KR20200092263A - 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀 및 입자 계수 장치 - Google Patents
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Abstract
유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀은 적어도 소정의 부위가 투광성을 갖는 재료로 형성된 본체와, 상기 본체의 내부에 형성되어 양단의 개구가 상기 본체의 대략 동일 방향의 외면에 형성되어 있는 유체가 흐르는 유로를 구비하며, 상기 유로는 대향하는 평면 형상의 2개의 벽면 사이에 배치된 소정 구간을 갖고, 상기 소정의 부위는 상기 소정 구간을 포함한다.
Description
본 개시의 일 양태는 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀 및 입자 계수 장치에 관한 것이다.
본원은 2019년 1월 24일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2019-009880호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래, 복수의 시료 액체를 연속적으로 측정하기 위한 복수 개의 플로우 셀을 구비한 측정 장치가 알려져 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 2002-243632호를 참조). 이 측정 장치에 있어서는, 조사 광학계 및 수광 광학계가 소정의 위치로 고정된다. 한편, 수평 방향으로 배열된 복수 개의 플로우 셀이 전체적으로 이동 가능하도록 형성되어 있다. 측정 대상의 플로우 셀이 조사 광학계의 광로 상에 배치되도록 복수 개의 플로우 셀 전체를 수평 방향으로 이동시키고, 위치 결정을 실시한다. 그 후, 시료 액체의 측정이 행해진다.
상기 선행 기술에서는 플로우 셀의 이동에 수반하여 각 플로우 셀에 접속된 배관도 이동한다. 이 때, 움직이거나 구부러진 배관의 내벽 등에서는 미세한 입자가 발생한다. 이와 같은 입자는 시료 액체에 포함되는 입자를 검출할 때, 노이즈 원인이 될 수 있다. 따라서, 배관의 이동에 기인하여, 시료 액체 중의 입자 검출의 정밀도가 저하될 우려가 있다. 또한, 하나의 플로우 셀을 구비한 측정 장치에 있어서도, 배관의 접속 양태에 따라서는 배관이 움직이기 용이해진다. 이 때문에, 동일하게 시료 액체 중의 입자의 검출의 정밀도가 저하될 우려가 있다.
이에, 본 개시에 있어서의 하나의 목적은 시료 유체 중의 입자를 정밀하게 검출하는 기술을 제공하는 것에 있다.
본 개시의 일 양태는 이하의 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀 및 입자 계수 장치를 제공한다. 한편, 이하의 괄호 안의 문언은 어디까지나 예시이며, 본 개시의 양태는 이에 한정되지 않는다.
[유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀]
본 개시의 일 양태에 따른 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀(본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀)은 적어도 소정의 부위가 투광성을 갖는 재료로 형성된 본체와, 본체의 내부에 형성되어 양단의 개구가 본체의 대략 동일 방향의 외면에 형성되어 있는 유체가 흐르는 유로를 구비하고, 유로는 대향하는 평면 형상의 2개의 벽면 사이에 배치된 소정 구간을 가지며, 소정의 부위는 소정 구간을 포함한다.
유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀은 적어도 소정의 부위가 투광성을 갖는 재료로 형성된 본체와, 상기 본체의 내부에 형성되어 양단의 개구가 상기 본체의 대략 동일 방향의 외면에 형성되어 있는 유체가 흐르는 유로를 구비하고, 상기 유로는 대향하는 평면 형상의 2개의 벽면 사이에 배치된 소정 구간을 갖고, 상기 소정의 부위는 상기 소정 구간을 포함한다.
바람직하게는, 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀에 있어서, 유로는 양단의 개구로서 유체가 유입되는 유입구 및 유체가 배출되는 배출구를 갖고 있다. 유로는 유입구로부터 소정 방향으로 연장된 도입 유로와, 배출구로부터 소정 방향으로 연장되어 도입 유로에 평행한 배출 유로와, 소정 방향에 직교하는 방향에 연장되어 도입 유로 및 배출 유로의 단부의 각각에 접속되는 중계 유로를 포함하며, 일로에 형성되어 있다. 도입 유로의 일 부위에 있어서, 평면 형상의 2개의 벽면이 중계 유로가 연장되는 방향으로 대향하고 있다.
본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀은 유체 중에 부유하는 물질을 측정할 때 사용되는 플로우 셀이다. 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀(그 본체)에서는 적어도 소정의 부위(조사광이 통과하는 부위)가 투광성을 갖는 재료로 형성되어 있다. 또한, 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀의 내부에는 유체를 통과시키는 유로가 형성되어 있다. 이 유로는 소정 구간(도입 유로의 일부위)을 갖고 있다. 이 소정 구간은 대향하는 평면 형상의 2개의 벽면(예를 들면, 상하의 벽면)의 사이에 배치되어 있다. 유로의 양단의 개구는 각각, 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀의 동일 방향의 외면에 형성되어 있다. 이들 2개의 개구가 유체의 출입구가 된다. 측정시에는, 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀에 2개의 배관이 접속된다.
여기서, 2개의 개구(유로의 양단)가 상이한 방향의 외면에 형성되어 있는 경우에는, 각 개구에 접속된 2개의 배관은 필연적으로 상이한 방향으로 연장된다. 연장되는 방향에 따라서는, 이들 배관을 일정한 위치로 안정시키는 것이 곤란하다. 그리고, 측정 중에 배관이 움직이면, 그 움직임에 따라 배관의 내벽 등으로부터, 미세한 입자가 발생하는 경우가 있다. 또한, 측정시에는, 유체 중의 부유 물질로부터 광을 방출시키기 위해 조사광이 조사된다. 움직인 배관이 플로우 셀을 통과한 조사광에 간섭하면, 반사광이 발생하고, 플로우 셀에 입사될 우려가 있다. 이러한 현상은 모두, 유체 중의 물질을 측정하는데 있어서 노이즈 원인이 될 수 있다.
이에 대해, 상기 양태의 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀에 있어서는, 유로의 양단의 개구가 대략 동일 방향의 외면에 형성되어 있다. 이 때문에, 배관을 일정한 위치로 안정시키기 용이하다. 또한, 배관이 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀을 통과한 조사광에 간섭할 수 있는 위치로 연장될 염려가 없다. 따라서, 이 양태의 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀에 의하면, 배관의 움직임에 기인하는 노이즈의 발생을 방지할 수 있다. 그 결과, 부유 물질의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
보다 바람직하게는, 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀은 유체가 유입되는 방향으로, 도입 유로를 가상으로 연장시킨 위치에 상당하는 본체의 부위에 형성되고, 유체가 유입되는 방향으로 광을 집광 가능한 광축을 갖는 집광 부재를 추가로 구비한다.
이 양태의 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀에 있어서는, 도입 유로에 유입된 유체 중의 부유 물질과, 조사광의 작용에 의해, 부유 물질로부터 방출된 광은 도입 유로의 연장 상의 위치에 형성된 집광 부재(집광 렌즈)에 의해 집광된다. 따라서, 이 양태의 유체 중 부유 물질 측정용에 의하면, 부유 물질로부터 방출된 광을 근접한 위치에서, 효과적으로 집광할 수 있다. 따라서, 부유 물질의 측정 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀에 있어서, 유체에 포함되는 부유 물질의 검출 영역이 유로의 소정 구간 내에 형성된다.
이 양태의 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀에 있어서는, 평면 형상의 2개의 벽면이 대향하는 유로의 소정 구간으로 조사광이 조사됨으로써, 유로의 소정 구간 내에 검출 영역이 형성된다. 따라서, 검출 영역에 있어서, 부유 물질과 조사광의 작용에 의해, 부유 물질로부터 방출된 광은 예를 들면, 도입 유로의 연장 상의 위치에 형성된 집광 부재(집광 렌즈)에 의해 집광된다. 여기서, 벽면에서의 난반사를 억제하기 위해, 표면의 요철이 나노 단위로 경면 가공될 필요가 있다. 이 경면 가공하기 위해서는, 벽면은 평면인 편이 좋다. 이 양태의 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀에 의하면, 2개의 벽면이 상술한 바와 같이 평면 형상으로 형성되어 있다. 이 때문에, 검출 영역을 조사광이 통과하는 전후에 있어서(평면 형상의 2개의 벽면을 조사광이 통과할 때), 유로의 벽면과 시료 유체의 계면에서 발생할 수 있는 노이즈를 가능한 한 억제할 수 있다. 그 결과, 부유 물질의 측정 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.
[입자 계수 장치]
본 개시의 일 양태에 따른 입자 계수 장치(본 입자 계수 장치)는 상기 어느 하나의 양태의 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀과, 조사광을 출사하는 광원과, 조사광을 2개의 벽면을 통과시키고, 유로의 소정 구간으로 조사하는 조사 광학계와, 조사광이 소정 구간으로 조사됨으로써 유로 내에 형성되는 검출 영역을 통과하는 입자로부터 발생하는 방출광을 수광하는 수광 광학계를 구비한다.
이 양태의 본 입자 계수 장치는 상술한 바와 같은 특징을 갖는 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀을 구비하고 있다. 이 때문에, 배관이 일정한 위치에 안정하면서, 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀을 통과한 조사광에 간섭할 수 있는 위치에 연장되지 않은 상태로 입자의 검출 및 입자의 계수를 행할 수 있다. 따라서, 이 양태의 본 입자 계수 장치에 의하면, 배관의 움직임에 기인하는 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 입자의 검출 및 입자의 계수를 정밀하게 행할 수 있다.
바람직하게는, 본 입자 계수 장치에 있어서, 수광 광학계는 집광 부재에 의해 집광된 방출광을 수광한다.
이 양태의 본 입자 계수 장치에 있어서는, 검출 영역을 통과하는 입자로부터 발생하는 방출광은 먼저, 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀에 형성된 집광 부재에 의해 집광된다. 그리고, 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀의 집광 부재에 의해 집광된 방출광은 그 후에, 수광 광학계에 의해 수광된다. 따라서, 이 양태의 본 입자 계수 장치에 의하면, 입자로부터의 방출광을 검출 영역으로부터 근접한 위치에서 효과적으로 집광할 수 있다. 또한, 이 양태의 본 입자 계수 장치에 의하면, 집광 부재와 수광 광학계를 일체적으로 기능시키는 것 및 이러한 집광 능력을 발휘시키는 것이 가능하다.
보다 바람직하게는, 본 입자 계수 장치에 있어서, 조사 광학계는 조사광의 광선속의 중심이 소정 구간의 2개의 벽면을 통과하면서, 유로의 다른 구간을 통과하지 않도록 하는 각도로, 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀에 조사광을 입사시킨다.
이 양태의 본 입자 계수 장치에 있어서는, 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀에 대해, 조사광이 특정의 각도로 입사된다. 조사광의 광선속의 중심(즉, 에너지 밀도가 높은 부분)은 소정 구간의 2개의 벽면을 통과하는 한편, 유로의 다른 구간(유로 중 소정 구간을 제외한 구간)은 통과하지 않는다. 따라서, 이 양태의 본 입자 계수 장치에 의하면, 소정 구간(검출 영역)을 통과한 조사광을 유로의 다른 구간에 실질적으로 간섭시키지 않고, 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀의 외부로 방출할 수 있다. 이 때문에, 유로의 다른 구간에 대한 간섭에 의한 노이즈의 발생을 미연에 회피할 수 있다. 그 결과, 입자의 검출 및 입자의 계수를 더욱 정밀하게 행할 수 있다. 또한, 조사광이 통과하는 유체의 부분을 최소한으로 함으로써, 여분의 온도 상승을 억제할 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 입자 계수 장치는 복수의 상기 유로의 배열이 형성되도록 도입 유로가 연장되는 제1 방향 및 중계 유로가 연장되는 제2 방향의 모두에 직교하는 제3 방향으로 배열된 복수의 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀을 포함하며, 본 입자 계수 장치의 장치 본체에 대한 위치가 고정되어 있는 멀티 플로우 셀을 추가로 구비한다. 한편, 본 명세서에 있어서는, 복수의 조사광이 소정 위치에 조사됨으로써, 입자 검출 영역이 형성되는 유로가 내부에 배열된 플로우 셀을 멀티 플로우 셀이라고 칭한다.
멀티 플로우 셀에 있어서는, 도입 유로가 연장되는 방향(예를 들면, 깊이 방향, Y 방향)에도, 중계 유로가 연장되는 방향(예를 들면, 높이 방향, Z 방향)에도, 직교하는 방향(예를 들면, 폭 방향, X 방향)에 따라, 복수의 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀이 배열되어 있다. 이에 의해, 복수의 유로의 배열이 형성되어 있다. 또한, 멀티 플로우 셀의 위치는 본 입자 계수 장치의 장치 본체에 대해 고정되어 있다(멀티 플로우 셀과 장치 본체의 상대적인 위치 관계는 실질적으로, 일정하고 변화하지 않는다).
이 양태의 본 입자 계수 장치에 있어서는, 멀티 플로우 셀의 내부에 형성된 유로의 수, 즉, 멀티 플로우 셀의 내부에 배열된 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀의 개수에 따른 개수의 배관이 멀티 플로우 셀의 내부에 형성된 유로에 접속된다. 예를 들면, 10개의 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀이 개배열되어 있는 경우에는, 배관의 수는 20개가 된다. 개개의 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀에 있어서는, 유로의 양단의 개구가 대략 동일 방향의 외면에 형성되어 있다. 복수의 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀은 그 외면에 따른 방향으로 배열되어 있다. 이 때문에, 접속되는 배관의 수가 많아도, 이러한 배관은 모두, 멀티 플로우 셀로부터 동일한 방향으로 연장된다. 따라서, 이 양태의 본 입자 계수 장치에 의하면, 배관을 일정한 위치에 안정시키기 용이하다. 또한, 배관이 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀을 통과한 조사광에 간섭할 수 있는 위치에 연장되는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 배관의 움직임에 기인하는 노이즈의 발생을 염려할 것은 없다. 그 결과, 입자의 검출 및 입자의 계수를 정밀하게 행할 수 있다. 또한, 이 양태의 본 입자 계수 장치에 의하면, 각 유로에 접속된 배관이 멀티 플로우 셀의 동일한 면에 정렬한다. 이 때문에, 배관용으로 확보되는 공간은 1면분만 있으면 된다. 따라서, 이 구성은 본 입자 계수 장치의 소형화에도 기여할 수 있다.
바람직하게는, 본 입자 계수 장치는 유로 내에 입사하는 조사광의 광축 및 수광 광학계가 수광하는 방출광의 광축을 복수의 유로의 배열에 따라, 제3 방향으로 이동시키는 광축 이동부를 추가로 구비한다.
이 양태의 본 입자 계수 장치에 있어서는, 멀티 플로우 셀이 갖는 복수의 유로 중에서, 검출 영역을 형성하는 유로(조사광의 조사처로 하는 유로)를 전환함으로써, 다른 검출을 행할 수 있다. 유로를 전환할 때에는, 유로 내에 입사되는 조사광의 광축 및 수광 광학계가 수광하는 방출광의 광축이 제3 방향으로 이동한다. 이에 대해, 멀티 플로우 셀은 이동하지 않는다. 따라서, 이 양태의 본 입자 계수 장치에서는 멀티 플로우 셀에 접속된 배관은 움직이지 않는다. 이 때문에, 배관의 움직임에 기인하는 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 입자 검출 및 입자 계수를 정밀하게 행할 수 있다. 또한, 이 양태의 본 입자 계수 장치에 의하면, 배관의 움직임에 기인하는 이완 및 균열 등이 발생하기 어렵다. 이 때문에, 시료 유체의 누출이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
보다 바람직하게는, 본 입자 계수 장치는 수광 광학계의 초점을 제1 방향으로 조정하는 초점 조정부를 추가로 구비한다.
이 양태의 본 입자 계수 장치에 있어서는, 검출 영역을 형성하는 유로의 전환에 수반하여 수광 광학계의 초점이 제1 방향으로 조정된다. 또한, 초점의 위치가 제1 방향으로 이동한다. 그러나, 멀티 플로우 셀은 역시 이동하지 않는다. 따라서, 이 양태의 본 입자 계수 장치에서도, 멀티 플로우 셀에 접속된 배관이 움직이지 않기 때문에, 배관의 움직임에 기인하는 노이즈의 발생 및 유체의 누출을 방지할 수 있다. 그 결과, 입자의 검출 및 입자의 계수를 정밀하게 행할 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 입자 계수 장치에 있어서, 초점 조정부는 수광 광학계를 지지하는 스테이지를 제1 방향으로 이동시키는 액추에이터를 포함하며, 광축 이동부는 조사 광학계와 함께 액추에이터를 지지한 스테이지를 제3 방향으로 이동시키는 다른 액추에이터를 포함한다.
이 양태의 본 입자 계수 장치에 있어서는, 초점 조정부 및 광축 이동부의 각각이 액추에이터를 갖고 있다. 초점 조정부는 자기가 갖는 액추에이터를 사용하여 수광 광학계를 제1 방향으로 이동시킨다. 한편, 광축 이동부는 자기가 갖는 액추에이터를 사용하여 조사 광학계와, 초점 조정부가 갖는 액추에이터를 한꺼번에 제3 방향으로 이동시킨다. 따라서, 이 양태의 본 입자 계수 장치는 조정할 수 있는 요소(유로 내에 입사되는 조사광의 광축, 수광 광학계가 수광하는 방출광의 광축, 수광 광학계의 초점)에 관한 각 구성(조사 광학계, 수광 광학계)의 동일 방향에 대한 이동을 한꺼번에 행할 수 있다. 이에 의해, 각 구성을 개별적으로, 제1 방향 또는 제3 방향으로 이동시킬 필요가 없다. 이 때문에, 유로의 전환에 수반하는 광축의 이동 및 초점의 조정을 효율적으로 행할 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 입자 계수 장치는 멀티 플로우 셀의 내부에 형성된 복수의 유로에 관하여, 적어도 개개의 유로의 위치에 대응하여 광축 이동부에 의해 이동되는 각 광축의 제3 방향에 있어서의 위치를 미리 기억하는 기억부를 추가로 구비하고, 광축 이동부는 검출 영역이 형성되는 유로에 대응하여 기억부에 미리 기억된 각 광축의 위치까지 각 광축을 이동시키도록 구성되어 있다.
또한, 이 양태의 본 입자 계수 장치에 있어서, 더욱 바람직하게는, 기억부는 각 광축의 위치에 추가로, 개개의 유로의 위치에 대응하여 초점 조정부에 의해 조정되는 제1 방향에 있어서의 초점의 위치를 미리 기억하고, 초점 조정부는 검출 영역이 형성되는 유로에 대응하여, 기억부에 미리 기억된 초점의 위치로 초점을 조정하도록 구성되어 있다.
이 양태의 본 입자 계수 장치에 있어서는, 제조 단계에 있어서, 각 유로의 위치에 대응한 제3 방향에 있어서의 각 광축의 위치(예를 들면, 폭 방향에 있어서의 좌표, X 좌표) 및 제1 방향에 있어서의 초점의 위치(예를 들면, 깊이 방향에 있어서의 좌표, Y 좌표)가 정밀하게 조정되어 있다. 조정 결과를 근거로 하여 결정된 각 유로에 대응하는 2개의 방향에 있어서의 위치(각 유로에 대응하는 X 좌표 및 Y 좌표)가 기억부에 미리 기억되어 있다.
따라서, 이 양태의 본 입자 계수 장치는 유로의 전환에 수반하여 그 유로에 대응하여 미리 기억되어 있는 위치에 따른 거리만큼 자동적으로 각 광축 및 초점을 이동시킴으로써, 유로 내에 입사되는 조사광의 광축 및 수광 광학계가 수광하는 방출광의 광축 및 수광 광학계의 초점을 그 유로에 최적인 위치로 이동시킬 수 있다. 이에 의해, 입자의 검출 및 입자의 계수를 고정밀도로 행하는 것이 가능해진다.
보다 바람직하게는, 본 입자 계수 장치에 있어서, 멀티 플로우 셀에서는 개개의 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀이 멀티 플로우 셀 전체에서 보아 위치의 기준이 되는 부위(82)에 밀착한 상태로 고정된다. 또한, 이 양태의 본 입자 계수 장치에 있어서, 멀티 플로우 셀은 개개의 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀을 압압하여 위치의 기준이 되는 부위에 밀착시키는 탄성 부재를 내부에 갖는다.
이 양태의 본 입자 계수 장치에 의하면, 멀티 플로우 셀의 내부에 있어서, 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀의 각각이 상정된 정확한 위치에 제대로 고정된다. 이 때문에, 각 본 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀의 위치가 어긋나는 것에 기인하는 입자 검출 및 입자 계수의 정밀도의 저하를 미연에 억제하는 것이 가능해진다.
또한 바람직하게는, 본 입자 계수 장치에 있어서, 방출광은 산란광 또는 형광이다. 이 양태의 본 입자 계수 장치에 의하면, 산란광 또는 형광 중 시료 유체에 포함되는 입자의 성질에 따라, 보다 수광되기 용이한 광을 수광 대상으로서 선택할 수 있다. 따라서, 입자 검출 및 입자 계수의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 개시의 일 양태에 의하면, 시료 유체 중의 입자를 정밀하게 검출할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 있어서의 입자 계수기를 간략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2(A)는 일 실시형태에 있어서의 입자 계수기를 나타내는 정면도이고, 도 2(B)는 이 입자 계수기를 나타내는 측면도이다.
도 3은 일 실시형태에 있어서의 플로우 셀을 나타내는 사시도이다.
도 4는 일 실시형태에 있어서의 플로우 셀을 나타내는 수직 단면도(도 3 중 IV-IV 절단선에 따른 단면도)이다.
도 5는 일 실시형태에 있어서의 플로우 셀을 나타내는 수직 단면도(도 3 중 V-V 절단선에 따른 단면도)이다.
도 6은 일 실시형태에 있어서의 플로우 셀 유닛의 분해 사시도이다.
도 7(A) 및 도 7(B)는 일 실시형태에 있어서의 가압 부시를 나타내는 사시도이다.
도 8(A), 도 8(B) 및 도 8(C)는 각 플로우 셀의 고정 양태를 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9(A) 및 도 9(B)는 일 실시형태에 있어서의 플로우 셀 유닛의 사시도이다.
도 10은 일 실시형태에 있어서의 입자 계수기의 구성을 나타내는 기능 블럭도이다.
도 11은 다른 실시형태에 있어서의 입자 계수기를 간략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2(A)는 일 실시형태에 있어서의 입자 계수기를 나타내는 정면도이고, 도 2(B)는 이 입자 계수기를 나타내는 측면도이다.
도 3은 일 실시형태에 있어서의 플로우 셀을 나타내는 사시도이다.
도 4는 일 실시형태에 있어서의 플로우 셀을 나타내는 수직 단면도(도 3 중 IV-IV 절단선에 따른 단면도)이다.
도 5는 일 실시형태에 있어서의 플로우 셀을 나타내는 수직 단면도(도 3 중 V-V 절단선에 따른 단면도)이다.
도 6은 일 실시형태에 있어서의 플로우 셀 유닛의 분해 사시도이다.
도 7(A) 및 도 7(B)는 일 실시형태에 있어서의 가압 부시를 나타내는 사시도이다.
도 8(A), 도 8(B) 및 도 8(C)는 각 플로우 셀의 고정 양태를 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9(A) 및 도 9(B)는 일 실시형태에 있어서의 플로우 셀 유닛의 사시도이다.
도 10은 일 실시형태에 있어서의 입자 계수기의 구성을 나타내는 기능 블럭도이다.
도 11은 다른 실시형태에 있어서의 입자 계수기를 간략적으로 나타내는 사시도이다.
이하의 상세한 설명에서는, 개시된 실시형태의 전반적인 이해를 제공하기 위해 많은 세부사항이 구체적으로 설명된다. 그러나, 이들 구체적인 세부사항 없이도 하나 이상의 실시형태가 실시될 수 있음은 명백하다. 다른 예에서는, 도면을 단순화하기 위해 주지의 구조와 장치를 모식적으로 나타낸다.
이하, 본 개시의 실시형태에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 한편, 이하의 실시형태는 바람직한 예시이며, 본 개시의 기술은 이 예시로 한정되지 않는다.
[입자 계수기의 구성]
도 1은 일 실시형태에 있어서의 입자 계수기(1)를 간략적으로 나타내는 사시도이다. 실시형태의 이해를 용이하게 하기 위해, 도 1에 있어서는 일부의 구성 부품의 도시를 생략하고 있다. 한편, 입자 계수기(1)는 입자 계수 장치의 일 양태이며, 계수기 혹은 계수 장치는 호칭의 차이에 불과하다.
입자 계수기(1)는 광원(20), 미러(30), 조명용 렌즈(40), 복수의 플로우 셀(10) 및 수광 유닛(50) 등을 포함한다. 이들의 입자 계수기(1)의 각 구성 부품은 도시하지 않은 지그 등에 의해 센서 베이스(2)에 대해 직접적 또는 간접적으로 지지되어 있다. 센서 베이스(2)의 바닥면에는 복수의 각부(3)가 형성되어 있다. 각부(3)는 진동을 흡수 가능한 방진 고무 등의 탄성 부재를 포함하고 있다. 이에 의해, 주위에서 발생한 진동의 각 구성 부품에 대한 전달이 억제된다. 또한, 입자 계수기(1)는 도시를 생략한 케이스에 수용되어 있다. 따라서, 센서 베이스(2) 및 도시하지 않은 케이스 등은 구조상, 입자 계수기(1)에 있어서의 본체 부분(계수기 본체, 장치 본체)이 된다.
입자 계수기(1)의 설치 상태 또는 사용 상태에 있어서, 센서 베이스(2)의 길이 방향을 계수기 본체의 폭 방향으로 하고, 이에 직교하는 방향을 전후(깊이) 방향으로 한 경우, 복수의 플로우 셀(10)은 폭 방향으로 배열되어 있다. 각 플로우 셀(10)은 시료 유체의 입구 및 출구를 그 정면측에 갖고 있다. 각 입구 및 각 출구에는 각각, 배관이 접속되어 있다. 각 플로우 셀(10)은 도 1에서는 도시를 생략한 플로우 셀 홀더(6)(도 6 참조)의 내부에 고정되어 있다. 이들 복수의 플로우 셀(10)이 일체로서 플로우 셀 유닛(멀티 플로우 셀)(80)(도 2(A) 및 도 2(B) 참조)에 포함된다. 플로우 셀 홀더(6)(도 6 참조)는 플로우 셀 베이스(5)(도 2(A) 및 도 2(B) 참조)에 장착되어 있고, 센서 베이스(2)에 의해 간접적으로 지지되어 있다.
한편, 본 실시형태에 있어서는, 10개의 플로우 셀(10)이 폭 방향으로 배열되어 있다. 단, 플로우 셀(10)의 개수는 이에 한정되지 않는다. 플로우 셀 유닛의 내부 구조에 대해서는 다른 도면을 참조하여 상세히 후술한다. 또한, 이후의 설명에 있어서는 제3 방향인 복수의 플로우 셀(10)이 배열되는 방향(계수기 본체의 폭 방향)을 “X 방향”으로 칭하고, X 방향으로 연장되는 축을 “X축”으로 칭한다.
광원(20)은 센서 베이스(2)에 고정되어 있다. 광원(20)은 소정 파장의 조사광(La)(예를 들면, 레이저광)을 평행으로 간주할 수 있는 범위의 확산 각도로 X 방향으로 출사한다. 센서 베이스(2)는 광원(20)의 히트 싱크를 겸하고 있으며, 광원(20)으로부터 방출되는 열을 효율적으로 방열하고 있다. 미러(30)는 광원(20)으로부터 출사된 조사광(La)을 플로우 셀(10) 내의 검출 영역을 향해 반사한다. 또한, 미러(30)에 의해 반사된 조사광(La)의 광로 상에는 조명용 렌즈(40)가 형성되어 있다. 조사광(La)은 조명용 렌즈(40)를 통과한다. 이 조명용 렌즈(40)에 의해 조사광(La)을 집광시킬(좁힐) 수 있다. 이에 의해, 높은 에너지 밀도를 갖는 조사광(La)을 플로우 셀(10)의 검출 영역에 집광할 수 있다.
플로우 셀(10)의 배후에는 수광 유닛(50)이 형성되어 있다. 수광 유닛(50)은 복수의 수광용 렌즈, 수광 소자, 증폭기 및 A/D 변환기 등을 구비하고 있다. 복수의 수광용 렌즈는 배경 노이즈의 수광을 억제하기 위해 원통 형상의 수광통(52)에 수용되어 있다. 조사광(La)이 입사되는 플로우 셀(10)에 있어서, 시료 유체에 포함되는 입자가 검출 영역을 통과하면, 입자로부터 산란광(방출광의 일례)이 발생한다. 이 산란광은 복수의 수광용 렌즈에 의해 집광되고, 수광 소자(예를 들면, 포토다이오드)에 의해 수광되어 전기 신호로 변환된다. 이 전기 신호는 최종적으로, 산란광의 강도에 따른 크기의 출력 신호로 변환된다. 이 출력 신호는 제어 유닛(90)(도 10 참조)으로 보내진다. 출력 신호에서 나타내는 산란광의 강도에 기초하여 입경별로 입자 계수가 행해진다. 입자에 형광 물질이 포함되어 있는 경우에는 조사광의 파장의 설정에 따라서는, 입자로부터 형광(방출광의 일례)이 발생한다. 수광용 렌즈에 파장을 선택하기 위한 광학 필터를 추가함으로써, 입자로부터 방출되는 형광을 수광하며, 산란광의 경우와 동일하게 계수를 실시할 수 있다.
한편, 제어 유닛(90)의 구성에 대해서는 다른 도면을 참조하여 후술한다. 또한, 이후의 설명에 있어서는 수광용 렌즈의 중심축(이하, “수광축”이라고 칭한다)을 “Y축”으로 칭하고, 제1 방향인 Y축이 연장되는 방향(계수기 본체의 전후 방향)을 “Y 방향”으로 칭한다. 연직 방향을 “Z 방향”으로 한 경우, X 방향, Y 방향 및 Z 방향은 모두 서로 직교한다.
그런데, 입자 계수기(1)는 몇 개의 구성 부품을 X 방향으로 이동시키기 위한 X축 스테이지(60)와, 몇 개의 구성 부품을 Y 방향으로 이동시키기 위한 Y축 스테이지(70)를 구비하고 있다. 이 중, X축 스테이지(60)는 X 방향으로 연장되는 X축 액추에이터(62)의 슬라이더 상에 형성되어 있다. Y축 스테이지(70)는 Y 방향으로 연장되는 Y축 액추에이터(72)의 슬라이더 상에 형성되어 있다. 또한, Y축 액추에이터(72)의 슬라이더는 X축 스테이지(60) 상에 형성되어 있다.
X축 액추에이터(62) 및 Y축 액추에이터(72)는 예를 들면, 리니어 액추에이터이다. X축 액추에이터(62) 및 Y축 액추에이터(72)는 내장 모터를 구동원으로서, 자신의 슬라이더 상에 형성된 스테이지를 그 리니어 가이드에 따라 슬라이드시킨다.
X축 액추에이터(62)는 센서 베이스(2)에 고정되어 있고, X축 모터를 구동원으로서 X축 스테이지(60)를 X 방향으로 슬라이드시킨다.
Y축 액추에이터(72)는 X축 스테이지(60)에 고정되고 있으며, Y축 모터를 구동원으로서 Y축 스테이지(70)를 Y 방향으로 슬라이드시킨다. X축 스테이지(60)가 X 방향으로 슬라이드하면, 이에 수반하여, X축 스테이지(60)에 지지되어 있는 부품 전체가 X 방향으로 이동한다. 또한, Y축 스테이지(70)가 Y 방향으로 슬라이드하면, 이에 수반하여, Y축 스테이지(70)에 지지되어 있는 부품 전체가 Y 방향으로 이동한다. 한편, 이들의 이동은 센서 베이스(2)를 비롯한 계수기 본체를 고정한 상태에서 행해진다.
상술한 입자 계수기(1)의 구성 부품 중, 미러(30) 및 조명용 렌즈(40)는 연직 브래킷(65) 및 홀더(66)를 개재하여, X축 스테이지(60)의 전단에 고정되어 있다. Y축 스테이지(70)는 Y축 액추에이터(72)의 슬라이더를 개재하여, X축 스테이지(60)에 간접적으로 지지되어 있다. 또한, 수광 유닛(50)은 Y축 스테이지(70)에 고정되어 있다. 따라서, X축 스테이지(60)의 슬라이드에 수반하여, 미러(30), 조명용 렌즈(40), 수광 유닛(50)이 X 방향으로 이동하게 된다. Y축 스테이지(70)의 슬라이드에 수반하여, 수광 유닛(50)이 Y 방향으로 이동하게 된다.
한편, X축 액추에이터(62) 및 Y축 액추에이터(72)의 각각 구동원인 X축 모터 및 Y축 모터는 반드시 X축 액추에이터(62) 및 Y축 액추에이터(72)에 내장될 필요는 없고, X축 액추에이터(62) 및 Y축 액추에이터(72)의 외부에 형성되어도 된다. 이 경우에, Y축 모터는 X축 스테이지(60)에 지지되어 있지 않아도 된다.
이어서, 도 2(A) 및 도 2(B)를 참조하여 X 방향 및 Y 방향에 대한 이동 양태를 구체적으로 설명한다.
도 2(A)는 일 실시형태에 있어서의 입자 계수기(1)를 나타내는 정면도이다. 플로우 셀 유닛(80)은 복수의 플로우 셀(10)을 포함하고 있다. 플로우 셀 유닛(80)에는 복수의 플로우 셀(10)이 플로우 셀 홀더(6)(도 6 참조)에 수용되어 일체화되어 있다. 플로우 셀 유닛(80)은 플로우 셀 베이스(5)를 개재하여 센서 베이스(2)에 고정되어 있다. 도시된 상태에서는 광원(20)으로부터 출사된 조사광(La)이 미러(30)에 반사되어 조명용 렌즈(40)를 통과하고, 정면측에서 보아 제일 우측의 플로우 셀(10)의 검출 영역에 입사되도록 좁혀지고 있다.
미러(30) 및 조명용 렌즈(40)는 플로우 셀(10)의 배후에 위치하는 수광 유닛(50)의 수광축 상에 입사되도록 조사광(La)을 좁히고, 검출 영역의 중심을 이 수광축 상에 맞추기 위해 최적인 위치에 고정되어 있다. 또한, 각 플로우 셀(10)에 대응하는 수광축(수광 유닛(50))의 X 방향의 위치에 대응하는 X축 스테이지(60)의 위치(이하, “X 좌표”라고 칭한다)는 제조 단계에서의 조정 결과에 기초하여 결정되어 있고, 제어 유닛(90)에 미리 기억되어 있다.
제어 유닛(90)에 의해 계수 대상의 채널이 선택되면, X축 액추에이터(62)에 내장된 X축 모터가 구동되고, X축 스테이지(60)가 계수 대상인 채널의 플로우 셀(10)에 대응하는 X 좌표까지 슬라이드한다. 그리고, X축 스테이지(60)의 슬라이드에 수반하여, X축 스테이지(60)에 의해 간접적으로 지지된 미러(30), 조명용 렌즈(40) 및 수광 유닛(50)이 X 방향으로 이동한다. 한편, 도중에 회색으로 나타낸 부분은 X 방향으로 이동 가능한 구성 부품을 나타내고 있다. 또한, 도면 중 2점 쇄선은 정면측에서 보아 왼쪽에서 3번째의 플로우 셀(10)에 대응하는 X 좌표까지, X축 스테이지(60)가 슬라이드한 경우에 있어서의 구성 부품의 위치를 나타내고 있다.
도 2(B)는 일 실시형태에 있어서의 입자 계수기(1)를 나타내는 측면도이다. 플로우 셀 베이스(5)를 개재하여, 센서 베이스(2)에 고정된 플로우 셀 유닛(80)에서는 각 플로우 셀(10)에 접속된 배관(8)이 케이스(4)의 정면측에 형성된 배관용 창으로부터, 케이스(4)의 외측으로 연장되어 있다. 도시된 상태에서는 수광통(52)(수광 유닛(50))이 실선으로 나타낸 위치에 존재한다. 따라서, 수광통(52)과 플로우 셀 유닛(80) 사이의 Y 방향에 있어서의 거리는 일정하다. 그러나, 각 플로우 셀(10)의 사이즈에는 제조 단계에 있어서의 미크론(㎛) 단위에서의 가공 오차에 따라 약간의 개체 차이가 발생하고 있다. 이 때문에, 수광통(52)과 각 플로우 셀(10)의 검출 영역 사이의 Y 방향에 있어서의 거리는 일정하지는 않다.
이에, 수광 유닛(50)을 각 플로우 셀(10)에 대응한 Y 방향의 위치로 이동시킴으로써, Y 방향의 거리를 보정함으로써, 수광통(52)에 수용된 복수의 수광용 렌즈의 초점의 위치를 고정밀도로 조정할 필요가 있다. 이러한 조정을 행함으로써, 나노(㎚) 단위의 미세한 입자로부터 발생하는 산란광을 수광 소자에 대해 정밀하게 집광하는 것이 가능해진다. 각 플로우 셀(10)에 대응하는 수광 유닛(50)의 Y 방향의 위치에 대응하는 Y축 스테이지(70)의 위치(이하, “Y 좌표”라고 칭한다)도 또한, 제조 단계에서의 조정 결과에 기초하여 결정되어 있고, 제어 유닛(90)에 미리 기억되어 있다.
제어 유닛(90)에 의해 계수 대상의 채널이 지정되면, 먼저 상술한 바와 같이, X축 스테이지(60)가 계수 대상인 채널의 플로우 셀(10)에 대응하는 X 좌표까지 슬라이드한다. 이에 수반하여, 미러(30), 조명용 렌즈(40) 및 수광 유닛(50)이 X 방향으로 이동한다. 그 후에, Y축 액추에이터(72)에 내장된 Y축 모터가 구동되고, 이번에는 Y축 스테이지(70)가 계수 대상인 채널의 플로우 셀(10)에 대응하는 Y 좌표까지 슬라이드한다. 이에 수반하여, 수광 유닛(50)이 Y 방향으로 이동한다. 한편, 도면 중에 회색으로 나타낸 부분은 Y 방향으로 이동 가능한 구성 부품을 나타내고 있다. 또한, 도면 중 2점 쇄선은 실선으로 나타낸 위치보다 배면측으로 Y축 스테이지(70)가 슬라이드한 경우에 있어서의 구성 부품의 위치를 나타내고 있다.
이와 같이, 입자 계수기(1)의 유저는 계수 대상의 채널을 선택하는 것만으로, 그 채널의 플로우 셀(10)에 대응하는 좌표까지, X축 스테이지(60) 및 Y축 스테이지(70)를 슬라이드 시키는 것, 즉, 미러(30), 조명용 렌즈(40) 및 수광 유닛(50)을 최적의 위치로 이동시킬 수 있다. 이에 의해, 선택된 채널에 따라 조사 광학계의 광축, 그리고 수광 광학계의 광축 및 초점의 위치를 고정밀도로 조정할 수 있다.
[플로우 셀의 구조]
도 3은 일 실시형태에 있어서의 플로우 셀(10)을 측면측에서 본 사시도이다.
플로우 셀(10)은 석영이나 사파이어 등의 투명한 재료를 사용하고, 대략 직육면체 형상으로 형성되어 있으며, 그 내부에 대략 ㄷ자 형상의 유로를 갖고 있다. 구체적으로는, 플로우 셀(10)은 제1 유로(13)와, 제2 유로(14)와, 제3 유로(15)를 갖고 있다. 제1 유로(13)는 정면 하부에 형성된 유입구(11)로부터 Y 방향으로 연장되어 있다. 제3 유로(15)는 정면 상부에 형성된 배출구(12)로부터 Y 방향(제1 방향)으로 연장되어 있다. 제2 유로(14)는 제1 유로(13) 및 제3 유로(15)의 각 단부에 통과하고(이른바 “연통”하고) 있고, Z 방향(제2 방향)으로 연장되어 일로에 형성되어 있다. 또한, 제1 유로(13)의 연장선상의 위치에 있는 제2 유로(14)의 배면측의 부위에는 오목 형상으로 형성된 오목면부(18)가 형성되어 있다. 또한, 같은 연장선상의 위치에 있는 플로우 셀(10)의 배면측의 부위에는 볼록 형상으로 형성된 집광 렌즈(19)가 형성되어 있다.
시료 유체는 유입구(11)로부터 제1 유로(13)에 유입되고, 제2 유로(14) 및 제3 유로(15)를 거쳐, 배출구(12)로부터 외부로 배출된다. 또한, 조사광(La)은 플로우 셀(10)의 바닥면을 이루는 입사면(16)으로부터 플로우 셀(10)에 입사하여 플로우 셀(10)의 상면을 이루는 투과면(17)으로부터 외부로 방출된다. 플로우 셀의 외부로 방출된 조사광(La)은 도시되어 있지 않은 트랩에 의해 투과면(17)의 상방으로 흡수된다.
도 4는 일 실시형태에 있어서의 플로우 셀(10)을 정면측에서 본 수직 단면도(도 3 중 IV-IV 절단선에 따른 단면도)이다.
제1 유로(13)는 직사각형의 단면을 갖고 있다. 제1 유로(13)의 중심(소정 위치)에 조사광(La)이 입사(조사)되는(집광되는) 구간에 시료 유체에 포함되는 입자(부유 물질)의 검출 영역(A)이 형성된다.
조사광(La)은 정면측에서 보면, Z 방향에 대해 기울어진 상태에서 입사면(16)으로부터 플로우 셀(10)로 입사한다. 보다 구체적으로는, 조사광(La)은 검출 영역(A)을 통과하면서, 제3 유로(15)에는 간섭하지 않도록 소정의 각도를 이루고, 입사면(16)으로부터 플로우 셀(10)로 입사한다. 그리고, 조사광(La)은 제1 유로(13)에 입사하여 검출 영역(A)을 통과(형성)한 후, 제3 유로(15)로부터 벗어난 위치를 통과하여 투과면(17)으로부터 외부로 방출된다.
여기서, 제1 유로(13)의 단면을 직사각형으로 한 것은 조사광(La)이 통과하게 되는 제1 유로(13)의 상하를 구획하는 2개의 벽면에 나노 단위로 경면 가공된 평면을 채용하기 위함이다. 이에 의해, 제1 유로(13)의 내부에 형성되는 검출 영역(A)을 조사광(La)이 통과하는 전후에 있어서, 제1 유로(13)의 벽면과 시료 유체의 계면에서 발생할 수 있는 노이즈(불필요한 광의 산란 및 반사)를 가능한 한 억제할 수 있다. 따라서, 제1 유로(13)에서는 적어도 조사광(La)이 통과하는 부위의 벽면이 평면으로 형성되어 있으면 된다. 또한, 본 실시형태에서는 제3 유로(15)의 단면 형상이 원형으로 되어 있다. 그러나, 제3 유로(15)의 단면 형상은 이에 한정되지 않는다. 각 유로(13, 14 및 15)의 단면적에 대해서도, 상황에 따라 적절히 설정하는 것이 가능하다.
도 5는 일 실시형태에 있어서의 플로우 셀(10)을 측면측에서 본 수직 단면도(도 3 중 V-V 절단선에 따른 단면도)이다.
조사광(La)은 측면측에서 보면 Z 방향에 대해 평행한 상태에서 입사면(16)으로부터 플로우 셀(10)에 입사됨으로써, 제1 유로(13)에 검출 영역(A)을 형성한다. 검출 영역(A)의 중심은 플로우 셀의 배후에 위치하는 수광 유닛(50)의 수광축 상에 존재하고 있다. 또한, 오목면부(18) 및 집광 렌즈(19)는 그 중심 축이 수광 유닛(50)의 수광축과 일치하도록 배치되어 있다. 여기서, 오목면부(18)는 시료 유체의 굴절률과 플로우 셀의 굴절률의 차이에 의해, 광이 내벽면에서 굴절되는 것을 억제하기 위해 사용된다. 이와 같은 배치에 의해, 집광 렌즈(19) 및 그 후방에 위치하는 수광 유닛(50)에 구비되는 복수의 수광용 렌즈가 일체로서 그 집광 능력을 발휘할 수 있다.
시료 유체에 포함되는 입자(P)가 검출 영역(A)을 통과하면, 입자(P)와 조사광(La)의 작용에 의해, 입자(P)로부터 산란광으로서의 측방 산란광(Ls)이 발생한다. 이 측방 산란광(Ls)이 오목면부(18)를 거쳐, 집광 렌즈(19) 및 수광 유닛(50) 내의 복수의 수광용 렌즈에 의해 집광된다. 한편, 도 5 중 파선은 측방 산란광(Ls)의 산란 범위를 나타내며, 집광 후의 측방 산란광(Ls)을 나타내지 않는다. 또한, 집광 렌즈(19)의 집광각을 최대한으로 이용하기 위해, 제2 유로(14)의 내벽의 위치는 집광 렌즈(19)에 광이 입사하는 것을 방해하지 않는 위치로 설정되어 있다.
제1 유로(13)를 통과한 조사광(La)은 제2 유로(14)로부터도, 제3 유로(15)로부터도, 벗어난 위치를 통과하여, 투과면(17)으로부터 플로우 셀(10)의 외부로 방출된다. 이와 같이, 플로우 셀(10)의 내부에 형성된 3개의 유로(13, 14 및 15) 중, 조사광(La)이 통과하는 유로는 제1 유로(13)뿐이다. 제2 유로(14) 및 제3 유로(15)에서는 조사광(La)은 실질적으로 간섭되지 않는다. 조사광(La)의 광로를 이와 같은 위치로 설정함으로써, 조사광(La)이 제2 유로(14) 또는 제3 유로(15)에서 간섭되는 것에 의한 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 이에 의해, 시료 유체에 포함되는 나노(㎚) 단위의 미세한 입자로부터 발생하는 적절한 산란광만을 검출하는 것이 용이해진다. 그 결과, 입자의 검출 정밀도 및 입자의 계수 정밀도를 향상시킬 수 있다.
[플로우 셀 유닛의 내부 구조]
도 6은 일 실시형태에 있어서의 플로우 셀 유닛(80)을 배면측에서 본 분해 사시도이다. 플로우 셀 유닛(80)은 플로우 셀 홀더(6)의 내부에 고정됨으로써, 일체화된 복수의 플로우 셀(10)을 포함하는 멀티 플로우 셀이다. 플로우 셀 유닛(80)은 플로우 셀 홀더(6), 플로우 셀(10), 가압 부시(86) 및 배판(89) 등을 포함하고 있다.
플로우 셀 홀더(6)의 내부에는 플로우 셀(10)의 개수에 대응하는 수의 수용실(81)이 형성되어 있다(어느 것에도, 일부에만 부호를 붙이고 있다). 복수의 플로우 셀(10)은 획일적으로 구획된 이들의 수용실(81)에 개별적으로 수용된 상태에서 가압 부시(86)에 의해 수용실(81)의 내벽을 향해 압입되어 있다. 또한, 이 상태의 플로우 셀 홀더(6)의 배면이 배판(89)으로 덮인다. 배판(89)에는 홀(89a) 및 체결용 홀(89b, 89c) 등이 천공되어 있다. 홀(89a)은 플로우 셀(10)의 배면에 형성된 집광 렌즈(19)와 배판(89)의 간섭을 회피하기(이 간섭을 피하고, 집광 렌즈(19)를 노출시키기) 위해 형성되어 있다. 배판(89)은 나사 등의 체결 부재에 의해 플로우 셀 홀더(6)에 체결되어 있다.
한편, 플로우 셀 홀더(6)의 상부에는 각 수용실(81)의 상방에 맞는 위치에 도시하지 않은 개구가 천공되어 있다. 이 개구는 각 플로우 셀(10)을 투과한 조사광을 방출하기 위해 사용된다. 또한, 개구의 상방에는 도시하지 않은 방출된 조사광을 흡수하는 트랩이 형성되어 있다. 트랩은 플로우 셀 홀더(6)의 상부의 전체에 걸쳐 형성되어도 되고, 하나의 플로우 셀(10)의 상부에 형성된 트랩이어도 된다. 후자의 경우, 검출 대상으로 여겨지는 채널의 변경에 따라 그 트랩이 계수 대상인 채널의 플로우 셀(10)의 상부에 형성되도록 수광계의 광축과 함께 X 방향으로 이동되어도 된다.
이어서, 도 7(A) 및 도 7(B)를 참조하여 가압 부시(86)의 형상 및 역할을 설명한다.
도 7(A)는 일 실시형태의 가압 부시(86)를 나타내는 사시도이다. 가압 부시(86)는 대략 사각 기둥 형상으로 형성된 하부분(86a) 및 상부분(86b)을 포함한다. 상부분(86b)은 하부분(86a)을 이루는 하나의 모서리의 연장 상에 연속하여 형성되어 있고, 대략 삼각 기둥 형상을 갖는다. 이 중, 상부분(86b)은 하부분(86a)의 모서리의 연장 상에 모서리를 갖고 있고, 이 모서리에 대향하는 위치에 대향면(87)을 갖고 있다. 또한, 하부분(86a)에는 체결홀(88)이 전후 방향으로 관통하여 천공되어 있다. 체결홀(88)은 가압 부시(86) 전체를 플로우 셀 홀더(6)에 체결하는 체결 부재를 통과하기 위해 형성되어 있다. 한편, 가압 부시(86)의 재료는 수지 등의 탄성을 갖는 재료(예를 들면, 테플론(등록상표))로 형성되어 있다.
도 7(B)는 플로우 셀 홀더(6)의 일부를 확대하여 나타내는 사시도이다. 도 7(B)는 플로우 셀(10) 및 가압 부시(86)의 플로우 셀 홀더(6)에 수용된 상태를 나타내고 있다. 여기서는, 본 실시형태의 이해를 용이하게 하기 위해, 플로우 셀 홀더(6)의 상측 테두리(수용실(81)의 상벽을 이루는 부위)의 도시를 생략하고 있다.
플로우 셀 홀더(6)의 내부에는 수용실(81) 외에 가압 부시(86)를 재치하기 위한 재치대(85)가 형성되어 있다. 수용실(81)의 폭(X 방향의 치수)은 플로우 셀(10)의 매끄러운 출입을 가능하게 하기 위해, 플로우 셀(10)의 폭보다 약간 크게 설정되어 있다. 또한, 재치대(85)의 상방에는 대향벽(84)이 형성되어 있다. 대향벽(84)은 수용실(81)의 내벽에 대해 외향의 각도를 이루어 설치되어 있다. 가압 부시(86)는 대향면(87)을 대향벽(84)에 밀착시킨 상태에서 재치대(85)에 재치된다.
수용실(81)에 수용된 플로우 셀(10)에서는 그 한쪽 측면의 전체가 제1 기준면(82)에 대향하고 있다. 이에 대해, 플로우 셀(10)의 다른 한쪽 측면에서는 그 일부가 가압 부시(86)의 측면에 대향한다. 재치대(85)에 재치된 가압 부시(86)는 플로우 셀(10)을 다른 한쪽 측면으로부터 X 방향으로 압압하여 제1 기준면(82)에 밀착시킨다. 여기서, 제1 기준면(82)이란, 플로우 셀 홀더(6)의 내부에 있어서의, 각 플로우 셀(10)의 X 방향에 있어서의 위치를 결정함에 있어서, 기준이 되는 면이다. 가압 부시(86)가 플로우 셀(10)을 압압하여 제1 기준면(82)에 밀착시킴으로써, 플로우 셀(10)은 미리 결정된 정확한 X 방향의 위치로 고정된다. 한편, 플로우 셀 홀더(6)의 내부에 있어서의, 각 플로우 셀(10)의 Y 방향에 있어서의 위치는 플로우 셀 홀더(6)의 배면의 일부를 이루는 제2 기준면(83)을 기준으로서 결정된다.
도 8(A), 도 8(B) 및 도 8(C)는 플로우 셀 홀더(6)에 대한, 각 플로우 셀(10)의 고정 양태를 플로우 셀 유닛(80)의 조립 단계를 나타내면서 설명하는 도면이다. 도 8(A), 도 8(B) 및 도 8(C)에 있어서도, 플로우 셀 홀더(6) 상측 테두리(수용실(81)의 상벽을 이루는 부위)의 도시를 생략하고 있다.
도 8(A)는 플로우 셀(10)이 수용실(81)에 수용되는 단계를 나타내고 있다. 이 단계에서는 플로우 셀(10)을 제1 기준면(82)에 밀착시키는 요소가 없기 때문에, 플로우 셀(10)과 제1 기준면(82) 사이에는 약간의 간극이 존재할 가능성이 있다(존재하지 않는 경우도 있다).
도 8(B)는 가압 부시(86)가 재치대(85)에 재치되는 단계를 나타내고 있다. 이 단계에서는 가압 부시(86)의 대향면(87)이 대향벽(84)에 밀착하는 것에 수반하여, 플로우 셀(10)이 가압 부시(86)에 의해 X 방향으로 압압되어 제1 기준면(82)에 밀착한다. 이에 의해, 플로우 셀(10)과 제1 기준면(82)의 사이로부터 간극이 배제된다. 이 때, 가압 부시(86)는 제2 기준면(83)의 위치보다 배면측에 약간 토출되어 있다. 이 토출은 이 다음에 체결되는 배판(89)의 압입대로서 기능한다.
도 8(C)는 배판(89)이 플로우 셀 홀더(6)에 체결되는 단계를 나타내고 있다. 이 단계에서는 도 8(B)의 단계에서, 배판(89)이 Y 방향으로 압입되어, 배면측에 약간 토출되어 있던 가압 부시(86)를 제2 기준면(83)에 밀착시킨다. 이 때, 가압 부시(86)가 대향벽(84)에 압부되어, 대향벽(84)으로 되돌아온다. 이에 의해, 가압 부시(86)에는 플로우 셀(10)을 X 방향으로 압입하는 힘이 발생한다. 이에 의해, 플로우 셀(10)을 제1 기준면(82)에 대해, 더욱 잘 밀착시킬 수 있다.
한편, 정면측에 있어서는, 조인트를 개재하여, 도 8(A)∼도 8(C)에서는 도시를 생략한 배관(8)(도 9(B) 참조)이 플로우 셀(10)에 대해 접속된다. 이 조인트는 시료 유체의 누출을 방지하는 구조를 갖는다. 이 조인트는 플로우 셀(10)이 플로우 셀 홀더(6)에 수용된 상태에 있을 때, Y 방향으로 압입된다. 이 때, 플로우 셀(10)은 Y 방향으로 압입되어, 그 배면이 배판(89)에 밀착한다. 또한, 플로우 셀(10)의 Y 방향에 있어서의 위치가 제2 기준면(83)에 합쳐진다. 따라서, 플로우 셀(10)은 Y 방향에 있어서도, 미리 결정된 정확한 위치에 고정된다.
이상과 같은 구조로 함으로써, 플로우 셀 홀더(6)(플로우 셀 유닛(80))의 내부에 있어서의, 각 플로우 셀(10)의 X 방향 및 Y 방향의 위치에 관한 위치 결정을 정확하게 행할 수 있다. 이에 의해, 각 플로우 셀(10)을 원하는 위치에 제대로 고정할 수 있다.
도 9(A) 및 도 9(B)는 플로우 셀 유닛(80)의 사시도이다. 이 중, 도 9(A)는 플로우 셀 유닛(80)을 단체로서 배면측에서 본 사시도이다. 도 9(B)는 플로우 셀 유닛(80)의 플로우 셀 베이스(5)에 장착된 상태를 정면측에서 본 사시도이다.
플로우 셀 유닛(80)의 배면측에 있어서는, 플로우 셀 홀더(6)에 체결된 배판(89)에 천공된 홀(89a)로부터, 내부에 수용되어 있는 플로우 셀(10)의 배면에 형성된 집광 렌즈(19)를 시인할 수 있다. 또한, 플로우 셀 유닛(80)의 정면측에 있어서는 내부에 수용된 플로우 셀(10)에 조인트를 개재하여 접속된 배관(8)이 상하 2단으로 정렬된 상태로 연장되어 있다. 배관(8)은 예를 들면, PFA 수지로 형성된 가소성을 갖는 튜브이다. 배관(8)은 입자 계수기(1)의 다른 구성 부품에 실질적으로 간섭하지 않고, 케이스(4)의 정면에 형성된 배관용 창으로부터 케이스(4)의 외측으로 인출된다. 그리고, 케이스(4)의 외측에 있어서, 하단에 정렬된 배관(8)은 시료 유체의 공급원의 송출구와 접속되고, 상단에 정렬한 배관(8)은 시료 유체의 배출처가 되는 배출구에 접속된다.
본 실시형태의 플로우 셀(10)에 있어서는, 상술한 바와 같이, 유로가 세로형으로 대략 ㄷ자 형상을 갖도록 형성되어 있다. 또한, 시료 유체의 유입구 및 배출구가 모두 정면의 상하 방향으로 정렬하도록 형성되어 있다. 이 때문에, 각 플로우 셀(10)에 2개씩 접속된 배관(8)은 모두 플로우 셀 유닛(80)의 정면측으로 정렬하게 된다. 또한, 플로우 셀 유닛(80)은 플로우 셀 베이스(5)를 개재하여, 센서 베이스(2)에 고정되어 있다. 이 때문에, 계수 대상의 채널이 변경되어도, 배관(8)은 움직이지 않는다. 배관(8)은, 어느 외적 요인이 가해지지 않는 이상, 거의 일정한 위치에 고정된다. 따라서, 배관(8)이 움직이거나 구부려지는 것에 기인하는 이완 및 균열 등의 배관(8)에 관한 문제가 발생하기 어렵기 때문에, 시료 유체가 누출될 염려가 없다.
여기서, 본 실시형태와의 비교를 위해 유로가 대략 일직선 형상 혹은 대략 L자 형상을 갖도록 형성된 복수의 플로우 셀을 배열하는 경우를 검토해 본다. 이들의 플로우 셀에 있어서는, 시료 유체의 유입구 및 배출구가 상이한 2개의 면에 형성된다. 이 때문에, 이들 2개의 각 면에 대향하는 위치에 배관용 공간이 확보된다. 이 때문에, 필연적으로 장치 전체가 대형화된다. 또한, 배관의 연장 방향에 따라서는 플로우 셀로부터 방출되는 조사광에 배관이 간섭할 가능성이 있다. 혹은 연장된 배관이 다른 구성 부품에 접촉함으로써, 배관이 움직이거나 구부려져서 배관의 내벽 등으로부터 미세한 입자가 발생할 가능성이 있다. 이러한 경우는 광학적 또는 전기적인 노이즈의 발생을 초래한다. 이러한 노이즈는 입자의 검출 정밀도를 저하시킨다.
이에 대해, 본 실시형태에 있어서는, 모든 배관(8)이 정면측으로 정렬되어 있다. 이 때문에, 배관용으로 확보되는 공간은 1면(정면측)분만 있으면 된다. 따라서, 장치 전체를 컴팩트하게 정리할 수 있다. 또한, 플로우 셀(10)에 대해서는 조사광(La)이 바닥면(입사면(16))으로부터 입사하여 상면(투과면(17))으로부터 방출된다. 이 때문에, 배관(8)은 조사광(La)에 실질적으로 간섭하지 않는다. 또한, 플로우 셀 유닛(80)의 정면측에 정렬된 모든 배관(8)은 그대로 정면측으로 연장되어, 케이스(4)의 외부로 나온다. 이 때문에, 배관(8)은 입자 계수기(1)의 다른 구성 부품에 실질적으로 간섭하지 않는다. 따라서, 본 실시형태에서는 배관(8)에 기인하는 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 입자를 정밀하게 검출할 수 있다.
[입자 계수기의 기능]
도 10은 일 실시형태에 있어서의 입자 계수기(1)의 구성을 나타내는 기능 블럭도이다.
입자 계수기(1)는 입자의 검출에 사용되는 상술한 각 구성 부품 외에 입자의 검출 및 입자의 계수를 제어하는 제어 유닛(90)을 구비하고 있다. 제어 유닛(90)은 예를 들면, 조작 입력부(91), 기억부(92), 위치 조정부(93), 검출 관리부(94), 계수부(95) 및 데이터 출력부(96)를 갖고 있다.
조작 입력부(91)는 유저에 대해 조작 화면을 제공함과 함께, 조작 화면을 개재하여, 유저에 의해 이루어지는 조작을 접수한다. 유저는 조작 화면에 있어서, 계수 대상의 채널의 선택, 검출의 개시 및 종료, 그리고 계수 결과의 보존 등을 지시하는 조작을 행할 수 있다. 조작 입력부(91)는 접수된 조작의 내용에 따른 지시를 다른 기능부인 위치 조정부(93), 검출 관리부(94) 및 데이터 출력부(96)에 대해 출력한다. 또한, 조작 입력부(91)는 다른 기능부인 위치 조정부(93), 검출 관리부(94) 및 데이터 출력부(96)로부터의 입력 내용에 따라 조작 화면의 전환 등을 행한다.
기억부(92)는 이른바 기억 영역이며, 입자의 검출 및 입자의 계수에 관한 정보를 기억한다. 기억부(92)에는 각 채널의 플로우 셀(10)에 대응하는, X 좌표 및 Y 좌표가 미리 기억되어 있다.
즉, 기억부(92)는 플로우 셀 유닛(80)의 내부에 형성된 복수의 유로(13∼15)(플로우 셀(10))에 관하여, 적어도 개개의 플로우 셀(10)의 위치에 대응하여, X축 액추에이터(62)에 의해 이동되는 각 광축의 X 방향에 있어서의 위치를 미리 기억하고 있다. 이들의 광축은 유로에 입사되는 조사광(La)의 광축 및 수광 유닛(50)이 수광하는 방출광(산란광)의 광축을 포함한다.
또한, 기억부(92)는 상기 각 광축의 위치에 추가로, 개개의 플로우 셀(10)의 위치에 대응하여, Y축 액추에이터(72)에 의해 조정되는 Y 방향에 있어서의 수광 유닛(50)에 구비되는 수광용 렌즈(53)의 초점의 위치를 미리 기억하고 있다.
위치 조정부(93)는 조작 입력부(91)에 의해, 특정 채널이 지정되면, 먼저 그 채널의 플로우 셀(10)에 대응하는 X 좌표 및 Y 좌표를 기억부(92)로부터 판독한다. 그리고, 위치 조정부(93)는 X축 액추에이터(62)를 작동시키고,]] X축 모터(64)를 구동하여, X축 스테이지(60)를 X 좌표까지 슬라이드시킨다.
또한, 위치 조정부(93)는 Y축 액추에이터(72)를 작동시키고, Y축 모터(74)를 구동하여, Y축 스테이지(70)를 Y 좌표까지 슬라이드시킨다. X축 모터(64) 및 Y축 모터(74)를 구동하여 끝내면, 즉 X축 스테이지(60) 및 Y축 스테이지(70)의 위치 조정이 완료되면, 검출의 개시가 가능한 상태가 된다. 위치 조정부(93)는 검출의 개시가 가능해진 것을 조작 입력부(91)에 전달한다.
검출 관리부(94)는 조작 입력부(91)에 의해, 특정 채널에 대한 검출 개시의 지시가 이루어지면, 광원(20) 및 수광 유닛(50)을 작동 상태로 전환한다. 또한, 검출 관리부(94)는 조작 입력부(91)에 의해, 특정 채널에 대한 검출 종료의 지시가 이루어지면, 광원(20) 및 수광 유닛(50)을 비작동 상태로 전환한다. 광원(20) 및 수광 유닛(50)이 비작동 상태로 전환되면, 계수 대상의 채널을 변경 가능한 상태가 된다. 검출 관리부(94)는 채널 변경이 가능해진 것을 조작 입력부(91)에 전달한다.
한편, 광원(20)의 작동 상태의 전환은 검출의 개시 및 종료 정도에 행해져도 된다. 혹은, 입자 계수기(1)가 기동하고 있는 동안에는, 광원(20)은 작동 상태인 채로 유지되어도 된다. 또한, 입자 계수기(1)는 검출의 개시 및 종료는 조작 입력부(91)(유저에 의한 조작)를 두지 않고 행해지도록 구성되어도 된다. 예를 들면, 위치 조정부(93)에 의한, 스테이지(60 및 70)의 위치 조정이 완료된 것을 계기로 하여 자동적으로 검출이 개시되고, 검출이 개시되고부터 소정 시간 경과 후에 자동적으로 검출이 종료되어도 된다.
검출 관리부(94)에 의해, 광원(20) 및 수광 유닛(50)이 작동되면, 광원(20)으로부터 출사된 조사광(La)은 미러(30)에서 반사된 후, 조명용 렌즈(40)를 통과하여, 좁혀진 상태에서 플로우 셀(10)에 입사한다. 이에 의해, 조사광(La)은 시료 유체의 유로 내에 검출 영역(A)을 형성한다. 시료 유체에 포함되는 입자(P)가 검출 영역(A)을 통과하면, 입자(P)로부터 산란광인 측방 산란광(Ls)이 발생한다. 이 측방 산란광(Ls)이 수광용 렌즈(53)에 의해 집광되고, 수광 소자(54)로 입사하여 수광된다. 수광 소자(54)에 의해 수광된 측방 산란광(Ls)은 그 강도에 따른 전기 신호로 변환된다. 이 전기 신호는 증폭기(55)에 의해 소정의 게인으로 증폭된 후에 A/D 변환기(56)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 그리고, 수광 유닛(50)은 최종적으로 얻어진 디지털 신호를 계수부로 출력한다.
계수부(계수기)(95)는 수광 유닛(50)에 의해 출력된 디지털 신호의 크기, 즉 측방 산란광(Ls)의 강도에 기초하여 검출된 입자의 입경을 판단하여, 입경별로 입자를 계수한다. 계수부(95)는 계수한 결과를 데이터 출력부(96)로 출력한다.
데이터 출력부(96)는 계수부(95)에 의해 출력된 계수 결과에 기초하여 데이터를 출력한다. 데이터의 출력 형태는 결과 표시 화면에 대한 표시, 프린터에 대한 출력 및 네트워크를 통한 다른 디바이스에 대한 송신이어도 된다. 검출의 종료에 따라, 계수 결과의 최종 데이터가 갖추어지면 최종 데이터의 보존이 가능한 상태가 된다. 데이터 출력부(96)는 최종 데이터의 보존이 가능해진 것을 조작 입력부(91)에 전달한다.
한편, 제어 유닛(90)은 입자 계수기(1)의 내부에 일체적으로 형성되어도 된다. 혹은, 제어 유닛(90)은 입자 계수기(1)의 외부에 별체로서 형성되어도 된다. 후자의 경우, 제어 유닛(90)은 케이블 혹은 네트워크 등을 통해, 입자 계수기(1)로 접속되어도 된다.
[그 밖의 실시형태에 있어서의 입자 계수기의 구성]
도 11은 다른 실시형태에 있어서의 입자 계수기(101)를 간략적으로 나타내는 사시도이다. 개시된 이해를 용이하게 하기 위해 도 11에 있어서는, 일부의 구성 부품의 도시를 생략하고 있다.
입자 계수기(101)에 있어서는, 조사광(La)의 광원으로서 파이버 레이저가 사용되고 있다. 이 광원(120)은 케이스(4)의 외부에 배치되어 있다(도시되어 있지 않다). 광원(120)으로부터 연장된 광섬유의 선단에는 헤드(122)가 형성되어 있다. 이 헤드(122)가 홀더(166)에 고정되어 있다. 따라서, 헤드(122)는 선택된 채널에 따라 X축 스테이지(60)에 연동하여, X 방향으로 이동한다. 조사광(La)은 헤드(122)로부터 플로우 셀(10)의 유로를 향해 출사된다. 상술한 실시형태와는 상이하게, 광원으로부터 출사된 조사광(La)을 플로우 셀(10)의 유로를 향해 반사시킬 필요가 없다. 이 때문에, 본 실시형태에 있어서는 미러는 형성되어 있지 않다. 또한, 파이버 레이저를 사용하는 경우에는 광원을 케이스(4)의 외부에 배치할 수 있다. 이 때문에, 방열 대책이 실질적으로 불필요해진다. 이러한 광원을 사용함으로써, 입자 계수기(101)를 더욱 소형화하는 것이 가능해진다.
[상술한 실시형태의 우위성]
이상과 같이, 상술한 실시형태에 의하면, 이하와 같은 효과가 얻어진다.
(1) 플로우 셀(10)에 있어서는, 시료 유체의 출입구(유입구(11), 배출구(12))가 정면의 상하 방향에 정렬되도록 형성되어 있다. 각 플로우 셀(10)에 접속되는 모든 배관은 플로우 셀 유닛(80)의 정면측에 정렬되고 있다. 플로우 셀 유닛(80)은 플로우 셀 베이스(5)를 개재하여, 센서 베이스(2)에 고정되어 있다. 따라서, 계수 대상의 채널이 변경되고, 조사 광학계나 수광 광학계가 이동한 경우에도 플로우 셀(10)은 움직이지 않는다. 따라서, 상술한 실시형태에 의하면, 배관의 움직임에 기인하는 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 입자의 검출 및 입자의 계수의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
(2) 플로우 셀(10)에 있어서는, 제1 유로(13)의 연장 상의 위치에 상당하는 제2 유로(14)의 배면측의 부위에 오목 형상으로 형성된 오목면부(18)가 형성되어 있다. 또한, 같은 연장선상의 위치에 맞는 플로우 셀(10)의 배면측의 부위에는 볼록 형상으로 형성된 집광 렌즈(19)가 형성되어 있다. 이 때문에, 검출 영역을 통과한 입자로부터 발생하는 산란광을 그 굴절을 억제하면서, 검출 영역에 가까운 위치에서 효과적으로 집광할 수 있다.
(3) 조사광(La)은 제1 유로(13)만을 통과하면서, 제2 유로(14) 및 제3 유로(15)에는 실질적으로 맞지 않는 각도로 플로우 셀(10)에 입사된다. 이 때문에, 조사광(La)이 제2 유로(14) 또는 제3 유로(15)에 간섭하는 것에 의한 노이즈의 발생을 미연에 회피할 수 있다. 그 결과, 입자로부터 발생하는 산란광의 검출이 용이해진다.
(4) 입자 계수기(1)의 유저는 계수 대상의 채널을 선택하는 것만으로, 그 채널에 대응하는 최적의 위치로 미러(30), 조명용 렌즈(40) 및 수광 유닛(50)을 이동시킬 수 있다. 따라서, 선택된 채널에 따라 조사 광학계의 광축 및 수광 광학계의 광축 및 초점의 위치를 고정밀도로 조정할 수 있다.
(5) 플로우 셀 유닛(80)은 수용되는 각 플로우 셀(10)의 X 방향 및 Y 방향의 위치 결정을 정확하게 행하는 것이 가능할 것 같은 내부 구조를 갖는다. 이에 의해, 각 플로우 셀(10)을 정확한 위치에 제대로 고정시킬 수 있다.
(6) 플로우 셀 유닛(80)은 플로우 셀 베이스(5)를 개재하여, 센서 베이스(2)에 고정되어 있다. 계수 대상의 채널이 변경되고, 조사 광학계 및 수광 광학계가 이동한 경우에도, 플로우 셀(10)은 움직이지 않는다. 이 때문에, 플로우 셀(10)에 접속된 배관(8)에 이완 및 균열 등의 문제가 발생하기 어렵다. 따라서, 상술한 실시형태에 의하면, 시료 유체의 누출을 방지할 수 있다.
(7) 플로우 셀(10)의 유로는 대략 ㄷ자 형상으로 형성되어 있다. 이에 의해, 복수의 플로우 셀(10)에 접속되는 모든 배관(8)이 하나의 면에 정렬된다. 이 때문에, 배관(8)을 배치하기 위해 확보되는 공간이 1면분만 있으면 된다. 따라서, 상술한 실시형태에 의하면, 입자 계수기(1)를 소형화할 수 있다.
상기 (1)∼(5)의 효과는 모두 시료 유체에 포함되는 나노 단위의 미세한 입자의 고정밀 검출에 이바지한다. 따라서, 상술한 실시형태에 의하면, 입자의 검출 및 입자의 계수 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 개시의 양태는 상술한 실시형태에 제약되지 않고, 다양하게 변형하여 실시되는 것이 가능하다.
상술한 실시형태에 있어서는, 플로우 셀 홀더(6)의 내부에, 복수의 플로우 셀(10)이 고정되어 있다. 즉, 입자 계수기(1)가 멀티 플로우 셀을 갖는 것이 전제로 되어 있다. 이에 관하여, 플로우 셀 홀더(6)의 내부에는 플로우 셀(10)이 하나만 고정되어 있어도 된다. 즉, 입자 계수기(1)는 싱글 플로우 셀을 갖도록 구성되어도 된다. 이러한 양태에 있어서도, 플로우 셀(10)에 접속된 배관(8)을 일정한 위치에 안정적으로 배치할 수 있다. 이 때문에, 배관(8)의 움직임에 기인하는 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 입자의 검출 및 입자의 계수 정밀도를 향상시킬 수 있다.
상술한 실시형태에 있어서의 플로우 셀 유닛(80)에서는 복수의 플로우 셀(10)이 한쪽 방향으로 배열되어 있고, 각 플로우 셀(10)의 내부에는 하나의 대략 ㄷ자 형상의 유로가 형성되어 있다. 이러한 플로우 셀 유닛(80) 대신에 한 방향으로 배열된 복수의 대략 ㄷ자 형상의 유로를 포함하는 일체형 플로우 셀(내부에 복수의 대략 ㄷ자 형상의 유로가 형성된 하나의 플로우 셀)이 멀티 플로우 셀로서 사용되어도 된다.
상술한 실시형태에 있어서는, 수광 유닛(50)이 X축 스테이지(60) 및 Y축 스테이지(70)의 슬라이드에 수반하여 X 방향 및 Y 방향으로 이동 가능하게 형성되어 있다. 이 대신에, 플로우 셀 유닛(80)의 배후에 X축 스테이지(60) 및 Y축 스테이지(70)의 슬라이드에 수반하여 X 방향 및 Y 방향으로 이동 가능한 미러를 별도로 형성해도 된다. 이 경우, 수광 유닛(50)은 이동되지 않는다. 예를 들면, X축 스테이지(60)가 수광 유닛(50)을 지지하지 않아도 된다. 또한, 시료 유체에 포함되는 입자로부터 발생하는 광은 미러를 개재하여 수광 유닛(50)에 입사되어도 된다. 이러한 구성에는 별도로 형성된 미러가 계수 대상인 채널에 따라 X 방향 및 Y 방향으로 이동된다. 이에 의해, 미러를 개재하여 수광 유닛(50)에 입사되는 입자로부터의 광의 초점을 그 광축에 따라 고정밀도로 조정할 수 있다.
상술한 실시형태에 있어서는, 수광 소자(54)로서 포토다이오드가 사용되고 있다. 이 대신에, 수광 소자(54)로서 다분할 수광 소자를 사용해도 된다. 다분할 수광 소자를 사용함으로써, SN비를 더욱 향상시킬 수 있다. 그 결과, 입자의 검출 및 입자의 계수를 보다 고정밀도로 행할 수 있다.
상술한 실시형태에 있어서는, 플로우 셀(10)에 접속된 배관(8)이 케이스(4)의 외측으로 연장되는데 충분한 길이를 갖고 있다. 배관(8)에 있어서의 케이스(4)에 형성된 배관용 창으로부터 외측으로 돌출된 선단 부분에서 시료 유체의 유입구 및 배출구에 연결되어 있다. 그러나 배관(8)의 접속 양태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 배관(8)이 배관용 창에 고정되고, 여기서 시료 유체의 유입구 및 배출구로 연결되어도 된다.
상술한 실시형태에 있어서는 광원(20)의 작동 상태를 제어 유닛(90)(검출 관리부(94))이 전환되어 있다. 이 대신에, 광원(20)의 출사구를 막고, 조사광을 차단하는 것이 가능한 셔터를 별도로 형성해도 된다. 이 경우, 셔터의 개폐(차광의 유무)를 제어 유닛(90)에 의해 전환해도 된다.
그 밖에 입자 계수기(1)의 각 구성 부품의 예로 든 재료 및 수치 등은 어디까지나 예시이다. 이들은 본 개시의 기술의 실시에 있어서 적절히 변형이 가능함은 물론이다.
상술한 상세한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시된 것이다. 상기 개시 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 상기 개시된 구체적인 형태로 본 발명을 망라하거나 제한하는 것은 아니다. 본 발명은 구조적인 특징 및/또는 방법적인 행위에 대한 용어로 기재되어 있지만, 첨부된 청구범위에 따른 본 발명은 상술한 구체적인 특징 또는 행위로 전혀 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 상술한 구체적인 특징 또는 행위는 단지 상기 첨부된 청구범위를 실시하기 위한 예시로서 개시되어 있는 것이다.
Claims (16)
- 적어도 소정의 부위가 투광성을 갖는 재료로 형성된 본체와,
상기 본체의 내부에 형성되고, 양단의 개구가 상기 본체의 대략 동일 방향의 외면에 형성되어 있는 유체가 흐르는 유로(13∼15)를 구비하고,
상기 유로는 대향하는 평면 형상의 2개의 벽면 사이에 배치된 소정 구간(13)을 가지며,
상기 소정의 부위는 상기 소정 구간을 포함하는 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀(10). - 제 1 항에 있어서,
상기 유로는 양단의 개구로서 유체가 유입되는 유입구(11) 및 상기 유체가 배출되는 배출구(12)를 갖고,
상기 유로는 상기 유입구로부터 소정 방향으로 연장된 도입 유로(13)와, 상기 배출구로부터 상기 소정 방향으로 연장되어 상기 도입 유로에 평행한 배출 유로(15)와, 상기 소정 방향으로 직교하는 방향으로 연장되어 상기 도입 유로 및 상기 배출 유로의 단부의 각각에 접속되는 중계 유로(14)를 포함하며, 일로에 형성되어 있고,
상기 도입 유로의 일 부위에 있어서, 상기 평면 형상의 2개의 벽면이 상기 중계 유로가 연장되는 방향으로 대향하고 있는 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀. - 제 2 항에 있어서,
상기 유체가 유입되는 방향으로 상기 도입 유로를 가상으로 연장시킨 위치에 상당하는 상기 본체의 부위에 형성되고, 상기 유체가 유입되는 방향으로 광을 집광 가능한 광축을 갖는 집광 부재를 추가로 구비한 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체에 포함되는 부유 물질의 검출 영역(A)이 상기 유로의 상기 소정 구간 내에 형성되는 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀과,
조사광(La)을 출사하는 광원(20)과,
상기 조사광을 상기 2개의 벽면을 통과시키고, 상기 유로의 상기 소정 구간에 조사하는 조사 광학계(30, 40)와,
상기 조사광이 상기 소정 구간으로 조사됨으로써 상기 유로 내에 형성되는 검출 영역을 통과하는 입자로부터 발생하는 방출광을 수광하는 수광 광학계(50)를 구비한 입자 계수 장치(1). - 제 3 항의 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀과,
조사광(La)을 출사하는 광원(20)과,
상기 조사광을 상기 2개의 벽면을 통과시키고, 상기 유로의 상기 소정 구간에 조사하는 조사 광학계(30, 40)와,
상기 조사광이 상기 소정 구간에 조사됨으로써 상기 유로 내에 형성되는 검출 영역을 통과하는 입자로부터 발생하는 방출광을 수광하는 수광 광학계(50)를 구비하며,
상기 수광 광학계는 상기 집광 부재에 의해 집광된 상기 방출광을 수광하는 입자 계수 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 조사 광학계는 상기 조사광의 광선속의 중심이 상기 소정 구간의 상기 2개의 벽면을 통과하면서, 상기 유로의 다른 구간(14, 15)을 통과하지 않도록 하는 각도로, 상기 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀에 상기 조사광을 입사시키는 입자 계수 장치. - 제 2 항 또는 제 3 항의 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀과,
조사광(La)을 출사하는 광원(20)과,
상기 조사광을 상기 2개의 벽면을 통과시키고, 상기 유로의 상기 소정 구간에 조사하는 조사 광학계(30, 40)와,
상기 조사광이 상기 소정 구간에 조사됨으로써 상기 유로 내에 형성되는 검출 영역을 통과하는 입자로부터 발생하는 방출광을 수광하는 수광 광학계(50)를 구비하며,
복수의 상기 유로의 배열이 형성되도록 상기 도입 유로가 연장되는 제1 방향 및 상기 중계 유로가 연장되는 제2 방향의 모두에 직교하는 제3 방향에 배열된 복수의 상기 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀을 포함하며, 입자 계수 장치의 장치 본체에 대한 위치가 고정되어 있는 멀티 플로우 셀(80)을 추가로 구비한 입자 계수 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 유로 내에 입사하는 상기 조사광의 광축 및 상기 수광 광학계가 수광하는 상기 방출광의 광축을 복수의 상기 유로의 배열에 따라, 상기 제3 방향으로 이동시키는 광축 이동부(62)를 추가로 구비한 입자 계수 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 수광 광학계의 초점을 상기 제1 방향으로 조정하는 초점 조정부(72)를 추가로 구비한 입자 계수 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 초점 조정부는 상기 수광 광학계를 지지하는 스테이지(70)를 상기 제1 방향으로 이동시키는 액추에이터(72)를 포함하며,
상기 광축 이동부는 상기 조사 광학계와 함께 상기 액추에이터(72)를 지지한 스테이지(60)를 상기 제3 방향으로 이동시키는 다른 액추에이터(62)를 포함하는 입자 계수 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 멀티 플로우 셀의 내부에 형성된 복수의 상기 유로에 관하여, 적어도 개개의 상기 유로의 위치에 대응하여 상기 광축 이동부에 의해 이동되는 상기 각 광축의 상기 제3 방향에 있어서의 위치를 미리 기억하는 기억부(92)를 추가로 구비하고,
상기 광축 이동부는, 상기 검출 영역이 형성되는 상기 유로에 대응하여 상기 기억부에 미리 기억된 상기 각 광축의 위치까지 상기 각 광축을 이동시키도록 구성되어 있는 입자 계수 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 멀티 플로우 셀의 내부에 형성된 복수의 상기 유로에 관하여, 적어도 개개의 상기 유로의 위치에 대응하여 상기 광축 이동부에 의해 이동되는 상기 각 광축의 상기 제3 방향에 있어서의 위치를 미리 기억하는 기억부(92)를 추가로 구비하며,
상기 광축 이동부는 상기 검출 영역이 형성되는 상기 유로에 대응하여 상기 기억부에 미리 기억된 상기 각 광축의 위치까지 상기 각 광축을 이동시키도록 구성되어 있고,
상기 기억부는 상기 각 광축의 위치에 추가로, 개개의 상기 유로의 위치에 대응하여 상기 초점 조정부에 의해 조정되는 상기 제1 방향에 있어서의 상기 초점의 위치를 미리 기억하며,
상기 초점 조정부는 상기 검출 영역이 형성되는 상기 유로에 대응하여 상기 기억부에 미리 기억된 상기 초점의 위치에 상기 초점을 조정하도록 구성되어 있는 입자 계수 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 멀티 플로우 셀에서는 개개의 상기 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀이 상기 멀티 플로우 셀 전체에서 보아 위치의 기준이 되는 부위(82)에 밀착한 상태에서 고정되는 입자 계수 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 멀티 플로우 셀은 개개의 상기 유체 중 부유 물질 측정용 플로우 셀을 압압하여, 상기 위치의 기준이 되는 부위에 밀착시키는 탄성 부재(86)를 내부에 갖는 입자 계수 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 방출광은 산란광 또는 형광인 입자 계수 장치.
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