JP2859972B2 - 粒径分布測定装置 - Google Patents

粒径分布測定装置

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JP2859972B2 JP3063743A JP6374391A JP2859972B2 JP 2859972 B2 JP2859972 B2 JP 2859972B2 JP 3063743 A JP3063743 A JP 3063743A JP 6374391 A JP6374391 A JP 6374391A JP 2859972 B2 JP2859972 B2 JP 2859972B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ光を例えば自動車
の燃料噴霧等の微粒子群に照射し、該微粒子群により回
折されたレーザ光を受光し、この回折パターンに基づい
て該微粒子群の径の分布を測定する粒径分布測定装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】所定の径を有する微粒子群にレーザ光を
照射し該微粒子群によるフランホーファー回折像を観察
したときその回折パターンと微粒子群の径とが一対一に
対応することに着目し、種々の径を有する微粒子群から
回折されたレーザ光の複合された回折パターンを所定の
アルゴリズムに基づいて解析することにより、微粒子群
の粒径の分布を知る方法が知られている(例えば「表
面」vol.22 No.2(1984)87(27)
頁〜94(34)頁参照)。この方法では、上記回折パ
ターンが0次光のスポットを中心とした同心的なパター
ンであることから、例えば同心的な15個の円環形状の
光センサを用いてその回折パターンを受光し、この受光
された回折パターンを解析することにより粒径分布を求
めるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記多数の円環状の光
センサを用いる方法は、これら多数の円環状光センサか
らなる光検出器の中心が光軸と正確に一致するように厳
密に位置調整をする必要があり、測定の前準備が大変で
あるという問題がある。
【0004】この問題を解決するために上記多数の円環
状の光センサからなる検出器に代えて例えばCCD等の
固体撮像素子を用い、大雑把に位置合わせをして回折光
を受光し、この回折光のパターンが回転対称であること
を利用して演算により光軸中心を求める方法が考えられ
る。
【0005】ここで、上記の粒径分布測定においては回
折光パターンを高精度に測定する必要がある。ところ
が、通常CCD等の固体撮像素子にはその受光面に保護
用のガラス板が配置されており、一般的な撮像の場合に
は問題とはならないが、粒径分布測定の場合は単色のレ
ーザ光を用いるため上記ガラス板内の多重反射により干
渉縞が生じこの干渉縞がもとの回折光に重畳されて受光
されて測定精度が低下してしまうという問題があり、こ
のことがCCD等の固体撮像素子を粒径分布測定に用い
ることを難しくしていた。
【0006】本発明は、上記事情に鑑み、固体撮像素子
を用い、ガラス板で固体撮像素子の受光面を保護すると
ともにこのガラス板に起因する測定精度の低下を押えた
構成を備えた粒径分布測定装置を提供することを目的と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第一の粒径分布測定装置は、レーザ光を微粒
子群に照射する照射光学系と、該微粒子群による回折像
を受光する固体撮像素子と、該固体撮像素子により受光
された回折像パターンに基づいて前記微粒子群の粒径分
布を求める演算手段とを備えた粒径分布測定装置におい
て、前記撮像素子前面に該撮像素子から離れた側の表面
に反射防止膜が付されたガラス板が配置されてなること
を特徴とするものである。
【0008】また上記目的を達成するための本発明の第
二の粒径分布測定装置は、レーザ光を微粒子群に照射す
る照射光学系と、該微粒子群による回折像を受光する固
体撮像素子と、該固体撮像素子により受光された回折像
パターンに基づいて前記微粒子群の粒径分布を求める演
算手段とを備えた粒径分布測定装置において、前記固体
撮像素子前面に、表面もしくは裏面のうちのいずれか一
方が他方に対してテーパに形成されたガラス板が配置さ
れてなることを特徴とするものである。
【0009】また上記目的を達成するための本発明の第
三の粒径分布測定装置は、レーザ光を微粒子群に照射す
る照射光学系と、該微粒子群による回折像を受光する固
体撮像素子と、該固体撮像素子により受光された回折像
パターンに基づいて前記微粒子群の粒径分布を求める演
算手段とを備えた粒径分布測定装置において、前記固体
撮像素子前面に、該固体撮像素子から離れた側の表面に
反射防止膜が付されるとともに該表面もしくは裏面のう
ちのいずれか一方が他方に対してテーパに形成されたガ
ラス板が配置されてなることを特徴とするものである。
【0010】
【作用】本発明の第一の粒径分布測定装置は、ガラス板
に反射防止膜を付したため多重反射のほとんどが防止さ
れ、したがって、回折パターンが高精度に測定される。
【0011】また、本発明の第二の粒径分布測定装置
は、ガラス板がテーパに形成されているため、ガラス板
の1カ所で多重に反射を繰り返すことがなくなり、した
がって余計な干渉縞が生じる余地が少なく、回折パター
ンが高精度と測定される。
【0012】また、本発明の第三の粒径分布測定装置
は、テーパに形成されたガラス板に反射防止膜を付した
ため、上記第一の粒径分布測定装置と第二の粒径分布測
定装置の双方の作用が重畳され、回折パターンの一層高
精度の測定が可能となる。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。図1は、本発明の一実施例に係る粒径分
布測定装置の概略構成図である。レーザ光源1から射出
されたレーザ光2は、ビームイクスパンダー(beam
expander)3により所定の範囲に広がった平行
光とされ、例えば自動車の燃料噴霧等に含まれる微粒子
群4に照射される。この微粒子群4に照射されたレーザ
光はこの一部がこの微粒子群4により回折された後レン
ズ5により集光され、ガラス板8を透過してCCD6の
前面に照射され、この回折像がCCD6により受光され
る。
【0014】図2はこのCCD6の前面における回折像
パターンの一例を表わした図である。微粒子群4がある
所定の径の微粒子のみから構成されている場合は、CC
D6上には例えば図2に破線で示す回折パターン11が
生じ、微粒子群4が他の所定の径の微粒子群のみから構
成されている場合は図2に一点鎖線で示す回折パターン
12を生じるが、ここでは微粒子群4は種々の径を有す
る微粒子から構成されているためこの微粒子群4により
形成される回折パターン10は種々の径の微粒子による
回折パターン(回折パターン11、12等)が重畳され
たものとなる。
【0015】図1に示すCCD6により受光され電気信
号に変換された回折パターンは、演算回路7に入力さ
れ、この演算回路7では、この回折パターンを表わす信
号に基づいて、例えば図3に一例を示すように各粒径d
を有する粒子群の粒径分布Nが求められる。
【0016】図4は、0次光をカットするためのマスク
と回折光を減衰させるためのフィルタを施したガラス板
が表面に貼付されたCCDの一例を表わした正面図であ
る。本実施例ではCCD6は図4の左上端に0次光が照
射されるようにその概略の光軸調整が行われることが予
定されており、したがって0次光をカットするマスク2
0がCCD6の表面の左上端に貼付されている。また回
折パターンは、図2に示すように平均的には光軸中心
(0次光の照射位置)に近い領域ほどその光量が大き
く、光軸中心から離れるにしたがってその光量は減衰す
る。そこで本実施例ではマスク20に隣接する、図4の
左上の領域に一様な濃度のNDフィルタ21が貼付され
ている。
【0017】ここで、CCD6の左上端はマスク20で
覆われており0次光は受光されないため、本実施例では
回折光パターンが光軸中心を中心とした回転対称である
ことを利用し、演算手段7(図1参照)において、CC
D6で受光された回折パターンを所定のしきい値で2値
化処理することにより、例えば図4に破線で示す円弧3
0が求められ、この円弧30の中心点0が求められ、こ
れによりその中心点が光軸中心0とされる。演算手段7
では、上記のように光軸中心0を求めた後、回折パター
ンのうちNDフィルタ21により減衰された分が補正さ
れ、この補正された回折パターンに基づいて微粒子群4
の粒径分布が求められる。
【0018】図5は、図4に示すCCDの受光面前面に
フィルタを施したガラス板が付された状態を表わした側
面図である。通常CCDの前面には、このCCDの受光
面を保護するため、この図に示すようにガラス板が配置
されるが、この図に示すガラス板8は前面8aがテーパ
に形成されており、さらにこの前面8aにはこの粒径分
布測定装置で用いられるレーザ光2(図1参照)の波長
に対応して反射防止膜9が蒸着されている。
【0019】したがって、この反射防止膜9によりレー
ザ光の反射が減り、またわずかな反射光についてもガラ
ス板8がテーパに形成されていることから図5に一点鎖
線で示すように同じ位置で反射を繰り返さずに徐々にず
れていき、したがって回折パターンの高精度の測定の邪
魔になる干渉は生じにくい。
【0020】なお、上記実施例ではガラス板8はテーパ
に形成されいるとともに反射防止膜9も付されている例
であるが、ガラス板をテーパに形成すること、ガラス板
に反射防止膜を付すことのいずれか一方であっても有害
な干渉光の発生を押えることができる。
【0021】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の粒
径分布測定装置は、固体撮像素子前面にテーパに形成さ
れたガラス板及び/又は反射防止膜を付したガラス板を
配置したため、回折パターンの測定に有害となる干渉光
を減らすことができ、高精度の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る粒径分布測定装置の概
略構成図である。
【図2】CCD前面における回折像パターンの一例を表
わした図である。
【図3】測定された粒径分布の一例を表わした図であ
る。
【図4】0次光をカットするためのマスクと回折光を減
衰させるためのフィルタが表面に貼付されたCCDの一
例を表わした正面図である。
【図5】図4に示すCCDの受光前面にフィルタを施し
たガラス板が付された状態を表わした側面図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源 2 レーザ光 3、5 レンズ 4、微粒子群 6 CCD 7 演算回路 8 ガラス板 9 反射防止膜 10 複合された回折パターン 20 マスク 21 NDフィルタ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光を微粒子群に照射する照射光学
    系と、該微粒子群による回折像を受光する固体撮像素子
    と、該固体撮像素子により受光された回折像パターンに
    基づいて前記微粒子群の粒径分布を求める演算手段とを
    備えた粒径分布測定装置において、前記固体撮像素子前
    面に、該固体撮像素子から離れた側の表面に反射防止膜
    が付されたガラス板が配置されてなることを特徴とする
    粒径分布測定装置。
  2. 【請求項2】 レーザ光を微粒子群に照射する照射光学
    系と、該微粒子群による回折像を受光する固体撮像素子
    と、該固体撮像素子により受光された回折像パターンに
    基づいて前記微粒子群の粒径分布を求める演算手段とを
    備えた粒径分布測定装置において、 前記固体撮像素子前面に、表面もしくは裏面のうちのい
    ずれか一方が他方に対してテーパに形成されたガラス板
    が配置されてなることを特徴とする粒径分布測定装置。
  3. 【請求項3】 レーザ光を微粒子群に照射する照射光学
    系と、該微粒子群による回折像を受光する固体撮像素子
    と、該固体撮像素子により受光された回折像パターンに
    基づいて前記微粒子群の粒径分布を求める演算手段とを
    備えた粒径分布測定装置において、 前記固体撮像素子前面に、該固体撮像素子から離れた側
    の表面に反射防止膜が付されるとともに該表面もしくは
    裏面のうちのいずれか一方が他方に対してテーパに形成
    されたガラス板が配置されてなることを特徴とする粒径
    分布測定装置。
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