JP3918914B2

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

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Publication number: JP3918914B2
Application number: JP2001348700A
Authority: JP
Inventors: 公美中村
Original assignee: アボットジャパン株式会社
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2021-11-14
Also published as: JP2003149020A

Description

【０００１】
【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「ＬＩＮＥＡＲＡＲＲＡＹＩＮＫＪＥＴＡＳＳＥＭＢＬＹ」、米国特許４３８３２６４「ＤＥＭＡＮＤＤＲＯＰＦＯＲＭＩＮＧＤＥＶＩＣＥＷＩＴＨＩＮＴＥＲＡＣＴＩＮＧＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＡＮＤＯＲＩＦＩＣＥＣＯＭＢＩＮＡＴＩＯＮ」、米国特許４９０５５０３「ＭＥＴＨＯＤＡＮＤＤＥＶＩＣＥＦＯＲＭＥＡＳＵＲＩＮＧＴＨＥＶＩＳＣＯＳＩＴＹＯＦＡＦＬＵＩＤ」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）、
Δｆ_current：現在流量（現在時点ｃｕｒｒｅｎｔでの推定流量ｘ％）、
Δｄ_current：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（％）＝Δｆ_current／Δｆ₀＝Δｄ_current／Δｄ₀、また、流量まで求める場合は、現在流量Δｆ_current＝Δｆ₀・（Δｄ_current／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Δｄ_currentを、図左側の液滴間隔測定（サブ）ルーチン（Ｓ１５５）により求め、Δｄ_current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Δｄ_current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Δｄ_current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Δｄ_current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Δｄ_currentと既に得られているΔｄ₀とをもとに、計算式Δｄ_current／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】
Δｄ_current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

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。