JP6590317B2 - Droplet volume measuring device and measuring method - Google Patents
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本発明は、薬液点滴の流量制御のために、落下中の液滴に平行光を照射して、イメージセンサで取得した液滴影画像を処理して、液滴の形状から液滴流量或いは送液速度を算出する液滴量測定装置及び測定方法に関する。 In the present invention, in order to control the flow rate of a chemical solution drip, a falling droplet image is processed by irradiating a falling droplet with parallel light and processing a droplet shadow image acquired by an image sensor. The present invention relates to a droplet amount measuring apparatus and a measuring method for calculating a liquid velocity.
薬液点滴の流量制御のために用いられている輸液ポンプは、拡張性があり弾力性の高い輸液チューブを使用し、これを機械にはめ込んでローラーなどでしごいて、設定された量の薬液を注入する。輸液ポンプは、薬液ボトルの高さや傾き、粘性、チューブや血管の抵抗の影響を受けやすいために、現在市販の輸液ポンプは、±10%程度の流量誤差がある。 The infusion pump used to control the flow rate of medicinal fluids uses an infusion tube that is highly scalable and elastic. inject. Since infusion pumps are easily affected by the height, inclination, viscosity, and resistance of tubes and blood vessels of chemical liquid bottles, currently available infusion pumps have a flow rate error of about ± 10%.
正確で安定して輸液・点滴ができるためには、正確な流量計測が必要となる。滴下数制御方式は、各液滴の大きさが一定であるとの仮定の下で、落下した液滴の滴下数をカウントし、投液量及び速度を算出する。しかし、薬剤の粘性係数の違いとか、液滴の大きさが同じでないことから流量誤差が発生する。 Accurate flow measurement is required to ensure accurate and stable infusion and infusion. The drop number control method counts the number of dropped droplets under the assumption that the size of each droplet is constant, and calculates the amount and speed of liquid drop. However, flow rate errors occur due to differences in the viscosity coefficient of the drugs and the size of the droplets being not the same.
従来、このような滴下数制御方式の流量誤差を低減して、落下した液滴量を正確に測定するために、液滴を撮影するイメージセンサを用いて、取得した液滴影の形状から液滴体積を算出することで、精度の高い流量を得る点滴検出装置が開発されてきた。 Conventionally, in order to reduce the flow rate error of such a droplet number control method and accurately measure the amount of dropped droplets, an image sensor for photographing the droplets is used to obtain the liquid droplet shape from the acquired shape of the droplet shadow. An infusion detection device that obtains a highly accurate flow rate by calculating the droplet volume has been developed.
図4は、このような従来の液滴量測定の原理を説明する図である。液滴量測定のために、図示のように、滴下ノズルと、該滴下ノズルから落下する液滴側面に配置された光源と、落下する液滴を挟んで光源とは対向した位置に配置された二次元イメージセンサとを備えている。イメージセンサは、CMOS(金属酸化膜半導体素子)やCCD(電荷結合素子)等を利用して形成され、各画素をマトリクス状(アレイ状)に配置して二次元画像を取り込み、液滴影画像を取得する。この取得した液滴影画像から液滴体積を算出することで、液滴流量を取得することができる。しかし、液滴が落下を開始するタイミングを正確に検知できなければ、液滴影の全体像を捉えることはできない。 FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of the conventional droplet amount measurement. To measure the amount of liquid droplets, as shown in the figure, the dripping nozzle, the light source disposed on the side surface of the liquid droplet falling from the dripping nozzle, and the light source disposed opposite to the falling liquid droplet were disposed. 2D image sensor. The image sensor is formed using a CMOS (metal oxide semiconductor device), a CCD (charge coupled device), etc., and each pixel is arranged in a matrix (array) to capture a two-dimensional image, and a droplet shadow image To get. By calculating the droplet volume from the acquired droplet shadow image, the droplet flow rate can be acquired. However, if the timing at which the droplet starts to fall cannot be accurately detected, the entire image of the droplet shadow cannot be captured.
図5(A)は、特許文献1に開示の従来技術に基づく液滴量測定の概念を説明する図であり、(B)は、液滴落下状態と判定した液滴画像から体積を算出する方法を説明する図である。特許文献1は、二次元画像を取り込むイメージセンサからの撮影データに基づいて、薬液が滴下ノズルを離れて落下する瞬間を判別する。
FIG. 5A is a diagram for explaining the concept of droplet amount measurement based on the prior art disclosed in
図5(A)において、二次元画像を取り込むイメージセンサの一部に相当する上部検出センサと下部検出センサの各検出画像を用いて、液滴落下状態を検出する。上部検出センサは、滴下ノズルの下端に近接し、残渣よりやや下に位置する領域に設け、かつ、下部検出センサは、滴下ノズルに対して、より下方であって、くびれ部よりもやや下方の領域に設ける。液滴落下前状態において、液滴は残渣とくびれ部を介して繋がっている。くびれ部の有無を検出することにより、液滴落下前状態か、或いは液滴と残渣とに分かれた液滴落下状態かを検出することができる。 In FIG. 5A, a droplet drop state is detected using each detection image of an upper detection sensor and a lower detection sensor corresponding to a part of an image sensor that captures a two-dimensional image. The upper detection sensor is provided in a region close to the lower end of the dropping nozzle and slightly below the residue, and the lower detection sensor is lower than the dropping nozzle and slightly lower than the constricted portion. Provide in the area. In the state before the droplet is dropped, the droplet is connected to the residue via the constricted portion. By detecting the presence / absence of the constricted portion, it is possible to detect whether the droplet is in a state before the droplet is dropped, or whether the droplet is dropped into a droplet and a residue.
次に、液滴落下状態と判定した液滴画像を用いて、図5(B)に示すようにして体積を算出する。図示のように、液滴の画像を微小な高さhをもつn個の長方形に分割し、実際の液滴がこの長方形の幅を直径とする円盤がn個積み重なったものと仮定する。そして長方形の幅および高さからn個の円盤の体積を計算し、その合計を液滴の体積とする(すなわち区分求積によって体積を算出する)。 Next, the volume is calculated as shown in FIG. 5B using the droplet image determined to be in the droplet falling state. As shown in the figure, it is assumed that an image of a droplet is divided into n rectangles having a minute height h, and an actual droplet is formed by stacking n disks each having a diameter of the rectangle. Then, the volume of the n disks is calculated from the width and height of the rectangle, and the total is set as the volume of the droplet (that is, the volume is calculated by the division quadrature).
このように、液滴が落下することを検知するセンサを必要とせずに、二次元画像を取り込むイメージセンサの一部を落下検知センサとして利用して、液滴落下状態を検出することができる。しかし、液滴の落下速度が比較的大きいため、液滴影の全体像を捉えるのが困難という問題点を完全には解決することができない。 In this way, it is possible to detect a droplet falling state by using a part of an image sensor that captures a two-dimensional image as a drop detection sensor without requiring a sensor for detecting the drop of the droplet. However, since the drop speed of the droplet is relatively high, it is impossible to completely solve the problem that it is difficult to capture the entire image of the droplet shadow.
図6は、液滴影の全体像を捉えるのが困難という問題点を説明する図であり、(A)は、液滴量測定装置の側面図を示し、かつ、(B)は、落下中の液滴影を例示している。図6(A)に示すように、落下する液滴側面に配置された光源(レーザー)と、落下する液滴を挟んで光源とは対向した位置に配置された二次元イメージセンサとを備えている。図6(B)は、時間的に0.005Sだけ間隔を開けて撮影した4枚の撮影像を例示している。このように、落下速度が比較的大きいために、液滴影の全体像をイメージセンサで捉えるのが困難である。 6A and 6B are diagrams for explaining the problem that it is difficult to capture the entire image of the droplet shadow. FIG. 6A is a side view of the droplet amount measuring apparatus, and FIG. The droplet shadow of is illustrated. As shown in FIG. 6 (A), a light source (laser) disposed on the side of a falling droplet and a two-dimensional image sensor disposed at a position facing the light source across the falling droplet. Yes. FIG. 6B illustrates four captured images captured at intervals of 0.005S in time. Thus, since the drop speed is relatively high, it is difficult to capture the entire image of the droplet shadow with the image sensor.
それ故に、本発明は、係る問題点を解決して、比較的小さなエリアのイメージセンサを用いても、撮影した液滴影の全体像を捉えることを可能にして、精度の高い(1%以下)点滴量測定を実現することを目的としている。 Therefore, the present invention solves such a problem and makes it possible to capture the entire image of the photographed droplet shadow even with the use of an image sensor in a relatively small area. ) It aims to realize the drip amount measurement.
光源からの光を平行光にして、滴下ノズルから落下中の液滴及び当該液滴の落下空間に照射し、点滴筒を挟んで光源と反対側に配置したイメージセンサで、発生した影画像を検出する。この影画像の輪郭を処理することで液滴の形状を認識して、この液滴の形状から液滴流量或いは送液速度を算出する。
Using the image sensor placed on the opposite side of the light source across the drip tube, the generated shadow image is displayed by collimating the light from the light source and irradiating the falling droplet and the drop space of the droplet from the dropping nozzle. To detect. The contour of the shadow image is processed to recognize the shape of the droplet, and the droplet flow rate or liquid feeding speed is calculated from the shape of the droplet.
本発明の液滴量測定装置及び方法は、前記点滴筒と前記イメージセンサの間に凸レンズを配置して、この凸レンズにより、少なくとも液滴落下方向の長さを縮小して、前記滴下ノズル先端から点滴筒内の液溜まり表面までの液滴落下距離全長に亘る前記落下空間の画像を前記イメージセンサで取得し、取得した前記画像の中の液滴部分を判別することで前記落下中の液滴全体の影画像を取得する。 According to the droplet amount measuring apparatus and method of the present invention, a convex lens is disposed between the drip tube and the image sensor, and the convex lens is used to reduce at least the length in the droplet dropping direction, and from the tip of the dropping nozzle. An image of the drop space over the entire length of the drop falling distance to the surface of the liquid reservoir in the drip tube is acquired by the image sensor, and the falling droplet is determined by discriminating the droplet portion in the acquired image. Get the entire shadow image.
前記凸レンズは、滴下ノズル先端から点滴筒内の液溜まり表面までの液滴落下距離全長に亘る平行光を受光するだけのレンズ径を有して、入射光に対して少なくとも液滴落下方向に縮小変化を与え、焦点面で線状の集光ビームを形成する円筒凸レンズが好ましい。液滴を落下方向を軸にした左右の対称性がある回転体であるとみなして求めた液滴の体積から液滴流量或いは送液速度を算出する。
The convex lens has a lens diameter sufficient to receive the parallel light over the entire length of the drop falling distance from the tip of the dropping nozzle to the surface of the liquid reservoir in the drip tube, and is reduced in at least the drop dropping direction with respect to the incident light. A cylindrical convex lens that gives a change and forms a linear focused beam at the focal plane is preferred. Calculating the droplet flow rate or feed rate of the dropping direction droplets from the volume of the droplets obtained is regarded as a rotating body with the left and right symmetry and the axis.
光源は、滴下ノズル先端から液溜まり表面までの液滴落下距離全長に亘って、平行光線を照射することのできるレーザー、LED、発光ランプ、又は有機EL面光源である。この光源は、滴下ノズル手前の拡散光路に、ビームエキスパンダーを介装して平行光線にすることができる。 The light source is a laser, an LED, a light-emitting lamp, or an organic EL surface light source that can irradiate parallel rays over the entire length of the droplet dropping distance from the tip of the dropping nozzle to the surface of the liquid pool. This light source can be made into a parallel light beam by interposing a beam expander in the diffusion optical path before the dropping nozzle.
イメージセンサは、液滴落下方向及びそれに直交する幅方向を有するマトリクス状に各画素を配置して二次元画像を取り込むCMOS又はCCDであって、かつ、液滴落下方向には、少なくとも滴下ノズル先端から液溜まりまでの全長を前記凸レンズで縮小した長さ、及び幅方向には、少なくとも液滴影に等しいだけの幅を有する。 The image sensor is a CMOS or CCD that captures a two-dimensional image by arranging each pixel in a matrix having a droplet drop direction and a width direction perpendicular thereto, and at least the tip of the drop nozzle in the droplet drop direction. In the width direction, the entire length from the liquid reservoir to the liquid reservoir is reduced by the convex lens, and the width is at least equal to the droplet shadow.
また、制御部を備え、該制御部は、前記光源に接続して点灯指令を出す一方、前記イメージセンサに接続して前記影画像の二値化画像を取り込んで、記憶部に格納し、かつ、前記制御部は、演算部に指示して、前記記憶部に格納されている二値化画像から求めた液滴の体積から液滴流量或いは送液速度を算出する。この算出した液滴流量或いは送液速度を表示する表示部、或いは前記算出した液滴流量或いは送液速度に基づき、点滴チューブ内を流れる流量を制御する投与駆動部を備える。 And a control unit that connects to the light source and issues a lighting command, and connects to the image sensor to capture a binarized image of the shadow image, stores it in a storage unit, and The control unit instructs the calculation unit to calculate the droplet flow rate or the liquid feeding speed from the volume of the droplet obtained from the binarized image stored in the storage unit. A display unit that displays the calculated droplet flow rate or liquid feeding speed, or an administration driving unit that controls the flow rate flowing through the drip tube based on the calculated droplet flow rate or liquid feeding speed is provided.
本発明によれば、比較的小さなエリアのイメージセンサを用いても、撮影した液滴影の全体像を捉えることができ、この全体像の液滴影から液滴体積を算出することで、正確な値の液滴流量を取得することができる。この取得した液滴流量値を用いて、例えば、輸液ポンプを制御することにより、現在の一般的な輸液ポンプを用いた際の流量精度±10%より、10分の1以下の±1%の流量精度を達成することができる。 According to the present invention, it is possible to capture the entire image of the captured shadow of the droplet even using an image sensor in a relatively small area, and accurately calculate the droplet volume from the droplet shadow of the entire image. It is possible to obtain a droplet flow rate with a proper value. By using this acquired droplet flow rate value, for example, by controlling an infusion pump, the flow accuracy when using a current general infusion pump is ± 10%, which is ± 1% of 1/10 or less. Flow accuracy can be achieved.
図1は、本発明に基づき構成した液滴量測定装置の概略を例示する図である。例示の液滴量測定装置において、光源からの光を平行光にして、滴下ノズルから落下中の液滴に照射し、点滴筒を挟んで光源と反対側に配置したイメージセンサで、発生した影を検出する。液滴によってさえぎられた部分が影となり、その結果イメージセンサは液滴の形状を映すことが可能となる。この影画像の輪郭を処理することで薬液の形状を認識することができる。 FIG. 1 is a diagram illustrating an outline of a droplet amount measuring apparatus constructed according to the present invention. In the exemplary droplet amount measuring apparatus, the light from the light source is converted into parallel light, irradiated to the falling droplet from the dropping nozzle, and the shadow generated by the image sensor placed on the opposite side of the light source with the drip tube interposed therebetween. Is detected. The portion blocked by the droplet becomes a shadow, and as a result, the image sensor can reflect the shape of the droplet. By processing the contour of the shadow image, the shape of the chemical solution can be recognized.
このような液滴量測定装置において、本発明は、液滴により発生した影を円筒(シリンドリカル)凸レンズを用いて縮小し、滴下ノズル先端からの長い落下距離全長(落下方向のみ)に亘って発生した影をイメージセンサで取得し、液滴の対称性を利用して体積を求める。円筒凸レンズは、周知のように、レンズ表面の少なくとも一面が円筒面形状である凸レンズである。円筒凸レンズでは、入射光に対して一軸方向のみ変化を与え、焦点面で線状の集光ビームを形成することができる。 In such a droplet amount measuring apparatus, the present invention reduces the shadow generated by the droplet using a cylindrical convex lens and generates it over the entire length of the long drop distance (only the drop direction) from the tip of the drop nozzle. The obtained shadow is acquired by an image sensor, and the volume is obtained using the symmetry of the droplet. As is well known, the cylindrical convex lens is a convex lens in which at least one surface of the lens surface has a cylindrical surface shape. The cylindrical convex lens can change only the uniaxial direction with respect to the incident light, and can form a linear condensed beam on the focal plane.
図1において、点滴筒は、上部に備えた滴下ノズルから薬液を滴下すると共に、最下端に備えた点滴チューブから送液するそれ自体周知のものである。輸液ポンプ又は自然落下などを用いて輸液をおこなう場合、薬液は滴下ノズルから落下し、点滴筒下方に液溜まりとして蓄えられる。このとき薬液は表面張力の影響によってすぐには落下せずに滴下ノズルに保持された状態で蓄えられる。滴下ノズルに保持された薬液の量が一定以上になると重力が表面張力より大きくなることによって薬液が滴下ノズルから離れ、液滴となって落下する。 In FIG. 1, the drip tube is a well-known one that drops a chemical solution from a drip nozzle provided at the top and feeds it from an drip tube provided at the lowermost end. When infusion is performed using an infusion pump or a natural drop, the chemical solution falls from the dropping nozzle and is stored as a liquid reservoir below the drip tube. At this time, the chemical solution is not immediately dropped due to the influence of the surface tension but is stored in a state of being held by the dropping nozzle. When the amount of the chemical liquid held by the dropping nozzle exceeds a certain value, the gravity is larger than the surface tension, so that the chemical liquid leaves the dropping nozzle and falls as a droplet.
光源は、滴下ノズル先端から液溜まり表面までの液滴落下距離全長に亘って、平行光線を照射可能のものであれば、レーザー、LED、通常のバルブ球などの発光ランプ、或いは有機EL等の面光源などが使用可能である。また、後述する図2に例示するように、滴下ノズル手前の拡散光路に、コリメータレンズを介装して平行光線にしたものも使用できる。 The light source can be a laser, LED, a light emitting lamp such as a normal bulb, or an organic EL, etc., as long as it can irradiate parallel rays over the entire length of the droplet drop from the tip of the dropping nozzle to the surface of the liquid pool A surface light source or the like can be used. Moreover, as illustrated in FIG. 2 to be described later, it is also possible to use a parallel light beam with a collimator lens interposed in the diffusion light path before the dropping nozzle.
イメージセンサは、CMOS(金属酸化膜半導体素子)やCCD(電荷結合素子)等を利用して形成され、少なくとも各画素をマトリクス状(アレイ状)に配置して二次元画像を取り込む。イメージセンサの液滴落下方向のアレイ長さは、滴下ノズル先端から液溜まりまでの全長を、円筒レンズで縮小した長さ以上であり、かつ、このアレイ長さ方向に直交するイメージセンサのアレイ幅は、液滴影の幅以上である。 The image sensor is formed using a CMOS (metal oxide semiconductor device), a CCD (charge coupled device), or the like, and takes in a two-dimensional image by arranging at least each pixel in a matrix (array). The array length of the image sensor in the drop drop direction is equal to or greater than the total length from the tip of the drop nozzle to the liquid reservoir reduced by the cylindrical lens, and the array width of the image sensor perpendicular to the array length direction. Is greater than or equal to the width of the drop shadow.
制御部は、光源に接続されて、点灯指令を出す一方、イメージセンサに接続して二次元画像の二値化画像の取り込みを行って、記憶部に格納する。液滴の撮影は連続的に行なって、二値化画像の取り込みを所定のタイミングで行う。本発明は、上述したように、凸レンズを用いて液滴影を縮小して、長い落下距離全長に亘って画像取り込み可能であるので、図4〜図6を参照して説明したような従来技術程には厳密な画像取り込みタイミングを必要としない。本発明は、画像取り込みタイミング検出のために、専用の検出センサを用いることも可能であるが、別途の検出センサを設けること無く、例えば、図示のイメージセンサの(液滴落下方向の)上部だけ、連続的に撮影し、変化があった時(落下があった)にエリア全体で撮影するように切り替えることができる。 The control unit is connected to the light source and issues a lighting command, while being connected to the image sensor, the binarized image of the two-dimensional image is captured and stored in the storage unit. The droplets are photographed continuously, and the binarized image is captured at a predetermined timing. As described above, the present invention reduces the drop shadow using a convex lens and can capture an image over the entire length of the long drop distance. Therefore, the conventional technology as described with reference to FIGS. It does not require strict image capture timing. In the present invention, it is possible to use a dedicated detection sensor for detecting the image capturing timing, but without providing a separate detection sensor, for example, only the upper part of the illustrated image sensor (in the direction of droplet drop). It can be switched to shoot continuously and shoot the entire area when there is a change (falling).
或いは、セットされた輸液供給量に対応して、二値化画像の取り込み速度を予め適切に設定しておくことにより、取得した画像の中に、1つのみの液滴が写るようにすることが可能である。例えば、市販の輸液ポンプ(TE-161S)の場合、最大の供給量が500ml/hであることから、(輸液セット0.05ml/滴の場合)1秒間に3滴以下になる。したがって、この場合、2滴以上を同時に測定することが無いように設定可能である。ただし、本液滴に加えて、その体積の約0.4%程度のサテライト滴が同時に落下することがある。このサテライト滴は、仮に無視し続けた場合、最大で+0.4%の誤差発生が見積もられる。この場合、2滴以上同時に画像検出した場合、画像を本液滴とサテライト液の各滴に範囲分割するアルゴリズムを設ければ、同様な計算法で、各滴の体積を個別に求めることが可能になる。 Alternatively, by setting the binarized image capture speed appropriately in advance corresponding to the set infusion supply amount, only one droplet is captured in the acquired image. Is possible. For example, in the case of a commercially available infusion pump (TE-161S), since the maximum supply amount is 500 ml / h, it becomes 3 drops or less per second (in the case of an infusion set 0.05 ml / drop). Therefore, in this case, it can be set so that two or more drops are not measured simultaneously. However, in addition to this droplet, satellite droplets of about 0.4% of the volume may fall at the same time. If this satellite droplet is continuously ignored, an error of + 0.4% at maximum is estimated. In this case, if two or more drops are detected at the same time, the volume of each drop can be obtained individually using the same calculation method if an algorithm is provided that divides the image into the main drop and each drop of the satellite liquid. become.
また、制御部は、演算部に指示して、記憶部に格納されている二値化画像から、後述するように、必要な体積を求め、流量(送液速度)を算出する。さらに、制御部は、算出した流量(送液速度)を表示部に表示させる。また、算出した流量(送液速度)に基づき、点滴チューブ内を流れる流量を制御する投与駆動部を制御する。投与駆動部は、例えば、輸液ポンプ、或いはチューブ押圧部とそれを駆動するモータを備えて、算出した流量に基づきチューブ内を流れる流量を制御する。例えば、チューブを扱く時間当たりの回数を調整することにより、流量を制御する。具体的には、検出した体積が目標値の±x%小さかった場合、次にチューブを扱くタイミングをそのx%補うよう常に短くしたり、長くしたりする。或いは、算出した流量に基づき自然落下による送液の速度を制御するための調整弁を制御することができる。 Further, the control unit instructs the calculation unit to obtain a necessary volume from the binarized image stored in the storage unit, and calculates a flow rate (liquid feeding speed) as will be described later. Further, the control unit displays the calculated flow rate (liquid feeding speed) on the display unit. Further, based on the calculated flow rate (liquid feeding speed), the administration driving unit that controls the flow rate flowing through the drip tube is controlled. The administration driving unit includes, for example, an infusion pump or a tube pressing unit and a motor for driving the infusion pump, and controls the flow rate in the tube based on the calculated flow rate. For example, the flow rate is controlled by adjusting the number of times per hour when the tube is handled. Specifically, when the detected volume is ± x% smaller than the target value, the next timing of handling the tube is always shortened or lengthened to compensate for that x%. Alternatively, it is possible to control an adjustment valve for controlling the speed of liquid feeding due to natural fall based on the calculated flow rate.
本発明は、光源からの光を照射することにより発生した影を、円筒(シリンドリカル)凸レンズを用いて縮小し、長い落下距離全長に亘って取得する。円筒凸レンズを用いて縮小する必要があるのは、液滴の落下方向であって、それに直交する幅方向に縮小する必要は無い。但し、幅方向にも縮小することにより、イメージセンサの幅方向サイズを小さくすることができる。円筒凸レンズは、点滴筒とイメージセンサの間に配置される。光源は、滴下ノズル先端から液溜まりまでの点滴落下長の全長に亘って平行光を発生し、かつ、円筒凸レンズは、少なくとも光源からの平行光の全体を受光できる径とする。例えば、20mmのレンズ径(もしくはレンズ幅)、焦点距離50mmの円筒凸レンズを用いて、落下方向に1/4に縮小する場合、イメージセンサとして高さ5mmのCMOS素子を用いて、円筒凸レンズから40mmの位置に配置する。このような配置で、測定を行った結果、±0.25%(±1%以下)の測定精度が得られた。 In the present invention, a shadow generated by irradiating light from a light source is reduced using a cylindrical convex lens, and is acquired over a long fall distance. What needs to be reduced using the cylindrical convex lens is the direction in which the liquid drops, and does not need to be reduced in the width direction perpendicular thereto. However, the size in the width direction of the image sensor can be reduced by reducing the width in the width direction. The cylindrical convex lens is disposed between the drip tube and the image sensor. The light source generates parallel light over the entire length of the drip drop from the tip of the dropping nozzle to the liquid reservoir, and the cylindrical convex lens has a diameter that can receive at least the entire parallel light from the light source. For example, when a cylindrical convex lens having a lens diameter (or lens width) of 20 mm and a focal length of 50 mm is used to reduce to 1/4 in the dropping direction, a CMOS element having a height of 5 mm is used as an image sensor and 40 mm from the cylindrical convex lens. Place at the position. As a result of measurement with such an arrangement, measurement accuracy of ± 0.25% (± 1% or less) was obtained.
図2は、図1とは異なる別の液滴量測定装置の概略を例示する図であり、(A)は落下する液滴部で切断して、上方から見た平面図、及び(B)は落下する液滴部で切断した側面図である。図2において、光源と、点滴筒の間に、焦点距離f1及びf2の2つのコリメータレンズを用いたビームエキスパンダーが配置されている。ビームエキスパンダーは、ビームを一定の倍率の平行光束に広げるときに使用する光学系として周知である。このようなビームエキスパンダーを用いて、広範囲の撮影を可能にすることができる。 FIG. 2 is a diagram illustrating an outline of another droplet amount measuring apparatus different from FIG. 1, (A) is a plan view cut from the falling droplet portion and viewed from above, and (B). FIG. 6 is a side view taken along a falling droplet part. In FIG. 2, a beam expander using two collimator lenses having focal lengths f1 and f2 is disposed between the light source and the drip tube. A beam expander is well known as an optical system used when a beam is expanded into a parallel light beam having a constant magnification. Using such a beam expander, a wide range of imaging can be made possible.
図3は、液滴画像から液滴の体積を算出する方法を説明する図である。液滴の形状は変わっても、左右の対称性があるので、落下方向を軸にした回転体であるとみなせる。それ故に、イメージセンサは、各幅方向ラインの画素を縦方向にマトリクス状に配置したものであるので、取得した影画像から各幅方向ライン方向の長さを、直径aとして、幅方向ライン毎に検出する。この検出した各断面の直径aを用いて、回転体の積分により、液滴の体積を求めることができる。この体積算出方法自体は、図5(B)を参照して説明した従来技術と同様である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a method for calculating the volume of a droplet from a droplet image. Even if the shape of the droplet changes, there is left-right symmetry, so it can be regarded as a rotating body with the drop direction as the axis. Therefore, since the image sensor has pixels in each width direction line arranged in a matrix in the vertical direction, the length in each width direction line direction from the acquired shadow image is set as the diameter a, and each width direction line. To detect. Using the detected diameter a of each cross section, the volume of the droplet can be obtained by integration of the rotating body. This volume calculation method itself is the same as that of the prior art described with reference to FIG.
Claims (9)
前記点滴筒と前記イメージセンサの間に凸レンズを配置して、この凸レンズにより、少なくとも液滴落下方向の長さを縮小して、前記滴下ノズル先端から点滴筒内の液溜まり表面までの液滴落下距離全長に亘る前記落下空間の画像を前記イメージセンサで取得し、取得した前記画像の中の液滴部分を判別することで前記落下中の液滴全体の影画像を取得するよう構成した液滴量測定装置。 Using the image sensor placed on the opposite side of the light source across the drip tube, the generated shadow image is displayed by collimating the light from the light source and irradiating the falling droplet and the drop space of the droplet from the dropping nozzle. In the droplet amount measuring device that detects and recognizes the shape of the droplet by processing the contour of the shadow image, and calculates the droplet flow rate or the liquid feeding speed from the shape of the droplet,
A convex lens is disposed between the drip tube and the image sensor, and this convex lens reduces at least the length of the droplet dropping direction, and drops the droplet from the tip of the dropping nozzle to the surface of the liquid reservoir in the drip tube. A droplet configured to acquire an image of the falling space over the entire distance by the image sensor and to acquire a shadow image of the entire falling droplet by determining a droplet portion in the acquired image. Quantity measuring device.
前記点滴筒と前記イメージセンサの間に凸レンズを配置して、この凸レンズにより、少なくとも液滴落下方向の長さを縮小して、前記滴下ノズル先端から点滴筒内の液溜まり表面までの液滴落下距離全長に亘る前記落下空間の画像を前記イメージセンサで取得し、取得した前記画像の中の液滴部分を判別することで前記落下中の液滴全体の影画像を取得する液滴量測定方法。
Using the image sensor placed on the opposite side of the light source across the drip tube, the generated shadow image is displayed by collimating the light from the light source and irradiating the falling droplet and the drop space of the droplet from the dropping nozzle. In the droplet amount measuring method for acquiring and processing the contour of the shadow image to recognize the shape of the droplet, and calculating the droplet flow rate or the liquid feeding speed from the shape of the droplet,
A convex lens is disposed between the drip tube and the image sensor, and this convex lens reduces at least the length of the droplet dropping direction, and drops the droplet from the tip of the dropping nozzle to the surface of the liquid reservoir in the drip tube. A droplet amount measuring method for acquiring an image of the falling space over the entire distance by the image sensor and determining a shadow image of the entire falling droplet by determining a droplet portion in the acquired image .
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