JPH10318904A

JPH10318904A - 粒子画像分析装置およびその分析用プログラムを記録した記録媒体

Info

Publication number: JPH10318904A
Application number: JP9150995A
Authority: JP
Inventors: Tokihiro Kosaka; 時弘小坂; Yoichi Miyashita; 洋一宮下
Original assignee: Sysmex Corp
Current assignee: Sysmex Corp
Priority date: 1996-06-10
Filing date: 1997-06-09
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】粒子画像を解析して粒子に関する情報を求め
ること。【解決手段】移動粒子を撮像し、撮像された粒子像を
画像処理する画像処理部が、撮像された各粒子像につい
て、粒径パラメータ、円形度パラメータ、長短径比パラ
メータ、以上３つのパラメータのうち必要なパラメータ
を算出する算出部と、上記算出されたパラメータから、
円形度パラメータによる分布データ、長短径比パラメー
タによる分布データ、粒径パラメータと長短径比パラメ
ータとによる分布データ、円形度パラメータと長短径比
パラメータとによる分布データ、粒径パラメータと円形
度パラメータと長短径比パラメータとによる分布デー
タ、以上５つの分布データのうち少なくとも１つの分布
データを作成しそれを分布図として出力するための図表
作成部と、分布データに対し解析を行いその解析結果を
出力部に出力する解析部とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は粒子を撮像し、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粒子画像分析装置およびその分析
用プログラムを記録した記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】ファインセラミックス粒子、トナー、顔
料、研磨剤等の粉体の品質を管理する上で、粒子の粒径
を測定、管理することは非常に重要である。また最近で
は、より付加価値の高い粉体の開発、商品化が進められ
ており、粒子の大きさだけでなく、形状パラメータの計
測およびその品質管理も重要になってきている。

【０００３】粒子の粒度分布測定装置としては、古くか
ら液相沈降法、電気的検知帯法（クールター法）による
測定装置があり、最近ではレーザ回折散乱法による測定
装置が広く利用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
いづれの方式による測定装置においても、その測定精度
（正確度）は、いまだに満足できるものではない。特
に、対象とする粒子が偏平であったり細長い形をしてい
る場合には、測定原理の違いによって、求められる粒径
は大きく異なることがある。また、トナー粒子のよう
に、トナー本来の粒子だけでなく、印字品質を向上させ
るための微小粒子を添加した混合粉体などでは、両方の
種類の粒子を同時に正しく測定することは困難なことが
多い。また、一般的に微小な粒子は凝集しやすく、その
場合にも正確な粒度分布を求めることができない。ま
た、従来の粒度分布測定装置では、粒子の球形度（円形
度）や凝集度合い等に関する情報を求めることは不可能
である。

【０００５】懸濁液中の粒子の内、大きい粒子の方が速
く沈降するので、粒子濃度が時間的、空間的に変化す
る。この変化を光の透過量で検知して粒度分布を求める
方法が、沈降法として代表的な液相沈降光透過法であ
る。この沈降法では、同じ体積の粒子でも、その粒子の
形状が異なると沈降速度は異なる。また、粒子どうしが
凝集していると、その凝集粒子は速く沈降する。

【０００６】電気的検知帯法による装置は、電解液に浮
遊させた粒子が小さな穴を通過する時の電気抵抗の変化
を検出するものであり、１個１個の粒子の体積相当径が
形状にほとんど影響されず測定できる。逆に言えば、電
気的検知帯法では、粒子の形状に関する情報を得ること
は困難である。

【０００７】また、細孔径が１種類の大きさの検出器で
は粒径測定レンジが狭く、大きさの異なる２種類以上の
粒子が含まれる粉体を、１回で正しく測定することは難
しい場合が多い。また、粒子の大きさと比較して電気的
検知領域がかなり広いので、粒子どうしが近接あるいは
凝集していると、正確な粒度分布を求めることができな
い。

【０００８】最近広く使用されているレーザ回折散乱法
の装置は、浮遊している粒子群にレーザ光を照射して得
られる回折光／散乱光強度の角度分布情報から、ミー散
乱理論に基づいて粒径分布を推定、算出するものであ
る。この装置では粒度が未知の試料や屈折率が同じ粒子
の混合試料でも、粒径が０．１μｍから数百μｍまでの
粒子に対して、１回の測定で粒度分布が得られるという
利点がある。

【０００９】しかし、この方式の装置には次に挙げるよ
うな問題点がある。１）粒子による散乱光強度分布は、形状、屈折率、表面
状態等の違いによる影響を大きく受け、正確な粒度分布
を求めるのは難しい。２）測定する粒子の正確な屈折率を入力する必要がある
が、粒子の表面が酸化していたり、不純物が混ざってい
ることがあり、文献値を入力しても正しく粒度分布が求
められないことがある。

【００１０】３）粒子が球形で表面が滑らかであり凝集
していないという仮定のもとに、多数の粒子による回折
光／散乱光強度分布についての連立方程式を解いて粒度
分布を推定する。その仮定を満足しない粉体に対して
は、その連立方程式はまともに解けないことがあり、独
自の補正を行っている。

【００１１】４）上記のような独自の補正のために、同
じレーザ回折法の装置でも機種間の測定結果に大きな差
が生じることがある。以上のように、上記従来の粒度分布測定装置では、粒子
の形状や凝集影響を大きく受け、正確な粒度分布を求め
るのは難しい。また、粒子の形状（円形度等）に関する
情報を得ることも不可能である。

【００１２】粒子の形状を測定する方法としては、顕微
鏡又は電子顕微鏡と画像処理装置を組み合わせる方法が
ある。しかし、工業用の粉体は、粉砕して作られた粒子
が多く、そのような粉体では、ひとつの試料でも各粒子
の大きさが著しく異なり、スライドグラス上の粒子の全
てにピントを合わすことはできない。すなわち、小さな
粒子に対してピントを合わすと大きな粒子に対してピン
トが合わなくなる。大きな粒子に対してピントを合わす
と小さな粒子に対してピントが合わなくなる。従って、
この顕微鏡方式は、粒子の大きさが揃っている場合にし
か利用できない。

【００１３】また、この顕微鏡方式で何千個もの粒子像
を解析しようとすると、撮像する視野を変更するために
スライドグラスを少しずつ移動させて何百枚も画像を取
り込んで解析する必要があり、手間と時間がかかる。こ
のような理由で、工業用粉体に対しては、粒子像から粒
子の大きさや形状を測定することはあまり行われていな
いのが現状である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数粒子を
移動させる粒子移動手段と、移動粒子に対して光を照射
する光照射部と、照射された粒子を撮像する撮像部と、
撮像された粒子像を解析する画像解析部と、出力部とを
備え、画像解析部は、撮像された各粒子像の面積および
周囲長についての粒子データを測定して粒子の円形度を
算出する算出部と、円形度を表すパラメータについて分
析データ（ヒストグラムデータ）を作成し、分布図（ヒ
ストグラム）としてて出力部に出力する図表作成部から
なることを特徴とする粒子画像分析装置を提供するもの
である。ここで複数粒子を移動させる手段として、スラ
イドグラス上に粒子を塗布し、スライドグラスを移動さ
せる機構や、シースフローセル中に粒子懸濁液の流れを
シース液で取り囲んだ流れに変換する機構を使用するこ
とができる。

【００１５】また、この発明は、撮像された各粒子像の
短径および長径についての粒子データを測定し粒子の長
短径比を算出する算出部と、長短径比を表すパラメータ
について分析データ（ヒストグラムデータ）を作成し、
分布図（ヒストグラム）として出力部に出力する図表作
成部からなることを特徴とする粒子画像分析装置を提供
するものである。

【００１６】さらに、この発明は、撮像された各粒子像
の面積、周囲長、短径および長径についての粒子データ
を測定しその粒子データから粒子の粒径と円形度と長短
径比を算出する算出部と、粒径と長短径比を表すパラメ
ータによる分布データ（２次元スキャッタグラムデー
タ）又は長短径比と円形度を表すパラメータによる分布
データ（２次元スキャッタグラムデータ）を作成し、分
布図（２次元スキャッタグラム）として出力部に表示す
る図表作成部からなることを特徴とする粒子画像分析装
置を提供するものである。

【００１７】さらに、この発明は、撮像された各粒子像
の面積、周囲長、短径および長径についての粒子データ
を測定しその粒子データから粒子の粒径と円形度と長短
径比を算出する算出部と、粒径と円形度と長短径比とに
対応する３つのパラメータによる分布データ（３次元ス
キャッタグラムデータ）を作成し、分布図（３次元スキ
ャッタグラム）として出力部に表示する図表作成部から
なることを特徴とする粒子画像分析装置を提供するもの
である。

【００１８】

【発明の実施の形態】この発明の装置の分析対象は、ト
ナー、ファインセラミックス、研磨剤、顔料、化粧品用
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ものであり、予め染料や標識試薬
によって染色処理された粒子であってもよい。

【００１９】シースフローセルは、粒子を含む試料液、
すなわち、粒子懸濁液の流れをシース液で包んで流すこ
とにより流体力学的効果によって、細いあるいは偏平な
流れに変換することができるセルであり、これには、従
来公知のものを用いることができる。

【００２０】なお、シースフローセルに供給されるシー
ス液については、粒子懸濁液の性質（粒子や溶媒の性
質）対応してその種類を選択することが好ましい。光照
射部には、パルス発光するストロボやレーザ光源を用い
ることが好ましい。連続的に発光する光源を用いること
もできるが、この場合には、撮像部にシャッターを設け
る必要がある。撮像部には、一般的な２次元画像を撮像
するビデオカメラを用いることができる。

【００２１】光照射部と撮像部とはシースフローセルを
挟んで配置され、シースフローセルにおいて粒子懸濁液
が偏平な流れに変換される場合、光照射部は、粒子懸濁
流の偏平な一面に直交して光を照射し、撮像部はその光
軸上に配置されることが好ましい。

【００２２】画像解析部は、１／３０秒ごとの撮像画面
を実時間で処理できるパイプライン処理方式の画像処理
機能を有するパーソナルコンピュータで構成できる。入
力部には、キーボードやマウス、あるいは、フロッピー
ディスクのような記録媒体を機械的に読み取る装置など
を用いることができる。

【００２３】出力部には、例えば、ＣＲＴや液晶ディス
プレイに表示するような表示装置や、レーザプリンタの
ように紙に印刷する印刷装置、あるいは、フロッピーデ
ィスクのような記録媒体に書き込む装置などを用いるこ
とができる。

【００２４】この発明において、シースフローセルは、
粒子懸濁液の流れをシース液で取り囲み、細いあるいは
偏平な流れに変換し、光照射部は、変換された懸濁液流
に対して光を照射し、撮像部は、光照射された粒子を撮
像する。画像解析部は、撮像された粒子像を解析して解
析結果を出力部に出力する。

【００２５】つまり、画像解析部においては、算出部
が、撮像された各粒子像の面積および周囲長についての
粒子データを算出し、そのデータから円形度を算出し、
図表作成部が、円形度を表すパラメータについてヒスト
グラムデータを作成し、ヒストグラムとして出力部に出
力する。

【００２６】具体的には、粒子懸濁液を透明なフローセ
ルに導き、その懸濁液を細い又は偏平な流れにする。そ
の流れに対して光照射することによって、流れの中の粒
子をビデオカメラで撮像する。撮像された各粒子像の投
影面積と周囲長を算出し、円形度を算出する。さらに、
円形度によるヒストグラムを作成する。このヒストグラ
ムから粒子の形状、とくに、表面の凹凸に関する情報を
得ることができる。

【００２７】また、画像解析部は、撮像された各粒子像
の短径および長径についての粒子データを測定して粒子
の長短径比を算出する算出部と、長短径比を表すパラメ
ータについてヒストグラムデータを作成し、ヒストグラ
ムとして出力部に出力する図表作成部から構成されても
よい。この場合には、このヒストグラムから粒子の形
状、とくに粒子の長細さに関する情報を得ることができ
る。

【００２８】さらに、図表作成部は、撮像部が複数の粒
子懸濁液について撮像を行うとき、各粒子懸濁液につい
てのヒストグラムを１つのヒストグラムに合成して出力
部に出力させてもよい。これによって、統計的に偏りの
少ないヒストグラムが作成できる。特に、懸濁液中の粒
子数が少ない場合に、この方法は有効である。

【００２９】なお、この装置が、ヒストグラムの領域を
指定する指定部と、指定された領域のパラメータについ
て統計的解析を行い解析結果を出力部に出力する解析部
とをさらに備えれば、指定領域における上記の粒子形状
に関する情報を定量的に得ることが可能となる。指定部
は、新たに設ける事が可能であるが、入力部に兼用させ
ることも可能である。

【００３０】また、画像解析部は、撮像された各粒子像
の面積、周囲長・短径および長径についての粒子データ
を測定しその粒子データから粒子の粒径と円形度と長短
径比を算出する算出部と、粒径と長短径比を表すパラメ
ータによる２次元スキャッタグラムデータ又は長短径比
と円形度を表すパラメータによる２次元スキャッタグラ
ムデータを作成し、２次元スキャッタグラムとして出力
部に表示する図表作成部から構成されてもよい。この場
合には、粒子の円形度と長短径比の相関関係から、粒子
形状、とくに、表面の凹凸および長細さに関する情報を
さらに詳細に得ることができる。

【００３１】また、画像解析部は、撮像された各粒子像
の面積、周囲長・短径および長径についての粒子データ
を測定し、その粒子データから粒子の粒径と円形度と長
短径比を算出する算出部と、粒径と円形度と長短径比と
に対応する３つのパラメータによる３次元スキャッタグ
ラムデータを作成し、３次元スキャッタグラムとして出
力部に表示する図表作成部から構成されてもよい。この
場合には、粒子の粒径と円形度と長短径比の相関関係か
ら、粒子形状および粒子の凝集の程度などの情報を詳細
に得ることができる。

【００３２】図表作成部は、撮像部が複数の粒子懸濁液
について撮像を行うとき、各粒子懸濁液についてのスキ
ャッタグラムを１つのスキャッタグラムに合成して出力
手段に出力させてもよい。これによって、統計的に偏り
の少ないスキャッタグラムが作成できる。特に、懸濁液
中の粒子数が少ない場合にこの方法は有効である。

【００３３】なお、この装置が、スキャッタグラムの領
域を指定する指定部と、指定された領域のパラメータに
ついて統計的解析を行い解析結果を出力部に出力する解
析部とをさらに備えれば、指定領域における上記の各情
報を定量的に得ることができる。指定部は、新たに設け
る事も可能であるが、入力部に兼用させることも可能で
ある。

【００３４】また、上記の解析とは、統計的解析を含む
ものであって、例えば粒径、円形度又は長短径比につい
て、平均値、標準偏差、変動係数、メジアン値、モード
値、１０％累積値、５０％累積値、９０％累積値および
限定粒子比率などを算出することである。

【００３５】また、画像解析部は、円形度および長短径
比の少なくとも一方が任意に設定される時、その設定値
以下の円形度又は長短径比を有する粒子の数の比率を算
出して出力部に出力する算出部を備えることが好まし
い。これによって、例えば、円形度又は長短径比が平均
値よりも小さい粒子の比率が求められ、粒子形状を微妙
に評価することができる。

【００３６】

【実施例】この発明の粒子画像分析装置の実施例の構成
を図１および図２に示す。これらの図において、まず粒
子懸濁液はダイヤフラムポンプ等の吸引部（図示してい
ない）によって吸引ピペット１から吸引され、サンプル
フィルター２を通りフローセル５の上部の試料チャージ
ングライン３へ引き込まれる。サンプルフィルター２に
よって、懸濁液中の粗大な粒子やごみが取り除かれ、流
路の細い（狭い）フローセル５が詰まらないようにして
いる。また、このサンプルフィルタ２は、粗大な凝集塊
をほぐす効果も持っている。

【００３７】測定する粒子が半透明状の場合には、その
粒子に対して適当な染色を施すのが好ましい。図１には
図示していないが、装置内に染色液ボトルを設け、吸引
した試料をその染色液で染色するための反応チャンバー
を付加してもよい。

【００３８】チャージングライン３に引き込まれた粒子
懸濁液は、シースシリンジ４を動作させることによって
フローセル５に導かれ、サンプルノズル５ａの先端から
懸濁液が少しずつ押し出される。それと同時にシース液
もシース液ボトル６からシース液チャンバー７を介して
フローセル５に送り込まれ、粒子懸濁液はそのシース液
で取り囲まれ、図２に示すように、液体力学的に懸濁液
流は偏平に絞られてフローセル５の内を流れ、廃液チャ
ンバー１４へ排出される。

【００３９】このように偏平に絞られた懸濁液流に対し
て、ストロボ８からパルス光を１／３０秒ごとに周期的
に照射することによって、１／３０秒ごとに粒子の静止
画像が対物レンズ９を介して撮像部としてのビデオカメ
ラ１０で撮像される。粒子を懸濁する溶媒は粒子特性
（粒径や比重）に応じて最適なものを選べばよい。

【００４０】また、懸濁液の流れを確実に偏平にあるい
は細く絞り込むため懸濁液の特性に応じて、例えば溶媒
の粘度や比重に応じて、シース液の粘度や比重を変更す
るのが好ましい。図１には図示していないが、複数種類
のシース液ボトルを設け、測定する試料に応じて使用す
るシース液の種類を容易に切り換えられるような機構を
付加してもよい。

【００４１】懸濁液流の偏平な面をビデオカメラ１０で
撮像すれば、ビデオカメラ１０の撮像エリア全体に渡っ
て粒子像を捉えることができ、１回の撮像で多数の粒子
を撮像できる。また、撮像される粒子の重心とビデオカ
メラ１０の撮像面との距離をほぼ一定にすることができ
るので、粒子の大きさに関わらず常にピントの合った粒
子像が得られる。さらに、流体力学的な効果によって、
偏平な粒子や細長い粒子の向きが揃いやすく、粒子像を
解析して得られる特徴パラメータは、ばらつきが小さく
再現性が良い。

【００４２】複数回のパルス光照射によって撮像される
粒子像の数は、懸濁液流を偏平にした場合には、ビデオ
カメラ１０の撮像エリアの面積、試料流の厚み、粒子懸
濁液の単位体積当たりの粒子数、および撮像回数（フレ
ーム数）によって決まる。例えば、撮像エリアを２００
×２００μｍ、試料流の厚みを５μｍ、粒子濃度を１０
０００個／μｌ、撮像フレーム数を１８００（撮像時間
を６０秒）とした時に撮像される粒子数は３６００個と
なる。

【００４３】撮像エリアの面積は、ビデオカメラ１０の
受光面に対する結像倍率とそのサイズによって決まる。
対物レンズ９の倍率を大きくすれば撮像エリアが小さく
なるが、小さな粒子まで大きく撮像できる。対物レンズ
９の倍率を小さくすれば撮像エリアが大きくなり、大き
な粒子を撮像するのに適している。この装置では、対物
レンズ９の倍率を選択あるいは測定途中に切り換えでき
るようにしており（図示していない）、粒径の測定レン
ジを広くしている。

【００４４】図１８は、この実施例における画像処理系
を示すブロック図であり、ビデオカメラ１０からの画像
信号は、画像処理部（パーソナルコンピュータ）１１で
処理され、出力部としてのモニターテレビ１２に表示さ
れる。１３は各種の入力操作や指令操作等を行なうため
の入力部（キーボード及びマウス）である。さらに、画
像処理部１１は、算出部２１、図表作成部２２および解
析部２３を備える。

【００４５】１／３０秒ごとの粒子撮像画面に対する画
像処理の手順を図３に示す。図３において、算出部２１
はステップＳ１〜Ｓ９およびＳ１４の処理を、図表作成
部２２はステップＳ１０，Ｓ１１の処理を、解析部２３
はステップＳ１２，Ｓ１３の処理をそれぞれ実行する。

【００４６】画像信号は、画像処理部１１に取り込まれ
てＡ／Ｄ変換され、画像データとして取り込まれる（ス
テップＳ１）。まず懸濁液流に対する照射光の強度むら
（シェーディング）を補正するためのバックグランド補
正が行われる（ステップＳ２）。

【００４７】具体的には、粒子がフローセル５を通過し
ていない時に光照射して得られる画像データを、測定前
にあらかじめ取り込んでおき、その画像データと実際の
粒子撮像画面の画像データとを比較演算することであ
り、画像処理として一般的によく知られた処理である。
次に、粒子像の輪郭を的確に抽出するための前処理とし
て輪郭強調処理を行う（ステップＳ３）。具体的には、
一般的によく知られたラプラシアン強調処理を行う。

【００４８】次に、画像データをある適当なスレシホー
ルドレベルで２値化する（ステップＳ４）。次に、２値
化された粒子像に対してエッジ点かどうかを判定すると
ともに、着目しているエッジ点に対して隣合うエッジ点
がどの方向にあるかの情報、すなわちチェインコードを
生成する（ステップＳ５）。次に、このチェインコード
を参照しながら粒子像のエッジトレースを行い、各粒子
像の総画素数、総エッジ数、斜めエッジ数を求める（ス
テップＳ６）。

【００４９】高性能のパイプライン処理可能な画像処理
装置を使用すれば、以上の画像処理を、１／３０秒ごと
に撮像される画面に対してリアルタイムに処理すること
ができる。この装置では、ある倍率で撮像される複数の
画面に対して上記画像処理を繰り返し行い、次に異なる
撮像倍率に切り換えて撮像し、同様の画像処理を行う。
また、撮像されたフレームから粒子像の切り出しを行
い、切り出した粒子像を画像処理装置１１の画像メモリ
に格納する（ステップＳ７）。

【００５０】撮像が終了すると（ステップＳ８）、次の
ようにして、円相当径（粒度）、円形度および長短径比
の算出を行なう（ステップＳ９）。まず、各粒子像に対
して求められた総画素数、総エッジ数、斜めエッジ数か
ら、下記の式によって各粒子像の投影面積Ｓと周囲長Ｌ
を求める。

【００５１】図４に示すように、２値画像の周囲のエッ
ジの中心を結んでできる枠内の面積Ｓおよび枠の長さ
（周期長Ｌ）は、１画素当たりの面積を１とした場合、面積Ｓ＝総画素数−（総エッジ×０．５）−１……(1) 周囲長Ｌ=(総エッジ数−斜めエッジ数)+(斜めエッジ数×√2)……(2)

【００５２】次に、上記面積Ｓと周囲長Ｌを用いて円相
当径と円形度を求める。円形当径とは、粒子像の投影面
積と同じ面積を持つ円の直径のことであり、式(3)で表
される。円形度は、式(4)で定義される値であり、粒子
像が円形の時に円形度は１になり、粒子像の外周の凹凸
の程度が大きくなればなるほど円形度は小さい値にな
る。

【００５３】円相当径＝（粒子投影像面積値／π）^1/2×２……(3) 円形度＝（粒子像と同じ投影面積値を持つ円の周囲長）／（粒子投影像の周囲長） ……(4)

【００５４】次に、図４より、長径Ｄ１および短径Ｄ２
を求める。フローセル５において、粒子懸濁液流は流体
的学的に細い偏平な試料流に変換され、偏平な粒子や細
長い粒子の向きが流れ方向に沿って揃うので、粒子像に
おいてその流れの方向を考慮することにより長径Ｄ１と
短径Ｄ２が算出される。つまり、図４においてはＸ軸方
向が流れの方向に対応するため、粒子像のエッジ部のＸ
座標、Ｙ座標の最大差分△Ｘ、△Ｙから、それぞれ長径
Ｄ１、短径Ｄ２が次のように算出される。

【００５５】Ｄ１＝△Ｘ＝Ｘ₄−Ｘ₁＋１ ……(5) Ｄ２＝△Ｙ＝Ｙ₃−Ｙ₂＋１ ……(6) 従って、長短径比＝Ｄ２／Ｄ１ ……(7) となる。つまり、粒子像が円形や正方形に近い時に長短
径比は１に近くなり、細長くなるほど長短径比は１より
小さい値になる。

【００５６】このようにして、各粒子像に対して円相当
径（粒度）、円形度および長短径比が算出されると、次
に、キーボード１３からの指令に基づいて、必要なスキ
ャッタグラムやヒストグラムを作成して表示する（ステ
ップＳ１０，Ｓ１１）。

【００５７】そして、表示したスキャッタグラムやヒス
トグラムについて、解析項目や解析領域がキーボード１
３から指定されると、その項目や領域について解析を行
い、つまり、平均値、標準偏差、変動係数、メジアン
値、モード値、１０％累積値、５０％累積値、９０％累
積値等の解析データを算出し、算出結果を表示する（ス
テップＳ１２，Ｓ１３）。

【００５８】図１７は、円相当径と円形度のパラメータ
に基づいて作成されて表示された２次元スキャッタグラ
ムが、破線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで領域指定されたとき、その
領域における円相当径と円形度の各ヒストグラムと、そ
の領域における解析結果の数値をそれぞれ表示した例を
示している。また、キーボード１３からの指令により、
撮像した粒子像は図１６のように一括表示される（ステ
ップＳ１４）。なお、図１７において、％径は累積％
径、ＳＤとは標準偏差、ＣＶとは変動係数、限粒子率と
は破線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで囲まれた粒子の比率、大、中、
小粒子率とは、大は破線Ｂより大きい粒子の比率，中は
破線ＡとＢで囲まれた粒子の比率，小は破線Ａより小さ
い粒子の比率である。

【００５９】この装置で得られた、円相当径、円形度、
長短径比による３次元スキャッタグラムの一例を図５に
示す。図５は、Ｘ軸、Ｙ軸を円形度、長短径比、Ｚ軸を
対数変換した円相当径とした例で、円相当径、円形度、
長短径比及びそれらの頻度値に応じて各プロット点（ド
ット）の色を変えて表示することができる。

【００６０】また、円相当径、円形度、長短径比を限定
することにより、ある特定の粒子（凝集、異物など）を
選択的に３次元スキャッタグラム上に表示することが可
能である。

【００６１】図５は、粒子表面に凹凸があり、比較的形
の揃った粉体（トナーなど）の測定例である。もし、測
定サンプル中に凝集があった場合、図５中の（ロ）、
（ハ）に示すような凝集物がスキャッタグラム上に現れ
ることが予想される。また、図５において円相当径、円
形度、長短径比の各領域を限定した場合、スキャッタグ
ラムは図６のように表示され、限定された粒子群の３次
元分布と比率がわかる。この場合、４０μｍ≦粒径≦１
００μｍ、０．６≦円形度≦０．８、０．２≦長短径比
≦０．４と限定し、比率５．３％として算出される。

【００６２】図７は粒子が細長い形状の粉体（炭素繊維
など）の測定例である。図７中の（イ）、（ロ）に示す
ような形状の粒子が３次元スキャッタグラムに現れる。
また、図７において、円相当径、円形度、長短径比の各
領域を限定した場合、スキャッタグラムは図８のように
なり、限定された粒子群の３次元分布と比率がわかる。
この場合、２０μｍ≦粒径≦４０μｍ、０．６≦円形度
≦０．７、０．１≦長短径比≦０．３であり、比率＝１
６．３％として算出される。

【００６３】このように、３次元スキャッタグラムで表
すことにより、粒子の大きさ（粒子径）、粒子表面状態
（円形度）、粒子形状（長短径比）が３次元的に把握さ
れ、粒子特性が視覚的に確認でき、限定された粒子群の
比率がわかる。図５の３次元スキャッタグラムを２次元
スキャッタグラムに展開した例を図９〜図１１に示す。
図９は横軸を対数変換した円相当径、縦軸を円形度、図
１０は横軸を対数変換した円相当径、縦軸を長短径比、
図１１は横軸を長短径比、縦軸を円形度としたときの例
である。

【００６４】図９〜図１１の各プロット点（ドット）の
色は２次元頻度値に応じて変えることができる。図９は
円相当径と円形度の２次元スキャッタグラムであるが、
撮像された粒子像から、枠線Ａ，Ｂで囲まれた部分の粒
子はそれぞれ（イ）凝集粒子、（ロ）未凝集粒子である
と推測できるが、その凝集粒子の形については、推測で
きない。

【００６５】そのため、図１０の円相当径と長短径比と
の２次元スキャッタグラム、および図１１の長短径比と
円形度との２次元スキャッタグラムにおける枠線Ａ，
Ｂ，Ｃで囲まれた粒子の形状がそれぞれ（イ）、
（ロ）、（ハ）に示すような形状であると推測出来るこ
とから、図９の枠線Ａで囲まれた凝集粒子の形は枝状に
繋がった形状と塊状を含むことが推測できる。

【００６６】また、円形度と長短径比の比率（長短径比
／円形度）のパラメータを新たに算出し、円相当径との
２次元スキャッタグラムを図１２のように描かすことに
よっても、図１２の枠線Ａ，Ｂ，Ｃで囲まれた粒子が
（イ）、（ロ）、（ハ）に示すような形状であると推測
できるので、同様な効果が期待できる。

【００６７】また、上記スキャッタグラムを図１３〜図
１５に示すように円形度、長短径比／円形度あるいは長
短径比だけに着目して、その頻度分布や累積分布のヒス
トグラムに展開することができる。ここでは、円形度に
着目した頻度分布や累積分布の例を図１３に示す。この
ヒストグラムから解析データとして、平均円形度＝０．
８９５、円形度標準差＝０．１５２、５０％円形度＝
０．９０７、モード円形度＝０．９２０を算出し、表示
することが可能である。

【００６８】また、円形度を限定してその比率を求める
ことができる。例えば、図１３は粒子表面形状の異なる
２種類の粒子の混合された粒子の分布であり、目的の円
形度を持つ粒子の比率（枠線Ｒで囲まれた部分）を求め
ることができる。つまり、０．７５≦円形度≦０．８３
と限定することにより、比率３０．５％が算出される。

【００６９】同様に図１４および図１５に示すように長
短径比／円形度及び長短径比にそれぞれ着目した頻度分
布や累積分布のヒストグラムを描くことにより、２次元
スキャッタグラム（図１１）と同じような分析結果を１
次元ヒストグラムから得ることができる。このように、
粒子表面状態、粒子の形をコントロールしなければなら
ない粉体に対して、これらの分布データはきわめて有用
である。

【００７０】さらに、この装置では、上記のように撮像
した粒子像から円相当径、円形度や長短径比を求めるだ
けでなく、撮像した粒子像を記憶しておき、測定後に大
きさ別にクラス分けして図１６に示すように、一括表示
する機能も有している。もっとも、画像を記憶する画像
メモリの容量に制限があるので、撮像された全ての粒子
像を記憶、表示するわけではない。撮像された粒子像を
一括表示できる機能を有しているので、粒子の形態や凝
集状態を直接使用者が確認することができる。

【００７１】粒子どうし凝集することが重要な意味を持
つような場合には、図１６に示す各枠内の粒子像につい
て、一次（単独）粒子像か、２個凝集粒子像か、３個凝
集粒子像か、高次凝集塊か、あるいは対象外の粒子か
を、使用者が判定し、キーボード１３を用いて入力す
る。その判定結果をもとにして、凝集している粒子の数
の比率を自動的に計算することができる。もし、一括表
示された粒子像の中に凝集粒子像が全く無い場合には、
図９や図１０の２次元スキャッタグラムでの円形度や長
短径比の算出値は、真に粒子の円形度や長短径比を表し
ていると考えてよい。

【００７２】また、上記判定結果をもとにして、一次粒
子（凝集していない粒子）像だけを対象にして画像解析
し直すこともできる。記憶できる粒子像の数に限りがあ
るので、再現性の良い解析結果が得られない場合もある
が、対象外の粒子（ごみ等）や凝集粒子を除いて解析す
るので、より正確な粒度分布、円形度および、長短径比
が求められる。

【００７３】上記実施例においては、図１８に示す画像
解析部としてのパーソナルコンピュータ（以下、パソコ
ンという）１１が、図３のステップＳ１〜Ｓ９およびＳ
１４を実行するための算出部２１、同図のステップＳ１
０，Ｓ１１を実行するための図表作成部２２、同図のス
テップＳ１２，Ｓ１３を実行するための解析部２３とし
て機能する。そのためのプログラムが図示しない記憶部
に格納されている。

【００７４】図１９は、上記実施例の変形例を、図１８
に対応して示したブロック図である。この変形例では、
図１８におけるパソコン１１が、２台のパソコン１１
ａ，１１ｂから構成され、それぞれが入力部１３ａ，１
３ｂ，出力部１２ａ，１２ｂを備える。そして、パソコ
ン１１ａは図１８の算出部２１として機能するためのプ
ログラムを内蔵し、算出部２１は入力部（キーボード）
１３ａから入力される条件に従って図３のステップＳ１
〜Ｓ９を実行する。算出されたパラメータ、つまり、各
粒子像の円相当径、円形度および長短径比は出力部１２
ａでデータ記録媒体２６へ記録されて出力されるか、又
は、通信ケーブルによて直接データ記録部２５へ出力さ
れるようになっている。

【００７５】一方、パソコン１１ｂは、データ記録媒体
２６からパラメータを読み取ってデータ記憶部２５に格
納する。または、パソコン１１ａから通信ケーブルによ
って直接送信されたデータをデータ記憶部２５に格納す
る。そして、図表作成部２２および解析部２３は、入力
部（キーボード）１３ｂから設定される条件に基づい
て、図３のステップＳ１０〜Ｓ１３の処理を実行する。
なお、パソコン１１ｂは、予めプログラム記録媒体２７
からプログラム記憶部２４に読み込んだ分析用プログラ
ムを用いて、図１８の図表作成部２２および解析部２３
としての機能を実行する。

【００７６】図２０は、さらに他の実施例を示し、図１
に示す粒子画像分析装置にパソコン１１ｃを接続した例
である。ここでは、画像処理部１１から得られた円形度
ヒストグラム、長短径比ヒストグラム、粒径と長短径比
の２次元スキャッタグラム、長短径比と円形度の２次元
スキャッタグラム、粒径と円形度と長短径比の３次元ス
キャッタグラムの分布データがパソコン１１ｃに出力さ
れる。パソコン１１ｃは、プログラム記録媒体２７ａか
ら読み込んだ分析用プログラムを用いて、図３のステッ
プＳ１１〜Ｓ１３の処理を実行する。その処理結果は出
力部１２ｃに出力される。なお、入力部１３ｃは、パソ
コン１１ｃの各種処理条件を設定するためのキーボード
およびマウスから構成される。

【００７７】ここで、データ記録媒体２６およびプログ
ラム記録媒体２７、２７ａには、ＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ
からなるメモリーガード，フロッピーディスク，ハード
ディスク，又はＣＤ−ＲＯＭを用いることができる。こ
れらの変形例によれば、記録媒体２７，２７ａに記録さ
れたプログラムを変更することにより、パソコン１１
ｂ，１１ｃの分析機能の拡張や、分析仕様の変更を任意
に行うことができる。

【００７８】

【発明の効果】この発明は、次のような効果を奏する。１．各粒子の円形度又は長短径比によるヒストグラムか
ら粒子形状を容易に把握することができる。２．円形度また長短径比のヒストグラムの解析結果の情
報を用いて、粒子の形状に関しての定量的な品質管理が
できる。

【００７９】３．２種類以上の粒子を含む粉体の評価に
おいて、、円相当径に対する円形度または長短径比のパ
ラメータの２次元スキャッタグラムによって、それぞれ
の種類の粒子群を区分けすることが容易になり、対象と
している粒子群だけに着目しての解析を行うことがで
き、より有用で定量的な情報が得られる。４．各粒子の粒度、円形度および長短径比による３次元
スキャッタグラムから粒子形状についての情報を詳細に
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の構成説明図である。

【図２】図１の要部拡大断面図である。

【図３】粒子撮像画面の例を示す説明図である。

【図４】実施例における粒子の撮影面積、周囲長、長
径、および短径の算出方法を示す説明図である。

【図５】実施例において表示される３次元スキャッタグ
ラムである。

【図６】実施例において表示される３次元スキャッタグ
ラムである。

【図７】実施例において表示される３次元スキャッタグ
ラムである。

【図８】実施例において表示される３次元スキャッタグ
ラムである。

【図９】実施例において表示される２次元スキャッタグ
ラムである。

【図１０】実施例において表示される２次元スキャッタ
グラムである。

【図１１】実施例において表示される２次元スキャッタ
グラムである。

【図１２】実施例において表示される２次元スキャッタ
グラムである。

【図１３】実施例において表示されるヒストグラムであ
る。

【図１４】実施例において表示されるヒストグラムであ
る。

【図１５】実施例において表示されるヒストグラムであ
る。

【図１６】実施例の表示画像の例を示す説明図である。

【図１７】実施例において表示される表示例である。

【図１８】実施例の要部の構成を示すブロック図であ
る。

【図１９】この発明の変形例の要部の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２０】この発明の他の変形例の要部の構成を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１吸引ピペット２サンプルフィルター３試料チャージングライン４シースシリンジ５フローセル６シース液ボトル７シース液チャンバー８ストロボ９対物レンズ１０ビデオカメラ１１画像処理装置１２モニターテレビ１３キーボード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数粒子を移動させる粒子移動手段と、
移動粒子に対して光を照射する光照射部と、光照射され
た粒子を撮像する撮像部と、撮像された粒子像を画像処
理する画像処理部と、画像処理結果を出力する出力部と
を備え、画像処理部は、撮像された各粒子像について、粒径パラ
メータ、円形度パラメータ、長短径比パラメータ、以上
３つのパラメータのうち必要なパラメータを算出する算
出部と、上記算出されたパラメータから、円形度パラメ
ータによる分布データ、長短径比パラメータによる分布
データ、粒径パラメータと長短径比パラメータとによる
分布データ、円形度パラメータと長短径比パラメータと
による分布データ、粒径パラメータと円形度パラメータ
と長短径比パラメータとによる分布データ、以上５つの
分布データのうち少なくとも１つの分布データを作成し
それを分布図として出力するための図表作成部と、分布
データに対し解析を行いその解析結果を出力部に出力す
る解析部とからなることを特徴とする粒子画像分析装
置。
【請求項２】分布図内に所定領域を指定する指定部を
さらに備え、解析部は、その指定された領域内の分布デ
ータに対し解析を行いその解析結果を出力部に出力する
請求項１記載の粒子画像分析装置。
【請求項３】図表作成部は、個々に得られた複数の分
布データを累積する分布データ累積部を備え、その累積
された分布データを合成分布図として出力部に出力させ
る分布データ合成機能をさらに備えてなる請求項１又は
２記載の粒子画像分析装置。
【請求項４】移動する複数の粒子を順次撮像して得ら
れる粒子画像から、粒径パラメータ，円形度パラメータ
および長短径比パラメータの少なくとも１つのパラメー
タを算出し、得られたパラメータの値を集計し、円形度
パラメータによる分布データ，長短径比パラメータによ
る分布パラメータ，粒径パラメータと長短径比パラメー
タとによる分布データ，円形度パラメータと長短径比パ
ラメータとによる分布データ，粒径パラメータと円形度
パラメータと長短径比パラメータとによる分布データ、
以上５つの分布データのうち少なくとも１つの分布デー
タを作成しそれを分布図として出力する図表作成機能及
びその作成された分布データに対し解析を行いその解析
結果を出力する解析機能を実行するための分析用プログ
ラムを記録した記録媒体。
【請求項５】移動する複数の粒子を順次撮像して得ら
れる粒子画像から算出された粒径パラメータ，円形度パ
ラメータおよび長短径比パラメータの内の少なくとも１
つのパラメータの値を集計し、円形度パラメータによる
分布データ，長短径比パラメータによる分布パラメー
タ，粒径パラメータと長短径比パラメータとによる分布
データ，円形度パラメータと長短径比パラメータとによ
る分布データ，粒径パラメータと円形度パラメータと長
短径比パラメータとによる分布データ、以上５つの分布
データのうち少なくとも１つの分布データを作成しそれ
を分布図として出力する図表作成機能及びその作成され
た分布データに対し解析を行いその解析結果を出力する
解析機能を実行するための分析用プログラムを記録した
記録媒体。