TWI685650B - 粒子計數器 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種粒子計數器，具備：檢測部，利用受光元件接收散射光與參照光的干涉光，生成與所述干涉光對應的檢測信號，並利用放大器進行放大，計數部，基於用於測定粒子的測定期間內的檢測信號，進行所述粒子的計數，以及光路長度可變部，使第一光路與第二光路中的至少一方的光路長度以規定速度變化，基於所述流體的流速將所述規定速度設定為，通過使所述光路長度變化，減慢所述散射光與所述參照光的相位差的變化，降低所述檢測信號的頻率。

Description

粒子計數器
本發明涉及粒子計數器。
作為用於測定藥液和水等液體或者空氣等氣體亦即流體中的粒子的裝置，存在粒子計數器。在某一粒子計數器中，將來自光源的光分離為照射光以及參照光，將照射光照射到包含粒子的流體上。然後，使因照射光而產生的粒子的散射光與參照光干涉，基於該干涉光按照每個粒徑對粒子進行計數（例如參照日本專利公報特許第5859154號）。
粒子計數器具備：光源，射出光；光重疊部，將兩束光在空間上重疊；照射光學系統，利用通過對來自所述光源的光進行分支而得到的多束光中的第一光照射在流道內流動的流體，由此形成檢測區域；檢測光學系統，使來自所述檢測區域內的所述流體所含的粒子的散射光中與所述照射光學系統的光軸不同的方向的散射光向所述光重疊部入射；參照光學系統，使所述多束光中的第二光作為參照光向所述光重疊部入射；檢測部，利用受光元件接收由所述光重疊部得到的所述散射光與所述參照光的干涉光，生成與所述干涉光對應的檢測信號，並利用放大器進行放大；計數部，基於用於測定所述粒子的測定期間內的所述檢測信號，進行所述粒子的計數；以及光路長度可變部，使所述第一光和所述散射光的光路即第一光路、與所述第二光的光路即第二光路中的至少一方的光路長度以規定速度變化，基於所述流體的流速將所述規定速度設定為，通過使所述光路長度變化，減慢所述散射光與所述參照光的相位差的變化，降低所述檢測信號的頻率。
在下面的詳細說明中，出於說明的目的，為了提供對所發明的實施方式的徹底的理解，提出了許多具體的細節。然而，顯然可以在沒有這些具體細節的前提下實施一個或更多的實施方式。在其它的情況下，為了簡化製圖，示意性地示出了公知的結構和裝置。
在基於干涉光對粒子進行計數的情況下，通過光電二極體等的半導體受光元件接收干涉光。通過光電轉換，生成與干涉光對應的檢測信號。檢測信號由半導體受光元件的後段的放大器放大。然後，基於放大後的檢測信號對粒子進行計數。
另一方面，因來自粒子的散射光與參照光而產生的干涉光的強度變化（即，為干涉光的明暗，與檢測信號的頻率對應）依賴於粒子的移動速度（即，試樣流體的流速）。例如，為了在更短的時間內測定規定量的試樣流體，試樣流體的流速加快，因此檢測信號的頻率也提高。
因而，在試樣流體的流速快、檢測信號的頻率高的情況下，由於半導體受光元件和/或放大器的頻率特性，檢測信號的振幅電平降低。因此，存在無法準確地對粒子進行計數的可能性。
本發明的一個目的在於提供粒子計數器，即使試樣流體的流速比較快，也能夠進行準確的粒子計數。
本發明的一個方式的粒子計數器，具備：光源，射出光；光重疊部，將兩束光在空間上重疊；照射光學系統，利用通過對來自所述光源的光進行分支而得到的多束光中的第一光照射在流道內流動的流體，由此形成檢測區域；檢測光學系統，使來自所述檢測區域內的所述流體所含的粒子的散射光中與所述照射光學系統的光軸不同的方向的散射光向所述光重疊部入射；參照光學系統，使所述多束光中的第二光作為參照光向所述光重疊部入射；檢測部，利用受光元件接收由所述光重疊部得到的所述散射光與所述參照光的干涉光，生成與所述干涉光對應的檢測信號，並利用放大器進行放大；計數部，基於用於測定所述粒子的測定期間內的所述檢測信號，進行所述粒子的計數；以及光路長度可變部，使所述第一光和所述散射光的光路即第一光路、與所述第二光的光路即第二光路中的至少一方的光路長度以規定速度變化，基於所述流體的流速將所述規定速度設定為，通過使所述光路長度變化，減慢所述散射光與所述參照光的相位差的變化，降低所述檢測信號的頻率。
本發明的上述方式的粒子計數器，即使試樣流體的流速比較快，也能夠進行準確的粒子計數。
以下，基於附圖對本發明的實施方式進行說明。
實施方式1
圖1是表示本發明的實施方式1的粒子計數器的結構的方塊圖。圖1所示的粒子計數器具備光源1、流動池2、光學系統3、檢測部4、濾波器5以及計數部6。
光源1是射出規定波長的光（此處為雷射）的光源。在本實施方式中，光源1以縱向單模射出高相干的光。例如，作為光源1，使用波長532nm且輸出500mW左右的雷射源。
流動池2形成包含計數對象的粒子的流體的流道。另外，在本實施方式中，包含計數對象的粒子的流體是液體。
圖2是圖1中的流動池2的一例的立體圖。如圖2所示，流動池2彎曲成L形。流動池2是形成彎曲的流道2a的透明管狀的構件。另外，在包含計數對象的粒子的流體為強酸性或強鹼性等的藥液的情況下，流動池2例如為藍寶石製。
在流動池2中，利用通過對來自所述光源的光進行分支而得到的光中的一束光照射在流道2a內流動的流體，由此形成檢測區域。
光學系統3具備分光鏡11、照射光學系統12、檢測光學系統13、衰減器14、反射鏡15、擴束鏡16、分光鏡17、聚光部18a和18b以及光路長度可變部31。
分光鏡11將來自光源1的光分支為兩束光（第一光和第二光）。第一光作為測定光向照射光學系統12入射。此外，第二光作為參照光向衰減器14入射。例如，分光鏡11以規定的不均等的比例（例如90：10）將來自光源1的光分支。測定光的強度大於參照光的強度。
照射光學系統12從與流動池2的流道2a中的流體的行進方向（圖2中的X方向）不同的方向（此處是垂直方向、即圖2中的Z方向），通過測定光照射在流道2a內流動的流體。另外，照射光學系統12使用例如日本專利公開公報特開2003-270120號所記載的透鏡組，對雷射進行整形以使能量密度提高。
檢測光學系統13使通過上述測定光的照射而產生的來自流道2a內的粒子的散射光向分光鏡17的規定的入射面入射。例如，檢測光學系統13使用聚光透鏡，或者具有用於遮蔽背景光的針孔以及分別配置於該針孔的前後的聚光透鏡的光學系統。
在本實施方式中，測定光從與檢測光學系統13的光軸不同的方向向流道2a入射。因此，側向散射的散射光通過檢測光學系統13向分光鏡17入射。
圖3是說明圖1中的流動池2、檢測光學系統13以及分光鏡17的配置的圖。具體而言，如圖3所示，檢測光學系統13使流道2a內的粒子和流體所發出的散射光中的沿著檢測區域中的流體（即，粒子）的行進方向發出的散射光向分光鏡17入射。
在本實施方式中，如圖3所示，流體（即，粒子）的行進方向與檢測光學系統13的光軸為相同方向。從檢測區域的中心到規定的立體角內的散射光向分光鏡17入射。
另一方面，由分光鏡11分支後的參照光向衰減器14入射。
衰減器14使光的強度以規定的比例衰減。衰減器14例如使用ND（Neutral Density，中性密度）濾光片。反射鏡15反射從衰減器14射出的參照光，並使其向擴束鏡16入射。例如，通過分光鏡11以及衰減器14，將參照光的強度設為從光源1射出的光的強度的萬分之一左右。另外，根據計數對象的粒子的粒徑以及散射光強度等設定向分光鏡17入射的參照光的強度。將衰減器14的衰減率等設定為實現該參照光的強度。
擴束鏡16將參照光的光束直徑擴大到規定的直徑。擴束鏡16使光束直徑擴大後的參照光作為大致平行光向分光鏡17的規定的入射面（與散射光的入射面不同的入射面）入射。
在本實施方式中，檢測光學系統13、反射鏡15以及擴束鏡16被設定為，在分光鏡17中，粒子的散射光的波面形狀與參照光的波面形狀大致一致。在本實施方式中，檢測光學系統13以及擴束鏡16將散射光以及參照光分別以大致平行光射出。另外，散射光以及參照光的波面形狀可以是曲面。
此外，檢測光學系統13、反射鏡15以及擴束鏡16被設定為，在分光鏡17中偏振角一致。
這樣，在本實施方式中，為了進一步提高干涉的程度，在參照光的光路中設置對參照光的強度、偏振角以及波面形狀進行控制的衰減器14、反射鏡15以及擴束鏡16等。
分光鏡17使入射的散射光與入射的參照光在空間上重疊，以相互增強或相互減弱的方式進行干涉。在本實施方式中，分光鏡17與分光鏡11分開設置。在分光鏡17中，根據與檢測區域中的粒子的移動相伴的光路長度的變化，散射光與參照光的相位差變化。進而，如後所述，干涉光的強度根據透射分光鏡17自身或其反射的光而變化。此外，在與檢測區域中的流體（即，粒子）的行進方向上的速度相應的散射光與參照光的相位差的變化的週期（即頻率）內，干涉光的強度變化。另外，在未入射因粒子而產生的散射光的期間內，因流體而產生的散射光的透射分量與參照光的反射分量干涉並從分光鏡17射出，且因流體而產生的散射光的反射分量與參照光的透射分量干涉並從分光鏡17射出。在該情況下，由於流體的分子極小且極多，所以這些散射光是隨機的，這些干涉光的強度變化比因粒子而產生的變化小。
聚光部18a將從分光鏡17的一個射出面射出的光聚光並向受光元件21a入射。聚光部18b將從分光鏡17的另一射出面射出的光聚光並向受光元件21b入射。聚光部18a、18b例如使用聚光透鏡。
圖4是用於說明圖1中的分光鏡17中的光的重疊的圖。如圖4所示，在分光鏡17中，以使散射光S的反射分量S1的光軸與參照光R的透射分量R2的光軸一致、並且散射光S的透射分量S2的光軸與參照光R的反射分量R1的光軸一致的方式，入射散射光S以及參照光R。因而，從分光鏡17射出由散射光S的反射分量S1與參照光R的透射分量R2形成的第一干涉光、以及由散射光S的透射分量S2與參照光R的反射分量R1形成的第二干涉光。該第一干涉光和第二干涉光分別經由聚光部18a、18b向檢測部4的受光元件21a、21b入射。
另外，散射光S以及參照光R分別以大致45度相對於分光鏡17的光分支面入射。透射分量S2、R2分別具有與散射光S以及參照光R相同的相位。反射分量S1、R1的相位相對於散射光S以及參照光R分別延遲90度。因此，如後所述，第一干涉光的強度變化與第二干涉光的強度變化相互反相。
此外，分光鏡17中的透射分量與反射分量的比例優選為50：50。另外，該比例也可以是60：40等的不均等的比例。在分光鏡17中的透射分量與反射分量的比例不均等的情況下，根據該比例設定放大器22a、22b的增益，以使電信號V1中的參照光的透射分量與電信號V2中的參照光的反射分量相同。
另外，光束收集器19吸收通過流動池2後的光。由此，能夠抑制通過流動池2後的光的漫反射以及洩漏等對光學系統3造成的影響。
光路長度可變部31在後述的測定期間內，使測定光和散射光的光路（第一光路）的第一光路長度、以及參照光的光路（第二光路）的第二光路長度中的至少一方以後述的規定速度變化。在實施方式1中，光路長度可變部31在測定期間內使第一光路長度以規定速度變化。例如，在不通過光路長度可變部31使第一光路長度變化的情況下，在成為光重疊部的分光鏡17中，伴隨著粒子的移動而產生粒子的散射光的相位與參照光的相位的相位差。此外，粒子的移動速度與相位的變化速度（即，干涉光的強度的變化速度）成比例。此處，在粒子朝向分光鏡17前進的情況下，當通過光路長度可變部31以比粒子的移動速度慢的速度使第一光路長度變化而變長時，能夠減慢粒子的散射光的相位與參照光的相位的相位差的變化速度。或者，當通過光路長度可變部31以比粒子的移動速度慢的速度使第二光路長度變化而變短時，能夠減慢粒子的散射光的相位與參照光的相位的相位差的變化速度。
具體而言，在如圖3所示那樣在與流體（即，粒子）的行進方向相同的方向上接收散射光的情況下，光路長度可變部31使第一光路長度以規定速度增加。另一方面，在與流體（即，粒子）的行進方向相反的方向上接收散射光的情況下，光路長度可變部31使第一光路長度以規定速度減少。另外，在使第二光路長度以規定速度變化的情況下，與上述相反地使第二光路長度增加或減少，由此能夠得到同樣的效果。
圖5表示圖1中的光路長度可變部31的一例。如圖5所示，光路長度可變部31具備配置於第一光路的兩個固定反射面41、42、以及具有兩個可動反射面43、44的滑塊45。
在本實施方式1中，固定反射面41、42以及可動反射面43、44分別由平板狀的反射鏡構件形成。固定反射面41、42以及可動反射面43、44配置成測定光相對於各反射面的入射角為45度。並且，利用各個反射面41、42、43、44的反射，第一光路長度變化。具體而言，如後所述，滑塊45在測定期間內使兩個可動反射面43、44移動，以使第一光路長度以規定速度變化。
圖6是用於說明圖5中的滑塊45的動作速度Vs的圖。如圖6所示，具體而言，滑塊45從基準位置開始可動反射面43、44的移動（時間To）。滑塊45在測定期間內使可動反射面43、44以規定速度＋V移動。當測定期間結束時（時間Te），滑塊45在非測定期間內使可動反射面43、44以比規定速度＋V快的速度朝相反方向移動，返回到基準位置。這樣，滑塊45使可動反射面43、44往復運動。
此外，檢測部4利用受光元件21a、21b分別接收來自分光鏡17的干涉光。檢測部4生成與這些干涉光的差分對應的檢測信號Vo。在本實施方式中，如圖1所示，檢測部4具備受光元件21a、21b、放大器22a、22b以及差分運算部23。
受光元件21a、21b是光電二極體和光電電晶體等的半導體受光元件，分別輸出與入射光對應的電信號。放大器22a、22b將從受光元件21a、21b輸出的電信號以規定的增益放大。此處，放大器22a、22b是互阻放大器。放大器22a、22b生成與受光元件21a、21b的輸出電流對應的輸出電壓。
差分運算部23對由受光元件21a得到的與第一干涉光對應的電信號V1、與由受光元件21b得到的與第二干涉光對應的電信號V2的差分進行運算，並將該差分作為檢測信號Vo輸出。
另外，對放大器22a、22b的增益進行調整，以便在不包含因粒子而產生的散射光分量的狀態（因流體而產生的散射光分量以及參照光分量）下，電信號V1的電壓與電信號V2的電壓相同。取而代之，可以僅設置放大器22a、22b中的一個，對該放大器的增益進行調整以使上述的兩者相同。此外，在受光元件21a的電信號的電壓與受光元件21b的電信號的電壓相同的情況下，也可以不設置放大器22a、22b。
圖7是說明由圖1中的檢測部4得到的檢測信號的時序圖。
當某個粒子在從時間T1到時間T2的期間通過檢測區域時，在該期間內產生因粒子而產生的散射光。並且，與檢測區域內的粒子向行進方向的移動相應，從粒子到分光鏡17的光分支面的光路長度變化。由此，因粒子而產生的散射光與參照光的相位差變化，干涉光的強度（振幅）以相互增強或相互減弱的方式變化。
因而，如圖7所示，電信號V1以沒有粒子的狀態的電壓V1o作為基準，在粒子通過檢測區域的期間內，根據干涉的程度相對於基準正負變動。同樣地，電信號V2以沒有粒子的狀態的電壓V2o作為基準，在粒子通過檢測區域的期間內，根據干涉的程度相對於基準正負變動。但是，該期間的電信號V1、V2的交流分量相互反相。
成為從放大器22a、22b輸出的電信號V1、V2的基準的電壓V1o、V2o彼此相同。因此，如圖7所示，由差分運算部23得到的檢測信號Vo在粒子通過檢測區域的期間內具有交流分量，該交流分量具有比各電信號V1、V2各自的由於干涉而產生的交流分量大（約2倍）的振幅。在所述期間以外，檢測信號Vo具有大致為零的電壓。
另外，在本實施方式中，對沿著檢測區域中的流體的行進方向發出的散射光進行檢測。由此，粒子通過檢測區域時的光路量的變化變大。但是，只要能夠檢測散射光，就不限定散射光的檢測方向。
另外，在檢測區域的整個區域產生來自流體介質亦即液體的散射光（背景光）。並且，也存在來自不同位置的背景光。但是，該背景光通過差分運算而被抵消。因此，在檢測信號Vo中，因背景光的干涉而產生的交流分量小於因來自粒子的散射光的干涉而產生的交流分量。
在本實施方式中，計數對象的粒子的粒徑小於從光源1射出的光的波長。因此，因瑞利散射而產生的散射光的強度與粒徑的6次方成比例。與此相對，該散射光與參照光的干涉光的強度基於光強度I與電場強度E的關係式（I＝0.5·c·ε·E2）。即，根據粒徑與干涉光的強度Ii的關係式（Ii∝Er·ED0（D1/D0）3 ），散射光與參照光的干涉光的強度與粒徑的比的3次方成比例。因此，與直接檢測散射光相比，在檢測干涉光的情況下，減小粒徑時的光的強度的減少較少。此處，D0、D1是粒徑，Er是參照光的電場強度，ED0是來自粒子D0的散射光的電場強度。
此外，散射光與參照光的干涉光的強度的、最大值與最低值的差（當散射光與參照光的相位差為0時，與該相位差為180度時的干涉光強度的差＝2・c・ε・Es・Er・單位面積），與參照光的電場強度Er和散射光的電場強度Es之積成比例。因而，通過提高散射光以及參照光的強度，能夠得到足夠強的干涉光。其結果是，能夠得到足夠大的振幅的檢測信號。根據檢測部4、濾波器5和計數部6的動態範圍，將參照光的強度設為能夠良好處理檢測信號的值。
例如，在粒徑20nm的粒子的散射光強度Is為7.0×10－ 6 μW的情況下，將該散射光強度Is轉換成每單位面積的散射光強度Is/a，根據光強度與電場強度的關係式（Is/a＝0.5・c・ε・Es2 ）求出散射光的電場強度Es時，約為5.8×10－ 3 V/m。另一方面，當將參照光強度Ir設為1.2μW時，參照光的電場強度Er約為2.4V/m。並且，當散射光與參照光在波面整個區域發生干涉時，上述的干涉光強度的差成為散射光強度的約1600倍亦即約1.2×10－ 2 μW，被放大到與粒徑70nm的粒子的散射光強度同等的水平。此處，c為光速（m/s），ε為空氣的介電常數（F/m）。
濾波器5對由檢測部4生成的檢測信號Vo進行使與上述的干涉光的強度變化對應的頻率分量通過的濾波處理。在本實施方式中，濾波器5是使與干涉光的強度變化對應的頻率分量以外的頻率分量衰減的帶通濾波器。在該帶通濾波器中，將通過頻帶設定為，使得與流道2a內的流體速度（即，粒子的移動速度）對應的檢測信號Vo的頻率分量（即，與干涉光的強度變化對應的頻率分量）通過，而使與流體的行進速度對應的頻率分量以外的頻率分量衰減。由此，檢測信號Vo中的雜訊分量被衰減，檢測信號Vo的S/N比進一步變高。另外，根據粒子的移動速度以及測定光的波長（即，光源1的波長）等預先確定通過頻帶頻率。另外，在雜訊的頻率高於與干涉光的強度變化對應的頻率的情況下，也可以使用低通濾波器。在雜訊的頻率低於與干涉光的強度變化對應的頻率的情況下，也可以使用高通濾波器。
計數部6基於測定期間內的檢測信號Vo進行粒子的計數。在本實施方式中，計數部6基於濾波器5所進行的濾波處理後的檢測信號Vo1進行粒子的計數。此外，計數部6對基於滑塊45的可動反射面43、44的往復動作進行檢測，確定測定期間。
此外，例如計數部6當檢測到檢測信號Vo中的遍及上述期間連續的交流分量（即，與干涉光的強度變化對應的頻率分量）時，對該振幅與按每個粒徑確定的規定的閾值進行比較。計數部6按每個粒徑進行區別，對一個粒子進行計數。
在本實施方式1中，如圖5所示，在光路長度可變部31中，伴隨著滑塊45的動作，兩個可動反射面43、44移動。由此，兩個光路區間51、52的長度變化。此處，將在光路長度可變部31內伴隨著滑塊45的動作而長度變化的光路區間的數量設為光路區間倍數B。在該情況下，在圖5所示的光路長度可變部31中，B＝2。即，第一光路長度以基於滑塊45的可動反射面43、44的移動速度的2倍速度變化。另外，光路區間倍數B通常設為2以上（例如偶數），但也可以為1。
滑塊45在測定期間內使可動反射面43、44從基準位置移動。此外，滑塊45在非測定期間（測定期間與下一測定期間之間的期間）內使可動反射面43、44返回到該基準位置。這樣，滑塊45使可動反射面43、44往復運動。
此處，基於流動池2內的流體的流速、受光元件21a、21b的頻率特性以及放大器22a、22b的頻率特性，設定上述的“規定速度”。
具體而言，根據流速將“規定速度”設定為，使得干涉光的檢測信號的頻率低於受光元件21a、21b的響應頻率的上限值、以及放大器22a、22b的頻率特性（即放大率的頻率特性）中得到規定放大率的頻率的上限值中的較低一方的頻率。
例如，設流動池2內的中心流速為Vm、流體的折射率為ri、真空中的光源1的波長為λ、滑塊45的動作速度（即，可動反射面43、44的移動速度）為Vs。在該情況下，基於干涉光的檢測信號的頻率σ如下式所示。
σ＝｜Vm×ri－Vs×B｜/λ
例如，基於流速Vm以及流體折射率ri將滑塊45的動作速度Vs以及光路區間倍數B設定為，使得如果放大器22a、22b的頻率上限值為120kHz左右，則檢測信號的頻率σ為120kHz以下。
接下來，對實施方式1的粒子計數器的動作進行說明。
光源1射出雷射。分光鏡11將該雷射分支為測定光以及參照光。參照光在由衰減器14衰減後，經由反射鏡15和擴束鏡16，作為大致平行光向分光鏡17入射。
另一方面，測定光經由光路長度可變部31通過照射光學系統12向流動池2內的檢測區域入射。當粒子通過檢測區域時，在粒子通過檢測區域的期間內，產生來自粒子的散射光。檢測光學系統13使沿著流動池2的流道2a內的流體的行進方向射出的散射光作為大致平行光向分光鏡17入射。
這樣，在粒子通過檢測區域的期間內，向分光鏡17入射參照光以及來自粒子的散射光。兩者的干涉光從分光鏡17射出。
在粒子通過檢測區域的期間內，從分光鏡17射出的干涉光分別由受光元件21a、21b接收。與干涉光的強度對應的電信號作為檢測信號Vo從檢測部4輸出。尤其地，在實施方式1中，生成基於相互反相的上述的第一干涉光與第二干涉光的差分的檢測信號Vo。因此，得到具有交流分量的檢測信號Vo，該交流分量具有電信號V1、V2的約2倍的振幅。
並且，在測定期間內，光路長度可變部31的滑塊45使測定光的光路長度以一定速度動作變化而變大。由此，與滑塊45停止的情況相比，能夠減慢粒子的散射光的相位與參照光的相位的相位差的變化的速度。另外，當通過光路長度可變部31使參照光的第二光路長度變化而變短時，與上述相同，能夠減慢相位差的變化的速度。圖8是用於說明因光路長度變化而引起的檢測信號的頻率變化的圖。當相位差的變化的速度變慢時，干涉光的強度變化變慢，如圖8所示，檢測信號Vo的頻率變低。
並且，在各測定期間內，計數部6基於濾波器5所進行的濾波處理後的檢測信號Vo1，進行粒子的計數。
如以上那樣，根據上述實施方式1的粒子計數器，照射光學系統12利用通過對來自光源1的光進行分支而得到的多束光中的一束光，從與流體流動的方向不同的方向照射流道2a內的流體，由此形成檢測區域。檢測光學系統13使來自檢測區域內的流體所含的粒子的散射光中與照射光學系統12的光軸不同的方向的散射光向分光鏡17入射。另一方面，擴束鏡16使該多束光中的另一束光作為參照光向分光鏡17入射。檢測部4利用受光元件接收由分光鏡17得到的散射光與參照光的干涉光，生成與該干涉光對應的檢測信號。計數部6在測定期間內，基於該檢測信號（此處，通過濾波器5後的檢測信號）進行粒子的計數。並且，光路長度可變部31在測定期間內使第一光路長度和第二光路長度中的至少一方以規定速度變化，以便降低第一光和散射光的光路的第一光路長度與第二光的光路的第二光路長度的光路差的變化速度，並減慢粒子的散射光的相位與參照光的相位的相位差的變化速度。
由此，通過光路長度可變部31降低干涉光的強度變化的速度。因此，檢測信號的頻率降低。因而，即使試樣流體的流速比較快，也能夠抑制由受光元件和放大器的頻率特性引起的檢測信號的振幅電平的降低，並能夠進行準確的粒子計數。
實施方式2
圖9表示實施方式2的粒子計數器中的光路長度可變部31的一例。如圖9所示，在實施方式2中，光路長度可變部31具備配置於第一光路的4個固定反射面61～64、以及具有4個可動反射面65～68的滑塊69。滑塊69在測定期間內使4個可動反射面65～68移動，以使第一光路長度以規定速度變化。
因而，在圖9所示的光路長度可變部31中，由於滑塊69的動作而長度變化的光路區間71～74為4個（即，B＝4）。因而，與圖5所示的光路長度可變部31（B＝2）相比，產生以下的（a）～（c）的優點。 （a）用於得到第一光路長度的相同的變化速度的滑塊69的動作速度＋V為滑塊45的動作速度＋V的一半即可。 （b）用於得到相同長度的測定期間的滑塊69的移動範圍的寬度為滑塊45的移動範圍的寬度的一半即可。 （c）也能夠使試樣流體的速度更快。
在本實施方式2中，固定反射面61～64以及可動反射面65～68分別由平板狀的反射鏡構件形成。
滑塊69在測定期間內使可動反射面65～68從基準位置移動。進而，滑塊69在非測定期間內使可動反射面65～68返回到該基準位置。這樣，滑塊69使可動反射面65～68往復運動。
另外，對於實施方式2的粒子計數器的其他結構和動作，與實施方式1相同，因此省略其說明。
實施方式3
圖10表示實施方式3的粒子計數器中的光路長度可變部31的一例。如圖10所示，在實施方式3中，光路長度可變部31具備4個直角棱鏡81～84、以及滑塊85。直角棱鏡81～83具有配置於第一光路的6個固定反射面81a、81b、82a、82b、83a、83b。直角棱鏡84具有配置於第一光路的兩個可動反射面84a、84b。滑塊85在測定期間內使可動反射面84a、84b（即，直角棱鏡84）移動，以使第一光路長度以規定速度變化。
即，在實施方式3中，測定光在直角棱鏡81與直角棱鏡84之間一邊全反射一邊往復多次（在圖10中往復三次）。由此，光路區間倍數B變大（在圖10中B＝6）。
固定反射面81a、81b、82a、82b、83a、83b以及可動反射面84a、84b配置成測定光相對於各反射面的入射角為45度。
另外，對於實施方式3的粒子計數器的其他結構和動作，與實施方式1相同，因此省略其說明。
實施方式4
在實施方式1～3中，光路長度可變部31設置於第一光路。另一方面，在實施方式4中，光路長度可變部31設置於第二光路（即，參照光側），或者設置於第一光路和第二光路的雙方。
在光路長度可變部31設置於第二光路的情況下，上述的固定反射面和可動反射面配置於第二光路。如實施方式1～3所示，與光路長度可變部31設置於第一光路的情況相反，光路長度可變部31在測定期間內使第二光路長度減少。
此外，在光路長度可變部31設置於第一光路和第二光路的雙方的情況下，設置於第一光路的光路長度可變部31在測定期間內使第一光路長度增加。另一方面，設置於第二光路的光路長度可變部31在測定期間內使第二光路長度減少。
另外，對於實施方式4的粒子計數器的其他結構和動作，與實施方式1～3的任意一個相同，因此省略其說明。
另外，針對上述的實施方式的各種變更和修正，對本領域技術人員而言是顯而易見的。可以在不脫離本發明的主旨和範圍且不削弱預期效果的情況下進行這樣的變更和修正。即，這樣的變更和修正旨在包含在權利要求的範圍內。
例如，在上述實施方式1～4中，在參照光的光路設置有擴束鏡16。也可以取而代之或者追加性地在分光鏡11的前段設置擴束鏡。此外，在上述實施方式1～4中，如圖1所示，使用一個反射鏡15。也可以取而代之，使用3個反射鏡三維地調整光路的方向。此外，在上述實施方式1～4中，為了使來自粒子的散射光與參照光重疊而使用了分光鏡17。也可以取而代之而使用偏光棱鏡。
此外，在上述實施方式1～4中，優選光源1是以縱向單模射出高相干的雷射的光源。此外，優選使用在檢測區域的任意位置處都會產生來自粒子的散射光與參照光的干涉那樣的能量分佈的光源。進而，光源1並不限定於射出雷射的光源，也可以構成為射出雷射以外的例如LED光。光源1只要構成為能夠射出參照光側與粒子散射光側的光路長度差（即，通過光路長度可變部31使光路長度變化時的光路長度差的最大值）為從光源1射出的光的相干長度以內那樣的光即可。
此外，在上述實施方式1～4中，濾波器5和計數部6可以是類比電路，也可以是數位電路。在濾波器5和計數部6為數位電路的情況下，在濾波器5的前段進行針對檢測信號Vo的類比－數位轉換。
此外，在上述實施方式1～4中，如圖1所示，採用光的分支與光的重疊通過不同的分光鏡11、17進行的所謂馬赫陳德型的干涉光學系統。也可以取而代之，採用邁克生型或者其他的干涉光學系統。
此外，在上述實施方式1～4中，如圖3所示，從檢測區域中的流體的行進方向實施檢測。也可以取而代之，從與檢測區域中的流體的行進方向相反的方向實施檢測。進而，可以使流體的行進方向反向來實施檢測。在該情況下，在光路長度可變部中，與上述實施方式1～4的光路長度可變部31的動作相反，設置於第一光路的光路長度可變部31在測定期間內使第一光路長度減少。此外，設置於第二光路的光路長度可變部31在測定期間內使第二光路長度增加。
此外，上述實施方式1～4的粒子計數器為液體中粒子計數器。上述實施方式1～4的粒子計數器也可以應用於空氣中粒子計數器。
本發明的實施方式可以應用於粒子計數器。出於示例和說明的目的已經給出了所述詳細的說明。根據上面的教導，許多變形和改變都是可能的。所述的詳細說明並非沒有遺漏或者旨在限制在這裡說明的主題。儘管已經通過文字以特有的結構特徵和/或方法過程對所述主題進行了說明，但應當理解的是，權利要求書中所限定的主題不是必須限於所述的具體特徵或者具體過程。更確切地說，將所述的具體特徵和具體過程作為實施權利要求書的示例進行了說明。
1‧‧‧光源11‧‧‧分光鏡 12‧‧‧照射光學系統13‧‧‧檢測光學系統 14‧‧‧衰減器15‧‧‧反射鏡 16‧‧‧擴束鏡17‧‧‧分光鏡 18a 18b‧‧‧聚光部 19‧‧‧光束收集器 2‧‧‧流動池 21a 21b‧‧‧受光元件 22a 22b‧‧‧放大器23‧‧‧差分運算部 3‧‧‧光學系統31‧‧‧光路長度可變部 4‧‧‧檢測部5‧‧‧濾波器 6‧‧‧計數部V1 V2‧‧‧電信號 Vo‧‧‧檢測信號Vo1‧‧‧濾波處理後的檢測信號 2a‧‧‧流道S‧‧‧散射光 S1‧‧‧散射光S的反射分量S2‧‧‧散射光S的透射分量 R‧‧‧參照光 R1‧‧‧參照光R的反射分量 R2‧‧‧參照光R的透射分量41 42‧‧‧固定反射面 43 44‧‧‧可動反射面45‧‧‧滑塊 51 52‧‧‧光路區間+V‧‧‧規定速度 61~64‧‧‧固定反射面65~68‧‧‧可動反射面 69‧‧‧滑塊71~74‧‧‧光路區間 81~84‧‧‧直角棱鏡 81a 81b 82a 82b 83a 83b‧‧‧固定反射面 84a 84b‧‧‧可動反射面85‧‧‧滑塊
圖1是表示本發明的實施方式1的粒子計數器的結構的方塊圖。 圖2是表示圖1中的流動池的一例的立體圖。 圖3是用於說明圖1中的流動池、檢測光學系統以及分光鏡的配置的圖。 圖4是用於說明圖1中的分光鏡中的光的重疊的圖。 圖5是表示圖1中的光路長度可變部的一例的圖。 圖6是用於說明圖5中的滑塊的動作速度的圖。 圖7是說明由圖1中的檢測部得到的檢測信號的時序圖。 圖8是用於說明因光路長度變化而引起的檢測信號的頻率變化的圖。 圖9是表示實施方式2的粒子計數器中的光路長度可變部的一例的圖。 圖10是表示實施方式3的粒子計數器中的光路長度可變部的一例的圖。
1‧‧‧光源
11‧‧‧分光鏡
12‧‧‧照射光學系統
13‧‧‧檢測光學系統
14‧‧‧衰減器
15‧‧‧反射鏡
16‧‧‧擴束鏡
17‧‧‧分光鏡
18a 18b‧‧‧聚光部
19‧‧‧光束收集器
2‧‧‧流動池
21a 21b‧‧‧受光元件
22a 22b‧‧‧放大器
23‧‧‧差分運算部
3‧‧‧光學系統
31‧‧‧光路長度可變部
4‧‧‧檢測部
5‧‧‧濾波器
6‧‧‧計數部
V1 V2‧‧‧電信號
Vo‧‧‧檢測信號
Vo1‧‧‧濾波處理後的檢測信號

Claims (4)

  1. 一種粒子計數器，其特徵在於，該粒子計數器具備：一光源，射出光；一光重疊部，將兩束光在一空間上重疊；一照射光學系統，利用通過對來自該光源的光進行分支而得到的一多束光中的一第一光照射在流道內流動的一流體，由此形成一檢測區域；一檢測光學系統，使來自該檢測區域內的該流體所含的一粒子的散射光中與該照射光學系統的光軸不同的方向的一散射光向該光重疊部入射；一參照光學系統，使該多束光中的一第二光作為一參照光向該光重疊部入射；一檢測部，利用一受光元件接收由該光重疊部得到的該散射光與該參照光的一干涉光，生成與該干涉光對應的一檢測信號，並利用一放大器進行放大；一計數部，基於用於測定該粒子的一測定期間內的該檢測信號，進行該粒子的計數；以及一光路長度可變部，使該第一光和該散射光的光路即一第一光路、與該第二光的光路即一第二光路中的至少一方的一光路長度以一規定速度變化，基於該流體的流速將該規定速度設定為，通過使該光路長度變化，減慢該散射光與該參照光的相位差的變化，降低該檢測信號的頻率。
  2. 根據請求項1所述的粒子計數器，其中，該光路長度可變部具備：一固定反射面，配置於該第一光路或該第二光路；以及一滑塊，配置有一可動反射面，在該測定期間內使該可動反射面移動以使該光路長度以該規定速度變化。
  3. 根據請求項2所述的粒子計數器，其中，該滑塊通過在該測定期間內使該可動反射面從一基準位置移動、以及在一非測定期間內使該可動反射面返回到該基準位置，使該可動反射面往復運動，該計數部在該測定期間內進行該粒子的計數，在該非測定期間內不進行該粒子的計數。
  4. 根據請求項1至3中任一項所述的粒子計數器，其中，還基於該受光元件的頻率特性以及該放大器的頻率特性設定該規定速度。
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