JP7106436B2 - 散乱光検出装置、及びそれを用いた非破壊検査装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係る散乱光検出装置(以下、「本装置」ともいう)の基本例を示す概念図である。図1に示すように本装置11は、被写体となる被検物4(以下、単に「被検物4」ともいう)4と、被検物4に近赤外線5を照射する光源(以下、「発生源3」ともいう)3と、被検物4から発生する散乱を二手に分離するハーフミラー6と、弾性散乱である第1のエネルギーの波長(以下、「第1波長」ともいう)を持つ光を測定する第1エネルギー検出器(以下、単に「第1検出器1」ともいう)1と、被検物4から発生する非弾性散乱である第2のエネルギーの波長(以下、「第2波長」ともいう)を持つ光を測定する第2エネルギー検出器(以下、単に「第2検出器2」ともいう)2と、により構成されている。
図2は、他の構成例に係る本装置を示す概念図である。図2に示すように、本装置12では、図1に示した実施例1に係る本装置11において、2つ必要だった検出器1,2を1台のエネルギー分解型の検出器(以下、「エネルギー分解検出器」又は単に「検出器」ともいう)9にまとめている。この検出器9を用いると、検出器9の内部でしきい値を設定し、入射光を第1エネルギーと第2エネルギーに分離して測定することができる。このようなエネルギー分解型検出器9を用いると、1台で複数のエネルギーが測定可能であることから、検出器9を1台とすることができ、ハーフミラー6も不要となるため、装置12は小型化と軽量化が可能であり、その結果として取扱いが容易となる。
図3は、図2の本装置12に対する改良例を示す概念図である。図2に示した実施例2に係る本装置12は高価であるため、図3を用いて各種の改良例を提案する。図3に示すように、本装置13では、図2に示した実施例2に係る本装置12と同様に1台の検出器10を備え、その検出器10の手前にフィルタ21,22を複数枚、並べて配置し、検出器10の検出領域23,24をフィルタ21,22毎に分離する。1台の検出器10で同時に、複数のフィルタ21,22を透過したエネルギーの光を検出することができる。
図4は、図1の本装置11に対する改良例を示す概念図である。図4に示すように、本装置14では、検出器1,2の手前にそれぞれ光学フィルタ21,22を配設する。上述のように、これらは、被検物4から発生する弾性散乱である第1波長を持つ光を優先的に透過させる第1光学フィルタ21と、被検物4から発生する非弾性散乱である第2波長を持つ光を優先的に透過させる第2光学フィルタ22である。これら2種類のフィルタ21,22で透過するエネルギーを選定するため、検出器側で検出波長を選定する必要がなくなり、第1検出器1と第2検出器2に同じ機能の検出器を用いることができる。つまり、図2に示した実施例2に係る本装置12で用いたエネルギー分解検出器9のような高価なものを不要にする効果がある。
図5は、図4の本装置14に対し、検出器をカメラに置き換えた構成例を示す概念図である。図5に示すように、本装置15では、検出器に代えた光学カメラ25,26を使用するとともに、光学レンズ18も付設して使用する。この光学レンズ18を使用することで、焦点を調整することができるため、被検物4とカメラ25,26の距離を変えてカメラ25,26で撮影される視野の大きさを変更することができる。第1光学カメラ25及び第2光学カメラ26の2つで検出する波長が近い場合には、図5に示すように、ハーフミラー6の前に1個の光学レンズ18を配設することで、両方のカメラ光学カメラ25,26に対応することができる。本装置15は、光学レンズ18が一つで足りるため小型化できる。
図6は、図5の本装置15に対する変形例を示す概念図である。図6に示すように、本装置16でも、図5に示した実施例5に係る本装置15と同様に、検出器に代えて光学カメラ25,26を使用している。さらに、カメラ25,26毎に専用の光学レンズ27,28を配設して使用する点が異なる。さらに、ハーフミラー6の後ろに2個の光学レンズを配設し、それぞれのカメラに対応させ易い構成である。このように、各々のカメラ25,26に対してレンズ、及びその設定を最適化できるので、高精度の測定が可能である。特に、本装置16は、2つのカメラ25,26で検出する波長の違いが大きい場合に、良好な性能を発揮するので好適である。なお、図6の本装置16と、図5の本装置15と、これらのうち一方が基本形で、他方が変形例であるが、何れが基本形であっても構わない。図5、図6の装置は、図4の装置と同様にカメラの前に光学フィルタを設置し、レンズとカメラの間に光学フィルタが設置される形態も可能である。その場合、図4と同様に、検出器側で検出波長を選定する必要がなくなり、第1検出器1と第2検出器2に同じ機能の検出器を用いることができる。つまり、図2に示した実施例2に係る本装置12で用いたエネルギー分解検出器9のような高価なものを不要にする効果がある。
図7は、図1~図6の本装置11~16に共通する変形例を示す概念図である。図7に示すように、本装置17では、被検物4を回転させながら、第1波長と第2波長の光を検出する。あるいは、被検物4を固定して、検出装置を回転させながら、第1波長と第2波長の光を検出する。検出装置の形態は、図1~図6を用いて上述の実施例1~6に係る本装置11~16(以下、まとめて「検出装置」と略す)のどれにでも適用可能である。第1波長の光と第2波長の光の比を求め、再構成処理を行うことにより、断面像を得ることができ、3次元的な変質の様子を観察することが可能となる。上述した検出装置において、2台の検出器又はカメラ(以下、まとて「カメラ」と略す)を用いる場合、一方のカメラで被検物4の全体を撮影し、他方のカメラで内部観察用の限定領域を撮影することもできる。限定領域のみで第1波長の光と第2波長の光の比を求め、全体像に重ねて表示することにより、被検物4の全体を把握しながら、検出対象の周辺の変質を観察することができる。
[1]図1~図7に示す散乱光検出装置(本装置)11~17は、照射光5を受けた被検物4からの散乱光を測定した結果に基づいて被検物4の分子構造を解析するための測定器であるとともに、産業上実用的な検査器具である。被検物4の一例として、ベアリングに封入されたグリスが好適であり、その劣化の程度を判定する検査器具として好適である。
[11]本装置11~17は、照射光5として近赤外線を採用することが好ましい。この結果、汎用性を高められるので、より広範囲な測定用途に適用可能となる。特に深部への透過性を要する場合でなければ、ガンマ線やX線に比べて発生源3を簡便に構成できる上、被曝等の危険も少なくて済む。
2 第2(エネルギー)検出器
3 (光線/電磁波)発生源
4 被検物(被写体)
5 近赤外線
6 ハーフミラー
7 透過光
8 反射光
9 エネルギー分解検出器
10 (エネルギー)検出器
11~17 散乱光検出装置(本装置)
18 (光学)レンズ
21 第1光学フィルタ
22 第2光学フィルタ
23 第1(エネルギー)検出領域
24 第2(エネルギー)検出領域
25 第1(光学)カメラ
26 第2(光学)カメラ
27 第1(光学)レンズ
28 第2(光学)レンズ
29 回転装置
Claims (13)
- 赤外線を照射光とみなして用い、
該照射光を受けた被検物からのラマン散乱による散乱光を測定した結果に基づいて前記被検物の内部の変化を解析する散乱光検出装置であって、
前記照射光の発生源と、
前記被検物を基準に前記照射光の入射方向に対して鋭角をなす出射方向に配設された第1検出器と、
前記入射方向に対する前記鋭角とは異なる角度の出射方向に配設された第2検出器と、
を備え、
前記散乱光のうち、弾性散乱した光であり、第1波長を有する光を前記第1検出器で測定し、
前記散乱光のうち、非弾性散乱であるラマン散乱した光であり、前記第1波長とは異なる第2波長を有する光を前記第2検出器で測定し、
前記第1検出器と前記第2検出器との出力比率を用いて前記被検物の表面形状の情報をキャンセルしながら定量測定する散乱光検出装置。 - 前記照射光は近赤外線である、
請求項1に記載の散乱光検出装置。 - 前記被検物の内部の変化として前記被検物の劣化の程度を定量測定する、
請求項1に記載の散乱光検出装置。 - 前記被検物から前記第1検出器までの間にハーフミラーを配設し、
該ハーフミラーは前記散乱光を入射して透過光と反射光とに分離し、
前記分離された一方より前記第1波長を有する光が得られ、
前記分離された他方より前記第2波長を有する光が得られる、
請求項1に記載の散乱光検出装置。 - 前記第1波長を有する光を優先的に透過する第1光学フィルタと、
前記第2波長を有する光を優先的に透過する第2光学フィルタと、
を備えた、
請求項1に記載の散乱光検出装置。 - 前記第1検出器及び前記第2検出器に代えて単一の検出器で兼用し、
該単一の検出器には、
主に前記第1光学フィルタを透過した前記第1波長を有する光を受けて検出する第1検出領域と、
主に前記第2光学フィルタを透過した前記第2波長を有する光を受けて検出する第2検出領域と、
を設けた、
請求項5に記載の散乱光検出装置。 - 前記第1検出器及び前記第2検出器に代えてエネルギー分解検出器を備え、
該エネルギー分解検出器は、前記散乱光を、前記第1波長を有する光と、前記第2波長を有する光と、に分離して測定する機能を有する、
請求項1に記載の散乱光検出装置。 - 前記第1検出器に代えた第1光学カメラと、
前記第2検出器に代えた第2光学カメラと、
前記被検物から前記第1光学カメラ又は前記第2光学カメラまでの光路の何れかに配設された光学レンズと、
を備え、
前記第1光学カメラと前記第2光学カメラとの出力比率を用いて前記被検物の表面形状の情報をキャンセルしながら定量測定する、
請求項1に記載の散乱光検出装置。 - 前記第1光学カメラと前記被検物との間に配設された第1光学レンズと、
前記第2光学カメラと前記被検物との間に配設された第2光学レンズと、
を備え、
前記第1光学カメラは前記第1光学レンズを通して前記第1波長を有する光を輝度情報で出力し、
前記第2光学カメラは前記第2光学レンズを通して前記第2波長を有する光を輝度情報で出力し、
請求項8に記載の散乱光検出装置。 - 前記第1検出器及び前記第2検出器に対する前記被検物の相対角度を変化させる回転装置を有し、
前記第1検出器の出力に対する前記第2検出器の前記出力比率を前記回転装置の回転角度に応じて取得し、
該取得された前記出力比率を再構成処理して断面像を生成する、
請求項1に記載の散乱光検出装置。 - 前記第1波長を有する光と、前記第1検出器で測定する光の波長が同じである、
請求項1に記載の散乱光検出装置。 - 前記第1波長を有する光の測定値と、前記第2波長を有する光の測定値と、の比率を示す数値をクラスタリング処理した結果に基づいて、
前記被検物の内部の変化を判定する、
請求項1に記載の散乱光検出装置。 - 前記被検物は、使用中のボールベアリング、グリス、ゴム製品、樹脂製品、ワイヤ、又はこれらの混合製品であり、前記被検物の内部の変化を解析した結果に基づいて前記被検物の継続使用に対する許認可の合否を判定する、
請求項1~12の何れか一項に記載の散乱光検出装置を用いた非破壊検査装置。
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JP2018223680A JP7106436B2 (ja) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | 散乱光検出装置、及びそれを用いた非破壊検査装置 |
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