JPH0665979B2

JPH0665979B2 - 光による粒子検出装置

Info

Publication number: JPH0665979B2
Application number: JP60166420A
Authority: JP
Inventors: 伸吾住江
Original assignee: 東亜医用電子株式会社
Priority date: 1985-07-26
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1994-08-24
Anticipated expiration: 2009-08-24
Also published as: JPS6225237A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、液体中の粒子、例えば血液中の血球等を、
光照射を受けた粒子からの散乱光により検出する光によ
る粒子検出装置に関するものである。

従来の技術微粒子を含む縣濁液を中心にしてさや状に周囲に高速流
体を通すと、中心流は粒子が１列に流れる程度の細流と
なる。この粒子に光を照射して粒子の散乱光を検出する
ことにより、縣濁液中の粒子を検出が行なえる。

従来のこの種粒子検出装置の原理構造を第５図に示す。
図において、20は角パイプ状のフローセルであり、粒子
を含む縣濁液を中心にして周囲に高速流体を通してお
り、中心流に粒子列21が形成されている。レーザ発光装
置からなる光源22からの光線ａは、コンデンサレンズ23
で粒子列21に焦点Ｐを持つように収束され、粒子列21の
粒子から散乱光ｂを発生させる。散乱光ｂはコレクタレ
ンズ24によって集められ、ピンホール板25を通過して受
光器26に入る。受光器26は光電変換により電気パルスを
発生する。光源22からの光線ａの直進光すなわち粒子に
当らなかった光は、コレクタレンズ24の前のダークフィ
ールドデスク27により遮断され、かつ周囲の迷光はピン
ホール板25により遮断される。これにより、粒子からの
散乱光ｂのみが受光器26で検出され、粒子測定が行なえ
る。

発明が解決しようとする問題点測定粒子は直径が0.5μ程度と小さいため、粒子からの
散乱光ｂを検知するには高倍率高感度の光学系を必要と
する。そのため、この従来構造ではコレクタレンズ24や
ピンホール板25を用いているが、これにより調整作業が
煩雑となっている。すなわち、コンデンサレンズ23の焦
点Ｐと、フローセル20の粒子列21の位置と、コレクタレ
ンズ24の物点位置とを合わさなくてはならず、またコレ
クタレンズ24の物点位置と共役な位置にピンホール板25
のピンホールを置かなくてはならない。そのため、コン
デンサレンズ23の軸とコレクタレンズ24の軸をフローセ
ル20の中心で合致させる調整が必要であり、この調整に
多大な時間（３〜４時間）を要する。

また、コレクタレンズ24や、ピンホール板25や、ダーク
フィールドデスク27は、精密で限界的高性能を要するた
め、部品としてのコストが高い。しかも、これらに光軸
調整のための細ねじによるＹ−Ｘ−Ｚ微動ステージ等を
備える必要があり、これらを含めると光学系のコストが
高くなる。

さらに、フローセル20とピンホール板25の距離は、市販
および特注の安定入手できる限界性能のコレクタレンズ
24を使用しても、150〜160mmになる。そのため、検出装
置全体では300mm以上となり、装置を小型化できない。

この発明は、これらの欠点に鑑みなされたもので、調整
時間を飛躍的に短縮でき、かつ小型で低コストの光によ
る粒子検出装置を提供することを目的とする。

さらに、この発明は、粒子に当って発生した散乱光のう
ちの光軸に近いものを検出できて正確な粒子検出の行な
える光による粒子検出装置を提供することを目的とす
る。

問題点を解決するための手段この発明は、粒子列を形成した状態に流体を流すフロー
セルと、柱状レンズと球面レンズを光軸上に配置するこ
とにより前記光軸上に垂直方向に収束し水平方向に延び
た楕円スポットを有する短焦点と水平方向に収束し垂直
方向に延びた楕円スポットを有する長焦点とを形成し前
記短焦点の楕円スポットの短径方向と前記フローセル中
の粒子列とを一致させて粒子個々に散乱光を生じさせる
光照射手段と、前記短焦点と長焦点の間に配置されて光
線の一部を遮断する部分遮光部材と、前記長焦点よりも
前記光照射手段から離れて配置されて前記散乱光を通過
させる光通過孔を有し前記長焦点で反転した前記部分遮
光部材による陰影範囲に前記光通過孔を位置させた迷光
除去部材と、前記光通過孔を通過した光を検出する受光
器とを備えたものである。

作用この構成によると、次の作用が得られる。すなわち、こ
の構成では従来のように光学系を使って１点に集めるこ
とをせず、自然の状態で捉えるため、従来のように高精
度な位置決めを必要とせず、調整作業が大幅に簡単とな
る。高精度が要求されないことから、Ｘ−Ｙ−Ｚ微動ス
テージ等を用いる必要がなくなる。しかも、高価な部品
であるダークフィールドディスクや、コレクタレンズ
や、ピンホール板を用いないので、これらにより部品コ
ストが低減される。また、コレクタレンズを用いないこ
とから、受光器をフローセルに近づけられ、装置全体を
小型化できる。

コレクタレンズの除去による感度低下は、散乱光の光源
となる粒子列に受光器を近接させることによって補なえ
る。

また、部分遮光部材により光線の一部を遮断している
が、この部分遮光部材による陰影範囲は長焦点の通過後
に光軸に対して反対側に移る。この反転した陰影範囲に
迷光除去部材の光通過孔を配置しているので、粒子で反
射した散乱光は部分遮光部材で邪魔されずにそのまま光
通過孔に入る。しかし、粒子に当らずに進む直進光は部
分遮光部材で遮断されて光通過孔には達しない。そのた
め、直進光を進入させることなく、光軸に近い散乱光を
迷光除去部材の光通過孔に通し、受光器で検出すること
ができる。散乱光は、低角度散乱すなわち光軸近い程、
粒子の大きさ情報をより忠実に含み、かつ光量も多いの
で、このように光軸に近い散乱光を検出できることによ
り、感度が高く、また粒子の大きさを正確にとらえるこ
とができる。さらに柱状レンズと球面レンズを光軸上に
配置することにより前記光軸上に形成した短焦点と長焦
点とをもつ光学系を形成することができるので、構成が
簡単で安価にできる。また短焦点をフローセル中の粒子
列に合わせるだけでよいので、調整が容易にできる。

実施例の説明この発明の一実施例を第１図ないし第４図に示す。この
光による粒子検出装置は、粒子列１を形成した状態に流
体を流すフローセル２と、柱状レンズ８と球面レンズ９
を光軸Ａ上に配置することにより光軸Ａ上に垂直方向に
収束し水平方向に延びた楕円スポットを有する短焦点F₁
と水平方向に収束し垂直方向に延びた楕円スポットを有
する長焦点F₂とを形成し短焦点F₁の楕円スポットの短径
方向とフローセル２中の粒子列１とを一致させて粒子個
々に散乱光を生じさせる光照射手段３と、短焦点F₁と長
焦点F₂の間に配置されて光線ａの一部を遮断する部分遮
光部材７と、長焦点F₂よりも光照射手段３から離れて配
置されて散乱光を通過させる光通過孔６を有し光線ａの
長焦点F₂で反転した部分遮光部材７による陰影範囲に光
通過孔６を位置させた迷光除去部材５と、光通過孔６を
通過した光を検出する受光器４とを備えたものである。

フローセル２は第５図の例と同様の角パイプ状のもので
ある。光照射手段３は、20mWの半導体レーザからなる光
源（図示せず）と、柱状凹レンズ８と、球面の凸レンズ
９とからなる。柱状凹レンズ８と凸レンズ９は、光源か
らの光線ａに互いに近接する短焦点F₁と長焦点F₂とを結
ばせる。この短焦点F₁に、光軸Ａと垂直にフローセル２
を置く。

部分遮光部材７は、この実施例では、光線ａの光軸Ａに
垂直な面のうち、光軸Ａを通る線で２分された略片方の
範囲を遮光するものとしてある。部分遮光部材７は不透
光材からなる。

受光器４は、この実施例では2.4mm角のシリコンフォト
ダイオードを用いており、直径0.6mmのラテックスの検
出ができる性能を持つ。受光器４は直径1mm程度の受光
面を有するものであれば十分である。受光器４は迷光除
去部材５の光通過孔６の出口6aに近接して配置する。

迷光除去部材５は、長さが12mmで外径が10mmの厚肉円筒
状の部材であり、黒のポリアセタール樹脂からなる。光
通過孔６は、内径を1mmとし、内面をピッチが0.5mmのね
じ面に形成してある。迷光除去部材５は、長焦点F₂の直
後で、部分遮光部材７と反対側に置き、かつ受光器４側
が光軸Ａから角度θ離れるように傾斜させる。この場
合、迷光除去部材５は、光通過孔６をできるだけ光軸Ａ
に近づけ、かつ散乱光のみが通過できるように配置す
る。

なお、迷光除去部材５と受光器４とは予め軸合せして互
いに一体に固定しておく。この一体化したものは、上下
および左右に位置調整可能なように支持台（図示せず）
に取付ける。また、柱状凹レンズ８と凸レンズ９は光軸
Ａの方向に移動可能に配置し、フローセル２は、その長
手方向と光軸Ａとに直光する方向に移動可能に設置す
る。部分遮光部材７もフローセル２と同方向（Ｂ方向）
に移動可能に設置してある。

この構成によると、次の作用が得られる。光源からの光
線ａは、柱状凹レンズ８と凸レンズ９を通って第３図の
ように短焦点F₁と長焦点F₂を結ぶ。同図は光束の変化
と、部分遮光部材７と、受光器４の受光面4aとの関係を
示す斜視図である。図中11〜15は光軸Ａに垂直な断面を
通過する光束を表している。短焦点F₁は垂直方向に収束
し水平方向に延びた楕円スポットを有し、長焦点F₂は水
平方向に収束し垂直方向に延びた楕円スポットを有す
る。そして、両焦点F₁,F₂の間で、部分遮光部材７によ
り、光束は半だ円状に遮断される。

短焦点F₁はフローセル２の中心に位置しており、光線ａ
がフローセル２中の粒子列１に当って散乱光を生じる。
この散乱光は、粒子に当らずに進む直進光ｃの立体角の
周囲および直進光ｃと同範囲にあるが、この散乱光のみ
を迷光除去部材５の光通過孔６を通して、受光器４で検
出する。すなわち、直進光ｃおよび周囲の迷光は、迷光
除去部材５で遮断する。このとき、前述のように部分遮
光部材７により、光軸Ａに対する片側の光を遮断するの
で、直進光ｃを進入させることなく、迷光除去部材５の
光通過孔６を光軸Ａに近づけ、より光軸Ａに近い散乱光
を捉えることができる。すなわち、第３図の光束断面15
の欠けている半だ円の分だけ、光軸Ａに接近して散乱光
を捉えることができる。そのため、光軸Ａに対して０゜
付近の散乱光の光束を受光できる。散乱光は、光軸Ａに
近い程、粒子の大きさ情報をより忠実に含み、かつ光量
も多いので、このように光軸Ａに近い散乱光を検出でき
ることにより、感度が高く、また粒度の正確な粒子検出
が行なえる。

また、この装置は、従来のように散乱光を光学系を使っ
て一点に集めることをせず、自然の状態で捉えるため、
従来のように高精度な調整作業を必要とせず、迷光除去
部材５等の位置調整が簡単に行なえる。迷光除去部材５
の光通過孔６は、トンネル状であってある程度の奥行長
さを有し、かつ光軸Ａに対して傾斜しているので、光軸
Ａに対する傾斜角度の小さい直進光ｂの通過できる範囲
はわずかとなる。これに対し、傾斜角度の大きい散乱光
の通過できる範囲は、光通過孔６の略全体となる。その
ため、より一層迷光除去部材５の位置調整が阻なもので
すむ。また、光通過孔６内のねじ面により、直進光ｂお
よび周囲の迷光が光通過孔６内で反射して受光器４に達
することが防止される。

このように、高精度な調整が要求されないことから、Ｘ
−Ｙ−Ｚ微動ステージ等を用いる必要がなくなる。しか
も、高価な部品であるダークフィールドディスクや、コ
レクタレンズや、ピンホール板を用いないので、これら
により部品コストが低減される。また、受光側にレンズ
を用いないことから、受光器４をフローセル２に近づけ
られ、装置全体を小型化できる。

受仮側にレンズを省いたことによる感度低下は、散乱孔
の光源となる粒子列１に受光器４を近接させることによ
って補える。受光強度は距離の２乗に反比例して減少す
るので、受光器４を光源に近ずけたことによる感度向上
効果は大きい。また、このように散乱光の受光感度が向
上することから、信号とノイズの比が大きくなる。しか
も、前述のように光軸Ａに近い散乱光を受光できて感度
向上が図れるので、これらの相乗効果により、従来の検
出装置と同等以上の検出性能が得られる。さらに柱状レ
ンズ８と球面の凸レンズ９を光軸Ａ上に配置することに
より光軸Ａ上に形成した短焦点F₁と長焦点F₂とをもつ光
学系を形成することがてきるので、構成が簡単で安価に
できる。また短焦点F₁をフローセル２中の粒子列１に合
わせるだけでよいので、調整が容易にできる。

なお、前記実施例では、部分遮光部材７として不透光材
を用いたが、プリズムを用いることもできる。プリズム
を用いた場合、光を遮るだけでなく、逃角をもって遮閉
できるので、光軸Ａに対して０度附近の散乱光を撮るの
により有利となる。また、部分遮光部材７は、必ずしも
半域を遮光するものでなくてもよく、例えば３／４の円
弧や、１／３の円弧等の範囲を遮光するものであっても
よい。

また、前記実施例では迷光除去部材７としてトンネル状
の光通過孔６を有するものを用い、その光通過孔６を光
軸Ａに対して傾けたが、迷光除去部材５は光通過孔６を
有するものであればよく、薄い板状のものであってもよ
い。

発明の効果この発明の光による粒子検出装置は、粒子検出信号とな
る散乱光を光学系を使って一点に集めることをせず、迷
光除去部材の光通過孔を通すだけで自然の状態で捉える
ので、高精度な調整作業を必要とせず、調整作業が大幅
に短縮される。しかも、高精度を必要としないことか
ら、微動位置決め装置が不要となり、また高価な部品で
あるレンズ等を受光側に使用しないので、部品コストも
低減される。さらに、受光側にレンズを用いないので、
焦点距離をとる必要がなくて、小型化できる。

受光側のレンズを省いたことによる感度低下は、散乱光
の光源となる粒子列に受光器を近接させることよって補
える。

しかも、光照射手段は短焦点と長焦点との２つの焦点を
結ばせるようにし、その間に光線の一部を遮断する部分
遮光部材を配置しており、その長焦点で反転した陰影範
囲に前記迷光除去部材を配置しているので、直進光を進
入させることなく、より光軸に近い低角度の散乱光を迷
光除去部材の光通過孔に通し、受光器で検出することが
できる。これにより高感度で正確な粒子検出が行なえ
る。さらに柱状レンズと球面レンズを光軸上に配置する
ことにより前記光軸上に形成した短焦点と長焦点とをも
つ光学系を形成することができるので、構成が簡単で安
価にできる。また短焦点をフローセル中の粒子列に合わ
せるだけでよいので、調整が容易にできるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の横断平面図、第２図はそ
の縦断側面図、第３図は同じくその作用説明図、第４図
は第１図の部分拡大断面図、第５図は従来例の縦断側面
図である。１……粒子列、２……フローセル、３……光照射手段、
４……受光器、５……迷光除去部材、６……光通過孔、
７……部分遮光部材、８……柱状レンズ、９……球面の
凸レンズ、F₁……短焦点、F₂……長焦点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒子列を形成した状態に流体を流すフロー
セルと、柱状レンズと球面レンズを光軸上に配置するこ
とにより前記光軸上に垂直方向に収束し水平方向に延び
た楕円スポットを有する短焦点と水平方向に収束し垂直
方向に延びた楕円スポットを有する長焦点とを形成し前
記短焦点の楕円スポットの短径方向と前記フローセル中
の粒子列とを一致させて粒子個々に散乱光を生じさせる
光照射手段と、前記短焦点と長焦点の間に配置されて光
線の一部を遮断する部分遮光部材と、前記長焦点よりも
前記光照射手段から離れて配置されて前記散乱光を通過
させる光通過孔を有し前記長焦点で反転した前記部分遮
光部材による陰影範囲に前記光通過孔を位置させた迷光
除去部材と、前記光通過孔を通過した光を検出する受光
器とを備えた光による粒子検出装置。
【請求項２】前記部分遮光部材がプリズムからなる特許
請求の範囲第（１）項記載の光による粒子検出装置。