JPH0312524A - 発光強度分布の映像化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、燃焼現象、各種放電管　プラズマ等の発光現
象における光源の１工意断面における二次元的な発光強
度分布を測定して映（栄化する発光強度分布の映像化方
法に関する。

（従来の技術） 各種放電管の設計開発において、また燃焼現象、プラズ
マ等を利用する各種技術分前において、光源内部の空間
的な発光分布、すなわち各任意断面における発光強度分
布を例えばＣＲＴ表示装置を用いて映像化することが望
まれている。

そして、光源内部の各任意断面における発光強度分布を
正確に測定する方法として、従来、光源等の被検体内部
の各測定対象位置にプローブを挿入して直接測定する方
法９分光分析方法、レーザ光又はマイクロ波を用いて電
磁波の散乱および波長のずれから燃焼現象やプラズマの
分布を測定する方法等が採用されていた。

しかし、プローブを直接被検体内部へ挿入すると、測定
すべき発光強度分布そのものを乱してしまい、正確な発
光強度分布が得られない。また、分光分析方法において
は、得られた各位置の発光強度分布は奥行き方向の成分
を積分した値となり、正しい発光強度分布が得られない
。さらに、レーザ光またはマイクロ波を用いた方法であ
れば、得られる６値が各点毎であり、空間的な発光強度
分布を得るには多大な測定を実施る必要があり、実際の
発光強度分布の測定方法として採用することが困難であ
った。

このような不都合を解消するために、例えば臨床医学の
分野で近年飛躍的な進歩を遂げているＣＴ（コンピュー
タ断層映像法）手法を発光強度分（ｔｉの映像化に応用
したのちに光ＥＣＴ（１シｍ１ｓｓｉｏｎ　ＣＴ　；放
射型ＣＴ）手法がある。

第７図はこの先ＥＣＴ手法の原理図である。１は被検体
における測定断面の中心位置であり、この測定断面は中
心位置１をｘｙ座標の中心０とするＩ　　（ｘ、ｙ）の
発光強度分量を有している。そして、この座標（ｘ、ｙ
）の軸とθだけ傾斜する方向に移動するコリメータを何
した単一受光素子２を設ける。すると、この単一受光素
子２には直線り上に存在する発光源がらの光のみが入射
するために、単一受光素子２では発光強度分布Ｉ（ｘ、
ｙ）の直線りに沿った線積分値が７］１＋Ｊ定される。

よって、単一受光素子２を前記θだけ傾斜する方向に機
械的に走査することによって、θ方向からの投影データ
Ｐ　（ｓ、　　θ）を得ることができる。なお、Ｓはθ
方向の位置である。

このような投影データＰ　（ｓ、　　θ）をθを変化さ
せて被検体のＪｌ定断面回りの各方向から測定して、こ
れに公知のＣＴ　Ｆｇ４８成手法を適用することによっ
て、被検体の任意断面内における二次元的な発光強度分
布１　（ｘ、ｙ）を非接触かつ無浸入で映像化すること
ができる。。

しかしながら、第７図に示すような光ＥＣＴ手法を用い
たとしても、θを変化させて各方向からの投影データＰ
　（ｓ、　　θ）を得るためには、回転角（傾斜角）θ
を固定して、単一受光素子２をＳ方向に機械的に走査さ
せて、各位置Ｓにおける発光強度を測定する必要がある
ので、全部の方向に亘って投影データＰ　（ｓ、　　θ
）を得るには多大な時間と手間を必要とし、被検体の各
断面における二次元的な発光強度分布を求め、さらに、
被検体全体の空間的な発光強度分布測定作業をおこなう
には、作業能率が大幅に低下する問題がある。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来の発光強度分布の映像化方法によれば
、単一受光素子を用いているので、各方向の各位置での
発光光強度を測定するのに、この単一受光素子を順次機
械的に走査していく必要がある。よって、被検体全体の
空間的な発光強度分布をΔｌｌｊ定するのに多大の時間
が必要となり、ΔＩＩＪ定作業能率が低下する問題があ
った。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記課題を解消するために本発明の発光強度分布の映像
化方法によれば、被検体から放射される光における任意
に設定された測定断面の一次元的な発光強度分布をしン
ズおよびダブルスリットを介してイメージセンサで測定
して投影データとして出力する投影データ集収部と、こ
の投影データ収集部を被検体の測定断面と同一面内に回
転移動させる回転機構とを有し、 回転機構で投影データ収集部を回転させることによって
、投影データ収集部にて測定断面の各測定方向からの投
影データＰ　（ｓ、　　θ）を得て、ｔｐｊ定断面断面
内位置および測定方向に応じて予め定められた発光の寄
与率Ｗ（ｓ、ｘ、ｙ）と得られた各測定方向からの投影
データとから、次式の関係を満たすＩＩｐ１定断面の発
光強度分布１　　（ｘ、ｙ）を逐次近似計算手法を用い
て算出して、被検体における測定断面内の二次元発光強
度分布映像に再構成するようにしている。

Ｐ　（ｓ、　　θ） −ｊ’Ｊ’　Ｉ　　（ｘ、ｙ）Ｗ　（ｓ、ｘ、ｙ）ｄｘ
ｄｙ但し、Ｓ：イメージセンサ上の位置。

θ：：定方向を示す回転機構の回転角度。

Ｘ、）’：測測定面面上座標位置 （作用） この発明の方法にて被検体の任意の測定断面における二
次元的光強度分布が得られる原理を第２図乃至第５図を
用いて説明する。

投影データ収集部および回転機構は例えば第２図に示す
ように構成されている。すなわち、被検体３の周囲を囲
むように回転機構４が配設され、その回転機構４に投影
データ収集部５が搭載されており、この投影データ収集
部５は、支持台６上にダブルスリットを形成する各スリ
ット７ａ。

７ｂ、　　レンズ８．イメージセンサ９を配設した構成
である。したがって、被検体３の斜線で示す任意に設定
された測定断面１０からの発光のみがスリット７ａ、　
　レンズ８．スリット７ｂを介してイメージセンサ９に
入力される。よって、測定断面１０内における発光強度
分布１　（ｘ、ｙ）は、回転角度θにおけるイメージセ
ンサ９上に投影され、回転角度θおよびイメージセンサ
９上の位置Ｓを関数とする投影データＰ　（ｓ、　　θ
）として測定される。

しかＩ７レンズ８を使用しているので、第３図に示すよ
うに、この投影データＰ　（ｓ、　　θ）には、その位
置Ｓに直交する線上の発光強度のみならず、斜線で示す
部分の発光強度も測定することになる。

したがって、第７図に示した従来ＯＣＴ再構成手法を用
いて該当測定断面１０内におけるｘｙ座漂而面の二次元
的発光強度分布１　　（ｘ、ｙ）を得ることはできない
。

そこで、本発明においては寄り率の概念を用いる。この
寄与率とは、第４図（ａ）に示すように、測定断面１０
内のある一点［座標（、ｘ、ｙ）］１１のみに１１１位
光源が存在したと仮定した場合における、イメージセン
サ９上の各位置Ｓにて得られる投影データで示される。

すなわち、寄与率はＷ（ｓ、ｘ、ｙ）で示すことができ
る。したがって、第４図（ｂ）に示すように、その点［
座標（ｘ、ｙ）］１１に発光強度分布１　（ｘ、ｙ）を
Ｈする光源が存在すれば、その光源による投影データは
、 １　　（ｘ、ｙ）Ｗ　（ｓ、ｘ、ｙ） となるために、全体としての投影データＰ（ｓｒθ）は Ｐ　（ｓ、θ） ＝ｆＪ’　Ｉ　（ｘ、　ｙ）　Ｗ　（ｓ、　ｘ、　ｙ）
　ｄｘｄｙ・・・（１） となる。よって、この（１）式から、Ｍ１定断１ｆＩｉ
１０内の発光強度分布！　　（ｘ、ｙ）を求めればよい
が、寄与率Ｗ（ｓ、ｘ、ｙ）は、第４図（ａ）に示すよ
うに、ｓｈｉ　ｒ　ｔ、−ＶｇｒｉａｎＬなものである
ので、簡単な数学的処理で解くことは困難である。

したがって、第５図に示すように、実測して得られた投
影データＰ　（ｓ、　　θ）と発光強度推定分布値１　
ｔ　（ｘ、　　ｙ）と前記寄与率Ｗ（ｓ、ｘ、ｙ）とか
ら逐次近似計算手法にて最終的な発光強度分布Ｌ　（ｘ
、ｙ）を得るようにしている。

すなわち、まず、計算機上に、被検体３の測定断面１０
の発光強度分布１　　（ｘ、ｙ）の初期発光強度推定分
布値１ｔ（ｘ、ｙ）を作成する。そして、この初期発光
強度推定分布値Ｉｉ　　（ｘ、ｙ）と寄与率Ｗ　（ｓ、
ｘ、ｙ）とで（１）式の二重積分計算を行い、計算上の
投影データＰｉ（ｓ、　　θ）を求める。そして、この
求めた投影データＰｉ（Ｓ、　　θ）と実際に■１定さ
れた投影データＰ（ｓｒ　　θ）とを比較して、その誤
差［Ｐ（ｓ、　　θ）−Ｐｉ　　（ｓ、　　θ）］に関
して推定分量を形成する６値を寄与率Ｗ（ｓ、ｘ、ｙ）
の重みをつけて加算的に修正する。この修正を全ての測
定方向（回転角度θ）から得られた投影データＰ　（ｓ
、　　θ）に対して実行すると、反復修正１回目の再構
成発光強度分布が得られる。

そして、修正後の再構成発光強度分布を発光強度推定分
布値１ｉ　（ｘ、ｙ）として再度（１）式にて計算上の
投影データＰｉ（ｓ、　　θ）を求める。そして、測定
された投影データとの誤差［Ｐ（ｓ、　　θ）−Ｐｉ　
　（ｓ、　　θ）〕を算出する。

この様な計算を誤差が所定範囲内に入るまで繰り返し実
行すると、測定断面１０における最終の発光強度分布Ｉ
　（ｘ、ｙ）が得られる。得られた発光強度分布！　（
ｘ、ｙ）は例えばＣＲＴ表示装置にて発光強度分布画像
として表示される。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例の発光強度分布の映像化方法を示す模式
図であり、第２図と同一部分には同一符号が付しである
。例えば蛍光塗料の塗布されていない直径３１ｍｍの蛍
光灯からなる被検体３の周囲を囲むように回転機構とし
ての例えば内径１４０．０ｍｍを有する回転台４ａが配
設されている。この回転台４ａはベルト４ｂを介してス
テッピングモータ４Ｃにて被検体３の回りに回転される
。この回転台４ａ上に投影データ収集部５が搭載されて
いる。

この投影データ収集部５は、支持台６上にダブルスリッ
トを形成する各スリット７ａ、７ｂ＋　　レンズ８．イ
メージセンサ９を配設した構成である。

各スリット７ａ、７ｂのスリット方向は被検体３の軸と
直交する面内に設定されている。また、レンズ８は、円
弧状断面をＨしたシリンドリカルレンズであり、例えば
口径２８．５ｍｍ、焦点距離１９．０５ｍの形状を有す
る。そして、前記蛍光灯からなる被検体３の中心軸から
１０８．５ｍｍの距離に位置している。また、イメージ
センサ９は実施例においては２／３インチ型の多数のＣ
ＣＤ素子を線状に配列したラインセンサで構成されてお
り、このイメージセンサ９とレンズ８の中心位置までの
距離は２８．５１１１である。そして、レンズ系の焦点
は被検体３のａｌｌｌ断定１０のほぼ中心に設定されて
いる。

なお、レンズ８とイメージセンサ９との間にフィルタを
介挿させる。ことによって、イメージセンサ９へ入射す
る光の波長を選択することも可能である。

しかして、被検体３の斜線で示す測定断面１゜からの発
光のみがスリット７ａ、　　レンズ８．スリット７ｂを
介してイメージセンサ９に入力される。

よって、測定断面１０内における発光強度分布１　　（
ｘ、ｙ）は、回転角度θにおけるイメージセンサ９上に
投影され、回転角度θおよびイメージセンサ９上の位置
Ｓを関数とした投影データＰ　（ｓ、　　θ）として測
定される。

イメージセンサ９から出力された映像信号は白黒の２５
６階調で一旦フレームメモリ１２に取込まれたのち、一
つの測定方向（回転角度θ）における投影データＰ　（
ｓ、　　θ）としてコンピュータ１３へ入力される。な
お、この測定された投影データＰ　（ｓ、　　θ）の値
はモニタ装置１４で操作者が直接監視することも可能で
ある。

コンピュータ１３は、フレームメリ１２からの一つの１
ｌｌｌＪ定方向の投影データＰ　（ｓ、　　θ）を取込
むと、Ｉ１０ボート１５を介してステッピングモータ４
Ｃを駆動して、回転台４ａを回転させて、データ収集部
５を次の測定方向（回転角度θ）へ移動させる。そして
、同様の投影データＰ　（ｓ。

θ）の測定を実施させる。

なお、実施例す法によれば、−回に移動する回転角度θ
を６６とし、−周６０のｎ１定方向から合計６０個め投
影データＰ　（ｓ、　　θ）得たが、その測定に要する
時間は約２５秒であった。

そして、この得られた６０個の各投影データＰ（ｓｒ　
　θ）に対して前述した逐次近似計算手法を用いて、３
２１ｍ１１１四方の３２Ｘ３２のマトリックスの発光強
度分布Ｐ　（ｘ、ｙ）の映像化が行われる。

そして、その結果はＣＲＴ表示装置１６に表示される。

第６°図は、第１図に示す実施例方法にて得られた被検
体３としての蛍光灯３ａの１５ＩＩＩＩｌ毎の各軸方向
位置における各Ｍｌ定断面の発光強度分布特性図である
。前述したフィルタを用いて測定波長を４４０１０と５
４０　ｎ１Ｉｌとの２種類としている。

これらの発光強度分布特性から、下方の電極近傍では強
い発光が偏って生じていること、電極から１５ｍｎ程離
れ起部分はファラデー暗部に相当し、発光強度が小さい
こと、３０＋＋＋ｍ以上離れた部分は発光強度が安定な
陽光柱となっていることが確認できる。また、波長毎に
発光の状態が異なることも把握できる。

以上は、一般的な蛍光灯の特徴的な発光の様子と良く一
致しているものであり、この映１象化方法が実用的な測
定精度を十分確保できるものであることが実証された。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の発光強度分布の映像化方法
によれば、各測定方向における、被検体の断面方向の各
位置の発光強度の投影データを１個のイメージセンサで
瞬時に測定して、得られた投影データを寄与率を用いて
逐次計算手法にて測定断面における発光強度分布を算出
している。

したがって、被検体の断面方向の各位置の発光強度を単
一受光素子を用いて機械的走査により測定する必要がな
いので、測定作業能率を大幅に向上できる。

また、当然、被検体に対して非接触でかつ侵入なしで、
被検体の圧意ｌＦｒ１Ｉｊにおける発光強度強度分布特
性を映像化できるので、測定精度を向上でき、各種発光
現象の解明、放電管の設計開発に有効に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる発光強度分布の映像
化方法を示す模式図であり、第２図は発明の詳細な説明
するための斜視図、第３図乃至第４図は発明の詳細な説
明するための各投影データ特性を示す図、第５図は本発
明の発光強度分布を画像化する処理を示す流れ図、第６
図は実施例方法を用いてｎ）定された蛍光灯の発光強度
分布図、第７図は従来のｎ１定方法を示す模式図である
。 ３・・・被検体、４・・・回転機構、４ａ・・・回転台
、４Ｃ・・・ステッピングモータ、５・・・投影データ
収集部、７ａ、７ｂ・・・スリット、８・・・レンズ、
９・・・イメージセンサ、１０・・・測定断面、１２・
・・フレームメモリ、１３・・・コンピュータ、１６・
・・ＣＲＴ表示装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被検体から放射される光における任意に設定された測定
   断面の一次元的な発光強度分布をレンズおよびダブルス
   リットを介してイメージセンサで測定して投影データと
   して出力する投影データ集収部と、この投影データ収集
   部を前記被検体の測定断面と同一面内に回転移動させる
   回転機構とを有し、 前記回転機構で前記投影データ収集部を回転させること
   によって、前記投影データ収集部にて前記測定断面の各
   測定方向からの投影データＰ（ｓ、θ）を得て、前記測
   定断面内の各位置および測定方向に応じて予め定められ
   た発光の寄与率Ｗ（ｓ、ｘ、ｙ）と前記得られた各測定
   方向からの投影データとから、次式の関係を満たす前記
   測定断面の発光強度分布Ｉ（ｘ、ｙ）を逐次近似計算手
   法を用いて算出して、前記被検体における測定断面内の
   二次元発光強度分布映像に再構成することを特徴とする
   発光強度分布の映像化方法。 Ｐ（ｓ、θ） ＝∫∫Ｉ（ｘ、ｙ）Ｗ（ｓ、ｘ、ｙ）ｄｘｄｙ但し、ｓ
   ：イメージセンサ上の位置、 θ：測定方向を示す回転機構の回転角度、 ｘ、ｙ：測定断面上の座標位置