(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子の特徴を表わす連続したパルス状の粒子信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力の低周波成分を増幅器の入力へ負帰還するフィルタ部と、増幅器の出力するパルス波形がしきい値以上の期間はフィルタ部に帰還信号をホールドさせる帰還信号制御部を備え、
帰還信号制御部は、増幅器の出力するパルス波形としきい値とを比較するコンパレータと、コンパレータの出力によって作動し、増幅器の出力がしきい値より大きい期間だけ、帰還信号を直前の増幅器の出力信号にホールドさせるべくフィルタ部の機能を切り替えるスイッチとを有する粒子信号処理装置。
【請求項２】
粒子の特徴を表わす連続したパルス状の粒子信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力の低周波成分を増幅器の入力へ負帰還するフィルタ部と、増幅器の出力の微分信号がしきい値以上の期間はフィルタ部に帰還信号をホールドさせる帰還信号制御部を備え、
帰還信号制御部は、増幅器の出力の微分信号としきい値とを比較するコンパレータと、コンパレータの出力によって作動し、増幅器の出力の微分信号がしきい値より大きい期間だけ、帰還信号を直前の増幅器の出力信号にホールドさせるべくフィルタ部の機能を切り替えるスイッチとを有する粒子信号処理装置。
【請求項３】
スイッチが、アナログスイッチである請求項１または２記載の粒子信号処理装置。
【請求項４】
フィルタ部が、ＲＣアクティブフィルタからなる請求項１乃至３のいずれかに記載の粒子信号処理装置。
【請求項５】
オリフィス部を挟んで１対の電極を有し、オリフィス部を粒子が通過するとき、電極間のインピーダンスの変化分を粒子信号として検出する検出部と、請求項１または２記載の粒子信号処理装置とを備えた粒子測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、粒子信号処理装置およびそれを用いた粒子測定装置に関し、例えば、体液中の粒子や工業用粒子の測定に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気抵抗式の粒子測定装置においては、２つのチャンバーを微細孔（オリフィス）で連通し、粒子含有液が一方のチャンバーから他方のチャンバーへ流れるとき、１つの粒子がオリフィスを通過する毎に生じるパルス状の電気抵抗の変化を粒子信号として検出するようにしている。そしてその波高値が粒子の体積に比例するところから、粒子信号を用いて粒子の粒径の算出や粒子の弁別などを行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような粒子測定装置では、粒子含有液に含まれる気泡が微細孔の近傍に存在すると、得られる粒子信号（パルス信号）は図４に示すように、ベースラインにゆらぎ（低周波変動分）が生じて、粒子信号の波高値を正確に求めることが難しいという問題点があった。
【０００４】
この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、粒子信号（パルス信号）のベースラインを安定させ、パルス信号の波高値を正確に検出して、精度よく粒子の測定を行うことが可能な粒子測定装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、粒子の特徴を表わす連続したパルス状の粒子信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力の低周波成分を増幅器の入力へ負帰還するフィルタ部と、増幅器の出力するパルス波形がしきい値以上の期間はフィルタ部に帰還信号をホールドさせる帰還信号制御部を備え、帰還信号制御部は、増幅器の出力するパルス波形としきい値とを比較するコンパレータと、コンパレータの出力によって作動し、増幅器の出力がしきい値より大きい期間だけ、帰還信号を直前の増幅器の出力信号にホールドさせるべくフィルタ部の機能を切り替えるスイッチとを有する粒子信号処理装置を提供するものである。
また、他の観点から、この発明は粒子の特徴を表わす連続したパルス状の粒子信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力の低周波成分を増幅器の入力へ負帰還するフィルタ部と、増幅器の出力の微分信号がしきい値以上の帰還はフィルタ部に帰還信号をホールドさせる帰還信号制御部を備え、帰還信号制御部は、増幅器の出力の微分信号としきい値とを比較するコンパレータと、コンパレータの出力によって作動し、増幅器の出力の微分信号がしきい値より大きい期間だけ、帰還信号を直前の増幅器の出力信号にホールドさせるべくフィルタ部の機能を切り替えるスイッチとを有する粒子信号処理装置を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この発明の対象粒子は、トナー，黒鉛，シリカ，研磨剤，セラミックス粉体，顔料，粉体塗料，培養細胞，血液細胞，酵母菌，プランクトン，磁性粉体などを含み、測定サイズの範囲としては、粒径でサブミクロンから数百ミクロン程度である。
【０００７】
この発明の粒子信号処理装置の適用対象は、主に電気抵抗式の粒子測定装置であるが、これに限定されず、例えば光学式の粒子測定装置であってもよい。
この発明の粒子信号処理装置に用いる増幅器には、市販のオペアンプを使用することができる。
【０００８】
フィルタ部は、オペアンプとコンデンサと抵抗を組合せた、いわゆるＲＣアクティブフィルタで構成できる。
帰還信号制御部は、増幅器の出力するパルス波形としきい値とを比較するコンパレータと、コンパレータの出力によって作動するアナログスイッチからなるものであってもよい。
増幅器の出力が、微分回路を介してコンパレータに入力されるものであってもよい。なお、コンパレータおよびアナログスイッチには市販のものを用いることができる。
【０００９】
この発明の粒子信号処理装置が電気抵抗式測定装置に適用される場合、その測定装置は例えば、第１チャンバーと、第２チャンバーと第１および第２チャンバーを連通するオリフィス部とを有するフローセルと、第１および第２チャンバー内にそれぞれ設けられた第１および第２電極と、第１および第２電極間のインピーダンスの変化分を粒子信号として検出する検出部とを備えた粒子測定装置である。
【００１０】
この場合、粒子測定装置は、粒子信号処理装置から得られる粒子信号に基づいて粒子分析を行う分析部をさらに備えてもよい。
ここで、分析部には、マイクロコンピュータやパーソナルコンピュータを用いることができる。
【００１１】
上記粒子測定装置の検出部は、第１および第２電極間に電流を供給する直流定電流電源と、第１および第２電極間に流れる電流の変化分を電圧に変換する電流／電圧変換部を備えてもよい。
【００１２】
実施例
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。これによってこの発明が限定されるものではない。
図１はこの発明の実施例を示すブロック図である。
【００１３】
図１において粒子信号検出部１で検出された粒子信号Ｖ１は波形処理部２０で波形処理されて粒子信号Ｖ２として分析部３０へ出力され、分析部３０では粒子信号Ｖ２から粒子の計数，弁別および粒子体積，粒径の算出が行われ、その結果が出力部４０から出力されるようになっている。
【００１４】
粒子信号検出部の構成と動作
図１において、粒子信号検出部１は、フローセル２，粒子含有試料液を収容する試料液容器３，試料液を吸引する吸引ノズル４，弁５，６，７，シリンジ８，シース液容器１０を備える。フローセル２は、第１セル２ａと，第２セル２ｂと、第１セル２ａと第２セル２ｂとを微細な貫通孔（オリフィス）を介して連通するオリフィス部２ｃと、オリフィス部２ｃに試料液を噴射する試料ノズル２ｄとから構成される。また、シース液を容器１０から弁７を介して供給するための供給口２ｅが第１セル２ａに設けられ、シース液と試料液とを排出する排液口２ｆが第２セル２ｂに設けられている。
【００１５】
さらに、第１および第２セル２ａ，２ｂの内部にはそれぞれ電極１１，１２が設置される。電極１１，１２の間には、オリフィス部２ｃに電流を供給するための直流定電流電源１３が接続される。
【００１６】
このような粒子信号検出部１では、まず、弁５，６を所定時間開けると、陰圧により吸引ノズル４から試料液が弁５，６の間に満たされる。次に、シリンジモータ９が作動してシリンジ８が一定流量で弁５，６間の試料液を試料ノズル２ｄへ押し出すことにより、試料ノズル２ｄから試料液が第１セル２ａに吐出される。
【００１７】
それと同時に弁７を開けることにより第１セル２ａにシース液が供給される。これによって試料液はシース液に包まれ、さらにオリフィス部２ｃによって細く絞られてシースフローを形成する。
【００１８】
このようにシースフローを形成することによって試料液に予め含まれた粒子を一個づつオリフィス部２ｃを介して一列に整列して流すことができる。オリフィス２ｃを通過した試料液とシース液は第２セル２ｂに設けた排液口２ｆから排出される。
【００１９】
電極１１，１２間の電気抵抗は、シース液の導電率（電気伝導度），オリフィス部２ｃの穴寸法（断面積）と穴長さ，試料液の導電率，試料液の流れの径によって決まる。
【００２０】
ところで、前述のように、直流定電流源１３から電極１２と電極１１との間に電流が供給されている。従って、オリフィス部２ｃを粒子が通過すると、オリフィス部２ｃの両端の電気抵抗が変化するので、粒子の通過中だけ電極１２と電極１１との間に流れる電流がパルス状に変化し、その変化分の最大値（パルスの波高値）はオリフィス部２ｃを通過する粒子の大きさに比例する。この電流の変化分が、電流／電圧変換部１４で電圧に変換され、粒子信号Ｖ１として出力される。このようにして粒子信号検出部１は粒子信号Ｖ１を生成するようになっている。
なお、電流／電圧変換部１４は、例えば図２に示すように、コンデンサＣ１，オペアンプＭ１，抵抗Ｒ１から構成できる。
【００２１】
波形処理部の構成と動作
図１に示す波形処理部２０は、粒子信号Ｖ１を適当な増幅度で増幅する増幅器２１と、増幅器２１の出力の低周波成分を増幅器２１の入力へ負帰還（ネガティブフィードバック）するフィルタ部２２と、増幅器２１の出力するパルス波形がしきい値以上の期間はフィルタ部２２に帰還信号をホールドさせる帰還信号制御部２３を備える。
【００２２】
図３は、波形処理部２０の詳細な構成を示す回路図であり、増幅器２１は、オペアンプＭ２と、抵抗器Ｒ２〜Ｒ４で構成され、この実施例では例えば、ゲインが２．２となるように抵抗器Ｒ２，Ｒ３の値を設定している。
【００２３】
フィルタ部２２は、オペアンプＭ３と、コンデンサＣ２と、抵抗器Ｒ５〜Ｒ８を備え、ＲＣアクティブ（能動）フィルタを構成し、カットオフ周波数１ＫＨｚのローパスフィルタとして作動するようにコンデンサＣ２と抵抗器Ｒ５，Ｒ６の値を設定している。なお、オペアンプＭ３の非反転入力には抵抗器Ｒ８を介して参照電圧Ｖ１（例えば２Ｖ）が印加されている。
【００２４】
帰還信号制御部２３は、コンパレータＭ４と、アナログスイッチＳＷと、抵抗器Ｒ９，Ｒ１０と、コンデンサＣ３を備える。コンパレータＭ４には比較電圧（しきい値電圧）Ｖ２が印加され、コンパレータＭ４は、抵抗器Ｒ９，Ｒ１０とコンデンサＣ３からなる微分回路を介して入力される信号がしきい値電圧Ｖ２より大きいときにアナログスイッチＳＷをオンするようになっている。
【００２５】
ここで、オペアンプＭ１，Ｍ２，Ｍ３にはナショナルセミコンダクター社製のＬＭＶ８２４Ｍを、コンパレータＭ４にはナショナルセミコンダクター社製のＬＭＶ３３１Ｍ５を用いることができる。なお出力のオフセット電圧を小さく抑えたい場合はＭ３にオフセット電圧の小さいオペアンプを使用するのが望ましい。
【００２６】
このような構成の動作を次に説明する。
粒子信号検出部１から粒子信号Ｖ１として図４に示すようなパルス波形を有するパルス信号が増幅器２１に入力される。図４のパルス信号は図５に示すような低周波成分を有し、それによってベースラインにゆらぎが生じている。
【００２７】
増幅器２１から出力されるパルス信号は、ローパスフィルタであるフィルタ部２２によってろ波され、図５に示す低周波成分が増幅器２１の入力に負帰還される。従って、図４に示すパルス信号から図５に示す低周波成分が除去され、増幅器２１の出力波形は図６に示すように安定したベースラインを有する波形となる。
【００２８】
しかし、この場合、フィルタ部２２によって増幅器２１の出力から図５に示すような低周波成分のみを検出することは難しく、パルス波形成分（高周波成分）もある程度フィルタ部２２を通過して増幅器２１に負帰還される。従って、その影響によって図６に示すパルス波形が歪みを生じることになる。
【００２９】
この歪みを除去するために設けられたのが帰還信号制御部２３である。帰還信号制御部２３において、コンパレータＭ４は、増幅器２１の出力を電圧Ｖ２と比較し、増幅器２１の出力が電圧Ｖ２より大きい期間、つまり各パルス波形のパルス幅に対応する期間だけアナログスイッチＳＷをオンにする。
【００３０】
アナログスイッチＳＷがオンになると、フィルタ部２２のオペアンプＭ３の２つの入力端子には同電位（２Ｖ）が印加されるので、フィルタ部２２はフィルタとして機能せず、増幅器２１への帰還信号はアナログスイッチＳＷがオンする直前の電圧に固定（ホールド）される。従って、増幅器２１にはパルス波形成分が帰還されないので、増幅器２１からは歪みのないパルス波形が得られることになる。
【００３１】
なお、帰還信号制御部２３において、増幅器２１の出力をコンデンサＣ３と抵抗器Ｒ９，Ｒ１０からなる微分回路を介してコンパレータＭ４に入力しているが、これは、パルス信号の波形の立ち上がりを早く検出するために設けたものである。コンデンサＣ３，抵抗器Ｒ９，Ｒ１０の値（微分定数）と電圧Ｖ２の値により、パルス信号の検出レベルが調整可能である。
【００３２】
パルス信号のパルスの立ち上がりが十分に早い場合には、前記微分回路を除去して、コンパレータＭ４に直接増幅器２１の出力を入力してもよい。
なお、図６に示すパルス信号は、この実施例では図４のパルス信号に対して極性が反転した波形になるが、説明を分かりやすくするために、反転しない波形で示している。
【００３３】
以上のようにしてベースラインの安定した粒子信号（パルス信号）Ｖ２が分析部３０に入力されるので、分析部３０は、粒子信号Ｖ２から粒子の計数や粒子体積，粒子径の算出を精度よく行い、出力部４０へ出力することができる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明によれば、粒子信号のベースラインの安定化がはかられるので、粒子信号に基づいて正確な粒子測定を行うことができる。
粒子信号通過中は、フィードバックをホールドするため、従来の回路よりも、粒子信号の歪みを抑えることができる。ベースラインのゆらぎを取り除くと同時に粒子信号を増幅できるので回路の電圧範囲を有効に利用することができる。特に扱う信号のダイナミックレンジが大きいときや、回路の電源電圧が低いときには有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】実施例の要部詳細結線図である。
【図３】実施例の要部詳細結線図である。
【図４】実施例の粒子信号を表わす波形図である。
【図５】実施例の粒子信号のベースラインを示す波形図である。
【図６】実施例によって処理された粒子信号の波形図である。
【符号の説明】
１    粒子信号検出部
２    フローセル
２ａ  第１セル
２ｂ  第２セル
２ｃ  オリフィス部
２ｄ  試料ノズル
３    試料液容器
４    吸引ノズル
５    弁
６    弁
７    弁
８    シリンジ
９    シリンジモータ
１０    容器
１１    電極
１２    電極
１３    直流定電圧電源
１４    電流／電圧変換部
２０    波形処理部
２１    増幅器
２２    フィルタ部
２３    帰還信号制御部
３０    分析部
４０    出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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