JPH0534259A - 粒度分布測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 特殊なフローセルを使用することなく、簡単
な構成のもとに大角度の散乱光を含めた広範囲の散乱光
の高精度測定が可能で、高精度の粒度分布測定結果を得
ることのできるレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置を
提供する。 【構成】 リングデテクタ２４等を用いた通常の前方散
乱・回折光測定用光学系に加えて、異なる方向から照射
される平行レーザ光による散乱光を、二重スリットを介
して複数の角度位置で測定する複数の光検出器を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は、分散飛翔状態の粒子
に光を照射することによって生ずる回折現象または散乱
現象を利用した、光回折／散乱法に基づく粒度分布測定
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】 粒子による光の回折ないしは散乱現象
を利用した粒度分布測定装置では、粒子による回折光な
いしは散乱光の強度分布（回折角ないしは散乱角と光強
度の関係）を測定し、これにフラウンホーファ回折ない
しはミー散乱の理論に基づく演算処理を施すことによっ
て、試料の粒度分布を算出する。この種の測定装置にお
いては、回折光を測定を行う関係上、照射光としては一
般にレーザ光が使用されている。そして、通常はレーザ
光を平行光にしてフローセルを流れる試料懸濁液に照射
し、回折／散乱されたレーザ光をフーリエ変換レンズで
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、その強度分布を測
定している。

【０００３】ところで、この方法による粒度分布測定で
は、測定下限をより小径側とするためには、より大角度
の散乱光を測定する必要がある。つまり、測定範囲を拡
大するためには広い角度範囲にわたって回折／散乱光の
強度分布を測定する必要がある。しかし、フーリエ変換
レンズやリングデテクタのサイズ上の制約等により、こ
の測定光学系では実際には前方約４０°程度までしか測
定できない。

【０００４】広い角度範囲で回折／散乱光の強度分布を
測定する方法として、従来、上記したようなレンズとフ
ォトセンサアレイによる測定光学系を複数組配置する方
法や、光ファイバーを複数本用いて特定角度の散乱光を
ピックアップし、その強度をそれぞれフォトセンサで測
定する方法等がある。また、本発明者も既に、フーリエ
変換レンズとリングデテクタによる測定光学系に加え
て、干渉フィルタにより作成された単一波長光を試料懸
濁液に照射し、その散乱光を複数のフォトセンサによっ
て強度測定する装置（特開平２−１７３５５０号）や、
フローセル中心を中心とする円弧に沿って基板上に受光
素子を多数個配設した装置等を提案している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】 ところで、上記した
従来の方法のうち、レンズとフォトセンサアレイからな
る測定光学系を複数組設けるものでは、多数の散乱角に
おいて測定しようとすると、装置が大きくなるとともに
構造が複雑となって高価となる。また、光ファイバーを
使用するものはその加工が困難で、特に光ファイバーの
端面の処理等におけるばらつきに起因する機差が生じや
すいという欠点がある。

【０００６】更に、干渉フィルタで単一波長光を作って
照射する方法によれば、フォトセンサで受光するのに充
分な散乱光強度を得にくいという問題があり、フローセ
ルの回りにこれを中心として多数の受光素子を設けたも
のでは、実際には特殊な形状のセルが必要となる。本発
明はこのような点に鑑みてなされたもので、少ない部品
点数と、通常のフローセルを用いた簡単な構造のもと
に、高精度で広範囲の回折・散乱光強度を測定すること
ができ、精度よく粒度分布を測定することのできる装置
の提供を目的としている。

【０００７】

【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では、前方散乱・回折
光測定系によるレーザ光の照射方向と異なる方向からフ
ローセルに平行レーザ光を照射する手段と、この照射光
の被測定粒子による散乱光を、それぞれ互いに所定距離
を置いて配設された２つのスリットを介して複数の散乱
角上で測定する複数の光検出器を備え、この各光検出器
の出力と上記前方散乱・回折光測定系の出力とに基づい
て演算手段で被測定粒子の粒度分布を算出するよう構成
している。

【０００８】

【作用】 前方散乱・回折光測定系による比較的小角度
の回折・散乱光に加えて、比較的大角度の散乱光を複数
の角度上でそれぞれ２つのスリットを介して光検出器に
よって測定することにより、広い角度範囲での散乱・回
折光強度の測定を達成している。ここで、２つのスリッ
トを通して散乱光を光検出器に導くため、その各光検出
器に導かれる光はその角度範囲が極めて狭くなり、測定
精度は良好なものとなる反面、散乱光強度は低下するこ
とになるが、このスリットを介して測定する散乱光用の
光源としてレーザ光を用いることで、測定するのに充分
な強度を持つ散乱光が得られる。

【０００９】

【実施例】 図１本発明実施例の測定光学系の全体構成
を示す斜視図である。フローセル１は通常のもので、そ
の内部には媒液中に分散された試料粒子が流される。こ
のフローセル１には上下２箇所に互いに直交する方向か
らレーザ光が照射される。

【００１０】上方のものは通常の前方散乱・回折光測定
用光学系２のレーザ光で、下方のものは側方散乱光測定
用光学系３のレーザ光である。前方散乱・回折光測定用
光学系２は、レーザダイオード２１とその出力光を平行
光にするコリメータレンズ２２、この平行レーザ光Ｌ₁
の光軸上にフローセル１を挟んで反対側に置かれ、フロ
ーセル１内の粒子による散乱・回折光を集光するフーリ
エ変換レンズ２３、およびその焦点面に置かれたリング
デテクタ２４によって構成されている。

【００１１】側方散乱光測定用光学系３は、同じくレー
ザダイオード３１とその出力光を平行光にするコリメー
タレンズ３２、この平行レーザ光Ｌ₂ のフローセル１へ
の照射面と直交する面に装着された側方散乱光測定用セ
ンサ構造体３３によって構成されている。図２は側方散
乱光測定用センサ構造体３３の分解斜視図で、図３は組
立状態での正面図（Ａ）、平面図（Ｂ）および右側面図
（Ｃ）である。なお、図２では各光検出器の全て、図３
（Ｃ）では一部の光検出器について図示を省略してい
る。

【００１２】側方散乱光測定用センサ構造体３３は、互
いに異なる半径の円筒状に湾曲された第１および第２の
スリット板３３１および３３２と、これらを同心円上に
保持する上下の保持リング３３３および３３４、更に保
持リング３３３と３３４の外周部分に固着された複数、
例えば５個の光検出器３３５ａ〜３３５ｅによって構成
されている。

【００１３】第１と第２のスリット板３３１および３３
２は、それぞれ薄い金属板に複数のスリットＳ・・Ｓを形
成して保持リング３３３に沿わせて曲げたもので、この
各スリット板３３１および３３にには、それぞれ光検出
器３３５ａ〜３３５ｅの数と同数のスリットＳ・・Ｓが刻
まれている。この各スリットＳ・・Ｓと光検出器３３５ａ
〜３３５ｅの位置関係は、図４に平面図で示すようにそ
れぞれ一点を中心として２つのスリットＳ，Ｓと１つの
光検出器が一直線状に並んだ放射線状の位置関係となっ
ている。

【００１４】そして、この側方散乱光測定用センサ構造
体３３が、平行レーザ光Ｌ₂ の照射面と直交するフロー
セル１の一面の外側に固着され、平行レーザ光Ｌ₂ のフ
ローセル１内の粒子による側方への散乱光、すなわち大
角度散乱光を、各スリットＳ・・Ｓおよび光検出器３３５
ａ〜３３５ｅの配設角に対応じた複数の角度において測
定することができるようになっている。

【００１５】ここで、各光検出器３３５ａ〜３３５ｅに
は、二重スリットを介して散乱光が入射するので、それ
ぞれの光検出器に入射する光の散乱角の範囲は極めて狭
くなり、高精度の散乱光強度分布測定が可能である。ま
た、散乱光は二重スリットを介して各光検出器に入射す
るのでその強度は低下することになるが、この側方散乱
光測定用光学系３の光源にレーザ光を用いているので、
各光検出器への入射光強度は測定に充分なものとなる。

【００１６】そして、この各光検出器３３５ａ〜３３５
ｅの出力は、前方散乱光測定用光学系２のリングデテク
タ２４の出力とともに、増幅器およびＡ−Ｄ変換器（い
ずれも図示せず）等を介してコンピュータ４に採り込ま
れる。コンピュータ４では、これら双方の測定光学系の
出力を用いて、フラウンホーファ回折理論ないしはミー
の散乱理論に基づく公知のアルゴリズムにより、被測定
粒子の粒度分布を算出する。

【００１７】なお、以上の説明において各光検出器と二
重スリットによる大角度散乱光の測定光学系を、側方散
乱光測定用光学系３と称したが、図１，図４から明らか
なように、この光学系では側方のみならず実際には後方
散乱光と称すべき大散乱光をも測定することが可能であ
る。なお、以上の実施例においては、各光検出器３３５
ａ〜３３５ｅの前段に設ける二重スリットを、それぞれ
複数のスリットＳ・・Ｓを刻んだ薄い金属板からなる第１
と第２のスリット板３３１および３３２を、異なる曲率
で同心上に曲げることによって得ているが、本発明は特
にこれに限定されることなく、例えば直線状に２つのス
リットを組み合わせた二重スリットを各光検出器の前段
に個別に配置することもできる。ただし、前記した実施
例のようなスリット板３３１，３３２の組合せとするこ
とにより、各部品の配置が容易で、しかも安価となる。

【００１８】また、以上の実施例では、説明の簡略化の
ために光検出器ないしは二重スリットを５組設けた例を
示したが、その数は任意であり、例えば１０組以上設け
ることも可能である。

【００１９】

【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、フーリエ変換レンズおよびリングデテクタ等を用い
た通常の前方散乱・回折光測定用光学系のほかに、この
前方散乱・回折光測定用光学系の平行レーザ光と異なる
方向に照射される平行レーザ光と、平行レーザ光の粒子
による散乱光を二重スリットを介して入射する複数の光
検出器からなる側方散乱光測定用光学系を設けて、大角
度の散乱光を高精度に測定し得るように構成しているの
で、前方散乱光測定用光学系の測定限界である４０°以
下の回折・散乱光に加えて、４０°〜９０°の間の複数
角度の散乱光や、更に大角度の散乱光を含めた広範囲の
散乱光の強度分布データを粒度分布の換算に用いること
が可能となり、従来に比して大幅に粒度分布測定精度が
向上する。

【００２０】しかも、側方散乱光測定用光学系は、通常
のフローセルをそのまま共用し、かつ少ない部品点数に
よって構成された比較的簡単な構造であり、特に高価格
になる恐れはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明実施例の測定光学系の全体構成を示す
斜視図

【図２】 その側方散乱光測定用センサ構造体３３の分
解斜視図

【図３】 同じく側方散乱光測定用センサ構造体３３の
組立状態での正面図（Ａ）、平面図（Ｂ）および右側面
図（Ｃ）

【図４】 同じく側方散乱光測定用センサ構造体３３の
各スリットＳ・・Ｓおよび光検出器３３５ａ〜３３５ｅの
位置関係を示す模式的平面図

【符号の説明】

１・・・・フローセル ２・・・・前方散乱・回折光測定用光学系 ２１・・・・レーザダイオード ２２・・・・コリメータレンズ ２３・・・・フーリエ変換レンズ ２４・・・・リングデテクタ ３・・・・側方散乱光測定用光学系 ３１・・・・レーザダイオード ３２・・・・コリメータレンズ ３３・・・・側方散乱光測定用センサ構造体 ３３１・・・・第１のスリット板 ３３２・・・・第２のスリット板 ３３３，３３４・・・・保持リング ３３５ａ・・３３５ｅ・・・・光検出器 Ｓ・・Ｓ・・・・スリット ４・・・・コンピュータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 被測定粒子を媒液中に分散させた懸濁液
   が流されるフローセルと、このフローセルに対して所定
   方向から平行レーザ光を照射して被測定粒子による散乱
   ・回折光の強度分布を前方所定角度範囲で測定する前方
   散乱・回折光測定系と、その強度分布の測定結果に基づ
   いて被測定粒子の粒度分布を求める演算手段を備えた装
   置において、上記前方散乱・回折光測定系によるレーザ
   光の照射方向と異なる方向から上記フローセルに平行レ
   ーザ光を照射する手段と、この照射光の被測定粒子によ
   る散乱光を、それぞれ互いに所定距離を置いて配設され
   た２つのスリットを介して複数の散乱角上で測定する複
   数の光検出器を備え、上記演算手段は、この各光検出器
   の出力と上記前方散乱・回折光測定系の出力とに基づい
   て被測定粒子の粒度分布を算出するよう構成されている
   ことを特徴とする粒度分布測定装置。