JP2004045306A - 放射率分布測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源を用いなくても被測定部材の表面の放射率分布を正確に測定することができる放射率分布測定方法および装置を提供する。
【解決手段】放射率分布測定装置１０においては、被測定部材１２の表面から放射される光のうちから選択された第１波長λ_１および第２波長λ_２を用いてそれぞれ得られた被測定部材１２の２画像のうちの同じ部位で検出される放射強度の比Ｒ_ｉｊに基づいてその被測定部材１２の温度Ｔ_ｉｊが画素単位でそれぞれ算出され、予め求めた関係からその温度分布（画素単位の温度Ｔ_ｉｊ）に基づいて、画素毎の放射率ε_ｉｊが算出されるので、光源を用いなくても画素毎の放射率ε_ｉｊから被測定部材１２の表面の放射率分布が正確に測定される。
【選択図】　　　図４

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測定し、その表面温度から被測定部材表面の放射率分布を測定する放射率分布測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被測定部材の表面からは、その表面温度および放射率に対応した大きさの放射光が放射される。このような被測定部材表面の放射率は、ＦＴ−ＩＲなどの赤外線検出器を用いて波長毎の赤外線強度Ｉ_２を測定し、同じ温度の黒体炉を用いてそこから放射される赤外線強度Ｉ_１を測定し、黒体からの所定波長の赤外線強度と被測定部材からの所定波長の赤外線強度との割合である放射率をε（＝Ｉ_２／Ｉ_１）とするときには、Ｉ_１ε＝Ｉ_２という関係が成立するので、その関係から波長毎に放射率が算出される。また、非接触法における温度測定において、被測定部材の正確な放射率分布がわからない場合には正確な温度分布を求めることができない。このため、放射強度が既知である赤外線Ｉ_３を被測定部材に照射し、その照射点から反射された赤外線の反射強度Ｉ_４を測定し、反射率ρとしたときのＩ_４＝ρＩ_３の関係から上記赤外線の波長の反射率ρが求められる。一般に、ε＝（１−ρ）という関係が成立するので、その式から上記反射率ρに基づいて放射率εが求められる。たとえば、特開平５−２０９７９２号公報に記載されたものがその一例である。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】
ところで、上記前者のようにＦＴ−ＩＲなどの赤外線検出器を用いて被測定部材の放射率を測定する場合において、１つの被測定部材の表面にさまざまな放射率が存在する場合や放射率が時々刻々に変化する場合には、表面の放射率分布を正確に求めることができない。また、上記後者のように反射率ρから放射率εを求める場合には、被測定部材に赤外光を照射する赤外光源が必要となるとともに、その赤外光源と被測定部材との間の距離や被測定部材の形状が変化した場合には、正確な反射率を求め難くなり、しかも被測定部材がセラミックスのような高温とされる場合には、そのセラミックスよりも大きい放射強度で赤外線を照射する必要が発生するだけでなく、その赤外線を入射するための別の覗き窓を炉に設置するなど、炉の構造を複雑として熱漏洩が多くなるという不都合があった。
【０００４】
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、光源を用いなくても被測定部材の表面の放射率分布を正確に測定することができる放射率分布測定方法および装置を提供することにある。
【０００５】
【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、被測定部材の表面から放射される光に基づいてその被測定部材の表面の放射率分布を測定するための放射率分布測定方法であって、（ａ）　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１波長および第２波長を用いてそれぞれ得られた該被測定部材の２画像のうちの同じ部位で検出される放射強度の比に基づいて該被測定部材の温度を画素単位でそれぞれ算出し、該被測定部材表面の温度分布を測定する温度分布測定工程と、（ｂ）　予め求めた関係から該温度分布測定工程により測定された温度分布に基づいて、画素毎の放射率を算出する放射率算出工程とを、含むことにある。
【０００６】
【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放射率分布測定装置の要旨とするところは、被測定部材の表面から放射される光に基づいてその被測定部材の表面の放射率分布を測定するための放射率分布測定装置であって、（ａ）　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１波長および第２波長を用いてそれぞれ得られたその被測定部材の２画像のうちの同じ部位で検出される放射強度の比に基づいて該被測定部材の温度を画素単位でそれぞれ算出し、その被測定部材表面の温度分布を測定する温度分布測定手段と、（ｂ）　予め求めた関係から該温度分布測定手段により測定された温度分布に基づいて、画素毎の放射率を算出する放射率算出手段とを、含むことにある。
【０００７】
【第１発明および第２発明の効果】
このようにすれば、被測定部材の表面から放射される光のうちから選択された第１波長および第２波長を用いてそれぞれ得られた該被測定部材の２画像のうちの同じ部位で検出される放射強度の比に基づいて該被測定部材の温度が画素単位でそれぞれ算出され、予め求めた関係からその温度分布に基づいて、画素毎の放射率が算出されるので、光源を用いなくても被測定部材の表面の放射率分布が正確に測定されることができる。
【０００８】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、前記温度分布測定工程或いは温度分布測定手段は、（ｃ）　前記被測定部材の表面から放射される光のうちから前記第１波長の光を選択するために、測定温度範囲の最低温度における黒体の波長に対する放射強度曲線のうち、常温における放射強度より高い高放射領域から選択された波長の光を通過させる第１フィルタを用いて、前記被測定部材の表面から放射される光を透過させる第１波長選択工程或いは第１波長選択手段と、（ｄ）　前記被測定部材の表面から放射される光のうちから第２波長の光を選択するために、前記高放射領域内において、前記第１波長の１／１２以下であり且つ前記第１波長の半値幅および前記第２波長の半値幅の和以上の波長差以上の波長差となるように該第１波長からずらされた波長の光を通過させる第２フィルタを用いて、前記被測定部材の表面から放射される光を透過させる第２波長選択工程或いは第２波長選択手段と、（ｅ）　予め記憶された関係から、前記被測定部材の表面から放射される光から前記第１フィルタにより選択された第１波長の放射エネルギ強度と該被測定部材の表面から放射される光から前記第２フィルタにより選択された第２波長の放射エネルギ強度との強度比に基づいて、前記被測定部材の表面温度を画素単位で算出する温度算出工程或いは温度算出手段とを、含むものである。このようにすれば、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１波長および第２波長を用いてそれぞれ得られた被測定部材の２画像のうちの同じ部位で検出される放射強度の比に基づいて被測定部材の温度を画素単位でそれぞれ算出し、被測定部材表面の温度分布を測定するに際して、被測定部材の表面から放射される光のうちから前記第１波長の光を選択するために、測定温度範囲の最低温度における黒体の波長に対する放射強度曲線のうち、常温における放射強度より高い高放射領域から選択された波長の光を通過させる第１フィルタを用いて、前記被測定部材の表面から放射される光が透過させられ、また、被測定部材の表面から放射される光のうちから第２波長の光を選択するために、前記高放射領域内において、前記第１波長の１／１２以下であり且つ前記第１波長の半値幅および第２波長の半値幅の和以上の波長差となるようにその第１波長からずらされた波長の光を通過させる第２フィルタを用いて、前記被測定部材の表面から放射される光を透過させられることから、十分な放射強度の信号が得られてそのＳ／Ｎ比が高くなり、しかも互いに近接した第１波長の光および第２波長の光が得られるので、２色温度計の測定原理の前提である「近接する２波長では放射率の波長依存性は無視でき、ε_１＝ε_２と近似できる」という条件に正確に該当することになり、十分に高精度の温度分布が得られる。
【０００９】
また、好適には、前記放射率算出手段は、予め記憶された関係から前記温度算出手段により算出された前記被測定部材の表面温度に基づいてその被測定部材の放射強度を画素単位で算出し、予め記憶されたその被測定部材の温度に対応する黒体の所定波長の放射強度に対してその被測定部材の放射強度の割合である放射率を画素単位で算出するものである。このようにすれば、被測定部材の表面温度から求められたその被測定部材の放射強度と、予め記憶されたその被測定部材の温度に対応する黒体の所定波長の放射強度とから、所定波長における黒体の放射強度に対する被測定部材の放射強度の割合である放射率が画素単位で算出される。
【００１０】
また、好適には、前記第１フィルタは、前記第１波長の１／２０以下の半値幅の光を透過させるものであり、前記第２フィルタは前記第２波長の１／２０以下の半値幅の光を透過させるものである。このようにすれば、第１波長および第２波長の光が十分に単色性のあるものとされるので、２色温度計の測定原理の前提が満足され、温度分布の測定精度が十分に高められる。
【００１１】
また、好適には、前記第１フィルタおよび前記第２フィルタは、それらの透過率の差が３０％以内となるように構成されたものである。このようにすれば、第１波長および第２波長の光のうち輝度の低い側の波長の光において、感度およびＳ／Ｎ比が維持されて温度分布の測定精度が得られる。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１は、本発明の一実施例の放射率分布測定装置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。
【００１４】
上記第１光路１６および第２光路１８には、たとえば中心波長が６００ｎｍ且つ半値幅１０ｎｍ程度の第１波長（帯）λ_１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１０ｎｍ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。
【００１５】
上記第１波長λ_１および第２波長λ_２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温度分布の測定温度範囲の最低温度たとえば５００℃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、次いで室温たとえば２５℃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Ｅ_ＢＧが測定される。次いで、そのバックグラウンド放射強度Ｅ_ＢＧの３倍値すなわち３×Ｅ_ＢＧを上まわる曲線Ｌ１上の任意の１点が第１波長λ_１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λ_１の１／１２の波長以下の波長Δλだけたとえば第１波長λ_１を６００ｎｍとすれば５０ｎｍ（＝Δλ）だけ第１波長λ_１から上または下へずらした波長たとえば６５０ｎｍが第２波長λ_２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）を成立させるためである。なお、第１波長λ_１および第２波長λ_２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λ_１および第２波長λ_２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、上記第１波長λ_１および第２波長λ_２のうちの輝度の低い側の波長の光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。
【００１６】
したがって、本実施例の放射率分布測定装置１０には、被測定部材１２の表面から放射される光のうちから第１波長λ_１の光を選択するために、温度分布の測定温度範囲の最低温度付近における黒体の波長に対する放射強度曲線Ｌ１のうち、常温における放射強度Ｅ_ＢＧより十分に高い高放射領域から選択された波長であって、その波長の１／２０以下の半値幅の光を通過させる第１フィルタ３４と、被測定部材１２の表面から放射される光のうちから第２波長λ_２の光を選択するために、上記高放射領域内において、第１波長λ_１の１／１２以下であり且つ上記第１半値幅および第２半値幅の和以上の波長差だけその第１波長λ_１からずらされた波長であって、その波長の１／２０以下の半値幅の光を通過させる第２フィルタ３６とが設けられていることになる。
【００１７】
図１の光学系において、たとえばミラー２０、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Ｇ_１と第２画像Ｇ_２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λ_１の被測定部材１２の第１画像Ｇ_１が光検出面２６上の第１位置Ｂ_１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λ_２の被測定部材１２の第２画像Ｇ_２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Ｂ_２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Ｇ_１の各部位の放射強度および第２画像Ｇ_２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波長選択工程、第２波長選択工程、或いは光学式結像装置に対応している。
【００１８】
演算制御装置４０は、たとえばＣＰＵ、ＲＡＭ、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。
【００１９】
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Ｇ_１の各部位の放射強度Ｅ_１ｉｊおよび第２画像Ｇ_２の各部位の放射強度Ｅ_２ｉｊが素子単位すなわち画素単位で読み込まれる。次に、放射強度比算出工程或いは放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Ｂ_１に結像された第１画像Ｇ_１および第２位置Ｂ_２に結像された第２画像Ｇ_２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λ_１の放射強度Ｅ_１ｉｊと第２波長λ_２の放射強度Ｅ_２ｉｊとの放射強度比Ｒ_ｉｊ（＝Ｅ_１ｉｊ／Ｅ_２ｉｊ）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放射強度比Ｒ_ｉｊ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Ｔ_ｉｊ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λ_１およびλ_２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、λ_２＞λ_１であって、Ｔは絶対温度を、Ｃ_１は放射（Ｐｌａｎｃｋ）第１定数、Ｃ_２は放射（Ｐｌａｎｃｋ）第２定数をそれぞれ示している。
【００２０】
（式１）
Ｒ＝（λ_２／λ_１）^５
ｅｘｐ〔（Ｃ_２／Ｔ）・（１／λ_２−１／λ_１）〕
【００２１】
上記式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放射強度（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（Ｃ_２／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λ_１およびλ_２の放射強度Ｅ_１およびＥ_２の比Ｒ（Ｔ）を求めると式５が導かれる。上記２波長λ_１およびλ_２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、ε_１＝ε_２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。
【００２２】
（式２）
Ｅｂ　＝Ｃ_１／λ^５〔ｅｘｐ　（Ｃ_２／λＴ）−１〕
（式３）
Ｅｂ　＝Ｃ_１　ｅｘｐ　（−Ｃ_２／λＴ）／λ^５
（式４）
Ｅ＝ε・Ｃ_１　ｅｘｐ　（−Ｃ_２／λＴ）／・λ^５
（式５）
Ｒ（Ｔ）＝（ε_１／ε_２）（λ_２／λ_１）^５
ｅｘｐ〔（Ｃ_２／Ｔ）・（１／λ_２−１／λ_１）〕
【００２３】
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Ｔ_ｉｊが算出されると、放射率算出工程或いは放射率算出手段に対応するＳ４において、被測定部材１２の温度と放射エネルギ強度との間の予め所定波長λ毎に記憶された関係Ｅ（Ｔ）から上記Ｓ３において画素毎の温度Ｔ_ｉｊに基づいて所定波長λの放射エネルギ強度Ｅ_ｉｊが画素毎に算出され、黒体の温度と放射エネルギ強度との予め記憶された関係（データマップ）から上記Ｓ３において画素毎の温度Ｔ_ｉｊに基づいて所定波長λの黒体の放射エネルギ強度Ｅｂ　_ｉｊが画素毎に算出され、各画素について、黒体の放射エネルギ強度Ｅｂ　に対する上記被測定部材１２の放射エネルギ強度Ｅ_ｉｊの割合である放射率ε_ｉｊ（＝Ｅ_ｉｊ／Ｅｂ　_ｉｊ）が画素単位で算出される。
【００２４】
そして、放射率分布表示工程或いは放射率分布表示手段に対応するＳ５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放射率ε_ｉｊに基づいて被測定部材１２の表面の放射率が表示される。その関係としては、たとえば図６に示す放射率ε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の表面の放射率分布が予め定められた色の階調により表示される。
【００２５】
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１を以下に説明する。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　ＥＤ　７０−３００ｍｍ　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、シグマ光機製社のものであり、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１０ｎｍである。そして、被測定部材としてアルミナ基板（５０×５０×０．８ｍｍ）の表面には図７に示すようにアルミナ基板とは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。そして、その温度分布測定により得られた画素毎の温度に基づいて放射率分布を算出した。この条件下において得られた上記アルミナ基板表面の温度分布は、図８に示すように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が、上記アルミナ基板表面の放射率分布は図９に示すように黒色顔料部分が高く、アルミナ基板のままの部分が低く表示される画像が得られた。
【００２６】
また、実験例２では、被測定部材１２として、ステンレス鋼板（ＳＵＳ：２００×２００×１ｍｍ）を、酸素−ブタン火炎を放射するペンシルバーナを用いて局部加熱し、５分後に上記実験例１と同様に温度分布を測定するとともに放射率分布を算出したところ、画像内での温度勾配が大きくても放射率分布が得られた。
【００２７】
上述のように、本実施例によれば、被測定部材１２の表面から放射される光のうちから選択された第１波長λ_１および第２波長λ_２を用いてそれぞれ得られた被測定部材１２の２画像のうちの同じ部位で検出される放射強度の比Ｒ_ｉｊに基づいてその被測定部材１２の温度Ｔ_ｉｊが画素単位でそれぞれ算出され、予め求めた関係からその温度分布（画素単位の温度Ｔ_ｉｊ）に基づいて、画素毎の放射率ε_ｉｊが算出されるので、光源を用いなくても画素毎の放射率ε_ｉｊから被測定部材１２の表面の放射率分布が正確に測定される。
【００２８】
また、本実施例によれば、前記温度分布測定工程或いは温度分布測定手段に対応するＳ１乃至Ｓ３は、被測定部材１２の表面から放射される光のうちから第１波長λ_１の光を選択するために、測定温度範囲の最低温度における黒体の波長に対する放射強度曲線のうち、常温における放射強度より高い高放射領域から選択された波長の光を通過させる第１フィルタ３４を用いて、被測定部材１２の表面から放射される光を透過させる第１波長選択工程或いは第１波長選択手段Ｓ１と、被測定部材１２の表面から放射される光のうちから第２波長λ_２の光を選択するために、高放射領域内において、第１波長λ_１の１／１２以下であり且つその第１波長λ_１の半値幅および前記第２波長λ_２の半値幅の和以上の波長差となるようにその第１波長λ_１からずらされた波長の光を通過させる第２フィルタ３６を用いて、被測定部材１２の表面から放射される光を透過させる第２波長選択工程或いは第２波長選択手段Ｓ１と、たとえば図５に示す予め記憶された関係から、被測定部材１２の表面から放射される光から第１フィルタ３４により選択された第１波長λ_１の放射エネルギ強度とその被測定部材１２の表面から放射される光から第２フィルタ３６により選択された第２波長λ_２の放射エネルギ強度との強度比Ｒ_ｉｊに基づいて、被測定部材１２の表面温度Ｔ_ｉｊを画素単位で算出する　温度算出工程或いは温度算出手段Ｓ３とを、含むものである。このため、被測定部材１２の表面から放射される光のうちから選択された第１波長λ_１および第２波長λ_２を用いてそれぞれ得られた被測定部材１２の２画像のうちの同じ部位で検出される放射強度の比Ｒ_ｉｊに基づいて被測定部材１２の温度Ｔ_ｉｊを画素単位でそれぞれ算出し、被測定部材１２表面の温度分布を測定するに際して、被測定部材１２の表面から放射される光のうちから前記第１波長λ_１の光を選択するために、測定温度範囲の最低温度における黒体の波長に対する放射強度曲線のうち、常温における放射強度より高い高放射領域から選択された波長の光を通過させる第１フィルタ３４を用いて、被測定部材１２の表面から放射される光が透過させられ、また、被測定部材１２の表面から放射される光のうちから第２波長λ_２の光を選択するために、前記高放射領域内において、第１波長の１／１２以下であり且つ第１波長の半値幅および第２波長の半値幅の和以上の波長差となるようにその第１波長λ_１からずらされた波長の光を通過させる第２フィルタ３６を用いて、被測定部材１２の表面から放射される光を透過させられることから、十分な放射強度の信号が得られてそのＳ／Ｎ比が高くなり、しかも互いに近接した第１波長の光および第２波長の光が得られるので、２色温度計の測定原理の前提である「近接する２波長では放射率の波長依存性は無視でき、ε_１＝ε_２と近似できる」という条件に正確に該当することになり、十分に高精度の温度分布が得られる。
【００２９】
また、本実施例によれば、放射率算出手段Ｓ４は、予め記憶された関係から温度算出手段Ｓ３により算出された被測定部材１２の表面温度Ｔ_ｉｊに基づいてその被測定部材１２の放射強度Ｅ_ｉｊを画素単位で算出し、予め記憶されたその被測定部材１２の温度Ｔ_ｉｊに対応する黒体の所定波長の放射強度Ｅｂ_ｉｊに対してその被測定部材１２の放射強度の割合である放射率ε_ｉｊを画素単位で算出するものであることから、被測定部材１２の表面温度Ｔ_ｉｊから求められたその被測定部材１２の放射強度Ｅ_ｉｊと、予め記憶されたその被測定部材の温度に対応する黒体の所定波長の放射強度Ｅｂ　_ｉｊとから、所定波長における黒体の放射強度Ｅｂ　_ｉｊに対する被測定部材１２の放射強度の割合である放射率ε_ｉｊが画素単位で算出される。
【００３０】
また、本実施例によれば、第１フィルタ３４は、第１波長λ_１の１／２０以下の半値幅の光を透過させるものであり、第２フィルタ３６は第２波長λ_２の１／２０以下の半値幅の光を透過させるものであることから、第１波長および第２波長の光が十分に単色性のあるものとされるので、２色温度計の測定原理の前提が満足され、温度分布の測定精度すなわち放射率分布の測定精度が十分に高められる。
【００３１】
また、本実施例によれば、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たものであることから、第１波長λ_１および第２波長λ_２の光のうち輝度の低い側の波長の光において、感度およびＳ／Ｎ比が維持されて温度分布の測定精度すなわち放射率分布の測定精度が得られる。
【００３２】
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。
【００３３】
たとえば、温度分布測定工程或いは温度分布測定手段に対応するＳ１乃至Ｓ３において、被測定部材１２から放射される光の含まれる２波長λ_１、λ_２を用いてその被測定部材１２の温度分布が測定されていたが、３波長以上の波長を用いて被測定部材１２の温度分布が測定されてもよい。
【００３４】
また、前述の実施例の放射率算出工程或いは放射率算出手段に対応するＳ４では、黒体の温度と放射エネルギ強度との予め記憶された関係（データマップ）から上記Ｓ３において画素毎の温度Ｔ_ｉｊに基づいて黒体からの放射強度Ｅｂ　_ｉｊが求められていたが、予め記憶された関数式から逐次算出されてもよい。
【００３５】
また、前述の実施例の放射率分布測定装置１０に用いられた光学系に代えて、図１０、図１１、図１２に示す光学系が用いられてもよい。図１０に示す光学系では、１対の可動ミラー５０および５２が破線に示す位置に回動させられた状態において被測定部材１２の表面から放射される光を画像検出器３２の光検出面２６へ導く第１光路１６が形成され、上記１対の可動ミラー５０および５２が実線に示す位置に回動させられた状態において被測定部材１２の表面から放射される光を画像検出器３２の光検出面２６へ導く第２光路１８が形成されるようになっている。前述の実施例と同様に、上記第１光路１６には第１フィルタ３４が介挿され、第２光路１８には第２フィルタ３６が介挿されており、第１波長λ_１による第１画像Ｇ_１と第２波長λ_２による第２画像Ｇ_２が所定の時間差を経て得られる。図１１に示す光学系では、被測定部材１２から画像検出器３２の光検出面２６に至る光路に、モータ５４により回転駆動され且つ第１フィルタ３４および第２フィルタ３６が設けられた回転板５６が介挿されている。この回転板５６がモータ５４により回転させられるとき、被測定部材１２の表面から放射される光が第１フィルタ３４を通過することにより第１波長λ_１による第１画像Ｇ_１が得られるとともに、被測定部材１２の表面から放射される光が第２フィルタ３６を通過することにより第２波長λ_２による第２画像Ｇ_２が順次得られる。図１２に示す光学系では、被測定部材１２の表面から放射される光がハーフミラー１４によって第１光路１６および第２光路１８に２分され、それらの第１光路１６および第２光路１８毎に第１フィルタ３４および画像検出器３２と、第２フィルタ３６および画像検出器３２’　とが設けられている。それ等第１フィルタ３４および第２フィルタ３６は画像検出器３２および３２’　内に設けられてもよい。本実施例においても、被測定部材１２の表面から放射される光が第１フィルタ３４を通過することにより第１波長λ_１による第１画像Ｇ_１が得られると同時に、被測定部材１２の表面から放射される光が第２フィルタ３６を通過することにより第２波長λ_２による第２画像Ｇ_２が得られる。
【００３６】
また、前述の実施例において、第１波長λ_１および第２波長λ_２は、図２の測定温度範囲の最低温度における黒体の波長に対する放射強度曲線Ｌ１のうち、常温における放射強度Ｅ_ＢＧの３倍以上高い高放射領域から選択されていたが、必ずしも３倍でなくてもよい。要するに、常温における放射強度Ｅ_ＢＧよりも高い領域であれば一応の効果が得られるのである。
【００３７】
また、前述の実施例において、第１波長λ_１の半値幅Δλ_１はその第１波長λ_１の１／２０以下の値とされ、第２波長λ_２の半値幅Δλ_２はその第２波長λ_２の１／２０以下の値とされていたが、必ずしも１／２０の値とされていなくてもよく、１／２０を少々越える場合であっても一応の効果が得られる。
【００３８】
また、前述の実施例において、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％以内になるように構成されたものであったが、必ずしも３０％以内でなくてもよく、３０％を少々越える場合であっても一応の効果が得られる。
【００３９】
また、前述の図４のＳ５では、被測定部材１２の放射率ε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。
【００４０】
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。
【００４１】
また、前述の実施例では、光検出素子単位と画素単位とが一致させられていたが必ずしも一致しなくてもよく、互いに隣接する複数個の光検出素子が１画素単位とされていてもよい。
【００４２】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の放射率分布測定装置の構成を概略説明する図である。
【図２】図１の第１フィルタの波長λ_１と第２フィルタの波長λ_２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Ｇ_１および第２画像Ｇ_２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。
【図５】図４の画素温度算出工程において放射強度比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。
【図６】図４の放射率分布表示工程において放射率ε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。
【図７】図１の装置を用いて放射率分布を測定した実験例に用いられた被測定部材であるアルミナ基板を示す正面図であり、斜線領域はアルミナ基板とは放射率が異なる黒色塗料が部分的に焼き付けられた領域を示している。
【図８】被測定部材として図７のアルミナ基板を用いて表面温度分布を測定し表示したアルミナ基板の画像を示している。一様な色調により均一な温度であることを示している。
【図９】被測定部材として図７のアルミナ基板を用いて表面温度分布を測定し表示したアルミナ基板の画像を示している。図７と同様に斜線領域はアルミナ基板とは放射率が異なる黒色塗料が部分的に焼き付けられた領域が異なる色調で示されている。一様な温度にも拘わらず放射率が異なることを示している。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【符号の説明】
１０：放射率分布測定装置
１２：被測定部材
３４：第１フィルタ
３６：第２フィルタ
Ｓ１：第１波長選択手段、第２波長選択手段
Ｓ３：温度算出手段
Ｓ１乃至Ｓ３：温度分布測定工程、温度分布測定手段
Ｓ４：放射率分布測定工程，放射率分布測定表示手段

Claims (4)

1. 被測定部材の表面から放射される光に基づいて該被測定部材の表面の放射率分布を測定するための放射率分布測定方法であって、
   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１波長および第２波長を用いてそれぞれ得られた該被測定部材の２画像のうちの同じ部位で検出される放射強度の比に基づいて該被測定部材の温度を画素単位でそれぞれ算出し、該被測定部材表面の温度分布を測定する温度分布測定工程と、
   予め求めた関係から該温度分布測定工程により測定された温度分布に基づいて、画素毎の放射率を算出する放射率算出工程と
   を、含むことを特徴とする放射率分布測定方法。
2. 被測定部材の表面から放射される光に基づいて該被測定部材の表面の放射率分布を測定するための放射率分布測定装置であって、
   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１波長および第２波長を用いてそれぞれ得られた該被測定部材の２画像のうちの同じ部位で検出される放射強度の比に基づいて該被測定部材の温度を画素単位でそれぞれ算出し、該被測定部材表面の温度分布を測定する温度分布測定手段と、
   予め求めた関係から該温度分布測定手段により測定された温度分布に基づいて、画素毎の放射率を算出する放射率算出手段と
   を、含むことを特徴とする放射率分布測定装置。
3. 前記温度分布測定手段は、
   前記被測定部材の表面から放射される光のうちから前記第１波長の光を選択するために、測定温度範囲の最低温度における黒体の波長に対する放射強度曲線のうち、常温における放射強度より高い高放射領域から選択された波長の光を通過させる第１フィルタを用いて、前記被測定部材の表面から放射される光を透過させる第１波長選択手段と、
   前記被測定部材の表面から放射される光のうちから第２波長の光を選択するために、前記高放射領域内において、前記第１波長の１／１２以下であり且つ前記第１波長の半値幅および前記第２波長の半値幅の和以上の波長差以上の波長差となるように該第１波長からずらされた波長の光を通過させる第２フィルタを用いて、前記被測定部材の表面から放射される光を透過させる第２波長選択手段と、
   予め記憶された関係から、前記被測定部材の表面から放射される光から前記第１フィルタにより選択された第１波長の放射エネルギ強度と該被測定部材の表面から放射される光から前記第２フィルタにより選択された第２波長の放射エネルギ強度との強度比に基づいて、前記被測定部材の表面温度を画素単位で算出する温度算出手段と
   を、含むものである請求項２の放射率分布測定装置。
4. 前記放射率算出手段は、
   予め記憶された関係から前記温度算出手段により算出された前記被測定部材の表面温度に基づいて該被測定部材の放射強度を画素単位で算出し、予め記憶された該被測定部材の温度に対応する黒体の所定波長の放射強度に対する該測定部材の放射強度の割合である放射率を画素単位で算出するものである請求項２の放射率分布測定装置。

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