JP2009014702A - 微粒子検出装置及び微粒子検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査体中の微粒子の検出感度を確保しつつ装置コストを低廉化することができる微粒子検出装置及び微粒子検出方法を提供する。
【解決手段】検査光の照射領域中の検出領域１−９を横切る微粒子による遮光を検出して被検査体中の微粒子を検出する微粒子検出装置であって、被検査体に検査光を照射する発光素子１−１と、被検査体を透過して入射する発光素子１−１からの検査光を受光する受光素子１−２と、発光素子１−１及び受光素子１−２の間に設けた保持板１−４と、発光素子１−１から受光素子１−２に向かう検査光の進行方向に沿って保持板１−４に設けられ、発光素子１−１から受光素子１−２に入射する検査光の検出領域１−９を絞る光透過孔１−６，１−７とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光透過性を有する媒質中の微粒子を検出する微粒子検出装置及び微粒子検出方法に関する。

光透過性を有する媒質中の微粒子を検出することは、その媒質を使用するシステムや該システムで生産される製品の品質を管理する上で重要である。例えば浄水場の浄水品質管理、海や河川の汚染調査、潤滑油の汚濁測定等にあたって、それぞれ浄水場の浄水、海水・河川水、各種機械・プラントの潤滑油等の液体媒質中の微粒子を検出する必要がある。また、例えばクリーンルーム等の特定の空間内の雰囲気の空気清浄度や各種環境下の雰囲気の粉塵検出等にあたっては、気体媒質中の微粒子を検出する必要がある。その他、ガラス等の透明な固体媒質中の不純粒子検出等に対するニーズもある。

微粒子の検出では、微粒子の光散乱や遮蔽による光量変化を観測し、その変化量から微粒子の存在を検知する方法がある。光を用いた微粒子検出法としては、例えば下記特許文献１に記載された「流体中の微粒子検出装置」がある。これはレーザによるコヒーレント光を被検液内でレンズ光学系により集光させ、その集光領域を通過する微粒子で回折した光をアレイ状の光検出器で検出し、回折光を解析することにより微粒子を検出するものである。また下記特許文献２に記載された「微粒子計測装置」は、レンズ光学系を用いて作り出した並行光を微粒子が通るセルに照射して受光素子で検出する技術であり、受光素子の前面に孔を開けた遮蔽板を設け微粒子からの散乱光が検出されないようにし微粒子の遮光による検出光の変化を観測する。

特開２００３−１３０７８４号公報 特開２００２−２２８５７４号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に開示された微粒子検出の技術はレンズ光学系が必要不可欠である。そのため、レンズ光学系によりレーザビームを収束・拡大する必要があり、レンズ光学系の軸合わせ等の調整が難しいという課題がある。また、受光センサやレーザ光源の調整も必要である。その上、検出対象となる微細な粒子を検出するためにレーザ光源やレンズ光学系等といった高価な構成部品を用い、検査光を細く絞ったり並行光としたりする等の光学的走査の必要があるため、ユーザに対して低コストで装置を提供することも難しい。

本発明は上記に鑑みなされたものであり、被検査体中の微粒子の検出感度を確保しつつ装置コストを低廉化することができる微粒子検出装置及び微粒子検出方法を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、検査光の照射領域中の検出領域を横切る微粒子による検出光の遮光を検出して被検査体中の微粒子を検出する微粒子検出装置であって、被検査体に検査光を照射する発光手段と、被検査体を透過して入射する前記発光手段からの検査光を受光する受光手段と、前記発光手段及び前記受光手段の間に設けた遮光手段と、前記発光手段から前記受光手段に向かう検査光の進行方向に沿って前記遮光手段に設けられ、前記発光手段から前記受光手段に入射する検査光の前記検出領域を制限する複数の光透過孔とを備えたことを特徴とする。

（２）上記（１）において、好ましくは、被検査体の通過速度と前記検出領域の幅で決まる周波数成分を基に設定された電気フィルタ周波数を用いて前記受光手段からの出力信号をフィルタ処理する手段を備えたことを特徴とする。

（３）上記（１）において、好ましくは、複数の前記受光手段と、前記複数の受光手段と前記発光手段との間にそれぞれ検査光の進行方向に沿うように設けた前記複数の光透過孔とを備えたことを特徴とする。

（４）上記（１）において、好ましくは、前記検出領域を制限する前記複数の光透過孔のうち前記発光手段に最も近い前記光透過孔と前記発光手段との間に前記発光手段からの検査光を当該光透過孔に導く導光手段を備えたことを特徴とする。

（５）上記（１）において、好ましくは、前記検出領域を制限する前記複数の光透過孔のうち前記受光手段に最も近い前記光透過孔と前記受光手段との間に前記光透過孔からの検査光を前記受光手段に導く導光手段を備えたことを特徴とする。

（６）上記目的を達成するために、また本発明は、検査光の照射領域中の検出領域を横切る微粒子による検出光の遮光を検出して被検査体中の微粒子を検出する微粒子検出方法であって、発光手段から被検査体を透過させて受光手段に検査光を照射し、遮光手段に設けた光透過孔を前記発光手段から前記受光手段に向かう検査光の進行方向に沿って複数設けることにより、前記発光手段から前記受光手段に入射する検査光の前記検出領域を制限することを特徴とする。

（７）上記目的を達成するために、また本発明は、検査光の照射領域中の検出領域を横切る微粒子による検出光の遮光、回折又は干渉効果により発生する検出光強度の変動を検出して被検査体中の微粒子を検出する微粒子検出装置であって、被検査体に検査光を照射する発光手段と、被検査体を透過して入射する前記発光手段からの検査光を受光する受光手段と、前記被検査体と前記受光手段の間に設けられ、前記検査光の照射領域中の前記検出領域を絞る光透過孔を有する遮光手段と、前記受光手段からの信号を基に、前記検出領域を移動する微粒子による検査光の遮光、回折又は干渉効果により発生する検出光強度の変動を検出して被検査体中の微粒子を検出する信号処理装置とを備えたことを特徴とする。

（８）上記（７）において、好ましくは、前記信号処理装置は、前記受光手段で検出された検出光の変動を記録する波形メモリと、前記波形メモリに記録された検出波形が時間的に光軸を中心に対称であるか否かで検出した微粒子が球状か否かを判断する演算器とを備えていることを特徴とする。

（９）上記（７）において、好ましくは、前記光透過孔の口径は、前記受光手段から当該光透過孔を通して観測される領域に前記発光手段を観測でき、かつ、この観測領域を微粒子が横切るとき、前記発光手段から直接入射する直接光と微粒子で反射した反射光との干渉を検出することができる大きさであることを特徴とする。

（１０）上記（７）において、好ましくは、被検査体の通路の内面のうち検査光の光路以外の部分に検査光の反射を抑制する手段又は検査光を散乱させる手段を設け、前記発光手段に戻る光量を抑制したことを特徴とする。

（１１）上記（７）において、好ましくは、前記発光手段は半導体レーザ素子であることを特徴とする。

（１２）上記（１１）において、好ましくは、前記発光手段の駆動電流を供給する電流源に半導体レーザの発光スペクトルを広げる高周波重畳回路を組み込んだことを特徴とする。

（１３）上記（１２）において、好ましくは、半導体レーザ光の偏波面を変化させる偏波面変更手段を設けたことを特徴とする。

（１４）上記（７）において、好ましくは、前記発光手段は発光ダイオード素子であることを特徴とする。

（１５）上記目的を達成するために、また本発明は、検査光の照射領域中の検出領域を横切る微粒子による検出光の遮光、回折又は干渉効果により発生する検出光強度の変動を検出して被検査体中の微粒子を検出する微粒子検出方法であって、発光手段から被検査体を透過させて受光手段に検査光を照射し、遮光手段に設けた光透過孔を前記被検査体と前記受光手段の間に設けることにより、前記発光手段から前記受光手段に入射する検査光の前記検出領域を制限し、前記受光手段からの信号を基に、前記検出領域を移動する微粒子による検査光の遮光、回折又は干渉効果により発生する検出光強度の変動を検出して被検査体中の微粒子を検出することを特徴とする。

本発明によれば、被検査体中の微粒子の検出感度を確保しつつ装置コストを低廉化することができる。

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

本実施の形態に係る微粒子検出の技術は、被検査体を挟んで発光手段から受光手段に向かって検査光を照射し、検査光の照射領域中の検出領域を被検査体中の微粒子が横切る際に微粒子により検査光が遮られて光強度が減少するのを観測し微粒子の存在を検知するものである。受光手段には、遮光手段に設けた光透過孔を複数通過した検査光のみが入射する。このように複数の光透過孔を介して検査光を受光素子に入射させることにより、検査光の被検査体への照射領域中の実際に微粒子検出に寄与する領域（受光素子に入射する領域）である検出領域が制限される。受光手段には、光透過孔を通過した検査光のみが入射する。このように光透過孔を通して検査光を受光素子に入射させることにより、検査光の被検査体への照射領域中の実際に微粒子検出に寄与する領域（受光素子に入射する領域）である検出領域が制限される。

また、被検査体を挟んで発光手段から受光手段に向かって検査光を照射し、検出領域を微粒子が横切る際に光強度が減少する上記の現象とともに、発光手段からの光と微粒子の反射光が干渉し合って検出光の強度が変動する現象を同時に観測することでも、微粒子の存在を検知することができる。この場合、遮光、回折光、干渉光からなる検出光の波形を詳細に分析し、検出した微粒子が球状かどうかを判定することで、微粒子が例えば微少のボイドなのか、或いは他の検出すべき不純物粒子なのかを推測することができる。

検出対象となる微粒子を含む被検査体は光透過性を有する物質であれば良く、その状態は特に限定されない。液体や気体等の流体の他、ガラス等の固体も含まれる。さらに、上記検出領域と微粒子を相対的に移動させるにあたって、検出領域を静止させて被検査体を移動させても良いし、被検査体を静止させて検出領域を移動させても良いし、両者を移動させても良い。両者を移動させる場合、互いに異なる方向に移動させて検出領域が被検査体を二次元的に走査するようにしても良い。

以下に本発明の代表的な実施例を順次説明する。

図１は本発明に係る微粒子検出装置の第１実施例の概略構成図であり、検出部１は断面で表してある。

図１に示した微粒子検出装置は、被検査体（本例では流体）中の微粒子を検出する検出部１、検査光のエネルギー源である電流源２、電流−電圧変換器３、及び検出部１の出力信号を処理する信号処理回路４を備えている。

検出部１は、被検査体に検査光を照射する発光素子１−１、被検査体を透過して入射する発光素子１−１からの検査光を受光する受光素子１−２、発光素子１−１を保持する保持板１−３、受光素子１−２を保持する保持板１−４、被検査体を流通させるセル１−５、及び保持板１−４に設けた複数（本例では２つ）の光透過孔１−６，１−７（図２参照）を備えている。

発光素子１−１には、レーザ等のコヒーレント光を発する光源を用いることもできるが、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等のインコヒーレント光を発する光源を用いれば足りる。発光素子１−１は、上記電流源２からの駆動電流によって発光する。また、受光素子１−２には、例えばＰＤ（Photo Diode）等の受光センサを利用することができる。受光素子１−２で受光した光電流は、電流−電圧変換器３で電圧信号に変換され、信号処理回路４で信号処理される。

保持板１−３，１−４の間には、透明チューブ状の上記セル１−５が通されておりこのセル１−５に被検査体を流通させることにより、被検査体が検出部１に相対して移動する。このとき、保持板１−３に保持された発光素子１−１は、保持板１−４に保持された受光素子１−２に向かって検査光を発するが、本実施例の場合、少なくとも受光素子１−２を保持する保持板１−４の発光素子１−１及び受光素子１−２の間の部分は、検査光を遮る遮光手段としての役割を果たす。

図２は保持板１−３，１−４を抽出して表した断面図である。

図２に示したように、本実施例では受光素子１−２の保持板１−４における発光素子１−１と受光素子１−２との間の部分に空洞部１−８が設けてあり、光透過孔１−６，１−７は、発光素子１−１から受光素子１−２に向かう検査光の進行方向に沿って空洞部１−８の内壁に穿設されている。これにより、保持板１−３，１−４の間のセル１−５を透過する検査光のうち、光透過孔１−６，１−７を通過する光束のみが受光素子１−２に到達し検出される。つまり、被検査体に照射される検査光のうち受光素子１−２に入射する検出領域１−９が、発光素子１−１から光透過孔１−６，１−７の両方を通過して受光素子１−２に入射する光束（図２中のハッチング部）のみに制限されている（絞られている）。この検出領域１−９を微粒子が横切れば検査光の一部が遮光され受光素子１−２で検出される光強度が減少する。これにより、検査光の照射領域のうちの検出領域１−９のみを受光素子１−２で観測することができる。

検出領域１−９の幅や長さ、断面形状は、光透過孔１−６，１−７の大きさや形状、光透過孔１−６，１−７の間隔、発光素子１−１と保持板１−４の間隔（保持板１−３，１−４の間隔）により調節可能であり、被検査体の光透過性や検出対象の微粒子の大きさ・性状・濃度等に応じて検出領域１−９を任意に変更することができる。例えば、光透過孔１−６，１−７が同径である場合、光透過孔１−６，１−７の口径を小さく間隔を大きくすると検出領域１−９の径は小さくなる。また、保持板１−４、１−５の間隔を大きくすると、検出領域１−９の径が大きくなり長さが長くなる。

なお、本実施例では気体や液体等の流体を被検査体としているため、図２ではチューブ状のセル１−５内に被検査体を流通させる構成としているが、先述したように光透過性を有する固体を被検査体とすることもできる。例えば被検査体が棒状又は板状のガラスであれば、セル１−５に代えて保持板１−３，１−４の間にガラス（被検査体）を通し、検出部１又はガラスの少なくとも一方を移動させる構成とすれば良い。

図３は信号処理回路４の概略構成図である。

図３に示した信号処理回路４は、バンドパスフィルタ４−１、反転増幅器４−２、検波器４−３、加算増幅器４−４、電圧源４−５、比較器４−６、パルスレート検出回路４−７を備えている。

バンドパスフィルタ４−１は、検出部１の受光素子１−２の出力信号から直流成分を除去するとともに雑音成分を減じる。反転増幅器４−２は、バンドパスフィルタ４−１からの信号の極性を正負反転させて増幅する。検波器４−３は反転増幅された出力信号から検波する。電圧源４−５は予め設定した一定電圧の信号を出力する。加算増幅器４−４は、検波器４−３からの検波信号に電圧源４−５からの一定電圧を加算する。比較器４−６は、加算増幅器４−４の出力と反転増幅器４−２を比較し、加算増幅器４−４の出力より反転増幅器４−２の出力が大きい時に一定電圧の信号を出力する。パルスレート検出回路４−７は、比較器４−６の出力の発生率を求めて外部の表示器（図示せず）等に出力する。

図４は信号処理回路４の各部の出力波形を表した図である。

受光素子１−２の出力信号は、光強度の検出領域１−９のほぼ一定の検査光に、微粒子が検出領域１−９を横切ることにより生じる減光信号が重畳した波形となる（図４（ａ）参照）。受光素子１−２からの出力信号には、電気雑音信号も重畳している。

受光素子１−２からの出力信号をバンドパスフィルタ４−１で処理した波形は、広域フィルタリングで直流成分が除去され、低域フィルタリングで雑音が減少した波形となる（図４（ｂ）参照）。各々のフィルタリング処理で用いるカットオフ周波数（電気フィルタ周波数）は例えば次のように設定される。まず、被検査体のセル１−５の通過速度が分る（本例の場合セル１−５の配管径とセル１−５を流れる被検査体の流量から算出できる）ので、微粒子の通過速度は検出領域１−９を横切る微粒子の速度で推定することができる。次に、検出領域１−９の幅（径）と微粒子の通過速度から微粒子による減光パルスの幅、つまり微粒子による減光信号の周波数成分を算定することができる。カットオフ周波数はこの周波数成分を基に設定され、カットオフ周波数との比較により微粒子による減光信号が抽出される。

バンドパスフィルタ４−１の出力は反転増幅器４−２で反転増幅される。また、雑音成分の包絡線の変化が減光パルスの変化より十分小さいことを利用して長い時定数の検波器４−３で検波し、加算増幅器４−４で検波器４−３の出力に電圧源４−５の出力を加える。反転増幅器４−２、検波器４−３、加算増幅器４−４の出力波形を図４（ｃ）に例示した。

比較器４−６では、加算増幅器４−４の出力と反転増幅器４−２の出力を比較し反転増幅器４−２の出力信号が加算増幅器４−４の出力より大きいときに減光パルスが検出されたと判断され、一定レベルの微粒子検出パルス（電圧）が出力される（図４（ｄ）参照）。この微粒子検出パルスの発生率がパルスレート検出回路４−７で計測され、例えば微粒子検出パルスの発生率が上昇した場合には減光パルスが多数ある（つまり微粒子が増大した）と判断することができる。

以上、本実施例では、複数の光透過孔１−６，１−７により検出領域１−９を細くすることができるので、微粒子が検出領域１−９に入った場合の検出領域１−９の径に対する微粒子の大きさの比を上げることができ、微粒子の遮光による減光割合を増大させ高感度化することができる。また、検出領域１−９の長さを長くすることで、検出領域１−９の体積を大きくすることが可能となり、微粒子の検出効率が向上する。

加えて、微粒子の検出感度や検出効率を高めるにあたって、レーザ光やレンズ光学系を用いずに検出領域１−９を細く長く形成することができることも大きなメリットである。発光素子１−１や受光素子１−２には、レーザ光源等に比べて極めて安価なＬＥＤやＰＤを使用することができる。また、光透過孔１−６，１−７を設ける遮光手段としての保持板１−３，１−４も遮光性のある加工し易い安価な材質を選択することでレンズ光学系を採用した場合に比べて必要コストは極めて低い。

さらには、レーザ等のコヒーレント光をレンズ光学系で調整する微粒子検出技術のように、レンズ光学系の軸合わせやレーザ光源の調整等の煩わしい操作も不要である。また、セル１−５を挟んで光透過孔１−６，１−７を設けるのではなく、発光素子１−１又は受光素子１−２の側に光透過孔１−６，１−７の双方を設けることにより、光透過孔１−６，１−７の位置合わせに要求される精度自体をより低いものとすることができる。

本実施例によれば、上記のように被検査体に含まれる微粒子を安価で高感度、なおかつ容易に検出することができる。また、被検査体を検出領域に通過させるだけで微粒子を検出することができ、微粒子をオンラインで監視することが可能である。このため、浄水場の浄水品質管理、海水・河川の汚染検出、潤滑油の汚濁検知や、クリーンルームのダストモニタ、或いはガラス製品の異物のモニタ等、工業製品の品質や環境の清浄度を確保する上で極めて効果が大きい。

なお、保持板１−３，１−４を遮光性のある材質で形成し、保持板１−４に光透過孔１−６，１−７を設けた場合を例に挙げて説明したが、発光素子１−１や受光素子１−２を保持する保持板１−３，１−４を遮光手段として兼用するのではなく、保持板１−３，１−４とは別に専用の遮光手段を設け、該遮光手段に光透過孔１−６，１−７を設けても良い。また、本例では２つの光透過孔１−６，１−７により検出領域１−９を画定する構成としたが、検出領域１−９をさらに絞る場合には検査光の進行方向に沿って３つ以上の光透過孔を設け、３つ以上の光透過孔を通った検査光が受光素子１−２に入射するようにしても良い。本段落で記載したことは以降の実施例についても同様である。

図５は本発明に係る微粒子検出装置の第２実施例に備えられた保持板１−３，１−４を抽出して表した断面図である。

図５に示したように、本実施例が第１実施例と相違する点は検出部１の構成にある。本実施例の微粒子検出装置は複数（本例では３つ）の受光素子１−２を有している。本実施例における受光側の保持板１−４は、セル１−５に対向する複数（本例では３つ）の受光素子１−２を保持するように構成されており、各受光素子１−２と発光素子１−１との間には、第１実施例と同様にそれぞれ検査光の進行方向に沿うように複数の光透過孔が設けられている。本例の保持板１−４において、発光素子１−１と図中中央の受光素子１−２の間には光透過孔１−６，１−７が、発光素子１−１と図中左側の受光素子１−２の間には光透過孔１−６’，１−７’が、発光素子１−１と図中右側の受光素子１−２の間には光透過孔１−６”，１−７”が、それぞれ設けられている。各受光素子１−２はそれぞれ電流−電圧変換器３を介して信号処理回路４に接続している。その他の構成は第１実施例と同様である。

このように受光素子１−２を複数設けることにより、各受光素子１−２に対応する検出領域１−９が形成されるため、複数の検出領域１−９により微粒子検出の確度と信頼性、検出効率をさらに向上させることができる。

なお、本実施例において、複数の受光素子１−２は一次元的に配列しても良いし、二次元的に配置しても良い。また、一次元的に受光素子１−２を配列する場合、被検査体の移動方向に沿って配列しても良いし被検査体の移動方向と交わる方向に沿って配列しても良い。二次元的に配列する場合、格子の線の交点のように升目状に配列しても良いし、千鳥状或いはランダムに配列しても良い。また、１つの発光素子１−１に対して複数の受光素子１−２を設けたが、複数の受光素子１−２のそれぞれに対応する発光素子１−１（つまり複数の発光素子１−１）を設けても良い。

また、受光素子１−２として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）素子などの一次元又は二次元のアレイ状光検出器を用いることも可能である。この場合、１つのアレイ状光検出器で受光素子に最も近い各光透過孔１−７，１−７’，１−７”を通過した検査光をカバーすることができれば１つのアレイ状検出器を受光素子１−２として設ければ足りるが、この場合、アレイ状検出器の光透過孔１−７，１−７’，１−７”からの検査光が入射する各受光素子が上記した複数の受光素子１−２に相当する。

また、アレイ状光検出器の各受光素子の受光面積が受光素子に最も近い光透過孔１−７，１−７’，１−７”の大きさと同等である場合には、検出領域１−９を絞る上でアレイ状光検出器の各受光素子が光透過孔１−７，１−７’，１−７”と同じ働きをするので、光透過孔１−７，１−７’，１−７”を省略しても良い。つまり、発光側の光透過孔１−６，１−６’，１−６”を通過した検査光をそれぞれアレイ状光検出器の光透過孔並みの受光面積の受光素子で検出する場合、光透過孔１−６，１−６’，１−６”を通って各受光素子に入射する光が図２の検出領域１−９と同等の検出領域を通過した検査光となるため、検査領域の検査光が入射する特定の受光素子の出力をモニタすることで上記第１又は第２実施例と同等の検出感度を実現することができる。

図６は本発明に係る微粒子検出装置の第３実施例に備えられた保持板１−３，１−４を抽出して表した断面図である。

図６に示したように、本実施例が第１実施例と相違する点は検出部１の構成にあり、発光側の光透過孔１−６を発光側の保持板１−３に設けた点にある。受光側の光透過孔１−７は受光側の保持板１−４に設けてある。その他の構成は第１実施例と同様である。

発光側の保持板１−３に設けた光透過孔１−６から出射した検査光は、光透過孔１−６から離れるに従って光透過孔１−６の穴径より大きく広がる。しかし、光透過孔１−６を通過した検査光を受光側の保持板１−４に設けた光透過孔１−７で採光すれば、受光側から見ると受光側の光透過孔１−７を通して発光側の光透過孔１−６から出る光を観測することになる。そのため、例えば２つの保持板１−３，１−４の光透過孔１−６，１−７が同径の円である場合、保持板１−３，１−４間の検出領域１−９は光透過孔１−６，１−７とほぼ同径の円柱状に形成される。この円柱状の検出領域１−９を通過する微粒子の遮光による検査光の減光を検出し微粒子の存在が検出される。

本実施例においても第１実施例と同様の効果を得ることができる。また、本実施例では、検出領域１−９をほぼ同じ太さ（一様の径）にすることができ、検出領域１−９のどの部分を微粒子が通過しても減光量に差がないことも検出感度を向上させる上でメリットとなる。

なお、光透過孔１−６，１−７は、円形でなく矩形等の他の形状にしても勿論良いが、両者の形状を合わせることが好ましい。また、検出領域１−９をさらに絞りたい場合には、保持板１−３又は１−４の側の光透過孔１−６又は１−７を検査光の進行方向に沿って複数設けても良い。光透過孔１−６，１−７の双方を検査光の進行方向に沿って複数設けても良い。また、光透過孔を受光側の保持板１−４に設けず、発光側の保持板１−３にのみ検査光の進行方向に沿って複数の光透過孔を設ける構成も考えられる。

図７は本発明に係る微粒子検出装置の第４実施例の検出部１を抽出して一部断面で表す概略構成図である。

図７に示したように、本実施例の微粒子検出装置は、発光素子１−１とこれに最も近い発光側の光透過孔１−６との間に設けた導光路１−１０と、受光素子１−２とこれに最も近い受光側の光透過孔１−７との間に設けた導光路１−１１とを備えている。その他の構成は第３実施例に実質等しい。

発光側の上記導光路１−１０は、発光素子１−１からの検査光を発光側の保持板１−３の光透過孔１−６に集光し導く集光手段として機能するものであり、発光素子１−１からの検査光が外部に漏洩しないように外壁は光学反射体で覆われている。発光素子１−１からの検査光は、導光路１−１０の内部を通り光透過孔１−６に挿入された導光路１−１０のセル１−５側先端から出射する。

受光側の上記導光路１−１１は、受光側の光透過孔１−７を通って入射した検査光を受光素子１−２に導く機能を有しており、受光側の光透過孔１−７から入射した検査光が外部に漏洩しないように外壁は光学反射体で覆われている。受光側の光透過孔１−７から入射した検査光は、光透過孔１−７に挿入されたセル１−５側先端から導光路１−１１に入り、導光路１−１１の内部を通って受光素子１−２に入射する。

本実施例の場合、検出領域１−９は第３実施例と同様に形成され、第３実施例で得られる効果を得ることができる。それに加え、前に説明した各実施例では光透過孔１−６，１−７で検査光の一部を遮ることにより微小断面の検出領域１−９を形成していたが、本実施例の場合、発光素子１−１からの検査光を遮ることなく発光側の光透過孔１−６へ導くので、発光側の光透過孔１−６で遮られる光量が少なく検査光のロスを減少させることができる。また、受光側においても光透過孔１−７に入射した検査光が外部に漏洩することがないので、受光素子１−２の受光効率も向上する。これにより検出感度をさらに向上させることができ、例えば前の各実施例と同等の検出感度を得る上では受光素子１−１の発光量を減少させることもできる。

なお、本実施例では発光側と受光側の双方に導光路１−１０，１−１１を設けた場合を例に挙げて説明したが、導光路１−１０，１−１１がそれぞれに効果を奏するものであり、いずれかを省略しても相応の効果を得ることができる。

図８は本発明に係る微粒子検出装置の第５実施例の概略構成図であり、検出部は断面で表してある。また、図８のＡ部拡大図を図９（ａ）に、図８のＢ部拡大図を図９（ｂ）に示す。

本実施例に係る微粒子検出装置は、検査光の照射領域中の検出領域を移動する微粒子による遮光、回折又は干渉効果によって発生する検出光の変動を検出して被検査体中の微粒子を検出するものである。

図８に示した微粒子検出装置は、微粒子を含む被検査体（本例では流体）を流す配管１１、被検査体に検査光を照射する発光素子１２、発光素子１２のエネルギー源である電流源１３、被検査体を透過して入射する発光素子１２からの検査光を受光する受光素子１４、配管１と受光素子１４の間に設けられ検査光の照射領域中の検出領域を絞る光透過孔１７−１を有する遮光手段である細孔板１７、受光素子１４で受光した光の光電流を電圧に変換する光電流−電圧変換器１５、光電流−電圧変換器１５の出力信号を処理する信号処理装置１６、信号処理装置１６で処理した出力パルスを計数するレートメータ１８及びレートメータ１８による係数結果を表示する表示装置１９を備えている。

本実施の形態において上記細孔板１７は、配管１１の外周面と受光素子１４との間に介設されており、微小な直径の光透過孔１７−１を透過する光を除いて発光素子１２からの検査光を遮る。光透過孔１７−１は発光素子１２と受光素子１４を結ぶ線上に設けられている。受光素子１４側から光透過孔１７−１を通して観測される領域（受光素子１２から光透過孔１７−１を覗いて観測される直線状の領域）が検出領域となるが、光透過孔１７−１の口径は受光素子１４から光透過孔１７−１を介して発光源（発光素子１２）が観測され、この観測領域を反射源（微粒子）が横切るとき、発光源と反射源との二つの光で発生する干渉を検出することができる大きさに予め定められている。

配管１１は、中を流れる被検査体に検査光を照射して受光素子１４に入射させるため、少なくとも検査光が通過する部分は透明な材質で作られている。配管１１の内面の検査光が通過する部分以外、特に受光素子１４側の光透過孔１７−１周囲の内壁部分には、光を反射する反射防止塗料を塗布する等して形成した反射防止部３０（図９（ａ）参照）を設け、配管１１の内面で反射して戻る反射光によって発光素子１２から受光素子１４に向けて照射される検査光の光量が不安定になることを抑制することが好ましい。また、配管１１の内面のうち検査領域の検査光以外が照射される部分を反射防止部３０で覆う構成に限らず、例えば散乱させて反射光が発光素子１２に戻らないようにすることも考えられる。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示した検査光選別手段３１，３２はその一例である。

検査光選別手段３１，３２は簡易なレンズやプリズム等で適宜構成することができ、通過させるべき検出領域の検査光を通過させるべく検査光の入射部分（光軸を含むその付近）に光軸に直交する一定面積の平坦部を有し、その周囲が平坦部に対して傾斜した形状をしている。検査光選別手段３１は円錐の頂部を切断したような形状をしており、検査光選別手段３２は検査光が入射する面の頂部又はその近傍を光軸が通るように配置した球面状の形状をしている。本例では検査光選別手段３１，３２をそれぞれ配管１１の受光素子１４側、発光素子１２側に配置した場合を例に挙げて説明したが、この逆の配置でも良いし、検査光選別手段３１，３２のいずれかを両位置に配置しても良いし、或いは受光素子１４側、発光素子１２側のいずれかのみに検査光選別手段３１又は３２を設ける構成としても良い。このようにして検査光選別手段を光軸上に配置することで、検査領域又はその近傍を通過した検査光が検査光選別手段の平坦部を通過して受光素子１４に向かって進行し、検査領域から外れた検査光は検査光選別手段３１，３２の斜面部分で発光素子１２に戻る方向からずれた方向に反射（散乱）する。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示したように構成することにより、配管１１の内面反射等による雑音光が受光素子１４に入射して検出されることや、配管内面反射により発行素子１２に反射光が戻ることが低減される。

発光素子１２には、干渉性のあるコヒーレント光を発生させ、発光領域が微少なレーザ光源を用いる。発光素子１２は、上記電流源１３からの駆動電流によって発光する。レーザ光源は、例えば半導体レーザであれば自励発振型や利得導波型などの発振スペクトルがシングルモードレーザに比べて広いものを用いる。シングルモードレーザを用いる場合は、電流源１３に公知の高周波重畳回路を組み込み、高周波数電流で発光させて発光スペクトルを元のスペクトルより広げる。さらに、レーザ光源が例えば半導体レーザであれば、レーザ光の光路上に公知の１／２波長板、１／４波長板などの偏光面変更手段を設け、レーザ光の偏波面を異なる偏波角度にし、戻り光の影響を軽減することも可能である。

また、受光素子１４には、例えばＰＤ（Photo Diode）等の受光センサを利用することができる。受光素子１４には、上記した細孔板１７が設けてあり、細孔板１７の光透過孔１７−１を通過した光が受光素子１４で検出される。受光素子１４で受光した光電流は、光電流−電圧変換器１５で電圧信号に変換され、信号処理装置１６で信号処理される。信号処理装置１６で処理された出力パルスの発生数、すなわち微粒子検出数がレートメータ１８で計数され、その係数結果が表示装置１９に表示される。

ここで、図１０は被検査体内の微粒子により検出光の光強度波形が変化する原理を説明する概念図、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は検出光強度の波形の一例を表す図である。

図１０に示したように、発光素子１２から照射された後の検査光を絞ったりするレンズ光学系を使用しない本実施例において、発光素子１２からの検査光Ｌの強度はその光軸（光ビームの中心）に近いほど高く光軸から離れるにつれて低下する。細孔板１７を通過して受光素子１４で検出される検査光Ｌの波形は、検査領域付近を通過する微粒子がない場合、光透過孔１７−１を通過して受光素子１４で検出される検査光が遮光・回折・散乱等の影響を受けず一定となる（図１１（ａ）参照）。それに対し、検出領域を移動する微粒子Ｐがある場合、微粒子Ｐによる検査光の遮光に加え、微粒子Ｐで反射した散乱光（反射光）と発光素子１２から直接入射する検査光（直接光）との干渉が起こる。直接光と反射光は互いの光路長が異なるので、可干渉性のあるレーザ光が干渉し合って光の干渉が生じる。したがって、時間の経過とともに微粒子Ｐが移動すると、干渉による検出光の強度変動は、図１１（ｂ）に示したように微粒子Ｐが検出領域に入ってから光軸に近付くにつれて反射強度の増加に伴って大きくなり、微粒子Ｐが光軸から離れるにつれて小さくなる。本実施例では、こうした強度変化を検出して微粒子を検出する。本実施例における細孔板１７は、検出領域を制限することで、検査光の光軸からずれた位置にある微粒子からの反射光と直接光の干渉効果を先鋭化するために使用され、これにより高い検出感度が確保される。

図１２は信号処理装置１６のブロック図である。図１２を用いて信号処理装置１６による本実施例の検出光の処理内容について説明する。

信号処理装置１６は、バンドパスフィルタ１６−１、増幅器１６−２、検波器１６−３及び比較器１６−４を備えている。バンドパスフィルタ１６−１は、高周波数のノイズ成分を除去するローパスフィルタと、検出した光の直流成分を除去して強度変動を成分のみを取り出すハイパスフィルタとから構成されている。また、バンドパスフィルタの各々のカットオフ周波数は、予め被検査体の速度に応じた周波数特性を基に決める。検出信号のバンドパスフィルタ１６−１で処理された強度変動を必要に応じて増幅するのが増幅器１６−２である。検波器１６−３は、波形の全波整流と検波を行う。比較器１６−４は、検波器１６−３の検波信号を予め設定された比較レベルと比較してパルス化し、レートメータ１８に出力する。レートメータ１８はパルスの単位時間当たりの計数率を求め、これが表示装置１９に表示される。この計数値が、微粒子を検出した回数である。

以上のように、本実施の形態によれば、微粒子による検査光の遮光の他、散乱・回折等の現象に伴う検出光強度の変動幅を見て微粒子の検出を検出する構成とすることにより、前の各実施の形態と同じく検出領域を絞ることによる検出感度の向上に加え、光透過光１７−１が１つで足りるメリットが得られる。既述の各実施の形態のように複数の光透過孔を設けて検出領域を制限する場合、レンズ光学系等の位置合わせや調整を行って検出領域を絞る場合に比べて検出領域の制限に要する手間が大幅に軽減されるが、本実施例の場合、光透過孔同士の位置合わせも不要となり、位置合わせ等に要する手間を一層軽減することができる。

図１３は本発明に係る微粒子検出装置の第６実施例の概略構成図であり、検出部は断面で表してある。図１３において既出図面と同様の部分には既出図面と同符号を付して説明を省略する。

本実施例は、検出した微粒子が球状か否かを判定する機能を第５実施例に追加した例である。例えば、被検査体が気体でない場合、気体の微粒子は球状になることが多く、検出した微粒子が球状であればその微粒子は一定条件下では気体と推定することができる。本実施例ではこのことを利用して、検出した微粒子が球状か否かで気体かどうかを判別し、必要に応じて非球状の微粒子を除外することで誤検出率を低下させることができ、検出結果の信頼性を向上させることができる。例えば浄水場のフィルタの下流部分に本実施例の微粒子検出装置を適用する場合のように、固体や液体の微粒子を検出対象とするとき等のように気体粒子が検出されないようにしたい場合に、本実施例は好適である。

なお、図１３に示した信号処理装置１６Ａでは、第５実施例の信号処理装置１６と一部構成を変え、さらに電流源１３の駆動電流を制御することができるようになっている。本実施例は、信号処理装置１６Ａの処理内容以外は実質的に第５実施例と同様である。

図１４は本発明に係る微粒子検出装置の第６実施例に備えられた信号処理装置１６Ａのブロック図である。図１４において既出図面を同様の部分には既出図面と同符号を付して説明を省略する。

図１４の信号処理装置１６Ａは、バンドパスフィルタ１６−１、増幅器１６−２、波形メモリ１６−５、演算器１６−６を備えている。バンドパスフィルタ１６−１は、高周波数のノイズ成分を除去するローパスフィルタと、検出した光の直流成分を除去して強度変動を成分のみを取り出すハイパスフィルタとを直列に接続している。バンドパスフィルタ１６−１で処理された強度変動を必要に応じて増幅するのが増幅器１６−２である。但し、バンドパスフィルタ１６−１のローパスフィルタの出力は、増幅器１６−２を介さず波形メモリ１６−５に入力される。

波形メモリ１６−５は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器とリング状のメモリから構成されており、バンドパスフィルタ１６−１のローパス出力及び増幅器１６−２のハイパス出力を一定の時間幅分だけ随時記録していき、増幅器１６−２の強度変動信号（ハイパス出力）が比較レベルを超えた場合、その時点の前後の一定時間幅の波形を記録する。バンドパスフィルタ１６−１のローパス出力は、発光素子１２からの直接光の強度に相当する。

演算器１６−６の処理内容については後述するが、微粒子の検出、検出した微粒子が球状であるか否かの判定に加え、バンドパスフィルタ１６−１のローパス出力が一定となるように発光素子１２から照射される検査光強度が一定になるよう電流源１３による駆動電流を制御する。

ここで、被検査体内の微粒子により検出光の光強度波形について先の図１０とともに図１５（ａ）及び図１５（ｂ）を参照して説明する。

まず既出の図１０に示した通り、微少な発光領域を持つ半導体レーザなどの発光素子１２からの光強度は光軸に近いほど高く光軸から離れるにつれて低下する。微粒子Ｐが検査光の照射領域を移動する場合、発光素子１２からの直接光と微粒子Ｐからの反射光が干渉し、微粒子の移動に伴って検出光強度が変動することは先に説明した。

ここで、図１０に示したモデルにおいて、発光素子１２と細孔板１７の光透過孔１７−１との互いの中心を結ぶ線と、発光素子１２の発光強度中心軸とが一致し、かつ強度分布の等高線が光軸に直交する断面内で円形である場合を考える。この場合、微粒子Ｐが球状で光の反射率が方向によらず一定であれば、微粒子Ｐの移動に伴って得られる反射光強度は光軸を中心に対称となるため、その検出波形は検査光の光軸を中心として対称な変動波形となる（図１５（ｂ）中の実線参照）。これに対し、微粒子が非球状で反射率が不均一である場合、反射強度は光軸を中心に対象にはならない。そのため、図１５（ｂ）に点線に示したように検査光の光軸を中心として非対称な変動波形となる。また、微粒子が光軸上にあると検査光の遮光と回折が起こり、これも検出光の強度変化となる。遮光、回折とも、球状の微粒子による光強度変化は光軸に対して対称であることは言うまでもない。

本実施例では、まず第５実施例と同じ要領で検出光の強度変化を検出して微粒子を検出し、さらに検出した微粒子が球状か否かを判定する。本実施例における細孔板１７は、光軸から離れた部分にある微粒子の反射光と直接光の干渉効果を先鋭化するために使用しており、これにより検出感度を向上できることは実施例５と同様である。

図１６は波形メモリ１６−５による波形の採取手順を表す説明図である。

波形メモリ１６−５は、動作中は増幅器１６−２の強度変動信号をそのアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器で常時Ａ／Ｄ変換し、それを一定長さのリング状のメモリに記憶していく。リンク状のメモリでは、時間的に古い波形データは新しいデータに順次書き換えられていく。そして、増幅器１６−２からの信号強度が設定の比較レベル（閾値）を超えたとき、演算器１６−６から出力されるタイミング信号を入力し、その時点よりも一定時間前からの記録を残し、その先一定時間の記録を残りの記憶領域に記録することにより、増幅器１６−２の出力が比較レベルを超える前後の波形を記録することができる。この動作は市販の波形メモリで実行される公知の技術である。また、バンドパスフィルタ１６−１のローパス出力を波形メモリ１６−５に記録する場合も同じ要領で記録することができる。バンドパスフィルタ１６−１のローパス出力は、直流成分である受光素子１４の不変動成分であり、この値は発光素子１２（例えばレーザダイオード）の出力や光路の曇り（配管１１の内面への異物の付着等）等に起因する光量変動に影響される。したがって、ローパス出力を一定の時間間隔で観測し、これ（微粒子検出時以外のローパス出力）を一定とするように例えば演算器１６−６によって電流源１３の駆動電流を制御することにより、検査光の光量を一定化すること等が可能となる。

図１７は演算器１６−６の処理手順を表すフローチャートである。

演算器１６−６は、図１７の処理を開始すると、まずステップＳ８１１で処理パラメータを設定する。ここで設定する処理パラメータは、受光信号のローパスフィルタ出力の取り込みを行う時間や受光素子１４で得られる検出レベルなどの処理パラメータである。これら処理パラメータは、例えば図示しないメモリに記憶されており、演算器１６−６は、このステップＳ８１１においてメモリから処理パラメータを読み込んで設定する。ステップＳ８１２に手順を移すと、演算器１６−６は、設定時間が経過したが否かを判定する。設定時間が経過した場合、演算器１６−６は電流源１３の駆動電流の制御に移行し、設定時間経過前であれば微粒子検出の手順に移行する。

ステップＳ８１２から電流源１３の制御に手順を移したら、演算器１６−６は、まずステップＳ８１３でバンドパスフィルタ１６−１からのローパスフィルタ出力を波形メモリ１６−５のメモリに取り込む。そして、ステップＳ８１４に手順を移し、波形メモリ１６−５に取り込まれた波形データを読み込んで直流的な大きさを算出するために波形データの平均値を算出する。続くステップＳ８１５では、算出した波形データの平均値を、発光素子１２の駆動電流と受光素子１４の検出値との既知の関係から算出した受光素子１４の検出値（比較値）と比較する。その結果、受光素子１４による検査光の検出値に変動が見られる場合には、手順をステップＳ８１６に移して受光素子１４による検出値と比較値との偏差が小さくするように電流源１３を制御する。検査光の検出値に変動が見られない場合、手順をステップＳ８１２に戻す。

一方、ステップＳ８１２で設定時間が経過しておらず微粒子検出の手順に移行した場合、演算器１６−６は、まずステップＳ８１７で波形メモリ１６−５に増幅器１６−２からの変動信号（図１６に示した比較レベルを超える信号）があるか否かを判断し、なければ手順をステップＳ８１２に戻す。波形メモリ１６−５に変動信号がある場合、演算器１６−６は、手順をステップＳ８１８に移し、その波形（その時点の前後一定幅の波形）を読み込んで波形処理（詳細は後述）を実行する。波形処理が終了したら、演算器１６−６は、手順をステップＳ８１９に移し、オペレータによる終了指示の入力信号の有無を確認し、終了を指令する信号がなければステップＳ８１２に手順を戻し、終了を指令する信号が入力されたら図１７の手順を終了する。

図１８は図１７のステップＳ８１８で演算器１６−６により実行される波形処理の処理手順を表すフローチャートである。

波形処理の手順に移行したら、演算器１６−６は、まずステップＳ８１８１で波形メモリの波形データを自己のメモリに格納し、ステップＳ８１８２に移って高速フーリェ変換等で波形の周波数成分（周波数範囲）を算出する。

続くステップＳ８１８３では、ステップＳ８１８２で算出した周波数成分を予め設定してある周波数成分（設定範囲）と比較し、算出した周波数成分が設定範囲と異なる場合、この波形は雑音と判定して手順をステップＳ８１８８に移って検出結果がノイズであった旨を表示装置１９に表示する。ノイズの表示が不要であれば、ステップＳ８１８８を介さずに図１８の手順を終了し、ステップＳ８１８３から図１７のステップ８１９に移行するようにしても良い。波形が雑音ではなく有意である場合、ステップＳ８１８４に手順を移し、その波形データに関して、自己相関関数とコンボリューションを算出して各々のピーク値を求める。この波形処理の結果の一例を図１９及び図２０に示す。図１９は検出された微粒子が球状で反射が等方性を示す場合、図２０は検出された微粒子が非球状で反射が非等方の場合を示している。

続くステップＳ８１８５では、ステップＳ８１８４の演算結果を基に検出された微粒子が球状か否かを次のように判定し、微粒子の形状に関する情報を得る。検出された微粒子が球状の場合、先に図１０で説明したように微粒子の反射特性は検査光の光軸に対して対称であるから、図１９の例では負側のピークを境にして正負の時間方向で対称性が強い波形となる。そのため、検出波形の自己相関とコンボリューションの演算結果は近似した値となり、ピーク値も同程度である。これに対し、図２０に示したように検出された微粒子が非球状の場合、検出波形はピークに対して対称性が低下する。その結果、自己相関のピーク値に比べてコンボリューション演算結果のピーク値が相対的に低下する。したがって、検出波形に関して演算した自己相関とコンボリューションの両演算結果のピーク値を比較し、例えば（コンボリューション演算結果のピーク値）／（自己相関演算結果のピーク値）の値が予め設定した１未満の閾値以上であって１に近い場合は検出された微粒子は球状（ステップＳ８１８６−１に移行）、閾値未満であれば非球状（ステップＳ８１８６−１に移行）と判定することができる。被検査体が気体以外の場合、球状と判定された微粒子を気体微粒子、非球状の微粒子を気体以外の微粒子と推定することができる。

微粒子が球状と判定された場合、演算器１６−６は、ステップＳ８１８７−１に手順を移し、検出波形と予め用意された波形モデルとの一致性を計算する。予め用意された波形モデルは、事前検査で得られたデータであり、被検査体の速度、発光素子の強度分布、光透過孔の口径、微粒子の粒径、反射率等を変えて取得されたものである。この場合、波形モデルと検出波形との相関演算を実行し、最も検出波形との一致性が高い波形モデルの微粒子情報をもって、検出された微粒子の粒径や反射率等を算出することができる。これにより検出された球状の微粒子の粒径等の情報が得られたら、演算器１６−６は、ステップＳ８１８８に移ってその情報を表示装置１９に表示させ、図１８の手順を終了する。なお、気体の微粒子を検出対象とせず、その情報を必要としない場合、ステップＳ８１８８を介さずに図１８の手順を終了し、微粒子が球状と判定された時点でステップＳ８１８５から図１７のステップ８１９に移行するようにしても良い。

一方、微粒子が非球状と判定された場合、演算器１６−６は、ステップＳ８１８７−２に手順を移し、ステップＳ８１８７−１と同様に検出波形と予め用意された波形モデルとの一致性を計算する。予め用意された波形モデルは、事前検査で得られたデータであり、被検査体の速度、発光素子の強度分布、光透過孔の口径、微粒子の粒径、形状、反射率等を変えて取得されたものである。これにより非球状の微粒子の粒径等の情報が得られたら、ステップＳ８１８８に移ってその情報を表示装置１９に表示させ、図１８の手順を終了する。仮に気体以外の微粒子を検出対象とせず、その情報を必要としない場合、ステップＳ８１８８を介さずに図１８の手順を終了し、微粒子が非球状と判定された時点でステップＳ８１８５から図１７のステップ８１９に移行するようにしても良い。

本実施例によれば、第５実施例と同様の効果に加え、検出された微粒子の形状等の情報を取得することができる。また、例えば気体の微粒子又は気体以外の微粒子の情報を必要としない場合等、不必情報の取得を省略することもできる。また、検出された微粒子のうち対象外の微粒子の検出をカウントから除外することで誤検出の含有率を減らし、検出精度を向上させることもできる。

図２１は本発明の第７実施例において被検査体内の微粒子により検出光の光強度波形が変化する原理を説明する概念図、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）は検出光強度の波形の一例を表す図である。

本実施例は、レーザに代えてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いた発光素子１２Ａを用いた例であり、その他の点については第５実施例又は第６実施例と同様である。ＬＥＤの発光スペクトルはレーザダイオードよりはるかに広いため干渉は発生しないが、光強度が光軸に近いほど大きく光軸から離れるにつれて低下する点はレーザダイオードと同様である。発光素子１２Ａからの検出光の照射領域内に微粒子がなければ発光素子１２Ａからの直接光が検出され、受光素子１４の出力は図２２（ａ）のように変動の少ない一定出力となる。これに対し、微粒子が検査光を横切る場合、直接光に微粒子からの反射光が加算されるので検出光の強度は光軸に近付くにつれ上昇し離れるにつれ低下する。但し、微粒子が光軸に重なった場合には遮光により検出光強度が低下することは言うまでもない。また、微粒子が球状であれば検出光強度は光軸を中心にして対称となり（図２２（ｂ）の実線参照）、非球状であれば対称性が崩れる（図２２（ｂ）の点線参照）。

したがって、この検出光強度の変動を検知することで第５実施例と同様に微粒子を検出することができる。また、検出光強度の対称性を判定することにより、第６実施例と同様に検出した微粒子の粒径等の情報を取得することもできる。

産業上、光透過性を有する媒質中の微粒子を検出することは、その媒質を使用するシステムや該システムで生産される製品の品質を管理する上で重要である。本発明では、光透過孔を設けた遮光板を用いることにより、検査光の各種調整用のレンズ光学系が要らない安価な微粒子検出装置を提供することができる。これにより、液体や気体、或いは固体等に含まれる微粒子を発送素子と受光素子の間に通すだけで検査することができるので、オンラインでの監視が可能である。このことから、浄水場等における水の汚濁監視、クリーンルームのダストモニタ等、工業製品の品質確保を行う上で極めて効果が大きい。

本発明に係る微粒子検出装置の第１実施例の概略構成図である。 本発明に係る微粒子検出装置の第１実施例に備えられた保持板を抽出して表した断面図である。 本発明に係る微粒子検出装置の第１実施例に備えられた信号処理回路の概略構成図である。 本発明に係る微粒子検出装置の第１実施例に備えられた信号処理回路の各部の出力波形を表した図である。 本発明に係る微粒子検出装置の第２実施例に備えられた保持板を抽出して表した断面図である。 本発明に係る微粒子検出装置の第３実施例に備えられた保持板を抽出して表した断面図である。 本発明に係る微粒子検出装置の第４実施例の検出部を抽出して一部断面で表す概略構成図である。 本発明に係る微粒子検出装置の第５実施例の概略構成図である。 図８のＡ部拡大図及びＢ部拡大図である。 本発明に係る微粒子検出装置の第５実施例において被検査体内の微粒子により検出光の光強度波形が変化する原理を説明する概念図である。 本発明に係る微粒子検出装置の第５実施例で得られる検出光強度の波形の一例を表す図である。 本発明に係る微粒子検出装置の第５実施例に備えられた信号処理装置のブロック図である。 本発明に係る微粒子検出装置の第６実施例の概略構成図である。 本発明に係る微粒子検出装置の第６実施例に備えられた信号処理装置のブロック図である。 本発明に係る微粒子検出装置の第６実施例で得られる検出光強度の波形の一例を表す図である。 本発明に係る微粒子検出装置の第６実施例に備えられた波形メモリによる波形の採取手順を表す説明図である。 本発明に係る微粒子検出装置の第６実施例に備えられた演算器の処理手順を表すフローチャートである。 本発明に係る微粒子検出装置の第６実施例に備えられた演算器による波形処理の処理手順を表すフローチャートである。 本発明に係る微粒子検出装置の第６実施例に備えられた演算器による波形処理の結果の一例を示す図である。 本発明に係る微粒子検出装置の第６実施例に備えられた演算器による波形処理の結果の一例を示す図である。 本発明の第７実施例において被検査体内の微粒子により検出光の光強度波形が変化する原理を説明する概念図である。 本発明に係る微粒子検出装置の第７実施例で得られる検出光強度の波形の一例を表す図である。

符号の説明

１−９ 検出領域
１−１ 発光素子
１−２ 受光素子
１−３ 保持板
１−４ 保持板
１−６，６’，６” 光透過孔
１−７，７’，７” 光透過孔
４ 信号処理回路
４−１ バンドパスフィルタ
１−１０ 導光路
１２ 発光素子
１４，１４Ａ 受光素子
１５−５ 波形メモリ
１６，１６Ａ 信号処理装置
１６−６ 演算器
１７ 細孔板
１７−１ 光透過孔
３０ 反射防止部
３１，３２ 検査光選別手段
Ｌ 検査光
Ｐ 微粒子

Claims (15)

1. 検査光の照射領域中の検出領域を横切る微粒子による検出光の遮光を検出して被検査体中の微粒子を検出する微粒子検出装置であって、
   被検査体に検査光を照射する発光手段と、
   被検査体を透過して入射する前記発光手段からの検査光を受光する受光手段と、
   前記発光手段及び前記受光手段の間に設けた遮光手段と、
   前記発光手段から前記受光手段に向かう検査光の進行方向に沿って前記遮光手段に設けられ、前記発光手段から前記受光手段に入射する検査光の前記検出領域を制限する複数の光透過孔と
   を備えたことを特徴とする微粒子検出装置。
2. 請求項１の微粒子検出装置において、被検査体の通過速度と前記検出領域の幅で決まる周波数成分を基に設定された電気フィルタ周波数を用いて前記受光手段からの出力信号をフィルタ処理する手段を備えたことを特徴とする微粒子検出装置。
3. 請求項１の微粒子検出装置において、
   複数の前記受光手段と、
   前記複数の受光手段と前記発光手段との間にそれぞれ検査光の進行方向に沿うように設けた前記複数の光透過孔と
   を備えたことを特徴とする微粒子検出装置。
4. 請求項１の微粒子検出装置において、前記検出領域を制限する前記複数の光透過孔のうち前記発光手段に最も近い前記光透過孔と前記発光手段との間に前記発光手段からの検査光を当該光透過孔に導く導光手段を備えたことを特徴とする微粒子検出装置。
5. 請求項１の微粒子検出装置において、前記検出領域を制限する前記複数の光透過孔のうち前記受光手段に最も近い前記光透過孔と前記受光手段との間に前記光透過孔からの検査光を前記受光手段に導く導光手段を備えたことを特徴とする微粒子検出装置。
6. 検査光の照射領域中の検出領域を横切る微粒子による検出光の遮光を検出して被検査体中の微粒子を検出する微粒子検出方法であって、
   発光手段から被検査体を透過させて受光手段に検査光を照射し、
   遮光手段に設けた光透過孔を前記発光手段から前記受光手段に向かう検査光の進行方向に沿って複数設けることにより、前記発光手段から前記受光手段に入射する検査光の前記検出領域を制限する
   ことを特徴とする微粒子検出方法。
7. 検査光の照射領域中の検出領域を横切る微粒子による検出光の遮光、回折又は干渉効果により発生する検出光強度の変動を検出して被検査体中の微粒子を検出する微粒子検出装置であって、
   被検査体に検査光を照射する発光手段と、
   被検査体を透過して入射する前記発光手段からの検査光を受光する受光手段と、
   前記被検査体と前記受光手段の間に設けられ、前記検査光の照射領域中の前記検出領域を絞る光透過孔を有する遮光手段と、
   前記受光手段からの信号を基に、前記検出領域を移動する微粒子による検査光の遮光、回折又は干渉効果により発生する検出光強度の変動を検出して被検査体中の微粒子を検出する信号処理装置と
   を備えたことを特徴とする微粒子検出装置。
8. 請求項７の微粒子検出装置において、前記信号処理装置は、
   前記受光手段で検出された検出光の変動を記録する波形メモリと、
   前記波形メモリに記録された検出波形が時間的に光軸を中心に対称であるか否かで検出した微粒子が球状か否かを判断する演算器と
   を備えていることを特徴とする微粒子検出装置。
9. 請求項７の微粒子検出装置において、前記光透過孔の口径は、前記受光手段から当該光透過孔を通して観測される領域に前記発光手段を観測でき、かつ、この観測領域を微粒子が横切るとき、前記発光手段から直接入射する直接光と微粒子で反射した反射光との干渉を検出することができる大きさであることを特徴とする微粒子検出装置。
10. 請求項７の微粒子検出装置において、被検査体の通路の内面のうち検査光の光路以外の部分に検査光の反射を抑制する手段又は検査光を散乱させる手段を設け、前記発光手段に戻る光量を抑制したことを特徴とする微粒子検出装置。
11. 請求項７の微粒子検出装置において、前記発光手段は半導体レーザ素子であることを特徴とする微粒子検出装置。
12. 請求項１１の微粒子検出装置において、前記発光手段の駆動電流を供給する電流源に半導体レーザの発光スペクトルを広げる高周波重畳回路を組み込んだことを特徴とする微粒子検出装置。
13. 請求項１２の微粒子検出装置において、半導体レーザ光の偏波面を変化させる偏波面変更手段を設けたことを特徴とする微粒子検出装置。
14. 請求項７の微粒子検出装置において、前記発光手段は発光ダイオード素子であることを特徴とする微粒子検出装置。
15. 検査光の照射領域中の検出領域を横切る微粒子による検出光の遮光、回折又は干渉効果により発生する検出光強度の変動を検出して被検査体中の微粒子を検出する微粒子検出方法であって、
    発光手段から被検査体を透過させて受光手段に検査光を照射し、
    遮光手段に設けた光透過孔を前記被検査体と前記受光手段の間に設けることにより、前記発光手段から前記受光手段に入射する検査光の前記検出領域を制限し、
    前記受光手段からの信号を基に、前記検出領域を移動する微粒子による検査光の遮光、回折又は干渉効果により発生する検出光強度の変動を検出して被検査体中の微粒子を検出する
    ことを特徴とする微粒子検出方法。

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