(57)【要約】【課題】可視光の波長より小さな微粒子の流動を測定でき、流れ場を二次元的にベクトルマップとして測定し、かつ局所的な一点の二次元速度を同時計測できるレーザー暗視野流速測定装置を提供する。【解決手段】発振部３よりレーザーを発振する。発振されたレーザーは、分光器４にて二色に分光され、それぞれの光を直交する二本ずつの平行レーザー光を形成する。レンズＡ５においては、分光器４からのレーザー光を焦点距離Ａにて集光する。レンズＡ５の焦点距離Ａより長い焦点距離Ｂを有するレンズＢ６にて、レンズＡ５の焦点からのドップラー信号をセンサーＡ７にて受光する。そしてセンサーＡ７からの信号を信号処理装置８にて解析して速度を計算する。同時にレンズＢ６からの光をセンサーＢ９にて受光し、センサーＢ９からの画像を画像処理装置１０にて二次元速度ベクトルを計算する。計算された信号処理装置８からの速度情報と画像処理装置１０からの二次元速度ベクトルは、表示装置１１に表示される。【選択図】    図１
2005003653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーを発振する発振器と、
上記発振器からのレーザー光を二本の平行レーザーに形成する分光器と、
上記分光器からのレーザー光を焦点距離Ａにて集光するレンズＡと、
上記レンズＡの焦点距離Ａより長い焦点距離Ｂを有するレンズＢと、
上記レンズＡの焦点からのドップラー信号を受光するセンサーＡと、
上記センサーＡからの信号を解析して速度を計算する信号処理装置と、
上記レンズＢからの光を受光するセンサーＢと、
上記センサーＢからの画像を処理する画像処理装置と、
上記信号処理装置と画像処理装置からの信号を出力する出力装置を有する暗視野式レーザー流速測定装置。
【請求項２】
レーザーを発振する発振器と、
上記発振器からのレーザー光を二色に分光し、それぞれの光を直交する二本ずつの平行レーザー光を形成する分光器と、
上記分光器からのレーザー光を焦点距離Ａにて集光するレンズＡと、
上記レンズＡの焦点距離Ａより長い焦点距離Ｂを有するレンズＢと、
上記レンズＡの焦点からのドップラー信号を受光するセンサーＡと、
上記センサーＡからの信号を解析して速度を計算する信号処理装置と、
上記レンズＢからの光を受光するセンサーＢと、
上記センサーＢからの画像を処理する画像処理装置と、
上記信号処理装置と画像処理装置からの信号を出力する出力装置を有する暗視野式レーザー流速測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロマシン内部流れ、マイクロデバイス（たとえばマイクロチャネル・マイクロヒートパイプ・マイクロリアクタ・マイクロ化学分析システム・インクジェットノズルなど）の内部流れ、多孔質体・積層体内部の流れ、微小界面近傍の流れ、生物や生命工学（たとえば微生物・昆虫・毛細血管・ＤＮＡ解析のための毛管電気泳動）における流れなどのマイクロ流れの流れ場モニタリングへ応用できる暗視野式レーザー流速測定装置。
【０００２】
【従来の技術】レーザー流速計は、流体物理現象の解明から上水・下水処理システムや各種の製造プラントなど極めて広範囲の分野で利用されている。この種のレーザー流速計は、基本的に液体の流速を測定し、二次元および三次元のベクトルマップとして流れ場を表すもので流れ場モニタリングへも応用されている。レーザー流速計における上述の測定手法としては、ドップラーシフト法と画像処理法などがある。
【０００３】ドップラーシフト法によるものは、ドップラー遷移による波長のわずかなずれを直接検出するのは困難であるので、レーザーの可干渉性を利用して、２本の入射光線の交点部（測定体積）に干渉縞（フリンジ）を作り測定体積を通過した微粒子によって反射されたレーザー光の差の周波数を検出する原理を応用したものである。これに対して、画像処理法は、二時刻の画像における粒子または粒子群の移動距離を画像処理にて解析してその移動距離と移動時間から速度を求める方法である。
【０００４】ドップラーシフト法によるものと画像処理法によるものとでは広い分野で優劣があるが、双方とも流れ場に微粒子を混入して、基本的にはその微粒子の速度を計測しているに過ぎない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来のレーザー計測法では、比較的小さな流れ場や、可視光より小さな微粒子の速度計測では、微粒子の存在を検知できず、また、比較的大きな測定体積を形成するため、マイクロな流れ場には限界が生じた。
【０００６】本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、レーザーを用いて照明強度を上げることができ、暗視野レンズを用いて受光部の集光角より大きな照明入射角にて照明を照射し、試料からの散乱光だけを受光部で検知すると同時に、一組のレーザー光線から作られる測定体積を用いてレーザードップラー法による流速測定を可能とすることにより、可視光の波長より小さい微粒子の流れ場を画像処理法を用いて計測し、レーザードップラー法を用いて比較的小さな測定体積の流速測定を同時計測する事を可能とした暗視野式レーザー流速測定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザー暗視野流速測定装置は、レーザーを発振する発振器と、上記発振器からのレーザー光を二本の平行レーザーに形成する分光器と、上記分光器からのレーザー光を焦点距離Ａにて集光するレンズＡと、上記レンズＡの焦点距離Ａより長い焦点距離Ｂを有するレンズＢと、上記レンズＡの焦点からのドップラー信号を受光するセンサーＡと、上記センサーＡからの信号を解析して速度を計算する信号処理装置と、上記レンズＢからの光を受光するセンサーＢと、上記センサーＢからの画像を処理する画像処理装置と、上記信号処理装置と画像処理装置からの信号を出力する出力装置を有するものである。
【０００８】また、本発明のレーザー暗視野流速測定装置は、レーザーを発振する発振器と、上記発振器からのレーザー光を二色に分光し、それぞれの光を直交する二本ずつの平行レーザー光を形成する分光器と、上記分光器からのレーザー光を焦点距離Ａにて集光するレンズＡと、上記レンズＡの焦点距離Ａより長い焦点距離Ｂを有するレンズＢと、上記レンズＡの焦点からのドップラー信号を受光するセンサーＡと、上記センサーＡからの信号を解析して速度を計算する信号処理装置と、上記レンズＢからの光を受光するセンサーＢと、上記センサーＢからの画像を処理する画像処理装置と、上記信号処理装置と画像処理装置からの信号を出力する出力装置を有するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の装置を説明するもので、図２および図３は本発明の実施例を説明するものである。
【００１０】本発明は、試料に照射するレーザー光の焦点距離を受光レンズの焦点距離より長くした暗視野法を用いることにより、可視光の波長より小さい微粒子の流れ場を画像処理法を用いて計測し、レーザードップラー法を用いて比較的小さな測定体積の流速測定を同時計測する事を可能とした暗視野式レーザー流速測定装置を提供するものであるが、この暗視野式レーザー流速測定装置は図１に示すように、測定部１と処理部２から成り立っている。
【００１１】発振器３よりレーザーを発振する。発振されたレーザーは、分光器４にて二色に分光され、それぞれの光を直交する二本ずつの平行レーザー光を形成する。
【００１２】レンズＡ５においては、分光器４からのレーザー光を焦点距離Ａにて集光する。
【００１３】レンズＡ５の焦点距離Ａより長い焦点距離Ｂを有するレンズＢ６にて、レンズＡ５の焦点からのドップラー信号をセンサーＡ７にて受光する。そしてセンサーＡ７からの信号を信号処理装置８にて解析して速度を計算する。
【００１４】同時にレンズＢ６からの光をセンサーＢ９にて受光し、センサーＢ９からの画像を画像処理装置１０にて二次元速度ベクトルを計算する。
【００１５】計算された信号処理装置８からの速度情報と画像処理装置１０からの二次元速度ベクトルは、表示装置１１に表示される。
【００１６】なお、発振器３と、分光器４はデンマークＤＡＮＴＥＣ社製のＦｉｂｅｒＦｌｏｗを使用した。
【００１７】なお、本発明は上述の実施の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００１８】
【実施例】図２を用いて、本発明のシステム例について説明する。ただし、本発明はこれらのシステム例に限定されるものではないことはもちろんである。
レーザー光を発振器より発振し、分光器により直交する二本ずつの平行レーザー光とし、集光レンズにて試料に照射する。そして、二つの受光センサーにてドップラー信号と画像をそれぞれ同時に受光する。
【００１９】次に、本発明の具体的な実施例について、図３を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではないことはもちろんである。
たとえば水中における平均粒径１００ｎｍのナイロン粒子のブラウン運動の流速を測定する。図３のように表示装置には微粒子の運動が記録され、画像処理装置によりナノ微粒子のブラウン運動が計測される。微粒子の運動は、水分子の衝突によってランダムに向きを変え、その平均移動距離は微粒子粒径に依存している。さらに、検査したい領域のポイントを細かく取ることにより、その領域の流れ場を詳細に調べることが出来る。
【００２０】以上のことから、本実施の形態によれば、従来の装置に比べ小さい微粒子の流れ場を画像処理法を用いて計測し、レーザードップラー法を用いて比較的小さな測定体積の流速測定を同時計測できる。
【００２１】上述では、ドップラーシフト法にて速度を測定するのに前方散乱用のセンサーＢを用いて流速測定について説明したが、これに限定されない。たとえば、センサーＢは分光器に埋め込み、後方散乱型で使用することにより、装置を簡略化して、より効率的に計測を行うことができる。
また、レーザーを透過する材質のものであれば、壁の外にセンサーを設置して、測定できる。
通常センサーには一つの素子が使用されている。なお、この素子は一つに限定されない。たとえばアレー素子を用いて多点計測により効率よく測定できる。
【００２２】
【発明の効果】本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
試料に照射するレーザー光の焦点距離を受光レンズの焦点距離より長くした暗視野法を有するので、可視光の波長より小さな微粒子の流動を測定でき、流れ場を二次元的にベクトルマップとして測定し、局所的な一点の二次元速度を同時計測できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の暗視野式レーザー流速測定装置の一実施例を示す概略構成の説明図である。
【図２】本発明の暗視野式レーザー流速測定装置の一実施例を示す説明図である
【図３】本発明の暗視野式レーザー流速測定装置を用いた一実施例の結果図である。
【符号の説明】
１  測定部
２  処理部
３  発振部
４  分光器
５  レンズＡ
６  レンズＢ
７  センサーＡ
８  信号処理装置
９  センサーＢ
１０画像処理装置
１１表示装置
【図１】
2005003653.tif 000003
【図２】
2005003653.tif 000004
【図３】
2005003653.tif 000005