JPH0261538A - 微粒子測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザビームで照射された測定流体から出射
される直接散乱光または蛍光散乱光を受光し″ＣＣ測測
定流体含まれる無機性または有機性微粒子の個数１粒径
、性状等を測定する微粒子測定装置、特に、微粒子測定
の結果が正確な装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体や医薬品の製造プロセスでは環境空気の清浄度や
超純水、薬品の品質等を検査するために。

また、医学、生物学等の分野では生体組織、血液等の状
態を検査するために、塵埃等の無機性微粒子や細胞等の
有機性微粒子の個数、粒径、性状等を測定する上述の微
粒子測定装置が用いられ℃い１、この微粒子測定装置は
、従来、たとえば、第３図に示したように構成され１い
ろ。

すなわち、第３図においＣ，ｔは測定流体２が本図の紙
面に垂直に貫流するようにした透明な筒体状７０−セル
、３は、レーザ光４ａを出射するレーザ装置４と、レー
ザ光４ａを集束して７０−セルｌ中の所定領域１ａを集
束されたレーザビーム６で照射するようＣごした集束レ
ンズ５とからなる投光部で、７は７０−セル１を透過し
たレーザビーム６を吸収することによつ工、この透過し
たレーザビーム６が後述する微粒子測定に影響を与えろ
ことのないようにしたビームブロックである。

８は、上述の所定領域１ｓｔこ存在する微粒子９がレー
ザビーム６で照射さハることによって、この微粒子９か
らレンズ５の光軸に対し℃垂直な方向に出射される直接
散乱光１０を集光し℃光検出器１１に入射させるようｆ
こした集光レンズ、１２は検出器１１の受光面ｔｔａが
レンズ８を介し１眺める視野を限定し１迷光が受光面１
ｉａｒこ入射しないようにした絞りで、１３はレンズ８
と検出器１１と絞り１２とからなる受光部である。この
場合、検出器１１は受光面１１ａ「こ入射した光の光量
に応じた受光信号ｔｔｂを出力するように構成され工い
る。

１４（：入力される受光信号ｔｔｂを内蔵のしきい値Ｖ
ｓで二値化しτその結果に応じた二値化信号１４ｇを出
力するコンパレータ、１５はセット信号１６ａが入力さ
４ると光検出器！！から入力される受光信号ｔｔｂの値
のピーク値に応じたピークホールド信号１５ａを出力し
く以後、信号ｌｌｂの値のピーク値に応じた信号１５ａ
を出力する動作をピークホールド動作ということがある
。）。

リセット信号ｔａｂが入力されると出力信号１５ａをリ
セットさせるピークホールド回路、１６ｔＸ二値化信号
１４ａが入力さハ、この信号１４ａ中に方形波パルス１
７が現れると前述のセット信号１６ａを出力し該方形波
パルス１７が消滅すると所定の時間τを経過した後前述
のリセット信号１６ｂを出力するリセット回路で％　１
８は信号１４ａに含まれる方形波パルス１７０個数を計
数してこの計数結果に応じた信号１８ａを出力する計数
回路である。１９はピークホールド信号ｔＳａと二値化
信号１４ａとがそれぞれ第１入力端子１９１゜第２入力
端子１９２に入力さ４．信号１４ａに現れる前述の方形
波パルスが消滅すると信号１５ａの値を読み吹ってこの
読み取り結果に応じた信号ｆ９ａを出力する信号値読暖
回路、２０は上述の各部からなる微粒子測定装置である
。

次に微粒子測定装Ｒ２０の動作を第４図の要部波形図を
も参照し工説明する。すなわち、７０−−＋ｚ７ｔｚ　
ｔ　ニオケル領域１　Ｈに微粒子９が現れ工数乱光１０
が出射されると、受光信号ｔｔｂの大きさＶ　６４？、
＝　ト、ｔ［ｇ　４　図ｔこ示したようにコンパレータ
１４内蔵のしきい値Ｖｓをこえ℃変化する。このため、
コンパレータ１４が出方する二値化信号１４ａに時刻１
１でＬレベルからＨレベルに変化し時刻ｔ、でＨレベル
からＬレベルに変化する方形波パルス１７が現れるが、
この場合、リセット回路１６はＬレベルである前述のセ
ット信号１６ａとＨレベルである前述のリセット信号ｔ
ａｂとからｔ、【る二値信号１６１な出力するように構
成さハてぃ℃。

さらに、このリセット回路【６は入力される二値化信号
ｔ４ａに応じ℃上述のような信号出方動作をするように
構成され１いるので、信号１４ａにパルス１７が現れる
とリセット回路出方信号１６１０レベルが第４図図示の
ように変化する。したがって、ピークホールド信号１５
ａの値Ｕが時刻ｔ１以後信号ｆｌｂの値Ｖに比例して増
大して、信号値Ｖｂｉピーク値Ｖｐｒ、：達する時刻１
．以後このピーク値Ｖｐに比例したＵｐに保持されるこ
とになり。

信号値Ｕ＋ｚ時刻ｔ、から時間τを経過した時刻ｔ。

にＯになる。

微粒子測定装置２０ｆこおい１：は各部が上述のようｒ
こ構成され工いＣ１かつ受光信号ｔｔｂのピーク値Ｖｐ
が微粒子９０粒径に対応しているので。

計数回路１Ｂの出力信号１８ａｒごよって微粒子９０個
数を測定することができ、信号値読吹回路１９の出力信
号１９　ａ　ｔ：よっ℃微粒子９の粒径を測定すること
ができることが明らかである。

〔発明が解決しようとする課題〕

微粒子測定装置２０は上述のように構成さ名ているが、
レーザ装置４が牛導体レーザであると。

一般Ｃ−７レーザビーム６の横断面内における光の強度
分布は第５図に示したようｔこなり工いろ。すなワチ、
第５図（Ａ）　）２レーザビーム６のレンズ８の線Ｐｔ
こ沿りたレーザビーム６の強度分布図、第５図における
Ｘ、Ｘ、〜Ｘ、は直線Ｐ上の位置で、こ名らの図かられ
かるように、横断面がほば楕円状に形成されたレーザビ
ーム６の該横断面における光の強度分布は該ビームの中
央部において光強度のピーク値を示すガウス分布状をな
し１いるが、ビーム６の同辺部におい１：は干渉縞２１
に応じて光の強弱が交互にくり返す、ビーム６の中央部
における光強度のピーク値よりもはるかに小さいピーク
値が複数個出現する分布となつτいる。また。

レーザ装置４がＨｅ　−Ｎ　ｅレーザやＡｒイオンレー
ザであると、これらのレーザ装置では通常レーザ装置４
が出射するレーザ光４ａに上記のような干渉縞が発生し
℃いろことは少ないが、それでも出射角が主ビームのそ
れと異なる副次ビームを遮断するなどの目的で、レーザ
ビーム６に図示し１いないスリットを通過させるように
する場合、前記主ビーム回折縞が発生するので、このよ
うな場合。

矢張り、レーザビーム６の横断面内の光強度分布は第５
図（Ｂ）に示したようになる。

したがつ１．第５図（Ａ）と同じ光強度分布な有するレ
ーザビーム６の横断面内を、第６図（Ａ）に示したよう
に一個の微粒子９が直ｆＩＡＰに沿っｃｔＡ示の矢印方
向に横切ると、第３図に示した光検出器」ｌが出力する
受光信号ｔｔｂの波形は第６図（Ｂ）に示したようにな
ることが明らかで、この場合、信号１１ｂにおける雑音
を除去するために設けられているコンパレータ１４内蔵
のしきい値ｖ３が、第６図（Ｂ）に示したように設定さ
れ工いると、−個の微粒子９「ご対し℃コンパレータ１
４が出力する二値化信号１４ａ中に複数個の方形波パル
ス１７が現れることになる。

つまり、微粒子測定装置２０におい′Ｃは、二値化信号
１４ａに現れる方形波パルス１７の個数を計数すること
によつて微粒子９の個数を測定するようにしｔいて、微
粒子９が小さいためｆ：、受光信号ｔｔｂの波高が低い
時には、該信号１１ｂにおけろ第６図（Ｂ）に示した副
パルスｔ　ｔｂｚの波高がしきい値ＶＳよりも低くなつ
１．このパルス１１ｂ２にもとづ（方形波パルス１７が
発生することはないが、微粒子９が大きいために信号１
１ｂの波高が高い時には、前記副パルスｔｔｂｚの波高
がしきい値ｖ３よりも高くなり′Ｃ％二値化信号１４ａ
には第６図（Ｂ）　ｒこ示した信号ｔ、ｘｂにおける主
パルス１１ｂｌにもとツく方形波パルス１７のほかに副
パルスｔｔｂｚにもとづく方形波パルス１７が現ｆ１″
Ｃ１この結果−個の微粒子９に対して複数個の方形波パ
ルス１７が計数回路１８で計数されることになる。故に
、微粒子測定装置２０には測定結果が不正確であるとい
う問題点がある。

本発明の目的は、レーザビーム６における干渉縞や回折
縞のために受光信号ｔｔｂに現れる副パルスｔｔｂｚに
起因する方形波パルス１７を計１ｆ［Ｌないようにして
、正確な微粒子測定結果が得られるようにすることにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため１本発明によれば、微粒子な含
む測定流体にレーザビームを照射する投光部と、前記レ
ーザビームの照射によつ又前記微粒子から出射される散
乱光を受光Ｌ℃この受光結果に応じた受光信号を出力す
る受光部と、前記受光信号を二値化し工その結果に応じ
た二値化信号を出力てろコンパレータと、前記二値化信
号に含まれろ方形波パルスが入力されると所定時間継続
する第１信号を出力する第１信号処理手段と、入力され
る前記受光信号の最大ピーク値に応じた第２信号を出力
する第２信号処理手段とを備え、前記第１信号にもとづ
き前記微粒子の個数を測定すると共に、前記第２信号「
こもとづき前記微粒子の粒径を測定するように微粒子測
定装置を構成するものとする。

〔作用〕

上記のように構成すると、レーザビームにおける干渉縞
や回折縞によつてコンパレータが出カスる二値化信号中
に短い時間間隔で複数個の方形パルスが現れ工も、第１
信号が継続する所定時間を適宜設定することによつ１第
１信号処理手段からは一個の微粒子に対しニー個の第１
信号が出力されるようにすることができ、また、第２信
号処理手段が出力する第２信号の値を上記第１信号にも
とづい工読み堆ることにより−この読み暖り値ヲ上記微
粒子の粒径に応じた値とすることができるので、正確な
測定を行うことができろ微粒子測定装置が得られろこと
になる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の構成図で１本図の第３図と
異なる所は、方形波パルス１７が入力されると所定時間
Ｔの間Ｈレベルを継続し、第１方形波パルス１７が入力
さ４た後時間Ｔを経過しない時刻ｆこ第２方形波パルス
１７が入力されるとこの第２方形波パルス１７が入力さ
れた時刻から更め１時間Ｔを経過する間Ｈレベルを継続
する二値信号２２ａを出力するワンショット回路２２が
。

第３図に示した各部に追加さｔ１″Ｃいることで、この
場合１図から明らかなように、信号２２ａがリセット回
路１６と計数回路１８と信号値読取回路１９とに入力さ
れ℃いる。２３は第１図に図示した各部からなる微粒子
測定装置である。

次に、微粒子測定装置２３の動作を第２図の要部波形図
をも参照し一説明する。すなわち、受光信号１１ｔ）ｌ
こ発生した前述の副パルス１【ｂ２のうちの最初の副パ
ルスｔｔｂ２ｔが時刻１ｔにおい℃コンパレータ１４に
おけるしきい値Ｖｓを上まわると、コンパレータ１４が
出力する二値化信号１４ａがＨレベルになつ℃このため
ワンショット回路２２から時間Ｔの間Ｈレベルを継続す
る二値２信号２２ａが出力され、この結果、リセット回
路１６が出力する二値信号１６１がＨレベルからＬレベ
ルに変化し℃ピークホールド回路Ｌ５にピークホールド
動作をさせるセット信号１６ａになる。したがって、受
光信号ｔｔｂにおける副パルスｔｔｂｚｔがピーク値Ｖ
ｐｘを呈した後１時刻ｔ１から時間Ｔを経過しない時刻
ｔ、におい℃副パルスｔｔｂｚｔの値がしきい値Ｖ８を
下まわった時、ピークホールド信号１５ａの値Ｕはピー
ク値Ｖｐｌに対応したＵｐｌになつ工いろが１時刻ｔ、
では二値信号２２ａのレベルがＨレベルノママで、信号
２２ａがＨレベルからＬレベルに変化しない限り信号値
読取回路１９は信号１５ａに対する信号値読み取り動作
をしないように構成され工いるので信号値読取回路１９
の出力信号１９１には変化が現ガない。また、計数回路
１８は信号２２ａがＨレベルになる都度計数動作をする
ように構成され１いるので１時刻ｔ。

では出力信号ｔＳａが数値！に応じた信号Ｃ，：なるが
１時刻ｔ！では信号２２ａがＨレベルを継続し−いるの
で信号１８ａにも変化が現れない。

次に、受光信号ｔｔｂに１時刻ｔ、から時間Ｔを経過し
ない時刻ｔ３で、信号値Ｖがしきい値Ｖｓを上まわる第
２の副パルス１１ｂ２２が現れると二値化信号１４ａが
再びＨレベルになるので、この時読にＨレベルにあろ二
値信号２２ａは時刻ｔ１から更め℃時間Ｔの間Ｈレベル
を継続する信号とナリ、シたがっ１１時刻ｔ、では信号
２２ａのレベルに変化がないから計数回路の出方信号１
８ａにも変化が現れない。また１時刻ｔ、から時間Ｔを
経過しない時刻ｔ４で副パルス目ｂ２２の信号値ＶがＶ
Ｓを下まわった時、ピークホールド信号１５ａの値Ｕは
副パルス１１ｂ２２のピーク値Ｖｐｇ　ｔこ応じた値Ｕ
ｐｚになつ℃いるが信号２２ａのレベルに変化がないの
で、信号値読取回路の出力信号１９ａＪこも変化が現れ
ない。

そうＬ℃、微粒子測定装置２３においＣは１時刻ｔ、以
後、前記と同様に、受光信号ｔｔｂ中に先を二発生した
先発副パルスｌＩｂ２または主パルス１１ｂ１６；Ｖｓ
を上まわる時刻ｔから時間Ｔを経過しない間に、当該先
発副パルス１１ｂ２または主パルスｔｔｂｉがＶｓを下
まわり、さらに、上記時刻ｔから時間Ｔｒｔ経過しない
間に前記の先発副パルス１１ｂ２または主パルス１１ｂ
１に続いて受光信号ｔｔｂ中に発生する後発副パルス１
１ｂ２または主パルスｔｔｂｔがＶｓを上まわるように
時間Ｔが設定さ４″Ｃいるので、第２図におい″ｃ１信
号１１ｂ仁副パルス１１ｂ２４が発生しｔこのパルスが
時刻ｔ。

でＶｓを上まわった時、出力信号１８ａｓ１９ａｒ、’
：は何等の変化もないが、第２図の場合１時刻ｔ、から
時間１゛を経過した時刻ｔ６までの間に後続Ｌ−ｃＶｓ
を上まわるパルスｔｔｂｔ、ｔｔｂ２０発生がないので
１時刻ｔ、で信号２２ａがＬレベルになる。　しかるに
１時刻ｔ６では図から明らかなようＣ，：ピークホール
ド信号１５ａの値Ｕは主パルスｔｔｂｔのピーク値”１
ｐ３ｔご対応したＵｐ３ｔ：なり工いろ。したがつ″Ｃ
，時刻時刻で信号値読取回路１９が信号１５ａに対する
信号値読み取り動作を行り℃出力信号１９ａが信号値［
Ｊｐｓに応じた信号になり、この時。

既に計数回路の出力信号ｔｅａは１に対応した信号にな
つ１い℃、この信号値は信号２２ａがＨレベルからＬレ
ベルに変化しても変化しないように計数回路１８が構成
され工いるので、したかつ工。

時刻ｔ、におい℃、信号１９ａと１８８とによつ１主パ
ルスｔｔｂｔを発生させた微粒子９の粒径と個数とを測
定することができることになる。

なお、第２図ｔこおい−Ｃは１時刻ｔ６から時間τを経
過した時刻ｔ、でリセット回路の出力信号１６１がピー
クホールド回路１５にリセット動作をさせるリセット信
号１６ｂであるＨレベル信号になるように、当該リセッ
ト回路１６が構成され工いる。

したかつ工１時刻ｔ、でピークホールド信号１５Ｍがリ
セット状態になる。

第１図においてを１．各部の構成並びに動作が上述の通
りであるので、ワンショット回路２２を。

二値化信号１４ａに含まれる方形波パルス１７が入力さ
れると所定時間Ｔの間継続する第１信号とＬ℃の二値信
号２２ａにおけるＨレベル信号を出力する第１信号処理
手段であるということができ。

また、ピークホールド回路１５？Ｉ／、入力される受光
信号ｔｔｂの最大ピーク値に応じた第２信号とＬ℃のピ
ークホールド信号１５ａｉ出方する第２信号処理手段で
あるということかできτ、さらに。

測定装置２３を、前記第１信号とし工の信号２２ａｔこ
おけるＨレベル信号にもとづき微粒子９の個数を測定す
ると共に、前記第２信号とし工のピークホールド信号１
５ａにもとづき微粒子９の粒径を測定する微粒子測定装
置であるということができる。

微粒子測定装置２３は上述のように構成され工いるので
、レーザビーム６における干渉縞や回折縞によつ一コン
パレータ１４が出方する二値化信号１４ａ中に時間Ｔを
こえない短い時間間隔で複数個の方形波パルス１７か現
れ工も、ワンショット回路２２からは一個の微粒子９に
対し℃−回だけ二値信号２２ａにおけるＨレベル信号が
ｇｔ信号とし工出力され、かつ、この第１信号が消滅し
ｔ信号２２ａがＬレベルとなることにより℃読取回路１
９に読み取られろピークホールド信号１５ａの値は、前
記第１信号が継続し℃いろ間に受光信号ｔｔｂに発生し
た主パルスｔｔｂｔのピーク値Ｖｐ３に応じた値Ｕｐ３
であつＣ，このＵｐ３が主パルスｔｔｂｉを発生させた
微粒子９の粒径に・対応し１いることは明らかであるか
ら、このような微粒子測定装置２３によれば、計数回路
Ｉ８及び信号値読取回路１９が一個の副パルスｔｔｂ２
を一個ｅｎ微粒子と誤昭し℃動作することがたくなり工
、このため、微粒子９に対する個数並びに粒径の測定を
正確に行うことができることになる。

上述の実施例は、微粒子９を含む測定流体２が７０−セ
ルｌ中を貫流し、かつ受光部１３が集束レンズ５の光軸
信対し”［９０’側方に散乱する直接散乱光１０を受光
する方式の微粒子測定装置であったが１本発明においτ
は、測定流体２が鞘状に形成された清浄気流中を貫流す
るように構成されτい℃もよく、また、受光部１３がレ
ンズ５の光軸に対し１：９０°以外の角度で散乱する直
接散乱光を受光するように構成され工い−もよいことは
上述した所から明らかである。そうして、また１本発明
は、光検出器１１の前［１ｉｌｉｔ二光学フイルタや分
光器を配置することによつ１散乱光ｌｏ゛中の蛍光成分
を該検出器！！で検出し″Ｃ微粒子９の性状を調査する
ようにした微粒子測定装置「こも適用できろものである
。

〔発明の効果〕

上述したように１本発明ｒこおいては、微粒子を含む測
定流体にレーザビームを照射する投光部と。

このレーザビームの照射によっ１微粒子から出射される
散乱光を受光してこの受光結果に応じた受光信号を出力
する受光部と、この受光信号な二値化し工その結果に応
じた二゛値化信号を出力するコンパレータと、二値化信
号に含まれる方形波パルスが入力されると所定時間継続
する第１信号を出力する第１信号処理手段と、入力さ４
る受光信号の清大ピーク値に応じた第２信号を出力する
第２信号処理手段とを備え、第１信号にもとづき微粒子
の個数を測定すると共に、第２信号にもとづき微粒子の
粒径を測定するように微粒子測定装置を構成した。

このため、上記のように構成すると、レーザビームにお
けろ干渉縞や回折縞によつてコンパレータが出力する二
値化信号中に短い時間間隔で複数個の方形パルスが現ｔ
１″Ｃも、第１信号が継続する所定時間を適宜設定する
ことによつて第１信号処理手段からは一個の微粒子に対
し℃−個の第１信号が出力されるようにすることができ
、また、第２信号処理手段が出力する第２信号の値を上
記第１信号にもとづい℃読み取ることによってこの読み
をり値を上記微粒子の粒径に応じた値とすることができ
るので１本発明には正確な測定を行うことができる微粒
子測定装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図を工水発明の一実施例の構成図、第２図は第１図
における要部の波形説明図、第３図は従来の微粒子測定
装置の構成図、第４図は第３図における要部の波形説明
図、第５図（Ａ）は第３図におけろレーザビームの模式
的横断面図、第５図（Ｂ）は第５図（Ａ）における要部
の光強度分布図、第６図（Ａ）　ｔＸ第５図（Ａ）に対
応したレーザビームの模式的横断面図、第６図（Ｂ）は
第３図における要部の第４図とは異なる波形説明図であ
る。 ２・・・・・・測定流体、３・・・・・・投光部、６・
・・・・・　レーザビーム、９・・・・・・微粒子、１
０・・・・・・直接散乱光、１１ｂ・・・受光信号、１
３・・・・・・受光部、１４・・・・・・コンパレータ
。 ｔ４ａ・・・・・・二値化信号、　　１５・・・・・・
ピークホールド回路。 ｔＳａ・・・・・・ピークホールド信号、１７・・・・
・・方形波パルス、２０．２３・・・・・・微粒子測定
装置、２２・・・・・・ワンショット回路、２２ａ・・
・・・・二値信号。 ／　ｌｂｔ 男 ２　　図 箋 囚 箋 図 算 閉 属 乙 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）微粒子を含む測定流体にレーザビームを照射する投
   光部と、前記レーザビームの照射によつて前記微粒子か
   ら出射される散乱光を受光してこの受光結果に応じた受
   光信号を出力する受光部と、前記受光信号を二値化して
   その結果に応じた二値化信号を出力するコンパレータと
   、前記二値化信号に含まれる方形波パルスが入力される
   と所定時間継続する第１信号を出力する第１信号処理手
   段と、入力される前記受光信号の最大ピーク値に応じた
   第２信号を出力する第２信号処理手段とを備え、前記第
   １信号にもとづき前記微粒子の個数を測定すると共に、
   前記第２信号にもとづき前記微粒子の粒径を測定するこ
   とを特徴とする微粒子測定装置。