JPH02203246A - 粒度分布測定装置 - Google Patents

粒度分布測定装置

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JPH02203246A
JPH02203246A JP8923462A JP2346289A JPH02203246A JP H02203246 A JPH02203246 A JP H02203246A JP 8923462 A JP8923462 A JP 8923462A JP 2346289 A JP2346289 A JP 2346289A JP H02203246 A JPH02203246 A JP H02203246A
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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】 生業上皇■朋分団 本発明は粉体の物性で最も基本的なものの一つである粒
度分布をレーザ回折法等により測定する粒度分布測定装
置に関する。
!米夏伎徂 粉体の物性で最も基本的なものの一つに粒度分布がある
。粒度分布は粉体そのものの物理的、化学的性質を左右
する重要な物性であり、更に粉体を原料として生産され
る製品の性能や品質に深く関わっている。近年では、フ
ァインセラミックス原料としての微粉末が注目を浴びて
おり、粒度分布を高精度で迅速に測定し得るものとして
レーザ回折法による粒度分布測定装置がある。この装置
の測定原理を説明すると、供試粒子群にレーザ光を照射
すると、照射されたレーザ光は供試粒子群に回折され、
この回折光をレンズで集光すれば、供試粒子群の背後に
リング状の回折像が得られる。
一方、この回折像における半径方向の光強度分布は供試
粒子群の粒度分布と所定の相関関係を有している。即ち
、粒度分布測定装置はフラウンホーファ(Fraunh
ofer)理論等に基づいた装置であって、レーザ回折
光の回折光強度分布を求め、これにより供試粒子群の粒
度分布を高精度で測定するようになっている、従来の粒
度分布測定装置の概略構成について説明する。
第4図に示すように、半導体レーザ11、コリメータレ
ンズ13により生成された平行レーザ光aは、内部で試
料混濁液が流通状態となった透明体からなるフローセル
20に照射されるようになっている。
しかも試料混濁液に含まれている供試粒子群40に平行
レーザ光aが照射されると回折され、このレーザ光すを
フーリエ変換レンズ31でもってリングデテクタ34上
に集光させるようになっている。そして、レーザ光すの
回折光強度をリングデテクタ34における複数個の受光
素子でもって検出するとともに、この検出結果を図外の
マイクロコンピュータ等に導き、ここで供試粒子群40
0粒度分布が算出されるような基本構成となっている。
なお、リングデテクタ34は半導体ウェハー上に同心円
状複数個差べられたフォトダイオード等を半導体技術に
より形成して造られたもので、レーザ光すの回折光強度
がその回折角の増大とともに弱くなることから、各フォ
トダイオードの受光面積はリング中心から半径方向にか
けて太き(なるように設定されている。
ところで、供試粒子群40の各粒子が大きい場合には、
レーザ光すの回折光強度は回折角の小さい範囲で強く、
しかもその変化は激しい。一方供試粒子群40の各粒子
が小さい場合には、レーザ光すの回折光強度はその回折
角の大きい範囲で強いが、その変化は緩やかであるとい
う特徴を有している。
そこで、粒度分布測定装置では、焦点距離の互いに異な
るフーリエ変換レンズ31(例えば3個)を用意すると
ともに、このフーリエ変換レンズ31を測定レンジの設
定に応じて交換する機構を備えて(図示せず)、これで
広い測定範囲にわたって高い測定精度を有するよう工夫
されている。即ち、供試粒子群40の粒子径が大きい場
合での測定レンジでは、焦点距離の長いフーリエ変換1
/ンズ31を用いて回折角の小さい範囲での回折像を拡
大し、拡大した回折像をリングデテクタ34でもって検
出する一方、供試粒子群40の粒子径が小さい場合での
測定レンジでは、焦点距離の短いフーリエ変換レンズ3
1を用いて回折角の大きい範囲での回折像を圧縮し、圧
縮した回折像をリングデテクタ34でもって検出するよ
うにしている。
■が ′ しよ′とする昔 しかしながら、上記従来例による場合には、リングデテ
クタ34の製造方法上この大きさに限界があることから
、次に述べるような欠点が指摘されている。第1の欠点
としては、広範囲での粒度分布が高精度で測定できると
いえ、複数個のフーリエ変換レンズ31を必要とする他
、これを交換する機構が必要となることから、光学機構
の全体が非常に複雑となっており、その調整も煩わしく
、装置全体のコストダウンを推進する上で非常に大きな
障害となっている。第2の欠点としては、供試粒子群4
0の粒子径が大きい範囲での測定レンジを測定精度を落
とすことなく更に拡げようとした場合に、現状以上に焦
点距離の長いフーリエ交換レンズを用いなくてはならず
、これに伴って装置全体が大型化するのである。言い換
えると、装置の寸法に規制がある場合には、上記した範
囲での測定レンジ拡大を図ることができない。
本発明は上記事情に濫みて創案されたものであり、単一
のフーリエ交換レンズのみで広範囲での粒度分布を高精
度で測定できる上に、測定範囲を拡大することも可能な
粒度分布測定装置を提供することを目的とする。
!n゛  るための 本発明にかかる粒度分布測定装置は、平行レーザ光線を
円偏向板を介して分散層しょう状態の供試粒子群に照射
するレーザ光照射部と、前記供試粒子群にて回折又は散
乱された平行レーザ光線をビーム中心部から半径方向に
かけて受光面積が大きく各々複数の受光素子を有する複
数のフォトセンサから構成される扇状デテクタ上にフー
リエ変換レンズにより集光させ、前記平行レーザ光線の
回折光強度或いは散乱光強度を前記扇状デテクタにより
検出するレーザ光受光部とを具備している。
旦 平行レーザ光線は直線偏向しており、特定方向を測光す
ると、偏向の影響を受けるが、円偏向板により偏向の影
響が排除される。また、円偏向板を通過した平行レーザ
光線が分散層しょう状態の供試粒子群に照射されると、
供試粒子群の粒子径に大きさに応じて回折或いは散乱さ
れる。この回折光或いは散乱光はフーリエ変換レンズに
より扇状デテクタ上に集光され、回折光強度或いは或い
は散乱光強度が扇状デテクタに形成された複数個の受光
エレメントでもって検出される。この検出結果により回
折光強度分布或いは散乱光強度分布が求められ、これを
通じて供試粒子群の粒度分布が算出される。
失隻班 以下、本発明にかかる粒度分布測定装置の一実施例を図
面を参照して説明する。第1図は粒度分布測定装置の構
成図、第2図は扇状デテクタの平面図、第3図は扇状デ
テクタの製造方法を説明するための半導体ウェハーの正
面図である。
ここに掲げる粒度分布測定装置はレーザ回折法とレーザ
散乱法とによって希釈液中に含有する供試粒子群(分散
層しょう状態の供試粒子群)の粒度分布を、2μm以上
の粒子についてはフラウンホーフy (Fraunho
fer)回折理論、2am以下の粒子についてはミー(
Mie)散乱理論に基づき、高精度で測定する装置であ
る。以下、第1図を参照して粒度分布測定装置の構成に
ついて説明する。
半導体レーザ11(ここではGaAIAS半導体、波長
780n−1出力3IIW)、コリメータレンズ13に
て生成された平行レーザ光aは、円偏向板12を介して
透明体のフローセル20に照射されるようになっている
。これらはレーザ光照射部10を構成する。フローセル
20はガラス管等からなり、この管内には希釈液中に供
試粒子群40を含んだ懸濁液41が図示する方向に循環
するようになっている。
なお、フローセル20に連結された図外の希釈、循環装
置等により、フローセル20内の懸濁液濃度が常に適正
値に保たれ、しかも供試粒子群40の浮遊状態が常に適
正に保たれるようになっている。
円偏向板12にて円偏向された平行レーザ光aは、フロ
ーセル20内の供試粒子群40に照射され、この粒子径
に応じた角度で回折或いは散乱されることになる。
そして回折或いは散乱され且つフローセル20を透過し
たレーザ光すは、フーリエ変換レンズ31によって後述
する扇状デテクタ32上に集光され、扇状デテクタ32
によりレーザ光すの回折光強度或いは散乱光強度が検出
されるようになっている。これらはレーザ光受光部30
を構成する。
ところで、扇状デテクタ32は第2図に示すようにここ
では3つに分断されたデテクタ321.322.323
を同一平面上に接着せしめた構造となっている。デテク
タ321.322.323上にはフォトダイオード等で
ある受光エレメント321a、 322a、 323a
が所定個数夫々形成されていて、これらは全体として扇
形状をなしている。しかも受光ニレメン) 321a、
322a、 323aは図中AからBにかけて同心円状
に並べられている上に、その受光面積が大きくなるよう
になっている。このような構造の扇状デテクタ32を第
1図に示すようにフーリエ変換レンズ31の光軸に対し
て垂直に、且つ上記A部をフーリエ変換レンズ31の光
軸方向に向けて配置する他は、配置に関しては特に大き
な制限はない、即ち、扇状デテクタ32の図中B部分に
ついては如何なる方向に向けてもかまわない。この理由
について説明すると、平行レーザ光aはもともと直線偏
向しており、偏向方向に対して90″と180 ”でな
いと偏向の影響を受ける訳であるが、木本例では、円偏
向板12により円偏向の影響が排除されているので、レ
ーザ光すの回折光強度或いは散乱光強度はビーム中心か
ら同一半径位置であれば如何なる角度であっても等しく
、扇状デテクタ32の配置を上記した通りにしても良い
のである。なお、扇状デテクタ32の製造方法について
は後述する。
また、扇状デテクタ32における受光エレメント321
a、322a、323aから出力された電気信号は、レ
ーザ光すの回折光強度或いは散乱光強度を与える信号と
なっており、図外のマイクロコンピュータに導入するよ
うになっている。このマイクロコンピュータでは、得ら
れたデータに基づいてレーザ光すの回折光強度分布或い
は散乱光強度分布を求め、ともに周知なフラウンホーフ
ァ回折理論、ミ−散乱理論に基づいて供試粒子群40の
粒度分布を算出し、算出結果を外部出力するようになっ
ている。
次に、扇状デテクタ32の製造方法について第3図を参
照して説明する。即ち、半導体ウェハ33上に、半導体
技術によってデテクタ321.322.323により区
分された受光エレメント321a、 322a。
323aを夫々形成し、その後、半導体ウェハ33を切
断してデテクタ321.322.323を取り出す。そ
して互いに切断されたデテクタ321.322.323
を第2図に示すように接着すれば、扇状デテクタ32が
造られることになる。この製造方法による場合には、例
えば半導体ウェハ33が4インチで、デテクタ321 
、322.323の扇状角度が12.5°であるときに
は、約180 mmの大きな扇状デテクタ32を造るこ
とができる。また、複数枚の半導体ウェハから同様な方
法でもって扇状デテクタ32を造った場合には、従来に
比べて非常に大きなものを造ることができる。だが、本
実施例のように1枚の半導体ウェハ33から扇状デテク
タ32を造った場合には、受光エレメント321a、 
322a、323aの各電気的特性が均一となり易いの
で、温度ドリフト補償等の観点からメリットがある。な
お、扇状デテクタ32における受光エレメント321a
、 322a、323aが第2図で示すように扇状であ
ることから、これらの面積の違いによる設計上の補正計
算を簡単化することができるというメリットもある。
従って、本実の粒度分布測定装置では従来に比べて非常
に大きな扇状デテクタ32を用いてレーザ光すの回折光
強度或いは散乱光強度を検出することができ、この波及
効果として次のようなメリットを得ることができる。即
ち、従来例では、幅広い範囲にわたって高精度で粒度分
布を測定しようとするには、焦点距離の互いに異なる複
数枚のフーリエ変換レンズを測定レンジの設定に応じて
交換するような機構が必要だった訳であるが、本実施例
では、デテクタの受光面積を従来に比べて大きく採るこ
とができることから、所定の焦点距離を有する一枚のフ
ーリエ変換レンズ31だけで同様な範囲を高精度で粒度
分布の測定を行うことができる。それ故、フーリエ変換
レンズの枚数を少なくすることができる他、光学機構を
非常に単純化することができ、これを調整する煩わしさ
も省くこともできるので、装置のコストダウンを推進す
る上で非常に大きな意義がある。
更にその上で、フーリエ変換レンズ31を焦点距離の異
なるものに交換する必要がないことに関連して、測定ダ
イナミックレンジを非常に大きく採ることができる。即
ち、従来例では、被測定対象に合った測定レンジに切り
換える方式でもって、幅広い測定範囲をカバーしていた
のであるが、本実例では、測定レンジの切り換えを要せ
ず、一つの測定レンジで同一の測定範囲をカバーできる
のである。また、上記したようにデテクタの受光面積を
従来に比べて大きく採ることができることから、装置を
必要以上に大型化させないで、供試粒子群40の粒子径
が大きい範囲等の測定レンジを更に拡げることが可能で
ある。それ故、装置の性能アップを図る上で非常に大き
な意義がある。
なお、本発明にかかる粒度分布測定装置では希釈液中に
供試粒子群を分散させた場合の測定例について示したが
、ガス中に供試粒子群を分散させた場合でも適用可能で
あることは当然である。
l肌夏着来 以上、本実粒度分布測定装置による場合には、回折光強
度或いは散乱光強度の検出を非常に大きな扇状デテクタ
でもって行うことができるので、単一のフーリエ交換レ
ンズのみで広範囲での粒度分布を高精度で測定できる。
それ故、光学機構の全体が非常に簡単となり、その煩わ
しい調整を省くことができる。しかも供試粒子群の粒子
径が大きい範囲での測定レンジ拡大も容易に行うことも
でき、装置のコストダウンと高性能化とを共に推進する
上で非常に大きな意義がある。
【図面の簡単な説明】 第1図から第3図にかけては本発明にかかる粒度分布測
定装置の一実施例を説明するための図であって、第1図
は粒度分布測定装置の構成図、第2図は扇状デテクタの
平面図、第3図は扇状デテクタの製造方法を説明するた
めの半導体ウェハの正面図である。第4図及び第5図は
従来の粒度分布測定装置を説明するための図であって、
第4図は第1図に対応する図、第5図はリングデテクタ
の正面図である。 lO・ ・ 11・ ・ 12・ ・ 13・ ・ 20・ ・ 30・ ・ 31・ ・ 32・ ・ 321a。 40・ ・  l l ・レーザ光照射部 ・半導体レーザ ・円偏向板 ・コリメータレンズ ・フローセル ・レーザ光受光部 ・フーリエ変換レンズ ・扇状デテクタ 322a、 323a・・ ・供試粒子群 ・平行レーザ光 ・受光エレメント

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)平行レーザ光線を円偏向板を介して分散飛しょう
    状態の供試粒子群に照射するレーザ光照射部と、前記供
    試粒子群にて回折又は散乱された平行レーザ光線をビー
    ム中心部から半径方向にかけて受光面積が大きく各々複
    数の受光素子を有する複数のフォトセンサから構成され
    る扇状デテクタ上にフーリエ変換レンズにより集光させ
    、前記平行レーザ光線の回折光強度或いは散乱光強度を
    前記扇状デテクタにより検出するレーザ光受光部とを具
    備していることを特徴とする粒度分布測定装置。
JP1023462A 1989-01-31 1989-01-31 粒度分布測定装置 Expired - Fee Related JPH0675029B2 (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07294410A (ja) * 1994-04-26 1995-11-10 Shimadzu Corp 粒度分布測定装置
DE29923959U1 (de) 1998-10-02 2001-12-06 KIMA Gesellschaft für Echtzeitsysteme und Prozeßautomation mbH, 52428 Jülich Online-Partikelgrößenmeßgerät
JP2005539209A (ja) * 2002-01-22 2005-12-22 ヴィジョンゲイト,インコーポレーテッド 光投影画像システム、および核を有する細胞および疾病に関与する細胞質密度の特徴を自動的に検出する方法
CN106908360A (zh) * 2017-04-11 2017-06-30 珠海真理光学仪器有限公司 一种带环形测量池的激光粒度分析仪
JP2018189377A (ja) * 2017-04-28 2018-11-29 日本サーマルエンジニアリング株式会社 真空雰囲気中の浮遊物分析システムと浮遊物導入装置
CN109975186A (zh) * 2019-04-18 2019-07-05 无锡豪帮高科股份有限公司 一种pm2.5激光传感器

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