JP7205276B2 - Analysis equipment - Google Patents

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Description

本発明は、分析装置に関する。 The present invention relates to analyzers.

気体中に含まれる粒子の分析装置が知られている。分析装置は、レーザ光の照射領域を粒子が通過した時に発生する散乱光および白熱光の一方または両方を検出する。分析装置は、検出結果に基づいて、粒子の数、大きさ、および質量濃度等を分析する（例えば、特許文献１参照）。ブラックカーボン粒子については、レーザ光の照射領域を通過する時に、炭素が昇華して粒子が縮小または消滅することに起因して、散乱光が時間によって変化する。したがって、分割された検出素子によって得られた検出信号の情報から、散乱光の信号を補正する技術が提案されている（非特許文献１）。 Devices for analyzing particles contained in gases are known. The analysis device detects one or both of scattered light and incandescent light that are generated when particles pass through the irradiation area of the laser light. The analysis device analyzes the number, size, mass concentration, etc. of particles based on the detection results (see Patent Document 1, for example). As for the black carbon particles, the scattered light changes with time due to the sublimation of the carbon and the shrinkage or disappearance of the particles when passing through the area irradiated with the laser light. Therefore, a technique has been proposed for correcting the signal of the scattered light from the information of the detection signal obtained by the divided detection elements (Non-Patent Document 1).

分析精度を高めるためには、粒子が、レーザ光の照射領域の中心を通過することが望ましい。例えば、特許文献２に示される装置は、２重ノズル構造を用いてガイドエア（シースエア）を用いて粒子の流路を絞る、流路を限定することによって、粒子がレーザ光の照射領域の中心付近を通過する。しかしながら、２重ノズル構造を用いても絞り込める粒子流路の幅には限界がある。レーザ光の光強度は照射領域内で一様ではなく、中心が周辺より高い。したがって、粒子がレーザ光の照射領域を通過する位置が粒子ごとに異なる場合には、粒子ごとにレーザ光の照射領域を通過する場合に経験するレーザ光強度が異なる。この結果、測定精度が影響を受ける。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０１２－８８１７８号公報
［特許文献２］ 特開２０１２－１８９４８３号公報
［非特許文献］
［非特許文献１］ Gao et al., Journal of Aerosol Science, 41:2, 125-135頁, 2007年 In order to improve analysis accuracy, it is desirable that the particles pass through the center of the laser beam irradiation area. For example, the apparatus disclosed in Patent Document 2 uses a double nozzle structure to narrow the flow path of particles using guide air (sheath air), and by limiting the flow path, the particles are placed at the center of the laser beam irradiation area. pass nearby. However, there is a limit to the width of the particle flow path that can be narrowed down even with the double nozzle structure. The light intensity of the laser light is not uniform within the irradiation area, and is higher in the center than in the periphery. Therefore, if the position at which the particles pass through the laser light irradiation area is different for each particle, the laser light intensity experienced when passing through the laser light irradiation area differs for each particle. As a result, measurement accuracy is affected.
[Prior art documents]
[Patent Literature]
[Patent Document 1] JP-A-2012-88178 [Patent Document 2] JP-A-2012-189483 [Non-Patent Document]
[Non-Patent Document 1] Gao et al., Journal of Aerosol Science, 41:2, 125-135, 2007

分析装置は、レーザ光の照射領域を通過する位置が粒子ごとに異なることの影響を軽減することができることが望ましい。 It is desirable that the analysis device be able to reduce the influence of the difference in the positions of the particles passing through the irradiation area of the laser light.

本発明の第１の態様においては、分析装置を提供する。分析装置は、粒子がレーザ光を散乱することによって生じた散乱光に基づいて、粒子を分析してよい。分析装置は、散乱光を検出する第１検出部を備えてよい。分析装置は、第２検出部を備えてよい。第２検出部は、検出領域が設けられてよい。検出領域は、散乱光によるスポット像が受光面において予め定められた距離を移動することを検出してよい。分析装置は、算出部を有してよい。算出部は、第１検出部による検出結果と第２検出部による検出結果とから、レーザ光の照射領域内を粒子が通過した距離を算出してよい。 In a first aspect of the invention, an analytical device is provided. The analyzer may analyze the particles based on the scattered light generated by the particles scattering the laser light. The analyzer may comprise a first detector that detects scattered light. The analyzer may comprise a second detector. A detection area may be provided in the second detection unit. The detection area may detect that the spot image of scattered light moves a predetermined distance on the light receiving surface. The analyzer may have a calculator. The calculation unit may calculate the distance that the particle has passed through the irradiation area of the laser light from the detection result by the first detection unit and the detection result by the second detection unit.

算出部は、第１算出部および第２算出部を備えてよい。第１算出部は、第１検出部による検出結果から、レーザ光の照射領域内を粒子が通過するのに要した時間を算出してよい。第２算出部は、第２検出部による検出結果から、粒子の速度を算出してよい。算出部は、照射領域内を粒子が通過するのに要した時間と、粒子の速度とから、レーザ光の照射領域内を粒子が通過した距離を算出してよい。 The calculator may comprise a first calculator and a second calculator. The first calculator may calculate the time required for the particles to pass through the irradiation area of the laser light from the detection result by the first detector. The second calculator may calculate the velocity of the particles from the detection result of the second detector. The calculator may calculate the distance traveled by the particles within the irradiation region of the laser light from the time required for the particles to pass through the irradiation region and the velocity of the particles.

検出領域は、第１検出部よりも粒子の進行方向における幅が狭くてよい。 The detection area may have a narrower width in the traveling direction of the particles than the first detection section.

検出領域は、光を電気信号に変換する光電変換領域であってよい。検出領域は、光を電気信号に変換する２つの光電変換領域に挟まれた不感帯であってよい。第２検出部は、光を電気信号に変換する複数の光電変換領域と複数の不感帯とを含んでいてよい。複数の光電変換領域と複数の不感帯とが一つずつ交互に配置されてよい。複数の不感帯は、粒子の進行方向における幅が互いに異なる複数の不感帯を含んでよい。検出領域は、光を電気信号に変換する２つの光電変換領域に挟まれている他の光電変換領域であってよい。 The detection area may be a photoelectric conversion area that converts light into electrical signals. The detection area may be a dead zone sandwiched between two photoelectric conversion areas that convert light into electrical signals. The second detection section may include a plurality of photoelectric conversion regions for converting light into electrical signals and a plurality of dead zones. A plurality of photoelectric conversion regions and a plurality of dead zones may be alternately arranged. The plurality of dead zones may include a plurality of dead zones having different widths in the traveling direction of the particles. The detection area may be another photoelectric conversion area sandwiched between two photoelectric conversion areas that convert light into electrical signals.

分析装置は、差分演算部を含んでよい。差分演算部は、２つの光電変換領域における検出結果の差分をとってよい。算出部は、第１検出部による検出結果と、差分の結果とから、レーザ光の照射領域内を粒子が通過した距離を算出してよい。 The analysis device may include a difference calculator. The difference calculator may obtain the difference between the detection results in the two photoelectric conversion regions. The calculation unit may calculate the distance that the particles have passed through the irradiation area of the laser light from the detection result by the first detection unit and the result of the difference.

分析装置は、補正部を更に備えてよい。補正部は、照射領域内を粒子が通過した距離に基づいて、粒子の分析結果を補正してよい。 The analyzer may further comprise a corrector. The correction unit may correct the analysis result of the particles based on the distance that the particles have passed through the irradiation area.

補正部は、散乱光の検出結果を補正してよい。補正部は、散乱光に基づいて算出される粒子の粒径を補正してよい。補正部は、照射領域内を粒子が通過した距離に基づいて、レーザ光の照射領域内の予め定められた領域を通った粒子を選別してよい。補正部は、粒子を選別することによって、粒子の分析結果を補正してよい。 The correction unit may correct the scattered light detection result. The correction unit may correct the particle size of the particles calculated based on the scattered light. The correction unit may select particles that have passed through a predetermined area within the irradiation area of the laser light based on the distance that the particles have passed through the irradiation area. The correction unit may correct the particle analysis result by sorting the particles.

分析装置は、白熱光検出部を更に備えてよい。白熱光検出部は、レーザ光によって加熱された粒子が放射する光を検出してよい。分析装置は、第２補正部を更に備えてよい。第２補正部は、照射領域内を粒子が通過した距離に基づいて、白熱光検出部による検出結果を補正してよい。 The analyzer may further comprise an incandescent light detector. The incandescent light detector may detect light emitted by particles heated by laser light. The analyzer may further include a second corrector. The second correction unit may correct the detection result by the incandescent light detection unit based on the distance that the particles have passed through the irradiation area.

検出領域は、第１方向に沿って延びる第１検出領域と、第１方向と交わる第２方向に沿って延びる第２検出領域とを含んでよい。第２算出部は、第２検出部における第１検出領域および第２検出領域における検出結果から、粒子の速度の第１方向成分および第２方向成分を算出してよい。 The detection area may include a first detection area extending along a first direction and a second detection area extending along a second direction intersecting the first direction. The second calculator may calculate the first direction component and the second direction component of the velocity of the particle from the detection results in the first detection area and the second detection area of the second detection part.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not list all the necessary features of the invention. Subcombinations of these feature groups can also be inventions.

本発明の一実施形態における分析装置１００の概略的な構成を示す図である。It is a figure showing a schematic structure of analysis device 100 in one embodiment of the present invention. 第１検出部３０および第２検出部４０の構成の一例を示す図である。3 is a diagram showing an example of a configuration of a first detection section 30 and a second detection section 40; FIG. 第１検出部３０によって得られる第１検出信号の一例を説明する図である。3 is a diagram for explaining an example of a first detection signal obtained by a first detection section 30; FIG. 第２検出部４０によって得られる第２検出信号の一例を説明する図である。4 is a diagram illustrating an example of a second detection signal obtained by a second detection section 40; FIG. 第２検出信号に基づいて粒子の速度を計算する方法を示す図である。FIG. 5 illustrates a method of calculating particle velocity based on a second detection signal; 粒子の速度と、照射領域内の粒子の通過時間とからレーザ通過距離を計算する方法を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a method of calculating a laser transit distance from particle velocity and particle transit time within an irradiation area; レーザ光１２の照射領域と粒子１の流路の例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of an irradiation area of laser light 12 and a flow path of particles 1; レーザ光の照射領域の中心からのシフト量Δｓを計算する方法を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a method of calculating a shift amount Δs from the center of an irradiation area of laser light; 本実施形態の分析装置の処理内容の一例を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows an example of the contents of processing of an analysis device of this embodiment. ブラックカーボン粒子の散乱光の推定の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of estimation of scattered light from black carbon particles; レーザ光の照射領域の中心からのシフト量Δｓを算出する方法の一例を示すフローチャートである。5 is a flow chart showing an example of a method of calculating a shift amount Δs from the center of a laser beam irradiation area; 分析結果を補正する処理の一例を示すフローチャートである。7 is a flowchart illustrating an example of processing for correcting analysis results; 分析結果を補正する処理の他の例を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing another example of processing for correcting analysis results; FIG. 分析結果を補正する処理の他の例を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing another example of processing for correcting analysis results; FIG. 分析結果を補正する処理の他の例を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing another example of processing for correcting analysis results; FIG. 第２検出部４０の第１変形例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a first modified example of the second detector 40; 第２検出部４０の第２変形例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a second modified example of the second detector 40; 第２検出部４０の第３変形例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a third modified example of the second detector 40; 第２検出部４０の第４変形例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a fourth modification of the second detection section 40;

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential for the solution of the invention.

本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。本明細書では、レーザ光の照射方向をＸ軸とし、粒子の流路の中心軸方向をＹ軸方向とする。Ｘ軸およびＹ軸に垂直な方向をＺ軸方向とする。 In this specification, technical matters may be described using X-, Y-, and Z-axis orthogonal coordinate axes. In this specification, the irradiation direction of the laser beam is defined as the X-axis, and the direction of the central axis of the particle flow path is defined as the Y-axis direction. A direction perpendicular to the X-axis and the Y-axis is defined as the Z-axis direction.

図１は、本発明の一実施形態における分析装置１００の概略的な構成を示す図である。分析装置１００は、気体中に含まれる粒子１がレーザ光１２を散乱することによって生じた散乱光１３に基づいて、粒子１を分析する。また、分析装置１００は、レーザ光によって加熱された粒子１が放射する光である白熱光１４に基づいて、粒子１を分析してよい。分析装置１００は、粒子１の数、粒径、および質量濃度等を検出してよい。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an analysis device 100 according to one embodiment of the present invention. The analyzer 100 analyzes the particles 1 based on the scattered light 13 generated by scattering the laser light 12 by the particles 1 contained in the gas. Further, the analyzer 100 may analyze the particles 1 based on the incandescent light 14 that is the light emitted by the particles 1 heated by the laser light. The analysis device 100 may detect the number of particles 1, particle size, mass concentration, and the like.

粒子１は、気体中の微粒子であってよい。気体中の微粒子はエアロゾルと呼ばれる。粒子１の粒径は、１μｍ以上１００μｍ以下であってよく、より具体的には５μｍ以上１００μｍ以下であってよい。粒子の平均粒径が１０μｍ程度であってよい。 Particles 1 may be microparticles in a gas. Particles in gas are called aerosols. The particle size of the particles 1 may be 1 μm or more and 100 μm or less, more specifically 5 μm or more and 100 μm or less. The average particle size of the particles may be about 10 μm.

粒子１は、ブラックカーボン（煤）であってよい。ディーゼルエンジンの排気ガス、石炭の燃焼、森林火災、薪等の燃料やバイオマス燃料の燃焼等、炭素を主成分とする燃料が不完全燃焼した際に発生するブラックカーボン（煤）の計測は、燃焼効率の指標として重要である。 The particles 1 may be black carbon (soot). The measurement of black carbon (soot), which is generated when carbon-based fuels are incompletely burned, such as diesel engine exhaust gas, coal combustion, forest fires, fuel such as firewood, and biomass fuel, is measured by combustion. It is important as an index of efficiency.

ブラックカーボンは光をよく吸収し加熱される性質がある。したがって、レーザキャビティやパルスレーザ等の強力なレーザ光１２がブラックカーボンに照射されると、ブラックカーボンは、瞬間的に加熱されて気化する。加熱されたブラックカーボンは、黒体放射により白熱光１４を発生する。この白熱光１４を検出することで、ブラックカーボンの粒子数と粒子１の大きさを知ることができる。このブラックカーボンの白熱光を検出する方法は、レーザ誘起白熱法（ＬＩＩ法）と呼ばれる。 Black carbon has the property of absorbing light well and being heated. Therefore, when the black carbon is irradiated with a powerful laser beam 12 such as a laser cavity or a pulse laser, the black carbon is instantaneously heated and vaporized. The heated black carbon produces incandescent light 14 by black body radiation. By detecting this incandescent light 14, the number of black carbon particles and the size of the particles 1 can be known. This method of detecting incandescent light from black carbon is called a laser-induced incandescence method (LII method).

ＬＩＩ法で使用するレーザ光１２の波長は、近赤外領域の波長である。例えば、レーザ光１２を発生させるレーザ照射部１０として、波長１０６４ｎｍのレーザ光１２を発生するＹＡＧレーザが使用される。但し、レーザ照射部１０は、ＹＡＧレーザに限定されるものでなく、例えば、レーザ照射部１０として、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザが使用される。 The wavelength of the laser light 12 used in the LII method is in the near-infrared region. For example, as the laser irradiation unit 10 that generates the laser light 12, a YAG laser that generates the laser light 12 with a wavelength of 1064 nm is used. However, the laser irradiation section 10 is not limited to the YAG laser, and for example, an Nd:YVO4 laser is used as the laser irradiation section 10 .

分析装置１００は、レーザ照射部１０、導入部２０、第１検出部３０、第２検出部４０、および白熱光検出部５０を備える。レーザ照射部１０は、分析装置１００内に導入された粒子１を含む試料気体にレーザ光１２を照射する。本例では、レーザ光１２のビームは、Ｘ軸方向に沿って延びている。 The analyzer 100 includes a laser irradiation section 10 , an introduction section 20 , a first detection section 30 , a second detection section 40 and an incandescent light detection section 50 . The laser irradiation unit 10 irradiates the sample gas containing the particles 1 introduced into the analyzer 100 with the laser light 12 . In this example, the beam of laser light 12 extends along the X-axis direction.

レーザ照射部１０は、分析装置１００内に導入された粒子１を含むサンプルエアにレーザ光１２を照射する。レーザ照射部１０は、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザを用いた光源を含んでよい。また、光源と反対側の端部には、レーザ共振器を構成するためのミラー１１が設けられてよい。レーザ光１２の波長は、例えば、１０６４ｎｍである。 The laser irradiation unit 10 irradiates the sample air containing the particles 1 introduced into the analyzer 100 with a laser beam 12 . The laser irradiation section 10 may include a light source using an Nd:YVO4 laser. A mirror 11 for forming a laser resonator may be provided at the end opposite to the light source. The wavelength of the laser light 12 is, for example, 1064 nm.

導入部２０は、レーザ光１２に、測定対象である粒子１を含む気体を導入する。導入部２０は、粒子１を搬送するためのノズルを含んでよい。導入部２０において、導入される粒子１の粒径を選択するための分級装置が設けられていてもよい。図１においては、紙面と平行なＺ軸方向に気体通路を延長しているが、紙面と直交するＹ軸方向に延長することが好ましい。すなわち、流路の中心軸方向２１は、Ｙ軸方向であることが望ましい。これは、白熱光及び散乱光の光路と導入部２０との干渉を避けるためである。この場合、粒子１は、Ｙ軸方向に沿った気流に含まれてレーザ光１２の照射領域を通過する。 The introduction unit 20 introduces gas containing the particles 1 to be measured into the laser beam 12 . The introduction section 20 may include a nozzle for conveying the particles 1 . A classifier for selecting the particle size of the particles 1 to be introduced may be provided in the introduction section 20 . In FIG. 1, the gas passage extends in the Z-axis direction parallel to the paper, but preferably extends in the Y-axis direction perpendicular to the paper. That is, it is desirable that the central axis direction 21 of the flow path is the Y-axis direction. This is to avoid interference between the optical paths of incandescent light and scattered light and the introduction section 20 . In this case, the particles 1 are included in the airflow along the Y-axis direction and pass through the irradiation area of the laser beam 12 .

ＬＩＩ法では、主に可視光の波長範囲の白熱光を測定することでブラックカーボン粒子を選択的に測定できる。一方、可視光波長帯の光をフィルタで除去することによって、粒子１が通過した際に生じる散乱光を受光することもできる。散乱光はすべての粒子１から発生するため、通過した粒子全量の測定が可能である。 In the LII method, black carbon particles can be selectively measured mainly by measuring incandescent light in the visible wavelength range. On the other hand, by removing light in the visible light wavelength band with a filter, it is also possible to receive scattered light generated when the particles 1 pass through. Since scattered light is generated from all particles 1, it is possible to measure the total amount of particles that have passed through.

また、ミー（Ｍｉｅ）散乱理論により散乱光応答を厳密に計算できることから、粒子１の大きさのほかに、形状等の様々な粒子１の情報を取得することができる。なお、ブラックカーボン粒子については、レーザ光１２の照射領域を通過するときに、炭素が昇華して粒子１が縮小または消滅することに起因して、散乱光が時間によって変化する。したがって、散乱光の信号を補正することによって、ブラックカーボン粒子の散乱光に基づく分析も可能である。 Further, since the scattered light response can be strictly calculated by the Mie scattering theory, various information of the particle 1 such as the shape can be obtained in addition to the size of the particle 1 . As for the black carbon particles, when passing through the irradiation area of the laser beam 12, the carbon sublimates and the particles 1 shrink or disappear, so that the scattered light changes with time. Therefore, by correcting the signal of the scattered light, analysis based on the scattered light of the black carbon particles is also possible.

ＬＩＩ法では、すべてのブラックカーボンを含む粒子１を検出するためには、原理的にレーザ光１２の幅より狭い領域に粒子１を収束させ通過させる必要がある。レーザ光１２のビーム径を、ピーク強度値から１／ｅ２に落ちたときの強度での幅で定義すると、例えば、ビーム径の１／２以下の範囲に粒子１を収束させて通過させることが望ましい。 In the LII method, in order to detect all the particles 1 containing black carbon, it is theoretically necessary to converge the particles 1 in a region narrower than the width of the laser beam 12 and allow the laser beam 12 to pass therethrough. If the beam diameter of the laser light 12 is defined by the width of the intensity when it drops from the peak intensity value to 1 /e2, for example, the particle 1 can be converged to a range of 1/2 or less of the beam diameter and let it pass. is desirable.

粒子１の数、粒径、および質量濃度等を精度良く測定するためには、粒子１の流路の中心軸とレーザ光１２の光軸中心が一点で交わることが望ましい。白熱光および散乱光に基づいて、粒子１の数、粒径、および質量濃度等を測定するためには、理想的には、粒子１ごとにレーザ光１２の照射領域を通過するまでに経験するレーザ光強度が一定であることが望ましい。しかしながら、レーザ光１２の光強度は照射領域内で一様ではなく、中心が周辺より高い。したがって、粒子１がレーザ光の照射領域を通過する位置が粒子１ごとに異なることによって、粒子１ごとにレーザ光の照射領域を通過するまでに経験するレーザ光強度が異なる。 In order to accurately measure the number, particle size, mass concentration, etc. of the particles 1, it is desirable that the center axis of the flow path of the particles 1 and the center of the optical axis of the laser beam 12 intersect at one point. In order to measure the number, particle size, mass concentration, etc. of particles 1 based on incandescent light and scattered light, ideally, each particle 1 should experience It is desirable that the laser light intensity be constant. However, the light intensity of the laser light 12 is not uniform within the irradiation area and is higher at the center than at the periphery. Therefore, since the position at which the particle 1 passes through the laser light irradiation area differs for each particle 1, the laser light intensity experienced by each particle 1 before passing through the laser light irradiation area is different.

粒子１の流路の中心軸とレーザ光１２の光軸中心が一点で交わる系では、流路の中心軸を通る粒子１は、最大強度の散乱光および白熱光を生じ、流路の中心軸からずれた位置を粒子１が通過する場合には、ずれる方向によらず、粒子１が流路の中心軸を通る場合に比べて散乱光および白熱光の光強度が減少する。一方、粒子１の流路の中心軸とレーザ光１２の光軸中心が一点で交わらない場合には、流路の中心軸からずれた位置を粒子１が通過する場合には、ずれる方向によって、粒子１が流路の中心軸を通る場合に比べて散乱光および白熱光の光強度が増加する場合と減少する場合が存在する。したがって、粒子１の流路の中心軸とレーザ光１２の光軸中心が一点で交わる系と比べて、粒子１の数、粒径、および質量濃度等を精度が低下する。 In a system in which the central axis of the channel of the particle 1 and the center of the optical axis of the laser beam 12 intersect at one point, the particle 1 passing through the central axis of the channel generates scattered light and incandescent light of maximum intensity, and the central axis of the channel When the particles 1 pass through a position deviated from the center, the light intensity of the scattered light and the incandescent light is reduced as compared with the case where the particles 1 pass through the central axis of the flow channel regardless of the direction of deviation. On the other hand, when the central axis of the channel of the particle 1 and the center of the optical axis of the laser beam 12 do not intersect at one point, when the particle 1 passes through a position deviated from the central axis of the channel, depending on the direction of deviation, Compared to when the particles 1 pass through the central axis of the channel, there are cases where the light intensity of the scattered light and incandescent light increases or decreases. Therefore, compared to a system in which the central axis of the flow path of the particles 1 and the center of the optical axis of the laser beam 12 intersect at one point, the accuracy of the number, particle size, mass concentration, etc. of the particles 1 is lowered.

粒子１の粒径が１μｍ以上になって質量が増えると、周囲の気体から受ける粘性影響が低下するため、粒子１が気流に沿わない。したがって、粒子１の粒径が１μｍ以上、特に５μｍ以上の場合に、粒子１の流路の収束性が低下する。本実施形態の分析装置１００によれば、粒径が１μｍ以上１００μｍ以下、特に、粒径が５μｍ以上１００μｍ以下の粒子１において、粒子１の流路の収束性が低下した場合にも、分析精度が低下すること抑制する。 When the particle size of the particles 1 is 1 μm or more and the mass increases, the viscosity effect of the surrounding gas decreases, so the particles 1 do not follow the airflow. Therefore, when the particle diameter of the particles 1 is 1 μm or more, particularly 5 μm or more, the convergence of the flow paths of the particles 1 is lowered. According to the analyzer 100 of the present embodiment, even when the convergence of the flow path of the particles 1 with a particle size of 1 μm or more and 100 μm or less, particularly 5 μm or more and 100 μm or less is reduced, the analysis accuracy suppresses the decline of

第１検出部３０は、散乱光１３を検出する。複数の第１検出部３０が設けられていてもよい。第２検出部４０は、散乱光によるスポット像が受光面において予め定められた距離を移動することを検出する。第２検出部４０の詳細については後述する。白熱光検出部５０は、レーザ光１２によって加熱された粒子１が放射する光を検出する。第１検出部３０および第２検出部４０は、それぞれ散乱光の波長に対して検出感度を持つアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を含んでよい。白熱光検出部５０は、可視光、たとえば６３０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長の光に対して検出感度を持つフォトダイオードまたはフォトトランジスタ等の受光素子を含んでよい。 The first detector 30 detects the scattered light 13 . A plurality of first detection units 30 may be provided. The second detection unit 40 detects that the spot image of scattered light moves a predetermined distance on the light receiving surface. Details of the second detection unit 40 will be described later. The incandescent light detector 50 detects light emitted by the particles 1 heated by the laser light 12 . The first detector 30 and the second detector 40 may each include an avalanche photodiode (APD) having detection sensitivity to the wavelength of scattered light. The incandescent light detection unit 50 may include a light receiving element such as a photodiode or a phototransistor having detection sensitivity to visible light, for example, light with a wavelength of 630 nm or more and 800 nm or less.

第１検出部３０および第２検出部４０のそれぞれの入射面とレーザ光１２との間には、集光レンズ２２および対物レンズ２３およびフィルタ２４が設けられてよい。フィルタ２４は、集光レンズ２２および対物レンズ２３の間に設けられてよい。フィルタ２４は、例えば、可視光の波長範囲の白熱光を遮断し、近赤外領域の波長範囲の散乱光を透過させる。 A condenser lens 22 , an objective lens 23 , and a filter 24 may be provided between the respective incident surfaces of the first detection section 30 and the second detection section 40 and the laser beam 12 . A filter 24 may be provided between the condenser lens 22 and the objective lens 23 . For example, the filter 24 blocks incandescent light in the visible wavelength range and transmits scattered light in the near-infrared wavelength range.

白熱光検出部５０の入射面とレーザ光１２との間には、集光レンズ２５および対物レンズ２６およびフィルタ２７が設けられてよい。フィルタ２７は、集光レンズ２５および対物レンズ２６の間に設けられてよい。フィルタ２７は、可視光の波長範囲の白熱光を透過し、近赤外領域の波長範囲の散乱光を遮断してよい。 A condenser lens 25 , an objective lens 26 and a filter 27 may be provided between the incident surface of the incandescent light detection section 50 and the laser beam 12 . A filter 27 may be provided between the condenser lens 25 and the objective lens 26 . The filter 27 may transmit incandescent light in the visible wavelength range and block scattered light in the near-infrared wavelength range.

分析装置１００は、算出部６０および補正部７０を備える。算出部６０および補正部７０は、処理部８０の一部の機能として構成されていてもよい。処理部８０は、コンピュータであってよい。算出部６０は、第１検出部３０、第２検出部４０、および白熱光検出部５０からの検出結果を取得する。算出部６０は、第１検出部３０による検出結果と第２検出部４０による検出結果とから、レーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過した距離を算出する。 The analyzer 100 includes a calculator 60 and a corrector 70 . The calculator 60 and the corrector 70 may be configured as part of the functions of the processor 80 . The processing unit 80 may be a computer. The calculator 60 acquires detection results from the first detector 30 , the second detector 40 , and the incandescent light detector 50 . The calculation unit 60 calculates the distance that the particle 1 has passed through the irradiation area of the laser beam 12 from the detection result by the first detection unit 30 and the detection result by the second detection unit 40 .

算出部６０は、第１算出部６２および第２算出部６４を備えてよい。第１算出部６２は、第１検出部３０による検出結果を取得する。第１算出部６２は、第１検出部３０による検出結果からレーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過するのに要した時間を算出する。第２算出部６４は、第２検出部４０による検出結果から粒子１の速度を算出する。算出部６０は、レーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過するのに要した時間と、粒子１の速度とから、レーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過した距離を算出する。 The calculator 60 may include a first calculator 62 and a second calculator 64 . The first calculator 62 acquires the detection result by the first detector 30 . The first calculator 62 calculates the time required for the particle 1 to pass through the irradiation area of the laser beam 12 from the detection result by the first detector 30 . The second calculator 64 calculates the velocity of the particle 1 from the detection result by the second detector 40 . The calculation unit 60 calculates the distance that the particle 1 passed through the irradiation area of the laser light 12 from the time required for the particle 1 to pass through the irradiation area of the laser light 12 and the speed of the particle 1 .

補正部７０は、レーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過した距離に基づいて、粒子１の分析結果を補正する。なお、補正部７０は、第１補正部７２および第２補正部７４を含んでよい。第１補正部７２は、散乱光に基づく分析結果を補正する。第２補正部７４は、白熱光に基づく分析結果を補正する。 The correction unit 70 corrects the analysis result of the particle 1 based on the distance that the particle 1 passed through the irradiation area of the laser beam 12 . Note that the correction section 70 may include a first correction section 72 and a second correction section 74 . The first corrector 72 corrects the analysis result based on the scattered light. The second corrector 74 corrects the analysis result based on the incandescent light.

図２は、第１検出部３０および第２検出部４０の構成の一例を示す図である。第２検出部４０は、２つの光電変換領域４１および光電変換領域４２と、不感帯４３を有する。不感帯４３は、２つの光電変換領域４１および光電変換領域４２に挟まれた不感帯である。光電変換領域４１、４２は、光を電気信号に変換する。光電変換領域４１、４２は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）部分であってよい。換言すれば、第２検出部４０は、２つ以上の領域に分割されたＡＰＤ素子であってよい。一方、不感帯４３は、光を電気信号に変換しない。一例において、第２検出部４０は、少なくとも２つ以上に分割された光電変換領域４１、４２を持つ受光素子である。受光素子としては、例えばExcelitas社製 C30927EH-01である。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the first detection section 30 and the second detection section 40. As shown in FIG. The second detection section 40 has two photoelectric conversion regions 41 and 42 and a dead zone 43 . A dead zone 43 is a dead zone sandwiched between the two photoelectric conversion regions 41 and 42 . The photoelectric conversion regions 41 and 42 convert light into electrical signals. The photoelectric conversion regions 41, 42 may be avalanche photodiode (APD) portions. In other words, the second detection unit 40 may be an APD element divided into two or more regions. On the other hand, the dead zone 43 does not convert light into electrical signals. In one example, the second detection unit 40 is a light receiving element having at least two divided photoelectric conversion regions 41 and 42 . The light receiving element is, for example, C30927EH-01 manufactured by Excelitas.

本例では、不感帯４３が、散乱光による粒子１のスポット像２が受光面において予め定められた距離を移動することを検出する検出領域である。光電変換領域４１、不感帯４３、および光電変換領域４２は、この並び順でＹ軸方向に配置されてよい。不感帯４３は、粒子１の進行方向と交差する。粒子１の進行方向であるＹ軸方向における不感帯４３の幅Δｄは、Ｙ軸方向における第１検出部３０の幅Ｌより狭い。また、幅Δｄは、１０μｍ以上３００μｍであってよく、１００μｍ以上３００μｍであってよい。 In this example, the dead zone 43 is a detection area for detecting that the spot image 2 of the particle 1 due to scattered light moves a predetermined distance on the light receiving surface. The photoelectric conversion area 41, the dead zone 43, and the photoelectric conversion area 42 may be arranged in this order in the Y-axis direction. The dead zone 43 intersects the traveling direction of the particles 1 . The width Δd of the dead zone 43 in the Y-axis direction, which is the traveling direction of the particles 1, is narrower than the width L of the first detection section 30 in the Y-axis direction. Also, the width Δd may be 10 μm or more and 300 μm, or may be 100 μm or more and 300 μm.

分析装置１００は、差分演算部５１を含む。差分演算部５１は、２つの光電変換領域における検出結果の差分を算出する。本例では、光電変換領域４１における検出結果と光電変換領域４２における検出結果との差分を算出する。差分演算部５１は、ＩＶ変換部５２、５３、非反転増幅回路５４、反転増幅回路５５、および加算回路５６を備えてよい。ＩＶ変換部５２は、一方の光電変換領域４１が受光した散乱光１３の光強度に応じた電流を電圧に変換する。ＩＶ変換部５３は、他方の光電変換領域４２が受光した散乱光１３の光強度に応じた電流を電圧に変換する。 Analysis device 100 includes a difference calculator 51 . The difference calculator 51 calculates the difference between the detection results in the two photoelectric conversion regions. In this example, the difference between the detection result in the photoelectric conversion area 41 and the detection result in the photoelectric conversion area 42 is calculated. The difference calculator 51 may include IV converters 52 and 53 , a non-inverting amplifier circuit 54 , an inverting amplifier circuit 55 , and an adder circuit 56 . The IV converter 52 converts a current corresponding to the light intensity of the scattered light 13 received by one of the photoelectric conversion regions 41 into a voltage. The IV converter 53 converts a current corresponding to the light intensity of the scattered light 13 received by the other photoelectric conversion region 42 into a voltage.

非反転増幅回路５４は、ＩＶ変換部５２およびＩＶ変換部５３の出力の一方を反転しない。反転増幅回路５５は、ＩＶ変換部５２およびＩＶ変換部５３の出力の他方を反転する。加算回路５６は、非反転増幅回路５４と反転増幅回路５５との出力を加算する。これによって、差分演算部５１は、２つの光電変換領域４１、４２における検出結果の差分を算出する。算出された差分は、第１算出部６２に出力される。ＩＶ変換部５２およびＩＶ変換部５３の出力の一方を反転させた上で加えることによってコモンモードノイズをキャンセルすることができる。 A non-inverting amplifier circuit 54 does not invert one of the outputs of the IV conversion section 52 and the IV conversion section 53 . The inverting amplifier circuit 55 inverts the other of the outputs of the IV converting section 52 and the IV converting section 53 . Adder circuit 56 adds the outputs of non-inverting amplifier circuit 54 and inverting amplifier circuit 55 . Thereby, the difference calculation unit 51 calculates the difference between the detection results in the two photoelectric conversion regions 41 and 42 . The calculated difference is output to the first calculator 62 . Common mode noise can be canceled by inverting and then adding one of the outputs of the IV conversion section 52 and the IV conversion section 53 .

一方、第１検出部３０の検出結果は、ＩＶ変換部３１および増幅回路３３を介して、第１算出部６２に出力されてよい。算出部６０は、第１検出部３０による検出結果と、差分演算部５１による差分結果とから、レーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過した距離を算出してよい。 On the other hand, the detection result of the first detector 30 may be output to the first calculator 62 via the IV converter 31 and the amplifier circuit 33 . The calculation unit 60 may calculate the distance that the particle 1 has passed through the irradiation area of the laser beam 12 from the detection result by the first detection unit 30 and the difference result by the difference calculation unit 51 .

図３は、第１検出部３０によって得られる第１検出信号の一例を説明する図である。図４は、第２検出部４０によって得られる第２検出信号の一例を説明する図である。図３および図４においては、対物レンズ２３およびフィルタ２４は省略している。レーザ光１２の光強度は照射領域内で一様ではなく、中心から周辺に向かって、第１領域１２ａ、第２領域１２ｂ、および第３領域１２ｃとなるにしたがって光強度が弱くなる。第３領域１２ｃの外縁が、レーザ光１２の１／ｅ２ビーム径を示している。そして、１／ｅ２ビーム径の範囲を照射領域としてよい。 FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the first detection signal obtained by the first detection section 30. As shown in FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the second detection signal obtained by the second detection section 40. As shown in FIG. 3 and 4, the objective lens 23 and the filter 24 are omitted. The light intensity of the laser beam 12 is not uniform within the irradiation area, and the light intensity becomes weaker from the center to the periphery as it becomes the first area 12a, the second area 12b, and the third area 12c. The outer edge of the third region 12 c indicates the 1/e 2 beam diameter of the laser light 12 . Then, the range of 1/e 2 beam diameter may be set as the irradiation region.

粒子１がレーザ光１２の照射領域内に存在すると、粒子１によって散乱光１３が生じる。散乱光１３は、集光レンズ２２によって集光されて第１検出部３０の受光面３４上にスポット像２を結ぶ。そして、スポット像２は、粒子１の進行方向とは逆方向に受光面３４で移動する。第１検出部３０による検出結果は、第１検出信号３６として出力される。第１検出信号３６は、時刻における第１検出部３０の出力値に対応する。第１検出信号３６、たとえば、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）によって光電変換されて得られたＡＰＤ信号である。なお、第１検出信号３６は、ＩＶ変換部３１および増幅回路３３を介して得られた信号であってもよい。第１検出信号３６は、ガウス関数に似た曲線を示す。 When particles 1 are present within the irradiation area of laser light 12 , scattered light 13 is generated by particles 1 . The scattered light 13 is condensed by the condensing lens 22 to form a spot image 2 on the light receiving surface 34 of the first detection section 30 . Then, the spot image 2 moves on the light-receiving surface 34 in the direction opposite to the traveling direction of the particle 1 . A detection result by the first detection unit 30 is output as a first detection signal 36 . The first detection signal 36 corresponds to the output value of the first detection section 30 at the time. The first detection signal 36 is, for example, an APD signal obtained by photoelectric conversion by an avalanche photodiode (APD). Note that the first detection signal 36 may be a signal obtained through the IV conversion section 31 and the amplifier circuit 33 . The first detection signal 36 exhibits a curve resembling a Gaussian function.

一方、散乱光１３は、集光レンズ２２によって集光されて第２検出部４０の受光面４４上に粒子１に対応するスポット像２を結ぶ。スポット像２は、粒子１の進行方向とは逆方向に受光面４４で移動する。散乱光の受光面４４におけるスポット像２は、粒子１のレーザ光１２照射領域内通過に伴い、分割された光電変換領域４１、４２をまたいで移動する。第２検出部４０による検出結果は、第２検出信号４６として出力される。なお、第２検出信号４６は、上述したとおり、２つの光電変換領域４１、４２における検出結果の差分であってよい。光電変換領域４１からの出力を負とし、光電変換領域４２からの出力を正として結合することで、差分を算出してよい。第２検出信号４６は、分割されたアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）によって光電変換されて得られた分割ＡＰＤ信号とも呼ばれる。 On the other hand, the scattered light 13 is condensed by the condensing lens 22 to form a spot image 2 corresponding to the particle 1 on the light receiving surface 44 of the second detection section 40 . The spot image 2 moves on the light receiving surface 44 in the direction opposite to the traveling direction of the particle 1 . The spot image 2 on the light receiving surface 44 of the scattered light moves across the divided photoelectric conversion areas 41 and 42 as the particle 1 passes through the laser beam 12 irradiation area. A detection result by the second detection unit 40 is output as a second detection signal 46 . The second detection signal 46 may be the difference between the detection results of the two photoelectric conversion regions 41 and 42, as described above. The difference may be calculated by combining the output from the photoelectric conversion region 41 as negative and the output from the photoelectric conversion region 42 as positive. The second detection signal 46 is also called a divided APD signal obtained by photoelectric conversion by a divided avalanche photodiode (APD).

図５は、検出信号に基づいて粒子１の速度を計算する方法を示す。光電変換領域４１からの出力を正とし、光電変換領域４２からの出力を負として結合することで第２検出信号４６が得られる。粒子１の進行方向であるＹ軸方向における不感帯４３の幅Δｄが存在することに起因して、第２検出信号４６は、ゼロ点を有する。仮に受光面４４に対し粒子１の散乱光が拡大縮小なく、同じ大きさで結像する光学系であれば、光電変換領域４１と光電変換領域４２の間が不感帯４３（間隙）で分割されているとすると、その第２検出信号４６は、スポット図２が間隙Δｄを通過する時点で正負が反転する。 FIG. 5 shows how the velocity of the particle 1 is calculated based on the detected signal. A second detection signal 46 is obtained by combining the positive output from the photoelectric conversion region 41 and the negative output from the photoelectric conversion region 42 . The second detection signal 46 has a zero point due to the presence of the width Δd of the dead zone 43 in the Y-axis direction, which is the advancing direction of the particle 1 . If the optical system forms an image of the same size of the scattered light of the particle 1 on the light receiving surface 44 without scaling, the photoelectric conversion region 41 and the photoelectric conversion region 42 are divided by the dead zone 43 (gap). 2, the polarity of the second detection signal 46 is reversed when the spot image 2 passes through the gap .DELTA.d.

また、第２算出部６４は、粒子１が不感帯４３を通過するのに要する時間をΔｔｄｅｖとすると、式１ Ｖａｘｉｓ＝Δｄ／Δｔｄｅｖを計算することによって、粒子１の流路の軸方向の速度成分Ｖａｘｉｓを算出する。Δｔｄｅｖは、第２検出信号４６から取得される。具体的には、第２算出部６４は、第２検出信号４６における負のピークの時刻と正のピークの時刻との間の時間に基づいてΔｔｄｅｖを取得する。一例において、第２算出部６４は、第２検出信号４６における負のピークの時刻と正のピークの時刻との間の時間に定数ｋを乗じてΔｔｄｅｖを算出してよい。定数ｋは、実験または理論的に予め定められる。例えば、ｋ＝１として、第２算出部６４は、第２検出信号４６における負のピークの時刻と正のピークの時刻との間の時間をΔｔｄｅｖとする。 In addition, the second calculation unit 64 calculates the following equation: V axis =Δd/Δt dev , where Δt dev is the time required for the particle 1 to pass through the dead zone 43 . to calculate the velocity component V axis of . Δt dev is obtained from the second sensed signal 46 . Specifically, the second calculator 64 acquires Δt dev based on the time between the negative peak time and the positive peak time in the second detection signal 46 . In one example, the second calculator 64 may calculate Δt dev by multiplying the time between the negative peak time and the positive peak time in the second detection signal 46 by a constant k. The constant k is predetermined experimentally or theoretically. For example, when k=1, the second calculator 64 sets the time between the negative peak time and the positive peak time in the second detection signal 46 as Δt dev .

図６は、粒子１の速度と、照射領域内の粒子１の通過時間とからレーザ通過距離を計算する方法を示す図である。第１算出部６２は、第１検出部３０による検出結果から、レーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過するのに要した時間ΔｔＮｏｒｍを算出する。具体的には、第１検出信号３６の時間幅ΔｔＮｏｒｍが、レーザ光１２の照射領域を通過するのに要する時間に対応する。したがって、第１算出部６２は、第１検出部３０による検出結果が予め定められた閾値以上の値を示す期間を時間幅ΔｔＮｏｒｍとして算出してよい。閾値は、例えば、ピーク値の１／ｅ２となる値であってよい。 FIG. 6 is a diagram showing a method of calculating the laser transit distance from the velocity of the particle 1 and the transit time of the particle 1 within the irradiation area. The first calculator 62 calculates the time Δt Norm required for the particle 1 to pass through the irradiation area of the laser beam 12 from the detection result of the first detector 30 . Specifically, the time width Δt Norm of the first detection signal 36 corresponds to the time required for the laser light 12 to pass through the irradiation area. Therefore, the first calculator 62 may calculate the period during which the detection result of the first detector 30 indicates a value equal to or greater than the predetermined threshold as the time width Δt Norm . The threshold may be, for example, a value that is 1 /e2 of the peak value.

算出部６０は、照射領域内を粒子１が通過するのに要した時間ΔｔＮｏｒｍと、粒子１の速度Ｖａｘｉｓとから、レーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過した距離ｄＬａｓｅｒを算出する。算出部６０は、例えば、時間ΔｔＮｏｒｍにＶａｘｉｓを乗じて距離ｄＬａｓｅｒを算出する。 The calculation unit 60 calculates the distance dLaser that the particle 1 passed through the irradiation area of the laser beam 12 from the time Δt Norm required for the particle 1 to pass through the irradiation area and the velocity V axis of the particle 1. do. For example, the calculation unit 60 calculates the distance d Laser by multiplying the time Δt Norm by V axis .

図７は、レーザ光１２の照射領域と粒子１の流路の例を示す図である。流路２８は、粒子１の流路の中心の領域２８ａを通過する粒子１の割合が周辺部を通過する粒子１の割合より多い。しかしながら、粒子１の流路２８を完全に限定することは困難である。したがって、粒子１ごとに通過位置が異なる場合がある。粒子１が通過する位置がレーザ光１２の中心に近いほど、レーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過した距離ｄＬａｓｅｒが長くなる。換言すれば、粒子１が通過する位置がレーザ光１２の中心を通過した場合には、距離ｄＬａｓｅｒはレーザ光１２のビーム径と等しくなる。一方で距離ｄＬａｓｅｒがレーザ光１２のビーム径より小さい場合は、粒子１が通過する位置がレーザ光１２の中心から外れた経路を通過したことを示している。 FIG. 7 is a diagram showing an example of the irradiation area of the laser beam 12 and the flow path of the particles 1. In FIG. In the channel 28, the proportion of the particles 1 passing through the central region 28a of the flow channel of the particles 1 is higher than the proportion of the particles 1 passing through the peripheral portion. However, it is difficult to completely restrict the flow path 28 of the particles 1 . Therefore, each particle 1 may pass through a different position. The closer the position through which the particle 1 passes is to the center of the laser beam 12, the longer the distance dLaser that the particle 1 has passed through the irradiation area of the laser beam 12. FIG. In other words, when the position through which the particle 1 passes passes through the center of the laser beam 12 , the distance d Laser is equal to the beam diameter of the laser beam 12 . On the other hand, if the distance d Laser is smaller than the beam diameter of the laser beam 12 , it indicates that the position through which the particle 1 passes has passed through a path deviating from the center of the laser beam 12 .

図７に示される場合では、ｄＬａｓｅｒ１がｄＬａｓｅｒ２より長くなる。したがって、レーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過した距離ｄＬａｓｅｒを用いて、レーザ光の照射領域の中心と粒子１の通過経路との間の距離を計算することができる。 In the case shown in FIG. 7, d Laser 1 is longer than d Laser 2 . Therefore, using the distance d Laser that the particle 1 has passed through the irradiation area of the laser beam 12, the distance between the center of the irradiation area of the laser beam and the passage path of the particle 1 can be calculated.

図８は、レーザ光１２の照射領域の中心からのシフト量Δｓを計算する方法を示す図である。換言すれば、シフト量Δｓは、レーザ光２のビーム中心からのシフト量である。シフト量Δｓは、レーザ光１２の照射領域の中心と粒子の通過経路との間の距離を意味する。レーザ光１２のビーム径ＤＬａｓｅｒは、レーザ光１２の特性によって定まる。算出部６０は、レーザ光１２のビーム径ＤＬａｓｅｒと、上記の距離ｄＬａｓｅｒとを用いて、シフト量Δｓを以下の式によって算出する。

Figure 0007205276000001
FIG. 8 is a diagram showing a method of calculating the shift amount Δs from the center of the irradiation area of the laser beam 12. As shown in FIG. In other words, the shift amount Δs is the shift amount of the laser light 2 from the beam center. The shift amount Δs means the distance between the center of the irradiation area of the laser beam 12 and the passing path of the particles. The beam diameter D Laser of the laser beam 12 is determined by the characteristics of the laser beam 12 . Using the beam diameter D Laser of the laser light 12 and the distance d Laser , the calculator 60 calculates the shift amount Δs by the following equation.
Figure 0007205276000001

粒子１が経験したビーム強度の履歴は、ビーム中心からのシフト量Δｓと、レーザ光の照射領域における光強度分布（レーザビームプロファイル）とから計算することができる。レーザ光の照射領域における光強度分布は、撮像素子が組み込まれたビームプロファイラ（不図示）を用いて測定される。たとえば、レーザ共振器を構成するミラー１１の裏側にビームプロファイラを設置される。そして、ビームプロファイラは、レーザ共振器の外に漏れる漏れ光から、レーザ光の照射領域における光強度分布光強度分布を観測する。その場合は共振器中心付近の強度を推定する必要がある。共振器中心付近の強度はエルミート・ガウシアンモード（Hemite-Gaussianモード）等から計算可能である。 The history of the beam intensity experienced by the particle 1 can be calculated from the shift amount Δs from the beam center and the light intensity distribution (laser beam profile) in the irradiation area of the laser light. The light intensity distribution in the irradiation area of the laser light is measured using a beam profiler (not shown) incorporating an imaging device. For example, a beam profiler is installed behind the mirror 11 that constitutes the laser resonator. Then, the beam profiler observes the light intensity distribution in the irradiation area of the laser light from the light leaking out of the laser resonator. In that case, it is necessary to estimate the intensity near the center of the resonator. The intensity near the cavity center can be calculated from a Hermite-Gaussian mode or the like.

補正部７０は、レーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過した距離に基づいて、粒子１の分析結果を補正する。具体的には、補正部７１は、上述のように、レーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過した距離ｄＬａｓｅｒを用いて、シフト量Δsを算出してよい。シフト量Δsと、別途に取得した照射領域における光強度分布とから粒子１が経験したビーム強度の履歴を算出する。補正部７０は、算出されたビーム強度の履歴をもとに、シフト量Δｓの位置を粒子１が通った場合とレーザ光１２の光軸の中心部分を通った場合との強度比から粒子１の分析結果を補正する。したがって、精度の高い粒径の検出や、ブラックカーボン量の算出が可能となる。 The correction unit 70 corrects the analysis result of the particle 1 based on the distance that the particle 1 passed through the irradiation area of the laser beam 12 . Specifically, the correction unit 71 may calculate the shift amount Δs using the distance d Laser that the particle 1 has passed through the irradiation area of the laser beam 12 as described above. The history of the beam intensity experienced by the particle 1 is calculated from the shift amount Δs and the separately obtained light intensity distribution in the irradiation region. Based on the history of the calculated beam intensity, the correction unit 70 determines the particle 1 from the intensity ratio between when the particle 1 passes through the position of the shift amount Δs and when the laser beam 12 passes through the central portion of the optical axis. Correct the analysis results of Therefore, it is possible to detect the particle size with high precision and to calculate the amount of black carbon.

補正部７０は、上記の強度比等から粒子１の分析結果を補正してよい。但し、補正部７０は、このような処理を実行するものに限定されない。補正部７０は、レーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過した距離ｄＬａｓｅｒを用いて粒子１の分析結果を補正するものであればよい。 The correction unit 70 may correct the analysis result of the particle 1 from the above intensity ratio or the like. However, the correction unit 70 is not limited to executing such processing. The correction unit 70 may correct the analysis result of the particle 1 using the distance d Laser that the particle 1 passed through the irradiation area of the laser beam 12 .

図９は、本実施形態の分析装置の処理内容の一例を示すフローチャートである。第１検出部３０は、散乱光１３を受光する。第１検出部３０は、散乱光１３を電気信号に光電変換する。これによって第１検出信号３６が得られる（ステップＳ１０１）。第２検出部４０は、散乱光１３を電気信号に光電変換する（ステップＳ１０２）。第２検出部４０に設けられた不感帯４３は、散乱光によるスポット像が受光面４４において予め定められた距離を移動することを検出する。白熱光検出部５０は、レーザ光１２によって加熱された粒子１が放射する白熱光１４を受光する（ステップＳ１０３）。白熱光検出部５０は、白熱光１４を電気信号に光電変換する。なお、ステップＳ１０１からステップＳ１０３の処理は、並行して実行されてよい。 FIG. 9 is a flow chart showing an example of the processing contents of the analyzer of this embodiment. The first detector 30 receives the scattered light 13 . The first detector 30 photoelectrically converts the scattered light 13 into an electrical signal. Thereby, the first detection signal 36 is obtained (step S101). The second detector 40 photoelectrically converts the scattered light 13 into an electric signal (step S102). A dead zone 43 provided in the second detection section 40 detects that the spot image of the scattered light moves a predetermined distance on the light receiving surface 44 . The incandescent light detector 50 receives incandescent light 14 emitted by the particles 1 heated by the laser beam 12 (step S103). The incandescent light detector 50 photoelectrically converts the incandescent light 14 into an electric signal. Note that the processes from step S101 to step S103 may be executed in parallel.

第２算出部６４は、第２検出部４０による検出結果から、粒子１の速度を算出する（ステップＳ１０４）。処理部８０は、粒子１がブラックカーボン粒子１か否かを判断する（ステップＳ１０５）。白熱光検出部５０が白熱光１４を検出した場合には、処理部８０は、粒子１がブラックカーボン粒子であると判断してよい。粒子１がブラックカーボン粒子である場合には（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、粒子１がレーザ光１２の照射領域を通過するときに、炭素が昇華して粒子１が縮小または消滅する。したがって、処理部８０は、ブラックカーボン粒子の散乱光を推定してよい（ステップＳ１０６）。 The second calculator 64 calculates the velocity of the particle 1 from the detection result of the second detector 40 (step S104). The processing unit 80 determines whether the particles 1 are black carbon particles 1 (step S105). When the incandescent light detection unit 50 detects the incandescent light 14, the processing unit 80 may determine that the particles 1 are black carbon particles. If the particles 1 are black carbon particles (step S105: YES), when the particles 1 pass through the irradiation area of the laser beam 12, the carbon sublimates and the particles 1 shrink or disappear. Therefore, the processing unit 80 may estimate the scattered light of the black carbon particles (step S106).

図１０は、ブラックカーボン粒子の散乱光の推定の一例を示す図である。粒子１がブラックカーボンである場合の散乱光検出信号３７は、不感帯４３に起因するノッチ部３９ａ、３９ｂを含む。このノッチ部３９ａ、３９ｂの時刻は、粒子１の位置の情報を与える。例えば、ノッチ部３９ａ、３９ｂの時刻と、別途算出された粒子の速度とに基づいて、粒子１の位置が定まる。処理部８０は、初期の立ち上がり部分３８と、ノッチ部３９ａ、３９ｂから得られる粒子１の位置の情報を用いて、ガウス曲線にフィッティングすることによってブラックカーボン粒子の散乱光を推定してよい。 FIG. 10 is a diagram showing an example of estimation of scattered light from black carbon particles. The scattered light detection signal 37 when the particles 1 are black carbon includes notch portions 39 a and 39 b resulting from the dead zone 43 . The time of the notches 39a and 39b gives information on the position of the particle 1. FIG. For example, the position of the particle 1 is determined based on the times of the notch portions 39a and 39b and the separately calculated velocity of the particle. The processing unit 80 may estimate the scattered light of the black carbon particles by fitting a Gaussian curve using information on the positions of the particles 1 obtained from the initial rising portion 38 and the notch portions 39a and 39b.

図９において、処理部８０は、レーザ光の照射領域の中心からのシフト量Δｓを算出する（ステップＳ１０７）。処理部８０は、粒子１が経験したビーム強度の履歴を算出する（ステップＳ１０８）。補正部７０は、レーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過した距離に基づいて、粒子１の分析結果を補正する（ステップＳ１０９）。具体的には、補正部７０は、シフト量Δｓに基づいて算出された、粒子１が経験したビーム強度の履歴に基づいて、分析結果を補正してよい。 In FIG. 9, the processing unit 80 calculates the shift amount Δs from the center of the irradiation area of the laser light (step S107). The processing unit 80 calculates the history of the beam intensity experienced by the particle 1 (step S108). The correction unit 70 corrects the analysis result of the particle 1 based on the distance that the particle 1 passed through the irradiation area of the laser beam 12 (step S109). Specifically, the correction unit 70 may correct the analysis result based on the history of the beam intensity experienced by the particle 1, which is calculated based on the shift amount Δs.

図１１は、レーザ光１２の照射領域の中心からのシフト量Δｓを算出する方法の一例を示すフローチャートである。第１算出部６２は、粒子１がレーザ光１２の照射領域を通過するのに要した時間ΔｔＮｏｒｍを第１検出信号３６から算出する（ステップＳ２０１）。 FIG. 11 is a flow chart showing an example of a method of calculating the shift amount Δs from the center of the irradiation area of the laser beam 12 . The first calculator 62 calculates the time Δt Norm required for the particle 1 to pass through the irradiation area of the laser beam 12 from the first detection signal 36 (step S201).

算出部６０は、照射領域内を粒子１が通過するのに要した時間ΔｔＮｏｒｍと、粒子１の速度Ｖａｘｉｓとから、レーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過した距離ｄＬａｓｅｒを算出する（ステップＳ２０２）。算出部６０は、例えば、時間ΔｔＮｏｒｍにＶａｘｉｓを乗じて距離ｄＬａｓｅｒを算出する。算出部６０は、レーザ光１２のビーム径ＤＬａｓｅｒと、上記の距離ｄＬａｓｅｒとを用いて、シフト量Δｓを算出してよい。 The calculation unit 60 calculates the distance dLaser that the particle 1 passed through the irradiation area of the laser beam 12 from the time Δt Norm required for the particle 1 to pass through the irradiation area and the velocity V axis of the particle 1. (step S202). For example, the calculation unit 60 calculates the distance d Laser by multiplying the time Δt Norm by V axis . The calculator 60 may calculate the shift amount Δs using the beam diameter D Laser of the laser light 12 and the distance d Laser .

図１２は、分析結果を補正する処理の一例を示すフローチャートである。図１２に示される例では、処理部８０は、第１検出部３０が検出した散乱光の検出結果に基づいて粒子の粒径を算出する。第１補正部７２は、散乱光１３の検出結果に基づいて算出される粒子１の粒径を補正する。第１補正部７２は、シフト量Δｓを用いてよい。シフト量Δｓと別途に取得した照射領域における光強度分布とから粒子１が経験したビーム強度の履歴を算出する。第１補正部７２は、ビーム強度の履歴をもとに、シフト量Δｓの位置を粒子１が通った場合とレーザ光１２の光軸の中心部分を通った場合との強度比から、粒径を補正してよい。第１補正部７２は、強度比と粒径の補正量との関係を示すテーブルを有してよい。第１補正部７２は、テーブルを参照して、粒径を補正してよい。 FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of processing for correcting analysis results. In the example shown in FIG. 12 , the processing unit 80 calculates the particle size of the particles based on the detection result of the scattered light detected by the first detection unit 30 . The first correction unit 72 corrects the particle size of the particles 1 calculated based on the detection result of the scattered light 13 . The first correction unit 72 may use the shift amount Δs. The history of the beam intensity experienced by the particle 1 is calculated from the shift amount Δs and the separately obtained light intensity distribution in the irradiation region. Based on the history of the beam intensity, the first correction unit 72 calculates the particle diameter from the intensity ratio between the case where the particle 1 passes through the position of the shift amount Δs and the case where the laser beam 12 passes through the central portion of the optical axis. can be corrected. The first correction unit 72 may have a table showing the relationship between the intensity ratio and the correction amount of the particle size. The first correction unit 72 may refer to the table to correct the particle size.

図１３は、分析結果を補正する処理の他の例を示すフローチャートである。第１補正部７２は、散乱光１３の検出結果を補正する（ステップＳ４０１）。特に、第１補正部７２は、算出されたビーム強度の履歴をもとに、シフト量Δｓの位置を粒子１が通った場合とレーザ光１２の光軸の中心部分を通った場合との強度比から、実際の第１検出信号３６を補正する。一例において、第１補正部７２は、粒子１がレーザ光１２の光軸中心を通った場合の第１検出信号３６を取得する。処理部８０は、補正された第１検出信号３６に基づいて粒子１の粒径を算出する。 FIG. 13 is a flowchart showing another example of processing for correcting analysis results. The first correction unit 72 corrects the detection result of the scattered light 13 (step S401). In particular, based on the history of the calculated beam intensity, the first correction unit 72 determines the intensity when the particle 1 passes through the position of the shift amount Δs and when the laser beam 12 passes through the central portion of the optical axis. From the ratio, the actual first detection signal 36 is corrected. In one example, the first correction unit 72 acquires the first detection signal 36 when the particle 1 passes through the center of the optical axis of the laser beam 12 . The processing unit 80 calculates the particle size of the particle 1 based on the corrected first detection signal 36 .

図１４は、分析結果を補正する処理の他の例を示すフローチャートである。第１補正部７２は、レーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過した距離ｄＬａｓｅｒに基づいて、レーザ光１２の照射領域内の予め定められた領域を通った粒子１を選別する（ステップＳ５０１）。例えば、第１補正部７２は、レーザ光１２の照射領域の中心付近の領域を通った粒子１を選別する。具体的には、第１補正部７２は、距離ｄＬａｓｅｒが予め定められた長さ以上の場合における粒子１を選別する。あるいは、算出部６０は、距離ｄＬａｓｅｒに基づいてシフト量Δｓを算出する。第１補正部７２は、Δｓが予め定められた値以下の場合における粒子１を選別する。 FIG. 14 is a flowchart showing another example of processing for correcting analysis results. The first correction unit 72 selects particles 1 that have passed through a predetermined area within the irradiation area of the laser light 12 based on the distance d Laser that the particles 1 have passed through the irradiation area of the laser light 12 (step S501). For example, the first correction unit 72 selects the particles 1 that have passed through the area near the center of the irradiation area of the laser beam 12 . Specifically, the first correction unit 72 selects the particles 1 when the distance d Laser is equal to or greater than a predetermined length. Alternatively, the calculator 60 calculates the shift amount Δs based on the distance d Laser . The first correction unit 72 selects particles 1 when Δs is equal to or less than a predetermined value.

第１補正部７２は、予め定められた領域を通った粒子１として選別された粒子１について分析してよい（ステップＳ５０２）。第１補正部７２は、除外された粒子１については分析の対象としないでよい。これにより分析結果に生じる誤差を軽減することができる。このように選別することによって、大きな誤差を含む検出結果について除去して、結果として、粒子１の分析結果を補正するといえる。 The first correction unit 72 may analyze particles 1 selected as particles 1 that have passed through a predetermined region (step S502). The first correction unit 72 may not analyze the excluded particle 1 . This makes it possible to reduce errors that occur in analysis results. By selecting in this way, it can be said that detection results containing large errors are removed, and as a result, the analysis results of particle 1 are corrected.

図１５は、分析結果を補正する処理の他の例を示すフローチャートである。第２補正部７４は、レーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過した距離ｄＬａｓｅｒに基づいて、白熱光検出部による検出結果を補正する（ステップＳ６０１）。第２補正部７４は、距離ｄＬａｓｅｒを用いて算出されたビーム強度の履歴をもとに、シフト量Δｓの位置を粒子１が通った場合とレーザ光１２の光軸の中心部分を通った場合との強度比から白熱光検出部による検出結果を補正する。 FIG. 15 is a flowchart showing another example of processing for correcting analysis results. The second correction unit 74 corrects the detection result by the incandescent light detection unit based on the distance d Laser that the particle 1 passed through the irradiation area of the laser light 12 (step S601). Based on the history of the beam intensity calculated using the distance d Laser , the second correction unit 74 determines the case where the particle 1 passes through the position of the shift amount Δs and the center portion of the optical axis of the laser beam 12. The detection result by the incandescent light detection unit is corrected based on the intensity ratio between the case and the case.

粒子１が、例えばブラックカーボン粒子である場合、レーザ光１２によって加熱された粒子１は、黒体放射により白熱光１４を発生する。しかしながら、レーザ光１２の光軸中心が周辺部よりも光強度が高いので、レーザ光の照射領域の中心からのシフト量Δｓが大きくなるにつれて、粒子１が加熱される温度が低くなり、白熱光１４の受光強度が弱くなる。したがって、実際よりも粒子１の大きさを小さく算出してしまう場合がある。 If the particles 1 are black carbon particles, for example, the particles 1 heated by the laser light 12 generate incandescent light 14 due to black body radiation. However, since the light intensity at the center of the optical axis of the laser beam 12 is higher than that at the peripheral portion, the temperature at which the particles 1 are heated decreases as the shift amount Δs from the center of the irradiation area of the laser beam increases, and the incandescent light 14 becomes weaker. Therefore, the size of the particle 1 may be calculated to be smaller than the actual size.

したがって、第２補正部７４は、白熱光検出部による検出結果の強度を距離ｄＬａｓｅｒまたはシフト量Δｓに基づいて補正してよい。処理部８０は、補正後の検出結果に基づいて、ブラックカーボン粒子の粒子数と粒子径を検出してよい。第２補正部７４は、予めシフト量Δｓと粒子径の補正量との関係をテーブルとして記憶してよい。第２補正部７４は、テーブルを参照してシフト量Δｓに対応する粒子径の補正量を算出してよい。さらに、第２補正部７４は、距離ｄＬａｓｅｒに基づいて、レーザ光１２の照射領域内の予め定められた領域を通った粒子１を選別してよい。そして、選別された粒子１について粒子径等を算出するようにしてもよい。 Therefore, the second correction section 74 may correct the intensity of the detection result by the incandescent light detection section based on the distance d Laser or the shift amount Δs. The processing unit 80 may detect the number of black carbon particles and the particle diameter based on the corrected detection result. The second correction unit 74 may store in advance the relationship between the shift amount Δs and the particle diameter correction amount as a table. The second correction unit 74 may refer to the table to calculate the particle diameter correction amount corresponding to the shift amount Δs. Furthermore, the second correction unit 74 may select particles 1 that have passed through a predetermined area within the irradiation area of the laser beam 12 based on the distance d Laser . Then, the particle diameter and the like of the sorted particles 1 may be calculated.

以上により、推定したビーム強度を元に、粒子１が経験したビーム強度の履歴の算出が可能となり、粒子流路の中心軸とレーザ光軸中心が一致していない場合、および粒子１の検出領域における収束性が悪化している場合においても、ビーム強度の履歴をもとに、中心部分を通った場合との強度比から補正が可能となるため、精度の高い粒径の検出や、ブラックカーボン量の算出が可能となる。 As described above, it is possible to calculate the history of the beam intensity experienced by the particle 1 based on the estimated beam intensity. Even if the convergence is deteriorated, it is possible to correct the beam intensity based on the history of the beam intensity and the intensity ratio when it passes through the center part. Quantity can be calculated.

上述した例では、２つの光電変換領域４１および光電変換領域４２に挟まれた不感帯４３を検出領域として用いる場合を説明した。しかしながら、本実施形態の分析装置１００は、この場合に限られない。第２検出部４０は、散乱光１６によるスポット像が受光面において予め定められた距離を移動することを検出する検出領域を有するものであればよい。 In the above example, the dead zone 43 sandwiched between the two photoelectric conversion regions 41 and 42 is used as the detection region. However, the analyzer 100 of this embodiment is not limited to this case. The second detection section 40 may have a detection area for detecting that the spot image of the scattered light 16 moves a predetermined distance on the light receiving surface.

図１６は、第２検出部４０の第１変形例を示す図である。本例においては、第２検出部４０は、散乱光１６によるスポット像が受光面において予め定められた距離を移動することを検出する検出領域として、光電変換領域４７が設けられる。光電変換領域４７は、散乱光を電気信号に変換する。粒子１の進行方向であるＹ軸方向における光電変換領域４７の幅Δｄは、Ｙ軸方向における第１検出部３０の幅Ｌより狭い。また、幅Δｄは、１０μｍ以上３００μｍであってよく、１００μｍ以上３００μｍであってよい。 FIG. 16 is a diagram showing a first modification of the second detector 40. As shown in FIG. In this example, the second detection unit 40 is provided with a photoelectric conversion area 47 as a detection area for detecting that the spot image of the scattered light 16 moves a predetermined distance on the light receiving surface. The photoelectric conversion region 47 converts the scattered light into electrical signals. The width Δd of the photoelectric conversion region 47 in the Y-axis direction, which is the traveling direction of the particles 1, is narrower than the width L of the first detection unit 30 in the Y-axis direction. Also, the width Δd may be 10 μm or more and 300 μm, or may be 100 μm or more and 300 μm.

図１７は、第２検出部４０の第２変形例を示す図である。本例において、第２検出部４０は、光を電気信号に変換する複数の光電変換領域４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄと複数の不感帯４９ａ、４９ｂ、４９ｃとを含んでいる。複数の光電変換領域４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄと複数の不感帯４９ａ、４９ｂ、４９ｃとが一つずつ交互に配置されている。なお、図１７においても、図２に示される差分演算部５１が複数設けられてよい。具体的には、複数の差分演算部５１は、それぞれ隣接する２つの光電変換領域４８ａ、４８ｂの間、２つの光電変換領域４８ｂ、４８ｃの間、光電変換領域４８ｃ、４８ｄの間における検出結果の差分を算出する。 FIG. 17 is a diagram showing a second modification of the second detector 40. As shown in FIG. In this example, the second detector 40 includes a plurality of photoelectric conversion regions 48a, 48b, 48c and 48d for converting light into electrical signals and a plurality of dead zones 49a, 49b and 49c. A plurality of photoelectric conversion regions 48a, 48b, 48c, 48d and a plurality of dead zones 49a, 49b, 49c are alternately arranged. Also in FIG. 17, a plurality of difference calculation units 51 shown in FIG. 2 may be provided. Specifically, the plurality of difference calculation units 51 calculate the detection results between the two adjacent photoelectric conversion regions 48a and 48b, between the two photoelectric conversion regions 48b and 48c, and between the photoelectric conversion regions 48c and 48d. Calculate the difference.

そして、それぞれ２つの光電変換領域４８ａ、４８ｂの間、２つの光電変換領域４８ｂ、４８ｃの間、２つの光電変換領域４８ｃ、４８ｄの間にそれぞれ挟まれる不感帯４９ａ、４９ｂ、４９ｃが、検出領域として機能する。第２算出部６４は、複数の検出領域の夫々の検出結果を用いて、粒子１の速度を算出してよい。一例において、各検出領域による検出結果から、それぞれ粒子１の速度を算出し、算出された複数の速度を平均した速度を粒子１の速度としてもよい。これにより測定精度が向上する。 Dead zones 49a, 49b, and 49c sandwiched between the two photoelectric conversion regions 48a and 48b, between the two photoelectric conversion regions 48b and 48c, and between the two photoelectric conversion regions 48c and 48d, respectively, are detection regions. Function. The second calculator 64 may calculate the velocity of the particle 1 using the detection results of each of the plurality of detection regions. In one example, the velocity of the particle 1 may be calculated from the detection results of each detection area, and the average velocity of the calculated multiple velocities may be used as the velocity of the particle 1 . This improves measurement accuracy.

複数の不感帯４９ａ、４９ｂ、４９ｃは、粒子１の進行方向における幅が互いに異なる複数の不感帯であってよい。例えば、不感帯４９ａ、４９ｂ、４９ｃの幅は、それぞれΔｄ１、Δｄ２、およびΔｄ３であってよい。Δｄ１＜Δｄ２＜Δｄ３であってよい。このような構成によれば、Δｄ１、Δｄ２、およびΔｄ３の幅の違いに応じて、図５に示した負のピークと正のピークの組が三組得られ、各組における負ピークと正のピーク間の時間間隔が互いに異なる。したがって、それぞれの第２検出信号４６から、レーザ光１２の照射領域中の粒子１の位置の情報を取得することができる。 The plurality of dead zones 49a, 49b, and 49c may be a plurality of dead zones having mutually different widths in the direction in which the particles 1 travel. For example, the widths of dead bands 49a, 49b, 49c may be Δd1, Δd2, and Δd3, respectively. Δd1<Δd2<Δd3 may be satisfied. According to such a configuration, three sets of negative peaks and positive peaks shown in FIG. The time intervals between peaks are different from each other. Therefore, information on the position of the particle 1 in the irradiation area of the laser beam 12 can be obtained from each of the second detection signals 46 .

図１８は、第２検出部４０の第３変形例を示す図である。図１８に示される例は、図２に示される例における不感帯４３に代えて、他の光電変換領域４５を設けたものである。他の光電変換領域４５は、２つの光電変換領域４１および光電変換領域４２に挟まれている。他の光電変換領域４５は、２つの光電変換領域４１および光電変換領域４２とは光電変換特性が異なってもよく、光電変換特性が同じであってもよい。 FIG. 18 is a diagram showing a third modification of the second detector 40. As shown in FIG. The example shown in FIG. 18 has another photoelectric conversion region 45 instead of the dead zone 43 in the example shown in FIG. Another photoelectric conversion region 45 is sandwiched between the two photoelectric conversion regions 41 and 42 . The other photoelectric conversion region 45 may have different photoelectric conversion characteristics from those of the two photoelectric conversion regions 41 and 42, or may have the same photoelectric conversion characteristics.

２つの光電変換領域４１および光電変換領域４２と差分演算部５１との接続は、図２に示される場合と同様である。２つの光電変換領域４１および光電変換領域４２の出力の一方を反転させた上で加えることによってコモンモードノイズをキャンセルすることができる。一方、光電変換領域４５による検出結果からも図１６に示される場合と同様に、粒子１の速度を算出することができる。複数の方法で粒子１の速度を算出することができるので、精度を高めることができる。 The connection between the two photoelectric conversion regions 41 and the photoelectric conversion region 42 and the difference calculator 51 is the same as in the case shown in FIG. Common mode noise can be canceled by inverting one of the outputs of the two photoelectric conversion regions 41 and 42 and then adding it. On the other hand, the velocity of the particle 1 can also be calculated from the detection result by the photoelectric conversion region 45, as in the case shown in FIG. Since the velocity of the particle 1 can be calculated by a plurality of methods, accuracy can be improved.

図１９は、第２検出部４０の第４変形例を示す図である。本例では、第１方向に沿って延びる第１検出領域と、第２方向に沿って延びる第２検出領域とを含んでいる。本例では、四分割された光電変換領域４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂが設けられる。光電変換領域４１ａ、４１ｂの組と、４２ａ、４２ｂの組とをＹ軸方向に区画する不感帯４３ａが設けられる。一方、光電変換領域４１ａ、４２ａと、４１ｂ、４２ｂとをＸ軸方向に区画する不感帯４３ｂが設けられる。 FIG. 19 is a diagram showing a fourth modification of the second detector 40. As shown in FIG. This example includes a first detection area extending along the first direction and a second detection area extending along the second direction. In this example, four divided photoelectric conversion regions 41a, 41b, 42a, and 42b are provided. A dead zone 43a is provided to partition the set of photoelectric conversion regions 41a and 41b and the set of 42a and 42b in the Y-axis direction. On the other hand, a dead zone 43b is provided to partition the photoelectric conversion regions 41a, 42a and 41b, 42b in the X-axis direction.

本例では、不感帯４３ａが第１検出領域であり、不感帯４３ｂが第２検出領域である。第２算出部６４は、第２検出部４０における第１検出領域（本例では不感帯４３ａ）および第２検出領域（本例では不感帯４３ｂ）における検出結果から、粒子１の速度の第１方向成分（Ｙ軸方向成分）および第２方向成分（Ｘ方向成分）を算出する。 In this example, the dead zone 43a is the first detection area, and the dead zone 43b is the second detection area. The second calculation unit 64 calculates the first direction component of the velocity of the particle 1 from the detection results in the first detection area (the dead zone 43a in this example) and the second detection area (the dead zone 43b in this example) of the second detection unit 40. (Y-axis direction component) and the second direction component (X direction component) are calculated.

本例では、粒子１の流路の中心軸方向２１がＹ軸方向である。第１検出領域である不感帯４３ａによって、光電変換領域４１ａ、４１ｂの組と、光電変換領域４２ａ、４２ｂの組とが粒子１の流路の中心軸方向２１に区画される。光電変換領域４１ａ、４１ｂの組と、光電変換領域４２ａ、４２ｂの組とは、出力の極性が逆となるように一方の組が反転されてよい。一方、光電変換領域４１ａと４１ｂは同じ極性になるように接続され、光電変換領域４２ａと４２ｂは同じ極性になるように接続されてよい。このような構成によって、粒子１の流路の軸方向の速度成分Ｖａｘｉｓを算出する上で有利となる。 In this example, the central axis direction 21 of the flow path of the particles 1 is the Y-axis direction. A set of photoelectric conversion regions 41 a and 41 b and a set of photoelectric conversion regions 42 a and 42 b are partitioned in the central axis direction 21 of the flow path of the particles 1 by the dead zone 43 a that is the first detection region. One of the pair of photoelectric conversion regions 41a and 41b and the pair of photoelectric conversion regions 42a and 42b may be inverted so that the polarity of the output is opposite. On the other hand, the photoelectric conversion regions 41a and 41b may be connected to have the same polarity, and the photoelectric conversion regions 42a and 42b may be connected to have the same polarity. Such a configuration is advantageous in calculating the velocity component V axis in the axial direction of the flow path of the particle 1 .

また、四分割された光電変換領域４１ａ、４２ａと、４１ｂ、４２ｂにおいて、光電変換領域４１ａが＋の極性（非反転）に、光電変換領域４２ａが－の極性（反転）に、光電変換領域４２ｂが＋の極性（非反転）に、光電変換領域４１ａが－の極性（反転）になるようにしてもよい。この場合、光電変換領域４１ａと光電変換領域４２ａとの間の出力結果の差分、光電変換領域４２ａと光電変換領域４２ｂとの間の出力結果の差分、光電変換領域４２ｂと光電変換領域４１ｂとの間の出力結果の差分、および光電変換領域４１ｂと光電変換領域４１ａとの間の出力結果の差分が各差分演算部５１によって算出される。 Further, in the photoelectric conversion regions 41a, 42a, 41b, and 42b divided into four, the photoelectric conversion region 41a has a positive polarity (non-inverted), the photoelectric conversion region 42a has a negative polarity (inverted), and the photoelectric conversion region 42b has a negative polarity (inverted). may have a positive polarity (non-inverted) and the photoelectric conversion region 41a may have a negative polarity (inverted). In this case, the difference in the output results between the photoelectric conversion regions 41a and 42a, the difference in the output results between the photoelectric conversion regions 42a and 42b, and the difference between the photoelectric conversion regions 42b and 41b Each difference calculating section 51 calculates the difference in the output results between the photoelectric conversion regions 41b and 41a.

本例の場合、粒子１の速度の第１方向成分（Ｙ軸方向成分）および第２方向成分（Ｘ方向成分）を取得することができるので、図１９のように、粒子１が流路の中心軸方向２１（Ｙ軸方向）に対して傾きをもってレーザ光１２の照射領域内を通過する場合であっても、レーザ光１２の照射領域内を粒子１が通過した距離ｄＬａｓｅｒを正確に算出することができる。したがって、レーザ光の照射領域の中心からのシフト量Δｓについても正確に算出することができる。その結果、補正部７０は、粒子１の分析結果をより正確に補正することが可能となる。 In this example, the first direction component (Y-axis direction component) and the second direction component (X direction component) of the velocity of the particle 1 can be obtained. Accurately calculate the distance d Laser that the particle 1 has passed through the irradiation area of the laser beam 12 even when passing through the irradiation area of the laser beam 12 with an inclination with respect to the central axis direction 21 (Y-axis direction). can do. Therefore, it is also possible to accurately calculate the shift amount Δs from the center of the irradiation area of the laser light. As a result, the correction unit 70 can correct the analysis result of the particle 1 more accurately.

以上より明らかなように、分析装置１００によれば、粒子流路の中心軸とレーザ光軸中心の不一致の場合、または粒子１の検出領域における収束性が低下した場合においても、その影響を除去または減少させることが可能になる。 As is clear from the above, according to the analysis device 100, even if the central axis of the particle flow path and the center of the laser optical axis do not match, or if the convergence in the detection area of the particles 1 is reduced, the effect is eliminated. or can be reduced.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。たとえば、ビーム中心からのシフト量を元に、処理部８０は、レーザ光１２の光軸調整を行ってもよい。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。また、白熱光を用いない散乱光によって粒子を分析する分析装置にも本発明を利用することができる。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It is obvious to those skilled in the art that various modifications or improvements can be made to the above embodiments. For example, the processor 80 may adjust the optical axis of the laser beam 12 based on the amount of shift from the beam center. It is clear from the description of the scope of the claims that forms with such modifications or improvements can also be included in the technical scope of the present invention. The present invention can also be applied to an analyzer that analyzes particles by scattered light that does not use incandescent light.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。 The execution order of each process such as actions, procedures, steps, and stages in the devices, systems, programs, and methods shown in the claims, the specification, and the drawings is particularly "before", "before etc., and it should be noted that they can be implemented in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the specification, and the drawings, even if the description is made using "first," "next," etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. not a thing

１・・粒子、１０・・レーザ照射部、１１・・ミラー、１２・・レーザ光、１３・・散乱光、１４・・白熱光、１６・・散乱光、２０・・導入部、２１・・流路の中心軸方向、２２・・集光レンズ、２３・・対物レンズ、２４・・フィルタ、２５・・集光レンズ、２６・・対物レンズ、２７・・フィルタ、２８・・流路、３０・・第１検出部、３１・・ＩＶ変換部、３３・・増幅回路、３４・・受光面、３６・・第１検出信号、３７・・散乱光検出信号、３８・・部分、３９・・ノッチ部、４０・・第２検出部、４１・・光電変換領域、４２・・光電変換領域、４３・・不感帯、４４・・受光面、４５・・光電変換領域、４６・・第２検出信号、４７・・光電変換領域、４８・・光電変換領域、４９・・不感帯、５０・・白熱光検出部、５１・・差分演算部、５２・・ＩＶ変換部、５３・・ＩＶ変換部、５４・・非反転増幅回路、５５・・反転増幅回路、５６・・加算回路、６０・・算出部、６２・・第１算出部、６４・・第２算出部、７０・・補正部、７１・・補正部、７２・・第１補正部、７４・・第２補正部、８０・・処理部、１００・・分析装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Particle, 10... Laser irradiation part, 11... Mirror, 12... Laser beam, 13... Scattered light, 14... Incandescent light, 16... Scattered light, 20... Introduction part, 21... Central axis direction of channel 22 Condensing lens 23 Objective lens 24 Filter 25 Condensing lens 26 Objective lens 27 Filter 28 Channel 30 First detection section 31 IV conversion section 33 Amplifier circuit 34 Light receiving surface 36 First detection signal 37 Scattered light detection signal 38 Part 39 Notch portion 40 Second detection portion 41 Photoelectric conversion area 42 Photoelectric conversion area 43 Dead zone 44 Light receiving surface 45 Photoelectric conversion area 46 Second detection signal , 47... photoelectric conversion area, 48... photoelectric conversion area, 49... dead zone, 50... incandescent light detection unit, 51... difference calculation unit, 52... IV conversion unit, 53... IV conversion unit, 54 Non-inverting amplifier circuit 55 Inverting amplifier circuit 56 Adder circuit 60 Calculation unit 62 First calculation unit 64 Second calculation unit 70 Correction unit 71 · Correction unit 72 .. First correction unit 74 .. Second correction unit 80 .. Processing unit 100 .. Analysis device

Claims (15)

粒子がレーザ光を散乱することによって生じた散乱光に基づいて、前記粒子を分析する分析装置であって、
前記散乱光を検出する第１検出部と、
前記散乱光によるスポット像が受光面において予め定められた距離を移動することを検出する検出領域が設けられた第２検出部と、
前記第１検出部による検出結果と前記第２検出部による検出結果とから、前記レーザ光の照射領域内を前記粒子が通過した距離を算出する算出部と、
を備える、分析装置。 An analysis device that analyzes the particles based on the scattered light generated by the particles scattering the laser light,
a first detection unit that detects the scattered light;
a second detection unit provided with a detection area for detecting that the spot image of the scattered light moves a predetermined distance on the light receiving surface;
a calculation unit that calculates the distance that the particle has passed through the irradiation area of the laser beam from the detection result of the first detection unit and the detection result of the second detection unit;
An analysis device comprising: 前記算出部は、
前記第１検出部による検出結果から、前記レーザ光の前記照射領域内を前記粒子が通過するのに要した時間を算出する第１算出部と、
前記第２検出部による検出結果から、前記粒子の速度を算出する第２算出部と、を含み、
前記算出部は、前記照射領域内を前記粒子が通過するのに要した時間と、前記粒子の前記速度とから、前記レーザ光の前記照射領域内を前記粒子が通過した距離を算出する、請求項１に記載の分析装置。 The calculation unit
a first calculation unit that calculates the time required for the particles to pass through the irradiation area of the laser light from the detection result of the first detection unit;
a second calculation unit that calculates the velocity of the particles from the detection result of the second detection unit;
wherein the calculation unit calculates a distance traveled by the particle within the irradiation area of the laser light from the time required for the particle to pass through the irradiation area and the speed of the particle; Item 1. The analyzer according to item 1. 前記検出領域は、前記第１検出部よりも前記粒子の進行方向における幅が狭い、請求項２に記載の分析装置。 The analyzer according to claim 2, wherein the detection area has a width in the traveling direction of the particles that is narrower than that of the first detection section. 前記検出領域は、光を電気信号に変換する光電変換領域である、請求項２または３に記載の分析装置。 4. The analyzer according to claim 2, wherein said detection area is a photoelectric conversion area that converts light into an electrical signal. 前記検出領域は、光を電気信号に変換する２つの光電変換領域に挟まれた不感帯である、請求項２または３に記載の分析装置。 4. The analyzer according to claim 2, wherein said detection area is a dead zone sandwiched between two photoelectric conversion areas that convert light into electrical signals. 前記第２検出部は、光を電気信号に変換する複数の光電変換領域と複数の不感帯とを含んでおり、
複数の光電変換領域と複数の不感帯とが一つずつ交互に配置されている、請求項５に記載の分析装置。 The second detection unit includes a plurality of photoelectric conversion regions for converting light into electrical signals and a plurality of dead zones,
6. The analyzer according to claim 5, wherein a plurality of photoelectric conversion regions and a plurality of dead zones are alternately arranged. 前記複数の不感帯は、前記粒子の進行方向における幅が互いに異なる複数の不感帯を含む、請求項６に記載の分析装置。 7. The analysis device according to claim 6, wherein said plurality of dead zones include a plurality of dead zones having different widths in the traveling direction of said particles. 前記検出領域は、光を電気信号に変換する２つの光電変換領域に挟まれた他の光電変換領域である、請求項２または３に記載の分析装置。 4. The analyzer according to claim 2, wherein said detection area is another photoelectric conversion area sandwiched between two photoelectric conversion areas that convert light into electrical signals. 分析装置は、前記２つの光電変換領域における検出結果の差分をとる差分演算部を含み、
前記算出部は、前記第１検出部による検出結果と、前記差分の結果とから、前記レーザ光の照射領域内を前記粒子が通過した距離を算出する、
請求項５から８の何れか一項に記載の分析装置。 The analysis device includes a difference calculation unit that obtains a difference between detection results in the two photoelectric conversion regions,
The calculation unit calculates the distance that the particle has passed through the irradiation area of the laser light from the detection result by the first detection unit and the result of the difference.
The analysis device according to any one of claims 5 to 8. 前記照射領域内を前記粒子が通過した距離に基づいて、前記粒子の分析結果を補正する補正部を更に備える、請求項１から９の何れか一項に記載の分析装置。 The analyzer according to any one of claims 1 to 9, further comprising a correction unit that corrects the analysis result of the particles based on the distance that the particles have passed through the irradiation area. 前記補正部は、前記散乱光の検出結果を補正する、請求項１０に記載の分析装置。 The analyzer according to claim 10, wherein the correcting section corrects the detection result of the scattered light. 前記補正部は、前記散乱光の検出結果に基づいて算出される前記粒子の粒径を補正する、請求項１０に記載の分析装置。 11. The analyzer according to claim 10, wherein said correction unit corrects the particle size of said particles calculated based on the detection result of said scattered light. 前記補正部は、前記照射領域内を前記粒子が通過した距離に基づいて、前記レーザ光の前記照射領域内の予め定められた領域を通った粒子を選別することによって、前記粒子の分析結果を補正する、請求項１０に記載の分析装置。 The correction unit selects particles that have passed through a predetermined area within the irradiation area of the laser light based on the distance that the particles have passed through the irradiation area, thereby obtaining analysis results of the particles. 11. The analyzer according to claim 10, which corrects. レーザ光によって加熱された粒子が放射する光を検出する白熱光検出部と、
前記照射領域内を前記粒子が通過した距離に基づいて、前記白熱光検出部による検出結果を補正する第２補正部と、を更に備える、
請求項１から１３の何れか一項に記載の分析装置。 an incandescent light detection unit that detects light emitted by particles heated by laser light;
A second correction unit that corrects the detection result by the incandescent light detection unit based on the distance that the particles passed through the irradiation area,
14. An analysis device according to any one of claims 1-13. 前記検出領域は、第１方向に沿って延びる第１検出領域と、第１方向と交わる第２方向に沿って延びる第２検出領域とを含み、
前記第２算出部は、前記第２検出部における前記第１検出領域および前記第２検出領域における検出結果から、前記粒子の速度の第１方向成分および第２方向成分を算出する、請求項２に記載の分析装置。 The detection area includes a first detection area extending along a first direction and a second detection area extending along a second direction intersecting the first direction,
3. The second calculation unit calculates the first direction component and the second direction component of the velocity of the particle from the detection results in the first detection area and the second detection area of the second detection unit. The analyzer described in .
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