JPS63241336A

JPS63241336A - 粒径測定装置

Info

Publication number: JPS63241336A
Application number: JP62074847A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Tatsuno; 恭市辰野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-28
Filing date: 1987-03-28
Publication date: 1988-10-06
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: GB8805999D0; US4940326A; JP2529966B2; GB2202626A; GB2202626B

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は微小粒子の粒径を光学的に測定する粒径測定
装置に関する。

（従来の技術）微小粒子の粒径を測定する方法として、従来より被測定
粒子による光の散乱を利用する方法がある。その一つと
して、フォトカウント法と呼ばれる方法が実用化されて
いる。この方法を用いた粒径測定装置の具体例としては
、例えばＡ、Ｅｄｅｒｈｏｆ’がＪ、Ｍｅｃｈ、　Ｅｎ
ｇ、Ｓｃ１．（１９７０）に発表した“Ｄｅｔｅｒｍｉ
ｎａｔｌｏｎ　ｏｆ　Ｄｒｏｐｌｅｔ　５１ｚｅｓ　ａ
ｎｄ　ＷｅｔｎｅｓｓＦｒａｃｔｉｏｎ　１ｎ　Ｔｗｏ
−ｐｈａｓｅ−ｆ’ｌｏｗｓ　Ｕｓｉｎｇ　ａ　Ｌｉｇ
ｈｔ−ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｃ、’に記
載された装置がある。

また、特開昭５３−１３６２５号公報、特開昭５６−５
８６３８号公報、および特開昭５６−１４５３３０号公
報等にも同様の装置が記載されている。

第５図はＡ、Ｅｄｅｒｈｏｆが用いた装置の構成を示し
たものである。光源１．光ファイバ３．スリット１５、
レンズ５からなる照射光学系と、レンズ７゜プリズム１
６．スリット８．光ファイバ９からなる受光光学系が、
両光学系の光軸のなす角度が９０″となるように配置さ
れる。レンズ５によりスリット１５の像をＰ点に作り、
またレンズ７によりスリット８の像を同じくＰ点に作る
と、これらの像の大きさで規定される第６図に示すよう
な測定視野が形成される。この測定視野内を粒子が通過
すると、その粒子により光が散乱され、この散乱光が受
光光学系の光ファイバ９を介して光検出器としての光電
子増倍管１０に導かれて電気信号に変換される。この電
気信号は第７図に示すようなパルス状であり、散乱光パ
ルスと呼ばれる。

光電子増倍管１０の出力に得られる散乱光パルスの高さ
く振幅）、すなわち９０°方向の散乱光強度は、旧ｅ理
論またはＰｒａｕｎｈｏｆ’ｅｒ回折理論により計算す
ることができる。第８図は測定視野内を通過する被測定
粒子と散乱光パルス高さとの関係を示したものである。

この関係を用いて散乱光パルス高さが粒径へと変換され
る。第５図では波高分析器１７により散乱光パルス高さ
分布、すなわち散乱光パルス高さが■からＩ十ΔＩであ
るパルスの数を、測定すべきパルス高さにわたって計測
したものが求められ、この計測値から第８図の関係を用
いて粒径が求められてオシロスコープ１８により表示さ
れる。

この方法においては、レーザ光や光ファイバからの出射
光を測定視野への照射光として用いると、照射ビームの
強度分布が正規分布をしているため、測定視野内の照射
光強度を一様にすることが難しい。従って、被測定粒子
の通過位置により散乱光パルス高さが変化し、粒径の測
定に誤差が生じる。

この問題を回避するためには、被測定粒子を非常に細い
パイプで測定視野に導き、測定視野内の照射光強度が比
較的一様な領域のみを被測定粒子が通過するようにすれ
ばよいが、こうすると単位時間当りに測定できる粒子の
数が減り、粒径分布を求めるのに時間がかかるという問
題が発生する。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来の粒径測定装置では測定視野内での被測
定粒子の通過位置により測定誤差が生じ、通過位置を制
限すると測定に時間がかかるという問題があった。

本発明は測定視野内の照射光強度を一様化する手段を備
えることにより、粒径を正確に測定でき、しかも短時間
で粒径分布を求めることができる粒径／ｌ１ｌＪ定装置
を提供することを目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するため、測定視野への照射光
の強度分布を一様化するための角型導波路を照射光学系
に設置したことを特徴とする。

（作用）測定視野内での照射光は、照射光学系に設けられた角形
導波路の作用により断面が角型になると同時に、その強
度分布が正規分布から比較的平坦な分布へと変化する。

従って、測定視野内で被測定粒子の通過位置が変化して
も、散乱光パルス高さの変化は少なく、それだけ精度の
高い粒径測定が可能となる。

また、測定視野内で被測定粒子の通過位置を狭く制限す
る必要がなくなり、太いパイプを用いて単位時間内によ
り多くの被測定粒子を測定視野に供給できる。これによ
り粒径分布が短時間で求められる。

（実施例）以下、本発明の詳細な説明する。第１図は本発明の一実
施例に係る粒径測定装置の構成図である。

第１図において、光源１は例えばレーザ光源、キセノン
ランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤ等であり、この光源１
からの光はレンズ２を介して光ファイバ３に入射され、
光ファイバ３により測定位置近傍まで導かれた後、角型
導波路４に入射される。角型導波路４を出た光は、レン
ズ５およびプリズム６を介してＰ点に導がれる。この場
合、角型導波路４の出口の像がＰ点に結像されるように
レンズ５およびプリズム６が配置される。以上の光源１
．レンズ２．光ファイバ３．角型導波路４゜プリズム６
により照射光学系が構成される。

一方、受光光学系においては、Ｐ点の像がレンズ７およ
びスリット８を介して光ファイバ９に入射される。この
場合、スリット８の像がＰ点にできるようにレンズ７が
配置される。こうして第２図に示すように、角型導波路
４の出口断面の像とスリット８の像とで規定される測定
視野がＰ点のまわりに形成される。

この測定視野内を通過する被測定粒子による散乱光は、
レンズ７、スリット８および光ファイノく９を介して光
電子増倍管のような光検出器１０に導かれ、電気信号（
電流）に変換されて第６図に示すような散乱光パルスと
なる。この散乱光パルスは増幅器１１により電流−電圧
変換され、且つ増幅された後、波形記憶装置１２に入力
される。

波形記憶装置１２は入力された散乱光パルスをＡ／Ｄ変
換した後ディジタルメモリに記憶する装置であり、その
メモリに記憶された散乱光パルス波形は演算装置１３に
読出される。

演算装置１３は第８図に示した散乱光パルス高さく振幅
）と被測定粒子の粒径との関係を利用して、その散乱光
パルス高さから粒径を求める。また、散乱光パルスのパ
ルス幅は被測定粒子の速度に対応する。そこで、演算装
置１３では多数の被ａ＋＋１定粒子についての粒径およ
び速度を計測し、それらから粒径分布および速度分布を
求めて表示装置１４に出力する。

ここで、角型導波路４は例えば第３図に示すような透明
ガラスにより作られた角柱からなり、ガラス表面での全
反射を利用して光ファイバ３から入射した光ビームを断
面角型形状とし、且つその強度分布を一様化する。すな
わち、透明ガラスの角柱からなる角型導波路４に光ビー
ムが入射すると、角型導波路４の端面の中心部に入射し
た光はそのままレンズ５を通して撮像視野の中心部に到
達するが、端面の周辺部に入射した光は全反射された後
、レンズ５を通して撮像視野の周辺部に到達する。これ
により撮像視野内での照射光の強度分布は、第３図に示
したように周辺部での強度が高くなって一様化する。

従って、被測定粒子が撮像視野内の中心部を通過する際
も、周辺部を通過する際にも散乱光パルス高さはほぼ等
しくなり、散乱光パルス高さに基づく粒径測定の精度が
向上する。また、被測定粒子の通過位置による散乱光パ
ルスのパルス幅の変化も少なくなるため、このパルス幅
に基づく速度測定の精度も向上する。さらに、測定視野
内金域を測定のために有効に用いられるので、単位時間
内に多数の被測定粒子を供給することができ、短時間で
多数の被測定粒子について測定を行なうことにより粒径
分布や速度分布を求めることが可能となる。

なお、照射光学系の光源１にレーザ光源を用いる場合、
スペックルによる強度むらが問題となるが、例えば第３
図に示すように角型導波路４の端面にすりガラスのよう
な光散乱部材２１を挿入することで、この問題は緩和さ
れる。光散乱部材の挿入位置は照射光学系のどの位置で
もよく、またすりガラスを設ける代わりに、角型導波路
４の端面の研磨状態をすりガラス状に仕上げてもよい。

本発明は上記実施例に限定されず、種々変形して実施が
可能である。例えば角型導波路４としては第４図に示す
ように中心部を角柱状の空洞２２とし、この空洞２２の
周面にミラー２３を設けるか、光反射膜を形成したもの
でもよい。

また、第１図では９０°散乱光を利用して測定を行なう
構成となっているが、これに限定されない。例えば散乱
角をより小さくすると、散乱光パルス高さを大きくでき
、測定のＳ／Ｎを上げることができる。逆に散乱角を９
０＠より大きくし、後方散乱光を測定するようにすると
、測定系を小さくできる。要するに用途や設置位置等に
応じて最適な散乱角を選べばよい。

また、上記実施例では被測定粒子の粒径に加え、速度も
測定するようにしたが、粒径のみを測定する装置にも本
発明を適用できることはいうまでもない。粒径のみを測
定する場合、波形記憶装置１２および演算装置１３に代
えて波高分析器を用いることもできる。

［発明の効果］本発明によれば、照射光学系に角型導波路を設けて照射
光の断面形状を角型にすると同時に、その強度分布を一
様化することにより、粒径の測定精度を大幅に向上でき
、また短時間で粒径分布を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る粒径測定装置の構成図
、第２図は同実施例における測定視野を模式的に示す図
、第３図および第４図は本発明で使用される角型導波路
の具体例を示す図、第５図は従来の粒径測定装置の構成
図、第６図は第５図の装置における測定視野を模式的に
示す図、第７図は散乱光パルスの形状を示す図、第８図
は散乱光パルス高さと被測定粒子の粒径との関係を示す
図である。１・・・光源、２・・・レンズ、３・・・光ファイバ、
４・・・角型導波路、５・・・レンズ、６・・・プリズ
ム、７・・・レンズ、８・・・スリット、９・・・光フ
ァイバ、１０・・・光検出器、１１・・・増幅器、１２
・・・波形記憶装置、１３・・・演算装置、１４・・・
表示装置、２１・・・光散乱部材（すりガラス）、２２
・・・空洞、２３・・・ミラー。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦照射九す示第１図 ■ λ・ｈト８めイ暑に第２図第３図ｊ第４図第５図 □叶開第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）照射光学系と受光光学系とで規定される測定視野
内を通過する被測定粒子による散乱光を前記受光光学系
により受光した後、光検出器により電気信号に変換して
散乱光パルスを生成し、この散乱光パルスの高さから前
記被測定粒子の粒径を求める粒径測定装置において、前
記照射光学系に前記測定視野への照射光の強度分布を一
様化するための角型導波路を設けたことを特徴とする粒
径測定装置。
（２）照射光学系は光源としてレーザ光源を有し、さら
に光散乱部材を有することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の粒径測定装置。