(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体、液体もしくは固体からなる媒体中において分散状態の被測定粒子群にレーザ光を照射して得られる回折・散乱光の空間強度分布を測定する測定光学系と、その測定結果を、変換係数を用いて被測定粒子群の粒度分布に換算する演算手段を備えたレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置において、外部機器との間で送受信するための通信処理手段を有し、上記演算手段は、当該粒度分布測定装置側から通信処理手段を介してネットワーク化された外部機器に送信される被測定粒子群および媒体の屈折率に係る条件に基づき、外部機器側から通信処理手段を介して供給される変換係数を用いて上記測定結果を粒度分布に換算し得るよう構成されていることを特徴とするレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置においては、気体、液体もしくは固体からなる媒体中に分散させた被測定粒子群にレーザ光を照射して得られる回折・散乱光の空間強度分布を測定し、その測定結果を、ミーの散乱理論ないしはフラウンホーファ回折理論に基づく変換係数を用いて粒度分布に換算する。
【０００３】
以下に、レーザ回折・散乱法に基づく粒度分布測定装置の原理を述べる。
図１にこの方法を用いた粒度分布測定装置の基本的な構成を示す。
【０００４】
測定対象となる分散状態の粒子群Ｐにレーザ光を照射すると、空間的に回折・散乱光の強度分布パターンが生じる。このうち、前方散乱光の光強度分布パターンは、レンズ５１によって集光され、その焦点位置にある検出面にリング状の回折・散乱像を結ぶ。この検出面には、互いに半径の異なるリング状ないしは半リング状の光感応部を有してなる光センサ素子が同心上に配置されてなるリングデテクタ５２が置かれ、回折・散乱像の光強度分布が検出される。また、側方散乱光および後方散乱光はそれぞれ側方散乱光センサ５３および後方散乱光センサ５４で検出される。
【０００５】
このようにして得られる光強度分布パターンは、粒子の大きさによって変化する。実際のサンプルには、大きさの異なる粒子が混在しているため、粒子群から生ずる光強度分布パターンは、それぞれの粒子からの回折・散乱光の重ね合わせとなる。
【０００６】
これをマトリクス（行列）で表現すると、
【０００７】
【数１】
0003704931.tif 000002
【０００８】
となる。ただし、
【０００９】
【数２】
0003704931.tif 000003
【００１０】
ｓ（ベクトル）は光強度分布ベクトルである。その要素ｓi （ｉ＝１，２，‥，ｍ）は、リングデテクタの各素子および側方散乱光センサ、後方散乱光センサによって検出される入射光量である。
【００１１】
ｑ（ベクトル）は粒度分布（頻度分布％）ベクトルである。測定対象となる粒子径範囲（最大粒子径；ｘ1 ，最小粒子径ｘn+1 ）をｎ分割し、それぞれの粒子径区間は［ｘj ，ｘj+1 ］（ｊ＝１，２，‥，ｎ）とする。ｑ（ベクトル）の要素ｑi は粒子区間［ｘj ，ｘj+1 ］に対応する粒子量である。通常は、
【００１２】
【数３】
0003704931.tif 000004
【００１３】
となるように正規化（ノルマライズ）を行っている。
Ａは粒度分布（ベクトル）ｑを光強度分布（ベクトル）ｓに変換するための係数行列である。Ａの要素ａi,j （ｉ＝１，２，‥，ｍ、ｊ＝１，２，‥，ｎ）の物理的意味は、粒子径区間［ｘj ，ｘj+1 ］に属する単位粒子量の粒子群によって回折・散乱した光のｉ番目の素子に対する入射光量である。
【００１４】
ａi,j の数値は、あらかじめ理論的に計算することができる。これには、粒子径が光源となるレーザ光の波長に比べて十分に大きい場合には、フラウンホーファ回折理論を用いる。しかし、粒子径がレーザ光の波長と同程度か、それより小さいサブミクロンの領域では、ミー散乱理論を用いる必要がある。フラウンホーファ回折理論は、前方微小角散乱において、粒子径が波長に比べて十分に大きな場合に有効なミー散乱理論の優れた近似であると考えることができる。
【００１５】
ミー散乱理論を用いて、係数行列Ａの要素を計算するためには、粒子およびそれを分散させている媒体（媒液）の絶対屈折率（複素数）を設定する必要がある。個々の絶対屈折率を設定する代わりに粒子と媒体との相対屈折率（複素数）で設定する場合もある。
【００１６】
さて、（１）式に基づいて粒度分布（ベクトル）ｑの最小自乗解を求める式を導出すると、
【００１７】
【数４】
0003704931.tif 000005
【００１８】
が得られる。
（６）式の右辺において、光強度分布（ベクトル）ｓの各要素は、リングデテクタおよび側方散乱光センサ、後方散乱光センサで検出される数値である。また、係数行列Ａは、フラウンホーファ回折理論あるいはミー散乱理論を用いて、あらかじめ計算しておくことができる。従って、それらの既知データを用いて（６）式の計算を実行すれば、粒度分布（ベクトル）ｑが求まることは明らかである。
【００１９】
以上がレーザ回折・散乱法に基づく粒度分布の測定原理であるが、ここで示したのは、粒度分布の計算方法の一例であり、この他にも様々なバリエーションが存在する。また、センサ、デテクタの種類および配置にも、様々なバリエーションがある。
【００２０】
なお、本明細書においては、基本的には、係数行列Ａのことを変換係数とする。ただし、（６）に示す
【００２１】
【数５】
0003704931.tif 000006
【００２２】
を変換係数とすることも可能である。従って、ここでは、係数行列Ａから派生的に計算され、粒度分布計算に用いられるものは全て変換係数である。
【００２３】
さて、以上のようなレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置においては、変換係数を求めるためには、ミー散乱理論、あるいは加えてフラウンホーファ回折理論に基づく複雑な計算を行わなければならないので、計算にかなりの時間を要する。この計算時間は基本的には、回折・散乱光を検出するためのセンサの素子数と粒子径の分割数の積に比例する。レーザ回折・散乱法を測定原理とする最新の粒度分布測定装置では、素子数も分割数も増加しているため、コンピュータの性能がアップしているが、それでもなお相当の計算時間（数分から数十分）を要する。
【００２４】
そこで、あらかじめ複数の屈折率の条件（粒子の絶対屈折率（複素数）および媒体の絶対屈折率（複素数）、あるいは粒子と媒体との相対屈折率（複素数））に対応した複数の変換係数を、測定装置に記憶させておき、その中から任意のものを選択する方式が採用されている。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、様々な種類の粒子の粒度分布をより正確に測定したいという要求から、あらかじめ設定されている複数の変換係数を選択するのではなく、任意の屈折率の条件、つまり粒子の絶対屈折率（複素数）および媒体の絶対屈折率（複素数）、あるいは粒子と媒体との相対屈折率（複素数）を入力することにより、その屈折率条件により適合した変換係数を作成したいという要求がある。
【００２６】
また、変換係数を選択するにしても、現状よりも更に多くの変換係数を記憶させておき、希望する屈折率の条件と選択する屈折率の条件との差異をもっと小さくしたいという要求もある。
【００２７】
本発明はこのような要求に答えるべくなされたもので、特に装置自体の性能を向上させてコストを上昇させることなく、様々な種類の粒子の粒度分布を正確に求めることのできるレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置の提供を目的としている。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置は、気体、液体もしくは固体からなる媒体中において分散状態の被測定粒子群にレーザ光を照射して得られる回折・散乱光の空間強度分布を測定する測定光学系と、その測定結果を、変換係数を用いて被測定粒子群の粒度分布に換算する演算手段を備えたレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置において、外部機器との間で送受信するための通信処理手段を有し、上記演算手段は、当該粒度分布測定装置側から通信処理手段を介してネットワーク化された外部機器に送信される被測定粒子群および媒体の屈折率に係る条件に基づき、外部機器側から通信処理手段を介して供給される変換係数を用いて上記測定結果を粒度分布に換算し得るよう構成されていることによって特徴づけられる。
【００２９】
ここで、本発明において、粒度分布測定装置の通信処理手段を介してネットワークを構築を構築する外部機器としては、▲１▼粒度分布測定装置側から送られてきた屈折率の条件（粒子の絶対屈折率（複素数）および媒体の絶対屈折率（複素数）、あるいは粒子と媒体との相対屈折率（複素数））に基づいて変換係数を計算し、粒度分布測定装置に対して供給することのできる機能、▲２▼粒度分布測定装置側から送られてきた屈折率の条件（粒子の絶対屈折率（複素数）および媒体の絶対屈折率（複素数）、あるいは粒子と媒体との相対屈折率（複素数））に最も近い条件で計算された変換係数を、記憶されている複数の変換係数の中から選択し、粒度分布測定装置に対して供給する機能、のいずれか一方もしくは双方を有しているコンピュータもしくはそれに類似の機器とされる。
【００３０】
本発明は、粒度分布測定装置自体に膨大な数の変換係数の記憶機能や、屈折率条件に基づいて変換係数を算出する機能を持たせるのではなく、ネットワーク化された外部のコンピュータ等にそのような機能を持たせることで、所期の目的を達成しようとするものである。
【００３１】
すわなち、測定対象となる粒子、および、用いる媒体に関する屈折率の条件に対応した変換係数が、粒度分布測定装置自体に記憶されていない場合、または、粒度分布測定装置自体に記憶されている変換係数では満足できない場合、希望する屈折率の条件を、通信手段を介してネットワーク化された外部機器（コンピュータ）に送信する。
【００３２】
外部機器側では、送られてきた上記の屈折率に係る条件に基づき、前記▲１▼または▲２▼の機能を用いて、変換係数を計算または選択し、粒度分布測定装置に対して供給する。
【００３３】
あるいは、送られてきた屈折率に係る条件に一致する条件で計算された変換係数を、記憶されている複数の変換係数の中から選択し、粒度分布測定装置に対して供給するとともに、一致するものがない場合には、新たな変換係数を計算して、粒度分布測定装置に対して供給すると同時に、次回以降のために、新たに計算した変換係数を外部機器側で記憶しておく。
【００３４】
粒度分布測定装置においては、以上のように外部機器側で計算され、もしくは選択されて通信手段を介して供給されてきた変換係数を用いて、粒度分布を算出する。
【００３５】
このような構成により、粒度分布測定装置側で膨大な記憶容量や計算容量を持つことなく、様々な種類の粒子の粒度分布を正確に求めることのできる変換係数を短時間のうちに得ることが可能となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の実施の形態の構成を示すブロック図であり、外部機器との間でネットワークを構築した状態で示している。なお、この図２においては、ネットワークの接続に必要な機器（ハブ、ルータ等）は省略している。また、ここでネットワークとは、最小規模の場合はＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）であり、最大規模の場合はインターネットとなる。ネットワークの種類および規模には限定されない。
【００３７】
粒度分布測定装置１は、媒体中に分散された被測定粒子群に対してレーザ光を照射し、それによって得られる回折・散乱光の空間強度分布を測定する公知の測定装置本体１１と、その測定装置本体１１により測定された回折・散乱光強度分布データを一旦記憶するエリアや、変換係数を記憶するエリア等が設定された記憶部１２と、測定装置本体１１により測定され、記憶部１２に記憶された回折・散乱光データを、変換係数を用いて粒度分布に換算する演算部１３と、当該粒度分布測定装置１を外部機器と接続してネットワークを構築するための通信処理部１４と、被測定粒子群の絶対屈折率と媒体の絶対屈折率、もしくは、被測定粒子群と媒体との相対屈折率に係る条件を入力し、あるいは各種指令を与えるためのキーボード１５と、演算部１３によって求められた粒度分布等を表示するための表示器１６、および、これらの全体の制御を行う制御部１７を備えている。
【００３８】
通信処理部１４を介して粒度分布測定装置１が接続される接続されるネットワークには、変換係数を供給するための外部コンピュータ２が接続されており、それ以外にも、他の用途に用いられる複数のコンピュータ３やプリンタ４、あるいはその他の機器が接続されている。
【００３９】
このネットワークは、前記したようにその規模や種類に関係なく、従って、外部コンピュータ２と粒度分布測定装置１は同じ部屋内にあってＬＡＮで接続してもかまわないし、ユーザの粒度分布測定装置と装置メーカに設置された外部コンピュータをインターネットあるいは電話回線を介して接続してもかまわない。
【００４０】
粒度分布測定装置１の記憶部１２には、それぞれ複数にわたって、被測定粒子群の絶対屈折率と用いる媒体の絶対屈折率の条件、もしくは、被測定粒子群と媒体との相対屈折率に係る条件に対応して、複数の変換係数が記憶されており、以上のような屈折率に係る条件をキーボード１５から入力することにより、該当する変換係数が記憶部１２内に記憶されている場合には、その変換係数が演算部１３に供給され、その変換係数を用いて、測定装置本体１１で測定されて記憶部１２内に記憶されている回折・散乱光強度分布データを粒度分布データに換算し、表示器１６に表示する。
【００４１】
入力された屈折率の条件に適応可能な変換係数がない場合、あるいは測定者が所望の屈折率の条件を変更して再計算を行うことを希望したとき、すなわち、用いようとする変換係数が粒度分布測定装置１の記憶部１２に記憶されておらず、選択ができない場合には、粒度分布測定装置１は通信処理部１４を介してネットワーク中の外部コンピュータ２に屈折率の条件を送信する。
【００４２】
外部コンピュータ２では、以下の処理のいずれかを行って、粒度分布測定装置１に変換係数を送信するプログラムを有している。
【００４３】
▲１▼粒度分布測定装置１から送られてきた屈折率の条件（粒子の絶対屈折率（複素数）および媒体の絶対屈折率（複素数）、あるいは粒子と媒体との相対屈折率（複素数））に基づいて変換係数を計算し、粒度分布測定装置１に送信する。
【００４４】
▲２▼粒度分布測定装置１から送られてきた屈折率の条件（粒子の絶対屈折率（複素数）および媒体の絶対屈折率（複素数）、あるいは粒子と媒体との相対屈折率（複素数））に最も近い条件で計算された変換係数を、自己の記憶部に記憶されている多数の変換係数の中から選択し、粒度分布測定装置１に送信する。
【００４５】
▲３▼粒度分布測定装置１から送られてきた屈折率の条件（粒子の絶対屈折率（複素数）および媒体の絶対屈折率（複素数）、あるいは粒子と媒体との相対屈折率（複素数））に一致する条件で計算された変換係数を、記憶されている多数の変換係数の中から選択し、粒度分布測定装置１に送信する。このとき、一致するものがない場合には、新たな変換係数を計算して、粒度分布測定装置１に送信すると同時に、次回以降のために、外部コンピュータ２内の記憶装置にその新たな変換係数を追加・記憶する。
【００４６】
粒度分布測定装置１では、外部コンピュータ２から送信されてきた変換係数を通信処理部１４で受信し、その変換係数を演算部１３に供給する。演算部１３では、その送信されてきた変換係数を用いて、記憶部１２内に記憶されている回折・散乱光強度分布データを（６）式によって被測定粒子群の粒度分布に換算する。
【００４７】
なお、粒度分布測定装置１においては、以上のように外部コンピュータ２から送信され、演算部１３における粒度分布演算に供された変換係数を、以降の計算のために記憶部１２に記憶するように構成してもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、粒度分布測定装置に通信手段を設けてネットワークに接続し、そのネットワークに対して別途接続された外部機器に対して、粒子並びに媒体の屈折率に係る条件を送信することにより、外部機器でその条件に応じた変換係数を選択するか、あるいはその条件に基づいて変換係数を算出して粒度分布測定装置に供給し、粒度分布測定装置では、その供給された変換係数を用いて粒度分布を計算するから、相当の時間を要する変換係数の計算や、膨大な量の変換係数の記憶を粒度分布測定装置に担わせることなく、ネットワークを介して外部の大容量の記憶装置ないしは演算装置を利用することが可能となり、所望の屈折率の条件に非常に近いもの、あるいは所望の屈折率を用いて計算した変換係数をそのまま用いることができ、様々な種類の粒子について正確な粒度分布を求めることができ、しかも、通信時間を考慮しても、変換係数の計算時間を飛躍的に短縮することができる。
【００４９】
また、ネットワークに複数の粒度分布測定装置を接続した場合には、その各粒度分布測定装置によって変換係数を共有できるようになる。
【００５０】
更に、変換係数の供給を、インターネットを介して測定装置のメーカが行う場合が考えられる。現状では、粒度分布測定装置には、工場出荷時にかなりの数（数十から数百）の変換係数を添付している。しかし、それでも対応できない場合には、注文に応じて変換係数を作成し、フロッピィディスクで供給するという形態を採っている。この場合、注文から所要の変換係数がユーザの手元に届くまでに数日から数週間の時間と、配送のための人件費が必要となる。本発明を適用して、インターネットを介してユーザとメーカを結ぶことにより、時間と人件費を飛躍的に減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ回折・散乱法を用いた基本的な粒度分布測定装置の構成の説明図
【図２】本発明の実施の形態の構成を示すブロック図で、本発明の実施の形態を含めたネットワークを構築した状態で示す図
【符号の説明】
１  粒度分布測定装置
１１  測定装置本体
１２  記憶部
１３  演算部
１４  通信処理部
１５  キーボード
１６  表示装置
１７  制御部
２  外部コンピュータ
【図１】
0003704931.tif 000007
【図２】
0003704931.tif 000008