JPH1114533A - 微粒子形状測定装置 - Google Patents
微粒子形状測定装置Info
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- JPH1114533A JPH1114533A JP9162306A JP16230697A JPH1114533A JP H1114533 A JPH1114533 A JP H1114533A JP 9162306 A JP9162306 A JP 9162306A JP 16230697 A JP16230697 A JP 16230697A JP H1114533 A JPH1114533 A JP H1114533A
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Landscapes
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 微粒子の向きを連続的に変化させながら、微
粒子の２次元断面像を連続的に取得し、微粒子の異なる
角度からの２次元断面像を取得する装置を提供するこ
と。 【解決手段】 微粒子は、観察窓２０を持つ管１０中を
流れる。管１０の中の微粒子は光源８０によって照明さ
れ、テレビカメラ６０によって、微粒子の像が撮影さ
れ、制御解析装置部７０に画像データが記録される。微
粒子の配向する向きを制御するために、管１０の隣り合
った２つの壁面に、超音波振動子３０と３１が配置さ
れ、制御解析装置部７０からの指令に応じて、波形合成
器４０で作られた電圧振幅の波形が各々増幅器５０、５
１で増幅された後、超音波振動子３０、３１に導入され
る。超音波振動子３０、３１は各々管中に互いに直交し
た平面定在波を発生させ、各平面定在波はその波面で作
られる定在波の位置ポテンシャルの極小面上に微粒子を
配向させる。
粒子の２次元断面像を連続的に取得し、微粒子の異なる
角度からの２次元断面像を取得する装置を提供するこ
と。 【解決手段】 微粒子は、観察窓２０を持つ管１０中を
流れる。管１０の中の微粒子は光源８０によって照明さ
れ、テレビカメラ６０によって、微粒子の像が撮影さ
れ、制御解析装置部７０に画像データが記録される。微
粒子の配向する向きを制御するために、管１０の隣り合
った２つの壁面に、超音波振動子３０と３１が配置さ
れ、制御解析装置部７０からの指令に応じて、波形合成
器４０で作られた電圧振幅の波形が各々増幅器５０、５
１で増幅された後、超音波振動子３０、３１に導入され
る。超音波振動子３０、３１は各々管中に互いに直交し
た平面定在波を発生させ、各平面定在波はその波面で作
られる定在波の位置ポテンシャルの極小面上に微粒子を
配向させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波輻射圧ある
いは超音波流動現象と画像処理技術とを利用した溶液中
の微粒子形状測定装置に関する。
いは超音波流動現象と画像処理技術とを利用した溶液中
の微粒子形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】粉体等の微粒子の粒の大きさを見積もる
粒度計測は、粉体の粒の揃い具合などの品質を評価する
上で必須の技術である。微粒子の比重がわかっている場
合には、液相沈降法を用いて微粒子の沈降速度からこれ
らの粒径を見積もることができる。あるいは、微粒子の
ブラウン運動を光学的に観察し、例えば散乱光の波長の
ドップラー変位から微粒子の拡散定数を求め、これから
微粒子の粒径分布を求めることができる。また、微粒子
の光学的な屈折率がわかっている場合には、微粒子の散
乱光の強度が粒径に依存して変化することから、散乱光
強度の分布から微粒子の粒径分布を見積もることができ
る。
粒度計測は、粉体の粒の揃い具合などの品質を評価する
上で必須の技術である。微粒子の比重がわかっている場
合には、液相沈降法を用いて微粒子の沈降速度からこれ
らの粒径を見積もることができる。あるいは、微粒子の
ブラウン運動を光学的に観察し、例えば散乱光の波長の
ドップラー変位から微粒子の拡散定数を求め、これから
微粒子の粒径分布を求めることができる。また、微粒子
の光学的な屈折率がわかっている場合には、微粒子の散
乱光の強度が粒径に依存して変化することから、散乱光
強度の分布から微粒子の粒径分布を見積もることができ
る。
【０００３】しかし、先に述べた方法では、微粒子の円
相当径を求めることができるのみであり、平均の粒径が
ほぼ等しく、かつ組成に大きな差がない生体細胞などの
微粒子の分類をするには情報が不十分であった。そこで
画像認識技術を用いて、溶液中に微粒子の像を直接記
録、解析することで、生体細胞の異常を認識する技術が
開発されたが、この場合にも、微粒子のどの断面の像で
あるかを認識できない場合には、画像処理技術を用いた
微粒子の種別認識は難しいことが明らかになった。そこ
で現在は、層流を作り出し、その中に微粒子を含む溶液
を導入して、微粒子の長軸方向を特定の方向に配向させ
ながら微粒子の画像を取得する「フロー式粒子像分析装
置」が粒子像分析技術の主流となりつつある。
相当径を求めることができるのみであり、平均の粒径が
ほぼ等しく、かつ組成に大きな差がない生体細胞などの
微粒子の分類をするには情報が不十分であった。そこで
画像認識技術を用いて、溶液中に微粒子の像を直接記
録、解析することで、生体細胞の異常を認識する技術が
開発されたが、この場合にも、微粒子のどの断面の像で
あるかを認識できない場合には、画像処理技術を用いた
微粒子の種別認識は難しいことが明らかになった。そこ
で現在は、層流を作り出し、その中に微粒子を含む溶液
を導入して、微粒子の長軸方向を特定の方向に配向させ
ながら微粒子の画像を取得する「フロー式粒子像分析装
置」が粒子像分析技術の主流となりつつある。
【０００４】微粒子を配向させることは、先に述べたよ
うな流体力学的な接触力を及ぼす以外にも、何かしらの
非接触力を微粒子に及ぼすことでも実現される。非接触
力としては、たとえば静電場によるクーロン力、静磁場
による磁力、光の放射圧、超音波の輻射圧などがある。
超音波を微粒子に作用させたとき、微粒子が受ける輻射
圧については例えば、ジョンル・ブが、ジャーナル・オブ
・アクースティカル・ソサエティー・オブ・アメリカ 第８
９巻（１９９１年）２１４０頁から２１４３頁（J. Wu,
J. Acoust. Soc. Am. 89 (1991) pp.2140-2143）に、集
束超音波の集束点に直径２７０μｍのポリスチレン球を
捕獲することに成功したことを報告している。また、こ
の超音波の輻射圧によって微粒子が捕獲される原理に関
しては、吉岡らがアコースティカ 第５巻（１９５５
年）１６７頁から１７８頁（K. Yosioka and Y. Kawasi
ma, Acustica 5 (1955) pp.167-178）に、定在波、進行
波中で微粒子が受ける超音波輻射圧の完全流体中での大
きさを計算している。また、発明者らが特開平５―２９
６３１０号公報にも報告しているように、流体を流した
管中に超音波を導入して連続的に微粒子をある範囲に集
束させる手法、あるいは、集束させた微粒子を回収する
方法も発明されており、さらに、特開平６−２４１９７
７号公報に報告されているように超音波の輻射圧と静電
場などの他の外力とを組み合わせることで粒径の異なる
微粒子や材質の異なる微粒子を分画回収する微粒子分画
装置も発明されている。
うな流体力学的な接触力を及ぼす以外にも、何かしらの
非接触力を微粒子に及ぼすことでも実現される。非接触
力としては、たとえば静電場によるクーロン力、静磁場
による磁力、光の放射圧、超音波の輻射圧などがある。
超音波を微粒子に作用させたとき、微粒子が受ける輻射
圧については例えば、ジョンル・ブが、ジャーナル・オブ
・アクースティカル・ソサエティー・オブ・アメリカ 第８
９巻（１９９１年）２１４０頁から２１４３頁（J. Wu,
J. Acoust. Soc. Am. 89 (1991) pp.2140-2143）に、集
束超音波の集束点に直径２７０μｍのポリスチレン球を
捕獲することに成功したことを報告している。また、こ
の超音波の輻射圧によって微粒子が捕獲される原理に関
しては、吉岡らがアコースティカ 第５巻（１９５５
年）１６７頁から１７８頁（K. Yosioka and Y. Kawasi
ma, Acustica 5 (1955) pp.167-178）に、定在波、進行
波中で微粒子が受ける超音波輻射圧の完全流体中での大
きさを計算している。また、発明者らが特開平５―２９
６３１０号公報にも報告しているように、流体を流した
管中に超音波を導入して連続的に微粒子をある範囲に集
束させる手法、あるいは、集束させた微粒子を回収する
方法も発明されており、さらに、特開平６−２４１９７
７号公報に報告されているように超音波の輻射圧と静電
場などの他の外力とを組み合わせることで粒径の異なる
微粒子や材質の異なる微粒子を分画回収する微粒子分画
装置も発明されている。
【０００５】超音波輻射圧を微粒子に作用させること
で、微粒子を回転、あるいは配向させることもできる。
たとえば、直交する２つの音源から９０度位相をずらし
た超音波を照射することで、音場中の微粒子は回転を始
めるが、バルマッツ（M. B. Barmatz）らはさらに米国
特許４、８００、７５６（ １９８９年１月３１日）の
中で、２つの直交する超音波振動子の発生する超音波の
位相のずれを調節することで、音場中の微粒子の回転の
速度を調節することができたり、または、形状異方性の
ある微粒子の配向させる方向を調節することができるこ
とを報告している。
で、微粒子を回転、あるいは配向させることもできる。
たとえば、直交する２つの音源から９０度位相をずらし
た超音波を照射することで、音場中の微粒子は回転を始
めるが、バルマッツ（M. B. Barmatz）らはさらに米国
特許４、８００、７５６（ １９８９年１月３１日）の
中で、２つの直交する超音波振動子の発生する超音波の
位相のずれを調節することで、音場中の微粒子の回転の
速度を調節することができたり、または、形状異方性の
ある微粒子の配向させる方向を調節することができるこ
とを報告している。
【０００６】超音波を液体に照射することで、液体自体
に流れが生じる超音波流動現象は、超音波強度の傾きに
よって生じるものと考えられており、より大きな駆動力
を得るためには超音波のパワー密度を増加させるか、超
音波の流体中での減衰を大きくすればよい。また、表面
弾性波（ＳＡＷ）による流動現象に関しても塩川らによ
ってジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジ
ックス 第２９巻（１９９０年）第１３５頁から１３７
頁に報告されている（S. Shiokawa et al., Jpn. J. Ap
pl. Phys. Supl. 29-1 (1990) pp. 135-137）。これ
は、櫛形電極によって基板表面に作り出されたレーリー
ＳＡＷが、水／個体の界面では水中への放射モードであ
るリーキーＳＡＷとなり、これによって基板上に滴下し
た水滴が流動したり飛翔したりする現象である。
に流れが生じる超音波流動現象は、超音波強度の傾きに
よって生じるものと考えられており、より大きな駆動力
を得るためには超音波のパワー密度を増加させるか、超
音波の流体中での減衰を大きくすればよい。また、表面
弾性波（ＳＡＷ）による流動現象に関しても塩川らによ
ってジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジ
ックス 第２９巻（１９９０年）第１３５頁から１３７
頁に報告されている（S. Shiokawa et al., Jpn. J. Ap
pl. Phys. Supl. 29-1 (1990) pp. 135-137）。これ
は、櫛形電極によって基板表面に作り出されたレーリー
ＳＡＷが、水／個体の界面では水中への放射モードであ
るリーキーＳＡＷとなり、これによって基板上に滴下し
た水滴が流動したり飛翔したりする現象である。
【０００７】ＳＡＷを発生させる手法としては、主とし
てインター・ディジタル・トランスデューサー（ＩＤ
Ｔ）を用いた方法と、バルク波を表面波に変換する方法
の２つがある。ＩＤＴを用いた手法は、圧電体基板上に
櫛形に電極を交差させて、これらの電極に交流電圧を印
加することで発生させるものであるが、この場合には櫛
電極の間隔は、用いたい超音波の波長（λ）の１／２
（すなわちλ／２）にする必要があり、また、櫛形電極
に印加できる電界は、４ｋＶ／ｃｍまでに制限されてい
るため、周波数の低い超音波で強力超音波を発生させる
ことは難しい。
てインター・ディジタル・トランスデューサー（ＩＤ
Ｔ）を用いた方法と、バルク波を表面波に変換する方法
の２つがある。ＩＤＴを用いた手法は、圧電体基板上に
櫛形に電極を交差させて、これらの電極に交流電圧を印
加することで発生させるものであるが、この場合には櫛
電極の間隔は、用いたい超音波の波長（λ）の１／２
（すなわちλ／２）にする必要があり、また、櫛形電極
に印加できる電界は、４ｋＶ／ｃｍまでに制限されてい
るため、周波数の低い超音波で強力超音波を発生させる
ことは難しい。
【０００８】バルク波を表面波に変換する方法は、すで
に確立されているバルク波の発生手段を利用して、強力
超音波等のバルク波を表面波に変換する手法である。た
とえば、プリズム形状の固体を用いてバルク波の境界面
での漏洩波からＳＡＷを発生させるプリズムカップラ法
や、ＳＡＷを発生させる固体表面上に周期構造を作り、
これにバルク波を当てることでＳＡＷを発生させるグレ
ーティングカップラ法などがハンフリーズらによってエ
レクトロニクス・レター 第５巻（１９６９年）第１７５
頁から１７６頁に報告されている（R. F. Humphryes an
d E. A. Ash, Electronics Lett. Vol. 5 (1969) pp.17
5-176）。
に確立されているバルク波の発生手段を利用して、強力
超音波等のバルク波を表面波に変換する手法である。た
とえば、プリズム形状の固体を用いてバルク波の境界面
での漏洩波からＳＡＷを発生させるプリズムカップラ法
や、ＳＡＷを発生させる固体表面上に周期構造を作り、
これにバルク波を当てることでＳＡＷを発生させるグレ
ーティングカップラ法などがハンフリーズらによってエ
レクトロニクス・レター 第５巻（１９６９年）第１７５
頁から１７６頁に報告されている（R. F. Humphryes an
d E. A. Ash, Electronics Lett. Vol. 5 (1969) pp.17
5-176）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち、
フロー式粒子像分析装置は、層流中にある微粒子が配向
することを利用した技術であるため、微粒子が特定の方
向に配向した場合の、その断面の２次元断面像を撮るこ
とは容易にできるが、微粒子の３次元像を得るために、
微粒子の配向の方向を制御し、異なる角度から取得した
複数の２次元断面像をとることは難しかった。また、層
流中で発生するトルクを利用するため、一定流速以上で
溶液を流す必要があり、また、流体を流す容器の形状に
特別な工夫が必要であった。
フロー式粒子像分析装置は、層流中にある微粒子が配向
することを利用した技術であるため、微粒子が特定の方
向に配向した場合の、その断面の２次元断面像を撮るこ
とは容易にできるが、微粒子の３次元像を得るために、
微粒子の配向の方向を制御し、異なる角度から取得した
複数の２次元断面像をとることは難しかった。また、層
流中で発生するトルクを利用するため、一定流速以上で
溶液を流す必要があり、また、流体を流す容器の形状に
特別な工夫が必要であった。
【００１０】本発明は、微粒子を含む流体の流速に関係
なく、管中を連続的に流れる微粒子の向きを連続的に変
化させながら、微粒子の２次元断面像を連続的に取得
し、その微粒子の異なる角度からの２次元断面像を取得
する装置を提供することを目的とする。
なく、管中を連続的に流れる微粒子の向きを連続的に変
化させながら、微粒子の２次元断面像を連続的に取得
し、その微粒子の異なる角度からの２次元断面像を取得
する装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の微粒子形状測定装置は、微粒子が流れる管
中に管中の流体の流れに垂直な方向に超音波定在波を導
入する手段と、超音波によって作り出される位置ポテン
シャル分布の形状を時間的に連続的に変化させる手段
と、その位置ポテンシャル分布の変化に応じて連続的に
管中の微粒子の２次元断面像を取得する手段とを有す
る。より詳細には、管中の異なる２方向に平面定在波を
発生させ、各々の発生する超音波輻射圧の強度の比を経
時的に変化させることで、微粒子の配向する方向を経時
的に変化させればよい。
め、本発明の微粒子形状測定装置は、微粒子が流れる管
中に管中の流体の流れに垂直な方向に超音波定在波を導
入する手段と、超音波によって作り出される位置ポテン
シャル分布の形状を時間的に連続的に変化させる手段
と、その位置ポテンシャル分布の変化に応じて連続的に
管中の微粒子の２次元断面像を取得する手段とを有す
る。より詳細には、管中の異なる２方向に平面定在波を
発生させ、各々の発生する超音波輻射圧の強度の比を経
時的に変化させることで、微粒子の配向する方向を経時
的に変化させればよい。
【００１２】あるいは、上記目的を達成するため、本発
明の微粒子形状測定装置は、管中の微粒子を含む溶液の
流れとは垂直な方向に、超音波によって一定の回転方向
を持った音響流の渦を作り出し、この渦の回転によって
流体中の微粒子を連続的に回転させる手段と、その変化
に応じて連続的に管中の微粒子の２次元断面像を取得す
る手段とを有する。より詳細には、管壁の１つの壁面の
一部から超音波を管内に導入する手段と、この音源に対
面する壁面がある一定の角度を有することで、管内に渦
を発生させればよい。あるいは、円筒形の管の外壁に複
数の超音波の音源を扇状に配置し、各々の超音波振動子
の発生する超音波の位相が、管の周囲を１周したとき、
２ｎπ位相がずれるように、位相のずれを発生させれば
よい。ただし、ここでｎは整数である。あるいは、管内
壁面に超音波の弾性波を発生させることで、管壁近傍に
超音波流動現象に由来する渦を発生させればよい。
明の微粒子形状測定装置は、管中の微粒子を含む溶液の
流れとは垂直な方向に、超音波によって一定の回転方向
を持った音響流の渦を作り出し、この渦の回転によって
流体中の微粒子を連続的に回転させる手段と、その変化
に応じて連続的に管中の微粒子の２次元断面像を取得す
る手段とを有する。より詳細には、管壁の１つの壁面の
一部から超音波を管内に導入する手段と、この音源に対
面する壁面がある一定の角度を有することで、管内に渦
を発生させればよい。あるいは、円筒形の管の外壁に複
数の超音波の音源を扇状に配置し、各々の超音波振動子
の発生する超音波の位相が、管の周囲を１周したとき、
２ｎπ位相がずれるように、位相のずれを発生させれば
よい。ただし、ここでｎは整数である。あるいは、管内
壁面に超音波の弾性波を発生させることで、管壁近傍に
超音波流動現象に由来する渦を発生させればよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１に、本発明の第１の実施例の
模式図を示す。本実施例は、管中に作り出した直交する
２つの平面定在波によって作り出される直交する２方向
のポテンシャル面を組み合わせることで、微粒子の配向
する方向を制御するものである。形状を観察する微粒子
は、観察窓２０を持つ管１０中を流れる。管の中の微粒
子は光源８０によって照明され、テレビカメラ６０によ
って、微粒子の像が撮影され、制御解析装置部７０に画
像データが記録される。微粒子の配向する向きを制御す
るために、微粒子を含む溶液が連続的に流れる管１０の
隣り合った２つの壁面に、超音波振動子３０と３１が配
置され、制御解析装置部７０からの指令に応じて、波形
合成器４０で作られた電圧振幅の波形が各々増幅器５
０、５１で増幅された後、超音波振動子３０、３１に導
入されるように構成されている。超音波振動子３０、３
１は各々管中に互いに直交した平面定在波を発生させる
ことができ、各平面定在波はその波面で作られる定在波
の位置ポテンシャルの極小面上に微粒子を配向させるこ
とができる。
模式図を示す。本実施例は、管中に作り出した直交する
２つの平面定在波によって作り出される直交する２方向
のポテンシャル面を組み合わせることで、微粒子の配向
する方向を制御するものである。形状を観察する微粒子
は、観察窓２０を持つ管１０中を流れる。管の中の微粒
子は光源８０によって照明され、テレビカメラ６０によ
って、微粒子の像が撮影され、制御解析装置部７０に画
像データが記録される。微粒子の配向する向きを制御す
るために、微粒子を含む溶液が連続的に流れる管１０の
隣り合った２つの壁面に、超音波振動子３０と３１が配
置され、制御解析装置部７０からの指令に応じて、波形
合成器４０で作られた電圧振幅の波形が各々増幅器５
０、５１で増幅された後、超音波振動子３０、３１に導
入されるように構成されている。超音波振動子３０、３
１は各々管中に互いに直交した平面定在波を発生させる
ことができ、各平面定在波はその波面で作られる定在波
の位置ポテンシャルの極小面上に微粒子を配向させるこ
とができる。
【００１４】図２に、図１で示した本発明の装置内での
微粒子の実際の回転の様子を模式的に示す。図２（ａ）
に示すように管９１、９２中を流れる微粒子１０１は、
試料溶液の流れに沿って、矢印１１１のように回転しな
がら下流に進行してゆく。このとき、図２（ｂ）に示す
ように、超音波振動子３０の超音波照射強度が強いとき
には超音波振動子３１の超音波照射強度は弱く、超音波
振動子３０の超音波照射強度が弱いときには超音波振動
子３１の超音波照射強度は強くというように連続的に超
音波照射強度の比を変化させることで、微粒子は各超音
波振動子から照射される超音波強度の割合に応じて配向
する向きを変えることから、図２（ａ）に示したような
微粒子の回転を実現することができる。すなわち、微粒
子１０１が横向きに配向している像Ａの状態から、連続
的に超音波振動子３０の超音波強度を減少させ、超音波
振動子３１の超音波強度を増加させることで、微粒子は
管中を流れながら矢印１１２のように向きを変え、微粒
子１０２のように縦向きの像（像Ｂ）を観察することが
できる。テレビカメラで微粒子の像を連続的あるいは断
片的に取得する場合には、この、超音波振動子３０、３
１の超音波照射強度の比を参照することで、微粒子の配
向方向を同時に見積ることができる。また、微粒子が１
回転する時間は、微粒子がテレビカメラの視野内にある
うちが望ましい。したがって、流速に応じて、超音波振
動子の超音波強度の変化の速さを調節する必要がある。
微粒子の実際の回転の様子を模式的に示す。図２（ａ）
に示すように管９１、９２中を流れる微粒子１０１は、
試料溶液の流れに沿って、矢印１１１のように回転しな
がら下流に進行してゆく。このとき、図２（ｂ）に示す
ように、超音波振動子３０の超音波照射強度が強いとき
には超音波振動子３１の超音波照射強度は弱く、超音波
振動子３０の超音波照射強度が弱いときには超音波振動
子３１の超音波照射強度は強くというように連続的に超
音波照射強度の比を変化させることで、微粒子は各超音
波振動子から照射される超音波強度の割合に応じて配向
する向きを変えることから、図２（ａ）に示したような
微粒子の回転を実現することができる。すなわち、微粒
子１０１が横向きに配向している像Ａの状態から、連続
的に超音波振動子３０の超音波強度を減少させ、超音波
振動子３１の超音波強度を増加させることで、微粒子は
管中を流れながら矢印１１２のように向きを変え、微粒
子１０２のように縦向きの像（像Ｂ）を観察することが
できる。テレビカメラで微粒子の像を連続的あるいは断
片的に取得する場合には、この、超音波振動子３０、３
１の超音波照射強度の比を参照することで、微粒子の配
向方向を同時に見積ることができる。また、微粒子が１
回転する時間は、微粒子がテレビカメラの視野内にある
うちが望ましい。したがって、流速に応じて、超音波振
動子の超音波強度の変化の速さを調節する必要がある。
【００１５】図３に、本発明の第２の実施例の模式図を
示す。本実施例は、超音波によって管中に作り出した、
試料を含む溶液の流れに直交する溶液の渦によって微粒
子を回転させるものである。観測窓１２１を持つ管１２
０中に溶媒が矢印１４１、１４２の方向に流れている。
この管の中央部に管１５１から微粒子を含む試料液が導
入される。管の向かい合った２面の一部には各々超音波
振動子１３１、１３２が配置されており、これらの超音
波振動子から導入された超音波によって作り出された音
響流によって管内に流体の回転が発生する。図４は、管
１２０のＡ−Ａ断面図である。各超音波振動子１３１、
１３２に向かい合った管内の壁面は、超音波振動子に対
してある一定の角度を持っており、この壁面で反射した
超音波が音源方向に戻ってゆくことで定在波が発生しな
いようになっている。このような構成によって発生した
超音波の進行波によって、微粒子を含む溶液の回転１７
０が起こり微粒子１６０は管内を流れながら回転する。
示す。本実施例は、超音波によって管中に作り出した、
試料を含む溶液の流れに直交する溶液の渦によって微粒
子を回転させるものである。観測窓１２１を持つ管１２
０中に溶媒が矢印１４１、１４２の方向に流れている。
この管の中央部に管１５１から微粒子を含む試料液が導
入される。管の向かい合った２面の一部には各々超音波
振動子１３１、１３２が配置されており、これらの超音
波振動子から導入された超音波によって作り出された音
響流によって管内に流体の回転が発生する。図４は、管
１２０のＡ−Ａ断面図である。各超音波振動子１３１、
１３２に向かい合った管内の壁面は、超音波振動子に対
してある一定の角度を持っており、この壁面で反射した
超音波が音源方向に戻ってゆくことで定在波が発生しな
いようになっている。このような構成によって発生した
超音波の進行波によって、微粒子を含む溶液の回転１７
０が起こり微粒子１６０は管内を流れながら回転する。
【００１６】図５は、本発明の第３の実施例の管の流れ
に垂直な断面から見た断面図である。本実施例は、図３
に示した第２の実施例と同様、超音波によって管中に作
り出した試料を含む溶液の流れに直交する溶液の渦によ
って微粒子を回転させるものである。管１２２の内壁面
中に超音波を反射する詰め物を加えることで、先に述べ
た第２の実施例と同様の効果を得ることができる。
に垂直な断面から見た断面図である。本実施例は、図３
に示した第２の実施例と同様、超音波によって管中に作
り出した試料を含む溶液の流れに直交する溶液の渦によ
って微粒子を回転させるものである。管１２２の内壁面
中に超音波を反射する詰め物を加えることで、先に述べ
た第２の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００１７】図６は、本発明の第４の実施例の管の流れ
に垂直な断面から見た断面図である。本実施例も、図３
に示した第２の実施例と同様、超音波によって管中に作
り出した試料を含む溶液の流れに直交する溶液の渦によ
って微粒子を回転させるものである。管１２４の１つの
面の一部に超音波振動子１３５が配置されており、管内
面である角度を持った方向に超音波が反射されること
で、溶液の回転１７２が発生し、微粒子１６２が回転す
る。
に垂直な断面から見た断面図である。本実施例も、図３
に示した第２の実施例と同様、超音波によって管中に作
り出した試料を含む溶液の流れに直交する溶液の渦によ
って微粒子を回転させるものである。管１２４の１つの
面の一部に超音波振動子１３５が配置されており、管内
面である角度を持った方向に超音波が反射されること
で、溶液の回転１７２が発生し、微粒子１６２が回転す
る。
【００１８】図７は、本発明の第５の実施例の管の流れ
に垂直な断面から見た断面図である。本実施例も、図３
に示した第２の実施例と同様、超音波によって管中に作
り出した試料を含む溶液の流れに直交する溶液の渦によ
って微粒子を回転させるものである。観測窓１２７を持
つ円筒形の管１２６の周囲には、複数の扇型の超音波振
動子１３６１、１３６２、１３６３、１３６４、１３６
５、１３６６が配置されている。これら各超音波振動子
からは同じ強度、振動数の超音波が照射されるが、各振
動子から照射される超音波の位相が各々の振動子の管表
面での角度をθとしたとき、θ／２ｎπだけずらされる
ものとする。ただし、ここでｎは整数である。このよう
に超音波振動子を駆動することで溶液を矢印１７３のよ
うに回転させることができ、その結果微粒子１６３は回
転する。また、本実施例では、流体の回転を利用して微
粒子の回転をさせたが、本発明の第１の実施例と同様
に、超音波振動子１３６１と１３６５、１３６２と１３
６６、１３６３の各組の超音波振動子の強度を経時的に
変化させることで微粒子を回転させることもできる。
に垂直な断面から見た断面図である。本実施例も、図３
に示した第２の実施例と同様、超音波によって管中に作
り出した試料を含む溶液の流れに直交する溶液の渦によ
って微粒子を回転させるものである。観測窓１２７を持
つ円筒形の管１２６の周囲には、複数の扇型の超音波振
動子１３６１、１３６２、１３６３、１３６４、１３６
５、１３６６が配置されている。これら各超音波振動子
からは同じ強度、振動数の超音波が照射されるが、各振
動子から照射される超音波の位相が各々の振動子の管表
面での角度をθとしたとき、θ／２ｎπだけずらされる
ものとする。ただし、ここでｎは整数である。このよう
に超音波振動子を駆動することで溶液を矢印１７３のよ
うに回転させることができ、その結果微粒子１６３は回
転する。また、本実施例では、流体の回転を利用して微
粒子の回転をさせたが、本発明の第１の実施例と同様
に、超音波振動子１３６１と１３６５、１３６２と１３
６６、１３６３の各組の超音波振動子の強度を経時的に
変化させることで微粒子を回転させることもできる。
【００１９】図８は、本発明の第６の実施例の管の流れ
に垂直な断面から見た断面図である。本実施例は、管内
壁に超音波の表面弾性波を発生させ、管内壁から溶液中
にしみだした超音波進行波によって作られた溶液の渦に
よって微粒子を回転させるものである。管壁１９１、１
９３に取付けられた超音波振動子１３７、１３８によっ
て表面弾性波が管内壁面を矢印１８１、１８２の方向に
進行する。この、表面弾性波が溶液中に漏れだし、これ
によって溶液の回転１７４が発生し、微粒子１６４が回
転する。この回転する微粒子は観測窓１９３から観測す
ることができる。同様に、図９で示した第７の実施例の
ように、管内壁に表面弾性波を発生させる手法として、
超音波のバルク波を表面弾性波に変換するグレーティン
グカップラー法を用いてもよい。ここでは、表面弾性波
を発生させたい管壁１９４、１９７の内壁面上に周期的
な溝１９５、１９６を形成し、これに超音波振動子１３
９１、１３９２より超音波バルク波を照射することで矢
印１８３、１８４の方向に表面弾性波を発生させ、溶液
中に漏れだした表面弾性波によって作り出された溶液の
渦１７５によって微粒子１６５は回転する。
に垂直な断面から見た断面図である。本実施例は、管内
壁に超音波の表面弾性波を発生させ、管内壁から溶液中
にしみだした超音波進行波によって作られた溶液の渦に
よって微粒子を回転させるものである。管壁１９１、１
９３に取付けられた超音波振動子１３７、１３８によっ
て表面弾性波が管内壁面を矢印１８１、１８２の方向に
進行する。この、表面弾性波が溶液中に漏れだし、これ
によって溶液の回転１７４が発生し、微粒子１６４が回
転する。この回転する微粒子は観測窓１９３から観測す
ることができる。同様に、図９で示した第７の実施例の
ように、管内壁に表面弾性波を発生させる手法として、
超音波のバルク波を表面弾性波に変換するグレーティン
グカップラー法を用いてもよい。ここでは、表面弾性波
を発生させたい管壁１９４、１９７の内壁面上に周期的
な溝１９５、１９６を形成し、これに超音波振動子１３
９１、１３９２より超音波バルク波を照射することで矢
印１８３、１８４の方向に表面弾性波を発生させ、溶液
中に漏れだした表面弾性波によって作り出された溶液の
渦１７５によって微粒子１６５は回転する。
【００２０】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明を用いるこ
とによって、流体中の微粒子を連続的に回転させなが
ら、その形状を連続的に観測することができるという効
果を奏する。
とによって、流体中の微粒子を連続的に回転させなが
ら、その形状を連続的に観測することができるという効
果を奏する。
【図１】本発明の第１の実施例の基本構成を示す模式
図。
図。
【図２】図１で示した装置の管内での微粒子の動作を示
す図であり、（ａ）は微粒子が管内で回転しながら流れ
る様子を表す模式図、および（ｂ）は（ａ）で示したよ
うに微粒子が回転するために超音波振動子３０、３１が
照射する超音波の強度の経時変化を示す図。
す図であり、（ａ）は微粒子が管内で回転しながら流れ
る様子を表す模式図、および（ｂ）は（ａ）で示したよ
うに微粒子が回転するために超音波振動子３０、３１が
照射する超音波の強度の経時変化を示す図。
【図３】本発明の第２の実施例の基本構成を示す模式
図。
図。
【図４】図３で示した実施例のＡ−Ａ断面図。
【図５】本発明の第３の実施例のＡ−Ａ断面図。
【図６】本発明の第４の実施例のＡ−Ａ断面図。
【図７】本発明の第５の実施例のＡ−Ａ断面図。
【図８】本発明の第６の実施例のＡ−Ａ断面図。
【図９】本発明の第７の実施例のＡ−Ａ断面図。
【符号の説明】 １０、１２０、１２２、１２４、１２６…管、 ２０、１２１、１２３、１２５、１２７…観察窓、 ３０、３１、１３１、１３２、１３３、１３４、１３
５、１３６１、１３６２、１３６３、１３６４、１３６
５、１３６６、１３７、１３８、１３９１、１３９２…
超音波振動子、 ４０…波形合成器、 ５０、５１…増幅器、 ６０…テレビカメラ、 ７０…制御解析装置部、 ８０…光源、 ９１、９２…管１０の壁面、 １０１、１０２、１６０、１６１、１６２、１６３、１
６４、１６５…管中の微粒子、 １１１、１１２、１１３…微粒子の回転方向、 １４１、１４２…溶媒液の流れ、 １５１…試料液１５２を管１２０中に導入する管、 １５２…微粒子を含む試料液の流れ、 １７０、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５…溶
液の渦の回転方向、 １８１、１８２、１８３、１８４…超音波の進行方向、 １９１、１９２、１９４…管壁、 １９５、１９６…周期的な溝、 １９３、１９７…ガラス、 ２０１、２０２、２０３、２０４…スペーサー。
５、１３６１、１３６２、１３６３、１３６４、１３６
５、１３６６、１３７、１３８、１３９１、１３９２…
超音波振動子、 ４０…波形合成器、 ５０、５１…増幅器、 ６０…テレビカメラ、 ７０…制御解析装置部、 ８０…光源、 ９１、９２…管１０の壁面、 １０１、１０２、１６０、１６１、１６２、１６３、１
６４、１６５…管中の微粒子、 １１１、１１２、１１３…微粒子の回転方向、 １４１、１４２…溶媒液の流れ、 １５１…試料液１５２を管１２０中に導入する管、 １５２…微粒子を含む試料液の流れ、 １７０、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５…溶
液の渦の回転方向、 １８１、１８２、１８３、１８４…超音波の進行方向、 １９１、１９２、１９４…管壁、 １９５、１９６…周期的な溝、 １９３、１９７…ガラス、 ２０１、２０２、２０３、２０４…スペーサー。
Claims (6)
- 【請求項１】微粒子を含む流体が流れる管と、管中の流
体の流れに垂直な方向に超音波の定在波を導入する手段
と、超音波によって作り出される位置ポテンシャル分布
の形状を時間的に連続的に変化させる手段と、前記位置
ポテンシャル分布の変化に応じて連続的に管中の微粒子
の２次元断面像を取得する手段とを有することを特徴と
する微粒子形状測定装置。 - 【請求項２】前記超音波の音源が、管壁の対面しない２
面に配置されており、各々の音源から照射される超音波
の強度比を、時間経過に従い変化させる手段をさらに有
することを特徴とする請求項１記載の微粒子形状測定装
置。 - 【請求項３】微粒子を含む流体が流れる管と、管中の微
粒子を含む流体の流れとは垂直な方向に、超音波によっ
て一定の回転方向を持った音響流の渦を作り出し、前記
渦の回転によって流体中の微粒子を連続的に回転させる
手段と、回転に対応して管中の微粒子の２次元断面像を
取得する手段とを有することを特徴とする微粒子形状測
定装置。 - 【請求項４】微粒子を含む流体が流れる前記管の少なく
とも１つの壁面の一部から超音波を前記管内に導入する
手段と、前記音源に対面する壁面が平行でなく、所定の
角度を有することを特徴とする請求項３記載の微粒子形
状測定装置。 - 【請求項５】微粒子を含む流体が流れる前記管の断面が
円筒形で有り、管の外壁に複数の超音波振動子を扇状に
配置し、所定の超音波振動子を基準の超音波振動子とし
て、各超音波振動子の前記基準の超音波振動子からなす
角度をθとしたとき、前記複数の超音波振動子のなす角
θに応じてθ／２ｎπ（ｎは整数）ずれた超音波を前記
複数の超音波振動子からそれぞれ発生させる手段を有す
ることを特徴とする請求項３記載の微粒子形状測定装
置。 - 【請求項６】微粒子を含む流体が流れる前記管の内壁面
に超音波弾性表面波を導入する手段を有することを特徴
とする請求項３記載の微粒子形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9162306A JPH1114533A (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | 微粒子形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9162306A JPH1114533A (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | 微粒子形状測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1114533A true JPH1114533A (ja) | 1999-01-22 |
Family
ID=15752010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9162306A Pending JPH1114533A (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | 微粒子形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1114533A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1997
- 1997-06-19 JP JP9162306A patent/JPH1114533A/ja active Pending
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