JP2990386B2

JP2990386B2 - 液中撮像装置

Info

Publication number: JP2990386B2
Application number: JP3083206A
Authority: JP
Inventors: 直樹原; 幹雄依田; 智則金子; 文智呉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-03-23
Filing date: 1991-03-23
Publication date: 1999-12-13
Anticipated expiration: 2014-12-13
Also published as: JPH05249381A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体中微小物体を撮像
する液中撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】下水処理場では、エアレーションタンク
において流入水に空気を吹き込み（曝気）、流入水中の
有機物を微生物に摂取させることで有機物を除去し、続
いて微生物を沈殿池で沈降させて上澄液を放流してい
る。このため、上澄液を得るには、有機物を摂取しかつ
沈降性のよい微生物を維持することが必要である。これ
ら微生物は凝集性微生物と糸状性微生物に大別され、こ
の中で糸状性微生物が繁殖しすぎると沈降性が悪くなる
（バルキング現象と称されている）。沈降性が悪化する
と沈殿池から微生物が流出することになるので、これを
防ぐには、糸状性微生物を繁殖させないことが重要であ
る。糸状性微生物として、例えばスファエロテルス（Ｓ
ｐｈａｅｒｏｔｉｌｕｓ）などがある。このように、下
水処理プロセスにおいては、糸状性微生物が繁殖する
と、処理が悪化したり、これらが流出するという問題点
を生じる。これらを防止するためには、糸状性微生物の
量を計測することが重要になる。現在、糸状性微生物長
の長さ、つまり、量の測定は監視員によるマニュアル操
作により行われている。例えば、下水処理プロセスで
は、写真上の糸状性微生物長をキルビメータにより計測
するか、あるいは、顕微鏡観察により測定している。し
かしながら、従来の方法は、マニュアル操作のため、熟
練した監視員が測定しても１回の測定に数時間を要する
ので、連続監視と異常の早期発見が不可能であり、糸状
性微生物の繁殖の管理を良好に行えない欠点を有する。
この欠点を解決するため、特開昭６２−１８４４２８号
のように、被検水をパイプで導き、プランジャでサンプ
リング固定して光を当て、倍率可変のカメラにより撮影
観察する方法及び特公昭６３−４１６３９号のように浸
漬型の微生物モニタにより撮影観察する方法が考案され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開昭６２−１８４４
２８号の方法は、被検水サンプリング方式であり、サン
プリング過程において微生物が破壊されるか又は凝集し
てしまうため、正確に測定できない等の問題がある。ま
た、プランジャを駆動し微小物体を含むサンプル固定の
ため、数百μｍ以下に隙間を調整するが、下水処理場に
流入する汚水中には土砂や木片等隙間幅以上の異物が混
入しているので、これら異物がプランジャに挾まれた場
合、プランジャの無理な押しつけが発生し、駆動装置や
接液窓を損傷する危険性がある。特公昭６３−４１６３
９号の方法は、エアレーションタンク内の状態を直接観
察できるから、サンプリングによる状態の変化は無い
が、サンプリング室の隙間が固定かつ狭いため、サンプ
ル室厚さ以上の微生物群を観察できないこと、また、タ
ンクを水平方向に観察しているので、重力沈降により微
生物がモニタ面の下方向に移動してしまい、静止した微
生物画像が得られない等の問題点がある。本発明の目的
は、上記問題点を解消し、安定した微小物体静止画像を
連続して得るための液中撮像装置を提供することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、浸漬用の
本体ケースと、微小物体を固定する微小物体固定手段
と、前記本体ケースを基準として該微小物体固定手段を
移動させる駆動手段と、前記本体ケースに設けられた観
察窓と、該観察窓と対向する微小物体固定手段の位置に
設けられたサンプル固定用窓と、前記本体ケース内に前
記微小物体を撮像対象とし、かつ、撮像平面の法線方向
が垂直方向になるように配置した撮像手段を具備し、微
小物体固定手段の移動に際し、微小物体固定手段の浮力
を利用し、または、微小物体固定手段の浮力と該固定手
段のアームに取り付けたバネの弾性力を利用することに
より、達成される。ここで、本体ケースに設けられた観
察窓と微小物体固定手段に設けられたサンプル固定用窓
を洗浄する手段を設ける。

【０００５】

【作用】エアレーションタンク内の本体ケースを基準と
して、微小物体固定手段を駆動手段により移動させ、本
体ケース内の撮像手段を撮像平面の法線方向が垂直方向
になるように配置して、微小物体を撮像するので、重力
沈降により微生物がモニタ面の下方向に移動しても、垂
直観察ができ、静止した微生物体画像を連続して得るこ
とが可能である。また、微小物体固定手段を移動させる
駆動手段として、微小物体固定手段の浮力を利用するこ
と、または、バネの弾性力と微小物体固定手段の浮力を
利用することにより、微小物体固定手段は自身の浮力で
動作するので、微生物混合液を取り込む際、粗大あるい
は硬い異物が観察窓とサンプル固定用窓の間に混入した
場合、ないしは、観察窓とサンプル固定用窓をワイパー
洗浄するため、その隙間を調整する場合にも、無理な力
が駆動機構や観察窓及びサンプル固定用窓に加わること
がない。この結果、これらの損傷を防止でき、安定した
微生物体画像を得ることが可能である。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は、撮像装置２００の構造を表わした図であ
り、円筒形の撮像装置の断面図を示す。撮像装置２００
は、防水した本体ケース２１０と微小物体固定手段の例
として示すプランジャ２１１の２つの部分から成り、テ
レビカメラ（ＩＴＶ）２１２の撮像面法線方向が垂直方
向になるように微小物体を含む混合液中に浸漬する。プ
ランジャ２１１はアーム２２２を介し本体ケース２１０
と接続されている。本体ケース２１０内に設置されてい
るプランジャ駆動用モータ２１４は、動力変換器２１５
を経由してアーム２２１を上下に移動させ、プランジャ
２１１を本体ケース２１０から離す(下げる)あるいは密
着させる(上げる)機能を有する。アーム２２２に設けた
圧縮コイルバネ２２３は、プランジャ２１１と本体ケー
ス２１０の密着時には圧縮力を受けず、離した状態で圧
縮力を受けるよう設置されている。アーム２２１が上方
に移動すると、プランジャ２１１は、自身の浮力とコイ
ルバネ２２３の弾性力によって上昇し、本体ケース２１
０と密着する。プランジャ２１１が本体ケース２１０に
密着した場合、１００μｍ程度のサンプリング空間(図
示せず)を形成する。プランジャ駆動用モータ２１４の
回転方向、起動、停止、回転速度の緩急指令の信号は、
現場操作盤(図示せず)から送信されてくる。

【０００７】尚、図１はプランジャ２１１が本体ケース
２１０から離れた状態を示す図である。サンプル空間内
に満たされる微小物体を含む混合液には、プランジャ２
１１内に設置された照明装置２１９の光がサンプル固定
用窓ガラス２１８を介して照射され、その照射光は、観
察窓２１７、光学的拡大装置２１６を経て、テレビカメ
ラ２１２に導かれる。ここで、混合液の輝度信号を電気
信号に変換する。テレビカメラ２１２内の撮像素子(2次
元)は、受光した明るさ(輝度)の程度に応じ、出力電圧
の異なる信号(映像信号)を発生する。このように、テレ
ビカメラ２１２からは映像信号が出力される。ワイパ駆
動用モータ２１３は、現場操作盤(図示せず)からの指令
により、ワイパ２２０(詳細は図２に示す)を駆動し、観
察窓２１７及びサンプル固定用窓ガラス２１８の表面の
洗浄とサンプル空間の混合液の入れ替えを実施する。ワ
イパ駆動時は、プランジャ２１１と本体ケース２１０か
ら離れた状態であることが前提条件なるようインターロ
ックがとられている。

【０００８】図２において、撮像装置２００のプランジ
ャ２１１、コイルバネ２２３、ワイパ２２０の動作を説
明する。図２（Ａ）は、サンプリング並びにワイパ起動
時のプランジャ２１１の状態を示す図である。プランジ
ャ２１１はプランジャ自身の自重Ｍよりも大きな浮力Ｆ
を受けるようにした中空の構造であり、内部には照明装
置２１９を配置している。動力変換器２１５は、アー
ム２２１を垂直方向に押出し、プランジャ２１１と本体
ケース２１０の間隔を広げる。この時コイルバネ２２３
は圧縮される。アーム２２１の押出し力Ａは、プランジ
ャ２１１の自重Ｍ，浮力Ｆ及びバネ弾性力Ｋ1を用い
て、式(1)で表わされる。Ａ＞Ｆ＋Ｋ1−Ｍ (１) ワイパ２２０は、細いブラシ、ゴム板等の材質であり、
駆動用モータ２１３の回転力により動作し、観察窓２１
７とサンプル固定用窓ガラス２１８の接液面汚れを洗浄
する。

【０００９】図２(Ｂ)は、撮影時のプランジャ状態を示
す図である。動力変換器２１５はアーム２２１を本体ケ
ース２１０内に収納する。プランジャ２１１は浮力Ｆ及
び圧縮状態から開放されたコイルバネ２３３の弾性力Ｋ
2で上昇し、プランジャ２１１と本体ケース２１０は密
着する。密着させる力Ｔは式(２)で表わされる。Ｔ＝Ｋ2＋Ｆ−Ｍ (２) この時、浮力Ｆが自重Ｍより大きい場合、弾性力Ｋ2が
なくてもプランジャ２１１は本体ケース２１０に密着す
る。サンプル空間２３０は、平滑な観察窓２１７と凹形
のサンプル固定用窓ガラス２１８により密閉された状態
になり、混合液中の微小物体は閉じ込められ固定され
る。このとき、ワイパ２２０はプランジャ２１１に接触
しない位置に移動完了している。

【００１０】尚、使用環境、駆動機構部やバネや防水シ
ールの耐久性、本体ケ−スとプランジャの密着力、サン
プリング周期、メンテナンス長期フリーなど撮像装置の
機能としていづれに重点を置くかにより、浮力Ｆ，自重
Ｍ，弾性力Ｋ1，Ｋ2の配分、すなわち、プランジャの最
適な材質と寸法を決定する。

【００１１】図３は、サンプル空間２３０付近を拡大し
た図である。プランジャ２１１(図示せず)側のサンプル
固定用窓ガラス２１８の凹みはサンプル空間２３０を形
成し、観察窓２１７とサンプル固定用窓ガラス２１８が
接近した場合、両者間の空間に漂う微小物体群２５０
は、サンプル空間２３０に重力沈降も加わり、外部に流
れだすことも無く閉じ込めることができる。

【００１２】図４は、本発明を下水処理プロセスに適用
した実施例を示す。図４において、エアレーションタン
ク１１０には沈殿池１００の上澄液(汚水)と汚泥返送管
１６０から返送汚泥(微生物)が流入する。一方、ブロワ
１４０は送気管１３０を介し送気し、散気装置１２０か
らエアレーションタンク１１０に空気を供給する。エア
レーションタンク１１０内に供給された返送汚泥と汚水
は撹拌混合される。返送汚泥すなわち活性汚泥は微生物
の凝集した粒径０．１〜１．０ｍｍ前後の塊(フロック)
であり、数十種の微生物を含むが、大別すると糸状性微
生物と凝集性微生物とから成る。活性汚泥は、供給され
た空気中の酸素を吸収して汚水中の有機物を分解して炭
酸ガスと水にする。有機物の一部は活性汚泥の菌体増殖
に当てられる。活性汚泥と汚水の混合液は沈殿池１５０
に導かれ、ここで活性汚泥が重力沈降し、上澄液は、通
常塩素殺菌処理の後、放流される。沈降した汚泥は、汚
泥返送管１６０から返送汚泥として、エアレーションタ
ンク１１０に返送される。撮像装置２００はエアレーシ
ョンタンク１１０の液中に浸漬され、エアレーションタ
ンク内の微生物の拡大画像を得る。現場操作盤３３０
は、撮像装置２００内に設置されているテレビカメラ、
照明、洗浄及びサンプリングの各手段を制御する装置を
内蔵しており、中央操作盤３００からの制御信号もしく
は現場操作盤３３０内部タイマーに同期して撮像装置２
００へ制御信号を送信する。撮像装置２００からの微生
物拡大画像の映像信号は、現場操作盤３３０に接続され
ている現場用モニタ３４０に映しだされると同時に中央
操作盤３００へも送信される。中央操作盤３００は、現
場操作盤３３０から送信されてくる映像信号を受信し、
中央用モニタ３２０及び画像処理装置３１０に送信する
装置(図示せず)と、撮像装置２００を遠隔操作する為の
制御信号を現場操作盤３３０に送信する装置(図示せず)
を備えている。ここで、制御信号とは例えば撮像装置２
００内臓のテレビカメラ、照明装置等の電源の入切指
令、洗浄サンプルの開始指令、カメラの絞り、焦点操作
指令指等の信号である。画像処理装置３１０は、撮像装
置２００からの微生物拡大画像の映像信号を画像処理
し、微生物の同定、微生物の大きさ、個数、出現頻度等
を計算し、これら計算値を中央モニタ３２０に表示す
る。モニタテレビ３２０は、撮像装置２００から送信さ
れてくる映像信号及び画像処理装置３１０から送信され
る映像信号並びに計算値を表示する。

【００１３】尚、以上の実施例は、下水処理プロセスに
適用した例を説明したが、本発明は、微生物を培養する
他のバイオプロセス、湖沼のアオコ等の微生物といった
液体中の微小物体の監視に適用できること、また、微小
物体の画像計測値を指標に混合液の異常診断及びプロセ
ス制御に適用できることは当然のことである。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、エアレーションタンク
内の微小物体固定手段を駆動手段により移動させ、本体
ケース内の撮像手段を撮像平面の法線方向が垂直方向に
なるように配置して、微小物体を撮像するので、重力沈
降により微生物がモニタ面の下方向に移動しても、垂直
観察ができ、静止した微生物体画像を連続して得ること
が可能である。また、微小物体固定手段を移動させる駆
動手段として、微小物体固定手段自体の浮力を利用する
ので、微生物混合液を取り込む際、粗大あるいは硬い異
物が観察窓とサンプル固定用窓の間に混入した場合、な
いしは、観察窓とサンプル固定用窓をワイパー洗浄する
ため、その隙間を調整する場合にも、無理な力が駆動機
構や観察窓及びサンプル固定用窓に加わることがなく、
これらの致命的な損傷が避けられ、安定した微小物体の
静止画像が連続的に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図。

【図２】プランジャ、ワイパ及びコイルバネの動作説明
図。

【図３】サンプル空間とその周辺の拡大図。

【図４】下水処理プロセスの微生物観察システムを示す
図。

【符号の説明】

２００撮像装置２１０本体ケ−ス２１１プランジャ２１２テレビカメラ２１７観察窓２１８サンプル固定用窓ガラス２２３コイルバネ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者呉文智茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内 (56)参考文献特開昭60−251988（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 21/24 C02F 3/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】浸漬用の本体ケースと、微小物体を固定
する微小物体固定手段と、前記本体ケースを基準として
該微小物体固定手段を移動させる駆動手段と、前記本体
ケースに設けられた観察窓と、該観察窓と対向する微小
物体固定手段の位置に設けられたサンプル固定用窓と、
前記本体ケース内に前記微小物体を撮像対象とし、か
つ、撮像平面の法線方向が垂直方向になるように配置し
た撮像手段を具備し、微小物体固定手段の移動に際し、
微小物体固定手段の浮力を利用し、または、微小物体固
定手段の浮力と該固定手段のアームに取り付けたバネの
弾性力を利用することを特徴とする液中撮像装置。
【請求項２】請求項１において、本体ケースに設けら
れた観察窓と微小物体固定手段に設けられたサンプル固
定用窓を洗浄する手段を設けることを特徴とする液中撮
像装置。