(57)【要約】【課題】試料濃度に依存しない蛍光強度変動要因の影響を防止する試料濃度検出方法、装置およびプログラムの提供。【解決手段】ＣＣＤカメラ５０から得た輝度値と励起光反射部位置との関係から反射励起光輝度データＥ（Ｘｎ，Ｙｎ）と蛍光輝度との理論上の検定線により全撮影箇所の理論上の理論蛍光輝度値データＣ（Ｘｎ，Ｙｎ）を演算する（Ｓ２４）。次に、蛍光の画像輝度値を蛍光用ＣＣＤカメラ７０で取得する（Ｓ２６）。比較補正演算手段８５はＣＣＤカメラ７０から実際の蛍光の輝度値データを得、理論輝度値演算手段８４から送られた全撮影箇所の理論上の理論蛍光輝度値Ｃ（Ｘｎ，Ｙｎ）と比較し、その比較結果に基づいて実際の蛍光の輝度値データを補正し、その補正した蛍光輝度値データＬ（Ｘｎ，Ｙｎ）基づき、撮影箇所全体の酸素ガス濃度データＯ（Ｘｎ，Ｙｎ）を演算する（Ｓ３０）。【選択図】図１Ｄ
2008197116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料雰囲気中のワーク表面上に塗布された蛍光塗料面上に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度を取得することにより、前記ワーク表面の試料濃度を検出する試料濃度検出方法であって、
励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得する蛍光強度取得工程と、
この蛍光強度を取得すると同時に、前記ワーク表面から試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する変動要因演算工程と、
この蛍光強度変動要因の影響に基づいて、前記蛍光強度を補正する補正工程と、
補正後の蛍光強度に基づいて前記ワーク表面の試料濃度を判定する判定工程と、
を有し、
前記変動要因演算工程は、
前記ワークの前記蛍光塗料面上に前記蛍光塗料面と前記試料の接触を防止する接触防止層を部分的に塗布する塗布工程と、
前記接触防止層において励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得する蛍光強度取得工程と、
この蛍光強度に基づいて、試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する影響演算工程と、
を有する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記影響演算工程は、
前記接触防止層の位置と蛍光強度の関係を整合する整合工程と、
前記接触防止層相互間を内挿補間してワーク表面全体の蛍光強度を推定する蛍光強度推定工程と、
この推定された蛍光強度からワーク表面全体の励起光強度を推定する励起光強度演算工程と、
この推定された励起光からワーク表面全体の理論蛍光強度を推定する理論強度演算工程と、
この理論蛍光強度と前記蛍光強度とを比較する比較工程と、
を有し、
この比較結果に基づいて試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する方法。
【請求項３】
試料雰囲気中のワーク表面上に塗布された蛍光塗料面上に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度を取得することにより、前記ワーク表面の試料濃度を検出する試料濃度検出方法であって、
励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得する蛍光強度取得工程と、
この蛍光強度を取得すると同時に、前記ワーク表面から試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する変動要因演算工程と、
この蛍光強度変動要因の影響に基づいて、前記蛍光強度を補正する補正工程と、
補正後の蛍光強度に基づいて前記ワーク表面の試料濃度を判定する判定工程と、
を有し、
前記変動要因演算工程は、
前記ワークの前記蛍光塗料面上に前記蛍光塗料面と前記試料の接触を防止する接触防止層を部分的に塗布する第１の塗布工程と、
前記ワークの前記蛍光塗料面下に前記励起光を反射する励起光反射層を部分的に塗布する第２の塗布工程と、
前記接触防止層において励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得する蛍光強度取得工程と、
蛍光塗料層を通じて前記励起光反射層により反射した励起光の励起光強度を取得する励起光強度取得工程と、
この蛍光強度および反射した励起光強度に基づいて、試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する影響演算工程と、
を有する方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
前記影響演算工程は、
前記接触防止層の位置と蛍光強度の関係を整合する整合工程と、
前記接触防止層相互間を内挿補間してワーク表面全体の蛍光強度を推定する蛍光強度推定工程と、
この推定された蛍光強度からワーク表面全体の励起光強度を推定する励起光強度演算工程と、
この推定された励起光からワーク表面全体の理論蛍光強度を推定する理論強度演算工程と、
この理論蛍光強度と前記蛍光強度とを比較する第１の比較工程と、
を有し、
さらに、
励起光反射層の位置と反射した励起光の励起光強度の関係を整合する整合工程と、
励起光反射層相互間を内挿補間してワーク表面全体の励起光を推定する推定工程と、
この推定された励起光からワーク表面全体の理論蛍光強度を推定する理論強度演算工程と、
この理論蛍光強度と前記蛍光強度とを比較する第２の比較工程と、
を有し、
この第１の比較工程および第２の比較工程による比較結果に基づいて試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する方法。
【請求項５】
試料雰囲気中のワーク表面上に塗布された蛍光塗料面上に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度を取得することにより、前記ワーク表面の試料濃度を検出する試料濃度検出装置であって、
励起光を前記蛍光塗料面上へ照射することにより発生した蛍光の蛍光強度を取得する蛍光強度取得手段と、
この蛍光強度を取得すると同時に、前記ワーク表面から試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する変動要因演算手段と、
この蛍光強度変動要因の影響に基づいて、前記蛍光強度を補正する補正手段と、
補正後の蛍光強度に基づいて前記ワーク表面の試料濃度を判定する判定手段と、
を有し、
前記変動要因演算手段は、
前記ワークの前記蛍光塗料面上に部分的に塗布された、前記蛍光塗料面と前記試料の接触を防止する接触防止層において、励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得する蛍光強度取得手段と、
この蛍光強度に基づいて、試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する影響演算手段と、
を有する装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、
前記影響演算手段は、
前記接触防止層の位置と蛍光強度の関係を整合する整合手段と、
前記接触防止層相互間を内挿補間してワーク表面全体の蛍光強度を推定する蛍光強度推定手段と、
この推定された蛍光強度からワーク表面全体の励起光強度を推定する励起光強度演算手段と、
この推定された励起光からワーク表面全体の理論蛍光強度を推定する理論強度演算手段と、
この理論蛍光強度と前記蛍光強度とを比較する比較手段と、
を有し、
この比較結果に基づいて試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する装置。
【請求項７】
試料雰囲気中のワーク表面上に塗布された蛍光塗料面上に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度を取得することにより、前記ワーク表面の試料濃度を検出する試料濃度検出装置であって、
励起光を前記蛍光塗料面上へ照射することにより発生した蛍光の蛍光強度を取得する蛍光強度取得手段と、
この蛍光強度を取得すると同時に、前記ワーク表面から試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する変動要因演算手段と、
この蛍光強度変動要因の影響に基づいて、前記蛍光強度を補正する補正手段と、
補正後の蛍光強度に基づいて前記ワーク表面の試料濃度を判定する判定手段と、
を有し、
前記変動要因演算手段は、
前記ワークの前記蛍光塗料面上に部分的に塗布された、前記蛍光塗料面と前記試料の接触を防止する接触防止層において、励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得する蛍光強度取得手段と、
前記ワークの前記蛍光塗料面下に部分的に塗布された、前記蛍光塗料面を通じた前記励起光を反射する励起光反射層により反射した励起光の励起光強度を取得する励起光強度取得手段と、
この蛍光強度および反射した励起光強度に基づいて、試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する影響演算手段と、
を有する装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、
前記影響演算手段は、
前記接触防止層の位置と蛍光強度の関係を整合する整合手段と、
前記接触防止層相互間を内挿補間してワーク表面全体の蛍光強度を推定する蛍光強度推定手段と、
この推定された蛍光強度からワーク表面全体の励起光強度を推定する励起光強度演算手段と、
この推定された励起光からワーク表面全体の理論蛍光強度を推定する理論強度演算手段と、
この理論蛍光強度と前記蛍光強度とを比較する第１の比較手段と、
を有し、
さらに、
励起光反射層の位置と反射した励起光の励起光強度の関係を整合する整合手段と、
励起光反射層相互間を内挿補間してワーク表面全体の励起光を推定する推定手段と、
この推定された励起光からワーク表面全体の理論蛍光強度を推定する理論強度演算手段と、
この理論蛍光強度と前記蛍光強度とを比較する第２の比較手段と、
を有し、
この第１の比較手段および第２の比較手段による比較結果に基づいて試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する装置。
【請求項９】
試料雰囲気中のワーク表面上に塗布された蛍光塗料面上に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度を取得することにより、前記ワーク表面の試料濃度をコンピュータによって検出する試料濃度検出プログラムであって、
励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得し、
この蛍光強度を取得すると同時に、前記ワークの前記蛍光塗料面上に部分的に塗布された、前記蛍光塗料面と前記試料の接触を防止する接触防止層において励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得し、
この蛍光強度に基づいて、試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算し、
この蛍光強度変動要因の影響に基づいて、前記蛍光強度を補正し、
補正後の蛍光強度に基づいて前記ワーク表面の試料濃度を判定するプログラム。
【請求項１０】
試料雰囲気中のワーク表面上に塗布された蛍光塗料面上に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度を取得することにより、前記ワーク表面の試料濃度をコンピュータによって検出する試料濃度検出プログラムであって、
励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得し、
前記ワークの前記蛍光塗料面上に部分的に塗布された、前記蛍光塗料面と前記試料の接触を防止する接触防止層において励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得し、
蛍光塗料層を通じて前記ワークの前記蛍光塗料面下に部分的に塗布された、前記励起光を反射する励起光反射層により反射した励起光の励起光強度を取得し、
この蛍光強度および反射した励起光強度に基づいて、試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算し、
この蛍光強度変動要因の影響に基づいて、前記蛍光強度を補正し、
補正後の蛍光強度に基づいて前記ワーク表面の試料濃度を判定するプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料濃度検出方法、装置およびプログラムに関し、特に試料雰囲気中のワーク表面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、この蛍光強度を取得することにより、前記ワーク表面の試料濃度を検出する試料濃度検出方法、装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
励起光を照射した際、試料濃度に応じて消光、発光する蛍光塗料を利用し、ワーク表面の試料濃度を検出する装置および方法が提案されている。
【０００３】
特許文献１（特開平９−１１３４５０号公報）には、ＴＰＰ（テトラ・ポリ・フィリン）を含むマトリクスポリマを塗布してなる検知材に、光を照射した状態で混合ガスを接触させ、ＴＰＰの色の変化を特定波長の透過光または反射光のスペクトル変化として測定してガス濃度を測定するガス濃度検知方法が開示されている。
【０００４】
特許文献２（特表２００２−５２９６８２号公報）および特許文献３（特表平９−５０６１６６号公報）には、酸素消光性を有する蛍光塗料を、光ファイバ端面に塗布して光ファイバ先端部の酸素濃度を計測可能とするガス濃度検知方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献４（特開平６−３４５４５号公報）には、励起光源と試料の間に励起光照射用光ファイバ束を配して、励起光の照射位置を変えたり、２次元的な面分析をする場合に光学系や試料の移動を不要にする光物性評価方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１１３４５０号公報
【特許文献２】特表２００２−５２９６８２号公報
【特許文献３】特表平９−５０６１６６号公報
【特許文献４】特開平６−３４５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、このような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、この蛍光強度を取得することによりガス濃度を検出する方法においては、ガス濃度に依存しない要因による蛍光強度の変動が問題となる場合がある。蛍光強度の変動が生じると、その蛍光強度の変動が蛍光によるガス濃度の検出ノイズとなり、高精度な蛍光強度の取得の妨げとなる。このような蛍光強度変動要因としては、ガス濃度非依存の蛍光強度変動要因一般であるが、特に「励起光源の明暗変化」、「励起光の照射ムラ」、「蛍光塗料の膜厚ムラ」を挙げることができる。「励起光源の明暗変化」とは、励起光源を継続使用していると励起光源自体の明暗が変化する経時的変化によって、励起光のワーク表面への照射量が変化することである。「励起光の照射ムラ」とは、励起光を照射されたワーク表面の部位的な励起光の照射量の差が生じることをいい、ワークが平面形状でなく曲面形状であるなど表面形状や励起光源の照射角度等などに起因する場合が多い。「蛍光塗料の膜厚ムラ」とは、蛍光塗料膜がワーク表面に均一に塗布されていなく、蛍光塗料の膜厚によって部位的に蛍光強度が変化してしまうことをいう。
【０００８】
本発明は、上記課題等に鑑みてなされたものであり、試料濃度に依存しない蛍光強度変動要因による影響を防止し、より高精度にワーク表面の試料濃度を検出する試料濃度検出方法、装置およびプログラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、試料雰囲気中のワーク表面上に塗布された蛍光塗料面上に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度を取得することにより、前記ワーク表面の試料濃度を検出する試料濃度検出方法であって、励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得する蛍光強度取得工程と、この蛍光強度を取得すると同時に、前記ワーク表面から試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する変動要因演算工程と、この蛍光強度変動要因の影響に基づいて、前記蛍光強度を補正する補正工程と、補正後の蛍光強度に基づいて前記ワーク表面の試料濃度を判定する判定工程と、を有し、前記変動要因演算工程は、前記ワークの前記蛍光塗料面上に前記蛍光塗料面と前記試料の接触を防止する接触防止層を部分的に塗布する塗布工程と、前記接触防止層において励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得する蛍光強度取得工程と、この蛍光強度に基づいて、試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する影響演算工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
さらに、この影響演算工程は、前記接触防止層の位置と蛍光強度の関係を整合する整合工程と、前記接触防止層相互間を内挿補間してワーク表面全体の蛍光強度を推定する蛍光強度推定工程と、この推定された蛍光強度からワーク表面全体の励起光強度を推定する励起光強度演算工程と、この推定された励起光からワーク表面全体の理論蛍光強度を推定する理論強度演算工程と、この理論蛍光強度と前記蛍光強度とを比較する比較工程と、を有し、この比較結果に基づいて試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算すると好適である。
【００１１】
本発明はまた、試料雰囲気中のワーク表面上に塗布された蛍光塗料面上に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度を取得することにより、前記ワーク表面の試料濃度を検出する試料濃度検出方法であって、励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得する蛍光強度取得工程と、この蛍光強度を取得すると同時に、前記ワーク表面から試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する変動要因演算工程と、この蛍光強度変動要因の影響に基づいて、前記蛍光強度を補正する補正工程と、補正後の蛍光強度に基づいて前記ワーク表面の試料濃度を判定する判定工程と、を有し、前記変動要因演算工程は、前記ワークの前記蛍光塗料面上に前記蛍光塗料面と前記試料の接触を防止する接触防止層を部分的に塗布する第１の塗布工程と、前記ワークの前記蛍光塗料面下に前記励起光を反射する励起光反射層を部分的に塗布する第２の塗布工程と、前記接触防止層において励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得する蛍光強度取得工程と、蛍光塗料層を通じて前記励起光反射層により反射した励起光の励起光強度を取得する励起光強度取得工程と、この蛍光強度および反射した励起光強度に基づいて、試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する影響演算工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
さらに、この影響演算工程は、前記接触防止層の位置と蛍光強度の関係を整合する整合工程と、前記接触防止層相互間を内挿補間してワーク表面全体の蛍光強度を推定する蛍光強度推定工程と、この推定された蛍光強度からワーク表面全体の励起光強度を推定する励起光強度演算工程と、この推定された励起光からワーク表面全体の理論蛍光強度を推定する理論強度演算工程と、この理論蛍光強度と前記蛍光強度とを比較する第１の比較工程と、を有し、さらに、励起光反射層の位置と反射した励起光の励起光強度の関係を整合する整合工程と、励起光反射層相互間を内挿補間してワーク表面全体の励起光を推定する推定工程と、この推定された励起光からワーク表面全体の理論蛍光強度を推定する理論強度演算工程と、この理論蛍光強度と前記蛍光強度とを比較する第２の比較工程と、を有し、この第１の比較工程および第２の比較工程による比較結果に基づいて試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算すると好適である。
【００１３】
本発明はまた、試料雰囲気中のワーク表面上に塗布された蛍光塗料面上に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度を取得することにより、前記ワーク表面の試料濃度を検出する試料濃度検出装置であって、励起光を前記蛍光塗料面上へ照射することにより発生した蛍光の蛍光強度を取得する蛍光強度取得手段と、この蛍光強度を取得すると同時に、前記ワーク表面から試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する変動要因演算手段と、この蛍光強度変動要因の影響に基づいて、前記蛍光強度を補正する補正手段と、補正後の蛍光強度に基づいて前記ワーク表面の試料濃度を判定する判定手段と、を有し、前記変動要因演算手段は、前記ワークの前記蛍光塗料面上に部分的に塗布された、前記蛍光塗料面と前記試料の接触を防止する接触防止層において、励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得する蛍光強度取得手段と、この蛍光強度に基づいて、試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する影響演算手段と、を有することを特徴とする。
【００１４】
さらに、この影響演算手段は、前記接触防止層の位置と蛍光強度の関係を整合する整合手段と、前記接触防止層相互間を内挿補間してワーク表面全体の蛍光強度を推定する蛍光強度推定手段と、この推定された蛍光強度からワーク表面全体の励起光強度を推定する励起光強度演算手段と、この推定された励起光からワーク表面全体の理論蛍光強度を推定する理論強度演算手段と、この理論蛍光強度と前記蛍光強度とを比較する比較手段と、を有し、この比較結果に基づいて試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算すると好適である。
【００１５】
また、本発明は、試料雰囲気中のワーク表面上に塗布された蛍光塗料面上に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度を取得することにより、前記ワーク表面の試料濃度を検出する試料濃度検出装置であって、励起光を前記蛍光塗料面上へ照射することにより発生した蛍光の蛍光強度を取得する蛍光強度取得手段と、この蛍光強度を取得すると同時に、前記ワーク表面から試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する変動要因演算手段と、この蛍光強度変動要因の影響に基づいて、前記蛍光強度を補正する補正手段と、補正後の蛍光強度に基づいて前記ワーク表面の試料濃度を判定する判定手段と、を有し、前記変動要因演算手段は、前記ワークの前記蛍光塗料面上に部分的に塗布された、前記蛍光塗料面と前記試料の接触を防止する接触防止層において、励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得する蛍光強度取得手段と、前記ワークの前記蛍光塗料面下に部分的に塗布された、前記蛍光塗料面を通じた前記励起光を反射する励起光反射層により反射した励起光の励起光強度を取得する励起光強度取得手段と、この蛍光強度および反射した励起光強度に基づいて、試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算する影響演算手段と、を有することを特徴とする。
【００１６】
さらに、この影響演算工程は、前記接触防止層の位置と蛍光強度の関係を整合する整合手段と、前記接触防止層相互間を内挿補間してワーク表面全体の蛍光強度を推定する蛍光強度推定手段と、この推定された蛍光強度からワーク表面全体の励起光強度を推定する励起光強度演算手段と、この推定された励起光からワーク表面全体の理論蛍光強度を推定する理論強度演算手段と、この理論蛍光強度と前記蛍光強度とを比較する第１の比較手段と、有し、さらに、励起光反射層の位置と反射した励起光の励起光強度の関係を整合する整合手段と、励起光反射層相互間を内挿補間してワーク表面全体の励起光を推定する推定手段と、この推定された励起光からワーク表面全体の理論蛍光強度を推定する理論強度演算手段と、この理論蛍光強度と前記蛍光強度とを比較する第２の比較手段と、を有し、この第１の比較手段および第２の比較手段による比較結果に基づいて試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算すると好適である。
【００１７】
また、本発明は、試料雰囲気中のワーク表面上に塗布された蛍光塗料面上に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度を取得することにより、前記ワーク表面の試料濃度をコンピュータによって検出する試料濃度検出プログラムであって、励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得し、この蛍光強度を取得すると同時に、前記ワークの前記蛍光塗料面上に部分的に塗布された、前記蛍光塗料面と前記試料の接触を防止する接触防止層において励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得し、この蛍光強度に基づいて、試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算し、この蛍光強度変動要因の影響に基づいて、前記蛍光強度を補正し、補正後の蛍光強度に基づいて前記ワーク表面の試料濃度を判定することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、試料雰囲気中のワーク表面上に塗布された蛍光塗料面上に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度を取得することにより、前記ワーク表面の試料濃度をコンピュータによって検出する試料濃度検出プログラムであって、励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得し、前記ワークの前記蛍光塗料面上に部分的に塗布された、前記蛍光塗料面と前記試料の接触を防止する接触防止層において励起光の照射により発生した蛍光の蛍光強度を取得し、蛍光塗料層を通じて前記ワークの前記蛍光塗料面下に部分的に塗布された、前記励起光を反射する励起光反射層により反射した励起光の励起光強度を取得し、この蛍光強度および反射した励起光強度に基づいて、試料濃度非依存による蛍光強度変動要因の影響を演算し、この蛍光強度変動要因の影響に基づいて、前記蛍光強度を補正し、補正後の蛍光強度に基づいて前記ワーク表面の試料濃度を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、試料濃度に依存しない蛍光強度変動要因の影響を防止し、より高精度にワーク表面の試料濃度を検出する試料濃度検出方法、装置およびプログラムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
本実施形態では、ワーク（基板）として燃料電池のＭＥＡに使用されるセパレータ板、検出の対象となる試料ガスとして酸素ガス、蛍光塗料としてルテニウム錯体塗料（酸素消光性）、励起光源として波長４７０ｎｍの青色光を励起光として照射できる励起光源を用い、セパレータ板の表面の酸素ガス濃度分布を検出する。なお、このような状況下で発生する蛍光は約６００ｎｍである。また、光の強度として輝度値の強度を用いている。このような構成を用いて燃料電池電極に用いられるセパレータ板に燃料電池で用いられる酸素ガスがどのようにセパレータ板上で分布するのかを検出する。
【００２２】
［参考形態１］
「装置の全体構成」
図１には参考形態１に係る酸素ガス濃度検出装置１００の構成図が示される。表面ガス濃度の分布の検出対象となるセパレータ１２を基板とする検知材１０がある。検知材１０は励起光および蛍光を通過できる透過窓を有したケース１８内に設置されている。検知材１０とこの透過窓の間は空間１９を有しており、この空間１９が検知材１０の表面に拡散される酸素ガスを通じるガス流路１９となる。検知材１０に励起光を照射可能となるように励起光源２０が設置される。検知材１０で反射した励起光および発生した蛍光を２方向へ分割する光分割手段としてのハーフプリズム３０が検知材１０の正面に設置される。ハーフプリズム３０で分割された光が進行する２方向のうち１方向には、励起光の波長（約４７０ｎｍ）の光線を選択して通過させる励起光波長通過手段としての励起光透過フィルタ４０が備えられている。フィルタ４０の背後にはフィルタ４０を通過した励起光の輝度値を検知する励起光検知手段としての励起光用ＣＣＤカメラ５０が備えられている。ハーフプリズム３０で分割された光が進行する２方向のうち残りのもう１つの方向には、蛍光の波長（約６００ｎｍ）の光線を選択して通過させる蛍光波長通過手段としての蛍光透過フィルタ６０が備えられている。フィルタ６０の背後にはフィルタ６０を通過した蛍光の輝度値を検知する蛍光検知手段としての蛍光用ＣＣＤカメラ７０が備えられている。ＣＣＤカメラ５０およびＣＣＤカメラ７０は、コンピュータ８０と電気通信接続されている。コンピュータ８０は、それぞれのＣＣＤカメラからのデータを取得し、その取得データに基づいて内部で演算し、画像出力手段に画像データを送信する演算手段である。コンピュータ８０から受け取った画像データを出力する画像出力手段としてはディスプレイ９０を有している。
【００２３】
「検知材の構成」
図１Ａには測定対象となる検知材１０のハーフプリズム３０側から見た上面図が示される。図１Ｂには図１Ａの検知材１０をＸ−Ｙ面で切断した場合の断面図が示される。セパレータ１２に蛍光塗料が全面に塗布され、蛍光塗料層１４が形成されている。蛍光塗料層１４上には、励起光を反射する励起光反射層１６が部分的に塗布されている。励起光反射層は白色塗料等、励起光を反射できる一般的塗料でよい。
【００２４】
部分的に励起光反射層１６を塗布するとは、蛍光塗料層１４面の全面ではないという態様を示し、励起光を反射させて励起光により蛍光輝度値変動要因の影響を演算し、補正できるデータを採取できる態様であればよい。例えば、縞状、マトリックス状、まだら状等、蛍光塗料層１４に励起光反射層１６を散在させて塗布することが挙げられる。参考形態においては、蛍光塗料層１４上に直径１ｍｍ程度の円形状の多数の励起光反射層１６を、等間隔に散在させて塗布して、この円形状の励起光反射層それぞれを励起光反射部領域としている（図１Ａ）。塗布手段はスクリーン印刷手段等を用いて塗布するなど一般的な塗布手段であればよい。
【００２５】
励起光反射部領域の数が多く、相互間の距離が短いほど後述の内挿補間による全箇所の励起光輝度値の演算制度が向上するので励起反射部の数が多く、相互間距離を短くする方が好適である。また、蛍光データの取得阻害を防止するためにも励起光反射部領域各々の面積は小さい方が好適である。
【００２６】
「コンピュータの内部構成」
図１Ｃにはコンピュータ８０の内部構成を示すブロック図が示される。位置輝度演算手段８１は、励起光用ＣＣＤカメラ５０と電気通信接続され、ＣＣＤカメラ５０から励起光の輝度値データを得る。また、位置輝度演算手段８１は、位置記憶手段８１Ｒと電気通信接続されている。位置記憶手段８１Ｒには予め記憶されたＣＣＤカメラ５０の撮影箇所に対する励起光反射部領域の位置関係が予め記憶されている。位置輝度演算手段８１は、位置記憶手段８１Ｒから位置関係のデータを読み出し、反射励起光の輝度値データと位置関係から、検知材１０のどの励起光反射部領域から反射されて来た励起光であるかという輝度値と位置関係を演算して整合させる。また、位置輝度演算手段８１は、その演算結果を平均輝度演算手段８２に送信する。平均輝度演算手段８２は位置輝度演算手段８１からのデータに基づき、励起光反射部領域各々の励起光の輝度値平均を演算する。また、平均輝度演算手段８２は内挿補間演算手段８３に励起光反射部領域各々の励起光の輝度値平均のデータを送信する。内挿補間演算手段８３は平均輝度演算手段８２からのデータに基づき、励起光反射部領域間の内挿補間を行い、ＣＣＤカメラ５０で撮影した全箇所の励起光輝度値を演算する。内挿補間演算手段８３は撮影した全箇所と励起光輝度値の関係データを理論輝度値演算手段８４に送信する。理論輝度値演算手段８４は、内挿補間演算手段８３と、検定線記憶手段８４Ｒと電気通信接続されている。検定線記憶手段８４Ｒは励起光輝度と蛍光輝度との理論上の検定線が予め記憶されている。理論輝度値演算手段８４は内挿補間演算手段８３からの撮影した全箇所と励起光輝度値の関係をデータに基づいて、検定線記憶手段８４Ｒから検定線を呼び出し、その検定線により全撮影箇所の理論上の理論蛍光輝度値を演算する。理論輝度値演算手段８４は全撮影箇所の理論上の理論蛍光輝度値を比較補正演算手段８５へ送信する。比較補正演算手段８５は理論輝度値演算手段８４と、蛍光用ＣＣＤカメラ７０と、補正関係記憶手段８５Ｒと電気通信接続されている。補正関係記憶手段８５Ｒには理論蛍光輝度値と実際の蛍光輝度値とのずれに対して実際の蛍光輝度値をいくらに補正すべきかという補正関係が予め記憶されている。比較補正演算手段８５はＣＣＤカメラ７０から実際の蛍光の輝度値データを得、理論輝度値演算手段８４から送られた理論上の理論蛍光輝度値と比較する。その比較結果に基づいて、補正関係記憶手段８５Ｒから実際の蛍光輝度値をいくらに補正すべきかという補正関係を読み出し、その補正関係に基づいて実際の蛍光輝度値データを補正する。その補正処理を行った後の蛍光輝度値データを濃度演算手段８６へ送信する。濃度演算手段８６は比較補正演算手段８５と、蛍光輝度値と酸素ガス濃度の関係を記憶した輝度濃度記憶手段８６Ｒと接続されている。濃度演算手段８６は輝度濃度記憶手段８６Ｒから蛍光輝度値と酸素ガス濃度の関係を読み出し、比較補正演算手段８５からの補正した蛍光輝度値データに基づき、撮影箇所全体の酸素ガス濃度を演算し、その濃度に応じて色を分けた画像データをディスプレイ９０へと送信する。なお、上記一連の処理は上記通常は１つのコンピュータ内でなされる。通常、演算手段はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、記憶手段はメモリなどを用いる。予め記憶手段に記憶されている検定線等の相関関係は当業者であれば容易に測定できるものである。
【００２７】
「酸素ガス濃度分布の検出方法」
図１Ｄに示されるフローチャートに基づいて、図１の酸素ガス濃度検出装置を用いた酸素ガス濃度分布の検出の方法について説明する。セパレータを基板１２として、その上に蛍光塗料１４に励起光反射層１６を部分的に塗布した検知材１０上に、ガス流路１９を通じて酸素ガスを表面拡散させる（Ｓ１０）。酸素ガスを拡散させると共に、励起光源２０により、励起光を検知材１０に照射して励起光反射部１６で励起光を反射させる。励起光反射部１６では、励起光は蛍光塗料の励起に用いられることなく、反射する。反射励起光は酸素濃度ガスに依存することがないので、反射励起光を検知することでガス濃度非依存の蛍光強度変動要因である励起光の照射ムラや励起光源の経時的な明暗変化の影響等を検知して、その影響を除去することが可能となる。また、励起光反射部１６が塗布されておらず、蛍光塗料層１４が表面に露出している箇所においては、励起光により蛍光を発生させる。酸素ガス濃度が濃い箇所においては酸素ガスにより蛍光が消光される。反射した励起光と発生した蛍光は混合し、これらが混合した混合光となる（Ｓ１２）。混合光をハーフプリズム３０によって、２方向に分離する（Ｓ１４）。１方向は、励起光透過フィルタ４０を通じる方向へ、残りの１方向は蛍光透過フィルタ６０を通じる方向へと分離する。励起光透過フィルタ４０を通じる方向へ進行する混合光を励起光透過フィルタ４０を用い、励起光波長のみを選択して取り出す。取り出した反射励起光の画像輝度値を励起光用ＣＣＤカメラ５０で取得する（Ｓ１６）。反射励起光の画像輝度値はコンピュータ８０によって処理する。
【００２８】
すなわち、ＣＣＤカメラ５０から励起光の輝度値データを得た位置輝度演算手段８１は、励起光の輝度値データとＣＣＤカメラ５０の撮影箇所の位置関係から、検知材１０のどの励起光反射部領域から反射されて来た励起光であるかを演算し、位置と輝度値の関係を整合させたデータＰ（Ｘｎ，Ｙｎ）を得る（Ｓ１８）。次に平均輝度演算手段８２は位置輝度演算手段８１からの輝度データＰ（Ｘｎ，Ｙｎ）に基づき、励起光反射部領域各々の励起光の輝度値平均を演算し、励起光反射部領域各々の励起光の輝度値平均のデータＡ（Ｘｎ，Ｙｎ）を得る（Ｓ２０）。これにより、さらに内挿補間演算手段８３は平均輝度演算手段８２からの輝度データＡ（Ｘｎ，Ｙｎ）に基づき、励起光反射部領域相互間の内挿補間を行い、ＣＣＤカメラ５０で撮影した全箇所の励起光輝度値のデータＥ（Ｘｎ，Ｙｎ）を得る（Ｓ２２）。ここで内挿補間の方法としては、例えば線形内挿、多項式補間、スプライン補間などを用いることができる。次に理論輝度値演算手段８４により内挿補間演算手段８３からの反射励起光輝度データＥ（Ｘｎ，Ｙｎ）と蛍光輝度との理論上の検定線により全撮影箇所の理論上の理論蛍光輝度値データＣ（Ｘｎ，Ｙｎ）を演算する（Ｓ２４）。
【００２９】
次に、蛍光透過フィルタ６０を通じる方向へ進行する混合光を、蛍光透過フィルタ６０を用い、蛍光波長のみを選択して取り出す。取り出した蛍光の画像輝度値を蛍光用ＣＣＤカメラ７０で取得する（Ｓ２６）。比較補正演算手段８５はＣＣＤカメラ７０から実際の蛍光の輝度値データを得、理論輝度値演算手段８４から送られた全撮影箇所の理論上の理論蛍光輝度値Ｃ（Ｘｎ，Ｙｎ）と比較し、その比較結果に基づいて実際の蛍光の輝度値データを補正し、その補正した蛍光輝度値データＬ（Ｘｎ，Ｙｎ）を得る（Ｓ２８）。次に濃度演算手段８６は比較補正演算手段８５からの補正した蛍光輝度値データＬ（Ｘｎ，Ｙｎ）に基づき、撮影箇所全体の酸素ガス濃度データＯ（Ｘｎ，Ｙｎ）を演算し、その濃度に応じて色を分けた画像データをディスプレイ９０へと送信する（Ｓ３０）。ディスプレイ９０には、酸素ガス濃度Ｏ（Ｘｎ，Ｙｎ）に応じて色を分けた画像データを出力させる。これによりセパレータ上の酸素ガス濃度の分布を精度良く色により可視化して認識できる（Ｓ３２）。
【００３０】
以上の方法により、励起光の照射ムラや励起光源の経時的な明暗変化の検出ノイズの影響を除去して正確にセパレータ上の酸素ガス濃度分布を測定できる。また、本方法では、ガス濃度に依存しない蛍光強度変動要因の検定補正を、ガス濃度検出時に同時に行うことができ、ガス濃度の検出前において、事前にこれら蛍光強度変動要因の検定補正を行う必要がない。よって工程数を削減できる。
【００３１】
［実施形態１］
「装置の全体構成」
図２には実施形態１に係る酸素ガス濃度検出装置２００の構成図が示される。表面ガス濃度の分布の検出対象となるセパレータ１２を基板とする検知材１１０がある。検知材１１０は励起光および蛍光を通過できる透過窓を有したケース１８内に設置されている。検知材１１０とこの透過窓の間は空間１９を有しており、この空間１９が検知材１１０の表面に拡散される酸素ガスを通じるガス流路１９となる。検知材１１０に励起光を照射可能となるように励起光源２０が設置される。検知材１１０で発生した蛍光の波長（約６００ｎｍ）の光線を選択して通過させる蛍光波長通過手段としての蛍光透過フィルタ６０が検知材１１０の正面に備えられている。フィルタ６０の背後にはフィルタ６０を通過した蛍光の輝度値を検知する蛍光検知手段としての蛍光用ＣＣＤカメラ７０が備えられている。ＣＣＤカメラ７０は、コンピュータ１８０と電気通信接続されている。コンピュータ１８０は、ＣＣＤカメラ７０からのデータを取得し、その取得データに基づいて内部で演算し、画像出力手段に画像データを送信する演算手段である。コンピュータ１８０から受け取った画像データを出力する画像出力手段としてはディスプレイ９０を有している。
【００３２】
「検知材の構成」
図２Ａには測定対象となる検知材１１０のカメラ７０から見た上面図が示される。図２Ｂには図２Ａの検知材１１０をＸ−Ｙ面で切断した場合の断面図が示される。図１Ａおよび図１Ｂの検知材１０とは蛍光塗料層１４上に形成されるのが励起光反射層１６でなく、酸素不透過層１１６である点が主に相違する。すなわち、セパレータ１２に蛍光塗料が全面に塗布され、蛍光塗料層１４が形成されている。蛍光塗料層１４上には、酸素ガスが蛍光反応層１４と接触することを防止する酸素不透過層１１６が部分的に塗布されている。酸素不透過層１１６は６００ｎｍ程度の蛍光を発しなく、蛍光反応層１４と酸素ガスが接触できるのを防止できるものでよい。
【００３３】
部分的に酸素不透過層１１６を塗布するとは、蛍光塗料層１４面の全面ではないという態様を示し、励起光を反射させて励起光により蛍光輝度値変動要因の影響を演算し、補正できるデータを採取できる態様であればよい。例えば、縞状、マトリックス状、まだら状等、蛍光塗料層１４に酸素不透過層１１６を散在させて塗布することが挙げられる。実施形態においては、蛍光塗料層１４上に直径１ｍｍ程度の円形状の多数の酸素不透過層１１６を、等間隔に散在させて塗布して、この円形状の励起光反射層それぞれを酸素不透過部領域としている（図２Ａ）。塗布手段はスクリーン印刷手段等を用いて塗布するなど一般的な塗布手段であればよい。
【００３４】
酸素不透過部領域の数が多く、相互間の距離が短いほど後述の内挿補間による全箇所の励起光輝度値の演算制度が向上するので酸素不透過部の数が多く、相互距離間を短くする方が好適である。また、蛍光データの取得阻害を防止するためにも酸素不透過部領域各々の面積は小さい方が好適である。
【００３５】
「コンピュータの内部構成」
図２Ｃにはコンピュータ１８０の内部構成を示すブロック図が示される。位置輝度演算手段１８１は、蛍光用ＣＣＤカメラ７０と電気通信接続され、ＣＣＤカメラ７０から蛍光の輝度値データを得る。また、位置輝度演算手段１８１は、位置記憶手段１８１Ｒと電気通信接続されている。位置記憶手段１８１Ｒには予め記憶されたＣＣＤカメラ５０の撮影箇所に対する酸素不透過部領域の位置関係が予め記憶されている。位置輝度演算手段１８１は、位置記憶手段１８１Ｒから位置関係のデータを読み出し、酸素不透過部の輝度値データと位置関係から、検知材１１０のどの酸素不透過部領域から反射されて来た蛍光であるかという輝度値と位置関係を演算して整合させる。また、位置輝度演算手段１８１は、その演算結果を平均輝度演算手段１８２に送信する。平均輝度演算手段１８２は位置輝度演算手段１８１からのデータに基づき、酸素不透過部領域各々の蛍光の輝度値平均を演算する。また、平均輝度演算手段１８２は内挿補間演算手段１８３に酸素不透過部領域各々の蛍光の輝度値平均データを送信する。内挿補間演算手段１８３は平均輝度演算手段１８２からのデータに基づき、酸素不透過部領域間の内挿補間を行い、ＣＣＤカメラ７０で撮影した全箇所の蛍光輝度値を演算する。内挿補間演算手段１８３は撮影した全箇所と蛍光輝度値の関係データを励起光演算手段１８７へ送信する。励起光演算手段１８７は、内挿補間演算手段１８３と、検定線記憶手段１８７Ｒと電気通信接続されている。検定線記憶手段１８７Ｒには酸素不透過部領域で得られた蛍光輝度と励起光輝度の関係が予め記憶されている。励起光演算手段１８７は内挿補間演算手段１８３からの撮影した全箇所と蛍光輝度値の関係データに基づいて、検定線記憶手段１８７Ｒから蛍光輝度と励起光輝度の検定線を呼び出し、その検定線により全撮影箇所の励起光輝度データを演算する。また、励起光演算手段１８７Ｒは、全撮影箇所の励起光輝度データを理論輝度値演算手段１８４に送信する。理論輝度値演算手段１８４は、励起光演算手段１８７と、検定線記憶手段１８４Ｒと電気通信接続されている。検定線記憶手段１８４Ｒは励起光輝度と蛍光輝度との理論上の検定線が予め記憶されている。理論輝度値演算手段１８４は励起光演算手段１８７からの撮影した全箇所と励起光輝度値の関係をデータに基づいて、検定線記憶手段１８４Ｒから検定線を呼び出し、その検定線により全撮影箇所の理論上の理論蛍光輝度値を演算する。理論輝度値演算手段１８４は全撮影箇所の理論上の理論蛍光輝度値を比較補正演算手段１８５へ送信する。比較補正演算手段１８５は理論輝度値演算手段１８４と、蛍光用ＣＣＤカメラ７０と、補正関係記憶手段１８５Ｒと電気通信接続されている。補正関係記憶手段８５Ｒには理論蛍光輝度値と実際の蛍光輝度値とのずれに対して実際の蛍光輝度値をいくらに補正すべきかという補正関係が予め記憶されている。比較補正演算手段１８５はＣＣＤカメラ７０から実際の蛍光の輝度値データを得、理論輝度値演算手段１８４から送られた理論上の理論蛍光輝度値と比較する。その比較結果に基づいて、補正関係記憶手段１８５Ｒから実際の蛍光輝度値をいくらに補正すべきかという補正関係を読み出し、その補正関係に基づいて実際の蛍光輝度値データを補正する。その補正処理を行った後の蛍光輝度値データを濃度演算手段１８６へ送信する。濃度演算手段１８６は比較補正演算手段１８５と、蛍光輝度値と酸素ガス濃度の関係を記憶した輝度濃度記憶手段１８６Ｒと接続されている。濃度演算手段８６は輝度濃度記憶手段１８６から蛍光輝度値と酸素ガス濃度の関係を読み出し、比較補正演算手段１８５からの補正した蛍光輝度値データに基づき、撮影箇所全体の酸素ガス濃度を演算し、その濃度に応じて色を分けた画像データをディスプレイ９０へと送信する。なお、上記一連の処理は上記通常は１つのコンピュータ内でなされる。通常、演算手段はＣＰＵ、記憶手段はメモリなどを用い、記憶手段はメモリなどを用いる。予め記憶手段に記憶されている検定線等の相関関係は当業者であれば容易に測定できるものであるのは参考形態１と同様である。
【００３６】
「酸素ガス濃度分布の検出方法」
図２Ｄに示されるフローチャートに基づいて、図２の酸素ガス濃度検出装置を用いた酸素ガス濃度分布の検出の方法について説明する。セパレータを基板１２として、その上に蛍光塗料１４に酸素不透過部層１１６を部分的に塗布した検知材１１０上に、ガス流路１９を通じて酸素ガスを表面拡散させる。酸素ガスを拡散させると共に、酸素不透過部領域１１６から発せられる蛍光を取得する。励起光源２０により、励起光を検知材１１０に照射して（Ｓ１１０）、酸素不透過部層１１６下の蛍光塗料層１４により、蛍光を発生させる（Ｓ１１２）。この部位で発生する蛍光は酸素不透過部層１１６によって酸素が介在しない状況で発生する蛍光であり、酸素ガス濃度に非依存である。よって、この部位で発生する蛍光を測定することにより励起光の照射ムラや励起光源の経時的な明暗変化の検出ノイズの影響を検知して、そのノイズを除去することが可能となる。酸素不透過部領域１１６の下層の蛍光塗料１４で発生した蛍光を蛍光透過フィルタ６０で蛍光波長のみを選択して取り出す。取り出した蛍光の画像輝度値を蛍光用ＣＣＤカメラ７０で取得する（Ｓ１１４）。蛍光の画像輝度値はコンピュータ１８０によって処理する。
【００３７】
すなわち、ＣＣＤカメラ７０から蛍光の輝度値データを得た位置輝度演算手段１８１は、蛍光の輝度値データとＣＣＤカメラ７０の撮影箇所との位置関係から、検知材１０のどの酸素不透過部領域１１６を通じて発せられた蛍光であるかを演算し、位置と輝度値の関係を整合させたデータＰ（Ｘｎ，Ｙｎ）を得る（Ｓ１１６）。次に平均輝度演算手段１８２は位置輝度演算手段１８１からの輝度データＰ（Ｘｎ，Ｙｎ）に基づき、酸素不透過部領域各々の蛍光の輝度値平均を演算し、酸素不透過部領域各々の励起光の輝度値平均データＡ（Ｘｎ，Ｙｎ）を得る（Ｓ１１８）。これにより、さらに内挿補間演算手段１８３は平均輝度演算手段１８２からの輝度データＡ（Ｘｎ，Ｙｎ）に基づき、酸素不透過部領域相互間の内挿補間を行い、ＣＣＤカメラ７０で撮影した全箇所の蛍光輝度値データＭ（Ｘｎ，Ｙｎ）を得る（Ｓ１２０）。次に励起光演算手段１８７により内挿補間演算手段１８３からの蛍光輝度データＭ（Ｘｎ，Ｙｎ）と励起光輝度との検定線により全撮影箇所の蛍光輝度値データＥ（Ｘｎ，Ｙｎ）を演算する（Ｓ１２２）。次に理論輝度値演算手段１８４により励起光演算手段１８７からの励起光輝度データＥ（Ｘｎ，Ｙｎ）と蛍光輝度との理論上の検定線により全撮影箇所の理論上の理論蛍光輝度値データＣ（Ｘｎ，Ｙｎ）を演算する（Ｓ１２４）。
【００３８】
次に酸素不透過部領域１１６以外から発せられる蛍光、すなわち、輝度が酸素濃度に依存している蛍光を蛍光透過フィルタ７０を用い、蛍光波長のみを選択して取り出す。取り出した蛍光の画像輝度値を蛍光用ＣＣＤカメラ７０で取得する（Ｓ１２６）。比較補正演算手段１８５はＣＣＤカメラ７０から実際の蛍光の輝度値データを得、理論輝度値演算手段１８４から送られた全撮影箇所の理論上の理論蛍光輝度値Ｃ（Ｘｎ，Ｙｎ）と比較する。その比較結果に基づいて、比較補正演算手段１８５は実際の蛍光の輝度値データを補正し、その補正した蛍光輝度値データＬ（Ｘｎ，Ｙｎ）を得る（Ｓ１２８）。次に濃度演算手段１８６は比較補正演算手段１８５からの補正した蛍光輝度値データＬ（Ｘｎ，Ｙｎ）に基づき、撮影箇所全体の酸素ガス濃度データＯ（Ｘｎ，Ｙｎ）を演算し、その濃度に応じて色を分けた画像データをディスプレイ９０へと送信する（Ｓ１３０）。次に参考形態１と同様に、ディスプレイ９０には、酸素ガス濃度Ｏ（Ｘｎ，Ｙｎ）に応じて色を分けた画像データを出力させる（Ｓ１３２）。
【００３９】
以上によりセパレータ上の酸素ガス濃度の分布を精度良く色により可視化して認識できる。以上の方法により、参考形態１と同様に励起光の照射ムラや励起光源の経時的な明暗変化の検出ノイズの影響を除去して正確にセパレータ上の酸素ガス濃度分布を測定できる。また、本方法では、ガス濃度に依存しない蛍光強度変動要因の検定補正を、ガス濃度検出時に同時に行うことができ、ガス濃度の検出前において、事前にこれら蛍光強度変動要因の検定補正を行う必要がない。よって工程数を削減できる。さらに実施形態１においては、蛍光の画像輝度値を検知する蛍光検知手段（蛍光用ＣＣＤカメラ）のみで検定補正を行うことができ、励起光検知手段や光分割手段を検定補正に必要としないという利点がある。
【００４０】
［参考形態２］
「装置の全体構成」
図３には参考形態２に係る酸素ガス濃度検出装置３００の構成図が示される。基本的な構成は参考形態１と同様である。表面ガス濃度の分布の検出対象となるセパレータ１２を基板とする検知材２１０がある。検知材２１０は励起光および蛍光を通過できる透過窓を有したケース１８内に設置されている。検知材２１０とこの透過窓の間は空間１９を有しており、この空間１９が検知材２１０の表面に拡散される酸素ガスを通じるガス流路１９となる。検知材２１０に励起光を照射可能となるように励起光源２０が設置される。検知材２１０で反射した励起光および発生した蛍光を２方向へ分割する光分割手段としてのハーフプリズム３０が検知材２１０の正面に設置される。ハーフプリズム３０で分割された光が進行する２方向のうち１方向には、励起光の波長の光線を選択して通過させる励起光波長通過手段としての励起光透過フィルタ４０が備えられている。フィルタ４０の背後にはフィルタ４０を通過した励起光の輝度値を検知する励起光検知手段としての励起光用ＣＣＤカメラ５０が備えられている。ハーフプリズム３０で分割された光が進行する２方向のうち残りのもう１つの方向には、蛍光の波長の光線を選択して通過させる蛍光波長通過手段としての蛍光透過フィルタ６０が備えられている。フィルタ６０の背後にはフィルタ６０を通過した蛍光の輝度値を検知する蛍光検知手段としての蛍光用ＣＣＤカメラ７０が備えられている。ＣＣＤカメラ５０およびＣＣＤカメラ７０は、コンピュータ２８０と電気通信接続されている。コンピュータ２８０は、それぞれのＣＣＤカメラからのデータを取得し、その取得データに基づいて内部で演算し、画像出力手段に画像データを送信する演算手段である。コンピュータ２８０から受け取った画像データを出力する画像出力手段としてはディスプレイ９０を有している。
【００４１】
「検知材の構成」
図３Ａには測定対象となる検知材２１０ののハーフプリズム３０側から見た上面図が示される。図３Ｂには図３Ａの検知材２１０をＸ−Ｙ面で切断した場合の断面図が示される。セパレータ１２に励起光を反射する励起光反射層１６が部分的に塗布されている。塗布の態様は参考形態１と同様である。励起光反射層１６上には蛍光塗料層１４が塗布され、励起光反射層１６は蛍光塗料層１４に埋め込まれており、検知材２１０の表面は蛍光塗料層１４で全面が覆われている。
【００４２】
励起光反射部領域１６の数が多く、相互間の距離が短いほど後述の内挿補間による全箇所の励起光輝度値の演算制度が向上するので励起反射部の数が多く、相互間距離を短くする方が好適である等は参考形態１と同様である。
【００４３】
「コンピュータの内部構成」
図３Ｃにはコンピュータ２８０の内部構成を示すブロック図が示される。位置輝度演算手段２８１は、励起光用ＣＣＤカメラ５０と電気通信接続され、ＣＣＤカメラ５０から励起光の輝度値データを得る。また、位置輝度演算手段２８１は、位置記憶手段２８１Ｒと電気通信接続されている。位置記憶手段２８１Ｒには予め記憶されたＣＣＤカメラ５０の撮影箇所に対する励起光反射部領域の位置関係が予め記憶されている。位置輝度演算手段２８１は、位置記憶手段２８１Ｒから位置関係のデータを読み出し、反射励起光の輝度値データと位置関係から、検知材１０のどの励起光反射部領域から反射されて来た励起光であるかという輝度値と位置関係を演算して整合させる。また、位置輝度演算手段２８１は、その演算結果を平均輝度演算手段２８２に送信する。平均輝度演算手段２８２は位置輝度演算手段２８１からの輝度値データに基づき、励起光反射部領域各々の励起光の輝度値平均を演算する。また、平均輝度演算手段２８２は内挿補間演算手段２８３に励起光反射部領域各々の励起光の輝度値平均のデータを送信する。内挿補間演算手段２８３は平均輝度演算手段２８２からのデータに基づき、励起光反射部領域間の内挿補間を行い、ＣＣＤカメラ５０で撮影した全箇所の励起光輝度値を演算する。内挿補間演算手段２８３は撮影した全箇所と励起光輝度値の関係データを膜厚演算手段２８８に送信する。膜厚演算手段２８８は、内挿補間演算手段２８３と、検定線記憶手段２８８Ｒと電気通信接続されている。検定線記憶手段２８８Ｒは励起光輝度と蛍光輝度との理論上の検定線が予め記憶されている。膜厚演算手段２８８は内挿補間演算手段２８３からの撮影した全箇所と励起光輝度値の関係をデータに基づいて、検定線記憶手段２８８Ｒから検定線を呼び出し、その検定線により全撮影箇所の蛍光塗料膜厚を演算する。また、膜厚演算手段２８８は全撮影箇所の蛍光塗料膜厚のデータを理論輝度値演算手段２８４に送信する。理論輝度値演算手段２８４は、膜厚演算手段２８８と、検定線記憶手段２８４Ｒと電気通信接続されている。検定線記憶手段２８４Ｒは塗料膜厚と蛍光輝度との理論上の検定線が予め記憶されている。理論輝度値演算手段２８４は膜厚演算手段２８８からの膜厚データに基づいて、検定線記憶手段２８４Ｒから検定線を呼び出し、その検定線により全撮影箇所の理論上の理論蛍光輝度値を演算する。理論輝度値演算手段２８４は全撮影箇所の理論上の理論蛍光輝度値を比較補正演算手段２８５へ送信する。
【００４４】
比較補正演算手段２８５は理論輝度値演算手段２８４と、蛍光用ＣＣＤカメラ７０と、補正関係記憶手段２８５Ｒと電気通信接続されている。補正関係記憶手段２８５Ｒには理論蛍光輝度値と実際の蛍光輝度値とのずれに対して実際の蛍光輝度値をいくらに補正すべきかという補正関係が予め記憶されている。比較補正演算手段２８５はＣＣＤカメラ７０から実際の蛍光の輝度値データを得、理論輝度値演算手段２８４から送られた理論上の理論蛍光輝度値と比較する。その比較結果に基づいて、補正関係記憶手段２８５Ｒから実際の蛍光輝度値をいくらに補正すべきかという補正関係を読み出し、その補正関係に基づいて実際の蛍光輝度値データを補正する。その補正処理を行った後の蛍光輝度値データを濃度演算手段２８６へ送信する。濃度演算手段２８６は比較補正演算手段２８５と、蛍光輝度値と酸素ガス濃度の関係を記憶した輝度濃度記憶手段２８６Ｒと接続されている。濃度演算手段２８６は輝度濃度記憶手段２８６Ｒから蛍光輝度値と酸素ガス濃度の関係を読み出し、比較補正演算手段２８５からの補正した蛍光輝度値データに基づき、撮影箇所全体の酸素ガス濃度を演算し、その濃度に応じて色を分けた画像データをディスプレイ９０へと送信する。なお、上記一連の処理は上記通常は１つのコンピュータ内でなされる。通常、演算手段はＣＰＵ、記憶手段はメモリなどを用いる。予め記憶手段に記憶されている検定線等の相関関係は当業者であれば容易に測定できるものである等は参考形態１と同様である。
【００４５】
「酸素ガス濃度分布の検出方法」
図３Ｄに示されるフローチャートに基づいて、図３の酸素ガス濃度検出装置を用いた酸素ガス濃度分布の検出の方法について説明する。セパレータを基板１２として、その上に励起光反射層１６を部分的に塗布し、蛍光塗料層１４をその上に被覆させた検知材２１０上に、ガス流路１９を通じて酸素ガスを表面拡散させる。酸素ガスを拡散させると共に、励起光源２０により、励起光を検知材２１０に照射して（Ｓ２１０）、蛍光塗料層１４を通じて、励起光反射部１６で励起光を反射させる。蛍光塗料膜が厚いほど励起光反射部１６に届く、励起光量は減衰し、また、励起光反射層１６で反射した反射励起光も減衰する。よって、反射励起光の減衰と蛍光塗料膜厚１４には相関関係があり、反射励起光を検知することでガス濃度非依存の蛍光強度変動要因である塗料膜厚のムラを検知して、その影響を除去することが可能となる。
【００４６】
励起光を検知材２１０全体に照射して蛍光を発生させる。酸素ガス濃度が濃い箇所においては酸素ガスにより蛍光が消光される。励起光反射層１６で反射した励起光と発生した蛍光は混合し、これらが混合した混合光となる（Ｓ２１２）。混合光をハーフプリズム３０によって、２方向に分離する。１方向は、励起光透過フィルタ４０を通じる方向へ、残りの１方向は蛍光透過フィルタ６０を通じる方向へと分離する（Ｓ２１４）。励起光透過フィルタ４０を通じる方向へ進行する混合光を励起光透過フィルタ４０を用い、励起光波長のみを選択して取り出す。取り出した反射励起光の画像輝度値を励起光用ＣＣＤカメラ５０で取得する（Ｓ２１６）。反射励起光の画像輝度値はコンピュータ２８０によって処理する。
【００４７】
すなわち、ＣＣＤカメラ５０から励起光の輝度値データを得た位置輝度演算手段２８１は、励起光の輝度値データとＣＣＤカメラ５０の撮影箇所の位置関係から、検知材２１０のどの励起光反射部領域から反射されて来た励起光であるかを演算し、位置と輝度値の関係を整合させたデータＰ（Ｘｎ，Ｙｎ）を得る（Ｓ２１８）。次に平均輝度演算手段２８２は位置輝度演算手段２８１からの輝度データＰ（Ｘｎ，Ｙｎ）に基づき、励起光反射部領域各々の励起光の輝度値平均を演算し、励起光反射部領域各々の励起光の輝度値平均のデータＡ（Ｘｎ，Ｙｎ）を得る（Ｓ２２０）。これにより、さらに内挿補間演算手段２８３は平均輝度演算手段２８２からの輝度データＡ（Ｘｎ，Ｙｎ）に基づき、励起光反射部領域相互間の内挿補間を行い、ＣＣＤカメラ５０で撮影した全箇所の励起光輝度値のデータＥ（Ｘｎ，Ｙｎ）を得る（Ｓ２２２）。
【００４８】
次に膜厚演算手段２８８により内挿補間演算手段２８３からの反射励起光輝度データＥ（Ｘｎ，Ｙｎ）と蛍光塗料膜厚との理論上の検定線により全撮影箇所の蛍光塗料膜厚データＤ（Ｘｎ，Ｙｎ）を演算する（Ｓ２２４）。次に理論輝度値演算手段２８４により膜厚演算手段２８８からの膜厚データＤ（Ｘｎ，Ｙｎ）と蛍光輝度との理論上の検定線により全撮影箇所の理論上の理論蛍光輝度値データＣ（Ｘｎ，Ｙｎ）を演算する（Ｓ２２６）。
【００４９】
次に、蛍光透過フィルタ６０を通じる方向へ進行する混合光を蛍光透過フィルタ６０を用い、蛍光波長のみを選択して取り出す。取り出した蛍光の画像輝度値を蛍光用ＣＣＤカメラ７０で取得する（Ｓ２２８）。比較補正演算手段２８５はＣＣＤカメラ７０から実際の蛍光の輝度値データを得、理論輝度値演算手段２８４から送られた全撮影箇所の理論上の理論蛍光輝度値Ｃ（Ｘｎ，Ｙｎ）と比較し、その比較結果に基づいて実際の蛍光の輝度値データを補正し、その補正した蛍光輝度値データＬ（Ｘｎ，Ｙｎ）を得る（Ｓ２３０）。次に濃度演算手段２８６は比較補正演算手段２８５からの補正した蛍光輝度値データＬ（Ｘｎ，Ｙｎ）に基づき、撮影箇所全体の酸素ガス濃度データＯ（Ｘｎ，Ｙｎ）を演算し、その濃度に応じて色を分けた画像データをディスプレイ９０へと送信する（Ｓ２３２）。ディスプレイ９０には、酸素ガス濃度Ｏ（Ｘｎ，Ｙｎ）に応じて色を分けた画像データを出力させる（Ｓ２３４）。
【００５０】
以上によりセパレータ上の酸素ガス濃度の分布を精度良く色により可視化して認識できる。以上の方法により、蛍光塗料の膜厚のムラを除去して正確にセパレータ上の酸素ガス濃度分布を測定できる。
【００５１】
［実施形態２］
実施形態２は、実施形態１と、参考形態２の装置を組み合わせる構成である。検知材は参考形態２の蛍光塗料層１４の上に実施形態１の酸素不透過部層１１６を部分的に塗布する。
【００５２】
実施形態２では、実施形態１の励起光の照射ムラや励起光源の経時的な明暗変化による蛍光強度変動要因の補正と、参考形態２の蛍光塗料の膜厚のムラによる蛍光強度変動要因の補正を同時に行うことができる利点がある。
【００５３】
［その他］
上記はガス濃度検出装置について実施形態を示したが同様のガス濃度検出方法およびガス濃度検出プログラムの提供も可能であり、当業者であれば上記実施形態に基づいて十分に実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、試料濃度を検出する必要があるワーク全般に適用できる。試料濃度とはガス濃度に限られるものではなく、液体濃度、固体密度であっても適用できる場合がある。例えば、燃料電池の電極セルを流れるガス濃度の検出測定に適用できる。また、ワークの溶接の際のシールドガスのガス濃度の分布測定などにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】参考形態１のガス濃度検出装置の構成図である。
【図１Ａ】参考形態１の検知材の上面図である。
【図１Ｂ】参考形態１の検知材の断面図である。
【図１Ｃ】参考形態１のコンピュータの内部構成を示すブロック図である。
【図１Ｄ】参考形態１に係るガス濃度検出フローチャートである。
【図２】実施形態１のガス濃度検出装置の構成図である。
【図２Ａ】実施形態１の検知材の上面図である。
【図２Ｂ】実施形態１の検知材の断面図である。
【図２Ｃ】実施形態１のコンピュータの内部構成を示すブロック図である。
【図２Ｄ】実施形態１に係るガス濃度検出フローチャートである。
【図３】参考形態２のガス濃度検出装置の構成図である。
【図３Ａ】参考形態２の検知材の上面図である。
【図３Ｂ】参考形態２の検知材の断面図である。
【図３Ｃ】参考形態２のコンピュータの内部構成を示すブロック図である。
【図３Ｄ】参考形態２に係るガス濃度検出フローチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１０，１１０，２１０  検知材、１２  セパレータ、１４  蛍光塗料層、１６  励起光反射層、１８  ケース、１９  ガス流路（空間）、１１６  酸素不透過層、２０  励起光源、３０  ハーフプリズム、４０，６０  フィルタ、５０，７０  ＣＣＤカメラ、８０，１８０，２８０  コンピュータ、９０  ディスプレイ、１００，２００，３００  ガス濃度検出装置。
【図１】
2008197116.tif 000003
【図１Ａ】
2008197116.tif 000004
【図１Ｂ】
2008197116.tif 000005
【図１Ｃ】
2008197116.tif 000006
【図１Ｄ】
2008197116.tif 000007
【図２】
2008197116.tif 000008
【図２Ａ】
2008197116.tif 000009
【図２Ｂ】
2008197116.tif 000010
【図２Ｃ】
2008197116.tif 000011
【図２Ｄ】
2008197116.tif 000012
【図３】
2008197116.tif 000013
【図３Ａ】
2008197116.tif 000014
【図３Ｂ】
2008197116.tif 000015
【図３Ｃ】
2008197116.tif 000016
【図３Ｄ】
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