JPS61234339A - 液体用微粒子検出装置 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、微粒子を含む測定液体中をレーザ光を透過さ
せ、その際発生する前記微粒子によるレーザ光の散乱光
から該微粒子の個数や大きさに関する情報を得るように
した液体用の微粒子検出装置、＃夛ζ大きざの小さい微
粒子の検出を容易−ζ行うことができる装置構成に関す
る。

〔従来技術とその問題点〕

液体中の微粒子による散乱光を検出して該微粒子シζ関
する情報を得ようとする微粒子検出装置−ζおいては、
散乱光の強度を強くして該散乱光の検出を容易−こする
ためシζ従来レーザ光を前記液体ＥＣ投射することがよ
く行われており、第４図はこのようなレーザ光を用いる
よう膠ζした従来の微粒子検出装置の構成を説明する斜
視図である゛。第４図において、１は直方体状に形成さ
れた７０−セル、Ａ、−Ａ、、Ｂ、−Ｂ、、Ｃ，−Ｃ，
は７０−セル１の三個の直交軸のそれぞれに一致するよ
う■こした空間軸で、この場合軸Ａ１−Ａ、は鉛直方向
に配置され、７０−セル１は、微粒子を含む測定液体２
カ軸Ａ　ｔ　　’ｔに沿ってＰ矢印方向に該７０−セル
１内を貫流するように構成されている。測定液体２を流
動させる機構は図示されていない。３はその軸が軸Ｂ、
−Ｂ、に一致するよう１こして７０−セルＩＩζ投射さ
れた断面円形のレーザビームで、レーザビーム３は横モ
ードが単一である単一モードのレーザ光である。該レー
ザ光の光源は図示されていない。フローセル１の側壁ｆ
ａｔ　　ｌａはレーザビーム３を透過させつるよう−こ
構成されている。

測定液体２もレーザビーム２を透過させつる液体である
。４はその軸が軸Ｃ１−Ｃ，に一致するよう一ζして７
０−セル１外に配置された円形の集光レンズで％該しン
ズ４は７０−セルｌ内で発生した。

測定液体２中の微粒子昏ζもとづくレーザビーム３の散
乱光を集光する機能を有している。５は集光レンズ４＃
こよって集光された前記散乱光を受光して光電交換する
光電変換器で、５ａは光電変換器５から出力される電気
信号である。

集光レンズ４と光電変換器５との間−ζはその軸が軸Ｃ
，−Ｃ，に一致するようにされた円板状の開口部材６が
設けられ、該部材６には円形の貫通孔６ａが軸Ｃ１−Ｃ
１と同軸−ζなるように設けられている。集光レンズ４
によって集光された前記散乱光は貫通孔６ａを通って光
電変換器５に入射される。

７は集光レンズ４と開口部材６と光電変換器５とからな
る受光部で、８は受光部７Ｉこよって形成された散乱光
検出可能領域である。領域８は軸ＣＩ−〇、と同軸の軸
を有する紡錘状で、該領域８の中心は三軸Ａｌ　　ｋ２
　ｂ　Ｂ　Ｉ　　Ｂ　１、ｃｌ−ｃ、の交点ＯＩこ一致
しており、またこの領域８から出射された光のみが集光
レンズ４によって集光されて光電変換器５Ｉご入射させ
られる可能性がある。すなわち領域８は、測定液体２中
の微粒予告こよるレーザビーム３の散乱光のうち該領域
８で発生した散乱光のみが受光部７番ζよって検出可能
となっている領域であって、領域８で発生してもレンズ
４で集光されない散乱光は、もちろん受光部７によって
も検出されない。領域８は換言すれば受光部７の立体的
な視野領域である。

第４図１こおいては受光部７が上述のように構成されて
いるので、領域８で一個の散乱光が発生してこの散乱光
が光電変換器５＃ζ入射され、かつ該散乱光の発生源で
ある微粒子が測定液体２に搬送されて領域８を通過する
と、電気信号５ａはパルス状となる。故に信号５ａを形
成するパルスの個数と大きさと）こよって領域８を通過
する前記微粒子の個数と大きさとを検出することができ
るが。

領域８におけるレーザビーム３の強度分布にばらつきが
あると、受光部７で検出される散乱光の状態が領域８−
ζおける微粒子の状態に対応しなくなるので電気信号５
ａｌこは検出誤差が発生する。すなわち第５図はこのよ
うな検出誤差を発生する一原因の説明図で、第５図囚は
第４図において領域８近傍を軸Ａ１−Ａ、と軸Ｃ，−Ｃ
！とで形成される面で切断した場合の図形に対応する図
形である。

第５図（２）■こおける９は第４図の領域８に対応する
散乱光検出可能領域で、この場合第４図のレーザビーム
３＃ζ対応するようｌこして、軸が交点Ｏを通るように
円形断面を有する単−横モードのレーザビーム１０が配
設され、レーザビーム１０は領域９を貫通するように構
成されでいる。１１ａ、Ｌｌｂは測定液体２と共−ζ図
の紙面上を領域９を横切るようＩＣＬで上向きに移動す
る、該測定液体２Ｉζ含まれた、同じ大きさを有する球
形の二個の微粒子である。レーザビーム１０は単−横モ
ードであるから軸Ｃ，−Ｃ，上におけるレーザビーム１
０の強度分布は第５図ＯＩζ示したよう昏ζ吊鐘状にな
っている。したがってこのような強度分布を有するレー
ザビーム１０を第５図（２）に図示したように配設した
領域９を、上述のよう瞥ζして微粒子１１ａ。

１１ｂが横切ると、これら微粒子が領域９を横切る経路
によってはレーザビーム１０による散乱光が発生しない
場合が生じ、あるいは同じ大きざの微粒子１１８．１１
ｂに対してそｎぞれ強度の異なる散乱光が発生する場合
が生じる。故にこのような散乱光検出可能領域９から出
射される散乱光を検出して測定液体２中の微粒子θ〕状
態を測定しようとすると、前者の場合微粒子の個数に対
する測定誤差を生じ、後者の場合微粒子の大きさ１こ関
する測定誤差を生じるという問題があり、このため第４
図の微粒子検出装置Ｃζおいては要部が第６図に示した
よう静こ構成されている。

第６図（Ａ）、■はそれぞれ第５図＾、■に対応する説
明図で、第６図−ζおけるＰ、はレーザビーム３の強度
分布のピーク値、Ｐｌはピーク値Ｐ０よりも光強度がｋ
だけ弱いビーム３の強度である。

Ｐｌは、レーザビームの強度がＰｏとＰ、との間ＩＣあ
る限り、第４図に示した電気信号５ａに許容誤差以上の
検出誤差を生じることのないレーザ光の強度で、第６図
においては領域８の右端招よびでいる。第６図−ζおい
てはビーム３と領域８とが上述のように配置されている
ので、領域８はレーザビーム３の強度分布がほぼ一様−
ζなっている該レーザビームの部分疹ζ配置されている
ことｌこなり。

この場合前述した所から明らかなよう騒ζ、領域８は測
定液体２内ｌζ配置されている。したがってこのように
各部が構成された第４図の微粒子検出装置普ζおいては
、領域８＃ζ存在するレーザ光の強度分布の不均一−こ
もとづいて検出誤差が発生するということはないが、一
方以下暑こ説明するような問題がある。

すなわち、今、第４図の検出装置１こおいて検出可能な
微粒子の大きさを小さくしようとし、た場合、微粒子の
大きさが小さくなっても散乱光量が少なくならないよう
１こするためにレーザビーム３の光強度を強くする必要
があるが、このためレーザビーム３を絞って光強度の強
化を図ろうとすると、第６図で示した、光強度が２１以
上であるレーザ光領域も狭くなるので、これに応じて散
乱光検出可能領域８もおのずから狭くせざるを得ず、領
域８を狭くするため１こ開口部材６の貫通孔６ａを小ざ
くすると該貫通孔６ａを通過する散乱光量が減少するの
で、光電変換器５Ｉこ入射する散乱光量はレーザビーム
３の光強度を強くした割膠ζは増加しないこと一ζなる
。すなわち第４図＃Ｃ示した従来の微粒子検出装置−ζ
は、レーザビーム３を絞って該ビームの強度を強くして
も、微粒子の標準試料として用いられているポリスチレ
ン球の径で０．３〜０．５〔μｍ〕とされている従来の
検出可能最小粒径よりも小さい微粒子を検出することが
できないという問題がある。換言すれｉｆ従来の微粒子
検出装置−ζは大出力のレーザ発生器を用いないと従来
以上−ζ小さい微粒子を検出することができないという
問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は、上述したような従来の微粒子検出装置におけ
る問題を解消して、従来以上に大きざの小さい微粒子の
検出を容易−ζ行うことができる。

レーザ光を用いた散乱光検出式の液体用微粒子検出装置
を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

本発明は、上述の目的を達成するため疹ζ、横モードが
多モード優ζなっているレーザ光を発生する内部鏡式レ
ーザ光発生器を備え、該レーザ光を、微粒子を含みかつ
該レーザ光が透過しうる測定液体に投射するレーザ光出
射部と；受光機構と該受光機構督ζよって形成された散
乱光検出可能領域とを有し、かつレーザ光が測定液体を
透過する透過領域に散乱光検出可能領域が配置され、か
つ散乱光検出可能領域で発生した微粒子によるレーザ光
の散乱光を受光して電気信号に変換する受光部と；から
なり、該電気信号にもとづいて微粒子の検出を行う液体
用微粒子検出装置において、散乱光検出可能領域が、レ
ーザ光の強度分布がほぼ一様になっているレーザ光の部
分に配置されるように、前記受光機構を構成したもので
、このように本発明を構成すること駈こよって、測定液
体重こ投射するレーザ光を絞ってレーザ光強度を強くす
るよう−こしても、該レーザ光が多モードであるために
、レーザ光強度分布の一様な壁間的部分が単−横モード
レーザ光はどには狭くなることがなく、このためこの空
間的部分憂ζ配置される散乱光検出可能領域も狭く設定
する必要がなくなって、結局、大出力のレーザ光発生器
を用いることな〈従来以上に゛大きさの小さい微粒子の
検出が行える微粒子検出装置が得られるよう騒ζしたも
のである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例の構成図で、第１図において
は第４図におけるものと同一の機能を有する部分には同
一の符号が付しである。第１図において、１６は横モー
ドが多モード−こなっているレーザ光１６ａを発生する
内部鏡式のレーザ光発生器で、１７は発生器１６から出
射されたレーザ光１６ａを集束して、７０−セル１に投
射されるレーザビーム３にする集束レンズである。この
場合、測定液体２は紙面に垂直な方向−ζ７０−セル１
を貫流するように構成されている。ｚ３はレーザ光発生
器１６と集束レンズ１７とからなるレーザ光出射部であ
る。レンズ１７によって交点０に集束されたレーザビー
ム３はフローセル１を透過して該７０−セル外に出射さ
せられるが、１８は。

このようにしてフローセル１から出てきた出射レーザ光
が１反射１こよってレーザ光発生器１６に戻って該発生
器におけるレーザ発振が停止することのないように、前
記出射レーザ光を吸収するビームストッパであって％　
１９は図示の各部からなる微粒子検出装置である。微粒
子検出装置１９においては、光電変換器５の受光機能を
有する部分。

たとえば図示していないレンズ系および受光面と、開口
部材６と、集光レンズ４とで受光機構２０が構成されて
いて、該機構２０によって中心が交点ＯＩこ一致するよ
う−こ形成された散乱光検出可能領域８と、レーザビー
ム３の強度分布と、の位置関係は第２図のようになって
いる。

すなわち第２図囚、■はそれぞれ第６図（２）、８夛ζ
対応する説明図で、第２図において２１はレーザビーム
３の軸Ｃ１−Ｃ！上の強度分布特性線。

Ｐｏｔは特性線２１上の最大値、Ｐ８．は強度値Ｐｏｔ
よりもｋだけ弱い強度値である。この場合特性線２１上
の強度がｐｔｔになる、軸Ｃ１−Ｃ，上の点が。

第６図に示した点り、、Ｄ、に一致するように、第１図
におけるレーザ光発生器１６、集束レンズ１７が構成さ
れ、散乱光検出領域８も第６図憂ζおける領域８と同じ
形状、同じ寸法であるよう蚤こ形成されている。ｌ、は
二点Ｄ１．Ｄ、間の距離ｂＬｌはレーザビーム３の直径
である。２２は、第１図の集束レンズ１７を別σ】レン
ズとしてレーザ光１６ａの集束度合いを弱め、換言すれ
ばレーザビーム３の直径を大きくしてレーザビーム３ａ
とし、軸Ｃ，−Ｃ，上のビーム３ａの強度分布の最大値
が第６図−ζ示したピーク値Ｐ、に等しくなるようにし
た時の、レーザビーム３ａの軸Ｃ，−Ｃ，上の強度分布
特性線で、Ｌ、はこのレーザビーム３ａの直径、１２は
特性線２２上の光強度がＰｌｓこなる、軸ＣＩ−〇！上
の二点間の距離である。特性線２２は特性線２１を有す
るレーザビーム３の集束度合いを弱めで得られた特性線
であるからＰｏ　＜　Ｆｏｒであり、１１＜１！であり
、Ｌｔ＜Ｌｘである。第２図においては各図形が上述の
ようにして得られたものであって、この場合、Ｌ、も第
６図−ζ右けるレーザビーム３の直径Ｌ＃ζ等しくなっ
ているように関係要部が構成されているが、ビーム３ａ
は多モードレーザ光であるから、長ざ１．はレーザビー
ム３が単一モードレーザ光となっている第６図の場合の
対応する長ざｌよりも１．５〜２倍程度長くなっている
。故ＳＣレーザビーム３ａを絞って、光強度分布がほぼ
一様夛ζなっている部分の長さが１！から領域８０大き
さにほぼ等しい長さ１１にまで短くなるようにすると、
光強度分布の最大値がＰｏよりも大きいＰｏ１となるわ
けで、第２図の特性線２１はこのよう醗こして特性線２
２から得られたものと考えてもよいものである。

上述した所から明らかなよう−こ、第１図においては領
域８がレーザビーム３の光強度分布がほぼ一様になって
いる該ビーム３の部分内に配置され、しかもこの部分の
光強度は第４図１ζぢいて領域８が存在する部分の光強
度よりも強くなっており。

かつ第１図の領域８と第４図σ）領域８とは同じ形状、
大きさを有している。故に第１図１こ示した微粒子検出
装置１９によれば、第４図に示した検出装置によるより
も小さい大きざの微粒子の検出が、大出力のレーザ光発
生器を用いることなく行えることが明らかである。第３
図は第１図の微粒子検出装置１９を用いて行ったー実験
結果説明図で、この実験は、標準微粒子として直径ｏ−
ｒｔ　Ｃμｍ〕のポリスチレン球を用い、これを水に混
じて得た試料液体憂こついて行ったものである。図の縦
軸は第１図の電気信号５ａｌこもとづいて得られたパル
スの計数値で、　　ｌｏｇは常用対数を示している。第
３図において、低試料粒子濃度領域昏こ見られる実験結
果の飽和状態は、試料水作成中に空気中の塵埃等が混入
すること−こよって生じた試料粒子濃度の不正確さにも
とづくもので、高試料粒子濃度に見られる飽和傾向は、
散乱光検出可能領域８に同時に複数個の微粒子が存在す
る確率が高くなったために生じたものである。後者の飽
和傾向は第４回置こ示した従来の微粒子検出装置しこも
同様に発生する現象である。第３図から、第１図の検出
装置１９によればＯ，ｌＩＣμｍ〕程度までの大きさの
微粒子検出が行えることが明らかである。なおこの実験
夛ζおいては、交点０におけるレーザビーム３の直径は
５０（μｍ）、領域８の体積は２　Ｘ　ｔｏ−’〔−〕
、７０−セル１における試料水の流路断面積は０，１６
（ｄ）であった。

上述の実施例に８いては開口部材６の貫通孔６ａは円形
としたが１本発明は該貫通孔がスリットや他の形状卑で
あってもよいものであり、また上述の実施例においては
受光部７の軸がレーザビーム３の光軸−ζ直交するもσ
）としたが１本発明では両軸の交角は９００以外であっ
ても差し支えないものである。ざら疹こまた第１図＋Ｃ
おいてはレーザビーム３が測定液体２中をすべて透過す
るようにしたが、本発明は、逆に、測定液体を柱状に形
成してこ０〕ように形成された測定液体がレーザビーム
中を貫通するようにしてもよいものであり、さらに本発
明においては、後者の場合、散乱光検出可能領域が、レ
ーザ光の強度分布がほぼ一様になっている該レーザ光の
部分−こ配置されていさえすれば、前記領域のすべてが
測定液体で満されるようになっていなくても差し支えな
いものである。なお本発明が７０−セル１の上述した形
状や三軸氏−Ａ、、Ｂ、−Ｂ、、Ｃ１−Ｃ１の上述した
空間的方向に限定されるものでないことは説明するまで
もなく明らかである。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明においては、横モードが多モー
ド−こなっているレーザ光を発生する内部鋺式レーザ光
発生器を備え、該レーザ光を、微粒子を含みかつ該レー
ザ光が透過しつる測定液体に投射するレーザ光出射部と
；受光機構と該受光機構膠ζよって形成された散乱光検
出可能領域とを有し、かつレーザ光が測定液体を透過す
る透過領域に散乱光検出可能領域が配置され、かつ散乱
光検出可能領域で発生した微粒子によるレーザ光の散乱
光を受光して電気信号に変換する受光部と；からなり、
該電気信号蚤こもとづいて微粒子の検出を行う液体用微
粒子検出装置において、散乱光検出可能領域が、レーザ
光の強度分布がほぼ一様になっているレーザ光の部分−
こ配置されるように、前記受光機構を構成したので、こ
のように本発明を構成すること蚤こよって、測定液体に
投射するレーザ光を絞ってレーザ光強度を強くするよう
にしても、該レーザ光が多モードであるために、レーザ
光強度分布の一様な空間的部分が単一モードレーザ光は
ど−こは狭くなることがなく、このためこの空間的部分
１こ配置される散乱光検出可能領域も狭く設定する必要
がなくなって、結局、大出力のレーザ光発生器を用いる
ことな〈従来以上に大きさの小さい微粒子の検出が行え
る微粒子検出装置が得らｎる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は第１図に
おける要部の説明図で、同図図は要部配置図、同図■は
レーザ光強度分布図である。第３二は実験結果説明図、
第４図は従来σ１微粒子検出＼装置σ〕構成説明図、第
５図は従来技術説明図で同図（２）は要部配置図、同図
■はレーザ光強度分布図である。第６図は第４図におけ
る要部の説明図で、同図図は要部配置図、同図■はレー
ザ光強度分布図である。 ２・・・・・・測定液体、５ａ・・・・・・電気信号、
７・・・・・・受光部、８．９・・・・・・散乱光検出
可能領域、１ｌａｌｌｌｂ・・・・・・微粒子、１６・
・・・・・レーザ光発生器、Ｌ６ａ・・・・・・レーザ
光、−１９・・・・・・微粒子検出装置、２０・・・・
・・受光機構、２３・・・・・・レーザ光出射部。 第　　１　　図 Ａ１ 第　　２　　図 奮戊ｆ＋オπ子：ａ’ｆ！ｔ　　ｌｏｙ、（＠／ｍｌ＞
第　　３　　口 ／−ＩＪ 第　　５　　の ｖＪ　Ｃ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 横モードが多モードになつているレーザ光を発生する内
   部鏡式レーザ光発生器を備え、前記レーザ光を、微粒子
   を含みかつ前記レーザ光が透過しうる測定液体に投射す
   るレーザ光出射部と；受光機構と該受光機構によつて形
   成された散乱光検出可能領域とを有し、かつ前記レーザ
   光が前記測定液体を透過する透過領域に前記散乱光検出
   可能領域が配置され、かつ前記散乱光検出可能領域で発
   生した前記微粒子による前記レーザ光の散乱光を受光し
   て電気信号に変換する受光部と；からなり、前記電気信
   号にもとづいて前記微粒子の検出を行う液体用微粒子検
   出装置において、前記散乱光検出可能領域が、前記レー
   ザ光の強度分布がほぼ一様になつている該レーザ光の部
   分に配置されるように、前記受光機構を構成したことを
   特徴とする液体用微粒子検出装置。