(57)【要約】複雑な光学構成を必要とせず、より正確で、特に粒径分布測定の目的に適した統計分析を可能にする。以下を含む、ボディー(B)内に浸入する粒子の特性の測定方法。光線と粒子との散乱相互作用により散乱放射(155)を発生させるよう、所定の幅Dおよびを所定の波長λを有する時間的コヒーレント光線(152)を伴うボディーの照明による、一連の瞬間収集の実行、および、同時に多数のポイントでの、ボディーから来る総放射強度の多数の値(155, 156, 155', 156')の検出、ポイントは、実質的に粒子が散乱可能な、あらゆる方向から来る散乱放射(155、155')を実質的に受け得るような、ボディーからの距離zにあるポイントであり、および、各ポイントは、多数の粒子の散乱放射(155、155')を受け、および、粒子の特性測定するような方法における、一連の収集の処理(100)。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボディー(B)内に浸入する粒子特性の測定方法であって、
光線と粒子との散乱相互作用により散乱放射(155、155')を発生させるよう、所定の幅Dおよび所定の波長λの時間的コヒーレント光線(152, 152')を伴う、ボディーの照明により、一連の瞬間収集を実行すること、そして、同時に多数のポイントでの、ボディーから来る総放射強度の多数の値(155, 156; 155', 156')の検出、ポイントは、粒子が散乱可能な、実質的にあらゆる方向から来る散乱放射(155、155')を受け得るように、ボディーからの距離zにあるポイントであり、および、各ポイントは、多数の粒子の散乱放射(155、155')を受ける、および、
粒子の特性を測定するような方法における、一連の収集の処理(100)を含む測定方法。
【請求項２】
光線(152)が平面波面を有し、さらに距離zは、式（ｚ＜ｄＤ／λ）、ここで、dはボディー内に含まれる粒子の特有のサイズである、が有効であるようなものである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
距離zは、式（ｚ＞ｄ２／λ）もまた有効であるようなものである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
光線(152')は曲がった波面を有し、入射光線(142')が曲がった波面を有する場合、距離zは、近傍電場条件を満足するようなものである、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
ボディー(B)から来る総放射が、各部分が互いに干渉する、ボディー(B)を通して透過される部分(156)、およびボディー(B)から散乱される部分(155)を含む、請求項１〜４のうちのいずれか1つに記載の方法。
【請求項６】
放射が、単一平面(158、159')に属する、多数のポイントで検出される、請求項１〜５のうちのいずれか1つに記載の方法。
【請求項７】
検出が、平面(158)と光学的に結合する、画像平面(159)における多数の強度値の検出により間接的に実行される、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
照明および検出が、ボディー(B)の反対側で実行される、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
一連の収集処理(100)が、ボディー(B)内に浸入した粒子の直径分布測定を可能にするような方法でプログラムされている、請求項6から請求項8のうちのいずれか1つに記載の方法。
【請求項１０】
前記処理が、
一連の収集において検出された多数の放射強度値に対応する、多数の実質的な強度変化値(210)の測定、および
多数の実質的な強度変化値(210)に対応する、電場のパワースペクトル(230)の測定を含む、請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
電場のパワースペクトル(230)の測定に先行して、多数の実質的な強度変化値に対応する、電場の多数の空間的相関関数(220)が測定される、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記処理が、さらに、多数の実質的な強度変化値の測定に先行する、ローパス空間フィルタによる多数の放射強度値のフィルタリング(213)を含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
一連の収集処理(100)が、多数の放射強度値に対応し、さらに、ボディー(B)から来る総放射の検出平面(158、159')内で生成される、スペックルの速度分布の測定を可能とするような方法でプログラミングされている、請求項6から請求項9のうちのいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
スペックルの速度分布が、ボディー(B)内に浸入する粒子の沈降速度を測定するために用いられる、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
一連の収集処理(100)が、異なる時間で実行される、複数対の瞬間収集に関連する各強度間の相関の分析を含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のうちのいずれか1つに記載の前記材料粒子の特性を測定する方法を含む、流動材料の特性を測定する方法。
【請求項１７】
スペックルが多数の放射強度値に対応し、さらに、スペックルが前記流動材料の粒子速度と相関する長さを有するストリークを形作る、ボディー(B)から来る総放射検出平面(158、159')内で生成されるような形で、前記一連の収集の各収集が露光を有する、請求項１から請求項１６のうちのいずれか1つに記載の方法を含む、流動材料の粒子速度を測定する方法。
【請求項１８】
流動材料の流速を測定する方法であって、
請求項17に記載の方法により、前記流動材料の粒子速度を測定すること、および、
前記粒子の散乱断面の測定により、粒子の単位体積あたりの質量を測定することを含む方法。
【請求項１９】
請求項１から請求項１８のうちのいずれか1つに記載の測定方法を実行するよう構成された装置であって、
ボディー(B)の照明に適した光線の発生源(151、151l)、
同時に多数の各ポイントでの放射を検出し、さらに検出を表わす信号を利用可能にするのに適したセンサ手段(153、153')、および、
信号処理により一連の収集を処理するのに適した処理手段を含む装置。
【請求項２０】
倍率関係に従い、平面(158)と光学的に結合する画像平面(159)内で、多数の強度値の検出により、間接的検出を可能にするよう、ボディーとセンサ手段との間に挿入された拡大レンズ手段(154)をさらに含む、請求項19に記載の装置。
【請求項２１】
センサ手段がCCDセンサを含む、請求項19または請求項20に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボディーに浸入した粒子の特性分析、特に透明なボディーおよび対応する装置に浸入した粒子の大きさを測定する方法に関連する。
【０００２】
本発明の特定の、そして、有利な応用には、特に、例えば、粉、蒸気、セメント、製薬品などの粒子材料内の直径分布、または、例えば、絵の具、接着剤、またはクリーム内の透明コロイド性懸濁液内の粒子の測定がある。
【背景技術】
【０００３】
入射電磁場が当った各粒子は、その粒子に関連し、粒子サイズに依存するいわゆる形状因子に従って、角度的に変化する振幅を有する球面散乱波として定義される球面波を発生させる原則を用いる粒子特性測定のための従来技術では、サンプルから長い距離を置いた散乱光の強度が測定可能である。この強度は、実質的に、上記の検出角度変化でのばらつきに対する平均強度である。結果として、従来の装置においては、異なる角度位置の間を移動可能なセンサ、または、多くの角度位置における、スペックルを平均化した、この強度を同時に検出可能な、特別な多要素センサを有している必要がある。いかなる場合でも、装置の正しい動作には、常に光学配列部品のデリケートなシステムが必要である。従来の装置は、結果として、かなり高価な機械的部品および光学的部品を有する、多少複雑で大きなものである。
【０００４】
著者のうちの2人が本発明の発明者に指定されている、非特許文献１には、広角レーザー光線源、および下記の式が真となるような、センサから短距離に置かれた測定対象ボディーにより散乱される、実質的に単独のレーザー光線の放射を検出するCCDセンサを含む装置が説明されている：
z＜(dD)/λ                    (１)
および
z＜(d2)/λ                    (２)
【０００５】
ここで、λはレーザー光線の波長、zはボディーからセンサまでの距離、Dはレーザー光線の直径、dは例えば平均直径などのボディー内に含まれる粒子の特有のサイズを表である。この条件では、たとえレーザー光線の断面に等しい領域にわたってボディーが照らされても、散乱された放射は、CCDの各受感部、またはピクセルが、そのピクセルに頂点を有し、散乱放射が放出される立体角に等しい、立体角内に含まれる方向に、ボディーのポイントにより散乱される、実質的単独放射を受けるような方法で伝播される。この現象の結果、式（１）および式（２）が有効である限り、スペックルの直径は粒子の直径に等しく、この直径の値はボディーからセンサまでの距離に依存しない。
【０００６】
非特許文献１内で説明される機器装置はまた、ボディーとセンサの間に挿入されたレンズ、およびレンズとセンサとの間で、レンズ焦点を通して広がる、レンズの焦点面（focal plane）内に広げられた金属ワイヤを含んでいる。レンズは、各スペックルが多数のピクセルをカバーするよう、センサ上でスペックルの大きさを拡大することが出来る。加えて、レンズは、サンプルを通して伝えられる入射電磁場の一部分であるワイヤ上に集中し、さらに、透過部分がセンサに達しないよう偏向させる形で、金属ワイヤと共働する。
【０００７】
CCDセンサは、同時に、各受感部に対して1つずつ、多数の散乱放射強度値を検出し、対応する信号を処理装置に提供する。この多数の散乱放射強度値は、CCDセンサにより検出されるスペックルの構成に対応している。
【０００８】
図1では、この装置により実行される測定方法の例が示されている。
【０００９】
これらの信号の処理100のために、粒子の大きさの正確な評価を実現させるには、例えば、同一ボディーにより散乱された放射の、CCDセンサによって検出される強度収集数Nなど、一連の連続した瞬間収集を実行する必要がある。
【００１０】
既知のように、信号処理100には、最初に、一連の収集において検出される多数の散乱放射強度値に対応する強度110の多数の空間的相関関数の決定が含まれている。この動作には、各ピクセルに対して、同一ピクセル内での一連の収集で得られる強度値の平均強度111の計算、全ピクセルで得られた平均強度値の平均112の計算、各収集につき1つの、強度113についての多数の空間的相関関数の計算、および、前記平均強度114の空間的相関関数の計算が含まれている。相関関数の計算は、画像の有限次元を考慮に入れて結果を修正する、高速フーリエ変換などの既知の方法により実行されてもよい。図中において、数１はn番収集で座標数２のピクセル内で検出した散乱放射強度値、数３は各ピクセルに対する一連の収集で得られた強度値の平均強度、数４は数２に関するすべての平均強度値数３の平均、数５はn番収集に関連する互いに数６のベクトル距離を有する2ピクセル間の強度の空間的相関関数、数７は平均強度数３の空間的相関関数である。
【数１】
2004532989.tif 000003
【数２】
2004532989.tif 000004
【数３】
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【数４】
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【数５】
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【数６】
2004532989.tif 000008
【数７】
2004532989.tif 000009
【００１１】
従って、信号処理100は、多数の強度空間的相関関数からの電場空間的相関関数120の導出を含んでいる。この動作には、一連の収集および電場相関関数の計算122に関連する、強度空間的相関関数の平均計算121が含まれている。計算122は、強度相関関数を電場相関関数に関連させる、いわゆるジーゲルト(Siegert)式を用いて実行される。結果として、電場相関関数は、以前に計算した他の量に関連させて計算可能となる。図で、数８は強度空間的相関関数の平均、数９は電場相関関数である。
【数８】
2004532989.tif 000010
【数９】
2004532989.tif 000011
【００１２】
最終的に、信号処理100には、電場相関関数に対応する電場130のパワースペクトルの測定が含まれる。この動作は、高速フーリエ変換による電場相関関数のスペクトル計算131、および電場のパワースペクトルを得るための、同じ係数（modulus）を有する被転送波動ベクトル値にわたるスペクトル平均計算132を含んでいる。図において、数１０は被転送波動ベクトル数１１の関数としての電場のパワースペクトル、S(q)は被転送波動ベクトルqの係数の関数としての電場のパワースペクトルである。
【数１０】
2004532989.tif 000012
【数１１】
2004532989.tif 000013
【００１３】
このようにして得られた電場スペクトルは、散乱光測定による粒子の大きさの測定に対して、従来の技術で通常用いられる既知の方法により、粒子の大きさ分布が測定可能となるので、この方法は本願明細書では説明されていない。
【非特許文献１】
2000年8月14日付けのPhysical Review Letters、Vol.85、No.7
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述の方法は、不可避的に測定を困難にする雑音を排除し、結果として、粒子特性の適切な測定を達成可能となるよう、多くの収集を実行しなければならないだろう。加えて、強度相関関数に基づき電場相関関数を計算可能となるよう、散乱放射はランダム・ガウス過程として記述可能である必要がある。さらには、この装置は簡単な構造であるものの、レンズの焦点で反射するワイヤを正確に位置決めする必要がある。
【００１５】
本発明の目的は、複雑な光学構成を必要とせず、既に説明したものより正確で、特に粒径分布測定の目的に適した統計分析を可能にする方法および装置を提供することである。
【００１６】
この目的は、本発明に従い、請求項で定義された特性を有するボディー、および対応する装置において、浸入粒子の特性を分析する方法により達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に従う方法および装置は、以下の物理的原則に基づく：入射電磁場が当った各粒子は、その粒子に関連し、粒子サイズに依存するいわゆる形状因子に従って、角度的に変化する振幅を有する球面散乱波として定義される球面波を発生させる。通常、単一の粒子により散乱されるパワーの大部分は、その直線状の開口が、放射波長と粒子サイズとの間の比率のオーダーとなる立体角内に入る。ある瞬間に、ボディー内に浸入した全粒子により散乱させられる放射は、個々の粒子により発生する波を総計した結果である。
【００１８】
また、有利なことに、本発明の特定の実施例では、装置部品の正確な位置決めに依存しない分析法が実行可能である。
【発明の効果】
【００１９】
これにより、所定の距離に置かれた平面上に、当該技術でスペックル（speckle）として知られる、小さい不規則なドットの配置、または散乱放射強度のばらつきを発生させる、確率的干渉現象が引き起こされる。
【００２０】
ここで、本発明の、好適な、しかしそれに制限されるものではない実施例を、以下の添付図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図2は、本発明に従う測定方法を実行する装置を概略的に示している。本装置は、所定の波長λおよび所定の幅Dを有するレーザー光線152の発生源151を含んでいる。発生源151は、時間的コヒーレント光、好ましくは、例えば、He‐Neまたは可視スペクトルを放射する半導体レーザーなどの、レーザーの発生器、空間フィルタ、およびコリメータ・レンズ(図示せず)で構成されている。発生源151から出る平行矢印は、レーザー光線152の伝播方向を示している。
【００２２】
多数のポイントで多数の電磁放射の強度値を同時に検出可能なセンサ手段153は、レーザー光線の伝播主軸に沿って並べられる。センサ手段は、それぞれが個別ポイントでの電磁放射の強度値を検出可能な、多数の受感部の長方形マトリクスを形成する形で構成されるのが好ましい。センサ手段153はCCDセンサを備えているのがさらに好ましい。
【００２３】
測定対象のボディーBは、発生源151とセンサ手段153との間の挿入位置に位置され、それらと整列される。一般に、ボディーは、レーザー光線152に透明な材料で作られ、その内部には、例えば、一般にdで示される平均直径などの特有のサイズの、所定の大きさ分布を有する粒子が浸入される。粒子が浸入した透明な材料が流体である場合は、ボディーBは、レーザー光線152に対して透明な適当な容器に入れられる。粒子は、いかなる材料で構成されていてもよいが、測定可能となるよう、波長λ以上の大きさを持っていなければならない。
【００２４】
センサ手段153は、式（１）が有効となるよう、実質的にボディーBからの距離zに配置され、それにより、センサ手段153は、粒子が実質的に散乱可能なあらゆる方向から来る散乱放射を受けることになる。式（２）もまた、各受感部が、以下でさらに説明される測定値の統計分析によるデータ処理を可能にするよう、多数の粒子により散乱された放射を受けるように有効でなければならない。より正確には、各受感部に向かって散乱する粒子の数は、ガウス統計内に入るよう、十分でなければならない。例えば、この数は、数十の粒子であってもよい。
【００２５】
レーザー光線152は、ボディーBの粒子と相互作用し、散乱放射155をもたらす。また、破線で示されたレーザー光線152の透過部分156は、ボディーBは通り抜けるが、粒子とは相互作用しない。透過部分156および散乱放射155は、混ざり合い、互いに干渉する。その結果、センサ153は、多数の受感部のボディーから来る、多数の総放射強度値を同時に検出することが出来る。すなわち、透過部分156および散乱放射155は、干渉により、センサ153上に、実質的に多数の受感部で検出される多数の異なる強度値に対応するスペックル画像を形作る。
【００２６】
サンプルBに含まれる粒子が非常に小さい場合、センサ手段153上に個々の各受感部より小さなスペックルが発生する場合もあり、それは有効には測定されない。
【００２７】
従って、センサ153上にスペックルの拡大画像を得るよう、ボディーBとセンサ手段153の間に拡大レンズ手段154が挿入されるのが好ましい。この構成では、式(1)および式(2)における距離zは、レンズ154を用いて画像平面159に結合される、ボディーBの近傍の、平面158のボディーBからの距離である。その結果、多数の強度値の検出は、平面158に光学的に結合している画像平面159内の対応値を検出することによって、間接的に実行される。画像平面159は、センサ手段153の位置により定義される。レンズ手段154は、実質的に、平面158から距離p、さらにセンサ153(従って、画像平面159)から、レンズ手段154の焦点距離fよりかなり大きい、距離qに配置される。このようにして、平面158内に形成される画像は、qとpとの間の比に等しいファクターにより、センサ153上に拡大される。以下から理解されるであろうが、センサ153上に形成される画像は、ボディーBの集点画像ではないが、ボディーBから距離zの平面158の画像である。放射155が散乱する角度は、レンズ手段154により、歪みも制限なく、既知の法則に従ってセンサ153上に再現されることが重要である。さらに、レンズ手段154は、分析される最も小さい粒子の大きさの解像度に十分な開口数を有していなければならない。その結果、レンズ手段154は、例えば適切な顕微鏡対物レンズを含んでいてもよい。
【００２８】
また、センサ153は、ボディー、通常データのマトリクスから来る多数の検出された総放射強度値に対応する信号を処理装置(図示せず)に供給する。
【００２９】
図3には第2の実施例が示されているが、これは、一例として、本発明に従う測定方法を実行する、上述の装置と同様の装置の概略図を示している。
【００３０】
光源151'は、平面(例えば、分岐前部)でない波面を生成するよう、光を既知のタイプ(図示せず)の整形光学装置に送る時間的コヒーレント光発生器を含んでいる。発生源151'から出る分岐矢印は、光線152'の伝播方向を示している。前の実施例のように、ボディーBの領域内に所定の幅D、および所定の波長λを有する光線152'は、測定対象のボディーB上に当たり、その結果、そこに含まれるボディーと相互作用し、その光線の一部は、散乱放射155'および透過部分156'としての連続的に乱されていない部分(破線で表示)をもたらす。
【００３１】
上述されたものと同じセンサ手段153'は、実質的に粒子の散乱可能なあらゆる方向から来る散乱放射155'を前記手段が受けるよう、さらに各受感部が多数の粒子により散乱された放射を受けるよう、実質的にボディーBからの距離zに配置されている。これが起こるように、距離zは、式(1)および式(2)と同様の、光線(152')が曲がった波面を有する、より一般的な場合に有効な近傍電場式が真であるようなものでなければならない。曲がった波面を有する光線に対する式(1)および式(2)の一般化は、当業者に既知の方法で達成可能であるので、本願明細書では説明されない。
【００３２】
散乱放射155'および透過部分156'は共に混合され、互いに干渉し、センサ153'上にスペックル画像を形成する。センサ153'上のスペックルの大きさは、光線を整形する光学装置により導入される波面の湾曲、および照らされた物体Bとセンサ153'との間の距離zに依存するが、有利なことに、これにより、スペックルの拡大画像は、上述の拡大レンズ手段154を必ずしも用いることなく取得可能となる。
【００３３】
それにもかかわらず、示されていない実施例では、センサ表面(画像平面159')が、ボディーBからの距離zの、多数の強度値の検出が画像平面159'内の対応する値の検出により間接的に実行される平面と結合可能となるよう、拡大レンズ手段154が、図2の実施例に関して説明されたのと同様の方法で使用されてもよい。放射が散乱する角度が、レンズ手段154により、整形光学装置により波面内で引き起こされる湾曲に依存する既知の法則に従い、センサ159'上に歪みおよび制限を伴わずに再現されることが重要である。加えて、レンズ手段154は、強度が記録される平面159'内で検出される、スペックルの大きさの解像度に十分な開口数を有していなければならない。その結果、レンズ手段154は、例えば適切な顕微鏡対物レンズを含んでいてもよい。
【００３４】
平面光線の場合に式(1)および式(2)により数学的に表現され、収束または分岐光線に対して適切に一般化可能な近傍電場条件は、近傍電場スペックルの正しい形成を導く。しかしながら、条件（２）により表現されることは、光を当てられたボディーBが適度に薄い近似で有効である。ボディーBに含まれる各ボディーが適度に小さくなったなら、（２）によって表される最小距離は、結果としてボディーBの厚さに匹敵するほど小さくなるだろう。この状況では、この厚さおよび条件（２）によって表される要求事項は、ボディーBの厚さを適切に選択することにより、満足され得ると考えるのが基本である。この厚さは、ボディーBとセンサ153または153'との間の距離zと同様に作用し(拡大レンズ装置が用いられる場合、平面158は多数のセンサにより定義される画像平面159または159'と結合される)、（２）で表される距離より小さな距離であってさえ、近傍電場スペックルが取得可能となる。
【００３５】
装置部品を特徴付ける距離に比してボディーBが薄い場合に起こることと対照的に、ボディーが十分厚い場合は、近傍電場レジームはまた、（２） (または、その光線の湾曲を考慮に入れた変化)により表される距離より小さい距離に維持される。この場合、近傍電場レジームが破損される原因となる現象は存在しない。
【００３６】
図4には、図1のものと同一または同様のステップが同一参照数字により示された、さらに卓越した明快さのための、本発明に従う測定方法の第1の実施例が示されている。
【００３７】
上述の信号の統計的処理100により、粒子の大きさの正確な評価を実現させるには、例えば、同一ボディーから来る総放射について、センサ手段153によって検出された強度収集数Nなど、一連の連続した瞬時収集を実行する必要があろう。
【００３８】
ボディーBに含まれる粒子が動いている場合は、各収集はスペックル画像の変化する時間に比して短い時間内、従って、ボディーB内の粒子の配置が変化する時間に比して短い時間内に実行されなければならない。
【００３９】
信号の統計的処理100は、最初に、一連の収集において検出される多数の放射強度値に対応する、多数の強度、本質的に強度210の変化の決定210を含んでいる。この決定210には、各センサ要素に対して、同一センサ要素における一連の測定で得られた強度値の平均強度111の計算、各センサ要素に対して、同一センサ要素における一連の測定で得られた値の二乗の平均値から得られた平均二次強度値212の計算、ローパス空間フィルタによるフィルタリング213、および実質的に数１２に従う強度変化214の計算が含まれている。
【数１２】
2004532989.tif 000014
ここで、数１３は、n番目の収集に関連する強度の変化と同様の量、数１４は、平均強度数１５のフィルタリングにより得られた強度、そして、数１６は、上述の平均二次強度である。
【数１３】
2004532989.tif 000015
【数１４】
2004532989.tif 000016
【数１５】
2004532989.tif 000017
【数１６】
2004532989.tif 000018
【００４０】
従って、信号の統計的処理100は、多くの実質的強度変化の値に対応する、電場の多数の空間的相関関数220の決定を含んでいる。この動作には、画像の有限次元を考慮した、信号の高速フーリエ変換による各収集に関連する、電場の空間的相関関数の計算が含まれている。図で、数１７は、n番目の収集に関連する、電場の相関関数である。
【数１７】
2004532989.tif 000019
【００４１】
最終的に、信号の統計的処理100は、多数の電場の相関関数に対応する、電場230のパワースペクトルの測定を含む。この動作は、各収集に関連するスペクトルを得る相関関数の反変換231、全収集にわたるスペクトルの平均値232の計算、このようにして得られた同じ係数を有する全被転送波動ベクトル値にわたる関数の平均233の計算、および電場234のパワースペクトルを得るために、その平均からアイドリングスペクトル235を減算することを含んでいる。アイドリングスペクトル235は、これまで説明された方法に従うが、レーザー光線2と相互作用するよう、ボディーBを位置決めすることなく決定される。このように、装置の電子ノイズの影響を測定から減算可能である。図において、数１８は信号数１９のスペクトル、数２０は全収集に渡わたるスペクトル数１８の平均値、数２１は同一係数qを有する波動ベクトル数２２に関する数２０の平均値、そして、Sr(q)はアイドリングスペクトルである。
【数１８】
2004532989.tif 000020
【数１９】
2004532989.tif 000021
【数２０】
2004532989.tif 000022
【数２１】
2004532989.tif 000023
【数２２】
2004532989.tif 000024
【００４２】
最終的に、このようにして得られる電場のパワースペクトルにより、粒子の大きさ分布は、本願明細書内に説明されない散乱光測定による粒子の大きさの測定のための、通常は従来技術で用いられる既知の方法により測定可能となる。
【００４３】
当業者が理解するように、本発明に従う方法で、粒子の大きさを測定可能にするために、もはやレーザー光線の透過部分156を遮蔽する必要がないことが理解されるだろう；このように、透過部分は、より正確な測定を可能にするヘテロダインレファレンスとして機能する。さらには、本発明に従う方法は、本質的に量的な近傍電場散乱技術に基づいている。
【００４４】
図示されているように、電場相関関数の直接測定を可能にする本技術は、フィジカルレビューレターズ（Physical Review Letters）における公表の対象である、上述したホモダイン技術にわたるかなりな利点から利益を得る。事実上、直径の異なる粒子による寄与は、ホモダイン技術に存在し、減算が困難な、混合寄与をもたらすことなく追加される。
【００４５】
また、この装置も粒子速度の測定に特に適している。事実上、サンプルBを構成する粒子の動きは、粒子の速度と比例する速度で、近傍電場スペックルの動きを導く。結果として、粒子の速度は、スペックルの速度を測定可能な、スペックル電界画像の分析技術により測定可能である。
【００４６】
このアプリケーションではまた、ヘテロダイン構成は、デカップルされる異なるサイズの粒子に起因する、スペックル電場への寄与を可能とするので、基本的である。例えば、堆積内の粒子に対しては、これは、サンプルを観察する場合、粒子は、それらのサイズに依存する速度での動きで観察されるように、同じことが、それらを起こす粒子のふるまいに忠実な、近傍電場スペックルにも起こることを意味する。
【００４７】
本発明は、その動きがサンプルB内の粒子の規則的な動きに関連している、近傍電場スペックルの動きに基づいている(スペックルのサイズは、それらが取得される距離zに依存するのではなく、サンプルBに含まれるボディーのサイズに依存する)。事実上、サンプルBを構成する粒子の動きは、入射光線152'の湾曲に依存した速度で、スペックルの動きをもたらす。
【００４８】
近傍電場スペックルについては、スペックルは、散乱粒子の大きさに比例した大きさを有し、粒子速度の測定は、スペックル電場の画像分析の技術により達成可能であり、その技術によりスペックルの速度が測定可能である。
【００４９】
ここで、粒子速度測定に使用可能で、いろいろな時間に記録された複数対の瞬間画像間の相関の分析に基づく測定方法の第2の例を、図解により説明する。2つのこうした画像が得られたなら、本方法は以下のように進行する：1) 空間周波数スペクトルは、フーリエ変換により得られる、2) 得られたスペクトルの積が算定される、3) 逆フーリエ変換により、2つの開始画像の相互相関関数が得られる、4) 2つの瞬間画像を分離する時間が判っているので、スペックル速度が従来の方法で得られる。代替的測定方法は、複数対の画像の分析に基づく、個々のスペックルの各々の速度の直接測定を伴っている。
【００５０】
通常従来の(例えばレーザードップラー速度計の技術を伴った)粒子サイジング装置で使われるタイプの、フローセル内の直線的かつ安定した動きを有する粒子の場合、凍結されるスペックルの画像状態は、以下の所見に基づいて緩和されることが出来る。
【００５１】
単一画像収集の間の動きおよび有限露光のせいで、スペックルは、動きの方向に沿って方向付けられるストリーク(Streak)のように見える。しかしながら、ストリークの方向に垂直に実行される分析は、角度の関数として、散乱乱光の強度分布に関連する全ての有用な情報を保存している。結果的に、この場合には、分析は動きの方向に対して垂直な方向に沿う画像のパワースペクトルの研究に制限される。
【００５２】
流れる微粒子の研究は、材料の速度の測定を取得可能であるので、特に興味深い。事実上、スペックルのストリークの長さが測定され、露光時間も既知であるため、速度は簡単な方法で得ることが出来る。そのうえ、近傍電場散乱に基づく技術により、散乱の絶対測定が取得可能となったので、それにより、単位体積あたりの微粒子の質量を直接推測可能となり、前記速度測定技術によって、1秒あたり表面のユニットごとの材料のグラムに関する流れ率をリアルタイムで測定可能となった。
【００５３】
さらに、伝統的な散乱技術およびホモダイン近傍電場散乱技術とは異なり、ヘテロダイン近傍電場散乱技術に基づく本発明に従う方法により、簡単かつ直接的な方法で、散乱の絶対測定を取得可能となる。これは散乱光が透過光線を妨げ、平均値の点では信号変化測定は散乱断面に関する絶対データを提供するという事実によるものである。それにより、単位体積あたりの粒状材料の量を推測可能である。
【００５４】
本発明は、本願明細書において説明され、および例示されている、ボディーに浸入する粒子特性の測定方法、および対応する装置の実行例として考察されるべき、実施例に制限されることは意図しておらず、部品の形および配置、並びに構成および方法の詳細に対して変更を加えられてもよい。
【００５５】
特に、上述のデータ分析の例は、CCDセンサにより得られるデータマトリクスの二次元フーリエ変換の検査により成っている。しかしながら、上述のものと同等なデータ分析方法は、例えば、二次元相互相関技術または二次元自己相関技術の使用、またはいくつかの画像の分析に基づく、個々の各スペックル速度の直接的測定など、異なる技術により実行されてもよい。
【００５６】
加えて、本発明は必ずしも粒子の大きさの測定に制限されるわけではないが、電場スペクトルから推測可能な、当業者なら、添付の特許請求の範囲により定義される、本発明の範囲内に含まれると考えるのが相応しいと思われるであろういかなる変形にも従う、他の特性の測定に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】従来技術に従う測定方法を示すブロック図である。
【図２】本発明に従う測定方法を実行する装置の概略図である。
【図３】本発明に従う装置の第2の実施例の概略図である。
【図４】本発明に従う測定方法を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１５１  発生源、１５２  レーザー光線、１５３  センサ手段、１５４  拡大レンズ手段、１５５  散乱放射、１５６  透過部分、１５８  平面、１５９  画像平面。
【図１】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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