JP4304266B2 - 粒子混合物の粒子大きさ分布を判定する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査すべき粒子流における粒子混合物を個別化するため割当て溝を有する割当て装置、及び光源及び画像検出装置によって形成されるオプトエレクトロニクス測定区間が設けられており、この測定区間に沿って、光源と画像検出装置との間において重力又は追加的な力によって割当て溝から落下する粒子流の運動、及び画像検出装置における粒子の投影面によってカバーされる画点の形における投影面のデジタル撮影が行なわれ、かつデジタル情報を撮影された粒子の大きさの判定に変換する計算ユニットが設けられている、電子光学的な走査によって粒子混合物の粒子大きさ分布を判定しかつ粒子の形を特徴づける装置であって、画像検出装置が、装置の全測定範囲をカバーするように互いに調節された異なる結像尺度を有しかつ粒子流に向けられた複数の電子光学的な画像記録装置からなるにもの関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記のような装置は、デュッセルドルフ在、メステヒニク・シュヴァルツ・ＧｍｂＨ社の会社パンフレット“Ｐａｒｔｉｋｅｌｆｏｒｍ ｕｎｄ Ｇｏｒｓｓｅｎａｎａｌｙｓｅ ｆｕｒ Ｌａｂｏｒ ＆ Ｐｒｏｄｕｋｔｉｏｎ”に記載されている。この装置の枠内において、デジタルマトリクスカメラは、２次元投影面として光源の背景の前において、その画像検出面を通って動く粒子を撮影し、その際、この撮影の精度は、利用した電子光学的画像記録装置の露光時間と焦点深度に依存する。このようなマトリクスカメラの測定範囲に対する尺度として、上側及び下側測定限界の商としてのいわゆるダイナミック係数Ｂが使われる。例えば粒子流における検査すべき粒子分布において測定すべき粒子が大きいほど、マトリクスカメラの画像検出面を通過する際にこれらの粒子によって多くの画点がカバーされる。計算機で援助された評価の際、画像検出面の一部しか通過しない粒子は、考慮されないままなので、相応する粒子分布の検査の際に、さらに大きな粒子が注目に値するほど不足代表的に検出される確率が増大する。さらに一層大きなかつ一層重い粒子は、さらに高い落下速度有するようになるので、露光時間に応じて、撮影される投影面の汚染する危険が存在する。前記の理由により、普及し適用されるようになったＣＣＤ−マトリクスカメラにおいて、ダイナミック係数はＢ＝３５ないし４０に制限されているので、実際に１つの対物レンズによって、最大の粒子が最小の粒子の最高３５−４０倍の大きさである粒子分布しか、必要な表現精度で検査することができない。それとは相違した幅又は別の大きさ範囲を有する粒子分布を検査しようとする場合、マトリクスカメラの結像尺度を、検査すべき粒子分布に整合しなければならず、このことは、対物レンズ交換、焦点深度の調整、カメラ位置の変更及び装置の調節のような時間のかかるかつ手間のかかる手動行為に結び付いている。
【０００３】
さらに平面カメラを有する前記のような装置は、ＰＣＴ出願第ＷＯ９７／１４９５０号明細書により公知である。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許第４１１９２４０号明細書により公知の装置において、画像検出装置は、ＣＣＤ−行カメラからなり；ＣＣＤ−行カメラは、それぞれ検出される粒子の弦長さの結像しか撮影しないので、利用可能な粒子情報を得るために、急速に連続して行を読み出さなければならず、その際、個々の１次元画像シーケンスから、それぞれ検査すべき粒子の２次元投影面が構成される。ダイナミック係数は、このような行カメラにおいてＢ＝１００を有するように見積もることができるので、ＣＣＤ−マトリクスカメラによるよりもはっきりと幅広い粒子分布を検査することができる。ただし行カメラの使用に、それぞれの粒子の一定の落下速度を仮定して、行情報から測定される粒子の投影面の構成が行なわれるという欠点が結び付いている。しかしこれは事実とは異なる。なぜなら行カメラを通過する間に、粒子は加速された運動をしており、かつその上さらにその測定の位置における空気摩擦に基づいて異なった大きさの粒子は、同じ速さではなく、速度分布を有するからである。この−無視することができない−作用量に基づいて、このような装置は、十分に正確に動作しないからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
それ故に本発明の課題は、ダイナミック係数の拡大及び粒子大きさ判定の精度に関して、初めに挙げたような装置を改善することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題の解決策は、本発明の有利な構成及び変形も含めて、この明細書に含まれる特許請求の範囲の内容から明らかである。
【０００７】
本発明は、その基本思想において次のことを考慮している。すなわち小さい方の結像尺度を有する電子光学的な画像記録装置が、割当て溝の端部に対して、大きい方の結像尺度を有する電子光学的画像記録装置よりも小さな間隔を置いて配置され、電子光学的画像記録装置の画像検出面が重なっている。
【０００８】
本発明に、次の利点が結び付いている。すなわち相応して調節された焦点深度を有する大きい方の結像尺度を有する電子光学的画像記録装置は、大きい方の粒子を検出するが、一方粒子流の小さい方の粒子の検出は、小さい方の結像尺度及びこの装置に対応する焦点深度を有する電子光学的画像記録装置によって行なわれ；粒子流において測定すべきすべての粒子の投影面の結像に関するその点において構成された作業の分担は、計算ユニットにおいて相応して考慮され、かつ変換されるので、粒子分布の統一的な結果が得られる。全体として本発明による装置の拡張された測定範囲に基づいて、著しく大きなダイナミック係数Ｂが得られる。
【０００９】
本発明の実施例によれば、次のことが考慮されている。すなわち小さい方の結像尺度を有する電子光学的な画像記録装置は、割当て装置の端部に対して、大きい方の結像尺度を有する電子光学的画像記録装置よりも小さな間隔を置いて配置されている。これには、粒子が短い加速時間のみに関してその最終落下速度に達する前に、割当て装置から出た後にすでに早期の時点にとくに小さい方の粒子を検出することができるという利点が結び付いている。その際、電子光学的画像記録装置の画像検出面が、重なっていると、有利とわかった。
【００１０】
本発明の実施例によれは、それぞれ異なった結像尺度を有する２つ又は３つの電子光学的画像記録装置が、粒子流に向けられていることができるので、全体としてダイナミック係数Ｂは、粒子流において期待すべき粒子分布に依存してできるだけ良好に調節することができる。
【００１１】
電子光学的画像記録装置に関して実施例によれば、例えばすでに述べたＣＣＤ−行カメラの形の複数の１次元の画像記録装置を使用することができる。なぜなら行カメラにも異なった結像尺度を割当てることができ、したがって異なった大きさの粒子の検出に関する作業分担を行なうことができるからである。
【００１２】
本発明の有利な実施例によれば、電子光学的画像記録装置は、２次元画像記録装置として構成されており、その際、とくにＣＣＤ−マトリクスカメラをそれぞれ使用することができる。これには、とくにその測定精度に関してマトリクスカメラの使用に結び付いたこの装置カテゴリーに対する利点を維持したまま、はっきりと高められたダイナミック係数Ｂが設定できるという利点が結び付いている。
【００１３】
そのために本発明の実施例によれば、次のことが考慮できる。すなわちそれぞれのマトリクスカメラにおいて下側結像限界として、３×３の画点の投影面が設けられており、その際、例えば小さい方の結像尺度を有するマトリクスカメラが、０．０１５ｍｍの画点大きさを有し、かつ大きい方の結像尺度を有するマトリクスカメラが、０．１２５ｍｍの画点大きさを有する。
【００１４】
割当て装置が、粒子流に対して横向きに水平に整列する調節装置を備えているかぎり、割当て装置の幅にわたって粒子流の分解が阻止されるようにするので、割当て装置から落下する粒子流の全横断面にわたって、均一な粒子分布が保証されている。その際、本発明の別の実施例によれば、次のことが考慮されている。すなわち割当て装置の幅は、大きい方の結像尺度を有するマトリクスカメラの画像検出面の幅に相当する。このような同調に基づいて、すべての個別粒子のきわめて良好な検出が保証される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図面に本発明の実施例が示されており、これについて次に説明する。
【００１６】
装置は、まずホッパ１１を備えた割当て装置１０を有し、このホッパに割当て溝１２が続いている。割当て装置は、下部構造１３上に静止しており、この下部構造は、調節装置１４を有し、この調節装置によって、割当て溝１２は、水平に、しかも割当て溝１２から落下する粒子流１５に対して横向きに整列することができる。下部構造１３の下に、粒子流１５を受け止める受け止め容器１６が配置されている。
【００１７】
割当て溝１２から落下する粒子流１５は、粒子の重力に基づいて、光源１７と画像検出装置との間において運動し、この画像検出装置は、図示した実施例において２つのＣＣＤ−マトリクスカメラ１８、１９からなる。その際、割当て溝１２の端部に対して小さい方の間隔を有する上側のマトリクスカメラ１８は、一層小さな結像尺度を有するが、一方下側のマトリクスカメラ１９は、一層大きな結像尺度に対して構成されている。図２から詳細に認識できるように、大きい方の結像尺度を有するマトリクスカメラ１９の画像検出面２１と、小さい方の結像尺度を有するマトリクスカメラ１８の画像検出面２０とは、異なっている。
【００１８】
実施例の枠内において、マトリクスカメラ１８又は１９に、例えば次の結像尺度を割当てることができる：すなわち小さい方の結像尺度を有するカメラ１８において、例えば画点（ピクセル）の大きさは、０．０１５ｍｍに決められており、その際、下側測定限界は、検出されるために、粒子がその投影面において少なくとも３×３の画点の面を覆わなければならないことによって定義されており；そのことから０．０４５ｍｍの下側測定限界が得られ；相応して上側測定限界は、１００×１００のピクセルを覆うことに決められているので、１．５ｍｍの上側測定限界が得られる。５８０×７６０のピクセルの画像検出面を有する通常市販のＣＣＤ−マトリクスカメラを使用する場合、マトリクスカメラ１８に対して、８．７ｍｍ×１１．４ｍｍの画像検出面が得られる。
【００１９】
相応してマトリクスカメラ１９に、０．１２５ｍｍの画点大きさが割当てられており、それにより０．３７５ｍｍの下側測定限界、及び１２．５ｍｍの上側測定限界が得られる。このことから７２．５ｍｍ×９５ｍｍの粒子平面における画像検出面が得られる。その際、割当て溝１２の相応する組込みの際に、７５ｍｍの幅を与えることが考慮されているので、その点において画像検出面２１の幅は、割当て溝１２の幅に同調されている。
【００２０】
前記の実施例から明らかなデータから、結果としてダイナミック係数Ｂ＝２７８が生じ、ここにおいて本発明による装置のはっきりと改善された使用範囲が明らかである。個別粒子の投影面の検出のために画点の大きさを変更することによって、別の結像尺度においてなおはっきりと大きなダイナミック係数が達成できる。
【００２１】
前記の説明、特許請求の範囲、要約書及び図面に開示されたこの書類の対象の特徴は、個々に、及び互いに任意に組合わせて、その種々の構成において本発明を実現するために重要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】測定装置の側面図である。
【図２】画像検出面の割当てを含む図１によるカメラ配置を示す詳細図である。
【符号の説明】
１２ 割当て装置
１４ 調節装置
１５ 粒子流
１７ 光源
１８ 画像記録装置
１９ 画像記録装置
２０ 画像検出面
２１ 画像検出面

Claims (10)

1. 走査すべき粒子流における粒子混合物を個別化するため割当て溝を有する割当て装置、及び光源及び画像検出装置によって形成されるオプトエレクトロニクス測定区間が設けられており、この測定区間に沿って、光源と画像検出装置との間において重力又は追加的な力によって割当て溝から落下する粒子流の運動、及び画像検出装置における粒子の投影面によってカバーされる画点の形における投影面のデジタル撮影が行なわれ、かつデジタル情報を撮影された粒子の大きさの判定に変換する計算ユニットが設けられている、電子光学的な走査によって粒子混合物の粒子大きさ分布を判定しかつ粒子の形を特徴づける装置であって、画像検出装置が、装置の全測定範囲をカバーするように互いに調節された異なる結像尺度を有しかつ粒子流（１５）に向けられた複数の電子光学的な画像記録装置からなるものにおいて、小さい方の結像尺度を有する電子光学的な画像記録装置（１８）が、割当て溝（１２）の端部に対して、大きい方の結像尺度を有する電子光学的画像記録装置（１９）よりも小さな間隔を置いて配置され、電子光学的画像記録装置（１８，１９）の画像検出面（２０，２１）が重なっていることを特徴とする、電子光学的な走査によって粒子混合物の粒子大きさ分布を判定しかつ粒子の形を特徴づける装置。
2. ２つの電子光学的画像記録装置（１８，１９）が、粒子流（１５）に向けられていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. ３つの電子光学的画像記録装置が、粒子流（１５）に向けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 電子光学的画像記録装置が、１次元画像記録装置として構成されていることを特徴とする、請求項１ないし３の１つに記載の装置。
5. 電子光学的画像記録装置が、２次元画像記録装置として構成されていることを特徴とする、請求項１ないし３の１つに記載の装置。
6. ２次元画像記録装置が、ＣＣＤ−マトリクスカメラ（１８，１９）からなることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. それぞれのマトリクスカメラ（１８，１９）において下側結像限界として、３×３の画点の投影面が設けられていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 小さい方の結像尺度を有するマトリクスカメラ（１８）が、０．０１５ｍｍの画点大きさを有し、かつ大きい方の結像尺度を有するマトリクスカメラ（１９）が、０．１２５ｍｍの画点大きさを有することを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 割当て溝（１２）が、落下する粒子流（１５）に対して割当て溝（１２）を横向きに水平に整列する調節装置（１４）を備えていることを特徴とする、請求項１ないし８の１つに記載の装置。
10. 割当て溝（１２）の幅が、大きい方の結像尺度を有するマトリクスカメラ（１９）の画像検出面（２１）の幅に相当することを特徴とする、請求項６又は９に記載の装置。

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