JPH05172730A - 粒度分布測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極めてシンプルな光学系の構造のもとに、広
い角度範囲で回折／散乱光を測定して微粒子領域を高精
度に測定することが可能で、かつ、乾式測定にも適用可
能な粒度分布測定装置を提供する。 【構成】 ピンホールとコリメータレンズ有するタイプ
のビーム成形光学系の、そのコリメータレンズのピンホ
ール側の焦点上で、かつ、照射レーザ光の光軸と直交す
る平面上にフォトセンサアレイを設け、コリメータレン
ズで集光された後方散乱光の測定を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明はレーザ回折／散乱式の
粒度分布測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】 レーザ回折／散乱式の粒度分布測定装
置においては、基本的に、媒体中で分散飛翔状態にある
被測定粒子群に平行レーザビームを照射し、被測定粒子
群によって回折または散乱された光を、被測定粒子群を
挟んでレーザ光源と反対側に置かれたフーリエ変換レン
ズ（集光レンズ）によって集光し、その焦点面上にリン
グデテクタと称されるリング状のフォトセンサアレイを
設けてそこに回折／散乱像を結像させ、回折／散乱光の
空間強度分布を測定する。

【０００３】そして、この回折／散乱光の空間強度分布
データを、フラウンホーファ回折理論ないしはミー散乱
理論に基づく演算によって被測定粒子群の粒度分布デー
タに換算する。

【０００４】ところで、この種の粒度分布測定装置にお
いて、微粒子を高精度で測定するには、広い角度範囲で
回折／散乱光を測定する必要がある。この目的のため、
上記したリングデテクタに加えて、被測定粒子群の回り
に複数のフォトセンサをそれぞれスリットを介して配置
したり、あるいは、多数の光ファイバを用いて多数角度
の散乱光をそれぞれフォトセンサに導くようにしたもの
等が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】 上記した従来の提案
では、いずれも、分散飛翔状態の被測定粒子群の回りに
受光光学系を配設するため、フローセルやバッチセル等
の内部で媒液中に被測定粒子群を分散させる、いわゆる
液中分散（湿式）にしか利用できず、乾式やエアロゾル
測定に利用できないとう問題がある。

【０００６】また、散乱光は光軸に対して同心円状に放
射されるが、レーザ光に偏光があるとその同心円上で光
強度が変化するので、１／４円以上の受光面を持つセン
サを用いるか、あるいは同じ散乱角度上に９０°の角度
をあけて２つのセンサを設ける必要がある等も相まっ
て、従来の提案では受光系の機械的構造が複雑となり、
実用化が困難であるという問題もある。

【０００７】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
ので、極めてシンプルな光学系の構造のもとに、広い角
度範囲で回折／散乱光を測定することができ、しかも乾
式やエアロゾル測定にも適用可能な粒度分布測定装置の
提供を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】 上記の目的を達成する
ため、本発明の粒度分布測定装置は、分散飛翔状態の被
測定粒子群に平行レーザビームを照射すべく配置された
ビーム成形光学系を、ピンホールとこのピンホールを通
過したレーザ光を平行にするコリメータレンズを備えた
ものとするとともに、このビーム成形光学系に対して被
測定粒子群を挟んで反対側に設けられた集光レンズおよ
びフォトセンサアレイからなる通常の測定光学系（回折
光／前方散乱光測定用光学系）に加えて、上記コリメー
タレンズのピンホール側の焦点上で、かつ、照射レーザ
ビームの光軸と垂直な平面上に、被測定粒子群によって
ビーム成形光学系側に散乱した散乱光（後方散乱光）の
空間強度分布を測定するためのフォトセンサアレイを配
設したことによって特徴付けられる。

【０００９】

【作用】 ピンホールおよびコリメータレンズを持つビ
ーム成形光学系においては、コリメータレンズは後方散
乱光を集光する機能がある。本発明はこの点に着目し、
そのコリメータレンズのピンホール側の焦点上に照射レ
ーザ光の光軸と直交してフォトセンサアレイを設けるこ
とにより、後方散乱像をこのフォトセンサアレイ上に結
像させ、後方散乱光の空間強度分布を測定しようとする
ものである。

【００１０】ここで、この後方散乱光測定用の光学系
は、コリメータレンズを集光レンズとして利用している
ため、他の光学要素は特に追加する必要はなく、また、
被測定粒子に対して、ビーム成形光学系のコリメータレ
ンズを挟んで反対側にフォトセンサアレイを追加するだ
けであるから、回折光／前方散乱光測定用光学系の集光
レンズとビーム成形光学系のコリメータレンズとの間に
は全く光学要素が存在しないことから、乾式測定にも適
用可能である。

【００１１】

【実施例】 図１は本発明実施例の光学系全体の構成図
である。レーザ光源１から出力されたレーザ光はビーム
成形光学系２で平行ビームに成形された後、フローセル
３に照射される。

【００１２】フローセル３内には被測定粒子群を媒液中
に均等に分散させた縣濁液が流されており、照射された
平行レーザビームはこの被測定粒子群により回折／散乱
される。

【００１３】フローセル３を挟んでビーム成形光学系２
の反対側には、フーリエ変換レンズ（集光レンズ）４が
配設されているとともに、このフーリエ変換レンズ４の
焦点位置にはリングデテクタ等の回折光／前方散乱光測
定用フォトセンサアレイ５が配設されており、被測定粒
子群による回折／散乱光のうち、回折光と、照射光の進
行方向への散乱光、つまり前方散乱光がこのフォトセン
サアレイ５によって測定される。

【００１４】ビーム成形光学系２は、レーザ光源１から
の光を集光する集光レンズ２１と、その集光レンズ２１
の焦点上に置かれるピンホール２２、およびピンホール
２２を通過した光を平行光に成形すべく、その焦点位置
がピンホール２２の配設位置と一致するように配設され
たコリメータレンズ２３によって構成されている。な
お、このビーム成形光学系２の構成は平行ビームを成形
するために多用される公知の構成である。

【００１５】ピンホール２２の配設位置、すなわちコリ
メータレンズ２３の後方側の焦点位置上には、照射レー
ザビームの光軸と直交する平面に沿って後方散乱光測定
用フォトセンサアレイ６が配設されている。

【００１６】このような構成において、フローセル３内
の被測定粒子群により後方に散乱された散乱光のうち、
所定の角度範囲のものはコリメータレンズ２３に入射す
る。コリメータレンズ２３はその入射光を後方の焦点面
上に集光するから、後方散乱光測定用フォトセンサアレ
イ６上には、その角度範囲における後方散乱像が結像さ
れることになり、従ってフォトセンサアレイ６の出力か
らその角度範囲における後方散乱光の空間強度分布を測
定することができる。

【００１７】ここで、後方散乱光測定用フォトセンサア
レイ６としては、図２にその正面図を例示するように、
例えば特開平２−１７３５５１号の提案を応用して、互
いに異なる半径の受光面を持つ複数のセンサｓ・・ｓが配
列され、全体として短冊状もしくは扇形をなす２個のフ
ォトセンサアレイ６１，６２を、ピンホール２２を中心
として互いに９０°の角度を設けて配設したものを使用
することができる。この構成によれば、１／４円以上の
リング状のフォトセンサアレイを使用することなく、偏
光の影響を受けずに正確に後方散乱光の強度分布の測定
が可能である。また、リング状フォトセンサアレイを用
いる場合に比して、ウエハ寸法の制約が緩和され、測定
すべき後方散乱角度の範囲を比較的自由に設定すること
が可能となる。

【００１８】また、図２のようにこのフォトセンサアレ
イ６１，６２と共通の支持体６３にピンホール２２を配
設することにより、組み立て時における部品点数が少な
くなって調整が容易となる。

【００１９】なお、後方散乱光測定用フォトセンサアレ
イ６として、リング状のフォトセンサアレイをはじめと
する他のセンサアレイを使用し得ることは勿論である。
また、上記した実施例では、フローセル３を用いた湿式
測定に本発明を応用した例について述べたが、ビーム成
形光学系２のコリメータレンズ２３と、前方散乱光を集
光するためのフーリエ変換レンズ４との間には特に光学
要素等を追加していないことから、乾式測定にも全く同
様に本発明を適用することができる。

【００２０】

【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、被測定粒子群に照射すべき平行レーザ光を作るビー
ム成形光学系として、ピンホールを通過した光をコリメ
ータレンズで平行光にする通常のタイプのものを使用す
るとともに、そのコリメータレンズの焦点上で、かつ、
照射レーザ光の光軸と直交する面上にフォトセンサアレ
イを追加するだけで、後方散乱光の空間強度分布の測定
が可能となり、実用的で極めてシンプルな構成のもと
に、従って低コストのもとに、広い角度範囲で回折／散
乱光を測定して微粒子の領域まで高精度に粒度分布を測
定することのできる粒度分布測定装置が得られる。

【００２１】また、コリメータレンズと通常の前方散乱
光測定用の集光レンズ（フーリエ変換レンズ）間には、
従来の提案のように光学要素を配置しないことから、乾
式やエアロゾル測定にも利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明実施例の光学系全体の構成図

【図２】 その後方散乱光測定用フォトセンサアレイ６
およびピンホール２２の構成例を示す正面図

【符号の説明】

１・・・・レーザ光源 ２・・・・ビーム成形光学系 ２１・・・・集光レンズ ２２・・・・ピンホール ２３・・・・コリメータレンズ ３・・・・フローセル ４・・・・フーリエ変換レンズ ５・・・・回折光／前方散乱光測定用フォトセンサアレイ ６・・・・後方散乱光測定用フォトセンサアレイ ６１，６２・・・・短冊状もしくは扇形のフォトセンサアレ
イ ６３・・・・支持体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源と、このレーザ光源からの出
   力光を平行ビームに成形して分散飛翔状態の被測定粒子
   群に照射するビーム成形光学系と、このレーザビームの
   被測定粒子群による回折／散乱光を集光すべく被測定粒
   子群を挟んで上記ビーム成形光学系の反対側に配置され
   た集光レンズ、および集光された回折／散乱光を入射し
   てその空間強度分布を測定するフォトセンサアレイを備
   えた装置において、上記ビーム成形光学系が、ピンホー
   ルとこのピンホールを通過したレーザ光を平行にするコ
   リメータレンズを備えているとともに、このコリメータ
   レンズの上記ピンホール側の焦点上で、かつ、照射レー
   ザビームの光軸と垂直な平面上には、被測定粒子群によ
   って上記ビーム成形光学系側に散乱した散乱光の空間強
   度分布を測定するためのフォトセンサアレイが配設され
   ていることを特徴とする粒度分布測定装置。