特許第5956849号(P5956849)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許5956849光学式液中粒子検出装置及び液中粒子の検出方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5956849
(24)【登録日】2016年6月24日
(45)【発行日】2016年7月27日
(54)【発明の名称】光学式液中粒子検出装置及び液中粒子の検出方法
(51)【国際特許分類】
   G01N 15/14 20060101AFI20160714BHJP
   G01N 15/02 20060101ALI20160714BHJP
   G01N 21/64 20060101ALI20160714BHJP
   G01N 21/49 20060101ALI20160714BHJP
【FI】
   G01N15/14 D
   G01N15/02 A
   G01N21/64 Z
   G01N21/49 Z
【請求項の数】14
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2012-147322(P2012-147322)
(22)【出願日】2012年6月29日
(65)【公開番号】特開2014-10072(P2014-10072A)
(43)【公開日】2014年1月20日
【審査請求日】2015年3月25日
(73)【特許権者】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】衣笠 静一郎
【審査官】 北川 創
(56)【参考文献】
【文献】 特開2000−146819(JP,A)
【文献】 特開平03−239950(JP,A)
【文献】 特開平03−235037(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2003/0098422(US,A1)
【文献】 特表2011−512532(JP,A)
【文献】 再公表特許第2008/026523(JP,A1)
【文献】 特開2012−093602(JP,A)
【文献】 特開平01−253633(JP,A)
【文献】 特開2008−286659(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01N 15/00 − 15/14
G01N 21/00 − 21/64
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
検査光を発する光源と、
前記検査光を平行光に変換する変換手段と、
前記平行光に変換された検査光が透過する光源側透光性部材と、
前記光源側透光性部材を透過した検査光を焦点に向けて反射する集光反射鏡と、
前記集光反射鏡の焦点に粒子を含む流体を噴射する噴射機構と、
前記流体に含まれる粒子が前記検査光で照射されることによって発生する散乱光又は蛍光を検出する光検出部と、
前記光検出部と前記集光反射鏡の焦点の間に配置された凹面レンズである検出側透光性部材と、
前記光源側透光性部材、前記集光反射鏡、及び前記検出側透光性部材で囲まれ前記集光反射鏡の焦点を含む領域が、液体で充填されるよう構成された筐体と、
を備える、光学式液中粒子検出装置。
【請求項2】
前記光源側透光性部材が平板である、請求項1に記載の光学式液中粒子検出装置。
【請求項3】
前記集光反射鏡が放物面鏡である、請求項1又は2に記載の光学式液中粒子検出装置。
【請求項4】
前記検出側透光性部材と、前記光検出部と、の間に配置された色消しレンズを更に備える、請求項1乃至のいずれか1項に記載の光学式液中粒子検出装置。
【請求項5】
前記変換手段が平行光レンズである、請求項1乃至のいずれか1項に記載の光学式液中粒子検出装置。
【請求項6】
前記変換手段が凹面鏡である、請求項1乃至のいずれか1項に記載の光学式液中粒子検出装置。
【請求項7】
前記凹面鏡が軸外し放物面鏡である、請求項に記載の光学式液中粒子検出装置。
【請求項8】
検査光を発することと、
変換手段により前記検査光を平行光に変換することと、
光源側透光性部材に前記平行光に変換された検査光を透過させて、前記光源側透光性部材及び前記光源側透光性部材に対向する集光反射鏡で囲まれた液体が充填されている領域に、前記検査光を入射させることと、
前記集光反射鏡によって、前記検査光を、前記液体が充填されている領域内の焦点に向けて反射することと、
前記集光反射鏡の焦点に粒子を含む流体を噴射することと、
凹面レンズである検出側透光性部材に前記流体に含まれる粒子が前記検査光で照射されることによって発生した散乱光又は蛍光を透過させることと、
前記検出側透光性部材を透過した前記散乱光又は蛍光を検出することと、
を含
前記光源側透光性部材、前記集光反射鏡、及び前記検出側透光性部材の間に前記液体が充填されている、
液中粒子の検出方法。
【請求項9】
前記光源側透光性部材が平板である、請求項に記載の液中粒子の検出方法。
【請求項10】
前記集光反射鏡が放物面鏡である、請求項8又は9に記載の液中粒子の検出方法。
【請求項11】
前記散乱光又は蛍光を検出することが、前記散乱光又は蛍光を色消しレンズに入射させることを含む、請求項乃至10のいずれか1項に記載の液中粒子の検出方法。
【請求項12】
前記変換手段が平行光レンズである、請求項乃至11のいずれか1項に記載の液中粒子の検出方法。
【請求項13】
前記変換手段が凹面鏡である、請求項乃至11のいずれか1項に記載の液中粒子の検出方法。
【請求項14】
前記凹面鏡が軸外し放物面鏡である、請求項13に記載の液中粒子の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は環境評価技術に関し、特に光学式液中粒子検出装置及び液中粒子の検出方法に関する。
【背景技術】
【0002】
バイオクリーンルーム等のクリーンルームにおいては、粒子検出装置を用いて、飛散している粒子が検出され、記録される(例えば、非特許文献1参照。)。粒子の検出結果から、クリーンルームの空調機器の劣化具合を把握可能である。また、クリーンルームで製造された製品に、参考資料として、クリーンルーム内の粒子の検出記録が添付されることもある。
【0003】
光学式の粒子検出装置は、例えば、クリーンルーム中の気体を吸引し、吸引した気体に励起光を照射する。気体に粒子が含まれていると、励起光を照射された粒子は、蛍光あるいは自家蛍光(以下、「蛍光」及び「自家蛍光」をあわせて「蛍光」という。)を発する。粒子が発する蛍光の波長及び強度は、粒子の種類に依存する。したがって、粒子が発した蛍光の波長あるいは強度を観測することにより、クリーンルーム内を飛散している粒子の種類を特定することが可能である。また、光学式の粒子検出装置は、粒子に光を照射することによって生じた散乱光を解析することにより、粒子の濃度や大きさ等を特定することも可能である。
【0004】
さらに、飲料メーカ、医薬品メーカ、及び浄水場等においては、光学式の粒子検出装置が、液体中に含まれる粒子を検出するために用いられることもある(例えば、特許文献1乃至3参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2008−39405号公報
【特許文献2】特開2006−250686号公報
【特許文献3】特開2002−243620号公報
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】長谷川倫男他,「気中微生物リアルタイム検出技術とその応用」,株式会社山武,azbil Technical Review 2009年12月号,p.2-7,2009年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
液体雰囲気で微粒子を検出する粒子検出装置において、液体の屈折率が変化する場合がある。そこで、本発明は、液体の屈折率変化に対応可能な光学式液中粒子検出装置及び液中粒子の検出方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の態様によれば、(a)検査光を発する光源と、(b)検査光を平行光に変換する変換手段と、(c)平行光に変換された検査光が透過する光源側透光性部材と、(d)光源側透光性部材を透過した検査光を焦点に向けて反射する集光反射鏡と、(e)光源側透光性部材及び集光反射鏡で囲まれ集光反射鏡の焦点を含む領域が、液体で充填されるよう構成された筐体と、(f)集光反射鏡の焦点に粒子を含む流体を噴射する噴射機構と、(g)流体に含まれる粒子が検査光で照射されることによって発生する散乱光又は蛍光を検出する光検出部と、を備える、光学式液中粒子検出装置が提供される。
【0009】
また、本発明の態様によれば、(a)検査光を発することと、(b)変換手段により検査光を平行光に変換することと、(c)光源側透光性部材に平行光に変換された検査光を透過させて、光源側透光性部材及び光源側透光性部材に対向する集光反射鏡で囲まれた液体が充填されている領域に、検査光を入射させることと、(d)集光反射鏡によって、検査光を、液体が充填されている領域内の焦点に向けて反射することと、(e)集光反射鏡の焦点に粒子を含む流体を噴射することと、(f)流体に含まれる粒子が検査光で照射されることによって発生した散乱光又は蛍光を検出することと、を含む、液中粒子の検出方法が提供される。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、液体の屈折率変化に対応可能な光学式液中粒子検出装置及び液中粒子の検出方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明の第1の実施の形態に係る光学式液中粒子検出装置の第1の模式図である。
図2】本発明の第1の実施の形態に係る光学式液中粒子検出装置の第2の模式図である。
図3】本発明の第1の実施の形態に係る光学式液中粒子検出装置における光源側透光性部材の固定方法を示す第1の模式図である。
図4】本発明の第1の実施の形態に係る光学式液中粒子検出装置における光源側透光性部材の固定方法を示す第2の模式図である。
図5】本発明の第1の実施の形態に係る光学式液中粒子検出装置における光源側透光性部材の固定方法を示す第3の模式図である。
図6】本発明の第1の実施の形態に係る光学式液中粒子検出装置における光源側透光性部材の固定方法を示す第4の模式図である。
図7】本発明の第2の実施の形態に係る光学式液中粒子検出装置の第1の模式図である。
図8】本発明の第2の実施の形態に係る光学式液中粒子検出装置の第2の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【0013】
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態に係る光学式粒子検出装置は、図1に示すように、検査光として励起光を発する光源1と、励起光を平行光に変換する変換手段21と、平行光に変換された励起光が透過する光源側透光性部材10と、光源側透光性部材10を透過した励起光を焦点に向けて反射する集光反射鏡31と、光源側透光性部材10及び集光反射鏡31で囲まれ集光反射鏡31の焦点を含む領域が、液体で充填されるよう構成された筐体2と、集光反射鏡31の焦点に粒子を含む流体を噴射する噴射機構3と、流体に含まれる粒子が励起光で照射されることによって発生する蛍光を検出する光検出部4と、を備える。ここで、粒子とは、微生物、無害あるいは有害な化学物質、ごみ、ちり、及び埃等のダスト等を含む。
【0014】
光源1としては、例えば発光ダイオード(LED)が使用可能であるが、これに限定されない。光源1が発する励起光は、可視光であっても、紫外光であってもよい。励起光が可視光である場合、励起光の波長は、例えば400乃至410nmの範囲内であり、例えば405nmである。励起光が紫外光である場合、励起光の波長は、例えば310乃至380nmの範囲内であり、例えば355nmである。光源1には、光源1が発する励起光の強度や波長を設定するコントローラや、光源1に電源電流を供給する電源装置が接続される。
【0015】
変換手段21は、例えば光源1に相対して配置されている。変換手段21は、例えば拡散光あるいは放射光を平行光に変換可能な平行光レンズである。光源側透光性部材10は、変換手段21に対向して配置されている。また、光源側透光性部材10は、平行光レンズである変換手段21の光軸に対して垂直に配置された平板である。光源側透光性部材10は、例えば光学レンズと同様の材料からなる。
【0016】
集光反射鏡31は、平行光レンズである変換手段21の光軸上に配置されており、光源側透光性部材10と相対している。集光反射鏡31としては、放物面鏡、あるいは単一の曲率半径を有する球面鏡が使用可能である。また、図2に示すように、集光反射鏡32として、軸外し放物面鏡あるいは軸外し球面鏡を使用してもよい。集光反射鏡31、32は、研磨されたガラスにアルミ(Al)や金(Au)等の金属をコーティングすることにより製造される。あるいは集光反射鏡31、32は、アルミ及びステンレス等の金属材料をダイヤモンド切削針等で機械加工することによって製造される。光源1から放射された励起光は、変換手段21で平行光に変換され、集光反射鏡31に入射する。集光反射鏡31において励起光は反射され、集光反射鏡31の焦点に集光される。
【0017】
さらに、図1に示す光学式粒子検出装置は、光軸が集光反射鏡31の焦点を通る検出側透光性部材11を備える。集光反射鏡31の焦点において、検出側透光性部材11の光軸は、例えば変換手段21の光軸と略直交する。検出側透光性部材11は、例えば凹面レンズである。検出側透光性部材11は、例えば光学レンズと同様の材料からなる。
【0018】
筐体2は、光源側透光性部材10、集光反射鏡31、及び検出側透光性部材11で囲まれ集光反射鏡31の焦点を含む領域が、液体で充填されるよう構成されている。光源側透光性部材10、集光反射鏡31、及び検出側透光性部材11は、それらで囲まれた領域を封止し、充填された液体が外側に漏れ出ることを防止する。具体的には、光源側透光性部材10は、液体が変換手段21側に漏れ出すことを防止する。また、検出側透光性部材11は、液体が光検出部4側に漏れ出すことを防止する。
【0019】
噴射機構3は、ポンプ等によって筐体2の外部から流体を吸引し、ノズル等を介して、吸引した流体を集光反射鏡31の焦点に向けて噴射する。流体は、液体であっても、気体であってもよい。集光反射鏡31の光軸に対して、噴射機構3から噴射される流体の進行方向は、例えば、略垂直に設定される。ここで、流体に粒子が含まれていると、励起光で照射された粒子が蛍光を発する。例えば、粒子が細菌を含む微生物等である場合、微生物に含まれるトリプトファン、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド、及びリボフラビン等が、励起光を照射されることによって蛍光を発する。
【0020】
細菌の例としては、グラム陰性菌、グラム陽性菌、及びカビ胞子を含む真菌が挙げられる。グラム陰性菌の例としては、大腸菌が挙げられる。グラム陽性菌の例としては、表皮ブドウ球菌、枯草菌芽胞、マイクロコッカス、及びコリネバクテリウムが挙げられる。カビ胞子を含む真菌の例としては、アスペルギルスが挙げられる。集光反射鏡31で集光された励起光を横切った気流は、排気機構によって筐体2の外部に排気される。
【0021】
粒子が発した蛍光は、検出側透光性部材11を透過する。さらに、筐体2内部には、集光反射鏡31の焦点と光検出部4の間に、粒子が発した蛍光であって、検出側透光性部材11を透過した蛍光を平行光にする検出系平行光レンズ41、及び検出系平行光レンズ41で平行光にされた蛍光を、光検出部4に向けて集光する検出系集光レンズ43が配置されている。検出系平行光レンズ41は、例えば、光軸が集光反射鏡31の焦点を通るように配置される。検出系平行光レンズ41と、検出系集光レンズ43と、の間には、特定の蛍光のみを透過させる波長選択素子42が配置されてもよい。波長選択素子42としては、ロングパスフィルタのようなバンドパスフィルタが使用可能である。光検出部4としては、フォトダイオード及び光電子増倍管等が使用可能である。光検出部4には、例えば、検出した蛍光の強度を統計処理するコンピュータが接続される。
【0022】
以上説明した第1の実施の形態に係る光学式粒子検出装置においては、集光反射鏡31に入射した励起光は、色収差なしに、集光反射鏡31の焦点に集光される。そのため、検出対象となる粒子に応じて励起光の波長を変えても、励起光の光源1以外の光学系を変更したり、粒子が含まれうる気流の流路を変更したりする必要がない。よって、低いコストで多数の種類の粒子を検出し、識別することが可能となる。
【0023】
また、平行光レンズである変換手段21、検出系平行光レンズ41、及び検出系集光レンズ43の少なくとも一つが、色消しレンズ(Achromatic lens)であってもよい。屈折率及び光の分散(アッベ数)が異なる2枚以上のレンズを組み合わせることにより、色消しレンズは構成される。例えば、クラウンガラスの凸レンズにフリントガラスの凹レンズを組み合わせて色消しレンズは構成される。平行光レンズである変換手段21、検出系平行光レンズ41、及び検出系集光レンズ43の少なくとも一つを色消しレンズとすることにより、色収差のさらなる補正が可能となる。
【0024】
さらに、第1の実施の形態に係る光学式粒子検出装置においては、筐体2、光源側透光性部材10、集光反射鏡31、及び検出側透光性部材11で囲まれた領域を液体で充填することが可能である。そのため、液中に存在する微粒子を検出することも可能である。加えて、第1の実施の形態に係る光学式粒子検出装置においては、平行光に変換された励起光が平板である光源側透光性部材10に入射する。そのため、内部に充填される液体の組成の変化、あるいは励起光の波長の変化により、液体の屈折率が変化しても、集光反射鏡31で集光される励起光の集光点は変化しない。よって、第1の実施の形態に係る光学式粒子検出装置によれば、内部に充填される液体の組成を変化させたり、励起光の波長を変化させたりしても、光学系の調整が不要となる。
【0025】
光源側透光性部材10は、例えば図3に示すように、変換手段21の光軸に対して垂直方向に分割可能な筐体2の分割位置に、オーリング(O−リング)のような弾性ガスケット30を介して挟み込まれる。軸方向に力が加えられた弾性ガスケット30は、筐体2の分割側面と、光源側透光性部材10の側面と、に密着する。これにより、液体が充填される領域が封止される。また、図4に示すように、光源側透光性部材10の両側に弾性ガスケット30を配置してもよい。あるいは、図5に示すように、光源側透光性部材10は、筐体2の分割位置に設けられた、光源側透光性部材10の外径と略同一の外径を有する凹部に圧入されていてよい。さらに、図6に示すように、分割された筐体2の一方の側に圧入された光源側透光性部材10を、弾性ガスケット30を介して、分割された筐体2の他方の側にはめ込んでもよい。検出側透光性部材11を筐体2に固定する方法も、同様である。
【0026】
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係る光学式粒子検出装置は、図7に示すように、変換手段22に、軸外し放物面鏡あるいは軸外し球面鏡等の凹面鏡を用いる。励起光が紫外線である場合、変換手段22にレンズを用いると、透過率が低いという問題がある。また、レンズが蛍光を発する場合もある。これに対し、変換手段22に、軸外し放物面鏡あるいは軸外し球面鏡を用いると、レンズを用いる際に生じうる紫外線の透過率の低下や、レンズからの蛍光の発生という問題が生じない。
【0027】
第2の実施の形態においても、集光反射鏡31として、放物面鏡、あるいは単一の曲率半径を有する球面鏡が使用可能である。あるいは、図8に示すように、集光反射鏡32として、軸外し放物面鏡あるいは軸外し球面鏡を使用してもよい。第2の実施の形態に係る光学式粒子検出装置のその他の構成要素は、第1の実施の形態と同様である。
【0028】
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、第1及び第2の実施の形態では、検査光として励起光を粒子に照射し、蛍光を検出する例を示した。これに対し、検査光を粒子に照射して生じた散乱光を検出系平行光レンズ41で平行光にし、散乱光由来の平行光を検出系集光レンズ43で光検出部4に向けて集光してもよい。粒子による散乱光の強度は、粒子の粒径と相関する。したがって、光検出部4で散乱光由来の光の強度を検出することにより、検出対象の粒子の粒径を求めることが可能となる。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【0029】
1 光源
2 筐体
3 噴射機構
4 光検出部
10 光源側透光性部材
11 検出側透光性部材
21、22 変換手段
30 弾性ガスケット
31、32 集光反射鏡
41 検出系平行光レンズ
42 波長選択素子
43 検出系集光レンズ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8