JP3259815B2 - 物体の放射率及び温度の測定方法及び装置、並びに棒状放射源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物体表面の
放射率及び温度を、非接触且つ高速にて高精度にオンラ
イン測定可能とする物体の放射率及び温度測定方法及び
装置、並びにこれらの装置に使用される棒状放射源に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に物体の表面温度を非接触にて測定
するには、放射温度計が用いられている。この放射温度
計は、測定対象物から放射される放射光を検出して温度
に換算するものであるが、その換算に当たっては放射率
を正しく設定する必要がある。従って、放射温度計によ
り物体の温度を測定する場合には、物体表面の放射率を
求めることが極めて重要である。

【０００３】しかし、通常放射率を直接測定することは
困難であるため反射率を測定し、次式に示すキルヒホッ
フの式を用いて放射率を求める方法が取られている。 反射率 ＋ 放射率 ＝ １ 反射率を測定する方法として以下に示す方法が一般的に
知られている。

【０００４】図１５は文献「JOURNAL OF RESEARCH Vol.
89,No.1,1984」に示された反射率測定装置の模式図であ
る。図１５において、２１はレーザ、２２は被測定物
体、２３は光検出器アレイ、２４はスキャナ、２５はス
テッピングモータ、２６はコンピュータである。

【０００５】この方法は、レーザ２１より被測定物体２
２にレーザ光を投射し、その反射光を半円状に複数並べ
た光検出器アレイ２３で受光してスキャナ２４により時
分割で測定し、更に、ステッピングモータ２５により、
その半円の直径を軸に１８０゜回転させることにより被
測定物体２２表面に対し斜めに入射されたレーザー光
の、半球状に反射する光の全成分を測定するものであ
る。

【０００６】しかし、この方法は、多数のデータを測定
し処理する必要があるため測定に時間がかかり、さらに
測定装置と被測定物表面とのリフトオフが取れないた
め、オンライン測定器としては実用的ではない。また拡
散性の強い反射に対しては反射強度が弱くなり、反射率
の測定精度が悪くなるという問題もある。

【０００７】図１６は、文献「OPTICAL SCATTERING Mea
surement and Analysis by JOHN C.STOVER,P140,1990
」に示された反射率測定装置の模式図である。以下、
各図において、先の図で示された物と同じ物には同じ符
号を付して説明を省略する。図１６において、２７はチ
ョッパ、２８は積分球、２９は鏡面反射成分検出器、３
０は拡散反射成分検出器、３１はビームスプリッタであ
る。

【０００８】レーザ２１からのレーザ光を、ビームスプ
リッタ３１を介して被測定物体２２に投射し、その反射
光を積分球３０を介して受光する。鏡面反射（正反射）
成分は、鏡面反射成分検出器２９で、拡散反射（乱反
射）成分は拡散反射成分検出器３０で受光される。

【０００９】この方法は、前述の方法で半球方向全てに
ついて個々に測定している反射光を、積分球３０を使っ
て集光し測定しているため全反射光を瞬時に測定でき
る。しかし、積分球３０を被測定物表面に接触させる必
要があるため非接触に測定することができず、オンライ
ン計測には適さない。

【００１０】そこで簡便且つ非接触にオンラインで放射
率を測定し、温度を求める放射温度計として従来から種
々の方法が提案されている。

【００１１】図１７は特開平４−４３９２８号公報に記
載された放射式温度測定装置の模式図である。図１７に
おいて、３２は放射検出ヘッド、３３は半球形キャビテ
ィ、３４は熱放射検出器、３５は記憶演算装置である。

【００１２】この方法は熱放射検出器３４が取り付けら
れた半球形キャビティ３３と被測定物体２２表面との距
離を２段階以上変化させて測定される検出器の出力と、
事前に放射率既知の物体を用いた測定により求めてある
放射率と距離との関係から放射率を求め、この求めた放
射率を用いて温度を測定する方法である。

【００１３】図１８は、特開平５−２０９７９２号公報
に記載された放射式温度測定装置の模式図である。図１
８において、３６は非球面レンズ、３７はチョッパ、３
８はハーフミラー、３９は光検出器、４０はフィルタ、
４１は集光レンズ、４２は１次元ＣＣＤ、４３は増幅
器、４４はサンプルホールド回路、４５は演算器、４６
は基準周波数発振器である。

【００１４】この方法はレーザ２１から被測定物体２２
表面にスポット光を斜めに入射し、その反射光の１次元
的な分布を１次元ＣＣＤ４２で測定することにより反射
率を求め、この反射率を用いて温度を求める方法であ
る。

【００１５】図１９は、特開平６−７４８３１号公報に
記載された放射式温度測定装置の模式図である。図１９
において、５１は走査型放射温度計、５２は放射熱源、
５３はシャッタ、５４は温度制御装置、５５は演算装置
である。

【００１６】この装置は、被測定物体２２に対して放射
熱源５２から放射光を放射し、被測定物体２２表面で反
射される放射光と測定対象からの放射光を走査形放射温
度計５１によりその検出面を測定対象に対して所定角度
走査しながら測定し、測定された放射光と測定対象から
の放射光との差から反射光の強度を求め、この反射光の
強度、及び放射熱源５２、走査形放射温度計５１及び被
測定物体２２の位置関係から測定対象での放射光の拡散
反射状態を求め、この拡散反射状態と放射熱源５２の放
射光とから測定対象の反射率を求め、この反射率をもと
に測定対象の放射率を求め、この放射率から、測定対象
の温度を求めるものである。この方法では、前記特開平
５−２０９７９２号公報に記載された技術のように１点
から広がる反射光をレンズを用いて集光させる必要がな
く、広角な１次元反射分布の測定が可能となる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】特開平４−４３９２８
号公報に記載された技術は、キャビティ内における多重
反射強度の距離による変化と事前に求めてある放射率と
の関係が常に一定であることを前提としている。しか
し、放射率が等しい物体でも物体の表面性状により半球
方向の反射強度分布は様々変化するため、この関係は表
面性状の異なる物体間で必ずしも一定とはならない。よ
って、測定対象毎に前記関係を事前に求める必要があり
実用的ではない。また、アライメントに敏感なため被測
定物の傾き変化に弱いという問題点を有する。

【００１８】特開平５−２０９７９２号公報に記載され
た技術は、反射光の拡散性が強い対象では反射光強度の
低下により測定誤差が拡大する。また、被測定物が傾く
と光軸が検出器とずれるため測定が困難となるという問
題点があり、オンライン測定には不向きである。更に、
測定した１次元反射率分布から反射率を求める過程で物
体表面の反射率分布に特定の近似式が成り立つことを前
提としているが、この近似が成立しない対象には適用で
きないといった問題点を有する。

【００１９】特開平６−７４８３１号公報に記載された
技術は、点放射源を用いているため特開平５−２０９７
９２号公報に記載された技術と同様に拡散成分の強度低
下による測定誤差の拡大や被測定物の傾き変化による光
軸ずれに弱いといった問題点を有する。

【００２０】本発明は上記のような問題を解決するため
になされたもので、物体の反射率を、拡散反射強度の低
下と物体表面の傾き変化に左右されることなく高速且つ
高精度に測定することにより、物体の放射率及び温度の
オンライン測定を可能とする方法及び装置を提供するこ
とを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記放射率測定方法に関
する課題は、被測定物体表面から離れた位置に、被測定
物体表面に放射光を投射する棒状放射源を配置し、棒状
放射源と直角に交わる平面内における被測定物体の反射
強度分布を受光角を変えて測定し、測定された反射強度
分布から全反射強度を求め、別途測定により求めた棒状
放射源の放射強度と前記全反射強度から反射率を求め、
さらに求められた反射率からキルヒホッフの法則を用い
て放射率を求めることを特徴とする物体の放射率の測定
方法により解決される。

【００２２】また、上記温度測定方法に関する課題は、
この方法により物体の放射率を求め、求めた放射率と被
測定対象物表面からの放射光の強さから物体の温度を求
めることを特徴とする物体の温度測定方法により解決さ
れる。

【００２３】これらの方法の実施に用いられる装置は、
(1) 被測定物体表面から離れた位置に配置され、被測定
物体表面に放射光を投射する棒状放射源と、(2) 棒状放
射源と直角に交わる平面内における被測定物体の反射及
び放射強度分布を受光角を変えて測定する反射及び放射
強度分布測定手段と、(3) 棒状放射源の放射強度を測定
する検出器と、(4) 反射及び放射強度分布測定手段によ
り測定された反射強度と放射強度の和の分布及び放射強
度分布から全反射強度を求める全反射強度算出手段と、
(5) 測定された棒状放射源の放射強度と算出された全反
射強度から反射率を求める手段と、(6) 求められた反射
率から放射率を求める手段と、を有してなる物体の放射
率測定装置により実現される。

【００２４】この装置において、棒状放射源の放射強度
を測定する検出器を、反射及び放射強度分布測定手段と
同一とすることにより、安定した測定が可能となる。

【００２５】また、反射及び放射強度分布測定手段とし
て、放射光の正反射方向を走査角の範囲に含むように配
置された走査形光検出器を使用することもできる。

【００２６】棒状放射源放射光の被測定物表面への放射
を遮断する遮光装置を設けることもできる。

【００２７】物体の温度を測定する装置は、これらの放
射率測定装置により測定された放射率と、当該放射率測
定装置が有する反射及び放射強度分布測定手段によって
測定された放射光とから物体の温度を求める手段を有し
てなる物体の温度測定装置によって実現される。

【００２８】図１は、本発明により放射率及び真温度を
求める手順を示したものである。まず、棒状放射源より
被測定物体に放射光を投射し、その反射光と被測定物体
自身からの放射光が一緒になったものの強度を測定して
その受光角毎の強度分布を測定する（反射＋放射強度分
布測定）。

【００２９】次に、棒状放射源より被測定物体に放射光
を投射しない状態で、被測定物体自身からの放射光の強
度を測定して、受光角毎の強度分布を求める（放射強度
分布測定）。一方、棒状放射源からの放射光の強度を測
定して求めておく（放射源強度測定）。そして、反射＋
放射強度から放射強度を角度毎に引き算することにより
角度毎の反射強度（反射強度分布）を求める。

【００３０】求めた半円方向の反射強度分布を角度で積
分し、全反射強度を求める。求めた全反射強度を放射源
強度で割ることにより反射率を求める。求めた反射率か
らキルヒホッフの法則（放射率＋反射率＝１）を用いて
放射率を求める。求めた放射率で測定した放射強度を補
正し、温度値に変換することにより真温度を求める。

【００３１】被測定物体からの放射強度が棒状放射源か
らの放射光の反射強度に比して無視できるほど小さい場
合には、放射率の算定においては、放射強度分布をゼロ
と仮定して計算を行えばよい。

【００３２】図２は、拡散反射成分が棒状放射源により
強調されることを模式的に示す図である。図２におい
て、１は被測定物体、２は反射＋放射強度分布測定手段
である光検出器、３は棒状放射源である。図２以下にお
いては、従来技術で説明したものとは別の符号を使用
し、同じ物には同じ符号を付して、前出のものは説明を
省略する。本発明においては、図２に示すように、棒状
放射源３の長手方向のあらゆる部分から反射点に入射す
る光の反射成分が測定方向成分に積算されるため測定反
射強度が強くなり、測定感度が向上する。

【００３３】図３は、棒状放射源３の長さを変化させた
場合の反射強度の分布の例を示す図である。図３におい
ては、鏡面性の反射成分と拡散性の反射成分が合成され
た反射特性が示されているが、同図に示されるように、
棒状放射源３の長さ（ｌ）が長くなると拡散反射成分が
強調されるようになる。

【００３４】また、図２において、破線で示すように被
測定物体が傾いても、棒状放射源３の長さ方向の他の部
分からの光が測定方向に反射するため、反射光が測定方
向から外れることがない。よって、棒状放射源３を用い
ることにより、点状の放射源を用いる場合に比して被測
定物体１の傾きの影響を少なくすることができる。

【００３５】一般に被測定物体表面に入射したスポット
光の反射パターンは図４に示すような楕円体状になる。
そして、一般に入射角が変化すると、この楕円体の傾き
は変化するが形状は変化しない。スポット光による全反
射光量を測定するためには入射点を中心とした半球方向
全ての反射光量を測定する必要がある。ところが放射源
を棒状にすることにより半円方向の反射光量測定のみで
全反射光量が求まる。このため測定方向が１次元少なく
なり測定及び測定系が簡略化できる。この原理を図５を
用いて以下に説明する。

【００３６】図５において、Ｌ_S は光源の輝度、Ａ_fvは
被測定物体上の視野の面積、Ａ_D は光検出器の面積、Ω
_S は視野から見た光源の張る立体角、Ω_D は視野からみ
た光検出器の張る立体角、Ω_fvは光検出器から見た視野
の張る立体角、ｒ_s は光源と視野間の距離、ｒ_D は光検
出器と視野間の距離である。

【００３７】光源からの光の入射角をθ_i 、ψ_i、出射
角をθ_o、ψ_o、双方向反射分布関数をＲ＝Ｒ（θ_i、
ψ_i；θ_o、ψ_o）と表す。ここにθは、視野の中心にお
ける被測定物体の法線と入射光、反射光のなす角を示
し、ψは、光源の中心、視野の中心及び、光検出器の中
心を通る平面と被測定物体表面が交わる線と、入射光、
反射光の被測定物体表面への投影成分がなす角を示す。

【００３８】Ｒを用いてディテクタの検出光量を表す
と、光源の単位立体角（ｄΩ_S )当たりの視野内での照
度ｄＥ_fvは、 ｄＥ_fv＝Ｌ_S ・ｄΩ_s 視野を面光源と見なしたときの視野の輝度ｄＬ_fvは、 ｄＬ_fv＝Ｒ・ｄＥ_fv ディテクタ面での照度ｄＥ_D は、 ｄＥ_D ＝ｄＬ_fv・Ω_fv 光源の単位立体角当たりのディテクタ検出光量ｄφ_D は ｄφ_D ＝Ａ_D ・ｄＥ_D ＝ｄＬ_fv・Ω_fv・Ａ_D ＝Ｒ・Ｌ_S ・ｄΩ_s ・Ａ_fv・Ω_D ここで、 Ω_fv・Ａ_D ＝Ａ_fv・Ω_D の関係式を用いた。

【００３９】以上より、トータルのディテクタ検出光量
は光源面で積分して次式で表される。

【００４０】

【数１】

【００４１】ただし、ディテクタ面積は微小で、その中
ではＲは一定であると仮定した。_, また、(1) 式の積分
記号は、光源面での積分を表す。

【００４２】同様にして、被測定物体表面に入射したス
ポット光の全反射光量を求める。光源を微小面光源と
し、その中でＲは一定であると仮定すると単位立体角当
たりの反射光量φ_psは φ_ps＝Ｌ_S ・Ａ_fv・Ω_D ・Ω_s ・Ｒ 従って、全反射光量は半球面上で積分して、

【００４３】

【数２】

【００４４】ただし、(2) 式における積分記号は半球面
上の積分を表す。次に、図６に示す棒状放射源による光
学系を考える。図６において、棒状放射源３の長さをＸ
_L 、太さをＸ_W とする。そして、θ_xwを視野から見た棒
状放射源３の太さの張る角、２ψ_XL/2を視野から見た棒
状放射源３の長さの張る角とする。

【００４５】各走査角θ_O での検出光量を積分すること
により、全反射光量Φ_rsを求める。(1) 式より

【００４６】

【数３】

【００４７】Ｘ_L →∞（棒状放射源長さ→∞）の極限で
は

【００４８】

【数４】

【００４９】ここで、(2)式の半球積分では入射角は固
定で出射角で積分しているのに対し、(3)式、(4) 式で
は、ではψは入射角について、θoは反射角について積
分している点が異なる。すなわち、 Ｒ（θ_i、ψ_i；θ_o、ψ_o）≒Ｒ（θ_i、ψ_o；θ_o、ψ_i） の近似がそこでなされている。これは通常成立する。な
ぜならば、反射パターンはψ方向に等方性があるため、 Ｒ（θ_i、ψ_i；θ_o、ψ_o）＝Ｒ（θ_i、θ_o、｜ψ_i −ψ
_o ｜） の関係があり、ψ_iとψ_oを入れ換えても、Ｒの値は変わ
らないからである。

【００５０】(2) 式 と(4) 式 を対応させると Φ_ps／Ω_s ＝Φ_rs／θ_XW すなわち、光源サイズの補正項を入れれば両者は一致す
る。つまり、棒状放射源を用いた反射成分の半円積分に
より点放射源を用いた反射成分の半球積分が求まる。

【００５１】以上の説明においては、被測定物体上の視
野を固定して、反射及び放射強度分布測定手段である光
検出器の位置を変えることにより反射角を変えて反射＋
放射強度分布を測定したが、反射及び放射強度分布測定
手段として走査型光検出器を用いて被測定物体表面を走
査することによって反射角を変えて反射＋放射強度分布
を測定することもできる。

【００５２】この場合には、入射角は固定でなく変化す
る。しかし、前述のように、入射角が変化しても反射パ
ターンの傾きが変化するのみで反射パターンの形状その
ものは変化しないので、入射角が一定の場合と同じ考え
で、即ち図１に示される手順で測定が実施できる。

【００５３】また、反射光量を測定する検出器と同一の
検出器で光源光量を測定することにより検出器の視野サ
イズ、視野の重なり、ディテクタ感度などの影響から解
放され、非常に安定な計測が可能であることを走査形光
検出器を用いた場合について説明する。

【００５４】(4) 式における棒状放射源の反射光のθ積
分値はΦ_rsは、走査型光検出器の視野の重なり、ディテ
クタ感度を考慮し、θ_XW＝Ｘ_W ／ｒ_S を代入すると、す
ると以下の(5) 式になる。

【００５５】

【数５】

【００５６】ここで、Ｋは視野重なり分を表す積分係
数、Ｄはディテクタ感度を表す係数である。

【００５７】次に、棒状光源を直接走査してθで積分す
ることにより光源輝度を求めた場合の計算式を図７によ
り説明する。図７において、Ω_DSは、検出器から見た光
源が張る立体角、ｒ_DSは光源と検出器間の距離である。
ディテクタ面での単位立体角(dΩ_DS)当たりの照度ｄＥ
_DSは、 ｄＥ_DS＝Ｌ_S ・ｄΩ_DS 単位立体角当たりのディテクタ検出光量ｄφ_DSは、 ｄφ_DS＝Ａ_D ・ｄＥ_DS ＝Ｌ_S ・ｄΩ_DS・Ａ_D Ａ_D ・Ω_fv＝Ω_D ・Ａ_fvの関係式を用いて計算すると、
ディテクタ視野（立体角Ω_fv)当たりの検出光量φ
_DSは、

【００５８】

【数６】

【００５９】となる。θで積分すると、

【００６０】

【数７】

【００６１】ここで、θ'xwは検出器から見た棒状光源
の張る角度である。(5) 式、(7) 式より反射率を求める
以下の式が求められる。

【００６２】

【数８】

【００６３】(8)式にはディテクタに関するパラメータ
や光源の寸法に関するパラメータは一切ないので、安定
な計測が可能である。

【００６４】

【００６５】

【００６６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
説明する。

【００６７】図８は本発明の実施形態の１例の構成を示
す図である。図８において、４は遮光装置、５は電源、
６は光検出器２の移動装置、７は増幅器、８は演算器、
９は棒状放射源３の放射強度を測定する光検出器、１０
は遮光装置４のコントローラ、１１は移動装置４のコン
トローラ、１２はリレースイッチである。

【００６８】電源５により加熱した棒状放射源３を被測
定物体表面１と平行に配設し、棒状放射源３から被測定
物体１表面の反射光測定点に放射光を投射する。その放
射光を遮断する位置に遮光装置４を配設する。棒状放射
源３の中心でこれと直角に交わる平面内に移動装置６を
配置し、光検出器２が、反射光測定点を中心とした半円
の円周方向に移動可能なようにする。また棒状放射源３
を直接望める位置に、光検出器９を配置する。

【００６９】遮光装置４は、コントローラ１０により制
御され、棒状放射源３からの放射光を被測定物体に投射
したり、遮ったりする。コントローラ１１は、光検出器
２の移動装置６上での位置決めを行い、受光角度を制御
する。光検出器２、９からの信号は、リレースイッチ１
２で切り替えられて各々が増幅器７に入って増幅され、
演算器８で反射率、放射率、温度が求められる。

【００７０】演算器８の構成の例を図９に示す。図９に
おいて、１３はタイミングスイッチ、１４はＡ／Ｄ変換
器、１５はメモリ切換スイッチ、１６はメモリ、１７は
演算部である。

【００７１】このように構成された装置を用いて反射率
及び温度を測定する手順を説明する。まず遮光装置４を
開いた状態で光検出器２をθ＝１０〜１７０゜移動させ
ながら（反射光＋放射光）の強さを測定する。測定信号
は、リレースイッチ１２を介して増幅器７で増幅されて
演算器８に入力される。この信号は、光検出器２が予め
定められた角度にあるときに入力される角度毎のトリガ
信号に同期してＡ／Ｄ変換器１４に入力されてＡ／Ｄ変
換され、メモリ切換スイッチ１５を介してメモリＡに記
憶される。θ＝１１０゜付近では棒状放射源３の位置と
重なって測定不能となるため、その前後の角度で測定さ
れる（反射光＋放射光）強度信号の中間値を用いて近似
する。

【００７２】次に遮光装置４を閉じた状態で、放射光の
みの信号を光検出器２をθ＝１０〜１７０゜移動させな
がら測定して、演算器８のメモリＢに記憶する。この場
合も、棒状放射源３の陰になって測定不能の領域の値
は、その前後の角度で測定される放射光強度の中間値を
用いて近似する。さらに光検出器９により測定される棒
状放射源の放射強度の信号を演算器８のメモリＣに記憶
する。即ち、演算器８のメモリ切換スイッチ１５は、切
換信号が光検出器９を選択しているときにはメモリＣ
を、切換信号が光検出器２を選択しており、かつ遮光装
置４が閉じているときはメモリＢを、切換信号が光検出
器２を選択しており、かつ遮光装置４が開いているとき
はメモリＡを選択するようになっている。

【００７３】演算器８の演算部１７で遮光装置４が開い
た時の検出信号（メモリＡ）から遮光装置４が閉じた時
の検出信号（メモリＢ）を各角度毎に差し引き、角度で
積分することより全反射強度を求める。さらに光検出器
９により測定される棒状熱源の放射強度（メモリＣ）と
求めた全反射強度から反射率を求め、キルヒホッフの式
から放射率を求める。被測定物体表面の放射強度（メモ
リＢ）の値に求めた放射率を使用して放射強度補正を行
い、温度値に変換し、真温度を求める。

【００７４】遮光装置４を使用せず、棒状放射源３への
電源をオン、オフさせることにより、放射光の被測定物
体１への投射をオン、オフしてもよい。

【００７５】また、反射光の強度に比して放射光の影響
が十分に無視できるほど低温な被測定物体１の場合に
は、棒状放射源３より被測定物体１への放射光がない状
態で測定を行う必要が無く、放射光データをゼロとみな
して、放射光がある状態での測定データをそのまま使用
して反射率を求めればよい。

【００７６】反射光の測定範囲を１０〜１７０°として
いるのは、オンライン測定の場合に、測定装置と被測定
物体が接触しないようにするためである。測定範囲を何
度から何度までに選ぶかは、被測定物体１の反射特性に
よって適宜決めればよい。被測定物体１が鏡面性の強い
反射特性を示す場合は、測定範囲は狭くてよいが、測定
ピッチを細かくする必要がある。反対に拡散性の強い反
射特性を示す場合は、測定範囲は広くする必要がある
が、測定ピッチは粗くてよい。

【００７７】図８に示す構成において、光検出器９を設
けず、光検出器２で棒状放射源３の放射強度を測定する
こともできる。この場合には、棒状放射源３が検出器２
の視野に入らない角度で、被測定物体１よりの（反射光
＋放射光）を測定し、検出器２の視野が棒状放射源３で
完全に覆われる角度で、棒状放射源３の放射強度を測定
する。

【００７８】図１０は、本発明の他の実施形態の構成を
示す図である。図１０に示す装置においては、単独の光
検出器２を移動させる代わりに、１０〜１７０°の範囲
に５°ピッチで複数の光検出器２を配置している。そし
て、スキャンリレースイッチ１８により、各光検出器２
の信号を切り換えて増幅器に送っている。反射角が１１
０°にあたる位置では、光検出器２の視野が棒状放射源
３で覆われるようになるので、この部分にあたる光検出
器２は、棒状放射源３の放射強度を測定するために使用
される。測定の手順は、図８に示した装置と同じであ
る。

【００７９】図１０に示すような構成により光検出器２
を移動させる必要がないため測定が高速となる。光検出
器２の数、ピッチ及び配置する角度範囲は、被測定物体
１の拡散反射度を考慮して適宜決定される。即ち、鏡面
性の強い反射の場合、正反射方向を中心とした狭い角度
範囲に密に光検出器２を配置するのが適当であり、反対
に拡散性の強い反射の場合には、広い範囲に、光検出器
２を粗く配置するのが適当である。

【００８０】図１１は、本発明の別の実施形態の構成を
示す図である。図１１においては、図８、図１０の光検
出器２の代わりに走査型光検出器２Ａを使用している。
そして、走査型光検出器２Ａは、棒状放射源３の中心を
通り棒状放射源３に垂直な面内で走査を行って（反射光
＋放射光）を測定する。即ち、この面と被測定物体１の
交わる線が被測定線となる。

【００８１】走査型光検出器２Ａの走査角度に応じて、
受光される光の反射角度が変化する。これは、図８、図
９の装置において光検出器２の移動又は切り換えに応じ
て受光される光の反射角が変化するのと等価である。測
定の手順については、図８に示した装置と同じである。

【００８２】図１１の装置において、走査型光検出器２
Ａの走査範囲に棒状放射源３を設置すれば、走査型光検
出器２Ａによって棒状放射源３の放射強度を直接測定す
ることができ、光検出器９を省くことができる。

【００８３】図１２は図８に示す装置と図１１装置によ
り測定した亜鉛鍍金鋼板の反射パターンの一例を比較し
たものである。○印は図８に示す装置により、実線は図
１１の装置により測定した結果である。同図に示すよう
に両者の反射パターンは良く一致していることから本発
明におけるどの装置構成においても高精度な反射率測定
が可能であることが分かる。

【００８４】図１３は図１１に示す装置を用いて粗さが
粗く放射率の異なる１０種類の加熱された亜鉛鍍金鋼板
の温度を測定し、同時に測定した熱電対の測定値と比較
した結果を示す。同図に示すように測温精度は±３℃以
内であり拡散性の強い鋼板でも精度良く測定可能である
ことが分かる。

【００８５】 図１４は、棒状放射源の例の構成を示す
図である。図１４において、６１は石英棒、６２はハロ
ゲン光源、６３はハロゲンバルブ、６４は金メッキミラ
ー、６５はチョッパ、６６はライトガイドである。石英
棒６１の表面はショットブラストにより粗面に加工され
ており、＃８０（８０番粗さ）とされている。ハロゲン
光源６２は、赤外光の放射が可能な光源としてのハロゲ
ンバルブ６３を有している。ハロゲンバルブ６３の背面
には金メッキミラー６４が設けられ、赤外光を効率よく
反射している。ハロゲンバルブ６３の全面にはチョッパ
６５が設けられ、光源を高速でオン・オフ可能としてい
る。

【００８６】ハロゲン光源６２からの赤外光は、ライト
ガイド６６を介して石英棒６１の端面より石英棒６１に
投射される。ライトガイド６６は、石英製である。石英
棒６１に入射した赤外光は、石英棒６１の表面から放射
されるが、表面が粗面とされているために乱反射され、
指向性のない拡散光となって放射される。

【００８７】チョッパ６５により光源のオン・オフを行
うために、高速でオン・オフが可能となる。

【００８８】また、光を導くのにライトガイドを使用し
ているので、複雑な装置の内部においても光を有効に導
くことができ、フレキシビリティに富んだ構成とするこ
とができる。

【００８９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、反
射率及び放射率を測定する放射源として棒状放射源を用
いることにより物体表面の拡散反射強度が強調され、且
つ物体表面の傾き変化の影響も受けにくくなるため物体
表面の放射率及び温度の測定精度が向上する。反射光量
の半円積分で半球積分と同等の測定を行うことができ、
半円積分で全反射光量が求まることから測定系が簡略化
され測定時間が短縮化される。さらに棒状放射源と走査
形放射光検出器の組み合わせにより高速且つ高精度な測
定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明により放射率及び真温度を求める手順
を示す図である。

【図２】 拡散反射成分が棒状放射源により強調される
ことを模式的に示す図である。

【図３】 棒状放射源３の長さを変化させた場合の反射
強度の分布の例を示す図である。

【図４】 被測定物体表面に入射したスポット光の反射
パターンを示す図である。

【図５】 光源と反射面と検出器の光学的関係を示す図
である。

【図６】 棒状放射源による光学系を示す図である。

【図７】 光源と検出器の光学的関係を示す図である。

【図８】 本発明の実施形態の１例の構成を示す図であ
る。

【図９】 演算器の構成の例を示す図である。

【図１０】 本発明の他の実施形態の構成を示す図であ
る。

【図１１】 本発明の別の実施形態の構成をを示す図で
ある。

【図１２】 図８に示す装置と図１１装置により測定し
た亜鉛鍍金鋼板の反射パターンの一例を比較して示した
図である。

【図１３】 本発明の実施形態である装置を用いて測定
した亜鉛鍍金鋼板の温度と、熱電対の測定値とを比較し
た結果を示す図である。

【図１４】 本発明の棒状放射源の１実施形態を示す図
である。

【図１５】 従来の反射率測定装置を示す図である。

【図１６】 従来の反射率測定装置を示す図である。

【図１７】 従来の放射率と温度測定装置を示す図であ
る。

【図１８】 従来の放射率と温度測定装置を示す図であ
る。

【図１９】 従来の放射率と温度測定装置を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 被測定物体 ２ 光検出器 ３ 棒状放射源 ４ 遮光装置 ５ 電源 ６ 移動装置 ７ 増幅器 ８ 演算器 ９ 光検出器 １０ コントローラ １１ コントローラ １２ リレースイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山内 賢志 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 井上 紀夫 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 真鍋 俊樹 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−232323（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 5/00 - 5/62

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物体表面から離れた位置に、被測
   定物体表面に放射光を投射する棒状放射源を配置し、棒
   状放射源と直角に交わる平面内における被測定物体の反
   射強度分布を受光角を変えて測定し、測定された反射強
   度分布から全反射強度を求め、別途測定により求めた棒
   状放射源の放射強度と前記全反射強度から反射率を求
   め、さらに求められた反射率からキルヒホッフの法則を
   用いて放射率を求めることを特徴とする物体の放射率の
   測定方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法により物体の放射
   率を求め、求めた放射率と被測定対象物表面からの放射
   光の強さから物体の温度を求めることを特徴とする物体
   の温度測定方法。
3. 【請求項３】 (1) 被測定物体表面から離れた位置に配
   置され、被測定物体表面に放射光を投射する棒状放射源
   と、(2) 棒状放射源と直角に交わる平面内における被測
   定物体の反射及び放射強度分布を受光角を変えて測定す
   る反射及び放射強度分布測定手段と、(3) 棒状放射源の
   放射強度を測定する検出器と、(4) 反射及び放射強度分
   布測定手段により測定された反射強度と放射強度の和の
   分布及び放射強度分布から全反射強度を求める全反射強
   度算出手段と、(5) 測定された棒状放射源の放射強度と
   算出された全反射強度から反射率を求める手段と、(6)
   求められた反射率から放射率を求める手段と、を有して
   なる物体の放射率測定装置。
4. 【請求項４】 棒状放射源の放射強度を測定する検出器
   が、反射及び放射強度分布測定手段と同一である請求項
   ３に記載の物体の放射率測定装置。
5. 【請求項５】 反射及び放射強度分布測定手段が、放射
   光の正反射方向を走査角の範囲に含むように配置された
   走査形光検出器を有してなる請求項３又は請求項４に記
   載の物体の放射率測定装置。
6. 【請求項６】 棒状放射源放射光の被測定物表面への放
   射を遮断する遮光装置有することと特徴とする請求項３
   ないし請求項５のいずれか１項に記載の物体の放射率測
   定装置。
7. 【請求項７】 請求項３ないし請求項６に記載の放射率
   測定装置により測定された放射率と、当該放射率測定装
   置が有する反射及び放射強度分布測定手段によって測定
   された放射光とから物体の温度を求める手段を有してな
   る物体の温度測定装置。