JP2001174394A

JP2001174394A - 粒度分布測定装置

Info

Publication number: JP2001174394A
Application number: JP36331999A
Authority: JP
Inventors: Manabu Ohata; 学大畑
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2001-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】粒度分布測定装置の校正を容易に行うことが
できるようにする。【解決手段】試料により散乱された光を検出する検出
器１８を、均一な照度で照射する校正用光源３４を配置
する。校正用光源３４により検出器１８を照射して、受
光素子２０ごとの出力を測定する。この出力は、本来受
光素子２０の面積に比例するものであるが、ばらつきが
生じた場合、これを打ち消すような補正係数を受光素子
２０に対応する検出器１８の区分ごとに定める。実際の
試料の粒度測定においては、各受光素子の出力に対して
前記補正係数による補正を行う。また、定期的に補正係
数を算出し、これが大きく変化した場合、装置の異常を
判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粒状試料に照射さ
れ、試料により散乱された光の強度分布を測定すること
により、試料の粒度を測定する粒度分布測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】適当な濃度に分散された粒子に、光を照
射すると散乱現象が生じる。この散乱光の、散乱角に関
する強度分布は、粒子の粒径（粒度）により異なること
が知られており、これを用いて粒子状試料の粒度を求め
る粒度分布測定装置が知られている。

【０００３】次のような基本構成を有する粒度分布測定
装置が知られている。すなわち、試料に対し光を照射す
るレーザー光源と、試料により散乱した光を受光する複
数の受光素子を有する検出器とを有している。また、試
料により散乱された光を、その散乱角ごとに検出器上の
所定位置に集光する集光レンズも有している。検出器の
複数の受光素子は、それぞれ散乱角の所定の範囲に対応
して設けられている。この受光素子は、受光した光量に
応じた電気信号を出力する。したがって、検出器の区
分、すなわち受光素子ごとの出力を測定すれば、散乱光
の強度分布が求められ、これから試料の粒度を求めるこ
とができる。

【０００４】検出器の受光素子の光電変換効率、すなわ
ち受光した光量に対する電気信号の出力値は、素子ごと
にばらつきがある。例えば、同一のシリコンウエハから
切り出された受光素子であっても、数パーセントのばら
つきが生じる場合がある。また、受光素子の形状や、受
光素子からの信号の処理系の特性などにもばらつきが生
じる場合がある。これらのばらつきによる誤差をなくす
ために、装置を組み立てた際に、受光素子に対応した検
出器の区分ごとに、感度の校正を実施している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、装置組
立時点において、検出器の区分ごとの感度校正を実施し
ていても、検出器や信号処理系の回路などを交換した場
合には、交換前後の部品の特性が異なる可能性があるの
で、再度感度校正の必要がある。また、部品の交換など
がなくても、経時変化により、特性が変化した場合にお
いても再度の校正が必要となる。一方で、装置が設置さ
れた状態で、組立時点と同様の校正を実施することは難
しく、現実には、装置を取り外し、工場に引き取った上
で校正を実施することが行われており、その間粒度測定
ができなくなる、工数が多く費用がかさむなどの問題が
あった。また、経時変化によって感度が変化しても、そ
れを発見するのが遅れ、測定精度が低下するという問題
があった。

【０００６】本発明は、前述課題を解決するためになさ
れたものであり、容易に校正が可能な粒度測定装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明にかかる粒度分布測定装置は、試料により
散乱した光を検出する検出器に対し、試料を照射する測
定用光源とは別個に、所定の強度の光を照射する校正用
光源を有している。

【０００８】この校正用光源からの光の感度に基づき検
出器の校正や、出力の補正、異常監視などを行うことが
できる。

【０００９】校正用光源が、検出器に対して均一な光を
照射するものであれば、この校正用光源に基づく検出器
の区分ごとの出力差が、区分ごとのばらつきとなる。こ
のばらつきを打ち消すように区分ごとに補正係数を定
め、測定時の各区分ごとの出力にこれを乗じることによ
って、前記ばらつきをなくすまたは減少させることがで
きる。また、校正用光源が均一な光を照射するものでな
かったとしても、その照度分布があらかじめ分かってい
れば、この照度の分布を考慮した上で補正係数を定める
ことで、前記の均一光を照射する場合と同様にばらつき
の影響を減じることができる。

【００１０】また、校正用光源からの光に対する検出器
の区分ごとの出力または前記補正係数を、定期的または
必要に応じた時期に測定し、測定値の経時変化を監視す
ることにより、検出器や信号処理系の異常発生を判断す
ることができる。好ましくは、装置組立時点など基準と
なるときの出力値または補正係数を記憶し、この記憶さ
れた値と測定された値との比較し、これらの差異が所定
値より大きくなったときに、異常を報知する。

【００１１】また、校正用光源は、光量を変更可能で、
複数の光量で照射ができるようにすることができる。こ
れによれば、検出器の区分ごとのダイナミックレンジが
大きく異なる場合に、精度良くばらつきの補正を行うこ
とができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は、
本実施形態の粒度分布測定装置の概略構成を示す図であ
る。測定対象となる試料は、適切に分散された状態で散
乱場１０に置かれる。また、散乱場１０を配管の一部と
し、試料を配管中に流れている状態のものとすることも
できる。散乱場１０に置かれた試料に対して、レーザ光
源１２からコリメータ１４を介して平行光線が照射され
る。散乱場１０において、試料粒子に当たった光は散乱
する。散乱光の分布、すなわち照射された光に対する散
乱光のなす角（散乱角）θごとの光強度の分布は、試料
の粒径により変化するが、概略、小さな粒径のときほど
散乱角θが広い範囲に分布する。散乱場１０を通過した
光は、集光レンズ１６を通過し、検出器１８に達する。
集光レンズ１６は、散乱角θごとに検出器１８上の所定
位置に集光するレンズである。すなわち、散乱場１０に
おける異なった位置の粒子により散乱した光でも、その
散乱角θが等しければ、検出器１８上の集光位置は同一
となる。

【００１３】図２には、光線照射方向から見た検出器１
８の詳細な構成が示されている。検出器１８は、図示さ
れるように略扇形を有しており、その扇形の先端Ｏが、
光源１２からの光軸中心に一致するように配置されてい
る。さらに、先端Ｏを中心とする同心円により、複数の
区分に分割されており、区分ごとに受光素子２０が配置
される。したがって、一つの受光素子２０は、円環の一
部となる形状を有している。この配置によって、散乱角
θのある範囲のものは、一つの受光素子２０に集光する
ことになる。受光素子２０は、受けた光量に応じた電気
的信号を出力する素子である。また、図示するように受
光素子２０の面積は、先端Ｏに近いものが狭く、遠いも
のが広い。これは、散乱光の強度分布が、散乱角θが小
さいもの、すなわち先端Ｏ近くにより多く集光する分布
となることに対応して、受光素子２０の各々の出力をな
るべく均一とすることを考慮したものである。

【００１４】図３には、受光素子２０の出力信号の処理
系の一部が示されている。受光素子２０の出力は、受光
素子２０ごとに一つずつ配置されたプリアンプ２２によ
り増幅され、マルチプレクサ２４に送られる。マルチプ
レクサ２４では、一つの受光素子２０の出力を選択的に
アンプ２６に送り、選択する出力を切り換え、全ての受
光素子２０の出力を順次送り出す。図１に戻って、アン
プ２６の出力は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器
２８を介して演算制御装置３０に送られ、ここで各受光
素子２０の出力に基づき、散乱光の強度分布を求め、試
料の粒度に関する演算を行う。測定結果などは、プリン
タ、ディスプレイなどの出力装置３２に送られる。

【００１５】図１に示すように、本実施形態において
は、集光レンズ１６の後方、検出器１８の前方に、校正
用光源３４が配置されている。校正用光源３４は、検出
器１８に対して、均一の照度で光の照射を行うことがで
きる。校正用光源３４の位置は、均一の照度とするため
に、なるべく検出器１８からの距離を採ることが望まし
く、結果として集光レンズ直後に配置することが好まし
い。この照射により、受光素子２０の出力は、その面積
に比例したものとなる。受光素子２０の出力がこの関係
から外れる場合には、受光素子２０の光電変換効率や、
プリアンプ２２などの信号処理系のばらつきがあると考
えられる。このようなばらつきが発生した場合、演算制
御装置３０は、受光素子２０ごとの出力が、その面積に
比例する関係となるように規格化を実行し、各出力に対
し補正係数を定める。例えば、出力が低いと考えられる
受光素子２０に対しては１を超える適切な補正係数を設
定し、逆に出力が高いと考えられる受光素子２０に対し
ては１未満の適切な補正係数を設定する。この設定され
た補正係数を演算制御装置３０内の補正係数記憶部に記
憶する。実際の測定の際には、各受光素子２０の出力に
対し前記補正係数を乗じて、各受光素子２０に対応する
検出器の区分ごとのばらつきを打ち消すようにする。

【００１６】前記補正係数の決定は、演算制御装置３０
の指示に従い、定期的に、または必要に応じて実行さ
れ、その都度、演算制御装置３０において初期に定めら
れた係数または基準となる係数と比較される。この比較
において、これらの差異が所定の値より大きい場合、演
算制御装置３０は、何らかの異常が発生したと判断し、
これを出力装置３２により報知する。この異常判定のし
きい値は、現在算出された係数と、以前の係数との差、
または比に対応して定めることができる。

【００１７】図４には、校正用光源３４の構成の例が示
されている。不透明のハウジング３６内に、実際の光源
となるＬＥＤ（発光ダイオード）３８が埋め込まれてい
る。ＬＥＤ３８から発した光は、ハウジング３６の開口
部４０全体をふさぐように配置された拡散板４２を透過
して、均一光として照射される。

【００１８】前述のように、校正用光源３４が均一な照
度で検出器を照射する場合、各受光素子２０の出力は、
その面積に比例する。このため、校正時には、受光素子
２０の位置によっては、実際の粒度測定時とは大きく異
なる光量を受け、また出力も異なるものとなる。したが
って、校正時に、受光素子２０や信号処理系において、
測定に好ましい範囲、例えば直線性の得られる範囲の光
量、出力とならない場合も考えられる。このときには、
校正用光源３４の照度を２種以上準備しておくことで対
応できる。高照度用と、低照度用の２種の光源を用いて
もよく、また同等の光源を二つ用意し、一方のみによる
照射と、双方による照射によって、照度の差を得ること
もできる。

【００１９】校正用光源が十分に均一な照度で検出器１
８を照射できない場合であっても、以前の測定との比較
によって、装置の異常監視を行うことは可能である。ま
た、装置の組立時点において、従来の校正を行う一方、
校正用光源による出力を測定し、これらの比較を行うこ
とで、校正用光源の照度分布をあらかじめ求めておき、
対応することができる。

【００２０】また、経時変化などの監視において、前述
したような以前に測定、算出した補正係数と現時点で算
出した補正係数との比較の他に、出力そのものを比較す
ることもできる。例えば、装置の組立時に、校正用光源
による検出器１８の区分ごとの出力を記憶しておき、後
に同様の測定を行ったときの出力とを比較して異常の判
定を行うこともできる。

【００２１】また、校正用光源は、ＬＥＤに限らず、ハ
ロゲンランプなど他の光源を用いることも可能であり、
さらにバンドパスフィルタを用いて所定の波長成分、例
えば光源１２の波長成分により照射を行ってもよい。

【００２２】また、以上は校正用光源が固定されている
場合について述べてきたが、光源を移動可能とすること
もできる。すなわち、測定時には、散乱場からの光路か
ら退避した位置とし、校正時には検出器全体に対しほぼ
均等の照度となる位置、例えば検出器正面から校正用の
光を照射するようにもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図２】検出器の構成を示す図である。

【図３】検出器および信号処理系の構成を示す図であ
る。

【図４】校正用光源の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０散乱場、１２光源、１６集光レンズ、１８
検出器、２０受光素子（検出器の区分）、２２プリ
アンプ（信号処理系）、３０演算制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分散した粒状試料に照射された光の散乱
状態を測定することによって、試料の粒度を測定する粒
度分布測定装置において、試料により散乱した光を検出する検出器に対し、試料に
照射する測定用光源とは別個に、所定の強度の光を照射
する校正用光源を有する、粒度分布測定装置。
【請求項２】請求項１に記載の粒度分布測定装置にお
いて、前記検出器は、複数の受光素子により構成され、受光素
子ごとに定められる区分を有し、前記校正用光源からの光に対する前記検出器の区分のそ
れぞれの出力に基づき、これらの区分ごとの特性のばら
つきを求め、このばらつきに基づきそれぞれの区分ごと
の出力を補正する出力補正手段と、を有する、粒度分布
測定装置。
【請求項３】請求項２に記載の粒度分布測定装置にお
いて、前記区分ごとに算出されたそれぞれの補正係数を記憶す
る補正係数記憶手段と、前記補正係数記憶手段に記憶さ
れた補正係数と現在の算出された補正係数を比較し、そ
の差異が所定値より大きい場合には、これを報知する異
常報知手段と、を有する粒度分布測定装置。
【請求項４】請求項１に記載の粒度分布測定装置にお
いて、前記検出器は、複数の受光素子により構成され、受光素
子ごとに定められる区分を有し、前記校正用光源からの光に対する前記検出器の区分のそ
れぞれの出力を、以前のものと比較し、その差異が所定
値より大きい場合には、これを報知する、異常報知手段
と、を有する、粒度分布測定装置。
【請求項５】請求項２から４のいずれかに記載の粒度
分布測定装置において、前記校正用光源は、少なくとも
前記検出器に対して均一光を照射するものである、粒度
分布測定装置。
【請求項６】請求項１から５のいずれかに記載の粒度
分布測定装置において、前記校正用光源は、複数種の光
量で、光を照射することができるものである、粒度分布
測定装置。