JPWO2004029589A1 - フローセル及びそれを用いた粒子測定装置 - Google Patents
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Abstract
集光レンズの集光角を最大限に利用して散乱光などをより多く検出することができるフローセルを提供する。レーザ光Ｌａを照射して粒子検出領域Ｍを内部に形成し、この粒子検出領域Ｍを通過する試料流体に含まれる粒子が発する散乱光Ｌｓを集光レンズＬで集光し、粒径などの情報を得るためのフローセルにおいて、散乱光Ｌｓが集光レンズＬの集光角θを最大限に利用して集光されるように内壁部３ａ，３ｂを形成した。
Description
本発明は、光を照射して試料流体に含まれる粒子が発する散乱光などを検出して粒径などの情報を得るために試料流体を流すフローセル及びそれを用いた粒子測定装置に関する。
第６図（ａ）に示すように、従来の粒子測定装置に用いられるフローセル１００は、透明部材から成り、所定長さの直線流路１００ａを有し、断面が四角形状であって、全体としてＬ型筒形状に形成されている。直線流路１００ａの中心軸は、集光レンズ系１０１による散乱光Ｌｓの受光軸とほぼ一致している（例えば、特開平１１−２１１６５０号公報参照）。なお、１０２はレーザ光源、１０３は光電変換素子である。
しかし、従来の粒子測定装置に用いられるフローセル１００においては、粒子検出領域Ｍを通過した粒子が発する散乱光Ｌｓがフローセル１００を形成する４つの内壁部ｂ，ｃ，ｄ，ｅによってその進路が制限され、集光レンズ系１０１の集光角を最大限に利用できないという問題点を有している。即ち、散乱光Ｌｓは、第６図（ｂ）に示すように、内壁部ｂと内壁部ｃによってその進路が制限され、また第６図（ｃ）に示すように、内壁部ｄと内壁部ｅによってその進路が制限されるので、集光レンズ系１０１の集光角を最大限に利用できない。
そこで、散乱光Ｌｓの検出レベルを高めて粒子の検出精度を上げるためには集光レンズ系１０１の集光角を最大限に利用する必要がある。
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、集光手段の集光角を最大限に利用して散乱光などをより多く検出することができるフローセル及びそれを用いた粒子測定装置を提供しようとするものである。
しかし、従来の粒子測定装置に用いられるフローセル１００においては、粒子検出領域Ｍを通過した粒子が発する散乱光Ｌｓがフローセル１００を形成する４つの内壁部ｂ，ｃ，ｄ，ｅによってその進路が制限され、集光レンズ系１０１の集光角を最大限に利用できないという問題点を有している。即ち、散乱光Ｌｓは、第６図（ｂ）に示すように、内壁部ｂと内壁部ｃによってその進路が制限され、また第６図（ｃ）に示すように、内壁部ｄと内壁部ｅによってその進路が制限されるので、集光レンズ系１０１の集光角を最大限に利用できない。
そこで、散乱光Ｌｓの検出レベルを高めて粒子の検出精度を上げるためには集光レンズ系１０１の集光角を最大限に利用する必要がある。
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、集光手段の集光角を最大限に利用して散乱光などをより多く検出することができるフローセル及びそれを用いた粒子測定装置を提供しようとするものである。
上記課題を解決すべく請求の範囲第１項に係る発明は、光を照射して粒子検出領域を内部に形成し、この粒子検出領域を通過する試料流体に含まれる粒子が発する散乱光などを集光手段で集光し、粒径などの情報を得るためのフローセルにおいて、前記散乱光などが前記集光手段の集光角を最大限に利用して集光されるように内壁部を形成したものである。
請求の範囲第２項に係る発明は、請求の範囲第１項記載のフローセルと、このフローセルを流れる試料流体に光を照射して粒子検出領域を形成する光源と、前記粒子検出領域における粒子の散乱光または回折光を検出処理する光学的検出処理手段を備える。
請求の範囲第２項に係る発明は、請求の範囲第１項記載のフローセルと、このフローセルを流れる試料流体に光を照射して粒子検出領域を形成する光源と、前記粒子検出領域における粒子の散乱光または回折光を検出処理する光学的検出処理手段を備える。
第１図は、本発明の第１の実施の形態に係るフローセルの斜視図である。
第２図は、第１図のＡ−Ａ線断面図（ａ）とＢ−Ｂ線断面図（ｂ）である。
第３図は、本発明の第２の実施の形態に係るフローセルの斜視図である。
第４図は、第３図のＣ−Ｃ線断面図（ａ）とＤ−Ｄ線断面図（ｂ）である。
第５図は、本発明に係る粒子測定装置の概略構成図である。
第６図は、従来の粒子測定装置の概略構成図（ａ）、フローセルの縦断面図（ｂ）、フローセルの横断面図（ｃ）である。
第２図は、第１図のＡ−Ａ線断面図（ａ）とＢ−Ｂ線断面図（ｂ）である。
第３図は、本発明の第２の実施の形態に係るフローセルの斜視図である。
第４図は、第３図のＣ−Ｃ線断面図（ａ）とＤ−Ｄ線断面図（ｂ）である。
第５図は、本発明に係る粒子測定装置の概略構成図である。
第６図は、従来の粒子測定装置の概略構成図（ａ）、フローセルの縦断面図（ｂ）、フローセルの横断面図（ｃ）である。
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、第１図は本発明の第１の実施の形態に係るフローセルの斜視図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図（ａ）とＢ−Ｂ線断面図（ｂ）、第３図は本発明の第２の実施の形態に係るフローセルの斜視図、第４図は第３図のＣ−Ｃ線断面図（ａ）とＤ−Ｄ線断面図（ｂ）、第５図は本発明に係る粒子測定装置の概略構成図である。
本発明の第１の実施の形態に係るフローセル１は、第１図と第２図に示すように、透明部材で形成され、矢印方向に試料流体を流してレーザ光Ｌａと粒子検出領域Ｍを形成する流路２と、この流路２と直交すると共に流路２と集光レンズＬの間に位置して両端に出口を有する流路３からなる。
流路２は４つの内壁部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄからなり、断面が四角形状に形成されている。また、流路３も４つの内壁部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄからなり、断面が四角形状に形成されている。
粒子検出領域Ｍは、第２図に示すように、散乱光Ｌｓを集光する集光レンズＬの集光角θを最大限に利用するため、流路２の４つの内壁部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの端部が集光レンズＬの最外縁部に入射する散乱光Ｌｓの妨げにならない位置に設定される。
第２図（ａ）に示すように、流路３の両端を開口して、第６図（ｂ）において直線流路１００ａの内壁部ｃの散乱光Ｌｓの進路を制限していた部分を取り去り、集光レンズＬの最外縁部に入射する散乱光Ｌｓの妨げにならないようにしている。
更に、第２図（ｂ）に示すように、流路３の２つの内壁部３ｃ，３ｄが集光レンズＬの最外縁部に入射する散乱光Ｌｓの妨げにならないように、内壁部３ｃと内壁部３ｄの間隔を内壁部２ｃと内壁部２ｄの間隔よりも大きくしている。
以上のように構成した第１の実施の形態に係るフローセル１においては、粒子検出領域Ｍを通過する試料流体に含まれる粒子が発する散乱光Ｌｓは、集光レンズＬの集光角θを最大限に利用して集光される。
なお、第１の実施の形態では、流路３の両端を開口して出口としたが、流路３の一端だけ開口し他端を閉塞してもよい。その場合、閉塞する内壁部が集光レンズＬの最外縁部に入射する散乱光Ｌｓの妨げにならないように、内壁部を形成しなければならない。
次に、本発明の第２の実施の形態に係るフローセル１０は、第３図と第４図に示すように、透明部材で形成され、断面が矩形状の流路１１と、四角錐形状の流路１２と、矢印方向に試料流体を流してレーザ光Ｌａが粒子検出領域Ｍを内部に形成する断面が矩形状の流路１３と、四角錐形状の流路１４と、断面が矩形状の流路１５からなる。
流路１３は、所望な大きさの粒子検出領域Ｍが形成できる断面積及び長さを有する。流路１１と流路１５、流路１２と流路１４は、夫々流路１３の中心を中心として点対称で形成されている。
また、第４図に示すように、散乱光Ｌｓを集光する集光レンズＬの集光角θを最大限に利用するため、流路１４の４つの内壁部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、集光レンズＬの最外縁部に入射する散乱光Ｌｓの妨げにならないように形成されている。
以上のように構成した第２の実施の形態に係るフローセル１０においては、粒子検出領域Ｍを通過する試料流体に含まれる粒子が発する散乱光Ｌｓは、集光レンズＬの集光角θを最大限に利用して集光される。
なお、第２の実施の形態では、流路１２と流路１４を四角錐形状に形成したが、円錐形状に形成して集光レンズＬの集光角θを最大限に利用することもできる。また、集光レンズＬをフローセル１０の反対側にもう一つ設け、集光角θを２倍にすることもできる。
フローセル１，１０は、すべての部分が透明な部材である必要はなく、光の通らない部分は不透明な部材で形成してもよい。また、フローセル１，１０は、一体化している必要はなく、複数の部材を組み合わせて同様の機能を有するようにしたものでもよい。
次に、本発明に係る粒子測定装置は、第５図に示すように、第１図に示すフローセル１、レーザ光源２０、集光レンズＬを含む集光光学系２１、光電変換素子２２などを備えている。なお、フローセル１に替えて第３図に示すフローセル１０を用いることもできる。
レーザ光源２０は、フローセル１の流路２の所定箇所にレーザ光Ｌａを照射して粒子検出領域Ｍを形成する。ここで、レーザ光Ｌａの光軸は、流路２内において流路２の中心軸とほぼ直交している。
集光光学系２１は、フローセル１の流路２の中心軸と一致する光軸を有し、粒子検出領域Ｍにおいてレーザ光Ｌａを受けた粒子が発する散乱光Ｌｓを集光する。なお、集光光学系２１は、必ずしもフローセル１の流路２の中心軸上に設ける必要はない。
光電変換素子２２は、集光光学系２１の光軸上に設けられ、集光光学系２１により集光された散乱光Ｌｓを受光し、散乱光Ｌｓをその強度に応じた電圧に変換する。なお、集光光学系２１以降の手段を光学的検出処理手段という。
以上のように構成した本発明に係る粒子測定装置の動作について説明する。レーザ光源２０から出射したレーザ光Ｌａが流路２の所定箇所に照射され、粒子検出領域Ｍを形成する。そこで、試料流体に含まれる粒子が粒子検出領域Ｍを通過すると、粒子にレーザ光Ｌａが照射され、粒子が散乱光Ｌｓを発する。
散乱光Ｌｓは、フローセル１の流路２，３の形状により、集光光学系２１がその集光角θを最大限に利用して光電変換素子２２に集光される。すると、光電変換素子２２に集光された散乱光Ｌｓは、光電変換素子２２により散乱光Ｌｓの強度に応じた電圧に変換される。
従って、フローセル１の流路２，３の形状を、集光光学系２１がその集光角θを最大限に利用して散乱光Ｌｓを光電変換素子２２に集光することができるように形成したので、検出レベルを上げることができる。
本発明の第１の実施の形態に係るフローセル１は、第１図と第２図に示すように、透明部材で形成され、矢印方向に試料流体を流してレーザ光Ｌａと粒子検出領域Ｍを形成する流路２と、この流路２と直交すると共に流路２と集光レンズＬの間に位置して両端に出口を有する流路３からなる。
流路２は４つの内壁部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄからなり、断面が四角形状に形成されている。また、流路３も４つの内壁部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄからなり、断面が四角形状に形成されている。
粒子検出領域Ｍは、第２図に示すように、散乱光Ｌｓを集光する集光レンズＬの集光角θを最大限に利用するため、流路２の４つの内壁部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの端部が集光レンズＬの最外縁部に入射する散乱光Ｌｓの妨げにならない位置に設定される。
第２図（ａ）に示すように、流路３の両端を開口して、第６図（ｂ）において直線流路１００ａの内壁部ｃの散乱光Ｌｓの進路を制限していた部分を取り去り、集光レンズＬの最外縁部に入射する散乱光Ｌｓの妨げにならないようにしている。
更に、第２図（ｂ）に示すように、流路３の２つの内壁部３ｃ，３ｄが集光レンズＬの最外縁部に入射する散乱光Ｌｓの妨げにならないように、内壁部３ｃと内壁部３ｄの間隔を内壁部２ｃと内壁部２ｄの間隔よりも大きくしている。
以上のように構成した第１の実施の形態に係るフローセル１においては、粒子検出領域Ｍを通過する試料流体に含まれる粒子が発する散乱光Ｌｓは、集光レンズＬの集光角θを最大限に利用して集光される。
なお、第１の実施の形態では、流路３の両端を開口して出口としたが、流路３の一端だけ開口し他端を閉塞してもよい。その場合、閉塞する内壁部が集光レンズＬの最外縁部に入射する散乱光Ｌｓの妨げにならないように、内壁部を形成しなければならない。
次に、本発明の第２の実施の形態に係るフローセル１０は、第３図と第４図に示すように、透明部材で形成され、断面が矩形状の流路１１と、四角錐形状の流路１２と、矢印方向に試料流体を流してレーザ光Ｌａが粒子検出領域Ｍを内部に形成する断面が矩形状の流路１３と、四角錐形状の流路１４と、断面が矩形状の流路１５からなる。
流路１３は、所望な大きさの粒子検出領域Ｍが形成できる断面積及び長さを有する。流路１１と流路１５、流路１２と流路１４は、夫々流路１３の中心を中心として点対称で形成されている。
また、第４図に示すように、散乱光Ｌｓを集光する集光レンズＬの集光角θを最大限に利用するため、流路１４の４つの内壁部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、集光レンズＬの最外縁部に入射する散乱光Ｌｓの妨げにならないように形成されている。
以上のように構成した第２の実施の形態に係るフローセル１０においては、粒子検出領域Ｍを通過する試料流体に含まれる粒子が発する散乱光Ｌｓは、集光レンズＬの集光角θを最大限に利用して集光される。
なお、第２の実施の形態では、流路１２と流路１４を四角錐形状に形成したが、円錐形状に形成して集光レンズＬの集光角θを最大限に利用することもできる。また、集光レンズＬをフローセル１０の反対側にもう一つ設け、集光角θを２倍にすることもできる。
フローセル１，１０は、すべての部分が透明な部材である必要はなく、光の通らない部分は不透明な部材で形成してもよい。また、フローセル１，１０は、一体化している必要はなく、複数の部材を組み合わせて同様の機能を有するようにしたものでもよい。
次に、本発明に係る粒子測定装置は、第５図に示すように、第１図に示すフローセル１、レーザ光源２０、集光レンズＬを含む集光光学系２１、光電変換素子２２などを備えている。なお、フローセル１に替えて第３図に示すフローセル１０を用いることもできる。
レーザ光源２０は、フローセル１の流路２の所定箇所にレーザ光Ｌａを照射して粒子検出領域Ｍを形成する。ここで、レーザ光Ｌａの光軸は、流路２内において流路２の中心軸とほぼ直交している。
集光光学系２１は、フローセル１の流路２の中心軸と一致する光軸を有し、粒子検出領域Ｍにおいてレーザ光Ｌａを受けた粒子が発する散乱光Ｌｓを集光する。なお、集光光学系２１は、必ずしもフローセル１の流路２の中心軸上に設ける必要はない。
光電変換素子２２は、集光光学系２１の光軸上に設けられ、集光光学系２１により集光された散乱光Ｌｓを受光し、散乱光Ｌｓをその強度に応じた電圧に変換する。なお、集光光学系２１以降の手段を光学的検出処理手段という。
以上のように構成した本発明に係る粒子測定装置の動作について説明する。レーザ光源２０から出射したレーザ光Ｌａが流路２の所定箇所に照射され、粒子検出領域Ｍを形成する。そこで、試料流体に含まれる粒子が粒子検出領域Ｍを通過すると、粒子にレーザ光Ｌａが照射され、粒子が散乱光Ｌｓを発する。
散乱光Ｌｓは、フローセル１の流路２，３の形状により、集光光学系２１がその集光角θを最大限に利用して光電変換素子２２に集光される。すると、光電変換素子２２に集光された散乱光Ｌｓは、光電変換素子２２により散乱光Ｌｓの強度に応じた電圧に変換される。
従って、フローセル１の流路２，３の形状を、集光光学系２１がその集光角θを最大限に利用して散乱光Ｌｓを光電変換素子２２に集光することができるように形成したので、検出レベルを上げることができる。
以上説明したように請求の範囲第１項に係る発明によれば、粒子検出領域を通過する試料流体に含まれる粒子が光源からの光を受けて発する散乱光などを、集光手段の集光角を最大限に利用して集光することができる。
請求の範囲第２項に係る発明によれば、フローセルの流路の形状を、光学的検出処理手段がその集光角を最大限に利用して散乱光を集光することができるように形成したので、検出レベルを上げることができる。
請求の範囲第２項に係る発明によれば、フローセルの流路の形状を、光学的検出処理手段がその集光角を最大限に利用して散乱光を集光することができるように形成したので、検出レベルを上げることができる。
Claims (2)
- 光を照射して粒子検出領域を内部に形成し、この粒子検出領域を通過する試料流体に含まれる粒子が発する散乱光などを集光手段で集光し、粒径などの情報を得るためのフローセルにおいて、前記散乱光などが前記集光手段の集光角を最大限に利用して集光されるように内壁部を形成したことを特徴とするフローセル。
- 請求の範囲第１項記載のフローセルと、このフローセルを流れる試料流体に光を照射して粒子検出領域を形成する光源と、前記粒子検出領域における粒子の散乱光または回折光を検出処理する光学的検出処理手段を備えることを特徴とする粒子測定装置。
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