JP2005037299A - 組成の均一度の評価方法及び組成の均一度の評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 微少な混合液滴の組成の均一度を評価することが可能な組成の均一度の評価方法及び評価装置を提供する。
【解決手段】 互いに組成が異なる複数の原料液同士を混合することにより形成された混合液滴における組成の均一度の評価方法において、混合液滴Ｍから混合液滴Ｍの何れかの成分の量に応じた強度で到達する光を集光して結像させ混合液滴についての画像情報を取得し、画像情報における混合液滴Ｍの中心位置を取得し、画像情報における混合液滴Ｍの中心位置周りにおける光の強度の対称度Δを取得する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、互いに組成が異なる複数の原料液同士を混合することにより形成された混合液滴における組成の均一度の評価方法及び評価装置に関する。

従来より、例えば、特許文献１に記載されているように、複数のキャピラリ毎に蓄えられた原料液と、各キャピラリの先端と対向して配置された基板と、の間にパルス電圧を印加して、各キャピラリの先端から微量な原料液のジェット流をそれぞれ吐出させて混合させ、基板上に混合液滴を形成する方法が知られている。ここで、ジェット流とは、パルス電圧印加によってキャピラリ先端から原料液界面が引出される直径の小さい噴流である。

そして、例えば、特許文献２に記載されているように、このような微少な混合液滴を光学的に分析する装置が知られている。
国際公開第ＷＯ０３／０２０４１８号パンフレット 特開２００２−０５５０５１号公報

上述のような微少な混合液滴を形成するに当たり、形成された混合液滴において各原料液が均一に混合されているか否か、すなわち、混合液滴の組成の均一度を評価する必要がある。

しかしながら、このような微少な混合液滴の組成の均一度を評価する方法及び装置は知られていない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、微少な混合液滴の組成の均一度を評価することが可能な組成の均一度の評価方法及び評価装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる組成の均一度の評価方法は、互いに組成が異なる複数の原料液同士を混合することにより形成された混合液滴における組成の均一度の評価方法において、混合液滴から混合液滴の何れかの成分の量に応じた強度で到達する光を集光して結像させ混合液滴についての画像情報を取得する画像取得工程と、画像情報における混合液滴の中心位置を取得する中心取得工程と、画像情報において、混合液滴の中心位置に対する光の強度の対称性に関する情報を取得する対称性取得工程と、を含む。

また、本発明にかかる組成の均一度の評価装置は、互いに組成が異なる複数の原料液同士を混合することにより形成された混合液滴から混合液滴における何れかの成分の量に応じた強度で到達する光を集光して結像させ混合液滴についての画像情報を取得する画像取得手段と、画像情報における混合液滴の中心位置を取得する中心取得手段と、画像情報において、混合液滴の中心位置に対する光の強度の対称性に関する情報を取得する対称性取得手段と、を有する。

これらの発明によれば、上述の成分の量に応じた光の強度分布の中心位置に対する対称性に関する情報が取得され、この情報は、混合液滴の中心周りにおける上記成分の分布量と考えることができる。そして、混合液滴において上記成分が中心周りに高い対称性で分布していれば、混合液滴における組成の均一度が高いと考えられるので、この中心周りの対称性に関する情報に基づいて、混合液滴における組成の均一度を簡易かつ迅速に評価することができる。

ここで、原料液は、所定の波長の光を吸収する成分を含み、画像取得工程では、混合液滴に対して所定の波長の光を照射し、混合液滴を透過した透過光を集光して結像させて画像情報を取得することが好ましい。

これによれば、画像情報において、混合液滴における所定の波長を吸収する成分の量が多い部分ほど、光の強度が弱くなるので、この成分の分布量が画像情報において好適に把握され、混合液滴における組成の均一度をより精度よく取得できる。

また、原料液は、励起光が照射されると蛍光を発する蛍光色素を含み、画像取得工程では、混合液滴に対して励起光を照射し、励起光の照射により発生して到達する蛍光を集光して結像させて画像情報を取得してもよい。

これによれば、画像情報において、混合液滴における蛍光色素の量が多い部分ほど、光の強度が強くなるので、この蛍光色素の分布量が画像情報において好適に把握され、混合液滴における組成の均一度をより精度よく取得できる。

また、蛍光によって画像情報を取得する場合に、さらに、混合液滴に対して光を照射し、混合液滴を透過した透過光を集光して結像させ混合液滴についての透過光画像情報を取得し、対称性取得工程を行う前に、透過光画像情報に基づいて蛍光画像情報を補正する補正工程を含むことが好ましく、これにより、さらに精度よく、均一度を取得することができる。

また、中心取得工程は、画像情報において混合液滴の外縁形状を取得し、外縁形状を真円を含む楕円に近似し、真円を含む楕円の中心位置を混合液滴の中心位置として取得することが好ましい。

また、中心取得工程は、画像情報において混合液滴が占める領域を取得し、混合液滴の領域の重心を混合液滴の中心位置として取得してもよい。

また、中心取得工程は、画像情報において光の強度分布の重心を取得し、光強度分布の重心位置を混合液滴の中心位置としてとして取得してもよい。

これらによれば、画像情報における混合液滴の中心位置を簡易かつ好適に取得できる。

また、上記の組成の均一度の評価方法において、混合液滴は、複数のキャピラリ毎に蓄えられた原料液とキャピラリの先端と対向して配置された基板との間にパルス電圧を印加し、各キャピラリの先端から原料液をそれぞれ射出させることにより基板上に形成されることが好ましい。

また、上記の組成の均一度の評価装置において、混合液滴を形成するための原料液がそれぞれ蓄えられた複数のキャピラリを有する原料液射出部と、キャピラリの先端と対向して配置され、該各キャピラリの先端からそれぞれ射出される原料液から形成される混合液滴が載置される基板と、各キャピラリに蓄えられた原料液のそれぞれと基板との間にパルス電圧を印加する電圧印加装置と、をさらに有することが好ましい。

これらによれば、微少な混合液滴を好適に形成することができ、このようにして形成された混合液滴の組成の均一度を迅速に測定できる。

また、上記の組成の均一度の評価装置において、複数のキャピラリうち、少なくとも１つのキャピラリの外周に電極が設置されており、この評価装置は、さらに、電極に原料液の電位以上の電位を付与するように電圧印加装置を制御する制御装置を備えることが好ましい。

この場合、制御装置により、電極に原料液の電位以上の電位を付与するように電圧印加装置を制御すると、ノズルの直下に電気力線がより集中する。このため、原料液を被液滴形成物上の所望の位置に的確に配置することが可能となる。このため、その後に原料液を被液滴形成物に向けて吐出する場合に、原料液からなる液滴に的確に混合させることができる。また原料液同士の混合がノズルから吐出される前ではなく吐出後被液滴形成物上で行われるため、各ノズルで原料液の品質が変わることはない。

本発明により、微少な混合液滴の組成の均一度を簡易かつ迅速に評価することができる。これによって、様々な条件で混合液滴を形成し、各々の混合液滴の均一度を評価することにより、良好に混合がなされるために必要な液滴形成条件を容易に把握することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る混合液滴の組成の均一度の評価方法及び評価装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本実施形態に係る組成の均一度の評価装置について説明する。この混合液滴の組成の均一度の評価装置１００は、大きく分けて、混合液滴形成部１１０と、混合液滴均一度評価部１２０と、を有している。

混合液滴形成部１１０は、互いに異なる原料液がそれぞれ蓄えられた複数のキャピラリ１０１，１０２，１０３を有する原料液射出部１０５と、キャピラリ１０１、１０２，１０３内の原料液の各々と電動ステージ３上に載置された光透過性の基板２との間に電圧を印加する電圧印加装置１０７と、を有している。

原料液射出部１０５のキャピラリ１０１，１０２、１０３の先端は、電動ステージ３上に載置される基板２と対向するようにされている。また、原料液射出部１０５は、ガラス製等の各キャピラリ１０１，１０２，１０３内に図２に示すように、電極１０４を備えており、この電極１０４がキャピラリ１０１〜１０３内の原料液８ａと各々接触するようになっている。

そして、電圧印加装置１０７は、基板２が載置される電動ステージ３と各電極１０４との間に所定のパルス電圧を印加する。これにより、電動ステージ３上の基板２と各電極液８ａとの間にパルス電圧が印加され、キャピラリ１０１〜１０３内の原料液８ａが各々任意のタイミングで、原料液ジェット流Ｒとして基板２に向かって射出される。射出された原料液ジェット流Ｒは、空中で互いに合体して、あるいは、基板上で互いに合体して、混合液滴Ｍとなる。

ここで、あらかじめ各原料液ジェット流Ｒを形成する各原料液は、励起光が照射されると互いに異なる波長の蛍光を発する蛍光物質を含んでいる。

一方、図１に戻って、混合液滴均一度評価部１２０は、基板２を載置する電動ステージ３と、電動ステージ３の移動を制御する電動ステージ制御部１０８と、基板２の下方から透過照明用の白色光を混合液滴Ｍに対して照射する透過光用光源４と、ハーフミラー６を有し基板２上の混合液滴Ｍに対して上方から蛍光発光用の励起光を照射する蛍光励起用光源７と、基板２の混合液滴Ｍから上方に放射される光を集光して結像させる対物レンズ５と、対物レンズ５によって集光された光のうち所望の波長の光を選択的に透過させる可変電動フィルタ８と、可変電動フィルタ８によって結像される混合液滴Ｍを含む視野の画像を検出してこの光の強さを含む画像データ（画像情報）を取得するカメラ９と、カメラ９で取得された画像データを画像処理する画像処理装置１０と、混合液滴均一度評価部１２０を制御する制御装置１２とを備えている。ここで、対物レンズ５、蛍光励起用光源７、可変電動フィルタ８、カメラ９が画像取得手段１１５を構成している。

電動ステージ３は、基板２を水平方向に動かして、基板２上に形成された混合液滴Ｍを、混合液滴均一度評価部１２０で観察可能な位置、具体的には、対物レンズ５の光軸上の同一位置に移動させる。

透過光用光源４は、透過照明用の白色光を混合液滴Ｍの裏側から照射し、混合液滴Ｍや基板２を透過して上方に向かう透過光を生じさせる。

蛍光励起用光源７は、ハーフミラー６及び対物レンズ５を介して基板２上の混合液滴Ｍに対して励起光を照射する。この励起光は、混合液滴Ｍが含む原料液の各蛍光成分を励起させるための波長の光である。混合液滴Ｍに励起光が照射されると、混合液滴Ｍにおいては、蛍光成分の量に応じた強度の蛍光を発生する。すなわち、蛍光成分の量が多い部分からは高い強度で蛍光が発生する。ここで、蛍光励起用光源７は、原料液の各蛍光物質を励起させるための波長を個別に照射可能となっている。

対物レンズ５は、混合液滴Ｍや基板２を透過した透過光や、混合液滴Ｍから発生した蛍光を集光し、ハーフミラー６及び可変電動フィルタ８を介してカメラ９の撮像素子上にこの透過光画像や蛍光画像を結像させる。

可変電動フィルタ８は、対物レンズ５から入射された光から所定の波長の光を選択的に透過させるものであり、この所定の光は、制御装置１２によって適宜選択可能となっている。選択可能な波長は、蛍光成分の蛍光波長や、透過光用光源４の白色光源の波長に対応するようにされている。

カメラ９は、対物レンズ５によって集光され、ハーフミラー６及び可変電動フィルタ８を透過して結像する透過光画像や蛍光画像を撮像素子で検出して、混合液滴Ｍ及びこの周りの基板２を含む所定の視野の透過光画像データや蛍光画像データを生成する。これらの画像データは、混合液滴Ｍや基板２等を含む視野内を撮影した画像データであり、各画像データにおける各画素は、視野内の各部から到達した透過光又は蛍光の強度の情報を含んでいる。

ここで、カメラ９は、透過照明用の白色光のみを混合液滴Ｍに照射したときに得られる透過光画像データと、励起光のみを混合液滴Ｍに照射したときに得られる蛍光画像データとを、一つの混合液滴Ｍについて別々に取得する。

次に画像処理装置１０の詳細な構成を、図３にブロック図として示す。画像処理装置１０は、カメラ９から蛍光画像データ及び透過光画像データを取得する画像データ取得部５０と、透過光画像データから混合液滴Ｍの輪郭線を抽出する輪郭線抽出部５２と、抽出された輪郭線に基づいて、蛍光画像データからバックグランドノイズを除去するバックグランドノイズ除去部５４と、バックグランドノイズが除去された蛍光画像データから漏れ蛍光を除去する漏れ蛍光除去部５６と、漏れ蛍光が除去された蛍光画像データにおける混合液滴Ｍの中心位置を取得する中心取得部５８と、蛍光画像データにおける、取得された中心位置周りの蛍光強度の対称性に関する指標を取得する対称性取得部６０と、得られた結果を表示する表示部７０と同様の機能を発揮するコンピュータ装置である。ここで、画像処理は、一つの混合液滴Ｍについて取得された透過光画像データ及び蛍光画像データの組み合わせ毎に行われる。

輪郭抽出部５２は、透過光画像データに基づいて、混合液滴Ｍの輪郭線を抽出する。ここでは、例えば、透過光画像データを２値化し、画素間での微分を取ることにより輪郭線を取得できる。

バックグランドノイズ除去部５４は、輪郭抽出部５２によって抽出された輪郭線を参照し、蛍光画像データにおいて輪郭線の外側には蛍光を発する物質が存在しないとみなして蛍光画像データのバックグランドノイズを除去する。具体的には、蛍光画像データにおける輪郭線上の画素の蛍光強度を取得し、輪郭線上の画素の蛍光強度を基準にして蛍光画像のバックグランドノイズを除去する。例えば、輪郭線上の画素の蛍光強度の平均値を取得し、蛍光画像データの全画素の光強度のデータからこの平均値を引き算することによって、バックグランドノイズの除去ができる。

漏れ蛍光除去部５６は、バックグランドノイズが除去された蛍光画像データに対して漏れ蛍光の除去を行う。通常、蛍光は幅の広いスペクトルを有するため、可変電動フィルタ８の透過波長域とは異なる中心波長を持つ他の蛍光であっても、スペクトルの裾の部分がわずかに可変電動フィルタ８を透過して漏れる場合があるので、このような漏れ蛍光の除去による蛍光画像データの補正が必要となる。代表的な補正方法は、以下の通りである。例えば、2種類の蛍光色素溶液を混合する場合、各蛍光に対するフィルタを透過して取得された蛍光強度の測定値をそれぞれｆ、ｇとする。このとき、各蛍光に対する真の蛍光強度をＦ、Ｇとすると、ｆ、ｇは、ｆ = Ｆ + aＧ、ｇ = Ｇ + bＦであらわすことができる。これらの2式を用い、連立方程式を解いてＦ、Ｇ求めることによって漏れ蛍光補正を行うことができる。ここで、aＧ、bＦは漏れ蛍光を表し、a、bは異なる蛍光に対するフィルタの透過率である。なお、a、bは、実験前に予め測定されている定数である。

中心取得部（中心取得手段）５８は、漏れ蛍光が補正された蛍光画像データにおける、混合液滴Ｍの中心座標を取得する。具体的には、例えば、以下の３つの方法をとることができる。

第１の方法は、蛍光画像データにおける混合液滴Ｍの外縁形状を取得し、この外縁形状を真円を含む楕円に近似し、その真円を含む楕円の中心位置を混合液滴Ｍの中心座標とするものである。第２の方法は、蛍光画像データにおいて、蛍光強度分布の重心位置を求めて、この重心を混合液滴Ｍの中心座標とするものである。第３の方法は、蛍光画像データにおいて混合液滴Ｍの外縁形状を取得し、この外縁形状の領域の面積重心を取得し、この面積重心を混合液滴Ｍの中心座標とするものである。

対称性取得部（対称性取得手段）６０は、蛍光画像データにおける混合液滴Ｍの中心座標周りにおける蛍光の強度の対称性を評価する。

具体的には、図４（ａ）に示すように、得られた蛍光画像において、混合液滴Ｍの中心座標を原点とする極座標（ｒ，θ）を設定すると、任意のθに対するｒ軸上の蛍光強度分布曲線は、図４（ｂ）のようになる。すなわち、混合液滴Ｍは通常中心部分が一番厚いので、中心部分から到達する蛍光の強度がもっとも強くなる場合が多く、この場合上に凸の曲線状の分布曲線となる。ここで、ｒ＝０である垂直軸線によって分布曲線を２つの領域に分け、一方側の分布曲線とＸ軸とによって形成される面積をＳ_R、他方側の分布曲線とＸ軸とによって形成される面積をＳ_Lとする。Ｓ_LとＳ_Rとの差もしくは比の値は蛍光強度分布の中心軸回りの対称性を示す。ここで、θ（０≦θ＜π）に対して、均一度としての関数δ（θ）［％］を（１）式のように定義する。

（１）
そして、このδを、θ＝０〜πにおいて積分して平均することにより、（２）式のように均一度の指標となる対称度Δをそれぞれの蛍光画像データに対して求めることができる。

（２）
ここで、対称度Δ＝０であれば、中心座標周りに対称な濃度分布が混合液滴Ｍ内に形成されていることを示しており、これは、混合度が極めて高くほぼ完全に混合されていることを示す。一方、対称度Δ＞０であれば、中心周りに非対称な濃度分布が混合液滴Ｍ内に形成されていることを示し、特に、対称度Δが大きくなればなるほど不均一度が高い、すなわち、混合が不十分であることを示している。

表示部７０は、画像データ取得部５０が取得した画像データや、対称性取得部６０で取得された対称度Δをディスプレイ等によりオペレータに表示する。

続いて、図１に戻って、制御装置１２は、良好な透過光画像データ・蛍光画像データを得るべく、透過光用光源４、蛍光励起用光源７、可変電動フィルタ８、カメラ９、電動ステージ制御部１０８、画像処理装置１０、及び、電圧印加装置１０７を制御している。

次に、図５のフローチャートを参照して、本実施形態に係る組成の均一度の評価装置１００の動作を説明する。

あらかじめ、可変電動フィルタ８を、すべての波長の光を透過可能な状態としておく。

まず、基板２上に混合液滴Ｍを形成する（ステップＳ２０１）。具体的には、電圧印加装置１０７によってキャピラリ１０１、１０２，１０３内の各原料液８ａと、基板２との間にパルス電圧を印加し、キャピラリ１０１〜１０３から各原料液の原料液ジェット流Ｒを基板２に対して射出させて、基板２上に原料液ジェット流Ｒが混合された混合液滴Ｍを形成する。詳述すると、図２に示すように、パルス電圧の印加により、キャピラリ１０１，１０２，１０３から原料液８ａが静電吸引力により引き出されてテイラーコーン（Taylor Cone）１６が形成された後、所定量の原料液がジェット流Ｒとして吐出され、結果として、基板２上に混合液滴Ｍが形成される。ここで、キャピラリ１０１〜１０３から各原料液ジェット流Ｒをほぼ同時に射出して基板２に到達する前に空中で原料液ジェット流Ｒ同士の混合を行ってもよく、また、キャピラリ１０１〜１０３から、順次基板２に向かって各原料液ジェット流Ｒを個別に射出して、基板２上で混合を行ってもよい。また、ここでは、基板２上に複数の混合液滴Ｍを形成する。このとき、各原料液は、各々励起光が照射されることにより互いに異なる波長の蛍光を発する蛍光物質を含んでいる。

次に、基板２上の一つの混合液滴Ｍが対物レンズ５の視野内の所定の位置に入るように電動ステージ３を移動させる（ステップ２０２）。次に、透過光用光源４を用いて、基板２の背面からその混合液滴Ｍに対して白色光を照射し（ステップＳ２０３）、混合液滴Ｍからの透過光をカメラ９で検出することにより透過光画像データを取得する（ステップＳ２０４）。

続いて、透過光用光源４を消光した後、蛍光励起用光源７から、混合液滴Ｍに含まれる各原料液の蛍光物質を励起させるための波長の光を出射すると共に、可変電動フィルタ８を当該励起光のみが透過するようにセットする（ステップＳ２０５）。そして、混合液滴Ｍから各々の部分の蛍光成分の量に応じた強さで発光する蛍光をカメラ９で検出して蛍光画像データを取得する（ステップＳ２０６）。

つぎに、ステップＳ２０７において、一つの混合液滴Mにおけるすべての原料液に対応する蛍光物質に対して蛍光画像データを取得したかどうかを判断し、未取得の蛍光物質に係る蛍光画像データが有れば、再び、ステップＳ２０５に戻って、蛍光励起用光源７から異なる励起光を発生すると共に、可変電動フィルタ８を等該励起光に対応する蛍光のみが透過するように再セットし、再びステップＳ２０６において、他の蛍光画像データを取得する。なお、このように、一つの混合液滴Ｍについて透過光画像データや各蛍光画像データを取得している間、混合液滴Ｍはカメラ９の視野内において固定されているので、透過光画像データ及び蛍光画像データ内における混合液滴Ｍの位置は、同一となっている。

一方、蛍光画像データが、一つの混合液滴Mにおけるすべての蛍光成分について取得されると、ステップＳ２０８において、基板２上のすべての混合液滴Ｍについて透過光画像データ及び蛍光画像データの組み合わせが取得されたか否かが判断され、データ未取得の混合液滴Ｍが有れば、ステップＳ２０２に戻って、再び他の混合液滴Ｍの各画像データの取得を行う。

一方、ステップＳ２０８において、基板２上のすべての混合液滴Ｍの透過光画像データ及び蛍光画像データの組み合わせが取得されたと判断された場合には、ステップＳ２０９以下の画像処理工程に進む。

まず、ステップＳ２０９では、一つの混合液滴Ｍにかかる画像データの組み合わせにおいて、透過光画像データから混合液滴Ｍの輪郭線を抽出する。次に、ステップＳ２１０へ進んで、当該一つの混合液滴Ｍに係る各蛍光画像データについて、ステップＳ２０９で得られた輪郭線を利用して、バックグランドノイズの除去を行う。続いて、ステップＳ２１１において、バックグランドノイズが除去された各蛍光画像データに対して、漏れ蛍光の除去を各々行う。

そして、ステップＳ２１２に進んで、すべての混合液滴Ｍについて蛍光画像データについて補正がなされたか否かを判断し、未補正の蛍光画像データが有れば、ステップＳ２０９に戻って、再び蛍光画像データの補整を行う。

一方、すべての混合液滴Ｍについて蛍光画像の補正がなされたならば、ステップＳ２１３に進んで、オペレータから蛍光画像データにおける混合液滴Ｍの中心の決定方法の選択を入力させる。ここでは、オペレータは、前述の３つの、混合液滴Ｍの中心位置の決定方法から一つを選択できる。

そして、蛍光画像データにおける混合液滴Ｍの中心位置の決定方法が選択されると、ステップＳ２１４において、選択された混合液滴Ｍの中心位置の決定方法に従って、一つの混合液滴Ｍに関して、蛍光画像データにおける混合液滴Ｍの中心座標を求める。

続いて、ステップＳ２１５では、当該一つの混合液滴Ｍに関する各蛍光画像データについて、ステップＳ２１４で取得された中心座標を参照し、中心座標周りの画素の蛍光の強度データについて、中心周りの対称度Δを求める。そして、ステップＳ２１６において、すべての混合液滴Ｍに係る蛍光画像データについて、対称度Δを求めたか否かを判定し、対称度Δが取得されていない混合液滴Ｍにかかる蛍光画像データが有れば、ステップＳ２１４に戻って、各混合液滴Ｍの各蛍光画像データについて対称度Δを取得する。一方、すべての混合液滴Ｍについて、各蛍光画像における対称度Δを取得したならば、ステップＳ２１７に進んで、このようにして得られた各混合液滴Ｍに係る対称度Δの統計的処理を行う。例えば、蛍光成分毎に対称度Δの平均値を取得したり、全蛍光成分の対称度Δの平均値を取得したりすることができる。この対称度Δは上述のように、数字が大きくなるほど不均一である、すなわち、混合状態が悪いことを示している。

このように、本実施形態に係る組成の均一度の評価装置及び方法によれば、混合液滴Ｍの成分の量に応じた強度で混合液滴Ｍから到達する光を集光して結像させ混合液滴Ｍについての蛍光画像データを取得し、さらに、蛍光画像データにおける混合液滴Ｍの中心位置を取得し、蛍光画像データにおける混合液滴の中心位置周りにおける光強度の対称度Δを取得している。

この対称度Δは、混合液滴における中心周りの蛍光物質の分布量の対称性と考えることができる。そして、混合液滴において各蛍光物質が中心周りに高い対称性で分布していれば、混合液滴における組成の均一度が高いと考えられるので、この対称度Δに基づいて、混合液滴における組成の均一度を簡易かつ迅速に評価することができる。とくに、本実施形態のようにして形成される混合液滴Ｍは非常に体積が小さいために蒸発の影響を受けやすく、形成後の短時間において混合液滴Ｍの組成の均一度を評価できるので、高精度に均一度を測定できる。

また、混合液滴Mに供給された各原料液は、励起光が照射されると蛍光を発する蛍光色素を含んでおり、混合液滴Ｍに対して励起光を照射し、励起光の照射により発生した蛍光を検出して混合液滴を含む視野の蛍光画像データを取得している。

これにより、混合液滴Ｍにおける蛍光色素の量が多い部分ほど、光の強度が強くなるので、混合液滴Ｍにおける各蛍光成分の分布度が蛍光画像情報において好適に把握され、混合液滴Ｍにおける組成の均一度がより精度よく取得される。

また、混合液滴Ｍに対して光を照射し、混合液滴Ｍを透過した透過光を検出して混合液滴Ｍを含む視野の透過光画像データを取得し、対称度Δを取得する前に、透過光画像データに基づいて、蛍光画像情報を補正している。このため、さらに精度よく、蛍光画像データに基づいて対称度Δを取得することができる。

また、画像データにおいて混合液滴Ｍの外縁形状を取得し、外縁形状を真円を含む楕円に近似し、真円を含む楕円の中心位置を混合液滴Ｍの中心位置とし、または、画像データにおいて混合液滴Ｍが占める領域を取得し、混合液滴Ｍの領域の重心を混合液滴Ｍの中心位置として取得し、または、画像データにおいて光の強度分布の重心を混合液滴Ｍの中心位置としてとして取得しているので、画像データにおける混合液滴Ｍの中心位置を簡易かつ好適に取得できる。このため、さらに精度よく、混合液滴の対称度Δが取得されている。

そして、このような技術は、たとえば、微少な混合液滴を用いるコンビナトリアルケミストリーやドラッグスクリーニング等の分野において特に有効である。

次に、本実施形態にかかる均一度の測定についての実施例について説明する。

まず、フルオレセインを含む第１溶液と、ローダミンを含む第２溶液とを準備した。ここで、第１溶液は、溶媒内に、フルオレセインを１．２５×１０^-4ｍｏｌ／Ｌ、塩化ナトリウムを１．１×１０^-2ｍｏｌ／Ｌの濃度で含有するものである。この溶媒は、９５ｗｔ％のグリセリン、２．５ｗｔ％の水、２．５ｗｔ％のエタノールからなる。このとき、第１溶液の粘性係数は、９０６×１０^-3Ｐａ・ｓであった。

一方、第２溶液は、溶媒内に、ローダミンＢを１．２５×１０^-4ｍｏｌ／Ｌ、塩化ナトリウムを１．１×１０^-2ｍｏｌ／Ｌの濃度で含むものである。ここで、溶媒は、９５ｗｔ％のグリセリン、５ｗｔ％の水からなる。また、第２溶液の粘性係数は、６１６×１０^-3Ｐａ・ｓであった。

なお、このような第１溶液や第２溶液は、粘性係数が１×１０^-3Ｐａ・ｓ程度である水と比べると明らかなように、きわめて粘度が高く、均一に混合することはかなり困難であると予想された。なお、このようにグリセリンを主成分とする第１および第２溶液は蒸発速度がきわめて遅いため、混合液滴が蒸発してその形状や濃度分布等が変化することは考えにくい。

続いて、第１溶液および第２溶液をキャピラリ１０１，１０２内に別々に導入し、基板２とキャピラリ１０１内の第１溶液との間に電圧を印加して、第１溶液を静電引力によって原料液ジェット流Rとして基板２に向かって射出して、基板２上に第１溶液の原料液滴を形成させた。さらに、キャピラリ１０２内の第２溶液と基板２との間に電圧を印加して、第２溶液を原料液ジェット流Rとして基板２上の第１溶液の原料液滴に対して射出した。これにより、基板２上で第１溶液と第２溶液とが混合された混合液滴ＭＡが形成された。

具体的には、キャピラリ１０１内から射出した第１溶液の液滴の体積を１４pLとし、第２溶液の体積を２．７ｐＬとした混合液滴ＭＡを形成した。さらに、第１溶液の液滴の体積を１４pLとし、第２溶液の体積を０．７ｐＬとした混合液滴ＭＢを形成した。このとき、基板２としては、ITO (Indium-Tin Oxide)薄膜付きの石英基板を用いた。ITOは、液滴を静電吸引するときの電極として働く。

そして、このようにして得られた混合液滴ＭＡ，ＭＢについて、上述の組成の均一度の評価装置によって組成の均一度の評価を行った。

このようにして得られた、混合液滴ＭＡの透過光画像を図６（ａ）に、フルオレセインの蛍光画像を図６（ｂ）に、ローダミンＢの蛍光画像を図６（ｃ）に各々示す。また、図６（ｂ）の蛍光画像における水平線に沿った蛍光強度のプロファイルを図６（ｄ）に、図６（ｃ）の蛍光画像の水平線に沿った蛍光強度のプロファイルを図６（ｅ）に示す。

また、このようにして得られた、混合液滴ＭＢの透過光画像を図７（ａ）に、フルオレセインの蛍光画像を図７（ｂ）に、ローダミンＢの蛍光画像を図７（ｃ）に各々示す。また、図７（ｂ）の蛍光画像における水平線に沿った蛍光強度のプロファイルを図７（ｄ）に、図７（ｃ）の蛍光画像の水平線に沿った蛍光強度のプロファイルを図７（ｅ）に示す。なお、図６および図７において、蛍光像および蛍光強度プロファイルは、漏れ蛍光補正後の混合液滴ＭＡおよびＭＢをそれぞれ示している。

ここでは、各蛍光画像における混合液滴ＭＡ，ＭＢの重心は、フルオレセインの蛍光画像の蛍光分布の重心位置とした。

混合液滴ＭＡについては、ローダミンＢのプロファイルおよびフルオレセインのプロファイルとも良好な対象性を示し、ローダミンＢ及及びフルオレセインとも、中心周りの蛍光強度の分布はほぼ対称であり、フルオレセインの対称度Δ＝０．０１５であり、また、ローダミンＢの対称度Δ＝０．０１５であった。混合状態は比較的よいものと判断された。

一方、混合液滴ＭＢについて、特に、ローダミンＢについての対称性が悪く、フルオレセインの対称度Δ＝０．０１５であるのに対し、ローダミンＢの対称度Δ＝０．０４５となった。このことは、混合液滴ＭＢにおいて、混合液滴ＭＡよりもローダミンＢの成分が中心周りに不均一に存在している、すなわち、混合液滴ＭＢの方が組成の均一度が悪いことを示しており、混合液滴の組成の均一度を簡易かつ好適に定量化することができることが確認された。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る混合液滴の組成の均一度の評価装置２００について図８を参照して説明する。本実施形態に係る組成の均一度の評価装置２００が、第１実施形態に係る組成の均一度の評価装置と異なる点は、蛍光画像データを取得するための、蛍光励起用光源７、ハーフミラー６、及び、可変電動フィルタ８に代えて、透過光用白色光源２１と、透過光用白色光源２１からの白色光の内、所定の波長範囲の光のみを透過させて当該波長範囲の光を基板２の裏面から混合液滴Ｍに照射する透過光用分光器２２と、を備えている点である。ここで、対物レンズ５、カメラ９、透過光用分光器２２、および透過光用白色光源２１が、画像取得手段１１５を構成している。

ここで、所定の波長範囲の光とは、混合液滴Mに含まれる各原料液成分の吸収波長に対応する単色光である。

これに対応して、カメラ９は、混合液滴Ｍを透過して対物レンズ５によって集光され結像された透過光の画像を検出して混合液滴Ｍを含む視野の透過光画像データを取得する。

さらに、これに対応して、図９に示すように、画像処理装置１０において、画像データ取得部５０はカメラ９から透過光画像データを取得し、輪郭線抽出部５２は透過光画像データから画像内の混合液滴Ｍの輪郭を取得し、吸光度分布取得部１５０は混合液滴Ｍの輪郭よりも外側の領域の透過光強度を参照光（混合液滴Ｍなしの場合のベースライン）として吸光度分布画像データを取得する。さらに、画像処理装置１０においては、このように取得された吸光度分布データに対して、上述の中心取得部５８によって混合液滴Ｍにおける中心を決定し、対称性取得部６０によって対称度Δを求めて組成の均一度の定量化を行って、表示部７０で結果を表示する。

ここで、中心取得部５８では、各単色光における透過光画像データにおける、混合液滴Ｍの中心座標を取得する。具体的には、例えば、以下の３つの方法をとることができる。

第１には、輪郭線抽出部５２で取得された輪郭線を、真円を含む楕円に近似し、その真円を含む楕円の中心位置を混合液滴Ｍの中心座標とすることができる。第２には、輪郭線で囲まれる領域を取得し、この領域の面積重心を取得し、この面積重心を混合液滴Ｍの中心座標とすることができる。第３には、吸光分布データにおいて、吸収度分布の重心を求めて、この重心を液滴の中心座標とすることができる。

なお、良好な透過画像データを得るため、透過光用白色光源２１、透過光用分光器２２、カメラ９、及び、画像処理装置１０は、制御装置１２によってコントロールされている。

次に、図１０のフローチャートを参照して、混合液滴Ｍの組成の均一度の評価装置の動作を説明する。

最初に、第１実施形態と同様にして基板２上に混合液滴Ｍを複数形成する（ステップＳ２０１）。ここでは、原料液射出部１０５の各キャピラリに蓄えられ、原料液ジェット流Ｒとして混合液滴Ｍに供給される各原料液は、各々互いに異なる波長の光を吸収する物質を各々含んでいる。

次に、混合液滴Ｍにおいて、混合液滴Ｍの成分の分布を吸光度によって識別するために、各原料液毎の固有の吸収波長を、オペレータが指定する（ステップＳ４０１）。次に、基板２の内の混合液滴Ｍが対物レンズ５の視野内の所定の位置に入るように電動ステージ３を移動させる（ステップＳ２０２）。次に、透過光用白色光源２１からの光を透過光用分光器２２によって上述の固有の吸収波長に対応する単色光とした後（ステップＳ４０４）、基板２の背面から混合液滴Ｍに対してその波長の単色光を照射し（ステップＳ４０５）、混合液滴Ｍからの透過光をカメラ９で検出し、透過光画像データを取得する（ステップＳ４０６）。

そして、ステップＳ４０７において、当該混合液滴Ｍに関してすべての原料液の吸光成分に対応する波長による透過光画像データを取得したかどうかを判断し、未取得の波長に係る透過光画像データが有れば、再び、ステップＳ４０４に戻って、透過光用分光器２２によって異なる波長の単色光を選択して、再びステップＳ４０５において、透過光画像データを取得する。なお、このように、一つの混合液滴Ｍについて各波長の単色光で透過光画像データを取得している間、混合液滴Ｍはカメラ９の視野内において固定されているので、各波長についての透過光画像データにおける混合液滴Ｍの位置は、同一となる。

一方、透過光画像データが、一つの混合液滴Mにおけるすべての波長について取得されると、ステップＳ４０８において、基板２上のすべての混合液滴Ｍについて透過光画像データが取得されたか否かが判断され、データ未取得の混合液滴Ｍが有れば、ステップ２０２に戻って、再び他の混合液滴Ｍのデータの取得を行う。

一方、ステップＳ４０８において、すべての混合液滴Ｍの画像データが取得されたと判断された場合には、ステップＳ４０９以下の画像処理工程に進む。

まず、ステップＳ４０９では、一つの混合液滴Ｍに係る各々の波長の透過光画像データの内から、混合液滴Ｍの輪郭線がもっとも明瞭である透過光画像データに対応する波長の種類をオペレータが選択する（ステップＳ４０９）。次に、一つの混合液滴Ｍに係る各波長の透過光画像データを選択し（ステップＳ４１０）、当該各波長の透過光画像データからステップＳ４０９で選択された波長に係る透過光画像データを選択し、混合液滴Ｍの輪郭線を取得する（ステップＳ４１１）。次に、各波長に係る透過光画像データから一つの透過光画像データを選択し（ステップＳ４１２）、当該透過光画像データのうちの混合液滴Ｍの輪郭外の部分の光の強度を参照光として、吸光度分布画像データを作成する（ステップＳ４１３）。

そして、ステップＳ４１４に進んで、すべての波長の透過光画像データについて吸光度分布画像データが形成されたか否かを判断し、未取得の波長に係る透過光画像データが有れば、ステップＳ４１２に戻って、各波長ごとに吸光度分布画像データを作成する。

一方、すべての波長について吸光度分布画像データが取得されていれば、ステップＳ４１５に進んで、すべての混合液滴Ｍについて、吸光度分布画像が取得されているか否かを判断し、未取得に係る混合液滴Ｍが有れば、ステップＳ４１０に戻って、残りの混合液滴Ｍについて、各波長毎に吸光度分布画像データを取得する。

一方、すべての混合液滴Ｍについて、吸光度分布画像データが得られている場合には、ステップＳ４１６に進んで、オペレータから混合液滴Ｍの中心の決定方法の選択を入力させる。ここでは、オペレータは、上述の３つの、液滴の中心位置の決定方法から一つを選択できる。

続いて、ステップＳ４１７において、選択された方法を用いて、各混合液滴Ｍ毎に吸光度分布画像データの中心座標を取得し（ステップＳ４１７）、続いて、各混合液滴Ｍ毎の各吸光度分布画像データ毎に、中心周りの吸光度の均一性に係る対称度Δを求める（ステップＳ４１８）。そして、ステップＳ４１９において、すべての混合液滴Ｍについてこの対称度Δが取得されたか否かを判定し、未取得の混合液滴Ｍが有れば、ステップＳ４１７に戻って、他の混合液滴について対称度Δを算出する一方、すべての混合液滴について対称度Δが算出されていた場合には、ステップＳ４２０に進んで、全混合液滴Ｍについて、混合状態評価の対称度Δを統計処理して（ステップ４２０）、混合液滴Ｍ内の組成が均一であるかどうかの総合的な評価を行う。

本実施形態によれば、原料液が、所定の波長の光を吸収する成分を含み、混合液滴Ｍに対してこの所定の波長の光を照射し、混合液滴Ｍを透過した透過光を検出して混合液滴Ｍを含む視野の吸収画像データ（画像情報に対応）を取得している。そして、吸収画像データにおいて、混合液滴Ｍにおける所定の波長を吸収する成分の量が多い部分ほど、光の強度が弱くなるので、この成分の分布量が吸収画像データにおいて好適に把握され、混合液滴Ｍにおける組成の均一度を第１実施形態と同様に精度よく取得でき、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る混合液滴の組成の均一度の評価装置について説明する。本実施形態に係る組成の均一度の評価装値が、第一実施形態と異なる点は、混合液滴形成部１１０における原料液射出部１０５のキャピラリ１０１，１０２，１０３及び制御装置１２のみであるので、他の説明は省略する。

図１１に示すように、本実施形態において、キャピラリ１０１，１０２，１０３は、外周にさらに外部電極３２０を備えている。

ここで、外部電極３２０の構成材料は、導電性を有するものであれば特に制限されないが、かかる構成材料としては、腐食の防止という理由から、金や白金が好ましい。また外部電極３２０は、例えばキャピラリ１０２等の先端に上記構成材料を蒸着することにより形成することができる。

また、本実施形態において、制御装置１２は、混合液滴Ｍを形成するにあたり、例えば原料液８ａと基板２との間に印加したパルス電圧以上の電圧を電極３２０と電動ステージ３との間に印加するように、電圧印加装置１０７を制御する。

すると、外部電極３２０の先端に現われた静電誘導電荷３２１は、希釈液表面の静電誘導電荷３６１の電荷分布をノズル中心部で最も高くなるように偏らせるため、その電荷密度の高い部分、つまり原料液表面の中心部と電動ステージ３との間に大きな静電力が作用する。その結果、テイラーコーン１６はノズル端面の内径部分にとどまり、かつその形状はより先鋭的に変形する。これは、電気力線がノズル中心部により集中した結果である。このため、液滴Ｍが形成される位置を極めて安定なものにすることができる。言い換えるならば、基板２上の所望の位置に、液滴Ｍをより的確に形成することができる。

そして、一旦液滴Ｍを基板２上に形成すれば、本実施形態では液滴Ｍに他のキャピラリから原料液を的確に打ち込むことができるため、例えば、所望の濃度の混合液滴Ｍを所望の位置に的確に形成できることになる。

また本実施形態によれば、テイラーコーン１６が形成されるものの、それはキャピラリ１０２等の内径部分にとどまるため、その先端部分が鋭くなり、吐出時の液体の切れがよくなる。このため、原料液８ａと電動ステージ３との距離を小さくでき、比較的小さな電圧でも駆動することができる。その効果により、原料液８ａと電動ステージ３との間において放電の心配がなくなり、混合液滴形成部１１０の信頼性を向上させることができる。またキャピラリ１０２等の先端と電動ステージ３との間隔を狭めることにより、混合液滴形成部１１０の小型化も可能となる。

ここで、液滴の形成に際して、原料液８ａと電動ステージ３との間に印加したパルス電圧より大きな電圧を外部電極３２０と電動ステージ３との間に印加することが好ましい。この場合、外部電極３２０の先端に現われた静電誘導電荷３２１は、原料液表面の静電誘導電荷３６１の電荷分布をノズル中心部で最も高くなるように偏らせるため、その電荷密度の高い部分、つまり原料液表面の中心部と電動ステージ３との間に大きな静電力が作用する。このため、混合液滴Ｍが形成される位置を一層安定なものにすることができる。また、外部電極３２０は、キャピラリ１０１，１０２，１０３のすべてに設けることが好ましいが、何れかに設けられていればよい。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形態様をとることが可能である。例えば、上記実施形態では、光の強度の対称性に関する情報として、対称度Δを取得しているがこれに限られない。

また、第３実施形態に係る外部電極３２０や制御装置１２を第二実施形態に適用しても良いことはいうまでもない。

第１実施形態に係る組成の均一度の評価装置を示す概略構成図である。 図１のキャピラリ及び基板２の拡大図である。 図１の画像処理装置を示すブロック図である。 図４（ａ）は、対称性取得部において混合液滴に対して適用する座標を示す概念図、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるｒ軸に沿った光強度のプロファイルを示す概念図である。 第１実施形態に係る組成の均一度の評価を行う場合のフロー図である。 図６（ａ）は、混合液滴ＭＡの透過光画像データ、図６（ｂ）は混合液滴ＭＡのフルオロセインに由来する蛍光画像データ、図６（ｃ）は、混合液滴ＭＡのローダミンＢに由来する蛍光画像データ、図６（ｄ）は、図６（ｂ）の水平線に沿った蛍光強度のプロファイルを示す図、図６（ｅ）は、図６（ｃ）の水平線に沿った蛍光強度のプロファイルを示す図である。 図７（ａ）は、混合液滴ＭＢの透過光画像データ、図７（ｂ）は混合液滴ＭＢのフルオロセインに由来する蛍光画像データ、図７（ｃ）は、混合液滴ＭＢのローダミンＢに由来する蛍光画像データ、図７（ｄ）は、図７（ｂ）の水平線に沿った蛍光強度のプロファイルを示す図、図７（ｅ）は、図７（ｃ）の水平線に沿った蛍光強度のプロファイルを示す図である。 第２実施形態に係る組成の均一度の評価装置を示す概略構成図である。 図７の画像処理装置を示すブロック図である。 第２実施形態に係る組成の均一度の評価を行う場合のフロー図である。 第３実施形態に係る組成の均一度の評価装置におけるキャピラリ及び基板２の拡大図である。

符号の説明

２…基板、９…カメラ、１０４…電極、３２０…外部電極、１２…制御装置、５８…中心取得部（中心取得手段）、６０…対称性取得部（対称性取得手段）、Ｒ…原料液滴ジェット流、Ｍ…混合液滴、１００，２００…組成の均一度の評価装置、１０５…原料液射出部、１０７…電圧印加装置、１１５…画像取得手段。

Claims (11)

1. 互いに組成が異なる複数の原料液同士を混合することにより形成された混合液滴における組成の均一度の評価方法において、
   前記混合液滴から前記混合液滴の何れかの成分の量に応じた強度で到達する光を集光して結像させ前記混合液滴についての画像情報を取得する画像取得工程と、
   前記画像情報における前記混合液滴の中心位置を取得する中心取得工程と、
   前記画像情報において、前記混合液滴の中心位置に対する前記光の強度の対称性に関する情報を取得する対称性取得工程と、
   を含む組成の均一度の評価方法。
2. 前記原料液は、所定の波長の光を吸収する成分を含み、
   前記画像取得工程では、前記混合液滴に対して前記所定の波長の光を照射し、前記混合液滴を透過して到達する透過光を集光して結像させて前記画像情報を取得する請求項１に記載の組成の均一度の評価方法。
3. 前記原料液は、励起光が照射されると蛍光を発する蛍光色素を含み、
   前記画像取得工程では、前記混合液滴に対して前記励起光を照射し、前記励起光の照射により発生して到達する蛍光を集光して結像させて前記画像情報を取得する請求項１の組成の均一度の評価方法。
4. さらに、前記混合液滴に対して光を照射し、前記混合液滴を透過した透過光を集光して結像させ前記混合液滴についての透過光画像情報を取得する行程を含み、
   前記対称性取得工程を行う前に、前記透過光画像情報に基づいて、前記画像情報を補正する補正工程を含む請求項３に記載の組成の均一度の評価方法。
5. 前記中心取得工程は、前記画像情報において前記混合液滴の外縁形状を取得し、前記外縁形状を真円を含む楕円に近似し、前記真円を含む楕円の中心位置を前記混合液滴の中心位置として取得する請求項１〜４の何れか一項に記載の均一度の評価方法。
6. 前記中心取得工程は、前記画像情報において前記混合液滴が占める領域を取得し、前記混合液滴の領域の重心を前記混合液滴の中心位置として取得する請求項１〜４の何れか一項に記載の組成の均一度の評価方法。
7. 前記中心取得工程は、前記画像情報において前記光の強度分布の重心を取得し、前記光の強度分布の重心位置を前記混合液滴の中心位置として取得する請求項１〜４の何れか一項に記載の組成の均一度の評価方法。
8. 前記混合液滴は、複数のキャピラリ毎に蓄えられた前記原料液と前記キャピラリの先端と対向して配置された基板との間にパルス電圧を印加し、前記各キャピラリの先端から前記原料液をそれぞれ射出させることにより、前記基板上に形成される、請求項１〜７の何れか一項に記載の組成の均一度の評価方法。
9. 互いに組成が異なる複数の原料液同士を混合することにより形成された混合液滴から前記混合液滴における何れかの成分の量に応じた強度で到達する光を集光して結像させ前記混合液滴についての画像情報を取得する画像情報取得手段と、
   前記画像情報における前記混合液滴の中心位置を取得する中心取得手段と、
   前記画像情報において、前記混合液滴の中心位置に対する前記光の強度の対称性に関する情報を取得する対称性取得手段と、
   を有する組成の均一度の評価装置。
10. 前記混合液滴を形成するための前記原料液がそれぞれ蓄えられた複数のキャピラリを有する原料液射出部と、
    前記キャピラリの先端と対向して配置され、該各キャピラリの先端からそれぞれ射出される前記原料液から形成される前記混合液滴が載置される基板と、
    前記各キャピラリに蓄えられた前記原料液のそれぞれと前記基板との間にパルス電圧を印加する電圧印加装置と、
    をさらに有する、請求項９に記載の組成の均一度の評価装置。
11. 前記複数のキャピラリうち、少なくとも１つのキャピラリの外周に電極が設置されており、
    前記液滴形成装置は、さらに、前記電極に前記原料液の電位以上の電位を付与するように前記電圧印加装置を制御する制御装置を有する請求項１０に記載の混合液の液滴形成装置。

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