。
【請求項９】
請求項８において、前記混合ガスの一部を前記キャリアガスとしてフィードバックして濃度を制御する濃度制御ユニットをさらに有する、検査装置。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれかにおいて、
前記センサーの検出結果により、前記複数のサンプリングノズルのそれぞれの位置または動きを変えて、前記採取されたガスに含まれるターゲットとなる化学物質の濃度を高くする第１のフィードバック制御ユニットを有する、検査装置。
【請求項１１】
請求項６ないし１０のいずれかにおいて、
前記センサーの検出結果により、前記複数のサンプリングノズルのそれぞれの採取量を変えて、前記採取されたガスに含まれるターゲットとなる化学物質の検出感度が高い状態にする第２のフィードバック制御ユニットを有する、検査装置。
【請求項１２】
請求項６ないし１１のいずれかにおいて、前記センサーはイオン移動度センサーである、検査装置。
【請求項１３】
対象物の状態を検査する検査装置の制御方法であって、
前記検査装置は、前記対象物を覆うエアーカーテンにより外界から隔離された空間内のガスを採取するサンプリングユニットと、前記サンプリングユニットに採取されたガスに含まれる化学物質の少なくともいずれかを検出するセンサーとを有し、前記サンプリングユニットは、前記隔離された空間内の異なる位置に配置された複数のサンプリングノズルを含み、
当該制御方法は、前記複数のサンプリングノズルのそれぞれの採取量、位置および動きの少なくともいずれかを含む採取条件を変えることを有し、
前記採取条件を変えることは、前記採取されたガスに含まれるターゲットとなる化学物質の濃度を高くすることを含む、制御方法。
【請求項１４】
請求項１３において、前記採取条件を変えることは、ランダムに、または所定のアルゴリズムにしたがって前記複数のサンプリングノズルの採取条件を変えることを含む、制御方法。
【請求項１５】
請求項１３において、前記採取条件を変えることは、前記センサーの検出結果により、前記複数のサンプリングノズルの採取条件を変えることを含む、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスを採取する装置およびそれを用いた検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
日本国特表２００８−５０８６９３号公報（国際公開ＷＯ２００６／０１３３９６）には、物質毎のイオン移動度の差に起因する物理的現象を測定する装置が開示されている。この文献には、特に、複数の電極を有する少なくとも１つのイオンチャネルの形状のイオンフィルタを有するイオン移動度分光計について記載されている。このイオン移動度分光計は、導電層に印加される時間変化する電位により、充填剤はイオン種を選択的に入れることができる。電位は、駆動電界成分および横電界成分を有し、好ましい実施形態において、電極のそれぞれは、駆動電界および横電界の両方の成分を生成するのに関与する。デバイスは、ドリフトガスフローがなくても用いることができる。この文献には、また、分光計の種々の用途であるようなマイクロスケール分光計を製作するための微細加工技術について記載されている。
【発明の開示】
【０００３】
イオン移動度を測定する技術、たとえば、ＦＡＩＭＳ（ＦＡＩＭＳ、Ｆｉｅｌｄ  Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ｗａｖｅｆｏｒｍ  Ｉｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、フィールド非対称質量分析計、またはＤＩＭＳ、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｉｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）技術が知られている。ＦＡＩＭＳ技術では、測定対象となる化学物質はイオン化できる化合物、組成物、分子、その他の生成物であり、イオン移動度が化学物質毎にユニークである性質を利用して、バッファガス中を移動させながら、差動型電圧（ＤＶ、Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｖｏｌｔａｇｅ、Ｖｄ電圧、電界電圧、交流電圧、以降ではＶｆ）と補償電圧（ＣＶ、Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｖｏｌｔａｇｅ、補償電圧、直流電圧、以降ではＶｃ）とを印加する。検出目標のイオン化された化学物質は、ＶｆおよびＶｃの値が適切に制御されれば、検出器まで到達して電流値として検出される。
【０００４】
したがって、イオン移動度を測定するセンサー（イオン移動度センサー）を使用するためには、適切な条件で分析対象の化学物質をイオン移動度センサーに供給することが重要である。これは、他のガス分析センサーにおいても同様である。
【０００５】
本発明の一形態は、エアーカーテンを形成して、検査の対象物を含む領域を覆い、外界から隔離された空間を形成するエアー供給ユニットと、隔離された空間内のガスを採取するサンプリングユニットと、隔離された空間内に、サンプリングユニットの採取量と少なくとも等しい量の拡散用のガスを供給する拡散ガス供給ユニットとを有するガス採取装置である。サンプリングユニットは、隔離された空間内の立体的に異なる位置に配置された複数のサンプリングノズルを含む。
【０００６】
このガス採取装置は、サンプリングユニットにより、拡散用ガスにより対象物から放出された化学物質（ターゲット物質）を含むガスを採取する。その際、隔離された空間内の、立体的に異なる位置に複数のサンプリングノズルを配置することで、拡散用ガスにより隔離された空間内に放出されたターゲット物質の濃度に片寄りがあっても、ターゲット物質を含むガスを採取できる可能性が高まる。さらに、濃度の高いターゲット物質を含むガスを採取できれば、検出精度を向上でき、検出に要する時間も短縮できる。
【０００７】
ガス採取装置は、複数のサンプリングノズルのそれぞれを、隔離された空間内で、ランダムに、または所定のアルゴリズムにしたがって移動する第１の駆動ユニットを有することが望ましい。また、ガス採取装置は、複数のサンプリングノズルのそれぞれの採取量をランダムに、または所定のアルゴリズムにしたがって制御する第１の流量制御ユニットを有することが望ましい。複数のサンプリングノズルのそれぞれの採取条件を変更できる。
【０００８】
エアー供給ユニットは、対象物を搬送するコンベア上に隔離された空間を形成する空気吹出し口を含み、拡散ガス供給ユニットは、隔離された空間内に、コンベアの下方から、または、コンベアの搬送面に沿って拡散用のガスを供給する拡散ガス吹出し口を含むことが望ましい。対象物に含まれるターゲット物質、たとえば異物から放出される成分をサンプリングノズルに短時間で到達させやすい。ガス採取装置は、さらに、隔離された空間内の対象物を直接または間接的に加熱する温度制御ユニットを有することが望ましい。対象物を加熱することにより、対象物に含まれるターゲット物質の成分の発散を促進できる。
【０００９】
本発明の他の態様の１つは、上記のガス採取装置と、サンプリングユニットに採取されたガスに含まれる化学物質の少なくともいずれかを検出するセンサーと、ガス採取装置とセンサーとを接続する配管システムとを有する検査装置である。検査装置は、配管システムを加熱するヒーターユニットをさらに有することが望ましく、配管システムの汚染による影響を抑制できる。
【００１０】
また、検査装置は、サンプリングユニットに採取されたガスとキャリアガスとを混合した混合ガスをセンサーに供給する混合ユニットをさらに有することが望ましく、混合ガスの一部をキャリアガスとしてフィードバックして濃度を制御する濃度制御ユニットをさらに有することが望ましい。簡易的にセンサーの検出対象となる成分を濃縮できる。
【００１１】
検査装置は、さらに、センサーの検出結果により、複数のサンプリングノズルのそれぞれの位置または動きを変える第１のフィードバック制御ユニット、または、複数のサンプリングノズルのそれぞれの採取量を変える第２のフィードバック制御ユニットを有することが望ましい。センサーにおける検出感度の高い採取条件を自動的に選択したり、選択された採取条件に自動的にセットできる。
【００１２】
センサーは質量分析器、ガスクロマトグラフィなどであってもよいが、大気中においてリアルタイムで物質（分子）を検出できるイオン移動度センサーが好適である。
【００１３】
本発明のさらに異なる態様の１つは、対象物の状態、たとえば、対象物に含まれる異物の有無、梱包状態、損傷の有無などを検査する検査装置の制御方法である。検査装置は、対象物を覆うエアーカーテンにより外界から隔離された空間内のガスを採取するサンプリングユニットと、サンプリングユニットに採取されたガスに含まれる化学物質の少なくともいずれかを検出するセンサーとを有し、サンプリングユニットは、隔離された空間内の異なる位置に配置された複数のサンプリングノズルを含む。制御方法は、複数のサンプリングノズルのそれぞれの採取量、位置および動きの少なくともいずれかを含む採取条件を変えることを有する。
【００１４】
採取条件を変えることは、ランダムに、または所定のアルゴリズムにしたがって複数のサンプリングノズルの採取条件を変えることを含んでもよい。また、採取条件を変えることは、センサーの検出結果により複数のサンプリングノズルの採取条件を変えることを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】検査装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】ガス採取装置の概略構成を示す図。
【図３】フードの構成を展開して示す図。
【図４】検査装置による検査の過程の概要を示すフローチャート。
【図５】ガス採取装置の異なる例を示す図。
【発明の実施の形態】
【００１６】
図１にイオン移動度センサーを備えた検査装置の概要を示している。この検査装置（検出装置、分析装置）１０は、上流から、検査対象の物品（対象物）１０１および１０２から放出された化学物質（ターゲット物質）１０５を含む検査対象のガス（ターゲットガス、サンプリングガス、ガスサンプル）２１を採取するガス採取装置１００と、イオン移動度センサー（センサー）１に供給される検出用ガス２０を調製する調製ユニット３００と、センサー１と、センサー１を流れるガス量を制御するフローコントローラ５０と、検査装置１０を制御する制御ユニット６０とを有する。
【００１７】
本例のイオン移動度センサー１の一例はＦＡＩＭＳ（ＦＡＩＭＳ、Ｆｉｅｌｄ  Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ｗａｖｅｆｏｒｍ  Ｉｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、フィールド非対称質量分析計、またはＤＩＭＳ、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｉｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）である。センサー１は、目標の化学物質（ターゲット物質、ターゲットケミカル）をイオン化するイオン化ユニット１ａと、イオン化されたターゲット物質に電場の影響を与えながら移動させるドリフトチャンバ１ｂと、ドリフトチャンバ１ｂを通過したイオン化された測定対象物（測定対象の電荷）を検出する検出器１ｃとを含む。ドリフトチャンバ１ｂにおいては、電極１ｅにより生成されるソフトウェア制御された電界が特定の周期でプラス・マイナスに変動し、その電界のフィルタリング効果により、検出目標の化学物質が選択され、短期間、たとえば、ｍｓｅｃレベルで検出器１ｃに衝突し、電流として測定される。
【００１８】
センサー（ＦＡＩＭＳ）１の一例はオウルストーン（Ｏｗｌｓｔｏｎｅ）社製のセンサーであり、イオン化ユニット１ａには、Ｎｉ６３（５５５ＭＢｑのβ線源、０．１μＳｖ／ｈｒ）を使用している。このイオン化ユニット１ａによりイオン化可能な化学物質は、イオン化結合エネルギーが６７ＫｅＶ以下であるが、広い範囲の化学物質を検出・分析可能である。イオン化ユニット１ａとしては、ＵＶ（紫外線）を用いたもの、コロナ放電を用いたものなどが検討されている。
【００１９】
制御ユニット（制御装置）６０は、ＣＰＵおよびメモリを含むハードウェア資源を備えたコンピュータであってもよく、システムＬＳＩなどの半導体装置であってもよい。制御装置６０は、センサー１を制御するドライバ（ドライバプログラム、プログラム製品）６１と、ドライバ６１を介してセンサー１の測定条件を制御するとともにドライバ６１を介して得られたセンサー１の測定結果を解析する解析ユニット６９とを含む。センサー１には、ドライバ６１から測定条件が送られる。測定条件には、電界電圧Ｖｆ（以降では電圧Ｖｆ）と、補償電圧Ｖｃとが含まれる。
【００２０】
ドライバ６１は、センサー１から測定されたデータ（ＩＭＳデータ）６５を取得する。ＩＭＳデータ６５の一例は、特定の電圧Ｖｆにおける補償電圧Ｖｃの変動に対応して変化する電流（検出装置１ｃにより検出される電流）Ｉにより表わされるスペクトルである。ＩＭＳデータ６５は、上記のスペクトルの特徴点をサンプリング（抽出）したデータであってもよく、複数の電圧Ｖｆのスペクトルを含むものであってもよい。ドライバ６１は、さらに、センサー１の測定環境の情報６６を取得する。環境情報６６には温度、湿度、圧力、流量などが含まれ、センサー１にはこれらを検出するセンサー１ｘが設けられている。
【００２１】
検査対象となるサンプリングガス（サンプルガス）２１を採取するガス採取装置１００は、本例においては、１または複数の種類の物品を搬送するコンベア１９０からサンプリングガス２１を採取する。サンプリングガス２１は調製ユニット３００を介してセンサー１に送られ、サンプリングガス２１に含まれているターゲット物質１０５を測定および／または検出することにより、コンベア（ベルトコンベア）１９０で搬送されている物品１０１を判別したり、物品１０１の損傷の有無を判別（検出）したり、物品１０１に含まれている可能性がある異物１０２を判別（検出）したりすることができる。
【００２２】
このガス採取装置１００は、エアーカーテン１１１を形成して、対象物１０１および１０２を含む領域を覆い、外界９９から隔離された空間（サンプリング空間）１１５を形成するエアー供給ユニット１１０と、サンプリング空間１１５内のガス、すなわちサンプリングガス２１を採取するサンプリングユニット１２０と、サンプリング空間１１５内に、サンプリングユニット１２０の採取量Ｗ１と少なくとも等しい量Ｗ２の拡散用のガス１３１を供給する拡散ガス供給ユニット１３０とを有する。
【００２３】
エアー供給ユニット１１０は、エアー１１１を供給するファン１１２と、サンプリング空間１１５の周囲にエアーカーテン用のエアー１１１を吹き出すフード１１３とを含む。フード１１３は上部ハウジング１１３ａと下部ハウジング１１３ｂとを含む二重構造であり、それらのハウジング１１３ａおよび１１３ｂの間のスペース１１４を介してエアーカーテン用のエアー１１１が所定の位置に供給される。
【００２４】
サンプリングユニット１２０は、サンプリング空間１１５内の立体的に異なる位置に配置された複数のサンプリングノズル１２１と、複数のサンプリングノズル１２１が接続されたサンプリングチャンバ１２２と、サンプリングチャンバ１２２を介してサンプリングガス２１を吸引するサンプリングポンプ１２３と、サンプリングバッファ１２４とを含む。サンプリングポンプ１２３は、典型的にはテフロン（登録商標）コーティングされたダイアフラムタイプのポンプであり、サンプリングバッファ１２４を設けることにより採取されたサンプリングガス２１の脈動が抑制されるようにしている。
【００２５】
それぞれのサンプリングノズル１２１は、典型的には、コンベア１９０の搬送面１９１、すなわち、コンベア１９０で搬送される物品１０１または１０２の方向にコーン状あるいはラッパ状に広がっている。複数のサンプリングノズル１２１は、サンプリング空間１１５内に立体的に異なった位置に配置されている。すなわち、複数のサンプリングノズル１２１は、サンプリング空間１１５内に、コンベア１９０の搬送面１９１に沿って２次元的にはマトリクス状に配置され、それぞれのサンプリングノズル１２１と搬送面１９１との距離を変えることにより、複数のサンプリングノズル１２１は立体的に異なった位置に配置される。
【００２６】
それぞれのサンプリングノズル１２１は、サンプリングパイプ１２５を介してサンプリングチャンバ１２２と連通している。ガス採取装置１００は、さらに、それぞれのサンプリングパイプ１２５の長さを動的に変更する駆動ユニット１４０と、それぞれのサンプリングパイプ１２５の圧力損失を制御してサンプリングパイプ１２５を流れるサンプリングガス２１の流量を制御する流量制御ユニット１５０とを含む。
【００２７】
拡散ガス供給ユニット１３０は、拡散ガス供給ポンプ１３２と、拡散ガス１３１をコンベア１９０の下方からサンプリング空間１１５内に吹出す複数の供給ノズル１３３と、拡散ガス１３１を加温するヒーター１３５とを含む。コンベア１９０の搬送面１９１を構成するベルト１９２が多孔状、メッシュ状などのガス透過性であれば、拡散ガス１３１は、ベルト１９２の下側からサンプリング空間１１５内に供給される。一方、ベルト１９２がガス透過性でなければ、サンプリング空間１１５内の搬送面１９１の近傍に配置された供給ノズル１３３から搬送面１９１に向けて、あるいは搬送面１９１に沿って拡散ガス１３１が供給される。
【００２８】
図２に、サンプリング空間１１５を形成し、サンプリングガス２１を吸引する様子を、断面を用いて模式的に示している。図３に、フード１１３の概略構成を展開して示している。このガス採取装置１００では、供給ポンプ１１２から供給された空気１１１が供給チャンバ１１９を介して、若干下側が開いた四角錐台状のフード１１３に供給される。そして、フード１１３の供給路１１４によりコンベア１９０の上にエアー１１１が導かれ、フード１１３から吹出されたエアー１１１により形成されたエアーカーテン１１１ａで四方が外界９９と隔離されたサンプリング空間１１５がコンベア１９０の上に形成される。
【００２９】
したがって、コンベア１９０により対象物１０１がサンプリング空間１１５に搬送されると、対象物１０１を含む領域が外界９９から遮断される。このため、対象物１０１から、匂いの原因となる化学物質や、無臭であっても空気に含まれている成分と異なる成分の化学物質が放出されると、それらを含むサンプリングガス２１を、外界９９の空気とは別にサンプリングできる。
【００３０】
このガス採取装置１００は、サンプリング空間１１５内に配置された９つのサンプリングノズル１２１を含む。サンプリングノズル１２１の数は、９つに限定されず、８つ以下であっても１０以上であってもよい。サンプリング空間１１５の容積などに起因して適当な数のサンプリングノズル１２１を配置することが好ましい。９つのサンプリングノズル１２１は、２次元的には搬送面１９１に沿って３×３のマトリクス状（アレイ状）に配置されている。フード１１３のそれぞれのハウジング１１３ａおよび１１３ｂには、それぞれのサンプリングノズル１２１をサンプリングチャンバ１２２に接続するサンプリングパイプ１２５を通すための孔１１３ｃが設けられている。
【００３１】
それぞれのサンプリングノズル１２１と搬送面１９１との距離は異なっており、全体とすると、それぞれのサンプリングノズル１２１は、サンプリング空間１１５内の、３次元的に異なる位置に配置されている。さらに、それぞれのサンプリングパイプ１２５が駆動ユニット１４０により伸縮され、それぞれのサンプリングノズル１２１と搬送面１９１との距離が動的に変わる。駆動ユニット１４０の一例は、伸縮接手と、伸縮接手を伸び縮みさせるアクチュエータとの組み合わせである。アクチュエータの一例はエアーシリンダである。
【００３２】
したがって、サンプリング空間１１５内のサンプリングノズル１２１の位置（高さ）は自由に調整できる。制御ユニット６０は、駆動ユニット１４０を介してサンプリングノズル１２１の位置を個々に制御して、各サンプリングノズル１２１の採取条件を制御するノズル位置制御機能６４を含む。ノズル位置制御機能６４は、それぞれのサンプリングノズル１２１の位置を特定のアルゴリズムにより動かすことも可能であり、また、乱数を用いてランダムに動かすことも可能である。
【００３３】
さらに、ガス採取装置１００は、各サンプリングパイプ１２５の圧力損失を制御する流量制御ユニット１５０を有する。流量制御ユニット１５０の一例は流量制御弁であり、それぞれのサンプリングノズル１２１で採取されるガス２１の量を動的に自由に制御できる。流量制御ユニット１５０は、サンプリングノズル１２１のいずれかの採取量をゼロにすることも可能である。
【００３４】
制御ユニット６０は、流量制御ユニット１５０を介してサンプリングノズル１２１の採取量を個々に制御して、各サンプリングノズル１２１の採取条件を制御するノズル流量制御機能６８を含む。ノズル流量制御機能６８は、それぞれのサンプリングノズル１２１の流量を特定のアルゴリズムにより変えることも可能であり、また、乱数を用いてランダムに変えることも可能である。
【００３５】
制御ユニット６０は、たとえば、ＣＰＵとメモリとを含むプログラマブルな制御装置である。制御ユニット６０において実現される機能はプログラム（プログラム製品）として適当な記録媒体に記録したり、ネットワークを介して提供できる。
【００３６】
制御ユニット６０は、さらに、サンプリングノズル１２１で採取されるサンプリングガス２１のソースとなる拡散ガス１３１の流量および温度を制御する拡散ガス制御機能６３を含む。拡散ガス制御機能６３は、拡散ガス供給ポンプ（供給ファン、供給ブロワ）１３２を回転数制御して流量を制御する。ダンパーなどの他の流量制御手段を用いてもよい。他の流量制御においても同様である。また、拡散ガス１３１の吹出しノズル１３３のそれぞれに流量制御ユニットを設け、個々の吹出しノズル１３３からの吹出し量を制御してもよい。
【００３７】
拡散ガス制御機能６３は、さらに、拡散ガス供給ラインに取り付けられたヒーター１３５を制御して拡散ガス１３１の温度を制御する。拡散ガス１３１の典型的な例は空気（大気）である。拡散ガス１３１の成分は時間的な変動が殆どなく、さらに、検査対象の物質１０１および１０２に関連する化学物質やその他のノイズとなる化学物質を含まないことが望ましい。したがって、拡散ガス１３１はシリカゲル、モレキュラシーブなどの適当な吸着材やハイドロカーボンフィルタなどを介して供給されたクリーンでドライな空気であることが望ましい。拡散ガス１３１は大気でなくてもよく、精製された空気、窒素ガスなどの不活性ガスなどであってもよい。
【００３８】
調製ユニット３００は、ガス採取装置１００により採取されたサンプリングガス２１の濃度調整を行う。調製ユニット３００は、キャリアガス供給ユニット３１０と、濃度調整ユニット３２０と、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）３４０と、パーティクルフィルタ３４５とを含む。キャリアガス供給ユニット３１０は、供給ポンプ（供給ファン）３１２と、ハイドロカーボンフィルタ３１３ａと、圧力調整器３１３ｂと、後述するフィードバックガス３２４との混合器３１４とを含む。調製ユニット３００は、キャリアガス供給ユニット３１０で生成されたキャリアガス３１１と、ガス採取装置１００から供給されたサンプリングガス２１とを混合するガス混合器３１５を含む。
【００３９】
サンプリングガス２１とキャリアガス３１１とが混合されて希釈ガス２９の一部がＭＦＣ３４０で流量制御され、一定の流量の検査用ガス２１がパーティクルフィルタ３４５を介してセンサー１に供給される。希釈ガス２９の残り（排気）は濃度調整ユニット３２０に供給される。濃度調整ユニット３２０は、希釈ガス２９の一部を抽出（排気）するプリコンセントレーション用のスプリットティー３２１と、排気側の圧力制御を行う圧力制御器３２２と、排気されるガスと、キャリアガス３１１にフィードバックされるガス（フィードバックガス）３２４の流量を制御し、残りを排気するバイパス制御ユニット３２３とを含む。バイパス制御ユニット３２３は、排気するガスの全部または一部を予備センサー１´に供給するようにしてもよい。予備センサー１´は、メインのセンサー１と同様の構成であり、メインのセンサー１のミラーセンサーとして、スタンバイ用として、また、キャリブレーション用としてなどの用途がある。
【００４０】
濃度調整ユニット３２０を介して希釈ガス２９の全部または一部をキャリアガス３１１に戻すことにより、希釈ガス２９内のサンプリングガス２１の濃度を高め、検査用ガス２０の濃度調整を行うことができる。ガス採取装置１００で採取されるサンプリングガス２１の量が多い場合は、キャリアガス３１１と混合するガス混合器３１５の上流に排気系３３０を設け、調製ユニット３００に供給されるサンプリングガス２１の量を制御し、希釈ガス２９に含まれるサンプリングガス２１の量を制御してもよい。
【００４１】
検出用ガス２０の濃度および流量は、制御ユニット６０の流量制御機能６２によりＭＦＣ３４０、バイパス制御ユニット３２３を主に制御することにより行われる。マスフローコントローラ（ＭＦＣ）３４０は、流体の質量流量を計測して流量制御を行う機器であり、この分析装置１０ではデジタルＭＦＣを採用している。流体の流量計測には主に体積流量と質量流量が用いられる。体積流量は、計測対象となる流体が環境温度や使用圧力等の変化により体積変化が生じるため、正確な流量を計測する場合は変化量に合った補正を行う。質量流量は、流体の質量（重さ）を計測することにより、使用条件の変化による補正を行う必要がない。ＭＦＣ３４０は、半導体プロセスをはじめ、高精度な流量計測・制御を要求されるプロセスにおける流量制御機器として公知なものである。
【００４２】
さらに、この分析装置１０は、サンプリングチャンバ１２２からセンサー１に至る配管であって、サンプリングガス２１、希釈ガス２９および検査用ガス２０を供給する配管と、フィルタリングされたキャリアガス３１１を供給する配管と、濃度調整ユニット３２０のフィードバックガス３２４を供給する配管とを加熱するヒーター（トレースヒーター）７００を含む。ヒートトレースされている範囲は、図１に破線により示している。ヒートトレースされている配管は、たとえば、テフロン（登録商標）などによりコーティングされており、３０〜８０℃程度に加熱することにより、配管に様々な成分が付着してノイズになることを防止できる。制御ユニット６０は、ヒートトレースの温度を制御する機能６７を含む。
【００４３】
物（商品、製品、生物（動物および人））に由来する化学物質の採取および検査を大気中で行う場合、幾つかの問題がある。１つは、様々な要因により大気中に様々な化学物質が含まれていることである。特に、工場やその他の産業設備内においては、機械、床、壁などから多種多様な組成物、分子が放出されており、さらに、これらの放出されている組成物、分子の量（濃度）は様々な要因により刻々と変動する。これらの化学物質がバックグランドとして存在していることは、微量な成分を検出する場合の障害となる。
【００４４】
微量成分の検出が要求される１つの例は、食品に混入していたり、食品が汚染されている可能性がある異物、たとえば、プラスチック、髪の毛、農薬などを検出する場合である。微量成分の検出が要求される他の例の１つは、食料品の不具合、たとえば、缶詰などのシール不良、パッケージングされている食品とラベルの記載との不一致を検出しようとする場合である。さらに、微量成分の検出が要求される異なる他の例の１つは、搬送物に含まれている危険物（爆発物など）を検出したり、飛行機などの乗り物に搭乗する人間が危険物を保持しているか否かを検出したりする場合である。いずれの場合も、バッググランドの成分の影響を排除できることが好ましい。
【００４５】
大気中の化学物質により、バックグランドは常に変動し、多くの揮発分を含んでいるので、大気に含まれている化学物質を全て事前に知ることはほとんど不可能である。そして、それらの化学物質はイオン移動度センサーでターゲットを検出する場合のバックグランドとなり、検査を妨害する可能性が高い。そのようなバックグランドはソフトウェア処理である程度処理できるが、完全に消すことは難しく、バックグランドが少ない方がソフトウェア処理も容易である。
【００４６】
この検査装置１０は、ＲＣＳＳ（Real Time Chemical Sampling and Background Suppression System）機能を含む。ＲＣＳＳでは、まず、検査対象の物品１０１および１０２の周囲をエアーカーテン１１１により外界からシールし、サンプリング用のスペース（サンプリング空間）１１５を形成する。上記の例であれば、コンベア１９０の上にサンプリング用のヘッドスペース１１５を形成する。大気中にこのようなヘッドスペース１１５を形成することは重要である。エアーカーテン１１１により外界９９と直接交わらない、ある程度の容量を備えたヘッドスペース１１５を形成することにより、その隔離されたスペース１１５内において、対象物質１０１または１０２の分子が反応したり、対象物質１０１または１０２から分子が放出されたりして、化学物質の濃度が検出可能なレベルに高まる。また、外界９９から隔離されたスペース１１５内では、環境条件、たとえば、温度、湿度、流量、圧力などが安定しやすい。
【００４７】
隔離されたスペース１１５内では、さらに、分子がブラウン運動をして広い領域に拡散してしまうのを防止できる。したがって、隔離されたサンプリング空間１１５内にサンプリングノズル１２１を配置することにより、対象物質１０１または１０２に由来の分子をサンプリングノズル１２１に導き、採取することができる。さらに、隔離されたサンプリング空間１１５は一定の容量を備えた空間と見なすことができるので濃度を規定できる。このため、サンプリングノズル１２１で採取された分子（化学物質）の濃度より対象物質１０１または１０２に由来する分子の濃度により、その分子を放出している原因、たとえば、異物の量、汚染物質の濃度、物品のダメージの程度などを把握できる。
【００４８】
また、サンプリング空間１１５に複数のサンプリングノズル１２１を立体的に配置することにより、サンプリング空間１１５のいずれかにトラップされているターゲットの分子１０５をさまざまな位置で採取でき、サンプリング空間１１５にターゲットの分子１０５が均一に分散していない場合であっても、より効率よく、また、確実に採取できる可能性がある。
【００４９】
また、この検査装置１０は、コンベア１９０により搬送される検査対象物（サンプル）１０１および１０２をリアルタイムで検査する。たとえばサンプル１０１および１０２は１０〜２０ｍ／分で移動する。サンプリング空間１１５の幅が２０ｃｍであれば、サンプル１０１および１０２がサンプリング空間１１５を通過する時間は約５００ｍｓである。したがって、センサー１において極めて短時間にサンプリングガス２１を含む検査用ガス２０を分析および検査する必要がある。このため、センサー１では、ポジティブ−ネガティブスキャンではなく、ポジティブ−ポジティブスキャンを行うように最適化され、１回の検出時間（サンプリング時間）は２ミリ秒から１ミリ秒に短縮され、Ｖｃ値を段階的に変化するステップ数（ＣＶステップ）は５１２回から５０回に減らされる。
【００５０】
また、拡散ガス１３１をカーテン用エアー１１１と異なる方向からサンプリング空間１１５に注入（供給）することは有効である。まず、サンプリングユニット１２０で採取されるガス量Ｗ１と同じ、または多い量Ｗ２の拡散ガス１３１をサンプリング空間１１５に導入することにより、サンプリング空間１１５が負圧にならず、カーテン用エアー１１１がサンプリング空間１１５に巻き込まれることを抑制できる。たとえば、エアーカーテン用のエアー１１１の供給量は１０〜２０ＳＬＰＭ（スタンダードリットル／分）であり、サンプリングガス２１の採取量Ｗ１は１０〜２０００ミリリットル／分である。したがって、拡散ガス１３１の量Ｗ２は１０〜２０００ミリリットル／分程度であることが望ましい。また、サンプリングノズル１２１の数は、上記では９つの例を示しているが、１０〜２０程度がさらに有効である。
【００５１】
拡散ガス１３１は、さらに、サンプル１０１および１０２の空洞などにトラップされているバックグランドとなる外気を置換する機能も含む。たとえば、ポテトチップスなどの食品では、エアーカーテン１１１ａを通過しても、重なり合っている部分や、ポテトチップスの凹凸の部分に外気がトラップされており、バックグランドとなる。拡散ガス１３１は、トラップされている外気と置換され、サンプル１０１および１０２と接触あるいは反応して、検出のターゲットとなる分子１０５をサンプリング空間１１５に効率よく放出する。したがって、拡散ガス１３１をサンプリング空間１１５に注入することにより、２次的な外気放出あるいはその他のバックグランドとなるガスを早期に放出させて、その影響を弱め、ターゲットとなる分子１０５の放出を促す。このため、検出装置１０の感度を高め、リアルタイムでの検出を可能にする。
【００５２】
検査装置１０の検出能力を向上するためには、拡散ガス１３１は、できるだけドライでクリーンな空気であることが望ましい。また、コンベア１９０により搬送されているサンプル１０１および１０２を検査するような場合は、拡散ガス１３１の吹出しノズル１３３は、コンベア１９０の下方から、または、コンベア１９０の搬送面１９１に沿って拡散ガス１３１を供給する、または吹出すように配置することが有効である。コンベア１９０の上のサンプル１０１および１０２の周囲のガスを拡散ガス１３１により早期に置換し、サンプル１０１および１０２に由来する分子１０５を含むサンプリングガス２１を効率よく生成し、採取できる。
【００５３】
さらに、サンプリングガス２１の流れを、吹出しノズル１３３とは反対側のコンベア１９０の上方に位置するサンプリングノズル１２１に向けることができ、効率よくサンプリングガス２１を採取できる。また、ポテトチップなどのサンプル１０１が重なって搬送されている場合であっても、搬送面１９１に沿って拡散ガス１３１を供給したり、ベルト１９２の反対側から拡散ガス１３１を供給することにより、下側のサンプル１０１に由来する分子１０５や、上側のサンプル１０１に隠れて見えない異物１０２に由来する分子１０５を拡散ガス１３１によりサンプリング空間１１５に放出し、サンプリングユニット１２０で回収できる。
【００５４】
さらに、検出装置１０においては、ガス採取装置１００の複数のサンプリングノズル１２１のそれぞれが、駆動ユニット１４０により、隔離されたサンプリング空間１１５内で、ランダムに、または所定のアルゴリズムにしたがって移動する。立体的に配置されている複数のサンプリングノズル１２１を上下に移動させることにより、サンプリングノズル１２１の立体的なパターンを時間の経過とともに変化させることができる。このため、サンプリング空間１１５の片寄った位置にターゲットとなる分子１０５が吹出されていたり、サンプリング空間１１５内に濃度のアンバランスがある場合であっても、さらに確実にターゲットとなる分子１０５を含んだサンプリングガス２１を採取することが可能となる。
【００５５】
ノズル位置制御機能６４は、センサー１の検出結果により、複数のサンプリングノズル１２１の位置または動きを変えるように駆動ユニット１４０を制御する機能（第１のフィードバック制御ユニット）を含んでいてもよい。センサー１の検出結果は、解析ユニット６９から与えられる。サンプリング空間１１５内に固有の流れや分布が発生したときに、ターゲットとなる分子１０５の濃度の高い位置にサンプリングノズル１２１をセットすることにより、分析装置１０の検出感度をさらに高めることができる。また、検出感度が得られないときに、ランダムに、あるいは所定のアルゴリズムに基づいてサンプリングノズル１２１の位置を変えて、高い検出感度が得られるパターンを自動的に発見させることも可能である。さらに、サンプル１０１の形や分布を画像認識などを用いて判断し、最も検出感度が高くなるであろうノズル配置になるように複数のサンプリングノズル１２１を自動的に動かしてもよい。
【００５６】
また、検査装置１０のガス採取装置１００は、複数のサンプリングノズル１２１のそれぞれの採取量を制御する流量制御ユニット１５０をさらに有する。したがって、立体的に配置されたサンプリングノズル１２１の中からターゲットとなる分子１０５の濃度の高いガス２１を採取しているノズル１２１の採取量を多くし、他のノズル１２１の採取量を少なくして、さらに検出効率の高いサンプリングガス２１を採取することができる。
【００５７】
ノズル流量制御機能６５は、複数のサンプリングノズル１２１のそれぞれの採取量をランダムに、または所定のアルゴリズムにしたがって制御して、最も効率よく濃度の高いサンプリングガス２１を採取するように各ノズル１２１の採取量を制御することができる。また、ノズル流量制御機能６５は、センサー１の検出結果により、複数のサンプリングノズル１２１の採取量を自動的に変えるように流量制御ユニット１５０を制御する機能（第２のフィードバック制御ユニット）を備えていてもよい。
【００５８】
サンプリングノズル１２１の立体的な配置パターンとともに、サンプリングノズル１２１の採取量を変えることにより、サンプリング空間１１５内からサンプリングガス２１を採取するパターンの選択肢が多くなり、さらに最適なサンプリングパターン（採取条件）を自動的に発見したり、経験的に見つけたり、予測したりすることができる。また、ノズル配置とともに、あるいは別に、サンプル１０１の形や分布を、画像認識などを用いて判断し、最も検出感度が高くなるであろうノズル流量のバランスを自動的に変動させてもよい。
【００５９】
また、ガス採取装置１００は、拡散ガス１３１を加熱するヒーター１３５を備えており、拡散ガス１３１を介して間接的にサンプリング空間１１５のサンプル１０１および１０２を加熱し、サンプル１０１または１０２に由来する分子１０５がサンプリング空間１１５に放出されるのを促進させるようにしている。コンベア１９０のベルト１９２をヒーターなどにより加熱して、サンプル１０１および１０２をより直接的に、または積極的に加熱してもよい。
【００６０】
加熱する温度は、サンプルの品質に影響を与えない範囲になる。温度によっては正常なサンプル１０１から放出される化学物質がバックグランドとなり、たとえば、異物１０２から放出される化学物質をターゲット分子１０５としているときに検出感度が低下する可能性がある。拡散ガス制御機能６３は、センサー１の検出結果に基づいて、サンプル１０１および１０２を加熱する温度を制御する機能を含んでいてもよい。
【００６１】
また、検査装置１０の調製ユニット３００は、サンプリングユニット１２０に採取されたガス２１とキャリアガス３１１とを混合した混合ガス２９をセンサーに供給する混合ユニット３１５を有する。したがって、センサー１で検出するガス流量が不足していたり、濃度が高すぎるような場合は、キャリアガス３１１により調整できる。また、調製ユニット３００は濃度調整ユニット３２０を備えており、混合ガス２９の一部をキャリアガス３１１としてフィードバックして濃度を制御できる。イオン移動度センサー１は、濃度が高すぎると電流値がオーバーするために検出感度が低下する可能性があり、また、濃度が低すぎると検出できない可能性がある。したがって、センサー１に供給される検出用ガス２０の濃度調整を行えることはセンサー１により検出感度を高めるために有効である。
【００６２】
図４に、検査装置１０により対象物を検査するプロセスの概要をフローチャートにより示している。ステップ６０１において、エアーカーテン１１１のフローが確立し、拡散ガス１３１のフローが確立するなどの検査を開始する初期条件が整うと、ステップ６０２においてベルトコンベア１９０を動かして検査を開始する。ステップ６０３で、採取条件が固定であれば、ステップ６０４においてノズル位置、採取量などの採取条件を予め設定されている値（条件）に設定してサンプルガス２１を採取する。ステップ６０５において、採取条件が変動であれば、ステップ６０６において、適当な周期で、ランダムに、または所定のアルゴリズムでノズル位置、採取量などを動かしてサンプルガス２１を採取する。一方、採取条件が自動であれば、ステップ６０７において、解析ユニット６９は、ノズル位置制御機能６４およびノズル流量制御機能６５を介して、センサー１の検出結果に基づき、採取条件が最適になるようにノズル位置および採取量などを自動的に変更する。
【００６３】
ステップ６０８において、センサー１がサンプルガス２１中に異常と判断される分子１０５を検出すると、ステップ６０９において、アラームを出力したり、コンベア１９０を緊急停止することにより、異常が検出された対象物１０１を特定したり、排除できるようにする。
【００６４】
図５に、ガス採取装置１００の異なる例を示している。このガス採取装置１００は、コンベア１９０の途中がポット状になった位置１９５に取り付けられており、ポット１９５の上にサンプリング空間１１５を形成するためのフード１７０が配置されている。フード１７０は、エアーカーテン１１１ａを形成するエアー１１１を供給する経路１７１を兼ねている。フード１７０の端部には、カーテンエアー１１１の吹出し口１７３が設けられており、サンプリング空間１１５を外界９９から隔離するエアーカーテン１１１ａが形成される。さらに、フード１７０は、拡散ガスとして拡散エアー１３１を供給する経路も兼ねており、フード１７０の内側に拡散エアー１３１をポット１９５の斜面１９６に沿ってサンプリング空間１１５に放出するノズル１７５が形成されている。さらに、ポット１９５の下側には、ポット１９５内のサンプル１９３を加熱するためのヒーター１８０が設けられている。
【００６５】
このガス採取装置１００においても、サンプリング空間１１５内に立体的に配置された複数のサンプリングノズル１２１を備えており、これらのサンプリングノズル１２１は、駆動ユニット１４０により上下に動き、また、流量制御ユニット１５０により採取量が自動的に調節される。したがって、このガス採取装置１００においても、上記のガス採取装置と同様に、サンプリング空間１１５内からガス２１を採取することができる。
【００６６】
なお、上記においては、サンプリングガス２１を分析するセンサー１としてイオン移動度センサーを用いた検査装置を例に説明したが、イオンクロマトグラフィ、ガスクロマトグラフィ、その他の光や振動などを用いたガスセンサーを用いることも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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