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粒子計測装置および方法 コモンズ

国内特許コード P07A012496
整理番号 0603-57
掲載日 2007年12月28日
出願番号 特願2006-125149
公開番号 特開2007-298327
登録番号 特許第4774517号
出願日 平成18年4月28日(2006.4.28)
公開日 平成19年11月15日(2007.11.15)
登録日 平成23年7月8日(2011.7.8)
発明者
  • 上 杉 知 弘
  • 川 橋 正 昭
  • 平 原 裕 行
  • 座 間 淑 夫
出願人
  • 国立大学法人埼玉大学
発明の名称 粒子計測装置および方法 コモンズ
発明の概要


【課題】 粒径および3次元位置を計測する。パラメータの校正のための作業の簡易化。
【解決手段】 レーザビームLを出射するレーザ光源10;レーザビームLを、第1ビームL1(L1s),第2ビームL2および第3ビームL3に分岐するビームスプリッタBS1,BS2;第1ビームL1sを計測対象領域に照射する第1光学手段M1,M2,SL;計測対象領域を照射する第1ビームL1sに対して、第1ビームが当たった粒子の0次反射光と1次屈折光の光強度が同等となる散乱角θとなる受光角で計測対象領域を撮影する第1電子カメラ20;第2ビームL2を、第1参照光として第1電子カメラ20に投射する第2光学手段M3,M4;および、第1電子カメラ20の光軸に対してステレオ角φをなし、かつ第3ビームL3が第2参照光として投射される第2電子カメラ21;を備える粒子計測装置。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要



【特許文献1】特開2002-181515号公報

【特許文献2】特開2004-361291号公報。



特許文献1には、シート状の平行なレーザビームが当たった液滴からの反射及び屈折光を、レーザビームの側方からCCDカメラで、干渉縞が現れる焦点外れで撮影し、液滴像領域内の干渉縞の本数Nに基づいて液滴の直径を算出する粒径測定において、レンズとCCD素子の間に、干渉縞の分布方向と直行する方向yに液滴像を偏平化して線状とするシリンドリカルレンズを介挿して、複数の液滴像のy方向の重なりを解消する粒径測定が記載されている。短時間差で液滴を撮影して粒径測定すると共に、該時間差内の2次元方向の液滴移動量を計測して速度に換算する二次元速度の算出も記載されている。



特許文献2には、放射シート状のレーザ光を照射した計測対象領域を、ステレオ角で配置した2台のカメラで各焦点位置(合焦点)に同時に撮影して、各カメラで撮影した1粒子に付き1対として現れる輝点対を、同一粒子のものを同定して該粒子の3次元位置を求める計測装置及び方法が記載されている。

産業上の利用分野


本発明は、撮影画像を表すデジタル電気信号すなわち画像データを生成する電子カメラに計測対象粒子を照射したレーザ光像を投影し、該画像データを処理して、画像データが表す画像に基づいて粒子の3次元速度,粒径等を計測する粒子計測装置及びそれを用いる粒子計測方法に関する。該粒子計測装置は、これに限定する意図ではないが、デジタルホログラフィによる、粒子の3次元速度の計測および粒子径の計測に用いることができる。

特許請求の範囲 【請求項1】
レーザビームを出射するレーザ光源;
前記レーザビームを、第1ビーム,第2ビームおよび第3ビームに分岐するビームスプリッタ;
第1ビームを計測対象領域に照射する第1光学手段;
計測対象領域を照射する第1ビームに対して、第1ビームが当たった粒子の0次反射光と1次屈折光の光強度が同等となる散乱角θとなる受光角で計測対象領域を撮影する第1電子カメラ;
第2ビームを第1参照光として第1電子カメラに投射する第2光学手段;
第1電子カメラの光軸に対してステレオ角φをなし、かつ第3ビームが第2参照光として投射される第2電子カメラ;
を備える粒子計測装置。

【請求項2】
第2光学手段は、第2ビームを計測対象領域を通して第1電子カメラに投射し;第3ビームも計測対象領域を通して第2電子カメラに投射される;請求項1に記載の粒子計測装置。

【請求項3】
レーザビームを出射するレーザ光源;
前記レーザビームを、第1ビーム,第2ビームおよび第3ビームに分岐するビームスプリッタ;
第1ビームを計測対象領域に照射する第1光学手段;
計測対象領域を照射する第1ビームに対して、第1ビームが当たった粒子の0次反射光と1次屈折光の光強度が同等となる散乱角θとなる受光角で計測対象領域を撮影する電子カメラ;
第2ビームを、第1参照光として前記電子カメラに投射する第2光学手段;
前記電子カメラで撮影される前記散乱角θのレーザ光に対してステレオ角φをなす反射レーザ光を前記電子カメラに投射する第3光学手段;および、
第3ビームを、第2参照光として前記電子カメラに投射する第4光学手段;
を備える粒子計測装置。

【請求項4】
第2光学手段は、第2ビームを計測対象領域を通して前記電子カメラに投射し;第4光学手段も、第3ビームを計測対象領域を通して前記電子カメラに投射する;請求項3に記載の粒子計測装置。

【請求項5】
レーザビームを出射するレーザ光源;
前記レーザビームを、第1ビームおよび第2ビームに分岐するビームスプリッタ;
第1ビームを計測対象領域に照射する第1光学手段;
計測対象領域を照射する第1ビームに対して、第1ビームが当たった粒子の0次反射光と1次屈折光の光強度が同等となる散乱角θとなる受光角で計測対象領域を撮影する電子カメラ;
第2ビームを、計測対象領域を外れた光路を経る参照光として前記電子カメラに投射する第2光学手段;および、
前記電子カメラで撮影される前記散乱角θのレーザ光に対してステレオ角φをなす反射レーザ光を前記電子カメラに投射する第3光学手段;
を備える粒子計測装置。

【請求項6】
前記電子カメラに投射される、ステレオ角φをなす2方向のレーザ光の、計測対象領域から前記電子カメラに至る像再生距離は、同一画面上の、2方向のレーザ光による同一粒子の画像のサイズを異にするために、異なった値である、請求項3,4又は5に記載の粒子計測装置。

【請求項7】
前記電子カメラの結像面は、粒子像内に干渉縞を生ずる焦点外れ位置である;請求項1乃至6のいずれか1つに記載の粒子計測装置。

【請求項8】
前記電子カメラが撮影した画面上の、粒子像内の干渉縞の数に基づいて粒子径を算出する、請求項7に記載の粒子計測装置を用いる粒子計測方法。

【請求項9】
前記電子カメラで短時間dt間隔で2回粒子像を撮影して、第1回の撮影像に基づいて粒子の3次元位置を算出し、第2回の撮影像に基づいて粒子の3次元位置を算出し、両算出値に基づいて粒子の3次元速度を算出する、請求項1乃至7に記載の粒子計測装置を用いる粒子計測方法。

【請求項10】
前記電子カメラで短時間dt間隔で2回粒子像を撮影して、第1回又は第2回の撮影画面上の、粒子像内の干渉縞の数に基づいて粒子径を算出し、第1回の撮影像に基づいて粒子の3次元位置を算出し、第2回の撮影像に基づいて粒子の3次元位置を算出し、両算出値に基づいて粒子の3次元速度を算出する、請求項7に記載の粒子計測装置を用いる粒子計測方法。

【請求項11】
前記計測対象領域の位置に校正板を置いて撮影し、撮影画面上の校正板の画像から、3次元位置算出のパラメータを校正し、校正したパラメータを前記3次元位置の算出に用いる、請求項9又は10に記載の粒子計測方法。
産業区分
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2006125149thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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