JP5849503B2 - Particle observation device and manipulation device - Google Patents

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Description

本発明は、流体中の粒子を観察する観察装置、粒子を分離する分離装置及び粒子を制御するマニピュレート装置に関する。   The present invention relates to an observation device that observes particles in a fluid, a separation device that separates particles, and a manipulation device that controls particles.

近年、ドラッグデリバリー等で磁性体の微粒子の利用について研究開発され、磁性微粒子の観察や制御についても研究開発が進められている。これに対し、微粒子の扱いが困難であるため、微粒子について制御だけでなく、観察も困難である。   In recent years, research and development has been conducted on the use of magnetic fine particles in drug delivery and the like, and research and development has been promoted on observation and control of magnetic fine particles. On the other hand, since it is difficult to handle fine particles, it is difficult not only to control fine particles but also to observe them.

例えば、磁性体の観察には、磁力支持天秤が利用されている。磁力支持天秤を利用した方法では、観察対象である磁性体を内部に有する模型を空間中に電磁力で非接触で静止させ、外力と電磁力をつり合わせて既知の電磁力から外力を把握している(例えば、特許文献1参照)。ここで、磁力支持天秤の観察対象となる磁性体は、具体的には、軟磁性体や永久磁石である。   For example, a magnetic support balance is used for observing the magnetic material. In the method using a magnetic support balance, a model having a magnetic material to be observed is stationary in a non-contact manner by electromagnetic force in the space, and the external force and electromagnetic force are balanced to grasp the external force from the known electromagnetic force. (For example, refer to Patent Document 1). Here, the magnetic body to be observed by the magnetic force support balance is specifically a soft magnetic body or a permanent magnet.

特許第4001236号公報Japanese Patent No. 4001236

しかしながら、この磁力支持天秤を利用した方法でも、目視で観察できないようなμmオーダーやnmオーダの磁性微粒子を観察することは困難であった。また、磁界をかけながらこのような磁性微粒子の磁気特性や駆動特性を観察することが困難であるため、磁性微粒子を制御することはさらに困難であった。   However, even with a method using this magnetic support balance, it has been difficult to observe magnetic microparticles on the order of μm or nm, which cannot be visually observed. Further, it is difficult to control the magnetic fine particles because it is difficult to observe the magnetic characteristics and drive characteristics of such magnetic fine particles while applying a magnetic field.

さらに、磁力支持天秤を利用して観察対象とする磁性体が軟磁性体の場合、永久磁石のようにN極とS極が固定されていない。したがって、外部磁界の方向によって磁気モーメントが回転し、N極とS極の位置が変化し、軟磁性体を回転させずに静止させることが難しく、観察が困難であった。   Further, when the magnetic body to be observed using a magnetic support balance is a soft magnetic body, the N pole and the S pole are not fixed as in the permanent magnet. Therefore, the magnetic moment is rotated according to the direction of the external magnetic field, the positions of the N pole and the S pole are changed, and it is difficult to stand the soft magnetic body without rotating, and observation is difficult.

上記課題に鑑み、磁性微粒子を容易に観察する粒子観察装置、磁性微粒子を分離する分離装置及び磁性微粒子を制御するマニピュレート装置を提供することを目的としている。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a particle observation device that easily observes magnetic fine particles, a separation device that separates magnetic fine particles, and a manipulation device that controls magnetic fine particles.

上記目的を達成するために、本発明に係る粒子観察装置は、内部に磁性微粒子を含む流体が存在する観察セルと、前記観察セル内の磁性微粒子の画像を連続して撮像する撮像装置と、前記撮像装置で撮像された画像から磁性微粒子の座標と断面積を求める演算部と、前回撮像された画像における追尾の対象の磁性微粒子である追尾粒子の座標及び断面積と、新たに撮像された画像から前記演算部で求められた磁性微粒子の座標及び断面積とを比較して、追尾粒子を追尾する追尾部と、前記撮像装置で撮像された画像を表示装置に表示するとともに、前記表示装置に表示される画像上で前記追尾部が追尾した追尾粒子にマークを表示する表示処理部と、前記観察セルが存在する観察領域内の磁界を調整可能な磁力線を発生させる磁力発生部と、前記観察セル内の流体が静止した状態で、追尾粒子を所定の目標位置に把持させる磁力線を発生させる制御値を出力して前記磁力発生部を制御する粒子移動制御部と、前記撮像装置で異なる方向から撮像された追尾粒子の複数の画像から求めた当該追尾粒子の体積と、前記粒子移動制御部が求めた制御値から求めた当該追尾粒子に与えられる重力と、前記観察領域に磁性微粒子が配置されない状態で予め測定された前記観察領域の磁界分布とを利用して当該追尾粒子の磁気特性を求める特性演算部とを備えることを特徴とする
また、本発明に係る粒子観察装置は、内部に磁性微粒子を含む流体が存在する観察セルと、前記観察セル内の磁性微粒子の画像を連続して撮像する撮像装置と、前記撮像装置で撮像された画像から磁性微粒子の座標と断面積を求める演算部と、前回撮像された画像における追尾の対象の磁性微粒子である追尾粒子の座標及び断面積と、新たに撮像された画像から前記演算部で求められた磁性微粒子の座標及び断面積とを比較して、追尾粒子を追尾する追尾部と、前記撮像装置で撮像された画像を表示装置に表示するとともに、前記表示装置に表示される画像上で前記追尾部が追尾した追尾粒子にマークを表示する表示処理部と、前記観察セルが存在する観察領域内の磁界を調整可能な磁力線を発生させる磁力発生部と、追尾粒子を所定の目標位置に把持させる磁力線を発生させる制御値を出力して前記磁力発生部を制御する粒子移動制御部と、前記粒子移動制御部が求めた制御値を利用して追尾粒子に作用する作用力を求めて出力する作用力演算部と、を備え、前記粒子移動制御部は、追尾粒子を追尾する前段階に追尾粒子を確認するための制御値として矩形波の電流を前記磁力発生部に出力することを特徴とする
また、本発明に係る粒子観察装置は、内部に磁性微粒子を含む流体が存在する観察セルと、前記観察セル内の磁性微粒子の画像を連続して撮像する撮像装置と、前記撮像装置で撮像された画像から磁性微粒子の座標と断面積を求める演算部と、前記演算部で演算された各磁性微粒子の座標と断面積とを蓄積した追尾データを記憶する記憶部と、前記追尾データに含まれる磁性微粒子の座標及び断面積と、新たに撮像された画像から前記演算部で求められた磁性微粒子の座標及び断面積を比較して、各磁性微粒子の軌跡を求める追尾部と、前記撮像装置で撮像された画像を表示装置に表示するとともに、前記表示装置に表示される画像上で各磁性微粒子の軌跡を磁気勾配として表示する表示処理部とを備えることを特徴とする
さらに、本発明に係るマニピュレート装置は、内部で磁性微粒子が制御される制御セルと、前記制御セル内の磁性微粒子の画像を連続して撮像する撮像装置と、前記撮像装置で撮像された画像から磁性微粒子の座標と断面積を求める演算部と、前回撮像された画像における制御の対象の磁性微粒子である対象粒子の座標及び断面積と、新たに撮像された画像から前記演算部で求められた磁性微粒子の座標及び断面積とを比較して対象微粒子を追尾する追尾部と、前記制御セル内の磁界を調整可能な磁力線を発生させる磁力発生部と、
前記制御セル内で対象粒子の位置を移動させて制御する磁力線を発生させる制御値を出力して前記磁力発生部を制御する粒子移動制御部とを備えることを特徴とする
In order to achieve the above object, a particle observation apparatus according to the present invention includes an observation cell in which a fluid containing magnetic fine particles exists, an imaging device that continuously takes images of magnetic fine particles in the observation cell, and The calculation unit for obtaining the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles from the image picked up by the image pickup device, the coordinates and cross-sectional area of the tracking particles that are the magnetic fine particles to be tracked in the image picked up last time, and the newly picked-up image Comparing the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles determined by the calculation unit from the image, the tracking unit for tracking the tracking particles, and displaying the image captured by the imaging device on the display device, and the display device a magnetic force generating unit and the tracking unit on an image to generate a display processing unit for displaying a mark on the tracking particles tracking, adjustable magnetic field lines of the magnetic field in the observation region where the observation cell exists that is displayed in, The particle movement control unit for controlling the magnetic force generation unit by outputting a control value for generating a magnetic force line for gripping the tracking particles at a predetermined target position while the fluid in the observation cell is stationary differs from the imaging device. Volume of the tracking particle obtained from a plurality of images of the tracking particle imaged from the direction, gravity given to the tracking particle obtained from the control value obtained by the particle movement control unit, and magnetic fine particles in the observation region And a characteristic calculator that obtains the magnetic characteristics of the tracking particles by using the magnetic field distribution of the observation region measured in advance without being arranged .
Further, the particle observation apparatus according to the present invention is imaged by an observation cell in which a fluid containing magnetic fine particles is present, an imaging device that continuously takes images of the magnetic fine particles in the observation cell, and the imaging device. The calculation unit for obtaining the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles from the captured image, the coordinates and cross-sectional area of the tracking particle that is the magnetic fine particle to be tracked in the previous image, and the calculation unit from the newly captured image On the image displayed on the display device, the tracking unit for tracking the tracking particle and the image captured by the imaging device are displayed on the display device by comparing the obtained coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles. A display processing unit that displays a mark on the tracking particles tracked by the tracking unit, a magnetic force generation unit that generates a magnetic field line that can adjust the magnetic field in the observation region where the observation cell exists, and the tracking particles for a predetermined target A particle movement control unit that outputs a control value for generating a magnetic force line to be gripped by the device to control the magnetic force generation unit, and an action force that acts on the tracking particles using the control value obtained by the particle movement control unit An output force calculating unit, and the particle movement control unit outputs a rectangular wave current to the magnetic force generation unit as a control value for confirming the tracking particle before tracking the tracking particle. It is characterized by .
Further, the particle observation apparatus according to the present invention is imaged by an observation cell in which a fluid containing magnetic fine particles is present, an imaging device that continuously takes images of the magnetic fine particles in the observation cell, and the imaging device. Included in the tracking data, a calculation unit for obtaining the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles from the captured image, a storage unit for storing tracking data in which the coordinates and cross-sectional area of each magnetic fine particle calculated in the calculation unit are stored By comparing the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles with the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles obtained by the calculation unit from the newly imaged image, the tracking unit for obtaining the locus of each magnetic fine particle, and the imaging device And a display processing unit that displays a captured image on a display device and displays a locus of each magnetic fine particle as a magnetic gradient on the image displayed on the display device .
Furthermore, a manipulation device according to the present invention includes a control cell in which magnetic fine particles are controlled, an imaging device that continuously captures images of magnetic fine particles in the control cell, and an image captured by the imaging device. The calculation unit that obtains the coordinates and the cross-sectional area of the magnetic fine particles, the coordinates and cross-sectional area of the target particles that are the magnetic fine particles to be controlled in the previously captured image, and the newly-captured image were obtained by the calculation unit. A tracking unit for tracking the target particle by comparing the coordinates and cross-sectional area of the magnetic particle, a magnetic force generation unit for generating a magnetic force line capable of adjusting the magnetic field in the control cell,
And a particle movement control unit for controlling the magnetic force generation unit by outputting a control value for generating a magnetic force line to be controlled by moving the position of the target particle in the control cell .

また、本発明に係る分離装置は、複数の流路を備え、流入部から流入した流体を各流路に備えられる複数の流出部から流出する分離セルと、前記分離セル内の流体が含む磁性微粒子の画像を連続して撮像する撮像装置と、前記撮像装置で撮像された画像から磁性微粒子の座標と断面積を求める演算部と、前回撮像された画像における分離の対象の磁性微粒子である対象粒子の座標及び断面積と、新たに撮像された画像から前記演算部で求められた磁性微粒子の座標及び断面積とを比較して対象粒子を追尾する追尾部と、前記分離セル内の磁界を調整可能な磁力線を発生させる磁力発生部と、前記追尾部で追尾される対象粒子を対象粒子流出用の流出部まで移動させる磁力線を発生させる制御値を出力して前記磁力発生部を制御する粒子移動制御部とを備えることを特徴とする。 In addition, the separation device according to the present invention includes a plurality of flow paths, a separation cell that flows out of a plurality of outflow sections provided in each flow path, and a magnetic fluid contained in the separation cell. An imaging device that continuously captures images of fine particles, a calculation unit that obtains the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles from the image captured by the imaging device, and a target that is a magnetic fine particle to be separated in the previously captured image A tracking unit for tracking the target particle by comparing the coordinates and cross-sectional area of the particle with the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particle obtained by the calculation unit from a newly captured image, and the magnetic field in the separation cell Particles that control the magnetic force generation unit by outputting a control value that generates a magnetic force generation unit that generates an adjustable magnetic force line and a magnetic force line that moves the target particles tracked by the tracking unit to the outflow unit for the target particle outflow Movement system Characterized in that it comprises a part.

本発明によれば、移動する粒子を容易に観察し、分離し、又は制御することができる。   According to the present invention, moving particles can be easily observed, separated, or controlled.

第1実施形態に係る粒子観察装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a particle observation apparatus according to a first embodiment. 観察セルの観察部近傍の左側面図である。It is a left view of the observation part vicinity of an observation cell. コイルから発生する磁力線の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the line of magnetic force generated from a coil. 別のコイルから発生する磁力線の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the line of magnetic force generated from another coil. 追尾観察処理の一例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an example of a tracking observation process. 作用力観察処理の一例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an example of action force observation processing. 粒子観察装置で撮影された画像群の一例である。It is an example of the image group image | photographed with the particle | grain observation apparatus. 粒子観察装置で撮影された画像群の他の例である。It is another example of the image group image | photographed with the particle | grain observation apparatus. 観察対象の粒子の座標変化を表す図である。It is a figure showing the coordinate change of the particle | grains of observation object. コイルに与えられる電流量の変化を表す図である。It is a figure showing the change of the electric current amount given to a coil. 粒子に作用する力の変化を説明する図である。It is a figure explaining the change of the force which acts on particle | grains. 第2実施形態に係る粒子観察装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the particle observation apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 特性観察処理の一例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an example of a characteristic observation process. 第3実施形態に係る粒子観察装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the particle observation apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 磁気勾配観察処理の一例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an example of a magnetic gradient observation process. 第4実施形態に係る分離装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the separation apparatus which concerns on 4th Embodiment. セルの一例の概略図である。It is the schematic of an example of a cell. 分離処理の一例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an example of a separation process. 第5実施形態に係るマニピュレート装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the manipulation apparatus which concerns on 5th Embodiment.

以下に、図面を参照して、本発明の各実施形態について説明する。以下の説明において、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

〈第1実施形態〉
図1及び図2を用いて、第1実施形態に係る粒子観察装置1Aについて説明する。第1実施形態に係る粒子観察装置1Aは、液体(流体)102中の粒子101を観察するものである。この粒子101は、磁性体の粒子である。また、粒子101は微粒子であり、例えば、1μm以下の粒子である。
<First Embodiment>
A particle observation apparatus 1A according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. The particle observation apparatus 1A according to the first embodiment observes particles 101 in a liquid (fluid) 102. The particles 101 are magnetic particles. The particle 101 is a fine particle, for example, a particle of 1 μm or less.

図1は、第1実施形態に係る粒子観察装置1Aの全体構成図であり、図2は、粒子観察装置1Aの観察セル2の観察部22近傍の左側面図である。なお、図1における点線で結んだ観察部22近傍の図は、正面図である。以下の説明において、図1の矢印で示す上下左右を、点線枠内の上下左右方向とする。また、図1の紙面表方向を、点線枠内の前方とする(図2参照)。   FIG. 1 is an overall configuration diagram of the particle observation apparatus 1A according to the first embodiment, and FIG. 2 is a left side view of the vicinity of the observation unit 22 of the observation cell 2 of the particle observation apparatus 1A. In addition, the figure of the observation part 22 vicinity connected with the dotted line in FIG. 1 is a front view. In the following description, the vertical and horizontal directions indicated by the arrows in FIG. 1 are the vertical and horizontal directions in the dotted frame. Also, the surface direction in FIG. 1 is the front in the dotted frame (see FIG. 2).

図1に示すように、粒子観察装置1Aは、観察セル2と、光照射部3と、粒子移動部4と、撮像装置5と、処理装置6Aと、表示装置8と、制御装置9とを備えている。   As shown in FIG. 1, the particle observation apparatus 1A includes an observation cell 2, a light irradiation unit 3, a particle moving unit 4, an imaging device 5, a processing device 6A, a display device 8, and a control device 9. I have.

観察セル2は、観察対象の粒子101とともに、液体102を流すためのものである。観察セル2は、光を透過可能な樹脂又はガラスからなる。図2に示すように、観察セル2は、流入部21と、観察部22と、流出部23とを有する。流入部21、観察部22及び流出部23は、一体的に構成されている。流入部21、観察部22及び流出部23には、流体の流路が一連に形成されている。粒子101を含む液体102は、流入部21、観察部22、流出部23へと流れる。また、流入部21にはポンプ24が接続されており、ポンプ24によって観察セル2に送り込む液体102の流速をコントロールすることが可能である。図2に示す例では、観察部22は、正面視にて長方形状に形成されている。   The observation cell 2 is for flowing the liquid 102 together with the particles 101 to be observed. The observation cell 2 is made of resin or glass that can transmit light. As shown in FIG. 2, the observation cell 2 includes an inflow portion 21, an observation portion 22, and an outflow portion 23. The inflow part 21, the observation part 22, and the outflow part 23 are integrally configured. In the inflow part 21, the observation part 22, and the outflow part 23, a fluid flow path is formed in series. The liquid 102 containing the particles 101 flows to the inflow part 21, the observation part 22, and the outflow part 23. In addition, a pump 24 is connected to the inflow portion 21, and the flow rate of the liquid 102 fed into the observation cell 2 by the pump 24 can be controlled. In the example illustrated in FIG. 2, the observation unit 22 is formed in a rectangular shape when viewed from the front.

光照射部3は、観察セル2の観察部22の粒子101にシート状の光Lbを照射するものである。光照射部3は、発光部31と、ビームエキスパンダ32と、反射部材33と、受光部34とを備えている。   The light irradiation unit 3 irradiates the particles 101 of the observation unit 22 of the observation cell 2 with the sheet-like light Lb. The light irradiation unit 3 includes a light emitting unit 31, a beam expander 32, a reflecting member 33, and a light receiving unit 34.

発光部31は、粒子101を照射するため光Laの光源である。発光部31には、例えば、ハロゲンランプ等の白色光源、又はレーザ光源を利用することができる。白色光源を利用した場合、粒子の輪郭が明りょうとなり、粒子101の断面積をより正確に求めることができるが、粒子径nmの粒子は光の波長とカメラの解像度の問題により観察することはできない。これに対し、レーザ光源を利用した場合、粒子101からの散乱光により粒子101が粒子径より大きく見えるようになるため、断面積を正確に特定することはできないが、粒子径nmの粒子の位置を観察することができる。したがって、粒子観察装置1Aでは、目的に応じて白色光源又はレーザ光源を選択して発光部31に使用する。   The light emitting unit 31 is a light source of the light La for irradiating the particles 101. For the light emitting unit 31, for example, a white light source such as a halogen lamp or a laser light source can be used. When a white light source is used, the outline of the particle becomes clear and the cross-sectional area of the particle 101 can be obtained more accurately. However, it is difficult to observe particles having a particle diameter of nm due to the problem of the wavelength of light and the resolution of the camera. Can not. On the other hand, when the laser light source is used, the particle 101 appears to be larger than the particle diameter due to the scattered light from the particle 101, and thus the cross-sectional area cannot be accurately specified. Can be observed. Therefore, in the particle observation apparatus 1A, a white light source or a laser light source is selected according to the purpose and used for the light emitting unit 31.

ビームエキスパンダ32は、発光部31としてレーザ光源を使用した場合に線状の光Laを一方向に広げるためのものである。これにより、光Laは、左右方向に一定の幅を有するシート状の光Lbとなって観察部22を照射する。なお、発光部31としてレーザ光源を使用する場合であって、線状の光Lbを粒子101に照射する場合、ビームエキスパンダ32は不要である。また、発光部31として、ハロゲンランプ等の白色光源を使用する場合、光Lbに指向性があまりないため、ビームエキスパンダ32は不要である。仮に、白色光源を発光部31として利用する場合、ビームエキスパンダ32に加え、コリメータレンズを利用する必要がある。   The beam expander 32 is for spreading the linear light La in one direction when a laser light source is used as the light emitting unit 31. Thereby, the light La becomes a sheet-like light Lb having a certain width in the left-right direction and irradiates the observation unit 22. Note that, when a laser light source is used as the light emitting unit 31 and the particle 101 is irradiated with the linear light Lb, the beam expander 32 is unnecessary. Further, when a white light source such as a halogen lamp is used as the light emitting unit 31, the beam expander 32 is not necessary because the light Lb has little directivity. If a white light source is used as the light emitting unit 31, it is necessary to use a collimator lens in addition to the beam expander 32.

反射部材33は、右方向に進行する光Lbを観察部22が配置された下方へと反射するものである。この結果、シート状の光Lbが、観察部22を明るく照らす。   The reflecting member 33 reflects the light Lb traveling in the right direction downward where the observation unit 22 is disposed. As a result, the sheet-like light Lb illuminates the observation unit 22 brightly.

受光部34は、観察部22を透過した光Lbを受光して検出信号を制御装置9へと出力するためのものである。光Lbが観察部22の所望位置からずれている場合、制御装置9は、この検出信号に基づいて、光Lbのずれを検出して、発光部31の方向を調整する。これにより、光Lbが、観察部22の所望の領域を照らす。   The light receiving unit 34 receives the light Lb that has passed through the observation unit 22 and outputs a detection signal to the control device 9. When the light Lb is deviated from the desired position of the observation unit 22, the control device 9 detects the deviation of the light Lb based on this detection signal and adjusts the direction of the light emitting unit 31. Thereby, the light Lb illuminates a desired region of the observation unit 22.

粒子移動部4は、磁場によって強磁性体の粒子を停止または運動させるものである。粒子移動部4は、4組のコイル41、42、43、44及びコイル電源45、46、47、48を備えた電磁石である。   The particle moving unit 4 stops or moves the ferromagnetic particles by a magnetic field. The particle moving unit 4 is an electromagnet including four sets of coils 41, 42, 43, 44 and coil power supplies 45, 46, 47, 48.

4個のコイル41〜44は、それぞれ観察セル2の観察部22上左下右の4方向に配置されている。コイル41〜44は、電流が供給されると、観察部22へと磁力線103を発生させる。具体的には、図3に示すように、コイル41は、上下方向の磁力線103を発生させる。これにより、コイル41に吸引される方向(上向き)の磁力が、強磁性体の粒子101に作用する。また、図4に示すように、コイル42は、左右方向の磁力線103を発生させる。これにより、コイル42に吸引される方向(左向き)の磁力が強磁性体の粒子101に作用する。   The four coils 41 to 44 are arranged in the four directions on the observation unit 22 of the observation cell 2 in the lower left and right directions, respectively. The coils 41 to 44 generate lines of magnetic force 103 to the observation unit 22 when current is supplied. Specifically, as shown in FIG. 3, the coil 41 generates magnetic field lines 103 in the vertical direction. As a result, the magnetic force in the direction attracted by the coil 41 (upward) acts on the ferromagnetic particles 101. Further, as shown in FIG. 4, the coil 42 generates a magnetic force line 103 in the left-right direction. Thereby, the magnetic force in the direction attracted by the coil 42 (leftward) acts on the ferromagnetic particles 101.

4個のコイル電源45〜48は、それぞれ異なるコイル41〜44に接続されている。コイル電源45〜48は、コイル41〜44に磁力線を発生させる電流を供給する。   The four coil power supplies 45 to 48 are connected to different coils 41 to 44, respectively. The coil power supplies 45 to 48 supply currents that generate lines of magnetic force to the coils 41 to 44.

撮像装置5は、光Lbが照射された粒子101を撮像するためのものである。撮像装置5は、例えば、高速撮影可能なCMOSカメラからなる。図2に示すように、撮像装置5は、観察部22の中央部の前方に配置されている。なお、図1における撮像装置5の位置は便宜上記載しているのであって、実際の位置とは異なる。撮像装置5は、シート状の光Lbが粒子101によってレイリー散乱された光によって観察部22の粒子101の暗視野像を撮像する。撮像装置5は、所定の時間間隔(以下、撮像間隔)TIで粒子101を連続して撮像する。撮像装置5は、撮像した粒子101の画像データを処理装置6Aへと出力する。例えば、発光部31が光Lbをパルス発振する場合、撮像装置5は、パルス発振される光Lbと同期して粒子101を撮像する。   The imaging device 5 is for imaging the particle 101 irradiated with the light Lb. The imaging device 5 is composed of, for example, a CMOS camera capable of high-speed shooting. As shown in FIG. 2, the imaging device 5 is disposed in front of the central portion of the observation unit 22. Note that the position of the imaging device 5 in FIG. 1 is shown for convenience and is different from the actual position. The imaging device 5 captures a dark field image of the particle 101 of the observation unit 22 with light in which the sheet-like light Lb is Rayleigh scattered by the particle 101. The imaging device 5 continuously images the particles 101 at a predetermined time interval (hereinafter referred to as imaging interval) TI. The imaging device 5 outputs the captured image data of the particles 101 to the processing device 6A. For example, when the light emitting unit 31 pulsates the light Lb, the imaging device 5 images the particle 101 in synchronization with the pulsed light Lb.

処理装置6Aは、撮像装置5によって撮像されて入力した粒子101の画像データを処理するとともに、粒子101の画像及び処理結果を表示装置8に表示させる。処理装置6Aは、CPU(central processing unit)等の演算部(図示せず)と、RAM(random access memory)、ROM(read only memory)及びHDD(hard disk drive)等の記憶部(図示せず)を有する情報処理装置である。例えば、処理装置6Aは、記憶部に記憶される観察処理プログラム(図示せず)が読み出されて実行されることで、図1に示すように、二値化部61、表示処理部62、座標演算部63、断面積演算部64、追尾部65、偏差演算部66及び作用力演算部67が演算部に実装される。   The processing device 6A processes the image data of the particles 101 captured and input by the imaging device 5, and causes the display device 8 to display the image of the particles 101 and the processing result. The processing device 6A includes a calculation unit (not shown) such as a CPU (central processing unit) and a storage unit (not shown) such as a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), and a hard disk drive (HDD). ). For example, the processing device 6A reads and executes an observation processing program (not shown) stored in the storage unit, so that a binarization unit 61, a display processing unit 62, A coordinate calculation unit 63, a cross-sectional area calculation unit 64, a tracking unit 65, a deviation calculation unit 66, and an acting force calculation unit 67 are mounted on the calculation unit.

二値化部61は、撮像装置5から画像データを入力し、背景と粒子101とに二値化処理し、得られた二値化画像データを表示処理部62、座標演算部63及び断面積演算部64に出力する。   The binarization unit 61 inputs image data from the imaging device 5 and binarizes the background and the particles 101. The binarized image data obtained is displayed on the display processing unit 62, the coordinate calculation unit 63, and the cross-sectional area. The result is output to the calculation unit 64.

表示処理部62は、入力するデータを液晶表示装置等の表示装置8に出力し、表示させる。具体的には、表示処理部62は、二値化画像データを入力すると、表示装置8に二値化画像データを表示し、作用力演算部67で得られた値を入力すると、表示装置8に入力した値を表示する。なお、表示処理部62が表示装置8に表示するのは、二値化画像データではなく、撮像装置5で撮像した画像データであってもよい。この場合、表示処理部62は、画像データを入力し、この画像データを表示装置8に表示する。また、表示処理部62は、画像データと二値化画像データと入力すると、操作に従って選択的に表示するようにしてもよい。   The display processing unit 62 outputs the input data to the display device 8 such as a liquid crystal display device for display. Specifically, when the binarized image data is input, the display processing unit 62 displays the binarized image data on the display device 8, and when the value obtained by the acting force calculation unit 67 is input, the display device 8. Displays the value entered in. The display processing unit 62 may display not the binarized image data but the image data captured by the image capturing device 5 on the display device 8. In this case, the display processing unit 62 inputs image data and displays the image data on the display device 8. The display processing unit 62 may selectively display the image data and the binarized image data in accordance with an operation when the image data and the binarized image data are input.

座標演算部63は、二値化部61から二値化画像データを入力すると、入力した二値化画像データに含まれる全ての粒子101の座標を求め、座標データとして出力する。ここで、座標演算部63は、例えば、二値化画像データに含まれる各粒子101に識別番号を付与し、各識別番号に求めた座標を関連づけて座標データとする。   When the binarized image data is input from the binarizing unit 61, the coordinate calculating unit 63 obtains the coordinates of all the particles 101 included in the input binarized image data, and outputs them as coordinate data. Here, for example, the coordinate calculation unit 63 assigns an identification number to each particle 101 included in the binarized image data, and associates the obtained coordinate with each identification number to obtain coordinate data.

断面積演算部64は、二値化部61から二値化画像データを入力すると、入力した二値化画像データに含まれる全ての粒子101の断面積を求め、断面積データとして出力する。ここでも、断面積演算部64は、例えば、二値化画像データに含まれる各粒子101に識別番号を付与し、各識別番号に求めた断面積を関連づけて断面積データとする。このとき、断面積演算部64における粒子101への識別番号の付与方法と、座標演算部63における識別番号の付与方法とを統一しておくことで、断面積データと座標データとから、各粒子101の断面積及び座標を把握することが可能になる。また、特定された断面積からは、各粒子101の体積が予測できるため、各粒子101のサイズを予測することができる。   When the binarized image data is input from the binarizing unit 61, the cross-sectional area calculating unit 64 obtains the cross-sectional areas of all the particles 101 included in the input binarized image data and outputs the cross-sectional area data. Here, for example, the cross-sectional area calculator 64 assigns an identification number to each particle 101 included in the binarized image data, and associates the obtained cross-sectional area with each identification number to obtain cross-sectional area data. At this time, by unifying the method of assigning the identification number to the particle 101 in the cross-sectional area calculation unit 64 and the method of assigning the identification number in the coordinate calculation unit 63, each particle is obtained from the cross-sectional area data and the coordinate data. The cross-sectional area and coordinates of 101 can be grasped. Further, since the volume of each particle 101 can be predicted from the identified cross-sectional area, the size of each particle 101 can be predicted.

追尾部65は、座標データ及び断面積データを利用して、前回撮像された画像における追尾の対象の磁性微粒子である追尾粒子の座標及び断面積と、新たに撮像された画像から求められた磁性微粒子の座標及び断面積とを比較して、所定の粒子101を追尾し、追尾結果を表示処理部62及び偏差演算部66に出力する。具体的には、所定サイズの粒子を追尾することが定められているとき、追尾部65は、断面積データから所定の断面積の粒子101を追尾粒子として決定し、追尾粒子の座標と断面積とを追尾データD1として記憶部に記憶させる。また、追尾部65は、追尾粒子を決定後、新たな座標データ及び断面積データを入力すると、記憶部の追尾データD1に含まれる追尾粒子の前回の座標及び断面積と比較し、追尾粒子の新たな座標及び断面積を特定し、新たな座標及び断面積を追加して、記憶部の追尾データを更新する。ここで、追尾部65は、基本的には、追尾データとして記憶される追尾粒子の座標と近く、かつ断面積も略一致する粒子101を追尾粒子とするが、各粒子速度が大きく異なったり、粒子同士が重なったりする場合には誤検出を招くため、前回より数回前の粒子情報から移動速度と方向を予測し探索範囲と設定し、探索範囲に該当粒子が存在しない場合は制御値の算出は行わず、次の撮像された画像で予測される探索範囲を捜索するものとする。さらに、追尾部65は、追尾粒子を決定したタイミングや、追尾データD1を更新したタイミングで追尾粒子の座標を表示処理部62及び偏差演算部66に出力する。   The tracking unit 65 uses the coordinate data and the cross-sectional area data to obtain the coordinates and cross-sectional area of the tracking particle that is the magnetic fine particle to be tracked in the previously captured image and the magnetic value obtained from the newly captured image. The coordinates and cross-sectional area of the fine particles are compared to track a predetermined particle 101, and the tracking result is output to the display processing unit 62 and the deviation calculation unit 66. Specifically, when it is determined to track a particle of a predetermined size, the tracking unit 65 determines the particle 101 having a predetermined cross-sectional area as the tracking particle from the cross-sectional area data, and coordinates and the cross-sectional area of the tracking particle Are stored in the storage unit as tracking data D1. Further, when the tracking unit 65 determines the tracking particle and inputs new coordinate data and cross-sectional area data, the tracking unit 65 compares the previous coordinate and cross-sectional area of the tracking particle included in the tracking data D1 of the storage unit, and New coordinates and cross-sectional areas are specified, new coordinates and cross-sectional areas are added, and tracking data in the storage unit is updated. Here, the tracking unit 65 basically uses the particles 101 that are close to the coordinates of the tracking particles stored as the tracking data and have substantially the same cross-sectional area as the tracking particles. If particles overlap each other, false detection will occur, so the movement speed and direction are predicted from the particle information several times before the previous time, set as the search range, and if the corresponding particle does not exist in the search range, the control value The calculation is not performed, and the search range predicted by the next captured image is searched. Further, the tracking unit 65 outputs the coordinates of the tracking particles to the display processing unit 62 and the deviation calculation unit 66 at the timing when the tracking particles are determined or when the tracking data D1 is updated.

なお、追尾部65から追尾粒子の座標を入力した表示処理部62は、表示装置8に粒子101の二値化画像データを表示する際、入力した座標を利用して追尾粒子にマークを付して表示する。これにより、表示装置8に表示される画像中の複数の粒子101から、追尾粒子を特定することができる。   The display processing unit 62 that has input the coordinates of the tracking particles from the tracking unit 65 marks the tracking particles using the input coordinates when displaying the binarized image data of the particles 101 on the display device 8. To display. Thereby, tracking particles can be identified from the plurality of particles 101 in the image displayed on the display device 8.

偏差演算部66は、入力した座標データで特定される追尾粒子の座標と追尾粒子を移動させる先である所定の目標位置との偏差を求め、求めた偏差を粒子移動制御部93に出力する。   The deviation calculation unit 66 obtains a deviation between the coordinates of the tracking particle specified by the input coordinate data and a predetermined target position to which the tracking particle is moved, and outputs the obtained deviation to the particle movement control unit 93.

作用力演算部67は、偏差演算部66が求めた偏差を利用して粒子移動制御部93が追尾粒子を目標位置に定点把持するために用いた制御値を粒子移動制御部93から入力する。また、作用力演算部67は、入力した制御値を用いて追尾粒子に働く磁気力、流体抵抗力、重力、浮力又は磁気双極子場による粒子間力等の作用力を求め、求めた値を表示処理部62に出力する。なお、表示処理部62は、作用力演算部67から入力した値を表示装置8に表示させる。   The acting force calculation unit 67 uses the deviation obtained by the deviation calculation unit 66 to input from the particle movement control unit 93 a control value used by the particle movement control unit 93 to hold the tracking particle at a fixed point at the target position. Further, the acting force calculation unit 67 obtains an acting force such as a magnetic force acting on the tracking particle, fluid resistance force, gravity, buoyancy, or interparticle force due to the magnetic dipole field using the input control value, and calculates the obtained value. The data is output to the display processing unit 62. The display processing unit 62 causes the display device 8 to display the value input from the acting force calculation unit 67.

具体的には、作用力演算部67は、追尾粒子に作用する磁気力Fpを下記の式(1)により求めることができる。   Specifically, the acting force calculation unit 67 can obtain the magnetic force Fp acting on the tracking particles by the following equation (1).

Fp=Vp×Mp×grad(μ0×H0) …(1)
ここで、Vpは粒子の体積、Mpは粒子の体積磁化、H0は外部磁界である。ここで、粒子体積Vpは、断面積演算部64で求めた追尾粒子の断面積から予測する。また、Mp=χp×H0であって、χpは粒子の種別毎に定められる粒子の磁化率であり、H0は粒子移動制御部93から入力する制御値から求められる値である。
Fp = Vp × Mp × grad (μ 0 × H 0 ) (1)
Here, Vp is the volume of the particle, Mp is the volume magnetization of the particle, and H 0 is the external magnetic field. Here, the particle volume Vp is predicted from the cross-sectional area of the tracking particle obtained by the cross-sectional area calculation unit 64. Mp = χp × H 0 , where χp is the magnetic susceptibility of the particle determined for each type of particle, and H 0 is a value obtained from the control value input from the particle movement control unit 93.

また、例えば簡易的に、球状粒子とみなし、作用力演算部67は、追尾粒子が液体102から受ける流体抵抗力Fdを下記の式(2)により求めることができる。   Further, for example, it is simply considered as a spherical particle, and the acting force calculation unit 67 can obtain the fluid resistance force Fd that the tracking particle receives from the liquid 102 by the following equation (2).

Fd=6π×η×rp×(vf−vp) …(2)
ここで、ηは流体の種別毎に定められる流体の粘性係数であり、rpは断面積演算部64で求めた粒子の断面積から求める粒子の半径であり、vf−vpは流体と粒子の相対速度である。
Fd = 6π × η × rp × (vf−vp) (2)
Here, η is a viscosity coefficient of the fluid determined for each type of fluid, rp is a particle radius obtained from the cross-sectional area of the particle obtained by the cross-sectional area calculation unit 64, and vf−vp is a relative value between the fluid and the particle. Is speed.

なお、粒子の速度vpは、座標演算部63で求めた座標の変化から求められる。また、流体の速度vfは、非磁性体(例えば、数μm以下)の微粒子を液体102に混ぜておき磁気力に影響することなく液体102の流れとともに観察セル2内を移動させ、これを観察して座標演算部63で求める。ここで、追尾粒子と非磁性体の微粒子とを画像処理で見分ける必要があるため、粒子径が異なる非磁性微粒子を混ぜることが好ましい。   The particle velocity vp is obtained from the change in coordinates obtained by the coordinate calculation unit 63. The fluid velocity vf is such that fine particles of a non-magnetic material (for example, several μm or less) are mixed in the liquid 102 and moved in the observation cell 2 along with the flow of the liquid 102 without affecting the magnetic force. And obtained by the coordinate calculation unit 63. Here, since it is necessary to distinguish the tracking particles from the non-magnetic fine particles by image processing, it is preferable to mix non-magnetic fine particles having different particle diameters.

また、流体抵抗力は基本的に式(2)から求めることとするが、流体の性質や粒子の形状によって式(2)の値からずれる可能性があるため、より精度をあげるために、別途流体解析を実施し、流速と粒子形状との相関データベースを作成し、補正してもよい。流速は観察セルより上流側に流量計をいれておいて計測するか、上流から磁気力に応答しない非磁性微粒子を流し、それらの非磁性微粒子の流速を画像処理によって算出し利用してもよい。または、定値保持している磁性微粒子より体積が小さい磁性微粒子が観測セル内に存在している場合は、その磁性微粒子の速度を画像処理によって算出し流体速度としてもよい。これは、磁気力が粒子体積に比例するため、たとえば1/10の体積であればその磁性微粒子に作用する磁気力も1/10になり、磁気力に比べて流体抵抗力がより支配的になるため、非磁性微粒子を観測していることと見なせるからである。   In addition, the fluid resistance force is basically obtained from the equation (2), but it may deviate from the value of the equation (2) depending on the properties of the fluid and the shape of the particles. A fluid analysis may be performed to create and correct a correlation database between flow velocity and particle shape. The flow velocity may be measured by inserting a flow meter upstream from the observation cell, or non-magnetic fine particles that do not respond to magnetic force flow from the upstream, and the flow velocity of those non-magnetic fine particles may be calculated and used by image processing. . Alternatively, when magnetic fine particles having a smaller volume than the magnetic fine particles held at a constant value exist in the observation cell, the velocity of the magnetic fine particles may be calculated by image processing and used as the fluid velocity. This is because the magnetic force is proportional to the particle volume. For example, if the volume is 1/10, the magnetic force acting on the magnetic fine particle is also 1/10, and the fluid resistance force is more dominant than the magnetic force. Therefore, it can be considered that non-magnetic fine particles are observed.

さらに、作用力演算部67は、追尾粒子が受ける重力Fgを下記の式(3)により求めることができる。   Further, the acting force calculation unit 67 can obtain the gravitational force Fg received by the tracking particles by the following equation (3).

Fg=ρp×(4/3)π×rp3×g …(3)
ここで、ρpは粒子の種別毎に定められる粒子の密度である。
Fg = ρp × (4/3) π × rp 3 × g (3)
Here, ρp is a particle density determined for each type of particle.

また、作用力演算部67は、追尾粒子が受ける浮力Fbを下記の式(4)により求めることができる。   Moreover, the acting force calculation part 67 can obtain | require the buoyancy Fb which a tracking particle receives by following formula (4).

Fb=ρf×(4/3)π×rp3×g …(4)
ここで、ρfは流体の種別毎に定められる流体の密度である。
Fb = ρf × (4/3) π × rp 3 × g (4)
Here, ρf is a fluid density determined for each type of fluid.

さらに、作用力演算部67は、下記の式(5)及び(6)により追尾粒子による磁気双極子場が任意の地点に作る磁束密度を簡易的に求めることができる。この磁束密度分布から、追尾粒子が周辺につくる磁気勾配も算出する。   Furthermore, the acting force calculation unit 67 can easily obtain the magnetic flux density generated at an arbitrary point by the magnetic dipole field by the tracking particles by the following equations (5) and (6). From this magnetic flux density distribution, the magnetic gradient created by the tracking particles in the vicinity is also calculated.

Br=μ0(Pm/(2π×rp3))×cosθ …(5)
Bθ=μ0(Pm/(4π×rp3))×cosθ …(6)
ここで、Pm=M×Vpであって、Pmは磁気モーメントm[Am2]、M[A/m]は磁化、Vp[m3]は粒子の体積である。
Br = μ 0 (Pm / (2π × rp 3 )) × cos θ (5)
Bθ = μ 0 (Pm / (4π × rp 3 )) × cos θ (6)
Here, Pm = M × Vp, where Pm is the magnetic moment m [Am 2 ], M [A / m] is the magnetization, and Vp [m 3 ] is the volume of the particle.

制御装置9は、粒子観察装置1Aの制御全般を司るものである。制御装置9は、CPU等の演算部(図示せず)と、RAM、ROM及びHDD等の記憶部(図示せず)と、キーボードやマウス等の入力部91を有する情報処理装置である。例えば、制御装置9は、記憶部に記憶される観察制御プログラム(図示せず)が読み出されて実行されることで、図1に示すように、光制御部92、粒子移動制御部93及び撮像制御部94が演算部に実装される。   The control device 9 governs overall control of the particle observation device 1A. The control device 9 is an information processing device including a calculation unit (not shown) such as a CPU, a storage unit (not shown) such as a RAM, a ROM, and an HDD, and an input unit 91 such as a keyboard and a mouse. For example, the control device 9 reads and executes an observation control program (not shown) stored in the storage unit, so that as shown in FIG. 1, the light control unit 92, the particle movement control unit 93, and An imaging control unit 94 is mounted on the calculation unit.

入力部91は、ユーザが種々の指示を入力するためのものである。また、入力部91は、ユーザによって入力された指示を光制御部92及び粒子移動制御部93へ出力する。   The input unit 91 is for a user to input various instructions. The input unit 91 outputs an instruction input by the user to the light control unit 92 and the particle movement control unit 93.

光制御部92は、光照射部3を制御するためのものである。光制御部92は、指示信号を発光部31へと出力する。これにより、発光部31は、光Laを出射する。また、初期設定時には、光制御部92は、受光部34からの検出信号を入力する。光制御部92は、この検出信号に基づいて、光Lbのずれを算出して、発光部31を制御して光Lbの出射方向を調整する。なお、光制御部92が光Lbのずれを表示可能に構成して、発光部31の出射方向は、ユーザが設定するようにしてもよい。   The light control unit 92 is for controlling the light irradiation unit 3. The light control unit 92 outputs an instruction signal to the light emitting unit 31. Thereby, the light emission part 31 radiate | emits light La. Further, at the time of initial setting, the light control unit 92 inputs a detection signal from the light receiving unit 34. The light control unit 92 calculates the shift of the light Lb based on the detection signal, and controls the light emitting unit 31 to adjust the emission direction of the light Lb. Note that the light control unit 92 may be configured to display the shift of the light Lb, and the emission direction of the light emitting unit 31 may be set by the user.

粒子移動制御部93は、粒子101を所定の目標位置に把持させる磁力線を発生させる制御値を出力して粒子移動部4を制御することで、粒子101の移動をPID制御する。粒子移動制御部93は、偏差演算部66から追尾粒子と追尾粒子の目標位置との偏差を入力し、入力した偏差に基づいて、追尾粒子を目標位置に移動させるための制御値を求めてコイル電源45〜48に求めた制御値を出力し、4組のコイル41〜44が発生する磁力線103を調整する。すなわち、追尾粒子は磁性体であるため、追尾粒子が存在する空間に適正な磁力線103を発生させることで、追尾粒子を目標位置まで移動させることができる。ここで、追尾粒子を目標位置まで移動させることができると、追尾粒子の座標と目標位置とが一致するため、粒子移動制御部93が出力する制御値は、追尾粒子を目標位置に定点把持するための制御値となる。また、粒子移動制御部93は、求めた制御値を作用力演算部67に出力する。   The particle movement control unit 93 controls the particle movement unit 4 by outputting a control value for generating a magnetic force line that holds the particle 101 at a predetermined target position, thereby performing PID control of the movement of the particle 101. The particle movement control unit 93 inputs the deviation between the tracking particle and the target position of the tracking particle from the deviation calculating unit 66, and obtains a control value for moving the tracking particle to the target position based on the input deviation. The control value calculated | required to the power supplies 45-48 is output, and the magnetic force line 103 which 4 sets of coils 41-44 generate | occur | produce is adjusted. That is, since the tracking particle is a magnetic substance, the tracking particle can be moved to the target position by generating an appropriate magnetic force line 103 in the space where the tracking particle exists. Here, if the tracking particle can be moved to the target position, the coordinate of the tracking particle and the target position coincide with each other. Therefore, the control value output by the particle movement control unit 93 holds the tracking particle at a fixed point at the target position. The control value for Further, the particle movement control unit 93 outputs the obtained control value to the acting force calculation unit 67.

撮像制御部94は、撮像装置5に信号を出力し、撮像装置5を制御するためのものである。   The imaging control unit 94 is for outputting a signal to the imaging device 5 and controlling the imaging device 5.

なお、上述した説明では、観察セル2は、流入部21及び流出部23を有し、ポンプ等を介して粒子101及び液体102を内部に送り、流体102を内部で移動させることで、流速あるいは流体抵抗力を変化させ計測することが可能である。   In the above description, the observation cell 2 has the inflow portion 21 and the outflow portion 23, and sends the particles 101 and the liquid 102 to the inside via a pump or the like, and moves the fluid 102 inside, so that the flow rate or It is possible to measure by changing the fluid resistance force.

また、上述したように、コイル41〜44は、観察セル2の上下左右に設置する他、観察セル2の前後にも設置することが好ましい。なお、観察セル2の前後に設置しない場合であっても、観察セル2の上下左右に設置するコイル41〜44の中にある鉄心形状等を調整し、観察領域の中心に収束力をつけることで、粒子101の奥行方向の動きを抑制することができる(。さらに、コイル41〜44を可動自在にすることで、追尾粒子の追尾が容易になる。また、粒子移動部4は、コイル41〜44及びコイル電源45〜48を備える電磁石であったが、永久磁石を併用してもよい。   Further, as described above, the coils 41 to 44 are preferably installed before and after the observation cell 2 in addition to being installed above and below and right and left of the observation cell 2. Even if it is not installed before and after the observation cell 2, the iron core shape and the like in the coils 41 to 44 installed on the upper, lower, left and right sides of the observation cell 2 are adjusted to give a convergence force to the center of the observation area. Thus, the movement of the particles 101 in the depth direction can be suppressed. (Furthermore, by making the coils 41 to 44 movable, tracking of the tracking particles is facilitated. In addition, the particle moving unit 4 includes the coil 41. -44 and coil power supplies 45-48, but permanent magnets may be used in combination.

(粒子の追尾観察処理)
図5に示すフローチャートを用いて、粒子観察装置1Aにおいて特定の粒子を追尾して観察する処理の一例を説明する。
(Particle tracking observation processing)
An example of processing for tracking and observing specific particles in the particle observation apparatus 1A will be described using the flowchart shown in FIG.

まず、粒子観察装置1Aでは、撮像装置5が、観察対象の粒子101が供給され、光照射部3によって照射された観察部22内の粒子101を撮像し、撮像した画像データを処理装置6Aに出力する(S01)。   First, in the particle observation device 1A, the imaging device 5 is supplied with the particles 101 to be observed, images the particles 101 in the observation unit 22 irradiated by the light irradiation unit 3, and the captured image data is input to the processing device 6A. Output (S01).

画像データを入力した処理装置6Aは、入力した画像データを二値化部61によって二値化し、得られた二値化画像データを表示処理部62、座標演算部63及び断面積演算部64に出力する(S03)。   The processing device 6A that has input the image data binarizes the input image data by the binarization unit 61, and outputs the binarized image data obtained to the display processing unit 62, the coordinate calculation unit 63, and the cross-sectional area calculation unit 64. Output (S03).

表示処理部62は、入力した二値化画像データを表示装置8に表示する(S04)。   The display processing unit 62 displays the input binarized image data on the display device 8 (S04).

座標演算部63は、入力した二値化画像データ中の全ての粒子101の座標を求めて座標データとして追尾部65に出力する。また、断面積演算部64は、入力した二値化画像データ中の全ての粒子101の断面積を求めて断面積データとして追尾部65に出力する(S05)。   The coordinate calculation unit 63 obtains the coordinates of all the particles 101 in the input binarized image data and outputs them to the tracking unit 65 as coordinate data. The cross-sectional area calculation unit 64 calculates the cross-sectional areas of all the particles 101 in the input binarized image data and outputs the cross-sectional area data to the tracking unit 65 as cross-sectional area data (S05).

座標データと断面積データとを入力した追尾部65は、追尾中の粒子(追尾粒子)があるか否かを判定する(S05)。追尾粒子がないとき(S05でNO)、追尾部65は、所定サイズの粒子があるか否かを判定する(S06)。すなわち、追尾部65は、各粒子101の断面積から各粒子のサイズを予測し、追尾の対象に定められる所定サイズの粒子があるか否かを判定する。   The tracking unit 65 that has input the coordinate data and the cross-sectional area data determines whether or not there is a tracking particle (tracking particle) (S05). When there is no tracking particle (NO in S05), the tracking unit 65 determines whether there is a particle of a predetermined size (S06). That is, the tracking unit 65 predicts the size of each particle from the cross-sectional area of each particle 101, and determines whether there is a particle having a predetermined size that is determined as a tracking target.

所定サイズの粒子があるとき(S06でYES)、追尾部65は、所定サイズの粒子を追尾粒子と決定し追尾データD1を記憶部に記憶するととも、追尾粒子の座標を表示処理部62に出力して、ステップS02に戻り、ステップS02〜S06の処理を繰り返す(S07)。これにより、表示装置8では、表示される二値化画像上で追尾粒子にマークが付される。   When there is a particle of a predetermined size (YES in S06), the tracking unit 65 determines the particle of the predetermined size as the tracking particle, stores the tracking data D1 in the storage unit, and outputs the coordinates of the tracking particle to the display processing unit 62 Then, the process returns to step S02, and the processes of steps S02 to S06 are repeated (S07). Thereby, in the display device 8, the tracking particles are marked on the displayed binarized image.

一方、所定サイズの粒子がないとき(S06でNO)、追尾部65は、ステップS02に戻り、ステップS02〜S06の処理を繰り返す。   On the other hand, when there is no particle of the predetermined size (NO in S06), the tracking unit 65 returns to step S02 and repeats the processes of steps S02 to S06.

ステップS5で追尾粒子があるとき(S05でYES)、追尾部65は、入力した座標データ及び断面積データと記憶部に記憶される追尾データD1を利用して、追尾粒子を検索する(S08)。また、追尾部65は、ステップS9で追尾粒子を検索すると、移動後の追尾粒子の座標と断面積を追加して追尾データD1を更新することで、追尾を継続する(S09)。その後、処理装置6Aでは、追尾を終了する操作信号を入力するまで、ステップS02〜S09の処理を繰り返すことで、粒子の追尾が行なわれる(S10)。   When there is a tracking particle in step S5 (YES in S05), the tracking unit 65 searches for the tracking particle using the input coordinate data and cross-sectional area data and the tracking data D1 stored in the storage unit (S08). . Further, when the tracking unit 65 searches for the tracking particle in step S9, the tracking unit 65 continues the tracking by adding the coordinates and cross-sectional area of the tracking particle after movement and updating the tracking data D1 (S09). Thereafter, the processing device 6A repeats the processes in steps S02 to S09 until the operation signal for ending the tracking is input, thereby tracking the particles (S10).

なお、上述した説明では、所定サイズの粒子101を追尾の対象の粒子とすることを予め定め、ステップS06において、追尾部65は、所定サイズの粒子を追尾対象の粒子として決定するものとして説明したが、ユーザが表示装置8に表示される粒子101から追尾する粒子を選択できるようにしてもよい。   In the above description, the predetermined size particle 101 is determined to be a tracking target particle in advance, and in step S06, the tracking unit 65 determines the predetermined size particle as the tracking target particle. However, the user may be able to select the particles to be tracked from the particles 101 displayed on the display device 8.

(粒子の作用力観察処理)
続いて、図6に示すフローチャートを用いて、粒子観察装置1Aにおいて追尾される粒子の作用力を観察する処理の一例を説明する。例えば、この作用力観察処理は、図5を用いて上述したような追尾処理で追尾対象の粒子が決定された後、追尾粒子に対して実行される。
(Particle action force observation process)
Next, an example of processing for observing the acting force of the particles tracked in the particle observation apparatus 1A will be described using the flowchart shown in FIG. For example, the action force observation process is performed on the tracking particles after the tracking target particles are determined by the tracking process as described above with reference to FIG.

まず、粒子観察装置1Aでは、偏差演算部66は、追尾粒子を決定した追尾部65から更新した追尾データD1に含まれる追尾粒子の座標データを入力する(S21)。   First, in the particle observation apparatus 1A, the deviation calculation unit 66 inputs the coordinate data of the tracking particles included in the tracking data D1 updated from the tracking unit 65 that has determined the tracking particles (S21).

追尾粒子の座標データを入力した偏差演算部66は、追尾粒子の座標と、追尾粒子を移動させる目標位置の座標との偏差を求め、粒子移動制御部93に出力する(S22)。   The deviation calculation unit 66 that has input the coordinate data of the tracking particle obtains a deviation between the coordinate of the tracking particle and the coordinate of the target position where the tracking particle is moved, and outputs the deviation to the particle movement control unit 93 (S22).

その後、粒子移動制御部93は、偏差を利用して、追尾粒子を目標位置に移動させる制御値を求めてコイル電源45〜48に出力して粒子の移動を制御するとともに、制御値を作用力演算部67に出力する(S23)。   Thereafter, the particle movement control unit 93 uses the deviation to obtain a control value for moving the tracking particle to the target position, and outputs the control value to the coil power sources 45 to 48 to control the movement of the particle, and the control value is applied to the acting force. It outputs to the calculating part 67 (S23).

制御値を入力した作用力演算部67は、入力した制御値から追尾粒子に作用している作用力を求め、表示処理部62に出力する(S24)。   The applied force calculation unit 67 having input the control value obtains the applied force acting on the tracking particles from the input control value, and outputs it to the display processing unit 62 (S24).

また、処理装置6Aでは、作用力の観察の処理を終了する操作信号を入力するまで、ステップS21〜S24の処理を繰り返す(S25)。   Further, the processing device 6A repeats the processes of steps S21 to S24 until an operation signal for ending the action force observation process is input (S25).

《実施例》
ここで、第1実施形態に係る粒子観察装置1Aにおける粒子の観察の一実施例について説明する。ここでは、粒子101として、フェライト微粒子(粒子径平均:12μm、粒子径分布:300nm〜300μm)を使用した場合の一例である。なお、このフェライト微粒子の飽和磁化Mpは約1.85e5[A/m]であり、0.05Tにおける磁化率χは約2.3である。この際、液体102が入った10×10×45mmのガラス製の観察セル2に粒子101であるフェライト微粒子を封入し、撮像装置5である高速撮影可能なCMOSカメラにより、1秒間に100枚の速度で撮影した。
"Example"
Here, an example of particle observation in the particle observation apparatus 1A according to the first embodiment will be described. Here, an example is shown in which ferrite fine particles (particle diameter average: 12 μm, particle diameter distribution: 300 nm to 300 μm) are used as the particles 101. The saturation magnetization Mp of the ferrite fine particles is about 1.85e5 [A / m], and the magnetic susceptibility χ at 0.05T is about 2.3. At this time, ferrite fine particles as particles 101 are encapsulated in a 10 × 10 × 45 mm glass observation cell 2 containing the liquid 102, and 100 images per second are captured by a high-speed photographing CMOS camera as the imaging device 5. Taken at speed.

図7は、粒子観察装置1Aで、観察の対象として決定された追尾粒子を追尾した一例である。図7に示す各画像では、円形状の追尾粒子にマーカを付している。なお、図7(a)は、発光部31として白色光源としてハロゲンランプを利用して観察セル2の背面から照射し、トラッキングした場合のトラッキング開始時(t=0s)、図7(b)は、トラッキング開始2秒後(t=2s)、図7(c)は、トラッキング開始4秒後(t=4s)の二値化画像データの一例である。   FIG. 7 shows an example in which the tracking particle determined as the observation target is tracked by the particle observation apparatus 1A. In each image shown in FIG. 7, a marker is attached to a circular tracking particle. FIG. 7A shows a tracking start time (t = 0 s) when irradiation is performed from the back surface of the observation cell 2 using a halogen lamp as a white light source as the light emitting unit 31 and tracking is performed, and FIG. FIG. 7C shows an example of binarized image data 2 seconds after the start of tracking (t = 2 s) and 4 seconds after the start of tracking (t = 4 s).

また、図7(d)は、発光部31としてレーザ光源を利用して観察セル2の側面から照射し、トラッキングした場合のトラッキング開始時(t=0s)、図7(e)は、トラッキング開始2秒後(t=2s)、図7(f)は、トラッキング開始4秒後(t=4s)の二値化画像データの一例である。図7に示す例では、レーザ光源を使用して観察した場合には1μm以下の粒子も観察できるため、白色光源を使用して観察するよりも多くの粒子を観察できることが分かる。   FIG. 7D shows a tracking start time (t = 0 s) when tracking is performed by irradiating from the side surface of the observation cell 2 using a laser light source as the light emitting unit 31, and FIG. After 2 seconds (t = 2s), FIG. 7F is an example of binarized image data 4 seconds after the start of tracking (t = 4s). In the example shown in FIG. 7, it can be seen that, when observed using a laser light source, particles of 1 μm or less can be observed, so that more particles can be observed than when observed using a white light source.

続いて、図8は、粒子観察装置1Aで、追尾粒子を目標位置に把持する過程の粒子の移動について説明する図である。具体的には、把持の処理が開始してから2.5秒後から6秒後まで0.5秒毎の画像の一例である。このように、追尾粒子は、磁力線103の発生により、移動していることが分かる。なお、図8に示す例では、追尾粒子は、処理開始後、3秒から3.5秒までの間に、他の粒子と結合後に定点把持されたことが分かる。   Next, FIG. 8 is a diagram for explaining the movement of the particles in the process of gripping the tracking particles at the target position by the particle observation apparatus 1A. Specifically, it is an example of an image every 0.5 seconds from 2.5 seconds to 6 seconds after the gripping process is started. Thus, it can be seen that the tracking particles are moved by the generation of the lines of magnetic force 103. In the example shown in FIG. 8, it can be seen that the tracking particles were held at a fixed point after combining with other particles within 3 to 3.5 seconds after the start of processing.

また、図9は、図8に示した場合の追尾粒子の座標を表す図であり、図9(a)は、0〜10秒後まで、図9(b)は、10〜25秒後までの一例を示している。図9に示す例では、追尾粒子を目標位置に把持するまでに約6秒要し、その後は、略目標位置に把持されていたことが分かる。   Moreover, FIG. 9 is a figure showing the coordinate of the tracking particle | grains in the case shown in FIG. 8, FIG. 9 (a) is 0 to 10 second after, FIG. 9 (b) is 10 to 25 second after. An example is shown. In the example shown in FIG. 9, it takes about 6 seconds until the tracking particles are held at the target position, and thereafter, it is understood that the tracking particles were held at the substantially target position.

さらに、図10は、図8に示した場合に追尾粒子を目標位置に把持する際に要した電流量の変化を表すグラフである。3秒までは磁性微粒子かどうか判定するために、上部の電磁石に矩形波状の電流を流し磁気力に応答するかどうか確認している。3秒後から定点制御を開始し、図8に示したように6秒時点でほぼ目標地点にて定点把持されている。3秒から6秒までの間に供給された電流が大きく変化しているのは、いち早く目標地点に移動させるために大きな磁気力を発生させるためである。   Furthermore, FIG. 10 is a graph showing a change in the amount of current required when the tracking particles are held at the target position in the case shown in FIG. In order to determine whether it is a magnetic fine particle up to 3 seconds, it is confirmed whether or not it responds to a magnetic force by passing a rectangular wave current through the upper electromagnet. Fixed point control is started after 3 seconds, and as shown in FIG. 8, the fixed point is gripped at the target point at 6 seconds. The reason why the current supplied during the period from 3 seconds to 6 seconds has changed greatly is to generate a large magnetic force in order to quickly move to the target point.

なお、粒子移動制御部93は、図10に示すように、初期の電流を矩形状に印加し、粒子101が上下運動に追従するか否かにより、液体102中の粒子が磁性微粒子であるか又は非磁性微粒子であるかを判別した後、続く処理を開始することが好ましい。これにより、粒子移動制御部93が直接磁気駆動できない粒子を誤って追尾粒子とし、不要な磁力線103を発生させて必要以上に他の粒子を駆動させて流体場(液体102)を乱してその後の処理を困難にするのを防止するためである。また、吸引力しか作用させられない軟磁性材料の粒子を回転させずに安定的に制御するために、流体場を乱さない工夫が望ましく、このように矩形波の電流を印加することで追尾粒子の把持までの時間を短縮することが可能になる。   As shown in FIG. 10, the particle movement control unit 93 applies an initial current in a rectangular shape, and determines whether the particles in the liquid 102 are magnetic fine particles depending on whether the particles 101 follow the vertical movement. Alternatively, it is preferable to start subsequent processing after determining whether the particles are non-magnetic fine particles. As a result, particles that cannot be directly magnetically driven by the particle movement control unit 93 are erroneously set as tracking particles, and unnecessary magnetic field lines 103 are generated to drive other particles more than necessary to disturb the fluid field (liquid 102). This is to prevent the process from being difficult. In addition, in order to stably control the soft magnetic material particles that can only act on the attraction force without rotating, it is desirable to devise a technique that does not disturb the fluid field. In this way, the tracking particles are applied by applying a rectangular wave current. It is possible to shorten the time until gripping.

また、図11は、追尾粒子を目標位置に把持する際に要した垂直方向と水平方向の磁気力の変化と、重力及び浮力の変化(図11(a))と、把持の制御開始20秒後の重力、浮力、磁気力及び流体抵抗力の関係(図11(b))とを示す一例である。   FIG. 11 shows changes in the vertical and horizontal magnetic forces, changes in gravity and buoyancy (FIG. 11 (a)) required for gripping the tracking particles at the target position, and grip control start 20 seconds. It is an example which shows the relationship (FIG.11 (b)) of gravity, buoyancy, magnetic force, and fluid resistance force after.

上述したように、第1実施形態に係る粒子観察装置1Aでは、連続する画像から磁性微粒子の座標と断面積を求めて特定の粒子を追尾することで、微粒子の二値化画像データを表示する際に追尾粒子にマークを付して表示することができる。これにより容易に磁性微粒子の挙動の把握が可能となる。また、粒子観察装置1Aでは、求めた座標を利用して磁性微粒子を目標位置に把持させる磁力を利用することで、容易に磁性微粒子の作用力を把握することが可能となる。さらに、粒子観察装置1Aでは、追尾粒子を非接触で把持し、作用力を把握することができるため、追尾粒子の把持部品等の影響を受けずにより正確な作用力を把握することができる。   As described above, in the particle observation apparatus 1A according to the first embodiment, the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles are obtained from the continuous images and the specific particles are tracked to display the binarized image data of the fine particles. In this case, the tracking particles can be displayed with a mark. This makes it possible to easily grasp the behavior of the magnetic fine particles. Further, in the particle observation apparatus 1A, it is possible to easily grasp the acting force of the magnetic fine particles by using the magnetic force that holds the magnetic fine particles at the target position using the obtained coordinates. Furthermore, in the particle observation apparatus 1A, the tracking particles can be gripped in a non-contact manner and the acting force can be grasped, so that the acting force can be grasped more accurately without being affected by the tracking particle gripping component or the like.

〈第2実施形態〉
図12に示す全体構成図を用いて、第2実施形態に係る粒子観察装置1Bについて説明する。この粒子観察装置1Bは、液体102中の強磁性体の粒子101である1粒子を観察して特性を計測するものである。第2実施形態に係る粒子観察装置1Bを上述した第1実施形態に係る粒子観察装置1Aと比較すると、粒子観察装置1Bでは、磁気計測装置7を備え、処理装置6Aに代えて処理装置6Bを備えている点で異なる。また、この処理装置6Bを処理装置6Aと比較すると、作用力演算部67を備えず、特性演算部68を備える点で異なる。
Second Embodiment
A particle observation apparatus 1B according to the second embodiment will be described with reference to the overall configuration diagram shown in FIG. The particle observation apparatus 1B measures characteristics by observing one particle which is a ferromagnetic particle 101 in a liquid 102. When the particle observation device 1B according to the second embodiment is compared with the particle observation device 1A according to the first embodiment described above, the particle observation device 1B includes the magnetic measurement device 7, and the processing device 6B is replaced with the processing device 6A. It differs in that it has. Further, the processing device 6B is different from the processing device 6A in that the acting force calculation unit 67 is not provided and the characteristic calculation unit 68 is provided.

また、この粒子観察装置1Bは、磁気計測装置7を利用して予め計測された、粒子101の移動領域(観察領域)内の磁気勾配と磁界強度に関する磁気データD2を記憶部に記憶している。磁気計測装置7は、観察領域内で駆動自在に構成され、ホールセンサーやガウスメータである。この磁気データD2を生成する際には、コイル電源45〜48がコイル41〜44に通電する電流を変化させて複数回測定する。そのため、この磁気データD2は、コイル41〜44に通電する電流と観察領域内の磁界分布との相関関係を表すデータである。なお、図12における磁気計測装置7の位置は便宜上記載しているのであって、実際の位置とは異なる。   The particle observation device 1B stores magnetic data D2 relating to the magnetic gradient and magnetic field strength in the moving region (observation region) of the particle 101, which is measured in advance using the magnetic measurement device 7, in the storage unit. . The magnetic measuring device 7 is configured to be freely driven in the observation region, and is a Hall sensor or a Gauss meter. When the magnetic data D2 is generated, the coil power supplies 45 to 48 change the current supplied to the coils 41 to 44 and perform measurement several times. Therefore, the magnetic data D2 is data representing the correlation between the current supplied to the coils 41 to 44 and the magnetic field distribution in the observation region. Note that the position of the magnetic measurement device 7 in FIG. 12 is shown for convenience, and is different from the actual position.

特性演算部68は、複数方向から撮影された追尾粒子の画像データを利用して追尾粒子を3次元に再構成し、追尾粒子の体積を求める。その後、特性演算部68は、求めた体積と追尾粒子の密度とから、追尾粒子の質量を求める。ここで、複数方向から追尾粒子を撮影する際には、観察セル2内への液体102の流入を停止して液体102を静止するとともに追尾粒子を定点把持したうえで、粒子移動制御部93によって粒子を回転するように制御し、固定される1台のカメラからなる撮像装置5で撮影する。   The characteristic calculation unit 68 reconstructs the tracking particles in three dimensions using image data of the tracking particles photographed from a plurality of directions, and obtains the volume of the tracking particles. Thereafter, the characteristic calculation unit 68 obtains the mass of the tracking particle from the obtained volume and the density of the tracking particle. Here, when the tracking particles are imaged from a plurality of directions, the flow of the liquid 102 into the observation cell 2 is stopped, the liquid 102 is stopped, the tracking particles are held at a fixed point, and then the particle movement control unit 93 The particles are controlled to rotate and photographed by the imaging device 5 composed of one fixed camera.

特性演算部68は、観察セル2内への液体102の流入を停止して液体102を静止させた状態で、追尾粒子を観察セル2内に定点把持させるために追尾粒子に磁力線を与える制御値を粒子移動制御部93から入力する。   The characteristic calculation unit 68 is a control value that gives magnetic lines of force to the tracking particles in order to hold the tracking particles in the observation cell 2 in a state where the flow of the liquid 102 into the observation cell 2 is stopped and the liquid 102 is stopped. Is input from the particle movement control unit 93.

特性演算部68は、式(7)を利用して、重力Fgと追尾粒子の浮力Fbから追尾粒子の磁気力Fpを求める。ここで、重力Fgは、追尾粒子の密度と体積から求めることができる。   The characteristic calculation unit 68 obtains the magnetic force Fp of the tracking particle from the gravity Fg and the buoyancy Fb of the tracking particle using the equation (7). Here, the gravity Fg can be obtained from the density and volume of the tracking particles.

Fp=Fg−Fb …(7)
その後、特性演算部68は、式(8)を利用して体積磁化Mpを求めて磁気特性(磁場‐磁化曲線)を求める。ここで、Vpは粒子体積、H0は外部磁界である。
Fp = Fg−Fb (7)
Thereafter, the characteristic calculation unit 68 obtains the volume magnetization Mp by using Equation (8) to obtain the magnetic characteristic (magnetic field-magnetization curve). Here, Vp is the particle volume and H 0 is the external magnetic field.

Mp=Fp/{Vp×grad(μ0×H0)} …(8)
なお、ここでは、複数の方向から追尾粒子を撮影するため、追尾粒子を回転させて固定したカメラで撮影している。これに対し、定点把持される追尾粒子を異なる位置に設置される複数台のカメラからなる撮像装置5で撮影しても良い。または、移動可能なカメラからなる撮像装置5で、カメラを移動させて異なる複数の方向から追尾粒子を撮影してもよい。
Mp = Fp / {Vp × grad (μ 0 × H 0 )} (8)
Here, in order to photograph the tracking particles from a plurality of directions, the imaging is performed with a camera in which the tracking particles are rotated and fixed. On the other hand, you may image | photograph the tracking particle | grains hold | gripped by a fixed point with the imaging device 5 which consists of several cameras installed in a different position. Alternatively, the tracking device may be photographed from a plurality of different directions by moving the camera with the imaging device 5 including a movable camera.

(粒子の特性観察処理)
次に、図13に示すフローチャートを用いて、粒子観察装置1Bにおいて特定の粒子の特性を観察する処理について説明する。この特性観察処理は、例えば、図5を用いて上述した追尾観察処理で粒子が追尾粒子として登録された後に、この追尾粒子である1粒子の特性を観察するために実行される。
(Particle characteristic observation processing)
Next, processing for observing the characteristics of specific particles in the particle observation apparatus 1B will be described using the flowchart shown in FIG. This characteristic observation process is executed, for example, to observe the characteristic of one particle that is the tracking particle after the particle is registered as the tracking particle in the tracking observation process described above with reference to FIG.

まず、粒子観察装置1Bでは、観察セル2内の液体102が静止し(S31でYES)、追尾粒子を目標位置に定点把持されることで静止すると(S32でYES)、粒子移動制御部93は、追尾粒子を目標位置で回転するための電流を出力するようにコイル電源を制御する(S33)。   First, in the particle observation apparatus 1B, when the liquid 102 in the observation cell 2 is stationary (YES in S31) and the tracking particle is stationary by being held at a fixed position at the target position (YES in S32), the particle movement control unit 93 is The coil power supply is controlled so as to output a current for rotating the tracking particles at the target position (S33).

撮像装置5は、粒子移動制御部93の制御によって回転した追尾粒子を撮影することで、複数の異なる方向からの追尾粒子の画像データを取得する(S34)。   The imaging device 5 acquires the image data of the tracking particles from a plurality of different directions by photographing the tracking particles rotated under the control of the particle movement control unit 93 (S34).

特性演算部68は、複数の画像データを取得すると、複数の方向からの画像データにおける追尾粒子の断面積を利用して、追尾粒子の体積を求める(S35)。   When the characteristic calculation unit 68 acquires a plurality of pieces of image data, the characteristic calculation unit 68 obtains the volume of the tracking particles using cross-sectional areas of the tracking particles in the image data from a plurality of directions (S35).

続いて、流入部21を介して観察セル2に液体102を供給する量を変化させることで、観察セル2内の液体102の流速を変化させる(S36)。   Subsequently, the flow rate of the liquid 102 in the observation cell 2 is changed by changing the amount of the liquid 102 supplied to the observation cell 2 via the inflow portion 21 (S36).

その後、特性演算部68は、磁気力を求める(S37)。続いて、特性演算部68は、追尾粒子による磁気特性(磁場−磁化曲線)を求め、求めた特性を表示処理部62に出力して表示装置8に表示させる(S38)。なお、上述した方法では、重力と浮力と磁気力との釣り合う磁界に対する体積磁化のみが求まることになる。磁気特性(磁束密度(あるいは磁界)と磁化との関係)は、液体102が静止中は重力とのバランスだけとなり、磁束密度が1点のデータしかとれない。これに対し、液体102の流速をステップ状にあげて重力、浮力、粘性力と順次バランスすることで、流速の増加に応じて磁束密度が大きくなり、磁束密度と磁化との関係を数点とることができ汎用的な磁気特性を得ることができる。   Thereafter, the characteristic calculator 68 obtains the magnetic force (S37). Subsequently, the characteristic calculation unit 68 obtains the magnetic characteristic (magnetic field-magnetization curve) by the tracking particle, outputs the obtained characteristic to the display processing unit 62, and displays it on the display device 8 (S38). In the above-described method, only volume magnetization with respect to a magnetic field that balances gravity, buoyancy, and magnetic force is obtained. Magnetic properties (relationship between magnetic flux density (or magnetic field) and magnetization) are only balanced with gravity while the liquid 102 is at rest, and data of only one magnetic flux density can be obtained. On the other hand, by increasing the flow velocity of the liquid 102 stepwise and sequentially balancing with gravity, buoyancy, and viscous force, the magnetic flux density increases as the flow velocity increases, and there are several relationships between the magnetic flux density and magnetization. General-purpose magnetic properties can be obtained.

上述したように、第2実施形態に係る粒子観察装置1Bでは、連続する画像から磁性微粒子の座標と断面積を求めて特定の粒子を追尾するとともに、特定の磁性微粒子を目標位置に把持させる磁力を利用することで、容易に磁性微粒子の特性を把握することが可能となる。   As described above, in the particle observation apparatus 1B according to the second embodiment, the magnetic particles that track the specific particles by obtaining the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles from the continuous images and that hold the specific magnetic fine particles at the target position. By using this, it is possible to easily grasp the characteristics of the magnetic fine particles.

〈第3実施形態〉
図14に示す全体構成図を用いて、第3実施形態に係る粒子観察装置1Cについて説明する。この粒子観察装置1Cは、液体102等の流体に含まれる強磁性体の粒子101が存在する空間の磁気勾配を観察するものである。したがって、この粒子観察装置1Cでは、二値化画像データを表示する際に追尾粒子にマークを付すのではなく、各粒子の軌跡を表示する。
<Third Embodiment>
A particle observation apparatus 1C according to the third embodiment will be described with reference to the overall configuration diagram shown in FIG. This particle observation apparatus 1C observes the magnetic gradient in the space where the ferromagnetic particles 101 contained in the fluid such as the liquid 102 are present. Therefore, in this particle observation apparatus 1C, when the binarized image data is displayed, the tracking particles are not marked, but the trajectory of each particle is displayed.

第3実施形態に係る粒子観察装置1Cを上述した第1実施形態に係る粒子観察装置1Cと比較すると、粒子観察装置1Cでは、処理装置6Aに代えて処理装置6Cを備えている点で異なる。また、この処理装置6Cを処理装置6Aと比較すると、追尾部65に代えて追尾部65Cを備え、作用力演算部67を備えず、勾配演算部69を備える点で異なる。   When the particle observation apparatus 1C according to the third embodiment is compared with the particle observation apparatus 1C according to the first embodiment described above, the particle observation apparatus 1C is different in that a processing apparatus 6C is provided instead of the processing apparatus 6A. Further, the processing device 6C is different from the processing device 6A in that a tracking unit 65C is provided instead of the tracking unit 65, an acting force calculation unit 67 is not provided, and a gradient calculation unit 69 is provided.

この粒子観察装置1Cの追尾部65Cは、特定の追尾粒子のみ追尾するのではなく、二値化画像データに含まれる全ての粒子101又は複数の粒子101を追尾する。具体的には、追尾部65Cは、各粒子の座標と断面積とを追尾データD3として記憶部に記憶し、新たな座標データ及び断面積データを入力すると、追尾データD3に含まれる各座標及び断面積と比較して、対応する粒子を選択する。この追尾データD3は、座標と断面積との変化の履歴を含んでいる。追尾部65Cは、追尾データD3から、二値化データに含まれる各粒子と対応する粒子を選択すると、各粒子の座標と、各粒子の座標の変化の履歴を含む軌跡データとして表示処理部62に出力する。これにより、表示装置8には、各粒子の軌跡が表示される。   The tracking unit 65C of the particle observation apparatus 1C does not track only specific tracking particles, but tracks all particles 101 or a plurality of particles 101 included in the binarized image data. Specifically, the tracking unit 65C stores the coordinates and cross-sectional area of each particle in the storage unit as tracking data D3. When new coordinate data and cross-sectional area data are input, the coordinates and cross-sectional data included in the tracking data D3 The corresponding particles are selected compared to the cross-sectional area. The tracking data D3 includes a history of changes between coordinates and cross-sectional areas. When the tracking unit 65C selects a particle corresponding to each particle included in the binarized data from the tracking data D3, the display processing unit 62 displays the coordinates of each particle and the locus data including the history of changes in the coordinates of each particle. Output to. Thereby, the trajectory of each particle is displayed on the display device 8.

勾配演算部69は、各粒子について、磁気勾配の大きさ(dH/dλ)を求め、表示処理部62に出力する。これにより、表示処理部62は、表示装置8に表示される各粒子に磁気勾配の大きさを表示する。   The gradient calculation unit 69 obtains the magnitude (dH / dλ) of the magnetic gradient for each particle and outputs it to the display processing unit 62. Thereby, the display processing unit 62 displays the magnitude of the magnetic gradient on each particle displayed on the display device 8.

具体的には、勾配演算部69は、各粒子の加速度を算出して式(6)及び(7)を利用して求める。なお、各粒子の加速度は、追尾データD3に含まれる座標の変化から求められる。式(7)においてFdは式(2)で求まる流体抵抗力である。   Specifically, the gradient calculation unit 69 calculates the acceleration of each particle and obtains it using equations (6) and (7). Note that the acceleration of each particle is obtained from a change in coordinates included in the tracking data D3. In Formula (7), Fd is the fluid resistance obtained by Formula (2).

F=mα …(6)
F=Mp×μ×dH/dλ×V+Fd…(7)
(磁気勾配観察処理)
次に、図15に示すフローチャートを用いて、粒子観察装置1Cにおいて粒子101が存在する空間の磁気勾配を観察する処理について説明する。
F = mα (6)
F = Mp × μ × dH / dλ × V + Fd (7)
(Magnetic gradient observation process)
Next, processing for observing the magnetic gradient in the space where the particles 101 exist in the particle observation apparatus 1C will be described using the flowchart shown in FIG.

まず、撮像装置5は、観察対象の粒子101が観察セル2に供給され、光照射部3によって照射された観察部22内の粒子101を撮像し、撮像したデータを処理装置6Cに出力する(S41)。   First, the imaging device 5 supplies the observation target particle 101 to the observation cell 2, images the particle 101 in the observation unit 22 irradiated by the light irradiation unit 3, and outputs the captured data to the processing device 6C ( S41).

画像データを入力した処理装置6Cは、入力した画像データを二値化部61によって二値化し、得られた二値化画像データを表示処理部62、座標演算部63及び断面積演算部64に出力する(S42)。   The processing device 6C that has input the image data binarizes the input image data by the binarization unit 61, and outputs the binarized image data obtained to the display processing unit 62, the coordinate calculation unit 63, and the cross-sectional area calculation unit 64. Output (S42).

座標演算部63は、入力した二値化画像データ中の全ての粒子101の座標を求めて座標データとして追尾部65Cに出力する。また、断面積演算部64は、入力した二値化画像データ中の全ての粒子101の断面積を求めて断面積データとして追尾部65Cに出力する(S43)。   The coordinate calculation unit 63 obtains the coordinates of all the particles 101 in the input binarized image data and outputs them to the tracking unit 65C as coordinate data. Further, the cross-sectional area calculation unit 64 obtains cross-sectional areas of all the particles 101 in the input binarized image data, and outputs the cross-sectional area data to the tracking unit 65C as cross-sectional area data (S43).

座標データと断面積データとを入力した追尾部65Cは、追尾データD3が記憶部に記憶されているか否かを判定する(S44)。追尾データD3が記憶されていないとき(S44でNO)、追尾部65Cは、入力した座標データと断面積データに含まれる座標と断面積から追尾データD3を生成して記憶部に記憶し、表示処理部62が二値化画像データを表示装置8に表示した後ステップS41に戻り、ステップS01〜S43の処理を繰り返す(S45)。   The tracking unit 65C that has input the coordinate data and the cross-sectional area data determines whether or not the tracking data D3 is stored in the storage unit (S44). When the tracking data D3 is not stored (NO in S44), the tracking unit 65C generates the tracking data D3 from the input coordinate data, the coordinates included in the cross-sectional area data, and the cross-sectional area, and stores the tracking data D3 in the storage unit for display. After the processing unit 62 displays the binarized image data on the display device 8, the process returns to step S41, and the processes of steps S01 to S43 are repeated (S45).

また、追尾データD3が記憶装置に記憶されているとき(S44でYES)、追尾部65Cで、入力した座標データと断面積データに含まれる座標と断面積を追加して追尾データD3を更新し、表示処理部62で、画像データを表示装置8に、各粒子の軌跡も合わせて表示する(S46)。なお、各粒子の軌跡の接線が磁気勾配の方向を表している。   When the tracking data D3 is stored in the storage device (YES in S44), the tracking unit 65C updates the tracking data D3 by adding the coordinates and sectional area included in the input coordinate data and sectional area data. The display processing unit 62 displays the image data on the display device 8 together with the locus of each particle (S46). In addition, the tangent of the locus of each particle represents the direction of the magnetic gradient.

その後、勾配演算部69は、勾配の大きさを求め、表示処理部62に出力する(S47)。これにより、勾配の大きさを入力した表示処理部62が入力した勾配の大きさを表示装置8に表示する(S48)。   Thereafter, the gradient calculation unit 69 obtains the magnitude of the gradient and outputs it to the display processing unit 62 (S47). Thereby, the magnitude | size of the gradient which the display process part 62 which input the magnitude | size of the gradient input is displayed on the display apparatus 8 (S48).

粒子観察装置1Cは、磁気勾配の観察処理を終了する操作信号を入力するまで、ステップS41〜S48の処理を繰り返す(S49)。   The particle observation apparatus 1C repeats the processes in steps S41 to S48 until an operation signal for ending the magnetic gradient observation process is input (S49).

上述したように、第3実施形態に係る粒子観察装置1Cでは、連続する画像から磁性微粒子の座標と断面積を求めて各微粒子の移動の履歴を特定し、移動経路を表示することで、容易に磁性微粒子を含む領域の磁気勾配を把握することができる。   As described above, in the particle observation device 1C according to the third embodiment, the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles are obtained from the continuous images, the movement history of each fine particle is specified, and the movement path is displayed, thereby easily. It is possible to grasp the magnetic gradient of the region containing the magnetic fine particles.

〈第4実施形態〉
図16に示す全体構成図を用いて、第4実施形態に係る分離装置1Dについて説明する。第4実施形態に係る分離装置1Dは、液体102等の流体に含まれる複数の磁性体の粒子101から、特定の粒子101を分離する装置である。この分離装置1Dは、上述した第1実施形態に係る粒子観察装置1Aと同様に、分離セル2D、光照射部3、粒子移動部4、処理装置6D、表示装置8及び制御装置9を備えている。ここで、分離装置1Dは粒子観察装置1Aと異なり、観察セル2に代えて分離セル2Dを備え、処理装置6Aに代えて処理装置6Dを備えている。
<Fourth embodiment>
A separation apparatus 1D according to the fourth embodiment will be described with reference to the overall configuration diagram shown in FIG. A separation device 1D according to the fourth embodiment is a device that separates specific particles 101 from a plurality of magnetic particles 101 contained in a fluid such as the liquid 102. This separation device 1D includes a separation cell 2D, a light irradiation unit 3, a particle moving unit 4, a processing device 6D, a display device 8, and a control device 9, similarly to the particle observation device 1A according to the first embodiment described above. Yes. Here, unlike the particle observation apparatus 1A, the separation apparatus 1D includes a separation cell 2D instead of the observation cell 2, and includes a processing apparatus 6D instead of the processing apparatus 6A.

分離セル2Dは、例えば図17に示すように、複数の複数の流出部23a,23bを備えている。具体的には、分離対象の粒子が流出する対象粒子用の流出部23aと、分離対象ではない粒子が流出する対象外粒子用の流出部23bとを備えている。これにより、流入部21から流入する粒子101から特定の粒子のみを選択して対象粒子用の流出部23aから流出し、それ以外の粒子については対象外粒子用の流出部23bから流出する。   As shown in FIG. 17, for example, the separation cell 2D includes a plurality of outflow portions 23a and 23b. Specifically, an outflow portion 23a for target particles from which particles to be separated flow out and an outflow portion 23b for non-target particles from which particles that are not to be separated flow out are provided. Thereby, only specific particles are selected from the particles 101 flowing in from the inflow portion 21 and flow out from the outflow portion 23a for target particles, and other particles flow out from the outflow portion 23b for non-target particles.

処理装置6Dを処理装置6Aと比較すると、作用力演算部67を備えず、偏差演算部66に代えて偏差演算部66Dを備える点で異なる。この処理装置6Dも、例えば、処理装置6Aと同様に演算部や記憶部(図示せず)を有する情報処理装置であって、記憶部に記憶される分離プログラム(図示せず)が読み出されて実行されることで、図16に示すように、二値化部61、表示処理部62、座標演算部63、断面積演算部64、追尾部65及び偏差演算部66Dが演算部に実装される。   The processing device 6D is different from the processing device 6A in that it does not include the acting force calculation unit 67 but includes a deviation calculation unit 66D instead of the deviation calculation unit 66. The processing device 6D is also an information processing device having a calculation unit and a storage unit (not shown), for example, as with the processing device 6A, and a separation program (not shown) stored in the storage unit is read out. As shown in FIG. 16, the binarization unit 61, the display processing unit 62, the coordinate calculation unit 63, the cross-sectional area calculation unit 64, the tracking unit 65, and the deviation calculation unit 66D are mounted on the calculation unit. The

処理装置6Dの追尾部65は、分離対象の粒子を追尾する。追尾部65は、例えば、所定サイズの粒子を分離対象の粒子として追尾する。また、追尾部65は、分離対象の粒子の座標及び断面積を追尾データD1として記憶部に記憶させ、分離対象の粒子の移動に応じて追尾データD1を更新する。   The tracking unit 65 of the processing device 6D tracks particles to be separated. For example, the tracking unit 65 tracks particles of a predetermined size as separation target particles. Further, the tracking unit 65 stores the coordinates and cross-sectional area of the separation target particle in the storage unit as tracking data D1, and updates the tracking data D1 according to the movement of the separation target particle.

処理装置6Dの偏差演算部66Dは、座標データを入力すると、分離対象の粒子の座標と、分離する際の粒子の経路との偏差を求め、求めた偏差を粒子移動制御部93に出力する。例えば、この分離装置1Dでは、分離セル2Dの観察部22から流出部23aへの流路が分離対象の粒子の誘導路として定めており、偏差演算部66Dは、分離対象の粒子の座標と分離対象の粒子に定められる誘導路上の点の座標(例えば、分岐点の座標)との偏差を求める。また、分離対象の粒子が誘導路上にあるとき、偏差演算部66Dは、誘導路上の対象粒子用の流出部23aへ現在の座標から所定距離進んだ座標を目標位置とし、現在の座標からこの目標位置までの偏差を求める。   When the coordinate data is input, the deviation calculation unit 66D of the processing device 6D obtains a deviation between the coordinates of the particles to be separated and the path of the particles at the time of separation, and outputs the obtained deviation to the particle movement control unit 93. For example, in this separation apparatus 1D, the flow path from the observation unit 22 to the outflow unit 23a of the separation cell 2D is defined as a guide path for the particles to be separated, and the deviation calculation unit 66D has the coordinates and separation of the particles to be separated. A deviation from the coordinates of a point on the taxiway determined for the target particle (for example, the coordinates of a branch point) is obtained. In addition, when the separation target particle is on the taxiway, the deviation calculating unit 66D sets a coordinate that is a predetermined distance from the current coordinate to the outflow part 23a for the target particle on the taxiway as a target position, and the target coordinate is calculated from the current coordinate. Find the deviation to the position.

偏差を入力した粒子移動制御部93は、入力した偏差に応じて、分離対象の粒子が誘導路上に移動するように、また、対象粒子用の流出部23aから流出するように制御する。このとき、図17に示すように観察部22から対象粒子用の流出部23aまでの誘導路を複雑に形成することで、対象外の粒子が対象粒子用の流出部23aから流出するのを防止することができる。   The particle movement control unit 93 to which the deviation is input controls the separation target particles to move on the guide path and to flow out from the target particle outflow unit 23a according to the input deviation. At this time, as shown in FIG. 17, by forming a complicated guide path from the observation unit 22 to the target particle outflow portion 23a, it is possible to prevent out-of-target particles from flowing out from the target particle outflow portion 23a. can do.

(粒子の分離処理)
続いて、図18に示すフローチャートを用いて、分離装置1Dにおいて特定の粒子を分離する処理について説明する。
(Particle separation process)
Then, the process which isolate | separates specific particle | grains in the separation apparatus 1D is demonstrated using the flowchart shown in FIG.

まず、撮像装置5は、分理対象の粒子101を含む液体102が分離セル2Dに供給され、光照射部3によって照射された観察部22内の粒子101を撮像し、撮像したデータを処理装置6Dに出力する(S51)。   First, the imaging device 5 supplies the liquid 102 containing the particles 101 to be divided to the separation cell 2D, images the particles 101 in the observation unit 22 irradiated by the light irradiation unit 3, and processes the captured data. Output to 6D (S51).

画像データを入力した処理装置6Dは、入力した画像データを二値化部61によって二値化し、得られた二値化画像データを表示処理部62、座標演算部63及び断面積演算部64に出力する(S52)。   The processing device 6D that has input the image data binarizes the input image data by the binarization unit 61, and the obtained binarized image data is input to the display processing unit 62, the coordinate calculation unit 63, and the cross-sectional area calculation unit 64. Output (S52).

表示処理部62は、入力した二値化画像データを表示装置8に表示する(S53)。   The display processing unit 62 displays the input binarized image data on the display device 8 (S53).

座標演算部63は、入力した二値化画像データ中の全ての粒子101の座標を求めて座標データとして追尾部65に出力する。また、断面積演算部64は、入力した二値化画像データ中の全ての粒子101の断面積を求めて断面積データとして追尾部65に出力する(S54)。   The coordinate calculation unit 63 obtains the coordinates of all the particles 101 in the input binarized image data and outputs them to the tracking unit 65 as coordinate data. In addition, the cross-sectional area calculation unit 64 obtains cross-sectional areas of all the particles 101 in the input binarized image data and outputs the cross-sectional area data to the tracking unit 65 as cross-sectional area data (S54).

座標データと断面積データとを入力した追尾部65は、分離対象の粒子101があるか否かを判定する(S55)。分離対象の粒子がないとき(S55でNO)、ステップS51に戻り、ステップS51〜S55の処理を繰り返す。   The tracking unit 65 that has input the coordinate data and the cross-sectional area data determines whether or not there is a separation target particle 101 (S55). When there is no particle to be separated (NO in S55), the process returns to step S51, and the processes in steps S51 to S55 are repeated.

分離対象の粒子があると判定すると(S55でYES)、追尾部65は、分離対象の粒子の座標データを偏差演算部66Dに出力する(S56)。   If it is determined that there are particles to be separated (YES in S55), the tracking unit 65 outputs the coordinate data of the particles to be separated to the deviation calculating unit 66D (S56).

偏差演算部66Dは、入力した分離対象の粒子の座標と、分離する粒子に定められる経路との偏差を求めて粒子移動制御部93に出力する(S57)。   The deviation calculating unit 66D calculates a deviation between the input coordinates of the separation target particle and the path determined for the particle to be separated, and outputs the deviation to the particle movement control unit 93 (S57).

粒子移動制御部93は、求めた偏差から粒子の経路に導く制御値を求めて粒子移動部4を制御することで、対象の粒子のみを分離し(S58)、その後、分離処理を終了する操作信号を入力するまで、ステップS51〜59の処理を繰り返す(S59)。   The particle movement control unit 93 obtains a control value that leads to the particle path from the obtained deviation and controls the particle moving unit 4 to separate only the target particles (S58), and then ends the separation process. Until the signal is input, the processing of steps S51 to S59 is repeated (S59).

なお、ここでは、分離セル2Dは、複数の流出部23a,23bを備え、分離対象の粒子を他の粒子を流出する流出部23bと異なる流出部23aから流出するように構成した。これに対し、分離セル2Dが、複数の流出部23a,23bを備えていない場合、分離対象の粒子を磁力によって分離セルD内に把持し、他の粒子101を流出後に分離対象の粒子を回収するようにすることもできる。   Here, the separation cell 2D includes a plurality of outflow portions 23a and 23b, and is configured such that the particles to be separated flow out from an outflow portion 23a different from the outflow portion 23b through which other particles flow out. On the other hand, when the separation cell 2D does not include the plurality of outflow portions 23a and 23b, the separation target particles are gripped in the separation cell D by magnetic force, and the separation target particles are recovered after flowing out the other particles 101. You can also do it.

上述したように、第4実施形態に係る分離装置1Dでは、連続する画像から磁性微粒子の座標と断面積を求めて、分離対象の粒子を追尾するとともに磁力を利用して分離対象の粒子のみを目的の位置に移動させることで、分離が困難な磁性微粒子であっても容易に分離することができる。   As described above, in the separation apparatus 1D according to the fourth embodiment, the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles are obtained from the continuous images, the separation target particles are tracked, and only the separation target particles are collected using the magnetic force. By moving to a target position, even magnetic particles that are difficult to separate can be easily separated.

〈第5実施形態〉
図19に示す全体構成図を用いて、第5実施形態に係るマニピュレーション装置1Eについて説明する。第5実施形態に係るマニピュレーション装置1Eは、強磁性体の粒子101をマニピュレートする装置である。このマニピュレーション装置1Eは、上述した4実施形態に係る分離装置1Dと同様に、制御セル2E、光照射部3、粒子移動部4、処理装置6E、表示装置8及び制御装置9を備えている。ここで、マニピュレーション装置1Eは分離装置1Dと異なり、分離セル2Dに代えて制御セル2Eを備え、処理装置6Dに代えて処理装置6Eを備えている。
<Fifth Embodiment>
A manipulation device 1E according to the fifth embodiment will be described with reference to the overall configuration diagram shown in FIG. A manipulation device 1E according to the fifth embodiment is a device for manipulating ferromagnetic particles 101. This manipulation device 1E includes a control cell 2E, a light irradiation unit 3, a particle moving unit 4, a processing device 6E, a display device 8, and a control device 9, similarly to the separation device 1D according to the above-described four embodiments. Here, unlike the separation device 1D, the manipulation device 1E includes a control cell 2E instead of the separation cell 2D, and a processing device 6E instead of the processing device 6D.

制御セル2Eの形状は、限定されないが、対象の粒子を内部でマニピュレート可能に形成されている。また、マニピュレート対象は基本的に磁性体であるが、磁性体を駆動制御することで生じる流体の流れを利用して、磁気力の作用しない非磁性体を流体抵抗力をつかってマニピュレートすることも可能である。具体的には、対象とする非磁性微粒子の近傍に磁性体の微粒子を浮遊させておき、非磁性体を動かしたい方向に磁性微粒子を移動させる(その方向になる電磁石の磁気力で吸引する)ことで、動かしたい方向への流体の流れを局所的に非磁性体微粒子の周囲につくり、これによって非磁性微粒子は重力と浮力以外に、動かしたい方向への流体抵抗力を付加されることになり、非磁性体をマニピュレート可能とする。   The shape of the control cell 2E is not limited, but is formed so that the target particles can be manipulated inside. Although the object to be manipulated is basically a magnetic material, non-magnetic material that does not act on magnetic force can be manipulated using fluid resistance force by utilizing the flow of fluid generated by driving and controlling the magnetic material. Is possible. Specifically, the magnetic fine particles are suspended in the vicinity of the target nonmagnetic fine particles, and the magnetic fine particles are moved in the direction in which the nonmagnetic material is desired to be moved (attracted by the magnetic force of the electromagnet in that direction). Therefore, the flow of fluid in the direction you want to move is locally created around the non-magnetic fine particles, and this adds non-gravity and buoyancy to the non-magnetic fine particles and adds fluid resistance in the direction you want to move. Thus, non-magnetic material can be manipulated.

処理装置6Eは、例えば、処理装置6Dと同様に演算部及び記憶部(図示せず)を有する情報処理装置であり、記憶部に記憶されるマニピュレーションプログラム(図示せず)が読み出されて実行されることで、図19に示すように、二値化部61、表示処理部62、座標演算部63、断面積演算部64、追尾部65及び偏差演算部66Dが実装される。   The processing device 6E is, for example, an information processing device having a calculation unit and a storage unit (not shown) as with the processing device 6D, and a manipulation program (not shown) stored in the storage unit is read and executed. As a result, as shown in FIG. 19, a binarization unit 61, a display processing unit 62, a coordinate calculation unit 63, a cross-sectional area calculation unit 64, a tracking unit 65, and a deviation calculation unit 66D are implemented.

このマニピュレーション装置1Eでは、制御対象の粒子をマニピュレートする経路が定められており、偏差演算部66Dによって制御対象の粒子と定められる経路との偏差が求められる。これにより、制御対象の粒子は、粒子移動制御部93によって、この経路にしたがって移動するように制御される。   In this manipulation device 1E, a path for manipulating the particles to be controlled is determined, and a deviation from the path determined as the particle to be controlled is obtained by the deviation calculation unit 66D. Thereby, the particles to be controlled are controlled by the particle movement control unit 93 so as to move along this route.

ここで、撮像装置5を可動自在にした場合や、コイル41〜44を可動自在にした場合、三次元的に制御することが可能になる。   Here, when the imaging device 5 is movable, or when the coils 41 to 44 are movable, the three-dimensional control can be performed.

上述したように、第5実施形態に係るマニピュレーション装置1Eでは、連続する画像から磁性微粒子の座標と断面積を求めて、制御対象の粒子を追尾するとともに磁力を利用して制御対象の粒子のみを移動させることで、制御が困難な磁性微粒子を容易にマニピュレートすることができる。   As described above, in the manipulation device 1E according to the fifth embodiment, the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles are obtained from the continuous images, the particles to be controlled are tracked, and only the particles to be controlled are utilized using the magnetic force. By moving, magnetic fine particles that are difficult to control can be easily manipulated.

以上、各実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using each embodiment, this invention is not limited to embodiment described in this specification. The scope of the present invention is determined by the description of the claims and the scope equivalent to the description of the claims.

1A,1B,1C…粒子観察装置
1D…分離装置
1E…マニピュレーション装置
2…観察セル
2D…分離セル
2E…制御セル
21…流入部
22…観察部
23…流出部
3…光照射部
31…発光部
32…ビームエキスパンダ
33…反射部材
34…受光部
4…粒子移動部(磁気発生装置)
42〜44…コイル
45〜48…コイル電源
5…撮像装置
6A,6B,6C,6D,6E…処理装置
61…二値化部
62…表示処理部
63…座標演算部
64…断面積演算部
65,65C,65D…追尾部
66…偏差演算部
67…作用力演算部
68…特性演算部
69…勾配演算部
7…磁気計測装置
8…表示装置
9…制御装置
91…入力部
92…光制御部
93…粒子移動制御部
94…撮像制御部
101…粒子
102…液体
103…磁力線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A, 1B, 1C ... Particle observation apparatus 1D ... Separation apparatus 1E ... Manipulation apparatus 2 ... Observation cell 2D ... Separation cell 2E ... Control cell 21 ... Inflow part 22 ... Observation part 23 ... Outflow part 3 ... Light irradiation part 31 ... Light emission part 32 ... Beam expander 33 ... Reflecting member 34 ... Light receiving part 4 ... Particle moving part (magnetic generator)
42-44 ... Coil 45-48 ... Coil power supply 5 ... Imaging device 6A, 6B, 6C, 6D, 6E ... Processing device 61 ... Binarization unit 62 ... Display processing unit 63 ... Coordinate calculation unit 64 ... Cross-sectional area calculation unit 65 , 65C, 65D ... tracking unit 66 ... deviation calculating unit 67 ... acting force calculating unit 68 ... characteristic calculating unit 69 ... gradient calculating unit 7 ... magnetic measuring device 8 ... display device 9 ... control device 91 ... input unit 92 ... light control unit 93 ... Particle movement control unit 94 ... Imaging control unit 101 ... Particle 102 ... Liquid 103 ... Magnetic field lines

Claims (11)

内部に磁性微粒子を含む流体が存在する観察セルと、
前記観察セル内の磁性微粒子の画像を連続して撮像する撮像装置と、
前記撮像装置で撮像された画像から磁性微粒子の座標と断面積を求める演算部と、
前回撮像された画像における追尾の対象の磁性微粒子である追尾粒子の座標及び断面積と、新たに撮像された画像から前記演算部で求められた磁性微粒子の座標及び断面積とを比較して、追尾粒子を追尾する追尾部と、
前記撮像装置で撮像された画像を表示装置に表示するとともに、前記表示装置に表示される画像上で前記追尾部が追尾した追尾粒子にマークを表示する表示処理部と、
前記観察セルが存在する観察領域内の磁界を調整可能な磁力線を発生させる磁力発生部と、
前記観察セル内の流体が静止した状態で、追尾粒子を所定の目標位置に把持させる磁力線を発生させる制御値を出力して前記磁力発生部を制御する粒子移動制御部と、
前記撮像装置で異なる方向から撮像された追尾粒子の複数の画像から求めた当該追尾粒子の体積と、前記粒子移動制御部が求めた制御値から求めた当該追尾粒子に与えられる重力と、前記観察領域に磁性微粒子が配置されない状態で予め測定された前記観察領域の磁界分布とを利用して当該追尾粒子の磁気特性を求める特性演算部と、
を備えることを特徴とする粒子観察装置。
An observation cell in which a fluid containing magnetic fine particles exists,
An imaging device for continuously capturing images of magnetic fine particles in the observation cell;
A calculation unit for obtaining the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles from the image captured by the imaging device;
Compare the coordinates and cross-sectional area of the tracking particles that are the magnetic fine particles to be tracked in the previously imaged image, and the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles obtained by the calculation unit from the newly imaged image, A tracking unit for tracking the tracking particles;
A display processing unit for displaying an image captured by the imaging device on a display device, and displaying a mark on the tracking particles tracked by the tracking unit on the image displayed on the display device;
A magnetic force generator that generates magnetic field lines capable of adjusting a magnetic field in an observation region where the observation cell exists;
With the fluid in the observation cell stationary, a particle movement control unit that controls the magnetic force generation unit by outputting a control value that generates a magnetic force line that holds the tracking particles at a predetermined target position;
The volume of the tracking particle obtained from a plurality of images of the tracking particle imaged from different directions by the imaging device, the gravity given to the tracking particle obtained from the control value obtained by the particle movement control unit, and the observation A characteristic calculator that obtains the magnetic properties of the tracking particles using the magnetic field distribution of the observation region measured in advance in a state where magnetic fine particles are not disposed in the region;
A particle observation apparatus comprising:
前記観察領域の磁界分布を測定する磁気計測装置をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の粒子観察装置。 The particle observation apparatus according to claim 1 , further comprising a magnetic measurement apparatus that measures a magnetic field distribution in the observation region . 前記粒子移動制御部は、静止した追尾粒子を前記目標位置で回転させる磁力線を発生させる制御値を出力して前記磁力発生部を制御することを特徴とする請求項1又は2記載の粒子観察装置。 3. The particle observation apparatus according to claim 1, wherein the particle movement control unit controls the magnetic force generation unit by outputting a control value for generating a magnetic force line that rotates stationary tracking particles at the target position. . 前記撮像装置は、異なる方向から追尾粒子を撮像する複数のカメラを有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の粒子観察装置。 4. The particle observation apparatus according to claim 1, wherein the imaging apparatus includes a plurality of cameras that capture tracking particles from different directions . 5. 前記粒子移動制御部は、追尾粒子を追尾する前段階に追尾粒子を確認するための制御値として矩形波の電流を前記磁力発生部に出力することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の粒子観察装置。 The said particle movement control part outputs the electric current of a rectangular wave to the said magnetic force generation part as a control value for confirming a tracking particle in the step before tracking a tracking particle, The said magnetic force generation part, It is any one of Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned. The particle observation apparatus according to Item 1 . 内部に磁性微粒子を含む流体が存在する観察セルと、
前記観察セル内の磁性微粒子の画像を連続して撮像する撮像装置と、
前記撮像装置で撮像された画像から磁性微粒子の座標と断面積を求める演算部と、
前回撮像された画像における追尾の対象の磁性微粒子である追尾粒子の座標及び断面積と、新たに撮像された画像から前記演算部で求められた磁性微粒子の座標及び断面積とを比較して、追尾粒子を追尾する追尾部と、
前記撮像装置で撮像された画像を表示装置に表示するとともに、前記表示装置に表示される画像上で前記追尾部が追尾した追尾粒子にマークを表示する表示処理部と、
前記観察セルが存在する観察領域内の磁界を調整可能な磁力線を発生させる磁力発生部と、
追尾粒子を所定の目標位置に把持させる磁力線を発生させる制御値を出力して前記磁力発生部を制御する粒子移動制御部と、
前記粒子移動制御部が求めた制御値を利用して追尾粒子に作用する作用力を求めて出力する作用力演算部と、を備え、
前記粒子移動制御部は、追尾粒子を追尾する前段階に追尾粒子を確認するための制御値として矩形波の電流を前記磁力発生部に出力することを特徴とする粒子観察装置。
An observation cell in which a fluid containing magnetic fine particles exists,
An imaging device for continuously capturing images of magnetic fine particles in the observation cell;
A calculation unit for obtaining the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles from the image captured by the imaging device;
Compare the coordinates and cross-sectional area of the tracking particles that are the magnetic fine particles to be tracked in the previously imaged image, and the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles obtained by the calculation unit from the newly imaged image, A tracking unit for tracking the tracking particles;
A display processing unit for displaying an image captured by the imaging device on a display device, and displaying a mark on the tracking particles tracked by the tracking unit on the image displayed on the display device;
A magnetic force generator that generates magnetic field lines capable of adjusting a magnetic field in an observation region where the observation cell exists;
A particle movement control unit for controlling the magnetic force generation unit by outputting a control value for generating a magnetic force line for gripping the tracking particles at a predetermined target position;
An action force calculation unit that calculates and outputs an action force acting on the tracking particles using the control value obtained by the particle movement control unit, and
The particle movement control unit outputs a rectangular wave current to the magnetic force generation unit as a control value for confirming the tracking particle before tracking the tracking particle .
前記演算部は、求めた磁性微粒子の断面積が所定値であるとき、この磁性微粒子を追尾粒子と決定することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1記載の粒子観察装置。 The particle observation apparatus according to claim 1, wherein the arithmetic unit determines the magnetic fine particle as a tracking particle when the obtained cross-sectional area of the magnetic fine particle is a predetermined value . 前記観察セルへ供給する流体の流速を調整するポンプを備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1記載の粒子観察装置。 The particle observation apparatus according to claim 1, further comprising a pump that adjusts a flow rate of a fluid supplied to the observation cell . 内部に磁性微粒子を含む流体が存在する観察セルと、
前記観察セル内の磁性微粒子の画像を連続して撮像する撮像装置と、
前記撮像装置で撮像された画像から磁性微粒子の座標と断面積を求める演算部と、
前記演算部で演算された各磁性微粒子の座標と断面積とを蓄積した追尾データを記憶する記憶部と、
前記追尾データに含まれる磁性微粒子の座標及び断面積と、新たに撮像された画像から前記演算部で求められた磁性微粒子の座標及び断面積を比較して、各磁性微粒子の軌跡を求める追尾部と、
前記撮像装置で撮像された画像を表示装置に表示するとともに、前記表示装置に表示される画像上で各磁性微粒子の軌跡を磁気勾配として表示する表示処理部と、
を備えることを特徴とする粒子観察装置。
An observation cell in which a fluid containing magnetic fine particles exists,
An imaging device for continuously capturing images of magnetic fine particles in the observation cell;
A calculation unit for obtaining the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles from the image captured by the imaging device;
A storage unit for storing tracking data in which the coordinates and cross-sectional area of each magnetic fine particle calculated by the calculation unit are stored;
The tracking unit that obtains the trajectory of each magnetic particle by comparing the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particle included in the tracking data with the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particle obtained by the calculation unit from a newly captured image When,
A display processing unit for displaying an image captured by the imaging device on a display device, and displaying a locus of each magnetic fine particle as a magnetic gradient on the image displayed on the display device;
A particle observation apparatus comprising:
磁気勾配の大きさ及び向きを算出し、算出した値を表示処理部に出力する勾配演算部をさらに備えることを特徴とする請求項9記載の粒子観察装置。 The particle observation apparatus according to claim 9, further comprising a gradient calculation unit that calculates the magnitude and direction of the magnetic gradient and outputs the calculated value to the display processing unit . 内部で磁性微粒子が制御される制御セルと、
前記制御セル内の磁性微粒子の画像を連続して撮像する撮像装置と、
前記撮像装置で撮像された画像から磁性微粒子の座標と断面積を求める演算部と、
前回撮像された画像における制御の対象の磁性微粒子である対象粒子の座標及び断面積と、新たに撮像された画像から前記演算部で求められた磁性微粒子の座標及び断面積とを比較して対象微粒子を追尾する追尾部と、
前記制御セル内の磁界を調整可能な磁力線を発生させる磁力発生部と、
前記制御セル内で対象粒子の位置を移動させて制御する磁力線を発生させる制御値を出力して前記磁力発生部を制御する粒子移動制御部と、
を備えることを特徴とするマニピュレート装置
A control cell in which magnetic fine particles are controlled,
An imaging device for continuously capturing images of magnetic fine particles in the control cell;
A calculation unit for obtaining the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particles from the image captured by the imaging device;
Compare the coordinates and cross-sectional area of the target particle that is the magnetic fine particle to be controlled in the previously captured image with the coordinates and cross-sectional area of the magnetic fine particle obtained by the calculation unit from the newly captured image. A tracking unit for tracking fine particles;
A magnetic force generator for generating magnetic field lines capable of adjusting the magnetic field in the control cell;
A particle movement control unit for controlling the magnetic force generation unit by outputting a control value for generating a magnetic force line to be controlled by moving the position of the target particle in the control cell;
A manipulating device comprising:
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