JP3889920B2

JP3889920B2 - 散乱式粒子径分布測定装置

Info

Publication number: JP3889920B2
Application number: JP2000288052A
Authority: JP
Inventors: 拓司黒住; 喜昭東川
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: JP2002098624A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光源からの光を試料に対して光を照射し、そのとき散乱光を集光レンズを介して光検出器に入射させ、このとき得られる散乱光強度パターンに基づいて試料中の粒子径分布を測定する散乱式粒子径分布測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の散乱式粒子径分布測定装置の構成を概略的に示すもので、この図において、１はレーザ光２を発する光源、３はレーザ光２を適宜拡大するビームエクスパンダ、４は試料５が供給される流通型のセル、６はセル４の後方に設けられる集光レンズである。７は集光レンズ６からの散乱光や透過光を検出する光検出器で、光軸中心部に設けられる透過光受光素子８を中心にして複数の円弧状の散乱光受光素子９が適宜の間隔をおいて設けられてなり、各受光素子８，９はフォトダイオードよりなる。１０は光検出器７からの信号を取り込むマルチプレクサ、１１はマルチプレクサ１０からの信号が入力され、散乱光強度パターンに基づいて演算を行って粒子径分布を求めるＣＰＵ、１２は装置全体を制御するパソコンで、演算結果などを表示するカラーディスプレイなどの表示装置１３を備えている。
【０００３】
前記散乱式粒子径分布測定装置においては、セル４に試料５を供給しながらレーザ光２をセル４に対して照射すると、レーザ光２の一部がセル４内の試料５中の粒子を照射して散乱光１４となり、残りの光は粒子と粒子との間を通過して透過光１５となる。そして、これら散乱光１４および透過光１５は、それぞれ、集光レンズ６を経て光検出器７の散乱光受光素子９および透過光受光素子８に入射する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記散乱式粒子径分布測定装置においては、光源１と光検出器７との光軸が厳密に一致していなければならず、この例においては、光源１を発したレーザ光２の光軸中心と光検出器７における散乱光受光素子９の中心位置とが一致している必要があるが、光源１が熱歪みを起こしたり、セル４、レンズ６、光検出器７をそれぞれ設けたベンチ（図示してない）が熱で歪んだり、また、セル４を交換したりする場合、その取付け位置が変化するなどして、前記光軸にずれが生ずることがあった。
【０００５】
そこで、従来の散乱式粒子径分布測定装置においては、光検出器７を平行に移動するＸＹステージ１６に設け、このＸＹステージ１６を、圧電素子やステッピングモータなどの直動式のアクチュエータ１７，１８を用いて、Ｘ方向および／またはＹ方向に移動し、前記光軸のずれを矯正し、光軸調整を行うようにしていた。
【０００６】
しかしながら、上記従来の散乱式粒子径分布測定装置においては、光軸調整のために必要とされる移動量あるいはステップ数を確保するために装置内に比較的大きなスペースを要するとともに、構成が複雑になる。そして、精度の高い測定を行うには、前記光軸調整を高精度で行う必要があるが、精度の高い調整を行うためには、動作精度の高い高価な直動部品が必要になり、ひいては、装置が高価なものになるといった課題があった。
【０００７】
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、大きなスペースを要することなく、光源と光検出器との光軸を簡単な構造でありながらも精度よく調整することができる散乱式粒子径分布測定装置を提供することである。
【０００８】
【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、光源からの光を試料に対して照射し、そのときに生ずる散乱光を光検出器で検出し、このとき得られる散乱光強度パターンに基づいて試料中の粒子径分布を測定する散乱式粒子径分布測定装置において、前記光検出器を保持するための保持ベースが第１および第２ベース部材よりなり、そのうち第１ベース部材はその一端部において前記光源と光検出器とを結ぶ軸と平行またはこれと角度をなすように設けられた軸を中心に回転自在に枢支され、第２ベース部材は前記第１ベース部材の他端部において該第１ベース部材の枢支軸と平行に設けられた軸を中心に回転自在に枢支され、前記光検出器は第２ベース部材の表面に保持されており、かつ、前記第１ベース部材を前記枢支軸を中心に回転させるための第１アクチュエータおよび前記第２ベース部材を前記第１ベース部材の他端部の枢支軸を中心に回転させるべく第１ベース部材に取り付けた第２アクチュエータが設けられ、これら第１および第２アクチュエータはそれらの作用点が前記第１および第２ベース部材の枢支軸近くに位置するように配置されていることを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
また、請求項２に記載のように、前記光検出器を保持するための保持ベースが第１および第２ベース部材よりなり、そのうち第１ベース部材は前記光源と光検出器とを結ぶ軸と直交する方向またはこれと角度をなす方向に直線的に移動するように設けられ、第２ベース部材は前記第１ベース部材上に前記光源と光検出器とを結ぶ軸と平行またはこれと角度をなすように設けられた軸を中心に回転自在に枢支され、前記光検出器は第２ベース部材の表面に保持されており、かつ、前記第１ベース部材を前記方向に直線的に移動させるための第１アクチュエータおよび前記第２ベース部材を前記第１ベース部材側面の枢支軸を中心に回転させるべく第１ベース部材に取り付けた第２アクチュエータが設けられ、この第２アクチュエータはその作用点が前記第２ベース部材の枢支軸近くに位置するように配置されている、あるいは、請求項３に記載のように、前記光検出器を保持するための保持ベースが第１および第２ベース部材よりなり、そのうち第１ベース部材はその一端部において前記光源と光検出器とを結ぶ軸と平行またはこれと角度をなすように設けられた軸を中心に回転自在に枢支され、第２ベース部材は前記第１ベース部材上に前記光源と光検出器とを結ぶ軸と直交する方向またはこれと角度をなす方向に直線的に移動するように設けられ、前記光検出器は第２ベース部材の表面に保持されており、かつ、前記第１ベース部材を前記枢支軸を中心に回転させるための第１アクチュエータおよび前記第２ベース部材を前記方向に直線的に移動させるべく前記第１ベース部材に取り付けた第２アクチュエータが設けられ、前記第１アクチュエータはその作用点が前記第１ベース部材の枢支軸近くに位置するように配置されているなどの態様を採用することを特徴とする。
【００１０】
上記構成の散乱式粒子径分布測定装置においては、光源と光検出器とを結ぶ軸と平行またはこれと角度をなすように設けられた軸を中心にした第１および第２ベース部材の回転の組合せ、あるいは、第１ベース部材の光源と光検出器とを結ぶ軸と直交する方向またはこれと角度をなす方向への直線移動または前記軸を中心にした回転と第２ベース部材の前記軸を中心にした回転または前記方向への直線移動の組合せによって、光検出器の移動範囲を大きくとれるようにしているので、従来に比べて、光軸の調整範囲が広がり、散乱式粒子径分布測定装置散乱式粒子径分布測定装置の分解能が向上する。そして、光軸調整のための構成部材が少なくて済み、また、装置内に光軸調整のために大きなスペースを要することがなくなるとともに、高価な直動部材を必要としないので、測定精度が高く、安価でコンパクトな散乱式粒子径分布測定装置を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１および図２は、この発明の一つの実施の形態を示すものである。これらの図において、図６に示した符号と同一のものは同一物であるので、その詳細な説明は省略する。
【００１２】
前記図１および図２に示す散乱式粒子径分布測定装置が、図６に示したものと大きく異なる点は、光検出器７を、光源１と光検出器７とを結ぶ軸１９と平行またはこれと角度をなすように設けられる軸を中心に回転する機構を構成する保持ベース２０に保持させた点である。すなわち、図１において、２０は光検出器７を保持するための保持ベースで、この保持ベース２０は、二つのベース部材、すなわち、第１ベース部材２１と第２ベース部材２２とからなる。
【００１３】
前記保持ベース２０の構成を、図２をも参照しながら説明すると、まず、第１ベース部材２１は、例えば適宜厚さのアーム体またはレバー体よりなり、その一端側が光源１と光検出器７とを結ぶ軸１９とはやや離れ、これと平行に設けられた軸２３に回転自在に枢支されている。すなわち、第１ベース部材２１の回転面は、前記軸１９と直交している。そして、この枢支軸２３に比較的近い下端部、つまり、その作用点が枢支軸２３近くに位置するように被押圧部材２４が設けられ、この被押圧部材２４を押圧するように第１アクチュエータ２５が設けられており、この第１アクチュエータ２５の動作により、第１ベース部材２１は、枢支軸２３を中心にして図中の矢印Ｕ方向に回転する。なお、２６は第１アクチュエータ２５の取付け用ブラケット部材である。
【００１４】
そして、第２ベース部材２２は、例えば適宜厚さの扇体よりなり、その要の部分が、第１ベース部材２１の枢支軸２３とは反対側の他端部において枢支軸２３と平行に設けられる軸２７に回転自在に枢支されている。すなわち、第２ベース部材２２の回転面は、前記第１ベース部材２１の回転面と平行かつ前記軸１９と直交している。そして、第１ベース部材２１の枢支軸２７に比較的近い部分、つまり、その作用点が前記第１ベース部材２１の枢支軸２７近くに位置するように配置されて第２ベース部材２２の下端面を押圧するための第２アクチュエータ２８がブラケット２９を介して取り付けられており、この第２アクチュエータ２８の動作により、第２ベース部材２２は、枢支軸２７を中心にして図中の矢印Ｖ方向に回転する。
【００１５】
なお、前記アクチュエータ２５，２８としては、例えば圧電素子やステッピングモータなど直線的に動作するものを用いることができる。また、このアクチュエータ２５，２８は、パソコン１２によって制御される。
【００１６】
そして、この実施の形態においては、透過光受光素子８および複数の散乱光受光素子９よりなる光検出器７は、前記第２ベース部材２２のレンズ６に面した表面２２ａに所定の状態で保持される。
【００１７】
上記構成の散乱式粒子径分布測定装置においては、第１アクチュエータ２５を動作させることにより、第１ベース部材２１が軸２３を中心にして矢印Ｕ方向に回転する。これによって、第２ベース部材２２およびその枢支軸２７も軸２３を中心にして円弧状に移動するが、第２ベース部材２２を、枢支軸２７を中心して回転させる第２アクチュエータ２８も第２ベース部材２２およびその枢支軸２７と同様に軸２３を中心にして円弧状に移動するため、第２ベース部材２２およびその枢支軸２７と第２アクチュエータ２８との相対的な位置関係は、常に一定であり、固定されている。
【００１８】
そして、第２アクチュエータ２８を動作させることにより、第２ベース部材２２が軸２７を中心にして矢印Ｖ方向に回転する。
【００１９】
上記構成の散乱式粒子径分布測定装置における光軸調整の一例を説明すると、測定に先立って、セル４が空の状態で、光源１からレーザ光２をセル４に照射する。そのときセル４を透過した光１５は、透過光受光素子８に入射する。この透過光受光素子８からの信号がＣＰＵ１１に入力されて、透過光強度が求められ、これがパソコン１２に入力される。そして、透過光受光素子８によって検出される透過光強度が最大になるように、パソコン１２から前記アクチュエータ２５，２８に対して制御信号が送出され、これに基づいて第１ベース部材２１および第２ベース部材２２が所定量回転され、所望の光軸調整が自動で行われる。
【００２０】
上記実施の形態においては、光検出器７が、光源１と光検出器７とを結ぶ軸１９と平行な軸２３，２７を中心にしてそれぞれ回転する第１および第２ベース部材２１，２２からなる保持ベース２０に保持させており、回転方向の調整を行うようにしているので、従来に比べて、調整範囲が広がり、分解能が向上する。すなわち、ベース部材２１，２２をアクチュエータ２５，２８によって回転させる場合、それぞれの回転のためにベース部材２１，２２に加える力の作用点が、軸２３，２７に近い位置に設けられているので、アクチュエータ２５，２８のストロークが同一であってもベース部材２１，２２の移動範囲を大きくすることができ、調整範囲が広がる。このため、光軸調整のための調整幅が大きくなり、結果として、散乱式粒子径分布測定装置の分解能が向上されることになるのである。
【００２１】
そして、上記構成によれば、光軸調整のための構成部材が少なくて済み、また、装置内に光軸調整のために大きなスペースを要することがなくなるとともに、高価な直動部材を必要としないので、安価でコンパクトな散乱式粒子径分布測定装置を得ることができる。
【００２２】
また、特に、光検出器７を保持した第２ベース部材２２を、第１ベース部材２１上において回転させるように構成するとともに、第２ベース部材２２を回転させるための第２アクチュエータ２８を第１ベース部材２１に設けているので、第２ベース部材２２およびその枢支軸２７と第２アクチュエータ２８との相対的な位置関係が常に一定となり固定化されるので、位置調整のための信号制御が簡素化される。
【００２３】
上述の実施の形態においては、保持ベース２０を構成する第１ベース部材２１および第２ベース部材２２がともに回転するものであったが、これに代えて、図３または図４に示すように、一方のベース部材を回転させ、他方のベース部材を直線的に移動させるようにしてもよい。
【００２４】
まず、図３は第２の実施の形態を示すもので、この図において、３０は矢印Ｘ方向に直線的に移動する第１ベース部材で、この第１ベース部材３０は、例えば平板よりなり、第１アクチュエータ３１によってガイドベース３２に沿って移動する。そして、３３は第１ベース部材３０の側面に設けられる第２ベース部材で、前記第２ベース部材２２と同様に構成されており、図においては、対応する部分に図１における符号と同一符号を付している。この第２ベース部材３３は、第１ベース部材３０に設けられた第２アクチュエータ２８の動作により、枢支軸２７を中心にして矢印Ｕ方向に回転する。そして、この第２ベース部材３３の表面に光検出器７が所定の状態で保持される。
【００２５】
次に、図４は第３の実施の形態を示すもので、この図において、４０は第１ベース部材で、例えば平面視五角形の平板よりなり、その一端側（三角形状側）が光源１と光検出器７とを結ぶ軸１９とはやや離れ、これと平行に設けられた軸４１に回転自在に枢支され、その軸４１近くの下端部の適宜位置において第１アクチュエータ４２が押圧することにより、枢支軸４１を中心にして図中の矢印Ｕ方向に回転するように構成されている。また、４３は第１ベース部材４０の側面に設けられる第２ベース部材で、例えば平板よりなり、第１ベース部材４０に固定した状態で設けられるガイドベース４４の一端側に設けられた第２アクチュエータ４５によって、前記ガイドベース４４に沿うようにして水平方向（矢印Ｘ方向）に移動する。そして、この第２ベース部材４３の表面に光検出器７が所定の状態で保持される。
【００２６】
上記第２および第３の実施の形態の動作およびその作用効果は、前記第１の実施の形態のそれとほぼ同じであるので、その説明は省略する。
【００２７】
なお、上述の各実施の形態においては、集光レンズ６をセル４の後段側、より詳しくは、セル４と光検出器７との間に設け、光源からの光２をセル４内の試料５に対して照射し、そのときに生ずる散乱光１４を集光レンズ６を介して光検出器７に入射させる光学系を採用していたが、この発明はこれに限られるものではなく、例えば図１に示した実施の形態において、その光学系を、図５に示すように、集光レンズ６をセル４の前段側（例えばビームエクスパンダ３とセル４との間）に設けた逆フーリエ型の光学系に構成してもよい。
【００２８】
この発明は、上述の各実施の形態に限られるものではなく、種々に変形して実施することができる。例えば、上述の各実施の形態においては、第１ベース部材２１，４０や第２ベース部材２２，３３の回転面を、光源１と光検出器７とを結ぶ軸１９と直交するように、第１ベース部材２１，４０、第２ベース部材２２，３３の枢支軸２３，２７，４０を、前記軸１９と平行になるようにしていたが、このようにする必要はなく、前記軸２３，２７，４０を軸１９と平行ではなく、これと角度をなすようにして設けてよい。特に、光検出器７を取り付けた第２ベース部材２２，３３の回転面をやや傾けた場合、光検出器７に一旦入射した光が、光検出器７の表面で反射しても、その反射光がセル１側に再入射して、ノイズとなる迷光が生ずるのが防止される。
【００２９】
そして、図３や図４に示すように、第１ベース部材３０や第２ベース部材４３を直線的に移動させる場合においては、これらの部材３０，４３を、光源１と光検出器７とを結ぶ軸１９と角度をなす方向に直線的に移動させるようにしてもよい。
【００３０】
また、前記第１ベース部材２１，４０や第２ベース部材２２，３３を枢支する軸２３，２７，４１の軸受け部にベアリングを用いるようにすれば、前記部材２１，２２，３３，４０，の回転がスムーズに行われる。このベアリングとしては市販の安価なものでよい。
【００３１】
そして、前記第１ベース部材２１，４０や第２ベース部材２２，３２を回転させるためのアクチュエータ２５，４２，２８，４５の作用点を、それらの枢支軸２３，２７に対してより近くに設けることにより、少しのストロークによって前記ベース部材２１，２２，３２，４０を大きく移動させることができる。
【００３２】
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明においては、光源と光検出器とを結ぶ軸と平行またはこれと角度をなすように設けられた軸を中心にした第１および第２ベース部材の回転の組合せ、あるいは、第１ベース部材の光源と光検出器とを結ぶ軸と直交する方向またはこれと角度をなす方向への直線移動または前記軸を中心にした回転と第２ベース部材の前記軸を中心にした回転または前記方向への直線移動の組合せによって、光検出器の移動範囲を大きくとれるようにしているので、従来に比べて、調整範囲が広がり、分解能が向上する。そして、光軸調整のための構成部材が少なくて済み、また、装置内に光軸調整のために大きなスペースを要することがなくなるとともに、高価な直動部材を必要としないので、安価でコンパクトな散乱式粒子径分布測定装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の散乱式粒子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】前記散乱式粒子径分布測定装置における光検出器の保持部分の構成の一例を示す斜視図である。
【図３】前記保持部分の他の構成例を示す斜視図である。
【図４】前記保持部分のさらに他の構成例を示す斜視図である。
【図５】前記散乱式粒子径分布測定装置の他の構成例を概略的に示す図である。
【図６】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１…光源、２…光、５…試料、７…光検出器、１４…散乱光、１９…光源と光検出器とを結ぶ軸、２０…保持ベース、２１，３０，４０…第１ベース部材、２２，３３，４３…第２ベース部材、２３，２７，４１…枢支軸、２５，３１，４２…第１アクチュエータ、２８，４５…第２アクチュエータ。

Claims

光源からの光を試料に対して照射し、そのときに生ずる散乱光を光検出器で検出し、このとき得られる散乱光強度パターンに基づいて試料中の粒子径分布を測定する散乱式粒子径分布測定装置において、前記光検出器を保持するための保持ベースが第１および第２ベース部材よりなり、そのうち第１ベース部材はその一端部において前記光源と光検出器とを結ぶ軸と平行またはこれと角度をなすように設けられた軸を中心に回転自在に枢支され、第２ベース部材は前記第１ベース部材の他端部において該第１ベース部材の枢支軸と平行に設けられた軸を中心に回転自在に枢支され、前記光検出器は第２ベース部材の表面に保持されており、かつ、前記第１ベース部材を前記枢支軸を中心に回転させるための第１アクチュエータおよび前記第２ベース部材を前記第１ベース部材の他端部の枢支軸を中心に回転させるべく第１ベース部材に取り付けた第２アクチュエータが設けられ、これら第１および第２アクチュエータはそれらの作用点が前記第１および第２ベース部材の枢支軸近くに位置するように配置されていることを特徴とする散乱式粒子径分布測定装置。
光源からの光を試料に対して照射し、そのときに生ずる散乱光を光検出器で検出し、このとき得られる散乱光強度パターンに基づいて試料中の粒子径分布を測定する散乱式粒子径分布測定装置において、前記光検出器を保持するための保持ベースが第１および第２ベース部材よりなり、そのうち第１ベース部材は前記光源と光検出器とを結ぶ軸と直交する方向またはこれと角度をなす方向に直線的に移動するように設けられ、第２ベース部材は前記第１ベース部材上に前記光源と光検出器とを結ぶ軸と平行またはこれと角度をなすように設けられた軸を中心に回転自在に枢支され、前記光検出器は第２ベース部材の表面に保持されており、かつ、前記第１ベース部材を前記方向に直線的に移動させるための第１アクチュエータおよび前記第２ベース部材を前記第１ベース部材側面の枢支軸を中心に回転させるべく第１ベース部材に取り付けた第２アクチュエータが設けられ、この第２アクチュエータはその作用点が前記第２ベース部材の枢支軸近くに位置するように配置されていることを特徴とする散乱式粒子径分布測定装置。
光源からの光を試料に対して照射し、そのときに生ずる散乱光を光検出器で検出し、このとき得られる散乱光強度パターンに基づいて試料中の粒子径分布を測定する散乱式粒子径分布測定装置において、前記光検出器を保持するための保持ベースが第１および第２ベース部材よりなり、そのうち第１ベース部材はその一端部において前記光源と光検出器とを結ぶ軸と平行またはこれと角度をなすように設けられた軸を中心に回転自在に枢支され、第２ベース部材は前記第１ベース部材上に前記光源と光検出器とを結ぶ軸と直交する方向またはこれと角度をなす方向に直線的に移動するように設けられ、前記光検出器は第２ベース部材の表面に保持されており、かつ、前記第１ベース部材を前記枢支軸を中心に回転させるための第１アクチュエータおよび前記第２ベース部材を前記方向に直線的に移動させるべく前記第１ベース部材に取り付けた第２アクチュエータが設けられ、前記第１アクチュエータはその作用点が前記第１ベース部材の枢支軸近くに位置するように配置されていることを特徴とする散乱式粒子径分布測定装置。