JPH0616008B2 - 散乱光測定装置 - Google Patents

散乱光測定装置

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JPH0616008B2
JPH0616008B2 JP63218956A JP21895688A JPH0616008B2 JP H0616008 B2 JPH0616008 B2 JP H0616008B2 JP 63218956 A JP63218956 A JP 63218956A JP 21895688 A JP21895688 A JP 21895688A JP H0616008 B2 JPH0616008 B2 JP H0616008B2
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205Investigating particle size or size distribution by optical means

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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、例えば分散状態の粒子等に光を照射すること
によって生ずる散乱光を測定するための装置に関し、例
えばレーザ光回折/散乱式粒度分布測定装置等への応用
が可能な散乱光測定装置に関する。
<従来の技術> レーザ光回折/散乱式粒度分布測定装置においては、媒
液中で分散飛しょう状態の試料粒子にレーザ光を照射
し、試料粒子によって回折もしくは散乱された光の強度
分布を測定することにより、フランホーファ回折もしく
はミー散乱理論に基づいて試料粒子の粒度分布を算出す
る。
この種の測定装置では、通常、媒液中に試料粒子を分散
させた懸濁液を測定セル内に入れて光を照射するが、こ
の照射光の光軸上に、測定セルを経た光を集光するため
のレンズを設け、そのレンズの焦点位置には互いに半径
の異なるリング上のフォトセンサを同心状に複数個設け
た、いわゆるリングデテクタが配設され、これによって
前方散乱光(回折光)の強度分布(散乱角と強度の関
係)を求めている。
ところで、この種の粒度分布測定装置においては、測定
セル内に純粋な媒液のみ入れ、これにレーザ光を照射し
たときの散乱光強度をブランク値(ベース値)として、
試料懸濁液にレーザ光を照射したときの散乱光強度から
のブランク値を減算して真の散乱光強度としているの
で、ブランク値測定時と試料懸濁液による散乱光測定時
において温度差が無ければ、上述の減算によってフォト
センサの暗電流値は消去される。また、リングデテクタ
は一般に共通のウェハ上に同一のプロセスで多数のリン
グ状フォトセンサを形成して製造されるので、このリン
グデテクタ上の各センサの感度特性は相互にほぼ同一と
考えられ、相対光強度から粒度分布を求める方式の原理
上、各フォトセンサの感度変化は粒度分布測定結果に対
してあまり影響を及ぼさない。
<発明が解決しようとする課題> しかし、温度変化の大きい場所で装置を使用する場合に
は、ブランク値の測定を頻繁に行わないと暗電流の影響
が出てしまい、また、リングデテクタ以外に、測定セル
の側方に90゜等の大角度散乱光測定用フォトセンサを
配設する場合には、両者の温度変動に差があれば、これ
による暗電流の変動の違いおよび相対的な感度変化が粒
度分布測定結果に直接影響を及ぼし、測定誤差となって
しまう。特に、大角度散乱光測定用センサは測定セルの
直近の側方に設置されるので、室温ど温度差のある懸濁
液を測定する場合には温度の影響を受けやすい。
散乱光は微弱であり、半導体フォトセンサを使用した場
合には暗電流の影響は大きく、また、この暗電流は温度
に対して指数関数的に変化するので、信号処理系の電気
回路のみでの補正は困難であるとともに、感度変化の補
正については、フォトセンサ数が多数に及ぶので、それ
ぞれの増幅器に感度補償機能を付加するのは高価となっ
てしまう。
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、わずか
な部品の付加によって、散乱光測定用フォトセンサにお
ける暗電流と感度変化による影響を除去することのでき
る散乱光測定装置の提供を目的としている。
<課題を解決するための手段> 上記の目的を達成するための構成を、実施例に対応する
第1図、第2図を参照しつつ説明すると、本発明は、散
乱光の散乱角に対応して配置される複数の散乱光強度測
定用フォトセンサP1〜Pn(およびPs)と、そのフォ
トセンサ群の近傍に配置され、受光面が遮蔽された暗電
流測定用フォトセンサPb1(およびPb2)と、各散乱光
強度測定用フォトセンサP1〜Pn(またはPs)の出力
から、暗電流測定用フォトセンサPb1(またはPb2)の
出力を互いの受光面積比で補正した後に減算する暗電流
補正演算手段(コンピュータ13)と、各散乱光強度測
定用フォトセンサのうち同一ウェハ上に形成されたフォ
トセンサ群P1〜Pnの感度を補正する感度補正演算手段
(コンピュータ13)とを備え、同一フォト上に形成さ
れたフォトセンサ群P1〜Pnについては、その一部のフ
ォトセンサ(例えばPn)の出力が感度補償付きおよび
感度補償無しの各増幅器10および9にそれぞれ力さ
れ、かつ、当該ウェハ上の他のフォトセンサ(P1〜P
n-1)の出力は感度補償無しの増幅器9・・9に力さ
れ、上記した感度補正演算手段では、上記一部のフォト
センサ(Pn)の出力を入力する感度補償付きおよび感
度補償無しの増幅器9および10の出力をそれぞれ入力
してその双方の増幅器の出力比を算出するとともに、そ
の出力比を用いて同一ウェハ上の他のフォトセンサ(P
1〜Pn-1)の出力を補正することによって特徴づけられ
る。
<作用> フォトセンサP1〜Pn(Ps)の出力iは、基準温度との
温度差をΔtとすると、 i=入射光強度×係数×(1+温度計数×Δt) +暗電流 と考えられる。
ここで、暗電流の大きさは、前述したように温度変化に
対して指数関数的に変化するものの、同一タイプのフォ
トセンサでは同一のΔtであれば受光面積に比例する。
フォトセンサP1〜Pn(あるいはPs)の近傍に受光面積
が遮蔽された暗電流測定用フォトセンサPb1(あるいは
b2)を設けて、フォトセンサP1〜Pn(Ps)の出力i1
〜in(is)から、Pb1(Pb2)の出力ib1(ib2)を互いの
面積比で補正した後に減算することで温度変化があって
も暗電流による影響はキャンセルされる。
また、感度変化に関しては、同一のウェハ上に形成され
たフォトセンサ群P1〜Pnについては同一の特性を持
ち、かつ、温度もほぼ同一と考えられるので、例えばフ
ォトセンサPnの出力について感度補償付きの増幅器1
0の感度補償無しの増幅器9の双方に力入してその出力
比を算出し、他のフォトセンサP1〜Pn-1の出力をこの
出力比で補正することにより等価的に感度の補正が可能
である。
<実施例> 第1図は本発明実施例の構成を示す平面図で、第2図は
そのリングデテクタ5の受光面の正面図である。この実
施例ではレーザ光回折/散乱式の粒度分布測定装置に本
発明を適用した例を示している。
試料粒子Wは媒液中に均一に分散された状態で測定セル
1内に流される。
測定セル1の後方には、レーザ光源2とビームエキスパ
ンダ3からなる照射光光学系が配設されており、測定セ
ル1内の試料粒子Wに所定断面を有する平行レーザビー
ムを照射することができる。
測定セル1の前方の照射光光軸上には、試料粒子Wによ
る散乱光を集光するためのフーリエ変換レンズ4が配設
されているとともに、その焦点位置にはリングデテクタ
5が配設されている。
リングデテクタ5は、第2図に示すように、共通のウェ
ハ51上に、それぞれ照射光の光軸を中心として互いに
異なる半径のn個のリング状の半導体フォトセンサP1
P,2…Pnが形成されてなっており、各フォトセンサP
1〜Pnの出力はそれぞれ独立的に採り出せるように構成
している。そして、このリングデテクタ8には、同じウ
ェハ51上にP1〜Pnとは別に暗電流測定用フォトセン
サPb1が形成されている。この暗電流測定用フォトセン
サPb1は、ウェハ51上に各フォトセンサ1〜Pnと同一
のプロセスで形成され、その受光面は遮蔽板6によって
外光から遮蔽されている。
測定セル1の側方には、側方(90゜)散乱光測定用フォ
トセンサPsが配設されているとともに、その直近に
は、このフォトセンサPsと同一面積の受光面を持つ全
く同一のフォトセンサの受光面を遮蔽板で覆ってなる暗
電流測定用フォトセンサPb2が配設されている。
リングデテクタ5上の各フォトセンサP1〜Pnと暗電流
側定用フォトセンサPb1、および側方散乱光測定用フォ
トセンサPsとその直近の暗電流測定用フォトセンサP
b2の出力は、それぞれ前置増幅器8…8に入力されてい
る。そして、リングデテクタ5上のフォトセンサP1
nおよびPb1については、フォトセンサPnの出力in
のみが前置増幅器8を介して感度補償付きの増幅器10
と感度補償無しの増幅器9の双方に入力されており、他
のフォトセンサP1〜Pn-1およびPb1の出力i1〜in-1
およびib1は前置増幅器8…8を介してそれぞれ感度補
償無しの増幅器9,9に入力されている。また、側方散
乱光測定用フォトセンサPsと暗電流測定用フォトセン
サPb2の出力isおよびib2については、それぞれ前置
増幅器8,8を経た後、出力isからib2を減じた信号
が感度補償付きの増幅器10に入力されている。
そして、全ての増幅器9…9および10,10の出力は
マルチプレクサ11を介して順次A−D変換器12によ
ってデジタル化された後、コンピュータ13に採り込ま
れるよう構成されている。
コンピュータ13では、各増幅器9…9および10,1
0からのデジタル変換データを採り込み、以下に示す演
算を施した後、それぞれ対応するフォトセンサP1〜Pn
およびPsによる散乱光強度測定データとして、粒度分
布の算出に供する。
すなわち、コンピュータ13にはリングデテクタ5上の
フォトセンサP1〜Pnおよび暗電流測定用フォトセンサ
b1の各受光面の面積A1〜AnおよびAb1があらかじめ
入力されており、各フォトセンサP1〜Pnから感度補償
無しの増幅器9…9を介して採り込まれたデータをそれ
ぞれd′(j=1〜n)とするとともに、フォトセン
サPnから感度補償付きの増幅器10を介して採り込ま
れたデータをD′nとし、暗電流測定用フォトセンサP
b1から増幅器9を介して採り込まれたデータをdb1とす
ると、まず、 を算出する。次に、 を算出した後、j=1〜n-1について、 Dj=K・dj ・・・(4) を算出する。そして、D1〜Dnをリングデテクタ5上の
各フォトセンサP1〜Pnによる光強度測定データとして
採用する。
また、側方散乱光測定用フォトセンサPsの出力から暗
電流測定用フォトセンサPb2の出力を減じて感度補償付
き増幅器10を介して採り込まれたデータDsについて
は、このDsをそのまま側方散乱光測定データとして採
用する。
以上の本発明実施例によれば、リングデテクタ5上のフ
ォトセンサP1〜Pnと暗電流測定用フォトセンサPb1
ついては、それぞれ同一のウェハ51上に同一のプロセ
スによって形成されたものであるから、それぞれ互いに
ほぼ同等の特性を示し、また、互いの位置も接近してい
ることから、周囲温度の変化に際してもそれぞれの温度
もほぼ同一に変化すると見なしてよく、このことからフ
ォトセンサP1〜PnおよびPb1の暗電流はそれぞれの受
光面の面積に比例すると考えてよい。したがって(1),
(2)式によって各データから暗電流の影響分が除去さ
れ、また(3),(4)式によってフォトセンサP1〜Pn-1
らのデータは等価的に感度補償されたものとなる。更
に、側方散乱光測定用フォトセンサPsの出力について
も、その直近に置かれた同一のフォトセンサからなる暗
電流測定用フォトセンサPb2の出力を減じた後に感度補
償付きの増幅器10で増幅するから、暗電流および感度
変化の影響は完全に除去されたものとなる。
なお、感度補償付きの増幅器10は、一般に公知の高温
度係数を持つ抵抗器を使用して得られる増幅器である。
また、以上の本発明実施例では、各フォトセンサの出力
を前置増幅器を介して増幅器に入力したが、フォトセン
サの出力を電流アンプに入力してもよいことは勿論であ
る。
<発明の効果> 以上説明したように、本発明によれば、散乱光測定用フ
ォトセンサに近接して暗電流測定用フォトセンサを1個
または数個設けるとともに、感度補償付きの増幅器1個
または2個程度追加するだけで、暗電流および感度変化
のいずれの影響をも除去することができ、粒度分布測定
装置等への適用により、温度変化の激しい場所での測定
においてもブランク値の測定を頻繁に行なうことなく正
確な散乱光強度を得ることができ、また、高温もしくは
低温の試料でも誤差の少ない測定が可能となった。ま
た、同様な理由により、リングデテクタと側方散乱光測
定用フォトセンサ等の他の1個もしくは複数個のフォト
センサの組み合わせ測定においても、その信頼性が向上
する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の構成を示す平面図、第2図はそ
のリングデテクタ5の正面図である。 1……測定セル 2……レーザ光源 5……リングデテクタ 6,7……遮蔽板 8……前置増幅器 9……感度補償無しの増幅器 10……感度補償付きの増幅器 P1〜Pn,Ps……フォトセンサ Pb1,Pb2……暗電流測定用フォトセンサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】粒子等の物体に光を照射することによって
    生ずる散乱光を測定するための装置において、 各散乱角に対応して配置される複数の散乱光強度測定用
    フォトセンサと、 そのフォトセンサ群の近傍に配置され、受光面が遮蔽さ
    れた暗電流測定用フォトセンサと、 上記各散乱光強度測定用フォトセンサの出力から、上記
    暗電流測定用フォトセンサの出力を互いの受光面積比で
    補正した後に減算する暗電流補正演算手段と、 上記各散乱光強度測定用フォトセンサのうち同一ウェハ
    上に形成されたフォトセンサ群の感度を補正する感度補
    正演算手段と、 を備え、 上記同一ウェハ上に形成されたフォトセンサ群について
    は、その一部のフォトセンサの出力が感度補償付きおよ
    び感度補償無しの各増幅器にそれぞれ入力され、かつ、
    当該ウェハ上の他のフォトセンサの出力は感度補償無し
    の増幅器に入力され、 上記感度補正演算手段は、上記一部のフォトセンサの出
    力を入力する感度補償付きおよび感度補償無しの増幅器
    の出力をそれぞれ入力してその双方の増幅器の出力比を
    算出するとともに、その出力比を用いて上記他のフォト
    センサの出力を補正する ことを特徴とする散乱光測定装置。
JP63218956A 1988-08-31 1988-08-31 散乱光測定装置 Expired - Lifetime JPH0616008B2 (ja)

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