JP2006177687A - 粒子計数器 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的簡易な構成で種々の原因によって生じる偽計数を効果的に低減することができる粒子計数器を提供する。
【解決手段】 試料中に含まれる浮遊粒子の個数を測定し、試料中の粒子濃度を求める粒子計数器において、粒子が存在しない時の光電変換器９が出力する直流レベルと偽計数の発生頻度との関係式を記憶する記憶部２１と、この記憶部２１で記憶されている前記関係式を参照して、測定開始時点の光電変換器９が出力する直流レベルに対応する偽計数の発生頻度を求め、この偽計数の発生頻度に基づく値を測定開始後の計数値から減算する減算処理部２２を備えた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、試料中に含まれる浮遊粒子の個数を測定し、試料中の粒子濃度を求める粒子計数器に関する。

粒子計数器には、試料中に測定可能な大きさの粒子が存在しないにもかかわらず、計数値として表示されてしまう、いわゆる偽計数が存在する。偽計数が生じる原因としては、レーザ光源が発するノイズ、光電変換器が発するノイズ、各回路のランダムな電圧変動に起因するノイズ、外部から侵入してくる宇宙線などが考えられる。
そこで、レーザ光源が発するノイズを低減するために、直流電流に高周波成分を重畳した駆動電流を出力するレーザ駆動回路によりレーザダイオードを駆動し、レーザダイオードの縦モードをマルチモードにすることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１７８６４５号公報

しかし、特許文献１に記載された粒子計数器においては、レーザダイオードに起因する偽計数は低減することができるものの、その他の要素に起因する偽計数については対処することができないという問題があった。

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、比較的簡易な構成で種々の原因によって生じる偽計数を効果的に低減することができる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、試料中に含まれる浮遊粒子の個数を測定し、試料中の粒子濃度を求める粒子計数器において、予め求めた偽計数の発生頻度を記憶する記憶部と、この記憶部に記憶されている前記偽計数の発生頻度に基づく値を測定開始後の計数値から減算する減算処理部を備えたものである。

請求項２に係る発明は、試料中に含まれる浮遊粒子の個数を測定し、試料中の粒子濃度を求める粒子計数器において、粒子が存在しない時の粒子検出部が出力する直流レベルと偽計数の発生頻度との関係式を記憶する記憶部と、この記憶部に記憶されている前記関係式を参照して、測定開始時点の前記粒子検出部が出力する直流レベルに対応する偽計数の発生頻度を求め、この偽計数の発生頻度に基づく値を測定開始後の計数値から減算する減算処理部を備えたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の粒子計数器において、前記減算処理部は、求めた前記偽計数の発生頻度（ｍ）の逆数（１／ｍ）を減算処理する最小の時間区間とし、この時間区間で測定時間を分割し、ある時間区間で計数値を増加させる信号が発生すれば、計数値から減算すべき数を減算し、計数値を増加させる信号が発生しなければ、減算すべき数を次の時間区間に持ち越すようにした。

以上説明したように請求項１に係る発明によれば、偽計数の発生頻度を把握することによって、偽計数の影響をある範囲に抑えることが可能になり、より正確な計数値を得ることができる。

請求項２に係る発明によれば、使用条件の変化を考慮した偽計数の発生頻度を把握することが可能になり、偽計数の影響をある範囲に抑えて、より正確な計数値を得ることができる。

請求項３に係る発明によれば、ある時間区間で計数値を増加させる信号が発生しなければ、減算すべき数を次の時間区間に持ち越すようにしたので、計数値を増加させる信号が発生しない場合には減算処理が行われないため、既に表示された計数値が減算されるようなことが生じない。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る粒子計数器の第１実施の形態の構成図、図２は同じく動作を示すフローチャート、図３は本発明に係る粒子計数器の第２実施の形態の構成図、図４は光電変換器の出力電圧波形図、図５は光電変換器の直流レベルと偽計数の発生頻度との関係を示す図、図６は第２実施の形態の動作を示すフローチャート、図７は測定時間のある時間区間における減算処理の手順を示すフローチャートである。

本発明に係る粒子計数器の第１実施の形態は、図１に示すように、光を用いて試料中の粒子を検出する粒子検出部１と、粒子を粒径区分毎に捉える波高分析部２と、偽計数を考慮して演算処理する演算部３と、演算部３の処理結果を表示又は電気信号のまま出力する表示・出力部４からなる。

粒子検出部１は、試料を流す流路６と、流路６にレーザ光Ｌａを照射して粒子検出領域を形成する光源７と、粒子検出領域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８と、集光レンズ８が集光した光を光の強さに応じた電圧に変換する光電変換器９などを備えている。

波高分析部２は、粒子検出部１の出力信号を受けて、所定レベル以上の信号をそのレベルに相当する粒径の粒子として粒径区分に従って出力する。波高分析部２に入力される光電変換器９の出力信号から、直流レベルが取り除かれる。
ここで、光電変換器９が出力する直流レベルとは、粒子による散乱光Ｌｓがない場合において、光電変換器９に入射する背景光の光量に相当する電圧をいう。

演算部３は、波高分析部２の出力信号を受け、粒径区分に対応してパルスをカウントするカウンタ部１０と、出荷時又は製造時における偽計数の発生頻度を記憶する記憶部１１と、カウンタ部１０が出力したカウント数のうち、最小粒径に対応する波高値のカウント値を偽計数の発生頻度分だけ増加させないような演算処理を行う減算処理部１２などを備えている。

以上のように構成した本発明に係る粒子計数器の第１実施の形態の動作について、図２に示すフローチャートにより説明する。
先ず、測定が開始されると、ステップＳＰ１において、減算処理部１２が予め求めて格納しておいた出荷時又は製造時における偽計数の発生頻度ｍ0を記憶部１１から読み出す。

次いで、ステップＳＰ２において、測定時間を偽計数の発生頻度ｍ0の逆数１／ｍ0の時間区分で区切って減算処理を行う。これは、カウンタ部１０が出力する最小粒径の計数値に対して時間１／ｍ0毎に「１」を減算処理することを意味する。但し、最初の時間区間（０〜１／２ｍ0）では、減算処理を行わず、カウンタ部１０の計数値をそのまま測定結果として表示・出力部４に出力する。

測定開始時から時間１／２ｍ0が経過した後は、時間１／ｍ0毎に「１」を減算処理する。当該時間区間で減算処理を行わなかった場合には、次の時間区間に減算すべき数が持ち越されて累積される。

例えば、計数値を増加させる信号がカウンタ部１０に入力されると、カウンタ部１０はその信号をカウントする。しかし、減算処理部１２では、それが最小粒径に対応するカウント値であれば、減算すべき数の分だけ計数値を増加させない処理をすることにより結果として減算と同等の効果をもたらす。

このように、出荷時又は製造時の使用条件とほぼ等しい条件で、粒子計数器を使用すれば、出荷時又は製造時における使用条件で求めた偽計数の発生頻度ｍ0に基づいて減算処理を行うことにより、より正確な計数値を得ることができる。

次に、本発明に係る粒子計数器の第２実施の形態は、図３に示すように、光を用いて試料中の粒子を検出する粒子検出部１と、粒子を粒径区分毎に捉える波高分析部２と、偽計数を考慮して演算処理する演算部１３と、演算部１３の処理結果を表示又は電気信号のまま出力する表示・出力部４からなる。

演算部１３は、波高分析部２の出力信号を受け、粒径区分に対応してパルスをカウントするカウンタ部１０と、出荷時又は製造時における粒子が存在しない時の光電変換器９が出力する直流レベルと偽計数の発生頻度との関係式を記憶する記憶部２１と、カウンタ部１０が出力したカウント数のうち、最小粒径に対応する波高値のカウント値を偽計数の発生頻度分だけ増加させないような演算処理を行う減算処理部２２などを備えている。

更に、減算処理部２２には、カウンタ部１０の出力信号の他に、光電変換器９が出力する直流レベルも入力される。なお、図１に示す第１実施の形態と同符号の構成要素については、機能が同様なので説明は省略する。

なお、本発明の実施の形態では、光散乱方式の粒子計数器への適用について述べるが、本発明は光遮蔽方式の粒子計数器にも適用できる。
光散乱方式の粒子計数器における光電変換器９の出力電圧波形には、図４（ａ）に示すように、背景光による直流レベルＮ１が常に現れており、この直流レベルＮ１にはレーザ光Ｌａのノイズや光電変換器９のノイズなどが重畳している。そこに粒子が出現すると直流レベルＮ１から突出してプラス側にパルスＰ１が現れる。そして、直流レベルＮ１に重畳しているノイズの波高値が、最小粒径に対応する波高値に相当する場合、例えばパルスＦ１は偽計数としてカウントされる。

また、光遮蔽方式の粒子計数器における光電変換器の出力電圧波形には、図４（ｂ）に示すように、光源によって照射される光による直流レベルＮ２が常に現れており、この直流レベルＮ２には光源光のノイズや光電変換器９のノイズなどが重畳している。そこに最小粒径よりも大きい粒子が出現すると直流レベルＮ２から突出してマイナス側にパルスＰ２が現れる。そして、直流レベルＮ２に重畳しているノイズのプラス側の波高値、例えばパルスＦ２はカウントされないが、直流レベルＮ２に重畳しているノイズのマイナス側の波高値が最小粒径に対応する波高値に相当する場合、例えばパルスＦ３は偽計数としてカウントされる。

ここで、偽計数の対象となる現象は、概ね最小粒径に対応する程度の比較的小さなピークとして現れる。そのため、減算処理は粒子計数器にとって最小粒径に対応する波高値を対象とする。従って、最小粒径よりも大きい粒径に対応する波高値が検出されても、偽計数とはせず減算処理の対象にしない。

偽計数の発生頻度を求めるには、出荷時又は製造時の使用条件において粒子計数器が粒子を検出しない状態で、例えば２４時間動作させ、この状態で最小粒径に対応する波高値の計数値を求める。そして、最小粒径に対応する波高値の計数値を動作時間で除算すると、当該時間当たりの発生頻度が求まる。この時の光電変換器９の直流レベルＤ0と偽計数の発生頻度ｍ0がパラメータとなる。発生頻度ｍ0の単位は、説明の便宜上、[個／分]とする。

偽計数の発生頻度ｍは、光電変換器９の直流レベルＤに依存する。この直流レベルＤ及び粒子検出領域において粒子が発する散乱光Ｌｓのレベルはレーザ光Ｌａの強度に比例する。ここで、仮にレーザ光Ｌａの強度が半分になると、光電変換器９の直流レベルＤや粒子が発する散乱光Ｌｓのレベルも半分になる。しかし、光電変換器９に起因するノイズ等のレベルは変わらない。従って、レーザ光Ｌａの強度が低くなる、即ち光電変換器９の直流レベルＤが低くなると、相対的に光電変換器９に起因するノイズ等が目立つことになる。換言すれば、直流レベルＤが低いと偽計数の発生頻度ｍが高くなる。

偽計数の発生頻度ｍと光電変換器９の直流レベルＤとの関係を求めるには、光電変換器９の直流レベルＤを変化させ、例えば数通りの直流レベルにおける偽計数の発生頻度を前述のようにして求める。これらの関係は直線（一次式）と仮定することができるので、縦軸を偽計数の発生頻度ｍ、横軸を光電変換器９の直流レベルＤとすると、２つの異なる直流レベルでの偽計数の発生頻度を求め、これら２点を通る傾きａの直線（ｍ＝ａＤ＋ｂ）が求まる。直流レベルＤ0と発生頻度ｍ0を用いて定数ｂを求めると、ｂ＝ｍ0−ａＤ0となる。

従って、偽計数の発生頻度ｍと光電変換器９の直流レベルＤとの関係式は、図５に示すように、ｍ＝ａＤ＋ｍ0−ａＤ0となる。これらのパラメータａ，ｍ0，Ｄ0は、記憶部１１に格納される。そして、これらのパラメータａ，ｍ0，Ｄ0は、測定開始時に読み出され、減算処理部１２による減算処理に用いられる。

以上のように構成した本発明に係る粒子計数器の第２実施の形態の動作について、図６に示すフローチャートにより説明する。
先ず、測定が開始されると、ステップＳＰ１１において、減算処理部２２が予め求めて格納しておいた偽計数の発生頻度ｍと光電変換器９の直流レベルＤとの関係を表わす傾きａと、偽計数の発生頻度ｍ0と、その時における光電変換器９の直流レベルＤ0を記憶部２１から読み出す。

次いで、ステップＳＰ１２において、測定開始時点の光電変換器９の直流レベルＤ1を測定し、ステップＳＰ１３において、記憶部２１から読み出したパラメータａ，ｍ0，Ｄ0を用いて光電変換器９の直流レベルＤ1に対応する偽計数の発生頻度ｍ1を算出する。

次いで、ステップＳＰ１４において、測定時間を偽計数の発生頻度ｍ1の逆数１／ｍ1の時間区分で区切って減算処理を行う。これは、カウンタ部１０が出力する最小粒径の計数値に対して時間１／ｍ1毎に「１」を減算処理することを意味する。但し、最初の時間区間（０〜１／２ｍ1）では、減算処理を行わず、カウンタ部１０の計数値をそのまま測定結果として表示・出力部４に出力する。

測定開始時から時間１／２ｍ1が経過した後は、時間１／ｍ1毎に「１」を減算処理する。当該時間区間で減算処理を行わなかった場合には、次の時間区間に減算すべき数が持ち越されて累積される。

例えば、計数値を増加させる信号がカウンタ部１０に入力されると、カウンタ部１０はその信号をカウントする。しかし、減算処理部２２では、それが最小粒径に対応するカウント値であれば、減算すべき数の分だけ計数値を増加させない処理をすることにより結果として減算と同等の効果をもたらす。

このように、出荷時又は製造時における使用条件で、光電変換器９の直流レベルＤ0と偽計数の発生頻度ｍ0を求め、更に偽計数の発生頻度ｍと光電変換器９の直流レベルＤとの関係を一次式と捉え、光電変換器９の直流レベルＤを数通りに変化させ、その傾きａを求め、異なる使用条件でも光電変換器９の直流レベルＤから偽計数の発生頻度ｍを算出し、減算処理を行うことでより正確な計数値を得るようにしている。

次に、測定時間のある時間区間における減算処理の手順を、図７に示すフローチャートにより説明する。このフローチャートは、前の時間区間から減算すべき数が持ち越された場合についての減算処理手順を示す。この減算処理手順は、本発明の第１実施の形態と第２実施の形態に共通するものである。

先ず、ステップＳＰ２１において、前の時間区間からの減算すべき数の持ち越し数を加算して当該時間区間で減算すべき数を求める。ステップＳＰ２２において、減算処理部１２，２２は、計数値を増加させる信号が発生したか否かを判断する。計数値を増加させる信号が発生していれば、ステップＳＰ２３へ進み、計数値を増加させる信号が発生していなければ、ステップＳＰ２６へ進む。

次いで、ステップＳＰ２３において、当該時間区間で減算すべき数を減算したか否かを判断する。当該時間区間で減算すべき数を減算していなければ、ステップＳＰ２４へ進んで、発生した計数値を増加させる信号をカウントしない。一方、すでに当該時間区間で減算すべき数を減算していれば、ステップＳＰ２５において通常通り発生した計数値を増加させる信号をカウントする。

次いで、ステップＳＰ２６において、当該時間区間が終了したか否か、即ち時間１／ｍ1が経過した否かを判断する。時間１／ｍ1が経過していれば、ステップＳＰ２７へ進み、時間１／ｍ1が経過していなければ、ステップＳＰ２２へ戻る。

ステップＳＰ２７では、当該時間区間で減算すべき数を使い切ったか否かを判断する。当該時間区間で減算すべき数を使い切っていれば、当該時間区間における減算処理は終了する。一方、当該時間区間で減算すべき数を使い切っていなければ、ステップＳＰ２８において減算すべき数を次の時間区間に持ち越すための処理を行った後に、当該時間区間における減算処理は終了する。

本発明によれば、使用条件の変化を考慮した偽計数の発生頻度を把握することが可能になり、偽計数の影響をある範囲に抑えて、より正確な計数値を得る粒子計数器を構成することができる。
また、ユーザが測定結果の計数値から、仕様書などに予め明記してある偽計数を減算する必要がなくなり、粒子計数器の使い勝手が向上する。

本発明に係る粒子計数器の第１実施の形態の構成図 本発明に係る粒子計数器の第１実施の形態の動作を示すフローチャート 本発明に係る粒子計数器の第２実施の形態の構成図 光電変換器の出力電圧波形図で、（ａ）は光散乱方式の場合、（ｂ）は光遮断方式の場合 光電変換器の直流レベルと偽計数の発生頻度との関係を示す図 本発明に係る粒子計数器の第２実施の形態の動作を示すフローチャート 測定時間のある時間区間における減算処理の手順を示すフローチャート

符号の説明

１…粒子検出部、２…波高分析部、３，２３…演算部、４…表示・出力部、９…光電変換器、１０…カウンタ部、１１，２１…記憶部、１２，２２…減算処理部。

Claims (3)

1. 試料中に含まれる浮遊粒子の個数を測定し、試料中の粒子濃度を求める粒子計数器において、予め求めた偽計数の発生頻度を記憶する記憶部と、この記憶部に記憶されている前記偽計数の発生頻度に基づく値を測定開始後の計数値から減算する減算処理部を備えたことを特徴とする粒子計数器。
2. 試料中に含まれる浮遊粒子の個数を測定し、試料中の粒子濃度を求める粒子計数器において、粒子が存在しない時の粒子検出部が出力する直流レベルと偽計数の発生頻度との関係式を記憶する記憶部と、この記憶部に記憶されている前記関係式を参照して、測定開始時点の前記粒子検出部が出力する直流レベルに対応する偽計数の発生頻度を求め、この偽計数の発生頻度に基づく値を測定開始後の計数値から減算する減算処理部を備えたことを特徴とする粒子計数器。
3. 請求項１又は２記載の粒子計数器において、前記減算処理部は、求めた前記偽計数の発生頻度（ｍ）の逆数（１／ｍ）を減算処理する最小の時間区間とし、この時間区間で測定時間を分割し、ある時間区間で計数値を増加させる信号が発生すれば、計数値から減算すべき数を減算し、計数値を増加させる信号が発生しなければ、減算すべき数を次の時間区間に持ち越すことを特徴とする粒子計数器。