JP4863083B2 - 粒径計測装置 - Google Patents
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Description
粒子が混入された流体を第1軸方向(x)に流下させる微小流路(2a)と、
該第1軸方向に略直交する第3軸方向(z)を撮影するように配置されて、前記微小流路(2a)を流下される粒子を撮影する撮影手段(6)と、
前記微小流路(2a)を流下される流体の流量を測定する流量測定手段(4)と、
前記撮影手段(6)が撮影した画像データ(GD)に基づき画像上での見掛けの粒径(de’)を算出する第1粒径算出手段(70)と、
前記画像データ(GD)に基づき粒子の流速(u)を算出する流速算出手段(71)と、
粒子についての、前記第1軸方向及び前記第3軸方向に略直交する第2軸方向(y)に関する位置を前記画像データ(GD)から測定する第2軸方向位置測定手段(72)と、
前記流量測定手段(4)、前記流速算出手段(71)及び前記第2軸方向位置測定手段(72)の算出結果と、前記微小流路(2a)を流れる流体についてのナビエ・ストークスの方程式とに基づき、粒子の第3軸方向位置を算出する第3軸方向位置算出手段(73)と、
該第3軸方向位置算出手段(73)の算出結果に基づき、前記撮影手段(6)の焦点面(図5の符号60a参照)を基準とした粒子の第3軸方向(z)についてのズレ量(Δz)を算出するズレ量算出手段(74)と、
該ズレ量算出手段(74)の算出結果に基づき粒子の像のボケ度を予測するボケ度予測手段(75)と、
該ボケ度予測手段(75)の予測結果に基づき前記見掛けの粒径(de’)を補正する第2粒径算出手段(76)と、を備えたことを特徴とする。
粒子が混入された流体を第1軸方向(x)に流下させる微小流路(2a)と、
該第1軸方向に略直交する第3軸方向(z)を撮影するように配置されて、前記微小流路(2a)を流下される粒子を撮影する撮影手段(6)と、
前記微小流路(2a)を流下される流体の流量を測定する流量測定手段(4)と、
前記撮影手段(6)が撮影した画像データ(GD)に基づき画像上での見掛けの粒径(de’)を算出する第1粒径算出手段(70)と、
前記画像データ(GD)に基づき粒子の流速(u)を算出する流速算出手段(71)と、
粒子についての、前記第1軸方向及び前記第3軸方向に略直交する第2軸方向(y)に関する位置を前記画像データ(GD)から測定する第2軸方向位置測定手段(72)と、
前記流量測定手段(4)、前記流速算出手段(71)及び前記第2軸方向位置測定手段(72)の算出結果と、前記微小流路(2a)を流れる流体についてのナビエ・ストークスの方程式とに基づき、粒子の第3軸方向位置を算出する第3軸方向位置算出手段(73)と、
該第3軸方向位置算出手段(73)の算出結果に基づき、前記撮影手段(6)の焦点面(図5の符号60a参照)を基準とした粒子の第3軸方向(z)についてのズレ量(Δz)を算出するズレ量算出手段(74)と、
前記見掛けの粒径(de’)と前記ズレ量(Δz)と下式とから粒径(dp)を算出する第3粒径算出手段(77)と、を備えたことを特徴とする。
・ 液体、
・ 気体、
・ 液体−気体の混相流体、
・ 液体−固体の混相流体、
・ 気体−固体の混相流体、又は
・ 液体−気体−固体の混相流体
を言う。本発明は、例えば、血液中の血小板の粒径を計測するために用いることができる。その血液中には血漿や血小板や赤血球や白血球が存在するが、その場合には、血漿が前記液体に該当し、血小板が前記粒子に該当し、赤血球が前記固体に該当することとなり、血液自体は液体−気体−固体の混相流体に該当することとなる。
・ 前記撮影手段6が撮影した画像データGDに基づき画像上での見掛けの粒径de’を算出する第1粒径算出手段70と、
・ 前記画像データGDに基づき粒子の流速uを算出する流速算出手段71と、
・ 粒子についての第2軸方向yに関する位置を前記画像データGDから測定する第2軸方向位置測定手段72と、
を設けておくと良い。
・ 前記流量測定手段4、前記流速算出手段71及び前記第2軸方向位置測定手段72の算出結果と、前記微小流路2aを流れる流体についてのナビエ・ストークス(Navier−Stokes)の方程式とに基づき、粒子の第3軸方向位置zを算出する第3軸方向位置算出手段73(図1参照。詳細は後述する)と、
・ 該第3軸方向位置算出手段73の算出結果に基づき、前記撮影手段6の焦点面60aを基準とした粒子の第3軸方向についてのズレ量Δzを算出するズレ量算出手段74と、
・ 該ズレ量算出手段74の算出結果に基づき粒子の像のボケ度(見掛けの粒径de’と実際の粒径との相対的な比率)を予測するボケ度予測手段75と、
・ 該ボケ度予測手段75の予測結果に基づき前記見掛けの粒径de’を補正する第2粒径算出手段76と、
を設けることによって、焦点面60Aからの粒子のズレ量Δzに伴う補正を行なうようにしている。なお、説明の便宜上、第2粒径算出手段76によって補正された粒径dpを“補正済み粒径”と称することとする。
)との関係は図7に示すようになり、流速算出手段71の演算結果uに基づき第3軸方向位置zが算出されることとなる。
市販の粒子(直径が2μmの粒子)が混入された試料を前記粒径計測装置1により計測してみた。粒径の分布は本来はガウス分布に一致するはずであるが、前記第2粒径算出手段76等による補正を行なわなかった場合の解析結果は図8(a) の棒グラフのようになり、ガウス分布(破線)には一致しなかった。これに対し、前記第2粒径算出手段76等による補正を行なった場合の解析結果は図8(b)
の棒グラフのようになり、ガウス分布(破線)に一致することとなり、測定精度の高さを確認した。
4種類の試料、すなわち、
・ 径が2μmのポリスチレン・ラテックス粒子を流体に混入したもの
・ 径が5μmのポリスチレン・ラテックス粒子を流体に混入したもの
・ 径が10μmのポリスチレン・ラテックス粒子を流体に混入したもの
・ 径が20μmのポリスチレン・ラテックス粒子を流体に混入したもの
を用意し、上述の粒径計測装置1により各試料の粒径を計測した。その結果は、図9に示すようになり、本装置の計測精度が高いことが分った。
2a 微小流路
4 流量測定手段
6 撮影手段
60a 焦点面
70 第1粒径算出手段
71 流速算出手段
72 第2軸方向位置測定手段
73 第3軸方向位置算出手段
74 ズレ量算出手段
75 ボケ度予測手段
76 第2粒径算出手段
77 第3粒径算出手段
701 面積算出部
702 粒径演算部
de’ 見掛けの粒径
dp 補正済み粒径
GD 画像データ
u 流速
x 第1軸方向
y 第2軸方向
z 第3軸方向
Δz ズレ量
Claims (8)
- 流体に混入された粒子の粒径を計測する粒径計測装置において、
粒子が混入された流体を第1軸方向に流下させる微小流路と、
該第1軸方向に略直交する第3軸方向を撮影するように配置されて、前記微小流路を流下される粒子を撮影する撮影手段と、
前記微小流路を流下される流体の流量を測定する流量測定手段と、
前記撮影手段が撮影した画像データに基づき画像上での見掛けの粒径を算出する第1粒径算出手段と、
前記画像データに基づき粒子の流速を算出する流速算出手段と、
粒子についての、前記第1軸方向及び前記第3軸方向に略直交する第2軸方向に関する位置を前記画像データから測定する第2軸方向位置測定手段と、
前記流量測定手段、前記流速算出手段及び前記第2軸方向位置測定手段の算出結果と、前記微小流路を流れる流体についてのナビエ・ストークスの方程式とに基づき、粒子の第3軸方向位置を算出する第3軸方向位置算出手段と、
該第3軸方向位置算出手段の算出結果に基づき、前記撮影手段の焦点面を基準とした粒子の第3軸方向についてのズレ量を算出するズレ量算出手段と、
該ズレ量算出手段の算出結果に基づき粒子の像のボケ度を予測するボケ度予測手段と、
該ボケ度予測手段の予測結果に基づき前記見掛けの粒径を補正する第2粒径算出手段と、
を備えたことを特徴とする粒径計測装置。 - 流体に混入された粒子の粒径を計測する粒径計測装置において、
粒子が混入された流体を第1軸方向に流下させる微小流路と、
該第1軸方向に略直交する第3軸方向を撮影するように配置されて、前記微小流路を流下される粒子を撮影する撮影手段と、
前記微小流路を流下される流体の流量を測定する流量測定手段と、
前記撮影手段が撮影した画像データに基づき画像上での見掛けの粒径を算出する第1粒径算出手段と、
前記画像データに基づき粒子の流速を算出する流速算出手段と、
粒子についての、前記第1軸方向及び前記第3軸方向に略直交する第2軸方向に関する位置を前記画像データから測定する第2軸方向位置測定手段と、
前記流量測定手段、前記流速算出手段及び前記第2軸方向位置測定手段の算出結果と、前記微小流路を流れる流体についてのナビエ・ストークスの方程式とに基づき、粒子の第3軸方向位置を算出する第3軸方向位置算出手段と、
該第3軸方向位置算出手段の算出結果に基づき、前記撮影手段の焦点面を基準とした粒子の第3軸方向についてのズレ量を算出するズレ量算出手段と、
前記見掛けの粒径と前記ズレ量と下式とから粒径dpを算出する第3粒径算出手段と、
を備えたことを特徴とする粒径計測装置。
- 前記式は下式である、
ことを特徴とする請求項2に記載の粒径計測装置。
- 前記第1粒径算出手段は、前記画像データに基づき粒子の面積Sを算出する面積算出部と、該面積算出部が算出した面積Sと下式とに基づき前記見掛けの粒径de’を演算する粒径演算部と、からなる、
- 前記微小流路は、前記流体が層流状態で流下される形状である、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の粒径計測装置。 - 前記流量測定手段は、前記微小流路から流れ出た流体を収容する収容容器と、該収容容器に収容された流体の重量を測定する重量測定部と、該重量測定部による測定結果と時間データとに基づき流量を演算する流量演算部と、からなる、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の粒径計測装置。 - デコンボルーション処理を行なうことにより光の回折現象に伴う誤差を補正する第4粒径算出手段、
を備えたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の粒径計測装置。 - 前記流体は、液体、気体、液体−気体の混相流体、液体−固体の混相流体、気体−固体の混相流体、又は液体−気体−固体の混相流体である、
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の粒径計測装置。
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