(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
測定対象である粒子に光を照射する光源と、前記光の照射により生じる回折/散乱光の光強度を検出する複数の光検出器と、前記各光検出器から出力された光強度信号を受信し、ベクトルsがベクトルqと係数行列Kとの積を含む所定式で表されることに基づいて前記粒子の粒子径分布を算出する演算部とを具備し、
前記演算部が、前記係数行列Kの要素のうち1つの要素を算出するために用いられる前記粒子の粒子径に依存する複数の第1パラメータ及び前記回折/散乱光の拡がり角に依存する複数の第2パラメータのうち少なくとも2つのパラメータを並列計算して算出することを特徴とする粒子径分布測定装置。
ここで、ベクトルsは、各光検出器から出力された光強度信号の値から得られる回折/散乱光の拡がり角度毎の光強度分布を示すベクトル、ベクトルqは、測定対象である粒子の粒子径分布を示すベクトル、係数行列Kは、ベクトルqをベクトルsに変換するための行列である。
前記演算部が、前記係数行列Kの要素のうち1つの行に含まれる2以上の要素又は1つの列に含まれる2以上の要素を並列計算して算出することを特徴とする請求項1記載の粒子径分布測定装置。
前記演算部が、前記係数行列Kの要素のうちある行に含まれる要素を算出する際に記憶した複数の前記パラメータの値と、ある列に含まれる要素を算出する際に記憶した複数の前記パラメータの値とを用いて、これらの行及び列が交わる位置の要素を算出することを特徴とする請求項1乃至3何れか一項に記載の粒子径分布測定装置。
測定対象である粒子に光を照射する光源と、前記光の照射により生じる回折/散乱光の光強度を検出する複数の光検出器と、前記各光検出器から出力された光強度信号を受信し、ベクトルsがベクトルqと係数行列Kとの積を含む所定式で表されることに基づいて前記粒子の粒子径分布を算出する演算部とを具備する粒子径分布測定装置に搭載されるプログラムであって、
前記演算部に、前記係数行列Kの要素のうち1つの要素を算出するために用いられる前記粒子の粒子径に依存する複数の第1パラメータ及び前記回折/散乱光の拡がり角に依存する複数の第2パラメータのうち少なくとも2つのパラメータを並列計算して算出する機能を発揮させることを特徴とするプログラム。
ここで、ベクトルsは、各光検出器から出力された光強度信号の値から得られる回折/散乱光の拡がり角度毎の光強度分布を示すベクトル、ベクトルqは、測定対象である粒子の粒子径分布を示すベクトル、係数行列Kは、ベクトルqをベクトルsに変換するための行列である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、係数行列Kは、粒子の屈折率等の物性や粒子径や光検出器の配置位置によって定まるものであるところ、上記の式(1)に基づき粒子径分布を算出するためには、まず係数行列Kを算出しておく必要がある。
【0006】
しかしながら、従来は、係数行列Kの各要素を順に、MIE散乱理論等に基づいて1つずつ求めているので、係数行列Kの算出にはかなりの時間を要する。
【0007】
そこで本発明は、かかる課題を鑑みてなされたものであって、係数行列Kの算出時間を短くすることによって、粒子径分布の算出時間を短縮することをその主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
すなわち、本発明に係る粒子径分布測定装置は、測定対象である粒子に光を照射する光源と、前記光の照射により生じる回折/散乱光の光強度を検出する複数の光検出器と、前記各光検出器から出力された光強度信号を受信し、ベクトルsがベクトルqと係数行列Kとの積を含む所定式で表されることに基づいて前記粒子の粒子径分布を算出する演算部とを具備し、前記演算部が、前記係数行列Kの要素のうち少なくとも2つの要素を並列計算して算出することを特徴とする粒子径分布測定装置。
ここで、ベクトルsは、各光検出器から出力された光強度信号の値から得られる回折/散乱光の拡がり角度毎の光強度分布を示すベクトル、ベクトルqは、測定対象である粒子の粒子径分布を示すベクトル、係数行列Kは、ベクトルqをベクトルsに変換するための行列である。
なお、所定式としては、例えば上述した式(1)や、この式に例えばノイズ等を表す項を加えた式が挙げられる。
【0009】
このようなものであれば、係数行列Kの要素を並列計算して算出しているので、各要素を1つずつ算出する場合に比べて、係数行列Kの算出時間を短くすることができ、ひいては粒子径分布を算出するまでの時間を短縮することができる。
【0010】
具体的な実施態様としては、前記演算部が、前記係数行列Kの要素のうち1つの行に含まれる2以上の要素又は1つの列に含まれる2以上の要素を並列計算して算出するものが挙げられる。
【0011】
また、係数行列Kの算出時間をより短くするためには、前記演算部が、前記係数行列Kの1つの要素を算出するために用いられる複数のパラメータの値を算出するとともに、これらの値のうち少なくとも1つを記憶して、前記係数行列Kの別の要素を算出するために用いることが好ましい。
【0012】
ここで、係数行列Kは、下記の式(2)に表されるように、
【数2】
である。なお、xは、光検出器の数、yは、測定対象となる粒子径範囲の分割数である。
この係数行列Kのうち、同一行に属する要素を算出する際には、回折/散乱光の拡がり角に依存するパラメータを共通して用いることができ、同一列に属する要素を算出する際には、粒子の屈折率及び粒子径に依存するパラメータを共通して用いることができる。
【0013】
そこで、具体的な実施態様としては、前記演算部が、前記係数行列Kの要素のうちある行に含まれる要素を算出する際に記憶した複数の前記パラメータの値と、ある列に含まれる要素を算出する際に記憶した複数の前記パラメータの値とを用いて、これらの行及び列が交わる位置の要素を算出するものが挙げられる。
【0014】
また、本発明に係る粒子径分布測定装置は、測定対象である粒子に光を照射する光源と、前記光の照射により生じる回折/散乱光の光強度を検出する複数の光検出器と、前記各光検出器から出力された光強度信号を受信し、ベクトルsがベクトルqと係数行列Kとの積を含む所定式で表されることに基づいて前記粒子の粒子径分布を算出する演算部とを具備し、前記演算部が、前記係数行列Kの要素のうち1つの要素を算出するために用いられる前記粒子の粒子径に依存する複数の第1パラメータ及び前記回折/散乱光の拡がり角に依存する複数の第2パラメータのうち少なくとも2つのパラメータを並列計算して算出することを特徴とするものである。
【0015】
このようなものであれば、係数行列Kの要素のうち1つの要素を算出するために用いられる複数の第1パラメータ及び複数の第2パラメータのうち少なくとも2つのパラメータを並列計算しているので、従来に比べて係数行列Kを算出する時間を短くすることができ、粒子径分布を算出するまでの時間を短縮することができる。
【0016】
係数行列Kの算出時間をより短くするためには、前記演算部が、2種類の前記第1パラメータ及び2種類の前記第2パラメータを並列計算して算出し、下記の式(3)に基づき係数行列Kの各要素を算出するものが好ましい。
【数3】
ここで、kは、係数行列Kの要素の値、mは、測定対象である粒子の屈折率、αは、測定対象である粒子の粒子径に関連する値、θは、回折/散乱光の拡がり角、a及びbは、粒子の屈折率及び粒子径に依存する第1パラメータ、π及びτは、回折/散乱光の拡がり角に依存する第2パラメータ、Nは、演算部がシグマ記号で表される和を演算する際の最終項を示す値である。
【発明の効果】
【0017】
このように構成した本発明によれば、係数行列Kの算出時間を従来に比べて大幅に短くすることが可能となり、ひいては測定全体にかかる時間を短縮することができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下に本発明に係る粒子径分布測定装置1の一実施形態について図面を参照して説明する。
【0020】
本実施形態に係る粒子径分布測定装置1は、粒子に光を照射した際に生じる回折/散乱光の拡がり角に応じる光強度分布が、MIE散乱理論から粒子径によって定まることを利用し、前記回折/散乱光を検出することによって粒子径分布を測定するようにしたものである。
【0021】
粒子径分布測定装置1は、
図1に模式的に示すように、装置本体2と演算部3とを備えている。
【0022】
装置本体2は、粒子を分散させたサンプルを収容するセル21と、そのセル21内の粒子にレンズ22を介してレーザ光を照射する光源23たるレーザ装置と、レーザ光の照射により生じる回折/散乱光の光強度を拡がり角に応じて検出する複数の光検出器24(A)、24(B)とを備えたものである。
なお、セル21は、本実施形態では、バッチ式セルを用いているが、循環式セルを用いても構わない。
【0023】
演算部3は、物理的に言えば、CPU、メモリ、入出力インターフェース等を備えた汎用乃至専用のコンピュータであり、各光検出器24(A)、24(B)から出力された光強度信号を受信して式(1)に基づき粒子径分布を算出するものである。
【0024】
この演算部3は、前記メモリの所定領域に記憶させた所定プログラムにしたがって、CPUや周辺機器を協働させることにより、
図2に示すように、係数行列Kを算出する係数行列算出部31、各光強度信号の値から求められる光強度分布ベクトルsと前記係数行列Kとを用いて式(1)に基づき粒子径分布を算出する粒子径分布算出部32としての機能を少なくとも発揮するようにしたものである。
【0025】
本実施形態では、係数行列算出部31が特徴的であるので、以下に詳述する。
【0026】
係数行列算出部31は、測定対象である粒子の物性、粒子径、及び光検出器24の配置位置に応じた係数行列Kを算出するものであり、本実施形態では、オペレータが入力した粒子の例えば屈折率の値を受け付けて、粒子径及び光検出器24の配置位置に応じた係数行列Kの各要素を算出するように構成されている。
【0027】
より詳細には、この係数行列算出部31は、
図3に示すように、式(3)に基づいて要素を算出する複数の要素算出部4と、前記メモリの所定領域に設定され、前記各要素算出部4の計算過程で算出される2種類の第1パラメータa、b及び2種類の第2パラメータπ、τの値を記憶する記憶部5としての機能を備えている。
なお、記憶部5は、本実施形態では、キャッシュメモリの所定領域に設定されたものである。
【0028】
各要素算出部4は、
図3に示すように、式(3)に基づく演算を実行する演算実行部41と、演算実行部41が演算に用いるパラメータを算出するパラメータ算出部42としての機能を具備している。
【0029】
しかして、本実施形態では、係数行列算出部31が、上述した要素算出部4を係数行列Kの行の数(x)と同数有しており、
図4に示すように、これらの要素算出部4が、1つの列に含まれる要素を並列して計算し、この並列計算を第1列から第y列まで順次進めていくことで全ての要素を算出するように構成されている。
なお、ここで言う並列計算とは、計算を開始するタイミングや終了するタイミング等が必ずしも一致している必要はなく、各要素算出部4が、多少のタイミングのずれを有して要素を算出している計算状態も含む。
また、これらの要素算出部4は、複数のパソコンにまたがらせて構成されていても良い。
【0030】
続いて、要素算出部4が、例えばi行j列に位置する要素k
ijを算出する手順について、
図3及び
図5を参照しながら、要素算出部4における各部の動作説明を兼ねて詳述する。ただし、iは、1≦i≦xの整数とし、jは、1≦j≦yの整数とする。
なお、下記の説明では、オペレータにより係数行列算出部31に粒子の屈折率mが入力されているものとする。
【0031】
ここで、要素k
ijは、測定対象である粒子径範囲を分割したうちj番目の範囲に属する単位粒子量の粒子によって生じる回折/散乱光が、複数の光検出器24のうちi番目の光検出器24に入射したときに検出される光強度を示している。したがって、この要素k
ijを求めるうえで、式(3)における粒子径に関連する値α及び回折/散乱光の拡がり角θは定数となり、要素算出部4は、nのみを変数とした下記の式(3)’に基づき要素k
ijを算出する。
【数4】
【0032】
ここで、説明の便宜上、
【数5】
とおく。また、以下では、n=mの場合を例として説明する。
【0033】
上述した式(3)’及び(4)において、本実施形態では、1種目の第1パラメータは、複数あり、それらは、それぞれa
j(1)、a
j(2)、・・・、a
j(N)である。2種目の第1パラメータも同様に複数あり、それらは、それぞれb
j(1)、b
j(2)、・・・、b
j(N)である。
上述した式(3)’及び(4)において、本実施形態では、1種目の第2パラメータは、複数あり、それらは、それぞれπ
i(1)、π
i(2)、・・・、π
i(N)である。2種目の第2パラメータも同様に複数あり、それらは、それぞれτ
i(1)、τ
i(2)、・・・、τ
i(N)である。
【0034】
始めに、演算実行部41は、記憶部5にアクセスして(S1)、j列又はi行に含まれる別の要素を算出する要素算出部4がパラメータa
j(m)、π
i(m)、b
j(m)、τ
i(m)を既に算出しており、その値を記憶部5が記憶しているか確認する(S21〜24)。
【0035】
S21〜24において、前述した別の要素を算出する要素算出部4が既に算出しているパラメータに関しては、演算実行部41がそのパラメータの値を記憶部5から取得する。
【0036】
S21〜24において、前述した別の要素を算出する要素算出部4がいずれも算出していないパラメータに関しては、演算実行部41が、そのパラメータを算出するための算出信号をパラメータ算出部42へ送信する。
【0037】
算出信号を受信したパラメータ算出部42は、その算出信号に対応するパラメータの値を算出して演算実行部41へ送信するとともに、その値を記憶部5にも送信する(S31〜34)。
【0038】
演算実行部41は、記憶部5及びパラメータ算出部42から取得した各パラメータの値を用いてf(m)を算出し、その値をメモリの所定領域に記憶させる(S4)。
【0039】
続いて、演算実行部41は、f(1)からf(m)までの値を取得するとともに、それらの値を足し合わせ(S5)、その総和が一定の値に収束しているかを判断する(S6)。
なお、収束しているかの判断は、例えば、f(m−1)までの総和とf(m)までの総和との比率が一定の値以下となるかによって判断する。
【0040】
S6において、前記総和が収束していないと判断された場合は、n=m+1として(S7)、再びS1へ戻り、S6において収束されると判断されるまでステッ1からS5までを繰り返す。
【0041】
S6において、前記総和が収束していると判断された場合は、演算実行部41は、その収束値を要素k
ijの値として粒子径算出部に出力する(S8)。
【0042】
以上のように構成された本実施形態に係る粒子径分布測定装置1によれば、以下のような効果を得ることができる。
【0043】
複数の要素算出部4が、ある列に含まれている全ての要素を並列計算して算出するとともに、ある要素算出部4が、計算過程で算出したパラメータの値を記憶部5に送信し、別の要素算出部4が、このパラメータの値を記憶部5から取得して要素を算出するために用いるので、従来のように1つずつ要素を算出する場合に比べて、係数行列Kの算出時間を大幅に短くすることができる。
【0045】
複数の要素算出部4が、例えば第1列の要素を並列計算する場合、
図6に示すように、2種類の第1パラメータa
1(n)及びb
1(n)は、各要素を算出するために共通して用いられるパラメータである。したがって、複数の要素算出部4のうちいずれか1つが第1パラメータa
1(n)又はb
1(n)を算出すれば、別の要素算出部4は、記憶部5からこの値を取得して要素の算出に用いることができる。
【0046】
次に、複数の要素算出部4が、例えば第2列の要素を並列計算する場合、
図6に示すように、各要素を算出するために用いられる2種類の第2パラメータπ
i(n)及びτ
i(n)は、第1列に含まれる要素を算出する過程で既に算出されている。したがって、各要素算出部4は、既に算出されている2種類の第2パラメータπ
i(n)及びτ
i(n)の値を記憶部5から取得し、各要素の算出に用いることができる。
このことは、第3列から第y列の要素を算出する場合においても同様である。
【0047】
したがって、前述したように、本実施形態に係る粒子径分布測定装置1によれば、従来に比べて、各要素を算出する時間が短くなり、係数行列Kの算出時間を大幅に短くすることができ、粒子径分布の算出時間を短縮することができる。
【0048】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。
【0049】
例えば、前記実施形態では、1つの列に含まれる複数の要素を並列計算するように構成されていたが、
図7上段に示すように、1つの行に含まれる複数の要素を並列計算するように構成されていても良い。
また、
図7下段に示すように、斜めに位置する複数の要素を並列計算するように構成されていても良い。この場合も、複数の要素を並列計算して算出されたパラメータの値を、別の要素の算出に用いることが可能である。
【0050】
さらに、各列の計算順序は自由に選択することができ、第y列から第1列まで順次計算するように構成しても良く、このように構成することで、後方又は側方への回折/散乱光に対応する要素であって、S6における収束に比較的長い時間を要する要素を優先して計算することができる。
【0051】
また、前記実施形態では、パラメータ算出部42が、a、π、b、τを順次算出するように構成されているが、これらのパラメータのうち少なくとも2種類のパラメータを並列計算して算出するように構成されていても良い。さらに、例えば1種目の第1パラメータa
j(1)及び1種目の第1パラメータa
j(2)のように、同じ種類のパラメータを並列計算して算出するように構成されていても良い。
このように構成することで、係数行列Kの算出時間をより短くすることができる。
【0052】
さらに、前記実施形態では、パラメータ算出部42が、算出したパラメータの値を全て記憶部5に送信していたが、予め定めた項数(例えばn=100)までに算出した値を記憶部5に送信し、それ以降(例えばn=101以降)に算出した値は記憶部5に送信しないように構成しても良い。
【0053】
粒子径分布算出部32は、前記実施形態では、式(1)に基づき粒子径分布を算出するものであったが、この式(1)に例えばノイズ等を表す項を加えた式に基づいて粒子径分布を算出するものであっても良い。
【0054】
また、式(1)のベクトルsは、各光検出器24から出力された光強度信号の値から得られる回折/散乱光の光強度分布を示すベクトルであったが、ベクトルsを前記光強度信号の値そのものを要素とするベクトルとしても良い。
この場合、粒子径分布を示すベクトルqをベクトルsに変換すべく、係数行列Kの各要素が、式(2)から得られる値を、例えば各光検出器24からセル21までの距離等を用いてさらに変換した値であれば良い。
【0055】
装置本体2に関して言えば、前記実施形態では、光源23としてレーザ装置を用いていたが、光源23として例えば無偏向な光を発するLED素子を用いても良い。
この場合、要素算出部4は、光強度の垂直な偏向成分と水平な偏向成分とを表している下記の2つの式(5)及び(6)により得られるk
1及びk
2の平均値に基づいて各要素を算出するように構成されていれば良い。
【数6】
なお、この式(5)は式(2)と同一であり、光源23からの光が偏向を有する光であっても、無偏向な光であっても、この式は共通して利用することができる。
【0056】
その他、本発明は前記各実施形態に限られないし、その各部分構成を組み合わせて
も良く、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。