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JP4029794B2 - Aerosol particle concentration measuring method, apparatus, and composite structure manufacturing apparatus including the same - Google Patents

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JP4029794B2
JP4029794B2 JP2003281700A JP2003281700A JP4029794B2 JP 4029794 B2 JP4029794 B2 JP 4029794B2 JP 2003281700 A JP2003281700 A JP 2003281700A JP 2003281700 A JP2003281700 A JP 2003281700A JP 4029794 B2 JP4029794 B2 JP 4029794B2
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平岡純治
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Toto Ltd
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Toto Ltd
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Description

本発明は、微粒子がガス中に分散させたエアロゾル高速自由流の粒子濃度、粒子濃度分布測定方法、測定装置および測定装置を利用した複合構造物作製装置に係り、特に脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材に吹き付け、微粒子の構成材料からなる構造物を基板上に形成させる複合構造物作製装置において吹き付けるエアロゾル自由流の粒子濃度、粒子濃度分布リアルタイム連続測定方法、測定装置およびこれを利用した複合構造物作製装置に関する。   The present invention relates to an aerosol high-speed free flow particle concentration in which fine particles are dispersed in a gas, a particle concentration distribution measuring method, a measuring apparatus, and a composite structure manufacturing apparatus using the measuring apparatus. The aerosol free-flow particle concentration, particle concentration distribution real-time continuous measuring method, measuring apparatus, and sprayed in a composite structure manufacturing apparatus that sprays aerosol dispersed in a substrate on a substrate and forms a structure composed of fine particles on a substrate The present invention relates to a composite structure manufacturing apparatus using this.

微粒子がガス中に分散されたエアロゾル濃度を測定する方法については、従来、特開2000-46722のようにレーザ回折・散乱法による粒度分布測定装置の測定系を利用し濃度を測定する。すなわち、エアロゾルを透明なセルに導き、そのセルにレーザー光を照射し、その散乱光強度から濃度を測定する方法が提案されている。(特許文献1参照)   As for a method for measuring the aerosol concentration in which fine particles are dispersed in a gas, conventionally, the concentration is measured using a measurement system of a particle size distribution measuring apparatus by a laser diffraction / scattering method as disclosed in JP-A-2000-46722. That is, a method has been proposed in which the aerosol is guided to a transparent cell, the cell is irradiated with laser light, and the concentration is measured from the scattered light intensity. (See Patent Document 1)

また、金属を加熱蒸発させ、エアロゾル状になった金属をガスで搬送し、基板に高速噴射するガスデポジション装置において、蒸発した金属の吸込み口付近に存在するエアロゾルにレーザー光線を投光させ、散乱光強度を測定することによりエアロゾルの分布を検出する装置が提案されている。(特許文献2参照)
特開2000−46722 特開平5−295550
In addition, in a gas deposition device that heats and evaporates the metal, transports the aerosolized metal with gas, and injects it at high speed onto the substrate, the laser beam is projected to the aerosol present near the suction port of the evaporated metal and scattered An apparatus for detecting an aerosol distribution by measuring light intensity has been proposed. (See Patent Document 2)
JP 2000-46722 A JP 5-295550 A

上記特許文献1に記載の方法は、エアロゾルがノズルから空間に噴出するような、自由流の測定においては流れがセルの影響を大きく受け、測定は不可能である。また、エアロゾルの濃度が高い場合には、セル汚れの影響を受けるため長時間連続で測定をすることは難しい。さらに、自由流の濃度分布を求める事も流れをセルに導く方法では不可能である。   In the method described in Patent Document 1, in the measurement of free flow in which aerosol is ejected from the nozzle into the space, the flow is greatly affected by the cell, and measurement is impossible. In addition, when the concentration of aerosol is high, it is difficult to measure continuously for a long time because it is affected by cell contamination. Further, it is impossible to obtain the concentration distribution of the free flow by the method of guiding the flow to the cell.

また、上記特許文献2の装置では、非常に狭い範囲のエアロゾルしか測定できない。したがって広い範囲を測定するためには、複数の測定装置を設置するかまたはレーザー光線を移動させて測定する必要があり、構成が複雑になり、レーザー光線を移動させて測定する場合には時間がかかる欠点がある。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、エアロゾルがノズルから高速に空間に噴出するような、自由流の濃度および測定において、自由流の流れに影響を及ぼす事なく、流れの濃度および濃度分布を高感度でリアルタイムに測定できる測定方法、測定装置および測定装置を利用した複合構造物作製装置を提供することにある。
In addition, the device of Patent Document 2 can measure only a very narrow range of aerosol. Therefore, in order to measure a wide range, it is necessary to install a plurality of measuring devices or move the laser beam, and the measurement becomes complicated, and it takes time to measure by moving the laser beam. There is.
The present invention has been made to solve the above problems, and the object of the present invention is to influence the flow of free flow in the concentration and measurement of free flow in which aerosol is ejected from a nozzle at high speed into space. It is an object of the present invention to provide a measurement method, a measurement apparatus, and a composite structure manufacturing apparatus using the measurement apparatus that can measure the flow concentration and concentration distribution with high sensitivity in real time.

上記の目的を達成するために本発明の濃度測定装置は、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材に向けてノズルより噴射して、前記エアロゾルを前記基材表面に衝突させ、前記微粒子の構成材料からなる構造物を前記基材上に形成させるエアロゾルデポジション法による複合構造物作製装置であって、前記エアロゾルに対してレーザーを投光する手段と、該レーザーの投光により回折、散乱された光を受光する手段と、該受光した光の輝度または輝度分布を解析しエアロゾルの粒子濃度またはエアロゾルの粒子濃度分布を計算する手段とを有するエアロゾルの粒子濃度測定装置を備え、前記レーザーを投光する手段を前記レーザー光が前記ノズルのエアロゾル噴出部付近を照射するように設置した。
ここで、前記エアロゾルを基材表面に衝突させ、この衝突によって前記微粒子を破砕・変形させて接合させ、構造物を基板上に形成する場合に使用される微粒子としては、粒径が10nmから5μmで、そのエアロゾルの速度としては数10m/Sから数100m/Sが一般的に知られている。
In order to achieve the above object, the concentration measuring apparatus of the present invention is configured to inject an aerosol, in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas, from a nozzle toward a base material, and cause the aerosol to collide with the base material surface. , An apparatus for producing a composite structure by an aerosol deposition method for forming a structure made of a constituent material of the fine particles on the substrate, and means for projecting a laser onto the aerosol, and projecting the laser An aerosol particle concentration measuring device comprising: means for receiving light diffracted and scattered by the light; and means for analyzing the luminance or luminance distribution of the received light and calculating the aerosol particle concentration or aerosol particle concentration distribution. The means for projecting the laser was installed so that the laser beam irradiates the vicinity of the aerosol ejection portion of the nozzle.
Here, as the fine particles used when the aerosol is collided with the surface of the base material, and the fine particles are crushed and deformed and joined by the collision to form a structure on the substrate, the particle size is 10 nm to 5 μm. The aerosol velocity is generally known to be several tens m / s to several hundreds m / s.

さらに本発明の好ましい態様として、前記受光する手段により一次元または二次元の画像が得られることを特徴とする。
レーザー投光により回折、散乱された光を受光する手段を、一次元または二次元の画像として受光する手段とする事により、測定範囲のエアロゾルの回折、散乱された光を一度に受光することができるため、広い測定範囲に対しても粒子濃度または濃度分布を複数の測定装置を設置する、またはレーザー光線を移動させることなしに測定できるエアロゾルの粒子濃度測定装置を実現した。
Furthermore, as a preferred aspect of the present invention, a one-dimensional or two-dimensional image is obtained by the light receiving means.
By using the means for receiving light diffracted and scattered by laser projection as a one-dimensional or two-dimensional image, it is possible to receive the diffraction and scattered light of the aerosol in the measurement range at once. As a result, an aerosol particle concentration measuring device capable of measuring particle concentration or concentration distribution over a wide measuring range without installing a plurality of measuring devices or moving a laser beam has been realized.

また、本発明の好ましい態様として、前記受光する手段がカメラであることを特徴とする。
レーザー投光により回折、散乱された光を受光する手段を、カメラとする事により、レーザー投光により回折、散乱された光を瞬時に受光できるため、高速に測定できるエアロゾルの粒子濃度測定装置を実現した。
In a preferred aspect of the present invention, the means for receiving light is a camera.
By using a camera as the means for receiving light diffracted and scattered by laser projection, it is possible to receive light diffracted and scattered by laser projection instantaneously. It was realized.

また、本発明の好ましい態様として、前記輝度または輝度分布を解析する手段が、画像処理手段であることを特徴とする。
受光した光の輝度または輝度分布を解析する手段を画像処理手段とすることにより、受光した光の輝度または輝度分布を解析するための処理を高速にかつ、柔軟なアルゴリズムで実行できる。したがって、高速かつ高感度に測定できるエアロゾルの粒子濃度測定装置を実現した。
In a preferred aspect of the present invention, the means for analyzing the luminance or the luminance distribution is an image processing means.
By using the means for analyzing the luminance or luminance distribution of the received light as the image processing means, the processing for analyzing the luminance or luminance distribution of the received light can be executed at high speed with a flexible algorithm. Therefore, an aerosol particle concentration measuring device that can measure at high speed and high sensitivity was realized.

さらに本発明の好ましい態様として、前記画像処理手段が、少なくとも画像全体または一部の輝度を積算する処理を含む画像処理手段であることを特徴。
少なくとも画像全体または一部の輝度を積算する処理を含む画像処理を行ない、画像の輝度の総和から粒子濃度を測定する事によりエアロゾルの粒子濃度を測定する装置を実現した。
Furthermore, as a preferred aspect of the present invention, the image processing means is an image processing means including processing for integrating at least the luminance of the entire image or a part of the image.
An apparatus for measuring the particle concentration of the aerosol by performing image processing including processing for integrating the luminance of at least the whole image or a part of the image and measuring the particle concentration from the total luminance of the image was realized.

また、本発明の好ましい態様として、前記画像処理手段が、少なくとも画像全体または一部の輝度を2値化する処理および2値化された画像の面積を計算する処理を含む画像処理手段であることを特徴とする。
少なくとも画像全体または一部の輝度を2値化する処理および2値化された画像の面積を計算する処理を含む画像処理を行ない、輝度の高い部分の面積の総和から粒子濃度を測定する事によりエアロゾルの粒子濃度を測定する装置を実現した。適切な2値化閾値を選定それば、輝度の高い部分の面積の総和と濃度は比例に近い関係となるため、輝度の高い部分の面積の総和からエアロゾル粒子濃度を測定する事ができる。
Also, as a preferred aspect of the present invention, the image processing means is an image processing means including a process for binarizing at least a luminance of the entire image or a part thereof and a process for calculating an area of the binarized image. It is characterized by.
By performing image processing including processing for binarizing the luminance of at least the entire image or part of the image and calculating the area of the binarized image, and measuring the particle concentration from the total area of the high luminance portion A device for measuring aerosol particle concentration has been realized. If an appropriate binarization threshold value is selected, the total sum of the areas of the high luminance portions and the concentration are in a proportional relationship, so that the aerosol particle concentration can be measured from the total sum of the areas of the high luminance portions.

さらに本発明の好ましい態様として、前記画像処理手段が、少なくとも画像の複数の領域における輝度を積算する処理を含む画像処理手段であることを特徴とする。
少なくとも画像の複数の領域における輝度を積算する処理を含む画像処理を行ない、各画像領域ごとの輝度の総和から各領域における粒子濃度を測定する事によりエアロゾルの粒子濃度分布を測定する装置を実現した。
Furthermore, as a preferred aspect of the present invention, the image processing means is an image processing means including processing for integrating luminances at least in a plurality of regions of the image.
Realized a device that measures the particle concentration distribution of aerosol by performing image processing including processing to integrate the luminance in at least multiple areas of the image and measuring the particle concentration in each area from the total luminance of each image area .

また、本発明の好ましい態様として、前記画像処理手段が、少なくとも画像全体または一部の輝度を2値化する処理および2値化された画像について複数の領域における面積を計算する処理を含む画像処理手段であることを特徴とする。
少なくとも画像全体または一部の輝度を2値化する処理および2値化された画像について複数の領域における面積を計算する処理を含む画像処理を行ない、各画像領域ごとの面積の総和から各領域における粒子濃度を測定する事によりエアロゾルの粒子濃度分布を測定する装置を実現した。
Also, as a preferred aspect of the present invention, the image processing means includes image processing including processing for binarizing at least the luminance of the entire image or part of the image and processing for calculating areas in a plurality of regions for the binarized image. It is a means.
Image processing including at least processing for binarizing the luminance of the entire image or a part of the image and processing for calculating areas in a plurality of regions for the binarized image is performed, and the sum of the areas for each image region is calculated in each region. By measuring the particle concentration, we realized a device that measures the particle concentration distribution of the aerosol.

また、発明によれば、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材に向けてノズルより噴射して、前記エアロゾルを前記基材表面に衝突させ、この衝突によって前記微粒子を破砕・変形させて接合させ、前記微粒子の構成材料からなる構造物を前記基板上に形成させる複合構造物作製装置において、前記エアロゾルに対してレーザーを投光する手段と、該レーザーの投光により回折、散乱された光を受光する手段と、該受光した光の輝度または輝度分布を解析しエアロゾルの粒子濃度またはエアロゾルの粒子濃度分布を計算する手段とを有するエアロゾルの粒子濃度測定装置を備えることを特徴とする。
脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルの粒子濃度測定装置を複合構造物作成装置の監視または制御等に利用する構造物作成装置を実現した。
ここで、前記エアロゾルを基材表面に衝突させ、この衝突によって前記微粒子を破砕・変形させて接合させ、構造物を基板上に形成する場合に使用される微粒子としては、粒径が10nmから5μmで、そのエアロゾルの速度としては数10m/Sから数100m/Sが一般的に知られている。
According to the invention, an aerosol in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas is sprayed from a nozzle toward a base material, the aerosol is made to collide with the surface of the base material, and the fine particles are crushed by the collision. In the composite structure manufacturing apparatus for deforming and bonding and forming the structure made of the constituent material of the fine particles on the substrate, means for projecting a laser to the aerosol, and diffraction by the projecting of the laser, An aerosol particle concentration measuring device comprising: means for receiving scattered light; and means for analyzing the luminance or luminance distribution of the received light and calculating the particle concentration of the aerosol or the particle concentration distribution of the aerosol. And
We have realized a structure creation device that uses an aerosol particle concentration measurement device in which fine particles of brittle material are dispersed in a gas for monitoring or controlling the composite structure creation device.
Here, as the fine particles used when the aerosol is collided with the surface of the base material, and the fine particles are crushed and deformed and joined by the collision to form a structure on the substrate, the particle size is 10 nm to 5 μm. The aerosol velocity is generally known to be several tens m / s to several hundreds m / s.

また、本発明の好ましい態様として、前記エアロゾルの粒子濃度測定装置を備える複合構造物作製装置において、前記輝度を解析する手段が、画像処理手段であることを特徴とする。
受光した光の輝度または輝度分布を解析する手段を画像処理手段とすることにより、受光した光の輝度または輝度分布を解析するための処理を高速にかつ、柔軟なアルゴリズムで実行するため、複合構造物作成装置の監視または制御が容易にできる。
Further, as a preferred aspect of the present invention, in the composite structure manufacturing apparatus including the aerosol particle concentration measuring apparatus, the means for analyzing the luminance is an image processing means.
By using the image processing means as the means for analyzing the brightness or brightness distribution of the received light, the complex structure is used to execute the process for analyzing the brightness or brightness distribution of the received light at high speed and with a flexible algorithm. It is easy to monitor or control the object creation device.

本発明によれば、微粒子がガス中に分散させたエアロゾル高速自由流の粒子濃度、特に脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材に吹き付け、微粒子の構成材料からなる構造物を基板上に形成させる複合構造物作製装置において吹き付けるエアロゾル自由流の粒子濃度を自由流の流れに影響を及ぼす事なく、高感度でリアルタイムに測定できる方法および装置を実現できるという効果がある。さらに、この測定方法および装置を構造物作製装置の監視や制御等に利用することにより、高品質の構造物を高速に作成できるという効果がある。   According to the present invention, aerosol high-speed free-flow particle concentration in which fine particles are dispersed in a gas, in particular, an aerosol in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas is sprayed on a base material, and a structure composed of the constituent materials of the fine particles is obtained. There is an effect that it is possible to realize a method and an apparatus that can measure the particle concentration of the aerosol free stream sprayed in the composite structure manufacturing apparatus formed on the substrate in real time without affecting the flow of the free stream. Furthermore, by using this measurement method and apparatus for monitoring and controlling the structure manufacturing apparatus, there is an effect that a high-quality structure can be created at high speed.

本発明の実施の形態につき、以下に実施例を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to examples.

図1および図2は、本発明によるエアロゾル粒子濃度測定装置の被測定エアロゾル5、レーザー投光部2、および受光部であるレンズ3、カメラ4の配置例を示す図である。図1が正面図、図2が側面図である。ノズル1から噴出するエアロゾル5に対してエアロゾル5の噴出方向と直角にレーザー光6をレーザー投光部2から投光する。エアロゾル5に当ったレーザー光6は回折、散乱し、この回折、散乱光をレンズ3で集光しカメラ4で画像化する。レーザー投光部2と受光部であるレンズ3、カメラ4の配置は図に示す配置でなくともよい。少なくともレーザー光6がエアロゾル5の濃度測定領域を照射でき、レンズ3およびカメラ4が測定領域を撮影できる位置であればよい。たとえばノズル幅全体の濃度分布を測定する場合には、図に示す配置例が好ましいが、一部の領域のみ測定する場合には、レーザー光6と受光部であるレンズ3、カメラ4の角度をより大きな角度とすれば、回折、散乱光量は、直角に配置した場合より大きくなり、感度が向上する。   FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams showing an arrangement example of an aerosol 5 to be measured, a laser projector 2, a lens 3 as a light receiver, and a camera 4 of an aerosol particle concentration measuring apparatus according to the present invention. 1 is a front view, and FIG. 2 is a side view. Laser light 6 is projected from the laser projector 2 to the aerosol 5 ejected from the nozzle 1 at right angles to the ejection direction of the aerosol 5. The laser beam 6 hitting the aerosol 5 is diffracted and scattered, and the diffracted and scattered light is collected by the lens 3 and imaged by the camera 4. The arrangement of the laser projector 2, the lens 3 as the light receiver, and the camera 4 may not be the arrangement shown in the figure. It is sufficient that at least the laser beam 6 can irradiate the concentration measurement area of the aerosol 5 and the lens 3 and the camera 4 can photograph the measurement area. For example, when measuring the density distribution of the entire nozzle width, the arrangement example shown in the figure is preferable. However, when measuring only a part of the region, the angles of the laser beam 6 and the lens 3 as the light receiving unit and the camera 4 are set. If the angle is larger, the amount of diffracted and scattered light becomes larger than when arranged at right angles, and the sensitivity is improved.

レーザー投光部2は波長450〜780nm出力100mW以下程度の半導体レーザーを選択する。
また、レーザー投光部2から出力されるレーザーのビーム形状は、円、楕円またはスリット形状等から必要な領域に照射できる形状のものを適宜選択する。図に示す配置例のようにノズル幅全体の濃度分布を測定する場合にはレーザー光6のビーム形状がレーザー投光部2との距離によって変化の少ないコリメートビーム光学系を持つレーザー投光部2の使用が好ましい。
また、散乱、回折光を受光するためのカメラ4は、たとえば1次元または2次元のCCDカメラを用いる。回折、散乱光量が低い場合には、カメラ4はイメージインテンシファイアを装着した高感度CCDカメラとすることもできる。
The laser projection unit 2 selects a semiconductor laser having a wavelength of 450 to 780 nm and an output of about 100 mW or less.
In addition, the shape of the laser beam output from the laser projector 2 is appropriately selected from a circle, an ellipse, a slit shape, or the like that can irradiate a necessary region. In the case of measuring the density distribution of the entire nozzle width as in the arrangement example shown in the figure, the laser projection unit 2 having a collimated beam optical system in which the beam shape of the laser beam 6 hardly changes depending on the distance from the laser projection unit 2. Is preferred.
For example, a one-dimensional or two-dimensional CCD camera is used as the camera 4 for receiving scattered and diffracted light. When the amount of diffracted and scattered light is low, the camera 4 can be a high sensitivity CCD camera equipped with an image intensifier.

図3は、図1および図2の配置例における、2次元CCDカメラで撮影したエアロゾルの回折、散乱光画像の例である。エアロゾルにレーザー光が当り、回折、散乱光が発生した部分7の輝度が高くなり、エアロゾル濃度は回折、散乱光輝度に比例するため、この回折、散乱光が発生した部分7の輝度はエアロゾル濃度に比例する。この画像を画像処理により解析し、エアロゾル濃度およびエアロゾル濃度分布を測定する。本図では2次元CCDカメラを使用し撮影したが、1次元CCDカメラを使用し、回折、散乱光が発生した部分7のみ直線状に撮影した画像でも測定は可能である。   FIG. 3 is an example of aerosol diffraction and scattered light images taken by a two-dimensional CCD camera in the arrangement examples of FIGS. 1 and 2. Since the laser beam hits the aerosol and the brightness of the portion 7 where the diffraction and scattering light is generated increases, and the aerosol concentration is proportional to the diffraction and scattering light luminance, the brightness of the portion 7 where the diffraction and scattering light is generated is the aerosol concentration. Is proportional to This image is analyzed by image processing, and the aerosol concentration and the aerosol concentration distribution are measured. In this figure, a two-dimensional CCD camera is used for photographing, but it is possible to measure even an image obtained by using a one-dimensional CCD camera and photographing only a portion 7 where diffraction and scattered light are generated.

また、広い範囲における任意領域のエアロゾル濃度をリアルタイムに測定する装置についても以下の方法で実現できる。レーザー投光部2および回折、散乱光を受光するためのレンズ3およびカメラ4をたとえばモーターで駆動され位置決めができる自動ステージに取付け、希望の測定領域が測定できる位置に移動させれば、任意の領域での測定が可能である。また、レンズ3およびカメラ4を移動させる代わりに、レンズ3およびカメラ4を複数台設置する方法や、ガルバノミラー等を利用し、光学的にレーザー光6および回折、散乱光の光路を変化させる方法によっても同一の機能が実現できる。以上説明した方法を応用すれば複数のノズル1が配置された場合にも、以下説明する方法により測定できることは言うまでもない。   An apparatus for measuring the aerosol concentration in an arbitrary region in a wide range in real time can also be realized by the following method. If the laser projector 2 and the lens 3 for receiving diffraction and scattered light and the camera 4 are mounted on an automatic stage that can be positioned by being driven by a motor, for example, and moved to a position where a desired measurement region can be measured, any arbitrary Measurement in the area is possible. Further, instead of moving the lens 3 and the camera 4, a method of installing a plurality of the lenses 3 and the camera 4 or a method of optically changing the optical path of the laser light 6 and the diffracted / scattered light using a galvano mirror or the like. The same function can also be realized. Needless to say, if the method described above is applied, even when a plurality of nozzles 1 are arranged, measurement can be performed by the method described below.

なお、実際に適用する場合にはノズル1の配置、測定範囲、設置スペース等により、さまざまな方法が考えられるが、ここでは代表例を挙げて説明する。まず、複数のノズル1が直線状に配置された場合には、レーザー投光部2は、複数のノズル1に対して共用し、1本の直線状のレーザー光6を各ノズル1の濃度測定領域に投光する。散乱、回折光を受光するためのレンズ3およびカメラ4は、1台で全ノズル1の濃度測定領域を撮影でき、撮影した画像により必要な精度の濃度測定が可能であれば、共用できる。そうでない場合には、レンズ3およびカメラ4を必要に応じて複数台設置する、または、レンズ3およびカメラ4をたとえば、モーターで駆動され位置決めができる自動ステージに取付け、ステージを移動させながら全ノズル1の濃度測定領域を順次撮影する。
次に、複数のノズル1が垂直に整列配置された、すなわちスタック状に配置された場合には、レーザー投光部2を、複数のノズル1に対して共用し、スリット状のビーム形状を持つレーザー光6を全ノズル1の濃度測定領域に投光する。散乱、回折光を受光するためのレンズ3およびカメラ4は、1台で全ノズル1の濃度測定領域を撮影でき、撮影した画像により必要な精度の濃度測定が可能であれば、共用できる。そうでない場合には、レンズ3およびカメラ4を必要に応じて複数台設置する、または、レンズ3およびカメラ4をたとえば、モーターで駆動され位置決めができる自動ステージに取付け、ステージを移動させながら全ノズル1の濃度測定領域を順次撮影する。
In the case of actual application, various methods are conceivable depending on the arrangement of the nozzle 1, the measurement range, the installation space, and the like. Here, a representative example will be described. First, when a plurality of nozzles 1 are arranged in a straight line, the laser projector 2 is shared by the plurality of nozzles 1 and the density of each nozzle 1 is measured using a single linear laser beam 6. Flood light into the area. The lens 3 and the camera 4 for receiving scattered and diffracted light can be used in common if the density measurement region of all the nozzles 1 can be photographed and density measurement with a required accuracy can be performed from the photographed image. If not, install a plurality of lenses 3 and cameras 4 as necessary, or attach the lenses 3 and cameras 4 to, for example, an automatic stage that can be driven and driven by a motor, and move all the nozzles while moving the stage. One density measurement region is sequentially photographed.
Next, when the plurality of nozzles 1 are vertically arranged, that is, arranged in a stack, the laser projection unit 2 is shared by the plurality of nozzles 1 and has a slit-like beam shape. The laser beam 6 is projected onto the density measurement areas of all the nozzles 1. The lens 3 and the camera 4 for receiving scattered and diffracted light can be used in common if the density measurement region of all the nozzles 1 can be photographed and density measurement with a required accuracy can be performed from the photographed image. If not, install a plurality of lenses 3 and cameras 4 as necessary, or attach the lenses 3 and cameras 4 to, for example, an automatic stage that can be driven and driven by a motor, and move all the nozzles while moving the stage. One density measurement region is sequentially photographed.

図4は、本発明によりエアロゾル濃度の時間的変動を測定した結果の例である。CCDカメラは、図3に示すエアロゾルの回折、散乱光画像を連続して、時系列で出力することができる。この時系列に出力される画像を順次画像処理により解析すれば、エアロゾル濃度の時間的変化を図4のように測定できる。エアロゾル濃度を測定する画像処理方法としては、さまざまな手法が考えられるが、代表的手法として以下2手法を挙げる。   FIG. 4 is an example of the result of measuring the temporal variation of the aerosol concentration according to the present invention. The CCD camera can continuously output aerosol diffraction and scattered light images shown in FIG. 3 in time series. If the images output in time series are sequentially analyzed by image processing, the temporal change in aerosol concentration can be measured as shown in FIG. Various methods are conceivable as the image processing method for measuring the aerosol concentration, and the following two methods are listed as typical methods.

1例目の手法は、画像の全画素の輝度値を積算し、その積算値からエアロゾル濃度を求める手法である。2次元CCDカメラは、たとえば横640×縦480程度の画素を持ち、640×480個の全画素が輝度値を持っている。エアロゾル濃度は回折、散乱光輝度に比例するため、これらの輝度を積算した値もエアロゾル濃度に比例する。そこで、画像の全画素の輝度値を積算し、この値からエアロゾル濃度を求めることができる。濃度の時間的変動を相対的に測定する場合には、輝度を積算した値をそのままエアロゾル濃度としても差し支えはないが、濃度の絶対値を測定したい場合には、既知のエアロゾル濃度のエアロゾルを噴出させ、得られる輝度の積算値と既知のエアロゾル濃度より、輝度の積算値とエアロゾル濃度の変換係数を求め、測定した輝度の積算値と変換係数から、絶対濃度に換算する。   The first method is a method of integrating the luminance values of all the pixels of the image and obtaining the aerosol concentration from the integrated value. A two-dimensional CCD camera has, for example, about 640 × 480 pixels, and all 640 × 480 pixels have luminance values. Since the aerosol concentration is proportional to the diffraction and scattered light luminance, the value obtained by integrating these luminances is also proportional to the aerosol concentration. Therefore, the luminance values of all the pixels of the image are integrated, and the aerosol concentration can be obtained from this value. When measuring temporal fluctuations of concentration relatively, the value obtained by integrating the brightness can be used as the aerosol concentration as it is, but when measuring the absolute value of concentration, aerosol with a known aerosol concentration is ejected. Then, a luminance integrated value and an aerosol concentration conversion coefficient are obtained from the obtained luminance integrated value and a known aerosol concentration, and converted into an absolute concentration from the measured luminance integrated value and the conversion coefficient.

2例目の手法は、画像をある閾値で2値化し、輝度が閾値より高い部分は白、それ以外の部分は黒の領域に分け、白い領域の総面積を計算し、その値からエアロゾル濃度を求める手法である。1例目と同様に2次元CCDカメラは、たとえば横640×縦480程度の画素を持ち、640×480個の全画素が輝度値を持っている。この輝度値をある適切な閾値で白と黒の2領域に分ければ、輝度の高い白の領域の面積は、回折、散乱光輝度にほぼ比例する。そこで、この面積からエアロゾル濃度を測定することができる。濃度の絶対値を測定したい場合には、1例目と同様に既知のエアロゾル濃度のエアロゾルを噴出させ、得られる輝度の積算値と既知のエアロゾル濃度より、輝度の積算値とエアロゾル濃度の変換係数を求める。2値化により1例目に比べ計算するデータ量は少なくなり、計算に要する時間が短縮できる。また、回折、散乱光が発生した部分7が画像の一部にしか写っていない場合には、回折、散乱光が発生した部分7のみ画像処理の対象とすることにより、画像の不要な部分によるノイズを低減し、かつ計算に要する時間を短縮することができる事は言うまでもない。 In the second method, the image is binarized with a certain threshold value, the portion where the luminance is higher than the threshold value is divided into white, and the other portion is divided into a black region. The total area of the white region is calculated, and the aerosol concentration is calculated from that value. This is a method for obtaining. Similar to the first example, the two-dimensional CCD camera has, for example, about 640 × 480 pixels, and all 640 × 480 pixels have luminance values. If this luminance value is divided into two areas of white and black with an appropriate threshold, the area of the white area with high luminance is almost proportional to the luminance of the diffraction and scattered light. Therefore, the aerosol concentration can be measured from this area. If you want to measure the absolute value of the concentration, in the same way as in the first example, the aerosol with a known aerosol concentration is ejected, and the integrated value of the luminance and the conversion coefficient of the aerosol concentration from the integrated value of the obtained luminance and the known aerosol concentration Ask for. By binarization, the amount of data to be calculated is smaller than in the first example, and the time required for calculation can be shortened. In addition, when the portion 7 where the diffracted and scattered light is generated is reflected only in a part of the image, only the portion 7 where the diffracted and scattered light is generated is subject to image processing, thereby causing an unnecessary portion of the image. Needless to say, noise can be reduced and the time required for calculation can be shortened.

図5は、エアロゾルの濃度分布を測定するため、エアロゾルの回折、散乱光画像に複数の部分領域を設定した例である。画像内で回折、散乱光が発生した部分7についてたとえば、領域1(8)から領域5(12)までの部分領域を設定する。次にこの各々の領域に対して、画像処理による解析を行ない、各領域のエアロゾル濃度を計算することによりエアロゾル濃度分布を測定する。各領域のエアロゾル濃度を測定するための画像処理手法は、前項で説明した手法と同様に各領域の全画素の輝度値を積算し、その積算値から測定する手法や、画像をある閾値で2値化し、輝度が閾値より高い部分は白、それ以外の部分は黒の領域に分け、各領域における白い領域の総面積を計算し、その値からエアロゾル濃度を求める手法等を利用する。   FIG. 5 shows an example in which a plurality of partial regions are set in an aerosol diffraction / scattered light image in order to measure the aerosol concentration distribution. For example, a partial region from region 1 (8) to region 5 (12) is set for the portion 7 where diffraction and scattered light are generated in the image. Next, each region is analyzed by image processing, and the aerosol concentration distribution is measured by calculating the aerosol concentration in each region. The image processing method for measuring the aerosol concentration in each region is the same as the method described in the previous section, in which the luminance values of all the pixels in each region are integrated and measured from the integrated value, or the image is measured with a certain threshold value 2 A method is used in which the portion where the luminance is higher than the threshold value is divided into white and the other portions are divided into black regions, the total area of the white regions in each region is calculated, and the aerosol concentration is obtained from the value.

図6は、前記方法を用いてエアロゾルの濃度分布を測定したグラフの例である。領域1(8)から領域5(12)の各領域ごとにエアロゾルの回折、散乱光からエアロゾル濃度を計算することによりエアロゾル濃度分布を測定している。   FIG. 6 is an example of a graph in which the aerosol concentration distribution was measured using the above method. The aerosol concentration distribution is measured by calculating the aerosol concentration from the diffraction and scattered light of the aerosol for each of the regions 1 (8) to 5 (12).

図7は、本発明によるエアロゾル粒子濃度測定装置全体の構成を示す図である。ノズル1から噴出するエアロゾル5に対してエアロゾル5の噴出方向と直角にレーザー光6をレーザー投光器2から投光する。エアロゾル5に当ったレーザー光6は回折、散乱し、この回折、散乱光をレンズ3で集光しカメラ4で画像化する。カメラ4は、画像入力ボードおよび画像処理解析プログラムを内蔵したパーソナルコンピュータ等の画像解析装置14に接続される。カメラ4の画像は画像入力ボードにより、リアルタイムに画像解析装置14に入力と同時に画像処理により解析され、エアロゾル濃度またはエアロゾル濃度分布を測定する。測定したエアロゾル濃度は、画像解析装置14の画面に数字またはグラフで表示することもでき、さらに、画像解析装置8から外部機器制御用にアナログ信号やディジタル信号を出力することもできる。また、エアロゾルの濃度測定範囲が広い場合には、レーザー光の出力をエアロゾルの濃度に合わせて最適に調整する必要がある。このような場合に、画像解析装置14とレーザーの出力を制御するためのレーザーコントローラー13とを接続し、画像解析装置14からレーザーの出力を制御できるようにする。そこで画像解析装置14に入力されるカメラ4の画像が測定に最適となるよう画像解析装置14でレーザー出力を自動調整すれば、広いエアロゾルの濃度測定範囲に対応することができる。   FIG. 7 is a diagram showing a configuration of the entire aerosol particle concentration measuring apparatus according to the present invention. Laser light 6 is projected from the laser projector 2 at right angles to the spraying direction of the aerosol 5 with respect to the aerosol 5 sprayed from the nozzle 1. The laser beam 6 hitting the aerosol 5 is diffracted and scattered, and the diffracted and scattered light is collected by the lens 3 and imaged by the camera 4. The camera 4 is connected to an image analysis device 14 such as a personal computer incorporating an image input board and an image processing analysis program. The image of the camera 4 is analyzed by image processing simultaneously with the input to the image analysis device 14 by the image input board, and the aerosol concentration or the aerosol concentration distribution is measured. The measured aerosol concentration can be displayed as a number or a graph on the screen of the image analysis device 14, and an analog signal or a digital signal can be output from the image analysis device 8 for external device control. Further, when the aerosol concentration measurement range is wide, it is necessary to optimally adjust the output of the laser light in accordance with the aerosol concentration. In such a case, the image analysis device 14 and the laser controller 13 for controlling the laser output are connected so that the laser output can be controlled from the image analysis device 14. Therefore, if the laser output is automatically adjusted by the image analysis device 14 so that the image of the camera 4 input to the image analysis device 14 is optimal for measurement, it is possible to deal with a wide aerosol concentration measurement range.

図8は本発明によるエアロゾル粒子濃度測定装置を利用した複合構造物作製装置の全体の構成を示す図である。ここで言う複合構造物作製装置とは、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材に向けてノズルより噴射して、エアロゾルを基材21表面に衝突させ、この衝突によって微粒子を破砕・変形させて接合させ、微粒子の構成材料からなる構造物をを基板21上に形成させる装置である。   FIG. 8 is a diagram showing the overall configuration of a composite structure manufacturing apparatus using the aerosol particle concentration measuring apparatus according to the present invention. The composite structure manufacturing device here refers to an aerosol in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas, sprayed from a nozzle toward the base material, the aerosol collides with the surface of the base material 21, and the fine particles are caused by this collision. This is an apparatus for forming a structure made of a constituent material of fine particles on a substrate 21 by crushing, deforming and joining.

複合構造物作製装置は、エアロゾル発生部15、ノズル1、エアロゾル発生部15とノズルを接続する配管16、ステージ17、真空チャンバ18、装置制御部19から構成される。エアロゾル発生部15は配管16により真空チャンバ18内に設置されたノズル1と接続されている。エアロゾル発生部15は脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを発生させ、ノズル1へエアロゾルを供給する。また、エアロゾル発生部15は、信号ケーブルA20により装置制御部19と接続される。必要の都度、装置制御部19は信号ケーブルA20を介してエアロゾル濃度や流量等の条件をエアロゾル発生部15に設定し、エアロゾル発生部15は、設定値に従いエアロゾルを発生させノズル1に供給する。
エアロゾルはノズル1より高速で噴出し、ステージ17に取付けられた基材21に高速で衝突し、基材21表面には脆性材料の膜が形成される。
The composite structure manufacturing apparatus includes an aerosol generation unit 15, a nozzle 1, a pipe 16 that connects the aerosol generation unit 15 and the nozzle, a stage 17, a vacuum chamber 18, and an apparatus control unit 19. The aerosol generator 15 is connected to the nozzle 1 installed in the vacuum chamber 18 by a pipe 16. The aerosol generator 15 generates an aerosol in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas, and supplies the aerosol to the nozzle 1. In addition, the aerosol generation unit 15 is connected to the device control unit 19 by a signal cable A20. When necessary, the apparatus control unit 19 sets conditions such as aerosol concentration and flow rate in the aerosol generation unit 15 via the signal cable A20, and the aerosol generation unit 15 generates aerosol according to the set value and supplies it to the nozzle 1.
The aerosol is ejected at a high speed from the nozzle 1 and collides with the base material 21 attached to the stage 17 at a high speed, and a film of a brittle material is formed on the surface of the base material 21.

一方、ステージ17には基材21が取付られ、ステージ17は必要な範囲に必要な膜厚を形成させるため、基材をノズル1に対して移動させる。ステージ17と装置制御部19は、信号ケーブルB22により装置制御部19と接続される。必要の都度、装置制御部19は信号ケーブルB22を介してステージの移動方向、速度あるいは位置の指令をステージ17に設定し、ステージ17は、設定された指令に従って基材21をノズル1に対して移動させる。ステージ17は、たとえばモーターで駆動されるXYZΘステージを用い、基材21をノズル1に対して3次元的な位置決めや移動ができる機能を持つ。また、基材21を固定し、ノズル1をステージ17に取付け、3次元的に動かしても同様の効果が得られる。また、ステージ17は、膜の形成範囲や品質によっては、1次元や2次元の移動や位置決めができるXステージやXYステージで対応できる場合もある。   On the other hand, the base material 21 is attached to the stage 17, and the stage 17 moves the base material relative to the nozzle 1 in order to form a necessary film thickness within a necessary range. The stage 17 and the device control unit 19 are connected to the device control unit 19 by a signal cable B22. Whenever necessary, the apparatus control unit 19 sets a stage movement direction, speed or position command to the stage 17 via the signal cable B22, and the stage 17 moves the substrate 21 to the nozzle 1 in accordance with the set command. Move. The stage 17 uses, for example, an XYZΘ stage driven by a motor, and has a function capable of three-dimensionally positioning and moving the base material 21 with respect to the nozzle 1. Further, the same effect can be obtained by fixing the substrate 21 and attaching the nozzle 1 to the stage 17 and moving it three-dimensionally. Further, depending on the film formation range and quality, the stage 17 may be supported by an X stage or an XY stage that can be moved and positioned one-dimensionally or two-dimensionally.

以上説明した複合構造物作製装置に、エアロゾル粒子濃度測定装置を次のように取付ける。レーザー投光部2をレーザー光がノズル1のエアロゾル噴出部付近を照射するように設置する。また、レンズ3を取付けたカメラ4をエアロゾルの回折、散乱光が受光できるような位置に設置する。レーザー投光部2および受光部のレンズ3およびカメラ4は、ノズル1の設置された真空チャンバー18の内部に必ずしも設置する必要はない。真空チャンバー18壁面の一部をガラスにして、レーザー光の光路および回折、散乱光の光路を確保すれば、レーザー投光部2および受光部のレンズ3およびカメラ4を真空チャンバーの外に設置できる。   The aerosol particle concentration measuring apparatus is attached to the composite structure manufacturing apparatus described above as follows. The laser projection unit 2 is installed so that the laser beam irradiates the vicinity of the aerosol ejection part of the nozzle 1. In addition, the camera 4 to which the lens 3 is attached is installed at a position where it can receive diffraction and scattered light of the aerosol. The laser projector 2, the lens 3 of the light receiver, and the camera 4 are not necessarily installed in the vacuum chamber 18 in which the nozzle 1 is installed. If a part of the wall surface of the vacuum chamber 18 is made of glass and the optical path of the laser beam and the optical path of the diffraction and scattered light are secured, the lens 3 and the camera 4 of the laser projector 2 and the light receiver can be installed outside the vacuum chamber. .

カメラ4で受光されたエアロゾルの回折、散乱光画像は、画像解析装置8で解析され、エアロゾル濃度または、エアロゾル濃度分布がリアルタイムに測定される。測定されたエアロゾル濃度または、エアロゾル濃度分布データは、画像解析装置8から、信号ケーブルCを介して、装置制御部19に伝達される。画像解析装置8で測定されたエアロゾル濃度、またはエアロゾル濃度分布データを利用し装置制御部は、監視や制御を行ない、装置の信頼性や複合構造物の品質、生産性を向上させることができる。なお、ここで言う複合構造物の品質とは、基材21に形成される膜厚の均一性、膜の欠陥および膜の硬度や絶縁耐圧等の膜の物理特性等の性能を総合したものである。また、複合構造物の生産性とは、基材21に形成される膜を要求品質を満足しつつ形成するために要する時間のことを言う。
以下、測定されたエアロゾル濃度、またはエアロゾル濃度分布データを利用し、複合構造物作製装置の監視、制御の実施例を説明する。
The aerosol diffraction / scattered light image received by the camera 4 is analyzed by the image analysis device 8, and the aerosol concentration or aerosol concentration distribution is measured in real time. The measured aerosol concentration or aerosol concentration distribution data is transmitted from the image analysis device 8 to the device control unit 19 via the signal cable C. By using the aerosol concentration or the aerosol concentration distribution data measured by the image analysis device 8, the device control unit can monitor and control to improve the reliability of the device, the quality of the composite structure, and the productivity. The quality of the composite structure referred to here is a total of performance such as film thickness uniformity formed on the substrate 21, film defects, film physical properties such as film hardness and dielectric strength, and the like. is there. The productivity of the composite structure refers to the time required to form the film formed on the substrate 21 while satisfying the required quality.
Hereinafter, examples of monitoring and control of the composite structure manufacturing apparatus will be described using the measured aerosol concentration or aerosol concentration distribution data.

第一の例は、画像解析装置14から出力されるエアロゾル濃度、またはエアロゾル濃度分布を装置制御部19で、リアルタイムに監視し、あらかじめ設定された適正な濃度範囲から外れた状態が一定時間以上経過したら装置制御部19に接続された警報装置24により警報を出す、または、複合構造物作製装置の動作を停止させる事により複合構造物における品質不良を防止する。さらにエアロゾル濃度分布については、濃度分布の不均一つまり、各測定領域における濃度差がある設定範囲より大きくなった場合にも警報を出すようにすれば、より精度の高い監視ができる。   In the first example, the aerosol concentration or aerosol concentration distribution output from the image analysis device 14 is monitored in real time by the device control unit 19, and a state in which the concentration is out of the appropriate concentration range set in advance has elapsed for a certain period of time. Then, the alarm device 24 connected to the device control unit 19 issues an alarm, or the operation of the composite structure manufacturing device is stopped, thereby preventing quality defects in the composite structure. Furthermore, the aerosol concentration distribution can be monitored with higher accuracy if an alarm is issued even when the concentration distribution is non-uniform, that is, when the concentration difference in each measurement region exceeds a certain setting range.

第二の例は画像解析装置14から出力されるエアロゾル濃度、またはエアロゾル濃度分布の時間変化を打ち消すように、装置制御部19でエアロゾル発生部15のエアロゾル濃度設定や流量等の条件設定をリアルタイムに変更する。いわゆるフィードバック制御を行なう事により、エアロゾル濃度を安定化し、複合構造物の品質、生産性を向上させる。
画像解析装置14から出力されるエアロゾル濃度またはエアロゾル濃度分布の時間変化を打ち消すように、装置制御部19でステージ17の移動方向、速度あるいは位置の指令をリアルタイムに変更する。いわゆるフィードバック制御を行なう事により、エアロゾル濃度を安定化し、複合構造物の品質、生産性を向上させる。
In the second example, in order to cancel the time change of the aerosol concentration or the aerosol concentration distribution output from the image analysis device 14, the device control unit 19 sets the aerosol concentration setting of the aerosol generation unit 15 and the conditions such as the flow rate in real time. change. By so-called feedback control, the aerosol concentration is stabilized and the quality and productivity of the composite structure are improved.
The apparatus controller 19 changes the movement direction, speed, or position command of the stage 17 in real time so as to cancel the time change of the aerosol concentration or aerosol concentration distribution output from the image analysis device 14. By so-called feedback control, the aerosol concentration is stabilized and the quality and productivity of the composite structure are improved.

第三の例は、画像解析装置14から出力されるエアロゾル濃度分布を平均化するように、装置制御部19でステージ17の移動方向、速度あるいは位置の指令をリアルタイムに変更する。いわゆるフィードバック制御を行なう事により、エアロゾル濃度を安定化し、複合構造物の品質、生産性を向上させる。ノズル1から出るエアロゾルは、幅方向に濃度分布を持つ場合がある。このような場合には、基材21に形成される膜厚も濃度分布と概同様の分布となる。この現象に対応するため、ステージ17をたとえば、基材21の膜形成面全体が、均等にノズル1の濃度が高い箇所と濃度が低い場所を通過するように制御すれば、結果として均一な膜厚を得る事ができ、複合構造物の品質、生産性を向上させる。   In the third example, the apparatus control unit 19 changes the movement direction, speed, or position command of the stage 17 in real time so as to average the aerosol concentration distribution output from the image analysis apparatus 14. By so-called feedback control, the aerosol concentration is stabilized and the quality and productivity of the composite structure are improved. The aerosol emitted from the nozzle 1 may have a concentration distribution in the width direction. In such a case, the film thickness formed on the base material 21 is approximately the same as the concentration distribution. In order to cope with this phenomenon, if the stage 17 is controlled so that, for example, the entire film forming surface of the base material 21 passes through a location where the concentration of the nozzle 1 is high and a location where the concentration is low, a uniform film results. Thickness can be obtained, improving the quality and productivity of composite structures.

第四の例は、エアロゾルの出口は1個であり、エアロゾル供給のための供給口が複数箇所設けられたノズル1を持ち、ノズル1の供給口に複数のエアロゾル発生部15が配管16により接続され、ノズル1出口の各位置の濃度を、各々のエアロゾル発生部15により制御できる複合構造物作製装置に関する例である。画像解析装置14から出力されるエアロゾル濃度分布に応じて、濃度分布が均一になるよう、装置制御部19でエアロゾル発生部15のエアロゾル濃度設定や流量等の条件設定をリアルタイムに変更する。いわゆるフィードバック制御を行なう事により、ノズル1のエアロゾル濃度分布が均一となり。結果として、均一な膜厚を得る事ができ、複合構造物の品質、生産性を向上させる。また。ノズル1の複数の供給口に1台のエアロゾル発生部15から複数分岐した配管16により接続されている場合には、配管途中にエアロゾル濃度や流量等の条件を装置制御部19により設定できる装置を設け、画像解析装置14から出力されるエアロゾル濃度分布に応じて、濃度分布が均一になるよう、同様にフィードバック制御すれば同一の効果が得られる。   In the fourth example, the number of aerosol outlets is one, the nozzle 1 is provided with a plurality of supply ports for supplying aerosol, and a plurality of aerosol generators 15 are connected to the supply ports of the nozzles 1 by pipes 16. In this example, the concentration at each position of the nozzle 1 outlet is controlled by each aerosol generating unit 15. In accordance with the aerosol concentration distribution output from the image analysis device 14, the device control unit 19 changes the aerosol concentration setting of the aerosol generating unit 15 and the condition settings such as the flow rate in real time so that the concentration distribution becomes uniform. By performing so-called feedback control, the aerosol concentration distribution of the nozzle 1 becomes uniform. As a result, a uniform film thickness can be obtained, improving the quality and productivity of the composite structure. Also. When connected to a plurality of supply ports of the nozzle 1 by a plurality of pipes 16 branched from a single aerosol generating unit 15, a device capable of setting conditions such as aerosol concentration and flow rate by the device control unit 19 in the middle of the piping. The same effect can be obtained by providing feedback control in a similar manner so that the concentration distribution becomes uniform according to the aerosol concentration distribution output from the image analyzer 14.

本発明の被測定エアロゾルとレーザー投光部、受光部の配置例を示す正面図である。It is a front view which shows the example of arrangement | positioning of the to-be-measured aerosol of this invention, a laser projection part, and a light-receiving part. 本発明の被測定エアロゾルとレーザー投光部、受光部の配置例を示す側面図である。It is a side view which shows the example of arrangement | positioning of the to-be-measured aerosol of this invention, a laser projector, and a light-receiving part. 本発明において2次元CCDカメラで撮影したエアロゾルの回折、散乱光画像の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the diffraction of aerosol, and a scattered light image image | photographed with the two-dimensional CCD camera in this invention. 本発明によりエアロゾル濃度の時間的変動を測定した結果の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the result of having measured the time variation of aerosol concentration by this invention. 本発明によりエアロゾルの濃度分布を測定するため、エアロゾルの回折、散乱光画像に複数の部分領域を設定した例を示す図である。It is a figure which shows the example which set the some partial area | region in the diffraction and scattered light image of aerosol, in order to measure the density | concentration distribution of aerosol by this invention. 本発明によりエアロゾルの濃度分布を測定したグラフの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the graph which measured the density | concentration distribution of the aerosol by this invention. 本発明によるエアロゾル粒子濃度測定装置全体の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the whole aerosol particle concentration measuring apparatus by this invention. 本発明によるエアロゾル粒子濃度測定装置を利用した複合構造物作製装置の全体の構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the composite structure preparation apparatus using the aerosol particle concentration measuring apparatus by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…ノズル
2…レーザー投光部
3…レンズ
4…カメラ
5…エアロゾル
6…レーザー光
7…回折、散乱光が発生した部分
8…領域1
9…領域2
10…領域3
11…領域4
12…領域5
13…レーザーコントローラー
14…画像解析装置
15…エアロゾル発生部
16…配管
17…ステージ
18…真空チャンバ
19…装置制御部
20…信号ケーブルA
21…基材
22…信号ケーブルB
23…信号ケーブルC
24…警報装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Nozzle 2 ... Laser projection part 3 ... Lens 4 ... Camera 5 ... Aerosol 6 ... Laser light 7 ... The part which the diffraction and the scattered light generate | occur | produced 8 ... Area | region 1
9 ... Area 2
10 ... area 3
11 ... Region 4
12 ... area 5
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Laser controller 14 ... Image analyzer 15 ... Aerosol generator 16 ... Piping 17 ... Stage 18 ... Vacuum chamber 19 ... Apparatus control part 20 ... Signal cable A
21 ... Substrate 22 ... Signal cable B
23 ... Signal cable C
24. Alarm device

Claims (2)

脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材に向けてノズルより噴射して、前記エアロゾルを前記基材表面に衝突させ、前記微粒子の構成材料からなる構造物を前記基材上に形成させるエアロゾルデポジション法による複合構造物作製装置であって、
前記エアロゾルに対してレーザーを投光する手段と、該レーザーの投光により回折、散乱された光を受光する手段と、該受光した光の輝度または輝度分布を解析しエアロゾルの粒子濃度またはエアロゾルの粒子濃度分布を計算する手段とを有するエアロゾルの粒子濃度測定装置を備え、前記レーザーを投光する手段を前記レーザー光が前記ノズルのエアロゾル噴出部付近を照射するように設置したことを特徴とする複合構造物作成装置。
An aerosol in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas is sprayed from a nozzle toward a base material, the aerosol collides with the base material surface, and a structure made of the constituent material of the fine particles is formed on the base material. An apparatus for producing a composite structure by an aerosol deposition method to be formed,
Means for projecting a laser on the aerosol, means for receiving light diffracted and scattered by the projection of the laser, analyzing the luminance or luminance distribution of the received light, and analyzing the particle concentration of the aerosol or aerosol And an aerosol particle concentration measuring device having means for calculating a particle concentration distribution, and the means for projecting the laser is installed so that the laser beam irradiates the vicinity of the aerosol ejection portion of the nozzle. Composite structure creation device.
前記レーザーが、前記エアロゾル噴出方向と直角であって、ノズル幅全体の濃度分布を測定するように投光されることを特徴とする請求項1に記載の複合構造物作成装置。 2. The composite structure creating apparatus according to claim 1, wherein the laser is projected so as to measure a concentration distribution of the entire nozzle width at a right angle to the aerosol ejection direction .
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