JP2021173602A - Particle visualization system and particle visualization method - Google Patents

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Yuji Kawakita
祐志 岡見
Yushi Okami
亮太 稲毛
Ryota Inage
数彦 坂本
Kazuhiko Sakamoto
隆太 岡本
Ryuta Okamoto
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Abstract

To provide a particle visualization system and a particle visualization method, with which it is possible to visualize particles under an environment of being irradiated by illumination means.SOLUTION: The above problem is solved by a particle visualization system and a particle visualization method, the particle visualization system being used in an environment of being irradiated with light by illumination means 53 and comprising: irradiation region forming means for forming, in said environment, an irradiation region 54 by light irradiation from a light source 20; an optical filter 52 for passing a portion of light through, as transmitted light, which includes scattering light 51 emanated by particles floating in the irradiation region 54 upon light irradiation from the light source 20 and attenuating the rest of light; and imaging visualization means 15 for imaging the scattering light 51 of the transmitted light and visualizing the particles. The scattering light 51 has a peak A in a wavelength spectrum of the scattering light 51, and the illumination means 53 has a peak B, the full width at half maximum of which is 50 nm or less, in a wavelength spectrum of the illumination means 53, the full width at half maximum of the optical filter 52 being 10 nm or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、粒子可視化システム及び粒子可視化方法に関するものである。 The present invention relates to a particle visualization system and a particle visualization method.

従来、空間中や液体中に浮遊する粒子の可視化を行う際、光源からレーザビーム等を粒子に照射して、散乱光を発生させて、当該散乱光を撮像して、粒子を可視化(例えば、検知等)する技術がある。特許文献1は環境光の影響が少ない環境下で煙を検知する技術を開示している。具体的には、環境光、特に太陽光のスペクトルの外側の波長帯域の光源を用いて、煙の検知を行っている。 Conventionally, when visualizing particles floating in space or liquid, the particles are visualized by irradiating the particles with a laser beam or the like from a light source to generate scattered light and imaging the scattered light (for example,). There is a technology to detect). Patent Document 1 discloses a technique for detecting smoke in an environment where the influence of ambient light is small. Specifically, smoke is detected using ambient light, particularly a light source in a wavelength band outside the spectrum of sunlight.

環境光のスペクトルの外側の波長帯域の光源を用いる理由の一つは次記のとおりである。仮に環境光のスペクトルの波長帯域のうちの特定波長の光源を用いると、発生する散乱光の波長も当該波長帯域内に含まれるので、散乱光を撮像すると散乱光のみならず環境光も背景として撮像されてしまう。そうすると、粒子をコントラスト良く可視化することが困難となる。よって、粒子を明瞭に可視化するには、環境光を避けた波長帯域で、撮像することになる。この手法では、散乱光を発生させる光源として、太陽光の影響の少ない短波長側の波長を用いることになるので、用いる光源の選択範囲が限定されてしまう。 One of the reasons for using a light source in a wavelength band outside the spectrum of ambient light is as follows. If a light source having a specific wavelength in the wavelength band of the spectrum of ambient light is used, the wavelength of the generated scattered light is also included in the wavelength band. It will be imaged. Then, it becomes difficult to visualize the particles with good contrast. Therefore, in order to clearly visualize the particles, it is necessary to take an image in a wavelength band avoiding ambient light. In this method, as the light source for generating scattered light, a wavelength on the short wavelength side, which is less affected by sunlight, is used, so that the selection range of the light source to be used is limited.

特表2011−503581号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-503581

高橋幹ニ著「基礎エアロゾル工学」養賢堂,1982,pp.146−150Mikini Takahashi, "Basic Aerosol Engineering," Yokendo, 1982, pp. 146-150

一方で、電子デバイス等の製品を製造する分野においては、環境中に浮遊する粒子の可視化を行うニーズがある。製造作業時に、環境中に浮遊する粒子が製品材料や中間品に付着すると製品に不具合をもたらすことがある。そのため、この環境中に浮遊する粒子の可視化を行って、粒子がどの程度浮遊しているかについて把握することは有益である。しかしながら、粒子を可視化する目的のために、環境光、例えば、照明器具等の照明手段による照射の影響が少ない環境下で製造作業を行うことは、作業環境上、作業員の作業ミスを誘発するおそれがあり、また安全性に欠ける。 On the other hand, in the field of manufacturing products such as electronic devices, there is a need to visualize particles suspended in the environment. During manufacturing operations, particles floating in the environment may adhere to product materials or intermediates, causing problems with the product. Therefore, it is useful to visualize the particles suspended in this environment to understand how much the particles are suspended. However, for the purpose of visualizing particles, performing manufacturing work in an environment where the influence of irradiation by ambient light, for example, lighting means such as a lighting fixture is small, induces work mistakes of workers in the work environment. There is a risk and it lacks safety.

よって、照明手段で照射された環境下において、粒子を可視化することを課題とし、これを解決したのが次の態様である。
<第1の態様>
照明手段で光照射された環境で用いる粒子可視化システムであり、
光源からの光照射による照射領域を前記環境に形成する照射領域形成手段と、
前記光源からの光照射を受けて、前記照射領域に浮遊する粒子が発する散乱光を、含む光の一部を透過して透過光とし、残りを減衰する光学フィルタと、
前記透過光のうちの前記散乱光を撮像して前記粒子を可視化する撮像可視化手段とを備え、
前記散乱光は、当該散乱光の波長スペクトルにピークAを有するものであり、
前記照明手段は、当該照明手段の波長スペクトルに、半値全幅が50nm以下であるピークBを有するものであり、
前記光学フィルタは、
半値全幅が10nm以下であり、
光透過率が、前記ピークAの光透過率>前記ピークBの光透過率、を満たすものであり、
前記ピークAの波長が前記光学フィルタの半値全幅の波長帯域内にある、
ことを特徴とする粒子可視化システム。
Therefore, it is an object to visualize particles in an environment irradiated by lighting means, and the following aspect solves this problem.
<First aspect>
It is a particle visualization system used in an environment illuminated by lighting means.
Irradiation area forming means for forming an irradiation area by light irradiation from a light source in the environment, and
An optical filter that receives light irradiation from the light source, transmits scattered light emitted by particles floating in the irradiation region, transmits a part of the light to be transmitted light, and attenuates the rest.
It is provided with an imaging visualization means for imaging the scattered light of the transmitted light and visualizing the particles.
The scattered light has a peak A in the wavelength spectrum of the scattered light.
The illuminating means has a peak B having a full width at half maximum of 50 nm or less in the wavelength spectrum of the illuminating means.
The optical filter is
The full width at half maximum is 10 nm or less,
The light transmittance satisfies the light transmittance of the peak A> the light transmittance of the peak B.
The wavelength of the peak A is within the wavelength band of the full width at half maximum of the optical filter.
A particle visualization system characterized by this.

照明手段で光照射された環境で行う粒子可視化方法であり、
光源からの光照射による照射領域を前記環境に形成する照射領域形成工程と、
前記光源からの光照射を受けて、前記照射領域に浮遊する粒子が発する散乱光、を含む光の一部を透過して透過光とし、残りを減衰する光学フィルタを有し、当該光学フィルタで前記透過光を得る分光工程と、
前記透過光のうちの前記散乱光を撮像して前記粒子を可視化する撮像可視化工程とを備え、
前記散乱光は、当該散乱光の波長スペクトルにピークAを有するものであり、
前記照明手段は、当該照明手段の波長スペクトルに、半値全幅が50nm以下であるピークBを有するものであり、
前記光学フィルタは、
半値全幅が10nm以下であり、
光透過率が、前記ピークAの光透過率>前記ピークBの光透過率、を満たすものであり、
前記ピークAの波長が前記光学フィルタの半値全幅の波長帯域内にある、
ことを特徴とする粒子可視化方法。
It is a particle visualization method performed in an environment illuminated by lighting means.
An irradiation region forming step of forming an irradiation region by irradiating light from a light source in the environment, and
The optical filter has an optical filter that transmits a part of the light including scattered light emitted by particles floating in the irradiation region to be transmitted light and attenuates the rest by receiving the light irradiation from the light source. The spectroscopic step of obtaining the transmitted light and
It is provided with an imaging visualization step of imaging the scattered light of the transmitted light and visualizing the particles.
The scattered light has a peak A in the wavelength spectrum of the scattered light.
The illuminating means has a peak B having a full width at half maximum of 50 nm or less in the wavelength spectrum of the illuminating means.
The optical filter is
The full width at half maximum is 10 nm or less,
The light transmittance satisfies the light transmittance of the peak A> the light transmittance of the peak B.
The wavelength of the peak A is within the wavelength band of the full width at half maximum of the optical filter.
A particle visualization method characterized by this.

照明手段で照射された環境下で、光源からの光照射によって照射領域が形成されているので、当該照射領域は2種類の光、照明手段による光と光源による光で構成される。照射領域の光を光学フィルタで分光して、光学フィルタを透過した透過光のうちの当該散乱光を撮像することで、浮遊する粒子を可視化することができる。 Since the irradiation area is formed by the light irradiation from the light source in the environment irradiated by the lighting means, the irradiation area is composed of two types of light, the light by the lighting means and the light by the light source. Floating particles can be visualized by dispersing the light in the irradiation region with an optical filter and imaging the scattered light among the transmitted light transmitted through the optical filter.

照明手段における波長スペクトルのうち、光学フィルタを透過しない波長帯域の光は、撮像されず、光学フィルタを透過する波長帯域の光が、撮像されることになる。 Of the wavelength spectrum in the illumination means, the light in the wavelength band that does not pass through the optical filter is not imaged, and the light in the wavelength band that passes through the optical filter is imaged.

相対的に狭い幅のバンドパスフィルタを用いているので、光学フィルタを透過する照明手段の光量を抑制できる。また、光学フィルタの光透過率が前述の条件であれば、照明手段の光の光透過率が、ピークAの光透過率よりも低いので、光学フィルタを透過する照明手段の光量が相対的に少なく、散乱光がコントラスト良く撮像され、粒子を明瞭に可視化することができる。 Since a bandpass filter having a relatively narrow width is used, the amount of light transmitted through the optical filter can be suppressed. Further, if the light transmittance of the optical filter is the above-mentioned condition, the light transmittance of the light of the illumination means is lower than the light transmittance of the peak A, so that the amount of light of the illumination means transmitted through the optical filter is relatively large. The amount of scattered light is small, and the scattered light is imaged with good contrast, and the particles can be clearly visualized.

散乱光における波長スペクトルのピークAが光学フィルタの半値全幅の波長帯域内にあるので、光学フィルタが散乱光を良く透過し、散乱光の撮像がより際立つという効果を奏する。 Since the peak A of the wavelength spectrum in the scattered light is within the wavelength band of the half-value full width of the optical filter, the optical filter transmits the scattered light well, and the imaging of the scattered light becomes more conspicuous.

<第2の態様>
前記粒子が塵埃である、
第1の態様の粒子可視化システム。
<Second aspect>
The particles are dust,
The particle visualization system of the first aspect.

塵埃の粒径dは一般的にα≧2を満たすので、散乱光強度が光源波長に顕著に依存しない。よって、光源波長の影響を顕著に受けずに粒子を可視化することができる。光源波長による制限が抑制されるので、短波長に関わらず、長波長の光を出射する光源を用いて粒子を可視化することができる。なお、αについては、α=πd/λ,d:粒径,λ:波長であり、後述する。 Since the particle size d of the dust generally satisfies α ≧ 2, the scattered light intensity does not significantly depend on the wavelength of the light source. Therefore, the particles can be visualized without being significantly affected by the wavelength of the light source. Since the limitation by the light source wavelength is suppressed, the particles can be visualized by using a light source that emits light having a long wavelength regardless of the short wavelength. Regarding α, α = πd / λ, d: particle size, λ: wavelength, which will be described later.

<第3の態様>
前記光学フィルタは、前記ピークBの波長の光を遮断するものである、
第1の態様の粒子可視化システム。
<Third aspect>
The optical filter blocks light having a wavelength of the peak B.
The particle visualization system of the first aspect.

ピークBの波長の光が光学フィルタによって遮断されるので、照明手段の影響をより抑制することができる。ここで光学フィルタが光を遮断するとは、当該光学フィルタにおける当該光の光透過率が1%未満(0%を含む。)であるとする。 Since the light having the wavelength of peak B is blocked by the optical filter, the influence of the lighting means can be further suppressed. Here, when the optical filter blocks light, it is assumed that the light transmittance of the light in the optical filter is less than 1% (including 0%).

<第4の態様>
前記ピークBが複数からなるピークB群であり、
前記光学フィルタは、
光透過率が、前記ピークAの光透過率>前記ピークB群のうちのいずれか一つのピークの光透過率、を満たすものである、
第1の態様の粒子可視化システム。
<Fourth aspect>
The peak B is a group of peaks B composed of a plurality of peaks B.
The optical filter is
The light transmittance satisfies the light transmittance of the peak A> the light transmittance of any one peak in the peak B group.
The particle visualization system of the first aspect.

波長スペクトルがピ−クB群を有する照明手段であっても、前述の条件であれば、照明手段で照射された光の光透過率が低いので、光学フィルタを透過する照明手段の光量が相対的に少なく、散乱光をコントラスト良く撮像して、粒子を明瞭に可視化することができる。 Even if the illuminating means has a wavelength spectrum of peak B group, under the above-mentioned conditions, the light transmittance of the light radiated by the illuminating means is low, so that the amount of light of the illuminating means transmitted through the optical filter is relative. It is possible to image the scattered light with good contrast and clearly visualize the particles.

<第5の態様>
前記照明手段が蛍光灯又はメタルハライドランプであり、
第1の態様の粒子可視化システム。
<Fifth aspect>
The lighting means is a fluorescent lamp or a metal halide lamp.
The particle visualization system of the first aspect.

蛍光灯又はメタルハライドランプの波長スペクトルは、ピーク曲線が急峻であり、ピーク曲線以外の波長帯域における相対強度が小さいため、蛍光灯又はメタルハライドランプの影響を抑制可能であり、散乱光をよりコントラスト良く撮像することができる。 Since the wavelength spectrum of a fluorescent lamp or metal halide lamp has a steep peak curve and a small relative intensity in a wavelength band other than the peak curve, the influence of the fluorescent lamp or metal halide lamp can be suppressed, and scattered light is imaged with better contrast. can do.

この発明によれば、照明手段で照射された環境下において、粒子を可視化することができる。 According to the present invention, particles can be visualized in an environment illuminated by lighting means.

粒子可視化システムの説明図である。It is explanatory drawing of the particle visualization system. 照射領域形成手段の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the irradiation area forming means. 照射領域形成手段の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows another example of an irradiation area forming means. 照射領域形成手段の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows another example of an irradiation area forming means. 光学フィルタにおける波長帯域と光透過率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the wavelength band and light transmittance in an optical filter. 光学フィルタにおける波長帯域と光透過率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the wavelength band and light transmittance in an optical filter. 光学フィルタと、散乱光の波長スペクトルのピークと、照明手段の波長スペクトルのピークの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the peak of the wavelength spectrum of an optical filter and scattered light, and the peak of the wavelength spectrum of an illuminating means. 光学フィルタと、散乱光の波長スペクトルのピークと、照明手段の波長スペクトルのピークの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the peak of the wavelength spectrum of an optical filter and scattered light, and the peak of the wavelength spectrum of an illuminating means. 蛍光灯の波長スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the wavelength spectrum of a fluorescent lamp. メタルハライドランプの波長スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the wavelength spectrum of the metal halide lamp. 白熱灯の波長スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the wavelength spectrum of an incandescent lamp. αとi1+i2との関係図である。It is a relational diagram of α and i 1 + i 2. 撮像画像を示す図である。It is a figure which shows the captured image. 撮像画像を示す図である。It is a figure which shows the captured image. 撮像画像を示す図である。It is a figure which shows the captured image. 撮像画像を示す図である。It is a figure which shows the captured image. 撮像画像を示す図である。It is a figure which shows the captured image. 撮像画像を示す図である。It is a figure which shows the captured image. ピーク曲線の説明図である。It is explanatory drawing of the peak curve. 照射領域形成手段の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows another example of an irradiation area forming means. 光学フィルタの半値全幅と背景領域の輝度値の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the full width at half maximum of an optical filter, and the brightness value of a background area. 粒子の散乱光強度の分布を示す図である。It is a figure which shows the distribution of the scattered light intensity of a particle. 別の粒子の散乱光強度の分布を示す図である。It is a figure which shows the distribution of the scattered light intensity of another particle. 集光照射領域の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the condensing irradiation area.

以下、本発明を実施するための形態について詳述する。なお、以下の説明及び図面は、本発明の一実施形態を示したものにすぎない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. The following description and drawings merely show one embodiment of the present invention.

本形態に係る粒子可視化システムは、照明手段53で照射された環境で用いるものであり、光源20からの光照射による照射領域54を前記環境に形成する照射領域形成手段と、前記光源20からの光照射を受けて、前記照射領域54に浮遊する粒子が発する散乱光51を、含む光の一部を透過して透過光とし、残りを減衰する光学フィルタ52と、透過光のうちの散乱光51を撮像して前記粒子を可視化する撮像可視化手段15とを備える。なお、ここでいう粒子の可視化とは、そのままでは認識できないような微細な粒子を、本形態の粒子可視化システム又は粒子可視化方法により、その存在や挙動を、人間が認識できる視覚情報として表すことをいう。 The particle visualization system according to the present embodiment is used in an environment irradiated by the illumination means 53, and the irradiation region forming means for forming the irradiation region 54 by light irradiation from the light source 20 in the environment and the irradiation region forming means from the light source 20. An optical filter 52 that transmits a part of the light containing the scattered light 51 emitted by particles floating in the irradiation region 54 to be transmitted light and attenuates the rest, and the scattered light of the transmitted light. It is provided with an imaging visualization means 15 that images the 51 and visualizes the particles. The term "particle visualization" as used herein means that fine particles that cannot be recognized as they are are represented as visual information that can be recognized by humans by using the particle visualization system or the particle visualization method of this embodiment. say.

各手段を説明するのに先立って、粒子と散乱光の関係について説明する。波長λで形成された照射領域に存在する粒子は、当該波長の散乱光を散乱させる。このときの散乱光強度I(θ,λ)は、一般的に次式(1)により表される(基礎エアロゾル工学 高橋幹ニ著 養賢堂改著版 1982 p.147式(7.7)参照)。 Prior to explaining each means, the relationship between particles and scattered light will be described. The particles existing in the irradiation region formed at the wavelength λ scatter the scattered light of the wavelength. The scattered light intensity I (θ, λ) at this time is generally expressed by the following equation (1) (Basic Aerosol Engineering, by Mikini Takahashi, edited by Yokendo, 1982, p.147, equation (7.7)). reference).

Figure 2021173602
Figure 2021173602

ここで、各パラメータについては、
I(θ,λ):1個の粒子に単位強度の偏光されていない波長λの自然光の入射があったときの散乱角θにおける散乱光強度
λ=λ0/μ1
m=μ2/μ1
α=πd/λ
β=mα
ω=2π/λ(角周波数)
R:粒子からの距離(ただし、R>>d)
λ、λ0:媒質中の光の波長、真空中の光の波長
π:円周率
J:ベッセル関数(Bessel関数)
n (1):ルジャンドルの陪関数(Legendreの陪関数)
d:粒径
μ:透磁率
μ1、μ2:媒質中の光の屈折率、粒子中の光の屈折率
ε:誘電率
σ:電導率
である。
Here, for each parameter,
I (θ, λ): Scattered light intensity λ = λ 0 / μ 1 at the scattering angle θ when one particle is incident with natural light of unpolarized wavelength λ of unit intensity.
m = μ 2 / μ 1
α = πd / λ
β = mα
ω = 2π / λ (angular frequency)
R: Distance from the particle (however, R >> d)
λ, λ 0 : Wavelength of light in medium, wavelength of light in vacuum π: Pi J: Bessel function
P n (1) : Legendre polynomial function (Legendr's function)
d: Particle size μ: Permeability μ 1 , μ 2 : Refractive index of light in the medium, Refractive index of light in particles ε: Permittivity σ: Conductivity.

式(1)の散乱光強度I(θ,λ)は、α<2で、波長λ以外のパラメータが一定であればλ4の逆数に比例する。すなわち、光源の波長λが小さいほど、散乱光強度I(θ,λ)は大きくなる。 The scattered light intensity I (θ, λ) of the equation (1) is proportional to the reciprocal of λ 4 if α <2 and the parameters other than the wavelength λ are constant. That is, the smaller the wavelength λ of the light source, the larger the scattered light intensity I (θ, λ).

図12は式(1)を導く過程で規定されるαとi1+i2(θ)の関係を表す図であり、一例としてθ=45°とした場合における図である。i1+i2(45°)は、α<2と2≦αとで場合分けすると、α<2の場合では、i1+i2(45°)∝α6の関係が成立する。このとき、散乱光強度I(45°,λ)∝λ-4となる。したがって、光源20の波長λが小さいほど、散乱光強度I(θ,λ)は大きくなる。2≦αの場合では、i1+i2(45°)∝α2、すなわち、i1+i2(45°)∝λ-2の関係が成立し、散乱光強度I(45°,λ)はλに顕著に依存しない。 FIG. 12 is a diagram showing the relationship between α and i 1 + i 2 (θ) defined in the process of deriving the equation (1), and is a diagram when θ = 45 ° as an example. When i 1 + i 2 (45 °) is divided into cases of α <2 and 2 ≦ α, the relationship of i 1 + i 2 (45 °) ∝ α 6 is established in the case of α <2. At this time, the scattered light intensity I (45 °, λ) ∝λ -4 . Therefore, the smaller the wavelength λ of the light source 20, the larger the scattered light intensity I (θ, λ). In the case of 2 ≦ α, i 1 + i 2 (45 °) αα 2, i.e., i 1 + i 2 (45 °) αλ relationship -2 is established, the scattered light intensity I (45 °, λ) is It does not depend significantly on λ.

(照射領域形成手段)
照射領域形成手段は光源20を備える。光源20には公知の光源を適宜使用できるが、例えば、LED光源、レーザ光源を用いることができる。これらの光源20を使用することで、例えば、紫外線領域、可視光線領域、赤外線領域等の波長帯域にピークを有する照射領域を形成することができる。光源20は、紫外線領域、可視光線領域、赤外線領域等の波長帯域に波長スペクトルのピークを有するものを用いるとよい。波長スペクトルのピークは紫外線領域、可視光線領域、赤外線領域等の波長帯域のいずれかの波長帯域に複数あってもよいし、例えば紫外線領域と可視光線領域に亘って複数あってもよい。波長スペクトルのピークの数は、1つであっても複数であってもよい。
(Irradiation area forming means)
The irradiation region forming means includes a light source 20. A known light source can be appropriately used as the light source 20, and for example, an LED light source or a laser light source can be used. By using these light sources 20, for example, an irradiation region having a peak in a wavelength band such as an ultraviolet region, a visible light region, and an infrared region can be formed. As the light source 20, it is preferable to use a light source having a peak of the wavelength spectrum in a wavelength band such as an ultraviolet region, a visible light region, and an infrared region. A plurality of peaks of the wavelength spectrum may be present in any one of the wavelength bands such as the ultraviolet region, the visible light region, and the infrared region, or may be plural over, for example, the ultraviolet region and the visible light region. The number of peaks in the wavelength spectrum may be one or multiple.

光源20の強度は、下限を10W/m2以上とするとよい。光源20の強度の上限は特に限定されない。当該下限より小さいと散乱光51の輝度が小さく、粒子の明瞭な可視化を行ない難い。特に光源20の波長帯域が限定されるLED光源やレーザ光源を用いると、光源20の波長を含む、特定の波長帯域のみ分光する光学フィルタ52を撮像可視化手段15の受光部に設けることで、同波長帯域以外の光、すなわち照明手段の影響を低減できる。 The lower limit of the intensity of the light source 20 is preferably 10 W / m 2 or more. The upper limit of the intensity of the light source 20 is not particularly limited. If it is smaller than the lower limit, the brightness of the scattered light 51 is small, and it is difficult to clearly visualize the particles. In particular, when an LED light source or a laser light source in which the wavelength band of the light source 20 is limited is used, the optical filter 52 that disperses only a specific wavelength band including the wavelength of the light source 20 is provided in the light receiving portion of the imaging visualization means 15. The influence of light outside the wavelength band, that is, the lighting means can be reduced.

照射領域54は様々な形状に形成することができる。例えば、膜状の照射領域54を形成する場合は、幅を有する光の膜を出射軸方向(x方向)に延在させ形成させることができる。幅は、出射軸方向(x方向)の遠方に向かうに従い出射軸の垂直方向に広がる態様(この場合、照射領域54は扇形になる。)としてもよいし、所定の幅のまま平行に出射軸方向に延在する形状、すなわち、方形であってもよい。また照射領域54の形態は円柱状を含む楕円柱状、角柱状(三角柱状〜六角柱状その他の多角柱状を含む)、円錐台状を含む楕円錐台状、角錐台状、方形膜状、出射軸方向(x方向)に対し垂直方向に次第に広がる膜状(台形膜状1)、垂直方向に集光して次第に狭まる膜状(台形膜状2)等の出射後集光する形状等、種々の形態にすることができる。さらに、楕円錐台状、角錐台状を出射軸方向(x方向)に対し垂直方向(y方向及びz方向のうち少なくともいずれか一方向)に次第に広げる形態であってもいいし、垂直方向(y方向及びz方向のうち少なくともいずれか一方向)に集光して次第に狭める形態であってもよい。また、出射後、垂直方向(yz平面方向)に集光して次第に狭まり、照射軸方向(x方向)の前方に焦点が形成される形態にしてもよい。なお、図24に示すように、集光とは、照射領域形成手段により出射軸方向に照射された光を、出射軸方向の前方で集める手段のことをいう。そして、集光手段により形成された照射領域を集光照射領域という。集光の形態は、特に限定されないが、一例として、光源20から照射された光を照射軸方向(x方向)の遠方に向かうにつれてz方向に狭め、形成される膜状の集光照射領域54aとする形態を挙げることができる。ここでは、狭める方向をz方向としたが、zy平面上における任意の方向に狭めてももちろんよい。この他、集光照射領域54aの形態は、円筒形態とすることもできるし、出射軸方向の前方の所定箇所で一点に収束する形態とすることもできるが、これに限るものではない(図示しない)。 The irradiation region 54 can be formed into various shapes. For example, when the film-like irradiation region 54 is formed, a film of light having a width can be formed so as to extend in the emission axis direction (x direction). The width may be such that it expands in the vertical direction of the exit axis as it goes farther in the exit axis direction (x direction) (in this case, the irradiation region 54 becomes fan-shaped), or the exit shaft remains parallel with a predetermined width. It may have a shape extending in the direction, that is, a square shape. The morphology of the irradiation region 54 is elliptical columnar including columnar, prismatic (including triangular columnar to hexagonal columnar and other polygonal columnar columns), elliptical frustum including truncated cone, angular cone, square film, and exit shaft. Various shapes such as a film shape that gradually expands in the direction perpendicular to the direction (x direction) (trapezoidal film shape 1), a film shape that collects light in the vertical direction and gradually narrows (trapezoidal film shape 2), and the like. Can be in the form. Further, the elliptical cone trapezoidal shape and the square cone trapezoidal shape may be gradually expanded in the direction perpendicular to the exit axis direction (x direction) (at least one of the y direction and the z direction), or in the vertical direction (the vertical direction (x direction). It may be a form in which light is collected in at least one of the y direction and the z direction) and gradually narrowed. Further, after emission, the light may be focused in the vertical direction (yz plane direction) and gradually narrowed to form a focal point in front of the irradiation axis direction (x direction). As shown in FIG. 24, the condensing means a means for collecting the light irradiated in the emission axis direction by the irradiation region forming means in front of the emission axis direction. The irradiation region formed by the condensing means is referred to as a condensing irradiation region. The form of condensing is not particularly limited, but as an example, a film-like condensing irradiation region 54a formed by narrowing the light emitted from the light source 20 in the z direction toward a distance in the irradiation axis direction (x direction). Can be mentioned. Here, the narrowing direction is the z direction, but it may be narrowed in any direction on the zy plane. In addition, the form of the focused irradiation region 54a may be a cylindrical form or a form that converges at a predetermined point in front of the exit axis direction, but is not limited to this (not limited to this). do not).

光源20にレーザ光発生器2を使用する場合は、レーザ光LOを高速で所定の振幅間を往復させて照射領域54を形成する手段をとることができる。出射したレーザ光LOを分岐させることがないので、レーザ光LOの強さを弱まらせることなく照射領域54を形成できるという利点がある。特徴的には、レーザ光LOを上下方向(y方向)に所定の振幅で往復させ、上下方向に広がる光膜を形成させる。そして、この光膜の出射軸方向(x方向)の前方で左右方向(z方向)に集光させて集光照射領域54aを形成させる。結果、この集光照射領域54aは、光膜の厚さを薄くする方向(z方向)に集光されるので、光源20から出射されたレーザ光LOの当初の厚さ(2〜3mm程度)よりも薄いものとなる。 When the laser light generator 2 is used as the light source 20, it is possible to take a means of forming the irradiation region 54 by reciprocating the laser light LO at a high speed between predetermined amplitudes. Since the emitted laser light LO is not branched, there is an advantage that the irradiation region 54 can be formed without weakening the intensity of the laser light LO. Characteristically, the laser beam LO is reciprocated in the vertical direction (y direction) with a predetermined amplitude to form a light film that spreads in the vertical direction. Then, the light is focused in the left-right direction (z direction) in front of the emission axis direction (x direction) of the light film to form a focused irradiation region 54a. As a result, the focused irradiation region 54a is focused in the direction of reducing the thickness of the light film (z direction), so that the initial thickness of the laser beam LO emitted from the light source 20 (about 2 to 3 mm). Will be thinner than.

他の手段の例に図4では、レーザ光発生器2から照射されたレーザ光LOを受けて所定の角度範囲を走査するガルバノミラー(レーザ光走査手段)12A及びシリンドリカルレンズ(平行化手段)12Bを使用するものを示している。 As an example of other means, in FIG. 4, a galvanometer mirror (laser light scanning means) 12A and a cylindrical lens (parallelizing means) 12B that receive the laser light LO emitted from the laser light generator 2 and scan a predetermined angle range. Indicates the one that uses.

他の例として、図2及び図3に示すものを挙げることができる。この例において、レーザ光発生器2、ガルバノミラーなどの走査手段12A、第1ミラー4、第2ミラー5、フレネルレンズ6、ケーシング11を備えている。この例においては、第1ミラー4、第2ミラー5、フレネルレンズ6は、平行化手段12Bを構成している。
レーザ光発生器2から前方に出射したレーザ光LOは、詳細の図示を省略した角度変換ミラー7、8により角度変換した上で、走査手段12Aに入り、この走査手段12Aは直線的レーザ光LOを受けて扇形に広げる。
As another example, those shown in FIGS. 2 and 3 can be mentioned. In this example, a laser beam generator 2, a scanning means 12A such as a galvano mirror, a first mirror 4, a second mirror 5, a Fresnel lens 6, and a casing 11 are provided. In this example, the first mirror 4, the second mirror 5, and the Fresnel lens 6 constitute the parallelizing means 12B.
The laser light LO emitted forward from the laser light generator 2 enters the scanning means 12A after being angle-converted by the angle conversion mirrors 7 and 8 whose details are not shown, and the scanning means 12A enters the scanning means 12A. Receive and spread in a fan shape.

走査手段12Aからのレーザ光は、前後方向に平行に対向する第1ミラー4と第2ミラー5との間で反射し、より幅広に広げた扇状の走査光とする。すなわち、第1ミラー4での反射光が第2ミラー5に入射され、第2ミラー5において前方に出射する。出射光は、平行化手段12Bを通ることにより、平行ビーム光として空気中に出射される。平行化手段12Bとしてプラスチックレンズのものを使用すれば、コスト的に有利である。 The laser light from the scanning means 12A is reflected between the first mirror 4 and the second mirror 5 which face each other in parallel in the front-rear direction, and becomes a wider fan-shaped scanning light. That is, the light reflected by the first mirror 4 is incident on the second mirror 5 and emitted forward by the second mirror 5. The emitted light is emitted into the air as parallel beam light by passing through the parallelizing means 12B. If a plastic lens is used as the parallelizing means 12B, it is advantageous in terms of cost.

これによって、走査手段12Aによる振れ角がθ´であるとしても、仮想的に走査手段12Aを後方位置Pに設置した場合と同じく、幅広の平行ビーム光として出射できるものである。
走査手段として、ガルバノミラー、レゾナンドミラー、ポリゴンミラーなどを使用できる。走査手段12Aによる振れ角θ´は適宜選定または調整できる。その結果、平行ビーム光の幅の調整が可能となる。
As a result, even if the deflection angle of the scanning means 12A is θ', it can be emitted as a wide parallel beam light as in the case where the scanning means 12A is virtually installed at the rear position P.
As the scanning means, a galvano mirror, a resonant mirror, a polygon mirror and the like can be used. The runout angle θ'by the scanning means 12A can be appropriately selected or adjusted. As a result, the width of the parallel beam light can be adjusted.

さらに照射領域形成手段の別の例として、光LOを受けてレーザ光を広げて照射領域54とするレンチキュラーレンズ(図示しない)やレーザーラインジェネレーターレンズ(図20)を使用することもできる。なお、レンチキュラーレンズを使用する場合は光LにLED光源を用いることもできる。レンチキュラーレンズを光LOの照射口付近に設けることで光LOは平面状となり、照射領域54に照射される。レーザーラインジェネレーターレンズ12Cを設けることで、出射軸方向の遠方(x方向)に向かうに従いレーザ光をx方向に対して垂直方向(yz平面上における所定の一軸方向)に広げて照射領域54を形成することができる。このレーザーラインジェネレーターレンズ12Cを透過して形成された照射領域54は、x方向の所定の位置における垂直方向の輝度が均一となるので、同レンズの使用は粒子を可視化する上で好ましい。 Further, as another example of the irradiation region forming means, a lenticular lens (not shown) or a laser line generator lens (FIG. 20) that receives the light LO and spreads the laser beam to form the irradiation region 54 can also be used. When a lenticular lens is used, an LED light source can also be used for the light L. By providing the lenticular lens near the irradiation port of the optical LO, the optical LO becomes flat and the irradiation region 54 is irradiated. By providing the laser line generator lens 12C, the laser beam is spread in the direction perpendicular to the x direction (a predetermined uniaxial direction on the yz plane) toward the distance (x direction) in the emission axis direction to form the irradiation region 54. can do. Since the irradiation region 54 formed through the laser line generator lens 12C has uniform brightness in the vertical direction at a predetermined position in the x direction, the use of the lens is preferable for visualizing particles.

光源20としてLED光源を用いる場合は、新日本空調株式会社の製品「Parallel Eye D」、「Parallel Eye M」などを例示できる。 When an LED light source is used as the light source 20, examples of products such as "Parallell Eye D" and "Parallell Eye M" manufactured by Shin Nippon Air Technologies Co., Ltd. can be exemplified.

光源20としてレーザ光源を用いる場合は、公知のレーザを使用することができる。例えば、Nd:YAGレーザの第二高調波(波長スペクトルのピーク532nm、グリーンレーザ)、アルゴンイオンレーザ(波長スペクトルのピーク488.5nm、514.5nm)、HeNe(ヘリウムネオン)レーザ(波長スペクトルのピーク632.8nm)、半導体レーザ、ハイパワーレーザやパルスレーザを挙げることができる。 When a laser light source is used as the light source 20, a known laser can be used. For example, the second harmonic of the Nd: YAG laser (wavelength spectrum peak 532 nm, green laser), argon ion laser (wavelength spectrum peak 488.5 nm, 514.5 nm), HeNe (helium neon) laser (wavelength spectrum peak). 632.8 nm), semiconductor lasers, high power lasers and pulsed lasers can be mentioned.

(照明手段)
照明手段53は、波長スペクトルにピークBを有するものである。照明手段53としては、特に限定されないが、蛍光灯、LED照明、水銀ランプ、ナトリウムランプ、ネオンランプ、水素放電管、メタルハライドランプ等を挙げることができる。特に、蛍光灯又はメタルハライドランプは、波長スペクトルのピーク曲線が急峻であり、好ましい。ここで、急峻なピークとは、特に限定されないが、ピークの半値全幅が50nm以下であるピークをいう。当該ピークであれば、効果的に照明手段53による照明光と散乱光51を分光でき好ましい。
(Lighting means)
The illuminating means 53 has a peak B in the wavelength spectrum. The lighting means 53 is not particularly limited, and examples thereof include fluorescent lamps, LED lighting, mercury lamps, sodium lamps, neon lamps, hydrogen discharge tubes, and metal halide lamps. In particular, a fluorescent lamp or a metal halide lamp is preferable because the peak curve of the wavelength spectrum is steep. Here, the steep peak is not particularly limited, but refers to a peak having a full width at half maximum of 50 nm or less. If it is the peak, the illumination light by the illumination means 53 and the scattered light 51 can be effectively separated, which is preferable.

なお、メタルハライドランプは、高蒸気圧水銀放電中に種々の金属ハロゲン化物を封入した高圧放電ランプであり、金属ハロゲン化物を様々に選択でき、様々な態様の波長スペクトルを有する放電ランプとなる。例えば、ヨウ化ナトリウムとヨウ化タリウムとヨウ化インジウムをそれぞれ封入したランプ、ヨウ化スカンジウムとヨウ化ナトリウムをそれぞれ封入したランプ、ハロゲン化錫を封入したランプ、ヨウ化ジスプロシウムとヨウ化タリウムをそれぞれ封入したランプを挙げることができる。 The metal halide lamp is a high-pressure discharge lamp in which various metal halides are sealed in a high vapor pressure mercury discharge, and various metal halides can be selected, and the discharge lamp has various aspects of wavelength spectra. For example, a lamp containing sodium iodide, thallium iodide, and indium iodide, a lamp containing scandium iodide and sodium iodide, a lamp containing tin halide, and dysprosium iodide and thallium iodide, respectively. Can be mentioned as a lamp.

ここで、ピーク曲線70について図19を参照しつつ説明すると、スペクトル曲線において、波長スペクトルがベースラインから離れ始める点のうちの短波長側の点をピークスタート70s、長波長側の点をピークエンド70e、波長スペクトルの極大点をピーク62としたときに、ピークスタート70sから始まり、ピーク62(すなわち、ピーク曲線70において相対強度が最も大きくなる点)を経由し、ピークエンド70eに至るまでの曲線をいう。ピーク62を示す波長を「ピーク波長62a」ともいう。光源20の波長スペクトルのピーク波長と照明手段53の波長スペクトルのピーク波長が等しくなるような、光源20と照明手段53の使用は避けるべきである。ピーク波長が等しいものを使用すると、照明手段53で照射された照明光と散乱光51とを分光することが困難となる。なお、ベースラインは、ピークスタート70sとピークエンド70eとを結ぶ直線をいい、例えば同図19では、横軸(波長)に一致する。 Here, the peak curve 70 will be described with reference to FIG. 19. In the spectrum curve, the point on the short wavelength side of the points at which the wavelength spectrum starts to deviate from the baseline is the peak start 70s, and the point on the long wavelength side is the peak end. 70e, when the maximum point of the wavelength spectrum is the peak 62, the curve starts from the peak start 70s, passes through the peak 62 (that is, the point where the relative intensity is the largest in the peak curve 70), and reaches the peak end 70e. To say. The wavelength showing the peak 62 is also referred to as “peak wavelength 62a”. The use of the light source 20 and the lighting means 53 so that the peak wavelength of the wavelength spectrum of the light source 20 and the peak wavelength of the wavelength spectrum of the lighting means 53 are equal should be avoided. If those having the same peak wavelength are used, it becomes difficult to disperse the illumination light emitted by the illumination means 53 and the scattered light 51. The baseline refers to a straight line connecting the peak start 70s and the peak end 70e. For example, in FIG. 19, it coincides with the horizontal axis (wavelength).

照明手段53は、波長スペクトルに1つのピークBを有するものであってもよいし、波長スペクトルに複数のピークB1,B2,B3,・・・からなるピークB群を有するものであってもよい。 The lighting means 53 may have one peak B in the wavelength spectrum, or may have a peak B group including a plurality of peaks B1, B2, B3, ... In the wavelength spectrum. ..

照明手段53の波長スペクトルのピークBを示す波長λBと散乱光51の波長スペクトルのピークAを示す波長λAとの波長差が、5nm以上、好ましくは10nm以上、さらに好ましくは20nm以上離れているとよい。波長差が5nm未満だと、散乱光51を撮像した時に、照明手段53の光も撮像され易くなり、散乱光51と撮像画像の背景がコントラストの良いものとならない。 The wavelength difference between the wavelength λ B indicating the peak B of the wavelength spectrum of the lighting means 53 and the wavelength λ A indicating the peak A of the wavelength spectrum of the scattered light 51 is 5 nm or more, preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more. It is good to be there. If the wavelength difference is less than 5 nm, when the scattered light 51 is imaged, the light of the lighting means 53 is also easily imaged, and the background of the scattered light 51 and the captured image does not have good contrast.

(光学フィルタ)
光学フィルタ52は、入射された光のうちの特定波長帯域の光を透過し、当該特定波長帯域以外の波長帯域の光を減衰するものである。光学フィルタ52は、特に限定されないが、バンドパスフィルタを例示できる。バンドパスフィルタは、例えば、中心波長532nm、半値全幅6nmからなる波長帯域の光を透過し、この波長帯域よりも短波長側又は長波長側の光を減衰できるので好ましい。照明手段53が複数のピークB1,B2,B3,・・・からなるピークB群を有する場合は、バンドパスフィルタを好適に用いることができ、例えば、照明手段53がピークを2つ有する場合、隣接するピークB1の波長λB1とピークB2の波長λB2との間の波長帯域内(すなわち、λB1〜λB2の間)に、バンドパスフィルタの波長帯域があると、照明手段の影響を抑制できる。具体的にはバンドパスフィルタの波長帯域における、短波長端がλB1より大きく、かつ長波長端がλB2より小さいバンドパスフィルタを例示できる。さらに、バンドパスフィルタの波長帯域における短波長端がλB2より大きいものや、バンドパスフィルタの波長帯域における長波長端がλB1よりも小さいものであってもよい。
(Optical filter)
The optical filter 52 transmits light in a specific wavelength band among the incident light, and attenuates light in a wavelength band other than the specific wavelength band. The optical filter 52 is not particularly limited, and a bandpass filter can be exemplified. A bandpass filter is preferable because it can transmit light in a wavelength band having a center wavelength of 532 nm and a half-value full width of 6 nm, and can attenuate light on a shorter wavelength side or a longer wavelength side than this wavelength band. When the illuminating means 53 has a peak B group consisting of a plurality of peaks B1, B2, B3, ..., A bandpass filter can be preferably used. For example, when the illuminating means 53 has two peaks, in the wavelength band between the wavelength lambda B2 wavelength lambda B1 and peak B2 of adjacent peaks B1 (i.e., between the lambda B1 to [lambda] B2), when there is a wavelength band of the band-pass filter, the influence of the illumination means Can be suppressed. Specifically, a bandpass filter having a short wavelength end larger than λ B1 and a long wavelength end smaller than λ B2 in the wavelength band of the bandpass filter can be exemplified. Further, the short wavelength end in the wavelength band of the bandpass filter may be larger than λ B2 , or the long wavelength end in the wavelength band of the bandpass filter may be smaller than λ B1.

光学フィルタ52について、透過する波長帯域と光透過率(特定波長において、光学フィルタ52への入射光の相対強度を100%とした場合における透過光の相対強度の百分率)の関係を図5に示す光透過率曲線52Pを参照しつつ説明する。この説明は一例である。光学フィルタ52は光透過率曲線52Pを有する。光透過率曲線52Pは、短波長側から長波長側に向かって光透過率が0から大きくなり、極大値P(以下、「最大光透過率P」ともいう。)を経た後、小さくなり0となるものである。最大光透過率Pのときの波長を、光学フィルタ52の中心波長λcという。また、極大値Pの1/2の光透過率P/2における波長を短波長側からλc1、λc2とすると、λc1〜λc2間の波長帯域を半値全幅λwという。例えば、中心波長λcが600nm、半値全幅が20nmである光学フィルタ52の場合、λc1が590nm、λc2が610nmとなる。光学フィルタ52により異なるため一概には言えないが、最大光透過率Pは60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上であれば、中心波長λc付近の波長を有する入射光を好適に透過し、明瞭な可視化ができる。 FIG. 5 shows the relationship between the transmitted wavelength band and the light transmittance (percentage of the relative intensity of transmitted light when the relative intensity of the incident light on the optical filter 52 is 100% at a specific wavelength) of the optical filter 52. This will be described with reference to the light transmittance curve 52P. This explanation is an example. The optical filter 52 has a light transmittance curve 52P. The light transmittance curve 52P increases from 0 to 0 from the short wavelength side to the long wavelength side, passes through a maximum value P (hereinafter, also referred to as “maximum light transmittance P”), and then decreases to 0. Is what becomes. The wavelength at the time of the maximum light transmittance P is called the center wavelength λ c of the optical filter 52. Further, the maximum value from the short wavelength side wavelength half of the light transmission P / 2 of the P lambda c1, lambda When c2, the wavelength band of between lambda c1 to [lambda] c2 as the full width at half maximum lambda] w. For example, in the case of an optical filter 52 having a center wavelength λ c of 600 nm and a full width at half maximum of 20 nm, λ c1 is 590 nm and λ c2 is 610 nm. Although it cannot be said unconditionally because it differs depending on the optical filter 52, if the maximum light transmittance P is 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 80% or more, and further preferably 90% or more, the center wavelength is near λc. Incident light having a wavelength of is preferably transmitted, and clear visualization is possible.

図6を参照しつつ説明すると、散乱光51の波長スペクトルのピークAを示す波長λAが、照明手段53の波長スペクトルのピークBを示す波長λBよりも、光学フィルタ52の中心波長λCに近い形態が望ましい。この図6において、散乱光51のピークAの相対強度、及び照明手段53のピークBの相対強度は右側の縦軸で読み、光学フィルタの光透過率52Pは左側の縦軸で読む。ピークBの相対強度がピークAの相対強度より大きいが、ピークAの波長λAよりもピークBの波長λBが光学フィルタの中心波長λCから離れているので、光学フィルタにおけるピークBの光透過率が相対的に低い。結果として、散乱光51が際立って撮像されることになる。換言すると、光学フィルタは、「光透過率が、ピークAの光透過率>ピークBの光透過率」であるので、散乱光51が際立って撮像される。 Explaining with reference to FIG. 6, the wavelength λ A indicating the peak A of the wavelength spectrum of the scattered light 51 is the center wavelength λ C of the optical filter 52 rather than the wavelength λ B indicating the peak B of the wavelength spectrum of the lighting means 53. A form close to is desirable. In FIG. 6, the relative intensity of the peak A of the scattered light 51 and the relative intensity of the peak B of the illuminating means 53 are read on the vertical axis on the right side, and the light transmittance 52P of the optical filter is read on the vertical axis on the left side. The relative intensity of a peak B is greater than the relative intensity of the peak A, the wavelength lambda B of the peak B than the wavelength lambda A peak A is away from the center wavelength lambda C of the optical filter, the peak B in the optical filter light The transmittance is relatively low. As a result, the scattered light 51 is remarkably imaged. In other words, since the optical filter has "the light transmittance is the light transmittance of the peak A> the light transmittance of the peak B", the scattered light 51 is conspicuously imaged.

図8に示すように照明手段53の波長スペクトルに複数のピークB1,B2,B3,・・・からなるピークB群がある場合は、ピークB1,B2,B3,・・・を示す波長λB1、λB2、λB3・・・と異なる波長λAにピークAを有する散乱光51を発生させ、この散乱光51を高い光透過率で透過し、照明手段53の波長スペクトルの当該ピークB群を、低い光透過率で透過し、又は遮断する光学フィルタ52を設ければよい。照明手段53の波長スペクトル90は、ピークを複数有し、相対強度が最大のピークをピークB1とし、2番目に大きいピークをピークB2とする。散乱光51の波長λAをピークB1を示す波長λB1(=548nm)よりも短波長側、例えば、532nmにピークAを有する散乱光51を発生させるとよい。図8において、散乱光51のピークAの相対強度、及び照明手段53のピークBの相対強度は右側の縦軸で読み、光学フィルタの光透過率52Pは左側の縦軸で読む。 As shown in FIG. 8, when there is a peak B group consisting of a plurality of peaks B1, B2, B3, ... In the wavelength spectrum of the illumination means 53, the wavelength λ B1 indicating the peaks B1, B2, B3, ... , Λ B2 , λ B3 ..., Scattered light 51 having a peak A at a wavelength λ A is generated, the scattered light 51 is transmitted with high light transmittance, and the peak B group of the wavelength spectrum of the illumination means 53 is transmitted. An optical filter 52 that transmits or blocks light with a low light transmittance may be provided. The wavelength spectrum 90 of the illuminating means 53 has a plurality of peaks, the peak having the maximum relative intensity is defined as peak B1, and the peak having the second largest relative intensity is defined as peak B2. It is preferable to generate the scattered light 51 having a peak A at a wavelength λ A shorter than the wavelength λ B1 (= 548 nm) indicating the peak B1 of the scattered light 51, for example, 532 nm. In FIG. 8, the relative intensity of the peak A of the scattered light 51 and the relative intensity of the peak B of the illuminating means 53 are read on the vertical axis on the right side, and the light transmittance 52P of the optical filter is read on the vertical axis on the left side.

照明手段53の波長スペクトルにピークBが複数からなるピークB群がある場合は、前記光学フィルタは、光透過率が、ピークAの光透過率>ピークB群のうちのいずれか一つのピークの光透過率、を満たすものである形態が好ましい。ピークB群のうちのいずれか一つのピークとは、ピークB群から無差別に一つ選んだピークであってもよいし、特定の一つ選んだピークであってもよい。この形態であれば、散乱光51がコントラスト良く撮像でき、粒子の可視化が容易なものとなる。 When the wavelength spectrum of the illuminating means 53 has a peak B group consisting of a plurality of peaks B, the optical filter has a light transmittance of any one of the peak A's light transmittance> the peak B group. A form that satisfies the light transmittance is preferable. The peak of any one of the peak B groups may be a peak selected indiscriminately from the peak B group, or a specific peak selected from the peak B group. In this form, the scattered light 51 can be imaged with good contrast, and the particles can be easily visualized.

また、図7に示すように散乱光51の波長スペクトルのピークAの相対強度が、照明手段53のピークBの相対強度よりも大きい形態は望ましい。照明手段53の相対強度が相対的に小さいので散乱光51が際立って撮像される。図7において、散乱光51のピークAの相対強度、及び照明手段53のピークBの相対強度は右側の縦軸で読み、光学フィルタの光透過率52Pは左側の縦軸で読む。 Further, as shown in FIG. 7, it is desirable that the relative intensity of the peak A of the wavelength spectrum of the scattered light 51 is larger than the relative intensity of the peak B of the illuminating means 53. Since the relative intensity of the illuminating means 53 is relatively small, the scattered light 51 is conspicuously imaged. In FIG. 7, the relative intensity of the peak A of the scattered light 51 and the relative intensity of the peak B of the lighting means 53 are read on the vertical axis on the right side, and the light transmittance 52P of the optical filter is read on the vertical axis on the left side.

また、本形態は、光学フィルタ52の半値全幅λw内にピークAの波長が含まれる形態となっており、ピークAの波長が当該半値全幅λwの波長帯域内であれば、光学フィルタの光透過率が相対的に高いので、光学フィルタ52を透過した散乱光51は、大きい相対強度を有した状態で撮像される。 Further, in this embodiment, the wavelength of the peak A is included in the half-value full width λw of the optical filter 52, and if the wavelength of the peak A is within the wavelength band of the half-value full width λw, the light transmission of the optical filter is performed. Since the rate is relatively high, the scattered light 51 transmitted through the optical filter 52 is imaged with a large relative intensity.

照明手段53の波長スペクトルにおけるピークBの波長が、光学フィルタの半値全幅λwの波長帯域の外である形態、特に、光学フィルタ52がピークBの波長の光を遮断するものである形態は、光学フィルタ52を透過する照明手段53の相対強度が僅かであり好ましい。 The form in which the wavelength of peak B in the wavelength spectrum of the illumination means 53 is outside the wavelength band of the half-value full width λw of the optical filter, particularly the form in which the optical filter 52 blocks light of the wavelength of peak B is optical. The relative intensity of the illumination means 53 that passes through the filter 52 is small, which is preferable.

光学フィルタの半値全幅λwは、照明手段53に対応させることによって種々選択できる。例えば、半値全幅λwは上限が10nm以下、好ましくは6nm以下、より好ましくは3nm以下とするとよく、下限は0.5nm以上とするとよい。半値全幅λwが10nm超だと、照明手段の光を相対的に多く透過してしまい、散乱光51と照明の輝度の差が小さくなる。0.5nm未満だと、製造が困難である場合がある。 The full width at half maximum λw of the optical filter can be variously selected by corresponding to the lighting means 53. For example, the upper limit of the full width at half maximum λw is 10 nm or less, preferably 6 nm or less, more preferably 3 nm or less, and the lower limit is 0.5 nm or more. If the full width at half maximum λw is more than 10 nm, a relatively large amount of light from the lighting means is transmitted, and the difference in brightness between the scattered light 51 and the lighting becomes small. If it is less than 0.5 nm, it may be difficult to manufacture.

(粒子)
本形態はnmオーダー〜μmオーダー、あるいはそれ以上の径に至る粒子を可視化するシステムに関するものであり、例えば、α(=πd/λ)<2となる径の粒子、α≧2となる径の粒子の可視化にも適用できる。また、散乱光の波長に関わらず、径50〜100μmの粒子の可視化(可視化)はもちろんのこと、径0.1μm以上0.5μm未満の粒子や、径0.5μm以上1μm未満の粒子、径1μm以上5μm未満の粒子、5μm以上の粒子の可視化にも適用可能である。
(particle)
This embodiment relates to a system for visualizing particles having a diameter on the order of nm to μm or larger. For example, a particle having a diameter of α (= πd / λ) <2 and a particle having a diameter of α ≧ 2. It can also be applied to particle visualization. Further, regardless of the wavelength of the scattered light, not only the particles having a diameter of 50 to 100 μm can be visualized, but also the particles having a diameter of 0.1 μm or more and less than 0.5 μm, the particles having a diameter of 0.5 μm or more and less than 1 μm, and the diameter. It is also applicable to visualization of particles of 1 μm or more and less than 5 μm, and particles of 5 μm or more.

本発明で可視化される粒子としては、粉体、スプレ、エアロゾル、サスペンション、乳液、ラスキンノズルによる径1μm程度のオイル粒子及び液体中の気泡等を一例に挙げることができる。 Examples of the particles visualized in the present invention include powders, sprays, aerosols, suspensions, emulsions, oil particles having a diameter of about 1 μm by a Ruskin nozzle, and bubbles in a liquid.

液体中に浮遊する粒子の一例を挙げると、アルミ粉末、高分子系粒子、気泡、ガラスバルーン、牛乳、水性ペイント、石松子などがある。 Examples of particles suspended in a liquid include aluminum powder, polymer particles, air bubbles, glass balloons, milk, water-based paint, and Ishimatsuko.

気体中に浮遊する粒子の一例として、水やグリセリンなどの噴霧、塩化アンモニウムの化学反応、煙(チップなど)や酸化マグネシウムなどの燃焼・加熱、アルミナやシリカなどの固体(流動化)、シリカ(SiO2)やチタニア(TiO2)などの粉末、PSL粒子等を挙げることができる。特に、シリカ(SiO2)やチタニア(TiO2)などの粉末は、粒子径が0.5〜5μm程度であり、PSL粒子には、粒子径が0.1μm程度のものもある。 Examples of particles suspended in gas include spraying water and glycerin, chemical reaction of ammonium chloride, burning and heating of smoke (chips, etc.) and magnesium oxide, solids such as alumina and silica (fluidization), and silica (fluidized). Examples thereof include powders such as SiO 2 ) and titania (TiO 2 ), PSL particles, and the like. In particular, powders such as silica (SiO 2 ) and titania (TiO 2 ) have a particle size of about 0.5 to 5 μm, and some PSL particles have a particle size of about 0.1 μm.

前述のほか、例えば、相対的に小径、例えば径が1μm未満である、スモッグ、ウィルス、カーボンブラック、ガス分子、顔料、バクテリアであってもよいし、相対的に大径、例えば径が1μm以上である、ヒューム、粉塵、花粉、油滴、フライアッシュ、塵埃、粉ミルクであってもよい。 In addition to the above, for example, smog, virus, carbon black, gas molecule, pigment, or bacterium having a relatively small diameter, for example, a diameter of less than 1 μm may be used, or a relatively large diameter, for example, a diameter of 1 μm or more. It may be fume, dust, pollen, oil droplets, fly ash, dust, powdered milk.

(散乱光)
散乱光51とは光を粒子に入射させた際、この粒子により様々な方向に放出される光をいう。波長スペクトルにおける特定の波長にピークを有する光源20を粒子に入射させた場合、当該粒子は、主に当該特定の波長にピークを有する散乱光51を発する。照明手段53の波長スペクトルのピークBと区別するため、当該散乱光51の波長スペクトルのピークをピークAともいう。
(Scattered light)
The scattered light 51 refers to light emitted in various directions by the particles when the light is incident on the particles. When a light source 20 having a peak at a specific wavelength in the wavelength spectrum is incident on a particle, the particle mainly emits scattered light 51 having a peak at the specific wavelength. In order to distinguish it from the peak B of the wavelength spectrum of the lighting means 53, the peak of the wavelength spectrum of the scattered light 51 is also referred to as a peak A.

図22を参照しつつ説明すると、図示例の矢印方向へ入射光を受けた粒子59は、散乱光51v、51hを周囲に発する。ここで、散乱光51vの偏光方向と散乱光51hの偏光方向とは直交する関係にある。紙面左にある上下方向に延在する対数目盛りは、散乱光の相対強度を表し、D1は相対強度が1である位置、D10は相対強度が10である位置、D100は相対強度が100である位置、・・・を表す。図示例では入射光の波長は532nm、粒径は0.5μm、粒子の屈折率は1.59である。例えば、散乱光51vを見ると、前方散乱光の分布が、後方散乱光の分布より大きいことがわかる。散乱光51hの散乱光分布についても同様のことがわかる。 Explaining with reference to FIG. 22, the particles 59 that have received the incident light in the direction of the arrow in the illustrated example emit scattered light 51v and 51h to the surroundings. Here, the polarization direction of the scattered light 51v and the polarization direction of the scattered light 51h are orthogonal to each other. The logarithmic scale extending in the vertical direction on the left side of the paper represents the relative intensity of the scattered light, D1 is the position where the relative intensity is 1, D10 is the position where the relative intensity is 10, and D100 is the relative intensity of 100. Represents the position, ... In the illustrated example, the wavelength of the incident light is 532 nm, the particle size is 0.5 μm, and the refractive index of the particles is 1.59. For example, looking at the scattered light 51v, it can be seen that the distribution of the forward scattered light is larger than the distribution of the backscattered light. The same can be seen for the scattered light distribution of the scattered light 51h.

図23は、別の粒子の散乱光分布を示している。図示例では入射光の波長は532nm、粒径は1.016μm、粒子の屈折率は1.59である。この図示例の粒子では、散乱光51v及び散乱光51hともに前方散乱光の分布が大きい。また、後方散乱光の分布も前方散乱光の分布ほどではないが、ある程度の大きさを有する。このことは、後方散乱光を撮像できる位置、例えば、120°≦θ≦180°、好ましくは135°≦θ≦180°、より好ましくは150°≦θ≦180°、特に好ましくは170°≦θ≦180°に撮像可視化手段を設置しても散乱光の流れを撮像することができることを示している。なお、もちろん前方散乱光を撮像できる位置に撮像可視化手段を設置しても散乱光の流れを撮像することができるのは言うまでもないし、場合により、前方散乱光及び後方散乱光以外の散乱光であっても撮像可能である。 FIG. 23 shows the scattered light distribution of another particle. In the illustrated example, the wavelength of the incident light is 532 nm, the particle size is 1.016 μm, and the refractive index of the particles is 1.59. In the particles of this illustrated example, the distribution of the forward scattered light is large for both the scattered light 51v and the scattered light 51h. Also, the distribution of backscattered light is not as large as the distribution of forward scattered light, but it has a certain size. This means a position where the backscattered light can be imaged, for example, 120 ° ≤ θ ≤ 180 °, preferably 135 ° ≤ θ ≤ 180 °, more preferably 150 ° ≤ θ ≤ 180 °, and particularly preferably 170 ° ≤ θ. It is shown that the flow of scattered light can be imaged even if the imaging visualization means is installed at ≦ 180 °. Needless to say, even if the imaging visualization means is installed at a position where the forward scattered light can be imaged, the flow of the scattered light can be imaged, and in some cases, the scattered light other than the forward scattered light and the backscattered light may be used. Can be imaged.

ここで、図22及び図23の散乱光分布において、粒子を中心に位置させ、紙面右方向を角度φ=0°とし、0°から反時計回りに90°回転させた角度φを90°、さらに反時計回りに90°回転させた角度φを180°、さらにまた反時計回りに90°回転させた角度φを270°、さらにまた反時計回りに90°回転させた角度φを360°(=0°)とする。そして、粒子から発せされる散乱光分布のうち、およそ角度φが270°<φ≦360°及び0°≦φ<90°の範囲の散乱光分布を特に、前方散乱光とする。また、およそ角度がφ120°≦φ≦240°の範囲の散乱光分布を特に、後方散乱光とする。 Here, in the scattered light distribution of FIGS. 22 and 23, the particle is positioned at the center, the angle φ = 0 ° in the right direction of the paper surface, and the angle φ rotated 90 ° counterclockwise from 0 ° is 90 °. The angle φ rotated 90 ° counterclockwise is 180 °, the angle φ rotated 90 ° counterclockwise is 270 °, and the angle φ rotated 90 ° counterclockwise is 360 ° ( = 0 °). Then, among the scattered light distributions emitted from the particles, the scattered light distributions in which the angles φ are in the range of 270 ° <φ ≦ 360 ° and 0 ° ≦ φ <90 ° are particularly referred to as forward scattered light. Further, the scattered light distribution in the range of approximately φ120 ° ≦ φ ≦ 240 ° is particularly referred to as backscattered light.

(撮像可視化手段)
撮像可視化手段15は、光源20からの光照射を受けた粒子が発する散乱光51を撮像して粒子を可視化する手段である。撮像可視化手段15には、公知のカメラを適宜用いることができる。また、高電界下のアモルファスセレン光電膜内で起きる電荷のアバランシェ増倍現象を利用した撮像素子を備えた撮像管カメラや、撮像管カメラによる撮影画像信号をアナログ微分処理するアナログ微分処理装置を備え、このアナログ微分装置による微分処理画像に基づいて粒子を可視化するように構成された撮像可視化手段15も好ましい。さらにはAPImagerカメラ(浜松ホトニクス)や近年高精細化が進むCCDカメラ、CMOSカメラ、写真機を撮像可視化手段15としてもよい。撮像可視化手段15は、一例として受光軸OXを散乱光51が発生する領域に向けるよう設置する。
(Image imaging visualization means)
The imaging visualization means 15 is a means for visualizing the particles by imaging the scattered light 51 emitted by the particles irradiated with light from the light source 20. A known camera can be appropriately used as the imaging visualization means 15. In addition, it is equipped with an image pickup tube camera equipped with an image sensor that utilizes the avalanche multiplication phenomenon of electric charge that occurs in an amorphous selenium photoelectric film under a high electric field, and an analog differentiation processing device that performs analog differentiation processing of the image signal captured by the image pickup tube camera. An image pickup visualization means 15 configured to visualize particles based on a differentially processed image by this analog differential device is also preferable. Further, an API major camera (Hamamatsu Photonics), a CCD camera, a CMOS camera, and a camera whose definition has been increasing in recent years may be used as the imaging visualization means 15. As an example, the imaging visualization means 15 is installed so that the light receiving shaft OX is directed to the region where the scattered light 51 is generated.

(粒子可視化方法)
本態様の粒子可視化方法は、次の工程で行うことができる。粒子可視化方法は、まず、(1)光源20からの光照射による照射領域54を形成する照射領域形成工程を行い、次に(2)光源20からの光照射を受けて前記照射領域に浮遊する粒子が発する散乱光51を、含む光の一部を透過して透過光とし、残りを減衰する光学フィルタ52を有し、当該光学フィルタ52で前記透過光を得る分光工程を行い、さらに(3)前記透過光のうちの散乱光51を撮像して前記粒子を可視化する撮像可視化工程を行う。この粒子可視化方法は、照明手段で照射された環境下で行うことができ、照明手段53で照射された環境の形成は、前述の各工程(工程(1)〜(3))に先立って行ってもよいし、同各工程の途中、例えば、工程(1)と工程(2)の間に行ってもよい。
(Particle visualization method)
The particle visualization method of this embodiment can be performed in the following steps. In the particle visualization method, first, (1) an irradiation region forming step of forming an irradiation region 54 by light irradiation from the light source 20 is performed, and then (2) light irradiation from the light source 20 is received and the particles float in the irradiation region. A spectroscopic step is performed in which the scattered light 51 emitted by the particles is transmitted through a part of the contained light to be transmitted light and the rest is attenuated by the optical filter 52, and the transmitted light is obtained by the optical filter 52. ) An imaging visualization step of imaging the scattered light 51 of the transmitted light to visualize the particles is performed. This particle visualization method can be performed in an environment irradiated by the lighting means, and the formation of the environment irradiated by the lighting means 53 is performed prior to each of the above-mentioned steps (steps (1) to (3)). It may be performed in the middle of each step, for example, between the steps (1) and (2).

照明手段53で照射された環境下に、照射領域形成手段で、光源20からの光照射による照射領域54を形成した。照射領域54に浮遊する粒子が発する散乱光51を含む光を光学フィルタ52に入射させた。撮像可視化手段15で当該光学フィルタ52を透過した透過光を撮像して、粒子を可視化した。光源20にNd:YAGレーザの第二高調波(532nm、グリーンレーザ)を用い、照明手段53に蛍光灯、メタルハライドランプ、白熱灯から1つ選んで用い、光学フィルタ52を用い、撮像可視化手段15にCMOSカメラを用いた。光学フィルタ52は表1に示す4種類から1つ選んで用いた。蛍光灯、メタルハライドランプ、白熱灯の波長スペクトル101を図9〜図11に示す。ここで、白熱灯からの光には近赤外線領域、赤外線領域の光が多く含まれている。各環境光下において表1に示す4種類の光学フィルタの比較を行うが、この4種類の光学フィルタは近赤外域及びその近傍での透過率がそれぞれ異なるため、近赤外線領域及びその近傍の光が含まれたままでは各光学フィルタ間の正しい比較はできない。そこで、透過域450〜610nmのバンドパスフィルタ(BPF)を設置し、白熱灯の照射光をこのバンドパスフィルタを透過させることで、白熱灯の照射光が持つ波長帯域のうちの近赤外線領域及びその近傍の波長帯域の光を除去した。図11に透過域450〜610nmのバンドパスフィルタを透過した白熱灯の波長スペクトルを示す。

Figure 2021173602
Under the environment irradiated by the illumination means 53, the irradiation region 54 was formed by irradiation with light from the light source 20 by the irradiation region forming means. Light including scattered light 51 emitted by particles floating in the irradiation region 54 was incident on the optical filter 52. The particles were visualized by imaging the transmitted light transmitted through the optical filter 52 with the imaging visualization means 15. The second harmonic (532 nm, green laser) of the Nd: YAG laser is used as the light source 20, one of the fluorescent lamp, the metal halide lamp, and the incandescent lamp is used as the illumination means 53, and the optical filter 52 is used. A CMOS camera was used for this. The optical filter 52 was selected from the four types shown in Table 1 and used. The wavelength spectra 101 of the fluorescent lamp, the metal halide lamp, and the incandescent lamp are shown in FIGS. 9 to 11. Here, the light from the incandescent lamp includes a lot of light in the near infrared region and the infrared region. The four types of optical filters shown in Table 1 are compared under each ambient light. Since these four types of optical filters have different transmittances in the near-infrared region and its vicinity, light in the near-infrared region and its vicinity is used. It is not possible to make a correct comparison between each optical filter if is included. Therefore, by installing a bandpass filter (BPF) with a transmission range of 450 to 610 nm and transmitting the irradiation light of the incandescent lamp through this bandpass filter, the near-infrared region and the near-infrared region of the wavelength band of the irradiation light of the incandescent lamp and Light in the wavelength band in the vicinity was removed. FIG. 11 shows the wavelength spectrum of an incandescent lamp that has passed through a bandpass filter having a transmission range of 450 to 610 nm.
Figure 2021173602

(可視化試験)
以下に示す試験例1〜試験例3で散乱光101を撮像し、粒子の可視化を行った。
<試験例1−1>
照明手段を蛍光灯とし、光学フィルタNo.4を用いた。
<試験例1−2>
照明手段を蛍光灯とし、光学フィルタNo.3を用いた。
<試験例1−3>
照明手段を蛍光灯とし、光学フィルタNo.2を用いた。
<試験例1−4>
照明手段を蛍光灯とし、光学フィルタNo.1を用いた。
撮像した画像を図13、図14に示す。
(Visualization test)
The scattered light 101 was imaged in Test Examples 1 to 3 shown below to visualize the particles.
<Test Example 1-1>
The lighting means is a fluorescent lamp, and the optical filter No. 4 was used.
<Test Example 1-2>
The lighting means is a fluorescent lamp, and the optical filter No. 3 was used.
<Test Example 1-3>
The lighting means is a fluorescent lamp, and the optical filter No. 2 was used.
<Test Example 1-4>
The lighting means is a fluorescent lamp, and the optical filter No. 1 was used.
The captured images are shown in FIGS. 13 and 14.

試験例1−1、試験例1−2では、散乱光101が確認され、照明手段の光102も確認された。照明手段の光102の光量が多いため、散乱光101が際立って撮像されているとは言い難い。試験例1−3、試験例1−4では、光学フィルタの半値全幅が相対的に狭く、照明手段の光102の大部分が光学フィルタによって減衰されており、散乱光101が際立って撮像されており、粒子を明瞭に可視化できた。 In Test Example 1-1 and Test Example 1-2, scattered light 101 was confirmed, and light 102 of the lighting means was also confirmed. Since the amount of light 102 of the lighting means is large, it cannot be said that the scattered light 101 is conspicuously imaged. In Test Example 1-3 and Test Example 1-4, the half-value full width of the optical filter is relatively narrow, most of the light 102 of the lighting means is attenuated by the optical filter, and the scattered light 101 is conspicuously imaged. The particles could be clearly visualized.

<試験例2−1>
照明手段をメタルハライドランプとし、光学フィルタNo.4を用いた。
<試験例2−2>
照明手段をメタルハライドランプとし、光学フィルタNo.3を用いた。
<試験例2−3>
照明手段をメタルハライドランプとし、光学フィルタNo.2を用いた。
<試験例2−4>
照明手段をメタルハライドランプとし、光学フィルタNo.1を用いた。
撮像した画像を図15、図16に示す。
<Test Example 2-1>
The lighting means is a metal halide lamp, and the optical filter No. 4 was used.
<Test Example 2-2>
The lighting means is a metal halide lamp, and the optical filter No. 3 was used.
<Test Example 2-3>
The lighting means is a metal halide lamp, and the optical filter No. 2 was used.
<Test Example 2-4>
The lighting means is a metal halide lamp, and the optical filter No. 1 was used.
The captured images are shown in FIGS. 15 and 16.

試験例2−1、試験例2−2では、散乱光101が確認され、照明手段の光102も確認された。照明手段の光102の光量が多いため、散乱光101が際立って撮像されているとは言い難い。試験例2−3、試験例2−4では、光学フィルタの半値全幅が相対的に狭く、照明手段の光102の大部分が光学フィルタによって減衰されており、散乱光101が際立って撮像されており、粒子を明瞭に可視化できた。 In Test Example 2-1 and Test Example 2-2, scattered light 101 was confirmed, and light 102 of the lighting means was also confirmed. Since the amount of light 102 of the lighting means is large, it cannot be said that the scattered light 101 is conspicuously imaged. In Test Example 2-3 and Test Example 2-4, the half-value full width of the optical filter is relatively narrow, most of the light 102 of the lighting means is attenuated by the optical filter, and the scattered light 101 is conspicuously imaged. The particles could be clearly visualized.

<試験例3−1>
照明手段を白熱灯とし、光学フィルタNo.4を用いた。
<試験例3−2>
照明手段を白熱灯とし、光学フィルタNo.3を用いた。
<試験例3−3>
照明手段を白熱灯とし、光学フィルタNo.2を用いた。
<試験例3−4>
照明手段を白熱灯とし、光学フィルタNo.1を用いた。
撮像した画像を図17、図18に示す。
<Test Example 3-1>
The lighting means is an incandescent lamp, and the optical filter No. 4 was used.
<Test Example 3-2>
The lighting means is an incandescent lamp, and the optical filter No. 3 was used.
<Test Example 3-3>
The lighting means is an incandescent lamp, and the optical filter No. 2 was used.
<Test Example 3-4>
The lighting means is an incandescent lamp, and the optical filter No. 1 was used.
The captured images are shown in FIGS. 17 and 18.

試験例3−1、試験例3−2では、散乱光101が確認され、照明手段の光102も確認された。照明手段の光102の光量は、試験例1及び試験例2よりも少なく、散乱光101が際立って撮像されており、粒子を明瞭に可視化できた。試験例3−3、試験例3−4では、光学フィルタの半値全幅が相対的に狭く、照明手段の光102の大部分が光学フィルタによって減衰されており、散乱光101が際立って撮像されており、粒子を明瞭に可視化できた。 In Test Example 3-1 and Test Example 3-2, scattered light 101 was confirmed, and light 102 of the lighting means was also confirmed. The amount of light 102 of the lighting means was smaller than that of Test Example 1 and Test Example 2, and the scattered light 101 was conspicuously imaged, and the particles could be clearly visualized. In Test Example 3-3 and Test Example 3-4, the half-value full width of the optical filter is relatively narrow, most of the light 102 of the lighting means is attenuated by the optical filter, and the scattered light 101 is conspicuously imaged. The particles could be clearly visualized.

(照明手段の輝度値)
試験例1−1〜試験例1−4、試験例2−1〜試験例2−4、試験例3−1〜試験例3−4のそれぞれの撮像された画像について、光が飽和しておらず、かつ散乱光がない領域110(縦20×横20ピクセル)の輝度値を比較した。
(Brightness value of lighting means)
Light is saturated in each of the captured images of Test Example 1-1 to Test Example 1-4, Test Example 2-1 to Test Example 2-4, and Test Example 3-1 to Test Example 3-4. The brightness values of the region 110 (length 20 × width 20 pixels) without scattered light were compared.

試験例1について、試験例1−1のとき、すなわち半値全幅が40nmの光学フィルタを用いたときの領域110の輝度値を1として、試験例1−2〜試験例1−4の領域110の輝度値を演算した。同様に試験例2について、試験例2−1のとき、すなわち半値全幅が40nmの光学フィルタを用いたときの領域110の輝度値を1として、試験例2−2〜試験例2−4の領域110の輝度値を演算した。同様に試験例3について、試験例3−1のとき、すなわち半値全幅が40nmの光学フィルタを用いたときの領域110の輝度値を1として、試験例3−2〜試験例3−4の領域110の輝度値を演算した。演算結果を図21に示す。 Regarding Test Example 1, the brightness value of the region 110 in the case of Test Example 1-1, that is, when an optical filter having a full width at half maximum of 40 nm is used, is set to 1, and the region 110 of Test Examples 1-2 to Test Example 1-4. The brightness value was calculated. Similarly, regarding Test Example 2, the region of Test Example 2-2-2 to Test Example 2-4 is set to 1 when the brightness value of the region 110 is set to 1 in the case of Test Example 2-1. The brightness value of 110 was calculated. Similarly, regarding Test Example 3, the region of Test Example 3-2 to Test Example 3-4 is set to 1 when the brightness value of the region 110 is set to 1 in the case of Test Example 3-1. The brightness value of 110 was calculated. The calculation result is shown in FIG.

同図において、輝度値が小さいほど、撮像された画像の背景が暗くなることを示している。光学フィルタの半値全幅が狭い試験例ほど、輝度値が小さくなっている。特徴的には、光学フィルタの半値全幅を10nmとしたときの試験例、すなわち試験例1−3、試験例2−3、試験例3−3に着目すると、照明手段を蛍光灯又はメタルハライドランプとしたときの輝度値が、照明手段を白熱灯としたときの輝度値より小さくなっている。つまり、蛍光灯やメタルハライドランプのように波長スペクトルに急峻なピークのある環境光下においては、半値全幅が10nm以下の光学フィルターを用いることで、環境光の影響を効果的に低減できている。 In the figure, it is shown that the smaller the luminance value is, the darker the background of the captured image is. The narrower the full width at half maximum of the optical filter, the smaller the luminance value. Characteristically, focusing on the test examples when the half-value full width of the optical filter is 10 nm, that is, Test Example 1-3, Test Example 2-3, and Test Example 3-3, the lighting means is a fluorescent lamp or a metal halide lamp. The brightness value when the lighting means is incandescent lamp is smaller than the brightness value when the lighting means is incandescent lamp. That is, under ambient light having a steep peak in the wavelength spectrum such as a fluorescent lamp or a metal halide lamp, the influence of the ambient light can be effectively reduced by using an optical filter having a full width at half maximum of 10 nm or less.

以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、本発明は係る実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 Although the embodiments according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the embodiments, and can be variously modified and implemented without departing from the spirit of the present invention.

本発明は、直射日光の照射が排除された屋外、屋内を問わず利用できるものであり、特に屋内では、半導体、液晶、医薬品、食品等の製造現場や、医療等の現場において粒子の飛散が問題となる全ての分野、照明光の存在する水等の液体中やガラス等の固体中で粒子が可視化される全ての分野に適用可能なものである。また、トレーサー粒子を用いた流体の流れの可視化及び粒子画像流速測定法にも適用可能なものである。 The present invention can be used both outdoors and indoors where direct sunlight is excluded. Especially indoors, particles are scattered at manufacturing sites such as semiconductors, liquid crystals, pharmaceuticals, foods, and medical sites. It is applicable to all problematic fields and all fields where particles are visualized in liquids such as water in which illumination light is present and in solids such as glass. It is also applicable to fluid flow visualization and particle image velocimetry using tracer particles.

20 光源
53 照明手段
51 散乱光
52 光学フィルタ
54 照射領域
15 撮像可視化手段
20 Light source 53 Illumination means 51 Scattered light 52 Optical filter 54 Irradiation area 15 Imaging visualization means

Claims (6)

照明手段で光照射された環境で用いる粒子可視化システムであり、
光源からの光照射による照射領域を前記環境に形成する照射領域形成手段と、
前記光源からの光照射を受けて、前記照射領域に浮遊する粒子が発する散乱光を、含む光の一部を透過して透過光とし、残りを減衰する光学フィルタと、
前記透過光のうちの前記散乱光を撮像して前記粒子を可視化する撮像可視化手段とを備え、
前記散乱光は、当該散乱光の波長スペクトルにピークAを有するものであり、
前記照明手段は、当該照明手段の波長スペクトルに、半値全幅が50nm以下であるピークBを有するものであり、
前記光学フィルタは、
半値全幅が10nm以下であり、
光透過率が、前記ピークAの光透過率>前記ピークBの光透過率、を満たすものであり、
前記ピークAの波長が前記光学フィルタの半値全幅の波長帯域内にある、
ことを特徴とする粒子可視化システム。
It is a particle visualization system used in an environment illuminated by lighting means.
Irradiation area forming means for forming an irradiation area by light irradiation from a light source in the environment, and
An optical filter that receives light irradiation from the light source, transmits scattered light emitted by particles floating in the irradiation region, transmits a part of the light to be transmitted light, and attenuates the rest.
It is provided with an imaging visualization means for imaging the scattered light of the transmitted light and visualizing the particles.
The scattered light has a peak A in the wavelength spectrum of the scattered light.
The illuminating means has a peak B having a full width at half maximum of 50 nm or less in the wavelength spectrum of the illuminating means.
The optical filter is
The full width at half maximum is 10 nm or less,
The light transmittance satisfies the light transmittance of the peak A> the light transmittance of the peak B.
The wavelength of the peak A is within the wavelength band of the full width at half maximum of the optical filter.
A particle visualization system characterized by this.
前記粒子が塵埃である、
請求項1に記載の粒子可視化システム。
The particles are dust,
The particle visualization system according to claim 1.
前記光学フィルタは、前記ピークBの波長の光を遮断するものである、
請求項1に記載の粒子可視化システム。
The optical filter blocks light having a wavelength of the peak B.
The particle visualization system according to claim 1.
前記ピークBが複数からなるピークB群であり、
前記光学フィルタは、
光透過率が、前記ピークAの光透過率>前記ピークB群のうちのいずれか一つのピークの光透過率、を満たすものである、
請求項1に記載の粒子可視化システム。
The peak B is a group of peaks B composed of a plurality of peaks B.
The optical filter is
The light transmittance satisfies the light transmittance of the peak A> the light transmittance of any one peak in the peak B group.
The particle visualization system according to claim 1.
前記照明手段が蛍光灯又はメタルハライドランプである、
請求項1に記載の粒子可視化システム。
The lighting means is a fluorescent lamp or a metal halide lamp.
The particle visualization system according to claim 1.
照明手段で光照射された環境で行う粒子可視化方法であり、
光源からの光照射による照射領域を前記環境に形成する照射領域形成工程と、
前記光源からの光照射を受けて、前記照射領域に浮遊する粒子が発する散乱光、を含む光の一部を透過して透過光とし、残りを減衰する光学フィルタを有し、当該光学フィルタで前記透過光を得る分光工程と、
前記透過光のうちの前記散乱光を撮像して前記粒子を可視化する撮像可視化工程とを備え、
前記散乱光は、当該散乱光の波長スペクトルにピークAを有するものであり、
前記照明手段は、当該照明手段の波長スペクトルに、半値全幅が50nm以下であるピークBを有するものであり、
前記光学フィルタは、
半値全幅が10nm以下であり、
光透過率が、前記ピークAの光透過率>前記ピークBの光透過率、を満たすものであり、
前記ピークAの波長が前記光学フィルタの半値全幅の波長帯域内にある、
ことを特徴とする粒子可視化方法。
It is a particle visualization method performed in an environment illuminated by lighting means.
An irradiation region forming step of forming an irradiation region by irradiating light from a light source in the environment, and
The optical filter has an optical filter that transmits a part of the light including scattered light emitted by particles floating in the irradiation region to be transmitted light and attenuates the rest by receiving the light irradiation from the light source. The spectroscopic step of obtaining the transmitted light and
It is provided with an imaging visualization step of imaging the scattered light of the transmitted light and visualizing the particles.
The scattered light has a peak A in the wavelength spectrum of the scattered light.
The illuminating means has a peak B having a full width at half maximum of 50 nm or less in the wavelength spectrum of the illuminating means.
The optical filter is
The full width at half maximum is 10 nm or less,
The light transmittance satisfies the light transmittance of the peak A> the light transmittance of the peak B.
The wavelength of the peak A is within the wavelength band of the full width at half maximum of the optical filter.
A particle visualization method characterized by this.
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