JPH0754291B2 - 粒度分布測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は粒子による光散乱現象を利用した粒度分布測定
装置に関する。

〈従来の技術〉 分散飛翔状態の粒子に光を照射し、粒子によって散乱さ
れた光の強度分布（散乱角と光強度の関係）を測定する
ことにより、その粒子の粒度分布を求める装置には、従
来、大別して次の二つの方式がある。

一つは、第４図に示すように、媒体中に粒子が分散して
いる系Ｓ（以下、粒子分散系Ｓと称する）に平行光束Ｌ
を照射し、粒子分散系Ｓによる前方（光束Ｌの進行方
向）への散乱光のみを、集光レンズＦを用いてホトダイ
オードアレイ等のデテクタＤ上に各角度成分ごとに集光
する方式である。

他の一つは、第５図に示すように、粒子分散系Ｓにスリ
ットs,sを介した光Ｌを照射し、得られた散乱光を全方
向で各角度成分ごとに再びスリットｓ…ｓを介してデテ
クタＤ…Ｄに導く方式である。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、散乱現象を利用した粒度分布の測定に際して
は、微粒子、特にサブミクロン領域を測定する場合、そ
の原理上、散乱光は大きな角度、すなわち粒子分散系Ｓ
から平行光束Ｌの照射側のに散乱する、いわゆる後方散
乱光まで測定する方が精度が向上することは、既によく
知られている。

この点からは上述の二つの方式のうち、第５図に示す方
式が有利である。

しかし、第５図の方式では、平行光束Ｌの照射領域の各
粒子から全方位的に散乱した散乱光のうち、スリットs,
sによって、特定のポイントからの散乱光で、しかも微
小角度領域の光のみを抽出して個々のデテクタに導く関
係上、極めて微小な領域からの散乱光のうちの微小角度
領域度を進む散乱光、換言すれば極めて微弱な光を測定
することになるため、デテクタとしてはホトマルチプラ
イヤ等の高感度のものが必要となり、それでもなお良好
な精度のもとに各角度成分についての測光を行うことは
困難である。

一方、第４図に示す方式においては、粒子分散系Ｓ中で
平行光束Ｌが照射されている領域Ｑ内にある全ての粒子
からの散乱光が、各散乱角θ₁，θ₂…ごとにそれぞれデ
タクタＤ上の特定の位置に集光されることになり、光量
が大となってその測定は容易となるが、前方散乱光の
み、実際には45°程度までの散乱光しか測定できず、粒
度の分解能に限界がある。

本発明の目的は、大角度の散乱光まで容易に精度良く測
定することができ、高感度のデテクタを用いることなく
微粒子の測定が可能な粒度分布測定装置を提供すること
にある。

〈課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、本発明では、実施例に対応
する第１図に示すように、粒子分散系Ｓを挟んで平行光
束Ｌの光源１と反対側に、平行光束Ｌの光軸上に置かれ
た第１の集光レンズ41と、その集光レンズ41の焦点位置
に置かれ、かつ、その光軸から互いに異なる距離を隔て
て配置された複数の光センサを有する第１のデデクタ42
とからなる前方散乱光強度分布測定系４を設けるととも
に、粒子分散系Ｓと光源１との間に、この光源１からの
平行光束Ｌの光軸上に置かれた第２の集光レンズ51と、
その集光レンズ51の焦点位置に置かれ、かつ、その光軸
から互いに異なる距離を隔てて配置された複数の光セン
サを有する第２のデテクタ52とからなる後方散乱光強度
分布測定系５を設け、粒度分布の算出には、これら双方
の測定系による測定結果を用いることによって特徴づけ
られる。

〈作用〉 前方散乱光は従来の第４図に示した方式と全く同様に測
定される。また、光源１側への大角度の散乱光、つまり
後方散乱光についても、同様にして平行光束Ｌの照射領
域Ｑ内の全粒子による散乱光が、第１の集光レンズ41に
よる作用と全く同様にして、第２の集光レンズ51で各角
度成分ごとに第２のデテクタ52上の各対応位置に集光さ
れ、比較的大光量で測定可能となる。

〈実施例〉 第１図は本発明実施例の測定光学系の構成図である。

レーザ光源１から放射されたレーザ光は、ビームエキス
パンダ２によって所定のビーム径を持つ平行光束Ｌとさ
れてセル３に照射される。

セル３内には粒子分散系Ｓ、すなわち被測定粒子を所定
の媒液中に分散させてなる懸濁液が流される。

セル３の前方、すなわちレーザ光源１と反対側には、平
行光束Ｌの光軸を中心として第１の集光レンズ41が配設
され、更にその前方にはこのレンズ41の焦点位置に第１
のデテクタ42が配設されており、これらで前方散乱光強
度分布測定系４を構成している。

セル３とビームエキスパンダ２の間には、平行光束Ｌを
貫通させるための孔51aが中心に穿たれた第２の集光レ
ンズ51と、そのレンズ51の後側の焦点位置に第２のデテ
クタ52が配設されており、これらで後方散乱光強度分布
測定系５を構成している。

第１および第２のデテクタ42および52は、それぞれ複数
のホトダイオードを一次元状に並列したアレイであっ
て、粒子分散系Ｓ内で平行光束Ｌが照射されている領域
Ｑ内の全粒子による散乱光が、その各散乱角ごとに第１
もしくは第２の集光レンズ41もしくは51により第１もし
くは第２のデテクタ42もしくは52の固有のホトダイオー
ドの受光面上に集光される。

そして、第１および第２のデテクタ42および52の各ホト
ダイオードの出力、つまり各散乱角での散乱光強度測定
信号は、それぞれ増幅器、Ａ−Ｄ変換器等を介してコン
ピュータに採り込まれ、公知の算法によって粒度分布に
変換される。

以上の構成において、前方散乱光強度分布測定系４によ
り、第４図に示した従来の方式と同様に、０°〜45°程
度の角度の散乱光を測定することができ、ま、後方散乱
光強度分布測定系５により、135°近傍の角度の散乱光
を測定することができる。

第２図は、照射する平行光束Ｌの波長λを780nmとした
場合に、粒子径ｄが0.1,0.2,0.3,0.5,1および５μｍの
粒子について、散乱角（α）と光強度（Ｉ）の関係を示
したグラフである。

前方散乱光強度分布測定系４のみを設けた場合、これは
第４図の従来方式と等価となるが、０°〜45°までの散
乱光しか測定できない。第２図において０°〜45°の範
囲を着目したとき、５〜0.3μｍの範囲では散乱光強度
パターンが粒径によって相互に異なるものの、0.2μｍ
と0.1μｍは極めて似ており、これを識別することは困
難である。つまり、この場合には0.2μｍ以下の分解能
はない。

後方散乱光強度分布測定系５を追加して、135°近傍の
散乱光をも測定すると、第２図から明らかなように、こ
の135°近傍においては0.1μｍと0.2μｍでは明瞭な差
異があり、従って、充分に0.1μｍ程度の分解能が得ら
れることになる。しかも、この後方散乱光についても、
前方散乱光と同様に集光レンズでデテクタ上に集光して
測定するから、デテクタの受光面には充分な光量が入射
し、良好な精度のもとに各角度成分についての側光を行
うことができる。

なお、第１図の実施例では、ビームエキスパンダ２で作
られた平行光束Ｌを通過させるべく、後方散乱光集光用
の第２の集光レンズ51の中央に孔51aを穿ったが、本発
明はこのような構成のほか、例えば第３図にその要部構
成図を示すように、ビームエキスパンダ２′の一方（前
方）のレンズと後方散乱光集光用の第２の集光レンズ5
1′とを兼用させる構成をも採用することできる。

また、平行光束Ｌはレーザ光である必要はなく、任意の
単色光を使用することができ、更に、第1,第２のデテク
タとしては、それぞれ、共通のウェハ上の一点を中心に
互いに半径の異なる同心円状の複数の受光面を形成し
た、いわゆるリングデテクタを使用できることは勿論で
ある。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、前方散乱光に加
えて、後方散乱光をも、光源側の光軸上に置かれた第２
の集光レンズと、その焦点位置に置かれた複数の光セン
サからなる第２のデテクタ上に集光してその強度分布を
測定し、粒度分布の算出に供するように構成したから、
特に高感度のデテクタを使用することなく、後方散乱光
を含めた広角度範囲の散乱光の強度分布を容易に高精度
のもとに測定することが可能となり、微粒子の測定精度
（分解能）が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の測定光学系の構成図、 第２図は各粒子径における散乱角と光強度の関係を示す
グラフ、 第３図は本発明の他の実施例の要部構成図、 第４図および第５図はそれぞれ光散乱現象を利用した粒
度分布測定装置の従来の測定方式の説明図である。 １……レーザ光源 ２……ビームエキスパンダ ３……セル ４……前方散乱光強度分布測定系 41……第１の集光レンズ 42……第１のデテクタ ５……後方散乱光強度分布測定系 51……第２の集光レンズ 52……第２のデテクタ Ｌ……平行光束 Ｓ……粒子分散系

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定粒子が媒体中に分散してなる粒子分
   散系に平行光束を照射して得られる散乱光の強度分布を
   測定し、その測定結果から被測定粒子の粒度分布を算出
   する演算部を備えた装置において、粒子分散系を挟んで
   上記平行光束の光源の反対側に、上記平行光束の光軸上
   に置かれた第１の集光レンズと、その集光レンズの焦点
   位置に置かれ、かつ、上記光軸から互いに異なる距離を
   隔てて配置された複数の光センサを有する第１のデデク
   タとからなる前方散乱光強度分布測定系を設けるととも
   に、粒子分散系と上記光源との間に、当該光源からの平
   行光束の光軸上に置かれた第２の集光レンズと、その集
   光レンズの焦点位置に置かれ、かつ、上記光軸から互い
   に異なる距離を隔てて配置された複数の光センサを有す
   る第２のデテクタとからなる後方散乱光強度分布測定系
   を設け、上記演算部は、これら双方の測定系による測定
   結果を用いて粒度分布を算出することを特徴とする粒度
   分布測定装置。