(57)【要約】【課題】周囲環境を暗室化することなく使用でき、且つ構成が単純で安価に構成できる微粒子可視化装置を提供する。【解決手段】空気中の微粒子を可視化するための微粒子可視化装置であって、空気中に光を照射する光源装置３と、光源装置３に接続され、光源装置３から照射される照射光の背景側に暗部を構成するための暗部構成部７とを備える。そして、光源装置３からの照射光による微粒子の散乱光と暗部構成部７とのコントラストにより微粒子を可視化する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中の微粒子を可視化するための微粒子可視化装置であって、
空気中に光を照射する光源装置と、
該光源装置に接続され、前記光源装置から照射される照射光の背景側に暗部を構成するための暗部構成部と
を備えたことを特徴とする微粒子可視化装置。
【請求項２】
前記暗部構成部は、内部に空間を形成する立体状で、且つ少なくとも一部に開口を有した構成を成し、その開口面が、照射光側を向くように前記光源装置に接続されてなり、内部空間によって前記暗部を構成してなることを特徴とする請求項１記載の微粒子可視化装置。
【請求項３】
前記暗部構成部は、一側面の一部または全部が開口された箱状を成すことを特徴とする請求項２記載の微粒子可視化装置。
【請求項４】
前記暗部構成部は、前記光源装置からの照射光が内部空間に照射されることのないように、前記照射光の広がりよりも僅かに外方側の位置に位置してなることを特徴とする請求項２または請求項３記載の微粒子可視化装置。
【請求項５】
前記暗部構成部は、前記光源装置からの前記照射光による微粒子の散乱光に対して高いコントラストを得るための暗部を構成できる十分な奥行きを有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の微粒子可視化装置。
【請求項６】
前記暗部構成部は、内周面全体が黒色化されてなることを特徴とする請求項２乃至請求項５の何れかに記載の微粒子可視化装置。
【請求項７】
前記暗部構成部は、墨が塗布された紙が内周面全体に貼着されて内周面全体が黒色化されてなることを特徴とする請求項６記載の微粒子可視化装置。
【請求項８】
前記光源装置は、光源ランプと、光源ランプから照射された照射光を略平行光に光路変換するパラボラミラーとを備えてなることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の微粒子可視化装置。
【請求項９】
前記光源ランプは放電ランプであることを特徴とする請求項８記載の微粒子可視化装置。
【請求項１０】
前記光源ランプは超高圧水銀ランプであることを特徴とする請求項８記載の微粒子可視化装置。
【請求項１１】
前記暗部構成部において前記照射光の光軸に直交する方向の幅は前記パラボラミラーの開口部の径と略同程度とされてなることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れかに記載の微粒子可視化装置。
【請求項１２】
前記光源装置における前記照射光の出射口近傍に、複数の光通過用穴が穿設された遮光部材を配置し、該遮光部材によって前記光源装置からの照射光を間引きするようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の微粒子可視化装置。
【請求項１３】
前記遮光部材において、光通過用穴は均一に分散配置されてなることを特徴とする請求項１２記載の微粒子可視化装置。
【請求項１４】
前記光通過用穴の大きさは、該光通過用穴通過後の照射光の所望照度と、許容放熱量との兼ね合いで決定されたものであることを特徴とする請求項１２または請求項１３記載の微粒子可視化装置。
【請求項１５】
前記遮光部材を耐熱性の高い金属としたことを特徴とする請求項１２乃至請求項１４の何れかに記載の微粒子可視化装置。
【請求項１６】
前記暗部構成部を、前記開口面に直交する奥行き方向に回動可能に前記光源装置に接続し、前記暗部構成部の配置位置を調節可能としたことを特徴とする請求項８乃至請求項１５の何れかに記載の微粒子可視化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粒子を可視化するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子デバイス製造現場であるクリーンルームにおいては、空気中の浮遊微粒子が歩留まり低下の原因となることから、浮遊微粒子を管理するために可視化する方法が各種提案されている。
【０００３】
従来の微粒子可視化技術として、特開平１１−１５３５３５号公報に開示された「微粒子の可視化システム」がある。図９は、この可視化システム１００の概略構成図である。この技術は、レーザ発生器１０１から照射されたレーザ光１０１ａを、シリンドリカルレンズ１０２によって拡散光とし、該拡散光を球面レンズ１０３で一定の平行光にしてシート光１０１ｂを形成するものである。そして、かかる構成の可視化システム１００を、暗室化された室内に設置することで、シート光１０１ｂと周囲背景とのコントラストにより、シート光１０１ｂによる微粒子からの散乱光によって微粒子が可視化されるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の微粒子の可視化システム１００では、その利用時に、室内を暗室化するために周辺に暗幕を設置したり、照明を消灯したりといった施策が必要である。このため、実際の作業現場（特に微粒子管理が厳しいクリーンルーム）で使用する際には手間と労力がかかり、使用性が悪いという問題があった。また、可視化システム１００自体が高価であるため、製造現場で容易に使うことができず、汎用性に乏しい問題もあった。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、周囲環境を暗室化することなく使用でき、且つ構成が単純で安価に構成できる微粒子可視化装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る微粒子可視化装置は、空気中の微粒子を可視化するための微粒子可視化装置であって、空気中に光を照射する光源装置と、光源装置に接続され、光源装置から照射される照射光の背景側に暗部を構成するための暗部構成部とを備えたものである。
【０００７】
本発明によれば、暗部構成部を光源装置に接続した構成としたので、暗幕を引いたり暗部を構成する手間が必要なく、手軽に利用できる。また、光源装置と暗部構成部とを備えて構成された単純な構成であるため、安価に構成できる。
【０００８】
（２）本発明に係る微粒子可視化装置は、上記（１）において、暗部構成部を、内部に空間を形成する立体状で、且つ少なくとも一部に開口を有した構成とし、その開口面が、照射光側を向くように光源装置に接続し、内部空間によって暗部を構成するようにしたものである。
【０００９】
本発明によれば、簡単な構成で暗部を構成することが可能で、安価に構成できる。
【００１０】
（３）本発明に係る微粒子可視化装置は、上記（２）において、暗部構成部を、一側面の一部または全部が開口された箱状としたものである。
【００１１】
本発明によれば、暗部構成部を箱状とすることができる。
【００１２】
（４）本発明に係る微粒子可視化装置は、上記（１）または（２）において、暗部構成部を、光源装置からの照射光が内部空間に照射されることのないように、照射光の広がりよりも僅かに外方側の位置に位置させたものである。
【００１３】
本発明によれば、光源装置からの照射光が内部空間に照射されるのが避けられるため、内部空間は、照射光による微粒子の散乱光に対して高いコントラストを得ることのできる十分な暗部となり、微粒子の可視精度を高めることが可能となる。
【００１４】
（５）本発明に係る微粒子可視化装置は、上記（１）〜（４）の何れかにおいて、暗部構成部を、光源装置からの照射光による微粒子の散乱光に対して高いコントラストを得るための暗部を構成できる十分な奥行きを有する構成としたものである。
【００１５】
本発明によれば、更に十分な暗部を形成でき、微粒子の可視精度を更に高めることが可能となる。
【００１６】
（６）本発明に係る微粒子可視化装置は、上記（２）〜（５）の何れかにおいて、暗部構成部の内周面全体を黒色化したものである。
【００１７】
本発明によれば、更に十分な暗部を形成でき、微粒子の可視精度をより一層高めることが可能となる。
【００１８】
（７）本発明に係る微粒子可視化装置は、上記（６）において、墨が塗布された紙を暗部構成部の内周面全体に貼着して暗部構成部の内周面全体を黒色化したものである。
【００１９】
本発明によれば、簡単な構成で暗部構成部の内周面全体を黒色化できる。
【００２０】
（８）本発明に係る微粒子可視化装置は、上記（１）〜（７）の何れかにおいて、光源装置が、光源ランプと、光源ランプから照射された照射光を略平行光に光路変換するパラボラミラーとを備たものである。
【００２１】
本発明によれば、光源ランプと、光源ランプから照射された照射光を略平行光に光路変換するパラボラミラーとを備えた光源装置を使用できる。
【００２２】
（９）本発明に係る微粒子可視化装置は、上記（８）において、光源ランプを放電ランプとしたものである。
【００２３】
本発明によれば、光源ランプに放電ランプを使用できる。
【００２４】
（１０）本発明に係る微粒子可視化装置は、上記（８）において、光源ランプを超高圧水銀ランプとしたものである。
【００２５】
本発明によれば、光源ランプに超高圧水銀ランプを使用できる。
【００２６】
（１１）本発明に係る微粒子可視化装置は、上記（１）〜（１０）の何れかにおいて、暗部構成部において照射光の光軸に直交する方向の幅がパラボラミラーの開口部の径と略同程度とされたものである。
【００２７】
本発明によれば、暗部構成部において照射光の光軸に直交する方向の幅を必要十分な長さとして装置全体の小型化を図ることが可能となる。
【００２８】
（１２）本発明に係る微粒子可視化装置は、上記（１）〜（１１）の何れかにおいて、光源装置における照射光の出射口近傍に、複数の光通過用穴が穿設された遮光部材を配置し、遮光部材によって光源装置からの照射光を間引きするようにしたものである。
【００２９】
本発明によれば、遮光部材によって光源装置から照射された照射光が間引きされ、光通過用穴に対応する部分のみが空間内に照射されるため、光源装置から空間内に照射された照射光による放射熱を全体として緩和しつつ、光通過用穴に対応する部分のみは本来の照射光の強度が維持されたまま照射されるため、微粒子の可視精度を保持することができる。
【００３０】
（１３）本発明に係る微粒子可視化装置は、上記（１２）の遮光部材において、光通過用穴が均一に分散配置されたものである。
【００３１】
本発明によれば、光通過用穴を均一に分散配置するため、照射光の放射熱を効率良く分散でき、熱の緩和に効果がある。
【００３２】
（１４）本発明に係る微粒子可視化装置は、上記（１２）または（１３）において、光通過用穴の大きさが、光通過用穴通過後の照射光の所望照度と、許容放熱量との兼ね合いで決定されたものである。
【００３３】
本発明によれば、光通過用穴の大きさを、光通過用穴通過後の照射光の所望照度と、許容放熱量との兼ね合いで決定されたものとすることができる。
【００３４】
（１５）本発明に係る微粒子可視化装置は、上記（１２）〜（１４）の何れかにおいて、遮光部材を耐熱性の高い金属としたものである。
【００３５】
本発明によれば、遮光部材を耐熱性の高い金属としたため、照射光の放射熱による遮光部材の劣化を防止できる。
【００３６】
（１６）本発明に係る微粒子可視化装置は、上記（８）〜（１５）の何れかにおいて、暗部構成部を、開口面に直交する奥行き方向に回動可能に光源装置に接続し、暗部構成部の配置位置を調節可能としたものである。
【００３７】
本発明によれば、暗部構成部が開口面に直交する奥行き方向に回動可能であるため、光源装置内のパラボラミラーを必要に応じて交換して照射光の広がりが変化した場合に、暗部構成部を照射光の広がりよりも僅かに外方側の位置に配するための位置調節を簡単に行える。
【００３８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の微粒子可視化装置の外観斜視図、図２は、図１の概略平面図で、微粒子可視化原理の説明および暗部構成部の配置位置の説明図である。
微粒子可視化装置１は、光源装置３と、該光源装置３に接続部５を介して接続された暗部構成部７とを含んで構成されている。
【００３９】
光源装置３は、筐体３５内部に、超高圧水銀ランプ等の光強度の強い高圧放電ランプ（例えばメタルハイドライド、キセノンランプなど）で構成された光源ランプ３１と、光源ランプ３１からの光を反射する回転放物面を有するパラボラミラー３３とを備えた構成となっている。パラボラミラー３３は、光源ランプ３１からの光を反射して略平行光に光路変換する機能を有し、パラボラミラー３３によって略平行光とされた光束は、筐体３５において光源ランプ３１前方に設けられた光通過用ガラス窓３７から外方の空間に向けて照射される。
【００４０】
ここで、空間内に微粒子が存在する場合には、図２に示すように照射光が微粒子によって散乱される。観察者は、照射光に直交する図示矢印方向を観察方向として向き、散乱光とその周囲背景となる暗部構成部７とのコントラストにより散乱光による微粒子を視認できるものである。この散乱光の可視精度は、暗部形成構造部７とのコントラストが高いほど向上するものであり、以下、簡単な構成でありながら高いコントラストを提供することを可能とした暗部構成部７について詳述する。
【００４１】
暗部構成部７は、一側面の一部に開口７１を有する箱状を成し、内部空間によって暗部を構成するものである。該暗部構成部７は、その開口７１を有する面（開口面）が光源装置３から照射された照射光側を向くように接続部５を介して光源装置３に装着されている。暗部構成部７の内周面全体には、詳しく図示されていないが墨が塗布された紙が貼着された構成となっており、照射光による微粒子の散乱光とのコントラストを高めるための配慮がなされている。なお、暗部構成部７は、ここでは、直方体形状を図示しているが、この形状に限られたものではなく、内部に空間を形成する立体状で、且つ少なくとも一部に開口７１を有した構成を成す形状であれば特に制限はない。
【００４２】
光源装置３の筐体３５には、蝶番５１によって回動自在に連結された２枚の連結板５３の一方が固着され、他方の連結板５３が図３に示すように暗部構成部７の前面右端部に設けられた袋状の連結板挿入部７２に挿入されて光源装置３と暗部構成部７が接続されており、かかる構成により、暗部構成部７は、図示矢印方向（図１参照）に回動自在となっている。
【００４３】
ところで、光源装置３から照射される照射光は、パラボラミラー３３によって平行光とされるとして説明したが、実際には完全な平行光とはならず、図２に示すように、ある程度の広がり角を持って照射されている。このため、照射光が暗部構成部７の内部空間を照射して暗部形成を妨げることのないように、暗部構成部７は、照射光の広がりよりも僅かに外方側に位置するように接続部５により調節される。
【００４４】
ここで、僅かとしたのは仮に大きく外方側に反らした場合、可視領域が狭まるためである。この点について図４を用いて説明すると、暗部構成部７を照射光に対して僅かに外方側に反らした場合（図中実線で示す）には、可視領域の左右方向の範囲は図中矢印Ａの範囲となるのに対し、大きく外方側に反らした場合（図中一点鎖線で示す）には矢印Ｂの範囲となり、図より明らかなように可視領域が狭くなる。このため、暗部構成部７を接続部５により照射光の広がりよりも僅かに外方側に位置するように配置することで可視領域の狭範囲化を避けるようにしている。
【００４５】
また、可視領域の上下方向の範囲は、照射光の上下方向の照射範囲内となることから、パラボラミラー３３の開口部３３ａ（図１参照）の径に略等しくなる。よって、暗部構成部７の高さ（照射光の光軸に直交する方向の幅）は、パラボラミラー３３の開口部３３ａの径と略同程度に設定されており、微粒子可視化装置１の小型化が図られている。
【００４６】
さらに、暗部構成部７は、微粒子による散乱光とのコントラストを高めるためにも奥行きが深いほど好ましいが、この場合、微粒子可視化装置１が大型化してしまうので、装置外形寸法の許容範囲と、微粒子の可視化精度との兼ね合いで適切な寸法が設定される。
【００４７】
以上のように構成された微粒子可視化装置１では、光源装置３において、光源ランプ３１から放射された光がパラボラミラー３３によって略平行光とされ、光通過用ガラス窓３７から外方に向けて照射される。この照射光に対する背景となる暗部構成部７は、箱状を成しているため、使用環境における照明光以外の外光（例えば部屋の天井に蛍光灯など）を背面、側面および前面で反射し、これにより内部空間内に暗部が形成されている。
【００４８】
また、暗部構成部７は、内周面全体が墨塗布の紙の貼着によって黒色化されており、さらに、光源装置３からの照射光の広がりよりも僅かに外方側に位置して照射光が内部空間に照射されないように配置されている。以上の構成により、暗部構成部７の内部空間は、照射光の微粒子による散乱光に対して高いコントラストを得ることができる十分な暗部が形成されている。よって、従来のように使用に際し、周囲環境を暗室化する必要がないため、使用性の高い微粒子可視化装置１が得られる。
【００４９】
また、光源装置３には、放電ランプに代表される光強度の強い光源ランプ３１を用いていることから、光強度の大きい照明光が空間内に照射されており、よって、照射光の微粒子による散乱光の強度も高められている。これに加え、上述したように暗部構成部７における内部空間は微粒子の可視が良好に行える十分な暗部が形成されているため、散乱光に対して高いコントラストが得られ、よって、極めて微小な微粒子による散乱光も検出することができ、可視化精度の高い微粒子可視化装置１が得られる。
【００５０】
また、暗部形成構造部７は、高さ寸法がパラボラミラーの開口部３３ａの径と略同程度に設定され、また、奥行き寸法が装置外型寸法の許容範囲と可視化精度との兼ね合いで設定されているため、必要十分な大きさを有し、コンパクトで使用性の高い微粒子可視化装置１が得られる。
【００５１】
また、本実施の形態１の微粒子可視化装置１は、光源装置３と暗部構成部７とを接続部５を介して接続した単純な構成であるため、従来のように複数のレンズを用いてシート光を形成するようにした技術に比べ、安価に構成できる。
【００５２】
ところで、暗部構成部７は、図示矢印方向（図１参照）に回動自在となっているが、これは、光源装置３内のパラボラミラー３３を必要に応じて交換し、交換により照射光の広がりが変化した場合に、暗部構成部７を照射光の広がりよりも僅かに外方側の位置に配するための位置調節を簡単に行えるための構成である。
【００５３】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、光強度の大きい光源ランプ３１を光源装置３に用い、照射光による微粒子の散乱光の強度向上が図られているが、このような光強度の大きい光源ランプを用いた場合、照射光による放射熱が高温となる。このため、その照射光が誤って作業者に照射されるなどした場合、非常に危険であり安全面での改善が必要である。
【００５４】
照射光に対するこの種の熱対策には、従来、熱線を吸収する熱吸収フィルタや熱反射フィルタを用いる方策が一般的に用いられている。しかし、これらのフィルタを使用した場合、光の吸収、反射により光が減光してしまい、照射光を有効に利用することができない。そこで、本実施の形態２では、光源装置３からの照射光を、一部領域については遮光せずにそのまま通過させ、その他の領域については遮光することで、前記一部領域内についての照射光の光強度は本来の強度そのままを維持しながらも、全体として減光することで放射熱の低減を図るようにしたものである。
【００５５】
図５は本実施の形態２の微粒子可視化装置の構成を示す外観斜視図である。なお、図５において図１と同一部分には同一符号を付し、説明を省略する。
図５において、９は光源装置３からの照射光を一部遮光する遮光部材で、耐熱性の高い金属で構成されている。この遮光部材９は、断面コ字状に構成され、照射光を通過させるための光通過用穴９１ａが複数穿設された遮光部９１と、遮光部９１の左右両側に立設された嵌合板部９３とを有している。光源装置３の光通過用ガラス窓３７周囲には、凹字状のスリッタ押さえ３９が突設されており、遮光部材９はスリッタ押さえ３９に上方から嵌合挿入されて光源装置３に装着されている。
【００５６】
ここで、光源ランプ３１の電源ＯＮ直後および時間経過後それぞれの照射断面における温度分布について考察する。図６はその説明図で、照射光の照射断面を示している。なお、図中（ａ）は光源ランプ３１の電源（図示せず）ＯＮ直後の照射断面、（ｂ）は時間経過後の照射断面を示している。また、温度差を濃淡の塗りつぶしによって示している。
電源（図示せず）ＯＮ直後は、（ａ）に示すように、遮光部材９の光通過用穴９１ａによる照射光の通過光部分が高温となっているが、当該部分の放射熱は図中矢印で示すように空気中に拡散されてゆき、時間が経過すると、（ｂ）に示すように照射エリア全体に分散されて均一化され、光通過用穴９１ａに対応する部分の熱が低減される。このように、光源装置３からの光を遮光部材９で間引くことにより空間内に照射された照射光の放射熱を低減することが可能となる。
【００５７】
次に、遮光部材９に設けられる各光通過用穴９１ａの大きさについて考察する。図７（１），（２）はその説明図である。なお、（１），（２）それぞれの左側は遮光部材９の遮断部９１、右側はその遮断部９１を用いた場合の照射断面の温度分布を示している。
（１）に示すように光通過用穴９１ａを大きくすると、光源装置３からの照射光の照度が確保できるが、その分、光通過用穴９１ａに対応する部分の放射熱が高くなる。一方、（２）に示すように光通過用穴９１ａを小さくすると、放射熱は緩和できるが、今度は照度が小さくなってしまう。このため、光通過用穴９１ａ通過後の照射光の所望照度と、許容放熱量との兼ね合いで光通過用穴９１ａの適切な大きさが設定される。
【００５８】
次に、光通過用穴９１ａの分布パターンについて考察する。図８（１），（２）はその説明図である。なお、（１），（２）それぞれの左側は遮断部材９の遮断部９１、右側はその遮断部９１を用いた場合の照射断面の温度分布を示している。
（１）に示すように、光通過用穴９１ａの分布を偏在化した場合、偏在化した部分に熱が蓄積して高温となってしまう。これに対し、（２）に示すように、光通過用穴９１ａを均一に分散化するようにすれば、放射熱の局所集中が避けられて放射熱を効率良く分散でき、熱の緩和に効果がある。
【００５９】
以上より、各光通過用穴９１ａは、照射光の所望照度と許容放熱量とのかねあいで設定された大きさを有し、且つ遮光部材９上に均一に分散された構成が好ましい。
【００６０】
このような構成の遮光部材９が装着された本実施の形態２の微粒子可視化装置１においては、上記実施の形態１とほぼ同様の作用および効果が得られるとともに、遮光部材９によって光源装置３から照射された照射光が間引きされ、光通過用穴９１ａに対応する部分のみが空間内に照射されるため、光源装置３から空間内に照射された照射光による放射熱を全体として緩和しつつ、光通過用穴９１ａに対応する部分のみは本来の照射光の強度が維持されたまま照射されるため、微粒子の可視精度を保持することができる。
【００６１】
なお、本実施の形態２では、光通過用穴９１ａを遮光部材９の遮光部９１全体に均一に分散配置した場合を例示して説明したが、遮光部９１全体でなくてもよく、例えば上下方向に１つの列を成すように均一に分散配置するようにしても良い。
【００６２】
また、上記実施の形態では、光源ランプ３１として放電ランプ（例えばメタルハイドライド、キセノンランプなど）を使用するとして説明したが、これに限られたものではなく、例えばハロゲンランプを使用するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の微粒子可視化装置の外観斜視図である。
【図２】図１の概略平面図で、微粒子可視化原理の説明および暗部構成部の配置位置の説明図である。
【図３】暗部構成部と光源装置との接続の説明図である。
【図４】暗部構成部の設置位置による可視領域の違いの説明図である。
【図５】本実施の形態２の微粒子可視化装置の構成を示す外観斜視図である。
【図６】光源ランプの電源ＯＮ直後および時間経過後の照射断面の温度分布を示す図である。
【図７】光通過用穴の大きさの違いによる照射断面の温度分布の相違の説明図である。
【図８】光通過用穴の分布パターンの違いによる温度分布の相違の説明図である。
【図９】従来の可視化システムの概略構成図である。
【符号の説明】
１　微粒子可視化装置
３　光源装置
７　暗部構成部
９　遮光部材
３１　光源ランプ
３３　パラボラミラー
９１ａ　光通過用穴
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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