KR20230125051A - 광 계측 장치 - Google Patents

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KR20230125051A
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KR1020237025751A
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소이치로 나카무라
겐이치 하마다
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후지필름 가부시키가이샤
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Abstract

상이한 산란 각도 또는 상이한 파장에서, 산란 강도를 간편하게 측정할 수 있는 광 계측 장치를 제공한다. 저간섭성 간섭계를 갖는 광 계측 장치는 입자를 포함하는 분산액에 입사광을 입사하여 얻어지는 산란광 중 적어도 일부와, 참조광을 간섭시켜, 파장마다의 간섭광 강도를 검출하는 제1 검출 유닛 및 입자를 포함하는 분산액에 입사광을 입사하여 얻어지는 산란광 중 적어도 일부와, 참조광을 간섭시켜, 산란 각도마다의 간섭광 강도를 검출하는 제2 검출 유닛 중, 적어도 일방을 갖는 검출부와, 제1 검출 유닛에서 검출되는 파장마다의 간섭광 강도의 데이터로부터 분산액의 특정 깊이 또한 특정 파장의 산란 강도 또는 제2 검출 유닛에서 검출되는 산란 각도마다의 간섭광 강도의 데이터로부터 분산액의 특정 깊이 또한 특정 산란 각도의 산란 강도를 복수 취출하고, 취출한 산란 강도의 데이터를 분산액의 특정 깊이에 있어서의 산란광의 시간 변동 데이터로 변환하는 변환부를 갖는다.

Description

광 계측 장치
본 발명은, 상이한 산란 각도 또는 상이한 파장에서, 입자를 포함하는 분산액의 산란 강도를 측정하는 광 계측 장치에 관한 것이다.
현탁액 등의 매질에 광을 가하여, 매질 중의 산란체로부터의 산란되는 산란광 강도의 시간 변동을 자기 상관 함수, 또는 파워 스펙트럼을 이용하여 검출함으로써, 산란체의 동적 특성을 조사하는 동적 광산란 측정법이 있다. 동적 광산란 측정법은, 입경 측정 등, 다양한 측정에 널리 이용되고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 액체상 또는 기체상의 시료 중의 미립자를 검출하기 위한 광산란 검출 장치에 있어서, 시료를 유지하는 투명한 시료 셀과, 제1 파장 또는 제1 파장 대역을 갖는 정적 광산란 측정용의 광을 출사하는 제1 광원 수단과, 제1 파장 또는 제1 파장 대역과는 상이한 제2 파장 또는 제2 파장 대역을 갖는 동적 광산란 측정용의 광을 출사하는 제2 광원 수단과, 시료 셀을 중심으로 둘러싸도록 배치되고, 정적 광산란 측정용의 광의 조사에 따라 시료 셀로부터 주위에 상이한 산란각으로 산란하는 광을 검출하기 위하여 제1 파장 또는 제1 파장 대역을 선택적으로 검출 가능한 복수의 검출기로 이루어지는 제1 검출 수단과, 시료 셀을 중심으로 둘러싸도록 배치되며, 동적 광산란 측정용의 광의 조사에 따라 시료 셀로부터 주위에 상이한 산란각으로 산란하는 광을 검출하기 위하여 제2 파장 또는 제2 파장 대역을 선택적으로 검출 가능한 1 내지 복수의 검출기로 이루어지는 제2 검출 수단과, 제1 광원 수단에 의한 정적 광산란 측정용의 광과 제2 광원 수단에 의한 동적 광산란 측정용의 광이 동시에 시료 셀에 조사되었을 때에 제1 검출 수단에 의한 검출 신호와 제2 검출 수단에 의한 검출 신호를 병행적으로 받아, 전자에 근거하여 정적 광산란법에 의한 연산을 실행함과 함께 후자에 근거하여 동적 광산란법에 의한 연산을 실행하는 연산 처리 수단을 구비하는 광산란 검출 장치가 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2008-39539호
특허문헌 1에서는, 파장 또는 파장 대역이 상이한 제1 광원 수단과 제2 광원 수단의 2개의 광원 수단을 준비하고, 그들 광원 수단으로부터의 출사광을 동시에 동축적 또는 비동축적으로 시료 셀에 조사하고 있다. 동축적으로 양 광속(光束)을 조사하기 위해서는, 예를 들면, 제1 광원 수단에 의한 조사광과 제2 광원 수단에 의한 조사광을 동일 광로를 따라 시료 셀에 도입하는 광 합일 수단을 더 구비할 필요가 있다. 특허문헌 1에서는, 광원과 검출기가 복수 필요하고, 장치 구성의 규모가 커진다. 이 관점에서, 측정 파장수의 증가, 또는 산란 각도의 분해능 향상에 대하여 불리하다. 또한 시료 중의 동일 개소로부터 발생한 산란광을 검출하기 위하여 검출기와 광원의 수만큼 광축 조정의 노력이 필요하다. 또, 다중 산란하는 현탁액에서는, 입자에 의하여 복수 회 산란된 신호를 검출해 버리기 때문에 측정할 수 없다. 특허문헌 1에서는, 상이한 산란 각도 또는 상이한 파장에서, 입자를 포함하는 분산액 또는 현탁액의 산란 강도를 간편하게 측정하는 것이 어렵다.
본 발명의 목적은, 상이한 산란 각도 또는 상이한 파장에서, 산란 강도를 간편하게 측정할 수 있는 광 계측 장치를 제공하는 것에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태는, 저간섭성 간섭계를 갖는 광 계측 장치로서, 입자를 포함하는 분산액에 입사광을 입사하여 얻어지는 산란광 중 적어도 일부와, 참조광을 간섭시켜, 파장마다의 간섭광 강도를 검출하는 제1 검출 유닛, 및, 입자를 포함하는 분산액에 입사광을 입사하여 얻어지는 산란광 중 적어도 일부와, 참조광을 간섭시켜, 산란 각도마다의 간섭광 강도를 검출하는 제2 검출 유닛 중, 적어도 일방을 갖는 검출부와, 제1 검출 유닛에서 검출되는 파장마다의 간섭광 강도의 데이터로부터, 분산액의 특정 깊이 또한 특정 파장의 산란 강도의 데이터, 또는 제2 검출 유닛에서 검출되는 산란 각도마다의 간섭광 강도의 데이터로부터, 분산액의 특정 깊이 또한 특정 산란 각도의 산란 강도의 데이터를 복수 취출하고, 취출한 산란 강도의 데이터를 분산액의 특정 깊이에 있어서의 산란광의 시간 변동 데이터로 변환하는 변환부를 갖는, 광 계측 장치를 제공하는 것이다.
변환부에서 취득된 시간 변동 데이터를 이용하여, 입자의 입경을 산출하는 연산부를 갖는 것이 바람직하다.
변환부에서 취득된 시간 변동 데이터와, 변환부에서 취득된 시간 변동 데이터를 시간 평균한 시간 평균 데이터를, 입경과 산란 강도의 관계를 정한 이론식에 대하여 피팅함으로써, 분산액에 포함되는 입자종마다의 입도 분포를 얻는 연산부를 갖는 것이 바람직하다.
이미 알려진 입자의 복소 굴절률, 입경, 및 형상에 의하여 구해지는, 이미 알려진 입자의 산란광 강도에 대한 산란 각도 의존의 데이터 및 산란광 강도에 대한 파장 의존의 데이터 중 적어도 하나를 기억하는 기억부를 갖고, 변환부에서 취득된 시간 변동 데이터로부터 얻어진 산란 각도 의존의 데이터, 또는 변환부에서 취득된 시간 변동 데이터로부터 얻어진 산란광의 파장 의존의 데이터를, 기억부가 기억하고 있는 이미 알려진 입자의 산란광 강도에 대한 산란 각도 의존의 데이터 또는 산란광 강도에 대한 파장 의존의 데이터에 대하여 피팅함으로써, 분산액에 포함되는 입자종마다의 입도 분포를 얻는 연산부를 갖는 것이 바람직하다.
이미 알려진 입자의 복소 굴절률, 입경, 및 형상에 의하여 구해지는, 이미 알려진 입자의 산란광 강도에 대한 산란 각도 의존의 데이터 및 산란광 강도에 대한 파장 의존의 데이터 중, 적어도 하나를 기억하는 기억부를 갖고, 기억부가 기억하고 있는 이미 알려진 입자의 산란광 강도에 대한 산란 각도 의존의 데이터 또는 산란광 강도에 대한 파장 의존의 데이터를 이용하여, 분산액 중의 입자의 입자종, 및 분산액 중의 입자의 상태 중, 적어도 일방의 판정을 실시하는 연산부를 갖는 것이 바람직하다.
제1 검출 유닛은, 참조광과 간섭한 산란광을 파장 분해하여, 파장 분해된 산란광을 파장마다 검출하는 광 검출기를 갖는 것이 바람직하다.
제2 검출 유닛은, 참조광과 간섭한 산란광을 산란 각도마다 검출하는 광 검출기를 갖는 것이 바람직하다.
입사광의 편광 상태를 제어하는 편광 제어부를 갖고, 제1 검출 유닛 또는 제2 검출 유닛이, 산란광의 편광 성분의 광 강도를 산란 강도로서 측정하는 것이 바람직하다.
입사광의 중심 파장 및 파장 대역을 제어하는 분광 조정부를 갖는 것이 바람직하다.
예를 들면, 산란광의 시간 변동 데이터는, 파워 스펙트럼, 또는 자기 상관 함수이다.
본 발명에 의하면, 상이한 산란 각도 또는 상이한 파장에서, 산란 강도를 간편하게 측정할 수 있는 광 계측 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태의 광 계측 장치의 제1 예를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법의 제1 예에 의하여 얻어진 파워 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법의 제1 예에 의하여 얻어진 자기 상관 함수의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법의 제1 예에서 얻어진 간섭 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법의 제1 예에서 얻어진 분산액의 깊이 방향의 산란 프로파일의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법의 제1 예에서 얻어진 관심 깊이 영역의 전장(電場)의 시간 응답의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법의 제1 예에서 얻어진 파워 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법의 제1 예에서 얻어진 시간 상관 함수의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 9는 산란 강도의 파장 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 10은 정적 광산란 강도의 파장 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법의 제2 예를 설명하기 위한 광학 장치를 나타내는 모식도이다.
도 12는 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법의 제2 예에서 얻어지는 광 강도의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법의 제2 예에서 얻어지는 산란각에 대한 산란 강도의 프로파일의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법의 제2 예에서 얻어지는 관심 각도 영역의 전장의 시간 응답의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법의 제2 예에서 얻어지는 파워 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법의 제2 예에서 얻어지는 자기 상관 함수의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 17은 산란 각도가 175°에 있어서의 자기 상관 함수와 피팅에 의하여 얻어진 입경의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 18은 산란 각도가 173°에 있어서의 자기 상관 함수와 피팅에 의하여 얻어진 입경의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 19는 산란 각도가 172.5°에 있어서의 자기 상관 함수와 피팅에 의하여 얻어진 입경의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 20은 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 21은 입자 A의 히스토그램이다.
도 22는 입자 B의 히스토그램이다.
도 23은 간섭광 강도와 산란각의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 24는 단일 입자의 히스토그램이다.
도 25는 입자가 응집한 응집체의 히스토그램이다.
도 26은 입자의 형상마다의 산란 강도와 산란각의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 27은 구상 입자를 나타내는 모식적 사시도이다.
도 28은 원판상 입자를 나타내는 모식적 사시도이다.
도 29는 본 발명의 실시형태의 광 계측 장치의 제2 예를 나타내는 모식도이다.
도 30은 본 발명의 실시형태의 광 계측 장치의 제2 예의 마스크의 제1 예를 나타내는 모식도이다.
도 31은 본 발명의 실시형태의 광 계측 장치의 제2 예의 마스크의 제2 예를 나타내는 모식도이다.
도 32는 본 발명의 실시형태의 광 계측 장치의 제2 예의 마스크의 제3 예를 나타내는 모식도이다.
도 33은 본 발명의 실시형태의 광 계측 장치의 제3 예를 나타내는 모식도이다.
이하에, 첨부된 도면에 나타내는 적합 실시형태에 근거하여, 본 발명의 광 계측 장치를 상세하게 설명한다.
또한, 이하에 설명하는 도면은, 본 발명을 설명하기 위한 예시적인 것이며, 이하에 나타내는 도면에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
또한, 이하에 있어서 수치 범위를 나타내는 "~"란 양측에 기재된 수치를 포함한다. 예를 들면, ε이 수치 εα~수치 εβ란, ε의 범위는 수치 εα와 수치 εβ를 포함하는 범위이며, 수학 기호로 나타내면 εα≤ε≤εβ이다.
"구체적인 수치로 나타난 각도", 및 "평행" 등의 각도는, 특별히 기재가 없으면, 해당하는 기술 분야에서 일반적으로 허용되는 오차 범위를 포함한다.
(광 계측 장치의 제1 예)
도 1은 본 발명의 실시형태의 광 계측 장치의 제1 예를 나타내는 모식도이다.
도 1에 나타내는 광 계측 장치(10)는, 저간섭성 간섭계(12)와, 제1 검출 유닛(14a) 및 제2 검출 유닛(14b)을 갖는 검출부(14)와, 변환부(15)와, 연산부(16)와, 기억부(17)를 갖는다. 광 계측 장치(10)는 시료 셀(18)을 갖는다.
저간섭성 간섭계(12)는, 광원에 저간섭성광을 출사하는 광원을 이용한 광 간섭계이다.
저간섭성 간섭계(12)는, 예를 들면, 광원부(20)와, 4개의 빔 스플리터(21a, 21b, 21c, 21d)를 갖는다. 4개의 빔 스플리터(21a, 21b, 21c, 21d)는, 각각 입사한 광을 2개로 분할하거나, 또는 입사한 2개의 광을 합파(合波)시키는 투과 반사면(21e)을 갖는다. 투과 반사면(21e)은, 45°의 각도의 경사진 경사면이다.
또, 4개의 빔 스플리터(21a, 21b, 21c, 21d)는, 모두 입방체상의 큐브형의 빔 스플리터이다. 또한, 빔 스플리터의 형태는, 큐브형에 한정되는 것은 아니고, 평판상의 플레이트형이어도 된다.
또, 저간섭성 간섭계(12)는, 도 1에 나타내는 구성에 한정되는 것은 아니다.
4개의 빔 스플리터(21a, 21b, 21c, 21d)는, 사각형의 각 꼭짓점의 위치에 배치되어 있다. 대각선 상에 배치된 빔 스플리터(21a)와 빔 스플리터(21d)는 투과 반사면(21e)이 평행이다. 또, 대각선 상에 배치된 빔 스플리터(21b)와 빔 스플리터(21c)는 투과 반사면(21e)이 평행이다. 4개의 빔 스플리터(21a, 21b, 21c, 21d)의 투과 반사면(21e)은, 인접하는 빔 스플리터(21a, 21b, 21c, 21d)의 투과 반사면(21e)과는 방향이 상이하고, 비평행이며, 구체적으로는 역평행이다.
빔 스플리터(21a)와 빔 스플리터(21c)가 나열되어 배치되어 있고, 빔 스플리터(21c)의 빔 스플리터(21a)의 반대 측에, 반사체(22)가 배치되어 있다. 빔 스플리터(21c)와 반사체(22)의 사이에, 빔 스플리터(21c) 측으로부터 분산 보상 조정부(23a)와, 대물 렌즈(23b)가 배치되어 있다.
반사체(22)는, 입사하는 광을 반사하는 것이며, 반사체(22)의 반사면(22a)이 참조면이다. 반사체(22)는, 입사하는 광을 반사할 수 있으면, 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 미러, 또는 유리판이 이용된다.
분산 보상 조정부(23a)는, 시료 셀(18)에 의한 군(群) 속도 분산을 보상하는 것이다.
시료 셀(18)이, 후술하는 바와 같이 광학 유리로 구성되어 있는 경우, 분산 보상 조정부(23a)는, 시료 셀(18)을 구성하는 광학 유리의 두께에 의한 군 속도 분산을 보상한다. 시료 셀(18)을 구성하는 광학 유리와 동일 정도의 두께의 유리판을, 빔 스플리터(21c)와 대물 렌즈(23b)의 사이에 배치하는 구성으로 하여, 통과하는 광의 군 속도 분산을 보상한다. 즉, 분산 보상 조정부(23a)는 참조광(Lr)의 파장의 차이에 의한 광로 길이 차를 조정하여, 참조광(Lr)과 산란광(Ld)의 파장마다의 광로 길이를 맞춘다.
대물 렌즈(23b)는, 반사체(22)에 입사하는 광을, 반사체(22)의 반사면(22a)에 집광하는 것이다.
빔 스플리터(21a)와 빔 스플리터(21b)가 나란히 배치되어 있고, 빔 스플리터(21a)와 빔 스플리터(21b)의 사이에, ND(Neutral Density)필터(24a)가 배치되어 있다. 빔 스플리터(21a)와 빔 스플리터(21c)의 사이에, ND필터(24b)가 배치되어 있다.
ND필터(24a, 24b)는, 반사체(22)의 반사면(22a)에서 반사된 참조광(Lr)과 시료 셀(18)로부터의 산란광(Ld)의 광 강도의 밸런스를 맞추기 위하여, 광량을 조정하는 것이다. ND필터(24a, 24b)에는, 공지의 것을 적절히 이용 가능하다.
빔 스플리터(21b)의 빔 스플리터(21a)의 반대 측에 시료 셀(18)이 배치되어 있다. 빔 스플리터(21b)와 시료 셀(18)의 사이에, 입사광(Ls)을 시료 셀(18)에 집광하는 대물 렌즈(25)가 배치되어 있다.
빔 스플리터(21c)와 빔 스플리터(21d)가 나열되어 배치되어 있고, 빔 스플리터(21d)의 빔 스플리터(21c)의 반대 측에 제 1 검출 유닛(14a)이 배치되어 있다. 빔 스플리터(21d)와 제1 검출 유닛(14a)의 사이에 편광 조정부(26)가 배치되어 있다.
편광 조정부(26)는, 빔 스플리터(21d)로부터 출사되어, 제1 검출 유닛(14a)에 입사하는 산란광의 편광 상태를 제어하는 것이다. 편광 조정부(26)는, 예를 들면, 편광 소자로 구성되고, 원편광, 직선 편광, 또는 타원 편광 등, 시료 셀(18)의 분산액(Lq)으로부터 산란된 산란광(Ld)의 편광 상태를 조정하기 위하여 편광 소자가 적절히 이용된다. 보다 구체적으로는, 예를 들면, 편광 조정부(26)는, 편광자로 구성된다. 편광자의 투과축의 방향을 복수 바꾸어 측정해도 된다.
빔 스플리터(21b)와 빔 스플리터(21d)가 나열되어 배치되어 있고, 빔 스플리터(21d)의 빔 스플리터(21b)의 반대 측에 제2 검출 유닛(14b)이 배치되어 있다.
제1 검출 유닛(14a)은, 미러(30)와, 미러(30)로부터 반사된 반사광이 입사되는 회절 격자(32)를 갖는다. 회절 격자(32)는, 산란광을 포함하는 입사된 광을 파장 분해하여, 파장마다의 광으로 분할하는 광학 소자이다. 회절 격자(32)에 의하여, 파장마다의 산란광을 얻을 수 있다.
또한, 회절 격자(32)에 의하여 산란광이 파장에 따라 회절된 회절광이 입사되는 광 검출기(33)를 갖는다. 광 검출기(33)에 의하여 파장 분해된 산란광이 파장마다 검출된다. 광 검출기(33)에는, 예를 들면, 직선 상에 광전 변환 소자가 배치된 라인 카메라가 이용된다. 또한, 광 검출기(33)는, 라인 카메라 대신에, 광전자 증배관을 직선 상에 배치한 것이어도 된다.
제1 검출 유닛(14a)의 광 검출기(33)는, 회절 격자(32)에서 회절된, 산란광을 포함하는 회절광을 수광하지만, 파장마다 회절각이 상이하여, 광 검출기(34)인 라인 카메라가 수광하는 위치를 결정한다. 이 때문에, 제1 검출 유닛(14a)에서는, 광 검출기(33)인 라인 카메라가 수광한 위치에 의하여, 파장이 특정된다. 이와 같이 하여, 제1 검출 유닛(14a)은, 산란광을 파장 분해하여, 파장 분해된 산란광을 파장마다 검출한다. 이로써, 상이한 파장에서, 산란광의 산란 강도를 간편하게 측정할 수 있다.
또한, 파장마다의 광을 얻기 위하여 회절 격자(32)를 이용했지만, 파장마다의 광을 얻을 수 있으면, 회절 격자(32)에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 차단 파장 대역이 상이한 밴드 패스 필터를 복수 준비해 두고, 밴드 패스 필터를 교환하여, 파장마다의 산란광을 얻을 수도 있다. 또, 회절 격자(32) 대신에 프리즘을 이용할 수도 있다.
제2 검출 유닛(14b)은, 광 검출기(34)를 갖는다. 광 검출기(34)는, 산란 각도마다 산란광을 검출하는 것이다. 광 검출기(34)에는, 예를 들면, 직선 상에 광전 변환 소자가 배치된 라인 카메라가 이용된다. 제2 검출 유닛(14b)에서는, 광 검출기(34)인 라인 카메라가 수광한 위치에 의하여, 산란 각도가 특정된다. 이로써, 상이한 산란 각도에서, 산란광의 산란 강도를 간편하게 측정할 수 있다. 광 검출기(34)는, 산란광이 참조광과 간섭한 간섭광에 대해서도 산란 각도마다의 간섭광 강도를 검출한다.
또한, 광 검출기(34)는, 라인 카메라 대신에, 고속 카메라여도 된다.
또, 광 검출기(33, 34)에 이용되는 광전 변환 소자는, 예를 들면, 포토다이오드이다.
시료 셀(18)은, 예를 들면, 광학 유리, 또는 광학 플라스틱으로 구성된 직육면체 또는 원기둥의 용기이다. 시료 셀(18)에, 측정 대상인, 입자를 포함하는 분산액(Lq)이 수납된다. 분산액(Lq)에 입사광(Ls)이 조사된다.
시료 셀(18)은, 도시는 하지 않지만 액침 배스 내에 배치되어도 된다. 액침 배스는, 시료 셀(18)과 주위의 환경의 굴절률차를 제거하기 위한 것이며, 공지의 액침 배스가 적절히 이용 가능하다. 또, 시료 셀(18)을 펠티에 소자의 접촉한 금속에 접촉시켜, 시료 셀(18)을 온도 조정할 수도 있다.
광원부(20)는, 빔 스플리터(21a)의 빔 스플리터(21b)의 반대 측에 배치되어 있다. 광원부(20)는, 시료 셀(18)에 입사광(Ls)을 조사하는 것이며, 빔 스플리터(21a)에 출사된 광을 입사시킨다.
광원부(20)는, 입사광(Ls)으로서, 저간섭성광을 출사하는 것이다. 저간섭성광은, 단색의 레이저광과는 상이하고, 밴드폭이 있는 광이다. 광원부(20)는, 예를 들면, 제논 램프, 슈퍼 루미네선스 다이오드(SLD), LED(light emitting diode) 또는 슈퍼 컨티늄(SC) 광원이 이용된다.
광원부(20)와, 빔 스플리터(21a)의 사이에는, 광원부(20) 측으로부터 분광 조정부(27)와, 편광 제어부(28)가 마련되어 있다.
분광 조정부(27)는, 광원부(20)에 의한 입사광(Ls)의 스펙트럼에 따라 불필요한 파장역을 차단하는 것이다. 예를 들면, 슈퍼 컨티늄 광원에 있어서의 근적외광역을, 제1 검출 유닛(14a)의 광 검출기(33)와, 제2 검출 유닛(14b)의 광 검출기(34)에서는 검출할 수 없는 경우, 분광 조정부(27)에, 예를 들면, 근적외광역을 차단하는 필터를 이용한다.
또, 제2 검출 유닛(14b)에 있어서 산란 각도마다 산란 강도를 측정할 때, 파장 대역을 한정할 목적으로, 분광 조정부(27)에, 예를 들면, 밴드 패스 필터를 이용해도 된다.
또한, 복수의 파장의 광을 이용하여, 분산액(Lq)의 산란광을 측정하는 경우, 광원부(20)로서 출사 파장이 상이한 복수의 광원을 준비하는 것도 생각된다. 그러나, 분광 조정부(27)로서, 밴드 패스 필터를 이용함으로써, 파장역을 차단할 수 있기 때문에, 광원부(20)의 구성을 간략화할 수 있어, 장치 구성을 간략화할 수 있다.
편광 제어부(28)는, 입사광의 편광 상태를 제어하는 것이며, 입사광의 편광을 조정하고 있다. 편광 제어부(28)는, 예를 들면, 편광 소자로 구성되고, 원편광, 직선 편광, 또는 타원 편광 등, 시료 셀(18)에 조사하는 편광에 따른 편광 소자가 적절히 이용된다. 입자의 형상을 결정할 때에는, 입사광에 편광을 이용한다. 편광 제어부(28)는, 보다 구체적으로는, 편광자와 λ/4판을 조합한 것으로 구성된다. 이로써, 무편광의 입사광(Ls)을 원편광으로 할 수 있다.
또한, 광 계측 장치(10)에 있어서, 광원부(20)로부터 출사된 광의 편광을 그대로 이용하는 경우, 편광 조정부(26) 및 편광 제어부(28)는, 반드시 필요한 것은 아니다.
제1 검출 유닛(14a) 및 제2 검출 유닛(14b)을 갖는 광 계측 장치(10)에서는, 상이한 산란 각도 또는 상이한 파장에서, 산란 강도를 간편하게 측정할 수 있다.
또, 광 계측 장치(10)에서는, 산란 각도 및 파장 중, 이용하는 것이, 어느 일방인 경우, 검출부(14)에 있어서, 제1 검출 유닛(14a) 및 제2 검출 유닛(14b) 중, 어느 일방이 있으면 된다.
광원부(20)로부터 출사된 광은, 빔 스플리터(21a)의 투과 반사면(21e)에서 분할되어, 투과 반사면(21e)을 투과하여 빔 스플리터(21b)에 입사되고, 빔 스플리터(21b)의 투과 반사면(21e)을 투과하여 시료 셀(18)에 입사광(Ls)으로서 조사된다. 입사광(Ls)이 시료 셀(18)의 분산액(Lq)으로 산란되어 발생한 산란광(Ld)이 빔 스플리터(21b)의 투과 반사면(21e)에서 빔 스플리터(21d)에 반사된다.
광원부(20)로부터 출사된 광 중, 빔 스플리터(21d)의 투과 반사면(21e)에서 반사된 산란광(Ld)이 제1 검출 유닛(14a)에 입사된다.
빔 스플리터(21a)의 투과 반사면(21e)에서 분할되어 빔 스플리터(21c)에 입사된 광은, 투과 반사면(21e)을 투과하여, 반사체(22)에 입사되고, 반사체(22)의 반사면(22a)에서 반사된다. 이 반사된 광이 참조광(Lr)이다. 참조광(Lr)은, 빔 스플리터(21c)의 투과 반사면(21e)에서 반사되어, 빔 스플리터(21d)에 입사된다. 빔 스플리터(21d)의 투과 반사면(21e)을 투과한 참조광(Lr)은, 제1 검출 유닛(14a)에 입사된다. 이와 같이 제1 검출 유닛(14a)에는, 산란광(Ld)과 참조광(Lr)이 입사되어, 간섭한다. 또한, 산란광(Ld) 중 적어도 일부와, 참조광(Lr)이 간섭하면 되고, 광로 길이를 조정하여, 분산액(Lq)의 특정 깊이에서 발생한 산란광(Ld)만 참조광(Lr)과 간섭시키는 것이 바람직하다.
제1 검출 유닛(14a)은, 회절 격자(32)에 의하여, 파장마다 광 검출기(33)의 수광 위치가 정해져 있어, 파장마다 간섭광을 검출할 수 있고, 파장마다의 간섭광 강도의 데이터가 얻어진다. 이로써, 변환부(15)에서는, 산란광의 간섭 스펙트럼으로부터 분산액(Lq)의 특정 깊이 또한 특정 파장의 산란 강도의 데이터를 얻을 수 있다. 또한, 깊이란, 산란광이 분산액(Lq)을 통과한 광로 길이를 가리킨다고 생각해도 된다.
또, 산란광(Ld)이 빔 스플리터(21d)의 투과 반사면(21e)을 투과하고, 제2 검출 유닛(14b)에 입사된다.
참조광(Lr) 중, 빔 스플리터(21d)의 투과 반사면(21e)에서 반사된 참조광(Lr)이, 제2 검출 유닛(14b)에 입사된다. 이와 같이 제2 검출 유닛(14b)에는, 산란광(Ld)과 참조광(Lr)이 입사되어, 간섭한다. 또한, 산란광(Ld) 중 적어도 일부와, 참조광(Lr)이 간섭하면 되고, 광로 길이를 조정하여, 분산액(Lq)의 특정 깊이에서 발생한 산란광만 참조광(Lr)과 간섭시키는 것이 바람직하다.
분산액(Lq)의 산란각(θb)에 의하여, 산란광(Ld)의 빔 스플리터(21b)의 투과 반사면(21e)에 있어서의 반사 위치가 상이하고, 광 검출기(34)에 있어서의 수광 위치도 상이하다. 이 때문에, 제2 검출 유닛(14b)은, 산란 각도마다 광 검출기(34)의 수광 위치가 결정되어 있어, 산란 각도마다 참조광과 산란광의 간섭광을 검출할 수 있고, 산란 각도마다의 간섭광 강도의 데이터가 얻어진다. 이로써, 변환부(15)에서는, 참조광과 동일 광로 길이에 상당하는 분산액(Lq)의 특정 깊이의 산란광에 대하여, 산란 각도마다의 간섭광 강도의 데이터로부터 특정 산란 각도의 산란 강도의 데이터를 얻을 수 있다. 또한, 도 1의 산란각(θb)(°)은, 산란각 180°의 후방 산란광을 기준으로 한 각도이다. 전방 산란의 각도를 0°로 한, 일반적인 산란각(θ)(°)의 표기란, θ(°)=180°-θb(°)의 관계에 있다.
변환부(15)에 연산부(16)가 접속되어 있고, 기억부(17)가 변환부(15)와 연산부(16)에 접속되어 있다.
변환부(15)는, 제1 검출 유닛(14a)에서 검출되는 간섭광 강도의 데이터로부터 특정 파장의 산란광의 산란 강도 혹은 전장에 비례한 값, 또는 제2 검출 유닛(14b)에서 검출되는 간섭광 강도의 데이터로부터 특정 산란 각도의 광의 산란 강도 혹은 전장에 비례한 값을 복수 취출한다. 그리고, 변환부(15)는, 취출한 산란 강도의 데이터를 분산액(Lq)의 특정 깊이에 있어서의 산란광의 시간 변동 데이터로 변환하는 것이다.
변환부(15)는, 제1 검출 유닛(14a)의 광 검출기(33), 및 제2 검출 유닛(14b)의 광 검출기(34)에 접속되어 있다. 변환부(15)는, 제1 검출 유닛(14a)의 광 검출기(33)가 검출하는, 특정 파장에서의 광 강도의 데이터를 취득하여, 특정 파장의 산란 강도의 데이터를 복수 취출한다. 그리고, 취출한 산란 강도의 데이터를 분산액(Lq)의 특정 깊이에 있어서의 산란광의 시간 변동 데이터로 변환한다.
또, 변환부(15)는, 제2 검출 유닛(14b)의 광 검출기(34)가 검출하는, 반사체(22)의 위치 제어에 의하여 분산액(Lq)의 특정 깊이에서 발생한 산란광만 간섭시키고, 또한 특정 산란 각도에서의 간섭광의 강도의 데이터를 취득하여, 특정 산란 각도의 산란 강도를 복수 취출한다. 이로써, 취출한 산란 강도의 데이터를 분산액(Lq)의 특정 깊이에 있어서의 산란광의 시간 변동 데이터로 변환한다. 또한, 시간 변동 데이터란, 파워 스펙트럼 또는 자기 상관 함수이다.
상술한 분산액(Lq)의 산란광은, 분산액(Lq)의 다양한 깊이에서 산란된 광의 성분이 포함되고, 산란의 횟수가 상이하며, 강도도 상이하다. 입자의 입경 등의 정확한 측정을 위하여, 분산액(Lq)의 특정 깊이에 있어서의 산란광을 이용하여 해석할 필요가 있다. 분산액(Lq)의 특정 깊이를 설정함으로써, 산란광 중, 예를 들면, 광이 1번만 산란된 단산란광을 얻을 수 있다.
또한, 변환부(15)에 있어서, 취출한 산란 강도의 데이터를 분산액(Lq)의 특정 깊이에 있어서의 산란광의 시간 변동 데이터로 변환하는 해석에 대해서는, 이후에 설명한다.
변환부(15)는, ROM(Read Only Memory) 등에 기억된 프로그램(컴퓨터 소프트웨어)을, 변환부(15)에서 실행함으로써, 상술한 바와 같이 산란 강도를 복수 취출하고, 취출한 산란 강도의 데이터를 분산액(Lq)의 특정 깊이에 있어서의 산란광의 시간 변동 데이터로의 변환을 실시한다. 변환부(15)는, 상술한 바와 같이 프로그램이 실행됨으로써 각 부위가 기능하는 컴퓨터에 의하여 구성되어도 되고, 각 부위가 전용 회로로 구성된 전용 장치여도 되며, 클라우드 상에서 실행되도록 서버로 구성해도 된다.
연산부(16)는, 변환부(15)에서 취득된 시간 변동 데이터를 이용하여, 입자의 입경을 산출하는 것이다.
또, 연산부(16)는, 변환부(15)에서 취득된 시간 변동 데이터와, 변환부(15)에서 취득된 시간 변동 데이터를 시간 평균한 시간 평균 데이터를, 입경과 산란 강도의 관계를 정한 이론식에 대하여 피팅함으로써, 분산액에 포함되는 입자종마다의 입도 분포를 얻는 것이다. 연산부(16)에 있어서의 입자의 입경의 산출에는, 동적 광산란법에 이용되는 각종 산출 방법이 적절히 이용 가능하다. 또, 분산액에 포함되는 입자종마다의 입도 분포를 얻는 것에 대해서는, 이후에 설명한다.
기억부(17)는, 이미 알려진 입자의 복소 굴절률, 입경, 및 형상에 의하여 구해지는, 이미 알려진 입자의 산란광 강도에 대한 산란 각도 의존의 데이터 및 산란광 강도에 대한 파장 의존의 데이터 중 적어도 하나를 기억하는 것이다.
기억부(17)에, 이미 알려진 입자에 관한 산란광 강도의 산란 각도 의존의 데이터 및 산란광 강도의 파장 의존의 데이터 중, 적어도 하나를 기억해 둠으로써, 입자의 입경 분포를 구할 때, 또는 피팅 시에 참조할 수 있다. 이 때문에, 각종 입자에 대하여, 이미 알려진 입자에 관한 산란광 강도의 산란 각도 의존의 데이터 및 산란광 강도의 파장 의존의 데이터 중, 적어도 하나를 기억해 두어, 모델 라이브러리를 구축해 두는 것이 바람직하다.
또, 기억부(17)는, 변환부(15)에서 얻어진 각종 데이터를 기억하는 것이기도 하다.
또한, 기억부(17)는, 상술한 이미 알려진 입자에 관한 산란광 강도의 산란 각도 의존의 데이터 및 산란광 강도의 파장 의존의 데이터, 및 변환부(15)에서 얻어진 각종 데이터를 기억할 수 있으면, 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 하드 디스크, 또는 SSD(Solid State Drive)의 각종 기억 매체를 이용할 수 있다.
또, 연산부(16)는, 기억부(17)가 기억하고 있는 이미 알려진 입자에 관한 산란광 강도의 산란 각도 의존의 데이터 및 산란광 강도의 파장 의존의 데이터 중, 적어도 하나를 이용하여, 입자종마다의 입도 분포를 얻기 위한 피팅을 실시한다.
연산부(16)는, 기억부(17)가 기억하고 있는, 변환부(15)에서 얻어진 각종 데이터를 판독하여, 피팅을 실시할 수도 있다. 또, 실측의 요동 데이터로부터 얻어진 입경 분폿값, 및 실측의 산란광의 파장 의존 또는 강도 의존에 대하여, 모델 라이브러리에 저장된 입자의 산란 특성을 비교함으로써, 입자의 응집 상태 또는 입자종을 판정할 수도 있다.
또한, 입자의 산란 특성은, 예를 들면, 이미 알려진 입자에 관한 산란광 강도의 산란 각도 의존의 데이터 및 산란광 강도의 파장 의존의 데이터이다. 이들 입자의 산란 특성은, 표준 입자 등의 이미 알려진 입자를 이용하여 얻어진 실측값이어도 되고, 또는 Mie 산란 이론식 등의 입경과 산란 강도의 관계를 정한 이론식에 의하여 얻어진 계산값이어도 된다. 또, 입자의 산란 특성은, 시뮬레이션에 의한 계산값이어도 된다. 시뮬레이션에 의한 계산값은, 예를 들면, FDTD법(Finite-difference time-domain method) 또는, DDA(Discrete dipole approximation)법을 이용하여 얻어진다. 상술한 입자의 산란 특성은, 예를 들면, 모델 라이브러리로서 기억부(17)에 기억된다.
연산부(16)는, ROM 등에 기억된 프로그램(컴퓨터 소프트웨어)을, 연산부(16)에서 실행함으로써, 상술한 입자의 입경의 산출, 및 분산액에 포함되는 입자종마다의 입도 분포를 얻는 것을 실시한다. 연산부(16)는, 상술한 바와 같이 프로그램이 실행됨으로써 각 부위가 기능하는 컴퓨터에 의하여 구성되어도 되고, 각 부위가 전용 회로로 구성된 전용 장치여도 되며, 클라우드 상에서 실행되도록 서버로 구성해도 된다.
광 계측 장치(10)에 있어서는, 참조광(Lr)을 차단하여, 산란광과 간섭시키지 않도록 해도 된다. 이 경우, 참조광(Lr)을 차단함으로써, 통상의 동적 광산란 측정을 실시할 수 있다. 참조광(Lr)을 차단하는 방법으로서는, 예를 들면, 빔 스플리터(21a)와 빔 스플리터(21c)의 사이에, 진퇴 가능한 차광판을 마련하여, 빔 스플리터(21a)로부터 분할되는 광을, 반사체(22)에 도달하는 것을 방지하는 방법이 있다.
또, 빔 스플리터(21c)와 빔 스플리터(21d)의 사이에, 진퇴 가능한 차광판을 마련하여, 빔 스플리터(21d)에 도달하는 참조광(Lr)을 차광하여, 참조광(Lr)을 차단해도 된다.
또한, 광을 차광할 수 있으면, 진퇴 가능한 차광판에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 액정 셔터를 이용한 광 셔터를 이용할 수 있다.
이상의 구성에 의하여, 광 계측 장치(10)는, 통상의 호모다인 검출의 동적 광산란 장치로서도 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법의 제1 예에 의하여 얻어진 파워 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프이며, 도 3은 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법의 제1 예에 의하여 얻어진 자기 상관 함수의 일례를 나타내는 그래프이다.
예를 들면, 직경이 1μm, 농도 1질량%의 폴리스타이렌 입자를 포함하는 분산액을, 상술한 도 1에 나타내는 광 계측 장치(10)를 이용하여, 파장마다의 간섭광 강도를 검출한다. 제1 검출 유닛(14a)에서 얻어진 간섭광의 스펙트럼 중, 중심 파장 620nm, 640nm, 및 660nm의 3개 파장의 간섭 강도 스펙트럼을 대표하여 추출한다. 또한, 중심 파장 620nm, 640nm, 및 660nm에 대하여, 파장의 폭은, 각각 ±9nm이다.
다음으로, 변환부(15)에서, 제1 검출 유닛(14a)에서 검출된 간섭광 강도로부터 특정 깊이의 각 파장의 산란광의 전장에 비례한 신호 성분의 데이터를 취득한다. 각 파장의 산란 강도의 데이터를, 분산액(Lq)의 특정 깊이에 있어서의 산란광의 시간 변동 데이터로 하여, 파워 스펙트럼으로 변환한다. 이로써, 도 2에 나타내는 파워 스펙트럼을 얻는다. 또한, 변환부(15)에서, 도 2에 나타내는 파워 스펙트럼을, 역푸리에 변환하고, 도 3에 나타내는 바와 같이 파장마다 자기 상관 함수를 얻는다. 도 3의 세로축의 수치는, 상용 대수이다.
다음으로, 연산부(16)에 있어서, 예를 들면, 도 3에 나타내는 각 파장의 자기 상관 함수의 상용 대수(log10)를 취한 것에 대하여, 각각 기울기(Γg)를 구한다. 기울기(Γg)를 이용하여, 각 파장에서의 확산 계수(D)를 구한다. 확산 계수(D)는, D=Γg/q2로 나타난다. 또한, q는 산란 벡터이다.
여기에서, 확산 계수(D)와 입경(d)은, 스톡스·아인슈타인의 식에 의하여, d=kBT/(3πηD)로 나타난다. 또한, kB는 볼츠만 상수이며, T는 절대 온도이고, η는 분산액의 용매의 점도이다. 또한, 자기 상관 함수의 기울기로부터 입자 분포를 산출하는 방법은, 본 방법에 한정되지 않고, CONTIN법, 히스토그램법, 큐물런트 전개 등이 알려져 있으며, 이들 방법이 이용 가능하다.
다음으로, 연산부(16)에 있어서, 각 파장의 확산 계수(D)를 이용하여, 각 파장에서의 폴리스타이렌 입자의 유체 역학적인 입자 사이즈를 구한다. 이 유체 역학적인 입자 사이즈는, 상술한 입경(d)이다. 그 결과, 중심 파장 620nm에서는 0.9μm가 얻어지고, 중심 파장 640nm에서는 1.1μm가 얻어지며, 중심 파장 660nm에서는 1.2μm가 얻어진다. 각각 얻어진 입경의 평균값은, 1.06μm이다. 이와 같이, 복수의 파장을 이용한 경우, 입경이 1μm, 농도 1질량%의 폴리스타이렌 입자에 대하여, 입경을 측정할 수 있다.
<광 계측 방법의 제1 예>
광 계측 방법의 제1 예는, 광 계측 장치(10)에 있어서, 복수의 파장을 이용한다.
예를 들면, 슈퍼 컨티늄 광원을 이용하여, 입자를 포함하는 분산액을 측정한다. 측정에 의하여, 제1 검출 유닛(14a)의 광 검출기(33)에서 각 파장의 광이 검출된다. 광 검출기(33)에 입사하는 각 파장의 광은, 산란광과 참조광의 간섭광을 포함하고 있으며, 예를 들면, 도 4에 나타내는 간섭 스펙트럼으로 나타난다. 또한, 도 4는 세로축이 광 강도이며, 가로축이 파수이다.
도 4에 나타내는 간섭 스펙트럼의 강도 Ik는, 하기 식으로 나타난다. 하기 식에 있어서, ES는 산란광의 전장이며, ES *는 ES의 복소 공액량이고, ER은 참조광의 전장이며, ER *은 ER의 복소 공액량이다.
Ik=|ER+ES|2=|ER|2+|ES|2+ERES *+ESER *
다음으로, 도 4에 나타내는 간섭 스펙트럼에 대하여, 예를 들면, 중심 파장이 620nm인 파장 영역(35a)을 취출한다. 또한, 파장 영역(35a)의 폭은, 중심 파장 620nm에 대하여 ±9nm이다. 이로써, 파장마다의 산란 강도의 데이터로부터, 특정 파장 영역의 산란 강도가 취출된다. 특정 파장 영역의 산란 강도를 취출한 후, 파장 영역에 대하여, 간섭 스펙트럼의 강도 Ik에 대하여, 역푸리에 변환 F-1을 실시한다. 이로써, 예를 들면, 중심 파장이 620nm에 있어서의 분산액(Lq)의 깊이 방향의 산란 프로파일 F-1(IK)이 얻어진다. 분산액(Lq)의 깊이 방향의 산란 프로파일의 일례를 도 5에 나타낸다. 또한, 도 5는 세로축이 F-1(IK)이며, 가로축이 기준이 되는 광로 길이의 위치로부터의 거리이다. 이 기준 광로 길이 위치는 참조광의 광로 길이에 동등하고, 예를 들면, 시료 셀과 분산액의 계면에서 발생하는 반사광의 광로 길이와 기준 광로 길이 위치의 광로 길이를 동등해지도록 한 경우, 가로축은 계면으로부터의 깊이가 된다.
상술한 역푸리에 변환은, 하기 식에 의하여 나타난다.
F-1(IK)=|rr|2E0 2δ(z)+rrE0 2ρ(s/2)+E0 2Γρ(s/2)
또한, rr은 반사체(22)의 전장에 대한 반사율이며, E0은 시료에 조사한 광의 전장이고, δ(z)는 델타 함수이며, ρ는 분산액의 계면으로부터 깊이 s/2의 위치로부터의 산란 전장의 확산 반사율이고, Γρ는 산란 전장의 확산 반사율의 깊이 의존에 대한 자기 상관 함수이다.
도 5에 나타내는 분산액의 깊이 방향의 프로파일에 있어서, 예를 들면, 단산란 영역을 관심 깊이 영역(35b)으로서 취출한다. 단산란 영역, 즉, 광이 1번만 산란된 영역은, 광 계측 장치(10)에 있어서 광로 길이에 의하여 결정되는 것이며, 광 계측 장치(10)에 있어서, 단산란 영역의 광로 길이를 미리 특정해 두는 것이 바람직하다. 또한, 상술한 관심 깊이 영역(35b)이, 분산액(Lq)의 특정 깊이에 대응한다.
제1 검출 유닛(14a)에서 관심 깊이 영역(35b)의 전장의 시간 응답을 얻는다. 라인 디텍터에서 얻어지는 신호의 시계열 데이터를 모두 동일하게 처리하고, 관심 깊이 영역(35b)에 있어서의 산란 전장 E0ρ(s/2)에 비례한 신호량의 시간 의존성이 얻어진다. 이것을 도 6에 나타낸다. 또한, 도 6은 세로축이 전장이며, 가로축이 시간이다.
도 6에 나타내는 산란 전장의 시간 의존성에 대하여 푸리에 변환하여 제곱을 실시한다. 이로써, 산란광의 강도의 주파수 응답, 즉, 도 7에 나타내는 파워 스펙트럼이 얻어진다. 또한, 도 7은 세로축이 강도이며, 가로축이 주파수이다. 도 7에 나타내는 파워 스펙트럼 IES는 하기 식으로 나타난다. 또한, 하기 식의 ΓES는, 전장의 시간 상관 함수(=자기 상관 함수)이다.
[수학식 1]
다음으로, 도 7에 나타내는 파워 스펙트럼 IES에 대하여 역푸리에 변환을 실시한다. 이로써, 산란 전장의 자기 상관 함수가 얻어진다. 이것을 도 8에 나타낸다. 또한, 도 8은 세로축이 자기 상관 함수이며, 가로축이 지연 시간이다. 상술한 역푸리에 변환은, 하기 식에 의하여 나타난다.
F-1(IES)=ΓES(τ)=GES (1)(τ)
이상과 같이 하여, 취출한 간섭광 강도의 데이터로부터 분산액(Lq)의 특정 깊이에 있어서의 산란광의 시간 변동 데이터로서, 파워 스펙트럼 또는 자기 상관 함수가 얻어진다. 제1 검출 유닛(14a)에서 검출되는 파장마다의 산란 강도의 데이터를, 분산액(Lq)의 특정 깊이의 파워 스펙트럼 또는 자기 상관 함수로의 변환은, 변환부(15)에서 실시된다.
다음으로, 연산부(16)에 있어서, 변환부(15)에서 취득된 시간 변동 데이터인 파워 스펙트럼 또는 자기 상관 함수를 이용하여, 입자의 입경을 산출한다. 자기 상관 함수를 이용한 입자의 입경의 산출 방법은, 상술한 도 3에 나타내는 바와 같다.
또한, 산란 전장의 시간 평균의 파장 의존은, 도 4에 나타내는 파장 영역(35a)에 대하여 빼낸 후에, 도 5에 나타내는 관심 깊이 영역(35b)의 신호의 시간 평균을 산출하고, 이것을 참조광의 스펙트럼에 있어서, 상술한 파장 영역(35a)과 동일한 파장 영역의 강도 신호로 나눔으로써 얻을 수 있다. 이것을 추가로 제곱하면 광원 스펙트럼으로 규격화한 산란광 강도가 얻어진다. 이상과 같이 하여, 예를 들면, 중심 파장이 620nm인 파장 영역에 있어서의 단산란된 정적 광산란의 정보를 얻을 수 있다.
예를 들면, 중심 파장이 640nm인 파장 영역에 대해서도, 예를 들면, 중심 파장이 660nm인 파장 영역에 대해서도, 도 4에 나타내는 간섭 스펙트럼으로부터, 중심 파장이 640nm인 파장 영역, 및 중심 파장이 660nm인 파장 영역을 취출함으로써, 각 파장에 있어서의 단산란된 정적 광산란의 정보를 얻을 수 있다. 또한, 파장 영역의 폭은, 예를 들면, 중심 파장 640, 660nm에 대하여 ±9nm이다.
여기에서, 도 9는 산란 강도의 파장 의존성을 나타내는 그래프이며, 도 10은 정적 광산란 강도의 파장 의존을 나타내는 그래프이다. 도 9는 이론 계산에 의하여 얻어진 것이며, 도 10은 실측에 의하여 얻어진 것이다.
도 9에 나타내는 프로파일(36)은, 직경이 50nm인 폴리스타이렌 입자에 의하여 구성되는 유체 역학적 직경이 1000nm인 가교 응집체의 산란 강도를 나타낸다. 가교 응집체는, 평균 입자 간 거리가 폴리스타이렌의 입경 이상이다. 프로파일(37)은, 직경이 1000nm인 폴리스타이렌 입자의 단일 입자의 산란 강도를 나타낸다. 도 9는 세로축이 산란 강도이며, 가로축이 파장이다. 예를 들면, 도 9의 단일 입자 및 가교 응집의 데이터가, 모델 라이브러리로서, 기억부(17)(도 1 참조)에 기억되어 있다.
또한, 가교 응집체는, 예를 들면, 소정 크기의 입자와 입자끼리의 사이에 존재하는 고분자에 의하여 구성된다. 고분자로서는, 입자끼리를 응집시키는 관능기(예를 들면, 극성기)를 갖는 고분자인 경우가 많다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 프로파일(36)로 나타나는 가교 응집체에서는, 파장의 증가에 대하여 산란 강도가 저하하고 있다. 한편, 프로파일(37)로 나타나는 직경이 1000nm인 단일 입자에서는, 파장의 증가에 대하여 산란 강도가 증가하고 있다.
도 10은 직경이 1000nm, 농도 1질량%의 폴리스타이렌 입자의 단일 입자를 측정하여 얻은 정적 광산란 강도를 나타낸다. 도 10에 나타내는 정적 광산란 강도의 파장 의존성과 같이, 폴리스타이렌 입자의 단일 입자는, 파장의 증가에 대하여 산란 강도가 증가한다.
동적 광산란법(DLS)에서는, 상술한 산란광의 시간 요동의 데이터의 해석 사례에서 나타낸 바와 같이, 입자의 유체 역학적 사이즈가 1000nm인 것 밖에 알 수 없다. 이 때문에, 입자의 입경이 1000nm라고 알 수 있어도, 상술한 가교 응집체, 및 단일 입자 중, 어느 것인지는 판정할 수 없다. 도 9에 나타내는 프로파일(37)에 나타내는 바와 같이 단일 입자는 파장의 증가에 대하여 산란 강도가 증가하는 점에서, 도 10의 실험에서 얻어진 신호는, 직경이 1000nm인 폴리스타이렌 입자의 단일 입자라고 판정할 수 있다. 또한, 단일 입자의 판정은, 연산부(16)에서 실시된다.
이상, 후술하는 수순(도 20 참조)에서, 동적 광산란과, 정적 광산란의 파장 의존을 조합하여 모델 라이브러리의 데이터와 비교함으로써, 유체 역학적인 입자 사이즈뿐만 아니라, 분산액 중의 입자의 상태, 및 분산액 중의 입자의 종류를 판정할 수 있다. 분산액 중의 입자의 상태는, 예를 들면, 응집 상태이다. 분산액 중의 입자의 종류 및 분산액 중의 입자의 상태는, 연산부(16)에 의하여 판정된다. 또한, 연산부(16)에서는, 분산액 중의 입자의 종류 및 분산액 중의 입자의 상태 중, 적어도 일방의 판정을 실시할 수 있으면 된다.
<광 계측 방법의 제2 예>
광 계측 방법의 제2 예는, 복수의 산란 각도를 이용한다. 예를 들면, 슈퍼 컨티늄 광원을 이용하여, 입자를 포함하는 분산액을 측정한다.
도 11은 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법의 제2 예를 설명하기 위한 광학 장치를 나타내는 모식도이다. 도 11에 나타내는 광학 장치(38)는, 도 1에 나타내는 광 계측 장치(10)에 있어서, 복수의 산란 각도를 이용한 측정을 설명하기 위하여 구성을 간략화한 것이다. 또한, 도 11에 있어서, 도 1에 나타내는 광 계측 장치(10)와 동일 구성물에는, 동일 부호를 붙여, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 11에 나타내는 광학 장치(38)는, 예를 들면, 입방체상의 큐브형의 빔 스플리터(39)를 사이에 두고 광 검출기(34)와, 반사체(22)가 배치되어 있다. 빔 스플리터(39)와 반사체(22)의 사이에, 대물 렌즈(23b)가 배치되어 있다. 빔 스플리터(39)의 면(39a)은, 반사체(22)와 광 검출기(34)가 배열하는 방향과 직교하는 방향의 면이다. 빔 스플리터(39)의 면(39a)에 대향하여, 분산액(Lq)이 수납된 시료 셀(18)이 마련되어 있다. 빔 스플리터(39)의 면(39a)과 분산액(Lq)의 사이에, 대물 렌즈(25)가 배치되어 있다. 빔 스플리터(39)는, 입사한 광을 2개로 분할하거나, 또는 입사한 2개의 광을 합파시키는 투과 반사면(39e)을 갖는다. 또, 빔 스플리터(39)는, 입방체상의 큐브형의 빔 스플리터이지만, 빔 스플리터의 형태는, 큐브형에 한정되는 것은 아니고, 평판상의 플레이트형이어도 된다.
광 검출기(34)는, 상술한 바와 같이 직선 상에 광전 변환 소자가 배치된 라인 카메라이다. 광 검출기(34)에 있어서, 라인 카메라의 위치 좌표를 x로 할 때, 좌표 xc는 산란각(θb)이 후방 산란광 또는 시료 셀의 정반사광의 각도를 기준으로 0°일 때의 좌표, 즉, 산란각(θ)이 180°일 때의 좌표이다. 라인 카메라의 위치 좌표 x는, x=f·sinθb+xc로 나타난다. 또한, f는, 대물 렌즈(25)의 초점 거리이다. 이 때문에, 후술하는 도 12, 및 도 13에는 각 깊이로부터의 산란광의 정보가 포함된다. 반사체(22)의 위치를 조정함으로써, 참조광과, 분산액(Lq)의 깊이 방향에서의 산란광을 간섭시키는 위치를 바꿀 수 있다. 이로써, 참조광의 광로 길이가 분산액으로부터의 단산란광의 광로 길이가 되도록 맞춤으로써, 단산란광이 간섭한 신호로 할 수 있다.
빔 스플리터(39)의 면(39a)에 대향하는 면(39b)에 입사광(Ls)이 입사된다. 입사광(Ls)은 투과 반사면(39e)을 투과하고, 대물 렌즈(25)를 거쳐 분산액(Lq)에 조사되어, 산란각(θ)의 산란광(Ld)이 발생한다. 산란광(Ld)이 빔 스플리터(39)의 투과 반사면(39e)에 입사하여, 투과 반사면(39e)에 의하여 반사되어 산란광(Ld)이 광 검출기(34)에 입사한다.
한편, 입사광(Ls)은 빔 스플리터(39)의 투과 반사면(39e)에서 분할되어 반사체(22)에 입사된다. 반사체(22)의 반사면(22a)에서 반사된 참조광(Lr)은, 투과 반사면(39e)을 투과하여 광 검출기(34)에 입사한다. 이와 같이, 산란광(Ld)과 참조광(Lr)이 광 검출기(34)에 입사되어, 간섭이 발생한다. 이로써, 도 12에 나타내는 간섭광의 강도를 얻는다. 또한, 도 12는 세로축이 광 강도이며, 가로축이 라인 카메라의 위치 좌표이다. 도 12에 나타내는 간섭광의 강도는, 이하의 식으로 나타난다.
I간섭(x,t)=IR+IS+2Re{ERES *(x,z간섭)}(t)
여기에서, I간섭(x,t)의 식에 있어서, x는 라인 카메라의 위치 좌표, t는 시간, IR은 참조광의 강도, Is는 산란광의 강도, Re{ERES *}는 실부를 취하는 함수, ER은 참조광의 전장, Es는 산란광의 전장, z는 분산액 중에 있어서의 광축 방향의 간섭 위치, 즉, 분산액의 깊이 방향의 간섭 위치를 나타낸다.
또, 비간섭 시의 광 강도는, I비간섭(x,t)=IR+IS로 나타난다. 비간섭의 스펙트럼은, 예를 들면, 도 1에 나타내는 분산 보상 조정부(23a)의 위치에, 참조광의 광로 길이를 길게 하기 위하여 두꺼운 유리판을 배치하여, 광로 길이를 변경함으로써 얻어진다. I비간섭(x,t)은, 보다 간단한 근사로서, I간섭(x,t)의 시간 평균<I간섭(x,t)>t를 취함으로써 얻어도 된다.
상술한 x=f·sinθb+xc를 이용하여, 도 12에 나타내는 광 강도를, 도 13에 나타내는 바와 같이 산란각(θ)에 대한 광 강도로 변환한다. 또한, 도 13은 산란각에 대한 산란 강도의 프로파일을 나타낸다. 도 13의 세로축은 광 강도이고, 산란 강도를 나타내고 있으며, 가로축은 산란각이다.
도 13의 광 강도는, I간섭(θ,t)=IR+IS+2Re{ERES *}로 나타난다. 또, 비간섭 시의 광 강도는, I비간섭(θ,t)=IR+IS로 나타난다.
다음으로, 도 13에 있어서, 예를 들면, 관심 각도 영역(40)과, 관심 각도 영역(42)을 설정한다. 이로써, 특정 산란 각도의 산란광 전장의 정보를 포함한 간섭광 강도 I간섭(θ,t)이 복수 취출된다.
제2 검출 유닛(14b)에서 관심 각도 영역(40, 42)의 전장의 시간 응답을 얻는다. 이로써, 관심 각도 영역(40)에 대하여, 도 14에 나타내는 산란 전장의 시간 의존성을 나타내는 프로파일(41)을 얻는다. 관심 각도 영역(42)에 대해서도, 도 14에 나타내는 산란 전장의 시간 의존성을 나타내는 프로파일(43)을 얻는다.
도 14는, 관심 영역에 있어서의 산란각의 성분을 취출하고, 시계열의 변화로서 그래프화한 것이며, 산란각(θ)의 성분의 시간 영역의 요동을 나타낸다. 또한, 도 14의 세로축은 전장이며, 가로축이 시간이다.
다음으로, 도 14에 나타내는 전장의 시간 의존성을 나타내는 프로파일(41, 43)에 대하여 푸리에 변환의 제곱을 실시한다. 이로써, 강도의 주파수 응답, 즉, 도 15에 나타내는 파워 스펙트럼이 얻어진다. 도 15에서는, 파워 스펙트럼은, 관심 각도 영역(40)의 하나밖에 나타내고 있지 않지만, 관심 각도 영역(42)에 대해서도, 관심 각도 영역(40)과 동일하게 하여, 파워 스펙트럼을 얻을 수 있다.
또한, 도 15는 세로축이 강도이며, 가로축이 주파수이다. 도 15의 세로축으로 나타나는 값은, 하기 P간섭(θ,t)으로부터 하기 P비간섭(θ,t)을 뺀 것이다. 하기 식에 있어서 F*는 복소 공액을 나타낸다.
P간섭(θ,t)=F{I간섭}F*{I간섭}
P비간섭(θ,t)=F{I비간섭}F*{I비간섭}
다음으로, 도 15에 나타내는 파워 스펙트럼에 대하여 역푸리에 변환을 실시한다. 이로써, 도 16에 나타내는 바와 같이, 산란각(θ)에 있어서의 산란 전장(Es)의 자기 상관 함수가 얻어진다. 또한, 도 16은 세로축이 자기 상관 함수이며, 가로축이 지연 시간이다.
도 15에 나타내는 파워 스펙트럼, 또는 도 16에 나타내는 자기 상관 함수는, 상술한 시간 변동 데이터이다. 도 15에 나타내는 파워 스펙트럼, 또는 도 16에 나타내는 자기 상관 함수를 이용하여, 동적 광산란법의 원리에 근거하여 피팅을 행함으로써, 입자의 유체 역학적 사이즈를 얻을 수 있다.
여기에서, 참조광의 공간 강도 분포 IR(x)는, IR(x)=|ER|2으로 나타난다.
또, Re{ERES *}(θ)=(I간섭-I비간섭)/2이다.
이것을, 참조광의 공간 강도 분포 IR(x)를 편의적으로 라인 디텍터의 좌표와 대응하는 θ의 함수에 재탕한 IR(θ)를 이용하여, 규격화하고, 또한 시간 평균을 취함으로써, 정적인 광산란 전장의 산란각 의존 Is(θ)가 얻어진다.
Is(θ)=<|Re{ERES *}(θ)|2>time average/2IR
상술한 광 계측 장치(10)에 있어서, 중심 파장 650nm의 입사광을 이용하여, 입경 1000nm, 농도 1질량%의 폴리스타이렌 입자를 포함하는 분산액에 대하여 계측한 결과에 대하여 설명한다. 분산액의 용매는 물로 했다. 또한, 측정 심도를 분산액의 표면, 즉, 기액 계면으로부터 50μm의 위치로 했다. 분산액의 깊이를 50μm로 했다. 입사광은, 예를 들면, 밴드 패스 필터를 이용함으로써 중심 파장을 650nm, 파장폭을 중심 파장에 대하여 ±33nm로 했다.
얻어진 복수의 산란 각도 중, 산란 각도 175°, 산란 각도 173°, 산란 각도 172.5°의 산란광의 성분을 이용하여, 입자의 입경을 측정했다. 또한, 상술한 산란 강도는 중심 각도를 나타내고 있으며, 산란 각도의 전체 폭은 0.5°이다. 또한, 산란 각도의 전체 폭은 0.5°란, 각도 중심값±0.25°이다. 예를 들면, 산란 각도가 175°이면, 산란 각도 175°±0.25°이다.
광 계측 장치(10)에 있어서, 상술한 중심 파장 650nm의 입사광을 분산액(Lq)에 조사하여 발생한 산란광에 대하여, 제2 검출 유닛(14b)에서 각 산란 각도에 있어서의 광을 광 검출기(34)에서 검출하고, 간섭광 강도의 데이터를 얻는다.
변환부(15)에 있어서, 산란 강도의 데이터로부터 특정 산란 각도, 상술한 175°, 173°, 및 172.5°의 산란 강도의 데이터를 얻는다. 다음으로, 취출한 산란 강도의 데이터를, 상술한 바와 같이 분산액의 깊이를 50μm에 있어서의 산란광의 시간 변동 데이터로 하여, 자기 상관 함수로 변환한다. 이 결과, 도 17~도 19의 플롯에 나타내는 자기 상관 함수가 얻어졌다. 도 17은 산란 각도가 175°, 도 18은 산란 각도가 173°, 도 19는 산란 각도가 172.5°인 자기 상관 함수를 나타낸다.
연산부(16)에서, 피팅에 의하여 입경을 산출한 결과, 도 17~도 19에 나타내는 결과가 얻어졌다. 입경의 산출은, 상술한 도 3에 나타내는 바와 같이 자기 상관 함수의 기울기(Γg)를 구하고, 기울기(Γg)를 이용하여, 산란 각도에서의 확산 계수(D)를 구한다. 확산 계수(D)와 입경(d)의 관계를 나타내는 스톡스·아인슈타인의 식에 의하여, 확산 계수(D)로부터 입경(d)을 산출한다.
도 17에 나타내는 산란 각도가 175°인 경우, 중심 입경이 1.03μm이다. 도 18에 나타내는 산란 각도가 173°인 경우, 중심 입경이 1.04μm이다. 도 19에 나타내는 산란 각도가 172.5°인 경우, 중심 입경이 1.01μm이다. 각각 얻어진 입경의 평균값은, 1.027μm이다. 이와 같이, 복수의 산란 각도를 이용해도, 입경이 1μm인 폴리스타이렌 입자에 대하여, 충분한 정밀도로 입경을 측정할 수 있다.
다음으로, 연산부(16)에 있어서, 변환부(15)에서 취득된 시간 변동 데이터와, 변환부(15)에서 취득된 시간 변동 데이터를 시간 평균한 시간 평균 데이터를, 입경과 산란 강도의 관계를 정한 이론식에 대하여 피팅하는 것에 대하여 설명한다. 상술한 피팅에 의하여, 분산액에 포함되는 입자종마다의 입도 분포가 얻어진다. 이상의 실시예는, 분산액 중에 입자 종류가 하나인 경우였지만, 이하의 계산식에 의하여, 동일하게 분산액 중에 포함되는 입자 종류가 2종류 이상인 경우의 정량 또는 입자종의 판정에도 응용할 수 있다. 그 방법에 대하여 이하에 나타낸다. 피팅에는, 입경과 산란 강도의 관계를 정한 이론식 이외에, 이미 알려진 입자의 산란 특성을 이용할 수도 있다.
여기에서, 도 20은 본 발명의 실시형태의 광 계측 방법을 나타내는 플로차트이다.
광 계측 방법은, 도 20에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 측정 공정(스텝 S10)과, 실험 데이터를 얻는 공정(스텝 S12)과, 사전 계산값을 얻는 공정(스텝 S14)과, 최적화하는 공정(스텝 S16)을 갖는다. 최적화하는 공정(스텝 S16)에 의하여, 해석 결과, 즉, 복수의 종류의 입자의 입자종마다의 입도 분포가 얻어진다(스텝 S18).
측정 공정(스텝 S10)은, 예를 들면, 간섭광 강도의 시간 변동, 및 간섭광 강도의 시간 평균값의 산란 각도 의존, 또는 파장 의존을 측정한다.
실험 데이터를 얻는 공정(스텝 S12)은, 측정 공정(스텝 S10)의 측정값에 근거하여, 예를 들면, 간섭광 강도의 시간 변동에 대한 시간 상관을 얻는다. 또, 간섭광 강도의 시간 평균값의 산란 각도 의존, 또는 간섭광 강도의 시간 평균값의 파장 의존을 얻는다.
사전 계산값을 얻는 공정(스텝 S14)에서는, 모델 라이브러리로서 기억부(17)에 기억된, 예를 들면, 상술한 도 9의 단일 입자 및 가교 응집의 데이터를 이용하여, 입자의 산란 특성을 얻는다.
또한, 이미 알려진 입자의 산란 특성은, 상술한 바와 같이 표준 입자를 이용한 실측값이어도 된다. 이론식 또는 시뮬레이션에 의하여 얻어진 계산값을, 입자의 산란 특성으로서 이용해도 된다. 입자의 산란 특성은, 상술한 바와 같이, 예를 들면, 이미 알려진 입자에 관한 산란광 강도의 산란 각도 의존의 데이터 및 산란광 강도의 파장 의존의 데이터이다.
스텝 S14에서 얻어진 입자의 산란 특성을, 예를 들면, 분산액 중의 입자, 또는 분산액 중의 입자종의 특정에 이용한다. 예를 들면, 스텝 S10에서 얻어진 측정값, 예를 들면, 실측의 변동 데이터로부터 얻어진 입경 분폿값, 및 실측의 산란광의 파장 의존의 데이터 또는 산란광의 강도 의존의 데이터와, 스텝 S14의 입자의 산란 특성을 비교함으로써, 분산액 중의 입자의 입자종 및 분산액 중의 입자의 상태를 판정한다. 실측의 산란광의 파장 의존의 데이터 및 산란광의 강도 의존의 데이터는, 변환부(15)에서 취득된 산란광의 시간 변동 데이터로부터 얻어진다.
최적화하는 공정(스텝 S16)에서는, 예를 들면, 1차 자기 상관 함수, 및 산란 강도의 이론식을, 스텝 S12에서 얻어진 간섭광 강도의 시간 변동의 시간 상관, 및 간섭광 강도의 시간 평균값으로 피팅한다. 스텝 S16에서는, 모든 입경에 대한 입자수에 대하여, 초깃값을 설정한 후, 평갓값을 최소로 하도록 갱신하여, 최종적인 입자수를 얻는다.
이하, 피팅에 대하여, 보다 구체적으로 상세하게 설명한다.
(피팅의 제1 예)
분산액 중에, 입자 A와 입자 B의 2종류의 입자가 있는 경우에 대하여 설명한다.
또한, 입자 A와 입자 B의 입자의 종류, 각 입경에 있어서의 입자의 복소 굴절률의 파장 의존성이 기지인 것을 전제로 한다. 이 경우, 이미 알려진 입자의 복소 굴절률, 입경, 및 형상에 의하여 구해지는, 산란광 강도의 파장 의존의 데이터가 있고, 모델 라이브러리로서 기억부(17)(도 1 참조)에 기억되어 있다.
1차 자기 상관 함수 g(1)(τ)는, g(1)(τ)=exp(-Dq2τ)로 나타난다.
분산액 중에, 입자 A와 입자 B의 2종류의 입자가 있는 경우, 1차 자기 상관 함수는, 하기 식 (1)로 나타난다. 또, 산란 강도는, 하기 식 (2)로 나타난다. 하기 식 (1), (2)는 이론식이며, 식 (1) 및 (2)의 Itotal은, 모두 계산값이다. 또, Id A 및 Id B는 이론값이며, 상술한 스텝 S14에서 얻어진 사전 계산값을 이용할 수 있다.
또한, 하기 식 (1), (2)에 있어서, g(1)은 1차 자기 상관 함수를 나타낸다. Itotal은 전체 산란 강도를 나타낸다. d는 입경을 나타낸다. d의 아래 첨자 0~M은, 도 21, 도 22에 나타내는 히스토그램의 빈의 서수를 나타낸다. N은 입자수를 나타낸다. N의 아래 첨자 0~M은, 도 21, 도 22에 나타내는 히스토그램의 빈의 서수를 나타낸다. 또한, 히스토그램의 빈이란, 히스토그램의 데이터 구간이며, 히스토그램에서는 막대로 나타난다.
또, D는 확산 계수를 나타낸다. 확산 계수(D)의 아래 첨자 d는, 입경(d)에 의존하는 것을 나타낸다. q는 산란 벡터를 나타낸다. τ는 1차 자기 상관 함수의 타임랙을 나타낸다. θ는 산란각을 나타낸다. I는 산란 강도를 나타낸다. 산란 강도 I의 아래 첨자 d는, 입경(d)에 의존하는 것을 나타낸다.
하기 식 (1) 및 (2)에 있어서, 위 첨자 A와 B는 산란 강도 파장 의존성이 입자 A, 입자 B에 대응하는 것을 나타낸다.
[수학식 2]
상술한 식 (1)에 있어서, 하기 항은, 입자 A에 대응하는 것이며, 도 21에 나타내는 입자 A의 히스토그램에 대응한다. 하기 항에 있어서, exp(-Dq2τ)가 1차 자기 상관 함수이며, 그 이외의 Nd AId A/Itotal의 부분이, 입경(d)의 빈에 속하는 전체 입자 A의 산란 강도의, 전체 반사 강도에 대한 비율을 나타낸다. 즉, 입자 A의 가중값이다. 또한, 식 (1)의 Itotal은, 입경에 의하여 결정되는 이론값이다. 이론값으로서 Mie 산란 이론식을 이용할 수 있다.
[수학식 3]
상술한 식 (1)에 있어서, 하기 항은, 입자 B에 대응하는 것이며, 도 22에 나타내는 입자 B의 히스토그램에 대응한다. 하기 항에 있어서, exp(-Dq2τ)가 1차 자기 상관 함수이며, 그 이외의 Nd BId B/Itotal의 부분이, 입경(d)의 빈에 속하는 전체 입자 B의 산란 강도의, 전체 반사 강도에 대한 비율을 나타낸다. 즉, 입자 B의 가중값이다.
[수학식 4]
[수학식 5]
상술한 식 (2)에 있어서, Nd AId A는 입자 A의 산란 강도에 대응하고, Nd BId B는 입자 B의 산란 강도에 대응한다.
이하, 복수의 종류의 입자의 입자종마다의 입도 분포를 구하는 피팅에 대하여 설명한다. 피팅에서는, 입자수를 변수로 하여, 최종적으로 입경마다의 입자수를 구한다.
1차 자기 상관 함수 g(1)(τ)는 파장마다 실측되어 있으며, 복수 존재한다. 실측된 것으로서는, 예를 들면, 상술한 도 3에 나타내는 복수의 파장의 자기 상관 함수이다.
피팅에 있어서는, 파장마다의 1차 자기 상관 함수에 대하여, 각각 식 (1)에 있어서, 입자수를 변수로 하여, 초기 입자수를 설정한다. 설정한 초기 입자수에 근거하는, 식 (1)의 1차 자기 상관 함수의 계산값을 구한다. 파장마다의 1차 자기 상관 함수가, 이론식을 이용한 산란 특성으로부터 도출한 시간 변동 데이터에 상당한다.
파장마다, 각각 실측된 1차 자기 상관 함수의 값과, 식 (1)의 1차 자기 상관 함수의 계산값의 차를 구한다. 또한, 이 실측된 1차 자기 상관 함수의 값과, 식 (1)의 1차 자기 상관 함수의 계산값의 차를, 1차 자기 상관 함수의 차라고 한다. 1차 자기 상관 함수의 차가 파장마다 얻어진다.
예를 들면, 도 9 및 도 10에 나타내는 바와 같이, 전체 산란 강도 Itotal은 파장마다 실측되어 있다. 또한, 상술한 도 9 및 도 10의 설명으로부터, 입자가 응집체는 아니고, 단일 입자인 것도 판정할 수 있다.
식 (2)에 있어서, 입자수를 변수로 하여, 입자수를 설정한다. 설정한 초기 입자수에 근거하는 식 (2)의 전체 산란 강도 Itotal의 값을 구한다.
도 9 및 도 10에 나타내는 바와 같이 파장마다, 실측된 전체 산란 강도 Itotal의 값과, 식 (2)의 전체 산란 강도 Itotal의 계산값의 차를 구한다. 또한, 임의의 파장에 있어서의, 실측된 전체 산란 강도 Itotal의 값과, 식 (2)의 전체 산란 강도 Itotal의 계산값의 차를, 파장에서의 전체 산란 강도 Itotal의 차라고 한다. 전체 산란 강도 Itotal에 대하여, 파장에서의 전체 산란 강도 Itotal의 차가 얻어진다. 식 (2)의 전체 산란 강도 Itotal의 계산값이, 도출한 시간 변동 데이터를 시간 평균한 시간 평균 데이터에 상당한다.
피팅에서는, 최종적인 입자수를 구하기 위하여, 상술한 파장마다 얻어진 1차 자기 상관 함수의 차와, 파장에서의 전체 산란 강도의 차를 이용한다. 예를 들면, 파장마다 얻어진 1차 자기 상관 함수의 차의 제곱의 값과, 파장에서의 전체 산란 강도의 차의 제곱의 값을, 모든 파장에 대하여 더하여 얻어진 평갓값을 이용한다. 평갓값이 최소가 되는 입자수를, 최종적인 입자수로 한다.
이 때문에, 피팅에 있어서는, 평갓값이 최소가 되도록, 입자수를, 식 (1), (2)에 있어서 반복하여 갱신하여, 최종적인 입자수를 얻는다. 이것이 상술한 스텝 S16에 상당한다.
모든 입경에 대한 입자수에 대하여, 초깃값을 설정한 후, 평갓값을 최소로 하도록 갱신한다. 입자의 입경마다, 상술한 최종적인 입자수를 얻는 것을 실시하여, 예를 들면, 도 21에 나타내는 입자 A의 히스토그램과, 도 22에 나타내는 입자 B의 히스토그램을 얻을 수 있다. 즉, Nd A, Nd B를 모든 d=d0~dM에 대하여 구함으로써, 입경 분포를 얻을 수 있다. 이것이 상술한 스텝 S18에 상당한다. 입경 분포란, 입자 개수의 입경에 대한 분포이며, 예를 들면, 단위는 %로 나타난다.
이상의 공정이, 복수의 종류의 입자의 입자종마다의 입도 분포를 구하는 공정이다. 또한, 피팅에 이용되는 평갓값은, 상술한 것에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 9 및 도 10에 나타내는 바와 같은 파장에 대한 산란 강도의 차를 이용하여, 분산액 중의 입자의 종류를 판정할 수 있다. 이 때문에, 입자의 종류와, 파장에 대한 산란 강도의 관계를 미리 특정해 둠으로써, 입자의 종류와, 입자의 입도 분포를 구할 수도 있다. 입자의 종류와, 파장에 대한 간섭광 강도의 관계를 기억부(17)에 기억해 두는 것이 바람직하다. 연산부(16)에서는, 기억부(17)로부터, 입자의 종류와, 파장에 대한 간섭광 강도의 관계를 판독하여, 입자의 종류와, 입자의 입도 분포를 구할 수도 있다.
상술한 바와 같이 2개의 이론식인 식 (1), (2)를, 실측된 1차 자기 상관 함수 및 실측된 전체 산란 강도 Itotal에 피팅하여, 최종적인 입자수를 구하고 있다. 그러나, 피팅의 최적화 방법은, 상술한 것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 피팅에 베이즈 최적화를 이용할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 입자수를 구할 때에, 1차 자기 상관 함수를 이용했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 1차 자기 상관 함수 대신에 파워 스펙트럼을 이용할 수도 있다.
또, 상술한 바와 같이 산란 강도의 자기 상관 함수 또는 파워 스펙트럼과, 파장마다의 산란 강도를 이론식에 대하여 피팅함으로써, 입자 A와 입자 B와 같이, 입자종마다 각각의 입자수와, 입경 분포를 얻을 수 있다. 또, 분산액에 불순물 성분이 포함되는 경우, 불순물 성분과, 입자종마다의 입경 분포를 얻을 수 있기 때문에, 불순물 성분의 영향을 분리할 수 있다. 또한, 피팅에는, 이론식 이외에, 이미 알려진 입자의 산란 특성으로부터 도출한 시간 변동 데이터와, 도출한 시간 변동 데이터를 시간 평균한 시간 평균 데이터를 이용할 수도 있다.
또한, 파장을 2개의 예에 대하여 설명했지만, 파장은 2개에 한정되는 것은 아니고, 복수이면, 파장은 3이어도 되고 4여도 된다.
(피팅의 제2 예)
분산액 중에, 단일 입자와 응집체의 2종류의 입자가 있는 경우에 대하여 설명한다.
또한, 단일 입자와 응집체의 종류, 각 입경에 있어서의 입자의 복소 굴절률의 산란 강도 의존성이 기지인 것을 전제로 한다. 이 경우, 이미 알려진 입자의 복소 굴절률, 입경, 및 형상에 의하여 구해지는, 산란광 강도의 산란 각도 의존의 데이터가 있으며, 모델 라이브러리로서 기억부(17)에 기억되어 있다. 사전에 단일 입자와 응집체에 대하여, 간섭광 강도의 산란 각도 의존을 계산한다. 이 계산이 상술한 스텝 S14에 상당한다.
또, 예를 들면, 분산액에 대하여, 도 23에 나타내는 바와 같이 산란 강도와 산란각의 관계에 대하여, 간섭광 강도의 시간 평균값의 산란 각도 의존의 실측값(스텝 S10 참조)을 얻는다. 이 산란 강도와 산란각의 관계를 얻는 것이 상술한 스텝 S12에 상당한다. 이 산란 강도와 산란각의 관계를 나타내는 데이터가, 변환부에서 취득된 시간 변동 데이터로부터 얻어진 산란 각도 의존의 데이터에 상당한다. 또한, 산란 강도와 파장의 관계를 나타내는 데이터를 얻을 수도 있고, 이것이 변환부에서 취득된 시간 변동 데이터로부터 얻어진 파장 의존의 데이터에 상당한다.
분산액 중에 2종류의 입자가 있는 경우, 1차 자기 상관 함수는, 하기 식 (3)으로 나타난다. 또, 산란 강도는, 하기 식 (4)로 나타난다. 하기 식 (3), (4)는 이론식이며, 식 (3) 및 (4)의 Itotal은, 모두 계산값이다. 또, Id single 및 Id floc은 이론값이며, 상술한 스텝 S14에서 얻어진 사전 계산값을 이용할 수 있다.
하기 식 (3)은, 기본적으로는 식 (1)과 동일하고, 하기 식 (4)는, 기본적으로는 식 (2)와 동일하다.
하기 식 (3), (4)에 있어서, 산란 강도 I의 위 첨자 single은, 단일 입자의 산란 강도를 나타내고, 위 첨자 floc은, 가교 응집한 응집체를 나타낸다.
[수학식 6]
상술한 식 (3)에 있어서, 하기 항은, 단일 입자에 대응하는 것이며, 도 24에 나타내는 단일 입자의 히스토그램에 대응한다. 하기 항에 있어서, exp(-Dq2τ)가 1차 자기 상관 함수이며, 그 이외의 Nd singleId single/Itotal의 부분이, 입경(d)의 빈에 속하는 전체 단일 입자에 의한 산란 강도의, 전체 산란 강도에 대한 비율을 나타낸다. 단일 입자의 전체 입자에 있어서의 비율을 나타낸다. 즉, 단일 입자의 가중값이다. 또한, 식 (3)의 Itotal은, 입경에 의하여 결정되는 이론값이다.
[수학식 7]
상술한 식 (3)에 있어서, 하기 항은, 입자가 가교 응집한 응집체에 대응하는 것이며, 도 25에 나타내는 응집체의 히스토그램에 대응한다. 하기 항에 있어서, exp(-Dq2τ)가 1차 자기 상관 함수이며, 그 이외의 Nd flocId floc/Itotal의 부분이, 입경(d)의 빈에 속하는 전체 응집체에 의한 산란 강도의, 전체 산란 강도에 대한 비율을 나타낸다. 즉, 응집체의 가중값이다.
[수학식 8]
[수학식 9]
상술한 식 (4)에 있어서, Nd singleId single은 입경(d)의 빈에 속하는 단일 입자의 산란 강도에 대응하고, Nd flocId floc은 입경(d)의 빈에 속하는 입자가 가교 응집한 응집체의 산란 강도에 대응한다.
이하, 복수의 종류의 입자의 입자종마다의 입도 분포를 구하는 피팅에 대하여 설명한다. 피팅에서는, 입경마다의 입자수를 변수로 하여, 최종적으로 입경마다의 입자수를 구한다.
1차 자기 상관 함수 g(1)(τ)는 산란 각도마다 실측되어 있으며, 복수 존재한다.
피팅에 있어서는, 산란 각도마다의 1차 자기 상관 함수에 대하여, 각각 식 (3)에 있어서, 입자수를 변수로 하여, 초기 입자수를 설정한다. 설정한 초기 입자수에 근거하는, 식 (3)의 1차 자기 상관 함수의 계산값을 구한다. 산란 각도마다의 1차 자기 상관 함수가, 이론식을 이용한 산란 특성으로부터 도출한 시간 변동 데이터에 상당한다.
산란 각도마다, 각각 실측된 1차 자기 상관 함수의 값과, 식 (3)의 1차 자기 상관 함수의 계산값의 차를 구한다. 또한, 이 실측된 1차 자기 상관 함수의 값과, 식 (3)의 1차 자기 상관 함수의 계산값의 차를, 1차 자기 상관 함수의 차라고 한다. 1차 자기 상관 함수의 차가 산란 각도마다 얻어진다.
전체 산란 강도 Itotal은, 도 23에 나타내는 바와 같이 산란 각도마다 실측되어 있다. 식 (4)에 있어서, 설정한 초기 입자수에 근거하는 식 (4)의 전체 산란 강도 Itotal의 값을 구한다.
도 23에 나타내는 바와 같은 산란 각도마다 실측된 전체 산란 강도 Itotal의 값과, 식 (4)의 전체 산란 강도 Itotal의 계산값의 차를 구한다. 또한, 임의의 산란 각도에 있어서의, 실측된 전체 산란 강도 Itotal의 값과, 식 (4)의 전체 산란 강도 Itotal의 계산값의 차를, 산란 각도에서의 전체 산란 강도 Itotal의 차라고 한다. 전체 산란 강도 Itotal에 대하여, 산란 각도에서의 전체 산란 강도 Itotal의 차가 얻어진다. 식 (4)의 전체 산란 강도 Itotal의 계산값이, 도출한 시간 변동 데이터를 시간 평균한 시간 평균 데이터에 상당한다.
피팅에서는, 최종적인 입자수를 구하기 위하여, 상술한 산란 각도마다 얻어진 1차 자기 상관 함수의 차와, 산란 각도에서의 전체 산란 강도의 차를 이용한다. 예를 들면, 산란 각도마다 얻어진 1차 자기 상관 함수의 차의 제곱의 값과, 산란 각도에서의 전체 산란 강도의 차의 제곱의 값을, 모든 산란 각도에 대하여 더하여 얻어진 평갓값을 이용한다. 평갓값이 최소가 되는 입자수를, 최종적인 입자수로 한다.
이 때문에, 피팅에 있어서는, 평갓값이 최소가 되도록, 입자수를, 식 (3), (4)에 있어서 반복하여 갱신하여, 최종적인 입자수를 얻는다. 이것이 상술한 스텝 S16에 상당한다.
모든 입경에 대한 입자수에 대하여, 초깃값을 설정한 후, 평갓값을 최소로 하도록 갱신한다. 예를 들면, 도 24에 나타내는 단일 입자의 히스토그램과, 도 25에 나타내는 입자가 응집한 응집체의 히스토그램을 얻을 수 있다. 즉, Nd single, Nd floc을 모든 d=d0~dM에 대하여 구함으로써, 입경 분포를 얻을 수 있다. 이것이 상술한 스텝 S18에 상당한다.
이상의 공정이, 복수의 종류의 입자의 입자종마다의 입도 분포를 구하는 공정이다. 또한, 피팅에 이용되는 평갓값은, 상술한 것에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 2개의 이론식인 식 (3), (4)를, 실측된 1차 자기 상관 함수 및 실측된 전체 산란 강도 Itotal에 피팅하여, 최종적인 입자수를 구하고 있다. 그러나, 피팅의 최적화 방법은, 상술한 것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 피팅에 베이즈 최적화를 이용할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 입자수를 구할 때에, 1차 자기 상관 함수를 이용했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 1차 자기 상관 함수 대신에 파워 스펙트럼을 이용할 수도 있다.
또, 상술한 바와 같이, 산란 강도의 자기 상관 함수 또는 파워 스펙트럼과, 산란 각도마다의 산란 강도를 이론식에 대하여 피팅함으로써, 단일 입자와 응집체의 각각의 입자수와, 입경 분포를 얻을 수 있다. 또, 분산액에 불순물 성분이 포함되는 경우, 불순물 성분과, 입자종마다의 입경 분포를 얻을 수 있기 때문에, 불순물 성분의 영향을 분리할 수 있다. 또한, 피팅에는, 이론식 이외에, 이미 알려진 입자의 산란 특성으로부터 도출한 시간 변동 데이터와, 도출한 시간 변동 데이터를 시간 평균한 시간 평균 데이터를 이용할 수도 있다.
<광 계측 방법의 제3 예>
광 계측 방법의 제3 예는, 편광을 이용한다. 광 계측 장치(10)에 있어서는, 특정 편광의 입사광을 분산액에 조사하여 얻어지는 분산액의 산란광의 편광 성분의 광 강도를 산란 강도로서 측정해도 된다.
예를 들면, 시료 셀(18)의 분산액(Lq)에, 원편광의 레이저광을 입사광으로서 조사하고, 분산액(Lq)의 산란광의 편광 성분을 측정한다. 산란광의 편광 성분의 광 강도에 대해서는, 예를 들면, 수직 직선 편광의 광 강도와, 수평 직선 편광의 광 강도의 차를 산란 강도로서 측정한다. 이 경우, 상술한 동적 광산란 측정 방법의 제1 예와 같이, 산란 각도를 변경하여 측정하면, 도 26에 나타내는 산란 강도와 산란각의 관계를 나타내는 그래프를 얻을 수 있다.
또한, 수직 직선 편광이란, 산란면을 수평으로 했을 때의 직선 편광의 방향이 수직인 것을 말한다. 수평 직선 편광이란, 산란면을 수평으로 했을 때의 직선 편광의 방향이 수평인 것을 말한다.
도 26은 입자의 형상마다의 산란 강도와 산란각의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 26은, 도 27에 나타내는 구상 입자와, 도 28에 나타내는 원판상 입자에 있어서의 산란 강도와 산란각의 관계를 나타내고 있다. 도 26에 나타내는 바와 같이 구상 입자의 산란 강도의 프로파일(52)과, 원판상 입자의 산란 강도의 프로파일(53)이 상이하다.
이와 같이, 입자의 형상에 의하여, 산란 강도의 산란 각도에 대한 변화가 상이하다. 즉, 복수의 종류의 입자의 입자종마다, 예를 들면, 산란 각도를 변경시켜 얻어지는 산란 강도의 프로파일이 각각 상이하다. 산란 강도의 프로파일의 차이로부터, 입사광에 편광한 레이저광을 이용하여, 산란광의 편광 성분을 측정함으로써, 입자의 형상의 차이를 판정할 수 있다.
또한, 광 계측 방법의 제3 예는, 입사광에 편광한 레이저광을 이용하여, 산란광의 편광 성분을 측정하고, 상술한 광 계측 방법의 제1 예와 동일하게 하여, 입자의 입경을 산출할 수 있다. 또, 복수의 종류의 입자를 포함하는 분산액에 있어서, 복수의 종류의 입자의 입자종마다의 입도 분포를 구할 수 있다.
또, 분산액 중의 입자의 종류를 판정할 수 있었던 경우, 분산액 중의 각각의 입자의 입도 분포를 구할 수 있다.
상술한 바와 같이, 분산액에, 입사광으로서 편광을 입사시켜, 산란광의 편광 성분의 광 강도를 산란 강도로서 검출하고, 또한 상술한 산란 각도 및 파장 중, 적어도 하나를 조합함으로써, 형상이 상이한 입자에 대해서도, 복수의 종류의 입자의 입자종마다의 입도 분포를 구할 수 있다. 또, 분산액에 불순물 성분이 포함되는 경우, 불순물 성분의 영향을 분리하여, 복수의 종류의 입자의 입자종마다의 입도 분포를 구할 수 있다. 피팅에는, 이론식 이외에, 이미 알려진 입자의 산란 특성으로부터 도출한 시간 변동 데이터와, 도출한 시간 변동 데이터를 시간 평균한 시간 평균 데이터를 이용할 수도 있다.
또한, 편광을 이용하고, 도 26에 나타내는 바와 같은 산란각에 대한 산란 강도의 차이를 이용하여, 연산부(16)에 의하여 분산액 중의 입자의 종류, 예를 들면, 형상을 판정할 수도 있다. 판정한 입자의 입도 분포를 구할 수도 있다. 이 때문에, 입자의 형상에 관한 정보로서, 미리 편광과 입자의 형상의 관계를 나타내는 데이터를 취득해 두어, 기억부(17)에 기억시켜 두는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 편광을 이용한 경우, 예를 들면, 복수의 파장을 이용하는 경우, 상술한 식 (1), (2)를 이용할 수 있다.
또, 상술한 바와 같이 편광을 이용한 경우, 예를 들면, 복수의 산란 각도를 이용하는 경우, 상술한 식 (3), (4)를 이용할 수 있다.
또한, 상술한 광 계측 방법의 제1 예와, 광 계측 방법의 제2 예를 조합해도 된다. 즉, 상술한 복수의 파장과 복수의 산란 각도를 이용하여, 복수의 종류의 입자의 입자종마다의 입도 분포를 구할 수도 있다. 이 경우도, 분산액에 불순물 성분이 포함되는 경우, 불순물 성분과, 입자종마다의 입경 분포를 얻을 수 있기 때문에, 불순물 성분의 영향을 분리할 수 있다.
또한, 복수의 종류의 입자에 있어서, 복수의 종류란, 응집 구조, 입자의 재질, 및 입자의 형상 등을 의미한다. 복수의 종류의 입자란, 상술한 단일 입자, 입자가 응집한 응집체, 구상 입자, 원판상 입자 등이다.
(광 계측 장치의 제2 예)
도 29는 본 발명의 실시형태의 광 계측 장치의 제2 예를 나타내는 모식도이다. 도 30~도 32는 본 발명의 실시형태의 광 계측 장치의 제2 예의 마스크의 제1 예~ 제3 예를 나타내는 모식도이다.
또한, 도 29~도 32에 있어서, 도 1에 나타내는 광 계측 장치(10)와 동일 구성물에는, 동일 부호를 붙여, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 29에 나타내는 광 계측 장치(10a)는, 도 1에 나타내는 광 계측 장치(10)에 비하여, 빔 스플리터 등의 광학 소자의 배치 위치가 상이하다. 또, 광 계측 장치(10a)는, 도 1에 나타내는 광 계측 장치(10)의 검출부(14)와는 구성이 상이하며, 산란 각도마다의 후방 산란광의 산란 강도를 검출하는 검출 유닛(14c)과, 산란 각도마다의 전방 산란광의 산란 강도를 검출하는 검출 유닛(14d)을 구비하고 있다.
광 계측 장치(10a)는, 빔 스플리터(60)와, 빔 스플리터(62)와, 빔 스플리터(63)를 갖는다. 빔 스플리터(60), 빔 스플리터(62), 및 빔 스플리터(63)는, 모두 입방체상의 큐브형의 빔 스플리터이며, 입사한 광을 2개로 분할하거나, 또는 입사한 2개의 광을 합파시키는 투과 반사면(60e, 62e, 63e)을 갖는다. 투과 반사면(60e, 62e, 63e)의 각도는 45°이다.
빔 스플리터(63)는, 빔 스플리터(60) 및 빔 스플리터(62)보다 크다.
빔 스플리터(60)와, 빔 스플리터(62)와, 빔 스플리터(63)가 나열되어 배치되어 있다. 빔 스플리터(60)의 면(60b)과 빔 스플리터(62)의 면(62a)이 대향하여 배치되고, 빔 스플리터(62)의 면(62b)과 빔 스플리터(63)의 면(63a)이 대향하여 배치되어 있다.
빔 스플리터(60)의 투과 반사면(60e)과, 빔 스플리터(62)의 투과 반사면(60e)은 방향이 상이하며, 역평행이다. 빔 스플리터(63)의 투과 반사면(63e)은, 빔 스플리터(60)의 투과 반사면(60e)과 방향이 상이하며, 비평행이고, 구체적으로는 역평행이다.
빔 스플리터(60)의 빔 스플리터(62)의 반대 측에, 빔 스플리터(60)의 면(60a)에 대향하여, 광원부(20)가 배치되어 있다. 빔 스플리터(60)와, 광원부(20)의 사이에 분광 조정부(27)가 배치되어 있다.
빔 스플리터(63)의 빔 스플리터(62)의 반대 측에, 빔 스플리터(63)의 면(63b)에 대향하여, 시료 셀(18)이 배치되어 있다. 빔 스플리터(63)와 시료 셀(18)의 사이에 대물 렌즈(65a)가 배치되어 있다.
시료 셀(18)의 빔 스플리터(63)의 반대 측에, 빔 스플리터(64)가 배치되어 있다. 빔 스플리터(64)의 투과 반사면(64e)의 방향은, 빔 스플리터(63)의 투과 반사면(63e)의 방향과 동일하며, 평행이다. 시료 셀(18)과 빔 스플리터(64)의 사이에 대물 렌즈(65b)가 배치되어 있다.
빔 스플리터(60)에 의하여 분할된 광의 광축(C1) 상에 미러(61)가 배치되어 있다. 미러(61)에서 반사된 광의 광축(C2) 상에, 빔 익스팬더(66)가 배치되어 있다. 빔 익스팬더(66)는, 입사된 광을, 입사되었을 때의 직경을 보다 큰 콜리메이트광으로 출사하는 것이다.
빔 익스팬더(66)에 인접하여 빔 스플리터(67)가, 면(67a)을 빔 익스팬더(66)를 향하여 배치되어 있다. 빔 스플리터(67)는, 입사한 2개의 광을 합파시키는 투과 반사면(67e)을 갖는다.
빔 스플리터(67)의 투과 반사면(67e)의 방향은, 빔 스플리터(60)의 투과 반사면(60e)의 방향과 동일하며, 평행이다.
빔 스플리터(67)의 출사면(67b)에 인접하여, 마스크(68)가 마련되어 있다.
마스크(68)의 빔 스플리터(67)의 반대 측에, 마스크(68)를 사이에 두고 대물 렌즈(69)가 배치되어 있다.
대물 렌즈(69)에 의하여 집광된 광이 입사되는 광파이버(70)를 갖는 제1 광 검출기(71)가 배치되어 있다. 제1 광 검출기(71)는, 시료 셀(18)의 산란광 중, 후방 산란광을 검출하여, 산란 각도마다의 후방 산란광과 참조광의 간섭광의 강도를 검출한다.
빔 스플리터(62)에 의하여 분할된 광의 광축(C3) 상에 미러(72)가 배치되어 있다. 미러(72)에서 반사된 광의 광축(C4) 상에, 빔 익스팬더(73)가 배치되어 있다. 빔 익스팬더(73)는, 입사된 광을, 입사되었을 때의 직경을 보다 큰 콜리메이트광으로 출사하는 것이다.
빔 익스팬더(73)에 인접하여 빔 스플리터(74)가, 면(74a)을 빔 익스팬더(73)를 향하여 배치되어 있다. 빔 스플리터(74)는, 입사한 2개의 광을 합파시키는 투과 반사면(74e)을 갖는다.
빔 스플리터(74)의 투과 반사면(74e)의 방향은, 빔 스플리터(60)의 투과 반사면(60e)의 방향과 동일하며, 평행이다.
여기에서, 빔 스플리터(64), 빔 스플리터(67), 및 빔 스플리터(74)는, 모두 입방체상의 큐브형의 빔 스플리터이며, 입사한 광을 2개로 분할하거나, 또는 입사한 2개의 광을 합파시키는 투과 반사면(64e, 67e, 74e)을 갖는다. 투과 반사면(64e, 67e, 74e)의 각도는 45°이다.
빔 스플리터(74)의 출사면(74b)에 인접하여, 마스크(68)가 마련되어 있다.
마스크(68)의 빔 스플리터(74)의 반대 측에, 마스크(68)를 사이에 두고 대물 렌즈(69)가 배치되어 있다.
대물 렌즈(69)에 의하여 집광된 광이 입사되는 광파이버(75)를 갖는 제2 광 검출기(76)가 배치되어 있다. 제2 광 검출기(76)는, 시료 셀(18)의 산란광 중, 전방 산란광을 검출하여, 산란 각도마다의 전방 산란광과 참조광의 간섭광의 강도를 검출한다.
마스크(68)는, 빔 스플리터(67, 74)의 출사면(67b, 74b)로부터 출사하는 광 중, 특정 위치로부터 출사한 광을 투과시키는 것이다. 이것은, 특정 산란 각도의 광을 투과시키는 것이다. 마스크(68)는, 산란 각도에 따른 개구부를 갖는다. 예를 들면, 도 30 및 도 31에 나타내는 마스크(68)에서는, 링 형상의 개구부(68a, 68b)가 마련되어 있다. 도 32에 나타내는 마스크(68)에서는, 중앙 부분에 원형의 개구부(68c)가 마련되어 있다. 도 32에 나타내는 마스크(68)는, 산란 각도가 0° 또는 180°인 광을 투과시킨다.
또, 마스크(68)는 전환 가능하며, 도 30~도 32에 나타내는 마스크(68) 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 마스크(68)에 의하여, 산란광 중, 특정 산란각 성분만이 통과하여, 제1 광 검출기(71)에서 검출되고, 산란각마다 분광 스펙트럼이 얻어진다. 이로써, 산란 각도마다, 참조광과 간섭한 산란광의 신호가 검출된다.
또, 마스크(68)가 복수 마련되는 마스크 전환부(도시하지 않음)를 마련하고, 빔 스플리터(67, 74)와 대물 렌즈(69)의 사이에 배치되는 마스크(68)를, 마스크 전환부에 의하여, 산란 각도에 따른 마스크(68)로 전환하도록 해도 된다.
빔 익스팬더(66, 73)는, 입사된 광을, 입사되었을 때의 직경을 보다 큰 콜리메이트광으로 출사할 수 있으면, 그 구성은, 특별히 한정되는 것은 아니고, 공지의 것을 적절히 이용 가능하다. 또, 빔 익스팬더(66, 73)를 마련하는 위치도, 도시하는 위치에, 특별히 한정되는 것은 아니고, 광원부(20)의 바로 뒤에 두어도 된다.
광 계측 장치(10a)에서는, 광원부(20)로부터, 시료 셀(18)을 향하여 출사된 광이 빔 스플리터(60)의 투과 반사면(60e)에서 2개로 분할된다. 분할된 일방의 광은, 빔 스플리터(62), 및 빔 스플리터(63)를 거쳐, 대물 렌즈(65a)에 의하여 집광되어 시료 셀(18)에 입사광(Ls)으로서 입사한다. 시료 셀(18)에서는, 산란광으로서, 전방 산란광과 후방 산란광이 발생한다.
후방 산란광은, 대물 렌즈(65a)를 통과하고, 빔 스플리터(63)의 면(63b)을 거쳐, 투과 반사면(63e)에 의하여 반사되어, 빔 스플리터(67)에 입사된다. 빔 스플리터(67)의 투과 반사면(67e)에서 더 반사되어, 특정 산란 각도의 광이 마스크(68)를 통과하고, 대물 렌즈(69)에 의하여 집광되어 광파이버(70)에 입사된다.
분산액의 산란각에 의하여, 후방 산란광의 빔 스플리터(63)의 투과 반사면(63e) 및 빔 스플리터(67)의 투과 반사면(67e)에 있어서의 반사 위치가 상이하다.
한편, 빔 스플리터(60)의 투과 반사면(60e)에서 2개로 분할된 타방의 광은, 참조광이며, 미러(61)에서 반사되어, 빔 익스팬더(66)에 의하여, 직경이 큰 콜리메이트광이 되고, 빔 스플리터(67)에 출사되어, 빔 스플리터(67)의 투과 반사면(67e)을 통과한다. 빔 스플리터(60)에 의하여 분할된 타방의 광은, 마스크(68)의 개구부(68a)(도 30 참조)를 통과하고, 대물 렌즈(69)에 의하여 집광되어 광파이버(70)에 입사된다.
이와 같이 하여, 후방 산란광과, 빔 스플리터(60)의 투과 반사면(60e)에서 2개로 분할된 타방의 광인 참조광이 빔 스플리터(67)에 입사되어, 간섭하고, 광파이버(70)를 거쳐 제1 광 검출기(71)에서 검출된다. 이로써, 후방 산란광의 특정 산란 각도의 간섭광의 산란 강도의 데이터가 얻어진다. 마스크(68)를 바꿈으로써, 후방 산란광의 다양한 산란 각도의 간섭광의 강도의 데이터가 얻어지고, 후방 산란광에 대하여, 특정 산란 각도의 간섭광의 강도의 데이터를 복수 취출할 수 있다. 이와 같이, 상이한 산란 각도에서, 후방 산란광의 산란 강도를 간편하게 측정할 수 있다.
마스크(68)와, 대물 렌즈(69)와, 광파이버(70)와, 제1 광 검출기(71)에 의하여 검출 유닛(14c)이 구성된다.
또, 전방 산란광은, 대물 렌즈(65b)를 통과하고, 빔 스플리터(64)의 면(64a)을 거쳐, 투과 반사면(64e)에 의하여 반사되어, 빔 스플리터(74)에 입사된다. 빔 스플리터(74)의 투과 반사면(74e)에서 더 반사되어, 특정 산란 강도의 광이 마스크(68)를 통과하고, 대물 렌즈(69)에 의하여 집광되어 광파이버(75)에 입사된다.
분산액의 산란각에 의하여, 전방 산란광의 빔 스플리터(64)의 투과 반사면(64e) 및 빔 스플리터(74)의 투과 반사면(74e)에 있어서의 반사 위치가 상이하다.
한편, 빔 스플리터(62)의 투과 반사면(62e)에서 분할된 광은, 참조광이며, 미러(72)에서 반사되어, 빔 익스팬더(73)에 의하여, 직경이 큰 콜리메이트광이 되고, 빔 스플리터(74)에 출사되어, 빔 스플리터(74)의 투과 반사면(74e)을 통과한다. 빔 스플리터(62)에 의하여 분할된 광은, 마스크(68)의 개구부(68a)(도 30 참조)를 통과하고, 대물 렌즈(69)에 의하여 집광되어 광파이버(75)에 입사된다.
이와 같이 하여, 전방 산란광과, 빔 스플리터(62)의 투과 반사면(60e)에서 분할된 광인 참조광이 빔 스플리터(74)에 입사되어, 간섭하고, 광파이버(75)를 거쳐 제2 광 검출기(76)에서 검출된다. 이로써, 전방 산란광의 특정 산란 각도의 간섭광의 강도의 데이터가 얻어진다. 마스크(68)를 바꿈으로써, 전방 산란광의 다양한 산란 각도의 간섭광의 강도의 데이터가 얻어지고, 전방 산란광에 대하여, 특정 산란 각도의 간섭광의 강도의 데이터를 복수 취출할 수 있다. 이와 같이, 상이한 산란 각도에서, 전방 산란광의 산란 강도를 간편하게 측정할 수 있다.
마스크(68)와, 대물 렌즈(69)와, 광파이버(75)와, 제2 광 검출기(76)에 의하여 검출 유닛(14d)이 구성된다.
또한, 상술한 빔 스플리터(60, 62, 63, 64, 67, 74)는, 모두 입방체상의 큐브형의 빔 스플리터이지만, 빔 스플리터의 형태는, 큐브형에 한정되는 것은 아니고, 평판상의 플레이트형이어도 된다.
제1 광 검출기(71) 및 제2 광 검출기(76)는, 광을 검출할 수 있으면, 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 광전 변환 소자, 또는 광전자 증배관이 이용된다. 광전 변환 소자는, 예를 들면, 포토다이오드이다. 제1 광 검출기(71) 및 제2 광 검출기(76)는, 싱글 픽셀의 포토 디텍터여도 되고, 분광 검출기(스펙트로미터)여도 된다. 제1 광 검출기(71) 및 제2 광 검출기(76)가 분광 검출기인 경우, 간섭 스펙트럼이 얻어진다.
상술한 전방 산란광의 산란 각도마다의 산란 강도의 데이터, 또는 후방 산란광의 산란 각도마다의 산란 강도의 데이터를 이용하여, 상술한 바와 같이 분산액에 포함되는 입자의 입경을 얻을 수 있으며, 분산액에 포함되는 입자종마다의 입도 분포를 얻을 수도 있다.
광 계측 장치(10a)에 있어서도, 참조광을 차단하여, 산란광과 간섭시키지 않도록 해도 된다. 이 경우, 참조광을 차단함으로써, 통상의 동적 광산란 측정을 실시할 수 있다. 참조광을 차단하는 방법으로서는, 예를 들면, 광축(C1) 상 또는 광축(C2) 상에 진퇴 가능한 차광판을 마련하여, 참조광이 빔 익스팬더(66)에 도달하는 것을 방지하는 방법이 있다.
또, 예를 들면, 광축(C3) 상 또는 광축(C4) 상에 진퇴 가능한 차광판을 마련하여, 참조광이 빔 익스팬더(73)에 도달하는 것을 방지하는 방법이 있다.
또한, 광을 차광할 수 있으면, 진퇴 가능한 차광판에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 액정 셔터를 이용한 광 셔터를 이용할 수 있다.
이상의 구성에 의하여, 광 계측 장치(10a)는, 통상의 호모다인 검출의 동적 광산란 장치로서도 사용할 수 있다.
(광 계측 장치의 제3 예)
도 33은 본 발명의 실시형태의 광 계측 장치의 제3 예를 나타내는 모식도이다.
또한, 도 33에 있어서, 도 1에 나타내는 광 계측 장치(10)와 동일 구성물에는, 동일 부호를 붙여, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 33에 나타내는 광 계측 장치(10b)는, 도 1에 나타내는 광 계측 장치(10)에 비하여, 광원부(20)로부터 출사된 광을 광파이버(80) 내를 전반(傳搬)시키는 점이 상이하다. 또, 복수의 광 검출기(85~88)를 갖는다. 복수의 광 검출기(85~88)에서는, 각각 상이한 산란광 각도의 광을 검출한다. 또한, 광 검출기(85~88)는, 광을 검출할 수 있으면, 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 광전 변환 소자, 또는 광전자 증배관이 이용된다. 광전 변환 소자는, 예를 들면, 포토다이오드이다. 나아가서는, 광 검출기(85~88)는, 분광 검출기(스펙트로미터)여도 된다.
광 계측 장치(10b)는, 광원부(20)로부터 출사광이 입사되는 포토 커플러(81)를 갖는다.
포토 커플러(81)는, 예를 들면, 출사광을 1:99의 강도비로 분기하는 것이다. 분기된 광 중, 강도비가 큰 광을 입사광(Ls)으로 하고, 강도비가 작은 광을 참조광(Lr)으로 한다.
포토 커플러(81)로부터 뻗는, 강도비가 큰 광인 입사광(Ls)이 전반되는 광파이버(80)는 번들 파이버(82)에 접속되어 있다. 번들 파이버(82)는, 복수의 광파이버(도시하지 않음)를 결속한 것이다.
번들 파이버(82)의 단면(端面)(82b)에 대향하여, 시료 셀(18)이 배치되어 있다. 번들 파이버(82)의 단면(82b)과, 시료 셀(18)의 사이에, 대물 렌즈(83)가 배치되어 있다.
번들 파이버(82)에는, 시료 셀(18) 내의 분산액(Lq)으로 산란된 산란광(Ld)이 입사된다. 산란광(Ld)은 산란각(θ)마다, 번들 파이버(82)의 복수의 광파이버(도시하지 않음) 중, 상이한 위치의 광파이버에 입사하여 전반한다. 이 때문에, 번들 파이버(82)의 광파이버의 위치와, 산란 각도를 대응지을 수 있다. 이로써, 번들 파이버(82)의 광파이버마다 상이한 산란 각도의 산란광(Ld)이 얻어진다.
또, 번들 파이버(82)의 각 광파이버는 단면(82a)이며, 각각 광파이버(80a)에 접속되어 있다.
포토 커플러(81)로 분기된 광 중, 강도비가 작은 광인 참조광(Lr)이 전반되는 광파이버(80)에 포토 커플러(84)가 접속되어 있다. 포토 커플러(84)는, 광 검출기(85, 86, 87, 88)의 수에 따라, 참조광(Lr)을 분기하는 것이다.
또, 포토 커플러(84)와, 각 광 검출기(85, 86, 87, 88)를 접속하는 광파이버(80b)에, 번들 파이버(82)의 각 광파이버에 접속된 광파이버(80a)가 포토 커플러(89)를 이용하여 접속되어 있다.
포토 커플러(81, 84, 89)는, 입사하는 광을 특정 비율로 분기하거나, 입사하는 광을 합파할 수 있으면, 그 구성은, 특별히 한정되는 것은 아니고, 공지의 것이 적절히 이용 가능하다.
광원부(20)로부터 출사된 입사광(Ls)은, 광파이버(80), 포토 커플러(81) 및 번들 파이버(82)를 거쳐, 대물 렌즈(83)을 통과하여, 시료 셀(18)의 분산액(Lq)에 조사된다. 번들 파이버(82)에는, 시료 셀(18) 내의 분산액(Lq)으로 산란된 산란광(Ld)이 입사된다. 산란광(Ld)은 산란 각도마다, 상이한 광파이버에 입사되고, 광파이버(80a)를 전반하여, 포토 커플러(89)를 거쳐, 광파이버(80b)에 전반된다.
한편, 광파이버(80b)에는, 참조광(Lr)이 전반되어 있다. 이로써, 각 광 검출기(85, 86, 87, 88)에, 참조광(Lr)과 산란광(Ld)이 전반되어 간섭한다. 각 광 검출기(85, 86, 87, 88)에서 산란 각도마다의 간섭광의 산란 강도의 데이터가 얻어져, 특정 산란 각도의 산란 강도의 데이터를 복수 취출할 수 있다. 이와 같이, 상이한 산란 각도에서, 산란 강도를 간편하게 측정할 수 있다. 여기에서, 광 검출기(85, 86, 87, 88)에 스펙트로미터를 이용하면, 간섭광의 스펙트럼이 얻어진다.
산란광의 산란 각도마다의 산란 강도의 데이터를 이용하여, 상술한 바와 같이 분산액에 포함되는 입자의 입경을 얻을 수 있고, 분산액에 포함되는 입자종마다의 입도 분포를 얻을 수도 있다.
광 계측 장치(10b)에 있어서도, 참조광(Lr)을 어테뉴에이터(감쇠기)로 감쇠하여, 산란광(Ld)과 간섭시키지 않도록 해도 된다. 이 경우, 참조광(Lr)을 차단함으로써, 통상의 동적 광산란 측정을 실시할 수 있다. 참조광(Lr)을 차단하는 방법으로서는, 예를 들면, 포토 커플러(81)와, 포토 커플러(84)를 접속하는 광파이버(80)에, 어테뉴에이터를 마련하고, 어테뉴에이터에 의하여, 참조광(Lr)이 포토 커플러(84)에 도달하는 것을 방지하는 방법이 있다.
또한, 광을 차광 또는 충분히 감쇠할 수 있으면, 어테뉴에이터에 한정되는 것은 아니다.
또, 포토 커플러(81)를, 분기 비가변인 것으로 하고, 포토 커플러(81)와, 포토 커플러(84)를 접속하는 광파이버(80)에 광을 출사하지 않도록 해도 된다.
이상의 구성에 의하여, 광 계측 장치(10b)는, 통상의 호모다인 검출의 동적 광산란 장치로서도 사용할 수 있다.
본 발명은, 기본적으로 이상과 같이 구성되는 것이다. 이상, 본 발명의 광 계측 장치에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 벗어나지 않는 범위에 있어서, 다양한 개량 또는 변경을 해도 되는 것은 물론이다.
10, 10a, 10b 광 계측 장치
12 저간섭성 간섭계
14 검출부
14a 제1 검출 유닛
14b 제2 검출 유닛
14c, 14d 검출 유닛
15 변환부
16 연산부
17 기억부
18 시료 셀
20 광원부
21a, 21b, 21c, 21d, 39 빔 스플리터
21e, 39e, 60e, 62e, 63e, 64e, 67e, 74e 투과 반사면
22 반사체
22a 반사면
23a 분산 보상 조정부
23b, 25 대물 렌즈
24a, 24b ND필터
26 편광 조정부
27 분광 조정부
28 편광 제어부
33, 34 광 검출기
30, 61, 72 미러
32 회절 격자
35a 파장 영역
35b 관심 깊이 영역
36, 37 프로파일
38 광학 장치
39a, 39b 면
40, 42 관심 각도 영역
41, 43 프로파일
60, 62, 63, 64, 67, 74 빔 스플리터
63b, 64a 면
65a, 65b, 69, 83 대물 렌즈
66, 73 빔 익스팬더
67b 출사면
68 마스크
68a, 68b, 68c 개구부
70, 75, 80, 80a, 80b 광파이버
71 제1 광 검출기
74b 출사면
76 제2 광 검출기
81, 84, 89 포토 커플러
82 번들 파이버
82a, 82b 단면
85, 86, 87, 88 광 검출기
C1, C2, C3, C4 광축
Lr 참조광
Ld 산란광
Lq 분산액
Ls 입사광
θb 산란각

Claims (10)

  1. 저간섭성 간섭계를 갖는 광 계측 장치로서,
    입자를 포함하는 분산액에 입사광을 입사하여 얻어지는 산란광 중 적어도 일부와, 참조광을 간섭시켜, 파장마다의 간섭광 강도를 검출하는 제1 검출 유닛, 및,
    상기 입자를 포함하는 상기 분산액에 상기 입사광을 입사하여 얻어지는 상기 산란광 중 적어도 일부와, 상기 참조광을 간섭시켜, 산란 각도마다의 간섭광 강도를 검출하는 제2 검출 유닛 중, 적어도 일방을 갖는 검출부와,
    상기 제1 검출 유닛에서 검출되는 상기 파장마다의 상기 간섭광 강도의 데이터로부터, 상기 분산액의 특정 깊이 또한 특정 파장의 산란 강도의 데이터, 또는 상기 제2 검출 유닛에서 검출되는 상기 산란 각도마다의 상기 간섭광 강도의 데이터로부터, 상기 분산액의 특정 깊이 또한 특정 산란 각도의 산란 강도의 데이터를 복수 취출하고, 상기 취출한 산란 강도의 데이터를 상기 분산액의 상기 특정 깊이에 있어서의 산란광의 시간 변동 데이터로 변환하는 변환부를 갖는, 광 계측 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 변환부에서 취득된 상기 시간 변동 데이터를 이용하여, 상기 입자의 입경을 산출하는 연산부를 갖는, 광 계측 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 변환부에서 취득된 시간 변동 데이터와, 상기 변환부에서 취득된 시간 변동 데이터를 시간 평균한 시간 평균 데이터를, 입경과 산란 강도의 관계를 정한 이론식에 대하여 피팅함으로써, 상기 분산액에 포함되는 입자종마다의 입도 분포를 얻는 연산부를 갖는, 광 계측 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    이미 알려진 입자의 복소 굴절률, 입경, 및 형상에 의하여 구해지는, 상기 이미 알려진 입자의 산란광 강도에 대한 산란 각도 의존의 데이터 및 산란광 강도에 대한 파장 의존의 데이터 중 적어도 하나를 기억하는 기억부를 갖고,
    상기 변환부에서 취득된 시간 변동 데이터로부터 얻어진 산란 각도 의존의 데이터, 또는 상기 변환부에서 취득된 시간 변동 데이터로부터 얻어진 산란광의 상기 파장 의존의 데이터를, 상기 기억부가 기억하고 있는 상기 이미 알려진 입자의 산란광 강도에 대한 산란 각도 의존의 데이터 또는 상기 산란광 강도에 대한 파장 의존의 데이터에 대하여 피팅함으로써, 상기 분산액에 포함되는 입자종마다의 입도 분포를 얻는 연산부를 갖는, 광 계측 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    이미 알려진 입자의 복소 굴절률, 입경, 및 형상에 의하여 구해지는, 상기 이미 알려진 입자의 산란광 강도에 대한 산란 각도 의존의 데이터 및 산란광 강도에 대한 파장 의존의 데이터 중, 적어도 하나를 기억하는 기억부를 갖고,
    상기 기억부가 기억하고 있는 상기 이미 알려진 입자의 산란광 강도에 대한 산란 각도 의존의 데이터 또는 상기 산란광 강도에 대한 파장 의존의 데이터를 이용하여, 상기 분산액 중의 상기 입자의 입자종, 및 상기 분산액 중의 상기 입자의 상태 중, 적어도 일방의 판정을 실시하는 연산부를 갖는, 광 계측 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 검출 유닛은, 상기 참조광과 간섭한 산란광을 파장 분해하여, 파장 분해된 상기 산란광을 파장마다 검출하는 광 검출기를 갖는, 광 계측 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 검출 유닛은, 상기 참조광과 간섭한 산란광을 산란 각도마다 검출하는 광 검출기를 갖는, 광 계측 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입사광의 편광 상태를 제어하는 편광 제어부를 갖고,
    상기 제1 검출 유닛 또는 상기 제2 검출 유닛이, 상기 산란광의 편광 성분의 광 강도를 상기 산란 강도로서 측정하는, 광 계측 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입사광의 중심 파장 및 파장 대역을 제어하는 분광 조정부를 갖는, 광 계측 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산란광의 시간 변동 데이터는, 파워 스펙트럼, 또는 자기 상관 함수인, 광 계측 장치.
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