JP6150167B2 - 微粒子分散性評価装置及び微粒子分散性評価方法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、共焦点レーザー顕微鏡装置を用いて、多層構造の膜試料の深さ方向へのミクロン単位での構造解析をおこなう装置が記載されている。共焦点レーザー顕微鏡装置としては、レーザー光源と、試料にレーザー光を照射すると共に、試料からの光を受光する分離光学素子、油浸対物レンズ、および、焦点面と共役な関係にあるピンホールを有する共焦点顕微光学系と、分離光学素子を経由した光における特定波長の光を透過する光を透過するフィルター光学素子と、フィルター光学素子を透過した光を分光する分光手段と、分光手段により分光された光の強度を検出する光検出手段と、試料の深さ方向並びに平面方向への走査機構とを備えたものが記載されている。
上記フィルター光学素子はレイリー光を透過するものであり、上記光検出手段により検出された光の強度に基づき深さ方向並びに平面方向に関する2次元データを構築し、この2次元データから樹脂膜中の粒子の分散性評価をおこなうための画像処理をおこなう画像処理部を備え、上記レーザー光源が直線偏光で、分散した微粒子の粒径の7.2倍以上の波長のレーザー光を発することが可能であることを特徴とするものである。
まず、本実施形態で試料(被検体)となる、カーボンブラックからなるフィラー微粒子(以下、カーボンブラックフィラー微粒子という)が分散された樹脂膜試料の例を以下に挙げる。
樹脂としてはカーボンブラックフィラー微粒子を添加したあとの体積固有抵抗の経時変化が抑制され、かつ難燃性でトナー離型性に優れ、残トナークリーニング性・耐久性に優れたシームレスベルトが実現できることからフッ素系樹脂が好まれている。フッ素系樹脂としては、ポリフッ化ビニルデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、テトラフルオロエチレンーヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレンーパーフルオロアルキニビニルエーテル共重合体(PFA)等があるが、この中でもPTFEが好ましい。
樹脂膜をシームレスベルトとした場合の層厚は、一般的に50〜500μmの範囲であるが、より好ましくは50〜250μmの範囲である。50μmより薄い場合にはベルト張力に対して充分な張抗力が得られず、また250μmを超えると柔軟性に欠け、スムースなベルト走行ができなくなる。
共焦点顕微光学系の焦点面となる、顕微鏡ステージ9に載置された樹脂膜試料1の微小領域にレーザー光を照射し、樹脂膜試料1からの光を受光してレイリー光を抽出し、その強度を検出してカーボンブラックフィラー微粒子の分散状態の情報を取得できる。この際、走査機構により、樹脂層のX−Y−Z方向に走査しながら上記情報を取得して解析する。
ここで、測定中の顕微鏡ステージ9の経時でのドリフト等の影響を排除するため、X−Y走査系でX−Y断面情報を取得しながら、Z軸方向駆動部を駆動して、Z軸方向に顕微鏡ステージ9を移動させる。これにより、X−Y−Z軸方向に走査しながら、微弱なカーボンブラックフィラー微粒子散乱光を含むレイリー光を取得して、後述するカーボンブラックフィラー微粒子の後方散乱像を作製する。
レーザー光源10から出射されるレーザー光は、カーボンブラックフィラー微粒子分散性評価法で測定に用いるレーザー光である。このレーザー光は、検出対象となるカーボンブラックフィラー微粒子に強い吸収が無く、レイリー散乱のメカニズムによりカーボンブラックフィラー微粒子により散乱する波長が選択される。また、一般的には数枚のNDフィルター(不図示)の組み合わせにより減光された状態である。
この際、レーザー光源の波長がカーボンブラックフィラー微粒子径の7.2倍未満では、レーザー光とカーボンブラックフィラー微粒子との相互作用となる散乱が、前方散乱が大となるミー散乱や回折散乱の領域となってしまう。このため、後方散乱光を必要とするカーボンブラックフィラー微粒子の散乱光を確保することができない。レーザー光源の波長がカーボンブラックフィラー微粒子径の7.2倍以上とすることで、散乱光が後方散乱を多く有するレイリー散乱の領域となり、カーボンブラックフィラー微粒子の分散性評価に必要な散乱光を取得することが可能となる。
また、顕微光学系における空間分解能は、油浸対物レンズ4のNAとコンフォーカルピンホール径に大きく依存しており、本実施形態では高空間分解能を達成するために、測定時にはNA1.2以上の油浸対物レンズ4として用いる。また、油浸対物レンズ4と樹脂膜試料1の間にエマルジョンオイル(不図示)が充填されており、油浸対物レンズ+エマルジョンオイルの構成となっている。
焦点以外の深さ方向からのカーボンブラックフィラー微粒子散乱光は、第2のピンホール5の位置で焦点を結ばないため、効率良く妨害光がカットされる。図1に示すように、非焦点からの反射光(散乱光)の行路を示す破線部分のほとんどの反射光が第2のピンホール5により遮蔽される。但し、樹脂膜試料1の膜中では収差の影響でビーム径が拡がりを見せるため、これらを油浸対物レンズやエマルジョンオイルを用いて拡がりを押さえることが測定上必要となる。
NA=n・sinθ
(ここで、nは膜試料1における対象膜と対物レンズ4の間の媒質(ここではエマルジョンオイル)の屈折率、θは光軸と対物レンズ4の最も外側に入る光線とがなす角を示す。)なお、エマルジョンオイルの屈折率に関しては、メーカー測定値を用いることも出来るし、エマルジョンオイルをスピンコーターでSiウェーハ上に超薄膜塗布して、その後に分光エリプソメータで測定したものを用いることもできる。
このうち、分光手段としては、プリズムや回折格子によりカーボンブラックフィラー微粒子散乱光を分光する分光器が挙げられる。主な機能は、樹脂膜やカーボンブラックフィラー微粒子を含んだ試料からの微弱な蛍光やラマン光などの成分を波長成分で取り除く。分光器に入る直前光路上に焦点面と共役な点(エリア)がある場合には、その部分のX−Y平面内に2つの直行するスリット(クロススリット)を置くことで、スリットの組に共焦点光学系でいう共焦点ピンホール(第2のピンホール5)の役割を担わせることが可能である。これにより、X−Y−Z軸方向の空間分解能が生じる。
1.樹脂膜試料の設置
ここで、厚さ140μmの樹脂膜中に分散されたカーボンブラックフィラー微粒子のX−Y断面のカーボンブラックフィラー微粒子散乱像を取得する。この際、レーザー光軸に対して垂直に位置していると考えられている樹脂膜面に僅かな傾きがある場合、適切なカーボンブラックフィラー微粒子散乱像の取得が不可能になることがある。また、対象とする樹脂膜試料1内でカーボンブラックフィラー微粒子の分散性が樹脂膜試料1の深さ方向で均一では無い場合、即ち偏りがある場合、適切なカーボンブラックフィラー微粒子散乱像の取得が不可能になることがある。
このため、予め樹脂膜表面をレーザー光軸に対して垂直に傾き調整するチルト調整機構14で傾きの微調整を行い、特に深さ方向に不均一分散されたカーボンブラックフィラー微粒子の分散性評価を可能ならしめる。
カーボンブラックフィラー微粒子分散性評価装置を図1の構成とする。先ず油浸対物レンズ4と樹脂膜試料1との間にエマルジョンンオイル(不図示)を満たす。レーザー光源10より出射され、集光レンズ11、第1のピンホール12を経た拡散するレーザー光束を、ビームスプリッター3を介して油浸対物レンズ4に導く。油浸対物レンズ4は、エマルジョンオイルを透過させてカーボンブラックフィラー微粒子を含んだ樹脂膜試料1上に集光させる。
樹脂膜試料1上に集光された光束は、樹脂膜試料1からカーボンブラックフィラー微粒子散乱光情報を含んだ光として反射され、エマルジョンオイル、油浸対物レンズ4を経て集束しつつビームスプリッター3に戻る。ビームスプリッター3に戻った光は、ビームスプリッター3の特性により、カーボンブラックフィラー微粒子散乱光を含んだレイリー光の一部が検出部6側に向かうようになる。
この状態で、ガルバノスキャナー等の光学的なX−Y走査系で樹脂膜試料1中を走査しながら、樹脂膜試料1を載せた顕微鏡ステージ9を必要に応じて、ピエゾ駆動或いはステッピングモータ移動機構によりZ軸方向に走査する。これにより、カーボンブラックフィラー微粒子を含んだ樹脂膜試料1の所定位置でのX−Y方向のレイリー光の検出を行う。すなわち、レーザー光と同一波長の散乱光強度プロファイルを検出部6の検出器で測定して樹脂膜試料1におけるカーボンブラックフィラー微粒子の散乱像情報を取り出す。
反射率R=((N−N1)2+κ2)/(N+N1)2+κ2)
N:カーボンブラックの屈折率
N1:樹脂の屈折率
κ:カーボンブラックの消光係数
より、界面での反射率:Rが70%以上であることが見出されている。一般に、屈折率差が大きくなれば散乱光を確保しやすくなるが、その場合は、散乱の影響(広義の吸収:ランバート・ベールの法則)で、光の透過性の低下を誘発することとなる。
観察結果としては、X−Y断面におけるカーボンブラックフィラー微粒子マッピングデータ及びX−Z断面におけるカーボンブラックフィラー微粒子マッピングデータ或いは3Dでのカーボンブラックフィラー微粒子マッピングデータが得られる。これにより、定性的なカーボンブラックフィラー微粒子の分散状態を判断することが可能である。
(Step1)
X−Y断面におけるカーボンブラックフィラー微粒子散乱像画像を取得する。
(Step2)
取得したカーボンブラックフィラー微粒子散乱像画像に対して、任意の画素長さを持つ矩形型の任意の画像領域を決定する。
(Step3)
散乱像画像領域内のフィラー微粒子散乱像散乱像の各画素の光の強度にあたる輝度の特徴量を算出する。
(Step4)
(Step2)(Step3)を繰り返し、カーボンブラックフィラー微粒子散乱像画像に対して、例えば図5の様に任意の多数の画像領域内で輝度の分散値を算出する。なお、図6では、画像領域を大きくすることで、一つの画素領域内での輝度の分散値を得ている。
(Step5)
各画素領域内で各画素の輝度の分散値或いは標準偏差値を分散状態の特徴量として算出し、該複数の画像領域の特徴量でヒストグラム化する。
(Step6)
ヒストグラムとカーボンブラックフィラーが分散された樹脂膜試料の特性との対応をとり、必要な閾値を設定して良・不良判断を行う。
この際、区画された各画素領域内を一つの度数として度数分布図を作成し、縦軸が領域度数、横軸が特徴量のデータ区間となるヒストグラム(図8(a)、(b))とする。これにより、例えば分散性が良い「分散性:良」サンプルに対する「分散性:不良」サンプルの判断を、閾値を設定することで定量的に行うことが可能となってくる。
また縦軸が特徴量、横軸がラベリングされた各画素領域となるヒストグラムを作成することでそのサンプル内のどの辺り(エリア)の分散状態が悪いのかを定量的に判断することも可能となる。
また特徴量としては、画素領域毎の輝度の分散値、或いは輝度の標準偏差を求めることが好適である。これによりカーボンブラックフィラーの分散性評価を良好に行うことができる。
<実施例1>
以下の条件で、カーボンブラックフィラー微粒子が分散された樹脂膜(シームレスベルト)試料1サンプルである、電子写真装置に用いられる中間転写体としての中間転写ベルトのカーボンブラックフィラー微粒子分散性評価を行った。
(1)樹脂膜(シームレスベルト)試料
図2において、カーボンブラックフィラー微粒子が分散された樹脂膜試料1として膜厚140μmのPTFE樹脂に一次粒子径0.035μmのカーボンブラックフィラー2が分散された中間転写ベルトを準備した。
図1に示す構成
・レーザー光源10;レーザー光波長 488nm(微粒子径の13.9倍)
・油浸対物レンズ4;油浸対物レンズ(OLYMPUS MPlan Apo 100× NA=1.4(屈折率1.516のエマルジョンオイルを対象膜と対物レンズ4の間に充填)
なお、エマルジョンオイルの屈折率は、メーカー測定値(製品にデータ添付)をそのまま用いた。
まず、カーボンブラックフィラー微粒子が分散された樹脂膜(シームレスベルト)試料1を適当な大きさのシート状に裁断し、スライドガラスに両面テープで固定して載置台9上に静置する。次に、図1に示すような構成とし、対物レンズとしては、油浸対物レンズ4を準備し、カーボンブラックフィラー微粒子を含んだ樹脂膜(シームレスベルト)試料1との間にエマルジョンオイル(不図示)を充填する。
そして、レーザー励起光の光束を油浸対物レンズ4で集光してシート状に形成されたカーボンブラックフィラー微粒子を含んだ樹脂膜試料1の表面から深さ方向(Z方向)1μmの位置に照射する。樹脂膜試料をX−Y方向に走査して、樹脂膜試料から微弱なカーボンブラックフィラー微粒子の散乱像を検出部6の検出器(光電面がGaAsPのAPD)に導いてカーボンブラックフィラー微粒子の散乱像を取得した。図5,6に、取得したカーボンブラックフィラー微粒子散乱像のX−Y断面のプロファイルを示す。
さらに、画像処理部8内において、図4に示すフローに従って、定量化手法による処理を施した。ここで、図5に示すように、X−Y断面で、元画素数512×512画素、256階調の取得画像に対して、横方向40画素、縦方向40画素の任意の画像領域を決定し、各画像領域内の輝度の特徴量として輝度の分散値を算出した。これを繰り返して、任意の多数の画像領域内で輝度の分散値を計算し、ヒストグラム(図8)を作成した。多数のカーボンブラックフィラー微粒子分散性良好サンプルと不良サンプルを測定することで、良・不良判断の為の閾値をヒストグラム上で選択した。これにより、樹脂膜(シームレスベルト)試料におけるカーボンブラックフィラー微粒子分散性を定量的に評価した。
実施例1においてレーザー励起光の光束を油浸対物レンズ4で集光してカーボンブラックフィラー微粒子を分散させた樹脂膜試料1(シームレスベルト)の表面から深さ方向(Z方向)1μmの位置に照射し、樹脂膜試料をX−Y方向に走査する。樹脂膜(シームレスベルト)試料1から微弱なカーボンブラックフィラー微粒子の散乱像を検出部6の光電面がGaAsPのAPDからなる検出器に導いて、カーボンブラックフィラー微粒子の散乱像を取得した。図6に取得した樹脂膜のX−Y断面のプロファイルを示す。
この際、レーザー光の波長をカーボンブラックフィラー一次粒子径0.035μmの11.57倍となる405nmとし、樹脂膜試料の分散状態の観察を行った。
この際、波長が405nmと光学的な空間分解能が浅くなっている条件でスライドガラスに両面テープで固定した樹脂膜(シームレスベルト)試料1に傾きがあった。このため、樹脂膜表面近傍(深さ1μm程の位置)でのX−Y断面情報を取得するためにチルト調整機構14を用いて樹脂膜の傾き補正を行った。
比較例1として、レーザー光の波長をカーボンブラックフィラー粒子径0.06μmに対して、レーザー光源の波長がカーボンブラックフィラー微粒子径の7.2倍未満である6.75倍の405nmとする。この場合のカーボンブラックフィラー微粒子の散乱像を取得した結果を図7に示す。
図7に示すように、レーザー光源の波長がカーボンブラックフィラー微粒子径の7.2倍未満では散乱の多くが前方散乱(ミー散乱)となってしまうため、受光器側に散乱光となるレイリー光が戻って来なくなる。このため、樹脂膜中の粒子径0.06μmカーボンブラックフィラー微粒子の明瞭な散乱像を取得することができなかった。
従来の、光検出手段により検出された光の強度に基づきカーボンブラックフィラー微粒子分散性の定量評価のための画像処理を行う画像処理部8を備えていない構成のカーボンブラックフィラー微粒子分散性評価装置を用いた。しかし、市販装置標準装備の解析ソフトウェアでは取得した多値画像の輝度の分散値計算を任意の画素サイズで行うことが不可能であったため、得られたカーボンブラックフィラー微粒子の存在を表す取得画像中の輝度を用いた定量化を行うことが出来なかった。
実施例2においてレーザー励起光の光束を油浸対物レンズ4で集光して、カーボンブラックフィラー微粒子を分散させた厚さ140μmの樹脂膜中の深さ方向の1点に照射した。樹脂膜試料をX−Y方向に走査して、膜試料から微弱なカーボンブラックフィラー微粒子の散乱像を検出部6の光電面がGaAsPのAPD検出器に導いて、カーボンブラックフィラー微粒子の散乱像を取得した。
この際、載置台にチルト調整機構14を設けず試料のチルト(傾き)調整を行わなかったが、スライドガラスに両面テープで固定した樹脂膜(シームレスベルト)試料1に傾きが有った。このため、樹脂膜表面近傍(深さ1μm程の位置)のX−Y方向のカーボンブラックフィラー微粒子散乱像では、走査した際の測定ポイントの一部が表面上に出てしまった。カーボンブラックフィラー散乱X−Y二次元画像が途中で途切れるなど、浅い領域の適正なカーボンブラックフィラー微粒子散乱像を取得することが出来なかった。
(態様A)
レーザー光源10と、微粒子2を分散した樹脂膜からなる試料1にレーザー光を照射すると共に、試料からの微粒子散乱光を含む光を受光するビームスプリッター3等の分離光学素子、油浸対物レンズ4、および、焦点面と共役な関係にあるピンホール12,5を備える共焦点光学系を有する共焦点顕微光学系と、分離光学素子を経由した光における特定波長の光を透過するフィルター光学素子7と、フィルター光学素子を透過した光を分光する分光手段と、分光手段により分光された光の強度を検出する検出部6などの光検出手段と、試料の深さ方向および平面方向への走査機構とを備え、該試料における微粒子の分散性を評価する微粒子分散性評価装置である。この微粒子分散性評価装置において、フィルター光学素子7はレイリー光を透過するものであり、光検出手段により検出された光の強度に基づき深さ方向並びに平面方向に関する2次元データを構築し、この2次元データから樹脂膜中の粒子の分散性評価をおこなうための画像処理をおこなう画像処理部8を備える。さらに、レーザー光源10が直線偏光で、分散した微粒子の粒径の7.2倍以上の波長のレーザー光を発することが可能である。
また、レーザー光源が、直線偏光で、分散した微粒子の粒径の7.2倍以上の波長のレーザー光を発することを可能とすることで、フィラー微粒子の種類によらず、微粒子分散性評価をおこなうためのフィラー微粒子のレイリー光を良好に検出することができる。以下、詳細に説明する。
共焦点レーザー顕微鏡装置は、共焦点顕微光学系により、レーザー光源からのレーザー光を試料に照射すると共に、試料からレーザーの入射方向に戻る後方散乱光を受光する構造である。このため、微粒子分散性評価のためのレイリー光を良好に検出するためには、微粒子からの後方散乱光をある程度確保することが必要である。そこで、前方散乱光が多く含むミー散乱ではなく、後方散乱光を多く含むレイリー散乱を発生させることが望まれる。
なお、このようなレーザー光源を備えた微粒子分散性評価装置で、樹脂膜中の誘電体からなるフィラー微粒子の分散性評価を行った場合でも十分なレイリー光が検出できることは言うまでもない。すなわち、フィラー微粒子の種類によらず、分散性評価に必要なレイリー光を良好に検出できる。
よって、本発明の微粒子分散性評価装置は、フィラー微粒子の種類によらず、樹脂膜中のフィラー微粒子の分散状態の詳細な定量的評価を、デバイス状態のまま3次元的にサブミクロン単位で、簡便・迅速に得ることができる。
上記(態様A)において、画像処理部8は、試料の深さ方向または平面方向におけるレイリー光の強度の分布から微粒子散乱光による深さ位置毎のフィラー微粒子散乱像画像とする散乱画像作成手段と、フィラー微粒子散乱光画像の任意の画素領域を複数定め、各画素領域内で各画素の輝度の分散値、または、標準偏差値を分散状態の特徴量として算出し、該複数の画素領域の特徴量をヒストグラム化する演算処理手段とを備える。これによれば、上記実施形態について説明したように、フィラー微粒子の分散状態の詳細な定量的評価をおこなうことができる。
上記(態様A)において、演算処理手段が処理を行う画素領域の画素範囲は矩形型であり、縦・横の画素数を自由に可変できる。これによれば、上記実施形態について説明したように、フィラー粒径・フィラー含有率によって凝集状態の注目すべき範囲が変わることに対応でき、適確なフィラー微粒子分散性の定量的評価が可能となる
上記(態様A)において、演算処理手段によるヒストグラム化は順次ラベリングされた各画素領域内の分散状態の特徴量を元に、特徴量の数値閾値を設定して画素領域毎の良否を判定する判定手段を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、試料内のどの場所の分散状態が悪いのかを定量的に判断でき、フィラー微粒子の分散状態の詳細な評価が可能となる。
上記(態様A)において、演算処理手段による上記ヒストグラム化は各画素領域内の分散状態の特徴量で範囲を定めた数値幅に、各領域を一つの度数としてプロットした度数分布図であり、該特徴量の数値範囲に閾値を設定してサンプルの良否を判定する判定部を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、分散性が良い「分散性良サンプル」に対する「分散性不良サンプル」の判断を定量的に行うことが可能となる。
上記(態様A)乃至(態様E)の何れかにおいて、試料の載置台に試料を水平にならしめるチルト調整機構を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、レーザー光のX−Y走査面とフィラー微粒子を含んだ樹脂膜の平行を保てる。このため、樹脂膜内でフィラー微粒子の分散性が樹脂膜の深さ方向で均一では無い場合や偏りがある場合でも、予め樹脂膜表面をレーザー光軸に対して垂直に傾き調整するチルト調整機構で傾きの微調整を行う。これにより、深さ方向に不均一分散されたフィラー微粒子のX−Y散乱像プロファイルが良好に取得できる。
上記(態様A)乃至(態様F)の何れかにおいて、試料の深さ方向および平面方向への走査機構として、平面方向への走査は光学的走査手段を用い、深さ方向への走査は試料の載置台の機械的走査手段を用いる。上記実施形態について説明した樹脂膜では、平面方向に対して、深さ方向の走査範囲が格段に少ない。このような試料の評価には、平面方向(X−Y走査系)をスピードの速い光学的走査、深さ方向(Z走査系)を時間の掛かる走査機構と分けることが測定時間の短縮化の効果が大きく、測定効率を高めることができる。
上記(態様A)乃至(態様G)の何れかにおいて、分離光学素子はビームスプリッターである。これによれば、上記実施形態で説明したように、フィラー微粒子を含んだ樹脂膜にレーザー光を照射するとともに、フィラー微粒子を含んだ樹脂膜からの散乱光を含んだレイリー光を測定できる。
上記(態様A)乃至(態様H)の何れかにおいて、共焦点顕微光学系に用いられる油浸対物レンズとエマルジョンオイルの組み合わせのNAは1.2以上である。これによれば、上記実施形態で説明したように、優れた空間分解能を達成することができ、フィラー微粒子のより正確な分散状態を得ることができる。
上記(態様A)乃至(態様I)の何れかにおいて、光検出手段がレーザー波長域を含む検出波長域を有するフォトマル若しくはAPD(Avalanche Photodiode)である。これによれば、上記実施形態で説明したように、微弱なフィラー微粒子での散乱光を検出することが可能となり樹脂膜中のフィラー微粒子分散性評価が可能となる。
上記(態様A)乃至(態様J)の何れかにおいて、樹脂膜中にカーボンブラックからなるフィラー微粒子を分散した試料の分散性を評価する。これによれば、上記実施形態で説明したように、導電体で、光を吸収する特性を有し、散乱光が微弱なカーボンブラックのようなフィラー微粒子の分散状態の詳細な定量的評価を、デバイス状態のまま3次元的にサブミクロン単位で、簡便・迅速に得ることができる。
分離光学素子、油浸対物レンズ、および、焦点面と共役な関係にあるピンホールを有する共焦点顕微光学系を用いて、樹脂膜中にフィラー微粒子が分散された試料にレーザー光を照射すると共に、該試料からの微粒子散乱光を含む光を受光して、微粒子散乱光に含まれるレイリー光の強度を検出して微粒子分散状態を評価する微粒子分散性評価方法において、試料に照射するレーザー光として、直線偏光で、且つ、分散した微粒子の粒径の7.2倍以上の波長のレーザー光を、試料の深さ方向および平面方向へ照射して、上記レイリー光の強度に基づき深さ方向並びに平面方向に関する2次元データを構築し、この2次元データから樹脂膜中の粒子の分散性評価をおこなう。
これによれば、上記実施形態で説明したように、フィラー微粒子の種類によらず、樹脂膜中のフィラー微粒子の分散状態の詳細な定量的評価を、デバイス状態のまま3次元的にサブミクロン単位で、簡便・迅速に得ることができる
2 カーボンブラックフィラー微粒子
3 ダイクロイックミラー(分離光学素子)
4 油浸対物レンズ
5 第二のピンホール
6 検出部
7 フィルター光学素子
8 画像処理部
9 顕微鏡ステージ
10 レーザー光源
11 集光レンズ
12 第一のピンホール
13 X−Y−Z軸方向駆動部
14 チルト調整機構
Claims (12)
- レーザー光源と、微粒子を分散した樹脂膜からなる試料にレーザー光を照射すると共に、該試料からの微粒子散乱光を含む光を受光する分離光学素子、油浸対物レンズ、および、焦点面と共役な関係にあるピンホールを有する共焦点顕微光学系と、該分離光学素子を経由した光における特定波長の光を透過するフィルター光学素子と、該フィルター光学素子を透過した光を分光する分光手段と、該分光手段により分光された光の強度を検出する光検出手段と、該試料の深さ方向および平面方向への走査機構とを備え、該試料における微粒子の分散性を評価する微粒子分散性評価装置において、
上記フィルター光学素子はレイリー光を透過するものであり、上記光検出手段により検出された光の強度に基づき深さ方向並びに平面方向に関する2次元データを構築し、この2次元データから樹脂膜中の粒子の分散性評価をおこなうための画像処理をおこなう画像処理部を備え、上記レーザー光源が直線偏光で、分散した微粒子の粒径の7.2倍以上の波長のレーザー光を発することが可能であることを特徴とする微粒子分散性評価装置。 - 請求項1の微粒子分散性評価装置において、上記画像処理部は、上記試料の深さ方向または平面方向におけるレイリー光の強度の分布から該微粒子散乱光による深さ位置毎のフィラー微粒子散乱像画像とする散乱画像作成手段と、該フィラー微粒子散乱像画像の任意の画素領域を複数定め、各画素領域内で各画素の輝度の分散値、または、標準偏差値を分散状態の特徴量として算出し、該複数の画素領域の特徴量をヒストグラム化する演算処理手段とを備えたことを特徴とする微粒子分散性評価装置。
- 請求項2の微粒子分散性評価装置において、上記演算処理手段が処理を行う上記画素領域の画素範囲は矩形型であり、縦・横の画素数を自由に可変できることを特徴とする微粒子分散性評価装置。
- 請求項2の微粒子分散性評価装置において、上記演算処理手段によるヒストグラム化は順次ラベリングされた各画素領域内の分散状態の特徴量を元に、特徴量の数値閾値を設定して画素領域毎の良否を判定する判定手段を有することを特徴とする微粒子分散性評価装置。
- 請求項2の微粒子分散性評価装置において、上記演算処理手段による上記ヒストグラム化は各画素領域内の分散状態の特徴量で範囲を定めた数値幅に、各領域を一つの度数としてプロットした度数分布図であり、該特徴量の数値範囲に閾値を設定してサンプルの良否を判定する判定部を有することを特徴とする微粒子分散性評価装置。
- 請求項1、2、3、4または5の何れかの微粒子分散性評価装置において、上記試料の載置台に上記試料を水平にならしめるチルト調整機構を有することを特徴とする微粒子分散性評価装置。
- 請求項1、2、3、4、5または6の何れかの微粒子分散性評価装置において、上記試料の深さ方向および平面方向への走査機構として、平面方向への走査は光学的走査手段を用い、深さ方向への走査は試料の載置台の機械的走査手段を用いることを特徴とする微粒子分散性評価装置。
- 請求項1、2、3、4、5、6または7の何れかの微粒子分散性評価装置において、上記分離光学素子はビームスプリッターであることを特徴とする微粒子分散性評価装置。
- 請求項1、2、3、4、5、6、7または8の何れかの微粒子分散性評価装置において、上記共焦点顕微光学系に用いられる油浸対物レンズとエマルジョンオイルの組み合わせのNAは1.2以上であることを特徴とするフィラー微粒子分散性評価装置。
- 請求項1、2、3、4、5、6、7、8または9の何れかフィラー微粒子分散性評価装置において、上記光検出手段がレーザー波長域を含む検出波長域を有するフォトマル若しくはAPD(Avalanche Photodiode)であることを特徴とするフィラー微粒子分散性評価装置。
- 請求項1乃至10の何れかの微粒子分散性評価装置において、樹脂膜中にカーボンブラックからなるフィラー微粒子を分散した試料の分散性を評価することを特徴とする微粒子分散性評価装置。
- 分離光学素子、油浸対物レンズ、および、焦点面と共役な関係にあるピンホールを有する共焦点顕微光学系を用いて、樹脂膜中にフィラー微粒子が分散された試料にレーザー光を照射すると共に、該試料からの微粒子散乱光を含む光を受光して、微粒子散乱光に含まれるレイリー光の強度を検出して微粒子分散状態を評価する微粒子分散性評価方法において、
試料に照射するレーザー光として、直線偏光で、分散した微粒子の粒径の7.2倍以上の波長のレーザー光を、試料の深さ方向および平面方向へ照射して、上記レイリー光の強度に基づき深さ方向並びに平面方向に関する2次元データを構築し、この2次元データから樹脂膜中の粒子の分散性評価をおこなうことを特徴とする微粒子分散性評価方法。
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