特許 6558315 気泡径分布測定装置及び気泡径分布測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6558315

(24)【登録日】2019年7月26日

(45)【発行日】2019年8月14日

(54)【発明の名称】気泡径分布測定装置及び気泡径分布測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/02 20060101AFI20190805BHJP

【ＦＩ】

   G01N15/02 B

【請求項の数】6

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-131762(P2016-131762)

(22)【出願日】2016年7月1日

(65)【公開番号】特開2018-4450(P2018-4450A)

(43)【公開日】2018年1月11日

【審査請求日】2018年10月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100141852

【弁理士】

【氏名又は名称】吉本 力

(74)【代理人】

【識別番号】100152571

【弁理士】

【氏名又は名称】新宅 将人

(72)【発明者】

【氏名】島岡 治夫

【審査官】 素川 慎司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０７１５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０６９４３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０４８１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４７７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０９９２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０５７１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０４８１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６３８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４２８３１２８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６５９８４６４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１６６０３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０１３９３１０７（ＣＮ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０４５９６８９８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ １５／００ − １５／１４

Ｇ０１Ｎ ２１／００ − ２１／９５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原液にファインバブルが含有されたファインバブル含有媒体の画像を撮影する画像撮影部と、
前記ファインバブル含有媒体に対してレーザ光を照射し、回折・散乱光の強度分布を表す光強度分布データを取得する光強度測定部と、
前記光強度分布データに基づいて、ファインバブル含有媒体に含まれる粒子の粒子径分布データを算出する粒子径分布測定部と、
前記画像撮影部により撮影された画像に基づいて、ファインバブル含有媒体に含まれる粒子の中からファインバブルを識別するファインバブル識別部と、
前記ファインバブル識別部により識別されたファインバブルのサイズを判定する気泡サイズ判定部と、
前記粒子径分布データから、前記気泡サイズ判定部により判定されたファインバブルのサイズを含む粒子径区間以外の粒子径区間のデータを除去することにより、ファインバブルの気泡径分布データを取得する気泡径分布測定部とを備えることを特徴とする気泡径分布測定装置。

【請求項2】

前記画像撮影部により撮影された画像に基づいて、ファインバブル含有媒体に含まれるファインバブル以外の異物を識別する異物識別部と、
前記異物識別部により識別された異物のサイズを判定する異物サイズ判定部と、
前記画像撮影部により撮影された画像に含まれるファインバブルの数及び異物の数をカウントする粒子数カウント部と、
前記粒子数カウント部によりカウントされたファインバブルの数及び異物の数の比率を算出する比率算出部とをさらに備え、
前記気泡径分布測定部は、前記気泡サイズ判定部により判定されたファインバブルのサイズを含む粒子径区間に、前記異物サイズ判定部により判定された異物のサイズが含まれている場合に、当該粒子径区間におけるデータが前記比率算出部により算出された比率に基づいて補正された気泡径分布データを取得することを特徴とする請求項１に記載の気泡径分布測定装置。

【請求項3】

前記画像撮影部は、ファインバブル含有媒体の画像を一定周期で撮影しており、
前記ファインバブル識別部は、一定周期で撮影される各画像についてファインバブルを順次識別し、
前記気泡径分布測定部は、前記ファインバブル識別部によりファインバブルが識別された画像に基づくファインバブルの気泡径分布データを、次の画像についてファインバブルが識別されるまで取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の気泡径分布測定装置。

【請求項4】

原液にファインバブルが含有されたファインバブル含有媒体の画像を撮影する画像撮影ステップと、
前記ファインバブル含有媒体に対してレーザ光を照射し、回折・散乱光の強度分布を表す光強度分布データを取得する光強度測定ステップと、
前記光強度分布データに基づいて、ファインバブル含有媒体に含まれる粒子の粒子径分布データを算出する粒子径分布測定ステップと、
前記画像撮影ステップにより撮影された画像に基づいて、ファインバブル含有媒体に含まれる粒子の中からファインバブルを識別するファインバブル識別ステップと、
前記ファインバブル識別ステップにより識別されたファインバブルのサイズを判定する気泡サイズ判定ステップと、
前記粒子径分布データから、前記気泡サイズ判定ステップにより判定されたファインバブルのサイズを含む粒子径区間以外の粒子径区間のデータを除去することにより、ファインバブルの気泡径分布データを取得する気泡径分布測定ステップとを含むことを特徴とする気泡径分布測定方法。

【請求項5】

前記画像撮影ステップにより撮影された画像に基づいて、ファインバブル含有媒体に含まれるファインバブル以外の異物を識別する異物識別ステップと、
前記異物識別ステップにより識別された異物のサイズを判定する異物サイズ判定ステップと、
前記画像撮影ステップにより撮影された画像に含まれるファインバブルの数及び異物の数をカウントする粒子数カウントステップと、
前記粒子数カウントステップによりカウントされたファインバブルの数及び異物の数の比率を算出する比率算出ステップとをさらに含み、
前記気泡径分布測定ステップでは、前記気泡サイズ判定ステップにより判定されたファインバブルのサイズを含む粒子径区間に、前記異物サイズ判定ステップにより判定された異物のサイズが含まれている場合に、当該粒子径区間におけるデータが前記比率算出ステップにより算出された比率に基づいて補正された気泡径分布データを取得することを特徴とする請求項４に記載の気泡径分布測定方法。

【請求項6】

前記画像撮影ステップでは、ファインバブル含有媒体の画像を一定周期で撮影しており、
前記ファインバブル識別ステップでは、一定周期で撮影される各画像についてファインバブルを順次識別し、
前記気泡径分布測定ステップでは、前記ファインバブル識別ステップによりファインバブルが識別された画像に基づくファインバブルの気泡径分布データを、次の画像についてファインバブルが識別されるまで取得することを特徴とする請求項４又は５に記載の気泡径分布測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ファインバブル含有媒体に含まれるファインバブルの気泡径分布を測定するための気泡径分布測定装置及び気泡径分布測定方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、マイクロバブルやウルトラファインバブルといったファインバブルの研究及び利用が活発に行われている。ファインバブルは、例えば、気泡径が１００μｍ以下の微細気泡であり、気泡径が１μｍ以上のものはマイクロバブル、気泡径が１μｍ未満のものはウルトラファインバブルと呼ばれている。

【0003】

ファインバブルには、洗浄効果や殺菌効果といった様々な効果が期待されている。例えば、工場やプラント、公衆トイレなどで、ファインバブルを用いて各種設備の洗浄を行えば、洗剤の使用量を削減することができる。そのため、ファインバブルを用いた洗浄方法は、環境に優しい新たな洗浄方法として注目されている。

【0004】

このようなファインバブルの特性と効果の関係は、ファインバブルの気泡径や気泡量（濃度）に依存している。そこで、レーザ回折・散乱式の粒子径分布測定装置などを用いて、ファインバブルの気泡径分布（粒子径分布）を測定する技術が提案されている。

【0005】

また、測定対象となる液体（ファインバブル含有媒体）には、ファインバブル以外にも、例えば、粉塵又は土などの固体粒子や、オイル又はエマルジョンなどの液体粒子といった異物（コンタミ）が含まれている場合がある。このような場合に対応するため、ファインバブルとコンタミとを識別した上で、ファインバブルの気泡径分布を測定する技術も提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

【0006】

特許文献１に記載の粒子径分布測定装置では、試料溶液（原液）に対してレーザ光を照射し、回折・散乱光の強度分布を表す第１光強度分布データを取得する。また、ファインバブル発生装置によって、試料溶液（原液）にファインバブルを含有させ、そのファインバブル含有媒体（原液及びファインバブル）に対してレーザ光を照射し、回折・散乱光の強度分布を表す第２光強度分布データを取得する。ファインバブル含有媒体には、ファインバブル及びコンタミが含まれており、原液にはコンタミのみが含まれている。そして、この粒子径分布測定装置では、原液から得られる第１光強度分布データを、ファインバブル含有媒体から得られる第２光強度分布データから差し引いたデータを用いて粒子径分布を演算することで、ファインバブルのみの気泡径分布を測定している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１６−４８１８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記した従来の装置を用いる場合には、ファインバブルが含有されていない原液、及び、原液にファインバブルが含有されたファインバブル含有媒体の両方を測定する必要がある。しかし、例えば、自然界で発生するファインバブル含有媒体に含まれるファインバブルの気泡径分布を測定する場合もある。この場合には、ファインバブル含有媒体を用意することはできるが、ファインバブルが含有されていない原液を用意することが難しい。そのため、このような場合、すなわち、ファインバブル含有媒体のみから、そのファインバブル含有媒体に含まれるファインバブルの気泡径分布を測定する場合には、上記装置による測定は適していない。

【0009】

そこで、ファインバブル含有媒体中の粒子の画像を撮影し、撮影された画像に基づいて各粒子がファインバブルであるか否かを識別することが考えられる。このような方法であれば、撮影された画像を目視することにより、ファインバブル含有媒体に含まれるファインバブルとコンタミとを判別することが可能である。

【0010】

しかしながら、このような方法では、ファインバブル含有媒体のごく一部の画像を撮影するため、サンプル数が少なく、その識別結果のみに基づいてファインバブルの気泡径分布を算出すると、算出されたファインバブルの気泡径分布の精度が極めて低くなってしまう。

【0011】

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ファインバブル含有媒体のみを用いて、そのファインバブル含有媒体に含まれるファインバブルの気泡径分布を精度よく測定できる気泡径分布測定装置及び気泡径分布測定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

（１）本発明に係る気泡径分布測定装置は、画像撮影部と、光強度測定部と、粒子径分布測定部と、ファインバブル識別部と、気泡サイズ判定部と、気泡径分布測定部とを備える。前記画像撮影部は、原液にファインバブルが含有されたファインバブル含有媒体の画像を撮影する。前記光強度測定部は、前記ファインバブル含有媒体に対してレーザ光を照射し、回折・散乱光の強度分布を表す光強度分布データを取得する。前記粒子径分布測定部は、前記光強度分布データに基づいて、ファインバブル含有媒体に含まれる粒子の粒子径分布データを算出する。前記ファインバブル識別部は、前記画像撮影部により撮影された画像に基づいて、ファインバブル含有媒体に含まれる粒子の中からファインバブルを識別する。前記気泡サイズ判定部は、前記ファインバブル識別部により識別されたファインバブルのサイズを判定する。前記気泡径分布測定部は、前記粒子径分布データから、前記気泡サイズ判定部により判定されたファインバブルのサイズを含む粒子径区間以外の粒子径区間のデータを除去することにより、ファインバブルの気泡径分布データを取得する。

【0013】

このような構成によれば、粒子径分布測定部により算出される粒子径分布データのうち、気泡サイズ判定部により判定されたファインバブルのサイズを含む粒子径区間以外の粒子径区間のデータが除去されることで、気泡径分布測定部によりファインバブルの気泡径分布データが取得される。

【0014】

そのため、ファインバブル含有媒体にコンタミが含まれる場合であっても、気泡径分布データにおいて、コンタミに関するデータを除去することができる。
その結果、ファインバブル含有媒体のみを用いて、そのファインバブル含有媒体に含まれるファインバブルの気泡径分布を精度よく測定できる。

【0015】

（２）また、前記気泡径分布測定装置は、異物識別部と、異物サイズ判定部と、粒子数カウント部と、比率算出部とをさらに備えてもよい。前記異物識別部は、前記画像撮影部により撮影された画像に基づいて、ファインバブル含有媒体に含まれるファインバブル以外の異物を識別する。前記異物サイズ判定部は、前記異物識別部により識別された異物のサイズを判定する。前記粒子数カウント部は、前記画像撮影部により撮影された画像に含まれるファインバブルの数及び異物の数をカウントする。前記比率算出部は、前記粒子数カウント部によりカウントされたファインバブルの数及び異物の数の比率を算出する。前記気泡径分布測定部は、前記気泡サイズ判定部により判定されたファインバブルのサイズを含む粒子径区間に、前記異物サイズ判定部により判定された異物のサイズが含まれている場合に、当該粒子径区間におけるデータが前記比率算出部により算出された比率に基づいて補正された気泡径分布データを取得してもよい。

【0016】

このような構成によれば、気泡径分布データにおいて、ファインバブルのサイズを含む粒子径区間に異物のサイズが含まれる場合であっても、その区間におけるデータを、ファインバブルの数及び異物の数の比率に基づいて、補正できる。
そのため、ファインバブル含有媒体に含まれるファインバブルの気泡径分布を一層精度よく測定できる。

【0017】

（３）また、前記画像撮影部は、ファインバブル含有媒体の画像を一定周期で撮影してもよい。前記ファインバブル識別部は、一定周期で撮影される各画像についてファインバブルを順次識別してもよい。前記気泡径分布測定部は、前記ファインバブル識別部によりファインバブルが識別された画像に基づくファインバブルの気泡径分布データを、次の画像についてファインバブルが識別されるまで取得してもよい。

【0018】

このような構成によれば、気泡径分布測定部によるファインバブルの気泡径分布データの取得を連続的に実施しつつ、画像撮影部によりファインバブル含有媒体の画像が撮影された場合には、最新の画像からファインバブルを識別し、その最新の識別結果に基づいて、気泡径分布測定部によりファインバブルの気泡径分布データを取得できる。
そのため、ファインバブル含有媒体に含まれるファインバブルの気泡径分布をリアルタイムで測定できる。

【0019】

（４）本発明に係る気泡径分布測定方法は、画像撮影ステップと、光強度測定ステップと、粒子径分布測定ステップと、ファインバブル識別ステップと、気泡サイズ判定ステップと、気泡径分布測定ステップとを含む。前記画像撮影ステップでは、原液にファインバブルが含有されたファインバブル含有媒体の画像を撮影する。前記光強度測定ステップでは、前記ファインバブル含有媒体に対してレーザ光を照射し、回折・散乱光の強度分布を表す光強度分布データを取得する。前記粒子径分布測定ステップでは、前記光強度分布データに基づいて、ファインバブル含有媒体に含まれる粒子の粒子径分布データを算出する。前記ファインバブル識別ステップでは、前記画像撮影ステップにより撮影された画像に基づいて、ファインバブル含有媒体に含まれる粒子の中からファインバブルを識別する。前記気泡サイズ判定ステップでは、前記ファインバブル識別ステップにより識別されたファインバブルのサイズを判定する。前記気泡径分布測定ステップでは、前記粒子径分布データから、前記気泡サイズ判定ステップにより判定されたファインバブルのサイズを含む粒子径区間以外の粒子径区間のデータを除去することにより、ファインバブルの気泡径分布データを取得する。

【0020】

（５）また、前記気泡径分布測定方法は、異物識別ステップと、異物サイズ判定ステップと、粒子数カウントステップと、比率算出ステップとをさらに含んでもよい。前記異物識別ステップでは、前記画像撮影ステップにより撮影された画像に基づいて、ファインバブル含有媒体に含まれるファインバブル以外の異物を識別する。前記異物サイズ判定ステップでは、前記異物識別ステップにより識別された異物のサイズを判定する。前記粒子数カウントステップでは、前記画像撮影ステップにより撮影された画像に含まれるファインバブルの数及び異物の数をカウントする。前記比率算出ステップでは、前記粒子数カウントステップによりカウントされたファインバブルの数及び異物の数の比率を算出する。前記気泡径分布測定ステップでは、前記気泡サイズ判定ステップにより判定されたファインバブルのサイズを含む粒子径区間に、前記異物サイズ判定ステップにより判定された異物のサイズが含まれている場合に、当該粒子径区間におけるデータが前記比率算出ステップにより算出された比率に基づいて補正された気泡径分布データを取得してもよい。

【0021】

（６）また、前記画像撮影ステップでは、ファインバブル含有媒体の画像を一定周期で撮影してもよい。前記ファインバブル識別ステップでは、一定周期で撮影される各画像についてファインバブルを順次識別してもよい。前記気泡径分布測定ステップでは、前記ファインバブル識別ステップによりファインバブルが識別された画像に基づくファインバブルの気泡径分布データを、次の画像についてファインバブルが識別されるまで取得してもよい。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、粒子径分布測定部により算出される粒子径分布データのうち、気泡サイズ判定部により判定されたファインバブルのサイズを含む粒子径区間以外の粒子径区間のデータが除去されることで、気泡径分布測定部によりファインバブルの気泡径分布データが取得される。そのため、ファインバブル含有媒体にコンタミが含まれる場合であっても、気泡径分布データにおいて、コンタミに関するデータを除去することができる。その結果、ファインバブル含有媒体のみを用いて、そのファインバブル含有媒体に含まれるファインバブルの気泡径分布を精度よく測定できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態に係る気泡径分布測定装置の構成例を示したブロック図である。

【図2】画像撮影部及び光強度測定部の構成例を概略的に示した図である。

【図3】気泡径分布測定装置の制御部、及び、その周辺の部材の具体的構成を示したブロック図である。

【図4】制御部による処理の一例を示したフローチャートである。

【図5】画像撮影部によって撮影された画像を概略的に示した図である。

【図6A】コンタミに関するデータが含まれる気泡径分布データの一例を示した図である。

【図6B】図６Ａのデータからコンタミに関するデータを削除した後の気泡径分布データの一例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

１．気泡径分布測定装置の全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る気泡径分布測定装置１の構成例を示したブロック図である。この気泡径分布測定装置１は、ファインバブルが含有されたファインバブル含有媒体を測定対象とし、当該ファインバブル含有媒体に含まれるファインバブルの気泡径分布を測定するための装置である。

【0025】

ファインバブル含有媒体は、例えば、自然界で発生するファインバブル含有媒体であって、ファインバブルに加えて、粉塵又は土などの固体粒子や、オイル又はエマルジョンなどの液体粒子といった異物（コンタミ）が含まれている。ファインバブル含有媒体は、例えば、水の他、アルコール又は油といった任意の液体を原液とし、この原液にファインバブルが含有されている媒体である。具体的には、ファインバブル含有媒体は、例えば、気泡径が１００μｍ以下の微細気泡からなるファインバブルを含んでいる。より具体的には、気泡径が１μｍ未満のウルトラファインバブル、及び、気泡径が１μｍ以上のマイクロバブルの少なくとも一方が、気体粒子として原液に含有されている。気体粒子を構成する気体は、空気であってもよいし、例えば、オゾンや水素といった空気以外の気体であってもよい。

【0026】

気泡径分布測定装置１には、ポンプ２、画像撮影部３、光強度測定部４及びデータ処理装置５などが備えられている。気泡径分布測定装置１では、ポンプ２の駆動により、ファインバブル含有媒体が、画像撮影部３及び光強度測定部４に順次供給される。光強度測定部４に供給された後のファインバブル含有媒体は、外部に排水される。また、データ処理装置５は、画像撮影部３及び光強度測定部４に電気的に接続されており、これらからの信号が適宜入力される。

【0027】

画像撮影部３は、供給されるファインバブル含有媒体を撮影するように構成されている。具体的には、画像撮影部３は、ファインバブル含有媒体中の粒子を撮影する。

【0028】

光強度測定部４は、ファインバブル含有媒体に対して光（レーザ光）を照射し、ファインバブル含有媒体からの回折・散乱光（レーザ回折・散乱光）の強度分布を測定する。これにより、光強度測定部４では、ファインバブル含有媒体からの回折・散乱光の強度分布を表す光強度分布データが取得される。光強度測定部４における測定で得られる光強度分布データは、データ処理装置５に入力される。

【0029】

データ処理装置５は、ファインバブル含有媒体に含まれるファインバブルの気泡径分布を測定する際のデータを処理するためのものであり、例えば、パーソナルコンピュータにより構成される。このデータ処理装置５は、制御部５１、操作部５２、表示部５３及び記憶部５４などを備えている。

【0030】

制御部５１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む構成であり、操作部５２、表示部５３及び記憶部５４などの各部が電気的に接続されている。操作部５２は、例えばキーボード及びマウスを含む構成であり、作業者が操作部５２を操作することにより入力作業などを行うことができるようになっている。

【0031】

表示部５３は、例えば、液晶表示器などにより構成することができ、作業者が表示部５３の表示内容を確認しながら作業を行うことができるようになっている。記憶部５４は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びハードディスクなどにより構成することができる。

【0032】

２．画像撮影部及び光強度測定部の詳細構成
図２は、画像撮影部３及び光強度測定部４の構成例を概略的に示した図である。
（１）画像撮影部
画像撮影部３には、光源３１、フローセル３２及びカメラ３３などが備えられている。
光源３１は、フローセル３２に向けて光を照射するように構成されている。

【0033】

フローセル３２には、測定対象となるファインバブル含有媒体が供給される。フローセル３２に供給された後のファインバブル含有媒体は、後述する光強度測定部４のフローセル４５に供給される。すなわち、フローセル３２、及び、後述するフローセル４５は、ファインバブル含有媒体の流入方向において、直列となるように配置されている。

【0034】

カメラ３３は、フローセル３２を挟んで、光源３１の反対側に配置されている。カメラ３３は、フローセル３２に対向している。カメラ３３は、光源３１からの光を受けて、フローセル３２内のファインバブル含有媒体の画像を一定周期で撮影する。カメラ３３は、撮影した画像に関する信号をデータ処理装置５に出力するようになっている。

【0035】

（２）光強度測定部
光強度測定部４は、レーザ回折・散乱式の粒子径分布測定装置により構成されている。すなわち、本実施形態では、固体粒子や液体粒子の粒子径分布を測定するための粒子径分布測定装置を用いて、ファインバブル含有媒体に含まれるファインバブル（気体粒子）の気泡径分布（粒子径分布）が測定される。

【0036】

光強度測定部４には、光源４１、集光レンズ４２、空間フィルタ４３、コリメータレンズ４４、フローセル４５、集光レンズ４６、フォトダイオードアレイ４７、側方センサ４８及び複数の後方センサ４９などが備えられている。フローセル４５には、測定対象となるファインバブル含有媒体であって、フローセル３２を通過した後のファインバブル含有媒体が供給される。

【0037】

光源４１は、例えば、レーザ光源からなり、当該光源４１から照射されたレーザ光が、集光レンズ４２、空間フィルタ４３及びコリメータレンズ４４を通過することにより平行光となる。このようにして平行光とされたレーザ光は、フローセル４５に照射され、フローセル４５内のファインバブル含有媒体に含まれる粒子群（コンタミ及びファインバブルを含む。）で回折又は散乱した後、集光レンズ４６を通ってフォトダイオードアレイ４７により受光されるようになっている。

【0038】

フォトダイオードアレイ４７は、光源４１側から見てフローセル４５の前方（光源４１側とは反対側）に配置されている。これにより、フォトダイオードアレイ４７に備えられた複数の受光素子は、それぞれ前方センサ４７１を構成している。フォトダイオードアレイ４７は、フローセル４５内のファインバブル含有媒体からの回折・散乱光（回折光又は散乱光）を検出するための検出器を構成している。

【0039】

本実施形態におけるフォトダイオードアレイ４７は、互いに異なる半径を有するリング状又は半リング状の検出面が形成された複数（例えば、６４個）の前方センサ４７１を、集光レンズ４６の光軸を中心として同心円状に配置することにより構成されたリングディテクタであり、各前方センサ４７１には、それぞれの位置に応じた回折・散乱角度の光が入射する。したがって、フォトダイオードアレイ４７の各前方センサ４７１の検出信号は、各回折・散乱角度の光の強度を表すことになる。

【0040】

これに対して、側方センサ４８は、光源４１側から見てフローセル４５の側方に配置されている。この例では、フローセル４５が薄い中空状の部材により形成されており、その厚み方向Ｄが光源４１から入射するレーザ光の光軸Ｌと平行になるように配置される。側方センサ４８は、フローセル４５に対して、例えば、厚み方向Ｄに直交する方向に並べて配置される。

【0041】

図２では、側方センサ４８がフローセル４５の上方に配置されているが、これに限らず、フローセル４５の下方、右方、左方など、フローセル４５の厚み方向Ｄに直交する面内の任意の位置に配置されていてもよい。これにより、厚み方向Ｄに対して直交する方向への回折・散乱光を側方センサ４８で受光することができる。ただし、側方センサ４８は、厚み方向Ｄに対して９０°の方向への回折・散乱光を受光するような構成に限らず、厚み方向Ｄに対して７０°〜１１０°、より好ましくは８０°〜１００°の方向への回折・散乱光を受光するような構成であってもよい。

【0042】

複数の後方センサ４９は、それぞれ光源４１側から見てフローセル４５の後方（光源４１側）に配置されている。これにより、各後方センサ４９は、側方センサ４８よりも後方への回折・散乱光を受光することができる。各後方センサ４９は、フローセル４５に対して異なる角度で配置されることにより、それぞれ異なる角度で入射する回折・散乱光を受光することができる。この例では、２つの後方センサ４９が設けられているが、これに限らず、例えば、１つ又は３つ以上の後方センサ４９が設けられた構成であってもよい。

【0043】

フォトダイオードアレイ４７の各前方センサ４７１、側方センサ４８及び各後方センサ４９の検出信号は、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）によりアナログ信号からデジタル信号に変換された後、データ処理装置５に入力されるようになっている。このデータ処理装置５に入力されるデータが、光強度分布データである。これにより、各センサ４７１，４８，４９における受光強度が、各センサ４７１，４８，４９の素子番号に対応付けてデータ処理装置５に入力される。

【0044】

ファインバブル含有媒体に含まれるファインバブルの気泡径分布を測定する際には、画像撮影部３のフローセル３２を通過した後のファインバブル含有媒体が、光強度測定部４のフローセル４５に供給される。そして、光強度測定部４で得られる光強度分布データに基づいて、データ処理装置５の制御部５１が演算を行うことにより、粒子径分布データが生成される。粒子径分布データを生成する際には、下記式（１）の関係を用いることができる。

【0045】

【数1】

ここで、ｓ、ｑ及びＡは、下記式（２）〜（４）で表される。

【0046】

【数2】

【0047】

上記ｓは、光強度分布データ（ベクトル）である。上記ｓにおける各要素ｓ_ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）は、フォトダイオードアレイ４７の各前方センサ４７１、側方センサ４８及び各後方センサ４９における検出強度である。

【0048】

上記ｑは、頻度分布％として表現される粒子径分布データ（ベクトル）である。測定対象となる粒子径範囲（最大粒子径がｘ_１、最小粒子径がｘ_ｎ＋１）をｎ分割し、それぞれの粒子径区間を［ｘ_ｊ，ｘ_ｊ＋１］とすると、上記ｑにおける各要素ｑ_ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ）は、各粒子径区間［ｘ_ｊ，ｘ_ｊ＋１］に対応する粒子量である。
通常は、体積基準が用いられ、下記式（５）を満たすように、すなわち各要素ｑ_ｊの合計が１００％となるように正規化が行われる。

【0049】

【数3】

【0050】

上記Ａは、粒子径分布データｑを光強度分布データｓに変換する係数行列である。上記Ａにおける各要素ａ_ｉ，ｊ（ｉ＝１，２，・・・，ｍ、ｊ＝１，２，・・・，ｎ）は、各粒子径区間［ｘ_ｊ，ｘ_ｊ＋１］に属する単位粒子量の粒子群によって回折及び散乱した光のｉ番目の素子における検出強度である。

【0051】

上記Ａにおける各要素ａ_ｉ，ｊの値は、屈折率をパラメータの一つとして用いて予め理論的に計算することができる。このとき、ファインバブル（気体粒子）を構成する気体の屈折率を用いて、各要素ａ_ｉ，ｊの値を算出しておけばよい。各要素ａ_ｉ，ｊの値は、フラウンホーファ回折理論又はミー散乱理論を用いて算出される。例えば、粒子径が光源４１からのレーザ光の波長に比べて十分に大きい場合（例えば１０倍以上）には、フラウンホーファ回折理論を用いて各要素ａ_ｉ，ｊの値を計算することができる。一方、粒子径が光源４１からのレーザ光の波長と同程度、又は、それより小さい場合には、ミー散乱理論を用いて各要素ａ_ｉ，ｊの値を計算することができる。

【0052】

このようにして上記Ａにおける各要素ａ_ｉ，ｊの値を求めれば、上記式（１）に基づいて、下記式（６）により粒子径分布データｑを求めることができる。ただし、Ａ^ＴはＡの転置行列である。

【0053】

【数4】

【0054】

本実施形態では、画像撮影部３のフローセル３２を通過した後のファインバブル含有媒体は、光強度測定部４のフローセル４５に供給される。そして、光強度測定部４において、光強度分布データが算出される。

【0055】

具体的には、上述の式（２）で得られる光強度分布データｓを用いて粒子径分布データｑが算出されることにより、ファインバブル含有媒体に含まれるファインバブルの気泡径分布が測定される。

【0056】

ここで、上記したように、ファインバブル含有媒体には、ファインバブルに加えて、コンタミが含まれている。そのため、光強度測定部４で測定される光強度分布データｓには、ファインバブルに対応するデータに加えて、コンタミに対応するデータが含まれる。そして、そのままのデータに基づいて気泡径分布を測定すると、コンタミに関するデータが気泡径分布に含まれるため、ファインバブルの気泡径分布の測定精度が低下してしまう。そこで、本実施形態では、以下の構成及び方法により、ファインバブルの気泡径分布が測定される。

【0057】

３．制御部及び周辺の部材の具体的構成
図３は、気泡径分布測定装置１の制御部５１、及び、その周辺の部材の具体的構成を示したブロック図である。
気泡径分布測定装置１には、上記したように、画像撮影部３、光強度測定部４、制御部５１及び表示部５３が備えられている。

【0058】

制御部５１は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、ファインバブル識別部５１１、気泡サイズ判定部５１２、異物識別部５１３、異物サイズ判定部５１４、粒子数カウント部５１５、比率算出部５１６、粒子径分布測定部５１７、気泡径分布測定部５１８及び表示制御部５１９などとして機能する。

【0059】

ファインバブル識別部５１１は、画像撮影部３により撮影された画像に基づいて、すなわち、画像撮影部３のカメラ３３からの信号に基づいて、ファインバブル含有媒体に含まれる粒子の中からファインバブルを識別する。

【0060】

気泡サイズ判定部５１２は、ファインバブル識別部５１１により識別されたファインバブルのサイズを判定する。
異物識別部５１３は、画像撮影部３により撮影された画像に基づいて、すなわち、画像撮影部３のカメラ３３からの信号に基づいて、ファインバブル含有媒体に含まれるファインバブル以外の異物（コンタミ）を識別する。

【0061】

異物サイズ判定部５１４は、異物識別部５１３により識別された異物（コンタミ）のサイズを判定する。
粒子数カウント部５１５は、ファインバブル識別部５１１の識別結果、及び、異物識別部５１３の識別結果に基づいて、画像撮影部３のカメラ３３で撮影された画像に含まれるファインバブルの数及び異物（コンタミ）の数をカウントする。

【0062】

比率算出部５１６は、気泡サイズ判定部５１２の判定結果、異物サイズ判定部５１４の判定結果、及び、粒子数カウント部５１５によりカウントされた粒子数に基づいて、粒子数カウント部５１５によりカウントされたファインバブルの数及び異物（コンタミ）の数の比率を算出する。
粒子径分布測定部５１７は、光強度測定部４からの信号（光強度分布データ）に基づいて、ファインバブル含有媒体に含まれる粒子の粒子径分布データを算出する。

【0063】

気泡径分布測定部５１８は、気泡サイズ判定部５１２、異物サイズ判定部５１４、比率算出部５１６及び粒子径分布測定部５１７のそれぞれの処理結果に基づいて、ファインバブル含有媒体に含まれるファインバブルの気泡径分布データを取得する。
表示制御部５１９は、気泡径分布測定部５１８で取得される気泡径分布データに基づいて、ファインバブルの気泡径分布を表示部５３に表示させる処理を行う。

【0064】

４．制御部による制御動作
図４は、制御部５１による処理の一例を示したフローチャートである。
気泡径分布測定装置１における測定では、まず、画像撮影部３のフローセル３２にファインバブル含有媒体が供給される。そして、画像撮影部３において、カメラ３３によりフローセル３２内のファインバブル含有媒体が一定周期で撮影される。すなわち、画像撮影部３では、気泡径分布測定装置１における測定が開始されてから、一定時間が経過するたびに（ステップＳ１０１でＹｅｓ）、フローセル３２内のファインバブル含有媒体が撮影される（ステップＳ１０２：画像撮影ステップ）。

【0065】

図５は、画像撮影部３（カメラ３３）によって撮影された画像を概略的に示した図である。図５の例では、カメラ３３により撮影された画像３１１に、複数のファインバブル３１２と、ファインバブル３１２以外の粒子である複数のコンタミ３１３とが含まれている。

【0066】

ファインバブル３１２は、球形状である。各ファインバブル３１２は、そのサイズ（直径）が一様ではなく、種々の寸法（サイズ）で形成されている。
コンタミ３１３は、球形状でない形状であって、例えば、幅方向（横方向）の寸法が、幅方向と直交する直交方向（縦方向）の寸法よりも大きい扁平形状である。各コンタミ３１３は、そのサイズが一様ではなく、種々の寸法（サイズ）で形成されている。
このような画像３１１が、画像撮影部３において撮影される。

【0067】

図４のステップＳ１０２の後、制御部５１のファインバブル識別部５１１は、画像撮影部３のカメラ３３で撮影された画像３１１（図５参照）に含まれる粒子の中からファインバブル３１２を識別する（ステップＳ１０３：ファインバブル識別ステップ）。具体的には、ファインバブル識別部５１１は、画像３１１に基づいて、ファインバブル３１２が球形の粒子であることから、ファインバブル３１２を識別する。このファインバブル３１２は、上記したように、種々のサイズを有している。

【0068】

そして、気泡サイズ判定部５１２は、ファインバブル識別部５１１により識別されたファインバブル３１２のそれぞれの気泡サイズ（ファインバブルサイズ）を判定する（ステップＳ１０４：気泡サイズ判定ステップ）。

【0069】

このようなファインバブルの識別は、ウルトラファインバブル及びマイクロバブルのいずれについても可能であるが、粒子が球形であるか否かを判定するために必要なカメラ３３の画素数を考慮すれば、マイクロバブルの識別に特に効果的である。ウルトラファインバブルのような極めて小さい気体粒子の識別を行う場合には、気体粒子にブラウン運動が生じるため、液体試料に対して遠心力を作用させることが好ましい。

【0070】

また、異物識別部５１３は、画像撮影部３のカメラ３３で撮影された画像３１１に含まれる粒子の中から異物であるコンタミ３１３を識別する（ステップＳ１０５：異物識別ステップ）。具体的には、異物識別部５１３は、画像３１１に基づいて、コンタミ３１３が球形の粒子でないことから、コンタミ３１３を識別する。このコンタミ３１３は、上記したように、種々のサイズを有している。

【0071】

そして、異物サイズ判定部５１４は、異物識別部５１３により識別されたコンタミ３１３のそれぞれのサイズ（異物サイズ）を判定する（ステップＳ１０６：異物サイズ判定ステップ）。例えば、図５に示すように、各コンタミ３１３の縦方向の寸法をＬ１、横方向の寸法をＬ２とした場合に、下記式（７）によりコンタミ３１３の径Ｌを算出することができる。このように、識別されたコンタミ３１３の複数方向の寸法の平均値を算出することにより、当該コンタミ３１３の径を判定することができる。
Ｌ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／２ ・・・（７）

【0072】

また、画像撮影部３のフローセル３２を通過した後のファインバブル含有媒体は、光強度測定部４のフローセル４５に供給される。そして、光強度測定部４において、フローセル４５内のファインバブル含有媒体にレーザ光が照射され、回折・散乱光の強度分布を表す光強度分布データが取得される（図４のステップＳ１０７：光強度測定ステップ）。

【0073】

そして、粒子径分布測定部５１７は、光強度測定部４が取得した光強度分布データに基づいて、上記のように、ファインバブル含有媒体に含まれる粒子の粒子径分布データを算出する（ステップＳ１０８：粒子径分布測定ステップ）。

【0074】

また、気泡径分布測定部５１８は、粒子径分布測定部５１７が算出した粒子径分布データに基づいて、気泡径分布データを算出する。
図６Ａは、コンタミ３１３に関するデータが含まれる気泡径分布データの一例を示した図である。図６Ａでは、ステップＳ１０８で算出された粒子径分布データを、そのまま気泡径分布データとしたときのデータＰ１が示されている。

【0075】

データＰ１では、各粒子径区間における粒子量がグラフで示されている。このデータＰ１には、コンタミ３１３に関するデータＱ１，Ｑ２，Ｑ３が含まれている。
なお、図６Ａにおいて、データＱ３は、ある粒子径区間において、ファインバブル３１２及びコンタミ３１３のデータが混在する場合におけるコンタミ３１３のデータを表している。具体的には、気泡径分布測定装置１における測定において、気泡サイズ判定部５１２が判定するファインバブル３１２のサイズ（直径）と、異物サイズ判定部５１４が算出する上記式（７）のコンタミ３１３の径とが同一の粒子径区間に含まれる場合がある。データＱ３は、このような場合におけるコンタミ３１３のデータを表している。

【0076】

気泡径分布測定部５１８、このようなコンタミ３１３に関するデータを、以下のようにして除去して、気泡径分布データを算出する（ステップＳ１０９：気泡径分布測定ステップ）。
図６Ｂは、図６ＡのデータＰ１からコンタミ３１３に関するデータを削除した後の気泡径分布データ（Ｐ２）の一例を示した図である。

【0077】

具体的には、気泡径分布測定部５１８は、粒子径分布測定部５１７で算出される粒子径分布データから、気泡サイズ判定部５１２により判定されたファインバブル３１２のサイズを含む粒子径区間以外の粒子径区間のデータを除去する。この例では、気泡径分布測定部５１８は、図６Ａに示すデータＰ１から、気泡サイズ判定部５１２により判定されたファインバブル３１２のサイズを含む粒子径区間以外の粒子径区間のデータであるデータＱ１及びＱ２を除去する。

【0078】

また、気泡サイズ判定部５１２により判定されたファインバブルのサイズを含む粒子径区間に、異物サイズ判定部５１４により判定された異物のサイズが含まれる場合には、粒子数カウント部５１５は、その粒子径区間におけるファインバブル３１２の数及びコンタミ３１３の数をカウントする。また、比率算出部５１６は、粒子数カウント部５１５によりカウントされたファインバブル３１２の数及びコンタミ３１３の数の比率を算出する。

【0079】

この場合には、気泡径分布測定部５１８は、粒子径分布データにおいて、異物のサイズが含まれる粒子径区間におけるデータを、比率算出部５１６が算出した比率に基づいて補正して気泡径分布データとする。具体的には、気泡径分布測定部５１８は、粒子径分布データにおいて、異物のサイズが含まれる粒子径区間におけるデータのうち、コンタミ３１３の比率の部分を除去する処理を行う。この例では、気泡径分布測定部５１８は、図６Ａに示すデータＰ１から、一定の割合を占めるコンタミ３１３のデータＱ３を除去する処理を行い、データＰ２を算出する。

【0080】

このように、気泡径分布測定部５１８は、同じ粒子径区間においてファインバブル３１２及びコンタミ３１３に関するデータが混在する場合であっても、比率算出部５１６が算出した比率に基づいて粒子径分布データを補正することにより、図６Ｂに示すファインバブルのみの気泡径分布データ（Ｐ２）を算出する。
この気泡径分布は、表示部５３に表示されることによりモニタされる（ステップＳ１１０）。

【0081】

上記のようなステップＳ１０１〜Ｓ１１０の処理は、気泡径分布測定装置１による測定が終了となるまで（ステップＳ１１１でＹｅｓ）、リアルタイムで実行される。

【0082】

なお、この継続して実施される処理において、上記したように、画像撮影部３は、ファインバブル含有媒体の３１１を一定周期で撮影する。また、ファインバブル識別部５１１は、画像撮影部３により一定周期で撮影される各画像３１１についてファインバブルを順次識別し、異物識別部５１３は、画像撮影部３により一定周期で撮影される各画像３１１についてコンタミを順次識別する。

【0083】

このとき、一定周期内（一定時間が経過する前）の処理である場合には（ステップＳ１０１でＮｏ）、ステップＳ１０２〜Ｓ１０６の処理は実行されずに、ステップＳ１０７以降の処理が実行される。また、ステップ１０９で実施される処理は、画像撮影部３で撮影された最新の画像３１１に基づいて実行される。すなわち、ステップＳ１０２〜Ｓ１０６の処理はある程度の時間がかかるため、気泡径分布測定部５１８は、ファインバブル識別部５１１によりファインバブルが識別された画像３１１に基づくファインバブルの気泡径分布データの取得を、次の画像３１１についてファインバブルが識別されるまで実施する。画像撮影部３により新しい画像３１１が撮影されると、気泡径分布測定部５１８は、その最新の画像３１１に基づくファインバブルの気泡径分布データの取得を実施する。

【0084】

５．作用効果
（１）本実施形態では、気泡径分布測定装置１において、気泡径分布測定部５１８は、粒子径分布測定部５１７により算出される粒子径分布データのうち、気泡サイズ判定部５１２により判定されたファインバブルのサイズを含む粒子径区間以外の粒子径区間のデータ（例えば、図６Ａ及び図６ＢにおけるデータＱ１，Ｑ２）を除去して、ファインバブルの気泡径分布データを取得する（ステップＳ１０９：気泡径分布測定ステップ）。

【0085】

そのため、ファインバブル含有媒体にコンタミ３１３が含まれる場合であっても、気泡径分布データにおいて、コンタミ３１３に関するデータを除去することができる。
その結果、ファインバブル含有媒体のみを用いて、そのファインバブル含有媒体に含まれるファインバブルの気泡径分布を精度よく測定できる。

【0086】

（２）また、本実施形態では、気泡径分布測定装置１において、気泡サイズ判定部５１２により判定されたファインバブルのサイズを含む粒子径区間に、異物サイズ判定部５１４により判定された異物のサイズが含まれる場合には、気泡径分布測定部５１８は、粒子径分布データにおいて、異物のサイズが含まれる粒子径区間におけるデータを、比率算出部５１６が算出した比率に基づいて補正して気泡径分布データとする。具体的には、気泡径分布測定部５１８は、粒子径分布データにおいて、コンタミ３１３のサイズが含まれる粒子径区間のデータのうち、コンタミ３１３の比率の部分（例えば、図６Ａ及び図６ＢにおけるデータＱ３）を除去する処理を行う。

【0087】

すなわち、気泡径分布測定装置１では、気泡径分布データにおいて、ファインバブル３１２のサイズを含む粒子径区間にコンタミ３１３のサイズが含まれる場合であっても、その区間におけるデータを、ファインバブルの数及び異物の数の比率に基づいて、補正できる。
そのため、ファインバブル含有媒体に含まれるファインバブルの気泡径分布を一層精度よく測定できる。

【0088】

（３）また、本実施形態では、気泡径分布測定装置１において、画像撮影部３は、ファインバブル含有媒体の３１１を一定周期で撮影する（ステップＳ１０２）。また、ファインバブル識別部５１１は、画像撮影部３により一定周期で撮影される各画像３１１についてファインバブルを順次識別する（ステップＳ１０３：ファインバブル識別ステップ）。そして、気泡径分布測定部５１８は、ファインバブル識別部５１１によりファインバブルが識別された画像３１１に基づくファインバブルの気泡径分布データの取得を、次の画像３１１についてファインバブルが識別されるまで実施する（ステップＳ１０９：気泡径分布測定ステップ）。画像撮影部３により新しい画像３１１が撮影されると、気泡径分布測定部５１８は、その最新の画像３１１に基づくファインバブルの気泡径分布データの取得を実施する。

【0089】

そのため、気泡径分布測定部５１８によるファインバブルの気泡径分布データの取得を連続的に実施しつつ、画像撮影部３によりファインバブル含有媒体の画像が撮影された場合には、最新の画像からファインバブルを識別し、その最新の識別結果に基づいて、気泡径分布測定部５１８によりファインバブルの気泡径分布データを取得できる。
その結果、ファインバブル含有媒体に含まれるファインバブルの気泡径分布をリアルタイムで測定できる。

【0090】

６．変形例
上記の実施形態では、気泡径分布測定装置１では、ファインバブル含有媒体として、自然界で発生するファインバブル含有体が用いられるとして説明した。しかし、気泡径分布測定装置１にファインバブル発生装置が備えられ、このファインバブル発生装置によって、原液に対してファインバブルが含有されることによりファインバブル含有体が生成されてもよい。この場合、気泡径分布測定部５１８が取得する気泡径分布データに基づいて、ファインバブル発生装置がフィードバック制御されることが好ましい。

【符号の説明】

【0091】

１ 気泡径分布測定装置
３ 画像撮影部
４ 光強度測定部
５１ 制御部
５１１ ファインバブル識別部
５１２ 気泡サイズ判定部
５１３ 異物識別部
５１４ 異物サイズ判定部
５１５ 粒子数カウント部
５１６ 比率算出部
５１７ 粒子径分布測定部
５１８ 気泡径分布測定部
５１９ 表示制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】