JPH0623921Y2 - リングディテクタ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案はフラウンホーファ回折による回折光の強度分布
等を計測するためのリングディテクタに関し、例えばレ
ーザ光回折法に基づく粒度分布測定装置等に用いられる
リングディテクタに関する。

〈従来の技術〉 平行光束中に円形開口もしくは粒子等を置くと、その光
は開口もしくは粒子等の径に応じた回折を受ける。この
フラウンホーファ回折現象を利用して、分散飛しょう状
態の粒子の粒度分布を測定する、いわゆるレーザ光回折
法による粒度分布測定の原理説明図を第５図に示す。

レーザ光源５１からのレーザ光をコリメータレンズ５２
により平行光束とし、円形開口５３（粒子）に照射する
ことにより、レーザ光が回折する。円形開口５３の後方
にフーリエ変換レンズ５４を配設すると、そのレンズ焦
平面上に円形開口５３の大きさに依存した同心円状の回
折像が結ばれる。この焦平面上に光ディテクタ５５を配
設することによりその回折像の半径方向光強度分布を測
定すれば、円形開口５３の大きさを求めることができ
る。

以上のような回折像の半径方向光強度分布を測定するた
めに、従来、第６図に示すような、それぞれ異なる半径
を持つ半リング状の受光面を備えた複数個のフォトダイ
オード等の光センサＳ_１，Ｓ_２……Ｓ_ｎが、一点Ｏを中
心に同心状に扇形に配列されてなる、いわゆるリングデ
ィテクタが使用される。

〈考案が解決しようとする課題〉 ところで、第６図のようなリングディテクタを使用する
場合、光軸調整が下記に示すような理由で困難となる。

光軸調整は、平行光束がレンズ５４により集光した点、
つまりレンズ５４の焦点と、リングディテクタの中心Ｏ
を一致させることが重要な点であるが、この調整は通
常、リングディテクタの各センサＳ_１，Ｓ_２……Ｓ_ｎの
出力をモニタしながら行われる。しかし、リングディテ
クタの各センサＳ_１，Ｓ_２……Ｓ_ｎが、点Ｏを通りこの
リングディテクタを二分する中心線を軸として左右対
称であるため、現在の集光点がディテクタ上のどの位置
にあるのかを直ちには正確に検出することができない。

すなわち、例えば第７図に示すように、あるセンサＳ_ｉ
の受光面上のＡ点にスポットがある場合と、中心線を
挟んでＡ点と左右対称のＢ点にスポットがある場合と
で、センサＳ_ｉからの出力に差異がないため、この出力
によってはスポットがＡ点，Ｂ点のいずれにあるのか識
別することができない。従ってこの場合、スポットもし
くはリングディテクタを一旦左もしくは右にずらして、
そのときのセンサＳ_１，Ｓ_２……Ｓ_ｎの出力のピークの
変化から、スポットがＡ点にあったかＢ点にあったかを
判定しなければならない。

また、一旦どちらかの向きにスポットもしくはディテク
タを動かしたとしても、装置の分解能にも依存するが、
例えば第８図に示すように、スポットの位置がＰ_１〜Ｐ
_２の範囲では、上述の判定を行い得るほどの差異が出力
にあらわれないときがある。

以上のことから、例えばＸ−Ｙテーブル等の光軸調整用
微小駆動機構をディテクタ側等に設けて、リングディテ
クタの各センサＳ_１，Ｓ_２……Ｓ_ｎの出力信号に基づい
て光軸調整を自動制御によって行おうとしても、無駄な
動作の多い制御系となるばかりでなく、第８図のＰ_１〜
Ｐ_２のスポット位置近辺で系が振動する可能性もある。

本考案はこの点に鑑みてなされたもので、簡単な構成の
もとに、上述した光軸調整を容易に行うことのできるリ
ングディテクタの提供を目的としている。

〈課題を解決するための手段〉 この目的を達成するための構成を、実施例に対応する第
１図〜第３図を参照しつつ説明すると、本考案は、それ
ぞれ異なる半径を有する半リング状の受光面を備えた複
数個の光センサＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３……Ｓ_ｎを、その各受
光面が一平面上の一点Ｏを中心に同心状に扇形となるよ
う配列してなる光ディテクタにおいて、その扇形のパタ
ーンＦの外方に、一点Ｏを通りこの扇形パターンＦを二
分する線を挟んでその両側へ、それぞれ異なる複数個
づつの光センサ（例えば左側へＳ_１，Ｓ_３，……、右側
へＳ_２，Ｓ_４，……）の受光面が延長されているととも
に、その延長されている部分のパターンＥを覆う着脱自
在の遮蔽板１２を備えていることによって、特徴づけら
れる。

〈作用〉 延長部分のパターンＥ上においては、中心線に対して
光センサの配列が左右非対称となるから、このパターン
Ｅ上にスポット位置を持ってくることにより、静止状態
でも各光センサＳ_１，〜Ｓ_ｎの出力に基づいて中心線
に対するスポットの左右位置が判明し、直ちに中心線
上へのスポットの位置決めを行える。

なお、その状態でスポット位置を上方に移動させ、例え
ば点Ｏを中心とするセンタホールＨの後方に置かれるセ
ンタホールディテクタ３への入射光量が最大となった時
点でその移動を停止することにより、スポット位置のセ
ンタリングを行うことができる。

回折像の光強度分布測定時における延長パターンＥ上へ
の光の入射は、遮蔽板１２の装着により防止できる。

〈実施例〉 本考案の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。

第１図は本考案実施例の正面図で、第２図はそのII−II
断面図である。

フォトダイオード等からなる複数の光センサＳ_１〜Ｓ_ｎ
が、その各受光面がそれぞれ基板１０の表面に沿うよう
配設されている。

各光センサＳ_１〜Ｓ_ｎの受光面は、基板１０の表面上で
全体として扇形（半円形）のパターンＦと、その扇形の
パターンＦの下方に延長されたパターンＥを形成してい
る。

すなわち、各光センサＳ_１〜Ｓ_ｎの受光面は、互いに異
なる半径の半リング状の部分と、その半リング状の部分
の片側の端部から下方に延びる直線状の部分を備えてい
る。そして、この半リング状の部分は基板１０の表面上
の点Ｏを中心として同心状に配列され、扇形パターンＦ
を形成し、直線状の部分が延長パターンＥを形成するわ
けであるが、この延長パターンＥの詳細については後述
する。

基板１０には、その表面に直交する２本のピン１１，１
１が植設されており、このピン１１，１１に着脱自在に
遮蔽板１２が装着される。この遮蔽板１２は、反射防止
のため、例えば黒色の平板であって、ピン１１，１１へ
の装着時には回折光に対して延長パターンＥを遮蔽する
ことができる。

また、基板１０には、点Ｏを中心とする貫通孔であるセ
ンタホールＨが穿たれており、このリングディテクタ１
を粒度分布測定装置等に組み付ける場合には、このセン
タホールＨの後方にオパールグラス２と、フォトセンサ
等のセンタホールディテクタ３が配設される。このセン
タホールディテクタ３は、センタホールＨを貫通した光
量を検出することができる。

第３図は点Ｏ近傍の各光センサＳ_１，Ｓ_２……の受光面
のパターンの拡大図である。

延長パターンＥは、点Ｏを通り扇形パターンＦを二分す
る中心線に対して、次のような条件下のもとに形成さ
れている。

すなわち、扇形パターンＦにおいて最内側に受光面が配
置される光センサをＳ_１，とし、外側に向かって順にＳ
_２，Ｓ_３，……としたとき、中心線の左側には奇数番
目の光センサＳ_１，Ｓ_３，Ｓ_５，……の受光面が延長さ
れ、右側には偶数番目の光センサＳ_２，Ｓ_４，Ｓ_６，…
…の受光面が延長されている。なお、この延長パターン
Ｅにおける各光センサの受光面の配設密度は、扇形パタ
ーンＦにおける密度と同等でもよいし、それ以下の密度
でもよい。

次に、作用を使用方法とともに述べる。

光軸調整に先立って、遮蔽板１２を外しておく。

第４図に示すように、点Ｏを通り、中心線と直交する
線をｍとして、線およびｍで仕切られた各領域をそれ
ぞれア〜エとしたとき、スポットがアもしくはイの領域
に存在する場合、スポットを移動させることによって光
センサＳ_１〜Ｓ_ｎの出力が連続的に変化するから、その
旨を判定することができる。スポットがウの領域に存在
する場合には、奇数番目の光センサＳ_１，Ｓ_３の出力の
み大きくなり、エの領域にある場合には偶数番目の光セ
ンサＳ_２，Ｓ_４……の出力のみ大きくなるから、いずれ
もその旨を判定することができる。

さて、調整手順としては、まずスポット位置を左右に移
動させ、スポットがアもしくはイに存在している場合に
は、上述の判定によってこれを検知し、スポット位置を
下げてウもしくはエの領域に持ってくる。これにより、
スポットが中心線に対して左右いずれの側に存在する
かを直ちに判別できる。

次に、その判別結果に基づいて中心線に近づく向きに
スポット位置を移動させる。やがて延長パターンＥにお
いて最内側の光センサＳ_１もしくはＳ_２の出力が大きく
なり、次いでその大きさがＳ_２もしくはＳ_１と等しくな
るか、あるいはいずれの出力も小さくなれば、スポット
が中心線上に到来したことが判明する。

その位置で移動を停止し、次にセンタホールディテクタ
３の出力をモニタしつつ、スポット位置を上方に徐々に
移動させ、センタホールディテクタ３の出力が最大値を
示す位置で停止する。これにより、スポット位置が点Ｏ
と一致することになる。

この状態で遮蔽板１２を装着すれば、直ちに回折光の測
定を行うことができる。

なお、スポット位置の移動は、スポットそのものを移動
させてもよいし、リングディテクタ１側を移動させても
よい。また、この移動は手動で行ってもよいし、あるい
は自動制御で行ってもよい。いずれにしても、ある一定
の手順のもとに錯誤なくセンタリング可能である。

延長パターンＥは、以上の実施例のように中心線を挟
んで、それぞれ左右に奇数／偶数番目の光センサの受光
面を延ばすことに限定されないことは勿論で、所定の条
件で左右に異なる光センサの受光面を延長し、その条件
に基づいて各光センサの出力を監視することによって所
期の目的は達成される。

また、使用するスポット径と扇形パターンＦでの最内側
の光センサＳ_１の内径寸法によっては、延長パターンＥ
における最内側の左右２個の光センサの受光面を、中心
線側に拡張してスポットが線上に位置したときにも
必らずこの左右の最内側の２個の光センサの受光面の双
方にスポット光が入射するようにしておけば、中心線
上へのスポットの位置決め時にこの２個の光センサの出
力が等しくなった時点で移動を停止することにより、そ
の位置決め精度は向上する。

〈考案の効果〉 以上説明したように、本考案によれば、扇形パターンＦ
の外方に、その中心線を挟んで左右にそれぞれ異なる
光センサの受光面を延長し、この延長パターンＥにおい
ては中心線に対して光センサの配列を非対称としたか
ら、この延長パターンＥ上にスポットを持ってくること
によって直ちにスポット位置が中心線に対して左右い
ずれの側に存在するのかを判別することができる。その
結果、スポットの中心線上への位置決めが極めて容易
となり、あとはスポット位置を上方にずらしてゆくだけ
で点Ｏ上への位置決めが可能となる。このことは、手
動、自動のいずれによる調整であっても、ある一定の手
順のもとにこれを完了できるということになり、特に自
動制御で調整を行う場合には、余分なフィードバックを
要さず、また、系の振動等の発生の虞れもなく、極めて
有用である。しかも、フォトダイオード等の受光面を所
定パターンで延長することと、単なる遮蔽板を付加する
だけでよいから、従来のものに対してほとんぼコストア
ップとはならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案実施例の正面図、 第２図はそのII−II断面図、 第３図はその点Ｏ近傍の光センサＳ_１，Ｓ_２……の受光
面の拡大図、 第４図はその作用説明図である。 第５図はレーザ光回折法に基づく粒度分布測定の原理説
明図、 第６図は従来のリングディテクタの説明図、 第７図および第８図はその作用説明図である。 １０……基板 １１，１１……ピン １２……遮蔽板 Ｓ_１，Ｓ_２……Ｓ_ｎ……光センサ Ｈ……センタホール Ｆ……扇形パターン Ｅ……延長パターン Ｏ……扇形パターンの中心点 ……中心線

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれ異なる半径を有する半リング状の
   受光面を備えた複数個の光センサを、その各受光面が一
   平面上の一点を中心として同心状に扇形となるよう配列
   してなる光ディテクタにおいて、上記扇形のパターンの
   外方に、上記一点を通り当該扇形のパターンを二分する
   線を挟んでその両側へ、それぞれ異なる複数個づつの光
   センサの受光面が延長されているとともに、その延長さ
   れている部分のパターンを覆う着脱自在の遮蔽板を備え
   ていることを特徴とするリングディテクタ。