(57)【要約】【課題】  光源の光量制御及び光源側への戻り光である迷光の低減を簡単な構造で実現して製造コストを低減させること。【解決手段】  光路空間２１の一端に配設された半導体レーザ２８からの出射光をレンズ２９，３０で平行光に変換する。また光路空間２１を抜けて対向側壁を貫通する通路に気流３１を流す。この気流３１に平行光を透過させ、この透過時に気流３１に含まれる微粒子での散乱光をフォトダイオード１０２で受光する。また、平行光のうち気流３１を透過して光ストッパ１０１で一部が反射して戻った迷光をフォトダイオード１０２で受光する。これら受光した受光信号１０４を簡単な信号処理回路１０３で処理して自動光量制御を行う。【選択図】      図１
2006105905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に沿って直線に伸びる中空部を有する筒状部材の前記中空部を光路空間とし、この光路空間の一端に出射光が長手方向の直線に沿って放射されるように光源を配設すると共に、その光源からの出射光を平行光に変換するレンズを配設し、長手方向の直線と交差するように筒状部材の光路空間を抜けて対向する側壁を貫通する通路に流体を流し、この流体に、レンズで変換された平行光を透過させ、この透過時に流体中に含まれる微粒子での散乱光を受光素子で受光し、この受光に応じて受光素子から出力される電気信号から微粒子の数及び大きさを演算して求める微粒子測定装置において、
前記光源の出射光の一部が前記光路空間の内壁にて乱反射されて前記受光素子に入射された迷光の信号成分を、前記受光素子から出力される電気信号から抽出する抽出手段と、
前記迷光抽出手段で抽出された迷光の信号が予め定められたレベルとなるように前記光源の出射光量を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする微粒子測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリーンルームなどの粉塵を管理する領域において、粉塵などの微粒子の数と大きさを計測する微粒子測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の微粒子測定装置は、気体等の流体を当該微粒子測定装置の内部に吸引して外部へ排気し、この際、内部に流れる流体に光源からのレーザ光を照射し、この照射時に流体中に含まれる微粒子での散乱光を受光素子で受光するように構成されている。そして、その受光に応じて受光素子から出力される電気信号から微粒子の数及び大きさ（粒径）を演算して求めるようになっている。
【０００３】
この種の従来の微粒子測定装置として、例えば図５に示す構成のものがある。
図５は、本発明の実施の形態に係る微粒子測定装置の構成を示す断面図である。図５に示す微粒子測定装置２０は、長手方向中心線（光軸２６）に沿って円柱形状に貫通する光路空間２１を有して円筒形状を成す測定管２２を備える。
測定管２２の一端部には、光路空間２１を外界と遮光状態に閉塞する円板部材２３が固定されている。その円板部材２３の反対側の端には外界と遮光状態に閉塞する光吸収体２４が固定されている。この光吸収体２４の内壁は光路空間２１の光軸２６に沿って円錐コーン形状に形成されている。なお、光吸収体２４の内壁には反射率を低くするために、サンドブラスト加工および艶消し黒色塗装等がなされている。光吸収体２４の円錐コーン形状の内壁中央部には、光透過部２５が設けられており、この光透過部２４は、光軸２６に沿って円筒形状で光を透過する材質で形成されている。更に、光透過部２５から透過した光を受光できる位置に光量制御用フォトダイオード２７が配置されている。
【０００４】
光路空間２１において、円板部材２３には、半導体レーザ２８が固定されている。半導体レーザ２８のレーザ光出射側には所定間隔離してコリメートレンズ２９が配置され、更に、コリメートレンズ２９から所定聞隔離れた位置にシリンドリカルレンズ３０が配置されている。半導体レーザ２８から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ２９によって平行ビーム光とされ、更にシリンドリカルレンズ３０によって扁平ビーム光とされるようになっている。
【０００５】
また、シリンドリカルレンズ３０から光吸収体２４側に所定間隔離れた位置には、シリンドリカルレンズ３０からの扁平ビーム光と気流３１とが交差する状態となるように、測定管２２の外面から周壁を貫通して光路空間２１へ抜ける図示せぬ噴出通路及び吸引通路が対向状態に形成されている。測定管２２の外面に抜ける噴出通路及び吸引通路の開口は、図示せぬ排気／吸引用のポンプあるいはファンモータに接続されており、ポンプ又はファンモータによって噴出通路から噴出された気体が吸引通路で吸引されることによって、光路空間２１に光軸２６と交差して気流３１が流れるようになっている。
【０００６】
また、その気流３１が流れる光路空間２１の内壁には、散乱光検出用フォトダイオード３２が配置されて、シリンドリカルレンズ３０からの扁平ビーム光と気流３１とが交差する際に、気流３１中の粉塵等の微粒子で散乱した光（散乱光）が散乱光検出用フォトダィオード３２で受光されるようになっている。
このような構成の微粒子測定装置２０は、クリーンルーム等の粉塵を管理する領域に配置されて、次のような微粒子の測定動作を行う。
【０００７】
まず、ポンプ又はファンモータが動作されると、噴出通路から噴出された気流３１が光路空間２１を通って吸引通路で吸引される。この後、半導体レーザ２８からレーザ光が出射されると、このレーザ光がコリメートレンズ２９によって平行ビーム光とされ、この平行ビーム光がシリンドリカルレンズ３０によって扁平ビーム光とされる。
この扁平ビーム光は、光路空間２１を横切る気流３１を交差して透過する。この透過時に、気体中の微粒子で光が散乱され、この散乱光が散乱光検出用フォトダイオード３２で受光される。この受光に応じて散乱光検出用フォトダイオード３２から出力される電気信号が図示せぬ増幅装置によって増幅され、更に図示せぬ演算装置によって、その増幅信号の波形の振幅や幅から微粒子の数と粒径が求められている。
【０００８】
一方、気流３１を透過した扁平ビーム光は、光吸収体２４に照射される。図に示す光線３３は扁平ビーム光の光線の一部である。光線３３は、当該光吸収体２４の内壁において多重反射し光吸収体２４の中央部に集光する。光吸収体２４の内壁の反射率は低いため、光の殆どが光吸収体２４の内壁で吸収され、半導体レーザ２８側へ光は殆ど戻らないようになされている。ここでは光線３３のみ図示しているが、図示せぬ扁平ビーム光の他の光線についても光線３３と同じように光吸収体２４の内壁で多重反射することにより、光の殆どが吸収される。これによって、戻り光が、測定管２２の内壁に乱反射して散乱光検出用フォトダイオード３２で受光される迷光を低減することができるので、微粒子の数と大きさを高精度で測定することができる。
【０００９】
また、この微粒子測定装置２０は、光源である半導体レーザ２８の光量の一部をモニタリングすることにより、半導体レーザ２８の出射光量を制御して安定した光が出射されるようになされている。半導体レーザ２８から、出射された光はレンズを通して扁平ビーム光となり、扁平ビーム光は前述のとおり光吸収体２４によってその殆どが吸収されるが、一部は光透過部２５を透過して光量制御用フォトダイオード２７によって受光される。この受光に応じて光量制御用フォトダイオード２７から出力される電気信号が図示せぬ増幅装置によって増幅され、更に図示せぬ演算装置によって、その増幅信号から半導体レーザ２８の駆動電流を制御することにより、半導体レーザ２８の出射光が予め設定されている光量になるように制御する。このような微粒子測定装置２０によれば、常時、半導体レーザ２８の出射光量を所定の値に制御し、その出射光によって微粒子を検出するため、微粒子の数と大きさを高精度に検出することができる。
【００１０】
この種の従来の装置として、例えば特許文献１及び２に記載のものがある。
【特許文献１】特開平８−２７１４２３号公報
【特許文献２】特開平８−２３３７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上述した従来の微粒子測定装置においては、光源の光量を制御するための受光素子と、光源側に戻る光を除去するための迷光防止対策のための構造が必要となる。
即ち、光源である半導体レーザ２８の出射光量の一部を光量制御用フォトダイオード２７で受光し、この受光に応じた電気信号を増幅装置で増幅し、更に演算装置でその増幅信号に応じて半導体レーザ２８の駆動電流を制御し、これによって出射光量を制御するようになっている。
【００１２】
また、半導体レーザ２８からの光線の一部である光線３３が、光吸収体２４の内壁において多重反射され、光吸収体２４の中央部に集光され、この際、光吸収体２４の低い反射率の内壁によって光の殆どが吸収され、半導体レーザ２８側へ殆ど戻らない構造とされている。
このため、光源の光量制御並びに迷光防止対策の構造が複雑となって製造コストが高くなるという問題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、光源の光量制御及び光源側への戻り光である迷光の低減を簡単な構造で実現して製造コストを低減させることができる微粒子測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１による微粒子測定装置は、長手方向に沿って直線に伸びる中空部を有する筒状部材の前記中空部を光路空間とし、この光路空間の一端に出射光が長手方向の直線に沿って放射されるように光源を配設すると共に、その光源からの出射光を平行光に変換するレンズを配設し、長手方向の直線と交差するように筒状部材の光路空間を抜けて対向する側壁を貫通する通路に流体を流し、この流体に、レンズで変換された平行光を透過させ、この透過時に流体中に含まれる微粒子での散乱光を受光素子で受光し、この受光に応じて受光素子から出力される電気信号から微粒子の数及び大きさを演算して求める微粒子測定装置において、前記光源の出射光の一部が前記光路空間の内壁にて乱反射されて前記受光素子に入射された迷光の信号成分を、前記受光素子から出力される電気信号から抽出する抽出手段と、前記迷光抽出手段で抽出された迷光の信号が予め定められたレベルとなるように前記光源の出射光量を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、１つの受光素子での受光に応じて得られる電気信号から迷光の信号成分を抽出し、この抽出された迷光の信号が予め定められたレベルなるように光源の出射光量を制御するようにしたので、簡単な構成で光源の自動光量制御を行うことができる。また、受光素子において散乱光と共に迷光を受光した信号に応じて自動光量制御を行うので、特に迷光が発生し易い光源との対向面を、傾斜させるなど簡単な迷光防止対策で済ませることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、光源の光量制御及び光源側への戻り光である迷光の低減を簡単な構造で実現して製造コストを低減させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付した。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る微粒子測定装置の構成を示す図である。
図１に示す微粒子測定装置１００は、長手方向中心線（光軸２６）に沿って円柱形状に貫通する光路空間２１を有して円筒形状を成す測定管２２を備える。
【００１７】
測定管２２の一端部には、光路空間２１を外界と遮光状態に閉塞する円板部材２３が固定されている。その円板部材２３の反対側の端には外界と遮光状態に閉塞する光ストッパ１０１が固定されている。これは、測定管２２の端が所定角度の傾斜面となっており、この傾斜面に光ストッパ１０１が取り付けられている。また、光ストッパ１０１は反射率を低くするために、サンドブラスト加工及び艶消し黒色塗装等がなされている。
【００１８】
光路空間２１において、円板部材２３には、半導体レーザ２８が固定されている。半導体レーザ２８のレーザ光出射側には所定間隔離してコリメートレンズ２９が配置され、更に、コリメートレンズ２９から所定間隔離れた位置にシリンドリカルレンズ３０が配置されている。
半導体レーザ２８から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ２９によって平行ビーム光とされ、更にシリンドリカルレンズ３０によって扁平ビーム光とされるようになっている。また、シリンドリカルレンズ３０から光ストッパ１０１側に所定間隔離れた位置には、シリンドリカルレンズ３０からの扁平ビーム光と気流３１とが交差する状態となるように、測定管２２の外面から周壁を貫通して光路空間２１へ抜ける図示せぬ噴出通路及び吸引通路が対向状態に形成されている。
【００１９】
測定管２２の外面に抜ける噴出通路及び吸引通路の開口は、図示せぬ排気／吸引用のポンプ又はファンモータに接続されており、ポンプ又はファンモータによって噴出通路から噴出された気体が吸引通路で吸引され、これによって光路空間２１に光軸２６と交差して気流３１が流れるようになっている。
また、その気流３１が流れる光路空間２１の内壁には、散乱光を検出するためのフォトダイオード１０２が配置されており、シリンドリカルレンズ３０からの扁平ビーム光と気流３１とが交差する際に、気流３１中の粉塵等の微粒子で散乱した光（散乱光）がフォトダィオード１０２で受光されるようになっている。
【００２０】
また、フォトダイオード１０２では、光ストッパ１０１で僅かに反射され、半導体レーザ２８側へ戻る迷光が受光される。これを更に説明する。光ストッパ１０１は低反射率であるため光の殆どは吸収されるが、一部の光は、半導体レーザ２８側へ戻る迷光となる。この迷光は、直接半導体レーザ２８に入射されると半導体レーザ２８の発振が不安定となる。これを極力避けるため、光ストッパ１０１を傾けて設置してあるが、それでも光ストッパ１０１からの迷光が測定管２２の内壁を多重反射して、その一部がフォトダイオード１０２に入射される。従って、フォトダイオード１０２では、微粒子による散乱光の他に、迷光が検出されることになる。
【００２１】
このフォトダイオード１０２で検出される迷光及び散乱光による電気信号の波形例を図２に示す。この図２に示すように、微粒子の散乱光の受信信号成分である散乱光受光信号１０５はパルス状の信号である。一方、迷光の受信信号成分である迷光受光信号１０６は直流成分である。
このような散乱光受光信号１０５と、迷光受光信号１０６とを個々に抽出して、微粒子の大きさ及び数を求めると共に、半導体レーザ２８の出射光量を制御する信号処理回路１０３を、フォトダイオード１０２及び半導体レーザ２８に接続した。
【００２２】
この信号処理回路１０３は、ハイパスフィルタ１０８と、ローパスフィルタ１０９と、微粒子検出処理部１１０と、光源光量制御部１１１とを備えて構成されている。
ハイパスフィルタ１０８は、フォトダイオード１０２での受光によって検出された受光信号１０４を濾波して、図３に示すように散乱光受光信号１０５のみを通過させ、微粒子検出処理部１１０へ出力するものである。
【００２３】
ローパスフィルタ１０９は、受光信号１０４を濾波して図４に示すように迷光受光信号１０６のみを通過させ、光源光量制御部１１１へ出力するものである。
微粒子検出処理部１１０は、散乱光受光信号１０５の振幅及び幅から微粒子の大きさ及び数を検出するものである。
光源光量制御部１１１は、迷光受光信号１０６が予め定められたレベルとなるように半導体レーザ２８の出射光量を駆動電流（光量制御信号１０７）で制御する光量制御を行うものである。
【００２４】
このような構成の微粒子測定装置１００は、クリーンルーム等の粉塵を管理する領域に配置されて、次のような微粒子の測定動作を行う。
まず、ポンプ又はファンモータが動作されると、噴出通路から噴出された気流３１が光路空間２１を通って吸引通路で吸引される。この後、半導体レーザ２８からレーザ光が出射されると、このレーザ光がコリメートレンズ２９によって平行ビーム光とされ、この平行ビーム光がシリンドリカルレンズ３０によって扁平ビーム光とされる。この扁平ビーム光は、光路空間２１を横切る気流３１を交差して透過する。この透過時に、気体中の微粒子で光が散乱され、この散乱光がフォトダイオード１０２で受光される。
【００２５】
一方、気流３１を透過した扁平ビーム光は、光ストッパ１０１に照射され、一部が迷光となって半導体レーザ２８側へ戻る。この迷光は、測定管２２の内壁を多重反射して、その一部がフォトダイオード１０２に入射される。
これによって、フォトダイオード１０２では散乱光と迷光が受光され、この受光に応じた受光信号１０４が信号処理回路１０３へ出力される。
信号処理回路１０３においては、ハイパスフィルタ１０８で受光信号１０４が濾波され、散乱光受光信号１０５のみが通過して微粒子検出処理部１１０へ入力される。微粒子検出処理部１１０では、その散乱光受光信号１０５の振幅及び幅から気流３１に含まれる微粒子の大きさ及び数が検出される。
【００２６】
ローパスフィルタ１０９では、受光信号１０４が濾波され、迷光受光信号１０６のみが通過して光源光量制御部１１１へ入力される。光源光量制御部１１１では、迷光受光信号１０６が予め定められたレベルとなるように光量制御信号１０７によって半導体レーザ２８の出射光量の制御が実行される。この光量制御によって迷光受光信号１０６が予め定められたレベルとなり、この時に出射光量が予め定められた光量となる。言い換えれば、微粒子の大きさ及び数を最適且つ高精度に検出できる光量となる。
【００２７】
このような本実施の形態の微粒子測定装置１００によれば、光ストッパ１０１を用いた簡単な迷光防止対策を施し、１つのフォトダイオード１０２で受光した受光信号１０４を簡単な信号処理回路１０３で処理して自動光量制御を行う構成とした。言い換えれば、従来のような構造が複雑な迷光防止対策を必要とせず、光量制御のための専用のフォトダイオードを必要とせずに自動光量制御を行う構成とした。
このように微粒子測定装置１００を、光源の光量制御及び光源側への戻り光である迷光の低減を簡単な構造で実現したので、その分、製造コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係る微粒子測定装置の構成を示す図である。
【図２】上記実施の形態に係る微粒子測定装置のフォトダイオードでの受光により検出される散乱光受光信号及び迷光受光信号のレベルと時間との関係を示す図である。
【図３】上記実施の形態に係る微粒子測定装置のハイパスフィルタを通過した散乱光受光信号のレベルと時間との関係図である。
【図４】上記実施の形態に係る微粒子測定装置のローパスフィルタを通過した迷光受光信号のレベルと時間との関係図である。
【図５】従来の微粒子測定装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
２０  微粒子測定装置
２１  光路空間
２２  測定管
２３  円板部材
２４  光吸収体
２６  光軸
２８  半導体レーザ
２９  コリメートレンズ
３０  シリンドリカルレンズ
３１  気流
１００  微粒子測定装置
１０１  光ストッパ
１０２  フォトダイオード
１０３  信号処理回路
１０４  受光信号
１０５  散乱光受光信号
１０６  迷光受光信号
１０７  光量制御信号
１０８  ハイパスフィルタ
１０９  ローパスフィルタ
１１０  微粒子検出処理部
１１１  光源光量制御部
【図１】
2006105905.tif 000003
【図２】
2006105905.tif 000004
【図３】
2006105905.tif 000005
【図４】
2006105905.tif 000006
【図５】
2006105905.tif 000007