JP3415475B2 - 粒子径分布測定装置 - Google Patents
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Description
照射する光源と、試料に照射されて散乱した光を入射す
る光検出器とを備えて、試料で散乱した光の強度パター
ンに基づいて試料の粒子径分布を測定するようにした粒
子径分布測定装置に関するものである。
11に示すように構成されており、同図において、符号
71はレーザ光を発生させるレーザ光源、72は集光レ
ンズ、73は試料74を収容するセル、75は試料74
に照射されて散乱した光を入射する光検出器で、試料で
散乱した光の強度パターンに基づいて試料の粒子径分布
を測定するようになっている。
の粒子径を精度良く測定する上で、レーザ光の光軸を光
検出器75の中心に一致させることは極めて重要である
が、レーザ光源71が熱歪みを起こしたり、セル73や
集光レンズ72、光検出器75等を設けたベンチベース
(図示省略)が熱で歪んだり、或いはセル73を交換し
た際に、その取付位置が変化するなどにより、レーザ光
軸が光検出器75の中心から位置ずれすることがあるこ
とから、粒子径の測定に際しては、その都度、光軸調整
が行われるのが一般的である。
オードなどの4個の受光素子を光検出器75の中心部に
設けて、測定に先立って、この4個の受光素子から出力
される強度信号の大きさが等しくなるように、光検出器
75をXY軸方向に移動させる光軸合わせが行われてい
たのである。
5をXY軸方向に移動させるために、通常は、圧電素子
やステッピングモータ等の2個のアクチュエータ76,
77が用いられており、一方、光検出器75はリングデ
ィテクタとも称されるように、円弧状に形成した複数個
のフォトダイオードよりなる受光素子を板面に扇形状に
配列して、大きな板状体に形成されていることから、か
つ、これに加えて、レーザ光源71から尤も離れた箇所
の光検出器75を移動させることから、光軸調整のため
に必要とされる移動量を確保するためには、装置内に大
きなスペースを要したのであり、この結果、光軸調整機
構が大きくて構成も複雑となり、高価になるという欠点
があった。
のであって、その目的は、これまでとは光軸調整の形態
が全く異なり、構成が簡易かつコンパクトで安価な、粒
子径分布測定装置を提供する点にある。
めに本発明は、レーザ光を試料に出射する光源と、試料
に照射されて散乱した光を入射するリングディテクタと
を備えて、試料で散乱した光の強度パターンに基づいて
試料の粒子径分布を測定するようにした粒子径分布測定
装置であって、前記レーザ光源から照射された光を集光
レンズを介して反射させた後、試料に照射して前記リン
グディテクタに入射させるミラーと、ミラー面を二次元
方向の軸線まわりで角度変更させるアクチュエータと、
ミラー面を反射したレーザ光の光軸を前記リングディテ
クタの中心に一致させるアクチュエータ制御手段とを備
え、更に、前記ミラーと前記リングディテクタとの間に
光学系を介在させることなく前記リングディテクタに前
記入射する光が焦点を結ぶよう構成されている点に特徴
がある。
角度変更によって、レーザ光の光軸を大きく角度変更で
きるのであって、光軸合わせのためのミラーの角度変更
がごく僅かで済むことから、特に、ミラーをレーザ光源
に近づけるほど、小さなミラーでレーザ光を反射できる
ことから、アクチュエータを含めて光軸調整機構の全体
を、構成的に簡易かつ安価でコンパクトに構成できる。
に基づいて説明する。図1はレーザ回折式の粒子径分布
測定装置の構成を概略的に示し、この図において、図中
の1は分散媒に測定対象の粒子群を分散させた試料2を
収容する透明容器からなるフローセルで、光学ベンチベ
ース3の上面に立設保持されている。
源、5はレーザ光源4から発せられる発散性のレーザ光
を収斂する集光レンズ、6は集光レンズ5を経た収斂さ
れたレーザ光(以下、集光レーザ光という)を90度曲
げてフローセル1に照射するミラーで、自動制御される
レーザ光軸調整機構7に保持されている。
通過した集光レーザ光が焦点を結ぶ位置に設けられてい
る。このリングディテクタ8は、図2に示すように、集
光レーザ光の光軸を中心として互いに半径の異なるリン
グ状または半リング状の受光面をもつフォトセンサを複
数個同心状に配列したもので、フローセル1内の粒子に
よって回折または散乱した集光レーザ光のうち、比較的
小さい角度で散乱/回折した光を各散乱角ごとにそれぞ
れ受光して、それらの光強度を測定するものである。9
はリングディテクタ8を構成するフォトセンサの出力を
それぞれ増幅するプリアンプである。
1内の粒子によって回折または散乱した集光レーザ光の
うち比較的大きい角度で散乱/回折した光を、各散乱角
ごとに個別に検出する広角散乱光用光検出群10が設け
られている。
ディテクタ8と異なる角度で設けられる複数のフォトセ
ンサ11〜16からなり、それぞれの配設角度に応じ
て、フローセル1内の粒子による所定角度を超える所定
角度の散乱光を検出する。即ち、フォトセンサ11〜1
4は前方散乱光を、フォトセンサ15は側方散乱光を、
フォトセンサ16は後方散乱光をそれぞれ検出する。
それぞれ増幅するプリアンプ、18,19は互いに平行
に立設された2枚の光遮蔽板で、前記光検出群10の前
面側、つまり各フォトセンサ11〜16の前面側、より
詳しくは、光入射側に配設されている。
は、フォトセンサ11〜16に対して特定の散乱角度の
散乱光のみを通過させるための複数の開口、例えばスリ
ット20,21が、エッチングなどの手法によってそれ
ぞれ開設されているが、例えば前方散乱光を検出する一
つのフォトセンサ11に対応するスリット20,21
は、必ずしも同じ形状、大きさでなく、フローセル1か
らの前方散乱光のうち、所定の散乱角の散乱光のみをフ
ォトセンサ11に入射するように相互の位置が設定され
ている。このことは、他のフォトセンサ12〜16に対
応するスリット20,21についても同様である。
次取り込み、AD変換器23に順次送出するマルチプレ
クサ、24はAD変換器23の出力が入力される演算処
理装置としてのコンピュータである。
変換されたリングディテクタ8およびフォトセンサ11
〜16の出力(光強度に関するデジタルデータ)を、フ
ラウンホーファ回折理論やミー散乱理論に基づいて処理
し、粒子群における粒径分布を求めるプログラムが格納
されている。25は演算結果などを表示するカラーディ
スプレイである。
置では、フローセル1内の試料2に照射された集光レー
ザ光は、フローセル1中の粒子によって回折または散乱
し、その回折光または散乱光のうち、比較的に散乱角の
小さい光はリングディテクタ8上に結像される。
側のフォトセンサが散乱角の大きい光を受光し、内周側
のフォトセンサが散乱角の小さい光を受光する。したが
って、外周側のフォトセンサの検出する光強度は粒子径
のより小さい粒子の量を反映しており、内周側のフォト
センサの検出する光強度は粒子径のより大きい試料粒子
の量を反映していることになる。これらの各フォトセン
サが検出した光強度はアナログ電気信号に変換され、更
にプリアンプ9を経てマルチプレクサ22に入力され
る。
た集光レーザ光のうち、比較的に散乱角の大きい光は、
光遮蔽板18,19にそれぞれ形成されたスリット2
0,21によって制限され、特定の散乱角度の散乱光の
みがフォトセンサ11〜16にそれぞれ入射し、その光
強度分布が測定される。
14、側方散乱光用フォトセンサ15、後方散乱光用フ
ォトセンサ16の順に、粒径の大きい粒子からの散乱光
を検出する。そして、これらの各フォトセンサ11〜1
6が検出した光強度はアナログ電気信号に変換され、更
に、プリアンプ17を経てマルチプレクサ22に入力さ
れる。
光検出器8およびフォトセンサ11〜16からの測定デ
ータ、つまりアナログ電気信号が所定の順序で順次取り
込まれ、かつ、直列信号にされて、AD変換器23で順
次デジタル信号に変換され、更にコンピュータ24に入
力されて、光検出器8およびフォトセンサ11〜16に
よってそれぞれ得られた各散乱角ごとの光強度データ
が、フラウンホーファ回折理論やミー散乱理論に基づい
て処理され、その処理結果がカラーディスプレイに表示
されるのである。
いては、粒子径の大きい粒径範囲についての散乱光の光
強度分布については、リングディテクタ8によって測定
し、粒子径の小さい粒径範囲についての広角の散乱光の
光強度分布については、フォトセンサ11〜16によっ
て測定し、これらのリングディテクタ8およびフォトセ
ンサ11〜16の出力をコンピュータ24において処理
しているので、粒子群における粒子径分布を、粒径の比
較的大きなものから粒径の微小なものまで広い範囲にわ
たって一挙に求めることができる。
〜図7に基づいて説明する。これらの図において、図中
の31はベンチベース3に立設された調整ベースで、L
字状のスリット32によるヒンジ手段33を備えたミラ
ー調整ブラケット34,35を、左右方向にやゝ位置を
ずらせて上下に二段備えている。
35の固定側部材38,39に保持されたアクチュエー
タ〔例えば圧電抵抗素子(PZT)であるが、ステッピ
ングモータなどに置換可能である。〕で、前記調整ベー
ス31に螺着されたロックナット40付きの調整ビス4
1と、前記ミラー調整ブラケット34,35の可動側部
材42,43の基部側との間に、ボール44を介して設
けられている。
持するベース保持手段で、前記調整ベース31に対し
て、下部側の可動側部材43の遊端からやゝ離れた部位
に設けられており、かつ、前記ミラーベース46には、
ミラー面Sを鉛直姿勢にする状態で、スペーサ47を介
してミラー6が接着保持されている。
保持面側で開口する座ぐり凹部48と透孔49とが形成
されており、また、ミラー保持面とは反対側の面部に
は、ミラー調整ブラケット34,35の可動側部材4
2,43の遊端に相対峙する部位と、下部側の可動側部
材43の遊端からやゝ離れた部位のそれぞれに、前記座
ぐり凹部48を囲うように3個のピン受け凹部a〜cが
形成されており、かつ、この内のピン受け凹部aは上下
方向の長溝に形成されている。
には、先端がピン受け凹部a,bに係入する調整ピン5
0,51が螺着され、かつ、前記調整ベース31には、
先端がピン受け凹部cに係入する支点ピン52が螺着さ
れていて、前記調整ピン50,51の螺進位置を調整す
ることによって、更にまたは、アクチュエータ36,3
7の作動によって、前記ミラーベース46ひいてはミラ
ー6の取り付け角度を変更できるようにしている。
との先端を結ぶ第1軸線と、他方の調整ピン51と支点
ピン52との先端を結ぶ第2軸線とを基準にして、この
二次元方向の軸線まわりでミラー6ひいてはミラー面S
を角度変更させるように構成されており、この内の調整
ピン50,51は、ミラー面Sを人為的に角度変更させ
るためのものあり、アクチュエータ36,37は、制御
手段(図8を参照)53によって自動的にミラー面Sを
微調整して、ミラー面Sを反射した集光レーザ光の光軸
をリングディテクタ8の中心に一致させるためのもので
ある。
ロックナットで、それぞれ調整ピン50,51と支点ピ
ン52の位置固定を司るものである。
ベース46を3本のピン50〜52に付勢係止させるよ
うに、ミラーベース46を調整ベース31側に引き寄せ
保持するもので、前記ミラーベース46の透孔49と同
芯状の透孔56と座ぐり凹部57とを調整ベース31に
形成する一方、皿状頭部dを備えたベース保持ボルト5
8を、それの皿状頭部dを座ぐり凹部48に没入させて
透孔49まわりに係止させるように、両透孔49,56
にわたって挿通し、かつ、このベース保持ボルト58の
挿通端に、圧縮スプリング59を介してナット60を螺
着して成る。
dを透孔49まわりに係止させて、ミラーベース46を
皿状頭部dまわりで自在に姿勢変更可能としているの
で、即ち、ミラーベース46をユニバーサルの連結構造
を介して調整ベース31に保持させているので、更に、
ミラーベース46を調整ベース31に対して離間方向に
移動可能に構成しているので、上記の調整ピン50,5
1またはアクチュエータ36,37によるミラー面Sの
角度変更に際して、ミラーベース46は、こじれを伴う
ことなく、皿状頭部dによるユニバーサルの連結構造ま
わりで円滑に姿勢変更されるようになっている。
は、図2および図8に示すように、前記リングディテク
タ8の光軸中心まわりに配置される光軸調整用の透過光
検出器(例えば4個の受光素子によるチェックパター
ン)61と、コンピュータ24から発せられる制御信号
に基づいてアクチュエータ36,37を作動制御する制
御器62とから成る。
器62に入力される制御信号に基づいてアクチュエータ
36,37を作動させて、ミラー面Mを反射した集光レ
ーザ光がリングディテクタ8の中心に到達するように、
即ち、前記透過光検出器61による受光強度がほゞ等し
くなるように、ミラー面Sひいてはミラー6の取り付け
角度を微調整するもので、この集光レーザ光の光軸をリ
ングディテクタ8の中心に一致させる光軸調整は、粒子
径分布測定装置による粒子径の測定に先立って、測定開
始の度に自動的に行われるのである。
によれば、アクチュエータ36,37を可動側部材4
2,43の基部側に配置しているので、このアクチュエ
ータ36,37の僅かな量の作動によって、ミラー6を
大きく角度変更させることができ、かつ、ミラー6の僅
かな角度変更によって集光レーザ光の光軸を大きく角度
変更できるのであって、アクチュエータ36,37とし
ては、それの作動量が僅かで、コスト的に安価なもので
済む。
6を配置しているので、集光レーザ光を反射させるミラ
ー6として、これが小さなもので済み、しかも、光軸調
整の手段そのものが、ミラーベース46を僅かに揺動さ
せる簡単な構成であることから、アクチュエータ36,
37を含めて光軸調整機構7の全体を、構成的に簡易か
つ安価でコンパクトに構成することができる。
のベース保持ボルト55の頭部dを皿状にして、所謂ユ
ニバーサルの連結構造によってミラーベース46を保持
させるようにしているが、図9に示すように、ボルト頭
部dを球形にするユニバーサルの連結構造としてもよ
く、この際、座ぐり凹部48と透孔49とをミラーベー
ス46に形成することなく、図10に示すように、球体
頭部dの受け部材63と押さえ部材64とをミラーベー
ス46に設けて、ユニバーサルの連結構造を構成しても
よいのである。
ーザ光の光軸をミラーで反射させる特異な光軸調整の形
態をとったことで、レーザ光軸の調整機構として、これ
を構成的に簡易かつコンパクトで安価なものにして提供
できるようになった。
との配置説明図である。
断面図である。
態を示す断面図である。
光軸調整の手段を示す構成図である。
ー、8…リングディテクタ、36,37…アクチュエー
タ、53…制御手段。
Claims (2)
- 【請求項1】 レーザ光を試料に出射する光源と、試料
に照射されて散乱した光を入射するリングディテクタと
を備えて、試料で散乱した光の強度パターンに基づいて
試料の粒子径分布を測定するようにした粒子径分布測定
装置であって、前記レーザ光源から照射された光を集光
レンズを介して反射させた後、試料に照射して前記リン
グディテクタに入射させるミラーと、ミラー面を二次元
方向の軸線まわりで角度変更させるアクチュエータと、
ミラー面を反射したレーザ光の光軸を前記リングディテ
クタの中心に一致させるアクチュエータ制御手段とを備
え、更に、前記ミラーと前記リングディテクタとの間に
光学系を介在させることなく前記リングディテクタに前
記入射する光が焦点を結ぶよう構成されていることを特
徴とする粒子径分布測定装置。 - 【請求項2】 前記ミラーを保持するミラーベースを設
け、ユニバーサルの連結構造によって前記ミラーベース
を保持させて成る請求項1に記載の粒子径分布測定装
置。
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