JP2003329569A - レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粒度分布が一様でない状態で透明部材内に封
入され、あるいは透明部材に付着している粒子群の粒度
分布を、再現性よく正確に測定することのできるレーザ
回折・散乱式粒度分布測定装置を提供する。 【解決手段】 粒子群Ｐが封入または付着している透明
部材からなる被測定試料Ｗに対してレーザ光を照射し、
その回折・散乱光の空間強度分布を測定する照射・測定
光学系１，５，６と、被測定試料Ｗのうち少なくともい
ずれか一方を、レーザ光Ｌの光軸に直交する面上で移動
させて被測定試料Ｗ上でのレーザ光Ｌの照射位置を変化
させる移動機構を設けることにより、被測定試料Ｗの広
い領域にレーザ光を照射して回折・散乱光を測定するこ
とができ、その各照射位置で測定した回折・散乱光の空
間強度分布から粒度分布を算出することで、被測定試料
Ｗに封入または付着している粒子群Ｐの全体の粒度分布
を再現性よく正確に測定することを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ回折・散乱式
粒度分布測定装置に関し、更に詳しくは、透明部材に封
入もしくは付着している状態で分散している粒子群の粒
度分布を測定するための粒度分布測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】粉粒体の粒度分布を短時間の内に正確に
測定する装置として、レーザ回折・散乱式粒度分布測定
装置が知られている。このレーザ回折・散乱式粒度分布
測定装置においては、分散飛翔状態の被測定粒子群にレ
ーザ光を照射することによって生じる回折・散乱光の空
間強度分布を測定し、その光強度分布がミーの散乱理論
ないしはフラウンホーファの回折理論に則ることを利用
し、回折・散乱光の空間強度分布の測定結果からミーの
散乱理論ないしはフラウンホーファ回折理論に基づく演
算によって被測定粒子群の粒度分布を算出する。

【０００３】このようなレーザ回折・散乱式粒度分布測
定装置では、被測定粒子群を媒液中に分散させて懸濁液
状態としてレーザ光を照射する湿式測定と、被測定粒子
群を空気中に分散させてエアロゾル状態としてレーザ光
を照射する乾式測定のほか、例えば透明な樹脂の板材や
フィルム内に封入（充填）された粒子群や、ガラス等の
透明板の表面に付着した粒子群の粒度分布測定に際して
は、これらの透明部材に対して直接レーザ光を照射して
得られる回折・散乱光を測定することも可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のレーザ回折・散
乱式粒度分布測定装置において、被測定粒子群を懸濁液
やエアロゾルの状態としてレーザ光を照射して得られる
回折・散乱光を測定し、その測定結果から被測定粒子群
の粒度分布を算出する場合には、レーザ光の照射領域が
狭くても、攪拌等により被測定粒子群がその分散媒内に
おいて移動してレーザ光の照射領域に順次別の粒子群が
供給されてくるため、懸濁液ないしはエアロゾル中の被
測定粒子群の局在による影響のない粒子全体の粒度分布
を得ることができる。

【０００５】しかしながら、透明部材に封入された粒子
群やその表面に付着した粒子群の粒度分布測定において
は、レーザ光の照射領域に存在する粒子群の粒度分布が
得られることになり、その測定結果は透明部材に封入あ
るいは付着している粒子群全体の粒度分布を正確に表し
ているとは言いがたい。

【０００６】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、粒度分布が一様でない状態で透明部材内に封入
され、あるいは透明部材に付着している粒子群の粒度分
布を再現性よく正確に測定することのできるレーザ回折
・散乱式粒度分布測定装置の提供を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置は、
透明部材に封入もしくは付着した状態で分散する粒子群
の粒度分布を測定する装置であって、上記透明部材に対
してレーザ光を照射し、そのレーザ光の粒子群による回
折・散乱光の空間強度分布を測定する照射・測定光学系
と、その空間強度分布の測定結果を用いて粒子群の粒度
分布を演算する演算装置を備えるとともに、上記透明部
材および照射・測定光学系のうちの少なくともいずれか
一方を、当該照射測定光学系の光軸に直交する面上で移
動させて透明部材上でのレーザ光の照射位置を変化させ
る移動機構を備えていることによって特徴づけられる
（請求項１）。

【０００８】ここで、本発明においては、上記演算装置
が、レーザ光の照射位置を複数に変化させて測定した複
数の回折・散乱光の空間強度分布の測定結果の積算値を
用いて粒度分布を演算する構成（請求項２）を採用する
ことができる。

【０００９】本発明は、透明部材内に封入あるいはその
表面に付着して分散して移動しない粒子群を測定するに
当たり、透明部材ごと移動させるか、あるいは照射・測
定光学系側を移動させることによって粒子群に対するレ
ーザ光の照射領域を変化させつつ回折・散乱光を測定す
ることによって、所期の目的を達成するものである。

【００１０】すなわち、透明部材および照射・測定光学
系のうちの少なくともいずれか一方を照射・測定光学系
の光軸に直交する面で移動させる移動機構を設けて、透
明部材に対するレーザ光の照射位置を変化させることに
より、透明部材に封入あるいは付着している粒子群に対
して広い領域でレーザ光を照射して、各照射位置で回折
・散乱光を得ることができ、透明部材上での任意の位置
での粒度分布を測定することができると同時に、測定に
供される粒子数を多くすることが可能となり、透明部材
に封入されあるいは付着している粒子群の粒度分布が一
様でない状態であっても、その粒子群全体の粒度分布を
求めることができる。

【００１１】透明部材に封入あるいは付着している粒子
群全体としての粒度分布を求めるに当たり、各レーザ光
の照射位置における回折・散乱光からそれぞれの位置で
の粒度分布を算出して合計してもよいが、請求項２に係
る発明のように、各レーザ光の照射位置における回折・
散乱光の測定結果の積算値を用いて粒度分布を算出する
ことにより、演算の簡素化を達成できると同時に、各位
置での回折・散乱光をそれぞれ粒度分布に換算して合計
する場合に比して、光強度分布から粒度分布を算出する
際に生じる可能性のある数値的誤差の蓄積を回避するこ
とができる結果、最終的に得られる全粒子についての粒
度分布に含まれる数値的誤差を少なくすることができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形
態の構成図で、光学系並びに機械的構成を表す模式図と
電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図であ
る。この例は、粒子群Ｐが封入（充填）された透明な樹
脂板を被測定試料Ｗとして、その粒子群Ｐの粒度分布を
測定する例を示している。

【００１３】レーザ光源１は、例えば半導体レーザと、
集光レンズ、空間フィルタおよびコリメータレンズから
なり、平行なレーザ光Ｌを水平のｘ方向に出力すること
ができる。

【００１４】被測定試料Ｗは、レーザ光源１からのレー
ザ光Ｌの光軸方向（ｘ方向）に直交するように試料保持
具２に保持された状態で、試料移動機構３に支持されて
いる。試料移動機構３は、後述するコンピュータ８の制
御下に置かれたコントローラ４から供給される駆動信号
により、レーザ光Ｌの光軸方向であるｘ方向に直交する
ｙ−ｚ平面上で、被測定試料Ｗを互いに直交するｙ方向
およびｚ方向にそれぞれ独立的に移動させることができ
る。

【００１５】被測定試料Ｗを挟んでレーザ光源１の反対
側には、集光レンズ５およびその焦点位置に置かれたリ
ングディテクタ６が配置されている。これらレーザ光源
１、集光レンズ５、およびリングディテクタ６が照射・
測定光学系を構成している。

【００１６】リングディテクタ６は、互いに半径の異な
る複数のリング状または半リング状もしくは１／４リン
グ状の受光面を有する複数の光センサが同心上に配置さ
れた光センサアレイである。

【００１７】被測定試料Ｗに平行レーザ光Ｌが照射され
ることにより生じる粒子群Ｐによる回折・散乱光は、集
光レンズ５によって集光され、その焦点位置に置かれた
リングディテクタ６上に像を結ぶ。従って、リングディ
テクタ６の各光センサの出力の合計は、回折・散乱光の
空間強度分布を表すことになる。

【００１８】リングディテクタ６内の各光センサの出力
は、アンプおよびＡ−Ｄ変換器を有してなるデータサン
プリング回路７によって増幅およびデジタル化された
後、回折・散乱光の空間強度分布データとしてコンピュ
ータ８に取り込まれる。

【００１９】コンピュータ８には、レーザ回折・散乱式
粒度分布測定装置において公知の、ミーの散乱理論およ
びフラウンホーファの回折理論に基づく演算式がインス
トールされており、この演算式により、データサンプリ
ング回路７を介して取り込んだ回折・散乱光の空間強度
分布データを、その粒子群の粒度分布に換算することが
できる。

【００２０】また、コンピュータ８では、あらかじめ移
動パターンを設定しておくことにより、その移動パター
ンに基づいてコントローラ４を介して移動機構３を駆動
制御し、被測定試料Ｗをｙおよびｚ方向に自動的に移動
させて、平行レーザ光Ｌの被測定試料Ｗへの照射位置を
変化させつつ、各照射位置において生じた回折・散乱光
の空間強度分布データを取り込んで積算し、その積算結
果を粒度分布に換算する。

【００２１】以上の実施の形態において、図２に例示す
るように、平行レーザ光Ｌのスポット領域Ａの合計が被
測定試料Ｗの略全面をカバーするように移動機構３によ
る移動パターンを設定すると、被測定試料Ｗに封入され
ている略全ての粒子からの回折・散乱光の空間強度分布
データを取り込むことができ、各スポット領域Ａにおい
て得られる回折・散乱光の空間強度分布の積算値を粒度
分布に換算することにより、被測定試料Ｗに封入されて
いる略全ての粒子群Ｐの粒度分布を求めることができ
る。

【００２２】従って、以上の本発明の実施の形態による
と、粒子群Ｐの被測定粒子Ｗ上での粒度の分布が一様で
なくムラがあっても、被測定粒子群Ｗに封入されている
粒子群Ｐの全体の粒度分布を正確に再現性よく測定する
ことができる。

【００２３】また、平行レーザ光Ｌの各照射位置におい
て得られる回折・散乱光の空間強度分布データを、それ
ぞれ単独に粒度分布に換算することにより、粒子群Ｐの
任意の位置における粒度分布を求めることができ、被測
定試料Ｗ上での粒子群Ｐの粒度のムラ、つまり粒子群の
粒度分布の領域分布をも測定することができる。

【００２４】なお、粒子群Ｐの全体の粒度分布を求める
に当たり、上記のように各レーザ光の照射位置において
得られる回折・散乱光の空間強度分布データの積算結果
を粒度分布に換算するほか、各レーザ光の照射位置にお
ける回折・散乱光の空間強度分布からそれぞれの位置に
おける粒度分布を算出した後、これらを合計して全体と
しての粒度分布を求めてもよい。

【００２５】また、以上の実施の形態においては、被測
定試料Ｗへのレーザ光の照射位置を変化させるために、
被測定試料Ｗ側を移動させる例を示したが、照射・測定
光学系側を移動させてもよい。図３にその要部構成例を
示す。

【００２６】この図３の例では、レーザ光源１、集光レ
ンズ５およびリングディテクタ６からなる照射・測定光
学系を、相互の位置関係を維持するための支持台９上に
搭載するとともに、その支持台９を移動機構３′により
ｙ−ｚ平面上で移動できるようにしている。この構成に
よっても、先の例と同等の効果を奏することができる。

【００２７】なお、本発明においては、被測定試料側と
照射・測定光学系の双方を移動させる構成を採用できる
ことは言うまでもない。

【００２８】更に、以上の実施の形態においては、透明
な樹脂板に封入された粒子群Ｐの粒度分布を測定した例
を示したが、樹脂板に代えてフィルム状ないしはシート
状の樹脂等の内部に封入された粒子群についても、その
フィルムないしはシートを、例えばその周囲を保持する
枠体等を用いて拡張ないしは展開した状態としたり、あ
るいはガラス板等の表面に密着保持する等によって、上
記と同等の測定に供することができる。また、例えばガ
ラス板の表面に付着した粒子群についても、同等の測定
に供し得ることは勿論である。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、透明部
材の内部に封入されているか、あるいはその表面に付着
している粒子群の粒度分布を測定するレーザ回折・散乱
式粒度分布測定装置において、被測定試料である透明部
材もしくは照射・測定光学系のうち少なくともいずれか
一方を、照射・測定光学系の光軸に直交する面上で移動
させることにより、被測定試料に対するレーザ光の照射
位置を変化させる移動機構を備えているので、透明部材
に封入もしくは付着している粒子群に対して広い範囲で
レーザ光を照射して得られる回折・散乱光の空間強度分
布データを得ることができ、粒子群が透明部材の内部も
しくは表面において一様な粒度の分布をしていなくて
も、その透明部材に封入もしくは付着している粒子群の
粒度分布を、容易かつ正確に再現性よく測定することが
できるとともに、透明部材上での粒子群の粒度分布の領
域分布をも簡単に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の構成図で、光学系並びに
機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図
とを併記して示す図である。

【図２】本発明の実施の形態において移動機構による平
行レーザ光の照射位置の移動パターンの例の説明図であ
る。

【図３】本発明の他の実施の形態の要部構成図である。

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ 試料保持具 ３ 移動機構 ４ コントローラ ５ 集光レンズ ６ リングディテクタ ７ データサンプリング回路 ８ コンピュータ Ｗ 被測定試料 Ｐ 粒子群

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明部材に封入もしくは付着した状態で
   分散する粒子群の粒度分布を測定する装置であって、 上記透明部材に対してレーザ光を照射し、そのレーザ光
   の粒子群による回折・散乱光の空間強度分布を測定する
   照射・測定光学系と、その空間強度分布の測定結果を用
   いて粒子群の粒度分布を演算する演算装置を備えるとと
   もに、上記透明部材および照射・測定光学系のうち少な
   くともいずれか一方を、当該照射・測定光学系の光軸に
   直交する面上で移動させて透明部材上でのレーザ光の照
   射位置を変化させる移動機構を備えていることを特徴と
   するレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置。
2. 【請求項２】 上記演算装置が、レーザ光の照射位置を
   複数に変化させて測定した複数の回折・散乱光の空間強
   度分布の測定結果の積算値を用いて粒度分布を演算する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ回折・散乱式
   粒度分布測定装置。