JPH0312540A - 粒度分布測定装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、滴下する液滴の粒度分布を測定する粒度分布
測定装置に関する。

［従来の技術］ 従来、液滴の粒度分布をもとめる方法として、液浸法が
知られている。

この液浸法は、通常ガラス板に比較的粘度の高い液体を
薄く塗布し、この中に液滴を飛び込ませ、受は止め液中
に真球状態で沈下する個々の液滴径を測定することによ
り、捕集された液滴群の粒度分布等を求める方法である
。

このような液浸法においては、受は止め液中に存在する
液体の像を、例えば、ドラムスキャナー方式、ＴＶ左カ
メラの２次元センサを用いる方式、１次元光センサをセ
ンサ列と直角に移動する方式によって、画像データを得
、この画像データを走査することによって、液滴に関す
る２次元画像データを処理して、液体の直径や体積を求
めている。

［発明が解決しようとする課題］ このように、２次元画像データを処理することは、処理
すべきデータ量が極めて多いため、液滴の径等を求める
のに長時間を要するという欠点がある。一方２次元画像
データを短時間で処理する−ためには、専用の画像解析
装置や複雑なソフトウェアを必要としていた。

そこで、本発明の技術的課題は、液浸法としてを用いて
、液滴の粒度分布を正確に、且つ短時間の画像処理によ
って自動的に測定することができる粒度分布測定装置を
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、予め定められだ液滴受止め面を形成す
る受止め部と、前記受止め面に対して所定の交角をもっ
て入射光を入射させる少なくとも１つの光源と、前記受
止め面の液滴に前記入射光を通して得られる前記入射光
の透過屈折光と反射光とを結像する光学結像系をもち、
前記光学結像系により結像された反射光と透過屈折光と
の２つの輝点の間の距離を検出する画像形成部と、前記
受止め部を水平方向に移動させる移動部と、前記移動部
の移動を制御するとともに、前記画像形成部からの検出
値と前記光学結像系の倍率に基づいて液滴粒度及び液滴
粒度分布を演算する処理部とを有することを特徴とする
粒度分布測定装置が得られる。

［作　用コ 本発明の粒度分布測定装置においては、すくなくとも１
つの光源は、受止め面に受止められた液層の下方から、
所定の交角をもって入射光を入射させる。

画像形成部は、液滴により散乱される前記光の透過屈折
光と反射光とを夫々結像する光学結像系をもち、前記光
学結像系により結像された透過屈折光と反射光との２つ
の輝点の間の距離を検出する。

移動部は、前記受止め部を水平方向に移動させる。

処理部は、この移動部の移動を制御するとともに、前記
画像形成部からの検出値と前記光学結像系の倍率に基づ
いて液滴粒度と液滴粒度分布を演算する。

〔実施例］ 第１図は本発明の実施例に係る粒度分布測定装置を示す
図である。

この図において、粒度分布計測装置は、受止め部と、画
像形成部と、データ処理部８と、平行移動部及び第１．
第２．第３の光源３，４．５とを備えている。

受止め部は、液滴１受は止めるために、シリコンオイル
等の受は止め液（図示せず）を塗布して受止め面２ａを
形成したスライドグラス２を有する。

第１の光源３は、液層縁全体を観察するためにスライド
グラス２真下に置かれ、受止め面全体に光を照射する。

第２及び第３の光源４，５は、受止め面に斜め下方から
等しい角度θで受止め面を照明する。

画像形成部は、第１の光源とスライドグラス２を介して
対向するように配されたレンズ６と、このレンズ６の光
軸１０に光軸を合わせて設けられた一次元光センサ７と
を有する。

更に、データ処理部８は一次元センサに接続されている
。

平行移動部９は、データ処理部８に接続され、スライド
ガラス２を移動するための駆動制御回路９ａとこの駆動
制御回路９ａにより駆動されるアクチユエータ９ｂとを
有する。

このような構成の粒度分布測定装置において、受止め面
上の液滴１の像は、レンズ６により集光され一次元光セ
ンサ７上で結像される。この−次元光センサ７の画素デ
ータは、データ処理部８に取り込まれる。このデータ処
理部８は、画素データを必要に応じて記憶する記憶部と
、この画素データから液滴の粒度及び粒度分布を演算す
る演算部と、画素データに対応して、平行移動部９に制
御信号を送出する制御部とを備えたＣＰＵによって構成
されている。

尚、この制御部は、予め定められたプログラムに従って
、制御信号を平行移動部９の駆動制御回路９ａに与え、
平行移動部９の駆動制御回路９ａは、アクチュエータ９
ｂを駆動し、スライドガラス２を紙面に対して直角方向
に移動させる。

第１図の粒度分布ｎ１定装置を用いて液滴の粒度分布測
定を行う場合について、第２図を参照しながら説明する
。

第２図（ａ）は、レンズ６によって、−次元センサ７が
置かれた面上に形成される液滴の２次元画像を示す図で
ある。

第２図（ａ）に示されている様に、球形の液滴２１．２
２．２３は、２次元の受止め面において、円形形状の画
像として表示される。円形形状の各液滴２１．２２．２
３内に示された一対の点２４゜２５：点２６，２７；点
２８，２９は、第２の光源又は第３の光源により表れる
夫々の輝点を示している。

まず、液滴検出測定装置の操作について、第・３の光源
５のみを点灯させる場合について説明する。

（複数の光源を有する場合については、後で述べる。） ます、第１の光源３を点灯して、受止め面状の計測部分
を照明する。この時、画像形成部に図示されない移動機
構により第１の光源３と連動して移動し、常に、第１の
光源３と対向した状懸を維１、’？　している。計測部
分に達すると第１の光源３を消灯する。次に、第３の光
源５を点灯して、平行移動部９を駆動し、受止め面を一
時的に移動させると、受止め面上では、第２図（ａ）に
示す様な走査１，２，３．４が順次行われることになる
。

この走査１，２，３．４はΔＹの幅をもって行われる。

各走査１，２，３．４中に、−次元光センサ７から第２
図（ｂ）に示す光信号が夫々得られる。

第２図（ａ）及び（ｂ）を対照しながら説明すると、第
２図（ａ）において、走査１中に、液滴２３の輝点２８
，２９のみがセンサにより検出され、第２図（ｂ）の走
査１のような輝点の光強度に対応する大きさのピークを
有する大小一対の輝度信号が出力される。反射光の強度
は、透過屈折光の強度より小さので、透過屈折光のピー
クより小さいピークとして検出される。

次に、スライドグラス２を所定間隔ΔＹだけ移動した走
査２の場合は、この範囲内に液滴は存在するが、輝点は
ないので、ピークを持つ信号は出力されない。

更に、走査２の位置より所定間隔ΔＹだけ移動した走査
３の場合には、輝点２６，２７のみがセンサにより検出
され、夫々の輝点の位置に対応する位置にピークを持つ
信号が出力され、このピークの間隔が、輝点２６．２７
の間隔を示している。

更に、所定間隔ΔＹだけ移動した走査４の場合には、液
滴２１の径が大きいので、輝点間隔も大きな信号が一次
元センサ７から出力される。

この様に、液滴があれば、単一の液滴に対して輝度の異
なる２つの輝点が得られることがわかる。

この２つの輝点間隔が判明すれば、散乱角及びレンズの
倍率は既知であるから、液滴の径を求めることは容易で
ある。

従って、実施例では、各走査毎に輝点情報のみを抽出し
、以下に述べる原理によりデータ処理部８で処理し液層
の径を得ることができる。

上記した走査の方式としては、ある走査区間ΔＹだけ移
動した後、停止して光センサのデータを得る方式でも、
あるいは、一定速度で移動しながら一定時間毎に光セン
サのデータを得る方式でも良い。後者の場合には、多少
走査の方向が斜めになるが、実用上問題とはならない。

以上の様に、各走査中に一対の輝点のみを情報として検
出し処理することは、２次元画像全てを処理する従来の
方式に比較して、情報量が極めて少ないので、処理部で
は演算を迅速に且つ容易に行うことができる。

次に、上記実施例に使用される２つの輝点間隔距離の測
定原理について述べる。

第３図で示すような液滴の輝点間の距離Ｒ，＋Ｒ２に対
応する一次元センサ上の輝点間の距離ｒ１＋ｒ２と、光
学結像系の倍率ｍと、光源の液滴への入射角から、求め
られる（ｒ＋＋ｒ２−ｍ（Ｒ１＋Ｒ２））。ここでは、
説明を簡単にするため、第３の光源５の場合について説
明をするが、第２の光源４の場合も同様である。

尚、第３の光源５は、平行光源でも収束光源でも良いが
、先ず、平行光源とする。

第３図に示すように、各液滴に平行光を照射することに
よって、第２図に示すように、得られる反射光及び透過
屈折光が夫々の輝点となって液滴から出射する。ここで
、各液滴から得られる反射光及び透過屈折光の液滴中心
からの距離を夫々Ｒ１及びＲ２とすると、両輝点間の距
離は、Ｒ１＋Ｒ２となる。

一方、両輝点位買は液滴の屈折率及び入射光の液滴に対
する入射角によって、一義的に定まるから、距離Ｒ，＋
Ｒ２から液滴の径を求めることができる。実際には、液
７ａ２１からの反射光及び透過屈折光は、光学結像系に
より拡大されて、−次元光センサに与えられる。

一次元光センサ上の反射光及び透過屈折光の２つの輝点
間の距離ｒ、＋１２は、反射光及び透過屈折光の夫々の
入射角θ１．θ２及び光学結像系の倍率ｍとから、液滴
の半径Ｒ（＝ｒ／ｍ）は次式（第１式）により算出され
る。

１　　　　　ｒｌ　　＋ｒ２ Ｒ−−・　　　　　　　　　　　　・・・（第１式）％
式％ θ１−（π−θ）／２　　・・・（第２式）θ２−（θ
＋２φ）／２　・・・（第３式）％式％ ｎ−（１：屈折率）・・・（第４式） ｓｌｎ　　φ より算出される。

第３図に示すように、平行光源を使用した場合、液滴に
より散乱された光をθ方向から観察すると、液滴２１で
角度θ１をもって反射する反射光と角度θ２を持って入
射し、屈折する屈折透過光により、液滴表面に２つの輝
点が表れる。

この時の輝点間の距＠Ｒ，＋Ｒ２を測定して液滴の直径
が求められる（特願昭６１−１６５１１１号参照）。

次に、第２及び第３の光源４，５等の複数の光源を有す
る場合について説明する。この場合は、平坦な強度プロ
フィルを持つ収束光を発生するものとして述べる。この
第３の光源５が収束光である場合は、平行光線をレンズ
を透過することにより形成され、収束角２αをもって収
束される。この収束角２αは、−次元光センサ１の画角
２αと等しくなるように、−次元光センサ１の設定位置
が決定されている。

また、第２の光源４も第３の光源５と同様な構成を有し
、収束角２αをもって収束される。

また、既に述べた平行光線の収束用レンズとしては、シ
リンドリカルレンズが採用できる。

平行光源を上記の平行光源を用いた方法でθとなる角に
設定した後、レンズを置いて収束させる。

第４図は、液滴に収束光線が入射したときの散乱角θを
示す図である。

第４図において、一方の光源からの収束光線のみが示さ
れている。この図において、ＡＯＢは一次元センサの焦
点面にあり、０点は光軸の中心であり、この光軸中心よ
り外れた点ＡとＢについて考察を行うと、Ａ点では、平
行光線１１ａが入射したときに、−次元光センサの主点
Ｃから見れば、散乱角度θは、θ−δαとなってしまう
。θを一定に保持するためには、θよりδαだけ大きな
収束光線１４ａを入射させれば良い。

Ｂ点について、平行光線１１ｂの散乱角θは、同様の理
由からθ＋δαとなるため、同様にして、今度は平行光
１１ａの場合とは逆に、θよりδαだけ小さな収束光１
４ｂを入射させれば良い。

そして、このδαは一次元光センサの画角によって決定
される角度である。この角度で収束する光を一次元光セ
ンサの焦点面ＡＯＢに入射させれば、どの位置において
も、散乱角θは一定の値となる。−次元センサの光軸を
挟んで対称な位置からもう一つの光源を入射させる時に
も、全く同じ説明が成り立つ。このことは、光軸中心Ｏ
から外れた焦点面ＡＯＢ上の全ての位置において、液滴
からの反射光及び透過屈折光の夫々の輝点が重ね合わさ
れることを示している。

以上の説明は、第３の光源５のみ使用した場合について
行ったが、第１図に示す様に、第２の光源及び第３の光
源３，５で２方向から光軸に対して対称的な位置から照
明することにより、２つの輝点の光バランスを等しくす
ることができる。

第４図の第２及び第３の光源として収束光源を用いた場
合の輝点の重合わせについて説明する。

この場合、光軸中心より外れた点の雨滴についても、２
つの光源による輝点を重ね合わせることができる。この
際の調整は、１つの液滴に着目して、最初は、角度をず
らせておき、４つの輝点を得て、次にこれらの輝点を重
合わせるようにすれば良い。また、第１図においては、
平行移動部９と一次元センサ７により、２次元情報を走
査しているが、平行移動部９なしで、−次元センサ７の
代わりにＴＶカメラなどの２次元センサを用いても同等
な情報を得ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、従来の装置では得られた画像デー
タから液滴の情報（この場合は円）を取り出す必要があ
った。この方法では、画素ピッチ程度の分解能を得るの
がその限界であった。

これに対して、本発明の粒度分布ｌ１ｌｌｊ定装置では
、基本的には、液滴の情報は、輝点のピーク位置を求め
る精度に依存し、高精度の計測が可能になり、従来の装
置の１０倍程度の分解能が得られる。

液滴の大きさをｍ画素相当とすれば、従来の装置では、
円の切り出しにｍ、　ｘ　ｎ程度の画素データを対象と
する必要があった。これに対し、本発明の粒度分布測定
装置では基本的には、液滴の大きさによらず、２つの輝
点データを含む画素だけを対象とすれば良く、処理上も
２次元の画像処理てはなく、−次元処理である。このた
め、処理時間は、圧倒的に少なくてすみ、且つ処理ソフ
トも簡単である。

本発明の粒度分布ｎｊ定装置によれば、静止した液滴を
対象として計測が行えるので、自動化等も極めて容易で
、繰り返し測定も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る粒度分布測定装置の構成
を示す図、第２図（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例に
係る粒度分布測定装置の測定原理の説明に供する図、第
３図は液滴に平行光線が入射したときの散乱の説明図、
第４図は平行光線及び収束光を用いた場合の散乱角の変
化を示す図である。 図中、１は液滴、２はスライドグラス、３，４゜５は光
源、６はレンズ、７は一次元光センサ、８はデータ処理
部、９は平行移動部、９ａは駆動制御回路、９ｂはアク
チュエータ、１０は光軸、１１．１．１ａ、ｌｌｂは平
行光線、１４ａ及び２４ｂは収束光、２１，２２．２３
は液滴、２４゜２５．２６，２７，２８．２９は輝点で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、予め定められた液滴受止め面を形成する受止め部と
   、 前記受止め面に対して所定の交角をもって入射光を入射
   させる少なくとも１つの光源と、前記受止め面の液滴に
   前記入射光を通して得られる前記入射光の透過屈折光と
   反射光とを結像する光学結像系をもち、前記光学結像系
   により結像された反射光と透過屈折光との２つの輝点の
   間の距離を検出する画像形成部と、 前記受止め部を水平方向に移動させる移動部と、前記移
   動部の移動を制御するとともに、前記画像形成部からの
   検出値と前記光学結像系の倍率に基づいて液滴粒度及び
   液滴粒度分布を演算する処理部とを有することを特徴と
   する粒度分布測定装置。 ２、第１の請求項記載の粒度分布測定装置において、前
   記入射光は、前記光学結像系の画角と等しい角度で収束
   することを特徴とする粒度分布測定装置。 ３、第１の請求項記載の粒度分布測定装置において、前
   記画像形成部は一次元光センサを含むことを特徴とする
   粒度分布測定装置。