JP4498082B2 - 光学分析装置およびその粒子カウント方法 - Google Patents

Description

本発明は、分析用光学ディスクのある特定領域に配置された粒子の光学分析を行う光学分析装置および前記粒子のカウント方法に関するものである。

従来の光学分析装置として、分析用光学ディスクのある特定領域に配置されたサンプルの光学測定（検査）を行うサンプル分析実施用装置が、たとえば特許文献１に開示されている。

このサンプル分析実施用装置では、下層と上層に透明なプラスチック材料の層、中間には光反射表面を提供する金属箔層を備えた円形ディスク（分析用光学ディスク）に、測定対象物のサンプルとして粒子（たとえば抗体、血漿、血球）を結合させ、前記円形ディスクの上方に配置された検査用光学ブロックと前記円形ディスクの下方に配置された抽出用光学ブロックを前記円形ディスクと相対移動させて、前記円形ディスクのある特定領域に配置された前記粒子の測定を行っている。前記検査用光学ブロックは、レーザーダイオードと、前記レーザーダイオードから照射された光ビームを前記円形ディスクの表面上に焦点を結ばせるレンズと、光反射表面から反射された光ビームの反射光を９０度偏光する偏光プリズムと、前記偏光プリズムを介して入力した反射光を検出する検出器から形成される。前記抽出用光学ブロックは、前記検査用光学ブロックのレーザーダイオードから照射された光ビームが前記円形ディスクを通過した際の光（通過光）を抽出する検出器から形成される。照射された光ビームは前記粒子の影響を受けて、前記抽出用光学ブロックの検出器に入力される通過光が実質的に低下することから、前記抽出用光学ブロックの検出器に入力した通過光を収集・解析することにより、前記粒子の測定を行っている。

このような光学分析装置において、分析用光学ディスクのある特定領域に配置される多種サイズの粒子の中から、測定対象物となる一定範囲内の大きさの粒子を選別してその検出数を求める、従来の粒子のカウント方法の一例を、図９〜図１２を用いて説明する。

測定対象物である粒子が配置された分析用光学ディスク１０１は、ＣＤ−Ｒ等の光ディスクと同様に螺旋状のトラックを有する光学ディスクである。この分析用光学ディスク１０１は、回転数を制御するディスクモータ制御回路１０４からの制御信号を受けて駆動されるディスクモータ１０２により、回転する。前記ディスクモータ１０２とディスクモータ制御回路１０４により、分析用光学ディスク１０１を回転するディスク回転手段が形成されている。

また分析用光学ディスク１０１の所定位置に、対物レンズを介して光ビームを照射するレーザ光源とディスク面からの反射光を検出する反射光検出器を有するピックアップ装置（光照射手段の一例）１１０が設けられており、ピックアップ装置１１０の反射光検出器により検出された各種信号は、前記レーザ光源の光ビームの出射パワーを安定に保つレーザ制御回路１０９、前記対物レンズを光軸方向に動かしてフォーカス状態を制御するフォーカス制御回路１０５、トラッキング状態を制御するために前記対物レンズを水平方向に動かすトラッキング制御回路１０６、ピックアップ装置１１０を送りモータ１０３により水平方向に動かす送りモータ制御回路１０７に入力され、これら回路（１０４，１０５，１０６，１０７，１０９）がマイクロコンピュータ１０８により統括して制御されている。例えば、サーボ制御信号を出力して、レーザ光源を動かすスキャン制御が行われる。前記送りモータ１０３と送りモータ制御回路１０７により、ピックアップ装置１１０を駆動して、分析用光学ディスク１０１のトラックに沿って光ビームを走査する走査手段が形成されている。

また２分割のフォトディテクタ１１１が、分析用光学ディスク１０１を挟んでピックアップ装置１１０と反対側に配置され、ピックアップ装置１１０とともに水平方向に移動し、ピックアップ装置１１０のレーザ光源から分析用光学ディスク１０１に照射された光ビームの通過光を受光している。前記２分割のフォトディテクタ１１１により、光ビームを走査する方向に対して略直角方向を境界とした少なくとも２つ以上の受光部が形成されており、また２分割のフォトディテクタ１１１により光検出手段が形成されている。なお、フォトディテクタ１１１は２分割に限ることはなく、さらに前記略直角方向に分割して光ビームを受光することも可能である。

さらにフォトディテクタ１１１から得られる通過光より測定対象物となる粒子を検出する差動信号検出回路１１２が設けられ、この差動信号検出回路１１２から検出された粒子の数をカウントする粒子検出回路１１４も設けられている。また差動信号検出回路１１２は、差動信号用メモリ１１３を有している。

差動信号検出回路１１２では、フォトディテクタ１１１によって受光した通過光の信号レベルを検出して、検出した信号レベルが粒子の存在する信号レベルであると判断した場合には差動信号用メモリ１１３に粒子が存在することを意味するマーク“１”を格納し、検出した信号レベルが粒子の存在しない信号レベルであると判断した場合には差動信号用メモリ１１３に粒子が存在しないことを意味するマーク“０”を格納して、二次元のメモリ配列を構成している。そして差動信号用メモリ１１３のメモリ配列よりディスク半径方向への“１”の並びを求めて、粒子のサイズを検出し、粒子検出回路１１４へ出力している。

前記粒子サイズの検出、および粒子のカウント方法としては、求めたい粒子のサイズに対応した走査ウィンドウに切り替えて行う方法がある。図１０および図１１に基づいて、走査ウィンドウを用いた粒子サイズの検出、および粒子のカウント方法について説明する。

光ビームが粒子２１，９１を通過する際に検出される通過光を２分割のフォトディテクタ１１１で受光し、受光した各通過光の信号の差分を利用して差動信号２２，９２を抽出する。特定の上下限閾値を粒子の存在判定基準として、差動信号２２，９２から粒子の存在を判断して、その結果を差動信号用メモリ１１３に格納する。差動信号２２のように上下限閾値を超える通過光の信号レベルが得られたときは、粒子が存在すると判断し、差動信号用メモリ１１３に粒子が存在することを意味するマーク“１”を格納し、差動信号９２のように上下限閾値を超えない通過光の信号レベルが得られたときは、粒子が存在しないと判断し、差動信号用メモリ１１３に粒子が存在しないことを意味するマーク“０”を格納する。

例えば、トラック３本分のサイズの粒子１００１を検出する場合、最初に３×Ａの走査ウィンドウ１００３を使用して、差動信号用メモリ１１３の各行に“１”を含む箇所を検出する。次に、行の大きさをひとつ増やし、４×Ａの走査ウィンドウ１００４を使用して、差動信号用メモリ１１３の各行に“１”を含む箇所を検出する。トラック４本分のサイズの粒子１００２を検出した検出数と、トラック３本分のサイズの粒子１００１を検出した検出数との差を取ることにより、真のトラック３本分のサイズの粒子の検出数を求めることができる。なお、走査ウィンドウ１００３，１００４の“Ａ”はディスクの回転ムラや信号検出のバラツキによる検出位置のズレに対応した大きさである。このＡには検出位置のズレの範囲よりも大きい値を設定する。これにより、各トラック３３において検出位置のズレが発生しても、同一粒子から検出したデータとして扱うことが可能である。また図１１において、３４は光ビームがトレースした経路を示す。
特表平１０−５０４３９７号公報

しかしながら、従来の光学分析装置の粒子のカウント方法では、測定対象物となる粒子のサイズにバラツキがあると、粒子を切り出すための走査ウィンドウの大きさをいくつも変更しながら粒子が存在する同じトラックを何度も走査する必要があり、そのため、粒子を検出してカウントするまでに多大な時間を費やしてしまい、しかも正確な粒子カウントができないといった課題を有していた。

例えば、トラック３〜７本分のサイズの粒子が配置された分析用光学ディスク１０１において、トラック３〜６本分のサイズの粒子を検出してカウントする場合を考える（図１２）。最初に、最小値のサイズの粒子に対応する３×Ａ走査ウィンドウ１００３を使用して、差動信号用メモリ１１３からトラック３本分のサイズの粒子１００１を検出する。このときの粒子検出数（粒子カウント）は５となる。次に、検出する粒子のサイズの中で最大値より１トラック分大きなサイズに対応する７×Ａ走査ウィンドウ１１０５を使用して、差動信号用メモリ１１３からトラック７本分のサイズの粒子１１０２を検出する。このときの粒子検出数は１となる。しかしながら、単にトラック３本分のサイズの粒子検出数とトラック７本分のサイズの粒子検出数の差分からは、トラック３〜６本分のサイズの粒子検出数を正確にカウントすることができない。なぜならば、トラック３本分のサイズの粒子検出数の中に、その倍数であるトラック６本分のサイズの粒子３１の検出数が重複して含まれているためである。そのため、倍数であるトラック６本分のサイズの粒子に対応する６×Ａ走査ウィンドウ１１０６を使用して、差動信号用メモリ１１３からトラック６本分のサイズの粒子３１を検出する必要がある。このときの粒子検出数は２となる。トラック３本分のサイズの粒子検出数から、トラック７本分のサイズの粒子検出数とトラック６本分のサイズの粒子検出数の差分を取ることにより、真のトラック３〜６本分のサイズの粒子検出数２を求めることができる。

そこで、本発明は、粒子を切り出す走査ウィンドウの大きさを頻繁に変更することなく、測定対象物となる粒子が存在するトラックを極力少ない回数だけで走査することで、正確かつ迅速な光学分析装置およびその粒子カウント方法を提供することを目的としたものである。

前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、分析用光学ディスクのある特定領域に配置される、多種サイズの粒子の中から、測定対象物となる一定範囲のサイズの粒子の数を求める光学分析装置であって、
前記分析用光学ディスクを回転するディスク回転手段と、前記分析用光学ディスクに光ビームを照射する光照射手段と、前記光照射手段を駆動して、前記分析用光学ディスクに照射された前記光ビームを走査する走査手段と、前記分析用光学ディスクを挟んで前記光照射手段と反対側に配置され、前記光照射手段より前記分析用光学ディスクに照射された光ビームの通過光を受光する、前記光ビームを走査する方向に対して略直角方向を境界とした少なくとも２つ以上の受光部を有する光検出手段と、前記光ビームが粒子を通過する際に、前記光検出手段の各受光部から得られる通過光の各信号を差分して得られる差動信号を抽出する差動信号検出手段と、差動信号用メモリと、第１の閾値を粒子が存在する判定基準とし、前記差動信号検出手段により抽出された差動信号から前記分析用光学ディスクのある特定領域に粒子が存在するかを判断して、その結果を前記差動信号用メモリに格納する差動信号判定手段と、前記差動信号用メモリを、測定対象物となる一定範囲のサイズの粒子に対応する第１走査ウィンドウで走査して、測定対象物となる一定範囲のサイズの粒子の有無を判定する粒子存在判定手段と、前記光ビームが粒子を通過する際に、前記光検出手段の各受光部から得られる通過光の和信号を抽出する和信号検出手段と、和信号用メモリと、第２の閾値を粒子としてカウントしてよいか判定する基準とし、前記和信号検出手段により抽出された和信号から前記分析用光学ディスクにカウントできる粒子があるかを判断して、その結果を前記和信号用メモリに格納する和信号判定手段と、前記和信号用メモリを、粒子のカウントの有効性を判定する第２走査ウィンドウで走査して、粒子のカウントの有効性を判定する粒子有効性判定手段と、前記粒子存在判定手段と前記粒子有効性判定手段により、測定対象物となる一定範囲のサイズの粒子の中で最小値サイズを含む粒子が存在し、かつ、カウントすることが有効な粒子であると判定されるとき、最小値サイズを含む粒子の検出数を求め、前記一定範囲のサイズの粒子の中で最大値より１走査単位分大きなサイズを含む粒子が存在し、かつ、カウントすることが有効な粒子であると判定されるとき、最大値より１走査単位分大きなサイズを含む粒子の検出数を求め、求めた最小値サイズを含む粒子の検出数と最大値より１走査単位分大きなサイズを含む粒子の検出数の差分から、前記一定範囲のサイズの粒子の検出数を求める粒子検出手段を備えたことを特徴とするものである。

上記構成によれば、一定範囲のサイズの粒子の中で最小値サイズに対応する第１走査ウィンドウを使用して検出し、カウントの有効性が確認された粒子の検出数と、一定範囲のサイズの粒子の中で最大値より１走査単位分大きなサイズに対応する第１走査ウィンドウを使用して検出し、カウントの有効性が確認された粒子の検出数との単なる差分から、一定範囲のサイズの粒子の検出数が求められる。よって、従来の如く、検出する粒子のサイズの最小値の倍数に対応する走査ウィンドウを使用することなく少ない回数で走査を行い、正確かつ高速な粒子の検出と粒子のカウントを実行する光学分析装置を提供できる。

また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、前記差動信号判定手段では、前記分析用光学ディスクの走査単位ごとに粒子が存在すると判断された場合は前記差動信号用メモリに粒子が存在することを意味するマークを格納し、粒子が存在しないと判断された場合は前記差動信号用メモリに粒子が存在しないことを意味するマークを格納して二次元のメモリ配列を構成する存在結果格納処理を有し、前記和信号判定手段では、前記分析用光学ディスクの走査単位ごとにカウントできる粒子があると判断された場合は前記和信号用メモリにカウント可能な粒子があることを意味するマークを格納し、カウントできない粒子であると判断された場合は前記和信号用メモリにカウント可能な粒子がないことを意味するマークを格納して二次元のメモリ配列を構成する有効性結果格納処理を有することを特徴としたものである。

上記構成によれば、差動信号用メモリには、粒子が存在することを意味するマークと、粒子が存在しないことを意味するマークが二次元のメモリ配列に格納され、また和信号用メモリには、カウント可能な粒子があることを意味するマークと、カウント可能な粒子がないことを意味するマークが二次元のメモリ配列に格納される。

また請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明であって、前記粒子存在判定手段では、前記存在結果格納処理によって格納された二次元のメモリ配列からＭ×Ｎの前記第１走査ウィンドウ（Ｍは測定する前記粒子のサイズ，Ｎは前記分析用光学ディスクの検出位置のズレに対応した大きさ）を使用して粒子が存在することを意味するマークの並びを検出して粒子の有無を判定し、前記粒子有効性判定手段では、前記有効性結果格納処理によって格納された二次元のメモリ配列からｍ×ｎの前記第２走査ウィンドウ（ｍはマークの変化を捕える値，ｎはNと同じ値）を使用してカウント可能な粒子がないことを意味するマークからカウント可能な粒子があることを意味するマークへの変化を検出して粒子のカウントの有効性を判定することを特徴としたものである。

上記構成によれば、差動信号用メモリからＭ×Ｎの第１走査ウィンドウを用いて粒子が存在することを意味するマークの並びが抽出されることにより粒子の有無が判定され、また和信号用メモリからｍ×ｎの第２走査ウィンドウを用いてカウント可能な粒子がないことを意味するマークからカウント可能な粒子があることを意味するマークへの変化が抽出されることにより粒子のカウントの有効性が判定される。

さらに請求項４に記載の発明は、分析用光学ディスクのある特定領域に配置される、多種サイズの粒子の中から、測定対象物となる一定範囲のサイズの粒子の数を求める粒子カウント方法であって、
前記分析用光学ディスクに光ビームを照射させて、前記分析用光学ディスクに照射された前記光ビームを走査して、前記光ビームが粒子を通過する際に検出される通過光を、前記光ビームを走査する方向に対して略直角方向を境界とした少なくとも２つ以上に分けて配置された受光部で受光し、これら受光した信号の差動信号と和信号を抽出し、前記差動信号からは第１の閾値を粒子が存在する判定基準として前記分析用光学ディスクに粒子が存在するかを判断してその結果を記憶し、前記和信号からは第２の閾値を粒子としてカウントしてよいか判定する基準として前記分析用光学ディスクにカウントできる粒子があるかを判断してその結果を記憶し、前記光ビームの走査が終了した後、記憶された粒子の存在判断結果を、測定対象物となる一定範囲のサイズの粒子の中で最小値に対応する第１走査ウィンドウで走査して粒子の有無を判定し、同時に記憶された粒子のカウントの有効・無効の判断結果を粒子のカウントの有効性に対応する第２走査ウィンドウで走査して粒子のカウントの有効性を判定し、一定範囲のサイズの粒子の中で最小値のサイズを含む粒子が有り、かつ、カウントすることが有効な粒子と判定されるとき、最小値サイズを含む粒子としてカウントを行い、このときの粒子の検出数を記憶し、続いて、記憶された粒子の存在判断結果を、測定対象物となる一定範囲のサイズの粒子の中で最大値より１走査単位分大きなサイズに対応する第１走査ウィンドウで走査して粒子の有無を判定し、同時に記憶された粒子のカウントの有効・無効の判断結果を、粒子のカウントの有効性に対応する第２走査ウィンドウで走査して粒子のカウントの有効性を判定し、一定範囲のサイズの粒子の中で最大値より１走査単位分大きなサイズを含む粒子が有り、かつ、カウントすることが有効な粒子と判定されるとき、最大値より１走査単位分大きなサイズを含む粒子のカウントを行い、このときの粒子の検出数を記憶し、続いて記憶した最小値サイズを含む粒子の検出数と最大値より１走査単位分大きなサイズを含む粒子の検出数との差分から、一定範囲のサイズの粒子の検出数を求めることを特徴としたものである。

上記方法によれば、一定範囲のサイズの粒子の中で最小値に対応する第１走査ウィンドウを走査させて検出し、第２走査ウィンドウを走査させて粒子のカウントの有効性が確認された粒子検出数と、一定範囲のサイズの粒子の中で最大値より１走査単位分大きなサイズに対応する第１走査ウィンドウを走査させて検出し、第２走査ウィンドウを走査させて粒子のカウントの有効性が確認された粒子検出数との単なる差分から、一定範囲のサイズの粒子の検出数が求められる。よって、従来の如く、検出する粒子のサイズの最小値の倍数に対応する走査ウィンドウを使用することなく少ない回数で走査を行い、正確かつ高速な粒子の検出と粒子カウントを実行する粒子カウント方法を提供できる。

本発明の光学分析装置およびその粒子カウント方法は、一定範囲のサイズの粒子を検出してカウントするまでの時間を短縮でき、かつ正確にカウントすることができる、という効果を有している。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、図９に示した従来の光学分析装置の構成と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図１は本発明の実施の形態における光学分析装置の構成図である。

差動信号用メモリ１１３を有す差動信号検出回路１１２に加えて、新たに、和信号用メモリ１１６を有し、２分割のフォトディテクタ１１１から得られる通過光の信号を利用して粒子のカウントの有効性を判定する和信号検出回路１１５が設けられている。

前記差動信号検出回路１１２の構成を図１に示す。図１に示すように、差動信号検出回路１１２は、差動信号検出手段１２１と、差動信号判定手段１２２と、差動信号用メモリ１１３と、粒子存在判定手段１２３から構成されている。

差動信号検出手段１２１は、２分割の各フォトディテクタ１１１から得られる通過光の信号を差分して得られる差動信号を抽出し、差動信号判定手段１２２へ出力する。図２（ａ）に光ビームを透過する粒子から抽出した差動信号２２の一例を示す。また図２（ｃ）に光ビームが透過しない粒子から抽出した差動信号２３の一例を示す。

差動信号判定手段１２２は、分析用光学ディスク１０１のトラックに沿って光ビームがトレース（走査）されているとき、差動信号検出手段１２１により抽出された差動信号２２，２３の振幅から、特定の上限／下限閾値（第１の閾値）を粒子の存在判定基準として、粒子の存在を判断して、その結果を差動信号用メモリ１１３に格納する。すなわち、図２（ａ）及び図２（ｃ）に示すように、トレースしているトラック上に粒子２１が存在すると判断した場合は差動信号用メモリ１１３に粒子が存在することを意味するマーク“１”を格納し、粒子が存在しないと判断した場合は差動信号用メモリ１１３に粒子が存在しないことを意味するマーク“０”を格納する存在結果格納処理を行う。なお差動信号用メモリ１１３は二次元のメモリ配列で構成されており、Ｘ方向は分析用光学ディスク１０１のトラック方向、Ｙ方向は分析用光学ディスク１０１の半径方向を示す。

粒子存在判定手段１２３は、差動信号判定手段１２２により粒子の存在のデータが格納された差動信号用メモリ１１３を、Ｍ×Ｎの第１走査ウィンドウで走査して粒子が存在することを示すマーク“１”の並びを抽出し、測定対象物になる一定範囲のサイズの粒子の有無を判定して粒子検出回路１１４へ出力する（詳細は後述する）。第１走査ウィンドウのＭは、測定する粒子のサイズにより設定する。第１走査ウィンドウのＮは、分析用光学ディスク１０１の回転ムラや信号検出のバラツキによる検出位置のズレに対応した大きさであり、検出位置のズレ範囲よりも大きい値を設定する。これにより、各トラックにおいて検出位置のズレが発生しても、同一粒子から検出したデータとして扱うことが可能である。

また和信号検出回路１１５は、図１に示すように、和信号検出手段１２６と、和信号判定手段１２７と、和信号用メモリ１１６と、粒子有効性判定手段１２８から構成されている。

和信号検出手段１２６は、２分割の各フォトディテクタ１１１から得られる通過光の信号を和して得られる和信号を抽出し、和信号判定手段１２７へ出力する。図２（ｂ）に光ビームを透過する粒子から抽出した和信号２５の一例を示す。また図２（ｄ）に光ビームが透過しない粒子から抽出した和信号２４の一例を示す。

和信号判定手段１２７は、分析用光学ディスク１０１のトラックに沿って光ビームがトレースされているとき、和信号検出手段１２６により抽出された和信号２５，２４の振幅から、特定の閾値（第２の閾値）を粒子としてカウントしてよいかを判定する有効性判定基準として、粒子の有効性を判断して、その結果を和信号用メモリ１１６に格納する。すなわち、図２（ｂ）及び図２（ｄ）に示すように、和信号２５，２４が閾値以上の信号レベルのときは、トレースしたトラック上にカウントできる有効な粒子２１があると判断して、和信号用メモリ１１６にカウント可能な粒子があることを意味するマーク“１”、和信号２５，２４が閾値未満の信号レベルのときは、トレースしたトラック上にカウントできる有効な粒子がないと判断して、和信号用メモリ１１６にカウント可能な粒子がないことを意味するマーク“０”を格納する有効性結果格納処理を行う。なお和信号用メモリ１１６は二次元のメモリ配列で構成されており、Ｘ方向は分析用光学ディスク１０１のトラック方向、Ｙ方向は分析用光学ディスク１０１の半径方向を示す。

粒子有効性判定手段１２８は、和信号判定手段１２７により粒子の有効性のデータが格納された和信号用メモリ１１６から、ｍ×ｎの第２走査ウィンドウを使用して、カウント可能な粒子がないことを意味するマーク“０”からカウント可能な粒子があることを意味するマーク“１”への変化を抽出し、粒子のカウントの有効性を判定して粒子検出回路１１４へ出力する（詳細は後述する）。走査ウィンドウのｍは、“０”から“１”へのマークの変化を捕らえる値を設定する。走査ウィンドウのｎは、分析用光学ディスク１０１の回転ムラや信号検出のバラツキによる検出位置のズレに対応した大きさであり、粒子存在判定手段１２３で用いたＭ×Ｎの走査ウィンドウと同じＮの値を設定する。

粒子検出回路１１４は、差動信号検出回路１１２から得られた粒子の有無判定結果と、和信号検出回路１１５から得られた粒子の有効性判定結果を使用して、粒子が有り、かつ粒子が有効と判定されるとき、測定対象物となる粒子をカウントする。

前記差動信号検出回路１１２の粒子存在判定手段１２３における粒子の有無判定方法と、前記和信号検出回路１１５の粒子有効性判定手段１２８における粒子の有効性判定方法と、前記粒子検出回路１１４の動作について詳細に説明する。

まず、粒子の存在判定方法および有効性判定方法を説明するために、走査ウィンドウ内の状態を、図４および図５を用いて説明する。
図５のＡ１、Ｂ１、Ｃ１の“１”は、図４の差動信号用メモリ１１３において３×Ａの第１走査ウィンドウ４１（Ｍ＝３，Ｎ＝Ａ）内の各該当行に少なくともひとつの“１（粒子存在）”があることを示し、また“０”は、差動信号用メモリ１１３において３×Ａの第１走査ウィンドウ４１内の各該当行が全て“０（粒子の存在なし）”であることを示している。すなわち、３×Ａの第１走査ウィンドウ４１内の各該当行のデータが論理和回路（ＯＲ回路）に入力された結果を示している。図５のＸ１は、前記Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の結果を受けて、図４に示すように、それらのデータを論理積回路（ＡＮＤ回路）１１７に入力された結果を示している。このＸ１が“１”であるならば、粒子存在判定手段１２３によりトレースしたトラック上に粒子が存在すると判定する。この粒子存在判定手段１２３による粒子の存在判定結果が、粒子検出回路１１４へ出力される。

また図５のＤ１、Ｅ１の“１”は、図４の和信号用メモリ１１６において２×Ａの第２走査ウィンドウ４２（ｍ＝２，ｎ＝Ａ）内の各該当行に少なくともひとつの“１（粒子有効）”があることを示し、また“０”は、和信号用メモリ１１６において２×Ａの第２走査ウィンドウ４２内の各該当行が全て“０（粒子無効）”であることを示している。すなわち、２×Ａの第２走査ウィンドウ４２内の各該当行のデータが論理和回路（ＯＲ回路）に入力された結果を示している。図５のＹ１は、図４に示すように、前記Ｄ１が否定回路（ＮＯＴ回路）を通過したデータと前記Ｅ１のデータを論理積回路（ＡＮＤ回路）１１８に入力した結果を示している。このＹ１が“１”であるならば、粒子有効性判定手段１２８によりトレースしたトラック上の粒子のカウントは有効であると判定する。つまり、和信号用メモリ１１６内に隣接する領域より、“０（粒子無効）”から“１（粒子有効）”への変化を抽出して、トレースしたトラック上の粒子のカウントの有効性を判定する。この粒子有効性判定手段１２８による粒子のカウントの有効性判定結果が、粒子検出回路１１４へ出力される。

差動信号検出回路１１２の結果Ｘ１と和信号検出回路１１５の結果Ｙ１を受けて、前記データを粒子検出回路１１４内の論理積回路（ＡＮＤ回路）１１９に入力した結果がＺ１である。Ｚ１が“１”、すなわち、粒子が存在しており、かつ、その粒子がカウントするに有効であるならば、トレースしたトラック上の粒子をカウントする。図４および図５は、粒子のカウントを行う一実施例である。

次に、差動信号用メモリ１１３の３×Ａの第１走査ウィンドウ４１と和信号用メモリ１１６の２×Ａの第２走査ウィンドウ４２を、分析用光学ディスク１０１の半径方向に３×Ａの第１走査ウィンドウ４１の行幅だけ移動させる。前記と同様に粒子の存在判定方法および有効性判定方法について説明する（図６および図７）。

図７のＡ２、Ｂ２、Ｃ２の“１”は、図５のＡ１、Ｂ１、Ｃ１と同様に、差動信号用メモリ１１３において３×Ａの第１走査ウィンドウ４１内の各該当行のデータが論理和回路（ＯＲ回路）に入力された結果を示している。図７のＸ２は、前記Ａ２、Ｂ２、Ｃ２の結果を受けて、図６に示すように、それらのデータを論理積回路（ＡＮＤ回路）１１７に入力された結果を示している。このＸ２が“１”であるならば、粒子存在判定手段１２３によりトレースしたトラック上に粒子が存在すると判定する。

また図７のＤ２、Ｅ２の“１”は、図５のＤ１、Ｅ１と同様に、和信号用メモリ１１６において２×Ａの第２走査ウィンドウ４２内の各該当行のデータが論理和回路（ＯＲ回路）に入力された結果を示している。図７のＹ２は、図５のＹ１と同様に、前記Ｄ２が否定回路（ＮＯＴ回路）を通過したデータと前記Ｅ２のデータを論理積回路（ＡＮＤ回路）１１８に入力した結果を示している。このＹ２が“０”であるならば、粒子有効性判定手段１２８によりトレースしたトラック上の粒子のカウントは無効であると判定する。つまり、和信号用メモリ１１６内に隣接する領域より、“０（粒子無効）”から“１（粒子有効）”への変化を抽出できず、トレースしたトラック上の粒子のカウントの無効性を判定する。

差動信号検出回路１１２の結果Ｘ２と和信号検出回路１１５の結果Ｙ２を受けて、前記データを粒子検出回路内１１４の論理積回路（ＡＮＤ回路）１１９に入力した結果がＺ２である。このＺ２が“０”であることは、粒子は存在するが、その粒子がカウントするには無効であることを意図している。すなわち、今回の検出した粒子は、前回検出した粒子と同じ粒子であると判断して、新たに粒子のカウントは行わないとしている。図６および図７は、粒子カウントを行なわない一実施例である。

このように、差動信号検出回路１１２の粒子存在判定手段１２３により差動信号用メモリ１１３内を３×Ａの第１走査ウィンドウ４１で走査させ、かつ和信号検出回路１１５の粒子有効性判定手段１２８により和信号用メモリ１１６内を２×Ａの第２走査ウィンドウ４２で走査させることにより、粒子の有効性が確認されたカウントが実行される。

上記構成を備えた光学分析装置による粒子のカウント方法を、図８に示すフローチャートにしたがって説明する。同時に一例として、トラック３〜７本分のサイズ（多種サイズの一例）の粒子が配置された分析用光学ディスク１０１において、一定範囲のサイズとしてトラック３〜６本分のサイズの粒子を検出してカウントする場合を説明する。
ステップ−１
ディスクモータ制御回路１０４によりディスクモータ１０２を駆動して分析用光学ディスク１０１を回転させるとともに、送りモータ制御回路１０７により送りモータ１０３を駆動してピックアップ装置１１０およびフォトディテクタ１１１を水平方向へ移動させて、ピックアップ装置１１０から照射される光ビームを分析用光学ディスク１０１のトラックに沿ってトレースさせる。
ステップ−２
前記トレース中に、分析用光学ディスク１０１に照射された光ビームが粒子を通過する際、その通過光を２分割のフォトディテクタ１１１により受光する。各フォトディテクタ１１１の通過光の信号より差動信号検出回路１１２により差動信号２２，２３を抽出し、抽出した差動信号２２，２３から、特定の閾値（第１の閾値）を粒子の存在判定基準として、粒子の存在を判断してその結果を差動信号用メモリ１１３に記憶する。同時に、各フォトディテクタ１１１の通過光の信号より和信号検出回路１１５により和信号２５，２４を抽出し、抽出した和信号２５，２４から、特定の閾値（第２の閾値）を粒子としてカウントしてよいのかを判定する有効性判定基準として、粒子の有効性を判断してその結果を和信号用メモリ１１６に記憶する。

このステップ−２によりトラック上に粒子が検出される毎に、粒子の存在が判断されてその結果が差動信号用メモリ１１３に記憶される。同時に、粒子の有効・無効が判断されてその結果が和信号用メモリ１１６に記憶される。すなわち、粒子が存在すると判断した場合は差動信号用メモリ１１３に“１”、粒子が存在しないと判断した場合は差動信号用メモリ１１３に“０”を格納して、差動信号用メモリ１１３を二次元のメモリ配列として構成する。また同様に、有効な粒子があると判断した場合は和信号用メモリ１１６に“１”、無効な粒子であると判断した場合は和信号用メモリ１１６に“０”を格納して、和信号用メモリ１１６を二次元のメモリ配列として構成する。
ステップ−３
前記トレースが終了した後、差動信号検出回路１１２において、検出する一定範囲のサイズの粒子の中で最小値に対応したＭ×Ｎの第１走査ウィンドウにより、差動信号用メモリ１１３を走査させて粒子の有無を判定する。同時に、和信号検出回路１１５において、“０”から“１”への変化抽出を捕らえるｍ×ｎの第２走査ウィンドウにより、和信号用メモリ１１６を走査させて粒子のカウントの有効性を判定する。それぞれの結果から、粒子が有り、かつ粒子が有効と判定されるとき、一定範囲の最小値サイズを含む粒子と判定してカウントし、このときの粒子検出数を記憶する。

例えば、検出する粒子のサイズの最小値（トラック３本分のサイズ）に対応した３×Ａの第１走査ウィンドウ４１を差動信号用メモリ１１３で走査させ、同時に２×Ａの第２走査ウィンドウ４２を和信号用メモリ１１６で走査させて、トラック３本分のサイズ以上の粒子を検出して、粒子検出数を記憶する。

また上記一連の動作では、同一粒子において、粒子カウントの重複を防止することが可能である。つまり、トラックの６本分（３本分の倍数）のサイズの粒子でも、粒子のカウントの有効性の判断により、粒子カウントを誤りなくカウントすることが可能となる。但し、この時点においては、一定範囲外のサイズであるトラック７本分のサイズ（検出する粒子のサイズの最大値より１トラック分大きなサイズ）を有する粒子を重複してカウントしている。
ステップ−４
次に、差動信号検出回路１１２において、検出する一定範囲のサイズの粒子の中で最大値より１トラック分大きなサイズに対応したＭ’×Ｎの第１走査ウィンドウにより、差動信号用メモリ１１３を走査させて粒子の有無を判定する。同時に、和信号検出回路１１５において、“０”から“１”への変化抽出を捕らえるｍ×ｎの第２走査ウィンドウにより、和信号用メモリ１１６を走査させて粒子のカウントの有効性を判定する。それぞれの結果から、粒子が有り、かつ粒子が有効と判定されるとき、一定範囲の最大値より１トラック分大きなサイズを含む粒子と判定してカウントし、このときの粒子検出数を記憶する。

例えば、検出する粒子のサイズの最大値より１トラック分大きなサイズ（トラック７本分のサイズ）に対応した７×Ａの第１走査ウィンドウを差動信号用メモリ１１３で走査させ、同時に２×Ａの第２走査ウィンドウを和信号用メモリ１１６で走査させて、トラック７本分のサイズ以上の粒子を検出して、粒子検出数を記憶する。
ステップ−５
次に、ステップ−３で記憶した粒子の最小値サイズを含む粒子検出数と、ステップ−４で記憶した粒子の最大値より１トラック分大きなサイズを含む粒子検出数との差分から、一定範囲のサイズの粒子の検出数を求める。

例えば、トラック３本分以上のサイズの粒子検出数とトラック７本分以上のサイズの粒子検出数の差分から、一定範囲のサイズとしてトラック３〜６本分の粒子検出数を求める。

以上のように本実施の形態によれば、検出する一定範囲のサイズの粒子の中で最小値に対応した第１走査ウィンドウと“０（粒子無効）”から“１（粒子有効）”への変化抽出を捕らえる第２走査ウィンドウを使用して粒子の最小値サイズを含む粒子検出数を求め、続いて検出する一定範囲のサイズの粒子の中で最大値より１トラック分大きなサイズに対応した第１走査ウィンドウと“０（粒子無効）”から“１（粒子有効）”への変化抽出を捕らえる第２走査ウィンドウを使用して粒子の最大値より１トラック分大きなサイズを含む粒子検出数を求め、それらの差分から一定範囲のサイズの粒子検出数が求められることによって、測定対象物となる粒子のサイズにバラツキがあっても、従来の如く、検出する粒子サイズの最小値の倍数に対応した走査ウィンドウを使用することなく少ない回数で走査することができ、分析用光学ディスク１０１のある特定領域に配置された多種サイズの粒子から、測定対象物となる一定範囲内の大きさの粒子の数を正確にかつ短時間で求めることができる光学分析装置およびその粒子カウント方法を提供することができる。

なお、本実施の形態では、差動信号検出回路１１２では差動信号２２，２３の振幅から粒子の存在を判断しているが、差動信号２２，２３の周期から粒子の存在を判断することもできる。同様に、和信号検出回路１１５では和信号２５，２４の振幅から粒子の有効性を判断しているが、和信号２５，２４の周期から粒子の有効性を判断することもできる。

本発明にかかる光学分析装置及び粒子カウント方法は、粒子を検出してカウントするまでの時間を短縮でき、しかも正確にカウントできる効果を有し、光を利用して測定対象物のカウントを行う分野で有用である。

本発明の実施の形態における光学分析装置の構成図である。 同光学分析装置における粒子検出の一例を示す図である。 同光学分析装置において測定する粒子のサイズの一例を示す図である。 同光学分析装置における差動信号検出回路と和信号検出回路の動作を説明する説明図である。 同光学分析装置における差動信号検出回路と和信号検出回路の動作を説明する説明図である。 同光学分析装置における差動信号検出回路と和信号検出回路の動作を説明する説明図である。 同光学分析装置における差動信号検出回路と和信号検出回路の動作を説明する説明図である。 同光学分析装置における粒子カウント方法を説明するフローチャートである。 従来の光学分析装置の構成図である。 従来の光学分析装置における粒子検出の一例を示す図である。 従来の光学分析装置における粒子検出結果の一例を示す図である。 従来の光学分析装置における粒子検出結果の一例を示す図である。

符号の説明

２１ 検出可能な粒子
２２ 差動信号（光ビームを透過する粒子が存在する場合）
２３ 差動信号（光ビームを透過しない粒子が存在する場合）
２４ 和信号（光ビームが透過しない粒子が存在する場合）
２５ 和信号（光ビームを透過する粒子が存在する場合）
３１ トラック６本分の粒子
３２ トラック５本分の粒子
３３ トラック
３４ 光ビームの経路
４１ 差動信号用３×Ａの第１走査ウィンドウ
４２ 和信号用２×Ａの第２走査ウィンドウ
９１ 検出不可能な粒子
９２ 差動信号（粒子不在時の差動信号）
１０１ 分析用光学ディスク
１０２ ディスクモータ
１０３ 送りモータ
１０４ ディスクモータ制御回路
１０５ フォーカス制御回路
１０６ トラッキング制御回路
１０７ 送りモータ制御回路
１０８ マイクロコンピュータ
１０９ レーザ制御回路
１１０ ピックアップ装置
１１１ フォトディテクタ
１１２ 差動信号検出回路
１１３ 差動信号用メモリ
１１４ 粒子検出回路
１１５ 和信号検出回路
１１６ 和信号用メモリ
１１７、１１８、１１９ 論理積回路（ＡＮＤ回路）
１２１ 差動信号検出手段
１２２ 差動信号判定手段
１２３ 粒子存在判定手段
１２６ 和信号検出手段
１２７ 和信号判定手段
１２８ 粒子有効性判定手段
１００１ トラック３本分の粒子
１００２ トラック４本分の粒子
１００３ ３×Ａ走査ウィンドウ
１００４ ４×Ａ走査ウィンドウ
１１０２ トラック７本分の粒子
１１０５ ７×Ａ走査ウィンドウ
１１０６ ６×Ａ走査ウィンドウ

Claims (4)

1. 分析用光学ディスクのある特定領域に配置される、多種サイズの粒子の中から、測定対象物となる一定範囲のサイズの粒子の数を求める光学分析装置であって、
   前記分析用光学ディスクを回転するディスク回転手段と、
   前記分析用光学ディスクに光ビームを照射する光照射手段と、
   前記光照射手段を駆動して、前記分析用光学ディスクに照射された前記光ビームを走査する走査手段と、
   前記分析用光学ディスクを挟んで前記光照射手段と反対側に配置され、前記光照射手段より前記分析用光学ディスクに照射された光ビームの通過光を受光する、前記光ビームを走査する方向に対して略直角方向を境界とした少なくとも２つ以上の受光部を有する光検出手段と、
   前記光ビームが粒子を通過する際に、前記光検出手段の各受光部から得られる通過光の各信号を差分して得られる差動信号を抽出する差動信号検出手段と、
   差動信号用メモリと、
   第１の閾値を粒子が存在する判定基準とし、前記差動信号検出手段により抽出された差動信号から前記分析用光学ディスクのある特定領域に粒子が存在するかを判断して、その結果を前記差動信号用メモリに格納する差動信号判定手段と、
   前記差動信号用メモリを、測定対象物となる一定範囲のサイズの粒子に対応する第１走査ウィンドウで走査して、測定対象物となる一定範囲のサイズの粒子の有無を判定する粒子存在判定手段と、
   前記光ビームが粒子を通過する際に、前記光検出手段の各受光部から得られる通過光の和信号を抽出する和信号検出手段と、
   和信号用メモリと、
   第２の閾値を粒子としてカウントしてよいか判定する基準とし、前記和信号検出手段により抽出された和信号から前記分析用光学ディスクにカウントできる粒子があるかを判断して、その結果を前記和信号用メモリに格納する和信号判定手段と、
   前記和信号用メモリを、粒子のカウントの有効性を判定する第２走査ウィンドウで走査して、粒子のカウントの有効性を判定する粒子有効性判定手段と、
   前記粒子存在判定手段と前記粒子有効性判定手段により、測定対象物となる一定範囲のサイズの粒子の中で最小値サイズを含む粒子が存在し、かつ、カウントすることが有効な粒子であると判定されるとき、最小値サイズを含む粒子の検出数を求め、前記一定範囲のサイズの粒子の中で最大値より１走査単位分大きなサイズを含む粒子が存在し、かつ、カウントすることが有効な粒子であると判定されるとき、最大値より１走査単位分大きなサイズを含む粒子の検出数を求め、求めた最小値サイズを含む粒子の検出数と最大値より１走査単位分大きなサイズを含む粒子の検出数の差分から、前記一定範囲のサイズの粒子の検出数を求める粒子検出手段
   を備えたことを特徴とする光学分析装置。
2. 前記差動信号判定手段では、前記分析用光学ディスクの走査単位ごとに粒子が存在すると判断された場合は前記差動信号用メモリに粒子が存在することを意味するマークを格納し、粒子が存在しないと判断された場合は前記差動信号用メモリに粒子が存在しないことを意味するマークを格納して二次元のメモリ配列を構成する存在結果格納処理を有し、
   前記和信号判定手段では、前記分析用光学ディスクの走査単位ごとにカウントできる粒子があると判断された場合は前記和信号用メモリにカウント可能な粒子があることを意味するマークを格納し、カウントできない粒子であると判断された場合は前記和信号用メモリにカウント可能な粒子がないことを意味するマークを格納して二次元のメモリ配列を構成する有効性結果格納処理を有すること
   を特徴とする請求項１に記載の光学分析装置。
3. 前記粒子存在判定手段では、前記存在結果格納処理によって格納された二次元のメモリ配列からＭ×Ｎの前記第１走査ウィンドウ（Ｍは測定する前記粒子のサイズ，Ｎは前記分析用光学ディスクの検出位置のズレに対応した大きさ）を使用して粒子が存在することを意味するマークの並びを検出して粒子の有無を判定し、
   前記粒子有効性判定手段では、前記有効性結果格納処理によって格納された二次元のメモリ配列からｍ×ｎの前記第２走査ウィンドウ（ｍはマークの変化を捕える値，ｎはNと同じ値）を使用してカウント可能な粒子がないことを意味するマークからカウント可能な粒子があることを意味するマークへの変化を検出して粒子のカウントの有効性を判定すること
   を特徴とする請求項２に記載の光学分析装置。
4. 分析用光学ディスクのある特定領域に配置される、多種サイズの粒子の中から、測定対象物となる一定範囲のサイズの粒子の数を求める粒子カウント方法であって、
   前記分析用光学ディスクに光ビームを照射させて、前記分析用光学ディスクに照射された前記光ビームを走査して、前記光ビームが粒子を通過する際に検出される通過光を、前記光ビームを走査する方向に対して略直角方向を境界とした少なくとも２つ以上に分けて配置された受光部で受光し、これら受光した信号の差動信号と和信号を抽出し、前記差動信号からは第１の閾値を粒子が存在する判定基準として前記分析用光学ディスクに粒子が存在するかを判断してその結果を記憶し、前記和信号からは第２の閾値を粒子としてカウントしてよいか判定する基準として前記分析用光学ディスクにカウントできる粒子があるかを判断してその結果を記憶し、
   前記光ビームの走査が終了した後、記憶された粒子の存在判断結果を、測定対象物となる一定範囲のサイズの粒子の中で最小値に対応する第１走査ウィンドウで走査して粒子の有無を判定し、同時に記憶された粒子のカウントの有効・無効の判断結果を、粒子のカウントの有効性に対応する第２走査ウィンドウで走査して粒子のカウントの有効性を判定し、一定範囲のサイズの粒子の中で最小値のサイズを含む粒子が有り、かつ、カウントすることが有効な粒子と判定されるとき、最小値サイズを含む粒子としてカウントを行い、このときの粒子の検出数を記憶し、
   続いて、記憶された粒子の存在判断結果を、測定対象物となる一定範囲のサイズの粒子の中で最大値より１走査単位分大きなサイズに対応する第１走査ウィンドウで走査して粒子の有無を判定し、同時に記憶された粒子のカウントの有効・無効の判断結果を、粒子のカウントの有効性に対応する第２走査ウィンドウで走査して粒子のカウントの有効性を判定し、一定範囲のサイズの粒子の中で最大値より１走査単位分大きなサイズを含む粒子が有り、かつ、カウントすることが有効な粒子と判定されるとき、最大値より１走査単位分大きなサイズを含む粒子のカウントを行い、このときの粒子の検出数を記憶し、
   続いて記憶した最小値サイズを含む粒子の検出数と最大値より１走査単位分大きなサイズを含む粒子の検出数との差分から、一定範囲のサイズの粒子の検出数を求めること
   を特徴とする粒子カウント方法。

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