JPH08304259A - 試料検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微粒子からなる試料の位置及び粒径を計測す
る試料検出装置に関し、光学系に依存せずレーザービー
ムを走査することにより高精度の測定を可能とする。 【構成】 レーザ光源１からのビーム光Ａはレンズ３を
介し、ガルバノミラー２に入る。コンピュータ９は定電
流電源４を制御し、検出槽７内の試料面６を走査する。
試料面６の試料からの散乱光はＣＣＤラインセンサ８で
検出され、コンピュータ９に入り、走査面の各位置にお
ける散乱光強度より散乱光強度分布を求める。同時に散
乱光強度の散乱角度依存性は粒径の大きさにより異なる
性質があるので、この関係より粒子の径を算出する。従
って光学系の精度に依存せず、レーザービームの走査位
置精度のみに依存して高精度な測定が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液中あるいは空気中に存
在する微粒子、等の試料粒子の空間的分布、粒径、等を
検出する試料検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液中あるいは空気中に存在する微
粒子、等の試料検出機構としては、試料の吸光度を計測
する検出機構及び試料による散乱光を計測する検出機構
が用いられている。従来の散乱光を利用した試料検出機
構の例を図９に示す。図９は従来の光散乱方式試料検出
装置の構成図であり、レーザーダイオード（または発光
ダイオード）３３からの光はレンズ３４により面状に広
げられた後レンズ３５により平行光に修正され、検出槽
７内の試料面６に入射する。試料Ｃ及びＤによる散乱光
は、集光レンズ３６で集光され、ＣＣＤセンサ８により
検出される。試料の位置は、ＣＣＤセンサ８のイメージ
を解析することにより得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような液中あるい
は空気中に存在する微粒子、等の試料をモニタするため
に、位置を検出する検出機構が必要とされる。従来行わ
れている試料による光の吸収を利用した吸光度を計測す
る検出機構は、対象とする試料の光の吸収率が悪い場合
には検出が困難になる問題がある。

【０００４】又、従来の散乱光を利用した検出機構は、
図９にも示すように散乱光検出部に集光レンズ等の光学
系を用いており、位置の計測をＣＣＤセンサ上のイメー
ジにより行うため、散乱光検出部をコンパクト化するの
が困難な上に、光学系の微細な調整が必要であり、光学
系の調整のずれは直接試料検出位置の誤差につながる。

【０００５】集光光学系を用いる検出機構では、試料か
らの散乱光がセンサ上に単一の輝点としてとらえられる
ため、そのデータから試料の粒径についての情報を得る
ことは困難である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために、レーザービームを走査し、試料に入
射する光源部、試料粒子からのレーザービーム散乱光を
検出する検出部及び検出部の検出信号に基づいて試料粒
子の散乱光の強度分布と散乱光強度の角度依存性から試
料の粒子径を算出する演算部を備えてなる散乱光検出方
式の試料検出装置の構成とする。

【０００７】即ち、本発明は、レーザー光源から発する
レーザービームを走査しながら液中あるいは空気中に存
在する微粒子等からなる試料粒子に入射する光源部と；
同光源部からのレーザービームの前記試料粒子からの散
乱光を直接検出する検出部と；同検出部からの検出信号
を取込み、前記レーザービームの各走査位置での前記散
乱光の強度を求めることにより前記試料粒子の空間的な
分布を検出すると共に、粒子径と散乱光強度の角度依存
性の関係より前記試料粒子の粒径を算出する演算部とを
具備してなることを特徴とする試料検出装置を提供す
る。

【０００８】

【作用】本発明は前述の手段により、レーザー光源から
のレーザービームは光源部から試料面に入射され、対象
とする面はレーザービームで走査される。レーザービー
ムで走査された試料面に試料粒子が存在すればその粒子
からレーザービームの散乱光が生じ、検出部において検
出される。検出部での出力信号は粒子が存在すればそれ
に応じた出力が発生し、粒子が存在しないと出力を生じ
ることがなく、これらの信号は演算部に入力される。演
算部では、これらの信号によりレーザービーム走査位置
に対応する散乱光の強度分布を求めると共に散乱強度の
角度依存性は粒子のサイズにより異る性質があるのでこ
の関係より試料粒子の径を演算し、求める。

【０００９】このように本発明の試料検出装置において
は、散乱光の検出部に集光光学系を用いないことによ
り、検出部のコンパクト化が可能であり、検出機構全体
を小型化することが可能である。また、光源部でレーザ
ービームを走査することによる試料の濃度検出方式は、
試料の位置検出精度がレーザービームの走査精度にのみ
依存し、検出部の光学系の精度には依存しないため、レ
ーザービーム径を小さくすることおよび走査精度を高め
ることにより高精度化が可能である。

【００１０】さらに、検出部で、例えば、ＣＣＤライン
センサで散乱光を直接計測することにより、散乱光の平
均的強度と散乱光強度の角度依存性が同時に計測可能で
あり、レーザービームが照射されている部分の試料の濃
度および試料の粒径を同時に計測することを可能とす
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。図１は本発明の一実施例に係る試料検出
装置の構成図である。図において、１はレーザー光源、
２はガルバノミラー、３はレンズ、４は定電流電源、５
はレンズ、６は液中あるいは空気中に存在する微粒子、
等の試料面で７は検出槽、８はＣＣＤラインセンサ、９
はコンピュータである。

【００１２】このような構成において、レーザー光源１
のビーム光Ａは、ガルバノミラー２により反射し、検出
槽７内の試料面６の一点に入射する。ガルバノミラー２
は定電流電源４から加えられる電流により角度が調整で
き、コンピュータ９からの指令により定電流電源４の電
流値を制御することによりビーム光をＡ１→Ａ２→Ａ３
の方向の任意の位置に連続的に走査することが可能であ
る。このときレンズ３及びレンズ５により、検出槽７の
試料面６に入射する走査ビーム光は平行性が保たれる。
試料からの散乱光は、検出槽７の背面に配置されたＣＣ
Ｄラインセンサ８により検出され、コンピュータ９に入
力され、処理される。

【００１３】図２は散乱光を検出するＣＣＤラインセン
サ８の配置を示すものである。散乱光Ｂを検出するため
のＣＣＤラインセンサ８は、走査ビームの光軸から角度
θ回転した方向に配置され、試料Ｐからの散乱光Ｂを直
接測定する。走査ビームの直接透過光は、計測雑音の低
減のため、ミラー１２によりＣＣＤラインセンサ８に検
出されない方向へ反射される。

【００１４】散乱光強度の角度分布から試料の粒径を計
測するためには、θが低角度の散乱光を検出するのが効
果的である。この場合、図３に示すように、前述と同様
に直接透過光はミラー１２により検出されない方向に反
射し、ＣＣＤラインセンサ８の前方に凹面シリンドリカ
ルレンズ１１を配置し、低角度の散乱光を屈折させ、Ｃ
ＣＤラインセンサ８に導く方法が有効である。

【００１５】図４はＣＣＤラインセンサ８の計測データ
の例を示すものである。走査ビーム光が検出槽７内の試
料のない位置に入射している場合、ＣＣＤラインセンサ
８は（ａ）に示すように領域２１では信号を出力しな
い。これに対し、走査ビーム光が検出槽内の試料Ｐの位
置に入射した場合は入射光は試料Ｐにより散乱され、Ｃ
ＣＤラインセンサ８は（ｂ）に示すような出力信号を出
力する。この斜線の領域２０を積分することにより、現
在の走査ビーム光が入射している点での試料Ｐからの散
乱光の強度が求められる。

【００１６】このように、試料面６に入射する走査ビー
ム光の位置を走査し、各位置で上記に述べた散乱光の強
度を求めることにより、散乱光の強度の空間分布を求め
ることができる。散乱光の強度は試料の濃度に対応する
ものであり、したがって、試料の各位置での濃度分布を
測定することができる。

【００１７】図５は本発明において、試料による散乱光
強度の角度依存性を計測するためのラインセンサ８の配
置の概念を示すものである。図において、ラインセンサ
８上の座標Ｘにおいて計測される散乱光Ｂの散乱角度φ
は、検出すべき試料Ｐの位置からラインセンサまでの距
離ｌと、角度θを用いて、次式で表される。

【００１８】

【数１】

【００１９】すなわち、ラインセンサ８上の各点での散
乱光強度は、それぞれ異なった散乱角度φでの散乱光強
度を測定していることにほかならない。光の波長と同等
あるいはそれ以上の粒径をもつ粒子からの散乱光強度の
散乱角度依存性は、粒子サイズにより異なる傾向がある
ことが知られている。この理論的な散乱光強度の散乱角
度依存性と本発明による検出機構のＣＣＤラインセンサ
で検出される散乱光強度の散乱角度依存性を比較するこ
とにより、試料粒子のサイズの計測が可能となる。

【００２０】図６は本発明による試料検出装置により散
乱光強度の角度依存性を計測した結果の一例を示すもの
である。（ａ）は粒子径１．１μｍのラテックス球を試
料として用いた場合の計測結果ならびに理論より計算さ
れる散乱光強度の角度依存性を示すものであり、（ｂ）
は粒子径６．４μｍの場合について同様に示したもので
あり、実際の計測結果と理論計測結果の一致が確認され
ている。

【００２１】図７は本発明における試料の空間的濃度分
布ならびに試料の粒径を計測するための制御フローの一
例を示すものである。図において、手順１０１で装置を
初期化し、レーザー走査開始位置を初期設定する。

【００２２】手順１０２において、ＣＣＤラインセンサ
８の出力データをコンピュータ９で取得し、手順１０３
でＣＣＤラインセンサ８全体に渡るデータを積分するこ
とにより散乱光の強度を求め（散乱光強度演算）、レー
ザー光の走査位置のデータならびに散乱光強度データを
記録する。

【００２３】手順１０４において、手順１０３で求めら
れた散乱光強度があらかじめ設定されているしきい値よ
り大きいか判断し、散乱光強度がしきい値より大きい場
合、レーザー光の走査位置に試料粒子が存在すると判断
し、粒径計測を行う。

【００２４】手順１１１において、ＣＣＤラインセンサ
８上の各位置における散乱光強度を測定し、式で示した
関係を用いて散乱光強度の角度依存性を演算する。次に
手順１１２において、手順１１１で演算した散乱光強度
の角度依存性と理論計算から導かれる散乱光強度の角度
依存性を比較することにより、試料粒径を計算する。計
算結果は、手順１２２において出力され、手順１０５へ
移る。

【００２５】一方、手順１０４において散乱光強度がし
きい値より大きくないと判断された場合は、手順１０５
へ移り、レーザービームの走査があらかじめ設定された
全範囲の走査を終了したか判断し、終了していない場合
はレーザービームの走査位置をあらかじめ設定された移
動量のみ移動させ、手順１０２からの手順を繰り返す。

【００２６】手順１０５で全範囲の走査が終了したと判
断された場合は、手順１２１で全走査位置における散乱
光強度分布を出力し、計測を終了する。

【００２７】図８はレーザービームの走査機構を光ファ
イバにより行う場合の斜視図であり、ＬＥＤマトリック
ス２２からの光を光ファイバ２３でセンサまで導き、ビ
ームを交互に点灯させて走査を行う例を示している。こ
のような走査を行っても同様の効果が得られるものであ
る。

【００２８】以上説明の試料検出装置は要するに、試料
Ｐの散乱光Ｂを計測する検出試料Ｐに入射する光はビー
ム状とし、１点にのみ入射し、入射位置をガルバノミラ
ー２で走査できる光源部とする。散乱光の検出部は、Ｃ
ＣＤラインセンサ８を用い、走査された各位置での散乱
光を集光せずにコンピュータ９に入力し、散乱光強度の
みを直接測定し、光源部からの入射光の走査位置と、検
出部で検出した散乱光強度を対応付けることにより試料
における試料の位置を測定する構成とする。又、ＣＣＤ
ラインセンサ８の配置を考慮することにより、試料Ｐの
位置検出を行うのと同時に試料Ｐからの散乱光強度の角
度依存性の計測を行うことにより、試料Ｐの粒径計測が
可能とするものである。

【００２９】このような試料検出装置により、検出部の
コンパクト化が可能であり、検出機構全体を小型化する
ことが可能である。また、光源部でレーザービームＡを
走査することによる試料Ｐの濃度検出方式は、試料Ｐの
位置検出精度がレーザービームＡの走査精度にのみ依存
し、検出部の光学系の精度には依存しないため、レーザ
ービーム径を小さくすることおよび走査精度を高めるこ
とにより高精度化が可能である。さらに、検出部のＣＣ
Ｄラインセンサ８で散乱光Ｂを直接計測することによ
り、散乱光の平均的強度と散乱光強度の角度依存性が同
時に計測可能であり、レーザービームが照射されている
部分の試料の濃度および試料の粒径を同時に計測するこ
とを可能とする。

【００３０】又、本実施例の試料検出装置は試料を連続
的に供給するようにした無担体電気泳動用試料検出器と
しても適用でき、大きな処理能力を有する装置として利
用することができるものである。従って、ＤＮＡ、細胞
の分離などへの分野で利用できるものである。

【００３１】なお、上記の実施例ではレーザービームの
走査機構は、ガルバノミラー２を用いる方法の例で説明
したが、この他に、ポリゴンミラーを用いる方法あるい
は図８に示すように光ファイバー２３により導入される
ビームを交互に点灯させることによっても同様の効果が
得られるものである。

【００３２】

【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
はレーザービームを走査し、試料に入射する光源部、試
料粒子からのレーザービーム散乱光を検出する検出部及
び検出部の検出信号に基づいて試料粒子の散乱光の強度
分布と散乱光強度の角度依存性から試料の粒子径を算出
する演算部を備えてなる散乱光検出方式の試料検出装置
の構成としたので、次のような効果を奏するものであ
る。

【００３３】（１）試料粒子の位置検出を光学系の精度
に依存せずレーザービームの走査位置精度にのみ依存す
る高精度計測が可能になるとともに、同時に試料の流系
を計測することが可能となる。

【００３４】（２）また、散乱光検出部に光学系を用い
ないことから、装置のコンパクト化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る試料検出装置の全体構
成図である。

【図２】本発明の一実施例に係る試料検出装置における
ＣＣＤラインセンサの配置図である。

【図３】本発明の一実施例に係る試料検出装置における
ＣＣＤラインセンサの配置図で、凹面レンズを用いた場
合の例である。

【図４】本発明の一実施例に係る試料検出装置による出
力信号を示す図で、（ａ）はビーム光が試料のない位置
に入射した場合、（ｂ）は試料の位置に入射した場合の
出力信号をそれぞれ示す。

【図５】本発明の一実施例に係る試料検出装置のＣＣＤ
ラインセンサによる散乱光強度の角度依存性計測の概念
図を示す。

【図６】本発明の一実施例に係る試料検出装置による散
乱光強度の角度依存性の計測結果及び理論計測値を示す
図で、（ａ）は粒子径が１．１μｍの場合、（ｂ）は粒
子径が６．４μｍの場合を示す。

【図７】本発明の一実施例に係る試料検出装置の制御フ
ローチャートである。

【図８】本発明の他の実施例に係る試料検出装置のビー
ム走査機構を示す図で、光ファイバーによるビームの取
出しを示している。

【図９】従来の光散乱方式試料検出装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１ レーザー光源 ２ ガルバノミラー ３ レンズ ４ 定電流電源 ５ レンズ ６ 試料面 ７ 検出槽 ８ ＣＣＤラインセンサ ９ コンピュータ １１ シリンドリカルレンズ １２ ミラー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光源から発するレーザービーム
   を走査しながら液中あるいは空気中に存在する微粒子等
   からなる試料粒子に入射する光源部と；同光源部からの
   レーザービームの前記試料粒子からの散乱光を直接検出
   する検出部と；同検出部からの検出信号を取込み、前記
   レーザービームの各走査位置での前記散乱光の強度を求
   めることにより前記試料粒子の空間的な分布を検出する
   と共に、粒子径と散乱光強度の角度依存性の関係より前
   記試料粒子の粒径を算出する演算部とを具備してなるこ
   とを特徴とする試料検出装置。