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ポラリオンライトがよく見えるわけ・効果的な使い方

ポラリオンライトと一般光源との違い
☆写真はイメージ
一般的な照明(蛍光灯や白熱灯)とポラリオンライトとの一番の違いは一般的な照明が周囲全方向に光を発するの対し、ポラリオンライトは一方向へ向けて強力な光を発生させるという点です。
ポラリオンライトはさらに他の懐中電灯のような一方向へ向けて発する光と比べても強力です。この単位はルーメンで表されますが、ポラリオンライトは3400ルーメン。これは50人程度の会議室で使用するプロジェクタとほぼ同等の数値です。これに対し、一般に超強力とされるLEDライトや野外活動用ライトでもせいぜい数100ルーメンどまりです。
ルーメンという単位で表す光を光束(こうそく、luminous flux)といいます。光束とは、光源からある方向に放射されたすべての光の明るさを表す心理的な物理量とされています。
「心理的」となっているのは、人間の目にはとりこむ光の量を調節する虹彩があるので、同じ光度の光源を見ても、全体が明るい場合とまわりが暗く1点だけ光が当たるところがある場合では、後者のほうがはっきり見えるということです。
このことは演劇のスポットライトなどに応用されています。
ポラリオンライトは微小なホコリを見るのに最適
さらに、ポラリオンライトが微小なダストが見える原理はもっと身近に経験されているはずです。例えば、太陽の光が雲の間から、差し込むときに光が筋のように見えます。これは「光芒」と言われる現象で、カーテンの隙間から差し込む光で光芒が見えるときには部屋のホコリが浮かんでいるのもよく見かけます。
つまり、微小なものを見るのに、より適しているのは全体的な光の量でなく、その1点だけが明るいということなのです。

通常の照明では、小さいホコリはいろいろな所から反射される光によって自らは周囲の明るさより明るくなることはありません。そのためにホコリは光に埋もれてしまい、人の目で見ることが確認できない、もちろんカメラでもみることはできません。しかし、きれいに整ったポラリオンライトの光が小さなホコリに当たると、周囲の光よりも強い光で反射するために、今まで見えなかったホコリが見えるようになるというわけです。
ポラリオンライトと一般光源との違い
【浮遊するゴミを見るには・・・】

ポラリオンライトは一方向に進む強い光なので、できるだけ光源やものに当たっての反射光が目に入らないようにして見ます。そのとき、空気中に浮遊する異物があれば、その異物にあたった光が散乱してよく見えますという仕組みです。
よって、周囲が暗いほうがよく見えることは言うまでもありません。
また、空気中にゴミの少ないクリーンルームのほうがより小さなゴミが見えることも確認されています。 
 
ポラリオンライトの光は一方向へ進むがダストに反射した光は周囲に散乱する。
【ものに付着したダスト・異物を見るには・・・】

光の反射の法則で「光の反射において入射角と散乱角は等しい」とされています。つまり、ポラリオンライトを低い角度で対象物に当てれば、強い散乱光は目には帰って入らず、その表面にある異物の散乱光のみを確認することができます。
対象物の表面はより鏡面に近いほうが望ましく、具体的には、ガラス、フィルム、ポリッシング後の金属、磨きの入ったSUSなどがよく見えます。
低い角度で照射したポラリオンライトの散乱光は目に入らない。
こんな場合はよく見えません
反射光が直接目に入る場合には、まぶしくて小さな異物はほとんど見えません。


狭い場所で使用する場合には、周りの人への影響が懸念されます。
検査工程などでは、周囲へ光が漏れないように注意しましょう。デスクトップに遮光用のフードを使用するなどの工夫がお勧めです。
※クリーンベンチのページを参照してください。

表面が粗いものは強い光が散乱してしまい、微小な異物はほとんど見えません。人体、衣類(布類)などのもともと表面形状が粗いものの他、一般的に「つや消し」処理をされたものがあたります。
具体的には、サンドブラストされたもの、ラップ(研磨)されたもの、顔料を含んだ樹脂などです。
他のHID光源との違い
ポラリオン クリーンルーム ライトNP−1は特殊反射鏡を搭載して、強い光を一方向へ遠くまで届くような工夫がしてあります。
そのため、光束中にあるゴミを効率よく観測することができるのですが、これに対し、他のHID光源ライトでは光を拡散させるための反射鏡を持っていることが多いようです。これは周囲を明るく照らすという目的では大変有効ですが、すでに説明したように微小なゴミを見つけるという目的に対しては有効ではありません。
また、付着ゴミをみるという目的に対しても反射角が広がってしまうため、見えにくくなります。
微小なゴミを見るための条件は光の強さというよりも強い光を一方向へ遠くまで届けるための反射鏡にあるといっても過言ではありません。
レーザーシート光との比較
ポラリオン クリーンルーム ライトNP−1よりもさらに微小なゴミを見るためには肉眼では難しくなります。この場合、グリーンレーザー光線とCCDなどのカメラを組み合わせた装置を使用します。*1
このとき、レーザー光線はレンズを使ってシート状に広げることがポイントです。(レーザーシート光)
このレーザーシート光を使えば、さらに微小なゴミを観測することは可能ですが、問題点もあります。それは装置のコストが高くなること、それから、2次元上の観測しかできないことです。つまり、ゴミの存在は確認できますがシート光を離れてしまえば、もう見えなくなります。
ポラリオン クリーンルーム ライトNP−1でははるかにローコストに光束中のゴミを観測できるので、限られた範囲ではありますが、ゴミの移動、すなわち、どこから来てどちらへ向かって移動しているのか、どのあたりから発生しているのかを観測することができます。

*1シーズシーでも微粒子可視化装置として紹介しています。詳しくはこちらのページをご覧ください
緑の光は目によい
ポラリオンライトはグリーンフィルターがセット販売されていますが、これにも理由があります。
一言で言えば、「緑の光は目によい」。ということです。
人間の視覚系の感度は、光の波長によって異なりますが、明所視(明るい場所で視神経が機能している状態)では555nmがもっとも感度がよいとされています。この波長がポラリオンライトのフィルターのピークに設定されているので、もっともよく見えるというわけです。
また、暗所視では507nmの光に対して最も感度がよいと言われています。
色彩のポータルサイト〜カラーセミナーより転用しました。
余談ですが・・・「緑は目にいい」というブログを見つけました。ご参考までに。
特定の波長を選択可能なコーティングを採用しています
ところで、ポラリオンライトに付属しているグリーンフィルターをよく見てみると、角度により緑に見えることもあれば、紫に見えることもあります。これはグリーンフィルターに施されたダイクロイックコートと呼ばれるコーティングのためです。ダイクロイックコートには特定の波長は非常に高い効率で透過するが、それ以外の波長は反射するという特徴があります。先にあげたグリーンフィルターが緑に見えたり、紫に見えたりするのは、透過(緑)と反射(赤+青)のためです。

また、緑色を取り出すにはこのダイクロイックコート以外では、色ガラスを使うという方法もあります。逆に必要な色以外は吸収してしまう方法です。しかし、この方法では全体的光度が失われてしまうという欠点があります。また、ポラリオンライトの熱を吸収してガラス破損の原因にもなりますので、ポラリオンライトには色ガラスは絶対に行わないでください。
効率的に緑の光を透過するフィルター
検査工程でのアプリケーション
ワークの表面の異物や形状、傷などを確認するために実体顕微鏡を使って、目視検査を行う場合、ポラリオンライトを使うと大変効率がよくなる場合があります。
左写真はあるガラスワークを〜×40倍の実体顕微鏡で撮影したものです。表面の異物を観察したいのですが、この倍率ではよく見えません。
この場合、〜×200倍の対物レンズを装着するとよく見えるようになりましたが、観察範囲も広がるので、時間がかかります。
次は同じワークに側面からポラリオンライトを当てたものです。
今度は〜×40倍でも表面の異物がはっきりと分かります。
よって、ポラリオンライトを使うことで検査工程の効率がアップすることが予測されます。
☆検査工程ではこんなケースもあります。ご注意ください。

ポラリオンライトは残念ながら調光機能がありません。よって、明るく見えすぎるという問題がある場合があります。
検査工程には、OK/NGを判定する「しきい値」がありますが、場合によっては、このしきい値をはるかに超える異物(本来であればチェックする必要のない)が見えてしまい、かえって手間がかかる場合です。
例えて言えば、夜空の星の数は変わらないけれど、「都会」でみる数と「空気の澄んだ山」でみる数はぜんぜん違う。どちらが一等星を数えるのに有利か、といった感じです。該当することが懸念される方はデモ機などでお確かめの上、お使いください。

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