JP3646164B2 - 蛍光画像計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蛍光発光状態の計測装置に関し、特にレーザ励起により発光する海洋表面の浮遊物からの蛍光計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
海洋表面の流出油の位置情報あるいは成分情報を飛翔体に搭載したいわゆる蛍光ライダーにより計測しようとする試みが１９７０年代から継続されてきた（R.M.Measures,Laser Remote Sensing fundamentals and Applications, John Wileys and sons, p424）。
【０００３】
これはたとえば航空機から海洋表面にレーザを照射し、浮遊している流出油を励起し、当該流出油固有の蛍光を発光させ、これを光電子増倍管で検出して発光分布を計測することにより流出油の漂流ルートや、その速度などの位置情報を取得し、また蛍光の波長を把握することにより油の成分情報を取得しようとするものである。
【０００４】
蛍光の波長特性の計測においては、蛍光を望遠鏡で受光し、光電子増倍管に導く光路に各種フィルターを順次挿入して検出電気信号の変化を計測する。挿入したフィルターの透過波長域に対する検出信号の変化が蛍光の波長特性を示すことになる。これにより回収作業を有効に実施したり、また回収作業の完成度評価を行ったり、流出油の時間的変質を探ろうとするものである。
【０００５】
同様に蛍光ライダーを使い、海洋表面および海中のプランクトン固有の蛍光計測からその濃度および種類の特定を行う試みも提案されている（特開平４−６９５４６号公報）。地球上に放出された２酸化炭素を炭素同化作用により吸収する植物プランクトンは、地球の２酸化炭素の低減に大きな寄与をしているといわれ、その濃度分布の把握は地球温暖化対策として重要だからである。
【０００６】
しかしながら、これら蛍光ライダー装置はレーザを照射した海洋表面１点の蛍光を光電子増倍管で検出するわけだから当該１点の対象物の特性しか得られない。したがって海洋に広がった流出油の２次元的分布を求めるには、レーザを２次元的にスキャン照射して計算機により２次元画像化することが必要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上に掲げた用途、目的は、いずれも地球環境保護のため重要な課題であるが、いまだに実用段階にいたっていない一因は、上述の計測が光電子増倍管を用いた本質的には１点の情報から始まるものであり、実用価値の高い２次元情報を得るまでのプロセスが複雑なものとなるからである。
【０００８】
すなわち、飛翔体からの不規則となりがちなレーザの２次元スキャンと、これによる蛍光の受光信号を飛翔体姿勢の補正を加えながら２次元情報を構築するには、多段階のプロセスが必要であり、リアルタイム計測にはなりがたい。
【０００９】
流出油を目の前にして、その回収策を最適なものにするためには、流出油の動向を２次元情報としてリアルタイムで把握することが望ましい。たしかに蛍光強度は照射レーザ光強度に依存するため、レーザ光を細く保ちつつ対象に照射し、高感度光電子増倍管によりやっと微弱蛍光信号を得ることが可能となるような条件では上述の１点計測が基本とならざるを得ない。
【００１０】
しかし、最近の飛翔体搭載用レーザ出力の向上、イメージインテンシファイア、ＣＣＤカメラなど撮像装置の感度向上により、レーザ光を拡大照射し、照射面に関して２次元に広がる蛍光をリアルタイムで計測することも可能となってきた（特願平２０００−２４３４０３号公報）。
【００１１】
しかしこの場合、イメージインテンシファイアは非常に感度の高い撮像装置であるため、パルスレーザにより励起されたパルス的な蛍光発光にあわせて露光させ、その他の期間には露光しないことが重要である。なぜなら、蛍光発光期間以外の露光は背景光により、折角受光した微弱な蛍光信号を劣化させてしまうからである。
【００１２】
流出油の蛍光発光期間は数１００ｎｓ（１ｎｓは１０- 9秒）である。この期間に合わせて露光するには、飛翔体搭載の場合、その高度、姿勢によって変化するレーザの出射から蛍光発光開始が検出できるまでの時間、および撮像装置のイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラに露光を開始するよう指示を与えてから実際露光が開始するまでの遅延時間を考慮した制御を行うことが必要になる。
【００１３】
また、パルスレーザの一般的性質として、レーザ光の出射時間は数ｎｓから数１０ｎｓのジッターがあることも知られており、これも考慮する必要がある。これら考慮を行わない場合、蛍光が撮像装置のイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラに到達していないのに露光を開始してしまったり、蛍光が到達しているのだから露光を開始すべきであるのに、それを怠ったりすることになろう。
【００１４】
従って本発明の解決しようとする課題は、撮像装置のイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの露光のタイミングを、レーザのジッターや飛翔体から対象物までの距離およびイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラ固有の遅延時間を勘案して制御することにより露光条件を最適化させ良好な蛍光画像を得る装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１記載の発明は、パルスレーザ光源と出射光学系からなるレーザ光照射手段と、受光光学系と光検出器とイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラとからなる受光手段と、画像記録装置と、前記光検出器からの信号により演算して前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの撮像タイミング信号および前記画像記録装置の画像記録タイミング信号を供給する制御装置とを具備し、前記レーザ光照射手段により出射した第１レーザパルス光の被測定物での散乱光を前記光検出器により検出し、その往復時間から算出した被測定物までの距離および検出レベルを前記制御装置に表示すると共に、前記往復時間、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの露光に関する遅延時間および前記画像記録装置の遅延時間などをもとに演算することにより、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラへの撮像タイミング信号および前記画像記録装置への画像記録タイミング信号を供給して第２レーザパルス光による蛍光画像を記録し、以降の各レーザパルス光についても同様に演算を行い、且つ次のレーザパルスによる蛍光画像を撮像し、記録することを繰り返すものであって、前記イメージインテンシファイアに対しては、各レーザスタートパルスを起算点とし、その起算点から（レーザパルス出射までの時間 ＋ 前記往復時間 − イメージインテンシファイアの遅延時間を考慮した設定時間）の後に露光を開始し、被測定物の蛍光発光時間を考慮した設定時間のあと露光が終了するよう制御し、前記ＣＣＤカメラに対しては、レーザスタートパルスから、レーザスタートパルスからＣＣＤカメラの遅延時間のあと露光を開始し、ある設定時間のあと露光が終了するよう制御すると共に、前記画像記録装置に対してはレーザスタートパルスのあとＣＣＤカメラの画像出力同期信号出力前に記録可能の待機状態となるよう制御し、且つ前記パルスレーザ光源のレーザスタートパルスからＱスイッチを開くまでの時間変動を１０ｎｓ以下に制御したことを特徴とする蛍光画像計測装置である。
【００１６】
また、請求項２記載の発明は、パルスレーザ光源と出射光学系からなるレーザ光照射手段と、受光光学系と光検出器とイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラとからなる受光手段と、画像記録装置と、前記光検出器からの信号により演算して前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの撮像タイミング信号および前記画像記録装置の画像記録タイミング信号を供給する制御装置とを具備し、前記レーザ光照射手段により出射した第１レーザパルス光の被測定物での散乱光を前記光検出器により検出し、その往復時間から算出した被測定物までの距離および検出レベルを前記制御装置に表示すると共に、前記往復時間、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの露光に関する遅延時間および前記画像記録装置の遅延時間などをもとに演算することにより、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラへの撮像タイミング信号および前記画像記録装置への画像記録タイミング信号を供給して第２レーザパルス光による蛍光画像を記録し、以降の各レーザパルス光についても同様に演算を行い、且つ次のレーザパルスによる蛍光画像を撮像し、記録することを繰り返すものであって、前記イメージインテンシファイアに対しては、レーザ出射過程のＱスイッチパルスを起算点とし、その起算点から（レーザパルス出射までの時間 ＋ 前記往復時間 − イメージインテンシファイアの遅延時間を考慮した設定時間）の後に露光を開始し、被測定物の蛍光発光時間を考慮した設定時間のあと露光が終了するよう制御し、前記ＣＣＤカメラに対しては、レーザスタートパルスからＣＣＤカメラの遅延時間のあと露光が開始し、ある設定時間のあと露光が終了するよう制御すると共に、前記画像記録装置に対してはレーザスタートパルスのあとＣＣＤカメラの画像出力同期信号出力前に記録可能の待機状態となるよう制御することを特徴とする蛍光画像計測装置である。
【００１７】
また、請求項３記載の発明は、パルスレーザ光源と出射光学系からなるレーザ光照射手段と、受光光学系と光検出器とイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラとからなる受光手段と、画像記録装置と、前記光検出器からの信号により演算して前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの撮像タイミング信号および前記画像記録装置の画像記録タイミング信号を供給する制御装置とを具備し、前記レーザ光照射手段により出射した第１レーザパルス光の被測定物での散乱光を前記光検出器により検出し、その往復時間から算出した被測定物までの距離および検出レベルを前記制御装置に表示すると共に、前記往復時間、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの露光に関する遅延時間および前記画像記録装置の遅延時間などをもとに演算することにより、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラへの撮像タイミング信号および前記画像記録装置への画像記録タイミング信号を供給して第２レーザパルス光による蛍光画像を記録し、以降の各レーザパルス光についても同様に演算を行い、且つ次のレーザパルスによる蛍光画像を撮像し、記録することを繰り返すものであって、前記イメージインテンシファイアに対しては、レーザスタートパルスとＱスイッチパルスとの間の時間領域にトリガーパルス起算点を設定し、その起算点から（レーザパルス出射までの時間 ＋ 前記往復時間 − イメージインテンシファイアの遅延時間を考慮した設定時間）の後に露光を開始し、被測定物の蛍光発光時間を考慮した設定時間のあと露光が終了するよう制御し、前記ＣＣＤカメラに対しては、起算点からの遅延時間のあと露光を開始し、ある設定時間のあと露光が終了するよう制御し、前記画像記録装置に対しては、起算点からＣＣＤカメラの画像出力同期信号出力前に記録可能の待機状態となるよう制御することを特徴とする蛍光画像計測装置である。
【００１８】
また、請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発明であって、パルスレーザ光源の出力が複数の波長を含み、光検出器により散乱光の往復時間を計測するにあたり、被測定物の蛍光励起用波長とは異なるレーザ波長を用いたことを特徴とする蛍光計測装置である。
【００１９】
上記構成の蛍光画像計測装置を飛翔体に搭載すれば、レーザを出射してから蛍光発光開始が検出できるまでの時間、および撮像装置のイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラに露光開始指示を与えてから実際露光が開始するまでの遅延時間の両者を勘案して露光制御を行うことができ、背景光の影響を低減した良好な蛍光画像を得るこことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、ヘリコプターとして示された飛翔体１に搭載された本発明による蛍光画像計測装置の実施例を示すものであり、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波(波長３５５ｎｍ)のようなレーザ発振器２からパルス幅１０ｎｓ程度の第１の短パルス出力３を出射光学系４を経由して飛翔体１から海洋表面５に照射する。
【００２１】
この短パルス出力３の一部は海洋表面での泡や浮遊物６などにより散乱され、散乱光７として飛翔体１から観測される。短パルス出力３の他の一部が浮遊物固有の蛍光８を発光させた場合、これも飛翔体１から観測される。
【００２２】
これら散乱光７および蛍光８は、受光光学系９を経由して受光手段に導入されビームスプリッタ１０で分割されその一部は光検出器１１に、残りはイメージインテンシファイア１２に入射する。
【００２３】
光検出器１１は、使用するレーザ波長に合わせて選択され、紫外光、可視光に対しては光電子増倍管、赤外光に対してはガリウム砒素ホトダイオードなど固体素子が用いられる。
【００２４】
レーザ出射までの過程は、レーザコントローラ１３により、例えば図２のタイミングダイアグラムに示すように制御される。すなわちレーザコントローラ１３が提供する同期信号として数値例を示すと、レーザスタートパルス１４のＴＳ＝５０μｓの後にレーザ結晶を励起するランプをフラッシュするパルス１５が供給されてランプが点灯し、ＴＦ＝１９０μｓの後にレーザ結晶の励起状態を開放させるパルス１６（Ｑスイッチパルス）が供給され、そのＴＱ＝８０ｎｓ後にレーザ発振が得られ、パルス幅１０ｎｓ程度の短パルスレーザが出射される。
【００２５】
図２の１４、１５、１６の各パルスはレーザコントローラ１３から供給されるが、出射レーザパルスは、例えばレーザ発振器の出射口近傍に光ファイバー１７を配置し第２の光検出器１８に導き電気信号に変換することにより出射レーザパルス１９が得られことになる。
【００２６】
図１の散乱光７は受光光学系９、ビームスプリッタ１０を経由して、レーザ波長を選択的に透過させるフィルター２０を透過し、光検出器１１に到達し電気信号に変換され、図２に示すようにパルス幅１０ｎｓの照射レーザの戻り光パルス２１が検出される。
【００２７】
出射パルス１９と戻り光パルス２１の時間間隔Ｔ（レーザ光の往復時間）は、飛翔体１とレーザ照射された浮遊物６までの距離ＬによりＴ＝２Ｌ／Ｃとなるはずである（Ｃは光速）。例えば、Ｌ＝３０ｍならＴ＝２００ｎｓ、Ｌ＝３００ｍ ならＴ＝２μｓ、Ｌ＝３０００ｍならＴ＝２０μｓである。
【００２８】
さて浮遊物６がたとえば流出油とすると、固有の青緑色の蛍光８は数１００ｎｓの蛍光寿命をもつ光パルスとして、上述のように受光光学系９を経由して蛍光発光帯域を選択的に透過させるフィルター２２を経てイメージインテンシファイア１２に到達する。
【００２９】
ここで背景光の影響を低減させ鮮明な蛍光画像を得るには、蛍光発光帯域に合わせた透過帯域を持つフィルター２２を用いるとともに、この蛍光パルスのパルス幅に合わせて撮像装置を露光することが有効である。微弱で、短パルスの蛍光パルスを撮像するためには、高速露光操作が可能な画像増強装置のイメージインテンシファイア１２により画像輝度を高めこれをＣＣＤカメラ２３で蛍光画像情報として撮像する。撮像された蛍光画像情報は、画像記録装置２４に送られて記録される。
【００３０】
これら撮像装置において、トリガーパルスにより合図を受けてから実際に動作が始まるまで遅延があり、イメージインテンシファイア１２の露光開始までの遅延時間ＴＩ＝５５ｎｓ、ＣＣＤカメラ２３の撮像開始までＴＣ＝２μｓ等の例が知られている。
【００３１】
本発明は、レーザ光出射過程での各種タイミング、飛翔体の高度と姿勢により刻々変化する時間間隔ＴＬｉ（ｉはレーザパル出射番号）、そして撮像装置の各種遅延時間などの、諸変動要素を制御装置２５において勘案し演算を行い撮像装置のイメージインテンシファイア１２とＣＣＤカメラ２３を制御することにより、微弱で数１００ｎｓしか存在しない蛍光パルスを良好な画像品質で獲得しようとするものである。
【００３２】
レーザ出射から時間Ｔの後、すなわち戻り光パルス２１検出と同時に蛍光パルスのもたらす蛍光画像計測のためイメージインテンシファイア１２の露光を開始したいが、これではイメージインテンシファイア１２の遅延時間ＴＩの分だけ露光が遅れる。従って第１のレーザ照射パルス１９に関しては，その戻り光パルス２１の検出により時間間隔ＴＬ１を計測しこれを保存し、これより被測定物までの距離を算出して制御装置２５に表示する。次に例えばパルス周波数が１０Ｈｚとして１００ｍｓ後に出射される第２パルスのもたらす蛍光画像計測において，このＴＬ１と遅延時間ＴＩから算出したイメージインテンシファイア１２に対するトリガーパルスの最適タイミングを供給する。
【００３３】
すなわち、図２の各パルスのタイミングを参照し、前述のレーザコントローラ１３における数値例を用いると、第２パルスの出射に関するレーザスタートパルス２６からｔ時間後に
つまり、例えばＬ＝３００ｍの場合ＴＬ１＝２μｓ、ＴＩ＝５５ｎｓなら２４２.０２５μｓ後にイメージインテンシファイア１２へのトリガーパルス２７を供給し、露光を開始させ、蛍光発光時間に相当する数１００ｎｓの露光を行わせる。なお、第２パルスについて計測された時間間隔ＴＬ２は、飛翔体の移動によってＴＬ１と異なる値として保存し、１００ｍｓ後の第３パルスについての蛍光画像計測に適用する。
【００３４】
このようにしてイメージインテンシファイア１２には、第２パルス照射による微弱な蛍光画像が最適なタイミング露光により輝度増強された鮮明な画像として蓄積される。そして第２レーザパルスの出射に関するレーザスタートパルス２６と同時に、ＣＣＤカメラ２３を例えば１／６０秒＝１６．６７ｍｓ露光させるようトリガーパルス２８を供給すれば、ＣＣＤカメラ２３は遅延時間ＴＣの後に見かけ上の露光を開始するが、実際はイメージインテンシファイア１２が開いているトリガーパルス２７に相当する露光時間２８'にかぎり上記鮮明画像を蓄積する。ＣＣＤカメラ２３は次の１／３０秒間で画像信号２９、３０として送り出す。この画像信号を記録するには、この画像信号放出に先立って画像記録装置２４を待機させておくことが必要である。したがってレーザスタートパルス２６から例えば１０ｍｓ後に画像記録装置２４にトリガーパルス３１を供給すれば、その約７ｍｓ後から始まるＣＣＤカメラ２３からの画像信号を記録画像２９'、３０’として記録することができる。
【００３５】
以上、例えば繰り返し周波数１０Ｈｚのレーザスタートパルスを時間原点とし、これに先立つ１００ｍｓ前の前パルスを用いて計測しておいた飛翔体の高度と姿勢できまる光の往復時間と、レーザおよび撮像装置の各種遅延時間とを勘案したトリガーパルスを供給すれば、レーザパルスの照射により作り出される微弱な蛍光画像を鮮明に記録することが可能となることを述べた。
【００３６】
このように、本発明ではトリガーパルス２７の供給精度が重要である。すべてのトリガーパルスの起算点となるレーザスタートパルス２６からもっとも厳しい精度が要求されるのはイメージインテンシファイア１２の露光設定に関係するものである。すなわちレーザスタートパルス２７からＱスイッチパルスの時間間隔ＴＳ＋ＴＦ（例えばＴＳ＋ＴＦ＝５０μｓ＋１９０μｓ＝２４０μｓ）の変動は１０ｎｓ以下であることがのぞましく、レーザスタートパルス２７からイメージインテンシファイア１２への露光開始を指示するトリガーパルス２７の供給系も同様であり、レーザ発振器のコントローラに内蔵された通常のクロックにたよるのではなく、独立した精度が保証されたパルス発生器を適用することが好ましい。
【００３７】
しかし、考えてみると上記の例で２４０μｓのレベルから１０ｎｓの制御精度、すなわち５桁もの制御精度が要求されるのは、レーザスタートパルス２６を起算点とするからであり、２４０μｓという時間はレーザ結晶を活性化するためのフラッシュランプが点灯するまでに時間がかかること、ランプが点灯してからレーザ結晶内がビルドアップし飽和励起状態となるまで時間がかかることで決まる。もし、精度の高い時間設定を必要とする系の起算点をＱスイッチの開く時点、つまりパルス１６の位置に移動すれば装置精度の制御性はより容易なものとなろう。
【００３８】
すなわち上述の数値例を引用すると、飽和励起状態となったレーザ結晶にＱスイッチパルスを加えると８０ｎｓ後にレーザパルス１９が出射され、時間間隔ＴＬ１のあと、戻り光パルス２１が得られる。次のレーザパルスについての蛍光計測では、この時刻に対しその遅延時間ＴＩのぶんだけ先立ってイメージインテンシファイア１２の露光が始まっていればいいのだから、Ｑスイッチパルスから
ｔ’時間後に
つまり、例えばＬ=３００ｍでＴＬ１＝２μｓ、ＴＩ＝５５ｎｓなら２.０２５μｓの後にイメージインテンシファイア１２へのトリガーパルスを供給することとなる。このとき制御精度１０ｎｓは３桁となり制御性はより容易なものとなる。この場合の各パルスのタイミングチャートを図３に示す。
【００３９】
ＣＣＤカメラ２３と画像記録装置２４に対するトリガーパルスは図２と同様レーザスタートパルス２６を起算点としている。Ｑスイッチパルス１６を起算点とすると、ＴＣ＝２μｓとされるＣＣＤカメラ遅延時間がイメージインテンシファイア１２の画像情報を捉えられないおそれがあるからである。
【００４０】
だから本発明の思想による他の実施例として制御性とトリガーパルス起算点の単一化のために、図４に示すようにレーザスタートパルス２６とＱスイッチパルス１６の間に、２μｓとされるＣＣＤカメラ２３の遅延時間を克服する新たな起算点３２を設け、これをもとにイメージインテンシファイア１２、ＣＣＤカメラ２３および画像記録装置２４に対するトリガーパルスを供給することもできよう。
【００４１】
さきに、電気信号を与えてからレーザが出射されるまでの時間には、ジッターと呼ばれる変動幅があり、撮像装置のイメージインテンシファイア１２とＣＣＤカメラ２３の露光タイミングの設定にあたっては、これに対する考慮も必要であることを述べた。煩雑となることを避けるため、図２、図３、図４のタイミングチャートを用いての説明ではジッターについての考察を省いているが、実際には、各図の演算ベース、すなわち図２ではレーザスタートパルス１４、２６、図３ではＱスイッチパルス１６、図４では新起算点からレーザが出射されるまでのジッターを把握し、イメージインテンシファイア露光トリガーパルスの遅延時間Ｔの算出にあたり、その変動幅の１／２を減じておけばいい。
【００４２】
さて、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波(波長３５５ｎｍ)を蛍光励起光源とする場合、その出力には第３高調波以外に基本波（波長１．０６４μｍ）および第２高調波（波長５３２ｎｍ）を含ませることができる。これまでの説明では飛翔体の高度、姿勢に関連する戻り光による往復時間の計測には蛍光励起光源となる第３高調波の海洋表面での散乱光成分を用いるとしてきた。しかし、波長３５５ｎｍの紫外光よりも、波長１．０６４μｍの赤外光を戻り光検出に用いるほうが便利な場合がある。
【００４３】
すなわち受光光学系９に到達した散乱光７および蛍光８を分離するビームスプリッタ１０として、通常ホットミラーと呼ばれる赤外光を選択的に大きな反射率で反射する光学素子を用いれば、通常のビームスプリッタが可視領域の蛍光成分も含んだ形で定められた割合で反射するのにくらべ、蛍光成分の損失なしに戻り光信号を向上させることができる。また、海中での透過特性に優れた波長５３２ｎｍを戻り光信号検出に用いると、戻り光パルスに続く海中、海底での情報収集にも役立てることができよう。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば飛翔体に搭載したとき被測定物との距離が変化しても、また撮像装置に遅延時間があったとしても、これらを考慮した撮像タイミングおよび露光時間を最適に制御することができ、鮮明な蛍光画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施例の概念図。
【図２】起算点をレーザスタートパルスとした各パルスのタイミングチャート。
【図３】起算点をＱスイッチパルスとした各パルスのタイミングチャート。
【図４】新起算点による各パルスのタイミングチャート。
【符号の説明】
１ 飛翔体
２ パルスレーザ発振器
３ レーザ短パルス出力
４ 出射光学系
５ 海洋表面
６ 浮遊物
７ 散乱光
８ 蛍光
９ 受光光学系
10 ビームスプリッタ
11,18 光検出器
12 イメージインテンシファイア
13 レーザコントローラ
14,26 スタートパルス
15 励起ランプ点灯を示すパルス
16 Ｑスイッチパルス
17 光ファイバー
19 出射レーザパルス
20,22 フィルター
21 戻り光パルス
23 ＣＣＤカメラ
24 画像記録装置
25 制御装置
27 イメージインテンシファイア用トリガーパルス
28 ＣＣＤカメラ用トリガーパルス
28' ＣＣＤカメラの実質的露光時間
29,30 画像信号
31 画像信号記録用トリガーパルス
29',30' 記録画像
32 起算点
【発明の属する技術分野】
本発明は蛍光発光状態の計測装置に関し、特にレーザ励起により発光する海洋表面の浮遊物からの蛍光計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
海洋表面の流出油の位置情報あるいは成分情報を飛翔体に搭載したいわゆる蛍光ライダーにより計測しようとする試みが１９７０年代から継続されてきた（R.M.Measures,Laser Remote Sensing fundamentals and Applications, John Wileys and sons, p424）。
【０００３】
これはたとえば航空機から海洋表面にレーザを照射し、浮遊している流出油を励起し、当該流出油固有の蛍光を発光させ、これを光電子増倍管で検出して発光分布を計測することにより流出油の漂流ルートや、その速度などの位置情報を取得し、また蛍光の波長を把握することにより油の成分情報を取得しようとするものである。
【０００４】
蛍光の波長特性の計測においては、蛍光を望遠鏡で受光し、光電子増倍管に導く光路に各種フィルターを順次挿入して検出電気信号の変化を計測する。挿入したフィルターの透過波長域に対する検出信号の変化が蛍光の波長特性を示すことになる。これにより回収作業を有効に実施したり、また回収作業の完成度評価を行ったり、流出油の時間的変質を探ろうとするものである。
【０００５】
同様に蛍光ライダーを使い、海洋表面および海中のプランクトン固有の蛍光計測からその濃度および種類の特定を行う試みも提案されている（特開平４−６９５４６号公報）。地球上に放出された２酸化炭素を炭素同化作用により吸収する植物プランクトンは、地球の２酸化炭素の低減に大きな寄与をしているといわれ、その濃度分布の把握は地球温暖化対策として重要だからである。
【０００６】
しかしながら、これら蛍光ライダー装置はレーザを照射した海洋表面１点の蛍光を光電子増倍管で検出するわけだから当該１点の対象物の特性しか得られない。したがって海洋に広がった流出油の２次元的分布を求めるには、レーザを２次元的にスキャン照射して計算機により２次元画像化することが必要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上に掲げた用途、目的は、いずれも地球環境保護のため重要な課題であるが、いまだに実用段階にいたっていない一因は、上述の計測が光電子増倍管を用いた本質的には１点の情報から始まるものであり、実用価値の高い２次元情報を得るまでのプロセスが複雑なものとなるからである。
【０００８】
すなわち、飛翔体からの不規則となりがちなレーザの２次元スキャンと、これによる蛍光の受光信号を飛翔体姿勢の補正を加えながら２次元情報を構築するには、多段階のプロセスが必要であり、リアルタイム計測にはなりがたい。
【０００９】
流出油を目の前にして、その回収策を最適なものにするためには、流出油の動向を２次元情報としてリアルタイムで把握することが望ましい。たしかに蛍光強度は照射レーザ光強度に依存するため、レーザ光を細く保ちつつ対象に照射し、高感度光電子増倍管によりやっと微弱蛍光信号を得ることが可能となるような条件では上述の１点計測が基本とならざるを得ない。
【００１０】
しかし、最近の飛翔体搭載用レーザ出力の向上、イメージインテンシファイア、ＣＣＤカメラなど撮像装置の感度向上により、レーザ光を拡大照射し、照射面に関して２次元に広がる蛍光をリアルタイムで計測することも可能となってきた（特願平２０００−２４３４０３号公報）。
【００１１】
しかしこの場合、イメージインテンシファイアは非常に感度の高い撮像装置であるため、パルスレーザにより励起されたパルス的な蛍光発光にあわせて露光させ、その他の期間には露光しないことが重要である。なぜなら、蛍光発光期間以外の露光は背景光により、折角受光した微弱な蛍光信号を劣化させてしまうからである。
【００１２】
流出油の蛍光発光期間は数１００ｎｓ（１ｎｓは１０- 9秒）である。この期間に合わせて露光するには、飛翔体搭載の場合、その高度、姿勢によって変化するレーザの出射から蛍光発光開始が検出できるまでの時間、および撮像装置のイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラに露光を開始するよう指示を与えてから実際露光が開始するまでの遅延時間を考慮した制御を行うことが必要になる。
【００１３】
また、パルスレーザの一般的性質として、レーザ光の出射時間は数ｎｓから数１０ｎｓのジッターがあることも知られており、これも考慮する必要がある。これら考慮を行わない場合、蛍光が撮像装置のイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラに到達していないのに露光を開始してしまったり、蛍光が到達しているのだから露光を開始すべきであるのに、それを怠ったりすることになろう。
【００１４】
従って本発明の解決しようとする課題は、撮像装置のイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの露光のタイミングを、レーザのジッターや飛翔体から対象物までの距離およびイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラ固有の遅延時間を勘案して制御することにより露光条件を最適化させ良好な蛍光画像を得る装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１記載の発明は、パルスレーザ光源と出射光学系からなるレーザ光照射手段と、受光光学系と光検出器とイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラとからなる受光手段と、画像記録装置と、前記光検出器からの信号により演算して前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの撮像タイミング信号および前記画像記録装置の画像記録タイミング信号を供給する制御装置とを具備し、前記レーザ光照射手段により出射した第１レーザパルス光の被測定物での散乱光を前記光検出器により検出し、その往復時間から算出した被測定物までの距離および検出レベルを前記制御装置に表示すると共に、前記往復時間、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの露光に関する遅延時間および前記画像記録装置の遅延時間などをもとに演算することにより、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラへの撮像タイミング信号および前記画像記録装置への画像記録タイミング信号を供給して第２レーザパルス光による蛍光画像を記録し、以降の各レーザパルス光についても同様に演算を行い、且つ次のレーザパルスによる蛍光画像を撮像し、記録することを繰り返すものであって、前記イメージインテンシファイアに対しては、各レーザスタートパルスを起算点とし、その起算点から（レーザパルス出射までの時間 ＋ 前記往復時間 − イメージインテンシファイアの遅延時間を考慮した設定時間）の後に露光を開始し、被測定物の蛍光発光時間を考慮した設定時間のあと露光が終了するよう制御し、前記ＣＣＤカメラに対しては、レーザスタートパルスから、レーザスタートパルスからＣＣＤカメラの遅延時間のあと露光を開始し、ある設定時間のあと露光が終了するよう制御すると共に、前記画像記録装置に対してはレーザスタートパルスのあとＣＣＤカメラの画像出力同期信号出力前に記録可能の待機状態となるよう制御し、且つ前記パルスレーザ光源のレーザスタートパルスからＱスイッチを開くまでの時間変動を１０ｎｓ以下に制御したことを特徴とする蛍光画像計測装置である。
【００１６】
また、請求項２記載の発明は、パルスレーザ光源と出射光学系からなるレーザ光照射手段と、受光光学系と光検出器とイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラとからなる受光手段と、画像記録装置と、前記光検出器からの信号により演算して前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの撮像タイミング信号および前記画像記録装置の画像記録タイミング信号を供給する制御装置とを具備し、前記レーザ光照射手段により出射した第１レーザパルス光の被測定物での散乱光を前記光検出器により検出し、その往復時間から算出した被測定物までの距離および検出レベルを前記制御装置に表示すると共に、前記往復時間、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの露光に関する遅延時間および前記画像記録装置の遅延時間などをもとに演算することにより、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラへの撮像タイミング信号および前記画像記録装置への画像記録タイミング信号を供給して第２レーザパルス光による蛍光画像を記録し、以降の各レーザパルス光についても同様に演算を行い、且つ次のレーザパルスによる蛍光画像を撮像し、記録することを繰り返すものであって、前記イメージインテンシファイアに対しては、レーザ出射過程のＱスイッチパルスを起算点とし、その起算点から（レーザパルス出射までの時間 ＋ 前記往復時間 − イメージインテンシファイアの遅延時間を考慮した設定時間）の後に露光を開始し、被測定物の蛍光発光時間を考慮した設定時間のあと露光が終了するよう制御し、前記ＣＣＤカメラに対しては、レーザスタートパルスからＣＣＤカメラの遅延時間のあと露光が開始し、ある設定時間のあと露光が終了するよう制御すると共に、前記画像記録装置に対してはレーザスタートパルスのあとＣＣＤカメラの画像出力同期信号出力前に記録可能の待機状態となるよう制御することを特徴とする蛍光画像計測装置である。
【００１７】
また、請求項３記載の発明は、パルスレーザ光源と出射光学系からなるレーザ光照射手段と、受光光学系と光検出器とイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラとからなる受光手段と、画像記録装置と、前記光検出器からの信号により演算して前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの撮像タイミング信号および前記画像記録装置の画像記録タイミング信号を供給する制御装置とを具備し、前記レーザ光照射手段により出射した第１レーザパルス光の被測定物での散乱光を前記光検出器により検出し、その往復時間から算出した被測定物までの距離および検出レベルを前記制御装置に表示すると共に、前記往復時間、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの露光に関する遅延時間および前記画像記録装置の遅延時間などをもとに演算することにより、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラへの撮像タイミング信号および前記画像記録装置への画像記録タイミング信号を供給して第２レーザパルス光による蛍光画像を記録し、以降の各レーザパルス光についても同様に演算を行い、且つ次のレーザパルスによる蛍光画像を撮像し、記録することを繰り返すものであって、前記イメージインテンシファイアに対しては、レーザスタートパルスとＱスイッチパルスとの間の時間領域にトリガーパルス起算点を設定し、その起算点から（レーザパルス出射までの時間 ＋ 前記往復時間 − イメージインテンシファイアの遅延時間を考慮した設定時間）の後に露光を開始し、被測定物の蛍光発光時間を考慮した設定時間のあと露光が終了するよう制御し、前記ＣＣＤカメラに対しては、起算点からの遅延時間のあと露光を開始し、ある設定時間のあと露光が終了するよう制御し、前記画像記録装置に対しては、起算点からＣＣＤカメラの画像出力同期信号出力前に記録可能の待機状態となるよう制御することを特徴とする蛍光画像計測装置である。
【００１８】
また、請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発明であって、パルスレーザ光源の出力が複数の波長を含み、光検出器により散乱光の往復時間を計測するにあたり、被測定物の蛍光励起用波長とは異なるレーザ波長を用いたことを特徴とする蛍光計測装置である。
【００１９】
上記構成の蛍光画像計測装置を飛翔体に搭載すれば、レーザを出射してから蛍光発光開始が検出できるまでの時間、および撮像装置のイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラに露光開始指示を与えてから実際露光が開始するまでの遅延時間の両者を勘案して露光制御を行うことができ、背景光の影響を低減した良好な蛍光画像を得るこことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、ヘリコプターとして示された飛翔体１に搭載された本発明による蛍光画像計測装置の実施例を示すものであり、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波(波長３５５ｎｍ)のようなレーザ発振器２からパルス幅１０ｎｓ程度の第１の短パルス出力３を出射光学系４を経由して飛翔体１から海洋表面５に照射する。
【００２１】
この短パルス出力３の一部は海洋表面での泡や浮遊物６などにより散乱され、散乱光７として飛翔体１から観測される。短パルス出力３の他の一部が浮遊物固有の蛍光８を発光させた場合、これも飛翔体１から観測される。
【００２２】
これら散乱光７および蛍光８は、受光光学系９を経由して受光手段に導入されビームスプリッタ１０で分割されその一部は光検出器１１に、残りはイメージインテンシファイア１２に入射する。
【００２３】
光検出器１１は、使用するレーザ波長に合わせて選択され、紫外光、可視光に対しては光電子増倍管、赤外光に対してはガリウム砒素ホトダイオードなど固体素子が用いられる。
【００２４】
レーザ出射までの過程は、レーザコントローラ１３により、例えば図２のタイミングダイアグラムに示すように制御される。すなわちレーザコントローラ１３が提供する同期信号として数値例を示すと、レーザスタートパルス１４のＴＳ＝５０μｓの後にレーザ結晶を励起するランプをフラッシュするパルス１５が供給されてランプが点灯し、ＴＦ＝１９０μｓの後にレーザ結晶の励起状態を開放させるパルス１６（Ｑスイッチパルス）が供給され、そのＴＱ＝８０ｎｓ後にレーザ発振が得られ、パルス幅１０ｎｓ程度の短パルスレーザが出射される。
【００２５】
図２の１４、１５、１６の各パルスはレーザコントローラ１３から供給されるが、出射レーザパルスは、例えばレーザ発振器の出射口近傍に光ファイバー１７を配置し第２の光検出器１８に導き電気信号に変換することにより出射レーザパルス１９が得られことになる。
【００２６】
図１の散乱光７は受光光学系９、ビームスプリッタ１０を経由して、レーザ波長を選択的に透過させるフィルター２０を透過し、光検出器１１に到達し電気信号に変換され、図２に示すようにパルス幅１０ｎｓの照射レーザの戻り光パルス２１が検出される。
【００２７】
出射パルス１９と戻り光パルス２１の時間間隔Ｔ（レーザ光の往復時間）は、飛翔体１とレーザ照射された浮遊物６までの距離ＬによりＴ＝２Ｌ／Ｃとなるはずである（Ｃは光速）。例えば、Ｌ＝３０ｍならＴ＝２００ｎｓ、Ｌ＝３００ｍ ならＴ＝２μｓ、Ｌ＝３０００ｍならＴ＝２０μｓである。
【００２８】
さて浮遊物６がたとえば流出油とすると、固有の青緑色の蛍光８は数１００ｎｓの蛍光寿命をもつ光パルスとして、上述のように受光光学系９を経由して蛍光発光帯域を選択的に透過させるフィルター２２を経てイメージインテンシファイア１２に到達する。
【００２９】
ここで背景光の影響を低減させ鮮明な蛍光画像を得るには、蛍光発光帯域に合わせた透過帯域を持つフィルター２２を用いるとともに、この蛍光パルスのパルス幅に合わせて撮像装置を露光することが有効である。微弱で、短パルスの蛍光パルスを撮像するためには、高速露光操作が可能な画像増強装置のイメージインテンシファイア１２により画像輝度を高めこれをＣＣＤカメラ２３で蛍光画像情報として撮像する。撮像された蛍光画像情報は、画像記録装置２４に送られて記録される。
【００３０】
これら撮像装置において、トリガーパルスにより合図を受けてから実際に動作が始まるまで遅延があり、イメージインテンシファイア１２の露光開始までの遅延時間ＴＩ＝５５ｎｓ、ＣＣＤカメラ２３の撮像開始までＴＣ＝２μｓ等の例が知られている。
【００３１】
本発明は、レーザ光出射過程での各種タイミング、飛翔体の高度と姿勢により刻々変化する時間間隔ＴＬｉ（ｉはレーザパル出射番号）、そして撮像装置の各種遅延時間などの、諸変動要素を制御装置２５において勘案し演算を行い撮像装置のイメージインテンシファイア１２とＣＣＤカメラ２３を制御することにより、微弱で数１００ｎｓしか存在しない蛍光パルスを良好な画像品質で獲得しようとするものである。
【００３２】
レーザ出射から時間Ｔの後、すなわち戻り光パルス２１検出と同時に蛍光パルスのもたらす蛍光画像計測のためイメージインテンシファイア１２の露光を開始したいが、これではイメージインテンシファイア１２の遅延時間ＴＩの分だけ露光が遅れる。従って第１のレーザ照射パルス１９に関しては，その戻り光パルス２１の検出により時間間隔ＴＬ１を計測しこれを保存し、これより被測定物までの距離を算出して制御装置２５に表示する。次に例えばパルス周波数が１０Ｈｚとして１００ｍｓ後に出射される第２パルスのもたらす蛍光画像計測において，このＴＬ１と遅延時間ＴＩから算出したイメージインテンシファイア１２に対するトリガーパルスの最適タイミングを供給する。
【００３３】
すなわち、図２の各パルスのタイミングを参照し、前述のレーザコントローラ１３における数値例を用いると、第２パルスの出射に関するレーザスタートパルス２６からｔ時間後に
【００３４】
このようにしてイメージインテンシファイア１２には、第２パルス照射による微弱な蛍光画像が最適なタイミング露光により輝度増強された鮮明な画像として蓄積される。そして第２レーザパルスの出射に関するレーザスタートパルス２６と同時に、ＣＣＤカメラ２３を例えば１／６０秒＝１６．６７ｍｓ露光させるようトリガーパルス２８を供給すれば、ＣＣＤカメラ２３は遅延時間ＴＣの後に見かけ上の露光を開始するが、実際はイメージインテンシファイア１２が開いているトリガーパルス２７に相当する露光時間２８'にかぎり上記鮮明画像を蓄積する。ＣＣＤカメラ２３は次の１／３０秒間で画像信号２９、３０として送り出す。この画像信号を記録するには、この画像信号放出に先立って画像記録装置２４を待機させておくことが必要である。したがってレーザスタートパルス２６から例えば１０ｍｓ後に画像記録装置２４にトリガーパルス３１を供給すれば、その約７ｍｓ後から始まるＣＣＤカメラ２３からの画像信号を記録画像２９'、３０’として記録することができる。
【００３５】
以上、例えば繰り返し周波数１０Ｈｚのレーザスタートパルスを時間原点とし、これに先立つ１００ｍｓ前の前パルスを用いて計測しておいた飛翔体の高度と姿勢できまる光の往復時間と、レーザおよび撮像装置の各種遅延時間とを勘案したトリガーパルスを供給すれば、レーザパルスの照射により作り出される微弱な蛍光画像を鮮明に記録することが可能となることを述べた。
【００３６】
このように、本発明ではトリガーパルス２７の供給精度が重要である。すべてのトリガーパルスの起算点となるレーザスタートパルス２６からもっとも厳しい精度が要求されるのはイメージインテンシファイア１２の露光設定に関係するものである。すなわちレーザスタートパルス２７からＱスイッチパルスの時間間隔ＴＳ＋ＴＦ（例えばＴＳ＋ＴＦ＝５０μｓ＋１９０μｓ＝２４０μｓ）の変動は１０ｎｓ以下であることがのぞましく、レーザスタートパルス２７からイメージインテンシファイア１２への露光開始を指示するトリガーパルス２７の供給系も同様であり、レーザ発振器のコントローラに内蔵された通常のクロックにたよるのではなく、独立した精度が保証されたパルス発生器を適用することが好ましい。
【００３７】
しかし、考えてみると上記の例で２４０μｓのレベルから１０ｎｓの制御精度、すなわち５桁もの制御精度が要求されるのは、レーザスタートパルス２６を起算点とするからであり、２４０μｓという時間はレーザ結晶を活性化するためのフラッシュランプが点灯するまでに時間がかかること、ランプが点灯してからレーザ結晶内がビルドアップし飽和励起状態となるまで時間がかかることで決まる。もし、精度の高い時間設定を必要とする系の起算点をＱスイッチの開く時点、つまりパルス１６の位置に移動すれば装置精度の制御性はより容易なものとなろう。
【００３８】
すなわち上述の数値例を引用すると、飽和励起状態となったレーザ結晶にＱスイッチパルスを加えると８０ｎｓ後にレーザパルス１９が出射され、時間間隔ＴＬ１のあと、戻り光パルス２１が得られる。次のレーザパルスについての蛍光計測では、この時刻に対しその遅延時間ＴＩのぶんだけ先立ってイメージインテンシファイア１２の露光が始まっていればいいのだから、Ｑスイッチパルスから
ｔ’時間後に
【００３９】
ＣＣＤカメラ２３と画像記録装置２４に対するトリガーパルスは図２と同様レーザスタートパルス２６を起算点としている。Ｑスイッチパルス１６を起算点とすると、ＴＣ＝２μｓとされるＣＣＤカメラ遅延時間がイメージインテンシファイア１２の画像情報を捉えられないおそれがあるからである。
【００４０】
だから本発明の思想による他の実施例として制御性とトリガーパルス起算点の単一化のために、図４に示すようにレーザスタートパルス２６とＱスイッチパルス１６の間に、２μｓとされるＣＣＤカメラ２３の遅延時間を克服する新たな起算点３２を設け、これをもとにイメージインテンシファイア１２、ＣＣＤカメラ２３および画像記録装置２４に対するトリガーパルスを供給することもできよう。
【００４１】
さきに、電気信号を与えてからレーザが出射されるまでの時間には、ジッターと呼ばれる変動幅があり、撮像装置のイメージインテンシファイア１２とＣＣＤカメラ２３の露光タイミングの設定にあたっては、これに対する考慮も必要であることを述べた。煩雑となることを避けるため、図２、図３、図４のタイミングチャートを用いての説明ではジッターについての考察を省いているが、実際には、各図の演算ベース、すなわち図２ではレーザスタートパルス１４、２６、図３ではＱスイッチパルス１６、図４では新起算点からレーザが出射されるまでのジッターを把握し、イメージインテンシファイア露光トリガーパルスの遅延時間Ｔの算出にあたり、その変動幅の１／２を減じておけばいい。
【００４２】
さて、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波(波長３５５ｎｍ)を蛍光励起光源とする場合、その出力には第３高調波以外に基本波（波長１．０６４μｍ）および第２高調波（波長５３２ｎｍ）を含ませることができる。これまでの説明では飛翔体の高度、姿勢に関連する戻り光による往復時間の計測には蛍光励起光源となる第３高調波の海洋表面での散乱光成分を用いるとしてきた。しかし、波長３５５ｎｍの紫外光よりも、波長１．０６４μｍの赤外光を戻り光検出に用いるほうが便利な場合がある。
【００４３】
すなわち受光光学系９に到達した散乱光７および蛍光８を分離するビームスプリッタ１０として、通常ホットミラーと呼ばれる赤外光を選択的に大きな反射率で反射する光学素子を用いれば、通常のビームスプリッタが可視領域の蛍光成分も含んだ形で定められた割合で反射するのにくらべ、蛍光成分の損失なしに戻り光信号を向上させることができる。また、海中での透過特性に優れた波長５３２ｎｍを戻り光信号検出に用いると、戻り光パルスに続く海中、海底での情報収集にも役立てることができよう。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば飛翔体に搭載したとき被測定物との距離が変化しても、また撮像装置に遅延時間があったとしても、これらを考慮した撮像タイミングおよび露光時間を最適に制御することができ、鮮明な蛍光画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施例の概念図。
【図２】起算点をレーザスタートパルスとした各パルスのタイミングチャート。
【図３】起算点をＱスイッチパルスとした各パルスのタイミングチャート。
【図４】新起算点による各パルスのタイミングチャート。
【符号の説明】
１ 飛翔体
２ パルスレーザ発振器
３ レーザ短パルス出力
４ 出射光学系
５ 海洋表面
６ 浮遊物
７ 散乱光
８ 蛍光
９ 受光光学系
10 ビームスプリッタ
11,18 光検出器
12 イメージインテンシファイア
13 レーザコントローラ
14,26 スタートパルス
15 励起ランプ点灯を示すパルス
16 Ｑスイッチパルス
17 光ファイバー
19 出射レーザパルス
20,22 フィルター
21 戻り光パルス
23 ＣＣＤカメラ
24 画像記録装置
25 制御装置
27 イメージインテンシファイア用トリガーパルス
28 ＣＣＤカメラ用トリガーパルス
28' ＣＣＤカメラの実質的露光時間
29,30 画像信号
31 画像信号記録用トリガーパルス
29',30' 記録画像
32 起算点
Claims (4)
- パルスレーザ光源と出射光学系からなるレーザ光照射手段と、受光光学系と光検出器とイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラとからなる受光手段と、画像記録装置と、前記光検出器からの信号により演算して前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの撮像タイミング信号および前記画像記録装置の画像記録タイミング信号を供給する制御装置とを具備し、前記レーザ光照射手段により出射した第１レーザパルス光の被測定物での散乱光を前記光検出器により検出し、その往復時間から算出した被測定物までの距離および検出レベルを前記制御装置に表示すると共に、前記往復時間、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの露光に関する遅延時間および前記画像記録装置の遅延時間などをもとに演算することにより、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラへの撮像タイミング信号および前記画像記録装置への画像記録タイミング信号を供給して第２レーザパルス光による蛍光画像を記録し、以降の各レーザパルス光についても同様に演算を行い、且つ次のレーザパルスによる蛍光画像を撮像し、記録することを繰り返すものであって、前記イメージインテンシファイアに対しては、各レーザスタートパルスを起算点とし、その起算点から（レーザパルス出射までの時間 ＋ 前記往復時間 − イメージインテンシファイアの遅延時間を考慮した設定時間）の後に露光を開始し、被測定物の蛍光発光時間を考慮した設定時間のあと露光が終了するよう制御し、前記ＣＣＤカメラに対しては、レーザスタートパルスから、レーザスタートパルスからＣＣＤカメラの遅延時間のあと露光を開始し、ある設定時間のあと露光が終了するよう制御すると共に、前記画像記録装置に対してはレーザスタートパルスのあとＣＣＤカメラの画像出力同期信号出力前に記録可能の待機状態となるよう制御し、且つ前記パルスレーザ光源のレーザスタートパルスからＱスイッチを開くまでの時間変動を１０ｎｓ以下に制御したことを特徴とする蛍光画像計測装置。
- パルスレーザ光源と出射光学系からなるレーザ光照射手段と、受光光学系と光検出器とイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラとからなる受光手段と、画像記録装置と、前記光検出器からの信号により演算して前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの撮像タイミング信号および前記画像記録装置の画像記録タイミング信号を供給する制御装置とを具備し、前記レーザ光照射手段により出射した第１レーザパルス光の被測定物での散乱光を前記光検出器により検出し、その往復時間から算出した被測定物までの距離および検出レベルを前記制御装置に表示すると共に、前記往復時間、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの露光に関する遅延時間および前記画像記録装置の遅延時間などをもとに演算することにより、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラへの撮像タイミング信号および前記画像記録装置への画像記録タイミング信号を供給して第２レーザパルス光による蛍光画像を記録し、以降の各レーザパルス光についても同様に演算を行い、且つ次のレーザパルスによる蛍光画像を撮像し、記録することを繰り返すものであって、前記イメージインテンシファイアに対しては、レーザ出射過程のＱスイッチパルスを起算点とし、その起算点から（レーザパルス出射までの時間 ＋ 前記往復時間 − イメージインテンシファイアの遅延時間を考慮した設定時間）の後に露光を開始し、被測定物の蛍光発光時間を考慮した設定時間のあと露光が終了するよう制御し、前記ＣＣＤカメラに対しては、レーザスタートパルスからＣＣＤカメラの遅延時間のあと露光が開始し、ある設定時間のあと露光が終了するよう制御すると共に、前記画像記録装置に対してはレーザスタートパルスのあとＣＣＤカメラの画像出力同期信号出力前に記録可能の待機状態となるよう制御することを特徴とする蛍光画像計測装置。
- パルスレーザ光源と出射光学系からなるレーザ光照射手段と、受光光学系と光検出器とイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラとからなる受光手段と、画像記録装置と、前記光検出器からの信号により演算して前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの撮像タイミング信号および前記画像記録装置の画像記録タイミング信号を供給する制御装置とを具備し、前記レーザ光照射手段により出射した第１レーザパルス光の被測定物での散乱光を前記光検出器により検出し、その往復時間から算出した被測定物までの距離および検出レベルを前記制御装置に表示すると共に、前記往復時間、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの露光に関する遅延時間および前記画像記録装置の遅延時間などをもとに演算することにより、前記イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラへの撮像タイミング信号および前記画像記録装置への画像記録タイミング信号を供給して第２レーザパルス光による蛍光画像を記録し、以降の各レーザパルス光についても同様に演算を行い、且つ次のレーザパルスによる蛍光画像を撮像し、記録することを繰り返すものであって、前記イメージインテンシファイアに対しては、レーザスタートパルスとＱスイッチパルスとの間の時間領域にトリガーパルス起算点を設定し、その起算点から（レーザパルス出射までの時間 ＋ 前記往復時間 − イメージインテンシファイアの遅延時間を考慮した設定時間）の後に露光を開始し、被測定物の蛍光発光時間を考慮した設定時間のあと露光が終了するよう制御し、前記ＣＣＤカメラに対しては、起算点からの遅延時間のあと露光を開始し、ある設定時間のあと露光が終了するよう制御し、前記画像記録装置に対しては、起算点からＣＣＤカメラの画像出力同期信号出力前に記録可能の待機状態となるよう制御することを特徴とする蛍光画像計測装置。
- パルスレーザ光源の出力が複数の波長を含み、光検出器により散乱光の往復時間を計測するにあたり、被測定物の蛍光励起用波長とは異なるレーザ波長を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の蛍光計測装置。
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