TOP > 国内特許検索 > 液滴粒子撮像解析システムおよび解析方法

液滴粒子撮像解析システムおよび解析方法

国内特許コード P09A014524
整理番号 DP1306
掲載日 2009年5月29日
出願番号 特願2007-242146
公開番号 特開2009-074835
登録番号 特許第5224756号
出願日 平成19年9月19日(2007.9.19)
公開日 平成21年4月9日(2009.4.9)
登録日 平成25年3月22日(2013.3.22)
発明者
  • 高野 頌
  • 楠澤 英夫
出願人
  • 学校法人同志社
発明の名称 液滴粒子撮像解析システムおよび解析方法
発明の概要

【課題】噴霧液滴粒子を撮像し、画像処理を行い、粒子径および粒度速度を同時に測定する液滴粒子撮像解析システムおよび解析方法を提供すること。
【解決手段】液滴粒子撮像解析システムは、液滴粒子の集合(M)に光を照射する光源部(1、2)と、液滴粒子の前記集合を所定の時間間隔で撮像する撮像部(3、4)と、撮像部によって撮像された画像を記録する記録部と、制御部(8)とを備え、制御部が、画像から粒子を検出し、粒子の粒子径と、粒子径を直径とする円周の長さで粒子の輪郭線の長さを除した値である円形度とを求め、円形度が所定のしきい値以上である粒子を焦点深度内の粒子の候補として選択し、連続して測定した2枚の画像において対応する2つの候補粒子を検出し、焦点深度内の粒子として決定し、2つの焦点深度内の粒子間の距離を前記時間間隔で除して、粒子速度を求める。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


燃焼システムの解析や設計、原子力発電における放射性物質の拡散シミュレーション、医療機器としての吸入製剤の開発などにおいて、エアロゾル微粒子の動力学的挙動を解明することが重要である。そして、エアロゾル微粒子の動力学的挙動を解明するためには、粒子径および粒子速度をそれぞれ個別に測定するのではなく、個々の粒子について粒子径および粒子速度を同時に計測することが必要である。



従来、微粒子の分析方法として、種々の方法が知られている。例えば、下記特許文献1、2には、レーザドップラー法を用いた方法が開示されている。これらの方法では、レーザ光の干渉により測定部に強度分布を形成し、単一または複数の検出器によって時間波形を検出し、その形状の位相差によって粒子径、粒子速度を測定する。

【特許文献1】特開平7-174687号公報

【特許文献2】特開平10-318909号公報

産業上の利用分野


本発明は、液滴粒子の粒子径および粒度速度を同時に測定するシステムおよび方法に関し、特に定常的な噴霧液滴粒子を撮像し、画像処理により粒子径および粒度速度を同時に測定する液滴粒子撮像解析システムおよび解析方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
液滴粒子の粒子径および速度を測定するシステムであって、
前記液滴粒子の集合に光を照射する光源部と、
前記液滴粒子の集合を所定の時間間隔で撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像された画像を記録する記録部と、
制御部とを備え、
前記光源部が、異なる波長の光を出力する第1光源部及び第2光源部を備えて構成され、
前記制御部が、
前記第1光源部を制御してパルス光を出力させ、該パルス光が出力されている間に前記撮像部を制御して撮像させるとともに、前記第1光源部に光を出力させた時から前記時間間隔の経過後に、前記第2光源部を制御してパルス光を出力させ、該パルス光が出力されている間に前記撮像部を制御して撮像させ、
前記画像から粒子を検出し、該粒子の粒子径と、該粒子径を直径とする円周の長さで該粒子の輪郭線の長さを除した値である円形度とを求め、
前記円形度が所定のしきい値以上であるかどうかに基づき、撮像時に焦点深度内にある粒子と焦点深度外にある粒子とを識別し、焦点深度内にある粒子を目的候補粒子として選択し、
連続して測定した2枚の画像において対応する2つの前記目的候補粒子を検出し、目的粒子として決定し、
2つの前記目的粒子間の距離を前記時間間隔で除して、前記目的粒子の粒子速度を求めることを特徴とする液滴粒子撮像解析システム。

【請求項2】
第1光路変更部及び第2光路変更部をさらに備え
前記撮像部が、第1撮像部及び第2撮像部を備えて構成され、
第1光路変更部が、前記第1光源部及び第2光源部から出力される光を、同じ方向に出力し、
第2光路変更部が、前記第1光源部から出力され前記第1光路変更部を通過した光を、前記第1撮像部に入射し、前記第2光源部から出力され前記第1光路変更部を通過した光を、前記第2撮像部に入射し、
前記制御部が、前記第1光源部を制御してパルス光を出力させ、該パルス光が出力されている間に前記第1撮像部を制御して撮像させ、
前記制御部が、前記第1光源部に光を出力させた時から前記時間間隔の経過後に、前記第2光源部を制御してパルス光を出力させ、該パルス光が出力されている間に前記第2撮像部を制御して撮像させることを特徴とする請求項1に記載の液滴粒子撮像解析システム。

【請求項3】
液滴粒子の粒子径および速度を測定するシステムであって、
前記液滴粒子の集合に光を照射する光源部と、
前記液滴粒子の前記集合を所定の時間間隔で撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像された画像を記録する記録部と、
偏光シャッタと、
制御部とを備え、
前記制御部が、前記光源部を制御してパルス光を出力させ、前記偏光シャッタを制御して該パルス光のうち前記第1の偏光方向の光を通過させ、該パルス光が出力されている間に前記撮像部を制御して撮像させるとともに、前記光源部に光を出力させた時から前記時間間隔の経過後に、再び前記光源部を制御してパルス光を出力させ、前記偏光シャッタを制御して該パルス光のうち前記第2の偏光方向の光を通過させ、該パルス光が出力されている間に前記撮像部を制御して撮像させ
前記画像から粒子を検出し、該粒子の粒子径と、該粒子径を直径とする円周の長さで該粒子の輪郭線の長さを除した値である円形度とを求め、
前記円形度が所定のしきい値以上であるかどうかに基づき、撮像時に焦点深度内にある粒子と焦点深度外にある粒子とを識別し、焦点深度内にある粒子を目的候補粒子として選択し、
連続して測定した2枚の画像において対応する2つの前記目的候補粒子を検出し、目的粒子として決定し、
2つの前記目的粒子間の距離を前記時間間隔で除して、前記目的粒子の粒子速度を求めることを特徴とする液滴粒子撮像解析システム。

【請求項4】
光路変更部をさらに備え、
前記撮像部が、第1撮像部及び第2撮像部を備えて構成され、
前記光路変更部が、第1の偏光方向の入射光を前記第1撮像部に入射し、前記第1の偏光方向と異なる方向である第2の偏光方向の入射光を前記第2撮像部に入射し、
前記制御部が、前記光源部を制御してパルス光を出力させ、前記偏光シャッタを制御して該パルス光のうち前記第1の偏光方向の光を通過させ、該パルス光が出力されている間に前記第1撮像部を制御して撮像させ、
前記制御部が、前記光源部に光を出力させた時から前記時間間隔の経過後に、再び前記光源部を制御してパルス光を出力させ、前記偏光シャッタを制御して該パルス光のうち前記第2の偏光方向の光を通過させ、該パルス光が出力されている間に前記第2撮像部を制御して撮像させることを特徴とする請求項に記載の液滴粒子撮像解析システム。

【請求項5】
前記液滴粒子の集合の撮像部位を、水平面上または垂直面上に走査移動させて撮像し、各撮像部位の粒子径及び粒子速度を求めることにより、前記液滴粒子の集合を立体的に測定することを特徴とする請求項1~の何れか1項に記載の液滴粒子撮像解析システム。

【請求項6】
所定の時間間隔で液滴粒子の集合を撮像した複数の画像を用いて液滴粒子の粒子径および速度を求める方法であって、
異なる波長の光または異なる偏光方向の光を前記時間間隔で前記液滴粒子の集合に照射し、前記液滴粒子の集合を前記時間間隔で撮像する第1ステップと、
前記画像から粒子を検出し、該粒子の粒子径、および、該粒子径を直径とする円周の長さで該粒子の輪郭線の長さを除した値である円形度を求める第ステップと、
前記円形度が所定のしきい値以上であるかどうかに基づき、撮像時に焦点深度内にある粒子と焦点深度外にある粒子とを識別し、焦点深度内にある粒子を目的候補粒子として選択する第ステップと、
連続して測定した2枚の前記画像において対応する2つの前記目的候補粒子を検出し、目的粒子として決定する第ステップと、
2つの前記目的粒子間の距離を前記時間間隔で除して、前記目的粒子の粒子速度を求める第ステップとを含むことを特徴とする液滴粒子解析方法。

【請求項7】
前記ステップが、
撮像された前記画像をしきい値処理して2値画像を生成する第ステップと、
前記2値画像において連続領域の面積と同じ面積の円の直径を求めて前記粒子径を決定する第ステップと、
前記粒子のチェーンコードを求めて前記輪郭線の長さを算出する第ステップとを含むことを特徴とする請求項6に記載の液滴粒子解析方法。

【請求項8】
前記ステップが、
前記目的候補粒子から2つの目的候補粒子を選択し、これらの目的候補粒子の粒子径の差が所定の許容値以下である場合に、これらの目的候補粒子を同じグループに分類する第ステップと、
前記第ステップで同じグループに分類された前記目的候補粒子のうち、距離が最短である2つの目的候補粒子を前記目的粒子として決定する第10ステップとを含むことを特徴とする請求項6又は7に記載の液滴粒子解析方法。

【請求項9】
前記液滴粒子の集合の撮像部位を、水平面上または垂直面上に走査移動させて撮像し、各撮像部位の粒子径及び粒子速度を求めることにより、前記液滴粒子の集合を立体的に測定することを特徴とする請求項6~8の何れか1項に記載の液滴粒子解析方法。

【請求項10】
前記光源部から照射する光の波長を変更することにより、粒子径が0.5μm以上50μm以下の前記液滴粒子を測定範囲とすることが可能な請求項6~9の何れか1項に記載の液滴粒子解析方法。
産業区分
  • 試験、検査
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

※ 画像をクリックすると拡大します。

JP2007242146thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
ライセンスをご希望の方、特許の内容に興味を持たれた方は、下記問合せ先にご相談下さい。


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close