JP2011145094A - Particle observation system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a particle observation device capable of easily observing moving particles. <P>SOLUTION: The particle observation system 1 is equipped with a light irradiation part 3 for irradiating particles 91 with a laser beam Lb, an imaging part 5 for imaging the particles 91 irradiated with the laser beam Lb from the light irradiation part 3, an image analyzer 6 for analyzing the image of the particles 91 imaged by the imaging part 5, a particle moving part 4 for moving the particles 91 and a particle movement control part 37 for controlling the particle moving part 4 on the basis of the image analyzing data analyzed by the image analyzer 6. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、移動する粒子を観察するための粒子観察装置に関する。   The present invention relates to a particle observation apparatus for observing moving particles.

従来、流体の中で微細な粒子(例えば、1μm以下の粒子)を観察するための粒子観察装置及び方法が知られている。非特許文献1には、光源からの光を観察対象の粒子に照射して、粒子により散乱された光によって粒子の暗視野を観察する方法が開示されている。   Conventionally, a particle observation apparatus and method for observing fine particles (for example, particles of 1 μm or less) in a fluid are known. Non-Patent Literature 1 discloses a method of irradiating light from a light source onto a particle to be observed and observing the dark field of the particle with the light scattered by the particle.

木倉宏成 他1名、「マイクロスケール微粒子流動計測−暗視野法を用いた強磁性ナノ微粒子の粒径計測と挙動解析」、日本機械学会誌、2008.2、Vol.111、No.1071、p14−17Hironari Kikura and one other, "Microscale fine particle flow measurement-particle size measurement and behavioral analysis of ferromagnetic nanoparticle using dark field method", Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers, 2008.2, Vol. 111, no. 1071, p14-17

しかしながら、非特許文献1の技術では、流体中の粒子が移動して、視野から外れてしまうために観察することが難しいといった課題がある。   However, the technique of Non-Patent Document 1 has a problem that it is difficult to observe because particles in the fluid move and deviate from the field of view.

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、移動する粒子を容易に観察可能な粒子観察装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a particle observation apparatus that can easily observe moving particles.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、粒子に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段からの光が照射された前記粒子を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された粒子の画像を解析する画像解析手段と、前記粒子を移動させるための粒子移動手段と、前記画像解析手段によって解析された画像解析情報に基づいて、前記粒子移動手段を制御する粒子移動制御手段とを備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is directed to a light irradiating unit that irradiates light to particles, an imaging unit that images the particles irradiated with light from the light irradiating unit, and the imaging An image analyzing means for analyzing an image of the particles imaged by the means; a particle moving means for moving the particles; and the particle moving means based on the image analysis information analyzed by the image analyzing means. And a particle movement control means.

また、請求項2に記載の発明は、前記粒子は、強磁性体を含み、前記粒子移動手段は、電流によって磁力線を発生させる磁力線発生手段を有し、前記粒子移動制御手段は、前記磁力線発生手段を制御することによって、前記粒子の移動を制御することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, the particles include a ferromagnet, the particle moving means includes magnetic force line generating means for generating magnetic force lines by an electric current, and the particle movement control means is configured to generate the magnetic force lines. The movement of the particles is controlled by controlling the means.

また、請求項3に記載の発明は、前記粒子移動手段は、超伝導電磁石を更に有することを特徴とする。   The invention according to claim 3 is characterized in that the particle moving means further includes a superconducting electromagnet.

また、請求項4に記載の発明は、前記粒子移動手段は、前記磁力線発生手段の磁力を補助するための永久磁石を更に有することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, the particle moving means further includes a permanent magnet for assisting the magnetic force of the magnetic force line generating means.

また、請求項5に記載の発明は、前記粒子は、導電性材料を含み、前記粒子移動手段は、電圧によって電場を発生させる電場発生手段を有し、前記粒子移動制御手段は、前記電場発生手段を制御することによって、前記粒子の移動を制御することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, the particles include a conductive material, the particle moving means includes an electric field generating means for generating an electric field by a voltage, and the particle movement control means is configured to generate the electric field. The movement of the particles is controlled by controlling the means.

また、請求項6に記載の発明は、前記粒子移動手段は、レーザ光によって近接場光を発生させる近接場光発生手段を有し、前記粒子移動制御手段は、前記近接場光を制御することによって、前記粒子の移動を制御することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, the particle moving means includes near-field light generating means for generating near-field light by laser light, and the particle movement control means controls the near-field light. To control the movement of the particles.

また、請求項7に記載の発明は、前記光照射手段は、前記粒子を照射するためのレーザ光を出射するレーザ装置を有することを特徴とする。   The invention described in claim 7 is characterized in that the light irradiation means includes a laser device that emits laser light for irradiating the particles.

また、請求項8に記載の発明は、前記光照射手段は、前記レーザ光を広げるビームエキスパンダを更に有することを特徴とする。   The invention according to claim 8 is characterized in that the light irradiation means further includes a beam expander for expanding the laser light.

また、請求項9に記載の発明は、前記レーザ装置は、レーザ光をパルス発振することを特徴とする。   The invention according to claim 9 is characterized in that the laser device oscillates laser light in pulses.

また、請求項10に記載の発明は、前記レーザ装置は、直線偏光のレーザ光を出射することを特徴とする。   The invention according to claim 10 is characterized in that the laser device emits linearly polarized laser light.

本発明によれば、粒子の画像を解析することによって得られる画像解析情報に基づいて、粒子を移動させるための粒子移動手段を粒子移動制御手段が制御する。これにより、本発明は、粒子を撮像可能な領域に移動させつつ、撮像することができる。この結果、本発明は、移動する粒子を容易に観察できる。   According to the present invention, the particle movement control unit controls the particle moving unit for moving the particles based on the image analysis information obtained by analyzing the particle image. Thereby, this invention can image, moving a particle | grain to the area | region which can be imaged. As a result, the present invention can easily observe the moving particles.

第1実施形態による粒子観察装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a particle observation apparatus according to a first embodiment. 観察セルの観察部近傍の右側面図である。It is a right view of the observation part vicinity of an observation cell. コイルから発生する磁力線を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetic force line which generate | occur | produces from a coil. 別のコイルから発生する磁力線を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetic force line which generate | occur | produces from another coil. コイルに供給する電流を説明する図である。It is a figure explaining the electric current supplied to a coil. 第2実施形態による粒子観察装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the particle | grain observation apparatus by 2nd Embodiment. 第3実施形態による粒子移動部の概略図である。It is the schematic of the particle | grain moving part by 3rd Embodiment. 第4実施形態による粒子観察装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the particle observation apparatus by 4th Embodiment. 第5実施形態による粒子観察装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the particle observation apparatus by 5th Embodiment.

<第1実施形態>
以下、図面を参照して、本発明による第1実施形態を説明する。図1は、第1実施形態による粒子観察装置の全体構成図である。図2は、観察セルの観察部近傍の右側面図である。図3は、コイルから発生する磁力線を説明するための図である。図4は、別のコイルから発生する磁力線を説明するための図である。図5は、コイルに供給する電流を説明する図である。尚、図1における点線で囲んだ観察部近傍の図は、正面図である。以下の説明において、図1の矢印で示す上下左右を、点線枠内の上下左右方向とする。また、図1の紙面表方向を、点線枠内の前方とする(図2参照)。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of the particle observation apparatus according to the first embodiment. FIG. 2 is a right side view of the vicinity of the observation part of the observation cell. FIG. 3 is a diagram for explaining magnetic lines of force generated from a coil. FIG. 4 is a diagram for explaining magnetic lines of force generated from another coil. FIG. 5 is a diagram for explaining the current supplied to the coil. In addition, the figure of the observation part vicinity enclosed with the dotted line in FIG. 1 is a front view. In the following description, the vertical and horizontal directions indicated by the arrows in FIG. 1 are the vertical and horizontal directions in the dotted frame. Also, the surface direction in FIG. 1 is the front in the dotted frame (see FIG. 2).

第1実施形態による粒子観察装置1は、液体(流体)中の強磁性体の粒子91を観察するためのものである。粒子91の直径は、約1μm以下とする。図1及び図2に示すように、粒子観察装置1は、観察セル2と、光照射部3と、粒子移動部4と、撮像部5と、画像解析装置6と、制御装置7とを備えている。   The particle observation apparatus 1 according to the first embodiment is for observing ferromagnetic particles 91 in a liquid (fluid). The diameter of the particles 91 is about 1 μm or less. As shown in FIGS. 1 and 2, the particle observation device 1 includes an observation cell 2, a light irradiation unit 3, a particle moving unit 4, an imaging unit 5, an image analysis device 6, and a control device 7. ing.

観察セル2は、観察対象の粒子91とともに、液体92を流すためのものである。観察セル2は、光を透過可能な樹脂またはガラスからなる。図2に示すように、観察セル2は、流入部11と、観察部12と、流出部13とを有する。流入部11、観察部12、及び、流出部13は、一体的に構成されている。流入部11、観察部12、及び、流出部13には、液体の流路が一連に形成されている。粒子91を含む液体92は、流入部11、観察部12、流出部13へと流れる。観察部12は、正面視にて、長方形状に形成されている。   The observation cell 2 is for flowing the liquid 92 together with the particles 91 to be observed. The observation cell 2 is made of resin or glass that can transmit light. As shown in FIG. 2, the observation cell 2 has an inflow portion 11, an observation portion 12, and an outflow portion 13. The inflow part 11, the observation part 12, and the outflow part 13 are comprised integrally. In the inflow part 11, the observation part 12, and the outflow part 13, a liquid flow path is formed in series. The liquid 92 containing the particles 91 flows to the inflow part 11, the observation part 12, and the outflow part 13. The observation unit 12 is formed in a rectangular shape when viewed from the front.

光照射部3は、観察セル2の観察部12の粒子91にシート状のレーザ光Lbを照射するものである。光照射部3は、レーザ装置15と、ビームエキスパンダ16と、反射部材17と、受光素子18とを備えている。尚、レーザ光はシート状ではなく線状のままでもよい。   The light irradiation unit 3 irradiates the sheet 91 of the observation unit 12 of the observation cell 2 with the sheet-like laser light Lb. The light irradiation unit 3 includes a laser device 15, a beam expander 16, a reflection member 17, and a light receiving element 18. Note that the laser beam may be linear instead of sheet.

レーザ装置15は、粒子91を照射するためのレーザ光Laを出射するためのものである。レーザ装置15は、約532nmの波長のレーザ光(緑色光)Laを照射するYAGレーザからなる。レーザ装置15は、直線偏光のレーザ光Laをパルス発振する。尚、レーザ装置15は、円偏光のレーザ光を発振するものでもよく、レーザ光を連続発振するものでもよい。   The laser device 15 is for emitting a laser beam La for irradiating the particles 91. The laser device 15 is composed of a YAG laser that emits laser light (green light) La having a wavelength of about 532 nm. The laser device 15 oscillates linearly polarized laser light La in a pulsed manner. The laser device 15 may oscillate circularly polarized laser light, or may continuously oscillate laser light.

ビームエキスパンダ16は、線状のレーザ光Laを一方向に広げるためのものである。これにより、レーザ光Laは、左右方向に一定の幅を有するシート状のレーザ光Lbとなって観察部12を照射する。   The beam expander 16 is for spreading the linear laser beam La in one direction. Thereby, the laser beam La becomes a sheet-like laser beam Lb having a certain width in the left-right direction and irradiates the observation unit 12.

反射部材17は、右方向に進行するレーザ光Lbを観察部12が配置された下方へと反射するものである。   The reflection member 17 reflects the laser beam Lb traveling in the right direction downward where the observation unit 12 is disposed.

受光素子18は、観察部12を透過したレーザ光Lbを受光して検出信号を制御装置7へと出力するためのものである。制御装置7は、この検出信号に基づいて、レーザ光Lbのずれを検出して、レーザ装置15の方向を調整する。   The light receiving element 18 is for receiving the laser beam Lb transmitted through the observation unit 12 and outputting a detection signal to the control device 7. Based on this detection signal, the control device 7 detects the deviation of the laser light Lb and adjusts the direction of the laser device 15.

粒子移動部4は、磁場によって強磁性体の粒子91を停止または運動させるものである。粒子移動部4は、4組のコイル21、22、23、24及びコイル電源25、26、27、28を備えている。   The particle moving unit 4 stops or moves the ferromagnetic particles 91 by a magnetic field. The particle moving unit 4 includes four sets of coils 21, 22, 23, 24 and coil power supplies 25, 26, 27, 28.

4個のコイル21〜24は、それぞれ観察セル2の観察部12の上左下右の4方向に配置されている。コイル21〜24は、電流が供給されると、観察部12へと磁力線93を発生させる。具体的には、図3に示すように、コイル21は、上下方向の磁力線93を発生させる。これにより、コイル21に吸引される方向(上向き)の磁力が、強磁性体の粒子91に作用する。また、図4に示すように、コイル22は、左右方向の磁力線93を発生させる。これにより、コイル22に吸引される方向(左向き)の磁力が強磁性体の粒子91に作用する。   The four coils 21 to 24 are respectively arranged in the four directions of the upper left and lower right of the observation unit 12 of the observation cell 2. The coils 21 to 24 generate lines of magnetic force 93 to the observation unit 12 when supplied with current. Specifically, as shown in FIG. 3, the coil 21 generates a magnetic force line 93 in the vertical direction. As a result, the magnetic force in the direction attracted by the coil 21 (upward) acts on the ferromagnetic particles 91. Further, as shown in FIG. 4, the coil 22 generates a magnetic force line 93 in the left-right direction. Thereby, the magnetic force in the direction attracted to the coil 22 (leftward) acts on the ferromagnetic particles 91.

4個のコイル電源25〜28は、それぞれ異なるコイル21〜24に接続されている。コイル電源25〜28は、図5に示すパルス波形(正弦波)の電流をコイル21〜24に供給する。尚、電流の波形は任意波形、あるいは直流電流でもよい。ここでは、説明を簡便にするためにパルス波形(正弦波)を用いる。   The four coil power supplies 25 to 28 are connected to different coils 21 to 24, respectively. The coil power supplies 25 to 28 supply currents having a pulse waveform (sine wave) shown in FIG. 5 to the coils 21 to 24. The current waveform may be an arbitrary waveform or a direct current. Here, in order to simplify the explanation, a pulse waveform (sine wave) is used.

撮像部5は、レーザ光Lbが照射された粒子91を撮像するためのものである。撮像部5は、高速撮像可能なCMOSカメラからなる。図2に示すように、撮像部5は、観察部12の中央部の前方に配置されている。尚、図1における撮像部5の位置は便宜上記載しているのであって、実際の位置とは異なる。撮像部5は、シート状のレーザ光Lbが粒子91によってレイリー散乱された光によって観察部12の粒子91の暗視野像を撮像する。撮像部5は、パルス発振されるレーザ光Lbと同期して粒子91を撮像する。即ち、撮像部5は、所定の時間間隔(以下、撮像間隔)TIで粒子91を撮像する。撮像部5は、撮像した粒子91の画像データを画像解析装置6へと出力する。   The imaging unit 5 is for imaging the particles 91 irradiated with the laser beam Lb. The imaging unit 5 is composed of a CMOS camera capable of high-speed imaging. As shown in FIG. 2, the imaging unit 5 is disposed in front of the central part of the observation unit 12. Note that the position of the imaging unit 5 in FIG. 1 is shown for convenience and is different from the actual position. The imaging unit 5 captures a dark field image of the particles 91 of the observation unit 12 with light in which the sheet-like laser light Lb is Rayleigh scattered by the particles 91. The imaging unit 5 images the particles 91 in synchronization with the pulsed laser beam Lb. That is, the imaging unit 5 images the particles 91 at a predetermined time interval (hereinafter, imaging interval) TI. The imaging unit 5 outputs the captured image data of the particles 91 to the image analysis device 6.

画像解析装置6は、撮像部5によって撮像されて入力された粒子91の画像データの解析をするとともに、粒子91の画像を表示する。画像解析装置6は、画像を表示する表示部31と、画像解析部32とを備えている。   The image analysis device 6 analyzes the image data of the particles 91 captured and input by the imaging unit 5 and displays an image of the particles 91. The image analysis device 6 includes a display unit 31 that displays an image and an image analysis unit 32.

表示部31は、液晶表示装置等からなる。   The display unit 31 includes a liquid crystal display device or the like.

画像解析部32は、CPU(central processing unit)等の演算部(図示略)と、RAM(random access memory)、ROM(read only memory)及びHDD(hard disk drive)等の記憶部(図示略)を有する。画像解析部32は、撮像部5から入力された画像データを解析することによって、粒子91の位置座標PP、変位PD、速度PV、加速度PAを算出する。位置座標PP、変位PD、速度PV、加速度PAが画像解析情報である。具体的には、画像解析部32は、撮像部5から入力された画像データから粒子91の位置座標PPを特定する。尚、画像解析部32は、広がりのある粒子91の重心を算出して、二値化することにより粒子91の位置座標PPを特定する。この後、撮像間隔TI毎に入力される画像データによって粒子91の位置座標PPを特定して、位置座標PPの変位PDを算出する。次に、変位PDと撮像間隔TIから粒子91の速度PVを算出する。そして、速度PVと撮像間隔TIから粒子91の加速度PAを算出する。画像解析部32は、算出した粒子91の位置座標PP、変位PD、速度PV、加速度PAを制御装置7へと出力する。   The image analysis unit 32 includes a calculation unit (not shown) such as a CPU (central processing unit) and a storage unit (not shown) such as a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), and a hard disk drive (HDD). Have The image analysis unit 32 calculates the position coordinates PP, displacement PD, velocity PV, and acceleration PA of the particles 91 by analyzing the image data input from the imaging unit 5. The position coordinates PP, displacement PD, speed PV, and acceleration PA are image analysis information. Specifically, the image analysis unit 32 specifies the position coordinates PP of the particles 91 from the image data input from the imaging unit 5. The image analysis unit 32 specifies the position coordinates PP of the particles 91 by calculating the center of gravity of the spreading particles 91 and binarizing. Thereafter, the position coordinate PP of the particle 91 is specified by the image data input at every imaging interval TI, and the displacement PD of the position coordinate PP is calculated. Next, the velocity PV of the particle 91 is calculated from the displacement PD and the imaging interval TI. Then, the acceleration PA of the particles 91 is calculated from the speed PV and the imaging interval TI. The image analysis unit 32 outputs the calculated position coordinates PP, displacement PD, velocity PV, and acceleration PA of the particles 91 to the control device 7.

制御装置7は、粒子観察装置1の制御全般を司るものである。制御装置7は、CPU(central processing unit)等の演算部(図示略)と、RAM(random access memory)、ROM(read only memory)及びHDD(hard disk drive)等の記憶部(図示略)を有する。制御装置7は、入力部35と、光制御部36と、粒子移動制御部37と、撮像制御部38とを備える。尚、各部35〜38は、プログラム等のソフトウエアによって構成してもよく、回路等のハードウエアによって構成してもよく、それらの組み合わせであってもよい。   The control device 7 governs overall control of the particle observation device 1. The control device 7 includes a calculation unit (not shown) such as a CPU (central processing unit) and a storage unit (not shown) such as a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), and a hard disk drive (HDD). Have. The control device 7 includes an input unit 35, a light control unit 36, a particle movement control unit 37, and an imaging control unit 38. Each unit 35 to 38 may be configured by software such as a program, may be configured by hardware such as a circuit, or a combination thereof.

入力部35は、ユーザが種々の指示を入力するためのものである。入力部35は、キーボードやマウスを有する。入力部35は、ユーザから入力された指示を光制御部36及び粒子移動制御部37へと入力する。   The input unit 35 is for a user to input various instructions. The input unit 35 has a keyboard and a mouse. The input unit 35 inputs an instruction input from the user to the light control unit 36 and the particle movement control unit 37.

光制御部36は、光照射部3を制御するためのものである。光制御部36は、指示信号をレーザ装置15へと出力する。これにより、レーザ装置15は、撮像間隔TIでレーザ光Laを出射する。また、初期設定時には、光制御部36には、受光素子18からの検出信号が入力される。この検出信号に基づいて、光制御部36は、レーザ光Lbのずれを算出して、レーザ装置15を制御してレーザ光Lbの出射方向を調整する。尚、光制御部36がレーザ光Lbのずれを表示可能に構成して、レーザ装置15の出射方向は、ユーザが設定するようにしてもよい。   The light control unit 36 is for controlling the light irradiation unit 3. The light control unit 36 outputs an instruction signal to the laser device 15. Thereby, the laser device 15 emits the laser light La at the imaging interval TI. Further, at the time of initial setting, a detection signal from the light receiving element 18 is input to the light control unit 36. Based on this detection signal, the light control unit 36 calculates the deviation of the laser light Lb and controls the laser device 15 to adjust the emission direction of the laser light Lb. The light control unit 36 may be configured to display the deviation of the laser light Lb, and the user may set the emission direction of the laser device 15.

粒子移動制御部37は、粒子91の移動を制御する。粒子移動制御部37には、画像解析部32から粒子91の位置座標PP、変位PD、速度PV、加速度PAが入力される。粒子移動制御部37は、これらの粒子91の位置座標PP、変位PD、速度PV、加速度PAに基づいて、4組のコイル21〜24及びコイル電源25〜28を制御する。これにより、粒子91の移動が制御される。   The particle movement control unit 37 controls the movement of the particles 91. The particle movement control unit 37 receives the position coordinates PP, displacement PD, velocity PV, and acceleration PA of the particles 91 from the image analysis unit 32. The particle movement control unit 37 controls the four sets of coils 21 to 24 and the coil power supplies 25 to 28 based on the position coordinates PP, displacement PD, velocity PV, and acceleration PA of these particles 91. Thereby, the movement of the particles 91 is controlled.

撮像制御部38は、撮像部5を制御するためのものである。撮像制御部38は、光照射部3のレーザ装置15から発振される周期に同期して、撮像部5に撮像信号を出力する。   The imaging control unit 38 is for controlling the imaging unit 5. The imaging control unit 38 outputs an imaging signal to the imaging unit 5 in synchronization with the cycle oscillated from the laser device 15 of the light irradiation unit 3.

(粒子観察装置の動作及び粒子観察方法)
次に、上述した粒子観察装置の動作及び粒子観察方法を説明する。
(Operation of particle observation apparatus and particle observation method)
Next, the operation of the particle observation apparatus described above and the particle observation method will be described.

まず、強磁性体の粒子91を含む液体92が、流入部11、観察部12、流出部13の順に観察セル2に流される。この状態で、ユーザが、制御装置7の入力部35を介して開始を選択すると、制御装置7の光制御部36が指示信号を光照射部3のレーザ装置15へと出力する。これにより、レーザ装置15は、レーザ光Laをパルス発振する。レーザ光Laは、ビームエキスパンダ16によって一方向に広げられて、シート状のレーザ光Lbとなる。この後、レーザ光Lbは、反射部材17によって反射されて、観察セル2の観察部12へと進行する。この結果、シート状のレーザ光Lbが、観察部12の中央部を明るく照らす。ここで、レーザ光Lbが観察部12の所望の領域からずれている場合、受光素子18から光制御部36へ入力された検出信号に基づいて、光制御部36がレーザ装置15の位置を調整する。これにより、レーザ光Lbが、観察部12の所望の領域を照らす。   First, a liquid 92 containing ferromagnetic particles 91 is caused to flow into the observation cell 2 in the order of the inflow portion 11, the observation portion 12, and the outflow portion 13. In this state, when the user selects start via the input unit 35 of the control device 7, the light control unit 36 of the control device 7 outputs an instruction signal to the laser device 15 of the light irradiation unit 3. As a result, the laser device 15 oscillates the laser beam La in a pulsed manner. The laser beam La is spread in one direction by the beam expander 16 and becomes a sheet-like laser beam Lb. Thereafter, the laser beam Lb is reflected by the reflecting member 17 and proceeds to the observation unit 12 of the observation cell 2. As a result, the sheet-like laser beam Lb illuminates the central portion of the observation unit 12 brightly. Here, when the laser beam Lb deviates from a desired region of the observation unit 12, the light control unit 36 adjusts the position of the laser device 15 based on the detection signal input from the light receiving element 18 to the light control unit 36. To do. Thereby, the laser beam Lb illuminates a desired region of the observation unit 12.

次に、観察部12内の粒子91が、観察部12の中央部の正面に配置された撮像部5によって撮像される。ここで、撮像部5は、粒子91によってレイリー散乱されたレーザ光Lbによって粒子91の暗視野像を撮像する。この撮像動作が、レーザ光Lbのパルス間隔と同じ撮像間隔TI毎に実行される。次に、撮像部5は、撮像した画像データを画像解析装置6の画像解析部32へと出力する。   Next, the particles 91 in the observation unit 12 are imaged by the imaging unit 5 arranged in front of the central part of the observation unit 12. Here, the imaging unit 5 captures a dark field image of the particle 91 with the laser light Lb that is Rayleigh scattered by the particle 91. This imaging operation is executed at the same imaging interval TI as the pulse interval of the laser beam Lb. Next, the imaging unit 5 outputs the captured image data to the image analysis unit 32 of the image analysis device 6.

次に、画像解析装置6では、表示部31に撮像した粒子91の画像を表示するとともに、画像解析部32が画像データを解析する。具体的には、画像解析部32は、各画増データから粒子91の位置座標PPを算出する。次に、画像解析部32は、算出した複数の位置座標PPから粒子91の変位を算出する。画像解析部32は、変位PDと撮像間隔TIとから粒子91の速度PVを算出する。更に、画像解析部32は、速度PVと撮像間隔TIとから粒子91の加速度PAを算出する。この後、画像解析部32は、算出した位置座標PP、変位PD、速度PV、加速度PAを制御装置7の粒子移動制御部37へと出力する。   Next, in the image analysis device 6, the image of the particle 91 captured on the display unit 31 is displayed, and the image analysis unit 32 analyzes the image data. Specifically, the image analysis unit 32 calculates the position coordinates PP of the particles 91 from each image increase data. Next, the image analysis unit 32 calculates the displacement of the particle 91 from the calculated plurality of position coordinates PP. The image analysis unit 32 calculates the velocity PV of the particles 91 from the displacement PD and the imaging interval TI. Further, the image analysis unit 32 calculates the acceleration PA of the particles 91 from the speed PV and the imaging interval TI. Thereafter, the image analysis unit 32 outputs the calculated position coordinates PP, displacement PD, velocity PV, and acceleration PA to the particle movement control unit 37 of the control device 7.

次に、制御装置7の粒子移動制御部37は、画像解析部32から入力された粒子91の位置座標PP、変位PD、速度PV、加速度PAに基づいて、コイル電源25〜28を介して、コイル21〜24を制御する。具体的には、最初、粒子91は、液体92とともに、上から下へと観察部12の内部を移動している。即ち、粒子91は、下向きの速度を有するので、粒子移動制御部37は、コイル電源25を介して、コイル21に図5に示す正弦波形の電流を供給する。これにより、図3に示すように、磁力線93がコイル21から発生して、上向の磁力が粒子91に作用する。この結果、粒子91の下向きの速度が減速される。ここで、粒子移動制御部37は、電流と減速された加速度とを関連付けて記憶することによって、次回以降にコイル21に供給する電流の大きさを制御する。この後、粒子移動制御部37は、この動作を繰り返すことによって、粒子91の上下方向の速度を「0」にする。同様に、粒子91が右方向の速度を有する場合は、コイル電源26を介して、コイル22に図5に示すパルス波形の電流を供給することによって、粒子91の速度を制御する。これにより、粒子移動制御部37は、観察部12の所望の位置に粒子91を停止させる。   Next, the particle movement control unit 37 of the control device 7 is based on the position coordinates PP, displacement PD, velocity PV, and acceleration PA of the particles 91 input from the image analysis unit 32 via the coil power supplies 25 to 28. The coils 21 to 24 are controlled. Specifically, initially, the particles 91 are moving inside the observation unit 12 together with the liquid 92 from top to bottom. That is, since the particles 91 have a downward speed, the particle movement control unit 37 supplies the coil 21 with a current having a sinusoidal waveform shown in FIG. Thereby, as shown in FIG. 3, the magnetic lines of force 93 are generated from the coil 21, and the upward magnetic force acts on the particles 91. As a result, the downward speed of the particles 91 is reduced. Here, the particle movement control unit 37 controls the magnitude of the current to be supplied to the coil 21 from the next time on by storing the current and the decelerated acceleration in association with each other. Thereafter, the particle movement control unit 37 repeats this operation to set the vertical velocity of the particles 91 to “0”. Similarly, when the particle 91 has a velocity in the right direction, the velocity of the particle 91 is controlled by supplying a current having a pulse waveform shown in FIG. Thereby, the particle movement control unit 37 stops the particles 91 at a desired position of the observation unit 12.

尚、粒子91を停止させることを前提に、粒子移動制御部37の動作を説明したが、粒子91を回転させるように制御してもよい。具体的には、粒子移動制御部37は、コイル21に図5に示す電流を供給した後、所定間隔を開けて、コイル22に電流を供給する。この後、粒子移動制御部37は、更に所定間隔を開けて、コイル23に電流を流した後、コイル24に電流を流す。このように、粒子移動制御部37が、コイル21、22、23、24の順に電流を供給して、繰り返すことによって、粒子91を観察部12の略中心で回転させることができる。更に、粒子移動制御部37は、電流の大きさを変えることによって回転運動の大きさを制御して、電流を供給する時間間隔を変えることによって回転速度を制御する。   Although the operation of the particle movement control unit 37 has been described on the assumption that the particle 91 is stopped, the particle 91 may be controlled to rotate. Specifically, the particle movement control unit 37 supplies the current to the coil 21 after supplying the current shown in FIG. Thereafter, the particle movement control unit 37 causes a current to flow through the coil 23 at a predetermined interval, and then causes a current to flow through the coil 24. In this way, the particle movement control unit 37 supplies the current in the order of the coils 21, 22, 23, and 24 and repeats, whereby the particle 91 can be rotated at the approximate center of the observation unit 12. Further, the particle movement control unit 37 controls the rotational speed by changing the magnitude of the current, and controls the rotational speed by changing the time interval for supplying the current.

また、ユーザが、入力部35によって、粒子91の運動パターンを入力可能に構成してもよい。ここでいう運動パターンは、上述した停止、回転運動の他に、直線運動等も含む。   Further, the user may be configured to be able to input the movement pattern of the particles 91 by the input unit 35. The movement pattern referred to here includes linear movement and the like in addition to the stop and rotation movements described above.

この後、ユーザが入力部35によって終了指示を入力すると、粒子移動制御部37は上述した処理を終了する。   Thereafter, when the user inputs an end instruction using the input unit 35, the particle movement control unit 37 ends the above-described processing.

(第1実施形態による効果)
次に、上述した第1実施形態による効果について説明する。
(Effect by 1st Embodiment)
Next, the effect by 1st Embodiment mentioned above is demonstrated.

第1実施形態による粒子観察装置1では、画像解析部32が画像データから粒子91の位置座標PP、変位PD、速度PV、加速度PAを算出して、粒子移動制御部37へと出力する。これにより、粒子移動制御部37は、粒子91の位置座標PP、変位PD、速度PV、加速度PAに基づいて、コイル21〜24を制御している。このため、粒子移動制御部37は、粒子91の運動に対応させて粒子91を制御できるので、粒子91を所望の場所に停止でき、または、回転運動等の運動をさせることができる。この結果、ユーザは、容易に粒子91を観察できる。更に、粒子観察装置1は、粒子91の運動を制御することによって、粒子91を撮像領域に維持できるので、同じ粒子91を長時間観察することができる。   In the particle observation apparatus 1 according to the first embodiment, the image analysis unit 32 calculates the position coordinates PP, displacement PD, velocity PV, and acceleration PA of the particles 91 from the image data, and outputs them to the particle movement control unit 37. Thereby, the particle movement control unit 37 controls the coils 21 to 24 based on the position coordinates PP, displacement PD, velocity PV, and acceleration PA of the particles 91. For this reason, since the particle movement control unit 37 can control the particle 91 in accordance with the movement of the particle 91, the particle 91 can be stopped at a desired place or can be moved such as a rotational movement. As a result, the user can easily observe the particles 91. Furthermore, since the particle observation apparatus 1 can maintain the particle 91 in the imaging region by controlling the movement of the particle 91, the same particle 91 can be observed for a long time.

また、粒子観察装置1では、光照射部3がレーザ光Laを広げるビームエキスパンダ16を有するので、レーザ光Lbは観察部12の広い領域を明るくすることができる。この結果、撮像部5は、容易に粒子91を撮像することができる。更に、粒子91が移動していても、レーザ光Lbの照射領域から離脱しにくいので、一度、撮像した粒子91が撮像部5の撮像領域から外れることを抑制できる。   Moreover, in the particle observation apparatus 1, since the light irradiation unit 3 includes the beam expander 16 that spreads the laser beam La, the laser beam Lb can brighten a wide area of the observation unit 12. As a result, the imaging unit 5 can easily image the particles 91. Furthermore, even if the particles 91 are moving, it is difficult to leave the irradiation region of the laser light Lb, and thus it is possible to suppress the particles 91 once picked up from the imaging region of the imaging unit 5.

また、粒子観察装置1では、光照射部3のレーザ装置15がレーザ光Laをパルス発振している。そして、撮像制御部38は、撮像部5の撮像間隔TIとレーザ光Laとを同期させることができる。これにより、粒子観察装置1は、不要なレーザ光Lbによる液体92及び粒子91の加熱を抑制できる。   In the particle observation device 1, the laser device 15 of the light irradiation unit 3 oscillates the laser beam La in a pulsed manner. The imaging control unit 38 can synchronize the imaging interval TI of the imaging unit 5 with the laser light La. Thereby, the particle observation apparatus 1 can suppress the heating of the liquid 92 and the particles 91 by the unnecessary laser light Lb.

<第2実施形態>
次に、上述した実施形態の一部を変更した第2実施形態について説明する。図6は、第2実施形態による粒子観察装置の全体構成図である。尚、上述した実施形態と同様の構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment in which a part of the above-described embodiment is changed will be described. FIG. 6 is an overall configuration diagram of the particle observation apparatus according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted.

図6に示すように、第2実施形態による粒子観察装置1Aの粒子移動部4Aは、粒子91の移動を制御するための超伝導電磁石41と、超伝導電磁石41に電流を供給するためのコイル電源42とを備えている。   As shown in FIG. 6, the particle moving unit 4 </ b> A of the particle observation apparatus 1 </ b> A according to the second embodiment includes a superconducting electromagnet 41 for controlling the movement of the particles 91 and a coil for supplying current to the superconducting electromagnet 41. And a power source 42.

超伝導電磁石41は、超伝導コイル43と、冷却部44とを備えている。超伝導コイル43の巻線は、超伝導材料からなる。観察部12は、超伝導コイル43の中空部43aに配置されている。これにより、超伝導コイル43の磁場は、観察部12の内部を上下方向に貫く。冷却部44は、超伝導コイル43を冷却するためのものである。冷却部44の内部には、冷却用の液体ヘリウム、気体のヘリウム、あるいは液体ナトリウム等が貯留されている。   The superconducting electromagnet 41 includes a superconducting coil 43 and a cooling unit 44. The winding of the superconducting coil 43 is made of a superconducting material. The observation unit 12 is disposed in the hollow portion 43 a of the superconducting coil 43. Thereby, the magnetic field of the superconducting coil 43 penetrates the inside of the observation unit 12 in the vertical direction. The cooling unit 44 is for cooling the superconducting coil 43. In the cooling unit 44, liquid helium for cooling, gaseous helium, liquid sodium, or the like is stored.

第2実施形態では、観察部12が中空部43aに配置されているため、撮像部5を観察部12の正面に配置することができない。そこで、第2実施形態の撮像部5Aは、観察部12を透過したレーザ光Lbを撮像部5へと反射するための反射部19a、19bを備えている。撮像部5は、反射部19a、19bによって反射されたレーザ光Lbによって粒子91の暗視野像を撮像している。   In 2nd Embodiment, since the observation part 12 is arrange | positioned in the hollow part 43a, the imaging part 5 cannot be arrange | positioned in the front of the observation part 12. FIG. Therefore, the imaging unit 5A of the second embodiment includes reflection units 19a and 19b for reflecting the laser light Lb transmitted through the observation unit 12 to the imaging unit 5. The imaging unit 5 captures a dark field image of the particle 91 with the laser light Lb reflected by the reflection units 19a and 19b.

第2実施形態では、超伝導電磁石41によって粒子91の上下方向の移動を制御している。これにより、第2実施形態は、より強い磁力によって強磁性体のみならず、弱磁性体や反磁性体の粒子91を制御することができる。   In the second embodiment, the superconducting electromagnet 41 controls the movement of the particles 91 in the vertical direction. Thereby, 2nd Embodiment can control the particle | grains 91 of not only a ferromagnetic body but a weak magnetic body and a diamagnetic body with stronger magnetic force.

<第3実施形態>
次に、上述した実施形態の粒子移動部を変更した第3実施形態について説明する。図7は、第3実施形態による粒子移動部の概略図である。尚、上述した実施形態と同様の構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment in which the particle moving unit of the above-described embodiment is changed will be described. FIG. 7 is a schematic view of a particle moving unit according to the third embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted.

第3実施形態による粒子移動部4Bは、4個の永久磁石45、46、47、48を備えている。   The particle moving unit 4B according to the third embodiment includes four permanent magnets 45, 46, 47, and 48.

4個の永久磁石45〜48は、コイル21〜24の磁力を補助するためのものである。4個の永久磁石45〜48は、4個のコイル21〜24の外側に配置されている。ここで、永久磁石45〜48は、回転可能に構成されている。これにより、永久磁石45〜48は、コイル21〜24の磁力を補強しない場合は、回転される。この結果、永久磁石45〜48の磁力線は、必要な場合のみ観察部12へと作用させることができる。   The four permanent magnets 45 to 48 are for assisting the magnetic force of the coils 21 to 24. The four permanent magnets 45 to 48 are disposed outside the four coils 21 to 24. Here, the permanent magnets 45 to 48 are configured to be rotatable. Thereby, the permanent magnets 45 to 48 are rotated when the magnetic forces of the coils 21 to 24 are not reinforced. As a result, the magnetic lines of force of the permanent magnets 45 to 48 can be applied to the observation unit 12 only when necessary.

第3実施形態では、永久磁石45〜48によって、コイル21〜24の磁力を補強しているので、省電力化を実現することができる。   In the third embodiment, since the magnetic forces of the coils 21 to 24 are reinforced by the permanent magnets 45 to 48, power saving can be realized.

<第4実施形態>
次に、上述した実施形態の粒子移動部を変更した第4実施形態について説明する。図8は、第4実施形態による粒子観察装置の全体構成図である。尚、上述した実施形態と同様の構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。
<Fourth embodiment>
Next, a description will be given of a fourth embodiment in which the particle moving unit of the above-described embodiment is changed. FIG. 8 is an overall configuration diagram of the particle observation apparatus according to the fourth embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted.

第4実施形態の粒子観察装置1Cの粒子移動部4Cは、帯電された導電性材料からなる粒子91の移動を電場によって制御しつつ、観察するためのものである。   The particle moving unit 4C of the particle observation apparatus 1C of the fourth embodiment is for observing while controlling the movement of the particles 91 made of a charged conductive material by an electric field.

粒子観察装置1Cの粒子移動部4Cは、観察部12の四方に配置された電極51、52、53、54と、電極電源55、56とを備えている。電極電源55は、電極51に正負の電圧を印加する。電極53は、接地されて、グランド電位となっている。電極電源56は、電極52に正負の電圧を印加する。電極54は、接地されて、グランド電位となっている。   The particle moving unit 4C of the particle observation apparatus 1C includes electrodes 51, 52, 53, and 54 arranged on four sides of the observation unit 12, and electrode power sources 55 and 56. The electrode power supply 55 applies positive and negative voltages to the electrode 51. The electrode 53 is grounded and has a ground potential. The electrode power source 56 applies positive and negative voltages to the electrode 52. The electrode 54 is grounded and has a ground potential.

第4実施形態では、粒子移動制御部37が、電極電源55を介して、電極51に電圧を印加することによって、電極51と電極53との間に上下方向の電場を発生させる。これにより、粒子移動制御部37は、粒子91の上下方向の移動を制御する。更に、粒子移動制御部37は、電極51の電圧の正負を制御することにより、上方向または下方向の何れかに粒子91の移動を制御する。また、粒子移動制御部37は、電極電源56を介して、電極52に電圧を印加することによって、電極52と電極54との間に左右方向の電場を発生させる。これにより、粒子移動制御部37は、粒子91の左右方向の移動を制御する。更に、粒子移動制御部37は、電極52の電圧の正負を制御することにより、左方向または右方向の何れかに粒子91の移動を制御する。   In the fourth embodiment, the particle movement control unit 37 generates a vertical electric field between the electrode 51 and the electrode 53 by applying a voltage to the electrode 51 via the electrode power supply 55. Thereby, the particle movement control unit 37 controls the movement of the particles 91 in the vertical direction. Further, the particle movement control unit 37 controls the movement of the particles 91 in either the upward direction or the downward direction by controlling the polarity of the voltage of the electrode 51. In addition, the particle movement control unit 37 applies a voltage to the electrode 52 via the electrode power source 56, thereby generating an electric field in the left-right direction between the electrode 52 and the electrode 54. Thereby, the particle movement control unit 37 controls the movement of the particles 91 in the left-right direction. Further, the particle movement control unit 37 controls the movement of the particles 91 in either the left direction or the right direction by controlling the polarity of the voltage of the electrode 52.

第4実施形態による粒子観察装置1Cは、電場によって導電性の粒子91の移動を制御することができる。これにより、粒子観察装置1Cは、導電性の粒子91の移動を制御しつつ、観察することができる。更に、粒子観察装置1Cは、粒子移動制御部37によって電極51(52)に印加する電圧の正負を制御することにより、粒子91の移動を上方向または下方向(左方向または右方向)の何れかに制御できる。これにより、粒子観察装置1Cは、電極電源55(56)の数を減らして、構成の簡略化を実現できる。   The particle observation apparatus 1C according to the fourth embodiment can control the movement of the conductive particles 91 by an electric field. Thereby, 1 C of particle | grain observation apparatuses can observe, controlling the movement of the electroconductive particle 91. FIG. Further, the particle observation apparatus 1C controls the positive / negative of the voltage applied to the electrode 51 (52) by the particle movement control unit 37, thereby moving the particle 91 upward or downward (left or right). Can be controlled. Thereby, the particle observation apparatus 1C can reduce the number of the electrode power supplies 55 (56) and can simplify the configuration.

<第5実施形態>
次に、上述した第4実施形態の一部を変更した第5実施形態について説明する。図9は、第5実施形態による粒子観察装置の全体構成図である。尚、上述した実施形態と同様の構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment in which a part of the above-described fourth embodiment is changed will be described. FIG. 9 is an overall configuration diagram of the particle observation apparatus according to the fifth embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted.

第5実施形態による粒子観察装置1Dの粒子移動部4Dは、レーザ光により近接場光を発生させて粒子91の運動の一部を制御する近接場光発生部60を更に備えている。近接場光発生部60は、レーザ装置61と、光ファイバ62と、接続部材63と、光ファイバ64とを備えている。なお、光ファイバによる導光は偏光成分を乱す要因になるため、光ファイバを使わずに直接粒子にレーザ光を照射してもよい。   The particle moving unit 4D of the particle observation apparatus 1D according to the fifth embodiment further includes a near-field light generating unit 60 that generates a near-field light with a laser beam and controls a part of the movement of the particle 91. The near-field light generating unit 60 includes a laser device 61, an optical fiber 62, a connection member 63, and an optical fiber 64. In addition, since the light guide by the optical fiber becomes a factor disturbing the polarization component, the particles may be directly irradiated with the laser light without using the optical fiber.

レーザ装置61は、観察対象の粒子91の直径よりも波長の大きいレーザ光を照射するものである。レーザ装置61は、粒子移動制御部37と指示信号を入力可能に接続されている。   The laser device 61 emits laser light having a wavelength larger than the diameter of the particle 91 to be observed. The laser device 61 is connected to the particle movement control unit 37 so that an instruction signal can be input.

光ファイバ62は、レーザ装置61から照射されたレーザ光を接続部材63まで導光させる。光ファイバ62は、レーザ装置61と観察部12の側面の一部との間に配置されている。   The optical fiber 62 guides the laser light emitted from the laser device 61 to the connection member 63. The optical fiber 62 is disposed between the laser device 61 and a part of the side surface of the observation unit 12.

接続部材63は、光ファイバ62と光ファイバ64とを接続するものである。接続部材63は、観察部12の側面に取り付けられている。接続部材63には、光ファイバ62の一端と光ファイバ64の一端とが接続されている。   The connection member 63 connects the optical fiber 62 and the optical fiber 64. The connection member 63 is attached to the side surface of the observation unit 12. One end of the optical fiber 62 and one end of the optical fiber 64 are connected to the connection member 63.

光ファイバ64は、光ファイバ62によって導光したレーザ光を観察部12の中心部へと導光させるものである。   The optical fiber 64 guides the laser light guided by the optical fiber 62 to the central portion of the observation unit 12.

第5実施形態による粒子観察装置1Dでは、まず、粒子移動制御部37が、電極51〜54によって粒子91を光ファイバ64の他端部の近傍に停止させる。この後、粒子移動制御部37は、レーザ装置61に指示信号を入力する。レーザ装置61は、レーザ光を照射する。レーザ光は、光ファイバ62、接続部材63、光ファイバ64を順に導光して、光ファイバ64の他端から出射される。レーザ光が、その波長よりも小さい直径(1μm以下)の粒子91に照射されると、レーザ光は、粒子91の周りに近接場光を生じさせる。ここで、近接場光は、粒子91の外周から粒子91の直径程度の領域まで広がる。複数の粒子91が、この近接場光の領域内にあると、粒子91と粒子91との間に静電的(あるいは熱的)な相互作用力が発生する。これにより、粒子移動制御部37は、粒子91の位置を徴小領域で制御することができる。この状態で、撮像部5は、粒子91を撮像する。ここで、撮像部5は、光照射部3から照射されたレーザ光Lbと、光ファイバ64から出射されたレーザ光の散乱光によって粒子91を撮像することになる。   In the particle observation apparatus 1D according to the fifth embodiment, first, the particle movement control unit 37 stops the particles 91 near the other end of the optical fiber 64 by the electrodes 51 to 54. Thereafter, the particle movement control unit 37 inputs an instruction signal to the laser device 61. The laser device 61 emits laser light. The laser light is sequentially guided through the optical fiber 62, the connection member 63, and the optical fiber 64, and is emitted from the other end of the optical fiber 64. When the laser beam is irradiated onto the particle 91 having a diameter (1 μm or less) smaller than the wavelength, the laser beam generates near-field light around the particle 91. Here, the near-field light spreads from the outer periphery of the particle 91 to a region about the diameter of the particle 91. When the plurality of particles 91 are in the near-field light region, an electrostatic (or thermal) interaction force is generated between the particles 91 and the particles 91. Thereby, the particle movement control unit 37 can control the position of the particle 91 in the reduced region. In this state, the imaging unit 5 images the particles 91. Here, the imaging unit 5 images the particles 91 with the laser light Lb irradiated from the light irradiation unit 3 and the scattered light of the laser light emitted from the optical fiber 64.

尚、近接場光は、照射するレーザ光の偏光によって相互作用力の向きや大きさを制御することができる。具体的には、レーザ光が直線偏光の場合、直線偏光の向きを偏光子や波長板によって変えることによって、近接場光の向きを変えることができる。レーザ光を直線偏光と円偏光とで切り替えてもよい。また、レーザ光の出力を変えることによって、近接場光の大きさを変えることができる。   Note that the direction and magnitude of the interaction force of near-field light can be controlled by the polarization of the laser light to be irradiated. Specifically, when the laser light is linearly polarized light, the direction of the near-field light can be changed by changing the direction of the linearly polarized light with a polarizer or a wave plate. The laser light may be switched between linearly polarized light and circularly polarized light. Moreover, the magnitude | size of near-field light can be changed by changing the output of a laser beam.

以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using embodiment, this invention is not limited to embodiment described in this specification. The scope of the present invention is determined by the description of the claims and the scope equivalent to the description of the claims. Hereinafter, modified embodiments in which the above-described embodiment is partially modified will be described.

上述した実施形態の構成の形状、材質、数値、配置等は適宜変更可能である。また、上述した実施形態を組み合わせてもよい。   The shape, material, numerical value, arrangement, and the like of the configuration of the above-described embodiment can be changed as appropriate. Moreover, you may combine embodiment mentioned above.

上述した実施形態では、観察部を照射する光源としてレーザ装置を適用したが、白色光源等の他の光源を採用してもよい。   In the embodiment described above, the laser device is applied as the light source for irradiating the observation unit, but other light sources such as a white light source may be employed.

上述した実施形態では、光照射部にレンズを設けなかったが、複数のレンズによって光を集光させて観察部に照射するように構成してもよい。また、レンズ以外の光学的構成を光照射部に設けてもよい。   In the above-described embodiment, no lens is provided in the light irradiation unit. However, the observation unit may be configured such that light is condensed by a plurality of lenses. Moreover, you may provide optical structures other than a lens in a light irradiation part.

上述した実施形態では、1個の撮像部により粒子を撮像したが、複数の撮像部によって異なる方向から粒子を撮像してもよい。これにより、粒子の3次元的な運動を観察できる。   In the embodiment described above, particles are imaged by one imaging unit, but particles may be imaged from different directions by a plurality of imaging units. Thereby, the three-dimensional motion of the particles can be observed.

上述した実施形態では、観察対象の粒子の直径を1μm以下としたが、1μm以上の粒子観察用の装置に本発明を適用してもよい。この場合、粒子によるレーザ光の散乱は、粒子径と使用するレーザ光の波長との関係でレイリー散乱ではなく、ミー散乱等になる場合もある。   In the embodiment described above, the diameter of the particles to be observed is 1 μm or less, but the present invention may be applied to an apparatus for observing particles of 1 μm or more. In this case, the scattering of the laser light by the particles may be Mie scattering or the like instead of Rayleigh scattering due to the relationship between the particle diameter and the wavelength of the laser light to be used.

上述した実施形態では、強磁性体または導電性材料からなる粒子を観察対象としたが、強磁性体または導電性材料を含む粒子を観察対象としてもよい。   In the embodiment described above, particles made of a ferromagnetic material or a conductive material are set as an observation target. However, particles containing a ferromagnetic material or a conductive material may be set as an observation target.

上述した実施形態では、コイル等を磁力線発生手段として適用したが、C型磁石、超伝導磁石等の他の磁力線発生手段を適用してもよい。   In the embodiment described above, the coil or the like is applied as the magnetic force line generating means, but other magnetic force line generating means such as a C-type magnet or a superconducting magnet may be applied.

1、1A、1C、1D 粒子観察装置
2 観察セル
3 光照射部(光照射手段)
4、4A、4B、4C、4D 粒子移動部(粒子移動手段)
5、5A 撮像部
6 画像解析装置
7 制御装置
11 流入部
12 観察部
13 流出部
15 レーザ装置
16 ビームエキスパンダ
17 反射部材
18 受光素子
19a、19b 反射部
21〜24 コイル(磁力線発生手段)
25〜28 コイル電源
31 表示部
32 画像解析部(画像解析手段)
35 入力部
36 光制御部
37 粒子移動制御部(粒子移動制御手段)
38 撮像制御部
41 超伝導電磁石
42 コイル電源
43 超伝導コイル
43a 中空部
44 冷却部
45 永久磁石
51〜54 電極(電場発生手段)
55、56 電極電源
60 近接場光発生部
61 レーザ装置
62 光ファイバ
63 接続部材
64 光ファイバ
91 粒子
92 液体
93 磁力線
La、Lb レーザ光
PP 位置座標
PD 変位
PV 速度
PA 加速度
TI 撮像間隔
1, 1A, 1C, 1D Particle observation device 2 Observation cell 3 Light irradiation part (light irradiation means)
4, 4A, 4B, 4C, 4D Particle moving part (particle moving means)
5, 5A Imaging section 6 Image analysis apparatus 7 Control apparatus 11 Inflow section 12 Observation section 13 Outflow section 15 Laser apparatus 16 Beam expander 17 Reflecting member 18 Light receiving elements 19a and 19b Reflecting sections 21 to 24 Coils (magnetic field lines generating means)
25-28 Coil power supply 31 Display unit 32 Image analysis unit (image analysis means)
35 Input unit 36 Light control unit 37 Particle movement control unit (particle movement control means)
38 Imaging control unit 41 Superconducting electromagnet 42 Coil power supply 43 Superconducting coil 43a Hollow portion 44 Cooling unit 45 Permanent magnets 51 to 54 Electrodes (electric field generating means)
55, 56 Electrode power supply 60 Near-field light generator 61 Laser device 62 Optical fiber 63 Connection member 64 Optical fiber 91 Particle 92 Liquid 93 Magnetic field line La, Lb Laser light PP Position coordinate PD Displacement PV Speed PA Acceleration TI Imaging interval

Claims (10)

粒子に光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段からの光が照射された前記粒子を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された粒子の画像を解析する画像解析手段と、
前記粒子を移動させるための粒子移動手段と、
前記画像解析手段によって解析された画像解析情報に基づいて、前記粒子移動手段を制御する粒子移動制御手段とを備えることを特徴とする粒子観察装置。
A light irradiation means for irradiating the particles with light;
Imaging means for imaging the particles irradiated with light from the light irradiation means;
Image analysis means for analyzing an image of particles imaged by the imaging means;
Particle moving means for moving the particles;
A particle observation apparatus comprising: particle movement control means for controlling the particle movement means based on image analysis information analyzed by the image analysis means.
前記粒子は、強磁性体を含み、
前記粒子移動手段は、電流によって磁力線を発生させる磁力線発生手段を有し、
前記粒子移動制御手段は、前記磁力線発生手段を制御することによって、前記粒子の移動を制御することを特徴とする請求項1に記載の粒子観察装置。
The particles include a ferromagnetic material;
The particle moving means has a magnetic force line generating means for generating a magnetic force line by an electric current,
The particle observation apparatus according to claim 1, wherein the particle movement control unit controls the movement of the particle by controlling the magnetic field line generation unit.
前記粒子移動手段は、超伝導電磁石を更に有することを特徴とする請求項2に記載の粒子観察装置。   The particle observation apparatus according to claim 2, wherein the particle moving means further includes a superconducting electromagnet. 前記粒子移動手段は、前記磁力線発生手段の磁力を補助するための永久磁石を更に有することを特徴とする請求項2に記載の粒子観察装置。   The particle observation apparatus according to claim 2, wherein the particle moving unit further includes a permanent magnet for assisting the magnetic force of the magnetic field line generating unit. 前記粒子は、導電性材料を含み、
前記粒子移動手段は、電圧によって電場を発生させる電場発生手段を有し、
前記粒子移動制御手段は、前記電場発生手段を制御することによって、前記粒子の移動を制御することを特徴とする請求項1に記載の粒子観察装置。
The particles include a conductive material;
The particle moving means has an electric field generating means for generating an electric field by a voltage,
The particle observation apparatus according to claim 1, wherein the particle movement control unit controls the movement of the particle by controlling the electric field generation unit.
前記粒子移動手段は、レーザ光によって近接場光を発生させる近接場光発生手段を有し、
前記粒子移動制御手段は、前記近接場光を制御することによって、前記粒子の移動を制御することを特徴とする請求項5に記載の粒子観察装置。
The particle moving means has near-field light generating means for generating near-field light by laser light,
The particle observation apparatus according to claim 5, wherein the particle movement control unit controls the movement of the particles by controlling the near-field light.
前記光照射手段は、前記粒子を照射するためのレーザ光を出射するレーザ装置を有することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の粒子観察装置。   The particle observation apparatus according to claim 1, wherein the light irradiation unit includes a laser device that emits laser light for irradiating the particles. 前記光照射手段は、前記レーザ光を広げるビームエキスパンダを更に有することを特徴とする請求項7に記載の粒子観察装置。   The particle observation apparatus according to claim 7, wherein the light irradiation unit further includes a beam expander that expands the laser light. 前記レーザ装置は、レーザ光をパルス発振することを特徴とする請求項7または請求項8のいずれか1項に記載の粒子観察装置。   The particle observation apparatus according to claim 7, wherein the laser apparatus oscillates laser light in pulses. 前記レーザ装置は、直線偏光のレーザ光を出射することを特徴とする請求項7〜請求項9のいずれか1項に記載の粒子観察装置。   The particle observation apparatus according to claim 7, wherein the laser apparatus emits linearly polarized laser light.
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