JP3380555B2 - レーザー回折粒子サイジング装置及び方法 - Google Patents
レーザー回折粒子サイジング装置及び方法Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
- G01N15/0211—Investigating a scatter or diffraction pattern
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
- G02B27/46—Systems using spatial filters
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Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は、一般に、粒子サイズの測定にレーザー回折
を使用する型式の粒子サイジング装置及び方法に関す
る。より詳細には、本発明は、他の構成要素と共に、容
易に調節され、置き換え可能であり、耐久性があり、更
にコストが効果的である、空間周波数フィルタの高度な
空間干渉性を有する光のビームを製作するために、単一
モードの光学ファイバを使用する。
を使用する型式の粒子サイジング装置及び方法に関す
る。より詳細には、本発明は、他の構成要素と共に、容
易に調節され、置き換え可能であり、耐久性があり、更
にコストが効果的である、空間周波数フィルタの高度な
空間干渉性を有する光のビームを製作するために、単一
モードの光学ファイバを使用する。
粒子のサイズを計測するレーザー光回折の使用は、幅
広く周知な技術である。レーザー回折は、散乱された光
の平均の相対角度強度を使用する、粒子サイジング方法
である。粒子のサイズを計測するためにレーザー光回折
を使用する器械は、多数の異なる製造業者から長年にわ
たって使用可能であった。すべてのレーザー回折器械
は、粒子のサイズを計測する同一な基本的な方法を使用
する。すべてのレーザー回折器械は、非常に規則的な波
面と共に単色光のビームを必要とする。このレーザー光
のビームは、サンプル粒子の位置で、計測されるように
指示される。光が粒子に衝突する際には、光は、粒子か
ら回折又は散乱される。検出器は、使用されて、サンプ
ル材料から様々な角度で散乱される光の相対平均強度を
計測する。粒子から幾つかの異なる角度で散乱される光
の相対強度が知られると、粒子サイズ及びサイズ分布が
計算可能である。
広く周知な技術である。レーザー回折は、散乱された光
の平均の相対角度強度を使用する、粒子サイジング方法
である。粒子のサイズを計測するためにレーザー光回折
を使用する器械は、多数の異なる製造業者から長年にわ
たって使用可能であった。すべてのレーザー回折器械
は、粒子のサイズを計測する同一な基本的な方法を使用
する。すべてのレーザー回折器械は、非常に規則的な波
面と共に単色光のビームを必要とする。このレーザー光
のビームは、サンプル粒子の位置で、計測されるように
指示される。光が粒子に衝突する際には、光は、粒子か
ら回折又は散乱される。検出器は、使用されて、サンプ
ル材料から様々な角度で散乱される光の相対平均強度を
計測する。粒子から幾つかの異なる角度で散乱される光
の相対強度が知られると、粒子サイズ及びサイズ分布が
計算可能である。
粒子のサイズを正確に計測する性能は、サンプル粒子
を照らすビームの品質、その空間干渉性に直接関連す
る。この単色光のビームはかなり平行にされなければな
らず、つまり、ビーム内を移動するすべての光線は、互
いに平行でなければならない。
を照らすビームの品質、その空間干渉性に直接関連す
る。この単色光のビームはかなり平行にされなければな
らず、つまり、ビーム内を移動するすべての光線は、互
いに平行でなければならない。
光のビームがかなり平行にされるために、光は、光源
から非常に規則的な波面を有さなければならない。理想
的には、光源は、完全な光源であり、最小限度まで小さ
い。更に、光源は、空気中の塵粒子によってもたらされ
てしまう、あるいは光のビームが部分的に妨害されるこ
とによる、回折があってはならない。更に、光のビーム
を平行にするのに使用される任意の光学レンズは、同様
に光の回折をもたらしてしまう、表面及び材料の欠陥が
あってはならない。最後に、ビームを平行にするのに使
用される任意の光学レンズは、レンズ自体によってもた
らされる収差を最小にするように設計されなければなら
ない。これらの特徴は、高分解能のサイズ計測を達成す
るために必要である。
から非常に規則的な波面を有さなければならない。理想
的には、光源は、完全な光源であり、最小限度まで小さ
い。更に、光源は、空気中の塵粒子によってもたらされ
てしまう、あるいは光のビームが部分的に妨害されるこ
とによる、回折があってはならない。更に、光のビーム
を平行にするのに使用される任意の光学レンズは、同様
に光の回折をもたらしてしまう、表面及び材料の欠陥が
あってはならない。最後に、ビームを平行にするのに使
用される任意の光学レンズは、レンズ自体によってもた
らされる収差を最小にするように設計されなければなら
ない。これらの特徴は、高分解能のサイズ計測を達成す
るために必要である。
粒子を計測するためのレーザー回折を使用する装置及
び方法は、粒子を分析するための、動的な光散乱装置及
び方法とかなり異なる。動的な光の散乱は、時間変動、
又は散乱された光のパワースペクトル計測が必要とされ
る。ところが、レーザー回折は、複数の検出角度で、時
間又は周波数に基づく計測ではない、散乱された光の平
均、相対角度強度の計測を必要とする。動的な光の散乱
に対するレーザーの回折の構造、方法、及び光学的な要
件の間の基本的な差異は、当業者には周知である。しか
しながら、レーザー回折の幾つかの高度に複雑かつ微細
な差異は、動的な光散乱技術の見識のある人にも認識さ
れていないかもしれない。
び方法は、粒子を分析するための、動的な光散乱装置及
び方法とかなり異なる。動的な光の散乱は、時間変動、
又は散乱された光のパワースペクトル計測が必要とされ
る。ところが、レーザー回折は、複数の検出角度で、時
間又は周波数に基づく計測ではない、散乱された光の平
均、相対角度強度の計測を必要とする。動的な光の散乱
に対するレーザーの回折の構造、方法、及び光学的な要
件の間の基本的な差異は、当業者には周知である。しか
しながら、レーザー回折の幾つかの高度に複雑かつ微細
な差異は、動的な光散乱技術の見識のある人にも認識さ
れていないかもしれない。
レーザー回折装置では、例えばコウルター＠エルエス
（COULTER＠LS）及び競合する装置である、レーザービ
ームの空間でフィルタをかけることは、上述されたよう
な高い空間干渉性の品質のビームの製造に使用され、更
に器械の最も重要な見地の一つである。コウルターエル
エスでは、例えば900μｍである、非常に大きい粒子か
らの回折によってもたらされるレーザービームの小さな
角度の偏向を計測するために、0.5ミリラジアン（mR）
程度に小さい角度で散乱された光が計測されなければな
らず、更に概略0.05mRの角度分解能が必要とされる。こ
のレベルのビームの品質を達成するために、レーザービ
ームは約13mmまで拡大されなければならず、更にこの直
径の回折の限定されたビームは平行にする（collimatin
g）光学によって形成されなければならない。750nmの波
長を有する、直径13mmの回折の限定されたガウスビーム
は、0.04mRの発散を有する。空間干渉性及び平行にする
こと（collimation）のこの必要なレベルと、実際の性
能との間の重要な任意の矛盾は、器械の分解能の低下を
もたらす。
（COULTER＠LS）及び競合する装置である、レーザービ
ームの空間でフィルタをかけることは、上述されたよう
な高い空間干渉性の品質のビームの製造に使用され、更
に器械の最も重要な見地の一つである。コウルターエル
エスでは、例えば900μｍである、非常に大きい粒子か
らの回折によってもたらされるレーザービームの小さな
角度の偏向を計測するために、0.5ミリラジアン（mR）
程度に小さい角度で散乱された光が計測されなければな
らず、更に概略0.05mRの角度分解能が必要とされる。こ
のレベルのビームの品質を達成するために、レーザービ
ームは約13mmまで拡大されなければならず、更にこの直
径の回折の限定されたビームは平行にする（collimatin
g）光学によって形成されなければならない。750nmの波
長を有する、直径13mmの回折の限定されたガウスビーム
は、0.04mRの発散を有する。空間干渉性及び平行にする
こと（collimation）のこの必要なレベルと、実際の性
能との間の重要な任意の矛盾は、器械の分解能の低下を
もたらす。
レーザー回折技術に基づくすべての粒子サイジング器
械は、この非常に高品質のレーザー光のビームを提供す
るために空間周波数フィルタを使用する。すべてのこれ
らの空間周波数フィルタは、必要な品質の光のビームを
製作するために、他の光学要素と結合したピンホールを
使用する。典型的なピンホール空間周波数フィルタは、
以下の方法で構成される。例えばレーザーダイオードで
ある光源は、光のビームを円形にする円形のビーム絞り
部を照らす。続いて円形の光のビームは、光学レンズシ
ステムを通過する。これらのレンズは、レンズビーム
を、一般に直径20〜50μｍであるピンホールの方に焦点
合わせし、大部分の光のビームは、ピンホールを通過さ
れる。回折又はレンズの異常によってもたらされる、レ
ーザー光のあらゆる不純物は、ピンホールを通過せず、
ピンホールを包囲する不透明材料によって遮断される。
それゆえピンホールを通過する光は、ピンホール自体に
よってもたらされるいくつかの回折リングを除いて“純
粋”である。これらの回折リングは、第一の回折リング
のまさに最小の位置に配置された他のビーム絞り部によ
って除去される。最終的に、レーザーはこの発散を平行
にし、コウルターエルエス（COULTER LS）の場合に必要
なビームの直径が13mmである位置に、円形の光のビーム
は到達し、レーザー回折粒子サイジングに有益な、かな
り平行にされ、規則的にされた波面の光のビームが製造
される。
械は、この非常に高品質のレーザー光のビームを提供す
るために空間周波数フィルタを使用する。すべてのこれ
らの空間周波数フィルタは、必要な品質の光のビームを
製作するために、他の光学要素と結合したピンホールを
使用する。典型的なピンホール空間周波数フィルタは、
以下の方法で構成される。例えばレーザーダイオードで
ある光源は、光のビームを円形にする円形のビーム絞り
部を照らす。続いて円形の光のビームは、光学レンズシ
ステムを通過する。これらのレンズは、レンズビーム
を、一般に直径20〜50μｍであるピンホールの方に焦点
合わせし、大部分の光のビームは、ピンホールを通過さ
れる。回折又はレンズの異常によってもたらされる、レ
ーザー光のあらゆる不純物は、ピンホールを通過せず、
ピンホールを包囲する不透明材料によって遮断される。
それゆえピンホールを通過する光は、ピンホール自体に
よってもたらされるいくつかの回折リングを除いて“純
粋”である。これらの回折リングは、第一の回折リング
のまさに最小の位置に配置された他のビーム絞り部によ
って除去される。最終的に、レーザーはこの発散を平行
にし、コウルターエルエス（COULTER LS）の場合に必要
なビームの直径が13mmである位置に、円形の光のビーム
は到達し、レーザー回折粒子サイジングに有益な、かな
り平行にされ、規則的にされた波面の光のビームが製造
される。
この光のビームを製造するピンホールの方法は、効果
的に作用するが、実際には多数の問題を有する。第一
に、大部分の光をレーザー源からピンホールに通すため
に、源部を含む光学要素、第一のビーム絞り部、レンズ
及びピンホールは、正確に焦点を合わされかつ数μｍの
範囲内に調節されなければならない。これは、これらの
調節要件に良好な分解能を提供するために、非常に複雑
でありかつ高価な機械要素の使用を必要とする。更に、
組立品を十分に調節するのに必要な時間は、長い時間に
及ぶ可能性がある。第二に、組立品は、一度完全に調節
されるても、クランプ又は温度変化による機械的な歪み
によって容易に調節をくずされる可能性があり、温度変
化によって、様々な構成要素は、それぞれの熱膨張係数
によって膨張する。更に、器械の船積みの間の衝撃及び
振動によって、ピンホール組立品の調節がくずされる可
能性があり、費用及び時間のかかる現場のサービスの原
因になる。実験室で使用されて、空間周波数フィルタの
光学列の構成要素が燃焼又は損傷を受けると、全ての光
学組立品は部品の交換のために工場まで戻されなければ
ならず、それゆえ時間を浪費しかつ光学の再調節に費用
がかかる。
的に作用するが、実際には多数の問題を有する。第一
に、大部分の光をレーザー源からピンホールに通すため
に、源部を含む光学要素、第一のビーム絞り部、レンズ
及びピンホールは、正確に焦点を合わされかつ数μｍの
範囲内に調節されなければならない。これは、これらの
調節要件に良好な分解能を提供するために、非常に複雑
でありかつ高価な機械要素の使用を必要とする。更に、
組立品を十分に調節するのに必要な時間は、長い時間に
及ぶ可能性がある。第二に、組立品は、一度完全に調節
されるても、クランプ又は温度変化による機械的な歪み
によって容易に調節をくずされる可能性があり、温度変
化によって、様々な構成要素は、それぞれの熱膨張係数
によって膨張する。更に、器械の船積みの間の衝撃及び
振動によって、ピンホール組立品の調節がくずされる可
能性があり、費用及び時間のかかる現場のサービスの原
因になる。実験室で使用されて、空間周波数フィルタの
光学列の構成要素が燃焼又は損傷を受けると、全ての光
学組立品は部品の交換のために工場まで戻されなければ
ならず、それゆえ時間を浪費しかつ光学の再調節に費用
がかかる。
従って、レンズ回折粒子分析装置にとって、ピンホー
ル型の空間周波数フィルタ組立品において、上述された
課題を減少又は削除することは有効であろう。一方、ピ
ンホール及び他の関連する構成要素が、より耐久性があ
り、熱の影響、衝撃及び振動によってもたらされる歪み
の影響をより受けにくく、更にほとんど調節を必要とせ
ず、更にコストがより低い、組立品を提供するために交
換可能である場合、そのような交換は、長年にわたる要
求を解決するであろう。
ル型の空間周波数フィルタ組立品において、上述された
課題を減少又は削除することは有効であろう。一方、ピ
ンホール及び他の関連する構成要素が、より耐久性があ
り、熱の影響、衝撃及び振動によってもたらされる歪み
の影響をより受けにくく、更にほとんど調節を必要とせ
ず、更にコストがより低い、組立品を提供するために交
換可能である場合、そのような交換は、長年にわたる要
求を解決するであろう。
例えば以下列挙された刊行物の一つ又は複数に記載さ
れている多くの装置は、光を伝える及び光を検出する装
置の、単色及び多色ファイバを有する様々な形状の光学
ファイバを使用する。しかしながら、従来の技術の装置
は、レーザー回折技術を使用する粒子サイジングに必要
な高品質の光のビームを提供可能な空間周波数フィルタ
の単色の光学ファイバ装置を説明していない。
れている多くの装置は、光を伝える及び光を検出する装
置の、単色及び多色ファイバを有する様々な形状の光学
ファイバを使用する。しかしながら、従来の技術の装置
は、レーザー回折技術を使用する粒子サイジングに必要
な高品質の光のビームを提供可能な空間周波数フィルタ
の単色の光学ファイバ装置を説明していない。
米国特許第4,953,978号、スティーブン イー．ボット
（Steven E.Bott）他、コウルター エレクトロニクス
オブ ニューイングランド、インク．（Coulter Elec
tronics of New England,Inc.）、偏向強度の異なる散
乱を使用する粒子サイズ分析（PARTICLE SIZE ANALYSIS
UTILIZING POLARIZATION INTENSITY DIFFERENTIAL SCA
TTERING）。
（Steven E.Bott）他、コウルター エレクトロニクス
オブ ニューイングランド、インク．（Coulter Elec
tronics of New England,Inc.）、偏向強度の異なる散
乱を使用する粒子サイズ分析（PARTICLE SIZE ANALYSIS
UTILIZING POLARIZATION INTENSITY DIFFERENTIAL SCA
TTERING）。
米国特許第4,975,237号、ロバート ジー．ダブリュ
ー．（Robert G.W.）、グレートブリテン及び北部アイ
ルランド連合王国の英国王陛下政府国防省の国家秘書、
動的光散乱装置（DYNAMIC LIGHT SCATTERING APPARATU
S）。
ー．（Robert G.W.）、グレートブリテン及び北部アイ
ルランド連合王国の英国王陛下政府国防省の国家秘書、
動的光散乱装置（DYNAMIC LIGHT SCATTERING APPARATU
S）。
米国特許第5,056,918号、スティーブン イー．ボット
（Steven E.Bott）他、コウルター エレクトロニクス
オブ ニューイングランド、インク．（Coulter Elec
tronics of New England,Inc.）、粒子サイズ分析方法
及び装置（METHOD AND APPARATUS FOR PARTICLE SIZE A
NALYSIS）。
（Steven E.Bott）他、コウルター エレクトロニクス
オブ ニューイングランド、インク．（Coulter Elec
tronics of New England,Inc.）、粒子サイズ分析方法
及び装置（METHOD AND APPARATUS FOR PARTICLE SIZE A
NALYSIS）。
ジャスケイティス、アール．（Juskaitis,R.）他、1992
年、エレクトロニクス学 第28（11）巻、半導体レーザ
ー励起及び検出を備えたファイバオプティックスを基本
とする同焦点走査顕微鏡検査（FIBRE−OPTIC BASED CON
FOCAL SCANNING MICROSCOPY WITH SEMICONDUCTOR LASER
EXCITATION AND DETECTION）。
年、エレクトロニクス学 第28（11）巻、半導体レーザ
ー励起及び検出を備えたファイバオプティックスを基本
とする同焦点走査顕微鏡検査（FIBRE−OPTIC BASED CON
FOCAL SCANNING MICROSCOPY WITH SEMICONDUCTOR LASER
EXCITATION AND DETECTION）。
ブラウン、アール．ジー．ダブリュー．（Brown,R.G.
W.）他、1987年、ジェー．物理 イー．（J.Physics
E.）第20巻、動的光散乱用単一モードファイバ構成要素
（MONOMODE FIBRE COMPONENTS FOR DYNAMIC LIGHT SCAT
TERING）。
W.）他、1987年、ジェー．物理 イー．（J.Physics
E.）第20巻、動的光散乱用単一モードファイバ構成要素
（MONOMODE FIBRE COMPONENTS FOR DYNAMIC LIGHT SCAT
TERING）。
ブラウン、アール．ジー．ダブリュー．（Brown,R.G.
W.）、1988年、HMSO、レーザー光散乱実験用ミニチュア
器械（MINIATURE INSTRUMENTATION FOR LASER LIGHT SC
ATTERING EXPERIMENTS）。
W.）、1988年、HMSO、レーザー光散乱実験用ミニチュア
器械（MINIATURE INSTRUMENTATION FOR LASER LIGHT SC
ATTERING EXPERIMENTS）。
クナートセン、ジェー．（Knuhtsen,J.）他、1982年、
物理学会、偏向維持単一モードファイバを使用するブラ
グ周波数変換を備えたファイバオプティックスレーザド
ップラー風速計（FIBRE−OPTIC LASER DOPPLER ANEMOME
TER WITH BRAGG FREQUENCY SHIFT UTILISING POLARISAT
ION−PRESERVING SINGLE−MODE FIBRE）。
物理学会、偏向維持単一モードファイバを使用するブラ
グ周波数変換を備えたファイバオプティックスレーザド
ップラー風速計（FIBRE−OPTIC LASER DOPPLER ANEMOME
TER WITH BRAGG FREQUENCY SHIFT UTILISING POLARISAT
ION−PRESERVING SINGLE−MODE FIBRE）。
ブラウン、アール．ジー．ダブリュー．（Brown,R.G.
W.）、1987年、応用光学、第26（22）巻、単一モード光
学ファイバを使用する動的光散乱（DYNAMIC LIGHT SCAT
TERING USING MONOMODE OPTICAL FIBRES）。
W.）、1987年、応用光学、第26（22）巻、単一モード光
学ファイバを使用する動的光散乱（DYNAMIC LIGHT SCAT
TERING USING MONOMODE OPTICAL FIBRES）。
ダブス、ティー．（Dabbs,T.）他、1992年、応用光学、
第31（16）巻、ファイバオプティックス同焦点顕微鏡
（FIBRE−OPTIC CONFOCAL MICROSCOPE）:FOCON。
第31（16）巻、ファイバオプティックス同焦点顕微鏡
（FIBRE−OPTIC CONFOCAL MICROSCOPE）:FOCON。
ブラウン、アール．ジー．ダブリュー．（Brown,R.G.
W.）、1987年、レーザー風力測定用ファイバオプティッ
クスプローブの設計（DESIGNS OF FIBRE OPTIC PROBES
FOR LASER ANEMOMETRY）：論文９、レーザー風力測定の
改良及び応用の第二国際会議、ストラスクライド、英
国。
W.）、1987年、レーザー風力測定用ファイバオプティッ
クスプローブの設計（DESIGNS OF FIBRE OPTIC PROBES
FOR LASER ANEMOMETRY）：論文９、レーザー風力測定の
改良及び応用の第二国際会議、ストラスクライド、英
国。
ブラウンの特許第4,975,237号は、動的光散乱装置の
光検出器組立品の単一モードの光学ファイバの使用方法
に関する。ブラウンは、単一モードの光学ファイバを備
えた光検出器の前のピンホールの取り替えを説明してお
り、その目的は、粒子からの大量の散乱された光から光
の小さい領域を隔離することである。散乱された光の単
一の干渉領域を分離するために、単一モードのファイバ
の核の直径が概略正確であるという理由だけで、ブラウ
ンは単一モードの光学ファイバを使用している。ブラウ
ンは、レーザー回折に適切な、光の解放及びフィルタ装
置として光学ファイバを使用していない。ブラウンの図
１では、ビーム解放路に単一モードの光学ファイバが示
される。しかしながら、彼の装置の動的光散乱方法はレ
ーザー回折サイジング装置に必要とされるビームの品質
を必要としないために、ブラウンは、単一モードの光学
ファイバを使用する空間周波数フィルタの利点を教示又
は提案していない。
光検出器組立品の単一モードの光学ファイバの使用方法
に関する。ブラウンは、単一モードの光学ファイバを備
えた光検出器の前のピンホールの取り替えを説明してお
り、その目的は、粒子からの大量の散乱された光から光
の小さい領域を隔離することである。散乱された光の単
一の干渉領域を分離するために、単一モードのファイバ
の核の直径が概略正確であるという理由だけで、ブラウ
ンは単一モードの光学ファイバを使用している。ブラウ
ンは、レーザー回折に適切な、光の解放及びフィルタ装
置として光学ファイバを使用していない。ブラウンの図
１では、ビーム解放路に単一モードの光学ファイバが示
される。しかしながら、彼の装置の動的光散乱方法はレ
ーザー回折サイジング装置に必要とされるビームの品質
を必要としないために、ブラウンは、単一モードの光学
ファイバを使用する空間周波数フィルタの利点を教示又
は提案していない。
例えばジャスケイティス他の同焦点顕微鏡である他の
装置は、光の解放及び検出の両方のために単一モードの
光学ファイバを使用する。その様な装置及びそれらの方
法は、レーザー回折粒子サイジングに関係なく、そのた
めの空間周波数フィルタ組立品の単一モードの光学ファ
イバの使用方法を教示していない。
装置は、光の解放及び検出の両方のために単一モードの
光学ファイバを使用する。その様な装置及びそれらの方
法は、レーザー回折粒子サイジングに関係なく、そのた
めの空間周波数フィルタ組立品の単一モードの光学ファ
イバの使用方法を教示していない。
単一モードの光学ファイバが空間周波数フィルタ組立
品に使用され、粒子サイジングのレーザー回折技術に必
要とされる単色光の空間的に純粋な、規則的な波面の、
点源部を製作するために、従来のフィルタをかける利
点、ピンホールを基本とする空間周波数フィルタ組立品
を提供することが発明されかつ説明されている。得られ
た光の点源部は、理想的な点源部に近い。空間干渉性
は、特に度合いが高い。光学ファイバを基本とするフィ
ルタ組立品は、高価でなく、より耐久性があり、調節が
容易であり、更に熱及び振動の影響に対してより抵抗力
があるという付加的な利点を提供する。
品に使用され、粒子サイジングのレーザー回折技術に必
要とされる単色光の空間的に純粋な、規則的な波面の、
点源部を製作するために、従来のフィルタをかける利
点、ピンホールを基本とする空間周波数フィルタ組立品
を提供することが発明されかつ説明されている。得られ
た光の点源部は、理想的な点源部に近い。空間干渉性
は、特に度合いが高い。光学ファイバを基本とするフィ
ルタ組立品は、高価でなく、より耐久性があり、調節が
容易であり、更に熱及び振動の影響に対してより抵抗力
があるという付加的な利点を提供する。
本発明の好適な実施形態は、この明細書に添付の図面
を参照して、例として以下説明される。
を参照して、例として以下説明される。
図１は、典型的な、従来の技術のピンホール空間周波
数フィルタの概略図である。
数フィルタの概略図である。
図２は、本発明を具体化した光学ファイバを基本とす
る空間周波数フィルタの、部分的に断面の側面図であ
る。
る空間周波数フィルタの、部分的に断面の側面図であ
る。
図３は、本発明を具体化した光学ファイバを基本とす
る空間周波数フィルタを使用するレーザー回折装置の概
略図である。
る空間周波数フィルタを使用するレーザー回折装置の概
略図である。
図４は、逆フーリエレンズを使用する、図３と同様の
概略図である。
概略図である。
図面の図１の概略図に示されるように、従来の技術の
ピンホールを基本とする空間周波数フィルタ10は、一般
に光発生レーザーダイオード12と、第一の円形のビーム
絞り部16を通されるビーム14とを有し、その第一の円形
のビーム絞り部16は、望まれない周囲のビームを削除す
るために作用しかつ光のビームを円形形状にし、更にフ
ィルタ10は、焦点合わせ用レンズ18及び20と、ピンホー
ル部材22と、ピンホール22の端部衝突するビーム14の一
部によってもたらされる回折リングを除去する第二のビ
ーム絞り部24とを有し、最終的にレーザー光のビーム
は、レンズ26によって平行にされかつ（図示されない）
サンプルの収容室、通路又は流路まで通され、その中に
収容された微粒子の物質をサイジングする。第二のビー
ム絞り部24及びコリメータレンズ26は、従来の技術の空
間周波数フィルタ装置に必要な部品である。レーザー源
とピンホールの間のレンズ18及び20と埃粒子の短所によ
り、ビーム14が回折し、更にピンホール22を通過せずに
遮断される望まれない又は“汚い”ビームがもたらされ
る可能性がある。
ピンホールを基本とする空間周波数フィルタ10は、一般
に光発生レーザーダイオード12と、第一の円形のビーム
絞り部16を通されるビーム14とを有し、その第一の円形
のビーム絞り部16は、望まれない周囲のビームを削除す
るために作用しかつ光のビームを円形形状にし、更にフ
ィルタ10は、焦点合わせ用レンズ18及び20と、ピンホー
ル部材22と、ピンホール22の端部衝突するビーム14の一
部によってもたらされる回折リングを除去する第二のビ
ーム絞り部24とを有し、最終的にレーザー光のビーム
は、レンズ26によって平行にされかつ（図示されない）
サンプルの収容室、通路又は流路まで通され、その中に
収容された微粒子の物質をサイジングする。第二のビー
ム絞り部24及びコリメータレンズ26は、従来の技術の空
間周波数フィルタ装置に必要な部品である。レーザー源
とピンホールの間のレンズ18及び20と埃粒子の短所によ
り、ビーム14が回折し、更にピンホール22を通過せずに
遮断される望まれない又は“汚い”ビームがもたらされ
る可能性がある。
上述された従来の技術と対照して、本発明を具体化す
るレーザー回折粒子サイジング装置の光学ファイバを基
本とする空間周波数フィルタは、図面の図２に説明さ
れ、以下説明される。本発明の新しい光学ファイバを基
本とする空間周波数フィルタ組立品を組み込んだレーザ
ー回折粒子サイジング装置は、図面の図３及び４に説明
される。
るレーザー回折粒子サイジング装置の光学ファイバを基
本とする空間周波数フィルタは、図面の図２に説明さ
れ、以下説明される。本発明の新しい光学ファイバを基
本とする空間周波数フィルタ組立品を組み込んだレーザ
ー回折粒子サイジング装置は、図面の図３及び４に説明
される。
図２に示されるように、好適な実施形態に関する単一
モードの光学ファイバを基本とする空間周波数フィルタ
組立品30は、多くの要素を有する。第一の堅牢な垂直の
支持部材32は、光学ファイバ結合器34に対してレーザー
ダイオードを支持し、光学ファイバ結合器34は、（図示
されない）レーザーダイオードから単一モードの光学フ
ァイバケーブル36まで光を結合する。光学ファイバ結合
器の構成は、電気通信産業で使用されるように、幅広く
利用可能である。光学ファイバケーブル36は、概略６メ
ートルの長さに切断される。特有の長さは、本発明にと
って重大ではないが、十分に長くなければならず、その
結果、ファイバの（図示されない）外被を通じての外部
からの光の移動は、明瞭な、空間周波数フィルタがかけ
られたビームの出力に有害でない程度まで減衰される。
光学ファイバ結合器34はプリントされた回路ボード38に
よって支持され、回路ボード38は、個々の回路構成要素
40に固定部材を提供し、あるいは説明されないが、回路
ボード38は、電力を（図示されない）レーザーダイオー
ドに向ける。印刷された回路ボード38は、堅牢な部材42
上に配置された第一の堅牢な支持部材32によって支持さ
れる。更に支持部材32は、短い円筒形の型又は管44を支
持する。６メートルの長さの光学ファイバケーブル36
は、円筒形の管44の周りをコイル状に巻かれ、比較的小
さいコンパクトな組立品46を提供し、組立品46は後で収
縮包装カバー48によって覆われ、収縮包装カバー48は、
取扱いによる損傷からケーブルを保護する。光学ファイ
バケーブル36の前方に延長する端部50は、端が光学ファ
イバコネクタ52になっており、組立品46の部品が損傷を
受けた又は燃焼した場合には、組立品46は現場で交換可
能である。
モードの光学ファイバを基本とする空間周波数フィルタ
組立品30は、多くの要素を有する。第一の堅牢な垂直の
支持部材32は、光学ファイバ結合器34に対してレーザー
ダイオードを支持し、光学ファイバ結合器34は、（図示
されない）レーザーダイオードから単一モードの光学フ
ァイバケーブル36まで光を結合する。光学ファイバ結合
器の構成は、電気通信産業で使用されるように、幅広く
利用可能である。光学ファイバケーブル36は、概略６メ
ートルの長さに切断される。特有の長さは、本発明にと
って重大ではないが、十分に長くなければならず、その
結果、ファイバの（図示されない）外被を通じての外部
からの光の移動は、明瞭な、空間周波数フィルタがかけ
られたビームの出力に有害でない程度まで減衰される。
光学ファイバ結合器34はプリントされた回路ボード38に
よって支持され、回路ボード38は、個々の回路構成要素
40に固定部材を提供し、あるいは説明されないが、回路
ボード38は、電力を（図示されない）レーザーダイオー
ドに向ける。印刷された回路ボード38は、堅牢な部材42
上に配置された第一の堅牢な支持部材32によって支持さ
れる。更に支持部材32は、短い円筒形の型又は管44を支
持する。６メートルの長さの光学ファイバケーブル36
は、円筒形の管44の周りをコイル状に巻かれ、比較的小
さいコンパクトな組立品46を提供し、組立品46は後で収
縮包装カバー48によって覆われ、収縮包装カバー48は、
取扱いによる損傷からケーブルを保護する。光学ファイ
バケーブル36の前方に延長する端部50は、端が光学ファ
イバコネクタ52になっており、組立品46の部品が損傷を
受けた又は燃焼した場合には、組立品46は現場で交換可
能である。
光学ファイバ36は、概略５μｍの核と125μｍの外被
を備えた単一モードの（一つのモードの）光学ファイバ
である。光学ファイバは、ファイバの正規化周波数（No
rmalized Frequency）（Ｖ数（Ｖ−number））が2.405
より小さい又は等しい場合に、光のある波長の単一モー
ドとして限定される。Ｖ数は、以下のように計算され
る。
を備えた単一モードの（一つのモードの）光学ファイバ
である。光学ファイバは、ファイバの正規化周波数（No
rmalized Frequency）（Ｖ数（Ｖ−number））が2.405
より小さい又は等しい場合に、光のある波長の単一モー
ドとして限定される。Ｖ数は、以下のように計算され
る。
ここで、NAはファイバの開口数（無次元）、
ａはファイバの核の半径（μｍ）、
λは光の波長（μｍ）。
本発明のある実施形態では、光学ファイバの開口数は
0.11であり、レーザー光の波長は750nmであり、ファイ
バの核の半径は2.5μｍであった。この構想により2.30
のＶ数がもたらされる。
0.11であり、レーザー光の波長は750nmであり、ファイ
バの核の半径は2.5μｍであった。この構想により2.30
のＶ数がもたらされる。
例えば結合器34であるファイバの結合器は、一般に、
光学ファイバの入力面に光の焦点を合わせるレンズに関
して適切にレーザーダイオードを締結する手段を有す
る。ファイバ結合器は、異なる度合いの結合効率を有し
て得られることが可能であるが、一般には45％より低
く、つまり、レーザーダイオードの出力の45％のみが光
学ファイバに結合される。しかしながら、この結合効率
は、典型的なピンホールを基本とするフィルタ組立品の
効率の一から三倍よい。本発明の好適な実施形態では、
5mWの出力を有するレーザーダイオードは、概略20％の
効率を有する光学ファイバ36に結合され、概略1mWのフ
ァイバの出力を製作する。
光学ファイバの入力面に光の焦点を合わせるレンズに関
して適切にレーザーダイオードを締結する手段を有す
る。ファイバ結合器は、異なる度合いの結合効率を有し
て得られることが可能であるが、一般には45％より低
く、つまり、レーザーダイオードの出力の45％のみが光
学ファイバに結合される。しかしながら、この結合効率
は、典型的なピンホールを基本とするフィルタ組立品の
効率の一から三倍よい。本発明の好適な実施形態では、
5mWの出力を有するレーザーダイオードは、概略20％の
効率を有する光学ファイバ36に結合され、概略1mWのフ
ァイバの出力を製作する。
光学ファイバに結合された大部分の光は、光学ファイ
バの核を通じて移動するが、光の一部は、光学ファイバ
の外被に結合される。この“外被光”は、適切に消され
ない場合、空間周波数フィルタの性能の非常に低い源部
となり得る。本発明の実施形態では、概略６メートルで
ある、比較的長い光学ファイバが使用され、外被を通じ
ての光の移動は、外被の固有の高い減衰損失によって消
される。一方、この外被モードの光は、ファイバに沿っ
て外被を包囲する屈折率整合ゲルを使用することによっ
て、外被から除去されることが可能である。
バの核を通じて移動するが、光の一部は、光学ファイバ
の外被に結合される。この“外被光”は、適切に消され
ない場合、空間周波数フィルタの性能の非常に低い源部
となり得る。本発明の実施形態では、概略６メートルで
ある、比較的長い光学ファイバが使用され、外被を通じ
ての光の移動は、外被の固有の高い減衰損失によって消
される。一方、この外被モードの光は、ファイバに沿っ
て外被を包囲する屈折率整合ゲルを使用することによっ
て、外被から除去されることが可能である。
ファイバを通じての外被光の移動が十分に減衰された
後に、光は（５μｍの直径の）核を通じてファイバの端
部から離れる。750nmの光と共に使用されるこの核の直
径により、単一モードの光学ファイバの光の出力は、20
〜50μｍの直径のピンホールを使用する典型的なピンホ
ールを基本とする空間周波数フィルタよりも、光の理想
的な点源部に近づけた。更に、単一モードの光学ファイ
バからの光の出力の核の直径及び限定された開口数のた
めに、図１の典型的な従来の技術のピンホールの型式の
フィルタで必要とされる第二のビーム絞り部24の必要性
がない。
後に、光は（５μｍの直径の）核を通じてファイバの端
部から離れる。750nmの光と共に使用されるこの核の直
径により、単一モードの光学ファイバの光の出力は、20
〜50μｍの直径のピンホールを使用する典型的なピンホ
ールを基本とする空間周波数フィルタよりも、光の理想
的な点源部に近づけた。更に、単一モードの光学ファイ
バからの光の出力の核の直径及び限定された開口数のた
めに、図１の典型的な従来の技術のピンホールの型式の
フィルタで必要とされる第二のビーム絞り部24の必要性
がない。
光学ファイバ結合器52は、基部部材42にも締結されて
いる第二の堅牢な垂直の支持部材54を通じて固定され
る。レーザー光のビーム56は、光学ファイバ36の端部又
は先端58から出る。単一モードの光学ファイバの性質の
ために、光学ファイバから出る光は、一般的にλ/10よ
りも小さい波面の歪みを有し、円形形状であり、ガウス
強度曲線を有し、更に好適な実施形態では0.11であった
ファイバの開口数に従って発散する。好適な実施形態で
は、出力ビーム56は、高度な空間干渉性を有し、平行に
される前に概略13mmの直径に拡張可能である。
いる第二の堅牢な垂直の支持部材54を通じて固定され
る。レーザー光のビーム56は、光学ファイバ36の端部又
は先端58から出る。単一モードの光学ファイバの性質の
ために、光学ファイバから出る光は、一般的にλ/10よ
りも小さい波面の歪みを有し、円形形状であり、ガウス
強度曲線を有し、更に好適な実施形態では0.11であった
ファイバの開口数に従って発散する。好適な実施形態で
は、出力ビーム56は、高度な空間干渉性を有し、平行に
される前に概略13mmの直径に拡張可能である。
光学ファイバ結合器52は雌の結合器部材60に取着さ
れ、雌の結合器部材60は続いて堅牢な位置決めディスク
62に取着される。組立の間、ディスク62によって、光学
ファイバ36の先端58は、平行にする又はビームを形成す
る一対のレンズ64及び66の公称の中心位置に対して不動
に配置される。固定ねじ67によって位置決めディスク62
は、同様に基部部材42に配置される第二の垂直な支持部
材68上に適切に保持される。
れ、雌の結合器部材60は続いて堅牢な位置決めディスク
62に取着される。組立の間、ディスク62によって、光学
ファイバ36の先端58は、平行にする又はビームを形成す
る一対のレンズ64及び66の公称の中心位置に対して不動
に配置される。固定ねじ67によって位置決めディスク62
は、同様に基部部材42に配置される第二の垂直な支持部
材68上に適切に保持される。
位置決めディスク62は位置決めリング70の内側に配置
され、位置決めリング70は、（一つのみ示されている）
二つの調節ねじ72により固定を行う。調節ねじ72は、位
置決めディスク62及びファイバ先端58をＸ及びＹの両軸
方向に移動させ、光56のビームを、ビーム形成レンズ64
及び66の公称の中心の位置に中心が出るように調節され
る。位置決めディスク62の中心合わせが行われると、固
定用ねじ67はしっかりと締結され、垂直の支持部材68及
び基部部材42に対してディスク62の位置を固定する。
され、位置決めリング70は、（一つのみ示されている）
二つの調節ねじ72により固定を行う。調節ねじ72は、位
置決めディスク62及びファイバ先端58をＸ及びＹの両軸
方向に移動させ、光56のビームを、ビーム形成レンズ64
及び66の公称の中心の位置に中心が出るように調節され
る。位置決めディスク62の中心合わせが行われると、固
定用ねじ67はしっかりと締結され、垂直の支持部材68及
び基部部材42に対してディスク62の位置を固定する。
レンズ64及び66はレンズマウント74に配置され、レン
ズマウント74はレンズ管76に締結され、レンズ管76はブ
ロック状の支持部材78を通じてＺ軸に沿って摺動可能で
あり、そのような摺動によって、レンズは焦点を合わさ
れる。焦点合わせが行われると、（図示されない）一式
のねじが、レンズ管76をブロック支持部材78に関して適
切に保持する。
ズマウント74はレンズ管76に締結され、レンズ管76はブ
ロック状の支持部材78を通じてＺ軸に沿って摺動可能で
あり、そのような摺動によって、レンズは焦点を合わさ
れる。焦点合わせが行われると、（図示されない）一式
のねじが、レンズ管76をブロック支持部材78に関して適
切に保持する。
レンズ64及び66は、ブロック78を移動させることによ
って、Ｘ及びＹ軸に関して配置される。このブロック78
は、四つの等距離の、配置された角部の、柔軟なワイヤ
状の部材80によって、支持部材54から柔軟に支持され、
その部材80は、第一の支持部材54から前方に、第二の垂
直な支持部材68のクリアランスホールを通じてブロック
78まで延長する。（一つしか図示されない）二つのステ
ッピングモータ82を使用することによって、ブロック78
は、Ｘ−Ｙ方向及びその組み合わせに配置される。この
柔軟な構成によって、レーザー回折装置は、装置の残り
に関して光のビーム56を動的に調節可能である。
って、Ｘ及びＹ軸に関して配置される。このブロック78
は、四つの等距離の、配置された角部の、柔軟なワイヤ
状の部材80によって、支持部材54から柔軟に支持され、
その部材80は、第一の支持部材54から前方に、第二の垂
直な支持部材68のクリアランスホールを通じてブロック
78まで延長する。（一つしか図示されない）二つのステ
ッピングモータ82を使用することによって、ブロック78
は、Ｘ−Ｙ方向及びその組み合わせに配置される。この
柔軟な構成によって、レーザー回折装置は、装置の残り
に関して光のビーム56を動的に調節可能である。
図３の概略図に示されるように、本発明の単一モード
の光学ファイバを基本とするフィルタ組立品30を具体化
するレーザー回折粒子サイジング装置は、サンプル通路
84の中に進入する及びそれを通過する平行にされたレー
ザー光のビーム56と共に説明され、そのサンプル通路84
によって、様々なサイズの粒子の微粒子物質86は、矢印
88方向に移動する又は流れる。通路84は、流動セル、空
中を流動するサンプルの流れ、又は他の媒体によって包
囲されたサンプルの流れであることが可能である。粒子
サンプルが流されることは本質的ではない。（この図で
は簡略化のために同一のサイズに示されている）粒子86
は、周知のフラウンホーファー回折及び他の散乱理論に
従って、幾つかの衝突するレーザー光のビームを回折す
る。ビームから回折された光は、図３に示されるよう
に、粒子から広がる光の複数の回折された光線90にな
る。平行にされた光のビーム56に関する回折された光90
の角度は、粒子86のサイズに概略反比例する。
の光学ファイバを基本とするフィルタ組立品30を具体化
するレーザー回折粒子サイジング装置は、サンプル通路
84の中に進入する及びそれを通過する平行にされたレー
ザー光のビーム56と共に説明され、そのサンプル通路84
によって、様々なサイズの粒子の微粒子物質86は、矢印
88方向に移動する又は流れる。通路84は、流動セル、空
中を流動するサンプルの流れ、又は他の媒体によって包
囲されたサンプルの流れであることが可能である。粒子
サンプルが流されることは本質的ではない。（この図で
は簡略化のために同一のサイズに示されている）粒子86
は、周知のフラウンホーファー回折及び他の散乱理論に
従って、幾つかの衝突するレーザー光のビームを回折す
る。ビームから回折された光は、図３に示されるよう
に、粒子から広がる光の複数の回折された光線90にな
る。平行にされた光のビーム56に関する回折された光90
の角度は、粒子86のサイズに概略反比例する。
続いて回折された光90は、レンズに入射する光をある
角度94にするフーリエレンズ92を通過し、フーリエ表面
又は面96に焦点を合わされ、フーリエ表面又は面96は、
フーリエレンズの焦点距離と等しい距離だけフーリエレ
ンズから移動されている。光検出器98は、フーリエ面96
と同一面に配置される。並べられた光検出器98は、光の
強度を計測する独立した光検出器よりも多い数にされ
る。並べられた光検出器98の多数の検出位置で光を計測
することによって、散乱角度に対する散乱光の強度の正
確な曲線が得られる。レーザー回折サイジング装置と作
動可能に結合された（図示ーれない）コンピュータは、
サンプル粒子86の実際のサイズ及びサイズ分布を決定可
能である。
角度94にするフーリエレンズ92を通過し、フーリエ表面
又は面96に焦点を合わされ、フーリエ表面又は面96は、
フーリエレンズの焦点距離と等しい距離だけフーリエレ
ンズから移動されている。光検出器98は、フーリエ面96
と同一面に配置される。並べられた光検出器98は、光の
強度を計測する独立した光検出器よりも多い数にされ
る。並べられた光検出器98の多数の検出位置で光を計測
することによって、散乱角度に対する散乱光の強度の正
確な曲線が得られる。レーザー回折サイジング装置と作
動可能に結合された（図示ーれない）コンピュータは、
サンプル粒子86の実際のサイズ及びサイズ分布を決定可
能である。
図４は本発明のある実施形態を説明し、コリメータレ
ンズ64及び66は、それ自体従来の技術から周知である逆
（reverse）フーリエレンズ100によって置き換え可能で
ある。逆フーリエレンズ100は、図３のフーリエレンズ9
2の必要性をなくすが、フーリエ面として図３のフーリ
エレンズ92と同様の面96を有する。逆フーリエレンズ10
0は、フーリエ面のある位置104に集中する集中ビーム10
2を製作し、集中位置104はフーリエレンズ92と同様であ
る。逆フーリエレンズ100及びコリメータレンズ64及び6
6は、一般に“ビーム形成手段”としてみなされる。
ンズ64及び66は、それ自体従来の技術から周知である逆
（reverse）フーリエレンズ100によって置き換え可能で
ある。逆フーリエレンズ100は、図３のフーリエレンズ9
2の必要性をなくすが、フーリエ面として図３のフーリ
エレンズ92と同様の面96を有する。逆フーリエレンズ10
0は、フーリエ面のある位置104に集中する集中ビーム10
2を製作し、集中位置104はフーリエレンズ92と同様であ
る。逆フーリエレンズ100及びコリメータレンズ64及び6
6は、一般に“ビーム形成手段”としてみなされる。
要約すれば、本発明は、従来のピンホールを基本とす
る空間周波数フィルタ組立品と同様の機能を提供する
が、第二のビーム絞り部、費用のかかる組立品の調節、
時間のかかる調節行為に関連する高いコスト及び精巧な
ピンホールを基本とするフィルタの船積みに関連する費
用のかかる現場でのサービスの問題を有さない。有効な
発光源のサイズが理想的な点の光源に近いために、単一
モードの光学ファイバを基本とするフィルタのレーザー
光の出力ビームは、典型的なピンホールを基本とするフ
ィルタよりも良好な品質、空間干渉性を有する。例え
ば、光学ファイバを基本とする技術によって、５μｍの
核の直径は非常に容易に達成可能であり、等しいサイズ
のピンホールを基本とするフィルタでは、市販用製作物
で首尾よく調節すること及び船積みすることは、実質的
に不可能であろう。
る空間周波数フィルタ組立品と同様の機能を提供する
が、第二のビーム絞り部、費用のかかる組立品の調節、
時間のかかる調節行為に関連する高いコスト及び精巧な
ピンホールを基本とするフィルタの船積みに関連する費
用のかかる現場でのサービスの問題を有さない。有効な
発光源のサイズが理想的な点の光源に近いために、単一
モードの光学ファイバを基本とするフィルタのレーザー
光の出力ビームは、典型的なピンホールを基本とするフ
ィルタよりも良好な品質、空間干渉性を有する。例え
ば、光学ファイバを基本とする技術によって、５μｍの
核の直径は非常に容易に達成可能であり、等しいサイズ
のピンホールを基本とするフィルタでは、市販用製作物
で首尾よく調節すること及び船積みすることは、実質的
に不可能であろう。
説明の実施形態は、本発明の原理の例を構成している
が、普通の当業者であれば、本発明の範囲から逸脱する
ことなく変形させることが可能であることが理解され
る。
が、普通の当業者であれば、本発明の範囲から逸脱する
ことなく変形させることが可能であることが理解され
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ボット，スティーブン エリック
アメリカ合衆国，フロリダ 33029，ペ
ンブローク パインズ，ノース ウェス
ト 174 アベニュ 759
(72)発明者 ハート，ウィリアム ハワード
アメリカ合衆国，フロリダ 33183，マ
イアミ，サウス ウエスト 66 ストリ
ート 14201 アパートメント 102
(56)参考文献 特開 平２−300647（ＪＰ，Ａ)
特表 平２−502482（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 15/14
G01B 11/08
G01N 15/02
Claims (8)
- 【請求項１】粒子の粒子サイズおよびサイズ分布を測定
するためのレーザー回折式粒子サイジング装置であっ
て、 単色のレーザービームを発生するレーザーと、 上記レーザービームから実質的に回折限定ビーム（56、
102）を提供するためのビーム形成手段と、 上記粒子が流れるサンプル通路（84）とを具備し、上記
回折限定ビーム（56、102）がサンプル通路を通過し、
該サンプル通路内の各粒子は入射したビーム光を回折さ
せるように作用し、 フーリエ面（96）上に粒子によって回折されたビームの
焦点を合わせるための焦点合わせ手段（92、100）と、 上記フーリエ面上に配置されて多数の位置において粒子
によって回折されたビームの光強度を検出するための光
検出手段（98）とを具備するレーザー回折式粒子サイジ
ング装置において、 上記ビーム形成手段は、核部分と該核部分を包囲する外
被部分とを具備する細長い光学ファイバと、上記光学フ
ァイバの一方の端部に光を入射させる光学結合器（34）
と、光学ファイバの他方の端部（58）の核部分から出る
レーザー光から回折限定ビームを形成するためのレンズ
手段（64、66、100）とを具備し、上記光学ファイバの
長さは光学ファイバの核部分によって提供される点光源
に対して害を及ぼさないように上記外被部分内を伝わる
外被光を減衰させるのに十分な長さであるレーザー回折
式粒子サイジング装置。 - 【請求項２】上記光学ファイバの核部分の直径は５ミク
ロン以下である請求項１に記載のレーザー回折式粒子サ
イジング装置。 - 【請求項３】上記回折限定ビームの直径は約13mmである
請求項１に記載のレーザー回折式粒子サイジング装置。 - 【請求項４】上記光学ファイバ（36）の長さは少なくと
も約6mである請求項１に記載のレーザー回折式粒子サイ
ジング装置。 - 【請求項５】上記光学ファイバ（36）はコンパクトな組
立体（46）を提供するように円筒管（44）周りにコイル
状に巻かれる請求項１に記載のレーザー回折式粒子サイ
ジング装置。 - 【請求項６】上記レンズ手段に対して上記光学ファイバ
の他方の端部（58）を位置決めするための可動な位置決
め手段が設けられ、上記レンズ手段に対して上記他方の
端部（58）の中心合わせが制御される請求項１に記載の
レーザー回折式粒子サイジング装置。 - 【請求項７】上記位置決め手段（62）に対してレンズ手
段（64、66、100）の軸線方向の位置を制御するための
駆動手段（82）が設けられる請求項６に記載のレーザー
回折式粒子サイジング装置。 - 【請求項８】粒子の粒子サイズおよびサイズ分布を測定
するためのレーザー回折式粒子サイジング方法であっ
て、 単色のレーザービームを提供する工程と、 上記レーザービームから実質的に回折限定ビーム（56、
102）を提供する工程と、 上記回折限定ビーム（56、102）を粒子に当てる工程と
を具備し、各粒子は入射したビーム光を回折させるよう
に作用し、 フーリエ面（96）上に粒子によって回折されたビームの
焦点を合わせる工程と、 上記フーリエ面上の多数の位置において粒子によって回
折されたビームの光強度を光検出器の列で検出する工程
とを具備するレーザー回折式粒子サイジング方法におい
て、 上記回折限定ビームを提供する工程は、上記レーザービ
ームを核部分と該各部分を包囲する外被部分とを具備す
る細長い光学ファイバに入射させる工程と、上記光学フ
ァイバの核部分によって提供される点光源に対して害を
及ぼす上記外被部分内を伝わる外被光を減衰させるまで
上記レーザー光を光学ファイバ内で伝える工程と、レン
ズ手段（64、66、100）によって光学ファイバの他方の
端部（58）の核部分から出るレーザー光から回折限定ビ
ームを形成する工程とを具備するレーザー回折式粒子サ
イジング方法。
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