JP6473580B2 - 粒径測定装置および粒径測定方法 - Google Patents

粒径測定装置および粒径測定方法 Download PDF

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Description

本発明は、微粒子の粒径を測定する粒径測定装置および粒径測定方法に関するものである。
近年、国内外において大気汚染は進みつつあり、健康被害も懸念されている。
特に、大気中に浮遊している２．５μｍ以下の微粒子（ＰＭ２．５（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ ２．５）あるいは微小粒子状物質とも呼ばれる）は、肺の奥深くまで入り易く、呼吸系や循環器系への影響が心配されている。
そのため、大気中に含まれる微粒子の粒径を日常的に簡便に測定して、予防対策などに活用したいという要望がある。
微粒子を検出したり粒径を測定する装置は、種々提案されている（特許文献１等）。
特開平９−８９７５４号公報
しかしながら、上記従来技術に係る計測装置等は、工業向けや、研究機関向けのものが多く、大型でコストも嵩むという難点があった。
一方、粒子にレーザ光を照射した時の各粒径に特徴的な散乱がされる散乱光量とパターンを用いた粒子測定装置も開発されている。
ここで、レーザ光を粒子に照射した場合、粒径が比較的大きな場合は全周方向に散乱強度が強い傾向にある。特に前方の散乱光強度がより強く、粒径が小さくなるに従って、全体的に散乱光強度が弱くなり、前方散乱光強度も弱まる。そのため、粒径が比較的大きな粒子の場合には、粒子によって散乱された光のうち、前方散乱光を凸レンズで集光するとその焦点上に回折像を生じる。この回折光の明るさと大きさは、粒子の粒径によって決まるので、これらの散乱光情報を利用することにより比較的容易に粒径を得ることができる。
しかし、粒径が小さくなると、前方散乱光の強度が減少し、前方に設置した検出器では検出が困難となる。そのため、測定対象の微粒子を暗室に導き、側方散乱や後方散乱の微弱散乱光のパターンを高感度の光センサで測定する必要があり、測定装置が大型化し、コストも嵩むという問題があった。
本発明は上記の事情に鑑み、簡易且つ低コストで微粒子の粒径を測定することのできる粒径測定装置および粒径測定方法を提供することを目的としている。
前記課題を解決するため、請求項１の発明に係る粒径測定装置は、被検体の微粒子の粒径を測定する粒径測定装置であって、コヒーレント光を出射する光源と、微粒子を自然導入する前の前記コヒーレント光および自然導入された微粒子により前記コヒーレント光に生じた回折・散乱光を直接的に撮影する撮影手段と、前記撮影手段で撮影された前記コヒーレント光および回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理手段と、前記画像処理手段による画像処理結果に基いて前記回折・散乱光パターンのピークを判定して前記微粒子の粒径を算出する粒径算出手段とを備え、前記画像処理手段は、前記撮影手段により前記回折・散乱光パターンが形成される前に撮影される前記コヒーレント光から成る基準画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第１の変換手段と、前記第１の変換手段でグレースケール化されたデータの量子化を行う第１の量子化手段と、前記回折・散乱光パターンの画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第２の変換手段と、前記第２の変換手段でグレースケール化されたデータの量子化を行う第２の量子化手段と、前記第１の量子化手段で量子化されたデータを基準データ、前記第２の量子化手段で量子化されたデータを回折・散乱光パターンデータとして格納する格納手段と、前記回折・散乱光パターンデータと前記基準データの同じ成分について、前記回折・散乱光パターンデータから前記基準データの減算処理を行う減算手段と、前記光源の原点から前記減算処理の結果得られる同心円状の各回折・散乱光パターンまでの角度を算出する角度算出手段と、前記光源の原点から明るさのピークを有する前記同心円状の回折・散乱光パターンまでの角度を測定する角度測定手段とを備え、前記粒径算出手段は、前記角度と、波長と、粒径との関係を示す関係式に、前記画像処理手段によって得られたパラメータを代入して、粒径を算出することを特徴とする。
請求項２の発明に係る粒径測定装置は、被検体の微粒子の粒径を測定する粒径測定装置であって、コヒーレント光を出射する光源と、前記光源から出射されたコヒーレント光のビーム内に、前記被検体を微粒子として導入する導入手段と、前記導入手段により微粒子を導入する前の前記コヒーレント光および前記導入手段により導入された前記微粒子により前記コヒーレント光に生じた回折・散乱光を直接的に撮影する撮影手段と、前記撮影手段で撮影された前記コヒーレント光および回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理手段と、前記画像処理手段による画像処理結果に基いて前記回折・散乱光パターンのピークを判定して前記微粒子の粒径を算出する粒径算出手段とを備え、前記画像処理手段は、前記撮影手段により前記回折・散乱光パターンが形成される前に撮影される前記コヒーレント光から成る基準画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第１の変換手段と、前記第１の変換手段でグレースケール化されたデータの量子化を行う第１の量子化手段と、前記回折・散乱光パターンの画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第２の変換手段と、前記第２の変換手段でグレースケール化されたデータの量子化を行う第２の量子化手段と、前記第１の量子化手段で量子化されたデータを基準データ、前記第２の量子化手段で量子化されたデータを回折・散乱光パターンデータとして格納する格納手段と、前記回折・散乱光パターンデータと前記基準データの同じ成分について、前記回折・散乱光パターンデータから前記基準データの減算処理を行う減算手段と、前記光源の原点から前記減算処理の結果得られる同心円状の各回折・散乱光パターンまでの角度を算出する角度算出手段と、前記光源の原点から明るさのピークを有する前記同心円状の回折・散乱光パターンまでの角度を測定する角度測定手段とを備え、前記粒径算出手段は、前記角度と、波長と、粒径との関係を示す関係式に、前記画像処理手段によって得られたパラメータを代入して、粒径を算出することを特徴とする。
請求項３の発明に係る粒径測定装置は、被検体の微粒子の粒径を測定する粒径測定装置であって、コヒーレント光を出射する光源と、微粒子を自然導入する前の前記コヒーレント光および自然導入された前記微粒子により前記コヒーレント光に生じた回折・散乱光を投影するスクリーンと、前記スクリーンに投影された前記コヒーレント光および回折・散乱光パターンを撮影する撮影手段と、前記撮影手段で撮影された前記コヒーレント光および前記回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理手段と、前記画像処理手段による画像処理結果に基いて前記回折・散乱光パターンのピークを判定して前記微粒子の粒径を算出する粒径算出手段とを備え、前記画像処理手段は、前記撮影手段により前記回折・散乱光パターンが形成される前に撮影される前記コヒーレント光から成る基準画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第１の変換手段と、前記第１の変換手段でグレースケール化されたデータの量子化を行う第１の量子化手段と、前記回折・散乱光パターンの画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第２の変換手段と、前記第２の変換手段でグレースケール化されたデータの量子化を行う第２の量子化手段と、前記第１の量子化手段で量子化されたデータを基準データ、前記第２の量子化手段で量子化されたデータを回折・散乱光パターンデータとして格納する格納手段と、前記回折・散乱光パターンデータと前記基準データの同じ成分について、前記回折・散乱光パターンデータから前記基準データの減算処理を行う減算手段と、前記光源の原点から前記減算処理の結果得られる同心円状の各回折・散乱光パターンまでの角度を算出する角度算出手段と、前記光源の原点から明るさのピークを有する前記同心円状の回折・散乱光パターンまでの角度を測定する角度測定手段とを備え、前記粒径算出手段は、前記角度と、波長と、粒径との関係を示す関係式に、前記画像処理手段によって得られたパラメータを代入して、粒径を算出することを特徴とする。
請求項４の発明に係る粒径測定装置は、被検体の微粒子の粒径を測定する粒径測定装置であって、コヒーレント光を出射する光源と、前記光源から出射されたコヒーレント光のビーム内に、前記被検体を微粒子として導入する導入手段と、前記導入手段により微粒子を導入する前の前記コヒーレント光および前記導入手段により導入された前記微粒子により前記コヒーレント光に生じた回折・散乱光を投影するスクリーンと、前記スクリーンに投影された前記コヒーレント光および回折・散乱光パターンを撮影する撮影手段と、前記撮影手段で撮影された前記コヒーレント光および前記回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理手段と、前記画像処理手段による画像処理結果に基いて前記回折・散乱光パターンのピークを判定して前記微粒子の粒径を算出する粒径算出手段とを備えることを特徴とする。
請求項５の発明に係る粒径測定装置は、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の粒径測定装置について、前記光源は半導体レーザで構成され、前記撮影手段はデジタルカメラで構成されることを特徴とする。
請求項６の発明に係る粒径測定装置は、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の粒径測定装置について、前記関係式は、（Ｓ（θ））2 = （ｘ（１＋Ｃｏｓ（θ））／２ Ｊ１（ｘＳｉｎ（θ））／Ｓｉｎ（θ））2であり、Ｊ１は一次ベッセル関数、ｘ＝２πｒ／λ、ｒは半径、λは波長、ｘは粒子のサイズ因子であることを特徴とする。
請求項７の発明に係る粒径測定方法は、被検体の微粒子の粒径を測定する粒径測定方法であって、微粒子を自然導入する前のコヒーレント光および自然導入された前記微粒子により前記コヒーレント光に生じた回折・散乱光を撮影手段を用いて直接的に撮影する撮影過程と、撮影された前記コヒーレント光および回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理過程と、画像処理結果に基いて前記回折・散乱光パターンのピークを判定して前記微粒子の粒径を算出する粒径算出過程とを有し、前記画像処理過程は、前記撮影手段により前記回折・散乱光パターンが形成される前に撮影される前記コヒーレント光から成る基準画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第１の変換過程と、前記第１の変換過程でグレースケール化されたデータの量子化を行う第１の量子化過程と、前記回折・散乱光パターンの画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第２の変換過程と、前記第２の変換過程でグレースケール化されたデータの量子化を行う第２の量子化過程と、前記第１の量子化過程で量子化されたデータを基準データ、前記第２の量子化過程で量子化されたデータを回折・散乱光パターンデータとして格納する格納過程と、前記回折・散乱光パターンデータと前記基準データの同じ成分について、前記回折・散乱光パターンデータから前記基準データの減算処理を行う減算過程と、前記コヒーレント光を出射する光源の原点から前記減算処理の結果得られる同心円状の各回折・散乱光パターンまでの角度を算出する角度算出過程と、前記光源の原点から明るさのピークを有する前記同心円状の回折・散乱光パターンまでの角度を測定する角度測定過程と、前記角度と、波長と、粒径との関係を示す関係式に、前記各過程で得られた各パラメータを代入して、粒径を算出する粒径算出過程とを有することを特徴とする。
請求項８の発明に係る粒径測定方法は、被検体の微粒子の粒径を測定する粒径測定方法であって、光源から出射されたコヒーレント光のビーム内に、前記被検体を微粒子として導入する導入過程と、前記導入過程により微粒子を導入する前の前記コヒーレント光および前記導入過程で導入された前記微粒子により前記コヒーレント光に生じた回折・散乱光を撮影手段を用いて直接的に撮影する撮影過程と、撮影された前記コヒーレント光および回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理過程と、画像処理結果に基いて前記回折・散乱光パターンのピークを判定して前記微粒子の粒径を算出する粒径算出過程とを有し、前記画像処理過程は、前記撮影手段により前記回折・散乱光パターンが形成される前に撮影される前記コヒーレント光から成る基準画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第１の変換過程と、前記第１の変換過程でグレースケール化されたデータの量子化を行う第１の量子化過程と、前記回折・散乱光パターンの画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第２の変換過程と、前記第２の変換過程でグレースケール化されたデータの量子化を行う第２の量子化過程と、前記第１の量子化過程で量子化されたデータを基準データ、前記第２の量子化過程で量子化されたデータを回折・散乱光パターンデータとして格納する格納過程と、前記回折・散乱光パターンデータと前記基準データの同じ成分について、前記回折・散乱光パターンデータから前記基準データの減算処理を行う減算過程と、前記コヒーレント光を出射する光源の原点から前記減算処理の結果得られる同心円状の各回折・散乱光パターンまでの角度を算出する角度算出過程と、前記光源の原点から明るさのピークを有する前記同心円状の回折・散乱光パターンまでの角度を測定する角度測定過程と、前記角度と、波長と、粒径との関係を示す関係式に、前記各過程で得られた各パラメータを代入して、粒径を算出する粒径算出過程とを有することを特徴とする。
請求項９の発明に係る粒径測定方法は、被検体の微粒子の粒径を測定する粒径測定方法であって、微粒子を自然導入する前のコヒーレント光および自然導入された前記微粒子により前記コヒーレント光に生じた回折・散乱光をスクリーンに投影する過程と、前記スクリーンに投影された前記コヒーレント光および回折・散乱光パターンを撮影手段を用いて撮影する撮影過程と、前記撮影手段で撮影された前記コヒーレント光および前記回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理過程と、画像処理結果に基いて前記回折・散乱光パターンのピークを判定して前記微粒子の粒径を算出する粒径算出過程とを有し、前記画像処理過程は、前記撮影手段により前記回折・散乱光パターンが形成される前に撮影される前記コヒーレント光から成る基準画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第１の変換過程と、前記第１の変換過程でグレースケール化されたデータの量子化を行う第１の量子化過程と、前記回折・散乱光パターンの画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第２の変換過程と、前記第２の変換過程でグレースケール化されたデータの量子化を行う第２の量子化過程と、前記第１の量子化過程で量子化されたデータを基準データ、前記第２の量子化過程で量子化されたデータを回折・散乱光パターンデータとして格納する格納過程と、前記回折・散乱光パターンデータと前記基準データの同じ成分について、前記回折・散乱光パターンデータから前記基準データの減算処理を行う減算過程と、前記コヒーレント光を出射する光源の原点から前記減算処理の結果得られる同心円状の各回折・散乱光パターンまでの角度を算出する角度算出過程と、前記光源の原点から明るさのピークを有する前記同心円状の回折・散乱光パターンまでの角度を測定する角度測定過程と、前記角度と、波長と、粒径との関係を示す関係式に、前記各過程で得られた各パラメータを代入して、粒径を算出する粒径算出過程とを有することを特徴とする。
請求項１０の発明に係る粒径測定方法は、被検体の微粒子の粒径を測定する粒径測定方法であって、光源から出射されたコヒーレント光のビーム内に、前記被検体を微粒子として導入する導入過程と、前記導入過程により微粒子を導入する前の前記コヒーレント光および前記導入過程で導入された前記微粒子により前記コヒーレント光に生じた回折・散乱光をスクリーンに投影する過程と、前記スクリーンに投影された前記コヒーレント光および回折・散乱光パターンを撮影手段を用いて撮影する撮影過程と、前記撮影手段で撮影された前記コヒーレント光および前記回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理過程と、画像処理結果に基いて前記回折・散乱光パターンのピークを判定して前記微粒子の粒径を算出する粒径算出過程とを有し、前記画像処理過程は、前記撮影手段により前記回折・散乱光パターンが形成される前に撮影される前記コヒーレント光から成る基準画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第１の変換過程と、前記第１の変換過程でグレースケール化されたデータの量子化を行う第１の量子化過程と、前記回折・散乱光パターンの画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第２の変換過程と、前記第２の変換過程でグレースケール化されたデータの量子化を行う第２の量子化過程と、前記第１の量子化過程で量子化されたデータを基準データ、前記第２の量子化過程で量子化されたデータを回折・散乱光パターンデータとして格納する格納過程と、前記回折・散乱光パターンデータと前記基準データの同じ成分について、前記回折・散乱光パターンデータから前記基準データの減算処理を行う減算過程と、前記コヒーレント光を出射する光源の原点から前記減算処理の結果得られる同心円状の各回折・散乱光パターンまでの角度を算出する角度算出過程と、前記光源の原点から明るさのピークを有する前記同心円状の回折・散乱光パターンまでの角度を測定する角度測定過程と、前記角度と、波長と、粒径との関係を示す関係式に、前記各過程で得られた各パラメータを代入して、粒径を算出する粒径算出過程とを有することを特徴とする。
請求項１１の発明に係る粒径測定方法は、請求項７から請求項１０の何れか１項に記載の粒径測定方法において、前記関係式は、（Ｓ（θ））2 = （ｘ（１＋Ｃｏｓ（θ））／２ Ｊ１（ｘＳｉｎ（θ））／Ｓｉｎ（θ））2であり、Ｊ１は一次ベッセル関数、ｘ＝２πｒ／λ、ｒは半径、λは波長、ｘは粒子のサイズ因子であることを特徴とする。
本発明によれば、簡易且つ低コストで微粒子の粒径を測定することのできる粒径測定装置および粒径測定方法を提供することができる。
第１の実施形態に係る粒径測定装置の概略構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る粒径測定装置の構成例を示す説明図である。 画像処理手段の機能構成を示す機能ブロック図である。 （ａ）基準画像、（ｂ）回折・散乱光パターン画像の例を示す撮像図である。 第２の実施形態に係る粒径測定装置の概略構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る粒径測定装置の構成例を示す説明図である。 粒径測定処理の処理手順を示すフローチャートである。 粒径の測定結果に係る回折・散乱光パターンの表示例を示す撮像図である。 入射光と光強度分布（Ｓ（θ））２との関係を示す説明図である。 第３の実施形態に係る粒径測定装置の概略構成を示すブロック図である。 第３の実施形態に係る粒径測定装置の構成例を示す平面図（ａ）および側方一部断面図（ｂ）である。 第３の実施形態に係る粒径測定装置の他の構成例を示す平面図（ａ）および側方一部断面図（ｂ）である。 第３の実施形態に係る粒径測定装置による粒径測定処理の処理手順を示すフローチャートである。 （ａ）基準画像、（ｂ）回折・散乱光パターン画像の例を示す撮像図である。 第４の実施形態に係る粒径測定装置による粒径測定処理の処理手順を示すフローチャートである。
以下、本発明の一例としての実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
（第１の実施の形態）
図１のブロック図を参照して、第１の実施形態に係る粒径測定装置１ａの概略構成について説明する。
第１の実施の形態に係る粒径測定装置１ａは、被検体（本実施の形態では、水またはアルコールを用いた）の微粒子の粒径を測定する粒径測定装置であって、コヒーレント光（レーザ光）Ｌ１を出射する光源（例えば、半導体レーザ）２と、光源２から出射されたコヒーレント光Ｌ１のビーム内に、被検体を導入する導入手段の一種として、微粒子Ａ１を噴霧する噴霧手段（例えば、スプレー等）３と、噴霧手段３により微粒子Ａ１を噴霧する前のコヒーレント光Ｌ１および噴霧手段３により噴霧された微粒子Ａ１によりコヒーレント光に生じた回折・散乱光Ｌ２を直接的に撮影する撮影手段の一種としてのリアルタイムカメラ（例えば、ウェブカメラやデジタルカメラ等で構成される）４と、リアルタイムカメラ４で撮影されたコヒーレント光Ｌ１および回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理手段５と、画像処理手段５による画像処理結果に基いて回折・散乱光パターンのピークを判定して微粒子Ａ１の粒径を算出する粒径算出手段６とを備える。
なお、画像処理手段５および粒径算出手段６は、モニタ１１などを備えたパーソナルコンピュータ１０等で構成される。また、画像処理手段５および粒径算出手段６自体は、パーソナルコンピュータ１０等にインストールされるソフトウェアで構成することができる。
また、被検体を導入する導入手段の一種として、微粒子Ａ１を噴霧する噴霧手段（例えば、スプレー等）３を省略し、自然的に被検体が導入されるようにしてもよい。
図２は、第１の実施形態に係る粒径測定装置１ａの構成例を示す説明図である。
図２に示す構成例では、光源２として半導体レーザを用いたレーザ光源を用いる。レーザ光源としては、例えば、波長６３５ｎｍ、出力３ｍＷの赤色半導体レーザ素子を用いることができる。
噴霧手段３としては、スプレー缶に被検体（水やアルコール等）を封入したものや、霧吹き器等を用いることができる。また、大気中に含まれる粒子の粒径を測定する場合には、噴霧手段に代えて、大気を導入する機構等を設けるようにしてもよい。
リアルタイムカメラ４としては、ウェブカメラ（Ｗｅｂカメラ）やデジタルカメラなどを用いることができる。
ウェブカメラは、パーソナルコンピュータ等に接続して使用する小型のビデオカメラであり、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４などのインターフェースを備え、撮影された画像はリアルタイムでパーソナルコンピュータ等に伝送されるようになっている。近年は、普及が進み、比較的安価に入手可能である。
また、一般的なデジタルカメラの中には、ウェブカメラと同様に、撮影された画像はリアルタイムでパーソナルコンピュータ等に伝送することができるものもあり、そのようなデジタルカメラをウェブカメラに代えて用いることもできる。これにより、身近なデジタルカメラを活用して、より安価に粒径測定装置１ａを構成することができる。
図１に示す画像処理手段５および粒径算出手段６を構成するパーソナルコンピュータ１０としては、デスクトップ型やノートブック型等を用いることができる。
図３は、画像処理手段５の機能構成を示す機能ブロック図である。
図３に示すように、画像処理手段５は、リアルタイムカメラ４等により回折・散乱光パターンが形成される前に撮影されるコヒーレント光Ｌ１から成る基準画像（例えば、図４（ａ））についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第１の変換手段５１と、第１の変換手段５１でグレースケール化されたデータの量子化を行う第１の量子化手段５２と、回折・散乱光パターンの画像（例えば、図４（ｂ））についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第２の変換手段５３と、第２の変換手段５３でグレースケール化されたデータの量子化を行う第２の量子化手段５４と、第１の量子化手段５２で量子化されたデータを基準データ、第２の量子化手段５４で量子化されたデータを回折・散乱光パターンデータとして格納する不揮発性メモリ等で構成される格納手段５５と、回折・散乱光パターンデータと基準データの同じ成分について、回折・散乱光パターンデータから基準データの減算処理を行う減算手段５６と、光源２の原点から減算処理の結果得られる同心円状の各回折・散乱光パターンまでの角度を算出する角度算出手段５７と、光源２の原点から明るさのピークを有する同心円状の回折・散乱光パターンまでの角度を測定する角度測定手段５８とを備える。
また、粒径算出手段６は、角度と、波長と、粒径との関係を示す関係式に、画像処理手段５によって得られた各パラメータを代入して、粒径を算出する。
粒径算出手段６において用いられる関係式は、例えば、
（Ｓ（θ））2 = （ｘ（１＋Ｃｏｓ（θ））／２ Ｊ１（ｘＳｉｎ（θ））／Ｓｉｎ（θ））2であり、Ｊ１は一次ベッセル関数、ｘ＝２πｒ／λ、ｒは半径、λは波長、ｘは粒子のサイズ因子である。
ここで、図９は、入射光と光強度分布（Ｓ（θ））２との関係を示す説明図である。図９に示すように、λは入射光（コヒーレント光Ｌ１）の波長であり、例えば半径ｒの水の微粒子によって入射光は回折される。そして、直進する回折光はθ＝０であり、直進方向からずれるに従って所定の角度θの回折光となって散乱される。これにより、照射面において図９に示すような光強度分布（Ｓ（θ））２が現れ、リアルタイムカメラ４等により例えば図４（ｂ）のような撮影画像となる。
本実施形態に係る粒径測定装置１ａを用いて、アルコール微粒子の粒径測定を試行したところ、粒径を約７．４μｍと判定することができた。
また、水の微粒子については、約１３μｍと判定することができた。
（第２の実施の形態）
図５のブロック図および図６の説明図を参照して、第２の実施形態に係る粒径測定装置１ｂの概略構成について説明する。
なお、第１の実施形態に係る粒径測定装置１ａと同様の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。
第２の実施形態に係る粒径測定装置１ｂと、第１の実施形態に係る粒径測定装置１ａとの相違点は、噴霧手段３により微粒子Ａ１を噴霧する前のコヒーレント光Ｌ１および被検体を導入する導入手段の一種としての噴霧手段３により噴霧された微粒子Ａ１によりコヒーレント光Ｌ１に生じた回折・散乱光Ｌ２を投影する拡散板等で構成されるスクリーン２０を備える点である。
即ち、第２の実施の形態に係る粒径測定装置１ｂは、コヒーレント光Ｌ１を出射する光源２と、光源２から出射されたコヒーレント光Ｌ１のビーム内に、被検体を微粒子Ａ１として噴霧する噴霧手段３と、前述のスクリーン２０と、スクリーン２０に投影されたコヒーレント光Ｌ１および回折・散乱光パターンＬ３を撮影する撮影手段の一種としてのリアルタイムカメラ（例えば、ウェブカメラやデジタルカメラ等で構成される）４と、リアルタイムカメラ４等で撮影されたコヒーレント光（例えば、図４（ａ））および回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理手段５と、画像処理手段５による画像処理結果に基いて回折・散乱光パターンのピークを判定して微粒子の粒径を算出する粒径算出手段６とを備える。
画像処理手段５の構成および粒径算出手段６で適用される関係式は、第１の実施形態に係る粒径測定装置１ａと同様である。
なお、被検体を導入する導入手段の一種として、微粒子Ａ１を噴霧する噴霧手段（例えば、スプレー等）３を省略し、自然的に被検体が導入されるようにしてもよい。
（粒径測定処理）
図７のフローチャートを参照して、第１の実施形態に係る粒径測定装置１ａで実行される粒径測定処理の処理手順について説明する。
この処理が開始されると、まずステップＳ１０でウェブカメラ４等およびパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０の電源がオンされる。これにより、ウェブカメラ４等は撮影可能な状態となり、パーソナルコンピュータ１０は、各種処理を実行可能な状態となる。
次いで、ステップＳ１１でレーザ光源２の電源をオンする。これにより、コヒーレント光としてのレーザ光Ｌ１が出射される。なお、レーザ光源２から出射されたレーザ光Ｌ１が、ウェブカメラ４等の撮影レンズに入射するように、レーザ光源２およびウェブカメラ４等の原点調整および光軸調整が行われる。
次に、ステップＳ１２では、パーソナルコンピュータ１０の操作に基づき、ウェブカメラ４によって基準画像が撮影される。基準画像とは、レーザ光源２から出射されたレーザ光Ｌ１をウェブカメラ４等で直接撮影した画像であり、例えば図４（ａ）に示すような画像として取得される。ステップＳ１３では、この基準画像を所定のファイル形式で不揮発性メモリやハードディスク装置等の記憶装置に格納する。
次いで、ステップＳ１４では、噴霧手段３を操作して被検体を微粒子Ａ１として噴霧する。なお、被検体としては、水やアルコールを用いたが、これに限定されず、種々の液体または液体に溶解させた物質を被検体とすることが可能である。また、大気中の微粒子の粒径を測定する場合には、噴霧手段による噴霧に代えて、大気を導入するようにしてもよい。なお、大気等を導入する具体的な構成等については、第３の実施の形態で述べる。
次いで、ステップＳ１５では、パーソナルコンピュータ１０の操作に基づき、被検体の微粒子Ａ１によって回折、散乱された回折・散乱光Ｌ２をウェブカメラ４等によって撮影する。撮影された画像は、例えば図４（ｂ）に示すような画像として取得される。ステップＳ１６では、この回折・散乱光の画像を所定のファイル形式で不揮発性メモリやハードディスク装置等の記憶装置に格納する。
ステップＳ１７では、基準画像について、ＲＧＢ変換した後、グレースケール化する画像変換が実行される。次いで、ステップＳ１８では、画像変換された基準画像のデータについて量子化を行なってステップＳ１９に移行する。
ステップＳ１９では、回折・散乱光のパターン画像について、ＲＧＢ変換した後、グレースケール化する画像変換が実行される。次いで、ステップＳ２０では、画像変換された回折・散乱光のパターン画像のデータについて量子化を行なってステップＳ２１に移行する。
ステップＳ２１では、量子化した基準データおよび回折・散乱光パターンデータを格納してステップＳ２２に移行する。
ステップＳ２２では、回折・散乱光パターンデータと基準データの同じ成分について、回折・散乱光パターンデータから基準データの減算処理を行う。これにより、明るい部分の打ち消しを行うことができ、回折・散乱光パターンをより明確に把握することができるようになる。
次いで、ステップＳ２３では、光源２の原点から減算処理（ステップＳ２２）の結果得られる同心円状の各回折・散乱光パターンまでの角度を算出する角度算出処理が実行される。
ステップＳ２４では、光源の原点から明るさのピークを有する同心円状の回折・散乱光パターンまでの角度を測定する角度測定が行われる。
次いで、ステップＳ２５では、角度と、波長と、粒径との関係を示す前出の関係式に、前述の処理によって得られた各パラメータを代入して、粒径を算出する粒径算出処理が実行され、処理を終了する。
粒径の算出結果は、例えば図８に示すような粒径の測定結果に係る回折・散乱光パターンと共にモニタ１１に表示するようにしてもよい。
これにより、先にも述べたように、アルコール微粒子については、粒径を約７．４μｍと判定することができた。また、水の微粒子については、約１３μｍと判定することができた。
また、第２の実施形態に係る粒径測定装置１ｂで実行される粒径測定処理の処理手順は、図７のフローチャートと略同様である。
相違点は、ステップＳ１５において、回折・散乱光を直接撮影するのに代えて、スクリーン２０に投影された回折・散乱光パターンを撮影する点である。他の処理は、図７のフローチャートに示す通りである。
（第３の実施の形態）
図１０のブロック図および図１１、図１２の説明図を参照して、第３の実施形態に係る粒径測定装置１ｃの概略構成について説明する。
第３の実施の形態に係る粒径測定装置１ｃは、大気中や雰囲気中に漂う微粒子から成る被検体の粒径を測定する粒径測定装置である。
なお、第１の実施の形態に係る粒径測定装置１ａと同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
粒径測定装置１ｃは、コヒーレント光（レーザ光）Ｌ１を出射する光源（例えば、半導体レーザ）２と、光源２から出射されたコヒーレント光Ｌ１のビーム内に、被検体としての微粒子Ａ２を導入する導入手段の一種としての微粒子導入部３０と、微粒子導入部３０により微粒子Ａ２を導入する前のコヒーレント光Ｌ１および微粒子導入部３０により導入された微粒子Ａ２によりコヒーレント光に生じた回折・散乱光Ｌ２を直接的に撮影する撮影手段４０と、撮影手段４０で撮影されたコヒーレント光Ｌ１および回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理手段５と、画像処理手段５による画像処理結果に基いて回折・散乱光パターンのピークを判定して微粒子Ａ２の粒径を算出する粒径算出手段６とを備える。
撮影手段４０としては、第１の実施形態に係る粒径測定装置１ａおよび第２の実施形態に係る粒径測定装置１ｂで用いたウェブカメラ（Ｗｅｂカメラ）等のリアルタイムカメラや、静止画や動画をデジタルデータとしてＳＤメモリカードなどのメモリカード５０等に保存するデジタルカメラなどを用いることができる。
即ち、第１の実施形態に係る粒径測定装置１ａや第２の実施形態に係る粒径測定装置１ｂでは、主に、ウェブカメラ等でリアルタイムに撮影した動画をパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０に送信して画像処理を行なっていたが、これに代えて、撮影した動画等を格納したメモリカード５０等をパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０に接続して読取り、その読み取ったデジタルデータに基いて画像処理を行って微粒子Ａ２の粒径を測定するようになっている。
ここで、図１１を参照して、微粒子導入部３０の具体的な構成例について説明する。
図１１に示す構成例に係る微粒子導入部３０Ａは、デジタルカメラ４０の前面側４０ａに取り付けられている。
なお、微粒子導入部３０Ａは、強制的に大気等を導入する構成以外に、自然的に大気等を導入する構成も含む。また、微粒子導入部３０Ａ自体を省略し、微粒子が自然導入されるようにしてもよい。
微粒子導入部３０Ａは、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、デジタルカメラ４０の前面側４０ａのレンズ部４０ｃを覆う筒状体３１を備えている。筒状体３１は、例えば金属や樹脂で成形され、図１１（ｂ）に示すように、上部側壁と下部側壁に大気を自然的に導入する貫通孔３２ａ、３１ｂが形成されている。なお、貫通穴は左右の側壁に形成するようにしてもよい。また、貫通孔は２つ以上設けるようにしてもよい。
また、筒状体３１の前面側を覆う壁部３１ａには、光源としてのレーザ発光装置３３が設けられている。レーザ発光装置３３としては、例えば赤色半導体レーザを搭載したレーザポインタ等を用いることができる。
レーザ発光装置３３は、筒状体３１をデジタルカメラ４０の前面側４０ａに取り付けた際に、デジタルカメラ４０のレンズ部４０ｃの中央にレーザ光Ｌを入射させることができるように位置決め（光軸合わせ）して固定されている。
なお、筒状体３１をデジタルカメラ４０の前面側４０ａに取り付ける構造は、特には限定されないが、例えばデジタルカメラ４０の前面側に設けられたネジ込み式の固定具に螺合する取付部を筒状体３１の端部に設けるようにしてもよい。また、筒状体３１の端部またはデジタルカメラ４０の前面側にマグネットを設け、筒状体３１を磁力で固定するようにしてもよい。
次に、図１２を参照して、微粒子導入部の他の構成例について説明する。
なお、図１２に示す微粒子導入部３０Ｂにおいて、図１１に示す微粒子導入部３０Ａと同様の構成については同一符号を付して重複した説明は省略する。
微粒子導入部３０Ｂは、貫通孔３２ａの上方に、大気を強制的に筒状体３１内に導入するファン装置６０を備えている。
より具体的には、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、ファン装置６０は、支持部６１によって支持されるモータ６２にファン６３が取り付けられた構成となっている。これにより、微粒子導入部３０Ａのように貫通孔３２ａだけを設けた構成に比して、より効率的に大気を筒状体３１内に導入することができる。
なお、ファン装置６０は、大気を筒状体３１内に導入した後にオフするとよい。これにより、筒状体３１内に大気中に含まれる微粒子Ａ２が滞留した状態とすることができる。
また、モータ６２の電源としては、乾電池や充電池等のほかに、太陽電池を用いるようにしてもよい。
また、電源を確保し難い場所での測定に備えて、ファンを手動で回転させる機構を備えるようにしてもよい。
（粒径測定処理）
図１３のフローチャートを参照して、第３の実施形態に係る粒径測定装置１ｃで実行される粒径測定処理の処理手順について説明する。
粒径測定装置１ｃに適用される微粒子導入部３０Ａ、３０Ｂを用いて大気中の微粒子の粒径を測定するには、まず、微粒子導入部３０Ａまたは３０Ｂをデジタルカメラ４０の前面側４０ａに取り付ける（ステップＳ３０）。
次いで、デジタルカメラ４０の電源をオンして、撮影可能な状態とし（ステップＳ３１）、次に、レーザ発光装置３３をオンしてレーザ光Ｌを発光させる（ステップＳ３２）。
そして、デジタルカメラ４０のシャッターボタン４０ｂを押して、基準画像（図１４（ａ）参照）を撮影する（ステップＳ３３）。
なお、基準画像の撮影は、大気中の微粒子の影響を受けないように、清浄空間（例えば、クリーンルーム等）で行うことが望ましい。
また、基準画像の撮影を行う際のシャッター速度、絞り、画質等は、デジタルカメラ４０の設定項目から適宜設定するとよい。
例えば、デジタルカメラ４０により動画を撮影する場合には、絞りは最大で固定し、焦点距離は無限大、感度は例えばＩＳＯ１００とすることができる。また、動画記録形式はＭＰＥＧ−４とし、パーソナルコンピュータ等による画像処理でＭｏｔｉｏｎＪＰＥＧ等に変換するようにしてもよい。
次いで、基準画像をメモリカード５０（図１０参照）に格納（ステップＳ３４）してからステップＳ３５に移行する。
ステップＳ３５では、貫通孔３２ａ、３２ｂを介して大気を筒状体３１内に導入する。微粒子導入部３０Ｂを用いる場合には、ファン装置６０を所定時間にわたって駆動させる。これにより、筒状体３１内に筒状体３１内に大気中に含まれる微粒子Ａ２が滞留した状態となる。
そして、この状態でデジタルカメラ４０のシャッターボタン４０ｂを押して、回折・散乱光（図１４（ｂ）参照）の撮影を行う（ステップＳ３６）。
なお、回折・散乱光の撮影を行う際のシャッター速度、絞り、画質等は、デジタルカメラ４０の設定項目から適宜設定するとよい。
次いで、回折・散乱光の画像をメモリカード５０（図１０参照）に格納（ステップＳ３７）する。
そして、基準画像および回折・散乱光の画像が記録されたメモリカード５０（図１０参照）をデジタルカメラ４０から取り出して、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０（図１０参照）のカードリーダ（図示せず）に装着（ステップＳ３８）して、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０による画像処理を行う。
なお、メモリカードとして無線送信機能（Ｗｉｆｉ機能）を備えたものを用い、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０に設けた無線受信装置によって画像データをワイヤレスで受信するようにしてもよい。また、粒径測定装置１自体に無線送受信機能を搭載し、通常のメモリカード５０に記録された画像データをパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０に設けた無線受信装置によって画像データをワイヤレスで受信するようにしてもよい。
ステップＳ３９からステップＳ４７までの画像処理は、図７に示すフローチャートのステップＳ１７からステップＳ２５までと同じであるので重複した説明は省略する。
これにより、大気中に含まれる微粒子Ａ２の粒径を測定することができる。
このように、第３の実施形態に係る粒径測定装置１ｃによれば、大気中に含まれる微粒子に関する基準画像および回折・散乱光の画像の撮影と、それらの画像に関する画像処理とを場所や日時を変えて行うことができるので、より機動的に測定作業を行うことができる。
また、微粒子導入部３０Ａまたは３０Ｂを用いることにより、一般的なデジタルカメラ４０で基準画像および回折・散乱光の画像を撮影することができるので、より低コストで測定作業を行うことができる。
なお、第３の実施形態に係る粒径測定装置１ｃは、大気中の微粒子の粒径を測定する用途のみに限定されず、例えば工場内などの雰囲気中に含まれる微粒子の粒径や、煙突から排出される煙に含まれる微粒子の粒径などを測定する用途等に適用することもできる。
（第４の実施の形態）
図１５のフローチャート等を参照して第４の実施形態に係る粒径測定装置について説明する。
なお、第４の実施形態に係る粒径測定装置の構成は、第３の実施形態に係る粒径測定装置１ｃと同様である（図１０のブロック図および図１１、図１２の説明図を参照）。
図１５のフローチャートを参照して、第４の実施形態に係る粒径測定装置で実行される粒径測定処理の処理手順について説明する。
なお、第３の実施形態に係る粒径測定装置１ｃと同様の構成については、同一符号を付して重複した説明は割愛する。
粒径測定装置に適用される微粒子導入部３０Ａ、３０Ｂを用いて大気中の微粒子の粒径を測定するには、まず、微粒子導入部３０Ａまたは３０Ｂをデジタルカメラ４０の前面側４０ａに取り付ける（ステップＳ５０）。
なお、微粒子導入部３０Ａ、３０Ｂを用いない場合には、ステップＳ５０は省略される。
次いで、デジタルカメラ４０の電源をオンして、撮影可能な状態とし（ステップＳ５１）、次に、レーザ発光装置３３をオンしてレーザ光Ｌを発光させる（ステップＳ５２）。
そして、デジタルカメラ４０のシャッターボタン４０ｂ等を操作して、動画の撮影を開始（ステップＳ５３）し、まず、基準画像を撮影する（ステップＳ５４）。なお、基準画像の撮影は、大気中の微粒子の影響を受けないように、清浄空間（例えば、クリーンルーム等）で行うことが望ましい。
また、撮影された画像は、メモリカード５０に逐次格納される。
また、基準画像の撮影の撮影条件は、例えば、絞りは最大で固定し、焦点距離は無限大、感度は例えばＩＳＯ１００とすることができる。また、動画記録形式はＭＰＥＧ−４とすることができる。
次いで、ステップＳ５５で、貫通孔３２ａ、３２ｂを介して大気を筒状体３１内に導入する。微粒子導入部３０Ｂを用いる場合には、ファン装置６０を所定時間にわたって駆動させる。これにより、筒状体３１内に筒状体３１内に大気中に含まれる微粒子Ａ２が滞留した状態となる。
そして、回折・散乱光（図１４（ｂ）参照）の動画撮影を行う（ステップＳ５６）。
次いで、記録画像データを無線送信（ステップＳ５７）し、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０で受信する（ステップＳ５８）。
無線送受信の仕方としては、メモリカードとして無線送信機能（Ｗｉｆｉ機能）を備えたものを用い、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０に設けた無線受信装置によって画像データをワイヤレスで受信するように構成するか、あるいは、粒径測定装置自体に無線送受信機能を搭載し、通常のメモリカード５０に記録された画像データをパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０に設けた無線受信装置によって画像データをワイヤレスで受信するようにしてもよい。
次いで、ステップＳ５９では、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０にインストールされた所定の画像処理ソフトウェアにより、ＭＰＥＧ−４で記録された画像データをＭｏｔｉｏｎＪＰＥＧに変換する。これにより、動画からフレームの写真の集合体への変換が行われる。
ステップＳ６０では、変換されたフレームの写真の集合体から基準画像および回折・散乱光の画像を抽出してステップＳ６１以降の処理に移行する。
なお、ステップＳ６１からステップＳ６９までの画像処理は、図７に示すフローチャートのステップＳ１７からステップＳ２５までと同じであるので重複した説明は省略する。
これにより、大気中に含まれる微粒子Ａ２の粒径を測定することができる。
このように、第４の実施形態に係る粒径測定装置によれば、大気中に含まれる微粒子に関する基準画像および回折・散乱光の画像の撮影と、それらの画像に関する画像処理とを場所や日時を変えて行うことができるので、より機動的に測定作業を行うことができる。
また、微粒子導入部３０Ａまたは３０Ｂを用いることにより、一般的な動画撮影機能を有するデジタルカメラ４０で基準画像および回折・散乱光の画像の動画を撮影することができるので、より低コストで測定作業を行うことができる。
なお、第４の実施形態に係る粒径測定装置は、大気中の微粒子の粒径を測定する用途のみに限定されず、例えば工場内などの雰囲気中に含まれる微粒子の粒径や、煙突から排出される煙に含まれる微粒子の粒径などを測定する用途等に適用することもできる。
以上述べたように、第１から第４の本実施の形態に係る粒径測定装置１ａ〜１ｃによれば、簡易且つ低コストで微粒子の粒径を測定すること可能となる。これにより、例えば、大気中などに含まれる微粒子の粒径を日常的に簡便に測定することができ、予防対策等に活用することができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈すべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、通常暗所で行うパーティクル・カウンタなどに代えて、明るい所にレーザ光源とカメラを設置し、フロントスキャッタリングで微粒子を測定することができる。
また、クリーンルームや火災時などを想定した実験空間に、光源とカメラを設置し、ルーム内の微粒子径を測定するようにしてもよい。
また、半導体クリーンルーム等で特定箇所にレーザ光源とカメラを設置し、室内で発生したゴミなどの微粒子を検知、測定または微粒子分布を把握する用途等に利用することもできる。
１ａ、１ｂ、１ｃ…粒径測定装置
２…光源（レーザ光源）
３…噴霧手段
４…撮影手段
５…画像処理手段
６…粒径算出手段
１０…パーソナルコンピュータ
１１…モニタ
２０…スクリーン
３０Ａ、３０Ｂ…微粒子導入部
３１…筒状体
３１ａ…壁部
３２ａ、３２ｂ…貫通孔
３３…レーザ発光装置
４０…デジタルカメラ
４０ａ…前面側
４０ｂ…シャッターボタン
４０ｃ…レンズ部
５０…メモリカード
５１…第１の変換手段
５２…第１の量子化手段
５３…第２の変換手段
５４…第２の量子化手段
５５…格納手段
５６…減算手段
５７…角度算出手段
５８…角度測定手段
Ａ１、Ａ２…微粒子
Ｌ、Ｌ１…コヒーレント光（レーザ光）
Ｌ２…回折・散乱光
Ｌ３…回折・散乱光パターン

Claims (11)

  1. 被検体の微粒子の粒径を測定する粒径測定装置であって、
    コヒーレント光を出射する光源と、
    微粒子を自然導入する前の前記コヒーレント光および自然導入された微粒子により前記コヒーレント光に生じた回折・散乱光を直接的に撮影する撮影手段と、
    前記撮影手段で撮影された前記コヒーレント光および回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理手段と、
    前記画像処理手段による画像処理結果に基いて前記回折・散乱光パターンのピークを判定して前記微粒子の粒径を算出する粒径算出手段と
    を備え、
    前記画像処理手段は、
    前記撮影手段により前記回折・散乱光パターンが形成される前に撮影される前記コヒーレント光から成る基準画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第１の変換手段と、
    前記第１の変換手段でグレースケール化されたデータの量子化を行う第１の量子化手段と、
    前記回折・散乱光パターンの画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第２の変換手段と、
    前記第２の変換手段でグレースケール化されたデータの量子化を行う第２の量子化手段と、
    前記第１の量子化手段で量子化されたデータを基準データ、前記第２の量子化手段で量子化されたデータを回折・散乱光パターンデータとして格納する格納手段と、
    前記回折・散乱光パターンデータと前記基準データの同じ成分について、前記回折・散乱光パターンデータから前記基準データの減算処理を行う減算手段と、
    前記光源の原点から前記減算処理の結果得られる同心円状の各回折・散乱光パターンまでの角度を算出する角度算出手段と、
    前記光源の原点から明るさのピークを有する前記同心円状の回折・散乱光パターンまでの角度を測定する角度測定手段と
    を備え、
    前記粒径算出手段は、
    前記角度と、波長と、粒径との関係を示す関係式に、前記画像処理手段によって得られたパラメータを代入して、粒径を算出することを特徴とする粒径測定装置。
  2. 被検体の微粒子の粒径を測定する粒径測定装置であって、
    コヒーレント光を出射する光源と、
    前記光源から出射されたコヒーレント光のビーム内に、前記被検体を微粒子として導入する導入手段と、
    前記導入手段により微粒子を導入する前の前記コヒーレント光および前記導入手段により導入された前記微粒子により前記コヒーレント光に生じた回折・散乱光を直接的に撮影する撮影手段と、
    前記撮影手段で撮影された前記コヒーレント光および回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理手段と、
    前記画像処理手段による画像処理結果に基いて前記回折・散乱光パターンのピークを判定して前記微粒子の粒径を算出する粒径算出手段と
    を備え、
    前記画像処理手段は、
    前記撮影手段により前記回折・散乱光パターンが形成される前に撮影される前記コヒーレント光から成る基準画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第１の変換手段と、
    前記第１の変換手段でグレースケール化されたデータの量子化を行う第１の量子化手段と、
    前記回折・散乱光パターンの画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第２の変換手段と、
    前記第２の変換手段でグレースケール化されたデータの量子化を行う第２の量子化手段と、
    前記第１の量子化手段で量子化されたデータを基準データ、前記第２の量子化手段で量子化されたデータを回折・散乱光パターンデータとして格納する格納手段と、
    前記回折・散乱光パターンデータと前記基準データの同じ成分について、前記回折・散乱光パターンデータから前記基準データの減算処理を行う減算手段と、
    前記光源の原点から前記減算処理の結果得られる同心円状の各回折・散乱光パターンまでの角度を算出する角度算出手段と、
    前記光源の原点から明るさのピークを有する前記同心円状の回折・散乱光パターンまでの角度を測定する角度測定手段と
    を備え、
    前記粒径算出手段は、
    前記角度と、波長と、粒径との関係を示す関係式に、前記画像処理手段によって得られたパラメータを代入して、粒径を算出することを特徴とする粒径測定装置。
  3. 被検体の微粒子の粒径を測定する粒径測定装置であって、
    コヒーレント光を出射する光源と、
    微粒子を自然導入する前の前記コヒーレント光および自然導入された前記微粒子により前記コヒーレント光に生じた回折・散乱光を投影するスクリーンと、
    前記スクリーンに投影された前記コヒーレント光および回折・散乱光パターンを撮影する撮影手段と、
    前記撮影手段で撮影された前記コヒーレント光および前記回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理手段と、
    前記画像処理手段による画像処理結果に基いて前記回折・散乱光パターンのピークを判定して前記微粒子の粒径を算出する粒径算出手段と
    を備え、
    前記画像処理手段は、
    前記撮影手段により前記回折・散乱光パターンが形成される前に撮影される前記コヒーレント光から成る基準画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第１の変換手段と、
    前記第１の変換手段でグレースケール化されたデータの量子化を行う第１の量子化手段と、
    前記回折・散乱光パターンの画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第２の変換手段と、
    前記第２の変換手段でグレースケール化されたデータの量子化を行う第２の量子化手段と、
    前記第１の量子化手段で量子化されたデータを基準データ、前記第２の量子化手段で量子化されたデータを回折・散乱光パターンデータとして格納する格納手段と、
    前記回折・散乱光パターンデータと前記基準データの同じ成分について、前記回折・散乱光パターンデータから前記基準データの減算処理を行う減算手段と、
    前記光源の原点から前記減算処理の結果得られる同心円状の各回折・散乱光パターンまでの角度を算出する角度算出手段と、
    前記光源の原点から明るさのピークを有する前記同心円状の回折・散乱光パターンまでの角度を測定する角度測定手段と
    を備え、
    前記粒径算出手段は、
    前記角度と、波長と、粒径との関係を示す関係式に、前記画像処理手段によって得られたパラメータを代入して、粒径を算出することを特徴とする粒径測定装置。
  4. 被検体の微粒子の粒径を測定する粒径測定装置であって、
    コヒーレント光を出射する光源と、
    前記光源から出射されたコヒーレント光のビーム内に、前記被検体を微粒子として導入する導入手段と、
    前記導入手段により微粒子を導入する前の前記コヒーレント光および前記導入手段により導入された前記微粒子により前記コヒーレント光に生じた回折・散乱光を投影するスクリーンと、
    前記スクリーンに投影された前記コヒーレント光および回折・散乱光パターンを撮影する撮影手段と、
    前記撮影手段で撮影された前記コヒーレント光および前記回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理手段と、
    前記画像処理手段による画像処理結果に基いて前記回折・散乱光パターンのピークを判定して前記微粒子の粒径を算出する粒径算出手段と
    を備え、
    前記画像処理手段は、
    前記撮影手段により前記回折・散乱光パターンが形成される前に撮影される前記コヒーレント光から成る基準画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第１の変換手段と、
    前記第１の変換手段でグレースケール化されたデータの量子化を行う第１の量子化手段と、
    前記回折・散乱光パターンの画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第２の変換手段と、
    前記第２の変換手段でグレースケール化されたデータの量子化を行う第２の量子化手段と、
    前記第１の量子化手段で量子化されたデータを基準データ、前記第２の量子化手段で量子化されたデータを回折・散乱光パターンデータとして格納する格納手段と、
    前記回折・散乱光パターンデータと前記基準データの同じ成分について、前記回折・散乱光パターンデータから前記基準データの減算処理を行う減算手段と、
    前記光源の原点から前記減算処理の結果得られる同心円状の各回折・散乱光パターンまでの角度を算出する角度算出手段と、
    前記光源の原点から明るさのピークを有する前記同心円状の回折・散乱光パターンまでの角度を測定する角度測定手段と
    を備え、
    前記粒径算出手段は、
    前記角度と、波長と、粒径との関係を示す関係式に、前記画像処理手段によって得られたパラメータを代入して、粒径を算出することを特徴とする粒径測定装置。
  5. 前記光源は半導体レーザで構成され、前記撮影手段はデジタルカメラで構成されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の粒径測定装置。
  6. 前記関係式は、
    （Ｓ（θ））2 = （ｘ（１＋Ｃｏｓ（θ））／２ Ｊ１（ｘＳｉｎ（θ））／Ｓｉｎ（θ））2であり、
    Ｊ１は一次ベッセル関数、ｘ＝２πｒ／λ、ｒは半径、λは波長、ｘは粒子のサイズ因子である
    ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の粒径測定装置。
  7. 被検体の微粒子の粒径を測定する粒径測定方法であって、
    微粒子を自然導入する前のコヒーレント光および自然導入された前記微粒子により前記コヒーレント光に生じた回折・散乱光を撮影手段を用いて直接的に撮影する撮影過程と、
    撮影された前記コヒーレント光および回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理過程と、
    画像処理結果に基いて前記回折・散乱光パターンのピークを判定して前記微粒子の粒径を算出する粒径算出過程と
    を有し、
    前記画像処理過程は、
    前記撮影手段により前記回折・散乱光パターンが形成される前に撮影される前記コヒーレント光から成る基準画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第１の変換過程と、
    前記第１の変換過程でグレースケール化されたデータの量子化を行う第１の量子化過程と、
    前記回折・散乱光パターンの画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第２の変換過程と、
    前記第２の変換過程でグレースケール化されたデータの量子化を行う第２の量子化過程と、
    前記第１の量子化過程で量子化されたデータを基準データ、前記第２の量子化過程で量子化されたデータを回折・散乱光パターンデータとして格納する格納過程と、
    前記回折・散乱光パターンデータと前記基準データの同じ成分について、前記回折・散乱光パターンデータから前記基準データの減算処理を行う減算過程と、
    前記コヒーレント光を出射する光源の原点から前記減算処理の結果得られる同心円状の各回折・散乱光パターンまでの角度を算出する角度算出過程と、
    前記光源の原点から明るさのピークを有する前記同心円状の回折・散乱光パターンまでの角度を測定する角度測定過程と、
    前記角度と、波長と、粒径との関係を示す関係式に、前記各過程で得られた各パラメータを代入して、粒径を算出する粒径算出過程と
    を有することを特徴とする粒径測定方法。
  8. 被検体の微粒子の粒径を測定する粒径測定方法であって、
    光源から出射されたコヒーレント光のビーム内に、前記被検体を微粒子として導入する導入過程と、
    前記導入過程により微粒子を導入する前の前記コヒーレント光および前記導入過程で導入された前記微粒子により前記コヒーレント光に生じた回折・散乱光を撮影手段を用いて直接的に撮影する撮影過程と、
    撮影された前記コヒーレント光および回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理過程と、
    画像処理結果に基いて前記回折・散乱光パターンのピークを判定して前記微粒子の粒径を算出する粒径算出過程と
    を有し、
    前記画像処理過程は、
    前記撮影手段により前記回折・散乱光パターンが形成される前に撮影される前記コヒーレント光から成る基準画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第１の変換過程と、
    前記第１の変換過程でグレースケール化されたデータの量子化を行う第１の量子化過程と、
    前記回折・散乱光パターンの画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第２の変換過程と、
    前記第２の変換過程でグレースケール化されたデータの量子化を行う第２の量子化過程と、
    前記第１の量子化過程で量子化されたデータを基準データ、前記第２の量子化過程で量子化されたデータを回折・散乱光パターンデータとして格納する格納過程と、
    前記回折・散乱光パターンデータと前記基準データの同じ成分について、前記回折・散乱光パターンデータから前記基準データの減算処理を行う減算過程と、
    前記コヒーレント光を出射する光源の原点から前記減算処理の結果得られる同心円状の各回折・散乱光パターンまでの角度を算出する角度算出過程と、
    前記光源の原点から明るさのピークを有する前記同心円状の回折・散乱光パターンまでの角度を測定する角度測定過程と、
    前記角度と、波長と、粒径との関係を示す関係式に、前記各過程で得られた各パラメータを代入して、粒径を算出する粒径算出過程と
    を有することを特徴とする粒径測定方法。
  9. 被検体の微粒子の粒径を測定する粒径測定方法であって、
    微粒子を自然導入する前のコヒーレント光および自然導入された前記微粒子により前記コヒーレント光に生じた回折・散乱光をスクリーンに投影する過程と、
    前記スクリーンに投影された前記コヒーレント光および回折・散乱光パターンを撮影手段を用いて撮影する撮影過程と、
    前記撮影手段で撮影された前記コヒーレント光および前記回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理過程と、
    画像処理結果に基いて前記回折・散乱光パターンのピークを判定して前記微粒子の粒径を算出する粒径算出過程と
    を有し、
    前記画像処理過程は、
    前記撮影手段により前記回折・散乱光パターンが形成される前に撮影される前記コヒーレント光から成る基準画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第１の変換過程と、
    前記第１の変換過程でグレースケール化されたデータの量子化を行う第１の量子化過程と、
    前記回折・散乱光パターンの画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第２の変換過程と、
    前記第２の変換過程でグレースケール化されたデータの量子化を行う第２の量子化過程と、
    前記第１の量子化過程で量子化されたデータを基準データ、前記第２の量子化過程で量子化されたデータを回折・散乱光パターンデータとして格納する格納過程と、
    前記回折・散乱光パターンデータと前記基準データの同じ成分について、前記回折・散乱光パターンデータから前記基準データの減算処理を行う減算過程と、
    前記コヒーレント光を出射する光源の原点から前記減算処理の結果得られる同心円状の各回折・散乱光パターンまでの角度を算出する角度算出過程と、
    前記光源の原点から明るさのピークを有する前記同心円状の回折・散乱光パターンまでの角度を測定する角度測定過程と、
    前記角度と、波長と、粒径との関係を示す関係式に、前記各過程で得られた各パラメータを代入して、粒径を算出する粒径算出過程と
    を有することを特徴とする粒径測定方法。
  10. 被検体の微粒子の粒径を測定する粒径測定方法であって、
    光源から出射されたコヒーレント光のビーム内に、前記被検体を微粒子として導入する導入過程と、
    前記導入過程により微粒子を導入する前の前記コヒーレント光および前記導入過程で導入された前記微粒子により前記コヒーレント光に生じた回折・散乱光をスクリーンに投影する過程と、
    前記スクリーンに投影された前記コヒーレント光および回折・散乱光パターンを撮影手段を用いて撮影する撮影過程と、
    前記撮影手段で撮影された前記コヒーレント光および前記回折・散乱光パターンの画像データを画像処理する画像処理過程と、
    画像処理結果に基いて前記回折・散乱光パターンのピークを判定して前記微粒子の粒径を算出する粒径算出過程と
    を有し、
    前記画像処理過程は、
    前記撮影手段により前記回折・散乱光パターンが形成される前に撮影される前記コヒーレント光から成る基準画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第１の変換過程と、
    前記第１の変換過程でグレースケール化されたデータの量子化を行う第１の量子化過程と、
    前記回折・散乱光パターンの画像についてＲＧＢ変換した後、グレースケール化する第２の変換過程と、
    前記第２の変換過程でグレースケール化されたデータの量子化を行う第２の量子化過程と、
    前記第１の量子化過程で量子化されたデータを基準データ、前記第２の量子化過程で量子化されたデータを回折・散乱光パターンデータとして格納する格納過程と、
    前記回折・散乱光パターンデータと前記基準データの同じ成分について、前記回折・散乱光パターンデータから前記基準データの減算処理を行う減算過程と、
    前記コヒーレント光を出射する光源の原点から前記減算処理の結果得られる同心円状の各回折・散乱光パターンまでの角度を算出する角度算出過程と、
    前記光源の原点から明るさのピークを有する前記同心円状の回折・散乱光パターンまでの角度を測定する角度測定過程と、
    前記角度と、波長と、粒径との関係を示す関係式に、前記各過程で得られた各パラメータを代入して、粒径を算出する粒径算出過程と
    を有することを特徴とする粒径測定方法。
  11. 前記関係式は、
    （Ｓ（θ））2 = （ｘ（１＋Ｃｏｓ（θ））／２ Ｊ１（ｘＳｉｎ（θ））／Ｓｉｎ（θ））2であり、
    Ｊ１は一次ベッセル関数、ｘ＝２πｒ／λ、ｒは半径、λは波長、ｘは粒子のサイズ因子である
    ことを特徴とする請求項７から請求項１０の何れか１項に記載の粒径測定方法。
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