JP2009002751A - 粒子形状計測装置及び計測方法、アスベスト判別装置及び判別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】例えばナノ粒子と呼ばれる微小な測定対象粒子の形状を好適に求めることが可能な粒子形状計測装置を提供する。
【解決手段】所定の波長で且つ３方向の独立した偏光成分を有する照射光Ｌを、被照射位置ｔにある微小な測定対象粒子Ｚに照射してＲａｙｌｅｉｇｈ散乱を生じさせる光照射部２と、前記照射光Ｌが前記測定対象粒子ＺでＲａｙｌｅｉｇｈ散乱した散乱光を、６方向の異なる偏光成分に分離して、それぞれの光強度を検出する光検出部３と、照射光Ｌの３方向の独立した偏光成分ごとの光強度、及び、前記散乱光の６方向の異なる偏光成分ごとの光強度に基づいて、前記測定対象粒子Ｚの分極率成分を求める分極率成分演算部４ｃとを具備し、前記分極率成分演算部４ｃで求めた前記測定対象粒子Ｚの分極率成分に基づいて、該測定対象粒子Ｚの形状を求めるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体中や気体中などに在る粒子（粒径ｎｍ〜μｍオーダー）の形状を測定する粒子形状計測装置、粒子形状計測方法及び、測定試料がいわゆるアスベストであるか否かを判別するアスベスト判別装置およびアスベスト判別方法に関するものである。

従来、浮遊微粒子の形状や種類、大きさの推定または同定を、短い時間で行えるようにした微粒子形状等の測定装置が知られている。

具体的にこの種の測定装置は、散乱平面に垂直または水平方向に偏光された単一波長偏光を、検出領域に浮遊状態で導入された微粒子に照射し、その微粒子で散乱された散乱光を、垂直及び水平方向の偏光成分のみを通過させる偏向板を通して一対の散乱光検出素子により同時に検出し、両成分の強度の角度分布に基づいて微粒子の形状、大きさを推定または同定するように構成されている。

そして、この微粒子の形状、大きさを推定または同定には、参照頻度が多いと予想される幾つかの散乱光分布パターンを、該測定装置とは別の解析装置に予め記憶させておき、測定した偏光成分の角度分布データと高速で比較参照するなどの方法で、リアルタイムで連続性をもって行えるようにされている（例えば、特許文献１参照。）。

また、近時、アスベストの人体や環境への影響が問題視される中、分析対象の試料に、特定組成のアスベストが存在するか否かを自動的に判別できるようした判別装置が知られている。

具体的にこの種の判別装置は、分析対象の試料について元素組成分析を行うことで元素組成情報を求め、この求めた元素組成情報と、予め用意しておいた特定組成のデータとを照合することにより、観察視野中に特定組成のアスベストが存在するか否かを判別するように構成されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１０−９４６１７号公報 特開２００５−２３３６５８号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、微粒子の形状を推定または同定するために、散乱光分布パターンを予め記憶しておく必要がある。このため、例えば、微粒子の散乱光分布パターンが、予め記憶されていない場合には、その微粒子の形状を知ることができない。

また、散乱光分布パターンを予め記憶している場合であっても、例えば、波長が０．数μｍの照射光を、微粒子に照射した場合と、これより小さいナノ粒子（直径又は全長が１０数〜数μｍ以下のもの）に照射した場合とでは、その散乱光分布パターンが異なるため、記憶している散乱光分布パターンを単に用いるだけでは、ナノ粒子の形状を求めることはできない。

そこで本発明は、散乱光分布パターンを用いることなく、例えばナノ粒子と呼ばれる微小な測定対象粒子の形状を好適に求めることが可能な粒子形状計測装置を提供することをその主たる課題としたものである。

また、特許文献２の構成では、アスベストが存在するか否かの判別に、まず、分析対象の試料について元素組成分析を行う必要がある上、求めた元素組成情報と照合するための特定組成のデータを予め用意しておく必要がある。

そこで本発明は、分析対象の試料の元素組成分析を行わずに済み、且つ、照合用の特定組成のデータを予め用意することなく、測定形状に基づいて、簡便にアスベストが存在するか否かの判別を行えるアスベスト判別装置を提供することをその主たる課題としたものである。

すなわち、本発明に係る粒子形状計測装置は、所定の波長で且つ３方向の独立した偏光成分を有する照射光を、被照射位置にある微小な測定対象粒子に照射してＲａｙｌｅｉｇｈ散乱を生じさせる光照射部と、前記照射光が前記測定対象粒子でＲａｙｌｅｉｇｈ散乱した散乱光を、少なくとも６方向の異なる偏光成分に分離して、それぞれの光強度を検出する光検出部と、前記照射光の３方向の独立した偏光成分ごとの光強度、及び、前記散乱光の少なくとも６方向の異なる偏光成分ごとの光強度に基づいて、前記測定対象粒子の分極率成分を求める分極率成分演算部とを具備し、前記分極率成分演算部で求めた前記測定対象粒子の分極率成分に基づいて、該測定対象粒子の形状を求めるようにしていることを特徴とする。

ここで、「微小な測定対象粒子」とは、直径又は全長が１０数〜数μｍ以下のものをいう。また、「所定の波長」とは、条件式λ≫２πｍａを満たす波長をいう。ここで、ｍは粒子の屈折率、ａは粒子の半径である。例えば、直径１００ｎｍの粒子であれば、１５００ｎｍ程度の波長となる。

このようなものによれば、光照射部が前記所定の照射光を測定対象粒子に照射すると、その測定対象粒子によってＲａｙｌｅｉｇｈ散乱による散乱光が生じる。具体的には、例えば、図５、図６に示すように、ｙ軸方向に平行に進みｘ軸方向に直線偏光した照射光Ｌを、測定対象粒子Ｚに照射すると、ｘ軸を回転中心を有し、ｘｙ断面に横向き略８の字の放射パターンを有するＲａｙｌｅｉｇｈ散乱Ｓが生じる。

そして、このＲａｙｌｅｉｇｈ散乱は、入射電場によって励起された分極による電磁波の再放射であるため、Ｒａｙｌｅｉｇｈ散乱による散乱光の強度と、測定対象粒子の分極率とは、以下に示す関係を有する。

例えば、図３に示すように、それぞれ直交する１、２、３軸方向の分極率成分がそれぞれα_１、α_２、α_３である測定対象物を、ｘｙｚ直交座標（計測座標）に置き、３方向の独立した偏向成分の強度がそれぞれ等しい照射光を照射したときのＲａｙｌｅｉｇｈ散乱による散乱光の強度は、測定対象粒子の分極率成分を用いて次式（１）〜（６）のように表すことができる。

Ｉ_ｘ＝α_ｘｘ ^２＋α_ｘｙ ^２＋α_ｘｚ ^２ …（１）
Ｉ_ｙ＝α_ｘｙ ^２＋α_ｙｙ ^２＋α_ｙｚ ^２ …（２）
Ｉ_ｚ＝α_ｘｚ ^２＋α_ｙｚ ^２＋α_ｚｚ ^２ …（３）
Ｉ_ｘｙ＝（α_ｘｘ＋α_ｘｙ）^２＋（α_ｘｙ＋α_ｙｙ）^２＋（α_ｘｚ＋α_ｙｚ）^２ …（４）
Ｉ_ｘｚ＝（α_ｘｘ＋α_ｘｚ）^２＋（α_ｘｙ＋α_ｙｚ）^２＋（α_ｘｚ＋α_ｚｚ）^２ …（５）
Ｉ_ｙｚ＝（α_ｘｙ＋α_ｘｚ）^２＋（α_ｙｙ＋α_ｙｚ）^２＋（α_ｙｚ＋α_ｚｚ）^２ …（６）
ここで、Ｉ_ｘはｘ軸方向の偏光成分の散乱光強度、Ｉ_ｙはｙ軸方向の偏光成分の散乱光強度、Ｉ_ｚはｚ軸方向の偏光成分の散乱光強度、Ｉ_ｘｙはｘｙ平面内のｘ軸方向およびｙ軸方向以外の偏光成分の散乱光強度、Ｉ_ｘｚはｘｚ平面内のｘ軸方向およびｚ軸方向以外の偏光成分の散乱光強度、Ｉ_ｙｚはｙｚ平面内のｙ軸方向およびｚ軸方向以外の偏光成分の散乱光強度である。また、α_ｘｘ、α_ｘｙ、α_ｘｚ、α_ｙｙ、α_ｙｚ、α_ｚｚは、分極率テンソルの各成分である。

このように、Ｒａｙｌｅｉｇｈ散乱した散乱光を、６方向（Ｉ_ｘ、Ｉ_ｙ、Ｉ_ｚ、Ｉ_ｘｙ、Ｉ_ｘｚ、Ｉ_ｙｚ）の異なる偏光成分に分離して検出し、これを照射光の３方向の独立した偏向成分と比較することで、測定対象粒子の分極率テンソルを求めることができる。

そして、測定対象粒子の分極率テンソルと、測定対象粒子の形状とは次のような関係がある。例えば、測定対象粒子の屈折率ｍを１．５としたとき、分極率テンソルの対角成分α_１、α_２、α_３は、測定対象粒子の形状が「球状」の場合には、α_１：α_２：α_３＝０．８８２：０．８８２：０．８８２の関係があり、「円盤状」の場合には、α_１：α_２：α_３＝０．５５６：１．２５：１．２５の関係があり、「棒状」の場合には、α_１：α_２：α_３＝１．２５：０．７６９：０．７６９の関係がある。したがって、測定対象粒子の分極率テンソルから、測定対象粒子の３次元的な形状を知ることができる。

すなわち、光照射部が、所定の波長で且つ３方向の独立した偏光成分を有する照射光を、被照射位置にある微小な測定対象粒子に照射し、光検出部が、測定対象粒子でＲａｙｌｅｉｇｈ散乱した散乱光を、少なくとも６方向の異なる偏光成分に分離してそれぞれの光強度を検出し、分極率成分演算部が、検出した光強度に基づいて測定対象粒子の３次元的な分極率成分を求めるので、その３次元的な分極率成分から測定対象粒子の３次元的な形状を知ることができる。
すなわち、散乱光分布パターンを用いることなく、直径又は全長が１０数〜数μｍ以下の微小な測定対象粒子の形状を求めることが可能な粒子形状計測装置を提供することができる。

光検出部の機器構成を簡単にすることができ、また、演算負荷を軽減するには、前記光検出部が検出する散乱光の６方向の異なる偏光成分は、そのうち３方向の偏光成分がそれぞれ直交する関係にあり、他の３方向の偏光成分が前記３方向の偏光成分の少なくともいずれかと４５度を成す関係にあることが好ましい。

例えば、測定対象粒子が回転楕円体のように回転自由度が２である場合の本発明の粒子形状計測装置の望ましい態様としては、この粒子形状計測装置が、所定の波長で且つ３方向の独立した偏光成分を有する照射光を被照射位置にある微小な測定対象粒子に照射してＲａｙｌｅｉｇｈ散乱を生じさせる光照射部と、前記照射光が前記測定対象粒子でＲａｙｌｅｉｇｈ散乱した散乱光を、少なくとも４方向の異なる偏光成分に分離して、それぞれの光強度を検出する光検出部と、前記照射光の３方向の独立した偏光成分ごとの光強度、及び、前記散乱光の少なくとも４方向の異なる偏光成分ごとの光強度に基づいて、前記測定対象粒子の分極率成分を求める分極率成分演算部とを具備し、前記分極率成分演算部で求めた前記測定対象粒子の分極率成分に基づいて、該測定対象粒子の形状を求めるようにしているものが挙げられる。

ここで、光検出部の機器構成を簡単にすることができ、また、演算負荷を軽減するには、前記光検出部が検出する散乱光の４方向の異なる偏光成分は、そのうちの３方向の偏光成分がそれぞれ直交する関係にあり、他の１方向の偏光成分が前記３方向の偏光成分の少なくともいずれかと４５度を成す関係にあることが好ましい。

光照射部の構成を簡単にすることができ、また、演算負荷を軽減するには、前記照射光の３方向の独立した偏光成分は、それぞれ直交する関係にあることが好ましい。

前記光照射部が、所定方向に振動する偏光成分を有し且つ前記所定の波長よりも短い波長の照射光を照射するものであり、前記光検出部が、前記短い波長の照射光を測定対象粒子に照射したときの散乱光を、前記短い波長の照射光の偏光成分と同一方向の偏光成分に分離して、少なくとも３方向での強度を検出するようにしているのであれば、粒子サイズ計測を好適に行える。

具体的には、所定の波長の照射光の照射では、全ての散乱方向で散乱強度が等しくなるといった完全なＲａｙｌｅｉｇｈ散乱を起こす測定対象粒子について、その所定の波長よりも短い波長の照射光を照射することで、散乱光強度に散乱角依存性が表れるようになる。このときの散乱光の少なくとも３方向の強度を測定すれば散乱角分布を求めることができ、この散乱角分布から測定対象粒子の粒子サイズを求めることができる。すなわち、光照射部が照射する短い波長の照射光の所定方向に振動する偏光成分の光強度と、光検出部が前記短い波長の照射光の偏光成分と同一方向の偏光成分に分離して検出する散乱光の少なくとも３方向の強度とに基づいて、測定対象粒子の粒子サイズを求めることができる。

本発明のアスベスト判別装置の望ましい態様としては、このアスベスト判別装置が、１０数〜数μｍ以下の繊維径を有する繊維状の微小な測定対象粒子がアスベストであるか否かを判別するための装置であって、所定の波長で且つ３方向の独立した偏光成分を有する照射光を、被照射位置にある微小な測定対象粒子に照射してＲａｙｌｅｉｇｈ散乱を生じさせる光照射部と、前記照射光が前記測定対象粒子でＲａｙｌｅｉｇｈ散乱した散乱光を、少なくとも６方向の異なる偏光成分に分離して、それぞれの光強度を検出する光検出部と、前記照射光の３方向の独立した偏光成分ごとの光強度、及び、前記散乱光の少なくとも６方向の異なる偏光成分ごとの光強度に基づいて、前記測定対象粒子の分極率成分を求める分極率成分演算部と、前記分極率成分演算部で求めた前記測定対象粒子の分極率成分に基づいて、該測定対象粒子のアスペクト比を求めるアスペクト比演算部と、前記アスペクト比演算部で求めたアスペクト比が略３以上である場合には、前記測定対象粒子がアスベスト又はその蓋然性が高いと判別する判別部と、を具備しているものが挙げられる。

このようなものであれば、光照射部が、所定の波長で且つ３方向の独立した偏光成分を有する照射光を、被照射位置にある微小な測定対象粒子に照射し、光検出部が、測定対象粒子でＲａｙｌｅｉｇｈ散乱した散乱光を、少なくとも６方向の異なる偏光成分に分離してそれぞれの光強度を検出し、分極率成分演算部が、検出した光強度に基づいて測定対象粒子の３次元的な分極率成分を求める。次に、アスペクト比演算部が、３次元的な分極率成分から測定対象粒子のアスペクト比を求め、判別部が求めたアスペクト比が略３以上である場合には、その測定対象粒子がアスベスト又はその蓋然性が高いと判断する。

すなわち、分析対象の試料の元素組成分析を行わずに済み、且つ、照合用の特定組成のデータを予め用意することなく、測定形状に基づいて、簡便にアスベストが存在するか否かの判別を行うことが可能なアスベスト判別装置を提供することができる。

このように本発明に係る粒子形状計測装置は、散乱光分布パターンを用いることなく、直径又は全長が１０数〜数μｍ以下の微小な測定対象粒子の形状を好適に求めることができる。

また、本発明に係るアスベスト判別装置は、微小な測定対象粒の試料の元素組成分析を行わずに済み、且つ、照合用の特定組成のデータを予め用意することなく、測定形状に基づいて、簡便にアスベストが存在するか否かの判別を行うことができる。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の一実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。

本実施形態の粒子形状計測装置Ａは、図１、図２に示すように、内部に試料収容用の測定空間を備える測定室１と、所定の波長で且つ３方向の独立した偏光成分を有する照射光Ｌを、被照射位置ｔにある微小な測定対象粒子Ｚ（以下、「測定対象粒子Ｚ」と呼ぶ）に照射してＲａｙｌｅｉｇｈ散乱を生じさせる光照射部２と、前記照射光Ｌが前記測定対象粒子ＺでＲａｙｌｅｉｇｈ散乱した散乱光を、６方向の異なる偏光成分に分離して、それぞれの光強度を検出する光検出部３と、前記照射光Ｌの３方向の独立した偏光成分ごとの光強度、及び、前記散乱光の６方向の異なる偏光成分ごとの光強度に基づいて、前記測定対象粒子Ｚの分極率成分を求める情報処理部４とを具備するものである。以下、各部を具体的に説明する。なお、本実施形態では、説明の便宜上、図３に示すように、それぞれ直交する１、２、３軸方向の分極率成分がそれぞれα_１、α_２、α_３である測定対象物を、ｘｙｚ直交座標（計測座標）の原点（被照射位置ｔ）で測定するものとして説明を進める。

測定室１は、外観視略球状を有し内部に測定対象粒子Ｚを閉じ込めて測定し得る測定空間を備えた測定室本体１１と、この測定室本体１１の上端部に設けられ測定対象粒子Ｚを測定室本体１１内に取り込むための試料取込部１２と、測定室本体１１の下端部に設けられ測定室本体１１内の測定対象粒子Ｚを排出するための試料排出部１３とを具備するものである。本実施形態では、試料取込部１２及び試料排出部１３の形状を、それぞれ漏斗状のものとしているがこれに限られるものではない。

光照射部２は、ｚ軸方向へ進む円偏光した照射光Ｌａを照射する第１の光照射器２１ａと、ｘｙ面内に平行に進みｚ軸方向に直線偏光した照射光Ｌｚを照射する第２の光照射器２１ｂとを具備するものである。ここで、前記照射光Ｌａと前記照射光Ｌｚは、干渉しない独立な光である。なお、図示及び説明の都合上、照射光Ｌａは、ｚ軸方向に平行に進みｘ軸方向に直線偏光した光Ｌｘと、ｚ軸方向に平行に進みｙ軸方向に直線偏光した光Ｌｙと、に分けて図示している。なお、照射光Ｌはレーザ光とし、その３方向の独立した偏光成分（Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚ）の強度は等しくしている。

本実施形態では、測定対象粒子Ｚの形状を求める場合には、第１の光照射器２１ａ及び第２の光照射器２１ｂの両方から照射光Ｌａ及び照射光Ｌｚ（以下、照射光Ｌと総称する）をそれぞれ照射するようにしている。また、測定対象粒子Ｚのサイズ求める場合には、第２の光照射器２１ｂのみが、前記形状測定ときの照射光の波長よりも短い波長の照射光を照射するようにしている。ここで、第１の光照射器２１ａ及び第２の光照射器２１ｂの両方が照射する照射光は、測定対象粒子Ｚの大きさ等との関係で、測定対象粒子ＺによってＲａｙｌｅｉｇｈ散乱が生じるものとしている。また、短い波長の照射光とは、測定対象粒子Ｚの大きさ等との関係で、サイズ解析にＲａｙｌｅｉｇｈ−Ｄｅｂｙｅ散乱理論を適用できるものとしている。

光検出部３は、偏光フィルタ３１と、この偏光フィルタ３１を通過してくる光を検出する光検出器３２とを、組にした状態で複数備えるものである。具体的に本実施形態では、図２に示すように、偏光フィルタ３１ｐと光検出器３２ｐとの組をその軸中心がｘ軸上になるように配し、偏光フィルタ３１ｑと光検出器３２ｑとの組をその軸中心がｙ軸上になるように配し、偏光フィルタ３１ｒと光検出器３２ｒとの組をその軸中心がｘ軸及びｙ軸に対して４５度傾斜するように配している。

偏光フィルタ３１ｐ、３１ｑ、３１ｒ（以下、「偏光フィルタ３１」と総称する）は、所定の偏光成分を有し、且つ、照射光Ｌの波長を中心とした狭い範囲の散乱光のみを通過させるものである。具体的には、本実施形態では、偏光フィルタ３１ｐが、Ｉｙ方向の偏光成分、Ｉｚ方向の偏光成分、Ｉｙｚ方向の偏光成分の３つの光に分けて、それぞれ通過させるものとしている。また、偏光フィルタ３１ｑが、Ｉｚ方向の偏光成分、Ｉｘｙ方向の２つの光に分けて、それぞれ通過させるものとしている。また、偏光フィルタ３１ｒが、Ｉｘ方向の偏光成分、Ｉｚ方向の偏光成分、Ｉｘｙ方向の偏光成分の３つの光に分けて、それぞれ通過させるものとしている。

光検出器３２は、偏光フィルタ３１を通過してくる散乱光の強度、周波数、位相などの情報を電気信号に変換し、これを検出信号として情報処理部４に対して出力するものであって、本実施形態では、この光検出器３２に、ＰＭＴ（Ｐｈｏｔｏ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ Ｔｕｂｅ；光電子増倍管）を用いている。

具体的には、図２に示すように、光検出器３２ｐは、偏光フィルタ３１ｐを通過してくる、散乱光（ｘ方向）のＩｙ方向の偏光成分の光強度等、Ｉｚ方向の偏光成分の光強度等、Ｉｙｚ方向の偏光成分の光強度等を検出し、これらを散乱光（ｘ方向）検出信号として情報処理部４に対して出力する。光検出器３２ｑは、偏光フィルタ３１ｑを通過してくる、散乱光（４５度方向）のＩｚ方向の偏光成分の光強度等、Ｉｘｙ方向の偏光成分の光強度等を検出し、これらを散乱光（４５度方向）検出信号として情報処理部４に対して出力する。光検出器３２ｒは、偏光フィルタ３１ｒを通過してくる、散乱光（ｙ方向）のＩｘ方向の偏光成分の光強度等、Ｉｚ方向の偏光成分の光強度等、Ｉｘｙ方向の偏光成分の光強度等を検出し、これらを散乱光（ｙ方向）検出信号として情報処理部４に対して出力する。

情報処理部４は、図示しないＣＰＵや内部メモリ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等を有したデジタル乃至アナログ電気回路、光照射部２や光検出部３等と通信するための通信インタフェース、入力インタフェース、液晶ディスプレイ等の表示装置などで構成されたもので、専用のものであってもよいし、一部又は全部にパソコン等の汎用コンピュータを利用するようにしたものであってもよい。また、ＣＰＵを用いず、アナログ回路のみで次の各部としての機能を果たすように構成してもよいし、その一部の機能を外部のパソコン等と兼用するなど、物理的に一体である必要はなく、有線乃至無線によって互いに接続された複数の機器からなるものであってもよい。

そして前記内部メモリに所定のプログラムを格納し、そのプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器を協働動作させることによって、この情報処理部４が、信号受信部４ａ、記憶部４ｂ、分極率成分演算部４ｃ、演算結果出力部４ｄ等としての機能を少なくとも発揮するように構成している。以下、各部を詳述する。

信号受信部４ａは、光検出器３２ｐが出力する散乱光（ｘ方向）検出信号と、光検出器３２ｑが出力する散乱光（４５度方向）検出信号と、光検出器３２ｒが出力する散乱光（ｙ方向）検出信号とを、それぞれ受信するものである。
記憶部４ｂは、信号受信部４ａで受信した、散乱光（ｘ方向）検出信号の示す散乱光（ｘ方向）のＩｙ方向の偏光成分の光強度等、Ｉｚ方向の偏光成分の光強度等、及び、Ｉｙｚ方向の偏光成分の光強度等と、散乱光（４５度方向）検出信号の示すＩｚ方向の偏光成分の光強度等、及び、Ｉｘｙ方向の偏光成分の光強度等と、散乱光（ｙ方向）検出信号の示す散乱光（ｙ方向）のＩｘ方向の偏光成分の光強度等、Ｉｚ方向の偏光成分の光強度等、及び、Ｉｘｙ方向の偏光成分の光強度等と、を適宜関連付けて記憶するものである。

分極率成分演算部４ｃは、記憶部４ｂに記憶している散乱光の６方向の異なる偏光成分ごとの光強度に基づいて、測定対象粒子Ｚの分極率成分を求めるものである。なお、本実施形態では、上述したように照射光Ｌの３方向の独立した偏光成分について、それらの強度を全て等しくしているため、この分極率成分演算部４ｃが、照射光Ｌの３方向の独立した偏光成分ごとの光強度を、分極率成分の演算に直接的には用いてはいない。

具体的には、本実施形態では、分極率成分演算部４ｃは、下式（１）〜（６）に基づいて測定対象粒子Ｚのｘ、ｙ、ｚ軸方向の分極率テンソルの成分（α_ｘｘ、α_ｘｙ、α_ｘｚ、α_ｙｙ、α_ｙｚ、α_ｚｚ）を演算し、この演算結果から下式（７）に基づいて測定対象粒子Ｚの１、２、３軸方向の分極率成分（α_１、α_２、α_３）を求めるようにしている。

Ｉ_ｘ＝α_ｘｘ ^２＋α_ｘｙ ^２＋α_ｘｚ ^２ …（１）
Ｉ_ｙ＝α_ｘｙ ^２＋α_ｙｙ ^２＋α_ｙｚ ^２ …（２）
Ｉ_ｚ＝α_ｘｚ ^２＋α_ｙｚ ^２＋α_ｚｚ ^２ …（３）
Ｉ_ｘｙ＝（α_ｘｘ＋α_ｘｙ）^２＋（α_ｘｙ＋α_ｙｙ）^２＋（α_ｘｚ＋α_ｙｚ）^２ …（４）
Ｉ_ｘｚ＝（α_ｘｘ＋α_ｘｚ）^２＋（α_ｘｙ＋α_ｙｚ）^２＋（α_ｘｚ＋α_ｚｚ）^２ …（５）
Ｉ_ｙｚ＝（α_ｘｙ＋α_ｘｚ）^２＋（α_ｙｙ＋α_ｙｚ）^２＋（α_ｙｚ＋α_ｚｚ）^２ …（６）
ここで、Ｉ_ｘはｘ軸方向の偏光成分の散乱光強度であり光検出器３２ｒで検出される。Ｉ_ｙはｙ軸方向の偏光成分の散乱光強度であり光検出器３２ｐで検出される。Ｉ_ｚはｚ軸方向の偏光成分の散乱光強度であり光検出器３２ｐ、ｑ、ｒでそれぞれ検出される。Ｉ_ｘｙはｘｙ平面内のｘ軸に対して４５°傾いた方向の偏光成分の散乱光強度であり光検出器３２ｑで検出される。、Ｉ_ｘｚはｘｚ平面内のｘ軸に対して４５°傾いた方向の偏光成分の散乱光強度であり光検出器３２ｒで検出される。Ｉ_ｙｚはｙｚ平面内のｙ軸に対して４５°傾いた方向の偏光成分の散乱光強度であり光検出器３２ｐで検出される。また、α_ｘｘ、α_ｘｙ、α_ｘｚ、α_ｙｙ、α_ｙｚ、α_ｚｚは分極率テンソルの各成分である。
ここで、Ｕは回転行列であり、Ｕ^Ｔはその転置行列を表す。Ｕは、式（8）で表される。

演算結果出力部４ｄは、分極率成分演算部４ｃで得た測定対象粒子Ｚの１、２、３軸方向の分極率成分（α_１、α_２、α_３）を出力するものである。本実施形態では、出力結果を、３次元的にモデル化して画面出力するようにしているが、例えば、分極率テンソルの対角成分α_１、α_２、α_３に、α_１：α_２：α_３＝０．８８２：０．８８２：０．８８２の関係がある場合には、測定対象粒子Ｚの形状が「球状」である旨を出力し、α_１：α_２：α_３＝０．５５６：１．２５：１．２５の関係がある場合には、その形状が「円盤状」である旨を出力し、α_１：α_２：α_３＝１．２５：０．７６９：０．７６９の関係がある場合には、その形状が「棒状」である旨を印字出力することもできる。その他、出力態様は実施形態に応じて適宜変更可能である。

次に上記構成の粒子形状計測装置Ａの動作について説明する。

（１）形状測定
まず、試料取込部１２から測定対象粒子Ｚを投入し、測定室本体１１内に取り込む。

そして、第１の光照射器２１ａ及び第２の光照射器２１ｂの両方から、被照射位置ｔにある測定対象粒子Ｚに対して照射光Ｌａ（Ｌｘ、Ｌｙ）及びＬｚ（以下、照射光Ｌと総称する）を照射する。この照射光Ｌの波長は、条件式λ≫２πｍａを満たす波長としている。ここで、ｍは粒子の屈折率、ａは粒子の半径である。例えば、直径１００ｎｍの粒子であれば、１５００ｎｍ程度の波長となる。

すると、照射光Ｌを照射された測定対象粒子ＺによってＲａｙｌｅｉｇｈ散乱が生じ、その散乱光を、光検出器３２ｐ、光検出器３２ｑ、及び、光検出器３２ｒが検出する。

具体的には、例えば、光検出器３２ｐは、偏光フィルタ３１ｐを通過してくる、散乱光（ｘ方向）のＩｙ方向の偏光成分の光強度等、Ｉｚ方向の偏光成分の光強度等、Ｉｙｚ方向の偏光成分の光強度等を検出する。光検出器３２ｑは、偏光フィルタ３１ｑを通過してくる、散乱光（４５度方向）のＩｚ方向の偏光成分の光強度等、Ｉｘｙ方向の偏光成分の光強度等を検出する。光検出器３２ｒは、偏光フィルタ３１ｒを通過してくる、散乱光（ｙ方向）のＩｘ方向の偏光成分の光強度等、Ｉｚ方向の偏光成分の光強度等、Ｉｘｙ方向の偏光成分の光強度等を検出する。

ここで、光照射器２１が照射光Ｌを照射するタイミング、及び、光検出器３２がＲａｙｌｅｉｇｈ散乱による散乱光を検出するタイミングは、適宜設定可能である。例えば、照射光Ｌを連続的に照射するようにしておき、測定対象粒子Ｚが被照射位置ｔに位置付けられた瞬間に光検出器３２を動作させるようにしてもよいし、その逆としてもよい。

しかして、情報処理部４は、光検出器３２ｐ、光検出器３２ｑ、及び、光検出器３２ｒで検出した散乱光の６方向の異なる偏光成分（Ｉ_ｘ、Ｉ_ｙ、Ｉ_ｚ、Ｉ_ｘｙ、Ｉ_ｘｚ、Ｉ_ｙｚ）の光強度に基づいて、測定対象粒子Ｚの分極率成分、具体的には、測定対象粒子Ｚの１、２、３軸方向の分極率成分（α_１、α_２、α_３）を求め、その結果を、後述するサイズ測定の結果と合わせて、３次元的にモデル化して画面出力する（図示せず）。

（２）サイズ測定
このサイズ測定は、上記形状測定に連続して行っても良いし、連続させずに行っても良い。

まず、試料取込部１２から測定対象粒子Ｚを投入し、測定室本体１１内に取り込む。

そして、第２の光照射器２１ｂから、被照射位置ｔにある測定対象粒子Ｚに対して照射光Ｌｚを照射する。この照射光Ｌｚの波長は、前記形状測定のときの波長よりも短い波長としている。

すると、照射光Ｌｚを照射された測定対象粒子Ｚによって散乱が生じ、その散乱光を、光検出器３２ｐ、光検出器３２ｑ、及び、光検出器３２ｒが検出する。

具体的には、例えば、光検出器３２ｐは、偏光フィルタ３１ｐを通過してくる、散乱光（ｘ方向）のＩｙ方向の偏光成分の光強度等、Ｉｚ方向の偏光成分の光強度等、Ｉｙｚ方向の偏光成分の光強度等を検出する。光検出器３２ｑは、偏光フィルタ３１ｑを通過してくる、散乱光（４５度方向）のＩｚ方向の偏光成分の光強度等、Ｉｘｙ方向の偏光成分の光強度等を検出する。光検出器３２ｒは、偏光フィルタ３１ｒを通過してくる、散乱光（ｙ方向）のＩｘ方向の偏光成分の光強度等、Ｉｚ方向の偏光成分の光強度等、Ｉｘｙ方向の偏光成分の光強度等を検出する。

ここで、光照射器２１が照射光Ｌを照射するタイミング、及び、光検出器３２が散乱光を検出するタイミングは、前記形状測定のときと同様、適宜設定可能である。

しかして、情報処理部４は、光検出器３２ｐ、光検出器３２ｑ、及び、光検出器３２ｒで検出した散乱光の６方向の異なる偏光成分（Ｉ_ｘ、Ｉ_ｙ、Ｉ_ｚ、Ｉ_ｘｙ、Ｉ_ｘｚ、Ｉ_ｙｚ）の光強度のうち、光検出器３２ｐ、光検出器３２ｑ、及び、光検出器３２ｒでそれぞれ検出する３つのＩｚ方向の偏光成分に基づいて、測定対象粒子Ｚのサイズを求める。例えば、求めた粒子形状を基にＲａｙｌｅｉｇｈ−Ｄｅｂｙｅ散乱理論から、散乱光強度の散乱角度分布を計算する。形状を固定してサイズを変化させると散乱角分布は変化する。検出される３つの方向の散乱光強度の比と計算される散乱角分布を比較することでサイズを求める。そして、この結果は、形状測定の結果と合わせて、３次元的にモデル化して画面出力する（図示せず）。

したがって、このような粒子形状計測装置Ａによれば、光照射部２が、所定の波長で且つ３方向の独立した偏光成分を有する照射光Ｌを、被照射位置ｔにある測定対象粒子Ｚに照射し、光検出部３が、測定対象粒子ＺでＲａｙｌｅｉｇｈ散乱した散乱光を、６方向の異なる偏光成分（Ｉ_ｘ、Ｉ_ｙ、Ｉ_ｚ、Ｉ_ｘｙ、Ｉ_ｘｚ、Ｉ_ｙｚ）に分離してそれぞれの光強度を検出し、分極率成分演算部４ｃが、検出した光強度に基づいて測定対象粒子Ｚの３次元的な分極率成分を求めるので、その３次元的な分極率成分から測定対象粒子Ｚの３次元的な形状を知ることができる。

すなわち、散乱光分布パターンを用いることなく、直径又は全長が１０数〜数μｍ以下の測定対象粒子Ｚの形状を求めることが可能な粒子形状計測装置Ａを提供することができる。

光検出部３が検出する散乱光の６方向の異なる偏光成分（Ｉ_ｘ、Ｉ_ｙ、Ｉ_ｚ、Ｉ_ｘｙ、Ｉ_ｘｚ、Ｉ_ｙｚ）のうち３方向の偏光成分（Ｉ_ｘ、Ｉ_ｙ、Ｉ_ｚ）をそれぞれ直交させ、他の３方向の偏光成分（Ｉ_ｘｙ、Ｉ_ｘｚ、Ｉ_ｙｚ）を前記３方向の偏光成分（Ｉ_ｘ、Ｉ_ｙ、Ｉ_ｚ）と４５度を成すようにしているため、光検出部３の機器構成を簡単にすることができ、また、情報処理部４での演算負荷を軽減できる。

照射光Ｌの３方向の独立した偏光成分（Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚ）を、それぞれ直交させているため、光照射部２の構成を簡単にすることができ、また、情報処理部４での演算負荷を軽減できる。

測定対象粒子Ｚのサイズ求める場合には、第２の光照射器２１ｂが、前記形状測定ときの照射光の波長よりも短い波長の照射光を照射するようにしているため、サイズ解析にＲａｙｌｅｉｇｈ−Ｄｅｂｙｅ散乱理論を適用することができ、測定対象粒子Ｚが、例えば棒状のものや円盤状のもののように非球形であっても、球形に近似したときの粒子径を求めることとはならず、測定対象粒子Ｚのサイズを精度良く求めることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、光検出部３が、Ｒａｙｌｅｉｇｈ散乱した散乱光を、６方向の異なる偏光成分に分離して、それぞれの光強度を検出するようにしているが、独立して検出する偏光成分は、これより多くても良い。

また、光照射部２が、３方向の独立した偏光成分を有する照射光Ｌを、照射するようにしているが、独立して照射する偏光成分はこれより多くてもよい。

ところで、上述した３組の偏光フィルタ３１及び光検出器３２のうち、２組を用いれば、例えば、棒のように回転自由度が２である測定対象粒子Ｚの形状を求めることもできる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の一実施形態を、図１〜図３、図５〜図７を参照して説明する。

本実施形態のアスベスト判別装置Ａは、１０数〜数μｍ以下の繊維径を有する繊維状の微小な測定対象粒子（以下、測定対象粒子Ｚ）がアスベストであるか否かを判別するものであって、測定室１と、光照射部２と、光検出部３と、情報処理部４とを具備するものである。以下、各部を具体的に説明する。なお、本実施形態のアスベスト判別装置Ａと第１実施形態の粒子形状計測装置Ａとは機器構成としては略同様であり、第１実施形態と同一の名称及び同一の符号のものは、特に説明が無い限り、第１実施形態のものと同様の構成で同様の作用効果を奏するものとして、その説明を省略する。

情報処理部４は、内部メモリに所定のプログラムを格納し、そのプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器を協働動作させることによって、この情報処理部４が、信号受信部４ａ、記憶部４ｂ、分極率成分演算部４ｃ、アスペクト比演算部４ｅ、判別部４ｆ等としての機能を少なくとも発揮するように構成している。以下、各部を詳述する。

アスペクト比演算部４ｅは、分極率成分演算部４ｃで求めた測定対象粒子Ｚの分極率成分に基づいて、該測定対象粒子Ｚのアスペクト比を求めるものである。

ここで、分極率成分演算部４ｃで得た測定対象粒子Ｚの１、２、３軸方向の分極率成分（α_１、α_２、α_３）と、測定対象粒子Ｚの１、２、３軸方向の長さとは比例する関係にある。そこで、本実施形態では、分極率テンソルの対角成分α_１、α_２、α_３の任意の２組についての比率を求め、これをアスペクト比としている。

判別部４ｆは、アスペクト比演算部４ｅで求めたアスペクト比が略３以上である場合には、測定対象粒子Ｚがアスベスト又はその蓋然性が高いと判別するものである。

具体的には、例えば、測定対象粒子Ｚの１、２軸方向の分極率α_１とα_２との比が、３以上である場合には、測定対象粒子Ｚがアスベスト又はその蓋然性が高いと判別する。

したがって、測定対象粒子Ｚの元素組成分析を行わずに済み、且つ、照合用の特定組成のデータを予め用意することなく、測定対象粒子Ｚの測定形状に基づいて、簡便にアスベストが存在するか否かの判別を行うことが可能となる。

なお、本発明はこの実施形態に限られるものではない。

例えば、測定対象粒子Ｚが、例えば、概ね棒状のように回転自由度が２である場合には、第１実施形態と同様、光検出部３を、２組の偏光フィルタ３１及び光検出器３２によって実現できる。

また、判別部４ｆが、測定対象粒子Ｚがアスベスト又はその蓋然性が高いと判別したものについて、その数をカウントするカウンタを設けることもできる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の一実施形態に係る粒子形状計測装置を示す全体図。 同実施形態における光照射部及び光検出部等の配置関係等を示す図。 同実施形態における測定対象物とｘｙｚ直交座標（計測座標）との関係を表す図。 同実施形態における情報処理部の機能構成図。 同実施形態におけるＲａｙｌｅｉｇｈ散乱を示す斜視図。 同実施形態におけるＲａｙｌｅｉｇｈ散乱をｘｙ断面で見たときの図。 本発明の一実施形態に係るアスベスト判別装置の情報処理部の機能構成図。

符号の説明

Ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・粒子形状計測装置
Ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・アスベスト判別装置
α_１、α_２、α_３・・・・・・・・・・・・・測定対象粒子の分極率成分
Ｌ（Ｌｘ，Ｌｙ、Ｌｚ）・・・・・・・・・照射光
Ｉ_ｘ、Ｉ_ｙ、Ｉ_ｚ、Ｉ_ｘｙ、Ｉ_ｘｚ、Ｉ_ｙｚ・・・６方向の異なる偏光成分
Ｓ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・散乱光
ｔ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・被照射位置
Ｚ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・微小な測定対象粒子
２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・光照射部
３・・・・・・・・・・・・・・・・・・・光検出部
４ｃ・・・・・・・・・・・・・・・・・・分極率成分演算部
４ｅ・・・・・・・・・・・・・・・・・・アスペクト比演算部
４ｆ・・・・・・・・・・・・・・・・・・判別部

Claims (10)

1. 所定の波長で且つ３方向の独立した偏光成分を有する照射光を、被照射位置にある微小な測定対象粒子に照射してＲａｙｌｅｉｇｈ散乱を生じさせる光照射部と、
   前記照射光が前記測定対象粒子でＲａｙｌｅｉｇｈ散乱した散乱光を、少なくとも６方向の異なる偏光成分に分離して、それぞれの光強度を検出する光検出部と、
   前記照射光の３方向の独立した偏光成分ごとの光強度、及び、前記散乱光の少なくとも６方向の異なる偏光成分ごとの光強度に基づいて、前記測定対象粒子の分極率成分を求める分極率成分演算部とを具備し、
   前記分極率成分演算部で求めた前記測定対象粒子の分極率成分に基づいて、該測定対象粒子の形状を求めるようにしている粒子形状計測装置。
2. 前記光検出部が検出する散乱光の６方向の異なる偏光成分は、そのうち３方向の偏光成分がそれぞれ直交する関係にあり、他の３方向の偏光成分が前記３方向の偏光成分の少なくともいずれかと４５度を成す関係にある請求項１記載の粒子形状計測装置。
3. 所定の波長で且つ３方向の独立した偏光成分を有する照射光を被照射位置にある微小な測定対象粒子に照射してＲａｙｌｅｉｇｈ散乱を生じさせる光照射部と、
   前記照射光が前記測定対象粒子でＲａｙｌｅｉｇｈ散乱した散乱光を、少なくとも４方向の異なる偏光成分に分離して、それぞれの光強度を検出する光検出部と、
   前記照射光の３方向の独立した偏光成分ごとの光強度、及び、前記散乱光の少なくとも４方向の異なる偏光成分ごとの光強度に基づいて、前記測定対象粒子の分極率成分を求める分極率成分演算部とを具備し、
   前記分極率成分演算部で求めた前記測定対象粒子の分極率成分に基づいて、該測定対象粒子の形状を求めるようにしている粒子形状計測装置。
4. 前記光検出部が検出する散乱光の４方向の異なる偏光成分は、そのうちの３方向の偏光成分がそれぞれ直交する関係にあり、他の１方向の偏光成分が前記３方向の偏光成分の少なくともいずれかと４５度を成す関係にある請求項３記載の粒子形状計測装置。
5. 前記照射光の３方向の独立した偏光成分は、それぞれ直交する関係にある請求項１乃至４いずれか記載の粒子形状計測装置。
6. 前記光照射部が、所定方向に振動する偏光成分を有し且つ前記所定の波長よりも短い波長の照射光を照射するものであり、
   前記光検出部が、前記短い波長の照射光を測定対象粒子に照射したときの散乱光を、前記短い波長の照射光の偏光成分と同一方向の偏光成分に分離して、少なくとも３方向での強度を検出するようにしている請求項１乃至５いずれか記載の粒子形状計測装置。
7. １０数〜数μｍ以下の繊維径を有する繊維状の微小な測定対象粒子がアスベストであるか否かを判別するための装置であって、
   所定の波長で且つ３方向の独立した偏光成分を有する照射光を、被照射位置にある微小な測定対象粒子に照射してＲａｙｌｅｉｇｈ散乱を生じさせる光照射部と、
   前記照射光が前記測定対象粒子でＲａｙｌｅｉｇｈ散乱した散乱光を、少なくとも６方向の異なる偏光成分に分離して、それぞれの光強度を検出する光検出部と、
   前記照射光の３方向の独立した偏光成分ごとの光強度、及び、前記散乱光の少なくとも６方向の異なる偏光成分ごとの光強度に基づいて、前記測定対象粒子の分極率成分を求める分極率成分演算部と、
   前記分極率成分演算部で求めた前記測定対象粒子の分極率成分に基づいて、該測定対象粒子のアスペクト比を求めるアスペクト比演算部と、
   前記アスペクト比演算部で求めたアスペクト比が略３以上である場合には、前記測定対象粒子がアスベスト又はその蓋然性が高いと判別する判別部と、を具備しているアスベスト判別装置。
8. 所定の波長で且つ３方向の独立した偏光成分を有する照射光を、被照射位置にある微小な測定対象粒子に照射し、
   前記照射光の照射によって前記測定対象粒子でＲａｙｌｅｉｇｈ散乱した散乱光を、少なくとも６方向の異なる偏光成分に分離して、それぞれの光強度を検出し、
   前記照射光の３方向の独立した偏光成分ごとの光強度、及び、前記散乱光の少なくとも６方向の異なる偏光成分ごとの光強度に基づいて、前記測定対象粒子の分極率成分を求め、
   求めた前記測定対象粒子の分極率成分に基づいて、該測定対象粒子の形状を求めるようにしている粒子形状計測方法。
9. 所定の波長で且つ３方向の独立した偏光成分を有する照射光を被照射位置にある微小な測定対象粒子に照射し、
   前記照射光の照射によって前記測定対象粒子でＲａｙｌｅｉｇｈ散乱した散乱光を、少なくとも４方向の異なる偏光成分に分離して、それぞれの光強度を検出し、
   前記照射光の３方向の独立した偏光成分ごとの光強度、及び、前記散乱光の少なくとも４方向の異なる偏光成分ごとの光強度に基づいて、前記測定対象粒子の分極率成分を求め、
   求めた前記測定対象粒子の分極率成分に基づいて、該測定対象粒子の形状を求めるようにしている粒子形状計測方法。
10. １０数〜数μｍ以下の繊維径を有する繊維状の微小な測定対象粒子がアスベストであるか否かを判別するための方法であって、
    所定の波長で且つ３方向の独立した偏光成分を有する照射光を、被照射位置にある微小な測定対象粒子に照射し、
    前記照射光の照射によって前記測定対象粒子でＲａｙｌｅｉｇｈ散乱した散乱光を、少なくとも６方向の異なる偏光成分に分離して、それぞれの光強度を検出し、
    前記照射光の３方向の独立した偏光成分ごとの光強度、及び、前記散乱光の少なくとも６方向の異なる偏光成分ごとの光強度に基づいて、前記測定対象粒子の分極率成分を求め、
    求めた前記測定対象粒子の分極率成分に基づいて、該測定対象粒子のアスペクト比を求め、
    そのアスペクト比が略３以上である場合には、前記測定対象粒子がアスベスト又はその蓋然性が高いと判別するようにしているアスベスト判別方法。