(57)【要約】本発明は、粒子流として測定小道（Ｍ）中に案内された粒子（Ｔ）の粒子サイズおよび／または粒子形状を決定するためのデバイスであり、後ろ側から測定小道（Ｍ）における粒子流に光を当てるための照明デバイス（４）と、照明デバイス（４）によって光を当てられた粒子（Ｔ）の陰影投影を前側から撮るカメラ（５）と、カメラ（５）の撮影画像を用いて、記録された粒子（Ｔ）の粒子サイズおよび／または粒子形状を決定する分析ユニット（７）とを含むデバイスに関する。カメラ（５）は、投影デバイス（６）と一対にされ、この投影デバイス（６）は、測定小道（Ｍ）の前側に配設され、カメラ（５）に対する三角測量角度αに配置されて光線（Ｌ）を、に測定小道（Ｍ）おける粒子流の粒子（Ｔ）上に投影し、前記光線は、カメラ（５）によって撮られる。検出された粒子（Ｔ）についての奥行情報および／または幾何学的形状情報は、分析ユニット（７）において光線（Ｌ）の形状から確定される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子混合物の粒子（Ｔ）の粒子サイズおよび／または粒子形状を決定するための装置であり、粒子混合物の粒子（Ｔ）を単離しかつそれらを粒子流として測定セクション（Ｍ）中に搬送する送達デバイス（１）と、測定セクション（Ｍ）の一方側−後ろ側−に設置され、測定セクション（Ｍ）中の粒子流に後ろ側から光を当てるように測定セクション（Ｍ）に向けられた照明デバイス（４）と、測定セクション（Ｍ）の前側に配置されて照明デバイス（４）の反対にありかつ照明デバイス（４）によって光を当てられた粒子（Ｔ）の陰影投影を記録するように測定セクション（Ｍ）に向けられたカメラ（５）と、カメラ（５）の画像によって記録された粒子（Ｔ）の粒子サイズおよび／または粒子形状を決定する分析ユニット（７）とを含む装置であって、カメラ（５）に投影デバイス（６）が割り当てられ、これは、測定セクション（Ｍ）の前側に設置され、測定セクション（Ｍ）における粒子流の粒子（Ｔ）上に光線（Ｌ）を投影するように測定セクション（Ｍ）に向けられかつカメラ（５）に対して三角測量角度αに配置されて、この光線も、カメラ（５）によって記録され、記録された粒子（Ｔ）についての奥行情報および／または幾何学的形状情報が、分析ユニットにおいて光線（Ｌ）の形状から決定されることを特徴とする装置。
【請求項２】
粒子の後ろ側に光線を発生させかつ記録するように、測定セクション（Ｍ）の後ろ側にカメラおよび該カメラに割り当てられた投影デバイスが設けられ、記録された粒子についての奥行情報および／または幾何学形状情報が、分析ユニットにおいて光線の形状から決定されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
測定セクション（Ｍ）の後ろ側の照明デバイスおよび投影デバイスは、交互に活性になるようにパルスまたはクロック制御されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
測定セクション（Ｍ）の前側および／または後ろ側の投影デバイス（６）は、レーザおよび／または少なくとも１つのＬＥＤを光源として有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置。
【請求項５】
測定セクション（Ｍ）の前側および／または後ろ側の投影デバイス（６）は、光線を発生させるために光源および追加的にレンズおよび／または回折光学素子を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の装置。
【請求項６】
測定セクション（Ｍ）の前側および／または後ろ側の投影デバイス（６）は、異なる色の投影線を発生させるように構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項７】
分析されるべき粒子の表面上の蛍光励起によって生じた光をフィルタ除去するように、測定セクションの前側および／または後ろ側のカメラの上流にフィルタデバイスが設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の装置。
【請求項８】
フィルタ材料は、高域および／または帯域のフィルタを含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
フィルタデバイスは、測定セクション（Ｍ）中の粒子によって散乱させられた光の所定の偏光方向を識別するためのフィルタを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１０】
分析ユニット（７）は、測定セクションの前側および／または後ろ側の投影デバイスによって発生した光線の画像を、適切なソフトウェアフィルタおよび／または適応アルゴリズムによって、特に、サブピクセル処理および／またはガウシアン適応によって、光線の可能な最高の解像度が達成されるようにさらに処理するように構成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１１】
分析ユニット（７）は、カメラ（５）によって記録された陰影投影によって個々の粒子を追跡し、かつ、追跡された粒子が発生した光線（Ｌ）の領域に通過するであろう時に計算するように構成され、分析ユニット（７）は、後に記録される画像内に、光線のアルゴリズム決定のために用いられる対応する関心領域を画定することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１２】
粒子流は、方向（Ｙ）に、直線でまたは実質的に直線で測定セクション（Ｍ）中に搬送され、カメラ（５）および割り当てられた投影デバイス（６）は、測定セクション（Ｍ）の前側および／または後ろ側に、粒子の移動の方向（Ｙ）に垂直な平面（Ｘ，Ｚ）中に設置されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１３】
送達デバイス（１）は、測定セクション（Ｍ）の上方で粒子混合物を単離しかつ測定セクション（Ｍ）中に自由落下で移動する粒子カーテンの形態の粒子流を発生させるように構成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１４】
送達デバイス（１）は、落下平面に対する落下粒子の回転を防止するように設計されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
粒子混合物の粒子（Ｔ）の粒子サイズおよび／または粒子形状を決定する方法であり、
−  粒子混合物の粒子（Ｔ）を単離し、次いで、粒子流として測定セクション（Ｍ）中に搬送し、
−  照明デバイス（４）によって測定セクション（Ｍ）の後ろ側から粒子流に光を当て、
−  光を当てられた粒子（Ｔ）の陰影投影を、カメラ（５）によって、測定セクションの前側から記録し、
−  記録された粒子（Ｔ）の粒子サイズおよび／または粒子形状を、カメラ（５）の画像によって決定する、方法であって、
光線（Ｌ）を、投影デバイス（６）によって、測定セクション（Ｍ）の前側から、測定セクション（Ｍ）における粒子流の粒子（Ｔ）上に投影し、光線（Ｌ）をカメラ（５）によって記録し、記録された粒子（Ｔ）についての奥行情報および／または幾何学的形状情報を、光線（Ｌ）の形状から決定することを特徴とする方法。
【請求項１６】
投影デバイスによって測定セクション（Ｍ）の後ろ側から、測定セクション中の粒子流の粒子上に光線を投影し、測定セクションの後ろ側に設置されたカメラによって光線を記録し、記録された粒子についての奥行情報および／または幾何学的形状情報を、光線の形状から決定することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
測定セクション（Ｍ）の後ろ側の照明デバイス（４）および投影デバイスを、それらが交互に活性であるようにパルスまたはクロック制御することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
粒子流中の粒子の表面上で蛍光励起によって生じた光をフィルタ除去することを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
粒子によって散乱させられた光の所定の偏光方向を識別することを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２０】
測定セクション（Ｍ）の前側および／または後ろ側で粒子上で生じた光線の画像を、適切なソフトウェアフィルタおよび／または適応アルゴリズムによって、特に、サブピクセル処理および／またはガウシアン適応によって、光線の可能な最高の解像度を達成するようにさらに処理することを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】
カメラにより記録された陰影投影によって個々の粒子を追跡し、発生した光線の領域中に追跡された粒子が通るであろう時にそれを計算し、対応する関心領域を、後の記録される画像内に画定し、この関心領域を、光線のアルゴリズム決定のために用いることを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２２】
粒子流を、方向（Ｙ）に、直線でまたは実質的に直線で、測定セクション（Ｍ）中に搬送し、カメラ（５）および割り当てられた投影デバイス（６）を、測定セクション（Ｍ）の前側および／または後ろ側に、粒子の移動の方向（Ｙ）に対して垂直な平面（Ｘ，Ｚ）内に設置することを特徴とする請求項１５〜２１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２３】
粒子混合物を測定セクション（Ｍ）の上方で単離し、測定セクション（Ｍ）中を自由落下で移動する粒子カーテンの形態の粒子流を発生させることを特徴とする請求項１５〜２２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２４】
落下平面に対する落下粒子の回転を防止することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子混合物の粒子の粒子サイズおよび／または粒子形状を決定するための装置であって、粒子混合物の粒子を単離してからそれらを粒子流として測定セクション中に搬送する送達デバイスと、測定セクションの一方の側―後ろ側―に設置され、かつ、測定セクション中の粒子流に、後ろ側から光を当てるように測定セクションに向けられる照明デバイスと、測定セクションの前側に配置されて照明デバイスの反対にあり、かつ、測定セクションに向けられて照明デバイスによって光を当てられた粒子の陰影投影（shadow projection）を記録するカメラと、記録された粒子の粒子サイズおよび／または粒子形状をカメラ画像によって決定する分析ユニットとを含む、装置に関する。さらに、本発明は、粒子混合物の粒子の粒子サイズおよび／または粒子形状を決定するための方法であって、粒子混合物の粒子を単離し、次いで、測定セクション中に粒子流として搬送し、粒子流に、照明デバイスによって測定セクションの後ろ側から光を当て、光を当てられた粒子の陰影投影を、カメラによって、測定セクションの前側から記録し、記録された粒子の粒子サイズおよび／または粒子形状を、カメラ画像によって決定する、方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル画像処理を利用したバルク材料の粒子の形状およびサイズの分析は広く用いられている方法である。静的および動的な分析方法の間で、基本的な区別がここではなされている。動的画像処理に基づく粒子混合物の粒子の粒子サイズおよび／または粒子形状を決定するための装置は、例えば、特許文献１〜３から知られている。これら既知の装置は、微粒子バルク材料の漏斗状格納コンテナと振動板とを有する送達デバイスを含み、この振動板は、格納コンテナから送達された粒子を単離するように機能し、粒子は振動板から測定セクション中にカーテン様粒子流として落下する。測定セクションに割り当てられているのは、照明デバイスであり、これは、測定セクションの後ろ側に設置され、かつ、後ろ側から測定セクションにおいて二次元的に粒子流に光を当てるように測定セクションに向けられる。さらに、カメラが設けられ、これは、測定セクションの前側に配置されて照明デバイスの反対にあり、照明デバイスによって光を当てられた粒子の陰影投影を記録するように測定セクションに向けられる。適切な分析プログラムにより、各個別粒子の陰影投影から寸法および形状パラメータが決定され得る。陰影投影は概して、粒子の輪郭を決定するのによく適している。記録されたデータを２値化させ易いのは、理想的な場合に、２つの事象のみ、すなわち、明と暗が考慮に入れられる必要があるからである。しかしながら、表面の外観について制限された情報のみが得られる。カメラに面する記録された粒子の前側は、連続する黒色エリアとして現れるからである。
【０００３】
動的方法の利点は、比較的短時間における大量のサンプルの測定にある。この結果、統計的に信頼性の高い測定が得られる。この方法のデメリットは、概して、各粒子のランダムな配向の二次元的な投影のみが検出されることにある。動的方法の結果はたいていスクリーニングからのデータと比較されるので、スクリーニングと動的画像処理との間に、可能な限り最良の相関関係が求められる。スクリーニングによりサイズを決定する場合、使用されるスクリーンのスクリーンメッシュ幅は、粒子が分類されるいわゆるサイズカテゴリにとって決定的である。粒子は、その最小投影表面がスクリーンメッシュより小さい場合にのみ、スクリーンメッシュを通過することができる。動的画像処理では粒子のランダム配向のみが記録されるので、必然的に、最小投影表面も非常に大きく変化し得る。粒子の形状が球体の形状から大きく逸脱するほど、不確実性は高まる。そのため、概して、動的画像処理を利用して決定され得る非対称粒子のサイズ分布は、スクリーニングを利用して得られるものより広い。しかしながら、分析ルーチンと補正による特定サンプルについての２つの測定方法の間の相関を確立することは、それにも関わらず可能である。しかしながら、これはかなりの程度の複雑性と関連している。それ故に、測定されるべき粒子についての三次元データを取得する努力を要する。例えば、特許文献４において、一つかつ同一の粒子を、複数回、異なる視認方向から記録することが提案されている。そのようにするに際して、自由落下の間の異なる時点において粒子の画像を記録することによって落下粒子の自転が利用される。
【０００４】
静的画像処理法は、高い空間解像度を有し、入射光と透過光の両方で操作され得る。しかしながら、観察されるサンプル容積は小さい。加えて、検査されるべき粒子は、それらが物体キャリアに載置されることに起因して好適な配向にある。そのため、個々の粒子の静的に分散された配向は観察されない。所定の光学系、例えば、共焦点顕微鏡法によってこのデメリットは克服され得る。しかしながら、静的画像処理は、小さいサンプル容積のみが分析され得るという問題と依然として関連している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許発明第１９８０２１４１号明細書（特開平１１−３１６１８４号公報）
【特許文献２】欧州特許第０３４８４６９号明細書（特開平２−５０２５７５号公報）
【特許文献３】欧州特許出願公開第２３３０４００号明細書
【特許文献４】米国特許第８２７０６６８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そのため、以下の本発明の目的は、動的画像処理の原理に従って作動する最初に特定されたタイプの粒子混合物の粒子の粒子サイズおよび／または粒子形状を決定するための装置および方法を設計して、測定されるべき粒子の幾何学的形状に関する追加のデータが容易に得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、最初に特定されたタイプの装置を用いて、そこにカメラに投影デバイスが割り当てられることによって達成され、この投影デバイスは、測定セクションの前側に設置され、測定セクションに向けられ、かつ、測定セクションにおける粒子流の粒子上に光線を投影するようにカメラに対して三角測量角度αに配置され、これもカメラによって記録され、記録された粒子についての奥行情報および／または幾何学的形状情報が、分析ユニットにおいて光線の形状から決定される。
【０００８】
さらに、本目的は、最初に特定されたタイプの方法を用いて、測定セクションの前側から、測定セクションにおける粒子流の粒子上に光線を投影デバイスにより投影することおよびカメラによって光線を記録することによって達成され、記録された粒子についての奥行情報および／または幾何学的形状情報は、光線の形状から決定される。
【０００９】
そのため、本発明は、線形三角法（line triangulation）とも呼ばれる光切断法（light section method）を用いて粒子の表面プロファイルを決定するという概念に基づいている。この目的のために、測定されるべき粒子の前側へ投影デバイスを通して狭い光線が投影される。投影デバイスは、それに応じて測定セクションの前側に設置されるが、カメラに対してオフセットされた角度で配置され、カメラの光軸に対する投影デバイスの投影軸が三角測量角度αだけオフセットするようにされる。粒子流は概して、方向Ｙに、直線で、例えば、自由落下で、測定セクション中に搬送される。有利には、投影デバイスおよびカメラは、投影デバイスの投影軸およびカメラの光軸が、粒子の移動の方向Ｙに対して垂直（水平）なＸ，Ｚ平面（水平）内にあるように配設され、かつ、この平面において、三角測量角度αだけ互いにに対してオフセットされて配設される。操作の間、測定セクションの領域における粒子流は、その後ろ側から二次元的に光を当てられて、陰影投影が生じ、この陰影投影は、カメラによって測定セクションの前側から記録される。加えて、カメラの視野の狭い領域では、投影デバイスを利用して薄い光線が粒子上へ投影される。この光線は、一部、落下粒子により後方散乱させられ、散乱光がカメラにより検出される。測定される粒子についての奥行情報並びに幾何学形状情報が、光線の形状から適切な分析ソフトウェアにより取得され得る。陰影投影から既知の方法で得られる外形情報と共に、カメラに面している側の測定粒子の完全復元を計算することができるが、これは、カメラのフレームレートが十分に高い場合である。生じた光線に対する粒子の移動およびカメラによって、粒子の移動の方向Ｙにおける完全な走査が達成される。
【００１０】
粒子の完全な走査を達成するために、用いられるカメラ（単数または複数）の非常に高いフレームレートが必要とされる。２つの連続する画像の間で粒子が数ピクセルのみ移動するように、１０００画像／秒超のフレームレートが、可能にされなければならない。このフレームレートを達成するために、多くのカメラは、カメラチップの所定の領域のみを読み出すという選択肢を有している。同様に、分析されるべきバルク材料の不均一性によって引き起こされる散乱挙動における差を補償するようにＣＣＤまたはＣＭＯＳチップが対数感度を（適宜）有しているカメラを用いることができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、カメラおよびこのカメラに割り当てられた投影デバイスが、測定セクションの後ろ側に提供されて、粒子の後ろ側に光線を発生させおよび記録し、記録された粒子についての奥行情報および／または幾何学的形状情報が光線の形状から分析ユニットにおいて決定されるような提供がなされる。この実施形態では、追加の投影デバイスおよび追加のカメラが、測定セクションの後ろ側に設置されて、測定セクションにおいて粒子の後ろ側で光線を発生させかつ記録し、粒子の後ろ側で光線の形状から外形情報を得る。したがって、カメラおよび投影デバイスは、測定セクションの後ろ側で、好ましくは、検出されるべき粒子の移動の方向Ｙに対して垂直な（水平な）平面Ｘ，Ｚ内に三角測量角αだけ互いにオフセットされて配設されている。有利には、配設は、測定セクションの前側および後ろ側の、２つの投影デバイスの投影軸およびカメラの光軸が、全て、共通のＸ，Ｙ平面内にあるようになされる。
【００１２】
測定セクションの後ろ側の照明デバイスおよび投影デバイスは、有利には、パルスまたはクロック制御されて、それらは、交互に活性になり、粒子は、照明デバイスまたは投影デバイスのいずれかによって光を当てられる。言い換えると、粒子は、投影ラインが生じた時には照明デバイスによって光を当てられず、光線は、測定セクションの後ろ側でカメラによって十分に検出され得る。
【００１３】
測定セクションの前側および／または後ろ側に薄い光線を発生させるための適切な投影デバイスは、好ましくは、光源としてレーザおよび／または少なくとも１個のＬＥＤを含む。加えて、レンズおよび／または回折光学素子が、好ましくは、光線を発生させるために用いられる。
【００１４】
さらに、測定セクションの前側および／または後ろ側の投影デバイスは、異なる色の投影線を発生させるように構成されている。異なる材料が異なる吸収および透過の特性を有することが知られている。これは、後方散乱させられる光の量に直接的な影響を有する。それゆえ、光線を発生させるために、測定されるべき粒子混合物の材料に応じて適宜用いられ得る複数の可能な投影色を利用可能にすることが有利である。
【００１５】
本発明の一実施形態によると、測定セクションの前側および／または後ろ側のカメラの上流にフィルタデバイスが提供されて、分析されるべき粒子の表面上の蛍光励起によって生じた光をフィルタ除去するように提供がなされる。例えば、フィルタ手段は、高域および／または帯域のフィルタを含み得る。
【００１６】
代替的に、または追加で、フィルタデバイスは、測定セクションにおいて粒子によって散乱させられた光の所定の偏光方向を識別するためのフィルタも含むこともでき、これは、透明な粒子を測定する場合に特に有利であり得る。
【００１７】
本発明のさらなる発展形において、分析ユニットが、測定セクションの前側および／または後ろ側の投影デバイスによって発生した光線の画像を、適切なソフトウェアフィルタおよび／または適応アルゴリズムによって、特にはサブピクセル処理および／またはガウシアン適応（Gaussian adaptation）によって、さらに処理して光線の可能な最高解像度を達成するように構成されるように提供がなされる。この実施形態により、高精度の奥行およびトポグラフィー情報が得られるに至る。
【００１８】
さらに、光線のアルゴリズム決定により、各記録画像内に関心領域（region of Interest：ＲＯＩ）が画定されることが有利である。これは、分析プログラムについての探索努力を相当軽減させる。このような領域を決定するために、カメラにより記録された陰影投影により、連続的画像をその結果として分析することにより、粒子を追跡することが有益である。このようにして、追跡される粒子が光線の領域中に通過するであろう時を予測し、対応するＲＯＩを、後に記録される、光線が分析される画像に画定ことができる。
【００１９】
それ自体で知られるように、送達デバイスは、測定セクションの上方で粒子混合物を単離するように、かつ、測定セクション中を自由落下で移動する粒子カーテンの形態の粒子流を発生させるように構成される。落下平面に対する落下粒子の回転は、ここでは望ましくない。この理由のために、送達デバイスは、好ましくは、例えば、落下平面に対する落下粒子の回転を阻止するための案内板等の手段を有する。
【００２０】
さらに有利な実施形態に関して、添付図面を参照しながら、例示的実施形態の以下の説明に参照がなされる。図面は、以下のように示される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による粒子混合物の粒子の粒子サイズおよび／または粒子形状を決定するための装置の概略図である。
【図２】本発明による装置を使用することで得られる投影光線による粒子の陰影投影である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１には、本発明による粒子混合物の粒子の粒子サイズおよび／または粒子形状を決定するための装置の概略図が示される。この装置は、送達デバイス（１）を含み、この送達デバイス（１）は、微粒子バルク材料のための漏斗状格納コンテナ（２）と、振動板の形態にある搬送デバイス（３）とを備え、搬送デバイス（３）は、格納コンテナ（２）の出口開口部の下に配置され、振動板は、格納コンテナ（２）を落下する粒子Ｔを捕捉しかつ振動板（３）に沿ってそれらを振動板（３）の自由出口端に輸送するように機能し、自由出口端において、それらは、振動板（３）から落下する。このようにして、垂直方向Ｙに移動する粒子Ｔのカーテン様の粒子流が、落下平面Ｅにおいて発生させられる。落下の間、粒子Ｔの回転は望ましくない。この理由のために、送達デバイス（１）は、粒子Ｔの回転を妨害する、または、回転を防止する案内板等の手段（不図示）を有している。送達デバイス（１）の下に設けられているのは、捕捉コンテナ（不図示）であり、この中に粒子流が集められる。
【００２３】
落下セクションの一部は、測定セクションＭとして画定される。この測定セクションＭに割り当てられるのは、装置の照明デバイス（４）であり、これは、測定セクションＭの後ろ側に設置され、後ろ側から測定セクションＭ中の粒子流に二次元的に光を当てるように測定セクションＭに向けられる。さらに、この装置は、カメラ（５）を含み、これは、測定セクションＭの前側に配置されて、照明デバイス（４）の反対にあり、照明デバイス（４）によって光を当てられた粒子Ｔの陰影投影を記録するように測定セクションＭに向けられる。最後に、本装置は、カメラ（５）に割り当てられた投影デバイス（６）を含み、これは、測定セクションＭの前側に設置され、これも、測定セクションＭに向けられる。投影デバイス（６）は、測定セクションＭにおける粒子Ｔ上に薄い光線Ｌを投影するように機能し、この光線も、カメラ（５）によって記録される。この目的のために、投影デバイス（６）は、カメラ（５）に対してオフセットされた角度で配置され、投影デバイス（６）の投影軸Ｐは、カメラ（５）の光軸Ｋに対して三角測量角度αを包含する。具体的には、投影デバイス（６）およびカメラ（５）は、投影デバイス（６）の投影軸Ｐおよびカメラ（５）の光軸Ｋが、粒子Ｔの移動の方向Ｙ、すなわち落下平面Ｅに垂直な、すなわち、水平なＸ，Ｚ平面内にあるように配設されており、かつ、この平面内において三角測量角αだけ互いにオフセットされて配設されている。
【００２４】
薄い光線Ｌを発生させるために、投影デバイス（６）はレーザまたはＬＥＤを光源として含む。加えて、投影デバイス（６）は、光線Ｌを発生させるためのレンズおよび／または回折光学素子を含む。さらに、投影デバイス（６）は、異なる色の投影線を発生させるように構成されている。異なる材料は異なる吸収および透過の特性を有することが知られている。これは、後方散乱させられる光の量に直接的な作用を有する。それゆえ、光線Ｌを発生させるために、測定されるべき粒子混合物の材料に応じて適宜用いられ得る複数の可能な投影色を利用可能にすることが有利である。
【００２５】
最後に、本発明による装置は、カメラ（５）に結合されている分析ユニット（７）を含んでおり、カメラ（５）によって記録された画像が分析される。この目的のために、分析ユニット（７）は、対応する分析ソフトウェアを備えており、これは、記録された陰影投影および記録された光線Ｌを分析して、カメラ（５）によって記録された粒子の粒子サイズおよび／または粒子形状に関する情報を取得することを可能にする。
【００２６】
この目的のために、分析デバイス（７）は、投影デバイス（６）によって発生した光線（Ｌ）の画像を、適切なソフトウェアフィルタおよび／または適応アルゴリズム、特には、サブピクセル処理および／またはガウシアン適応によりさらに処理するように構成されており、光線のモノピクセル解像度が達成される。この実施形態により、高精密度が得られることになる。
【００２７】
最後に、光線のアルゴリズム決定のための分析ユニット（７）により、記録された各画像内に関心領域（ＲＯＩ）が画定される。これは、分析プログラムについての探索努力をかなり軽減させる。具体的には、分析ユニット（７）はカメラ（５）の連続画像を分析して、連続画像に基づいて個々の粒子の陰影投影を追跡する。このようにして、予測され得るのは、対応する粒子が発生した光線の領域に入るであろう時であり、対応するＲＯＩが、後に記録される画像において画定され得る。
【００２８】
操作の間に、検査されるべき粒子は、振動板（３）を介して落下平面Ｅの方向に搬送され、これにより単離される。粒子Ｔが図面の右側にある振動板（３）の出口端に達するとすぐに、それは自由落下に移る。照明デバイス（４）は、測定セクションＭの後ろ側から粒子に光を当て、それ故に、陰影投影を発生させ、この陰影投影は、測定セクションＭの前側のカメラ（５）によって記録される。
【００２９】
加えて、投影デバイス（６）を利用して、薄い光線Ｌがカメラの視野の狭い領域へ投影される。この光線Ｌは、一部、落下粒子Ｔによって後方散乱させられ、散乱光もカメラ（５）によって検出される。陰影投影から得られる外形情報および光線の形状から得られる追加情報から、カメラ（５）に面する記録粒子Ｔの側の完全復元が、分析ユニットにおいて、分析ユニット中の適切な分析ソフトウェアによって計算され得る。光線Ｌおよびカメラ（５）に対する粒子Ｔの移動により、Ｙ方向における完全走査がここに達成される。
【００３０】
粒子の完全走査を達成するために、使用されるカメラ（５）の非常に高いフレームレートが必要である。２つの連続画像の間の粒子が数ピクセルのみ移動するように、１０００画像／秒超のフレームレートが可能とされなければならない。このフレームレートを達成するために、多くのカメラは、カメラチップの所定の領域のみを読み出すという選択肢を有する。同様に、用いられ得るカメラは、そのＣＣＤまたはＣＭＯＳのチップが対数感度を（適宜）有するものであり、分析されるべきバルク材料の不均一性に起因して起こる散乱挙動における差が補償される。
【００３１】
さらに、ここで図示されない方法において、カメラ（５）に、蛍光励起によって分析されるべき粒子の表面上で生じた光をフィルタ除去するためのフィルタデバイスが割り当てられる。例えば、フィルタ手段は、高域および／または帯域のフィルタを有し得る。
【００３２】
同様に、フィルタデバイスは、測定セクション中の粒子によって散乱させられた光の所定の偏光方向を識別するためのフィルタを有し得、これが有利であり得るのは、特に透明な粒子を測定する場合である。
【００３３】
図２には、投影光線Ｌによる落下粒子の陰影投影の概略図が示される。粒子は円筒体である。図面により、外側輪郭のみが陰影投影により決定され得ることが示されている。図２から明確に理解され得ることは、粒子Ｔについての追加的な形状情報が投影された光線によって取得され得ることである。光線Ｌの発生により、粒子の三次元測定に加えてさらなる利点が提供される。粒子Ｔが図１に示されるように落下平面Ｅ内に正確に移動しない場合、陰影投影を記録する時に遠近エラーが起こる。粒子Ｔの軌道がカメラ（５）に対してより近くにある（より小さいＺ値）ならば、粒子Ｔは、カメラ（５）により大きく見える；しかしながら、粒子Ｔの軌道がカメラ（５）からさらに離れる（より大きいＺ値）ならば、それは、カメラ（５）により小さく見える。粒子Ｔの精密なＺ位置の決定は、投影光線Ｌを利用すれば可能である。こうして、線形光学素子を使用することによって、陰影投影の遠近エラーは補償され得る。
【図１】
2017513012.tif 000003
【図２】
2017513012.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月6日(2016.9.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
デジタル画像処理を利用したバルク材料の粒子の形状およびサイズの分析は広く用いられている方法である。静的および動的な分析方法の間で、基本的な区別がここではなされている。動的画像処理に基づく粒子混合物の粒子の粒子サイズおよび／または粒子形状を決定するための装置は、例えば、特許文献１〜３、５から知られている。これら既知の装置は、微粒子バルク材料の漏斗状格納コンテナと振動板とを有する送達デバイスを含み、この振動板は、格納コンテナから送達された粒子を単離するように機能し、粒子は振動板から測定セクション中にカーテン様粒子流として落下する。測定セクションに割り当てられているのは、照明デバイスであり、これは、測定セクションの後ろ側に設置され、かつ、後ろ側から測定セクションにおいて二次元的に粒子流に光を当てるように測定セクションに向けられる。さらに、カメラが設けられ、これは、測定セクションの前側に配置されて照明デバイスの反対にあり、照明デバイスによって光を当てられた粒子の陰影投影を記録するように測定セクションに向けられる。適切な分析プログラムにより、各個別粒子の陰影投影から寸法および形状パラメータが決定され得る。陰影投影は概して、粒子の輪郭を決定するのによく適している。記録されたデータを２値化させ易いのは、理想的な場合に、２つの事象のみ、すなわち、明と暗が考慮に入れられる必要があるからである。しかしながら、表面の外観について制限された情報のみが得られる。カメラに面する記録された粒子の前側は、連続する黒色エリアとして現れるからである。カメラの記録方向に対して側方に配置された照明デバイスによって粒子が光を当てられる、類似の装置が特許文献６によって開示される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
動的方法の利点は、比較的短時間における大量のサンプルの測定にある。この結果、統計的に信頼性の高い測定が得られる。この方法のデメリットは、概して、各粒子のランダムな配向の二次元的な投影のみが検出されることにある。動的方法の結果はたいていスクリーニングからのデータと比較されるので、スクリーニングと動的画像処理との間に、可能な限り最良の相関関係が求められる。スクリーニングによりサイズを決定する場合、使用されるスクリーンのスクリーンメッシュ幅は、粒子が分類されるいわゆるサイズカテゴリにとって決定的である。粒子は、その最小投影表面がスクリーンメッシュより小さい場合にのみ、スクリーンメッシュを通過することができる。動的画像処理では粒子のランダム配向のみが記録されるので、必然的に、最小投影表面も非常に大きく変化し得る。粒子の形状が球体の形状から大きく逸脱するほど、不確実性は高まる。そのため、概して、動的画像処理を利用して決定され得る非対称粒子のサイズ分布は、スクリーニングを利用して得られるものより広い。しかしながら、分析ルーチンと補正による特定サンプルについての２つの測定方法の間の相関を確立することは、それにも関わらず可能である。しかしながら、これはかなりの程度の複雑性と関連している。それ故に、測定されるべき粒子についての三次元データを取得する努力を要する。例えば、特許文献４において、一つかつ同一の粒子を、複数回、異なる視認方向から記録することが提案されている。そのようにするに際して、自由落下の間の異なる時点において粒子の画像を記録することによって落下粒子の自転が利用される。
それは別として、光線投影を用いて大きな物体を三次元的に測定して、測定された物体についての三次元幾何学的形状情報を取得するための装置および方法がある。当該タイプの装置および方法は、例えば、特許文献７〜１０によって開示されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【特許文献１】独国特許発明第１９８０２１４１号明細書（特開平１１−３１６１８４号公報）
【特許文献２】欧州特許第０３４８４６９号明細書（特開平２−５０２５７５号公報）
【特許文献３】欧州特許出願公開第２３３０４００号明細書
【特許文献４】米国特許第８２７０６６８号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第１０２００４０３１０５２号明細書
【特許文献６】特開昭６０−０１５５４１号公報
【特許文献７】独国特許出願公開第１０２０１２１０１３０２号明細書
【特許文献８】米国特許第４５４１７２２号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００３／０１６０９７４号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００２／０１９６４１５号明細書（特開２００３−８３７３０号公報）
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子混合物の粒子（Ｔ）の粒子サイズおよび／または粒子形状を決定するための装置であり、粒子混合物の粒子（Ｔ）を単離しかつそれらを粒子流として測定セクション（Ｍ）中に搬送する送達デバイス（１）と、測定セクション（Ｍ）の一方側−後ろ側−に設置され、測定セクション（Ｍ）中の粒子流に後ろ側から光を当てるように測定セクション（Ｍ）に向けられた照明デバイス（４）と、測定セクション（Ｍ）の前側に配置されて照明デバイス（４）の反対にありかつ照明デバイス（４）によって光を当てられた粒子（Ｔ）の陰影投影を記録するように測定セクション（Ｍ）に向けられたカメラ（５）と、カメラ（５）の画像によって記録された粒子（Ｔ）の粒子サイズおよび／または粒子形状を決定する分析ユニット（７）とを含む装置であって、カメラ（５）に投影デバイス（６）が割り当てられ、これは、測定セクション（Ｍ）の前側に設置され、測定セクション（Ｍ）における粒子流の粒子（Ｔ）上に光線（Ｌ）を投影するように測定セクション（Ｍ）に向けられかつカメラ（５）に対して三角測量角度αに配置されて、この光線（Ｌ）も、カメラ（５）によって記録され、記録された粒子（Ｔ）についての奥行情報および／または幾何学的形状情報が、分析ユニット（７）において光線（Ｌ）の形状から決定されることを特徴とする装置。
【請求項２】
粒子（Ｔ）の後ろ側に光線を発生させかつ記録するように、測定セクション（Ｍ）の後ろ側にカメラおよび該カメラに割り当てられた投影デバイスが設けられ、記録された粒子（Ｔ）についての奥行情報および／または幾何学形状情報が、分析ユニット（７）において光線の形状から決定され、特に、照明デバイス（４）および測定セクション（Ｍ）の後ろ側の投影デバイスは、交互に活性になるようにパルスまたはクロック制御されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
測定セクション（Ｍ）の前側および／または後ろ側の投影デバイス（６）は、レーザおよび／または少なくとも１つのＬＥＤを光源として有することを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
測定セクション（Ｍ）の前側および／または後ろ側の投影デバイス（６）は、光線（Ｌ）を発生させるために光源および追加的にレンズおよび／または回折光学素子を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置。
【請求項５】
測定セクション（Ｍ）の前側および／または後ろ側の投影デバイス（６）は、異なる色の投影線を発生させるように構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の装置。
【請求項６】
分析されるべき粒子（Ｔ）の表面上の蛍光励起によって生じた光をフィルタ除去するように、測定セクション（Ｍ）の前側および／または後ろ側のカメラの上流にフィルタデバイスが設けられ、特にフィルタ材料は、高域および／または帯域のフィルタを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項７】
フィルタデバイスは、測定セクション（Ｍ）中の粒子（Ｔ）によって散乱させられた光の所定の偏光方向を識別するためのフィルタを含み、および／または分析ユニット（７）は、測定セクション（Ｍ）の前側および／または後ろ側の投影デバイス（６）によって発生した光線（Ｌ）の画像を、適切なソフトウェアフィルタおよび／または適応アルゴリズムによって、特に、サブピクセル処理および／またはガウシアン適応によって、光線（Ｌ）の可能な最高の解像度が達成されるようにさらに処理するように構成され、および／または分析ユニット（７）は、カメラ（５）によって記録された陰影投影によって個々の粒子（Ｔ）を追跡し、かつ、追跡された粒子（Ｔ）が発生した光線（Ｌ）の領域に通過するであろう時に計算するように構成され、分析ユニット（７）は、後に記録される画像内に、光線（Ｌ）のアルゴリズム決定のために用いられる対応する関心領域を画定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の装置。
【請求項８】
粒子流は、方向（Ｙ）に、直線でまたは実質的に直線で測定セクション（Ｍ）中に搬送され、カメラ（５）および割り当てられた投影デバイス（６）は、測定セクション（Ｍ）の前側および／または後ろ側に、粒子（Ｔ）の移動の方向（Ｙ）に垂直な平面（Ｘ，Ｚ）中に設置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項９】
送達デバイス（１）は、測定セクション（Ｍ）の上方で粒子混合物を単離しかつ測定セクション（Ｍ）中に自由落下で移動する粒子カーテンの形態の粒子流を発生させるように構成され、特に、送達デバイス（１）は、落下平面に対する落下粒子（Ｔ）の回転を防止するように設計されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１０】
粒子混合物の粒子（Ｔ）の粒子サイズおよび／または粒子形状を決定する方法であり、
−  粒子混合物の粒子（Ｔ）を単離し、次いで、粒子流として測定セクション（Ｍ）中に搬送し、
−  照明デバイス（４）によって測定セクション（Ｍ）の一方の側−後ろ側−から粒子流に光を当て、
−  光を当てられた粒子（Ｔ）の陰影投影を、照明デバイス（４）の反対にあるカメラ（５）によって、測定セクション（Ｍ）の前側から記録し、
−  記録された粒子（Ｔ）の粒子サイズおよび／または粒子形状を、カメラ（５）の画像によって決定する、方法であって、
光線（Ｌ）を、カメラ（５）に対して三角測量角αで配置された投影デバイス（６）によって、測定セクション（Ｍ）の前側から、測定セクション（Ｍ）における粒子流の粒子（Ｔ）上に投影し、光線（Ｌ）をカメラ（５）によって記録し、記録された粒子（Ｔ）についての奥行情報および／または幾何学的形状情報を、光線（Ｌ）の形状から決定することを特徴とする方法。
【請求項１１】
投影デバイスによって測定セクション（Ｍ）の後ろ側から、測定セクション（Ｍ）中の粒子流の粒子（Ｔ）上に光線を投影し、測定セクション（Ｍ）の後ろ側に設置されたカメラによって光線を記録し、記録された粒子（Ｔ）についての奥行情報および／または幾何学的形状情報を、光線の形状から決定し、特に、照明デバイス（４）および測定セクション（Ｍ）の後ろ側の投影デバイスを、それらが交互に活性であるようにパルスまたはクロック制御することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
粒子流中の粒子（Ｔ）の表面上で蛍光励起によって生じた光をフィルタ除去し、および／または粒子（Ｔ）によって散乱させられた光の所定の偏光方向を識別し、および／または測定セクション（Ｍ）の前側および／または後ろ側で粒子（Ｔ）上で生じた光線（Ｌ）の画像を、適切なソフトウェアフィルタおよび／または適応アルゴリズムによって、特に、サブピクセル処理および／またはガウシアン適応によって、光線（Ｌ）の可能な最高の解像度を達成するようにさらに処理することを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
カメラ（５）により記録された陰影投影によって個々の粒子（Ｔ）を追跡し、発生した光線（Ｌ）の領域中に追跡された粒子（Ｔ）が通るであろう時にそれを計算し、対応する関心領域を、後の記録される画像内に画定し、この関心領域を、光線（Ｌ）のアルゴリズム決定のために用い、および／または粒子流を、方向（Ｙ）に、直線でまたは実質的に直線で、測定セクション（Ｍ）中に搬送し、カメラ（５）および割り当てられた投影デバイス（６）を、測定セクション（Ｍ）の前側および／または後ろ側に、粒子（Ｔ）の移動の方向（Ｙ）に対して垂直な平面（Ｘ，Ｚ）内に設置することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
粒子混合物を測定セクション（Ｍ）の上方で単離し、測定セクション（Ｍ）中を自由落下で移動する粒子カーテンの形態の粒子流を発生させ、特に、落下平面に対する落下粒子（Ｔ）の回転を防止することを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１つに記載の方法。
【国際調査報告】
2017513012.tif 000005
2017513012.tif 000006
2017513012.tif 000007
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