JP2003106979A - 低コヒーレンス干渉法を用いた動的光散乱測定装置 - Google Patents
低コヒーレンス干渉法を用いた動的光散乱測定装置Info
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- JP2003106979A JP2003106979A JP2001297600A JP2001297600A JP2003106979A JP 2003106979 A JP2003106979 A JP 2003106979A JP 2001297600 A JP2001297600 A JP 2001297600A JP 2001297600 A JP2001297600 A JP 2001297600A JP 2003106979 A JP2003106979 A JP 2003106979A
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- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/0209—Low-coherence interferometers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】低コヒーレンス光源を利用して干渉計を構成す
ることにより、散乱体積を限定でき、もって高濃度の媒
質からの散乱光に基づいて、媒質の動的特性を測定する
ことのできる動的光散乱測定装置を実現する。 【解決手段】低コヒーレンス光源２と、低コヒーレンス
光源２から集光された光を溶液に照射する対物レンズ６
と、マイケルソン干渉計を用いて粒子の散乱光強度を測
定する光検出器９と、測定された散乱光強度に基づい
て，粒子の拡散係数の分布を解析するスペクトラムアナ
ライザ１０とを備える。 【効果】低コヒーレンス光源２付きの干渉計を用いてい
るので、光源光の光路長とほぼ等しい特定された部位か
らの散乱光成分のみを検出できる。
ることにより、散乱体積を限定でき、もって高濃度の媒
質からの散乱光に基づいて、媒質の動的特性を測定する
ことのできる動的光散乱測定装置を実現する。 【解決手段】低コヒーレンス光源２と、低コヒーレンス
光源２から集光された光を溶液に照射する対物レンズ６
と、マイケルソン干渉計を用いて粒子の散乱光強度を測
定する光検出器９と、測定された散乱光強度に基づい
て，粒子の拡散係数の分布を解析するスペクトラムアナ
ライザ１０とを備える。 【効果】低コヒーレンス光源２付きの干渉計を用いてい
るので、光源光の光路長とほぼ等しい特定された部位か
らの散乱光成分のみを検出できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料溶液中の粒子
の動的光散乱測定をすることができる動的光散乱測定装
置に関するものである。
の動的光散乱測定をすることができる動的光散乱測定装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】動的光散乱測定法は、散乱媒質からの散
乱光強度の時間変動（ゆらぎ）を時間相関関数やパワー
スペクトルを用いて検出することにより、散乱媒質の動
的特性を調べる方法であり、溶液内の微粒子の拡散係数
の測定などに広く用いられている。従来、動的光散乱測
定に使用する光源には、コヒーレンス長のきわめて長い
レーザ光源が専ら採用されていた。
乱光強度の時間変動（ゆらぎ）を時間相関関数やパワー
スペクトルを用いて検出することにより、散乱媒質の動
的特性を調べる方法であり、溶液内の微粒子の拡散係数
の測定などに広く用いられている。従来、動的光散乱測
定に使用する光源には、コヒーレンス長のきわめて長い
レーザ光源が専ら採用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】濃度の薄い溶液であれ
ば、単散乱理論（一度散乱された光は、再度、他の粒子
に散乱されないという前提に基づいた理論）が適用でき
る。ところが、濃い溶液では、一度散乱された光が、他
の粒子に当たって散乱されるという多重散乱現象が起こ
る。このため、単散乱理論を前提として求められる粒子
の動的特性が、実際と違ってくるという不都合がある。
ば、単散乱理論（一度散乱された光は、再度、他の粒子
に散乱されないという前提に基づいた理論）が適用でき
る。ところが、濃い溶液では、一度散乱された光が、他
の粒子に当たって散乱されるという多重散乱現象が起こ
る。このため、単散乱理論を前提として求められる粒子
の動的特性が、実際と違ってくるという不都合がある。
【０００４】そこで、高濃度溶液の動的光散乱測定に適
した手法として、光ファイバーを利用して、ファイバー
端面の極く近傍からの散乱光のみを測定することによ
り、多重散乱の影響を抑える手法が提案されている（例
えば国際公開ＷＯ00/31514参照）。しかしながらこの手
法では、光ファイバーを溶液に浸さなくてはならず、試
料への汚染や、光ファイバーの汚れの問題が生じる。ま
た、測定部位がファイバー端面の極く近傍に限られるた
め、試料の位置情報を得るには、ファイバーを試料内で
光軸方向に動かしていかなければならず、可動部分の構
成が複雑になるという問題が生じる。
した手法として、光ファイバーを利用して、ファイバー
端面の極く近傍からの散乱光のみを測定することによ
り、多重散乱の影響を抑える手法が提案されている（例
えば国際公開ＷＯ00/31514参照）。しかしながらこの手
法では、光ファイバーを溶液に浸さなくてはならず、試
料への汚染や、光ファイバーの汚れの問題が生じる。ま
た、測定部位がファイバー端面の極く近傍に限られるた
め、試料の位置情報を得るには、ファイバーを試料内で
光軸方向に動かしていかなければならず、可動部分の構
成が複雑になるという問題が生じる。
【０００５】そこで、本発明は、低コヒーレンス光源を
利用して干渉計を構成することにより、散乱体積を限定
でき、もって高濃度の媒質からの散乱光に基づいて、媒
質の動的特性を測定することのできる動的光散乱測定装
置を実現することを目的とする。
利用して干渉計を構成することにより、散乱体積を限定
でき、もって高濃度の媒質からの散乱光に基づいて、媒
質の動的特性を測定することのできる動的光散乱測定装
置を実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の動的光散乱測定
装置は、低コヒーレンス光源と、低コヒーレンス光源か
ら集光された光を溶液に照射する照射手段と、干渉計を
用いて粒子の散乱光強度を測定する光強度測定手段と、
測定された散乱光強度に基づいて，粒子の拡散係数の分
布を解析する解析手段とを備えている（請求項１）。こ
の構成によれば、低コヒーレンス光源付きの干渉計を用
いているので、光源光の光路長とほぼ等しい特定された
部位からの散乱光成分のみを検出できる。言い換える
と、高濃度溶液からの散乱光の単散乱成分のみを選択的
に検出できる。
装置は、低コヒーレンス光源と、低コヒーレンス光源か
ら集光された光を溶液に照射する照射手段と、干渉計を
用いて粒子の散乱光強度を測定する光強度測定手段と、
測定された散乱光強度に基づいて，粒子の拡散係数の分
布を解析する解析手段とを備えている（請求項１）。こ
の構成によれば、低コヒーレンス光源付きの干渉計を用
いているので、光源光の光路長とほぼ等しい特定された
部位からの散乱光成分のみを検出できる。言い換える
と、高濃度溶液からの散乱光の単散乱成分のみを選択的
に検出できる。
【０００７】これに基づき、時間変動する散乱光のスペ
クトルや相関関数を求めることにより、高濃度溶液粒子
の動的特性を測定することができる。前記低コヒーレン
ス光源の光のコヒーレンス長は、10μｍ以上100μｍ以
下であることが望ましい（請求項２）。10μｍ未満であ
れば、発光ダイオードなどの非コヒーレンス光源と変わ
らなくなり、測定信号がノイズに埋もれて測定精度が低
下する。100μｍ以下を超えると、従来のレーザ光源を
用いたのと変わらなくなり、高濃度溶液からの散乱光の
単散乱成分を抽出できなくなる。
クトルや相関関数を求めることにより、高濃度溶液粒子
の動的特性を測定することができる。前記低コヒーレン
ス光源の光のコヒーレンス長は、10μｍ以上100μｍ以
下であることが望ましい（請求項２）。10μｍ未満であ
れば、発光ダイオードなどの非コヒーレンス光源と変わ
らなくなり、測定信号がノイズに埋もれて測定精度が低
下する。100μｍ以下を超えると、従来のレーザ光源を
用いたのと変わらなくなり、高濃度溶液からの散乱光の
単散乱成分を抽出できなくなる。
【０００８】前記低コヒーレンス光源は、ＳＬＤ(Super
Luminescent Diode)によって実現される（請求項
３）。
Luminescent Diode)によって実現される（請求項
３）。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、マイケ
ルソンの干渉計を用いた本発明の動的光散乱測定装置の
構成図である。光源２には、ＳＬＤ(Super Luminescent
Diode)を用いている。光源２の光は、レンズ群３によ
り平行光線にされ、干渉計のビームスプリッタ４に入射
され、ビームスプリッタ４により２つの光路に分割され
る。１つは、鏡５に当たり反射され、反射光はビームス
プリッタ４を通り検出レンズ８に入射される。前記鏡５
を振動させることで参照光に変調をかけることもでき
る。
付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、マイケ
ルソンの干渉計を用いた本発明の動的光散乱測定装置の
構成図である。光源２には、ＳＬＤ(Super Luminescent
Diode)を用いている。光源２の光は、レンズ群３によ
り平行光線にされ、干渉計のビームスプリッタ４に入射
され、ビームスプリッタ４により２つの光路に分割され
る。１つは、鏡５に当たり反射され、反射光はビームス
プリッタ４を通り検出レンズ８に入射される。前記鏡５
を振動させることで参照光に変調をかけることもでき
る。
【００１０】他の１つは、対物レンズ６により試料溶液
を満たしたセル７の内部に集光される。集光部位からの
散乱光は、ビームスプリッタ４で反射され、検出レンズ
８に入射される。セル７を前後に移動させることによ
り、深さ方向の情報をとることができる。検出レンズ８
の焦点位置には、光検出器９の受光面が配置される。こ
の受光面に、２つの光路を通った光が結像される。結像
された光強度は、粒子の散乱光強度の時間変動（ゆら
ぎ）の情報を持っている。
を満たしたセル７の内部に集光される。集光部位からの
散乱光は、ビームスプリッタ４で反射され、検出レンズ
８に入射される。セル７を前後に移動させることによ
り、深さ方向の情報をとることができる。検出レンズ８
の焦点位置には、光検出器９の受光面が配置される。こ
の受光面に、２つの光路を通った光が結像される。結像
された光強度は、粒子の散乱光強度の時間変動（ゆら
ぎ）の情報を持っている。
【００１１】この光強度の信号波形をスペクトラムアナ
ライザ１０に入力することにより、スペクトラムアナラ
イザ１０で信号のパワースペクトル波形を再現すること
ができる。このパワースペクトルに基づき、粒子の粒径
分布を知ることができる。
ライザ１０に入力することにより、スペクトラムアナラ
イザ１０で信号のパワースペクトル波形を再現すること
ができる。このパワースペクトルに基づき、粒子の粒径
分布を知ることができる。
【００１２】
【実施例】＜実験装置＞図１の低コヒーレンス干渉計を
用いて、パワースペクトル波形を測定した。セル７にポ
リスチレンラテックス懸濁液を満たした。粒子径は105
ｎｍ、濃度は１０体積％とかなり濃い溶液である。対物
レンズ６には、開口数NA=0.28のものを用いた。測定部
位の深度ｄは、セル７の内側面から50μｍとした。この
深度ｄは、セル７を前後に移動させることで任意に設定
することができる。
用いて、パワースペクトル波形を測定した。セル７にポ
リスチレンラテックス懸濁液を満たした。粒子径は105
ｎｍ、濃度は１０体積％とかなり濃い溶液である。対物
レンズ６には、開口数NA=0.28のものを用いた。測定部
位の深度ｄは、セル７の内側面から50μｍとした。この
深度ｄは、セル７を前後に移動させることで任意に設定
することができる。
【００１３】＜実施例＞光源２に、波長λ=811nm，コヒ
ーレンス長Δλ=32μmのＳＬＤ（浜松ホトニクス株式会
社製の品番L8414-04のＳＬＤ）を使用して、パワースペ
クトルを測定した。測定パワースペクトル波形を図２に
「ＳＬＤ」を付して示す。 ＜比較例＞光源２に、ヘリウム−ネオンレーザを使用し
て、パワースペクトルを測定した。測定パワースペクト
ル波形を図２に「Ｈｅ−Ｎｅ」を付して示す。
ーレンス長Δλ=32μmのＳＬＤ（浜松ホトニクス株式会
社製の品番L8414-04のＳＬＤ）を使用して、パワースペ
クトルを測定した。測定パワースペクトル波形を図２に
「ＳＬＤ」を付して示す。 ＜比較例＞光源２に、ヘリウム−ネオンレーザを使用し
て、パワースペクトルを測定した。測定パワースペクト
ル波形を図２に「Ｈｅ−Ｎｅ」を付して示す。
【００１４】＜計算例＞単散乱理論に基づいて、パワー
スペクトル曲線を計算した。計算曲線を図２に破線で示
す。 ＜分析＞以上の結果から、低コヒーレンス光源（ＳＬ
Ｄ）を使用した方が、レーザ光源（Ｈｅ−Ｎｅ）を使用
したものより、単散乱理論に基づいた計算曲線に近づい
ていることがわかる。このことは、低コヒーレンス光源
を使用した方が、レーザ光源を使用するより、多重散乱
の影響を避けることができることを示している。
スペクトル曲線を計算した。計算曲線を図２に破線で示
す。 ＜分析＞以上の結果から、低コヒーレンス光源（ＳＬ
Ｄ）を使用した方が、レーザ光源（Ｈｅ−Ｎｅ）を使用
したものより、単散乱理論に基づいた計算曲線に近づい
ていることがわかる。このことは、低コヒーレンス光源
を使用した方が、レーザ光源を使用するより、多重散乱
の影響を避けることができることを示している。
【００１５】
【発明の効果】以上のように本発明の動的光散乱測定装
置によれば、低コヒーレンス光源のコヒーレンス長で限
られた範囲内の情報を取得することができるので、従来
のレーザ光源を利用した場合と比べて、より高濃厚な媒
質においても、動的光散乱測定が可能となる。また、媒
質の深さ方向の測定が容易にできる。
置によれば、低コヒーレンス光源のコヒーレンス長で限
られた範囲内の情報を取得することができるので、従来
のレーザ光源を利用した場合と比べて、より高濃厚な媒
質においても、動的光散乱測定が可能となる。また、媒
質の深さ方向の測定が容易にできる。
【図１】低コヒーレンス干渉法を用いた本発明の動的光
散乱測定装置の構成図である。
散乱測定装置の構成図である。
【図２】低コヒーレンス干渉法を用いて、パワースペク
トル波形を測定した結果を示すグラフである。
トル波形を測定した結果を示すグラフである。
２ 光源
３ レンズ群
４ ビームスプリッタ
５ 鏡
６ 対物レンズ
７ セル
８ 検出レンズ
９ 光検出器
１０ スペクトラムアナライザ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 村井 偉志
北海道札幌市北区北12条西６丁目 北海道
大学 電子科学研究所内
Ｆターム(参考） 2G059 AA02 BB06 CC19 DD13 EE02
EE09 GG08 GG10 HH01 JJ11
JJ22 KK01 LL01
Claims (3)
- 【請求項１】試料溶液中の粒子の動的光散乱測定をする
装置であって、 低コヒーレンス光源と、 低コヒーレンス光源から集光された光を溶液に照射する
手段と、 干渉計を用いて粒子の散乱光強度を測定する光強度測定
手段と、 測定された散乱光強度に基づいて，粒子の拡散係数の分
布を解析する解析手段とを備えることを特徴とする低コ
ヒーレンス干渉法を用いた動的光散乱測定装置。 - 【請求項２】前記低コヒーレンス光源の光のコヒーレン
ス長は、10μｍ以上100μｍ以下である請求項１記載の
低コヒーレンス干渉法を用いた動的光散乱測定装置。 - 【請求項３】前記低コヒーレンス光源は、ＳＬＤ(Super
Luminescent Diode)である請求項１記載の低コヒーレ
ンス干渉法を用いた動的光散乱測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001297600A JP4009442B2 (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | 低コヒーレンス干渉法を用いた動的光散乱測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001297600A JP4009442B2 (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | 低コヒーレンス干渉法を用いた動的光散乱測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003106979A true JP2003106979A (ja) | 2003-04-09 |
| JP4009442B2 JP4009442B2 (ja) | 2007-11-14 |
Family
ID=19118639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001297600A Expired - Fee Related JP4009442B2 (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | 低コヒーレンス干渉法を用いた動的光散乱測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4009442B2 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2407379A (en) * | 2003-10-20 | 2005-04-27 | Otsuka Denshi Kk | Measuring dynamic light scattering of particles by using a phase modulation interferometric method |
| JP2009037184A (ja) * | 2007-07-09 | 2009-02-19 | Jsr Corp | 樹脂の評価方法及び感放射線性樹脂組成物 |
| RU2361190C1 (ru) * | 2008-03-21 | 2009-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" | Способ определения концентрации наночастиц |
| EP2270449A1 (en) | 2009-07-03 | 2011-01-05 | FUJIFILM Corporation | Dynamic light-scattering measuring apparatus using low-coherence light source and light-scattering measuring method of using the apparatus |
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-
2001
- 2001-09-27 JP JP2001297600A patent/JP4009442B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP4009442B2 (ja) | 2007-11-14 |
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