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JP-2026077777-A - 粒子検出器

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Abstract

【課題】粒子を適切に識別することが可能となる粒子検出器を提供すること。 【解決手段】検出空間１０１の粒子を検出する感知器１であって、検出空間１０１へ第１射出光を射出する発光素子１２１と、第１射出光が検出空間１０１の粒子により散乱されて生じる第１散乱光を受光する第１受光素子１２２と、第１受光素子１２２による第１散乱光の受光結果に基づいて、粒子を検出し、及び／又は、粒子が第１射出光の波長よりも小さい所定粒子径範囲内の粒子径を有する単分散粒子であるか否かを判定する処理部と、を備え、発光素子１２１は、発光素子１２１の光軸１２１ａ及び第１受光素子１２２の光軸１２２ａによって定まる第１散乱面９１１に対して平行な偏光面１２１ｂを有する偏光光を第１射出光として射出する。 【選択図】図２

Inventors

  • 長島 哲也

Assignees

  • ホーチキ株式会社

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20260216

Claims (6)

  1. 検出空間の粒子を検出する粒子検出器であって、 前記検出空間へ第１射出光を射出する第１発光部と、 前記第１射出光が前記検出空間の前記粒子により散乱されて生じる第１散乱光を受光する第１受光部と、 前記第１受光部による前記第１散乱光の受光結果に基づいて、前記粒子を検出し、及び／又は、前記粒子が前記第１射出光の波長よりも小さい所定粒子径範囲内の粒子径を有する単分散粒子であるか否かを判定する処理部と、を備え、 前記第１発光部は、前記第１発光部の光軸及び前記第１受光部の光軸によって定まる散乱面に対して平行な偏光面を有する偏光光を前記第１射出光として射出し、 前記第１受光部は、前記第１射出光が前記検出空間の前記粒子により散乱されて生じる散乱光のうち前記散乱面に平行な偏光面を有する偏光光であって、前記第１射出光に対して散乱角９０度方向の偏光光を前記第１散乱光として受光する、 粒子検出器。
  2. 前記第１散乱光とは異なる第２散乱光を受光する第２受光部、を備え、 前記処理部は、前記第２受光部による前記第２散乱光の受光結果に基づいて前記粒子の存在を検出した場合に、前記第１受光部による前記第１散乱光の受光結果に基づいて前記粒子が前記単分散粒子であるか否かを判定する、 請求項１に記載の粒子検出器。
  3. 前記第２受光部は、前記第１発光部の光軸及び前記第２受光部の光軸によって定まる散乱面に対して垂直な偏光面を有する偏光光を前記第２散乱光として受光する、 請求項２に記載の粒子検出器。
  4. 前記検出空間へ前記第１射出光とは異なる第２射出光を射出する第２発光部と、 前記第２射出光が前記検出空間の前記粒子により散乱されて生じる第２散乱光を受光する第２受光部と、を備え、 前記処理部は、前記第２受光部による前記第２散乱光の受光結果に基づいて前記粒子の存在を検出した場合に、前記第１受光部による前記第１散乱光の受光結果に基づいて前記粒子が前記単分散粒子であるか否かを判定する、 請求項１に記載の粒子検出器。
  5. 前記第２発光部は、前記第２発光部の光軸及び前記第２受光部の光軸によって定まる散乱面に対して垂直な偏光面を有する偏光光を前記第２射出光として射出する、 請求項４に記載の粒子検出器。
  6. 前記単分散粒子は、半導体製造用ガスの燃焼生成物である、 請求項１から５の何れか一項に記載の粒子検出器。

Description

本発明は、粒子検出器に関する。 従来、火災を検出する煙感知器が知られていた（例えば、特許文献１参照）。 特開２０２０－２０４８４６号公報 本実施の形態に係る感知器を示すブロック図である。感知器の各素子を示す図である。粒子での光の散乱の説明図である。防災処理のフローチャートである。本実施の形態に係る感知器を示すブロック図である。感知器の各素子を示す図である。 以下に、本発明に係る粒子検出器の各実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この各実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 〔実施の形態の基本的概念〕 まずは、各実施の形態の基本的概念について説明する。各実施の形態は、概略的に、粒子検出器に関するものである。 「粒子検出器」とは、粒子を検出する機能を有する機器である。 「粒子」とは、微細な粒であり、具体的には、火災発生に伴って生じる粒子等を含む概念であり、例えば、燻焼煙に含まれる水の粒子、燃焼煙に含まれる炭素の粒子、及び半導体製造用ガス等のガス燃焼生成物に対応する粒子等を含む概念である。 「半導体製造用ガス」とは、半導体を製造するために用いられるガスであり、例えば、シランガス（ＳｉＨ４）又はホスフィンガス（ＰＨ３）等を含むガスである。 「半導体製造用ガスの燃焼生成物に対応する粒子」とは、シランガスが燃焼した場合に発生する二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の粒子、及びホスフィンガスが燃焼した場合に発生するＰ４Ｏ１０の粒子等を含む概念である。 燻焼煙に含まれる水の粒子の粒子径は、例えば、０．０１μｍ以上～１０μｍ以下程度であり、粒子径に比較的大きなばらつきが存在する特徴を有する。また、燃焼煙に含まれる炭素の粒子は、例えば、０．００１μｍ以上～数μｍ以下程度であり、粒子径に比較的大きなばらつきが存在する特徴を有する。 一方で、シランガスが燃焼した場合に発生する酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の粒子及びホスフィンガスが燃焼した場合に発生するＰ４Ｏ１０の粒子の粒子径は、例えば、０．０５μｍ（５０ｎｍ）以上～０．０６μｍ（６０ｎｍ）以下程度の粒子径であり、比較的小さな粒子径においてサイズ（粒子径）が比較的よく揃っている特徴を有する。 なお、これらの酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の粒子及びＰ４Ｏ１０の粒子については、粒子径が比較的よく揃っているので、「単分散粒子」に該当する。なお、前述の燻焼煙に含まれる水の粒子及び燃焼煙に含まれる炭素の粒子は、粒子径に比較的大きなばらつきが存在するので、「単分散粒子」には該当しない。 「単分散粒子」とは、粒子径が比較的よく揃っている粒子を示す概念であり、例えば、前述のシランガスが燃焼した場合に発生する二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の粒子、及びホスフィンガスが燃焼した場合に発生するＰ４Ｏ１０の粒子等を含む概念である。なお、「単分散粒子」であるか否かを定める粒子径のばらつきの範囲は任意であるが、例えば、各粒子の粒子径の差分の最大値が数１０ｎｍ～数１００ｎｍ以下の粒子が単分散粒子に該当するものと解釈してもよい。 そして、以下に示す実施の形態では、粒子検出器の概念を感知器に適用して、半導体製造用ガスの燃焼生成物に対応する粒子（二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の粒子）であるか否かを判定する場合を例示して説明する。すなわち、「単分散粒子」が二酸化ケイ素の粒子である場合について説明する。 ［実施の形態の具体的内容］ 次に、実施の形態の具体的内容について説明する。 （実施の形態１） 最初に、実施の形態１について説明する。この実施の形態では、感知器が、１個の発光素子と、２個の受光素子とを備える場合について説明する。 （構成） まず、本実施の形態に係る感知器の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る感知器を示すブロック図であり、また、図２は、感知器の各素子を示す図である。 図１の感知器１は、前述の粒子検出器であり、具体的には、対象領域で発生する火災を検出する装置であり、例えば、通信部１１、検出部１２、記録部１３、及び制御部１４を備える。 なお、感知器１の詳細構成は公知の感知器の構成を適用することができるので、本実施の形態では、本願に特徴的な構成について詳細に説明し、他の構成についてはその説明を省略する。 「対象領域」とは、火災を検出する対象となる領域であり、具体的には、感知器１が設置されている領域であり、例えば、工場の建物内の領域、及びその他の任意の領域（建物外の領域を含む）等を含む概念である。本実施の形態では、対象領域が半導体製造工場の建物内の領域である場合を例示して説明する。 （構成－通信部） 図１の通信部１１は、外部機器（例えば、防災受信機等）との間で通信を行うための通信手段である。通信部１１は、例えば、通信回路等を用いて構成することができる。 （構成－検出部） 図１の検出部１２は、対象領域の火災を検出するための構成要素であり、例えば、発光素子１２１、第１受光素子１２２、第２受光素子１２３を備える。なお、本願において、「素子」とは、特定の機能を発揮するための構成要素を示すこととし、１個のみの部品又は複数の部品の集合等を示す概念であることとする。また、発光素子１２１、第１受光素子１２２、及び第２受光素子１２３を総称して「各素子」とも称する。 検出部１２の各素子は、図２に示すように、感知器１の検出空間１０１内に設けられる。「検出空間」１０１とは、火災で発生する燃焼生成物である粒子を検出するための感知器１の内部の空間であり、例えば、感知器１のラビリンス（不図示）等で覆われて遮光されている空間である。この検出空間１０１については、例えば、感知器１の外部の空間との間で粒子が出入り可能となっているが、具体的は構成としては公知の構成を適用することができるのでその説明は省略する。なお、検出部１２の各素子の詳細については、後述する。 （構成－記録部） 図１の記録部１３は、感知器１の動作に必要なプログラム及び各種のデータを記録する記録手段である。記録部１３は、例えば、フラッシュメモリ等を用いて構成することができる。 （構成－制御部） 図１の制御部１４は、感知器１を制御する制御手段であり、具体的には、ＣＰＵ、当該ＣＰＵ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）、及びプログラムや各種のデータを格納するためのＲＡＭの如き内部メモリを備えて構成されるコンピュータである。特に、実施の形態に係る制御プログラムは、任意の記録媒体又はネットワークを介して感知器１にインストールされることで、制御部１４の各部を実質的に構成する。 この制御部１４は、機能概念的に、処理部１４１を備える。処理部１４１は、第１受光部による第１散乱光の受光結果に基づいて、粒子を検出し、及び／又は、粒子が第１射出光の波長よりも小さい所定子粒径範囲内の粒子径を有する単分散粒子であるか否かを判定する処理部である。なお、この制御部１４の各部により行われる処理については、後述する。 （構成－検出部の各素子の詳細） 次に、検出部１２の各素子の詳細について説明する。 ＝＝＝散乱面＝＝＝ 図２の第１散乱面９１１は、発光素子１２１の光軸１２１ａと第１受光素子１２２の光軸１２２ａとによって定まる平面を示しており、すなわち、各光軸に対応する２本の直線を含む平面を示している。図２の第２散乱面９１２は、発光素子１２１の光軸１２１ａと第２受光素子１２３の光軸１２３ａとによって定まる平面を示しており、すなわち、各光軸に対応する２本の直線を含む平面を示している。 なお、本実施の形態では、各散乱面が相互に交差する異なる平面となる場合について例示しているが、これに限らず、各素子の各光軸が共通する１個の平面に含まれるように各素子を配置することにより、１個の共通する散乱面が設けられるように構成してもよい（他の実施の形態も同様とする）。 ＝＝＝偏光面＝＝＝ 各素子の各光軸上に図示されている各偏光面１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂは、各素子が射出（つまり、出力）又は受光する光の偏光面を示している。 ＝＝＝各素子＝＝＝ 検出部１２の各素子は、各素子の光軸１２１ａ、１２２ａ、１２３ａが検出点Ｐ９１で交わるように配置されている。なお、「検出点」Ｐ９１とは、粒子が検出される位置に対応する点であり、この検出点Ｐ９１の粒子が検出されることになる。また、各素子の配置の詳細については後述する。 ＝＝＝発光素子＝＝＝ 発光素子１２１は、検出空間１０１の検出点Ｐ９１へ光を射出する第１発光部であり、具体的には、第１散乱面９１１に対して平行な偏光面１２１ｂを有する平面偏光光を射出する構成要素である。発光素子１２１の具体的な構成は任意であるが、例えば、発光ダイオード及び偏光板等を用いて構成することができる。なお、発光素子１２１から射出される光を「第１射出光」とも称する。また、発光素子１２１が射出する光の波長については後述する。 ＝＝＝第１受光素子＝＝＝ 第１受光素子１２２は、第１射出光が検出空間１０１の検出点Ｐ９１の粒子により散乱されて生じる散乱光を受光する第１受光部である。第１受光素子１２２は、具体的には、第１射出光が検出空間１０１の検出点Ｐ９１の粒子により散乱されて生じる散乱光のうち第１散乱面９１１に平行な偏光面１２２ｂを有する平面偏光光であって、第１射出光に対して散乱角９０度方向の平面偏光光を受光する構成要素である。第１受光素子１２２の具体的な構成は任意であるが、例えば、フォトダイオード及び偏光板等を用いて構成することができる。なお、第１受光素子１２２によって受光される散乱光を「第１散乱光」とも称する。 なお、「散乱角９０度方向の平面偏光光」とは、図２に示すように、発光素子１２１の光軸１２１ａと第１受光素子１２２の光軸１２２ａとにより形成される散乱角Ａ１１が９０度となっている場合に受光される平面偏光光を示す概念である。 ＝＝＝第２受光素子＝＝＝ 第２受光素子１２３は、第１散乱光とは異なる散乱光を受光する第２受光部である。第２受光素子１２３は、例えば、第１射出光が検出空間１０１の検出点Ｐ９１の粒子により散乱されて生じる散乱光のうち第２散乱面９１２に平行な偏光面１２３ｂを有する平面偏光光であって、第１射出光に対して散乱角鋭角方向の平面偏光光を受光する構成要素である。第２受光素子１２３の具体的な構成は任意であるが、例えば、フォトダイオード及び偏光板等を用いて構成することができる。なお、第２受光素子１２３によって受光される散乱光を「第２散乱光」とも称する。 なお、「散乱角鋭角方向の平面偏光光」とは、図２に示すように、発光素子１２１の光軸１２１ａと第２受光素子１２３の光軸１２３ａとにより形成される散乱角Ａ１２が鋭角（つまり、９０度よりも小さな角度であり一例としては３０度）となっている場合に受光される平面偏光光を示す概念である。 ＝＝＝散乱＝＝＝ 図３は、粒子での光の散乱の説明図である。図３の（ａ）は、光の波長よりも小さい粒子径の粒子で当該光が散乱される場合に生じるレイリー散乱における各散乱角方向での散乱光の強度を示しており、また、図３の（ｂ）は、光の波長よりも大きい粒子径の粒子で当該光が散乱される場合に生じるミー散乱における各散乱角方向での散乱光の強度を示している。図３（ａ）は、例えば、粒子径が光の波長の１０分の１程度以下（つまり、光の波長が粒子径の１０倍程度以上）となっており、光の波長に対して粒子径が十分に小さい場合に生じるレイリー散乱に関する情報が図示されている。 ＜レイリー散乱＞ 図３の（ａ）は、矢印で示されるように、図面左方向から点Ｐ８１０に向かって射出された光が点Ｐ８１０に設けられている粒子で散乱された場合の強度が曲線８１１及び曲線８１２として図示されている。 曲線８１１は、光を射出する側の