(57)【要約】【課題】光導波路を使用した測定部を形成することにより、小型化かつ可搬型の粒子測定装置を提供する。【解決手段】被測定物にレーザー光をあて、光散乱の角度により粒度及び粒子密度を測定する装置であって、レーザー光源と被測定物設置部、及び該被測定物設置部と複数の光散乱検出部との間は、光導波路を介して接続されていることを特徴とする粒子測定装置である。このようにしてコンパクト化された測定部を一体化形成し、軽量可搬型の粒子測定装置とする。特にその用途として医療介護等で血球密度を簡易に測定可能な装置である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物にレーザー光をあて、光散乱の角度により粒度及び粒子密度を測定する装置であって、レーザー光源と被測定物設置部、及び該被測定物設置部と複数の光散乱検出部との間は、光導波路を介して接続されていることを特徴とする粒子測定装置。
【請求項２】
被測定物が収納される容器を収納する容器収納部、及び前記光導波路、前記レーザー光源の設置部、前記光散乱検出器の設置部が一体に作製されている、請求項１に記載の粒子測定装置。
【請求項３】
前記光導波路が、モールド成型によって作製されている、請求項２に記載の粒子測定装置。
【請求項４】
前記光導波路が、リソグラフィー技術又はエッチング技術によって作製されている、請求項２に記載の粒子測定装置。
【請求項５】
基板と、該基板の面に形成された容器収納部と、該容器収納部から放射状に基板免状に形成された複数の散乱光用光導波路と、該複数の光導波路の各部にそれぞれ接続する複数の光散乱検出部と、前記収納部から前記放射状の複数の光導波路に散乱光を入射させるために設けられるレーザー光源と、該レーザー光源から前記容器収納部とを接続する基板面上に形成された照射光用光導波路と、前記レーザー光源から発せられたレーザー光を前記照射光用光導波路に入光させるためのレンズを設けてなる測定部を有することを特徴とする粒子測定装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の粒子測定装置を用いて、血液中の粒子密度測定をする粒子測定装置の用途。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、簡便かつ携帯用に用いることも可能な粒子測定装置に関するものであり、その用途として持ち運び可能な血液検査用粒子測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の粒子測定装置は、特に肉眼では分別しにくい微細な粒子を対象とする。粒子の性質により、種々の計測法によって測定されるが、本発明に関する手段は、レーザー回折・散乱法と呼ばれる手法である（非特許文献１参照）。この手法は、粒子に光が当たると、その光は透過、吸収、反射、散乱、屈折などの現象を引き起こすが、その中の光散乱を利用する。散乱される光の角度が粒子の大きさの関数であることから、測定対象物に当てた光が散乱され、その散乱光の強度分布を測定することにより、粒子の大きさを検出できる。この理論はフラウンホーファー（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ）回折理論を基にしている。
粒子の大きさが別の計測により特定できる場合は、散乱光の強度を計測することにより粒子密度を得ることが出来る。
【０００３】
そのレーザー回折・散乱法粒子径分布測定装置の基本構成を、図４に示す。図４ではレーザー１０１はビームエキスパンダー１０２により平行光線にされ、粒子群１０３に照射される。照射されたレーザー光は、粒子群１０３により散乱され、受光レンズ１０４による収束光となって、ディテクター１０５に当たり、光の強度に対応した電気信号に変換される。ディテクター１０５の吸収部分ごとにデータが信号処理機１０６に送られ、その散乱の強度の分布状態により粒子径を求められる。
【０００４】
粒子の大きさがレーザー光の波長に比べて十分大きい領域では、散乱パターンは回折近似できるため、散乱光強度パターンは図５のようになる。ここで、式１の関係がある。
式１：  α＝πｘ／λ
（α：粒子径パラメータ、π：円周率、ｘ：粒子径、λ：波長）
である。図５は横軸がα・θ（θ：散乱角度）であり、縦軸はＩ（θ）・θ（Ｉ（θ）：散乱強度）で表される。αが３０以上では第１ピークを与えるα・θは１．３５７と一定なので、Ｉ（θ）・θが最大になる角度θを求められれば粒子径ｘが求められる。以上のような手法で粒子径を求めることが出来る。具体的には堀場製作所製ＬＡ―９２０型「レーザー回折／散乱式流度分布測定装置」が市販されている。
【０００５】
【非特許文献１】
株式会社フジ・テクノシステム発行、微粒子工学大系、第１巻基本技術、Ｐ３０５−３０７
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記した粒度分布測定装置は、かなり大型の装置であり、固定して使用するため、それで十分使用用途に対応できるものである。ところが最近の医療介護等において血液中の赤血球の粒子密度を即座に調査したい場合など、ポータブルであり、かつ特定の粒径に限定される測定対象を簡易に測定できる方法が必要になってきている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被測定物にレーザー光をあて、光散乱の角度により粒度及び粒子密度を測定する装置であって、レーザー光源と被測定物設置部、及び該被測定物設置部と複数の光散乱検出部との間は、光導波路を介して接続されていることを特徴とする粒子測定装置である。従来の測定装置に比べ、測定部分を極端にコンパクト化可能である。
被測定物が収納される容器を収納する容器収納部、及び前記光導波路、前記レーザー光源の設置部、前記光散乱検出器の設置部が一体に作製されていると、よりコンパクトであり、かつ位置調整も不要である。
前記光導波路が、モールド成型によって作製されることにより、安価に作製できる。また、該導波路が、リソグラフィー技術又はエッチング技術によって作製されていると、位置精度が非常によい。
具体的には、基板と、該基板の面に形成された容器収納部と、該容器収納部から放射状に基板免状に形成された複数の散乱光用光導波路と、該複数の光導波路の各部にそれぞれ接続する複数の光散乱検出部と、前記収納部から前記放射状の複数の光導波路に散乱光を入射させるために設けられるレーザー光源と、該レーザー光源から前記容器収納部とを接続する基板面上に形成された照射光用光導波路と、前記レーザー光源から発せられたレーザー光を前記照射光用光導波路に入光させるためのレンズを設けてなる測定部を有することを特徴とする粒子測定装置である。
以上のような測定部分をコンパクト化することにより、簡易に血液中の血球や血小板等の粒子密度の測定を受診者のそばで実施する用途が可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の測定部分の構成図を図１に示す。図１は基板を一体化した構成であるが、段差があるので分割し、組み合わせても良い。基板１には中央付近に測定用試料を入れる容器を挿入する容器収納部２の穴がある。容器収納部２の周囲に入射光用光導波路３と複数の散乱光用光導波路７が外周に伸びる。入射光用光導波路３の先にはレンズ６が置かれ、さらにその先にはレーザー光を発するレーザーダイオード（ＬＤ）５がマウント４により高さ調節され搭載される。レーザー光源設置部１６はＬＤ５とレンズ６及びＬＤ用電力供給用メタライズ９，１０がセットされる。一方、複数の散乱光用光導波路７の先にはそれぞれフォトダイオード（ＰＤ）８が搭載される。これらのＰＤ８も、散乱光用光導波路７から入光する光を受光すべく、光軸調整される。ＰＤ８で受光された光の強度に対応してＰＤ内で電気信号に変換され、メタライズ１１，１２により計測部（記載せず）に送られる。
【０００９】
図２及び図３は図１の上面図とＡ−Ａ断面図である。試料容器１３に試料１５を入れ、容器収納部２に収納する。容器収納部２と試料容器１３の隙間にはマッチングオイル等で空隙を埋めるとよい。ＬＤ５から発したレーザー光はレンズ６により平行光線となって入射光用光導波路３を経由し、試料１５にあたる。試料１５内に含まれる粒子によりレーザー光は散乱される。散乱は、立体角をもって発生するが、本発明ではその水平部のみを採取する。即ち、散乱光の水平部分のみ散乱光用光導波路７を経由してＰＤ８に到達する。ここで、ＰＤ８の位置は、図２では７カ所記載しているが、必要に応じて増減できる。また、測定対象が赤血球であればほぼ粒子径が決まっており、散乱角度もほぼ一定になるため、所定の角度に限定することも可能である。散乱光の強度によりＰＤ８からそれぞれ電気信号に変換されて計測部（記載せず）に送られる。計測部は光の強度から計算により、赤血球粒子密度を算出する。
【００１０】
図３に示すように、散乱光用光導波路７とＰＤ８の光軸を合わせるには、ＰＤ８の基板１側に処理されるメタライズ１１を考慮する。メタライズ１１の上面が散乱光用光導波路７の光軸より下部にあれば、ＰＤ８の光軸と調整できる。この段差のついた部分が光散乱検出器の設置部に相当する。光散乱検出器は、ＰＤを用いると微小な面積で多くの計測点を得られる。
【００１１】
以上のように、測定部分を一体化すると、たかだか数ｃｍ角程度の大きさとなる。これに計測部と電源、演算部、表示部を加えても大きな容量にはならず、可搬型の粒子測定装置となる。また、図３のように、試料容器を差し替えできるようにしておけば数種類の試料を継続して測定することが出来る。
もちろん、固定した位置で多くの試料を繰り返し測定することも容易である。
【００１２】
本発明における前記測定部は、以下のようにして作製できる。
基板には、セラミックス、ガラスもしくは樹脂を用いるのがよい。容器収納部、レーザー光源の設置部及び光散乱検出器の設置部は、切削加工等で加工しても可能であるが、あらかじめモールド型を作製することにより、凹凸部の加工を出来るだけ容易にするニアネットシェイプモールド成型を用いるのが好ましい。また、基板に樹脂を用いる場合には、メタライズ部分をリードフレームのリードに置き換え、インサート成型によりメタライズを省略することも可能である。
【００１３】
光導波路の一方のクラッド材は、基板にセラミックスを用いる場合はクラッド層を必要とするが、ガラスや樹脂を用いる場合は基板をそのまま利用することが出来る。レーザー光を通すコア部分は基板よりやや屈折率の大きな材料を用いればよい。
【００１４】
光導波路の作成方法は、クラッド層、もしくはクラッド層を兼ねる基板の表面にレジスト層を塗装し、これにコア部分が除去できるようにマスクをあて紫外線、Ｘ線又はシンクロトロン放射光を照射し、いわゆるフォトリソグラフィーによってコア部分を除去する。その後、コア部分にクラッド材より屈折率が大きい材料をコーティング、蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等を用いてコア材を埋め込む。コア材を残し、レジスト層を除去した後、クラッド材をその周囲と上部に被覆し完成する。この方法は、通常用いられる方法であるが、この方法を用いても本発明は達成できる。
【００１５】
別の方法は、ガラス基板を用い、この表面にレジスト層を塗布する。それにコア部分を除去できるようにマスクし、紫外線又はＸ線で露光する。コア部分のレジストを除去し、これにリアクティブイオンエッチングなどの異方性エッチングによりエッチングし、ガラス基板にコア部分の溝を作製する。出来たコア部分の溝にコア材となる屈折率の大きなガラスを埋める。この上に前記ガラス基板と同じ屈折率のガラスを製膜することにより上部クラッド層を作製し、光導波路を得る。この方法は、特に精度の良い粒子測定装置に向いている。
【００１６】
さらに他の方法としてモールド型を使用する方法がある。ガラス基板等の基板上にレジストを塗布し、これにコア部分が除去できるようにマスクする。このマスクを通してＸ線又はシンクロトロン放射光を照射する。コア部分が除去されたレジストパターンに電鋳を用いて金属を堆積する。その後、基板とレジストを除去することにより、金型が得られる。この金型に樹脂を流し、固めると、樹脂のクラッド部を得る。この場合、樹脂の基板であれば、基板のモールド型と同時にモールドすることも可能であるが、他の部分に比べ、繊細な部分であるため、別途モールドし、後で基板と合体させても良い。
モールドされた樹脂の凹部に、コア部となる屈折率の大きな樹脂を注型し、さらにその上にクラッド部となる樹脂で覆うことにより樹脂による光導波路が作製できる。この方法は、安価で製造できる方法である。
また、基板が樹脂の場合は、インサート成型によりリードを基板に一体化することが出来るため、より安価な製造方法となる。
以上のような方法で作成された測定部に、ＬＤ、レンズ、ＰＤを取り付け、外部電極との電気的接続をすることにより、粒度測定装置の測定部か出来上がる。
【００１７】
本発明の粒子測定装置は、液中に分散した粒子径の測定が簡易に出来ることは、従来技術で説明した通り、以下の式１による。
式１：  α＝πｘ／λ
（α：粒子径パラメータ、π：円周率、ｘ：粒子径、λ：波長）
測定対象に、赤血球を用いたとすると、ｘ＝〜３μｍ、λ＝１μｍ（レーザー光）として、α＝〜９。この計算から、光散乱の検出部は、０°〜４０°までの間でＩ（θ）  がピークをもつ。
そして、粒子密度に関しては式２による。
【００１８】
【数１】
2004271187.tif 000003
【００１９】
ここで、Ａ：レーザービーム断面積、Ｌ：測定部光路長、Ｃ：粒子体積濃度、であり、関数として、ｉ（α、θ）：散乱角による強度、ｘ：粒子径、ｑ（ｘ）：粒子密度である。ＡとＬは装置固有の値である。Ｃは粒子密度に比例するため、既知の粒子密度の試料を用いて条件出しをすれば求められる。左辺のＩ（θ）は測定によって求められる。またｉ（α、θ）はミーの散乱理論によってあたえられる。従って、既知の粒径のものであれば、ｘが決まるため、粒子密度ｑ（ｘ）を式２から求めることが出来る。
以上から、本発明の装置は、既知の粒子と既知の粒子密度のものをあらかじめ準備する必要がある。これらは、電子顕微鏡等を用いて準備すればよい。一度、装置の固有値、比例係数等が解れば、あとは検定時にチェックすればよい。
【００２０】
式２をあらかじめ演算部に設定し、計測値を自動的にインプットすることにより表示部に粒子密度を表示できる。このようにして、本発明の粒子測定装置は、測定部が数ｃｍ角程度の大きさであり、これに演算部、表示部を加え、電源に蓄電池を用いることで、コンパクト化でき、可搬タイプの粒子測定器とすることが出来る。
また、測定部は、測定容器を数ｍｍ立方としても計測可能であるので、極少量のサンプルを用いて計測することが可能である。そして、測定容器を取り替え可能とすることが出来るため、測定容器を使い捨てもしくは入れ替えにより、多数の試料を続けて計測できる等の利点がある。
このような点から、血中の血球や血小板等の数を、患者の近辺で簡便に計測する装置として特に有効な粒子測定装置となる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明になる粒子測定装置は、簡易型の測定手段ではあるが、コンパクトであり、簡単に測定できることから、可搬型の装置として有効である。特に自宅介護等の患者のそばで血液を計測できることは、医学的にも貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による粒子測定装置の測定部を斜視した一例である。
【図２】本発明による粒子測定装置の一例である図１を上面から見た図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図４】従来のレーザー回折・散乱法による装置の略図である。
【図５】光の散乱光強度パターン図である。
【符号の説明】
１．基板
２．容器収納部
３．入射光用光導波路
４．マウント
５．レーザーダイオード（ＬＤ）
６．レンズ
７．散乱光用光導波路
８．フォトダイオード（ＰＤ）
９，１０，１１，１２．メタライズ電極
１３．試料容器
１４．上面クラッド部
１５．試料
１６．レーザー光源設置部
１０１．レーザー
１０２．ビームエキスパンダー
１０３．粒子群
１０４．レンズ
１０５．ディテクター
１０６．信号処理機
【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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