JP7202904B2 - 粒子計数器 - Google Patents

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Description

本発明は、試料流体に含まれる粒子の個数を計数する粒子計数器に関する。
従来、複数の試料液体を連続的に測定するために複数個のフローセルを備えた測定装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この測定装置においては、照射光学系及び受光光学系が所定の位置に固定される一方、水平方向に配列された複数個のフローセルが全体として移動可能に設けられており、測定対象とするフローセルが照射光学系の光路上にくるように複数個のフローセル全体を水平方向に移動させて位置決めをした上で、試料液体の測定が行われる。また、試料液体の出入口は各フローセルの上下に設けられており、試料液体はフローセルの下部から流入されて上部から排出される。
特開２００２－２４３６３２号公報
上記の先行技術では、フローセルの移動に伴って各フローセルに接続された配管も動かされることとなる。そのため、測定を続けるうちに配管とフローセルとの接続部が緩んできたり、或いは配管の屈曲した部位に負荷が蓄積されて亀裂が生じたりし易く、これらに起因して試料液体が漏出する虞がある。また、試料液体が下から上へ流される構造であり、試料液体を流入させる配管及び排出させる配管がそれぞれ各フローセルの下部と上部に接続されるため配管の取り回しに多くのスペースを必要とすることから、装置が大型化することはどうしても避けられない。
そこで本発明は、粒子計数装置において試料流体の漏出を防止する技術、また、そのような粒子計数装置を小型化する技術を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明は以下の粒子計数装置を提供する。なお、以下の括弧書中の文言はあくまで例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。
すなわち、本発明の粒子計数装置は、装置本体に設置された流路内を流れる試料流体に含まれる粒子を流路内に照射した照射光を用いて計数する粒子計数装置であって、照射光を出射する光源と、照射光を光軸上の所定位置に照射する照射光学系と、照射光が所定位置に照射されることで粒子の検出領域が形成される流路が内部に複数配列されたマルチフローセルと、検出領域を通過する粒子から生じる放出光を受光する受光光学系と、流路内に入射する照射光の光軸及び受光光学系が受光する放出光の各光軸を複数の流路の配列に沿って移動させる光軸移動手段と、受光光学系により受光される放出光の強度に基づいて粒子を粒径毎に計数する計数手段とを備える。
マルチフローセルは、流路を内部に有し装置本体に対する位置が固定の透明体で構成されており、マルチフローセルの内部に複数配列された流路の装置本体に対する位置は一定である。また、マルチフローセルは、粒子の検出領域が形成される区間を第１方向（例えば、粒子計数装置の幅方向）に複数配列した状態で複数の流路の配列を形成する。受光光学系は、粒子から生じる放出光を第１方向と直交する第２方向（例えば、計数装置の奥行方向）を光軸として受光する。そして、光軸移動手段は、流路内に入射する照射光の光軸及び受光光学系が受光する放出光の光軸を第１方向に移動させる。
この態様の粒子計数装置においては、マルチフローセルが有する複数の流路の中で、検出領域を形成する流路（照射光の集光先とする流路）を切り替えることにより、別の検出を行うことができるが、流路を切り替える際には、流路内に入射する照射光の光軸及び受光光学系が受光する放出光の光軸が第１方向に移動するのに対し、マルチフローセルは移動しない。したがって、この態様の粒子計数装置は、マルチフローセルに接続された配管を動かすものではないため、配管の動きに起因する緩みや亀裂等が生じ難くなり、試料流体の漏出を防止することができる。
好ましくは、粒子計数装置は、受光光学系の焦点を第２方向に調整する焦点調整手段をさらに備える。
この態様の粒子計数装置においては、検出領域を形成する流路の切り替えに伴って受光光学系の焦点が第２方向に調整され、焦点の位置が第２方向に移動するが、マルチフローセルはやはり移動しない。したがって、この態様の粒子計数装置も、マルチフローセルに接続された配管を動かすものではないため、配管の動きに起因して生じうる試料流体の漏出を防止することができる。
より好ましくは、粒子計数装置において、焦点調整手段は、受光光学系を支持するステージを第２方向に移動させることにより焦点を第２方向に調整するアクチュエータを含む。また、光軸移動手段は、アクチュエータを支持したステージを照射光学系とともに第１方向に移動させることにより各光軸を第１方向に移動させる別のアクチュエータを含む。
この態様の粒子計数装置においては、焦点調整手段及び光軸移動手段がそれぞれアクチュエータを有しており、焦点調整手段は、自己が有するアクチュエータを用いて受光光学系を第２方向に移動させる一方、光軸移動手段は、自己が有するアクチュエータを用いて照射光学系と焦点調整手段が有するアクチュエータとをまとめて第１方向に移動させる。したがって、この態様の粒子計数装置は、調整し得る要素（流路内に入射する照射光の光軸、受光光学系が受光する放出光の光軸、受光光学系の焦点）に関わる各構成（照射光学系、受光光学系）を個別に第１方向又は第２方向へ移動させることなく、同一方向への移動は複数の構成をまとめて行うため、流路の切り替えに伴う光軸の移動及び焦点の調整を効率よく行うことができる。
さらに好ましくは、粒子計数装置は、マルチフローセルの内部に形成された複数の流路に関し、少なくとも、個々の流路の位置に対応して光軸移動手段により移動される第１方向における各光軸の位置を予め記憶する記憶手段をさらに備え、光軸移動手段は、検出領域が形成されることとなる流路に対応して記憶手段に予め記憶された各光軸の位置まで各光軸を移動させる。また、その粒子計数装置において、記憶手段は、各光軸の位置に加え、個々の流路の位置に対応して焦点調整手段により調整される第２方向における焦点の位置を予め記憶し、焦点調整手段は、検出領域が形成されることとなる流路に対応して記憶手段に予め記憶された焦点の位置に焦点を調整する。
この態様の粒子計数装置においては、製造段階において、各流路の位置に対応した第１方向における各光軸の位置（例えば、幅方向における座標、Ｘ座標）と第２方向における焦点の位置（例えば、奥行方向における座標、Ｙ座標）とが精密に調整されており、調整結果を踏まえて決定された各流路に対応する２つの方向における位置（各流路に対応するＸ座標及びＹ座標）が記憶手段に予め記憶されている。したがって、この態様の粒子計数装置は、流路の切り替えに伴いその流路に対応して予め記憶されている位置に応じた距離だけ自動的に移動させることで、流路内に入射する照射光の光軸及び受光光学系が受光する放出光の光軸と受光光学系の焦点とをその流路に最適な位置に移動させることができ、これにより粒子の検出及び計数を高精度に行うことが可能となる。
また好ましくは、粒子計数装置において、マルチフローセルは、個々に流路を内部に有した透明体のフローセルを複数配列して構成されたものであり、個々のフローセルがマルチフローセル全体でみた第１方向及び第２方向の位置の基準となる部位に密着した状態で固定される。
この態様の粒子計数装置によれば、マルチフローセルの内部における各フローセルの位置が意図した正しい位置にしっかりと固定されるため、各フローセルの位置がずれることに起因する粒子の検出及び計数の精度の低下を未然に防ぐことが可能となる。
一層好ましくは、粒子計数装置において、フローセルは、略直方体形状であり、試料流体が流し込まれる流入口及び前記試料流体が排出される排出口が同一の面に形成されている。そして、フローセルは、流入口から第２方向に延びる第１流路と、排出口から第２方向に延びる第２流路と、第１方向及び第２方向のいずれとも直交する第３方向に延びて第１流路及び第２流路に接続する第３流路とで一路に形成された流路を有する。
試料流体の流入口及び排出口が異なる面に形成されたフローセル（例えば、流路が略一直線状に形成されたフローセル）を複数配列してマルチフローセルを構成した場合には、配管用の空間を各面に対応して確保しなければならず、粒子計数装置の大型化は避けられない。これに対し、上記態様の粒子計数装置においては、試料流体の流入口及び排出口がフローセルの同一の面に形成されているため、マルチフローセルにおいては、その内部に有するフローセルに接続された配管がマルチフローセルの同一の面に整列する。したがって、この態様の粒子計数装置によれば、配管用に確保する空間は１面分だけで済み、粒子計数装置を小型化することができる。
また、試料流体の流入口及び排出口が異なる面に形成されたフローセルを複数配列してマルチフローセルを構成した場合には、配管が異なる面に接続されるため、配管が延び出る方向によっては、フローセルから抜け出る照射光に配管が干渉したり、配管が他の構成部品に接触して撓ることで配管の内壁等から微細な粒子が発生したりし、これらがノイズ源となって検出精度を低下させる虞がある。これに対し、上記態様の粒子計数装置によれば、配管の照射光又は他の構成部品への干渉は生じ難いため、配管に起因するノイズの発生を防止することができ、粒子の検出及び計数を精度よく行うことができる。
さらに好ましくは、粒子計数装置において、放出光は、散乱光又は蛍光である。
この態様の粒子計数装置によれば、散乱光又は蛍光のうち、試料流体に含まれる粒子の性質に応じてより受光し易い光を受光対象として選択することができ、粒子の検出及び計数の精度を向上させることができる。
以上のように本発明によれば、粒子計数装置において試料流体の漏出を防止することができるとともに、粒子計数装置を小型化することができる。
一実施形態における粒子計数器を簡略的に表す斜視図である。 一実施形態における粒子計数器を表す正面図及び側面図である。 一実施形態におけるフローセルを表す斜視図である。 一実施形態におけるフローセルを表す垂直断面図（図３中のＩＶ－ＩＶ切断線に沿う断面図）である。 一実施形態におけるフローセルを表す垂直断面図（図３中のＶ－Ｖ切断線に沿う断面図）である。 一実施形態におけるフローセルユニットの分解斜視図である。 一実施形態における加圧ブッシュを表す斜視図である。 各フローセルの固定態様を段階的に説明する図である。 一実施形態におけるフローセルユニットの斜視図である。 一実施形態における粒子計数器の構成を示す機能ブロック図である。 他の実施形態における粒子計数器を簡略的に示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は好ましい例示であり、本発明はこの例示に限定されるものではない。
〔粒子計数器の構成〕
図１は、一実施形態における粒子計数器１を簡略的に表す斜視図である。発明の理解を容易とするために、図１においては一部の構成部品の図示を省略している。なお、粒子計数器１は粒子計数装置の一態様であり、計数器であるか計数装置であるかは呼称の違いに過ぎない。
粒子計数器１を構成する光源２０、ミラー３０、照明用レンズ４０、複数のフローセル１０、受光ユニット５０等の各構成部品は、図示しない治具等によりセンサベース２に対して直接的又は間接的に支持されている。センサベース２の底面には複数の脚部３が設けられており、脚部３は振動を吸収可能な防振ゴム等の弾性部材で形成されている。これにより、周囲で生じた振動の各構成部品への伝達を遮断している。また、粒子計数器１は、図示を省略した筐体に収容されている。したがって、センサベース２や図示しない筐体等は構造上、粒子計数器１における本体部分（計数器本体、装置本体）となる。
粒子計数器１の設置状態又は使用状態において、センサベース２の長手方向を計数器本体の幅方向とし、これに直交する方向を前後（奥行き）方向とした場合、複数のフローセル１０は、幅方向に配列されている。各フローセル１０は、試料流体の入口及び出口をその正面側に有しており、各入口及び各出口にはそれぞれ配管が接続されている。図１では図示を省略したが、各フローセル１０は、フローセルホルダの内部に固定されており、これらが一体としてフローセルユニット（マルチフローセル）を構成する。フローセルホルダは、フローセルベースに取り付けられており、間接的にセンサベース２によって支持されている。
なお、本実施形態においては、１０個のフローセル１０が幅方向に配列されているが、フローセル１０の個数はこれに限定されない。フローセルユニットの内部構造については、別の図面を参照しながら詳しく後述する。また、以降の説明においては、複数のフローセル１０が配列される方向（計数器本体の幅方向）を「Ｘ方向」と称し、Ｘ方向に延びる軸を「Ｘ軸」と称することとする。
光源２０は、センサベース２に固定されており、所定の波長の照射光Ｌａ（例えば、レーザ光）を平行とみなすことができる範囲の広がり角でＸ方向に出射する。センサベース２は光源２０のヒートシンクを兼ねており、光源２０から発せられる熱を効率よく放熱させている。ミラー３０は、光源２０から出射された照射光Ｌａをフローセル１０内の検出領域に向けて反射する。また、反射した照射光Ｌａの光路上には照明用レンズ４０が設けられており、照射光Ｌａは照明用レンズ４０を通過する。これにより、照射光Ｌａを集光させ（絞り込み）、エネルギ密度を高めた状態でフローセル１０の検出領域に集光することができる。
フローセル１０の背後には、受光ユニット５０が設けられている。受光ユニット５０は、複数の受光用レンズ、受光素子、増幅器、Ａ／Ｄ変換器等を備えている。複数の受光用レンズは、背景ノイズの受光を防止するために円筒形状の受光筒５２に収容されている。照射光Ｌａが入射するフローセル１０において試料流体に含まれる粒子が検出領域を通過すると粒子から散乱光が生じるが、この散乱光は複数の受光用レンズにより集光され、受光素子（例えば、フォトダイオード）により受光されて電気信号に変換されたのち、最終的に散乱光の強度に応じた大きさの出力信号に変換されて図示されていない制御ユニットに送られ、出力信号で表す散乱光の強度に基づき粒径ごとに粒子の計数が行われる。粒子に蛍光物質が含まれている場合には、照射光の波長の設定により、粒子から蛍光が生じる。受光用レンズに波長を選択するための光学フィルタを追加することで、粒子から放出される蛍光を受光し、散乱光の場合と同様に計数することができる。
なお、制御ユニットの構成については、別の図面を参照しながら後述する。また、以降の説明においては、受光用レンズの中心軸（以下、「受光軸」と称する。）を「Ｙ軸」と称し、Ｙ軸が延びる方向（計数器本体の前後方向）を「Ｙ方向」と称することとする。鉛直方向を「Ｚ方向」とした場合、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、いずれも相互に直交する。
ところで、粒子計数器１は、いくつかの構成部品をＸ方向に移動させるためのＸ軸ステージ６０及びＹ方向に移動させるためのＹ軸ステージ７０を備えている。このうち、Ｘ軸ステージ６０は、Ｘ方向に延びるＸ軸アクチュエータ６２のスライダ上に設けられており、Ｙ軸ステージ７０は、Ｙ方向に延びるＹ軸アクチュエータ７２のスライダ上に設けられている。また、Ｙ軸アクチュエータ７２のスライダは、Ｘ軸ステージ６０上に設けられている。
Ｘ軸アクチュエータ６２及びＹ軸アクチュエータ７２は、例えばリニアアクチュエータであり、内蔵のモータを駆動源として自身のスライダ上に設けられたステージをそのリニアガイドに沿ってスライドさせる。Ｘ軸アクチュエータ６２は、センサベース２に固定されており、Ｘ軸モータを駆動源としてＸ軸ステージ６０をＸ方向にスライドさせる。Ｙ軸アクチュエータ７２は、Ｘ軸ステージ６０に固定されており、Ｙ軸モータを駆動源としてＹ軸ステージ７０をＹ方向にスライドさせる。Ｘ軸ステージ６０がＸ方向にスライドすると、これに伴ってＸ軸ステージ６０に支持されている部品全体がＸ方向に移動する。また、Ｙ軸ステージ７０がＹ方向にスライドすると、これに伴ってＹ軸ステージ７０に支持されている部品全体がＹ方向に移動する。なお、これらの移動はセンサベース２をはじめとした計数器本体を固定した状態で行われる。
上述した粒子計数器１の構成部品のうち、ミラー３０及び照明用レンズ４０は鉛直ブラケット６５及びホルダ６６を介してＸ軸ステージ６０の前端に固定されており、Ｙ軸ステージ７０はＹ軸アクチュエータ７２のスライダを介してＸ軸ステージ６０に間接的に支持されている。また、受光ユニット５０はＹ軸ステージ７０に固定されている。したがって、Ｘ軸ステージ６０のスライドに伴い、ミラー３０、照明用レンズ４０、受光ユニット５０がＸ方向に移動し、Ｙ軸ステージ７０のスライドに伴い受光ユニット５０がＹ方向に移動することとなる。
なお、Ｘ軸アクチュエータ６２及びＹ軸アクチュエータ７２がそれぞれ駆動源とするＸ軸モータ及びＹ軸モータは、必ずしも内蔵される必要はなく、Ｘ軸アクチュエータ６２及びＹ軸アクチュエータ７２の外部に設けられてもよい。この場合に、Ｙ軸モータはＸ軸ステージ６０に支持されなくてもよい。
続いて、図２を参照しながら、Ｘ方向及びＹ方向への移動態様を具体的に説明する。
図２中（Ａ）：一実施形態における粒子計数器１を表す正面図である。複数のフローセル１０がフローセルホルダに収容されて一体化したフローセルユニット８０は、フローセルベース５を介してセンサベース２に固定されている。図示された状態では、光源２０から出射された照射光Ｌａが、ミラー３０に反射されて照明用レンズ４０を通過し、正面側からみて一番右側のフローセル１０の検出領域に絞り込まれている。
ミラー３０及び照明用レンズ４０は、フローセル１０の背後に位置する受光ユニット５０の受光軸上に照射光Ｌａを絞り込み、検出領域の中心を受光軸上に合わせる上で最適な位置に固定されている。また、各フローセル１０に対応する受光軸（受光ユニット５０）のＸ方向の位置に対応するＸ軸ステージ６０の位置（以下、「Ｘ座標」と称する。）は、製造段階での調整結果に基づいて決定されており、制御ユニットに予め記憶されている。
制御ユニットにおいて計数対象のチャネルが選択されると、Ｘ軸アクチュエータ６２に内蔵されたＸ軸モータが駆動され、Ｘ軸ステージ６０が計数対象のチャネルのフローセル１０に対応するＸ座標までスライドする。そして、Ｘ軸ステージ６０のスライドに伴い、Ｘ軸ステージ６０により間接的に支持されたミラー３０、照明用レンズ４０、受光ユニット５０がＸ方向に移動する。なお、図中に灰染色して示した部分は、Ｘ方向に移動可能な構成部品を示している。また、図中の二点鎖線は、正面側からみて左から３番目のフローセル１０に対応するＸ座標までＸ軸ステージ６０がスライドした場合における構成部品の位置を示している。
図２中（Ｂ）：一実施形態における粒子計数器１を表す側面図である。フローセルベース５を介してセンサベース２に固定されたフローセルユニット８０からは、各フローセル１０に接続された配管８が、筐体４の正面側に設けられた配管用窓から筐体４の外側に延びている。図示された状態では、受光筒５２（受光ユニット５０）が実線で示された位置に存在する。したがって、受光筒５２とフローセルユニット８０との間のＹ方向における距離は一定である。しかしながら、各フローセル１０には製造段階におけるミクロン（μｍ）オーダでの加工誤差により若干の個体差が生じており、受光筒５２と各フローセル１０の検出領域との間のＹ方向における距離は一定ではない。
そこで、受光ユニット５０を各フローセル１０に対応したＹ方向の位置に移動させてＹ方向の距離を補正し、受光筒５２に収容された複数の受光用レンズの焦点の位置を高精度に調整する必要がある。このような調整を行うことにより、ナノ（ｎｍ）オーダの微細な粒子から生じる散乱光を受光素子に対して精密に集光することが可能となる。各フローセル１０に対応する受光ユニット５０のＹ方向の位置に対応するＹ軸ステージ７０の位置（以下、「Ｙ座標」と称する。）もまた、製造段階での調整結果に基づいて決定されており、制御ユニットに予め記憶されている。
制御ユニットにおいて計数対象のチャネルが指定されると、先ず、上述したようにＸ軸ステージ６０が計数対象のチャネルのフローセル１０に対応するＸ座標までスライドし、これに伴いミラー３０、照明用レンズ４０、受光ユニット５０がＸ方向に移動する。その上で、Ｙ軸アクチュエータ７２に内蔵されたＹ軸モータが駆動され、今度はＹ軸ステージ７０が計数対象のチャネルのフローセル１０に対応するＹ座標までスライドし、これに伴い受光ユニット５０がＹ方向に移動する。なお、図中に灰染色して示した部分は、Ｙ方向に移動可能な構成部品を示している。また、図中の２点鎖線は、実線で示された位置よりも背面側にＹ軸ステージ７０がスライドした場合における構成部品の位置を示している。
このように、粒子計数器１のユーザは、計数対象のチャネルを選択するだけで、そのチャネルのフローセル１０に対応する座標までＸ軸ステージ６０及びＹ軸ステージ７０をスライドさせて最適な位置にミラー３０、照明用レンズ４０、受光ユニット５０を移動させることができ、これにより選択されたチャネルに応じて照射光学系の光軸、受光光学系の光軸及び焦点の位置を高精度に調整することができる。
〔フローセルの構造〕
図３は、一実施形態におけるフローセル１０を側面側からみた斜視図である。
フローセル１０は、石英やサファイア等の透明な材料で略直方体形状に形成されており、その内部に略コの字型の流路を有している。具体的には、フローセル１０は、正面下部に形成された流入口１１からＹ方向に延びる第１流路１３と、正面上部に形成された排出口１２からＹ方向に延びる第３流路１５と、第１流路１３及び第３流路１５の各端部に通じて（いわゆる「連通」して）Ｚ方向に延びる第２流路１４とを有している。また、第１流路１３の延長線上の位置に当たる第２流路１４の背面側には、凹形状に形成された凹面部１８が設けられており、さらに同延長線上の位置に当たるフローセル１０の背面には、凸状に形成された集光レンズ１９が設けられている。
試料流体は、流入口１１から第１流路１３に流し込まれ、第２流路１４及び第３流路１５を経て排出口１２から外部へ排出される。また、照射光Ｌａは、フローセル１０の底面をなす入射面１６からフローセル１０に入射し、フローセル１０の上面をなす透過面１７から外部に抜ける。フローセルの外部に抜けた照射光Ｌａは、図示されていないトラップにより透過面１７の上方で吸収される。
図４は、一実施形態におけるフローセル１０を正面側からみた垂直断面図（図３中のＩＶ－ＩＶ切断線に沿う断面図）である。
第１流路１３は、矩形の断面を有しており、その中心に照射光Ｌａが入射して（集光されて）検出領域Ａが形成される。照射光Ｌａは、正面側からみるとＺ方向に対し傾いた状態で、より具体的には、検出領域Ａを通過しつつ第３流路１５には干渉しない所定の角度をなして、入射面１６からフローセル１０に入射する。そして、照射光Ｌａは、第１流路１３に入射して検出領域Ａを通過した後、第３流路１５から逸れた位置を通過して透過面１７から外部に抜ける。
ここで、第１流路１３の断面を矩形としたのは、その内部に形成される検出領域Ａを照射光Ｌａが通過する前後において、第１流路１３の壁面と試料流体との界面にて生じ得るノイズ（余計な光の散乱や反射）をできる限り防止すべく、照射光Ｌａが通過することとなる第１流路１３の上下を区画する２つの壁面にナノオーダで鏡面加工した平面を採用したためである。したがって、第１流路１３は、少なくとも照射光Ｌａが通過する部位の壁面が平面で形成されていればよい。また、ここでは第３流路１５の断面形状が円形とされているが、第３流路１５の断面形状はこれに限定されない。各流路１３，１４，１５の断面積についても、状況に応じて適宜設定することが可能である。
図５は、一実施形態におけるフローセル１０を側面側からみた垂直断面図（図３中のＶ－Ｖ切断線に沿う断面図）である。
照射光Ｌａは、側面側からみるとＺ方向に対し平行する状態で入射面１６からフローセル１０に入射して第１流路１３に検出領域Ａを形成する。検出領域Ａの中心は、フローセルの背後に位置する受光ユニット５０の受光軸上に存在している。また、凹面部１８及び集光レンズ１９は、その中心軸を受光ユニット５０の受光軸と一致させた状態で配置されている。ここで、凹面部１８は、試料流体の屈折率とフローセルの屈折率の違いにより、光が内壁面で屈折することを抑制するためのものである。このような配置により、集光レンズ１９及びその後方に位置する受光ユニット５０が備える複数の受光用レンズに、一体としてその集光能力を発揮させることができる。
試料流体に含まれる粒子Ｐが検出領域Ａを通過すると、粒子Ｐと照射光Ｌａとの作用により粒子Ｐから散乱光が生じる。この側方散乱光Ｌｓが、凹面部１８を経て集光レンズ１９及び受光ユニット５０内の複数の受光用レンズによって集光される（図中の破線は散乱の範囲を示し、集光後は示していない。）。なお、集光レンズ１９の集光角を最大限に利用するために、第２流路１４の内壁は、集光レンズ１９に入射する光の妨げにならない位置に設定されている。
第１流路１３を通過した照射光Ｌａは、第２流路１４からも第３流路１５からも逸れた位置を通過して透過面１７からフローセル１０の外部に抜ける。このように、フローセル１０の内部に形成された３つの流路１３，１４，１５のうち、照射光Ｌａが通過するのは第１流路１３のみであり、第２流路１４及び第３流路１５には一切干渉することはない。照射光Ｌａの光路をこのような位置に設定することにより、照射光Ｌａが第２流路１４又は第３流路１５に干渉することによるノイズの発生を防止することができる。これにより、試料流体に含まれるナノ（ｎｍ）オーダの微細な粒子から生じるプロパーな散乱光のみの検出が容易となり、粒子の検出及び計数精度を向上させることができる。
〔フローセルユニットの内部構造〕
図６は、一実施形態におけるフローセルユニット８０を背面側からみた分解斜視図である。フローセルユニット８０は、複数のフローセル１０をフローセルホルダ６の内部に固定して一体化させたマルチフローセルであり、フローセルホルダ６、フローセル１０、加圧ブッシュ８６、背板８９等で構成される。
フローセルホルダ６の内部には、フローセル１０の個数に対応する収容室８１が形成されている（いずれも一部にのみ符号を付している。）。複数のフローセル１０は、画一的に区画されたこれらの収容室８１に個別に収容された状態で、加圧ブッシュ８６により収容室８１の内壁に向けて押し込まれている。さらに、この状態のフローセルホルダ６の背面が背板８９で覆われる。背板８９には、フローセル１０の背面に設けられた集光レンズ１９を逃がす（干渉を避けて露出させる）ための孔８９ａや締結用の孔８９ｂ，８９ｃ等が穿孔されている。背板８９は、ネジ等の締結部材でフローセルホルダ６に締結されている。
なお、図示を省略したが、フローセルホルダ６の上部には、各収容室８１の上方に当たる位置に各フローセル１０を透過した照射光を逃がすための開口が穿孔されており、また、開口の上方には逃がされた照射光を吸収するトラップが設けられている。トラップは、フローセルホルダ６の上部全体にわたって設けられてもよいし、１つのフローセル用のトラップが上部に設けられ、検出対象とするチャネルの変更に応じてそのトラップが受光系の光軸とともにＸ方向に移動されてもよい。
続いて、図７を参照しながら、加圧ブッシュ８６の形状及び役割を説明する。
図７中（Ａ）：一実施形態の加圧ブッシュ８６を表す斜視図である。
加圧ブッシュ８６は、略四角柱状に形成された下部分８６ａ及び下部分８６ａをなす１つの角の延長上に連続して略三角柱状に形成された上部分８６ｂからなる。このうち、上部分８６ｂは、下部分８６ａの角の延長上に稜が連なり、この稜に対向する位置に対向面８７を有している。また、下部分８６ａには、加圧ブッシュ８６全体をフローセルホルダ６に締結する締結部材を通すための締結孔８８が前後方向に貫通して穿孔されている。なお、加圧ブッシュ８６は、樹脂等の弾性を有する材料（例えば、テフロン（登録商標））で形成されている。
図７中（Ｂ）：フローセルホルダ６の一部を拡大してフローセル１０及び加圧ブッシュ８６が収容された状態を表す斜視図である。ここでは発明の理解を容易とするために、フローセルホルダ６の上枠（収容室８１の上壁をなす部位）の図示を省略している。
フローセルホルダ６の内部には、収容室８１の他に、加圧ブッシュ８６を載置するための載置台８５が形成されている。収容室８１の幅（Ｘ方向の寸法）は、フローセル１０のスムーズな出し入れを可能とするために、フローセル１０の幅より僅かに余裕をもたせた大きさに設定されている。また、載置台８５の上方には、収容室８１の内壁に対し外向きに角度をなして接続する対向壁８４が形成されており、加圧ブッシュ８６は対向面８７を対向壁８４に密着させた状態で載置台８５に載置される。
収容室８１に収容されたフローセル１０は、その一方の側面全体が第１基準面８２に対向するのに対し、フローセル１０の他方の側面では、その一部が加圧ブッシュ８６の側面に対向する。載置台８５に載置された加圧ブッシュ８６は、フローセル１０を他方の側面からＸ方向に押圧して第１基準面８２に密着させる。ここで、第１基準面８２とは、フローセルホルダ６の内部における各フローセル１０のＸ方向における位置を決定する上で基準とされる面のことである。加圧ブッシュ８６がフローセル１０を押圧して第１基準面８２に密着させることにより、フローセル１０は予め決定された正確なＸ方向の位置に固定される。なお、フローセルホルダ６の内部における各フローセル１０のＹ方向における位置は、フローセルホルダ６の背面の一部をなす第２基準面８３を基準として決定される。
図８は、フローセルホルダ６に対する各フローセル１０の固定態様を、フローセルユニット８０の組み立ての段階を追って説明する図である。図８においても、フローセルホルダ６の上枠（収容室８１の上壁をなす部位）の図示を省略している。
図８中（Ａ）：フローセル１０が収容室８１に収容された段階を表している。この段階では、フローセル１０を第１基準面８２に密着させる要素がないため、フローセル１０と第１基準面８２との間には僅かな隙間が存在しうる（存在しないこともある。）。
図８中（Ｂ）：加圧ブッシュ８６が載置台８５に載置された段階を表している。この段階では、加圧ブッシュ８６の対向面８７が対向壁８４に密着するのに伴い、フローセル１０が加圧ブッシュ８６によりＸ方向に押圧されて第１基準面８２に密着する。これにより、フローセル１０と第１基準面８２との間から隙間が排除される。このとき、加圧ブッシュ８６は、第２基準面８３の位置よりも背面側に僅かに飛び出している。この飛び出しは、この後で締結される背板８９の押し込み代として機能する。
図８中（Ｃ）：背板８９がフローセルホルダ６に締結された段階を表している。この段階では、図８中（Ｂ）の段階で背面側に僅かに飛び出していた加圧ブッシュ８６を背板８９がＹ方向に押し込んで第２基準面８３に密着する。このとき、加圧ブッシュ８６が対向壁８４に押し付けられて対向壁８４に押し返されることにより、加圧ブッシュ８６にはフローセル１０をＸ方向に押し込む力が生じる。これにより、フローセル１０を第１基準面８２に対して一層しっかりと密着させることができる。
なお、図示を省略したが、正面側においては、フローセル１０に対し試料流体の漏出を防止する構造を有した継手を介して配管８が接続される。この継手は、フローセル１０がフローセルホルダ６に収容された状態でＹ方向に押し込まれる。このとき、フローセル１０はＹ方向に押し込まれてその背面が背板８９に密着し、フローセル１０のＹ方向における位置が第２基準面８３に合わされる。したがって、フローセル１０は、Ｙ方向においても予め決定された正確な位置に固定される。
以上のような構造とすることにより、フローセルホルダ６（フローセルユニット８０）の内部における各フローセル１０のＸ方向及びＹ方向の位置決めを正確に行って、各フローセル１０を所望の位置にしっかりと固定させることができる。
図９は、フローセルユニット８０の斜視図である。このうち、図９中（Ａ）は、フローセルユニット８０を単体として背面側からみた斜視図であり、図９中（Ｂ）は、フローセルユニット８０がフローセルベース５に取り付けられた状態を正面側からみた斜視図である。
フローセルユニット８０の背面側においては、フローセルホルダ６に締結された背板８９に穿孔された孔８９ａから、内部に収容されているフローセル１０の背面に設けられた集光レンズ１９を視認することができる。また、フローセルユニット８０の正面側においては、内部に収容されたフローセル１０に継手を介して接続された配管８が上下２段に整列した状態で延び出ている。配管８は、例えばＰＦＡ樹脂で形成された可塑性を有するチューブである。配管８は、粒子計数器１の他の構成部品に干渉することなく筐体４の正面に設けられた配管用窓から筐体４の外側に引き出される。そして、筐体４の外側において、下段に整列した配管８は試料流体の供給源の送出口と接続され、上段に整列した配管８は試料流体の排出先となる排出口に接続される。
本実施形態のフローセル１０においては、上述したように流路が縦型に略コの字型状に形成され、試料流体の流入口及び排出口がいずれも正面の上下方向に整列して設けられているため、各フローセル１０に２本ずつ接続された配管８は全て、フローセルユニット８０の正面側に整列することとなる。また、フローセルユニット８０は、フローセルベース５を介してセンサベース２に固定されているため、計数対象のチャネルが変更されても配管８が動くことはなく、何らかの外的要因が加わらない限りほぼ一定の位置に留まる。したがって、配管８が動いたり撓ったりすることに起因する緩みや亀裂等の配管８に関わる不具合が生じ難いため、試料流体を漏出させる心配がない。
ここで、本実施形態との比較のために、流路が略一直線状や略Ｌ字型の形状に形成されたフローセルを複数配列する場合を検討してみる。これらのフローセルにおいては、試料流体の流入口及び排出口が異なる２つの面に設けられるため、これら２つの各面に対向する位置に配管用の空間を確保しなければならず、必然的に装置全体が大型化してしまう。また、配管が延び出る方向によっては、フローセルから抜け出る照射光に配管が干渉したり、或いは延び出た配管が他の構成部品に接触して動いたり撓ったりして配管の内壁等からは微細な粒子が発生することで光学的又は電気的なノイズが発生する虞があり、こうしたノイズは粒子の検出精度を低下させる。
これに対し、本実施形態においては、全ての配管８が正面側に整列するため、配管用に確保する空間は１面（正面側）分だけで済む。したがって、装置全体をコンパクトにまとめることができる。また、フローセル１０に対しては照射光Ｌａが底面（入射面１６）から入射して上面（透過面１７）から抜けるため、配管８が照射光Ｌａに干渉することはないし、フローセルユニット８０の正面側に整列した全ての配管８はそのまま正面側に延びて筐体４の外部に出されるため、粒子計数器１の他の構成部品に干渉することもない。したがって、配管８に起因するノイズの発生を防止して、粒子を精度よく検出することができる。
〔粒子計数器の機能〕
図１０は、一実施形態における粒子計数器１の構成を示す機能ブロック図である。
粒子計数器１は、粒子の検出に用いられる上述した各構成部品の他に、粒子の検出及び計数を制御する制御ユニット９０を備えている。制御ユニット９０は、例えば、操作入力部９１、記憶部９２、位置調整部９３、検出管理部９４、計数部９５、データ出力部９６を有している。
操作入力部９１は、ユーザに対して操作画面を提供するとともに、操作画面を介してユーザによりなされる操作を受け付ける。ユーザは、操作画面において、計数対象のチャネルの選択、検出の開始及び終了、計数結果の保存等を指示する操作を行うことができる。操作入力部９１は、受け付けた操作の内容に応じた指示を他の機能部９３，９４，９６に対して行う他に、他の機能部９３，９４，９６からの入力の内容に応じて操作画面の切り替え等を行う。
記憶部９２は、いわゆる記憶領域であり、粒子の検出や計数に関わる情報を記憶する。記憶部９２には、各チャネルのフローセル１０に対応するＸ座標及びＹ座標が予め記憶されている。
位置調整部９３は、操作入力部９１により特定のチャネルが指定されると、先ずそのチャネルのフローセル１０に対応するＸ座標及びＹ座標を記憶部９２から読み出す。そして、Ｘ軸アクチュエータ６２を作動させてＸ軸モータ６４を駆動しＸ軸ステージ６０をＸ座標までスライドさせ、さらにＹ軸アクチュエータ７２を作動させてＹ軸モータ７４を駆動しＹ軸ステージ７０をＹ座標までスライドさせる。Ｘ軸モータ６４及びＹ軸モータ７４を駆動し終えると（Ｘ軸ステージ６０、Ｙ軸ステージ７０の位置の調整が完了すると）、検出の開始が可能な状態となる。位置調整部９３は、検出の開始が可能となったことを操作入力部９１に伝える。
検出管理部９４は、操作入力部９１により特定のチャネルに対する検出開始の指示がなされると、光源２０及び受光ユニット５０を作動状態に切り替える。また、検出管理部９４は、操作入力部９１により特定のチャネルに対する検出終了の指示がなされると、光源２０及び受光ユニット５０を非作動状態に切り替える。光源２０及び受光ユニット５０が非作動状態に切り替わると、計数対象のチャネルを変更可能な状態となる。検出管理部９４は、チャネル変更が可能となったことを操作入力部９１に伝える。
なお、光源２０の作動状態の切り替えは、検出の開始及び終了の度に行わずに粒子計数器１が起動している間は作動状態のままとしてもよい。また、検出の開始及び終了は、操作入力部９１（ユーザによる操作）を介することなく行う構成としてもよい。例えば、位置調整部９３によるステージ６０，７０の位置の調整が完了したことを契機として自動的に検出を開始させ、検出が開始されてから所定時間の経過後に自動的に検出を終了させてもよい。
検出管理部９４により光源２０及び受光ユニット５０が作動されると、光源２０により出射された照射光Ｌａは、ミラー３０で反射したのち照明用レンズ４０を通過して、絞り込まれた状態でフローセル１０に入射して試料流体の流路内に検出領域Ａを形成する。試料流体に含まれる粒子Ｐが検出領域Ａを通過すると、粒子Ｐから散乱光が生じ、この側方散乱光Ｌｓが受光用レンズ５３により集光されて受光素子５４に入射し受光される。受光素子５４により受光された側方散乱光Ｌｓはその強度に応じた電気信号に変換され、増幅器５５により所定のゲインで増幅された後に、Ａ／Ｄ変換器５６によりデジタル信号に変換される。そして、受光ユニット５０は、最終的に得られたデジタル信号を計数部に出力する。
計数部９５は、受光ユニット５０により出力されたデジタル信号の大きさ、すなわち散乱光の強度に基づいて検出された粒子の粒径を判断し、粒径ごとに粒子を計数する。計数部９５は、計数した結果をデータ出力部９６に出力する。
データ出力部９６は、計数部９５により出力された計数結果に基づいてデータを出力する。データの出力は、結果表示画面への表示により行ってもよいし、プリンタへの出力やネットワークを介した他のデバイスへの送信により行ってもよい。検出の終了に伴い計数結果の最終データが整うと、最終データの保存が可能な状態となる。データ出力部９６は、最終データの保存が可能になったことを操作入力部９１に伝える。
なお、制御ユニット９０は、粒子計数器１の内部に一体的に設けられてもよいし、粒子計数器１の外部に別体として設けられてケーブルやネットワーク等で接続する態様で利用してもよい。
〔その他の実施形態における粒子計数器の構成〕
図１１は、他の実施形態における粒子計数器１０１を簡略的に示す斜視図である。発明の理解を容易とするために、図１においては一部の構成部品の図示を省略している。
粒子計数器１０１においては、照射光Ｌａの光源としてファイバレーザが用いられており、この光源１２０は筐体４の外部に配置されている（図示されていない）。光源１２０から延び出た光ファイバの先端にはヘッド１２２が設けられており、このヘッド１２２がホルダ１６６に固定されている。したがって、ヘッド１２２は、選択されたチャネルに応じてＸ軸ステージ６０に連動してＸ方向に移動する。照射光Ｌａは、ヘッド１２２からフローセル１０の流路に向けて出射される。上述した実施形態とは異なり、光源から出射された照射光Ｌａをフローセル１０の流路に向けて反射させる必要が無いため、本実施形態においてはミラーは設けられていない。また、ファイバレーザは用いる場合は、光源を筐体４の外部に配置することができるため、放熱対策が不要となる。このような光源を用いることによって、粒子計数器１０１をさらに小型化することが可能となる。
〔本発明の優位性〕
以上のように、上述した実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
（１）フローセルユニット８０はフローセルベース５を介してセンサベース２に固定されており、計数対象のチャネルが変更されて照射光学系や受光光学系が移動してもフローセル１０は動かないため、フローセル１０に接続された配管８に緩みや亀裂等の不具合が生じにくい。したがって、上述した実施形態によれば、試料流体の漏出を防止することができる。
（２）フローセル１０の流路が略コの字型に形成されていることにより、複数のフローセル１０に接続される全ての配管８が１つの面に整列するため、配管８を配置するために確保する空間が１面分だけで済む。したがって、上述した実施形態によれば、粒子計数器１を小型化することができる。
（３）粒子計数器１のユーザは、計数対象のチャネルを選択するだけで、そのチャネルに対応する最適な位置にミラー３０、照明用レンズ４０、受光ユニット５０を移動させることができる。したがって、選択されたチャネルに応じて照射光学系の光軸、受光光学系の光軸及び焦点の位置を高精度に調整することができる。
（４）フローセルユニット８０の内部構造により、収容される各フローセル１０のＸ方向及びＹ方向の位置決めを正確に行って、各フローセル１０を正確な位置にしっかりと固定させることができる。
（５）照射光Ｌａは、第１流路１３のみを通過しつつ第２流路１４及び第３流路１５には当たらない角度でフローセル１０に入射されるため、ノイズの発生を防止することができ、粒子から生じる散乱光の検出が容易になる。
上記（３）～（５）の効果はいずれも、試料流体に含まれるナノオーダの微細な粒子の高精度な検出に資するものである。したがって、上述した実施形態によれば、粒子の検出及び計数精度を向上させることができる。
本発明は、上述した実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施することが可能である。
上述した実施形態においては、略コの字型の流路が内部に１つ形成されたフローセル１０が一方向に複数配列されることでマルチフローセルが構成されているが、これに代えて、略コの字型の流路が一方向に複数配列された状態で形成された一体型のフローセル（内部に略コの字型の流路が複数形成された１つのフローセル）をマルチフローセルとしてもよい。
上述した実施形態においては、受光ユニット５０がＸ軸ステージ６０及びＹ軸ステージ７０のスライドに伴いＸ方向及びＹ方向に移動可能に設けられているが、これに代えて、フローセルユニット８０の背後にＸ軸ステージ６０及びＹ軸ステージ７０のスライドに伴いＸ方向及びＹ方向に移動可能なミラーを別途設け、受光ユニット５０を移動させない（Ｘ軸ステージ６０が受光ユニット５０を支持しない）構成として、試料流体に含まれる粒子から生じる光をミラーを介して受光ユニット５０に入射させてもよい。このような構成とすることにより、別途設けられたミラーを計数対象のチャネルに応じてＸ方向及びＹ方向に移動させるとともに、ミラーを介して受光ユニット５０に入射することとなる粒子からの光の焦点をその光軸に沿って高精度に調整することができる。
上述した実施形態においては、受光素子５４としてフォトダイオードが用いられているが、これに代えて他分割受光素子を用いてもよい。他分割受光素子を用いることにより、ＳＮ比をさらに向上させて粒子の検出及び計数を一層高精度に行うことができる。
上述した実施形態においては、フローセル１０に接続された配管８が筐体４の外側に延び出るのに十分な長さを有し、筐体４に設けられた配管用窓から外側に出された先で試料流体の流入口及び排出口に繋がれるが、配管８の接続態様はこれに限定されない。例えば、配管８を配管用窓に固定させ、ここで試料流体の流入口及び排出口に繋がれる態様としてもよい。
上述した実施形態においては、光源２０の作動状態を制御ユニット９０（検出管理部９４）が切り替えているが、これに代えて、光源２０の出射口を塞いで照射光を遮断するシャッタを別途設けシャッタの開閉（遮光の有無）を制御ユニット９０により切り替える構成としてもよい。
その他、粒子計数器１の各構成部品の例として挙げた材料や数値等はあくまで例示であり、本発明の実施に際して適宜に変形が可能であることは言うまでもない。
１ 粒子計数器
２ センサベース
５ フローセルベース
６ フローセルホルダ
１０ フローセル
２０ 光源
３０ ミラー
４０ 照明用レンズ
５０ 受光ユニット
６０ Ｘ軸ステージ
７０ Ｙ軸ステージ
８０ フローセルユニット（マルチフローセル）
８６ 加圧ブッシュ
９０ 制御ユニット

Claims (9)

  1. 装置本体に設置された流路内を流れる試料流体に含まれる粒子を前記流路内に照射した照射光を用いて計数する粒子計数装置であって、
    前記照射光を出射する光源と、
    前記照射光を光軸上の所定位置に照射する照射光学系と、
    前記流路を内部に有し前記装置本体に対する位置が固定の透明体で構成され、外部から入射した前記照射光が前記流路内で前記所定位置に照射されることで前記粒子の検出領域が形成される区間を第１方向に複数配列した状態で複数の前記流路の配列を形成するマルチフローセルと、
    前記検出領域を通過する前記粒子から生じる放出光を前記第１方向と直交する第２方向を光軸として受光する受光光学系と、
    前記流路内に入射する前記照射光の光軸及び前記受光光学系が受光する前記放出光の光軸を複数の前記流路の配列に沿って前記第１方向に移動させる光軸移動手段と、
    前記受光光学系により受光される放出光の強度に基づいて、前記粒子を粒径毎に計数する計数手段と
    を備えた粒子計数装置。
  2. 請求項１に記載の粒子計数装置において、
    前記受光光学系の焦点を前記第２方向に調整する焦点調整手段
    をさらに備えた粒子計数装置。
  3. 請求項２に記載の粒子計数装置において、
    前記焦点調整手段は、
    前記受光光学系を支持するステージを前記第２方向に移動させることにより前記焦点を前記第２方向に調整するアクチュエータを含み、
    前記光軸移動手段は、
    前記照射光学系とともに前記アクチュエータを支持したステージを前記第１方向に移動させることにより前記各光軸を前記第１方向に移動させる別のアクチュエータを含むことを特徴とする粒子計数装置。
  4. 請求項１から３のいずれかに記載の粒子計数装置において、
    前記マルチフローセルの内部に形成された複数の前記流路に関し、少なくとも、個々の前記流路の位置に対応して前記光軸移動手段により移動される前記第１方向における前記各光軸の位置を予め記憶する記憶手段をさらに備え、
    前記光軸移動手段は、
    前記検出領域が形成されることとなる前記流路に対応して前記記憶手段に予め記憶された前記各光軸の位置まで前記各光軸を移動させることを特徴とする粒子計数装置。
  5. 請求項２又は３を引用する請求項４に記載の粒子計数装置において、
    前記記憶手段は、
    前記各光軸の位置に加え、個々の前記流路の位置に対応して前記焦点調整手段により調整される前記第２方向における前記焦点の位置を予め記憶し、
    前記焦点調整手段は、
    前記検出領域が形成されることとなる前記流路に対応して前記記憶手段に予め記憶された前記焦点の位置に前記焦点を調整することを特徴とする粒子計数装置。
  6. 請求項１から５のいずれかに記載の粒子計数装置において、
    前記マルチフローセルは、
    個々に前記流路を内部に有した透明体のフローセルを複数配列して構成されたものであり、個々の前記フローセルが前記マルチフローセル全体でみた前記第１方向及び第２方向の位置の基準となる部位に密着した状態で固定されることを特徴とする粒子計数装置。
  7. 請求項６に記載の粒子計数装置において、
    前記フローセルは、
    略直方体形状であり、前記試料流体が流し込まれる流入口及び前記試料流体が排出される排出口が同一の面に形成されていることを特徴とする粒子計数装置。
  8. 請求項７に記載の粒子計数装置において、
    前記フローセルは、
    前記流入口から前記第２方向に延びる第１流路と、前記排出口から前記第２方向に延びる第２流路と、前記第１方向及び前記第２方向のいずれとも直交する第３方向に延びて前記第１流路及び前記第２流路に接続する第３流路とで一路に形成された流路を有することを特徴とする粒子計数装置。
  9. 請求項１から８のいずれかに記載の粒子計数装置において、
    前記放出光は、
    散乱光又は蛍光であることを特徴とする粒子計数装置。
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