JP6413006B1 - パーティクルカウンタ - Google Patents

Abstract

【課題】 ノイズに起因する偽計数を低減して精度よく粒径ごとに粒子を計数する。【解決手段】 干渉光に基づいて粒子の計数を行うパーティクルカウンタにおいて、検出部４は、干渉光に対応する検出信号を生成する。フィルタ５は、その検出信号に対して、干渉光の強度変化に応じた周波数成分を通過させるフィルタ処理を行う。判定部６は、フィルタ処理前の検出信号のピークレベルとフィルタ処理後の検出信号のピークレベルとから所定の算出式に基づいて、検出信号が粒子によるものか否かを判定する。計数部７は、判定部６により検出信号が粒子によるものであると判定された場合には、フィルタ処理後の検出信号に基づく粒子の計数を行い、判定部６により検出信号が粒子によるものであると判定されなかった場合には、フィルタ処理後の検出信号に基づく粒子の計数を行わない。【選択図】 図１

Description

本発明は、パーティクルカウンタに関するものである。

薬液、水などの液体や空気などの気体である流体中の粒子を測定する装置としてパーティクルカウンタがある。あるパーティクルカウンタでは、光源からの光を照射光と参照光とに分離し、照射光を、粒子を含む流体に照射し、照射光による粒子の散乱光と参照光とを干渉させ、その干渉光に基づき、粒径ごとに粒子を計数している（例えば特許文献１参照）。

特許第５８５９１５４号公報

上述のようなパーティクルカウンタにおいて、干渉光強度を高くするためには、粒子の散乱光強度が低いので、参照光強度を高くする必要がある。参照光強度が高くなると、受光素子は多くの光量を受光することになり、受光素子の光電変換でのショットノイズが大きくなる。このノイズは、正確な粒子計測の障害となる。

また、干渉光に対応する検出信号を検出する検出部において電気的な要因でスパイクノイズが検出信号に重畳した場合、フィルタ処理によってノイズレベルが低くなるものの、スパイクノイズの強度によっては、このノイズに起因する偽計数が発生してしまう。

また、散乱光に基づいて粒子を計測する光散乱法の場合、光源や受光素子に起因するノイズが、粒子の検出信号に似た形状を有しているとともに、広範囲の周波数成分を含むため、フィルタ処理によってノイズを分別することは困難であり、そのようなノイズが偽計数としてカウントされてしまう。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ノイズに起因する偽計数を低減して精度よく粒径ごとに粒子を計数することができるパーティクルカウンタを得ることを目的とする。

本発明に係るパーティクルカウンタは、光源と、２つの光を空間的に重畳する光重畳部と、光源からの光を分岐して得られる複数の光のうちの１つの光を流路内を流れる流体に照射して検出領域を形成する照射光学系と、検出領域内の流体に含まれる粒子からの散乱光のうち、照射光学系の光軸とは異なる方向の散乱光を、光重畳部に入射させる検出光学系と、複数の光のうちの別の１つの光を参照光として光重畳部に入射させる参照光学系と、光重畳部によって得られる、散乱光と参照光との干渉光を受光素子で受光し、干渉光に対応する検出信号を生成する検出部と、検出部により生成された検出信号に対して、干渉光の強度変化に応じた周波数成分を通過させるフィルタ処理を行うフィルタと、フィルタ処理前の検出信号のピークレベルとフィルタ処理後の検出信号のピークレベルとから所定の算出式に基づいて、検出信号が粒子によるものか否かを判定する判定部と、判定部により検出信号が粒子によるものであると判定された場合には、フィルタ処理後の検出信号に基づく粒子の計数を行い、判定部により検出信号が粒子によるものであると判定されなかった場合には、フィルタ処理後の検出信号に基づく粒子の計数を行わない計数部とを備える。そして、上述の所定の算出式は、フィルタ処理前の検出信号のピークレベルＶｐ１からフィルタ処理後の検出信号のピークレベルＶｐ２への減衰率を求める式（Ｖｐ１−Ｖｐ２）／Ｖｐ１である。

本発明によれば、ノイズに起因する偽計数を低減して精度よく粒径ごとに粒子を計数することができるパーティクルカウンタが得られる。

図１は、本発明の実施の形態１に係るパーティクルカウンタの構成を示すブロック図である。 図２は、図１におけるフローセル２の一例を示す斜視図である。 図３は、図１におけるフローセル２、検出光学系１３、およびビームスプリッタ１７の配置を説明する図である。 図４は、図１におけるビームスプリッタ１７における光の分岐について説明する図である。 図５は、図１における検出部４により得られる検出信号について説明するタイミングチャートである。 図６は、図１における判定部６によるピークレベルの検出について説明する図である。 図７は、粒子による検出信号のフィルタ処理前の波形とフィルタ処理後の波形の例を示す図である。 図８は、スパイクノイズによる検出信号のフィルタ処理前の波形とフィルタ処理後の波形の例を示す図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．

図１は、本発明の実施の形態１に係るパーティクルカウンタの構成を示すブロック図である。図１に示すパーティクルカウンタは、光源１、フローセル２、光学系３、検出部４、フィルタ５、判定部６、および計数部７を備える。

光源１は、所定の波長の光（ここではレーザ光）を出射する光源である。この実施の形態では、光源１は、シングルモードで高コヒーレントな光を出射する。例えば、光源１には、波長５３２ｎｍで出力５００ｍＷ程度のレーザ光源が使用される。

フローセル２は、計数対象の粒子を含む流体の流路を形成している。なお、この実施の形態では、計数対象の粒子を含む流体は、液体である。

図２は、図１におけるフローセル２の一例を示す斜視図である。図２に示すように、フローセル２は、Ｌ形に屈曲しており、屈曲した流路２ａを形成する透明な管状の部材である。なお、計数対象の粒子を含む流体がイソプロピルアルコール、フッ化水素酸溶液、アセトンなどの薬液である場合、フローセル２は、例えば、サファイヤ製とされる。

フローセル２において、光源１からの光を分岐して得られる光のうちの１つの光を、流路２ａ内を流れる流体に照射して、検出領域が形成される。

光学系３は、ビームスプリッタ１１、照射光学系１２、検出光学系１３、アッテネータ１４、ミラー１５、ビームエキスパンダ１６、ビームスプリッタ１７、および集光部１８ａ，１８ｂを備える。

ビームスプリッタ１１は、光源１からの光を２つの光に分岐する。ビームスプリッタ１１により分岐した光のうちの１つ（以下、測定光という）は、照射光学系１２に入射する。また、ビームスプリッタ１１により分岐した光のうちの別の光（以下、参照光という）はアッテネータ１４に入射する。例えば、ビームスプリッタ１１は、所定の不均等な比率（例えば９０：１０）で光源１からの光を分岐しており、測定光の強度は参照光の強度より大きい。

照射光学系１２は、フローセル２の流路２ａにおける流体の進行方向（図２におけるＸ方向）とは異なる方向（ここでは、垂直な方向、つまり図２におけるＺ方向）から測定光を、流路２ａ内を流れる流体に照射する。なお、照射光学系１２は、例えば特開２００３−２７０１２０号公報に記載されているようなレンズ群で、エネルギ密度が高まるようにレーザ光を整形している。

検出光学系１３は、上述の測定光の照射による流路２ａ内の粒子からの散乱光をビームスプリッタ１７の所定の入射面に入射させる。例えば、検出光学系１３には、集光レンズが使用されたり、背景光を遮蔽するためのピンホール並びにその前後にそれぞれ配置された集光レンズを有する光学系が使用されたりする。

この実施の形態では、検出光学系１３の光軸とは異なる方向から測定光が流路２ａに入射しているため、側方散乱の散乱光が検出光学系１３によってビームスプリッタ１７へ入射する。

図３は、図１におけるフローセル２、検出光学系１３、およびビームスプリッタ１７の配置を説明する図である。具体的には、図３に示すように、検出光学系１３は、流路２ａ内の粒子および流体が発する散乱光のうち、検出領域での流体（つまり、粒子）の進行方向へ沿って発する散乱光をビームスプリッタ１７に入射させる。

この実施の形態では、図３に示すように、流体（つまり、粒子）の進行方向（Ｘ方向）と、検出光学系１３の光軸とは、同一の方向とされており、検出領域の中心から所定の立体角内の散乱光がビームスプリッタ１７に入射する。

このように、流路２ａ内の粒子が発する散乱光のうち、検出領域での流体の進行方向（Ｘ方向）へ沿って発する側方散乱光を検出することで、検出領域内での粒子の移動に伴い、その粒子とビームスプリッタ１７との距離である光路長の変化が、粒子の散乱光を他の方向（Ｘ方向以外）で検出する場合より大きくなる。この点については後述する。

他方、ビームスプリッタ１１により分岐した参照光は、アッテネータ１４に入射する。

アッテネータ１４は、光の強度を所定の割合で減衰させる。アッテネータ１４には、例えばＮＤ（Neutral Density）フィルタが使用される。ミラー１５は、アッテネータ１４から出射する参照光を反射し、その参照光をビームエキスパンダ１６に入射させる。例えば、ビームスプリッタ１１およびアッテネータ１４によって、参照光の強度は、光源１から出射される光の強度の１万分の１程度とされる。なお、ビームスプリッタ１７に入射する参照光の強度は、計数対象の粒子の粒径、散乱光強度などに応じて設定され、その参照光の強度を実現するようにアッテネータ１４の減衰率などが設定される。

ビームエキスパンダ１６は、参照光のビーム径を所定の径へ拡大し、ビーム径を拡大された参照光を略平行光としてビームスプリッタ１７の所定の入射面（散乱光の入射面とは別の入射面）に入射させる。

この実施の形態では、検出光学系１３、ミラー１５、およびビームエキスパンダ１６は、ビームスプリッタ１７において粒子の散乱光の波面形状と参照光の波面形状が略一致するようにする。この実施の形態では、検出光学系１３およびビームエキスパンダ１６は、散乱光および参照光をそれぞれ略平行光で出射させている。なお、散乱光および参照光の波面形状は曲面でもよい。

また、検出光学系１３、ミラー１５、およびビームエキスパンダ１６は、ビームスプリッタ１７において偏光角が一致するようにする。

このように、この実施の形態では、より干渉の度合いを高めるために、参照光の光路において、参照光の強度、偏光角、および波面形状を制御するアッテネータ１４、ミラー１５、ビームエキスパンダ１６などが設置されている。

ビームスプリッタ１７は、入射した散乱光と入射した参照光とを空間的に重畳し、強め合うまたは弱め合うように干渉させる。この実施の形態では、ビームスプリッタ１７は、ビームスプリッタ１１とは別に設けられている。ビームスプリッタ１７では、検出領域での粒子の移動に伴う光路長の変化に応じて、散乱光と参照光との位相差が変化し、ビームスプリッタ１７自体を透過または反射する光によって、後述するように、干渉光の強度が変化する。上述のように、検出領域での流体の進行方向へ沿って発する側方散乱光を検出することで、他の方向で検出する場合に比べ、検出領域内での粒子の移動に伴う散乱光の光路長が大きくかつ速く変化するため、干渉光の強度変化の速度も高くなる。したがって、検出領域での流体（つまり、粒子）の進行方向における速度に応じた周期（つまり周波数）で干渉光の強度が変化する。なお、粒子による散乱光が入射していない期間においては、ビームスプリッタ１７から、流体による散乱光の透過成分と参照光の反射成分とが干渉し、かつ流体による拡散光の反射成分と参照光の透過成分とが干渉して出射する。この場合、流体の分子は極小であり、かつ極めて多数であるため、それらの散乱光はランダムであり、それらの干渉光の変化は粒子によるものに比べて小さい。

集光部１８ａは、ビームスプリッタ１７のある出射面から出射する光を集光し受光素子２１ａに入射させる。集光部１８ｂは、ビームスプリッタ１７の別の出射面から出射する光を集光し受光素子２１ｂに入射させる。集光部１８ａ，１８ｂには、例えば集光レンズが使用される。

図４は、図１におけるビームスプリッタ１７における光の分岐について説明する図である。図４に示すように、ビームスプリッタ１７では、散乱光Ｓの反射成分Ｓ１の光軸と参照光Ｒの透過成分Ｒ２の光軸が一致し散乱光Ｓの透過成分Ｓ２の光軸と参照光Ｒの反射成分Ｒ１の光軸が一致するように、散乱光Ｓと参照光Ｒが入射している。したがって、ビームスプリッタ１７から、散乱光Ｓの反射成分Ｓ１と参照光Ｒの透過成分Ｒ２とによる第１干渉光と、散乱光Ｓの透過成分Ｓ２と参照光Ｒの反射成分Ｒ１とによる第２干渉光とが出射する。この第１干渉光と第２干渉光は、集光部１８ａ，１８ｂを介して検出部４の受光素子２１ａ，２１ｂにそれぞれ入射する。

なお、ビームスプリッタ１７の光分岐面に対して散乱光Ｓおよび参照光Ｒはそれぞれ略４５度で入射しており、透過成分Ｓ２，Ｒ２は散乱光Ｓおよび参照光Ｒに対してそれぞれ同相となり、反射成分Ｓ１，Ｒ１の位相は散乱光Ｓおよび参照光Ｒに対してそれぞれ９０度遅れるため、第１干渉光の強度変化と第２干渉光の強度変化とは、後述するように、互いに逆相となる。

また、ビームスプリッタ１７における透過成分と反射成分との比率は、５０：５０が好ましいが、６０：４０などの不均等な比率でもよい。ビームスプリッタ１７における透過成分と反射成分との比率が不均等である場合、その比率に応じて、電気信号Ｖ１における参照光の透過成分と電気信号Ｖ２における参照光の反射成分とが同一になるように、増幅器２２ａ，２２ｂのゲインが設定される。

なお、ビームダンパ１９は、フローセル２を通過した光を吸収する。これにより、フローセル２を通過した光の乱反射、漏洩などによる光学系３への影響を抑制することができる。

検出部４は、ビームスプリッタ１７からの干渉光を受光素子２１ａ，２１ｂでそれぞれ受光し、それらの干渉光の差分に対応する検出信号Ｖｏを生成する。この実施の形態では、図１に示すように、検出部４は、受光素子２１ａ，２１ｂ、増幅器２２ａ，２２ｂ、および差分演算部２３を備える。

受光素子２１ａ，２１ｂは、フォトダイオード、フォトトランジスタなどのフォトデテクタであって、入射する光に対応する電気信号をそれぞれ出力する。増幅器２２ａ，２２ｂは、受光素子２１ａ，２１ｂから出力される電気信号を所定のゲインで増幅する。差分演算部２３は、受光素子２１ａにより得られる第１干渉光に対応する電気信号Ｖ１と受光素子２２ａにより得られる第２干渉光に対応する電気信号Ｖ２との差分を演算し検出信号Ｖｏとして出力する。

なお、粒子による散乱光成分を含まない状態（流体による散乱光成分と参照光成分）において、電気信号Ｖ１の電圧と電気信号Ｖ２の電圧とが同一になるように、増幅器２２ａ，２２ｂのゲインは調整されている。その代わりに、増幅器２２ａ，２２ｂのうちの１つだけを設け、上述の両者が同一になるように、その増幅器のゲインを調整するようにしてもよい。また、受光素子２１ａの電気信号の電圧と受光素子２２ａの電気信号の電圧とが同一であれば、増幅器２２ａ，２２ｂを設けなくてもよい。

図５は、図１における検出部４により得られる検出信号について説明するタイミングチャートである。

ある粒子が検出領域を時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間で通過する際に、その期間において粒子による散乱光が生じる。そして、検出領域内での粒子の進行方向（Ｘ方向）への移動に応じて、粒子からビームスプリッタ１７の光分岐面までの光路長が変化し、粒子による散乱光と参照光との位相差が変化して、干渉光の強度（振幅）は、強め合ったり弱め合ったり変化する。

したがって、図５に示すように、電気信号Ｖ１は、粒子がない状態の電圧Ｖ１ｏを基準として、粒子が検出領域を通過する期間においては、干渉の度合いに応じて基準に対し正負に変動する。同様に、電気信号Ｖ２は、粒子がない状態の電圧Ｖ２ｏを基準として、粒子が検出領域を通過する期間においては、干渉の度合いに応じて基準に対し正負に変動する。ただし、その期間における電気信号Ｖ１，Ｖ２の交流成分は、互いに逆相となる。

増幅器２２ａ，２２ｂから出力される電気信号Ｖ１，Ｖ２の基準電圧Ｖ１ｏ，Ｖ２ｏは、互いに同一となっているため、差分演算部２３により得られる検出信号Ｖｏは、図５に示すように、粒子が検出領域を通過する期間においては、電気信号Ｖ１，Ｖ２のそれぞれにおける干渉に起因する交流成分より振幅の大きい（約２倍）交流成分を有しており、その期間以外においては、略ゼロの電圧となる。

なお、本発明の実施の形態では、粒子が検出領域を通過する際に光路長の変化が大きくなるように、検出領域での流体の進行方向（Ｘ方向）へ沿って発する散乱光を検出することとした。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間で通過する際に、粒子の移動距離が、粒子とビームスプリッタ１７の光分岐面との間の光路長変化となるので、粒子の散乱光を他の方向（Ｘ方向以外）で検出するよりも、干渉の変化の回数が増す（つまり、干渉光の強度変化の速度が大きくなり、干渉光の位相回転が多くなる）ことになる。これは、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間において、受光素子２１ａ，２１ｂから出力される電気信号の波の数が増すことになるので、信号が検出しやすくなることから、Ｓ／Ｎ比が向上する。ただし、散乱光を検出できるのであれば、散乱光の検出方向を限定するものではない。

なお、流体の媒質である液体からの散乱光（背景光）は、検出領域の全域で発生し、さらに、異なる位置からの背景光も存在するが差分演算により打ち消されるため、検出信号Ｖｏにおいて、粒子からの散乱光の干渉に起因する交流成分に比べ、背景光の干渉に起因する交流成分は小さくなる。

この実施の形態では、計数対象の粒子の粒径は、光源１から出射される光の波長より小さいため、レイリー散乱による散乱光の強度は、粒径の６乗に比例する。これに対し、この散乱光と参照光との干渉光の強度は、粒径と干渉光の強度Ｉとの関係式（Ｉ∝Ｅｒ・ＥＤ１（Ｄ１／Ｄ０）^３）から、粒径の３乗に比例する。よって、散乱光を直接検出するより、干渉光を検出したほうが、粒径を小さくした場合の、その強度の減少が少ない。ここで、Ｄ０，Ｄ１は粒径であり、Ｅｒは参照光の電場強度であり、ＥＤ１は粒子Ｄ１からの散乱光の電場強度である。

また、散乱光と参照光との干渉光の強度の最大値と最低値との差（散乱光と参照光との位相差が０であるときと１８０度であるときの干渉光強度の差）は、参照光の電場強度Ｅｒと散乱光の電場強度Ｅｓとの積に比例する。したがって、散乱光と参照光の強度を高くすることで、十分強い干渉光が得られ、ひいては、十分大きな振幅の検出信号が得られる。参照光の強度は、検出部４、フィルタ５、および計数部７のダイナミックレンジに応じて検出信号を良好に処理可能な値とされる。

例えば、粒径２０ｎｍの粒子の散乱光強度Ｉｓが７．０×１０−６μＷである場合、単位面積当たりの散乱光強度Ｉに変換し、光強度と電場強度の関係式（Ｉ＝０．５・ｃ・ε・Ｅｓ^２）から、散乱光の電場強度Ｅｓは約５．８×１０−３Ｖ／ｍとなる。他方、参照光強度Ｉｒを１．２μＷとすると、参照光の電場強度Ｅｒは約２．４Ｖ／ｍとなる。そして、散乱光と参照光が波面全域で干渉したとすると、上述の干渉光強度の差（２・ｃ・ε・Ｅｓ・Ｅｒ・単位面積）は、約１．２×１０−２μＷとなり、散乱光強度の約１６００倍となっており、粒径７０ｎｍの粒子の散乱光強度と同等レベルに増幅される。ここで、ｃは光速（ｍ／ｓ）であり、εは空気の誘電率（Ｆ／ｍ）である。

フィルタ５は、検出部４により生成された検出信号Ｖｏに対して、上述の干渉光の強度変化に応じた周波数成分を通過させるフィルタ処理を行う。この実施の形態では、フィルタ５は、ほぼ単一な干渉光の強度変化に応じた周波数成分以外の周波数成分を減衰させるバンドパスフィルタである。このバンドパスフィルタには、流路２ａ内の流体速度（つまり、粒子の移動速度）に対応する周波数成分（つまり、干渉光の強度変化に応じた周波数成分）を通過させ、その流体の進行速度に対応する周波数成分以外の周波数成分を減衰させるように通過帯域が設定される。これにより、検出信号Ｖｏにおけるノイズ成分が減衰され、検出信号ＶｏのＳ／Ｎ比がより高くなる。なお、通過帯域周波数については、粒子の移動速度、測定光の波長（つまり、光源１の波長）などから予め特定される。なお、ノイズの周波数が干渉光の強度変化に応じた周波数より高い場合にはローパスフィルタを使用してもよいし、ノイズの周波数が干渉光の強度変化に応じた周波数より低い場合にはハイパスフィルタを使用してもよい。

判定部６は、フィルタ処理前の検出信号ＶｏのピークレベルＶｐ１とフィルタ処理後の検出信号Ｖｏ１のピークレベルＶｐ２とから所定の算出式に基づいて、検出信号Ｖｏが粒子によるものか否かを判定する。例えば、所定の算出式は、減衰率を求める式（Ｖｐ１−Ｖｐ２）／Ｖｐ１とされる。

図６は、図１における判定部６によるピークレベルの検出について説明する図である。図６に示すように、判定部６は、検出信号が所定の閾値（計数閾値）を超えた時点Ｔｓからピーク測定期間を開始し、計数閾値を超える検出信号が所定長の無検出期間で検出されなかった時点Ｔｅでピーク測定期間を終了する。判定部６は、ピーク測定期間における検出信号の最大値を、ピーク測定期間のピークレベルとして検出する。図６では、フィルタ処理後の検出信号Ｖｏ１のピークレベルＶｐ２の検出を説明しているが、フィルタ処理前の検出信号ＶｏのピークレベルＶｐ１も同様に検出される。なお、フィルタ処理前の閾値は、フィルタ後の計数閾値とは異なる値となる場合がある。

また、計数部７は、判定部６により検出信号Ｖｏが粒子によるものであると判定された場合には、フィルタ処理後の検出信号Ｖｏ１に基づく粒子の計数を行い、判定部６により検出信号が粒子によるものであると判定されなかった場合には、フィルタ処理後の検出信号Ｖｏ１に基づく粒子の計数を行わない。例えば、減衰率が（Ｖｐ１−Ｖｐ２）／Ｖｐ１として計算される場合、判定部６は、上述の減衰率が減衰率閾値（例えば５０％）以下である場合には、検出信号Ｖｏが粒子によるものであると判定し、そうではない場合には、検出信号Ｖｏがノイズなどによるものとし、検出信号Ｖｏが粒子によるものとは判定しない。

この実施の形態では、判定部６は、計数閾値を超えるフィルタ処理後の検出信号Ｖｏ１に対して、減衰率閾値と上述の減衰率とを比較し、その結果に基づいて、検出信号Ｖｏが粒子によるものか否かを判定し、計数部７は、フィルタ処理後の検出信号Ｖｏ１に基づいて、後述するように、粒子の計数を行う。そして、減衰率閾値および計数閾値の一方は、減衰率閾値および計数閾値の他方に応じて設定される。例えば、減衰率が（Ｖｐ１−Ｖｐ２）／Ｖｐ１として計算される場合、減衰率閾値が低いほど、計数閾値が低く設定できる。

なお、粒子の計数を行う場合、例えば、計数部７は、検出信号Ｖｏ１において上述の期間連続する交流成分（つまり、干渉光の強度変化に応じた周波数成分）を検出すると、その振幅と粒径ごとに定めた所定の閾値とを比較し、粒径ごとに区別して、１つの粒子をカウントする。

図７は、粒子による検出信号のフィルタ処理前の波形とフィルタ処理後の波形の例を示す図である。図８は、スパイクノイズによる検出信号のフィルタ処理前の波形とフィルタ処理後の波形の例を示す図である。

例えば図７に示すように、検出信号が粒子によるものである場合、フィルタ処理前の検出信号Ｖｏは、略単一の周波数を低周波数で振幅変調したような波形を呈する。そして、検出信号が粒子によるものである場合、検出信号Ｖｏのうち、フィルタ５を通過する成分が多いため、フィルタ処理後の検出信号Ｖｏ１の減衰率は低くなる（つまり、フィルタ処理後の検出信号Ｖｏ１のピークレベルは比較的高くなる）。

一方、例えば図８に示すように、検出信号がスパイクノイズによるものである場合、フィルタ処理前の検出信号Ｖｏは、広範囲な周波数成分を有するため、検出信号Ｖｏのうち、フィルタ５を通過する成分が少なく、フィルタ処理後の検出信号Ｖｏ１の減衰率は高くなる（つまり、フィルタ処理後の検出信号Ｖｏ１のピークレベルは比較的低くなる）。

したがって、上述の減衰率によって、粒子による検出信号とノイズとを分別できる。

次に、実施の形態１に係るパーティクルカウンタの動作について説明する。

光源１は、レーザ光を出射し、ビームスプリッタ１１は、そのレーザ光を測定光と参照光に分岐する。参照光は、アッテネータ１４によって減衰された後、ミラー１５およびビームエキスパンダ１６を経て、略平行光としてビームスプリッタ１７に入射する。

他方、測定光は、照射光学系１２によってフローセル２内の検出領域に入射する。粒子が検出領域を通過すると、検出領域を通過している期間において粒子からの散乱光が発生する。検出光学系１３は、フローセル２の流路２ａ内の流体の進行方向（Ｘ方向）に沿って出射してくる散乱光を略平行光としてビームスプリッタ１７に入射させる。

このように、粒子が検出領域を通過している期間においては、ビームスプリッタ１７に参照光と粒子からの散乱光とが入射し、両者の干渉光がビームスプリッタ１７から出射する。

粒子が検出領域を通過している期間にビームスプリッタ１７から出射する干渉光は、受光素子２１ａ，２１ｂによってそれぞれ受光され、干渉光の強度に対応する電気信号が検出信号Ｖｏとして検出部４から出力される。特に、実施の形態１では、互いに逆相となる上述の第１干渉光と第２干渉光との差分に基づく検出信号Ｖｏが生成されるため、電気信号Ｖ１，Ｖ２に対して約２倍の振幅の交流成分の検出信号Ｖｏが得られる。

フィルタ５は、その検出信号に対して、上述の干渉光の強度変化に応じた周波数成分を通過させるフィルタ処理を行う。

そして、判定部６は、フィルタ処理前の検出信号ＶｏのピークレベルＶｐ１からフィルタ処理後の検出信号Ｖｏ１のピークレベルＶｐ２への減衰率に基づいて、検出信号が粒子によるものか否かを判定する。判定部６により検出信号が粒子によるものであると判定された場合には、計数部７は、フィルタ処理後の検出信号Ｖｏ１に基づく粒子の計数を行う。一方、判定部６により検出信号Ｖｏが粒子によるものであると判定されなかった場合には、計数部７は、フィルタ処理後の検出信号Ｖｏ１に基づく粒子の計数を行わない。

以上のように、上記実施の形態によれば、照射光学系１２は、光源１からの光を分岐して得られる複数の光のうちの１つの光を、流体の流れる方向とは異なる方向から、流路２ａ内の流体に照射し検出領域を形成する。検出光学系１３は、検出領域内の流体に含まれる粒子からの散乱光のうち、照射光学系１２の光軸とは異なる方向の散乱光を、ビームスプリッタ１７に入射させる。他方、ビームエキスパンダ１６は、その複数の光のうちの別の光を参照光としてビームスプリッタ１７に入射させる。検出部４は、ビームスプリッタ１７によって得られる、散乱光と参照光との干渉光を受光素子で受光し、その干渉光に対応する検出信号を生成する。フィルタ５は、検出部４により生成された検出信号に対して、干渉光の強度変化に応じた周波数成分を通過させるフィルタ処理を行う。判定部６は、フィルタ処理前の検出信号のピークレベルとフィルタ処理後の検出信号のピークレベルとから所定の算出式に基づいて、検出信号が粒子によるものか否かを判定する。計数部７は、判定部６により検出信号が粒子によるものであると判定された場合には、フィルタ処理後の検出信号に基づく粒子の計数を行い、判定部６により検出信号が粒子によるものであると判定されなかった場合には、フィルタ処理後の検出信号に基づく粒子の計数を行わない。

これにより、判定部６によって、粒子の検出信号とノイズとが分別される。したがって、ノイズに起因する偽計数を低減して精度よく粒径ごとに粒子を計数することができる。

実施の形態２．

実施の形態１では、粒子からの散乱光と参照光との干渉光として第１干渉光および第２干渉光を受光し、両者の電気信号Ｖ１，Ｖ２の差分を検出信号Ｖｏとしているが、実施の形態２では、その代わりに、第１干渉光および第２干渉光のいずれか一方の電気信号を検出信号Ｖｏとする。このようにしても、検出信号Ｖｏには、粒子からの散乱光と参照光との干渉光に起因する交流成分が含まれるため、同様に、粒子をカウントすることができる。この場合、受光素子は１つあればよい。

なお、実施の形態２に係るパーティクルカウンタのその他の構成については実施の形態１のものと同様であるので、その説明を省略する。

なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。

例えば、上記実施の形態１，２では、参照光の光路にビームエキスパンダ１６が設けられているが、その代わりに、あるいは追加的に、ビームスプリッタ１１の前段に、ビームエキスパンダを設けてもよい。また、上記実施の形態１，２では、図１に示すように、１つのミラー１５を使用しているが、３つのミラーを使用して三次元的に光路の方向を調整するようにしてもよい。また、上記実施の形態１，２では、粒子からの散乱光と参照光とを重畳するためにビームスプリッタ１７を使用しているが、その代わりに、偏光プリズムを使用してもよい。

また、上記実施の形態１，２において、光源１は、シングルモードで高コヒーレントなレーザ光を出射する光源であるが、その代わりに、マルチモードで比較的低コヒーレントなレーザ光を出射する光源を使用してもよい。ただし、検出領域のいずれの位置でも、粒子からの散乱光と参照光との干渉が起こるようなエネルギ分布の光源を使用するのが好ましい。また、光源１は、レーザ光を出射する光源に限定されず、レーザ光でなくても、ＬＥＤ光など、参照光側と粒子散乱光側との光路長差が光源１の光のコヒーレント長以内になっていればよい。

また、上記実施の形態１，２では、フィルタ５および計数部７は、アナログ回路としてもよいし、デジタル回路としてもよい。フィルタ５および計数部７をデジタル回路とする場合には、フィルタ５の前段にて検出信号Ｖｏに対してアナログ−デジタル変換が行われる。

また、上記実施の形態１，２では、図１に示すように、光の分岐と光の重畳とが異なるビームスプリッタ１１，１７で行われる、いわゆるマッハツェンダ型の干渉光学系が採用されているが、その代わりに、マイケルソン型やその他の干渉光学系を採用してもよい。

また、上記実施の形態１，２に係るパーティクルカウンタは、液中パーティクルカウンタであるが、上記実施の形態１，２に係るパーティクルカウンタを、気中パーティクルカウンタに適用してもよい。

本発明は、パーティクルカウンタに適用可能である。

１ 光源
４ 検出部
５ フィルタ
６ 判定部
７ 計数部
１１ ビームスプリッタ（光分岐部の一例）
１２ 照射光学系
１３ 検出光学系
１６ ビームエキスパンダ（参照光学系の一例）
１７ ビームスプリッタ（光重畳部の一例）
２１ａ，２１ｂ 受光素子

Claims (3)

1. 光を出射する光源と、
   ２つの光を空間的に重畳する光重畳部と、
   前記光源からの光を分岐して得られる複数の光のうちの１つの光を流路内を流れる流体に照射して検出領域を形成する照射光学系と、
   前記検出領域内の前記流体に含まれる粒子からの散乱光のうち、前記照射光学系の光軸とは異なる方向の散乱光を、前記光重畳部に入射させる検出光学系と、
   前記複数の光のうちの別の１つの光を参照光として前記光重畳部に入射させる参照光学系と、
   前記光重畳部によって得られる、前記散乱光と前記参照光との干渉光を受光素子で受光し、前記干渉光に対応する検出信号を生成する検出部と、
   前記検出部により生成された前記検出信号に対して、前記干渉光の強度変化に応じた周波数成分を通過させるフィルタ処理を行うフィルタと、
   前記フィルタ処理前の前記検出信号のピークレベルと前記フィルタ処理後の前記検出信号のピークレベルとから所定の算出式に基づいて、前記検出信号が前記粒子によるものか否かを判定する判定部と、
   前記判定部により前記検出信号が前記粒子によるものであると判定された場合には、前記フィルタ処理後の前記検出信号に基づく前記粒子の計数を行い、前記判定部により前記検出信号が前記粒子によるものであると判定されなかった場合には、前記フィルタ処理後の前記検出信号に基づく前記粒子の計数を行わない計数部と、
   を備え、
   前記所定の算出式は、前記フィルタ処理前の前記検出信号のピークレベルＶｐ１から前記フィルタ処理後の前記検出信号のピークレベルＶｐ２への減衰率を求める式（Ｖｐ１−Ｖｐ２）／Ｖｐ１であること、
   を特徴とするパーティクルカウンタ。
2. 前記判定部は、減衰率閾値と前記減衰率とを比較した結果に基づいて、前記検出信号が前記粒子によるものか否かを判定し、
   前記計数部は、計数閾値と前記フィルタ処理後の前記検出信号とを比較した結果に基づいて前記粒子の計数を行い、
   前記減衰率閾値および前記計数閾値の一方は、前記減衰率閾値および前記計数閾値の他方に応じて設定されること、
   を特徴とする請求項１記載のパーティクルカウンタ。
3. 前記フィルタは、前記干渉光の強度変化に応じた周波数成分以外の周波数成分を減衰させるバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のパーティクルカウンタ。

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