JP2522880B2 - 粒度分布測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粒度分布測定装置に関
し、さらに詳しくは、広い測定レンジを有するコンパク
トな粒度分布測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】一般に、
粒度分布測定装置は、レーザー光軸に垂直に配置された
散乱光検出器を有する。この散乱光検出器は、光電変換
素子である扇形の散乱光検出用受光素子を一列に配列し
てなる。散乱光検出用受光素子は、等角度に広がる半径
と半径とにはさまれ、所定の半径を有する外側円弧と所
定の半径を有する内側円弧とではさまれた扇形をなす。

【０００３】このような散乱光検出器を備えた粒度分布
測定装置においては、レーザーを粒子系に照射すること
により生ずる散乱光を、レンズにより、レーザーの光軸
に対して垂直に設置された散乱光検出器面上に結像さ
せ、その強度分布を測定している。この場合、散乱光検
出器を構成する各光電変換素子は、その位置での光強度
を測定している。そして、同心円状に広がる前方散乱光
のうち外側の光ほど光強度が弱くなるので、通常、散乱
光検出器を形成する光電変換素子は、外側に配置された
光電変換素子程、大面積になっている。

【０００４】このような粒度分布測定装置で粒度分布を
測定しようとするとき、散乱光検出器とレーザーの光軸
との相対的な位置関係を１０μｍ程度の精度で位置合わ
せをする必要がある。

【０００５】ところで、一般にレーザー光をレンズで集
光する場合、そのビームスポット径はレンズ口径、焦点
距離、及び光の波長等で決まる回折限界以下には絞り込
むことができない。したがって、従来の粒度分布測定装
置におけるように、粒子群にレーザー光を照射し、そこ
から生じる散乱光をレーザー光軸に垂直な検出器面上に
結像させようとする場合に、検出器面上においてレーザ
ーの光軸中心から一定の半径距離以内はレーザーの直射
光が当たるために、この部分では散乱光の測定をするこ
とはできない。それ故に、この種の粒度分布測定装置に
おいては、この部分を利用してレーザー光軸と散乱光検
出器との位置合わせを行っている。

【０００６】その場合、レーザー光軸中心にビームスポ
ット径とほぼ同サイズの円形の光検出素子を配置し、そ
の円形検出素子の外側の円周上に複数の検出素子を配置
する。そして、これらの検出素子群からの信号をバラン
スさせることにより、レーザー光軸と散乱光検出器との
位置合わせを行うのである。

【０００７】このような粒度分布測定装置での散乱光測
定を考慮すると、一般に、粒径が数１００ミクロンとい
う比較的に大きな粒子からの散乱光エネルギーは前方の
小さい散乱角度範囲（０．１度以内）に集中し、粒径が
大きくなる程、小さい角度範囲における光の強度分布を
測定しなければならない。

【０００８】しかしながら、前述したように、散乱光検
出器において、レーザー光軸中心から一定の半径距離以
内は散乱光検出に使えないので、この部分に入射する角
度の散乱光の情報は得られないことになる。したがっ
て、このような粒度分布測定装置の測定レンジの上限
は、検出可能な散乱光の最小散乱角度で決まることにな
る。

【０００９】粒度分布測定装置の測定レンジを拡大する
目的で、散乱光検出器における上記の不感帯を小さくす
るべく、レンズ口径、焦点距離を適当に選んでビームス
ポット径を小さくしても、この不感帯の大きさは検出器
の製造方法から決まる最小寸法（半径；数１０μｍ）以
下にすることはできない。

【００１０】測定レンジを広くするためのもう一つの方
法は、不感帯の大きさを一定にしておいて、この不感帯
に入射する散乱角範囲を小さくすることである。例え
ば、焦点距離ｆ₁ のレンズを使用した場合に、不感帯と
なる角度をθ₁ であるとすると、散乱光検出器の位置を
散乱中心から離すようにすれば良く、そのために焦点距
離ｆ₂ （ｆ₂ ＞ｆ₁ ）のレンズを配置すれば良い。そう
すると、不感帯となる角度がθ₂ （θ₁ ＞θ₂ ）になる
から、測定レンジが拡大される。かかる有様を図３に示
す。図３において、５で示されるのは散乱中心であり、
６で示されるのは不感帯であり、７で示されるのは散乱
光検出器である。

【００１１】しかしながら、この方法では、長焦点距離
のレンズを使用しなければならないこととと大口径のレ
ンズを必要とすることから、粒度分布測定装置が大型に
なるという問題点がある。

【００１２】本発明は、前記課題を解決することを目的
とする。すなわち、本発明の目的は、ある焦点距離のレ
ンズを有する粒度分布測定装置において、その焦点距離
で測定することのできる散乱光よりも更に狭い散乱角の
散乱光強度を、そのレンズの焦点距離よりも長い焦点距
離を有するレンズを使用することなく、測定することが
できる粒度分布測定装置を提供することにある。換言す
ると、光軸調整用受光素子が存在するために、その光軸
調整用受光素子が存在する領域の散乱光を測定すること
ができなかった比較的大きな粒径の粒子による散乱光
を、焦点距離の長いレンズに交換することなく、測定す
ることのできる粒度分布測定装置を提供することにあ
る。

【００１３】

【前記課題を解決するための手段】前記課題を解決する
ためのこの発明は、レーザー光を粒子に照射することに
より生じる散乱光を、レンズにより、レーザー光の光軸
に垂直に配置された散乱光検出器面上に結像させて、そ
の強度分布を測定し、その測定結果から粒度分布を求め
る粒度分布測定装置において、前記レーザー光の光軸を
中心とする円周上に互いに９０度の中心角をもって配置
された光軸調整用受光素子を散乱光検出用受光素子とし
て共用してなることを特徴とする粒度分布測定装置であ
る。

【００１４】

【作用】この発明の粒度分布測定装置においては、前記
レーザー光の光軸を中心とする円周上に互いに９０度の
中心角をもって配置された光軸調整用受光素子を散乱光
検出用受光素子と共用するので、光軸調整用受光素子以
外の散乱光検出用受光素子で測定することができた粒子
の散乱光強度の外に更に大粒径の粒子による散乱光の強
度を光軸調整用受光素子で測定することができるので、
レンズの焦点距離を大きくすることなく、つまり装置を
大型にすることなく、散乱光の測定レンジが拡大され
る。

【００１５】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す模式説明図
である。すなわち、粒度分布測定装置は、レーザー光照
射装置と、そのレーザー光照射装置から出射されるレー
ザー光ビームの光軸上に配置された、試料粒子を存在さ
せるセルと、レーザー光ビームの光軸上であって、前記
セルの前方に、レーザー光の光軸に垂直な平面に配置さ
れた散乱光検出器とを有する。

【００１６】散乱光検出器は、レーザー光の光軸に垂直
に配置された基板上に、図１に示すように、レーザー光
ビームの光軸上に位置するように配置された円形の第１
受光素子１と、４個の第２受光素子２ａ，２ｂ，２ｃ，
２ｄからなる第２受光素子群２と、複数の第３受光素子
からなる第３受光素子群３とを備えてなる。第２受光素
子群２は、前記第１受光素子１の配置された位置を中心
とする円周において、互いに９０度の中心角をもって配
置された４個の第２受光素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと
で構成されている。

【００１７】ところで、レーザー光のレンズによる集光
後のビームスポット径ＷはＷ＝ｋ（λｆ）／Ｄ_L で計算
される。ここで、ｋはレンズによって決定される定数で
あり、λは光の波長を示し、ｆはレンズの焦点距離を示
し、Ｄ_L はレンズの有効口径を示す。また、Ｗは１／ｅ
² である。したがって、第１受光素子１の直径はＷに近
く、かつＷよりも大きい値に設定される。もちろん、そ
の直径は検出素子の製造過程から決定される最小の大き
さ以上である。

【００１８】各第２受光素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ
は、いずれも同じ扇形であり、その扇形における内側円
弧を一部とする円の中心は前記第１受光素子１の中心と
共通し、また、その扇形における外側円弧を一部とする
円の中心は前記第１受光素子１の中心と共通し、その扇
形における内側円弧と外側円弧とを結ぶ一対の直線部分
は、前記第１受光素子１を中心とする半径の一部となっ
ている。この各第２受光素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに
おける一対の前記半径部分の開き角は、この実施例で
は、３０度に設計されている。

【００１９】また、第２受光素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２
ｄは、検出素子の製造過程から決定される最小の大きさ
とし、これらの素子相互間の間隙およびこれらの素子と
第１受光素子の間の間隙も検出素子の製造過程から決定
される最小間隙とし、共に約２０μｍ前後である。この
第１受光素子１と第２受光素子群２とで光軸調整用受光
素子が形成されている。

【００２０】第３受光素子群３は、それぞれが扇形をな
す複数の第３受光素子３ａから形成される。各第３受光
素子３ａは、第１受光素子１と第２受光素子２ａとを結
ぶ直線上に沿って一列に配列される。一列に配列されて
なる第３受光素子群３の内の第２受光素子２ａに最も近
い所に位置する第３受光素子３ａは、前記第２受光素子
２ａの外側円弧と前記最小間隙を設けて位置する内側円
弧と、外側円弧と、前記内側円弧および外側円弧をそれ
ぞれの両端で結ぶ半径部分とで形成される。この、最も
内側に位置する１番目の第３受光素子３ａの半径部分の
開き角は、第２受光素子２ａにおける開き角と同じに設
計されている。この第３受光素子３ａに隣接する２番目
の第３受光素子３ａにおいても、その内側円弧は１番目
の第３受光素子３ａの外側円弧と最小間隙を有し、ま
た、その半径部分の開き角は第２受光素子２ａと同じに
設計されている。以後、この２番目の第３受光素子３ａ
に隣接する３番目の第３受光素子３ａも、さらにそれに
隣接する第３受光素子３ａの全ては、内側に位置する第
３受光素子３ａの外側円弧と隣接する第３受光素子３ａ
の内側円弧とに最小間隙があり、半径部分と半径部分と
の開き角は３０度に設計されている。したがって、第３
受光素子群３は、全体として見ると、扇形に広がる形状
を有する。この実施例においては、第２受光素子２ａと
第３受光素子３とが散乱光検出用受光素子として使用さ
れる。

【００２１】次に、前記構成の散乱光検出装置の作用に
ついて説明する。レーザー光ビームの光軸の調整は、第
１受光素子１と第２受光素子２ａ、２ｃ、２ｂ、２ｄと
を使用して、実行される。簡単に述べると、レーザー光
ビームをレンズにより第１受光素子１の近辺に集光し、
第２受光素子２ａ、２ｃにより検出される光強度を比較
する。たとえば、図２に示すように、第２受光素子２ａ
の検出する光強度が第２受光素子２ｃの検出する光強度
が等しくなるように、又、第２受光素子２ｂと第２受光
素子２ｄとの検出される光強度が等しくなるように、検
出素子を配置した基板を微調整する。

【００２２】次いで、粒子系にレーザー光を照射し散乱
する散乱光の強度を、第２受光素子２ａと第３受光素子
群３とで、測定する。従来においては第３受光素子群３
のみで散乱光測定を行っており、第２受光素子群２ａに
入射する散乱光は測定されていない。この実施例におい
ては、第２受光素子２ａも散乱光の検出を行うのである
から、従来は測定されていなかった範囲の散乱光の強度
を測定することができることになる。したがって、従来
におけるように、光軸調整用受光素子が占める領域の外
側に散乱光検出素子を配置するという状況下では、比較
的大きな粒子の散乱光を測定するにはレンズの焦点距離
を長くしなければならなかったところを、この実施例で
は、短い焦点距離のレンズを使用しつつ、散乱光の測定
レンジを１レンジ増加させることができる。換言する
と、粒度分布測定装置を大型にすることなく、測定レン
ジを拡大することができるのである。

【００２３】

【発明の効果】この発明によると、上記構成を有するの
で、光軸調整用受光素子を散乱光検出用に使用していな
い粒度分布測定装置と比較すると、レンズの焦点距離を
変える必要がないので、粒度分布測定装置の規模を殊更
大きくする必要がなく、しかもその従来の粒度分布測定
装置におけるよりも広い測定レンジで粒度分布を測定す
ることができる。換言すると、広い測定レンジを有する
コンパクトな粒度分布測定装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の一実施例を示す説明図であ
る。

【図２】図２はレーザー光ビームと第１受光素子との位
置合わせをする原理を示す説明図である。

【図３】図３は従来の粒度分布測定装置における、散乱
光検出器における不感帯に入射する散乱角範囲を減らす
原理を説明する説明図である。

【符号の説明】

１ 第１受光素子 ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 第２受光素子 ３ 第３受光素子群３

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光を粒子に照射することにより
   生じる散乱光を、レンズにより、レーザー光の光軸に垂
   直に配置された散乱光検出面上に結像させて、その強度
   分布を測定し、その測定結果から粒度分布を求める粒度
   分布測定装置において、前記レーザー光の光軸を中心と
   する円周上に互いに９０度の中心角をもって配置された
   光軸調整用受光素子を散乱光検出用受光素子として共用
   してなることを特徴とする粒度分布測定装置。