光散乱測定装置
【課題】 試料からの微弱な散乱光を、超小角領域まで精度よく検出できる光散乱測定装置を提供する。
【解決手段】 レーザー光源１１と、レーザー光源１１からの光を集光する第１のレンズ１２と、ピンホールｄを有するピンホール板１３と、第１のレンズ１２からピンホールｄを介して入射した光を平行光にする第２のレンズ１４と、第２のレンズ１４から入射した平行光を検出器１７の検出面に備えられたビームストッパー１６で焦点を結ぶように集光する第３のレンズ１５とを設ける。また、ピンホールｄとビームストッパー１６とを光学的に共役な位置に配置する。
【解決手段】 レーザー光源１１と、レーザー光源１１からの光を集光する第１のレンズ１２と、ピンホールｄを有するピンホール板１３と、第１のレンズ１２からピンホールｄを介して入射した光を平行光にする第２のレンズ１４と、第２のレンズ１４から入射した平行光を検出器１７の検出面に備えられたビームストッパー１６で焦点を結ぶように集光する第３のレンズ１５とを設ける。また、ピンホールｄとビームストッパー１６とを光学的に共役な位置に配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から照射した光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を測定する光散乱測定装置に関するものであり、より詳細には、超小角領域の散乱光を精度よく測定可能な光散乱測定装置（ＵＳＡＬＳ；Ultra Small Angle Light Scattering）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高分子物質やコロイド溶液、生物等のいわゆるソフトマテリアルにおける微小領域（サブミクロン領域〜サブミリ領域）の構造解析のために、レーザー光散乱装置（ＬＳ；Light Scattering、レーザー光散乱測定装置）が用いられている。
【０００３】
特に、近年では、レーザー光の指向性の良さとビーム径の細さとを利用して、特別なデバイスを用いることなく、照射光の光軸に対して微小な角度領域（小角領域）の散乱測定を行う小角レーザー光散乱測定装置（ＳＡＬＳ；Small Angle Light Scattering、小角レーザー光散乱装置）が用いられるようになっている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、光透過性の試料に照射した光の前方散乱光の光量を測定する光学ユニットであって、試料中を直進した透過光を遮蔽する遮蔽部材と、当該遮蔽部材の略全外周囲に亘って配置され且つ試料中で散乱した前方散乱光を検出する散乱光受光手段とから構成され、上記散乱光受光手段によって、透過光の光軸に対して所定の角度範囲（θ１〜θ２）の前方散乱光を捕捉する光学ユニットを備えたレーザー散乱光測定装置が記載されている。
【特許文献１】特開２０００−２３０９０１号公報（公開日：２０００年８月２２日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、透過光の光軸方向に対して微小な角度範囲（例えば実散乱角が１．２度以下の超小角領域）の散乱光を適切に補足できないという問題がある。
【０００６】
つまり、特許文献１の技術は、当該文献にも記載されているように、散乱光を補足可能な角度範囲の下限値である最小角度θ１が５°〜３０°程度の場合を前提としている。このため、最小角度θ１よりもさらに小角な領域の散乱光を適切に補足することができない。
【０００７】
また、特許文献１には、最小角度θ１を５°〜３０°に設定することが記載されているだけで、最小角度θ１と、光源と試料との間に備えられる小孔板との関係は記載されていない。このため、光源と試料との間に備えられる小孔板からの寄生散乱が、試料中で散乱した前方散乱光と一緒に検出されてしまい、試料からの前方散乱光の検出精度が低下するという問題がある。
【０００８】
図７は、特許文献１に記載されている光学ユニットと略同様の構成からなる光学ユニットを備えたレーザー光散乱測定装置１００の概略構成を示す断面図である。また、図８は、レーザー光散乱測定装置１００における、光源１０１から出射される平行光、光源１０１からの寄生散乱光、小孔板１０４を通過する二次的寄生散乱光を示した断面図である。
【０００９】
図７に示すように、レーザー光散乱測定装置１００は、レーザー光源１０１とレンズ１０２と絞り（小孔板）１０３とからなる光源ユニット１１０と、環状集光レンズ１０４とビームストッパー（遮光ブロック）１０５と集光レンズ１０６と検出器（受光素子）１０７とからなる光学ユニット１１１とを備えている。
【００１０】
図８に示すように、レンズ１０２は、レーザー光源１０１からの光を環状集光レンズ１０４およびビームストッパー１０５の位置に集光する。また、絞り１０３は、光源１０１から出射される光の寄生散乱等による非平行成分を取り除くために挿入されている。
【００１１】
この図に示すように、絞り１０３によって光源１０１からの寄生散乱光の一部を遮蔽できるものの、元の寄生散乱光の二次的寄生散乱光を取り除くことはできない。このため、二次的寄生散乱光が環状集光レンズ１０４およびビームストッパー１０５の位置に到達してしまう。
【００１２】
図９は、環状集光レンズ１０４およびビームストッパー１０５に入射される、試料Ｓを透過した直接光の光軸に対する角度θと、環状集光レンズ１０４およびビームストッパー１０５の位置に到達する二次的寄生散乱光のビーム強度Ｉ（θ）との関係を示すグラフである。
【００１３】
通常、検出器１０７に到達する直接光（本影）の大きさは１ｍｍにも満たない点状である。また、試料（検体）Ｓからの散乱光の強度は試料Ｓの種類や厚さにもよるが、一般に入射光（直接光）に比べて、百分の１〜１０億分の１と非常に微弱である。問題となるのは、入射光（直接光）よりもむしろ入射光のにじみ（寄生散乱）であり、このにじみの範囲を如何に無くすかが散乱装置の小角領域での検出性能に直接関わる部分である。つまり、入射光のにじみ（二次的寄生散乱光）が試料からの散乱光よりも強い場合や試料からの散乱光と同程度の強さの場合には、二次的寄生散乱光が試料からの散乱光の検出精度に大きく影響する。
【００１４】
すなわち、このような二次的寄生散乱光が検出器１０７に到達してしまうと、小角領域において二次的寄生散乱光（入射光のにじみ）と試料Ｓの散乱光とが一緒に検出されてしまうことになる。このため、二次的寄生散乱光が到達する範囲では、試料Ｓの散乱光を検出すること、あるいは試料Ｓの散乱光を精度よく検出することができない。したがって、検出器１０７において二次的寄生散乱光が検出されないように、二次的寄生散乱光をビームストッパー１０５で遮光する必要がある。
【００１５】
このように、従来のレーザー光散乱測定装置では、光源からの寄生散乱光を完全に除去できないために、試料Ｓを透過した光源からの直接光の光軸に対する角度が小さい領域（小角領域）において、試料Ｓによる散乱光を検出することができなかった。したがって、例えば、温度などの外場の変化によりミクロン領域からサブミリ領域まで構造が変化する場合などには、散乱光が超小角領域に隠れてしまうので、従来の技術では測定が不可能であった。
【００１６】
また、従来の技術で検出できる小角領域の散乱であっても、散乱光が微弱な場合には、事実上、上記二次的寄生散乱光やバックグラウンドノイズと見比べがつかず、検出結果の定量性に問題があった。このため、ソフトマテリアルの構造解析を適切に行える範囲は、ミクロン領域までに限られていた。
【００１７】
光散乱測定においては、可能な限り広い散乱角の範囲で、かつ、高いＳ／Ｎ比（例えばＳ／Ｎ＞１）で散乱光を測定することが求められる。ここで、シグナル（Ｓ）は散乱光であり、ノイズ（Ｎ）となるのは、入射光（直接光、本影）やそのにじみ（寄生散乱光）である。
【００１８】
図９は、図８における環状集光レンズ１０４およびビームストッパー１０５に到達する光の強度分布を示している。この図に示したように、散乱角が小さく、入射光の光軸方向に近い領域ほど、二次的寄生散乱光（入射光のにじみ）の強度が強くなる。このため、試料からの散乱光と入射光のにじみとの区別がつき難くなり、Ｓ／Ｎ比が悪くなる（例えばＳ／Ｎ＜１となる）。したがって、試料Ｓの物理的情報を正しく引き出すことができるＳ／Ｎ比を満足する測定が可能な小角側の散乱角には、おのずと制限がある。そして、Ｓ／Ｎ比が基準（例えばＳ／Ｎ≒１）に満たない小角部分は、ビームストッパーで覆うことになる。なお、ビームストッパーで覆う範囲を設定するための基準（Ｓ／Ｎ比）は、ノイズの質や統計の特性に応じて設定される。
【００１９】
ここで、超小角領域でのバックグラウンドノイズを低減するために、例えば、レーザー光源１０１とレンズ１０２との間、あるいはレンズ１０２と試料Ｓとの間に、絞り（小孔板）を多重に備えることが考えられるが、この場合にもレーザー光源１０１からの寄生散乱光を完全に除去することはできないので、小角領域における試料Ｓからの散乱光の検出性能を十分に向上させることはできない。
【００２０】
また、上記したような問題はレーザー光散乱測定装置に限らず、例えばＸ線散乱測定装置や中性子散乱測定装置などの他の光散乱測定装置においても、同様である。なお、本明細書において、光とは、波動が媒質中（例えば空気中）あるいは真空中を伝搬する現象を生じるもの全般を指すものとし、例えばＸ線や中性子もこれに含まれるものとする。
【００２１】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、試料からの微弱な散乱光を、超小角領域まで精度よく検出できる光散乱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】
【００２２】
本発明の光散乱測定装置は、上記の課題を解決するために、光源から照射した光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を測定する光散乱測定装置であって、上記光源から照射される光を集光する第１の集光手段と、上記光源から照射される光の平行成分を通過させる微小開口を有し、上記光源から照射される光の非平行成分を遮光する収束手段と、上記収束手段を通過した光を集光する第２の集光手段と、上記第２の集光手段によって集光される光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を検出する検出手段と、を備え、上記収束手段と上記検出器の検出面とが光学的に共役な位置に配置されていることを特徴としている。
【００２３】
上記の構成によれば、上記収束手段によって光源から照射される光の非平行成分、すなわち寄生散乱光を効果的に遮光できるので、上記検出手段に対する寄生散乱光の入射面積を極めて小さくできる（原理的には光源から出射された光の平行成分が試料を透過して上記検出手段の検出面に形成する像の面積内に限定できる。）。
【００２４】
したがって、従来は超小角領域に隠れて検出できなかった試料からの散乱光、あるいは二次的寄生散乱光によるバックグラウンドノイズと区別できなかった試料からの散乱光を精度よく測定することができる。すなわち、上記検出手段における検出面の位置と光学的に共役となる位置に微小開口を有する収束手段を備えることにより、光源から出射される光の広がり（寄生散乱）によるバックグラウンドノイズを非常に小さく（原理的にゼロに）することができるので、試料からの微弱な散乱光を、超小角領域まで非常に低いノイズレベルで精度よく測定することができる。
【００２５】
また、上記のような収束手段を、上記検出手段の検出面と光学的に共役な位置に設けるだけでこのような効果を得られるので、試料からの散乱光を超小角領域まで精度よく検出できる光散乱測定装置を、製造コストを増大させることなく、容易に実現することができる。
【００２６】
また、本発明の他の光散乱測定装置は、上記の課題を解決するために、光源から照射した光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を測定する光散乱測定装置であって、上記光源から照射される光を集光する第１の集光手段と、上記光源から照射される光の平行成分を通過させる微小開口を有し、上記光源から照射される光の非平行成分を遮光する収束手段と、上記収束手段を通過した光を集光する第２の集光手段と、上記第２の集光手段によって集光される光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を検出する検出手段と、上記第２の集光手段によって集光されて上記試料を透過した光を遮光する遮光手段と、を備え、上記収束手段と上記遮光手段とが光学的に共役な位置に配置されている構成としてもよい。
【００２７】
上記の構成によれば、上記収束手段によって光源から照射される光の非平行成分、すなわち寄生散乱光を効果的に遮光できるので、上記遮光手段に対する寄生散乱光の入射面積を極めて小さくできる（原理的には光源から出射された光の平行成分が試料を透過して上記遮光手段に形成する像の面積内に限定できる。）。これにより、上記検出手段に対する寄生散乱光の入射面積を極めて小さくできる。
【００２８】
したがって、従来は超小角領域に隠れて検出できなかった試料からの散乱光、あるいは二次的寄生散乱光によるバックグラウンドノイズと区別できなかった試料からの散乱光を精度よく測定することができる。すなわち、上記遮光手段の位置と光学的に共役となる位置に微小開口を有する収束手段を備えることにより、光源から出射される光の広がり（寄生散乱）によるバックグラウンドノイズを非常に小さく（原理的にゼロに）することができるので、試料からの微弱な散乱光を、超小角領域まで非常に低いノイズレベルで精度よく測定することができる。
【００２９】
また、上記のような収束手段を、上記遮光手段と光学的に共役な位置に設けるだけでこのような効果を得られるので、試料からの散乱光を超小角領域まで精度よく検出できる光散乱測定装置を、製造コストを増大させることなく、容易に実現することができる。
【００３０】
また、上記光源から照射された光の平行成分が、この光の径路に試料を挿入しないときに上記検出手段の検出面に形成する像の半径をａ、測定時に上記試料を挿入する位置と上記検出手段における検出面との距離をｂとしたときに、ｔａｎ−１（ａ／ｂ）が１．２度以下であってもよい。
【００３１】
上記検出手段の検出面または上記遮光手段と光学的に共役な位置に上記収束手段を備えない従来の光散乱測定装置では、試料からの散乱光を測定可能な小角側の限界角度は約１．２度であった。これに対して、上記の構成によれば、従来の光散乱測定装置よりも小角な領域（超小角領域）における試料からの散乱光の測定を精度よく行うことができる。
【００３２】
また、上記微小開口の直径が上記光源から照射される光の波長以上１ｍｍ以下であってもよい。
【００３３】
上記の構成によれば、上記微小開口の直径を１ｍｍとすることにより、上記検出手段の検出面または上記遮光手段と光学的に共役な位置に上記収束手段を備えない従来の光散乱測定装置よりも、試料からの散乱光を測定可能な小角側の限界角度を小さくすることができる。
【００３４】
また、上記微小開口の直径は、原理的には、光学回析が顕著になる光源から照射される光の波長まで小さくすることが可能である。そして、上記微小開口の直径を小さく絞ることにより、試料からの散乱光の検出に有効な最小の実散乱角をさらに小さくすることができる。すなわち、上記微小開口の直径を適切に設定することにより、試料からの散乱光の検出に有効な小角側の限界角度を、原理的には１／１０００程度にまで小さくすることができる。
【００３５】
したがって、上記微小開口の直径を上記光源から照射される光の波長以上０．１ｍｍ以下とすることにより、試料からの散乱光の検出に有効な小角側の限界角度をより小さくすることができる。
【００３６】
また、上記第１の集光手段によって集光された光が、上記微小開口における当該光の光軸に垂直な面の中心で焦点を結ぶことが好ましい。
【００３７】
上記第１の集光手段によって集光される光の焦点を上記微小開口における当該光の光軸に垂直な面の中心とすることにより、上記光源から照射される光の平行成分を適切に通過させるとともに、非平行成分を適切に遮光することができる。したがって、上記検出手段に到達する上記光源から照射された光の非平行成分を適切に遮光できるので、試料からの微弱な散乱光を、超小角領域まで非常に低いノイズレベルで精度よく測定することができる。
【００３８】
また、上記遮光手段は、上記試料を透過した光の入射面に、当該光の進行方向に凹んだ凹部を備えていてもよい。
【００３９】
上記の構成によれば、上記遮光手段に入射した光が外部に漏れて迷光を生じることを防止できる。したがって、上記のような迷光によって散乱光の測定精度が低下することを防止できる。
【００４０】
また、上記遮光手段は、上記試料を透過した光の光量を減少させる半透過部材からなるものであってもよい。
【００４１】
上記の構成によれば、上記試料を透過した光の光量を減じて上記検出手段に入射させることができる。これにより、上記検出手段が上記試料を透過した光によって損傷を受けることを防止するとともに、当該検出手段によって上記試料を透過した光の測定（透過率測定）を行うことができる。
【００４２】
また、上記光源と第１の集光手段との間に、上記光源から照射される光の一部を遮光する第２の収束手段を備えてもよい。上記の構成によれば、バックグラウンドノイズをより効果的に低減できるので、試料からの散乱光の検出精度をさらに向上させることができる。
【００４３】
また、上記第２の集光手段と試料との間に、上記光源から照射される光の一部を遮光する第３の収束手段を備えてもよい。上記の構成によれば、上記収束手段のエッジ、あるいは各レンズの表面の微細な埃や傷などから生じる微弱な乱反射等をカットすることができる。したがって、試料からの散乱光の検出精度をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００４４】
以上のように、本発明の光散乱測定装置は、上記収束手段と上記検出器の検出面とが光学的に共役な位置に配置されている。
【００４５】
それゆえ、上記収束手段によって光源から照射される光の非平行成分（寄生散乱光）を効果的に遮光できるので、上記検出手段に対する寄生散乱光の入射面積を極めて小さくできる。したがって、試料からの微弱な散乱光を、超小角領域まで非常に低いノイズレベルで精度よく測定することができる。
【００４６】
また、上記収束手段を、上記検出手段の検出面と光学的に共役な位置に設けるだけでこのような効果を得られるので、試料からの散乱光を超小角領域まで精度よく検出できる光散乱測定装置を、製造コストを増大させることなく、容易に実現することができる。
【００４７】
また、本発明の他の光散乱測定装置は、上記収束手段と上記遮光手段とが光学的に共役な位置に配置されている。
【００４８】
それゆえ、上記収束手段によって光源から照射される光の非平行成分（寄生散乱光）を効果的に遮光できる。これにより、上記遮光手段に対する寄生散乱光の入射面積を極めて小さくでき、その結果、上記検出手段に対する寄生散乱光の入射面積を極めて小さくできる。したがって、試料からの微弱な散乱光を、超小角領域まで非常に低いノイズレベルで精度よく測定することができる。
【００４９】
また、上記収束手段を、上記遮光手段と光学的に共役な位置に設けるだけでこのような効果を得られるので、試料からの散乱光を超小角領域まで精度よく検出できる光散乱測定装置を、製造コストを増大させることなく、容易に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
本発明の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかる光散乱測定装置であるレーザー光散乱測定装置１の概略構成を示す断面図である。
【００５１】
図１に示すように、レーザー光散乱測定装置１は、レーザー光源（光源）１１、第１のレンズ１２、ピンホール板（収束手段、寄生散乱除去手段）１３、第２のレンズ１４、第３のレンズ１５、ビームストッパー（遮光手段）１６、検知器（散乱光検出手段）１７を備えている。
【００５２】
レーザー光源１１は、試料Ｓに照射する光を生成するものである。より詳細には、レーザー光源１１は、第１のレンズ１２に平行光を照射する。なお、レーザー光源１１の構成は特に限定されるものではなく、例えば固体レーザー、液体レーザー、気体レーザー、半導体レーザーなどを用いることができる。
【００５３】
ピンホール板１３は、直径０．１ｍｍのピンホールｄを有している。ピンホール板１３の材質は、ピンホールｄ以外の位置でレーザー光源１１からの光を遮光できるものであればよい。
【００５４】
第１のレンズ１２は、レーザー光源１１から出射された平行光（レーザー光源１１から照射される光の平行成分）を、ピンホール板１３に設けられたピンホールｄの位置に集光するように備えられている。すなわち、レーザー光源１１から出射された平行光は、第１のレンズ１２によって集光され、ピンホール板１３に設けられたピンホールｄの中心（上記平行光の光軸方向に垂直な面における中心）で焦点を結んでピンホールｄを通過するようになっている。
【００５５】
第２のレンズ１４は、ピンホール板１３に設けられたピンホールｄを通過したレーザー光源１１からの光を、平行光にして第３のレンズ１５に入射させるものである。
【００５６】
第３のレンズ１５は、第２のレンズ１４によって平行光にされたレーザー光源１１からの光を、試料Ｓに照射し、試料Ｓを介して検出器１７の直前に配置されたビームストッパー１６に集光するものである。すなわち、第３のレンズ１５を通過したレーザー光源１１からの光は、試料Ｓに照射される。そして、この試料Ｓを透過した光である直接光は、ビームストッパー１６の中心（直接光の光軸方向に垂直な面における中心）で焦点を結ぶ。
【００５７】
図２は、ビームストッパー１６に入射される直接光の光軸方向に対する角度θと、ビーム強度Ｉ（θ）との関係を示すグラフである。この図に示すように、ビームストッパー１６に入射する光の面積は、レーザー光源１１から出射された平行光（本影）の入射面積部分だけである。なお、試料Ｓで散乱した散乱光は、検出器１７におけるビームストッパー１６で覆われていない領域に入射し、この散乱光が検出器１７によって測定される。
【００５８】
ビームストッパー１６は、レーザー光源１１からの直接光、すなわち試料Ｓを透過したレーザー光源１１からの光が検出器１７に入射しないように遮光するものである。
【００５９】
図３はビームストッパー１６の断面図である。この図に示すように、ビームストッパー１６は、検出器１７の検出面に近接する位置に備えられている。また、ビームストッパー１６の形状は、直接光の光軸に対して垂直な方向の断面が直径２．５ｍｍの略円形であり、直接光の光軸に対して平行な方向の長さ（高さ）が２ｍｍとなっている。
【００６０】
また、ビームストッパー１６における直接光の入射面には、中心に向かうほど深く掘り込まれた擂り鉢状の凹部１６ａが形成されている。この凹部１６により、ビームストッパー１６に入射した直接光が外部に漏れて迷光を生じないようになっている。
【００６１】
また、ビームストッパー１６における直接光の入射面は、乱反射を生じないように艶消しの黒色に着色されている。なお、ビームストッパー１６の材質は、試料Ｓを透過した光を遮光でき、かつ、乱反射を生じないものであれば特に限定されるものではなく、例えば真鍮やアルミニウムなどの加工が容易な材料を用いてもよい。
【００６２】
検出器（二次元検出器）１７は、直接光の光軸に垂直な面内に配された多数の受光素子（光電変換素子）を備えている。これにより、各受光素子に入射された試料Ｓからの散乱光の光量に応じた電気信号を生成し、試料Ｓからの散乱光の２次元分布および光量を検出するものである。
【００６３】
なお、ピンホール板１３に設けたピンホールｄの直径は０．１ｍｍ、ピンホール板１３と第２のレンズ１４との間隔は２．５ｃｍ、第２のレンズ１４と検出器１７との間隔は５０ｃｍ、試料Ｓと検出器１７との間隔（カメラ距離）は４６ｃｍである。
【００６４】
以上のように、本実施形態にかかるレーザー光散乱測定装置１では、レーザー光源１１から出射される平行光が、ピンホール板１３におけるピンホールｄの位置、および、ビームストッパー１６の位置で焦点を結ぶ。すなわち、ピンホール板１３とビームストッパー１６とは互いに共役となる位置に備えられている。
【００６５】
これにより、レーザー光源１１からの寄生散乱光を効果的に遮光できるので、検出器１７における寄生散乱光の入射面積を極めて小さく、原理的にはレーザー光源１１から出射された平行光（本影）が試料Ｓを透過してビームストッパー１６に投影されてなる像の面積内に限定できる。
【００６６】
この点について、さらに詳しく説明する。一般に、光束の径に制限を加える場合には、目的とする本影以外に目的としない寄生散乱光が必ず発生する。このため、例えば上記した従来技術の構成を示す図８では、光源１０１出口での寄生散乱等による非平行成分を除く目的で絞り１０３が設けられているが、元の寄生散乱の二次的寄生散乱を防ぐことができない。したがって、従来は、検出器に到達する二次的寄生散乱光により、超小角領域における試料からの散乱光を検出できなかった。あるいは、試料からの微弱な散乱光を、二次的寄生散乱によるバックグラウンドノイズと区別することが困難であり、測定結果の定量性に問題があった。
【００６７】
一方、本実施形態にかかるレーザー光散乱測定装置１におけるピンホール板１３（ピンホールｄ）でも二次的寄生散乱は生じるものの、ピンホールｄの径を十分に小さくすれば、二次的寄生散乱の発生源はピンホールｄの中心に近似できる。この場合、ピンホールｄの中心を通過する光は、本影と寄生散乱の区別無く、第２のレンズ１４の下流において平行光となる。そして、発散する成分を取り除かれた平行光は、第３のレンズ１５により、検出器１７の検出面に配置されたビームストッパー１６で原理的に一点に焦点を結ぶ。したがって、この焦点以外での二次的寄生散乱によるバックグラウンドノイズは原理的にゼロとなる。
【００６８】
すなわち、第１のレンズ１２によって集光される光の焦点をピンホール１３の中心とすることにより、レーザー光源１１から照射される光の平行成分を適切に通過させるとともに、非平行成分を適切に遮光することができる。したがって、検出器１７に到達するレーザー光源１１から照射された光の非平行成分（寄生散乱光）を適切に遮光できるので、試料Ｓからの微弱な散乱光を、超小角領域まで非常に低いノイズレベルで精度よく測定することができる。
【００６９】
また、本影のみを遮光するサイズのビームストッパーを設けることで、本影以外の領域では寄生散乱光が検出器に入射せず、試料からの散乱光だけを検出することができる。それゆえ、従来は超小角領域に隠れて検出できなかった試料からの散乱光、あるいは二次的寄生散乱光によるバックグラウンドノイズと区別できなかった試料からの散乱光を精度よく測定することが可能である。すなわち、ビームストッパー位置と光学的に共役となる位置にピンホールを設けたピンホール板（収束光学系）を用いることにより、入射レーザー光の広がり（寄生散乱）によるバックグラウンドノイズを原理的にゼロにすることができるので、試料からの微弱な散乱光を、超小角領域まで非常に低いノイズレベルで有効に測定することが可能である。
【００７０】
また、ピンホール板１３を、ビームストッパー１６と光学的に共役な位置に設けるだけでこのような効果を得られるので、製造コストを増大させることなく、容易に超小角領域における散乱測定の精度を向上させることができる。
【００７１】
なお、上記したように、本実施形態におけるレーザー光散乱装置１では、ピンホール板１３に設けたピンホールｄの直径は０．１ｍｍ、ピンホール板１３と第２のレンズ１４との間隔を２．５ｃｍ、第２のレンズ１４と検出器１７との間隔を５０ｃｍ、試料Ｓと検出器１７との間隔（カメラ距離）を４６ｃｍとしている。
【００７２】
この場合、直径０．１ｍｍのピンホールｄを通過した光は、（５０ｃｍ／２．５ｃｍ）×０．１ｍｍ＝２ｍｍより、検出器１７では直径２ｍｍの直接光として投影される。
【００７３】
レーザー光散乱測定装置１では、この直接光を、余裕を持って覆うことができるように、ビームストッパー１６の直接光の光軸に垂直な面の直径を２．５ｍｍ（半径０．１２５ｃｍ）としている。したがって、散乱光の検出に有効な最小の実散乱角は、ｔａｎ−１（０．１２５／４６）＝０．１５６度となっている。なお、鏡面反射角や結晶学でいう散乱角は、この実散乱角の半分である。
【００７４】
一方、ビームストッパー１６と共役となる位置にピンホール（絞り）ｄを設けない従来の構成では、カメラ距離（試料（検体）Ｓと検出器１７との距離）が４６ｃｍの場合、直径２０ｍｍ（半径１ｃｍ）程度のビームストッパーが必要であった。これを実散乱角になおすと、ｔａｎ−１（１／４６）＝１．２度ということになる。したがって、この場合、実散乱角が１．２度未満の測定は不可能である。
【００７５】
なお、レーザー光散乱測定１において、散乱光の検出に有効な最小の実散乱角が１．２度となる場合（直径２０ｍｍのビームストッパー１６が必要となる場合）のピンホールｄの直径ｄ１は、（５０ｃｍ／２．５ｃｍ）×ｄ１＝２０ｍｍより、１ｍｍである。したがって、レーザー光散乱測定装置１において、直径１ｍｍ以下のピンホールｄを有するピンホール板１３を用いることにより、従来の光散乱測定装置よりも、散乱光の検出に有効な最小の実散乱角を小さくすることができる。
【００７６】
したがって、本実施形態にかかるレーザー光散乱装置１では、ビームストッパー１６と光学的に共役な位置にピンホールｄを設けない従来の構成に比べて、約１桁小さい散乱角まで測定することが可能である。
【００７７】
なお、第１のレンズ１２とピンホール板１３との間隔は特に限定されるものではない。第１のレンズ１２とピンホール板１３との間隔が５ｃｍ〜１０ｃｍであれば試料Ｓの散乱光測定に悪影響を与えないことを実際に確認した。また、上記した以外の各部材間の間隔は任意に設定すればよい。
【００７８】
また、本実施形態では、ピンホール板１３に設けるピンホールｄの直径を０．１ｍｍとしているが、これに限るものではない。ピンホールｄの直径は、原理的には、光学回析が顕著になるレーザー光源１１から照射される光の波長（数百ｎｍ）まで小さくすることが可能である。したがって、ピンホールｄの直径を小さく絞ることにより、散乱光の検出に有効な最小の実散乱角をさらに小さくすることができる。すなわち、レーザー光散乱測定装置１において、ピンホールｄの直径を適切に設定することにより、光散乱実験（散乱光測定）で測定可能な小角側の限界角度（散乱光の検出に有効な最小の実散乱角）を、少なくとも従来の１／１０以下、原理的には１／１０００程度にまで小さくすることができる。
【００７９】
言い換えれば、入射光のにじみ（寄生散乱）を切ることこそが、散乱光の検出に有効な最小の実散乱角を小さくするため、あるいは小角領域における微弱光の測定精度を向上させるためのカギであり、本発明によって入射光のにじみ（寄生散乱）が抑制できるからこそ、ビームストッパー１６の直径を小さくできるといえる。
【００８０】
また、レーザー光散乱測定装置１における各部材の寸法および各部材間の間隔（距離）は、上記した数値に限るものではない。また、第１のレンズ１２、第２のレンズ１４、第３のレンズ１５の屈折率についても適宜設定すればよい。ただし、上記したように、試料Ｓに照射する直接光の面積が小さくなると、試料Ｓの散乱光の検出において、顕微性が増す代わりに統計的平均性は低下する。逆に、試料Ｓに照射する直接光の面積が大きくなると、試料Ｓの散乱光の検出において、顕微性が低下する代わりに統計的平均性は増す。
【００８１】
したがって、第３のレンズ１５の屈折率、および、第３のレンズ１５と試料Ｓとの距離は、測定したいデータの特性に応じて、ピンホールｄの直径を設定することが好ましい。なお、より小角な領域まで測定したい場合には、第３のレンズ１５の屈折率を小さくし、第３のレンズ１５と試料Ｓとの間隔を狭く（試料Ｓと検出器１７の検出面との間隔（カメラ距離）を広く）設定すればよい。逆に、広角領域の測定が必要な場合には、第３のレンズ１５の屈折率を大きくし、第３のレンズ１５と試料Ｓとの間隔を広く（試料Ｓと検出器１７の検出面との間隔を狭く）設定すればよい。
【００８２】
また、レーザー光散乱装置１では、第１のレンズ１２の焦点を精度よくピンホールｄの中心（第１のレンズ１２によって集光される光の光軸方向に垂直な面における中心）に設定し、かつ、第３のレンズ１５の焦点を精度よく検出器１７の検出面に配置されたビームストッパー１６の中心（ビームストッパー１６に入射する直接光の光軸方向に垂直な面の中心）に設定することが好ましい。第１のレンズ１２および第３のレンズ１５をこのように設定することにより、レーザー光源１１からの寄生散乱光を適切に遮光できるので、ビームストッパー１６によって二次的寄生散乱光が検出器１７における検出面に到達することを確実に防止でき、散乱光の検出に有効な最小の実散乱角を小さくすることができる。
【００８３】
また、本実施形態では、第１のレンズ１２、第２のレンズ１４、第３のレンズ１５を備えた構成について説明しているが、これに限るものではなく、ピンホールｄとビームストッパー１６または検出器１７の検出面とが互いに光学的に共役な位置に設けられていればよい。また、第１のレンズ１２、第２のレンズ１３、第３のレンズ１４は、それぞれ、複数のレンズからなるレンズ群であってもよい。
【００８４】
また、ビームストッパー１６の形状は、図３に示した形状に限るものではなく、少なくとも試料Ｓを透過した直接光を遮光できる形状であればよい。すなわち、レーザー光散乱測定装置１では、上記したように、レーザー光源１１からの寄生散乱光をピンホール板１３で適切に遮光しているので、レーザー光源１１からの直接光を遮光することにより、原理的には試料Ｓからの散乱光以外のレーザー光源１１から出射された光を全て遮光できることになる。
【００８５】
なお、ビームストッパー１６の光軸方向に垂直な面の面積が大きいほど、検出器１７において試料Ｓからの散乱光を検出できる面積が小さくなる（測定可能な角度範囲の下限値が狭くなる）ので、ビームストッパー１６における光軸方向に垂直な面の面積は、レーザー光源１１からの直接光を遮光できる範囲内で、できるだけ小さくすることが好ましい。ただし、ピンホールｄの位置がビームストッパー１６または検出器１７の検出面に対してわずかにずれている場合など、寄生散乱光を適切に遮光できない場合には、ビームストッパー１６のサイズを、寄生散乱光を遮光できるサイズにすることが好ましい。
【００８６】
また、本実施形態では、ビームストッパー１６を検出器１７の検出面上に配置しているが、これに限るものではない。例えば、検出面よりもレーザー光源１１側に配置してもよい。また、ビームストッパー１６の一部または全部が検出器１７の検出面内に入り込んだ構成としてもよい。
【００８７】
ただし、ビームストッパー１６が検出器１７の検出面から試料Ｓ側に離れた位置にあるほど、上記検出手段の検出面において、試料からの散乱光に対して当該遮光手段の影となる部分の面積が大きくなる。また、検出面に対して試料Ｓと反対側に離れた位置にある場合には、検出面に投影される直接光の面積が大きくなる。したがって、ビームストッパー１６は、検出器１７の検出面に近接する位置に設けることが好ましい。これにより、検出器１７における、試料Ｓからの散乱光を測定可能な面積を大きくすることができる。すなわち、より小角な領域まで測定することができる。
【００８８】
なお、ビームストッパー１６を検出器１７の検出面に対して試料Ｓと反対側に配置する場合、ピンホール１３と検出器１７の検出面とが光学的に共役な位置となるように配置してもよい。
【００８９】
また、例えば、検出器１７が直接光のビーム強度に対して十分な耐久性を有する場合には、ビームストッパー１６を設けず、試料Ｓを透過した直接光がそのまま検出器１７に入射する構成としてもよい。この場合、検出器１７における検出面と光学的に共役な位置にピンホールｄが位置するようにすればよい。
【００９０】
また、例えば、図３に示したビームストッパー１６に代えて、図４に示すビームストッパー１８を用いてもよい。
【００９１】
ビームストッパー１８は、この図に示すように、直接光の入射面が、その中心に向かうほど深く掘り込まれた擂り鉢状の凹部１８ａを有し、その中心部分に検出器１７側まで貫通した貫通孔１８ｂを備え、この貫通孔１８ｂ内にＮＤ（ニュートラル デンシティ フィルタ）フィルター１９を備えている。ここで、ＮＤフィルター１９は、半透過性の部材であり、試料Ｓを透過した光の光量を、検出器１７が耐えうる程度の光量にまで減じるためのものである。なお、貫通孔１８ｂのサイズは特に限定されるものではないが、例えば０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度とすればよい。また、ビームストッパー１８の色、材質については、ビームストッパー１６と同様に選択すればよい。
【００９２】
このように、貫通孔１８ｂおよびＮＤフィルター１９を備えた半透過型のビームストッパー１８を用いることにより、検出器１７におけるビームストッパー１８の背後に位置する領域を、透過光（直接光）モニターとして用いることができる。すなわち、直接光の光量を減じて検出器１７に入射させることにより、検出器１７が直接光によって損傷を受けることを防止するとともに、検出器１７によって直接光の測定を行うことができる。また、ＮＤフィルター等の半透過部材のみからなるビームストッパーを用いてもよく、この場合にもビームストッパー１８を備える場合と略同様の効果を奏する。
【００９３】
また、レーザー光源１１から試料Ｓまでの光路中に、ピンホール板１３に加えて、さらに他のピンホール板（絞り）を設けてもよい。例えば、図１１に示すように、光源１１とレンズ１２との間にピンホール板（絞り）２１を挿入してもよい。このピンホール板２１に設けるピンホールの直径は、特に限定されるものではないが、例えば２ｍｍとしてもよい。この場合、レンズ１２とレンズ１４の作用により、レンズ１４の下流における光束の直径を１ｍｍ以下とすることができる。したがって、バックグラウンドノイズをより効果的に低減できるので、試料Ｓからの散乱光の検出精度をさらに向上させることができる。
【００９４】
また、図１１に示すように、レンズ１５とサンプルＳとの間にピンホール板（絞り）２２を挿入してもよい。このピンホール板２２に設けるピンホールの直径は、特に限定されるものではないが、例えば１ｍｍとしてもよい。ピンホール板２２を設けることにより、ピンホール板２１および１３のエッジ、あるいは各レンズの表面の微細な埃や傷から生じる微弱な乱反射等をカットすることができるので、試料Ｓからの散乱光の検出精度をさらに向上させることができる。なお、各ピンホール板のピンホールの中心と、光束の中心とを一致させることが好ましい。
【００９５】
また、本実施形態では、ピンホールｄとビームストッパー１６または検出器１７の検出面を光学的に共役な位置に配置するとしている。ここで、光学的に共役な位置とは、必ずしも厳密に共役でなくても、実質的に共役とみなせる位置であればよい。例えば、各部材の公差や組み立て誤差程度のずれであれば、十分に本発明の効果を得ることができる。なお、ビームストッパー１６または検出器１７と光学的共役となる位置からずれが生じる可能性がある場合には、ビームストッパー１６における直接光の光軸に垂直な面の面積を、直接光の入射面積よりもやや大きくしておくことが好ましい。
【００９６】
また、本実施形態では、光源としてレーザー光源を用いた光散乱測定装置について説明したが、本発明を適用できる対象はこれに限るものではない。例えば、本発明の概念を、レーザー光以外の光を用いた光散乱測定装置に適用することも可能である。なお、本明細書における光とは、電場と磁場の振動が媒質中（例えば空気中）あるいは真空中を伝搬する現象を生じるもの全般を指す。
【００９７】
例えば、Ｘ線や中性子なども本明細書における光に含まれる。すなわち、本発明の概念は、Ｘ線散乱測定装置（光散乱測定装置）や中性子散乱測定装置（光散乱測定装置）に適用することもでき、検出器の検出面またはビームストッパーと共役となる位置に絞り（収束手段）を設けることにより、レーザー光散乱測定装置に適用する場合と略同様の効果を得ることができる。
【００９８】
なお、本発明を小角Ｘ線散乱測定装置に適用する場合、本実施形態に記載したレーザー光散乱測定装置１における各部材に代えて、あるいはレーザー光散乱測定装置１における各部材に加えて、Ｘ線散乱測定装置の分野で従来から公知の種々の部材を用いることができる。例えば、レーザー光散乱測定装置における光学レンズと同様の機能を担う部材（集光手段）として、M. Awaji, Y. Suzuki, A. Takeuch, H. Takano, N. Kamijo, S. Tamura, M. Yasumoto, 「X-ray imaging microscopy at 25keV with Fresnel zone plate optics」, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, （Netherland（オランダ））, Elsevier（エルゼビア）, 2001年7月21日, vol 467-468, 第2号, p.845-847 に記載されているフレネル・ゾーンプレート（Fresnel zone plate）などを用いることができる。また、Ｘ線源（光源）として、Ｘ線管球や回転対陰型Ｘ線発生装置、シンクロトロン放射光発生装置などを用いることができる。
【００９９】
同様に、本発明を小角中性子散乱測定装置に適用する場合にも、本実施形態に記載したレーザー光散乱測定装置１における各部材に代えて、あるいはレーザー光散乱測定装置１における各部材に加えて、中性子散乱測定装置の分野で従来から公知の種々の部材を用いることができる。例えば、集光手段として、H. M. Shimizu, T. Adach, M. Furusaka, Y. Kiyanagi, T. Oku, H. Sasao, T. Shinohara, J. Suzuki, 「Neutron optics and a superconducting magnetic lens for small-angle neutron scattering with focusing geometry」, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, （Netherland（オランダ））, Elsevier（エルゼビア）, 2004年8月21日, vol 529, 第1-3号, p.5-9に記載されている磁気レンズ（magnetic lens）や、物質レンズ（中性子線に対する密度に勾配を持たせた部材）を用いることができる。また、中性子源（光源）として、原子炉を用いてもよく電子加速器や陽子加速器を用いてもよい。
【０１００】
〔測定例１〕
本実施形態にかかるレーザー光散乱装置１を用いて行った散乱測定結果の一例について説明する。
【０１０１】
なお、この測定では、レーザー光散乱測定装置１における検出器１７として、アド・サイエンス社のShad-o-Box 2048を用いた。なお、このShad-o-Box 2048は、直径４８μｍのフォトダイオードからなるピクセルを１０２４×２０４８ピクセル備えた２次元配列のフォトダイオードアレイからなるＸ線および光用の２次元検出器である。
【０１０２】
また、試料Ｓとして、電子顕微鏡用の格子間隔０．１２７ｍｍの試料メッシュ（応研商事株式会社から購入。カタログ番号：ＤＮ２００メッシュ）を用いた。
【０１０３】
図５（ａ）は、上記検出器１７による二次元の回折パターンであり、図５（ｂ）は、その一次元の強度分布を示すグラフである。
【０１０４】
図５（ｂ）に示すように、レーザー光散乱測定装置１によれば、肉眼でも見える程の格子からの一次の回折ピーク（一次ピーク）を僅か４６ｃｍのカメラ距離（試料Ｓと検出器１７との距離）で完全に分解（測定）することができた。しかも、一次ピークとビームストッパーの影（０〜２６ピクセル、図中ａ参照）との間の極小角領域（図中ｂ参照）でのバックグラウンドノイズも広角領域のバックグラウンドノイズ（図中ｃ参照）と同程度に低かった。
【０１０５】
〔測定例２〕
本実施形態にかかるレーザー光散乱装置１を用いて行った散乱測定結果の他の例について説明する。なお、測定に用いた検出器１７は、測定例１と同じものである。
【０１０６】
試料Ｓとして、厚さ１００ｎｍのポリスチレンとポリビニルメチルエーテルとをブレンドした高分子薄膜を用意し、この試料Ｓの加熱による相分離過程を観察した。
【０１０７】
また、比較のために、ビームストッパー１６と共役となる位置にピンホールを備えない従来の構成からなるレーザー光散乱装置を用いて同一試料を観察した。なお、この比較用のレーザー光散乱装置は、図８に示した絞り１０３のような絞りを多重に挿入することにより、小角領域でのノイズレベルの低減を図ったものを用いた。
【０１０８】
図６（ａ）は、上記した比較用のレーザー光散乱装置による想定結果を示すグラフであり、図６（ｂ）は、本実施形態にかかるレーザー光散乱測定装置１による測定結果を示すグラフである。なお、図６（ａ）および図６（ｂ）において、横軸は散乱ベクトルと呼ばれる散乱角の関数（ｑ＝４πｓｉｎθ／λ、λは光の波長であり、この測定ではλ＝０．６３３μｍ）であり、縦軸は検出器１７によって検出した光の強度Ｉ（ｑ）である。
【０１０９】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、ビームストッパー近傍の無効データ（各図における点線部）のノイズレベルは、図６（ｂ）の方が１桁以上低くなっている。これにより、本実施形態にかかるレーザー光散乱測定装置１では、比較用のレーザー光散乱測定装置に比べて、ビームストッパー近傍の超小角領域における散乱光を測定可能になっていることがわかる。
【０１１０】
また、各図における点線の右側に示した有効データにおいても、ビームストッパーに近い小角領域におけるノイズレベルが大幅に低減されていることがわかる。これにより、ピーク強度が小さい散乱光についても構造を反映した極大の位置を同定することが可能となっている。したがって、薄膜などの微弱な散乱しか得られない試料に対しても超小角領域での定量的解析が可能である。
【０１１１】
〔測定例３〕
本実施形態にかかるレーザー光散乱装置１を用いて行った散乱測定結果のさらに他の例について説明する。この測定例は、レーザー光散乱装置１を用いて、ポリスチレンスルホン酸ナトリウムとポリビニルアルコールとの混合水溶液（モル比４：６、合計濃度１．２ｍｏｌ／ｌ）を室温から５９度へ昇温させた際に形成される凝集構造の形成過程を時分割測定したものである。
【０１１２】
本測定例では、レーザー光散乱装置１の構成を図１１に示すように変更して測定を行った。
【０１１３】
つまり、サンプルＳに入射する光束の直径を１ｍｍ以下とする目的のため、光源１１とレンズ１２との間に直径２ｍｍのピンホールを有するピンホール板（絞り；第２の収束手段）２１を挿入した。なお、この場合、レンズ１２とレンズ１４の作用によりレンズ１４の下流では光束の直径が１ｍｍ以下となる。
【０１１４】
また、レンズ１５とサンプルＳとの間に直径１ｍｍの補助的なピンホールを有するピンホール板（絞り；第３の収束手段）２２を挿入した。このピンホール板２２を設けることにより、ピンホール板２１および１３のエッジ、あるいは各レンズの表面の微細な埃や傷から生じる微弱な乱反射等をカットすることができる。
【０１１５】
また、この測定例では、レーザー光散乱装置１における各部の寸法を、下記のように設定して測定を行った。なお、検出器１７については、測定例１および２と同じものを用いた。
【０１１６】
光源１１とレンズ１２との間隔を１ｍとした。なお、この値は特に限定されるものではなく、任意に設定してもよい。
【０１１７】
レンズ１２とピンホール１３との間隔を１０ｃｍ＋α（α＝数ミリ〜１ｃｍ程度）とした。これは、レンズ１２として焦点距離１０ｃｍのレンズを用いていたが、レーザー光の僅かな発散角により、ピンホール１３で焦点を結ばせるには、原理的焦点距離１０ｃｍより僅かに長く設定する必要があったためである。つまり、本測定例では、レンズ１２とピンホール１３との間隔を、光源から出射されてレンズ１２を通過した光がピンホール１３（ピンホール１３の中心）で焦点を結ぶように設定した。
【０１１８】
ピンホール１３とレンズ１４との間隔を５ｃｍとした。なお、レンズ１４として焦点距離５ｃｍのレンズを用いた。
【０１１９】
レンズ１４とレンズ１５との間隔を２０ｃｍとした。なお、この値は特に限定されるものではなく、任意に設定してもよい。
【０１２０】
レンズ１５と検出器１７との間隔を４０ｃｍとした。なお、レンズ１５として焦点距離４０ｃｍのレンズを用いた。
【０１２１】
サンプルＳと検出器１７との間隔（カメラ距離）を１４ｃｍとした。なお、この測定例では、比較的広角（ｑ値の大きい領域）までデータが必要であったので、限られた検出器１７の検出面積を有効に利用するため、カメラ距離を比較的短く（１４ｃｍ）設定した。
【０１２２】
ピンホール１３の直径を０．３ｍｍとした。また、ビームストッパー１６の直径を４ｍｍとした。なお、本測定例では、汎用性を考えてピンホール１３およびビームストッパー１６の直径を製造限界に対して余裕のある値を用いているが、これに限るものではない。より小角な領域の測定を必要とする場合には、ピンホール１３およびビームストッパー１６の直径をさらに小さくすることが好ましい。なお、ピンホール１３およびビームストッパー１７の直径は、上記各値の１／３程度であれば、装置の微調整によって容易に実現できる。
【０１２３】
図１０（ａ）は測定結果の生データを示すグラフであり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示した生データからバックグラウンドノイズ（Ｂ．Ｇ．）を含む時刻０での散乱スペクトルを差し引いた結果を示すグラフであり、上記混合水溶液の構造の変化部分だけを示すものである。なお、これらの図において、横軸は散乱ベクトルｑ（ｑ＝４πｓｉｎθ／λ、λは光の波長であり、この測定ではλ＝０．６３３μｍ）であり、縦軸は検出器１７によって検出した光の強度Ｉ（ｑ）である。
【０１２４】
図１０（ａ）に示したように、バックグラウンドノイズを含む時刻０での散乱スペクトル（いちばん下の点線；図中のｋ）は、光の強度Ｉの値が小さく、かつ、ビームストッパーの近傍まで（ｑの値が非常に小さな超小角領域まで）平らで良質なものである。このことは、レーザー光散乱装置１を用いることにより、超小角領域までバックグラウンドノイズの非常に小さい測定を行うことができ、光の強度Ｉの値が非常に小さい場合であっても散乱スペクトルを正確に測定できることを意味する。
【０１２５】
また、図１０（ａ）と図１０（ｂ）とを見比べると、散乱スペクトルが極大値を示す位置などの重要な情報は、図１０（ａ）に示した生データでも凝集構造の形成過程に関する議論に用いることができるほど非常に良質であることがわかる。
【０１２６】
従来、例えば上記のような混合水溶液における構造の変化を時間の経過に沿って追跡する場合、構造の変化部分を明瞭にする目的で基準となるものを差し引いた散乱スペクトルが科学的議論の対象とされていた。ここで、上記の基準としては、通常、バックグラウンドノイズや時刻０での散乱スペクトルが用いられる。
【０１２７】
これに対して、レーザー光散乱装置１によれば、上記のように、バックグラウンドノイズが非常に小さく、時刻０における非常に小さな値の散乱スペクトルまで正確に測定できる（平らで良質な散乱スペクトルを測定できる）。したがって、従来よりも信頼性の高い測定結果を得ることができる。また、従来のように生データからバックグラウンドノイズや時刻０での散乱スペクトルをわざわざ差し引くことなく、構造の経時的変化に関する科学的議論を行うことができる。
【０１２８】
このように、上記した測定例１〜３は、本発明の効果を実証するための試作機を用いて行った予備実験のデータであるが、この時点ですでに国内外の市販装置や学術論文等に見られる小角性能を遥かに上回っている。すなわち、既存の装置においてバックグラウンドノイズの影響を受けずに測定可能な最小角度は、約１．２度であるのに対して、この試作機では、約０．１度であった。したがって、この試作機は現状においても十分に実用化可能な性能を備えているといえる。なお、この試作機に用いた各部材よりも良質の光学部品を用いるとともに、各レンズの焦点距離やピンホールのサイズ、ビームストッパーのサイズなどを最適化することにより、小角領域における測定性能をさらに向上させることができる。
【０１２９】
なお、偏光板と検光板とを用いたいわゆる偏光解消光散乱法では、０度から測定可能であることをうたった小角散乱装置もあるが、これは、試料の配向情報を得るための装置であり、本発明とは測定対象が異なっている。
【０１３０】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明の光散乱測定装置は、試料に照射した光（例えば、レーザー光、Ｘ線、中性子等）の散乱光を測定する光散乱測定装置全般に適用することができる。また、超小角領域における試料からの散乱光測定を精度よく行うことができるので、高分子物質、コロイド溶液、生物等のソフトマテリアルを対象とした超小角領域におけるサブミクロン領域あるいはサブミリ領域における構造解析のための散乱測定に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる散乱測定装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した散乱測定装置においてビームストッパーに入射される光の光軸方向に対する角度とビーム強度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態にかかる光散乱測定装置に備えられるビームストッパーの一例を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる光散乱測定装置に備えられるビームストッパーの他の例を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の一実施形態にかかる光散乱測定装置による測定結果から得られた二次元の回折パターンであり、図５（ｂ）は、その一次元の強度分布を示すグラフである。
【図６】図６（ａ）は、従来のレーザー光散乱装置によって高分子薄膜の加熱による相分離過程を観察した結果を示すグラフであり、図６（ｂ）は、本発明の一実施形態にかかる光散乱測定装置によって上記高分子薄膜の加熱による相分離過程を観察した結果を示すグラフである。
【図７】従来の構成からなるレーザー光散乱測定装置の概略構成を示す断面図である。
【図８】図７のレーザー光散乱測定装置における、光源から出射される平行光、および寄生散乱光を示した断面図である。
【図９】図７のレーザー光散乱測定装置における、環状集光レンズおよびビームストッパーに入射される光の、光軸に対する角度とビーム強度との関係を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は本発明のレーザー光散乱測定装置を用いて行った測定結果を示すグラフである。（ｂ）は、（ａ）に示した生データからバックグラウンドノイズを含む時刻０での散乱スペクトルを差し引いた結果を示すグラフである。
【図１１】図１０（ａ）の測定に用いた散乱測定装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１ ビーム光散乱測定装置（光散乱測定装置）
１１ レーザー光源（光源）
１２ 第１のレンズ（第１の集光手段）
１３ ピンホール板（収束手段）
１４ 第２のレンズ（第２の集光手段）
１５ 第３のレンズ（第２の集光手段）
１６ ビームストッパー（遮光手段）
１６ 凹部
１７ 検出器（検出手段）
１８ ビームストッパー（遮光手段）
１８ａ 凹部
１８ｂ 貫通孔
１９ ＮＤフィルター（半透過部材）
２１ ピンホール板（第２の収束手段）
２２ ピンホール板（第３の収束手段）
ｄ ピンホール（微小開口）
θ 直接光の光軸に対する角度
Ｉ（θ） ビーム強度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から照射した光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を測定する光散乱測定装置に関するものであり、より詳細には、超小角領域の散乱光を精度よく測定可能な光散乱測定装置（ＵＳＡＬＳ；Ultra Small Angle Light Scattering）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高分子物質やコロイド溶液、生物等のいわゆるソフトマテリアルにおける微小領域（サブミクロン領域〜サブミリ領域）の構造解析のために、レーザー光散乱装置（ＬＳ；Light Scattering、レーザー光散乱測定装置）が用いられている。
【０００３】
特に、近年では、レーザー光の指向性の良さとビーム径の細さとを利用して、特別なデバイスを用いることなく、照射光の光軸に対して微小な角度領域（小角領域）の散乱測定を行う小角レーザー光散乱測定装置（ＳＡＬＳ；Small Angle Light Scattering、小角レーザー光散乱装置）が用いられるようになっている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、光透過性の試料に照射した光の前方散乱光の光量を測定する光学ユニットであって、試料中を直進した透過光を遮蔽する遮蔽部材と、当該遮蔽部材の略全外周囲に亘って配置され且つ試料中で散乱した前方散乱光を検出する散乱光受光手段とから構成され、上記散乱光受光手段によって、透過光の光軸に対して所定の角度範囲（θ１〜θ２）の前方散乱光を捕捉する光学ユニットを備えたレーザー散乱光測定装置が記載されている。
【特許文献１】特開２０００−２３０９０１号公報（公開日：２０００年８月２２日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、透過光の光軸方向に対して微小な角度範囲（例えば実散乱角が１．２度以下の超小角領域）の散乱光を適切に補足できないという問題がある。
【０００６】
つまり、特許文献１の技術は、当該文献にも記載されているように、散乱光を補足可能な角度範囲の下限値である最小角度θ１が５°〜３０°程度の場合を前提としている。このため、最小角度θ１よりもさらに小角な領域の散乱光を適切に補足することができない。
【０００７】
また、特許文献１には、最小角度θ１を５°〜３０°に設定することが記載されているだけで、最小角度θ１と、光源と試料との間に備えられる小孔板との関係は記載されていない。このため、光源と試料との間に備えられる小孔板からの寄生散乱が、試料中で散乱した前方散乱光と一緒に検出されてしまい、試料からの前方散乱光の検出精度が低下するという問題がある。
【０００８】
図７は、特許文献１に記載されている光学ユニットと略同様の構成からなる光学ユニットを備えたレーザー光散乱測定装置１００の概略構成を示す断面図である。また、図８は、レーザー光散乱測定装置１００における、光源１０１から出射される平行光、光源１０１からの寄生散乱光、小孔板１０４を通過する二次的寄生散乱光を示した断面図である。
【０００９】
図７に示すように、レーザー光散乱測定装置１００は、レーザー光源１０１とレンズ１０２と絞り（小孔板）１０３とからなる光源ユニット１１０と、環状集光レンズ１０４とビームストッパー（遮光ブロック）１０５と集光レンズ１０６と検出器（受光素子）１０７とからなる光学ユニット１１１とを備えている。
【００１０】
図８に示すように、レンズ１０２は、レーザー光源１０１からの光を環状集光レンズ１０４およびビームストッパー１０５の位置に集光する。また、絞り１０３は、光源１０１から出射される光の寄生散乱等による非平行成分を取り除くために挿入されている。
【００１１】
この図に示すように、絞り１０３によって光源１０１からの寄生散乱光の一部を遮蔽できるものの、元の寄生散乱光の二次的寄生散乱光を取り除くことはできない。このため、二次的寄生散乱光が環状集光レンズ１０４およびビームストッパー１０５の位置に到達してしまう。
【００１２】
図９は、環状集光レンズ１０４およびビームストッパー１０５に入射される、試料Ｓを透過した直接光の光軸に対する角度θと、環状集光レンズ１０４およびビームストッパー１０５の位置に到達する二次的寄生散乱光のビーム強度Ｉ（θ）との関係を示すグラフである。
【００１３】
通常、検出器１０７に到達する直接光（本影）の大きさは１ｍｍにも満たない点状である。また、試料（検体）Ｓからの散乱光の強度は試料Ｓの種類や厚さにもよるが、一般に入射光（直接光）に比べて、百分の１〜１０億分の１と非常に微弱である。問題となるのは、入射光（直接光）よりもむしろ入射光のにじみ（寄生散乱）であり、このにじみの範囲を如何に無くすかが散乱装置の小角領域での検出性能に直接関わる部分である。つまり、入射光のにじみ（二次的寄生散乱光）が試料からの散乱光よりも強い場合や試料からの散乱光と同程度の強さの場合には、二次的寄生散乱光が試料からの散乱光の検出精度に大きく影響する。
【００１４】
すなわち、このような二次的寄生散乱光が検出器１０７に到達してしまうと、小角領域において二次的寄生散乱光（入射光のにじみ）と試料Ｓの散乱光とが一緒に検出されてしまうことになる。このため、二次的寄生散乱光が到達する範囲では、試料Ｓの散乱光を検出すること、あるいは試料Ｓの散乱光を精度よく検出することができない。したがって、検出器１０７において二次的寄生散乱光が検出されないように、二次的寄生散乱光をビームストッパー１０５で遮光する必要がある。
【００１５】
このように、従来のレーザー光散乱測定装置では、光源からの寄生散乱光を完全に除去できないために、試料Ｓを透過した光源からの直接光の光軸に対する角度が小さい領域（小角領域）において、試料Ｓによる散乱光を検出することができなかった。したがって、例えば、温度などの外場の変化によりミクロン領域からサブミリ領域まで構造が変化する場合などには、散乱光が超小角領域に隠れてしまうので、従来の技術では測定が不可能であった。
【００１６】
また、従来の技術で検出できる小角領域の散乱であっても、散乱光が微弱な場合には、事実上、上記二次的寄生散乱光やバックグラウンドノイズと見比べがつかず、検出結果の定量性に問題があった。このため、ソフトマテリアルの構造解析を適切に行える範囲は、ミクロン領域までに限られていた。
【００１７】
光散乱測定においては、可能な限り広い散乱角の範囲で、かつ、高いＳ／Ｎ比（例えばＳ／Ｎ＞１）で散乱光を測定することが求められる。ここで、シグナル（Ｓ）は散乱光であり、ノイズ（Ｎ）となるのは、入射光（直接光、本影）やそのにじみ（寄生散乱光）である。
【００１８】
図９は、図８における環状集光レンズ１０４およびビームストッパー１０５に到達する光の強度分布を示している。この図に示したように、散乱角が小さく、入射光の光軸方向に近い領域ほど、二次的寄生散乱光（入射光のにじみ）の強度が強くなる。このため、試料からの散乱光と入射光のにじみとの区別がつき難くなり、Ｓ／Ｎ比が悪くなる（例えばＳ／Ｎ＜１となる）。したがって、試料Ｓの物理的情報を正しく引き出すことができるＳ／Ｎ比を満足する測定が可能な小角側の散乱角には、おのずと制限がある。そして、Ｓ／Ｎ比が基準（例えばＳ／Ｎ≒１）に満たない小角部分は、ビームストッパーで覆うことになる。なお、ビームストッパーで覆う範囲を設定するための基準（Ｓ／Ｎ比）は、ノイズの質や統計の特性に応じて設定される。
【００１９】
ここで、超小角領域でのバックグラウンドノイズを低減するために、例えば、レーザー光源１０１とレンズ１０２との間、あるいはレンズ１０２と試料Ｓとの間に、絞り（小孔板）を多重に備えることが考えられるが、この場合にもレーザー光源１０１からの寄生散乱光を完全に除去することはできないので、小角領域における試料Ｓからの散乱光の検出性能を十分に向上させることはできない。
【００２０】
また、上記したような問題はレーザー光散乱測定装置に限らず、例えばＸ線散乱測定装置や中性子散乱測定装置などの他の光散乱測定装置においても、同様である。なお、本明細書において、光とは、波動が媒質中（例えば空気中）あるいは真空中を伝搬する現象を生じるもの全般を指すものとし、例えばＸ線や中性子もこれに含まれるものとする。
【００２１】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、試料からの微弱な散乱光を、超小角領域まで精度よく検出できる光散乱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】
【００２２】
本発明の光散乱測定装置は、上記の課題を解決するために、光源から照射した光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を測定する光散乱測定装置であって、上記光源から照射される光を集光する第１の集光手段と、上記光源から照射される光の平行成分を通過させる微小開口を有し、上記光源から照射される光の非平行成分を遮光する収束手段と、上記収束手段を通過した光を集光する第２の集光手段と、上記第２の集光手段によって集光される光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を検出する検出手段と、を備え、上記収束手段と上記検出器の検出面とが光学的に共役な位置に配置されていることを特徴としている。
【００２３】
上記の構成によれば、上記収束手段によって光源から照射される光の非平行成分、すなわち寄生散乱光を効果的に遮光できるので、上記検出手段に対する寄生散乱光の入射面積を極めて小さくできる（原理的には光源から出射された光の平行成分が試料を透過して上記検出手段の検出面に形成する像の面積内に限定できる。）。
【００２４】
したがって、従来は超小角領域に隠れて検出できなかった試料からの散乱光、あるいは二次的寄生散乱光によるバックグラウンドノイズと区別できなかった試料からの散乱光を精度よく測定することができる。すなわち、上記検出手段における検出面の位置と光学的に共役となる位置に微小開口を有する収束手段を備えることにより、光源から出射される光の広がり（寄生散乱）によるバックグラウンドノイズを非常に小さく（原理的にゼロに）することができるので、試料からの微弱な散乱光を、超小角領域まで非常に低いノイズレベルで精度よく測定することができる。
【００２５】
また、上記のような収束手段を、上記検出手段の検出面と光学的に共役な位置に設けるだけでこのような効果を得られるので、試料からの散乱光を超小角領域まで精度よく検出できる光散乱測定装置を、製造コストを増大させることなく、容易に実現することができる。
【００２６】
また、本発明の他の光散乱測定装置は、上記の課題を解決するために、光源から照射した光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を測定する光散乱測定装置であって、上記光源から照射される光を集光する第１の集光手段と、上記光源から照射される光の平行成分を通過させる微小開口を有し、上記光源から照射される光の非平行成分を遮光する収束手段と、上記収束手段を通過した光を集光する第２の集光手段と、上記第２の集光手段によって集光される光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を検出する検出手段と、上記第２の集光手段によって集光されて上記試料を透過した光を遮光する遮光手段と、を備え、上記収束手段と上記遮光手段とが光学的に共役な位置に配置されている構成としてもよい。
【００２７】
上記の構成によれば、上記収束手段によって光源から照射される光の非平行成分、すなわち寄生散乱光を効果的に遮光できるので、上記遮光手段に対する寄生散乱光の入射面積を極めて小さくできる（原理的には光源から出射された光の平行成分が試料を透過して上記遮光手段に形成する像の面積内に限定できる。）。これにより、上記検出手段に対する寄生散乱光の入射面積を極めて小さくできる。
【００２８】
したがって、従来は超小角領域に隠れて検出できなかった試料からの散乱光、あるいは二次的寄生散乱光によるバックグラウンドノイズと区別できなかった試料からの散乱光を精度よく測定することができる。すなわち、上記遮光手段の位置と光学的に共役となる位置に微小開口を有する収束手段を備えることにより、光源から出射される光の広がり（寄生散乱）によるバックグラウンドノイズを非常に小さく（原理的にゼロに）することができるので、試料からの微弱な散乱光を、超小角領域まで非常に低いノイズレベルで精度よく測定することができる。
【００２９】
また、上記のような収束手段を、上記遮光手段と光学的に共役な位置に設けるだけでこのような効果を得られるので、試料からの散乱光を超小角領域まで精度よく検出できる光散乱測定装置を、製造コストを増大させることなく、容易に実現することができる。
【００３０】
また、上記光源から照射された光の平行成分が、この光の径路に試料を挿入しないときに上記検出手段の検出面に形成する像の半径をａ、測定時に上記試料を挿入する位置と上記検出手段における検出面との距離をｂとしたときに、ｔａｎ−１（ａ／ｂ）が１．２度以下であってもよい。
【００３１】
上記検出手段の検出面または上記遮光手段と光学的に共役な位置に上記収束手段を備えない従来の光散乱測定装置では、試料からの散乱光を測定可能な小角側の限界角度は約１．２度であった。これに対して、上記の構成によれば、従来の光散乱測定装置よりも小角な領域（超小角領域）における試料からの散乱光の測定を精度よく行うことができる。
【００３２】
また、上記微小開口の直径が上記光源から照射される光の波長以上１ｍｍ以下であってもよい。
【００３３】
上記の構成によれば、上記微小開口の直径を１ｍｍとすることにより、上記検出手段の検出面または上記遮光手段と光学的に共役な位置に上記収束手段を備えない従来の光散乱測定装置よりも、試料からの散乱光を測定可能な小角側の限界角度を小さくすることができる。
【００３４】
また、上記微小開口の直径は、原理的には、光学回析が顕著になる光源から照射される光の波長まで小さくすることが可能である。そして、上記微小開口の直径を小さく絞ることにより、試料からの散乱光の検出に有効な最小の実散乱角をさらに小さくすることができる。すなわち、上記微小開口の直径を適切に設定することにより、試料からの散乱光の検出に有効な小角側の限界角度を、原理的には１／１０００程度にまで小さくすることができる。
【００３５】
したがって、上記微小開口の直径を上記光源から照射される光の波長以上０．１ｍｍ以下とすることにより、試料からの散乱光の検出に有効な小角側の限界角度をより小さくすることができる。
【００３６】
また、上記第１の集光手段によって集光された光が、上記微小開口における当該光の光軸に垂直な面の中心で焦点を結ぶことが好ましい。
【００３７】
上記第１の集光手段によって集光される光の焦点を上記微小開口における当該光の光軸に垂直な面の中心とすることにより、上記光源から照射される光の平行成分を適切に通過させるとともに、非平行成分を適切に遮光することができる。したがって、上記検出手段に到達する上記光源から照射された光の非平行成分を適切に遮光できるので、試料からの微弱な散乱光を、超小角領域まで非常に低いノイズレベルで精度よく測定することができる。
【００３８】
また、上記遮光手段は、上記試料を透過した光の入射面に、当該光の進行方向に凹んだ凹部を備えていてもよい。
【００３９】
上記の構成によれば、上記遮光手段に入射した光が外部に漏れて迷光を生じることを防止できる。したがって、上記のような迷光によって散乱光の測定精度が低下することを防止できる。
【００４０】
また、上記遮光手段は、上記試料を透過した光の光量を減少させる半透過部材からなるものであってもよい。
【００４１】
上記の構成によれば、上記試料を透過した光の光量を減じて上記検出手段に入射させることができる。これにより、上記検出手段が上記試料を透過した光によって損傷を受けることを防止するとともに、当該検出手段によって上記試料を透過した光の測定（透過率測定）を行うことができる。
【００４２】
また、上記光源と第１の集光手段との間に、上記光源から照射される光の一部を遮光する第２の収束手段を備えてもよい。上記の構成によれば、バックグラウンドノイズをより効果的に低減できるので、試料からの散乱光の検出精度をさらに向上させることができる。
【００４３】
また、上記第２の集光手段と試料との間に、上記光源から照射される光の一部を遮光する第３の収束手段を備えてもよい。上記の構成によれば、上記収束手段のエッジ、あるいは各レンズの表面の微細な埃や傷などから生じる微弱な乱反射等をカットすることができる。したがって、試料からの散乱光の検出精度をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００４４】
以上のように、本発明の光散乱測定装置は、上記収束手段と上記検出器の検出面とが光学的に共役な位置に配置されている。
【００４５】
それゆえ、上記収束手段によって光源から照射される光の非平行成分（寄生散乱光）を効果的に遮光できるので、上記検出手段に対する寄生散乱光の入射面積を極めて小さくできる。したがって、試料からの微弱な散乱光を、超小角領域まで非常に低いノイズレベルで精度よく測定することができる。
【００４６】
また、上記収束手段を、上記検出手段の検出面と光学的に共役な位置に設けるだけでこのような効果を得られるので、試料からの散乱光を超小角領域まで精度よく検出できる光散乱測定装置を、製造コストを増大させることなく、容易に実現することができる。
【００４７】
また、本発明の他の光散乱測定装置は、上記収束手段と上記遮光手段とが光学的に共役な位置に配置されている。
【００４８】
それゆえ、上記収束手段によって光源から照射される光の非平行成分（寄生散乱光）を効果的に遮光できる。これにより、上記遮光手段に対する寄生散乱光の入射面積を極めて小さくでき、その結果、上記検出手段に対する寄生散乱光の入射面積を極めて小さくできる。したがって、試料からの微弱な散乱光を、超小角領域まで非常に低いノイズレベルで精度よく測定することができる。
【００４９】
また、上記収束手段を、上記遮光手段と光学的に共役な位置に設けるだけでこのような効果を得られるので、試料からの散乱光を超小角領域まで精度よく検出できる光散乱測定装置を、製造コストを増大させることなく、容易に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
本発明の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかる光散乱測定装置であるレーザー光散乱測定装置１の概略構成を示す断面図である。
【００５１】
図１に示すように、レーザー光散乱測定装置１は、レーザー光源（光源）１１、第１のレンズ１２、ピンホール板（収束手段、寄生散乱除去手段）１３、第２のレンズ１４、第３のレンズ１５、ビームストッパー（遮光手段）１６、検知器（散乱光検出手段）１７を備えている。
【００５２】
レーザー光源１１は、試料Ｓに照射する光を生成するものである。より詳細には、レーザー光源１１は、第１のレンズ１２に平行光を照射する。なお、レーザー光源１１の構成は特に限定されるものではなく、例えば固体レーザー、液体レーザー、気体レーザー、半導体レーザーなどを用いることができる。
【００５３】
ピンホール板１３は、直径０．１ｍｍのピンホールｄを有している。ピンホール板１３の材質は、ピンホールｄ以外の位置でレーザー光源１１からの光を遮光できるものであればよい。
【００５４】
第１のレンズ１２は、レーザー光源１１から出射された平行光（レーザー光源１１から照射される光の平行成分）を、ピンホール板１３に設けられたピンホールｄの位置に集光するように備えられている。すなわち、レーザー光源１１から出射された平行光は、第１のレンズ１２によって集光され、ピンホール板１３に設けられたピンホールｄの中心（上記平行光の光軸方向に垂直な面における中心）で焦点を結んでピンホールｄを通過するようになっている。
【００５５】
第２のレンズ１４は、ピンホール板１３に設けられたピンホールｄを通過したレーザー光源１１からの光を、平行光にして第３のレンズ１５に入射させるものである。
【００５６】
第３のレンズ１５は、第２のレンズ１４によって平行光にされたレーザー光源１１からの光を、試料Ｓに照射し、試料Ｓを介して検出器１７の直前に配置されたビームストッパー１６に集光するものである。すなわち、第３のレンズ１５を通過したレーザー光源１１からの光は、試料Ｓに照射される。そして、この試料Ｓを透過した光である直接光は、ビームストッパー１６の中心（直接光の光軸方向に垂直な面における中心）で焦点を結ぶ。
【００５７】
図２は、ビームストッパー１６に入射される直接光の光軸方向に対する角度θと、ビーム強度Ｉ（θ）との関係を示すグラフである。この図に示すように、ビームストッパー１６に入射する光の面積は、レーザー光源１１から出射された平行光（本影）の入射面積部分だけである。なお、試料Ｓで散乱した散乱光は、検出器１７におけるビームストッパー１６で覆われていない領域に入射し、この散乱光が検出器１７によって測定される。
【００５８】
ビームストッパー１６は、レーザー光源１１からの直接光、すなわち試料Ｓを透過したレーザー光源１１からの光が検出器１７に入射しないように遮光するものである。
【００５９】
図３はビームストッパー１６の断面図である。この図に示すように、ビームストッパー１６は、検出器１７の検出面に近接する位置に備えられている。また、ビームストッパー１６の形状は、直接光の光軸に対して垂直な方向の断面が直径２．５ｍｍの略円形であり、直接光の光軸に対して平行な方向の長さ（高さ）が２ｍｍとなっている。
【００６０】
また、ビームストッパー１６における直接光の入射面には、中心に向かうほど深く掘り込まれた擂り鉢状の凹部１６ａが形成されている。この凹部１６により、ビームストッパー１６に入射した直接光が外部に漏れて迷光を生じないようになっている。
【００６１】
また、ビームストッパー１６における直接光の入射面は、乱反射を生じないように艶消しの黒色に着色されている。なお、ビームストッパー１６の材質は、試料Ｓを透過した光を遮光でき、かつ、乱反射を生じないものであれば特に限定されるものではなく、例えば真鍮やアルミニウムなどの加工が容易な材料を用いてもよい。
【００６２】
検出器（二次元検出器）１７は、直接光の光軸に垂直な面内に配された多数の受光素子（光電変換素子）を備えている。これにより、各受光素子に入射された試料Ｓからの散乱光の光量に応じた電気信号を生成し、試料Ｓからの散乱光の２次元分布および光量を検出するものである。
【００６３】
なお、ピンホール板１３に設けたピンホールｄの直径は０．１ｍｍ、ピンホール板１３と第２のレンズ１４との間隔は２．５ｃｍ、第２のレンズ１４と検出器１７との間隔は５０ｃｍ、試料Ｓと検出器１７との間隔（カメラ距離）は４６ｃｍである。
【００６４】
以上のように、本実施形態にかかるレーザー光散乱測定装置１では、レーザー光源１１から出射される平行光が、ピンホール板１３におけるピンホールｄの位置、および、ビームストッパー１６の位置で焦点を結ぶ。すなわち、ピンホール板１３とビームストッパー１６とは互いに共役となる位置に備えられている。
【００６５】
これにより、レーザー光源１１からの寄生散乱光を効果的に遮光できるので、検出器１７における寄生散乱光の入射面積を極めて小さく、原理的にはレーザー光源１１から出射された平行光（本影）が試料Ｓを透過してビームストッパー１６に投影されてなる像の面積内に限定できる。
【００６６】
この点について、さらに詳しく説明する。一般に、光束の径に制限を加える場合には、目的とする本影以外に目的としない寄生散乱光が必ず発生する。このため、例えば上記した従来技術の構成を示す図８では、光源１０１出口での寄生散乱等による非平行成分を除く目的で絞り１０３が設けられているが、元の寄生散乱の二次的寄生散乱を防ぐことができない。したがって、従来は、検出器に到達する二次的寄生散乱光により、超小角領域における試料からの散乱光を検出できなかった。あるいは、試料からの微弱な散乱光を、二次的寄生散乱によるバックグラウンドノイズと区別することが困難であり、測定結果の定量性に問題があった。
【００６７】
一方、本実施形態にかかるレーザー光散乱測定装置１におけるピンホール板１３（ピンホールｄ）でも二次的寄生散乱は生じるものの、ピンホールｄの径を十分に小さくすれば、二次的寄生散乱の発生源はピンホールｄの中心に近似できる。この場合、ピンホールｄの中心を通過する光は、本影と寄生散乱の区別無く、第２のレンズ１４の下流において平行光となる。そして、発散する成分を取り除かれた平行光は、第３のレンズ１５により、検出器１７の検出面に配置されたビームストッパー１６で原理的に一点に焦点を結ぶ。したがって、この焦点以外での二次的寄生散乱によるバックグラウンドノイズは原理的にゼロとなる。
【００６８】
すなわち、第１のレンズ１２によって集光される光の焦点をピンホール１３の中心とすることにより、レーザー光源１１から照射される光の平行成分を適切に通過させるとともに、非平行成分を適切に遮光することができる。したがって、検出器１７に到達するレーザー光源１１から照射された光の非平行成分（寄生散乱光）を適切に遮光できるので、試料Ｓからの微弱な散乱光を、超小角領域まで非常に低いノイズレベルで精度よく測定することができる。
【００６９】
また、本影のみを遮光するサイズのビームストッパーを設けることで、本影以外の領域では寄生散乱光が検出器に入射せず、試料からの散乱光だけを検出することができる。それゆえ、従来は超小角領域に隠れて検出できなかった試料からの散乱光、あるいは二次的寄生散乱光によるバックグラウンドノイズと区別できなかった試料からの散乱光を精度よく測定することが可能である。すなわち、ビームストッパー位置と光学的に共役となる位置にピンホールを設けたピンホール板（収束光学系）を用いることにより、入射レーザー光の広がり（寄生散乱）によるバックグラウンドノイズを原理的にゼロにすることができるので、試料からの微弱な散乱光を、超小角領域まで非常に低いノイズレベルで有効に測定することが可能である。
【００７０】
また、ピンホール板１３を、ビームストッパー１６と光学的に共役な位置に設けるだけでこのような効果を得られるので、製造コストを増大させることなく、容易に超小角領域における散乱測定の精度を向上させることができる。
【００７１】
なお、上記したように、本実施形態におけるレーザー光散乱装置１では、ピンホール板１３に設けたピンホールｄの直径は０．１ｍｍ、ピンホール板１３と第２のレンズ１４との間隔を２．５ｃｍ、第２のレンズ１４と検出器１７との間隔を５０ｃｍ、試料Ｓと検出器１７との間隔（カメラ距離）を４６ｃｍとしている。
【００７２】
この場合、直径０．１ｍｍのピンホールｄを通過した光は、（５０ｃｍ／２．５ｃｍ）×０．１ｍｍ＝２ｍｍより、検出器１７では直径２ｍｍの直接光として投影される。
【００７３】
レーザー光散乱測定装置１では、この直接光を、余裕を持って覆うことができるように、ビームストッパー１６の直接光の光軸に垂直な面の直径を２．５ｍｍ（半径０．１２５ｃｍ）としている。したがって、散乱光の検出に有効な最小の実散乱角は、ｔａｎ−１（０．１２５／４６）＝０．１５６度となっている。なお、鏡面反射角や結晶学でいう散乱角は、この実散乱角の半分である。
【００７４】
一方、ビームストッパー１６と共役となる位置にピンホール（絞り）ｄを設けない従来の構成では、カメラ距離（試料（検体）Ｓと検出器１７との距離）が４６ｃｍの場合、直径２０ｍｍ（半径１ｃｍ）程度のビームストッパーが必要であった。これを実散乱角になおすと、ｔａｎ−１（１／４６）＝１．２度ということになる。したがって、この場合、実散乱角が１．２度未満の測定は不可能である。
【００７５】
なお、レーザー光散乱測定１において、散乱光の検出に有効な最小の実散乱角が１．２度となる場合（直径２０ｍｍのビームストッパー１６が必要となる場合）のピンホールｄの直径ｄ１は、（５０ｃｍ／２．５ｃｍ）×ｄ１＝２０ｍｍより、１ｍｍである。したがって、レーザー光散乱測定装置１において、直径１ｍｍ以下のピンホールｄを有するピンホール板１３を用いることにより、従来の光散乱測定装置よりも、散乱光の検出に有効な最小の実散乱角を小さくすることができる。
【００７６】
したがって、本実施形態にかかるレーザー光散乱装置１では、ビームストッパー１６と光学的に共役な位置にピンホールｄを設けない従来の構成に比べて、約１桁小さい散乱角まで測定することが可能である。
【００７７】
なお、第１のレンズ１２とピンホール板１３との間隔は特に限定されるものではない。第１のレンズ１２とピンホール板１３との間隔が５ｃｍ〜１０ｃｍであれば試料Ｓの散乱光測定に悪影響を与えないことを実際に確認した。また、上記した以外の各部材間の間隔は任意に設定すればよい。
【００７８】
また、本実施形態では、ピンホール板１３に設けるピンホールｄの直径を０．１ｍｍとしているが、これに限るものではない。ピンホールｄの直径は、原理的には、光学回析が顕著になるレーザー光源１１から照射される光の波長（数百ｎｍ）まで小さくすることが可能である。したがって、ピンホールｄの直径を小さく絞ることにより、散乱光の検出に有効な最小の実散乱角をさらに小さくすることができる。すなわち、レーザー光散乱測定装置１において、ピンホールｄの直径を適切に設定することにより、光散乱実験（散乱光測定）で測定可能な小角側の限界角度（散乱光の検出に有効な最小の実散乱角）を、少なくとも従来の１／１０以下、原理的には１／１０００程度にまで小さくすることができる。
【００７９】
言い換えれば、入射光のにじみ（寄生散乱）を切ることこそが、散乱光の検出に有効な最小の実散乱角を小さくするため、あるいは小角領域における微弱光の測定精度を向上させるためのカギであり、本発明によって入射光のにじみ（寄生散乱）が抑制できるからこそ、ビームストッパー１６の直径を小さくできるといえる。
【００８０】
また、レーザー光散乱測定装置１における各部材の寸法および各部材間の間隔（距離）は、上記した数値に限るものではない。また、第１のレンズ１２、第２のレンズ１４、第３のレンズ１５の屈折率についても適宜設定すればよい。ただし、上記したように、試料Ｓに照射する直接光の面積が小さくなると、試料Ｓの散乱光の検出において、顕微性が増す代わりに統計的平均性は低下する。逆に、試料Ｓに照射する直接光の面積が大きくなると、試料Ｓの散乱光の検出において、顕微性が低下する代わりに統計的平均性は増す。
【００８１】
したがって、第３のレンズ１５の屈折率、および、第３のレンズ１５と試料Ｓとの距離は、測定したいデータの特性に応じて、ピンホールｄの直径を設定することが好ましい。なお、より小角な領域まで測定したい場合には、第３のレンズ１５の屈折率を小さくし、第３のレンズ１５と試料Ｓとの間隔を狭く（試料Ｓと検出器１７の検出面との間隔（カメラ距離）を広く）設定すればよい。逆に、広角領域の測定が必要な場合には、第３のレンズ１５の屈折率を大きくし、第３のレンズ１５と試料Ｓとの間隔を広く（試料Ｓと検出器１７の検出面との間隔を狭く）設定すればよい。
【００８２】
また、レーザー光散乱装置１では、第１のレンズ１２の焦点を精度よくピンホールｄの中心（第１のレンズ１２によって集光される光の光軸方向に垂直な面における中心）に設定し、かつ、第３のレンズ１５の焦点を精度よく検出器１７の検出面に配置されたビームストッパー１６の中心（ビームストッパー１６に入射する直接光の光軸方向に垂直な面の中心）に設定することが好ましい。第１のレンズ１２および第３のレンズ１５をこのように設定することにより、レーザー光源１１からの寄生散乱光を適切に遮光できるので、ビームストッパー１６によって二次的寄生散乱光が検出器１７における検出面に到達することを確実に防止でき、散乱光の検出に有効な最小の実散乱角を小さくすることができる。
【００８３】
また、本実施形態では、第１のレンズ１２、第２のレンズ１４、第３のレンズ１５を備えた構成について説明しているが、これに限るものではなく、ピンホールｄとビームストッパー１６または検出器１７の検出面とが互いに光学的に共役な位置に設けられていればよい。また、第１のレンズ１２、第２のレンズ１３、第３のレンズ１４は、それぞれ、複数のレンズからなるレンズ群であってもよい。
【００８４】
また、ビームストッパー１６の形状は、図３に示した形状に限るものではなく、少なくとも試料Ｓを透過した直接光を遮光できる形状であればよい。すなわち、レーザー光散乱測定装置１では、上記したように、レーザー光源１１からの寄生散乱光をピンホール板１３で適切に遮光しているので、レーザー光源１１からの直接光を遮光することにより、原理的には試料Ｓからの散乱光以外のレーザー光源１１から出射された光を全て遮光できることになる。
【００８５】
なお、ビームストッパー１６の光軸方向に垂直な面の面積が大きいほど、検出器１７において試料Ｓからの散乱光を検出できる面積が小さくなる（測定可能な角度範囲の下限値が狭くなる）ので、ビームストッパー１６における光軸方向に垂直な面の面積は、レーザー光源１１からの直接光を遮光できる範囲内で、できるだけ小さくすることが好ましい。ただし、ピンホールｄの位置がビームストッパー１６または検出器１７の検出面に対してわずかにずれている場合など、寄生散乱光を適切に遮光できない場合には、ビームストッパー１６のサイズを、寄生散乱光を遮光できるサイズにすることが好ましい。
【００８６】
また、本実施形態では、ビームストッパー１６を検出器１７の検出面上に配置しているが、これに限るものではない。例えば、検出面よりもレーザー光源１１側に配置してもよい。また、ビームストッパー１６の一部または全部が検出器１７の検出面内に入り込んだ構成としてもよい。
【００８７】
ただし、ビームストッパー１６が検出器１７の検出面から試料Ｓ側に離れた位置にあるほど、上記検出手段の検出面において、試料からの散乱光に対して当該遮光手段の影となる部分の面積が大きくなる。また、検出面に対して試料Ｓと反対側に離れた位置にある場合には、検出面に投影される直接光の面積が大きくなる。したがって、ビームストッパー１６は、検出器１７の検出面に近接する位置に設けることが好ましい。これにより、検出器１７における、試料Ｓからの散乱光を測定可能な面積を大きくすることができる。すなわち、より小角な領域まで測定することができる。
【００８８】
なお、ビームストッパー１６を検出器１７の検出面に対して試料Ｓと反対側に配置する場合、ピンホール１３と検出器１７の検出面とが光学的に共役な位置となるように配置してもよい。
【００８９】
また、例えば、検出器１７が直接光のビーム強度に対して十分な耐久性を有する場合には、ビームストッパー１６を設けず、試料Ｓを透過した直接光がそのまま検出器１７に入射する構成としてもよい。この場合、検出器１７における検出面と光学的に共役な位置にピンホールｄが位置するようにすればよい。
【００９０】
また、例えば、図３に示したビームストッパー１６に代えて、図４に示すビームストッパー１８を用いてもよい。
【００９１】
ビームストッパー１８は、この図に示すように、直接光の入射面が、その中心に向かうほど深く掘り込まれた擂り鉢状の凹部１８ａを有し、その中心部分に検出器１７側まで貫通した貫通孔１８ｂを備え、この貫通孔１８ｂ内にＮＤ（ニュートラル デンシティ フィルタ）フィルター１９を備えている。ここで、ＮＤフィルター１９は、半透過性の部材であり、試料Ｓを透過した光の光量を、検出器１７が耐えうる程度の光量にまで減じるためのものである。なお、貫通孔１８ｂのサイズは特に限定されるものではないが、例えば０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度とすればよい。また、ビームストッパー１８の色、材質については、ビームストッパー１６と同様に選択すればよい。
【００９２】
このように、貫通孔１８ｂおよびＮＤフィルター１９を備えた半透過型のビームストッパー１８を用いることにより、検出器１７におけるビームストッパー１８の背後に位置する領域を、透過光（直接光）モニターとして用いることができる。すなわち、直接光の光量を減じて検出器１７に入射させることにより、検出器１７が直接光によって損傷を受けることを防止するとともに、検出器１７によって直接光の測定を行うことができる。また、ＮＤフィルター等の半透過部材のみからなるビームストッパーを用いてもよく、この場合にもビームストッパー１８を備える場合と略同様の効果を奏する。
【００９３】
また、レーザー光源１１から試料Ｓまでの光路中に、ピンホール板１３に加えて、さらに他のピンホール板（絞り）を設けてもよい。例えば、図１１に示すように、光源１１とレンズ１２との間にピンホール板（絞り）２１を挿入してもよい。このピンホール板２１に設けるピンホールの直径は、特に限定されるものではないが、例えば２ｍｍとしてもよい。この場合、レンズ１２とレンズ１４の作用により、レンズ１４の下流における光束の直径を１ｍｍ以下とすることができる。したがって、バックグラウンドノイズをより効果的に低減できるので、試料Ｓからの散乱光の検出精度をさらに向上させることができる。
【００９４】
また、図１１に示すように、レンズ１５とサンプルＳとの間にピンホール板（絞り）２２を挿入してもよい。このピンホール板２２に設けるピンホールの直径は、特に限定されるものではないが、例えば１ｍｍとしてもよい。ピンホール板２２を設けることにより、ピンホール板２１および１３のエッジ、あるいは各レンズの表面の微細な埃や傷から生じる微弱な乱反射等をカットすることができるので、試料Ｓからの散乱光の検出精度をさらに向上させることができる。なお、各ピンホール板のピンホールの中心と、光束の中心とを一致させることが好ましい。
【００９５】
また、本実施形態では、ピンホールｄとビームストッパー１６または検出器１７の検出面を光学的に共役な位置に配置するとしている。ここで、光学的に共役な位置とは、必ずしも厳密に共役でなくても、実質的に共役とみなせる位置であればよい。例えば、各部材の公差や組み立て誤差程度のずれであれば、十分に本発明の効果を得ることができる。なお、ビームストッパー１６または検出器１７と光学的共役となる位置からずれが生じる可能性がある場合には、ビームストッパー１６における直接光の光軸に垂直な面の面積を、直接光の入射面積よりもやや大きくしておくことが好ましい。
【００９６】
また、本実施形態では、光源としてレーザー光源を用いた光散乱測定装置について説明したが、本発明を適用できる対象はこれに限るものではない。例えば、本発明の概念を、レーザー光以外の光を用いた光散乱測定装置に適用することも可能である。なお、本明細書における光とは、電場と磁場の振動が媒質中（例えば空気中）あるいは真空中を伝搬する現象を生じるもの全般を指す。
【００９７】
例えば、Ｘ線や中性子なども本明細書における光に含まれる。すなわち、本発明の概念は、Ｘ線散乱測定装置（光散乱測定装置）や中性子散乱測定装置（光散乱測定装置）に適用することもでき、検出器の検出面またはビームストッパーと共役となる位置に絞り（収束手段）を設けることにより、レーザー光散乱測定装置に適用する場合と略同様の効果を得ることができる。
【００９８】
なお、本発明を小角Ｘ線散乱測定装置に適用する場合、本実施形態に記載したレーザー光散乱測定装置１における各部材に代えて、あるいはレーザー光散乱測定装置１における各部材に加えて、Ｘ線散乱測定装置の分野で従来から公知の種々の部材を用いることができる。例えば、レーザー光散乱測定装置における光学レンズと同様の機能を担う部材（集光手段）として、M. Awaji, Y. Suzuki, A. Takeuch, H. Takano, N. Kamijo, S. Tamura, M. Yasumoto, 「X-ray imaging microscopy at 25keV with Fresnel zone plate optics」, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, （Netherland（オランダ））, Elsevier（エルゼビア）, 2001年7月21日, vol 467-468, 第2号, p.845-847 に記載されているフレネル・ゾーンプレート（Fresnel zone plate）などを用いることができる。また、Ｘ線源（光源）として、Ｘ線管球や回転対陰型Ｘ線発生装置、シンクロトロン放射光発生装置などを用いることができる。
【００９９】
同様に、本発明を小角中性子散乱測定装置に適用する場合にも、本実施形態に記載したレーザー光散乱測定装置１における各部材に代えて、あるいはレーザー光散乱測定装置１における各部材に加えて、中性子散乱測定装置の分野で従来から公知の種々の部材を用いることができる。例えば、集光手段として、H. M. Shimizu, T. Adach, M. Furusaka, Y. Kiyanagi, T. Oku, H. Sasao, T. Shinohara, J. Suzuki, 「Neutron optics and a superconducting magnetic lens for small-angle neutron scattering with focusing geometry」, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, （Netherland（オランダ））, Elsevier（エルゼビア）, 2004年8月21日, vol 529, 第1-3号, p.5-9に記載されている磁気レンズ（magnetic lens）や、物質レンズ（中性子線に対する密度に勾配を持たせた部材）を用いることができる。また、中性子源（光源）として、原子炉を用いてもよく電子加速器や陽子加速器を用いてもよい。
【０１００】
〔測定例１〕
本実施形態にかかるレーザー光散乱装置１を用いて行った散乱測定結果の一例について説明する。
【０１０１】
なお、この測定では、レーザー光散乱測定装置１における検出器１７として、アド・サイエンス社のShad-o-Box 2048を用いた。なお、このShad-o-Box 2048は、直径４８μｍのフォトダイオードからなるピクセルを１０２４×２０４８ピクセル備えた２次元配列のフォトダイオードアレイからなるＸ線および光用の２次元検出器である。
【０１０２】
また、試料Ｓとして、電子顕微鏡用の格子間隔０．１２７ｍｍの試料メッシュ（応研商事株式会社から購入。カタログ番号：ＤＮ２００メッシュ）を用いた。
【０１０３】
図５（ａ）は、上記検出器１７による二次元の回折パターンであり、図５（ｂ）は、その一次元の強度分布を示すグラフである。
【０１０４】
図５（ｂ）に示すように、レーザー光散乱測定装置１によれば、肉眼でも見える程の格子からの一次の回折ピーク（一次ピーク）を僅か４６ｃｍのカメラ距離（試料Ｓと検出器１７との距離）で完全に分解（測定）することができた。しかも、一次ピークとビームストッパーの影（０〜２６ピクセル、図中ａ参照）との間の極小角領域（図中ｂ参照）でのバックグラウンドノイズも広角領域のバックグラウンドノイズ（図中ｃ参照）と同程度に低かった。
【０１０５】
〔測定例２〕
本実施形態にかかるレーザー光散乱装置１を用いて行った散乱測定結果の他の例について説明する。なお、測定に用いた検出器１７は、測定例１と同じものである。
【０１０６】
試料Ｓとして、厚さ１００ｎｍのポリスチレンとポリビニルメチルエーテルとをブレンドした高分子薄膜を用意し、この試料Ｓの加熱による相分離過程を観察した。
【０１０７】
また、比較のために、ビームストッパー１６と共役となる位置にピンホールを備えない従来の構成からなるレーザー光散乱装置を用いて同一試料を観察した。なお、この比較用のレーザー光散乱装置は、図８に示した絞り１０３のような絞りを多重に挿入することにより、小角領域でのノイズレベルの低減を図ったものを用いた。
【０１０８】
図６（ａ）は、上記した比較用のレーザー光散乱装置による想定結果を示すグラフであり、図６（ｂ）は、本実施形態にかかるレーザー光散乱測定装置１による測定結果を示すグラフである。なお、図６（ａ）および図６（ｂ）において、横軸は散乱ベクトルと呼ばれる散乱角の関数（ｑ＝４πｓｉｎθ／λ、λは光の波長であり、この測定ではλ＝０．６３３μｍ）であり、縦軸は検出器１７によって検出した光の強度Ｉ（ｑ）である。
【０１０９】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、ビームストッパー近傍の無効データ（各図における点線部）のノイズレベルは、図６（ｂ）の方が１桁以上低くなっている。これにより、本実施形態にかかるレーザー光散乱測定装置１では、比較用のレーザー光散乱測定装置に比べて、ビームストッパー近傍の超小角領域における散乱光を測定可能になっていることがわかる。
【０１１０】
また、各図における点線の右側に示した有効データにおいても、ビームストッパーに近い小角領域におけるノイズレベルが大幅に低減されていることがわかる。これにより、ピーク強度が小さい散乱光についても構造を反映した極大の位置を同定することが可能となっている。したがって、薄膜などの微弱な散乱しか得られない試料に対しても超小角領域での定量的解析が可能である。
【０１１１】
〔測定例３〕
本実施形態にかかるレーザー光散乱装置１を用いて行った散乱測定結果のさらに他の例について説明する。この測定例は、レーザー光散乱装置１を用いて、ポリスチレンスルホン酸ナトリウムとポリビニルアルコールとの混合水溶液（モル比４：６、合計濃度１．２ｍｏｌ／ｌ）を室温から５９度へ昇温させた際に形成される凝集構造の形成過程を時分割測定したものである。
【０１１２】
本測定例では、レーザー光散乱装置１の構成を図１１に示すように変更して測定を行った。
【０１１３】
つまり、サンプルＳに入射する光束の直径を１ｍｍ以下とする目的のため、光源１１とレンズ１２との間に直径２ｍｍのピンホールを有するピンホール板（絞り；第２の収束手段）２１を挿入した。なお、この場合、レンズ１２とレンズ１４の作用によりレンズ１４の下流では光束の直径が１ｍｍ以下となる。
【０１１４】
また、レンズ１５とサンプルＳとの間に直径１ｍｍの補助的なピンホールを有するピンホール板（絞り；第３の収束手段）２２を挿入した。このピンホール板２２を設けることにより、ピンホール板２１および１３のエッジ、あるいは各レンズの表面の微細な埃や傷から生じる微弱な乱反射等をカットすることができる。
【０１１５】
また、この測定例では、レーザー光散乱装置１における各部の寸法を、下記のように設定して測定を行った。なお、検出器１７については、測定例１および２と同じものを用いた。
【０１１６】
光源１１とレンズ１２との間隔を１ｍとした。なお、この値は特に限定されるものではなく、任意に設定してもよい。
【０１１７】
レンズ１２とピンホール１３との間隔を１０ｃｍ＋α（α＝数ミリ〜１ｃｍ程度）とした。これは、レンズ１２として焦点距離１０ｃｍのレンズを用いていたが、レーザー光の僅かな発散角により、ピンホール１３で焦点を結ばせるには、原理的焦点距離１０ｃｍより僅かに長く設定する必要があったためである。つまり、本測定例では、レンズ１２とピンホール１３との間隔を、光源から出射されてレンズ１２を通過した光がピンホール１３（ピンホール１３の中心）で焦点を結ぶように設定した。
【０１１８】
ピンホール１３とレンズ１４との間隔を５ｃｍとした。なお、レンズ１４として焦点距離５ｃｍのレンズを用いた。
【０１１９】
レンズ１４とレンズ１５との間隔を２０ｃｍとした。なお、この値は特に限定されるものではなく、任意に設定してもよい。
【０１２０】
レンズ１５と検出器１７との間隔を４０ｃｍとした。なお、レンズ１５として焦点距離４０ｃｍのレンズを用いた。
【０１２１】
サンプルＳと検出器１７との間隔（カメラ距離）を１４ｃｍとした。なお、この測定例では、比較的広角（ｑ値の大きい領域）までデータが必要であったので、限られた検出器１７の検出面積を有効に利用するため、カメラ距離を比較的短く（１４ｃｍ）設定した。
【０１２２】
ピンホール１３の直径を０．３ｍｍとした。また、ビームストッパー１６の直径を４ｍｍとした。なお、本測定例では、汎用性を考えてピンホール１３およびビームストッパー１６の直径を製造限界に対して余裕のある値を用いているが、これに限るものではない。より小角な領域の測定を必要とする場合には、ピンホール１３およびビームストッパー１６の直径をさらに小さくすることが好ましい。なお、ピンホール１３およびビームストッパー１７の直径は、上記各値の１／３程度であれば、装置の微調整によって容易に実現できる。
【０１２３】
図１０（ａ）は測定結果の生データを示すグラフであり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示した生データからバックグラウンドノイズ（Ｂ．Ｇ．）を含む時刻０での散乱スペクトルを差し引いた結果を示すグラフであり、上記混合水溶液の構造の変化部分だけを示すものである。なお、これらの図において、横軸は散乱ベクトルｑ（ｑ＝４πｓｉｎθ／λ、λは光の波長であり、この測定ではλ＝０．６３３μｍ）であり、縦軸は検出器１７によって検出した光の強度Ｉ（ｑ）である。
【０１２４】
図１０（ａ）に示したように、バックグラウンドノイズを含む時刻０での散乱スペクトル（いちばん下の点線；図中のｋ）は、光の強度Ｉの値が小さく、かつ、ビームストッパーの近傍まで（ｑの値が非常に小さな超小角領域まで）平らで良質なものである。このことは、レーザー光散乱装置１を用いることにより、超小角領域までバックグラウンドノイズの非常に小さい測定を行うことができ、光の強度Ｉの値が非常に小さい場合であっても散乱スペクトルを正確に測定できることを意味する。
【０１２５】
また、図１０（ａ）と図１０（ｂ）とを見比べると、散乱スペクトルが極大値を示す位置などの重要な情報は、図１０（ａ）に示した生データでも凝集構造の形成過程に関する議論に用いることができるほど非常に良質であることがわかる。
【０１２６】
従来、例えば上記のような混合水溶液における構造の変化を時間の経過に沿って追跡する場合、構造の変化部分を明瞭にする目的で基準となるものを差し引いた散乱スペクトルが科学的議論の対象とされていた。ここで、上記の基準としては、通常、バックグラウンドノイズや時刻０での散乱スペクトルが用いられる。
【０１２７】
これに対して、レーザー光散乱装置１によれば、上記のように、バックグラウンドノイズが非常に小さく、時刻０における非常に小さな値の散乱スペクトルまで正確に測定できる（平らで良質な散乱スペクトルを測定できる）。したがって、従来よりも信頼性の高い測定結果を得ることができる。また、従来のように生データからバックグラウンドノイズや時刻０での散乱スペクトルをわざわざ差し引くことなく、構造の経時的変化に関する科学的議論を行うことができる。
【０１２８】
このように、上記した測定例１〜３は、本発明の効果を実証するための試作機を用いて行った予備実験のデータであるが、この時点ですでに国内外の市販装置や学術論文等に見られる小角性能を遥かに上回っている。すなわち、既存の装置においてバックグラウンドノイズの影響を受けずに測定可能な最小角度は、約１．２度であるのに対して、この試作機では、約０．１度であった。したがって、この試作機は現状においても十分に実用化可能な性能を備えているといえる。なお、この試作機に用いた各部材よりも良質の光学部品を用いるとともに、各レンズの焦点距離やピンホールのサイズ、ビームストッパーのサイズなどを最適化することにより、小角領域における測定性能をさらに向上させることができる。
【０１２９】
なお、偏光板と検光板とを用いたいわゆる偏光解消光散乱法では、０度から測定可能であることをうたった小角散乱装置もあるが、これは、試料の配向情報を得るための装置であり、本発明とは測定対象が異なっている。
【０１３０】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明の光散乱測定装置は、試料に照射した光（例えば、レーザー光、Ｘ線、中性子等）の散乱光を測定する光散乱測定装置全般に適用することができる。また、超小角領域における試料からの散乱光測定を精度よく行うことができるので、高分子物質、コロイド溶液、生物等のソフトマテリアルを対象とした超小角領域におけるサブミクロン領域あるいはサブミリ領域における構造解析のための散乱測定に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる散乱測定装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した散乱測定装置においてビームストッパーに入射される光の光軸方向に対する角度とビーム強度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態にかかる光散乱測定装置に備えられるビームストッパーの一例を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる光散乱測定装置に備えられるビームストッパーの他の例を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の一実施形態にかかる光散乱測定装置による測定結果から得られた二次元の回折パターンであり、図５（ｂ）は、その一次元の強度分布を示すグラフである。
【図６】図６（ａ）は、従来のレーザー光散乱装置によって高分子薄膜の加熱による相分離過程を観察した結果を示すグラフであり、図６（ｂ）は、本発明の一実施形態にかかる光散乱測定装置によって上記高分子薄膜の加熱による相分離過程を観察した結果を示すグラフである。
【図７】従来の構成からなるレーザー光散乱測定装置の概略構成を示す断面図である。
【図８】図７のレーザー光散乱測定装置における、光源から出射される平行光、および寄生散乱光を示した断面図である。
【図９】図７のレーザー光散乱測定装置における、環状集光レンズおよびビームストッパーに入射される光の、光軸に対する角度とビーム強度との関係を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は本発明のレーザー光散乱測定装置を用いて行った測定結果を示すグラフである。（ｂ）は、（ａ）に示した生データからバックグラウンドノイズを含む時刻０での散乱スペクトルを差し引いた結果を示すグラフである。
【図１１】図１０（ａ）の測定に用いた散乱測定装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１ ビーム光散乱測定装置（光散乱測定装置）
１１ レーザー光源（光源）
１２ 第１のレンズ（第１の集光手段）
１３ ピンホール板（収束手段）
１４ 第２のレンズ（第２の集光手段）
１５ 第３のレンズ（第２の集光手段）
１６ ビームストッパー（遮光手段）
１６ 凹部
１７ 検出器（検出手段）
１８ ビームストッパー（遮光手段）
１８ａ 凹部
１８ｂ 貫通孔
１９ ＮＤフィルター（半透過部材）
２１ ピンホール板（第２の収束手段）
２２ ピンホール板（第３の収束手段）
ｄ ピンホール（微小開口）
θ 直接光の光軸に対する角度
Ｉ（θ） ビーム強度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から照射した光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を測定する光散乱測定装置であって、
上記光源から照射される光を集光する第１の集光手段と、
上記光源から照射される光の平行成分を通過させる微小開口を有し、上記光源から照射される光の非平行成分を遮光する収束手段と、
上記収束手段を通過した光を集光する第２の集光手段と、
上記第２の集光手段によって集光される光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を検出する検出手段と、を備え、
上記収束手段と上記検出器の検出面とが光学的に共役な位置に配置されていることを特徴とする光散乱測定装置。
【請求項２】
光源から照射した光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を測定する光散乱測定装置であって、
上記光源から照射される光を集光する第１の集光手段と、
上記光源から照射される光の平行成分を通過させる微小開口を有し、上記光源から照射される光の非平行成分を遮光する収束手段と、
上記収束手段を通過した光を集光する第２の集光手段と、
上記第２の集光手段によって集光される光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を検出する検出手段と、
上記第２の集光手段によって集光されて上記試料を透過した光を遮光する遮光手段と、を備え、
上記収束手段と上記遮光手段とが光学的に共役な位置に配置されていることを特徴とする光散乱測定装置。
【請求項３】
上記光源から照射された光の平行成分が、この光の径路に試料を挿入しないときに上記検出手段の検出面に形成する像の半径をａ、測定時に上記試料を挿入する位置と上記検出手段における検出面との距離をｂとしたときに、ｔａｎ−１（ａ／ｂ）が１．２度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光散乱測定装置。
【請求項４】
上記微小開口の直径が上記光源から照射される光の波長以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光散乱測定装置。
【請求項５】
上記第１の集光手段によって集光された光が、上記微小開口における当該光の光軸に垂直な面の中心で焦点を結ぶことを特徴とする請求項１または２に記載の光散乱測定装置。
【請求項６】
上記遮光手段は、上記試料を透過した光の入射面に、当該光の進行方向に凹んだ凹部を備えていることを特徴とする請求項２に記載の光散乱測定装置。
【請求項７】
上記遮光手段は、上記試料を透過した光の光量を減少させる半透過部材からなることを特徴とする請求項２に記載の光散乱測定装置。
【請求項８】
上記光源と第１の集光手段との間に、
上記光源から照射される光の一部を遮光する第２の収束手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の光散乱測定装置。
【請求項９】
上記第２の集光手段と試料との間に、
上記光源から照射される光の一部を遮光する第３の収束手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の光散乱測定装置。
【請求項１】
光源から照射した光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を測定する光散乱測定装置であって、
上記光源から照射される光を集光する第１の集光手段と、
上記光源から照射される光の平行成分を通過させる微小開口を有し、上記光源から照射される光の非平行成分を遮光する収束手段と、
上記収束手段を通過した光を集光する第２の集光手段と、
上記第２の集光手段によって集光される光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を検出する検出手段と、を備え、
上記収束手段と上記検出器の検出面とが光学的に共役な位置に配置されていることを特徴とする光散乱測定装置。
【請求項２】
光源から照射した光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を測定する光散乱測定装置であって、
上記光源から照射される光を集光する第１の集光手段と、
上記光源から照射される光の平行成分を通過させる微小開口を有し、上記光源から照射される光の非平行成分を遮光する収束手段と、
上記収束手段を通過した光を集光する第２の集光手段と、
上記第２の集光手段によって集光される光を試料に入射させたときに生じる当該試料からの散乱光を検出する検出手段と、
上記第２の集光手段によって集光されて上記試料を透過した光を遮光する遮光手段と、を備え、
上記収束手段と上記遮光手段とが光学的に共役な位置に配置されていることを特徴とする光散乱測定装置。
【請求項３】
上記光源から照射された光の平行成分が、この光の径路に試料を挿入しないときに上記検出手段の検出面に形成する像の半径をａ、測定時に上記試料を挿入する位置と上記検出手段における検出面との距離をｂとしたときに、ｔａｎ−１（ａ／ｂ）が１．２度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光散乱測定装置。
【請求項４】
上記微小開口の直径が上記光源から照射される光の波長以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光散乱測定装置。
【請求項５】
上記第１の集光手段によって集光された光が、上記微小開口における当該光の光軸に垂直な面の中心で焦点を結ぶことを特徴とする請求項１または２に記載の光散乱測定装置。
【請求項６】
上記遮光手段は、上記試料を透過した光の入射面に、当該光の進行方向に凹んだ凹部を備えていることを特徴とする請求項２に記載の光散乱測定装置。
【請求項７】
上記遮光手段は、上記試料を透過した光の光量を減少させる半透過部材からなることを特徴とする請求項２に記載の光散乱測定装置。
【請求項８】
上記光源と第１の集光手段との間に、
上記光源から照射される光の一部を遮光する第２の収束手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の光散乱測定装置。
【請求項９】
上記第２の集光手段と試料との間に、
上記光源から照射される光の一部を遮光する第３の収束手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の光散乱測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２７５９９８（Ｐ２００６−２７５９９８Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５３７９１（Ｐ２００５−２５３７９１）
【出願日】平成１７年９月１日（２００５．９．１）
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月１日（２００５．９．１）
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
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