JP6475231B2 - 粒子特性を光学測定するための装置および方法 - Google Patents
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Description
既知の方法では、一般的に第1画像は偏光子と検光子の偏光方向が互いに垂直であるときに記録されるが、第2画像は両者が平行に位置するときに記録される。両画像の時間的順序は重要ではない。粒子の形状、従って幾何学的寸法は、交差した偏光子と検光子とを用いて記録された画像から得られ、平行な偏光子と検光子とを用いた第2画像を分析することにより、この構成において粒子の位置で生じる輝度によって、粒子が反射性を有するか否かが明らかになる。
この本発明の基礎的な目的は、少なくとも1つの光源を有する少なくとも1つの光源アセンブリと、偏光子アセンブリと、少なくとも1つの光源アセンブリによって照射可能な分析対象の粒子試料を受容するための少なくとも1つの試料ホルダーと、少なくとも1つの検光子アセンブリと、少なくとも1つの色分解マトリクスイメージセンサを有する少なくとも1つの撮像デバイスとを備えた、粒子特性、具体的にはサイズおよび反射率を光学測定するための装置により実現される。本装置は、粒子試料によって反射された光を、カラーコード化偏光(color−coded polarization)によって、少なくとも1つのマトリクスイメージセンサ上に導くように構成されるように、さらに発展される。
本発明に係る装置は、例えば顕微鏡、マクロスコープ、実体顕微鏡、または反射光下で観察を行なうマクロイメージングステーションである。
カラーコード化偏光を生み出すコーディングアセンブリが備えられ、コーディングアセンブリは、光源アセンブリ、偏光子アセンブリ、または検光子アセンブリの一部であることが好ましい。コーディングアセンブリは、複数の光学部品を、偏光子の前もしくは中に、または、更には検光子と共に、光学系の光路に備え、これによって偏光は、カラーコード化される。
コンビネーションフィルター内の両部分の特定の表面積比、および、画像分析ソフトウェアのそれに応じた調整によって最適な結果が得られる。偏光コンポーネントとカラーフィルターコンポーネントの表面積は、1:1から10,000:1、とりわけ3:1から100:1の比率であることが好ましい。
撮像デバイスは、上流のバイヤー(Bayer)フィルターを有するイメージセンサ、ビームスプリッタープリズムおよび/もしくは上流のカラーフィルターを有する3つのセンサー、または、X3カラーセンサーを有することが好ましい。バイヤーフィルターを有するイメージセンサは写真撮影を含む多くの用途に使用される。センサーの各ピクセルまたは各マトリクスセル用に、バイヤーフィルターは赤、緑、または青のいずれかの単色フィルターを有する。カラー画像のピクセルにおいて、ピクセルの前にあるカラーフィルターのために直接測ることができない2つの色成分が、対応する色のカラーフィルターが手前に位置する隣接ピクセルのピクセル値から通常は補間される。X3センサーは、各ピクセルで3原色すべてを実現するために、数層に重なり合う3つのセンサー素子を各ピクセルに使用する。
本方法は、カラーコード化偏光を有する光が一方では第1偏光方向の少なくとも1つの第1波長範囲の直線偏光を含み、他方では少なくとも1つの第2波長範囲の、非偏光、または、第1偏光方向とは異なる、具体的には第1偏光方向に垂直な第2偏光方向の少なくとも1つの偏光成分を有する偏光を含み、第1波長範囲は第2波長範囲と重ならないか、または一部のみが重なるように、さらに展開されることが好ましい。
本発明のさらなる特徴は、請求項および添付の図面とともに本発明の実施形態の説明から明らかとなるであろう。本発明の実施形態は、個別の特徴またはいくつかの特徴の組み合わせを実現することができる。
反射光顕微鏡に関して、以下に本発明を説明する。しかしながら、本実施形態は、反射光法で動作する顕微鏡、マクロスコープ、実体顕微鏡、マクロイメージングステーションなどの他の装置にも容易に転用可能および適用可能である。
RGB混合色がこの表で使用される。説明:白=赤+緑+青、シアン=緑+青、マゼンタ=赤+青、黄=赤+緑。
1…反射光顕微鏡、2…光源ボックス、3…偏光子、3’…改良偏光子アセンブリ、4…レンズ、5…検光子、5’…改良検光子アセンブリ、6…試料キャリア、7…カラーフィルター、8…接眼レンズ、9…撮像デバイス、10…試料、11…反射粒子、13…非反射粒子、20…コーディングアセンブリ、21…入射光、22…ダイクロイックビームスプリッター、23,24…ミラー、25…ビームリコンバイナー、26…出射光線、27…第1部分ビーム、28…第2部分ビーム、30…コーディングアセンブリ、31…入射光、32…レンズ、33…プリズム、34…スペクトルバンド、35…コンビネーションフィルター、36…プリズム、37…レンズ、38…出射光、40,41…コンビネーションフィルター、42,43…実体顕微鏡用コンビネーションフィルター、44…中央開口部、50…外部カラー光源、52…入射光、54…外部カラー入射光、56…出射光
Claims (20)
- 少なくとも1つの光源を有する少なくとも1つの光源アセンブリ(20、30)と、偏光子アセンブリと、前記少なくとも1つの光源アセンブリによって照射可能な分析対象の粒子試料を受容するための少なくとも1つの試料ホルダーと、少なくとも1つの検光子アセンブリ(5)と、少なくとも1つの色分解マトリクスイメージセンサを有する少なくとも1つの撮像デバイス(9)とを備える、粒子特性を光学測定するための装置であって、
前記装置は、粒子試料によって反射された光を、カラーコード化偏光によって、前記少なくとも1つのマトリクスイメージセンサに導くように構成され、
前記カラーコード化偏光を有する光が、第1偏光方向の少なくとも1つの第1波長範囲の直線偏光である第1の光と、少なくとも1つの第2波長範囲の非偏光である第2の光と、を含み、
前記第1波長範囲が、前記第2波長範囲と重ならないか、または一部のみが重なることを特徴とする装置。 - 請求項1記載の装置であって、
前記粒子特性は、粒子のサイズ及び反射率を含む装置。 - 請求項1または請求項2に記載の装置であって、
前記第1偏光方向は、前記検光子(5)の偏光方向に垂直に配置されることを特徴とする装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の装置であって、
コーディングアセンブリ(20、30)が備えられ、前記コーディングアセンブリによって、前記カラーコード化偏光が生成され、前記コーディングアセンブリは、前記光源アセンブリ、前記偏光子アセンブリ、または前記検光子アセンブリの一部であることを特徴とする装置。 - 請求項4に記載の装置であって、
前記コーディングアセンブリ(20)は、入射光(21)を、波長範囲の異なる第1部分ビーム(27)と、第2部分ビーム(28)と、に分けるダイクロイックビームスプリッター(22)を有し、
直線偏光子(3)が前記第1部分ビーム(27)の光路に配置され、カラーフィルター(7)が前記第2部分ビーム(28)の光路に配置され、
前記第1及び第2部分ビーム(27、28)は、それぞれ、前記偏光子(3)または前記カラーフィルター(7)を通過後に、ビームリコンバイナー(25)内で結合されて出射光線(26)になることを特徴とする装置。 - 請求項5記載の装置であって、
前記ビームリコンバイナーは、ダイクロイックビームスプリッターまたは半透明ミラーとして設計されていることを特徴とする装置。 - 請求項4に記載の装置であって、
前記コーディングアセンブリ(30)は、入射光(31)の方向に、第1レンズ(32)と、第1プリズム(33)と、第2プリズム(36)と、第2レンズ(37)とで構成される配列を有し、
前記入射光(31)は、前記第1プリズム(33)を通過後に広がってスペクトルバンド(34)を形成し、
偏光子(3)とカラーフィルター(7)とを有するコンビネーションフィルター(35)が前記スペクトルバンド(34)の位置に配置され、前記コンビネーションフィルター(35)によって前記スペクトルバンド(34)の一部が案内されて前記偏光子(3)を通過し、前記スペクトルバンド(34)の別の部分が案内されて前記カラーフィルター(7)を通過することを特徴とする装置。 - 請求項7記載の装置であって、
前記第2プリズム(36)および前記第2レンズ(37)が前記コンビネーションフィルター(35)を基準に、前記第1プリズム(33)および前記第1レンズ(32)に対して反転して配置されていることを特徴とする装置。 - 請求項4に記載の装置であって、
前記コーディングアセンブリが、直線帯状配列、同心状配列、または放射状帯の配列の多数の隣り合うゾーンを有するパターンを持つコンビネーションフィルター(40、41、42、43)を有し、
隣り合うゾーンにおいて偏光子(3)とカラーフィルター(7)とが交互に存在することを特徴とする装置。 - 請求項9記載の装置であって、
前記コンビネーションフィルターが実体顕微鏡のアッベ光学系のための中央開口部を有することを特徴とする装置。 - 請求項4に記載の装置であって、
前記コーディングアセンブリが特定の波長の直線偏光の偏光を保持し、他の波長の偏光を少なくとも部分的に打ち消すよう設計された1つ以上のλ板を有することを特徴とする装置。 - 請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の装置であって、
少なくとも2つの異なる光源が備えられ、
前記少なくとも2つの異なる光源は、色または色スペクトルが少なくとも部分的に異なる光を生成することを特徴とする装置。 - 請求項12記載の装置であって、
前記少なくとも2つの異なる光源の内の1つの光源が白色光を生成し、もう1つの光源がカラー光を生成することを特徴とする装置。 - 請求項13に記載の装置であって、
少なくとも1つのカラー光源が外部光源として備えられることを特徴とする装置。 - 請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の装置であって、
前記撮像デバイス(9)が上流のバイヤーフィルターを有するイメージセンサ、ビームスプリッタープリズムおよび上流のカラーフィルターの少なくとも一方を有する3つのセンサー、または、X3カラーセンサーを有することを特徴とする装置。 - 粒子特性を光学測定するための方法であって、
粒子試料が、粒子特性を光学測定するための装置の試料ホルダーに置かれて、前記粒子試料または前記粒子試料の一部の色および空間分解画像が作成され、
前記粒子試料または前記粒子試料の一部が反射光法を用いて照らされ、
粒子試料によって反射されたカラーコード化偏光を有する光が少なくとも1つのマトリクスイメージセンサへ導かれ、
前記カラーコード化偏光を有する前記光が、第1偏光方向の少なくとも1つの第1波長範囲の直線偏光である第1の光と、少なくとも1つの第2波長範囲の非偏光である第2の光と、を含み、
前記第1波長範囲が、前記第2波長範囲と重ならないか、または一部のみが重なることを特徴とする方法。 - 請求項16に記載の方法であって、
前記装置は、請求項1から17のいずれか1項に記載の装置である方法。 - 請求項16または請求項17に記載の方法であって、
前記粒子試料によって反射された前記光が導かれて、偏光方向がカラーコード化偏光を有する前記光の第1偏光方向に垂直に向けられた直線偏光フィルターを有する検光子(5)を通過することを特徴とする方法。 - 請求項16から請求項18のいずれか1項に記載の方法であって、
前記粒子特性は、粒子のサイズおよび反射率を含み、
サイズ情報は、第1偏光方向の少なくとも1つの波長範囲で構成される単一画像の色および空間分解画像情報から測定され、前記粒子試料の粒子の反射率の情報は、非偏光の少なくとも1つの第2波長範囲から測定されることを特徴とする方法。 - 請求項1から請求項15のいずれか1項に記載の装置と、前記装置に接続されたインターフェイス、ならびに色および空間分解画像を受け取り、保存し、加工するためのデータメモリーおよびプロセッサーを有する機器とを備えた、粒子特性を光学測定するためのシステムであって、
前記粒子特性は、粒子のサイズおよび反射率を含み、
評価機器がコンピュータープログラムを用いて第1偏光方向の少なくとも1つの波長範囲で構成された単一画像の色および空間分解画像情報からサイズ情報を測定し、非偏光の少なくとも1つの第2波長範囲から前記粒子試料の粒子の反射率の情報を測定するように構成およびセットアップされていることを特徴とするシステム。
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