JP2016024095A

JP2016024095A - 硬化モニタリング装置及び硬化モニタリング方法

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Publication number: JP2016024095A
Application number: JP2014149126A
Authority: JP
Inventors: 酒井　覚; Satoru Sakai; 覚酒井; 西山　陽二; Yoji Nishiyama; 陽二西山; 穂刈　守; Mamoru Hokari; 守穂刈; 貴之安部; Takayuki Abe; 岡田　英夫; Hideo Okada; 英夫岡田; 和範丸山; Kazunori Maruyama; 宜彦猪谷; Nobuhiko Inotani
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-02-08
Anticipated expiration: 2034-07-22
Also published as: JP6375752B2

Abstract

【課題】樹脂の硬化度の算出精度が低下するのを抑制すること。【解決手段】硬化モニタリング装置１は、樹脂２０及び樹脂２０に当接する基材２１を含む観察対象物に励起光を照射する光源１２を有する。さらに、硬化モニタリング装置１は、観察対象物を撮像するカメラ１５を有する。さらに、硬化モニタリング装置１は、観察対象物及びカメラ１５の光路上で、励起光の照射によって樹脂２０が発する蛍光の波長域に含まれる光であって互いに異なる波長帯の光を透過させるフィルタａ及びフィルタｂを有する。さらに、硬化モニタリング装置１は、観察対象物及びカメラ１５の光路上で、樹脂２０が発する蛍光の波長域から外れ、かつ励起光の照射によって基材２１が発する波長域に含まれる波長帯の光を透過させるフィルタｃを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、硬化モニタリング装置及び硬化モニタリング方法に関する。

広範な分野で光硬化樹脂が利用されている。この光硬化樹脂は、熱エネルギーを利用する熱硬化方法に比較して、有害物質を大気中に放散しない、硬化時間が短い、熱に弱い製品にも適用できるなどの多くの利点を有する一方で、目視によって硬化度を判断するのは困難である。

例えば、樹脂の硬化状態を非接触で確認する技術の一例として、樹脂が光を受けることによって放射する蛍光の画像から樹脂の硬化度を算出する樹脂硬化状態モニタリング装置が提案されている。

特開２００３−２４７９４２号公報特開２０１３−１３７１９９号公報

しかしながら、上記の技術では、画像から樹脂が当接する基材によって放射される蛍光成分も観測されるので、樹脂の硬化度の算出精度が低下する場合がある。

１つの側面では、本発明は、樹脂の硬化度の算出精度が低下するのを抑制できる硬化モニタリング装置及び硬化モニタリング方法を提供することを目的とする。

一態様の硬化モニタリング装置は、樹脂及び前記樹脂に当接する基材を含む観察対象物に励起光を照射する光源と、前記観察対象物を撮像するカメラと、前記観察対象物及び前記カメラの光路上で、前記励起光の照射によって前記樹脂が発する蛍光の波長域に含まれる光であって互いに異なる波長帯の光を透過させる第１のフィルタ及び第２のフィルタと、前記観察対象物及び前記カメラの光路上で、前記樹脂が発する蛍光の波長域から外れ、かつ前記励起光の照射によって前記基材が発する波長域に含まれる波長帯の光を透過させる第３のフィルタとを有する。

樹脂の硬化度の算出精度が低下するのを抑制できる。

図１は、実施例１に係る硬化モニタリング装置の機能的構成を示すブロック図である。図２は、図１で示したＡ矢視による観測対象物の上面図の一例を示す図である。図３は、計測領域における蛍光強度の内訳の一例を示す図である。図４は、計測領域における蛍光強度の内訳の一例を示す図である。図５は、蛍光の波長特性の一例を示す図である。図６は、実施例１に係る硬化モニタリング処理の手順を示すフローチャートである。図７は、実施例１に係る硬化モニタリング処理の手順を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して本願に係る硬化モニタリング装置及び硬化モニタリング方法について説明する。なお、この実施例は開示の技術を限定するものではない。そして、各実施例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

図１は、実施例１に係る硬化モニタリング装置１の機能的構成を示すブロック図である。図１に示す硬化モニタリング装置１は、樹脂２０が光を受けることによって放射する蛍光の画像から樹脂２０の硬化度を算出することによって樹脂２０の硬化状態を非接触でモニタリングするのを支援するものである。

かかる硬化モニタリング装置１は、一例として、樹脂２０とともに、樹脂２０が当接する基材２１が光の照射を受けて蛍光を放射する場合、ひいては基材２１による蛍光成分に照明ムラが発生する場合でも、樹脂の硬化度の算出精度が低下するのを抑制することを目指す。

以下では、一例として、光通信機器などの製品を製造する場面でレンズ等の光学部品２２を樹脂２０を介して基材２１に接着させることによって製品を組み立てたり、樹脂の硬化状態を検査する場合を想定する。図１には、樹脂２０が基材２１及び光学部品２２を接着する様子が模式図として示されており、樹脂２０が図示の通りの形状、大きさ、厚みを有さずともかまわない。例えば、樹脂２０の厚みは、顕微鏡等によって始めて目視できる程度の大きさでよく、また、樹脂２０の厚みは不均一でもよく、樹脂２０が光学部品２２からはみ出していてもはみ出しておらずともかまわない。なお、以下では、光学部品２２が樹脂２０によって接着された基材２１のことをまとめて「観察対象物」と記載する場合がある。

図１に示すように、硬化モニタリング装置１は、制御部１０と、ステージ１１と、光源１２と、フィルタ交換ステージ１３と、結像レンズ１４と、カメラ１５とを有する。

ステージ１１は、光学部品２２が接着された基材２１を載置する台座である。このステージ１１は、制御部１０の指示にしたがって水平面、すなわちＸ方向及びＹ方向に移動することができる。

光源１２は、制御部１０の光源制御部１０ａからの指示にしたがって点灯して光を出射する照明装置である。一実施形態として、光源１２には、水銀ランプ又はレーザダイオードなどを採用することができる。かかる光源１２から出射される光には、励起光となる紫外線が多く含まれる。

フィルタ交換ステージ１３は、光学フィルタが設置される台座であり、ステージ１１及びカメラ１５の撮像面の間を結ぶ光路上の所定位置へ配置するフィルタを交換する機構を併せ持つ。一実施形態として、フィルタ交換ステージ１３には、フィルタａ、フィルタｂ及びフィルタｃの各フィルタが載置されたステージをアクチュエータ等で回転させることによって各フィルタを順番に所定位置へ配置する機構を採用できる。なお、上記のフィルタａ、フィルタｂ及びフィルタｃが透過させる光の波長特性については後述することとする。

光源１２から出射された光は、ステージ１１上に載置された観察対象物に向かう。これら光源１２及び観察対象物の間には、紫外線に対応する波長以外の余分な波長の光を遮断する光学フィルタ、光を観察対象物へ誘導するダイクロイックミラー等のミラー類、さらには、光を集光する対物レンズなどを設置することができる。このように、観察対象物に含まれる樹脂２０に光が照射されることによって樹脂２０から蛍光が発生する。

そして、樹脂２０で発生する蛍光は、フィルタ交換ステージ１３に設置されるフィルタａ、フィルタｂ及びフィルタｃのいずれかの光学フィルタによって特定の波長以外の光が除去された後に、結像レンズ１４を介してカメラ１５の撮像面に到達する。

カメラ１５は、画像を撮像する撮像装置である。一実施形態として、カメラ１５には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの撮像素子を搭載する撮像装置を採用できる。このカメラ１５からは、撮像素子上に整列された受光素子から画素ごとに得られる蛍光強度、例えば濃淡値や輝度値などの画素値が画像として制御部１０へ出力される。なお、ここでは、一例として、カメラ１５が基材２１及び光学部品を接着させる樹脂２０とともに、樹脂２０と鉛直方向（Ｚ方向）に重ならずに露出する基材２１の一部が撮像範囲に収められることとする。

制御部１０は、少なくともデータ処理装置、いわゆるプロセッサを含む。

一実施形態として、制御部１０は、ステージ１１、光源１２、フィルタ交換ステージ１３、結像レンズ１４及びカメラ１５を含む光学系を制御下に置く情報処理装置、例えばパーソナルコンピュータやワークステーションとして実装することができる。他の実施形態として、制御部１０は、上記の光学系と一体化されたＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）として実装されることとしてもよい。また、制御部１０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのハードワイヤードロジックによっても実現できる。

なお、制御部１０は、図示しない記憶部に接続されている。かかる記憶部には、半導体メモリ素子を採用できる。例えば、半導体メモリ素子の一例としては、ＶＲＡＭ（Video Random Access Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュメモリ（flash memory）などが挙げられる。また、主記憶装置の代わりに、ＳＳＤ、ＨＤＤや光ディスクなどの外部記憶装置を採用することとしてもよい。

制御部１０は、各種のプログラム、例えば光学系の制御や硬化度の算出を実現するプログラムを実行することによって下記の処理部を仮想的に実現する。例えば、制御部１０は、図１に示すように、光源制御部１０ａと、ステージ制御部１０ｂと、撮像制御部１０ｃと、画像取得部１０ｄと、硬化度算出部１０ｅとを有する。

光源制御部１０ａは、光源１２を制御する処理部である。

一実施形態として、光源制御部１０ａは、図示しないユーザインタフェース等を介して硬化度の算出要求を受け付けた場合、光源１２をＯＮ状態に制御する。また、光源制御部１０ａは、硬化度が算出された場合または硬化終了と判定された場合、光源１２をＯＦＦ状態に制御する。

ステージ制御部１０ｂは、ステージ１１を制御する処理部である。

一実施形態として、ステージ制御部１０ｂは、画像取得部１０ｄからフィルタの交換指示を受け付けた場合、フィルタａ、フィルタｂ及びフィルタｃのうち交換指示に対応するフィルタを、ステージ１１及びカメラ１５の撮像面の間を結ぶ光路上にある所定位置へ移動させる。

撮像制御部１０ｃは、カメラ１５を制御する処理部である。

一実施形態として、撮像制御部１０ｃは、ステージ制御部１０ｂによってステージが移動される度に、フィルタ交換ステージ１３に移動されたフィルタを通して、樹脂２０とともに、樹脂２０と鉛直方向に重ならずに露出する基材２１の一部をカメラ１５に撮像させる。例えば、フィルタ交換ステージ１３がフィルタａ、フィルタｂ、フィルタｃの順にフィルタを所定位置へ回転させる場合、フィルタａを通して撮像された蛍光画像Ｉ_ａ（ｘ，ｙ）、フィルタｂを通して撮像された蛍光画像Ｉ_ｂ（ｘ，ｙ）、フィルタｃを通して撮像された蛍光画像Ｉ_ｃ（ｘ，ｙ）の順に撮像される。これらの各蛍光画像は、同一の被写体が撮像された画像ではあるが、フィルタａ、フィルタｂまたはフィルタｃが透過させる蛍光の波長成分が異なる点が相違する。なお、上記の「ｘ」及び「ｙ」は、各蛍光画像上の画素の位置を指し、例えば、Ｘ座標及びＹ座標によって表される。

画像取得部１０ｄは、画像を取得する処理部である。

一実施形態として、画像取得部１０ｄは、硬化度の算出要求を受け付けた場合、光学系を制御する光源制御部１０ａ、ステージ制御部１０ｂ及び撮像制御部１０ｃを制御して、蛍光画像Ｉ_ａ（ｘ，ｙ）、蛍光画像Ｉ_ｂ（ｘ，ｙ）及び蛍光画像Ｉ_ｃ（ｘ，ｙ）を取得する。

硬化度算出部１０ｅは、フィルタａ、フィルタｂ及びフィルタｃを通して撮像される蛍光画像を用いて、樹脂２０の硬化度を算出する処理部である。

ここで、例えば、硬化度Ｈは、下記の式（１）をよって算出することができる。なお、下記の式（１）では、フィルタｉを通して撮像される蛍光画像がＩ_ｉ（ｘ，ｙ）と表されることとする。

基材２１が蛍光を発生させない材質である場合、上記の式（１）を用いることによって蛍光画像Ｉ_ａ（ｘ，ｙ）及び蛍光画像Ｉ_ｂ（ｘ，ｙ）から樹脂２０の硬化度を精度よく算出することができる。ところが、基材２１が蛍光を発生させる材質である場合、必ずしも硬化度を精度よく算出できるとは限らない。なぜなら、蛍光画像Ｉ_ａ（ｘ，ｙ）及び蛍光画像Ｉ_ｂ（ｘ，ｙ）には、基材２１及び光学部品２２を接着する樹脂２０から発生する蛍光成分だけでなく、基材２１から発生する蛍光成分も含まれるからである。

このことから、基材２１からの蛍光成分を除去して硬化度を算出する硬化度算出方法も考えられる。例えば、蛍光画像のうち硬化度の算出に用いる蛍光強度が計測される領域が「計測領域」として設定されるとともに、蛍光画像のうち硬化度の算出時に基材２１からの蛍光強度として参照される領域が「参照領域」として設定される。

図２は、図１で示したＡ矢視による観測対象物の上面図の一例を示す図である。図２には、破線で示されたハンド３０によって光学部品２２が把持された状態が図示されている。図２に示す符号４０は、計測領域を指し、また、符号４１は、参照領域を指す。なお、図２には、図１に示した樹脂２０が斜線による塗りつぶしによって図示されている。

図２に示すように、計測領域４０には、基材２１及び光学部品２２を接着する樹脂２０が基材２１上に塗布される樹脂領域、すなわち図２に示す斜線部の領域もしくは樹脂領域の一部を設定できる。図２には、一例として、樹脂領域の一部が矩形として切り出された領域が計測領域に設定された場合が示されている。また、参照領域４１には、基材２１が樹脂２０、光学部品２２及びハンド３０によって隠れずに露出する基材露出領域もしくはその基材露出領域の一部を設定できる。かかる基材露出領域の一部を参照領域４１とする場合、図２に示した箇所に限らず、基材露出領域の任意の箇所を参照領域４１に設定できる。これら計測領域４０及び参照領域４１は、一例として、互いに同一の大きさに設定することができる。なお、図２には、計測領域４０及び参照領域４１が矩形である場合を例示したが、計測領域や参照領域には楕円や多角形などの他の形状が設定されることとしてもかまわない。

図３は、計測領域における蛍光強度の内訳の一例を示す図である。図３に示すように、計測領域４０で計測される蛍光Ｏｉは、算出の目標とする樹脂２０の蛍光Ｉｉと、基材２１の蛍光Ｒｉとが合わさったものとみなすことができる。さらに、参照領域４１で計測される蛍光強度Ｒｉと同じ強度の蛍光が計測領域４０で基材２１から発生すると仮定したとき、下記の式（２）に示すように、計測領域４０で計測される蛍光強度Ｏｉから参照領域４１で計測される蛍光強度Ｒｉを差し引くことによって樹脂２０の蛍光強度Ｉｉを算出することもできる。これに伴って、上記の式（１）に示した硬化度Ｈの算出式に下記の式（２）を代入することによって硬化度Ｈの算出式を下記の式（３）へ変形することができる。なお、下記の式（２）のＯｉは、フィルタｉを通して得られる蛍光画像の計測領域で計測される蛍光強度を指し、また、下記の式（２）のＲｉは、フィルタｉを通して得られる蛍光画像の参照領域で計測される蛍光強度を指す。

Ｉ_ｉ（ｘ，ｙ）＝Ｏ_ｉ（ｘ，ｙ）−Ｒ_ｉ（ｘ，ｙ）・・・（２）

上記の式（３）における硬化度の算出式によれば、一定の割合で基材２１からの蛍光強度を加味することができる。その一方で、製造現場では、組み立て中の光学部品２１や光学部品２１を把持するハンド３０等の機構の影響によって照明ムラが発生する。これに伴って、基材２１による蛍光成分にもムラが発生するので、計測領域４０及び参照領域４１の間で基材２１による蛍光強度が必ずしも同一であるとは限らない。したがって、この点も硬化度の算出精度を低下させる一因となり得る。

そこで、本実施例に係る硬化モニタリング方法では、フィルタａ及びフィルタｂに加え、樹脂２０の蛍光が観測されにくく、かつ基材２１の蛍光が観測される波長に対応する光を透過させるフィルタｃを蛍光画像の撮影に用いる。そして、硬化モニタリング方法では、フィルタｃを通して撮像された蛍光画像から、基材２１の蛍光に関する計測領域及び参照領域の強度比Ｔを算出する。その上で、硬化モニタリング方法では、上記の強度比Ｔを用いて、フィルタａ及びフィルタｂを通して撮像される蛍光画像で計測される参照領域４１の蛍光強度をより正しい値に近付けた上で硬化度Ｈを算出する。

具体的には、下記の式（４）にしたがってフィルタｃを通して撮像された蛍光画像上の参照領域４１の蛍光Ｒｃと、同蛍光画像上の計測領域４０の蛍光Ｏｃとから強度比Ｔを求める。かかるフィルタｃが透過させる光には、樹脂２０による蛍光が持つ波長帯とは異なるので、樹脂２０由来の蛍光は含まれず、参照領域４１の蛍光Ｒｃ及び計測領域４０の蛍光Ｏｃにも樹脂２０由来の蛍光は含まれない。このことから、強度比Ｔは、基材２１の蛍光に関する参照領域４１及び計測領域４０間の蛍光強度の比を意味すると言える。

ここで、照明ムラに起因する蛍光強度のムラは、波長に依存しないので、他のフィルタａまたはフィルタｂであっても、基材２１の蛍光に関する参照領域４１と計測領域４０の強度比は、フィルタｃの蛍光画像から算出される強度比Ｔと同定することができる。このことから、フィルタｉを通して撮像された蛍光画像上の計測領域４０の樹脂２０から発生する蛍光強度Ｉ_ｉは、計測領域４０で計測される蛍光強度Ｏｉ及び参照領域４１の蛍光強度Ｒｉと、強度比Ｔとを用いて、下記の式（５）で表すことができる。

Ｉ_ｉ（ｘ，ｙ）＝Ｏ_ｉ（ｘ，ｙ）−Ｒ_ｉ（ｘ，ｙ）×Ｔ・・・（５）

図４は、計測領域における蛍光強度の内訳の一例を示す図である。図４に示すように、計測領域４０で計測される蛍光Ｏｉは、図３の説明と同様、算出の目標とする樹脂２０の蛍光Ｉｉと、基材２１の蛍光Ｒｉとが合わさったものとみなすことができる。ここで、照明ムラは、撮影に用いるフィルタの波長特性に関わらず等しいことから、フィルタｉの蛍光画像上の計測領域４０における基材２１の蛍光強度は、同蛍光画像上の参照領域４１における蛍光強度と、強度比Ｔとによって表すことができる。このように計測領域４０における基材２１の蛍光強度が既知となれば、計測領域４０における蛍光強度Ｏｉから、計測領域４０における基材２１の蛍光強度Ｒｉ＊Ｔを差し引くことによって計測領域４０における樹脂２０のＲｉを上記の式（５）の通り表すことができる。

かかる上記の式（５）を上記の式（１）に代入することによって、下記の式（６）を硬化度Ｈの算出式として導出することができる。かかる式（６）における硬化度Ｈの算出式によれば、照明ムラに起因する基材２１の蛍光ムラが起きた場合にも硬化度の算出精度の低下を抑制することができる。

ここで、フィルタａ、フィルタｂ及びフィルタｃの透過波長帯の選定例について説明する。

例えば、フィルタａ及びフィルタｂには、一例として、樹脂２０が硬化するにつれて蛍光画像から算出される硬化度Ｈが単調に増加する波長の組合せを中心波長に選定できる。さらに好ましくは、フィルタａ及びフィルタｂには、樹脂２０が硬化するにつれて蛍光画像から算出される硬化度Ｈが変化する度合いが大きい波長の組合せを選定するのが好ましい。一方、フィルタｃには、一例として、樹脂２０が発する蛍光が持つ波長域から外れ、かつ基材２１の蛍光ができるだけ大きい波長帯の中から中心波長を選定するのが好ましい。なお、上記の各フィルタには、上記の条件を満たす限り、互いの透過波長帯が重ならない範囲で任意の帯域幅を設定できる。

図５は、蛍光の波長特性の一例を示す図である。図５に示すグラフの縦軸は、蛍光強度を指し、横軸は、波長を指す。図５に示す符号５０は、樹脂２０が硬化する初期に発生する蛍光の波長分布を指し、符号５１は、樹脂２０が硬化する後期に発生する蛍光の波長分布を指し、符号５２は、基材２１から発生する蛍光の波長分布を指す。

例えば、図５の例で言えば、フィルタａが透過させる光の中心波長が４５０ｎｍ付近に設定されるとともに、フィルタｂが透過させる光の中心波長が４７０ｎｍ付近に設定されている。このように、フィルタａ及びフィルタｂの中心波長には、樹脂２０による蛍光強度が基材による蛍光強度よりも大きい波長帯の中で、互いのフィルタを通して得られる蛍光画像から算出される硬化度Ｈが単調増加する波長が中心波長に選定される。

一方、フィルタｃが透過させる光の中心波長が７００ｎｍ付近に設定される。このように、硬化の前後で放射される樹脂２０の蛍光が持つ波長分布と重ならない波長帯をフィルタｃの透過波長帯に選定することによって樹脂２０に由来しない蛍光成分だけが映った画像を得ることができる。このとき、基材２１の蛍光強度が可及的に大きい波長がフィルタｃの中心波長に選定されることが好ましい。なお、図２には、樹脂２０の蛍光強度が観測されない波長帯からフィルタｃの中心波長が選定される場合を例示したが、樹脂２０の蛍光強度が無視できるほど小さい波長、例えば樹脂２０の蛍光強度が所定の閾値以下である波長を選定することとしてもかまわない。

なお、当然のことながら、図４に示した蛍光の波長特性はあくまで一例であり、樹脂２０や基材２１の蛍光の波長特性は基材の種類、樹脂の種類や励起光の波長によって変化する。このため、光学部品や基材の種類、樹脂の種類及び励起光の波長によって変わる樹脂２０や基材２１の蛍光の波長特性に合わせて各フィルタの透過波長帯を選定できることは言うまでもない。

［処理の流れ］
続いて、本実施例に係る硬化モニタリング装置１の処理の流れについて説明する。なお、ここでは、硬化モニタリング装置１が実行する（１）硬化モニタリング処理を説明した後に、硬化モニタリング処理に含まれるサブフローの一例として（２）硬化度算出処理を説明することとする。

（１）硬化モニタリング処理
図６は、実施例１に係る硬化モニタリング処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、一例として、硬化度の算出要求、もしくはそれに類するリクエスト、例えばモニタリング要求を受け付けた場合に起動することができる。この他、ステージ１１上に物体が載置されたことが検出された場合などのように、ユーザによる指示操作以外を契機に処理を起動することもできる。

図６に示すように、光源制御部１０ａは、光源１２をＯＮ状態に制御する（ステップＳ１０１）。これによって、光源１２が発する紫外線等の励起光が観察対象物へ照射される結果、観察対象物から放射された蛍光がカメラ１５の撮像素子へ結像することになる。

続いて、ステージ制御部１０ｂは、フィルタ交換ステージ１３を回転させることによってフィルタａをステージ１１及びカメラ１５の撮像面の間を結ぶ光路上にある所定位置へ移動させる（ステップＳ１０２）。そして、画像取得部１０ｄは、ステップＳ１０２で所定位置へ移動されたフィルタａを通して撮像制御部１０ｃが観察対象物をカメラ１５に撮像させた蛍光画像Ｉ_ａ（ｘ，ｙ）を取得する（ステップＳ１０３）。

また、ステージ制御部１０ｂは、フィルタ交換ステージ１３を回転させることによってフィルタｂをステージ１１及びカメラ１５の撮像面の間を結ぶ光路上にある所定位置へ移動させる（ステップＳ１０４）。そして、画像取得部１０ｄは、ステップＳ１０４で所定位置へ移動されたフィルタｂを通して撮像制御部１０ｃが観察対象物をカメラ１５に撮像させた蛍光画像Ｉ_ｂ（ｘ，ｙ）を取得する（ステップＳ１０５）。

さらに、ステージ制御部１０ｂは、フィルタ交換ステージ１３を回転させることによってフィルタｃをステージ１１及びカメラ１５の撮像面の間を結ぶ光路上にある所定位置へ移動させる（ステップＳ１０６）。そして、画像取得部１０ｄは、ステップＳ１０６で所定位置へ移動されたフィルタｃを通して撮像制御部１０ｃが観察対象物をカメラ１５に撮像させた蛍光画像Ｉ_ｃ（ｘ，ｙ）を取得する（ステップＳ１０７）。

そして、硬化度算出部１０ｅは、ステップＳ１０３、ステップＳ１０５及びステップＳ１０７で撮像された蛍光画像を用いて樹脂２０の硬化度を算出する硬化度算出処理を実行する（ステップＳ１０８）。

その後、ステップＳ１０８で実行された硬化算出処理で樹脂２０が硬化未了と判定された場合（ステップＳ１０９Ｎｏ）、硬化モニタリング装置１は、上記のステップＳ１０２の処理に戻り、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０８までの処理を繰返し実行する。

一方、ステップＳ１０８で実行された硬化算出処理で樹脂２０が硬化終了と判定された場合（ステップＳ１０９Ｙｅｓ）、そのまま処理を終了する。

なお、図６に示したフローチャートでは、フィルタａの蛍光画像、フィルタｂの蛍光画像、フィルタｃの蛍光画像の順に画像が撮像される場合を例示したが、各蛍光画像が並行して撮像されることとしてもかまわない。

（２）硬化度算出処理
図７は、実施例１に係る硬化モニタリング処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、図６に示したステップＳ１０８に対応する処理であり、フィルタａ、フィルタｂ及びフィルタｃを通して撮像された蛍光画像が取得された場合に起動する。

図７に示すように、硬化度算出部１０ｅは、ステップＳ１０７で取得されたフィルタｃの蛍光画像から当該蛍光画像上の計測領域４０の蛍光強度および当該蛍光画像上の参照領域４１の蛍光強度を算出する（ステップＳ３０１）。

例えば、蛍光画像上の計測領域４０に含まれる各画素が持つ蛍光強度に所定の統計処理を実行することによって計測領域４０の蛍光強度の代表値を算出できる。かかる統計処理の一例として、各種の平均、例えば相加平均、加重平均を実行することとしてもよいし、中央値や最頻値を算出することとしてもかまわない。なお、参照領域４１の蛍光強度についても、計測領域４０の蛍光強度と同様にして算出できる。

続いて、硬化度算出部１０ｅは、基材２１の蛍光に関する計測領域及び参照領域の強度比を算出する（ステップＳ３０２）。例えば、硬化度算出部１０ｅは、上記の式（４）にしたがってステップＳ３０１で求めた計測領域４０の蛍光強度Ｏｃを参照領域４１の蛍光強度Ｒｃで除算することによって強度比Ｔを算出する。

そして、硬化度算出部１０ｅは、フィルタａ及びフィルタｂの蛍光画像ごとに計測領域４０の画素及び参照領域４１の画素を走査する（ステップＳ３０３）。すなわち、硬化度算出部１０ｅは、フィルタａ及びフィルタｂの蛍光画像ごとに計測領域４０及び参照領域４１の各々で左上の画素のＸ座標及びＹ座標を原点（０，０）とし、当該原点から順に走査線にしたがって画素が持つ蛍光強度を取得するラスタースキャン等のスキャニングを実行する。例えば、走査の目標とする計測領域４０及び参照領域４１の画素が（ｘ，ｙ）であるとしたとき、フィルタａの計測領域４０ａの画素が持つ蛍光強度Ｏ_ａ（ｘ，ｙ）及び参照領域４１ａの画素が持つ蛍光強度Ｒ_ａ（ｘ，ｙ）と、フィルタｂの計測領域４０ｂの画素が持つ蛍光強度Ｏ_ｂ（ｘ，ｙ）及び参照領域４１ｂの画素が持つ蛍光強度Ｒ_ｂ（ｘ，ｙ）とが取得される。

その上で、硬化度算出部１０ｅは、ステップＳ３０１で求めた強度比と、ステップＳ３０３の走査でフィルタａ及びフィルタｂの蛍光画像ごとに得た計測領域４０の画素が持つ蛍光強度及び参照領域４１の画素が持つ蛍光強度とから硬化度を算出する（ステップＳ３０４）。すなわち、硬化度算出部１０ｅは、フィルタａの計測領域４０ａの画素が持つ蛍光強度Ｏ_ａ（ｘ，ｙ）及び参照領域４１ａの画素が持つ蛍光強度Ｒ_ａ（ｘ，ｙ）と、フィルタｂの計測領域４０ｂの画素が持つ蛍光強度Ｏ_ｂ（ｘ，ｙ）及び参照領域４１ｂの画素が持つ蛍光強度Ｒ_ｂ（ｘ，ｙ）と共に、強度比Ｔを上記の式（６）に代入して計算する。これによって、走査中の画素（ｘ，ｙ）に関する硬化度Ｈ（ｘ，ｙ）を得ることができる。

続いて、硬化度算出部１０ｅは、ステップＳ３０４で算出された硬化度Ｈ（ｘ，ｙ）が所定の閾値Ｔｈ１以上、すなわち硬化度Ｈ（ｘ，ｙ）≧閾値Ｔｈ１であるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。かかる閾値Ｔｈ１は、当該画素（ｘ，ｙ）の硬化が終了したか否かを判定するのに用いるパラメータである。例えば、モニタリングの対象とする樹脂２０、機材２１及び光学部品２２の種類ごとに、樹脂２０の硬化の前期及び後期でフィルタａ及びフィルタｂの透過波長帯に対応する蛍光強度がとる値に応じて設定される。なお、上記の閾値Ｔｈ１は、硬化モニタリングプログラムの開発者が設定するものを用いることもできるし、製造現場の作業者が任意に変更することもできる。

このとき、硬化度Ｈ（ｘ，ｙ）≧閾値Ｔｈ１である場合（ステップＳ３０５Ｙｅｓ）、硬化度算出部１０ｅは、硬化度Ｈが閾値Ｔｈ１以上であると判定された画素数Ｓ_１を保存するレジスタ等のカウンタをインクリメントする更新を実行する（ステップＳ３０６）。なお、硬化度Ｈ（ｘ，ｙ）＜閾値Ｔｈ１である場合（ステップＳ３０５Ｎｏ）、上記の更新は実行されず、そのままステップＳ３０７へ移行する。

その後、計測領域４０及び参照領域４１が持つ全ての画素が走査されるまで（ステップＳ３０７Ｎｏ）、硬化度算出部１０ｅは、上記のステップＳ３０３〜ステップＳ３０６までの処理を繰返し実行する。

そして、計測領域４０及び参照領域４１が持つ全ての画素が走査された場合（ステップＳ３０７Ｙｅｓ）、硬化度算出部１０ｅは、次のような処理を実行する。すなわち、硬化度算出部１０ｅは、計測領域４０及び参照領域４１が持つ画素の総数Ｓ_０に対する上記の画素数Ｓ_１の割合Ｓ_ｅを算出する（ステップＳ３０８）。

その上で、硬化度算出部１０ｅは、ステップＳ３０８で算出された割合Ｓ_ｅが所定の閾値Ｔｈ２以上であるか否か、すなわち割合Ｓ_ｅ≧閾値Ｔｈ２であるか否かを判定する（ステップＳ３０９）。かかる閾値Ｔｈ２は、樹脂２０全体の硬化が終了したか否かを判定するのに用いるパラメータである。例えば、樹脂２０が接着剤として用いられる場合には、基材２１及び光学部品２２が剥離する危険性が低いとみなすことができる程度の値が設定される。また、樹脂２０がコーディング剤として用いられる場合には、少なくとも表面の硬化が終了しているとみなすことができる程度の値を設定するのが好ましい。

ここで、割合Ｓ_ｅ≧閾値Ｔｈ２である場合には（ステップＳ３０９Ｙｅｓ）、硬化度算出部１０３は、樹脂２０の硬化が終了していると判定する（ステップＳ３１０）。一方、割合Ｓ_ｅ＜閾値Ｔｈ２である場合には（ステップＳ３０９Ｎｏ）、硬化度算出部１０３は、樹脂２０の硬化が未了であると判定する（ステップＳ３１１）。

このように、ステップＳ３１０またはステップＳ３１１の終了後に、図６に示したステップＳ１０９の処理へ移行する。

なお、図７に示したフローチャートでは、各画素の硬化度Ｈを走査順に算出する場合を例示したが、硬化度Ｈの算出は並行して実行することもできる。また、図７に示したフローチャートでは、硬化度Ｈを画素ごとに算出する場合を例示したが、計測領域全体の硬化度Ｈを算出し、その硬化度Ｈが閾値以上であるか否かによって樹脂２０の硬化終了または未了を判定することもできる。この場合、フィルタａ及びフィルタｂの蛍光画像ごとに計測領域が持つ各画素の蛍光強度の代表値および参照領域が持つ各画素の蛍光強度の代表値を算出することとすればよい。

［効果の一側面］
上述してきたように、本実施例に係る硬化モニタリング装置１は、樹脂２０の蛍光に関する特定波長間の比を求めるフィルタａ及びフィルタｂに加え、樹脂２０の蛍光が観測されにくく、かつ基材２１の蛍光が観測される波長に対応する光を透過させるフィルタｃを蛍光画像の撮影に用いる。それ故、本実施例に係る硬化モニタリング装置１は、フィルタｃを通して撮像された蛍光画像から基材２１の蛍光に関する計測領域４０及び参照領域４１の強度比Ｔを算出し、かかる強度比を用いて、フィルタａ及びフィルタｂを通して撮像される蛍光画像で計測される参照領域４１の蛍光強度をより正しい値に近付けた上で硬化度Ｈを算出できる。

したがって、本実施例に係る硬化モニタリング装置１によれば、例えば、樹脂２０とともに、樹脂２０が当接する基材２１が光の照射を受けて蛍光を放射する場合、ひいては基材２１による蛍光成分に照明ムラが発生する場合でも、樹脂の硬化度の算出精度が低下するのを抑制できる。

さて、これまで開示の装置に関する実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下では、本発明に含まれる他の実施例を説明する。

［フィルタ交換ステージ１３の代替手段］
上記の実施例１では、フィルタａ、フィルタｂ及びフィルタｃを交換する機構を設けることによって３つの波長域の蛍光画像を撮像する場合を例示したが、カラーカメラ全面のフィルタを３つの波長域に合わせるように蛍光画像を撮像するようにしてもかまわない。

上記の実施例１では、３つの波長域の蛍光画像を取得するために、光学フィルタを用いる場合を例示したが、必ずしも光学系に光学フィルタを設けずともかまわない。この場合、例えば、３つの蛍光画像を得るために、２次元の空間情報とスペクトル情報とを取得できるハイパースペクトルカメラを用いることもできる。

［カメラ１５の設置例］
上記の実施例１では、カメラが１台である場合を例示したが、複数台のカメラを設けることとしてもよい。例えば、カメラを観察波長域の数に合わせてもうけ、光路をその数だけビームスプリッタなどで分岐して、各波長域の蛍光画像をそれぞれのカメラで取得することとしてもかまわない。

［蛍光画像の枚数］
上記の実施例１では、３つの蛍光画像を取得する場合を例示したが、４つ以上の蛍光画像を取得することとしてもかまわない。この場合にも、樹脂２０が硬化するにつれて蛍光画像から算出される硬化度Ｈが単調に増加する３つ以上の波長の組合せを中心波長に選定すればよい。

［分散および統合］
また、図示した各装置の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されておらずともよい。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、光源制御部１０ａ、ステージ制御部１０ｂ、撮像制御部１０ｃ、画像取得部１０ｄ及び硬化度算出部１０ｅのうち一部の処理部、例えば画像取得部１０ｄ及び硬化度算出部１０ｅを硬化モニタリング装置１の外部装置としてネットワーク経由で接続するようにしてもよい。

１硬化モニタリング装置
１０制御部
１０ａ光源制御部
１０ｂステージ制御部
１０ｃ撮像制御部
１０ｄ画像取得部
１０ｅ硬化度算出部
１１ステージ
１２光源
１３フィルタ交換ステージ
１４結像レンズ
１５カメラ
２０樹脂
２１基材
２２光学部品

Claims

樹脂及び前記樹脂に当接する基材を含む観察対象物に励起光を照射する光源と、
前記観察対象物を撮像するカメラと、
前記観察対象物及び前記カメラの光路上で、前記励起光の照射によって前記樹脂が発する蛍光の波長域に含まれる光であって互いに異なる波長帯の光を透過させる第１のフィルタ及び第２のフィルタと、
前記観察対象物及び前記カメラの光路上で、前記樹脂が発する蛍光の波長域から外れ、かつ前記励起光の照射によって前記基材が発する波長域に含まれる波長帯の光を透過させる第３のフィルタと
を有することを特徴とする硬化モニタリング装置。
前記第３のフィルタを通して前記カメラに撮像された画像のうち前記樹脂または前記樹脂の一部に設定される第１の領域で計測される蛍光強度と、前記画像のうち前記樹脂と当接せずに露出する領域または前記領域の一部に設定される第２の領域で計測される蛍光強度との強度比を用いて、前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタを通して前記カメラに撮像された画像ごとに第１の領域及び第２の領域で計測される蛍光強度から前記樹脂の硬化度を算出する硬化度算出部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の硬化モニタリング装置。
コンピュータが、
樹脂及び前記樹脂に当接する基材を含む観察対象物に励起光が照射されることによって発せられた蛍光が撮像された画像から、前記樹脂が発する蛍光の波長域に含まれる光であって互いに異なる第１の波長帯及び第２の波長帯の各々に対応する蛍光強度と、前記樹脂が発する蛍光の波長域から外れ、かつ前記基材が発する波長域に含まれる第３波長帯に対応する蛍光強度とを取得し、
前記画像のうち前記樹脂または前記樹脂の一部に設定される第１の領域が持つ第３の波長帯の蛍光強度と、前記画像のうち前記樹脂と当接せずに露出する領域または前記領域の一部に設定される第２の領域が持つ第３の波長帯の蛍光強度との強度比を用いて、前記第１の領域が持つ第１の波長帯の蛍光強度及び第２の波長帯の蛍光強度と、前記第２の領域が持つ第１の波長帯の蛍光強度及び第２の波長帯の蛍光強度とから、前記樹脂の硬化度を算出する
処理を実行することを特徴とする硬化モニタリング方法。