JP2005069725A - 粒子径計測装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】サブミクロの粒子の径まで精度よく計測する。
【解決手段】対象粒子を暗視野照明する暗視野照明部と、暗視野照明された対象粒子の像を撮像する撮像部と、撮像された像の輝度に基づいて粒子径を算出する演算部とを備える粒子径計測装置。
【選択図】 図３
【解決手段】対象粒子を暗視野照明する暗視野照明部と、暗視野照明された対象粒子の像を撮像する撮像部と、撮像された像の輝度に基づいて粒子径を算出する演算部とを備える粒子径計測装置。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は粒子計測装置に関し、とくに光学的に粒子を計測する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この発明に関連する技術としては、レーザ光源と、そのレーザ光源から出射されるレーザ光を受けてそのコヒーレンスを低下させて出射するコヒーレンス低下素子と、コヒーレンス低下素子の出射光を輪帯光に変換する輪帯光形成部と、その輪帯光を対象粒子に集光して照射する内面反射ミラーと、照射された対象粒子からの散乱光を輪帯光の内側で受光する対物レンズと、対物レンズを介して前記散乱光を受光するための受光素子と、受光素子によって得られる散乱光の強度から単調増加関数により粒子径を算出する演算部とを備えた装置（例えば、特許文献１参照）や、
粒子懸濁液の流れをシース液で取り囲んで細いあるいは偏平な流れに変換するシースフローセルと、変換された懸濁液流に対して光を照射する光照射手段と、照射された粒子を撮像する撮像手段と、撮像された粒子像を解析する画像解析手段と、表示手段とを備え、画像解析手段は、撮像された各粒子像の面積および周囲長についての粒子データを測定し、その粒子データから粒子の粒径と円形度を算出する算出手段と、粒径による粒度頻度データに基づいてヒストグラムを作成すると共に粒径と円形度とに対応する２つのパラメータによる２次元スキャッタグラムを作成して表示手段にそれぞれ表示する図表作成手段と、撮像された各粒子像を格納する記憶手段と、記憶手段に格納された各粒子像を表示手段に一括表示する粒子像呼出手段とからなる装置（例えば、特許文献２参照）などが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−１２１３３７号公報
【特許文献２】
特開平８−１３６４３９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、血液や尿などに含まれる有形物質、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粒体などを精密に分析するために、サブミクロンから数十ナノミクロンの粒径を有する粒子の測定が要望されてきている。しかしながら、従来の装置では、そのような微細な粒子に対する測定精度は、いまだに満足できるものではない。
【０００５】
この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、暗視野照明した粒子を撮像素子で撮像し、撮像された像の輝度に基づいて粒子径を算出することにより、微細粒子を高精度で測定することが可能な粒子測定装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、粒子を暗視野照明する暗視野照明部と、暗視野照明された粒子の像を撮像する撮像部と、撮像された像の輝度に基づいて粒子径を算出する演算部とを備える粒子径計測装置を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この発明における暗視野照明とは、図１に示すように平行な照明光Ｂ１の中心部分を絞りＲ１によって制限して輪帯光Ｂ２に変換し、光Ｂ２をコンデンサレンズＬ１によって対象物Ｐに集光し、かつ、絞りＲ１の中心遮光の大きさを、対物レンズＬ２の開口数と同じにする照明である。これによって、対物レンズＬ２に入る照明光は全く無くなり、対物レンズＬ２側から見ると、対象物Ｐが暗闇に明るく浮き上って見える。
【０００８】
これに対して、明視野照明とは、図２に示すように平行な照明光Ｂ１を、中心に開口を有する絞りＲ２によって光路径を制限して照明光Ｂ３に変換し、照明光Ｂ３をコンデンサレンズＬ１によって対象Ｐに集光し、かつ、絞りＲ２の中心開口の大きさを対物レンズＬ２の開口数と同じにする照明である。これによって、照明光が対物レンズＬ２の外に出ないので、効果的な照明が行われる。
【０００９】
また、この発明の計測対象粒子としては、血液や尿などに含まれる有形物質や、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、ナノカーボンチューブ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粒体などが挙げられる。
【００１０】
この発明における撮像部には、ＣＣＤカメラを好適に用いることができる。また、演算部は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭからなるマイクロコンピューターや、パーソナルコンピュータで構成できる。
【００１１】
演算部は、所定の粒子径より小さい粒子に対して像の輝度に基づいて粒子径を算出し、所定の粒子径より大きい粒子に対しては像の形態特徴に基づいて粒子径を算出してもよい。また、演算部は像の輝度から単調増加関数により粒子径を算出するようにしてもよい。測定対象粒子を含む懸濁液を流すフローセルをさらに備えてもよい。撮像部が２次元撮像素子を備えてもよい。
【００１２】
この発明は、別の観点から、粒子を暗視野照明する暗視野照明部と、暗視野照明された粒子の像を撮像する第１撮像素子と、第１撮像素子により撮像された像の輝度に基づいて粒子径を算出する第１演算部と、粒子を明視野照明する明視野照明部と、明視野照明された粒子の像を撮像する第２撮像素子と、第２撮像素子により撮像された像の形態的特徴に基づいて粒子径を算出する第２演算部を備える粒子径計測装置を提供するものである。
【００１３】
第１演算部は、所定の粒子径以下の粒子について粒子径を算出し、第２演算部は所定の粒子径より大きい粒子について粒子径を算出するようにしてもよい。
第１演算部は、第１撮像素子が撮像した像の輝度から単調増加関数により粒子径を算出することができる。
第２演算部は第２撮像素子が撮像した像の面積に基づいて粒子径を算出するようにしてもよい。
【００１４】
さらに別の観点からこの発明は、粒子を照明するための光源と、その光源から粒子に至る光路中に挿入され光軸およびその近傍を通る特定波長の光を遮断する第１フィルターと、第１フィルターを透過した光と第１フィルター外側を通過した光とで粒子を照明する第１光学手段と、照明された粒子からの光を２つに分ける第２光学手段と、第２光学手段により分けられた一方の光によって粒子を撮像する第１撮像素子と、第２光学手段により分けられた他方の光によって粒子を撮像する第２撮像素子と、第２光学手段と第１撮像素子との間の光路に配置され前記特定波長の光のみを透過させる第２フィルターとを備える粒子径計測装置を提供するものである。
【００１５】
フィルターの外側を通る光によって粒子を暗視野照明し、フィルターを通る光によって粒子を明視野照明することが好ましい。
第１撮像素子により撮像された像の輝度に基づいて粒子径を算出する第１演算部と、第２撮像素子により撮像された像の形態的特徴に基づいて粒子径を算出する第２演算部を備えてもよい。
【００１６】
【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。
第１実施例
図３はこの発明による粒子径計測装置の第１実施例を示す構成説明図である。同図に示すように、この実施例の粒子径計測装置は、測定対象粒子を含む懸濁液を紙面に垂直方向に流すフローセル５を設け、それを中心として右側に照明系を、左側に撮像系を備える。
【００１７】
右側の照明系は、光源として赤外光と可視光とからなる光を発生するストロボランプ１と、コリメートレンズ２と、赤外光を遮断して可視光を透過させる円板状のフィルター３と、コンデンサーレンズ４を備える。フィルター３は、コリメートレンズ２とコンデンサーレンズ４との間に光軸と同軸に挿入され、光軸とその近傍を通る赤外光を遮断するように配置される。
【００１８】
また、左側の撮像系は、対物レンズ６と、コンデンサーレンズ７と、赤外光を反射して可視光を透過させるダイクロイックミラー８と、赤外光のみを透過させるフィルター１１と、フィルター１１を透過した赤外光を受光する第１カメラ９と、ダイクロイックミラー８を透過した可視光を受光する第２カメラ１０を備える。
【００１９】
第１および第２カメラ９、１０は、いずれもＣＣＤカメラから構成される。第１および第２カメラ９、１０から出力される画像信号は、情報処理部１３に入力されて処理され、その処理結果が出力部１４に出力されるようになっている。
【００２０】
また、情報処理部１３は、撮像画像を処理する画像処理部１５と、第１カメラ９および第２カメラ１０による画像データについてそれぞれ演算を行う第１演算部１６および第２演算部１７を備える。ここで、情報処理部１３は、例えば、パーソナルコンピュータから構成され、少なくともＣＰＵ、メモリを備える。
【００２１】
このような構成における撮像動作について説明する。
まず、測定対象の粒子を含む懸濁液がフローセル５に流されると、所定周期でストロボランプ１が発光する。ストロボランプ１から出射された光Ｂ１１は、コリメートレンズ２により平行光に変換される。
【００２２】
フィルター３は、その平行光のうち、光軸とその近傍を通る赤外光を遮断し可視光Ｂ１２のみを透過させる。コンデンサーレンズ４は、フィルター３の外側を通る光、つまり赤外光と可視光を含む光Ｂ１１をフローセル５に集光し、フローセル５に流れる粒子を対物レンズ６に対して暗視野照明する。
【００２３】
また、コンデンサーレンズ４はフィルター３を通過した光、つまり可視光Ｂ１２をフローセル５に集光し、フローセル５を流れる粒子を対物レンズ６に対して明視野照明する。粒子から発生する赤外光と可視光を含む光Ｂ１３は対物レンズ６を介してコンデンサーレンズ７に入射する。
【００２４】
コンデンサーレンズ７から出た光の内、赤外光はダイロイックミラー８に反射され、フィルター１１を通って第１カメラ９に入射する。つまり、光Ｂ１１によって暗視野照明された粒子からの赤外光のみが第１カメラ９に入射する。従って、第１カメラ９は、粒子の暗視野照明画像を撮像する。
【００２５】
また、コンデンサーレンズ７から出た光の内、可視光はダイクロイックミラー８を通り、第２カメラ１０に入射する。
つまり、光Ｂ１１の内の可視光により暗視野照明され、かつ、可視光Ｂ１２により明視野照明された粒子からの可視光が第２カメラ１０に入射する。しかしながら、暗視野照明された粒子からの可視光は明視野照明された粒子からの可視光に比べて非常に弱いので、第２カメラ１０は粒子の明視野画像を撮像することになる。
【００２６】
次に、第１カメラ９により撮像された画像データの処理手順を図４に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、第１カメラ９で粒子の暗視野照明画像を撮像し、撮像した暗視野照明画像を輝度反転画像に変換し、暗視野照明画像とともに情報処理部１３のメモリに格納する（ステップＳ１）。次に、輝度反転画像の背景（バックグラウンド）補正を行う（ステップＳ２）。
【００２７】
このバックグラウンド補正は、粒子が通過しない時に撮像した暗視野照明画像を輝度反転して得られる画像データを予めメモリに記憶させておき、粒子の撮像画像データ（輝度反転画像データ）と比較演算することによって行うことができる。
次に、粒子像（輝度反転画像）を的確に抽出するための前処理として輪郭強調処理を行う（ステップＳ３）。具体的には一般に良く知られたラプラシアン強調処理を行う。
【００２８】
次に、画像データをある適当なスレシホールドレベルで２値化する（ステップＳ４）。次に、２値化された粒子像に対してエッジ点かどうかを判定するとともに、着目しているエッジ点に対して隣り合うエッジ点がどの方向にあるかの情報、すなわちチェインコードを生成する（ステップＳ５）。
次に、チェインコードを参照しながら粒子像のエッジトレースを行い、各粒子像（輝度反転画像）の総画素数、粒子を構成する各画素の位置情報を算出しメモリに記憶する（ステップＳ６）。
【００２９】
次に、各粒子像の総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上かどうかの判定を行う（ステップＳ７）。総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上でない粒子については、情報処理部１３のメモリに格納された暗視野照明画像を呼び出し、輝度反転画像の各粒子像の位置情報に基づいて、暗視野照明画像の各粒子像を切り出し、情報処理部１３のメモリに格納する（ステップＳ８）。次に、撮像を終了するかどうかの判定を行うステップＳ９に進む。各粒子像の総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上の場合もステップＳ９に進む。ステップＳ９において、撮像が終了しない場合、ステップＳ１に戻り、撮像が終了する場合、ステップＳ１０に進む。
【００３０】
ステップＳ１０では、情報処理部１３のメモリから各粒子の暗視野照明画像を呼び出し、輝度反転画像の位置情報に基づいて、粒子画像を構成する各画素の輝度を合計する。具体的には、第１演算部１６は、各粒子画像を構成する画素（ピクセル）の輝度ｂ１、ｂ２・・・ｂｎの合計値ｂｔを算出する（ステップＳ６）。
ｂｔ＝ｂ１＋ｂ２＋・・・＋ｂｎ・・・（１）
次に、合計値ｂｔと粒子径Ｄとの関係式
Ｄ＝ｆ（ｂｔ）・・・（２）
を用いて粒子径Ｄを算出する（ステップＳ７）。
【００３１】
次に、算出した粒子径から、粒度頻度データを作成する（ステップＳ１２）。この粒度頻度データに基づいて、粒度分布の作成を行う（ステップＳ１３）。
【００３２】
次に、第２カメラ１０により撮像された画像データの処理手順を図５に示すフローチャートを用いて説明する。まず、第２カメラ１０で粒子の明視野照明画像を撮像し、撮像した明視野照明画像を情報処理部１３のメモリに格納する（ステップＳ２１）。次に、明視野照明画像の背景（バックグラウンド）補正を行う（ステップＳ２２）。
【００３３】
このバックグラウンド補正は、粒子が通過しない時に光照射して得られる画像データを予め取り込んでおき、実際の粒子撮像画像データと比較演算することによって行うことができる。次に、粒子像を的確に抽出するための前処理として輪郭強調処理を行う（ステップＳ２３）。具体的には一般に良く強いられたラプラシアン強調処理を行う。
【００３４】
次に、画像データをある適当なスレシホールドレベルで２値化する（ステップＳ２４）。次に、２値化された粒子像に対してエッジ点かどうかを判定するとともに、着目しているエッジ点に対して隣り合うエッジ点がどの方向にあるかの情報、すなわちチェインコードを生成する（ステップＳ２５）。次に、チェインコードを参照しながら粒子像のエッジトレースを行い、各粒子像の総画素数を算出しメモリに記憶する（ステップＳ２６）。
【００３５】
次に、各粒子像の総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上かどうかの判定を行う（ステップＳ２７）。総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上の粒子像については、情報処理部１３のメモリに格納された総画素数を呼び出し、各粒子像に対応する総画粗相宇を情報処理部１３のメモリに格納する（ステップＳ８）。次に、撮像を終了するかどうかの判定を行うステップＳ２９に進む。各粒子像の総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上でない場合もステップＳ２９に進む。ステップＳ２９において、撮像が終了しない場合、ステップＳ２１に戻り、撮像が終了する場合、ステップＳ３０に進む。
【００３６】
ステップＳ３０では、粒子画像を構成する総画素数から粒子径を算出する。
具体的には、第２演算部１７は、各粒子画像を構成する画素の総画素数ｎｔから各粒子の投影面積Ｓを算出する。
Ｓ＝ｋ・ｎｔ （ｋは定数）・・・（３）
円相当径Ｄを次式で求める（ステップＳ３０）。
Ｄ＝２（Ｓ／π）１／２・・・（４）
【００３７】
次に、算出した粒子径から、粒度頻度データを作成する（ステップＳ３１）。この粒度頻度データに基づいて、粒度分布の作成を行う（ステップＳ３２）。
【００３８】
次に、情報処理部１３は第１演算部１６と第２演算部１７から作成された粒度分布を合成し、出力部１４に出力する。
【００３９】
ここで、暗視野照明による撮像画像において、各粒子画像を構成する画素の輝度から粒子径を算出する式（２）は、照明系の光源１の光強度や、フローセル５の構成および対物レンズ６の倍率などにより影響をうけるので、測定前に予め決定しておく。
【００４０】
図６は、粒子径が既知のラテックス粒子（直径０．４〜０．９μｍ）を含む懸濁液をフローセル５に流し、第１カメラ９で撮像して、ステップＳ２〜Ｓ７に示す手順で求めた粒子径Ｄと各粒子画像の画素の輝度合計値ｂｔとの関係をプロットしたグラフである。
【００４１】
図６によれば、式（２）は０．４≦Ｄ≦０．９において、単調増加関数である一次式
Ｄ＝ａ・（ｂｔ）＋ｂ（ａ、ｂは定数）・・・（５）
で表せることが分かる。
従って、この実施例では、０．４〜０．９μｍの範囲の粒子径は第１カメラ９の画像に基づいて算出し、０．９μｍより大きい粒子径は第２カメラ１０の画像に基づいて算出する。
【００４２】
本実施例では、画素数が４ピクセルの場合、粒子径０．９μｍに相当するとしたが、光学系及びＣＣＤカメラの高解像度化によって、画素数が４ピクセルの場合であっても相当する粒子径は小さくなり、本実施例においてはさらに小さな粒子の粒子径を求めることが可能である。
【００４３】
本実施例では、暗視野照明画像の輝度を反転させ、輝度反転画像を作成し、画像処理を行ったが、暗視野照明画像そのままを用いて画像処理することも可能である。
【００４４】
第２実施例
図７はこの発明による粒子径計測装置の第２実施例を示す構成説明図である。この実施例は図３において、フィルター３をフィルター３ａに、フィルター１１を赤外遮断用フィルター１１ａに、ダイクロイックミラー８をハーフミラー８ａにそれぞれ置換し、ハーフミラー８ａと第２カメラ１０との間に赤外透過用フィルター１２を追加挿入したもので、他の構成要素は、第１実施例と同等である。
なお、フィルター３ａは中心部に開口を有するリングの赤外光遮断フィルター、つまり、開口の外側部分で赤外光を遮断して可視光を透過させるフィルター
である。
【００４５】
このような構成における撮像動作について説明する。
まず、測定対象の粒子を含む懸濁液がフローセル５に流されると、所定周期でストロボランプ１が発光する。ストロボランプ１から出射された光Ｂ１１は、コリメートレンズ２により平行光に変換される。コンデンサーレンズ４は、フィルター３の開口の外側部分を通る光、つまり可視光Ｂ１２をフローセル５に集光し、フローセル５を流れる粒子を対物レンズ６に対して暗視野照明する。
【００４６】
また、コンデンサーレンズ４はフィルター３の中心開口を通る光、つまり赤外光と可視光を含む光Ｂ１１をフローセル５に集光し、フローセル５を流れる粒子を対物レンズ６に対して明視野照明する。粒子から発生する赤外光および可視光を含む光Ｂ１４は対物レンズ６を介してコンデンサーレンズ７に入射する。
【００４７】
コンデンサーレンズ７を出た光のうち半分の光はハーフミラー８ａに反射され、赤外光を遮断するフィルター１１ａを通って第１カメラ９に入射する。つまり、可視光Ｂ１２によって暗視野照明された粒子からの可視光のみが第１カメラ９に入射する。従って、第１カメラ９は、粒子の暗視野照明画像を撮像する。
【００４８】
また、コンデンサーレンズ７から出た光の内、残りの半分の光はハーフミラー８を通過し、フィルター１２を介して第２カメラ９に入射する。
つまり、光Ｂ１１により明視野照明された粒子からの光のうち、赤外光のみが第２カメラ１０に入射する。従って、第２カメラ１０は、粒子の明視野照明画像を撮像する。
【００４９】
第１カメラおよび第２カメラ９、１０より撮像された画像の処理手順は、図４に示す通りである。但し、式（２）で示される粒子径Ｄと画素の輝度合計値ｂｔとの関係については、改めて求めておくことが好ましい。
【００５０】
第３実施例
図８はこの発明による粒子径計測装置の第３実施例を示す構成説明図である。この実施例は図３において、フィルター３を遮光板３ｂに置換し、フィルター１１、ダイクロイックミラー８、第１カメラ１１、可視光Ｂ１２を削除したもので、他の構成要素は、第１実施例と同等である。
【００５１】
このような構成における撮像動作について説明する。まず、測定対象の粒子を含む懸濁液がフローセル５に流されると、所定周期でストロボランプ１が発光する。ストロボランプ１から出射された光Ｂ１１は、コリメートレンズ２により平行光に変換される。コンデンサーレンズ４は、遮光板３ｂの開口の外側部分を通る光をフローセル５に集光しフローセル５を流れる粒子を対物レンズ６に対して暗視野照明する。
【００５２】
粒子から発生する光Ｂ１３は対物レンズ６を介してコンデンサーレンズ７に入射する。コンデンサーレンズ７を出た光は、第２カメラ１０において粒子の暗視野照明画像として撮像される。
【００５３】
次に、第２カメラ１０により撮像された画像データの処理手順を説明する。
まず、第２カメラ１０で粒子の暗視野照明画像を撮像し、撮像した暗視野照明画像を輝度反転画像に変換し、暗視野照明画像とともに情報処理部１３のメモリに格納する。次に、輝度反転画像の背景（バックグラウンド）補正を行う。
【００５４】
このバックグラウンド補正は、粒子が通過しない時に撮像した暗視野照明画像を輝度反転して得られる画像データを予めメモリ記憶させておき、粒子の撮像画像データ（輝度反転画像データ）と比較演算することによって行うことができる。次に、粒子像（輝度反転画像）を的確に抽出するための前処理として輪郭強調処理を行う。具体的には一般に良く知られたラプラシアン強調処理を行う。
【００５５】
次に、画像データをある適当なスレシホールドレベルで２値化する。次に、２値化された粒子像に対してエッジ点かどうかを判定するとともに、着目しているエッジ点に対して隣り合うエッジ点がどの方向にあるかの情報、すなわちチェインコードを生成する。次に、チェインコードを参照しながら粒子像のエッジトレースを行い、各粒子像（輝度反転画像）の総画素数、粒子を構成する各画素の位置情報を算出しメモリに記憶する。
【００５６】
次に、各粒子像の総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上かどうかの判定を行う。総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上でない粒子については、情報処理部１３のメモリに格納された暗視野照明画像を呼び出し、輝度反転画像の各粒子像の位置情報に基づいて、暗視野照明画像の各粒子像を切り出し情報処理部１３のメモリに格納する。
【００５７】
総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上の粒子像については、情報処理部１３のメモリに格納された総画素数を呼び出し、各粒子像に対応する総画素数を情報処理部１３のメモリに格納する。
【００５８】
次に、撮像するかどうかの判定を行う。撮像が終了しない場合、粒子の暗視野照明画像の撮像に戻る。撮像が終了する場合、各粒子像の総画素数が、４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上でない場合と４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上の場合でそれぞれ異なる処理に進む。
【００５９】
総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上でない粒子像については、情報処理部１３のメモリから各粒子の暗視野照明画像を呼び出し、輝度反転画像の各粒子像の位置情報に基づいて、粒子画像を構成する各画素の輝度を合計して粒子径を算出する。具体的には、第１演算部１６が前述の式（１）、（２）を用いて粒子径を算出する。
【００６０】
次に、算出した粒子径から粒度頻度データを作成し、この粒度頻度データに基づいて粒度分布の作成を行う。
【００６１】
総画素数が４服セル（粒子径０．９μｍ）以上の粒子像については、情報処理部１３のメモリから各粒子像に対応する総画素数を呼び出し、粒子画像を構成する総画素数から粒子径を算出する。具体的には、第２演算部１７が前述の式（３）、（４）を用いて粒子径を算出する。
【００６２】
次に、算出した粒子径から粒度頻度データを作成し、この粒度頻度データに基づいて粒度分布の作成を行う。
【００６３】
次に、情報処理部１３は第１演算部１６と第２演算部１７から作成された粒度分布を合成し、出力部１４に出力する。
【００６４】
【発明の効果】
この発明によれば、暗視野照明によって撮像した粒子像の輝度に基づいて粒子径を算出することにより、サブミクロンの粒子の径まで、精度よく計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る暗視野照明の説明図である。
【図２】この発明に係る明視野照明の説明図である。
【図３】この発明の第１実施例を示す構成説明図である。
【図４】第１実施例の処理動作を示すフローチャートである。
【図５】第１実施例の処理動作を示すフローチャートである。
【図６】画像ピクセル輝度合計値と粒子径の関係を示したグラフである。
【図７】この発明の第３実施れを示す構成説明図である。
【図８】この発明の第３実施例を示す構成説明図である。
【符号の説明】
１ ストロボランプ
２ コリメートレンズ
３ フィルター
４ コンデンサーレンズ
５ フローセル
６ 対物レンズ
７ コンデンサーレンズ
８ ダイクロイックミラー
９ 第１カメラ
１０ 第２カメラ
１３ 情報処理部
【発明の属する技術分野】
この発明は粒子計測装置に関し、とくに光学的に粒子を計測する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この発明に関連する技術としては、レーザ光源と、そのレーザ光源から出射されるレーザ光を受けてそのコヒーレンスを低下させて出射するコヒーレンス低下素子と、コヒーレンス低下素子の出射光を輪帯光に変換する輪帯光形成部と、その輪帯光を対象粒子に集光して照射する内面反射ミラーと、照射された対象粒子からの散乱光を輪帯光の内側で受光する対物レンズと、対物レンズを介して前記散乱光を受光するための受光素子と、受光素子によって得られる散乱光の強度から単調増加関数により粒子径を算出する演算部とを備えた装置（例えば、特許文献１参照）や、
粒子懸濁液の流れをシース液で取り囲んで細いあるいは偏平な流れに変換するシースフローセルと、変換された懸濁液流に対して光を照射する光照射手段と、照射された粒子を撮像する撮像手段と、撮像された粒子像を解析する画像解析手段と、表示手段とを備え、画像解析手段は、撮像された各粒子像の面積および周囲長についての粒子データを測定し、その粒子データから粒子の粒径と円形度を算出する算出手段と、粒径による粒度頻度データに基づいてヒストグラムを作成すると共に粒径と円形度とに対応する２つのパラメータによる２次元スキャッタグラムを作成して表示手段にそれぞれ表示する図表作成手段と、撮像された各粒子像を格納する記憶手段と、記憶手段に格納された各粒子像を表示手段に一括表示する粒子像呼出手段とからなる装置（例えば、特許文献２参照）などが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−１２１３３７号公報
【特許文献２】
特開平８−１３６４３９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、血液や尿などに含まれる有形物質、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粒体などを精密に分析するために、サブミクロンから数十ナノミクロンの粒径を有する粒子の測定が要望されてきている。しかしながら、従来の装置では、そのような微細な粒子に対する測定精度は、いまだに満足できるものではない。
【０００５】
この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、暗視野照明した粒子を撮像素子で撮像し、撮像された像の輝度に基づいて粒子径を算出することにより、微細粒子を高精度で測定することが可能な粒子測定装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、粒子を暗視野照明する暗視野照明部と、暗視野照明された粒子の像を撮像する撮像部と、撮像された像の輝度に基づいて粒子径を算出する演算部とを備える粒子径計測装置を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この発明における暗視野照明とは、図１に示すように平行な照明光Ｂ１の中心部分を絞りＲ１によって制限して輪帯光Ｂ２に変換し、光Ｂ２をコンデンサレンズＬ１によって対象物Ｐに集光し、かつ、絞りＲ１の中心遮光の大きさを、対物レンズＬ２の開口数と同じにする照明である。これによって、対物レンズＬ２に入る照明光は全く無くなり、対物レンズＬ２側から見ると、対象物Ｐが暗闇に明るく浮き上って見える。
【０００８】
これに対して、明視野照明とは、図２に示すように平行な照明光Ｂ１を、中心に開口を有する絞りＲ２によって光路径を制限して照明光Ｂ３に変換し、照明光Ｂ３をコンデンサレンズＬ１によって対象Ｐに集光し、かつ、絞りＲ２の中心開口の大きさを対物レンズＬ２の開口数と同じにする照明である。これによって、照明光が対物レンズＬ２の外に出ないので、効果的な照明が行われる。
【０００９】
また、この発明の計測対象粒子としては、血液や尿などに含まれる有形物質や、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、ナノカーボンチューブ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粒体などが挙げられる。
【００１０】
この発明における撮像部には、ＣＣＤカメラを好適に用いることができる。また、演算部は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭからなるマイクロコンピューターや、パーソナルコンピュータで構成できる。
【００１１】
演算部は、所定の粒子径より小さい粒子に対して像の輝度に基づいて粒子径を算出し、所定の粒子径より大きい粒子に対しては像の形態特徴に基づいて粒子径を算出してもよい。また、演算部は像の輝度から単調増加関数により粒子径を算出するようにしてもよい。測定対象粒子を含む懸濁液を流すフローセルをさらに備えてもよい。撮像部が２次元撮像素子を備えてもよい。
【００１２】
この発明は、別の観点から、粒子を暗視野照明する暗視野照明部と、暗視野照明された粒子の像を撮像する第１撮像素子と、第１撮像素子により撮像された像の輝度に基づいて粒子径を算出する第１演算部と、粒子を明視野照明する明視野照明部と、明視野照明された粒子の像を撮像する第２撮像素子と、第２撮像素子により撮像された像の形態的特徴に基づいて粒子径を算出する第２演算部を備える粒子径計測装置を提供するものである。
【００１３】
第１演算部は、所定の粒子径以下の粒子について粒子径を算出し、第２演算部は所定の粒子径より大きい粒子について粒子径を算出するようにしてもよい。
第１演算部は、第１撮像素子が撮像した像の輝度から単調増加関数により粒子径を算出することができる。
第２演算部は第２撮像素子が撮像した像の面積に基づいて粒子径を算出するようにしてもよい。
【００１４】
さらに別の観点からこの発明は、粒子を照明するための光源と、その光源から粒子に至る光路中に挿入され光軸およびその近傍を通る特定波長の光を遮断する第１フィルターと、第１フィルターを透過した光と第１フィルター外側を通過した光とで粒子を照明する第１光学手段と、照明された粒子からの光を２つに分ける第２光学手段と、第２光学手段により分けられた一方の光によって粒子を撮像する第１撮像素子と、第２光学手段により分けられた他方の光によって粒子を撮像する第２撮像素子と、第２光学手段と第１撮像素子との間の光路に配置され前記特定波長の光のみを透過させる第２フィルターとを備える粒子径計測装置を提供するものである。
【００１５】
フィルターの外側を通る光によって粒子を暗視野照明し、フィルターを通る光によって粒子を明視野照明することが好ましい。
第１撮像素子により撮像された像の輝度に基づいて粒子径を算出する第１演算部と、第２撮像素子により撮像された像の形態的特徴に基づいて粒子径を算出する第２演算部を備えてもよい。
【００１６】
【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。
第１実施例
図３はこの発明による粒子径計測装置の第１実施例を示す構成説明図である。同図に示すように、この実施例の粒子径計測装置は、測定対象粒子を含む懸濁液を紙面に垂直方向に流すフローセル５を設け、それを中心として右側に照明系を、左側に撮像系を備える。
【００１７】
右側の照明系は、光源として赤外光と可視光とからなる光を発生するストロボランプ１と、コリメートレンズ２と、赤外光を遮断して可視光を透過させる円板状のフィルター３と、コンデンサーレンズ４を備える。フィルター３は、コリメートレンズ２とコンデンサーレンズ４との間に光軸と同軸に挿入され、光軸とその近傍を通る赤外光を遮断するように配置される。
【００１８】
また、左側の撮像系は、対物レンズ６と、コンデンサーレンズ７と、赤外光を反射して可視光を透過させるダイクロイックミラー８と、赤外光のみを透過させるフィルター１１と、フィルター１１を透過した赤外光を受光する第１カメラ９と、ダイクロイックミラー８を透過した可視光を受光する第２カメラ１０を備える。
【００１９】
第１および第２カメラ９、１０は、いずれもＣＣＤカメラから構成される。第１および第２カメラ９、１０から出力される画像信号は、情報処理部１３に入力されて処理され、その処理結果が出力部１４に出力されるようになっている。
【００２０】
また、情報処理部１３は、撮像画像を処理する画像処理部１５と、第１カメラ９および第２カメラ１０による画像データについてそれぞれ演算を行う第１演算部１６および第２演算部１７を備える。ここで、情報処理部１３は、例えば、パーソナルコンピュータから構成され、少なくともＣＰＵ、メモリを備える。
【００２１】
このような構成における撮像動作について説明する。
まず、測定対象の粒子を含む懸濁液がフローセル５に流されると、所定周期でストロボランプ１が発光する。ストロボランプ１から出射された光Ｂ１１は、コリメートレンズ２により平行光に変換される。
【００２２】
フィルター３は、その平行光のうち、光軸とその近傍を通る赤外光を遮断し可視光Ｂ１２のみを透過させる。コンデンサーレンズ４は、フィルター３の外側を通る光、つまり赤外光と可視光を含む光Ｂ１１をフローセル５に集光し、フローセル５に流れる粒子を対物レンズ６に対して暗視野照明する。
【００２３】
また、コンデンサーレンズ４はフィルター３を通過した光、つまり可視光Ｂ１２をフローセル５に集光し、フローセル５を流れる粒子を対物レンズ６に対して明視野照明する。粒子から発生する赤外光と可視光を含む光Ｂ１３は対物レンズ６を介してコンデンサーレンズ７に入射する。
【００２４】
コンデンサーレンズ７から出た光の内、赤外光はダイロイックミラー８に反射され、フィルター１１を通って第１カメラ９に入射する。つまり、光Ｂ１１によって暗視野照明された粒子からの赤外光のみが第１カメラ９に入射する。従って、第１カメラ９は、粒子の暗視野照明画像を撮像する。
【００２５】
また、コンデンサーレンズ７から出た光の内、可視光はダイクロイックミラー８を通り、第２カメラ１０に入射する。
つまり、光Ｂ１１の内の可視光により暗視野照明され、かつ、可視光Ｂ１２により明視野照明された粒子からの可視光が第２カメラ１０に入射する。しかしながら、暗視野照明された粒子からの可視光は明視野照明された粒子からの可視光に比べて非常に弱いので、第２カメラ１０は粒子の明視野画像を撮像することになる。
【００２６】
次に、第１カメラ９により撮像された画像データの処理手順を図４に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、第１カメラ９で粒子の暗視野照明画像を撮像し、撮像した暗視野照明画像を輝度反転画像に変換し、暗視野照明画像とともに情報処理部１３のメモリに格納する（ステップＳ１）。次に、輝度反転画像の背景（バックグラウンド）補正を行う（ステップＳ２）。
【００２７】
このバックグラウンド補正は、粒子が通過しない時に撮像した暗視野照明画像を輝度反転して得られる画像データを予めメモリに記憶させておき、粒子の撮像画像データ（輝度反転画像データ）と比較演算することによって行うことができる。
次に、粒子像（輝度反転画像）を的確に抽出するための前処理として輪郭強調処理を行う（ステップＳ３）。具体的には一般に良く知られたラプラシアン強調処理を行う。
【００２８】
次に、画像データをある適当なスレシホールドレベルで２値化する（ステップＳ４）。次に、２値化された粒子像に対してエッジ点かどうかを判定するとともに、着目しているエッジ点に対して隣り合うエッジ点がどの方向にあるかの情報、すなわちチェインコードを生成する（ステップＳ５）。
次に、チェインコードを参照しながら粒子像のエッジトレースを行い、各粒子像（輝度反転画像）の総画素数、粒子を構成する各画素の位置情報を算出しメモリに記憶する（ステップＳ６）。
【００２９】
次に、各粒子像の総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上かどうかの判定を行う（ステップＳ７）。総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上でない粒子については、情報処理部１３のメモリに格納された暗視野照明画像を呼び出し、輝度反転画像の各粒子像の位置情報に基づいて、暗視野照明画像の各粒子像を切り出し、情報処理部１３のメモリに格納する（ステップＳ８）。次に、撮像を終了するかどうかの判定を行うステップＳ９に進む。各粒子像の総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上の場合もステップＳ９に進む。ステップＳ９において、撮像が終了しない場合、ステップＳ１に戻り、撮像が終了する場合、ステップＳ１０に進む。
【００３０】
ステップＳ１０では、情報処理部１３のメモリから各粒子の暗視野照明画像を呼び出し、輝度反転画像の位置情報に基づいて、粒子画像を構成する各画素の輝度を合計する。具体的には、第１演算部１６は、各粒子画像を構成する画素（ピクセル）の輝度ｂ１、ｂ２・・・ｂｎの合計値ｂｔを算出する（ステップＳ６）。
ｂｔ＝ｂ１＋ｂ２＋・・・＋ｂｎ・・・（１）
次に、合計値ｂｔと粒子径Ｄとの関係式
Ｄ＝ｆ（ｂｔ）・・・（２）
を用いて粒子径Ｄを算出する（ステップＳ７）。
【００３１】
次に、算出した粒子径から、粒度頻度データを作成する（ステップＳ１２）。この粒度頻度データに基づいて、粒度分布の作成を行う（ステップＳ１３）。
【００３２】
次に、第２カメラ１０により撮像された画像データの処理手順を図５に示すフローチャートを用いて説明する。まず、第２カメラ１０で粒子の明視野照明画像を撮像し、撮像した明視野照明画像を情報処理部１３のメモリに格納する（ステップＳ２１）。次に、明視野照明画像の背景（バックグラウンド）補正を行う（ステップＳ２２）。
【００３３】
このバックグラウンド補正は、粒子が通過しない時に光照射して得られる画像データを予め取り込んでおき、実際の粒子撮像画像データと比較演算することによって行うことができる。次に、粒子像を的確に抽出するための前処理として輪郭強調処理を行う（ステップＳ２３）。具体的には一般に良く強いられたラプラシアン強調処理を行う。
【００３４】
次に、画像データをある適当なスレシホールドレベルで２値化する（ステップＳ２４）。次に、２値化された粒子像に対してエッジ点かどうかを判定するとともに、着目しているエッジ点に対して隣り合うエッジ点がどの方向にあるかの情報、すなわちチェインコードを生成する（ステップＳ２５）。次に、チェインコードを参照しながら粒子像のエッジトレースを行い、各粒子像の総画素数を算出しメモリに記憶する（ステップＳ２６）。
【００３５】
次に、各粒子像の総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上かどうかの判定を行う（ステップＳ２７）。総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上の粒子像については、情報処理部１３のメモリに格納された総画素数を呼び出し、各粒子像に対応する総画粗相宇を情報処理部１３のメモリに格納する（ステップＳ８）。次に、撮像を終了するかどうかの判定を行うステップＳ２９に進む。各粒子像の総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上でない場合もステップＳ２９に進む。ステップＳ２９において、撮像が終了しない場合、ステップＳ２１に戻り、撮像が終了する場合、ステップＳ３０に進む。
【００３６】
ステップＳ３０では、粒子画像を構成する総画素数から粒子径を算出する。
具体的には、第２演算部１７は、各粒子画像を構成する画素の総画素数ｎｔから各粒子の投影面積Ｓを算出する。
Ｓ＝ｋ・ｎｔ （ｋは定数）・・・（３）
円相当径Ｄを次式で求める（ステップＳ３０）。
Ｄ＝２（Ｓ／π）１／２・・・（４）
【００３７】
次に、算出した粒子径から、粒度頻度データを作成する（ステップＳ３１）。この粒度頻度データに基づいて、粒度分布の作成を行う（ステップＳ３２）。
【００３８】
次に、情報処理部１３は第１演算部１６と第２演算部１７から作成された粒度分布を合成し、出力部１４に出力する。
【００３９】
ここで、暗視野照明による撮像画像において、各粒子画像を構成する画素の輝度から粒子径を算出する式（２）は、照明系の光源１の光強度や、フローセル５の構成および対物レンズ６の倍率などにより影響をうけるので、測定前に予め決定しておく。
【００４０】
図６は、粒子径が既知のラテックス粒子（直径０．４〜０．９μｍ）を含む懸濁液をフローセル５に流し、第１カメラ９で撮像して、ステップＳ２〜Ｓ７に示す手順で求めた粒子径Ｄと各粒子画像の画素の輝度合計値ｂｔとの関係をプロットしたグラフである。
【００４１】
図６によれば、式（２）は０．４≦Ｄ≦０．９において、単調増加関数である一次式
Ｄ＝ａ・（ｂｔ）＋ｂ（ａ、ｂは定数）・・・（５）
で表せることが分かる。
従って、この実施例では、０．４〜０．９μｍの範囲の粒子径は第１カメラ９の画像に基づいて算出し、０．９μｍより大きい粒子径は第２カメラ１０の画像に基づいて算出する。
【００４２】
本実施例では、画素数が４ピクセルの場合、粒子径０．９μｍに相当するとしたが、光学系及びＣＣＤカメラの高解像度化によって、画素数が４ピクセルの場合であっても相当する粒子径は小さくなり、本実施例においてはさらに小さな粒子の粒子径を求めることが可能である。
【００４３】
本実施例では、暗視野照明画像の輝度を反転させ、輝度反転画像を作成し、画像処理を行ったが、暗視野照明画像そのままを用いて画像処理することも可能である。
【００４４】
第２実施例
図７はこの発明による粒子径計測装置の第２実施例を示す構成説明図である。この実施例は図３において、フィルター３をフィルター３ａに、フィルター１１を赤外遮断用フィルター１１ａに、ダイクロイックミラー８をハーフミラー８ａにそれぞれ置換し、ハーフミラー８ａと第２カメラ１０との間に赤外透過用フィルター１２を追加挿入したもので、他の構成要素は、第１実施例と同等である。
なお、フィルター３ａは中心部に開口を有するリングの赤外光遮断フィルター、つまり、開口の外側部分で赤外光を遮断して可視光を透過させるフィルター
である。
【００４５】
このような構成における撮像動作について説明する。
まず、測定対象の粒子を含む懸濁液がフローセル５に流されると、所定周期でストロボランプ１が発光する。ストロボランプ１から出射された光Ｂ１１は、コリメートレンズ２により平行光に変換される。コンデンサーレンズ４は、フィルター３の開口の外側部分を通る光、つまり可視光Ｂ１２をフローセル５に集光し、フローセル５を流れる粒子を対物レンズ６に対して暗視野照明する。
【００４６】
また、コンデンサーレンズ４はフィルター３の中心開口を通る光、つまり赤外光と可視光を含む光Ｂ１１をフローセル５に集光し、フローセル５を流れる粒子を対物レンズ６に対して明視野照明する。粒子から発生する赤外光および可視光を含む光Ｂ１４は対物レンズ６を介してコンデンサーレンズ７に入射する。
【００４７】
コンデンサーレンズ７を出た光のうち半分の光はハーフミラー８ａに反射され、赤外光を遮断するフィルター１１ａを通って第１カメラ９に入射する。つまり、可視光Ｂ１２によって暗視野照明された粒子からの可視光のみが第１カメラ９に入射する。従って、第１カメラ９は、粒子の暗視野照明画像を撮像する。
【００４８】
また、コンデンサーレンズ７から出た光の内、残りの半分の光はハーフミラー８を通過し、フィルター１２を介して第２カメラ９に入射する。
つまり、光Ｂ１１により明視野照明された粒子からの光のうち、赤外光のみが第２カメラ１０に入射する。従って、第２カメラ１０は、粒子の明視野照明画像を撮像する。
【００４９】
第１カメラおよび第２カメラ９、１０より撮像された画像の処理手順は、図４に示す通りである。但し、式（２）で示される粒子径Ｄと画素の輝度合計値ｂｔとの関係については、改めて求めておくことが好ましい。
【００５０】
第３実施例
図８はこの発明による粒子径計測装置の第３実施例を示す構成説明図である。この実施例は図３において、フィルター３を遮光板３ｂに置換し、フィルター１１、ダイクロイックミラー８、第１カメラ１１、可視光Ｂ１２を削除したもので、他の構成要素は、第１実施例と同等である。
【００５１】
このような構成における撮像動作について説明する。まず、測定対象の粒子を含む懸濁液がフローセル５に流されると、所定周期でストロボランプ１が発光する。ストロボランプ１から出射された光Ｂ１１は、コリメートレンズ２により平行光に変換される。コンデンサーレンズ４は、遮光板３ｂの開口の外側部分を通る光をフローセル５に集光しフローセル５を流れる粒子を対物レンズ６に対して暗視野照明する。
【００５２】
粒子から発生する光Ｂ１３は対物レンズ６を介してコンデンサーレンズ７に入射する。コンデンサーレンズ７を出た光は、第２カメラ１０において粒子の暗視野照明画像として撮像される。
【００５３】
次に、第２カメラ１０により撮像された画像データの処理手順を説明する。
まず、第２カメラ１０で粒子の暗視野照明画像を撮像し、撮像した暗視野照明画像を輝度反転画像に変換し、暗視野照明画像とともに情報処理部１３のメモリに格納する。次に、輝度反転画像の背景（バックグラウンド）補正を行う。
【００５４】
このバックグラウンド補正は、粒子が通過しない時に撮像した暗視野照明画像を輝度反転して得られる画像データを予めメモリ記憶させておき、粒子の撮像画像データ（輝度反転画像データ）と比較演算することによって行うことができる。次に、粒子像（輝度反転画像）を的確に抽出するための前処理として輪郭強調処理を行う。具体的には一般に良く知られたラプラシアン強調処理を行う。
【００５５】
次に、画像データをある適当なスレシホールドレベルで２値化する。次に、２値化された粒子像に対してエッジ点かどうかを判定するとともに、着目しているエッジ点に対して隣り合うエッジ点がどの方向にあるかの情報、すなわちチェインコードを生成する。次に、チェインコードを参照しながら粒子像のエッジトレースを行い、各粒子像（輝度反転画像）の総画素数、粒子を構成する各画素の位置情報を算出しメモリに記憶する。
【００５６】
次に、各粒子像の総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上かどうかの判定を行う。総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上でない粒子については、情報処理部１３のメモリに格納された暗視野照明画像を呼び出し、輝度反転画像の各粒子像の位置情報に基づいて、暗視野照明画像の各粒子像を切り出し情報処理部１３のメモリに格納する。
【００５７】
総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上の粒子像については、情報処理部１３のメモリに格納された総画素数を呼び出し、各粒子像に対応する総画素数を情報処理部１３のメモリに格納する。
【００５８】
次に、撮像するかどうかの判定を行う。撮像が終了しない場合、粒子の暗視野照明画像の撮像に戻る。撮像が終了する場合、各粒子像の総画素数が、４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上でない場合と４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上の場合でそれぞれ異なる処理に進む。
【００５９】
総画素数が４ピクセル（粒子径０．９μｍ）以上でない粒子像については、情報処理部１３のメモリから各粒子の暗視野照明画像を呼び出し、輝度反転画像の各粒子像の位置情報に基づいて、粒子画像を構成する各画素の輝度を合計して粒子径を算出する。具体的には、第１演算部１６が前述の式（１）、（２）を用いて粒子径を算出する。
【００６０】
次に、算出した粒子径から粒度頻度データを作成し、この粒度頻度データに基づいて粒度分布の作成を行う。
【００６１】
総画素数が４服セル（粒子径０．９μｍ）以上の粒子像については、情報処理部１３のメモリから各粒子像に対応する総画素数を呼び出し、粒子画像を構成する総画素数から粒子径を算出する。具体的には、第２演算部１７が前述の式（３）、（４）を用いて粒子径を算出する。
【００６２】
次に、算出した粒子径から粒度頻度データを作成し、この粒度頻度データに基づいて粒度分布の作成を行う。
【００６３】
次に、情報処理部１３は第１演算部１６と第２演算部１７から作成された粒度分布を合成し、出力部１４に出力する。
【００６４】
【発明の効果】
この発明によれば、暗視野照明によって撮像した粒子像の輝度に基づいて粒子径を算出することにより、サブミクロンの粒子の径まで、精度よく計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る暗視野照明の説明図である。
【図２】この発明に係る明視野照明の説明図である。
【図３】この発明の第１実施例を示す構成説明図である。
【図４】第１実施例の処理動作を示すフローチャートである。
【図５】第１実施例の処理動作を示すフローチャートである。
【図６】画像ピクセル輝度合計値と粒子径の関係を示したグラフである。
【図７】この発明の第３実施れを示す構成説明図である。
【図８】この発明の第３実施例を示す構成説明図である。
【符号の説明】
１ ストロボランプ
２ コリメートレンズ
３ フィルター
４ コンデンサーレンズ
５ フローセル
６ 対物レンズ
７ コンデンサーレンズ
８ ダイクロイックミラー
９ 第１カメラ
１０ 第２カメラ
１３ 情報処理部
Claims (12)
- 粒子を暗視野照明する暗視野照明部と、暗視野照明された粒子の像を撮像する撮像部と、撮像された像の輝度に基づいて粒子径を算出する演算部とを備える粒子径計測装置。
- 演算部が、所定の粒子径より小さい粒子径に対して像の輝度に基づいて粒子径を算出し、所定の粒子径より大きい粒子に対しては像の形態特徴に基づいて粒子径を算出する請求項１記載の粒子径計測装置。
- 演算部は像の輝度から単調増加関数により粒子径を算出する請求項１記載の粒子径計測装置。
- 粒子を含む懸濁液を流すフローセルをさらに備える請求項１〜３のいずれか１つに記載の粒子径計測装置。
- 撮像部が２次元撮像素子を備える請求項１〜４のいずれか１つに記載の粒子径計測装置。
- 粒子を暗視野照明する暗視野照明部と、暗視野照明された粒子の像を撮像する第１撮像素子と、第１撮像素子により撮像された像の輝度に基づいて粒子径を算出する第１演算部と、粒子を明視野照明する明視野照明部と、明視野照明された粒子の像を撮像する第２撮像素子と、第２撮像素子により撮像された像の形態的特徴に基づいて粒子径を算出する第２演算部を備える粒子径計測装置。
- 第１演算部は、所定の粒子径以下の粒子について粒子径を算出し、第２演算部は所定の粒子径より大きい粒子について粒子径を算出する請求項６記載の粒子径計測装置。
- 第１演算部は、第１撮像素子が撮像した像の輝度から単調増加関数により粒子径を算出する請求項６または７記載の粒子径計測装置。
- 第２演算部は第２撮像素子が撮像した像の面積に基づいて粒子径を算出する請求項６〜８記載のいずれか１つに記載の粒子径計測装置。
- 粒子を照明するための光源と、その光源から粒子に至る光路中に挿入され光軸およびその近傍を通る特定波長の光を遮断する第１フィルターと、第１フィルターを透過した光と第１フィルター外側を通過した光とで粒子を照明する第１光学手段と、照明された粒子からの光を２つに分ける第２光学手段と、第２光学手段により分けられた一方の光によって粒子を撮像する第１撮像素子と、第２光学手段により分けられた他方の光によって粒子を撮像する第２撮像素子と、第２光学手段と第１撮像素子との間の光路に配置され前記特定波長の光のみを透過させる第２フィルターとを備える粒子径計測装置。
- フィルターの外側を通る光によって粒子を暗視野照明し、フィルターを通る光によって粒子を明視野照明する請求項１０記載の粒子径計測装置。
- 第１撮像素子により撮像された像の輝度に基づいて粒子径を算出する第１演算部と、第２撮像素子により撮像された像の形態的特徴に基づいて粒子径を算出する第２演算部を備える請求項１０または１１記載の粒子径計測装置。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7674612B2 (en) | 2005-03-04 | 2010-03-09 | The Rockefeller University | Infectious, chimeric hepatitis C virus, methods of producing the same and methods of use thereof |
| WO2020174913A1 (ja) * | 2019-02-27 | 2020-09-03 | ソニー株式会社 | 微小粒子解析装置、解析装置、解析プログラム、および微小粒子解析システム |
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