WO2018173290A1 - 計測装置 - Google Patents

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WO2018173290A1
WO2018173290A1 PCT/JP2017/012164 JP2017012164W WO2018173290A1 WO 2018173290 A1 WO2018173290 A1 WO 2018173290A1 JP 2017012164 W JP2017012164 W JP 2017012164W WO 2018173290 A1 WO2018173290 A1 WO 2018173290A1
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WO
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light
light receiving
measurement point
passage hole
laser beam
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PCT/JP2017/012164
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English (en)
French (fr)
Inventor
尚也 藤本
智夫 五明
敬佑 國井
廉士 澤田
大史 野上
伸友 森田
文弥 中島
Original Assignee
愛知時計電機株式会社
国立大学法人九州大学
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Definitions

  • the technology disclosed in this specification relates to a measurement device.
  • the laser Doppler type measuring device includes a laser light irradiation device, a light receiving device, and a processing device.
  • the laser beam irradiation apparatus irradiates laser light toward a moving measurement object.
  • the laser light emitted from the laser light irradiation device is scattered when it hits a moving measurement object to generate scattered light.
  • the light receiving device receives the scattered light generated at that time.
  • the processing device calculates the velocity of the measurement object based on the frequency of the scattered light.
  • the processing device calculates the speed of the measurement object by a known calculation method based on a Doppler shift.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 5-662266 discloses a measuring device including a laser light irradiation device that irradiates laser light from two different directions toward a moving measurement object.
  • the measuring device of Patent Document 1 includes a laser light irradiation device, a light receiving device, and a processing device.
  • the laser beam irradiation apparatus irradiates the first laser beam and the second laser beam toward the moving measurement object.
  • the first laser light and the second laser light are emitted from different directions toward the measurement object.
  • the first laser light and the second laser light irradiated from the laser light irradiation device are scattered when they hit the moving measurement object, and each scattered light is generated.
  • the light receiving device receives each scattered light generated at that time.
  • the light-receiving device is provided with a condensing lens, and various scattered light is condensed and received by this condensing lens.
  • the processing device calculates the velocity of the measurement object based on the frequency of each scattered light.
  • the processing device calculates the speed of the measurement object by a known calculation method based on a Doppler shift.
  • the speed of particles in a fluid flowing through a flow path may be measured. That is, the measurement object may be particles in the fluid. As the particles in the fluid, for example, red blood cells in blood can be considered.
  • the measuring device measures the velocity of red blood cells in the blood flowing through the flow path. Thereby, the blood flow rate can be known.
  • innumerable particles include, for example, particles that pass through the central portion of the flow channel and particles that pass through the peripheral portion of the flow channel. Also, the speed of countless particles in the fluid varies. Some particles are fast, others are slow.
  • the first laser light and the second laser light are directed from the laser light irradiation device toward an arbitrary measurement point in the flow path. Irradiate with laser light.
  • the first laser beam and the second laser beam are irradiated from different directions toward the measurement point in the flow path.
  • the first laser light and the second laser light irradiated from the laser light irradiation device are scattered when they hit the particles passing through the measurement point, and each scattered light is generated.
  • the light receiving device receives each scattered light generated at that time.
  • the light receiving device condenses and receives various scattered light by a condensing lens. Then, based on the frequency of each scattered light received by the light receiving device, the processing device calculates the velocity of the particles passing through the measurement point.
  • the light receiving device sufficiently receives the scattered light generated by the particles passing through the measurement point.
  • each laser beam is irradiated only on the measurement point when the first laser beam and the second laser beam are irradiated from the laser beam irradiation device toward the measurement point. do it. Then, only the scattered light generated when the first laser light and the second laser light hit only the particles passing through the measurement point and each laser light hits the particles can be taken out. Therefore, ideally, when the first laser beam and the second laser beam are irradiated, it is preferable to irradiate the first laser beam and the second laser beam so as to overlap only at the measurement point.
  • the first laser beam and the second laser beam are also distributed around the measurement point by light diffusion or the like.
  • Laser light will be irradiated. That is, the first laser beam and the second laser beam are irradiated so as to overlap each other around the measurement point due to light diffusion or the like. Then, when the first laser light and the second laser light irradiated from the laser light irradiation device hit the particles and scatter, the particles pass not only the particles passing through the measurement point but also passing around the measurement point. In addition, the first laser beam and the second laser beam hit and scatter.
  • the processing apparatus calculates the velocity of the particles based on various scattered light frequencies, and it becomes difficult to accurately measure the velocity of the particles in the fluid flowing through the flow path.
  • the processing device calculates the velocity of the particles based on the frequency of the various scattered light. It will be. As a result, it becomes difficult to accurately measure the velocity of the particles in the fluid flowing through the flow path.
  • the measuring apparatus of Patent Document 1 not only scattered light generated by particles passing through the measurement point but also excess scattered light is received, making it difficult to accurately measure the velocity of the particles. Become.
  • the measuring device of Patent Document 1 has no problem when the speed of the measurement object is uniform, but a problem arises when the speed is various, such as particles in the liquid flowing in the pipe. Therefore, the present specification provides a technique capable of sufficiently receiving necessary scattered light while suppressing receiving of excessive scattered light.
  • the measuring device disclosed in this specification is a measuring device for measuring the velocity of particles in a fluid flowing through a flow path.
  • This measuring device includes a laser beam irradiation device and a light receiving device.
  • the laser light irradiation device includes a first laser beam traveling toward a measurement point in the flow path, and a first laser beam traveling toward the measurement point in the flow path from a direction different from the first laser light. 2 laser light is irradiated.
  • the light receiving device receives scattered light respectively generated when the first laser light and the second laser light irradiated from the laser light irradiation device hit particles passing through the measurement point.
  • the light receiving device includes a light receiving element and a hollow light passage hole formed between a light receiving surface of the light receiving element and the measurement point.
  • the light passage hole extends in a direction from the measurement point toward the light receiving element, and scattered light generated by particles passing through the measurement point passes through the light passage hole and enters the light receiving surface of the light receiving element. It is comprised so that it may inject.
  • This measuring apparatus satisfies the following relational expressions (1) and (2). 2YH / (X + Y) ⁇ D ⁇ H (1) Y ⁇ A ⁇ X (2)
  • D is the distance between the entrance of the light passage hole and the light receiving surface of the light receiving element.
  • H is a distance between the light receiving surface of the light receiving element and the measurement point.
  • X is a width in a range in which the intensity of the laser beam formed by overlapping the first laser beam and the second laser beam traveling toward the measurement point is equal to or higher than a predetermined intensity.
  • Y is the width of the light receiving surface of the light receiving element.
  • A is the width of the entrance of the light passage hole.
  • the scattered light generated by the particles passing through the measurement point passes through the light passage hole and enters the light receiving element.
  • the first laser beam and the second laser beam are irradiated from the laser beam irradiation apparatus, the first laser beam and the second laser beam are irradiated not only at the measurement point but also around the measurement point. It may be done. Then, scattered light is generated not only by the particles passing through the measurement point but also by particles passing around the measurement point.
  • the light passage hole since the light passage hole is provided, it is possible to suppress the scattered light generated by the particles passing around the measurement point from entering the light receiving element.
  • the scattered light generated by the particles passing through the measurement point is reflected in the light passage hole.
  • the scattered light generated by the particles passing around the measurement point is less likely to enter the light receiving element due to the presence of the light passage hole. Accordingly, it is possible to suppress receiving excessive scattered light.
  • the scattered light traveling from the measurement point toward the light receiving element can be sufficiently received. Therefore, it is possible to sufficiently receive necessary scattered light while suppressing receiving of excessive scattered light. As a result, the velocity of particles in the fluid flowing through the flow path can be accurately measured.
  • the surface roughness of the inner peripheral surface of the light passage hole may be not less than the wavelength of the first laser beam and not less than the wavelength of the second laser beam.
  • the first laser beam and the second laser beam are also irradiated around the measurement point, and scattered light may be generated around the measurement point. Then, various scattered light traveling in various directions around the measurement point is generated. Further, scattered light generated around the measurement point may enter the light passage hole, hit the inner peripheral surface of the light passage hole, and be reflected. At this time, according to said structure, the various scattered light reflected on the internal peripheral surface of a light passage hole can be irregularly reflected. Thereby, since the scattered light reflected by the inner peripheral surface of the light passage hole travels in various directions, the scattered light traveling toward the light receiving element can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the scattered light generated around the measurement point from entering the light receiving element. Note that the wavelength of the first laser light, the wavelength of the second laser light, and the wavelength of the scattered light are approximate values.
  • an inner peripheral surface of the light passage hole may be inclined with respect to the light receiving surface of the light receiving element.
  • the inner peripheral surface of the light passage hole is inclined with respect to the light receiving surface of the light receiving element.
  • the reflected scattered light can be prevented from traveling toward the light receiving surface of the light receiving element. Therefore, it is possible to suppress the scattered light generated around the measurement point from entering the light receiving surface of the light receiving element.
  • the inner peripheral surface of the light passage hole is inclined with respect to the light receiving surface of the light receiving element is a concept that does not include a configuration in which the inner peripheral surface of the light passing hole is perpendicular to the light receiving surface of the light receiving element. is there.
  • the color of the inner peripheral surface of the light passage hole may be black.
  • the inner peripheral surface of the light passage hole may be made of a low reflective material.
  • FIG. 1 It is a figure which shows schematic structure of the measuring device which concerns on an Example. It is a figure which shows schematic structure of the light-receiving device based on an Example. It is a side view which shows schematic structure of the light receiving element which concerns on an Example. It is a top view which shows schematic structure of the light receiving element which concerns on an Example. It is a block diagram of a measuring device concerning an example. It is a figure which shows the positional relationship of a light passage hole, a measurement point, and a light receiving element. It is a figure which shows distribution of the intensity
  • the measuring apparatus 1 As shown in FIG. 1, the measuring apparatus 1 according to the embodiment is used by being fixed to a transparent tube 61 by a fixture 62. A flow path 60 is formed in the tube 61.
  • the measuring device 1 is a device that measures the velocity v of the particle R in the fluid F flowing through the flow path 60. Thereby, the flow rate of the fluid F can be known.
  • Innumerable particles R exist in the fluid F flowing through the flow path 60. Innumerable particles R are diffused in the fluid F. Therefore, among the countless particles R, for example, there are particles R that pass through the central portion of the flow channel 60 and particles R that pass through the peripheral portion of the flow channel 60. In addition, the speed of the countless particles R varies. Some particles R have a high speed and some particles R have a low speed. When measuring the velocity v of the particle R in the fluid F flowing through the flow channel 60, the velocity v of the particle R may be measured by focusing on a specific measurement point 10 in the flow channel 60. The position of the measurement point 10 in the flow channel 60 is not particularly limited.
  • the velocity v of the particle R passing through the central portion of the flow channel 60 is measured using the central portion of the flow channel 60 as the measurement point 10. can do.
  • the flow velocity of the fluid F flowing through the center of the flow channel 60 corresponds to twice the average flow velocity of the fluid F flowing through the entire flow channel 60.
  • Examples of the fluid F flowing through the flow path 60 include blood.
  • Examples of the particles R in the fluid F include red blood cells.
  • the measuring device 1 can measure the velocity of red blood cells in the blood. Thereby, the blood flow rate can be known.
  • extracorporeal circulation may be performed in which blood flowing through a patient's body is sent out of the body and the blood sent out of the body is sent back into the body again.
  • the extracorporeal circulation tube is connected to the patient's blood vessel, the blood flowing through the patient's blood vessel flows into the extracorporeal circulation tube, and the blood flowing through the extracorporeal circulation tube is returned to the patient's blood vessel again. It is.
  • the velocity v of red blood cells (particles R) in blood (fluid F) flowing through the extracorporeal circulation tube 61 can be measured by the measuring device 1 shown in FIG.
  • the measuring device 1 includes a laser light irradiation device 2, a light receiving device 3, and a processing device 9.
  • the laser light irradiation device 2 includes a light emitting element 21, a collimator lens 22, a diffraction grating 23, a first mirror 241, and a second mirror 242.
  • the light emitting element 21 is, for example, a laser diode (LD).
  • the light emitting element 21 is disposed so as to face the collimator lens 22.
  • the light emitting element 21 emits laser light L toward the collimator lens 22.
  • Laser light L emitted from the light emitting element 21 enters the collimator lens 22.
  • the light emitting element 21 emits the laser light L on the side opposite to the direction in which the first mirror 241 and the second mirror 242 are arranged.
  • the light emitting element 21 is disposed between the diffraction grating 23 and the first mirror 241 and the second mirror 242.
  • the collimator lens 22 is disposed between the light emitting element 21 and the diffraction grating 23.
  • the collimator lens 22 emits the laser light L emitted from the light emitting element 21 as parallel light.
  • Laser light L (parallel light) emitted from the collimator lens 22 enters the diffraction grating 23.
  • the diffraction grating 23 is disposed so as to face the collimator lens 22.
  • the diffraction grating 23 is movable, and the diffraction grating 23 can be moved by the moving device 25.
  • the moving device 25 can change the distance between the diffraction grating 23 and the first mirror 241 and the second mirror 242.
  • the moving device 25 is, for example, a mechanical device, and can move the diffraction grating 23 up and down by turning a bolt.
  • the diffraction grating 23 divides the laser light L incident on the diffraction grating 23 into the first laser light L1 and the second laser light L2 using light diffraction.
  • the diffraction grating 23 is a reflection type diffraction grating.
  • the laser beam L incident on the diffraction grating 23 is reflected by the diffraction grating 23, it is divided into a first laser beam L1 and a second laser beam L2.
  • the laser beam L emitted from the light emitting element 21 is reflected by the diffraction grating 23 to be divided into a first laser beam L1 and a second laser beam L2.
  • the first laser beam L1 and the second laser beam L2 generated by the diffraction grating 23 travel in different directions.
  • the first laser beam L1 and the second laser beam L2 travel so as to be line symmetric with respect to a line connecting the light emitting element 21 and the collimator lens 22.
  • the first laser light L1 travels diagonally upward to the right
  • the second laser light L2 travels diagonally upward to the left.
  • the first laser light L1 travels toward the first mirror 241 and the second laser light L2 travels toward the second mirror 242.
  • the wavelength of the first laser light L1 and the wavelength of the second laser light L2 are the same wavelength.
  • the frequency of the first laser light L1 and the frequency of the second laser light L2 are the same frequency.
  • the first mirror 241 and the second mirror 242 are disposed between the diffraction grating 23 and the tube 61.
  • the first mirror 241 and the second mirror 242 face each other.
  • the first laser light L 1 generated by the diffraction grating 23 is incident on the first mirror 241, and the second laser light L 2 is incident on the second mirror 242.
  • the first mirror 241 includes a first reflecting surface 43.
  • the second mirror 242 includes a second reflecting surface 44.
  • the first reflecting surface 43 and the second reflecting surface 44 face each other. At the first reflecting surface 43, the first laser light L1 incident on the first mirror 241 is reflected. On the second reflecting surface 44, the second laser light L2 incident on the second mirror 242 is reflected.
  • the first laser light L 1 reflected by the first reflecting surface 43 of the first mirror 241 enters the flow path 60 in the tube 61. Further, the second laser light L ⁇ b> 2 reflected by the second reflecting surface 44 of the second mirror 242 also enters the flow path 60 in the tube 61. The first laser light L1 and the second laser light L2 travel toward the measurement point 10 in the flow path 60.
  • the first laser light L1 and the second laser light L2 travel toward the measurement point 10 from different directions. That is, the first laser beam L1 and the second laser beam L2 are irradiated from the laser beam irradiation device 2 toward the measurement point 10 in the channel 60 from different directions.
  • the first laser light L1 travels from the downstream side of the flow path 60 toward the measurement point 10.
  • the second laser light L2 travels from the upstream side of the flow path 60 toward the measurement point 10.
  • the first laser beam L1 and the second laser beam L2 are interfered and overlapped at the measurement point 10 in the flow path 60.
  • the fluid F flows through the flow path 60, and innumerable particles R (for example, red blood cells) exist in the fluid F.
  • innumerable particles R for example, red blood cells
  • the first laser light L1 and the second laser light L2 strike the particle R passing through the measurement point 10
  • the first laser light L1 and the second laser light L2 are scattered.
  • the first laser beam L1 and the second laser beam L2 strike the particle R from different directions.
  • the first laser light L1 hits the particle R from the downstream side of the flow path 60. That is, the first laser light L1 strikes the particle R from the traveling direction side of the particle R.
  • the second laser light L2 hits the particle R from the upstream side of the flow path 60.
  • the second laser light L2 strikes the particle R from the side opposite to the traveling direction of the particle R. Scattered light is generated when the first laser light L1 and the second laser light L2 strike the particle R and are scattered.
  • the first scattered light P1 is generated when the first laser light L1 strikes the particle R and is scattered.
  • the second scattered light P2 is generated when the second laser light L2 hits the particle R and is scattered.
  • the first scattered light P ⁇ b> 1 and the second scattered light P ⁇ b> 2 generated by scattering travel in various directions around the measurement point 10. Among these, there are first scattered light P1 and second scattered light P2 that travel from the measurement point 10 toward the light receiving device 3.
  • the light receiving device 3 receives the first scattered light P1 and the second scattered light P2.
  • the frequency f1 of the first scattered light P1 generated by the scattering of the first laser light L1 is a frequency different from the frequency of the first laser light L1.
  • the frequency f2 of the second scattered light P2 generated by the scattering of the second laser light L2 is a frequency different from the frequency of the second laser light L2.
  • the frequency f1 of the first scattered light P1 and the frequency f2 of the second scattered light P2 are different from each other.
  • the light receiving device 3 is disposed between the tube 61 and the laser beam irradiation device 2.
  • the light receiving device 3 is disposed so as to face the flow path 60.
  • the light receiving device 3 is fixed to the first mirror 241 and the second mirror 242 of the laser light irradiation device 2 by a fixture (not shown).
  • the light receiving device 3 includes a light receiving element 31 and a light shielding box 38.
  • the light receiving element 31 is disposed in the box 38.
  • the box 38 includes a front wall 38a, a rear wall 38b, and a pair of side walls 38c, 38c.
  • the front wall 38 a is disposed between the tube 61 (not shown in FIG. 2) and the light receiving element 31.
  • the rear wall 38b is disposed between the light receiving element 31 and the laser beam irradiation device 2 (not shown in FIG. 2).
  • the pair of side walls 38c, 38c are disposed between the front wall 38a and the rear wall 38b.
  • the light receiving element 31 is fixed to the rear wall 38b of the box 38.
  • the front wall 38 a of the box 38 is disposed at a position away from the light receiving element 31.
  • a hollow light passage hole 35 is formed in the front wall 38a.
  • the light passage hole 35 is formed between the measurement point 10 and the light receiving element 31.
  • the light passage hole 35 extends in a direction from the measurement point 10 toward the light receiving element 31. It is preferable that the light passage hole 35, the measurement point 10, and the light receiving element 31 are in a coaxial position.
  • the light passage hole 35 includes an entrance port 36 and an exit port 37.
  • the first scattered light P ⁇ b> 1 and the second scattered light P ⁇ b> 2 generated by the particles R passing through the measurement point 10 are incident on the light passage hole 35 from the entrance 36 of the light passage hole 35.
  • the first scattered light P 1 and the second scattered light P 2 traveling from the measurement point 10 toward the light receiving element 31 are incident on the light passage hole 35.
  • the first scattered light P1 and the second scattered light P2 incident on the light passage hole 35 pass through the light passage hole 35 and are emitted from the emission port 37 of the light passage hole 35.
  • the first scattered light P ⁇ b> 1 and the second scattered light P ⁇ b> 2 emitted from the emission port 37 of the light passage hole 35 enter the light receiving element 31.
  • the light receiving element 31 receives the first scattered light P1 and the second scattered light P2 that have passed through the light passage hole 35.
  • the light receiving element 31 is, for example, a photodiode (PD).
  • PD photodiode
  • the light receiving element 31 faces the emission port 37 of the light passage hole 35. Scattered light P ⁇ b> 1 and P ⁇ b> 2 emitted from the emission port 37 enter the light receiving element 31.
  • the light receiving element 31 includes an effective light receiving region 312 and a light receiving surface 313.
  • the light receiving element 31 can effectively receive the scattered light P ⁇ b> 1 and P ⁇ b> 2 incident on the effective light receiving region 312.
  • the light receiving element 31 cannot effectively receive the scattered lights P ⁇ b> 1 and P ⁇ b> 2 incident on portions other than the effective light receiving region 312.
  • the effective light receiving region 312 is a region where incident light can be converted into an electric signal.
  • the effective light receiving region 312 is formed at the center of the light receiving element 31.
  • the effective light receiving region 312 of the light receiving element 31 can be known from the product specification of the light receiving element 31, for example.
  • the light receiving surface 313 is the surface of the effective light receiving region 312.
  • the light receiving element 31 can receive the scattered lights P1 and P2 incident on the light receiving surface 313.
  • the width of the light receiving surface 313 (the width of the effective light receiving region 312) is Y.
  • the width Y of the light receiving surface 313 (the width of the effective light receiving region 312) Y is the width in the longitudinal direction of the flow path 60 shown in FIG.
  • the processing device 9 is electrically connected to the light emitting element 21 and the light receiving element 31. Based on the laser light L emitted from the light emitting element 21 and the first scattered light P1 and the second scattered light P2 received by the light receiving element 31, the processing device 9 uses the velocity v of the particle R passing through the measurement point 10. Is calculated.
  • the processing device 9 calculates the velocity v of the particle R by a calculation method based on the Doppler shift.
  • the velocity v of the particle R passing through the measurement point 10 can be calculated by the following equation (1), for example.
  • fd is a Doppler frequency of light received by the light receiving device 3 (light obtained by interference between the first scattered light P1 and the second scattered light P2).
  • ⁇ is an angle between the first laser beam L1 traveling toward the measurement point 10 and the line connecting the measurement point 10 and the light receiving device 3 (or the second laser beam traveling toward the measurement point 10). L2 and an angle formed by a line connecting measurement point 10 and light receiving device 3). ⁇ is the wavelength of the laser light (first laser light L1 and second laser light L2). Since the method for calculating the velocity v of the particle R is known, a detailed description thereof will be omitted.
  • D is the distance between the entrance 36 of the light passage hole 35 and the light receiving surface 313 of the light receiving element 31.
  • H is the distance between the light receiving surface 313 of the light receiving element 31 and the measurement point 10.
  • X is a width in a range in which the intensity of the laser beam formed by overlapping the first laser beam L1 and the second laser beam L2 traveling toward the measurement point 10 is equal to or greater than a predetermined intensity. More specifically, when the first laser beam L1 and the second laser beam L2 interfere and overlap each other at the measurement point 10, as shown in FIG. 7, the intensity distribution of the overlapped laser beam is obtained.
  • the maximum value of the intensity of the laser beam formed by overlapping is Max.
  • the intensity at a predetermined ratio with respect to the maximum value Max is set to Min.
  • the predetermined ratio with respect to the maximum value Max is, for example, 13.5-10% to 13.5 + 10%. That is, any value in the range of 13.5 ⁇ 10% of the maximum value Max is defined as Min.
  • the width is X.
  • Y is the width of the light receiving surface 313 of the light receiving element 31 (the width of the effective light receiving region 312).
  • A is the width of the entrance 36 of the light passage hole 35.
  • D and H are values in the short direction of the channel 60 shown in FIG. That is, the value in the direction from the measurement point 10 toward the light receiving element 31.
  • X, Y, and A are values in the longitudinal direction of the flow path 60. That is, the value in the flow direction of the fluid F.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing the positional relationship in FIG. In FIG. 8, a line segment corresponding to the width X in FIG. Further, a line segment corresponding to the width Y in FIG. The distance between the line segment XL and the line segment YL is H.
  • an auxiliary line k1 is drawn from the left end of the line segment XL to the right end of the line segment YL. Also, an auxiliary line k2 is drawn from the right end of the line segment XL to the left end of the line segment YL. Let the intersection of the auxiliary line k1 and the auxiliary line k2 be c.
  • an auxiliary line k3 having a width equal to the width Y of the line segment YL is drawn between the auxiliary line k1 and the auxiliary line k2.
  • the left end of the auxiliary line k3 is in contact with the auxiliary line k1, and the right end of the auxiliary line k3 is in contact with the auxiliary line k2.
  • the auxiliary line k3 is parallel to the line segment YL.
  • T1 be a triangle formed by the auxiliary line k1, the auxiliary line k2, and the line segment XL with the intersection point c as a vertex. Further, a triangle formed by the auxiliary line k1, the auxiliary line k2, and the line segment YL with the intersection point c as a vertex is assumed to be T2.
  • the triangle T1 and the triangle T2 are similar triangles.
  • the distance D between the entrance 36 of the light passage hole 35 and the light receiving surface 313 of the light receiving element 31 is not less than h and less than H. That is, h ⁇ D ⁇ H.
  • the entrance 36 of the light passage hole 35 is located between the auxiliary line k3 and the line segment XL.
  • the measuring device 1 of the embodiment is a device that measures the velocity v of the particle R in the fluid F flowing through the flow path 60, and includes the laser light irradiation device 2 and the light receiving device 3. ing.
  • the laser light irradiation device 2 travels toward the measurement point 10 in the flow path 60 from a direction different from the first laser light L1 that travels toward the measurement point 10 in the flow path 60 and the first laser light L1.
  • the second laser beam L2 is irradiated.
  • the light receiving device 3 receives the scattered light P1 and P2 generated when the first laser light L1 and the second laser light L2 irradiated from the laser light irradiation device 2 hit the particle R passing through the measurement point 10, respectively. To do.
  • the light receiving device 3 includes a light receiving element 31 and a hollow light passage hole 35 formed between the light receiving surface 313 of the light receiving element 31 and the measurement point 10.
  • the light passage hole 35 extends in a direction from the measurement point 10 toward the light receiving element 31, and scattered light P ⁇ b> 1 and P ⁇ b> 2 generated by the particle R passing through the measurement point 10 is transmitted from the incident port 36 of the light passage hole 35 to the light passage hole.
  • the scattered light P ⁇ b> 1 and P ⁇ b> 2 pass through the light passage hole 35 and enter the light receiving surface 313 of the light receiving element 31.
  • the relational expression (1) (2YH / (X + Y) ⁇ D ⁇ H)
  • the relational expression (2) (Y ⁇ A ⁇ X) are satisfied.
  • the light receiving device 3 receives the scattered lights P1 and P2 generated by the particles R passing through the measurement point 10. Based on the frequencies of the scattered lights P1 and P2 received by the light receiving device 3, the velocity v of the particles R passing through the measurement point 10 can be calculated.
  • the first measurement point 10 when the first laser beam L 1 and the second laser beam L 2 are irradiated from the laser beam irradiation device 2, the first measurement point 10 only is measured. It is preferable to irradiate the laser beam L1 and the second laser beam L2.
  • the first laser is also applied to the periphery of the measurement point 10 due to light diffusion or the like.
  • the light L1 and the second laser light L2 are irradiated.
  • the first laser light L1 and the second laser light L2 irradiated from the laser light irradiation device 2 hit the particles R in the fluid F and scatter, they only hit the particles R passing through the measurement point 10 and scatter. In other words, the light hits the particle R passing around the measurement point 10 and is scattered.
  • the light passage hole 35 since the light passage hole 35 is provided, the scattered light generated by the particles R passing through the measurement point 10 is received, and the scattered light generated by the particles R passing around the measurement point 10 is received. It can suppress receiving light. That is, according to the above configuration, the light passing hole 35 extends between the measurement point 10 and the light receiving element 31 in the direction from the measurement point 10 toward the light receiving element 31, and thus is generated by the particles R passing through the measurement point 10. The scattered light passes through the light passage hole 35 and enters the light receiving element 31. However, the scattered light generated by the particles R passing around the measurement point 10 enters the light receiving element 31 due to the presence of the light passage hole 35. It becomes difficult. Accordingly, it is possible to suppress receiving excessive scattered light.
  • the position of the entrance 36 of the light passage hole 35 can be brought close to the measurement point 10 by satisfying the relational expression (1). That is, the position of the entrance 36 of the light passage hole 35 is located closer to the line segment XL than the position of the auxiliary line k3 shown in FIG. As a result, it is possible to suppress an increase in the incident range to the light passage hole 35, so that scattered light generated around the measurement point 10 is less likely to enter the light passage hole 35.
  • the width A of the entrance 36 of the light passage hole 35 is determined. Then, as shown in FIG. 8, a line segment corresponding to the width A of the entrance 36 is defined as AL.
  • the width A of the entrance 36 is set to be in the range of Y or more and less than X. That is, Y ⁇ A ⁇ X.
  • a line segment AL is drawn between the auxiliary line k1 and the auxiliary line k2 on the line segment XL side from the intersection c.
  • the left end of the line segment AL is in contact with the auxiliary line k1
  • the right end of the line segment AL is in contact with the auxiliary line k2.
  • the line segment AL is parallel to the line segment XL and the line segment YL.
  • D be the distance between the line segment AL and the line segment YL.
  • T1 be a triangle formed by the auxiliary line k1, the auxiliary line k2, and the line segment XL with the intersection point c as a vertex. Further, a triangle formed by the auxiliary line k1, the auxiliary line k2, and the line segment YL with the intersection point c as a vertex is assumed to be T2. Further, a triangle formed by the auxiliary line k1, the auxiliary line k2, and the line segment AL with the intersection point c as a vertex is assumed to be T3.
  • Triangle T1, triangle T2, and triangle T3 are similar triangles.
  • the relational expression (3) indicates that the incident port 36 of the light passage hole 35 and the light receiving element when the width A of the incident port 36 of the light passage hole 35 is equal to the width between the auxiliary line k1 and the auxiliary line k2. A distance D between 31 light receiving surfaces 313 is shown.
  • the light receiving surface 313 of the light receiving element 31 is used for the scattered light P ⁇ b> 1 and P ⁇ b> 2 generated by the particles passing through the measurement point 10 while suppressing the reception of the scattered light generated around the measurement point 10. It is possible to receive light by using the whole. That is, when the above relational expression (3) is satisfied, as shown in FIG. 8, the auxiliary line k1 connecting the left end of the line segment XL and the right end of the line segment YL passes through the left end of the line segment AL. .
  • An auxiliary line k2 connecting the right end of the line segment XL and the left end of the line segment YL passes through the right end of the line segment AL.
  • the scattered lights P1 and P2 generated at the right end of the measurement point 10 pass through the right end of the entrance 36 of the light passage hole 35 and enter the left end of the light receiving surface 313 of the light receiving element 31. Therefore, the scattered light P 1 and P 2 generated at the measurement point 10 can be received by the entire light receiving surface 313 of the light receiving element 31.
  • even if the scattered light generated around the measurement point 10 passes through the light passage hole 35 it can be prevented from entering the light receiving surface 313 of the light receiving element 31.
  • the light receiving element 31 passes through the light passing hole 35 from the measurement point 10. It is possible to efficiently receive the scattered light P1 and P2 that are directed toward.
  • the shape of the light passage hole 35 described above is not particularly limited.
  • the shape of the light passage hole 35 may be a circular shape in plan view.
  • the shape of the light passage hole 35 may be a polygonal shape in plan view.
  • the several light passage hole 35 may be formed in slit shape in planar view.
  • the configuration of the inner peripheral surface of the light passage hole 35 is not particularly limited.
  • the inner peripheral surface 351 of the light passage hole 35 may be formed in a tapered shape in a sectional view.
  • the inner peripheral surface 351 of the light passage hole 35 is inclined with respect to the direction from the measurement point 10 toward the light receiving element 31. Further, the inner peripheral surface 351 of the light passage hole 35 is inclined with respect to the light receiving surface 313 of the light receiving element 31.
  • the scattered light P3 may enter the light passage hole 35 and be reflected by the inner peripheral surface 351 as shown in FIG.
  • the inner peripheral surface 351 of the light passage hole 35 is inclined, it is possible to suppress the excessive scattered light P3 reflected by the inner peripheral surface 351 from traveling toward the light receiving element 31. it can. Therefore, it is possible to suppress receiving excess scattered light P3.
  • a plurality of irregularities may be formed on the inner peripheral surface of the light passage hole 35.
  • the surface roughness of the inner peripheral surface of the light passage hole 35 is equal to or greater than the wavelength of the laser light L emitted from the light emitting element 21.
  • the surface roughness of the inner peripheral surface of the light passage hole 35 is not less than the wavelength of the first laser beam L1 and not less than the wavelength of the second laser beam L2.
  • the surface roughness of the inner peripheral surface of the light passage hole 35 is not less than the wavelength of the first scattered light P1 and not less than the wavelength of the second scattered light P2.
  • the surface roughness of the inner peripheral surface of the light passage hole 35 can be expressed by, for example, arithmetic average roughness (Ra).
  • the color of the inner peripheral surface of the light passage hole 35 may be black.
  • the inner peripheral surface of the light passage hole 35 can be made black by black coating or the like.
  • the reflectance of the inner peripheral surface of the light passage hole 35 is reduced. Therefore, it is possible to suppress excess scattered light generated around the measurement point 10 from being reflected on the inner peripheral surface of the light passage hole 35. Accordingly, it is possible to suppress excessive scattered light from traveling toward the light receiving element 31.
  • the inner peripheral surface of the light passage hole 35 may be made of a low reflection material.
  • the front wall 38a of the box 38 may be made of a low reflection material.
  • a low reflection material film may be formed on the surface of the front wall 38 a of the box 38.
  • the low reflection material is a material having a low reflectance of the scattered light P1 and P2.
  • the low reflection material include a high transmittance material and a high absorption material.
  • the high transmittance material include glass (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), plastic (PE, PC), and the like.
  • the high absorptivity material include chromium oxide (Cr 2 O 3 ).
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a schematic configuration of a measurement apparatus according to another embodiment.
  • the laser light irradiation device 2 includes a light emitting element 21, a collimator lens 22, a beam splitter 26, a first mirror 241, and a second mirror 242.
  • the light emitting element 21 emits laser light L obliquely with respect to the longitudinal direction of the tube 61.
  • the collimator lens 22 emits the laser light L emitted from the light emitting element 21 as parallel light. Laser light L (parallel light) emitted from the collimator lens 22 enters the beam splitter 26.
  • the beam splitter 26 a part of the incident laser light L is reflected and the other part is transmitted.
  • the beam splitter 26 transmits and reflects the laser light L.
  • This beam splitter 26 may be called a half mirror.
  • the laser beam L reflected by the beam splitter 26 becomes the first laser beam L1, and the laser beam L transmitted through the beam splitter 26 becomes the second laser beam L2.
  • the laser beam L is transmitted and reflected by the beam splitter 26, and is divided into a first laser beam L1 and a second laser beam L2.
  • the beam splitter 26 is disposed between the first mirror 241 and the second mirror 242.
  • the laser beam L (first laser beam L1) reflected by the beam splitter 26 travels toward the first mirror 241.
  • the laser light L (second laser light L 2) transmitted through the beam splitter 26 travels toward the second mirror 242.
  • the first laser light L 1 is reflected by the first reflecting surface 43 of the first mirror 241 and then enters the flow path 60 in the tube 61.
  • the second laser light L ⁇ b> 2 is reflected by the second reflecting surface 44 of the second mirror 242 and then enters the flow path 60 in the tube 61.
  • the first laser light L1 and the second laser light L2 can be irradiated toward the measurement point 10 in the flow path 60.
  • Measuring device 2 Laser beam irradiation device 3: Light receiving device 9: Processing device 10: Measuring point 21: Light emitting element 22: Collimator lens 23: Diffraction grating 25: Moving device 26: Beam splitter 31: Light receiving element 35: Light Passing hole 36: entrance 37: exit 38: box 43: first reflecting surface 44: second reflecting surface 60: flow path 61: tube 62: fixture 241: first mirror 242: second Mirror 312: Effective light receiving region 313: Light receiving surface 351: Inner peripheral surface F: Fluid L1: First laser light L2: Second laser light P1: First scattered light P2: Second scattered light R: Particles

Landscapes

  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

計測装置は、関係式（１）および（２）を満たすことを特徴とする。関係式（１）は、２ＹＨ／（Ｘ＋Ｙ）≦Ｄ＜Ｈである。関係式（２）は、Ｙ≦Ａ＜Ｘである。ただし、この関係式において、Ｄは、光通過孔の入射口と受光素子の受光面の間の距離である。Ｈは、受光素子の受光面と計測点の間の距離である。Ｘは、計測点に向かって進行する第１のレーザー光と第２のレーザー光が重なり合ってできたレーザー光の強度が所定の強度以上である範囲の幅である。Ｙは、受光素子の受光面の幅である。Ａは、光通過孔の入射口の幅である。

Description

計測装置
　本明細書に開示する技術は、計測装置に関する。
　従来から、計測対象物の速度を計測するレーザードップラー式の計測装置が知られている。レーザードップラー式の計測装置は、レーザー光照射装置と受光装置と処理装置を備えている。レーザー光照射装置は、移動する計測対象物に向かってレーザー光を照射する。レーザー光照射装置から照射されたレーザー光は、移動する計測対象物に当たったときに散乱して散乱光が生じる。そのときに生じた散乱光を受光装置が受光する。受光装置が散乱光を受光すると、処理装置がその散乱光の周波数に基づいて計測対象物の速度を演算する。処理装置は、公知のドップラーシフトに基づく演算方法によって計測対象物の速度を演算する。
　特許文献１（日本国特開平５－６６２２６号公報）には、移動する計測対象物に向かって異なる２方向からレーザー光を照射するレーザー光照射装置を備えている計測装置が開示されている。特許文献１の計測装置は、レーザー光照射装置と受光装置と処理装置を備えている。レーザー光照射装置は、移動する計測対象物に向かって第１のレーザー光と第２のレーザー光を照射する。第１のレーザー光と第２のレーザー光は、計測対象物に向かって互いに異なる方向から照射される。レーザー光照射装置から照射された第１のレーザー光と第２のレーザー光は、移動する計測対象物に当たったときに散乱し、それぞれの散乱光が生じる。そのときに生じたそれぞれの散乱光を受光装置が受光する。また、特許文献１の計測装置では、受光装置が集光レンズを備えており、この集光レンズによって様々な散乱光を集光して受光する。受光装置が第１のレーザー光と第２のレーザー光の散乱光を受光すると、処理装置がそれぞれの散乱光の周波数に基づいて計測対象物の速度を演算する。処理装置は、公知のドップラーシフトに基づく演算方法によって計測対象物の速度を演算する。
　計測対象物の速度を計測する計測装置では、流路を流れる流体中の粒子の速度を計測することがある。つまり、計測対象物が流体中の粒子であることがある。流体中の粒子としては、例えば、血液中の赤血球等が考えられる。計測装置が流路を流れる血液中の赤血球の速度を計測することになる。これによって、血液の流速を知ることができる。
　一般的に流路を流れる流体中には無数の粒子が存在している。例えば、血液中には無数の赤血球が存在している。無数の粒子は流体中に拡散して存在している。そのため、無数の粒子の中には、例えば、流路の中心部を通過する粒子もあれば、流路の周縁部を通過する粒子もある。また、流体中の無数の粒子の速度は様々である。速度が速い粒子もあれば、速度が遅い粒子もある。
　特許文献１の計測装置を用いて流路を流れる流体中の粒子の速度を計測する場合は、レーザー光照射装置から流路内の任意の計測点に向かって第１のレーザー光と第２のレーザー光を照射する。第１のレーザー光と第２のレーザー光は、流路内の計測点に向かって互いに異なる方向から照射される。レーザー光照射装置から照射された第１のレーザー光と第２のレーザー光は、計測点を通過する粒子に当たったときに散乱し、それぞれの散乱光が生じる。そのときに生じたそれぞれの散乱光を受光装置が受光する。受光装置は、集光レンズによって様々な散乱光を集光して受光する。そして、受光装置が受光したそれぞれの散乱光の周波数に基づいて、処理装置が計測点を通過する粒子の速度を演算する。
　計測点を通過する粒子の速度を正確に計測するためには、計測点を通過する粒子によって生じた散乱光を受光装置が十分に受光することが好ましい。また、粒子の速度を正確に計測するためには、レーザー光照射装置から計測点に向かって第１のレーザー光と第２のレーザー光を照射する際に、各レーザー光を計測点のみに照射すればよい。そうすれば、計測点を通過する粒子のみに第１のレーザー光と第２のレーザー光が当たり、各レーザー光がその粒子に当たったときに生じる散乱光のみを取り出すことができる。したがって理想的には、第１のレーザー光と第２のレーザー光を照射する際に、第１のレーザー光と第２のレーザー光が計測点のみで重なり合うように照射することが好ましい。しかしながら現実的には、第１のレーザー光と第２のレーザー光を計測点のみに照射することは困難であり、光の拡散等によって計測点の周辺にも第１のレーザー光と第２のレーザー光が照射されてしまう。つまり、第１のレーザー光と第２のレーザー光が、光の拡散等によって計測点及びその周辺で重なり合うように照射されてしまう。そうすると、レーザー光照射装置から照射された第１のレーザー光と第２のレーザー光が粒子に当たって散乱するときに、計測点を通過する粒子に当たって散乱するだけでなく、計測点の周辺を通過する粒子にも第１のレーザー光と第２のレーザー光が当たって散乱してしまう。そのため、計測点を通過する粒子によって生じた散乱光だけでなく、計測点の周辺を通過する粒子によって生じた散乱光も取り出してしまうことになる。そうすると、流体中の無数の粒子の速度が様々であるので、様々な速度の粒子によって生じた様々な散乱光を受光装置が受光することになる。その結果、処理装置が様々な散乱光の周波数に基づいて粒子の速度を演算することになってしまい、流路を流れる流体中の粒子の速度を正確に計測することが困難になる。また、特許文献１の計測装置では、受光装置が集光レンズによって様々な散乱光を集光して受光しているので、処理装置が様々な散乱光の周波数に基づいて粒子の速度を演算することになる。その結果、流路を流れる流体中の粒子の速度を正確に計測することが困難になる。このように、特許文献１の計測装置では、計測点を通過する粒子によって生じた散乱光だけでなく、余分な散乱光も受光してしまうので、粒子の速度を正確に計測することが困難になる。特許文献１の計測装置は、計測対象物の速度が均一である場合は問題無いが、管内を流れる液体の中の粒子のように速度が様々である場合は問題が生じてしまう。そこで本明細書は、余分な散乱光を受光することを抑制しつつ、必要な散乱光を十分に受光することができる技術を提供する。
　本明細書に開示する計測装置は、流路を流れる流体中の粒子の速度を計測するための計測装置である。この計測装置は、レーザー光照射装置と受光装置を備えている。前記レーザー光照射装置は、前記流路内の計測点に向かって進行する第１のレーザー光と、前記第１のレーザー光と異なる方向から前記流路内の前記計測点に向かって進行する第２のレーザー光を照射する。前記受光装置は、前記レーザー光照射装置から照射された前記第１のレーザー光と前記第２のレーザー光が前記計測点を通過する粒子に当たったときにそれぞれ生じる散乱光を受光する。前記受光装置は、受光素子と、前記受光素子の受光面と前記計測点の間に形成されている中空の光通過孔を備えている。前記光通過孔は、前記計測点から前記受光素子に向かう方向に延びており、前記計測点を通過する粒子によって生じた散乱光が前記光通過孔を通過して前記受光素子の前記受光面に入射するように構成されている。この計測装置は、下記の関係式（１）および（２）を満たすことを特徴とする。
２ＹＨ／（Ｘ＋Ｙ）≦Ｄ＜Ｈ　・・・（１）
Ｙ≦Ａ＜Ｘ　・・・（２）
　ただし、上記の関係式において、Ｄは、前記光通過孔の入射口と前記受光素子の前記受光面の間の距離である。Ｈは、前記受光素子の前記受光面と前記計測点の間の距離である。Ｘは、前記計測点に向かって進行する前記第１のレーザー光と前記第２のレーザー光が重なり合ってできたレーザー光の強度が所定の強度以上である範囲の幅である。Ｙは、前記受光素子の前記受光面の幅である。Ａは、前記光通過孔の前記入射口の幅である。
　このような構成によれば、計測点を通過する粒子によって生じた散乱光が光通過孔を通過して受光素子に入射する。しかしながら、レーザー光照射装置から第１のレーザー光と第２のレーザー光が照射されたときに、計測点だけでなく、計測点の周辺にも第１のレーザー光と第２のレーザー光が照射されてしまうことがある。そうすると、計測点を通過する粒子だけでなく、計測点の周辺を通過する粒子によっても散乱光が生じてしまう。このとき、上記の構成によれば、光通過孔を備えているので、計測点の周辺を通過する粒子によって生じた散乱光が受光素子に入射することを抑制できる。すなわち、上記の構成によれば、計測点と受光素子の間で光通過孔が計測点から受光素子に向かう方向に延びているので、計測点を通過する粒子によって生じた散乱光は光通過孔を通過して受光素子に入射するが、計測点の周辺を通過する粒子によって生じた散乱光は、光通過孔の存在によって受光素子に入射しにくくなる。これによって、余分な散乱光を受光することを抑制できる。
　また、光通過孔を備えている構成では、光通過孔の入射口の位置が計測点から遠い位置にあると、光通過孔への入射範囲が広がるので、計測点の周辺で生じる散乱光が光通過孔に入射し易くなる。しかしながら、上記の構成によれば、関係式（１）を満たすことによって、光通過孔の入射口の位置を計測点に近付けることができる。これによって、光通過孔への入射範囲が広がることを抑制できるので、計測点の周辺で生じる散乱光が光通過孔に入射しにくくなる。また、上記の構成によれば、関係式（２）を満たすことによって、光通過孔の入射口の幅Ａが狭くなり過ぎることを抑制できる。これによって、計測点から受光素子に向かう散乱光を十分に受光することができる。そのため、余分な散乱光を受光することを抑制しつつ、必要な散乱光を十分に受光することができる。その結果、流路を流れる流体中の粒子の速度を正確に計測することができる。
　上記の計測装置において、下記の関係式（３）を満たしていてもよい。
Ｄ＝Ｈ（Ａ＋Ｙ）／（Ｘ＋Ｙ）　・・・（３）
　このような構成によれば、関係式（３）を満たすことによって、計測点の周辺で生じた散乱光を受光することを抑制しつつ、計測点を通過する粒子によって生じた散乱光を受光素子の受光面全体を利用して受光することができる。
　また、上記の計測装置において、下記の関係式（４）を満たしていてもよい。
Ａ＝Ｙ　・・・（４）
　このような構成によれば、光通過孔の入射口の幅と受光素子の受光面の幅を揃えることによって、計測点から光通過孔を通過して受光素子に向かう散乱光を効率良く受光することができる。
　また、上記の計測装置において、前記光通過孔の内周面の表面粗さが、前記第１のレーザー光の波長以上、かつ、前記第２のレーザー光の波長以上であってもよい。
　上述したように、第１のレーザー光と第２のレーザー光が計測点の周辺にも照射されてしまい、計測点の周辺で散乱光が生じることがある。そうすると、計測点の周辺で様々な方向に進行する様々な散乱光が生じる。また、計測点の周辺で生じた散乱光が光通過孔に入射して光通過孔の内周面に当たって反射することがある。このとき、上記の構成によれば、光通過孔の内周面で反射する様々な散乱光を乱反射させることができる。これによって、光通過孔の内周面で反射した散乱光が様々な方向に進行するので、受光素子に向かって進行する散乱光を減らすことができる。そのため、計測点の周辺で生じた散乱光が受光素子に入射することを抑制できる。なお、第１のレーザー光の波長と第２のレーザー光の波長と散乱光の波長は近似する値である。
　また、前記光通過孔の内周面が、前記受光素子の前記受光面に対して傾斜していてもよい。
　このような構成によれば、計測点の周辺で生じた散乱光が光通過孔の内周面で反射したとしても、その内周面が受光素子の受光面に対して傾斜しているので、反射した散乱光が受光素子の受光面に向かって進行することを抑制できる。そのため、計測点の周辺で生じた散乱光が受光素子の受光面に入射することを抑制できる。なお、光通過孔の内周面が受光素子の受光面に対して傾斜しているとは、光通過孔の内周面が受光素子の受光面に対して直角である構成を含まない概念である。
　また、前記光通過孔の内周面の色が黒色であってもよい。
　このような構成によれば、計測点の周辺で生じた散乱光が光通過孔の内周面で反射することを抑制できる。そのため、計測点の周辺で生じた散乱光が受光素子に入射することを抑制できる。
　また、前記光通過孔の内周面が低反射材で構成されていてもよい。
　このような構成によれば、計測点の周辺で生じた散乱光が光通過孔の内周面で反射することを抑制できる。そのため、計測点の周辺で生じた散乱光が受光素子に入射することを抑制できる。
実施例に係る計測装置の概略構成を示す図である。 実施例に係る受光装置の概略構成を示す図である。 実施例に係る受光素子の概略構成を示す側面図である。 実施例に係る受光素子の概略構成を示す平面図である。 実施例に係る計測装置のブロック図である。 光通過孔と計測点と受光素子の位置関係を示す図である。 第１のレーザー光と第２のレーザー光が重なり合ってできたレーザー光の強度の分布を示す図である。 図６における位置関係を模式的に示す図である。 光通過孔の一例を示す平面図である。 光通過孔の他の一例を示す平面図である。 光通過孔の更に他の一例を示す平面図である。 光通過孔の更に他の一例を示す断面図である。 他の実施例に係る計測装置の概略構成を示す図である。
　以下に実施例について添付図面を参照して説明する。図１に示すように、実施例に係る計測装置１は、固定具６２によって透明な管６１に固定されて使用される。管６１内に流路６０が形成されている。計測装置１は、流路６０を流れる流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを計測する装置である。これによって、流体Ｆの流速を知ることができる。
　流路６０を流れる流体Ｆ中には無数の粒子Ｒが存在している。無数の粒子Ｒは流体Ｆ中に拡散して存在している。したがって、無数の粒子Ｒの中には、例えば、流路６０の中心部を通過する粒子Ｒもあれば、流路６０の周縁部を通過する粒子Ｒもある。また、無数の粒子Ｒの速度は様々である。速度が速い粒子Ｒもあれば、速度が遅い粒子Ｒもある。流路６０を流れる流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを計測する際に、流路６０内の特定の計測点１０に絞って粒子Ｒの速度ｖを計測することがある。流路６０内の計測点１０の位置は特に限定されるものではないが、例えば、流路６０の中心部を計測点１０として、流路６０の中心部を通過する粒子Ｒの速度ｖを計測することができる。一般的に、層流の場合、流路６０の中心部を流れる流体Ｆの流速は、流路６０の全体を流れる流体Ｆの平均流速の２倍に相当することが知られている。
　流路６０を流れる流体Ｆとしては、例えば血液が挙げられる。流体Ｆ中の粒子Ｒとしては、例えば赤血球が挙げられる。計測装置１によって血液中の赤血球の速度を計測することができる。これによって、血液の流速を知ることができる。医療現場では、患者の体内を流れる血液を体外に送り出し、体外に送り出した血液を再び体内に送り戻す体外循環が行われることがある。この体外循環では、体外循環用の管が患者の血管に接続され、患者の血管を流れる血液が体外循環用の管に流入し、体外循環用の管を流れた血液が再び患者の血管に戻される。図１に示す計測装置１によって体外循環用の管６１を流れる血液（流体Ｆ）中の赤血球（粒子Ｒ）の速度ｖを計測することができる。
　図１に示すように、計測装置１は、レーザー光照射装置２と、受光装置３と、処理装置９を備えている。レーザー光照射装置２は、発光素子２１と、コリメーターレンズ２２と、回折格子２３と、第１のミラー２４１と、第２のミラー２４２を備えている。発光素子２１は、例えばレーザーダイオード（ＬＤ）である。発光素子２１は、コリメーターレンズ２２と対向するように配置されている。発光素子２１は、コリメーターレンズ２２に向けてレーザー光Ｌを発光する。発光素子２１が発光したレーザー光Ｌがコリメーターレンズ２２に入射する。発光素子２１は、第１のミラー２４１及び第２のミラー２４２が配置されている方向とは反対側にレーザー光Ｌを発光する。発光素子２１は、回折格子２３と第１のミラー２４１及び第２のミラー２４２との間に配置されている。
　コリメーターレンズ２２は、発光素子２１と回折格子２３の間に配置されている。コリメーターレンズ２２は、発光素子２１が発光したレーザー光Ｌを平行光にして出射する。コリメーターレンズ２２から出射したレーザー光Ｌ（平行光）は、回折格子２３に入射する。
　回折格子２３は、コリメーターレンズ２２と対向するように配置されている。回折格子２３は、可動式になっており、移動装置２５によって回折格子２３を移動させることができる。移動装置２５は、回折格子２３と第１のミラー２４１及び第２のミラー２４２との間の距離を変えることができる。移動装置２５は、例えば機械式の装置であり、ボルトを回すことによって回折格子２３を上下動させることができる。回折格子２３の位置を変えることによって、流路６０内の計測点１０の位置を変えることができる。回折格子２３は、光の回折を利用して回折格子２３に入射したレーザー光Ｌを第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２に分ける。回折格子２３は、反射型の回折格子である。回折格子２３に入射したレーザー光Ｌが回折格子２３で反射するときに第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２に分かれる。発光素子２１が発光したレーザー光Ｌが回折格子２３で反射することによって第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２に分かれる。
　回折格子２３によって生じた第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２は、異なる方向に進行する。第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２は、発光素子２１とコリメーターレンズ２２を結ぶ線に関して線対称になるように進行する。図１に示す例では、第１のレーザー光Ｌ１が右斜め上方に向かって進行し、第２のレーザー光Ｌ２が左斜め上方に向かって進行する。第１のレーザー光Ｌ１が第１のミラー２４１に向かって進行し、第２のレーザー光Ｌ２が第２のミラー２４２に向かって進行する。第１のレーザー光Ｌ１の波長と第２のレーザー光Ｌ２の波長は同じ波長である。また、第１のレーザー光Ｌ１の周波数と第２のレーザー光Ｌ２の周波数は同じ周波数である。
　第１のミラー２４１と第２のミラー２４２は、回折格子２３と管６１の間に配置されている。第１のミラー２４１と第２のミラー２４２は、互いに向かい合っている。回折格子２３によって生じた第１のレーザー光Ｌ１が第１のミラー２４１に入射し、第２のレーザー光Ｌ２が第２のミラー２４２に入射する。第１のミラー２４１は第１の反射面４３を備えている。第２のミラー２４２は第２の反射面４４を備えている。第１の反射面４３と第２の反射面４４は、互いに向かい合っている。第１の反射面４３では、第１のミラー２４１に入射した第１のレーザー光Ｌ１が反射する。第２の反射面４４では、第２のミラー２４２に入射した第２のレーザー光Ｌ２が反射する。
　第１のミラー２４１の第１の反射面４３で反射した第１のレーザー光Ｌ１は、管６１内の流路６０に入射する。また、第２のミラー２４２の第２の反射面４４で反射した第２のレーザー光Ｌ２も、管６１内の流路６０に入射する。第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２は、流路６０内の計測点１０に向かって進行する。
　第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２は、互いに異なる方向から計測点１０に向かって進行する。すなわち、レーザー光照射装置２から流路６０内の計測点１０に向かって第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が互いに異なる方向から照射される。第１のレーザー光Ｌ１は、流路６０の下流側から計測点１０に向かって進行する。第２のレーザー光Ｌ２は、流路６０の上流側から計測点１０に向かって進行する。第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２は、流路６０内の計測点１０で干渉して重なり合う。
　流路６０には流体Ｆ（例えば血液）が流れており、流体Ｆ中には無数の粒子Ｒ（例えば赤血球）が存在している。無数の粒子Ｒのうち、流路６０内の計測点１０を通過する粒子Ｒが存在する。計測点１０を通過する粒子Ｒに第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が当たると、第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が散乱する。第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２は、異なる方向から粒子Ｒに当たる。第１のレーザー光Ｌ１は、流路６０の下流側から粒子Ｒに当たる。すなわち、第１のレーザー光Ｌ１は、粒子Ｒの進行方向側から粒子Ｒに当たる。一方、第２のレーザー光Ｌ２は、流路６０の上流側から粒子Ｒに当たる。すなわち、第２のレーザー光Ｌ２は、粒子Ｒの進行方向と反対側から粒子Ｒに当たる。第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が粒子Ｒに当たって散乱したときに散乱光が生じる。第１のレーザー光Ｌ１が粒子Ｒに当たって散乱することによって第１の散乱光Ｐ１が生じる。また、第２のレーザー光Ｌ２が粒子Ｒに当たって散乱することによって第２の散乱光Ｐ２が生じる。散乱によって生じた第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２は計測点１０の周囲の様々な方向に向かって進行する。そのうち、計測点１０から受光装置３に向かって進行する第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２が存在する。受光装置３が第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２を受光する。
　第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が粒子Ｒに当たって散乱するときにそれぞれの周波数が変化する。ドップラーシフトによって周波数が変化する。第１のレーザー光Ｌ１の散乱によって生じた第１の散乱光Ｐ１の周波数ｆ１は、第１のレーザー光Ｌ１の周波数と異なる周波数である。また、第２のレーザー光Ｌ２の散乱によって生じた第２の散乱光Ｐ２の周波数ｆ２は、第２のレーザー光Ｌ２の周波数と異なる周波数である。また、第１の散乱光Ｐ１の周波数ｆ１と第２の散乱光Ｐ２の周波数ｆ２は、互いに異なる周波数である。
　受光装置３は、管６１とレーザー光照射装置２の間に配置されている。受光装置３は、流路６０と対向するように配置されている。受光装置３は、図示しない固定具によってレーザー光照射装置２の第１のミラー２４１と第２のミラー２４２に固定されている。図２に示すように、受光装置３は、受光素子３１と、遮光性の箱体３８を備えている。箱体３８内に受光素子３１が配置されている。
　箱体３８は、前壁３８ａと、後壁３８ｂと、一対の側壁３８ｃ、３８ｃを備えている。前壁３８ａは、管６１（図２には図示せず）と受光素子３１の間に配置されている。後壁３８ｂは、受光素子３１とレーザー光照射装置２（図２には図示せず）の間に配置されている。一対の側壁３８ｃ、３８ｃは、前壁３８ａと後壁３８ｂの間に配置されている。箱体３８の後壁３８ｂに受光素子３１が固定されている。箱体３８の前壁３８ａは受光素子３１から離れた位置に配置されている。前壁３８ａには中空の光通過孔３５が形成されている。
　光通過孔３５は、計測点１０と受光素子３１の間に形成されている。光通過孔３５は、計測点１０から受光素子３１に向かう方向に延びている。光通過孔３５と計測点１０と受光素子３１が同軸の位置にあることが好ましい。光通過孔３５は、入射口３６と出射口３７を備えている。計測点１０を通過する粒子Ｒによって生じた第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２が光通過孔３５の入射口３６から光通過孔３５に入射する。計測点１０から受光素子３１に向かって進行する第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２が光通過孔３５に入射する。光通過孔３５に入射した第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２は、光通過孔３５を通過して、光通過孔３５の出射口３７から出射する。光通過孔３５の出射口３７から出射した第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２が受光素子３１に入射する。
　受光素子３１は、光通過孔３５を通過した第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２を受光する。受光素子３１は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）である。受光素子３１は、光通過孔３５の出射口３７と対向している。出射口３７から出射した散乱光Ｐ１、Ｐ２が受光素子３１に入射する。
　図３及び図４に示すように、受光素子３１は、有効受光領域３１２と受光面３１３を備えている。受光素子３１は、有効受光領域３１２に入射する散乱光Ｐ１、Ｐ２を有効に受光することができる。一方、受光素子３１は、有効受光領域３１２以外の部分に入射する散乱光Ｐ１、Ｐ２を有効に受光することができない。有効受光領域３１２は、入射する光を電気信号に変換することができる領域である。有効受光領域３１２は、受光素子３１の中央部に形成されている。受光素子３１の有効受光領域３１２は、例えば受光素子３１の製品仕様書から知ることができる。受光面３１３は、有効受光領域３１２の表面である。受光素子３１は、受光面３１３に入射する散乱光Ｐ１、Ｐ２を受光することができる。受光面３１３の幅（有効受光領域３１２の幅）をＹとする。受光面３１３の幅（有効受光領域３１２の幅）Ｙは、図１に示す流路６０の長手方向における幅である。
　図５に示すように、処理装置９は、発光素子２１と受光素子３１に電気的に接続されている。処理装置９は、発光素子２１が発光するレーザー光Ｌと、受光素子３１が受光する第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２に基づいて、計測点１０を通過する粒子Ｒの速度ｖを演算する。処理装置９は、ドップラーシフトに基づく演算方法によって粒子Ｒの速度ｖを演算する。計測点１０を通過する粒子Ｒの速度ｖは、例えば下記の数１の式によって演算することができる。下記の式において、ｆｄは、受光装置３が受光する光（第１の散乱光Ｐ１と第２の散乱光Ｐ２が干渉した光）のドップラー周波数である。θは、計測点１０に向かって進行する第１のレーザー光Ｌ１と、計測点１０と受光装置３を結んだ線とのなす角度（あるいは、計測点１０に向かって進行する第２のレーザー光Ｌ２と、計測点１０と受光装置３を結んだ線とのなす角度）である。λは、レーザー光（第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２）の波長である。粒子Ｒの速度ｖを演算する方法については公知であるので詳細な説明を省略する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
（第１実施例）
　次に、図６から図８を参照して計測装置における関係式について説明する。まず、第１実施例について説明する。第１実施例に係る計測装置１では、下記の関係式（１）および（２）を満たしている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図６に示すように、上記の関係式において、Ｄは、光通過孔３５の入射口３６と受光素子３１の受光面３１３の間の距離である。Ｈは、受光素子３１の受光面３１３と計測点１０の間の距離である。Ｘは、計測点１０に向かって進行する第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が重なり合ってできたレーザー光の強度が所定の強度以上である範囲の幅である。より詳細に説明すると、第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が計測点１０で干渉して重なり合うと、図７に示すように、重なり合ってできたレーザー光の強度の分布になる。ここで、重なり合ってできたレーザー光の強度の最大値をＭａｘとする。また、その最大値Ｍａｘに対して所定の割合の強度をＭｉｎとする。最大値Ｍａｘに対する所定の割合は、例えば１３．５－１０％～１３．５＋１０％である。すなわち、最大値Ｍａｘの１３．５±１０％の範囲のどれかの値をＭｉｎとする。そして、第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が重なり合う部分において、重なり合ってできたレーザー光の強度がＭｉｎ以上である範囲をＳ（図７の斜線部分）とすると、その範囲Ｓの幅がＸである。また、図６に示すように、上記の関係式において、Ｙは、受光素子３１の受光面３１３の幅（有効受光領域３１２の幅）である。Ａは、光通過孔３５の入射口３６の幅である。
　上記の関係式において、Ｄ、Ｈは、図１に示す流路６０の短手方向における値である。すなわち、計測点１０から受光素子３１に向かう方向における値である。また、Ｘ、Ｙ、Ａは、流路６０の長手方向における値である。すなわち、流体Ｆの流れ方向における値である。
　次に、上記の関係式（１）を導出する方法について説明する。図８は、図６における位置関係を模式的に示す図である。図８では、図６における幅Ｘに対応する線分をＸＬとする。また、図６における幅Ｙに対応する線分をＹＬとする。線分ＸＬと線分ＹＬの間の距離がＨである。
　図８では、まず、線分ＸＬの左端から線分ＹＬの右端に補助線ｋ１を引く。また、線分ＸＬの右端から線分ＹＬの左端に補助線ｋ２を引く。補助線ｋ１と補助線ｋ２の交点をｃとする。
　次に、交点ｃより線分ＸＬ側において、補助線ｋ１と補助線ｋ２の間に、線分ＹＬの幅Ｙと等しい幅を有する補助線ｋ３を引く。補助線ｋ３の左端は補助線ｋ１に接しており、補助線ｋ３の右端は補助線ｋ２に接している。また、補助線ｋ３は線分ＹＬと平行である。補助線ｋ３と線分ＹＬの間の距離をｈとする。なお、ｈは、流路６０の短手方向における値である。すなわち、計測点１０から受光素子３１に向かう方向における値である。
　次に、交点ｃを頂点として、補助線ｋ１と補助線ｋ２と線分ＸＬによって形成される三角形をＴ１とする。また、交点ｃを頂点として、補助線ｋ１と補助線ｋ２と線分ＹＬによって形成される三角形をＴ２とする。三角形Ｔ１と三角形Ｔ２は相似の三角形である。三角形Ｔ１と三角形Ｔ２の相似比は、Ｘ：Ｙ＝（Ｈ－ｈ／２）：ｈ／２である。この相似比に基づいて、ｈについて解くとｈ＝２ＹＨ／（Ｘ＋Ｙ）となる。
　そして、光通過孔３５の入射口３６と受光素子３１の受光面３１３の間の距離Ｄは、ｈ以上かつＨ未満である。つまり、ｈ≦Ｄ＜Ｈである。光通過孔３５の入射口３６は、補助線ｋ３と線分ＸＬの間に位置している。
　以上より、２ＹＨ／（Ｘ＋Ｙ）≦Ｄ＜Ｈとなる。このようにして上記の関係式（１）が導出される。また、光通過孔３５の入射口３６の幅Ａは、Ｙ以上かつＸ未満の範囲とする。つまり、Ｙ≦Ａ＜Ｘである。これが上記の関係式（２）である。
　以上の説明から明らかなように、実施例の計測装置１は、流路６０を流れる流体Ｆ中の粒子Ｒの速度ｖを計測する装置であって、レーザー光照射装置２と受光装置３を備えている。レーザー光照射装置２は、流路６０内の計測点１０に向かって進行する第１のレーザー光Ｌ１と、第１のレーザー光Ｌ１と異なる方向から流路６０内の計測点１０に向かって進行する第２のレーザー光Ｌ２を照射する。受光装置３は、レーザー光照射装置２から照射された第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が計測点１０を通過する粒子Ｒに当たったときにそれぞれ生じる散乱光Ｐ１、Ｐ２を受光する。受光装置３は、受光素子３１と、受光素子３１の受光面３１３と計測点１０の間に形成されている中空の光通過孔３５を備えている。光通過孔３５は、計測点１０から受光素子３１に向かう方向に延びており、計測点１０を通過する粒子Ｒによって生じた散乱光Ｐ１、Ｐ２が光通過孔３５の入射口３６から光通過孔３５に入射し、その散乱光Ｐ１、Ｐ２が光通過孔３５を通過して受光素子３１の受光面３１３に入射するように構成されている。第１実施例の計測装置１では、上記の関係式（１）（２ＹＨ／（Ｘ＋Ｙ）≦Ｄ＜Ｈ）および関係式（２）（Ｙ≦Ａ＜Ｘ）を満たしている。
　上記の構成によれば、計測点１０を通過する粒子Ｒによって生じた散乱光Ｐ１、Ｐ２を受光装置３が受光する。受光装置３が受光した散乱光Ｐ１、Ｐ２の周波数に基づいて、計測点１０を通過する粒子Ｒの速度ｖを演算することができる。計測点１０を通過する粒子Ｒの速度ｖを計測するためには、レーザー光照射装置２から第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２を照射する際に、計測点１０のみに第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２を照射することが好ましい。しかしながら現実的には、計測点１０のみに第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２を照射することは困難であり、光の拡散等によって、計測点１０の周辺にも第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が照射されてしまう。そうすると、レーザー光照射装置２から照射された第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２が流体Ｆ中の粒子Ｒに当たって散乱するときに、計測点１０を通過する粒子Ｒに当たって散乱するだけでなく、計測点１０の周辺を通過する粒子Ｒにも当たって散乱してしまう。その結果、計測点１０を通過する粒子Ｒによって散乱光が生じるだけでなく、計測点１０の周辺を通過する粒子Ｒによっても散乱光が生じてしまう。しかしながら上記の構成では、光通過孔３５を備えているので、計測点１０を通過する粒子Ｒによって生じた散乱光を受光するとともに、計測点１０の周辺を通過する粒子Ｒによって生じた散乱光を受光することを抑制できる。すなわち、上記の構成によれば、計測点１０と受光素子３１の間で光通過孔３５が計測点１０から受光素子３１に向かう方向に延びているので、計測点１０を通過する粒子Ｒによって生じた散乱光は光通過孔３５を通過して受光素子３１に入射するが、計測点１０の周辺を通過する粒子Ｒによって生じた散乱光は、光通過孔３５の存在によって受光素子３１に入射しにくくなる。これによって、余分な散乱光を受光することを抑制できる。
　また、光通過孔３５を備えている構成では、光通過孔３５の入射口３６の位置が計測点１０から遠い位置にあると、光通過孔３５への入射範囲が広がるので、計測点１０の周辺で生じる散乱光が光通過孔３５に入射し易くなる。しかしながら、上記の構成によれば、関係式（１）を満たすことによって、光通過孔３５の入射口３６の位置を計測点１０に近付けることができる。すなわち、光通過孔３５の入射口３６の位置が、図８に示す補助線ｋ３の位置より線分ＸＬ側に位置するので、計測点１０と近い位置になる。これによって、光通過孔３５への入射範囲が広がることを抑制できるので、計測点１０の周辺で生じる散乱光が光通過孔３５に入射しにくくなる。また、上記の構成によれば、関係式（２）を満たすことによって、光通過孔３５の入射口３６の幅Ａが狭くなり過ぎることを抑制できる。これによって、計測点１０から受光素子３１に向かう散乱光Ｐ１、Ｐ２を十分に受光することができる。そのため、余分な散乱光を受光することを抑制しつつ、必要な散乱光を十分に受光することができる。
　流路６０を流れる流体Ｆ中には無数の粒子Ｒが存在しており、無数の粒子Ｒの速度は様々である。そのため、様々な速度の粒子Ｒによって生じた散乱光を受光装置３が受光すると、処理装置９が粒子Ｒの速度ｖを正確に演算することができなくなる。しかしながら、上記の構成によれば、余分な散乱光を受光することを抑制しつつ、必要な散乱光を十分に受光することができるので、粒子Ｒの速度ｖを正確に演算することができる。
　以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上述の説明における構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
（第２実施例）
　次に、第２実施例について説明する。第２実施例に係る計測装置１では、下記の関係式（３）を満たしている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　次に、上記の関係式（３）を導出する方法について説明する。関係式（３）を導出する際には、まず、光通過孔３５の入射口３６の幅Ａを決定する。そして、図８に示すように、入射口３６の幅Ａに対応する線分をＡＬとする。入射口３６の幅Ａは、Ｙ以上かつＸ未満の範囲とする。つまり、Ｙ≦Ａ＜Ｘである。
　次に、交点ｃより線分ＸＬ側において、補助線ｋ１と補助線ｋ２の間に、線分ＡＬを引く。線分ＡＬの左端は補助線ｋ１に接しており、線分ＡＬの右端は補助線ｋ２に接している。また、線分ＡＬは線分ＸＬおよび線分ＹＬと平行である。線分ＡＬと線分ＹＬの間の距離をＤとする。
　次に、交点ｃを頂点として、補助線ｋ１と補助線ｋ２と線分ＸＬによって形成される三角形をＴ１とする。また、交点ｃを頂点として、補助線ｋ１と補助線ｋ２と線分ＹＬによって形成される三角形をＴ２とする。また、交点ｃを頂点として、補助線ｋ１と補助線ｋ２と線分ＡＬによって形成される三角形をＴ３とする。三角形Ｔ１と三角形Ｔ２と三角形Ｔ３は相似の三角形である。三角形Ｔ１と三角形Ｔ２と三角形Ｔ３の相似比は、Ｘ：Ｙ：Ａ＝（Ｈ－ｈ／２）：ｈ／２：（Ｄ－ｈ／２）である。この相似比に基づいて、Ｄについて解くとＤ＝Ｈ（Ａ＋Ｙ）／（Ｘ＋Ｙ）となる。このようにして上記の関係式（３）が導出される。
　上記の関係式（３）は、光通過孔３５の入射口３６の幅Ａと、補助線ｋ１と補助線ｋ２の間の幅とが等しい場合における、光通過孔３５の入射口３６と受光素子３１の受光面３１３の間の距離Ｄを示している。
　以上の説明から明らかなように、第２実施例の計測装置１では、関係式（３）（Ｄ＝Ｈ（Ａ＋Ｙ）／（Ｘ＋Ｙ））を満たしている。このような構成によれば、計測点１０の周辺で生じた散乱光を受光することを抑制しつつ、計測点１０を通過する粒子によって生じた散乱光Ｐ１，Ｐ２を受光素子３１の受光面３１３の全体を利用して受光することができる。すなわち、上記の関係式（３）を満たしていると、図８に示すように、線分ＸＬの左端と線分ＹＬの右端を結んでいる補助線ｋ１が、線分ＡＬの左端を通過する。また、線分ＸＬの右端と線分ＹＬの左端を結んでいる補助線ｋ２が、線分ＡＬの右端を通過する。これは、計測点１０の左端で生じた散乱光Ｐ１，Ｐ２が、光通過孔３５の入射口３６の左端を通過して、受光素子３１の受光面３１３の右端に入射することを示している。また、計測点１０の右端で生じた散乱光Ｐ１，Ｐ２が、光通過孔３５の入射口３６の右端を通過して、受光素子３１の受光面３１３の左端に入射することを示している。したがって、計測点１０で生じた散乱光Ｐ１，Ｐ２を受光素子３１の受光面３１３の全体で受光することができる。一方、計測点１０の周辺で生じた散乱光については、光通過孔３５を通過したとしても、受光素子３１の受光面３１３に入射することを抑制できる。
（第３実施例）
　次に、第３実施例について説明する。第３実施例に係る計測装置１では、下記の関係式（４）を満たしている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　このような構成によれば、光通過孔３５の入射口３６の幅Ａと受光素子３１の受光面３１３の幅Ｙを揃えることによって、計測点１０から光通過孔３５を通過して受光素子３１に向かう散乱光Ｐ１，Ｐ２を効率良く受光することができる。
　なお、上記の第２実施例に係る関係式（３）を満たしている場合において、第３実施例に係る関係式（４）を満たしている場合は、Ｄ＝ｈ＝２ＹＨ／（Ｘ＋Ｙ）となる。
（その他の実施例）
　次に、その他の実施例について説明する。上記で説明した光通過孔３５の形状は特に限定されるものではない。例えば、図９に示すように、光通過孔３５の形状が平面視において円形状であってもよい。または、図１０に示すように、光通過孔３５の形状が平面視において多角形状であってもよい。また、図１１に示すように、複数の光通過孔３５が平面視においてスリット状に形成されていてもよい。
　また、光通過孔３５の内周面の構成については特に限定されるものではない。例えば、他の実施例では、図１２に示すように、光通過孔３５の内周面３５１が断面視においてテーパー状に形成されていてもよい。光通過孔３５の内周面３５１は、計測点１０から受光素子３１に向かう方向に対して傾斜している。また、光通過孔３５の内周面３５１は、受光素子３１の受光面３１３に対して傾斜している。光通過孔３５の出射口３７の幅ｗ３７は、光通過孔３５の入射口３６の幅ｗ３６より小さい。また、光通過孔３５の出射口３７の幅ｗ３７は、受光素子３１の受光面３１３の幅Ｙと等しい。ｗ３７＝Ｙである。
　計測点１０の周辺で余分な散乱光が生じると、図１２に示すように、その散乱光Ｐ３が光通過孔３５に入射して内周面３５１で反射することがある。このとき、上記の構成によれば、光通過孔３５の内周面３５１が傾斜しているので、内周面３５１で反射した余分な散乱光Ｐ３が受光素子３１に向かって進行することを抑制できる。よって、余分な散乱光Ｐ３を受光することを抑制できる。
　また、更に他の実施例では、光通過孔３５の内周面に図示しない複数の凹凸が形成されていてもよい。光通過孔３５の内周面の表面粗さは、発光素子２１が発光するレーザー光Ｌの波長以上である。また、光通過孔３５の内周面の表面粗さは、第１のレーザー光Ｌ１の波長以上、かつ、第２のレーザー光Ｌ２の波長以上である。また、光通過孔３５の内周面の表面粗さは、第１の散乱光Ｐ１の波長以上、かつ、第２の散乱光Ｐ２の波長以上である。光通過孔３５の内周面の表面粗さは、例えば算術平均粗さ（Ｒａ）で表すことができる。
　このような構成によれば、光通過孔３５の内周面で反射する余分な散乱光を凹凸面で乱反射させることができる。これによって、余分な散乱光が受光素子３１に向かって進行することを抑制できる。よって、余分な散乱光を受光することを抑制できる。
　また、更に他の実施例では、光通過孔３５の内周面の色が黒色であってもよい。例えば、黒色塗装等によって光通過孔３５の内周面を黒色にすることができる。
　このような構成によれば、光通過孔３５の内周面の反射率が低下する。そのため、計測点１０の周辺で生じた余分な散乱光が光通過孔３５の内周面で反射することを抑制できる。これによって、余分な散乱光が受光素子３１に向かって進行することを抑制できる。
　また、更に他の実施例では、光通過孔３５の内周面が低反射材で構成されていてもよい。例えば、箱体３８の前壁３８ａが低反射材で構成されていてもよい。あるいは、箱体３８の前壁３８ａの表面に低反射材の膜が成膜されていてもよい。低反射材は、散乱光Ｐ１、Ｐ２の反射率が低い材料である。低反射材には、例えば高透過率材と高吸収率材がある。高透過率材には、例えばガラス（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、プラスチック（ＰＥ、ＰＣ）等がある。高吸収率材には、例えば酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）等がある。
　このような構成によれば、計測点１０の周辺で生じた余分な散乱光が光通過孔３５の内周面で反射することを抑制できる。これによって、余分な散乱光が受光素子３１に向かって進行することを抑制できる。
　また、計測装置１におけるレーザー光照射装置２の構成は、上記の実施例に限定されるものではない。例えば、レーザー光照射装置２の発光素子２１、第１のミラー２４１、第２のミラー２４２等の配置構成は上記の実施例に限定されるものではない。図１３は、他の実施例に係る計測装置の概略構成を示す図である。図１３に示すように、レーザー光照射装置２は、発光素子２１と、コリメーターレンズ２２と、ビームスプリッタ２６と、第１のミラー２４１と、第２のミラー２４２を備えている。発光素子２１は、管６１の長手方向に対して斜めにレーザー光Ｌを発光する。コリメーターレンズ２２は、発光素子２１が発光したレーザー光Ｌを平行光にして出射する。コリメーターレンズ２２から出射したレーザー光Ｌ（平行光）は、ビームスプリッタ２６に入射する。
　ビームスプリッタ２６では、入射したレーザー光Ｌの一部が反射し、他の一部が透過する。ビームスプリッタ２６は、レーザー光Ｌを透過及び反射する。このビームスプリッタ２６をハーフミラーと呼ぶ場合もある。ビームスプリッタ２６で反射したレーザー光Ｌが第１のレーザー光Ｌ１となり、ビームスプリッタ２６を透過したレーザー光Ｌが第２のレーザー光Ｌ２となる。レーザー光Ｌがビームスプリッタ２６で透過及び反射して、第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２に分かれる。
　ビームスプリッタ２６は、第１のミラー２４１と第２のミラー２４２の間に配置されている。ビームスプリッタ２６で反射したレーザー光Ｌ（第１のレーザー光Ｌ１）は、第１のミラー２４１に向かって進行する。また、ビームスプリッタ２６を透過したレーザー光Ｌ（第２のレーザー光Ｌ２）は、第２のミラー２４２に向かって進行する。第１のレーザー光Ｌ１は、第１のミラー２４１の第１の反射面４３で反射し、その後、管６１内の流路６０に入射する。また、第２のレーザー光Ｌ２は、第２のミラー２４２の第２の反射面４４で反射し、その後、管６１内の流路６０に入射する。このような構成によっても、第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２を流路６０内の計測点１０に向かって照射することができる。
　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
１　　　：計測装置
２　　　：レーザー光照射装置
３　　　：受光装置
９　　　：処理装置
１０　　：計測点
２１　　：発光素子
２２　　：コリメーターレンズ
２３　　：回折格子
２５　　：移動装置
２６　　：ビームスプリッタ
３１　　：受光素子
３５　　：光通過孔
３６　　：入射口
３７　　：出射口
３８　　：箱体
４３　　：第１の反射面
４４　　：第２の反射面
６０　　：流路
６１　　：管
６２　　：固定具
２４１　：第１のミラー
２４２　：第２のミラー
３１２　：有効受光領域
３１３　：受光面
３５１　：内周面
Ｆ　　　：流体
Ｌ１　　：第１のレーザー光
Ｌ２　　：第２のレーザー光
Ｐ１　　：第１の散乱光
Ｐ２　　：第２の散乱光
Ｒ　　　：粒子

Claims (7)

  1. 　流路を流れる流体中の粒子の速度を計測するための計測装置であって、
    　前記流路内の計測点に向かって進行する第１のレーザー光と、前記第１のレーザー光と異なる方向から前記流路内の前記計測点に向かって進行する第２のレーザー光を照射するレーザー光照射装置と、
    　前記レーザー光照射装置から照射された前記第１のレーザー光と前記第２のレーザー光が前記計測点を通過する粒子に当たったときにそれぞれ生じる散乱光を受光する受光装置を備えており、
    　前記受光装置が、受光素子と、前記受光素子の受光面と前記計測点の間に形成されている中空の光通過孔を備えており、
    　前記光通過孔が、前記計測点から前記受光素子に向かう方向に延びており、前記計測点を通過する粒子によって生じた散乱光が前記光通過孔を通過して前記受光素子の前記受光面に入射するように構成されており、
    　下記の関係式（１）および（２）を満たすことを特徴とする、計測装置。
    　２ＹＨ／（Ｘ＋Ｙ）≦Ｄ＜Ｈ　・・・（１）
    　Ｙ≦Ａ＜Ｘ　・・・（２）
    　ただし、上記の関係式において、
    　Ｄは、前記光通過孔の入射口と前記受光素子の前記受光面の間の距離、
    　Ｈは、前記受光素子の前記受光面と前記計測点の間の距離、
    　Ｘは、前記計測点に向かって進行する前記第１のレーザー光と前記第２のレーザー光が重なり合ってできたレーザー光の強度が所定の強度以上である範囲の幅、
    　Ｙは、前記受光素子の前記受光面の幅、
    　Ａは、前記光通過孔の前記入射口の幅である。
  2. 　下記の関係式（３）を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の計測装置。
    　Ｄ＝Ｈ（Ａ＋Ｙ）／（Ｘ＋Ｙ）　・・・（３）
  3. 　下記の関係式（４）を満たすことを特徴とする、請求項１または２に記載の計測装置。
    　Ａ＝Ｙ　・・・（４）
  4. 　前記光通過孔の内周面の表面粗さが、前記第１のレーザー光の波長以上、かつ、前記第２のレーザー光の波長以上であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の計測装置。
  5. 　前記光通過孔の内周面が、前記受光素子の前記受光面に対して傾斜していることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の計測装置。
  6. 　前記光通過孔の内周面の色が黒色であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の計測装置。
  7. 　前記光通過孔の内周面が低反射材で構成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の計測装置。
     
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