(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-01
(45)【発行日】2022-12-09
(54)【発明の名称】測定方法及び測定装置
(51)【国際特許分類】
G01N 21/45 20060101AFI20221202BHJP
【ＦＩ】
G01N21/45 B
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2019038601
(22)【出願日】2019-03-04
(65)【公開番号】P2020143917
(43)【公開日】2020-09-10
【審査請求日】2021-08-20
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】戸谷 公紀
(72)【発明者】
【氏名】大野 博司
【審査官】越柴 洋哉
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１５９６７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０８９１７９４３（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２００９－０１４３５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３４０５０２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０８６１３７９１（ＣＮ，Ａ）
【文献】西川雅清 ほか，コンタクトイメージングにおける細胞による屈折変化量の可視化，情報処理学会研究報告，2017年11月01日，Vol.2017-CVIM-209, No.17，p.1-7，URL: http://ipsj.ixsq.nii.ac.jp/ej//index.php?active_action=repository_view_main_item_detail&page_id=13&block_id=8&item_id=184132&item_no=1
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２１／００ － Ｇ０１Ｎ ２１／６１
Ｇ０１Ｎ ２１／８４ － Ｇ０１Ｎ ２１／９５８
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
背景画像、及び前記背景画像から発せられる光を透過可能な物質、を含む第１の映像を取得することと、前記背景画像及び前記物質を含み、当該背景画像と当該物質との映像内における相対的な位置関係が前記第１の映像と異なる第２の映像を取得することと、
前記第１の映像と前記第２の映像の２つの画像の間での前記背景画像の位置の差異である第１の変位量を算出することと、
を具備する測定方法。
【請求項2】
前記第１の映像及び前記第２の映像の２つの画像の間での前記背景画像の基準部分の位置の差異である第２の変位量を算出することと、前記第１の変位量から、前記第２の変位量を減ずることと、
をさらに具備する請求項１記載の測定方法。
【請求項3】
前記第２の映像を、前記背景画像が結像される結像位置、前記物質の位置、及び前記背景画像の位置、のうち少なくともいずれか一つを、前記第１の映像の取得時の光軸と直交する軸直交方向に異ならせて取得すること、を特徴とする請求項１記載の測定方法。
【請求項4】
前記第１の映像の取得時における前記結像位置と前記背景画像の位置との間の前記軸直交方向における距離と、前記第２の映像の取得時における前記結像位置と前記背景画像の位置との間の前記軸直交方向における距離と、の前記第１の映像及び前記第２の映像の２つの画像における差異である第２の変位量を算出することと、前記第１の変位量から、前記第２の変位量を減ずることと、
をさらに具備する請求項３記載の測定方法。
【請求項5】
背景画像、及び前記背景画像から発せられる光を透過可能な物質、をそれぞれが含む第１の映像及び第２の映像を取得可能な撮像装置と、前記第１の映像と前記第２の映像の２つの画像の間での前記背景画像の位置の差異である第１の変位量を算出する第１の変位算出部と、
を具備し、
前記第２の映像は、前記背景画像と前記物質との映像内における相対的な位置関係が前記第１の映像の取得時の光軸と直交する軸直交方向に当該第１の映像と異なる測定装置。
【請求項6】
前記第１の映像及び前記第２の映像の２つの画像の間での前記背景画像の位置の差異に基づき第２の変位量を算出する第２の変位算出部と、前記第１の変位量から、前記第２の変位量を減ずる第３の変位算出部と、
をさらに具備する請求項５記載の測定装置。
【請求項7】
前記撮像装置、前記物質、又は前記背景画像を前記軸直交方向に移動させる移動装置、をさらに具備する、
請求項５又は請求項６記載の測定装置。
【請求項8】
前記撮像装置と前記背景画像との間に設けられ、前記撮像装置と前記背景画像との間の前記光軸に沿う光を分岐させるビームスプリッタをさらに具備する、請求項５乃至請求項７のいずれか一つに記載の測定装置。
【請求項9】
前記撮像装置と前記背景画像との間に設けられ、前記光軸に沿って前記背景画像から前記撮像装置に向かう光を平行に分岐させる光学系をさらに具備する、請求項５乃至請求項７のいずれか一つに記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、測定方法及び測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
光学部品や気体のような、光が透過可能な物質における屈折率の分布が、例えばシュリーレン法又は背景型シュリーレン法（Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ－Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ；ＢＯＳ）により測定される。背景型シュリーレン法によれば、物質における屈折率の分布を定量化することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１１－１１７９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一般的に、背景型シュリーレン法では、物質を通して背景が表される計測画像と、物質を除去して背景が表される基準画像とを比較することで、物質の屈折率の分布が得られる。しかし、物質の除去又は配置作業の時間経過によって、計測画像の取得時と、基準画像の取得時と、における条件が変化し、測定結果の正確性が低下することがある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一つの実施形態に係る測定方法は、背景画像、及び前記背景画像から発せられる光を透過可能な物質、を含む第１の映像を取得することと、前記背景画像及び前記物質を含み、当該背景画像と当該物質との映像内における相対的な位置関係が前記第１の映像と異なる第２の映像を取得することと、前記第１の映像と前記第２の映像の２つの画像の間での前記背景画像の位置の差異である第１の変位量を算出することと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【発明を実施するための形態】
【0007】
（第１の実施形態）
以下に、第１の実施形態について、図１乃至図８を参照して説明する。なお、本明細書においては基本的に、鉛直上方を上方向、鉛直下方を下方向と定義する。また、本明細書において、実施形態に係る構成要素及び当該要素の説明が、複数の表現で記載されることがある。構成要素及びその説明は、一例であり、本明細書の表現によって限定されない。構成要素は、本明細書におけるものとは異なる名称で特定され得る。また、構成要素は、本明細書の表現とは異なる表現によって説明され得る。
以下に、第１の実施形態について、図１乃至図８を参照して説明する。なお、本明細書においては基本的に、鉛直上方を上方向、鉛直下方を下方向と定義する。また、本明細書において、実施形態に係る構成要素及び当該要素の説明が、複数の表現で記載されることがある。構成要素及びその説明は、一例であり、本明細書の表現によって限定されない。構成要素は、本明細書におけるものとは異なる名称で特定され得る。また、構成要素は、本明細書の表現とは異なる表現によって説明され得る。
【0008】
図１は、第１の実施形態に係る測定装置１０を概略的に示す例示的な斜視図である。図１に示すように、第１の実施形態の測定装置１０は、撮像装置１１と、背景装置１２と、保持装置１３と、フィルタ１４と、第１の移動装置１５と、第２の移動装置１６と、第３の移動装置１７と、出力装置２１と、入力装置２２と、制御装置２３とを有する。第１の移動装置１５、第２の移動装置１６、及び第３の移動装置１７のうち少なくとも一つは、移動装置の一例である。
【0009】
測定装置１０は、例えば、被観察物Ｓにおける屈折率の不均一な分布（以下、屈折率勾配と称する）を測定するための装置である。なお、測定装置１０は、この例に限られない。被観察物Ｓは、物質の一例である。
【0010】
被観察物Ｓは、撮像装置１１によって撮影可能な波長の光が透過可能な気体、液体、又は固体である。本実施形態における被観察物Ｓは固体である。被観察物Ｓとしての固体は、例えば、レンズ若しくはプリズムのような光学部品、又はＳｉＣのような半導体である。なお、被観察物Ｓは、熱流体や、音波が伝播する気体のような、密度の不均一な分布が生じた流体であっても良い。
【0011】
撮像装置１１は、第１のカメラ３１を有する。第１のカメラ３１は、例えば、デジタルカメラ又は高速度カメラのような、撮像素子を有するカメラである。撮像素子は、例えば、ピクセルピッチが既知であるＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサであり、当該撮像素子で結像した映像（picture）を映像データとしての電気信号に変換する。
【0012】
第１のカメラ３１は、第１の光軸ＯＡ１を有する。第１の光軸ＯＡ１は、第１の光軸及び撮像装置の光軸の一例である。第１の光軸ＯＡ１は、第１のカメラ３１におけるレンズの中心軸を通るとともに、当該第１のカメラ３１の外へと延びる仮想的な直線である。レンズの中心軸が第１のカメラ３１の撮像面に垂直となる場合、光軸ＯＡ１は第１のカメラ３１の撮像面に垂直な直線となる。なお、本実施形態においては、第１の光軸ＯＡ１上の光が反射により曲がる場合、当該第１の光軸ＯＡ１も同じく曲がるものとして定義される。すなわち、第１の光軸ＯＡ１は、第１のカメラ３１が撮影可能な範囲の中心を示す。
【0013】
本実施形態において、第１の光軸ＯＡ１は、水平に延びる。なお、第１の光軸ＯＡ１は、この例に限られない。第１のカメラ３１は、第１の光軸ＯＡ１が、背景装置１２、フィルタ１４、及び被観察物Ｓを通るように配置される。
【0014】
各図面に示されるように、本明細書において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が定義される。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは、互いに直交する。Ｘ軸は、第１の光軸ＯＡ１に沿う方向に設けられる。Ｙ軸は、第１の光軸ＯＡ１と直交する水平方向に設けられる。Ｚ軸は、鉛直方向に設けられる。
【0015】
背景装置１２は、背景部材３５と、拡散板３６と、光源３７とを有する。背景部材３５は、例えば、紙又は合成樹脂によって作られ、光が透過可能なシートである。背景部材３５は、表面３５ａを有する。
【0016】
表面３５ａは、略平坦であり、第１の光軸ＯＡ１と略直交する。表面３５ａは、第１のカメラ３１に向く。表面３５ａに、模様３９が設けられる。言い換えると、背景部材３５は、模様３９を表示する。模様３９は、背景画像（background image）の一例である。背景部材３５は、模様３９の少なくとも一部が第１のカメラ３１の撮影範囲に含まれるように配置される。
【0017】
背景画像の一例である模様３９は、例えば、ランダムドット模様である。なお、模様３９はこの例に限らず、格子状に並ぶドット、千鳥状に並ぶドット、縞模様、図形、絵、又は写真のような、種々の画像（イメージ）であっても良い。背景装置１２が省略され、風景が測定のための背景画像として利用されても良い。また、背景部材３５は、複数の孔が設けられた金属シートであっても良い。この場合、当該複数の孔が模様３９を形成する。
【0018】
模様３９は、撮像装置１１により、当該模様３９の移動が判別可能な模様（背景画像）である。例えば、第１のカメラ３１がランダムドットである模様３９を撮影した場合、撮影された映像におけるドット間の距離は、一ピクセルよりも大きく、当該映像全体の幅よりも小さい。
【0019】
拡散板３６は、背景部材３５の、表面３５ａの反対側の面に取り付けられる。光源３７は、例えばＬＥＤである。なお、光源３７は、他の光源であっても良いし、自然光であっても良い。光源３７は、拡散板３６に向かって光Ｌ１を照射する。光源３７から照射された光Ｌ１は、拡散板３６により拡散光となり、背景部材３５を透過する。これにより、光Ｌ２が背景部材３５から第１のカメラ３１に向かって出射する。光Ｌ２が拡散光であることで、第１のカメラ３１へ入射する当該光Ｌ２の入射角による影響が低減される。
【0020】
光源３７は、背景部材３５の模様３９に光Ｌ１を照射しても良い。この場合、光Ｌ１が背景部材３５によって反射されることで、光Ｌ２が背景部材３５から第１のカメラ３１に向かって出射する。また、背景部材３５が発光することで、光Ｌ２が背景部材３５から第１のカメラ３１に向かって出射しても良い。
【0021】
第１のカメラ３１が模様３９を撮影することにより、背景部材３５から出射される光Ｌ２の出射点の位置を特定することが可能となる。すなわち、第１のカメラ３１により撮影された映像における模様３９の位置により、第１のカメラ３１から見た光Ｌ２の出射点の位置を特定することが可能である。このように、光Ｌ２は、背景画像の光の一例である。
【0022】
保持装置１３は、撮像装置１１と背景装置１２との間に配置される。保持装置１３は、被観察物Ｓを、第１の光軸ＯＡ１が当該被観察物Ｓを通る位置で保持する。なお、例えば被観察物Ｓが気体である場合、保持装置１３は省略されても良い。
【0023】
フィルタ１４は、第１の光軸ＯＡ１上において、第１のカメラ３１と被観察物Ｓとの間に配置される。フィルタ１４は、例えば、被観察物Ｓに応じて、カットフィルタや偏光板を含み得る。なお、フィルタ１４は省略されても良い。例えば、測定装置１０は、被観察物Ｓから発生する光や、周囲の光を遮断するカットフィルタであるフィルタ１４を有する。
【0024】
例えば、測定装置１０は、レーザ加工や溶接のような加工が行われる空間中の温度差を測定するため、被観察物Ｓである当該空間中の気体の屈折率勾配を測定することがある。この場合、測定装置１０は、加工により発生する光を遮断するカットフィルタであるフィルタ１４を有しても良い。
【0025】
また、例えば、測定装置１０は、被観察物Ｓに生じる所定の方向の応力を測定するため、被観察物Ｓの屈折率勾配を測定することがある。この場合、測定装置１０は、測定対象である応力の方向に応じた光を通過させる偏光板であるフィルタ１４を有しても良い。
【0026】
第１の移動装置１５、第２の移動装置１６、及び第３の移動装置１７は、例えば、自動又は手動のステージである。なお、測定装置１０は、第１の移動装置１５、第２の移動装置１６、及び第３の移動装置１７のうち一つを有していれば良い。
【0027】
第１の移動装置１５は、第１のカメラ３１を、被観察物Ｓ及び模様３９に対し、第１の光軸ＯＡ１と直交する軸直交方向に移動させることが可能である。軸直交方向は、例えば、Ｙ軸方向（水平方向）、Ｚ軸方向（鉛直方向）、又はＹ軸方向及びＺ軸方向を組み合わせた方向である。
【0028】
第２の移動装置１６は、背景装置１２を軸直交方向に移動させることが可能である。これにより、第２の移動装置１６は、模様３９を、第１のカメラ３１及び被観察物Ｓに対し、軸直交方向に移動させることが可能である。
【0029】
第３の移動装置１７は、保持装置１３を軸直交方向に移動させることが可能である。これにより、第３の移動装置１７は、被観察物Ｓを、第１のカメラ３１及び模様３９に対し、軸直交方向に移動させることが可能である。
【0030】
出力装置２１は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のような表示装置である。出力装置２１は、例えば、第１のカメラ３１が撮影した映像や、種々の情報を表示可能である。入力装置２２は、例えば、キーボードやマウスのような入力のための装置である。出力装置２１及び入力装置２２は、これらの例に限られない。
【0031】
図２は、第１の実施形態の制御装置２３の構成の一例を概略的に示すブロック図である。図２に示すように、制御装置２３は、例えば、互いにバス４０によって接続された、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、ストレージ４４、及びインターフェース（Ｉ／Ｆ）４５を有する。ストレージ４４は、ＨＤＤやＳＳＤのような情報を記憶、変更、削除可能な装置である。
【0032】
制御装置２３は、例えば、インターフェース４５を通じて、第１の移動装置１５、第２の移動装置１６、第３の移動装置１７、出力装置２１、入力装置２２、及び第１のカメラ３１に電気的に接続される。
【0033】
図３は、第１の実施形態の制御装置２３の構成を機能的に示す例示的なブロック図である。図３に示すように、制御装置２３は、映像取得部５１、移動制御部５２、出力制御部５３、シフト量算出部５４、移動量算出部５５、及び差分算出部５６を備える。シフト量算出部５４は、第１の変位算出部の一例である。移動量算出部５５は、第２の変位算出部の一例である。差分算出部５６は、第３の変位算出部の一例である。
【0034】
制御装置２３は、例えば、ＣＰＵ４１がＲＯＭ４２又はストレージ４４に格納されたプログラムを読み出し実行することで、図３に示す各部を実現する。図３に示す各部は、制御装置２３の機能を表現した一例であり、図３に示す各部の機能は、例えば、ＣＰＵ４１、又はＣＰＵ４１を含むハードウェアによって実現される。
【0035】
映像取得部５１は、撮像装置１１を制御する。本実施形態では、映像取得部５１は、第１のカメラ３１を制御するとともに、第１のカメラ３１が撮影した映像の映像データを取得する。
【0036】
移動制御部５２は、第１の移動装置１５、第２の移動装置１６、及び第３の移動装置１７を制御する。移動制御部５２は、例えば、所定の指令値を第１の移動装置１５、第２の移動装置１６、又は第３の移動装置１７に入力することで、第１のカメラ３１、背景装置１２、又は保持装置１３を移動させる。なお、第１の移動装置１５、第２の移動装置１６、及び第３の移動装置１７は、手動で動作させられても良い。
【0037】
出力制御部５３は、出力装置２１を制御する。例えば、出力制御部５３は、第１のカメラ３１が撮影した映像を出力装置２１に表示させることができる。さらに、出力制御部５３は、測定装置１０による測定結果を出力装置２１に表示させることができる。
【0038】
以下、測定装置１０による測定方法の一例と、当該測定におけるシフト量算出部５４、移動量算出部５５、及び差分算出部５６の機能の一例について説明する。なお、測定装置１０による測定方法は、以下に記載される例に限られない。
【0039】
まず、保持装置１３に、被観察物Ｓが保持される。被観察物Ｓは、第１のカメラ３１の第１の光軸ＯＡ１上に配置される。なお、被観察物Ｓが気体である場合、例えば、第１の光軸ＯＡ１上に被観察物Ｓが発生させられ、又は第１の光軸ＯＡ１上で被観察物Ｓに屈折率勾配が生じた状態にさせられる。
【0040】
次に、映像取得部５１が、第１のカメラ３１に、被観察物Ｓを撮影させ、映像Ｐ１を取得させる。映像Ｐ１は、二つの映像のうち一方、すなわち第１の映像の一例である。映像取得部５１は、第１のカメラ３１から、映像Ｐ１のデータを取得する。
【0041】
次に、移動制御部５２が、例えば第２の移動装置１６に、背景装置１２の背景画像（模様３９）を移動させる。なお、移動制御部５２は、第１の移動装置１５に第１のカメラ３１を移動させても良いし、第３の移動装置１７に保持装置１３を移動させても良い。
【0042】
背景装置１２が移動させられた後、映像取得部５１が、第１のカメラ３１に、被観察物Ｓを撮影させ、映像Ｐ２を取得させる。映像Ｐ２は、二つの映像のうち他方、すなわち第２の映像の一例である。映像取得部５１は、第１のカメラ３１から、映像Ｐ２のデータを取得する。
【0043】
映像Ｐ１，Ｐ２は、例えば、静止画である。なお、映像Ｐ１，Ｐ２は、動画であっても良い。映像Ｐ１，Ｐ２は、第１の光軸ＯＡ１と交差する面における、光の強度の面内分布、光の波長の面内分布、及び偏光の面内分布のうち少なくとも一つを含む情報である。
【0044】
映像Ｐ１の取得時と映像Ｐ２の取得時との間に背景装置１２が移動させられることで、二つの映像Ｐ１，Ｐ２の取得時において、軸直交方向における模様３９の位置が互いに異なる。すなわち、二つの映像Ｐ１，Ｐ２の取得時において、軸直交方向における、模様３９の位置が互いに異なる。本実施形態における模様３９の位置は、具体的には、模様３９に含まれる各ピクセル又は各特徴点の位置である。
【0045】
映像Ｐ１の取得時と映像Ｐ２の取得時との間に被観察物Ｓが移動させられることで、二つの映像Ｐ１，Ｐ２の取得時において、軸直交方向における被観察物Ｓの位置が互いに異なっても良い。また、映像Ｐ１の取得時と映像Ｐ２の取得時との間に第１のカメラ３１が移動させられることで、二つの映像Ｐ１，Ｐ２の取得時において、軸直交方向における第１のカメラ３１で映像Ｐ１，Ｐ２が結像される結像位置が互いに異なっても良い。本実施形態における結像位置は、具体的には、映像Ｐ１，Ｐ２の取得時における第１のカメラ３１の撮像素子の各画素の位置である。すなわち、第１の映像である映像Ｐ１と第２の映像である映像Ｐ２との間では、それぞれの映像を取得した時の光軸に垂直な方向（つまり、映像Ｐ１及び映像Ｐ２の面内）において被観察物Ｓと背景画像である模様３９との相対的な位置（位置関係）が異なっている。
【0046】
図４は、第１の実施形態の映像Ｐ１の一例を示す図である。図５は、第１の実施形態の映像Ｐ２の一例を示す図である。図４及び図５の例における映像Ｐ１，Ｐ２の取得時において、模様３９と被観察物Ｓとの間の距離は１５０ｍｍに設定され、第１のカメラ３１と被観察物Ｓとの間の距離は３６５ｍｍに設定されている。また、第１のカメラ３１の撮像素子は、２．４１μｍのピクセルピッチ、１３．２×８．８ｍｍの大きさを有する。なお、映像Ｐ１，Ｐ２の取得条件は、この例に限られない。
【0047】
図４及び図５の例において、第１のカメラ３１は、被観察物Ｓであるアクリル板と、背景としての模様３９と、被観察物Ｓを押圧する圧子Ｉｎとを撮影している。このため、映像Ｐ１，Ｐ２は、被観察物Ｓと、背景としての模様３９とをそれぞれが含む。言い換えると、映像Ｐ１，Ｐ２のそれぞれの取得時において、第１のカメラ３１の撮影範囲に、被観察物Ｓと模様３９とが存在する。なお、第１のカメラ３１の撮影範囲に、被観察物Ｓのみが存在しても良い。
【0048】
圧子Ｉｎが被観察物Ｓを押圧することで、被観察物Ｓに応力及び密度の不均一な分布が生じる。屈折率は密度に依存するため、被観察物Ｓに、屈折率勾配が生じる。例えば、被観察物Ｓにおいて、圧子Ｉｎに押圧される圧縮点の近傍部分Ｓ１における屈折率が変化し、被観察物Ｓに屈折率勾配が生じる。例えば、被観察物Ｓの屈折率勾配から、被観察物Ｓにおける応力及び密度の分布を算出することが可能である。
【0049】
背景部材３５から出射された光Ｌ２は、被観察物Ｓを透過可能である。このため、図４及び図５に示すように、映像Ｐ１，Ｐ２は、被観察物Ｓを通して表れた模様３９をそれぞれが含む。言い換えると、映像Ｐ１，Ｐ２において、模様３９は、被観察物Ｓ越しに視認可能となっている。
【0050】
第１のカメラ３１は、背景装置１２が映像Ｐ１の取得時における位置からＹ軸方向（水平方向）に約１０μｍ移動させられた後に、映像Ｐ２を取得する。これにより、映像Ｐ２における模様３９の位置は、全体的に、映像Ｐ１における模様３９の位置から、約２，３ピクセル平行移動している。なお、映像Ｐ１，Ｐ２における模様３９の移動量は、この例に限られず、例えば０．５ピクセル程度以上の移動があれば十分検出することができる。
【0051】
図６は、第１の実施形態の映像Ｐ１の一部及び映像Ｐ２の一部を概略的に示す例示的な図である。次に、シフト量算出部５４が、映像Ｐ１と映像Ｐ２との間での、被観察物Ｓを通して表れた模様３９の位置の差異であるシフト量Ｄｓを算出する。シフト量Ｄｓは、第１の変位量の一例である。シフト量算出部５４は、例えば、映像Ｐ１，Ｐ２の、全てのピクセル、一部のピクセル、又は複数の特徴点について、シフト量Ｄｓを算出する。
【0052】
シフト量算出部５４は、例えば、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｌｏｗ処理により、二つの映像Ｐ１，Ｐ２の間でのＹ軸方向（水平方向）におけるシフト量Ｄｓを算出する。上述した映像Ｐ１の取得時と映像Ｐ２の取得時との間における背景装置１２の移動量は、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｌｏｗ処理において追跡可能な範囲に設定される。なお、シフト量算出部５４は、他の処理によりシフト量Ｄｓを算出しても良い。
【0053】
図７は、第１の実施形態のシフト量Ｄｓの算出結果Ｒ１の一例を示す図である。シフト量算出部５４は、図７のような、シフト量Ｄｓの分布を人間が感知できる映像、グラフ、又は表として、シフト量Ｄｓの算出結果Ｒ１を出力しても良い。出力制御部５３は、出力装置２１に、算出結果Ｒ１を出力させる。図７の例では、算出結果Ｒ１は、ピクセル量としてのシフト量Ｄｓの分布を示す。しかし、算出結果Ｒ１は、他の物理量としてのシフト量Ｄｓの分布を示しても良い。図７に示すように、この例では全体的には約１ピクセル前後の移動がみられることがわかる。
【0054】
一般的に、光は、屈折率勾配が存在する場を通過すると屈折により偏角しその経路が曲がる。すなわち、屈折率勾配は、光に偏角（屈折角）を生じさせる。例えば、屈折率が不均一である物質中を光が通過する際に、当該物質中に屈折率勾配があると、光は、屈折により屈折率が高い方向に偏角する。このため、被観察物Ｓが屈折率勾配を有する場合、被観察物Ｓを通して表れた模様３９は歪む（シュリーレン現象）。
【0055】
上述のように、図４及び図５の例では、被観察物Ｓの圧縮点の近傍部分Ｓ１において、屈折率勾配が生じている。このため、図６に示すように、被観察物Ｓにおいて、圧縮点の近傍部分Ｓ１におけるシフト量Ｄｓは、屈折率の分布が略均一な部分Ｓ２におけるシフト量Ｄｓと異なる。部分Ｓ２は、基準部分の一例であり、屈折率の分布が圧縮点の近傍部分Ｓ１よりもなだらかである。
【0056】
次に、移動量算出部５５が、映像Ｐ１の取得時と映像Ｐ２の取得時との間における模様３９の移動量Ｄａを算出する。移動量Ｄａは、第２の変位量の一例である。移動量算出部５５は、シフト量算出部５４と同じく、例えば、映像Ｐ１，Ｐ２の、全てのピクセル、一部のピクセル、又は複数の特徴点について、移動量Ｄａを算出する。
【0057】
移動量Ｄａは、映像Ｐ１の取得時における映像Ｐ１の結像位置と模様３９との間の軸直交方向における距離と、映像Ｐ２の取得時における映像Ｐ２の結像位置と模様３９との間の軸直交方向における距離と、の映像Ｐ１，Ｐ２における差異である。映像Ｐ１，Ｐ２における差異とは、例えば、映像Ｐ１，Ｐ２におけるピクセル量として算出された差異を示す。本実施形態の移動量Ｄａの算出において、映像Ｐ１，Ｐ２の結像位置は、映像Ｐ１，Ｐ２の取得時における第１のカメラ３１の位置に等しい。すなわち、移動量Ｄａは、背景画像である模様３９のうち、応力及び密度の不均一な分布が生じず屈折率の分布が略均一で屈折率勾配が生じないような位置に例えばあらかじめ設定した、模様３９のパターン、印又は代表点などの基準部分（例えば部分Ｓ２）が、映像Ｐ１と映像Ｐ２の間での光軸に対する軸直交方向にどれだけ移動したかを示している。さらに換言すると、移動量Ｄａは映像Ｐ１と映像Ｐ２の間の背景画像としての模様３９の基準部分の移動量、すなわち基準移動量である。
【0058】
本実施形態では、移動量算出部５５は、二つの映像Ｐ１，Ｐ２の間での、被観察物Ｓの部分Ｓ２を通して表れた模様３９の位置の差異に基づき、移動量Ｄａを算出する。部分Ｓ２は上述の基準部分の一例である。上述のように、部分Ｓ２の屈折率の分布は略均一である。このため、二つの映像Ｐ１，Ｐ２の間での部分Ｓ２を通して表れた模様３９の位置の差異は、背景装置１２の背景画像（模様３９）の実際の移動量を反映したピクセル量であり、上述のように約２，３ピクセルとなる。
【0059】
移動量算出部５５は、例えば、部分Ｓ２のうち、測定装置１０の操作者が指定した範囲内におけるシフト量Ｄｓの平均値として、移動量Ｄａを算出する。なお、移動量算出部５５は、この例に限らず、ニューラルネットワーク等を用いて自動的に部分Ｓ２を判別し、当該部分Ｓ２におけるシフト量Ｄｓの平均値として、移動量Ｄａを算出しても良い。また、移動量算出部５５は、移動制御部５２が第１の移動装置１５、第２の移動装置１６、又は第３の移動装置１７に入力した指令値に基づき、移動量Ｄａを算出しても良い。
【0060】
図８は、第１の実施形態の差分ΔＤの算出結果Ｒ２の一例を示す図である。次に、差分算出部５６が、シフト量Ｄｓから移動量Ｄａを減じ、差分ΔＤを算出する。屈折率勾配が生じた部分Ｓ１における差分ΔＤは、屈折率勾配によって生じたシフト量Ｄｓの差分を表す。図８に示すように、屈折率が略均一である部分Ｓ２における差分ΔＤは、ほぼ０となる。
【0061】
差分算出部５６は、図８のような差分ΔＤの分布を人間が感知できる映像、グラフ、又は表として、差分ΔＤの算出結果Ｒ２を出力しても良い。出力制御部５３は、出力装置２１に、算出結果Ｒ２を出力させる。図８の例では、算出結果Ｒ２は、ピクセル量としての差分ΔＤの分布を示す。しかし、算出結果Ｒ２は、他の物理量としての差分ΔＤの分布を示しても良い。
【0062】
例えば、差分ΔＤから、屈折率勾配によって生じた光の偏角を算出することが可能である。さらに、当該偏角から、被観察物Ｓの屈折率の分布を算出することが可能である。加えて、被観察物Ｓの屈折率の分布から、被観察物Ｓの密度の分布、及び被観察物Ｓにおける応力の分布を算出することが可能である。
【0063】
以上のように、測定装置１０は、映像Ｐ１と映像Ｐ２との間でのシフト量Ｄｓ及び差分ΔＤの分布を測定する。当該測定装置１０を用いることで、被観察物Ｓの偏角、屈折率、密度、及び応力の分布を算出することが可能となる。
【0064】
以上説明された第１の実施形態に係る測定装置１０及び測定方法において、撮像装置１１により取得された映像Ｐ１，Ｐ２は、被観察物Ｓを通して表れた模様３９をそれぞれが含む。別の表現によれば、模様３９、及び模様３９の光を透過可能な被観察物Ｓ、を含む映像Ｐ１，Ｐ２が取得され、映像Ｐ２は、模様３９と被観察物Ｓとの相対的な位置関係が、映像Ｐ１と異なる。このため、映像Ｐ１，Ｐ２の間において、被観察物Ｓを通して表れた模様３９はシフトしている。さらに、映像Ｐ１，Ｐ２の間での被観察物Ｓを通して表れた模様３９の位置の差異であるシフト量Ｄｓが算出される。被観察物Ｓにおいて屈折率勾配が存在し、被観察物Ｓ中の位置によって屈折率が異なる場合、シフト量Ｄｓは、当該被観察物Ｓ中の位置によって異なる。従って、被観察物Ｓ中の各位置におけるシフト量Ｄｓが測定されることで、被観察物Ｓの屈折率勾配を算出することができる。
【0065】
二つの映像Ｐ１，Ｐ２の取得時において、撮像装置１１の第１の光軸ＯＡ１と直交する軸直交方向における、撮像装置１１で模様３９を含む映像Ｐ１，Ｐ２が結像される結像位置、被観察物Ｓの位置、及び模様３９の位置、のうち一つが互いに異なる。別の表現によれば、映像Ｐ２は、模様３９が結像される結像位置、被観察物Ｓの位置、及び模様３９の位置、のうち少なくともいずれか一つを、映像Ｐ１の取得時の第１の光軸ＯＡ１と直交する軸直交方向に異ならせて取得される。このため、映像Ｐ１，Ｐ２の間において、被観察物Ｓを通して表れた模様３９は軸直交方向にシフトしている。従って、第１の光軸ＯＡ１に沿う方向の移動により生じる倍率の変化がシフト量Ｄｓに影響することが抑制され、より正確に被観察物Ｓの屈折率勾配を算出することができる。
【0066】
一般的に、背景シュリーレン法によっても被観察物Ｓの屈折率勾配を算出することができる。しかし、背景シュリーレン法では、被観察物Ｓを通して背景が表される計測画像と、被観察物Ｓを除去して背景が表される基準画像とを比較することで、被観察物Ｓの屈折率勾配が求められる。この場合、被観察物Ｓの除去や配置に手間がかかることがある。また、被観察物Ｓの除去又は配置作業の時間経過によって、計測画像の取得時と、基準画像の取得時と、において被観察物Ｓや背景の位置が温度による体積の変化や振動により変動し、測定結果の正確性が低下することがある。
【0067】
これに対し、本実施形態では、被観察物Ｓを通して表れた模様３９が軸直交方向に移動している映像Ｐ１，Ｐ２を比較することで、被観察物Ｓの屈折率勾配を算出することができる。これにより、被観察物Ｓの配置又は除去が不要であるため、測定が容易になる。さらに、映像Ｐ１，Ｐ２が取得される時期を近づけ、測定結果の正確性の低下を抑制することができる。
【0068】
映像Ｐ１，Ｐ２の取得時における結像位置と模様３９の位置との間の軸直交方向における距離の、映像Ｐ１，Ｐ２における差異である移動量Ｄａが算出される。さらに、シフト量Ｄｓから移動量Ｄａが減じられる。これにより、移動量Ｄａの影響を除き、被観察物Ｓ中の屈折率の分布をより正確に反映した差分ΔＤが得られる。従って、差分ΔＤから被観察物Ｓの屈折率勾配をより正確に求めることができる。
【0069】
移動量Ｄａは、映像Ｐ１，Ｐ２の間での、模様３９の基準部分（部分Ｓ２）の位置の差異に基づき算出される。別の表現によれば、移動量Ｄａは、映像Ｐ１，Ｐ２の間での、被観察物Ｓのうち部分Ｓ２を通して表れた模様３９の位置の差異に基づき算出される。部分Ｓ２は、屈折率の分布が他の部分Ｓ１よりなだらかである。例えば、部分Ｓ２における屈折率が均一である場合、映像Ｐ１，Ｐ２の間での、部分Ｓ２を通して表れた模様３９の位置の差異に基づき算出された移動量Ｄａは、ほぼ正確に実際の移動量Ｄａを反映する。従って、例えば第２の移動装置１６への指令値に基づき移動量Ｄａを算出する場合に比べ、より正確に移動量Ｄａを算出することが可能となる。
【0070】
二つの映像Ｐ１，Ｐ２の取得時の間において、模様３９が軸直交方向に移動させられる。これにより、映像Ｐ１，Ｐ２を容易に取得することができ、測定が容易になる。なお、二つの映像Ｐ１，Ｐ２の取得時の間において、被観察物Ｓ又は撮像装置１１が移動させられても良い。
【0071】
（第２の実施形態）
以下に、第２の実施形態について、図９乃至図１０を参照して説明する。なお、以下の複数の実施形態の説明において、既に説明された構成要素と同様の機能を持つ構成要素は、当該既述の構成要素と同じ符号が付され、さらに説明が省略される場合がある。また、同じ符号が付された複数の構成要素は、全ての機能及び性質が共通するとは限らず、各実施形態に応じた異なる機能及び性質を有していても良い。
以下に、第２の実施形態について、図９乃至図１０を参照して説明する。なお、以下の複数の実施形態の説明において、既に説明された構成要素と同様の機能を持つ構成要素は、当該既述の構成要素と同じ符号が付され、さらに説明が省略される場合がある。また、同じ符号が付された複数の構成要素は、全ての機能及び性質が共通するとは限らず、各実施形態に応じた異なる機能及び性質を有していても良い。
【0072】
図９は、第２の実施形態に係る測定装置１０を概略的に示す例示的な斜視図である。図９に示すように、第２の実施形態の測定装置１０は、ビームスプリッタ６１をさらに有する。ビームスプリッタ６１は、フィルタ１４と第１のカメラ３１との間において、第１の光軸ＯＡ１上に配置される。
【0073】
ビームスプリッタ６１は、例えば、ハーフミラーである。第１の光軸ＯＡ１上の光（及び第１の光軸ＯＡ１に沿う光）は、ビームスプリッタ６１を透過する。第１の光軸ＯＡ１は、ビームスプリッタ６１及び被観察物Ｓを通して、模様３９に向かって延びる。
【0074】
撮像装置１１は、第２のカメラ６２をさらに有する。第２のカメラ６２は、第１のカメラ３１と同じく、例えば、デジタルカメラ又は高速度カメラのような、撮像素子を有するカメラである。第２のカメラ６２の撮像素子は、例えば、第１のカメラ３１の撮像素子とピクセルピッチ及び大きさが同一である。なお、第１のカメラ３１及び第２のカメラ６２の撮像素子は、異なっても良い。
【0075】
第２のカメラ６２は、第２の光軸ＯＡ２を有する。第２の光軸ＯＡ２は、第２のカメラ６２におけるレンズの中心を結ぶとともに、当該第２のカメラ６２の外へと延びる仮想的な直線である。なお、本実施形態においては、第２の光軸ＯＡ２上の光が反射により曲がる場合、当該第２の光軸ＯＡ２も同じく曲がるものとして定義される。すなわち、第２の光軸ＯＡ２は、第２のカメラ６２が撮影可能な範囲の中心を示す。
【0076】
ビームスプリッタ６１は、第２の光軸ＯＡ２上に配置される。第２の光軸ＯＡ２上の光は、ビームスプリッタ６１で反射される。このため、第２の光軸ＯＡ２は、ビームスプリッタ６１で曲がる。第２の光軸ＯＡ２は、ビームスプリッタ６１及び被観察物Ｓを通して、模様３９に向かって延びる。すなわち、第２の光軸ＯＡ２上に配置されるビームスプリッタ６１は、撮像装置１１（第１のカメラ３１及び第２のカメラ６２）と模様３９の間の光軸に沿う光を分岐させる。
【0077】
第１のカメラ３１と模様３９との間の光路の距離は、第２のカメラ６２と模様３９との間の光路の距離と略等しい。言い換えると、第１のカメラ３１及びビームスプリッタ６１の間の距離と、ビームスプリッタ６１及び模様３９の間の距離と、の合計は、第２のカメラ６２及びビームスプリッタ６１の間の距離と、ビームスプリッタ６１及び模様３９の間の距離と、の合計に略等しい。
【0078】
第１の光軸ＯＡ１は、当該第１の光軸ＯＡ１と直交する方向に、第２の光軸ＯＡ２から離間する。例えば、模様３９とビームスプリッタ６１との間において、第１の光軸ＯＡ１は、第２の光軸ＯＡ２と平行に延びるとともに、第２の光軸ＯＡ２からＹ軸方向（水平方向）に離間する。なお、模様３９とビームスプリッタ６１との間において、第１の光軸ＯＡ１は、第２の光軸ＯＡ２からＺ軸方向（鉛直方向）、又はＹ軸方向及びＺ軸方向を組み合わせた方向に離間しても良い。
【0079】
図１０は、第２の実施形態の制御装置２３の構成を機能的に示す例示的なブロック図である。図１０に示すように、第２の実施形態において、映像取得部５１は、第２のカメラ６２をさらに制御する。映像取得部５１は、第２のカメラ６２が撮影した映像の映像データを取得する。
【0080】
第２の実施形態では、第１のカメラ３１が映像Ｐ１を取得し、第２のカメラ６２が映像Ｐ２を取得する。第１のカメラ３１による映像Ｐ１の取得と、第２のカメラ６２による映像Ｐ２の取得とは、同時に行われても良いし、順番に行われても良い。
【0081】
上述のように、第１の光軸ＯＡ１は、当該第１の光軸ＯＡ１と直交する方向に、第２の光軸ＯＡ２から離間する。このため、二つの映像Ｐ１，Ｐ２の取得時において、軸直交方向における第１のカメラ３１で映像Ｐ１が結像される結像位置と、軸直行方向における第２のカメラ６２で映像Ｐ２が結像される結像位置と、が互いに異なる。
【0082】
本実施形態では、第１の光軸ＯＡ１は、当該第１の光軸ＯＡ１と直交する方向に、第２の光軸ＯＡ２から約１０μｍ離間している。これにより、映像Ｐ２における模様３９の位置は、全体的に、映像Ｐ１における模様３９の位置から、約２，３ピクセル平行移動している。なお、映像Ｐ１，Ｐ２における模様３９の移動量は、この例に限られない。
【0083】
第１の実施形態と同じく、シフト量算出部５４が映像Ｐ１，Ｐ２の間でのシフト量Ｄｓを算出し、移動量算出部５５が映像Ｐ１，Ｐ２の取得時の間における移動量Ｄａを算出する。
【0084】
本実施形態では、模様３９が静止しており、映像Ｐ１，Ｐ２が同時に取得され得る。しかし、映像Ｐ１の取得時における映像Ｐ１の結像位置と模様３９との間の軸直交方向における距離と、映像Ｐ２の取得時における映像Ｐ２の結像位置と模様３９との間の軸直交方向における距離と、の映像Ｐ１，Ｐ２における差異が存在する。このため、移動量Ｄａが算出される。
【0085】
さらに、差分算出部５６が、差分ΔＤを算出する。従って、シフト量Ｄｓ及び差分ΔＤの分布から、被観察物Ｓの偏角、屈折率、密度、及び応力の分布を算出することが可能となる。
【0086】
以上説明された第２の実施形態の測定装置１０及び測定方法において、撮像装置１１と模様３９との間に、撮像装置１１と模様３９との間の光軸に沿う光を分岐させるビームスプリッタ６１が設けられる。撮像装置１１は、ビームスプリッタ６１及び被観察物Ｓを通して模様３９に向かう第１の光軸ＯＡ１を有する第１のカメラ３１と、ビームスプリッタ６１及び被観察物Ｓを通して模様３９に向かう第２の光軸ＯＡ２を有する第２のカメラ６２とを有する。第１の光軸ＯＡ１は、当該第１の光軸ＯＡ１と直交する方向に、第２の光軸ＯＡ２から離間する。第１のカメラ３１及び第２のカメラ６２により、二つの映像Ｐ１，Ｐ２が取得される。これにより、撮像装置１１、被観察物Ｓ、及び模様３９を移動させる必要が無く、測定が容易になる。さらに、二つの映像Ｐ１，Ｐ２を同時に取得することが可能となり、測定結果の正確性の低下を抑制することができるとともに、熱流体のような移動する被観察物Ｓの、特定の瞬間における屈折率勾配をより正確に算出することができる。
【0087】
第２の実施形態のビームスプリッタ６１は、背景部材３５から出射した光Ｌ２を第１のカメラ３１と第２のカメラ６２とに向かって分岐させる。しかし、ビームスプリッタ６１は、例えば、第１のカメラ３１の第１の光軸ＯＡ１上の光を二つの背景部材３５に向かうように分岐させても良い。言い換えると、ビームスプリッタ６１は、第１の光軸ＯＡ１を分岐させても良い。この場合、二つの背景部材３５における模様３９は、第１の光軸ＯＡ１と直交する軸直交方向において、第１の光軸ＯＡ１に対する位置が互いに異なる。例えば、一方の背景部材３５に向かう光をシャッタにより遮ることで、撮像装置１１は二つの映像Ｐ１，Ｐ２を取得することができる。このようにビームスプリッタ６１を、第１のカメラ３１の第１の光軸ＯＡ１上の光を二つの背景部材３５に向かうように分岐させる場合、二つの背景部材３５の一方の模様３９については第１の波長の光を取得し、他方の模様３９については第１の波長とは異なる第２の波長の光を取得するようにすれば、光を遮るシャッタを用いずに、第１のカメラ３１の１台で第１の映像Ｐ１と第２の映像Ｐ２を同時に取得するように構成しても良い。この場合でも、ビームスプリッタ６１は、撮像装置１１と模様３９の間の光軸に沿う光を分岐させる構成となる。
【0088】
（第３の実施形態）
以下に、第３の実施形態について、図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は、第３の実施形態に係る測定装置１０を概略的に示す例示的な斜視図である。図１１に示すように、第３の実施形態の測定装置１０は、レンズアレイ６６をさらに有する。レンズアレイ６６は、光学系の一例である。
以下に、第３の実施形態について、図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は、第３の実施形態に係る測定装置１０を概略的に示す例示的な斜視図である。図１１に示すように、第３の実施形態の測定装置１０は、レンズアレイ６６をさらに有する。レンズアレイ６６は、光学系の一例である。
【0089】
レンズアレイ６６は、一つの基板上に設けられた複数のレンズを有し、光を平行に分割させることが可能である。なお、測定装置１０は、光を平行に分割させることが可能な他の光学系を有しても良い。
【0090】
レンズアレイ６６は、フィルタ１４と第１のカメラ３１との間において、第１の光軸ＯＡ１上に配置される。言い換えると、第１の光軸ＯＡ１は、レンズアレイ６６及び被観察物Ｓを通して模様３９に向かう。このため、レンズアレイ６６は、第１の光軸ＯＡ１上の光Ｌ２（及び第１の光軸ＯＡ１に沿う光）を平行に分割させる。
【0091】
分割された複数の光Ｌ２は、第１のカメラ３１の撮像素子上の異なる画素上で結像される。これにより、第１のカメラ３１は、二つの映像Ｐ１，Ｐ２を含む一つの映像を取得する。言い換えると、第１のカメラ３１は、第１のカメラ３１の撮像素子の一部で結像された映像Ｐ１と、第１のカメラ３１の撮像素子の他の一部で結像された映像Ｐ２と、を取得する。第１のカメラ３１が取得する映像は、三つ以上の映像を含んでも良い。すなわち、工学系の一例であるレンズアレイ６６は、撮像装置１１の光軸に沿って模様３９から撮像装置１１に向かう光を平行に分岐させる構成である。
【0092】
以上のように、レンズアレイ６６によって光Ｌ２が分割されることで、二つの映像Ｐ１，Ｐ２の取得時において、軸直交方向における第１のカメラ３１で映像Ｐ１，Ｐ２が結像される結像位置が互いに異なる。本実施形態では、映像Ｐ２における模様３９の位置は、全体的に、映像Ｐ１における模様３９の位置から、約２，３ピクセル平行移動している。なお、映像Ｐ１，Ｐ２における模様３９の移動量は、この例に限られない。
【0093】
図１２は、第３の実施形態の制御装置２３の構成を機能的に示す例示的なブロック図である。図１２に示すように、第３の実施形態において、制御装置２３は、映像分割部６７をさらに備える。制御装置２３は、例えば、ＣＰＵ４１がＲＯＭ４２又はストレージ４４に格納されたプログラムを読み出し実行することで、映像分割部６７を実現する。
【0094】
映像取得部５１が第１のカメラ３１が撮影した映像の映像データを取得すると、映像分割部６７は、当該映像を映像Ｐ１と映像Ｐ２とに分割する。言い換えると、映像分割部６７は、第１のカメラ３１が取得した映像から、二つの映像Ｐ１，Ｐ２を抽出する。これにより、第１のカメラ３１が取得した映像から、二つの映像Ｐ１，Ｐ２が取得される。
【0095】
第１の実施形態と同じく、シフト量算出部５４が映像Ｐ１，Ｐ２の間でのシフト量Ｄｓを算出し、移動量算出部５５が映像Ｐ１，Ｐ２の取得時の間における移動量Ｄａを算出する。
【0096】
本実施形態では、模様３９が静止しており、映像Ｐ１，Ｐ２が同時に取得され得る。しかし、映像Ｐ１の取得時における映像Ｐ１の結像位置と模様３９との間の軸直交方向における距離と、映像Ｐ２の取得時における映像Ｐ２の結像位置と模様３９との間の軸直交方向における距離と、の映像Ｐ１，Ｐ２における差異が存在する。このため、移動量Ｄａが算出される。
【0097】
さらに、差分算出部５６が、差分ΔＤを算出する。従って、シフト量Ｄｓ及び差分ΔＤの分布から、被観察物Ｓの偏角、屈折率、密度、及び応力の分布を測定することが可能となる。
【0098】
以上説明された第３の実施形態の測定装置１０及び測定方法において、撮像装置１１と模様３９との間に、光軸に沿って模様３９から撮像装置１１に向かう光を平行に分岐させるレンズアレイ６６が設けられる。第１のカメラ３１の第１の光軸ＯＡ１は、光Ｌ２を平行に分岐させることが可能なレンズアレイ６６及び被観察物Ｓを通して模様３９に向かう。第１のカメラ３１は、当該第１のカメラ３１の異なる二つの部分で結像された、二つの映像Ｐ１，Ｐ２を取得する。これにより、第１のカメラ３１、被観察物Ｓ、及び模様３９を移動させる必要が無く、測定が容易になる。さらに、二つの映像Ｐ１，Ｐ２を同時に取得することが可能となり、測定結果の正確性の低下を抑制することができるとともに、熱流体のような移動する被観察物Ｓの、特定の瞬間における屈折率勾配をより正確に算出することができる。
【0099】
（第４の実施形態）
以下に、第４の実施形態について、図１３及び図１４を参照して説明する。図１３は、第４の実施形態に係る測定装置１０を概略的に示す例示的な斜視図である。図１３に示すように、第４の実施形態の背景装置１２は、表示装置８１を有する。
以下に、第４の実施形態について、図１３及び図１４を参照して説明する。図１３は、第４の実施形態に係る測定装置１０を概略的に示す例示的な斜視図である。図１３に示すように、第４の実施形態の背景装置１２は、表示装置８１を有する。
【0100】
表示装置８１は、例えば、ディスプレイ８２を有する。ディスプレイ８２は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である。液晶ディスプレイは、例えば、偏光板、ガラス基板、液晶、拡散板、及び光源を有する。なお、ディスプレイ８２は、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ）やレーザディスプレイのような他のディスプレイであっても良い。例えば、有機ＥＬディスプレイでは、素子が発光するため、光源が不要となる。ディスプレイ８２は、映像を表示可能なスクリーン８２ａを有する。
【0101】
第１の光軸ＯＡ１は、被観察物Ｓを通してスクリーン８２ａに向かって延びる。スクリーン８２ａは、略平坦であり、第１の光軸ＯＡ１と略直交する。スクリーン８２ａは、第１のカメラ３１に向く。
【0102】
図１４は、第４の実施形態の制御装置２３の構成を機能的に示す例示的なブロック図である。図１４に示すように、第４の実施形態において、制御装置２３は、画像制御部８５をさらに備える。制御装置２３は、例えば、ＣＰＵ４１がＲＯＭ４２又はストレージ４４に格納されたプログラムを読み出し実行することで、画像制御部８５を実現する。
【0103】
画像制御部８５は、表示装置８１を制御する。画像制御部８５は、表示装置８１のスクリーン８２ａに、模様３９を表示させる。さらに、画像制御部８５は、スクリーン８２ａにおける模様３９を移動させることが可能である。
【0104】
第４の実施形態において、映像取得部５１が、第１のカメラ３１に、被観察物Ｓを撮影させ、映像Ｐ１を取得させる。次に、画像制御部８５が、スクリーン８２ａに表示された模様３９を移動させる。言い換えると、画像制御部８５は、映像Ｐ１の取得時における位置と異なる位置にある模様３９を表示する。模様３９が移動させられた後、映像取得部５１が、第１のカメラ３１に、被観察物Ｓを撮影させ、映像Ｐ２を取得させる。これにより、二つの映像Ｐ１，Ｐ２が取得される。
【0105】
以上説明された第４の実施形態の測定装置１０及び測定方法において、模様３９は、当該模様３９が表示される位置を変更可能な表示装置８１に表示される。これにより、模様３９が表示された背景装置１２の物理的な移動無しに、二つの映像Ｐ１，Ｐ２を取得することが可能となり、物理的な移動により生じる測定結果の正確性の低下を抑制することができる。
【0106】
以上の複数の実施形態に係る測定装置１０により、種々の被観察物Ｓのシフト量Ｄｓ及び差分ΔＤを測定することができる。さらに、差分ΔＤから、種々の被観察物Ｓの屈折率勾配及び物理的特性を算出することができる。
【0107】
例えば、レーザ加工や溶接のような加工が行われる空間中の気体、又はエアコンの室外機が配置された空間中の気体の屈折率勾配を算出することで、当該空間中の温度差を算出することができる。さらに、射出成型された光学部品の屈折率勾配を算出することで、当該光学部品の密度の分布を算出することができる。測定装置１０により算出可能な被観察物Ｓの物理的特性は、例えば、応力、温度、圧力、ひずみ、密度、濃度、応力の向き、含有物の配向、屈折率の応力係数、屈折率の温度係数、及び複屈折率を含む。
【0108】
以上説明された少なくとも一つの実施形態によれば、撮像装置により取得された二つの映像である第１の映像と第２の映像とは、物質を通して表れた背景画像をそれぞれが含む。例えばこれらの二つの映像の取得時において、撮像装置の光軸と直交する軸直交方向における、撮像装置で映像が結像される結像位置、物質の位置、背景画像の位置、のうちすくなくとも一つが互いに異なるなど、第１の映像と第２の映像とは背景画像と物質の相対的な位置関係が互いに異なる。このため、二つの映像の間において、物質を通して表れた背景画像は軸直交方向に移動している。さらに、二つの映像の間での物質を通して表れた背景画像の位置の差異である第１の変位量が算出される。物質において屈折率勾配が存在し、物質中の位置によって屈折率が異なる場合、第１の変位量は、当該物質中の位置によって異なる。従って、物質中の各位置における第１の変位量が求められることで、物質の屈折率勾配を求めることができる。又は、実施形態によれば、物質の設置又は除去作業が不要となるため、測定が容易になる。若しくは、二つの映像が取得される時期を近づけ、測定結果の正確性の低下を抑制することができる。
【0109】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、出願当初の特許請求の範囲の内容を付記する。
［１］
背景画像、及び前記背景画像の光を透過可能な物質、を含む第１の映像を取得することと、
前記背景画像及び前記物質を含み、当該背景画像と当該物質との相対的な位置関係が前記第１の映像と異なる第２の映像を取得することと、
前記第１の映像と前記第２の映像との間での前記背景画像の位置の差異である第１の変位量を算出することと、
を具備する測定方法。
［２］
前記第１の映像及び前記第２の映像の間での前記背景画像の基準部分の位置の差異である第２の変位量を算出することと、
前記第１の変位量から、前記第２の変位量を減ずることと、
をさらに具備する［１］記載の測定方法。
［３］
前記第２の映像を、前記背景画像が結像される結像位置、前記物質の位置、及び前記背景画像の位置、のうち少なくともいずれか一つを、前記第１の映像の前記取得時の光軸と直交する軸直交方向に異ならせて取得すること、
を特徴とする［１］記載の測定方法。
［４］
前記第１の映像の取得時における前記結像位置と前記背景画像の位置との間の前記軸直交方向における距離と、前記第２の映像の取得時における前記結像位置と前記背景画像の位置との間の前記軸直交方向における距離と、の前記第１の映像及び前記第２の映像における差異である第２の変位量を算出することと、
前記第１の変位量から、前記第２の変位量を減ずることと、
をさらに具備する［３］の測定方法。
［５］
背景画像、及び前記背景画像の光を透過可能な物質、をそれぞれが含む第１の映像及び第２の映像を取得可能な撮像装置と、
前記第１の映像と前記第２の映像との間での前記背景画像の位置の差異である第１の変位量を算出する第１の変位算出部と、
を具備し、
前記第２の映像は、前記背景画像と前記物質との相対的な位置関係が前記第１の映像の前記取得時の光軸と直交する軸直交方向に当該第１の映像と異なる測定装置。
［６］
前記第１の映像及び前記第２の映像の間での前記背景画像の位置の差異に基づき第２の変位量を算出する第２の変位算出部と、
前記第１の変位量から、前記第２の変位量を減ずる第３の変位算出部と、
をさらに具備する［５］の測定装置。
［７］
前記撮像装置、前記物質、又は前記背景画像を前記軸直交方向に移動させる移動装置、
をさらに具備する、
［５］又は［６］の測定装置。
［８］
前記撮像装置と前記背景画像との間に設けられ、前記撮像装置と前記背景画像との間の前記光軸に沿う光を分岐させるビームスプリッタをさらに具備する、
［５］乃至［７］のいずれか一つの測定装置。
［９］
前記撮像装置と前記背景画像との間に設けられ、前記光軸に沿って前記背景画像から前記撮像装置に向かう光を平行に分岐させる光学系をさらに具備する、
［５］乃至［７］のいずれか一つの測定装置。
以下に、出願当初の特許請求の範囲の内容を付記する。
［１］
背景画像、及び前記背景画像の光を透過可能な物質、を含む第１の映像を取得することと、
前記背景画像及び前記物質を含み、当該背景画像と当該物質との相対的な位置関係が前記第１の映像と異なる第２の映像を取得することと、
前記第１の映像と前記第２の映像との間での前記背景画像の位置の差異である第１の変位量を算出することと、
を具備する測定方法。
［２］
前記第１の映像及び前記第２の映像の間での前記背景画像の基準部分の位置の差異である第２の変位量を算出することと、
前記第１の変位量から、前記第２の変位量を減ずることと、
をさらに具備する［１］記載の測定方法。
［３］
前記第２の映像を、前記背景画像が結像される結像位置、前記物質の位置、及び前記背景画像の位置、のうち少なくともいずれか一つを、前記第１の映像の前記取得時の光軸と直交する軸直交方向に異ならせて取得すること、
を特徴とする［１］記載の測定方法。
［４］
前記第１の映像の取得時における前記結像位置と前記背景画像の位置との間の前記軸直交方向における距離と、前記第２の映像の取得時における前記結像位置と前記背景画像の位置との間の前記軸直交方向における距離と、の前記第１の映像及び前記第２の映像における差異である第２の変位量を算出することと、
前記第１の変位量から、前記第２の変位量を減ずることと、
をさらに具備する［３］の測定方法。
［５］
背景画像、及び前記背景画像の光を透過可能な物質、をそれぞれが含む第１の映像及び第２の映像を取得可能な撮像装置と、
前記第１の映像と前記第２の映像との間での前記背景画像の位置の差異である第１の変位量を算出する第１の変位算出部と、
を具備し、
前記第２の映像は、前記背景画像と前記物質との相対的な位置関係が前記第１の映像の前記取得時の光軸と直交する軸直交方向に当該第１の映像と異なる測定装置。
［６］
前記第１の映像及び前記第２の映像の間での前記背景画像の位置の差異に基づき第２の変位量を算出する第２の変位算出部と、
前記第１の変位量から、前記第２の変位量を減ずる第３の変位算出部と、
をさらに具備する［５］の測定装置。
［７］
前記撮像装置、前記物質、又は前記背景画像を前記軸直交方向に移動させる移動装置、
をさらに具備する、
［５］又は［６］の測定装置。
［８］
前記撮像装置と前記背景画像との間に設けられ、前記撮像装置と前記背景画像との間の前記光軸に沿う光を分岐させるビームスプリッタをさらに具備する、
［５］乃至［７］のいずれか一つの測定装置。
［９］
前記撮像装置と前記背景画像との間に設けられ、前記光軸に沿って前記背景画像から前記撮像装置に向かう光を平行に分岐させる光学系をさらに具備する、
［５］乃至［７］のいずれか一つの測定装置。
【符号の説明】
【0110】
１０…測定装置、１１…撮像装置、１２…背景装置、１５…第１の移動装置、１６…第２の移動装置、１７…第３の移動装置、２３…制御装置、３１…第１のカメラ、３５…背景部材、３９…模様、５４…シフト量算出部、５５…移動量算出部、５６…差分算出部、６１…ビームスプリッタ、６２…第２のカメラ、６６…レンズアレイ、８１…表示装置、Ｓ…被観察物、ＯＡ１…第１の光軸、ＯＡ２…第２の光軸、Ｐ１，Ｐ２…映像、Ｓ１，Ｓ２…部分、Ｄｓ…シフト量、Ｄａ…移動量、ΔＤ…差分。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】