(57)【要約】本発明は、、散乱媒質内の運動を検出し解析する方法に関する。この方法は、散乱媒質（５）に向けてコヒーレント光（１）を投射し、電磁場の画像を多数獲得するため、上記散乱媒質から散乱される光の電磁場（６）を、空間的および時間的にサンプリングし、上記散乱媒質の運動を検出して解析するため、上記散乱光電磁場の時間的および空間的サンプリング画像から得られるスペックル粒子を解析する、というステップからなり、スペックル粒子の解析ステップは、画像相互間の距離を解析するステップを含む。また、本発明は、散乱媒質内の運動を探知し、解析する装置に関する。この装置は、散乱媒質に向けてコヒーレント光を投射する手段（１）と、電磁場の画像を多数獲得するため、上記散乱媒質から散乱される光電磁場の空間的および時間的サンプリングを可能とする、マトリックスセンサ手段（２）と、上記散乱光電磁場の画像を観察する手段（３）と、上記画像から得られるスペックル粒子を解析する手段（４）と、画像相互間の距離を解析する手段とを含む。【選択図】図２
2007506957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−散乱媒質に向けてコヒーレント光を投射し、
−電磁場の画像を多数獲得するため、上記散乱媒質から散乱される光の電磁場を、空間的および時間的にサンプリングし、
−上記散乱媒質の運動を検出して解析するため、上記散乱光電磁場の時間的および空間的サンプリング画像から得られるスペックル粒子を解析する、
というステップからなり、スペックル粒子の解析ステップは、画像相互間の距離を解析するステップを含むことを特徴とする、散乱媒質内の運動を検出し解析する方法。
【請求項２】
スペックル粒子の解析ステップは、上記空間的サンプリング画像の面積の一部を解析するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記空間的サンプリング画像の面積の一部は、スペックル粒子の表面積に等しいことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
スペックル粒子全体の移動方向および移動速度を特定することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
コヒーレント光を散乱媒質に向けて投射するステップは、散乱媒質の光伝送自由経路（ｌ＊）よりも直径の小さい光ビームを投射するステップであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
スペックル粒子の解析ステップは、連続的画像の空間自己相関を実行するステップを含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
後方散乱スポットのプロフィールを特定することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
散乱確率を決定するため、後方散乱スポットの形状の変化を解析することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
散乱媒質の光伝送自由経路（ｌ＊）、およびその変化を特定するため、後方散乱スポットのサイズの変化を解析しすることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
スペックル粒子の解析ステップは、サイズおよび輝度の基準に従って、スペックル粒子を分けるステップを含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
−散乱媒質に向けてコヒーレント光を投射する手段（１）と、
−電磁場の画像を多数獲得するため、上記散乱媒質から散乱される光電磁場の空間的および時間的サンプリングを可能とする、マトリックスセンサ手段（２）と、
−上記散乱光電磁場の画像を観察する手段（３）と、
−上記画像から得られるスペックル粒子を解析する手段（４）と、
−画像相互間の距離を解析する手段と、
を含むことを特徴とする、散乱媒質内の運動を探知し、解析する装置。
【請求項１２】
上記空間的サンプリング画像の面積の一部を解析する手段を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
スペックル粒子の表面積を解析する手段を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
スペックル粒子全体の移動方向および移動速度を計算する手段を含むことを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
散乱媒質の光伝送自由経路（ｌ＊）よりも直径の小さいコヒーレント光を、散乱媒質に向けて投射する手段を含むことを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
連続的画像の空間自己相関を実行する手段を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
後方散乱スポットのプロフィールを特定する装置を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
散乱確率を決定するため、後方散乱スポットの形状の変化を解析する手段を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
散乱媒質の光伝送自由経路（ｌ＊）を特定するため、後方散乱スポットのサイズの変化を解析しする手段を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
サイズおよび輝度の基準に従って、スペックル粒子を分ける手段を含むことを特徴とする、請求項１５〜１９のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、散乱媒質内の運動を解析する方法、および、該方法を実現するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような方法および装置は、すでに、従来技術において知られている。たとえば、乳濁液や懸濁液のような混合物内における、時間の経過に伴う相分離または沈殿から生じる現象を、検出および測定することを可能とする、多相混合物の相解析のための方法および装置が周知である。このような方法および装置の応用分野は、とりわけ、化学および準化学産業であるが、さらに広い分野における応用も可能である。たとえば、多相混合物の安定性を解析したり、混合物の構成、より広くは散乱媒質の構成を明らかにする必要のある全ての分野において応用されうる。混合相の解析装置は、フォトダイオード等を含む混合物から後方散乱される電磁放射を、検出する手段を備える。このような方法および装置は、完璧に機能はするものの、解析に必要なデータの収集には、かなりの時間を要し、この時間は、解析すべき媒質の変化速度によっては、長すぎる場合も多く、その結果、これらの方法および装置の利用は、制限されてしまう。
【０００３】
また、たとえば散乱媒質から後方散乱する光束を、受信機上で測定する方法および装置も開示されている。これは、一般に、マトリックスセンサ、ＣＣＤカメラ、またはＣＭＯＳカメラにより構成された受信手段（たとえば、後方散乱スポットの光重心へと向かう２方向間の所定平面上に広がる）上に、後方散乱スポットを、少なくとも部分的に画像化するものである。この方法および装置は、上記のように獲得された後方散乱スポットにおける光束のプロフィールを、空間的にサンプリングして、測定することを可能とする。しかしながらこの場合も、測定結果を得るためには、膨大なデータの収集が必要である。
【０００４】
また、先行技術においては、空間の一点における電磁場（散乱媒質内へのコヒーレント光の投射により、散乱媒質から散乱されるピクセルによって表される）が、時の経過に伴い変化するのを研究することにより、散乱媒質内の運動を解析する従来的方法も存在する。電磁場は、シャノンの基準を遵守して（すなわち、サンプリングの周波数は、検知信号の最大周波数よりも２倍以上大きい）サンプリングされる。サンプル数が充分な場合は、フーリエ解析により、時間自己相関関数を求めることができる。この方法も、散乱媒質内の運動が弱い場合は、一般的に、かなりの時間を要する。測定ノイズを軽減するためには、連続する自己相関の平均値を求める必要があるからである。このため、この方法および装置は、自己相関または充分な質のスペクトルを獲得するために、莫大なデータと平均値の獲得を必要とする。
【０００５】
文献ＥＰ１２９，４４３は、レーザビームの反射光から発生するスペックル粒子のモチーフを画像化し、１つの画像とその直前の画像の２つを、次々に比較して一致度を計算し、この一致度に基づいて得られる乾燥率または硬化率を表示することにより、凝固または融解を解析する方法を開示している。
【０００６】
また、文献ＷＯ０２／１０３，３３２は、物体に沈殿する粒子の特性を、該粒子から散乱されたコヒーレントな光ビームによって測定する方法を開示している。粒子の速度は、異なる瞬間に録画された１対の瞬間画像間の相関によって解析されるが、これは、フーリエ変換と最初の２画像の自己相関関数を用いて行われる。この方法は、画像の相互相関解析を使用する。この場合、画像間で各々のピクセル値を増大させなければならないという不都合があり、このため、かなりの計算時間を要してしまう。
【０００７】
【特許文献１】欧州特許明細書ＥＰ１２９，４４３
【０００８】
【特許文献２】国際公開公報ＷＯ０２／１０３，３３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、データのより迅速な解析および収集を可能とする、散乱媒質内の運動を解析する方法および装置を提供する。
【００１０】
本発明のもう１つの目的は、従来技術における方法および装置による解析データの収集よりも、速い速度で変化する散乱媒質内の運動を、解析する方法および装置を提供することである。
【００１１】
本発明のもう１つの目的は、光源、解析媒質、センサといった構成要素相互間の位置決めを、その他と比較した場合、正確には必要としない、散乱媒質内の運動を解析する方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
より詳細には、本発明は、
−散乱媒質に向けてコヒーレント光を投射し、
−電磁場の画像を多数獲得するため、上記散乱媒質から散乱される光の電磁場を、空間的および時間的にサンプリングし、
−上記散乱媒質の運動を検出して解析するため、上記散乱光電磁場の時間的および空間的サンプリング画像から得られるスペックル粒子を解析する、
というステップからなり、
スペックル粒子の解析ステップは、画像相互間の距離を解析するステップを含むことを特徴とする、散乱媒質内の運動を検出し解析する方法に関する。
【００１３】
散乱媒質から散乱される光による電磁場を、空間的および時間的にサンプリングすることにより、空間的サンプリングに関しては、所定の瞬間における散乱媒質の状態を表すスペックル粒子の画像を獲得することができ、時間サンプリングに関しては、時間の経過に伴う散乱媒質の変化を表すスペックル粒子の画像を獲得することができる。なお、後者は、場合によっては多相的である。画像相互間の距離を解析することにより、わざわざフーリエ変換を行わなくても、電磁場の時間相関時間を明確にすることができる。
【００１４】
本発明のもう１つの有益な特徴によれば、スペックル粒子の解析ステップは、空間的サンプリング画像の面積の一部を解析するステップを含み、またもう１つの特徴によれば、上記空間的サンプリング画像の面積の一部は、スペックル粒子の表面積に等しい。
【００１５】
この特徴は、フーリエ型の周波数空間への移行により、ドップラー効果によるズレのスペクトルを獲得することを可能とし、散乱係数または２乗平均速度を介して、散乱媒質の微視的構造の運動を特徴づけることを可能とする。また、代替的に、粒子の直径を計算することも可能とする。
【００１６】
また、もう１つの有益な特徴によれば、本発明の方法は、スペックル粒子全体の移動方向および移動速度を特定する。
【００１７】
この特徴は、画像相互間の距離を解析することにより得られる。散乱媒質内の運動を考慮してみると、その運動方向は、たとえば、移動したり、流動したりする化学製品の運動方向と一致する。従って、この解析により、２つの測定を得ることができる。すなわち、相関時間と、運動の偶発的方向および速度である。
【００１８】
本発明のもう１つの有益な特徴によれば、コヒーレント光を散乱媒質に向けて投射するステップは、散乱媒質の光伝送自由経路ｌ＊よりも直径の小さい光ビームを投射するステップである。
【００１９】
この特徴により、所定の対象物における連続的瞬間の空間的サンプリングを表す信号を、多数の写真という形で得ることが可能となる。
【００２０】
本発明のもう１つの有益な特徴によれば、スペックル粒子の解析ステップは、連続的画像の空間自己相関を実行するステップを含み、また、もう１つの有益な特徴によれば、本発明の方法は、後方散乱スポットのプロフィールを特定する。
【００２１】
この特徴により、各画像それ自体との空間相互相関を計算することが可能となる。こうして、中心に平均的なスペックル粒子を有する、もう１つの画像が得られる。フーリエ変換は、この平均的粒子のサイズおよび形状と、光を発信する孔（すなわち、この場合は後方散乱スポット）のサイズおよび形状とに、関連を与える。こうして、上述のような適切な細いコヒーレント光を投射して後方散乱スポットを作ることを条件に、画像光学を用いなくても、後方散乱スポットに至る新しい手段を得ることができる。
【００２２】
本発明のもう１つの有益な特徴によれば、本発明の方法は、上記後方散乱スポットの形状の変化を解析して、散乱確率を特定する。
【００２３】
この特徴によれば、散乱係数または２乗平均速度を取得することにより、散乱媒質の微視的構造の運動を特徴づけたり、粒子の直径を得ることが可能となる。
【００２４】
本発明のもう１つの有益な特徴によれば、本発明の方法は、後方散乱スポットのサイズの変化を解析して、散乱媒質の光伝送自由経路ｌ＊、およびその変化を特定する。
【００２５】
本発明のもう１つの有益な特徴によれば、スペックル粒子の解析ステップは、サイズおよび輝度の基準に従って、スペックル粒子を分けるステップを含む。
【００２６】
この特徴により、散乱媒質内に含まれ、散乱媒質を構成する粒子（たとえば、散乱媒質の表面に近い粒子）の速度と、表面からもっと遠い粒子の速度とを、区別することが可能となる。
【００２７】
同様に、本発明は、散乱媒質内の運動を検出し、解析する装置に関し、
−散乱媒質に向けてコヒーレント光を投射する手段と、
−電磁場の画像を多数獲得するため、上記散乱媒質から散乱される光の電磁場を、空間的および時間的にサンプリングするのに適した、マトリックスセンサ手段と、
−上記散乱光の電磁場の画像を観察する手段と、
−上記画像から得られるスペックル粒子を解析する手段と、
−画像相互間の距離を解析する手段とを含むことを特徴とする。
【００２８】
その他の特徴および効果は、以下、添付図面を参照しつつ説明される、本発明の方法および装置についての複数の実施例の記述により、明らかになるであろう。ただし、これらは例示であり、本発明を限定するものではない。
【実施例】
【００２９】
［実施例１］
散乱媒質内の運動を探知し、解析する本発明の方法の第１の実施例は、以下のように構成される：
−全ての光線の散乱媒質表面とのインパクトが、散乱媒質の光伝送の長さｌ＊と比べて、必ずしも小さい必要はない面積をカバーするようレーザビームを投射することにより、散乱媒質に向けてコヒーレント光を投射し、
−上記散乱媒質から散乱される光の電磁場を、必要に応じて伝送または後方散乱により、空間的および時間的にサンプリングして、電磁場の画像を多数獲得し、このステップは、マトリックスセンサを用いて実施され、これにより多数の連続画像を収集することができ、これらのデータをリアルタイムで扱うか扱わないかの如何により、必要に応じてこれらの画像をメモリに録画してもよいし、しなくてもよく、各画像は、電磁場の強度の空間的サンプリングであり、フィルム（連続画像）は、時の経過による電磁場の変化の時間サンプリングであり、従って、この信号をデータ全体と考えることが可能であり、各データは、３次元空間（すなわち、ＸおよびＹの空間２次元と、時間次元）においてコード化され、
−散乱媒質内の運動を探知し、解析するため、散乱光の電磁場からの時間的、空間的サンプリング画像から得られるスペックル粒子を解析する。スペックル粒子の解析は、解析される散乱媒質により異なり、解析の目的により異なる。以下、本発明の方法の特殊な応用例として、様々な解析例を示す。
【００３０】
スペックル粒子の空間に関連する解析に関して、ここで示しておく必要があるのは、コヒーレント光波を散乱媒質に投射すると、散乱媒質から離れた電磁場の空間的特徴をある程度特定できる、ということである。一般的には、まず最初に、体積の形で表された散乱媒質が得られ、このことから、サンプリング手段上のインパクト点に到達する波相は、可能な全ての値（すなわち、０〜２π）を表すという仮定が可能となる。従って、完全に発展したスペックルの画像（すなわち、最大限のコントラストを伴う）を得ることができる。さらに、散乱スポットと測定センサとの間の光伝達に影響を与える光学系が存在しないので、スペックル画像の空間自己相関は、光を発信する孔（すなわち、本ケースでは後方散乱スポット）の空間自己相関のフーリエ変換である。
【００３１】
また、スペックル粒子の時間に関連する解析に関して、示しておく必要があるのは、スペックルの画像は、実は散乱媒質によって生み出される干渉の画像である、ということである。解析される散乱媒質の微視的構造が流動的である場合、スペックルの画像も流動的となる。たとえば、ＰｉｎｅとＭａｒｅｔは、粒子運動と空間の１点における電磁場の変動とを、いかに結びつけるかについて発表した。より詳細には、彼らは、ある１点における電磁場の時間自己相関関数を、粒子運動のモデルからいかに計算するかを示したのである。このためには、ノイズの最小化に必要な膨大な量の連続データを獲得しなければならず、長時間にわたる測定が必要となり、従って、その間に速度的な特徴を急速に変化させるような製品の解析には適さない。
【００３２】
スペックル粒子の解析ステップは、画像相互間の距離を解析するステップを含む。この方法によれば、いくつかの画像だけで、スペックルの振動を測定することができ、たとえば、非常に速く乾燥する製品の測定を行うことも可能となる。２つの画像は、ベクトル空間（その規模は、用いられるマトリックスセンサのピクセル数に対応する）における２つの点として認識される。このこと考を慮に入れれば、２つの画像間におけるベクトルの距離を定義することができる。たとえば、本発明の方法の応用例を示す図２を参照に、もっと後で説明することになるが、距離Ｄ２を定義することができる。すなわち、距離Ｄ２は、各画像の同じ位置における２つのピクセルの２つの光強度値差違の２乗和平方根である。もう１つの例として、Ｄ１を定義することもできる。Ｄ１は、Ｄ２の例と同様に、ピクセルとピクセルの差違の絶対値和の絶対値である。次に、フィルムの中から、ある所定の時間に対応する特定の画像を選択する。そして、この選択画像との比較において、連続する全ての画像の距離を計算する。こうして得られる曲線は、当然、ゼロ付近から始まる。なぜなら、第２の画像は、参照画像に最も近似しているからである。曲線は、ある特定値へと収斂していく。この値を、全く異なる（あるいは相関性のない）２つの画像間の距離として定義することができる。この曲線の解析は、本発明における電磁場の時間相関時間を特定することを可能とするが、この場合、フーリエ解析を用いる必要はない。
【００３３】
スペックル粒子の解析は、空間的サンプリング画像の総面積を解析するステップを含む。この解析により、電磁場のエルゴード性の特徴が解明される。ここで、ノイズを低減するのは、ピクセル数の平方根に等しいファクタではなく（マトリックスセンサを用いた場合）、スペックル粒子数の平方根と等しいファクタであるということに、注目する必要がある。実際、統計的独立性は、スペックル粒子からスペックル粒子については、通用するが、ピクセルからピクセルについては通用しない。
【００３４】
スペックル粒子解析の第１の実施例は、特に上記のスペックル粒子解析を行った後においては、上記の方法の代わりに、空間的サンプリング画像面積の一部（たとえば、スペックル粒子の表面と等しい面積）を解析するステップを含んでもよい。
【００３５】
また、２つ以上の画像間の類似解析を実施することも可能である。たとえば、オペレータが、解析しようとする散乱媒質に何らかの作用を被らせ、その作用前と作用後のスペックル粒子画像の類似解析により、散乱媒質の微小構造が変化したか否かを知ることができる。２画像間におけるあらゆる類似関数（たとえば、上述の２画像間の距離関数）が使用できる。なお、本例に関する微小構造は、空間における光学指数（実数および虚数）の分布である。
【００３６】
散乱媒質内の運動を探知し、解析する本発明の方法の第２の実施例は、以下のように構成される：
−ｌ＊（すなわち、散乱媒質の光伝送自由経路）よりも直径の小さいレーザビームを投射することにより、散乱媒質に向けてコヒーレント光を投射し、
−上記散乱媒質から散乱される光の電磁場を、実施例１に示した方法で、空間的および時間的にサンプリングし、
−散乱媒質内の運動を探知し、解析するため、連続画像の空間自己相関を実施して、散乱光の電磁場からの時間的、空間的サンプリング画像から得られるスペックル粒子を解析する。連続的画像の空間自己相関については、すでに上述した通りであり、画像光学を用いなくても、新しい手段により、後方散乱スポットのプロフィールに到達することが可能である。細いレーザ光を投射した場合におけるスペックル画像の空間自己相関により、散乱確率を知ることができ、また、粒子の散乱係数、粒子の２乗平均速度を取得することが可能となる。このためには、スッペクルの運動を測定する必要があるが、これは画像相互間の距離により実行可能である。後方散乱スポットの変化を表す曲線のおかげで、たとえば、散乱媒質が非吸収性（白の）化学製品である場合や、その製品の吸収が知られている場合などは、ｌ＊の経時的変化を、周知の方法で測定することが可能となる。また、必要があれば、同様に周知の方法で、散乱媒質内の散乱粒子の平均的サイズを求めることができる。これは、Ｓｔｏｃｋｅｓ  Ｅｉｎｓｔｅｉｎのモデル（粒子の散乱係数から直径を計算することを可能とする）を用いて行う。あるいは、製品の光散乱容量を測定することもできるが、これはｌ＊の測定により実現される。この数字により、たとえば、塗料のカバー力、不透明度を得ることが可能となる。
【００３７】
後方散乱スポットのプロフィールを知ることにより、後方散乱スポットの形状の変化を解析することが可能となり、散乱確率を決定することができる。その運動が解析の対象となっている散乱媒質の中に光子が投射されると、各光子（光の粒子という従来的モデルにおいて）は、入ってきたインターフェースから再び外に出る前に、幾らかの数の散乱を受ける。実際、スポット中心部の輝きは非常に強いため、すぐに外に出るためには、数多くの光子が何らかの散乱を受けることになるが、そのうち、数多くの散乱を受ける光子の数は、少ない。散乱構造の運動モデルと結びついた散乱確率関数を知ることにより、粒子運動を量的に計算することが可能となり、画像相互間の距離を用いた解析により得られる電磁場の変化測定を解明することが可能となる。本発明の方法による時間自己相関関数から得られる測定と、従来的なモデル（粒子の散乱モデルにせよ、粒子伝達の運動モデルにせよ）から得られる測定と比べてみると、これらのモデルの主要なパラメータを得ることができる。すなわち、粒子の散乱係数、および粒子の２乗平均速度である。こうして、流体力学における重要な２つの物理的パラメータが獲得される。
【００３８】
さて、ここで、上述した本発明の方法についての実施例１を参照すると、すでに検討したように、スペックル粒子の解析について記述された諸例により、光相関時間（電磁場が電磁場自身と相関しないために必要な時間）を得ることができる。この時間を逆にすると、解析される散乱媒質の運動速度測定が得られる。また、この方法を応用して、たとえば粒子の沈殿作用、製品の乾燥、多孔質構造内における液体の伝播などを解析することができ、同様に、散乱係数を計算することも可能である。実際、たとえば乾燥する塗料は、蒸発する溶剤と粒子との溶液であり、これら粒子のブラウン運動は、溶剤が蒸発するにつれ減速する。従って、本発明の方法を用いて、この減速を追えば、経時的乾燥曲線を得ることができる。多孔質構造内における液体の伝播に関しては、変化する物理的パラメータが光学指数である。実際、多孔質構造内に広がっていく液体（たとえば、紙を濡らす水）は、空気（指数＝１）によって占領されているゾーンを、漸次的に水（指数＝１．３３）またはその他の液体に占領されたゾーンで置き換えていく。この場合、本発明の方法は、上述した信号処理のアルゴリズムにより、スペックル粒子運動の解明を可能とする。
【００３９】
ここでも上述した本発明の方法についての実施例１を参照とする。画像相互間の距離解析は、光相関時間を得ることを可能にするだけでなく、以下に述べるように、スペックル粒子全体の移動方向および移動速度をも導くため、スペックル粒子の方向および速度の測定アルゴリズムから、たとえば塗料の流出速度を測定することにより、散乱媒質の流出調査に応用することができる。さらに、散乱媒質に含まれ、部分的に散乱媒質を構成する粒子の移動解析や、ランダムネットワークにおける粒子の散乱解析に応用することも可能であり、これら２つの応用は、後に説明するような基準（サイズ、輝度）に従って、スペックル粒子を分けることにより可能となる。スペックル粒子の方向および速度を測定するために、次のような方法で画像相互間の距離を利用することができる：すなわち、第１画像と第２画像の距離を計算するが、これは、１ピクセル以上の第２画像を、あらゆる可能な方向にずらした後に行う。最小の距離を与えるズレにより、１ベクトルが与えられる。このベクトルの方向および数により、スペックル粒子移動の平均的な方向および速度が与えられる。粒子の移動調査は、スペックル粒子の方向および速度の測定アルゴリズム、すなわち、いずれも無秩序な運動をすることなく移動する、粒子全体の速度の測定アルゴリズムにより実施される。ランダムネットワークにおける粒子の散乱調査は、スペックル粒子の方向および速度の測定アルゴリズム、およびスペックル粒子のランダム移動の測定アルゴリズムにより実施される。さらに、本発明の方法は、一定のランダム構造内、あるいは多孔質構造内を移動する粒子（たとえば、紙の中を拡散するインク粒子）の運動を測定することを可能とする。
【００４０】
図１ｂは、信号処理により得られたペンキまたはニスの乾燥曲線：上述した画像間の距離Ｄ２、を示す例である。縦座標に逆相関時間をヘルツで示し、横座標に時間を秒で示す。溶剤の蒸発により、粘度が増加し、粒子の散乱係数が減少するため、散乱媒質内の粒子運動が減速するのが確認できる。３つの曲線は、それぞれ、異なる厚さの層を有する散乱媒質に対応している。層が厚くなる程、媒質は乾燥（すなわち、不動の粒子を有すること）に時間を要することが確認できる。
【００４１】
［実施例２］
上述した本発明の方法の第２の実施例に応用可能な、スペックル粒子解析のもう１つの例は、さらに、サイズおよび輝度の基準に基づき、スペックル粒子を分けるステップを含む。この種の解析の応用例の１つは、層皮を形成しつつ乾燥する塗料における運動解析である。この方法により、表面に近い粒子の速度と、表面からもっと離れた粒子の速度とを区別することが可能となる。これに関しては、散乱媒質の表面に光を投射すると、後方散乱スポットが形成されるということを思い出していただきたい。非常に輝きが強く、直径の小さい（およそｌ＊）スポットの中心部は、主として「短い光子」−すなわち、媒質上をわずかな深さ（およそｌ＊の深さ）で通過した光子−を発する。また、輝きが非常に弱く、直径の大きな（ｌ＊のおよそ１０倍〜１００倍）スポットの縁部は、主として「長い光子」−すなわち、媒質上をかなりの深さ（ｌ＊のおよそ１０倍〜１００倍）で通過した光子−を発する。ここで、輝きの強い小さなスポットは、大きなサイズで輝きの強いスペックル粒子を生み出すということを、指摘しておく必要がある。反対に、輝きの弱い大きなスポットは、小さなサイズで輝きの弱いスペックル粒子を生み出す。このことから、輝きが強く大きなサイズの粒子と、輝きが弱く小さなサイズの粒子とを分けて観測すれば、散乱媒質の表面および深部における微視的構造の移動速度を、それぞれ測定できるという結論が導かれる。上述した応用例において、次のことが確認された：乾燥し、表面に層皮を形成する塗料に関しては、最初は、すべてのスペックル粒子が運動状態にあることが観測されたが、その後少しずつ、輝きの強い大きなスペックル粒子は、運動を弱め、輝きの弱い小さなスペックル粒子よりも先に運動を停止した。実験の最後には、すべてのスペックル粒子が、運動を停止した。このことから導かれるのは、塗料は、まず表面から乾燥し、次に深部が乾燥するということである。従って、信号処理は、この基準（サイズ、輝度）によってスペックル粒子を分類分けするものであるということ、すなわち、輝きが弱く小さな粒子を、輝きが強く大きな粒子、およびその他の中間的カテゴリから区別することであることが理解される。また、カテゴリ毎に、同じだけの新しいフィルム（連続画像）を作成することも可能であり、各カテゴリについて、たとえば後に示すような処理を、新たに適用することもできる。従って、単に１つの測定を得るだけでなく、測定のヒストグラムを得ることが可能である。
【００４２】
図２は、本発明の方法による散乱媒質内の運動の探知および解析を実現可能とする、散乱媒質内運動の探知および解析装置の一例を、機能的に略図化したものである。この装置は、
−たとえばレーザビーム（従来的なレーザによるものであれ、ダイオードレーザによるものであれ）のような、散乱媒質に投射するのに適したコヒーレント光（光線の束がインパクト点においてｌ＊以下、またはおよそｌ＊の大きさのもの）を、散乱媒質５に向けて投射する手段１と、
−散乱媒質からの散乱光６の電磁場を、空間的および時間的にサンプリングして、電磁場の画像を多数を得るのに適した、たとえばマルチピクセル平面センサのような、マトリックスセンサ手段２と、
−たとえば電磁場の画像表示を提供するモニタのような、散乱光からの電磁場を観察する手段３と、
−上述したスペックル粒子の解析を実行可能とする計算手段により構成される、画像から得られるスペックル粒子を解析する手段４、とを含む。計算手段は、コンピュータプログラム、ケーブル論理（たとえば、ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣ）、あるいはマイクロプロセッサなどを搭載したコンポーネント、によって実現されることが好ましく、また必要に応じて、サイズおよび輝度の基準に従いスペックル粒子を分別する手段、マトリックスセンサの画像面積の一部を解析する手段、スペックル粒子の面積を解析する手段、画像相互間の距離を解析する手段、スペックル粒子全体の移動方向および移動速度を解析する手段、連続画像の空間自己相関を実施する手段、後方散乱スポットのプロフィールを特定する手段、散乱確率を決定するために、後方散乱スポットの形状の変化を解析する手段、散乱媒質の光伝送自由経路ｌ＊を特定するために、後方散乱スポットのサイズの変化解析する手段、を備えることもある。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の方法の応用例を表すものであり、図１ａは、スペックル粒子を表し、図１ｂは、スペックル粒子の解析結果を示すグラフである。
【図２】散乱媒質内の運動を解析する装置の実施例を表す概略図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【国際調査報告】
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