JP2002071549A - 粒子撮像装置 - Google Patents
粒子撮像装置Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
- G01N15/1404—Handling flow, e.g. hydrodynamic focusing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
- G01N15/1429—Signal processing
- G01N15/1433—Signal processing using image recognition
Landscapes
- Optical Measuring Cells (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 多量の粒子に含まれる異状粒子を能率よく撮
像する。 【解決手段】 粒子含有液を吐出するノズルと、粒子含
有液をノズルの先端方向から撮像する撮像部とを備え
る。
像する。 【解決手段】 粒子含有液を吐出するノズルと、粒子含
有液をノズルの先端方向から撮像する撮像部とを備え
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は粒子撮像装置に関
し、とくに、液中の粒子を撮像し、粒子像を画像解析す
ることによって粒子の大きさや形状に関する情報を求め
る装置に関する。
し、とくに、液中の粒子を撮像し、粒子像を画像解析す
ることによって粒子の大きさや形状に関する情報を求め
る装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような従来の装置としては、シース
フローセルに粒子含有液（試料）をシース液で包んで流
し、偏平な流れ（例えば、厚さ５μｍ幅数百μｍの流
れ）に変換し、その流れの偏平な面に直交する方向から
粒子を撮像するようにしたものが知られている（例え
ば、特開平８−１３６４３９号公報参照）。
フローセルに粒子含有液（試料）をシース液で包んで流
し、偏平な流れ（例えば、厚さ５μｍ幅数百μｍの流
れ）に変換し、その流れの偏平な面に直交する方向から
粒子を撮像するようにしたものが知られている（例え
ば、特開平８−１３６４３９号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多量の
平均サイズの粒子に含まれる少数の異常サイズの粒子を
撮像対象とするような場合には、従来の装置では、撮像
に供する試料の単位時間当たりの流量が小さいため、能
率よく撮像することができないという問題点があった。
平均サイズの粒子に含まれる少数の異常サイズの粒子を
撮像対象とするような場合には、従来の装置では、撮像
に供する試料の単位時間当たりの流量が小さいため、能
率よく撮像することができな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、ノズルから多量の粒子含有液を吐出させ、
その吐出方向に向かって粒子含有液を撮像することによ
り、対象粒子を能率よく撮像することが可能な粒子撮像
装置を提供するものである。
れたもので、ノズルから多量の粒子含有液を吐出させ、
その吐出方向に向かって粒子含有液を撮像することによ
り、対象粒子を能率よく撮像することが可能な粒子撮像
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】この発明は粒子含有液を
吐出するノズルと、粒子含有液をノズルの先端方向から
撮像する撮像部とを備える粒子撮像装置を提供するもの
である。
吐出するノズルと、粒子含有液をノズルの先端方向から
撮像する撮像部とを備える粒子撮像装置を提供するもの
である。
【０００６】
【発明の実施の形態】この発明の装置の撮像対象粒子
は、ファインセラミックス，顔料，化粧品用パウダー，
トナー，研磨用パウダーのような無機物の粉体，および
食品添加物のような有機物の粉体を含む。
は、ファインセラミックス，顔料，化粧品用パウダー，
トナー，研磨用パウダーのような無機物の粉体，および
食品添加物のような有機物の粉体を含む。
【０００７】この発明のノズルは、用途に応じて透明又
は不透明材料で形成されるが、透明材料としては、例え
ば、ガラスやアクリル樹脂などが用いられ、不透明材料
としては、セラミックスや金属などが用いられる。
は不透明材料で形成されるが、透明材料としては、例え
ば、ガラスやアクリル樹脂などが用いられ、不透明材料
としては、セラミックスや金属などが用いられる。
【０００８】また、ノズルの吐出部の断面の形状サイズ
は、撮像部の撮像可能範囲（例えば２００μｍ×２００
μｍ）に対応させることが好ましい。なお、ノズルの孔
の断面形状は、円形又は多角形のいずれであってもよ
い。
は、撮像部の撮像可能範囲（例えば２００μｍ×２００
μｍ）に対応させることが好ましい。なお、ノズルの孔
の断面形状は、円形又は多角形のいずれであってもよ
い。
【０００９】撮像部は落射照明によって粒子含有液を照
明し撮像してもよい。撮像部は、粒子含有液を照明する
パルス発光光源と、照明された粒子を撮像する撮像素子
から構成できる。粒子検出部をさらに備え、粒子検出部
は、撮像部の撮像領域より上流の粒子含有液に含まれる
対象粒子を光学的に検出してもよい。粒子検出部は、粒
子含有液を照明する連続発光光源と、照明された粒子の
散乱光を受光する受光素子からなってもよい。
明し撮像してもよい。撮像部は、粒子含有液を照明する
パルス発光光源と、照明された粒子を撮像する撮像素子
から構成できる。粒子検出部をさらに備え、粒子検出部
は、撮像部の撮像領域より上流の粒子含有液に含まれる
対象粒子を光学的に検出してもよい。粒子検出部は、粒
子含有液を照明する連続発光光源と、照明された粒子の
散乱光を受光する受光素子からなってもよい。
【００１０】撮像制御部をさらに備え、撮像制御部は、
粒子検出部によって検出された粒子が撮像されるように
撮像部を制御してもよい。透明板をさらに備え、透明板
はノズルと撮像部との間に設置されてもよい。壁面に透
明部分を有するセルをさらに備え、ノズルはその先端が
透明部分に対向するようにセルに挿入され、撮像部はセ
ルの外から透明部分を介して撮像を行ってもよい。光源
が限外照明光源からなってもよい。ノズルが透明部材か
らなり、限外照明光源はノズルを介して粒子含有液を照
明してもよい。
粒子検出部によって検出された粒子が撮像されるように
撮像部を制御してもよい。透明板をさらに備え、透明板
はノズルと撮像部との間に設置されてもよい。壁面に透
明部分を有するセルをさらに備え、ノズルはその先端が
透明部分に対向するようにセルに挿入され、撮像部はセ
ルの外から透明部分を介して撮像を行ってもよい。光源
が限外照明光源からなってもよい。ノズルが透明部材か
らなり、限外照明光源はノズルを介して粒子含有液を照
明してもよい。
【００１１】撮像制御部は、受光素子で受光される散乱
光の強度が所定値より大きいときその散乱光を発する粒
子を撮像部に撮像させることができる。ノズルへ粒子含
有液を供給する試料チャンバーと、ノズルから吐出され
た粒子含有液を収容する排液チャンバーとをさらに備え
てもよい。ノズルは吐出孔が方形で、撮像部は方形の撮
像面を有するＣＣＤを備えてもよい。撮像部と粒子検出
部はそれぞれ粒子含有液を異なる波長で照明する光源を
備えてもよい。
光の強度が所定値より大きいときその散乱光を発する粒
子を撮像部に撮像させることができる。ノズルへ粒子含
有液を供給する試料チャンバーと、ノズルから吐出され
た粒子含有液を収容する排液チャンバーとをさらに備え
てもよい。ノズルは吐出孔が方形で、撮像部は方形の撮
像面を有するＣＣＤを備えてもよい。撮像部と粒子検出
部はそれぞれ粒子含有液を異なる波長で照明する光源を
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の構成を示す構成説明図であ
る。
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の構成を示す構成説明図であ
る。
【００１３】同図において、ノズル１の後端が試料チャ
ンバー２に接続され、試料チャンバー２に収容されてい
る粒子含有液が試料チャンバー２に印加される陽圧によ
り、ノズル１へ供給される。ノズル１はその先端がセル
３に挿入され、ノズル１の先端から吐出した粒子含有液
はセル３に収容される。
ンバー２に接続され、試料チャンバー２に収容されてい
る粒子含有液が試料チャンバー２に印加される陽圧によ
り、ノズル１へ供給される。ノズル１はその先端がセル
３に挿入され、ノズル１の先端から吐出した粒子含有液
はセル３に収容される。
【００１４】セル３内の粒子含有液は、ノズル１の先端
を十分に浸してさらに所定液位を越えると、排液チャン
バー４へ排出されるようになっている。撮像部５は、ノ
ズル１の先端から吐出される粒子含有液をその吐出方向
からセル１の壁面を介して撮像する。撮像制御部６は、
撮像部５の撮像タイミングを制御すると共に、撮像され
た画像を分析し、分析結果を出力部７に出力させる。撮
像制御部６はパーソナルコンピュータで構成される。
を十分に浸してさらに所定液位を越えると、排液チャン
バー４へ排出されるようになっている。撮像部５は、ノ
ズル１の先端から吐出される粒子含有液をその吐出方向
からセル１の壁面を介して撮像する。撮像制御部６は、
撮像部５の撮像タイミングを制御すると共に、撮像され
た画像を分析し、分析結果を出力部７に出力させる。撮
像制御部６はパーソナルコンピュータで構成される。
【００１５】図２はノズル１およびセル３の詳細断面図
であり、セル３は中空で上面が開放された立方体の箱状
の形態を有する。ノズル１は、その先端がセル３の側壁
３ａを貫通してセル３内に挿入され、ノズル１の本体が
シール部材３ｂによって壁面３ａに液密状態で固定され
ている。側壁３ａの対向側壁３Ｃには、ノズル１の先端
に対向する部分に窓３ｄが設けられ、窓３ｄは外側から
側壁３ｃに接着された透明ガラス板３ｅによって液密状
態で閉じられている。
であり、セル３は中空で上面が開放された立方体の箱状
の形態を有する。ノズル１は、その先端がセル３の側壁
３ａを貫通してセル３内に挿入され、ノズル１の本体が
シール部材３ｂによって壁面３ａに液密状態で固定され
ている。側壁３ａの対向側壁３Ｃには、ノズル１の先端
に対向する部分に窓３ｄが設けられ、窓３ｄは外側から
側壁３ｃに接着された透明ガラス板３ｅによって液密状
態で閉じられている。
【００１６】ノズル１の後端には試料チャンバー２（図
１）に接続されるチューブ１ａが接続され、セル３の底
面にはニップル３ｆが設けられ、ニップル３ｆには排液
チャンバー４（図１）に接続されるチューブ３ｇが接続
されている。この実施例では、ノズル１は石英ガラス製
で、その孔は２００μｍ×２００μｍの正方形の断面を
有する。
１）に接続されるチューブ１ａが接続され、セル３の底
面にはニップル３ｆが設けられ、ニップル３ｆには排液
チャンバー４（図１）に接続されるチューブ３ｇが接続
されている。この実施例では、ノズル１は石英ガラス製
で、その孔は２００μｍ×２００μｍの正方形の断面を
有する。
【００１７】セル３を満たす粒子含有液中にノズル１の
先端から粒子含有液が吐出されると、撮像部５は、吐出
される粒子含有液を透明ガラス板３ｅを介して撮像する
ようになっている。ノズル１の粒子含有液は、その流れ
が層流になるようにノズル１のサイズや内壁の形態に合
わせてその流速が決定される。なお、セル３は、例えば
アクリル樹脂製の板を接着して作製する。
先端から粒子含有液が吐出されると、撮像部５は、吐出
される粒子含有液を透明ガラス板３ｅを介して撮像する
ようになっている。ノズル１の粒子含有液は、その流れ
が層流になるようにノズル１のサイズや内壁の形態に合
わせてその流速が決定される。なお、セル３は、例えば
アクリル樹脂製の板を接着して作製する。
【００１８】図３は撮像部５の構成を示す構成説明図で
ある。同図において、マルチ光源ユニット８９は、波長
６６０ｎｍの連続光を出射するレーザダイオードと、波
長８７０ｎｍのパルス光（発光時間１００ｎｓｅｃ）を
出射するパルスレーザダイオードとを備える。
ある。同図において、マルチ光源ユニット８９は、波長
６６０ｎｍの連続光を出射するレーザダイオードと、波
長８７０ｎｍのパルス光（発光時間１００ｎｓｅｃ）を
出射するパルスレーザダイオードとを備える。
【００１９】マルチ光源ユニット８９から波長６６０ｎ
ｍの連続レーザ光Ｌ１が出射されると、そのレーザ光Ｌ
１はダイクロイックミラー９４を透過し、ミラー９６に
反射されて、円錐状外面反射ミラー９８と円錐状内面反
射ミラー９９により輪帯光に変換される。この輪帯光は
リング状ミラー４３により円錐状内面反射ミラー３１に
導かれセル３のノズル１の先端に収斂され、限外照明を
行う。
ｍの連続レーザ光Ｌ１が出射されると、そのレーザ光Ｌ
１はダイクロイックミラー９４を透過し、ミラー９６に
反射されて、円錐状外面反射ミラー９８と円錐状内面反
射ミラー９９により輪帯光に変換される。この輪帯光は
リング状ミラー４３により円錐状内面反射ミラー３１に
導かれセル３のノズル１の先端に収斂され、限外照明を
行う。
【００２０】限外照明された粒子からの散乱光（波長６
６０ｎｍ）は、対物レンズ３２を介してダイクロイック
ミラー４５により反射され、ミラー１１５、ピンホール
プレート１１８、コリメートレンズ１１９およびバンド
パスフィルタ１２０を介して光検出素子（フォトマルチ
プライアチューブ）１１２へ入射する。これによって光
検出素子１１２は粒子の散乱光の強度を測定する。
６０ｎｍ）は、対物レンズ３２を介してダイクロイック
ミラー４５により反射され、ミラー１１５、ピンホール
プレート１１８、コリメートレンズ１１９およびバンド
パスフィルタ１２０を介して光検出素子（フォトマルチ
プライアチューブ）１１２へ入射する。これによって光
検出素子１１２は粒子の散乱光の強度を測定する。
【００２１】また、マルチ光源ユニット８９から波長８
７０ｎｍのパルスレーザ光Ｌ２が出射されると、そのレ
ーザ光Ｌ２は、ダイクロイックミラー９４により反射さ
れ、ビームエキスパンダ５６によりビーム径が拡大さ
れ、半分の光量がハーフミラー５１を透過し、残り半分
の光量がハーフミラー５１により反射される。ハーフミ
ラー５１により反射されたレーザ光Ｌ２はダイクロイッ
クミラー４５を透過し、レンズ３２によりセル３のノズ
ル１の先端に収斂される。つまり、粒子含有液に対する
落射照明が行われる。
７０ｎｍのパルスレーザ光Ｌ２が出射されると、そのレ
ーザ光Ｌ２は、ダイクロイックミラー９４により反射さ
れ、ビームエキスパンダ５６によりビーム径が拡大さ
れ、半分の光量がハーフミラー５１を透過し、残り半分
の光量がハーフミラー５１により反射される。ハーフミ
ラー５１により反射されたレーザ光Ｌ２はダイクロイッ
クミラー４５を透過し、レンズ３２によりセル３のノズ
ル１の先端に収斂される。つまり、粒子含有液に対する
落射照明が行われる。
【００２２】照明された粒子含有液からの画像光は、対
物レンズ３２、ダイクロイックミラー４５、ハーフミラ
ー５１、結像レンズ６０を経てＣＣＤボードカメラ６３
に入射する。これにより、ＣＣＤボードカメラ６３は波
長８７０ｎｍのパルスレーザ光の落射照明による粒子含
有液の画像を撮像することができる。
物レンズ３２、ダイクロイックミラー４５、ハーフミラ
ー５１、結像レンズ６０を経てＣＣＤボードカメラ６３
に入射する。これにより、ＣＣＤボードカメラ６３は波
長８７０ｎｍのパルスレーザ光の落射照明による粒子含
有液の画像を撮像することができる。
【００２３】なお、ハーフミラー５１を透過したレーザ
光はレンズ５２を介してＣＣＤボードカメラ５３によっ
て撮像される。これによってＣＣＤボードカメラ５３は
マルチ光源ユニット８９から出射された８７０ｎｍの波
長を有するパルスレーザ光の強度を検出し、ＣＣＤボー
ドカメラ６３により得られた画像の照明ムラを補正す
る。
光はレンズ５２を介してＣＣＤボードカメラ５３によっ
て撮像される。これによってＣＣＤボードカメラ５３は
マルチ光源ユニット８９から出射された８７０ｎｍの波
長を有するパルスレーザ光の強度を検出し、ＣＣＤボー
ドカメラ６３により得られた画像の照明ムラを補正す
る。
【００２４】ダイクロイックミラー４５には波長６６０
ｎｍの光を反射し、波長８７０ｎｍの光を透過させるも
のを用い、ダイクロイックミラー９４には波長８７０ｎ
ｍの光を反射し、波長６６０ｎｍの光を透過されるもの
を用いている。また、ＣＣＤボードカメラ５３には４分
の１インチサイズのものを、ＣＣＤボードカメラ６３に
は２分の１インチサイズのものを用いている。
ｎｍの光を反射し、波長８７０ｎｍの光を透過させるも
のを用い、ダイクロイックミラー９４には波長８７０ｎ
ｍの光を反射し、波長６６０ｎｍの光を透過されるもの
を用いている。また、ＣＣＤボードカメラ５３には４分
の１インチサイズのものを、ＣＣＤボードカメラ６３に
は２分の１インチサイズのものを用いている。
【００２５】図４は図２の要部拡大図であり、ノズル１
の先端から粒子含有液が透明ガラス板３ｅに向かって吐
出される状態を示している。ノズル１の先端において、
吐出する粒子含有液の層流の中に、レーザ光Ｌ１による
限外照明領域Ｒ１が形成される。この場合、レーザ光Ｌ
１の光束の強度分布を均一にすることにより、領域Ｒ１
では流れに直交する方向の距離に対して図６に示すよう
に均一な照明光強度が得られるので、流れに直交する方
向の粒子通過位置による検出散乱光強度のバラツキはな
くなる。また、領域Ｒ１の下流にＣＣＤボードカメラ６
３の撮像領域Ｒ２が設定される。領域Ｒ２は、この実施
例では、ノズル１の孔の寸法に対応するカメラ６３の２
００μｍ×２００μｍの撮像可能面積とカメラ６３の焦
点深度４μｍとによって区画される領域であり、領域Ｒ
１に対して所定距離だけ下流に設定される。
の先端から粒子含有液が透明ガラス板３ｅに向かって吐
出される状態を示している。ノズル１の先端において、
吐出する粒子含有液の層流の中に、レーザ光Ｌ１による
限外照明領域Ｒ１が形成される。この場合、レーザ光Ｌ
１の光束の強度分布を均一にすることにより、領域Ｒ１
では流れに直交する方向の距離に対して図６に示すよう
に均一な照明光強度が得られるので、流れに直交する方
向の粒子通過位置による検出散乱光強度のバラツキはな
くなる。また、領域Ｒ１の下流にＣＣＤボードカメラ６
３の撮像領域Ｒ２が設定される。領域Ｒ２は、この実施
例では、ノズル１の孔の寸法に対応するカメラ６３の２
００μｍ×２００μｍの撮像可能面積とカメラ６３の焦
点深度４μｍとによって区画される領域であり、領域Ｒ
１に対して所定距離だけ下流に設定される。
【００２６】そこで、ノズル１を流れる粒子から領域Ｒ
１における散乱光が光検出素子１１２によって検出され
ると、撮像制御部６（図１）はその散乱光強度が所定値
より大きい場合には、撮像対象粒子と判定する。その対
象粒子が領域Ｒ２に到達するタイミングでマルチ光源ユ
ニット８９にパルスレーザ光Ｌ２を発光させ、その粒子
画像をＣＣＤボードカメラ６３に撮像させる。このよう
にして、ノズル１から吐出される液体に含まれる対象粒
子を的確に撮像することができる。
１における散乱光が光検出素子１１２によって検出され
ると、撮像制御部６（図１）はその散乱光強度が所定値
より大きい場合には、撮像対象粒子と判定する。その対
象粒子が領域Ｒ２に到達するタイミングでマルチ光源ユ
ニット８９にパルスレーザ光Ｌ２を発光させ、その粒子
画像をＣＣＤボードカメラ６３に撮像させる。このよう
にして、ノズル１から吐出される液体に含まれる対象粒
子を的確に撮像することができる。
【００２７】図５はこの実施例の変形例を示す図４対応
図である。ノズル１は透明材料（石英ガラス）で形成さ
れているので、レーザ光Ｌ１は図５に示すようにノズル
１の側面から入射してノズル１の孔の内部に限外照明領
域Ｒ１を形成することができる。この場合、撮像領域Ｒ
２もそれに対応してノズル１の孔の内部に形成される。
この変形例においても、図４に示す実施例と同様に領域
Ｒ１で検出した対象粒子を、カメラ６３で領域Ｒ２にお
いて的確に撮像することができる。
図である。ノズル１は透明材料（石英ガラス）で形成さ
れているので、レーザ光Ｌ１は図５に示すようにノズル
１の側面から入射してノズル１の孔の内部に限外照明領
域Ｒ１を形成することができる。この場合、撮像領域Ｒ
２もそれに対応してノズル１の孔の内部に形成される。
この変形例においても、図４に示す実施例と同様に領域
Ｒ１で検出した対象粒子を、カメラ６３で領域Ｒ２にお
いて的確に撮像することができる。
【００２８】
【発明の効果】この発明によれば、多量の粒子の中に少
量含まれる異常粒子を能率よく撮像することができる。
量含まれる異常粒子を能率よく撮像することができる。
【図１】この発明の実施例の構成を示す構成説明図であ
る。
る。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図１の要部詳細図である。
【図４】図２の要部拡大説明図である。
【図５】この発明の変形例を示す図４対応図である。
【図６】図４に示す限外照明領域の照明光強度分布図で
ある。
ある。
１ ノズル １ａ チューブ ２ 試料チャンバー ３ セル ３ａ 側壁 ３ｂ シール部材 ３ｃ 側壁 ３ｄ 窓 ３ｅ 透明ガラス板 ３ｆ ニップル ３ｇ チューブ ４ 排液チャンバー ５ 撮像部 ６ 撮像制御部 ７ 出力部
Claims (6)
- 【請求項１】 粒子含有液を吐出するノズルと、粒子含
有液をノズルの先端方向から撮像する撮像部とを備える
粒子撮像装置。 - 【請求項２】 粒子検出部をさらに備え、粒子検出部
は、撮像部の撮像領域より上流で対象粒子を光学的に検
出する請求項１記載の粒子撮像装置。 - 【請求項３】 粒子検出部は、粒子含有液を照明する限
外照明光源と、照明された粒子の散乱光を受光する受光
素子からなる請求項２記載の粒子撮像装置。 - 【請求項４】 撮像制御部をさらに備え、撮像制御部
は、粒子検出部によって検出された粒子が撮像されるよ
うに撮像部を制御する請求項２記載の粒子撮像装置。 - 【請求項５】 壁面に透明部分を有するセルをさらに備
え、ノズルはその先端が透明部分に対向するようにセル
に挿入され、撮像部はセルの外から透明部分を介して撮
像を行う請求項１記載の粒子撮像装置。 - 【請求項６】 ノズルが透明部材からなり、限外照明光
源はノズルを介して粒子含有液を照明する請求項３記載
の粒子撮像装置。
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