JP2014240801A - 赤外線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】赤外線を用いた計測及び検査に関し、構造物の表面付近における温度差の計測の精度、及び欠陥や劣化等の状態の検査の精度を向上させることができる技術を提供する。
【解決手段】検査装置１Ａは、対象物５に対しパルス状のレーザを照射するパルスレーザ２と、対象物５上を走査するための走査ミラー２３と、対象物５から生じる赤外線を検出する赤外線センサ３と、被計測点ごとにレーザ光の照射有無に応じた温度差の計測を複数回行うように、パルスレーザ２の照射、走査ミラー２３の角度、及び赤外線センサ３の検出を制御する制御部１１Ａと、温度差の計測値及び走査ミラーの角度に基づき、対象物５の領域の温度差の分布を含む画像を生成する画像生成部１２Ａと、画像を用いて欠陥または劣化の部分を判定して抽出する欠陥抽出部１３Ａとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線を用いた計測及び検査の技術に関する。また本発明は、赤外線の検出により構造物等の対象物の表面や内部における温度または応力の状態を計測し、欠陥や劣化等の状態を検査する装置に関する。

ビル、橋梁、及びトンネル等の社会インフラの構造物の検査用に好適な技術として、赤外線センサ等を用いた検査技術がある。この技術は、構造物の表面から発せられる赤外線の検出により、構造物の表面付近の温度差または応力変動の状態を計測及び検査する。この技術は、応力に変化がある場合には温度にも変化が現れる現象、言い換えると、応力変化と温度差が相関する原理を利用している。当該現象は、一般的に熱弾性効果と呼ばれ、下記の式（１）で表される。式（１）で、ΔＴは温度変化、Ｋは熱弾性係数、Ｔは絶対温度、Δσは対象物の主応力和の変動である。

ΔＴ＝−Ｋ×Ｔ×Δσ ・・・式（１）
上記原理は、計測及び検査の対象物である構造物に対して一定の応力変化を与えて当該応力変化が他とは異なる箇所を欠陥として検出する手法に応用されている。当該欠陥は、剥がれ、ひび、内部の割れ、等である。当該欠陥の検出の手法としては、例えば局所的に温度差が大きい箇所や小さい箇所を欠陥として判定及び抽出する。

上記手法による計測及び検査においては、アクティブに応力変化を生じさせるために、対象物に対して外部から温度変化を生じさせる手段が講じられる。当該手段として、対象物の表面に対してランプ光を照明する手段や、レーザ光を照射する手段が挙げられる。

上記赤外線及び熱弾性効果等を用いた計測及び検査に関する先行技術例として、特開昭６２−９８２４３号公報（特許文献１）、非特許文献１、及び特許第３７７６７９４号（特許文献２）が挙げられる。

特許文献１は、外壁等の対象物にレーザ光を照射し、照射前後で熱吸収に伴う膨張により応力変化を生じさせ、この時に生じる温度差分布を赤外線カメラで撮像することにより、剥がれ等の欠陥を検出する装置について記載されている。また特許文献１は、レーザ光を走査して照射する方法について簡単に言及している。

非特許文献１は、加熱ランプにより周期的に対象を加熱し、熱吸収で生じた応力に伴う温度変化を赤外線カメラで計測することにより、内部の割れ等の欠陥を検出する装置が記載されている。

特許文献２は、対象物であるコンクリートのトンネル壁面に対し、車両等の移動体に搭載されたランプで照射し、赤外線ラインカメラで撮像することにより、トンネル壁面の内部の欠陥を検出する装置が記載されている。

特開昭６２−９８２４３号公報 特許第３７７６７９４号

JFE技報No.27，pp9-14，2011，「高精度赤外線サーモグラフィを活用した各種測定技術（温度・応力・疲労・亀裂）とその応用」

上記赤外線及び熱弾性効果等を用いた計測及び検査に関する先行技術例では、構造物の表面付近の温度差の計測の精度、及び欠陥や劣化等の状態の検査の精度に関して課題がある。

特許文献１による装置は、被計測点１点あたり１回の赤外線の計測であるため、計測値の誤差などにより、計測及び検査の精度に課題がある。また特許文献２による装置は、対象物に対する車両の移動により、被計測点１点あたり１回の計測になるので、計測及び検査の精度に課題がある。

また非特許文献１による装置は、被計測面に温度変化及び応力変化を与える手段として、加熱ないし照明による被計測面のエネルギの空間的な分布が不均一であるため、計測及び検査の精度に課題がある。

本発明の目的は、上記赤外線及び熱弾性効果等を用いた計測及び検査に関して、構造物の表面付近における温度差の計測の精度、及び欠陥や劣化等の状態の検査の精度を向上させることができる技術を提供することである。

本発明のうち代表的な実施の形態は、赤外線を用いて対象物の計測及び欠陥等の状態の検査を行う装置である赤外線検査装置であって、以下に示す構成を有することを特徴とする。

（１） 一実施の形態の赤外線検査装置は、対象物の表面の被計測点に対してレーザ光を少なくとも照射有無の２つの状態で照射するレーザ部と、前記レーザ光の照射に関して前記対象物の表面を少なくとも第１方向に走査するための走査ミラーを含む光学系と、前記レーザ光の照射により前記対象物の表面の被計測点から生じる赤外線を、少なくとも１点で検出する赤外線センサと、前記レーザ光の照射有無の２つの状態の時に前記赤外線センサの赤外線の検出を行い、かつ前記被計測点ごとに前記２つの状態の時の赤外線の検出の信号の差分である温度差の計測を複数回行うように、前記レーザ部のレーザ光の照射有無、前記走査ミラーの角度、及び前記赤外線センサの赤外線の検出のタイミングを制御する制御部と、前記温度差の計測値、及び前記走査ミラーの角度に基づき、前記対象物の表面の領域における複数の各々の被計測点の温度差の分布を含む画像を生成する画像生成部と、を有する。

（２） 一実施の形態の赤外線検査装置は、対象物の表面の被計測点に対してレーザ光を少なくとも照射有無の２つの状態で照射するレーザ部と、前記レーザ光の照射に関して前記対象物の表面を少なくとも第１方向に走査するための走査ミラーを含む光学系と、前記レーザ光の照射により前記対象物の表面の被計測点から生じる赤外線を、線または面の領域で検出することにより画像を撮像する赤外線カメラと、前記赤外線カメラの画像単位で、前記レーザ部により前記レーザ光を照射無しの状態に制御して前記照射無しの状態の時に前記赤外線カメラで赤外線を検出する第１の画像と、前記レーザ部により前記レーザ光を照射有りの状態に制御して前記照射有りの状態の時に前記赤外線カメラで赤外線を検出する第２の画像との２つの状態の画像を撮像するように、前記レーザ部のレーザ光の照射有無、前記走査ミラーの角度、及び前記赤外線カメラの赤外線の検出のタイミングを制御する制御部と、前記第１の画像の前記照射無しの状態の時の前記赤外線の検出による計測値と、前記第２の画像の前記照射有りの状態の時の前記赤外線の検出による計測値との差分による温度差の計測値に基づき、前記対象物の表面の線または面の領域における複数の被計測点の温度差の分布を含む画像を生成する画像生成部と、を有する。

（３） 一実施の形態の赤外線検査装置は、移動体に搭載される赤外線検査装置であって、前記移動体の移動量または位置を検出するセンサ部と、固定の対象物の表面の被計測点に対してレーザ光を少なくとも照射有無の２つの状態で照射するレーザ部と、前記レーザ光の照射に関して前記対象物の表面の複数の各々の被計測点に対して照射するために少なくとも第１方向に走査するための走査ミラーを含む光学系と、前記レーザ光の照射により前記対象物の表面の被計測点から生じる赤外線を少なくとも１点で検出する赤外線センサと、前記レーザ光の照射有無の２つの状態の時に前記赤外線センサの赤外線の検出を行い、かつ前記対象物の表面の複数の各々の被計測点ごとに前記走査ミラーの角度を切り替えながら前記２つの状態の時の赤外線の検出の信号の差分である温度差の計測を複数回行うように、前記センサ部の検出、前記レーザ部のレーザ光の照射有無、前記走査ミラーの角度、及び前記赤外線センサの赤外線の検出のタイミングを制御する制御部と、前記センサ部の検出情報と、前記温度差の計測値とに基づき、前記対象物の表面の複数の各々の被計測点に関する温度差の分布を算出する算出部と、を有する。

（４） 上記（１）〜（３）の赤外線検査装置は、更に、前記温度差の分布の画像または温度差の分布を用いて欠陥または劣化の部分を判定して抽出する欠陥抽出部を有する。

本発明のうち代表的な実施の形態によれば、赤外線及び熱弾性効果等を用いた計測及び検査に関して、構造物の表面付近における温度差の計測の精度、及び欠陥や劣化等の状態の検査の精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態１の赤外線検査装置及び対象物を含む構成を示す図である。 実施の形態１の赤外線検査装置による制御を示すタイミング図である。 実施の形態１における被計測面及び走査の様子を概略的に示す図である。 （ａ）は、実施の形態１における温度差データに基づく欠陥判定例を示し、（ｂ）は、実施の形態３における温度差データに基づく欠陥判定例を示す図である。 （ａ）は、実施の形態１における温度差画像の例を示し、（ｂ）は、欠陥抽出結果の画像の例を示す図である。 本発明の実施の形態２の赤外線検査装置及び対象物を含む構成を示す図である。 実施の形態２の赤外線検査装置による制御を示すタイミング図である。 本発明の実施の形態３の赤外線検査装置、車両、及び対象物を含む構成を示す図である。 実施の形態３における車両の走行に伴う複数の被計測点を示す図である。 実施の形態３の赤外線検査装置による制御を示すタイミング図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお実施の形態を説明するための全図において同一部には原則として同一符号を付しその繰り返しの説明は省略する。

＜実施の形態１＞
図１〜図５等を用いて、実施の形態１の赤外線検査装置について説明する。図１に示す実施の形態１の赤外線検査装置である検査装置１Ａは、走査ミラー２３の角度θの制御に基づき、パルスレーザ２から対象物５の被計測面５ａに対してパルス状のレーザ光を照射して走査することにより被計測面５ａにアクティブな温度変化による熱応力を与える。検査装置１Ａは、レーザ光の照射有無の時に同期させて赤外線センサ３により被計測面５ａの被計測点からの赤外線を検出する。これにより検査装置１Ａは、被計測面５ａの温度差ないし温度変化の分布の画像を生成し、当該画像を用いて温度差または応力変動の判定により、剥がれやひび等の欠陥や劣化等の状態を判定して抽出する。

実施の形態１の検査装置１Ａは、対象物５として、ビル、橋梁、及びトンネル等の建造物の表面付近の検査用に好適な構成を有する。検査装置１Ａは、機能として、対象物５の表面付近の正常及び欠陥や劣化等の状態を検査し、欠陥や劣化またはその予兆があると判定される部分を抽出し、利用者に対して出力する。

［赤外線検査装置］
図１は、実施の形態１の赤外線検査装置である検査装置１Ａとその計測及び検査の対象物５とを含む構成を示す。説明上の方向として、図１では、水平面を構成する方向であるＸ，Ｙと、鉛直方向であるＺとを示す。なお図１等は、実際の距離やサイズ等を捨象して図示している。

対象物５は、計測及び検査の対象となる固定的な構造物であり、一例として、コンクリート等の材質によるビル等の壁面である。対象物５は、被計測面５ａ及び被計測点５ｂ，５ｃ，５ｄを含む。被計測面５ａは、Ｙ，Ｚ方向による面である。被計測面５ａの表面は、材質などに応じて凹凸等の形状を含む。被計測点５ｂ，５ｃ，５ｄは、被計測面５ａのＹ方向の線上における、計測の対象となる点の例である。被計測面５ａは、Ｙ方向の走査及び計測のみの場合は、被計測線となる。

検査装置１Ａは、対象物５に対して所定の位置及び向きで配置される。ｂ１は、検査装置１Ａの端部と対象物５の被計測面５ａとの距離を示す。距離ｂ１は、例えば５０ｍである。ｂ２は、走査ミラーによる走査の可能な範囲を示す。検査装置１Ａの光学系の詳細は距離ｂ１及び走査範囲ｂ２等に応じて設計される。なお距離ｂ１に対して走査範囲ｂ２の長さの方が十分に小さい。

検査装置１Ａは、パルスレーザ２、赤外線センサ３、コリメートレンズ２１、ダイクロイックミラー２２、走査ミラー２３、対物レンズ２４、結像レンズ２５、発振器１０、制御部１１Ａ、画像生成部１２Ａ、欠陥抽出部１３Ａ、及び入出力部１４を有する。

制御部１１Ａ、画像生成部１２Ａ、欠陥抽出部１３Ａ、及び入出力部１４等の部位は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を含む回路基板やＰＣ等により構成でき、ソフトウェアプログラム処理等により機能を実現できる。

発振器１０は、基準クロックｃ０を発振する。制御部１１Ａは、検査装置１Ａの全体を制御する。制御部１１Ａは、発振器１０からの基準クロックｃ０に基づき、走査ミラー２３、パルスレーザ２、赤外線センサ３等の各部を制御する。制御部１１Ａは、角度制御信号ｃ１により、走査ミラー２３の走査ないし偏向の角度θの状態を制御する。制御部１１Ａは、制御信号ｃ２により、パルスレーザ２からのパルス状のレーザ光の発振及び照射の有り（ＯＮ）及び無し（ＯＦＦ）を制御する。制御信号ｃ２は例えばＯＮ及びＯＦＦのパルスによる信号である。制御部１１Ａは、赤外線センサ３により検出される赤外線の強度の信号ｃ３を読み出し制御して取得する。

画像生成部１２Ａは、制御部１１Ａを通じて得られる、赤外線センサ３による赤外線の計測値を含む情報を用いて、対象物５の被計測面５ａの領域に対応した温度差の分布の画像を生成する処理を行う。当該画像は、被計測点１点ごとに、温度差の計測値及びそれに対応付けられた表示用の階調値などの情報を持つ。画像生成部１２Ａは、生成した画像を含むデータ情報を検査装置１Ａ内の図示しない記憶装置に記憶する。

欠陥抽出部１３Ａは、画像生成部１２Ａにより生成された温度差の分布の画像を用いて、当該画像の領域の中における正常及び欠陥や劣化等の状態を判定し、欠陥や劣化等と判定される部分を抽出する。そして欠陥抽出部１３Ａは、欠陥抽出結果を含む画像などの情報を生成し、検査装置１Ａ内の図示しない記憶装置に記憶する。

欠陥抽出部１３Ａは、欠陥判定処理としては、例えば許容範囲の閾値情報を用いて、被計測点の温度差と閾値とを比較し、温度差が閾値による許容範囲内に収まる場合は判定結果を正常とし、収まらない場合は判定結果を欠陥とする。

入出力部１４は、利用者による検査装置１Ａの機能の利用のための操作や、設定の操作を受け付け、データ情報の入力及び出力等の処理を行う。入出力部１４は、入力ボタンや表示器などを含む。入出力部１４は、表示器を備える場合、その画面に、温度差の分布の画像や、欠陥抽出結果の画像などを表示する。これにより、利用者は、画面に表示された画像を見て、欠陥部分などの状態の判断や確認ができ、計測及び検査の作業を容易にできる。

また入出力部１４は、欠陥判定のための許容範囲の閾値情報などの設定情報を利用者により設定可能である。あるいは、検査装置１Ａ内に予め許容範囲の閾値情報が設定されていてもよい。

パルスレーザ２は、制御部１１Ａからの制御信号ｃ２に応じて、パルス状のレーザ光を発振するレーザ装置である。パルスレーザ２は、対象物５の被計測面５ａに対して間欠的にレーザ光を照射する。これにより、温度差の計測及び検査用に、被計測面５ａに熱応力ないしエネルギの分布を与える。被計測面５ａの被計測点ごとに、パルス状のレーザ光の照射の有り（ＯＮ）及び無し（ＯＦＦ）の状態をとるように制御される。

赤外線センサ３は、ポイントセンサであり、制御部１１Ａからの読み出し及び検出の制御に応じて、被計測点に対応する赤外線の光をセンサ面に入射して検出し、当該赤外線の強度の信号ｃ３を出力する。赤外線の強度は、温度と相関する。温度差（ΔＴ）は、前述の熱弾性効果の式（１）で示すように、応力変動（Δσ）と相関する。

コリメートレンズ２１は、入射光を平行光に変換する。ダイクロイックミラー２２は、波長分離ミラーである。ダイクロイックミラー２２は、入射光の所定の波長帯域の成分を反射し、他の波長帯域の成分を透過する。

走査ミラー２３は、Ｚ方向に延在する回転軸周りに角度θで回転する機構を有する。走査ミラー２３は、制御部１１Ａからの角度制御信号ｃ１により、Ｙ方向の走査のための角度θが制御されることにより偏向ないし回転する。これにより、走査ミラー２３は、反射光を、対物レンズ２４を介して、対象物５の被計測面５ａでＹ方向へ線の領域を走査するように照射する。

対物レンズ２４は、入射光を焦点である被計測面５ａの被計測点への集束光に変換する。結像レンズ２５は、入射光を焦点である赤外線センサ３のセンサ面へ結像する。実施の形態１の検査装置１Ａは、光学系の構成として、結像レンズ２５と対物レンズ２４との組み合わせで、対象物５の被計測面５ａの被計測点と赤外線センサ３のセンサ面とが共役による結像の関係に置かれる。

［光学系］
検査装置１Ａの光学系における光の流れは以下である。パルスレーザ２からＸ方向へ出射されたパルス状のレーザ光である光ａ０は、コリメートレンズ２１により平行光ａ１となる。平行光ａ１は、ダイクロイックミラー２２でＹ方向へ反射される。反射光ａ２は、走査ミラー２３で角度θの制御状態に応じてＸ方向へ反射される。走査ミラー２３を介した光ａ３は、対物レンズ２４により、集束光ａ４として検査装置１Ａの端部から外部へ出射される。

集束光ａ４は、対象物５の被計測面５ａ上の被計測点に集光及び照射される。例えば走査ミラー２３の角度θの制御状態として、図１に示す状態を基準角度θ０＝０度の状態とする。この基準の状態の場合、集束光ａ４は、被計測面５ａ上の被計測点５ｂに集光される。被計測点５ｂは、走査ミラー２３の中心及び対物レンズ２４の主点に対してＸ方向で真正面の位置にある基準点を示す。

対象物５の被計測面５ａの被計測点５ｂの付近は、照射された集束光ａ４により熱せられるため温度が上昇し、当該温度に応じた強度の赤外光、特に遠赤外光を発生する。対象物５の被計測面５ａで発生した赤外光である光ａ５は、集束光ａ４と同一の光路をＸ方向逆向きに進み、検査装置１Ａの端部から対物レンズ２４に入射される。対物レンズ２４に入射された光は、走査ミラー２３でＹ方向へ反射され、所定の波長帯域の光である遠赤外光がダイクロイックミラー２２を透過する。Ｙ方向においてダイクロイックミラー２２を透過後の光ａ８は、結像レンズ２５により赤外線センサ３のセンサ面に集束光ａ９として入射する。

上記走査の制御として、走査ミラー２３の角度θを基準角度θ０に対し増減させることにより、被計測面５ａにおける集束光ａ４が照射される位置は、基準の被計測点５ｂからＹ方向で被計測点５ｃや被計測点５ｄへ移動する。走査範囲ｂ２は、被計測点５ｃと被計測点５ｄとの間の長さに対応する。被計測点５ｃは、角度θを正方向で最大角度（θ１とする）に増加させた状態に対応するＹ方向正方向の走査の限界の点とする。被計測点５ｄは、角度θを負方向で最大角度（θ２とする）に増加させた状態に対応するＹ方向負方向の走査の限界の点とする。なお角度θの制御に応じて、被計測点５ｃと被計測点５ｄとの間に複数の被計測点をとることができる。

上記被計測面５ａに対するレーザ光に基づく集束光ａ４の照射によるＹ方向の走査の際、走査及び照射される被計測点の位置がＹ方向で移動する。それと共に、被計測面５ａから発生する赤外光である光ａ５は、同様にＹ方向で移動する。そのため、上記走査により、被計測面５ａのＹ方向の線上における赤外光の分布、即ち、空間的な温度分布及び温度差分布が構成される。赤外線センサ３は、１点で検出するポイントセンサであるため、当該分布を時系列上の赤外線の強度の信号ｃ３として検出する。制御部１１Ａ及び画像生成部１２Ａは、赤外線センサ３から読み出される赤外線の強度の信号ｃ３と、走査時の角度θの情報とを用いて、被計測面５ａのＹ方向の線の領域における温度差の分布を把握する。角度θと被計測点の位置とが対応関係を持つ。

［設計例］
検査装置１Ａの光学系等の設計例は以下である。パルスレーザ２は、対象物５や周囲環境の特性などに応じて、レーザ光の波長などが設計される。本例では、対象物５の材質がコンクリートである。コンクリートの場合、レーザ光の比較的吸収の大きい波長として、１μｍ帯、波長１．５μｍ帯、波長２μｍ帯などがある。これに対応して、パルスレーザ２として、波長１μｍ帯のＹＡＧ固体レーザ（ＹＡＧ：イットリウム・アルミニウム・ガーネット）や、Ｙｂファイバレーザ（Ｙｂ：イッテルビウム）、波長１．５μｍ帯のＥｒファイバレーザ（Ｅｒ：エルビウム）、波長２μｍ帯のＴｍファイバレーザ（Ｔｍ：ツリウム）、等が候補となる。実施の形態１では、パルスレーザ２としてＹＡＧ固体レーザを使用する。ＹＡＧ固体レーザは、外部からの入力パルスによって発振可能である。

ダイクロイックミラー２２は、本例では波長８μｍ以下を反射し、波長８μｍ以上を透過する機能を持つ。この反射と透過の境界の波長８μｍは、パルスレーザ２、赤外線センサ３、及び対象物５などの特性に応じて設計される。

対象物５の表面から発生する赤外光は、様々な波長を持つが、波長８μｍ以上の遠赤外光は、大気による吸収が少ないので検出に好適である。実施の形態１では、波長８μｍ以上の赤外線である遠赤外線ないし長波長赤外線を、赤外線センサ３で効率的に検出するため、ダイクロイックミラー２２の透過及び反射の境界として波長８μｍを選択している。

距離ｂ１及び走査範囲ｂ２等の設計に応じて、赤外線センサ３のセンサ面のサイズは、１ｍｍ程度である。

［走査及び変形例］
図１に示す実施の形態１の検査装置１Ａの構成では、被計測面５ａのレーザ光の照射及び走査の制御は、走査ミラー２３の角度θによりＹ方向の走査のみ制御される。これにより、１回の走査で被計測面５ａのＹ方向の１次元の線の領域における温度差の分布を計測及び検査できる。更に、検査装置１Ａは、光学系をＺ方向で平行移動させる機構を持たせ、これにより照射位置をＺ方向へ平行移動可能としてもよい。これにより複数回のＹ方向の走査の繰り返しを制御することにより、２次元の面の領域における温度差の分布を計測及び検査できる。

実施の形態１の変形例として、図１の走査ミラー２３及び制御部１１Ａは、Ｙ方向の走査に限らず、以下のように、他の方向での走査が可能な構成としてもよい。実施の形態１の第１の変形例として、検査装置１Ａは、走査ミラー２３が、回転軸をＹ方向として、Ｚ方向の走査のための角度φが制御される構成としてもよい。

第２の変形例として、検査装置１Ａは、Ｙ方向の走査の角度θが制御可能な第１の走査ミラー２３と、Ｚ方向の走査の角度φが制御可能な第２の走査ミラー２３との両方を備えた構成としてもよい。制御部１１Ａは、上記２つの走査ミラー２３を個別的に制御する。これにより被計測面５ａでＹ方向及びＺ方向の両方の走査による計測及び検査ができる。

第３の変形例として、検査装置１Ａは、１つの走査ミラー２３として、Ｙ方向の走査の角度θとＺ方向の走査の角度φとの両方を同時に制御可能な構成としてもよい。これにより、被計測面５ａで２次元の面の領域でのＹ方向及びＺ方向の自在な走査による温度差の分布の計測及び検査ができる。

［走査及び被計測面］
図３は、補足として、走査ミラー２３の角度θ等の制御による被計測面５ａでの走査の様子について、Ｙ，Ｚ方向の平面で簡略的に示す。被計測面５ａにおいて、３００の丸印は、複数の各々の被計測点またはその候補の点を示す。３０１は、走査ミラー２３の角度θの制御によるＹ方向の走査を示す。３０２は、走査ミラー２３の角度φの制御によるＺ方向の走査を示す。被計測点５ｂは、基準角度θ０＝０度の状態に対応した基準点を示す。なお図示左方向をＹ方向正方向、角度θ正方向とし、図示右方向をＹ方向負方向、角度θ負方向としている。なお角度θ等の取り方は一例であって限定しない。例えば角度θを基準角度θ０から正方向または負方向の一方のみに偏向するように制御してもよい。

走査ミラー２３の角度θの制御により、３０１のようにＹ方向の線の領域を走査し、当該線上にある複数の被計測点３００を計測できる。同様に、走査ミラー２３の角度φの制御により、３０２のようにＺ方向の線の領域を走査し、当該線上にある複数の被計測点３００を計測できる。

［制御方式］
図２は、実施の形態１の検査装置１Ａによる制御方式として、制御の各信号のタイミング図を示す。

（ａ）は、発振器１０から制御部１１Ａへ与えられる基準クロックｃ０を示す。２０１は基準クロックｃ０における１クロックパルスを示す。制御部１１Ａは、（ａ）の基準クロックｃ０に基づき、（ｂ）のパルスレーザ２の発振及び照射、（ｃ）の赤外線センサ３の検出及び読み出し、及び（ｄ）の走査ミラー２３の角度θの切り替えのタイミングを制御する。

（ｂ）は、制御信号ｃ２に対応する、パルスレーザ２のパルス状のレーザ光の発振及び照射の有り（ＯＮ）及び無し（ＯＦＦ）の制御を示す。２０２はＯＮ状態の１パルスを示す。ＯＮ状態のパルス２０２の間はＯＦＦ状態を示す。制御信号ｃ２のＯＮ時には、パルスレーザ２の熱励起により、短い幅のパルス２０２によるレーザ光が出射される。（ｂ）のＯＮのパルス２０２は、（ａ）の基準クロックｃ０の４回のクロックパルス２０１に対して１回のパルス２０２の割合で同期して出射される。

（ｃ）は、赤外線センサ３の検出及び読み出しの制御を示す。２０３及び２０４は、それぞれ１つの計測値の検出及び読み出しのパルスを示す。（ｃ）の赤外線センサ３の赤外線の検出ないし計測は、（ｂ）のパルスレーザ２の照射の無し（ＯＦＦ）及び有り（ＯＮ）の状態に同期したタイミングで行われるように制御される。制御部１１Ａは、基準クロックｃ０に基づく各信号により当該同期を制御する。

２０３は、（ｂ）のレーザ光のパルス２０２の照射無し（ＯＦＦ）の時の検出及び読み出しのパルスであり、２０４は、（ｂ）のレーザ光のパルス２０２の照射有り（ＯＮ）の時の検出及び読み出しのパルスである。（ｃ）のパルス２０３及び２０４は、（ａ）の基準クロックｃ０の２回のクロックパルス２０１に対して１回の割合で検出及び読み出しが行われる。制御部１１Ａは、赤外線センサ３から当該パルス２０３及び２０４に従い、赤外線の強度の計測値の信号ｃ３を読み出す。

ｓ（ｓ１〜ｓ８等）は、レーザ光の照射の前後のパルス２０３及び２０４のタイミングに対応した赤外線センサ３の計測値を示す。ｄ（ｄ１〜ｄ４等）は、赤外線センサ３の計測値ｓの差分による温度差（ΔＴ）を示す。温度差ｄは、照射無し（ＯＦＦ）の時の計測値ｓと、照射有り（ＯＮ）の時の計測値ｓとの差分値である。例えばパルス２０３の時の計測値ｓ１と、次のパルス２０４の時の計測値ｓ２との差分が、温度差ｄ１として得られる。ｖ（ｖ１〜ｖ３等）は、複数の温度差ｄ（ｄ１〜ｄ４等）の平均値による温度差を示す。例えば、４個の温度差ｄ１〜ｄ４の平均値が温度差ｖ２である。

（ｄ）は、角度制御信号ｃ１に対応する、走査ミラー２３の角度θの偏向の制御を示す。縦軸は角度θである。２０６は、時刻ｔ２〜ｔ３の時間２１２において、基準の被計測点５ｂの位置に対応させて、角度θを基準角度θ０である０度にする信号及び状態を示す。１つの角度θの状態及び時間において、１つの被計測点５ｂについて、（ｂ）の４回のパルス２０２、及び（ｃ）の８回のパルスの計測値ｓにより、４回の温度差ｄの計測が行われる。そして４個の温度差ｄ（ｄ１〜ｄ４）の平均値による温度差ｖ２が得られる。

制御部１１Ａは、（ｄ）の走査ミラー２３の角度θの制御として、（ｂ）の４回のパルス２０２に対して１回の割合で、基準クロックｃ０のクロックパルス２０１に同期させたタイミングで、単位量（θｕ）を増減するように切り替える。この角度θの切り替えは、ｔ１，ｔ２，ｔ３で示すように、（ａ）の１つのクロックパルス２０１のタイミングで行われる。このクロックパルス２０１のタイミングは、（ｂ）のＯＮのパルス２０２に対応した（ｃ）のパルス２０４と、（ｂ）のＯＦＦ状態に対応した（ｃ）のパルス２０３との中間のタイミングである。

θｕは、角度θの増減の単位量を示す。２０５は、時刻ｔ１〜ｔ２の時間２１１で、角度θを基準角度θ０に対して負方向で１単位量小さい角度（−θｕ）で制御する状態を示す。この状態では、温度差ｖ１が得られる。２０７は、時刻ｔ３〜ｔ４の時間２１３で、角度θを基準角度θ０に対して正方向で１単位量大きい角度（＋θｕ）で制御する状態を示す。この状態では、温度差ｖ３が得られる。図示する以外の角度状態についても同様である。

制御部１１Ａによる（ｂ）のパルスレーザ２及び（ｃ）の赤外線センサ３の制御により、（ｂ）のパルス２０２のＯＮ及びＯＦＦの２つの状態に対応した、（ｃ）のパルス２０３及び２０４のタイミングで、赤外線の計測値ｓが得られる。制御部１１Ａは、計測値ｓに対応する赤外線の強度の信号ｃ３を赤外線センサ３から読み出して取得する。

画像生成部１２Ａは、レーザ光の照射の有無の状態に対応する計測値ｓの差分から温度差ｄを算出する。画像生成部１２Ａは、１つの角度θの状態に対応した被計測点１点あたり複数の温度差ｄを平均化した温度差ｖを算出する。画像生成部１２Ａは、被計測面５ａにおける線の領域で被計測点ごとの温度差ｖを同様に得る。これにより、画像生成部１２Ａは、被計測面５ａの領域に対応した温度差の分布の画像を生成する。画像生成部１２Ａは、上記計測値ｓ及び温度差ｄの情報と、走査ミラー２３の角度θの情報とを組み合わせて、角度θから被計測面５ａでの走査及び被計測点の位置を把握し、温度差の分布の画像を生成する。

［温度差画像及び欠陥判定］
図４（ａ）は、実施の形態１における画像生成部１２Ａによる温度差の分布の画像のうちの一部のデータ、及び欠陥抽出部１３Ａによる欠陥判定処理の例を示す。温度差のデータにおいて、横軸は、被計測面５ａのＹ方向の位置における複数の被計測点である点Ａ〜点Ｉ等を示す。縦軸は、被計測点における温度差（ΔＴ）の計測値、特に前述の平均値による温度差ｖを示す。

４０１は、欠陥判定のための設定情報として、許容範囲を示し、ｈ１は下限の閾値、ｈ２は上限の閾値を示す。例えば４０２で示す点Ａ〜点Ｄは、許容範囲４０１内に収まっており、４０３で示す点Ｅ〜点Ｉは、閾値ｈ１より小さく許容範囲４０１外になっている。欠陥抽出部１３Ａは、上記温度差の値と閾値とを比較し、許容範囲４０１内であれば正常、許容範囲４０１外であれば欠陥や劣化等と判定する。

欠陥や劣化等と判定された点Ｅ〜点Ｉを含む４０３の領域は、温度差及び応力変動が小さいので、当該領域付近で剥がれ等が発生している状態または発生の可能性が高いことを表している。逆に、温度差が閾値ｈ２を超える状態になった場合、温度差及び応力変動が大きいので、当該領域付近でひび等で応力集中が発生している状態または発生の可能性が高いことを表している。

図５（ａ）は、画像生成部１２Ａで生成された温度差の分布の画像５０１の例を簡略的に示す。画像５０１は、対象物５の被計測面５ａがコンクリートのタイル等で構成されている場合に対応した温度差の分布の画像を示す。例えばＹ，Ｚ方向の被計測面５ａに対し、検査装置１Ａの位置によりＺ方向の位置を変えながら、前述のＹ方向の走査を複数回同様に繰り返すことで、Ｙ，Ｚ方向の２次元の画像５０１を生成した例である。なお実際の画像は、被計測点に対応した画素ごとに温度差ｄの値またはそれに対応付けられた階調値などを持つ。なお画像生成部１２Ａは、計測値に対して表示用の画像処理を行うことにより、利用者が目視確認しやすい表示用の画像を生成してもよい。

画像５０１の中の一部の領域５０３は、一部のタイルに対応するが、当該領域５０３の周辺の領域よりも温度差が小さい。これにより、図４（ａ）の例のように、当該領域５０３は、温度差が許容範囲４０１外になることで、欠陥として抽出される。欠陥抽出部１３Ａは、図４（ａ）のような閾値比較や、画像内の値の相対的な比較などの処理により、欠陥部分を判定及び抽出する。

図５（ｂ）の画像５０２は、図５（ａ）の画像５０１に基づき、欠陥抽出部１３Ａにより判定及び抽出された欠陥部分の領域５０４を含む画像５０２を示す。欠陥部分の領域５０４は、領域５０３と対応している。この場合、温度差（ΔＴ）と応力（Δσ）の関係から、領域５０４では応力ないし応力変動が小さいことを示している。即ち、当該領域５０４は剥がれ等が発生しやすいことを示している。逆に、ひび等の場合、応力集中が起きるため、温度差は周辺よりも大きくなる。この場合も上記同様に抽出が可能である。

［効果等］
以上のように、実施の形態１の検査装置１Ａは、計測及び検査用の加熱に関する空間的及び時間的な均一性、被計測点１点あたり複数回の赤外線及び温度差の計測、パルスレーザ２と赤外線センサ３の同期制御によるパルス状のレーザ光の照射の前後の温度差の計測、等の構成を有する。これにより実施の形態１は、赤外線及び熱弾性効果等を用いた計測及び検査に関して、対象物５である構造物の表面付近における温度差の計測の精度、及び欠陥や劣化等の状態の検査の精度を向上させることができる。これにより、対象物５の表面付近の欠陥や劣化等の状態やその予兆を早期に検出できる。例えばビルや橋梁やトンネル等の構造物の安全性維持のための施策を早期に確実に実現可能となる。

実施の形態１の検査装置１Ａは、パルスレーザ２及び走査ミラー２３により対象物５の被計測面５ａの領域をレーザ光の集束光ａ４で走査しながら赤外線センサ３により被計測点１点あたり複数回の赤外線及び温度差を計測する。そして検査装置１Ａは、これら複数の温度差ｄの計測値の平均化による温度差ｖの分布の画像を得る。これにより計測の誤差が低減される。例えば１点ごとに４個の温度差ｄの平均値を用いることで、計測誤差を１／２に減少できる。これにより、検査装置１Ａは、１点あたり１回の計測を行う先行技術例に対して、赤外線及び温度差の計測を高精度にできる。

また実施の形態１の検査装置１Ａは、パルス状のレーザ光の照射による集束光ａ４によって対象物５の被計測面５ａの領域が空間的及び時間的に均一に走査される。よって、検査装置１Ａは、先行技術例のランプ一括照射などの構成に比べ、被計測面５ａの領域における熱応力ないしエネルギの空間的な分布の状態における均一性が高くなる。これにより検査装置１Ａは、先行技術例に比べ、赤外線センサ３による温度差の分布の計測の精度が高くなる。その結果、被計測面５ａの温度差の分布の画像からの剥がれやひび等の欠陥抽出の精度が高くなる。

なお実施の形態１に対して前述の先行技術例による構成と比較すると以下である。特許文献１による装置では、１点あたり１回のレーザ照射の前後の温度差の計測では誤差が生じる。またレーザによる被計測面の走査の前後に温度を計測することを考えた場合、走査の開始点と終了点とでは時間差がある。そのため、走査の間の熱拡散により、走査の開始点と終了点とでは、応力変化量が異なる。この結果、赤外線の検出時には、走査の開始点と終了点とでは、温度の傾斜が誤差として生じる。これにより温度差に基づき欠陥を検出する際の精度が低下する。

また特許文献２による装置では、車両の走行時における対象物の被計測点に対するランプ照射が１回だけになるので、１点あたり１回の計測になる。これにより上記同様に温度差の計測に誤差が生じ、精度が低下する。

非特許文献１による装置では、加熱ランプによる周期的加熱と連動して赤外線カメラで計測する。そのため、特許文献１による装置に比べ、温度差の計測の精度は向上するが、加熱ランプで対象物の全面を照明する時の照度分布の不均一性により、対象物の面に均一な応力変化を与えることはできない。この結果、計測及び欠陥検出の精度が低下する。

＜実施の形態２＞
次に、図６〜図７を用いて、実施の形態２の赤外線検査装置について説明する。図６に示す実施の形態２の赤外線検査装置である検査装置１Ｂは、前述の実施の形態１の検査装置１Ａに対して異なる要素として、２次元の面の領域で赤外線を検出する撮像が可能な赤外線カメラ４を導入した。実施の形態２の検査装置１Ｂは、前述の図１のダイクロイックミラー２２とそのＹ方向に設置された結像レンズ２５及び赤外線センサ３を無くし、代わりに、対物レンズ２４と対象物５との間にダイクロイックミラー２７を設置した。そしてダイクロイックミラー２７の反射方向であるＹ方向に望遠レンズ２８を介して赤外線カメラ４を設置した。

［赤外線検査装置］
図６は、実施の形態２の検査装置１Ｂ及び対象物５を含む構成を示す。実施の形態２の検査装置１Ｂは、パルスレーザ２、赤外線カメラ４、コリメートレンズ２１、反射ミラー２９、走査ミラー２３Ｂ、対物レンズ２４、ダイクロイックミラー２７、望遠レンズ２８、制御部１１Ｂ、画像生成部１２Ｂ、欠陥抽出部１３Ｂ、及び入出力部１４を有する。

対象物５の被計測面５ａは、Ｙ，Ｚ方向による面の領域を含む。Ｒは、被計測点５ｂと被計測点５ｃとの長さに対応する、半角分の撮像範囲を示す。走査範囲ｂ２は、２×Ｒである。Ｌは、走査ミラー２３Ｂの中心ないし回転軸と、対象物５の被計測面５ａの基準の被計測点５ｂとの距離を示す。

赤外線カメラ４は、撮像レンズないしセンサ面に赤外線を入射して赤外線の強度の分布を画像として撮像する。赤外線カメラ４のセンサ面は、Ｘ，Ｚ方向による２次元の面であり、複数の画素の配列を含む。赤外線カメラ４のセンサ面における１点の計測に対応する画素のサイズは１０μｍ程度である。赤外線カメラ４からの読み出し出力の信号ｃ４は、赤外線の強度の分布を含む２次元の撮像の画像の信号である。

赤外線カメラ４は、画像単位で撮像及び読み出しが制御可能な構成である。そのため、実施の形態２では、制御部１１Ｂにより、赤外線カメラ４の画像単位の読み出しに対応させて、赤外線による温度差の計測を制御する。制御部１１Ｂは、赤外線カメラ４から、当該画像ごとの信号ｃ４を読み出し制御する。

制御部１１Ｂは、赤外線カメラ４からの読み出しの信号ｃ４を基準クロックとして用いて、走査ミラー２３Ｂ、及びパルスレーザ２等を制御する。制御部１１Ｂは、角度制御信号ｃ１により、走査ミラー２３ＢのＹ方向の走査のための角度θ、及びＺ方向の走査のための角度φの両方を制御する。制御部１１Ｂは、制御信号ｃ２により、実施の形態１と同様にパルスレーザ２を制御する。制御部１１Ｂからの走査ミラー２３Ｂ及びパルスレーザ２の制御により、被計測面５ａにおける２次元の面の領域が走査され、熱応力が与えられる。検査装置１Ｂは、制御部１１Ｂの制御に基づき、パルスレーザ２からのレーザ光の照射有り（ＯＮ）の時の画像と、照射無し（ＯＦＦ）の時の画像とを撮像する。

画像生成部１２Ｂは、制御部１１Ｂから、赤外線カメラ４からの赤外線の強度の信号ｃ４を得て、被計測面５ａの面の領域における温度差の分布の画像を生成する処理を行う。画像生成部１２Ｂは、レーザ光の照射有り（ＯＮ）の時の画像と、照射無し（ＯＦＦ）の時の画像との差分により、温度差の分布の画像を生成する。

欠陥抽出部１３Ｂは、実施の形態１と同様に、温度差の分布の画像を用いて、正常及び欠陥や劣化等の状態を判定し抽出する処理を行い、その結果を入出力部１４を通じて利用者に対して出力する。

反射ミラー２９は、図１のダイクロイックミラー２２の位置に配置され、Ｘ方向からの光ａ１をＹ方向へ反射する。なおパルスレーザ２からＹ方向へ出射する配置とする場合は反射ミラー２９を省略できる。

走査ミラー２３Ｂは、制御部１１Ｂからの角度制御信号ｃ１に従い、Ｙ方向の走査のための角度θと、Ｚ方向の走査のための角度φとの両方が同時に制御可能な構成である。被計測面５ａにおける２次元の面の領域の走査の様子は、前述の図３と同様である。実施の形態２では、被計測面５ａにおける２次元の面の走査に対応させて、赤外線カメラ４の２次元のセンサ面において赤外線の強度の分布を撮像する。

ダイクロイックミラー２７は、実施の形態１のダイクロイックミラー２２とは逆に、波長８μｍ以下の光を透過し、波長８μｍ以上の光を反射する機能を持つ波長分離ミラーである。ダイクロイックミラー２７により、パルスレーザ２からのレーザ光を透過し、対象物５からの赤外線の光を反射する。

望遠レンズ２８は、赤外線カメラ４と共に設置される結像レンズである。実施の形態２の光学系の構成では、１つの結像レンズである望遠レンズ２８により、対象物５の被計測点と赤外線カメラ４の撮像レンズないしセンサ面とが共役による結像の関係に置かれる。

実施の形態２の検査装置１Ｂの光学系における光の流れは以下である。パルスレーザ２から出射されたパルス状のレーザ光である光ａ０は、コリメートレンズ２１を介して平行光ａ１となり、反射ミラー２９でＹ方向へ反射される。反射光ａ２は、走査ミラー２３Ｂにおいて角度θ及び角度φの制御状態に応じてＸ方向へ反射される。走査ミラー２３Ｂで反射された光ａ３は、対物レンズ２４を介して集束光ａ１１となり、ダイクロイックミラー２７へ入射される。

ダイクロイックミラー２７は、集束光ａ１１における波長８μｍ以下の光を透過する。ダイクロイックミラー２７を透過した集束光ａ１２は、検査装置１Ｂの端部から外部へ出射され、対象物５の被計測面５ａの被計測点に照射される。被計測面５ａの被計測点から生じた赤外線の光ａ１３は、Ｘ方向の光路を戻り、検査装置１Ｂの端部から入射され、ダイクロイックミラー２７で波長８μｍ以上の光である遠赤外光がＹ方向へ反射される。

ダイクロイックミラー２７で反射された光ａ１４は、望遠レンズ２８に入射され、望遠レンズ２８を介した光ａ１５は、赤外線カメラ４の撮像レンズないしセンサ面に結像される。そして赤外線カメラ４により被計測面５ａの面の領域の赤外線の強度が撮像される。

対象物５の被計測面５ａにおける走査範囲ｂ２は、赤外線カメラ４のセンサ面の大きさと望遠レンズ２８の倍率とで決まる。走査ミラー２３Ｂの角度θの最大偏向角度（θmaxとする）は、半角分の撮像範囲Ｒと合うように、下記の式（２）で決まる。Ｒ／Ｌは十分に小さいので、角度θmaxは、Ｒ／２Ｌで求められる。

θmax＝（１／２）×arctan（Ｒ／Ｌ）≒Ｒ／２Ｌ ・・・式（２）
実施の形態２での赤外線カメラ４のセンサ面の画素のサイズは１０μｍ程度であり、実施の形態１の赤外線センサ３のセンサ面のサイズは１ｍｍ程度である。実施の形態２の画素のサイズは、実施の形態１のセンサ面のサイズに比べて約１／１００の細かさである。従って、走査範囲ｂ２が一定である場合、赤外線カメラ４の使用により、実施の形態１に比べ、１００倍の精緻な空間分解能が得られる。即ち、実施の形態２によれば、より微小な欠陥を抽出可能である。

［制御方式］
図７は、実施の形態２の検査装置１Ｂにおける制御のタイミング図を示す。Ｆ１，Ｆ２は、それぞれ赤外線カメラ４による１画像の撮像に対応した時間を示す。なお図７では、説明を簡単にするため、被計測面５ａにおける１画像の走査及び撮像に関して、Ｙ方向の１つの線の走査による６個の被計測点に対応した６個の画素の計測の部分のみを示す。当該面の領域内におけるＹ方向及びＺ方向の他の複数の線についても同様に繰り返して走査及び撮像の制御が行われることにより、２次元の面の領域の撮像の画像が得られる。

（ａ）は、制御の基準となる、赤外線カメラ４の検出及び読み出しの信号ｃ４に対応した、画素の検出及び読み出しのクロックを示す。７０１は、１画素の検出及び読み出しに対応する１クロックパルスを示す。実施の形態２では、赤外線カメラ４の撮像の画像の各画素の感度を一定にする必要があるため、赤外線カメラ４の画素蓄積時間となる読み出しのクロック７０１を常に一定とする。これにより、被計測面５ａのレーザ光の走査及び照射の空間的な均一性を確保する。これに対応して、検査装置１Ｂは、（ａ）の赤外線カメラ４のクロックを、全体の制御の基準クロックとして用いる。

（ｂ）は、（ａ）の赤外線カメラ４のクロックの周波数を倍にしたクロックである倍波クロックを示す。制御部１１Ｂは、内部で、（ａ）のクロックパルス７０１の倍波として（ｂ）のクロックパルス７０２を生成する。（ｂ）の倍波のクロックパルス７０２は、（ｃ）の照射制御の信号７０３、及び（ｅ）の走査ミラー２３Ｂの角度θの制御の信号７０５の切り替えのタイミングを与える。

（ｃ）は、（ｄ）のパルスレーザ２の照射のＯＮ及びＯＦＦの状態を画像単位で制御するための照射制御の信号７０３である。制御部１１Ｂは、（ａ），（ｂ）の信号に基づき、内部で（ｃ）の照射制御の信号７０３を生成する。信号７０３は、制御信号ｃ２に含まれる。信号７０３は、Ｆ１及び時刻ｔ１〜ｔ２で示す、第１の画像の撮像に対応する時間ではオフ状態にされ、Ｆ２及び時刻ｔ２〜ｔ３で示す、第２の画像の撮像に対応する時間ではオン状態にされる。Ｆ１のオフ状態では、赤外線カメラ４の撮像の全画素の検出及び読み出しの間、（ｄ）のレーザ光の照射のＯＮ及びＯＦＦは行われない。次のＦ２のオン状態では、赤外線カメラ４の撮像の全画素の検出及び読み出しの間、（ｄ）のレーザ光の照射の有り（ＯＮ）及び無し（ＯＦＦ）の繰り返しが行われる。

（ｄ）は、パルスレーザ２の照射のＯＮ及びＯＦＦの制御信号を示す。７０４は、照射有り（ＯＮ）の状態のパルスを示す。（ｄ）のパルス７０４は、（ｃ）の照射制御の信号７０３がオン状態の時のみ、（ａ）のクロックパルス７０１と同期させて出射される。（ｄ）の例ではＹ方向の１つの線の走査による６個の被計測点の計測に対応した６個のパルス７０４のみの場合を示す。

（ｅ）は、走査ミラー２３Ｂの角度θの制御の信号７０５を示す。（ｅ）の信号７０５は、（ａ）の読み出しのクロック７０１に対して半周期ずれたタイミングで、かつ（ｂ）の倍波のクロックパルス７０２のタイミングで角度を切り替えるように同期させて制御される。（ｅ）の例では、Ｙ方向の１つの線の６個の被計測点に対応して６つの角度状態の切り替えを示す。

実施の形態２の検査装置１Ｂでは、温度差の計測は、レーザ光の照射のオン及びオフ状態に対応した、Ｆ１，Ｆ２のような前後の画像間における時間的に離れた計測点を使用する。（ａ）におけるｓ１等は、赤外線カメラ４のクロックパルス７０１のタイミングでの検出による被計測点に対応した画素の計測値を示す。例えばＦ１の画像内の計測値ｓ１とＦ２の画像内の計測値ｓ１とは、撮像の画像内の位置、及び被計測面５ａ内の被計測点の位置において対応する。（ａ）の各クロックパルス７０１での計測値を用いて、例えば、オフ状態のＦ１の１番目のクロックパルス７０１の時の画素の計測値ｓ１と、それに対応した、オン状態のＦ２の１番目のクロックパルス７０１の時の画素の計測値ｓ１との差分が、当該画素の被計測点での温度差ｄ１（ΔＴ）である。同様に、（ｅ）の角度状態に応じた被計測点の画素ごとに温度差が得られる。

角度θ及び角度φの制御による２次元の面の領域の走査及び計測は、例えば以下のようになる。まず走査範囲ｂ２の面の領域における最初のＹ方向の１つの線における例えば６個の被計測点を含む走査が図７と同様に行われる。続いて、Ｚ方向の角度φを所定単位量増減し、次のＹ方向の１つの線の走査が同様に行われる。同様に、Ｚ方向で角度φをずらしながら、走査範囲ｂ２のすべてのＹ方向の線が走査される。これにより１つの画像に対応する時間内において、２次元の面の領域のすべての被計測点及び画素が計測される。上記画像単位の計測が、図７のＦ１，Ｆ２のように、（ｃ）の照射のオフ及びオンの制御に応じて行われる。

上記図７のＦ１，Ｆ２のような制御により、レーザ光の照射有無に応じた２つ１組の画像が時間的に前後に分けて撮像される。画像生成部１２Ｂは、これらの２つ１組の画像の差分、各々の画素間の計測値の差分により、温度差ｄ（ΔＴ）の分布の画像を生成する。そして欠陥抽出部１３Ｂは、温度差の分布の画像の中から、実施の形態１と同様に、欠陥判定処理を行って欠陥部分を抽出し、その結果を含む画像を出力する。

更に、実施の形態２において、図７のＦ１，Ｆ２のような画像単位の制御を複数回同様に繰り返すことにより、被計測点１点につき複数回の計測値を得て、それらの平均値による温度差ｖを得るようにしてもよい。

［効果等］
以上のように、実施の形態２の検査装置１Ｂによれば、計測及び検査用の加熱に関する空間的及び時間的な均一性、被計測点１点あたり複数回の赤外線及び温度差の計測、パルスレーザ２と赤外線カメラ４の同期制御によるパルス状のレーザ光の照射の前後の温度差の計測、等の構成を有する。これにより実施の形態２は、実施の形態１と同様に、赤外線及び熱弾性効果等を用いた計測及び検査に関して、対象物５である構造物の表面付近における温度差の計測の精度、及び欠陥や劣化等の状態の検査の精度を向上させることができる。

実施の形態２は、走査ミラー２３Ｂを含む構成により、被計測面５ａにおける２次元の面の領域で均一なレーザ光の照射による走査を行い、被計測面５ａにおける熱応力ないしエネルギの空間的な分布の状態の均一性が高い。よって、温度差の計測を高精度にできる。また実施の形態２は、赤外線カメラ４を含む構成により、前述のように、実施の形態１に比べて、空間分解能を１００倍に高くできる。これにより、欠陥抽出を高精度にでき、より微小なひび等の状態を検出しやすい。

実施の形態２の変形例として、レーザ光による走査の範囲をＹ方向またはＺ方向などの１次元の線の領域とし、赤外線カメラ４による撮像の範囲を１次元の線の領域としてもよい。

＜実施の形態３＞
次に、図８〜図１０を用いて、実施の形態３の赤外線検査装置について説明する。図８に示す実施の形態３の赤外線検査装置である検査装置１Ｃは、光学系などの要素については実施の形態１と同様であるが、異なる構成として車載の検査装置である。検査装置１Ｃは、車両６の走行に伴い移動しながら、対象物５の被計測面５ａの複数の被計測点を計測及び検査する。検査装置１Ｃは、移動中、固定の位置の被計測点に対して、レーザ光の照射の箇所が移動せずに１点あたり複数回の計測がされるように、走査ミラー２３Ｃの回転ないし偏向の角度θを制御する。

［赤外線検査装置］
図８は、実施の形態３の検査装置１Ｃ、それを搭載する車両６、及び対象物５を含む構成を示す。検査装置１Ｃは、車両６の車体に搭載される。車両６は、車輪６ａに、少なくとも１つの移動量センサ３１が取り付けられている。なお車両６は、他の移動体としてもよい。実施の形態３の検査装置１Ｃは、車両６と検査装置１Ｃとを含む全体を検査装置ないし検査システムとして捉えてもよい。

実施の形態３の検査装置１Ｃは、パルスレーザ２、赤外線センサ３、コリメートレンズ２１、ダイクロイックミラー２２、走査ミラー２３Ｃ、対物レンズ２４、結像レンズ２５、移動量センサ３１、制御部１１Ｃ、画像生成部１２Ｃ、欠陥抽出部１３Ｃ、及び入出力部１４を有する。

移動量センサ３１は、車両６のＹ方向の移動量を検出するセンサである。移動量センサ３１は、車両６の移動量の検出に応じてパルスの信号ｃ６を発生させて制御部１１Ｃへ与える。移動量センサ３１としては、各種の手段が適用可能であるが、実施の形態３ではロータリエンコーダを用いる。ロータリエンコーダにより、車輪６ａの回転によるＹ方向の移動量を算出する。移動量センサ３１の他の手段として、ＧＰＳ等を用いて車両６の位置を把握してもよい。

実施の形態３では、制御部１１Ｃは、移動量センサ３１のパルスの信号ｃ６を基準クロックとして用いて、走査ミラー２３Ｃ、パルスレーザ２、及び赤外線センサ３を含む全体を制御する。

走査ミラー２３Ｃは、制御部１１Ｃからの角度制御信号ｃ１に従い、Ｙ方向の走査のための角度θが制御可能な構成である。Ａ０は、走査ミラー２３Ｃが基準の角度θ０の状態で、基準の被計測点５ｂに対してＸ方向に真っ直ぐに出射する光路を示す。

［被計測点］
図９は、実施の形態３の検査装置１Ｃにおける車両６の移動に伴う被計測面５ａのＹ方向の線上の複数の被計測点５ｂを計測する様子を概略的に示す。被計測面５ａのＹ方向の線の領域において、飛び飛びに存在する複数の被計測点５ｂの例を、点Ｐ１，Ｐ２，……として示す。また車両６のＹ方向への移動による位置をＹ１，Ｙ２，……として示す。例えば位置Ｙ１は点Ｐ１の位置に対応する。

実施の形態３では、図９のように、被計測面５ａのＹ方向の線上における所定の間隔の複数の被計測点５ｂ｛Ｐ１，Ｐ２，……｝が計測及び検査の対象である。ｋ１は、車両６の側面の検査装置１Ｃの端部と被計測面５ａとの距離を示す。ｋ２は、被計測面５ａのＹ方向の線上の隣り合う被計測点５ｂの間隔を示す。

検査装置１Ｃは、移動中に被計測点５ｂの１点を計測する際、当該１点に対して、走査ミラー２３Ｃの角度θの状態の切り替えにより、レーザ光が複数回照射され複数回の温度差の計測を行うように制御する。例えば点Ｐ１に対し、Ａ１１〜Ａ１５のように、５回のレーザ光の照射有無による５回の温度差の計測が行われる。Ａ１１は、角度θが正方向最大角度（θａとする）の状態の時の光路、Ａ１３は、角度θが基準の角度θ０の状態の時の光路、Ａ１５は、角度θが負方向最大角度（θｂとする）の状態の時の光路を示す。他の点Ｐ２等に対しても同様に、複数回の温度差の計測が行われる。

［制御方式］
図１０は、実施の形態３の検査装置１Ｃによる制御のタイミング図を示す。Ｅ１，Ｅ２に示す時間は、それぞれ、１つの被計測点５ｂに関する複数回の計測の時間を示す。

（ａ）は、信号ｃ６に対応する移動量センサ３１のパルス１００１を示す。制御部１１Ｃは、（ａ）の移動量センサ３１のパルス１００１を基準のクロックとして、（ｂ）のパルスレーザ２の発振及び照射有無、（ｃ）の赤外線センサ３の検出及び読み出し、（ｄ）の走査ミラー２３Ｃの角度θの切り替えを制御する。なお図１０では（ａ）の移動量センサ３１のパルス１００１を等間隔に示しているが、実際には車両６の速度変化に応じて不等間隔に発生する。

（ｂ）は、パルスレーザ２の発振及び照射の有り（ＯＮ）及び無し（ＯＦＦ）の制御を示す。１００２はＯＮ状態のパルスを示す。（ｂ）のパルスレーザ２の制御のパルス１００２は、（ａ）の３番目のパルス１００１と同期するように制御される。

（ｃ）は、赤外線センサ３の検出及び読み出しの制御を示す。１００３は、（ｂ）のＯＦＦ状態の時に対応したパルス、１００４は、（ｂ）のＯＮ状態のパルス１００２の時に対応したパルスを示す。（ｃ）の赤外線センサ３の制御のパルス１００３及び１００４は、（ａ）の１番目及び３番目のパルス１００１と同期するように制御される。赤外線センサ３は、実施の形態１と同様に、パルスレーザ２の照射の無し（ＯＦＦ）及び有り（ＯＮ）の２通りの状態の時に発生する赤外線を時間的に連続して検出する。

（ｄ）は、走査ミラー２３Ｃの角度θの制御の信号１００５を示す。信号１００５は、角度制御信号ｃ１に含まれる。（ｄ）の走査ミラー２３Ｃの角度θの制御の信号１００５は、（ａ）の２番目のパルス１００１と同期するように制御される。時刻ｔ１〜ｔ２で示すＥ１の時間では、被計測点５ｂの１点、例えば点Ｐ１について、走査の角度θを最大（θａ）と最小（θｂ）との間の５つの状態で切り替えている。次の時刻ｔ３〜ｔ４で示すＥ２の時間では、同様に、Ｙ方向の次の被計測点５ｂの１点、例えば点Ｐ２について、走査の角度θを５つの状態で切り替えている。１０１０は角度θの増減の単位量を示す。

上記図１０のような制御により、車両６の走行中、図８のパルスレーザ２の照射光である集束光ａ４は、一定期間、対象物５の被計測面５ａ上の同一の被計測点５ｂを照射し続けるように走査が制御される。例えばＥ１の時間では、（ｂ）の５回のパルス１００２による集束光ａ４が点Ｐ１に対して照射され、５回の照射有無の状態が発生する。そして、（ｃ）の赤外線センサ３で、ｓ１〜ｓ１０の１０個の計測値により、ｄ１〜ｄ５の５個の温度差が得られ、それらの平均値の温度差ｖ１が得られる。

画像生成部１２Ｃは、被計測面５ａの線上の複数の被計測点５ｂ、例えば点Ｐ１，Ｐ２等について、移動量センサ３１の信号ｃ６と、赤外線センサ３の検出及び読み出しの信号ｃ３とを用いて、温度差の分布を算出する処理を行う。画像生成部１２Ｃは、移動量センサ３１により検出する移動量、または当該移動量から算出できる車両６の位置情報から、被計測点５ｂの位置を把握する。画像生成部１２Ｃは、被計測面５ａの被計測点５ｂごとに、レーザ光の照射有無の時の赤外線センサ３による計測値の差分から、被計測点５ｂの温度差を算出し、複数の計測値から複数個の温度差を算出し、それらの平均値による温度差を算出する。そして、画像生成部１２Ｃは、被計測面５ａの複数の被計測点５ｂにおける温度差の分布を含む画像やグラフ等を生成する。

図４（ｂ）は、実施の形態３における画像生成部１２Ｃによる温度差の分布のうちの一部のデータ、及び欠陥抽出部１３Ｃによる欠陥判定処理の例を示す。４１１は、欠陥判定のための設定情報として、許容範囲を示す。４１２で示す点Ｄは、閾値ｈ１より小さく許容範囲４１１外になっている。４１３で示す点Ｆは、閾値ｈ２より大きく許容範囲４１１外になっている。欠陥抽出部１３Ｃは、上記温度差の値と閾値とを比較し、許容範囲４１１外であれば欠陥や劣化等と判定する。欠陥と判定された点Ｄは、温度差及び応力変動が閾値よりも小さいので、当該点の付近で剥がれ等の可能性が高いことを表し、点Ｆの付近はひび等の可能性が高いことを表している。

［効果等］
以上のように、実施の形態３の検査装置１Ｃは、車両６で移動しながら、移動量センサ３１で移動量を把握しつつ、走査ミラー２３Ｃの角度θを制御する構成を有する。これにより実施の形態３は、固定の対象物５の被計測面５ａ上の複数の被計測点５ｂについて、１点あたり複数回温度差を計測する。当該走査ミラー２３による偏向の制御を行わない場合、被計測点５ｂの１点あたり１回の計測になってしまう。これに対して実施の形態３は、１点あたり複数回の計測を行うことから、当該走査ミラー２３による偏向の制御を行わない場合などに比べ、被計測点の温度差を高精度に計測できる。その結果、対象物５における剥がれやひび等の欠陥やその予兆を高精度に検出できる。実施の形態３によれば、対象物５の表面を定点観測するような用途に好適であり、車両６で移動しながらトンネル壁面等の構造物を効率的に計測及び検査できる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

本実施の形態では、欠陥抽出部を検査装置内に設けた場合で説明したが、欠陥抽出をリアルタイムで行う必要が無い場合や、データの容量が多く処理に時間が必要な場合などには、欠陥抽出部を検査装置の外に設けてもよい。

本発明は、ビル、橋梁、及びトンネル等の社会インフラを含む各種の構造物を対象として、欠陥や劣化等の状態を検査する技術などに利用可能である。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…検査装置、２…パルスレーザ、３…赤外線センサ、４…赤外線カメラ、５…対象物、５ａ…被計測面、５ｂ，５ｃ，５ｄ…被計測点、６…車両、１０…発振器、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…制御部、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…画像生成部、１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…欠陥抽出部、１４…入出力部、２１…コリメートレンズ、２２，２７…ダイクロイックミラー、２３，２３Ｂ，２３Ｃ…走査ミラー、２４…対物レンズ、２５…結像レンズ、２８…望遠レンズ、２９…反射ミラー、３１…移動量センサ。

Claims (11)

1. 対象物の表面の被計測点に対してレーザ光を少なくとも照射有無の２つの状態で照射するレーザ部と、
   前記レーザ光の照射に関して前記対象物の表面を少なくとも第１方向に走査するための走査ミラーを含む光学系と、
   前記レーザ光の照射により前記対象物の表面の被計測点から生じる赤外線を少なくとも１点で検出する赤外線センサと、
   前記レーザ光の照射有無の２つの状態の時に前記赤外線センサの赤外線の検出を行い、かつ前記被計測点ごとに前記２つの状態の時の赤外線の検出の信号の差分である温度差の計測を複数回行うように、前記レーザ部のレーザ光の照射有無、前記走査ミラーの角度、及び前記赤外線センサの赤外線の検出のタイミングを制御する制御部と、
   前記温度差の計測値、及び前記走査ミラーの角度に基づき、前記対象物の表面の領域における複数の各々の被計測点の温度差の分布を含む画像を生成する画像生成部と、
   を有する、赤外線検査装置。
2. 請求項１記載の赤外線検査装置において、
   基準クロックを発生する発振部と、
   前記対象物の被計測点に前記レーザ光を集光する対物レンズと、
   前記対物レンズとの組合せで前記赤外線センサと前記対象物の被計測点とを共役の関係に結像する結像レンズと、
   前記対象物へ照射するためのレーザ光と前記対象物からの赤外線とを波長分離する波長分離ミラーと、
   を有し、
   前記制御部は、前記基準クロックに基づき、前記レーザ部のレーザ光の照射有無、前記走査ミラーの角度、及び前記赤外線センサの赤外線の検出のタイミングを制御する、赤外線検査装置。
3. 請求項１記載の赤外線検査装置において、
   前記走査ミラーは、前記レーザ光の照射に関して前記対象物の表面を第１方向に走査するための第１の角度、及び第２方向に走査するための第２の角度が制御され、
   前記画像生成部は、前記対象物の表面の２次元の面の領域における複数の被計測点の温度差の分布を含む画像を生成する、赤外線検査装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の赤外線検査装置において、
   更に、前記温度差の分布の画像を用いて欠陥または劣化の部分を判定して抽出する欠陥抽出部を有する、赤外線検査装置。
5. 対象物の表面の被計測点に対してレーザ光を少なくとも照射有無の２つの状態で照射するレーザ部と、
   前記レーザ光の照射に関して前記対象物の表面を少なくとも第１方向に走査するための走査ミラーを含む光学系と、
   前記レーザ光の照射により前記対象物の表面の被計測点から生じる赤外線を、線または面の領域で検出することにより画像を撮像する赤外線カメラと、
   前記赤外線カメラの画像単位で、前記レーザ部により前記レーザ光を照射無しの状態に制御して前記照射無しの状態の時に前記赤外線カメラで赤外線を検出する第１の画像と、前記レーザ部により前記レーザ光を照射有りの状態に制御して前記照射有りの状態の時に前記赤外線カメラで赤外線を検出する第２の画像との２つの状態の画像を撮像するように、前記レーザ部のレーザ光の照射有無、前記走査ミラーの角度、及び前記赤外線カメラの赤外線の検出のタイミングを制御する制御部と、
   前記第１の画像の前記照射無しの状態の時の前記赤外線の検出による計測値と、前記第２の画像の前記照射有りの状態の時の前記赤外線の検出による計測値との差分による温度差の計測値に基づき、前記対象物の表面の線または面の領域における複数の被計測点の温度差の分布を含む画像を生成する画像生成部と、
   を有する、赤外線検査装置。
6. 請求項５記載の赤外線検査装置において、
   前記対象物の被計測点に前記レーザ光を集光する対物レンズと、
   前記赤外線カメラと前記対象物の被計測点とを共役の関係に結像する結像レンズと、
   前記対象物へ照射するためのレーザ光と前記対象物からの赤外線とを波長分離する波長分離ミラーと、
   を有し、
   前記制御部は、前記赤外線カメラからの画像単位の読み出しの信号を基準として、前記レーザ部のレーザ光の照射有無、前記走査ミラーの角度、及び前記赤外線カメラの赤外線の検出のタイミングを制御する、赤外線検査装置。
7. 請求項５記載の赤外線検査装置において、
   前記走査ミラーは、前記レーザ光の照射に関して前記対象物の表面を第１方向に走査するための第１の角度、及び第２方向に走査するための第２の角度が制御され、
   前記画像生成部は、前記対象物の表面の２次元の面の領域における複数の被計測点の温度差の分布を含む画像を生成する、赤外線検査装置。
8. 請求項５〜７のいずれか一項に記載の赤外線検査装置において、
   更に、前記温度差の分布の画像を用いて欠陥または劣化の部分を判定して抽出する欠陥抽出部を有する、赤外線検査装置。
9. 移動体に搭載される赤外線検査装置であって、
   前記移動体の移動量または位置を検出するセンサ部と、
   固定の対象物の表面の被計測点に対してレーザ光を少なくとも照射有無の２つの状態で照射するレーザ部と、
   前記レーザ光の照射に関して前記対象物の表面の複数の各々の被計測点に対して照射するために少なくとも第１方向に走査するための走査ミラーを含む光学系と、
   前記レーザ光の照射により前記対象物の表面の被計測点から生じる赤外線を少なくとも１点で検出する赤外線センサと、
   前記レーザ光の照射有無の２つの状態の時に前記赤外線センサの赤外線の検出を行い、かつ前記対象物の表面の複数の各々の被計測点ごとに前記走査ミラーの角度を切り替えながら前記２つの状態の時の赤外線の検出の信号の差分である温度差の計測を複数回行うように、前記センサ部の検出、前記レーザ部のレーザ光の照射有無、前記走査ミラーの角度、及び前記赤外線センサの赤外線の検出のタイミングを制御する制御部と、
   前記センサ部の検出情報と、前記温度差の計測値とに基づき、前記対象物の表面の複数の各々の被計測点に関する温度差の分布を算出する算出部と、
   を有する、赤外線検査装置。
10. 請求項９記載の赤外線検査装置において、
    前記対象物の被計測点に前記レーザ光を集光する対物レンズと、
    前記対物レンズとの組合せで前記赤外線センサと前記対象物の被計測点とを共役の関係に結像する結像レンズと、
    前記対象物へ照射するためのレーザ光と前記対象物からの赤外線とを波長分離する波長分離ミラーと、
    を有し、
    前記制御部は、前記センサ部による移動量または位置の検出の信号のパルスを基準として、前記レーザ部のレーザ光の発振、前記走査ミラーの角度、及び前記赤外線センサの検出のタイミングを制御する、赤外線検査装置。
11. 請求項９または１０に記載の赤外線検査装置において、
    更に、前記温度差の分布を用いて欠陥または劣化の部分を判定して抽出する欠陥抽出部を有する、赤外線検査装置。

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