JP4982697B2 - 粒子計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、流下される粒子について粒子速度と粒子数と粒径を計測する粒子計測装置に関する。

従来、流体と共に流下される粒子を撮影し、その撮影画像から粒子を解析する方法は様々な分野で使用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１３６４３９号公報

ところで、従来の粒子の解析装置として、粒子速度を測定するものや、粒子数を測定するものや、粒径を測定するものなどがあるが、それら３つを同時に測定する装置で有効なものは未だ提案されていない。

例えば、血小板等の血球の凝集能により形成された凝集塊の大きさや数等を知ることは、凝集反応を正確に把握する上で種々の疾患の診断に必要不可欠になっており、凝集塊を粒子として測定する血小板凝集能測定装置が知られている。しかしながら、疾患の診断には、粒径や粒子数等を別々に測定するのではなく同時に測定できる装置が望まれる。

本発明は、粒子速度と粒子数と粒径を同時計測することができる粒子計測装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る発明は、図１及び図２に例示するものであって、画像データ（ＧＤ）に基づいて粒子を計測する粒子計測装置（１）において、
粒子が混入された流体を層流状態で流下させる微小流路（２a）と、
該流体の流下方向（ｘ）に略直交する方向から、前記微小流路（２a）を流下される粒子を撮影する撮影手段（６）と、
該撮影手段（６）が撮影した画像データ（ＧＤ）に基づき、流下される粒子の速度（ｕ）を計測する粒子速度計測手段（７０）と、
前記撮影手段（６）が撮影した画像データ（ＧＤ）に基づき、所定時間内に流下される粒子の数（ｎ）を計測する粒子数計測手段（７１）と、
前記撮影手段（６）が撮影した画像データ（ＧＤ）に基づき、流下される粒子の径を計測する粒径計測手段（７２）と、
各計測手段（７０，７１，７２）が計測を行なったときの時間のデータに基づき、各計測手段（７０，７１，７２）が計測した計測値を時間に関連付けて管理するデータ関連付け手段（７３）と、を備え、
前記粒子数計測手段（７１）は、
前記撮影手段（６）が撮影した２枚の静止画像から差分画像を形成する差分画像形成部（７１１）と、
どの粒子がどの位置に移動したかの対応付けを行なう対応付け部（７１２）と、
該対応付け部（７１２）からのデータに基づき粒子の数（ｎ）を計数する粒子数計数部（７１３）と、
前記粒子速度計測手段（７０）で求めた各粒子の速度（ｕ）から、次の静止画像における粒子の位置を予測する粒子位置予測部（７１４）と、
該粒子位置予測部（７１４）のデータに基づき、次の静止画像における粒子の挙動であるオーバーラップやフレーム・インやフレーム・アウトを予測する粒子挙動予測部（７１５）と、
該粒子挙動予測部（７１５）からのデータに基づき前記粒子数計数部（７１３）の計測データを補正する粒子数補正部（７１６）と、
を備え、
前記フレーム・インとは、粒子が１枚目の静止画像に写っておらず、次の静止画像で現れることをいい、
前記フレーム・アウトとは、粒子が１枚目の静止画像に写っていても、次の静止画像で写らなくなることをいい、
前記オーバーラップとは、粒子が、他の粒子に追いついて追い越すことをいうことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記粒子速度計測手段（７０）が、前記撮影手段（６）が撮影した複数枚の静止画像を画像処理して各粒子の移動距離を算出する移動距離算出部（７０１）と、該算出した移動距離を撮影間隔で割ることによりその速度を算出する粒子速度算出部（７０２）と、からなることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記粒径計測手段（７２）は、前記撮影手段（６）が撮影した画像データ（ＧＤ）に基づき、画像上での粒径を算出する第１粒径算出手段（７２Ａ）を備えたことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発明において、前記粒径計測手段（７２）が、前記撮影手段（６）の焦点面（図１２の符号６０ａ参照）を基準とした粒子のズレ量（Δｚ）に基づき前記第１粒径算出手段（７２Ａ）の算出結果を補正する粒径補正部（７２Ｂ）を備えたことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発明において、前記流体は、液体、気体、液体−気体の混相流体、液体−固体の混相流体、気体−固体の混相流体、又は液体−気体−固体の混相流体であることを特徴とする。

なお、括弧内の番号などは、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。

請求項１乃至５に係る発明によれば、所定時間内に流下される粒子の数と、粒子の速度と粒子の径とを互いに関連付けて計測することができる。この場合の流体は層流状態で流れるため、各粒子の流下方向は一定であり、したがって、前記対応付け部による粒子の移動予測が簡単となる。この方法によれば、計算量を大幅に削減できて、より簡単に計測を行なうことができる。また、粒子の挙動を考慮した計数を行なうため、粒子数を正確に測定することができる。さらに、請求項４の補正により、粒径を正確に求めることができる。

以下、図１乃至図１４に沿って、本発明を実施するための最良の形態について説明する。ここで、図１は、本発明に係る粒子計測装置の要部（データ処理装置）の構成の一例を示すブロック図であり、図２は、本発明に係る粒子計測装置の全体構成の一例を示す模式図であり、図３(a) (b) は、撮影手段が撮影した２枚の静止画像の一例を示す図（写真）であり、(c) は、それらの差分画像の一例を示す図（写真）であり、図４は、ＰＩＶ処理を説明するための模式図である。また、図５は、粒子速度と第３軸方向位置との関係を示す図であり、図６は、微小流路中を粒子が流下される様子を示す模式図であり、図７は、粒子の追い越しの様子を示す模式図であり、図８は、粒子が流下される一態様を示す模式図であり、図９は、粒子が流下される他の態様を示す模式図である。さらに、図１０は、本発明の装置による測定粒径ｄ_Ｙと、Ｂｕｒｋｅｒ−Ｔｕｒｋ型の血球計数盤による測定粒径ｄ_Ｘとを比較するための図であり、図１１は、見掛けの粒径ｄ_ｅ’の算出の条件を説明するための模式図である。また、図１２は、粒子が流下される様子を第２軸方向側から見た模式図であり、図１３は、３つの粒子を撮影した画像を模式的に示す図面であり、図１４は、本発明の効果を説明するための図面である。

本発明に係る粒子計測装置は、流下される粒子をその画像データに基づいて計測する粒子計測装置であって、具体的には、
・ 所定時間内に流下される粒子の数と、
・ 粒子の速度と、
・ 粒子の径
とを計測するものである。

ところで、多数の粒子が次々と流下されるような状態において、これらの計測データ（つまり、粒子の数、速度及び径についてのデータ）を取得するタイミングはほぼ一致している必要がある。タイミングが一致していなければ、粒子数としてカウントされた粒子と、速度を計測した粒子と、径を計測した粒子とが異なってしまい、それらの計測データを関連付ける意味が無くなるからである。そこで、本発明では、後述のデータ関連付け手段７３によって各計測値の関連付けを行なうようになっている。

以下、この粒子計測装置の具体的構造を図面に沿って説明する。

本発明に係る粒子計測装置は、図２に符号１で例示するものであって、微小流路２ａを有するマイクロ化学チップ２を備えている。この微小流路２ａの上流側は容器（本明細書においては“試料容器”とする）３に連通されていて、該試料容器３には、粒子が混入された流体が入れられている。また、該微小流路２ａの下流側には、該微小流路２ａを流下される流体の流量を測定する流量測定手段４が配置されており、該流量測定手段４の下流側にはマイクロポンプ５が配置されている。このマイクロポンプ５を駆動することにより、前記試料容器３中の流体（粒子が混入された流体）は、前記微小流路２ａを流下され、その流量は前記流量測定手段４により測定されることとなる。なお、この装置では、マイクロポンプ５は流量測定手段４の下流側に配置されているが、もちろんこれに限られるものではなく、他の位置に配置されていても良い。

ここで、本明細書における流体とは、
・ 液体、
・ 気体、
・ 液体−気体の混相流体、
・ 液体−固体の混相流体、
・ 気体−固体の混相流体、又は
・ 液体−気体−固体の混相流体
を言う。本発明は、例えば、血液中の血小板の粒径を計測するために用いることができる。その血液中には血漿や血小板や赤血球や白血球が存在するが、その場合には、血漿が前記液体に該当し、血小板が前記粒子に該当し、赤血球が前記固体に該当することとなり、血液自体は液体−気体−固体の混相流体に該当することとなる。

本発明に用いる微小流路２ａは、幅や深さを微小（例えば、幅が２００μｍで、深さが１００μｍ）としてレイノルズ数を臨界レイノルズ数（約２０００）よりもかなり小さくしたもの（例えば、０．３５〜１．４程度）であって、流体が層流状態で流れるようにしている。

図２に示す流量測定手段４は、前記微小流路２ａから流れ出た流体を収容する収容容器４０と、該収容容器４０に収容された流体の重量を測定する重量測定部（電子天秤）４１と、該電子天秤４１による測定結果（試料の重量のデータ）と時間データとに基づき流量Ｑ（例えば、μｌ／ｓの単位の流量）を演算する流量演算部４２と、により構成されている。図２における収容容器４０は密封容器になっていて、上述のポンプ５によって容器内の空気を吸引することにより、前記試料容器３→前記微小流路２ａ→前記収容容器４０へ試料が流れることとなる。なお、本発明に用いる流量測定手段としては別の構成のものでも良く、また、微小流路２ａの下流側以外の位置に配置されていても良い。

また、この粒子計測装置１は、前記流体の流下方向ｘに略直交する方向（−ｚ方向の側）から該微小流路２ａを撮影する撮影手段６を備えていて、該微小流路２ａを流下される粒子を撮影できるようになっている。この撮影手段６は、動画像を撮影するカメラ６０と、微小流路２ａを照明する光源６１と、レンズ６２，６３とにより構成すると良い。ここで、カメラ６０としては、ＣＣＤカメラや高速ＣＣＤカメラやＥＭＣＣＤカメラやＩＩＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等の公知のカメラを用いると良い。また、光源６１としては、ハロゲンランプやキセノンランプや白色ＬＥＤ等の公知の光源を用いると良い。この撮影手段６が撮影した画像データＧＤはデータ処理装置（パソコン）７に伝送され、この処理装置内で粒径等の算出が行なわれるようになっている。なお、撮影された画像はＵＳＢ２．０のインターフェースやビデオキャプチャーボードを介して伝送されるようにすると良い。

本明細書においては、説明の便宜上、流体（粒子が混入されたもの）が流下される方向（符号ｘ参照）を“第１軸方向”とし、該第１軸方向ｘに略直交する方向であって前記撮影手段６が前記微小流路２ａを撮影する方向（符号ｚ参照）を“第３軸方向”とし、該第１軸及び第３軸方向に略直交する方向（符号ｙ参照）を“第２軸方向”とする。

ところで、上述のデータ処理装置７には、図１に例示するように、
(1)
前記撮影手段６が撮影した画像データＧＤに基づき、流下される粒子の速度ｕを計測する粒子速度計測手段７０と、
(2)
該撮影手段６が撮影した画像データＧＤに基づき、所定時間内に流下される粒子の数ｎを計測する粒子数計測手段７１と、
(3)
前記撮影手段６が撮影した画像データＧＤに基づき、流下される粒子の径ｄ_ｐ３を計測する粒径計測手段７２と、
(4)
各計測手段７０，７１，７２が計測を行なったときの時間のデータに基づき、各計測手段７０，７１，７２が計測した計測値ｕ，ｎ，ｄ_ｐ３を時間に関連付けて管理するデータ関連付け手段７３と、
が配置されている。以下、これらの手段７０，７１，７２，７３について詳述する。

(1) 粒子速度計測手段７０
微小流路２ａでは流体は上述のように層流状態に流れるので、各粒子は微小流路２ａの壁面との距離がほぼ一定のままで流下され（つまり、壁面に近づいたり遠ざかったりすることはほとんど無く）、一つ一つの粒子の速度自体はほとんど変化しない。したがって、前記粒子速度計測手段７０は、
・ 前記撮影手段６が撮影した複数枚の静止画像を画像処理して各粒子の移動距離を算出する移動距離算出部７０１と、
・ 該算出した移動距離を撮影間隔Δｔで割ることによりその速度を算出する粒子速度算出部７０２と、
により構成すると良い。前記移動距離算出部７０１は、例えば、後述する差分画像形成部７１１と同様に差分画像を形成し、公知の画像処理を施すことによって移動距離を算出すると良い。

(2) 粒子数計測手段７１
この粒子数計測手段７１は、
・ 前記撮影手段６が撮影した２枚の静止画像（画像データ）から差分画像を形成する差分画像形成部７１１と、
・ どの粒子がどの位置に移動したかの対応付けを行なう対応付け部７１２と、
・ 該対応付け部７１２からのデータに基づき、粒子の数を計数する粒子数計数部７１３と、
により構成すると良い。ここで、図３(a)
(b) は、撮影手段６が撮影した２枚の静止画像の一例を示すものである。図３(a) に示す４つの粒子は、所定時間後には同図(b) に示す位置まで移動している。また、図３(c)
は、それら２枚の静止画像の差分画像であって、適当なオフセットを加えたものである。その差分画像に表示される白い点は、後の画像で撮影された粒子であり、黒い点は、前の画像で撮影された粒子である。いま、バックグラウンドの灰色よりも黒い色と、該灰色よりも白い色の２つの閾値を使って画像処理を行ない、黒い点及び白い点を抽出する。粒子を抽出後、前記対応付け部７１２によってＰＩＶ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｍａｇｅ Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ：粒子画像流速測定法）処理を行なって粒子の対応付けを行ない、前記粒子数計数部７１３により粒子数の計数を行なう。

ここで、前記対応付け部７１２によるＰＩＶ処理について説明する。

一般に行なわれているＰＩＶ処理では、粒子がどの方向に移動したかも不明であるため、画像をいくつかの領域に分割し、その領域と一番相関が高い場所を探し、移動した量を探し出す。しかし、その方法では、計算量が膨大となる。本発明に係る装置の場合、流体はｘ方向に層流状態に流下されるので、粒子もｘ方向に移動するだけであって、他の方向（ｙ方向やｚ方向）にはほとんど移動しない。つまり、図４に符号１，２で示す粒子はｘ方向にそのまま移動するだけに過ぎない（点線参照）。前記対応付け部７１２による処理はこのような前提の下に行なわれるものであって、公知の画像処理（各オブジェクトの画素の座標を各々足し合わせて、最後に面積で割るというもの）で各粒子の重心座標を算出し、ｙ座標が同じで、かつｘ座標が増えている粒子を２枚目の画像から探すという処理である。この方法によれば、計算量を大幅に削減することができる。

ところで、図４では、１枚目の静止画像で符号１，２の粒子が視認され、２枚目の静止画像で点線で示した２個の粒子が視認されることとなるが、実際の画像では、このようなパターンだけに限られるものではない。例えば、図７に示すように粒子１が粒子２を追い越したり、或いは図８や図９のような挙動を示すこともある。以下、それらについて説明する。

〈粒子の追い越し（オーバーラップ）〉
上述したように流体は層流状態で流下されて一つ一つの粒子の速度自体はほとんど変化しない。しかし、層流状態で流れる流体の流速そのものは、流路壁面からの距離によって異なり、粒子の速度も、流路壁面からの距離によって異なる。図５は、粒子の速度と第３軸方向位置との関係の一例を示す図であり、第３軸方向位置が０及び５０μｍは流路壁面で、第３軸方向位置が２５μｍでは流路の真ん中ということになる。つまり、粒子の速度は壁面から離れるほど速くなり、上に凸の放物線のような曲線を描くこととなる。いま、図６に示す微小流路２ａにおいて仮想面Ｂを考えると、この仮想面Ｂに沿って流下される粒子について図５の関係が成立し（当然ながら、該仮想面Ｂに直交するｘｙ面についても図５の関係は成立する）、速度分布曲線は符号Ｃで示すようになり、壁面に近いほど粒子速度が遅くなり、壁面から離れるほど粒子速度は速くなる。ここで、
・ 流路上壁面に近い位置を流れる粒子２
・ 該上壁面から離れた位置を流れる粒子１
の２つの粒子について考察すると、上側の粒子２の速度は下側の粒子１の速度に比べると遅くなることが分る。

図７(a) 〜(c) は、上述の２つの粒子を撮影した撮影画像の一例を示す模式図である。なお、その撮影方向は図６に矢印Ｄで示す方向である。図７(a)
に示す粒子１は、粒子２よりも速度が速いので、次の撮影画像（同図(b) 参照）では粒子２に追いつき、さらに次の撮影画像（同図(c) 参照）では該粒子２を追い超すこととなる。

また、撮影のタイミングや粒子の速度によっては、図８(a) に示すように粒子１が撮影画像に写っておらず、次の撮影画像で（粒子２を追い越した位置に）現われることもあり得る（フレーム・イン）。

さらに、図９(a) に示すように２つの粒子が写っていても、図９(b) に示すように、次の画像では１つの粒子が写らなくなる場合もある（フレーム・アウト）。

前記対応付け部７１２において正確な対応付けを行なうには、上述のような粒子の様々な挙動までも把握し、それに基づく補正を行なう必要がある。そこで、上述の粒子数計測手段７１には、
・ 前記粒子速度計測手段７０で求めた各粒子の速度ｕから、次の静止画像における粒子の位置を予測する粒子位置予測部７１４と、
・ 該粒子位置予測部７１４のデータに基づき粒子の挙動（粒子同士の重なりやオーバーラップやフレーム・インやフレーム・アウト等）を予測する粒子挙動予測部７１５と、
・ 該粒子挙動予測部７１５からのデータに基づき前記粒子数計数部７１３の計測データを補正する粒子数補正部７１６と、
を設けておくと良い。

本発明者らは、５種類の試料の粒子数を、上述の粒子数計測手段７１とＢｕｒｋｅｒ−Ｔｕｒｋ型の血球計数盤とによって測定し、両者を比較してみた。図１０は、本発明の装置による測定粒径ｄ_Ｙと、Ｂｕｒｋｅｒ−Ｔｕｒｋ型の血球計数盤による測定粒径ｄ_Ｘとを比較するための図である。当然ながら、ｄ_Ｙとｄ_Ｘとの関係がｄ_Ｙ＝ｄ_Ｘ（原点を通り、傾きが４５度の右上がりの直線）のような関係になることが理想である。本発明の装置による測定結果をプロットすると、ｄ_Ｙ＝１．０４１ｄ_Ｘ＋３．３０６となり、ほぼｄ_Ｙ＝ｄ_Ｘに近い関係であることが分った。これにより、上述の粒子数計測手段７１の計測結果は精度が良いことが分った。

(3) 粒径計測手段７２

この粒径計測手段７２は、前記撮影手段６が撮影した画像データＧＤに基づき画像上での見掛けの粒径ｄ_ｅ’を算出する第１粒径算出手段７２Ａを備えており、該算出手段７２Ａによって該粒径ｄ_ｅ’を算出するように構成されている。この第１粒径算出手段７２Ａは、前記画像データＧＤに基づき粒子の面積Ｓを算出する面積算出部７２１と、該面積算出部７２１が算出した面積Ｓと下式とに基づき見掛けの粒径ｄ_ｅ’を演算する粒径演算部７２２と、により構成すると良い。つまり、この第１粒径算出手段７２Ａでは、図１１に実線Ａで例示するような扁平な形状の粒子であったとしても破線Ａ’に示すような球形（画像上では円形）と仮定し、その粒径ｄ_ｅ’を算出している。なお、この第１粒径算出手段７２Ａは直径ｄ_ｅ’を算出しているが、半径を算出する構成のものを本発明の権利範囲から除外するものでは無い。この面積Sは、上述の差分画像を使って算出するようにすると良い。

ところで、上式による算出結果ｄ_ｅ’は、粒子の第３軸方向の位置に依存する誤差を含み得る。以下、この点を図１２及び図１３に沿って説明する。

図１２において符号６０がカメラを示し、符号６０ａが、そのカメラ６０の焦点面を示すものとする。いま、真ん中の粒子Ａ_２が焦点面６０ａを流れ、図示上方の粒子Ａ_１が焦点面６０ａよりカメラ６０から遠い側を流れ、図示下方の粒子Ａ_３は焦点面６０ａよりカメラ６０に近い側を流れたとする。図１３は、それら３つの粒子を撮影した画像を模式的に示す図面である。図１２と図１３は似たような図面ではあるが、あくまで視認する方向が異なり、図１２は第２軸方向側（ｙ軸の＋側）から見た図であり、図１３は、第３軸（ｚ軸）の−側から見た図（撮影した画像の図）である。撮影された画像では、焦点面６０ａを流れた粒子Ａ_２は最小に写るものの（図１３参照）、他の２つの粒子（つまり、焦点面６０ａより遠い側を流れた粒子Ａ_１と、焦点面６０より近い側を流れた粒子Ａ_３）は真ん中の粒子Ａ_２に比べるとぼやけて大きく写ってしまう（図１３参照）。このため、それら２つの粒子Ａ_１，Ａ_３の見掛けの粒径ｄ_ｅ’は実際のものよりも大きく算出されてしまうこととなる。このような誤差を無くすには、焦点面６０ａからのズレ量（図１２の符号Δｚ_１及びΔｚ_３参照）に応じて粒径ｄ_ｅ’を補正する必要がある。そこで、前記粒径計測手段７２に粒径補正部７２Ｂを設けておき、前記撮影手段６の焦点面６０ａを基準とした粒子の第３軸方向についてのズレ量Δｚに基づき前記第１粒径算出手段７２Ａの算出結果ｄ_ｅ’を補正するようにすると良い。以下、この粒径補正部７２Ｂについて説明する。

該粒径補正部７２Ｂは、図１に示すように、
・ 粒子についての第２軸方向に関する位置ｙを前記画像データＧＤから測定する第２軸方向位置測定部７２３と、
・ 前記流量測定部４の測定結果Ｑ、前記粒子速度計測手段７０の算出結果ｕ、前記第２軸方向位置測定部７２３による測定結果ｙ、及び前記微小流路２ａを流れる流体についてのナビエ・ストークス（Ｎａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ）の方程式から粒子の第３軸方向位置ｚを算出する第３軸方向位置算出部７２４と、
・ 該第３軸方向位置算出部７２４の算出結果ｚに基づき、前記撮影手段６の焦点面６０ａを基準とした粒子の第３軸方向についてのズレ量Δｚを算出するズレ量算出部７２５と、
・ 該ズレ量算出部７２５の算出結果Δｚと前記第１粒径算出手段７２Ａの算出結果ｄ_ｅ’とから、ズレ量Δｚに伴う補正を行なった第２粒径ｄ_ｐ１を算出する第２粒径算出部７２６と、
を備えている。

なお、該ズレ量算出部７２５の算出結果Δｚに基づき粒子の像のボケ度（見掛けの粒径ｄ_ｅ’と実際の粒径との相対的な比率）を予測するボケ度予測手段７２Ｃを配置し、そのボケ度によって粒径を補正するようにしても良い。

ここで、上述の第３軸方向位置算出部７２４並びにナビエ・ストークスの方程式等について説明する。

微小流路２ａが矩形断面の場合のナビエ・ストークスの方程式の流速に対する解析解は下式のようになる。

ここで、Ｄ，Ｗの値は、各々、流路の高さの半分の値、流路幅であるから既知であり、流速（粒子の速度）ｕは上述した粒子速度計測手段７０により算出され、流量Ｑは前記流量測定手段４により算出され、該当粒子の第２軸方向位置は前記第２軸方向位置測定部７２３により測定され、いずれも既知の値である。したがって、上述の方程式より該当粒子の第３軸方向位置ｚが求まることとなる。

以上より、粒子速度ｕと第３軸方向位置ｚとの関係が求まるが、ここで、
とすると、粒子速度ｕと第３軸方向位置ｚ（但し、
）との関係は図５に示すようになり、粒子速度計測手段７０の演算結果ｕに基づき第３軸方向位置ｚが算出されることとなる。

ところで、前記第１粒径算出手段７２Ａにより算出する見掛けの粒径ｄ_ｅ’は、光の回折現象が原因で実際より大きくなってしまうことがある。いま、画像上の粒径をｄ_eとし、実際の粒径をｄ_pとし、回折によるエアリディスク直径をｄ_sとし、撮影光学系の倍率をＭとし、照明光の波長をλとし、開口数をＮＡとすると、下式が成立する。例えば、Ｍ＝５，λ＝可視光（４００〜７００ｎｍ），ＮＡ＝０．１８の場合、実際の粒径ｄ_pが２μｍであったとしても見掛けの粒径はｄ_e≒１９〜３０μｍとなってしまう。つまり、見掛けの粒径は実際の粒径とＰＳＦのコンボルーションとなり、上述の第１粒径算出手段７２Ａが画像データＧＤから算出する粒径は実際の粒径ｄ_pよりもかなり大きな値となってしまう。

そこで、上述したデータ処理装置７に第３粒径算出手段（図１の符号７２Ｄ参照）を設けておいて、デコンボルーション処理を行なうことにより光の回折現象に伴う誤差を補正すると良い。

本発明者らは、４種類の試料、すなわち、
・ 径が２μｍのポリスチレン粒子を純水に混入したもの
・ 径が５μｍのポリスチレン粒子を純水に混入したもの
・ 径が１０μｍのポリスチレン粒子を純水に混入したもの
・ 径が２０μｍのポリスチレン粒子を純水に混入したもの
を用意し、前記粒径計測手段７２により各試料の粒径を計測した。その結果は、図１４に示すようになり、本装置の計測精度が高いことが分った。

ところで、粒径が時間と共に変化する場合には、時々刻々の粒径を算出するようにしても、或いは、ある時間の平均粒径を求めるようにしても良い。前者の場合には、前記データ関連付け手段７３から時間データを取得し、粒径測定結果に該時間データを関連付けるようにすると良い。

図１は、本発明に係る粒子計測装置の要部（データ処理装置）の構成の一例を示すブロック図である。 図２は、本発明に係る粒子計測装置の全体構成の一例を示す模式図である。 図３(a) (b) は、撮影手段が撮影した２枚の静止画像の一例を示す図（写真）であり、(c) は、それらの差分画像の一例を示す図（写真）である。 図４は、ＰＩＶ処理を説明するための模式図である。 図５は、粒子速度と第３軸方向位置との関係を示す図面である。 図６は、微小流路中を粒子が流下される様子を示す模式図である。 図７は、粒子の追い越しの様子を示す模式図である。 図８は、粒子が流下される一態様を示す模式図である。 図９は、粒子が流下される他の態様を示す模式図である。 図１０は、本発明の装置による測定粒径ｄ_Ｙと、Ｂｕｒｋｅｒ−Ｔｕｒｋ型の血球計数盤による測定粒径ｄ_Ｘとを比較するための図である。 図１１は、見掛けの粒径ｄ_ｅ’の算出の条件を説明するための模式図である。 図１２は、粒子が流下される様子を第２軸方向側から見た模式図である。 図１３は、３つの粒子を撮影した画像を模式的に示す図面である。 図１４は、本発明の効果を説明するための図面である。

符号の説明

１ 粒子計測装置
２ａ 微小流路
６ 撮影手段
７０ 粒子速度計測手段
７１ 粒子数計測手段
７２ 粒径計測手段
７２Ａ 第１粒径算出手段
７２Ｂ 粒径補正部
７３ データ関連付け手段
７０１ 移動距離算出部
７０２ 粒子速度算出部
７１１ 差分画像形成部
７１２ 対応付け部
７１３ 粒子数計数部
７１４ 粒子位置予測部
７１５ 粒子挙動予測部
７１６ 粒子数補正部
ＧＤ 画像データ

Claims (5)

1. 画像データに基づいて粒子を計測する粒子計測装置において、
   粒子が混入された流体を層流状態で流下させる微小流路と、
   該流体の流下方向に略直交する方向から、前記微小流路を流下される粒子を撮影する撮影手段と、
   該撮影手段が撮影した画像データに基づき、流下される粒子の速度を計測する粒子速度計測手段と、
   前記撮影手段が撮影した画像データに基づき、所定時間内に流下される粒子の数を計測する粒子数計測手段と、
   前記撮影手段が撮影した画像データに基づき、流下される粒子の径を計測する粒径計測手段と、
   各計測手段が計測を行なったときの時間のデータに基づき、各計測手段が計測した計測値を時間に関連付けて管理するデータ関連付け手段と、
   を備え、
   前記粒子数計測手段は、
   前記撮影手段が撮影した２枚の静止画像から差分画像を形成する差分画像形成部と、
   どの粒子がどの位置に移動したかの対応付けを行なう対応付け部と、
   該対応付け部からのデータに基づき粒子の数を計数する粒子数計数部と、
   前記粒子速度計測手段で求めた各粒子の速度から、次の静止画像における粒子の位置を予測する粒子位置予測部と、
   該粒子位置予測部のデータに基づき、次の静止画像における粒子の挙動であるオーバーラップやフレーム・インやフレーム・アウトを予測する粒子挙動予測部と、
   該粒子挙動予測部からのデータに基づき前記粒子数計数部の計測データを補正する粒子数補正部と、
   を備え、
   前記フレーム・インとは、粒子が１枚目の静止画像に写っておらず、次の静止画像で現れることをいい、
   前記フレーム・アウトとは、粒子が１枚目の静止画像に写っていても、次の静止画像で写らなくなることをいい、
   前記オーバーラップとは、粒子が、他の粒子に追いついて追い越すことをいう、
   ことを特徴とする粒子計測装置。
2. 前記粒子速度計測手段は、
   前記撮影手段が撮影した複数枚の静止画像を画像処理して各粒子の移動距離を算出する移動距離算出部と、
   該算出した移動距離を撮影間隔で割ることによりその速度を算出する粒子速度算出部と、
   からなることを特徴とする請求項１に記載の粒子計測装置。
3. 前記粒径計測手段は、前記撮影手段が撮影した画像データに基づき、画像上での粒径を算出する第１粒径算出手段を備えた、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の粒子計測装置。
4. 前記粒径計測手段は、前記撮影手段の焦点面を基準とした粒子のズレ量に基づき前記第１粒径算出手段の算出結果を補正する粒径補正部を備えた、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粒子計測装置。
5. 前記流体は、液体、気体、液体−気体の混相流体、液体−固体の混相流体、気体−固体の混相流体、又は液体−気体−固体の混相流体である、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の粒子計測装置。