JP3170063B2 - 水中粉体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水中に懸濁している
微かな粉体の特徴を解析するために、水中に懸濁してい
る粉体を懸濁状態のままに拡大撮像して、画像を得る水
中粉体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水中、特に河川や海洋、さらには浄水場
や下水処理場における工程水中の微粉体の浮遊している
形状の特徴は、従来から多く自動化されている水質化学
分析装置では得られない水質特性の情報を有しており、
水環境解析や管理および水処理運転や制御の重要な指標
である。それにもかかわらず、従来、これらの水中粉体
の浮遊形状の特徴判定は、時間と労力のかかる煩雑な画
像検出処理工程で人の手によってしか行なうことができ
ず、そのために、自由に利用するということができず、
画像検出工程について自動化する技術を確立する要求が
高くなってきている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような要望に応え
るものとして、従来、微粉体に光を照射し、その発射光
で撮像し、かつ水の流動による水中粉体の揺動による検
出画像のぶれを防ぐために、いわゆる導水形の画像検出
装置が知られているが、これは反射光を利用するため
に、検出倍率を高くすると画像がぼやけることがあり、
また検水をポンプによって汲み上げるために、粉体の形
を壊してしまって自然の形の水中粉体の特性を観察する
ことができない問題点があった。

【０００４】また、検水を暗室に導入し、ストロボ照明
によって静止画像として検出する方式の画像検出装置も
知られているが、この場合には、ストロボ照明の時間が
きわめて短く、そのためにテレビカメラを利用する自動
化された画像検出装置とするには画面ノイズが多く、こ
れを画像処理によって水中粉体の特徴判定に用いる原画
像とするには不適当である問題点もあった。

【０００５】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みなされたもので、水中粉体の検出倍率を上げても画像
のボケが少なく、また流動する水に懸濁している粉体の
浮遊している微細な形状を壊さず、自然の状態の粉体の
拡大画像を鮮明に撮像することができ、その後の画像解
析による特徴判定をスムーズに行なわせることができる
水中粉体撮像装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の水中粉体撮像
装置は、照明装置が収容され、この照明装置からの光が
透過するように一部に透明部が形成された照明容器、拡
大像を撮像するための撮像装置が収容され、前記照明容
器の透明部と対向する部分にこの撮像装置に照明光が入
射するように透明窓が形成された撮像容器、および、前
記照明容器の透明部と撮像容器の透明窓との間に形成さ
れ、一部が外部と連通する間隙において、前記撮像容器
の透明窓に固定され、前記撮像装置の光軸と対応する位
置にスリッドが形成された肉厚の薄いスリッド板と、前
記スリッド内に検水を固定する撮像位置と前記スリッド
を開放する検水交換位置との間をスライドするスライド
ガラスと、前記スライドガラスを前記撮像位置と検水交
換位置との間でスライドさせるスライド手段とで構成さ
れるプレパラート装置を備えたものである。

【０００７】またこの発明の水中粉体撮像装置は、前記
スライドガラスにスクレーパを設けて、スライドガラス
のスライド動作時にスリッド板のスリッドを通して撮像
容器の透明窓に接触して汚れを拭うようにしてもよい。

【０００８】

【作用】この発明の水中粉体撮像装置では、水中に当該
装置を浸漬させ、照明容器と撮像容器との間の間隙から
検水をプレパラート装置に導入し、スライドガラスを検
水交換位置にしてスリッドの部分に検水を導入し、続い
てスライドガラスを撮像位置までスライド手段によって
スライドさせることにより、スリッド内に検水を固定す
る。そして、この状態で、照明装置からの照明が照明容
器の透明部、スライドガラス、スリッド部分、撮像容器
の透明窓を通して拡大撮像装置に達し、拡大撮像装置に
よってスリッド内の検水を拡大撮像する。

【０００９】１回の撮像が終了すれば、スライド手段に
よってスライドガラスを撮像位置から検水交換位置にス
ライドさせれば、水圧で検水が外部から間隙に入り込
み、さらにスリッド部分まで入り込んで、スリッド部分
の検水がそれまでのものと入れ替わることになる。そこ
で、再びスライド手段でスライドガラスを検水交換位置
から撮像位置にスライドさせることにより、スリッド部
分に新しい検水が固定されることになり、次回の水中粉
体の撮像ができるようになる。

【００１０】こうして、スライド手段によってスライド
ガラスを撮像位置と検水交換位置との間で繰り返しスラ
イドさせ、検水を入れ替えて水中粉体の拡大画像を連続
的に撮像する。

【００１１】またこの発明の水中粉体撮像装置では、ス
ライドガラスにスクレーパを設けることによって、スラ
イドガラスのスライド動作時にスクレーパで撮像容器の
透明窓をスリッド部分を通して拭って汚れが沈着するの
を防止し、水中粉体の鮮明画像を長期にわたって得られ
るようにできる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。

【００１３】図３はこの発明の一実施例の水中粉体撮像
装置の全体的な構造を示しており、この実施例の水中粉
体撮像装置は、大きく分けて、画像検出プローブ１と、
この画像検出プローブ１に付随するアクチュエータ２
と、これらに収容されている各種機器を制御するための
制御室３と、画像検出プローブ１およびアクチュエータ
２と制御室３の間を接続し、画像検出プローブ１および
アクチュエータ２を水中に固定支持する支持管４とから
構成されている。

【００１４】画像検出プローブ１およびアクチュエータ
２は図１および図２に示すような構成になっており、気
密な撮像容器１２と照明容器１３の内部に各種機器を収
容し、かつ撮像容器１２と照明容器１３とをこれらの間
に間隙が形成されるように一体化し、この間隙にプレパ
ラート装置１４を設けた構成となっている。

【００１５】撮像容器１２の底面部には透明窓を構成す
る透明板１５が気密的に取り付けられており、内部に
は、対物レンズを含む拡大光学系２３とこの拡大光学系
２３の拡大像を撮像するテレビカメラ２４とが収容され
ている。

【００１６】照明容器１３の上面部には透明部を構成す
る透明板１６が撮像容器１２側の透明板１５と対向する
ように取り付けられており、内部には、下から順に照明
ランプ２５、熱吸収フィルタ２６、減光フィルタ２７、
色フィルタ２８、および暗視野コンデンサ２９が配列さ
れ、図示されていない固定具によって固定支持されてい
る。したがって、照明ランプ２５からの照明光は、熱吸
収フィルタ２６、減光フィルタ２７を通して暗視野コン
デンサ２９に達し、ここから透明板１６を通って間隙に
出て、さらに撮像容器１２側の透明板１５を通って撮像
容器１２内に入り、拡大光学系２３に達するようにな
る。なお、この暗視野コンデンサ２９は、透明レンズの
上面側の周囲を残して中央部が黒く塗られ、下方の照明
ランプ２５からの光を周囲の透明部分からのみ斜め上方
に出射するようにした（これを暗視野光と称する）もの
であって、この暗視野コンデンサ２９の前に粒子が存在
しなければ真っ暗となり、暗視野コンデンサ２９の前に
何らかの粒子が存在すれば、その粒子を黒い背景の前方
に暗視野光によって明るく照らし出してくっきりと見せ
る働きをする。

【００１７】プレパラート装置１４は、撮像容器１２の
底面部の透明板１５と照明容器１３の上面部の透明板１
６との間の間隙に、ステンレスの薄い肉厚の円盤状のス
リッド板１７と、スペーサ１８と、このスペーサ１８に
施された切欠部分をスライドする直方体のスライドガラ
ス１９と、このスライドガラス１９のスライド動作を行
なわせるシャフト２０と、このシャフト２０を駆動する
電磁アクチュエータ２２とで構成されている。

【００１８】そして、スリッド板１７には、拡大光学系
２３の光軸上と一致する位置に長方形のスリッド３３が
形成されている。またスペーサ１８に施された切欠は、
円周部が広がり、中心部が狭くなる扇形の開口部３４
と、狭くなった中心部に連続する長方形の切込部３５で
構成されており、スライドガラス１９は、この長方形の
切込部３５にちょうど嵌る大きさで、切込部３５から開
口部３４に出入りするようにスライドするようになって
いる。そして、このスライドガラス１９のスライド動作
は、開口部３４と反対側に設けられたシャフト穴３０を
通るシャフト２０のスライド動作によって行なわれ、こ
のシャフト２０のスライド動作は、電磁アクチュエータ
２２による。

【００１９】スペーサ１８にはまた、切込部３５に連通
するように空気穴３１が設けられていて、この空気穴３
１を通して高圧空気を外部から切込部３５に送り込み、
開口部３４から逃がすことにより、検水の交換がなされ
るようになっている。

【００２０】スライドガラス１９のスライド方向の後端
部には、軟質ゴムのような柔軟な材質のスクレーパ２１
が取り付けられており、スペーサ１８の長方形の切込部
３５にスライドガラス１９が存在する状態で、このスク
レーパ２１の先端がスリッド板１７のスリッド３３を通
って撮像容器１２の透明板１５の表面に接触し、スライ
ドガラス１９がスライドするときに透明板１５の表面の
汚れを拭うようになっている。

【００２１】図３に示すように、空気穴３１に接続され
る空気管５１、電磁アクチュエータ２２および照明ラン
プ２５に接続される電源コードを気密的に通している導
管５２は支持管４の内部を通して制御室３に導かれ、所
定の空気系統、電気系統に接続されている。

【００２２】画像検出プローブ１の内部のテレビカメラ
２４、照明ランプ２５、空気穴３１を通ってスペーサ１
８の長方形の切込部３５に噴射する空気量、電磁アクチ
ュエータ２２などの制御を行なうために、支持管４の上
端部に設けられた制御室３には、テレビカメラ制御器３
６と、電源を照明ランプ２５に送る照明制御器３７と、
空気調整装置３８と、アクチュエータ制御器３９が内蔵
されているが、これらはすべてプログラム制御によって
ソフトウェア的に制御するものであり、実際には、図５
に示すようなマイクロコンピュータで成る１つのシーケ
ンス制御装置４０により実現される。すなわち、制御室
３にはエアタンク４１、そのスイッチ４２、電磁バルブ
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３およびポンプ４４が備えられていて、
照明ランプ２５の電源のオン・オフ制御、電磁アクチュ
エータ２２のソレノイドＳ１，Ｓ２のオン・オフ制御、
バルブＶ１〜Ｖ３の開閉制御、エアタンクスイッチ４２
のオン・オフ制御、ポンプ４４のオン・オフ制御それぞ
れがシーケンス制御装置４０によってなされるのであ
る。

【００２３】次に、上記構成の水中粉体撮像装置に動作
について説明する。

【００２４】この実施例の水中粉体撮像装置は、水中の
浮遊微粉体の顕微鏡画像を撮像するために用いられるも
ので、検出対象とする環境水域や水処理設備の水中に図
３に示すようにその検出プローブ１の部分を完全に没す
る状態に設置し、水上の制御室３と支持管４を通して連
結した状態におく。そして、この状態で、図５に示すよ
うに必要な電気系統の接続、空気系統の接続を行ない、
シーケンス制御装置４０によって次の示すシーケンス制
御を行なうことにより、水中の微粉体の浮遊状態を繰り
返し画像検出するのである。

【００２５】すなわち、図６に示すシーケンス図におい
て、まず時刻Ａではアクチュエータ２２のソレノイドＳ
１がオンとなり、これによって駆動されるシャフト２０
が図４（ａ）に示すようにスペーサ１８の開口部３４側
に引かれ、スライドガラス１９が長方形の切込部３５か
ら開口部３４に出た状態でなっていて、この状態で空気
穴３１へ空気を送るバルブＶ２を開き（オンにし）、空
気穴３１から長方形の切込部３５に高圧空気が噴出して
切込部３５に滞留している検水を周囲の水圧に抗して開
口部３４から吹き飛ばし、切込部３５の部分をいったん
空にする。この後、バルブＶ２を閉じ（オフにし）、次
いでバルブＶ３を開いて空気穴３１と長方形の切込５の
部分を大気開放し、周囲の水圧によって新しい検水をこ
の切込部３５の部分に開口部３４から導入する。こうし
て、時刻Ａ〜Ｂの間で検水交換動作（ｉ）が行なわれる
ことになる。

【００２６】続いて、時刻Ｂから、ソレノイドＳ１，Ｓ
２を同期させながら高い周波数で交番させ、プレパラー
ト装置１４内に新たに導入された検水を激しく混合する
ことによって比較的大きな粒径のフロックを細片化して
内部の微生物を開放して水中に浮遊する状態にし、引き
続いて、ソレノイドＳ２は励磁状態に、そしてソレノイ
ドＳ１は消磁状態に移していくことにより、シャフト２
０を後退させ、これに伴ってスライドガラス１９を開口
部３４から長方形の切込部３５内に嵌り込む状態に移行
させていき、時刻Ｂ〜Ｃの間でスライドガラス１９が完
全に切込部３５内に収まった図４（ｂ）に示す状態にな
ると、ソレノイドＳ１を完全に消磁し、時刻Ｃではソレ
ノイドＳ２も消磁し、全体を静止状態にする（図６にお
ける（ii）の動作）。この図４（ｂ）に示す状態では、
スライドガラス１９の上面と撮像容器１２の透明板１５
との間にスリッド板１７の長方形のスリッド３３によっ
て狭い空間が形成され、この狭い空間に検水が固定され
ることになる。

【００２７】こうして検水の固定がなされたならば、次
に、照明ランプ２５を点灯し、暗視野コンデンサ２９に
よってスライドガラス１８を通してスリッド３３の部分
に固定されている検水に暗視野光を照射し、上方からテ
レビカメラ２４と拡大光学系２３により透明板１５を通
してスリッド３３部分の検水の顕微鏡画像を撮像し、こ
の画像を制御室３に伝送する（図６に示す（ iii）動
作）。このテレビカメラ２４による撮像時には、暗視野
コンデンサ２９によって検水中に浮遊している糸状菌そ
の他の微粉体は明るく照らし出され、他の部分は真っ暗
な背景となり、微粉体の浮遊状態の明瞭な画像を得るこ
とができる。

【００２８】こうして、図６に示すシーケンス制御にお
いて、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａ′と周期的に（ｉ）〜（ ii
i）の動作を繰り返すことにより、水中の微粉体の浮遊
状態の特徴を画像として周期的に、かつ自動的に検出
し、後の水質解析に供することができる。なお、この場
合、スライドガラス１９の動きに従ってスクレーパ２１
はスリッド３３の部分を通して撮像容器１２の透明窓１
５をスライドし、そこに付着する物質を拭う働きをし、
長期にわたって透明窓１５の透明度を維持し、良質な画
像が得られるようになる。

【００２９】この発明は上記の実施例に限定されること
はなく、制御室３の操作パネルに自動・手動切換スイッ
チと、手動操作時に操作するバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３の
操作スイッチ、ソレノイドＳ１，Ｓ２の励磁・消磁スイ
ッチ、照明ランプ２５のオン・オフスイッチ、テレビカ
メラ２４の撮像操作スイッチなどの必要なスイッチ類と
を設け、手動操作によっても上記の一連の操作を行なえ
るようにしてもよい。

【００３０】また上記実施例では、スライドガラス１９
をスライド動作させるために、このスライドガラス１９
に連結したシャフト２０を電磁アクチュエータ２２で駆
動するようにしているが、スライドガラス１９のスライ
ド駆動手段は特に限定されることがなく、例えば、図７
に示すように、エアシリンダ６１によって駆動されるピ
ストン６２にシャフト２０を連結したエアアクチュエー
タ６０で構成することも可能である。そして、エアアク
チュエータ６０を用いる場合には、このアクチュエータ
６０のピストン押し出し側と引き込み側のエア室６３，
６４それぞれに空気を送り込むための空気管６５，６６
が接続され、この空気管６５，６６を通して、図５に示
すシーケンス制御装置４０によってエアタンク４１から
空気を送り込み、あるいは排出させる空気系統を設ける
ことになる。またスライドガラス１９をスペーサ１８の
長方形の切込部３５で振動させて検水中のフロックを細
断化するためには、エアシリンダ６１に接続される空気
管６４，６６それぞれの途中に交互にオン・オフを繰り
返すピンチバルブ６７，６８を設け、そのピンチバルブ
６７，６８それぞれの高速な開閉によってピストン６
２、シャフト２０およびスライドガラス１９を振動させ
るようにする。

【００３１】またさらに、上記実施例では照明として暗
視野光を用いたが、これに限定されることはなく、例え
ば、照明容器１３側に照明ランプとして水銀ランプを収
容し、これに蛍光波長のみを通過させる蛍光パスフィル
タを通し（この場合、さらに暗視野コンデンサに通すよ
うにしてもよいし、暗視野コンデンサを用いなくてもよ
い）、透明板１６からプレパラート装置１４のスリッド
３３の部分の検水に蛍光を照射し、撮像容器１２側で蛍
光顕微鏡画像を得るようにしてもよい。また、位相差顕
微鏡技術を利用し、照明容器１３側の照明ランプとして
タンタグステンランプ、あるいはハロゲンランプを用
い、この照明を位相差コンデンサに通し、この位相差処
理された光を透明板１６からプレパラート装置１４のス
リッド３３の部分の検水に照射し、また撮像容器１２側
では拡大光学系２３の対物レンズに位相差レンズを用い
ることによって、テレビカメラ２４に位相差顕微鏡像を
撮像させるようにしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、照明容
器と撮像容器との間の間隙から検水をプレパラート装置
に導入し、スライドガラスを検水交換位置にしてスリッ
ドの部分に検水を導入し、続いてスライドガラスを撮像
位置までスライドさせることにより、スリッド内に検水
を固定し、この状態で、照明装置からの照明を照明容器
の透明部、スライドガラス、スリッド部分、撮像容器の
透明窓を通して拡大撮像装置に達しさせ、拡大撮像装置
によってスリッド内の検水中の浮遊粉体を拡大撮像し、
以上の１回の撮像が終了すれば、スライドガラスを撮像
位置から検水交換位置にスライドさせることによって、
水圧で検水を外部から間隙に入り込ませ、さらにスリッ
ド部分まで入り込ませ、スリッド部分の検水をそれまで
のものと入れ替えさせ、再びスライドガラスを検水交換
位置から撮像位置にスライドさせることにより、スリッ
ド部分に新しい検水を固定し、次回の水中粉体の撮像を
行なうようにしているので、スライドガラスを撮像位置
と検水交換位置との間で繰り返しスライドさせ、検水を
入れ換えて水中粉体の拡大画像を連続的に撮像すること
ができ、加えて、狭いスリッド部分に検水を固定して撮
像するために、検水中に浮遊する微粉体の微細な形状を
壊さずに、鮮明に撮像することができ、その後の画像解
析による特徴判定をスムーズに行なわせることができる
水中微粉体の鮮明な拡大画像を連続的に得ることができ
る。

【００３３】またこの発明によれば、スライドガラスに
スクレーパを設けることによって、スライドガラスのス
ライド動作時にスクレーパで撮像容器の透明窓をスリッ
ド部分を通して拭うようにしているので、撮像容器の透
明窓に汚れが沈着するのを防止し、水中粉体の鮮明画像
が長期にわたって安定して得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の検出プローブの縦断面
図。

【図２】上記実施例の検出プローブの水平断面図。

【図３】上記実施例の全体構成を示す正面図。

【図４】上記実施例のスライドガラスの動作を示す説明
図。

【図５】上記実施例のシーケンス制御部の系統図。

【図６】上記シーケンス制御動作を示すタイミングチャ
ート。

【図７】この発明の他の実施例で使用されるエアアクチ
ュエータの構成を示す説明図。

【符号の説明】

１２ 撮像容器 １３ 照明容器 １４ プレパラート装置 １５ 透明板 １６ 透明板 １７ スリッド板 １８ スペーサ １９ スライドガラス ２０ シャフト ２１ スクレーパ ２２ 電磁アクチュエータ ２３ 拡大光学系 ２４ テレビカメラ ２５ 照明ランプ ２９ 暗視野コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田口 清 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会 社東芝 本社事務所内 (56)参考文献 特開 平４−71692（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−71651（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/225 G01N 15/00 G01N 15/06 H04N 7/18 C02F 1/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明装置が収容され、この照明装置から
   の光が透過するように一部に透明部が形成された照明容
   器、 拡大像を撮像するための撮像装置が収容され、前記照明
   容器の透明部と対向する部分にこの撮像装置に照明光が
   入射するように透明窓が形成された撮像容器、および、 前記照明容器の透明部と撮像容器の透明窓との間に形成
   され、一部が外部と連通する間隙において、前記撮像容
   器の透明窓に固定され、前記撮像装置の光軸と対応する
   位置にスリッドが形成された肉厚の薄いスリッド板と、
   前記スリッド内に検水を固定する撮像位置と前記スリッ
   ドを開放する検水交換位置との間をスライドするスライ
   ドガラスと、前記スライドガラスを前記撮像位置と検水
   交換位置との間でスライドさせるスライド手段とで構成
   されるプレパラート装置を備えて成る水中粉体撮像装
   置。
2. 【請求項２】 スライドガラスに、そのスライド動作時
   にスリッド板のスリッドを通して撮像容器の透明窓に接
   触するスクレーパを取り付けて成る請求項１に記載の水
   中粉体撮像装置。