(57)【要約】  本発明は、光軸方向にずれた粒子を計測するものであり、分散媒中に粒子Ｐが分散してなる試料を撮像して粒子Ｐを分析する粒子分析装置１００であって、試料を撮像する撮像部３と、撮像部３により得られた画像データを処理する画像処理部４とを備え、撮像部３は、撮像レンズ３１と、撮像レンズ３１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３２１と、撮像レンズ３１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３２２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３３とを有する。
2019116802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散媒中に粒子が分散してなる試料を撮像して前記粒子を分析する粒子分析装置であって、
前記試料を撮像する撮像部と、
前記撮像部により得られた画像データを処理する画像処理部とを備え、
前記撮像部は、
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、粒子分析装置。
【請求項２】
前記撮像レンズと前記各受光素子の間に設けられ、前記撮像レンズにより結像される光から前記第１波長域の光及び前記第２波長域の光に分離する分光素子をさらに備え、
前記光学素子は、前記撮像レンズと前記分光素子との間に設けられている、請求項１記載の粒子分析装置。
【請求項３】
前記光学素子は、全体として略アフォーカル系となる光学素子である、請求項１記載の粒子分析装置。
【請求項４】
前記光学素子は、高分散硝材からなる平板である、請求項１記載の粒子分析装置。
【請求項５】
前記光学素子は、少なくとも正の屈折力を有する第１レンズと負の屈折力を有する第２レンズからなるレンズ系であり、
前記第１レンズ又は前記第２レンズの少なくとも一方が高分散硝材からなる、請求項１記載の粒子分析装置。
【請求項６】
前記光学素子は、回折現象を利用して色収差を拡大する回折光学素子である、請求項１記載の粒子分析装置。
【請求項７】
前記回折光学素子は、表面又は内部に回折格子を形成した回折光学素子を含むレンズ系である、請求項６記載の粒子分析装置。
【請求項８】
前記試料に対して前記第１波長域及び前記第２波長域の光を照射する光照射部をさらに備える、請求項１記載の粒子分析装置。
【請求項９】
前記撮像部は、流路を流れる前記試料を撮像するものであり、
前記撮像部のピント面が前記流路に対して傾斜するように配置されている、請求項１記載の粒子分析装置。
【請求項１０】
前記撮像部はティルトレンズを有しており、当該ティルトレンズにより前記撮像部のピント面が傾斜されている、請求項９記載の粒子分析装置。
【請求項１１】
前記撮像部のピント面が概略矩形状をなすものであり、
前記ピント面の短辺と略平行な軸を回転中心として、前記ピント面が所定角度傾斜している、請求項１０記載の粒子分析装置。
【請求項１２】
前記撮像部のピント面が前記流路の流路方向に対して傾斜しており、
前記撮像部の撮像間隔Ｔを以下の式よりも短くしている、請求項９記載の粒子分析装置。
Ｔ≦（ｄ／ｓｉｎθ）／ｖ
ここで、ｄは前記撮像レンズの被写界深度、θは前記ピント面の傾斜角度、ｖは前記試料の流速である。
【請求項１３】
前記撮像レンズによる被写界深度に応じて、前記ピント面の傾斜角度が調整可能に構成されている、請求項１０記載の粒子分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子を撮像することにより粒子を分析する粒子分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、粒子の粒度分布や粒子形状などを測定する装置として、特許文献１に示すように、流路を流れる試料をカメラで撮像し、その画像を分析処理するものが考えられている。【０００３】
この粒子分析装置において、小さい粒径の粒子を計測するためには、カメラの撮像レンズの光学倍率を大きくすることが考えられる。【０００４】
しかしながら、撮像レンズの光学倍率を大きくしてしまうと、当該撮像レンズの被写界深度が浅く（小さく）なってしまい、撮像レンズのピント面に対して光軸方向にずれた位置にある粒子を計測することができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３１６１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、光軸方向にずれた粒子を計測することをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係る粒子分析装置は、分散媒中に粒子が分散してなる試料を撮像して前記粒子を分析する粒子分析装置であって、前記試料を撮像する撮像部と、前記撮像部により得られた画像データを処理する画像処理部とを備え、前記撮像部は、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を特徴とする。【０００８】
このようなものであれば、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。また、各受光素子により得られた画像を深度合成などの処理により１枚の画像に合成することで、撮像部の被写界深度を深くすることができ、光軸方向にずれた位置の粒子を計測することができる。【０００９】
なお、本発明の光学素子を用いない場合には、光学倍率が低倍率だと小さな粒子の輪郭が取れないので計測精度が悪くなってしまう。また、高倍率にすると視野が狭くなってしまうだけでなく、被写界深度も浅くなってしまい、一度に撮影できる粒子の個数が少なくなり、統計的な条件を満たすだけの撮影数が必要となってしまう。つまり、高精度に計測するためには時間がかかってしまうし、時間を短くしようとすると計測精度が悪くなってしまう。一方、本発明の光学素子を用いることによって、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ので、高精度に計測できるだけでなく、その計測時間を短くすることができる。【００１０】
粒子分析装置は、前記撮像レンズと前記各受光素子の間に設けられ、前記撮像レンズにより結像される光から前記第１波長域の光及び前記第２波長域の光に分離する分光素子をさらに備えることが考えられる。分光素子としては、例えばダイクロイックプリズムを用いることが考えられる。
このような分光素子を用いることによって、受光素子の前にカラーフィルタを設けて所望の波長域の光を受光する場合に比べて、光の透過性が高く強い光を得やすい、色分離の精度が高い、耐久性が高く経年劣化を起こしにくいといった利点がある。【００１１】
光学素子の具体的な実施の態様としては、全体として略アフォーカル系（焦点距離が無限遠にある光学系）となる光学素子であることが考えられる。例えば、前記光学素子は、高分散硝材からなる平板であることが考えられる。また、前記光学素子は、少なくとも正の屈折力を有する第１レンズと負の屈折力を有する第２レンズからなるレンズ系でることが考えられる。ここで、前記第１レンズ又は前記第２レンズの少なくとも一方が高分散硝材からなることが考えられる。また、第１レンズ及び第２レンズの焦点距離の絶対値を略同一にすることが望ましい。例えば正の屈折力を有する第１レンズは平凸レンズであり、負の屈折力を有する第２レンズは平凹レンズである。さらに、前記光学素子は、回折現象を利用して色収差を拡大する回折光学素子であることが考えられる。前記回折光学素子は、表面又は内部に回折格子を形成した回折光学素子を含むレンズ系となることが考えられる。【００１２】
前記試料に対して前記第１波長域及び前記第２波長域の光を照射する光照射部をさらに備えることが望ましい。
このように第１波長域及び第２波長域の光を照射することによって、光源側で波長域を任意に選択することにより、波長純度を上げることができるので、より鮮明な画像を取得することができる。また、倍率色収差や歪曲などを画像処理で容易に補正できるようになる。【００１３】
粒子分析装置としては、前記試料が流れる流路を有し、前記撮像部が当該流路を流れる前記試料を撮像する構成とすることが考えられる。このとき流路内で分布が不均一である可能性があった場合、奥行き方向へずれた粒子を計測できず粒度分布としては不十分となってしまう。また、被写界深度が狭いと、一部の分布域の粒子しか計測することができない。
この問題を解決するためには、前記撮像部のピント面が前記流路に対して傾斜するように配置されていることが望ましい。
この構成であれば、流路の流路方向に直交する奥行方向にずれた粒子を計測することができる。【００１４】
前記撮像部はティルトレンズを有しており、当該ティルトレンズにより前記撮像部のピント面が傾斜されていることが望ましい。
この構成であれば、撮像部全体を流路に対して傾斜させる必要が無く、粒子分析装置全体の小型化が可能となる。【００１５】
前記撮像部のピント面が概略矩形状をなすものの場合には、前記ピント面の短辺と略平行な軸を回転中心として、前記ピント面が所定角度傾斜していることが望ましい。
この構成であれば、ピント面の長辺が流路方向に対して傾斜するので、ピント面の傾斜角度を小さくすることができる。【００１６】
前記撮像部のピント面の傾斜態様としては、前記ピント面が前記流路の流路方向に対して傾斜していること、又は、前記ピント面が前記流路の流路方向を回転中心として傾斜していることが考えられる。
前記ピント面が前記流路の流路方向に対して傾斜している構成の場合には、前記撮像部の撮像間隔ｔが以下を満たすようにすることが望ましい。
ｔ≦（ｄ／ｓｉｎθ）／ｖ
ここで、ｄは前記撮像レンズによる被写界深度、θは前記ピント面の傾斜角度、ｖは前記試料の流速である。
この構成であれば、流路を流れる試料中の粒子を漏らすことなく撮像して計測することができる。【００１７】
粒子分析装置は、粒子サイズの大小に応じて撮像レンズの光学倍率を選択可能にすることが考えられる。この場合、撮像レンズの光学倍率に応じて被写界深度が変化する。そのため、前記撮像レンズによる被写界深度に応じて、前記ピント面の傾斜角度が調整可能に構成されていることが望ましい。
この構成であれば、粒子サイズの大小に関わらず、高精度な計測が可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
以上に述べた本発明によれば、光学素子によって第１波長域の光と第２波長域の光とに軸上色収差を発生させて、これらを第１受光素子及び第２受光素子で受光しているので、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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る粒子分析装置の全体模式図である。
【図２】第１実施形態の撮像素子の構成例を示す模式図である。
【図３】撮像素子の分光感度を示すグラフ及び光照射部の透過フィルタの分光透過率を示すグラフである。
【図４】第１実施形態の深度合成を示す図である。
【図５】第１実施形態の変形例に係る粒子分析装置の全体模式図である。
【図６】分光素子（ダイクロイックプリズム）の構成例を示す模式図である。
【図７】第１実施形態の変形例に係る粒子分析装置の全体模式図である。
【図８】第１実施形態の変形例に係る粒子分析装置の全体模式図である。
【図９】第２実施形態に係る粒子分析装置の全体模式図である。
【図１０】第２実施形態の観察距離Ｃ、流速ｖ及び被写界深度ｄの関係などを示す模式図である。
【図１１】第２実施形態の変形例に係る粒子分析装置の全体模式図である。
【図１２】変形実施形態に係る粒子分析装置の全体模式図である。
【図１３】変形実施形態に係る粒子分析装置の全体模式図である。
【図１４】変形実施形態における粒子判別の機能を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２０】
１００・・・粒子分析装置
Ｐ・・・粒子
２・・・光照射部
３・・・撮像部
４・・・画像処理部
３１・・・撮像レンズ
Ｆ１〜Ｆ３・・・ピント面
３２１・・・第１受光素子
３２２・・・第２受光素子
３３・・・光学素子
３４・・・分光素子
３１１・・・ティルトレンズ
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る粒子分析装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
本実施形態の粒子分析装置１００は、分散媒中に粒子Ｐが分散してなる試料を撮像して粒子Ｐを分析するものである。本実施形態では、粒子Ｐが貯留された粒子供給器６から粒子を大気中に自然落下させて、当該自然落下する粒子Ｐを撮像することによって粒子Ｐを分析する構成としてある。この場合、粒子Ｐが自然落下する空間（流路）Ｓにある大気が粒子Ｐを分散する分散媒となり、当該空間にある大気及び粒子Ｐが試料となる。
【００２３】
具体的に粒子分析装置１００は、試料に対して光を照射する光照射部２と、試料を撮像する撮像部３と、撮像部３により得られた画像データを処理する画像処理部４とを備えている。ここで、光照射部２及び撮像部３は、粒子Ｐが自然落下する空間（流路）Ｓを挟むように対向して配置されている。具体的に光照射部２及び撮像部３は、流路方向（鉛直方向）に直交する水平方向において対向して配置されている。
【００２４】
光照射部２は、試料の所定範囲に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。具体的に光照射部２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、撮像部３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、平行照明のほうが望ましい。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との組み合わせでもよい。
【００２５】
撮像部３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。
【００２６】
撮像レンズ３１は、粒子Ｐが自然落下する空間（流路）Ｓ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。
【００２７】
撮像素子３２は、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、図２に示すように、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、上述した光照射部２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。
【００２８】
ここで、撮像素子３２の分光感度は、図３に示すように、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とし、第２波長域の光（Ｇ）を５３０ｎｍとし、第３波長域の光（Ｂ）を４６０ｎｍとしている。
【００２９】
然して、本実施形態の撮像部３は、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、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。
【００３２】
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る。
【００３３】
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処理部４によって分析処理される。
【００３４】
画像処理部４は、構造としては、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。また、画像処理部４には、ディスプレイ５が接続されている。そして、画像処理部４は、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、画像処理を施すとともに、粒子Ｐの測定項目を求める各種演算を行う。
【００３５】
具体的に画像処理部４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４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４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４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。そして、画像処理部４は、その合成画像をディスプレイ５上に表示する（図１参照）。
【００３６】
また、画像処理部４は、合成画像などを用いて、粒子Ｐの粒度分布、円相当径、長径、短径、周囲長、アスペクト比、円形度、凹凸度などを算出する。画像処理部４は、これら算出した数値も合成画像とともにディスプレイ５上に表示する。
【００３７】
＜第１実施形態の効果＞
本実施形態の粒子分析装置１００によれば、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Ｐを計測することができる。また、受光素子３２１、３２２、３２３により得られた画像を深度合成などの処理により１枚の画像に合成することで、撮像部３１の被写界深度を広げることができ、光軸方向にずれた位置の粒子Ｐを計測することができる。
【００３８】
また、受光素子３２１、３２２、３２３が撮像する領域、すなわちピント面Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、必ずしも連続した領域である必要はない。各受光素子３２１、３２２、３２３の被写界深度が相互に重なりあっても良いし、図１に示すように離間していても構わない。被写界深度を超える領域の粒子は若干ぼけて撮影されるが、画像処理部４によって周知の鮮鋭化処理を施すことにより容易に復元可能である。この際、撮像レンズ３１にテレセントリックレンズを用いていれば、粒子の大きさやアスペクト比なども正しく計測することができる。また、測定対象となる粒子のサイズや比重などに応じて、ピント面Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の間隔（光軸方向の距離）が任意に設定できるよう、光学素子３３を随時選択できる構成としてもよいし、軸上色収差量を（ピント面Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の間隔を）調節可能な光学素子３３を用いても良い。
【００３９】
＜第１実施形態の変形例＞
図５に示すように、撮像レンズ３１及び撮像素子３２の間に、撮像レンズ３１により結像される光から第１波長域の光、第２波長域の光及び第３波長域の光に分離する分光素子３４を設けてもよい。この分光素子３４は、図６に示すように、例えばダイクロイックプリズムを用いることができる。このダイクロイックプリズムは、入射した光を、赤色の光、緑色の光及び青色の光に分光するものであり、各光の光射出面に複数の第１受光素子３２１からなる第１撮像素子３２ａ、複数の第２受光素子３２２からなる第２撮像素子３２ｂ、複数の第３受光素子３２３からなる第３撮像素子３２ｃが設けられている。この場合、光学素子３３は、撮像レンズ３１及び分光素子３４の間に設ける。
【００４０】
このようにダイクロイックプリズムを用いて撮像素子３２ａ〜３２ｃを３枚設けた構成の場合、カラーＣＣＤと比較して分光感度の重なり影響の考慮が不要となる。この場合、光照射部２に透過フィルタ２２を用いて、積極的に第３波長域の光（Ｂ）は波長を短くし、第２波長域の光（Ｇ）を第３波長域の光（Ｂ）寄りにし、第１波長域の光（Ｒ）を近赤外寄りにすれば、より収差を拡大できる。カラーＣＣＤ（ＣＣＤ一枚）の場合、ＲとＧの軸上色収差の差が少ないが、撮像素子３２を３枚（第１〜第３撮像素子３２ａ〜３２ｃ）に分ければ、上記のように波長を選択することにより色収差をさらに拡大できる。
【００４１】
また、光学素子３３として、高分散硝材からなる平板の他に、回折現象を利用して色収差を拡大する回折光学素子を用いてもよい。また、それらを併用してもよい。ここで、回折光学素子は、表面又は内部に回折格子を形成した回折光学素子を含むレンズ系としてもよい。
【００４２】
さらに、光照射部２は、透過フィルタ２２を有さない構成であってもよい。この場合、光源は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤを組み合わせたものを用いてもよい。また、光源は、近赤外域の光を射出するものや、紫外域の光を射出するものであっても良い。
【００４３】
その上、図７に示すように、光学素子３３を撮像レンズ３１の前方に設けてもよい。光学素子３３として高分散硝材からなる平板を用いてもよい。ここで、撮像レンズ３１が拡大光学系の場合は、光学素子３３の位置は撮像レンズ３１の前方が望ましい。これにより、光学倍率（横倍率）を大きくしても、横倍率の２乗となる縦倍率の影響を受けることがなく、軸上色収差を大きくすることができる。また、撮像レンズ３１が縮小光学系の場合は、光学素子３３の位置は撮像レンズ３１の後方が好ましい。
【００４４】
また、図８に示すように、光学素子３３を少なくとも正の屈折力を有する第１レンズ３３ａと負の屈折力を有する第２レンズ３３ｂからなるレンズ系から構成してもよい。ここで、第１レンズ３３ａは、平凸レンズであり、第２レンズ３３ｂは平凹レンズである。そして、光学素子３３は、平凸レンズ３３ａと平凹レンズ３３ｂとが近接配置して構成されている。この場合、平凹レンズ３３ｂに高分散硝材を用い、平凸レンズ３３ａに低分散硝材を用いる構成が望ましく、両者の焦点距離の絶対値を略同一にすると良い。平凸レンズ３３ａと平凹レンズ３３ｂの順序や向き（凹凸面と平面の順序）は問わない。片側の面が平面となる平凹、平凸レンズは光軸に対する直角度を組立精度として保障するために有利である。光学仕様としては正の屈折力を有する両凸レンズ、負の屈折力を有する両凹レンズを用いてもよく、正または負の屈折力を有するメニスカスレンズを用いても同じ性能を達成できる。また、これらのレンズ(平凹、平凸、両凹、両凸、メニスカス)を接着等により貼り合わせた接合レンズを用いてもよい。また、平凸レンズ３３ａに高分散硝材を用いてもよいし、平凸レンズ３３ａ及び平凹レンズ３３ｂの両方に高分散硝材を用いてもよい。
【００４５】
＜第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態に係る粒子分析装置について、図面を参照しながら説明する。
【００４６】
本実施形態の粒子分析装置１００は、前記実施形態とは撮像部３の構成が異なる。その他の構成は前記第１実施形態と同様のため、説明は省略する。
【００４７】
本実施形態の撮像部３は、図９に示すように、そのピント面Ｆ１〜Ｆ３が流路Ｓに対して傾斜するように配置されている。本実施形態の流路方向は鉛直方向であり、前記ピント面Ｆ１〜Ｆ３は、鉛直方向に対して傾斜している。また、本実施形態では、光照射部２も流路Ｓに対して傾斜するように配置されて撮像部３に対向している。
【００４８】
具体的に撮像部３のピント面Ｆ１〜Ｆ３は概略矩形状をなすものであり、ピント面Ｆ１〜Ｆ３の短辺と略平行な軸を回転中心として、ピント面Ｆ１〜Ｆ３が所定角度傾斜している。
【００４９】
ここで、ピント面Ｆ１〜Ｆ３の傾斜角度θと、流路Ｓの奥行寸法Ｄと、測定領域（ピント面Ｆ１〜Ｆ３の長辺）の長さＬと、撮像レンズ３１の被写界深度ｄとの関係は、以下の式となる。
ｓｉｎθ≒（Ｄ−ｄ）／Ｌ
なお、撮像レンズ３１の被写界深度ｄは、単一の受光素子（例えば第１受光素子３２１）における被写界深度である。
【００５０】
また、撮像部３の１フレームにおける観察距離Ｃは、図１０に示すように、以下の式となる。
Ｃ＝ｄ／ｓｉｎθ
撮像部３の撮像間隔ｔが以下の式を満たすことによって、流路Ｓを流れる試料中の粒子Ｐを漏らすことなく撮像することができる。
ｔ≦Ｃ／ｖ
ｔ≦（ｄ／ｓｉｎθ）／ｖ
なお、ｖは試料の流速（落下速度）である。
【００５１】
＜第２実施形態の効果＞
本実施形態の粒子分析装置１００によれば、流路Ｓの流路方向に直交する奥行方向にずれた粒子Ｐを計測することができる。これにより、前記第１実施形態よりも光軸方向において広範囲にわたって計測することができる。
【００５２】
＜第２実施形態の変形例＞
図１１に示すように、撮像部３の撮像レンズ３１がティルトレンズ３１１を有しており、当該ティルトレンズ３１１によりピント面Ｆ１〜Ｆ３を傾斜する構成としてもよい。これにより、撮像部３全体を流路Ｓに対して傾斜させる必要が無く、粒子分析装置１００全体の小型化が可能となる。
【００５３】
また、粒子サイズの大小に応じて撮像レンズ３１の光学倍率を選択可能に構成してもよい。この場合、撮像レンズ３１の光学倍率に応じて被写界深度ｄが変化する。そのため、撮像レンズ３１による被写界深度ｄに応じて、ピント面Ｆ１〜Ｆ３の傾斜角度θが調整可能に構成することが望ましい。この構成であれば、粒子サイズの大小に関わらず、高精度な計測が可能となる。
【００５４】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記各実施形態に限られるものではない。
【００５５】
例えば、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。
【００５６】
また、前記第２実施形態は、前記第１実施形態を前提としない構成であってもよい。
つまり、図１２に示すように、粒子分析装置１００の撮像部３が前記第１実施形態の光学素子３３を有さない構成であり、撮像部３のピント面Ｆが流路Ｓに対して傾斜するように配置されている。その他の構成は、前記第２実施形態と同様である。この粒子分析装置１００であれば、流路Ｓの流路方向に直交する奥行方向にずれた粒子Ｐを計測することができる。
【００５７】
図１２に示す粒子分析装置１００においては、撮像部３の撮像素子３２として、特定の波長の光を透過する透過フィルタ等を設けない構成としても良い。このような構成の撮像部３は、一般にモノクロカメラと呼ばれており、透過フィルタが不要となるので、撮影感度が高くなる。また各画素が同じ条件で撮影できるので、より高精度な計測が可能となる。
【００５８】
前記各実施形態の試料は、分散媒として大気を用いた試料であったが、気体以外の分散媒、例えば、液体やゲル中に粒子を分散させた試料であってもよい。この場合、粒子分析装置は、試料をフローセルに流通させる構成であってもよいし、バッチ式のセルに収容する構成であってもよい。
【００５９】
試料をフローセルに流通させる構成としては、図１３に示すものが考えられる。つまり、例えば液体中に粒子を分散させた試料を収容する測定セル７と、当該測定セル７に試料を導入及び導出させる貯留タンク８１や循環ポンプ８２を有する循環経路８とを備えている。そして、測定セル７の一方側に光照射部２が設けられ、測定セルの他方側に撮像部３が設けられる。ここで、測定セルの撮像部３側の側壁に高分散硝材を用いることにより、測定セル７と光学素子３３とが一体に構成されたものであってもよい。
【００６０】
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。
【００６１】
前記実施形態の粒子Ｐとしては、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とが混在している場合がある。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７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。
【００６２】
光照射部２及び撮像部３は、セル７を挟むように対向して配置されており、光照射部２から射出された光は、図１４（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部３に到達することになる。
その結果、撮像部３が撮像した粒子の画像には、図１４（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。
【００６３】
より詳細に説明すると、図１４（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。
【００６４】
そこで、画像処理部４の粒子判別部は、上述した明暗領域Ｓ１、Ｓ２に基づいて、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。
【００６５】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明によれば、光学素子によって第１波長域の光と第２波長域の光とに軸上色収差を発生させて、これらを第１受光素子及び第２受光素子で受光しているので、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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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