| 【発明の名称】 |
粒径分布測定装置並びにこの装置に用いるアレイ検出器およびその製作方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】伊串 達夫
【氏名】東川 喜昭
|
| 【要約】 |
【課題】アレイ検出器部分の構成をコンパクトにした粒径分布測定装置を提供すること。
【解決手段】レーザ光源５からのレーザ光４を分散した粒子群に照射したときに生ずる散乱光の強度を各散乱角ごとに検出する複数の散乱光検出素子を有するアレイ検出器２１を備え、各散乱光検出素子からの散乱光強度信号に基づいて前記粒子群における粒径分布を測定するようにした装置において、前記アレイ検出器２１として、一つの検出平面に光軸を中心にして一つの半径方向に設けられる複数の散乱光検出素子２４ａ〜２４ｎを、それらの扇形角が一定になるようにするのではなく、予め設定された幅内において最大の扇形角が得られるように形成されてなるものを用いた。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 レーザ光源からのレーザ光を分散した粒子群に照射したときに生ずる散乱光の強度を各散乱角ごとに検出する複数の散乱光検出素子を有するアレイ検出器を備え、各散乱光検出素子からの散乱光強度信号に基づいて前記粒子群における粒径分布を測定するようにした装置において、前記アレイ検出器として、一つの検出平面に光軸を中心にして一つの半径方向に設けられる複数の散乱光検出素子を、それらの扇形角が一定になるようにするのではなく、予め設定された幅内において最大の扇形角が得られるように形成されてなるものを用いたことを特徴とする粒径分布測定装置。
【請求項２】 レーザ光源からのレーザ光を分散した粒子群に照射したときに生ずる散乱光の強度を各散乱角ごとに検出する複数の散乱光検出素子を有するアレイ検出器において、一つの検出平面に光軸を中心にして一つの半径方向に設けられる複数の散乱光検出素子を、それらの扇形角が一定になるようにするのではなく、予め設定された幅内において最大の扇形角が得られるように形成したことを特徴とするアレイ検出器。
【請求項３】 ウェーハから複数の散乱光検出素子を切り取るようにしたアレイ検出器の製作方法において、一つの検出平面に光軸を中心にして一つの半径方向に設けられる複数の散乱光検出素子を、それらの扇形角が一定になるようにするのではなく、予め設定された幅内において最大の扇形角が得られるようにウェーハから切り取るようにしたことを特徴とするアレイ検出器の製作方法。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、粒径分布測定装置並びにこの装置に用いるアレイ検出器およびその製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】前記粒径分布測定装置においては、レーザ光源からのレーザ光を分散した粒子群に照射したときに生ずる散乱光の強度を各散乱角ごとに検出する複数の散乱光検出素子を有するアレイ検出器を備えている。
【０００３】図４は、一般的な粒径分布測定装置の要部を示すもので、この図において、１は適宜の分散媒に測定対象の粒子群を分散させた試料液２が供給される透明な容器よりなる流通型のセル（フローセル）である。３はこのセル１の一方の側（後方側）に設けられるレーザ光源部で、例えば平行なレーザ光４を発するＨｅ−Ｎｅレーザからなるレーザ光源５と、レーザ光４の進行方向を９０°ずつ変えるミラー６，７と、平行なレーザ４を光束方向にを適宜拡大するビーム拡大器８などからなる。
【０００４】９はセル１の他方の側（前方側）に設けられる集光レンズで、その焦点位置にリング状のアレイ検出器１０が配置されている。このアレイ検出器１０は、図５に示すように、集光レンズ９の光軸に対応する位置に形成される透過光検出素子１１と、この透過光検出素子１１を中心として同心円状に、複数の円弧状で、かつ、透過光検出素子１１から遠ざかるにしたがって幅広となる散乱光受光素子１２ａ，１２ｂ，……，１２ｎからなり、散乱光４Ａを検出するための散乱光検出用素子群１２とからなる。なお、１３はアイソレーションギャップである。このようなアレイ検出器１０は、セル１内の粒子によって回折または散乱した光を各散乱角ごとにそれぞれ受光して、それらの光強度を測定する。なお、前記透過光検出素子１１は、光軸調整や試料液２の濃度測定に用いられる。
【０００５】１４は前記アレイ検出器１０の出力（散乱光強度信号）を順次取り込み、ＡＤ変換器１５に順次送出するマルチプレクサ、１６はＡＤ変換器１５の出力が入力される演算処理装置としてのコンピュータである。このコンピュータ１６には、ディジタル信号に変換されたアレイ検出器１０の出力を、フラウンホーファ回折理論やミー散乱理論に基づいて処理し、粒子群における粒径分布を求めるためのプログラムが格納されている。１７は演算結果などを表示するカラーディスプレイである。
【０００６】前記粒径分布測定装置においては、セル１に試料液２を供給している状態で、レーザ光源５からのレーザ光４を試料セル１に照射すると、このレーザ光４は、セル１中の粒子によって回折または散乱する。この回折光または散乱光４Ａは、集光レンズ９によってアレイ検出器１０上に入射し、アレイ検出器１０を構成する散乱光受光素子１２ａ，１２ｂ，……，１２ｎからの出力は、それぞれプリアンプ（図示していない）によって増幅された後、マルチプレクサ１４に入力される。
【０００７】前記マルチプレクサ１４においては、アレイ検出器１０によって得られた各散乱角ごとの光強度データ、つまりアナログ電気信号が所定の順序で順次取り込まれる。そして、マルチプレクサ１４によって取り込まれたアナログ電気信号は直列信号にされて、ＡＤ変換器１５で順次ディジタル信号に変換され、さらに、コンピュータ１６に入力される。そして、このコンピュータ１６においては、アレイ検出器１０によって得られた各散乱角ごとの光強度データを、フラウンホーファ回折理論やミー散乱理論に基づいて処理し、前記試料液２中の粒子の粒径分布が求められ、その結果がカラーディスプレイ１７に表示されたり、メモリ装置（図示していない）に格納される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記アレイ検出器１０は、ウェーハを所定の形状に切断して製作されるが、従来においては、アレイ検出器１０の散乱光検出素子群１２を構成する各素子１２ａ〜１２ｎの開き角度を一定、例えば９０°となるようにしていたので、次のような不都合があった。すなわち、アレイ検出器１０においては、散乱光検出素子１２ａ〜１２ｎの散乱光検出特性を互いに等しくなるようにする必要があるところから、図５に示すように、透過光検出素子１１から遠ざかるにしたがって、散乱光検出素子１２ａ〜１２ｎの半径方向および円周方向の寸法を漸次増大させ、その面積も指数関数的に増大するように形成される。この場合、各散乱光検出素子１２ａ〜１２ｎの開き角度が一定であると、透過光検出素子１１からの半径が大きくなるに伴って、散乱光検出素子１２ａ〜１２ｎの有効な部分（図５中の符号ａで示す部分）の面積が大きくなり、このため、アレイ検出器１０が大型化するとともに、これを保持する装置などが大きくなるため、粒径分布測定装置が大型化する。
【０００９】また、１枚のウェーハ１８から製作できるアレイ検出器１０の数も、前記開き角度が９０°であると、図５に示すように、４となり、ウェーハ１枚当たりで製作できるアレイ検出器１０の数は少なく、それだけ、コストアップとなり、ひいては粒径分布測定装置が高価になる。
【００１０】この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その第１の目的は、アレイ検出器部分の構成をコンパクトにした粒径分布測定装置を提供することであり、第２の目的は、この装置に用いる専有面積の小さいコンパクトなアレイ検出器を提供することであり、第３の目的は、１枚のウェーハからアレイ検出器をできるだけ多く製作できるアレイ検出器の製作方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成するため、第１の発明では、レーザ光源からのレーザ光を分散した粒子群に照射したときに生ずる散乱光の強度を各散乱角ごとに検出する複数の散乱光検出素子を有するアレイ検出器を備え、各散乱光検出素子からの散乱光強度信号に基づいて前記粒子群における粒径分布を測定するようにした装置において、前記アレイ検出器として、一つの検出平面に光軸を中心にして一つの半径方向に設けられる複数の散乱光検出素子を、それらの扇形角が一定になるようにするのではなく、予め設定された幅内において最大の扇形角が得られるように形成されてなるものを用いている（請求項１）。
【００１２】上記第２の目的を達成するため、第２の発明では、レーザ光源からのレーザ光を分散した粒子群に照射したときに生ずる散乱光の強度を各散乱角ごとに検出する複数の散乱光検出素子を有するアレイ検出器において、一つの検出平面に光軸を中心にして一つの半径方向に設けられる複数の散乱光検出素子を、それらの扇形角が一定になるようにするのではなく、予め設定された幅内において最大の扇形角が得られるように形成している（請求項２）。
【００１３】上記第３の目的を達成するため、第３の発明では、ウェーハから複数の散乱光検出素子を切り取るようにしたアレイ検出器の製作方法において、一つの検出平面に光軸を中心にして一つの半径方向に設けられる複数の散乱光検出素子を、それらの扇形角が一定になるようにするのではなく、予め設定された幅内において最大の扇形角が得られるようにウェーハから切り取るようにしている（請求項３）。
【００１４】この発明のアレイ検出器は、図２に示すように、中心２３から最も遠い位置にある散乱光検出素子２４ｎの幅Ｗn は、予め設定してある最大幅Ｗを超えることがなく、したがって、同じ素子数である場合、ウェーハにおける専有面積を小さくすることができ、そのため、コンパクトでしかも安価なアレイ検出器が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１〜図３は、この発明の一つの実施の形態を示すもので、まず、図１は、粒径分布測定装置の要部の構成を概略的に示す図である。この図において、図４に示した符号と同一のものは同一物であるので、それらの説明は省略する。２１はアレイ検出器で、垂直に立設された検出器保持部材２２に取り付けられている。このアレイ検出器２１が図４および図５に示した従来のアレイ検出器１０と異なる点は、一つの検出平面に光軸を中心にして一つの半径方向に設けられる複数の散乱光検出素子を、それらの扇形角が一定になるようにするのではなく、予め設定された幅内において最大の扇形角が得られるように形成されている点である。以下、これについて、図２および図３を参照しながら説明する。
【００１６】図２は、この発明のアレイ検出器２１の平面的な構成を概略的に示すもので、この図において、２３は光軸調整および濃度測定用の透過光検出素子である。この透過光検出素子２３は光軸に対応するものである。そして、２４ａ〜２４ｎは、前記透過光検出素子２３を中心として同心円状に、複数の円弧状で、かつ、透過光検出素子２３から遠ざかるにしたがってその半径方向の寸法が漸次指数関数的に増大する散乱光受光素子である。そして、扇形角が互いに等しい散乱光検出素子２４ａ〜２４ｄはその半径方向のみならず円周方向の寸法も漸次増大し、扇形角が互いに異なる検出素子２４ｅ〜２４ｎは半径方向の寸法のみが漸次指数関数的に増大するように形成されている。２５は透過光検出素子２３および散乱光検出素子２４ａ〜２４ｎの各素子の間に形成されるアイソレーションギャップである。
【００１７】この発明のアレイ検出器２１においては、前記散乱光検出素子２４ａ〜２４ｎの扇形角を、従来のように一定（例えば９０°）になるようにしたものではなく、予め設定された幅内において最大の扇形角が得られるようにしてある。すなわち、図２において、扇形の中心に位置する透過光検出素子２３に近い散乱光検出素子、図示例では、符号２４ａ〜２４ｄについては、その扇形角θは互いに等しく、例えば９０°となるようにしてあるが、透過光検出素子２４ｄより外側に位置する散乱光検出素子２４ｅ〜２４ｎは、図中に符号Ｗで示す幅が予め設定されているところから、それらの扇形角は徐々に小さくなるようにしてあり、例えば、最も遠くの散乱光検出素子２４ｎの扇形角θn は３０°以下になる場合もある。
【００１８】つまり、上記アレイ検出器２１においては、前記散乱光検出素子のうち２４ａ〜２４ｄは、半径方向および円周方向の寸法が漸次指数関数的に増大し、２４ｅ〜２４ｎは半径方向の寸法のみが漸次指数関数的に増大するといった条件を満たすため、予め設定された幅寸法Ｗ内において最大の扇形角が得られるように形成されているのである。このように構成されたアレイ検出器２１においては、全体が幅Ｗ×長さＬからなる矩形状の範囲内に納まることになり、その専有面積は従来のアレイ検出器１０に比べてかなり小さくなる。
【００１９】上記アレイ検出器２１を製作するには、例えば図３に示すような直径が例えば８インチのウェーハ２５に、最大幅Ｗと長さＬの矩形部分２６を寸法取りし、この矩形部分２６の幅方向の中心の一端側に透過光検出素子２３となる部分を設定し、この設定された透過光検出素子２３を中心にして複数の散乱光検出素子２４ａ〜２４ｎを、上記段落００１６に記載したように形成するのである。この発明のアレイ検出器２１の製作方法によれば、アレイ検出器２１の専有面積が小さくなることから、１枚のウェーハ２５から、従来と同様性能のアレイ検出器２１を、３〜４倍も多く製作することができ、それだけ、コストダウンが図れる。
【００２０】上述のようにして形成されたアレイ検出器２１は、その透過光検出素子２３が集光レンズ９の光軸と一致するようにして検出器保持部材２２に取り付けられる。
【００２１】上述のように、この発明によれば、アレイ検出器２１は、図２に示すように、中心２３から最も遠い位置にある散乱光検出素子の幅Ｗn は、予め設定してある最大幅Ｗを超えるないように製作されるため、透過光検出素子２３からの半径が大きくなるに伴って、散乱光検出素子２４ａ〜２４ｎの有効な部分の面積が徒に増大するといったことがなくなり、全体としてコンパクトに構成される。したがって、同じ素子数である場合、ウェーハ２５における専有面積を小さくすることができ、そのため、１枚のウェーハ２５から従来に比べて数倍のアレイ検出器２１を製作することができ、製作コストが低減される。そして、このようなコンパクトな形状のアレイ検出器２１を保持する装置２２も従来より小型で簡単な形状のものでよいから、粒径分布測定装置そのものの構成が小型化されるとともに、コストダウンが図れる。
【００２２】この発明は、上述の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、粒径分布測定装置としては、アレイ検出器２１のほかに、セル１の近傍に、セル１内の粒子によって回折または散乱したレーザ光４Ａのうちアレイ検出器２１では検出できないような大きな角度で散乱／回折した光を各散乱角ごとに個別に検出する広角散乱光用光検出群を設け、より微小な粒子の粒径分布の測定も併せてできるようにしてあってもよい。
【００２３】そして、セル１に照射するレーザ光４としては、必ずしも平行である必要はなく、レーザ光源５として半導体レーザを用い、これとセル１との間に集光レンズを設けるようにして、集光したレーザ光を照射するようにしてもよい。
【００２４】また、セル１は流通型である必要はなく、さらに、測定対象は、液体中の粒子のみならず、気体中に分散した粉体や粒子、固体中の粉体や粒体などであってもよい。
【００２５】
【発明の効果】この発明においては、アレイ検出器における散乱光検出素子の幅が一定に制限されるので、全体としてアレイ検出器がコンパクトに構成される。そして、１枚のウェーハからより多くの多くのアレイ検出器を製作することができ、アレイ検出器の製作コストが低減される。そして、このようなコンパクトな形状のアレイ検出器の保持装置も小型化され、粒径分布測定装置そのものの構成が小型化されるとともに、コストダウンが図れる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００１５５０２３
【氏名又は名称】株式会社堀場製作所
|
| 【出願日】 |
平成１１年１１月１７日（１９９９．１１．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７４２７３
【弁理士】
【氏名又は名称】藤本 英夫
|
| 【公開番号】 |
特開２０００−２１４０６８（Ｐ２０００−２１４０６８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年８月４日（２０００．８．４） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３２７４６５ |
|