(57)【要約】      （修正有）【課題】平面、あるいは曲面形状を有する構造物内部に存在する欠陥を、非接触・非破壊的に熱画像として検出する手段を提供する。【解決手段】固体試料６を線状に収束した光ビームで照射し、その照射位置を電子的、機械的、あるいはその両方を組み合わせた方法で走査することにより、熱拡散の異なる構造物試料に対しても、柔軟に対応できる、簡便・且つ安価なアクティブ・サーモグラフィー装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブ・サーモグラフィー装置であって、アレイ状に配置した大出力光源の発光を列ごとに切り替えて、光学集光系により試料に結像することにより、熱源となる光ビームの走査を行うことを特徴とするサーモグラフィー装置。
【請求項２】
単一あるいは複数配置した大出力光源を、円柱あるいは円筒の形状を有する光学集光系と組み合わせ、試料照射光学系全体をロッドレンズの中心を軸として機械的に回転することにより光ビームを試料に対して走査する原理に基づくサーモグラフィー装置。
【請求項３】
請求項２に述べた機械走査機構と、請求項１に述べた電子走査機構とを組み合わせて熱源となる光ビームの走査を行うことを特徴とするサーモグラフィー装置。
【請求項４】
請求項１〜３の原理を応用した装置であって、光を照射する試料の表面形状（平面や曲面などの形状）に合わせて、結像する像の鮮鋭度を測定目的に合わせて最適になるように光源とレンズとの位置関係を調整する機能を含むサーモグラフィー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非破壊検査に応用されるサーモグラフィー走査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光を物質に照射して、熱に転換されたエネルギーをそこから放出される赤外放射としてとらえるサーモグラフィーは、内部が見えない固体試料内部の非破壊検査に応用されてきた。特に測定対象試料に光ビームを照射するアクティブ・サーモグラフィー装置においては、試料全面を照射する手法 [非特許文献１]、試料に点状ビームを収束して照射する手法[非特許文献２]、ならびに試料に線状ビームを収束して照射する手法[非特許文献３]の３つが知られている。
【０００３】
第３の線状に光ビームを収束する手法に関しては、本申請者によって提案された、電子的に空間的に別の場所に配置された複数の光源を切り替えて点灯する手法 [非特許文献４]の応用が有用と考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】星宮務：“電子走査式光源装置および方法”, 特願2014-002421 (2014.1.9）
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】L.D.Fsavro, T.Ahmed, H.J.Jin,P.K.Kuo and R. L. Thomas: Photoacoustic and photothermal phenomena II, 490 (1990).
【非特許文献２】C.Grass and D.Balageas: Proc., QIRT-92, 19 (1992).
【非特許文献３】T. Hoshimiya, J. Hoshimiya and M.Tsuda: “Line-focus Beam-scan Time-domain Active Thermography with External Control”, Proc., QIRT-2012, 186 (2012).
【非特許文献４】J. Hoshimiya and T. Hoshimiya: “Whole-electronic line-focus light-scanner for active thermography”, Proc., QIRT-2014, 222 (2014).
【非特許文献５】ASTM D 4788-03(2013), “Standard Test Method for Detecting Delaminations in Bridge Decks Using Infrared Thermography”, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2013.
【非特許文献６】島田義則：“レーザー超音波によるコンクリート内部欠陥のリモートセンシング技術”、検査技術、Vol. 14, p. 35 (2009).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在、日本中の橋やトンネルなどインフラ構造物の老朽化が問題となっており、コンクリート内部欠陥の非破壊検査などが緊急の課題となっている。これまでの技術では、日照のある場所では昼夜の照射光量の差による温度差を利用した非破壊検査[非特許文献５]などが行われてきたが、トンネル内部の検査では、打撃によるハンマリング法、接触型超音波法などしか実用化されてこなかったし、自動化装置の候補としてはレーザー超音波法[非特許文献６]があげられるが高額で大型の装置で、民間レベルで簡便に使用できる汎用の検査装置はまだ実現していなかった。
【０００７】
発明者は特許文献１の電子的走査技術を用いてアクティブ・サーモグラフィー検査装置の開発を試みてきた。発明では、円筒形の透明部材を用いたロッドレンズ、あるいはその中央部をくりぬいたパイプ構造の集光光学系と、発光位置とタイミングを電子的、あるいは機械的に変化させ得る光源の採用により、光の試料への照射によって発生する熱源の位置を走査する手法を用いた、簡便・かつ大型化可能な装置により、上に述べた課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は次の手段を提供する。本発明は、光源の点灯をパーソナルコンピューター（ＰＣ）で駆動できる、大出力ランプ、高輝度発光ダイオード（LED）、あるいはレーザーダイオード（LD）を光源とし、直流電源とパワートランジスタ駆動回路をＰＣにより制御するＬＥＤアレイの逐次駆動により移動する線状熱源を実現して、工業製品や機械・建築構造物の内部非破壊検査が可能なサーモグラフィー検査を可能とする装置を提供する。
【０００９】
この手法によって、従来機械的スライドステージなどの重量のある高価な走査機器を必要としていた非破壊検査装置を、電子工学・情報工学的な制御によって、より軽量で安価な製品を実現して、従来の課題を解決するものである。    
【発明の効果】
【００１０】
本発明は大型レーザーや高額な走査機構を用いずに、発光デバイスを多数個用いて、安全かつ低価格な非破壊検査機器を開発する効果がある。    
【００１１】
本検査装置は、そのシステム構成から、Ｘ線や超音波、磁気などを使った他の非破壊検査装置に比べ、安全で、装置として安価であることや特に技術的な知識やノウハウの蓄積の少ない人でもパソコンを取り扱うような手軽さで操作することが可能であることから汎用的に普及するものと期待される。  
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の請求項の１の説明をなすもので、基本的な構成を示したものである。
【図２】図２は複数のチャンネルを有するアナログ出力端子を用いて複数の高輝度ＬＥＤアレイからの光を試料に照射した場合の熱画像、ならびに温度波形の一例を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１の様に信号発生用パーソナルコンピューター１で発生した電気信号を複数の出力チャンネルを有する入出力装置２から出力する。各チャンネルから発生した電気信号はそれぞれのＬＥＤ列対応した遅延時間を持つ時系列として、それぞれのＬＥＤを駆動するパワートランジスタ列３に入力され、アレイ状に配列されたLED列４を駆動する。ＬＥＤから発光された光はロッドレンズ５により検査試料６の表面に結像される。試料の加熱によって発生した赤外線信号は、画像としてサーモカメラ７によりリアルタイムで画像化され、信号処理用パーソナルコンピューター８で処理される。
【００１４】
図２は、ロッドレンズを用いた結像系の説明図である。図２(a)に示す円柱型ロッドレンズの直径をD,材質の屈折率をｎとすると、その焦点距離は公式
【数式１】
【００１５】
2018059874.tif 000003
（１）
で与えられ、光源からレンズの中心までの距離をaとすると、レンズの中心から像までの距離bは、レンズの結像公式
【数式２】
【００１６】
2018059874.tif 000004
（２）
により与えられる。ここに焦点距離fは数式１で表されるものとする。
【００１７】
従って、図１のようなロッドレンズを使うアクティブ・サーモグラフィー装置では、平面やトンネル内部の曲面のように、あらかじめ測定物の表面の形状がわかっている場合には、ＬＥＤ列を配置する場合のレンズの中心からＬＥＤ発光面までの距離aを列ごとに適切に配置していけば、正しい結像を与えることができる。
【００１８】
もし、高輝度ＬＥＤとレンズを一体化させたものをロッドレンズの中心を軸として、図２(a)に示す角度θを変化するように回転させれば、照射する線状光ビームの機械走査を行なうこともできる。
【００１９】
なお、図２(b)に示す同心円筒型ロッドレンズの場合には、内部の媒質の屈折率が等価的に低下するため、ロッドレンズの公式（１）よりは少し長い焦点距離を有するが、その場合も光の屈折の法則から導かれる適切な公式に基づいて計算することができる。
【００２０】
図３は、本発明の請求項３に示す光源の電子的走査とスリットの機械走査とを組み合わせることを示す図面である。請求項１に示す電子的な走査ではどうしても単独の光源の大きさがあるため、鮮明に結像した像の位置は離散的なものとなり、その中間位置に熱源を発生することが難しい。この図では、比較的志向性の広い光源を集光系で緩やかに結像し、その幅広い線状の像の中から、１２の回転機構つきスリットで選ばれた方向にのみ光ビームを結像させることができるので、上記の離散的結像をさらに連続的に走査することで性能の向上を図ることができるものである。スリットのみを回転させるため、請求項２に述べた光源と集光系全体を回転・走査するよりも遥かに簡便に動かすことができる。
【００２１】
図４は、図１の実験装置により、黒色塗料を塗布した試料に移動する線状熱源の生成を行なった熱画像をデータとして示したものである。上から５秒ごとに試料の同一地点の熱画像を示した。ＬＥＤの特性により、多少の熱源の強度のばらつきはあるが、線状熱源がほぼ一定速度0.9 mm/secで移動していることが示されている。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
放射線検査は危険かつ資格が必要であり、超音波検査は非接触測定ができないのに対し、本発明装置は簡便で低価格であり、ＰＣの操作で簡単に画像としての判断が可能であるため、民生用検査機器として大きな期待がもたれる。
【符号の説明】
【００２３】
１      信号発生用パーソナルコンピューター
２      制御入出力装置
３      駆動用パワートランジスタ列
４      ＬＥＤ（もしくはＬＤ）光源アレイ
５      ロッドレンズ（円柱状、もしくは同心円筒状）
６      検査試料
７      サーモカメラ
８      熱画像・温度波形処理用パーソナルコンピューター
【００２４】
９      試料面
１０    集光レンズ
１１    光源
１２    回転機構つきスリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2018059874.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月15日(2016.12.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
【図１】図１は本発明の請求項の１の説明をなすもので、基本的な構成を示したものである。
【図２】図２は複数のチャンネルを有するアナログ出力端子を用いて複数の高輝度ＬＥＤアレイからの光を試料に照射した場合の熱画像、ならびに温度波形の一例を示したものである。
【図３】図３は本発明の請求項の３の説明をなすもので、基本的な構成を示したものである。  
【図４】図４は、図１の実験装置により、５列の高輝度ＬＥＤアレイからの光を黒色塗料を塗布した試料に照射して、移動する線状熱源の生成を行なった熱画像をデータとして示したものである。上から、時刻０から２０秒まで５秒ごとに試料の同一地点の熱画像を示した。ＬＥＤの特性により、多少の熱源の強度のばらつきはあるが、線状熱源がほぼ一定速度0.9 mm/secで移動していることが示されている。