KR20120125554A - 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법 - Google Patents

Abstract

이 입자 측정 장치는, 스테이지와, 반사광용 조명 장치와, 투과광용 조명 장치와, 조명 제어 장치와, 촬상 장치와, 화상 처리 장치를 구비한다. 그리고, 투과광을 사용해서 불투명한 미립자군을 촬상한 투과광 화상과, 반사광을 사용해서 불투명한 미립자군을 촬상한 반사광 화상에 기초하여, 투과광 화상 중에 존재하는 투과광 입자와 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자를 소정의 방법에 의해 대응시킴으로써, 미립자군 중의 개개의 입자의 각종 특성(위치, 크기, 명도 등)을 동시에 측정한다.

Description

입자 측정 장치 및 입자 측정 방법 {PARTICLE MEASURING SYSTEM AND PARTICLE MEASURING METHOD}

본 발명은, 불투명한 미립자의 위치, 크기 및 명도 등을 측정하는 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법에 관한다.

본원은, 2010년 04월 01일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2010-084986호에 기초해서 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

각종 검체 입자의 형상, 치수, 품질 등을 평가하는 방법으로서, 당해 검체 입자를 촬상 장치에 의해 촬상해서 얻어진 화상에 화상 처리를 실시함으로써, 검체 입자의 형상, 치수, 명도 등을 측정하는 방법(입자 화상 처리 계측)이 널리 채용되고 있다.

이와 같은 입자 화상 처리 계측의 방법으로서는, 촬영시의 조명 장치로서, 단일한 조명 장치를 사용해서 검체 입자의 상방 또는 하방으로부터 광을 조사하는 것, 복수의 조명 장치를 사용해서 검체 입자의 상방 및 하방으로부터 동시에 광을 조사하는 것, 복수의 조명 장치를 각각 독립적으로 제어하여, 검체 입자의 상방 및 하방으로부터 따로따로 제어하여 광을 조사하는 것이 있다.

우선, 단일 조명을 사용하는 방법으로서, 예를 들어, 특허문헌 1에는, 검체 입자와 콘트라스트를 이루는 촬영용 대지 위에 당해 검체 입자를 살포하여, 검체 입자 상방으로부터 조명의 반사광을 사용하여 촬영한 후에, 입자 화상 처리 계측을 행하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 검체 입자의 하방에 반사판을 설치하여, 주로 검체 입자 상방으로부터의 조명의 반사 투과광을 사용하여 촬영한 후에, 입자 화상 처리 계측을 행하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는, 더스트 채취판의 배면에서 강력 광을 조사하여, 더스트에 의한 산란광을 사용해서 촬영한 후에, 입자 화상 처리 계측을 행하는 방법이 개시되어 있다.

다음으로, 검체 입자의 상방 및 하방으로부터의 동시 조명을 사용하는 방법으로서, 예를 들어, 특허문헌 4에는, 검체 입자가 적재된 마이크로 플레이트의 상방 및 하방의 조명으로부터 입사한 광을 사용해서 촬영한 후에, 입자 화상 처리 계측을 행하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 5에는, 투명 용기에 투과광과 반사광을 동시에 조사해서 기포와 이물질을 식별하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 이 특허문헌 5의 방법에서는, 기포는 명도가 높은 입자로서 인식된다.

다음으로, 검체 입자의 상방 및 하방으로부터의 독립 조명을 사용하는 방법으로서, 예를 들어, 특허문헌 6에는, 필름에 투과광을 조사해서 입자 화상 처리를 행하고, 필름 내의 기포의 위치를 측정한 후에, 반사광을 조사해서 기포의 반사율을 측정하여, 기포와 필름의 흠집이나 먼지를 구별하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 7에는, 투명 또는 반투명의 입자인 곡립에 투과광을 조사해서 입자의 투과광량을 측정하고, 다음으로, 반사광을 조사해서 입자의 색을 측정하여, 쌀알 등의 품질을 판단하는 방법이 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2002-188990호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-76333호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-75353호 공보 일본 특허 출원 공개 소62-105031호 공보 일본 특허 출원 공개 소60-205337호 공보 일본 특허 출원 공개 평8-189903호 공보 일본 특허 출원 공개 제2000-180369호 공보

그러나, 상기 특허문헌 1의 방법에서는, 반사광만을 이용해서 촬상하고 있기 때문에, 검체 입자의 치수의 측정 정밀도가 낮다는 문제가 있었다. 이것은, 균일한 물질이라도 입자로부터의 반사광의 명도는 장소에 따라 크게 다르기 때문이다. 즉, 입자 표면의 장소에 따라 조명 장치로부터 입사한 광의 반사각에 차이가 있어, 일반적으로, 입자의 주연부에서는 명도가 낮은 것으로서 촬상되게 된다. 또한, 경면 반사인 하이라이트도 존재할 수 있다. 특히, 개개의 미립자를 적은 화소수로 포착하고자 하는 경우에는 이러한 영향이 현저해진다. 또한, 특허문헌 1의 방법에서는, 입자 화상의 배경의 명도가 고정되어 있기 때문에, 검체 입자의 명도 분포가 큰 경우에는, 배경과 동일색으로 되어 식별할 수 없는 입자가 발생한다는 문제도 있다.

또한, 특허문헌 2의 방법에서는, 투과광만을 사용해서 촬상하고 있기 때문에, 입자의 치수를 측정할 수는 있지만, 입자의 명도에 관한 정보를 얻을 수 없다는 문제가 있었다.

또한, 특허문헌 3의 방법에서는, 산란광이 강력할 경우에는, 검체 입자가 존재하는 영역 내의 화소의 주위 화소에서도 명도가 높게 촬상되기 때문에, 검체 입자 치수의 측정 정밀도가 낮다는 문제가 있었다.

또한, 특허문헌 4의 방법에서는, 상방 및 하방의 양쪽에서의 조명 장치를 사용하고는 있지만, 이것들을 동시에 조명하는 것뿐이므로, 하방으로부터의 조명에 의한 명도에 가까운 명도의 검체 입자를 입자로서 식별하는 것이 곤란하다. 또한, 식별할 수 있어도, 입자의 경계도 일반적으로 명료하지 않기 때문에, 검체 입자의 치수의 측정 정밀도가 낮다는 문제가 있었다.

또한, 특허문헌 5의 방법에서는, 상방 및 하방으로부터 동시에 조명하는 것뿐이기 때문에, 특허문헌 4의 방법과 마찬가지의 문제가 있다. 또한, 기포와 같은 투명한 입자는, 광의 산란이 크기 때문에, 검체 입자의 치수 측정 정밀도가 낮다는 문제도 있었다.

또한, 특허문헌 6의 방법에서는, 기포와 같이, 극단적으로 반사율이 큰 투명한 입자의 식별밖에 할 수 없다. 즉, 기포와 같은 투명한 입자는, 투과광을 사용한 촬상에서는 입자의 주연부(엣지)의 일부밖에는 식별할 수가 없고, 반사광에서는 산란광이 강하기 때문에, 치수 측정 정밀도가 낮다는 문제가 있었다. 또한, 먼지는, 특허문헌 6에 기재되어 있는 바와 같이, 배경과 거의 동일한 명도로 되어, 정량적인 명도 측정을 할 수 없다.

또한, 특허문헌 7의 방법에서는, 첫째, 곡립과 같은 투명한 입자는 투과광의 산란이 강하기 때문에, 특허문헌 6 등과 마찬가지로, 치수 측정 정밀도가 낮다.

둘째, 특허문헌 7의 방법에서는, 입자로서 허용하는 레벨이 높은 명도에서 투과 화상(투과광을 이용해서 촬상한 화상)을 이치화 처리하면, 샘플 작성 작업이나 측정 작업상 피할 수 없는, 검체 입자의 기판의 유색 투명한 오염이나, 사계(寫界) 내이지만 검사면과 이격된 위치에 존재하는 오염 입자(투명 기판의 하면, 렌즈 표면, 샘플 투명 보호판 등의 위에 부착되기 쉬워, 모두 중간 명도의 얼룩으로서 촬영된다.)를 입자로서 잘못 인식할 가능성이 높다.

셋째, 특허문헌 7의 방법에서는, 투과광으로 촬영한 화상으로부터 식별된 입자(투과광 식별 입자)와, 반사광으로 촬영한 화상으로부터 식별된 입자(반사광 식별 입자)를 설명 없이 1 대 1 대응시키고 있는데, 크기나 명도에 큰 분포를 갖는 일반적인 미립자를 화상 처리하는 경우에는, 이렇게 1 대 1로 대응시킬 수 있는 경우가 적다. 보통은, 대응하는 입자가 존재하지 않거나, 1개의 입자에 복수의 입자가 대응되는 경우가 빈번히 발생하여, 투과광 식별 입자와 반사광 식별 입자의 대응시키기에 대한 연구가 없으면, 입자의 종합적인 특성(형상, 치수, 명도 등)을 화상 처리에 의해 판단할 수는 없다. 또한, 특허문헌 3의 방법에서는, 측정 대상이 소수의 곡립이기 때문에, 대상의 크기나 색의 편차가 원래 작고, 또한, 1개의 곡립을 다수의 화소가 대응하도록 촬영하기 때문에, 특별한 입자 대응법이 없어도 1 대 1로 대응시킬 수 있는 것으로 생각된다.

넷째, 특허문헌 7의 방법에서는, 하방으로부터의 조명과 상방으로부터의 조명을 동시에 조사하지 않기 때문에, 상방으로부터의 조명에 의한 곡립으로부터의 반사광을 사용해서 촬영할 때의 배경색의 선택지가 없다. 이 방법에서는, 백색의 쌀 등의 곡립이 측정 대상이므로, 흑색의 배경만으로도 문제는 없지만, 일반적인 미립자를 촬영할 때는, 배경과 명도를 구별할 수 없는 입자가 다수 발생하는 것으로 생각된다.

이상과 같이, 지금까지는, 크기나 명도 등에 큰 분포를 갖는 불투명한 미립자군을 대상으로 하여, 미립자군 중의 개개의 입자의 각종 특성(위치, 크기, 명도 등)을 동시에 측정하는 방법은 제안되지 않았다.

따라서, 본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은, 크기나 명도 등에 큰 분포를 갖는 불투명한 미립자군을 대상으로 하여, 미립자군 중의 개개의 입자의 각종 특성(위치, 크기, 명도 등)을 동시에 측정하는 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구를 거듭한 결과, 측정 대상을 불투명한 미립자군으로 한정하고, 투과광을 사용해서 미립자군을 촬상한 투과광 화상과, 반사광을 사용해서 미립자군을 촬상한 반사광 화상에 기초하여, 투과광 화상 중에 존재하는 투과광 입자와 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자를 대응시키는 새로운 방법을 제안함으로써, 측정 대상이 크기나 명도 등에 큰 분포를 갖는 미립자군이라도, 개개의 입자의 각종 특성(위치, 크기, 명도 등)을 동시에 측정할 수 있음을 발견하고, 이 지식에 기초하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

(1) 즉, 본 발명의 일 형태에 관한 입자 측정 장치는, 불투명한 미립자가 살포된 투명한 기판이 적재되거나, 또는, 상기 미립자가 직접 살포되는 적재면을 갖는 스테이지와, 이 스테이지의, 상기 적재면 측에 설치되고, 이 스테이지를 향해 소정의 장치 발광면 휘도를 갖는 제1 광을 조사하는 반사광용 조명 장치와, 상기 스테이지의, 상기 적재면과는 반대측에 설치되고, 상기 스테이지를 향해 소정의 장치 발광면 휘도를 갖는 제2 광을 조사하는 투과광용 조명 장치와, 상기 제1 광의 장치 발광면 휘도와 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도를 각각 개별적으로 제어하는 조명 제어 장치와, 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도를 0이 아닌 소정 휘도로 하고, 또한, 상기 제1 광의 장치 발광면 휘도를 0으로 하도록, 상기 조명 제어 장치에 의해 제어된 상태에서 상기 미립자를 촬상하여 얻어지는 투과광 화상을 생성하는 투과광 화상 생성부와, 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도를 1 또는 2 이상의 조건으로 설정된 소정 휘도로 하고, 또한, 상기 제1 광의 장치 발광면 휘도를 0이 아닌 소정 휘도로 하도록 상기 조명 제어 장치에 의해 제어된 상태에서 상기 미립자를 촬상하여 얻어지는 반사광 화상을 생성하는 반사광 화상 생성부를 갖고, 상기 스테이지에 대하여 상기 적재면 측에 설치되는 촬상 장치와, 상기 투과광 화상 중에서 상기 미립자의 촬상 화상의 후보로서 식별되는 1 또는 2 이상의 투과광 입자의 위치 및 크기와, 상기 반사광 화상 중에서 상기 미립자의 촬상 화상의 후보로서 식별되는 1 또는 2 이상의 반사광 입자의 위치 및 크기를 비교함으로써, 위치 및 크기의 차가 소정 범위 이내인 상기 투과광 입자와 상기 반사광 입자를 대응시키고, 당해 대응 결과에 기초하여, 상기 투과광 입자의 위치 및 크기를 상기 미립자의 위치 및 크기로서 산출하는 동시에, 상기 반사광 입자 또는 상기 투과광 입자의 대표 명도를 상기 미립자의 명도로서 산출하는 화상 처리 장치를 구비한다.

(2) 상기 (1)에 기재된 입자 측정 장치에서는, 상기 화상 처리 장치가, 소정의 명도 임계값을 사용해서 상기 투과광 화상을 이치화하여 얻어지는 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 투과광 화상의 화소 좌표 중에서 소정 명도보다 저명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을, 상기 투과광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 당해 투과광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하는 투과광 입자 검출부와, 이 투과광 입자 검출부에서의 검출 결과에 기초하여, 적어도 상기 투과광 입자의 위치 및 크기를 산출하는 투과광 입자 정보 산출부와, 상기 반사광 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 주위의 화소와의 명도차가 소정값 이상인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을, 상기 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 당해 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하는 반사광 입자 검출부와, 상기 반사광 입자 검출부에서의 검출 결과에 기초하여, 적어도 상기 반사광 입자의 위치 및 크기를 산출하는 반사광 입자 정보 산출부와, 상기 투과광 입자 정보 산출부의 산출 결과 및 상기 반사광 입자 정보 산출부의 산출 결과에 기초하여, 상기 반사광 입자의 위치 및 크기를, 모든 상기 투과광 입자의 위치 및 크기와 비교하여, 위치 및 크기의 차가 각각 소정 범위 이내인 상기 투과광 입자와 상기 반사광 입자를 대응시키는 동시에, 어느 쪽의 상기 투과광 입자와도 대응되지 않은 상기 반사광 입자를 상기 미립자의 촬상 화상의 후보에서 제외하는 대응시키기 처리부와, 상기 투과광 입자의 위치 및 크기를 상기 미립자의 위치 및 크기로서 산출하고, 상기 투과광 입자에 대응된 상기 반사광 입자의 대표 명도를 상기 미립자의 명도로서 산출하는 동시에, 어느 쪽의 상기 반사광 입자와도 대응되지 않은 상기 투과광 입자의 명도를, 소정 명도로서 산출하는 입자 정보 산출부를 갖고 있어도 좋다.

(3) 상기 (2)에 기재된 입자 측정 장치의 경우, 상기 반사광 화상 생성부가, 상기 반사광 화상 상에서의 상기 반사광 입자의 배경의 명도가, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도가 되도록, 상기 조명 제어 장치에 의해 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도가 설정된 상태에서, 상기 반사광 화상을 생성하고, 상기 반사광 입자 검출부가, 상기 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값을 사용해서 상기 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 소정 명도보다 저명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을, 상기 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 상기 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하고, 상기 입자 정보 산출부가, 상기 반사광 입자에 대응된 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 낮은 명도를 갖는 암색 입자로 식별하고, 어느 쪽의 상기 반사광 입자와도 대응되지 않은 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도를 갖는 명색 입자로 식별하는 구성을 채용해도 좋다.

(4) 상기 (2)에 기재된 입자 측정 장치의 경우, 상기 반사광 화상 생성부가, 상기 반사광 화상 상에서의 상기 반사광 입자의 배경의 명도가, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 낮은 명도가 되도록, 상기 조명 제어 장치에 의해 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도가 설정된 상태에서, 상기 반사광 화상을 생성하고, 상기 반사광 입자 검출부가, 상기 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값을 사용해서 상기 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 소정 명도보다 고명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을, 상기 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 상기 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하고, 상기 입자 정보 산출부가, 상기 반사광 입자에 대응된 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도를 갖는 명색 입자로 식별하고, 어느 쪽의 상기 반사광 입자와도 대응되지 않은 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 낮은 명도를 갖는 암색 입자로 식별하는 구성을 채용해도 좋다.

(5) 상기 (2)에 기재된 입자 측정 장치의 경우, 상기 반사광 화상 생성부가, 상기 반사광 화상 상에서의 상기 반사광 입자의 배경의 명도가, 입자의 명암을 구별하기 위한 제1 명도 임계값보다 낮은 명도가 되도록, 상기 조명 제어 장치에 의해 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도가 설정된 상태에서, 상기 미립자를 촬상하여 얻어지는 암 배경시 반사광 화상을 생성하는 동시에, 상기 반사광 화상 상에서의 상기 반사광 입자의 배경의 명도가, 상기 제1 명도 임계값보다 낮은 명도 임계값인, 입자의 명암을 구별하기 위한 제2 명도 임계값보다 높은 명도가 되도록, 상기 조명 제어 장치에 의해 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도가 설정된 상태에서, 상기 미립자를 촬상하여 얻어지는 명 배경시 반사광 화상을 생성하고, 상기 반사광 입자 검출부가, 상기 제1 명도 임계값을 사용해서 상기 암 배경시 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 고명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을 상기 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 상기 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하는 동시에, 상기 제2 명도 임계값을 사용해서 상기 명 배경시 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 저명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을 상기 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 상기 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하고, 상기 입자 정보 산출부가, 상기 암 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 상기 반사광 입자에 대응된 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 제1 명도 임계값보다 높은 명도를 갖는 명색 입자로 식별하고, 상기 명 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 상기 반사광 입자에 대응된 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 제2 명도 임계값보다 낮은 명도를 갖는 암색 입자로 식별하고, 어느 쪽의 상기 반사광 입자와도 대응되지 않은 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 명색 입자와 상기 암색 입자의 중간 명도를 갖는 중간색 입자로 식별하는 구성을 채용해도 좋다.

(6) 상기 (2)에 기재된 입자 측정 장치의 경우, 상기 반사광 화상 생성부가, 상기 반사광 화상 상에서의 상기 반사광 입자의 배경의 명도가, 입자의 명암을 구별하기 위한 제1 명도 임계값보다 낮은 명도가 되도록, 상기 조명 제어 장치에 의해 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도가 설정된 상태에서, 상기 미립자를 촬상하여 얻어지는 암 배경시 반사광 화상을 생성하는 동시에, 상기 반사광 화상 상에서의 상기 반사광 입자의 배경의 명도가, 상기 제1 명도 임계값보다 높은 명도 임계값인 입자의 명암을 구별하기 위한 제2 명도 임계값보다 높은 명도가 되도록, 상기 조명 제어 장치에 의해 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도가 설정된 상태에서, 상기 미립자를 촬상하여 얻어지는 명 배경시 반사광 화상을 생성하고, 상기 반사광 입자 검출부가, 상기 제1 명도 임계값을 사용해서 상기 암 배경시 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 소정 명도보다 고명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을 상기 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 상기 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하는 동시에, 상기 제2 명도 임계값을 사용해서 상기 명 배경시 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 소정 명도보다 저명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을 상기 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 상기 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하고, 상기 입자 정보 산출부가, 상기 암 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 상기 반사광 입자에 대응된 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 제1 명도 임계값보다 높은 명도를 갖는 명색 입자의 후보로 하고, 상기 명 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 상기 반사광 입자에 대응된 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 제2 명도 임계값보다 낮은 명도를 갖는 암색 입자의 후보로 하는 동시에, 상기 암 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 상기 반사광 입자와 상기 명 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 상기 반사광 입자 모두에 대응된 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 명색 입자와 상기 암색 입자의 중간 명도를 갖는 중간색 입자로 식별하고, 상기 명색 입자의 후보 중 상기 중간색 입자로 식별되지 않은 것을 상기 명색 입자로 식별하고, 상기 암색 입자의 후보 중 상기 중간색 입자로 식별되지 않은 것을 상기 암색 입자로 식별하는 구성을 채용해도 좋다.

(7) 상기 (2)에 기재된 입자 측정 장치의 경우, 상기 조명 제어 장치가, 상기 반사광 화상 상에서의 상기 반사광 입자의 배경의 명도가, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도이며, 또한, N을 자연수라고 했을 경우에, 제1 명도<제2 명도< … <제N 명도가 되는 제1 내지 제N 장치 발광면 휘도를 상기 제2 광으로 설정 가능하고, 상기 반사광 화상 생성부가, 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도가 상기 제1 내지 제N 장치 발광면 휘도로 설정된 상태에서, 각각 제1 내지 제N 반사광 화상을 생성하고, 상기 반사광 입자 검출부가, 상기 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값을 사용해서 상기 제1 내지 제N 반사광 화상을 각각 이치화하여 얻어지는 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 제1 내지 제N 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 소정 명도보다 저명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을 상기 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 상기 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하고, 상기 대응시키기 처리부가, n=1 내지 N이라고 했을 경우에, 제n 반사광 화상에서 검출된 상기 반사광 입자의 위치 및 크기를, 제(n-1) 이전의 반사광 화상에서 검출된 상기 반사광 입자와 대응되지 않은 상기 투과광 입자(n=1인 경우에는, 모든 상기 투과광 입자)의 위치 및 크기와 비교하여, 위치 및 크기의 차가 각각 소정 범위 이내인 상기 투과광 입자와 상기 반사광 입자를 대응시키고, 상기 입자 정보 산출부가, 상기 제1 내지 제N 반사광 화상 중에 존재하는 상기 반사광 입자에 대응된 각각의 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자의 명도를, 제1 내지 제N 명도(제1 명도<제2 명도< … <제N 명도)로 식별하는 동시에, 어느 쪽의 상기 반사광 입자와도 대응되지 않은 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를 가장 명도가 높은 입자로 식별하는 구성을 채용해도 좋다.

(8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 입자 측정 장치에서는, 상기 미립자가, 고로(高爐)법에 의한 제철 플랜트에 유래하는 강하 매진이어도 좋다.

(9) 상기 (2) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 입자 측정 장치에서는, 상기 투과광 입자 정보 산출부가, 또한, 상기 투과광 입자의 직경을 산출하고, 상기 입자 정보 산출부가, 또한, 상기 투과광 입자의 직경을 상기 미립자의 입경으로서 산출하는 구성을 채용해도 좋다.

(10) 본 발명의 일 형태에 관한 미립자 측정 방법은, 불투명한 미립자가 살포된 투명한 기판이 적재되거나, 또는, 상기 미립자가 직접 살포되는 적재면을 갖는 스테이지와, 이 스테이지의 상기 적재면 측에 설치되어 상기 미립자를 촬상하는 촬상 장치와, 상기 스테이지의, 상기 적재면 측에 설치되어 상기 스테이지를 향해 소정의 장치 발광면 휘도를 갖는 제1 광을 조사하는 반사광용 조명 장치와, 상기 스테이지의, 상기 적재면과는 반대측에 설치되어 상기 스테이지를 향해 소정의 장치 발광면 휘도를 갖는 제2 광을 조사하는 투과광용 조명 장치와, 를 갖는 입자 측정 장치를 사용하여, 상기 미립자의 위치, 크기 및 명도를 측정하는 방법이며, 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도를 0이 아닌 소정 휘도로 하고, 또한, 상기 제1 광의 장치 발광면 휘도를 0으로 하도록 한 상태에서, 상기 촬상 장치에 의해 상기 미립자를 촬상하여 얻어지는 투과광 화상을 생성하는 투과광 화상 생성 공정과, 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도를 1 또는 2 이상의 조건으로 설정된 소정 휘도로 하고, 또한, 상기 제1 광의 장치 발광면 휘도를 0이 아닌 소정 휘도로 하도록 한 상태에서, 상기 촬상 장치에 의해 상기 미립자를 촬상하여 얻어지는 반사광 화상을 생성하는 반사광 화상 생성 공정과, 상기 투과광 화상 중에서 상기 미립자의 촬상 화상의 후보로서 식별되는 1 또는 2 이상의 투과광 입자의 위치 및 크기와, 상기 반사광 화상 중에서 상기 미립자의 촬상 화상의 후보로서 식별되는 1 또는 2 이상의 반사광 입자의 위치 및 크기를 비교함으로써, 위치 및 크기의 차가 소정 범위 이내인 상기 투과광 입자와 상기 반사광 입자를 대응시키고, 당해 대응 결과에 기초하여, 상기 투과광 입자의 위치 및 크기를 상기 미립자의 위치 및 크기로서 산출하는 동시에, 상기 반사광 입자 또는 상기 투과광 입자의 대표 명도를 상기 미립자의 명도로서 산출하는 화상 처리 공정을 포함한다.

(11) 상기 (10)에 기재된 미립자 측정 방법에서는, 상기 미립자가, 고로법에 의한 제철 플랜트에 유래하는 강하 매진이어도 좋다.

본 발명에 따르면, 투과광을 사용해서 불투명한 미립자군을 촬상한 투과광 화상과, 반사광을 사용해서 불투명한 미립자군을 촬상한 반사광 화상과에 기초하여, 투과광 화상 중에 존재하는 투과광 입자와 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자를 소정의 방법에 의해 대응시킴으로써, 미립자군 중의 개개의 입자의 각종 특성(위치, 크기, 명도 등)을 동시에 측정하는 것이 가능해진다.

도 1은 고로법에 의한 제철 플랜트에 유래하는 강하 매진의 각 매진종(煤塵種)에서의 착자성과 명도의 개략적인 관계를 도시하는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 입자 측정 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 3은 동 실시 형태에 관한 화상 처리 장치의 기능 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4는 동 실시 형태에 관한 입자 측정 방법에서의 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 동 실시 형태에서의 투과광 화상을 사용한 화상 처리 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 6은 동 실시 형태에서의 반사광 화상을 사용한 화상 처리 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 7은 동 실시 형태에서의 반사광 화상을 사용한 화상 처리 방법의 다른 예를 도시하는 설명도이다.
도 8은 동 실시 형태에 관한 대응 처리의 흐름의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에서의 반사광 화상을 사용한 화상 처리 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에서의 반사광 화상을 사용한 화상 처리 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시 형태에서의 반사광 화상을 사용한 화상 처리 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.

이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

[본 발명의 개요 및 우위성]

본 발명은, 각종 산업에서 생성하는 미립자의 분석 장치 및 분석 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은, 불투명한 미립자가 살포된 투명한 기판이 적재되는 스테이지와, 기판에 적재된 미립자를 촬상하는 촬상 장치와, 스테이지의 하방으로부터 스테이지를 향해 소정의 장치 발광면 휘도(제2 광의 장치 발광면 휘도. 이하, 간단히 휘도 또는 소정 휘도라고 함)의 광을 조사하는 투과광용 조명 장치와, 스테이지의 상방으로부터 스테이지를 향해 소정의 장치 발광면 휘도(제1 광의 장치 발광면 휘도. 이하, 간단히 휘도 또는 소정 휘도라고 함)의 광을 조사하는 반사광용 조명 장치를 갖고, 미립자의 위치, 크기 및 명도를 측정하는 입자 측정 장치, 및 이 입자 측정 장치를 이용해서 미립자의 위치, 크기 및 명도를 측정하는 입자 측정 방법이다. 이러한 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 설명하기 전에, 우선, 본 발명의 기본이 되는 기술 사상이나 본 발명의 우위성에 대해서 설명한다.

또한, 본 발명에서의 "제1 광의 장치 발광면 휘도"는, 반사광용 조명 장치의 광원 발광면에서의 휘도를 의미한다. 마찬가지로, 본 발명에서의 "제2 광의 장치 발광면 휘도"는, 투과광용 조명 장치의 광원 발광면의 휘도를 의미한다.

(분석의 정밀도)

<측정 대상>

본 발명에서는, 측정 대상을 불투명한 미립자(대략 (원상당) 직경이 10㎛ 이상 수백 ㎛ 이하의 입자)로 한정함으로써, 샘플의 작성이나 측정 작업상 피할 수 없는 오염 물질, 즉, 기판상의 유색 투명한 오염이나, 사계 내이지만 검사면과 이격된 위치에 존재하는 오염 입자를, 측정 대상의 입자로 잘못 인식할 가능성을 현저하게 저하시킬 수 있다. 특히, 미립자의 촬상시에 존재하는 오염 입자는, 화학 섬유 부스러기와 같은 반투명의 물질이 많기 때문에, 이들 오염 입자에 대해서도 화상 처리를 실시함으로써, 측정 대상인 미립자의 후보에서 제거할 수 있다. 이러한 것이 가능해지는 것은, 오염 물질은, 투명하거나 반투명한 물질이 많으므로, 본 발명에서는, 측정 대상을 불투명한 미립자로 한정하고, 또한, 투과광 조명 장치에 의한 스테이지 하방으로부터의 조명(투과광)만으로 촬상했을 때에 촬상 화상 중에서 입자(투과광 입자)로서 인식되는 것은 불투명한 입자뿐이며, 이 입자를 측정 대상의 참된 미립자라고 판단할 수 있기 때문이다. 한편, 투명 또는 불투명한 오염 물질은, 투과광만으로 촬상했을 경우에는, 오염 물질의 촬상 화상의 명도가 배경의 명도와 동일하게 되어, 입자로서 인식할 수는 없다.

<투과광 입자와 반사광 입자의 대응시키기>

또한, 본 발명에서는, 투과광만을 사용해서 촬상한 화상 중에서 인식되는 입자(투과광 입자)와, 소정 휘도의 투과광 외에 스테이지 상방으로부터의 조명(반사광)도 사용해서 촬상한 화상 중에서 인식되는 입자(반사광 입자)를 대응시키는 로직을 규정하고 있다. 따라서, 측정 대상이, 크기나 명도 등에 큰 분포를 갖는 미립자이어도, 투과광 입자로부터 얻어지는 정보(주로, 미립자의 형상이나 치수 등의 정보)와, 반사광 입자로부터 얻어지는 정보(주로, 미립자의 명도의 정보)를 조합하여, 측정 대상인 미립자의 종합적인 특성 정보를 산출하는 것이 가능해진다.

이와 같은 투과광 입자와 반사광 입자의 대응시키기의 구체예로는, 이하와 같은 것을 들 수 있다.

첫째, 투과광 입자로서는 인식되지 않고, 반사광 입자로서만 인식되는 것에 대해서는, 투명 또는 반투명의 물질인 것으로 생각되므로, 상술한 바와 같이, 오염 물질 등으로 해서, 측정 대상인 미립자의 후보에서 제외한다.

둘째, 복수의 반사광 입자에 대하여 1개의 투과광 입자가 대응되는 경우에는, 실제의 미립자의 수는 1개이며, 1개의 반사광 입자를 제외한 나머지의 반사광 입자는, 하이라이트 등인 것으로 생각되므로, 투과광 입자와 가장 적합성이 높은(상세한 것은 후술함) 반사광 입자의 대표 명도를, 측정 대상인 미립자의 명도로서 산출한다.

셋째, 1개의 반사광 입자에 대하여 복수의 투과광 입자가 대응되는 경우에는, 실제의 미립자의 수는 투과광 입자의 수와 동수이며, 모든 미립자의 위치가 가깝고, 명도가 동일한 정도이므로, 반사광 입자로서는 1개의 입자로서 인식되어 있는 것으로 생각된다. 따라서, 1개의 반사광 입자의 대표 명도를, 모든 투과광 입자에 대응하는 미립자의 명도로서 산출한다.

넷째, 반사광 입자로서는 인식되지 않고, 투과광 입자로서만 인식되는 것에 대해서는, 불투명한 물질인 것으로 생각되므로, 측정 대상의 미립자인 것으로 판단한다. 또한, 반사광 입자로서 인식되지 않는다는 것은, 반사광을 사용해서 촬상한 화상 중의 배경과 동일한 정도의 명도인 것으로 생각되므로, 측정 대상인 미립자의 명도는 소정 명도(배경의 명도와 동일한 정도의 명도)인 것으로 해서, 당해 미립자의 명도를 산출한다.

이상과 같이, 측정 대상의 미립자를 투과광만을 사용해서 촬상한 화상(투과광 화상)을 처리함으로써, 당해 미립자의 형상이나 치수 등에 관한 정보를 얻는 동시에, 측정 대상인 미립자를 투과광과 함께 반사광을 사용해서 촬상한 화상(반사광 화상)을 처리함으로써, 당해 미립자의 명도에 관한 정보를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법에서는, 투과광 입자와 반사광 입자의 대응시키기의 로직을 규정하고 있으므로, 투과광 화상과 반사광 화상을 사용해서 화상 처리를 행함으로써, 측정 대상인 미립자의 종합적인 특성 정보를 산출할 수 있으므로, 분석(측정)의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

(분석의 간편성)

본 발명에서는, 기판 위에 살포한 측정 대상인 미립자의 위치를 바꾸지 않고, 2종류의 조명 장치(투과광용 조명 및 반사광용 조명 장치)를 조작하는 것만으로, 미립자의 화상의 배경의 명도를 변경할 수 있으므로, 간편하면서 또한, 서로 다른 배경 명도의 화상간에서 입자(투과광 입자와 반사광 입자)의 대응을 취하는 것이 용이해진다.

(제철 플랜트 유래의 강하 매진의 매진종의 특정으로의 적용)

또한, 본 발명에 관한 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법은, 특히, 고로법에 기초하는 제철 플랜트에서 발생하는 강하 매진의 매진종을 특정할 때에 유용하다. 고로법에 기초하는 제철 플랜트에서 발생하는 강하 매진은, 제철 플랜트 구내로 타고 들어가는 차량을 오손시키는 등의 문제를 야기하는데, 이러한 강하 매진의 매진종을 특정할 수 있으면, 강하 매진의 발생원을 특정할 수 있어, 강하 매진의 발생을 억제하는 대책을 강구하는 것이 가능해진다.

여기서, 도 1을 참조하면서, 본 발명을 제철 플랜트 유래의 강하 매진의 매진종의 특정에 적용했을 경우의 이점에 대해서 설명한다. 도 1은, 고로법에 의한 제철 플랜트에 유래하는 강하 매진의 각 매진종에서의 착자성과 명도의 개략적인 관계를 도시하는 설명도이다.

일반적으로, 고로법에 의한 제철 플랜트에 유래하는 강하 매진은, 주로, 석탄이나 코크스 등을 포함하는 석탄계 매진, 철광석, 소결광, 산화철분 등을 포함하는 철계 매진, 고로 수쇄 슬래그, 고로 서냉 슬래그 등을 포함하는 고로 슬래그계 매진, 및 전로 슬래그, 용선 예비 처리 슬래그 등을 포함하는 제강 슬러그계 매진의 4 종류의 매진종으로 분류된다.

이들 4 종류의 매진종 중, 통상은, 고로 슬래그계 매진이나 제강 슬러그계 매진은 백색계의 명도가 높은 입자(명색 입자)이며, 석탄계 매진이나 철계 매진은 흑색계의 명도가 낮은 입자(암색 입자)이므로, 종래와 같이, 저배율의 광학 현미경을 사용해서 촬영한 화상에 화상 처리를 실시하여, 개개의 매진 입자의 명도의 고저를 식별함으로써, 고로 슬래그계 매진 및 제강 슬러그계 매진으로 이루어지는 매진종과, 석탄계 매진 및 철계 매진으로 이루어지는 매진종으로 판별할 수 있다.

그러나, 이와 같은 명색 입자와 암색 입자의 분류만으로는, 동일한 정도의 명도의 입자의 판별, 예를 들어, 고로 슬래그계 매진과 제강 슬러그계 매진의 판별을 할 수 없다. 즉, 상기와 같이, 간단히 촬영 화상에 화상 처리를 실시하여 명도의 고저에만 의한 분류에서는, 지나치게 포괄적이어서, 고로법에 의한 제철 플랜트에 유래하는 강하 매진의 매진종(나아가 강하 매진의 발생원)을 특정할 수 없기 때문에, 실용성이 낮은 것이다.

따라서, 본 발명자는, 고로법에 의한 제철 플랜트에 유래하는 강하 매진(이후, "제철 유래 강하 매진"이라고도 함)의 매진종을 특정하기 위해서, 매진 입자의 명도의 고저뿐만 아니라, 착자성의 유무에 착안했다. 그 결과, 본 발명자는, 명도의 고저와 착자성의 유무의 조합에 의해 매진 특성을 규정할 수 있고, 이 매진 특성에 기초하여, 고로법에 의한 제철 플랜트에 유래하는 강하 매진의 매진종을 특정할 수 있음을 발견했다. 보다 상세하게는, 본 발명자는, 저배율의 광학 현미경 촬영 화상을 간단히 화상 처리한 것만으로는 판별할 수 없는 제철 유래 강하 매진의 매진종을, 도 1에 도시한 바와 같이, 명도의 고저와 착자성의 유무의 조합에 의해, 석탄계 매진, 철계 매진, 고로 슬래그계 매진 및 제강 슬러그계 매진의 4 종류로 판별할 수 있음을 발견했다.

또한, 본 발명에서의 착자성이란, 대상으로 하는 매진 입자에 소정의 자력을 부여함으로써 착자하는(자성을 갖게 되어 자석에 흡착되는) 성질을 의미하며, 본 발명에서는, 고로법에 의한 제철 플랜트에 유래하는 강하 매진을, 자력의 부여에 의해 착자하는 착자성 강하 매진과, 자력을 부여해도 착자하지 않는 비착자성 강하 매진으로 분류하고, 또한, 이 착자성 강하 매진과 비착자성 강하 매진의 각각을, 명도의 고저에 의해 명색 입자와 암색 입자로 분류하고 있다.

구체적으로는, 석탄계 매진은, 명도가 낮고(암색이고) 비착자성인 비착자성 암색 입자, 철계 매진은, 명도가 낮고(암색이고) 착자성인 착자성 암색 입자, 고로 슬래그계 매진은, 명도가 높고(명색이고) 비착자성인 비착자성 명색 입자, 제강 슬러그계 매진은, 명도가 높고(명색이고) 착자성인 착자성 명색 입자와 같이 분류할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명자에 의해 발견된 지식에 따르면, 매진 특성에 따라, 제철 유래 강하 매진의 매진종을 특정하는 것이 가능해지는데, 이때, 명도의 고저를 식별하는 기술로서, 본 발명에 관한 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법을 적용할 수 있다.

[제1 실시 형태]

(입자 측정 장치)

이상, 본 발명의 개요 및 선행 기술에 대한 우위성에 대해서 설명했는데, 계속해서, 도 2를 참조하면서, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 입자 측정 장치에 대해 상세하게 설명한다. 도 2는, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 설명도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치(100)는, 불투명한 미립자의 위치, 크기 및 명도 등을 측정하는 장치이며, 스테이지(101)와, 촬상 장치(110)와, 반사광용 조명 장치(121)와, 투과광용 조명 장치(123)와, 조명 제어 장치(125)와, 화상 처리 장치(130)를 주로 구비한다.

<스테이지(101)>

스테이지(101)는, 측정 대상인 불투명한 미립자(P)가 살포된 투명한 기판(1)이 적재되는 투명한 평판이다. 이 스테이지(101)의 재질로서는, 투명하고, 어느 정도 강성이 있으면 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어, 플로트 유리판이나 투명 아크릴판 등을 사용할 수 있다. 또한, 입자 측정의 조작시에, 스테이지(101)가 강성을 유지하고, 또한, 투명성을 손상시키지 않도록 한다는 관점에서, 스테이지(101)의 두께는, 1mm 내지 100mm 정도인 것이 바람직하다.

<촬상 장치(110)>

촬상 장치(110)는, 스테이지(101)의 상방, 즉, 스테이지(101)에 대하여, 슬라이드 유리 등의 투명한 기판(1)이 적재되는 면(적재면. 이하, "기판 적재면"이라고도 기재함)측에 설치되어, 미립자(P)를 촬상한다. 이 촬상 장치(110)는, 예를 들어, 투과광용 조명 장치(123)로부터 미립자(P)를 향해 조명을 조사했을 때의 미립자(P)로부터의 투과광이나, 반사광용 조명 장치(121)로부터 미립자(P)를 향해 조명을 조사했을 때의 미립자(P)로부터의 반사광을 수광하여, 촬상 화상(투과광 화상 및 반사광 화상)을 생성한다.

이와 같은 촬상 장치(110)로서는, CCD(Charge Coupled Device)식이나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)식의 디지털 카메라를 사용할 수 있다. 또한, 각 미립자(P)의 명도(대표 명도)는, 각 입자 화상이 대응하는 개개의 CCD 소자의 크기 내에서 평균화되므로, 카메라의 화소수가 많은 것이 미립자(P)의 명도의 측정 정밀도상 바람직하다. 구체적으로는, 측정 대상으로 하는 미립자(P)를 적어도 9 화소 이상(흑백 카메라)으로 촬상할 수 있는 밀도의 화소를 갖는 촬상 장치(110)를 사용하는 것이 바람직하다. 미립자(P)의 명도를 정확하게 기록하는 관점에서는, 흑백 카메라인 것이 바람직하다. 촬상 장치(110)로서 단판식 컬러 카메라(통상, 인접하는 CCD 소자에는 서로 다른 컬러 필터가 실시되어 있다.)를 사용할 경우에는, 적어도 4 화소분의 명도를 사용해서 보간된 명도값(CCD가 베이어 배열인 경우)을 측정해야 할 명도로서 사용하는 등의 측정 정밀도상의 처리가 필요하므로, 대상으로 하는 미립자(P)를 적어도 36 화소 이상으로 촬상할 수 있는 밀도의 화소를 갖는 촬상 장치(110)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 대상으로 하는 입자의 촬상에 필요한 화소 밀도를 확보하기 위해서, 필요하면 현미경 등의 렌즈(119)를 통해 입자를 확대해서 촬상해도 좋다.

또한, 본 실시 형태에 관한 촬상 장치(110)는, 내부 구성으로서, 촬상 소자(111)와, 투과광 화상 생성부(113)와, 반사광 화상 생성부(115)를 갖는다. 촬상 소자(111)는, 예를 들어, 상술한 CCD나 CMOS다. 투과광 화상 생성부(113)는, 투과광용 조명 장치(123)의 휘도(장치 발광면 휘도)를 0이 아닌 소정 휘도로 하고, 또한, 반사광용 조명 장치(121)의 휘도(장치 발광면 휘도)를 0으로 하도록, 조명 제어 장치(125)에 의해 제어된 상태에서 미립자(P)를 촬상하여 얻어지는 투과광 화상을 생성한다. 또한, 반사광 화상 생성부(115)는, 투과광용 조명 장치(123)의 휘도를 1 또는 2 이상의 조건으로 설정된 소정 휘도로 하고, 또한, 반사광용 조명 장치(121)의 휘도를 0이 아닌 소정 휘도로 하도록, 조명 제어 장치(125)에 의해 제어된 상태에서 미립자(P)를 촬상하여 얻어지는 반사광 화상을 생성한다.

상기와 같이, 조명 제어 장치(125)에 의해 반사광용 조명 장치(121) 및 투과광용 조명 장치(125)를 제어할 때, 투과광 화상 생성부(113) 및 반사광 화상 생성부(115)가, 조명 제어 장치(125)에, 원하는 투과광용 조명 장치(123) 및 반사광용 조명 장치(121)의 설정 휘도를 지시하는 신호를 송신해도 좋고, 다른 외부 기기가 조명 제어 장치(125)에 설정 휘도를 지시하는 신호를 송신해도 좋고, 조명 장치(125)에 설치된 입력 디바이스를 사용자가 조작함으로써, 당해 입력 디바이스로부터 설정 휘도를 지시하는 신호를 전송하도록 해도 좋다.

특히, 본 실시 형태에서는, 반사광 화상 생성부(115)는, 반사광 화상 상에서의 반사광 입자의 배경의 명도가, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도가 되도록, 조명 제어 장치(125)에 의해 투과광용 조명 장치(123)의 휘도가 설정된 상태에서 반사광 화상을 생성한다.

"입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"은, 예를 들어, 이하와 같이 해서 산출할 수 있다. 우선, 입자의 명도를 "명(명도가 높음)"과 "암(명도가 낮음)"으로 식별하고자 하는 측정 대상의 미립자(P)에 대한 경계 반사율을 구비한 교정 샘플 입자를 준비한다. 다음으로, 반사광용 조명 장치(121)를 소정 휘도로 하고, 또한, 투과광용 조명 장치(123)를 OFF(소등)로 하는 조건에서, 교정 샘플 입자를 촬상해서 얻어진 화상을 화상 처리하여, 교정 샘플 입자에 대응하는 화소 영역에 포함되는 전체 화소의 평균 명도를 산출한다. 이와 같이 하여 산출한 교정 샘플 입자의 평균 명도를, "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"으로서 사용할 수 있다.

상기 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값을 산출할 때의 경계 반사율이란, 이 반사율(경계 반사율)보다 높은 반사율을 갖는 입자를 명색으로 판단하고, 이 반사율보다 낮은 반사율을 갖는 입자를 암색으로 판단하기 위한 반사율의 경계값, 즉, 입자의 명도를 명색과 암색으로 구분할 때의 경계가 되는 반사율을 의미한다. 여기서, 입자 표면에서의 반사율은, 조명 조건에 의하지 않는 입자 고유의 성질이다. 따라서, 경계 반사율은, 측정 대상의 샘플(미립자군)에 포함되는 미립자(P)의 종류에 따라 적절하게 정할 수 있다.

또한, 경계 반사율을 구비한 입자를 준비할 수 없는 경우에는, 명색 입자로 판단하기 위한 기준이 되는 명색 교정 입자와, 암색 입자로 판단하기 위한 기준이 되는 암색 교정 입자를 준비하고, 각각의 입자를 촬상해서 얻어진 화상을 화상 처리하여, 명색 교정 입자의 평균 명도와 암색 교정 입자의 평균 명도를 각각 구하고, 또한, 구해진 양자의 평균 명도의 평균값을, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값으로서 사용해도 된다.

또한, 상기의 교정 샘플 입자나, 명색 교정 입자?암색 교정 입자를 준비하는 대신에, 경계 반사율을 구비한 회색의 색 견본지를 촬상해서 얻어진 화상을 화상 처리하여, 촬상 화상에 포함되는 전체 화소의 평균 명도를 산출하고, 산출된 평균 명도를, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값으로서 사용해도 된다.

또한, 촬상 장치(110)는, 생성한 투과광 화상 및 반사광 화상의 데이터를 화상 처리 장치(130)에 전송한다. 또한, 입자 측정 장치(100)가, 소정의 기억 장치(도시하지 않음)를 구비할 경우에는, 촬상 장치(110)는, 생성한 투과광 화상 및 반사광 화상의 데이터를 기억 장치에 기록해도 좋다.

<반사광용 조명 장치(121)>

반사광용 조명 장치(121)는, 스테이지(101)의 상방, 즉, 스테이지(101)에 대하여 스테이지(101)의 기판 적재면측에 설치되어, 스테이지(101)를 향해 소정 휘도의 광을 조사한다. 이 반사광용 조명 장치(121)로서는, 예를 들어, 시판의 현미경용의 링 형상 조명(할로겐전구), LED 조명, 형광관 등을 사용할 수 있다. 또한, 적절하게, 확산판, 편향 필터(모두 도시하지 않음) 등을 투과해서 반사광용 조명 장치(121)로부터 조명해도 좋다. 또한, 반사광용 조명 장치(121)를 복수 설치하고, 여기의 반사광용 조명 장치(121)를 평면 배열하여, 평면 조명으로 해도 좋다. 이러한 평면 조명은, 경면 반사광에 의한 화상 품질의 열화(하이라이트 등)를 피하기 위해 유효하다. 또한, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치(100)에서는, 입자 화상의 명도 측정을 행하기 위해서, 미립자(P)의 촬상시의 조명 조건은, 촬상면 상에서 항상 일정한 조도가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

<투과광용 조명 장치(123)>

투과광용 조명 장치(123)는, 스테이지(101)의 하방, 즉, 스테이지(101)에 대하여, 스테이지(101)의 기판 적재면과 반대측에 설치되어, 스테이지(101)를 향해 소정 휘도의 광을 조사한다. 이 반사광용 조명 장치(121)로서는, 예를 들어, 시판의 할로겐 전구(단등식, 복수등식 모두 가능), LED 조명, 형광관 등을 사용할 수 있다. 또한, 적절하게, 확산판, 편향 필터(103) 등을 투과해서 투과광용 조명 장치(123)로부터 조명해도 좋다. 또한, 투과광용 조명 장치(123)를 복수 설치하고, 여기의 투과광용 조명 장치(123)를 평면 배열하여, 평면 조명으로 해도 좋다. 이러한 평면 조명은, 경면 반사광에 의한 화상 품질의 열화(하이라이트 등)를 억제하기 위해 유효하다. 또한, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치(100)에서는, 입자 화상의 명도 측정을 행하기 위해서, 미립자(P)의 촬상시의 조명 조건은, 촬상면 상에서 항상 일정한 조도가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

<조명 제어 장치(125)>

조명 제어 장치(125)는, 반사광용 조명 장치(121)의 휘도와 투과광용 조명 장치(123)의 휘도를 각각 독립적으로 설정하도록, 반사광용 조명 장치(121) 및 투과광용 조명 장치(123)를 제어한다. 이 조명 제어 장치(125)로서는, 시판되는 것을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 조명 제어 장치(125)로서, 예를 들어, 외부 신호에 의해, 반사광용 조명 장치(121) 및 투과광용 조명 장치(123)를 독립적으로 ON/OFF할 수 있는 것이나, 또한, 반사광용 조명 장치(121) 및 투과광용 조명 장치(123)의 휘도를 각각 독립적으로 변경할 수 있는 것을 사용할 수 있다.

구체적으로는, 조명 제어 장치(125)는, 투과광용 조명 장치(123)로부터 조사된 광이 미립자(P)를 투과한 투과광을 사용해서 촬상되는 경우에는, 투과광용 조명 장치(123)의 휘도를 0이 아닌 소정 휘도로 하고, 또한, 반사광용 조명 장치(121)의 휘도를 0으로 하도록 제어한다. 또한, 조명 제어 장치(125)는, 반사광용 조명 장치(121)로부터 조사된 광이 미립자(P)의 표면에 반사한 반사광을 사용해서 촬상되는 경우에는, 투과광용 조명 장치(123)의 휘도를 1 또는 2 이상의 조건으로 설정된 소정 휘도로 하고, 또한, 반사광용 조명 장치(121)의 휘도를 0이 아닌 소정 휘도로 하도록 제어한다.

<화상 처리 장치(130)>

화상 처리 장치(130)는, 투과광 화상 생성부(113)에 의해 생성된 투과광 화상 중에서 미립자(P)의 촬상 화상의 후보로서 식별되는 1 또는 2 이상의 투과광 입자의 위치 및 크기와, 반사광 화상 생성부(115)에 의해 생성된 반사광 화상 중에서 미립자(P)의 촬상 화상의 후보로서 식별되는 1 또는 2 이상의 반사광 입자의 위치 및 크기를 비교함으로써, 위치 및 크기의 차가 소정 범위 이내인 투과광 입자와 반사광 입자를 대응시키고, 당해 대응 결과에 기초하여, 투과광 입자의 위치 및 크기를 미립자(P)의 위치 및 크기로서 산출하는 동시에, 반사광 입자 또는 투과광 입자의 대표 명도를 미립자(P)의 명도로서 산출한다.

여기서, 촬상 화상의 화상 처리에 의한 입자의 식별 방법에 대해서 설명한다. 투과광 화상에서는, 항상 배경이 고명도가 되므로, 측정 대상인 불투명한 미립자(P)가 존재하면, 투과광 화상 내에서는, 저명도의 영역이 입자 화상(투과광 입자)으로서 인식된다. 또한, 반사광 화상에서는, 배경은 투과광용 조명 장치(123)의 휘도에 따라 다르지만, 측정 대상인 불투명한 미립자(P)는, 배경의 명도에 관계없이, 명색(고명도)의 입자이면 고명도의 영역이 되고, 암색(저명도)의 입자이면 저명도의 영역이 된다. 따라서, 반사광 화상에서는, 미립자(P)는, 배경의 명도와 어느 정도의 명도차가 있을 경우에는 입자 화상(반사광 입자)으로서 인식되지만, 배경 명도와 동일한 정도의 명도인 경우에는 입자 화상으로서 인식되지 않는다. 예를 들어, 반사광 화상의 배경이 고명도인 경우, 고명도의 미립자(P)는 입자 화상으로서 인식되지 않지만, 저명도의 미립자(P)는 암색의 입자 화상으로서 인식되게 된다.

다음으로, 도 3을 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 화상 처리 장치(130)의 상세한 구성에 대해서 설명한다. 도 3은, 본 실시 형태에 관한 화상 처리 장치(130)의 기능 구성을 도시하는 블록도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 화상 처리 장치(130)는, 투과광 입자 검출부(131)와, 투과광 입자 정보 산출부(133)와, 반사광 입자 검출부(135)와, 반사광 입자 정보 산출부(137)와, 대응시키기 처리부(139)와, 입자 정보 산출부(141)를 주로 갖는다.

투과광 입자 검출부(131)는, 소정의 명도 임계값을 사용해서 투과광 화상을 이치화하여 얻어지는 투과광 이치화 화상의 명도 분포(이치화 화상은, 고명도측의 화소와 저명도측의 화소로 이루어진다.)에 기초하여, 투과광 이치화 화상의 화소 좌표 중에서 저명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을, 투과광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 당해 투과광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출한다. 투과광 입자 검출부(131)는, 검출된 투과광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표에 관한 정보를 투과광 입자 정보 산출부(133)에 전송한다. 또한, 투과광 이치화 화상을 얻을 때에 사용하는 소정의 명도 임계값의 설정예에 관해서는 후술한다.

투과광 입자 정보 산출부(133)는, 투과광 입자 검출부(131)의 검출 결과, 즉, 투과광 입자 검출부(131)로부터 전송된 투과광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표에 관한 정보에 기초하여, 적어도 투과광 입자의 위치 및 크기를 산출한다. 여기서, 본 실시 형태에 관한 투과광 입자의 위치는, 예를 들어, 투과광 이치화 화상 중에서 인식되는 투과광 입자를 원이라고 가정했을 경우의 중심 위치에 존재하는 화소의 위치 좌표 등을 사용해서 나타낼 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 투과광 입자의 크기는, 예를 들어, 투과광 이치화 화상 중에서 인식되는 투과광 입자를 원이라고 가정했을 경우의 당해 원의 면적 등을 사용해서 나타낼 수 있다. 또한, 투과광 입자 정보 산출부(133)는, 투과광 입자의 크기로서, 상기 투과광 입자의 면적에 추가로, 혹은, 상기 투과광 입자의 면적 대신에, 투과광 입자를 원이라고 가정했을 경우의 직경(원 상당 직경)을 산출해도 좋다.

또한, 투과광 입자 정보 산출부(133)는, 산출한 투과광 입자의 중심 위치, 면적, 직경 등에 관한 정보를, 대응시키기 처리부(139) 및 입자 정보 산출부(141)에 전송한다. 또한, 투과광 입자 정보 산출부(133)는, 산출한 투과광 입자의 중심 위치, 면적, 직경 등에 관한 정보를, 입자 측정 장치(100)의 기억 장치(도시하지 않음)에 기록해도 좋다.

반사광 입자 검출부(135)는, 촬상 장치(110)에 의해 촬상된 반사광 화상, 또는 이것을 이치화하여 얻어지는 반사광 이치화 화상의 명도 분포에 기초하여, 반사광 화상 또는 반사광 이치화 화상의 화소 좌표 중에서 주위의 화소와의 명도차가 소정값 이상인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을, 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 당해 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출한다.

여기서, 본 실시 형태에서는, 반사광 입자 검출부(135)는, 상술한 "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"을 사용해서 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 화상의 명도 분포에 기초하여, 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 저명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을, 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출해도 좋다. 또한, 촬상 장치(110)에 의해 촬상된 반사광 화상에서, 입자로서 식별할 수 있는 화소 영역의 명도와 당해 화소 영역의 주위의 화소 영역(배경)의 명도와의 차가 커서, 반사광 화상으로부터 직접 입자를 인식하는 것이 용이할 경우에는, 반사광 입자 검출부(135)는, 반사광 화상을 이치화하지 않고, 반사광 화상으로부터 직접 반사광 입자의 존재 영역을 특정하여, 이 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하도록 해도 좋다.

또한, 반사광 입자 검출부(135)는, 검출된 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표에 관한 정보를 반사광 입자 정보 산출부(137)에 전송한다.

반사광 입자 정보 산출부(137)는, 반사광 입자 검출부(135)의 검출 결과, 즉, 반사광 입자 검출부(135)로부터 전송된 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표에 관한 정보에 기초하여, 적어도 반사광 입자의 위치 및 크기를 산출한다. 여기서, 본 실시 형태에 관한 반사광 입자의 위치는, 예를 들어, 반사광 화상 또는 반사광 이치화 화상 중에서 인식되는 반사광 입자를 원이라고 가정했을 경우의 중심 위치에 존재하는 화소의 위치 좌표 등을 사용해서 나타낼 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 반사광 입자의 크기는, 예를 들어, 반사광 화상 또는 반사광 이치화 화상 중에서 인식되는 반사광 입자를 원이라고 가정했을 경우의 당해 원의 면적 등을 사용해서 나타낼 수 있다. 또한, 반사광 입자 정보 산출부(137)는, 반사광 입자의 크기로서, 상기 반사광 입자의 면적 외에도, 혹은, 상기 반사광 입자의 면적 대신에, 반사광 입자를 원이라고 가정했을 경우의 직경(원 상당 직경)을 산출해도 좋다.

또한, 반사광 입자 정보 산출부(137)는, 산출한 반사광 입자의 중심 위치, 면적, 직경 등에 관한 정보를, 대응시키기 처리부(139) 및 입자 정보 산출부(141)에 전송한다. 또한, 반사광 입자 정보 산출부(137)는, 산출한 반사광 입자의 중심 위치, 면적, 직경 등에 관한 정보를, 입자 측정 장치(100)의 기억 장치(도시하지 않음)에 기록해도 좋다.

대응시키기 처리부(139)는, 투과광 입자 정보 산출부(133) 및 반사광 입자 정보 산출부(137)의 산출 결과, 즉, 투과광 입자 정보 산출부(133)로부터 전송된 투과광 입자의 중심 위치, 면적, 직경 등에 관한 정보, 및 반사광 입자 정보 산출부(137)로부터 전송된 반사광 입자의 중심 위치, 면적, 직경 등에 관한 정보에 기초하여, 반사광 입자의 위치 및 크기를, 모든 투과광 입자의 위치 및 크기와 비교하여, 위치 및 크기의 차가 각각 소정 범위 이내인 투과광 입자와 반사광 입자를 대응시킨다. 또한, 대응시키기 처리부(139)는, 어느 쪽의 투과광 입자와도 대응되지 않은 반사광 입자를 미립자(P)의 촬상 화상의 후보에서 제외한다.

여기서, 반사광 입자와 투과광 입자의 위치의 차는, 예를 들어, 반사광 입자의 중심 위치와 투과광 입자의 중심 위치의 거리로서 나타낼 수 있다. 이 거리가 가깝다(소정 범위 내)는 것은, 반사광 입자와 투과광 입자가 동일한 미립자(P)에 대한 촬상 화상일 가능성이 있다. 또한, 반사광 입자와 투과광 입자의 크기의 차는, 예를 들어, 반사광 입자의 면적과 투과광 입자의 면적의 차, 혹은, 반사광 입자의 원 상당 직경과 투과광 입자의 원 상당 직경의 차로서 나타낼 수 있다. 이것들의 면적이나 직경의 차가 작다(소정 범위 내)는 것은, 반사광 입자와 투과광 입자가 동일한 미립자(P)에 대한 촬상 화상일 가능성이 있다. 본 실시 형태에서는, 상기와 같은 반사광 입자와 투과광 입자의 위치의 차와, 반사광 입자와 투과광 입자의 크기의 차가 모두 소정 범위 내에 있으면, 반사광 입자와 투과광 입자가 동일한 미립자(P)에 대한 촬상 화상일 개연성이 높은 것으로 판단하여, 이것들을 대응시키는 것으로 하고 있다.

또한, 대응시키기 처리부(139)는, 투과광 입자와 반사광 입자의 대응 결과, 예를 들어, (1) 서로 대응된 투과광 입자와 반사광 입자의 조합 리스트, (2) 어느 반사광 입자에도 대응되지 않은 투과광 입자의 리스트, (3) 어느 투과광 입자에도 대응되지 않은 반사광 입자의 리스트 등에 관한 정보를, 입자 정보 산출부(141)에 전송한다. 또한, 대응시키기 처리부(139)는, 상기 (1) 내지 (3)의 리스트 등에 관한 정보를, 입자 측정 장치(100)의 기억 장치(도시하지 않음)에 기록해도 좋다. 단, (3)의 리스트에 포함되는 반사광 입자는, 미립자(P)의 촬상 화상의 후보에서는 제외되므로, 대응시키기 처리부(139)는, (3)의 리스트에 관한 정보에 대해서는, 반드시 입자 정보 산출부(141)에 전송할 필요가 없다. 또한, 투과광 입자와 반사광 입자의 대응시키는 방법의 상세에 대해서는 후술한다.

입자 정보 산출부(141)는, 대응시키기 처리부(139)로부터 전송된 투과광 입자와 반사광 입자의 대응 결과에 기초하여, 투과광 입자의 위치 및 크기를 미립자(P)의 위치 및 크기로서 산출하고, 투과광 입자에 대응된 반사광 입자의 대표 명도를 미립자의 명도로서 산출하는 동시에, 어느 쪽의 반사광 입자와도 대응되지 않은 투과광 입자의 명도를, 소정 명도로서 산출한다. 여기서, 소정 명도는, 명도 임계값을 사이에 두고 상기 반사광 입자의 대표 명도와 반대측에 위치하는 명도 영역 내에서 적절하게 정하면 된다. 예를 들어, 명도 임계값이 100, 반사광 입자의 대표 명도가 120일 경우, 소정 명도를 80으로 설정할 수 있다.

특히, 본 실시 형태에서는, 입자 정보 산출부(141)는, 반사광 입자에 대응된 투과광 입자에 대응하는 미립자(P)를, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 낮은 명도를 갖는 암색 입자로 식별하고, 어느 쪽의 반사광 입자와도 대응되지 않은 투과광 입자에 대응하는 미립자(P)를, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도를 갖는 명색 입자로 식별한다.

<차광판(127)>

또한, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치(100)는, 필요에 따라서, 차광판(127)을 더 구비하고 있어도 된다. 차광판(127)은, 예를 들어, 스테이지(101)의 하면(기판 적재면과 반대측)에 상단부가 접하고, 또한, 투과광용 조명 장치(123)의 주위를 덮도록 배치하면 좋다. 또한, 차광판(127)의 하단부는, 개방되어 있어도 좋고 폐색되어 있어도 된다. 이 차광판(127)의 역할은, 투과광용 조명 장치(123)에 의한 조명을 소등했을 때에, 투과광용 조명 장치(123)의 주위로부터의 입광을 방지하여, 스테이지(101)의 배면이 암색이 되도록 하는 것이다. 따라서, 미립자(P)의 위치, 크기 및 명도 등의 측정에서의 전체 작업을 암실 내에서 실시할 경우에는, 차광판(127)을 설치할 필요가 없다.

이상, 본 실시 형태에 관한 화상 처리 장치(130)의 처리에 대해서 설명했다. 상기의 각 처리부는, 화상 처리 장치(130)의 연산 처리 장치가 각종 프로그램을 실행함으로써 실현되어도 좋고, 혹은, 상기의 각 처리부의 기능으로 특화된 하드웨어에 의해 실현되어 있어도 된다. 이 점은, 후술하는 다른 실시 형태에서도 마찬가지다.

(입자 측정 방법)

이상, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치(100)에 대해서 상세하게 설명했는데, 계속해서 도 4를 참조하면서, 상술한 입자 측정 장치(100)를 사용한 본 실시 형태에 관한 입자 측정 방법에 대해 상세하게 설명한다. 도 4는, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 방법에서의 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.

본 실시 형태에 관한 입자 측정 방법은, 상술한 입자 측정 장치(100)를 사용하여, 평탄한 기판(1) 위 또는 스테이지(101) 위에 살포된 미립자(P)의 위치, 크기 및 명도를 측정하는 방법이며, 주로, 이하에 설명한 바와 같이, 분석용 샘플의 가공 공정과, 투과광 화상 생성 공정과, 반사광 화상 생성 공정과, 화상 처리 공정을 포함한다.

<분석용 샘플의 가공 공정>

우선, 분석(입자 측정)용의 샘플을 가공한다. 구체적으로는, 검체가 되는 미립자(P)(예를 들어, 제철소 내의 특정한 장소에서 포집된 강하 매진 입자)를 기판(1) 위에 살포하고, 이 기판(1)을 스테이지(101) 위에 적재하거나, 또는, 미립자(P)를 스테이지(101) 위에 직접 살포한다(S101). 이때, 각 입자끼리 될 수 있는 한 접촉하지 않도록 살포량을 조정하고, 또한 적절하게, 주걱 등에 의해 살포된 미립자(P)를 고르게 한다. 또한, 기판(1) 위에 살포하는 미립자(P)의 개수는 특별히 한정되지 않지만(포집된 강하 매진을 사용할 경우에는 그 전량을 분석용 샘플로서 가공할 필요는 없다), 시료의 편차의 영향을 평가하기 위해서는, 적어도 100개 이상의 미립자(P)를 분석용 샘플로서 공용하는 것이 바람직하다.

또한, 검체로서, 제철 플랜트 유래의 강하 매진을 사용하는 경우에는, 강하 매진은, 통상 φ10㎛ 이상의 조대한 입자이므로, 강하 매진 입자를 살포할 때는, 강하 매진 입자의 대기 중에서의 자유 낙하를 이용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어, 포집된 강하 매진을 숟가락으로 떠내서 기판 위에 상방으로부터 낙하시킴으로써, 강하 매진 입자를 기판 위에 살포할 수 있다.

이상과 같이 해서 작성된 분석용 샘플을 사용해서 이하의 투과광 화상 생성 공정과, 반사광 화상 생성 공정과, 화상 처리 공정을 실시한다.

<투과광 화상 생성 공정>

투과광 화상 생성 공정에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 투과광용 조명 장치(123)의 휘도를 0이 아닌 소정 휘도로 하고, 또한, 반사광용 조명 장치(121)의 휘도를 0으로 하도록(반사광 조명 장치(121)에 의한 조명을 소등하도록), 조명 제어 장치(125)에 의해 설정한다(S103). 그리고, 이렇게 조명이 설정된 상태에서, 촬상 장치(110)에 의해 미립자(P)를 촬상하고, 촬상 장치(110)의 투과광 화상 생성부(113)가 투과광 화상을 생성한다(S105). 또한, 투과광 화상 생성부(113)는, 생성한 투과광 화상을 화상 처리 장치(130)에 전송한다.

<반사광 화상 생성 공정>

반사광 화상 생성 공정에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 투과광용 조명 장치(123)의 휘도를 1 또는 2 이상의 조건으로 설정된 소정 휘도로 하고, 또한, 반사광용 조명 장치(121)의 휘도를 0이 아닌 소정 휘도로 하도록, 조명 제어 장치(125)에 의해 설정한다(S107). 그리고, 이렇게 조명이 설정된 상태에서, 촬상 장치(110)에 의해 미립자(P)를 촬상하고, 촬상 장치(110)의 반사광 화상 생성부(115)가 반사광 화상을 생성한다(S109). 또한, 반사광 화상 생성부(115)는, 생성한 반사광 화상을 화상 처리 장치(130)에 전송한다.

여기서, 본 실시 형태에서의 반사광 화상 생성 공정에서는, 조명 제어 장치(125)는, 투과광용 조명 장치(123)로부터의 조명의 휘도를, 반사광 화상 상에서의 반사광 입자의 배경의 명도가, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도가 되는 휘도(소정 휘도)로 설정한다. 이 경우의 "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"은, 예를 들어, 이하와 같이 해서 산출할 수 있다. 우선, 입자의 명도를 "명(명도가 높음)"과 "암(명도가 낮음)"으로 식별하고자 하는 측정 대상의 미립자(P)에 대한 경계 반사율을 구비한 교정 샘플 입자를 준비한다. 다음으로, 반사광용 조명 장치(121)를 소정 휘도로 하고, 또한, 투과광용 조명 장치(123)를 OFF(소등)으로 하는 조건에서, 교정 샘플 입자를 촬상해서 얻어진 화상을 화상 처리하여, 교정 샘플 입자에 대응하는 화소 영역에 포함되는 전체 화소의 평균 명도를 산출한다. 이와 같이 하여 산출한 교정 샘플 입자의 평균 명도를, "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"으로서 사용할 수 있다.

상기 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값을 산출할 때의 경계 반사율이란, 이 반사율(경계 반사율)보다 높은 반사율을 갖는 입자를 명색으로 판단하고, 이 반사율보다 낮은 반사율을 갖는 입자를 암색으로 판단하기 위한 반사율의 경계값, 즉, 입자의 명도를 명색과 암색으로 구분할 때의 경계가 되는 반사율을 의미한다. 여기서, 입자 표면에서의 반사율은, 조명 조건에 의하지 않는 입자 고유의 성질이다. 따라서, 경계 반사율은, 측정 대상의 샘플(미립자군)에 포함되는 미립자(P)의 종류에 따라 적절하게 정할 수 있다.

또한, 경계 반사율을 구비한 입자를 준비할 수 없을 경우에는, 명색 입자로 판단하기 위한 기준이 되는 명색 교정 입자와, 암색 입자로 판단하기 위한 기준이 되는 암색 교정 입자를 준비하고, 각각의 입자를 촬상해서 얻어진 화상을 화상 처리하여, 명색 교정 입자의 평균 명도와 암색 교정 입자의 평균 명도를 각각 구하고, 또한, 구해진 양자의 평균 명도의 평균값을, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값으로서 사용해도 된다.

또한, 상기의 교정 샘플 입자나, 명색 교정 입자?암색 교정 입자를 준비하는 대신에, 경계 반사율을 구비한 회색의 색 견본지를 촬상해서 얻어진 화상을 화상 처리하여, 촬상 화상에 포함되는 전체 화소의 평균 명도를 산출하고, 산출된 평균 명도를, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값으로서 사용해도 된다.

<화상 처리 공정>

이하에 설명하는 화상 처리 공정의 각 공정은, 도 3에 예시한 화상 처리 장치(130)의 각 처리부에 의해 각각 실행된다. 이 점은, 후술하는 다른 실시 형태에서도 마찬가지다.

화상 처리 공정에서는, 우선, 투과광 화상 생성부(113)에 의해 생성된 투과광 화상 중에서, 측정 대상인 미립자(P)의 촬상 화상의 후보로서 식별되는 1 또는 2 이상의 투과광 입자(실재하는 입자가 아니라, 촬상 화상 중의 입자의 화상으로서 식별되는 화소 영역)를 검출한다(S111).

여기서, 도 5를 참조하면서, 투과광 입자의 검출 방법에 대해서 설명한다. 도 5는, 본 실시 형태에서의 투과광 화상을 사용한 화상 처리 방법의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 5의 (a)는, 기판 (1)위에 일렬에 배열된 미립자(P1 내지 P3)의 측면도 및 당해 촬상 화상 내에서 이 각 미립자(P1 내지 P3)의 중심을 연결한 직선 상에서의 명도 분포를 나타내고 있고, 도 5의 (b)는, (a)와 위치를 맞춘 이치화한 촬영 화상이다. 이하의 도면에서도 마찬가지의 정의다.

도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 투과광 화상에서의 각 화소의 명도는, 미립자(P1, P2, P3)가 존재하는 장소에서, 배경의 명도와 비해 낮은 명도가 된다. 이것은, 본 실시 형태에서의 측정 대상의 미립자(P1, P2, P3)가 불투명한 입자이므로, 미립자(P1, P2, P3)가 존재하는 장소에서는, 이들 미립자의 하방으로부터 조사한 광이 투과하지 않기 때문에, 투과광 화상 상에서는 암색(명도가 낮은 영역)으로서 인식되는 한편, 미립자(P1, P2, P3)가 살포되어 있는 기판(1)이나 스테이지(101)는 투명하므로, 하방으로부터 조사한 광이 투과하여, 투과광 화상 상에서는 명색(명도가 높은 영역)으로서 인식되기 때문이다.

투과광 입자를 검출할 때는, 우선, 소정의 명도 임계값(Tp)을 사용해서 투과광 화상을 이치화하여, 투과광 이치화 화상을 생성한다. 이때의 소정의 명도 임계값(Tp)으로서는, 투과광 조명 장치(123)에 의한 조명시에 투명한 입자를 투과하는 광의 명도에 상당하는 명도 임계값보다 낮은 명도의 임계값을 사용한다. "투과광 조명 장치(123)에 의한 조명시에 투명한 입자를 투과하는 광의 명도에 상당하는 명도 임계값(이하, "명도 임계값(Tp0)"이라고 함)"으로서는, 예를 들어, 미리 투명 또는 반투명의 입자(유리 미립자 등)를 촬상해서 얻어진 입자 화상을 처리함으로써 구해진 개개의 입자의 대표 명도 중, 가장 낮은 명도로 하면 된다. 이와 같이 하여 결정된 명도 임계값(Tp0)은, 불투명한 입자의 투과광 화상 상에서의 입자로서 식별되는 화소 영역의 대표 명도보다 높은 명도가 된다.

또한 여기서, "대표 명도"란, 입자로서 식별되는 화소 영역 전체를 대표하는 명도를 말하며, "대표 명도"로는, 예를 들어, 당해 화소 영역 중의 각 화소의 명도의 평균값, 각 화소의 명도의 중앙값 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 화소 영역 중에 존재하는 화소의 명도의 이상치를 제거할 것을 목적으로 해서, 최대 명도의 화소와 최저 명도의 화소를 제외한 각 화소의 명도의 평균값을 "대표 명도"로서 사용해도 된다. 또한, 입자로서 식별되는 화소 영역의 주연부에서는, 하이라이트 등에 의해 일반적으로 명도가 급변하는 경우가 많기 때문에, 이러한 화소를 제외하고, 이러한 하이라이트 등의 영향을 제거하는 것을 목적으로 해서, 주연부의 화소를 제외한 각 화소의 명도의 평균값을 "대표 명도"로서 사용해도 된다.

또한, 명도 임계값(Tp)의 설정 방법은, 상기와 같은 방법에는 한정되지 않고, 투과광을 사용한 촬상 화상 중에서 불투명한 입자를 인식할 수 있는 방법이면, 어떤 방법이라도 좋다.

또한, 촬상 장치(110)의 시야 내의 전체 영역에서 완전하게 균일한 조도를 얻는 것은 실제로는 곤란하므로, 이치화 전에, 기록된 화소의 명도에 화소의 이차원 위치의 함수인 보정값을 증감하여, 화상 내에서의 조도의 편차를 보정해도 좋다. 이 경우의 보정값 산출 방법으로서는, 예를 들어, 미리 산란광 반사율값이 알려져 있는 회색의 테스트 피스를 본 실시 형태에서 사용하는 촬상 장치(110)로 촬영해 두고, 이때 기록된 화상에서의 전체 화소의 평균 명도값에서 각 화소의 명도를 뺀 것을, 각 화소에서의 명도 보정값으로서 사용할 수 있다. 보정값이 화소의 다이나믹 레인지에 비해 충분히 작으면, 이 보정 방법에서의 오차는 작아진다. 또한, 이 보정값이 작아지도록, 촬영면 상에서의 조도를 가능한 한 균일하게 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 해서 얻어진 투과광 이치화 화상은, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 고명도(백색의 영역으로서 도시)인 화소와 저명도(사선의 영역으로서 도시)인 화소로 이루어지고, 이 투과광 이치화 화상 중에서는, 입자가 존재하고 있는 영역이 저명도인 화소로서 인식된다. 따라서, 투과광 이치화 화상 중에서의 인접하는 화소의 이치화 명도의 접속 관계로부터, 동일한 이치화 명도의 화소(본 실시 형태에서는, 저명도의 화소)가 연속되고, 또한, 다른 영역(본 실시 형태에서는 고명도의 화소가 존재하는 영역)과 독립된 영역을 미립자(P1, P2, P3)가 존재하는 영역, 즉, 투과광 입자(P1p, P2p, P3p)가 존재하는 영역)으로서 특정한다. 또한, 특정된 투과광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하고, 이 위치 좌표에 기초하여, 투과광 입자(P1p, P2p, P3p)의 위치(예를 들어, 중심 위치) 및 크기(예를 들어, 면적이나 직경)를 산출하여, 화상 처리 장치(130)에 설치되어 있는 기억 장치(도시하지 않음) 등에 기록한다(S113).

다음으로, 반사광 화상 생성부(115)에 의해 생성된 반사광 화상 중에서, 측정 대상인 미립자(P)의 촬상 화상의 후보로서 식별되는 1 또는 2 이상의 반사광 입자(실재하는 입자가 아니라, 촬상 화상 중의 입자의 화상으로서 식별되는 화소 영역)를 검출한다(S115).

여기서, 도 6 및 도 7을 참조하면서, 반사광 입자의 검출 방법에 대해서 설명한다. 도 6은, 본 실시 형태에서의 반사광 화상을 사용한 화상 처리 방법의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 7은, 본 실시 형태에서의 반사광 화상을 사용한 화상 처리 방법의 다른 예를 도시하는 설명도이다.

도 6의 (a) 및 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 반사광 화상에서의 각 화소의 명도는, 미립자(P1, P2, P3)의 명도에 따라 결정된다. 즉, 반사광 화상은, 미립자(P1, P2, P3)가 살포되어 있는 기판(1) 또는 스테이지(101)를 향해 조사한 광의 반사광을 이용해서 촬상되어 있기 때문에, 각 미립자의 촬상 화상(반사광 입자)의 반사광 화상 상에서의 명도는, 실제의 미립자(P1, P2, P3)의 명도의 고저에 대응하고 있다. 예를 들어, 미립자(P1, P2)가 명도가 높은 입자(명색 입자, P1의 명도>P2의 명도), 미립자(P3)가 명도가 낮은 입자(암색 입자)라고 하면, 반사광 화상 중에서는, 미립자(P1, P2)가 존재하는 영역에 대응하는 화소의 명도가 명색(명도가 높은 영역)으로서 인식되고, 미립자(P3)가 존재하는 영역에 대응하는 화소의 명도가 암색(명도가 낮은 영역)으로서 인식된다.

본 실시 형태에서 반사광 입자를 검출하는 방법의 일례에서는, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 우선, 소정의 명도 임계값(Tr1)을 사용해서 반사광 화상을 이치화하여, 반사광 이치화 화상을 생성한다. 이때의 소정의 명도 임계값(Tr1)으로서는, 예를 들어, 상술한 "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"을 사용할 수 있다. 또한, 반사광 화상을 이치화하기 전에, 기록된 화소의 명도에 화소의 이차원 위치의 함수인 보정값을 증감하여, 화상 내에서의 조도의 편차를 보정해도 되는 점에 대해서는, 투과광 화상을 이치화하는 경우와 마찬가지다.

이상과 같이 해서 얻어진 반사광 이치화 화상은, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 고명도(백색의 영역으로서 도시)인 화소와 저명도(사선의 영역으로서 도시)인 화소로 이루어진다. 따라서, 반사광 이치화 화상 중에서의 인접하는 화소의 이치화 명도의 접속 관계로부터, 동일한 이치화 명도의 화소(본 실시 형태에서는, 저명도의 화소)가 연속되고, 또한, 다른 영역(본 실시 형태에서는 고명도의 화소가 존재하는 영역)과 독립된 영역을, 입자의 후보인 반사광 입자(P3r)로서 특정한다. 또한, 특정된 반사광 입자(P3r)의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하고, 이 위치 좌표에 기초하여, 반사광 입자(Pr)의 위치(예를 들어, 중심 위치) 및 크기(예를 들어, 면적이나 직경)를 산출해서, 화상 처리 장치(130)에 설치되어 있는 기억 장치(도시하지 않음) 등에 기록한다(S117). 또한, 도 6의 (b)에는 참고를 위해, 각 입자가 존재하는 영역(투과광 이치화 화상에 의해 구한 것)을 P1p, P2p, P3p로 해서 파선으로 나타냈다. 이와 같이, 반사광 화상에서는, 항상 기판(1) 상의 전체 입자를 인식할 수 있는 것은 아니며, 또한, 인식된 입자에서도, 그 입자 면적은, 실제의 입자의 단면적과는 크게 다를 수 있다.

또한, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 촬상 장치(110)에 의해 촬상된 반사광 화상 중의 입자로서 인식할 수 있는 화소 영역의 명도와 당해 화소 영역의 주위의 화소 영역(배경)의 명도와의 차가 커서, 반사광 화상으로부터 직접 입자를 인식하는 것이 용이한 경우에는, 상술한 바와 같이 반사광 화상을 이치화하지 않아도, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 반사광 화상으로부터 직접 반사광 입자(Pr)의 존재 영역을 특정할 수 있다. 예를 들어, 화상에서의 명도 구배를 사용해서 입자의 윤곽을 식별하여, 입자 범위를 특정할 수 있다. 그리고, 이와 같이 하여 특정된 반사광 입자(Pr)의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하도록 해도 좋다.

또한, 이상 설명한 바와 같은 처리는, 예를 들어, Image-Pro Plus(Media Cybernetics, Inc 등록 상표)와 같은 시판되는 화상 처리 소프트에 표준적으로 탑재되어 있는 입자 화상 처리 계측 기능을 이용해서 실시할 수 있다. 예를 들어, Image-Pro Plus ver.5에서는, 특정한 디지털 화상에 대하여, 일반적인 입자 화상 처리 기능, 예를 들어, 이치화, 명도 변환, 화소 중에서의 명도 연산, 입자 식별, 입자 도심 위치의 산출, 입자에 대한 번호 부여, 입자의 특성량(명도, 색상, 면적, 종횡비, 진원도 등)의 산출, 입자 중의 구멍 유무의 식별, 입자 중에 구멍이 존재하는 경우의 구멍의 입자 중에서의 면적비의 산출 등의 기능이 구비되어 있다.

화상 처리 공정에서는, 다음으로, 상술한 바와 같이 해서 산출된 1 또는 2 이상의 투과광 입자의 위치 및 크기와, 1 또는 2 이상의 반사광 입자의 위치 및 크기를 비교함으로써, 위치 및 크기의 차가 소정 범위 이내인 투과광 입자와 반사광 입자를 대응시키는 대응시키기 처리를 행한다(S119).

본 실시 형태에 관한 대응시키기 처리는, 예를 들어, 개개의 반사광 입자를 모든 투과광 입자(단, 이미 특정한 반사광 입자와 대응된 투과광 입자를 제외함)와 비교함으로써 행한다. 구체적으로는, 주목하는 반사광 입자의 중심 위치와, 이 반사광 입자와 비교하는 모든 투과광 입자의 중심 위치와의 사이의 거리(중심 위치간 거리)를 산출하고, 이 중심 위치간 거리가 소정의 한계 거리보다 작은 투과광 입자 중, 가장 짧은 중심 위치간 거리를 갖는 투과광 입자를, 주목하는 반사광 입자에 대응하는 투과광 입자의 후보로 한다. 이때의 한계 거리의 예로서는, 예를 들어, 측정 대상인 미립자(P)의 평균 직경에 가까운 것(미립자(P)가 제철소 유래의 강하 매진일 경우에는 10㎛), 또는, 반사광 입자와 비교하는 투과광 입자의 직경의 30％의 길이 등을 들 수 있다.

다음으로, 주목하는 반사광 입자와 대응하는 투과광 입자의 후보와의 면적을 비교하여, 이들 면적의 비율(예를 들어, 반사광 입자의 면적/투과광 입자의 면적)이 소정의 한계 비율 범위 내인 경우에, 상기 투과광 입자의 후보를 주목하는 반사광 입자에 대응시킨다. 이때의 한계 비율의 범위의 예로서는, 0.5 내지 1.2로 하면 좋다. 한편, 상기 면적의 비율이, 소정의 한계 비율 범위 외인 경우에는, 주목하는 반사광 입자에 대응하는 투과광 입자가 아닌 것으로 판단한다. 이와 같이 하여, 주목하는 반사광 입자에 대응되는 투과광 입자가 존재하지 않을 경우에는, 당해 반사광 입자를 허위의 입자인, 즉, 미립자(P)의 촬상 화상의 후보가 아닌 것으로 판단하여, 미립자(P)의 촬상 화상의 후보에서 제외한다.

이 대응시키기 처리시, 본 실시 형태에서는, 반사광 화상에서의 배경(입자로서 식별되는 화소 영역의 주위 영역)의 명도는, "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"보다 높은 명도가 되도록 설정된 상태에서 반사광 화상이 촬상된다. 따라서, 반사광 이치화 화상 상에서 입자로서 식별되는 미립자는, 배경의 명도보다 낮은 명도를 갖는 입자, 즉, 암색의 미립자(P3)에 대응하는 입자 화상만이며, 명색의 미립자(P1, P2)에 대응하는 입자 화상은, 본 실시 형태에 관한 반사광 이치화 화상 상에서는 인식되지 않는다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 상기 대응시키기 처리의 결과, 반사광 입자(도 6 및 도 7의 P3r)에 대응된 투과광 입자(도 5의 P3p)가 있으면, 당해 투과광 입자(P3p)에 대응하는 미립자(P3)를, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 낮은 명도를 갖는 암색 입자로 식별한다(S121). 한편, 스텝 S121의 판정의 결과, 어느 쪽의 반사광 입자와도 대응되지 않은 투과광 입자(도 5의 P1p, P2p)가 있으면, 당해 투과광 입자(P1p, P2p)에 대응하는 미립자(P1, P2)를, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도를 갖는 명색 입자로 식별한다(S123). 또한, 어느 쪽의 투과광 입자와도 대응되지 않은 반사광 입자가 있으면, 당해 반사광 입자를, 미립자(P)의 촬상 화상의 후보에서 제외한다(S125).

이상과 같이 해서 행한 대응시키기 처리의 결과에 기초하여, 투과광 입자의 위치 및 크기를 미립자(P)의 위치 및 크기로서 산출하는 동시에, 반사광 입자 또는 투과광 입자의 대표 명도를 미립자(P)의 명도로서 산출한다(S127). 구체적으로는, 어느 하나의 반사광 입자와 대응된 투과광 입자의 중심 위치 및 크기(반경 또는 면적)를, 당해 투과광 입자에 대응하는 미립자(P)의 위치 및 크기로서 산출하고, 반사광 입자의 대표 명도를 미립자(P)의 명도로서 산출한다(본 실시 형태의 경우, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 낮은 명도를 갖는 암색 입자로 한다). 또한, 어느 반사광 입자와도 대응되지 않은 투과광 입자에 대해서는, 중심 위치 및 크기의 산출 방법은 상기와 마찬가지지만, 미립자(P)의 명도로서는, 당해 투과광 입자의 대표 명도로서 산출한다(본 실시 형태의 경우, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도를 갖는 명색 입자로 한다).

또한, 미립자(P)에 관한 정보로서, 미립자(P)를 구라고 가정했을 경우의 체적을 미리 구해 둔 미립자(P)의 입경으로부터 산출해서 기록해도 좋다. 또한, 필요에 따라서, 적절하게, 입자의 명도마다(본 실시 형태에서는, 암색 입자와 명색 입자의 각각에 대해서), 입도 구성률이나 총 체적, 암색 입자와 명색 입자의 총 체적의 비율 등을 산출해서 기록해도 좋다.

여기서, 도 8을 참조하면서, 상기 대응시키기 처리의 상세에 대해서 설명한다. 도 8은, 본 실시 형태에 관한 대응시키기 처리의 흐름의 일례를 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 8에 도시하는 대응시키기 처리의 예에서는, 입자 측정 장치(100)에 설치되어 있는 기억 장치(도시하지 않음)에, 반사광 입자의 데이터로서, 개개의 입자를 식별하기 위한 입자 번호(i1)(i1=1, 2, …, n1)와, 개개의 입자의 중심 위치의 화소 좌표[Xi1, Yi1] 및 면적(Si1)이 대응되어 기록되어 있다. 또한, 기억 장치에는, 투과광 입자의 데이터로서, 개개의 입자를 식별하기 위한 입자 번호(i2)(i2=1, 2, …, n2)와, 개개의 입자의 중심 위치의 화소 좌표[Xi2, Yi2] 및 면적(Si2)이 대응되어 기록되어 있다. 또한, 예를 들어, i1=1의 반사광 입자의 중심 위치의 좌표를 [X11,Y11], 면적을 S11, i2=1의 투과광 입자의 중심 위치의 좌표를 [X21, Y21], 면적을 S21 등으로 표현하는 것으로 한다. 이하, 이러한 데이터를 사용한 대응시키기 처리 방법의 일례에 대해서 상세하게 설명한다.

도 8에 도시한 바와 같이, 우선, 반사광 입자의 판별을 행한다. 반사광 입자의 입자 번호(i1)를 초기화해서 "i1=0"으로 하고(S151), 기억 장치로부터, 입자 번호(i1)=1의 반사광 입자에 관한 데이터, 즉, i1=1인 반사광 입자의 중심 위치의 좌표[X11, Y11] 및 면적(S11)을 판독한다(S153). 마찬가지로, 투과광 입자의 입자 번호(i2)를 초기화해서 "i2=0"으로 하고(S155), 기억 장치로부터, 입자 번호(i2)=1의 투과광 입자에 관한 데이터, 즉, i2=1인 투과광 입자의 중심 위치의 좌표[X21, Y21] 및 면적(S21)을 판독한다(S157).

계속해서, i1=1, i2=1인 경우에 대해서, [X11, Y11]과 [X21, Y21]의 사이의 거리(중심 위치간 거리)가 소정의 한계 거리(예를 들어, 10㎛) 이하인지의 여부를 판정한다(S159). 이 판정의 결과, 중심 위치간 거리가 한계 거리 이하였다고 판정되었을 경우에는, i1=1인 반사광 입자와 대응되는 투과광 입자의 후보(대응 후보)로서, i2=1인 투과광 입자를 가하고(S161), i2에 1을 가해서(S163), "i2=2"로 한다. 한편, 스텝 S159의 판정의 결과, 중심 위치간 거리가 한계 거리를 초과했다고 판정되었을 경우에는, 대응 후보로서 i2=1인 투과광 입자를 가하지 않고, i2에 1을 가해서(S163), "i2=2"로 한다.

계속해서, 기억 장치로부터, 입자 번호(i2)=2의 투과광 입자에 관한 데이터, 즉, i2=2인 투과광 입자의 중심 위치의 좌표[X22, Y22] 및 면적(S22)을 판독한다(S157). 이와 같이 하여, 스텝 S159 내지 S163의 처리를 "i2>n2"가 될 때까지 반복한다(S165). 즉, 스텝 S157 내지 S163의 처리를 모든 i2(=1 내지 n2)에 대하여 행한다.

계속해서, 이상의 처리의 결과, i1=1인 반사광 입자와 대응되는 투과광 입자의 후보의 개수가 0인지의 여부를 판정하고(S167), 후보의 개수가 0인 경우에는, 입자의 대응시키기를 행하지 않고, i1에 1을 가하여, i1=2로 하고, 다음 반사광 입자 데이터의 처리로 이행한다(S169). 한편, 스텝 S167의 판정의 결과, 후보의 개수가 0이 아닌 경우에는, 또한 후보의 개수가 1인지의 여부를 판정한다(S171).

이 스텝 S171의 판정의 결과, 후보의 개수가 1인 경우(예를 들어, i2=1의 입자만이 후보였을 경우)에는, 이 후보의 투과광 입자의 면적(Si2)과 반사광 입자의 면적(Si1)의 비율이 한계 비율 범위 내인지의 여부를 판정한다(S173). 이 스텝 S173의 판정의 결과, 한계 비율 범위 내인 경우에는, 이들 투과광 입자(i2=1)와 반사광 입자(i1=1)를 대응시키고, 이들 입자 화상을 암색(저명도)인 미립자(P)의 촬상 화상이라고 식별하고(S175), i1에 1을 가하여, i1=2로 하고, 다음 반사광 입자 데이터의 처리로 이행한다(S169). 한편, 스텝 S173의 판정의 결과, 한계 비율 범위 외인 경우에는, 투과광 입자와 반사광 입자의 대응시키기는 행하지 않고, i1에 1을 가해서(S169), "i1=2"로 한다.

또한, 스텝 S171의 판정의 결과, 후보의 개수가 1이 아니었을 경우, 즉, 후보의 수가 2 이상이었을 경우에는, 이들 후보 중, 반사광 입자의 면적(Si1)과 투과광 입자의 면적(Si2)의 면적 비율이 소정의 한계 비율 범위 내이었던 입자 번호(i2)의 투과광 입자만을 반사광 입자(i1=1)에 대응시킨다. 즉, 복수의 투과광 입자가 동일한 반사광 입자와 대응되는 경우가 있다. 그 후, 이들 입자 화상을 암색(저명도)인 미립자(P)의 촬상 화상이라고 식별하여(S177), i1에 1을 가하여, i1=2로 하고, 다음 반사광 입자 데이터의 처리로 이행한다(S169).

계속해서, 다음 반사광 입자 데이터(i1=2)에 대한 입자 대응시키기 처리에서는, 기억 장치로부터, 입자 번호(i1)=2의 투과광 입자에 관한 데이터, 즉, i1=2인 투과광 입자의 중심 위치의 좌표[X12, Y12] 및 면적(S12)을 판독한다(S157). 이와 같이 하여, 스텝 S153 내지 S177의 처리를 "i1>n1"이 될 때까지 반복한다(S179). 즉, 스텝 S153 내지 S177의 처리를 모든 i1(=1 내지 n1)에 대하여 행한다.

이상의 처리의 완료한 후, 투과광 입자의 판별을 행한다. 다시, 입자 번호(i2)를 초기화해서 "i2=0"으로 한다(S181). 또한, i2=1인 투과광 입자로부터, 당해 투과광 입자가 어느 하나의 반사광 입자(i1=1 내지 n1)와 대응되어(암색 입자로서 식별되어) 있는지의 여부를 판정한다(S183). 이 판정의 결과, 당해 투과광 입자가 어느 하나의 반사광 입자에 대응되어 있을 경우에는, i2에 1을 가하여, i2=2로 하고, 다음 반사광 입자 데이터의 처리로 이행한다(S185). 한편, 스텝 S183의 판정의 결과, 당해 투과광 입자가 어느 쪽의 반사광 입자와도 대응되지 않은 경우에는, 당해 투과광 입자를 명색 입자로서 식별하여(S187), i2에 1을 가하여, i2=2로 하고, 다음 반사광 입자 데이터의 처리로 이행한다(S185).

계속해서, i2=2인 투과광 입자에 대하여, 상기의 스텝 S183 내지 S187의 처리를 행하고, 이상의 처리를 "i2>n2"이 될 때까지 반복한다(S189). 즉, 스텝 S183 내지 S187의 처리를 모든 i2(=1 내지 n2)에 대하여 행한다.

이와 같이 하여, 모든 투과광 입자(i2=1 내지 n2)를, 암색 입자 또는 명색 입자 중 어느 하나로 식별할 수 있다. 또한, 어느 쪽의 투과광 입자에도 대응되지 않은 반사광 입자는, 측정 대상인 미립자(P)의 촬상 화상의 후보에서 제외한다.

(본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법의 이점)

이상 설명한 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치(100) 및 이것을 사용한 입자 측정 방법에 따르면, 반사광 조명 장치(121)에 의해 미립자(P)의 상방으로부터 조명하고, 이 미립자(P)로부터의 반사광을 사용해서 미립자(P)를 촬상한 입자 화상에, 주로, 명도가 높은 외란이 다수 예측되는 경우에, 정밀도가 높은 입자 화상 처리 계측을 행할 수 있다.

명도가 높은 외란의 제1 대표예로서는, 상방으로부터의 조명(반사광 조명 장치(121)로부터의 조명)의 경면 반사에 의한 하이라이트가 있다. 이러한 하이라이트가 존재하는 입자 화상 중에서, 미립자(P)에 대응하는 화소 수에서 차지하는 하이라이트 부분의 화소 수의 비율은, 일반적으로 10％ 이상 50％ 미만이다. 상방으로부터의 조명(반사광)을 사용해서 촬상한 화상만을 사용해서 미립자의 명도를 판단할 경우에는, 본래, 명도가 낮은 암색의 입자라도, 하이라이트 부분에서의 명도가 높기 때문에, 이 암색의 입자를 명색 입자로 잘못 인식할 가능성이 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에 따르면, 하이라이트 부분이 존재해도, 입자의 암색 부분만으로 입자 본래의 명도를 판단할 수 있다. 또한, 입자의 면적을 하방으로부터의 조명(투과광)을 사용해서 촬상한 화상으로부터 산출하고 있기 때문에, 상방으로부터의 조명(반사광)을 사용해서 촬상한 화상에 있어서, 암색 입자가 하이라이트 부분이 부족한 형상으로서 입자로서 인식되는 것에 의한 입자 면적의 측정 오차는 발생하지 않는다.

또한, 상기와 마찬가지의 이유로, 본 실시 형태에 따르면, 입자 이외의 경면 반사(예를 들어, 스테이지 표면으로부터의 경면 반사)에 의한 촬상물도 입자로서 잘못 인식되는 경우가 없다.

또한, 명도가 높은 외란의 제2 대표예로서는, 초점 거리 범위 밖에 존재하는 측정 대상 외의 입자(예를 들어, 현미경 렌즈의 오염)가 있다. 스테이지(101) 위에 존재하지 않는 측정 대상 외의 입자(예를 들어, 오염)라도, 촬상 범위 내에 존재하면 화상으로서 기록되는 경우가 있다. 이러한 입자는, 촬상 수단(카메라)의 초점이 맞지 않으므로, 핀트가 희미해서 전체가 크고, 또한, 약간 높은 명도의 화소로서 기록된다. 이것은, 상방으로부터의 조명(반사광)을 사용해서 촬상한 화상이나, 하방으로부터의 조명(투과광)을 사용해서 촬상한 화상도 마찬가지다. 상방으로부터의 조명을 사용해서 촬상한 화상만으로, 이러한 입자의 명도를 판단한 경우, 단순히 명도가 낮은 입자인지, 측정 대상 외의 입자인지를 판단할 수 없다. 이에 대해, 본 실시 형태에서는, 하방으로부터의 조명을 사용해서 촬상한 화상을 이치화해서 화상 처리를 행할 때에, 이러한 핀트의 희미함에 의한 고명도의 입자를, 입자의 측정 대상에서 제외하기 때문에(핀트가 맞은 입자의 하방으로부터의 조명을 사용해서 촬상한 화상에서는, 입자에 대응하는 화소 영역은, 항상 소정값 이하의 저명도가 된다.), 측정 대상 외의 입자를 잘못 인식하는 경우는 없다.

[제2 실시 형태]

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법에 대해서 설명하는데, 주로, 상술한 제1 실시 형태와 다른 구성에 대해서 상세하게 설명한다.

(입자 측정 장치)

본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치는, 상술한 제1 실시 형태에 관한 입자 측정 장치(100)와, 반사광 화상 생성부, 반사광 입자 검출부 및 입자 정보 산출부의 기능이 다르다.

구체적으로는, 본 실시 형태에 관한 반사광 화상 생성부는, 반사광 화상 상에서의 반사광 입자의 배경의 명도가, 제1 실시 형태와는 반대로, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 낮은 명도가 되도록, 조명 제어 장치에 의해 투과광용 조명 장치의 휘도가 설정된 상태에서 반사광 화상을 생성한다.

또한, 본 실시 형태에 관한 반사광 입자 검출부는, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값을 사용해서 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 반사광 이치화 화상의 명도 분포에 기초하여, 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 고명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을, 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 당해 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출한다.

즉, 본 실시 형태에서의 반사광 이치화 화상에서는, 배경의 명도가 저명도측이 되어, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도를 갖는 미립자(P)만이, 반사광 입자로서 식별될 수 있다.

따라서, 본 실시 형태에 관한 입자 정보 산출부는, 대응시키기 처리부에 의해 반사광 입자에 대응된 투과광 입자에 대응하는 미립자(P)를, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도를 갖는 명색 입자로 식별하고, 어느 쪽의 반사광 입자와도 대응되지 않은 투과광 입자에 대응하는 미립자(P)를, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 낮은 명도를 갖는 암색 입자로 식별한다.

즉, 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태의 경우와는 반대로, 어느 하나의 반사광 입자와 대응된 투과광 입자에 대응하는 미립자가 명색 입자가 되고, 어느 쪽의 반사광 입자와도 대응되지 않은 투과광 입자에 대응하는 미립자가 암색 입자가 된다.

(입자 측정 방법)

이상, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치에 대해서 설명했는데, 계속해서, 도 9를 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 방법 중, 반사광 입자의 검출 방법에 대해서 설명한다. 도 9는, 본 실시 형태에서의 반사광 화상을 사용한 화상 처리 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.

도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 반사광 화상에서의 각 화소의 명도는, 미립자(P1, P2, P3)의 명도에 의해 결정된다. 즉, 반사광 화상은, 미립자(P1, P2, P3)가 살포되어 있는 기판(1) 또는 스테이지(101)를 향해 조사한 광의 반사광을 이용해서 촬상되어 있기 때문에, 각 미립자의 촬상 화상(반사광 입자)의 반사광 화상 상에서의 명도는, 실제의 미립자(P1, P2, P3)의 명도의 고저에 대응하고 있다. 예를 들어, 미립자(P1, P2)가 명도가 높은 입자(명색 입자, P1의 명도>P2의 명도), 미립자(P3)가 명도의 낮은 입자(암색 입자)라고 하면, 반사광 화상 중에서는, 미립자(P1, P2)가 존재하는 영역에 대응하는 화소의 명도가 명색(명도가 높은 영역)으로서 인식되고, 미립자(P3)가 존재하는 영역에 대응하는 화소의 명도가 암색(명도가 낮은 영역)으로서 인식된다.

본 실시 형태에서 반사광 입자를 검출하는 방법의 일례에서는, 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 우선, 소정의 명도 임계값(Tr2)을 사용해서 반사광 화상을 이치화하여, 반사광 이치화 화상을 생성한다. 이때의 소정의 명도 임계값(Tr2)으로서는, 예를 들어, 상술한 "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"을 사용할 수 있다. 또한, 반사광 화상을 이치화하기 전에, 기록된 화소의 명도에 화소의 이차원 위치의 함수인 보정값을 증감하여, 화상 내에서의 조도의 편차를 보정해도 되는 점에 대해서는, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지다.

이상과 같이 해서 얻어진 반사광 이치화 화상은, 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 고명도(백색의 영역으로서 도시)인 화소와 저명도(사선의 영역으로서 도시)인 화소로 이루어진다. 따라서, 반사광 이치화 화상 중에서의 인접하는 화소의 이치화 명도의 접속 관계로부터, 동일한 이치화 명도의 화소(본 실시 형태에서는, 고명도의 화소)가 연속되고, 또한, 다른 영역(본 실시 형태에서는 저명도의 화소가 존재하는 영역)과 독립된 영역을, 입자의 후보인 반사광 입자(P1r 및 P2r)로서 특정한다. 또한, 특정된 반사광 입자(Pr)의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하고, 이 위치 좌표에 기초해서, 반사광 입자(Pr)의 위치(예를 들어, 중심 위치) 및 크기(예를 들어, 면적이나 직경)를 산출하여, 화상 처리 장치에 설치되어 있는 기억 장치(도시하지 않음) 등에 기록한다.

다음으로, 제1 실시 형태와 마찬가지로 하여, 반사광 입자와 투과광 입자의 대응시키기 처리를 행하는데, 이 대응시키기 처리시, 본 실시 형태에서는, 반사광 화상에서의 배경(입자로서 식별되는 화소 영역의 주위 영역)의 명도는, "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"보다 낮은 명도가 되도록 설정된 상태에서 반사광 화상이 촬상된다. 따라서, 반사광 이치화 화상 상에서 입자로서 식별되는 미립자는, 배경의 명도보다 높은 명도를 갖는 입자, 즉, 명색의 미립자(P1, P2)에 대응하는 입자 화상만이며, 암색의 미립자(P3)에 대응하는 입자 화상은, 본 실시 형태에 관한 반사광 이치화 화상 상에서는 인식되지 않는다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 상기 대응시키기 처리의 결과, 반사광 입자(도 9의 P1r, P2r)에 대응된 투과광 입자(도 5의 P1p, P2p)가 있으면, 당해 투과광 입자(P1p, P2p)에 대응하는 미립자(P1,P2)를, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도를 갖는 명색 입자로 식별한다. 한편, 상기 대응시키기 처리의 결과, 어느 쪽의 반사광 입자와도 대응되지 않은 투과광 입자(도 5의 P3p)가 있으면, 당해 투과광 입자(P3p)에 대응하는 미립자(P3)를, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 낮은 명도를 갖는 암색 입자로 식별한다. 또한, 어느 쪽의 투과광 입자와도 대응되지 않은 반사광 입자가 있으면, 당해 반사광 입자를, 미립자(P)의 촬상 화상의 후보에서 제외하는 점에 대해서는 제1 실시 형태와 마찬가지다.

이상과 같이 해서 행한 대응시키기 처리의 결과에 기초하여, 투과광 입자의 위치 및 크기를 미립자(P)의 위치 및 크기로서 산출하는 동시에, 반사광 입자 또는 투과광 입자의 대표 명도를 미립자(P)의 명도로서 산출한다. 구체적으로는, 어느 하나의 반사광 입자와 대응된 투과광 입자의 중심 위치 및 크기(반경 또는 면적)를, 당해 투과광 입자에 대응하는 미립자(P)의 위치 및 크기로서 산출하고, 반사광 입자의 대표 명도를 미립자(P)의 명도로서 산출한다(본 실시 형태의 경우, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도를 갖는 명색 입자로 한다). 또한, 어느 반사광 입자와도 대응되지 않은 투과광 입자에 대해서는, 중심 위치 및 크기의 산출 방법은 상기와 마찬가지지만, 미립자(P)의 명도로서는, 당해 투과광 입자의 대표 명도로서 산출한다(본 실시 형태의 경우, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 낮은 명도를 갖는 암색 입자로 한다).

또한, 미립자(P)에 관한 정보로서, 미립자(P)를 구라고 가정했을 경우의 체적을 미리 구해 둔 미립자(P)의 입경으로부터 산출해서 기록해도 좋다. 또한, 필요에 따라서, 적절하게, 입자의 명도마다(본 실시 형태에서는, 암색 입자와 명색 입자의 각각에 대해서), 입도 구성률이나 총 체적, 암색 입자와 명색 입자의 총 체적의 비율 등을 산출해서 기록해도 좋다.

(본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법의 이점)

이상 설명한 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 이것을 사용한 입자 측정 방법에 따르면, 반사광 조명 장치에 의해 측정 대상인 미립자의 상방으로부터 조명하고, 이 미립자로부터의 반사광을 사용해서 미립자를 촬상한 입자 화상에, 주로, 명도가 낮은 외란이 다수 예측되는 경우에, 정밀도가 높은 입자 화상 처리 계측을 행할 수 있다.

명도가 낮은 외란의 대표예로서는, 측정 대상인 미립자가 살포된 기판이 적재되거나, 혹은, 미립자가 직접 살포되는 투명한 스테이지 상의 반투명한 오염이 있다. 투명 스테이지 상에는, 종종 오일이나 지문 등의 반투명한 오염이 존재하는 경우가 있으며, 이러한 오염이 촬상되는 경우가 있다. 측정 대상인 미립자가 주로 고명도이고, 상대적으로 저명도인 암색 입자와의 식별을 위한 명도 임계값을 비교적 고명도로 설정할 경우, 상방으로부터의 조명을 사용해서 촬상한 화상만의 입자의 식별로서는, 스테이지 상의 반투명한 오염을 입자로서 잘못 인식할 가능성이 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에 따르면, 하방으로부터의 조명을 사용해서 촬상한 화상을 이치화해서 화상 처리할 때에, 이러한 스테이지 상의 오염을 입자 측정의 대상에서 제외하기 때문에, 스테이지 상의 오염을 입자로서 잘못 인식하는 경우는 없다.

[제3 실시 형태]

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법에 대해서 설명하는데, 주로, 상술한 제1 및 제2 실시 형태와 다른 구성에 대해서 상세하게 설명한다.

(입자 측정 장치)

본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치는, 상술한 제1 및 제2 실시 형태에 관한 입자 측정 장치(100)와, 반사광 화상 생성부, 반사광 입자 검출부 및 입자 정보 산출부의 기능이 상이하다. 보다 상세하게는, 본 실시 형태에 관한 반사광 화상 생성부 및 반사광 입자 검출부는, 상술한 제1 실시 형태와 제2 실시 형태 양쪽의 기능을 갖고 있으며, 이에 의해, 본 실시 형태에 관한 입자 정보 산출부는, 제1 및 제2 실시 형태와는 달리, 측정 대상의 미립자의 명도를, 명색 입자, 암색 입자 외에도, 중간색 입자의 3 종류로 식별할 수 있다. 이하, 상세를 설명한다.

본 실시 형태에 관한 반사광 화상 생성부는, 우선, 제2 실시 형태의 경우와 마찬가지로 하여, 반사광 화상 상에서의 반사광 입자의 배경의 명도가, 입자의 명암을 구별하기 위한 제1 명도 임계값(이하, "암 배경용 명도 임계값(Tr3)(D)"이라고 함)보다 낮은 명도가 되도록, 조명 제어 장치에 의해 투과광용 조명 장치의 휘도가 설정된 상태에서, 측정 대상인 미립자를 촬상하여 얻어지는 암 배경시 반사광 화상을 생성한다.

또한, 본 실시 형태에 관한 반사광 화상 생성부에서는, 우선, 암 배경 명도 임계값(Tr3)(D)보다 낮은 명도 임계값인, 제2 명도 임계값(Tr3(B)라고 정의함)을 미리 정한다. 다음으로, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로 하여, 반사광 화상 상에서의 반사광 입자의 배경 명도가 상기 Tr3(B)보다 높은 명도가 되도록, 조명 제어 장치에 의해 투과광용 조명 장치의 휘도가 설정된 상태에서, 측정 대상인 미립자를 촬상하여 얻어지는 명 배경시 반사광 화상을 생성한다.

여기서, 암 배경용 명도 임계값(Tr3)(D) 및 명 배경용 명도 임계값(Tr3)(B)은, 제1 및 제2 실시 형태에서 설명한 "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"과 마찬가지의 방법으로 구할 수 있지만, 본 실시 형태에서는, 암 배경용 명도 임계값(Tr3)(D)이, 명 배경용 명도 임계값(Tr3)(B)보다 높은 명도인 것이 중요하다.

또한, 본 실시 형태에 관한 반사광 입자 검출부는, 우선, 제2 실시 형태의 경우와 마찬가지로 하여, 암 배경용 명도 임계값(Tr3)(D)을 사용해서 암 배경시 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 암 배경시 반사광 이치화 화상의 명도 분포에 기초하여, 암 배경시 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 고명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 당해 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출한다.

또한, 본 실시 형태에 관한 반사광 입자 검출부는, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로 하여, 명 배경용 명도 임계값(Tr3)(B)을 사용해서 명 배경시 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 명 배경시 반사광 이치화 화상의 명도 분포에 기초해서, 명 배경시 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 저명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 당해 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출한다.

즉, 본 실시 형태에서는, 암 배경시 반사광 이치화 화상에서는, 배경의 명도가 저명도측이 되어, 암 배경용 명도 임계값(Tr3)(D)보다 높은 명도를 갖는 미립자만이 반사광 입자로서 식별되고, 명 배경시 반사광 이치화 화상에서는, 배경의 명도가 고명도측이 되어, 명 배경용 명도 임계값(Tr3)(B)보다 낮은 명도를 갖는 미립자만이 반사광 입자로서 식별될 수 있다. 또한, 명 배경용 명도 임계값(Tr3)(B)보다 높은 명도를 갖고, 또한, 암 배경용 명도 임계값(Tr3)(D)보다 낮은 명도를 갖는 미립자에 대해서는, 암 배경시 반사광 이치화 화상과 명 배경시 반사광 이치화 화상 양쪽에서 식별할 수 없다.

따라서, 본 실시 형태에 관한 입자 정보 산출부는, 대응시키기 처리부에 의해, 암 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자에 대응된 투과광 입자에 대응하는 미립자를, 암 배경용 명도 임계값(Tr3)(D)보다 높은 명도를 갖는 명색 입자로 식별하고, 명 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자에 대응된 투과광 입자에 대응하는 미립자를, 명 배경용 명도 임계값(Tr3)(B)보다 낮은 명도를 갖는 암색 입자로 식별한다. 한편, 본 실시 형태에 관한 입자 정보 산출부는, 어느 쪽의 반사광 입자와도 대응되지 않은 투과광 입자에 대응하는 미립자를, 명색 입자와 암색 입자의 중간의 명도(본 실시 형태에서는, 명 배경용 명도 임계값(Tr3)(B)보다 높고, 또한, 암 배경용 명도 임계값(Tr3)(D)보다 낮은 명도)를 갖는 중간색 입자로 식별한다.

즉, 본 실시 형태에서는, 어느 하나의 암 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자와 대응된 투과광 입자에 대응하는 미립자가 명색 입자가 되고, 어느 하나의 명 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자와 대응된 투과광 입자에 대응하는 미립자가 암색 입자가 되고, 어느 쪽의 반사광 입자와도 대응되지 않은 투과광 입자에 대응하는 미립자가 중간색 입자가 된다.

(입자 측정 방법)

이상, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치에 대해서 설명했지만, 계속해서, 도 10을 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 방법 중, 반사광 입자의 검출 방법에 대해서 주로 설명한다. 도 10은, 본 실시 형태에서의 반사광 화상을 사용한 화상 처리 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.

도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 반사광 화상에서의 각 화소의 명도는, 미립자(P1, P2, P3)의 명도에 의해 결정된다. 즉, 반사광 화상은, 미립자(P1, P2, P3)가 살포되어 있는 기판(1) 또는 스테이지(101)를 향해 조사한 광의 반사광을 이용해서 촬상되어 있기 때문에, 각 미립자의 촬상 화상(반사광 입자)의 반사광 화상 상에서의 명도는, 실제의 미립자(P1, P2, P3)의 명도의 고저에 대응하고 있다. 예를 들어, 미립자(P1)가 명도가 높은 명색 입자, 미립자(P2)가 중간의 명도를 갖는 중간색 입자, 미립자(P3)가 명도가 낮은 입자(암색 입자)이면, 반사광 화상 중에서는, 미립자(P1)가 존재하는 영역에 대응하는 화소의 명도가 명색(명도가 높은 영역)으로서 인식되고, 미립자(P3)가 존재하는 영역에 대응하는 화소의 명도가 암색(명도가 낮은 영역)으로서 인식되고, 미립자(P2)가 존재하는 영역에 대응하는 화소의 명도가 중간색(명도가 중간인 영역)으로서 인식된다.

본 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로 하여, 투과광을 이용해서 측정 대상의 미립자를 촬상하여 투과광 화상을 생성하는 동시에, 배경의 명도가 "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"보다 낮아지는 조건에서 반사광을 이용해서 미립자를 촬상함으로써, 암 배경시 반사광 화상을 생성한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상술한 제2 실시 형태의 경우와 마찬가지로 하여, 배경의 명도가 "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"보다 높아지는 조건에서 반사광을 이용해서 미립자를 촬상함으로써, 명 배경시 반사광 화상도 생성한다.

그 후, 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 우선, 암 배경용 명도 임계값(Tr3)(D)을 사용해서 암 배경시 반사광 화상을 이치화하여, 암 배경시 반사광 이치화 화상을 생성한다. 이때의 암 배경용 명도 임계값(Tr3)(D)으로서는, 예를 들어, 상술한 "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"을 사용할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 명 배경용 명도 임계값(Tr3)(B)을 사용해서 명 배경시 반사광 화상을 이치화하여, 명 배경시 반사광 이치화 화상도 함께 생성한다. 이때의 명 배경용 명도 임계값(Tr3)(B)으로서는, 예를 들어, 상술한 "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"을 사용할 수 있는데, 암 배경용 명도 임계값(Tr3)(D)보다 낮은 명도값일 것이 필요하다.

또한, 암 배경시 반사광 화상 및 명 배경시 반사광 화상을 이치화하기 전에, 기록된 화소의 명도에, 화소의 이차원 위치의 함수인 보정값을 증감하여, 화상 내에서의 조도의 편차를 보정해도 좋은 점에 대해서는, 상술한 각 실시 형태의 경우와 마찬가지다.

이상과 같이 해서 얻어진 암 배경시 반사광 이치화 화상 및 명 배경시 반사광 이치화 화상은, 도 10의 (b), (c)에 도시한 바와 같이, 고명도(백색인 영역으로서 도시)인 화소와 저명도(사선의 영역으로서 도시)인 화소로 이루어진다. 따라서, 암 배경시 반사광 이치화 화상 및 명 배경시 반사광 이치화 화상에서의 인접하는 화소의 이치화 명도의 접속 관계로부터, 동일한 이치화 명도의 화소(암 배경시 반사광 이치화 화상에서는 고명도의 화소, 명 배경시 반사광 이치화 화상에서는 저명도의 화소)가 연속되고, 또한, 다른 영역(암 배경시 반사광 이치화 화상에서는 저명도인 화소가 존재하는 영역, 명 배경시 반사광 이치화 화상에서는 고명도인 화소가 존재하는 영역)과 독립된 영역을, 입자의 후보인 반사광 입자(암 배경 반사광 입자에서는 P1r, 명 배경 반사광 입자에서는 P3r)로서 특정한다. 또한, 특정된 반사광 입자(Pr)의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하고, 이 위치 좌표에 기초해서, 반사광 입자(Pr)의 위치(예를 들어, 중심 위치) 및 크기(예를 들어, 면적이나 직경)를 산출하여, 화상 처리 장치에 설치되어 있는 기억 장치(도시하지 않음) 등에 기록한다.

다음으로, 제1 실시 형태와 마찬가지로 하여, 반사광 입자와 투과광 입자의 대응시키기 처리를 행하는데, 이 대응시키기 처리시, 본 실시 형태에서는, 암 배경시 반사광 화상에서의 배경(입자로서 식별되는 화소 영역의 주위 영역)의 명도는, "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"보다 낮은 명도가 되도록 설정된 상태에서 반사광 화상이 촬상된다. 따라서, 암 배경시 반사광 이치화 화상 상에서 입자로서 식별되는 미립자는, 배경의 명도보다 높은 명도를 갖는 입자, 즉, 명색의 미립자(P1)에 대응하는 입자 화상만이며, 암색의 미립자(P3) 및 중간색의 미립자(P2)에 대응하는 입자 화상은, 본 실시 형태에서의 암 배경시 반사광 이치화 화상 상에서는 인식되지 않는다. 한편, 명암 배경시 반사광 화상에서의 배경(입자로서 식별되는 화소 영역의 주위 영역)의 명도는, "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"보다 높은 명도가 되도록 설정된 상태에서 반사광 화상이 촬상된다. 따라서, 명 배경시 반사광 이치화 화상 상에서 입자로서 식별되는 미립자는, 배경의 명도보다 낮은 명도를 갖는 입자, 즉, 암색의 미립자(P3)에 대응하는 입자 화상만이며, 명색의 미립자(P1) 및 중간색의 미립자(P2)에 대응하는 입자 화상은, 본 실시 형태에서의 명 배경시 반사광 이치화 화상 상에서는 인식되지 않는다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 예를 들어, 처음에, 암 배경시 반사광 이치화 화상을 사용해서 제1 대응시시키 처리를 행한다. 그 결과, 반사광 입자(도 10의 (b)의 P1r)에 대응된 투과광 입자(도 5의 P1p)가 있으면, 당해 투과광 입자(P1p)에 대응하는 미립자(P1)를, 암 배경용 명도 임계값(Tr3)(D)보다 높은(따라서, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은) 명도를 갖는 명색 입자로 식별한다.

다음으로, 본 실시 형태에서는, 상기 제1 대응시시키 처리의 결과, 암 배경시 반사광 이치화 화상 상의 반사광 입자와 대응되지 않은(명색 입자로 식별되지 않은) 투과광 입자에 대하여, 명 배경시 반사광 이치화 화상을 사용해서 제2 대응시키기 처리를 행한다. 그 결과, 반사광 입자(도 10의 (c)의 P3r)에 대응된 투과광 입자(도 5의 P3p)가 있으면, 당해 투과광 입자(P3p)에 대응하는 미립자(P3)를, 명 배경용 명도 임계값(Tr3)(B)보다 낮은(따라서, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 낮은) 명도를 갖는 암색 입자로 식별한다.

한편, 상기 제1 및 제2 대응시키기 처리의 결과, 어느 쪽의 반사광 입자와도 대응되지 않은 투과광 입자(도 5의 P2p)가 있으면, 당해 투과광 입자(P2p)에 대응하는 미립자(P2)를, 명색 입자와 암색 입자의 중간 명도(본 실시 형태에서는, 명 배경용 명도 임계값(Tr3)(B)보다 높으면서, 또한, 암 배경용 명도 임계값(Tr3)(D)보다 낮은 명도)를 갖는 중간색 입자로 식별한다.

또한, 어느 쪽의 투과광 입자와도 대응되지 않은 반사광 입자가 있으면, 당해 반사광 입자를, 미립자(P)의 촬상 화상의 후보에서 제외하는 점에 대해서는 제1 실시 형태와 마찬가지다.

이상과 같이 하여 행한 대응시키기 처리의 결과에 기초하여, 투과광 입자의 위치 및 크기를 미립자(P)의 위치 및 크기로서 산출하는 동시에, 반사광 입자 또는 투과광 입자의 대표 명도를 미립자(P)의 명도로서 산출한다. 구체적으로는, 어느 하나의 반사광 입자와 대응된 투과광 입자의 중심 위치 및 크기(반경 또는 면적)를, 당해 투과광 입자에 대응하는 미립자(P)의 위치 및 크기로서 산출하고, 반사광 입자의 대표 명도를 미립자(P)의 명도로서 산출한다(본 실시 형태의 경우, 명색 입자 또는 암색 입자가 된다). 또한, 어느 반사광 입자와도 대응되지 않은 투과광 입자에 대해서는, 중심 위치 및 크기의 산출 방법은 상기와 마찬가지지만, 미립자(P)의 명도로서는, 당해 투과광 입자의 대표 명도로서 산출한다(본 실시 형태의 경우, 중간색 입자가 된다).

또한, 미립자(P)에 관한 정보로서, 미립자(P)를 구라고 가정했을 경우의 체적을 미리 구해 둔 미립자(P)의 입경으로부터 산출해서 기록해도 좋다. 또한, 필요에 따라서, 적절하게, 입자의 명도마다(본 실시 형태에서는, 암색 입자와 명색 입자와 중간색 입자의 각각에 대해서), 입도 구성률이나 총 체적, 암색 입자와 명색 입자와 중간색 입자의 총 체적의 비율 등을 산출해서 기록해도 좋다.

(본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법의 이점)

이상 설명한 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 이것을 사용한 입자 측정 방법에 따르면, 첫째, 반사광 조명 장치에 의해 측정 대상인 미립자의 상방으로부터 조명하고, 이 미립자로부터의 반사광을 사용해서 미립자를 촬상한 입자 화상에, 주로, 상술한 각 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 명도가 높은 외란이나 명도가 낮은 외란이 다수 예측되는 경우에, 정밀도가 높은 입자 화상 처리 계측을 행할 수 있다.

둘째, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 이것을 사용한 입자 측정 방법에 따르면, 측정 대상인 미립자의 명도를, 상술한 각 실시 형태의 경우보다 미세하게(명색 입자, 암색 입자 및 중간색 입자의 3 종류) 식별할 수 있다.

셋째, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 이것을 사용한 입자 측정 방법에 따르면, 미립자의 촬상시의 조건 변동에 관계없이, 미립자의 명도의 식별을 고정밀도로 행할 수 있다. 촬상 대상이 균일한 반사율을 갖는 동일한 미립자인 경우라도, 화소간이나 각 회의 촬영마다 명도가 변동할 수 있다. 이러한 명도가 변동하는 이유로서는, 예를 들어, 조명 장치의 휘도나 촬상 수단(카메라)의 촬상 소자(예를 들어, CCD 소자) 특성의 드리프트 등에 의한 것이나, 촬영 공간 내에서 조명이 불균일해지거나, 각 CCD 소자간의 특성의 차에 의한 것 등이 있으며, 명도의 변동을 완전하게 방지하는 것이 현실적으로 거의 불가능하다.

따라서, 상방으로부터의 조명(반사광)을 사용해서 촬상했을 때에 명도를 식별하는 대상인 미립자의 화상의 평균 명도가 배경의 명도에 가까울 경우, 촬상시의 명도의 변동에 따라, 미립자의 주연부에서 배경의 화소와의 명도차를 식별할 수 없게 되는 화소 영역이 변동할 수 있다. 극단적인 경우, 배경의 명도가 변동해서 미립자의 평균 명도가 배경의 명도에 일치하게 되면, 미립자가 인식되지 않게 되는 것에 반해, 배경의 명도가 역방향으로 변동해서 미립자의 평균 명도가 배경의 명도와의 차가 발생하면, 당해 미립자는 입자로서 인식될 수 있다. 즉, 상방으로부터의 조명을 사용해서 촬상한 입자(반사광 입자)의 면적이 촬상 조건에 따라 변동하게 된다.

여기서, 일반적으로, 하방으로부터의 조명(투과광)을 사용해서 촬상한 입자의 화상 처리 계측시의 촬상 조건의 차에 의한 입자의 면적의 변동은 작기 때문에, 하방으로부터 조명을 사용해서 촬상한 입자와, 상방으로부터의 조명을 사용해서 촬상한 입자와의 면적비에 의해 입자의 명도의 식별을 행하는 경우에는, 상방으로부터의 조명을 사용해서 촬상한 입자의 면적의 변동에 따라, 동일한 입자에 대한 명도(명/암)의 판정도 변동하게 되어, 입자의 명도 식별의 오차가 된다.

한편, 상방으로부터의 조명을 사용해서 촬상했을 때에, 명도의 식별 대상인 미립자의 화상의 평균 명도와 배경의 명도와의 차가 클 경우, 촬상시의 명도의 변동이 있어도, 입자가 존재하는 영역이 보다 명확하므로, 입자의 면적의 변동은 적다(촬상 조건이 다소 변동해도, 입자의 평균 명도가 배경의 명도에 일치하지 않는다). 따라서, 촬상 조건의 변동에 대한 입자의 명도 식별 오차는 작다.

그러나, 이 경우라도, 배경의 명도를 1 종류로 한 조건에서는, 입자의 명도에 따라서는, 이 1 종류의 배경 명도에 가까운 것이 존재할 수 있다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 명 배경과 암 배경의 2종류의 배경을 사용해서 측정 대상의 미립자를 촬상하고, 암색 입자의 식별은 명 배경 반사광 화상을 사용하고, 명색 입자의 식별은 암 배경 반사광 화상을 사용해서 행함으로써, 항상, 배경과 명도의 식별 대상의 미립자와의 사이의 명도차를 크게 확보할 수 있다. 따라서, 어떤 조건에서도, 항상, 촬상 조건의 변동에 대한 입자의 명도 식별의 오차를 작게 할 수 있다. 예를 들어, 도 10에서, 명 배경 촬영 화상에서는, 이 배경보다 훨씬 낮은 명도로 설정한 임계값(Tr3)(B)을 사용해서 암색 입자를 빠짐없이 식별할 수 있다. 또한, 반대로, 암 배경 촬영 화상에서는, 이 배경보다 훨씬 높은 명도로 설정한 임계값(Tr3)(D)을 사용해서 명색 입자를 빠짐없이 식별할 수 있다.

[제4 실시 형태]

다음으로, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법에 대해서 설명하지만, 주로, 상술한 각 실시 형태와 다른 구성에 대해서 상세하게 설명한다.

(입자 측정 장치)

본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치는, 상술한 제3 실시 형태에 관한 입자 측정 장치와, 반사광 화상 생성부, 반사광 입자 검출부 및 입자 정보 산출부의 기능이 유사하다. 보다 상세하게는, 상술한 제3 실시 형태에서는, 명 배경용 명도 임계값(Tr3)(B)이, 암 배경용 명도 임계값(Tr3)(D)보다 낮은 명도이었지만, 본 실시 형태에서는, 명 배경용 명도 임계값이, 암 배경용 명도 임계값보다 높은 명도를 갖고 있는 점이 크게 다르다. 한편, 본 실시 형태에 관한 입자 정보 산출부도, 제3 실시 형태와 마찬가지로, 측정 대상의 미립자의 명도를, 명색 입자, 암색 입자 외에도, 중간색 입자의 3 종류로 식별할 수 있다. 이하, 상세하게 설명한다.

본 실시 형태에 관한 반사광 화상 생성부는, 우선, 제2 실시 형태의 경우와 마찬가지로 하여, 반사광 화상 상에서의 반사광 입자의 배경의 명도가, 입자의 명암을 구별하기 위한 제1 명도 임계값(이하, "암 배경용 명도 임계값(Tr4)(D)"이라고 함)보다 낮은 명도가 되도록, 조명 제어 장치에 의해 투과광용 조명 장치의 휘도가 설정된 상태에서, 측정 대상의 미립자를 촬상하여 얻어지는 암 배경시 반사광 화상을 생성한다.

또한, 본 실시 형태에 관한 반사광 화상 생성부는, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로 하여, 반사광 화상 상에서의 반사광 입자의 배경의 명도가, 암 배경용 명도 임계값(Tr4)(D)보다 높은 명도 임계값인 입자의 명암을 구별하기 위한 제2 명도 임계값(이하, "명 배경용 명도 임계값(Tr4)(B)"이라고 함)보다 높은 명도가 되도록, 조명 제어 장치에 의해 투과광용 조명 장치의 휘도가 설정된 상태에서, 측정 대상의 미립자를 촬상하여 얻어지는 명 배경시 반사광 화상을 생성한다.

여기서, 암 배경용 명도 임계값(Tr4)(D) 및 명 배경용 명도 임계값(Tr4)(B)은, 제1 및 제2 실시 형태에서 설명한 "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"과 마찬가지의 방법으로 구할 수 있는데, 본 실시 형태에서는, 암 배경용 명도 임계값(Tr4)(D)이, 명 배경용 명도 임계값(Tr4)(B)보다 낮은 명도인 것이 중요하다.

또한, 본 실시 형태에 관한 반사광 입자 검출부는, 우선, 제2 실시 형태의 경우와 마찬가지로 하여, 암 배경용 명도 임계값(Tr4)(D)을 사용해서 암 배경시 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 암 배경시 반사광 이치화 화상의 명도 분포에 기초해서, 암 배경시 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 고명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 당해 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출한다.

또한, 본 실시 형태에 관한 반사광 입자 검출부는, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로 하여, 명 배경용 명도 임계값(Tr4)(B)을 사용해서 명 배경시 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 명 배경시 반사광 이치화 화상의 명도 분포에 기초해서, 명 배경시 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 저명도의 화소가 집합하고 있는 화소 영역을 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 당해 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출한다.

즉, 본 실시 형태에서는, 암 배경시 반사광 이치화 화상에서는, 배경의 명도가 저명도측이 되어, 암 배경용 명도 임계값(Tr4)(D)보다 높은 명도를 갖는 미립자만이 반사광 입자로서 식별되고, 명 배경시 반사광 이치화 화상에서는, 배경의 명도가 고명도측이 되어, 명 배경용 명도 임계값(Tr4)(B)보다 낮은 명도를 갖는 미립자만이 반사광 입자로서 식별될 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서의 암 배경용 명도 임계값(Tr4)(D)은, 제3 실시 형태에서의 암 배경용 명도 임계값(Tr3)(D)보다 낮고, 명 배경용 명도 임계값(Tr4)(B)은, 제3 실시 형태에서의 명 배경용 명도 임계값(Tr3)(B)보다 높은 값으로 되어 있다. 따라서, 이들 임계값을 사용해서 이치화하면, 암 배경용 명도 임계값(Tr4)(D)보다 높은 명도를 갖고, 또한, 명 배경용 명도 임계값(Tr4)(B)보다 낮은 명도를 갖는 중간 명도를 갖는 미립자에 대해서는, 암 배경시 반사광 이치화 화상과 명 배경시 반사광 이치화 화상 양쪽에서 식별된다.

따라서, 본 실시 형태에 관한 입자 정보 산출부는, 대응시키기 처리부에 의해, 암 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자에 대응된 투과광 입자에 대응하는 미립자를, 암 배경용 명도 임계값(Tr4)(D)보다 높은 명도를 갖는 명색 입자의 후보로 하고, 명 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자에 대응된 투과광 입자에 대응하는 미립자를, 명 배경용 명도 임계값(Tr4)(B)보다 낮은 명도를 갖는 암색 입자의 후보로 한다. 또한, 본 실시 형태에 관한 입자 정보 산출부는, 암 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자와 명 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자의 양쪽에 대응된 투과광 입자에 대응하는 미립자를, 명색 입자와 암색 입자의 중간 명도를 갖는 중간색 입자로 식별하는 동시에, 명색 입자의 후보 중 중간색 입자로 식별되지 않은 것을 명색 입자로 식별하고, 암색 입자의 후보 중 중간색 입자로 식별되지 않은 것을 암색 입자로 식별한다.

즉, 본 실시 형태에서는, 어느 하나의 암 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자와 대응된 투과광 입자에 대응하는 미립자가 명색 입자의 후보가 되고, 어느 하나의 명 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자와 대응된 투과광 입자에 대응하는 미립자가 암색 입자의 후보가 되고, 암 배경시 반사광 화상 및 명 배경시 반사광 화상 양쪽의 반사광 입자에 대응된 투과광 입자에 대응하는 미립자가 중간색 입자가 된다. 또한, 명색 입자의 후보 중, 중간색 입자로 식별되지 않은 것이 명색 입자가 되고, 암색 입자의 후보 중, 중간색 입자로 식별되지 않은 것이 암색 입자가 된다.

(입자 측정 방법)

이상, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치에 대해서 설명했는데, 계속해서, 도 11을 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 방법 중, 반사광 입자의 검출 방법에 대해서 주로 설명한다. 도 11은, 본 실시 형태에서의 반사광 화상을 사용한 화상 처리 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.

도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, 반사광 화상에서의 각 화소의 명도는, 미립자(P1, P2, P3)의 명도에 의해 결정된다. 즉, 반사광 화상은, 미립자(P1, P2, P3)가 살포되어 있는 기판(1) 또는 스테이지(101)를 향해 조사한 광의 반사광을 이용해서 촬상되어 있기 때문에, 각 미립자의 촬상 화상(반사광 입자)의 반사광 화상 상에서의 명도는, 실제의 미립자(P1, P2, P3)의 명도의 고저에 대응하고 있다. 예를 들어, 미립자(P1)가 명도가 높은 명색 입자, 미립자(P2)가 중간의 명도를 갖는 중간색 입자, 미립자(P3)가 명도가 낮은 입자(암색 입자)이면, 반사광 화상 중에서는, 미립자(P1)가 존재하는 영역에 대응하는 화소의 명도가 명색(명도가 높은 영역)으로서 인식되고, 미립자(P3)가 존재하는 영역에 대응하는 화소의 명도가 암색(명도가 낮은 영역)으로서 인식되고, 미립자(P2)가 존재하는 영역에 대응하는 화소의 명도가 중간색(명도가 중간인 영역)으로서 인식된다.

본 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로 하여, 투과광을 이용해서 측정 대상의 미립자를 촬상하여 투과광 화상을 생성하는 동시에, 배경의 명도가 "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"보다 낮아지는 조건에서 반사광을 이용해서 미립자를 촬상함으로써, 암 배경시 반사광 화상을 생성한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상술한 제2 실시 형태의 경우와 마찬가지로 하여, 배경의 명도가 "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"보다 높아지는 조건에서 반사광을 이용해서 미립자를 촬상함으로써, 명 배경시 반사광 화상도 생성한다.

그 후, 도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, 우선, 암 배경용 명도 임계값(Tr4)(D)을 사용해서 암 배경시 반사광 화상을 이치화하여, 암 배경시 반사광 이치화 화상을 생성한다. 이때의 암 배경용 명도 임계값(Tr4)(D)으로서는, 예를 들어, 상술한 "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"을 사용할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 명 배경용 명도 임계값(Tr4)(B)을 사용해서 명 배경시 반사광 화상을 이치화하여, 명 배경시 반사광 이치화 화상도 함께 생성한다. 이때의 명 배경용 명도 임계값(Tr4)(B)으로서는, 예를 들어, 상술한 "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"을 사용할 수 있지만, 암 배경용 명도 임계값(Tr4)(D)보다 높은 명도값일 것이 필요하다.

또한, 암 배경시 반사광 화상 및 명 배경시 반사광 화상을 이치화하기 전에, 기록된 화소의 명도에, 화소의 이차원 위치의 함수인 보정값을 증감하여, 화상 내에서의 조도의 편차를 보정해도 좋은 점에 대해서는, 상술한 각 실시 형태의 경우와 마찬가지다.

이상과 같이 해서 얻어진 암 배경시 반사광 이치화 화상 및 명 배경시 반사광 이치화 화상은, 도 11의 (b), (c)에 도시한 바와 같이, 고명도(백색의 영역으로서 도시)인 화소와 저명도(사선의 영역으로서 도시)인 화소로 이루어진다. 따라서, 암 배경시 반사광 이치화 화상 및 명 배경시 반사광 이치화 화상에서의 인접하는 화소의 이치화 명도의 접속 관계로부터, 동일한 이치화 명도의 화소(암 배경시 반사광 이치화 화상에서는 고명도의 화소, 명 배경시 반사광 이치화 화상에서는 저명도의 화소)가 연속되고, 또한, 다른 영역(암 배경시 반사광 이치화 화상에서는 저명도인 화소가 존재하는 영역, 명 배경시 반사광 이치화 화상에서는 고명도인 화소가 존재하는 영역)과 독립된 영역을, 입자의 후보인 반사광 입자(암 배경 반사광 입자에서는 P1r, P2r, 명 배경 반사광 입자에서는 P2r, P3r)로서 특정한다. 또한, 특정된 반사광 입자(Pr)의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하고, 이 위치 좌표에 기초해서, 반사광 입자(Pr)의 위치(예를 들어, 중심 위치) 및 크기(예를 들어, 면적이나 직경)를 산출하여, 화상 처리 장치에 설치되어 있는 기억 장치(도시하지 않음) 등에 기록한다.

다음으로, 제1 실시 형태와 마찬가지로 하여, 반사광 입자와 투과광 입자의 대응시키기 처리를 행하는데, 이 대응시키기 처리시, 본 실시 형태에서는, 암 배경시 반사광 화상에서의 배경(입자로서 식별되는 화소 영역의 주위 영역)의 명도는, "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"보다 낮은 명도가 되도록 설정된 상태에서 반사광 화상이 촬상된다. 따라서, 암 배경시 반사광 이치화 화상 상에서 입자로서 식별되는 미립자는, 배경의 명도보다 높은 명도를 갖는 입자다. 여기서, 본 실시 형태에서의 암 배경용 명도 임계값(Tr4)(D)은, 제3 실시 형태에서의 암 배경용 명도 임계값(Tr3)(D)보다 낮은 값으로 되어 있다. 따라서, 암 배경용 명도 임계값(Tr4)(D)을 사용해서 이치화하면, 암 배경시 반사광 이치화 화상 상에서 입자로서 식별되는 미립자는, 명색의 미립자(P1) 외에도 중간색의 미립자(P2)에 대응하는 입자다.

한편, 명암 배경시 반사광 화상에서의 배경(입자로서 식별되는 화소 영역의 주위 영역)의 명도는, "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"보다 높은 명도가 되도록 설정된 상태에서 반사광 화상이 촬상된다. 따라서, 명 배경시 반사광 이치화 화상 상에서 입자로서 식별되는 미립자는, 배경의 명도보다 낮은 명도를 갖는 입자다. 여기서, 본 실시 형태에서의 명 배경용 명도 임계값(Tr4)(B)은, 제3 실시 형태에서의 명 배경용 명도 임계값(Tr3)(B)보다 높은 값으로 되어 있다. 따라서, 명 배경용 명도 임계값(Tr4)(B)을 사용해서 이치화하면, 명 배경시 반사광 이치화 화상 상에서 입자로서 식별되는 미립자는, 암색의 미립자(P3) 외에도 중간색의 미립자(P2)에 대응하는 입자다.

이와 같이, 중간색의 미립자에 대해서는, 암 배경시 반사광 이치화 화상과 명 배경시 반사광 이치화 화상 양쪽에서 식별된다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 예를 들어, 처음에, 암 배경시 반사광 이치화 화상을 사용해서 제1 대응시키기 처리를 행한다. 그 결과, 반사광 입자(도 11의 (b)의 P1r, P2r)에 대응된 투과광 입자(도 5의 P1p, P2p)가 있으면, 당해 투과광 입자(P1p, P2p)에 대응하는 미립자(P1, P2)를, 암 배경용 명도 임계값(Tr4)(D)보다 높은(따라서, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은) 명도를 갖는 명색 입자의 후보로 한다.

다음으로, 본 실시 형태에서는, 명 배경시 반사광 이치화 화상을 사용해서 제2 대응시키기 처리를 행한다. 그 결과, 반사광 입자(도 11의 (c)의 P2r, P3r)에 대응된 투과광 입자(도 5의 P2p, P3p)가 있으면, 당해 투과광 입자(P2p, P3p)에 대응하는 미립자(P2,P3)를, 명 배경용 명도 임계값(Tr4)(B)보다 낮은(따라서, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 낮은) 명도를 갖는 암색 입자의 후보로 한다.

또한, 상기 제1 및 제2 대응시키기 처리의 결과, 암 배경시 반사광 이치화 화상 중의 반사광 입자와 명 배경시 반사광 이치화 화상 중의 반사광 입자 양쪽에 대응된 투과광 입자(도 5의 P2p)가 있으면, 당해 투과광 입자(P2p)에 대응하는 미립자(P2)를, 명색 입자와 암색 입자의 중간 명도(본 실시 형태에서는, 암 배경용 명도 임계값(Tr4)(D)보다 높으면서, 또한, 명 배경용 명도 임계값(Tr4)(B)보다 낮은 명도)를 갖는 중간색 입자로 식별한다.

또한, 상기 제1 대응시키기 처리의 결과, 명색 입자의 후보의 후보가 된 투과광 입자 중, 중간색 입자로 식별되지 않은 것(도 5의 P1p)을 명색 입자로 식별하고, 상기 제2 대응시키기 처리의 결과, 암색 입자의 후보의 후보가 된 투과광 입자 중, 중간색 입자로 식별되지 않은 것(도 5의 P3p)을 암색 입자로 식별한다.

또한, 어느 쪽의 투과광 입자와도 대응되지 않은 반사광 입자가 있으면, 당해 반사광 입자를, 미립자(P)의 촬상 화상의 후보에서 제외하는 점에 대해서는 제1 실시 형태와 마찬가지다. 예를 들어, 도 11의 (b), (c)에는, 배경의 명도 편차에 의해 반사광 화상 중에 Pnd나 Pmd 등의 허위의 반사광 입자가 발생하는데, 이러한 입자는, 대응하는 투과광 입자가 존재하지 않으므로, 입자 대응시키기 처리에 의해, 최종적으로 채용되는 입자로부터는 배제할 수 있다.

이상과 같이 하여 행한 대응시키기 처리의 결과에 기초하여, 투과광 입자의 위치 및 크기를 미립자(P)의 위치 및 크기로서 산출하는 동시에, 반사광 입자 또는 투과광 입자의 대표 명도를 미립자(P)의 명도로서 산출한다. 구체적으로는, 어느 하나의 반사광 입자와 대응된 투과광 입자의 중심 위치 및 크기(반경 또는 면적)를, 당해 투과광 입자에 대응하는 미립자(P)의 위치 및 크기로서 산출하고, 반사광 입자의 대표 명도를 미립자(P)의 명도로서 산출한다(본 실시 형태의 경우, 명색 입자 또는 암색 입자가 된다). 또한, 암 배경시 반사광 이치화 화상 중의 반사광 입자와 명 배경시 반사광 이치화 화상 중의 반사광 입자 양쪽과 대응된 투과광 입자에 대해서는, 중심 위치 및 크기의 산출 방법은 상기와 같지만, 미립자(P)의 대표 명도로서는, 당해 암 배경 반사광 입자 및 명 배경 반사광 입자의 대표 명도의 평균값으로서 산출한다(본 실시 형태의 경우, 중간색 입자가 된다).

또한, 미립자(P)에 관한 정보로서, 미립자(P)를 구라고 가정했을 경우의 체적을 미리 구해 둔 미립자(P)의 입경으로부터 산출해서 기록해도 좋다. 또한, 필요에 따라서, 적절하게, 입자의 명도마다(본 실시 형태에서는, 암색 입자와 명색 입자와 중간색 입자의 각각에 대해서), 입도 구성률이나 총 체적, 암색 입자와 명색 입자와 중간색 입자의 총 체적의 비율 등을 산출해서 기록해도 좋다.

(본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법의 이점)

이상 설명한 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 이것을 사용한 입자 측정 방법에는, 상술한 제3 실시 형태와 마찬가지의 이점이 있지만, 특히, 하기의 점에서 제3 실시 형태보다 유리해진다. 즉, 암 배경 화상 중에서의 배경 명도의 변동(편차)이 특히 클 경우에, 제3 실시 형태와 마찬가지의 방법을 적용할 때에는, 배경 명도 편차의 최대값을 확실하게 초과하도록 명도 임계값(Tr3)(D)을 극단적으로 높게 설정하는 것을 생각할 수 있다. 그렇지 않으면, 중간 명도의 입자 화상에 명도 편차가 중첩했을 때에, 이 입자를 명색 입자로 잘못 인식할 가능성이 있기 때문이다. 이 경우, 마찬가지로 명 배경 화상 중에서의 Tr3(B)도 극단적으로 낮게 설정되지 않으면 안된다. 그 결과, Tr3(D)과 Tr3(B)의 명도차가 극단적으로 커지고, 대부분의 입자가 중간색으로 분류되어버리기 때문에, 명도 분류의 관점에서 바람직하지 않다. 또한, 이와 같이 높은 임계값(Tr3)(D) 설정의 경우, 본래, 명색 입자라도, 당해 입자 중 명색으로 인식되는 면적이 현저하게 감소하는 경우가 있어, 투과광 입자와의 대응시키기 처리에 있어서, 입자 면적이 허용 범위를 일탈하여, 당해 입자를 명색 입자로서 인식할 수 없는 위험성이 발생한다. 이 현상은, 명색 입자에 명도 편차가 중첩했을 경우에 특히 현저해진다. 따라서, 이러한 관점에서, Tr3(D)은 보다 낮은 명도로 설정되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 명 배경 화상 중에서의 배경 명도 편차가 극단적으로 클 경우에는, Tr3(B)은, 보다 높은 명도로 설정되는 것이 바람직하다. 그러나, 제3 실시 형태의 방법에서는, 명도에 대해서, Tr3(D)>Tr3(B)이라는 제약이 있어, 이러한 요구를 충분히 만족시킬 수는 없다. 또한, Tr3(D)을 낮게 설정하거나, 또는, Tr3(B)을 높게 설정하는 경우에는, 명도 편차에 의해 일부의 배경 화상을 허위의 입자로 인식하는 경우가 널리 발생한다. 따라서, 배경 명도의 편차가 극단적으로 클 경우에는 제3 실시 형태의 방법으로는 적당하지 않다.

한편, 본 실시 형태의 경우, Tr3(D)<Tr3(B)이라도 문제가 없기 때문에, 배경 명도의 편차가 극단적으로 큰 경우라도, 상술한, 과도하게 엄격한 임계값 설정에 의해 식별 입자 면적이 감소하는 문제를 피할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 중간색 입자의 크기를 두번 인식하고 있으므로, 특정한 입자가 명도 편차의 중첩 등에 의해 한쪽의 배경 화상에서 잘못 인식되어도, 또 한쪽의 배경 화상에서 정상적인 입자 인식이 행해지고 있으면, 입자 판정의 오차를 보다 한정화할 수 있다.

[제5 실시 형태]

다음으로, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법에 대해서 설명하지만, 주로, 상술한 각 실시 형태와 다른 구성에 대해서 상세하게 설명한다.

본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법은, 상술한 제3 실시 형태에서의 이치화하기 위한 명도 임계값을, 암 배경용 명도 임계값과 명 배경용 명도 임계값의 2 종류가 아니라, 3종류 이상으로 한 것이다.

본 실시 형태는, 기본적으로는, 제2 실시 형태를 다단계의 명도 식별로 변경한 것이다. 즉, 동일 반사광 조명 조도의 조건에서 투과광 조명 조도 및 이 조도에 대응하는 명도 임계값(Tr2)을 당초에는, 가장 높은 명도 조건으로 해서 명색 입자 판별을 행하고, 명색 입자와 식별되지 않은 투과광 입자에 대하여, 순차, 투과광 조명 조도 및 이 조도에 대응하는 명도 임계값(Tr2)을 저하시켜, 그때마다 명색 입자 식별을 행함으로써, 각 조명 조도 단계에서 식별된 입자군에서의 개개의 입자의 대표 명도를, 그 조도 단계에 상당하는 명도(예를 들어, 명도 임계값)로서 대응시키는 방법이다.

상기 조명 조도 단계는, 미리, 당해 반사광 촬영시의 배경 명도가 소정값이 되도록 설정한다. 예를 들어, 각 조명 조도 단계는, 대응하는 배경 명도가 등간격이 되도록 설정하면 된다. 마찬가지로, 각 조명 조도 단계에 대응하는 명도 임계값도 등간격으로 설정하면 된다. 단, 이 임계값은, 당해 조명 조도 단계에서의 배경 명도보다 적어도 높게 설정할 필요가 있다. 예를 들어, 입자 검출부에 256 명도 해조(諧調)의 CCD 카메라를 사용하고 있을 경우(명도 1(흑) 내지 명도 256(백)으로 한다), 제1 단계의 배경 명도를 명도 192, 명도 임계값을 명도 224로 하고, 제2 단계 이후에는, 배경 명도와 명도 임계값을 각각 명도차 64씩 감해 가면 된다.

[제6 실시 형태]

다음으로, 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법에 대해서 설명하지만, 주로, 상술한 각 실시 형태와 다른 구성에 대해서 상세하게 설명한다.

(입자 측정 장치)

본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치는, 상술한 제1 실시 형태에 관한 입자 측정 장치(100)와, 조명 제어 장치, 반사광 화상 생성부, 반사광 입자 검출부, 대응시키기 처리부 및 입자 정보 산출부의 기능이 상이하다.

구체적으로는, 본 실시 형태에 관한 조명 제어 장치는, 반사광 화상 상에서의 반사광 입자의 배경의 명도가, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도이며, 또한, 제1 명도<제2 명도< … <제N 명도(N은 자연수)가 되는 제1 내지 제N 휘도를 투과광용 조명 장치에 설정 가능하게 되어 있다.

또한, 본 실시 형태에 관한 반사광 화상 생성부는, 투과광용 조명 장치의 휘도가 제1 내지 제N 휘도로 설정된 상태에서, 각각, 제1 내지 제N 반사광 화상(배경의 명도는, 제1 반사광 화상<제2 반사광 화상< … <제N 반사광 화상이다.)을 생성한다.

또한, 본 실시 형태에 관한 반사광 입자 검출부는, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값을 사용해서 제1 내지 제N 반사광 화상을 각각 이치화하여 얻어지는 화상(제1 내지 제N 반사광 이치화 화상)의 명도 분포에 기초하여, 제1 내지 제N 반사광 이치화 화상의 화소 좌표 중에서 고명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출한다.

또한, 본 실시 형태에 관한 대응시키기 처리부는, 제n (n=1 내지 N)의 반사광 화상에서 검출된 반사광 입자의 위치 및 크기를, 제(n-1) 이전의 반사광 화상에서 검출된 반사광 입자와 대응되지 않은 투과광 입자(n=1인 경우에는, 모든 상기 투과광 입자)의 위치 및 크기와 비교하여, 위치 및 크기의 차가 각각 소정 범위 이내인 투과광 입자와 반사광 입자를 대응시킨다. 예를 들어, 제1 반사광 화상에서 검출된 반사광 입자와 이미 대응되어 있는 투과광 입자에 관해서는, 제2 내지 제N 반사광 화상에서 검출된 반사광 입자와의 대응시키기 처리를 행하지 않는다.

또한, 본 실시 형태에 관한 입자 정보 산출부는, 제1 내지 제N 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자에 대응된 각각의 투과광 입자에 대응하는 미립자의 명도를, 제1 내지 제N 명도로 식별한다. 예를 들어, 제1 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자에 대응된 투과광 입자에 대응하는 미립자의 명도를 제1 명도로 식별하고, 제2 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자에 대응된 투과광 입자에 대응하는 미립자의 명도를 제2 명도로 식별하는 등으로 해서, 제1부터 제N까지의 모든 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자에 대응된 투과광 입자에 대응하는 미립자의 명도를 식별한다. 그리고, 이때의 명도는, 제1 명도<제2 명도< … <제N 명도로 되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 입자 정보 산출부는, 어느 쪽의 반사광 입자와도 대응되지 않은 투과광 입자에 대응하는 미립자를 가장 명도가 높은 입자로 식별한다.

(입자 측정 방법)

이상, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치에 대해서 설명했지만, 계속해서, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 방법 중, 반사광 입자의 검출 방법에 대해 주로 설명한다.

본 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로 하여, 투과광을 이용해서 측정 대상의 미립자를 촬상하여 투과광 화상을 생성한다.

그 후, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지로 하여, 배경의 명도가 "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"보다 낮아지는 조건에서 반사광을 이용해서 미립자를 촬상함으로써 반사광 화상을 생성한다. 이때, 배경의 명도를 바꾸어서 미립자를 촬상하여 반사광 화상을 생성하여, 총 N 종류의 명도의 배경에서 미립자를 촬상한다. 이와 같이 하여, 제1 내지 제N 배경 명도(제1 배경 명도<제2 배경 명도< … <제N 배경 명도)로 촬상된 제1 내지 제N 반사광 화상이 생성된다. 따라서, 제1 반사광 화상이 가장 저명도인 배경에서 촬상한 화상이 되고, 제N 반사광 화상이 가장 고명도인 배경에서 촬상한 화상이 된다.

그 후, 제1 내지 제N 반사광 화상을 각각, "입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값"을 사용해서 이치화하여, 제1 내지 제N 반사광 이치화 화상을 생성한다.

또한, 각 반사광 화상을 이치화하기 전에, 기록된 화소의 명도에, 화소의 이차원 위치의 함수인 보정값을 증감하여, 화상 내에서의 조도의 편차를 보정해도 좋은 점에 대해서는, 상술한 각 실시 형태의 경우와 마찬가지다.

이상과 같이 해서 얻어진 제1 내지 제N 반사광 이치화 화상은, 고명도의 화소와 저명도의 화소로 이루어진다. 따라서, 제1 내지 제N 반사광 이치화 화상에서의 인접하는 화소의 이치화 명도의 접속 관계로부터, 동일한 이치화 명도의 화소(본 실시 형태에서는, 저명도의 화소)가 연속되고, 또한, 다른 영역(본 실시 형태에서는 고명도의 화소가 존재하는 영역)과 독립된 영역을, 입자의 후보인 반사광 입자로서 특정한다. 또한, 특정된 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하고, 이 위치 좌표에 기초하여, 반사광 입자의 위치(예를 들어, 중심 위치) 및 크기(예를 들어, 면적이나 직경)를 산출하여, 화상 처리 장치에 설치되어 있는 기억 장치(도시하지 않음) 등에 기록한다.

다음으로, 제1 실시 형태와 마찬가지로 하여, 반사광 입자와 투과광 입자의 대응시키기 처리를 행하지만, 이 대응시키기 처리시, 본 실시 형태에서는, 제n (n=1 내지 N)의 반사광 화상에서 검출된 반사광 입자의 위치 및 크기를, 제(n-1) 이전의 반사광 화상에서 검출된 반사광 입자와 대응되지 않은 투과광 입자(n=1인 경우에는, 모든 상기 투과광 입자)의 위치 및 크기와 비교하여, 위치 및 크기의 차가 각각 소정 범위 이내인 투과광 입자와 반사광 입자를 대응시킨다.

보다 상세하게는, 우선, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로 하여, 제1 배경 명도로 촬상된 제1 반사광 화상에서 검출된 반사광 입자(제1 반사광 입자)와 투과광 입자와의 사이에서 제1 대응시키기 처리를 행한다. 그 결과, 제1 반사광 입자와 대응된 투과광 입자가 있었을 경우에는, 당해 투과광 입자에 대응하는 미립자를 제1 명도(가장 암색)의 입자로 식별한다. 다음으로, 제2 배경 명도로 촬상된 제2 반사광 화상에서 검출된 반사광 입자(제2 반사광 입자)와 투과광 입자와의 사이에서 제2 대응시키기 처리를 행한다. 이 제2 대응시키기 처리시에는, 제1 반사광 입자와 이미 대응되어 있는 투과광 입자에 대해서는, 제2 대응시키기 처리의 대상에서는 제외된다. 제1 대응시키기 처리와 마찬가지로 하여, 제2 반사광 입자와 대응된 투과광 입자가 있었을 경우에는, 당해 투과광 입자에 대응하는 미립자를 제2 명도(두번째로 암색)의 입자로 식별한다. 마찬가지로 하여, 제N 대응시키기 처리까지 행한다.

이와 같이 하여, 제1 내지 제N 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자에 대응된 각각의 투과광 입자에 대응하는 미립자의 명도를, 제1 내지 제N 명도로 식별한다. 이때의 명도는, 제1 명도<제2 명도< … <제N 명도로 되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 입자 정보 산출부는, 어느 쪽의 반사광 입자와도 대응되지 않은 투과광 입자에 대응하는 미립자를 가장 명도가 높은 입자로 식별한다.

또한, 어느 쪽의 투과광 입자와도 대응되지 않은 반사광 입자가 있으면, 당해 반사광 입자를, 측정 대상인 미립자의 촬상 화상의 후보에서 제외하는 점에 대해서는 제1 실시 형태와 마찬가지다.

이상과 같이 하여 행한 대응시키기 처리의 결과에 기초하여, 투과광 입자의 위치 및 크기를 측정 대상의 미립자의 위치 및 크기로서 산출하는 동시에, 반사광 입자 또는 투과광 입자의 대표 명도를 당해 미립자의 명도로서 산출한다. 구체적으로는, 어느 하나의 반사광 입자와 대응된 투과광 입자의 중심 위치 및 크기(반경 또는 면적)를, 당해 투과광 입자에 대응하는 미립자의 위치 및 크기로서 산출하고, 반사광 입자의 대표 명도를 미립자의 명도로서 산출한다. 또한, 어느 반사광 입자와도 대응되지 않은 투과광 입자에 대해서는, 중심 위치 및 크기의 산출 방법이 상기와 마찬가지지만, 미립자의 명도로서는, 당해 투과광 입자의 대표 명도로서 산출한다.

또한, 측정 대상의 미립자에 관한 정보로서, 당해 미립자를 구라고 가정했을 경우의 체적을 미리 구해 둔 미립자의 입경으로부터 산출해서 기록해도 좋다. 또한, 필요에 따라서, 적절하게, 입자의 명도마다(본 실시 형태에서는, 제1 내지 제N 명도의 입자의 각각에 대해서), 입도 구성률이나 총 체적, 제1 내지 제N 입자간의 총 체적의 비율 등을 산출해서 기록해도 좋다.

(본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법의 이점)

이상 설명한 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 이것을 사용한 입자 측정 방법에 따르면, 첫째, 반사광 조명 장치에 의해 측정 대상의 미립자의 상방으로부터 조명하고, 이 미립자로부터의 반사광을 사용해서 미립자를 촬상한 입자 화상에, 주로, 상술한 각 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 명도가 높은 외란이나 명도가 낮은 외란이 다수 예측되는 경우에, 정밀도가 높은 입자 화상 처리 계측을 행할 수 있다.

둘째, 본 실시 형태에 관한 입자 측정 장치 및 이것을 사용한 입자 측정 방법에 따르면, 측정 대상의 미립자를, 단순히 명암의 2 종류가 아니라, 타 단계의 명도로 식별할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 반사광 화상을 이치화하고 있기 때문에, 미립자에 대응하는 영역의 화소에 하이라이트가 존재해도, 명도를 판단하기 위해 사용되는 화소에서는 제외되므로, 측정 대상인 미립자 본래의 대표 명도를 비교적 고정밀도로 판정할 수 있다.

[본 발명에서의 측정 대상]

상술한 각 실시 형태를 포함하는 본 발명에서의 측정 대상으로서는, 다양한 명도의 미립자를 포함하는 미립자군이며, 이것의 미립자의 명도를 식별하는 것이 필요한 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 대표적인 예로서 하기와 같은 예를 들 수 있다.

(제1 예)

본 발명에 관한 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법에서의 측정 대상의 제1 예로서는, 고순도 알루미나분을 들 수 있다.

이 고순도 알루미나분은, 대략 입경이 10 내지 1000㎛ 정도이고 백색의 입자인데, 고순도 알루미나분 중에 불순물을 포함하는 입자(불순물 입자)는 비백색이 된다. 이러한 입자의 명도의 차이가 있기 때문에, 고순도의 알루미나분과 불순물 입자를 입자의 명도에 의해 식별할 수 있다.

따라서, 고순도 알루미나분 제품 중의 불순물 입자의 함유율을 조사하기 위해서, 본 발명에 관한 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법을 사용하여, 고순도 알루미나분과 불순물 입자를 입자 명도에 의해 식별하고, 이 식별 결과에 기초하여, 고순도 알루미나분과 불순물 입자의 입자 구성률을 구하는 것이 가능하다.

(제2 예)

본 발명에 관한 입자 측정 장치 및 입자 측정 방법에서의 측정 대상의 제2 예로서는, 고로법에 의한 제철 플랜트 유래의 강하 매진을 들 수 있다.

이와 같은 강하 매진은, 제철 플랜트 구내로 타고 들어가는 차량을 오손시키는 등의 문제가 있어, 이러한 문제에 대한 대책이 필요해진다. 그러기 위해서는, 특정한 지점에서 포집된 강하 매진의 발생원을 특정하는 기술이 필요하며, 강하 매진의 발생원을 특정하기 위한 방법으로서, 포집된 강하 매진의 매진종을 특정하는 것이 유력한 것으로 생각된다.

여기서, 강하 매진이란, 대기 중을 부유하는 고체 입자 중, 대기 중을 평균적으로 침강할 수 있는 비교적 대경(대략 φ10㎛ 이상)의 입자를 말한다. 또한, 본 발명에서의 "매진종"이란, 특별히 한정되지는 않지만, 상술한 강하 매진의 발생원이나 구성 성분 등에 의해 분류되는 매진의 종류를 말한다. 예를 들어, 발생원에 의해 분류할 경우에는, 매진종은, 철광석의 원료 야드로부터 발생하는 철광석 유래의 매진, 석탄의 원료 야드로부터 발생하는 석탄 유래의 매진, 고로로부터 발생하는 고로 슬래그 유래의 매진, 전로로부터 발생하는 전로 슬래그 유래의 매진 등으로 분류된다.

이와 같은 분류에 따르면, 고로법에 의한 제철 플랜트 유래의 강하 매진의 매진종으로서는, 주로 (1) 주성분이 탄소로 공통되는 석탄이나 코크스 등의 석탄계 매진이나, (2) 주성분이 산화철로 공통되는 철광석과 소결광, 산화철분(예를 들어, 제강 더스트) 등의 철계 매진이나, (3) 주성분이 산화규소 및 산화칼슘으로 공통되며, 또한, 용융한 원료로부터 불순물을 액체 또는 고체로서 분리하는 점에서 공정이 공통되는 고로 수쇄 슬래그나 고로 서냉 슬래그 등의 고로 슬래그계 매진이나, (4) 주성분이 산화규소, 산화칼슘 및 산화철로 공통되며, 또한, 용융한 원료로부터 불순물을 액체 또는 고체로서 분리하는 점에서 공정이 공통되는 전로 슬래그나 용선 예비 처리 슬래그 등의 제강 슬러그계 매진이 있다. 현대의 고로법에 의한 제철 플랜트에서의 강하 매진으로 될 수 있는 매진종은, 상술한 석탄계 매진, 철계 매진, 고로 슬래그계 매진 및 제강 슬러그계 매진으로 거의 망라할 수 있다.

이상과 같은 제철 플랜트 유래의 강하 매진의 매진종을 특정하기 위해서는, 서로 다른 매진종마다 분리할 필요가 있는데, 이 분리의 방법으로서 본 발명의 입자 측정 장치나 입자 측정 방법이 유효하다. 상술한 4 종류의 매진 중, 철계 매진이나 석탄계 매진은, 흑색계의 명도가 낮은 입자(암색 입자)인 한편, 고로 슬래그계 매진이나 제강 슬러그계 매진은 백색계의 명도가 높은 입자(명색 입자)이므로, 본 발명의 입자 측정 장치나 입자 측정 방법을 사용해서 개개의 매진 입자의 명도의 고저를 식별함으로써, 철계 매진 및 석탄계 매진으로 이루어지는 미립자군과, 고로 슬래그계 매진 및 제강 슬러그계 매진으로 이루어지는 미립자군을 식별할 수 있다.

또한, 일반적으로, 철계 매진이나 제강 슬러그계 매진은, 강자성 또는 강한 상자성(예를 들어, 0.1T 내지 0.4T 정도의 자속 밀도를 갖는 자석에 착자한다.)을 갖는 미립자이며, 석탄계 매진이나 고로 슬래그계 매진은, 강자성 또는 강한 상자성을 갖지 않는 미립자이므로, 이들 미립자를 소정의 자속 밀도를 갖는 자석을 사용해서 자력 선별함으로써, 철계 매진과 석탄계 매진의 판별이나, 제강 슬러그계 매진과 고로 슬래그계 매진의 판별을 할 수 있다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이와 같은 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에서의 통상의 지식을 갖는 자이면, 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있음은 명백하며, 이것들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 양해된다.

예를 들어, 반사광 입자에 대한 외란이 적고, 측정 대상의 전체 입자의 명도가 배경 명도와 크게 다른 경우에는, 화상 처리에서 이치화 처리를 하지 않고, 촬영 화상(반사광 화상)을 그대로 사용하여 입자의 식별을 행할 수 있다(시판 소프트의 입자 화상 처리 기능을 사용하면 가능). 이때, 투과광 입자의 화소 좌표에 대응하는 반사광 입자가 존재하는 영역의 화소에서의 명도의 평균값을 당해 투과광 입자에 대응하는 미립자의 명도로서 산출할 수 있다.

또한, 상기 각 실시 형태에 관한 입자 측정 방법은, 도 2에 도시한 촬상 장치(110)나 화상 처리 장치(130)를 사용해서 실시되었지만, 본 발명의 입자 측정 방법은, 이러한 예에 한정되지 않고, 반드시 촬상 장치(110)나 화상 처리 장치(130)를 사용할 필요는 없다. 예를 들어, 조명 등의 촬영 조건을 수동으로 설정해서 촬영한 투과광 화상 및 반사광 화상을 사진으로 인화하고, 이 반사광 사진을, 소정 투과도를 갖는 트레이싱지로 덮어, 식별할 수 있는 입자를 명색 입자로서 펜 등으로 윤곽을 트레이스하고, 상기 트레이싱지와 투과광 사진을 겹쳐서, 트레이싱지 상의 입자와 투과광 사진 상의 입자의 대응을 육안으로 확인한 뒤, 자 등을 사용해서 입자 위치를 입자마다 기록하고, 또한, 투과광 사진에 트레이스 모눈종이를 씌워, 입자가 차지하는 모눈종이 칸의 수로부터 각 입자의 면적을 구하여 기록함으로써, 상기의 촬상 장치(110)나 화상 처리 장치(130)를 사용했을 경우와 유사한 조작을 실현할 수 있다.

실시예

다음으로, 실시예를 사용해서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

<분석 샘플의 작성>

우선, 매진종이 기지의 표준 시료로서, 철광석, 석탄, 고로 수쇄 슬래그 및 전로 슬래그를 준비하고, 각각의 시료 500μg을 숟가락으로 떠서, 백색 알루마이트 처리한 제1 투명 커버 유리 위에 숟가락으로 살포하여, 스테인리스제의 헤라를 사용해서, 각 입자가 서로 겹치지 않도록 투명 커버 유리에 넓게 폈다. 넓게 편 입자군은, 직경 약 10mm의 범위에 존재하고 있었다.

다음으로, 직경 10mm의 시판의 원기둥 형상의 전자석을 중심축이 연직 방향이 되도록 설치하고, 자석의 선단면(하단면)에서의 평균 자속 밀도가 0.3T가 되도록 전자석에 공급하는 전류를 조정했다. 이 상태에서, 작업자가 전자석을 손으로 유지하여 투명 커버 유리 위에 살포된 입자의 상방으로부터 수직으로 하강시켜, 입자에 전자석을 접촉시켰다. 이 상태에서 1초간 정지시킨 후, 전자석을 상방으로 들어올리고, 착자된 입자를 전자석과 함께 이동시켜, 별도 준비해 둔 백색 알루마이트 처리한 제2 투명 커버 유리 위에 상방으로부터 수직으로 전자석을 하강시켜 전자석을 제2 투명 커버 유리 위에 적재했다. 계속해서, 전자석에 소자 전류를 부여한 후, 전자석에 대한 전류의 공급을 멈추고, 전자석을 상방으로 들어올려서 제2 투명 커버 유리 상에서 이격시켰다.

또한, 사용한 제1 투명 커버 유리 및 제2 투명 커버 유리의 치수는，모두 크기가 30mm×30mm이며, 두께가 3mm이었다. 또한, 전자석의 소자 방법으로서는, 시판의 전자석용 소자 컨트롤러를 사용했다.

이상의 조작의 결과, 제1 투명 커버 유리 위에 잔류한 입자를 비착자성 강하 매진(자석에 착자하지 않는 강하 매진)의 샘플로 하고, 제2 투명 커버 유리 위에 잔류한 입자를 착자성 강하 매진(자석에 착자하는 강하 매진)의 샘플로 했다.

<미립자의 촬상>

다음으로, 시판의 3안식 실체 현미경(대물 렌즈 배율:0.5배)에, 시판의 링 형상 백색 LED 조명(이하, "반사광용 조명 장치"라고 함)을 렌즈 경통에 장착하고, 또한, 시판의 백색 LED 평면 배열 조명(이하, "투과광용 조명 장치"라고 함)을 스테이지의 하방에 배치했다. 또한, 시판의 흑백 디지털 카메라(CCD 600만 화소, 화소 치수는 3㎛ 사각)를 카메라 장착구에 장착했다. 또한, 반사광용 조명 장치 및 렌즈와 스테이지의 사이에 원 편향 필터판을 설치하는 동시에, 철판을 금속판 가공해서 스테이지의 하면에 상단부가 접하면서 또한, 투과광용 조명 장치의 주위를 덮도록 차광판을 배치했다. 또한, 반사광용 조명 장치와 투과광용 조명 장치를 제어하는 조명 제어 장치로서는, 시판의 장치로, 외부 신호에 의해, 반사광용 조명 장치와 투과광용 조명 장치를 독립적으로 ON/OFF할 수 있는 것을 사용했다. 계속해서, 투명 플로트 유리판(10mm 두께)의 스테이지 위에 현미경용 슬라이드 유리를 기판으로 해서 배치하고, 당해 기판 위에, 상기와 같이 해서 얻어진 비착자성 강하 매진의 샘플과 착자성 강하 매진의 샘플을 각각 살포하여, 조명 조건을 동일하게 하는 동시에, 카메라의 조리개 및 노출을 동일 조건으로 해서 순서대로 촬영하여, 착자성 매진과 비착자성 매진의 각각에 대해서 투과광 화상 및 반사광 화상을 얻었다.

이때의 투과광 화상 및 반사광 화상의 촬상 조건은 이하와 같다. 우선, 투과광 화상의 촬상 조건은, 반사광용 조명 장치를 소등하고, 또한, 투과광용 조명 장치로부터의 조명의 휘도를, 투과광 화상 상에서의 배경의 평균 명도가 120(명도 256 계조, 콤마 값 1.5, 명도의 정의는 이하 마찬가지로 한다.)이 되는 휘도가 되도록 설정하여, 착자성 매진과 비착자성 매진의 각각을 촬상했다. 또한, 반사광 화상의 촬상 조건은, 반사광용 조명 장치로부터의 조명의 휘도를, 먼셀 값 N4.0의 색 견본을 촬영했을 때의 화상 상에서의 평균 명도가 60이 되는 휘도가 되도록 설정하는 동시에, 투과광용 조명 장치로부터의 조명의 휘도를, 투과광 화상의 촬상시와 마찬가지의 조건으로 했다. 이때, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값은 70으로 했다.

또한, 현미경의 배율은, 측정 대상의 입자의 실제 치수가 카메라의 CCD 소자 상에서 동일한 치수로 결상하도록 조정했다. 또한, 현미경으로 인식하는 대상의 입자는, 강하 매진이며 입자가 조대하기 때문에, φ10㎛ 이상의 크기의 입자로 했다. 또한, 본 실시예에서, 당해 입자의 크기는, CCD의 9 화소 이상에 대응하는 것이다.

<화상 처리>

상술한 바와 같이 해서 얻어진 착자성 매진 화상과 비착자성 매진 화상에 대하여, 시판의 입자 화상 처리 소프트인 Image-Pro Plus(등록 상표)의 VER.5를 사용하여 입자 화상 처리 계측을 행했다. 이때, 계측의 대상으로서는, 각 입자의 중심 위치, 각 입자의 원 등가 직경 및 각 입자의 평균 명도(입자로서 인식되는 화소 영역에 존재하는 각 화소의 명도의 평균값)로 했다.

구체적으로는, 상술한 본 발명의 제1 실시 형태에서의 방법을 사용하여, 투과광 입자와 반사광 입자를 검출하는 동시에, 검출된 투과광 입자와 반사광 입자의 대응시키기 처리를 행했다. 이 대응시키기 처리시에는, 투과광 입자와 반사광 입자의 중심 위치간 거리의 한계 거리를 10㎛, 또한, 비교 대상이 되는 투과광 입자의 직경의 30％의 길이로 하고, 투과광 입자와 반사광 입자의 면적 비율의 한계 비율 범위를 0.7로 했다.

이상과 같은 조건에서 투과광 입자와 반사광 입자의 대응시키기 처리를 행하고, 착자성 매진과 비착자성 매진의 각각에 대해서, 투과광 화상 중의 각 입자를 명색 입자와 암색 입자로 식별했다. 또한, 상기 대응시키기 처리의 결과에 기초해서, 각 입자의 중심 위치, 평균 명도 및 원 등가 직경을 산출하여, 산출 결과를 기록했다.

또한, 상술한 바와 같이 해서 산출한 각 입자의 원 등가 직경을 사용해서, 미리 경계값을 정한 입도 구분별로 각 입자를 분류하여, 입도 구분마다의 입자 구성률을 명도 구분(암색 입자와 명색 입자)마다 구했다.

이상의 조작에 의해 구한 표준 시료의 매진 특성은, 이하의 표 1과 같다.

또한, 표 1에 기재된 표준 시료 중, 철광석(착자성 암색 입자)에 관해, 입도 구분마다의 입자 구성률을 구한 예를 이하에 나타낸다.

철광석:<φ30㎛:20％<φ100㎛:70％≥φ100㎛:10％

<포집된 강하 매진의 분석>

다음으로, 고로법에 의한 제철 플랜트의 대지 내에서 강하 매진을 시판의 디포짓 게이지로 1주일 포집하여, 100mg의 강하 매진을 얻었다. 이 강하 매진을 옥내에서 3일간 자연 건조한 후, 강하 매진의 전량 중 500μg을 사용하여, 상술한 표준 시료와 마찬가지의 방법에 의해 처리해서, 강하 매진 입자의 매진 특성을 얻었다. 그 결과를 하기의 표 2에 나타낸다.

이와 같이 해서 얻어진 포집된 강하 매진 시료의 매진 특성과, 상기 표 1에 나타낸 표준 시료의 매진 특성을 비교하여, 강하 매진 시료가 주로 착자성 암색 입자로 구성되어 있는 점에서, 포집된 강하 매진은, 마찬가지로 주로 착자성 암색 입자로 구성되어 있는 철광석이었던 것으로 특정했다.

또한, 포집된 강하 매진 시료의 입도 구분마다의 입자 구성률은, 이하와 같다.

강하 매진:<φ30㎛:50％<φ100㎛:45％≥φ100㎛:5％

이 결과를 보면, 위에서 나타낸 철광석의 입도 분포와는 다르지만, 이 결과로부터, 본 실시예에서의 시료인 강하 매진이 포집된 장소가, 발진원(철광석이 보존되어 있는 야드 등)으로부터 멀리 이격되고 있었기 때문에, 포집 장소에 도착할 때까지의 동안에, 대경의 입자가 도중에 낙하하여, 대경의 입자의 구성률이 감소해버린 것으로 추측할 수 있다.

(실시예 2)

본 실시예에서는, 식별 대상의 입자로서 고순도 알루미나분(불순물 입자를 포함함)을 사용해서, 실시예 1과 마찬가지의 촬상 장치를 사용해서 촬상하여, 고순도 알루미나분에 대해 투과광 화상 및 반사광 화상을 얻었다.

이때의 투과광 화상 및 반사광 화상의 촬상 조건은 이하와 같다. 우선, 투과광 화상의 촬상 조건은, 반사광용 조명 장치를 소등하고, 또한, 투과광용 조명 장치로부터의 조명의 휘도를, 투과광 화상 상에서의 배경의 평균 명도가 120이 되는 휘도가 되도록 설정하여, 고순도 알루미나분을 촬상했다. 또한, 반사광 화상의 촬상 조건은, 반사광용 조명 장치로부터의 조명의 휘도를, 먼셀 값 N7.0의 색 견본을 촬영했을 때의 화상 상에서의 평균 명도가 160이 되는 휘도가 되도록 설정하는 동시에, 투과광용 조명 장치로부터의 조명을 소등해서 고순도 알루미나분을 촬상했다. 이때, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값은 130으로 했다.

상술하도록 해서 얻어진 고순도 알루미나분의 투과광 화상 및 반사광 화상에 대하여, 시판의 입자 화상 처리 소프트인 Image-Pro Plus(등록 상표)의 VER.5를 사용해서 입자 화상 처리 계측을 행했다. 이때, 계측의 대상으로서는, 각 입자의 중심 위치, 각 입자의 원 등가 직경 및 각 입자의 평균 명도(입자로서 인식되는 화소 영역에 존재하는 각 화소의 명도의 평균값)로 했다.

구체적으로는, 상술한 본 발명의 제2 실시 형태에서의 방법을 사용하여, 투과광 입자와 반사광 입자를 검출하는 동시에, 검출된 투과광 입자와 반사광 입자의 대응시키기 처리를 행했다. 이 대응시키기 처리시에는, 투과광 입자와 반사광 입자의 중심 위치간 거리의 한계 거리를 10㎛, 또한, 비교 대상이 되는 투과광 입자의 직경의 30％의 길이로 하고, 투과광 입자와 반사광 입자의 면적 비율의 한계 비율 범위를 0.7로 했다.

이상과 같은 조건에서 투과광 입자와 반사광 입자의 대응시키기 처리를 행하여, 고순도 알루미나분에 대해, 투과광 화상 중의 각 입자를 명색 입자와 암색 입자로 식별했다. 또한, 상기 대응시키기 처리의 결과에 기초하여, 각 입자의 중심 위치, 평균 명도 및 원 등가 직경을 산출하고, 산출 결과를 기록했다.

또한, 상술한 바와 같이 해서 산출한 각 입자의 원 등가 직경을 사용해서, 미리 경계값을 정한 입도 구분별로 각 입자를 분류하여, 입도 구분마다의 입자 구성률을 명도 구분(암색 입자와 명색 입자)마다 구했다.

그 결과, 촬상한 고순도 알루미나분 입자의 평균 입경은 30㎛, 입경의 표준 편차는 8㎛이며, 총 2600개의 입자의 명도를 식별했다. 이들 입자 중, 개수 비율로 0.5％의 입자가 암색 입자로서 식별되었다. 이것으로부터, 실시예 2에서 사용한 고순도 알루미나분 중에는, 개수 비율로 0.5％의 불순물이 포함되어 있음을 알았다.

(실시예 3)

본 실시예 3에서는, 실시예 2와 동일한 시료를 사용하고, 명색 입자의 식별 방법은, 실시예 2와 마찬가지의 방법으로 했다. 암색 입자의 식별 방법으로서, 촬상에 관해서는, 먼셀 값 N7.0의 색 견본을 촬영했을 때의 평균 명도가 200이 되는 휘도가 되도록 설정해서 명 배경 화상을 얻었다. 명도 임계값을 90으로 해서 실시 형태 1과 마찬가지의 방법으로 암색 입자를 식별했다. 그때 사용한, 투과광 입자와 반사광 입자의 중심 위치간 한계 거리나 한계 면적 비율 범위에 대해서는, 실시예 2와 마찬가지로 했다. 또한, 입자의 대응 방법에는, 실시 형태 3의 방법을 사용했다.

그 결과, 개수 비율로 0.2％의 암색 입자와 0.3％의 중간색 입자를 식별했다(나머지는 명색 입자). 이 결과로부터, 불순물에도 명도가 서로 다른 복수 종류가 포함되어 있음을 알았다.

(실시예 4)

본 실시예 4에서는, 실시예 3과 마찬가지의 시료와 마찬가지의 촬영을 행하고, 입자 식별만 실시 형태 4의 방법을 사용하여 입자 식별을 행했다. 명도 임계값으로서, 암 배경 화상에 대해서는 명도 90을, 명 배경 화상에 대해서는 명도 160을 사용했다. 그 결과, 개수 비율로 0.2％의 암색 입자와 0.3％의 중간색 입자를 식별했다(나머지는 명색 입자).

본 발명에 따르면, 투과광을 사용해서 불투명한 미립자군을 촬상한 투과광 화상과, 반사광을 사용해서 불투명한 미립자군을 촬상한 반사광 화상에 기초하여, 투과광 화상 중에 존재하는 투과광 입자와 반사광 화상 중에 존재하는 반사광 입자를 소정의 방법에 의해 대응시킴으로써, 미립자군 중의 개개의 입자의 각종 특성(위치, 크기, 명도 등)을 동시에 측정하는 것이 가능해진다.

1 : 기판 100 : 입자 측정 장치
101 : 스테이지 110 : 촬상 장치
111 : 촬상 소자 113 : 투과광 화상 생성부
115 : 반사광 화상 생성부 119 : 렌즈
121 : 반사광용 조명 장치 123 : 투과광용 조명 장치
125 : 조명 제어 장치 127 : 차광판
130 : 화상 처리 장치 131 : 투과광 입자 검출부
133 : 투과광 입자 정보 산출부 135 : 반사광 입자 검출부
137 : 반사광 입자 정보 산출부 139 : 대응시키기 처리부
141 : 입자 정보 산출부 P(P1,P2,P3) : 측정 대상의 미립자
P1p, P2p, P3p : 투과광 입자 P1r, P2r, P3r : 반사광 입자

Claims (11)

1. 불투명한 미립자가 살포된 투명한 기판이 적재되거나, 또는, 상기 미립자가 직접 살포되는 적재면을 갖는 스테이지와,
   이 스테이지의, 상기 적재면 측에 설치되고, 이 스테이지를 향해 소정의 장치 발광면 휘도를 갖는 제1 광을 조사하는 반사광용 조명 장치와,
   상기 스테이지의, 상기 적재면과는 반대측에 설치되고, 상기 스테이지를 향해 소정의 장치 발광면 휘도를 갖는 제2 광을 조사하는 투과광용 조명 장치와,
   상기 제1 광의 장치 발광면 휘도와 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도를 각각 개별적으로 제어하는 조명 제어 장치와,
   상기 제2 광의 장치 발광면 휘도를 0이 아닌 소정 휘도로 하고, 또한, 상기 제1 광의 장치 발광면 휘도를 0으로 하도록, 상기 조명 제어 장치에 의해 제어된 상태에서 상기 미립자를 촬상하여 얻어지는 투과광 화상을 생성하는 투과광 화상 생성부와, 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도를 1 또는 2 이상의 조건으로 설정된 소정 휘도로 하고, 또한, 상기 제1 광의 장치 발광면 휘도를 0이 아닌 소정 휘도로 하도록 상기 조명 제어 장치에 의해 제어된 상태에서 상기 미립자를 촬상하여 얻어지는 반사광 화상을 생성하는 반사광 화상 생성부를 갖고, 상기 스테이지에 대하여 상기 적재면 측에 설치되는 촬상 장치와,
   상기 투과광 화상 중에서 상기 미립자의 촬상 화상의 후보로서 식별되는 1 또는 2 이상의 투과광 입자의 위치 및 크기와, 상기 반사광 화상 중에서 상기 미립자의 촬상 화상의 후보로서 식별되는 1 또는 2 이상의 반사광 입자의 위치 및 크기를 비교함으로써, 위치 및 크기의 차가 소정 범위 이내인 상기 투과광 입자와 상기 반사광 입자를 대응시키고, 당해 대응 결과에 기초하여, 상기 투과광 입자의 위치 및 크기를 상기 미립자의 위치 및 크기로서 산출하는 동시에, 상기 반사광 입자 또는 상기 투과광 입자의 대표 명도를 상기 미립자의 명도로서 산출하는 화상 처리 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 입자 측정 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 화상 처리 장치가,
   소정의 명도 임계값을 사용해서 상기 투과광 화상을 이치화하여 얻어지는 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 투과광 화상의 화소 좌표 중에서 소정 명도보다 저명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을, 상기 투과광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 당해 투과광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하는 투과광 입자 검출부와,
   이 투과광 입자 검출부에서의 검출 결과에 기초하여, 적어도 상기 투과광 입자의 위치 및 크기를 산출하는 투과광 입자 정보 산출부와,
   상기 반사광 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 주위의 화소와의 명도차가 소정값 이상인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을, 상기 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 당해 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하는 반사광 입자 검출부와,
   상기 반사광 입자 검출부에서의 검출 결과에 기초하여, 적어도 상기 반사광 입자의 위치 및 크기를 산출하는 반사광 입자 정보 산출부와,
   상기 투과광 입자 정보 산출부의 산출 결과 및 상기 반사광 입자 정보 산출부의 산출 결과에 기초하여, 상기 반사광 입자의 위치 및 크기를, 모든 상기 투과광 입자의 위치 및 크기와 비교하여, 위치 및 크기의 차가 각각 소정 범위 이내인 상기 투과광 입자와 상기 반사광 입자를 대응시키는 동시에, 어느 쪽의 상기 투과광 입자와도 대응되지 않은 상기 반사광 입자를 상기 미립자의 촬상 화상의 후보에서 제외하는 대응시키기 처리부와,
   상기 투과광 입자의 위치 및 크기를 상기 미립자의 위치 및 크기로서 산출하고, 상기 투과광 입자에 대응된 상기 반사광 입자의 대표 명도를 상기 미립자의 명도로서 산출하는 동시에, 어느 쪽의 상기 반사광 입자와도 대응되지 않은 상기 투과광 입자의 명도를, 소정 명도로서 산출하는 입자 정보 산출부를 갖는 것을 특징으로 하는, 입자 측정 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 반사광 화상 생성부는, 상기 반사광 화상 상에서의 상기 반사광 입자의 배경의 명도가, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도가 되도록, 상기 조명 제어 장치에 의해 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도가 설정된 상태에서, 상기 반사광 화상을 생성하고,
   상기 반사광 입자 검출부는, 상기 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값을 사용해서 상기 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 소정 명도보다 저명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을, 상기 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 상기 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하고,
   상기 입자 정보 산출부는, 상기 반사광 입자에 대응된 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 낮은 명도를 갖는 암색 입자로 식별하고, 어느 쪽의 상기 반사광 입자와도 대응되지 않은 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도를 갖는 명색 입자로 식별하는 것을 특징으로 하는, 입자 측정 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 반사광 화상 생성부는, 상기 반사광 화상 상에서의 상기 반사광 입자의 배경의 명도가, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 낮은 명도가 되도록, 상기 조명 제어 장치에 의해 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도가 설정된 상태에서, 상기 반사광 화상을 생성하고,
   상기 반사광 입자 검출부는, 상기 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값을 사용해서 상기 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 소정 명도보다 고명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을, 상기 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 상기 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하고,
   상기 입자 정보 산출부는, 상기 반사광 입자에 대응된 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도를 갖는 명색 입자로 식별하고, 어느 쪽의 상기 반사광 입자와도 대응되지 않은 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 낮은 명도를 갖는 암색 입자로 식별하는 것을 특징으로 하는, 입자 측정 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 반사광 화상 생성부는,
   상기 반사광 화상 상에서의 상기 반사광 입자의 배경의 명도가, 입자의 명암을 구별하기 위한 제1 명도 임계값보다 낮은 명도가 되도록, 상기 조명 제어 장치에 의해 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도가 설정된 상태에서, 상기 미립자를 촬상하여 얻어지는 암 배경시 반사광 화상을 생성하는 동시에,
   상기 반사광 화상 상에서의 상기 반사광 입자의 배경의 명도가, 상기 제1 명도 임계값보다 낮은 명도 임계값인, 입자의 명암을 구별하기 위한 제2 명도 임계값보다 높은 명도가 되도록, 상기 조명 제어 장치에 의해 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도가 설정된 상태에서, 상기 미립자를 촬상하여 얻어지는 명 배경시 반사광 화상을 생성하고,
   상기 반사광 입자 검출부는,
   상기 제1 명도 임계값을 사용해서 상기 암 배경시 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 고명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을 상기 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 상기 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하는 동시에,
   상기 제2 명도 임계값을 사용해서 상기 명 배경시 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 저명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을 상기 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 상기 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하고,
   상기 입자 정보 산출부는,
   상기 암 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 상기 반사광 입자에 대응된 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 제1 명도 임계값보다 높은 명도를 갖는 명색 입자로 식별하고, 상기 명 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 상기 반사광 입자에 대응된 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 제2 명도 임계값보다 낮은 명도를 갖는 암색 입자로 식별하고, 어느 쪽의 상기 반사광 입자와도 대응되지 않은 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 명색 입자와 상기 암색 입자의 중간 명도를 갖는 중간색 입자로 식별하는 것을 특징으로 하는, 입자 측정 장치.
6. 제2항에 있어서, 상기 반사광 화상 생성부는,
   상기 반사광 화상 상에서의 상기 반사광 입자의 배경의 명도가, 입자의 명암을 구별하기 위한 제1 명도 임계값보다 낮은 명도가 되도록, 상기 조명 제어 장치에 의해 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도가 설정된 상태에서, 상기 미립자를 촬상하여 얻어지는 암 배경시 반사광 화상을 생성하는 동시에,
   상기 반사광 화상 상에서의 상기 반사광 입자의 배경의 명도가, 상기 제1 명도 임계값보다 높은 명도 임계값인 입자의 명암을 구별하기 위한 제2 명도 임계값보다 높은 명도가 되도록, 상기 조명 제어 장치에 의해 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도가 설정된 상태에서, 상기 미립자를 촬상하여 얻어지는 명 배경시 반사광 화상을 생성하고,
   상기 반사광 입자 검출부는,
   상기 제1 명도 임계값을 사용해서 상기 암 배경시 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 소정 명도보다 고명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을 상기 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 상기 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하는 동시에,
   상기 제2 명도 임계값을 사용해서 상기 명 배경시 반사광 화상을 이치화하여 얻어지는 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 소정 명도보다 저명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을 상기 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 상기 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하고,
   상기 입자 정보 산출부는,
   상기 암 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 상기 반사광 입자에 대응된 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 제1 명도 임계값보다 높은 명도를 갖는 명색 입자의 후보로 하고, 상기 명 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 상기 반사광 입자에 대응된 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 제2 명도 임계값보다 낮은 명도를 갖는 암색 입자의 후보로 하는 동시에, 상기 암 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 상기 반사광 입자와 상기 명 배경시 반사광 화상 중에 존재하는 상기 반사광 입자 모두에 대응된 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를, 상기 명색 입자와 상기 암색 입자의 중간 명도를 갖는 중간색 입자로 식별하고, 상기 명색 입자의 후보 중 상기 중간색 입자로 식별되지 않은 것을 상기 명색 입자로 식별하고, 상기 암색 입자의 후보 중 상기 중간색 입자로 식별되지 않은 것을 상기 암색 입자로 식별하는 것을 특징으로 하는, 입자 측정 장치.
7. 제2항에 있어서, 상기 조명 제어 장치는, 상기 반사광 화상 상에서의 상기 반사광 입자의 배경의 명도가, 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값보다 높은 명도이며, 또한, N을 자연수라고 했을 경우에, 제1 명도<제2 명도< … <제N 명도가 되는 제1 내지 제N 장치 발광면 휘도를 상기 제2 광으로 설정 가능하고,
   상기 반사광 화상 생성부는, 상기 제2 광의 장치 발광면 휘도가 상기 제1 내지 제N 장치 발광면 휘도로 설정된 상태에서, 각각 제1 내지 제N 반사광 화상을 생성하고,
   상기 반사광 입자 검출부는, 상기 입자의 명암을 구별하기 위한 명도 임계값을 사용해서 상기 제1 내지 제N 반사광 화상을 각각 이치화하여 얻어지는 화상의 명도 분포에 기초하여, 상기 제1 내지 제N 반사광 화상의 화소 좌표 중에서 소정 명도보다 저명도인 화소가 집합하고 있는 화소 영역을 상기 반사광 입자가 존재하는 영역으로서 특정하여, 상기 반사광 입자의 존재 영역 내의 화소의 위치 좌표를 검출하고,
   상기 대응시키기 처리부가, n=1 내지 N이라고 했을 경우에, 제n 반사광 화상에서 검출된 상기 반사광 입자의 위치 및 크기를, 제(n-1) 이전의 반사광 화상에서 검출된 상기 반사광 입자와 대응되지 않은 상기 투과광 입자(n=1인 경우에는, 모든 상기 투과광 입자)의 위치 및 크기와 비교하여, 위치 및 크기의 차가 각각 소정 범위 이내인 상기 투과광 입자와 상기 반사광 입자를 대응시키고,
   상기 입자 정보 산출부는, 상기 제1 내지 제N 반사광 화상 중에 존재하는 상기 반사광 입자에 대응된 각각의 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자의 명도를, 제1 내지 제N 명도(제1 명도<제2 명도< … <제N 명도)로 식별하는 동시에, 어느 쪽의 상기 반사광 입자와도 대응되지 않은 상기 투과광 입자에 대응하는 상기 미립자를 가장 명도가 높은 입자로 식별하는 것을 특징으로 하는, 입자 측정 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미립자는, 고로(高爐)법에 의한 제철 플랜트에 유래하는 강하 매진인 것을 특징으로 하는, 입자 측정 장치.
9. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투과광 입자 정보 산출부는, 또한, 상기 투과광 입자의 직경을 산출하고,
   상기 입자 정보 산출부는, 또한, 상기 투과광 입자의 직경을 상기 미립자의 입경으로서 산출하는 것을 특징으로 하는, 입자 측정 장치.
10. 불투명한 미립자가 살포된 투명한 기판이 적재되거나, 또는, 상기 미립자가 직접 살포되는 적재면을 갖는 스테이지와,
    이 스테이지의 상기 적재면 측에 설치되어 상기 미립자를 촬상하는 촬상 장치와,
    상기 스테이지의, 상기 적재면 측에 설치되어 상기 스테이지를 향해 소정의 장치 발광면 휘도를 갖는 제1 광을 조사하는 반사광용 조명 장치와,
    상기 스테이지의, 상기 적재면과는 반대측에 설치되어 상기 스테이지를 향해 소정의 장치 발광면 휘도를 갖는 제2 광을 조사하는 투과광용 조명 장치를 갖는 입자 측정 장치를 사용하여, 상기 미립자의 위치, 크기 및 명도를 측정하는 방법이며,
    상기 제2 광의 장치 발광면 휘도를 0이 아닌 소정 휘도로 하고, 또한, 상기 제1 광의 장치 발광면 휘도를 0으로 하도록 한 상태에서, 상기 촬상 장치에 의해 상기 미립자를 촬상하여 얻어지는 투과광 화상을 생성하는 투과광 화상 생성 공정과,
    상기 제2 광의 장치 발광면 휘도를 1 또는 2 이상의 조건으로 설정된 소정 휘도로 하고, 또한, 상기 제1 광의 장치 발광면 휘도를 0이 아닌 소정 휘도로 하도록 한 상태에서, 상기 촬상 장치에 의해 상기 미립자를 촬상하여 얻어지는 반사광 화상을 생성하는 반사광 화상 생성 공정과,
    상기 투과광 화상 중에서 상기 미립자의 촬상 화상의 후보로서 식별되는 1 또는 2 이상의 투과광 입자의 위치 및 크기와, 상기 반사광 화상 중에서 상기 미립자의 촬상 화상의 후보로서 식별되는 1 또는 2 이상의 반사광 입자의 위치 및 크기를 비교함으로써, 위치 및 크기의 차가 소정 범위 이내인 상기 투과광 입자와 상기 반사광 입자를 대응시키고, 당해 대응 결과에 기초하여, 상기 투과광 입자의 위치 및 크기를 상기 미립자의 위치 및 크기로서 산출하는 동시에, 상기 반사광 입자 또는 상기 투과광 입자의 대표 명도를 상기 미립자의 명도로서 산출하는 화상 처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 입자 측정 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 미립자가, 고로법에 의한 제철 플랜트에 유래하는 강하 매진인 것을 특징으로 하는, 입자 측정 방법.

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