DE68920347T2

DE68920347T2 - Bogenförmige Fotosensorenanordnung.

Info

Publication number: DE68920347T2
Application number: DE68920347T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Niwa
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1988-03-09
Filing date: 1989-03-09
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2009-03-10
Also published as: DE68920347D1; EP0332440B1; US4977314A; CN1037965A; EP0332440A2; JPH01134245U; CN1019052B; EP0332440A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine bogenförmige Fotosensorenanordnung zum Gebrauch in einem optischen Gerät zum Messen der Intensitätsverteilung von Licht, das durch in einem Fluid suspendierte Partikel nach vorn gestreut wird.
Unter den verschiedenen Einrichtungen zum Ermitteln der Größenverteilung von Partikeln ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, das auf einer Theorie über die Kleinwinkel- Lichtstreuung durch in einem Fluid suspendierte Partikel beruht. Bei dem Verfahren wird ein optisches System, wie es in Fig. 4 schematisch dargestellt ist, in Verbindung mit einer Fotosensorenbaugruppe nach Fig. 5 verwendet. Gemäß Fig. 4 besteht das optische System grundsätzlich aus einer Lichtquelle 1 wie etwa einem Laser, einer Linsenanordnung 2 zur Erzeugung eines Lichtstrahls F von gewünschter Dicke, einer transparenten Durchflußküvette 3, in der eine Suspension mit suspendierten Probepartikeln zum Fließen gebracht wird, einer Fourier-Transformationslinse 4 und einem Fotodetektor 5a, der aus einer Anordnung konzentrischer halbkreisformiger Fotosensoren Si (i=1, 2, ..., N) besteht, wie in Fig. 5 gezeigt.
Eine ähnliche Anordnung von Fotosensoren zum Messen der radialen Lichtverteilung ist in der US-PS 4 150 360 beschrieben, die ebenfalls einen Halbkreis keilförmiger Sensoren zum Messen der Winkel- (Umfangs-) Lichtverteilung zeigt.
Bei dem optischen System nach Fig. 4 wird der Lichtstrahl F, der in die Durchflußküvette 3 einfällt, durch die Probepartikel abgelenkt oder zerstreut und dann durch die Fourier- Transformationslinse 4 kreisförmig auf den Detektor 5 fokussiert, so daß ein kreisförmiges Bild entsteht, dessen Intensität in radialer Richtung variiert. Die Intensitätsverteilung in radialer Ricbtung wird durch die oben genannten N konzentriscnen halbkreisförmigen Fotosensoren Si ermittelt und anschließend durch einen Mikrocomputer (nicht gezeigt) mathematisch nach der Mie-Streuungstheorie und/oder der Fraunhoferschen Diffraktionstheorie analysiert, wodurch sich schließlich die Größenverteilung der Probepartikel ergibt.
Bei einem solchen optischen System, das im wesentlichen ein Gerät zum Ermitteln der Intensitätsverteilung von durch in einem Fluid suspendierten Partikeln nach vorn verstreutem Licht darstellt, ist es von wesentlicher Bedeutung, die Richtung des Lichtstrahls B so einzustellen, daß er genau auf das gemeinsame Zentrum der konzentrischen halbkreisförmigen Fotosensoren Si trifft. Es ist ebenfalls wichtig, den Lichtstrahl B so einzustellen, daß er eine gewünschte Dicke aufweist.
Die Richtung und Dicke des Strahls B wurde herkömmlicherweise durch direktes Beobachten des Strahls mit dem Auge oder durch Verwendung einer speziellen Einstelleinrichtung eingestellt. Das visuelle Einstellverfahren ist jedoch schädlich für das Auge, während die Verwendung einer Einstelleinrichtung oft schwierig und mühsam ist.

AUFGABEN UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, derartige Nachteile beim Einstellen des Lichtstrahls in einem solchen optischen Gerät zum Ermitteln der Intensitätsverteilung des durch die in einem Fluid suspendierten Partikel vorwärts gestreuten Lichtes auszuschalten.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte bogenförmige Fotosensorenanordnung zu schaffen, um es zu ermöglichen, daß ein einfallender Lichtstrahl genau auf das gemeinsame Zentrum der bogenförmigen Fotosensorenanordnung gerichtet wird, ohne daß der Lichtstrahl mit dem Auge überwacht zu werden braucht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine solche verbesserte bogenförmige Fotosensorenanordnung mit einer zusätzlichen Funktion auszustatten, die es ermöglicht, einen einfallenden Lichtstrahl auf eine vorbestimmte Dicke einzustellen, ohne daß der Lichtstrahl mit dem Auge beobachtet werden muß.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung von Fotosensoren zum Ermitteln der radialen Intensitätsverteilung eines auf die Anordnung fallenden Lichtstrahls vorgesehen, wobei die Anordnung eine Hauptgruppe umfaßt, die aus einer Vielzahl konzentrischer bogenförmiger Fotosensoren besteht, deren Ausgangssignale die Intensität bei verschiedenen Radien wiedergeben, und sie ist gekennzeichnet durch eine erste, eine zweite und eine dritte Hilfsgruppe, die jeweils aus einer Vielzahl bogenförmiger Fotosensoren mit verschiedenen Radien bestehen, die konzentrisch mit den Sensoren der Hauptgruppe angeordnet sind, wobei die Fotosensoren der dritten Gruppe Radien aufweisen, die gleich denjenigen der Fotosensoren der ersten und zweiten Gruppe sind, und wobei die erste und zweite Gruppe innerhalb der Hauptgruppe und die dritte Gruppe außerhalb der Hauptgruppe angeordnet ist. Somit sind bei der Anordnung nicht nur einige der zugehörigen, einander benachbarten bogenförmigen Fotosensoren in zwei Gruppen unterteilt, die vorzugsweise den gleichen Spitzenwinkel aufweisen, sondern sie ist außerdem mit einer dritten Gruppe von konzentrischen bogenförmigen Fotosensoren versehen, deren gemeinsames Zentrum mit demjenigen aller anderen bogenförmigen Fotosensoren zusammenfällt.
Es ist vorzuziehen, daß die erste und zweite Gruppe von bogenförmigen Fotosensoren und die dritte Gruppe von bogenförmigen Fotosensoren den gleichen Spitzenwinkel aufweisen. In diesem Fall wird dann, wenn alle einander entsprechenden Fotosensoren dieser drei Gruppen jeweils Signale der gleichen Intensität abgeben, wenn sie mit einem Lichtstrahl bestrahlt werden, dessen Radius nicht größer ist als der Radius des äußersten zu den drei Gruppen gehörigen Fotosensors, bestätigt, daß der Lichtstrahl genau auf das gemeinsame Zentrum der bogenförmigen Fotosensorenanordnung gerichtet ist. In einem Fall, in dem die Spitzenwinkel der verschiedenen Fotosensorengruppen einander nicht gleichen, kann durch Normieren der Fotosensorausgänge der verschiedenen Gruppen auf ihre jeweiligen Spitzenwinkel festgestellt werden, ob der Lichtstrahl auf das gemeinsame Zentrum fällt oder nicht. Nachdem dafür gesorgt worden ist, daß der Lichtstrahl auf das gemeinsame Zentrum der bogenförmigen Fotosensorenanordnung auftrifft, kann der Lichtstrahl außerdem auf eine gewünschte Dicke eingestellt werden, indem man die Dicke des Strahls so justiert, daß keine Signale von irgendwelchen Fotosensoren abgegeben werden, deren Radien größer sind als der Wert, der der gewünschten Dicke entspricht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 die Frontansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen Teil eines optischen Systems zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Einstellen der Richtung und Dicke des Lichtstrahls;
Fig. 3 die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 schematisch ein optisches Gerät zum Ermitteln der Größenverteilung von in einem Kluid suspendierten Partikeln; und
Fig. 5 eine bogenförmige Fotosensorenanordnung bekannter Art.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Wie in Fig. 1 gezeigt, gehören zu dem Fotodetektor 5 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl konzentrischer bogenförmiger (halbkreisförmiger) Fotosensoren Si, deren Spitzenwinkel 180º beträgt, ähnlich wie bei einem bekannten Fotodetektor 5a (Fig. 5), abgesehen davon, daß einige der Fotosensoren eine sehr geringe Breite aufweisen und in zwei getrennte Gruppen A und B unterteilt sind, die den gleichen Spitzenwinkel von im wesentlichen 90º aufweisen. In den Gruppen A und B sind die Fotosensoren mit SA1, SA2, ..., SAm bzw. SBi, SB2, ..., SBm bezeichnet. Bei den bogenförmigen Fotosensoren der Gruppen A und B ist der Krümmungsradius der äußersten Sensoren nicht kleiner als der größte zu erwartende Radius des verwendeten Lichtstrahls, während der Radius der innersten Sensoren nicht größer ist als der kleinste zu erwartende Radius des Lichtstrahls. Außerdem weist der Fotodetektor 5 nach der vorliegenden Erfindung eine dritte Gruppe C von bogenförmigen Fotosensoren auf. Die Gruppe C, die nach ihrem Aufbau sowie ihrem Spitzenwinkel den Gruppen A und B gleicht, ist symmetrisch bezüglich des gemeinsamen Mittelpunkts P der drei Gruppen A, B und C angeordnet.
Wird dieser Fotodetektor 5 anstelle des Fotosensors 5a nach Fig. 4 verwendet und werden die Durchflußküvette 3 und die Linse 4 nach Fig. 4 fortgelassen, ergibt sich anstelle des optischen Systems nach Fig. 4 ein so einfaches optisches System, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Bei diesem optischen System werden dann, wenn der Lichtstrahl nicht auf das gemeinsame Zentrum P aller bogenförmiger Fotosensoren gerichtet ist, die Ausgangssignale der Kotosensoren der Gruppen A, B und C variieren und drei Kurven Pa, Pb und Pc erzeugen, wie in Fig. 3(b) bezüglich des radialen Abstands von dem gemeinsamen Zentrum P gezeigt. Wird der Strahl F von dem gemeinsamen Zentrum P nach oben abgelenkt, fallen die Ausgangskurven Pa und Pb zusammen, und die Kurve Pc fällt in einem geringeren radialen Abstand ab als derjenige, bei dem Pa und Pb abfallen (Fig. 3(a)). Wird der Strahl F genau auf das gemeinsame Zentrum gerichtet, fallen die drei Kurven Pa, Pb und Pc zusammen, wie in Fig. 3(c) gezeigt. In diesem Fall stellt der radiale Abstand, bei dem die drei Kurven Pa, Pb und Pc gemeinsam abfallen, den Radius des Lichtstrahls F dar. Daher kann eine Einstellung der Strahldicke, die durch Verstellen der Linsenanordnung 2 (Fig. 2) durchgeführt wird, auch durch Überwachen der Variation der Position geschehen, in der die drei Kurven Pa, Pb und Pc gemeinsam abfallen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, der Lichtstrahl F hinsichtlich seiner Richtung sowie seiner Dicke eingestellt werden, ohne daß der Lichtstrahl F selbst beobachtet wird. Die Einstellung des Strahls kann dadurch geschehen, daß man lediglich die Signale überwacht, die durch die zu den drei Sensorengruppen A, B und C gehörigen Fotosensoren abgegeben werden.
Obwohl die drei Sensorengruppen A, B und C bei der beschriebenen Ausführungsform den gleichen Spitzenwinkel aufweisen, kann die vorliegende Erfindung auch so ausgeführt werden, daß sich die Spitzenwinkel der drei Sensorengruppen voneinander unterscheiden. Es bedarf keiner Erwähnung, daß bei einer solchen Ausführungsform die Ausgangssignale des Fotosensors auf die Spitzenwinkelder Gruppen, zu denen die Fotosensoren gehören, normiert werden müssen.

Claims

1. Fotosensorenanordnung zum Ermitteln der radialen Intensitätsverteilung eines Lichtstrahls, der auf die Anordnung fällt, wobei die Anordnung eine Hauptgruppe umfaßt, die aus einer Vielzahl konzentrischer bogenförmiger Fotosensoren (Si) besteht, deren Ausgangssignale die Intensität bei verschiedenen Radien repräsentieren, gekennzeichnet durch erste (A), zweite (B) und dritte Hilfsgruppen (C), die jeweils aus einer Vielzahl bogenförmiger Fotosensoren mit verschiedenen Radien bestehen, die konzentrisch mit den Sensoren der Hauptgruppe angeordnet sind, wobei die Fotosensoren der dritten Gruppe Radien aufweisen, die gleich denjenigen der ersten und zweiten Gruppe sind, wobei die erste und zweite Gruppe innerhalb der Hauptgruppe und die dritte Gruppe außerhalb der Hauptgruppe angeordnet sind.

2. Fotosensorenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren der Hauptgruppe halbkreisförmig sind.

3. Fotosensorenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Hilfsgruppen den gleichen Spitzenwinkel aufweisen.

4. Fotosensorenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel jeder Hilfsgruppe 90º beträgt.