JP2004077150A

JP2004077150A - 粒径分布測定装置

Info

Publication number: JP2004077150A
Application number: JP2002233952A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Ikeda; 池田　英幸; Tatsuo Igushi; 伊串　達夫
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】試料セルにおける反射防止膜の機能劣化や試料セルの汚れなど試料セルの劣化の有無を確実にモニターできるようにして、所望の測定を精度よく行うことのできる粒径分布測定装置を提供すること。
【解決手段】試料セル６を、光源１を発した光４の光軸４ａに対して斜めに設けるとともに、前記試料セル６の入射面６ａおよび／または出射面６ｂに反射防止膜８ａ，８ｂを形成してある粒径分布測定装置において、前記試料セル６における反射光１４ａ，１４ｂの強度をモニターし、このモニター結果に基づいて前記試料セル６における劣化の有無を判定するようにした。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、分散している粒子群にレーザ光を照射することによって生じる回折／散乱光を検出し、その検出によって得られる散乱光強度信号に基づいて粒子群の粒径分布を測定する粒径分布測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記粒径分布測定装置においては、一般に、直方体形状の光透過性の良好なガラスよりなる試料セルを用い、この試料セルに対して光源からのレーザ光を垂直に入射するようにしているが、この場合、散乱角が９０°または９０°前後の側方散乱光を確実に検出することができないことがあり、直径が例えば１μｍ以下の微小粒子の測定精度やデータ再現性が悪いといった課題がある。
【０００３】
そこで、例えば、実開平４−７３８４８号公報に示されるように、試料セルを、光源を発した光の光軸に対して適宜の角度だけ傾斜させて設け、これによって、散乱角が９０°または９０°前後の側方散乱光をも確実に検出することができ、０°〜１８０°付近までの広い角度範囲の散乱光を確実に検出することができ、広い粒子範囲にわたる粒径分布を再現性よく測定することが提案されている。
【０００４】
しかしながら、前記公報に記載の発明のように、試料セルを、光源を発した光の光軸に対して斜めに設けた場合、次のような不都合がある。これを、図５を参照しながら説明すると、５１は例えば断面形状が矩形状の試料セルである。この試料セル５１の内部には試料としての粒子（粉体または粒体）５２が分散液５３に分散された状態の試料液５４が収容されている。今、前記試料セル５１に対して、光源（図示していない）からのレーザ光５５がある大きさの角度をなすように斜め入射するものとすると、この入射した光５５ａが粒子５２ａにおいて散乱し、そのときの散乱光５５ａ’が散乱光検出器５６に入射する。
【０００５】
そして、上記のようにレーザ光５５が試料セル５１に対して斜め入射した場合、試料セル５１内に直進する光５５ａのみならず、各種の反射光が生じ、これに起因して生ずる光が散乱光検出器５６に入射し、所謂ノイズが生ずる。
すなわち、
▲１▼　前記レーザ光５５のうち、試料セル５１の光入射側の外面５１ａにおいて反射した光５５ｂが、試料セル５１が設けられている試料室内部の壁面（図示していない）において反射され、その反射光５５ｂ’が試料セル５１を通過して散乱光検出器５６に入射することがある。
▲２▼　試料セル５１内に直進した光５５ａが試料セル５１の光出射側の外面５１ｂにおいて反射し、この反射光５５ｃが粒子５２ｂにおいて散乱し、そのときの散乱光５５ｃ’が散乱光検出器５６に入射することがある。
【０００６】
つまり、上記公報のように、試料セル５１を、光源を発した光５５の光軸に対して斜めに設けた場合、試料セル５１に斜めに入射した光５５ａのみによる粒子５２からの散乱光５５ａ’だけを散乱光検出器５６において検出することが困難であった。
【０００７】
そこで、例えば、特開２０００−９７８４１号公報に示されるように、試料セルの表面に反射防止のための薄膜コーティングを施すことにより、前記反射光に起因する測定結果への悪影響を最小限に抑えることが提案されている。この反射防止膜は、例えば、図５において仮想線５７，５８で示すように、試料セル５１の入射側の外面５１ａおよび出射側の外面５１ｂに設けるのである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、試料セル５１の外面５１ａ，５１ｂに反射防止膜５７，５８をコーティングによって設けた場合、この反射防止膜５７，５８は、使用しているうちに剥がれたり、反射防止機能が劣化する。この反射防止膜５７，５８の機能劣化に気付かないで測定を行うと、反射光に起因する影響が測定結果に表れ、精度の高い測定に支障が来されることとなる。
【０００９】
また、測定結果に影響を及ぼす要素として、前記反射光に起因する影響のほかに、試料セル５１の汚れがある。この汚れは、光源からの照射光が試料セル５１に入射する際や、前記散乱光５５ａ’が試料セル５１から出射する際にそれらの強度に少なからぬ影響を及ぼす。
【００１０】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、試料セルにおける反射防止膜の機能劣化や試料セルの汚れなど試料セルの劣化の有無を確実にモニターできるようにして、所望の測定を精度よく行うことのできる粒径分布測定装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明では、試料セルを、光源を発した光の光軸に対して斜めに設けるとともに、前記試料セルの入射面および／または出射面に反射防止膜を形成してある粒径分布測定装置において、前記試料セルにおける反射光の強度をモニターし、このモニター結果に基づいて前記試料セルにおける劣化の有無を判定するようにしている（請求項１）。
【００１２】
より具体的には、試料セルを、光源を発した光の光軸に対して斜めに設けるとともに、前記試料セルの入射面および／または出射面に反射防止膜を形成してある粒径分布測定装置において、ブランク測定のために光源から試料セルに光を照射したときの前記試料セルにおける反射光の強度を検出し、この反射光の強度と前記試料セルに対する照射光の強度とによって得られる反射率に基づいて前記試料セルにおける劣化の有無を判定するようにしている（請求項２）。
【００１３】
そして、上記反射防止膜における反射光の強度の検出を、散乱光検出器とは別の専用の検出器によって行うようにしてもよく（請求項３）、散乱光検出器によって行うようにしてもよい（請求項４）。
【００１４】
上記構成によれば、試料セルに劣化が生じているか否かを確認することができ、例えば、試料セルにおける反射率が予め設定した上限値と下限値との間（許容範囲内）にある場合には、反射防止膜が所要の反射機能を維持するとともに試料セルに汚れが生じてなく、試料セルに劣化が生じていないと判断される。また、前記反射率が前記許容範囲を外れている場合には、反射防止膜の機能劣化が生じているか、試料セルに汚れが生じているか、またはこれら双方の事態が生じているのいずれかによる試料セルに劣化が生じていると判断される。
【００１５】
そして、試料セルにおいて劣化が生じていると判断された場合、その判断結果が表示等の手段によって出力されるようにした場合（請求項５）、装置の管理者や測定担当者に試料セルの交換や洗浄などメンテナンスへの注意を喚起することができ、それだけ早く所望のメンテナンスが行われる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。図１〜図３は、この発明の一つの実施の形態を示すもので、その光学系が逆フーリエ光学系に構成された粒径分布測定装置の一例を示している。まず、図１および図２において、１は例えばレーザ光２を発する光源、３はこのレーザ光源１の前方に設けられる集光レンズで、後述する試料セル６に集光レーザ光４を照射する。５は集光レンズ３の焦点位置に設けられる前方検出器で、その受光面５ａは、例えば、公知のリングディテクタのように、透過光を検出する透過光検出部と、この透過光検出部を中心に複数の円弧状のフォトダイオードをアレイ状に配置した散乱光検出部とからなるもので、試料セル６において生ずる透過光および散乱角が例えば０°〜３０°程度といった比較的小さい前方散乱光を検出するように構成されている。
【００１７】
６は集光レンズ３と前方検出器５の間に設けられる試料セルで、図３に拡大して示すように、分散媒７ａに測定対象の粒子７ｂを分散させた試料液７を収容するためのもので、例えば、透明なガラスなどよりなり、直方体形状に形成されており、その照射光透過方向の厚みがこの照射光透過方向に直交する幅方向の長さに比べてかなり小さくしてある。そして、この試料セル６は、図２に示すように、集光レーザ光４の光軸４ａに対して角度θだけ後方に傾けて配置されており、図示例ではθは４５°である。すなわち、厚み方向における試料セル６の中心線ＣＬと光軸４ａとの成す角度θが４５°となるように傾いた状態で配置されている。また、この試料セル６には、図３に示すように、光入射側の外面６ａおよび光出射側の外面６ｂにそれぞれ例えばＭｇＦ_２やＳｉＯ_２などを幾重に重ねて薄くコーティングすることにより反射防止膜８ａ，８ｂが形成されている。なお、前記試料セル６は、試料液７が流通的に供給される所謂流通型試料セルであってもよい。
【００１８】
９，１０は試料セル６の両側（集光レーザ光４の入射面６ａと出射面６ｂにそれぞれ対向する側）にそれぞれ設けられる広角散乱光検出器群で、試料セル６内の粒子７ｂによって回折または散乱した照射光のうち、例えば３０°〜１８０°といった比較的大きな角度で散乱／回折した広角散乱光を、各散乱角ごとに個別に検出するもので、この広角散乱光用光検出群９，１０は、前方検出器５と異なる角度で列状に設けられる複数の検出器（例えばフォトダイオード）１１からなり、それぞれの配設角度に応じて、試料セル６内の粒子７ｂによる所定角度の散乱光を検出することができ、図示例では、一方の広角散乱光検出器群９が３０°〜９０°までの散乱光（散乱角が比較的大きい前方散乱光および９０°側方散乱光）を検出し、他方の広角散乱光検出器群１０が９０°〜１８０°までの散乱光（側方散乱光および後方散乱光）をそれぞれ検出する。１２は複数の散乱光検出器１１を、その受光面に前記散乱光が直角に入射するように保持する電気回路基板で、プリアンプ（図示していない）を備えている。
【００１９】
そして、１３ａ，１３ｂは広角散乱光検出器群９，１０を構成する複数の散乱光検出器１１とは別に設けられる検出器で、例えばフォトダイオードからなり、集光レーザ光４が試料セル６の入射面６ａおよび出射面６ｂに入射したとき、それらの入射点で生ずる反射光（この反射光は、反射防止膜８ａ，８ｂが本来の機能を発揮しているときはほとんど生じない）１４ａ，１４ｂの強度を検出するもので、この実施の形態においては、広角散乱光検出器群１０側の電気回路基板１２上に、その受光面に前記反射光１４ａ，１４ｂが直角に入射するように保持されている。
【００２０】
また、図１において、１５は前方検出器５および電気回路基板１２からの出力を順次取り込み、ＡＤ変換器１６に順次送出するマルチプレクサ、１７はＡＤ変換器１６の出力が入力される演算処理装置としてのコンピュータである。このコンピュータ１７は、ディジタル信号に変換された前方検出器５およびフォトダイオード１１の出力を、フラウンホーファ回折理論やミー散乱理論に基づいて処理し、粒子群における粒子径分布を求めるプログラムが格納されている。また、このコンピュータ１７においては、ブランク測定において、試料セル６における反射防止面８ａ，８ｂのそれぞれの反射率を求める演算も行い、その反射率が所定の許容範囲内にあるか否かをも判定する機能を備えている。なお、１８は演算結果を表示するカラーディスプレイなどの表示装置で、この表示装置１８には、前記判定結果に基づいて所望の警告を発する機能をも備えている。
【００２１】
上述のように構成された粒径分布測定装置の作動を説明する。まず、試料を用いた粒径分布測定（本測定）の前に、ブランク測定を行う。このブランク測定は、試料セル６に分散媒７ａのみを充填し、その状態で、光源１からレーザ光４を照射して、そのときの散乱光強度を測定し、このときのデータは、コンピュータ１７のメモリに記憶される。
【００２２】
そして、このとき、試料セル６に照射されるレーザ光４の強度（入射光強度）は、例えば前方検出器５の透過光検出部において検出される。また、試料セル６に形成された反射防止膜８ａ，８ｂにおいて生じた反射光１４ａ，１４ｂの強度は、反射光検出器１３ａ，１３ｂにおいて検出される。これらの検出出力（入射光強度、反射光強度）は、コンピュータ１７に入力され、反射光１４ａ，１４ｂのそれぞれの反射光強度と入射光強度との比をとることにより、反射防止膜８ａ，８ｂにおける反射率が得られる。ここで、前記反射率のそれぞれが予め設定した上限値と下限値との間（許容範囲内）にある場合には、反射防止膜８ａ，８ｂが所要の反射機能を維持するとともに試料セルに汚れが生じてなく、この場合、試料セル６に劣化が生じていないと判断される。また、前記いずれかの反射率が前記許容範囲を外れている場合には、反射防止膜８ａ，８ｂの機能劣化が生じているか、試料セルに汚れが生じているか、またはこれら双方の事態が生じているのいずれかであり、この場合、試料セル６に劣化が生じていると判断される。
【００２３】
そして、前記試料セル６に劣化が生じていると判断された場合には、例えば、表示装置１８の表示画面に「セル劣化」の表示を行ったり、音声によるアラームなどを発するようにすることにより、装置の管理者や測定担当者に試料セル６の交換や洗浄などメンテナンスへの注意を喚起することができ、この警告に基づいて管理者等は試料セル６を交換したり、セル洗浄を行う。
【００２４】
所定のブランク測定を行った後、適宜量の粒子（試料）７ｂを分散液７ａに分散させた試料液７を試料セル６に収容した状態で、レーザ光源１からレーザ光２を発すると、このレーザ光２は、集光レンズ３において収斂され、照射光４となって試料セル６内の試料液７を照射する。そして、この照射光４は、試料セル６中の粒子７ｂによって回折または散乱する。回折光または散乱光のうち、０°〜３０°といった散乱角の比較的小さい前方散乱光は、前方検出器５の散乱光検出部において検出される。なお、前記粒子７ｂによる散乱を受けない照射光４は、透過光となり、前方検出器５の透過光検出部において検出される。この前方検出器５が検出した光強度はアナログ電気信号に変換され、さらに、プリアンプ（図示していない）を経てマルチプレクサ１５に入力される。
【００２５】
一方、前記粒子７ｂによって回折または散乱した照射光４のうち、散乱角が３０°を超える散乱光は、広角散乱光検出器群９，１０によって検出される。より具体的には、前記散乱光のうち、散乱角が３０°〜９０°までの前方散乱光および９０°側方散乱光の一部は、一方の広角散乱光検出器群９を構成する複数の散乱光検出器１１によって散乱角度ごとに検出され、散乱角が９０°〜１８０°までの後方散乱光および９０°側方散乱光の一部は、他方の広角散乱光検出器群１０を構成する複数の散乱光検出器１１によって散乱角度ごとに検出される。前記各散乱光検出器１１が検出した光強度はアナログ電気信号に変換され、さらに、電気回路基板１２に設けられたプリアンプ（図示していない）を経てマルチプレクサ１５に入力される。
【００２６】
前記マルチプレクサ１５においては、前方検出器５および各散乱光検出器１１からの測定データ、つまりアナログ電気信号が所定の順序で順次取り込まれる。そして、マルチプレクサ１５によって取り込まれたアナログ電気信号は直列信号にされて、ＡＤ変換器１６で順次ディジタル信号に変換され、さらに、コンピュータ１７に入力される。
【００２７】
前記コンピュータ１７においては、前方検出器５および各散乱光検出器１１によってそれぞれ得られた各散乱角ごとの光強度データを、フラウンホーファ回折理論やミー散乱理論に基づいて処理し、その処理結果は、表示装置１８の表示画面上に適宜の形態で表示される。
【００２８】
上記構成の粒径分布測定装置においては、試料セル６を光軸４ａ（または４ｂ）に対して４５°に傾けているので、９０°前後の散乱／回折光を、全反射などで妨げられることなく、また、それらの試料セル６内での減衰を可及的に防止することにより、確実に検出することができる。さらに、試料セル６の両側に、複数の散乱光検出器１１を列状に設けた広角散乱光検出器群９，１０を配置しているので、前方検出器５によって検出されないより大きな角度で散乱／回折する前方散乱光は勿論のこと、９０°側方散乱光や後方散乱光を漏れなく確実に検出することができる。また、９０°前後の散乱／回折光を、前記広角散乱光検出器群９，１０で検出することができ、信号量を増加させることができる。したがって、９０°前後の散乱／回折光に対して十分な信号量が得られるとともに、散乱角が０°〜１８０°近傍までの広い範囲の散乱光を漏れなく連続的に検出することができ、測定精度およびデータ再現性を向上させることができる。
【００２９】
上述の粒径分布測定装置においては、その光学系が所謂逆フーリエ光学系に構成されていたが、例えば図４に示す実施の形態のように、集光レンズ３を試料セル６と前方検出器５との間に設けるとともに、前方検出器５を集光レンズ３の焦点位置に設け、光学系を所謂フーリエ光学系に構成してもよい。
【００３０】
また、試料セル６の光軸４ａに対する傾き角度θを４５°としていたが、これに限られるものではなく、例えば２５°〜６５°までの任意の角度に設定することができる。これは、前記角度θがあまりに小さいと、試料セル６における全反射やその内部における光の多重反射等を確実に防止できないといった不都合があり、また、角度θがあまり大きいと、試料セル６内における光路長が大きくなり、前方検出器５に対する信号が弱くなったり、試料セル６内における光の多重反射による弊害を防止できないといった不都合があるからである。
【００３１】
そして、試料セル６を前方側（前方検出器５側）に前記角度範囲内において傾けるようにしてもよい。また、試料セル６における反射防止膜８ａ，８ｂは、入射面６ａ、出射面６ｂのいずれか一方に形成してあってもよい。
【００３２】
さらに、上述の各実施の形態においては、反射光検出器１３ａ，１３ｂとして、広角散乱光検出器群１０側の散乱光検出器１１とは別に設けていたが、これに代えて、反射光検出器１３ａ，１３ｂとして、前記広角散乱光検出器群１０側の散乱光検出器１１のうちのいずれか２つを用いるようにしてもよい。
【００３３】
また、反射光検出器は、場合によっては一つだけ設けてあってもよく、３個以上設けてあってもよい。
【００３４】
そして、試料セル６における反射率は、前方検出器５の透過光検出部からの出力を用いて求められるものに限られるものではない。すなわち、光源１として半導体レーザを用いる場合には、レーザダイオードに内蔵されたフォトダイオードを用いて照射光（入射光）強度をモニタリングすることができるので、この場合には、この直接モニタリングした入射光強度と反射光検出器１３ａ，１３ｂにおいて検出されるそれぞれの反射光強度とを用いて、試料セル６の劣化の判断を行うことができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の粒径分布測定装置によれば、試料セルにおける反射防止膜の機能劣化や試料セルの汚れなど試料セルの劣化の有無を確実に検出することができ、特に、試料を用いた本測定前に行われるブランク測定の際に、前記試料セルの劣化の有無を検出することができる。したがって、劣化した試料セルを用いて本測定が行われるといったことがなく、常に安定した正確な測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の粒径分布測定装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】前記粒径分布測定装置の光学系の一例を概略的に示す図である。
【図３】前記粒径分布測定装置における試料セルおよび反射光検出器の配置関係を拡大して示す説明図である。
【図４】前記粒径分布測定装置の光学系の他の例を概略的に示す図である。
【図５】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】１…光源、４…光、４ａ…光軸、６…試料セル、６ａ…入射面、６ｂ…出射面、８ａ，８ｂ…反射防止膜、１１…散乱光検出器、１３ａ，１３ｂ…反射光検出器、１４ａ，１４ｂ…反射光。

Claims

試料セルを、光源を発した光の光軸に対して斜めに設けるとともに、前記試料セルの入射面および／または出射面に反射防止膜を形成してある粒径分布測定装置において、前記試料セルにおける反射光の強度をモニターし、このモニター結果に基づいて前記試料セルにおける劣化の有無を判定するようにしたことを特徴とする粒径分布測定装置。
試料セルを、光源を発した光の光軸に対して斜めに設けるとともに、前記試料セルの入射面および／または出射面に反射防止膜を形成してある粒径分布測定装置において、ブランク測定のために光源から試料セルに光を照射したときの前記試料セルにおける反射光の強度を検出し、この反射光の強度と前記試料セルに対する照射光の強度とによって得られる反射率に基づいて前記試料セルにおける劣化の有無を判定するようにしたことを特徴とする粒径分布測定装置。
反射防止膜における反射光の強度の検出を、散乱光検出器とは別の専用の検出器によって行うようにした請求項１または２に記載の粒径分布測定装置。
反射防止膜における反射光の強度の検出を、散乱光検出器によって行うようにした請求項１または２に記載の粒径分布測定装置。
試料セルにおいて劣化が生じていると判断された場合、その判断結果が表示等の手段によって出力されるようにした請求項１〜４のいずれかに記載の粒径分布測定装置。