(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振装置からのレーザ光線を、６０Ｈｚ以上の振動数で光走査素子により、偏向させて自身の周りを回る方向に往復移動または繰返し移動させ、
この光走査素子の周りを回る方向に往復移動または繰返し移動するレーザ光線を受けて、光学素子により、それぞれ平行往復移動または平行繰返し移動するレーザ光線として出射させ、
検出対象領域の背景となる領域に、前記レーザ発振装置の発振波長の光に対して無反射の無反射背景を設置し、
前記検出対象領域を、アバランシェ撮像管を用いた撮像管カメラにより、そのレンズにレンズフードを取り付けて、前記検出対象領域以外の領域を撮影しないように遮り撮影し、
前記撮像管カメラによるアナログの撮影画像信号を、アナログ微分処理装置により、アナログ微分処理してアナログ微分処理画像を得て、
前記光学素子からの平行往復移動または平行繰返し移動するレーザ光線を、その通過領域の一部または全部が検出対象領域と一致するように照射するとともに、前記撮像管カメラによる撮影を行い、
そのアナログの撮影画像信号を前記アナログ微分処理装置によりアナログ微分処理して得られるアナログ微分処理画像を、画像累積処理装置により、複数コマ累積して累積画像を作成して、この累積画像に基づいてエアロゾルを検出することを特徴とするエアロゾル検出方法。
【請求項２】
前記アナログ微分処理画像に基づいて、前記検出対象領域からの散乱光数を自動計数することにより、エアロゾル粒子数を自動計数する自動計数装置を備える請求項１記載のエアロゾル検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気中に浮遊する塵埃などのエアロゾルを検出するエアロゾル検出方法に関し、例えばレーザ光線を高速で繰返し移動または往復移動させつつその通過領域の一部または全部が検出対象領域と一致するように照射し、その検出対象領域内にエアロゾルが存在する際に生ずる散乱光を検出することにより、そのエアロゾルを検出するエアロゾル検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかるエアロゾル検出技術として、特開平７−３５７６４号公報記載の技術（以下、単に先行例という）が知られている。この先行例は、図５に示すように、レーザ発振装置１０１と、このレーザ発振装置１０１からのレーザ光線Ｌ１０を反射するとともに、その反射レーザ光線Ｌ１１を自身の周りを所定の角度範囲で回る方向に往復移動させる振動ミラー１０２とを用い、この振動ミラー１０２の周りを往復移動するレーザ光線Ｌ１１を検出対象空間に照射し、その照射レーザ光線Ｌ１１の通過領域にエアロゾルが存在する際に生ずる散乱光を撮像管カメラ１０３で撮影し、撮影結果を必要に応じてビデオデッキ１０４で録画し、モニター１０５に表示させるものである。
【０００３】
また先行例では、撮像管カメラ１０３のレンズ１０３Ａに、照射レーザ光の波長域にだけ高い透過率をもつフィルター１０３Ｆを取り付けることにより、背景や照明などからの不要な光を検出しないようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この先行例のエアロゾル検出技術は、エアロゾルを正確に検出できるものではなかった。
すなわち先行例のように振動ミラー周りを回る方向に往復移動するレーザ光線をその通過領域が検出対象領域と合わさるように照射した場合、第１に、レーザ光線の末端側の検出対象部位ほどレーザ光線の滞在時間が短くなり、検出能力も低くなる。第２に、振動ミラー周りを回る方向に往復移動するレーザ光線はその移動両端（図５にＬ１１ａ，Ｌ１１ｂで示す）における滞在時間が他の部位と比べて特に長くなり、当該移動両端における検出能力が相対的に高くなる。このように検出対象領域内における検出能力が不均一であると、正確なエアロゾル検出は不可能である。
【０００５】
また、先行例に係るエアロゾル検出技術は、撮像管カメラのレンズに、照射レーザ光線の波長域にだけ相対的に高い透過率をもつフィルターを取り付けることにより、背景や照明などからの不要な光を検出しないようにするものであるが、使用するレーザ光線の波長域、背景や照明の波長特性、フィルターの透過率特性の三条件が揃ったときにその効果を発揮するものである。よって、使用機器および使用現場環境によっては背景や照明などからの不要な光を検出してしまい、エアロゾルを正確に検出できなくなる。
【０００６】
さらに、先行例のエアロゾル検出技術は、作業員がレーザ光線の通過領域あるいはモニター表示を継続的に観察する必要がある。ビデオデッキを用いたとしても、作業員がその録画結果の全てをモニターに表示させて目視観察することに変わりがない。そして、かかる作業員による目視観察によってエアロゾルを検出する場合、見落としや誤認を避けえない。よって、先行例のエアロゾル検出技術では、エアロゾルを正確に検出することは不可能である。また、作業員の労力も大きい。
【０００７】
そこで、本発明の主たる課題は、エアロゾルを正確に検出しうるエアロゾル検出方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明のエアロゾル検出方法は、レーザ発振装置からのレーザ光線を、６０Ｈｚ以上の振動数で光走査素子により、偏向させて自身の周りを回る方向に往復移動または繰返し移動させ、
この光走査素子の周りを回る方向に往復移動または繰返し移動するレーザ光線を受けて、光学素子により、それぞれ平行往復移動または平行繰返し移動するレーザ光線として出射させ、
検出対象領域の背景となる領域に、前記レーザ発振装置の発振波長の光に対して無反射の無反射背景を設置し、
前記検出対象領域を、アバランシェ撮像管を用いた撮像管カメラにより、そのレンズにレンズフードを取り付けて、前記検出対象領域以外の領域を撮影しないように遮り撮影し、
前記撮像管カメラによるアナログの撮影画像信号を、アナログ微分処理装置により、アナログ微分処理してアナログ微分処理画像を得て、
前記光学素子からの平行往復移動または平行繰返し移動するレーザ光線を、その通過領域の一部または全部が検出対象領域と一致するように照射するとともに、前記撮像管カメラによる撮影を行い、
そのアナログの撮影画像信号を前記アナログ微分処理装置によりアナログ微分処理して得られるアナログ微分処理画像を、画像累積処理装置により、複数コマ累積して累積画像を作成して、この累積画像に基づいてエアロゾルを検出することを特徴とするものである。
【０００９】
すなわち、本発明の検出方法のポイントは、光走査素子の周りを回る方向に往復移動または繰返し移動するレーザ光線を、それぞれ平行往復移動または平行繰返し移動するレーザ光線とし、その平行往復移動または平行繰返し移動するレーザ光線をエアロゾル検出のためのレーザ光線としたところにある。そのため本発明方法では、図１および図２に示すように、平行往復移動または平行繰返し移動するレーザ光線Ｌ３，Ｌ３’の滞在時間は、検出対象領域内においてレーザ光線Ｌ３，Ｌ３’通過方向に一定となる。よって本発明装置では、検出対象領域内における検出能力をレーザ光線Ｌ３，Ｌ３’通過方向に均一化することができる。
【００１０】
特に平行繰返し移動するレーザ光線をエアロゾル検出のためのレーザ光とした場合には、図２からも分かるように、平行繰返し移動するレーザ光線Ｌ３’の移動両端における滞在時間はその他の部位における滞在時間と同じである。したがってこの場合、平行繰返し移動するレーザ光線の滞在時間は平行移動方向においても一定となるので、検出対象領域内においてより均一な検出能力が発揮される。
【００１１】
このように、本発明のエアロゾル検出方法は、検出対象領域内において均一な検出能力を有するものであるので、正確な検出が可能となり、クリーンルーム内の清浄度調査など、エアロゾルが存在しているか否かが分からないような場合のエアロゾル検出に特に好適である。
【００１２】
本発明方法の好適な実施態様においては、前記光走査素子が、ガルバノミラーまたはポリゴンミラーとされる。これらの光走査素子を採用した場合、レーザ発振装置からのレーザ光線は、それぞれのミラーにより反射されるとともに、その反射レーザ光線はそれぞれの装置周りを回る方向に往復移動または繰返し移動される。これらの光走査素子は、高速で反射レーザ光線を自身の周りを回る方向に往復移動または繰返し移動させることができるので、検出対象領域を通過するエアロゾルをもれなく照射して検出することができる。
【００１３】
また、本発明方法の好適な実施態様においては、安価であるとの観点から、前記光学素子が、凸レンズ、組合せレンズ、または凹面ミラーとされる。
【００１４】
さらに、本発明方法の好適な実施態様においては、前記検出対象領域にエアロゾルが存在する際に生ずる散乱光を検出するにあたり、その背景となる領域に無反射背景を設置する。これにより、検出対象領域における背景が均一となるので検出能力がさらに均一化し、かつエアロゾルにより散乱された散乱光と背景とのコントラストが増大するので、正確な検出が可能となる。
【００１５】
例えば自然に発生する微小かつ微量のエアロゾルの検出に使用するためには、少なくとも、粒径が０．３μｍ以上のエアロゾルを検出することができるのが好ましい。
【００１６】
本発明装置の好適な実施態様においては、前記検出対象領域を撮影する撮像管カメラを備え、この撮像管カメラの撮影結果に基づいてエアロゾルを検出するように構成するのが好ましい。他のカメラ等により散乱光を検出することもできるが、微小な散乱光を検出するためには、アナログ画像信号を得ることのできる撮像管カメラを採用するのが好ましい。
【００１７】
この場合において、前記撮像管カメラはアバランシェ撮像管を用いた撮像管カメラであるのは好ましい。さらに、前記撮像管カメラのレンズに、前記検出対象領域以外の領域を撮影しないように遮るレンズフードを取り付けてなるのも好ましい。これらの構成により、検出能力の向上を図ることができる。
【００１８】
前記アナログ微分処理画像を複数コマ累積して累積画像を作成する画像累積処理装置を備え、この画像累積処理装置による累積画像に基づいてエアロゾルを検出するように構成すると、検出したエアロゾルの全てを例えば１画面（１コマ）で表示させることができるので、目視観察を行ったとしても見落としや誤認を低減でき、また作業員の労力を軽減することができる。さらに、例えばエアロゾルの軌跡観察を容易に行うことができる。
【００１９】
前記アナログ微分処理画像に基づいて、前記検出対象領域からの散乱光数を自動計数することにより、エアロゾル粒子数を自動計数する自動計数装置を備えると、作業員による目視観察によらず自動でエアロゾル粒子数を計数できるので、正確にエアロゾルを検出しうるとともに、作業員の労力軽減または省力化を図ることができるようになる。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しつつ詳述する。
図１は、本発明に係るエアロゾル検出装置１の例を示しており、このものは、レーザ発振装置２と、このレーザ発振装置２からのレーザ光線Ｌ１を偏向させて自身の周りを回る方向に往復移動させる光走査素子３と、この光走査素子３の周りを回る方向に往復移動するレーザ光線Ｌ２を受けて平行往復移動するレーザ光線Ｌ３として出射する光学素子４とを備えている。
【００２５】
先ず、レーザ発振装置２としては種々のものを用いることができるが、連続発振が得られ、かつ高い出力が容易に得られる点でアルゴンレーザ発振装置を用いるのが好ましい。もちろん、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ発振装置などの他のレーザ発振装置を用いることもできる。
【００２６】
レーザ光の使用波長は、紫外（波長３９０ｎｍ以下）や赤外（８００ｎｍ以上）領域でも良いが、可視領域のものが好ましい。すなわち、紫外領域の波長を有するレーザ光線は、空気中でオゾンを発生させる点や、視力障害を引き起こすおそれがある点、半導体製造で用いるフォトレジストの反応波長が紫外領域にある（３６５ｎｍ）点などから、使用場所等が限られてしまう。また、赤外線は、周囲の物体を加熱してしまうおそれがあること、および高温物体や照明灯表面からも盛んに放射されているので散乱光の検出が困難となることから、通常の検出対象空間での使用には不向きである。
【００２７】
次に、図１に示す光走査素子３は、所定の速さで振動するミラー３Ａを有し、レーザ発振装置２からのレーザ光線Ｌ１を反射するとともに、その反射レーザ光線Ｌ２を自身の周りを回る方向に所定角度範囲でかつ所定の速さで往復移動させるものである。すなわちミラー３Ａからの反射レーザ光線Ｌ２は、ミラー３Ａの回転軸を中心とする扇形の反射レーザ光線通過領域において一方の半径方向端縁と他方の半径方向端縁とを往復するように揺動する。このミラー３Ａの振動の速さは特に限定されないが、粒径が０．３μｍのエアロゾルを検出可能とするためには振動数で６０Ｈｚ以上であるのが好ましい。かかる振動数でミラーを振動しうる光走査素子の具体例としてはガルバノミラーがある。
【００２８】
なお、本発明の光走査素子３としては、図２に示すように、所定の速さで回転駆動される多角柱状鏡３Ａ’を有するいわゆる回転鏡型光偏向器３’（ポリゴンミラー）を用いることもできる。この場合、同図に示すように、レーザ発振装置２からのレーザ光線Ｌ１が、回転する多角柱状鏡３Ａ’により反射されるとともに、その反射レーザ光線Ｌ２’は回転鏡型光偏向器３’の周りを回る方向に所定角度範囲でかつ所定の速さで繰返し移動され（すなわち、多角柱状鏡３Ａ’の回転軸を中心とする扇形の反射レーザ光線通過領域において一方の半径方向端縁から他方の半径方向端縁への片方向移動が繰返しなされる）、この繰返し移動するレーザ光線Ｌ２’が光学素子４によって平行繰返し移動するレーザ光線Ｌ３’とされる。１’はエアロゾル検出装置を示している。
【００２９】
光学素子４としては、光走査素子３，３’の周りを回る方向に往復移動または繰返し移動するレーザ光線Ｌ２，Ｌ２’を受けてそれぞれ平行往復移動または平行繰返し移動するレーザ光線Ｌ３，Ｌ３’として出射しうるものであれば特に限定されないが、例えば図１に示す円筒面平凸レンズなどの各種の凸レンズを用いることができる。また、図３に示すｆ（θ）レンズ４’などの各種組み合わせレンズや、図４に示すような全反射円筒凹面ミラー４０などの各種凹面ミラーを用いることもできる。なお、図３および図４には光走査素子３，３’は示していない。
【００３０】
他方、検出に際しては、光学素子４からの平行往復移動するレーザ光線Ｌ３（回転鏡型光偏向器３’を用いた場合には平行繰返し移動するレーザ光線Ｌ３’）を、その通過領域の一部または全部が検出対象領域と一致するように検出対象空間に照射する。検出対象領域にエアロゾルが存在すると、その部位を通るレーザ光線Ｌ３（もしくはＬ３’）がエアロゾルにより散乱される。よって、その散乱光ＳＬを検出することによりエアロゾルを検出することができる。
【００３１】
図示例では、散乱光検出装置として検出対象領域を撮影する撮像管カメラ５を用いるとともに、この撮像管カメラ５（特にアバランシェ撮像管を用いた高感度撮像管カメラが好適）の撮影結果をモニター８に表示させ、その表示に基づいて散乱光を検出するように構成している。また、これら撮像管カメラ５による撮影結果は、モニター８に表示させる他、図示しないプリンタで印刷したり、図示しないビデオで録画したり、現像・プリントしたりして、その表示等を観察することにより散乱光ＳＬを検出することができる。なお、撮像管カメラ５等により散乱光ＳＬを撮影等する場合、その撮影方向と平行往復移動するレーザ光線Ｌ３（または平行繰返し移動するレーザ光線Ｌ３’）の通過領域との角度は、図示例では直角とされているが、必要に応じて他の角度とすることができる。
【００３２】
図１に示すエアロゾル検出装置１では、平行往復移動レーザ光線Ｌ３の滞在時間は、検出対象領域内においてレーザ光線Ｌ３通過方向に一定である。よって本発明装置では、検出対象領域内における検出能力をレーザ光線Ｌ３通過方向に均一化することができる。
【００３３】
特に図２に示すエアロゾル検出装置１’においては、平行繰返し移動するレーザ光線Ｌ３’の滞在時間は、検出対象領域内においてレーザ光線Ｌ３’通過方向に一定であるとともに、平行移動方向においても一定（移動両端における滞在時間はその他の部位における滞在時間と同じ）であるので、検出対象領域内においてより均一な検出能力が発揮される。
【００３４】
このように、本発明に係るエアロゾル検出装置１および１’は、検出対象領域内において均一な検出能力を有するものであるため、正確な検出が可能であり、特にクリーンルーム内の清浄度調査など、エアロゾルが存在しているか否かが分からないような場合のエアロゾル検出に特に好適である。
【００３５】
そして本発明では、撮像管カメラ５を用いるとともに、図示するようにアナログの撮影画像信号をアナログ微分処理するアナログ微分処理装置６を用い、このアナログ微分処理装置６による微分処理画像をモニター８に表示させる等して、エアロゾルを検出するようにする。微分処理によって撮影画像信号の高域周波数成分のみを強調することにより、より微小なエアロゾルからの散乱光を検出できるようになる。よって、エアロゾルの検出能力が向上する。なお、アナログ微分処理は、リアルタイム処理でもバッチ処理でも良い。また、アナログ微分処理装置は撮像管カメラに内蔵されていても良い。
【００３６】
また、撮像管カメラ５による撮影画像を複数コマ累積して累積画像を作成する画像累積処理装置７を用い、この画像累積処理装置７による累積画像をモニター８に表示させる等してエアロゾルを検出すると、検出したエアロゾルの全てを例えば１画面（１コマ）で表示させることができるので、目視観察を行ったとしても見落としや誤認を低減でき、また作業員の労力を軽減することができる。さらに、例えばエアロゾルの軌跡観察を容易に行うことができる。
【００３７】
さらに、撮像管カメラ５による撮影画像に基づいて、検出対象領域からの散乱光数を自動計数することにより、エアロゾル粒子数を自動計数する自動計数装置（図示せず）を用いると、モニター８等の表示手段の観察なしに、エアロゾル粒子数を自動で計数できるようになる。よって、作業員による目視観察が実質的に必要なくなり、正確にエアロゾルを検出しうるとともに作業員の労力軽減または省力化を図ることができるようになる。しかし、この場合にもモニター８等の表示手段を併用することもできる。
【００３８】
好適には、撮像管カメラ５のレンズ５Ａに、検出対象領域以外の領域を撮影しないように遮るレンズフード５Ｂを取り付ける。これにより、検出対象領域のみを撮影することができ、検出対象領域の周囲からの光がレンズ５Ａに入射することがなくなり、撮影画像のコントラストが増すので、検出能力が向上する。
【００３９】
さらに好適には、検出対象領域にエアロゾルが存在する際に生ずる散乱光を検出するにあたりその背景となる領域に無反射背景９を設置する。無反射背景９は、少なくともレーザ発振装置２の発振波長の光に対して実質的に無反射のものを用いる。具体例としてはいわゆる黒布がある。これにより、背景からの反射光等が低減し、撮影画像のコントラストが増すことになる。また、背景が均一となるので検出能力の均一性も向上する。よって、無反射背景９の設置によってもエアロゾルを正確に検出できるようになる。なお、この無反射背景９や前述のレンズフード５Ｂは、使用装置の特性や使用現場の環境にほとんど左右されずに、エアロゾル検出の正確化を図ることができるものである。
【００４０】
ここに、本発明者らが、本発明に係るエアロゾル検出装置で検出可能なエアロゾルの下限粒径について調べたところ、ガルバノミラー（振動数６０Ｈｚ）、アバランシェ撮像管を用いた高感度撮像管カメラ、アナログ微分処理装置、レンズフードおよび無反射背景を用いた場合において確実に検出可能なエアロゾルの下限粒径は０．３μｍであった。なお、この実験は、本発明者らが第１６回空気清浄とコンタミネーションコントロール研究大会（日本空気清浄協会主催）において平成１０年４月１７日の論文「製造装置内部及び装置廻りじん埃挙動可視化」をもって発表した方法により確認したものである。
【００４１】
＜その他＞
（Ａ）本発明のエアロゾル検出方法は、上述のように使用装置の特性や使用現場環境の影響を受けず検出能力が高いものであるので、例えば半導体製造工場におけるクリーンルームの清浄度検査（フィルターリーク検査など）や、食品工場内における塵埃検出など、自然に発生する粒径および粒子濃度が未知のエアロゾル検出に好適に用いることができる。また、本発明のエアロゾル検出装置は、前述の特開平７−３５７６４号公報に開示されるように、人為的に生成したエアロゾル（微小水滴ミスト）を用いて気流を可視化することに対しても、もちろん使用することができる。
【００４２】
（Ｂ）また本発明においては、レーザ発振装置２からのレーザ光線Ｌ１、光走査素子３によりその周りを回る方向に往復移動または繰返し移動されるレーザ光線Ｌ２，Ｌ２’、光学素子４からの平行往復移動または平行繰返し移動するレーザ光線Ｌ３，Ｌ３’、および検出対象領域からの散乱光の少なくとも１つを、装置の設置環境・設置態様に応じて、レンズやミラー等の適宜の光学素子を用いて偏向、集光等することができる。
【００４３】
【００４４】
【００４５】
【００４６】
【００４７】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、検出対象領域内における検出能力の均一性が向上すること、検出能力およびその均一性が使用機器および使用現場の環境による影響をほとんど受けずに向上すること、および作業員の目視観察が不要となること等によって、エアロゾルの正確な検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るエアロゾル検出装置例を示す斜視図である。
【図２】  他の光走査素子を用いた、本発明に係るエアロゾル検出装置例を示す斜視図である。
【図３】  他の光学素子を示す正面図である。
【図４】  他の光学素子を示す正面図である。
【図５】  従来のエアロゾル検出装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…エアロゾル検出装置、２…レーザ発振装置、３…光走査素子、４…光学素子、５…撮像管カメラ、６…アナログ微分処理装置、７…画像累積処理装置、８…モニター、９…無反射背景。
【図１】
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【図２】
0003996272.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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