(57)【要約】【課題】パーティクルの飛来方向を検出することができる浮遊パーティクル検出装置及び浮遊パーティクル検出方法を提供する。【解決手段】浮遊パーティクル検出装置１において、レーザ光のビームＢ０を出射するレーザ光源１１と、ビームＢ０の直径を拡大させてビームＢ１とする拡径手段１２と、レーザ光の進行方向を軸１３ｃに対して一定の角度をなし且つ連続した方向に変化させて、レーザ光をシート状の空間Ｓに分布させる回転ミラー１３とを設ける。拡径手段１２は、平凹レンズ１２ａ及び平凸レンズ１２ｂにより構成する。【選択図】図１
2009002733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光のビームを出射するレーザ光源と、
前記ビームの直径を拡大させる拡径手段と、
前記レーザ光の進行方向を基準軸に対して一定の角度をなし且つ連続した方向に変化させて、前記レーザ光をシート状の空間に分布させる分布手段と、
を備えたことを特徴とする浮遊パーティクル検出装置。
【請求項２】
一方の辺に前記拡径手段及び前記分布手段が取り付けられ、内部に前記レーザ光が分布されるシート状の空間が配置される枠体と、
前記枠体の他方の辺に取り付けられ、前記レーザ光を減衰させる減衰手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の浮遊パーティクル検出装置。
【請求項３】
前記枠体の前記一方の辺に取り付けられ、前記分布手段から出射したレーザ光の進行方向を相互に同じ方向とする平行化手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の浮遊パーティクル検出装置。
【請求項４】
前記シート状の空間の外部に配置され、前記シート状の空間内を通過するパーティクルによる前記レーザ光の反射光を検知するカメラと、
前記カメラの受光部を覆い、前記レーザ光の波長を含む波長帯の光に対する透過率が、前記波長帯以外の波長の光に対する透過率よりも高いバンドパスフィルタと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の浮遊パーティクル検出装置。
【請求項５】
前記分布手段は、前記基準軸に沿って延びるシリンドリカルレンズを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の浮遊パーティクル検出装置。
【請求項６】
レーザ光のビームの直径を拡大させ、
前記レーザ光の進行方向を基準軸に直交し且つ連続した方向に変化させて、前記レーザ光をシート状の空間に分布させた状態で、
前記シート状の空間内を通過するパーティクルによる前記レーザ光の反射光を検知することを特徴とする浮遊パーティクル検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮遊パーティクル検出装置及び浮遊パーティクル検出方法に関し、特に、レーザ光を用いた浮遊パーティクル検出装置及び浮遊パーティクル検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置及び液晶装置などの製造は、パーティクルの混入を防止するためにクリーンルーム内で行われる。クリーンルーム内においては、常に所定の基準を満たす清浄度を維持しなくてはならず、そのためには、定期的に、空気中に浮遊しているパーティクルの密度や大きさを評価する必要がある。また、クリーンルーム内においてパーティクルが異常に増加した場合には、その原因を突き止めて対策を施す必要がある。このため、空気中に浮遊しているパーティクルを検出する装置が必要である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ボックス内でレーザ光を照射しながら、このボックス内に検査対象となる場所の空気を吸引し、レーザ光の光路を横断させる技術が開示されている。これにより、吸引した空気中にパーティクルが含まれていれば、レーザ光がパーティクルによって反射するため、この反射光を検出することにより、パーティクルの個数をカウントすることができる。しかしながら、この技術によっては、検査場所の空気をボックス内に吸引してしまうため、パーティクルの個数を計測することはできるものの、パーティクルの詳細な位置、飛来方向及びタイミングを検出することはできない。このため、パーティクルの流れを解析したり、パーティクルの発生場所を特定したりすることができないという問題がある。
【０００４】
また、特許文献２には、クリーンルーム内でレーザ光のビームを方向を変えながら照射して、レーザ光がパーティクルに照射されたときに生じる散乱光を検出する技術が開示されている。しかしながら、この技術によっても、パーティクルはレーザ光の光路を横切る際に瞬間的に光るだけであり、パーティクルの位置及び飛来のタイミングはある程度検出することができるものの、パーティクルの飛来方向を検出することはできないという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−２８８１３８号公報
【特許文献２】特開昭６１−２６２６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、パーティクルの飛来方向を検出することができる浮遊パーティクル検出装置及び浮遊パーティクル検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、レーザ光のビームを出射するレーザ光源と、前記ビームの直径を拡大させる拡径手段と、前記レーザ光の進行方向を基準軸に対して一定の角度をなし且つ連続した方向に変化させて、前記レーザ光をシート状の空間に分布させる分布手段と、を備えたことを特徴とする浮遊パーティクル検出装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の一態様によれば、レーザ光のビームの直径を拡大させ、前記レーザ光の進行方向を基準軸に直交し且つ連続した方向に変化させて、前記レーザ光をシート状の空間に分布させた状態で、前記シート状の空間内を通過するパーティクルによる前記レーザ光の反射光を検知することを特徴とする浮遊パーティクル検出方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、パーティクルの飛来方向を検出することができる浮遊パーティクル検出装置及び浮遊パーティクル検出方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。  
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。  
図１は、本実施形態に係る浮遊パーティクル検出装置を例示する図であり、  
図２（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態におけるビームの形状を例示する図であり、（ａ）は図１に示すＣ−Ｃ’線における形状を示し、（ｂ）はＤ−Ｄ’線における形状を示し、（ｃ）はＥ−Ｅ’線における形状を示し、  
図３は、図１に示す拡径手段を例示する斜視図であり、  
図４は、図１に示す回転ミラーを例示する側面図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態に係る浮遊パーティクル検出装置１においては、レーザ光源１１が設けられている。レーザ光源１１はレーザ光のビームＢ０を出射するものであり、図２（ａ）に示すように、ビームＢ０の形状は円形である。また、レーザ光源１１から出射したビームＢ０が照射される位置には、ビームＢ０の直径を拡大させる拡径手段１２が設けられている。
【００１２】
図３に示すように、拡径手段１２においては、例えば、平凹レンズ１２ａ及び平凸レンズ１２ｂが設けられている。平凹レンズ１２ａの中心軸及び平凸レンズ１２ｂの中心軸はビームＢ０の光軸と一致しており、ビームＢ０の光路上において、平凹レンズ１２ａは平凸レンズ１２ｂよりもレーザ光源１１側に配置されている。ビームＢ０を構成するレーザ光の進行方向は、平凹レンズ１２ａを通過することにより拡がり、平凸レンズ１２ｂを通過することにより平行化される。これにより、図２（ｂ）に示すように、ビームＢ０は、円形の平行光のまま直径が拡大され、ビームＢ１となる。
【００１３】
更に、浮遊パーティクル検出装置１においては、拡径手段１２を通過したビームＢ１が照射される位置に、分布手段としての回転ミラー１３が設けられている。  
図４に示すように、回転ミラー１３においては、例えば、ビームＢ１を反射するミラー１３ａと、ミラー１３ａを回動させる駆動手段１３ｂとが設けられている。駆動手段１３ｂは、ミラー１３ａをミラー面に平行な軸１３ｃを中心として所定の角度範囲内で回動させるものであり、これにより、ミラー１３ａの法線方向１３ｄが、軸１３ｃを中心として回動する。この結果、図２（ｃ）に示すように、ビームＢ１の進行方向は、軸１３ｃに対して一定の角度をなし、且つ連続した方向に変化する。
【００１４】
これにより、ビームＢ１の光路が周期的に変化して、ビームＢ１の光路の軌跡は、シート状の空間Ｓを形成する。換言すれば、回転ミラー１３は、ビームＢ１を構成するレーザ光をシート状の空間Ｓ内に分布させる。シート状の空間Ｓとは、相互に平行に配置された２枚の平面に挟まれた疑似２次元形状の空間であり、その厚さ、すなわち、上述の２枚の平面の間隔は、拡径後のビームＢ１の直径に等しい。また、空間Ｓ内におけるレーザ光の強度をミラー１３ａの回動周期の整数倍の時間で積分した時間積分強度の等強度線は、軸１３ｃを中心とした同心円弧状となる。
【００１５】
更にまた、浮遊パーティクル検出装置１には、カメラ１４が設けられている。カメラ１４は、空間Ｓの外部に、空間Ｓを撮影できるような方向に向けて配置されている。カメラ１４は、空間Ｓを撮像して画像データを取得するものであり、空間Ｓ内を通過するパーティクルによって上述のレーザ光が反射されたときに、この反射光を検知することができる。カメラ１４は、例えば暗視カメラである。
【００１６】
そして、カメラ１４には、画像処理手段１５が接続されている。画像処理手段１５は、カメラ１４によって取得された画像データに対して画像処理を施して、画像データ中におけるパーティクルに相当する部分を強調する。この画像処理は例えば微分処理であり、画像処理手段１５には例えば微分回路が設けられている。また、画像処理手段１５には、画像データを記憶する記憶手段が設けられている。
【００１７】
更にまた、浮遊パーティクル検出手段１には表示手段１６が設けられており、画像処理手段１５に接続されている。表示手段１６は、カメラ１４によって撮影された画像、及び画像処理手段１５によって画像処理された画像を表示するものであり、例えば、液晶モニターである。
【００１８】
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る浮遊パーティクル検出手段の動作、すなわち、本実施形態に係る浮遊パーティクル検出方法について説明する。  
図５は、本実施形態における浮遊パーティクルの撮像方法を例示する図であり、  
図６（ａ）及び（ｂ）は、図５に示す撮像によって得られた画像データを例示する図であり、（ａ）は時刻ｔ１における画像データを示し、（ｂ）は時刻ｔ１よりも後の時刻ｔ２における画像データを示す。
【００１９】
先ず、図１及び図４に示すように、回転ミラー１３の駆動手段１３ｂを作動させる。これにより、ミラー１３ａが軸１３ｃを中心として回動し、ミラー１３ａの法線方向１３ｄが軸１３ｃを中心として回動する。この回動の周期は、例えば、（１／６０）秒間とする。
【００２０】
この状態で、図１に示すように、レーザ光源１１にレーザ光のビームＢ０を出射させる。ビームＢ０の形状は円形であり、その直径は数ミリメートル、例えば、１〜２ミリメートル程度である。レーザ光源１１から出射したビームＢ０は、拡径手段１２に入射する。これにより、図３に示すように、ビームＢ０を構成するレーザ光の進行方向は、平凹レンズ１２ａを通過することによって拡がり、平凸レンズ１２ｂを通過することによって平行になる。この結果、ビームＢ０の直径が拡大されてビームＢ１となる。拡径後のビームＢ１の形状は円形であり、直径は例えば５０ミリメートル程度である。
【００２１】
拡径手段１２から出射したビームＢ１は、図４に示すように、回転ミラー１３のミラー１３ａに到達し、反射される。このとき、ミラー１３ａの法線方向１３ｄは軸１３ｃを中心として回動しているため、反射されたビームＢ１の進行方向も軸１３ｃを中心として回動し、軸１３ｃに対して一定の角度をなしつつ、連続的に変化する。これにより、ビームＢ１の光路の軌跡はシート状の空間Ｓを形成する。この結果、レーザ光が空間Ｓ内に分布される。
【００２２】
一方、カメラ１４、画像処理手段１５及び表示手段１６を作動させる。カメラ１４の撮影速度は、例えば、（１／３０）秒とする。この場合は、カメラ１４が１コマ撮影する間に、ビームＢ１はシート状の空間Ｓ内を２往復する。
【００２３】
この状態で、図５に示すように、空気中に浮遊しているパーティクルＰがシート状の空間Ｓ内を通過すると、レーザ光がこのパーティクルＰに対して照射され、パーティクルＰによって反射される。そして、この反射光の一部がカメラ１４に到達し、検知される。これにより、カメラ１４によって取得された画像データに、パーティクルＰが記録される。
【００２４】
そして、図１に示すように、画像処理手段１５が、この画像データに対して、例えば微分処理などの画像処理を施して、パーティクルに相当する部分を強調する。画像処理手段１５は、処理前後の画像データを記憶することができる。そして、画像処理手段１５は、画像処理後の画像を逐次、表示手段１６に表示させる。又は、検査者が、画像処理手段１５に記憶されている任意の画像を表示手段１６に表示させることもできる。これにより、空間Ｓを通過したパーティクルの数及び通過のタイミングを求めることができる。
【００２５】
このとき、本実施形態においては、拡径手段１２が設けられているため、レーザ光源１１から出射されたビームＢ０が拡径手段１２によって拡径されてビームＢ１となった後、回転ミラー１３によって振り分けられる。このため、シート状の空間Ｓの厚さが厚い。これにより、パーティクルＰがシート状の空間Ｓ内を通過するときに、空間Ｓ内に滞在する時間が長くなり、カメラ１４が複数のコマにおいてパーティクルＰを捉えられる可能性が高くなる。また、空間Ｓ内におけるパーティクルＰの軌跡の長さが長くなり、パーティクルＰを複数のコマで捉えたときに、この複数のコマのうち、最初のコマにおけるパーティクルＰの位置と、最後のコマにおけるパーティクルＰの位置との間の距離が大きくなる。
【００２６】
すなわち、図５に示すように、パーティクルＰが空間Ｓ内を通過するときに、カメラ１４は時刻ｔ１及びｔ２の双方において、パーティクルＰを撮影することができる。そして、図６（ａ）に示す時刻ｔ１の画像Ｉ１におけるパーティクルＰの位置と、図６（ｂ）に示す時刻ｔ２の画像Ｉ２におけるパーティクルＰの位置とを比較することにより、パーティクルＰの飛来方向及び飛来速度を推定することができる。
【００２７】
これに対して、仮に、拡径手段１２が設けられていないと、シート状の空間Ｓの厚さは拡径されていないビームＢ０の直径と等しくなり、例えば、１〜２ミリメートルとなる。このため、パーティクルＰが空間Ｓ内を通過する際に、空間Ｓ内における滞在時間が短く、カメラ１４が複数のコマにおいてパーティクルＰを捉えることが困難である。従って、パーティクルＰの飛来方向及び飛来速度を推定することができない。また、仮に、カメラ１４が複数のコマにおいてパーティクルＰを捉えたとしても、空間Ｓ内におけるパーティクルＰの軌跡が短いため、各コマにおける画像中のパーティクルＰの位置は、相互に近い位置となる。このため、パーティクルＰの飛来方向及び飛来速度を精度よく見積もることが困難である。
【００２８】
次に、本実施形態の効果について説明する。  
上述の如く、本実施形態によれば、ビームの直径を拡大する拡径手段１２を設けることにより、拡径手段１２を設けない場合と比較して、レーザ光が分布されるシート状の空間Ｓの厚さが厚くなり、パーティクルの飛来方向及び飛来速度を検出できるようになる。これにより、パーティクルの個数及び発生タイミングの他に、飛来方向及び飛来速度を検出できるようになり、パーティクルの発生場所及び移動経路の特定が容易になる。
【００２９】
なお、本実施形態においては、カメラ１４の受光部を覆うように、レーザ光の波長を含む波長帯の光に対する透過率が、この波長帯以外の波長の光に対する透過率よりも高いバンドパスフィルタを設けてもよい。この場合、パーティクルによる反射光は、このバンドパスフィルタを通過した後、カメラ１４に入射する。これにより、カメラ１４に対して、レーザ光の反射光は効率よく入射させつつ、環境からの光の大部分を遮断することができる。この結果、周囲の環境が明るい場合においても、検出結果のＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio：信号対雑音比）を向上させ、精度が高い検出を行うことができる。これにより、例えば、稼働中の工場内において、パーティクルの検出を行うことが容易となる。
【００３０】
また、本実施形態においては、画像処理手段１５に微分回路以外の回路又はプログラムを内蔵させてもよい。例えば、流線表示ソフトウェアをインストールしておき、検出されたパーティクルの軌跡を流線で表示してもよい。また、同時に複数のパーティクルが検出された場合に、画像間において同一のパーティクルに相当する輝点を特定する回路又はプログラムを内蔵させてもよい。これにより、個々のパーティクルを自動的に追跡することができる。
【００３１】
更に、本実施形態においては、分布手段として、回転ミラー１３の替わりに、ポリゴンミラーを設けてもよい。この場合、ポリゴンミラーには、側面がミラーからなる多角柱体と、この多角柱体をその中心軸を中心として回転させる駆動手段とを設ける。これにより、駆動手段が多角柱体の各ミラーの法線方向を多角柱体の中心軸を中心として変化させることができ、回転ミラーと同様な光学的作用を得ることができる。
【００３２】
更にまた、本実施形態においては、カメラ１４を複数台設け、シート状の空間Ｓを相互に異なる方向から撮影してもよい。これにより、パーティクルＰの位置を３次元的に把握することができ、パーティクルＰの飛来方向及び飛来速度をより精度よく見積もることができる。
【００３３】
更にまた、本実施形態に係る浮遊パーティクル検出装置１においては、カメラ１４、画像処理手段１５及び表示手段１６を設けずに、検査者が肉眼でパーティクルＰによる反射光を観察してもよい。このとき、ミラー１３ａの回動速度を十分に速くすれば、検査者には、残像により、パーティクルＰの軌跡が線状に見える。また、人は立体視が可能であるため、パーティクルＰの軌跡をある程度立体的に把握することができる。これにより、パーティクルＰの飛来方向を直感的に検知することが可能となる。また、パーティクルＰの飛来速度が比較的遅い場合には、飛来速度もある程度推定することができる。なお、検査者が肉眼で観察する場合にも、バンドパスフィルタを介して観察することができる。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。  
図７は、本実施形態に係る浮遊パーティクル検出装置における光学ユニットを例示する側面図である。  
図７に示すように、本実施形態に係る浮遊パーティクル検出装置においては、一端がレーザ光源１１（図１参照）に結合された光ファイバー２１が設けられている。また、光ファイバー２１の他端に結合され、拡径手段１２及び回転ミラー１３を一体的に構成した光学ユニット２２が設けられている。
【００３５】
光学ユニット２２においては、筐体２３が設けられており、この筐体２３に、光ファイバー２１の他端が結合されている。筐体２３内においては、光ファイバー２１の他端から出射したレーザ光のビームＢ０が到達する位置に、拡径手段１２の平凹レンズ１２ａ及び平凸レンズ１２ｂが取り付けられている。また、筐体２３内における拡径手段１２によって拡径されたビームＢ１が到達する位置には、ミラー２４が取り付けられている。ミラー２４の反射面はビームＢ１の光軸に対して約４５度傾斜している。更に、筐体２３には回転ミラー１３も取り付けられており、回転ミラー１３のミラー１３ａは、ミラー２４による反射光が到達する位置に配置されている。そして、回転ミラー１３のミラー１３ａによって反射されたレーザ光は、光学ユニット２２の外部に向けて出射される。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００３６】
次に、本実施形態の動作について説明する。  
本実施形態に係る浮遊パーティクル検出装置においては、レーザ光源１１（図１参照）から出射されたレーザ光は、光ファイバー２１内を伝播して光学ユニット２２の筐体２３内に導入され、拡径手段１２により拡径され、ミラー２４により反射された後、回転ミラー１３によって振り分けられ、光学ユニット２２から出射し、シート状の空間Ｓを形成する。本実施形態における上記以外の動作は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００３７】
次に、本実施形態の効果について説明する。  
本実施形態によれば、光学ユニット２２において拡径手段１２及び回転ミラー１３が一体的に構成されており、また、光学ユニット２２とレーザ光源１１とは光ファイバー２１を介して光学的に結合されているため、レーザ光源１１、拡径手段１２及び回転ミラー１３の相互間の光学的な位置関係が固定されている。このため、検出の度に、これらの位置関係を調整し直す必要がない。
【００３８】
また、レーザ光源１１と光学ユニット２２とを光ファイバー２１によって光学的に結合しているため、これらの間の位置関係には一定の自由度がある。これにより、例えば、レーザ光源１１を床上に設置したまま、光学ユニット２１の位置を一定の範囲内で任意に選択することができる。更に、レーザ光源１１から回転ミラー１３に至る光路の外にレーザ光が漏洩することがないため、漏洩したレーザ光が周囲の環境に影響を与えることがないと共に、レーザ光の利用効率が高い。更にまた、この光路上にゴミなどの異物が混入することがないため、レーザ光の利用効率が高い。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００３９】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。  
図８は、本実施形態におけるシリンドリカルレンズを例示する斜視図であり、  
図９（ａ）及び（ｂ）は、図８に示すシリンドリカルレンズの動作を例示する光学モデル図であり、（ａ）はシリンドリカルレンズが延びる方向から見た図であり、（ｂ）はビームの光軸及びシリンドリカルレンズが延びる方向の双方に対して直交する方向から見た図である。
【００４０】
図８に示すように、本実施形態に係る浮遊パーティクル検出装置においては、レーザ光をシート状の空間Ｓに分布させる分布手段として、前述の第１の実施形態において示した回転ミラー１３（図１及び図４参照）の替わりに、シリンドリカルレンズ３３が設けられている。シリンドリカルレンズ３３は円筒面平凹レンズであり、軸方向３４に沿って延び、レンズ面３３ａが軸方向３４に直交する方向に沿って一次元的に湾曲している。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００４１】
図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズ３３に入射したビームＢ１は、このビームＢ１の進行方向に対して直交する方向のうち、軸方向３４に対して直交する方向、すなわち、レンズ面３３ａの湾曲方向についてのみ拡光され、軸方向３４には拡光されない。これにより、ビームＢ１を構成するレーザ光の進行方向は、シリンドリカルレンズ３３を通過することにより、軸方向３４に対して一定の角度をなす方向、例えば直交する方向であって、空間的に連続した多数の方向に変化する。この結果、円形のビームＢ１は、一方向に伸びた形状のビームＢ２となり、シート状の空間Ｓ（図１参照）に分布する。本実施形態における上記以外の動作は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００４２】
本実施形態によれば、分布手段としてシリンドリカルレンズを設けているため、駆動部分を設けることなく、簡略な構成で分布手段を実現することができる。この結果、小型且つ低コストで信頼性が高い浮遊パーティクル検出装置を得ることができる。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００４３】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。  
図１０は、本実施形態に係る浮遊パーティクル検出装置を例示する平面図であり、  
図１１は、図１０に示す浮遊パーティクル検出装置の拡径手段、分布手段及び平行化手段の動作を例示する光学モデル図である。
【００４４】
図１０に示すように、本実施形態に係る浮遊パーティクル検出装置４においては、拡径手段及び分布手段などを一体的に保持する枠体４１が設けられている。枠体４１は、例えば４本の辺からなる矩形状のフレームであり、辺によって囲まれる領域が開口部４２となっている。枠体４１の一方の辺４３には、拡径手段４４、分布手段４５及び平行化手段４６が枠体４１の外側から順に取り付けられている。また、枠体４１の外部には、レーザ光源１１（図１参照）が設けられており、このレーザ光源１１と拡径手段４４とを光学的に結合する光ファイバー４７が設けられている。
【００４５】
図１１に示すように、拡径手段４４においては、平凹レンズ４４ａ及び平凸レンズ４４ｂが設けられている。平凹レンズ４４ａ及び平凸レンズ４４ｂは、シリンドリカルレンズではない通常の円形レンズである。両レンズの光軸は相互に一致しており、この光軸が延びる方向４４ｃは、拡径手段４４、分布手段４５及び平行化手段４６の配列方向と一致している。また、分布手段４５においては、円筒面平凹型のシリンドリカルレンズ４５ａが設けられている。更に、平行化手段４６においては、円筒面平凸型のシリンドリカルレンズ４６ａが設けられている。シリンドリカルレンズ４５ａが延びる方向（軸方向）４５ｂ及びシリンドリカルレンズ４６ａが延びる方向（軸方向）４６ｂは相互に一致しており、方向４４ｃ及び辺４３が延びる方向の双方に対して直交している。
【００４６】
一方、図１０に示すように、枠体４１における辺４３に対向する辺４８には、減衰手段４９が取り付けられている。減衰手段４９は、レーザ光を減衰させるものである。減衰手段４９は、入射したレーザ光を外部に漏洩させないで消滅させるものであればよく、例えば、上述の辺４３に組み込まれた光学系を逆に配置した光学系であってもよく、入射した光が逆進しないような角度で内面にミラーが貼り付けられた筐体であってもよく、光を透過させながら減衰させる半透明の部材であってもよい。
【００４７】
なお、本実施形態に係る浮遊パーティクル検出装置４においても、カメラ１４、画像処理手段１５及び表示手段１６を設けてパーティクルによる反射光を撮影してもよく、又は、これらの手段を設けずに、パーティクルによる反射光を肉眼によって観察してもよい。
【００４８】
次に、本実施形態の動作について説明する。  
図１０及び図１１に示すように、本実施形態に係る浮遊パーティクル検出装置４においては、レーザ光源１１が出射したレーザ光は、光ファイバー４７を介して拡径手段４４に導かれ、ビームＢ０として出射される。そして、拡径手段４４において、レーザ光の進行方向が平凹レンズ４４ａによって拡がり、平凸レンズ４４ｂによって平行化されることにより、ビームＢ０が拡径されてビームＢ１となる。その後、ビームＢ１が分布手段４５のシリンドリカルレンズ４５ａを通過することにより、辺４３が延びる方向に拡がり、平行化手段４６のシリンドリカルレンズ４６ａを通過することにより、辺４３が延びる方向において平行化される。これにより、ビームＢ１は辺４３が延びる方向に伸ばされてビームＢ２となる。ビームＢ２の形状は、厚さがビームＢ１の直径と等しく、幅が開口部４２の辺４３が延びる方向の長さに略等しいシート状である。
【００４９】
平行化手段４６から出射したビームＢ２は、開口部４２内を辺４８に向かって進行し、辺４８に取り付けられた減衰手段４９に入射し、減衰し消滅する。これにより、枠体４１の開口部４２内にレーザ光からなるシートが張られたような状態になる。すなわち、レーザ光が分布するシート状の空間Ｓは、開口部４２の内部にのみ配置される。そして、この開口部４２内をパーティクルが通過すると、レーザ光がパーティクルによって反射され、この反射光がカメラ１４（図１参照）又は観察者に捉えられる。カメラ１４、画像処理手段１５及び表示手段１６によるパーティクルの撮影方法は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５０】
次に、本実施形態の効果について説明する。  
本実施形態によれば、レーザ光が分布するシート状の空間Ｓは、開口部４２の内部にのみ形成されるため、レーザ光が枠体４１の外部に漏洩することがない。このため、レーザ光が周囲の環境に影響を与えることがない。また、拡径手段４４、分布手段４５、平行化手段４６及び減衰手段４９からなる光学系が枠体４１に一体的に取り付けられており、レーザ光源１１が光ファイバー４７を介して結合されているため、枠体４１を持ち運ぶことにより、簡便に任意の場所においてパーティクルを検出することができる。例えば、環境内におけるパーティクルの流量がある程度多い場合には、検査者が枠体４１を手に持って任意の場所に位置させることにより、その場所のパーティクルの流れを観察することができ、枠体４１の位置及び角度を変えながら観察することにより、その環境におけるパーティクルの流れを全体的に把握することができる。
【００５１】
また、本実施形態においては、平行化手段４６を設け、開口部４２内におけるレーザ光の進行方向を平行にしているため、開口部４２内におけるレーザ光の強度を均一にすることができる。これにより、同じパーティクルであれば、開口部４２内のどの位置を通過しても、反射光の強度が等しくなり、パーティクルの検出を精度よく行うことができる。また、後述の第５の実施形態において説明するように、反射光の強度に基づいてパーティクルの大きさを推定する場合には、推定の精度を向上させることができる。また、レーザ光の進行方向を平行にすることにより、枠体４１の形状を矩形とすることができる。なお、本実施形態においては、平行化手段４６を設けずに、枠体の形状を扇形としてもよい。また、分布手段として、シリンドリカルレンズの替わりに回転ミラーを設けることも可能である。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５２】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。  
本実施形態は、前述の第１乃至第４のいずれかの実施形態に係る浮遊パーティクル検出装置を使用して浮遊パーティクルを検出する際に、カメラ１４及び画像処理手段１５（図１参照）を使用して、パーティクルの大きさを定量的に推定する実施形態である。
【００５３】
本実施形態においては、予め、大きさが分かっている標準パーティクルを対象として前述の検出を行い、パーティクルの大きさと反射光の強度との関係を表す換算式を求め、この換算式を画像処理手段１５に記憶させておく。これにより、未知のパーティクルを検出したときに、このパーティクルによる反射光の強度を上述の換算式に入力することにより、このパーティクルの大きさを推定することができる。
【００５４】
なお、パーティクルは、その種類によって形状及び表面状態が異なり、形状又は表面状態が異なるとパーティクルの大きさと反射光の強度との関係も若干異なるが、この場合にも、本実施形態によれば、パーティクルの大きさを少なくとも相対的に評価することができる。例えば、特定のパーティクル発生源から発生するパーティクルの種類は同じであると考えられるため、この発生源に対して例えばカバーで覆うなどの対策を施したときに、対策前後におけるパーティクルの個数の変化の他に、大きさの分布の変化を評価することができる。
【００５５】
また、本実施形態において、パーティクルの大きさをより正確に推定するためには、環境の照度による影響を考慮することが好ましい。これは、検出対象とする場所が異なれば、一般的には環境の照度も異なるが、環境の照度の影響を考慮すれば、異なる場所の間でパーティクルの大きさの分布を正確に比較することができるためである。また、同じ場所であっても、例えばパーティクル発生源にカバーを取り付けた場合などは、このカバーの存在によって周囲の照度が変わってしまうことがある。このような場合にも、対策の前後における検出結果を正確に比較することができれば、対策の効果を正確に評価することができる。以下、環境の照度の影響を考慮するための具体的な方法について説明する。
【００５６】
第１の方法として、参照体を使用して環境の照度を一定にする方法がある。  
図１２は、本実施形態において使用する治具を例示する側面図である。  
図１２に示すように、本実施形態において使用する治具５１においては、コ字形状の支持部５２が設けられている。そして、支持部５２の両端部間には、１本のワイヤー５３が張架されている。ワイヤーの直径は、検出対象となるパーティクルの大きさと同程度であることが好ましく、例えば、数十ミクロンとする。このワイヤー５３が、本実施形態における参照体となる。
【００５７】
先ず、パーティクルの検出を行う前に、ワイヤー５３によるレーザ光の反射光を測定する。具体的には、浮遊パーティクル検出装置によって形成されるシート状の空間Ｓ内にワイヤー５３を位置させ、空間Ｓの外部にカメラ１４を配置する。このとき、空間Ｓ、ワイヤー５３及びカメラ１４間の位置関係は、常に一定になるようにする。この状態で、レーザ光源１１にレーザ光を出射させ、ワイヤー５３による反射光をカメラ１４によって捉える。そして、カメラ１４が取得した画像データにおいて、ワイヤー５３に相当する部分の画素数及びこれらの画素の輝度分布を計測する。
【００５８】
そして、ワイヤー５３に相当する部分の画素の数及び輝度分布が一定となるように、環境の照度を調整する。その上で、評価対象となる浮遊パーティクルの検出を行う。この結果、常に一定の照度の環境下でパーティクルの検出を行うことができるため、検出チャンス間でパーティクルの大きさを正確に比較することができる。なお、本方法においては、相互に直径が異なる複数本のワイヤーを用意し、これらのワイヤーを用いて上述の換算式を求めてもよい。
【００５９】
第２の方法として、環境の照度に応じて検出結果を補正する方法がある。  
具体的には、予め画像処理手段１５に、環境の照度がパーティクルの大きさと反射光の強度との関係に及ぼす影響を記憶させておく。そして、この記憶された情報に基づいて検出結果を補正し、パーティクルの大きさを推定する。これにより、環境の照度を調整できず、前述の第１の方法が使えない場合にも、パーティクルの大きさを正確に見積もることができる。
【００６０】
なお、画像処理手段１５には、環境の照度の他に、レーザの種類、各手段の位置関係及び空間Ｓ内におけるパーティクルの位置などの検出条件の影響を記憶させておき、これらの検出条件に応じて検出結果を補正する機能を持たせてもよい。これにより、パーティクルの大きさをより正確に推定することができる。
【００６１】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る浮遊パーティクル検出装置を例示する図である。
【図２】（ａ）乃至（ｃ）は、第１の実施形態におけるビームの形状を例示する図であり、（ａ）は図１に示すＣ−Ｃ’線における形状を示し、（ｂ）はＤ−Ｄ’線における形状を示し、（ｃ）はＥ−Ｅ’線における形状を示す。
【図３】図１に示す拡径手段を例示する斜視図である。
【図４】図１に示す回転ミラーを例示する側面図である。
【図５】第１の実施形態における浮遊パーティクルの撮像方法を例示する図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、図５に示す撮像によって得られた画像データを例示する図であり、（ａ）は時刻ｔ１における画像データを示し、（ｂ）は時刻ｔ１よりも後の時刻ｔ２における画像データを示す。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る浮遊パーティクル検出装置における光学ユニットを例示する側面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態におけるシリンドリカルレンズを例示する斜視図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、図８に示すシリンドリカルレンズの動作を例示する光学モデル図であり、（ａ）はシリンドリカルレンズが延びる方向から見た図であり、（ｂ）はビームの光軸及びシリンドリカルレンズが延びる方向の双方に対して直交する方向から見た図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る浮遊パーティクル検出装置を例示する平面図である。
【図１１】図１０に示す浮遊パーティクル検出装置の拡径手段、分布手段及び平行化手段の動作を例示する光学モデル図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態において使用する治具を例示する側面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１、４  浮遊パーティクル検出装置、１１  レーザ光源、１２  拡径手段、１２ａ  平凹レンズ、１２ｂ  平凸レンズ、１３  回転ミラー、１３ａ  ミラー、１３ｂ  駆動手段、１３ｃ  軸、１３ｄ  法線方向、１４  カメラ、１５  画像処理手段、１６  表示手段、２１  光ファイバー、２２  光学ユニット、２３  筐体、２４  ミラー、３３  シリンドリカルレンズ、３３ａ  レンズ面、３４  軸方向、４１  枠体、４２  開口部、４３  辺、４４  拡径手段、４４ａ  平凹レンズ、４４ｂ  平凸レンズ、４４ｃ  光軸が延びる方向、４５  分布手段、４５ａ  シリンドリカルレンズ、４５ｂ  軸方向、４６  平行化手段、４６ａ  シリンドリカルレンズ、４６ｂ  軸方向、４７  光ファイバー、４８  辺、４９  減衰手段、５１  治具、５２  支持部、５３  ワイヤー、Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２  ビーム、Ｉ１、Ｉ２  画像、Ｐ  パーティクル、Ｓ  シート状の空間
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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