JPH05209792A

JPH05209792A - 放射率と表面温度の同時測定方法および該方法に使用する装置

Info

Publication number: JPH05209792A
Application number: JP4016662A
Authority: JP
Inventors: Chihiro Uematsu; 千尋植松; Kazuo Hiramoto; 一男平本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1993-08-20

Abstract

(57)【要約】【構成】所定強度の平行な光を被測定物１１の表面に
所定角度傾けて照射し、被測定物表面表面１２に対する
法線と照射方向との同一平面内で法線に対して照射方向
と線対称になり、しかも被測定物１１の表面１２から所
定の距離になる位置で反射光量と熱放射光量の１次元的
な分布を測定する。反射光量分布から反射率を求め、次
に反射率との関係から放射率を算出し、放射率と測定し
た熱放射光量とから表面温度を求める放射率と表面温度
の同時測定方法。【効果】従来の方法では不十分であった拡散反射性の
高い被測定物表面１２の放射率が正確、簡単、迅速に得
られ、放射率が変化し、しかも高速で移動する被測定物
表面１２の温度を測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放射率と表面温度の同時
測定方法および該測定方法に使用する装置に関し、より
詳細には例えば鉄鋼業における各種鋼板、鋼管の高速オ
ンライン製造工程等に適用可能な放射率と表面温度の同
時測定方法および該測定方法に使用する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被測定物表面からの熱放射光量および放
射率から被測定物表面の温度を測定する放射式温度測定
法は、非接触で応答性の早い温度測定法であり、従来か
ら種々の方法が提案されている。

【０００３】図８は従来例１における放射式温度測定法
（計測自動制御学会論文集第１６巻２号（昭５５）参
照）で使用される装置の模式的断面図であり、図中１１
は被測定物を示しており、その表面１２は鏡面性を有し
ている。被測定物１１は容器３１内に置かれ、被測定物
表面１２の法線に対して角度θを有する照射光軸上に
は、黒体放射源３３およびモーター３５により回転され
る水冷式の回転セクター（扇形遮蔽板）３６が配設さ
れ、また法線に対して前記照射光軸と線対称な反射光軸
上には放射計３７が配設されている。このように構成さ
れた装置を用いて被測定物表面１２の温度を測定する場
合、回転セクター３６が黒体放射源３３からの光束を遮
らない位置にあるときは、黒体放射源３３から照射され
た照射光が被測定物表面１２で反射され、該反射光およ
び被測定物表面１２が放射する熱放射光との和（第１の
光強度）Ｌ₁ が放射計３７で検出される。また、回転セ
クター３６が黒体放射源３３からの光束を遮る位置にあ
るときは、被測定物表面１２自体が放射する熱放射光
（第２の光強度）Ｌ₂ のみが放射計３７で検出されるまた、図９は従来例２における放射式温度測定法（特開
昭６１−８６６２１号公報参照）で使用される装置の模
式的断面図であり、図中１１は被測定物を示しており、
その表面１２は鏡面性を有している。被測定物表面１２
の法線軸上にはミラー３８、集光レンズ２０および放射
計３７が配設され、またミラー３８を介して被測定物表
面１２に光を照射する発光源１３がミラー３８の側方に
配設されている。このように構成された装置を用いて温
度を測定する場合、まず反射率ρが１である被測定物１
１とは異なる基準鏡面反射板に発光源１３からミラー３
８を介して光束を照射し、反射光量を測定して発光源１
３の発光光量Ｌ₀ を求める。また反射率ρと放射率εと
がすでに分かっている物体からρとεとの和Ｋを求めて
おく。次に前記基準鏡面反射板を被測定物１１に置き換
えて光束を被測定物１１に照射し、被測定物表面１２で
反射する反射光および被測定物表面１２が放射する熱放
射光との和（第１の光強度）Ｌ₁ を放射計３７で測定す
る。また、照射光を被測定物表面１２に照射せずに被測
定物表面１２自体が放射する熱放射光（第２の光強度）
Ｌ₂ のみを放射計３７で測定する。従来例１、２とも
に、これらの測定値から次の計算により被測定物表面１
２の放射率および温度を求める。まずＬ₀ 、Ｌ₁ 、Ｌ₂
から数１により被測定物表面１２の反射率ρを求め
る。

【０００４】

【数１】

【０００５】次に、上記反射率ρから数２により被測定
物表面１２の放射率εを求める。

【０００６】

【数２】

【０００７】ただし、被測定物表面１２が拡散性反射面
の場合は数３により求める。

【０００８】

【数３】

【０００９】さらに第２の光強度から求められる輝度温
度Ｔa および上記放射率εから数４により被測定物表面
１２の温度Ｔが得られる。

【００１０】

【数４】

【００１１】また図１０（ａ）は従来例３における放射
式温度測定法（鉄と鋼、第６５巻、１号（１９７９年）
および特公昭５２−７９５４号公報参照）で使用される
装置の模式的断面図であり、図中１１は被測定物を示し
ておりその表面１２は鏡面性を有している。被測定物表
面１２の直上には内面が鏡面反射性を有する円筒３９が
配設され、円筒３９上には図１０（ｂ）に示す開口部４
０を有する回転セクター３６ならびに回転セクター３６
を回転させるモータ３５が配設されている。また回転セ
クター３６上には放射計３７が配設されており、円筒３
９の中心軸、回転セクター３６の開口部４０および放射
計３７の入射光軸がそれぞれ被測定物表面１２の法線軸
上に位置するように配設されている。このように構成さ
れた装置を用いて被測定物１１の表面温度を測定する場
合、回転セクター３６が被測定物表面１２の法線軸上に
ないときは被測定物表面１２が放射する放射エネルギー
Ｅ１のみが放射計３７で検出される。被測定物表面１２
の温度、放射率および放射エネルギーをそれぞれＴ、ε
およびＥｂとすると、放射計３７により検出される上記
Ｅ１は数５のように表わせる。

【００１２】

【数５】

【００１３】また回転セクター３６が被測定物表面１２
の法線軸上にあるときは、被測定物表面１２が放射した
熱放射光が回転セクター３６の開口部４０を通って直接
放射計３７に入射する放射光と、回転セクター３６の下
面、円筒３９の内面および被測定物表面１２との間でさ
まざまに反射を繰り返しながら回転セクター３６の開口
部４０を通って放射計３７に入射する放射光との和を測
定する。このようにして放射計３７により検出される放
射エネルギーＥ2 は、実効的に放射率が増大した形で数
６のように表わされる。

【００１４】

【数６】

【００１５】上記したｇ（ε）とεとの関係は予め知る
ことができるので、上記した数５および数６を連立方程
式として解くことにより、放射率εおよび被測定物表面
１２の温度Ｔを求めることができる。

【００１６】また、図１１は従来例４の放射式温度測定
法（特願昭６３−７５６７０号公報参照）で使用される
装置の模式的断面図であり、図中１１は被測定物を示し
ている。被測定物１１の上方側方には発光源１３、チョ
ッパー等の間欠照射装置（図示せず）および非球面レン
ズ１４が同軸上に配設され、発光源１３および非球面レ
ンズ１４により形成された平行光束を被測定物表面１２
の法線方向に反射する角度にハーフミラー１７が配設さ
れ、ハーフミラー１７の上方で被測定物表面１２の法線
上には平行光束の直径Ｄに対して一定割合になる距離ｌ
（位置Ｐ）に放射計３７が配設されている。また、発光
源１３及び非球面レンズ１４により形成された平行光束
内にはミラー３８が配設され、ミラー３８が平行光束を
反射する光軸上には集光レンズ２０および平行光束が集
光レンズ２０により焦点を結ぶ位置には光検出器１８が
それぞれ配設されている。また、ハーフミラー１７と放
射計３７との間には別のハーフミラー４１が配設され、
被測定物表面１２が放射する破線で示す部分の熱放射光
をハーフミラー４１が反射する位置には放射計４２が配
設されている。このように構成された装置を用いて被測
定物１１の表面温度を測定する場合、発光源１３からの
光が非球面レンズ１４により平行光束に形成され、ハー
フミラー１７を介して被測定物表面１２に照射されてい
るとき、前記平行光束の光量Ｉ₀ を光検出器１８で測定
し、また被測定物表面１２からの光量Ｉ₁ を放射計３７
で測定する。光量Ｉ₁ は被測定物表面１２が反射するＤ
／ｌで規定される近似反射光量（近似反射率とＩ₀ との
積）と被測定物表面１２が放射する熱放射光量Ｉ₂ との
和である。次にチョッパー等の間欠照射装置により発光
源１３からの平行光束が遮られるときは、被測定物表面
１２が放射する熱放射光量Ｉ₂ のみを放射計４２で測定
する。これらの測定値から、前記近似反射率は（Ｉ₁ −
Ｉ₂ ）／Ｉ₀ により求まり、また放射率εは（１−近似
反射率）により求まり、さらに熱放射光量により求めら
れた温度計出力Ｖ₀ と前記放射率εおよび被測定物表面
１２の温度Ｔとの関係を示す下記の数７により被測定物
表面温度Ｔが得られる。

【００１７】

【数７】

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来例１、２
の放射式温度測定法では、被測定物表面１２が鏡面反射
性ではなく拡散反射性の場合、周囲からの放射光（ノイ
ズ光）が被測定物表面１２で拡散反射して放射計３７に
入射するために放射率および温度の測定誤差が大きい。
また放射率εと反射率ρとの間に前記数２の関係が成立
しないので、被測定物表面１２の拡散反射特性を表すρ
＝Ｐ（１−ε）のごときパラメターＰを導入して反射率
ρを補正する必要がある．しかしながらパラメターＰは
被測定物１１の材質、表面粗さ、酸化度合い等により変
化するため、例えば鉄鋼業における各種鋼板、鋼管の高
速オンライン製造工程等では精度の高い測定ができない
といった問題があった。

【００１９】また上記した従来例３の放射式温度測定法
では、円筒３９により周囲からの放射光（ノイズ光）は
放射計３７に混入しないので測定精度は向上するが、円
筒３７を被測定物表面１２に近接して配設し、かつ円筒
３７内面を鏡面性に保つことは、例えば鉄鋼業における
各種鋼板、鋼管の高速オンライン製造工程等では困難で
あるといった問題があった。

【００２０】また上記した従来例４の放射式温度測定法
では、広い平行光束を被測定物表面１２に対し法線方向
から照射して被測定物表面１２からの熱放射光と反射光
とを測定するので、周囲からの放射光（ノイズ光）の影
響は少なく、拡散反射性表面の被測定物１２に対しても
適用でき、さらに放射率は測定の都度求められるので放
射率補正が容易となり、例えば鉄鋼業における各種鋼
板、鋼管の高速オンライン製造工程にも適用可能であ
る。しかしながら、近似反射率を用いるため放射率の精
度が不十分であり、また非球面レンズをはじめ装置が大
型化し、かつ測定システムの自動化が不十分であるとい
う問題があった。

【００２１】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、自動システム化され、小型でメンテナンス性
が良い、高精度の放射率と表面温度の同時測定方法およ
び該方法に使用する装置を提供することを目的としてい
る。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る放射率と表面温度の同時測定方法は、所
定の強度を有する平行光束を被測定物の表面に対して所
定角度傾けた照射方向から照射するとともに、前記被測
定物表面に対する法線と前記照射方向とを含む平面内で
前記法線に対して前記照射方向と線対称な方向でかつ前
記被測定物表面から所定の距離において前記被測定物表
面からの反射光量および熱放射光量の１次元的な分布を
測定し、前記反射光量分布から前記被測定物表面の反射
率を求め、該反射率と放射率との間の関係から前記被測
定物表面の放射率を算出し、該放射率と前記熱放射光量
とから被測定物表面の温度を求めることを特徴としてい
る。

【００２３】また上記放射率と表面温度の同時測定方法
において、所定の強度を有する平行光束を被測定物表面
の法線に対して所定の角度を有する照射方向から前記被
測定物表面に対して照射するとともに、前記法線と前記
照射方向とを含む平面内で前記法線に対して前記照射方
向と線対称な方向で、かつ前記被測定物表面から所定の
距離において前記被測定物表面からの反射光量および熱
放射光量の１次元的な分布を測定して第１の光強度分布
を得、次に前記平行光束の照射を行うことなく前記被測
定物表面からの光量の１次元的な分布を測定して第２の
光強度分布を得、これら第１と第２の光強度分布の差か
ら前記反射光量分布を求め、第２の光強度分布から前記
熱放射光量を求めることを特徴としている。

【００２４】また上記放射率と表面温度の同時測定方法
において、所定の強度を有する強度変調光の平行光束を
被測定物表面の法線に対して所定の角度を有する照射方
向から前記被測定物表面に対して照射するとともに、前
記法線と前記照射方向とを含む平面内で前記法線に対し
て前記照射方向と線対称な方向で、かつ前記被測定物表
面から所定の距離において前記被測定物表面からの反射
光量および熱放射光量の１次元的な分布を測定し、該測
定から前記強度変調光成分を抽出することによって反射
光量を得、前記被測定物表面からの光量の１次元的な分
布から前記強度変調光成分を除去することで前記熱放射
光量を得ることを特徴としている。

【００２５】また本発明に係る放射率と表面温度の同時
測定装置は、所定強度の光を発生する発光源と、該発光
源からの光を平行光束に変換して被測定物表面に対する
法線から所定の角度で前記被測定物表面に照射するため
の光学系と、前記被測定物表面からの反射光と熱放射光
とを受光する１次元光検出器と、前記発光源の光を前記
１次元光検出器に導く光学系とを備えていることを特徴
としている。

【００２６】

【作用】被測定物表面に光が照射される場合、入射光、
反射光および吸収光の間には下記の数８で示されるエネ
ルギー保存則が成立する．

【００２７】

【数８】

【００２８】また、キルヒホッフの法則から、放射率を
ε、吸収率をαとすると下記の数９が成立する。

【００２９】

【数９】

【００３０】図２は入射光および反射光のそれぞれの角
度を説明するための概念図である。光が平面Ａ上の測定
点Ｏ点に対してＢＯ方向から入射してＯＣ方向へ反射す
る場合、法線ＯＮ軸および平面Ａ上のＯＸ軸を基準にす
ると、光の入射角は（θ，φ）、反射角は（θ’，
φ’）で表わされる。不透明で平面状の被測定物表面に
波長λの光が入射角（θ，φ）で入射し、反射角
（θ’，φ’）で反射する場合、被測定物が不透明の条
件からβ＝０、平面の条件から反射率ρはρ＝ρ(2π)
（半球反射率）であり、また反射率および放射率が波長
λと入射角（θ，φ）の関数であることから、数８およ
び数９より下記の数１０が得られる。

【００３１】

【数１０】

【００３２】しかしながら数９における前記半球反射率
ρ(2π) は、被測定物表面が鏡面反射性の場合は該被測
定物表面の法線に対して入射角（θ，φ）と共役な反射
角（θ’，φ’）への反射光の反射率ρとして求められ
るが、被測定物表面が拡散反射性の場合は上記のように
は求められない。本発明においては、前記半球反射率ρ
(2π) に代えて、半球反射率の近似値ρを求めることに
より被測定物表面が拡散反射性の場合にも適用可能にす
るものである。

【００３３】図３は、放射率と表面温度の同時測定方法
の原理を説明するための概念図である。図３において、
被測定物表面１２上の測定点Ｏに対して法線ＯＯ’に対
する角度αの方向ＡＯから所定の強度Ｉ₀ を有する平行
光束を照射した場合、被測定物表面から距離Ｌの位置に
ある１次元光検出器２１で検出される光量をＩ₁ 〜Ｉ_n
（ｎは１次元光検出器２１の画素数）とする。そのとき
１次元光検出器２１で検出される光量分布は図４（ａ）
に示したようになり、また平行光束を照射しないときに
検出される光量分布は図４（ｂ）に示したようになる。
なお図中Ｉ⁰ _iは被測定物表面１２からの熱放射光強度、
Ｉ_i −Ｉ⁰ _i（ただしｉ＝１〜ｎ）は平行光束が被測定物
表面１２で反射された反射光強度である。ここで被測定
物表面１２の反射率分布は、反射角度δの関数Ｒ（δ）
を用いると下記の数１１のように表わされる。

【００３４】

【数１１】

【００３５】しかしながら、実際の反射率は測定点Ｏと
それぞれの光検出器との距離が異なるので補正する必要
があり、Ｉ_i （ただしｉ＝１〜ｎ）が最大になるｍ番目
の光検出器Ｄ_m と測定点Ｏとを結ぶ直線および法線ＯＯ
^' とが作る角度σ_m 並びに距離Ｌを基準にすると、補正
反射率関数Ｒ^' は下記の数１２のように表わせる。

【００３６】

【数１２】

【００３７】しかるにまた、一般的に被測定物表面１２
が拡散性表面の場合においても、照射角θ₁ に対しては
法線に関して共役な角度θ₁ における反射率が最も大き
いのでδ_m ＝θ₁ となり、したがって図３に示すように
δ_m と各画素とのなす角度をθとすると補正反射率関数
Ｒ^' は下記の数１３のように表わされる。

【００３８】

【数１３】

【００３９】一方、被測定物表面１２に光束が法線方向
から照射される場合のθ方向の反射率分布Ｒｓは、下記
の数１４で近似できる。なお、αおよびβは被測定物表
面１２の粗さ等によって決まる定数である。

【００４０】

【数１４】

【００４１】上記のように数１３および数１４は同一の
反射率の角度分布を表わしているので未知数のαおよび
βは最小自乗法で求められ、いまα＝Ｃ₁ およびβ＝Ｃ
₂ とすると被測定物表面１２の反射率ρ（θ）は、ρ
（θ）＝Ｃ₂ ・ｅｘｐ（−Ｃ₁・θ）となり、さらに半
球反射率ρ(2π) は下記の数１５により求められる。し
たがって１次元光検出器２１で測定不可能な角度範囲
（図３におけるθより大きい角度）の反射率分布につい
ても推定が可能となる。

【００４２】

【数１５】

【００４３】以上によって被測定物表面の放射率εは、
ε＝１−ρ(2π) で求められ、さらに該放射率と前記熱
放射光量Ｉ⁰ ₁より温度が得られることとなる。

【００４４】なお、上記間欠的照射方法としては、チョ
ッパー等による発光源に対する間欠的遮蔽手段のほか、
発光源が間欠作動されるかあるいは強度変調光を用いて
も同様の作用をもたらす。

【００４５】

【実施例】以下、本発明に係る放射率と表面温度の同時
測定方法および該方法に使用する装置の実施例を図面に
基づいて説明する。

【００４６】図１は本発明に係る放射率と表面温度の同
時測定方法に用いられる装置の一実施例を模式的に示し
たブロック構成図であり、図中１１は被測定物を示して
いる。被測定物表面１２の法線に対して角度αを有する
照射光軸上には発光源１３、非球面レンズ１４、基準周
波数発振器１５が接続されたチョッパー１６および照射
光の一部を反射するように取りつけられたハーフミラー
１７が配設されており、ハーフミラー１７の反射光軸上
には光検出器１８が配設されている。また、被測定物表
面１２上方の反射光軸側には狭帯域フィルター１９、集
光レンズ２０および１次元ＣＣＤ（荷電結合素子）２１
が配設されている。さらに１次元ＣＣＤ２１は増幅器２
２、サンプリングアンドホールド回路２３を介して演算
器２４に接続されており、また基準周波数発振器１５は
サンプリングアンドホールド回路２３に接続されてい
る。なお１次元ＣＣＤ２１は、複数個の光検出器を１次
元状に並べたものでもよい。

【００４７】このように構成された装置を用いて測定す
る場合、まず発光源１３で形成された光を非球面レンズ
１４で平行光束に変換し、基準周波数発振器１５で駆動
されるチョッパー１６を介して被測定物表面１２に照射
する。被測定物表面１２において反射または放射された
光は狭帯域フィルター１９を透過し、集光レンズ２０で
集光され、１次元ＣＣＤ２１で電気信号に変換され、増
幅器２２で増幅される。さらにサンプリングアンドホー
ルド回路２３に入力された電気信号は、基準周波数発振
器１５からの基準周波数によって、間欠的に照射される
ときは反射光信号と熱放射光信号との和信号２５、間欠
的に照射されないときは熱放射光信号２６に変換されて
演算器２４に入力される。また、光検出器１８で検出さ
れた照射光信号２７も演算器２４に入力される。演算器
２４により反射光信号と熱放射光信号との和信号２５と
熱放射光信号２６との差から反射光強度を求め、反射光
強度と照射光信号２７から反射率を求め、被測定物表面
１２の放射率と温度を得る。

【００４８】以下に本装置を用いて、照射光と法線との
なす角度αを１°以下、狭帯域フィルター１９の中心波
長を１．４μｍ、被測定物表面１２と１次元ＣＣＤ２１
との距離を３０ｍｍとした場合、鏡面反射性に近い鋼板
（１）および拡散反射性の鋼板（２）についてそれぞれ
反射率分布を実測あるいは反射率関数（数１３）で近似
した結果を図５に示す。また、本装置が測定可能な反射
光の角度０〜１６°で実測した反射率データを用いて、
最小自乗法により数１４における定数αおよびβを求
め、次いで数１５によりさらに広角度まで求めた半球反
射率ρ(2π) は鋼板（１）が０．７、鋼板（２）が０．
６であった。

【００４９】図５より明らかなように、鋼板（１）の反
射率は狭角度では高いが広角度では低下し、鋼板（２）
の反射率は狭角度では低いが広角度においても反射が持
続する。したがって従来の方法では、鋼板（１）の反射
率は高く、鋼板（２）の反射率は低く捉えられるおそれ
があった。しかしながら本測定法では、広範囲な反射率
分布の推定が可能なために鋼板（１）（２）ともに略等
しい反射率が得られており、本実施例に係る方法よって
拡散反射性の被測定物に対する放射率がきわめて簡単に
精度よく求められることが分かる。

【００５０】さらに、上記と同一条件において鋼板
（１）を使用して高温にて酸化し、酸化膜の生成等によ
る放射率の変化およびこれに伴う温度変化を鋼板（１）
の表面に溶着させた熱電対による測定値とともに図６に
示す。従来の放射率を一定とした方法では測温精度は±
２０℃であったが、図６で明らかなように本実施例に係
る方法では測温精度は±５℃以内であり、酸化膜の生成
すなわち拡散反射性の変化により放射率が変化しても精
度よく測定できることが分かる。

【００５１】次に、本発明に係る放射率と温度の同時測
定方法及び該方法に使用する装置の別の実施例を図面に
基づいて説明する。図１１は本発明に係る放射率と温度
の同時測定方法に用いられる装置の一実施例を模式的に
示したブロック構成図であり、図中１１は被測定物を示
している。被測定物表面１２上の法線に対する角度αの
照射光軸上には基準周波数発生器１５及び光源電源２８
により強度変調された光源１３、非球面レンズ１４及び
照射光の一部を反射するように取りつけられたハーフミ
ラー１７が配設されており、ハーフミラー１７の反射光
軸上には光検出器１８が配設されている。また被測定物
表面１２上方の反射光軸上には、狭帯域フィルタ１９、
集光レンズ２０及び１次元ＣＣＤ２１が配設されてい
る。さらに１次元ＣＣＤ２１はローパスフィルタ３０、
増幅器３１を介して演算器２４に接続されている。また
１次元ＣＣＤ２１はロックインアンプ２９にも接続さ
れ、ロックインアンプ２９は基準周波数発生器１５及び
演算器２４に接続されている。また光検出器１８はロッ
クインアンプ３６に接続され、ロックインアンプ３６は
基準周波数発生器１５及び演算器２４に接続されてい
る。

【００５２】このよう構成された装置を用いて測定する
場合、まず強度変調された光源１３の光を非球面レンズ
１４で平行光束に変換し、被測定物表面１２に照射す
る。被測定物表面１２において反射または放射された光
は狭帯域フィルタ１９を透過し、集光レンズ２０で集光
され、１次元ＣＣＤ２１で受光電気信号３３に変換され
る。受光電気信号３３は、ロックインアンプ２９により
変調周波数信号３４及び同周波数信号成分すなわち反射
光信号３２に変換される。また受光電気信号３３は、ロ
ーパスフィルタ３０、増幅器３１により直流成分すなわ
ち熱放射と反射光成分実効値の和信号３７に変換増幅さ
れる。また光検出器１８で検出された基準光信号３５
は、ロックインアンプ３６により変調周波数信号３４と
同周波数信号成分すなわち照射光信号２７に変換され
る。演算器２４においては、反射光信号３２、熱放射と
反射光成分実効値の和信号３７及び照射光信号２７が入
力され、反射光信号３２と照射光信号２７から反射率を
求め、反射光信号３２と熱放射と反射光成分実効値の和
信号３７の関係から熱放射強度を求め、被測定物表面１
２の放射率と温度を得る。

【００５３】以下に本装置を用いて、照射光と法線との
なす角度αを１°以下、狭帯域フィルター１９の中心波
長を１．４μｍ、被測定物表面１２と１次元ＣＣＤ２１
との距離を３０ｍｍとし、上記実施例に用いた鋼板
（１）、（２）を被測定物として測定を行った。反射率
分布を実測あるいは反射率関数（数１３）で近似した結
果ならびに角度０〜１６°で実測した反射率データを用
いて最小自乗法により数１４における定数αおよびβを
求め、次いで数１５によりさらに広角度まで推定した半
球反射率ρ(2π) は、それぞれ上記実施例と略同一であ
った。本実施例に係る方法によって拡散反射性の被測定
物に対する放射率が極めて簡単に精度よく求められるこ
とが分かる。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る放射率
と表面温度の同時測定方法にあっては、反射光量あるい
は放射光量の１次元的分布の測定に基づき行われるの
で、反射率もしくは放射率ならびに表面温度が同時に簡
単に求められる。また限定された角度範囲の１次元的分
布データから計算によりさらに広範囲の反射率分布が推
定されるので、鏡面反射性の被測定物はもとより従来の
方法では不正確な値しか求めることができなかった拡散
反射性の大きい被測定物に対する放射率および表面温度
をより正確に求めることができる。

【００５５】また本発明に係る放射率と表面温度の同時
測定装置にあっては、演算器等の自動計算システムも組
み込まれているので、高速で移動する被測定物および放
射率が刻々と変動する被測定物の放射率と表面温度の同
時自動測定を達成することができる。また本発明に係る
放射率と表面温度の同時測定装置にあっては、平行光束
を形成する非球面レンズの小径化が可能であり、照射光
装置の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る装置の実施例を示す模式的ブロッ
ク構成図である。

【図２】入射光と反射光との角度の関係を示す斜視図で
ある。

【図３】本発明に係る反射角度と反射光量との関係を示
す合成グラフである。

【図４】（ａ）（ｂ）は本発明に係る光検出器の部位別
光量を示すグラフである。

【図５】実施例に係る反射角度別反射率の推定値および
実測結果を示すグラフである。

【図６】実施例に係る温度測定結果と熱伝対による温度
測定結果との比較および放射率を示すグラフである。

【図７】本発明に係る装置の別の実施例を示す模式的ブ
ロック構成図である。

【図８】従来例１を示す模式的断面図である。

【図９】従来例２を示す模式的断面図である。

【図１０】（ａ）（ｂ）は従来例３を示す模式的断面図
および平面図である。

【図１１】従来例４を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１１被測定物１２被測定物表面１３発光源１４非球面レンズ１５基準周波数発振器１６チョッパー１７ハーフミラー１８光検出器１９狭帯域フィルター２０集光レンズ２１１次元ＣＣＤ２２増幅器２３サンプリングアンドホールド回路２４演算器２５、２６、２７信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の強度を有する平行光束を被測定物
の表面に対して所定角度傾けた照射方向から照射すると
ともに、前記被測定物表面に対する法線と前記照射方向
とを含む平面内で前記法線に対して前記照射方向と線対
称な方向でかつ前記被測定物表面から所定の距離におい
て前記被測定物表面からの反射光量および熱放射光量の
１次元的な分布を測定し、前記反射光量分布から前記被
測定物表面の反射率を求め、該反射率と放射率との間の
関係から前記被測定物表面の放射率を算出し、該放射率
と前記熱放射光量とから被測定物表面の温度を求めるこ
とを特徴とする放射率と表面温度の同時測定方法。
【請求項２】所定の強度を有する平行光束を被測定物
表面の法線に対して所定の角度を有する照射方向から前
記被測定物表面に対して照射するとともに、前記法線と
前記照射方向とを含む平面内で前記法線に対して前記照
射方向と線対称な方向で、かつ前記被測定物表面から所
定の距離において前記被測定物表面からの反射光量およ
び熱放射光量の１次元的な分布を測定して第１の光強度
分布を得、次に前記平行光束の照射を行うことなく前記
被測定物表面からの光量の１次元的な分布を測定して第
２の光強度分布を得、これら第１と第２の光強度分布の
差から前記反射光量分布を求め、第２の光強度分布から
前記熱放射光量を求める請求項１記載の放射率と表面温
度の同時測定方法。
【請求項３】所定の強度を有する強度変調光の平行光
束を被測定物表面の法線に対して所定の角度を有する照
射方向から前記被測定物表面に対して照射するととも
に、前記法線と前記照射方向とを含む平面内で前記法線
に対して前記照射方向と線対称な方向で、かつ前記被測
定物表面から所定の距離において前記被測定物表面から
の反射光量および熱放射光量の１次元的な分布を測定
し、該測定から前記強度変調光成分を抽出することによ
って反射光量を得、前記被測定物表面からの光量の１次
元的な分布から前記強度変調光成分を除去することで前
記熱放射光量を得る請求項１記載の放射率と表面温度の
同時測定方法。
【請求項４】所定強度の光を発生する発光源と、該発
光源からの光を平行光束に変換して被測定物表面に対す
る法線から所定の角度で前記被測定物表面に照射するた
めの光学系と、前記被測定物表面からの反射光と熱放射
光とを受光する１次元光検出器と、前記発光源の光を前
記１次元光検出器に導く光学系とを備えていることを特
徴とする放射率と表面温度の同時測定装置。