JP2021139628A - Temperature measuring device and temperature measuring method - Google Patents

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大亮 寺田
Daisuke Terada
大亮 寺田
徹 井内
Toru Iuchi
徹 井内
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Abstract

To provide a temperature measuring device having a configuration capable of also measuring a reflection distribution which is a surface texture of an observation point where radiance is measured.SOLUTION: The temperature measuring device comprises: an infrared receiving unit 0101 that measures the radiance of infrared light from an observation point of a temperature measurement target 0108; an opposite side reflecting unit 0102 that reflects infrared light from the observation point of the temperature measurement target and guides it to the infrared receiving unit; a different wavelength light incident unit 0103 that makes different wavelength light that is light with a wavelength different from infrared light incident on the same optical path as the optical path of infrared light received from the observation point by the infrared receiving unit at the observation point of the temperature measurement target; reflection distribution measuring means 0105 provided on the opposite side reflecting unit for measuring, at the opposite side reflecting unit, the reflection distribution of different wavelength light from the observation point of the temperature measurement target; and a reflection stop unit 0106 that stops reflection by the opposite side reflection unit.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、測温対象の観測点からの赤外光の放射輝度と、測温対象の観測点での反射分布とを併せて測定することで、精度よく温度測定を行うことができる温度測定装置及び温度測定方法に関する。 The present invention is a temperature measurement capable of accurately measuring the temperature by measuring the radiation brightness of infrared light from the observation point of the temperature measurement target and the reflection distribution at the observation point of the temperature measurement target. Regarding the device and the temperature measuring method.

非接触にて温度測定ができる放射温度計は、鋼板製造プロセスなどにおいてよく使われている。放射温度計は対象からの熱放射の強度(分光放射輝度)を測定し、熱放射の強度から温度への換算を、黒体の熱放射の強度と温度との関係に基づいて行う。ここで、測温対象の放射率が黒体の放射率(ε=1.0)と近い値である場合には問題はないが、アルミニウムのように非酸化面で約0.2、酸化面で約0.4といったように、放射率が黒体の放射率に対して著しく小さい値である物質の温度測定においては補正の必要が生じる。 Radiation thermometers that can measure temperature in a non-contact manner are often used in steel sheet manufacturing processes and the like. The radiation thermometer measures the intensity of thermal radiation from the object (spectral radiation brightness) and converts the intensity of thermal radiation into temperature based on the relationship between the intensity of thermal radiation of the blackbody and the temperature. Here, there is no problem when the emissivity of the temperature measurement target is close to the emissivity of the blackbody (ε = 1.0), but it is about 0.2 on the non-oxidized surface and about 0.2 on the oxidized surface like aluminum. Correction is required in the temperature measurement of substances whose emissivity is significantly smaller than the emissivity of the blackbody, such as 0.4.

適切に補正をするためには、測温対象の実際の分光放射率を知る必要がある。主な物質の分光放射率は概ね知られているが、例えば、アルミニウム板の製造プロセスの温度管理のための測温において、プロセス中のアルミニウム板表面の酸化の進み具合により放射率は変化し、補正のために予め設定した放射率と実際の測温対象の放射率とが異なり、正確な補正をすることができないという問題が生じる。 In order to make an appropriate correction, it is necessary to know the actual spectral emissivity of the temperature measurement target. The spectral emissivity of the main substances is generally known, but for example, in temperature measurement for temperature control in the aluminum plate manufacturing process, the emissivity changes depending on the progress of oxidation of the aluminum plate surface during the process. There is a problem that the emissivity set in advance for correction and the emissivity of the actual temperature measurement target are different from each other, and accurate correction cannot be performed.

かかる問題を解決するために、特許文献1は以下の測温方法を開示している。内面が高反射率鏡面のキャビティを測温対象に非接触で被せキャビティ内面で多重反射した測温対象からの熱放射の放射輝度を測定し、これとは別に測温対象からの熱放射の放射輝度を当該キャビティを介さずそのまま測定する。一方、測定対象の表面の粗さ(平均傾斜角や二乗平均粗さRMS)を何らかの別の装置により測定する。そして、多重反射した場合の放射輝度が測定対象の表面性状に依存することに基づき、それらの各測定値から測定対象の放射率を算出し、算出した放射率で補正する測温方法が開示されている。 In order to solve such a problem, Patent Document 1 discloses the following temperature measuring method. A cavity with a high reflectance mirror surface is covered on the temperature measurement target in a non-contact manner, and the radiance of heat radiation from the temperature measurement target that is multiple reflected on the inner surface of the cavity is measured. The brightness is measured as it is without passing through the cavity. On the other hand, the roughness of the surface to be measured (average inclination angle or root mean square RMS) is measured by some other device. Then, based on the fact that the radiance in the case of multiple reflection depends on the surface texture of the measurement target, a temperature measurement method is disclosed in which the emissivity of the measurement target is calculated from each of those measured values and corrected by the calculated emissivity. ing.

特開昭59−40250号公報JP-A-59-40250

文献1の発明において、測定対象の表面性状の指標として平均傾斜角や二乗平均粗さなどを測定することが開示されているが、それらの測定を行うためには放射輝度を測定する装置と別の装置が必要である。すなわち、文献1の発明では、放射輝度を測定する装置と表面性状を測定する装置とを、測定対象に対して互いに置き換えて使用しなければならず、手間がかかり、使い勝手が悪いという問題がある。そこで、本発明は、放射輝度の測定を行う測定系と測定対象の反射分布を測定する測定系とを一体的に構成した温度測定装置の提供を課題とする。 In the invention of Document 1, it is disclosed to measure the average inclination angle, the root mean square roughness, etc. as an index of the surface texture of the measurement target, but in order to measure them, it is different from the device for measuring the radiance. Equipment is required. That is, in the invention of Document 1, there is a problem that the device for measuring the radiance and the device for measuring the surface texture must be used by replacing each other with respect to the measurement target, which is troublesome and inconvenient. .. Therefore, an object of the present invention is to provide a temperature measuring device in which a measuring system for measuring radiance and a measuring system for measuring the reflection distribution of a measurement target are integrally configured.

そこで、上記課題を解決するために本発明において、測温対象の観測点からの赤外光の放射輝度を測定する赤外線受光部と、前記測温対象の観測点からの赤外光を反射させて前記赤外線受光部に導く対向側反射部と、前記測温対象の観測点に赤外線受光部が観測点から受光する赤外光の光路と同じ光路にて前記赤外光と異なる波長の光である異波長光を入射する異波長光入射部と、前記対向側反射部にて異波長光の測温対象の観測点からの反射分布を測定するための対向側反射部に設けられる反射分布測定手段と、対向側反射部による反射を停止させる反射停止部と、を有する温度測定装置を提供する。 Therefore, in order to solve the above problems, in the present invention, an infrared light receiving unit that measures the radiation brightness of infrared light from an observation point to be measured and an infrared light from the observation point to be measured are reflected. With light of a wavelength different from that of the infrared light in the same optical path as the light path of the infrared light received from the observation point by the infrared light receiving unit and the opposite side reflecting unit leading to the infrared light receiving unit and the observation point of the temperature measurement target. Reflection distribution measurement provided in the different wavelength light incident part that incidents a certain different wavelength light and the opposite side reflection part for measuring the reflection distribution of the different wavelength light from the observation point of the temperature measurement target at the opposite side reflection part. Provided is a temperature measuring device including means and a reflection stop portion for stopping reflection by a reflection portion on the opposite side.

また、上記の温度測定装置において、反射停止部は、対向側反射部と観測点との間で開閉可能に動作するシャッター手段である温度測定装置を提供する。 Further, in the above temperature measuring device, the reflection stop unit provides a temperature measuring device which is a shutter means that operates so as to be openable and closable between the opposite side reflecting unit and the observation point.

また、上記のいずれかの温度測定装置において、対向側反射部は、前記赤外光の大部分を反射し、異波長光を透過するフィルターである赤外光反射フィルターを有し、反射分布測定手段は、赤外光反射フィルターを透過する異波長光の分布を観測するように構成されている温度測定装置を提供する。 Further, in any of the above temperature measuring devices, the opposite side reflecting portion has an infrared light reflection filter which is a filter that reflects most of the infrared light and transmits light of different wavelengths, and measures the reflection distribution. The means provides a temperature measuring device configured to observe the distribution of different wavelength light transmitted through an infrared light reflecting filter.

また、上記のいずれかの温度測定装置において、赤外線受光部の測温対象側に、赤外線の受光を妨げない受光側反射部をさらに有する温度測定装置を提供する。 Further, in any of the above temperature measuring devices, a temperature measuring device is provided which further has a light receiving side reflecting unit which does not interfere with the light receiving of infrared rays on the temperature measuring target side of the infrared receiving unit.

また、上記のいずれかの温度測定装置において、前記赤外線光受光部は、偏光された赤外光を受光する偏光受光手段を有する温度測定装置を提供する。 Further, in any of the above temperature measuring devices, the infrared light receiving unit provides a temperature measuring device having a polarized light receiving means for receiving polarized infrared light.

また、測温対象の観測点からの赤外光を多重反射させる多重反射ステップと、多重反射させた赤外光の放射輝度を測定する反射赤外光放射輝度測定ステップと、測温対象の観測点からの赤外光を多重反射させないで測定する非反射赤外光放射輝度測定ステップと、観測点に前記放射輝度を測定される赤外光と同じ光路にて入射された光の反射分布を測定する反射分布測定ステップと、を有する温度測定方法を提供する。 In addition, a multiple reflection step that multiple-reflects infrared light from the observation point of the temperature measurement target, a reflected infrared light radiation brightness measurement step that measures the radiation brightness of the multiple-reflected infrared light, and observation of the temperature measurement target. The non-reflective infrared light radiation brightness measurement step that measures infrared light from a point without multiple reflection, and the reflection distribution of light that is incident on the observation point in the same optical path as the infrared light whose radiation brightness is measured. Provided is a temperature measuring method including a reflection distribution measuring step to be measured.

また、上記の温度測定方法において、多重反射させて測定した赤外光の放射輝度と、多重反射させないで測定した赤外光の放射輝度と、測定した反射分布とを用いて測温対象の放射率を取得する放射率取得ステップをさらに有する温度測定方法を提供する。 Further, in the above temperature measuring method, the emissivity of the infrared light measured by multiple reflection, the radiance of infrared light measured without multiple reflection, and the measured reflection distribution are used to radiate the temperature to be measured. Provided is a temperature measurement method further comprising an emissivity acquisition step of acquiring a rate.

本発明により、放射輝度の測定を行っている観測点の反射分布の測定をほぼ同時(例えば1MIPSのMPUによって温度測定処理を行っている場合には、反射分布と輝度測定のそれぞれに3から5程度の命令で処理可能なのでいずれかの処理がなされない一方処理なし時間長は、百万分の3から5秒程度となり、連続移動する温度制御体の移動速度が2メートル/秒としても、0.1mm程度しか移動しないので精度としては十分な精度を保証できる。)に併せて行うことができる温度測定装置を提供することができる。 According to the present invention, the measurement of the reflection distribution at the observation point where the radiance is measured is performed almost simultaneously (for example, when the temperature measurement process is performed by the MPU of 1 MIPS, the reflection distribution and the brightness measurement are 3 to 5 respectively. Since it can be processed with a degree of instruction, one of the processes is not performed. On the other hand, the time length without processing is about 3/million to 5 seconds, and even if the moving speed of the continuously moving temperature controller is 2 meters / second, it is 0. Since it moves only about 1 mm, a sufficient accuracy can be guaranteed.) It is possible to provide a temperature measuring device that can be performed at the same time.

実施形態1の温度測定装置の構成の一例を示す概念図Conceptual diagram showing an example of the configuration of the temperature measuring device of the first embodiment 波長フィルターの特性を示す図The figure which shows the characteristic of a wavelength filter ローパスフィルターの特性を示す図The figure which shows the characteristic of a low-pass filter 異波長光が可視光である場合のハイパスフィルターの特性を示す図The figure which shows the characteristic of a high-pass filter when the different wavelength light is visible light. 表面粗さと拡散反射の関係を示す図Diagram showing the relationship between surface roughness and diffuse reflection 2つの受光素子で構成した反射分布測定手段を示す図The figure which shows the reflection distribution measuring means composed of two light receiving elements. 多くの受光素子又は2次元アレイセンサにより構成した反射分布測定手段を示す図The figure which shows the reflection distribution measuring means composed of many light receiving elements or two-dimensional array sensors. 反射分布測定手段を主に描いた概念図Conceptual diagram mainly depicting the reflection distribution measuring means 実験により得られたαとγの値をプロットして一次式で近似して作成したαとγの関係式を示す概念図Conceptual diagram showing the relational expression of α and γ created by plotting the values of α and γ obtained by the experiment and approximating with a linear expression. 実施形態1の温度測定装置による温度測定方法の一例を示すフロー図A flow chart showing an example of a temperature measuring method using the temperature measuring device of the first embodiment. 温度測定装置及び温度測定方法を実現する計算機の一例を示す概念図Conceptual diagram showing an example of a computer that realizes a temperature measuring device and a temperature measuring method 実施形態2の温度測定装置の構成の一例を示す概念図Conceptual diagram showing an example of the configuration of the temperature measuring device of the second embodiment 各種試料((a)Siウェハ、(b)アルミニウム、(c)冷延鋼板、(d)ステンレス鋼板)の偏光方向の偏光方向放射率の実験ないしシミュレーション結果Experimental or simulation results of polarization direction emissivity in the polarization direction of various samples ((a) Si wafer, (b) aluminum, (c) cold-rolled steel sheet, (d) stainless steel sheet) 実施形態2の別の態様の赤外線受光部を主に示す概念図The conceptual diagram which mainly shows the infrared ray receiving part of another aspect of Embodiment 2.

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を用いて説明する。なお、本発明は、これら実施形態に何ら限定されるべきものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention should not be limited to these embodiments, and may be implemented in various embodiments without departing from the gist thereof.

なお、以下に記載する各実施形態の機能的構成は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして実現することができ、これらについては後述する。また、本明細書に記載の各実施形態は装置として実現できるのみでなく、その一部または全部を動作方法としても実現可能である。また、このような装置の一部をソフトウェアとして構成することができる。さらに、そのようなソフトウェアをコンピュータに実行させるために用いるソフトウェア製品、及び同製品を固定した記録媒体も、当然に本明細書に記載の各実施形態の技術的な範囲に含まれる(本明細書の全体を通じて同様である)。
<実施形態1>
<実施形態1 概要>
The functional configurations of the respective embodiments described below can be realized as a combination of hardware and software, which will be described later. Moreover, each embodiment described in this specification can be realized not only as an apparatus but also a part or all of it as an operation method. Further, a part of such a device can be configured as software. Further, a software product used to execute such software on a computer, and a recording medium on which the product is fixed are naturally included in the technical scope of each embodiment described in the present specification (the present specification). The same is true throughout.
<Embodiment 1>
<Outline of Embodiment 1>

本実施形態の温度測定装置は、観測点からの放射輝度を直接測定した値と反射させてから測定した値とから温度測定をする測定系と、観測点の反射分布を測定する測定系とを、一体的に構成したことを特徴とする。
<実施形態1 構成>
The temperature measuring device of the present embodiment includes a measuring system that measures the temperature from a value obtained by directly measuring the radiation brightness from the observation point and a value measured after reflecting the radiation brightness, and a measuring system that measures the reflection distribution of the observation point. , It is characterized by being integrally configured.
<Embodiment 1 Configuration>

図1は、本実施形態の温度測定装置の一例を示す概念図である。図1(a)に示すように、温度測定装置は、「赤外線受光部」0101と、「対向側反射部」0102と、「異波長光源」0103と「赤外光透過フィルター」0104とからなる「異波長光入射部」と、対向側反射部に設けられる「反射分布測定手段」0105と、「反射停止部」0106とを基本的な構成とする。本図においては、さらに「受光側反射部」0110と、赤外線受光部の前方に配置される「レンズ」0107とを示している。 FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of the temperature measuring device of the present embodiment. As shown in FIG. 1A, the temperature measuring device includes an "infrared light receiving unit" 0101, an "opposite side reflecting unit" 0102, an "different wavelength light source" 0103, and an "infrared light transmitting filter" 0104. The basic configuration is a "different wavelength light incident portion", a "reflection distribution measuring means" 0105 provided on the opposite side reflecting portion, and a "reflection stopping portion" 0106. In this figure, a "light receiving side reflection unit" 0110 and a "lens" 0107 arranged in front of the infrared light receiving unit are further shown.

また、図1(b)は、対向側反射部を図中の「矢印方向」0112にて視た図である。図示するように、反射分布測定手段を構成する「受光素子」0113が、測温対象の観測点Pから法線方向に対して角度θの方向との交点位置に配置され、その受光素子を中心として上下左右にそれぞれ一つずつ受光素子が配置されている。以上のような構成により、「測温対象」0108の観測点Pの温度を測定する。 Further, FIG. 1B is a view of the opposite side reflecting portion viewed in the “arrow direction” 0112 in the drawing. As shown in the figure, the "light receiving element" 0113 constituting the reflection distribution measuring means is arranged at the intersection position with the direction of the angle θ with respect to the normal direction from the observation point P of the temperature measurement target, and is centered on the light receiving element. One light receiving element is arranged on each of the top, bottom, left and right sides. With the above configuration, the temperature of the observation point P of the "temperature measurement target" 0108 is measured.

「測温対象」0108は、例えば、圧延工程で連続的に搬送されるアルミ板や鋼板などである。本図に示されているのは板状の測温対象の断面であり、この測温対象は紙面の法線方向に搬送されるよう構成されている。 The “temperature measurement target” 0108 is, for example, an aluminum plate or a steel plate that is continuously conveyed in the rolling process. What is shown in this figure is a plate-shaped cross section of the temperature measuring object, and the temperature measuring object is configured to be conveyed in the normal direction of the paper surface.

「赤外線受光部」0102は、測温対象の観測点からの赤外光の放射輝度を測定する。赤外線受光部は、サーモパイルなどの赤外線受光素子を用いることができ、図示するように集光などのためのレンズと組み合わせて構成することもできる。なお、受光する赤外線の波長は、例えば、0.9μm〜15μm程度の領域内で測温対象や測温環境などに応じて適宜選択すればよい。 The "infrared light receiving unit" 0102 measures the radiance of infrared light from an observation point to be measured. The infrared light receiving unit can use an infrared light receiving element such as a thermopile, and can be configured in combination with a lens for condensing or the like as shown in the figure. The wavelength of the infrared rays to be received may be appropriately selected in a region of about 0.9 μm to 15 μm according to the temperature measurement target, the temperature measurement environment, and the like.

また、レンズと赤外線受光素子との間に受光しようとする波長領域の赤外光を透過する波長フィルターを配置してもよい。図2は、このような波長フィルターの特性を示す図である。例えば、赤外線受光素子の感度波長が1350nmである場合には、図示するように、感度波長を中心として急峻に透過率が高まる特性の波長フィルターを用いることが好ましい。 Further, a wavelength filter that transmits infrared light in the wavelength region to be received may be arranged between the lens and the infrared light receiving element. FIG. 2 is a diagram showing the characteristics of such a wavelength filter. For example, when the sensitivity wavelength of the infrared light receiving element is 1350 nm, it is preferable to use a wavelength filter having a characteristic that the transmittance increases sharply around the sensitivity wavelength as shown in the figure.

また、赤外線受光部は、観測点から法線方向に対して角度θの光路(図中、点線)にて観測点から放射される赤外光を受光するように配置されている。なお、本明細書において放射輝度とは、とくに断りのない場合には、ある波長における放射輝度である分光放射輝度を意味するものとする。また、分光放射輝度と記す場合もある。 Further, the infrared light receiving unit is arranged so as to receive infrared light radiated from the observation point in an optical path (dotted line in the figure) at an angle θ with respect to the normal direction from the observation point. In the present specification, the radiance means the spectral radiance which is the radiance at a certain wavelength unless otherwise specified. It may also be referred to as spectral radiance.

「対向側反射部」0102は、前記測温対象の観測点からの赤外光を反射させて前記赤外線受光部に導く。対向側反射部の測温対象側の表面は球面形状であって、観測点Pから法線に対して角度θで観測点Pから放射される赤外光を観測点Pに反射するように球面の半径が設計されている。 The “opposing side reflecting unit” 0102 reflects infrared light from the observation point to be measured and guides it to the infrared receiving unit. The surface of the reflecting portion on the opposite side on the temperature measurement target side has a spherical shape, and is spherical so as to reflect infrared light emitted from the observation point P at an angle θ from the observation point P to the normal line to the observation point P. Radius is designed.

また、対向側反射部は、観測点からの赤外光の大部分を反射し、後述する異波長光を透過するフィルターである「赤外光反射フィルター」0109を有している。異波長光が可視光である場合には、赤外光の大部分を反射し、可視光を透過するローパスフィルターやダイクロイックフィルター又はホットミラーを赤外光反射フィルターとして用いることができる。この種のフィルターは、屈折率の異なる複数の薄膜材料を交互に積層し、光の干渉効果を利用することで特定波長領域の光を反射し他の波長領域の光を透過させるという機能を実現する。図3は、上述したローパスフィルターの特性を示す図である。例えば、赤外線受光素子の感度波長が1350nmであり、可視光レーザーの波長が532nmである場合には、図示するような反射率と透過率の特性を有するローパスフィルターを用いることができる。 Further, the opposite side reflecting unit has an "infrared light reflecting filter" 0109, which is a filter that reflects most of the infrared light from the observation point and transmits light of a different wavelength, which will be described later. When the different wavelength light is visible light, a low-pass filter, a dichroic filter, or a hot mirror that reflects most of the infrared light and transmits the visible light can be used as the infrared light reflection filter. This type of filter realizes the function of alternately stacking multiple thin film materials with different refractive indexes and utilizing the interference effect of light to reflect light in a specific wavelength region and transmit light in other wavelength regions. do. FIG. 3 is a diagram showing the characteristics of the above-mentioned low-pass filter. For example, when the sensitivity wavelength of the infrared light receiving element is 1350 nm and the wavelength of the visible light laser is 532 nm, a low-pass filter having reflectance and transmittance characteristics as shown in the figure can be used.

このように構成することで、赤外線受光部は、観測点Pから放射される赤外線を直接受光するだけでなく、観測点Pから放射される赤外線であって対向側反射部により反射して観測点Pに入射し、観測点Pにて法線に対して角度θで反射する赤外線も受光することができる。 With this configuration, the infrared receiver not only directly receives the infrared rays radiated from the observation point P, but also the infrared rays radiated from the observation point P and reflected by the opposite side reflection unit to the observation point. Infrared rays that are incident on P and reflected at the observation point P at an angle θ with respect to the normal can also be received.

また、赤外線受光部の測温対象側に、観測点Pから法線方向に対して角度θで放射される赤外光の受光を妨げないための「孔」0111を有しつつ観測点Pから放射される赤外光を反射させて観測点Pに導く「受光側反射部」0110を備えることもできる。係る構成により、観測点Pから放射され、対向側反射部と受光側反射部とにより多重反射した赤外光が赤外線受光部にて受光される。 Further, from the observation point P while having a "hole" 0111 on the temperature measurement target side of the infrared light receiving unit so as not to interfere with the reception of infrared light radiated from the observation point P at an angle θ with respect to the normal direction. It is also possible to include a "light receiving side reflecting unit" 0110 that reflects the emitted infrared light and guides it to the observation point P. With this configuration, the infrared light radiated from the observation point P and multiple-reflected by the opposite side reflecting unit and the light receiving side reflecting unit is received by the infrared receiving unit.

そして、対向側反射部と観測点との間には、対向側反射部による反射を停止させる「反射停止部」0106が設けられる。反射停止部は、例えば、対向側反射部と観測点との間で開閉可能に動作するシャッター手段であってもよいし、同様の機能を有するチョッパーを用いてもよい。 Then, a "reflection stop portion" 0106 for stopping the reflection by the opposite side reflection portion is provided between the opposite side reflection portion and the observation point. The reflection stop unit may be, for example, a shutter means that can be opened and closed between the opposite reflection unit and the observation point, or a chopper having the same function may be used.

そして、対向側反射部による反射を停止させないことで、赤外線受光部は、対向側反射部により反射した赤外光又は対向側反射部と受光側反射部とにより多重反射した赤外光の放射輝度(後述するL)の測定が可能となり、対向側反射部による反射を停止させることで、上記の反射をさせずに観測点Pから放射される赤外光を直接受光してその放射輝度(後述するL)の測定が可能となる。 Then, by not stopping the reflection by the opposite side reflecting portion, the infrared light receiving portion causes the radiance of the infrared light reflected by the opposing side reflecting portion or the radiance of the infrared light multiplely reflected by the opposing side reflecting portion and the light receiving side reflecting portion. (L 2 described later) can be measured, and by stopping the reflection by the reflecting portion on the opposite side, the infrared light radiated from the observation point P is directly received without causing the above reflection, and the radiance (L 2) is received. it is possible to measure the L 1) to be described later.

なお、赤外線受光部が観測点Pからの赤外光を受光する角度θは70°〜80°が好ましい。角度θは対向側反射部により反射した赤外光が観測点Pに入射する際の入射角度となるが、入射角度が大きいほど鏡面的な反射特性を示し、多重反射による見かけの放射率をより大きくすることができるからである。なお、角度θを80°より大きくすると、後述する反射分布測定手段における受光素子の配置がしにくくなる場合がある。 The angle θ at which the infrared light receiving unit receives infrared light from the observation point P is preferably 70 ° to 80 °. The angle θ is the angle of incidence when the infrared light reflected by the opposite side reflection part is incident on the observation point P. The larger the angle of incidence, the more mirror-like reflection characteristics are exhibited, and the apparent emissivity due to multiple reflections is increased. This is because it can be made larger. If the angle θ is larger than 80 °, it may be difficult to arrange the light receiving elements in the reflection distribution measuring means described later.

「異波長光入射部」は、前記測温対象の観測点に赤外線受光部が観測点から受光する赤外光の光路と同じ光路にて前記赤外光と異なる波長の光である異波長光を入射する。具体例として、図示するように、「異波長光源」0103と「赤外光透過フィルター」0104とで構成することができる。 The "different wavelength light incident part" is a different wavelength light having a wavelength different from that of the infrared light in the same optical path as the infrared light received from the observation point by the infrared light receiving unit at the observation point to be measured. Is incident. As a specific example, as shown in the figure, the "different wavelength light source" 0103 and the "infrared light transmission filter" 0104 can be configured.

「異波長光源」0103としては、例えば可視光レーザーなどを用いることができ、赤外線受光部が測定する赤外光と波長の異なる赤外光であれば、その波長の赤外光レーザーを用いてもよい。なお、異波長光源は、後述するように観測点で拡散反射した光を測定する観点から、指向性に優れるレーザー光源やLED光源が好ましい。 As the "different wavelength light source" 0103, for example, a visible light laser or the like can be used, and if the infrared light has a wavelength different from that of the infrared light measured by the infrared light receiving unit, an infrared light laser having that wavelength is used. May be good. As the different wavelength light source, a laser light source or an LED light source having excellent directivity is preferable from the viewpoint of measuring the light diffusely reflected at the observation point as described later.

「赤外光透過フィルター」0104は、赤外線受光部が観測点Pから受光する赤外光の光路と同じ光路上に設けられ、その赤外光を透過し、異波長光を反射してこの光路にて観測点Pに入射させるフィルターである。異波長光が可視光である場合には、赤外光を透過し可視光を反射する光学薄膜を付したハイパスフィルターを用いることができる。可視光でない光を異波長光に用いる場合は、用いる光を反射し赤外光を透過する光学薄膜を付したダイクロイックフィルターなどを設ければよい。図4は、異波長光が可視光である場合のハイパスフィルターの特性を示す図である。例えば、赤外線受光素子の感度波長が1350nmであり、可視光レーザーの波長が532nmである場合には、図示するような反射率と透過率の特性を有するハイパスフィルターを用いることができる。 The "infrared light transmission filter" 0104 is provided on the same optical path as the optical path of infrared light received from the observation point P by the infrared light receiving unit, transmits the infrared light, reflects light of a different wavelength, and reflects this optical path. It is a filter that is incident on the observation point P at. When the different wavelength light is visible light, a high-pass filter having an optical thin film that transmits infrared light and reflects visible light can be used. When light other than visible light is used for different wavelength light, a dichroic filter or the like provided with an optical thin film that reflects the light to be used and transmits infrared light may be provided. FIG. 4 is a diagram showing the characteristics of the high-pass filter when the different wavelength light is visible light. For example, when the sensitivity wavelength of the infrared light receiving element is 1350 nm and the wavelength of the visible light laser is 532 nm, a high-pass filter having reflectance and transmittance characteristics as shown in the figure can be used.

「反射分布測定手段」0105は、対向側反射部に設けられ、対向側反射部にて異波長光の測温対象の観測点からの反射分布を測定する。図1に示すように「赤外光反射フィルター」0109を透過する異波長光を、その異波長光の強度を測定できる受光素子を複数配置することで可能となる。図1においては、観測点Pにおいて角度θで異波長光が入射して、法線方向に対して角度θの正反射をした光路を基準とし、基準光路に対して所定の角度をずらした位置に一又は複数の受光素子を配置することで反射分布の測定ができる。図1では基準光路に対してプラス側とマイナス側の双方に一つずつ受光素子を配置しているが、いずれか一方側にだけ受光素子を配置してもよい。 The “reflection distribution measuring means” 0105 is provided on the opposite side reflecting portion, and measures the reflection distribution of different wavelength light from the observation point to be measured by the facing side reflecting portion. As shown in FIG. 1, different wavelength light transmitted through the "infrared light reflection filter" 0109 can be obtained by arranging a plurality of light receiving elements capable of measuring the intensity of the different wavelength light. In FIG. 1, a position shifted from the reference optical path by a predetermined angle with respect to an optical path in which light of a different wavelength is incident at an angle θ at the observation point P and is specularly reflected at an angle θ with respect to the normal direction. The reflection distribution can be measured by arranging one or more light receiving elements in the light beam. In FIG. 1, one light receiving element is arranged on both the plus side and the minus side with respect to the reference optical path, but the light receiving element may be arranged only on either one side.

図5は、表面粗さと拡散反射の関係を示す図である。図5(a)に示すように、表面が粗い場合には、正反射光からプラス側とマイナス側に反射光が拡散する。そして、図5(b)に示すように、表面が粗いほど等方的な反射分布となる。このような表面粗さと拡散反射の関係に基づき測温対象の観測点での反射分布を測定する。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between surface roughness and diffuse reflection. As shown in FIG. 5A, when the surface is rough, the reflected light is diffused from the specularly reflected light to the plus side and the minus side. Then, as shown in FIG. 5B, the rougher the surface, the more isotropic the reflection distribution. Based on the relationship between surface roughness and diffuse reflection, the reflection distribution at the observation point to be measured is measured.

反射分布測定手段の一例を図1(b)に示したが、より多くの受光素子を用いたり2次元アレイセンサを用いることも反射分布を適切に測定するうえで好ましい。測定対象の面粗さが等方的ではなく異方性を持っている場合には、拡散反射も異方性を有するからである。図6は、2つの受光素子0602で反射分布測定手段0601を構成する場合を示している。図6(a)は、2つの受光素子で拡散反射光を十分に受光できた場合を示しているが、拡散反射が異方性を持っている場合には、図6(b)に示すように、拡散の度合いが同じであっても拡散の方向が異なるため拡散反射光を的確に受光することができず、図6(a)の場合と図6(b)の場合とで反射分布係数が異なるものとなってしまう。 Although an example of the reflection distribution measuring means is shown in FIG. 1 (b), it is also preferable to use more light receiving elements or a two-dimensional array sensor in order to appropriately measure the reflection distribution. This is because if the surface roughness of the measurement target is not isotropic and has anisotropy, the diffuse reflection also has anisotropy. FIG. 6 shows a case where the reflection distribution measuring means 0601 is configured by two light receiving elements 0602. FIG. 6A shows a case where the diffuse reflection light can be sufficiently received by the two light receiving elements, but when the diffuse reflection has anisotropy, as shown in FIG. 6B. In addition, even if the degree of diffusion is the same, the direction of diffusion is different, so that the diffuse reflected light cannot be received accurately. Will be different.

図7は、より多くの受光素子0702を用いたり2次元アレイセンサ0703を用いて反射分布測定手段0701を構成する例を示す図である。図7(a)に示すように、多くの受光素子をまんべんなく配置することで拡散の方向が様々に変わったとしても的確に受光することができる。また、図7(b)に示すように、2次元アレイセンサを用いることで拡散の方向が様々に変わったとしても的確に受光することができる。 FIG. 7 is a diagram showing an example in which a reflection distribution measuring means 0701 is configured by using more light receiving elements 0702 or using a two-dimensional array sensor 0703. As shown in FIG. 7A, by arranging many light receiving elements evenly, it is possible to accurately receive light even if the direction of diffusion changes variously. Further, as shown in FIG. 7B, by using the two-dimensional array sensor, even if the direction of diffusion changes variously, it is possible to accurately receive light.

金属類の圧延工程や、圧延工程後のロール巻取の直前の工程では温度管理が非常に重要となる。それは温度管理によって鋼ロールやアルミロールの引張強度、変形抵抗、靭性が影響を受けるからである。しかしながら、この圧延や巻取は、連続的に原材料を流しながら行うために従来の技術のように測温点の反射分布測定(表面状態の測定)と放射輝度測定との間に無測定期間が設けられると測温点が次々に移動してしまい、反射分布を測定した測温点と、放射輝度を測定した測温点とが全く異なるものとなってしまい、正確な放射率や温度を測定することが困難となってしまう。ところが本願の発明の場合には赤外光による放射輝度の測定と測温点の反射分布の測定とはほぼ同時に行うことができるので従来の問題点を解決できた。従って、本願の温度測定装置は、制御対象物が常時移動しながら温度制御しなければならないような処理工程に特に適しているといえる。つまり本願発明の応用としては、連続処理される圧延工程の処理対象物の測温のために連続圧延装置(加熱工程が含まれているもの)に設けられたシステムや、金属ロールの連続巻取工程の直前に設けられる連続巻取システムなどに応用することができる。また、単に所定温度に保つために用いられるのみならず、冷却や加熱用に連続移動対象物の二以上の地点に本願発明の温度測定装置を設けて温度プロファイル制御に用いられる温度プロファイル制御システムとしても利用することができる。
(測定原理)
Temperature control is very important in the rolling process of metals and the process immediately before the roll winding after the rolling process. This is because temperature control affects the tensile strength, deformation resistance, and toughness of steel rolls and aluminum rolls. However, since this rolling and winding is performed while continuously flowing the raw materials, there is a non-measurement period between the measurement of the reflection distribution at the temperature measurement point (measurement of the surface state) and the measurement of the radiance as in the conventional technique. If it is provided, the temperature measurement points will move one after another, and the temperature measurement points that measure the reflection distribution and the temperature measurement points that measure the radiance will be completely different, and accurate radiation rates and temperatures will be measured. It becomes difficult to do. However, in the case of the invention of the present application, the conventional problem can be solved because the measurement of the radiance by infrared light and the measurement of the reflection distribution of the temperature measurement point can be performed almost at the same time. Therefore, it can be said that the temperature measuring device of the present application is particularly suitable for a processing process in which the temperature of the controlled object must be controlled while constantly moving. That is, as an application of the present invention, a system provided in a continuous rolling apparatus (one including a heating step) for measuring the temperature of a processing object in a rolling process to be continuously processed, and continuous winding of a metal roll are used. It can be applied to a continuous winding system provided immediately before the process. Further, as a temperature profile control system used not only for maintaining a predetermined temperature but also for temperature profile control by providing a temperature measuring device of the present invention at two or more points of a continuously moving object for cooling or heating. Can also be used.
(Measurement principle)

本実施形態の温度測定装置は、以下の測定原理に基づき温度測定を行うことができる。概説すると、観測点から放射され多重反射を経て赤外線受光部により測定された放射輝度Lと多重反射を経ることなく赤外線受光部により測定された放射輝度Lとの比(以下、放射輝度比という)R=L/Lと、観測点の反射分布とに基づき測温対象の分光放射率を推定し、推定した分光放射率から観測点の温度を求める。なお、放射輝度Lは、反射停止部を機能させることで測定でき、放射輝度Lは、反射停止部を機能させないことで測定できる。 The temperature measuring device of the present embodiment can measure the temperature based on the following measurement principle. Generally speaking, the ratio of the radiance L 2 radiated from the observation point and measured by the infrared receiver through multiple reflections and the radiance L 1 measured by the infrared receiver without undergoing multiple reflections (hereinafter referred to as the radiance ratio). The spectral emissivity of the object to be measured is estimated based on RL = L 2 / L 1 and the reflection distribution of the observation point, and the temperature of the observation point is obtained from the estimated spectral radiance. The radiance L 1 can be measured by making the reflection stop portion function, and the radiance L 2 can be measured by not making the reflection stop portion function.

まず、上記LとLは、下記の数式1で表すことができる。εθは測温対象の角度θ方向の分光放射率であり、εeffは多重反射により見かけ上大きくなった分光放射率である。また、L,λ(T)は、温度Tにおける理想黒体(放射率ε=1)の分光放射輝度である。

Figure 2021139628
First, the above L 1 and L 2 can be expressed by the following mathematical formula 1. ε θ is the spectral emissivity in the angle θ direction of the temperature measurement target, and ε eff is the spectral emissivity that is apparently increased by multiple reflections. Further, L b and λ (T) are the spectral radiances of the ideal blackbody (emissivity ε = 1) at the temperature T.
Figure 2021139628

ここで、測温対象の表面が完全鏡面的な反射面だとすると、理論上は対向側反射部と受光側反射部との間で永久的に多重反射を繰り返す。しかし実際には放射束は測温対象で反射する毎にいずれかの反射部の外側に拡散していく。そのため、受光側反射部での反射時に孔を通過する放射束は、対向側反射部と受光側反射部との間を有限のn回往復の積算とみなすことができ、対向側反射部及び受光側反射部の反射率をρ、測温対象の反射分布を表す係数である反射分布係数をγとすると、Lは下記の数式(2)のように表すことができ、ρ及びγの値が大きいほど見かけ上の反射率を大きくすることができる。なお、受光側反射部を設けない場合は、n=1すなわち1回往復の積算となる。

Figure 2021139628
Here, assuming that the surface of the temperature measurement target is a completely mirror-like reflection surface, theoretically, multiple reflections are permanently repeated between the opposite side reflection portion and the light receiving side reflection portion. However, in reality, the radiant flux diffuses to the outside of one of the reflecting parts each time it is reflected by the temperature measurement target. Therefore, the radiation bundle that passes through the hole at the time of reflection by the light receiving side reflecting part can be regarded as the integration of finite n round trips between the opposite side reflecting part and the light receiving side reflecting part, and the opposing side reflecting part and the light receiving side receive light. Assuming that the reflectance of the side reflector is ρ and the reflection distribution coefficient, which is a coefficient representing the reflection distribution of the temperature measurement target, is γ, L 2 can be expressed as the following formula (2), and the values of ρ and γ. The larger the value, the larger the apparent reflectance. If the light receiving side reflection unit is not provided, n = 1, that is, the integration of one round trip is performed.
Figure 2021139628

したがって、放射輝度比はR、数式(3)のように表すことができる。

Figure 2021139628
Therefore, the radiance ratio can be expressed as RL , mathematical formula (3).
Figure 2021139628

そして、α=1/ργ−1と設定すると、数式(4)の関係が得られる。

Figure 2021139628
Then, when α = 1 / ργ-1 is set, the relationship of the mathematical formula (4) can be obtained.
Figure 2021139628

このように、パラメータαを求めることで、測温対象の角度θ方向の分光放射率εθが求まることが分かる。εθが求まれば測温対象の温度をより正しく算出することができる。
(反射分布係数γの取得)
In this way, it can be seen that the spectral emissivity ε θ in the angle θ direction of the temperature measurement target can be obtained by obtaining the parameter α. If ε θ is obtained, the temperature of the temperature measurement target can be calculated more accurately.
(Acquisition of reflection distribution coefficient γ)

上述した測温対象の観測点における反射分布係数γの取得について説明する。図8は反射分布測定手段を主に描いた概念図である。図8を用いてγの取得について説明する。図示するように、反射分布測定手段は、異波長光0801が測温対象0802の観測点に入射し、反射角θで正反射する光路上に異波長光の強度を測定する受光素子0803が配置されている。これに加えて、反射角θの光路上と反射角θの光路上のそれぞれに前述の受光素子0804が配置されている。 The acquisition of the reflection distribution coefficient γ at the observation point of the temperature measurement target described above will be described. FIG. 8 is a conceptual diagram mainly depicting the reflection distribution measuring means. The acquisition of γ will be described with reference to FIG. As shown in the figure, in the reflection distribution measuring means, a light receiving element 0803 for measuring the intensity of the different wavelength light is arranged on an optical path in which the different wavelength light 0801 is incident on the observation point of the temperature measurement target 0802 and is specularly reflected at the reflection angle θ. Has been done. In addition to this, the above-mentioned light receiving element 0804 is arranged on the optical path having the reflection angle θ 1 and on the optical path having the reflection angle θ 2.

ここで、反射角θにて測定した受光強度をIθ、反射角θ1にて測定した受光強度をIθ1とし、数式5によりγを取得する。

Figure 2021139628
Here, the received light intensity measured at reflection angle theta I theta, a received light intensity measured at reflection angle .theta.1 and I .theta.1, to obtain the γ by Equation 5.
Figure 2021139628

また、反射角θ2にて測定した受光強度Iθ2を、Iθ1に代えて、数式6によりγを取得するようにしてもよい。

Figure 2021139628
(パラメータαとγとの関係式) Further, the light receiving intensity I θ2 measured at the reflection angle θ2 may be obtained by the mathematical formula 6 instead of I θ1.
Figure 2021139628
(Relationship between parameters α and γ)

上述したように、パラメータαが分かれば、数式4により分光放射率εθを求めることができる。また、パラメータαは、α=1/ργ−1により与えられるが、ρは対向側反射部と受光側反射部の反射率であるから一定と考えることができる。したがって反射分布係数γを求めることで、αが算出可能となる。しかし、γは測温対象の反射分布の度合いを表すパラメータとしているが、一般的に定義されたものではないため、γを一意に決定することは出来ない。ただ、γ(及びα)は、測温対象の表面状態にのみ依存するため、αとγの関係式は対象の材質に関わらず、1つの式で記述可能と考えられる(測温対象の物性値により変化しない)。このことから、事前に材質は同じで表面状態(反射分布)が異なる多数のサンプルにてαとγの測定を行い、αとγの関係を実験的に決定しておくことで、分光放射率が未知の測温対象に対しても、γのみを測定することで、αを求めることが可能となる。 As described above, if the parameter α is known, the spectral emissivity ε θ can be obtained by the mathematical formula 4. Further, the parameter α is given by α = 1 / ργ-1, but ρ can be considered to be constant because it is the reflectance of the opposite side reflecting portion and the light receiving side reflecting portion. Therefore, α can be calculated by obtaining the reflection distribution coefficient γ. However, although γ is a parameter indicating the degree of reflection distribution of the temperature measurement target, it cannot be uniquely determined because it is not generally defined. However, since γ (and α) depends only on the surface condition of the temperature measurement target, it is considered that the relational expression between α and γ can be described by one formula regardless of the material of the target (physical characteristics of the temperature measurement target). Does not change depending on the value). Therefore, by measuring α and γ in advance with a large number of samples of the same material but different surface conditions (reflection distribution) and experimentally determining the relationship between α and γ, the spectral radiation coefficient Even for an unknown temperature measurement target, α can be obtained by measuring only γ.

γとαの関係式の構築のためには、γとは別にαを測定する必要がある。パラメータαは、計測により直接的に求めることは出来ないが、サンプルの分光放射率εθと放射輝度比Rとを実験により求め、それらの値を式4に代入することで求めることができる。 In order to construct the relational expression between γ and α, it is necessary to measure α separately from γ. The parameter α cannot be obtained directly by measurement, but can be obtained by experimentally obtaining the spectral emissivity ε θ and the radiance ratio RL of the sample and substituting those values into Equation 4. ..

分光放射率εθと放射輝度比Rの関係を得るための実験は以下の通りである。サンプルの温度を直接的に計測するために熱電対をサンプルの中心表面に溶接して測温する。その一方で、放射温度計により当該サンプルの温度指示値を取得する。当該サンプルの分光放射率が理想黒体の放射率(1.0)より下回れば、放射率補正を行っていない放射温度計による計測値(指示値)と熱電対により直接計測したサンプルの実際の温度とに差異が生じる。この差異に基づいて当該サンプルの分光放射率εθを求めることができる。 The experiment for obtaining the relationship between the spectral emissivity ε θ and the radiance ratio RL is as follows. To measure the temperature of the sample directly, a thermocouple is welded to the central surface of the sample to measure the temperature. On the other hand, the temperature reading value of the sample is acquired by the radiation thermometer. If the spectral emissivity of the sample is lower than the ideal emissivity (1.0) of the black body, the measured value (indicated value) by the radiation thermometer without emissivity correction and the actual sample measured directly by the thermocouple There is a difference from the temperature. Based on this difference, the spectral emissivity ε θ of the sample can be obtained.

併せて、当該サンプルに対して本装置の赤外線受光部、対向側反射部(受光側反射部を併せて用いてもよい)及び反射停止部により放射輝度Lと放射輝度Lを測定し、放射輝度比Rを求め、上述のとおり熱電対と放射温度計とを用いて求められた当該サンプルの分光放射率εθと放射輝度比Rを式4に代入することで、当該サンプルにおけるパラメータαを求めることができる。 In addition, the infrared receiver of the device, the opposing side reflecting portion (may be used in conjunction with the light-receiving-side reflecting portion) and the reflecting stop the radiance L 1 and radiance L 2 measured for the sample, The radiance ratio RL was obtained, and the spectral emissivity ε θ and the radiance ratio RL of the sample obtained using the thermocouple and the radiation thermometer as described above were substituted into Equation 4 to obtain the radiance ratio RL in the sample. The parameter α can be obtained.

さらに、本装置の異波長光入射部と反射分布測定手段とにより、当該サンプルの反射分布係数γを求める。これにより、上述の実験で得た当該サンプルのパラメータαと反射分布係数γとの関係を得ることができる。 Further, the reflection distribution coefficient γ of the sample is obtained by the different wavelength light incident portion of this apparatus and the reflection distribution measuring means. As a result, the relationship between the parameter α of the sample obtained in the above experiment and the reflection distribution coefficient γ can be obtained.

このようなパラメータαと反射分布係数γとを得るための実験を多数のサンプルに対して行うことで、表面状態(反射分布)の異なる様々なサンプルごとのαとγの値が得られる。そして、縦軸をα、横軸をγとし、得られたそれらの値をプロットし、近似式を作成することでαとγの関係式が求められる。例えば、図9は、実験により得られたαとγの値をプロットして一次式で近似して作成したαとγの関係式を示す概念図である。 By conducting an experiment for obtaining such a parameter α and a reflection distribution coefficient γ for a large number of samples, values of α and γ for various samples having different surface states (reflection distribution) can be obtained. Then, the vertical axis is α and the horizontal axis is γ, and the obtained values are plotted and an approximate expression is created to obtain the relational expression between α and γ. For example, FIG. 9 is a conceptual diagram showing the relational expression between α and γ created by plotting the values of α and γ obtained by the experiment and approximating them with a linear expression.

上記のような実験を行って得たαとγとの関係式を本実施形態の温度測定装置が保持しておき、本実施形態の各構成による測定結果に基づき、以下のように測温対象の温度を測定することができる。
(温度測定方法)
The temperature measuring device of the present embodiment holds the relational expression between α and γ obtained by conducting the above experiment, and based on the measurement results of each configuration of the present embodiment, the temperature is measured as follows. The temperature can be measured.
(Temperature measurement method)

図10は、本実施形態の温度測定装置による温度測定方法の一例を示すフロー図である。まず、測温対象の観測点からの赤外光を多重反射させる(1001:多重反射ステップ)。そして、多重反射させた赤外光の放射輝度を測定する(1002:反射赤外光放射輝度測定ステップ)。そして、測温対象の観測点からの赤外光を多重反射させないで測定する(1003:非反射赤外光放射輝度測定ステップ)。そして、観測点に前記放射輝度を測定される赤外光と同じ光路にて入射された光の反射分布を測定する(1004:反射分布測定ステップ)。さらに、多重反射させて測定した赤外光の放射輝度と、多重反射させないで測定した赤外光の放射輝度と、測定した反射分布とを用いて測温対象の放射率を取得する(1005:放射率取得ステップ)を有するものとしてもよい。 FIG. 10 is a flow chart showing an example of a temperature measuring method using the temperature measuring device of the present embodiment. First, the infrared light from the observation point to be measured is multiple-reflected (1001: multiple reflection step). Then, the radiance of the multi-reflected infrared light is measured (1002: reflected infrared light radiance measurement step). Then, the infrared light from the observation point to be measured is measured without being multiple-reflected (1003: non-reflective infrared radiance measurement step). Then, the reflection distribution of the light incident on the observation point in the same optical path as the infrared light whose radiance is measured is measured (1004: reflection distribution measurement step). Further, the emissivity of the temperature-measured object is acquired by using the radiance of infrared light measured by multiple reflection, the radiance of infrared light measured without multiple reflection, and the measured reflection distribution (1005: It may have an emissivity acquisition step).

反射赤外光放射輝度測定ステップにより上述した分光放射輝度Lを測定し、非反射赤外光放射輝度測定ステップにより上述した分光放射輝度Lを測定する。また、反射分布測定ステップにより反射分布係数γを取得する。 The spectral radiance L 2 described above in the reflected infrared light radiance measuring step measures, measures the spectral radiance L 1 described above in the non-reflective infrared radiance measurement step. In addition, the reflection distribution coefficient γ is acquired by the reflection distribution measurement step.

さらに放射率取得ステップにて、取得したγと保持しているαとγとの関係式からαを求める。そして、測定したL及びLから求めたRとαを数式(4)に代入にすることで測温対象の分光放射率εθを求める。ここで、εeff=εθ×Rであるので、さらにεeffを求めてもよい。 Further, in the emissivity acquisition step, α is obtained from the relational expression between the acquired γ and the retained α and γ. Then, the spectral emissivity ε θ of the temperature measurement target is obtained by substituting RL and α obtained from the measured L 2 and L 1 into the mathematical formula (4). Here, since ε eff = ε θ × RL , ε eff may be further obtained.

そして、これらの求められた放射率により補正することで測温対象の温度を精度よく測定することができる。なお、補正にはεeffを用いることが好ましい。多重反射により見かけの放射率が大きくなっているため、εθを用いる場合よりも誤差を低減できるからである。 Then, by correcting with these obtained emissivity, the temperature of the temperature measurement target can be measured with high accuracy. It is preferable to use ε eff for the correction. This is because the apparent emissivity is increased due to multiple reflections, so the error can be reduced as compared with the case of using ε θ.

なお、各ステップの順序は図示した態様に限定されるのではなく、例えば反射分布測定ステップを先んじて行ってもよいし、反射及び非反射放射輝度を測定するステップと合わせて行ってもよい。
(ハードウェア構成)
The order of each step is not limited to the illustrated embodiment, and for example, the reflection distribution measurement step may be performed first, or may be performed in combination with the step of measuring the reflection and non-reflection radiance.
(Hardware configuration)

図11は、上記の温度測定装置及び温度測定方法を実現する計算機の一例を示す概念図である。図示するように、マザーボード上などに備えられる、CPU1101、不揮発性メモリ1102、メインメモリ1103、グラフィックカード1104、さらにI/Oコントローラ1105、USBやIEEE、LANなどのインターフェース1106や、BIOS1107、PCIスロット1108、リアルタイムクロック1109など及び、これらを相互に接続するバス並びにバスを接続するチップセット(ノースブリッジ、サウスブリッジ)1110から構成される。 FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of a computer that realizes the above-mentioned temperature measuring device and temperature measuring method. As shown, the CPU 1101, the non-volatile memory 1102, the main memory 1103, the graphic card 1104, the I / O controller 1105, the interface 1106 such as USB, IEEE, and LAN, the BIOS 1107, and the PCI slot 1108, which are provided on the motherboard or the like. , Real-time clock 1109 and the like, and a bus connecting these to each other and a chipset (north bridge, south bridge) 1110 connecting the buses.

「チップセット」1110は、計算機のマザーボードに実装され、CPUの外部バスと、メモリや周辺機器を接続する標準バスとの連絡機能、つまりブリッジ機能を集積した大規模集積回路(LSI)のセットである。2チップセット構成を採用する場合と、1チップセット構成を採用する場合とがある。CPUやメインメモリに近い側をノースブリッジ、遠い側で比較的低速な外部I/Oとのインターフェースの側にサウスブリッジが設けられる。 The "chipset" 1110 is a set of large-scale integrated circuits (LSIs) mounted on the motherboard of a computer and integrated with a communication function between an external bus of a CPU and a standard bus for connecting a memory and peripheral devices, that is, a bridge function. be. There are cases where a two-chipset configuration is adopted and cases where a one-chipset configuration is adopted. A north bridge is provided on the side close to the CPU and main memory, and a south bridge is provided on the side far from the interface with a relatively low-speed external I / O.

ノースブリッジには、CPUインターフェース、メモリコントローラ、グラフィックインターフェースが含まれる。集積化が進み、従来のノースブリッジの機能のほとんどをCPUに担わせてもよい。ノースブリッジは、メインメモリのメモリスロットとはメモリバスを介して接続し、グラフィックカードのグラフィックカードスロットとは、ハイスピードグラフィックバス(AGP、PCI Express)で接続される。 The north bridge includes a CPU interface, a memory controller, and a graphic interface. As the integration progresses, most of the functions of the conventional north bridge may be carried by the CPU. The north bridge is connected to the memory slot of the main memory via a memory bus, and is connected to the graphic card slot of the graphic card by a high-speed graphic bus (AGP, PCI Express).

サウスブリッジには、PCIインターフェース(PCIスロット)とはPCIバスを介して接続し、ATA(SATA)インターフェース、USBインターフェース、EthernetインターフェースなどとのI/O機能やサウンド機能を担う。高速な動作が必要でない、あるいは不可能であるようなPS/2ポート、フロッピーディスクドライブ、シリアルポート、パラレルポート、ISAバスをサポートする回路を組み込むことは、チップセット自体の高速化の足かせとなるためサウスブリッジのチップから分離させ、スーパーI/Oチップと呼ばれる別のLSIに担当させることとしてもよい。 The south bridge is connected to a PCI interface (PCI slot) via a PCI bus, and is responsible for I / O functions and sound functions with an ATA (SATA) interface, a USB interface, an Ethernet interface, and the like. Incorporating circuits that support PS / 2 ports, floppy disk drives, serial ports, parallel ports, and ISA buses that do not require or do not require high-speed operation will hinder the speeding up of the chipset itself. Therefore, it may be separated from the chip of the south bridge and assigned to another LSI called a super I / O chip.

「バス」は、CPU(MPU)と、周辺機器や各種制御部を繋ぐために備えられる。又、バスは前述のチップセットによって連結される。メインメモリとの接続に利用されるメモリバスは、高速化を図るために、これに代えてチャネル構造を採用してもよい。バスとしてはシリアルバスかパラレルバスを採用できる。パラレルバスは、シリアルバスが1ビットずつデータを転送するのに対して、元データそのものや元データから切り出した複数ビットをひとかたまりにして、同時に複数本の通信路で伝送する。クロック信号の専用線がデータ線と平行して設け、受信側でのデータ復調の同期を行う。CPUのフロントサイドバス(チップセット)と外部デバイスをつなぐバスとしても用いられる。バスの種類としてはGPIB、IDE/(パラレル)ATA、SCSI、PCIなどがある。高速化に限界があるため、PCIの改良版PCI ExpressやパラレルATAの改良版シリアルATAでは、データラインはシリアルバスでもよい。 A "bus" is provided to connect a CPU (MPU) with peripheral devices and various control units. Also, the buses are connected by the above-mentioned chipset. The memory bus used for connection with the main memory may adopt a channel structure instead of this in order to increase the speed. A serial bus or a parallel bus can be used as the bus. In the parallel bus, while the serial bus transfers data bit by bit, the original data itself or a plurality of bits cut out from the original data are grouped together and transmitted at the same time through a plurality of communication paths. A dedicated clock signal line is provided parallel to the data line to synchronize data demodulation on the receiving side. It is also used as a bus that connects the front side bus (chipset) of the CPU and an external device. Types of buses include GPIB, IDE / (parallel) ATA, SCSI, and PCI. Since there is a limit to the speedup, the data line may be a serial bus in the improved version of PCI Express or the improved version of serial ATA of parallel ATA.

「CPU」(MPU)はメインメモリ上にあるプログラムと呼ばれる命令列を順に読み込んで解釈・実行することで信号からなる情報を同じくメインメモリ上に出力する。CPUは計算機内での演算を行なう中心として機能する。なお、CPUは演算の中心となるCPUコア部分と、その周辺部分とから構成され、CPU内部にレジスタ、キャッシュメモリや、キャッシュメモリとCPUコアとを接続する内部バス、DMAコントローラ、タイマー、ノースブリッジとの接続バスとのインターフェースなどが含まれる。なお、CPUコアは一つのCPU(チップ)に複数備えられていてもよい。 The "CPU" (MPU) sequentially reads, interprets, and executes instruction sequences called programs in the main memory, and outputs information consisting of signals to the main memory as well. The CPU functions as a center for performing calculations in the computer. The CPU is composed of a CPU core part that is the center of calculation and a peripheral part thereof, and a register and a cache memory inside the CPU, an internal bus that connects the cache memory and the CPU core, a DMA controller, a timer, and a north bridge. The interface with the connection bus with is included. A plurality of CPU cores may be provided in one CPU (chip).

「不揮発性メモリ」(HDD)の一例はハードディスクドライブである。基本構造は、磁気ディスク、磁気ヘッド、および磁気ヘッドを搭載するアームから構成される。外部インターフェースは、SATA(過去ではATA)を採用することができる。高機能なコントローラ、例えばSCSIを用いて、ハードディスクドライブ間の通信をサポートする。例えば、ファイルを別のハードディスクドライブにコピーする時、コントローラがセクタを読み取って別のハードディスクドライブに転送して書き込むといったことができる。この時ホストCPUのメモリにはアクセスしない。したがってCPUの負荷を増やさないで済む。 An example of a "nonvolatile memory" (HDD) is a hard disk drive. The basic structure consists of a magnetic disk, a magnetic head, and an arm on which the magnetic head is mounted. As the external interface, SATA (ATA in the past) can be adopted. A sophisticated controller, such as SCSI, is used to support communication between hard disk drives. For example, when copying a file to another hard disk drive, the controller can read the sector and transfer it to another hard disk drive for writing. At this time, the memory of the host CPU is not accessed. Therefore, it is not necessary to increase the load on the CPU.

なお、不揮発性メモリとしては「(NANDフラッシュ)から構成されるSSDをHDDとともに採用してもよいし、HDDに置き換えて採用してもよい。 As the non-volatile memory, an SSD composed of "(NAND flash) may be adopted together with the HDD, or may be adopted in place of the HDD.

メインメモリは、揮発性のメモリで構成される。最も代表的なものはDRAMダイナミックラムである。 The main memory is composed of volatile memory. The most representative is the DRAM dynamic ram.

BIOSは、計算機の立ち上げ時にメインメモリにオペレーティングシステムを読み込み、アプリケーションなどを実行可能な状態とするために用いられる。前述のようにサウスブリッジに接続されるがノースブリッジに接続されてもよい。 The BIOS is used to read the operating system into the main memory when the computer is started up so that the application or the like can be executed. It is connected to the south bridge as described above, but may be connected to the north bridge.

I/Oコントローラは外部機器との接続に利用される。USBコネクタもその一例である。赤外光受光素子、可視光受光素子などが接続され、それらの検出信号の入力を受け付ける。また、シャッターやチョッパーも接続され、それらを駆動するための信号が出力される。 The I / O controller is used to connect to an external device. The USB connector is one example. Infrared light receiving elements, visible light receiving elements, etc. are connected and receive the input of their detection signals. In addition, a shutter and a chopper are also connected, and a signal for driving them is output.

IEEE1394コネクタは最も代表的な通信規格のインターフェースである。 The IEEE1394 connector is the most representative communication standard interface.

PCIスロットは、機能回路を計算機に接続するためのインターフェースである。 The PCI slot is an interface for connecting a functional circuit to a computer.

OS(オペレーティングシステム)は、コンピュータを稼働するための基本ソフトウェアである。ユーザやアプリケーションプログラムに対してインターフェースを提供し、ハードウェアなどの機能部や、各リソースに対して効率的な管理を行う役割を果たす。 An OS (operating system) is basic software for running a computer. It provides an interface for users and application programs, and plays a role in efficiently managing functional parts such as hardware and each resource.

デバイスドライバはオペレーティングシステムを介して計算機に付属する各種のデバイスをユーザやアプリケーションに利用可能等するためのデバイスのハードウェアを制御するためのプログラムである。 A device driver is a program for controlling the hardware of a device for making various devices attached to a computer available to a user or an application via an operating system.

そして、不揮発性メモリ1102には、多重反射プログラム、反射赤外光放射輝度測定プログラム、非反射赤外光放射輝度測定プログラム、反射分布測定プログラム、放射率取得プログラムなどの各種プログラムが格納されている。また、データとして、放射輝度L、放射輝度L、放射輝度比R、反射光強度(Iθ、Iθ1、Iθ2、・・・)、反射分布係数γ、パラメータα、γとαの関係式などの各種情報が格納される。そして、これらのプログラムやデータは、メインメモリの保持領域に読み込まれて作業領域で実行される。
<実施形態1 効果>
The non-volatile memory 1102 stores various programs such as a multiple reflection program, a reflected infrared light radiance measurement program, a non-reflective infrared light radiance measurement program, a reflection distribution measurement program, and an emissivity acquisition program. .. The data include radiance L 1 , radiance L 2 , radiance ratio RL , reflected light intensity (I θ , I θ 1 , I θ 2 , ...), Reflection distribution coefficient γ, parameters α, γ and α. Various information such as the relational expression of is stored. Then, these programs and data are read into the holding area of the main memory and executed in the work area.
<Effect of Embodiment 1>

本実施形態の温度測定装置により、放射輝度の測定を行っている観測点の反射分布の測定を併せて行うことができる温度測定装置を提供することができる。
<実施形態2>
<実施形態2 概要>
The temperature measuring device of the present embodiment can provide a temperature measuring device capable of also measuring the reflection distribution of the observation point for measuring the radiance.
<Embodiment 2>
<Outline of Embodiment 2>

本実施形態の温度測定装置は、実施形態1を基本とし、赤外線受光部が偏光された赤外光を受光する偏光受光手段を有することを特徴とする。 The temperature measuring device of the present embodiment is based on the first embodiment, and is characterized in that the infrared light receiving unit has a polarized light receiving means for receiving polarized infrared light.

図12は、本実施形態の温度測定装置の一例を示す概念図である。図示するように、温度測定装置は、「赤外線受光部」1201と、「対向側反射部」1202と、「異波長光源」1203と「赤外光透過フィルター」1204からなる「異波長光入射部」と、対向側反射部に設けられる「反射分布測定手段」1205と、「反射停止部」1206と、を有し、赤外線受光部は、「偏光受光手段」1212を有する。本図においては、さらに「レンズ」1207も有している。本実施形態の温度測定装置は、赤外線受光部が偏光受光手段を有することのほかは実施形態1の温度測定装置と同じであるので、偏光受光手段を有する赤外線受光部について説明し、その他の構成についての説明は省略する。 FIG. 12 is a conceptual diagram showing an example of the temperature measuring device of the present embodiment. As shown in the figure, the temperature measuring device is an "infrared light incident part" composed of an "infrared light receiving part" 1201, an "opposite side reflecting part" 1202, an "different wavelength light source" 1203, and an "infrared light transmitting filter" 1204. The infrared light receiving unit has the "reflecting distribution measuring means" 1205 and the "reflection stopping unit" 1206 provided on the opposite side reflecting unit, and the infrared light receiving unit has the "polarized light receiving means" 1212. In this figure, it also has a "lens" 1207. The temperature measuring device of the present embodiment is the same as the temperature measuring device of the first embodiment except that the infrared receiving unit has the polarized light receiving means. Therefore, the infrared receiving unit having the polarized light receiving means will be described, and other configurations will be described. The description of is omitted.

「偏光受光手段」1212は、偏光された赤外光を受光する機能を有する。本図の例では、p偏光フィルターを赤外線受光素子の前方に配置している。これにより赤外線受光素子はp偏光を受光することができる。 The "polarized light receiving means" 1212 has a function of receiving polarized infrared light. In the example of this figure, the p-polarizing filter is arranged in front of the infrared light receiving element. As a result, the infrared light receiving element can receive p-polarized light.

図13は、各種試料((a)Siウェハ、(b)アルミニウム、(c)冷延鋼板、(d)ステンレス鋼板)の偏光方向の偏光方向放射率の実験ないしシミュレーション結果である(下記の文献を参考にした)。Siウェハや各種金属放射率および反射率は偏光によって大きく変化する。いずれもθ=70度〜80度の方向でp偏光放射率は増大する(p偏光反射率は減少する)。逆にs偏光放射率は減少する(s偏光反射率は増大する)。したがって、本手法はθ=70度〜80度の方向でp偏光を利用すれば放射率が増大するので、多重反射により見かけの放射率を大きくして温度測定を行う本発明の効果をより高めることができる(参考文献 井内徹,石井,偏光輝度を利用した常温付近における光沢金属の放射測温法,計測自動制御学会論文集,36, 395/401 (2000))。また、測定値のばらつきを低減することができるため、温度測定の精度をより向上させることに寄与し得る。 FIG. 13 shows the results of experiments or simulations of the emissivity of the polarization direction in the polarization direction of various samples ((a) Si wafer, (b) aluminum, (c) cold-rolled steel sheet, (d) stainless steel sheet) (the following documents). Was referred to). The emissivity and reflectance of Si wafers and various metals vary greatly depending on the polarization. In both cases, the p-polarized emissivity increases (the p-polarized reflectance decreases) in the direction of θ = 70 to 80 degrees. On the contrary, the s-polarized emissivity decreases (the s-polarized reflectance increases). Therefore, in this method, if p-polarized light is used in the direction of θ = 70 to 80 degrees, the emissivity increases, so that the apparent emissivity is increased by multiple reflections to further enhance the effect of the present invention for measuring the temperature. (References: Toru Inuchi, Ishii, Emissivity of glossy metals near room temperature using polarized light intensity, Proceedings of the Society of Automatic Measurement and Control, 36, 395/401 (2000)). Moreover, since the variation in the measured values can be reduced, it can contribute to further improving the accuracy of the temperature measurement.

図14は、別の態様の赤外線受光部を主に示す概念図である。図示するように、p偏光とs偏光とをともに受光できるように構成してもよい。図示するように、観測点からの赤外光は、「分光プリズム」1401で分光され、一方の赤外光は「p偏光フィルター」1402を介して「赤外線受光素子」1403にて受光される。分光された他方の赤外光は「s偏光フィルター」1404を介して「赤外線受光素子」1405にて受光される。
(ハードウェア構成)
FIG. 14 is a conceptual diagram mainly showing an infrared light receiving unit of another aspect. As shown in the figure, it may be configured so that both p-polarized light and s-polarized light can be received. As shown in the figure, the infrared light from the observation point is separated by the "spectral prism" 1401, while the infrared light is received by the "infrared light receiving element" 1403 via the "p polarizing filter" 1402. The other spectroscopic infrared light is received by the "infrared light receiving element" 1405 via the "s polarizing filter" 1404.
(Hardware configuration)

本実施形態の温度測定装置は、実施形態1のハードウェア構成に準じて実現することができる。
(温度測定方法)
The temperature measuring device of the present embodiment can be realized according to the hardware configuration of the first embodiment.
(Temperature measurement method)

本実施形態の温度測定装置による温度測定方法は、実施形態1の温度測定方法と同様である。
<実施形態2 効果>
The temperature measuring method by the temperature measuring device of the present embodiment is the same as the temperature measuring method of the first embodiment.
<Effect of Embodiment 2>

本実施形態の温度測定装置により、多重反射による見かけの放射率をより大きくし得ることなどにより温度測定の精度をより向上させることができる。 With the temperature measuring device of the present embodiment, the accuracy of temperature measurement can be further improved by increasing the apparent emissivity due to multiple reflections.

0101 赤外線受光部
0102 対向側反射部
0103 異波長光源
0104 赤外光透過フィルター
0105 反射分布測定手段
0106 反射停止部
0107 レンズ
0108 測温対象
0109 赤外光反射フィルター
0110 受光側反射部
0111 孔
0112 矢印方向
0113 受光素子
0101 Infrared light receiving part 0102 Opposite side reflecting part 0103 Different wavelength light source 0104 Infrared light transmitting filter 0105 Reflection distribution measuring means 0106 Reflection stop part 0107 Lens 0108 Temperature measurement target 0109 Infrared light reflecting filter 0110 Light receiving side reflecting part 0111 Hole 0112 Arrow direction 0113 Light receiving element

Claims (7)

測温対象の観測点からの赤外光の放射輝度を測定する赤外線受光部と、
前記測温対象の観測点からの赤外光を反射させて前記赤外線受光部に導く対向側反射部と、
前記測温対象の観測点に赤外線受光部が観測点から受光する赤外光の光路と同じ光路にて前記赤外光と異なる波長の光である異波長光を入射する異波長光入射部と、
前記対向側反射部にて異波長光の測温対象の観測点からの反射分布を測定するための対向側反射部に設けられる反射分布測定手段と、
対向側反射部による反射を停止させる反射停止部と、
を有する温度測定装置。
An infrared receiver that measures the radiance of infrared light from the observation point to be measured,
An opposing reflecting unit that reflects infrared light from the observation point to be measured and guides it to the infrared receiving unit.
A different wavelength light incident part that injects a different wavelength light having a wavelength different from that of the infrared light in the same optical path as the infrared light light path that the infrared light receiving part receives from the observation point at the observation point to be temperature-measured. ,
A reflection distribution measuring means provided on the opposite side reflecting part for measuring the reflection distribution of different wavelength light from the observation point to be measured by the opposite side reflecting part, and
A reflection stop part that stops reflection by the opposite side reflection part, and a reflection stop part
A temperature measuring device having.
反射停止部は、対向側反射部と観測点との間で開閉可能に動作するシャッター手段である請求項1に記載の温度測定装置。 The temperature measuring device according to claim 1, wherein the reflection stop unit is a shutter means that operates so as to be openable and closable between the opposite side reflection unit and the observation point. 対向側反射部は、前記赤外光の大部分を反射し、異波長光を透過するフィルターである赤外光反射フィルターを有し、
反射分布測定手段は、赤外光反射フィルターを透過する異波長光の分布を観測するように構成されている請求項1又は請求項2に記載の温度測定装置。
The opposite side reflecting unit has an infrared light reflecting filter which is a filter that reflects most of the infrared light and transmits light of different wavelengths.
The temperature measuring device according to claim 1 or 2, wherein the reflection distribution measuring means is configured to observe the distribution of different wavelength light transmitted through the infrared light reflection filter.
赤外線受光部の測温対象側に、赤外線の受光を妨げない受光側反射部をさらに有する請求項1から請求項3のいずれか一に記載の温度測定装置。 The temperature measuring device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a light receiving side reflecting unit that does not interfere with the reception of infrared rays on the temperature measuring target side of the infrared receiving unit. 前記赤外線光受光部は、偏光された赤外光を受光する偏光受光手段を有する請求項1から請求項4のいずれか一に記載の温度測定装置。 The temperature measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein the infrared light receiving unit has a polarized light receiving means for receiving polarized infrared light. 測温対象の観測点からの赤外光を多重反射させる多重反射ステップと、
多重反射させた赤外光の放射輝度を測定する反射赤外光放射輝度測定ステップと、
測温対象の観測点からの赤外光を多重反射させないで測定する非反射赤外光放射輝度測定ステップと、
観測点に前記放射輝度を測定される赤外光と同じ光路にて入射された光の反射分布を測定する反射分布測定ステップと、
を有する温度測定方法。
A multiple reflection step that multiple-reflects infrared light from the observation point to be measured,
A reflected infrared light radiance measurement step for measuring the radiance of multiple reflected infrared light,
A non-reflective infrared radiance measurement step that measures infrared light from an observation point to be measured without multiple reflections,
A reflection distribution measurement step for measuring the reflection distribution of light incident on the observation point in the same optical path as the infrared light whose radiance is measured, and a reflection distribution measurement step.
A temperature measuring method having.
多重反射させて測定した赤外光の放射輝度と、多重反射させないで測定した赤外光の放射輝度と、測定した反射分布とを用いて測温対象の放射率を取得する放射率取得ステップをさらに有する請求項6に記載の温度測定方法。 The emissivity acquisition step of acquiring the emissivity of the temperature-measured object using the radiance of infrared light measured by multiple reflection, the radiance of infrared light measured without multiple reflection, and the measured reflection distribution. The temperature measuring method according to claim 6, further comprising.
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