JP2004264063A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】試料が高温で白熱した場合であったとしても試料のコントラストを得られるようにし、加えて、複雑な形状をなす試料の浮遊制御に必要な位置情報を出力して、複雑な形状をなす試料が球状に変化する瞬間を視覚的に特定することができるようにする。
【解決手段】テレセントリックレンズ5を具備して静電浮遊炉10の内部の中心において浮遊する試料Aを撮影するCMOSカメラ2と、試料Aを間にしてCMOSカメラ2とは反対側に位置する波長が400〜450nmの光を試料Aに向けて照射するメタルハライド光源3と、CMOSカメラ2で捕えた画像について輪郭を強調する画像処理をリアルタイムで実施して浮遊状態にある試料Aの重心位置を出力するデジタルシグナルプロセッサ4を備え、CMOSカメラ2に、ブルーフィルタ5を装着した。
【選択図】 図1
【解決手段】テレセントリックレンズ5を具備して静電浮遊炉10の内部の中心において浮遊する試料Aを撮影するCMOSカメラ2と、試料Aを間にしてCMOSカメラ2とは反対側に位置する波長が400〜450nmの光を試料Aに向けて照射するメタルハライド光源3と、CMOSカメラ2で捕えた画像について輪郭を強調する画像処理をリアルタイムで実施して浮遊状態にある試料Aの重心位置を出力するデジタルシグナルプロセッサ4を備え、CMOSカメラ2に、ブルーフィルタ5を装着した。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電浮遊炉によって試料を加熱処理するに際して、浮遊状態にした試料の位置を認識しつつ試料が溶融する瞬間を判断するのに用いられる撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
上記の静電浮遊炉は、主電極間に投入した試料を電極接触、紫外線照射あるいは加熱により帯電させた後、主電極間で発生する電場によって試料を浮遊状態にし、この際、主電極間や補助電極間の電位をコントロールすることで試料を所定の位置に維持し、この試料にレーザ光を照射して加熱溶融する。このように加熱溶融させた試料を冷却凝固させることにより、外的干渉を排除した状態で結晶を生成することができる。
【0003】
上記静電浮遊炉による結晶生成の間、試料の揺れをなくす、ないしはできる限り少なく抑えるように試料の浮遊を制御することが品質の向上を図るうえで必要であり、このような試料の浮遊制御を行うためには、試料の位置を正確に認識することが重要である。
【0004】
従来において、試料の位置を認識する手段としては、例えば、背景光としてレーザ光を用い、ほぼ球状に成形された試料に遮られる部分以外の輝点のなかでもっとも高い輝点、又は輝点の統計的中心をフォトセンサによって検出して、位置情報を出力する位置認識法や、この手法と同じく背景光としてレーザ光を用い、CCDカメラで写した試料の画像を処理することで重心位置を算出して、位置情報として出力する位置認識法があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来にあっては、前者の位置認識法の場合、試料の重心位置を算出していないため、球状をなす試料以外の試料に対しては位置認識精度がよいとは言えず、その結果、試料の浮遊制御がかなり困難になったり不可能になったりしてしまうという問題があった。
【0006】
一方、後者の位置認識法の場合、試料の重心位置は算出するものの、画像処理に時間がかかって浮遊制御に必要なサンプル速度を確保することができず、極希にしか用いることができないという問題を有していた。
【0007】
また、背景光としてハロゲンランプを用いると、試料が高温で白熱した場合に試料のコントラストを得ることが不可能であるため(図3参照)、後者の位置認識法では背景光にレーザ光を採用しているが、CCDカメラを用いている都合上、カメラレンズによるレーザ光の干渉といった問題があった。
【0008】
さらに、上記した位置認識法において、試料の温度を放射温度計で計測することで試料が溶融した瞬間を判断するようにしていたため、常に放射率の補正が必要であり、溶融時期の特定を正確に行い得るとは言い難いという問題もあり、これらの問題を解決することが従来の課題であった。
【0009】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目して成されたものであって、試料が高温で白熱した場合であったとしても試料のコントラストを得ることができ、加えて、球状をなす試料はもとより複雑な形状をなす試料の浮遊制御に必要な位置情報をリアルタイムで出力することが可能であり、その結果、複雑な形状をなす試料が球状に変化する瞬間を視覚的に特定することができる、すなわち、試料が溶融する瞬間を視覚的に判断することができる撮像装置を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1の撮像装置は、静電浮遊炉内において浮遊状態で加熱処理される試料をモニタして位置情報を出力する撮像装置であって、テレセントリックレンズを具備して試料を撮影するCMOSカメラ又はCCDカメラと、試料を間にして上記CMOSカメラ又はCCDカメラとは反対側に位置して波長が400〜600nmの光を試料に照射する背景光源と、輪郭強調の画像処理をリアルタイムで実施して浮遊状態にある試料の重心位置を出力するデジタルシグナルプロセッサを備えている構成としており、この撮像装置の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【0011】
また、本発明の請求項2の撮像装置は、波長が400〜450nmの光を照射するメタルハライド光源を背景光源に用いた構成とし、本発明の請求項3の撮像装置は、CMOSカメラ又はCCDカメラのテレセントリックレンズに分光特性を変えるカラーフィルタを装着した構成としている。
【0012】
本発明の撮像装置を用いて静電浮遊炉内で加熱処理される試料をモニタする場合、2組の撮像装置の各CMOSカメラ又はCCDカメラを互いに直交するように配置して撮影することが望ましい。また、試料のコントラストを強調するために、背景光源から照射される光を試料に集中させる集光用のレンズを背景光源と試料との間に設けることが望ましい。
【0013】
【発明の作用】
本発明の請求項1の撮像装置では、静電浮遊炉によって試料を加熱処理する場合において、浮遊状態にした試料に背景光源から光を試料に照射して、これにより浮かび上がる試料のコントラストをCMOSカメラ又はCCDカメラで捕え、その画像から重心位置を算出して位置情報として出力する。
【0014】
この際、試料を撮影するCMOSカメラ又はCCDカメラがテレセントリックレンズを具備しているので、像の倍率変化に起因する像の寸法誤差を補正し得ることとなり、すなわち、試料が光軸上で多少移動したとしても、試料の大きさ及び基準との相対距離が変化しないこととなり、その結果、正確な位置情報が得られることとなる。
【0015】
また、背景光源からは波長が400〜600nmの光を照射するようにしているので、試料が高温で白熱した場合でも試料のコントラストが得られることとなり、加えて、試料の取得画像についてデジタルシグナルプロセッサが輪郭を強調する画像処理をリアルタイムで実施して、浮遊制御に必要な重心位置を出力するので、複雑な形状をなす試料の浮遊溶融が可能となり、したがって、浮遊状態にある複雑な形状をなす試料が球状に変化する瞬間を視覚的に判定し得ることとなる。
【0016】
本発明の請求項2の撮像装置では、上記した構成としているので、CMOSカメラ又はCCDカメラのレンズ間における光の干渉の発生を回避し得ることとなり、取得画像がより一層鮮明なものとなり、本発明の請求項3の撮像装置では、上記した構成としたから、試料のコントラストがより一層確実に得られることとなる。
【0017】
【発明の効果】
本発明の請求項1の撮像装置によれば、上記した構成としていることから、静電浮遊炉によって試料を加熱処理する場合において、試料が高温で白熱してもそのコントラストを得ることができると共に、浮遊制御に必要な重心位置を正確且つ高速に出力することができ、その結果、浮遊状態にある複雑な形状をなす試料が球状に変化する瞬間を視覚的に判断することが可能になるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0018】
本発明の請求項2の撮像装置では、上記した構成としているので、CMOSカメラ又はCCDカメラによる取得画像をより一層鮮明なものとすることができ、本発明の請求項3の撮像装置では、試料のコントラストをより一層確実に得ることが可能になるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0019】
【実施例】
以下、図面に基づいて、本発明の撮像装置の一実施例を説明する。なお、本発明の撮像装置は、その詳細な構成が以下の実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【0020】
図1に簡略的に示すように、静電浮遊炉10は、その内部が略円柱状空間をなすものであって、その中心を試料Aの浮遊位置としている。この静電浮遊炉10は、その周壁に図示しないアクセス用ポートを複数具備しており、これらのアクセス用ポートの配置に対応して開口部11を具備している。
【0021】
上記静電浮遊炉10内において浮遊状態で加熱処理される試料Aをモニタして位置情報を出力する撮像装置1は、静電浮遊炉10の上記開口部11近傍のアクセス用ポートに取り付けられて静電浮遊炉10の内部の中心において浮遊する試料Aを撮影するCMOSカメラ2と、試料Aを間にしてCMOSカメラ2とは反対側に位置するアクセス用ポートに取り付けられて波長が400〜450nmの光(図2参照)を試料Aに向けて照射する背景光源としてのメタルハライド光源3と、CMOSカメラ2で捕えた画像について輪郭を強調する画像処理をリアルタイムで実施して浮遊状態にある試料Aの重心位置を出力するデジタルシグナルプロセッサ(DSP)4を備えている。
【0022】
上記CMOSカメラ2は、テレセントリックレンズ5を具備しており、このテレセントリックレンズ5には、分光特性を変えるブルーフィルタ(カラーフィルタ)6が装着してある。一方、メタルハライド光源3と開口部11との間には、メタルハライド光源3から照射される光を試料Aに集中させる集光用のレンズ7が設けてある。
【0023】
この実施例において、上記撮像装置1を2組用意し、一方の撮像装置1のCMOSカメラ2及びメタルハライド光源3を結ぶ光軸L1と、他方の撮像装置1のCMOSカメラ2及びメタルハライド光源3を結ぶ光軸L2とが互いに直交するようにして両装置1,1を配置している。
【0024】
上記した静電浮遊炉10によって試料Aを加熱処理する場合において、浮遊状態にした試料Aに撮像装置1,1の各メタルハライド光源3,3から光を交互に試料Aに照射して、これにより浮かび上がる試料AのコントラストをCMOSカメラ2,2で捕え、これらの画像から重心位置を算出して位置情報として出力する。
【0025】
このとき、試料を撮影するCMOSカメラ2がテレセントリックレンズ5を具備しているので、試料Aが光軸L1上(或いは光軸L2上)で多少移動したとしても、試料Aの大きさ及び基準との相対距離が変化しないこととなり、その結果、正確な位置情報が得られることとなる。
【0026】
また、背景光源としてのメタルハライド光源3からは波長が400〜450nmの光が照射されることから、試料Aが高温(2500K前後)で白熱した場合でも試料Aのコントラストが得られることとなり、加えて、試料Aの取得画像についてデジタルシグナルプロセッサ4が輪郭を強調する画像処理をサンプリング間隔0.5〜1msec(望ましくはそれ以下)で実施して、浮遊制御に必要な重心位置を出力するので、複雑な形状をなす試料Aの浮遊溶融が可能となり、したがって、浮遊状態にある複雑な形状をなす試料が球状に変化する瞬間を視覚的に判定し得ることとなる。
【0027】
また、上記した撮像装置1では、メタルハライド光源3を背景光源として採用しているため、CMOSカメラ2のレンズ間において光の干渉が生じるのを阻止し得ることとなって、取得画像がより一層鮮明なものとなり、さらに、上記した撮像装置1では、CMOSカメラ2に、分光特性を変えるブルーフィルタ(カラーフィルタ)5を装着していると共に、メタルハライド光源3と開口部11との間に、集光用のレンズ7を設けているので、試料Aのコントラストがより一層確実に得られることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の撮像装置の一実施例を示す概略説明図である。
【図2】図1における撮像装置に用いた背景光源としてのメタルハライドの分光分布特性を示すグラフである。
【図3】ハロゲンランプの分光分布特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 撮像装置
2 CMOSカメラ
3 メタルハライド光源(背景光源)
4 デジタルシグナルプロセッサ
5 テレセントリックレンズ
6 ブルーフィルタ(カラーフィルタ)
10 静電浮遊炉
A 試料
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電浮遊炉によって試料を加熱処理するに際して、浮遊状態にした試料の位置を認識しつつ試料が溶融する瞬間を判断するのに用いられる撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
上記の静電浮遊炉は、主電極間に投入した試料を電極接触、紫外線照射あるいは加熱により帯電させた後、主電極間で発生する電場によって試料を浮遊状態にし、この際、主電極間や補助電極間の電位をコントロールすることで試料を所定の位置に維持し、この試料にレーザ光を照射して加熱溶融する。このように加熱溶融させた試料を冷却凝固させることにより、外的干渉を排除した状態で結晶を生成することができる。
【0003】
上記静電浮遊炉による結晶生成の間、試料の揺れをなくす、ないしはできる限り少なく抑えるように試料の浮遊を制御することが品質の向上を図るうえで必要であり、このような試料の浮遊制御を行うためには、試料の位置を正確に認識することが重要である。
【0004】
従来において、試料の位置を認識する手段としては、例えば、背景光としてレーザ光を用い、ほぼ球状に成形された試料に遮られる部分以外の輝点のなかでもっとも高い輝点、又は輝点の統計的中心をフォトセンサによって検出して、位置情報を出力する位置認識法や、この手法と同じく背景光としてレーザ光を用い、CCDカメラで写した試料の画像を処理することで重心位置を算出して、位置情報として出力する位置認識法があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来にあっては、前者の位置認識法の場合、試料の重心位置を算出していないため、球状をなす試料以外の試料に対しては位置認識精度がよいとは言えず、その結果、試料の浮遊制御がかなり困難になったり不可能になったりしてしまうという問題があった。
【0006】
一方、後者の位置認識法の場合、試料の重心位置は算出するものの、画像処理に時間がかかって浮遊制御に必要なサンプル速度を確保することができず、極希にしか用いることができないという問題を有していた。
【0007】
また、背景光としてハロゲンランプを用いると、試料が高温で白熱した場合に試料のコントラストを得ることが不可能であるため(図3参照)、後者の位置認識法では背景光にレーザ光を採用しているが、CCDカメラを用いている都合上、カメラレンズによるレーザ光の干渉といった問題があった。
【0008】
さらに、上記した位置認識法において、試料の温度を放射温度計で計測することで試料が溶融した瞬間を判断するようにしていたため、常に放射率の補正が必要であり、溶融時期の特定を正確に行い得るとは言い難いという問題もあり、これらの問題を解決することが従来の課題であった。
【0009】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目して成されたものであって、試料が高温で白熱した場合であったとしても試料のコントラストを得ることができ、加えて、球状をなす試料はもとより複雑な形状をなす試料の浮遊制御に必要な位置情報をリアルタイムで出力することが可能であり、その結果、複雑な形状をなす試料が球状に変化する瞬間を視覚的に特定することができる、すなわち、試料が溶融する瞬間を視覚的に判断することができる撮像装置を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1の撮像装置は、静電浮遊炉内において浮遊状態で加熱処理される試料をモニタして位置情報を出力する撮像装置であって、テレセントリックレンズを具備して試料を撮影するCMOSカメラ又はCCDカメラと、試料を間にして上記CMOSカメラ又はCCDカメラとは反対側に位置して波長が400〜600nmの光を試料に照射する背景光源と、輪郭強調の画像処理をリアルタイムで実施して浮遊状態にある試料の重心位置を出力するデジタルシグナルプロセッサを備えている構成としており、この撮像装置の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【0011】
また、本発明の請求項2の撮像装置は、波長が400〜450nmの光を照射するメタルハライド光源を背景光源に用いた構成とし、本発明の請求項3の撮像装置は、CMOSカメラ又はCCDカメラのテレセントリックレンズに分光特性を変えるカラーフィルタを装着した構成としている。
【0012】
本発明の撮像装置を用いて静電浮遊炉内で加熱処理される試料をモニタする場合、2組の撮像装置の各CMOSカメラ又はCCDカメラを互いに直交するように配置して撮影することが望ましい。また、試料のコントラストを強調するために、背景光源から照射される光を試料に集中させる集光用のレンズを背景光源と試料との間に設けることが望ましい。
【0013】
【発明の作用】
本発明の請求項1の撮像装置では、静電浮遊炉によって試料を加熱処理する場合において、浮遊状態にした試料に背景光源から光を試料に照射して、これにより浮かび上がる試料のコントラストをCMOSカメラ又はCCDカメラで捕え、その画像から重心位置を算出して位置情報として出力する。
【0014】
この際、試料を撮影するCMOSカメラ又はCCDカメラがテレセントリックレンズを具備しているので、像の倍率変化に起因する像の寸法誤差を補正し得ることとなり、すなわち、試料が光軸上で多少移動したとしても、試料の大きさ及び基準との相対距離が変化しないこととなり、その結果、正確な位置情報が得られることとなる。
【0015】
また、背景光源からは波長が400〜600nmの光を照射するようにしているので、試料が高温で白熱した場合でも試料のコントラストが得られることとなり、加えて、試料の取得画像についてデジタルシグナルプロセッサが輪郭を強調する画像処理をリアルタイムで実施して、浮遊制御に必要な重心位置を出力するので、複雑な形状をなす試料の浮遊溶融が可能となり、したがって、浮遊状態にある複雑な形状をなす試料が球状に変化する瞬間を視覚的に判定し得ることとなる。
【0016】
本発明の請求項2の撮像装置では、上記した構成としているので、CMOSカメラ又はCCDカメラのレンズ間における光の干渉の発生を回避し得ることとなり、取得画像がより一層鮮明なものとなり、本発明の請求項3の撮像装置では、上記した構成としたから、試料のコントラストがより一層確実に得られることとなる。
【0017】
【発明の効果】
本発明の請求項1の撮像装置によれば、上記した構成としていることから、静電浮遊炉によって試料を加熱処理する場合において、試料が高温で白熱してもそのコントラストを得ることができると共に、浮遊制御に必要な重心位置を正確且つ高速に出力することができ、その結果、浮遊状態にある複雑な形状をなす試料が球状に変化する瞬間を視覚的に判断することが可能になるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0018】
本発明の請求項2の撮像装置では、上記した構成としているので、CMOSカメラ又はCCDカメラによる取得画像をより一層鮮明なものとすることができ、本発明の請求項3の撮像装置では、試料のコントラストをより一層確実に得ることが可能になるという非常に優れた効果がもたらされる。
【0019】
【実施例】
以下、図面に基づいて、本発明の撮像装置の一実施例を説明する。なお、本発明の撮像装置は、その詳細な構成が以下の実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【0020】
図1に簡略的に示すように、静電浮遊炉10は、その内部が略円柱状空間をなすものであって、その中心を試料Aの浮遊位置としている。この静電浮遊炉10は、その周壁に図示しないアクセス用ポートを複数具備しており、これらのアクセス用ポートの配置に対応して開口部11を具備している。
【0021】
上記静電浮遊炉10内において浮遊状態で加熱処理される試料Aをモニタして位置情報を出力する撮像装置1は、静電浮遊炉10の上記開口部11近傍のアクセス用ポートに取り付けられて静電浮遊炉10の内部の中心において浮遊する試料Aを撮影するCMOSカメラ2と、試料Aを間にしてCMOSカメラ2とは反対側に位置するアクセス用ポートに取り付けられて波長が400〜450nmの光(図2参照)を試料Aに向けて照射する背景光源としてのメタルハライド光源3と、CMOSカメラ2で捕えた画像について輪郭を強調する画像処理をリアルタイムで実施して浮遊状態にある試料Aの重心位置を出力するデジタルシグナルプロセッサ(DSP)4を備えている。
【0022】
上記CMOSカメラ2は、テレセントリックレンズ5を具備しており、このテレセントリックレンズ5には、分光特性を変えるブルーフィルタ(カラーフィルタ)6が装着してある。一方、メタルハライド光源3と開口部11との間には、メタルハライド光源3から照射される光を試料Aに集中させる集光用のレンズ7が設けてある。
【0023】
この実施例において、上記撮像装置1を2組用意し、一方の撮像装置1のCMOSカメラ2及びメタルハライド光源3を結ぶ光軸L1と、他方の撮像装置1のCMOSカメラ2及びメタルハライド光源3を結ぶ光軸L2とが互いに直交するようにして両装置1,1を配置している。
【0024】
上記した静電浮遊炉10によって試料Aを加熱処理する場合において、浮遊状態にした試料Aに撮像装置1,1の各メタルハライド光源3,3から光を交互に試料Aに照射して、これにより浮かび上がる試料AのコントラストをCMOSカメラ2,2で捕え、これらの画像から重心位置を算出して位置情報として出力する。
【0025】
このとき、試料を撮影するCMOSカメラ2がテレセントリックレンズ5を具備しているので、試料Aが光軸L1上(或いは光軸L2上)で多少移動したとしても、試料Aの大きさ及び基準との相対距離が変化しないこととなり、その結果、正確な位置情報が得られることとなる。
【0026】
また、背景光源としてのメタルハライド光源3からは波長が400〜450nmの光が照射されることから、試料Aが高温(2500K前後)で白熱した場合でも試料Aのコントラストが得られることとなり、加えて、試料Aの取得画像についてデジタルシグナルプロセッサ4が輪郭を強調する画像処理をサンプリング間隔0.5〜1msec(望ましくはそれ以下)で実施して、浮遊制御に必要な重心位置を出力するので、複雑な形状をなす試料Aの浮遊溶融が可能となり、したがって、浮遊状態にある複雑な形状をなす試料が球状に変化する瞬間を視覚的に判定し得ることとなる。
【0027】
また、上記した撮像装置1では、メタルハライド光源3を背景光源として採用しているため、CMOSカメラ2のレンズ間において光の干渉が生じるのを阻止し得ることとなって、取得画像がより一層鮮明なものとなり、さらに、上記した撮像装置1では、CMOSカメラ2に、分光特性を変えるブルーフィルタ(カラーフィルタ)5を装着していると共に、メタルハライド光源3と開口部11との間に、集光用のレンズ7を設けているので、試料Aのコントラストがより一層確実に得られることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の撮像装置の一実施例を示す概略説明図である。
【図2】図1における撮像装置に用いた背景光源としてのメタルハライドの分光分布特性を示すグラフである。
【図3】ハロゲンランプの分光分布特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 撮像装置
2 CMOSカメラ
3 メタルハライド光源(背景光源)
4 デジタルシグナルプロセッサ
5 テレセントリックレンズ
6 ブルーフィルタ(カラーフィルタ)
10 静電浮遊炉
A 試料
Claims (3)
- 静電浮遊炉内において浮遊状態で加熱処理される試料をモニタして位置情報を出力する撮像装置であって、テレセントリックレンズを具備して試料を撮影するCMOSカメラ又はCCDカメラと、試料を間にして上記CMOSカメラ又はCCDカメラとは反対側に位置して波長が400〜600nmの光を試料に照射する背景光源と、輪郭強調の画像処理をリアルタイムで実施して浮遊状態にある試料の重心位置を出力するデジタルシグナルプロセッサを備えていることを特徴とする撮像装置。
- 波長が400〜450nmの光を照射するメタルハライド光源を背景光源に用いた請求項1に記載の撮像装置。
- CMOSカメラ又はCCDカメラのテレセントリックレンズに分光特性を変えるカラーフィルタを装着した請求項1または2に記載の撮像装置。
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