JP3918914B2 - 微小流量測定装置、方法、コンピュータプログラム、および記憶媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴の性状を同定する装置、特に微小流量を形成する液滴の性状を同定する装置、および関連する微小流量を測定し、制御する装置に関するものである。また、この方法、コンピュータプログラム、およびこれを記憶した記憶媒体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
薬品の研究、開発および製造過程において、例えばニトロセルロース膜等のストリップに試薬液を再現可能な方法で印刷・添加することが行われてきた。この例としては、公知文献、例えば、特公平7−6975「試薬液の調合及びプリントのための装置及び方法」がある。
【0003】
印刷・添加には、従来から圧力下で供給される液体を液滴化するノズル装置によって試薬の液滴をニトロセルロース膜に向けて射出するという手段がとられてきた。しかし、この試薬の液量やその他の性状が濃縮などにより変化したり、ノズル内その他の経路への固形化したものの堆積により流量が変化したりすることがあったため、試薬の流量などの変化を同定し、さらには流量を調節する必要があった。
【0004】
また、インクジェットプリンタにおけるインク供給機構などにおいても同様の現象がおこり、液の流路等において微小流量の調節を行う必要があった。
【0005】
これらの調節をおこなうための現在流量の検出は、従来、ノズルからの射出量の視認、一定数射出された液滴の重量の検出などによって行われていた。
【0006】
しかし、試薬の添加やインクジェットプリンタのインクの使用においては、そもそも高精度の流量調節が必要であり、また液によって濃縮やノズルその他の流路への堆積が頻繁にあるいはランダムに生じるなどの理由から上記微小流量の調節をリアルタイムに行う必要もあり、上記従来の視認や蓄積速度検出によっては所望の効果を十分に達せられないという欠点があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、微小流量の液体の流量を、高精度かつリアルタイムで測定し制御する装置を提供することを主な目的とする。
【0008】
また、同時に、射出される液滴の容積、粘性、比重、表面張力等を同様に測定し、同定し、さらには流量や性状の制御を行う装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の目的に鑑みてなされた微小流量測定装置であって、一定の口径を有するノズル装置であって単位時間あたり一定数の液滴を射出するノズル装置と、液体をノズル装置に供給する供給装置と、ノズル装置により射出された複数の液滴間の間隔を検出する検出装置とを備えることを最も主要な特徴とする。
【0010】
一定の口径を有するノズル装置は、流量と相関する速度で液滴を射出することができ、しかも単位時間あたり一定数の液滴を射出するという前提により、液滴間隔が流量に直結したものになる。
【0011】
しかも、液滴間隔がその時点での流量をリアルタイムに反映したものとなっており、さらに間隔というより高精度検出が可能な物理量を検出することにより、本発明の第1の目的の実現を可能にしている。
【0012】
本発明はまた、液体性状測定装置を提供し、この装置は、一定の口径を有するノズル装置であって単位時間あたり一定数の液滴を射出するノズル装置と、液体をノズル装置に供給する供給装置と、ノズル装置により射出された複数の液滴間の間隔を検出する検出装置とを備える。
【0013】
この測定する液体性状は、射出液滴の容積、粘性、比重、表面張力、のいずれか一つであることができる。
【0014】
基本的な原理は上記流量測定装置と同様である。射出液滴の容積は、流量をそのまま反映したものとなっている。また、液自体の粘性、比重、表面張力などは、流量したがって射出速度とも相関し、流量と同様の方法で検出することができる。
【0015】
検出装置は、有利には、液滴射出と同期したストロボ照明を与える機構と、ストロボ照明によって同期・静止した複数の液滴の像を撮像するカメラと、液滴像から特徴量を抽出して液滴間隔を測定するプロセッサーとを備える。
【0016】
液滴射出と同期したストロボ照明は、高い頻度、すなわち高周波数で射出され移動する一連の液滴を、ビデオ映像上で静止したままの複数の液滴として捉えることを可能にする。これにより、通常のビデオカメラ、例えば工業用、検査用のビデオカメラによる液滴間隔の検出が容易になる。
【0017】
特徴量は、有利には、液滴像から液滴の重心を画像処理で抽出し、重心間の距離を数ヶ所測定して平均化することにより求められる。
【0018】
これにより外乱や微小なゆらぎに対してより頑強な液滴間隔検出が可能となる。
【0019】
ノズル装置は、歪電素子を含むことができる。
【0020】
歪電素子を用いたノズルは、口径が一定であり流量と射出速度とが相関し、かつ単位時間あたり一定数の液滴を作成するという機能を容易に実現することができる。
【0021】
本発明はまた、これらの装置から得られる液滴間隔の測定値をもとに、液滴を形成する液体のノズル装置への供給を液滴間隔が一定になるようフィードバック制御することができる。
【0022】
この制御は、液滴を形成する液体のノズル装置への圧力の増減によって行うことができる。これは、例えば液滴間隔が基準値よりも大きいときは圧力を弱くし、液滴間隔が基準値よりも小さいときは圧力を強くするように制御する。基準値の許容範囲が広いときはこの制御に一定のヒステリシスを設けてもよい。
【0023】
また、液滴を形成する二種類以上の液体のノズル装置への配合を変更することによって行うことができる。ある現在液滴間隔が得られたときに、配合、たとえば各液種の押し出し圧力の、どういう変化が液滴間隔を初期値に戻すかというデータをあらかじめ統計的にもとめておき、コンピュータのメモリに蓄積しておき、このメモリを参照しながら各押し出し圧力の制御を行うことによりこのような機構が実現できる。
【0024】
これらによりさまざまな態様で供給される液体の流量の制御、したがって射出される液滴の容積、速度などの制御が可能となる。
【0025】
本発明はまた、液体性状測定装置からの液滴間隔測定値に事前定義された液滴間隔と性状値との対応を適用して性状値を出力する液体性状同定装置を提供する。
【0026】
これにより、液滴間隔に対応する性状、例えば液滴の容積の具体的な値を人間がすぐに把握できる単位でリアルタイムかつ高精度に表示することができる。
【0027】
このような対応は、コンピュータプログラムにより関数として実現してもよく、事前に測定して得た、液滴間隔と容積などとの対応をメモリに参照テーブル形式で蓄積しておくことにより、現在の液滴間隔に対応するレコードの液滴容積値をピックアップして表示することにより実現してもよい。
【0028】
液滴の容積のほか、粘性、比重、表面張力なども液滴間隔に反映され、事前の、逆算プログラミングあるいは対応測定により、あるときの液滴間隔からそのときの液滴の粘性などを同様に逆算あるいはピックアップすることができる。
【0029】
本発明はまた、流量を測定する方法を提供し、この方法は、一定の口径を有するノズル装置であって単位時間あたり一定数の液滴を射出するノズル装置から液滴を射出するステップと、ノズル装置により射出された複数の液滴間の間隔を検出するステップとを含む。
【0030】
この方法により、ノズルに関する流路自体の流量を測定することも可能になる。液滴間隔という、画像処理に適した態様を得ることにより、流量の高精度な検出を可能にしている。
【0031】
本発明はまた、液体性状を測定する方法を提供し、この方法は、一定の口径を有するノズル装置であって単位時間あたり一定数の液滴を射出するノズル装置から液滴を射出するステップと、ノズル装置により射出された複数の液滴間の間隔を検出するステップとを含む。
【0032】
この液体性状は、射出液滴の容積、粘性、比重、表面張力のいずれか一つであることができる。
【0033】
この検出ステップは、有利には、液滴射出と同期したストロボ照明を与えるステップと、ストロボ照明によって同期・静止した複数の液滴の像を撮像するステップと、液滴像から特徴量を抽出して液滴間隔を測定するステップとを備える。
【0034】
これらの方法において、特徴量は、有利には、液滴像から液滴の重心を画像処理で抽出し、重心間の距離を数ヶ所測定して平均化することにより求められる。
【0035】
またこれらの方法において、ノズル装置が歪電素子を含むことができる。
【0036】
また、これらの方法により得られる液滴間隔をもとに、液滴を形成する液体のノズル装置への供給を液滴間隔が一定になるようフィードバック制御する方法を提供する。
【0037】
これは、有利には、液滴を形成する液体のノズル装置への圧力を制御するものである。
【0038】
また、液滴を形成する二種類以上の液体のノズル装置への配合を、液滴間隔が一定になるようフィードバック制御するものであってもよい。
【0039】
本発明はまた、液体性状測定方法から得られる液滴間隔(の測定値)に、事前定義された液滴間隔と性状値との対応を適用し、性状値を出力する液体性状同定方法を提供する。
【0040】
本発明はさらに、少なくとも物理量を検出する手段と記憶手段とを備えた計算機システムに、射出された複数の液滴を含む像を記憶手段に取り込むステップと、記憶手段に取り込まれた像から液滴間隔を計算するステップと、液滴間隔に関する値を出力するステップとを実行させるためのプログラムを提供する。
【0041】
液滴間隔を計算するステップは、有利には、記憶手段に取り込まれた像から特徴量を抽出して液滴間隔を計算することができる。
【0042】
この特徴量は、有利には、液滴像から液滴の重心を画像処理で抽出し、重心間の距離を数ヶ所測定して平均化することにより求めることができる。
【0043】
このようなプログラムが、計算機を介したデジタル処理により上記のような高精度の検出を可能にする。
【0044】
本発明はまた、これらのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供する。
【0045】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態において、各構成要素は、公知文献、例えば、特公平7−6975「試薬液の調合及びプリントのための装置及び方法」、特開平9−1792「インクジェットシステム」、米国特許4216483「LINEAR ARRAY INK JET ASSEMBLY」、米国特許4383264「DEMAND DROP FORMING DEVICE WITH INTERACTING TRANSDUCER AND ORIFICE COMBINATION」、米国特許4905503「METHOD AND DEVICEFOR MEASURING THE VISCOSITY OF A FLUID」の技術内容を参照あるいは応用したものとすることができ、公知となっている各構成要素の詳細についてはこれらを参照されたい。
【0046】
図1に本願発明の一実施形態の全体構造を示す。
【0047】
1は微小液滴111を射出するためのノズル装置である。特に歪電素子を用いて構成されており、射出流量に比例した初速度で液滴を射出することができる。2は、このノズル装置に液体を搬送する流路であり、液体のリザーバタンク(溶液入れ)21がこの流路の主な部分を形成する。流量はこのリザーバタンクからノズル装置を介して射出される液体の単位時間当たりの量とみなすことができる。3は、この流量を発生させるための加圧装置である。4は、この加圧装置を制御するための加圧装置コントローラーであり、加圧対象に関する現在の圧力を測定する機能と加圧量を制御する機能をもつ。5は、液滴の射出周波数を規定し、撮像系特に後述のストロボ6との同期をとり、さらに液滴を射出する物理的条件、ここでは、射出タイミング、液滴に加える電荷量、射出後の液滴が被る電場の影響を動的に調節するための、各制御用同期信号を生成するコントローラー・ユニットである。液滴間隔の検出装置としては、複数の液滴の間隔を撮像しデジタル静止画として出力可能な高周波ストロボ6およびドロップモニター・カメラ7と、このカメラに接続されカメラからのビデオ信号をデジタル静止画(例えば非圧縮BMP形式またはPNG等の可逆・非可逆圧縮形式)の時系列として順次取り込みそれぞれの静止画像につき平均液滴間隔を計算するプロセッサー8とを備えている。別の実施形態では図示されない信号線がコントローラー・ユニット5からカメラ7に対して設けられ、カメラのシャッターについても同期制御するようにすることができる。プロセッサー8は平均液滴間隔から流量を計算し、その値をコントロール・コンピュータ(PC)10に接続されたアナログRGBモニターである表示装置9に表示する。
【0048】
なお、これらの動作周期例としては、射出およびストロボが同期して47000Hz、カメラの撮像が60Hz程度とすることができる。
【0049】
加圧装置コントローラー4、コントローラー・ユニット5、プロセッサー8を、1台のPC10に収容し、それぞれGP−IBインターフェース、別の形態ではRS−232C等のインタフェース、を通じて外部の装置、加圧装置3、ストロボ6、カメラ7、表示装置9と信号のやりとりを行うとともに、PC10内の内部バスを通じて装置固有のデータや制御信号のやりとりを行うことができるようになっている。PC10内の図示されないメモリに事前に記憶されたプログラムおよび事前に定義された統計データなどにより、流量の測定だけでなく、流量が一定になるよう制御したり、ある時点の液滴間隔の情報をもとにその時点の液滴すなわち液体の粘性、比重、表面張力などの性状の同定を行うこともできるようになっている。PC10は、インターネット用の通信インターフェースや、可搬媒体の読み取り装置を備えており、上記のコンピュータプログラムや統計データを外部の各種媒体からインストールすることができる。
【0050】
以下、添付の図をもとに本実施形態の各態様を説明する。なお、上記および下記の実施形態および実施態様は例としてのものであり、本発明の範囲は頭記の特許請求の範囲によってのみ制限され、当業者にはこの範囲内で各種変形形態の実施が可能である。
【0051】
図2は、液体から微小液滴を射出する態様を示す概略図である。
【0052】
加圧装置3は、図示しない空気供給装置からの加圧空気31を、流路2としてのリザーバタンク21に送り込んでいる。送り込まれる空気の量は、加圧装置3内圧力センサーからの信号をもとに、あるいは別の実施形態ではその信号を用いずに手調整などで、加圧装置内3内レギュレータ32により調節される。
【0053】
信号は、いったん外部の加圧装置コントローラー4の圧力測定部に送られ、加圧装置コントローラー4による判断、あるいはこれをさらに制御するPC10内のプログラム、データ、および/または関係各装置5、8による判断が信号として加圧装置内レギュレーターに送られる。また、別の実施形態では、センサーからの信号が加圧装置内の制御回路のみを介してレギュレーターに送られる(図示せず)ことができる。
【0054】
流路2の特にリザーバタンク21が、加圧装置3により圧力が加えられノズル装置1に対し流路内の液体を押し出すことになる。
【0055】
ノズル装置1は、歪電素子を用いた、電気信号に対して変位を発生する素子で構成され、後述のコントローラーユニットからの制御信号で一定の周期で振動することにより、常に単位時間あたり一定の液滴数を射出する。流量が大きい場合、液滴一滴あたりの重量が大きくなるが、ノズルの射出口の大きさは変わらないため射出される液滴の初速は速くなる。逆に流量が小さい場合は液滴の初速は遅くなる。射出後の液滴は空気抵抗と釣り合うところで速度が安定し一定の間隔で飛翔するが、間隔は初速に比例するので流量が大きい場合は広い液滴間隔を、流量が小さい場合は狭い液滴間隔を形成する。
【0056】
回収容器22は、飛翔した液滴を回収し、回収ポンプ23は回収容器中の液体をチェックバルブ24を介してリザーバタンク2に戻すことになる。
【0057】
チェックバルブ24は、逆流を防止し正確な流量測定を可能にしている。
【0058】
図3は、液滴の射出と撮像との同期をとりかつ射出液滴に関する物理的条件を調節するためコントローラー・ユニット5の構成を示すブロック図である。
【0059】
入力信号I/F501は、照明(ストロボ)6、ノズル1、および液滴偏向装置101のための各制御信号を生成する図中の各回路についての同期的な制御を行うための、特に分配器からの、内部信号のインターフェースを形成する。
【0060】
分配器11は、専用の分岐回路やマルチプレクサ回路で構成してもよく、あるいはPC10の内部バスを用いた論理チャネルを介して実現してもよい。
【0061】
図4は、本発明による液滴間隔の検出装置を構成する要素とその各機能との対応を示す概略図である。ノズル装置1を制御するノズル制御信号と、LED型ストロボ照明6を制御する光源制御信号とを用いて、同期をとった制御をすることにより、液滴の静止画像の生成を容易にしている。
【0062】
カメラ7は、ストロボにより高精度で露出時間が制限された液滴像を撮像し、これを例えばNTSCなどのアナログビデオ形式でプロセッサ8に送信する。
【0063】
プロセッサ8では、アナログビデオ形式の液滴像動画、ただし、同期し見かけ上静止しているように見える、を公知の方式でまずはデジタル静止画の時系列に置き換え(81)、さらに各デジタル静止画につき特徴抽出などのデジタル画像処理(82)を行った上で、最後に液滴間隔の測定(83)を行うことになる。
【0064】
測定結果は、RGBモニターなどの適当な表示装置9に表示されるように制御され、さらに必要に応じて、加圧装置を制御するためのフィードバック信号として転送されたり、メモリに蓄積されたりする。
【0065】
静止画の特徴抽出としては、2値化、クラスタリング、クラスタの重心決定といった一般的な手法を用いることができる。
【0066】
液滴間隔の測定83は、同一画像における複数の液滴重心の間隔の平均化などを用いて行うことができ、上記のデジタル化をベースとした公知のその他の様々な統計的手法を用いて精度を上げることができる。
【0067】
図5は、ノズル装置とその同期制御機構との関係を表す図である。
【0068】
ここでは、特に、試薬のニトロセルロース膜への印刷をおこなうため、ユーザ(右上)が、ユーザI/Fを通じて手作業で同期条件を設定する例について説明している。
【0069】
ユーザI/Fの入力装置12から指令を受けたコントロールコンピュータは内部クロックにより適当なタイミングで各装置、すなわち波形生成器53、圧電ドライバ52、および高圧電源装置54に制御信号を送ることができる。この例では圧電ドライバはトリガを外部の発生器524から得ているが、コントロール・コンピュータからの制御信号にトリガを含めることもできる。
【0070】
波形生成器53は、ノズルから射出された液滴111に適当な電荷を持たせるためのチャージピン535の出力波形を生成する。
【0071】
圧電ドライバ52は、ノズルの射出タイミングを制御する。本発明では、有利には射出タイミングが一定周期となるように制御される。
【0072】
高圧電源54は、ノズル射出後の液滴の進行方向に影響を与えるための高電場を形成する高圧プレート536を制御する。
【0073】
射出される液滴111は、チャージピン535により電荷のチャージを受けた度合いにより偏向の度合いが決定され、たとえばニトロセルロース膜の所定の位置に落下することになる。本発明により、例えば液滴の容積が高精度で規定される結果、偏向の度合いについても高精度で制御でき、結局、適量を適当な位置に高精度で印刷・添加することが可能となる。
【0074】
図6は、本発明の装置によりノズルから射出された液滴の撮像例とその特徴量の一つである複数の液滴間隔との対応を示す図である。
【0075】
水玉模様の各楕円が射出された各液滴を表し、太枠が、ストロボの1フラッシュに対応する1静止画の範囲を表している。太枠内の縦細線141は、液滴の水平方向の重心座標を表し、横細線142は、液滴の垂直方向の重心座標を表している。各両方向矢印は、各液滴間隔を表している。
【0076】
図6において、d1は最初の液滴重心間隔であり、d2は次の液滴重心間隔であり、dnは最後の液滴重心間隔である。平均液滴間隔はd1、d2、...dnを足し合わせてnで割る計算をプロセッサー8により行うことで高速かつ容易に行うことができる。
【0077】
このような、撮像処理結果に補助線を付したデジタルイメージは、そのまま表示装置9にデジタル表示することができ、その他の情報、例えば平均液滴間隔の計算結果と併せて表示することにしてもよい。この際、各時点での撮像処理結果をリアルタイムで表示することが可能である。
【0078】
図7は、本発明による、複数の独立した装置において各流路における流量の変化割合と、それぞれ対応する各ノズルから射出された液滴の液滴間隔変化割合との相関を示す図である。
【0079】
具体的には、5基の流量測定装置(Head#1〜Head#5に対応)を用い、加圧装置の圧力を人為的に変化させて流量を変化させ、本装置により測定した液滴間隔のデータと比較した。なお、各条件で一定数の液滴を採取し重量を測定している。この7図からわかるように、流量変化割合と液滴間隔変化割合とが高精度で良好な相関を示しており、以下の計算式が成り立つ。すなわち、
Δf0:初期流量(ある基準時点0での測定値を100%とする)、
Δd0:初期平均液滴間隔(同じ基準時点0での測定値)、
Δfcurrent:現在流量(現在時点currentでの推定流量x%)、
Δdcurrent:現在平均液滴間隔(現在時点currentでの測定値)として、
流量変化率Δf(%)=Δfcurrent/Δf0=Δdcurrent/Δd0、また、流量まで求める場合は、現在流量Δfcurrent=Δf0・(Δdcurrent/Δd0)。
【0080】
図8は、これまでの撮像処理、画像処理、および上記の計算式を用いて、液滴間隔をもとに流量を制御する機構の動作を示す流れ図である。
【0081】
まず、プログラムが開始すると(S150)、基準となる初期値としての液滴間の距離Δd0を測定する(S151)。これは、基準となる初期点での現在の液滴間隔Δdcurrentを、図左側の液滴間隔測定(サブ)ルーチン(S155)により求め、ΔdcurrentをΔd0に代入する(S152)ことで達成される。
【0082】
基準となる初期点とは、ノズル等の系の状態が整備された直後の時点と考えることができる。
【0083】
また、液滴間隔測定(サブ)ルーチン(S152)は、便宜上サブルーチンとして表示しているが、マルチプロセッサによる平行処理、シングルプロセッサにおける割り込み処理などにより、プログラム本流のフローすなわち制御コンテクストとは独立して常に実行されるように構成することもできる。この場合には、静的大域変数などを用いてメモリの所定の位置にその時点での測定結果Δdcurrentを書き込む(S158)ようにプログラムを構成する。
【0084】
現在液滴間隔測定ルーチン(S152)は、前述したとおり現在の液滴間隔Δdcurrentを計算し、この値とともに(S158)、(サブルーチンとして構成されている場合は)制御を本流のフローに戻す(S159)。
【0085】
本流のフローでは得られたΔdcurrentをΔd0に代入して(S152)、このΔd0を初期値の液滴間隔、すなわち100%と定義する。
【0086】
このように初期値の設定が終了すると、次に液滴間隔の経時変化を測定する無限ループ(繰り返し)フェーズ(S153、S154)に移る。なお、無限ループフェーズは、コンピュータの図示しない入力装置からのコマンド入力により適当な時点で中断、あるいは終了することができる。
【0087】
無限ループフェーズでは、一定時間間隔でそのときの液滴間距離が測定される(S153、S155〜S159)。測定は、やはり液滴間距離想定ルーチンを、サブルーチン呼び出しにより直接利用したり、大域変数などを用いて間接的に利用したりして行われる。
【0088】
こうしてその時点で得られたΔdcurrentと既に得られているΔd0とをもとに、計算式Δdcurrent/Δd0×100(%)により液滴間隔の変化割合を求め(S154)、これを、初期点からの「流量の」変化割合として、表示装置9などに表示する。
【0089】
こうした無限ループは、やはり割り込み制御により制御されてもよく、プログラムの無条件分岐命令により制御されてもよい。割り込み制御の場合には、タイマーにより一定時間間隔で、測定および対応する表示が、自動的に繰り返されるようにすることができる。
【0090】
ΔdcurrentとΔd0の組み合わせ、あるいはその二者の比率は、加圧装置等へのフィードバック制御信号のソースとして用いることができる。こういったデジタル値が、コントロール・コンピュータ10の制御等によって直接・間接に加圧装置コントローラー4に内部共用バスあるいは専用チャネルを介して送信され、加圧装置コントローラー4のD/A変換器等を介してアナログ値となり、加圧装置のレギュレーターへの制御信号となる。
【0091】
具体的には、液滴間隔を反映するアナログ値が一定の基準値よりも大きい場合には、加圧量を減らすようにレギュレータが制御を行い、小さい場合には加圧量を大きくするように制御を行う。この制御には、一定のヒステリシスを設けられる。これは、有利には、コントロールコンピュータ10によるプログラムで設けられる。別の実施形態では、レギュレータのレベルで物理的に設けられる。
【0092】
上述の一連の機構が、微小流量を精度よくかつリアルタイムで検出し制御することを実質的に可能にしている。
【0093】
【発明の効果】
本発明により、微小流量の液体の特に液滴の流量を高精度かつリアルタイムで測定することが可能になり、またこれをもとに、微小流量の液体の特に液滴の流量を高精度かつリアルタイムで特に一定制御することも可能になる。また射出液滴の容積、粘性、比重、表面張力など、液体の性状の測定、同定を行うことも可能になり、この測定にもとづく微小流量の制御も可能となる。
【0094】
また本発明により、流量の検出に関して、間隔というより高精度検出が可能な物理量の検出を可能にする。
【0095】
また、外乱や微小なゆらぎに対してより頑強な液滴間隔検出が可能となっている。
【0096】
また本発明は、流量と射出速度とが相関し、かつ単位時間あたり一定数の液滴を作成するという機能を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す全体図である。
【図2】液体から微小液滴を射出する構成を示す概略図である。
【図3】液滴の射出と撮像との同期をとりかつ液滴に関する物理的条件を調節するためコントローラーの構成を示すブロック図である。
【図4】本発明による液滴間隔の検出装置を構成する要素とその各機能との対応を示す概略図である。
【図5】図5は、ノズル装置とその同期制御機構との関係を表す図である。
【図6】本発明の装置によりノズルから射出された液滴の撮像例とその特徴量の一つである複数の液滴間隔との対応を示す図である。
【図7】本発明による、複数の独立した装置において各流路における流量の変化割合と、対応する各ノズルから射出された液滴の液滴間隔変化割合との相関を示す図である。
【図8】液滴間隔をもとに流量を制御する機構の動作を示す流れ図である。
【符号の説明】
1 ノズル
2 流路(の大部分)
3 加圧装置
4 加圧装置コントローラー
5 ノズル−ストロボ同期コントローラー・ユニット
6 ストロボ
7 カメラ
8 液滴間隔測定プロセッサ
9 表示装置
10 コントロール・コンピューター
11 分配器
21 試薬又はインクのリザーバータンク
22 回収容器
23 回収ポンプ
24 チェックバルブ
31 加圧空気
32 レギュレーター
101 液滴偏向装置
111 液滴
Claims (14)
- 一定の口径を有するノズル装置であって単位時間あたり一定数の液滴を射出するノズル装置(1)と、液体をノズル装置(1)に供給する供給装置と、ノズル装置(1)により射出された複数の液滴間の間隔を検出する検出装置(6、7、8)とを備えることを特徴とする微小流量測定装置。
- 前記検出装置(6、7、8)が、液滴射出と同期したストロボ照明を与える機構(5、6)と、ストロボ照明によって同期・静止した複数の液滴の像を撮像するカメラ(7)と、液滴像から特徴量を抽出して液滴間隔を測定するプロセッサー(8)とを備えることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記特徴量が、液滴像から液滴の重心を画像処理で抽出し、重心間の距離を数ヶ所測定して平均化することにより求められることを特徴とする請求項2に記載の装置。
- ノズル装置(1)が歪電素子を含むことを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
- 液滴間隔の前記測定値をもとに、液滴間隔が一定になるよう、前記供給装置をフィードバック制御する請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
- 液滴間隔の前記測定値をもとに、液滴間隔が一定になるよう、前記供給装置のノズルへの供給圧力をフィードバック制御する請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
- 液滴間隔の前記測定値をもとに、液滴間隔が一定になるよう、前記供給装置において液滴を形成する二種類以上の液体のノズル装置(1)への配合をフィードバック制御する請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
- 流量を測定する方法であって、一定の口径を有するノズル装置であって単位時間あたり一定数の液滴を射出するノズル装置から液滴を射出するステップと、ノズル装置(1)により射出された複数の液滴間の間隔を検出するステップとを含むことを特徴とする微小流量測定方法。
- 前記検出ステップが、液滴射出と同期したストロボ照明を与えるステップと、ストロボ照明によって同期・静止した複数の液滴の像を撮像するステップと、液滴像から特徴量を抽出して液滴間隔を測定するステップとを備えることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 前記特徴量が、液滴像から液滴の重心を画像処理で抽出し、重心間の距離を数ヶ所測定して平均化することにより求められることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- ノズル装置(1)が歪電素子を含むことを特徴とする、請求項8から10のいずれか一項に記載の方法。
- 得られる液滴間隔をもとに、液滴を形成する液体のノズル装置(1)への供給を液滴間隔が一定になるようフィードバック制御するステップをさらに含む、請求項8から11のいずれか一項に記載の方法。
- 得られる液滴間隔をもとに、液滴を形成する液体のノズル装置(1)への圧力を、液滴間隔が一定になるようフィードバック制御するステップをさらに含む、請求項8から11のいずれか一項に記載の方法。
- 得られる液滴間隔をもとに、液滴を形成する二種類以上の液体のノズル装置(1)への配合を、液滴間隔が一定になるようフィードバック制御するステップをさらに含む、請求項8から11のいずれか一項に記載の方法。
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