JP2002214048A - 温度分布測定方法および装置 - Google Patents
温度分布測定方法および装置Info
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- JP2002214048A JP2002214048A JP2001008574A JP2001008574A JP2002214048A JP 2002214048 A JP2002214048 A JP 2002214048A JP 2001008574 A JP2001008574 A JP 2001008574A JP 2001008574 A JP2001008574 A JP 2001008574A JP 2002214048 A JP2002214048 A JP 2002214048A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被測定部材の表面温度を高い精度で測定する
ための温度分布測定装置を提供する。 【解決手段】 被測定部材１２の画像を構成する画素毎
の温度Ｔijを算出する基礎となる輻射強度比Ｒijが、画
像検出器３２の光検出面２６の相互に異なる第１場所Ｂ
1 および第２場所Ｂ2 に同時に結像された異なる波長λ
1 およびλ2 の第１画像Ｇ1 および第２画像Ｇ2 の同じ
部位でそれぞれ検出された輻射強度Ｅ1ijおよびＥ2ij
に基づいて算出されて同時刻の輻射強度の比Ｒが得られ
るので、昇温中或いは降温中の物体の表面温度分布を測
定する場合においても十分な測定精度が得られる。上記
第１画像Ｇ1 および第２画像Ｇ2 は共通の画像検出器３
２の光検出面２６によって検出されるので、第１画像Ｇ
1 および第２画像Ｇ2 の間の検出感度の相互のばらつき
がなく、十分な精度が得られる。
ための温度分布測定装置を提供する。 【解決手段】 被測定部材１２の画像を構成する画素毎
の温度Ｔijを算出する基礎となる輻射強度比Ｒijが、画
像検出器３２の光検出面２６の相互に異なる第１場所Ｂ
1 および第２場所Ｂ2 に同時に結像された異なる波長λ
1 およびλ2 の第１画像Ｇ1 および第２画像Ｇ2 の同じ
部位でそれぞれ検出された輻射強度Ｅ1ijおよびＥ2ij
に基づいて算出されて同時刻の輻射強度の比Ｒが得られ
るので、昇温中或いは降温中の物体の表面温度分布を測
定する場合においても十分な測定精度が得られる。上記
第１画像Ｇ1 および第２画像Ｇ2 は共通の画像検出器３
２の光検出面２６によって検出されるので、第１画像Ｇ
1 および第２画像Ｇ2 の間の検出感度の相互のばらつき
がなく、十分な精度が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放射率が不明な複
数種類の材料から成る被測定部材の表面温度を高い精度
で測定するための温度分布測定装置に関するものであ
る。
数種類の材料から成る被測定部材の表面温度を高い精度
で測定するための温度分布測定装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】焼成炉や加熱炉内の物体の表面温度、発
熱体の表面温度などの温度分布を正確に測定することが
必要とされる場合がある。このため、２色温度計の原理
を利用して、物体から放射される光エネルギのうち予め
選択された相互に異なる２波長を用いてイメージセンサ
にて物体の画像をそれぞれ検出し、検出された１対の画
像の同じ部分毎に放射強度の比を求め、その放射強度の
比に基づいて物体の表面温度を測定する装置が提案され
ている。たとえば、特開平７−３０１５６９号公報に記
載された装置がそれである。これによれば、物体表面の
放射率が不明であっても、相互に異なる２つの波長毎の
放射強度の比と物体表面温度との間で相関関係が成立す
ることを利用し、予め求められた関係式から実際の放射
強度比に基づいて表面温度分布が算出される。
熱体の表面温度などの温度分布を正確に測定することが
必要とされる場合がある。このため、２色温度計の原理
を利用して、物体から放射される光エネルギのうち予め
選択された相互に異なる２波長を用いてイメージセンサ
にて物体の画像をそれぞれ検出し、検出された１対の画
像の同じ部分毎に放射強度の比を求め、その放射強度の
比に基づいて物体の表面温度を測定する装置が提案され
ている。たとえば、特開平７−３０１５６９号公報に記
載された装置がそれである。これによれば、物体表面の
放射率が不明であっても、相互に異なる２つの波長毎の
放射強度の比と物体表面温度との間で相関関係が成立す
ることを利用し、予め求められた関係式から実際の放射
強度比に基づいて表面温度分布が算出される。
【０００３】ところで、上記特開平７−３０１５６９号
公報に記載された装置では、その図２に示されるよう
に、被測定部材表面の温度分布を、多数の光検出素子が
配列された光検出面を有する画像検出器（イメージセン
サ）を用い、物体からその光検出面までの光路に択一的
に選択される第１光路および第２光路を設け、一方の第
１光路に第１の波長を通過させるフィルタを設け且つ他
方の第２光路に第２の波長を通過させるフィルタを設
け、第１波長の光による物体の画像と第２波長の光によ
る物体の画像とを得、その２波長間の輻射強度比から物
体の画像の画素毎の温度を算出するようにしている。
公報に記載された装置では、その図２に示されるよう
に、被測定部材表面の温度分布を、多数の光検出素子が
配列された光検出面を有する画像検出器（イメージセン
サ）を用い、物体からその光検出面までの光路に択一的
に選択される第１光路および第２光路を設け、一方の第
１光路に第１の波長を通過させるフィルタを設け且つ他
方の第２光路に第２の波長を通過させるフィルタを設
け、第１波長の光による物体の画像と第２波長の光によ
る物体の画像とを得、その２波長間の輻射強度比から物
体の画像の画素毎の温度を算出するようにしている。
【０００４】
【発明が解決すべき課題】しかしながら、上記従来の温
度分布測定装置によれば、第１光路と第２光路とを選択
するためのミラーが回動させられてその角度が切り換え
られるように構成されているため、第１波長の光による
物体の画像と第２波長の光による物体の画像との間に時
間差が発生することから、同時刻の輻射強度比が得られ
ないので、昇温中或いは降温中の物体の表面温度分布を
測定する場合において測定精度が十分に得られない場合
があった。これに対し、上記公報の段落２０には、物体
からの光を第１光路および第２光路に２分し、各光路毎
にフィルタおよび画像検出器をそれぞれ設ける装置が提
案されている。しかしながら、このような装置では、２
つの画像検出器の検出感度の相互のばらつきがあるた
め、十分な精度が得られない場合があった。
度分布測定装置によれば、第１光路と第２光路とを選択
するためのミラーが回動させられてその角度が切り換え
られるように構成されているため、第１波長の光による
物体の画像と第２波長の光による物体の画像との間に時
間差が発生することから、同時刻の輻射強度比が得られ
ないので、昇温中或いは降温中の物体の表面温度分布を
測定する場合において測定精度が十分に得られない場合
があった。これに対し、上記公報の段落２０には、物体
からの光を第１光路および第２光路に２分し、各光路毎
にフィルタおよび画像検出器をそれぞれ設ける装置が提
案されている。しかしながら、このような装置では、２
つの画像検出器の検出感度の相互のばらつきがあるた
め、十分な精度が得られない場合があった。
【０００５】本発明は以上の事情を背景として為された
ものであり、その目的とするところは、被測定部材の表
面温度を高い精度で測定するための温度分布測定装置を
提供することにある。
ものであり、その目的とするところは、被測定部材の表
面温度を高い精度で測定するための温度分布測定装置を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための第１の手段】斯かる目的を達成
するための方法発明の要旨とするところは、被測定部材
表面の温度分布を、多数の光検出素子が配列された光検
出面を有する画像検出器を用いて測定するための温度分
布測定方法であって、(a) 前記被測定部材の表面から放
射される光のうちから予め選択された第１波長を用いて
その被測定部材の画像を前記光検出面上の第１位置に結
像させる第１結像工程と、(b) 前記被測定部材の表面か
ら放射される光のうちから選択された第２波長を用いて
その被測定部材の画像を、前記第１結像工程による結像
と同時に且つ前記光検出面上の第１位置とは異なる第２
位置に結像させる第２結像工程と、(c) 前記第１位置に
結像された第１画像および前記第２位置に結像された第
２画像のうちの同じ部分に位置する光検出素子対がそれ
ぞれ検出する第１波長の輻射強度と第２波長の輻射強度
との比を算出する輻射強度比算出工程と、(d) 予め求め
られた関係から前記光検出素子対毎に算出された実際の
輻射強度比に基づいて、前記被測定部材の画像を構成す
る画素毎の温度を算出する画素温度算出工程と、(e) そ
の画素温度算出工程により画素対毎に算出された温度に
基づいて前記被測定部材の表面の温度分布を表示する温
度分布表示工程とを、含むことにある。
するための方法発明の要旨とするところは、被測定部材
表面の温度分布を、多数の光検出素子が配列された光検
出面を有する画像検出器を用いて測定するための温度分
布測定方法であって、(a) 前記被測定部材の表面から放
射される光のうちから予め選択された第１波長を用いて
その被測定部材の画像を前記光検出面上の第１位置に結
像させる第１結像工程と、(b) 前記被測定部材の表面か
ら放射される光のうちから選択された第２波長を用いて
その被測定部材の画像を、前記第１結像工程による結像
と同時に且つ前記光検出面上の第１位置とは異なる第２
位置に結像させる第２結像工程と、(c) 前記第１位置に
結像された第１画像および前記第２位置に結像された第
２画像のうちの同じ部分に位置する光検出素子対がそれ
ぞれ検出する第１波長の輻射強度と第２波長の輻射強度
との比を算出する輻射強度比算出工程と、(d) 予め求め
られた関係から前記光検出素子対毎に算出された実際の
輻射強度比に基づいて、前記被測定部材の画像を構成す
る画素毎の温度を算出する画素温度算出工程と、(e) そ
の画素温度算出工程により画素対毎に算出された温度に
基づいて前記被測定部材の表面の温度分布を表示する温
度分布表示工程とを、含むことにある。
【０００７】
【課題を解決するための第２の手段】また、上記発明方
法を好適に実施するための装置発明の要旨とするところ
は、被測定部材表面の温度分布を、多数の光検出素子が
配列された光検出面を有する画像検出器を用いて測定す
るための温度分布測定装置であって、(a) 前記被測定部
材の表面から放射される光のうちから予め選択された第
１波長を用いてその被測定部材の画像を前記光検出面上
の第１位置に結像させ、且つその被測定部材の表面から
放射される光のうちから選択された第２波長を用いてそ
の被測定部材の画像を、その光検出面上の第１位置とは
異なる第２位置に結像させる光学式結像装置と、(b) 前
記第１位置に結像された第１画像および前記第２位置に
結像された第２画像のうちの同じ部分に位置する光検出
素子対がそれぞれ検出する第１波長の輻射強度と第２波
長の輻射強度との比を算出する輻射強度比算出手段と、
(c) 予め求められた関係から前記光検出素子対毎に算出
された実際の輻射強度比に基づいて、前記被測定部材の
画像を構成する画素毎の温度を算出する画素温度算出手
段と、(d) その画素温度算出手段により画素対毎に算出
された温度に基づいて前記被測定部材の表面の温度分布
を表示器に表示する温度分布表示手段とを、含むことに
ある。
法を好適に実施するための装置発明の要旨とするところ
は、被測定部材表面の温度分布を、多数の光検出素子が
配列された光検出面を有する画像検出器を用いて測定す
るための温度分布測定装置であって、(a) 前記被測定部
材の表面から放射される光のうちから予め選択された第
１波長を用いてその被測定部材の画像を前記光検出面上
の第１位置に結像させ、且つその被測定部材の表面から
放射される光のうちから選択された第２波長を用いてそ
の被測定部材の画像を、その光検出面上の第１位置とは
異なる第２位置に結像させる光学式結像装置と、(b) 前
記第１位置に結像された第１画像および前記第２位置に
結像された第２画像のうちの同じ部分に位置する光検出
素子対がそれぞれ検出する第１波長の輻射強度と第２波
長の輻射強度との比を算出する輻射強度比算出手段と、
(c) 予め求められた関係から前記光検出素子対毎に算出
された実際の輻射強度比に基づいて、前記被測定部材の
画像を構成する画素毎の温度を算出する画素温度算出手
段と、(d) その画素温度算出手段により画素対毎に算出
された温度に基づいて前記被測定部材の表面の温度分布
を表示器に表示する温度分布表示手段とを、含むことに
ある。
【０００８】
【第１発明および第２発明の効果】このようにすれば、
被測定部材の温度分布を表示するためにその被測定部材
の画像を構成する画素毎の温度を算出する基礎となる輻
射強度比が、画像検出器の光検出面の相互に異なる第１
場所および第２場所に同時に結像された異なる波長の第
１画像および第２画像の同じ部位でそれぞれ検出された
輻射強度に基づいて算出されることから、同時刻の輻射
強度比が得られるので、昇温中或いは降温中の物体の表
面温度分布を測定する場合においても十分な測定精度が
得られる。また、上記第１画像および第２画像は１つの
画像検出器の光検出面によって検出されるので、第１画
像および第２画像の間の検出感度の相互のばらつきがな
く、十分な精度が得られる。
被測定部材の温度分布を表示するためにその被測定部材
の画像を構成する画素毎の温度を算出する基礎となる輻
射強度比が、画像検出器の光検出面の相互に異なる第１
場所および第２場所に同時に結像された異なる波長の第
１画像および第２画像の同じ部位でそれぞれ検出された
輻射強度に基づいて算出されることから、同時刻の輻射
強度比が得られるので、昇温中或いは降温中の物体の表
面温度分布を測定する場合においても十分な測定精度が
得られる。また、上記第１画像および第２画像は１つの
画像検出器の光検出面によって検出されるので、第１画
像および第２画像の間の検出感度の相互のばらつきがな
く、十分な精度が得られる。
【０００９】
【発明の好適な実施の形態】以下、本発明の一実施例を
図面を参照して説明する。
図面を参照して説明する。
【００１０】図１は、本発明の一実施例の温度分布測定
装置１０の構成を説明する図である。図１において、焼
成炉、加熱炉などの炉内において加熱されている被測定
部材１２の表面から放射された光は、ハーフミラー（ビ
ームスプリッタ）１４により第１光路１６および第２光
路１８に２分されるようになっている。第１光路１６お
よび第２光路１８はミラー２０、２２によって略直角に
曲げられた後ハーフミラー２４によって合成され、多数
の光検出素子が配列された光検出面２６を備えたＣＣＤ
素子２８と、その光検出面２６に被測定部材１２の画像
を結像させるレンズ装置３０とを有する画像検出器３２
に入射させられるようになっている。
装置１０の構成を説明する図である。図１において、焼
成炉、加熱炉などの炉内において加熱されている被測定
部材１２の表面から放射された光は、ハーフミラー（ビ
ームスプリッタ）１４により第１光路１６および第２光
路１８に２分されるようになっている。第１光路１６お
よび第２光路１８はミラー２０、２２によって略直角に
曲げられた後ハーフミラー２４によって合成され、多数
の光検出素子が配列された光検出面２６を備えたＣＣＤ
素子２８と、その光検出面２６に被測定部材１２の画像
を結像させるレンズ装置３０とを有する画像検出器３２
に入射させられるようになっている。
【００１１】上記第１光路１６および第２光路１８に
は、たとえば中心波長６００ｎｍ且つ半値幅１０ｎｍ程
度の第１波長（帯）λ1 の光を通過させる第１フィルタ
３４、およびたとえば中心波長６５０ｎｍ且つ半値幅１
０ｎｍ程度の第２波長（帯）λ 2 の光を通過させる第２
フィルタ３６がそれぞれ介挿されている。上記第１フィ
ルタ３４および第２フィルタ３６は、光波干渉を利用し
て所定の波長帯を通過させる所謂干渉フィルタから構成
されている。
は、たとえば中心波長６００ｎｍ且つ半値幅１０ｎｍ程
度の第１波長（帯）λ1 の光を通過させる第１フィルタ
３４、およびたとえば中心波長６５０ｎｍ且つ半値幅１
０ｎｍ程度の第２波長（帯）λ 2 の光を通過させる第２
フィルタ３６がそれぞれ介挿されている。上記第１フィ
ルタ３４および第２フィルタ３６は、光波干渉を利用し
て所定の波長帯を通過させる所謂干渉フィルタから構成
されている。
【００１２】上記第１波長λ1 および第２波長λ2 は、
たとえば以下のようにして決定されている。先ず、プラ
ンクの式により測定温度範囲の最低温度における黒体の
波長と放射（輻射）強度との間の関係すなわち図２に示
す曲線Ｌ１が求められ、次いで室温における被測定部材
１２からのバックグラウンド放射強度ＥBGが測定され
る。次いで、そのバックグラウンド放射強度ＥBGの３倍
値すなわち３×ＥBGを上まわる曲線Ｌ１上の任意の１点
が第１波長λ1 として決定される。検出誤差以上の強度
を用いて測定精度を高めるためである。次に、第１波長
λ1 の１／１２の波長以下の波長Δλだけたとえば第１
波長λ1 を６００ｎｍとすれば５０ｎｍ（＝Δλ）だけ
第１波長λ1 から上または下へずらした波長たとえば６
５０ｎｍが第２波長λ2 として決定される。後述の２色
温度計の原理を示す近似式（式１）を成立さるためであ
る。なお、第１波長λ1 および第２波長λ2 は、放射強
度の測定精度を維持するために相互の波長が重ならない
ように、以下において決定する半値幅の２倍以上の差が
設けられるようにする。そして、上記第１波長λ1 およ
び第２波長λ2 は、単色光の性質を維持するために、そ
の中心波長の１／２０以下、たとえば２０ｎｍ程度以下
の半値幅が用いられる。また、第１フィルタ３４および
第２フィルタ３６は、それらの透過率の差が３０％以内
となるように構成されている。透過率の差が３０％より
も大きくなると、輝度の低い側の波長において感度が低
下してＳ／Ｎ比が下がり、表示温度の精度が低下する。
たとえば以下のようにして決定されている。先ず、プラ
ンクの式により測定温度範囲の最低温度における黒体の
波長と放射（輻射）強度との間の関係すなわち図２に示
す曲線Ｌ１が求められ、次いで室温における被測定部材
１２からのバックグラウンド放射強度ＥBGが測定され
る。次いで、そのバックグラウンド放射強度ＥBGの３倍
値すなわち３×ＥBGを上まわる曲線Ｌ１上の任意の１点
が第１波長λ1 として決定される。検出誤差以上の強度
を用いて測定精度を高めるためである。次に、第１波長
λ1 の１／１２の波長以下の波長Δλだけたとえば第１
波長λ1 を６００ｎｍとすれば５０ｎｍ（＝Δλ）だけ
第１波長λ1 から上または下へずらした波長たとえば６
５０ｎｍが第２波長λ2 として決定される。後述の２色
温度計の原理を示す近似式（式１）を成立さるためであ
る。なお、第１波長λ1 および第２波長λ2 は、放射強
度の測定精度を維持するために相互の波長が重ならない
ように、以下において決定する半値幅の２倍以上の差が
設けられるようにする。そして、上記第１波長λ1 およ
び第２波長λ2 は、単色光の性質を維持するために、そ
の中心波長の１／２０以下、たとえば２０ｎｍ程度以下
の半値幅が用いられる。また、第１フィルタ３４および
第２フィルタ３６は、それらの透過率の差が３０％以内
となるように構成されている。透過率の差が３０％より
も大きくなると、輝度の低い側の波長において感度が低
下してＳ／Ｎ比が下がり、表示温度の精度が低下する。
【００１３】図１の光学系において、たとえばミラー２
０、２２によってハーフミラー２４から画像検出器３２
までの間において第１光路１６と第２光路１８とが上記
第１画像Ｇ1 と第２画像Ｇ2 とが相互に重複しない程度
に僅かにずらされることにより、ＣＣＤ素子２８の光検
出面２６において波長の異なる２画像が結像されるよう
になっている。すなわち、前記画像検出器３２において
は、たとえば図３に示すように、被測定部材１２の表面
から放射される光のうちから第１フィルタ３４により選
択された第１波長λ1 の被測定部材１２の第１画像Ｇ1
が光検出面２６上の第１位置Ｂ1 に結像され、且つ被測
定部材１２の表面から放射される光のうちから第２フィ
ルタ３６により選択された第２波長λ2 の被測定部材１
２の第２画像Ｇ2 が、光検出面２６上の上記第１位置Ｂ
1 とは異なる第２位置Ｂ2 に結像させられるようになっ
ている。これにより、光検出面２６に配列された多数の
光検出素子により、上記第１画像Ｇ1 の各部位の放射強
度および第２画像Ｇ2 の各部位の放射強度が素子単位す
なわち画素単位で検出されるようになっている。たとえ
ば、前記ミラー２０、２２、ハーフミラー１４、２４、
レンズ装置３０などが、被測定部材１２の画像を波長毎
に同時に２位置に結像させるための第１、第２結像工程
或いは光学式結像装置に対応している。
０、２２によってハーフミラー２４から画像検出器３２
までの間において第１光路１６と第２光路１８とが上記
第１画像Ｇ1 と第２画像Ｇ2 とが相互に重複しない程度
に僅かにずらされることにより、ＣＣＤ素子２８の光検
出面２６において波長の異なる２画像が結像されるよう
になっている。すなわち、前記画像検出器３２において
は、たとえば図３に示すように、被測定部材１２の表面
から放射される光のうちから第１フィルタ３４により選
択された第１波長λ1 の被測定部材１２の第１画像Ｇ1
が光検出面２６上の第１位置Ｂ1 に結像され、且つ被測
定部材１２の表面から放射される光のうちから第２フィ
ルタ３６により選択された第２波長λ2 の被測定部材１
２の第２画像Ｇ2 が、光検出面２６上の上記第１位置Ｂ
1 とは異なる第２位置Ｂ2 に結像させられるようになっ
ている。これにより、光検出面２６に配列された多数の
光検出素子により、上記第１画像Ｇ1 の各部位の放射強
度および第２画像Ｇ2 の各部位の放射強度が素子単位す
なわち画素単位で検出されるようになっている。たとえ
ば、前記ミラー２０、２２、ハーフミラー１４、２４、
レンズ装置３０などが、被測定部材１２の画像を波長毎
に同時に２位置に結像させるための第１、第２結像工程
或いは光学式結像装置に対応している。
【００１４】演算制御装置４０は、たとえばＣＰＵ、Ｒ
ＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェースなどを含む所謂
マイクロコンピュータであって、ＣＰＵは予めＲＯＭに
記憶されたプログラムに従って入力信号、すなわち上記
光検出面２６に配列された多数の光検出素子からの信号
を処理し、画像表示器４２に被測定部材１２の表面温度
分布を表示させる。
ＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェースなどを含む所謂
マイクロコンピュータであって、ＣＰＵは予めＲＯＭに
記憶されたプログラムに従って入力信号、すなわち上記
光検出面２６に配列された多数の光検出素子からの信号
を処理し、画像表示器４２に被測定部材１２の表面温度
分布を表示させる。
【００１５】図４は、上記演算制御装置４０の演算制御
作動の要部を説明するフローチャートである。ステップ
（以下、ステップを省略する）Ｓ１では、光検出面２６
に配列された多数の光検出素子からの信号により、第１
画像Ｇ1 の各部位の放射強度Ｅ1ij および第２画像Ｇ2
の各部位の放射強度Ｅ2ij が素子単位すなわち画素単位
で読み込まれる。次に、輻射強度比算出工程或いは輻射
強度比算出手段に対応するＳ２では、光検出面２６内の
第１位置Ｂ1 に結像された第１画像Ｇ1 および第２位置
Ｂ2 に結像された第２画像Ｇ2 のうちの同じ部分に位置
する光検出素子対がそれぞれ検出する第１波長λ1 の輻
射強度Ｅ1ij と第２波長λ2 の輻射強度Ｅ2ij との輻射
強度比Ｒij（＝Ｅ1ij ／Ｅ2mn ）が算出される。次い
で、画素温度算出工程或いは画素温度算出手段に対応す
るＳ３において、たとえば図５に示す予め記憶された関
係から上記画素毎に算出された実際の輻射強度比Ｒijに
基づいて、被測定部材１２の画像を構成する画素毎の温
度Ｔijが算出される。上記図５に示す関係は、たとえば
式１に示す２色温度計の測定原理を示す近似式から得ら
れるものである。式１は、放射率を用いなくても異なる
２波長λ1 およびλ2における輻射（放射）強度の比Ｒ
から被測定部材１２の表面温度Ｔを求めることができる
ように導かれたものである。以下の式において、λ2 ＞
λ1 であって、Ｔは絶対温度を、Ｃ1 は放射（Planck）
第１定数、Ｃ2 は放射（Planck）第１定数をそれぞれ示
している。
作動の要部を説明するフローチャートである。ステップ
（以下、ステップを省略する）Ｓ１では、光検出面２６
に配列された多数の光検出素子からの信号により、第１
画像Ｇ1 の各部位の放射強度Ｅ1ij および第２画像Ｇ2
の各部位の放射強度Ｅ2ij が素子単位すなわち画素単位
で読み込まれる。次に、輻射強度比算出工程或いは輻射
強度比算出手段に対応するＳ２では、光検出面２６内の
第１位置Ｂ1 に結像された第１画像Ｇ1 および第２位置
Ｂ2 に結像された第２画像Ｇ2 のうちの同じ部分に位置
する光検出素子対がそれぞれ検出する第１波長λ1 の輻
射強度Ｅ1ij と第２波長λ2 の輻射強度Ｅ2ij との輻射
強度比Ｒij（＝Ｅ1ij ／Ｅ2mn ）が算出される。次い
で、画素温度算出工程或いは画素温度算出手段に対応す
るＳ３において、たとえば図５に示す予め記憶された関
係から上記画素毎に算出された実際の輻射強度比Ｒijに
基づいて、被測定部材１２の画像を構成する画素毎の温
度Ｔijが算出される。上記図５に示す関係は、たとえば
式１に示す２色温度計の測定原理を示す近似式から得ら
れるものである。式１は、放射率を用いなくても異なる
２波長λ1 およびλ2における輻射（放射）強度の比Ｒ
から被測定部材１２の表面温度Ｔを求めることができる
ように導かれたものである。以下の式において、λ2 ＞
λ1 であって、Ｔは絶対温度を、Ｃ1 は放射（Planck）
第１定数、Ｃ2 は放射（Planck）第１定数をそれぞれ示
している。
【００１６】
【００１７】上式１は、以下のようにして求められる。
すなわち、波長λにおいて単位時間、単位面積当たりに
黒体から放射される輻射強度（エネルギ）Ｅb およびλ
はプランク（Planck）の式である式２に従うことが知ら
れている。また、 exp（Ｃ2／λＴ）＞＞１である場合
には、ウイーン（Wien）の近似式である式３が成り立つ
ことが知られている。通常の物体は灰色であるため、放
射率εを入れて書き換えると、式４となる。この式４を
用いて２波長λ1 およびλ2 の放射強度Ｅ1 およびＥ2
の比Ｒを求めると式５が導かれる。上記２波長λ1 およ
びλ2 が近接している場合には、放射率εの依存性を無
視することができ、ε1 ＝ε2 となるので、前記式１が
得られる。これによれば、放射率εの異なる物体であっ
ても、それに影響なく温度Ｔを求めることができるので
ある。。
すなわち、波長λにおいて単位時間、単位面積当たりに
黒体から放射される輻射強度（エネルギ）Ｅb およびλ
はプランク（Planck）の式である式２に従うことが知ら
れている。また、 exp（Ｃ2／λＴ）＞＞１である場合
には、ウイーン（Wien）の近似式である式３が成り立つ
ことが知られている。通常の物体は灰色であるため、放
射率εを入れて書き換えると、式４となる。この式４を
用いて２波長λ1 およびλ2 の放射強度Ｅ1 およびＥ2
の比Ｒを求めると式５が導かれる。上記２波長λ1 およ
びλ2 が近接している場合には、放射率εの依存性を無
視することができ、ε1 ＝ε2 となるので、前記式１が
得られる。これによれば、放射率εの異なる物体であっ
ても、それに影響なく温度Ｔを求めることができるので
ある。。
【００１８】
【００１９】以上のようにして被測定部材１２の画像を
構成する画素毎の温度Ｔijが算出されると、温度分布表
示工程或いは温度分布表示手段に対応するＳ４におい
て、予め記憶された関係から上記画素毎に算出された実
際の温度Ｔijに基づいて被測定部材１２の表面の温度分
布が表示される。その関係としては、たとえば図６に示
す温度Ｔと表示色との関係が用いられる。この場合に
は、被測定部材１２の表面の温度分布が予め定められた
温度色により表示される。
構成する画素毎の温度Ｔijが算出されると、温度分布表
示工程或いは温度分布表示手段に対応するＳ４におい
て、予め記憶された関係から上記画素毎に算出された実
際の温度Ｔijに基づいて被測定部材１２の表面の温度分
布が表示される。その関係としては、たとえば図６に示
す温度Ｔと表示色との関係が用いられる。この場合に
は、被測定部材１２の表面の温度分布が予め定められた
温度色により表示される。
【００２０】以下において、図１に示す光学系を用いて
本発明者等が行った実験例を説明する。図１に示す光学
系において、日本光学製の望遠レンズ（AF Zoom Nikkor
ED70-300mm F4-5.6D）付ＣＣＤカメラ（Santa Barbara
Instruments Group 社製ST-7）を画像検出器３２とし
て、ハーフミラー１４、２４はＢＫ７から構成されたシ
グマ光機社製のものであり、クロムプレートによる可視
光用であって３０％反射、３０％透過のものである。ミ
ラー２０、２２はシグマ光機社製のものであり、アルミ
平面ミラーであってＢＫ７から構成されている。第１フ
ィルタ３４および第２フィルタ３６はシグマ光機社製の
ものであり、第１フィルタ３４は６００ｎｍ且つ半値幅
１０ｎｍ、第２フィルタ３６は６５０ｎｍ且つ半値幅１
０ｎｍである。そして、被測定部材としてアルミナ基板
（５０×５０×０．８ｍｍ）の表面にアルミナ基板と放
射率が異なる黒色塗料を部分的に焼き付け、加熱炉の中
央に配置し、室温から１０℃／分の速度で１０００℃ま
で昇温させる途中の９５０℃になったときの上記アルミ
ナ基板表面の温度分布を測定した。この条件下において
得られたアルミナ基板表面の温度分布は、アルミナ基板
表面の一部に放射率が異なる黒色塗料が焼き付けてある
にも拘らず全体が同じ温度として測定された。また、画
面中央の温度測定値の繰り返し誤差は２℃であった。
本発明者等が行った実験例を説明する。図１に示す光学
系において、日本光学製の望遠レンズ（AF Zoom Nikkor
ED70-300mm F4-5.6D）付ＣＣＤカメラ（Santa Barbara
Instruments Group 社製ST-7）を画像検出器３２とし
て、ハーフミラー１４、２４はＢＫ７から構成されたシ
グマ光機社製のものであり、クロムプレートによる可視
光用であって３０％反射、３０％透過のものである。ミ
ラー２０、２２はシグマ光機社製のものであり、アルミ
平面ミラーであってＢＫ７から構成されている。第１フ
ィルタ３４および第２フィルタ３６はシグマ光機社製の
ものであり、第１フィルタ３４は６００ｎｍ且つ半値幅
１０ｎｍ、第２フィルタ３６は６５０ｎｍ且つ半値幅１
０ｎｍである。そして、被測定部材としてアルミナ基板
（５０×５０×０．８ｍｍ）の表面にアルミナ基板と放
射率が異なる黒色塗料を部分的に焼き付け、加熱炉の中
央に配置し、室温から１０℃／分の速度で１０００℃ま
で昇温させる途中の９５０℃になったときの上記アルミ
ナ基板表面の温度分布を測定した。この条件下において
得られたアルミナ基板表面の温度分布は、アルミナ基板
表面の一部に放射率が異なる黒色塗料が焼き付けてある
にも拘らず全体が同じ温度として測定された。また、画
面中央の温度測定値の繰り返し誤差は２℃であった。
【００２１】上記実験の比較例として、特開平７−３０
１５６９号の図２に記載された光学系を用いた他は上記
と同じ条件により測定した。これにより得られたアルミ
ナ基板表面の温度分布は、ミラーの回動操作により波長
毎の画像による検出に時間差があるため、アルミナ基板
表面の一部に放射率が異なる黒色塗料が焼き付けてある
領域と他の領域とでは僅かに異なる画像が現れて５０°
程度異なる温度領域として測定され、画面中央の繰り返
し測定誤差も１３°であった。
１５６９号の図２に記載された光学系を用いた他は上記
と同じ条件により測定した。これにより得られたアルミ
ナ基板表面の温度分布は、ミラーの回動操作により波長
毎の画像による検出に時間差があるため、アルミナ基板
表面の一部に放射率が異なる黒色塗料が焼き付けてある
領域と他の領域とでは僅かに異なる画像が現れて５０°
程度異なる温度領域として測定され、画面中央の繰り返
し測定誤差も１３°であった。
【００２２】上述のように、本実施例の温度分布測定装
置１０によれば、被測定部材１２の温度分布を表示する
ためにその被測定部材１２の画像を構成する画素毎の温
度Ｔ ijを算出する基礎となる輻射強度比Ｒijが、画像検
出器３２の光検出面２６の相互に異なる第１場所Ｂ1 お
よび第２場所Ｂ2 に同時に結像された異なる波長λ1お
よびλ2 の第１画像Ｇ1 および第２画像Ｇ2 の同じ部位
でそれぞれ検出された輻射強度Ｅ1ij およびＥ2ij に基
づいて算出されることから、同時刻の輻射強度の比Ｒが
得られるので、昇温中或いは降温中の物体の表面温度分
布を測定する場合においても十分な測定精度が得られ
る。また、上記第１画像Ｇ1 および第２画像Ｇ2 は１つ
の（共通の）画像検出器３２の光検出面２６によって検
出されるので、第１画像Ｇ1 および第２画像Ｇ2 の間の
検出感度の相互のばらつきがなく、十分な精度が得られ
る。
置１０によれば、被測定部材１２の温度分布を表示する
ためにその被測定部材１２の画像を構成する画素毎の温
度Ｔ ijを算出する基礎となる輻射強度比Ｒijが、画像検
出器３２の光検出面２６の相互に異なる第１場所Ｂ1 お
よび第２場所Ｂ2 に同時に結像された異なる波長λ1お
よびλ2 の第１画像Ｇ1 および第２画像Ｇ2 の同じ部位
でそれぞれ検出された輻射強度Ｅ1ij およびＥ2ij に基
づいて算出されることから、同時刻の輻射強度の比Ｒが
得られるので、昇温中或いは降温中の物体の表面温度分
布を測定する場合においても十分な測定精度が得られ
る。また、上記第１画像Ｇ1 および第２画像Ｇ2 は１つ
の（共通の）画像検出器３２の光検出面２６によって検
出されるので、第１画像Ｇ1 および第２画像Ｇ2 の間の
検出感度の相互のばらつきがなく、十分な精度が得られ
る。
【００２３】図７は、本発明の他の実施例である温度分
布測定装置１０の構成を概略示す図である。図７の実施
例では、被測定部材１２とハーフミラー１４との間に、
被測定部材１２からの光を収束させて平行光とする第１
凸レンズ５０が設けられるとともに、ハーフミラー２４
と画像検出器３２との間に平行光を収束させる第２凸レ
ンズ５２が設けられているが、他の構成は図１の光学系
と同様である。本実施例によれば、被測定部材１２から
画像検出器３２までの光路において略平行光とされるの
で、拡散による光損失が防止される。
布測定装置１０の構成を概略示す図である。図７の実施
例では、被測定部材１２とハーフミラー１４との間に、
被測定部材１２からの光を収束させて平行光とする第１
凸レンズ５０が設けられるとともに、ハーフミラー２４
と画像検出器３２との間に平行光を収束させる第２凸レ
ンズ５２が設けられているが、他の構成は図１の光学系
と同様である。本実施例によれば、被測定部材１２から
画像検出器３２までの光路において略平行光とされるの
で、拡散による光損失が防止される。
【００２４】図８は、図７の実施例の光学系において、
被測定部材１２と第１凸レンズ５０との間に被測定部材
１２を縮小した実像（空間画像）５４を結像させる結
果、第２凸レンズ５２と画像検出器３２との間に２つの
実像（空間画像）５６、５８を結像させて、画像検出器
３２の光検出面２６に図２に示すように波長毎の第１画
像Ｇ1 および第２画像Ｇ2 を結像させる第３凸レンズ６
０が設けられている。本実施例によれば、第３凸レンズ
５６が縮小レンズすなわち広角レンズとして機能するの
で、ＣＣＤ素子２８の光検出面２６上において第１画像
Ｇ1 および第２画像Ｇ2 が相互に重ならない利点があ
る。
被測定部材１２と第１凸レンズ５０との間に被測定部材
１２を縮小した実像（空間画像）５４を結像させる結
果、第２凸レンズ５２と画像検出器３２との間に２つの
実像（空間画像）５６、５８を結像させて、画像検出器
３２の光検出面２６に図２に示すように波長毎の第１画
像Ｇ1 および第２画像Ｇ2 を結像させる第３凸レンズ６
０が設けられている。本実施例によれば、第３凸レンズ
５６が縮小レンズすなわち広角レンズとして機能するの
で、ＣＣＤ素子２８の光検出面２６上において第１画像
Ｇ1 および第２画像Ｇ2 が相互に重ならない利点があ
る。
【００２５】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明は他の態様においても適用さ
れる。
詳細に説明したが、本発明は他の態様においても適用さ
れる。
【００２６】例えば、前述の図４のＳ４では、被測定部
材１２の表面温度が色によって表示されていたが、等高
線や濃淡などによって表示されても差し支えない。
材１２の表面温度が色によって表示されていたが、等高
線や濃淡などによって表示されても差し支えない。
【００２７】また、前述の実施例の画像検出器３２で
は、光検出面２６を備えたＣＣＤ素子２８が用いられて
いたが、カラー撮像管など他の光検出素子が用いられて
もよい。
は、光検出面２６を備えたＣＣＤ素子２８が用いられて
いたが、カラー撮像管など他の光検出素子が用いられて
もよい。
【００２８】その他、一々例示はしないが、本発明はそ
の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものであ
る。
の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものであ
る。
【図１】本発明の一実施例の温度分布測定装置の構成を
概略説明する図である。
概略説明する図である。
【図２】図１の第１フィルタの波長λ1 と第２フィルタ
の波長λ2 を決定する方法を説明する図である。
の波長λ2 を決定する方法を説明する図である。
【図３】図１の画像検出器３２の光検出面２６上に結像
された第１画像Ｇ1 および第２画像Ｇ2 を説明する図で
ある。
された第１画像Ｇ1 および第２画像Ｇ2 を説明する図で
ある。
【図４】図１の演算制御装置の制御作動の要部を説明す
るフローチャートである。
るフローチャートである。
【図５】図４の画素温度算出工程において輻射強度比Ｒ
から表面温度Ｔを求めるために用いられる関係を示す図
である。
から表面温度Ｔを求めるために用いられる関係を示す図
である。
【図６】図４の温度分布表示工程において表面温度Ｔか
ら表示色を決定するために用いられる関係を示す図であ
る。
ら表示色を決定するために用いられる関係を示す図であ
る。
【図７】本発明の他の実施例において温度分布測定装置
の光学系を説明する図であって、図１に相当する図であ
る。
の光学系を説明する図であって、図１に相当する図であ
る。
【図８】本発明の他の実施例において温度分布測定装置
の光学系を説明する図であって、図１に相当する図であ
る。
の光学系を説明する図であって、図１に相当する図であ
る。
１０：温度分布測定装置 １２：被測定部材 ２０、２２：ミラー、３０：レンズ装置（結像装置） Ｓ２：輻射強度比算出工程或いは輻射強度比算出手段 Ｓ３：画素温度算出工程或いは画素温度算出手段 Ｓ４：温度分布表示工程或いは温度分布表示手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢野 賢司 愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 内 (72)発明者 岩田 美佐男 愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 内 (72)発明者 橋本 みゆき 愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 内 (72)発明者 北川 邦行 愛知県名古屋市千種区千種一丁目９番地３ 号 仲田住宅ＲＪ−201 (72)発明者 新井 紀男 愛知県春日井市勝川町四丁目99番地 Ｆターム(参考） 2G066 AA15 AB06 AC20 BA14 BA22 BA23 BC12 BC15 BC23 CA02
Claims (2)
- 【請求項１】 被測定部材表面の温度分布を、多数の光
検出素子が配列された光検出面を有する画像検出器を用
いて測定するための温度分布測定方法であって、 前記被測定部材の表面から放射される光のうちから予め
選択された第１波長を用いて該被測定部材の画像を前記
光検出面上の第１位置に結像させる第１結像工程と、 前記被測定部材の表面から放射される光のうちから選択
された第２波長を用いて該被測定部材の画像を、前記第
１結像工程による結像と同時に且つ前記光検出面上の第
１位置とは異なる第２位置に結像させる第２結像工程
と、 前記第１位置に結像された第１画像および前記第２位置
に結像された第２画像のうちの同じ部分に位置する光検
出素子対がそれぞれ検出する第１波長の輻射強度と第２
波長の輻射強度との比を算出する輻射強度比算出工程
と、 予め求められた関係から前記光検出素子対毎に算出され
た実際の輻射強度比に基づいて、前記被測定部材の画像
を構成する画素毎の温度を算出する画素温度算出工程
と、 該画素温度算出工程により画素対毎に算出された温度に
基づいて前記被測定部材の表面の温度分布を表示する温
度分布表示工程とを、含むことを特徴とする温度分布測
定方法。 - 【請求項２】 被測定部材表面の温度分布を、多数の光
検出素子が配列された光検出面を有する画像検出器を用
いて測定するための温度分布測定装置であって、 前記被測定部材の表面から放射される光のうちから予め
選択された第１波長を用いて該被測定部材の画像を前記
光検出面上の第１位置に結像させ、且つ該被測定部材の
表面から放射される光のうちから選択された第２波長を
用いて該被測定部材の画像を、該光検出面上の該第１位
置とは異なる第２位置に結像させる光学式結像装置と、 前記第１位置に結像された第１画像および前記第２位置
に結像された第２画像のうちの同じ部分に位置する光検
出素子対がそれぞれ検出する第１波長の輻射強度と第２
波長の輻射強度との比を算出する輻射強度比算出手段
と、 予め求められた関係から前記光検出素子対毎に算出され
た実際の輻射強度比に基づいて、前記被測定部材の画像
を構成する画素毎の温度を算出する画素温度算出手段
と、 該画素温度算出手段により画素対毎に算出された温度に
基づいて前記被測定部材の表面の温度分布を表示器に表
示する温度分布表示手段とを、含むことを特徴とする温
度分布測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001008574A JP2002214048A (ja) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | 温度分布測定方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001008574A JP2002214048A (ja) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | 温度分布測定方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002214048A true JP2002214048A (ja) | 2002-07-31 |
Family
ID=18876176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001008574A Pending JP2002214048A (ja) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | 温度分布測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002214048A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011209272A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | General Electric Co <Ge> | 多重スペクトル高温測定撮像システム |
-
2001
- 2001-01-17 JP JP2001008574A patent/JP2002214048A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011209272A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | General Electric Co <Ge> | 多重スペクトル高温測定撮像システム |
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