JP5362895B1 - 光散乱式粒子計数器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 粒子を検出する信号成分の減衰を抑えると共に高周波ノイズ成分を減衰させて、ＳＮ比を向上させることができる光散乱式粒子計数器を提供する。
【解決手段】 試料流体にレーザ光Ｌａを照射して粒子検出領域１３を形成し、この粒子検出領域１３を通過する粒子による散乱光Ｌｓを多分割受光素子１８で受光して粒子を検出する光散乱式粒子計数器において、粒子検出領域１３の位置に応じて多分割受光素子１８を構成する各受光素子ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４，ＰＤ５の出力信号Ｐｃ，Ｐｍ，Ｐｅを処理するローパスフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５の時定数τｃ，τｍ，τｅを設定する。
【選択図】 図３
【解決手段】 試料流体にレーザ光Ｌａを照射して粒子検出領域１３を形成し、この粒子検出領域１３を通過する粒子による散乱光Ｌｓを多分割受光素子１８で受光して粒子を検出する光散乱式粒子計数器において、粒子検出領域１３の位置に応じて多分割受光素子１８を構成する各受光素子ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４，ＰＤ５の出力信号Ｐｃ，Ｐｍ，Ｐｅを処理するローパスフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５の時定数τｃ，τｍ，τｅを設定する。
【選択図】 図３
Description
本発明は、粒子検出領域を通過する粒子による散乱光を多分割受光素子で受光して前記粒子を検出する光散乱式粒子計数器に関する。
光散乱式液中粒子計数器では、試料液体自体から生じる散乱光がノイズの一因となることが知られている。一般に、測定対象となる粒子による散乱光を受光した際、この試料液体自体から生じる散乱光のゆらぎが重畳している。これらの散乱光を受光した受光素子の出力信号の周波数は粒子の散乱光を検出した受光素子の出力信号に対して試料液体自体から生じる散乱光の方が高周波であるため、受光素子の出力信号をローパスフィルタで処理して試料液体自体から生じる散乱光によるノイズを減衰させている。
図１に示すように、Ｌ型フローセル１１内では、場所によって試料液体の流速が異なっており、流路１２の中心に位置する粒子検出領域１３の中心部Ｃは、壁面Ｗ近傍に位置する粒子検出領域１３の端部Ｅに比べて、その流速は速くなる。また、レーザ光源１４から発するレーザ光Ｌａを絞る照射光成形用レンズ１５の焦点深度により、粒子検出領域１３の中心部Ｃは、粒子検出領域１３の端部Ｅに比べて、レーザ光Ｌａのビームが絞られて、その幅（ビーム径）が狭く、レーザ光Ｌａのエネルギー密度が高くなり光強度が強くなる。
従って、同径の粒子が検出領域１３を通過する際に、図２（ａ）に示すように、粒子検出領域１３の中心部Ｃを通過する場合、粒子の散乱光を検出する受光素子の出力信号（信号成分Ｓｃと高周波ノイズ成分Ｎからなる）Ｐｃの波形はパルス信号のピーク電圧は高く、その時間幅Ｔｃが短くなる。また、粒子検出領域１３の端部Ｅを通過する場合、粒子の散乱光を検出する受光素子の出力信号（信号成分Ｓｅと高周波ノイズ成分Ｎからなる）Ｐｅの波形はパルス信号のピーク電圧は低く、その時間幅Ｔｅが長くなる。
そのため、高周波ノイズ成分Ｎを十分に減衰させる時定数のローパスフィルタを用いると、図２（ｂ）に示すように、高周波ノイズ成分Ｎを十分に減衰させることができ、壁面Ｗに近い粒子検出領域１３の端部Ｅを通過する粒子の信号成分Ｓｅは減衰しないが、粒子検出領域１３の中心部Ｃを通過する粒子の信号成分Ｓｃは減衰してしまうことがある。
また、信号成分Ｓｃを減衰させないようにローパスフィルタの時定数を設定すると、図２（ｃ）に示すように、粒子検出領域１３の中心部Ｃを通過する粒子の信号成分Ｓｃは減衰しないが、高周波ノイズ成分Ｎを十分に減衰させることができず、壁面Ｗに近い粒子検出領域１３の端部Ｅに近いほど粒子の信号成分Ｓｅが小さいのでＳＮ比が低下してしまい、検出感度も低下してしまう。
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ローパスフィルタを粒子検出領域の位置に応じて最適な時定数に設定することで、ＳＮ比を向上させることができる光散乱式粒子計数器を提供しようとするものである。
上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、試料流体に光ビームを照射して粒子検出領域を形成し、この粒子検出領域を通過する粒子による散乱光を多分割受光素子で受光して前記粒子を検出する光散乱式粒子計数器において、前記多分割受光素子を用いることで、粒子検出領域を分割して粒子による散乱光を受光すると共に、分割された粒子検出領域のそれぞれの位置を流れる流体の流速やレーザ光のビーム径に基づいて、前記多分割受光素子を構成する各受光素子の出力信号を処理するローパスフィルタの時定数を、それぞれに応じた値に設定するものである。
前記粒子検出領域の中心部に対応する受光素子の出力信号を処理するローパスフィルタの時定数（τｃ）は、前記粒子検出領域の端部に対応する受光素子の出力信号を処理するローパスフィルタの時定数（τｅ）よりも小さく（τｃ＜τｅ）設定される。
本発明によれば、多分割受光素子を構成する各受光素子の出力信号を処理するローパスフィルタの時定数を粒子検出領域の位置に応じて設定できるので、粒子検出領域全体にわたってＳＮ比を向上させることができ、従来に比べ、粒子の検出感度が向上する。
本発明に係る光散乱式粒子計数器は、図３に示すように、レーザ光Ｌａを用いて試料液体中の粒子を検出する粒子検出部１と、粒子検出部１の出力信号を処理し、検出結果として粒径区分毎に粒子数を表示する処理出力部２からなる。
粒子検出部１は、Ｌ型フローセル１１などにより形成される試料液体を流す流路１２と、流路１２にレーザ光Ｌａを照射して粒子検出領域１３を形成するレーザ光源１４と、照射光成形用レンズ１５と、粒子検出領域１３を通過する粒子が発する散乱光Ｌｓを集光する集光レンズ１７と、集光レンズ１７が集光した光を光の強さに応じた電圧に変換する１行×５列の多分割受光素子１８などを備えている。
１行×５列の多分割受光素子１８を構成する５個の受光素子ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４，ＰＤ５は、夫々の受光面が粒子検出領域１３の各領域に対応するように設置されている。
処理出力部２は、５個の受光素子ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４，ＰＤ５の出力信号のうち高周波ノイズ成分Ｎを減衰させる５個のローパスフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５と、ローパスフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５の出力信号が所定の閾値を超えた場合に、粒子として波高値を検出する５個の波高値検出部Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５を備えている。
更に、処理出力部２は、波高値検出部Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５が検出した波高値により粒子を粒径区分毎に計数する５個の計数処理部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５と、計数処理部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５が処理した算出結果を加算し、粒径区分毎に粒子数をまとめる加算処理部２１と、加算処理部２１の処理結果の粒径区分毎に粒子数を表示する出力部２２を備えている。
５個の受光素子ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４，ＰＤ５のうち、真ん中の受光素子ＰＤ３は、試料液体の流速が速く光強度の強い粒子検出領域１３の中心部Ｃを通過する粒子の散乱光Ｌｓを受光するので、出力信号（信号成分Ｓｃと高周波ノイズ成分Ｎからなる）Ｐｃの波高値は高く時間幅Ｔｃが短い。
そのため、受光素子ＰＤ３の出力信号Ｐｃを処理するローパスフィルタＦ３では、出来る限り信号成分Ｓｃのピークを減衰させることなく、高周波ノイズ成分Ｎを減衰させる時定数τｃが設定される。
また、５個の受光素子ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４，ＰＤ５のうち、両端の受光素子ＰＤ１，ＰＤ５では、粒子検出領域１３の中心部Ｃよりも流速が遅く光強度の弱い壁面Ｗ近傍の粒子検出領域１３の端部Ｅを通過する粒子の散乱光Ｌｓを受光するので、出力信号（信号成分Ｓｅと高周波ノイズ成分Ｎからなる）Ｐｅの波高値は低く時間幅Ｔｅが長いため、受光素子ＰＤ３に比べ、出力信号Ｐｅのピークが低い。
そのため、受光素子ＰＤ１，ＰＤ５の出力信号Ｐｅを処理するローパスフィルタＦ１，Ｆ５では、信号成分Ｓｅのピークを減衰させることなく、十分に高周波ノイズ成分Ｎを減衰させる時定数τｅが設定される。
更に、受光素子ＰＤ２，ＰＤ４の出力信号（信号成分Ｓｍと高周波ノイズ成分Ｎからなる）Ｐｍを処理するローパスフィルタＦ２，Ｆ４についても、信号成分Ｓｍのピークを減衰させることなく、高周波ノイズ成分Ｎを減衰させる時定数τｍが設定される。ここで、時定数τｃと時定数τｍと時定数τｅの大きさの関係は、τｃ＜τｍ＜τｅとなる。
このように、多分割受光素子を用いることで、粒子検出領域１３を分割して粒子による散乱光を受光することが可能となり、分割された粒子検出領域１３のそれぞれの位置を流れる流体の流速やレーザ光Ｌａのビーム径により、ローパスフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５の時定数τｃ，τｍ，τｅを、それぞれに応じた値に設定することができる。
ローパスフィルタＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５の時定数τｃ，τｍ，τｅを、それぞれに応じた値に設定することにより、信号成分Ｓｃ，Ｓｍ，Ｓｅの減衰を出来る限り抑えて試料流体自体から生じる散乱光などによる高周波ノイズ成分Ｎを十分に減衰させることができる。その結果、粒子検出領域１３全体にわたって、ＳＮ比を向上させることができ、検出感度も向上させることができる。
本発明の実施の形態では、１行×５列の多分割受光素子１８に適用する場合について説明したが、１行×５列の多分割受光素子１８に限定されず、図４に示すように、１行×５列の多分割受光素子１８（同図（ａ））の他に２行×５列の多分割受光素子２５（同図（ｂ））や５行×５列の多分割受光素子２６（同図（ｃ））などにも適用することができる。
本発明を２行×５列の多分割受光素子２５や５行×５列の多分割受光素子２６に適用する場合には、多分割受光素子２５，２６を構成する各受光素子にローパスフィルタを設け、これらのローパスフィルタに、それぞれ粒子検出領域の位置の応じた時定数を設定すればよい。
本発明の実施の形態では、試料流体を液体として説明したが、気体であっても同様に応用できる。
本発明によれば、多分割受光素子を構成する各受光素子の出力信号を処理するローパスフィルタの時定数を粒子検出領域の場所に応じて設定できるので、信号成分の減衰を抑えて試料流体自体から生じる光などによる高周波ノイズ成分を減衰させることにより、粒子検出領域全体にわたってＳＮ比を向上させることができ、従来に比べ、粒子の検出感度が向上する光散乱式粒子計数器を提供することができる。
１…粒子検出部、２…処理出力部、１１…Ｌ型フローセル、１２…流路、１３…粒子検出領域、１４…レーザ光源、１５…照射光成形用レンズ、１７…集光レンズ、１８，２５，２６…多分割受光素子、２１…加算処理部、２２…出力部、Ｃ…中心部、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５…計数処理部、Ｅ…端部、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５…ローパスフィルタ、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５…波高値検出部、Ｌａ…レーザ光、Ｌｓ…散乱光、Ｎ…高周波ノイズ成分、ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４，ＰＤ５…受光素子、Ｐｃ，Ｐｍ，Ｐｅ…出力信号、Ｓｃ，Ｓｍ，Ｓｅ…信号成分、τｃ，τｍ，τｅ…時定数。
Claims (2)
- 試料流体に光ビームを照射して粒子検出領域を形成し、この粒子検出領域を通過する粒子による散乱光を多分割受光素子で受光して前記粒子を検出する光散乱式粒子計数器において、前記多分割受光素子を用いることで、粒子検出領域を分割して粒子による散乱光を受光すると共に、分割された粒子検出領域のそれぞれの位置を流れる流体の流速やレーザ光のビーム径に基づいて、前記多分割受光素子を構成する各受光素子の出力信号を処理するローパスフィルタの時定数を、それぞれに応じた値に設定することを特徴とする光散乱式粒子計数器。
- 請求項１に記載の光散乱式粒子計数器において、前記粒子検出領域の中心部に対応する受光素子の出力信号を処理するローパスフィルタの時定数（τｃ）は、前記粒子検出領域の端部に対応する受光素子の出力信号を処理するローパスフィルタの時定数（τｅ）よりも小さい（τｃ＜τｅ）ことを特徴とする光散乱式粒子計数器。
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