JPH1137953A

JPH1137953A - 光走査型二次元濃度分布測定装置

Info

Publication number: JPH1137953A
Application number: JP9214131A
Authority: JP
Inventors: Shuji Takamatsu; 修司高松; Motoi Nakao; 基中尾; Satoshi Nomura; 聡野村
Original assignee: CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU KENKYU KIKO; Horiba Ltd
Current assignee: CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU KENKYU KIKO; Horiba Ltd
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 1999-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】イオン濃度などの測定を自動的でしかも安全
に行うことができるきわめて実用的な構造を備えた光走
査型二次元濃度分布測定装置を提供すること。【解決手段】半導体基板３４の上面にセンサ面３６を
有するセンサ３３を組み込んだセンサカセット６を、測
定装置本体１内にセンサカセット搬送手段４８を用いて
搬入し、この搬入されたセンサカセット６を測定装置本
体１内の所定の位置に設けられたセンサカセット受け部
４６にセットするとともに、センサカセット６に設けら
れた電極３９，４２，４３に、測定装置本体１内に移動
自在に設けられたコンタクトプローブ部４７を電気的に
接続した状態で、前記半導体基板３４に対してプローブ
光８０を二次元的に走査しながら照射して測定を行うよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、溶液などの試料
におけるイオン濃度などを二次元的に測定することがで
きる光走査型二次元濃度分布測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液体中あるいは物質中にしみこん
だ液体中に溶存している物質（イオンなど）の濃度を二
次元的に計測する装置の研究・開発が行われ、この二次
元分布の計測を行う手法の一つに、ＬＡＰＳ（Ｌｉｇｈ
ｔ−ＡｄｄｒｅｓｓａｂｌｅＰｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒ
ｉｃＳｅｎｓｏｒ）センサからなる電気化学画像計測
装置がある。このような装置は、例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３３（１９９４）ｐｐ
Ｌ３９４−Ｌ３９７に記載してあるように、イオンなど
に感応するセンサ面を形成した半導体基板を適宜の光で
スキャンし、このスキャンによって、半導体基板中に誘
発された光電流を取り出すことにより測定を行うことが
できる。

【０００３】前記装置のセンサ部を直接計測したい対象
物質に挿入したり接触させることによって溶存物質の濃
度分布を測定する。得られたデータはコンピュータ処理
により、二次元または三次元の濃度分布画像として出力
される。ある時間での濃度分布のみならず、その変化の
様子をリアルタイムに追跡することができる。リアルタ
イムに得られた画像を、目視、ＣＣＤカメラなどによっ
て得られた電磁波画像と容易に比較できる。

【０００４】そして、この出願の出願人は、上記光走査
型二次元濃度分布測定装置およびこれに関連した技術を
主題とする発明を、特願平７−３９１１４号（特開平８
−２１３５８０号）を始めとして数多く特許出願してい
るところである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記光走査
型二次元濃度分布測定装置は、その全体構造は実験室レ
ベルのものであり、例えば、半導体基板の上面にセンサ
面を有してなるセンサは、これを保持する受け部と一体
的な構造であり、センサを必要に応じて交換することは
できなかった。

【０００６】これに対して、この出願の出願人は、半導
体基板の上面にセンサ面を有するセンサを組み込んだセ
ンサカセットを、測定装置本体に設けられたセンサカセ
ット受け部にセットし、さらに、このセットされたセン
サカセットに設けられた電極に、測定装置本体内に移動
自在に設けられたコンタクトプローブ部を電気的に接続
した状態で、前記半導体基板に対してプローブ光を二次
元的に走査しながら照射して測定を行うようにした光走
査型二次元濃度分布測定装置を特許出願している。

【０００７】しかし、上記光走査型二次元濃度分布測定
装置は、センサカセットのセンサカセット受け部に対す
る装着あるいは離脱に際しては、オペレータがセンサカ
セットを手によって保持しながら測定装置本体に設けら
れたセンサカセットの出入り口を経て測定装置本体内の
所定の位置にセットしたり、また、セットしてあるセン
サカセットを手によって測定装置本体外に取り出す必要
があったため、十分な省力化が図れてなく、また、前記
装着あるいは離脱の際、前記出入り口に手や指を引っ掛
けたり、センサカセットをぶつけ、これを損傷するとい
った不都合が生ずるおそれがあった。

【０００８】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、イオン濃度などの測定を自動的でしかも安全
に行うことができるきわめて実用的な構造を備えた光走
査型二次元濃度分布測定装置を提供することを目的とし
ている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の光走査型二次元濃度分布測定装置は、半
導体基板の上面にセンサ面を有するセンサを組み込んだ
センサカセットを、測定装置本体に設けられたカセット
挿抜口を自在に通過するセンサカセット搬送手段を用い
て測定装置本体内に搬入し、この搬入されたセンサカセ
ットを測定装置本体内の所定の位置に設けられたセンサ
カセット受け部にセットするとともに、センサカセット
に設けられた電極に、測定装置本体内に移動自在に設け
られたコンタクトプローブ部を電気的に接続した状態
で、前記半導体基板に対してプローブ光を二次元的に走
査しながら照射して測定を行い、その後、測定済みのセ
ンサカセットをセンサカセット搬送手段によって測定装
置本体外に搬出するように構成している。

【００１０】上記構成の光走査型二次元濃度分布測定装
置においては、センサカセットの測定装置本体に対する
装着、離脱が自動的に行われるので、省力化が図れると
ともに、安全性が向上する。そして、センサがカセット
に組み込まれているので、センサを測定装置本体に対し
て容易に脱着することができる。そして、センサを保持
するセンサカセットの構造が簡単であるため、センサに
故障が生じた場合にもその点検や交換を容易に行えると
ともに、センサ回りの部品を再利用することが可能にな
り、所謂環境に優しい構成となっている。

【００１１】そして、信号の取り出しをコンタクトプロ
ーブによって行うようにしているので、信号を安定して
取り出すことができ、安定な測定を行うことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図面を参照し
ながら説明する。図１〜図１３は、この発明の一つの実
施の形態を示す。まず、図１は、この発明の光走査型二
次元濃度分布測定装置の外観を示す斜視図で、この図１
において、１は測定装置本体で、そのケース２の前面板
３は、図２に示すように、ヒンジ４を中心にして両矢印
５方向に回動し、開閉できるように構成されている。そ
して、この前面板３にはセンサカセット６（その構成に
ついては後で詳しく説明する）を出し入れするためのカ
セット挿抜口７が開設されている。

【００１３】８は前記カセット挿抜口７を開閉する扉
で、この扉８は、図２に示すように、例えば適宜の部材
９に保持され、上下方向に適宜の間隔おいて設けられた
二つのプーリ１０ａ，１０ｂの間に掛けわたされ、扉８
の上端と連結部材１１を介して連結されるベルト１２
と、一つのプーリ１０ａ側に設けられる駆動モータ１３
とからなる駆動装置１４によって、前面板３に沿って上
下方向に移動し、測定装置本体１内において用いられる
レーザ光８０が外部に漏洩しないように構成されてい
る。１５ａ，１５ｂは扉開閉用スイッチである。

【００１４】再び図１において、１６ａはケース２の上
部からその下方を、ケース２内の所定の位置にセットさ
れたセンサカセット６に臨むようにして延設された光学
顕微鏡であり、１６ｂはビデオカメラなどの観察画像入
力装置である。なお、測定装置本体１の内部構成につい
ては、後で詳しく説明する。

【００１５】１７は前記測定装置本体１を制御するとと
もに、これから送られてくる信号を処理し、その結果を
表示したり、記録する制御・画像処理装置で、例えば画
像処理機能を有するコンピュータである。このコンピュ
ータ１７は、制御や各種の演算などの処理を行うととも
に、データや処理結果を記憶する本体１８、例えばカラ
ーディスプレイよりなる表示装置１９、入力キーボード
２０、マウス２１などよりなり、測定装置本体１とは信
号ケーブル２２によって接続されている。

【００１６】ここで、測定装置本体１内部の構成を説明
する前に、測定装置本体１に対して搬入・搬出されるセ
ンサカセット６の構成について、図３〜図９を参照しな
がら説明する。図６〜図８において、２３，２４は平面
視方形のセンサホルダ、ホルダカバーで、これらの間に
後述するオーミックコンタクト３７、センサ３３および
パッキン４０をこの順に重ねた順で挟持される（図７お
よび図８参照）。

【００１７】そして、センサホルダ２３、ホルダカバー
２４はいずれも適宜厚さの絶縁材料、例えば合成樹脂よ
りなり、それらの平面視の外形寸法は互いに等しく、４
つのコーナーには斜めにカットされた部分２５を有する
が、対応する一つのコーナー２５ａは、他のコーナー２
５とは異なる形状に形成して、センサカセット６が後述
するセンサカセット受け部４６に対して誤ってセットさ
れるのを防止できるようにしてあるとともに、それぞれ
の中央には同サイズの方形の貫通孔２６，２７が設けら
れている。この貫通孔２６，２７は、センサ３３の大き
さとほぼ同じである。なお、センサホルダ２３とホルダ
カバー２４との平面視の外形寸法は必ずしも等しくする
必要はない。

【００１８】そして、センサホルダ２３の貫通孔２６の
下端部周囲には、オーミックコンタクト３７、センサ３
３およびパッキン４０を保持するためのザグリ面２６ａ
が形成され、ホルダカバー２４の貫通孔２７の下端側の
周囲には前記ザグリ面２６ａに対応するようにして突平
面２７ａが形成されている（図７参照）。

【００１９】また、センサホルダ２３には、貫通孔２６
の外側にねじ２８を螺着するための４つのねじ孔２９が
等配置的に形成されるとともに、センサカセット受け部
４６に設けられたガイドピン５６（図６参照）と対応す
る位置に４つの孔（被ガイド部）３０が貫設されてい
る。一方、ホルダカバー２４には、前記ねじ孔２９に対
応する位置にねじ２８を挿通させるための孔３１が開設
されているとともに、貫通孔２７の一辺側に２つの溝３
２が適宜の間隔をおいて並設されている。

【００２０】３３は平面視方形のセンサで、外形がザグ
リ面２６ａおよび突平面２７ａの形状および寸法にほぼ
合致するように形成されている。このセンサ３３は、図
９に示すように、測定分解能よりも小さい厚みを有する
（例えば１００μｍ）シリコンなどの半導体基板３４の
上面にＳｉＯ₂層３５、センサ面としてのＳｉ₃Ｎ₄層
３６を熱酸化、ＣＶＤなどの手法によって順次形成して
なるもので、水素イオンに応答するように形成されてい
る。

【００２１】３７はセンサ３３の半導体基板３４に当接
するように設けられる電流信号取出し用のオーミックコ
ンタクトであって、外形がザグリ面２６ａ、突平面２７
ａの形状および寸法にほぼ合致し、中央に貫通孔２６，
２７の形状および寸法に合致する孔３８を有するととも
に、その周囲の適宜箇所から作用極となる突片３９を備
えている。この突片３９は、短冊状部分を両端を互いに
異なる方向に互いに平行になるように曲げてなるもの
で、すなわち、オーミックコンタクト３７に連なり、こ
れの上方に直角に折曲された部分３９ａと、この部分３
９ａに連なり、これから水平に折曲された部分３９ｂ
と、これに連なり、これの上方に直角に折曲された部分
３９ｃとからなる。なお、オーミックコンタクト３７お
よび作用極３９は、適宜厚さの銀または白金などの導電
性に優れた金属板よりなり、特に、作用極３９の部分ｃ
のコンタクトプローブ６０（後述する）が当接する面に
は例えば金めっきが施されている。

【００２２】４０は平面視方向のパッキンで、外形がザ
グリ面２６ａ、突平面２７ａの形状および寸法にほぼ合
致し、中央に貫通孔２６，２７の形状および寸法に合致
する孔４１を有している。このパッキン４０は、例えば
シリコンゴムよりなる。

【００２３】そして、図６および図８において、４２，
４３はホルダカバー２４の貫通孔２７の一辺側に形成さ
れた２つの溝３２に装着できるようにコ字状に形成され
た対極、参照極である。この対極４２および参照極４３
はともにオーミックコンタクト３７と同様の素材、すな
わち、適宜厚の銀または白金などの金属板よりなり、短
冊状に形成した金属板の両端を同方向に平行となるよう
に折曲されている。そして、対極４２および参照極４３
は、その一方の折り曲げ部４２ａ，４３ａを貫通孔２７
を形成する内壁の一部に沿うようにし、水平部４２ｂ，
４３ｂを溝３２の上面に当接させ、さらに、他方の折り
曲げ部４２ｃ，４３ｃをホルダカバー２４の外面に沿う
ようにして溝３２にそれぞれ装着されるように形成され
ている。なお、折り曲げ部４２ｃ，４３ｃのコンタクト
プローブ６１，６２（後述する）がそれぞれ当接する面
には例えば金めっきが施されている。

【００２４】４４は前記対極４２、参照極４３を、溝３
２に装着した状態でこれらを固定するための電極押さえ
で、合成樹脂など絶縁性素材よりなり、溝３２に嵌合
し、対極４２、参照極４３を強固に固定できるように構
成されている。

【００２５】上記センサカセット６を組み立てるには、
センサホルダ２２のザグリ面２６ａに、オーミックコン
タクト３７、センサ３３およびパッキン４０をこの順に
重ねた後、ホルダカバー２４をセンサホルダ２３の上面
から被せてねじ２８で締めつけることによりセンサ３３
が水密に保持される。そして、対極４２、参照極４３を
ホルダカバー２４に形成された溝３２に装着し、電極押
さえ４４で対極４２、参照極４３を固定する。これによ
って、センサ３３の上面にセル４５を有するセンサカセ
ット６を得ることができる（図３〜図９参照）。なお、
センサホルダ２３とホルダカバー２４との結合は、上記
ねじ止めのほか、嵌合でもよい。

【００２６】次に、測定装置本体１側の構成について、
図２〜図６、図８および図９を参照しながら説明する。
測定装置本体１には、図２に示すように、センサカセッ
ト６を着脱自在にセットすることができるセンサカセッ
ト受け部４６、このセンサカセット受け部４６にセット
されたセンサカセット６の信号取り出し用電極３９，４
２，４３に対して接離自在に設けられるコンタクトプロ
ーブ部４７および測定に際してセンサカセット６を測定
装置本体１内のセンサカセット受け部４６に対して搬送
し、測定後にはセンサカセット６を測定装置本体１外に
搬出するセンサカセット搬送手段４８が設けられてい
る。

【００２７】まず、センサカセット受け部４６の構成に
ついて、図２〜図６および図９を参照しながら説明す
る。この実施の形態においては、センサカセット受け部
４６は、図２および図５に示すように、ＸＹステージ４
９の一部として形成されている。そして、このＸＹステ
ージ４９には、コンタクトプローブ部４７およびこれを
水平方向に直線的に前進また後退するように移動させる
移動機構５０（後述する）が搭載されており、ＸＹ走査
機構５１によってＸ方向（図面の左右方向）およびこれ
に直交するＹ方向（紙面に垂直な方向）の二次元方向に
走査されるとともに、上下動機構５２によってＸ，Ｙ方
向と直交するＺ方向に上昇または下降するように構成さ
れている。なお、５３は保持ベースである。また、図９
においては、ＸＹステージ４９のうちのセンサカセット
受け部４６のみ示している。さらに、この図９におい
て、５１ＡはＸＹ走査機構５１を制御する走査制御装置
である。

【００２８】前記ＸＹ走査機構５１、上下動機構５２お
よび保持ベース５３は、いずれも、それらの上下方向に
光を通過させる孔５４が形成されている。これは、後述
するように、センサカセット受け部４６にセットされる
センサカセット６のセンサ３３の半導体基板３４に向け
てレーザ光源７９から発せられるプローブ光としてのレ
ーザ光８０を通過させるためである。

【００２９】そして、センサカセット受け部４６には、
図６に示すように、その上面にセンサカセット６を装着
保持させるため、センサカセット６の外形よりやや大き
く、所定の深さの凹部５５が形成され、その四隅にはガ
イド部としてのガイドピン５６が立設されているととも
に、センサホルダ２３およびホルダカバー２４にそれぞ
れ形成された誤セット防止部２５ａに対応する誤セット
防止部５７が形成されている。そして、凹部５５のほぼ
中央には、センサ３３の全面に対応する大きさの貫通孔
５８が形成されている。

【００３０】次に、コンタクトプローブ部４７およびこ
れを水平方向に直線的に往復動させるプローブ移動機構
５０の構成について、図２〜図６を参照しながら説明す
る。図２〜図６において、５９は合成樹脂製のコンタク
トプローブカートリッジで、センサカセット６に設けら
れた作用極３９、対極４２および参照極４３の接触部３
９ｃ，４２ｃ，４３ｃとそれぞれ適宜の接触圧でもって
接触できるように取り付けられたコンタクトプローブ６
０，６１，６２とこれらに接続され、それぞれに対応す
るレセプタクルを有するコネクタ６３とからなる。

【００３１】６４はコネクタ６３に挿抜自在に接続され
るプラグで、このプラグ６４にはケーブル６５，６６，
６７が接続され、これらのケーブル６５〜６７の他端側
は、後述する制御ボックス９９に接続される。より詳し
くは、対極４２、参照極４３にそれぞれ対応するケーブ
ル６６，６７は、制御ボックス９９におけるポテンショ
スタット１００に接続され、オーミックコンタクト３７
に連なる作用極３９に対応するケーブル６５は、制御ボ
ックス９９における電流−電圧変換器１０１および演算
増幅回路１０２を介してポテンショスタット１００に接
続される。

【００３２】前記コンタクトプローブカートリッジ５９
を含むコンタクトプローブ部４７は、図４に示すよう
に、一対のガイド部材６８に沿って矢印Ａ，Ｂ方向に直
線的に往復動するスライドベース６９に例えばねじ止め
によって固定されている。

【００３３】そして、コンタクトプローブ部４７を搭載
したスライドベース６９を直線的に前進または後退させ
るプローブ移動機構５０は、図４および図５に示すよう
に、モータ７０の出力軸７０ａとスライドベース６９と
の間に回転運動を直線運動に変換する運動変換機構７１
を設けている。すなわち、この運動変換機構７１は、例
えば前記出力軸７０ａに固着されるクランク用円盤７２
と、この円盤７２の偏心した位置に立設されるピン７３
と、この偏心ピン７３とスライドベース６９の立設部材
６９ａに設けられたブラケット７４に立設されたピン７
５との間を連結する連杆７６とから構成されている。

【００３４】そして、図４および図５に示す状態におい
て、例えば測定装置本体１に設けられた測定開始スイッ
チ７７ａを操作すると、モータ７０が所定方向に回転
し、その回転運動が運動変換機構７１を介して直線運動
に変換され、スライドベース６９を矢印Ａ方向に直線的
に移動させる。これによって、スライドベース６９上に
設けられているコンタクトプローブカートリッジ５９が
センサカセット受け部４６方向に移動し、コンタクトプ
ローブカートリッジ５９に設けられたコンタクトプロー
ブ６０〜６２がセンサカセット受け部４６にセットされ
ているセンサカセット６側の作用極３９、対極４２およ
び参照極４３の接触部３９ｃ，４２ｃ，４３ｃにそれぞ
れ所定の接触圧をもって当接し、その状態を維持する。
つまり、測定可能状態となり、測定を開始する。

【００３５】また、前記測定可能状態において、測定装
置本体１に設けられた測定終了スイッチ７７ｂを操作す
ると、モータ７０が前記所定方向と逆方向に回転し、ス
ライドベース６９が矢印Ｂ方向に移動し、コンタクトプ
ローブ６０〜６２が接触部３９ｃ，４２ｃ，４３ｃから
離れ、図４および図５に示す解除状態に復帰する。な
お、７８ａおよび７８ｂは上記測定可能状態または解除
状態をそれぞれ維持するためのスライドベース６９の位
置検出装置である。また、上記段落００３４および００
３５に記述した動作は、測定スタート／ストップに応じ
て、コンピュータ１７によって自動制御するようにして
あってもよい。

【００３６】そして、図２、図４および図９において、
７９はセンサカセット受け部４６にセットされたセンサ
カセット６のセンサ３３の半導体基板３４に対してプロ
ーブ光８０を照射するためのレーザ光源で、ＸＹステー
ジ４９の下方、より詳しくは、ＸＹステージ４９などを
保持する保持ベース５３の下方に設けられており、後述
するインタフェースボード１０３を介してコンピュータ
１７の制御信号によって断続光を発するとともに、ＸＹ
ステージ４９によって二次元方向に走査されるセンサ３
３の半導体基板３４に対して最適なビーム径になるよう
に調整されたプローブ光８０を照射するものである。

【００３７】次に、測定に際してセンサカセット６を測
定装置本体１内のセンサカセット受け部４６に対して搬
送し、測定後にはセンサカセット６を測定装置本体１外
に搬出するセンサカセット搬送手段４８の構成につい
て、図２、図３、図５および図１０を参照しながら説明
する。このセンサカセット搬送手段４８は、図２および
図５に示すように、センサカセット６を搭載して直線的
に走行するカセットキャリア８１と、このカセットキャ
リア８１を、測定装置本体１のカセット挿抜口７と測定
装置本体１内のセンサカセット受け部４６との間におい
てガイドするキャリアガイド８２と、カセットキャリア
８１を所定方向に駆動するキャリア駆動機構８３とから
構成される。

【００３８】すなわち、前記カセットキャリア８１は、
センサカセット６を落下させることなく固定的に搭載す
ることができるように、キャリア本体８４とこれから前
方に適宜の間隔をおいて突出した二つのフォーク部８５
ａ，８５ｂとからなるとともに、底部に前後左右に４つ
の係合爪８６ａ，８６ｂ，８７ａ，８７ｂを備えてい
る。

【００３９】そして、前記キャリアガイド８２は、適宜
の部材によって水平に保持され、その内部を、センサカ
セット６を搭載したカセットキャリア８１が移動できる
ように、上板部８８、左右側板部８９ａ，８９ｂを有
し、その前後両端部と下方とが開放されているととも
に、左右側板部８９ａ，８９ｂはその下方がそれぞれ内
側に折曲されて、カセットキャリア８１を保持しこれを
ガイドするレール部９０ａ，９０ｂに形成されている。

【００４０】また、前記キャリア駆動機構８３は、キャ
リアガイド８２の左右側板部８９ａ，８９ｂのそれぞれ
ほぼ真下に設けられる一対の搬送ベルト９１ａ，９１ｂ
と、これらを所定の方向に回転駆動させるための正逆回
転可能なモータ９２からなる。９３ａ，９４ａおよび９
３ｂ，９４ｂはそれぞれ搬送ベルト９１ａ，９１ｂが掛
けわたされるプーリー、９５，９６はプーリー９３ａ，
９３ｂおよび９４ａ，９４ｂをそれぞれ保持する軸で、
一方の軸９５にモータ９２の回転が伝達されるように構
成されている。

【００４１】さらに、前記搬送ベルト９１ａ，９１ｂの
それぞれの外面には、そのベルト長を二分する位置に係
合爪９７ａ，９８ａおよび９７ｂ，９８ｂが、前記カセ
ットキャリア８１の下部に設けられた係合爪８６ａ，８
６ｂ，８７ａ，８７ｂと係合する位置に設けられてい
る。

【００４２】そして、図２において実線で示すように、
カセットキャリア８１は、その前端側（右端側）をキャ
リアガイド８２の後端側（左端側）に保持されるように
して測定装置本体１のカセット挿抜口７から手前（図に
おいては左側）に突出させた位置（以下、これをキャリ
ア取出位置という）にあるときは、カセットキャリア８
１の爪８６ａ，８６ｂが搬送ベルト９１ａ，９１ｂの爪
９３ａ，９３ｂと係合している。

【００４３】上記状態において、例えば測定装置本体１
に設けられたスイッチ９７ａを操作してモータ９２を所
定方向に回転させると、搬送ベルト９１ａ，９１ｂが所
定方向に回転すると、カセットキャリア８１は、測定装
置本体１内に設けられているキャリアガイド８２を経て
搬送されるが、この搬送途中において、搬送ベルト９１
ａ，９１ｂの爪９４ａ，９４ｂがカセットキャリア８１
の爪８７ａ，８７ｂと係合することにより、図２におい
て仮想線で示すように、その後端側（左端側）をキャリ
アガイド８２の前端側（右端側）に保持されるようにし
て測定装置本体１のＸＹステージ４９に設けられたセン
サカセット受け部４６の上方位置（以下、これをキャリ
ア受取位置という）に至る。

【００４４】そして、カセットキャリア８１が前記キャ
リア受取位置にあるとき、測定装置本体１に設けられた
スイッチ９７ｂを操作して、モータ９２を前記所定方向
とは逆の方向に回転させると、カセットキャリア８１は
キャリアガイド８２内に収容されるようにして停止する
（以下、これを待機位置という）。

【００４５】９９は測定装置本体１に設けられる制御ボ
ックスであって、半導体基板３４に適宜のバイアス電圧
を印加するためのポテンショスタット１００、半導体基
板３４に形成されたオーミックコンタクト３７に連なる
作用極３９から取り出される電流信号を電圧信号に変換
する電流−電圧変換器１０１、この電流−電圧変換器１
０１からの信号が入力される演算増幅回路１０２、この
演算増幅回路１０２と信号を授受したり、走査制御装置
５１Ａやレーザ光源７９に対する制御信号を出力するイ
ンタフェースボード１０３などよりなる。

【００４６】上記構成の光走査型二次元濃度分布測定装
置を用いて、溶液の水素イオン濃度（ｐＨ）を測定する
場合について、図１０をも参照しながら説明する。図６
および図７に示すように組み立てられたセンサカセット
６のセル４５内に試料として溶液１０４（図９参照）を
入れる。これにより、センサ３３のセンサ面３６に溶液
１０４が接するとともに、溶液１０４が対極４２および
参照極４３と接触する。

【００４７】次に、測定装置本体１のスイッチ１５ａを
操作して、測定装置本体１のカセット挿抜口７の扉８を
開く。なお、カセットキャリア８１は、通常、図１０
（Ａ）において仮想線で示すように、キャリアガイド８
２内に収容された待機位置にあるので、スイッチ９７ｂ
を操作することにより、図１０（Ａ）において実線で示
すキャリア取出位置に突出させる。なお、カセットキャ
リア８１は、スイッチ１５ａを操作して扉８が開いたと
き、自動的にキャリア取出位置に出てくるようにしても
よい。

【００４８】前記キャリア取出位置にあるカセットキャ
リア８１に対して、試料１０４を収容したセンサカセッ
ト６を載置する。このセンサカセット６の載置はオペレ
ータ（測定員）が行う。この場合、センサカセット３の
外周にセンサカセット受け部４６に対する誤セット防止
部２５ａが形成してあるので、カセットキャリア８１に
載置する前に予めセンサカセット６の向きを確認するこ
とができる。

【００４９】センサカセット６をカセットキャリア８１
に搭載した後、スイッチ９７ａを押すと、モータ９２が
動作して搬送ベルト９１ａ，９１ｂが所定方向に回転
し、これにより、図１０（Ｂ）に示すように、カセット
キャリア８１は測定装置本体１内に搬入され、キャリア
受取位置に至る。この搬入が終わる頃に、スイッチ１５
ｂを操作して扉８を閉じる。なお、スイッチ１５ｂを操
作してカセットキャリア８１がキャリア受取位置に来た
とき、扉８が自動的に閉じるようにしてあってもよい。

【００５０】センサカセット６を搭載したカセットキャ
リア８１が前記キャリア受取位置に至り、この位置に静
止している状態においては、図１０（Ｂ）に示すよう
に、上下動機構５２は縮んだ状態にあり、ＸＹステージ
４９はキャリア受取位置の下方に位置している。

【００５１】その状態で、スイッチ操作を行って上下動
機構５２を伸長させると、ＸＹステージ４９が上昇し、
カセットキャリア８１に保持されているセンサカセット
６に対して、ＸＹステージ４９のセンサカセット受け部
４６が下方から密着する程度に接近する。このとき、図
１０（Ｃ）に示すように、カセットキャリア８１を待機
位置方向に移動させることにより、センサカセット６
は、その被ガイド部３０をセンサカセット受け部４６の
ガイド部５６にガイドされるようにしてセンサカセット
受け部４６の凹部５５に載置される。

【００５２】上述のようにして、カセットキャリア８１
が待機状態となり、センサカセット受け部４６にセンサ
カセット６がセットされた状態において、上下動機構５
２を縮ませることにより、ＸＹステージ４９がやや下降
した状態で停止するこの状態において、測定スイッチ７
７ａを操作してモータ７０を所定方向に回転させると、
コンタクトプローブカートリッジ５９がセンサカセット
受け部４６方向に移動し、図１０（Ｄ）に示すように、
コンタクトプローブカートリッジ５９に設けられたコン
タクトプローブ６０〜６２がセンサカセット受け部４６
にセットされているセンサカセット６の作用極３９、対
極４２および参照極４３の接触部３９ｃ，４２ｃ，４３
ｃにそれぞれ所定の接触圧をもって当接し、測定可能状
態となり、測定を開始する。

【００５３】前記測定可能状態において、半導体基板３
４に空乏層が発生するように、ポテンショスタット１０
０からの直流電圧を参照極４３とオーミックコンタクト
３７との間に印加して、半導体基板３４に所定のバイア
ス電圧を印加する。この状態で半導体基板３４に対して
プローブ光８０を一定周期（例えば、５ｋＨｚ）で断続
的に照射することによって半導体基板３４に交流光電流
を発生させる。このプローブ光８０の断続照射は、コン
ピュータ１７の制御信号がインタフェースボード１０３
を介して入力されることによって行われる。前記光電流
は、半導体基板３４の照射点に対向する点で、センサ３
３に接している溶液１０４におけるｐＨを反映した値で
あり、その値を測定することにより、この部分でのｐＨ
値を知ることができる。

【００５４】そして、走査制御装置４１Ａによって、Ｘ
Ｙテーブル４１をＸ，Ｙ方向に移動させることにより、
半導体基板２８にはプローブ光６８が二次元方向に走査
されるようにして照射され、溶液における位置信号
（Ｘ，Ｙ）と、その場所で観測された交流光電流値によ
り、表示装置１０の画面上にｐＨを表す二次元画像が表
示される。

【００５５】前記測定が完了すると、上述とは逆の手順
によって、センサカセット６を搭載したカセットキャリ
ア８１を測定装置本体１の外部に搬出する。すなわち、
測定終了スイッチ７７ｂを押すと、測定可能状態にある
コンタクトプローブカートリッジ５９がセンサカセット
受け部４６から離れるように移動し、その後、ＸＹステ
ージ４９が上昇する。そして、待機位置のカセットキャ
リア８１をセンサカセット受け部４６に接近させ、この
センサカセット受け部４６にセットされている測定済み
のセンサカセット６をカセットキャリア８１に搭載す
る。その後、扉８を開き、測定済みのセンサカセット６
を搭載したカセットキャリア８１を扉８方向に走行させ
て、測定装置本体１外に搬出するのである。

【００５６】前記測定装置本体１外に搬出されたカセッ
トキャリア８１に搭載されているセンサカセット６をオ
ペレータが手で保持して取り出し、カセットキャリア８
１を待機位置に戻した後、扉８を閉じる。

【００５７】図１１〜図１３は、上記光走査型二次元濃
度分布測定装置を用いて測定を行うときの測定装置本体
１における動作（メカ動作）と、ＣＰＵにおける作用
と、人間（オペレータ）の動作（あるいは操作）の関係
の一例を示すものである。

【００５８】上述のように、この発明の光走査型二次元
濃度分布測定装置においては、センサ３３を分解自在に
組み込んだセンサカセット６の測定装置本体１に対する
装着、離脱が自動的に行われるので、省力化が図れると
ともに、安全性が向上する。そして、センサ３３を保持
するセンサカセット６の構造が簡単であるため、センサ
３３に故障が生じた場合にもその点検や交換を容易に行
えるとともに、センサ３３回りの部品を再利用すること
が可能になり、所謂環境に優しい構成となっている。

【００５９】そして、信号の取り出しをコンタクトプロ
ーブ６０〜６２によって行うようにしているので、信号
を安定して取り出すことができ、安定な測定を行うこと
ができる。

【００６０】この発明は、上述の実施の形態に限られる
ものではなく、種々に変形して実施することができる。
例えば、溶液中のカリウムイオンや塩化物イオンなど、
水素イオン以外の他の物質の濃度を測定することができ
る。その場合、センサ面３６をカリウムイオンや塩化物
イオンに応答する物質で修飾する必要があり、例えば、
カリウムイオンを測定する場合は、センサ面３６をバリ
ノマイシンやクラウンエーテルで修飾すればよく、塩化
物イオンを測定する場合は、センサ面３６を４級アンモ
ニウムで修飾すればよい。さらに、センサ面３６を適宜
の応答物質で修飾するとともに、用いる溶液を適宜選択
することにより、他のイオン濃度の測定を行うことがで
きる。

【００６１】そして、測定対象としての試料１０４は、
溶液など液体のほか、ゲル状体であってもよい。

【００６２】また、ＸＹステージ４９を二次元方向
（Ｘ，Ｙ方向）に走査させるのに代えて、レーザ光源７
９に光照射部走査装置を設け、このレーザ光源７９を
Ｘ，Ｙ方向に走査させるようにしてもよく、また、レー
ザ光源７９とセンサカセット受け部４６との間にプロー
ブ光走査装置を設け、プローブ光８０をＸ，Ｙ方向に走
査させるようにしてもよい。これらいずれの場合におい
ても、センサカセット受け部４６、コンタクトプローブ
部４７および移動装置５０を二次元的に移動させる必要
がなくなり、それだけ構成が簡単になる。

【００６３】

【発明の効果】この発明の光走査型二次元濃度分布測定
装置においては、センサを安定かつ交換容易に保持する
ことができるとともに、信号を安定に取り出すことがで
きる。そして、測定操作などを自動的にしかも安全に行
うことができる。したがって、この発明によれば、実用
的な構造を有し、しかも使い勝手に優れた光走査型二次
元濃度分布測定装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光走査型二次元濃度分布測定装置の
外観を示す斜視図である。

【図２】前記装置の要部を示す断面図である。

【図３】前記装置において用いられるＸＹステージ上に
おける構成を示す平面図である。

【図４】前記ＸＹステージ上の縦断面図である。

【図５】前記装置において用いるセンサカセット搬送手
段を示す斜視図である。

【図６】センサカセットとその受け部を示す分解斜視図
である。

【図７】前記センサカセットの縦断面図である。

【図８】前記センサカセットの分解斜視図である。

【図９】前記装置の構成概略的に示すブロック図であ
る。

【図１０】前記装置の動作説明図である。

【図１１】図１２および図１３とともに前記装置の動作
を示すフローチャートである。

【図１２】図１１および図１３とともに前記装置の動作
を示すフローチャートである。

【図１３】図１１および図１２とともに前記装置の動作
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…測定装置本体、６…センサカセット、７…カセット
挿抜口、３３…センサ、３４…半導体基板、３６…セン
サ面、３９…作用極、４２…対極、４３…参照極、４６
…センサカセット受け部、４７…コンタクトプローブ
部、４８…センサカセット搬送手段、８０…プローブ
光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野村聡京都府京都市南区吉祥院宮の東町２番地株式会社堀場製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の上面にセンサ面を有するセ
ンサを組み込んだセンサカセットを、測定装置本体に設
けられたカセット挿抜口を自在に通過するセンサカセッ
ト搬送手段を用いて測定装置本体内に搬入し、この搬入
されたセンサカセットを測定装置本体内の所定の位置に
設けられたセンサカセット受け部にセットするととも
に、センサカセットに設けられた電極に、測定装置本体
内に移動自在に設けられたコンタクトプローブ部を電気
的に接続した状態で、前記半導体基板に対してプローブ
光を二次元的に走査しながら照射して測定を行い、その
後、測定済みのセンサカセットをセンサカセット搬送手
段によって測定装置本体外に搬出するように構成したこ
とを特徴とする光走査型二次元濃度分布測定装置。