(57)【要約】【課題】  検出対象物の大きさが微小寸法で繰り返し出現頻度が高くても確実に検出できる光バリヤセンサを用いた微小可動物検出装置を提供する。【解決手段】  発光器及び受光器間に、微小寸法の前記検出対象物の横断により対応する光ビームの受光強度が変化する範囲の断面寸法の複数の光伝導路体を、個別に可動する前記検出対象物の横断により対応する前記光ビームの受光強度のみが変化する範囲の相互寸法で列を成すように併設された発光側光伝導路体束を備え、発光側光伝導路体束と受光部との間にビーム光路列を形成し、前記検出対象物がビーム光路列を横断した時の受光器における受光強度変化に基づいて前記検出対象物を検出する判定回路部を備える。【選択図】  図１
2005062168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも発光器および受光器を含み、前記発光器及び前記受光器間に、複数本の光ビームが列をなすビーム光路列を形成できる光バリヤセンサ部と、
前記発光器および前記受光器に電気的に接続され、検出対象物が前記ビーム光路列を横断した時の前記受光器における受光強度変化に基づいて前記検出対象物を検出する判定回路部と
を備える微小可動物検出装置であって、
前記光バリヤセンサ部には、さらに、光の入射される側である第１光入射側部と光の出射される側である第１光出射側部とを両端に有して前記光ビームを導く光伝導路体が複数本束ねられ、前記第１光入射側部は前記発光器に光学的に結合され、前記第１光出射側部は前記複数本の光ビームが前記ビーム光路列を形成できるように列をなして併設される発光側光伝導路体束を備え、
前記各光伝導路体における前記横断方向の断面寸法を、微小寸法の前記検出対象物の横断により対応する前記光ビームの受光強度が変化する範囲の寸法とし、発光側光伝導路体束と受光部との間に前記ビーム光路列を形成する
ことを特徴とする微小可動物検出装置。
【請求項２】
前記光バリヤセンサ部には、さらに、光の入射される側である第２光入射側部と光の出射される側である第２光出射側部とを両端に有して前記光ビームを導く光伝導路体が複数本束ねられ、前記第２光出射側部は前記受光器に光学的に結合され、前記第２光入射側部は前記発光側光伝導路体束から出射された複数本の光ビームを受光できるように配設される受光側光伝導路体束を備え、
前記ビーム光路列は、前記発光側光伝導路体束の第１光出射側部と、前記受光側光伝導路体束の第２光入射側部との間に形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の微小可動物検出装置。
【請求項３】
前記発光側光伝導路体束を構成する前記複数本の光伝導路体は、各光伝導路体が互いに平行となるように配置される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の微小可動物検出装置。
【請求項４】
前記受光側光伝導路体束を構成する前記複数本の光伝導路体は、各光伝導路体が互いに平行となるように配置される
ことを特徴とする請求項２または３に記載の微小可動物検出装置。
【請求項５】
前記発光側光伝導路体束の前記各第１光出射側部は、受光側光伝導路体束の前記各第２光入射側部と対向し、かつ同軸上になるように配置される
ことを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の微小可動物検出装置。
【請求項６】
前記光バリヤセンサ部におけるビーム光路列は、横断面が長方形状をなし、該横断面の横断方向の厚さ寸法は、検出される検出対象物の大きさ寸法により前記光ビームの受光強度が変化する範囲内である
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の微小可動物検出装置。
【請求項７】
前記ビーム光路列が形成される検出領域空間は、検出対象物の可動方向の寸法が、検出対象物の可動方向に直角方向の寸法よりも非常に小さい
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の微小可動物検出装置。
【請求項８】
前記発光器から出射される光の波長は、検出対象物で吸収される光の波長に少なくとも対応する
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の微小可動物検出装置。
【請求項９】
前記判定回路部は、発光器に電気的に接続された第１増幅器、該第１増幅器の出力端部に電気的に接続された加減算器、該加減算器の出力端部に電気的に接続された第２増幅器、該第２増幅器の出力端部に電気的に接続されたしきい値回路、および該しきい値回路の出力端部に電気的に接続された制御回路を含んでいる
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の微小可動物検出装置。
【請求項１０】
前記制御回路は、少なくとも複数のアナログ入力信号ライン、および、複数のアナログ出力信号ラインを有している
ことを特徴とする請求項９に記載の微小可動物検出装置。
【請求項１１】
前記第１増幅器、加減算器、第２増幅器、および、しきい値回路の各出力端部は、各々、制御回路において対応する各アナログ入力信号ラインに電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の微小可動物検出装置。
【請求項１２】
前記第１増幅器は、増幅度を調整するための入力端部を備え、該入力端部に制御回路からの増幅度調整用の第１アナログ出力信号ラインが電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の微小可動物検出装置。
【請求項１３】
前記第２増幅器は、増幅度を調整するための入力端部を備え、該入力端部に制御回路からの増幅度調整用の第２アナログ出力信号ラインが電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１０〜１２の何れか１項に記載の微小可動物検出装置。
【請求項１４】
前記制御回路の直流成分減算用の第３アナログ出力信号ラインは、前記加減算器の加減算値入力用の第２入力端部に電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１０〜１３の何れか１項に記載の微小可動物検出装置。
【請求項１５】
前記しきい値回路は、しきい値を調整するための入力端部を備え、該入力端部に制御回路からのしきい値調整用の第４アナログ出力信号ラインが電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１０〜１４の何れか１項に記載の微小可動物検出装置。
【請求項１６】
前記発光器およびそのドライバからなる組合せ構成では、発光強度を調整するための入力端部を備え、該入力端部に制御回路からの発光強度調整用第５アナログ出力信号ラインが電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１０〜１５の何れか１項に記載の微小可動物検出装置。
【請求項１７】
前記微少寸法の検出対象物は、直径２００μｍまたはそれ以下の寸法を有する流体滴である
ことを特徴とする請求項１〜１６の何れか１項に記載の微小可動物検出装置。
【請求項１８】
発光器１から出射された光が受光器によって受光される第１の工程と、
前記第１の工程で受光された光が電気信号に変換されて第１増幅器に入力されて増幅される第２の工程と、
前記第２の工程で第１増幅器によって増幅された電気信号が加減算器に入力される第３の工程と、
前記第３の工程で入力された電気信号から制御回路によって与えられた直流電圧値が減算される第４の工程と、
前記第４の工程で減算された信号が第２増幅器に入力されて増幅される第５の工程と、
前記第５の工程で第２増幅器によって増幅された信号がしきい値回路に入力され、しきい値処理される第６の工程と、
前記第６の工程のしきい値処理された信号が制御回路に入力されてそこで認識される第７の工程
を有する
ことを特徴とする請求項１〜１７の何れか１項に記載の微小可動物検出装置の検出方法。
【請求項１９】
前記第２の工程および第５の工程において、制御回路は、第１増幅器および第２増幅器の増幅度について、増幅された出力信号が、判定回路部の個々の部品の動作領域に適合するように定められた所定の信号レベルを超えないようにすること、あるいは、増幅された任意の信号レベルが判定回路部の個々の部品の動作領域で完全に利用されることの少なくとも一方が達成されるように制御する
ことを特徴とする請求項１８に記載の微小可動物検出装置の検出方法。
【請求項２０】
前記第６の工程において、制御回路は、検出対象物によって引き起こされる入力信号の変化を確実に検出できるように、しきい値回路のしきい値を調整する
ことを特徴とする請求項１８または１９に記載の微小可動物検出装置の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小寸法の可動検出対象物を個々に検出する微小可動物検出装置に関し、特に、ｍｍの単位領域よりも小さい寸法を有する可動検出対象物を個々に検出する微小可動物検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、移動する物体（可動物）を検出するために、光バリヤ装置あるいは光バリヤセンサと称される検出装置が用いられている。光バリヤセンサは、基本的に、少なくとも一対の発光器と受光器との組み合わせを含んで構成され、発光器と受光器との間には、検出される可動検出対象物を横切らせて検出するためのビーム光路列が形成される。
【０００３】
光バリヤセンサにより対象物を検出する場合は、発光器から出射された光ビームが受光器に入射する場合が、発光器と受光器の間に物体が無いと判断され、その光ビームが受光器に入射しない場合に、発光器と受光器の間に物体が存在すると判断される。光バリヤセンサは、上記したようにして可動検出対象物を検出できる。
【０００４】
このように光バリヤセンサの判定回路部は、検出対象物がビーム光路列を横断（通過）する際の光ビームの受光強度信号変化を認識して検出対象物を検出する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
微小な可動検出対象物の検出装置が使用される用途としては、例えば、流体の滴、特にｍｍ単位の領域を下回る直径の流体滴をカウントする場合が考えられる。このように微小な流体の滴は、いわゆるマイクロディスペンサによって吐出される。マイクロディスペンサは、１００μｍ以下の直径を有する流体滴をノズルから発射する。マイクロディスペンサから吐出される個々の流体滴は、多くの用途の場合においてカウント（計数）が必要である。
【０００６】
しかし、例えば、流体滴の速度を約２ｍ／ｓ、繰り返し出現頻度を２０００Ｈｚ〜４０００Ｈｚとした場合、従来の微小可動物検出装置では、個々の滴のカウントは困難である。
例えば、入手可能である従来の光バリヤセンサでは、発光器と受光器との間には、微小な可動検出対象物の検出できる光ビームを形成するための付加的な光学系を備えておらず、しかも、検出領域の空間（測定容積）が非常に大きな寸法になっている。そのため、従来の光バリヤセンサでは、個々の検出対象物の繰り返し出現頻度が高く（又は出現サイクルが早く）て検出対象物の相互寸法間隔が小さい場合、それに対するビーム光路列の各光ビームの直径は大きすぎ、微小な検出対象物を個々に検出することが難しいという問題が有る。
【０００７】
従来の光バリヤセンサで、上記した問題を解決できるように直径が小さい光ビームを形成しようとすると、従来の光バリヤセンサでは、発光器と受光器との間にレンズ等の光学系を設置する必要が生じるので、微小な検出対象物に対して非常に大きな寸法の組み込み用の空間が必要になる。しかし、例えば、装置の中にそのような光学系のためには限られた大きさの組み込みしか用意できない場合には、光バリヤセンサを用いることができなくなる。
【０００８】
また、従来の判定回路部は、検出対象物が微小である場合には、温度や部品の劣化、光バリヤセンサの汚損などの周囲環境の及ぼす影響、電気的なノイズおよび電圧変動により、微小な検出対象物が誤検出される事態を招きやすい。なぜならば、従来の判定回路部では、受光器から取り出される光ビームの受光強度信号変化のレベルが、ノイズのレベルに比較して非常に小さくなるためである。従来の判定回路部で、例えば、微小な検出対象物として直径２００μｍまたはそれ以下の流体滴（微小検出対象物）をカウントした場合、その結果は、許容し得ない程度に不正確なものとなる。
【０００９】
上記した問題を解決するため本発明では、検出対象物の大きさが微小寸法で繰り返し出現頻度が高くても確実に検出できる光バリヤセンサを用いた微小可動物検出装置を提供することを目的とする。また、その光バリヤセンサは、検出空間が小さくても組み込みが可能であり、個々の検出対象物が光ビームを横断する際の受光強度信号変化を認識できるレベルで確実に検出でき、検出対象物を確実に認識できカウントできるようにする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した課題を解決するために、本発明の微小可動物検出装置は、少なくとも発光器および受光器を含み、発光器及び受光器間に、複数本の光ビームが列をなすビーム光路列を形成できる光バリヤセンサ部と、発光器および受光器に電気的に接続され、検出対象物がビーム光路列を横断した時の受光器における受光強度変化に基づいて検出対象物を検出する判定回路部とを備える微小可動物検出装置であって、
光バリヤセンサ部には、さらに、光の入射される側である第１光入射側部と光の出射される側である第１光出射側部とを両端に有して光ビームを導く光伝導路体が複数本束ねられ、第１光入射側部は発光器に光学的に結合され、第１光出射側部は複数本の光ビームがビーム光路列を形成できるように列をなして併設される発光側光伝導路体束を備え、
各光伝導路体における横断方向の断面寸法を、微小寸法の前記検出対象物の横断により対応する前記光ビームの受光強度が変化する範囲の寸法として、発光側光伝導路体束と受光部との間に前記ビーム光路列を形成する。
【００１１】
また、本発明の微小可動物検出装置の検出方法は、上記した構成の微小可動物検出装置を動作させるために、
発光器から出射された光が受光器によって受光される第１の工程と、
第１の工程で受光された光が電気信号に変換されて第１増幅器に入力されて増幅される第２の工程と、
第２の工程で第１増幅器によって増幅された電気信号が加減算器に入力される第３の工程と、
第３の工程で入力された電気信号から制御回路によって与えられた直流電圧値が減算される第４の工程と、
第４の工程で減算された信号が第２増幅器に入力されて増幅される第５の工程と、
第５の工程で第２増幅器によって増幅された信号がしきい値回路に入力され、しきい値処理される第６の工程と、
第６の工程のしきい値処理された信号が制御回路に入力されてそこで認識される第７の工程
を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の微小可動物検出装置は、光伝導路体束を用いてビーム光路列を形成し、検出領域空間を横断方向幅の狭い直方体形状にしたことから、繰り返し出現間隔が短く、相互寸法間隔が小さい微小な検出対象物であっても、非常に良好な検出感度を得ることができる。また、電気的なノイズおよび電圧変動に対して不感性である光伝導路体束を用いるので検出結果へのそれらの影響を減少させることができる。さらに、制御回路で、プログラムにより、判定回路部の各部品の各動作領域を制御することによって、温度や部品の劣化、光バリヤセンサ部の汚損などの周囲環境が及ぼす影響等に対して、最適値に自動的に調整することができる。従って、本発明の微小可動物検出装置は、温度や部品の劣化、光バリヤセンサ部の汚損などの周囲環境が及ぼす影響を減少させることができ、光バリヤセンサ部を横断するように移動する検出対象物を判定回路部で確実にカウントできるようになる。また、本発明の微小可動物検出装置は、さらに、光伝導路体束を用いることから、光バリヤセンサ部における発光器および受光器等の部品の製造誤差が調整できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態を、図面を参照して以下に詳細に説明する。以下に示す実施形態の説明では、図面およびその説明から本発明の特徴、利点、および適用可能性を明らかにする。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態の微小可動物検出装置の主要部の概略構成を示すブロック図である。
図１に示したように、本発明の微小可動物検出装置は、ドライバ２によって駆動制御される発光器１、例えば、発光ダイオードまたはレーザダイオードを含む。発光器１から出射した光は、発光側光伝導路体束３に導入される。発光側光伝導路体束３の各光伝導路体（例えば、光ファイバ）の光入射側部は、発光器１に光学的に結合されている。発光側光伝導路体束３の各光伝導路体における光入射側部の入射断面形状は、結合される発光器１の出力部の断面形状、例えば、円形に適合させて形成される。発光側光伝導路体束３の各光伝導路体における光出射側部は、一列に整列され、その各出射断面は、発光側光伝導路体束３の出射断面として平らな端面を形成している。光出射側部から出射される光ビームは、光バリヤセンサ部３０のビーム光路列を形成しており、検出される検出対象物が横断する（移動する）検出領域空間２４を貫通する。
【００１５】
発光側光伝導路体束３の光出射面と対向するように、同様に平らな端面が形成された受光側光伝導路体束４が配置されている。受光側光伝導路体束４には、発光側光伝導路体束３から出射された光ビームが入射される。受光側光伝導路体束４の光出射側部は、受光器５に光学的に結合されている。受光器５は、受光側光伝導路体束４から出射された光信号を受信し、その光信号を電気信号に変換する。受光器５としては、例えば、フォトダイオード、または、フォトトランジスタを用いることができる。
【００１６】
また、受光器５としては、原理的にＣＣＤ（電荷結合素子：半導体撮像素子の一種）のスキャンセンサも使用に適している。ＣＣＤスキャンセンサを用いた場合には、受光側光伝導路体束４を省略することができる。なぜなら、ＣＣＤスキャンセンサは、発光側光伝導路体束３の光出射面に対向して直接に配設できるからである。その場合、ＣＣＤスキャンセンサを用いた受光器５では、検出対象物が、ＣＣＤスキャンセンサのどちらの側面側に向かって光バリヤセンサ部を横切ったかを付加的に検出することができる。この場合の判定回路部４０は、ＣＣＤスキャンセンサの個々の受信領域をシリアルに読み取る。ＣＣＤスキャンセンサの検出速度は、受信領域の最高読み取り速度によってその上限が制限される。
【００１７】
上述の判定回路部４０は、発光器１および受光器５に電気的に接続され、光バリヤセンサ部３０において、ビーム光路列を検出対象物が横断することによって引き起こされる受光強度の変化を検出し、検出対象物が横断したか否かを判定する。そのために受光器５から出力された電気信号は、まず第１増幅器６で増幅される。この増幅された信号から、信号電圧における略直流電圧成分の大きさに相当する電圧が、加減算器７でアナログ的に減算される。その結果、得られた変化分の電圧信号が、第２増幅器８でさらに増幅される。このようにして、受光器５で受信された光ビームの信号の変化分が、第２増幅器８の全出力電圧の領域にわたって示されることになる。というのは、加減算器７内で、受信信号中の直流電圧成分が消去されてしまうからである。続いて、その変化分の電圧信号になった入力信号がしきい値回路９によってしきい値処理され、その出力信号１８が、制御回路（マイクロプロセッサ）１０により構成されるカウント回路に入力される。
【００１８】
第１増幅器６、加減算器７、および、第２増幅器８の各出力端部から出力された電圧信号は、それぞれ電圧測定用の信号ライン２１、２０、１９を介して制御回路１０に入力され、そこで各出力電圧が認識される。第１増幅器６および第２増幅器８の増幅度は、制御回路１０により調整可能である。その場合、制御回路１０は、その増幅度を、信号ライン２１および信号ライン１９を介して測定される各出力電圧信号に応じて最適化することができる。この最適化は、増幅度調整用出力の信号ライン１４および１６を介して実施される。
【００１９】
制御回路１０は、第１増幅器６の出力信号２１を参照することにより、第１増幅器６から加減算器７に入力された信号電圧から減算させるために、信号ライン１５を介して加減算器７に入力させる電圧（直流電圧分）の大きさを検出することができる。また、制御回路１０は、しきい値回路９のしきい値を、出力信号１８を参照することにより、信号ライン１７を介して入力信号に適応させることができる。つまり、制御回路１０は、微小な可動の検出対象物２２によって引き起こされる受光器５への入射信号に変化、そしてその結果としてしきい値回路９への入力値に変化があった場合には、その変化があった場合を確実に検出できるようにしきい値回路９のしきい値を調整する。
【００２０】
さらに、制御回路１０により、発光器１の発光強度を制御することができる。その場合、発光強度調整用の信号ライン１３に出力する信号により、発光器１のドライバ２が制御され、その結果、発光器１に入力される電流が制御される。
【００２１】
制御回路１０は、上記したように増幅度、直流電圧成分のオフセット、しきい値、および、発光器１の電流を制御する各制御信号を出力することにより、判定回路部４０の各部品６〜９の動作領域が最適値に適合するようにプログラムされる。受光器５の入出力信号および光バリヤセンサ部３０の特性に関する判定回路部４０の最適調整は、発光器１の発光強度を調整することによって可動検出対象物のシミュレーションを行うことで実施することができる。その調整動作は、制御回路１０のプログラムによって自動的に実施される。それにより、温度や部品の劣化、光バリヤセンサ部３０の汚損などの周囲環境の及ぼす影響を除去するように常時調整することができる。また、制御回路１０は、ディスプレー１１の表示内容を制御し、制御回路１０のディジタル入出力端に接続されるディジタル信号インタフェース１２を介して他のディジタルデバイスとの間でデータ等の送受信を実施する。
【００２２】
図２は、複数の光伝導路体３ａ〜３ｄ等により構成される発光側光伝導路体束３を図１のII−II線側から示した拡大端面図である。
発光側光伝導路体束３は、列をなすように並設された複数本の光伝導路体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ等から構成される。これらの光伝導路体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、高さ（奥行き）ｈで略長方形状の検出端面を形成している。従って、発光側光伝導路体束３の光出射側部と受光側光伝導路体束４の光入射側部との間にビーム光路列が形成される本実施形態の検出領域空間２４の形状は、直方体形状になる。検出対象物２２は、検出端面を横断する方向で、図２中に矢印で示す可動方向２３に速度ｖで可動する。
【００２３】
本実施形態では、微小寸法で個別に可動である検出対象物を検出できるように、光伝導路体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにおける横断方向の断面寸法を、微小寸法の検出対象物２２の横断により光ビームの受光強度が変化する範囲の寸法とし、発光側光伝導路体束３中にその各光伝導路体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを、個別に可動検出対象物２２の横断により対応する光ビームの受光強度のみが変化する範囲の相互寸法となるように配置することで、発光側光伝導路体束３と受光側光伝導路体束４（ＣＣＤスキャンセンサ利用時は受光部５）との間にビーム光路列を形成する。
【００２４】
本実施形態の微小可動物検出装置は、少なくとも発光器１および受光器５を含み、可動検出対象物２２が横断するビーム光路列を形成した光バリヤセンサ部３０と、光入射側部が発光器１に光学的に結合され、光出射側部から出射された光ビームが光バリヤセンサ部３０のビーム光路列を形成するように光出射側部が列をなすように並設された発光側光伝導路体束３と、光入射側部が発光側光伝導路体束３から出射された光ビームを受信し、光出射側部が受光器５に電気的に接続された受光側光伝導路体束４と、発光器１および受光器５に光学的に結合され、ビーム光路列を横断する検出対象物２２によって引き起こされる、光バリヤセンサ部３０の受光強度の変化を検出する判定回路部４０とを備える。
【００２５】
本実施形態によれば、微小な検出対象物２２を検出するために、光伝導路体の機械的な微小寸法と光学的な結合特性が利用される。光伝導路体における検出対象物２２の横断方向の機械的寸法は、検出対象物２２の大きさ寸法によって光ビームの受光の強度が変化する範囲内（検出対象物２２の大きさのオーダー内）である。したがって、検出対象物２２の検出のために光ビームを形成する付加的な光学素子を省略することができる。さらに組み込まれた状態の光伝導路体の光学的な結合特性、特に光伝導路体（光ファイバ等）において典型的に制限される入射角により、外部光源によって引き起こされる光学的ノイズの入射を回避することができる。複数本の光伝導路体が列をなして併設されて、発光器１および受光器５の機械的な組立誤差に対して許容できる光学系が構成される。本実施形態の検出領域空間２４は、光伝導路体の列の幅寸法（検出対象物２２の横断方向に垂直方向）とその高さ寸法（検出対象物２２の横断方向）が関連し、さらに、発光側光伝導路体束３と受光側光伝導路体束４との間の寸法が関係する。
【００２６】
本実施形態の微小可動物検出装置は、微小な組み込み空間に設けられた光バリヤセンサ部３０を横断する検出対象物２２の確実な検出、あるいはその検出対象物２２の特定の少なくとも一方の処理を可能とし、また、光伝導路体（光ファイバ等）を用いることから電気的なノイズおよび電圧変動に対して不感性である。
【００２７】
本実施形態の微小可動物検出装置で、光バリヤセンサ部３０を微小な検出対象物２２が横断する際にその検出対象物２２を検出あるいは特定するために、光伝導路体の光学的出射特性および入射特性の少なくとも一方が不十分と考えられる場合、すなわち、光伝導路体における検出対象物２２の横断方向の機械的寸法が、検出対象物２２の大きさ寸法によって、光ビームの受光強度が変化する範囲内ではない場合には、光伝導路体（光ファイバ）に付加的な光ファイバ用の光学素子（例えば、屈折率分布型レンズ：GRINレンズ）を用いて光ビームの条件合わせを行うことができる。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態である本実施形態においては、発光側光伝導路体束３および受光側光伝導路体束４を構成するそれぞれ複数本の光伝導路体は互いに平行に配置され、また発光側光伝導路体束３の光出射側部が受光側光伝導路体束４の光入射側部と同軸に配置され、その光入射側部に対向している。光バリヤセンサ部３０のビーム光路列の横断面は長方形状を有しており、その横断方向の厚み寸法は、微小な検出対象物２２の大きさ寸法により光ビームの受光強度が変化する範囲内（検出対象物２２の大きさのオーダー内）である。その場合、検出領域空間２４の、検出対象物２２の可動方向（横断方向）の寸法は、検出対象物２２の可動方向に直角の方向の寸法よりも非常に小さい。本実施形態では、上記寸法で横断方向幅の狭い直方体形状の検出領域空間２４になることから、微小な検出対象物２２が、繰り返し出現間隔が短く（出現頻度が高く、出現サイクルが早く、順次急速に発生され）て、各検出対象物２２の相互寸法間隔が小さい場合でも、非常に良好な検出感度を得ることができる。
【００２９】
本実施形態によれば、光バリヤセンサ部３０の検出感度をさらに向上させるために、発光器１から出射される光の波長は少なくとも検出対象物２２の吸収波長に対応するようにする。これは、特に、検出対象物２２が流体である場合、例えば、流体滴を検出する場合に、受信信号の変化が大きくなることから有利になる。
【００３０】
本実施形態の微小可動物検出装置によれば、判定回路部４０は、受光器５に電気的に接続された第１増幅器６、この第１増幅器６の出力端部に電気的に接続された加減算器７、この加減算器７の出力端部に電気的に接続された第２増幅器８、この第２増幅器８の出力端部に電気的に接続されたしきい値回路９、およびこのしきい値回路９の出力端部に電気的に接続された制御回路１０を含んでいる。制御回路１０はそれぞれ複数のアナログ入力信号ライン１８、１９、２０、２１、ディジタル入力信号ライン、アナログ出力信号ライン１４、１５、１６、１７およびディジタル出力信号ラインを有している。
【００３１】
本実施形態の微小可動物検出装置では、制御回路１０は、判定回路部４０における個々の部品の動作領域を、第１増幅器６、第２増幅器８の可変の増幅度、加減算器７の直流電圧オフセット分の減算、しきい値回路９の可調整のしきい値、および、発光器１の可変の発光強度を制御することによって最適値に適合させることができる。また、制御回路１０は、温度や部品の劣化、光バリヤセンサ部３０の汚損等の周囲環境の及ぼす影響に関して、プログラムにより本実施形態の判定回路部４０の調整処理を自動的に実施することができる。
【００３２】
本実施形態の微小可動物検出装置は、少なくとも発光器１および受光器５を含み、発光器１及び受光器５間に、複数本の光ビームが列をなすビーム光路列を形成できる光バリヤセンサ部３０と、発光器１および受光器５に電気的に接続され、検出対象物２２がビーム光路列を横断した時の受光器５における受光強度変化に基づいて検出対象物２２を検出する判定回路部４０とを備える微小可動物検出装置であって、光バリヤセンサ部３０には、さらに、光の入射される側である第１光入射側部と光の出射される側である第１光出射側部とを両端に有して光ビームを導く光伝導路体が複数本束ねられ、第１光入射側部は発光器１に光学的に結合され、第１光出射側部は複数本の光ビームがビーム光路列を形成できるように列をなして併設される発光側光伝導路体束３を備え、各光伝導路体における横断方向の断面寸法を、微小寸法の検出対象物２２の横断により対応する光ビームの受光強度が変化する範囲の寸法とし、発光側光伝導路体束３中に各光伝導路体３ａ〜３ｄを、個別に可動する検出対象物２２の横断により対応する光ビームの受光強度のみが変化する範囲の相互寸法となるように配置することで、発光側光伝導路体束３と受光部５との間にビーム光路列を形成するものである。
【００３３】
本実施形態の光バリヤセンサ部３０には、さらに、光の入射される側である第２光入射側部と光の出射される側である第２光出射側部とを両端に有して前記光ビームを導く光伝導路体が複数本束ねられ、第２光出射側部は受光器５に光学的に結合され、第２光入射側部は発光側光伝導路体束３から出射された複数本の光ビームを受光できるように配設される受光側光伝導路体束４を備え、ビーム光路列は、発光側光伝導路体束３の第１光出射側部と、受光側光伝導路体束４の第２光入射側部との間に形成される。
【００３４】
本実施形態の発光側光伝導路体束３及び受光側光伝導路体束４を構成する複数本の光伝導路体は、各光伝導路体が互いに平行となるように配置される。本実施形態の発光側光伝導路体束３の各第１光出射側部は、受光側光伝導路体束４の各第２光入射側部と対向し、かつ同軸上になるように配置される。本実施形態の光バリヤセンサ部３０におけるビーム光路列は、横断面が長方形状をなし、その横断面の横断方向の厚さ寸法（ｈ）は、検出対象物２２の大きさ寸法により光ビームの受光強度が変化する範囲内である。
【００３５】
本実施形態のビーム光路列が形成される検出領域空間２４は、検出対象物２２の可動方向の寸法（ｈ）が、検出対象物２２の可動方向に直角方向の寸法よりも非常に小さく、発光器１から出射される光の波長は、検出対象物２２で吸収される光の波長に少なくとも対応する。
【００３６】
本実施形態の判定回路部４０は、発光器１に電気的に接続された第１増幅器６、その第１増幅器６の出力端部に電気的に接続された加減算器７、その加減算器７の出力端部に電気的に接続された第２増幅器８、その第２増幅器８の出力端部に電気的に接続されたしきい値回路９、および、そのしきい値回路９に電気的に接続された制御回路１０を含んでいる。
【００３７】
本実施形態の制御回路１０は、複数のアナログ入力信号ライン２１、２０、１９、１８、複数のアナログ出力信号ライン１４、１５、１６、１７、複数のディジタル入力信号ライン、および、複数のディジタル出力信号ラインを有しており、第１増幅器６、加減算器７、第２増幅器８、および、しきい値回路９の各出力端部は、各々、制御回路１０において対応する各アナログ入力信号ライン２１、２０、１９、１８に電気的に接続されている。
【００３８】
本実施形態の第１増幅器６は、増幅度を調整するための入力端部を備え、その入力端部に制御回路１０からの増幅度調整用の第１アナログ出力信号ライン１４が電気的に接続されている。第２増幅器８は、増幅度を調整するための入力端部を備え、その入力端部に制御回路１０からの増幅度調整用の第２アナログ出力信号ライン１６が電気的に接続されている。制御回路１０の直流成分減算用の第３アナログ出力信号ライン１５は、加減算器７の加減算値入力用の第２入力端部に電気的に接続されている。しきい値回路９は、しきい値を調整するための入力端部を備え、その入力端部に制御回路１０からのしきい値調整用の第４アナログ出力信号ライン１７が電気的に接続されている。
【００３９】
本実施形態の発光器１およびそのドライバ２からなる組合せ構成では、発光強度を調整するための入力端部を備え、その入力端部に制御回路１０からの発光強度調整用第５アナログ出力信号ライン１３が電気的に接続されている。微小寸法の検出対象物２２は、直径２００μｍまたはそれ以下の寸法を有する流体滴である。
【００４０】
本実施形態の微小可動物検出方法は、上記した本実施形態の微小可動物検出装置を動作させるために、発光器１から出射された光が受光器５によって受信される第１の工程と、第１の工程で受光された光が電気信号に変換されて第１増幅器６に入力されて増幅される第２の工程と、第２の工程で第１増幅器６によって増幅された電気信号が加減算器７に入力される第３の工程と、第３の工程で入力された電気信号から制御回路１０によって与えられた直流電圧値が減算される第４の工程と、第４の工程で減算された信号が第２増幅器８に入力されて増幅される第５の工程と、第５の工程で第２増幅器８によって増幅された信号がしきい値回路９に入力され、しきい値処理される第６の工程と、第６の工程のしきい値処理された信号が制御回路１０に入力されてそこで認識される第７の工程を有する。
【００４１】
本実施形態では、上記した微小可動物検出方法の第２の工程および第５の工程において、制御回路１０は、第１増幅器６および第２増幅器８の増幅度について、増幅された出力信号が、判定回路部４０の個々の部品の動作領域に適合するように定められた所定の信号レベルを超えないようにすることと、増幅された任意の信号レベルが判定回路部４０の個々の部品の動作領域で完全に利用されることの少なくとも一方が達成されるように制御する。また、第６の工程において、制御回路１０は、検出対象物２２によって引き起こされる入力信号の変化を確実に検出できるように、しきい値回路９のしきい値を調整する。
【００４２】
このように本実施形態の微小可動物検出装置は、光伝導路体束３、４を用いてビーム光路列を形成し、検出領域空間２４を横断方向幅の狭い直方体形状にしたことから、繰り返し出現間隔が短く、相互寸法間隔が小さい微小な検出対象物２２であっても、非常に良好な検出感度を得ることができ、光伝導路体（光ファイバ等）の制限される入射角により外部光源による光学的ノイズの入射を回避することができる。また、電気的なノイズおよび電圧変動に対して不感性である光伝導路体束３、４を用いるので検出結果へのそれらの影響を減少させることができる。さらに、制御回路１０で、プログラムにより、判定回路部４０の各部品の各動作領域（第１増幅器６、第２増幅器８の可変の増幅度、加減算器７の直流電圧オフセット分の減算、しきい値回路９の可調整のしきい値、および、発光器１の可変の発光強度）を制御することによって、温度や部品の劣化、光バリヤセンサ部３０の汚損等の周囲環境が及ぼす影響に対して、最適値に自動的に調整することができる。
【００４３】
従って、本実施形態の微小可動物検出装置は、温度や部品の劣化、光バリヤセンサ部３０の汚損などの周囲環境の及ぼす影響を減少させることができ、光バリヤセンサ部３０を横断するように移動する検出対象物２２を判定回路部４０で確実にカウントできるようになる。また、本実施形態の微小可動物検出装置は、さらに、複数本の光伝導路体が列をなして併設された光伝導路体束３、４を用いることから、光バリヤセンサ部３０における発光器１および受光器５等の部品の製造誤差が調整できる光学系（光伝導路体束３、４）が追加されることになり、機械的な組立誤差に対する許容量が増加する。
【００４４】
尚、上記した実施形態では、断面が円形の繊維形状である光ファイバ等の光伝導路体を複数用いて平行に１列になるように並設した発光側光伝導路体束３と、同様に形成された受光側光伝導体束４を共に用いた場合を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、光伝導路体としては、例えば、断面が他の形状であっても光を伝導させることができればよく、複数の光伝導路体は平行１列以外の配列でもよい。また、受光器５としては、上記したようにＣＣＤスキャンセンサを用いることができ、その場合には、上記した実施形態の受光側光伝導路体束４を省略できる。さらに、判定回路部４０は、温度や部品の劣化、光バリヤセンサ部３０の汚損等の周囲環境が及ぼす影響に対して各部を最適値に調整できるものであれば他の回路を採用してもよく、あるいはソフトウエア的なプログラム等の処理により判定および調整を実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態の微小可動物検出装置の主要部の概略構成を示すブロック図である。
【図２】複数の光伝導路体により構成される光伝導路体束を図１のII−II線側から示した拡大端面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  発光器、
２  ドライバ、
３  発光側光伝導路体束、
４  受光側光伝導路体束、
５  受光器、
６  第１増幅器、
７  加減算器、
８  第２増幅器、
９  しきい値回路、
１０  制御回路、
１１  ディスプレー、
１２  ディジタル信号インタフェース、
１３  （発光強度調整用の）第５アナログ出力信号ライン、
１４  （増幅度調整用の）第１アナログ出力信号ライン、
１５  （直流成分減算用の）第３アナログ出力信号ライン、
１６  （増幅度調整用の）第２アナログ出力信号ライン、
１７  （しきい値調整用の）第４アナログ出力信号ライン、
１８  （しきい値回路の出力電圧測定用の）アナログ入力信号ライン、
１９  （第２増幅器の出力電圧測定用の）アナログ入力信号ライン、
２０  （直流成分減算結果の出力電圧測定用の）アナログ入力信号ライン、
２１  （第１増幅器の出力電圧測定用の）アナログ入力信号ライン、
２２  （微少な）検出対象物、
２３  可動方向、
２４  検出領域空間、
３０  光バリヤセンサ部、
４０  判定回路部。
【図１】
2005062168.tif 000003
【図２】
2005062168.tif 000004