JP4484340B2 - 粒子撮像装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は粒子撮像装置に関し、とくに、液中の粒子を撮像し、粒子像を画像解析することによって粒子の大きさや形状に関する情報を求める装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
このような従来の装置としては、シースフローセルに粒子含有液(試料)をシース液で包んで流し、偏平な流れ(例えば、厚さ5μm幅数百μmの流れ)に変換し、その流れの偏平な面に直交する方向から粒子を撮像するようにしたものが知られている(例えば、特開平8−136439号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多量の平均サイズの粒子に含まれる少数の異常サイズの粒子を撮像対象とするような場合には、従来の装置では、撮像に供する試料の単位時間当たりの流量が小さいため、能率よく撮像することができないという問題点があった。
【0004】
この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、ノズルから多量の粒子含有液を吐出させ、その吐出方向に向かって粒子含有液を撮像することにより、対象粒子を能率よく撮像することが可能な粒子撮像装置を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明は粒子含有液を吐出するノズルと、粒子含有液をノズルの先端方向から撮像する撮像部とを備える粒子撮像装置を提供するものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
この発明の装置の撮像対象粒子は、ファインセラミックス,顔料,化粧品用パウダー,トナー,研磨用パウダーのような無機物の粉体,および食品添加物のような有機物の粉体を含む。
【0007】
この発明のノズルは、用途に応じて透明又は不透明材料で形成されるが、透明材料としては、例えば、ガラスやアクリル樹脂などが用いられ、不透明材料としては、セラミックスや金属などが用いられる。
【0008】
また、ノズルの吐出部の断面の形状サイズは、撮像部の撮像可能範囲(例えば200μm×200μm)に対応させることが好ましい。
なお、ノズルの孔の断面形状は、円形又は多角形のいずれであってもよい。
【0009】
撮像部は落射照明によって粒子含有液を照明し撮像してもよい。
撮像部は、粒子含有液を照明するパルス発光光源と、照明された粒子を撮像する撮像素子から構成できる。
粒子検出部をさらに備え、粒子検出部は、撮像部の撮像領域より上流の粒子含有液に含まれる対象粒子を光学的に検出してもよい。
粒子検出部は、粒子含有液を照明する連続発光光源と、照明された粒子の散乱光を受光する受光素子からなってもよい。
【0010】
撮像制御部をさらに備え、撮像制御部は、粒子検出部によって検出された粒子が撮像されるように撮像部を制御してもよい。
透明板をさらに備え、透明板はノズルと撮像部との間に設置されてもよい。
壁面に透明部分を有するセルをさらに備え、ノズルはその先端が透明部分に対向するようにセルに挿入され、撮像部はセルの外から透明部分を介して撮像を行ってもよい。
光源が限外照明光源からなってもよい。
ノズルが透明部材からなり、限外照明光源はノズルを介して粒子含有液を照明してもよい。
【0011】
撮像制御部は、受光素子で受光される散乱光の強度が所定値より大きいときその散乱光を発する粒子を撮像部に撮像させることができる。
ノズルへ粒子含有液を供給する試料チャンバーと、ノズルから吐出された粒子含有液を収容する排液チャンバーとをさらに備えてもよい。
ノズルは吐出孔が方形で、撮像部は方形の撮像面を有するCCDを備えてもよい。
撮像部と粒子検出部はそれぞれ粒子含有液を異なる波長で照明する光源を備えてもよい。
【0012】
実施例
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。これによってこの発明が限定されるものではない。
図1はこの発明の実施例の構成を示す構成説明図である。
【0013】
同図において、ノズル1の後端が試料チャンバー2に接続され、試料チャンバー2に収容されている粒子含有液が試料チャンバー2に印加される陽圧により、ノズル1へ供給される。ノズル1はその先端がセル3に挿入され、ノズル1の先端から吐出した粒子含有液はセル3に収容される。
【0014】
セル3内の粒子含有液は、ノズル1の先端を十分に浸してさらに所定液位を越えると、排液チャンバー4へ排出されるようになっている。撮像部5は、ノズル1の先端から吐出される粒子含有液をその吐出方向からセル1の壁面を介して撮像する。撮像制御部6は、撮像部5の撮像タイミングを制御すると共に、撮像された画像を分析し、分析結果を出力部7に出力させる。撮像制御部6はパーソナルコンピュータで構成される。
【0015】
図2はノズル1およびセル3の詳細断面図であり、セル3は中空で上面が開放された立方体の箱状の形態を有する。ノズル1は、その先端がセル3の側壁3aを貫通してセル3内に挿入され、ノズル1の本体がシール部材3bによって壁面3aに液密状態で固定されている。側壁3aの対向側壁3Cには、ノズル1の先端に対向する部分に窓3dが設けられ、窓3dは外側から側壁3cに接着された透明ガラス板3eによって液密状態で閉じられている。
【0016】
ノズル1の後端には試料チャンバー2(図1)に接続されるチューブ1aが接続され、セル3の底面にはニップル3fが設けられ、ニップル3fには排液チャンバー4(図1)に接続されるチューブ3gが接続されている。この実施例では、ノズル1は石英ガラス製で、その孔は200μm×200μmの正方形の断面を有する。
【0017】
セル3を満たす粒子含有液中にノズル1の先端から粒子含有液が吐出されると、撮像部5は、吐出される粒子含有液を透明ガラス板3eを介して撮像するようになっている。ノズル1の粒子含有液は、その流れが層流になるようにノズル1のサイズや内壁の形態に合わせてその流速が決定される。
なお、セル3は、例えばアクリル樹脂製の板を接着して作製する。
【0018】
図3は撮像部5の構成を示す構成説明図である。
同図において、マルチ光源ユニット89は、波長660nmの連続光を出射するレーザダイオードと、波長870nmのパルス光(発光時間100nsec)を出射するパルスレーザダイオードとを備える。
【0019】
マルチ光源ユニット89から波長660nmの連続レーザ光L1が出射されると、そのレーザ光L1はダイクロイックミラー94を透過し、ミラー96に反射されて、円錐状外面反射ミラー98と円錐状内面反射ミラー99により輪帯光に変換される。この輪帯光はリング状ミラー43により円錐状内面反射ミラー31に導かれセル3のノズル1の先端に収斂され、限外照明を行う。
【0020】
限外照明された粒子からの散乱光(波長660nm)は、対物レンズ32を介してダイクロイックミラー45により反射され、ミラー115、ピンホールプレート118、コリメートレンズ119およびバンドパスフィルタ120を介して光検出素子(フォトマルチプライアチューブ)112へ入射する。これによって光検出素子112は粒子の散乱光の強度を測定する。
【0021】
また、マルチ光源ユニット89から波長870nmのパルスレーザ光L2が出射されると、そのレーザ光L2は、ダイクロイックミラー94により反射され、ビームエキスパンダ56によりビーム径が拡大され、半分の光量がハーフミラー51を透過し、残り半分の光量がハーフミラー51により反射される。ハーフミラー51により反射されたレーザ光L2はダイクロイックミラー45を透過し、レンズ32によりセル3のノズル1の先端に収斂される。つまり、粒子含有液に対する落射照明が行われる。
【0022】
照明された粒子含有液からの画像光は、対物レンズ32、ダイクロイックミラー45、ハーフミラー51、結像レンズ60を経てCCDボードカメラ63に入射する。
これにより、CCDボードカメラ63は波長870nmのパルスレーザ光の落射照明による粒子含有液の画像を撮像することができる。
【0023】
なお、ハーフミラー51を透過したレーザ光はレンズ52を介してCCDボードカメラ53によって撮像される。これによってCCDボードカメラ53はマルチ光源ユニット89から出射された870nmの波長を有するパルスレーザ光の強度を検出し、CCDボードカメラ63により得られた画像の照明ムラを補正する。
【0024】
ダイクロイックミラー45には波長660nmの光を反射し、波長870nmの光を透過させるものを用い、ダイクロイックミラー94には波長870nmの光を反射し、波長660nmの光を透過されるものを用いている。
また、CCDボードカメラ53には4分の1インチサイズのものを、CCDボードカメラ63には2分の1インチサイズのものを用いている。
【0025】
図4は図2の要部拡大図であり、ノズル1の先端から粒子含有液が透明ガラス板3eに向かって吐出される状態を示している。ノズル1の先端において、吐出する粒子含有液の層流の中に、レーザ光L1による限外照明領域R1が形成される。この場合、レーザ光L1の光束の強度分布を均一にすることにより、領域R1では流れに直交する方向の距離に対して図6に示すように均一な照明光強度が得られるので、流れに直交する方向の粒子通過位置による検出散乱光強度のバラツキはなくなる。また、領域R1の下流にCCDボードカメラ63の撮像領域R2が設定される。領域R2は、この実施例では、ノズル1の孔の寸法に対応するカメラ63の200μm×200μmの撮像可能面積とカメラ63の焦点深度4μmとによって区画される領域であり、領域R1に対して所定距離だけ下流に設定される。
【0026】
そこで、ノズル1を流れる粒子から領域R1における散乱光が光検出素子112によって検出されると、撮像制御部6(図1)はその散乱光強度が所定値より大きい場合には、撮像対象粒子と判定する。その対象粒子が領域R2に到達するタイミングでマルチ光源ユニット89にパルスレーザ光L2を発光させ、その粒子画像をCCDボードカメラ63に撮像させる。このようにして、ノズル1から吐出される液体に含まれる対象粒子を的確に撮像することができる。
【0027】
図5はこの実施例の変形例を示す図4対応図である。ノズル1は透明材料(石英ガラス)で形成されているので、レーザ光L1は図5に示すようにノズル1の側面から入射してノズル1の孔の内部に限外照明領域R1を形成することができる。この場合、撮像領域R2もそれに対応してノズル1の孔の内部に形成される。
この変形例においても、図4に示す実施例と同様に領域R1で検出した対象粒子を、カメラ63で領域R2において的確に撮像することができる。
【0028】
【発明の効果】
この発明によれば、多量の粒子の中に少量含まれる異常粒子を能率よく撮像することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例の構成を示す構成説明図である。
【図2】図1の要部拡大図である。
【図3】図1の要部詳細図である。
【図4】図2の要部拡大説明図である。
【図5】この発明の変形例を示す図4対応図である。
【図6】図4に示す限外照明領域の照明光強度分布図である。
【符号の説明】
1 ノズル
1a チューブ
2 試料チャンバー
3 セル
3a 側壁
3b シール部材
3c 側壁
3d 窓
3e 透明ガラス板
3f ニップル
3g チューブ
4 排液チャンバー
5 撮像部
6 撮像制御部
7 出力部

Claims (4)

  1. 粒子含有液を吐出するノズルと、粒子含有液をノズルの先端方向から撮像する撮像部と、粒子検出部とを備え、粒子検出部は、粒子含有液を照明する限外照明光源と、照明された粒子の散乱光を受光する受光素子からなり、ノズルが透明部材からなり、限外照明光源はノズルを介して粒子含有液を照明する粒子撮像装置。
  2. 子検出部は、撮像部の撮像領域より上流で対象粒子を光学的に検出する請求項1記載の粒子撮像装置。
  3. 撮像制御部をさらに備え、撮像制御部は、粒子検出部によって検出された粒子が撮像されるように撮像部を制御する請求項2記載の粒子撮像装置。
  4. 壁面に透明部分を有するセルをさらに備え、ノズルはその先端が透明部分に対向するようにセルに挿入され、撮像部はセルの外から透明部分を介して撮像を行う請求項1記載の粒子撮像装置。
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