特許 7685638 浮遊物観測装置

(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】

(24)【登録日】2025-05-21

(45)【発行日】2025-05-29

(54)【発明の名称】浮遊物観測装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/0227 20240101AFI20250522BHJP

   B01D 21/00 20060101ALI20250522BHJP

   G01N 21/17 20060101ALI20250522BHJP

【ＦＩ】

G01N15/0227 100

B01D21/00 G

G01N21/17 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2024027964

(22)【出願日】2024-02-28

(62)【分割の表示】P 2020207182の分割

【原出願日】2020-12-15

(65)【公開番号】P2024061737

(43)【公開日】2024-05-08

【審査請求日】2024-02-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】110001298

【氏名又は名称】弁理士法人森本国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡田 公一

(72)【発明者】

【氏名】権 大維

(72)【発明者】

【氏名】兼品 泰宏

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 伸和

【審査官】外川 敬之

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－２８１１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／００７７１７８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ １５／０２２７

Ｇ０１Ｎ ２１／１７

Ｂ０１Ｄ ２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体中の浮遊物を観測する浮遊物観測装置であって、
横方向へ拡がるシートレーザ光を液面に照射するレーザ光源と、液面から入射したシートレーザ光で照射された浮遊物を撮像する撮像装置とが液面の上方に設けられ、
シートレーザ光が液面の上方から液面に入射する箇所を液面入射箇所とし、
シートレーザ光が浮遊物に当たって反射した反射光のうちの撮像装置に入射する反射光が液面を通過する箇所を液面通過箇所とすると、
液面入射箇所と液面通過箇所とを液面の上下に亘って取り囲んで液面の波を遮る波除け部材が設けられ、
シートレーザ光で照射される浮遊物を撮像装置で撮像する撮像範囲が液面下に設定され、
シートレーザ光の進行経路と反射光の進行経路とが撮像範囲において直交するように、レーザ光源と撮像装置とが配置されていることを特徴とする浮遊物観測装置。

【請求項2】

レーザ光源から照射され液面で反射したシートレーザ光が撮像装置に入射するのを防止する遮光部材が、レーザ光源と撮像装置との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の浮遊物観測装置。

【請求項3】

レーザ光源と撮像装置とを収容する不透明なケースが波除け部材を兼用し、
液面入射箇所と液面通過箇所とがケース内にあり、
ケースの下端部に、液面下において開口する下端開口部が形成され、
シートレーザ光はケース内から下端開口部を通って撮像範囲に達し、
反射光は撮像範囲から下端開口部を通ってケース内に進入することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の浮遊物観測装置。

【請求項4】

浮遊物は、液体に凝集剤を添加することによって生成されたフロックであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の浮遊物観測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば液体中のフロック等の浮遊物を撮像する浮遊物観測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の浮遊物観測装置としては、例えば図１４に示すように、原水１０１を貯留する攪拌槽１０２の外側方からシートレーザ光１０３を照射し、攪拌槽１０２内の原水１０１におけるシートレーザ光１０３で照射された照射領域を攪拌槽１０２の外部から撮影するように構成されているものがある。

【0003】

ここで、攪拌槽１０２は、シートレーザ光１０３が入射する入射領域と撮影が行われる視野領域とがそれぞれ透明なガラス窓（図示省略）で構成されている。また、シートレーザ光１０３は攪拌槽１０２の外部に設けられた照射部１０４から扇状に拡がって照射される。また、攪拌槽１０２の外部には、シートレーザ光１０３にて照射された攪拌槽１０２内の照射領域を撮影して撮影画像を生成する撮影部１０５が設けられている。

【0004】

これによると、撮影部１０５で攪拌槽１０２内の照射領域を撮影することにより、シートレーザ光１０３で照射された照射領域内の原水１０１中のフロックが撮影された撮影画像を得ることができる。この撮影画像を２値化処理することにより、フロックの形状、大きさ、個数等を測定することができる。

【0005】

尚、上記のような浮遊物観測装置は例えば下記特許文献１に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１８－４５０６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら上記の従来形式では、シートレーザ光１０３を攪拌槽１０２の外部から内部へ入射可能にするための入射用ガラス窓および攪拌槽１０２の外部から内部の撮影を可能にするための撮影用ガラス窓を攪拌槽１０２に設ける必要があり、このようなガラス窓が汚れた場合、撮影画像の精度が低下する虞があるので、ガラス窓を頻繁に清掃しなければならず、メンテナンスに手間を要するといった問題がある。

【0008】

本発明は、メンテナンスの手間を軽減することが可能で、浮遊物の鮮明な画像を得ることができる浮遊物観測装置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】

【0009】

上記目的を達成するために、本第１発明は、液体中の浮遊物を観測する浮遊物観測装置であって、
横方向へ拡がるシートレーザ光を液面に照射するレーザ光源と、液面から入射したシートレーザ光で照射された浮遊物を撮像する撮像装置とが液面の上方に設けられ、
シートレーザ光が液面の上方から液面に入射する箇所を液面入射箇所とし、
シートレーザ光が浮遊物に当たって反射した反射光のうちの撮像装置に入射する反射光が液面を通過する箇所を液面通過箇所とすると、
液面入射箇所と液面通過箇所とを液面の上下に亘って取り囲んで液面の波を遮る波除け部材が設けられ、
シートレーザ光で照射される浮遊物を撮像装置で撮像する撮像範囲が液面下に設定され、
シートレーザ光の進行経路と反射光の進行経路とが撮像範囲において直交するように、レーザ光源と撮像装置とが配置されているものである。

【0010】

これによると、レーザ光源と撮像装置とを液面の上方に設けているため、入射用ガラス窓や撮影用ガラス窓を槽に設ける必要は無く、メンテナンスを容易に行うことができ、メンテナンスの手間を軽減することが可能である。

【0011】

また、波除け部材が液面入射箇所と液面通過箇所とを液面の上下に亘って取り囲んで液面の波を遮っているため、シートレーザ光や反射光が液面の波の影響を受けて液体中で不規則に揺動するのを防止することができる。これにより、撮像した画像が乱れるのを防止することができ、浮遊物の鮮明な画像を得ることができる。

【0012】

また、撮像範囲における焦点（ピント）のずれを減らすことができ、焦点の合った鮮明な浮遊物の画像を得ることができる。

【0013】

本第２発明における浮遊物観測装置は、レーザ光源から照射され液面で反射したシートレーザ光が撮像装置に入射するのを防止する遮光部材が、レーザ光源と撮像装置との間に設けられているものである。

【0014】

これによると、遮光部材がレーザ光源から照射され液面で反射したシートレーザ光を遮ることにより、上記液面で反射したシートレーザ光が撮像装置に入射するのを防止することができるため、浮遊物の鮮明な画像を得ることができる。

【0015】

本第３発明における浮遊物観測装置は、レーザ光源と撮像装置とを収容する不透明なケースが波除け部材を兼用し、
液面入射箇所と液面通過箇所とがケース内にあり、
ケースの下端部に、液面下において開口する下端開口部が形成され、
シートレーザ光はケース内から下端開口部を通って撮像範囲に達し、
反射光は撮像範囲から下端開口部を通ってケース内に進入するものである。

【0016】

これによると、ケースが液面入射箇所と液面通過箇所とを取り囲んで液面の波を遮っているため、シートレーザ光や反射光が液面の波の影響を受けて液体中で不規則に揺動するのを防止することができる。

【0017】

また、浮遊物観測装置を屋外に設置した場合、太陽光はケースで遮られるため、太陽光が撮像装置に入射するのを防止することができ、浮遊物の鮮明な画像を得ることができる。

【0018】

本第４発明における浮遊物観測装置は、浮遊物は、液体に凝集剤を添加することによって生成されたフロックである。

【0019】

これによると、鮮明なフロックの画像を得ることができ、フロックの観測精度が向上する。

【発明の効果】

【0020】

以上のように本発明によると、メンテナンスの手間を軽減することが可能であり、浮遊物の鮮明な画像を得ることができる。また、浮遊物の観測精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１の実施の形態における浮遊物観測装置の断面図である。

【図2】同、浮遊物観測装置の平面図である。

【図3】同、浮遊物観測装置の主要構成を立体的に示した基本概念図である。

【図4】本発明の第２の実施の形態における浮遊物観測装置の断面図である。

【図5】同、浮遊物観測装置の平面図である。

【図6】本発明の第３の実施の形態における浮遊物観測装置の断面図である。

【図7】同、浮遊物観測装置の一部切欠き底面図である。

【図8】本発明の第４の実施の形態における浮遊物観測装置の断面図である。

【図9】同、浮遊物観測装置の一部切欠き底面図である。

【図10】本発明の第５の実施の形態における浮遊物観測装置の断面図である。

【図11】同、浮遊物観測装置の一部切欠き底面図である。

【図12】本発明の第６の実施の形態における浮遊物観測装置の断面図である。

【図13】図１２におけるＸ－Ｘ矢視図である。

【図14】従来の浮遊物観測装置の図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。

【0023】

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、図１に示すように、１は例えば浄水場に設置されているフロック形成槽である。フロック形成槽１内には原水２（液体の一例）が貯留され、原水２に凝集剤を添加することにより、原水２中に多数のフロック３（浮遊物の一例）が生成されている。

【0024】

図１～図３に示すように、フロック形成槽１には、原水２中のフロック３を観測する浮遊物観測装置１０が設けられている。浮遊物観測装置１０は、シートレーザ光１１を水面４（液面）に照射するレーザ光源１２と、水面４から入射したシートレーザ光１１で照射されたフロック３を撮像するカメラ１４（撮像装置の一例）とを有している。

【0025】

尚、シートレーザ光１１は、図２に示すように平面視においてレーザ光源１２から横方向へ扇状に拡がっているとともに、図１に示すように側面視においてほぼ線状になっている。

【0026】

これらレーザ光源１２とカメラ１４とは、水面４の上方に設けられ、フロック形成槽１の槽壁１ａに固定された固定フレーム（図示せず）等で支持されている。

【0027】

尚、シートレーザ光１１が水面４の上方から水面４に入射する箇所を水面入射箇所１６（液面入射箇所）とする。また、シートレーザ光１１がフロック３に当たって反射した反射光のうちのカメラ１４のレンズ１５に入射する反射光１７が水面４を下から上に通過する箇所を水面通過箇所１８（液面通過箇所）とする。

【0028】

水面入射箇所１６と水面通過箇所１８とを取り囲んで水面４の波を遮る波除け部材２０が設けられている。波除け部材２０は、フロック形成槽１の槽壁１ａ又は底部に固定された固定フレーム（図示せず）等で支持されている円筒状の部材であり、下端部が水面４の下方に没しており、上端部が水面４の上方に突出している。

【0029】

シートレーザ光１１で照射されるフロック３をカメラ１４で撮像する撮像範囲２１が水面４下において波除け部材２０の下端よりも下方の領域に設定されている。尚、シートレーザ光１１の進行経路２３と反射光１７の進行経路２４とが撮像範囲２１において直交する位置に、レーザ光源１２とカメラ１４とが配置されている。このように配置した場合、シートレーザ光１１の入射角Ａ１は５４°となり、屈折角Ａ２は３７°となる。また、反射光１７の入射角Ｂ１は３７°となり、屈折角Ｂ２は５４°となる。尚、上記入射角Ａ１，Ｂ１および屈折角Ａ２，Ｂ２の数値は、一例であり、原水２の性状（例えば比重等）によって異なる。

【0030】

また、図１では、便宜上、フロック形成槽１のサイズを浮遊物観測装置１０よりも一回り程度大きく描いているが、実際には、フロック形成槽１のサイズは浮遊物観測装置１０と比べて大幅に大きなものである。

【0031】

上記構成における作用を以下に説明する。
シートレーザ光１１をレーザ光源１２から照射し、カメラ１４で撮像範囲２１内のフロック３を撮像する。この際、波除け部材２０が水面入射箇所１６と水面通過箇所１８とを水面４の上下に亘って取り囲んで水面４の波を遮っているため、シートレーザ光１１や反射光１７が水面４の波の影響を受けて原水２中で不規則に揺動するのを防止することができる。これにより、撮像した画像が乱れるのを防止することができ、フロック３の鮮明な画像を得ることができる。

【0032】

また、撮像範囲２１は波除け部材２０の下端よりも下方の領域に設定されているため、フロック３が波除け部材２０の内側に流入し難い場合であっても、波除け部材２０の下方の領域におけるフロック３をカメラ１４で確実に撮像することができ、フロック３の観測精度が向上する。

【0033】

また、シートレーザ光１１の進行経路２３と反射光１７の進行経路２４とが撮像範囲２１において直交するため、撮像範囲２１における焦点（ピント）のずれを減らすことができ、焦点の合った鮮明なフロック３の画像を得ることができる。このようにして得られた画像を２値化処理することにより、フロック３の形状、大きさ、個数等を精度良く測定することができ、フロック３の観測精度が向上する。

【0034】

また、レーザ光源１２とカメラ１４とを水面４の上方に設けているため、入射用ガラス窓や撮影用ガラス窓をフロック形成槽１に設ける必要は無く、メンテナンスを容易に行うことができ、メンテナンスの手間を軽減することが可能である。

【0035】

また、レーザ光源１２やカメラ１４が原水２に接触しないので、レーザ光源１２やカメラ１４を水中に設置する場合に比べて、レーザ光源１２およびカメラ１４の汚れや故障を防止することができる。

【0036】

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、図４，図５に示すように、レーザ光源１２から照射されたシートレーザ光１１の一部１１ａが水面４で反射することがある。このように水面４で反射した一部のシートレーザ光１１ａがカメラ１４に入射するのを防止する遮光部材３０が、レーザ光源１２とカメラ１４との間における水面４に設けられている。遮光部材３０は、平板状の不透明な部材であり、波除け部材２０に取り付けられている。

【0037】

これによると、遮光部材３０が水面４で反射したシートレーザ光１１ａを遮ることにより、上記水面４で反射したシートレーザ光１１ａがカメラ１４に入射するのを防止することができる。このため、フロック３の鮮明な画像を得ることができる。

【0038】

上記第１および第２の実施の形態では、図１，図４に示すように、撮像範囲２１を波除け部材２０の下端よりも下方の領域に設定しているが、撮像範囲２１の上部が波除け部材２０の下端よりも多少上方にあってもよい。

【0039】

上記第１および第２の実施の形態では、図２，図５に示すように、波除け部材２０を円筒状に形成しているが、角筒状に形成してもよい。

【0040】

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、図６，図７に示すように、レーザ光源１２とカメラ１４とが不透明なケース３５内に収容されている。ケース３５は、波除け部材２０としての機能を兼ね備えており、側面視においてＶ形状に接続された一方のケース体３５ａと他方のケース体３５ｂとを有している。尚、ケース３５の下部は水面４下に没しているとともに、ケース３５の上部は水面４上に突出している。

【0041】

両ケース体３５ａ，３５ｂはそれぞれ、上端部が閉じられた四角形状の筒であり、上板６０と下板６１と一対の側板６２と上端蓋板６３とを有している。両ケース体３５ａ，３５ｂの下端部同士が接続されている。また、ケース３５の下端部には、水面４下において開口する下端開口部３６が形成されている。

【0042】

レーザ光源１２が一方のケース体３５ａ内に設けられ、カメラ１４が他方のケース体３５ｂ内に設けられ、下端開口部３６は両ケース体３５ａ，３５ｂ内に連通している。また、水面入射箇所１６は一方のケース体３５ａ内にあり、水面通過箇所１８は他方のケース体３５ｂ内にある。さらに、撮像範囲２１は下端開口部３６の下方の領域に設定されている。

【0043】

尚、このときのレーザ光源１２とカメラ１４との水平方向における間隔をＣ１とし、水面４から撮像範囲２１までの撮像深さをＤ１とする。

【0044】

上記構成における作用を以下に説明する。
レーザ光源１２から照射されたシートレーザ光１１は、一方のケース体３５ａ内を通り、下端開口部３６から撮像範囲２１に達する。また、反射光１７は、撮像範囲２１から下端開口部３６を通り、他方のケース体３５ｂ内に進入してカメラ１４に入射する。

【0045】

この際、一方のケース体３５ａが水面入射箇所１６を取り囲んで水面４の波を遮るとともに、他方のケース体３５ｂが水面通過箇所１８を取り囲んで水面４の波を遮っているため、シートレーザ光１１や反射光１７が水面４の波の影響を受けて原水２中で不規則に揺動するのを防止することができる。

【0046】

また、浮遊物観測装置１０を屋外に設置した場合、太陽光はケース３５で遮られるため、太陽光がカメラ１４に入射するのを防止することができ、フロック３の鮮明な画像を得ることができる。

【0047】

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態では、図８，図９に示すように、ケース３５を側面視においてＵ形状に形成することにより、レーザ光源１２とカメラ１４との水平方向における間隔Ｃ２を上記第３の実施の形態で示した間隔Ｃ１（図６参照）よりも拡大して、撮像深さＤ２を上記第３の実施の形態で示した撮像深さＤ１（図６参照）よりも増加させている。

【0048】

ケース３５は、一方のケース体３５ａと、他方のケース体３５ｂと、一方のケース体３５ａの下部と他方のケース体３５ｂの下部との間に接続された中間ケース体３５ｃとを有している。

【0049】

中間ケース体３５ｃは中間上板６６と一対の中間側板６７とを有している。中間上板６６は、両ケース体３５ａ，３５ｂの上板６０の下端部間に設けられている。また、中間側板６７は、両ケース体３５ａ，３５ｂの側板６２の下端部間に設けられている。

【0050】

中間ケース体３５ｃは水面４下に没している。また、下端開口部３６は、中間ケース体３５ｃ内に連通しており、中間上板６６の下方で且つ一対の中間側板６７の下端部間に形成されている。中間ケース体３５ｃ内の一端部と一方のケース体３５ａ内の下端部とが連通しているとともに、中間ケース体３５ｃ内の他端部と他方のケース体３５ｂ内の下端部とが連通している。

【0051】

これによると、図６および図８に示すように、レーザ光源１２とカメラ１４との水平方向における間隔Ｃ１，Ｃ２を拡大縮小することにより、容易に、撮像深さを最適な撮像深さＤ１，Ｄ２に変更することができる。

【0052】

また、長さの異なる複数種類の中間ケース体３５ｃを準備しておき、これらの中間ケース体３５ｃを交換することで、撮像深さを最適な撮像深さに変更することができる。

【0053】

（第５の実施の形態）
先述した第４の実施の形態では図８に示すように、中間ケース体３５ｃは水面４下に没しているが、以下に説明する第５の実施の形態では、図１０，図１１に示すように、中間ケース体３５ｃの下部が水面４下に没しており、中間ケース体３５ｃの上部が水面４上に突出している。

【0054】

中間ケース体３５ｃの内部には、水面４と、水面４上に形成されて両ケース体３５ａ，３５ｂの内部空間３８，３９に連通する空間４０とが存在する。
これによると、先述した第４の実施の形態と同様の作用および効果が得られる。

【0055】

上記第３～第５の実施の形態では、両ケース体３５ａ，３５ｂをそれぞれ角筒状に形成しているが、円筒状に形成してもよい。

【0056】

（第６の実施の形態）
先述した第３～第５の実施の形態では側面視においてＶ形状又はＵ形状に形成されたケース３５を示したが、以下に説明する第６の実施の形態では、図１２，図１３に示すように、四角箱状のケース４５内にレーザ光源１２とカメラ１４とが収容されている。

【0057】

ケース４５は、波除け部材２０としての機能を兼ね備えており、長方形の角筒状の胴壁部４６と、胴壁部４６の上端に設けられた天井部４７とを有している。尚、ケース４５の下部は水面４下に没しているとともに、ケース４５の上部は水面４上に突出している。また、ケース４５の下端部には、水面４下において開口する下端開口部３６が形成されている。また、水面入射箇所１６と水面通過箇所１８とはケース４５内にある。さらに、撮像範囲２１は下端開口部３６の下方の領域に設定されている。

【0058】

これによると、レーザ光源１２から照射されたシートレーザ光１１は、ケース４５内から下端開口部３６を通って撮像範囲２１に達する。また、反射光１７は、撮像範囲２１から下端開口部３６を通ってケース４５内に進入し、カメラ１４に入射する。

【0059】

この際、ケース４５の胴壁部４６が水面入射箇所１６と水面通過箇所１８とを取り囲んで水面４の波を遮っているため、シートレーザ光１１や反射光１７が水面４の波の影響を受けて原水２中で不規則に揺動するのを防止することができる。

【0060】

また、浮遊物観測装置１０を屋外に設置した場合、太陽光はケース４５で遮られるため、太陽光がカメラ１４に入射するのを防止することができ、フロック３の鮮明な画像を得ることができる。

【0061】

さらに、図１２および図１３の各仮想線で示すように、ケース４５の内部に、上記第１の実施の形態で示した波除け部材２０を設けてもよい。これにより、水面４の波がケース４５と波除け部材２０とで二段階にわたり遮られるため、シートレーザ光１１や反射光１７が水面４の波の影響を受けて原水２中で不規則に揺動するのを、より一層確実に防止することができる。

【0062】

上記第６の実施の形態では、ケース４５の胴壁部４６を角筒状に形成しているが、円筒状に形成してもよい。

【0063】

上記各実施の形態では、撮像範囲２１を、ケース３５，４５の下端すなわち下端開口部３６よりも下方の領域に設定しているが、撮像範囲２１の上部が下端開口部３６よりも多少上方に入り込んでいてもよい。

【0064】

上記各実施の形態では、浮遊物観測装置１０をフロック形成槽１に設けているが、フロック形成槽１以外の槽、例えば沈殿槽等に設けてもよい。また、浮遊物の一例であるフロック３を浮遊物観測装置１０で観測しているが、フロック３以外の粒子を観測してもよい。

【符号の説明】

【0065】

２ 原水（液体）
３ フロック（浮遊物）
４ 水面（液面）
１０ 浮遊物観測装置
１１ シートレーザ光
１２ レーザ光源
１４ カメラ（撮像装置）
１６ 水面入射箇所（液面入射箇所）
１７ 反射光
１８ 水面通過箇所（液面通過箇所）
２０ 波除け部材
２１ 撮像範囲
２３，２４ 進行経路
３０ 遮光部材
３５ ケース
３６ 下端開口部
４５ ケース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】