JPWO2015011942A1 - 静電気分布計測装置および静電気分布計測方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ファラデーケージは、計測対象物を、電荷を計測できるケージの中に収容して、計測対象物をコンデンサと見立ててその電荷量を計測することで、計測対象物の帯電量を計測する。
表面電位計は、計測対象物の表面にプローブを近接させて計測対象物の電界量を計測して、静電気量を計測する。
ポッケルス効果は、誘電体の等方性結晶において外部から電界をかけると、その電界に比例して光の屈折率が変わる現象である。これを利用して、計測対象物の表面に所定の媒体(ポッケルス結晶体)を設置し、この媒体に光を照射したときの反射光や透過光の屈折率を検出することで、静電気を計測する。
カー効果は、物質に外部から電界をかけると、その電界に2乗に比例して光の屈折率が変化する現象であり、この電気光学特性を計測することで、静電気を計測することができる。
走査型プローブ顕微鏡は、計測対象物に対してプローブを走査させながら静電気量を計測する。
まず、様々な部品や製品が静電気を帯びることで生じる問題例を説明する。図1は、問題例を説明する模式図である。図1では、製造ライン100を部品101A〜101Eが流れている様子を示している。部品101A〜101Eは、製造工程で用いられたり、外観検査の対象となったりすることで、製造ライン100を流れる。このとき、製造工程での適正な処理や外観検査での容易性のために、複数の部品101は、所定間隔を保ったままで流れることが好ましい。
図2は、表面電位計による計測対象物200の静電気分布を計測する状態を示す模式図である。表面電位計300は、従来技術で説明したように、計測対象物からの電位を計測することで、計測対象物200の計測面における静電気を計測できる。ここで、計測対象物200の計測面を、複数領域201A〜201Dに仮想的に分割されると仮定して、表面電位計300が、分割された複数領域201A〜201Dのそれぞれの静電気を計測する。この複数領域201A〜201Dのそれぞれの静電気が計測されれば、計側面の静電気分布が把握できる。
図3は、走査型プローブ計測装置による計測対象物200の静電気分布を計測する模式図である。走査型プローブ310が、計測対象物200の表面を順々にプローブすることで、計測対象物200の計測面全体のそれぞれの位置での静電気量を計測できる。この結果、計測対象物200の計測面の静電気分布を計測できる。
図4は、本発明の実施の形態1における静電気分布計測装置のブロック図である。静電気分布計測装置1は、計測対象物200の静電気分布を計測する。
計測対象物200は、上述のように静電気の影響を受けることが好ましくないと考えられる様々な部品や製品である。
静電気分布計測装置1は、この計測対象物200の静電気分布を計測する。このために、計測対象物200は、振動手段3によってアレイアンテナ2との間で相対的に振動する。この振動によって、計測対象物200は、仮想的な電荷振動に基づく電界を発生させる。
アレイアンテナ2は、複数のアンテナ素子21の集合体である。複数のアンテナ素子21が、計測対象物200の計測面210に対向している。この対向によって、アンテナ素子21のそれぞれは、仮想的に区分された領域211のそれぞれに対向する。
振動手段3は、アレイアンテナ2と計測対象物200とを、相対的に振動させる。このため、振動手段3は、アレイアンテナ2を固定した状態で、計測対象物200を振動させても良い。あるいは、振動手段3は、計測対象物200を固定した状態で、アレイアンテナ2を振動させても良い。あるいは、振動手段3は、計測対象物200とアレイアンテナ2の両方を振動させてもよい。これらのいずれかによって、振動手段3は、アレイアンテナ2と計測対象物200とのそれぞれを相対的に振動させることができる。
計測手段4は、アレイアンテナ2より出力された電界の強度、周波数および位相の少なくとも一つを計測する。電界は、強度、周波数および位相の要素を有している。これらの要素のそれぞれは、電界の根源である電荷(この電荷は、静電気の帯電によって生じている電荷である)の電位やその符号(正か負)を示す。
算出手段5は、計測手段4から出力された計測結果である電界の強度、周波数および位相の少なくとも一つに基づいて、領域211の静電気量を算出する。このとき、算出手段5は、強度、周波数および位相のいずれか一つのみに基づいて、静電気量を算出しても良いし、強度、周波数および位相の複数の要素の組み合わせに基づいて、静電気量を算出しても良い。
算出手段5は、電界の強度と静電気量との対応関係式に基づいて、領域211の静電気量を算出することもできる。例えば、電界強度と静電気量との対応関係を示す対応関係式が予め定められている。
また、算出手段5は、電界の強度と静電気量との対応関係を示す関係テーブルに基づいて、静電気量を算出しても良い。対応関係式と異なり、離散値に基づく算出となるが、処理負荷が小さいメリットがある。関係テーブルは、経験的に変更やアップデートされることが可能であり、算出手段5は、使用の積み重ねに応じて、より精度の高い静電気量の算出を行える。
描画手段6は、算出手段5が算出した複数の領域211のそれぞれでの静電気量に基づいて、計測面210の静電気分布を描画する。算出手段5が算出した複数領域211のそれぞれでの静電気量は、領域211のそれぞれでの単一の値としての静電気量である。すなわち、図5に示される状態である。
図7は、本発明の実施の形態2における静電気分布計測装置のブロック図である。図4と同じ要素に加えて、表示手段7が追加されている。図4と同じ符号の要素については、説明を省略する。
次に、算出手段5における静電気量の算出の工夫について説明する。
発明者によって行われた実験結果について説明する。
図10は、従来技術の代表例である表面電位計(静電誘導型、振動容量型)での、計測対象物の計測面の電界を測定する場合と、本発明のアンテナ素子(モノポール型アンテナ)で計測対象物の計測面の電界を測定する場合との違いを示す実験結果である。図10の実験は、発明者によってなされたものである。
図11は、本発明の実施の形態2における静電気分布の実験状態を示す説明図である。図11に関する実験は、発明者によって行われたものである。
2 アレイアンテナ
21 アンテナ素子
3 振動手段
4 計測手段
5 算出手段
6 描画手段
7 表示手段
200 計測対象物
210 計測面
211 領域
Claims (15)
- 計測対象物の計測面における静電気分布を計測する静電気分布計測装置であって、
振動によって前記計測面における複数領域のそれぞれで生じる電界を受信するアレイアンテナと、
前記計測対象物もしくは前記アレイアンテナを振動させる振動手段と、
前記アレイアンテナが受信した前記複数領域のそれぞれでの前記電界の強度、周波数および位相の少なくとも一つを計測する計測手段と、
前記計測手段での計測結果に基づいて、前記複数領域のそれぞれでの静電気量を算出する算出手段と、
前記複数領域のそれぞれでの静電気量に基づいて、前記計測面における静電気分布を描画する描画手段と、を備え、
前記アレイアンテナは、前記複数領域のそれぞれに対応する複数のアンテナ素子を有する、静電気分布計測装置。 - 前記計測対象物は、製造現場で使用される、電子部品、電子素子、半導体集積素子、電子基板、電子機器、機械部品、輸送用機器、化学品、食品、紙製品、セラミックス材料、プラスチック材料、高分子材料、フィルム製品、ゴム製品、樹脂製品、金属製品、薬品および繊維製品のいずれかの製品要素である、請求の範囲第1項記載の静電気分布計測装置。
- 前記製品要素は、製造現場における製造ラインを流れる、請求の範囲第2項記載の静電気分布計測装置。
- 前記複数領域は、前記計測対象物において、前記アレイアンテナと対向する面である前記計測面に仮想的に設けられる、請求の範囲第1項から第3項のいずれか記載の静電気分布計測装置。
- 前記複数領域のそれぞれは、前記アレイアンテナが備える複数の前記アンテナ素子に対向する領域によって区分される、請求の範囲第4項記載の静電気分布計測装置。
- 前記複数領域のそれぞれの面積は、前記アンテナ素子の受信指向性に基づいて、定められる、請求の範囲第5項記載の静電気分布計測装置。
- 前記複数のアンテナ素子は、所定格子状に並んでおり、前記複数領域のそれぞれは、前記計測対象物において、前記所定格子状に対応して区分される、請求の範囲第1項から第6項のいずれか記載の静電気分布計測装置。
- 前記複数のアンテナ素子のそれぞれは、前記複数領域の面積に集中する指向性を有する、請求の範囲第1項から第7項のいずれか記載の静電気分布計測装置。
- 前記振動手段は、前記アレイアンテナが固定された状態で前記計測対象物を振動させる、もしくは前記計測対象物が固定された状態で前記アレイアンテナを振動させる、ことで、前記計測対象物と前記アレイアンテナとが相対的に振動している状態を形成する、請求の範囲第1項から第8項のいずれか記載の静電気分布計測装置。
- 前記算出手段は、前記計測対象物または前記アレイアンテナの振幅に基づいて信頼性値を算出し、前記電界の強度に基づいて算出される静電気量と前記電界の位相に基づいて算出される電気的極性に前記信頼性値を重み付けして、前記複数領域野それぞれの静電気量を算出する、請求の範囲第1項から第9項のいずれか記載の静電気分布計測装置。
- 前記信頼性値は、前記計測対象物または前記アレイアンテナの振幅が小さい場合に小さく、前記計測対象物の振幅が大きい場合に大きい、請求の範囲第10項記載の静電気分布計測装置。
- 前記算出手段は、前記複数領域のそれぞれの静電気量を、当該領域の絶対値として算出し、
前記描画手段は、前記複数領域のそれぞれでの絶対値としての静電気量を、所定の補間を行うことで、前記計測対象物の前記計測面での静電気分布を描画する、請求の範囲第1項から第11項のいずれか記載の静電気分布計測装置。 - 前記所定の補間は、線形補間を含む、請求の範囲第12項記載の静電気分布計測装置。
- 前記描画手段が描画した、前記計測面の静電気分布を表示する表示手段を、更に備える、請求の範囲第1項から第13項のいずれか記載の静電気分布計測装置。
- 計測対象物の計測面での静電気分布を計測する静電気分布計測方法であって、
振動によって前記計測面における複数領域のそれぞれで生じる電界を受信するアレイアンテナを備え、
前記計測対象物もしくは前記アレイアンテナを振動させる振動ステップと、
前記アレイアンテナが受信した前記複数領域のそれぞれでの前記電界の強度、周波数および位相の少なくとも一つを計測する計測ステップと、
前記計測手段での計測結果に基づいて、前記複数領域のそれぞれでの静電気量を算出する算出ステップと、
前記複数領域のそれぞれでの静電気量に基づいて、前記計測対象物における静電気分布を描画する描画ステップと、を備え、
前記アレイアンテナは、前記複数領域のそれぞれに対応する複数のアンテナ素子を有する、静電気分布計測方法。
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