WO2019230628A1 - 粒子径分布測定装置及び粒子径分布測定装置用プログラム - Google Patents

粒子径分布測定装置及び粒子径分布測定装置用プログラム Download PDF

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久 秋山
森　哲也
長岡　英一
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株式会社堀場製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a program used for a particle size distribution measuring device and a particle size distribution measuring device.
  • a particle size distribution measuring apparatus As a particle size distribution measuring apparatus, as shown in Patent Document 1, a particle group as a measurement target dispersed in a medium is irradiated with light, and the particle size distribution of the measurement target is based on the light intensity spectrum of the diffracted / scattered light. There is a light scattering type to calculate
  • the particle size distribution measuring device described in Patent Document 1 is an image obtained by imaging a particle group using the difference in shape (whether it is spherical) between the fine bubble to be measured and the contamination (foreign matter). Is subjected to image processing to determine whether or not the particle is a measurement target, and the particle size distribution of the particle determined to be the measurement target is calculated.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and even when particles outside the measurement target having the same shape as the measurement target are mixed, the particle size distribution of the measurement target can be accurately measured.
  • the main issue is to make it.
  • the particle size distribution measuring apparatus is obtained by imaging a particle group in which first particles and second particles different from the first particles are mixed, and at least the first particles have translucency. Based on the image processing unit that receives the captured image data and the bright and dark regions that appear due to the refraction of the light passing through the particles, it is determined whether the particles captured in the image are the first particles or the second particles And a particle discriminating unit for discriminating.
  • the particle size distribution measuring apparatus configured as described above, for example, if the second particle is a particle that does not transmit light, a bright / dark region does not appear in the second particle captured in the image. Based on the presence / absence of this bright / dark region, it is possible to determine whether the particles captured in the image are the first particles or the second particles. Therefore, even if particles that are not the target of measurement have the same shape as the measurement target, it is possible to determine whether or not the particles captured in the image are the measurement target. Distribution can be measured with high accuracy.
  • the second particle has translucency
  • a bright / dark region appears in both the first particle and the second particle copied in the image. Discrimination is difficult. Therefore, when the second particle has translucency, the image of the light and dark region that appears due to the difference between the refractive index of the first particle and the refractive index of the second particle is generated by the particle determination unit. Based on the difference, it is preferable to determine whether the particle imaged in the image is the first particle or the second particle. With such a configuration, even if both the particles to be measured and the particles not to be measured have translucency, an image of a light and dark region that appears due to the difference in refractive index between them. Based on the difference, it is determined whether or not the particle imaged in the image is a measurement object, so that the particle size distribution of the measurement object can be accurately measured.
  • the measurement error described in the background art there is a case where bubbles are mixed in a medium in which a measurement target is dispersed. That is, if the first particle is a measurement target and the second particle is a bubble, the effect of the present invention is more remarkably exhibited.
  • the particle size distribution measuring device it is possible to determine whether the particle imaged in the image is a bubble or a measurement target. For example, the particle determined to be a bubble
  • the particle determined to be a bubble By subtracting the particle size distribution of the particle size and subtracting the influence of the particle size distribution from the particle size distribution of the particle group in which bubbles and particles to be measured are mixed, measurement errors due to bubbles can be reduced and measured. It becomes possible to accurately measure the particle size distribution of the object.
  • a bubble size distribution calculation unit that calculates a bubble size distribution that is a particle size distribution and a target particle size distribution that is a particle size distribution of the measurement target by subtracting the influence of the bubble size distribution from the overall particle size distribution It is preferable to include a target particle size distribution calculation unit. With such a configuration, the particle size distribution of the measurement target is calculated by subtracting the influence of the particle size distribution of the bubbles from the particle size distribution of the entire particle group, so that the particle size distribution of the measurement target can be obtained with high accuracy. .
  • the overall particle size distribution calculating unit calculates the overall particle size distribution based on a light intensity spectrum of diffraction / scattered light generated by irradiating the particle group with light.
  • the particle size distribution of smaller particles can be measured and the measurable particle size range can be widened as compared with the case of measuring by an image measurement method.
  • a light irradiation device that irradiates light to the particle group and an image of particles that can identify the light and dark areas are captured.
  • the imaging device includes an imaging lens, a first light receiving element that receives light in a first wavelength region among light that is imaged by the imaging lens, and second light that is imaged by the imaging lens.
  • the focal length of the imaging lens differs between the light in the two wavelength regions.
  • the particle size distribution of the bubbles contained in the particle group can be obtained with high accuracy, and consequently the particle size distribution of the measurement target can be measured with high accuracy.
  • the light receiving region receives the light and dark region of the image obtained by receiving the first wavelength light with the first light receiving device and the second light receiving device with the second light receiving device. By comparing with the bright and dark areas of the image obtained in this way, it is possible to distinguish particles based on the difference.
  • a light irradiation device irradiates the particle group with parallel light, and the parallel light
  • the particle group is configured to irradiate the particle group with oblique light having an optical axis that is inclined with respect to the optical axis
  • the particle discriminating unit is configured to display a light / dark region that appears due to refraction of the oblique light passing through the particle.
  • the ratio, size, shape, arrangement, or brightness or at least one of the ratio, size, shape, arrangement, or brightness of the dark areas of the brightness areas as the image difference.
  • the bright region of the bright and dark regions that appear due to oblique light refraction becomes a relatively large region, so that, for example, the particles are in a position deviated from the focus of the imaging device, and the oblique light Even if the light and dark area is somewhat blurred, particles can be determined using this light and dark area, and the number of particles that can be determined whether it is a bubble or a measurement target can be increased.
  • the oblique light is ring-shaped light.
  • the light irradiation device is configured to irradiate the particle group with a plurality of oblique lights having different colors from different directions.
  • a plurality of oblique lights are irradiated, the same number of bright and dark areas as the oblique lights can be imaged, and the ratio, size, and shape of the bright areas or dark areas of these bright and dark areas. More parameters, such as arrangement, can be used as the image difference, and it can be more correctly determined whether the particle is a measurement object or a bubble.
  • each oblique light is light of a different color, it is possible to correctly identify the ratio, size, shape, arrangement, and the like of the light and dark areas with respect to each oblique light.
  • the program for a particle size distribution measuring apparatus captures a particle group in which first particles and second particles different from the first particles are mixed, and at least the first particles have translucency.
  • the particles that are imaged are the first particles or the second particles. It is a program characterized by causing a computer to function as a particle discriminating unit for discriminating whether or not there is. If such a program is used, the same effect as the particle diameter distribution measuring apparatus mentioned above can be obtained.
  • the present invention described above it is possible to determine whether or not the imaged particles are the measurement target even if particles other than the measurement target having the same shape as the measurement target are mixed. It becomes possible to measure the particle size distribution of the measurement object with high accuracy.
  • the particle size distribution measuring apparatus 100 includes an image type measurement mechanism that measures the particle size distribution by an image analysis method. Obtained by a cell 10 that contains a particle group, a light irradiation device 20 that irradiates light to the particle group in the cell 10, an imaging device 30 that images the particle group contained in the cell 10, and the imaging device 30. And an image analysis device 40 for analyzing the obtained image data.
  • grain X are mixed.
  • the translucent particles as the first particles X include bubbles and resin particles, and the second particles Y may be translucent particles or have translucency. There may be no particles.
  • These first particles X and second particles Y are dispersed in a medium in the cell 10.
  • the medium is a liquid such as water or a gas such as air.
  • the light irradiation device 20 irradiates the particle group accommodated in the cell 10 with light having a predetermined spread, and is, for example, a surface emitting type using a light emitting diode.
  • the light irradiation device 20 includes a light source 21 formed of a light emitting diode and a transmission filter 22 that is provided on the light emission side of the light source 21 and transmits light of a predetermined wavelength.
  • the transmission filter 22 according to the present embodiment transmits wavelengths (first wavelength, second wavelength, and third wavelength) received by the imaging device 30.
  • Telecentric illumination is optimal, but a combination of an LED light source and a condenser lens L may be used.
  • the imaging device 30 includes an imaging lens 31 and an imaging element 32 that receives light imaged by the imaging lens 31.
  • the imaging lens 31 has a focal plane (focal plane) in the cell 10 that accommodates the particle group.
  • the imaging lens 31 of the present embodiment uses a telecentric lens. By using a telecentric lens, it is possible to capture an image without distortion without being affected by parallax.
  • the imaging element 32 includes a plurality of first light receiving elements 321 that receive light in the first wavelength range, a plurality of second light receiving elements 322 that receive light in the second wavelength range, and a third one. And a plurality of third light receiving elements 323 that receive light in the wavelength region.
  • the light in the first wavelength range is red light (R)
  • the light in the second wavelength range is green light (G)
  • the light in the third wavelength range is blue light (B).
  • the plurality of first to third light receiving elements 321, 322, and 323 according to the present embodiment are arranged in a matrix on a single substrate, and in the imaging element 32, the light receiving elements 321, 322, and 323 are arranged.
  • a transmission filter (not shown) that transmits light in the corresponding wavelength band is provided in front of the.
  • the transmission filter 22 of the light irradiation device 20 described above is an RGB transmission filter that transmits red light, green light, and blue light.
  • the spectral sensitivity of the image sensor 32 the R, G, and B wavelength regions overlap each other.
  • the spectral transmittance of the transmission filter 22 of the light irradiation unit 2 is separated from each other in the R, G, and B wavelength regions.
  • the light (R) in the first wavelength region is centered at 630 nm
  • the light (G) in the second wavelength region is centered at 530 nm
  • the light (B) in the third wavelength region is centered at 460 nm.
  • the wavelength range has a width. Note that a three-plate image sensor may be used as the image sensor 32.
  • the imaging apparatus 30 of the present embodiment has an axis between an imaging system based on the first wavelength range, an imaging system based on the second wavelength range, and an imaging system based on the third wavelength range.
  • An optical element 33 that generates upper chromatic aberration is included.
  • the optical element 33 is a flat plate made of, for example, a high dispersion glass material provided between the imaging lens 31 and the light receiving elements 321, 322, and 323.
  • a high dispersion glass material one having an Abbe number smaller than 30 can be used.
  • the position of the focus surface by the imaging lens 31 is shifted in the optical axis direction.
  • the surface F2 and the focus surface F3 of light in the third wavelength range (blue light) are shifted in this order.
  • Each of the focus surfaces F1, F2, and F3 has a depth of field of the imaging lens 31.
  • the area (focus plane F1) imaged by the first light receiving element 321; the area (focus plane F2) imaged by the second light receiving element 322; and the area (focus plane F3) imaged by the third light receiving element 323. ) are different from each other along the optical axis direction, and here, end portions in the optical axis direction of regions adjacent to each other (focus plane) overlap each other. Note that the focus surfaces do not necessarily overlap exactly, and part of the width direction may overlap. Moreover, the focus surfaces adjacent to each other may be separated from each other.
  • Each image data obtained by the light receiving elements 321, 322, and 323 is analyzed by the image analysis device 40.
  • the image analysis device 40 is a general purpose or dedicated computer having a CPU, memory, input / output interface, AD converter, input means such as a keyboard and a mouse.
  • the image analysis apparatus 40 operates as shown in FIG. 3 by the operation of the CPU and its peripheral devices based on the program stored in the memory, and as shown in FIG. A function such as a distribution calculation unit 43 is provided.
  • the image processing unit 41 is obtained from the first image obtained from the first light receiving element 321, the second image obtained from the second light receiving element 322, and the third light receiving element 323.
  • image processing such as depth synthesis is performed to combine the images into one image. More specifically, the image processing unit 41 forms first to third images without performing Bayer conversion on the light intensity signals obtained by the light receiving elements 321 to 323. Then, the image processing unit 41 complements pixel omission outside each wavelength region for each of the first image, the second image, and the third image. After that, the image processing unit 41 performs depth composition using the complemented image to compose one image. However, the image processing unit 41 does not necessarily have to combine images. Further, the image processing unit 41 may form the first to third images after Bayer conversion is performed on the light intensity signals obtained by the light receiving elements 321 to 323.
  • the light irradiation device 20 and the imaging device 30 are arranged to face each other with the cell 10 interposed therebetween, and the light emitted from the light irradiation device 20 is transmitted through as shown in FIG. Refracts when passing through particles. More specifically, when the refractive index of the particle is larger than the refractive index of the medium, the light is refracted and condensed as shown in the upper part of the figure, and the refractive index of the particle is smaller than the refractive index of the medium. In this case, as shown in the lower part of the figure, the light is refracted and diverges.
  • the imaging device 30 a part of the light irradiated on the particles, specifically, the light irradiated on the center of the particles reaches the imaging device 30.
  • a light and dark region due to refraction of light passing through the particle appears in the particle image captured by the imaging device 30.
  • the center portion of the particles shown in the image is a bright region (hereinafter referred to as a bright region S1), and the outer peripheral portion thereof is a dark region (hereinafter referred to as a dark region S2), and these bright regions S1.
  • the dark area S2 is an identifiable area.
  • the focal distance EFL of these particles is the diameter D of the particle, the refraction of the particle. It can be calculated by the following calculation formula using the index n1 and the refractive index n2 of the medium in which the particles are dispersed as parameters.
  • the particle discrimination unit 42 determines whether the particles appearing in the image obtained by the image processing unit 41 are the first particles or the second particles based on the above-described light and dark regions S1 and S2, that is, the measurement target X It is determined whether the bubble Y is. Specifically, the particle discriminating unit 42 determines that particles appearing in the image are the measurement target X based on the image difference between the light and dark regions S1 and S2 that appear due to the difference between the refractive index of the measurement target X and the refractive index of the bubble Y. Whether or not it is a bubble Y is determined, and for example, the above-described image difference is calculated by binarizing the image.
  • the particle discriminating unit 42 of the present embodiment uses the above-described image difference as the ratio of the bright region S1 to the particles captured in the image. Based on this ratio, the particle is the measurement target X or the bubble Y It is comprised so that it may be determined. More specifically, the particle discriminating unit 42 is based on the ratio of the outer diameter of the bright region S1 to the outer diameter of the particle imaged in the image, or the ratio of the area of the bright region S1 to the area of the particle imaged in the image. The particle is configured to discriminate whether the particle is the measurement target X or the bubble Y, and if the above-described ratio is less than a predetermined threshold, the particle is recognized as the bubble Y and is equal to or greater than the predetermined threshold. In the case of (1), the particle is recognized as the measurement object X.
  • the threshold value may vary depending on various factors such as the shape and size of the cell 10, the arrangement of the light irradiation device 20, the optical system of the imaging device 30, and the magnitude relationship between the refractive index of the medium and the refractive index of the particles. Therefore, as a threshold value, for example, bubbles generated by a bubble generator or the like are accommodated in the cell 10 of the present embodiment, and these bubbles are imaged using the light irradiation device 20 or the imaging device 30 of the present embodiment. , And can be determined based on the ratio of the bright area to the bubbles captured in the image. Then, by storing the threshold value thus determined in the memory of the image analysis device 40, the particle discrimination unit 42 can acquire the threshold value from the memory and discriminate the particles.
  • the bubble diameter distribution calculation unit 43 is based on the image data received by the image processing unit 41 and the determination result determined by the particle determination unit 42, and the particle size distribution of the bubbles Y accommodated in the cell 10 (hereinafter, bubble size distribution). Is calculated). Specifically, the bubble diameter distribution calculating unit 43 calculates the bubble diameter distribution by obtaining the outer diameter from the image data for each particle identified by the particle determining unit 42 as the bubble Y.
  • the particle size distribution measuring apparatus 100 of the present embodiment acquires the bubble size distribution data indicating the bubble size distribution measured by the above-described image type measurement mechanism, and the measurement target X A light scattering measurement mechanism 101 for measuring the particle size distribution is further provided.
  • This light scattering type measurement mechanism 101 utilizes the fact that the light intensity distribution according to the spread angle of diffraction / scattered light generated when light is irradiated on particles is determined by the particle diameter from diffraction theory and MIE scattering theory, The particle size distribution is measured by detecting diffracted / scattered light, and includes an apparatus main body 50 and an arithmetic unit 60.
  • the apparatus main body 50 detects the light intensity of the diffracted / scattered light generated by the laser light source 52 that irradiates the group of particles in the cell 10 with the laser light through the lens 51 and the angle of the spread.
  • a plurality of photodetectors 53 are provided.
  • the cell 10 here is a batch type cell, it may be a circulation type cell.
  • this cell 10 is the same as that used in the measurement by the above-described image type measurement mechanism, and that this cell 10 contains not only the measurement object X but also the bubbles Y, As described above.
  • the arithmetic device 60 is physically a general purpose or dedicated computer having a CPU, a memory, an input / output interface, and the like. According to a predetermined program stored in a predetermined area of the memory, the arithmetic device 60 is a CPU or a peripheral device. By cooperating, as shown in FIG. 7, functions such as an actual spectrum acquisition unit 61, an overall particle size distribution calculation unit 62, and a target particle size distribution calculation unit 63 are provided.
  • the actual spectrum acquisition unit 61 receives the light intensity signal output from each light detector 53, and the light intensity spectrum for the channel of each light detector 53, that is, the light intensity spectrum with respect to the spread angle of the diffracted / scattered light (hereinafter referred to as “light intensity spectrum”). To obtain a real spectrum).
  • the actual spectrum here is an overlap of the light intensity spectrum of the diffracted / scattered light caused by the particle group as the measurement target X and the light intensity spectrum of the diffracted / scattered light caused by the bubbles.
  • the total particle size distribution calculation unit 62 Based on the actual spectrum acquired by the actual spectrum acquisition unit 61, the total particle size distribution calculation unit 62 not only measures the entire particle group accommodated in the cell 10, that is, the particle group that is the measurement target X, but also bubbles that are not the measurement target.
  • the particle size distribution (hereinafter referred to as the whole particle size distribution) of a particle group including also is calculated.
  • the target particle size distribution calculation unit 63 receives the bubble size distribution data indicating the bubble size distribution calculated by the above-described bubble size distribution calculation unit 43, and subtracts the influence of the bubble size distribution from the total particle size distribution to obtain the measurement target X.
  • the target particle size distribution which is a particle size distribution, is calculated. Specifically, as shown in FIG. 8, the target particle size distribution calculation unit 63 calculates the target particle size distribution by subtracting the region occupied by the bubble size distribution from the total particle size distribution, and displays the target particle size distribution on, for example, a display.
  • the target particle size distribution is displayed on a graph in which one axis is set to the particle size and the other axis is set to the frequency (percentage), and only the target particle size distribution is displayed.
  • the target particle size distribution and the bubble size distribution may be displayed so as to be distinguishable as shown in FIG.
  • the target particle size distribution may be calculated by subtracting, for example, a weighted region from the total particle size distribution, instead of subtracting the region occupied by the bubble size distribution from the total particle size distribution as it is.
  • the bubble size distribution which is the particle size distribution of the bubbles Y in the cell 10 is measured using the image type measurement mechanism, and the bubble size distribution is determined as the total particle size. Since the target particle size distribution is calculated by subtracting from the distribution, the measurement error due to the bubbles Y can be reduced, and the target particle size distribution can be measured with high accuracy.
  • axial chromatic aberration is generated in each of the light in the first to third wavelength ranges by the optical element 33, and these are received by the first to third light receiving elements 321, 322, and 323, whereby the light of the imaging lens 31 is received.
  • Particles at positions displaced in the axial direction can be measured. That is, more particles can be focused, and the number of particles that can determine whether the particle is the measurement target X or the bubble Y increases.
  • the particle size distribution of the bubbles Y included in the particle group can be obtained with high accuracy, and as a result, the particle size distribution (target particle size distribution) of the particle group that is the measurement target X can be measured with high accuracy.
  • the present invention is not limited to the above embodiments.
  • the ratio of the bright area S1 to the particles captured in the image is used as the image difference, and the particles are determined based on the image difference.
  • the size and brightness of the bright area S1 are used as the image difference. Particles may be determined based on this image difference.
  • the particle discriminating unit 42 is configured to discriminate particles by comparing the size of the bright area S1 with a preset threshold value, as in the above embodiment. It should be.
  • the particle discriminating unit 42 sets in advance the contrast of the bright area S1 (for example, the difference between the brightness of the medium captured in the image and the brightness of the bright area S1). What is necessary is just to be comprised so that particle
  • the light irradiation device irradiates the particle group with the same parallel light as in the above-described embodiment, and the oblique light having an optical axis inclined with respect to the optical axis of the parallel light.
  • the ratio, size, shape, and arrangement of a bright region (hereinafter also referred to as a second bright region S3) that appears due to refraction of oblique light that passes through the particle.
  • FIG. 9A there is a configuration in which, for example, ring-shaped light is irradiated onto the particle group from an oblique direction with respect to parallel light.
  • the second bright area S3 is larger than the bright area S1, so that, for example, the particles are at a position shifted from the focus of the imaging device 30, Even if the second bright region S3 is slightly blurred, particles can be determined using the second bright region S3.
  • the number of particles that can be discriminated as being the measurement target X or the bubble Y increases, so that the particle size distribution of the bubble Y can be calculated with high accuracy, and as a result, the particle size distribution of the measurement target X can be calculated. It can be obtained with high accuracy.
  • FIG. 10A there is a configuration in which a plurality of oblique lights are irradiated onto a particle group from different directions.
  • two oblique lights are oblique to the parallel light.
  • the particle group is irradiated from different directions.
  • the oblique light here is light of different colors (for example, blue light and red light).
  • the same number of second bright regions S3 as the oblique light can be imaged, and the ratio, size, shape, and the like of these second bright regions S3, More parameters such as arrangement can be used as the image difference, and it is possible to more correctly determine whether the particle is the measurement target X or the bubble Y.
  • the plurality of oblique lights are light of different colors, the ratio, size, shape, arrangement, brightness and the like of the second bright region S3 with respect to each oblique light can be correctly identified.
  • the particle discriminating unit 42 discriminates the particles by comparing the ratio or size with a preset threshold value, as in the above embodiment. What is necessary is just to be comprised so that it may do. Further, when the shape or arrangement of the second bright region S3 is an image difference, for example, particle type information indicating whether the particle is a measurement target or a bubble, and a second light that is predetermined for each particle type. A configuration in which related data in association with a reference pattern indicating the reference shape or reference arrangement of the region S3 is stored in advance in a related data storage unit set in a predetermined region of the memory of the image analysis device 40 is exemplified.
  • the particle discriminating unit 42 compares the actual pattern indicating the actual shape and actual arrangement of the second bright region S3 reflected in the captured particle with the reference pattern stored as the related data, and compares the actual pattern. What is necessary is just to be comprised so that the classification information of the particle
  • the parallel light and the oblique light are converted into light of different colors, and the parallel light and the oblique light pass through a color filter (not shown) such as an RGB filter. It may be configured to be guided to the imaging device of the imaging device 30. With such a configuration, the bright region S1 that appears due to the parallel light and the second bright region S3 that appears due to the oblique light can be separated and identified by the color filter, and the loss pixel can be identified. Can be reduced.
  • a color filter such as an RGB filter
  • the particle discriminating unit is not limited to discriminating particles based on the ratio of the bright area S1 as described above, but discriminates particles based on the ratio, size, shape, arrangement, etc. of the dark area S2. May be. Further, the particle discriminating unit is obtained by receiving the light / dark region of the particles appearing in the image obtained by receiving the light of the first wavelength by the first light receiving element and the light of the second wavelength by the second light receiving element. It is also possible to compare the light and dark regions of the particles appearing in the image and discriminate the particles based on the comparison result. Of course, the light and dark regions of the particles appearing in the image obtained by receiving the light of the third wavelength by the third light receiving element may be further used as a comparison target.
  • the target particle size distribution is calculated by subtracting the bubble size distribution from the total particle size distribution. After calculating and subtracting the bubble spectrum from the actual spectrum to calculate the target spectrum which is the light intensity spectrum of the diffracted / scattered light caused by the measurement target X, the target particle size distribution is calculated based on the target spectrum. May be.
  • the light in the three wavelength ranges of RGB is used, but measurement may be performed using other different wavelength ranges. Moreover, it is not restricted to three types of wavelength ranges, You may measure using two types of wavelength ranges, and you may measure using four or more types of wavelength ranges. Furthermore, when the optical element 33 that generates the axial chromatic aberration described in the above embodiment is not used, the light irradiation device 20 may emit light having a single wavelength.
  • optical element of each of the above embodiments may be made of a resin having a transmittance of about 30 Abbe numbers such as PC (polycarbonate) and PS (polystyrene) in addition to a glass material.
  • PC polycarbonate
  • PS polystyrene
  • the total particle size distribution is measured by the light scattering measurement mechanism 101, but the total particle size distribution may be measured by an image measurement type mechanism.
  • the first particle is a measurement object having translucency and the second particle is a bubble, but the first particle is a bubble that is a measurement object, and the second particle is different from the bubble.
  • Non-target particles may also be used.
  • the first particles may be non-measurable particles having translucency, and the second particles may be, for example, non-translucent objects to be measured. If the first particle is a light-transmitting particle and the second particle is not a light-transmitting particle, whichever is the measurement target, the particle discriminating unit copies it to the image.
  • the particles may be discriminated based on whether or not a bright and dark region appears in the particles, that is, the presence or absence of the bright and dark region.
  • a part of the functions of the embodiment may be executed by a machine learning unit that performs arithmetic processing using a machine learning algorithm.
  • the function of the particle discrimination unit 42 may be executed by a machine learning unit.
  • the machine learning unit performs machine learning using a plurality of images acquired in advance, and determines whether the particle is the measurement target X or the bubble Y (non-target particle) using the result of the machine learning.
  • a part of the image including the particles to be discriminated may be cut out from the image obtained by the image processing unit 41 and received as an input by the machine learning unit.
  • the light scattering measurement mechanism 101 of the above embodiment utilizes the fact that the light intensity distribution according to the spreading angle of diffraction / scattered light generated when light is irradiated on the particle is determined by the particle diameter from the MIE scattering theory.
  • the light scattering measurement mechanism 101 measures the particle size distribution, but calculates the particle size distribution based on the dynamic scattering theory, that is, based on the fluctuation of the light intensity detected by the photodetector 53.
  • the particle size distribution may be calculated.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Particle size distribution measuring apparatus 10 ... Cell 20 ... Light irradiation apparatus 30 ... Imaging apparatus 40 ... Image analysis apparatus 41 ... Image processing part 42 ... Particle discrimination
  • the particle size distribution of the measurement target can be measured with high accuracy even if particles other than the measurement target having the same shape as the measurement target are mixed.

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Abstract

測定対象と同じような形状の測定対象外の粒子が混在していたとしても、測定対象の粒子径分布を精度良く測定できるようにするべく、第１粒子及びこの第１粒子とは異種の第２粒子とが混在し、少なくとも第１粒子が透光性を有する粒子群を撮像して得られた画像データを受け付ける画像処理部４１と、粒子を通過する光の屈折に起因して現れる明暗領域に基づき、画像に写された粒子が第１粒子であるか第２粒子であるかを判別する粒子判別部４２とを備えるようにした。

Description

粒子径分布測定装置及び粒子径分布測定装置用プログラム
　本発明は、粒子径分布測定装置及び粒子径分布測定装置に用いられるプログラムに関するものである。
　粒子径分布測定装置としては、特許文献１に示すように、媒質に分散した測定対象である粒子群に光を照射し、その回折／散乱光の光強度スペクトルに基づいて測定対象の粒子径分布を算出する、光散乱式のものがある。
　このような粒子径分布測定装置において、媒質中に測定対象とは異なる粒子が混入すると、測定対象である粒子と測定対象外の粒子とが混ざり合った粒子群の粒子径分布が算出されてしまい、測定誤差が生じる。
　そこで、特許文献１に記載の粒子径分布測定装置は、測定対象であるファインバブルとコンタミ（異物）との形状の違い（球形状であるかどうか）を利用して、粒子群を撮像した画像を画像処理することで、粒子が測定対象であるか否かを判別し、測定対象であると判別された粒子の粒子径分布を算出するように構成されている。
　しかしながら、上述した構成では、測定対象の粒子と測定対象外の粒子とが同じような形状であると、撮像された粒子の判別ができず、測定対象の粒子径分布を精度良く測定することはできない。
特開２０１８－４４５０号公報
　そこで本発明は上記問題点を解決すべくなされたものであり、測定対象と同じような形状の測定対象外の粒子が混在していたとしても、測定対象の粒子径分布を精度良く測定できるようにすることをその主たる課題とするものである。
　すなわち本発明に係る粒子径分布測定装置は、第１粒子及びこの第１粒子とは異種の第２粒子とが混在し、少なくとも前記第１粒子が透光性を有する粒子群を撮像して得られた画像データを受け付ける画像処理部と、粒子を通過する光の屈折に起因して現れる明暗領域に基づき、画像に写された粒子が前記第１粒子であるか前記第２粒子であるかを判別する粒子判別部とを備えることを特徴とするものである。
　このように構成された粒子径分布測定装置によれば、例えば第２粒子が光を透過させない粒子であれば、画像に写された第２粒子には明暗領域が現れないので、粒子判別部が、この明暗領域の有無に基づいて、画像に写された粒子が第１粒子であるか第２粒子であるかを判別することができる。従って、仮に測定対象と同じような形状の測定対象外の粒子が混在していたとしても、画像に写された粒子が測定対象であるか否かを判別することができ、測定対象の粒子径分布を精度良く測定することができる。
　一方、第２粒子が透光性を有する場合は、画像に写された第１粒子及び第２粒子には何れも明暗領域が現れるので、明暗領域の有無のみでは、画像に写された粒子の判別は難しい。
　そこで、前記第２粒子が透光性を有する場合には、前記粒子判別部が、前記第１粒子の屈折率と前記第２粒子の屈折率との差に起因して現れる前記明暗領域の画像差に基づき、画像に写された粒子が前記第１粒子であるか前記第２粒子であるかを判別することが好ましい。
　このような構成であれば、測定対象である粒子と測定対象外の粒子との何れもが透光性を有する場合であっても、これらの屈折率の差に起因して現れる明暗領域の画像差に基づき、画像に写された粒子が測定対象であるか否かを判別するので、測定対象の粒子径分布を精度良く測定することが可能となる。
　ここで、背景技術で述べた測定誤差が生じる一例としては、測定対象が分散された媒質に気泡が混入している場合が挙げられる。すなわち、前記第１粒子が測定対象であり、前記第２粒子が気泡であれば、本発明の効果がより顕著に発揮される。
　具体的には、上述した粒子径分布測定装置を用いることで、画像に写された粒子が気泡であるか測定対象であるかを判別することができるので、例えば気泡であると判別された粒子の粒子径分布を算出し、その粒子径分布の影響を、気泡と測定対象である粒子とが混在する粒子群の粒子径分布から差し引くことで、気泡による測定誤差を低減することができ、測定対象の粒子径分布を精度良く測定することが可能となる。
　前記粒子群の粒子径分布である全体粒子径分布を算出する全体粒子径分布算出部と、前記画像処理部が受け付けた前記画像データ及び前記粒子判別部が判別した判別結果に基づいて、気泡の粒子径分布である気泡径分布を算出する気泡径分布算出部と、前記全体粒子径分布から前記気泡径分布の影響を差し引いて、前記測定対象の粒子径分布である対象粒子径分布を算出する対象粒子径分布算出部とを備えることが好ましい。
　このような構成であれば、粒子群全体の粒子径分布から気泡の粒子径分布の影響を差し引いて測定対象の粒子径分布を算出するので、測定対象の粒子径分布を精度良く求めることができる。
　前記全体粒子径分布算出部が、前記粒子群に光を照射することにより生じる回折／散乱光の光強度スペクトルに基づいて前記全体粒子径分布を算出することが好ましい。
　これならば、例えば画像式測定方法により測定する場合に比べて、より小さな粒子の粒子径分布を測定することができ、測定可能な粒子径範囲を広くすることができる。
　上述した明暗領域の画像差を利用して粒子を判別するための具体的な実施態様としては、前記粒子群に光を照射する光照射装置と、前記明暗領域を識別可能な粒子の画像を撮像する撮像装置とを有し、前記粒子判別部が、前記明暗領域のうちの明領域の比率、大きさ、形状、配置、もしくは明暗、又は、前記明暗領域のうちの暗領域の比率、大きさ、形状、配置、もしくは明暗の少なくとも一つを前記画像差として、前記撮像装置により撮像された画像に写る粒子が気泡であるか前記測定対象であるかを判別する構成を挙げることができる。
　ところで、明暗領域の画像差を利用して粒子を判別する場合、例えば粒子が撮像装置のピントからずれた位置にあり、明暗領域がボケてしまうと、粒子が気泡であるか測定対象であるかの判別が困難となる。そうすると、気泡であるか測定対象であるかを判別することのできる粒子が少なくなり、粒子群に含まれる気泡の粒子径分布を精度良く求めることができず、ひいては測定対象の粒子径分布を精度良く測定することができない。
　そこで、前記撮像装置が、撮像レンズと、前記撮像レンズにより結像される光のうち第１波長域の光を受光する第１受光素子と、前記撮像レンズにより結像される光のうち第２波長域の光を受光する第２受光素子と、前記第１波長域による結像系と前記第２波長域による結像系との間で軸上色収差を拡大させる光学素子とを有することが好ましい。
　このような構成であれば、光学素子によって第１波長域による結像系と第２波長域による結像系との間で軸上色収差を拡大させているので、第１波長域の光と第２波長域の光とで撮像レンズによる焦点距離が異なることになる。これらを第１受光素子及び第２受光素子で受光することによって、撮像レンズの光軸方向にずれた位置の粒子を計測することができる。つまり、より多くの粒子にピントを合わせることができ、気泡であるか測定対象であるかを判別することのできる粒子が多くなる。その結果、粒子群に含まれる気泡の粒子径分布を精度良く求めることができ、ひいては測定対象の粒子径分布を精度良く測定することができる。
　また、画像に写された粒子１つに着目すると、第１波長の光を第１受光素子で受光して得られた画像の明暗領域と、第２波長の光を第２受光素子で受光して得られた画像の明暗領域とを比較することで、その差異に基づいた粒子の判別をも可能とすることができる。
　また、気泡であるか測定対象であるかを判別することのできる粒子を多くするための別の実施形態としては、光照射装置が、平行光を前記粒子群に照射するとともに、その平行光の光軸に対して傾斜した光軸を有する斜め光を前記粒子群に照射するように構成されており、前記粒子判別部が、粒子を通過する前記斜め光の屈折に起因して現れる明暗領域のうちの明領域の比率、大きさ、形状、配置、若しくは明暗、又は、当該明暗領域のうちの暗領域の比率、大きさ、形状、配置、若しくは明暗の少なくとも一つを前記画像差として、前記撮像装置により撮像された画像に写る粒子が気泡であるか前記測定対象であるかを判別する構成が挙げられる。
　このような構成であれば、斜め光の屈折に起因して現れる明暗領域のうちの明領域は比較的大きな領域となるので、例えば粒子が撮像装置のピントからずれた位置にあり、斜め光の明暗領域が多少ボケたとしても、この明暗領域を用いて粒子の判別をすることができ、気泡であるか測定対象であるかを判別することのできる粒子を多くすることができる。
　明暗領域のうちの明領域をより大きな領域にするための実施態様としては、前記斜め光がリング状の光であることが好ましい。
　前記光照射装置が、互いに異なる色の複数の前記斜め光を、互いに異なる方向から前記粒子群に照射するように構成されていることが好ましい。
　このような構成であれば、複数の斜め光を照射しているので、斜め光と同数の明暗領域を撮像することができ、これらの明暗領域の明領域又は暗領域の比率、大きさ、形状、配置などといった、より多くのパラメータを画像差として用いることができ、粒子が測定対象であるか気泡であるかをより正しく判別することができる。しかも、各斜め光を互いに異なる色の光としているので、各斜め光に対する明暗領域の比率、大きさ、形状、配置などを正しく識別することができる。
　また、本発明に係る粒子径分布測定装置用プログラムは、第１粒子及びこの第１粒子とは異種の第２粒子とが混在し、少なくとも前記第１粒子が透光性を有する粒子群を撮像して得られた画像データを受け付ける画像処理部と、粒子を通過する光の屈折に起因して現れる明暗領域に基づき、画像に写された粒子が前記第１粒子であるか前記第２粒子であるかを判別する粒子判別部としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とするプログラムである。
　このようなプログラムを用いれば、上述した粒子径分布測定装置と同様の作用効果を得ることができる。
　以上に述べた本発明によれば、測定対象と同じような形状の測定対象外の粒子が混在していたとしても、撮像された粒子が測定対象であるか否かを判別することができ、測定対象の粒子径分布を精度良く測定することが可能となる。
本実施形態に係る粒子径分布測定装置の全体構成を模式的に示す図。 同実施形態の撮像素子の構成例を模式的に示す図。 同実施形態の画像解析装置の機能を示す機能ブロック図。 同実施形態の深度合成を示す図である。 同実施形態の粒子判別部の機能を説明するための図。 同実施形態に係る光散乱式測定機構の全体構成を模式的に示す図。 同実施形態の演算装置の機能を示す機能ブロック図。 同実施形態の対象粒子径分布算出部の機能を説明するための図。 その他の実施形態における光照射装置からの光の照射方法を説明するための図。 その他の実施形態における光照射装置からの光の照射方法を説明するための図。
　以下に本発明に係る粒子径分布測定装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
　本実施形態に係る粒子径分布測定装置１００は、図１に示すように、画像解析法により粒子径分布を測定する画像式測定機構を具備するものであり、具体的には、測定対象Ｘである粒子群を収容するセル１０と、そのセル１０内の粒子群に光を照射する光照射装置２０と、セル１０に収容された粒子群を撮像する撮像装置３０と、撮像装置３０により得られた画像データを解析する画像解析装置４０とを備えている。
　ここで、セル１０内には透光性を有する第１粒子Ｘと、第１粒子Ｘとは異種の第２粒子Ｙとが混在している。第１粒子Ｘたる透光性粒子としては、例えば気泡や樹脂製の粒子などが挙げられ、第２粒子Ｙとしては、透光性を有する粒子であっても良いし透光性を有していない粒子であっても良い。これらの第１粒子Ｘ及び第２粒子Ｙは、セル１０内の媒質中に分散されている。なお、媒質は水等の液体や空気等の気体である。
　以下では、第１粒子Ｘが、医薬品、食品、化学工業品などの測定対象Ｘであり、第２粒子Ｙが、測定対象外の粒子たる気泡Ｙである場合について説明する。
　光照射装置２０は、セル１０に収容された粒子群に所定の拡がりを有する光を照射するものであり、例えば発光ダイオードを用いた面発光タイプのものである。具体的に光照射装置２０は、発光ダイオードからなる光源２１と当該光源２１の光射出側に設けられて所定波長の光を透過する透過フィルタ２２とを有する。本実施形態の透過フィルタ２２は、撮像装置３０により受光される波長（第１波長、第２波長及び第３波長）を透過するものである。なお、正確な影絵を得るためには、平行照明を用いて平行光を粒子群に照射することが望ましい。テレセントリック照明が最適ではあるが、ＬＥＤ光源とコンデンサーレンズＬとの組み合わせでもよい。
　撮像装置３０は、撮像レンズ３１と、撮像レンズ３１により結像される光を受光する撮像素子３２とを有している。
　撮像レンズ３１は、粒子群を収容するセル１０内にピント面（焦点面）を有するものである。本実施形態の撮像レンズ３１は、テレセントリックレンズを用いている。テレセントリックレンズを用いることによって、視差による影響を受けずに歪みのない画像を撮影することができる。
　撮像素子３２は、図２に示すように、第１波長域の光を受光する複数の第１受光素子３２１と、第２波長域の光を受光する複数の第２受光素子３２２と、第３波長域の光を受光する複数の第３受光素子３２３とを有している。本実施形態では、第１波長域の光は赤色の光（Ｒ）であり、第２波長域の光は緑色の光（Ｇ）であり、第３波長域の光は青色の光（Ｂ）である。また、本実施形態の複数の第１～第３受光素子３２１、３２２、３２３は、単一の基板上にマトリックス状に配置されたものであり、撮像素子３２において各受光素子３２１、３２２、３２３の前方には、対応する波長域の光を透過する透過フィルタ（不図示）が設けられている。また、上述した光照射装置２０の透過フィルタ２２は、赤色の光、緑色の光及び青色の光を透過するＲＧＢ透過フィルタとしてある。
　ここで、撮像素子３２の分光感度は、Ｒ、Ｇ、Ｂの波長域が互いに重なってしまう。一方、光照射部２の透過フィルタ２２の分光透過率は、Ｒ、Ｇ、Ｂの波長域が互いに分離している。このため、透過フィルタ２２により第１波長域の光（Ｒ）を６３０ｎｍを中心とし、第２波長域の光（Ｇ）を５３０ｎｍを中心とし、第３波長域の光（Ｂ）を４６０ｎｍを中心とし、それぞれ幅をもった波長域としている。なお、撮像素子３２としては、三板式のイメージセンサを用いても良い。
　ここで、本実施形態の撮像装置３０は、図１に示すように、第１波長域による結像系と第２波長域による結像系と第３波長域による結像系との間に軸上色収差を発生させる光学素子３３を有している。
　この光学素子３３は、撮像レンズ３１と各受光素子３２１、３２２、３２３との間に設けられた、例えば高分散硝材からなる平板である。高分散硝材としては、アッベ数が３０よりも小さいものを用いることができる。
　この光学素子３３によって、撮像レンズ３１によるピント面の位置が光軸方向にずれることになる。具体的には、図１に示すように、物体側から撮像レンズ３１側に、第１波長域の光（赤色の光）のピント面Ｆ１、第２波長域の光（緑色の光）のピント面Ｆ２、及び第３波長域の光（青色の光）のピント面Ｆ３の順にずれるようになる。なお、各ピント面Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、撮像レンズ３１の被写界深度を有する。
　このようにして、第１受光素子３２１が撮像する領域（ピント面Ｆ１）と、第２受光素子３２２が撮像する領域（ピント面Ｆ２）と、第３受光素子３２３が撮像する領域（ピント面Ｆ３）とは光軸方向に沿って互いに異なる位置となり、ここでは互いに隣り合う領域（ピント面）の光軸方向端部が重なり合っている。なお、ピント面は、必ずしも厳密に重なり合っていなくても良く、幅方向の一部が重複していても良い。また、互いに隣り合うピント面は、離れていても良い。
　これら受光素子３２１、３２２、３２３により得られた各画像データは画像解析装置４０によって分析処理される。
　画像解析装置４０は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、ＡＤ変換器、キーボードやマウスなどの入力手段などを有する汎用乃至専用のコンピュータである。
　そして、この画像解析装置４０は、前記メモリに格納されたプログラムに基づいて、ＣＰＵ及びその周辺機器が作動することにより、図３に示すように、画像処理部４１、粒子判別部４２、気泡径分布算出部４３などの機能を備えている。
　画像処理部４１は、図４に示すように、第１受光素子３２１から得られた第１画像と、第２受光素子３２２から得られた第２画像と、第３受光素子３２３から得られた第３画像とを用いて深度合成などの画像処理を行って１枚の画像に合成する。より詳細には、画像処理部４１は、各受光素子３２１～３２３により得られた光強度信号をベイヤー変換せずに第１～第３画像を形成する。そして、画像処理部４１は、第１画像、第２画像、第３画像それぞれについて、それぞれの波長領域外のピクセル抜けを補完する。その後、画像処理部４１は、補完した画像を用いて深度合成を行って１枚の画像に合成する。ただし、画像処理部４１としては、必ずしも画像の合成を行う必要はない。また、画像処理部４１としては、各受光素子３２１～３２３により得られた光強度信号をベイヤー変換してから第１～第３画像を形成しても良い。
　ここで、光照射装置２０及び撮像装置３０は、セル１０を挟むように対向して配置されており、光照射装置２０から射出された光は、図５（ａ）に示すように、透光性粒子を通過する際に屈折する。より具体的には、媒質の屈折率よりも粒子の屈折率が大きい場合は、同図上段に示すように、光が屈折して集光し、媒質の屈折率よりも粒子の屈折率が小さい場合は、同図下段に示すように、光が屈折して発散する。これにより、粒子に照射された光の一部、具体的には粒子の中心部に照射された光が撮像装置３０に到達することになる。
　その結果、撮像装置３０が撮像した粒子の画像には、図５（ｂ）に示すように、粒子を通過する光の屈折に起因した明暗領域が現れる。より具体的には、画像に写された粒子の中心部は明るい領域（以下、明領域Ｓ１という）となり、その外周部は暗い領域（以下、暗領域Ｓ２という）領域となり、これらの明領域Ｓ１及び暗領域Ｓ２は識別可能な領域となる。
　より詳細に説明すると、図５（ａ）に示すように、測定対象Ｘである粒子や気泡Ｙをボールレンズとみなした場合、これらの粒子の焦点距離ＥＦＬは、粒子の直径Ｄ、粒子の屈折率ｎ１、及び粒子が分散する媒質の屈折率ｎ２をパラメータとした下記の算出式により算出することができる。
　ＥＦＬ＝ｎ１・Ｄ／４（ｎ１－ｎ２）
　このことから、仮に直径Ｄが互いに等しい測定対象Ｘ及び気泡Ｙを撮像した場合、測定対象Ｘの屈折率と気泡Ｙの屈折率との差に起因して明領域Ｓ１及び暗領域Ｓ２の比率、大きさ、形状、明暗（コントラスト）などが変わる。
　そこで、粒子判別部４２は、上述した明暗領域Ｓ１、Ｓ２に基づいて、画像処理部４１により得られた画像に写る粒子が、第１粒子であるか第２粒子であるか、すなわち測定対象Ｘである気泡Ｙであるかを判別する。具体的にこの粒子判別部４２は、測定対象Ｘの屈折率と気泡Ｙの屈折率との差に起因して現れる明暗領域Ｓ１、Ｓ２の画像差に基づき、画像に写る粒子が測定対象Ｘであるか気泡Ｙであるかを判別するものであり、例えば画像を二値化することで上述した画像差を算出するように構成されている。
　本実施形態の粒子判別部４２は、画像に写された粒子に対する明領域Ｓ１の比率を上述した画像差とするものであり、この比率に基づいて、当該粒子が測定対象Ｘであるか気泡Ｙであるかを判別するように構成されている。より具体的に粒子判別部４２は、画像に写された粒子の外径に対する明領域Ｓ１の外径の比率、或いは、画像に写された粒子の面積に対する明領域Ｓ１の面積の比率に基づいて、粒子が測定対象Ｘであるか気泡Ｙであるかを判別するように構成されており、上述した比率が所定の閾値未満の場合には粒子を気泡Ｙであると認定し、所定の閾値以上の場合には粒子を測定対象Ｘであると認定する。
　なお閾値は、例えばセル１０の形状やサイズ、光照射装置２０の配置、撮像装置３０の光学系、媒質の屈折率と粒子の屈折率の大小関係など、種々の要因に応じて変わり得る。そこで、閾値としては、例えばバブル発生器等により発生させた気泡を本実施形態のセル１０に収容させ、これらの気泡を本実施形態の光照射装置２０や撮像装置３０を用いて撮像することで、その画像に写された気泡に対する明領域の比率に基づき定めることができる。そして、このように定めた閾値を画像解析装置４０のメモリ内に格納させておくことで、粒子判別部４２が前記メモリから閾値を取得して粒子の判別をすることができる。
　気泡径分布算出部４３は、上述した画像処理部４１が受け付けた画像データ及び粒子判別部４２が判別した判別結果に基づき、セル１０に収容された気泡Ｙの粒子径分布（以下、気泡径分布という）を算出するものである。具体的にこの気泡径分布算出部４３は、粒子判別部４２が気泡Ｙであると認定した粒子それぞれに対して、その画像データから外径を求めて気泡径分布を算出する。
　ここで、本実施形態の粒子径分布測定装置１００は、図６に示すように、上述した画像式測定機構により測定された気泡径分布を示す気泡径分布データを取得するとともに、測定対象Ｘの粒子径分布を測定する光散乱式測定機構１０１をさらに具備している。
　この光散乱式測定機構１０１は、粒子に光を照射した際に生じる回折／散乱光の拡がり角度に応じた光強度分布が、回折理論及びＭＩＥ散乱理論から粒子径によって定まることを利用し、前記回折／散乱光を検出することによって粒子径分布を測定するものであり、装置本体５０及び演算装置６０を備えている。
　装置本体５０は、セル１０内の粒子群にレンズ５１を介してレーザ光を照射する光源５２たるレーザ装置と、レーザ光の照射により生じる回折／散乱光の光強度を拡がり角度に応じて検出する複数の光検出器５３とを備えたものである。なお、ここでのセル１０は、バッチ式のセルであるが、循環式のセルであっても良い。また、このセル１０は、上述した画像式測定機構による測定で用いられたものと同一であることが好ましく、このセル１０には測定対象Ｘのみならず、気泡Ｙも収容されていることは、上述した通りである。
　演算装置６０は、物理的に言えば、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース等を備えた汎用乃至専用のコンピュータであり、前記メモリの所定領域に記憶させた所定のプログラムにしたがって、ＣＰＵや周辺機器を協働させることにより、図７に示すように、実スペクトル取得部６１、全体粒子径分布算出部６２、対象粒子径分布算出部６３などの機能を備えたものである。
　実スペクトル取得部６１は、各光検出器５３から出力された光強度信号を受け付けて、各光検出器５３のチャンネルに対する光強度スペクトル、すなわち回折／散乱光の拡がり角度に対する光強度スペクトル（以下、実スペクトルという）を取得するものである。なお、ここでの実スペクトルは、測定対象Ｘである粒子群に起因した回折／散乱光の光強度スペクトルと、気泡に起因した回折／散乱光の光強度スペクトルとが重なり合ったものである。
　全体粒子径分布算出部６２は、実スペクトル取得部６１により取得された実スペクトルに基づいて、セル１０に収容された粒子群全体、すなわち測定対象Ｘである粒子群のみならず測定対象外の気泡をも含む粒子群の粒子径分布（以下、全体粒子径分布という）を算出するものである。
　対象粒子径分布算出部６３は、上述した気泡径分布算出部４３により算出された気泡径分布を示す気泡径分布データを受け付け、全体粒子径分布から気泡径分布の影響を差し引いて測定対象Ｘの粒子径分布である対象粒子径分布を算出するものである。
　具体的にこの対象粒子径分布算出部６３は、図８に示すように、全体粒子径分布から気泡径分布が占める領域を差し引いて対象粒子径分布を算出し、例えばディスプレイ等に表示する。なお、具体的な表示態様としては、一方の軸を粒子径、他方の軸を頻度（パーセンテージ）に設定されたグラフ上に対象粒子径分布を表示する態様が挙げられ、対象粒子径分布のみを表示しても良いし、図８に示すように、対象粒子径分布と気泡径分布とを識別可能に表示しても良い。
　なお、気泡径分布が占める領域をそのまま全体粒子径分布から差し引くのではなく、気泡径分布が占める領域に例えば重み付けしたものを全体粒子径分布から差し引いて対象粒子径分布を算出しても良い。
　このように構成された粒子径分布測定装置１００によれば、画像式測定機構を用いてセル１０内の気泡Ｙの粒子径分布である気泡径分布を測定し、この気泡径分布を全体粒子径分布から差し引くことで対象粒子径分布を算出するので、気泡Ｙによる測定誤差を低減することができ、対象粒子径分布を精度良く測定することが可能となる。
　また、光学素子３３によって第１～第３波長域の光それぞれに軸上色収差を発生させて、これらを第１～第３受光素子３２１、３２２、３２３で受光することによって、撮像レンズ３１の光軸方向にずれた位置の粒子を計測することができる。つまり、より多くの粒子にピントを合わせることができ、粒子が測定対象Ｘであるか気泡Ｙであるかを判別することのできる粒子が多くなる。その結果、粒子群に含まれる気泡Ｙの粒子径分布を精度良く求めることができ、ひいては測定対象Ｘである粒子群の粒子径分布（対象粒子径分布）を精度良く測定することができる。
　なお、本発明は前記各実施形態に限られるものではない。
　例えば、前記実施形態では、画像に写された粒子に対する明領域Ｓ１の比率を画像差として、この画像差に基づいて粒子を判別していたが、明領域Ｓ１の大きさや明暗を画像差として、この画像差に基づいて粒子を判別しても良い。
　明領域Ｓ１の大きさを画像差とする場合、粒子判別部４２としては、前記実施形態と同様に、明領域Ｓ１の大きさと予め設定した閾値とを比較して粒子を判別するように構成されていれば良い。
　また、明領域Ｓ１の明暗を画像差とする場合、粒子判別部４２としては、明領域Ｓ１のコントラスト（例えば画像に写された媒質の明るさと明領域Ｓ１の明るさとの差）と、予め設定した閾値とを比較して粒子を判別するように構成されていれば良い。
　また、画像式測定機構としては、光照射装置が、前記実施形態と同様の平行光を粒子群に照射するとともに、その平行光の光軸に対して傾斜した光軸を有する斜め光を粒子群に照射するように構成されており、粒子判別部が、粒子を通過する斜め光の屈折に起因して現れる明領域（以下、第２明領域Ｓ３ともいう）の比率、大きさ、形状、配置、又は明暗の少なくとも一つを画像差として、粒子が測定対象Ｘであるか気泡Ｙであるかを判別しても良い。
　より具体的な一例としては、図９（ａ）に示すように、平行光に対して斜めの方向から例えばリング状の光を粒子群に照射する構成が挙げられる。
　このような構成であれば、図９（ｂ）に示すように、第２明領域Ｓ３が明領域Ｓ１よりも大きな領域となるので、例えば粒子が撮像装置３０のピントからずれた位置にあり、第２明領域Ｓ３が多少ボケたとしても、この第２明領域Ｓ３を用いて粒子の判別をすることができる。これにより、測定対象Ｘであるか気泡Ｙであるかを判別することのできる粒子が多くなるので、気泡Ｙの粒子径分布を精度良く算出することができ、ひいては測定対象Ｘの粒子径分布を精度良く求めることができる。
　別の一例としては、図１０（ａ）に示すように、複数の斜め光を、互いに異なる方向から粒子群に照射する構成が挙げられ、ここでは２つの斜め光を平行光に対して斜めの方向であって互いに異なる方向から粒子群に照射している。ここでの斜め光は、互いに異なる色の光（例えば青色光及び赤色光）である。
　このような構成であれば、図１０（ｂ）に示すように、斜め光と同数の第２明領域Ｓ３を撮像することができ、これらの第２明領域Ｓ３の比率、大きさ、形状、配置などといった、より多くのパラメータを画像差として用いることができ、粒子が測定対象Ｘであるか気泡Ｙであるかをより正しく判別することができる。しかも、複数の斜め光を互いに異なる色の光としているので、各斜め光に対する第２明領域Ｓ３の比率、大きさ、形状、配置、明暗などを正しく識別することができる。
　なお、第２明領域Ｓ３の比率や大きさや明暗を画像差とする場合、粒子判別部４２としては、前記実施形態と同様に、比率や大きさと予め設定した閾値とを比較して粒子を判別するように構成されていれば良い。
　また、第２明領域Ｓ３の形状や配置を画像差とする場合は、例えば粒子が測定対象であるか気泡であるかを示す粒子の種別情報と、粒子の種別ごとに予め定めた第２明領域Ｓ３の基準形状や基準配置を示す基準パターンとを関連付けた関連データを、画像解析装置４０のメモリの所定領域に設定された関連データ格納部に予め格納しておく構成が挙げられる。そして、粒子判別部４２としては、撮像された粒子に写る第２明領域Ｓ３の実際の形状や実際の配置を示す実パターンと、関連データとして記憶されている基準パターンとを比較して、実パターンに最も近い基準パターンに関連付けられた粒子の種別情報を判断するように構成されていれば良い。
　さらに、図１０（ａ）に示すように、平行光及び斜め光を互いに異なる色の光にするとともに、これらの平行光及び斜め光が、例えばＲＧＢフィルタ等のカラーフィルタ（不図示)を通過して撮像装置３０の撮像素子に導かれるように構成されていても良い。
　このような構成であれば、カラーフィルタによって、平行光に起因して現れる明領域Ｓ１と、斜め光に起因して現れる第２明領域Ｓ３とを分離して識別することができ、損失画素を低減させることができる。
　また、粒子判別部としては、上述したように明領域Ｓ１の比率などに基づいて粒子を判別するものに限らず、暗領域Ｓ２の比率、大きさ、形状、配置などに基づいて粒子を判別しても良い。
　さらに、粒子判別部としては、第１波長の光を第１受光素子で受光して得られた画像に写る粒子の明暗領域と、第２波長の光を第２受光素子で受光して得られた画像に写る粒子の明暗領域とを比較し、その比較結果に基づいた粒子の判別をしても良い。もちろん、第３波長の光を第３受光素子で受光して得られた画像に写る粒子の明暗領域をさらに比較対象として用いても良い。
　そのうえ、前記実施形態では、全体粒子径分布から気泡径分布を差し引いて対象粒子径分布を算出していたが、気泡径分布から気泡に起因する回折／散乱光の光強度スペクトルである気泡スペクトルを算出し、この気泡スペクトルを実スペクトルから差し引いて、測定対象Ｘに起因する回折／散乱光の光強度スペクトルである対象スペクトルを算出たうえで、この対象スペクトルに基づいて対象粒子径分布を算出しても良い。
　さらに、前記実施形態では、ＲＧＢの３種類の波長域の光を用いていたが、その他の互いに異なる波長域を用いて計測するものであってもよい。また、３種類の波長域に限られず、２種類の波長域を用いて計測するものであってもよいし、４種類以上の波長域を用いて計測するものであってもよい。さらに、前記実施形態で説明した軸上色収差を発生させる光学素子３３を利用しない場合、光照射装置２０としては、単一波長の光を射出するものであっても良い。
　また、前記各実施形態の光学素子は、ガラス材料の他、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）などアッベ数３０程度で透過率を有する樹脂製のものであっても良い。
　加えて、前記実施形態では、全体粒子径分布を光散乱式測定機構１０１により測定していたが、画像測定式機構により全体粒子径分布を測定しても良い。
　前記実施形態では、第１粒子が透光性を有する測定対象であり、第２粒子が気泡であったが、第１粒子が測定対象である気泡であり、第２粒子が気泡とは異なる測定対象外の粒子であっても良い。
　また、第１粒子が透光性を有する測定対象外の粒子であり、第２粒子が例えば透光性を有していない測定対象であっても良い。
　なお、第１粒子が透光性を有する粒子であり、第２粒子が透光性を有していない粒子であれば、どちらが測定対象であったとしても、粒子判別部としては、画像に写された粒子に明暗領域が現れているか否か、つまり明暗領域の有無に基づいて粒子を判別しても良い。
　また、前記実施形態の機能の一部を機械学習アルゴリズムにより演算処理する機械学習部により実行させても良い。例えば、粒子判別部４２の機能を機械学習部により実行させても良い。機械学習部は、予め取得された複数の画像を用いて機械学習を行い、該機械学習の結果を用いて当該粒子が測定対象Ｘであるか気泡Ｙ（非対象粒子）であるかを判別する。画像処理部４１により得られた画像から、判別すべき粒子を含む画像の一部分を切り出して、機械学習部に入力として受け付けさせればよい。
　前記実施形態の光散乱式測定機構１０１は、粒子に光を照射した際に生じる回折／散乱光の拡がり角度に応じた光強度分布が、ＭＩＥ散乱理論から粒子径によって定まることを利用して粒子径分布を測定するものであったが、光散乱式測定機構１０１としては、動的散乱理論に基づき粒子径分布を算出するもの、すなわち光検出器５３により検出された光強度の揺らぎに基づいて粒子径分布を算出するものであっても良い。
　その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。
１００・・・粒子径分布測定装置
１０　・・・セル
２０　・・・光照射装置
３０　・・・撮像装置
４０　・・・画像解析装置
４１　・・・画像処理部
４２　・・・粒子判別部
４３　・・・気泡径分布算出部
１０１・・・光散乱式測定機構
５０　・・・装置本体
６０　・・・演算装置
６１　・・・実スペクトル取得部
６２　・・・全体粒子径分布算出部
６３　・・・対象粒子径分布算出部
Ｘ　　・・・測定対象
Ｙ　　・・・気泡
　本発明によれば、測定対象と同じような形状の測定対象外の粒子が混在していたとしても、測定対象の粒子径分布を精度良く測定することができる。
 
 
 

Claims (11)

  1. 　第１粒子及びこの第１粒子とは異種の第２粒子とが混在し、少なくとも前記第１粒子が透光性を有する粒子群を撮像して得られた画像データを受け付ける画像処理部と、
    　粒子を通過する光の屈折に起因して現れる明暗領域に基づき、画像に写された粒子が前記第１粒子であるか前記第２粒子であるかを判別する粒子判別部とを備える、粒子径分布測定装置。
  2. 　前記第２粒子が透光性を有するものであり、
    　前記粒子判別部が、前記第１粒子の屈折率と前記第２粒子の屈折率との差に起因して現れる前記明暗領域の画像差に基づき、画像に写された粒子が前記第１粒子であるか前記第２粒子であるかを判別する、請求項１記載の粒子径分布測定装置。
  3. 　前記第１粒子が測定対象であり、前記第２粒子が気泡である、請求項２記載の粒子径分布測定装置。
  4. 　前記粒子群の粒子径分布である全体粒子径分布を算出する全体粒子径分布算出部と、
    　前記画像処理部が受け付けた前記画像データ及び前記粒子判別部が判別した判別結果に基づいて、気泡の粒子径分布である気泡径分布を算出する気泡径分布算出部と、
    　前記全体粒子径分布から前記気泡径分布の影響を差し引いて、前記測定対象の粒子径分布である対象粒子径分布を算出する対象粒子径分布算出部とを備える、請求項３記載の粒子径分布測定装置。
  5. 　前記全体粒子径分布算出部が、前記粒子群に光を照射することにより生じる回折／散乱光の光強度スペクトルに基づいて前記全体粒子径分布を算出する、請求項４記載の粒子径分布測定装置。
  6. 　前記粒子群に光を照射する光照射装置と、
    　前記明暗領域を識別可能な粒子の画像を撮像する撮像装置とを有し、
    　前記粒子判別部が、前記明暗領域のうちの明領域の比率、大きさ、形状、配置、若しくは明暗、又は、前記明暗領域のうちの暗領域の比率、大きさ、形状、配置、若しくは明暗の少なくとも一つを前記画像差として、前記撮像装置により撮像された画像に写る粒子が気泡であるか前記測定対象であるかを判別する、請求項３記載の粒子径分布測定装置。
  7. 　前記撮像装置が、
    　撮像レンズと、
    　前記撮像レンズにより結像される光のうち第１波長域の光を受光する第１受光素子と、
    　前記撮像レンズにより結像される光のうち第２波長域の光を受光する第２受光素子と、
    　前記第１波長域による結像系と前記第２波長域による結像系との間で軸上色収差を拡大させる光学素子とを有する、請求項６記載の粒子径分布測定装置。
  8. 　前記光照射装置が、平行光を前記粒子群に照射するとともに、その平行光の光軸に対して傾斜した光軸を有する斜め光を前記粒子群に照射するように構成されており、
    　前記粒子判別部が、粒子を通過する前記斜め光の屈折に起因して現れる明暗領域のうちの明領域の比率、大きさ、形状、配置、若しくは明暗、又は、当該明暗領域のうちの暗領域の比率、大きさ、形状、配置、若しくは明暗の少なくとも一つに基づき、前記撮像装置により撮像された画像に写る粒子が気泡であるか前記測定対象であるかを判別する、請求項６記載の粒子径分布測定装置。
  9. 　前記斜め光がリング状の光である請求項８記載の粒子径分布測定装置。
  10. 　前記光照射装置が、互いに異なる色の複数の前記斜め光を、互いに異なる方向から前記粒子群に照射するように構成されている、請求項８記載の粒子径分布測定装置。
  11. 　第１粒子及びこの第１粒子とは異種の第２粒子とが混在し、少なくとも第１粒子が透光性を有する粒子群を撮像して得られた画像データを受け付ける画像処理部と、
    　粒子を通過する光の屈折に起因して現れる明暗領域に基づき、画像に写された粒子が前記第１粒子であるか前記第２粒子であるかを判別する粒子判別部としての機能をコンピュータに発揮させる、粒子径分布測定装置用プログラム。

     
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