(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮遊粒子にレーザを照射するレーザ照射手段と、
前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する白熱光検出手段と、
前記白熱光検出手段で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算手段と、
予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶手段と、
前記第１の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第２の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する演算手段と、
前記演算手段で演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定手段と、
を備えた粒径分布測定装置。
【請求項２】
前記第２の減衰速度定数を有するパラメータは、第２の減衰速度定数を第１の減衰速度定数で除したパラメータであること
を特徴とする請求項１記載の粒径分布測定装置。
【請求項３】
浮遊粒子にレーザを照射する第１のレーザ照射手段と、
散乱光を生じさせるためのレーザを照射する第２のレーザ照射手段と、
前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する白熱光検出手段と、
前記白熱光検出手段で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の所定時間領域における減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算手段と、
前記浮遊粒子からの２方向の散乱光強度をそれぞれ検出する散乱光強度検出手段と、
前記散乱光強度検出手段により検出された各散乱光強度に基づいて、２方向の散乱光強度比を演算する散乱光強度比演算手段と、
予め求めておいた減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶手段と、
前記第１の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第２の中心粒径−分布幅マップから前記散乱光強度比演算手段で演算された散乱光強度比に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する演算手段と、
前記演算手段により演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定手段と、
を備えた粒径分布測定装置。
【請求項４】
浮遊粒子にレーザを照射する第１のレーザ照射手段と、
散乱光を生じさせるためのレーザを照射する第２のレーザ照射手段と、
前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する白熱光検出手段と、
前記白熱光検出手段で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算手段と、
前記浮遊粒子からの２方向の散乱光強度をそれぞれ検出する散乱光強度検出手段と、
前記散乱光強度検出手段により検出された各散乱光強度に基づいて、２方向の散乱光強度比を演算する散乱光強度比演算手段と、
予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示す第３の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶手段と、
前記第１の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第２の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、前記第３の中心粒径−分布幅マップから前記散乱光強度比演算手段で演算された散乱光強度比に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第３の関係と、を演算する演算手段と、
前記演算手段により演算された第１から第３の少なくとも２つの関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定手段と、
を備えた粒径分布測定装置。
【請求項５】
浮遊粒子にレーザを照射するレーザ照射工程と、
前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する白熱光検出工程と、
前記白熱光検出工程で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算工程と、
予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、が記憶されたマップ記憶部から、前記減衰速度定数演算工程で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記減衰速度定数演算工程で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する演算工程と、
前記演算工程で演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定工程と、
を備えた粒径分布測定方法。
【請求項６】
前記第２の減衰速度定数を有するパラメータは、第２の減衰速度定数を第１の減衰速度定数で除したパラメータであること
を特徴とする請求項５記載の粒径分布測定方法。
【請求項７】
浮遊粒子に第１のレーザを照射すると共に、散乱光を生じさせるための第２のレーザを照射するレーザ照射工程と、
前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出すると共に、前記浮遊粒子からの２方向の散乱光強度をそれぞれ検出する検出工程と、
前記検出工程で検出された白熱光強度の時間変化に基づいてレーザ照射後の所定時間領域における減衰速度定数を演算すると共に、前記検出工程により検出された各散乱光強度に基づいて２方向の散乱光強度比を演算する第１の演算工程と、
予め求めておいた減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、が記憶されたマップ記憶部から、前記第１の演算工程で演算された減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第１の演算工程で演算された散乱光強度比に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する第２の演算工程と、
前記第２の演算工程により演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定工程と、
を備えた粒径分布測定方法。
【請求項８】
浮遊粒子に第１のレーザを照射すると共に、散乱光を生じさせるための第２のレーザを照射するレーザ照射工程と、
前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出すると共に、前記浮遊粒子からの２方向の散乱光強度をそれぞれ検出する検出工程と、
前記検出工程により検出された白熱光強度の時間変化に基づいてレーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算すると共に、前記検出工程により検出された各散乱光強度に基づいて２方向の散乱光強度比を演算する第１の演算工程と、
予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示す第３の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶部から、前記第１の演算工程で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第１の演算工程で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、前記第１の演算工程で演算された散乱光強度比に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第３の関係と、を演算する第２の演算工程と、
前記第２の演算工程により演算された第１から第３の少なくとも２つの関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定工程と、
を備えた粒径分布測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒径分布測定装置および方法に係り、特に内燃機関の排気ガスに含まれる粒子状物質（以下「ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）」という。）等の浮遊粒子の粒径分布を測定するのに用いて好適な粒径分布測定装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、空気中の浮遊粒子の粒径を測定する方法の１つとして、レーザ誘起白熱法（以下「ＬＩＩ法」という。）が知られている。ＬＩＩ法は、パルスレーザを浮遊粒子に照射して浮遊粒子の温度をすすの蒸発温度（約４５００Ｋ）まで瞬間的に上昇させて浮遊粒子からの白熱光を検出し、そのときのレーザ誘起白熱光信号（以下「ＬＩＩ信号」という。）の減衰速度が粒径によって異なることを利用して、粒径を測定するものである。
【０００３】
図１１は、パルスレーザ照射後の時間に対するＬＩＩ信号強度の関係を示す図である。同図に示すように、中心粒径Ｄnが１００、９０、８０、…、１０［ｎｍ］になるに従ってＬＩＩ信号強度の減衰速度は速くなっている。
【０００４】
ところで、空気中の浮遊粒子の粒径は一定ではなく、ある分布幅をもっているのが通常である。このため、ＬＩＩ信号の強度は、時間が経過するに従って粒径の大きい粒子の影響が大きくなる傾向がある。
【０００５】
図１２（Ａ）は、中心粒径Ｄnが２０［ｎｍ］で分布幅σが単分散、０．１、０．２、……、０．７になった場合におけるパルスレーザ照射後の時間［ｎｓ］に対するＬＩＩ信号強度の関係を示す図である。図１２（Ｂ）は、中心粒径Ｄnが２０［ｎｍ］で分布幅σが単分散、０．１、０．２、……、０．７になった場合における浮遊粒子の数密度分布を示す図である。
【０００６】
図１３（Ａ）は、中心粒径Ｄnが５０［ｎｍ］で分布幅σが単分散、０．１、０．２、……、０．７になった場合におけるパルスレーザ照射後の時間［ｎｓ］に対するＬＩＩ信号強度の関係を示す図である。図１３（Ｂ）は、中心粒径Ｄnが５０［ｎｍ］で分布幅σが単分散、０．１、０．２、……、０．７になった場合における浮遊粒子の数密度分布を示す図である。
【０００７】
図１２及び図１３に示すように、中心粒径Ｄnが大きくなるに従ってＬＩＩ信号の減衰速度は遅くなり、また、同じ中心粒径であっても分布幅によってＬＩＩ信号の経時変化が異なっている。したがって、単分散を仮定して得られる粒径と分布中心粒径とは差異が生じることになる。
【０００８】
米国特許６１８１４１９Ｂ１号明細書（以下「先行文献１」という。）には、図１４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、初期のＬＩＩ信号の強度と発光強度の積算値の比が粒径の関数になることを利用して平均粒径を求めることが記載されている。
【０００９】
また、文献“ＳＡＥ１９９９−０１−０１４６”（以下「先行文献２」という。）には、図１５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ＬＩＩ信号の減衰時間から粒径を決定することが記載されている。
【００１０】
しかし、先行文献１及び２に記載された技術は、単分散粒子と仮定してＬＩＩ信号を解析しているので、粒径分布を正確に測定することができない問題がある。
【００１１】
そこで、ＬＩＩ信号の経時変化から粒径分布を算出する方法として、一般には、ＬＩＩ信号を数値的にデコンボリュートして、元の粒子分布関数を求める方法が考えられる。しかし、この方法は、演算処理に時間がかかり、実時間連続測定のような迅速性を要する系への適用には限界がある。このため、より簡便かつ迅速な粒径分布の解析方法が必要である。
【００１２】
図１６（Ａ）は、減衰速度定数が約０〜４．０×１０7［ｓ-1］における中心粒径Ｄnに対する分布幅σの粒径分布のマップを示す図である。図１６（Ｂ）は、上記マップを減衰速度定数ｋ1の軸方向からみたときの中心粒径Ｄnに対する分布幅σの粒径分布を示す図である。
【００１３】
ＬＩＩ信号の減衰速度の粒径依存度を考慮すると、図１６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、５０［ｎｍ］以下のナノ粒子の領域では、減衰時間の変化率は大きい。しかし、粒径が大きくなるに従って、減衰時間の変化率が小さくなり、粒径の測定精度が低下する。したがって、ＬＩＩ法を用いて浮遊粒子の粒径を測定する場合、計測可能な粒径の上限が制約される問題がある。
【００１４】
本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、粒径の大きさを問わず、簡便かつ迅速に、浮遊粒子の粒径分布を測定する粒径分布測定装置および方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
［第１の発明］
最初に、第１の本発明の原理を説明する。
【００１６】
ＬＩＩ信号の減衰速度は、図１１に示すように、浮遊粒子の粒径が大きくなるに従って遅くなる。また、ある粒径分布を有する系のＬＩＩ信号の減衰速度は、図１２に示すように、分布幅によって異なる。これは、ＬＩＩ信号の減衰初期段階では分布のピーク付近に影響が大きく、減衰終期段階では粒径の大きい粒子の影響が大きくなるからである。よって、２つの時間領域に分けて減衰速度を求めると、中心粒径及び分布幅に関する情報が得られる。
【００１７】
例えば、レーザ照射後３０〜１００［ｎｓ］の減衰速度定数をｋ1とした場合、減衰速度定数ｋ1における中心粒径（Ｄn）−分布幅（σ）のマップは、図１６に示すようになる。また、レーザ照射後１００〜３００［ｎｓ］の減衰速度定数をｋ2とした場合、ｋ2／ｋ1における中心粒径（Ｄn）−分布幅（σ）のマップは、図１に示すようになる。
【００１８】
図１６に示すマップと図１に示すマップとでは、等高線（中心粒径−分布幅）の通る位置、すなわち等高線の偏りが異なる。特に、微小粒径になるに従って、各マップの等高線の偏りの相違が顕著になる。そこで、２つのマップの等高線を重ね合わせることによって、中心粒径（Ｄn）及び分布幅（σ）で与えられる粒径分布を一義的に求めることができる。すなわち、従来困難であった中心粒径と分布幅の同時決定が可能となる。
【００１９】
そこで、請求項１記載の発明は、浮遊粒子にレーザを照射するレーザ照射手段と、前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する白熱光検出手段と、前記白熱光検出手段で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算手段と、予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶手段と、前記第１の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第２の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する演算手段と、前記演算手段で演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定手段と、を備えている。
【００２０】
請求項５記載の発明は、浮遊粒子にレーザを照射するレーザ照射工程と、前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する白熱光検出工程と、前記白熱光検出工程で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算工程と、予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、が記憶されたマップ記憶部から、前記減衰速度定数演算工程で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記減衰速度定数演算工程で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する演算工程と、前記演算工程で演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定工程と、を備えている。
【００２１】
上記発明では、レーザ照射手段は、浮遊粒子にレーザを照射することで、浮遊粒子をレーザ誘起させて加熱させる。なお、浮遊粒子としては、内燃機関の排気ガスに含まれるＰＭが好ましく、特にＰＭの主成分であるすす粒子が好ましい。浮遊粒子は、加熱されると白熱光を放射する。このとき、白熱光検出手段は、浮遊粒子から放射された白熱光強度を検出する。
【００２２】
減衰速度定数演算手段は、白熱光検出手段で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の異なる時間領域における第１及び第２の減衰速度定数をそれぞれ演算する。ここで、第１及び第２の減衰速度定数は互いに大きく異なっているほど、粒径分布の測定精度が向上する。したがって、第１の減衰速度定数の時間領域と、第２の減衰速度定数の時間領域とは、できるだけ時間差があるのが好ましい。
【００２３】
第１の中心粒径−分布幅マップは、予め理論計算により求められたデータであり、第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示すデータである。したがって、第１の中心粒径−分布幅マップによると、第１の減衰速度定数が定まると、当該第１の減衰速度定数に対応する中心粒径及び分布幅の関係が分かるようになっている。
【００２４】
第２の中心粒径−分布幅マップは、予め理論計算により求められたデータである。第２の中心粒径−分布幅マップは、第２の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示すデータ、又は、第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示すデータである。ここで、第２の減衰速度定数を有するパラメータとは、第２の減衰速度定数以外の定数又は変数を含むパラメータを意味する。したがって、第２の中心粒径−分布幅マップによると、第２の減衰速度定数が定まると、当該第２の減衰速度定数に対応する中心粒径及び分布幅の関係、又は、当該第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径及び分布幅の関係が分かるようになっている。
【００２５】
演算手段は、第１の中心粒径−分布幅マップから、減衰速度定数演算手段で演算された第１の減衰速度定数に対応した第１の関係を演算する。演算手段は、同様に、第２の中心粒径−分布幅マップから、減衰速度定数演算手段で演算された第２の減衰速度定数に対応した第２の関係を演算する。そして、決定手段は、演算手段により演算された第１及び第２の関係を重ね合わせて、重ね合った位置から前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する。
【００２６】
したがって、上記発明によれば、予め理論計算を行って用意しておいた第１及び第２の中心粒径−分布幅マップから、実際の演算値に対応した第１及び第２の関係を演算し、第１及び第２の関係に基づいて浮遊粒子の粒径分布を測定することにより、簡便かつ迅速に粒径分布を測定することができる。
【００２７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第２の減衰速度定数を有するパラメータは、第２の減衰速度定数を第１の減衰速度定数で除したパラメータであることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記第２の減衰速度定数を有するパラメータは、第２の減衰速度定数を第１の減衰速度定数で除したパラメータであることを特徴とする。
【００２９】
上記発明では、第１の中心粒径−分布幅マップは、請求項１又は請求項５に記載されたものと同様に構成されている。一方、第２の中心粒径−分布幅マップは、（第２の減衰速度定数／第１の減衰速度定数）、中心粒径及び分布幅の関係を示すデータである。したがって、第２の中心粒径−分布幅マップによると、（第２の減衰速度定数／第１の減衰速度定数）が定まると、当該（第２の減衰速度定数／第１の減衰速度定数）に対応する中心粒径及び分布幅の関係が分かるようになっている。
【００３０】
演算手段は、第１の中心粒径−分布幅マップから、減衰速度定数演算手段で演算された第１の減衰速度定数に対応した中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係を演算する。また、第１の中心粒径−分布幅マップから、（減衰速度定数演算手段で演算された第２の減衰速度定数／減衰速度定数演算手段で演算された第１の減衰速度定数）に対応した中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係を演算する。
【００３１】
これにより、決定手段は、演算された第１及び第２の関係の交点に基づいて、簡便かつ迅速に浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定することができる。
【００３２】
［第２の発明］
つぎに、第２の発明について説明する。
【００３３】
浮遊粒子の粒径が大きくなるに従って、ＬＩＩ信号の減衰速度定数ｋ1の変化率は小さくなるので、粒径測定精度は低下する。一方、浮遊粒子の粒径が大きくなるに従って、２角の散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2の変化率は大きくなる。そこで、光散乱法を組み合わせることにより、粒径が大きい領域における測定精度の低下を補完する。
【００３４】
ここで、２角の散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2における中心粒径（Ｄn）−分布幅（σ）のマップは、図２に示すようになる。ＬＩＩ法により得られた図１に示すマップと、光散乱法により得られた図２に示すマップとでは、等高線の通る位置が異なる。そこで、２つのマップの等高線を重ね合わせることによって、粒径が大きい場合であっても、中心粒径（Ｄn）及び分布幅（σ）で与えられる粒径分布を一義的に求めることができる。
【００３５】
そこで、請求項３記載の発明は、浮遊粒子にレーザを照射する第１のレーザ照射手段と、散乱光を生じさせるためのレーザを照射する第２のレーザ照射手段と、前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する白熱光検出手段と、前記白熱光検出手段で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の所定時間領域における減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算手段と、前記浮遊粒子からの２方向の散乱光強度をそれぞれ検出する散乱光強度検出手段と、前記散乱光強度検出手段により検出された各散乱光強度に基づいて、２方向の散乱光強度比を演算する散乱光強度比演算手段と、予め求めておいた減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶手段と、前記第１の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第２の中心粒径−分布幅マップから前記散乱光強度比演算手段で演算された散乱光強度比に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する演算手段と、前記演算手段により演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定手段と、を備えている。
【００３６】
請求項７記載の発明は、浮遊粒子に第１のレーザを照射すると共に、散乱光を生じさせるための第２のレーザを照射するレーザ照射工程と、前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出すると共に、前記浮遊粒子からの２方向の散乱光強度をそれぞれ検出する検出工程と、前記検出工程で検出された白熱光強度の時間変化に基づいてレーザ照射後の所定時間領域における減衰速度定数を演算すると共に、前記検出工程により検出された各散乱光強度に基づいて２方向の散乱光強度比を演算する第１の演算工程と、予め求めておいた減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、が記憶されたマップ記憶部から、前記第１の演算工程で演算された減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第１の演算工程で演算された散乱光強度比に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する第２の演算工程と、前記第２の演算工程により演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定工程と、を備えている。
【００３７】
上記発明では、浮遊粒子をレーザ誘起させるためのレーザとしてはパルスレーザが好ましく、散乱光を生じさせるためのレーザとしては連続発光レーザが好ましい。
【００３８】
減衰速度定数演算手段は、白熱光検出手段で検出された白熱光強度に基づいてレーザ照射後の所定時間領域における減衰速度定数を演算する。なお、レーザ照射後の所定時間領域は特に限定されず、白熱光の減衰初期であっても、減衰終期であっても、その間であってもよい。
【００３９】
散乱光強度比演算手段は、散乱光強度検出手段により検出された２方向の散乱光強度に基づいて２方向の散乱光強度比を演算する。なお、散乱光の散乱角は、特に限定されるものではないが、例えば、散乱光放射用のレーザの入射方向に対して３０度や１５０度を用いることができる。
【００４０】
第１の中心粒径−分布幅マップは、ＬＩＩ法により予め理論計算で求められたものであり、減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示している。第２の中心粒径−分布幅マップは、光散乱法により予め理論計算で求められたものであり、散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示している。
【００４１】
ここで、浮遊粒子の粒径が大きくなるに従って、例えば図１６（Ｂ）に示すように、減衰速度定数の変化率は小さくなるので、第１の中心粒径−分布幅マップによる粒径分布の精度は低くなる。一方、浮遊粒子の粒径が大きくなるに従って、例えば図２に示すように、散乱光強度比の変化率は大きくなるので、第２の中心粒径−分布幅マップによる粒径分布の精度は高くなる。
【００４２】
演算手段は、第１の中心粒径−分布幅マップから、減衰速度定数演算手段で演算された減衰速度定数をに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係を演算する。演算手段は、第２の中心粒径−分布幅マップから、散乱光強度比演算手段で演算された散乱光強度比に対応するような中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係を演算する。
【００４３】
決定手段は、演算された第１及び第２の関係に基づいて、浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する。したがって、ＬＩＩ法によって求められた第１の関係と、光散乱法によって求められた第２の関係とを用いているので、ＬＩＩ法による測定精度の低下を補完して、比較的大きな粒径であっても、正確に、粒径分布を測定することができる。
【００４４】
なお、第１及び第２の発明を組み合わせることによって第３の発明を構成してもよい。第３の発明によれば、ナノ粒子の場合は第１の発明によって粒径分布を測定し、５０〜１００［ｎｍ］の微小粒子の場合は第２の発明によって粒径分布を測定することができるので、測定可能な粒径範囲を拡大することができる。
【００４５】
具体的には、請求項４記載の発明は、浮遊粒子にレーザを照射する第１のレーザ照射手段と、散乱光を生じさせるためのレーザを照射する第２のレーザ照射手段と、前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する白熱光検出手段と、前記白熱光検出手段で検出された白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算手段と、前記浮遊粒子からの２方向の散乱光強度をそれぞれ検出する散乱光強度検出手段と、前記散乱光強度検出手段により検出された各散乱光強度に基づいて、２方向の散乱光強度比を演算する散乱光強度比演算手段と、予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示す第３の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶手段と、前記第１の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第２の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、前記第３の中心粒径−分布幅マップから前記散乱光強度比演算手段で演算された散乱光強度比に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第３の関係と、を演算する演算手段と、前記演算手段により演算された第１から第３の少なくとも２つの関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定手段と、を備えている。
【００４６】
また、請求項８記載の発明は、浮遊粒子に第１のレーザを照射すると共に、散乱光を生じさせるための第２のレーザを照射するレーザ照射工程と、前記浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光強度を検出すると共に、前記浮遊粒子からの２方向の散乱光強度をそれぞれ検出する検出工程と、前記検出工程により検出された白熱光強度の時間変化に基づいてレーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算すると共に、前記検出工程により検出された各散乱光強度に基づいて２方向の散乱光強度比を演算する第１の演算工程と、予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた散乱光強度比、中心粒径及び分布幅の関係を示す第３の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶部から、前記第１の演算工程で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第１の演算工程で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、前記第１の演算工程で演算された散乱光強度比に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第３の関係と、を演算する第２の演算工程と、前記第２の演算工程により演算された第１から第３の少なくとも２つの関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定工程と、を備えている。
【００４７】
その他の発明として、コンピュータにインストールされている粒径分布測定プログラムを適用してもよい。例えば、コンピュータを、浮遊粒子のレーザ誘起による白熱光強度の時間変化に基づいて、レーザ照射後の異なる時間領域における白熱光強度の第１及び第２の減衰速度定数を演算する減衰速度定数演算手段と、予め求めておいた第１の減衰速度定数、中心粒径及び分布幅の関係を示す第１の中心粒径−分布幅マップと、予め求めておいた第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータ、中心粒径及び分布幅の関係を示す第２の中心粒径−分布幅マップと、を記憶するマップ記憶手段と、前記第１の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第１の減衰速度定数に対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第１の関係と、前記第２の中心粒径−分布幅マップから前記減衰速度定数演算手段で演算された第２の減衰速度定数又は第２の減衰速度定数を有するパラメータに対応する中心粒径と分布幅との関係を示す第２の関係と、を演算する演算手段と、前記演算手段で演算された第１及び第２の関係に基づいて、前記浮遊粒子の中心粒径及び分布幅の少なくとも１つを決定する決定手段と、として機能させることを特徴とする粒径分布測定プログラムを用いることができる。粒径分布測定プログラムにおいては、前記第２の減衰速度定数を有するパラメータとして、第２の減衰速度定数を第１の減衰速度定数で除したパラメータを用いてもよい。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４９】
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る粒径分布測定装置は、排気ガスに含まれるＰＭがナノ粒子（粒径５０［ｎｍ］以下）の場合に、ＰＭの粒径分布を測定するのに好適なものである。
【００５０】
図３は、第１の実施形態の形態に係る粒径分布測定装置の構成を示す図である。粒径分布測定装置は、浮遊粒子にパルスレーザを照射するパルス発振レーザ装置１１と、浮遊粒子のレーザ誘起による白熱光を濾過するフィルタ１２と、フィルタ１２を介して入射された白熱光を検出する光電子倍増管１３と、浮遊粒子の粒径分布を演算するコンピュータ２０と、を備えている。
【００５１】
パルス発振レーザ装置１１は、浮遊粒子が存在する観測領域（例えば、内燃機関の排気管）にパルスレーザを照射することで浮遊粒子をレーザ誘起させる。浮遊粒子は、レーザ誘起によって加熱されると白熱光を放射する。
【００５２】
フィルタ１２は、例えば４００〜５００［ｎｍ］までの波長域の光を透過し、それ以外の波長域の光をカットする性質を有する。光電子倍増管１３は、フィルタ１２を介して入射された白熱光を光電面において電子に変換して、白熱光の強度に応じた電流を出力する。
【００５３】
コンピュータ２０は、光電子倍増管１３で検出された電流に基づいて２つの減衰速度定数ｋ1，ｋ2を演算する。そして、減衰速度定数ｋ1及び減衰速度定数比ｋ2／ｋ1にそれぞれ対応する中心粒径−分布幅データを演算して、各中心粒径−分布幅データに基づいて粒径分布を求める。コンピュータ２０は、このような処理を行うために、具体的には次のような機能構成になっている。
【００５４】
図４は、コンピュータ２０の機能的な構成を示すブロック図である。図５は、コンピュータ２０の処理内容を模式的に示した図である。
【００５５】
コンピュータ２０は、光電子倍増管１３で検出された白熱光の波形を記憶する波形記憶部２１と、減衰速度定数ｋ1を演算するｋ1演算部２２と、減衰速度定数ｋ1の中心粒径−分布幅３次元マップを記憶するｋ1マップ記憶部２３と、演算された減衰速度定数ｋ1に対応する中心粒径−分布幅データを演算するｋ1データ演算部２４と、を備えている。
【００５６】
さらに、コンピュータ２０は、減衰速度定数比ｋ2／ｋ1を演算するｋ2／ｋ1演算部２５と、減衰速度定数比ｋ2／ｋ1の中心粒径−分布幅３次元マップを記憶するｋ2／ｋ1マップ記憶部２６と、中心粒径−分布幅３次元マップから中心粒径−分布幅データを演算するｋ2／ｋ1データ演算部２７と、演算された２つの中心粒径−分布幅データに基づいて粒径分布を測定する粒径分布測定部２８と、を備えている。
【００５７】
ｋ1演算部２２は、波形記憶部２１に記憶されている白熱光の波形のうち減衰初期（時刻ｔ0〜ｔ1）における波形を用いて、減衰初期の減衰速度定数ｋ1を演算する。
【００５８】
ｋ1マップ記憶部２３には、予め用意された理論計算値である中心粒径−分布幅３次元マップが記憶されている。中心粒径−分布幅３次元マップは、減衰速度定数ｋ1が様々な値を取るときの中心粒径Ｄnと分布幅σとの関係を表したものである。したがって、中心粒径−分布幅３次元マップによると、減衰速度定数ｋ1が定まると、当該減衰速度定数ｋ1に対応する中心粒径Ｄnと分布幅σとの関係を示す中心粒径−分布幅データが定まるようになっている。
【００５９】
例えば、３０〜１００［ｎｓ］までを減衰初期の時間領域とした場合、ｋ1マップ記憶部２３には、図１６（Ａ）及び（Ｂ）に示すような中心粒径−分布幅３次元マップが記憶されている。この中心粒径−分布幅３次元マップによると、減衰速度定数ｋ1が約０〜４．０×１０7［ｓ-1］までのいずれかで定まると、中心粒径Ｄnと分布幅σとの関係を表す中心粒径−分布幅データが定まるようになっている。
【００６０】
ｋ1データ演算部２４は、ｋ1マップ記憶部２３に記憶されている中心粒径−分布幅３次元マップから、ｋ1演算部２２で演算された減衰速度定数ｋ1に対応する中心粒径−分布幅データを演算し、この中心粒径−分布幅データを粒径分布測定部２８に供給する。
【００６１】
ｋ2／ｋ1演算部２５は、最初に波形記憶部２１に記憶されている白熱光の波形のうち減衰終期（時刻ｔ’0〜ｔ’1）における波形を用いて、減衰終期の減衰速度定数ｋ2を演算する。そして、この減衰速度定数ｋ2と、ｋ1演算部２２で演算された減衰速度定数ｋ1と、を用いて、減衰速度定数比ｋ2／ｋ1を演算する。
【００６２】
ｋ2／ｋ1マップ記憶部２６には、予め用意された理論計算値である中心粒径−分布幅３次元マップが記憶されている。中心粒径−分布幅３次元マップは、減衰速度定数比ｋ2／ｋ1が様々な値を取るときの中心粒径Ｄnと分布幅σとの関係を表したものである。したがって、中心粒径−分布幅３次元マップによると、減衰速度定数比ｋ2／ｋ1が定まると、当該減衰速度定数比ｋ2／ｋ1に対応する中心粒径Ｄnと分布幅σとの関係を示す中心粒径−分布幅データが定まるようになっている。
【００６３】
例えば、３０〜１００［ｎｓ］までを減衰初期の時間領域とし、１００〜３００［ｎｓ］までを減衰終期の時間領域とした場合、ｋ2／ｋ1マップ記憶部２６には、図１に示すような中心粒径−分布幅３次元マップが記憶されている。この中心粒径−分布幅３次元マップによると、減衰速度定数比ｋ2／ｋ1が約０．２〜０．９までのいずれかで定まると、中心粒径Ｄnと分布幅σとの関係を表す中心粒径−分布幅データが定まるようになっている。
【００６４】
ｋ2／ｋ1データ演算部２７は、ｋ2／ｋ1マップ記憶部２６に記憶されている中心粒径−分布幅３次元マップから、ｋ2／ｋ1演算部２５で演算された減衰速度定数比ｋ2／ｋ1に対応する中心粒径−分布幅データを演算し、この中心粒径−分布幅データを粒径分布測定部２８に供給する。
【００６５】
粒径分布測定部２８は、ｋ1データ演算部２４から供給された中心粒径−分布幅データとｋ2／ｋ1データ演算部２７から供給された中心粒径−分布幅データとを重ね合わせる。ナノ粒子の場合では、図５に示すように、これらの中心粒径−分布幅データは１点で交わり、この交点が観測領域における粒径分布を表している。そこで、粒径分布測定部２８は、２つの中心粒径−分布幅データに基づいて、重なり合う点（中心粒径Ｄn，分布幅σ）を求める。
【００６６】
そして、粒径分布測定部２８は、中心粒径Ｄn，分布幅σを用いて正規対数分布の粒子数分布Ｐ（Ｄ）を測定するときは、以下の式（１）を演算する。なお、Ｄは粒径を示している。
【００６７】
【数１】
0003918508.tif 000002
【００６８】
なお、粒径分布は、正規対数分布に限らない。
【００６９】
以上のように、第１の実施形態に係る粒径分布測定装置は、浮遊粒子が放射した白熱光の時間領域が異なる減衰速度定数ｋ1，ｋ2を測定し、演算された減衰速度定数ｋ1，ｋ2と中心粒径−分布幅３次元マップとに基づいて２つ中心粒径−分布幅データを求め、各中心粒径−分布幅データを重ね合わせることによって、浮遊粒子の中心粒径Ｄn及び分布幅σを測定することができる。
【００７０】
この際、予め用意しておいた理論計算値である２つ中心粒径−分布幅３次元マップから、測定された減衰速度定数ｋ1及び減衰速度定数比ｋ2／ｋ1に対応する中心粒径−分布幅データを演算しているので、簡便かつ迅速に粒径分布を測定することができる。
【００７１】
また、粒径分布測定装置は、レーザによる光学的手法を用いているので、実時間で、かつ浮遊粒子に接触することなく、粒径分布を測定することができる。したがって、内燃機関の過渡運転状態のように、観測領域の浮遊粒子の粒径分布が時間的に変化する場合においても、正確に粒径分布を測定することができる。
【００７２】
なお、本実施の形態では、減衰速度定数ｋ1及び減衰速度定数比ｋ2／ｋ1のそれぞれの中心粒径−分布幅３次元マップを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ｋ2／ｋ1の中心粒径−分布幅３次元マップに代えて、ｋ1／ｋ2の中心粒径−分布幅３次元マップを用いることもできる。
【００７３】
［第２の実施形態］
つぎに、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同一の部位については同一の符号を付し、重複する部位の詳細な説明は省略する。  第２の実施形態に係る粒径分布測定装置は、排気ガスに含まれるＰＭが微小粒子（粒径５０〜１００［ｎｍ］程度）の場合に、ＰＭの粒径分布を測定するのに好適なものである。
【００７４】
図６は、第２の実施の形態に係る粒径分布測定装置の構成を示す図である。粒径分布測定装置は、浮遊粒子にパルスレーザを照射するパルス発振レーザ装置１１と、浮遊粒子からの白熱光を濾過するフィルタ１２と、フィルタ１２を介して入射された白熱光を検出する光電子倍増管光電子倍増管１３と、光散乱用の連続発振レーザ装置（以下「ＣＷレーザ装置」という。）１４と、フィルタ１５，１７と、散乱光の強度を検出する光検出器１６，１８と、散乱光の強度をディジタル化するデジタイザ１９と、浮遊粒子の粒径分布を測定するコンピュータ２０と、を備えている。
【００７５】
ＣＷレーザ装置１４は、浮遊粒子の観測領域に対して光散乱用のＣＷレーザを出射して、観測領域に散乱光を生じさせる。なお、ＣＷレーザの入射角は特に限定されるものではない。
【００７６】
光検出器１６は、ＣＷレーザ出射方向に対して約３０度の角度で観測領域において散乱した散乱光を、フィルタ１５を介して検出する。光検出器１８は、ＣＷレーザ出射方向に対して約１５０度の角度で観測領域において散乱した散乱光を、フィルタ１７を介して検出する。
【００７７】
デジタイザ１９は、光検出器１６で検出された光強度Ｉ1をディジタル化し、光検出器１８で検出された光強度Ｉ2をディジタル化し、光強度Ｉ1，Ｉ2のデータをコンピュータ２０に供給する。
【００７８】
コンピュータ２０は、光電子倍増管１３で検出された電流に基づいて減衰初期の減衰速度定数ｋ1を演算し、求められた減衰速度定数ｋ1に対応する中心粒径−分布幅データを演算する。さらに、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2を演算し、求められた散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2に対応する中心粒径−分布幅データを演算して、各中心粒径−分布幅データに基づいて粒径分布を求める。具体的にはコンピュータ２０は、次のような機能構成になっている。
【００７９】
図７は、コンピュータ２０の機能的な構成を示すブロック図である。図８は、コンピュータ２０の処理内容を模式的に示した図である。
【００８０】
コンピュータ２０は、光電子倍増管１３で検出された白熱光の波形を記憶する波形記憶部２１と、減衰速度定数ｋ1を演算するｋ1演算部２２と、減衰速度定数ｋ1の中心粒径−分布幅３次元マップを記憶するｋ1マップ記憶部２３と、演算された減衰速度定数ｋ1に対応する中心粒径−分布幅データを演算するｋ1データ演算部２４と、を備えている。
【００８１】
さらに、コンピュータ２０は、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2を演算するＩ1／Ｉ2演算部３１と、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2の中心粒径−分布幅３次元マップを記憶するＩ1／Ｉ2マップ記憶部３２と、演算された散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2に対応する中心粒径−分布幅データを演算するＩ1／Ｉ2データ演算部３３と、２つの中心粒径−分布幅データに基づいて粒径分布を測定する粒径分布測定部２８と、を備えている。
【００８２】
Ｉ1／Ｉ2演算部３１は、デジタイザ１９から供給される光強度Ｉ1，Ｉ2を用いてＩ1／Ｉ2を演算し、演算結果をＩ1／Ｉ2データ演算部３３に供給する。
【００８３】
Ｉ1／Ｉ2マップ記憶部３２には、予め用意された理論計算値である中心粒径−分布幅３次元マップが記憶されている。中心粒径−分布幅３次元マップは、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2が様々な値を取るときの中心粒径Ｄnと分布幅σとの関係を表したものである。したがって、中心粒径−分布幅３次元マップによると、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2が定まると、当該散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2に対応する中心粒径及び分布幅の関係が定まるようになっている。
【００８４】
Ｉ1／Ｉ2マップ記憶部２３には、例えば図２に示すような中心粒径−分布幅３次元マップが記憶されている。この中心粒径−分布幅３次元マップは、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2が約１〜１４の所定値毎に、中心粒径Ｄnと分布幅σとの関係を表す複数の中心粒径−分布幅データで構成されている。
【００８５】
Ｉ1／Ｉ2データ演算部３３は、Ｉ1／Ｉ2マップ記憶部３２に記憶されている中心粒径−分布幅３次元マップから、Ｉ1／Ｉ2演算部３１で演算された散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2に対応する中心粒径−分布幅データを演算し、この中心粒径−分布幅データを粒径分布測定部２８に供給する。
【００８６】
粒径分布測定部２８は、ｋ1データ演算部２４から供給された中心粒径−分布幅データとｋ2／ｋ1データ演算部２７から供給された中心粒径−分布幅データとを重ね合わせる。微小粒子の場合では、図８に示すように、これらの中心粒径−分布幅データは１点で交わり、この交点が観測領域における粒径分布を表している。そこで、粒径分布測定部２８は、２つの中心粒径−分布幅データに基づいて、重なり合う点（中心粒径Ｄn，分布幅σ）を求める。
【００８７】
そして、粒径分布測定部２８は、中心粒径Ｄn，分布幅σを用いて正規対数分布の粒子数分布Ｐ（Ｄ）を測定するときは、上述した式（１）を演算すればよい。
【００８８】
以上のように、第２の実施の形態に係る粒径分布測定装置は、浮遊粒子が放射した白熱光の減衰速度定数ｋ1と、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2を測定し、これらの測定値と中心粒径−分布幅３次元マップとに基づいて２つ中心粒径−分布幅データを求め、各中心粒径−分布幅データを重ね合わせることによって、浮遊粒子の中心粒径Ｄn及び分布幅σを測定することができる。
【００８９】
特に、粒径が大きくなるに従って、光散乱法によって得られる散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2の変化率は大きくなる性質がある。したがって、粒径分布測定装置は、ＬＩＩ法で粒径分布測定の精度が低下するような粒径領域（５０〜１００［ｎｍ］程度）であっても、光散乱法を用いることで、正確に粒径分布を測定することができる。
【００９０】
また、予め用意しておいた理論計算値である２つ中心粒径−分布幅３次元マップから、測定された減衰速度定数ｋ1及び散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2に対応する中心粒径−分布幅データを読み出しているので、簡便かつ迅速に粒径分布を測定することができる。
【００９１】
さらに、粒径分布測定装置は、第１の実施形態と同様にレーザによる光学的手法を用いているので、実時間で、かつ浮遊粒子に接触することなく、粒径分布を測定することができ、この結果、観測領域の浮遊粒子の粒径分布が時間的に変化する場合においても正確に粒径分布を測定することができる。
【００９２】
なお、本実施の形態では、散乱角として３０度と１５０度の場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の散乱角を用いてもよいのは勿論である。例えば、散乱角Ｘ度のときの光強度をＩX、散乱角Ｙ度のときの光強度をＩYとした場合、Ｉ1／Ｉ2マップ記憶部３２に、予め理論計算によりＩX／ＩYの中心粒径−分布幅３次元マップを記憶しておけばよい。
【００９３】
さらに、減衰速度定数ｋ1の中心粒径−分布幅３次元マップに代えて、減衰速度定数ｋ2の中心粒径−分布幅３次元マップを用いることができるのは勿論である。
【００９４】
［第３の実施形態］
つぎに、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同一の部位については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００９５】
第３の実施形態に係る粒径分布測定装置は、第２の実施形態と同様に、図６に示すように構成されている。但し、コンピュータ２０は、第２の実施形態と異なり、次のように構成されている。
【００９６】
図９は、コンピュータ２０の機能的な構成を示すブロック図である。図１０は、コンピュータ２０の処理内容を模式的に示した図である。
【００９７】
コンピュータ２０は、光電子倍増管１３で検出された白熱光の波形を記憶する波形記憶部２１と、減衰速度定数ｋ1を演算するｋ1演算部２２と、減衰速度定数ｋ1の中心粒径−分布幅３次元マップを記憶するｋ1マップ記憶部２３と、演算された減衰速度定数ｋ1に対応する中心粒径−分布幅データを演算するｋ1データ演算部２４と、を備えている。
【００９８】
また、コンピュータ２０は、減衰速度定数比ｋ2／ｋ1を演算するｋ2／ｋ1演算部２５と、減衰速度定数比ｋ2／ｋ1の中心粒径−分布幅３次元マップを記憶するｋ2／ｋ1マップ記憶部２６と、中心粒径−分布幅３次元マップから中心粒径−分布幅データを演算するｋ2／ｋ1データ演算部２７と、演算された２つの中心粒径−分布幅データに基づいて粒径分布を測定する粒径分布測定部２８と、を備えている。
【００９９】
さらに、コンピュータ２０は、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2を演算するＩ1／Ｉ2演算部３１と、散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2の中心粒径−分布幅３次元マップを記憶するＩ1／Ｉ2マップ記憶部３２と、演算された散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2に対応する中心粒径−分布幅データを演算するＩ1／Ｉ2データ演算部３３と、２つの中心粒径−分布幅データに基づいて粒径分布を測定する粒径分布測定部２８と、を備えている。
【０１００】
例えば浮遊粒子がナノ粒子の場合では、粒径分布測定部２８は、ｋ1データ演算部２４で演算された中心粒径−分布幅データと、ｋ2／ｋ1データ演算部２７で演算された中心粒径−分布幅データと、を重ね合わせて粒径分布（Ｄn，σ）を測定する。
【０１０１】
また、例えば浮遊粒子が微小粒子の場合では、粒径分布測定部２８は、ｋ1データ演算部２４で演算された中心粒径−分布幅データと、Ｉ1／Ｉ2データ演算部３３で演算された中心粒径−分布幅データと、を重ね合わせて粒径分布（Ｄn，σ）を測定する。また、粒径分布測定部２８は、ｋ2／ｋ1データ演算部２７で演算された中心粒径−分布幅データと、Ｉ1／Ｉ2データ演算部３３で演算された中心粒径−分布幅データと、を重ね合わせて粒径分布（Ｄn，σ）を測定してもよい。
【０１０２】
さらに、例えば浮遊粒子の粒径の予測ができないときは、粒径分布測定部２８は、ｋ1データ演算部２４で演算された中心粒径−分布幅データと、Ｉ1／Ｉ2データ演算部３３で演算された中心粒径−分布幅データと、ｋ2／ｋ1データ演算部２７で演算された中心粒径−分布幅データと、を重ね合わせて粒径分布（Ｄn，σ）を測定してもよい。
【０１０３】
以上のように、第３の実施形態に係る粒径分布測定装置は、浮遊粒子の粒径の大きさに応じて参照すべき中心粒径−分布幅３次元マップ及び中心粒径−分布幅データを演算することによって、浮遊粒子の粒径の大きさを問わず、粒径分布を正確に測定することができる。
【０１０４】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で様々な設計上の変更を行うことができるのは勿論である。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明に係る粒径分布測定装置および方法によれば、予め理論計算を行って用意しておいた複数の中心粒径−分布幅３次元マップから、実際の演算値に対応する少なくとも２つの関係を演算し、これらの関係に基づいて浮遊粒子の粒径分布を決定することにより、簡便かつ迅速に粒径分布を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】１００から３００［ｎｓ］の減衰速度定数をｋ2として、ｋ2／ｋ1における中心粒径（Ｄn）−分布幅（σ）のマップ上での関係を示す図である。
【図２】２角の散乱光強度比Ｉ1／Ｉ2における中心粒径（Ｄn）−分布幅（σ）のマップ上での関係を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る粒径分布測定装置の構成を示す図である。
【図４】粒径分布測定装置に備えられたコンピュータの機能的な構成を示すブロック図である。
【図５】コンピュータの処理内容を模式的に示した図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る粒径分布測定装置の構成を示す図である。
【図７】粒径分布測定装置に備えられたコンピュータの機能的な構成を示すブロック図である。
【図８】コンピュータの処理内容を模式的に示した図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る粒径分布測定装置に備えられたコンピュータの機能的な構成を示すブロック図である。
【図１０】コンピュータの処理内容を模式的に示した図である。
【図１１】パルスレーザ照射後の時間に対するＬＩＩ信号強度の関係を示す図である。
【図１２】中心粒径Ｄnが２０［ｎｍ］で分布幅σが単分散、０．１、０．２、……、０．７になった場合において、（Ａ）はパルスレーザ照射後の時間［ｎｓ］に対するＬＩＩ信号強度の関係を示す図であり、（Ｂ）は浮遊粒子の数密度分布を示す図である。
【図１３】中心粒径Ｄnが５０［ｎｍ］で分布幅σが単分散、０．１、０．２、……、０．７になった場合において、（Ａ）はパルスレーザ照射後の時間［ｎｓ］に対するＬＩＩ信号強度の関係を示す図であり、（Ｂ）は浮遊粒子の数密度分布を示す図である。
【図１４】初期のＬＩＩ信号の強度と発光強度の積算値の比が粒径の関数になることを利用して平均粒径を求めることを説明するための図である。
【図１５】ＬＩＩ信号の減衰時間から粒径を決定することを説明するための図である。
【図１６】（Ａ）は、減衰速度定数ｋ1が０から４．０×１０7［ｓ-1］における中心粒径Ｄnに対する分布幅σの粒径分布を３次元で示す図である。（Ｂ）は、減衰速度定数ｋ1が０から４．０×１０7［ｓ-1］まで所定値毎に変化したときの中心粒径Ｄnに対する分布幅σの粒径分布を示す図である。
【符号の説明】
１１  パルスレーザ装置
１２，１５，１７  フィルタ
１３  光電子倍増管
１４  ＣＷレーザ装置
１６，１８  光検出器
１９  デジタイザ
２０  コンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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