(57)【要約】【課題】狭隘部における熱分布画像や通常画像を広範囲にわたって即時に測定できると共に、実装基板の電子機器が通電状態であっても熱分布を計測できる熱分布計測装置を得る。【解決手段】熱分布測定対象である実装基板６ｂの赤外線を、光プローブ１を介して赤外線カメラ８に導き、８で得られた基板熱分布画像を、表示装置９において表示させるようにしたもので、１は、複数の透孔が等間隔に形成された不導電材料からなる配列部材３と、配列部材３に形成された複数の透孔にそれぞれ一端部が挿通固定されると共に、配列部材３に対して二次元的に配列され、熱分布測定対象の光検出面の可視画像又は赤外線画像を取込み、これらの画像をそれぞれ他端部に配設した赤外線カメラ８に導く、不導電材料からなる被覆体４内に配設され、複数の不導電材料からなる光ファイバ５を具備したもの。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の透孔が等間隔に形成された不導電材料からなる配列部材と、
前記配列部材の各透孔にそれぞれ一端部が挿通固定されると共に、前記配列部材に対して二次元的に配列され、熱分布測定対象の光検出面の可視画像又は赤外線画像を取込み、これらの画像をそれぞれ他端部に配設した温度分布測定手段に導く不導電材料からなる複数の光線誘導線で構成された光線誘導手段と、
を具備した熱分布計測装置。
【請求項２】
前記配列部材における前記各光線誘導線の設置間隔ｄと、前記各光線誘導線の視野角θと、前記光線誘導線と前記熱分布測定対象との距離ｘとの関係が、
ｄ≦2・ｘ・tan（θ／2）なる関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の熱分布計測装置。
【請求項３】
前記各光線誘導線は複数の繊維状の光線誘導材料で構成されており、前記各光線誘導線のうち、前記配列部材に固定される配列部材側端部及び前記温度分布測定手段が接続される測定手段側端部は、各光線誘導線が誘導する画素の対応関係が整合されており、かつ、前記配列部材側端部及び前記測定手段側端部を連結している前記各光線誘導線の中間部は、各々の光線誘導線がランダムに配置されていることを特徴とする請求項１記載の熱分布計測装置。
【請求項４】
前記各光線誘導線の配列部材側端部であって、前記熱分布測定対象と対向する側に、視野角を増大するための光学部材を配設したことを特徴とする請求項１記載の熱分布計測装置。
【請求項５】
前記視野角を増大するための光学部材として、魚眼レンズを用いる場合であって、該魚眼レンズを用いることによって生ずる画像のひずみを補正する手段を、前記温度分布測定手段に備えていることを特徴とする請求項４記載の熱分布計測装置。
【請求項６】
前記光線誘導手段を構成する複数の光線誘導線を通過することで減衰する赤外光線波長領域の光線強度を補正するための、前記光線誘導線で減衰する赤外光線波長領域の光線減衰特性を保存したデータベースを備えていることを特徴とする請求項１記載の熱分布計測装置。
【請求項７】
前記配列部材に、蓄光材料を含有していることを特徴とする請求項１記載の熱分布計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光線誘導手段の端末を熱分布測定対象に近接又は接触して得られる可視画像又は赤外線画像から熱分布測定対象における熱分布を計測する熱分布測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば原子力発電プラントの狭隘部の撮影を行う場合、特許文献１に示されたように狭隘部にミラーなどを挿入し、光学的に狭隘部の画像を計測していた。そのため、ミラーの稼動機構が必要となり装置が大型になり、かつ、可動部を有するため、極端に隙間が小さい場合には撮影が困難であった。
【０００３】
さらに、実装基板(プリント基板に電子部品が搭載されたもの：実装基板)の発熱状態を測定するためには、基板への通電が必要であるが、基板に通電したまま、狭隘部に導体で構成される可動機構を挿入すると短絡などの危険性がある。
【０００４】
また、特許文献２に示された方法では、狭隘部の画像を光プローブによって誘導し撮影するものであるが、視野角が狭く撮像できる範囲が限られており、視野角以外の場所の撮影のためには、光プローブの方向を変える必要があり、手動で方向を変えたり、ワイヤーの張力を変化させたりする必要があった。
【０００５】
さらに、特許文献３の例では、狭隘部に挿入したミラーを連続的に移動させることによって、広範囲の熱分布画像を測定する方法であるが、ミラー駆動のためのアクチュエータなどが必要である。
【０００６】
一方、以上述べた狭隘部で熱分布画像を測定する場合、ミラーなどを駆動すると、その移動によって空気が攪拌され、局部的な冷却や熱の滞留が起こり正確な熱画像が測定できない。さらに、実装基板(プリント基板に電子部品が搭載されたもの：実装基板)の間に可動物を挿入することで、実装基板に不具合が生ずる可能性もある。
【０００７】
しかし、この方法も特許文献１と同様に、広い範囲を同時に計測することが不可能であり、また、狭隘部の熱分布を測定するためには、被測定対象から放射される赤外光線を計測すればよいが、通常の可視画像を計測するためには、被測定対象を照明する必要がある。そのため、通常は画像計測用の光プローブとは別系統の、照明光用の光ケーブルが必要である。そのため、光プローブの径が大きくなり、狭隘部に挿入が困難になる。さらに、光プローブに多くの光ファイバーが必要となる。
【特許文献１】特開平０５−２９３７７９号公報
【特許文献２】特開平０７−３６０号公報
【特許文献３】特開２００２−２０６９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１、２、３の発明構成では、測定範囲が限定されているため、広範囲の熱分布や可視画像を得るためには、撮像素子やミラーの移動が必要となるが、そのため、広範囲の同時刻の熱分布や可視画像を得ることができない。よって、測定領域で熱分布や画像が早い周期で変化する場合、正確な測定を行うことが困難となる。
【０００９】
そこで本発明は、狭隘部における熱分布画像や通常画像を広範囲にわたって即時に測定できると共に、実装基板の電子機器が通電状態であっても熱分布を計測できる熱分布計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、複数の透孔が等間隔に形成された不導電材料からなる配列部材と、前記配列部材の各透孔にそれぞれ一端部が挿通固定されると共に、前記配列部材に対して二次元的に配列され、熱分布測定対象の光検出面の可視画像又は赤外線画像を取込み、これらの画像をそれぞれ他端部に配設した温度分布測定手段に導く不導電材料からなる複数の光線誘導線で構成された光線誘導手段とを具備した熱分布計測装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、狭隘部における熱分布画像や通常画像を広範囲にわたって即時に測定できると共に、実装基板の電子機器が通電状態であっても熱分布を計測できる熱分布計測装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明するが、始めに図１〜図８により実施形態の概要について説明する。熱分布測定対象である狭隘部例えば実装基板６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのうちの６ａと６ｃの間にある実装基板６ｂの温度分布つまり実装基板６ｂの赤外線を、後述する光プローブ（光ファイバアレイ）１を介して熱分布測定手段例えば赤外線カメラ８に導き、赤外線カメラ８で得られた基板熱分布画像を、表示装置例えば液晶表示装置９において表示させるようにしたものである。
【００１３】
光プローブ１は、図２及び図３に示すように、複数の透孔３ａが等間隔に形成された不導電材料（非導電性材料）例えばセラミックスやプラスチックなどからなる配列部材（構造部材）３と、配列部材３の各透孔３ａにそれぞれ一端部が挿通固定されると共に、配列部材３に対して二次元的に配列され、熱分布測定対象の光検出面の可視画像又は赤外線画像を取込み、これらの画像をそれぞれ他端部に配設した温度分布測定手段例えば後述する撮像装置例えば赤外線カメラ８に導く、塩化ビニルなどの不導電材料からなる被覆体４内に配設され、複数の不導電材料（非導電性材料）例えば石英ガラスやプラスチックなどの光線誘導材料を繊維状に形成した光線誘導線例えば光ファイバ５とを具備したものである。
【００１４】
光プローブ１は不導電材料の被覆体４と不導電材料のファイバ５で構成されているため、全体としては不導電性である。このため、実装基板の電子部品が荷電された状態でも、光プローブ１を狭隘部に挿入しても短絡事故が何等発生することなく、測定対象である実装基板の温度分布の計測が可能となる。
【００１５】
また、配列部材３はセラミックスやプラスチックなどの不導電材料で構成されており、レンズ２も不導電材料であるため、電圧が印加されている実装基板や電機機器などに挿入することが可能で、それらの稼動状態での温度分布測定や可視画像の広い領域での測定が可能である。
【００１６】
図４は測定対象である被測定面６と複数の光ファイバ５を固定する配列部材３との距離ｘと、先端のレンズ２を含んだ光ファイバ５の視野角θ、および、それぞれの光ファイバ５間の距離ｄとの関係を示す図である。距離ｘは被測定対象６との距離で、レンズ２を含む光プローブ１の焦点距離である。この場合、それぞれの光ファイバ５間の距離ｄを以下の式を満たすように設定することで、計測する領域において、欠落がない画像を得ることができる。
【００１７】
ｄ≦2・ｘ・tan（θ／2）
図５は複数の光ファイバ５を結束して構成したバンドルファイバの構造を示す図である。この例では光ファイバ５を２５本（ａ１、ａ２、  ・・・  、ｅ４、ｅ５）使用し、５×５の配列状に構成したものである。バンドルファイバの対物側（配列部材側端部）の光ファイバ５の配列と、接眼側（測定手段側端部）の光ファイバ５の配列は、配列が同じになるように構成されており、対物側から誘導された画像が接眼側で計測できる構造となっている。また、バンドルファイバの中間部は、接眼側の光ファイバ５の配列とは異なる配列構造となっている。
【００１８】
これに対して図６は、バンドルファイバ内部の光ファイバ５の配列が、中間部、対物側および接眼側と同じ配列であって、光ファイバ５の一部が破損した例を示す。例えば、バンドルファイバのキンクや外的な要因により、光ファイバ５の中間部で一部が断裂した場合、光ファイバ５の光線の誘導が阻害されるため、画像の一部分が欠落してしまう。
【００１９】
ところが、図７に示すように、バンドルファイバの中間部で、光ファイバ５の配列を、対物側および接眼側とは異なる配列にすることで、光ファイバ５が断裂しても、誘導する画像が広い範囲で欠落することを防止することができる。
【００２０】
図８は光プローブ１の対物側の先端に魚眼レンズ２を接合してあり、この魚眼レンズ２により視野角を大きくできる。この結果、より広範囲の画像を誘導することができる光線誘導手段が得られる。
【００２１】
ただし、魚眼レンズ２は視野の周辺部でひずみが大きくなり、画像全体も樽形のひずみを持つため、糸巻形のひずみ特性を持つ、補償レンズ７を光プローブ１の接眼側に接合し、誘導した画像のひずみ補正を行う。ひずみが補正された画像は、赤外線カメラやＣＣＤカメラなどの撮像装置８で撮影され、表示装置９にて熱分布画像や可視画像として表示される。具体的には、本実施形態によって、狭隘部の温度分布を広範囲にわたって測定し、その温度分布を数値、または擬似等高線などのグラフで記録、表示することができるようになるため、狭隘部の異常な発熱部が発見でき、異常の検出が可能となる。また、発熱しているバンドルファイバに発生した亀裂部などでは、温度が低くなるため、それらを熱分布画像で表示することで、バンドルファイバの亀裂などの発見も容易になる。
【００２２】
さらに、狭隘部の発熱状態をリアルタイムで計測することが可能になるため、温度変化の周期が早い実装基板などの発熱分布も計測できる。特に制御盤などの匡体に多数実装された実装基板の発熱状態も監視、計測できるため、実装基板などの異常検出にも有効である。さらに、熱分布を計測するための可動部がなく、不導電材料でセンサ系を構成できるため、実装基板に荷電された状態でも温度分布の計測が可能となる。
【００２３】
また、図９の構成のように、撮像装置８で撮影された画像をディジタルデータに変換する画像キャプチャ装置１０でディジタルデータに変換した後、ひずみ補正手段１１により、ソフトウェア的にデータ補正を実施した後、表示装置９にて熱分布画像や可視画像として表示することもできる。また、ひずみ補正手段１１はハードウェア回路としても実現することが可能である。
【００２４】
図１０は光プローブで減衰する赤外線領域の光線強度を補償して測定対象の正確な熱分布画像を表示する装置の構成図である。石英ガラスやプラスチックを利用した光プローブは、可視光線波長領域の光線の減衰が小さいが、１〜１０００μｍの波長領域の赤外線の減衰が大きい。また、赤外線の波長領域の減衰が小さい、赤外線透過光ファイバ（銀ハライド系）があるが、減衰の比較的小さい９〜１１μｍの波長領域でも透過率は約７０％であり、かつ、非常に高価である。そのため、狭隘部からの赤外光線の分布画像を誘導する部材として利用することが難しい。
【００２５】
図１０の実施形態の光プローブ１は、通常使用される石英ガラスやプラスチックを光線誘導材料を用いた光プローブである。光プローブ１によって誘導された被測定対象物の赤外線分布画像は、赤外線カメラなどの撮像装置８によって、熱画像に変換される。撮像装置８からの熱画像は、画像キャプチャ装置１０でディジタルデータに変換され、熱画像補正手段１２へ送られる。熱画像補正手段１２は、光線誘導材料別の減衰特性が格納された光線誘導材料データベース１３から、画像の計測に使用された光線誘導材料の減衰特性データを呼び出し、その特性値にしたがって熱分布データの発熱強度の補正を行う。補正された熱分布データは表示装置９にて熱分布画像として表示される。
【００２６】
図１１は光線誘導材料データベース１３に格納された光線誘導材料別、例えば材料Ａ、Ｂ、Ｃの光線強度減衰データの一例である。
【００２７】
図１２は光プローブ１の接眼側から対物側へ照明用の光線を誘導する手段と、被測定対象物の画像を表示する装置構成を説明する図である。また、図１３は光プローブ１を固定する蓄光材料を含む配列部材１６を示す図である。光プローブ１の対物側の先端には、光ファイバ５を固定する配列部材１６があり、その配列部材１６は光エネルギーを供給されることによって蓄光し、光エネルギーを光線として放出する蛍光材料などの蓄光材料を含有している。そのため、光プローブ１の接眼側から光エネルギーを供給することで、光エネルギーを蓄積できる。また、光プローブ１からの光エネルギーの供給が無い場合は、蓄光材料に蓄えたエネルギーを光線として放出し、被測定対象物を照明することが可能である。
【００２８】
配列部材１６への光エネルギーの供給は、光源１４から発生する光線をハーフミラー１５で反射し、光プローブ１の先端へ供給する。また、ハーフミラー１５は半透明であるため、光源１４からの光線供給を停止したときに、配列部材１６の発光によって照明された被測定対象物の画像は、光プローブ１にて誘導され、ＣＣＤカメラなどの撮像装置８で撮影された後、表示装置９にて可視画像として表示することが可能である。
【００２９】
（変形例）
本発明は、前述した実施形態に限定されず種々変形して実施できる。例えば、表示器９に、狭隘部の温度分布を擬似等高線などのグラフ以外に数値、グラフ等で記録表示するようにしてもよい。光ファイバ５の配列部材３、１６としてハニカム材料を使用してもよく、またこれ以外に何等かの手法で複数の光ファイバ５の端面を例えば等間隔に配列できれば、どんな材料を用いてもよい。前述の光ファイバ５は、例えば直径が所定サイズの光ファイバ素線を５００〜１００００本束ねたもの、或いは単体で所望の直径の光ファイバのいずれかを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の熱分布計測装置の第１実施形態の概要を説明するための図。
【図２】図１の光プローブの先端構造を示す図。
【図３】光プローブの断面構造を示す図。
【図４】光プローブの構成寸法を示す模式図。
【図５】バンドルファイバの構造を示す図。
【図６】バンドルファイバの故障の一例を示す図。
【図７】バンドルファイバの故障の一例を示す図。
【図８】魚眼レンズを用いた画像測定装置の構成を示す図。
【図９】魚眼レンズの画像補償を行う画像測定装置の構成を示す図。
【図１０】光プローブの赤外光強度の減衰補償を行う熱分布画像測定装置の構成を示す図。
【図１１】光線誘導材料データベースの例を示す図。
【図１２】光プローブ先端へ光線を供給する画像測定装置の構成を示す図。
【図１３】光プローブを固定する蓄光材料を含む構造体構造を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１…光プローブ、２…レンズ、３…配列部材、４…被覆体、５…光ファイバ、６…被測定面、７…補償レンズ、８…撮像装置、９…表示装置、１０…画像キャプチャ装置、１１…ひずみ補正手段、１２…熱画像補正手段、１３…光線誘導材料データベース、１４…光源、１５…ハーフミラー、１６…蓄光材料を含む配列部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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