JP2000214068A - 粒径分布測定装置並びにこの装置に用いるアレイ検出器およびその製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アレイ検出器部分の構成をコンパクトにした
粒径分布測定装置を提供すること。 【解決手段】 レーザ光源５からのレーザ光４を分散し
た粒子群に照射したときに生ずる散乱光の強度を各散乱
角ごとに検出する複数の散乱光検出素子を有するアレイ
検出器２１を備え、各散乱光検出素子からの散乱光強度
信号に基づいて前記粒子群における粒径分布を測定する
ようにした装置において、前記アレイ検出器２１とし
て、一つの検出平面に光軸を中心にして一つの半径方向
に設けられる複数の散乱光検出素子２４ａ〜２４ｎを、
それらの扇形角が一定になるようにするのではなく、予
め設定された幅内において最大の扇形角が得られるよう
に形成されてなるものを用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、粒径分布測定装
置並びにこの装置に用いるアレイ検出器およびその製作
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】前記粒径分布測定装置においては、レー
ザ光源からのレーザ光を分散した粒子群に照射したとき
に生ずる散乱光の強度を各散乱角ごとに検出する複数の
散乱光検出素子を有するアレイ検出器を備えている。

【０００３】図４は、一般的な粒径分布測定装置の要部
を示すもので、この図において、１は適宜の分散媒に測
定対象の粒子群を分散させた試料液２が供給される透明
な容器よりなる流通型のセル（フローセル）である。３
はこのセル１の一方の側（後方側）に設けられるレーザ
光源部で、例えば平行なレーザ光４を発するＨｅ−Ｎｅ
レーザからなるレーザ光源５と、レーザ光４の進行方向
を９０°ずつ変えるミラー６，７と、平行なレーザ４を
光束方向にを適宜拡大するビーム拡大器８などからな
る。

【０００４】９はセル１の他方の側（前方側）に設けら
れる集光レンズで、その焦点位置にリング状のアレイ検
出器１０が配置されている。このアレイ検出器１０は、
図５に示すように、集光レンズ９の光軸に対応する位置
に形成される透過光検出素子１１と、この透過光検出素
子１１を中心として同心円状に、複数の円弧状で、か
つ、透過光検出素子１１から遠ざかるにしたがって幅広
となる散乱光受光素子１２ａ，１２ｂ，……，１２ｎか
らなり、散乱光４Ａを検出するための散乱光検出用素子
群１２とからなる。なお、１３はアイソレーションギャ
ップである。このようなアレイ検出器１０は、セル１内
の粒子によって回折または散乱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。なお、
前記透過光検出素子１１は、光軸調整や試料液２の濃度
測定に用いられる。

【０００５】１４は前記アレイ検出器１０の出力（散乱
光強度信号）を順次取り込み、ＡＤ変換器１５に順次送
出するマルチプレクサ、１６はＡＤ変換器１５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。
このコンピュータ１６には、ディジタル信号に変換され
たアレイ検出器１０の出力を、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
径分布を求めるためのプログラムが格納されている。１
７は演算結果などを表示するカラーディスプレイであ
る。

【０００６】前記粒径分布測定装置においては、セル１
に試料液２を供給している状態で、レーザ光源５からの
レーザ光４を試料セル１に照射すると、このレーザ光４
は、セル１中の粒子によって回折または散乱する。この
回折光または散乱光４Ａは、集光レンズ９によってアレ
イ検出器１０上に入射し、アレイ検出器１０を構成する
散乱光受光素子１２ａ，１２ｂ，……，１２ｎからの出
力は、それぞれプリアンプ（図示していない）によって
増幅された後、マルチプレクサ１４に入力される。

【０００７】前記マルチプレクサ１４においては、アレ
イ検出器１０によって得られた各散乱角ごとの光強度デ
ータ、つまりアナログ電気信号が所定の順序で順次取り
込まれる。そして、マルチプレクサ１４によって取り込
まれたアナログ電気信号は直列信号にされて、ＡＤ変換
器１５で順次ディジタル信号に変換され、さらに、コン
ピュータ１６に入力される。そして、このコンピュータ
１６においては、アレイ検出器１０によって得られた各
散乱角ごとの光強度データを、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、前記試料液２中の
粒子の粒径分布が求められ、その結果がカラーディスプ
レイ１７に表示されたり、メモリ装置（図示していな
い）に格納される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記アレイ
検出器１０は、ウェーハを所定の形状に切断して製作さ
れるが、従来においては、アレイ検出器１０の散乱光検
出素子群１２を構成する各素子１２ａ〜１２ｎの開き角
度を一定、例えば９０°となるようにしていたので、次
のような不都合があった。すなわち、アレイ検出器１０
においては、散乱光検出素子１２ａ〜１２ｎの散乱光検
出特性を互いに等しくなるようにする必要があるところ
から、図５に示すように、透過光検出素子１１から遠ざ
かるにしたがって、散乱光検出素子１２ａ〜１２ｎの半
径方向および円周方向の寸法を漸次増大させ、その面積
も指数関数的に増大するように形成される。この場合、
各散乱光検出素子１２ａ〜１２ｎの開き角度が一定であ
ると、透過光検出素子１１からの半径が大きくなるに伴
って、散乱光検出素子１２ａ〜１２ｎの有効な部分（図
５中の符号ａで示す部分）の面積が大きくなり、このた
め、アレイ検出器１０が大型化するとともに、これを保
持する装置などが大きくなるため、粒径分布測定装置が
大型化する。

【０００９】また、１枚のウェーハ１８から製作できる
アレイ検出器１０の数も、前記開き角度が９０°である
と、図５に示すように、４となり、ウェーハ１枚当たり
で製作できるアレイ検出器１０の数は少なく、それだ
け、コストアップとなり、ひいては粒径分布測定装置が
高価になる。

【００１０】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その第１の目的は、アレイ検出器部分の構成
をコンパクトにした粒径分布測定装置を提供することで
あり、第２の目的は、この装置に用いる専有面積の小さ
いコンパクトなアレイ検出器を提供することであり、第
３の目的は、１枚のウェーハからアレイ検出器をできる
だけ多く製作できるアレイ検出器の製作方法を提供する
ことである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、第１の発明では、レーザ光源からのレーザ光を
分散した粒子群に照射したときに生ずる散乱光の強度を
各散乱角ごとに検出する複数の散乱光検出素子を有する
アレイ検出器を備え、各散乱光検出素子からの散乱光強
度信号に基づいて前記粒子群における粒径分布を測定す
るようにした装置において、前記アレイ検出器として、
一つの検出平面に光軸を中心にして一つの半径方向に設
けられる複数の散乱光検出素子を、それらの扇形角が一
定になるようにするのではなく、予め設定された幅内に
おいて最大の扇形角が得られるように形成されてなるも
のを用いている（請求項１）。

【００１２】上記第２の目的を達成するため、第２の発
明では、レーザ光源からのレーザ光を分散した粒子群に
照射したときに生ずる散乱光の強度を各散乱角ごとに検
出する複数の散乱光検出素子を有するアレイ検出器にお
いて、一つの検出平面に光軸を中心にして一つの半径方
向に設けられる複数の散乱光検出素子を、それらの扇形
角が一定になるようにするのではなく、予め設定された
幅内において最大の扇形角が得られるように形成してい
る（請求項２）。

【００１３】上記第３の目的を達成するため、第３の発
明では、ウェーハから複数の散乱光検出素子を切り取る
ようにしたアレイ検出器の製作方法において、一つの検
出平面に光軸を中心にして一つの半径方向に設けられる
複数の散乱光検出素子を、それらの扇形角が一定になる
ようにするのではなく、予め設定された幅内において最
大の扇形角が得られるようにウェーハから切り取るよう
にしている（請求項３）。

【００１４】この発明のアレイ検出器は、図２に示すよ
うに、中心２３から最も遠い位置にある散乱光検出素子
２４ｎの幅Ｗ_n は、予め設定してある最大幅Ｗを超える
ことがなく、したがって、同じ素子数である場合、ウェ
ーハにおける専有面積を小さくすることができ、そのた
め、コンパクトでしかも安価なアレイ検出器が得られ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１〜図３は、この発明の一つの
実施の形態を示すもので、まず、図１は、粒径分布測定
装置の要部の構成を概略的に示す図である。この図にお
いて、図４に示した符号と同一のものは同一物であるの
で、それらの説明は省略する。２１はアレイ検出器で、
垂直に立設された検出器保持部材２２に取り付けられて
いる。このアレイ検出器２１が図４および図５に示した
従来のアレイ検出器１０と異なる点は、一つの検出平面
に光軸を中心にして一つの半径方向に設けられる複数の
散乱光検出素子を、それらの扇形角が一定になるように
するのではなく、予め設定された幅内において最大の扇
形角が得られるように形成されている点である。以下、
これについて、図２および図３を参照しながら説明す
る。

【００１６】図２は、この発明のアレイ検出器２１の平
面的な構成を概略的に示すもので、この図において、２
３は光軸調整および濃度測定用の透過光検出素子であ
る。この透過光検出素子２３は光軸に対応するものであ
る。そして、２４ａ〜２４ｎは、前記透過光検出素子２
３を中心として同心円状に、複数の円弧状で、かつ、透
過光検出素子２３から遠ざかるにしたがってその半径方
向の寸法が漸次指数関数的に増大する散乱光受光素子で
ある。そして、扇形角が互いに等しい散乱光検出素子２
４ａ〜２４ｄはその半径方向のみならず円周方向の寸法
も漸次増大し、扇形角が互いに異なる検出素子２４ｅ〜
２４ｎは半径方向の寸法のみが漸次指数関数的に増大す
るように形成されている。２５は透過光検出素子２３お
よび散乱光検出素子２４ａ〜２４ｎの各素子の間に形成
されるアイソレーションギャップである。

【００１７】この発明のアレイ検出器２１においては、
前記散乱光検出素子２４ａ〜２４ｎの扇形角を、従来の
ように一定（例えば９０°）になるようにしたものでは
なく、予め設定された幅内において最大の扇形角が得ら
れるようにしてある。すなわち、図２において、扇形の
中心に位置する透過光検出素子２３に近い散乱光検出素
子、図示例では、符号２４ａ〜２４ｄについては、その
扇形角θは互いに等しく、例えば９０°となるようにし
てあるが、透過光検出素子２４ｄより外側に位置する散
乱光検出素子２４ｅ〜２４ｎは、図中に符号Ｗで示す幅
が予め設定されているところから、それらの扇形角は徐
々に小さくなるようにしてあり、例えば、最も遠くの散
乱光検出素子２４ｎの扇形角θ_n は３０°以下になる場
合もある。

【００１８】つまり、上記アレイ検出器２１において
は、前記散乱光検出素子のうち２４ａ〜２４ｄは、半径
方向および円周方向の寸法が漸次指数関数的に増大し、
２４ｅ〜２４ｎは半径方向の寸法のみが漸次指数関数的
に増大するといった条件を満たすため、予め設定された
幅寸法Ｗ内において最大の扇形角が得られるように形成
されているのである。このように構成されたアレイ検出
器２１においては、全体が幅Ｗ×長さＬからなる矩形状
の範囲内に納まることになり、その専有面積は従来のア
レイ検出器１０に比べてかなり小さくなる。

【００１９】上記アレイ検出器２１を製作するには、例
えば図３に示すような直径が例えば８インチのウェーハ
２５に、最大幅Ｗと長さＬの矩形部分２６を寸法取り
し、この矩形部分２６の幅方向の中心の一端側に透過光
検出素子２３となる部分を設定し、この設定された透過
光検出素子２３を中心にして複数の散乱光検出素子２４
ａ〜２４ｎを、上記段落００１６に記載したように形成
するのである。この発明のアレイ検出器２１の製作方法
によれば、アレイ検出器２１の専有面積が小さくなるこ
とから、１枚のウェーハ２５から、従来と同様性能のア
レイ検出器２１を、３〜４倍も多く製作することがで
き、それだけ、コストダウンが図れる。

【００２０】上述のようにして形成されたアレイ検出器
２１は、その透過光検出素子２３が集光レンズ９の光軸
と一致するようにして検出器保持部材２２に取り付けら
れる。

【００２１】上述のように、この発明によれば、アレイ
検出器２１は、図２に示すように、中心２３から最も遠
い位置にある散乱光検出素子の幅Ｗ_n は、予め設定して
ある最大幅Ｗを超えるないように製作されるため、透過
光検出素子２３からの半径が大きくなるに伴って、散乱
光検出素子２４ａ〜２４ｎの有効な部分の面積が徒に増
大するといったことがなくなり、全体としてコンパクト
に構成される。したがって、同じ素子数である場合、ウ
ェーハ２５における専有面積を小さくすることができ、
そのため、１枚のウェーハ２５から従来に比べて数倍の
アレイ検出器２１を製作することができ、製作コストが
低減される。そして、このようなコンパクトな形状のア
レイ検出器２１を保持する装置２２も従来より小型で簡
単な形状のものでよいから、粒径分布測定装置そのもの
の構成が小型化されるとともに、コストダウンが図れ
る。

【００２２】この発明は、上述の実施の形態に限られる
ものではなく、種々に変形して実施することができる。
例えば、粒径分布測定装置としては、アレイ検出器２１
のほかに、セル１の近傍に、セル１内の粒子によって回
折または散乱したレーザ光４Ａのうちアレイ検出器２１
では検出できないような大きな角度で散乱／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
を設け、より微小な粒子の粒径分布の測定も併せてでき
るようにしてあってもよい。

【００２３】そして、セル１に照射するレーザ光４とし
ては、必ずしも平行である必要はなく、レーザ光源５と
して半導体レーザを用い、これとセル１との間に集光レ
ンズを設けるようにして、集光したレーザ光を照射する
ようにしてもよい。

【００２４】また、セル１は流通型である必要はなく、
さらに、測定対象は、液体中の粒子のみならず、気体中
に分散した粉体や粒子、固体中の粉体や粒体などであっ
てもよい。

【００２５】

【発明の効果】この発明においては、アレイ検出器にお
ける散乱光検出素子の幅が一定に制限されるので、全体
としてアレイ検出器がコンパクトに構成される。そし
て、１枚のウェーハからより多くの多くのアレイ検出器
を製作することができ、アレイ検出器の製作コストが低
減される。そして、このようなコンパクトな形状のアレ
イ検出器の保持装置も小型化され、粒径分布測定装置そ
のものの構成が小型化されるとともに、コストダウンが
図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の粒径分布測定装置の要部の構成を概
略的に示す図である。

【図２】この発明のアレイ検出器の平面構成の一例を概
略的に示す図である。

【図３】前記アレイ検出器をウェーハから製作するとき
の説明図である。

【図４】一般的な粒径分布測定装置の構成を概略的に示
す図である。

【図５】従来のアレイ検出器の問題点を説明するための
図である。

【符号の説明】

４…レーザ光、５…レーザ光源、２１…アレイ検出器、
２４ａ〜２４ｎ…散乱光検出素子、２５…ウェーハ、
θ，θ_n …扇形角。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源からのレーザ光を分散した粒
   子群に照射したときに生ずる散乱光の強度を各散乱角ご
   とに検出する複数の散乱光検出素子を有するアレイ検出
   器を備え、各散乱光検出素子からの散乱光強度信号に基
   づいて前記粒子群における粒径分布を測定するようにし
   た装置において、前記アレイ検出器として、一つの検出
   平面に光軸を中心にして一つの半径方向に設けられる複
   数の散乱光検出素子を、それらの扇形角が一定になるよ
   うにするのではなく、予め設定された幅内において最大
   の扇形角が得られるように形成されてなるものを用いた
   ことを特徴とする粒径分布測定装置。
2. 【請求項２】 レーザ光源からのレーザ光を分散した粒
   子群に照射したときに生ずる散乱光の強度を各散乱角ご
   とに検出する複数の散乱光検出素子を有するアレイ検出
   器において、一つの検出平面に光軸を中心にして一つの
   半径方向に設けられる複数の散乱光検出素子を、それら
   の扇形角が一定になるようにするのではなく、予め設定
   された幅内において最大の扇形角が得られるように形成
   したことを特徴とするアレイ検出器。
3. 【請求項３】 ウェーハから複数の散乱光検出素子を切
   り取るようにしたアレイ検出器の製作方法において、一
   つの検出平面に光軸を中心にして一つの半径方向に設け
   られる複数の散乱光検出素子を、それらの扇形角が一定
   になるようにするのではなく、予め設定された幅内にお
   いて最大の扇形角が得られるようにウェーハから切り取
   るようにしたことを特徴とするアレイ検出器の製作方
   法。