JP2018179971A - 粒子測定装置および粒子測定方法 - Google Patents

粒子測定装置および粒子測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 粒径を精度良く測定する粒子測定装置および粒子測定方法を得る。【解決手段】 フローセル１は、試料流体の流路１ａを形成している。照射光学系３は、流路１ａにおける試料流体に光源２からの光を照射する。撮像部４は、流路１ａ内の上述の光の光路上の検出領域における粒子からの散乱光を、流路１ａの延長方向から撮像する。粒径特定部２３は、撮像部４により所定のフレームレートで撮像された粒子の複数の静止画像に基づいてブラウン運動による粒子の２次元方向の移動量を特定し、２次元方向の移動量から粒子の粒径を特定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、粒子測定装置および粒子測定方法に関するものである。
光散乱現象を利用したパーティクルカウンタが広く知られている。しかし、光散乱現象は溶媒と溶質（粒子）の相対屈折率に依存するため、例えば、水（屈折率：１．３３）中のポリスチレンラテックス粒子（ＰＳＬ粒子、屈折率：１．５９）によって校正されたパーティクルカウンタを用いて、水中の粒径３０ｎｍの金コロイド粒子（屈折率：０．４６７−ｉ２．４１（光源波長５３２ｎｍの場合））を測定すると、その粒径は約７５ｎｍと評価されてしまう。
他方、ストークス・アインシュタインの式から求まるブラウン運動による粒子の移動量（変位量）に着目し、測定した移動量から粒径を求める粒子測定方法が提案されている。この測定方法では、直線形状のフローセルを用いて、試料流体の流れ方向に対して垂直方向から撮像部により所定の時間間隔で試料流体を撮像し、その撮像画像を解析して、粒子のブラウン運動による粒子の移動量に基づき粒径を求めている（例えば特許文献１参照）。
国際公開第２０１６／１５９１３１号
上述の粒子測定方法では、試料流体の流れ方向に対して概ね垂直方向から試料流体を撮影しているため、撮影画像には、ブラウン運動による移動量の他に、試料流体の流速による移動量が含まれる。そのため、ブラウン運動による粒子の移動量を特定するためには、試料流体の流れ方向における粒子の移動量から、試料流体の流速による移動量分を減算しなければならない。しかしながら、フローセル内の正確な流速分布を正確に知ることは容易でないので、ブラウン運動による粒子の移動量、ひいては粒径の測定値に誤差が生じやすい。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、粒径と粒径ごとの個数濃度を精度良く測定する粒子測定装置および粒子測定方法を得ることを目的とする。
本発明に係る粒子測定装置は、粒子を含む試料流体の流路を形成するフローセルと、光を出力する光源と、流路における試料流体に光源からの光を照射する照射光学系と、流路内の光の光路上の検出領域における粒子からの散乱光を、流路の延長方向から撮像する第１撮像部と、第１撮像部により所定のフレームレートで撮像された粒子の複数の静止画像に基づいてブラウン運動による粒子の２次元方向の移動量を特定し、２次元方向の移動量から粒子の粒径を特定する粒径特定部とを備える。
本発明に係る粒子測定方法は、フローセルにより形成される流路における試料流体に光源からの光を照射するステップと、流路内の光の光路上の検出領域における粒子からの散乱光を、流路の延長方向から撮像するステップと、所定のフレームレートで撮像した粒子の複数の静止画像に基づいてブラウン運動による粒子の２次元方向の移動量を特定し、２次元方向の移動量から粒子の粒径を特定するステップとを備える。
本発明によれば、粒径を精度良く測定する粒子測定装置および粒子測定方法が得られる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る粒子測定装置の光学的な構成を示す斜視図である。 図２は、図１に示す粒子測定装置の側面図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る粒子測定装置の電気的な構成を示すブロック図である。 図４は、実施の形態１において撮像部４により観測されるＸ−Ｚ平面での粒子のブラウン運動を説明する図である。 図５は、本発明の実施の形態２に係る粒子測定装置の光学的な構成を示す斜視図である。 図６は、本発明の実施の形態２に係る粒子測定装置の電気的な構成を示すブロック図である。 図７は、実施の形態２において撮像部６１により観測されるＸ−Ｙ平面での粒子のブラウン運動を説明する図である。 図８は、実施の形態３に係る粒子測定装置の流路の構成を説明する斜視図である。 図９は、実施の形態３において使用される２次元方向の流速分布を説明する図である。
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る粒子測定装置の光学的な構成を示す斜視図である。図２は、図１に示す粒子測定装置の側面図である。
図１において、フローセル１は、Ｌ形に屈曲しており、直線状で試料流体を流す第１流路１ａ（図１ではＹ方向）と第２流路１ｂ（図１ではＺ方向）とを形成している。第１流路１ａの断面（Ｘ−Ｚ平面に平行な断面）の形状は、例えば１ｍｍ×１ｍｍ程度の矩形であり、第２流路１ｂの断面（Ｘ−Ｙ平面に平行な断面）も矩形形状である。例えば、フローセル１は、合成石英製またはサファイヤ製である。なお、フローセル１は、クランク状、コの字状などの形状でもよく、Ｌ形の屈曲部分を有していればよい。
光源２は、例えばレーザ光などの照射光を出射する光源である。照射光学系３は、第１流路１ａにおける試料流体の進行方向（図１ではＹ方向）に対して垂直な方向（図１ではＸ方向）から試料流体に、光源２が出射したレーザ光を所定の形状に整形して照射する。
撮像部４（第１撮像部）は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどのイメージセンサを備え、そのイメージセンサを使用して、第１流路１ａ内のレーザ光の光路上にある検出領域における粒子からの散乱光に基づき、粒子を、第１流路１ａの延長方向で流体の流れ方向に正対する位置から撮像する。本発明の実施の形態１では、試料流体が第１流路１ａ（Ｙ方向）から第２流路１ｂ（Ｚ方向）に流れの向きを変えるように、フローセル１はＬ形に屈曲している。これに限定されることなく、例えば、試料流体が第２流路（Ｚ方向）から第１（Ｙ方向）に流れを変えるようにしてもよい。この場合、撮像部４は第１流路１検出領域内の流れ方向とは反対の位置から撮像することになる。
集光光学系５は、第１流路１ａ内のレーザ光の光路上の検出領域における粒子からの散乱光を、撮像部４のイメージセンサに集光する。集光光学系５は、例えば球面レンズや非球面レンズで構成される。集光光学系５は、検出領域の中心および撮像部のイメージセンサの中心を通り、第１流路１ａの検出領域内の流体の流れの延長方向（図１ではＹ方向）の光軸を有する。つまり、「検出領域」は、レーザ光と集光光学系５によりそのイメージセンサ上へ集光される範囲とが交差する領域である。ここで、検出領域として、撮像部４および集光光学系５の被写界深度は上述の光軸方向のレーザ光の幅より大きいことが好ましい。
なお、図２に示すように、上述の検出領域と集光光学系５との間に位置するフローセル１の内壁には、球面状に凹部１ｃ（凹レンズ形状）が形成され、検出領域から球面（凹部１ｃ）までの距離をほぼ球面の曲率半径とすることで、検出領域からフローセル１の内壁に入射する散乱光の屈折を抑制することができ、Ｘ−Ｚ平面における移動量の測定精度を容易に向上することができる。なお、凹部１ｃを設けずに、演算処理で補正してもよい。
図３は、本発明の実施の形態１に係る粒子測定装置の電気的な構成を示すブロック図である。図３において、信号処理部１１は、撮像部４から撮像画像を取得し、その撮像画像に基づいて、上述の粒子の粒径、粒径ごとの個数濃度、及び粒子の屈折率などを計算する。
信号処理部１１は、画像取得部２１、粒子移動量特定部２２、および粒径特定部２３を備える。
画像取得部２１は、撮像部４により所定のフレームレート（動画像を構成する静止画像の撮像周期、単位ｆｐｓ：ｆｒａｍｅ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）例えば３０（ｆｐｓ）で撮像された複数のフレーム（静止画像）を撮像部４から取得する。
粒子移動量特定部２２は、各フレームにおいて、粒子を特定し、各フレームにおける同一粒子の関連付け、および移動量を特定する。また、粒子であることを特定した場合、画像情報を散乱光強度特定部３１へ送る。
粒子移動量特定部２２は、例えば１フレーム前のフレーム（静止画像）における粒子の位置を基点として、現フレームにおいて基点から所定範囲内で粒子を探索し、その所定範囲内で発見した粒子を１フレーム前のものと同一粒子として特定する。これにより、複数フレームにおいて、粒子の軌跡が特定され、ブラウン運動による２次元方向の各移動量ｘ，ｚが特定される。
試料流体は、第１流路１ａ内の検出領域付近ではＹ方向に沿って層流状態で流れており、Ｘ−Ｚ平面では試料流体の流速による移動量がほとんどないので、粒子移動量特定部２２は、試料流体の流速による移動量の補正を、測定された移動量に対して行わずに、ブラウン運動を観測できる。
粒径特定部２３は、各粒子について、フレームレートおよび上述の２次元方向の各移動量ｘ，ｚから粒子の粒径ｄを特定する。
例えば、粒径特定部２３は、次式に従って、拡散係数Ｄを特定する。ここで、ｔはフレームレートで規定される時間間隔である。
Ｄ＝＜ｘ２＋ｚ２＞／（４・ｔ）
ここで、＜ａ＞は、ａの平均を示す。
つまり、粒径特定部２３は、撮像を構成する時間順のＮ枚のフレーム（静止画像）における粒子の位置に基づいて、連続する２つのフレーム間での粒子のＸ方向およびＺ方向の移動量に対応する実際の移動量を特定し、最大（Ｎ−１）個の、Ｘ方向の移動量ｘの２乗とＺ方向の移動量ｚの２乗との和の平均を、＜ｘ２＋ｚ２＞として計算する。
そして、粒径特定部２３は、次式（ストークス・アインシュタインの式）に従って、粒径ｄを特定する。
ｄ＝ｋＢ・Ｔ／（３π・η・Ｄ）
ここで、ｋＢは、ボルツマン定数であり、Ｔは、絶対温度であり、ηは、試料流体の粘性係数である。
図４は、実施の形態１において撮像部４により観測されるＸ−Ｚ平面での粒子のブラウン運動を説明する図である。ここでは、検出領域において、３つの粒子が撮像されたものとし、夫々の粒子において、各フレームで特定された粒子の位置を直線で結んだブラウン運動による移動量の軌跡を示す図であり、それぞれ直線の長さがフレームごとの移動量を表す。上述したように、観測されるＸ−Ｚ平面の場合、試料流体の流速による移動量の補正を、測定された移動量に対して行わずに済む。
さらに、信号処理部１１は、追跡された各粒子の散乱光による軌跡の代表的な輝度値を特定する散乱光強度特定部３１を備える。
散乱光強度特定部３１は、粒子移動量特定部２２において粒子であることが特定された場合に送られる画像情報を取得し、上述の軌跡の各測定点の平均値、最大輝度値、二値化の面積補正など適切な手法を用いて、粒子の散乱光強度相当値を特定する。
解析部３５は、粒径特定部２３により特定された粒径に基づき、粒径ごとの個数濃度を算出する。また、粒子ごとに、粒径特定部２３により特定された拡散係数に基づく粒径および散乱光強度特定部３１により特定された散乱光強度相当値に基づいて、粒子の特性を解析する。例えば、粒径が既知で、ほぼ単一粒径と見なせる試料粒子、例えばポリスチレンラテックス粒子などを用いて、予め既知の粒径と既知の屈折率に対する相対的な散乱光強度の関係を求めておくことで、粒子の屈折率を特定したり、粒子と気泡との区別を行ったりする。そして、それらの結果は、不図示の記憶部、表示部または外部出力装置などに出力される。
次に、実施の形態１に係る粒子測定装置の動作について説明する。
粒子測定装置が動作を開始すると、光源２が点灯されて、照射光学系３は、フローセル１により形成される第１流路１ａにおける試料流体に光源２からのレーザ光を照射する。撮像部４は、第１流路１ａ内のレーザ光の光路上の検出領域における粒子からの散乱光に基づき、粒子を、第１流路１ａの流体の流れの延長方向（図１ではＹ方向）に正対する位置から、フローセル１の球面状に凹部１ｃ（凹レンズ）を形成した屈曲部分を通過した散乱光を集光光学系５を介して撮像する。
そして、信号処理部１１は、撮像部４から撮像画像を取得し、所定のフレームレート（ｆｐｓ）で撮像した粒子の複数のフレーム（静止画像）に基づいて、上述のように、ブラウン運動による粒子の２次元方向の各移動量ｘ，ｚを特定し、そのフレームレート（ｆｐｓ）および２次元方向の各移動量ｘ，ｚから粒子の粒径や代表的な散乱光強度相当値を特定し、粒径ごとの個数濃度や粒子の屈折率などを測定する。
以上のように、上記実施の形態１によれば、フローセル１は、試料流体の流路１ａを形成している。照射光学系３は、流路１ａにおける試料流体に光源２からの光を照射する。撮像部４は、流路１ａ内の上述の光の光路上の検出領域における粒子からの散乱光を、流路１ａの延長方向から撮像する。粒径特定部２３は、撮像部４により所定のフレームレートで撮像された粒子の複数の静止画像に基づいてブラウン運動による粒子の２次元方向の移動量を特定し、２次元方向の移動量から粒子の粒径を特定する。
これにより、試料流体内の粒子の粒径が精度良く測定される。
つまり、試料流体は、第１流路１ａの検出領域付近ではＹ方向に沿って層流状態で流れており、粒子が第１流路１ａの延長方向から撮像されるため、Ｘ−Ｚ平面では試料流体の流速による移動量がほとんどない。したがって、試料流体の流速による粒子の移動量に起因して、粒子の移動量を補正する必要がないため、粒子の移動量が精度良く測定され、ひいては、粒径が精度良く測定される。
また、試料流体の流れ方向に垂直な方向から粒子運動を撮像する先行事例では、撮像系の光軸方向の有効深さが受光系の被写界深度に依存するので、結果として粒子の検出領域の確定が困難である。本発明では撮像系の被写界深度は粒子の検出領域の確定には影響しないので、粒子の検出領域の確定が容易となり、精度良く粒径や個数濃度が測定できる。
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る粒子測定装置の光学的な構成を示す斜視図である。図６は、本発明の実施の形態２に係る粒子測定装置の電気的な構成を示すブロック図である。
図５および図６に示すように、実施の形態２に係る粒子測定装置は、撮像部６１（第２撮像部）、集光光学系６２、画像取得部７１、および粒子検出部７２をさらに備える。
撮像部６１は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどのイメージセンサを備え、そのイメージセンサを使用して、上述の検出領域における粒子からの散乱光に基づき、粒子を、第１流路１ａの検出領域内の流体の流れ方向（図５ではＹ方向）に対して垂直な方向（図５ではＺ方向）から撮像する。
撮像部４および撮像部６１は、同一のフレームレート（例えば３０フレーム／秒）を有し、同期してフレーム切替を行うことが望ましいが、フレーム（静止画像）ごとで時系列的に一致させることができるのであれば、その限りでない。
画像取得部７１は、撮像部６１により撮像された複数のフレームを撮像部６１から取得する。
粒子移動量特定部７２は、画像取得部７１により取得された各フレームにおいて、検出領域内の粒子を検出し、各フレームにおける２次元方向（Ｘ−Ｙ平面）の粒子の位置を特定し、各移動量ｘ，ｙを特定する。
実施の形態２では、粒径特定部２３は、粒子移動量特定部２２で特定された２次元方向（Ｘ−Ｚ平面）の各移動量ｘ，ｚ、および粒子移動量特定部７２で特定された２次元方向（Ｘ−Ｙ平面）の各移動量ｘ，ｙに基づいてブラウン運動による粒子の３次元方向の各移動量ｘ，ｙ，ｚを特定し、粒子の粒径ｄを特定する。
例えば、粒径特定部２３は、次式に従って、拡散係数Ｄを特定する。ここで、ｔはフレームレートで規定される時間間隔である。
Ｄ＝＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＞／（６・ｔ）
つまり、粒径特定部２３は、撮影時間順のＮ枚の撮像画像における粒子の位置に基づいて、連続する２つの撮像画像間での粒子のｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向の移動量（実際の距離）を特定し、（Ｎ−１）個の、ｘ方向の移動距離の２乗とｙ方向の移動量の２乗とｚ方向の移動量の２乗との和の平均を、＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＞として計算する。
そして、粒径特定部２３は、上述のストークス・アインシュタインの式に従って、粒径ｄを特定する。
なお、例えば、撮像部４および撮像部６１の撮像されたフレームにおいて複数の粒子が検出される場合、粒径特定部２３は、撮像部４により撮像される平面（Ｘ−Ｚ平面）と撮像部６１により撮像される平面（Ｘ−Ｙ平面）とに共通する方向（ここでは、Ｘ方向）における移動量が一致する粒子の像を、１つの粒子を撮像した粒子の像として特定する。
このとき、粒径特定部２３は、実施の形態１と同様に、撮像部４のフレーム（静止画像）から得られるＸ方向の移動量をそのまま、ブラウン運動によるＸ方向の移動量とし、撮像部４のフレームから得られるＺ方向の移動量をそのまま、ブラウン運動によるＺ方向の移動量とする。一方、粒径特定部２３は、撮像部６１の撮像画像から得られるＹ方向の移動量から、試料流体の流速による移動量を減算して、ブラウン運動によるＹ方向の移動量を特定する。
図７は、実施の形態２において撮像部６１により観測されるＸ−Ｙ平面での粒子のブラウン運動を説明する図であり、図７（ａ）は、所定フレーム数における、粒子の移動量の軌跡を示す図。図７（ｂ）は、試料流体のＹ方向の流速分布を示す図。図７（ｃ）は、所定フレーム数における、粒子のブラウン運動による移動量の軌跡を示す図である。
試料流体の流速分布は、流速モデル（シミュレーション）をフィッティングしたり、予め実験で測定するなどにより、特定される。第１流路１ａの検出領域での試料流体のＹ方向の流速分布は、例えば、図７（ｂ）のように表される。試料流体の移動量は、検出領域のセンターがもっとも大きく、センターから離れるにつれて小さくなる。そして、この流速分布とＸ方向における粒子の位置に基づいて、Ｙ方向の試料流体の流速による移動量が特定される。例えば、撮像画像から得られるＹ方向の粒子の移動量から、試料流体の流速による移動量を減算することで、Ｘ−Ｙ平面での粒子のブラウン運動による２次元方向の各移動量ｘ，ｙが特定される。
次に、実施の形態２に係る粒子測定装置の動作について説明する。
粒子測定装置が動作を開始すると、光源２が点灯される。照射光学系３は、フローセル１により形成される第１流路１ａにおける試料流体に光源２からのレーザ光を照射する。撮像部４は、第１流路１ａ内のレーザ光の光路上の検出領域における粒子からの散乱光に基づき、粒子を、第１流路１ａの流体の流れ方向（図１におけるＹ方向）に正対する位置から撮像するとともに、撮像部６１は、その検出領域における粒子からの散乱光に基づき、粒子を、流路１ａの流体の流れ方向に対して垂直な方向（図１におけるＺ方向）から撮像する。このとき、撮像部４および撮像部６１は、互いにフレームを同期させて一定のフレームレート（ｆｐｓ）で撮像する。
そして、信号処理部１１は、撮像部４，６１から撮像画像を取得し、所定のフレームレート（ｆｐｓ）で撮像した粒子の複数のフレーム（静止画像）に基づいて、上述のように、ブラウン運動による粒子の３次元方向の各移動量ｘ，ｙ，ｚを特定し、３次元方向の各移動量ｘ，ｙ，ｚから粒子の粒径を特定する。
なお、実施の形態２に係る粒子測定装置のその他の構成および動作については実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
以上のように、上記実施の形態２によれば、撮像部６１は、第１流路１ａ内の光の光路上の検出領域における粒子からの散乱光に基づき、粒子を、第１流路１ａの流体の流れ方向に対して垂直な方向から撮像する。粒径特定部２３は、撮像部４により所定のフレームレートで撮像された粒子の複数のフレームおよび撮像部６１により所定のフレームレートで撮像された粒子の複数のフレームに基づいてブラウン運動による粒子の３次元方向の移動量を特定し、上述の３次元方向の移動量、および代表的な散乱光強度相当値から粒子の粒径や粒径ごとの個数濃度または粒子の屈折率などを特定する。
これにより、３次元の移動量は、すなわち真の粒子の移動量に相当するので、より高精度で試料流体内の粒子の粒径などが精度良く測定することができる。
実施の形態３．
図８は、実施の形態３に係る粒子測定装置の流路の構成を説明する斜視図である。図９は、実施の形態３において使用される２次元方向の流速分布を説明する図である。
実施の形態３では、Ｌ形に屈曲したフローセル中を流動する粒子のブラウン運動による移動量の検出において、試料流体の流速を考慮すべきかどうかを検証するため、ナヴィエストークス方程式を直接計算する流体シミュレーションによって流速分布の評価を行った。なお、この流体シミュレーションについては、既存の方法を用いることができる。
この流体シミュレーションでは、図８に示すようなＬ形に屈曲した形状を有する流路に関し、流速分布の計算を行った。流路の屈曲部となる流入路（Ｙ方向）としての第１流路８１と流出路（Ｚ方向）としての第２流路８２との結合部の近傍における流入路側の流速分布のシミュレーションの条件として、第１流路８１の断面は１ｍｍ×１ｍｍの正方形であり、第２流路８２の断面は２．６ｍｍ×０．８ｍｍの長方形である。
また、このシミュレーションにおいて、試料流体は、密度１ｇ／ｍＬ、粘度１ｍＰａ・ｓの非圧縮性流体（水）とし、この試料流体を流量０．３ｍＬ／ｍｉｎで流した場合を想定した。この場合の第１流路８１内の平均流速は５．０ｍｍ／ｓである。
図９は、第１流路８１と第２流路８２との結合部の屈曲位置（図８におけるＹ＝０）から第１流路８１側にそれぞれ０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、および０．７５ｍｍ離れた位置（図８において、Ｙ＝−０．２５ｍｍ，−０．５ｍｍ，−０．７５ｍｍ）における第１流路８１の断面（第１流路８１の軸方向に対して垂直な断面）の２次元流速ベクトルを示している。図９（ａ）は、０．２５ｍｍの場合、図９（ｂ）は、０．５ｍｍの場合、図９（ｃ）は、０．７５ｍｍの場合を示している。なお、当該断面の２次元流速ベクトルは、面内での流速の最大値を示しており、面内平均流速５．０ｍｍ／ｓで規格化した大きさを表す。いずれの結果においても、第１流路８１の中央付近において第１流路８１に垂直な屈曲方向（Ｚ方向）の流速成分が現れていた。また、第１流路８１の屈曲部分から離れるに従って第１流路８１に垂直な流速成分は減衰し、第１流路８１に沿った流れになっていることが分かった。このシミュレーションの結果として、第１流路８１の幅（図９におけるＸ方向の幅またはＺ方向の幅）である１ｍｍ以上、屈曲位置から距離をとることにより、流速における屈曲方向の流速成分は、平均流速の１％未満まで低減することが分かった。
したがって、図８に示すような形状のＬ形流路の屈曲部分近傍における粒子のブラウン運動を流入路方向（Ｙ方向）から観察して、粒子の粒径をブラウン運動から特定するプロセスにおいては、第１流路８１に垂直な屈曲方向（図９におけるＺ方向）の流速成分を考慮して補正することが好ましい。
実施の形態３では、上述した知見を踏まえ、上述の検出領域が、流路の屈曲位置から所定範囲（上述のように屈曲位置から１ｍｍ未満である範囲）内にある場合には、当該粒子測定装置の流路形状および試料流体の流体特性に基づく上述の流体シミュレーションによって、当該検出領域の位置（つまり、図８における第１流路８１に沿ったＹ方向での位置）での断面（図８におけるＸ−Ｚ平面）における２次元方向（Ｘ方向とＺ方向）の試料流体の流速成分が特定される。
そして、実施の形態３では、上述の撮像部４と同様の撮像部８３が、その検出領域における粒子からの散乱光を、検出領域における流体の流れ方向に正対する位置から撮像し、粒径特定部２３は、撮像部８３により所定のフレームレートで撮像された粒子の複数の静止画像、および、流体シミュレーションによって予め特定されている検出領域での２次元方向の試料流体の流速成分に基づいて、ブラウン運動による粒子の２次元方向の移動量を特定し、補正した２次元方向の移動量から粒子の粒径を特定する。
具体的には、粒径特定部２３は、撮像を構成する時間順のＮ枚のフレーム（静止画像）における粒子の位置に基づいて、連続する２つのフレーム間での粒子のＸ方向およびＺ方向の移動量に対応する実際の移動量を特定し、その実際の移動量から、流体シミュレーションによって予め特定されている２次元方向の試料流体の流速成分による移動量を減算することで、ブラウン運動による粒子の２次元方向の移動量を特定する。そして、実施の形態１と同様にして、ブラウン運動による粒子の２次元方向の移動量から粒径が特定される。
なお、実施の形態３に係る粒子測定装置のその他の構成および動作については実施の形態１または実施の形態２と同様であるので、その説明を省略する。
以上のように、上記実施の形態３によれば、検出領域が流路の屈曲部分近傍にある場合においても、正確に、ブラウン運動による粒子の２次元方向の移動量が特定され、ひいては、正確に粒径が特定される。
なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。
例えば、実施の形態１，２，３において、解析部３５は、粒径特定部２３により特定された粒径ごとに粒子数を計数して個数濃度を算出し、任意の粒径区間ごとの、その個数濃度の粒径分布を算出するようにしてもよい。
本発明は、例えば、試料流体に含まれる粒子の粒径や粒径ごとの個数濃度の測定に適用可能である。
１ａ 第１流路
１ｂ 第２流路
２ 光源
３ 照射光学系
４ 撮像部（第１撮像部の一例）
２２ 粒子移動量特定部
２３ 粒径特定部
３１ 散乱光強度特定部
３５ 解析部
６１ 撮像部（第２撮像部の一例）

Claims (9)

  1. 粒子を含む試料流体の流路を形成するフローセルと、
    光を出力する光源と、
    前記流路における前記試料流体に前記光源からの前記光を照射する照射光学系と、
    前記流路内の前記光の光路上の検出領域における前記粒子からの散乱光を、前記流路の延長方向から撮像する第１撮像部と、
    前記第１撮像部により所定のフレームレートで撮像された前記粒子の複数の静止画像に基づいてブラウン運動による前記粒子の２次元方向の移動量を特定し、前記２次元方向の移動量から前記粒子の粒径を特定する粒径特定部と、
    を備えることを特徴とする粒子測定装置。
  2. 前記流路内の前記光の光路上の検出領域における粒子からの散乱光を、前記流路の延長方向に対して垂直な方向から撮像する第２撮像部をさらに備え、
    前記粒径特定部は、前記第１撮像部により所定のフレームレートで撮像された前記粒子の複数の静止画像および前記第２撮像部により前記所定のフレームレートで撮像された前記粒子の複数の静止画像に基づいてブラウン運動による前記粒子の３次元方向の移動量を特定し、前記３次元方向の移動量から前記粒子の粒径を特定すること、
    を特徴とする請求項１記載の粒子測定装置。
  3. 前記第１撮像部および前記第２撮像部は、同一のフレームレートを有し、同期してフレーム切替を行い、
    前記粒径特定部は、同一の粒子についての前記第１撮像部により撮像された静止画像と前記第２撮像部により撮像された静止画像とを特定してブラウン運動による前記粒子の３次元方向の移動量を特定し、前記３次元方向の移動量から前記粒子の粒径を特定すること、
    を特徴とする請求項２記載の粒子測定装置。
  4. 前記粒子の画像から、前記粒子の散乱光強度相当値を特定する散乱光強度特定部と、

    前記粒径特定部により特定された前記粒径および前記散乱光強度特定部により特定された散乱光強度相当値に基づいて前記粒子の特性を解析する解析部とをさらに備えること、
    を特徴とする請求項１記載の粒子測定装置。
  5. 前記フローセルは、Ｌ形に屈曲した形状を有し、
    前記第１撮像部は、前記検出領域における流体の流れ方向に正対する位置から撮像すること、
    を特徴とする請求項１記載の粒子測定装置。
  6. 前記フローセルは、Ｌ形に屈曲した部分に球面状の凹部を有し、
    前記第１撮像部は、前記凹部を介して、前記検出領域における前記粒子からの散乱光を撮像すること、
    を特徴とする請求項５記載の粒子測定装置。
  7. 前記粒径特定部により特定された粒径ごとに粒子数を計数して個数濃度を算出し、任意の粒径区間ごとの前記個数濃度の粒径分布を算出する解析部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の粒子測定装置。
  8. 粒子を含む試料流体の流路を形成するフローセルと、
    光を出力する光源と、
    前記流路における前記試料流体に前記光源からの前記光を照射する照射光学系と、
    前記流路の屈曲位置から所定範囲内の前記光の光路上の検出領域における前記粒子からの散乱光を、前記検出領域における流体の流れ方向に正対する位置から撮像する第１撮像部と、
    前記第１撮像部により所定のフレームレートで撮像された前記粒子の複数の静止画像、
    および、前記検出領域における前記試料流体の２次元方向の流速成分に基づいて、ブラウン運動による前記粒子の２次元方向の移動量を特定し、前記２次元方向の移動量から前記粒子の粒径を特定する際に、流体運動による２次元方向の粒子の移動量を除く補正をする粒径特定部と、
    を備えることを特徴とする粒子測定装置。
  9. フローセルにより形成される流路における試料流体に光源からの光を照射するステップと、
    前記流路内の前記光の光路上の検出領域における粒子からの散乱光を、前記流路の延長方向から撮像するステップと、
    所定のフレームレートで撮像した前記粒子の複数の静止画像に基づいてブラウン運動による前記粒子の２次元方向の移動量を特定し、前記２次元方向の移動量から前記粒子の粒径を特定するステップと、
    を備えることを特徴とする粒子測定方法。
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