JPH11337470A - フロー式粒子画像分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像処理に負担をかけることなく、微少濃度
で存在している特異粒子を検出することができるフロー
式粒子画像分析装置を提供すること。 【解決手段】 上記のフロー式粒子画像分析装置は、被
検粒子を含有する試料液をシース液で囲み扁平状に流す
フローセルと、粒子の流れ領域を光照射する光照射装置
と照射された粒子を撮像する撮像装置と、得られた画像
に対し画像処理や解析などの処理を行う処理装置と、処
理結果を出力する出力装置とを備える装置において、粒
子の像を不鮮明にする粒子像不鮮明手段が、照射装置の
照射光量を通常より増大させる手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流れ粒子を撮像し
て得た画像に基いて粒子分析を行うフロー式粒子画像分
析装置に関し、特に、多数の粒子中から微少量混在して
いる特異粒子を検出する分野に好適利用される。

【０００２】

【従来の技術】粉体を原料とする製品として、ファイン
セラミックス、トナー、塗料、化粧品等がある。これら
はいずれも粉体の均一性が要求されている。そのなかで
も特にファインセラミックスにおいては粗大粒子や凝集
粒子がごく微量（数ｐｐｍ）混入するだけでセラミック
ス製品にとって致命的な欠陥を引き起こす。そこで原料
中に粗大粒子や凝集粒子が混入しているか否かを知るこ
とが重要となる。

【０００３】粗大粒子を検出する方法としてふるい分け
によるものがあるが、原料が多量に必要なこと、ふるい
分け後の正確な秤量が難しく手間がかかること、また精
度的にも問題がある。

【０００４】他方、自動化された装置として、粒子を液
に懸濁させた試料液をシース液で囲ってフローセルに流
し、粒子像を撮像し、その粒子画像に基づき粒子数や粒
子径などの情報を提供するものが知られている。この装
置を用いて、数ｐｐｍ程度の濃度の粗大粒子を検出する
ためには、多数の粒子が写っている画像を多数枚撮像し
処理する必要があるが、画像処理能力オーバとなり対応
できない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は画像
処理に負担をかけることなく、微少濃度で存在している
特異粒子を検出することができるフロー式粒子画像分析
装置を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のフロー式粒子画
像分析装置は、被検粒子を含有する試料液をシース液で
囲み扁平状に流すフローセルと、粒子の流れ領域を光照
射する光照射装置と照射された粒子を撮像する撮像装置
と、得られた画像に対し画像処理や解析などの処理を行
う処理装置と、処理結果を出力する出力装置とを備える
装置において、粒子の像を不鮮明にさせる粒子像不鮮明
手段を備えたことを特徴とするものである。本発明は、
被検粒子中に含まれている特異粒子を検出対象とし、そ
の他通常的に含まれている通常粒子を検出非対象とする
ことができる。ここでいう特異粒子とは通常粒子の大き
さに比べて大きさ、形状や色などの特性が異なる粒子で
あり、例えば粗大粒子（通常粒子が凝集することによっ
て生じた凝集塊）である。また、粒子の像を不鮮明にさ
せるとは、画像のＳ／Ｎ比を通常より低下させる意味で
ある。検出したくない粒子の像は不鮮明になるので容易
に除去でき、検出したい粒子だけ画像が取れるので全粒
子に対して画像処理を行う必要がない。このため、ごく
少量含まれている特異粒子であっても画像処理に負担を
かけることなく検出することができる。

【０００７】さらに、上記の観点から粒子の像を不鮮明
させる粒子像不鮮明手段としては、光学的手段によるも
のであることが好ましい。なぜならば、粒子の像を不鮮
明にさせることは易しいからである。粒子の像を不鮮明
にさせる粒子像不鮮明手段は、照射装置の照射光量を通
常より増大させる手段とすることができる。この場合に
は、照射光量の増大により、光の回折現象によって、簡
便に粒子像を不鮮明にさせることができる。粒子の像を
不鮮明にさせる粒子像不鮮明手段は、撮像装置の粒子に
対するピントをずらせる手段とすることができる。この
場合には、大きい粒子にピントを合わし、小さい粒子に
はピントをずらすことにより、簡便にその粒子像を不鮮
明にさせることができる。または、フローセルと撮像装
置の決像面の間に設けられた粒子からの光像を減衰させ
る手段によるものである。この場合には、フローセルと
撮像装置に間にフィルタを設けることにより、簡便に粒
子像を不鮮明にさせることができる。さらに、粒子の像
を不鮮明させる粒子像不鮮明手段としては、流体的手段
によるものであることが好ましい。なぜならば、粒子の
像を不鮮明にさせることは易しいからである。シース液
を着色したり、濁度の高い溶液を使用することにより、
その粒子像を不鮮明にさせることができる。

【０００８】

【実施例】本発明のフロー式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。試料カップ１５におい
て分散処理された試料液は吸引ピペット１から吸引さ
れ、大きなごみや凝集塊（被検粒子径が１６０μｍ以
上）がサンプルフィルター２で取り除かれた後、攪拌チ
ャンバ３に蓄えられる。

【０００９】蓄えられた試料液は攪拌チャンバ３内で攪
拌されながら、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
から試料液が一定流量で押し出される。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７を介
してフローセル５に送り込まれ、試料液はそのシース液
で取り囲まれ、図２に示すように、液体力学的に試料液
流は扁平に絞られ、フローセル５内を流れ、廃液チャン
バー１４へ排出される。図２において、試料液は、紙面
表裏方向には幅広く、左右方向には幅狭い扁平流となっ
て流れる。

【００１０】このように扁平に絞られて試料液流に対し
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を介してビデオカメラ１０で撮像さ
れる。

【００１１】試料液流の扁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。さらに、流体力学的な効果によって、扁
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
現性がよい。

【００１２】ビデオカメラ１０からの画像信号は、画像
処理装置１１で画像処理され、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うた
めのキーボードおよびマウスである。

【００１３】１／３０秒ごとの粒子画像に対する画像処
理の手順を図３に示す。図３において、Ｓ１〜Ｓ１２の
処理を実行する。

【００１４】画像信号は、画像処理装置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）。まず試料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）。具体的には、粒子
がフローセル５を通していない時に光照射して得られる
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
演算することにより行われる。画像処理として一般的に
よく知られた処理である。

【００１５】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、ラプシアン強調処理を行う。

【００１６】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り合うエッジ
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）。

【００１７】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、所定の大き
さに切り出され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）。

【００１８】撮像が終了すると（ステップＳ８）、次の
ようにして、特徴パラメータとして円相当径（粒度）お
よび円形度の算出を行う（ステップＳ９）。まず、各粒
子像に対して求められる総画素数、総エッジ数、斜めエ
ッジ数から、各粒子像の投影面積Ｓと周囲長Ｌを求め
る。さらに、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。

【００１９】このようにして、各粒子像に対して特徴パ
ラメータが算出されると、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）。ス
テップＳ７にて切り出された粒子像は、大きさ毎にモニ
ターテレビ１２に一括表示される（ステップＳ１２）。

【００２０】粒子像不鮮明手段の第１の実施例の構成を
図４に示す。図４の構成において、ストロボ８の光量を
変更可能な構成とし、通常より光量を大きくすることに
より（より好ましくは２値化スレシホールドレベルも通
常より上げることにより）、輪郭の不明確な小さい粒子
は光の回折現象によって不鮮明な粒子画像となり、輪郭
の明確な大きい粒子は鮮明な粒子画像として撮像され
る。図３のステップＳ４の２値化において、上記小さな
粒子は不鮮明な粒子画像であるため削除されてしまい、
画像データとして記憶されないが、上記大きな粒子は鮮
明な粒子画像であるため削除されずに、画像データとし
て記憶され、その後の画像処理が実施される。

【００２１】ＰＳＬ（ポリスチレンラテックス）を用い
た場合のストロボ輝度レベルと大小粒子の検出粒子濃度
（個／μｌ）の関係を図５に示す。通常のストロボ輝度
レベル１６０では、直径１．５３μｍのＰＳＬの微小粒
子は画像処理能力オーバー、直径５μｍのＰＳＬは２４
３個、直径１０μｍのＰＳＬは１８０個である。ストロ
ボ輝度レベルを２４０まで上げると、直径１．５３μｍ
のＰＳＬ、直径５μｍのＰＳＬの検出粒子濃度は０とな
り、直径１０μｍのＰＳＬは１６２個と通常のストロボ
輝度レベルとほぼ同じ検出粒子濃度を示した。つまり、
直径５μｍ以下の粒子を検出せず、直径１０μｍ以上の
粒子のみを撮像することができた。ストロボ輝度レベル
とは、ＣＣＤカメラに入射されたストロボ光の強さを２
５５分割した数値を示す。

【００２２】次に、不純物がなく、粒径の揃った粒子で
あるＰＳＬを大小２種類混合して、微粉中の粗大粒子の
検出能力の評価結果を図６に示す。ヘキサメタリン酸ナ
トリウム０．２ｗｔ％水溶液１０ｍｌ中に直径１．５３
μｍのＰＳＬを０．２ｍｌ加えた溶液（約１００万個／
μｌ）に、直径２６μｍのＰＳＬが約１個／μｌになる
ように調整した試料をストロボ輝度レベル２４０で測定
した。理論濃度が１個／μｌと低いため、測定時間を２
０倍にして粒子濃度を評価したところ、理論濃度とほぼ
一致しており、再現性も良好となった。このことから１
μｌ中に１個程度の濃度であっても測定時間を増やし、
検出粒子数を増やすことで再現性よく粒子濃度を測定で
きることが判った。

【００２３】次に、ＰＳＬ以外の粉体について評価結果
を図７に示した。ヘキサメタリン酸ナトリウム０．２ｗ
ｔ％水溶液９０ｍｌ中に平均径１５μｍのアルミナ粒子
（もしくは１０μｍのシリカ粒子）をそれぞれ１ｐｐ
ｍ，１０ｐｐｍ，１００ｐｐｍの濃度になるように分散
した溶液に、平均径３μｍのアルミナ粒子（もしくは１
μｍのシリカ粒子）を１０ｗｔ％分散させて測定を行っ
た。粗大粒子濃度１ｐｐｍについては正確度を高めるた
め、２０回測定の平均値、その他は５回測定の平均値を
求めた。微粉粒子として３μｍアルミナ粒子の有無に関
わらず、１５μｍアルミナ粒子が検出できていることが
判る。シリカ粒子についても１μｍシリカ粒子の有無に
関わらず、１０μｍシリカ粒子が検出できていることが
判る。また、輝度レベルの違いによらず、ほぼ同様の画
像が得られていることが判った。

【００２４】次に、通常のストロボ輝度レベルが１６０
のときの、微粉粒子である３μｍアルミナ粒子および粗
大粒子である１５μｍアルミナ粒子の１ｐｐｍ濃度の混
合物を測定し、撮像された粒子像を図８に示した。微粉
粒子の３μｍアルミナ粒子は多数撮像され、粗大粒子の
１５μｍアルミナ粒子は数個しか撮像されていないこと
が判る。また、ストロボ輝度レベルを２４０に上げたと
きの、３μｍアルミナ粒子および１５μｍアルミナ粒子
の混合物を測定し、撮像された粒子像を図９に示した。
微粉粒子の３μｍアルミナ粒子は撮像されず、粗大粒子
の１５μｍアルミナ粒子のみ多数撮像されていることが
判る。このように、ストロボ輝度レベルを上げることに
より、被検出粒子中にごく少量含まれる粗大粒子のみを
撮像し、微小粒子を撮像しないことが可能となる。

【００２５】次に、粒子像不鮮明手段の第２の実施例の
構成を図１０に示す。この場合、フローセルは対物レン
ズに対して移動可能な構成としており、扁平な試料流の
センターに対してピントをずらすことが可能である。扁
平な試料流にピントが合った状態がａである。レンズ面
に対してフローセルをずらし、大きい粒子にはピントが
合い、小さい粒子にはピントが合ってない状態をｂ、ｃ
に示した。手前にピントがずれた状態（前ピン）ｂ、奥
にピントがずれた状態（後ピン）ｃである。図３のステ
ップＳ４の２値化において、上記小さな粒子は不鮮明な
粒子画像であるため削除されてしまい、画像データとし
て記憶されないが、上記大きな粒子は鮮明な粒子画像で
あるため削除されずに、画像データとして記憶され、そ
の後の画像処理が実施される。

【００２６】次に、粒子像不鮮明手段の第３の実施例の
構成を図１１に示す。図１１の構成において、対物レン
ズとＣＣＤカメラの間に光像を減衰させるフィルタが設
けられ、フィルタは色、色の濃さ等を粒子の種類によ
り、選択することが可能である。このフィルタにより、
通常粒子は不鮮明な粒子画像として撮像され、特異粒子
は輪郭の明確な粒子画像として撮像される。図３のステ
ップＳ４の２値化において、上記通常粒子は不鮮明な粒
子画像であるため削除されてしまい、画像データとして
記憶されないが、上記特異粒子は鮮明な粒子画像である
ため削除されずに、画像データとして記憶され、その後
の画像処理が実施される。

【００２７】次に、粒子像不鮮明手段の第４の実施例
は、図２において、着色もしくは混濁したシース液を使
用することにより、通常粒子は不鮮明な粒子画像として
撮像され、特異粒子は輪郭の明確な粒子像として撮像さ
れる。図３のステップＳ４の２値化において、上記通常
粒子は不鮮明な粒子画像であるため削除されてしまい、
画像データとして記憶されないが、上記特異粒子は鮮明
な粒子画像であるため削除されずに、画像データとして
記憶され、その後の画像処理が実施される。

【発明の効果】本発明は、次のような効果を奏する。本
発明は被検粒子を含有する試料液をシース液で囲み扁平
状に流すフローセルと、粒子の流れ領域を照射する照射
装置と、照射された粒子を撮像する撮像装置と、得られ
た画像に対し画像処理や解析などの処理を行う処理装置
と、処理結果を出力する出力装置とを備えるフロー式粒
子画像分析装置において、あらかじめ測定対象外の粒子
の像を不鮮明にする粒子像不鮮明手段を備えているの
で、画像処理に負担をかけることなく、微少濃度で存在
している特異粒子を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成説明図である。

【図２】フローセル部分の拡大図である。

【図３】画像処理のフローチャート図である。

【図４】本発明の第１の実施例における拡大図である。

【図５】ストロボ輝度と検出粒子の関係を示した表であ
る。

【図６】混合粒子中の粗大粒子測定能力を示した表であ
る。

【図７】混合粒子中の粗大粒子測定能力を示した表であ
る。

【図８】通常ストロボ輝度レベルの混合アルミナ粒子の
撮像粒子像である。

【図９】ストロボ輝度レベルを上げたときの混合アルミ
ナ粒子の撮像粒子像である。

【図１０】本発明の第２の実施例における拡大図であ
る。

【図１１】本発明の第３の実施例における拡大図であ
る。

【符号の説明】

５ フローセル ８ パルス光源 １０ ビデオカメラ １１ 画像処理装置 １６ 駆動回路 １７ 制御部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検粒子を含有する試料液をシース液で
   囲み扁平状に流すフローセルと、粒子の流れ領域を照射
   する照射装置と、照射された粒子を撮像する撮像装置
   と、得られた画像に対し画像処理や解析などの処理を行
   う処理装置と、処理結果を出力する出力装置とを備える
   フロー式粒子画像分析装置において、粒子の像を不鮮明
   にする粒子像不鮮明手段を備えたことを特徴とするフロ
   ー式粒子画像分析装置。
2. 【請求項２】 粒子像不鮮明手段が、光学的手段による
   ものであることを特徴とする請求項１記載のフロー式粒
   子画像分析装置。
3. 【請求項３】 粒子像不鮮明手段が、照射装置の照射光
   量を通常よりも増大させる手段であることを特徴とする
   請求項２記載のフロー式粒子画像分析装置。
4. 【請求項４】 粒子像不鮮明手段が、撮像装置の粒子に
   対するピントをずらせる手段であることを特徴とする請
   求項２記載のフロー式粒子画像分析装置。
5. 【請求項５】 粒子像不鮮明手段が、粒子からの光像を
   減衰させる手段である請求項２記載のフロー式粒子画像
   分析装置。
6. 【請求項６】 粒子像不鮮明手段が流体的手段であるこ
   とを特徴とする請求項１記載のフロー式粒子画像分析装
   置。