JP6167552B2

JP6167552B2 - 酸素濃度計測装置及びそれに用いられるプログラム

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Publication number: JP6167552B2
Application number: JP2013029699A
Authority: JP
Inventors: 大野　隆; 隆大野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2013-02-19
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2033-02-19
Also published as: JP2014159964A

Description

本発明は、酸素濃度計測装置及びそれに用いられるプログラムに関し、特に測定対象領域に蛍光塗料を塗布し、この蛍光塗料面に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度分布を撮影することにより、測定対象領域の酸素濃度分布を計測する酸素濃度計測装置に関する。

近年、地球環境問題が大きくクローズアップされてきている。固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）やダイレクトメタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）等の燃料電池は、高いエネルギー変換効率を有する上に、ＣＯ_２の排出削減に寄与するだけでなく、酸性雨の原因や大気汚染の原因となるＮＯｘ、ＳＯｘ、塵埃等の排出がほとんどないクリーンな電池である。さらに、静粛性も高いという利点がある。そのため、燃料電池は、２１世紀に最適なエネルギー変換装置として一部実用化されつつある。特に、燃料電池の中でもＰＥＦＣは、作動温度が低くかつ出力密度が高いため、小型化が可能であるという長所を有している。

図４は、固体高分子形燃料電池の一例を示す断面図である。
固体高分子形燃料電池は、高分子固体電解質膜１０１を中心として酸素極１０２と水素極１０３とで挟んだ構成を有する。高分子固体電解質膜１０１は、例えば、炭素繊維性の多孔性クロス基材上に、高分子固体電解質を含むスラリーを塗布し、次いで焼成することにより得られたイオン交換膜である。そして、酸素極１０２の外側は、集電体１０６に担持されるとともに、水素極１０３の外側は、集電体１０７に担持されている。

酸素極１０２の外側の周縁部には、枠形状のガスケット１０４の内側が接触し、さらにガスケット１０４の外側には、複数の凹部を内側に有するセパレータ板１０８の内側の突出周縁部が接触している。これにより、セパレータ板１０８の内側と酸素極１０２の外側との間に、複数の凹部に対応するように複数の酸素極室１０９が形成されている。また、セパレータ板１０８は、内側と外側とを貫通するように酸素極室１０９に連結する酸素ガス供給口１１２と、内側と外側とを貫通するように酸素極室１０９に連結する未反応酸素ガス及び生成水取出口１１３とを有する。

一方、水素極１０３の外側の周縁部には、枠形状のガスケット１０５の内側が接触し、さらにガスケット１０５の外側には、複数の凹部を内側に有するセパレータ板１１０の内側の突出周縁部が接触している。これにより、セパレータ板１１０の内側と水素極１０３の外側との間に、複数の凹部に対応するように複数の水素極室１１１が形成されている。また、セパレータ板１１０は、内側と外側とを貫通するように水素極室１１１に連結する水素ガス供給口１１４と、内側と外側とを貫通するように水素極室１１１に連結する未反応水素ガス取出口１１５とを有する。

次に、固体高分子形燃料電池の動作について説明する。水素が水素ガス供給口１１４から複数の水素極室１１１を順番に流通するとともに、酸素が酸素ガス供給口１１２から複数の酸素極室１０９を順番に流通すると、水素は水素極１０３により水素イオンと電子とに分離する。水素極１０３で発生した水素イオンは、高分子固体電解質膜１０１を選択的に透過する。そして、透過した水素イオンは、酸素極１０２で酸素と反応し、水となる。このとき、水素極１０３で発生した電子は、水素極１０３から外部負荷（図示せず）を通って酸素極１０２に向かうように流れる。つまり、外部負荷に電流が流れることになる。

ところで、固体高分子形燃料電池を普及させるには、コストをはじめ、いろいろな技術課題を解決する必要がある。例えば、固体高分子形燃料電池は、運転時間の経過とともに電池性能が劣化するため、劣化に伴う電池寿命が重要な課題となっている。このような技術課題を解決するためには、酸素が酸素ガス供給口１１２から複数の酸素極室１０９にどのように流通したり、複数の酸素極室１０９でどのように反応したりするのかを解析する必要がある。

そこで、複数の酸素極室１０９の酸素濃度分布を計測する酸素濃度計測方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような酸素濃度計測方法では、測定対象領域となる複数の酸素極室１０９のセパレータ板１０８を透明な材料で構成するとともに、セパレータ板１０８にルテニウム錯体塗料（蛍光塗料）をスプレーや刷毛等を用いて塗布した模擬燃料電池を作製している。そして、蛍光塗料面に励起光（波長４７０ｎｍ）を照射することにより蛍光（約６００ｎｍ）を発生させ、この蛍光強度分布を撮影している。このとき、蛍光塗料面は、励起光により蛍光を発生させるが、酸素濃度が高い箇所では酸素により蛍光が消光される。これにより、撮影した蛍光強度分布に基づいて、複数の酸素極室１０９の酸素濃度分布を計測することができる。

さらに、このような酸素濃度計測方法を用いるための酸素濃度計測装置も開発されている。図５は、従来の酸素濃度計測装置の一例を示す概略構成図である。
酸素濃度計測装置５１は、光照射部１０と、撮像部２０と、蛍光塗料が塗布された検査体Ｓが配置される配置部３０と、酸素濃度計測装置５１全体の制御を行うコンピュータ９０とを備える。なお、地面に水平な一方向をＸ方向とし、地面に水平でＸ方向と垂直な方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向とに垂直な方向をＺ方向とする。

光照射部１０は、レーザ光（波長４７０ｎｍ）を出射するレーザ光源（レーザダイオード）１５と、電子シャッタ１２と、拡散フィルタ１３と、レンズ１４と、レーザ光（励起光）の強度値Ｉ’を検知するパワーメータ１１と、レーザ光を２方向へ分割するハーフミラー１６とを有する。
このような光照射部１０の構成において、レーザ光源１５で出射されたレーザ光は、ハーフミラー１６で２方向へ分割される。ハーフミラー１６で分割されたレーザ光が進行する２方向のうちの１方向のレーザ光は、電子シャッタ１２と拡散フィルタ１３とレンズ１４とをこの順で通過して、配置部３０の測定対象領域に照射されるようになっている。一方、ハーフミラー１６で分割されたレーザ光が進行する２方向のうちの残りのもう１つの方向のレーザ光は、パワーメータ１１で強度値Ｉ’が検出されるようになっている。

撮像部２０は、レンズ２１ａを有する高速撮影カメラ（撮像装置）２１を有する。高速撮影カメラ２１は、複数の光検出素子Ｇ_ｍｎがＭ行（例えば１０００行）とＮ列（例えば１０００列）とに並べられたものであり、各光検出素子Ｇ_ｍｎにはそれぞれの位置に応じた強度値（例えば１０ｂｉｔ）Ｉ_ｍｎの蛍光が入射するようにしてある。したがって、各光検出素子Ｇ_ｍｎの出力信号は、配置部３０の測定対象領域の各位置ごとの蛍光の強度値Ｉ_ｍｎを表すことになる。図２は、Ｎ行Ｍ列の画素からなる蛍光強度分布画像を示す図である。

また、検査体ＳにＸ方向からレーザ光を照射するとともに、−Ｘ方向に進行する蛍光を検出するために、レーザ光を透過させるとともに蛍光を反射する平板形状のミラー３１が配置されている。これにより、Ｘ方向に進行するレーザ光は、ミラー３１を透過することにより、配置部３０の測定対象領域に照射され、配置部３０の測定対象領域で発生した蛍光は、−Ｘ方向に進行して、ミラー３１によって進行方向を変え、さらにミラー３２によって進行方向を変え、高速撮影カメラ２１に入射するようになっている。

コンピュータ９０は、ＣＰＵ（制御部）９１とメモリ９４とを備え、さらにモニタ４２と操作部４３とが連結されている。ＣＰＵ９１が処理する機能をブロック化して説明すると、レーザ光源１５を制御するレーザ光強度取得部４１ａと、高速撮影カメラ２１から蛍光強度分布画像を取得する撮像装置制御部４１ｂと、酸素分圧（酸素濃度）分布を算出する酸素濃度分布算出部４１ｃと、モニタ４２に酸素分圧分布カラー画像を表示する表示制御部９１ｄとを有する。

また、メモリ９４には、強度値Ｉ_ｍｎと酸素分圧値Ｄ_ｍｎとの関係を示す検量線Ｌ_ｍｎを記憶するための検量線記憶領域４４ａと、酸素分圧値Ｄ_ｍｎをカラーに対応付けたカラーテーブルを予め記憶するカラーテーブル記憶領域４４ｂと、蛍光強度分布画像等を記憶していく画像記憶領域９４ｃとを有する。なお、検量線は、既知の様々な酸素分圧値Ｄ_Ｙのガスを測定対象領域に流すことにより作成され、蛍光強度分布画像における各画素Ｇ_ｍｎについての検量線Ｌ_ｍｎがそれぞれ記憶されることになる。

このような酸素濃度計測装置５１によれば、酸素濃度分布算出部４１ｃは、撮像装置制御部４１ｂで取得された蛍光強度分布画像における各画素Ｇ_ｍｎの強度値Ｉ_ｍｎと、レーザ光の強度値Ｉ’と、検量線記憶領域４４ａに記憶された検量線Ｌ_ｍｎとに基づいて、蛍光強度分布画像における各画素Ｇ_ｍｎの酸素分圧値Ｄ_ｍｎをそれぞれ算出する。そして、表示制御部９１ｄは、算出された酸素分圧値Ｄ_ｍｎと、カラーテーブル記憶領域４４ｂに記憶されたカラーテーブルとに基づいて、最も低い酸素分圧値Ｄ_ｍｎを最小Ｄ_ｍｉｎとするとともに、最も高い酸素分圧値Ｄ_ｍｎを最大Ｄ_ｍａｘとした測定レンジ（Ｄ_ｍｉｎ〜Ｄ_ｍａｘ）で、酸素分圧分布カラー画像（例えば１０００行１０００列、１０ｂｉｔ）をモニタ４２に表示している。

特開２００６−３３１７３３号公報

ところで、固体高分子形燃料電池は、生成物として水が発生することと、動作環境が高温（例えば８０℃以上）多湿（例えば８０％以上）となることもあり、わずかな温度変化によって測定対象表面に水滴付着（結露）が発生することがあった。この場合、水滴が蛍光塗料面や周辺ガスをバリアしてしまい、蛍光が周辺酸素と感応しなくなって消光しないので、実際の酸素分圧値Ｄ_ｍｎより非常に低い結果が得られるという問題点があった。さらに、水滴によるレンズ効果によって水滴が付着した周辺領域の酸素分圧値Ｄ_ｍ’ｎ’にも信憑性がなくなるという問題点があった。図６は、測定対象表面に水滴付着が発生した際の図である。

また、モニタ４２に酸素分圧分布カラー画像を表示する際に、突出した低い酸素分圧値Ｄ_ｍｎがあると、測定レンジ（Ｄ_ｍｉｎ〜Ｄ_ｍａｘ）が広がり、分解能が落ちることがあった。また、測定レンジ（Ｄ_ｍｉｎ〜Ｄ_ｍａｘ）を例えば１９ｋＰａ（Ｄ_１９）から２１ｋＰａ（Ｄ_２１）までに固定する方法もあるが、１ｋＰａは１９ｋＰａと同じ色表示となり、水滴による影響があっても認識することができなくなっていた。

本件発明者は、上記課題を解決するために、測定対象領域に水滴（付着物）が付着したか否かを判定し、測定対象領域における水滴の位置を特定することにした。測定対象領域に水滴が付着すると、蛍光は水滴中を進行して、光検出素子Ｇ_ｍｎに検出されることになる。つまり、水滴が付着した位置に対応する光検出素子Ｇ_ｍｎは、非常に高い強度値Ｉ_ｍｎとなる。そこで、設定閾値Ｉ_ｔｈ以上である強度値Ｉ_ｍｎを有する画素Ｇ_ｍｎに対応する位置には、水滴が付着したと判定することを見出した。

すなわち、本発明の酸素濃度計測装置は、酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布された測定対象領域に、励起光を照射する光源を有する光照射部と、前記測定対象領域に塗布された蛍光塗料面からの蛍光を検出することで、当該蛍光塗料面の蛍光強度分布画像を取得する撮像装置を有する撮像部と、前記蛍光強度分布画像に基づいて、前記測定対象領域の酸素濃度分布を計測する制御部とを備える酸素濃度計測装置であって、前記制御部は、前記蛍光強度分布画像における各画素の強度値又は前記酸素濃度分布における各位置の濃度値に基づいて、前記測定対象領域に付着物が付着しているか否かを判定し、前記付着物があると判定したときには、前記測定対象領域における付着物の位置を特定して、前記付着物があると判定した位置に対応する酸素濃度分布画像の画素を含む所定領域の画素群を測定領域外として、前記所定領域以外の最も低い酸素分圧値を最小とするとともに、前記所定領域以外の最も高い酸素分圧値を最大とした測定レンジで、酸素濃度分布画像を表示することが可能となっているようにしている。

ここで、「酸素消光性を有する蛍光塗料」としては、例えば、バインダにポリスチレン等の酸素透過性のある高分子材料が用いられ、色素に白金ポルフィリンやルテニウム等の紫外から青色の励起光に反応して発光し、かつ、酸素消光性を有する材料が用いられたもの等が挙げられる。
また、「所定領域」とは、測定者等によって予め決められた任意の領域であり、例えば、経験的に算出された水滴の大きさ等となる。

以上のように、本発明の酸素濃度計測装置によれば、測定対象領域に付着物が付着したか否かを判定し、測定対象領域における付着物の位置を特定することができる。また、付着物の位置を測定領域外とすることで、酸素濃度分布を高分解能で表示することができる。

（他の課題を解決するための手段及び効果）
また、上記の発明において、前記付着物は、水滴であり、前記制御部は、設定閾値以上である強度値を有する画素に対応する位置には、前記水滴が付着していると判定するか、或いは、設定濃度値以下である濃度値を有する位置には、前記水滴が付着していると判定するようにしてもよい。
ここで、「設定閾値」とは、測定者等によって予め決められた任意の数値であり、例えば、経験的に算出された数値等となる。
本発明の酸素濃度計測装置によれば、測定対象領域に水滴が付着したか否かを判定し、測定対象領域における水滴の位置を特定することができる。よって、水滴箇所が特定できることは、別途燃料電池内の反応に関するメカニズム解明に寄与する。

さらに、上記の発明において、前記制御部は、酸素濃度分布画像を表示し、前記付着物があると判定した位置に対応する酸素濃度分布画像の画素を含む所定領域の画素群を測定領域外として、酸素濃度分布画像を表示することが可能となっているようにしている。
本発明の酸素濃度計測装置によれば、付着物を測定領域外とした酸素分圧分布と、付着物を無視した酸素分圧分布とを見比べることができる。

そして、本発明のプログラムは、酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布された測定対象領域に、励起光を照射する光源を有する光照射部と、前記測定対象領域に塗布された蛍光塗料面からの蛍光を検出することで、当該蛍光塗料面の蛍光強度分布画像を取得する撮像装置を有する撮像部と、前記蛍光強度分布画像に基づいて、前記測定対象領域の酸素濃度分布を計測する制御部とを備える酸素濃度計測装置に用いられるプログラムであって、前記蛍光強度分布画像における各画素の強度値又は前記酸素濃度分布における各位置の濃度値に基づいて、前記測定対象領域に付着物が付着しているか否かを判定し、前記付着物があると判定したときには、前記測定対象領域における付着物の位置を特定して、前記付着物があると判定した位置に対応する酸素濃度分布画像の画素を含む所定領域の画素群を測定領域外として、前記所定領域以外の最も低い酸素分圧値を最小とするとともに、前記所定領域以外の最も高い酸素分圧値を最大とした測定レンジで、酸素濃度分布画像を表示することが可能となっているようにしている。

本発明の一実施形態である酸素濃度計測装置の一例を示す概略構成図。Ｎ行Ｍ列の画素からなる蛍光強度分布画像を示す図。検査体を計測する計測方法について説明するためのフローチャート。固体高分子形燃料電池の一例を示す断面図。従来の酸素濃度計測装置の一例を示す概略構成図。測定対象表面に水滴付着が発生した際の図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

図１は、本発明の一実施形態である酸素濃度計測装置の一例を示す概略構成図である。なお、上述した従来の酸素濃度計測装置５１と同様のものについては、同じ符号を付している。
酸素濃度計測装置１は、光照射部１０と、撮像部２０と、蛍光塗料が塗布された検査体Ｓが配置される配置部３０と、酸素濃度計測装置１全体の制御を行うコンピュータ４０とを備える。

コンピュータ４０は、ＣＰＵ（制御部、プログラム）４１とメモリ４４とを備え、さらにモニタ４２と操作部４３とが連結されている。ＣＰＵ４１が処理する機能をブロック化して説明すると、レーザ光源１５を制御するレーザ光強度取得部４１ａと、高速撮影カメラ２１から蛍光強度分布画像を取得する撮像装置制御部４１ｂと、酸素分圧（酸素濃度）分布を算出する酸素濃度分布算出部４１ｃと、モニタ４２に酸素分圧分布カラー画像を表示する表示制御部４１ｄと、水滴箇所判定部４１ｅとを有する。

また、メモリ４４には、強度値Ｉ_ｍｎと酸素分圧値Ｄ_ｍｎとの関係を示す検量線Ｌ_ｍｎを記憶するための検量線記憶領域４４ａと、酸素分圧値Ｄ_ｍｎをカラーに対応付けたカラーテーブルを予め記憶するカラーテーブル記憶領域４４ｂと、蛍光強度分布画像等を記憶していく画像記憶領域４４ｃと、水滴（付着物）が付着したか否かを判定するための設定閾値Ｄ_ｔｈと所定領域Ａとを記憶するための設定閾値記憶領域４４ｄとを有する。

レーザ光強度取得部４１ａは、撮影条件が入力されると、レーザ光源１５の電源をＯＮにして、パワーメータ１１で検出された強度値Ｉ’を取得していく制御を行う。例えば、操作部４３で撮影条件として設定露光時間Δｔ（５００ミリ秒）と撮影回数ｘとが入力されると、レーザ光強度取得部４１ａは、撮像装置制御部４１ｂで蛍光強度分布画像を取得する前に、レーザ光の強度値Ｉ’を検知させる。

撮像装置制御部４１ｂは、撮影条件が入力されると、レーザ光強度取得部４１ａで設定露光時間Δｔの前の強度値Ｉ’の取得が終了したときに、撮影条件に基づいて高速撮影カメラ２１から蛍光強度分布画像を取得して画像記憶領域４４ｃに記憶させる制御を行う。例えば、操作部４３で撮影条件として設定露光時間Δｔと撮影回数ｘとが入力されると、設定露光時間Δｔの前の強度値Ｉ’の取得が終了したときに、設定露光時間Δｔの蛍光強度分布画像を高速撮影カメラ２１から取得する。このとき、２回以上の撮影回数ｘが入力されたときには、Ｘ回目の設定露光時間Δｔの前の強度値Ｉ’の取得が終了する度に、Ｘ回目の蛍光強度分布画像を取得して画像記憶領域４４ｃに記憶させる。

酸素濃度分布算出部４１ｃは、撮像装置制御部４１ｂで取得された蛍光強度分布画像における各画素Ｇ_ｍｎの強度値Ｉ_ｍｎと、レーザ光の強度値Ｉ’と、検量線記憶領域４４ａに記憶された検量線Ｌ_ｍｎとに基づいて、蛍光強度分布画像における各画素Ｇ_ｍｎの酸素分圧値Ｄ_ｍｎをそれぞれ算出する制御を行う。例えば、酸素濃度分布算出部４１ｃは、Ｘ回目の設定露光時間Δｔの前に取得したＸ回目の強度値Ｉ’を取得する。次に、Ｘ回目の蛍光強度分布画像における画素Ｇ_ｍｎの強度値Ｉ_ｍｎとＸ回目の強度値Ｉ’と検量線Ｌ_ｍｎとを用いてＸ回目の酸素分圧値Ｄ_ｍｎを算出する。次に、１回目〜ｘ回目の酸素分圧値Ｄ_ｍｎを平均して、平均酸素分圧値Ｄ_ｍｎを算出する。このようにして全ての画素Ｇ_ｍｎの平均酸素分圧値Ｄ_ｍｎを算出する。

水滴箇所判定部４１ｅは、操作部４３で入力された入力情報と、各位置（画素）Ｇ_ｍｎの平均酸素分圧値Ｄ_ｍｎとに基づいて、測定対象領域に水滴が付着したか否かを判定し、水滴が付着したと判定したときには、測定対象領域における水滴の位置を特定する制御を行う。例えば、測定者は、操作部４３を用いて設定閾値Ｄ_ｔｈと所定領域Ａとを設定閾値記憶領域４４ｄに記憶させる。設定閾値Ｄ_ｔｈは、例えば、水滴が付着した際に得られる酸素分圧値（例えば５ｋＰａ）付近となるように設定される。また、所定領域Ａは、例えば、水滴があると判定した位置に対応する酸素分圧分布画像の画素Ｇ_ｍｎを中心とした合計２５個の画素群（５行５列）となるように設定される（図２参照）。これにより、水滴箇所判定部４１ｅは、設定濃度値Ｄ_ｔｈ以下であるか否かを全ての画素Ｇ_ｍｎの平均酸素分圧値Ｄ_ｍｎについて判定する。その結果、設定濃度値Ｄ_ｔｈを超える平均酸素分圧値Ｄ_ｍｎを有する画素Ｇ_ｍｎに対応する位置には、水滴が付着していないと判定する。一方、設定濃度値Ｄ_ｔｈ以下である平均酸素分圧値Ｄ_ｍｎを有する画素Ｇ_ｍｎに対応する位置には、水滴が付着していると判定する。そして、水滴箇所判定部４１ｅは、水滴があると判定した位置に対応する画素Ｇ_ｍｎを中心とした合計２５個の画素群（５行５列）も、水滴による影響を受けている可能性があると判定する。

表示制御部４１ｄは、操作部４３で入力された入力情報と、算出された平均酸素分圧値Ｄ_ｍｎと、カラーテーブル記憶領域４４ｂに記憶されたカラーテーブルとに基づいて、酸素分圧分布カラー画像（例えば１０００行１０００列、８〜１６ｂｉｔ）をモニタ４２に表示する制御を行う。例えば、操作部４３で入力情報として「水滴除外有（ＯＮ）」と、最も低い酸素分圧値Ｄ_ｍｎを最小Ｄ_ｍｉｎとするとともに、最も高い酸素分圧値Ｄ_ｍｎを最大Ｄ_ｍａｘとした変動測定レンジ（Ｄ_ｍｉｎ〜Ｄ_ｍａｘ）とが入力されると、所定領域Ａを測定領域外として、所定領域Ａ以外の最も低い酸素分圧値Ｄ_ｍｎを最小Ｄ_ｍｉｎとするとともに、所定領域Ａ以外の最も高い酸素分圧値Ｄ_ｍｎを最大Ｄ_ｍａｘとした変動測定レンジ（Ｄ_ｍｉｎ〜Ｄ_ｍａｘ）で、酸素分圧分布カラー画像（例えば１０００行１０００列、８〜１６ｂｉｔ）をモニタ４２に表示する。なお、所定領域Ａは、例えば、黒色で表示される。
また、操作部４３の入力情報として、「水滴除外有」と、１９ｋＰａから２１ｋＰａまでの固定測定レンジ（Ｄ_１９〜Ｄ_２１）とが入力されると、所定領域Ａを測定領域外として、固定測定レンジ（Ｄ_１９〜Ｄ_２１）で酸素分圧分布カラー画像（例えば１０００行１０００列、８〜１６ｂｉｔ）をモニタ４２に表示する。なお、所定領域Ａは、例えば、黒色で表示される。

そして、操作部４３の入力情報として、「水滴除外無（ＯＦＦ）」と、変動測定レンジ（Ｄ_ｍｉｎ〜Ｄ_ｍａｘ）とが入力されると、変動測定レンジ（Ｄ_ｍｉｎ〜Ｄ_ｍａｘ）で酸素分圧分布カラー画像（例えば１０００行１０００列、８〜１６ｂｉｔ）をモニタ４２に表示する。
さらに、操作部４３の入力情報として、「水滴除外無」と、固定測定レンジ（Ｄ_１９〜Ｄ_２１）とが入力されると、固定測定レンジ（Ｄ_１９〜Ｄ_２１）で酸素分圧分布カラー画像（例えば１０００行１０００列、８〜１６ｂｉｔ）をモニタ４２に表示する。

ここで、酸素濃度計測装置１の使用方法について説明する。図３は、検査体Ｓを計測する計測方法について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ１０１の処理において、測定者は、蛍光塗料が塗布された検査体Ｓを配置部３０に配置する。
次に、ステップＳ１０２の処理において、測定者は、操作部４３で撮影条件（設定露光時間Δｔ、撮影回数ｘ）を入力する。

次に、ステップＳ１０３の処理において、検量線作成パラメータＹ＝１とする。
次に、ステップＳ１０４の処理において、測定者は、既知の酸素分圧値Ｄ_Ｙのガスを検査体Ｓに流す。
次に、ステップＳ１０５の処理において、レーザ光強度取得部４１ａは、レーザ光源１５の電源をＯＮにして、パワーメータ１１で検出された強度値Ｉ’を取得する。また、撮像装置制御部４１ｂは、高速撮影カメラ２１から蛍光強度分布画像を取得して蛍光強度分布画像記憶領域４４ｃに記憶させる。

次に、ステップＳ１０６の処理において、Ｙ＝Ｙ_ｍａｘであるか否かを判定する。Ｙ＝Ｙ_ｍａｘでないと判定したときには、ステップＳ１０７の処理において、Ｙ＝Ｙ＋１として、ステップＳ１０４の処理に戻る。一方、Ｙ＝Ｙ_ｍａｘであると判定したときには、ステップＳ１０８の処理において、測定者は、検量線Ｌ_ｍｎを作成して検量線記憶領域４４ａに記憶させる。

次に、ステップＳ１０９の処理において、測定者は、操作部４３で設定閾値Ｄ_ｔｈと所定領域Ａと測定レンジの種類（変動測定レンジか固定測定レンジ）とを入力する。
次に、ステップＳ１１０の処理において、測定者は、検査体Ｓを作動させる。
次に、ステップＳ１１１の処理において、レーザ光強度取得部４１ａは、レーザ光源１５の電源をＯＮにして、パワーメータ１１で検出された強度値Ｉ’を取得する。また、撮像装置制御部４１ｂは、高速撮影カメラ２１から蛍光強度分布画像を取得して蛍光強度分布画像記憶領域４４ｃに記憶させる。

次に、ステップＳ１１２の処理において、酸素濃度分布算出部４１ｃは、撮像装置制御部４１ｂで取得された蛍光強度分布画像における各画素Ｇ_ｍｎの強度値Ｉ_ｍｎと、レーザ光の強度値Ｉ’と、検量線記憶領域４４ａに記憶された検量線Ｌ_ｍｎとに基づいて、蛍光強度分布画像における各画素Ｇ_ｍｎの酸素分圧値Ｄ_ｍｎをそれぞれ算出する。
次に、ステップＳ１１３の処理において、測定者は、操作部４３で表示方法を入力する。

「水滴除外無」と入力されたと判定したときには、ステップＳ１１４の処理において、表示制御部４１ｄは、測定レンジで酸素分圧分布カラー画像をモニタ４２に表示する。
一方、「水滴除外有」と入力されたと判定したときには、ステップＳ１１５の処理において、水滴箇所判定部４１ｅは、各位置（画素）Ｇ_ｍｎの平均酸素分圧値Ｄ_ｍｎに基づいて、測定対象領域に水滴が付着したか否かを判定し、水滴が付着したと判定したときには、測定対象領域における水滴の位置を特定して設定する。

次に、ステップＳ１１６の処理において、表示制御部４１ｄは、水滴の位置を測定領域外として、測定レンジで酸素分圧分布カラー画像をモニタ４２に表示する。
そして、ステップＳ１１４の処理が終了するか、ステップＳ１１６の処理が終了すると、本フローチャートを終了させる。

以上のように、酸素濃度計測装置１によれば、測定対象領域に水滴が付着したか否かを判定し、測定対象領域における水滴の位置を特定することができる。また、水滴の位置を測定領域外とすることで、酸素分圧分布を高分解能で表示することができる。さらに、水滴を測定領域外とした酸素分圧分布カラー画像と、水滴を無視した酸素分圧分布カラー画像とを見比べることができる。

＜他の実施形態＞
（１）上述した酸素濃度計測装置１において、モニタ４２には１種類の酸素分圧分布カラー画像が表示される構成としたが、モニタを２分割して、「水滴除外有」と「水滴除外無」と２種類の酸素分圧分布カラー画像が表示されるような構成してもよい。

（２）上述した酸素濃度計測装置１において、設定分圧値Ｄ_ｔｈ以下である平均酸素分圧値Ｄ_ｍｎを有する画素Ｇ_ｍｎに対応する位置には、水滴が付着していると判定する構成としたが、設定強度値Ｄ_ｔｈ以上である強度値Ｄ_ｍｎを有する画素Ｇ_ｍｎに対応する位置には、水滴が付着していると判定するような構成してもよい。

（３）上述した酸素濃度計測装置１において、水滴が付着しているか否かを判定する構成としたが、水滴以外の付着物（蛍光透過物（例えば、ガラスやフィルム等）やレーザ光吸収物や蛍光吸収物（例えば、パーティクル等）やレーザ光反射物や蛍光反射物（例えば金属などの光沢物等））が付着しているか否かを判定するような構成してもよい。また、付着物がレーザ光吸収物や蛍光吸収物や蛍光反射物やレーザ光反射物である場合は、設定閾値以下である強度値を有する画素に対応する位置には、付着物が付着していると判定するか、或いは、設定濃度値以上である濃度値を有する位置には、付着物が付着していると判定すればよい。

本発明は、測定対象領域に蛍光塗料を塗布し、この蛍光塗料面に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度分布を撮影することにより、測定対象領域の酸素濃度分布を計測する酸素濃度計測装置等に利用することができる。

１酸素濃度計測装置
１０光照射部
１５レーザ光源
２０撮像部
２１高速撮影カメラ（撮像装置）
４０制御部

Claims

酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布された測定対象領域に、励起光を照射する光源を有する光照射部と、
前記測定対象領域に塗布された蛍光塗料面からの蛍光を検出することで、当該蛍光塗料面の蛍光強度分布画像を取得する撮像装置を有する撮像部と、
前記蛍光強度分布画像に基づいて、前記測定対象領域の酸素濃度分布を計測する制御部とを備える酸素濃度計測装置であって、
前記制御部は、前記蛍光強度分布画像における各画素の強度値又は前記酸素濃度分布における各位置の濃度値に基づいて、前記測定対象領域に付着物が付着しているか否かを判定し、前記付着物があると判定したときには、前記測定対象領域における付着物の位置を特定して、
前記付着物があると判定した位置に対応する酸素濃度分布画像の画素を含む所定領域の画素群を測定領域外として、前記所定領域以外の最も低い酸素分圧値を最小とするとともに、前記所定領域以外の最も高い酸素分圧値を最大とした測定レンジで、酸素濃度分布画像を表示することが可能となっていることを特徴とする酸素濃度計測装置。
前記付着物は、水滴であり、
前記制御部は、設定閾値以上である強度値を有する画素に対応する位置には、前記水滴が付着していると判定するか、或いは、設定濃度値以下である濃度値を有する位置には、前記水滴が付着していると判定することを特徴とする請求項１に記載の酸素濃度計測装置。
酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布された測定対象領域に、励起光を照射する光源を有する光照射部と、
前記測定対象領域に塗布された蛍光塗料面からの蛍光を検出することで、当該蛍光塗料面の蛍光強度分布画像を取得する撮像装置を有する撮像部と、
前記蛍光強度分布画像に基づいて、前記測定対象領域の酸素濃度分布を計測する制御部とを備える酸素濃度計測装置に用いられるプログラムであって、
前記蛍光強度分布画像における各画素の強度値又は前記酸素濃度分布における各位置の濃度値に基づいて、前記測定対象領域に付着物が付着しているか否かを判定し、前記付着物があると判定したときには、前記測定対象領域における付着物の位置を特定して、
前記付着物があると判定した位置に対応する酸素濃度分布画像の画素を含む所定領域の画素群を測定領域外として、前記所定領域以外の最も低い酸素分圧値を最小とするとともに、前記所定領域以外の最も高い酸素分圧値を最大とした測定レンジで、酸素濃度分布画像を表示することが可能となっていることを特徴とするプログラム。