JPH10104084A - 多色温度計 - Google Patents
多色温度計Info
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- JPH10104084A JPH10104084A JP25646296A JP25646296A JPH10104084A JP H10104084 A JPH10104084 A JP H10104084A JP 25646296 A JP25646296 A JP 25646296A JP 25646296 A JP25646296 A JP 25646296A JP H10104084 A JPH10104084 A JP H10104084A
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- optical fiber
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Abstract
(57)【要約】
【課題】受光装置内部に測定対象移動機能を持たせ、受
光装置全体を移動することなく、温度計測対象箇所を変
更可能とする多色温度計を提供すること。 【解決手段】温度測定対象１０からの放射光９を検出す
るために集光レンズ１１を備えた受光手段（１）と、こ
の受光手段（１）に備えられた前記集光レンズ１１の焦
点面における集光像の微小面積の光を抽出するため、そ
の先端の断面が前記焦点面に位置するよう設けられた光
ファイバ２と、この光ファイバ２先端の断面を前記焦点
面の光像範囲内の任意の位置に移動する移動手段（１
２）と、を具備。
光装置全体を移動することなく、温度計測対象箇所を変
更可能とする多色温度計を提供すること。 【解決手段】温度測定対象１０からの放射光９を検出す
るために集光レンズ１１を備えた受光手段（１）と、こ
の受光手段（１）に備えられた前記集光レンズ１１の焦
点面における集光像の微小面積の光を抽出するため、そ
の先端の断面が前記焦点面に位置するよう設けられた光
ファイバ２と、この光ファイバ２先端の断面を前記焦点
面の光像範囲内の任意の位置に移動する移動手段（１
２）と、を具備。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属等高温物
体の表面温度をその物体の分光放射輝度を基に計測する
多色温度計に関する。
体の表面温度をその物体の分光放射輝度を基に計測する
多色温度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は、従来のこの種の色温度計である
二色温度計の構成を示す図である。図６に示すようにこ
の種の色温度計は、一般に受光装置１内に、集光装置１
１から光検出器５に至る構成要素が組み込まれている。
すなわち、受光装置１の中には、ハーフミラー１５１、
レンズ１４、ビームスプリッタ１５２、反射鏡１６１、
λ1 透過フィルタ１９１、λ2 透過フィルタ１９２、反
射鏡１６２、分光部１１、回転セクター１２等が備えら
れている。また受光装置１には、光強度加減用フィルタ
１３、ファインダ１５等が取り付けられている。
二色温度計の構成を示す図である。図６に示すようにこ
の種の色温度計は、一般に受光装置１内に、集光装置１
１から光検出器５に至る構成要素が組み込まれている。
すなわち、受光装置１の中には、ハーフミラー１５１、
レンズ１４、ビームスプリッタ１５２、反射鏡１６１、
λ1 透過フィルタ１９１、λ2 透過フィルタ１９２、反
射鏡１６２、分光部１１、回転セクター１２等が備えら
れている。また受光装置１には、光強度加減用フィルタ
１３、ファインダ１５等が取り付けられている。
【０００３】測定対象からの放射光９は集光装置１１で
集光される。測定対象のどの部分の光を受光しているか
の確認と焦点合わせは、ハーフミラー１５１の透過光を
ファインダ１５へ導き、目視にて行なう。ハーフミラー
１５１の反射光、すなわち測定光は、反射鏡１６１とビ
ームスプリッタ１５２で各々２光線に分けられる。分け
られた各光線は、それぞれλ１透過フィルタ１９１およ
びλ２透過フィルタ１９２で波長λ１と波長λ２の光線
に分光される。
集光される。測定対象のどの部分の光を受光しているか
の確認と焦点合わせは、ハーフミラー１５１の透過光を
ファインダ１５へ導き、目視にて行なう。ハーフミラー
１５１の反射光、すなわち測定光は、反射鏡１６１とビ
ームスプリッタ１５２で各々２光線に分けられる。分け
られた各光線は、それぞれλ１透過フィルタ１９１およ
びλ２透過フィルタ１９２で波長λ１と波長λ２の光線
に分光される。
【０００４】図７の（ａ）は、上記した回転セクタ１２
の構成と回転セクタ１２から光検出器５へ出力される信
号を示す図であり、図７の（ｂ）は、従来の二色温度計
の制御ブロック図である。図７の（ａ）において、λ１
透過フィルタ１９１およびλ２透過フィルタ１９２で分
光された各光は、回転セクタ１２に入射する。回転セク
タ１２には、光を透過する光透過セクタ１２１と光を反
射する光反射セクタ１２２が放射状に交互に配されてい
る。このため、回転セクタ１２が回転することで、透過
と反射が繰り返される。そして、両波長の光が同じ光軸
に戻され、かつ波長λ１と波長λ２の光が交互に光検出
器５に入射される。
の構成と回転セクタ１２から光検出器５へ出力される信
号を示す図であり、図７の（ｂ）は、従来の二色温度計
の制御ブロック図である。図７の（ａ）において、λ１
透過フィルタ１９１およびλ２透過フィルタ１９２で分
光された各光は、回転セクタ１２に入射する。回転セク
タ１２には、光を透過する光透過セクタ１２１と光を反
射する光反射セクタ１２２が放射状に交互に配されてい
る。このため、回転セクタ１２が回転することで、透過
と反射が繰り返される。そして、両波長の光が同じ光軸
に戻され、かつ波長λ１と波長λ２の光が交互に光検出
器５に入射される。
【０００５】光検出器５としてはＣＣＤ素子等を用い、
波長λ１および波長λ２の光強度を検出し、処理・演算
装置７で予め測定の上決定している両波長の感度による
補正を行ない、波長λ１のエネルギと波長λ２のエネル
ギとの比を求める。この比を黒体輻射に対するプランク
の法則に当てはめることにより温度を導出し、出力表示
記録装置８にて表示する。
波長λ１および波長λ２の光強度を検出し、処理・演算
装置７で予め測定の上決定している両波長の感度による
補正を行ない、波長λ１のエネルギと波長λ２のエネル
ギとの比を求める。この比を黒体輻射に対するプランク
の法則に当てはめることにより温度を導出し、出力表示
記録装置８にて表示する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来、色温度計として
用いられている二色温度計は、測定対象からの放射光の
特定の二波長の強度を測定し、これらの強度比から黒色
輻射の式を用いて温度を算出している。しかしながら、
従来の二色温度計には以下のような問題点があった。 (1) 受光装置に集光レンズ、光学系、光検出器などを組
み込んでいるため温度計が大型になり、運搬、設置およ
び測定視野変更等の取り扱いが容易でない。また、測定
対象の微小範囲内における異なる箇所の温度を計測する
ためにも温度計全体を動かす必要があるため、精密に位
置調整可能なステージを外部に用意する必要がある。 (2) 温度を二色（二波長）のみの光エネルギから算出し
ているため、僅かなエネルギの検出誤差により温度算出
精度が低下する懸念がある。また、二色の波長が固定さ
れているため、測定温度範囲が狭い。 (3) 二色（二波長）の光エネルギを時間応答性の遅いＣ
ＣＤで検出する温度計や、二波長の光を一つの検出器で
時間的に交互に検出する温度計が多く、このため１秒未
満の時間応答性に欠ける。
用いられている二色温度計は、測定対象からの放射光の
特定の二波長の強度を測定し、これらの強度比から黒色
輻射の式を用いて温度を算出している。しかしながら、
従来の二色温度計には以下のような問題点があった。 (1) 受光装置に集光レンズ、光学系、光検出器などを組
み込んでいるため温度計が大型になり、運搬、設置およ
び測定視野変更等の取り扱いが容易でない。また、測定
対象の微小範囲内における異なる箇所の温度を計測する
ためにも温度計全体を動かす必要があるため、精密に位
置調整可能なステージを外部に用意する必要がある。 (2) 温度を二色（二波長）のみの光エネルギから算出し
ているため、僅かなエネルギの検出誤差により温度算出
精度が低下する懸念がある。また、二色の波長が固定さ
れているため、測定温度範囲が狭い。 (3) 二色（二波長）の光エネルギを時間応答性の遅いＣ
ＣＤで検出する温度計や、二波長の光を一つの検出器で
時間的に交互に検出する温度計が多く、このため１秒未
満の時間応答性に欠ける。
【０００７】本発明の目的は、下記の多色温度計を提供
することにある。 (1) 受光装置内部に測定対象移動機能を持たせ、受光装
置全体を移動することなく、温度計測対象箇所を変更可
能とする多色温度計。 (2) 温度の導出を三波長以上の多色放射光強度から行な
うことで、測定精度を向上させるとともに、計測波長を
変更可能とすることで、温度計測範囲を広げる多色温度
計。 (3) 放射光強度を波長毎に高精度かつ高速時間で応答す
る検出器で計測し、温度の１秒未満の短時間変化を計測
可能とする多色温度計。
することにある。 (1) 受光装置内部に測定対象移動機能を持たせ、受光装
置全体を移動することなく、温度計測対象箇所を変更可
能とする多色温度計。 (2) 温度の導出を三波長以上の多色放射光強度から行な
うことで、測定精度を向上させるとともに、計測波長を
変更可能とすることで、温度計測範囲を広げる多色温度
計。 (3) 放射光強度を波長毎に高精度かつ高速時間で応答す
る検出器で計測し、温度の１秒未満の短時間変化を計測
可能とする多色温度計。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の多色温度計は以下の如く構成
されている。 （１）本発明の多色温度計は、温度測定対象からの放射
光を検出するために集光レンズを備えた受光手段と、こ
の受光手段に備えられた前記集光レンズの焦点面におけ
る集光像の微小面積の光を抽出するため、その先端の断
面が前記焦点面に位置するよう設けられた光ファイバ
と、この光ファイバ先端の断面を前記焦点面の光像範囲
内の任意の位置に移動する移動手段と、から構成されて
いる。 （２）本発明の多色温度計は上記（１）に記載の温度計
であり、かつ前記光ファイバにより伝送された光を分光
する分光手段と、この分光手段で分光された光をその波
長毎に抽出するために、任意間隔で設けられた少なくと
も三本の光ファイバからなる光ファイバアレイと、この
光ファイバアレイへの入射光波長を変更する変更手段
と、を備える。 （３）本発明の多色温度計は上記（２）に記載の温度計
であり、かつ前記光ファイバアレイから出力される分光
された光を波長毎に検出する光電子増倍管を備える。
達成するために、本発明の多色温度計は以下の如く構成
されている。 （１）本発明の多色温度計は、温度測定対象からの放射
光を検出するために集光レンズを備えた受光手段と、こ
の受光手段に備えられた前記集光レンズの焦点面におけ
る集光像の微小面積の光を抽出するため、その先端の断
面が前記焦点面に位置するよう設けられた光ファイバ
と、この光ファイバ先端の断面を前記焦点面の光像範囲
内の任意の位置に移動する移動手段と、から構成されて
いる。 （２）本発明の多色温度計は上記（１）に記載の温度計
であり、かつ前記光ファイバにより伝送された光を分光
する分光手段と、この分光手段で分光された光をその波
長毎に抽出するために、任意間隔で設けられた少なくと
も三本の光ファイバからなる光ファイバアレイと、この
光ファイバアレイへの入射光波長を変更する変更手段
と、を備える。 （３）本発明の多色温度計は上記（２）に記載の温度計
であり、かつ前記光ファイバアレイから出力される分光
された光を波長毎に検出する光電子増倍管を備える。
【０００９】上記手段を講じた結果、それぞれ次のよう
な作用が生じる。 （１）本発明の多色温度計によれば、温度測定対象から
の放射光を検出する集光レンズの焦点面における集光像
の微小面積の光を抽出するため、その先端の断面が前記
焦点面に位置するよう設けられた光ファイバの先端の断
面を前記焦点面の光像範囲内の任意の位置に移動するの
で、前記受光手段全体を移動することなく温度計測対象
箇所を変更でき、光像範囲内における任意の測定対象局
部の温度を測定できる。 （２）本発明の多色温度計によれば、前記光ファイバに
より伝送された光を分光手段で分光し、波長毎に抽出す
るために任意間隔で設けられた少なくとも三本の光ファ
イバからなる光ファイバアレイへの入射光波長を変更可
能とするので、測定温度域を広げることができる。例え
ば低温では長波長の光を利用し、高温では短波長の光を
利用することにより、精度の高い測定が可能な温度域を
広げることができる。 （３）本発明の多色温度計によれば、前記光ファイバア
レイから出力される分光された光を波長毎に検出する光
電子増倍管を備えたので、高感度性かつ高速時間応答性
を有することができる。
な作用が生じる。 （１）本発明の多色温度計によれば、温度測定対象から
の放射光を検出する集光レンズの焦点面における集光像
の微小面積の光を抽出するため、その先端の断面が前記
焦点面に位置するよう設けられた光ファイバの先端の断
面を前記焦点面の光像範囲内の任意の位置に移動するの
で、前記受光手段全体を移動することなく温度計測対象
箇所を変更でき、光像範囲内における任意の測定対象局
部の温度を測定できる。 （２）本発明の多色温度計によれば、前記光ファイバに
より伝送された光を分光手段で分光し、波長毎に抽出す
るために任意間隔で設けられた少なくとも三本の光ファ
イバからなる光ファイバアレイへの入射光波長を変更可
能とするので、測定温度域を広げることができる。例え
ば低温では長波長の光を利用し、高温では短波長の光を
利用することにより、精度の高い測定が可能な温度域を
広げることができる。 （３）本発明の多色温度計によれば、前記光ファイバア
レイから出力される分光された光を波長毎に検出する光
電子増倍管を備えたので、高感度性かつ高速時間応答性
を有することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係
る多色温度計の構成を示す図である。図１に示すよう
に、測定対象１０からの放射光９を受光装置１の集光レ
ンズ１１により結像させる。この結像面すなわち焦点面
に、光ファイバ２の先端部を設置させる。そして、この
結像の内の微小面積の光を光ファイバ２で取り出すこと
により、光ファイバ２のコア直径ｒで決まる測定対象１
０上の直径Ｒの径範囲放射光を受光可能になる。なお、
直径Ｒは次式（１）で表される。
る多色温度計の構成を示す図である。図１に示すよう
に、測定対象１０からの放射光９を受光装置１の集光レ
ンズ１１により結像させる。この結像面すなわち焦点面
に、光ファイバ２の先端部を設置させる。そして、この
結像の内の微小面積の光を光ファイバ２で取り出すこと
により、光ファイバ２のコア直径ｒで決まる測定対象１
０上の直径Ｒの径範囲放射光を受光可能になる。なお、
直径Ｒは次式（１）で表される。
【００１１】 Ｒ＝（ｓ−ｆ）ｒ／ｆ …（１） ｓ：測定対象１０と集光レンズ１１との間の距離 ｆ：集光レンズ１１の焦点距離 このとき、光ファイバ２で測定対象１０のどの部分から
の光を受光しているかは、放射光９の一部をハーフミラ
ー１４でファインダ１３内に導き、観測者が目視にて行
なう。なお、予め光ファイバ２の設置位置とファインダ
１３内の目標ポイントとを一致させておくことで、測定
対象１０の位置が正確に特定できる。
の光を受光しているかは、放射光９の一部をハーフミラ
ー１４でファインダ１３内に導き、観測者が目視にて行
なう。なお、予め光ファイバ２の設置位置とファインダ
１３内の目標ポイントとを一致させておくことで、測定
対象１０の位置が正確に特定できる。
【００１２】光ファイバ２の位置は、受光装置１に組み
込まれた光ファイバ把持移動機構１２にて光ファイバ２
の先端部を結像面内の任意の位置に移動することで、設
定できる。このため、最初に設定した光ファイバ２の位
置に対応する計測対象１０の箇所と異なる箇所の温度も
計測でき、温度分布が計測可能になる。このとき、光フ
ァイバ２の移動距離ｌと測定対象１０上での計測位置の
移動距離Ｌとの関係は、次式（２）で表される。
込まれた光ファイバ把持移動機構１２にて光ファイバ２
の先端部を結像面内の任意の位置に移動することで、設
定できる。このため、最初に設定した光ファイバ２の位
置に対応する計測対象１０の箇所と異なる箇所の温度も
計測でき、温度分布が計測可能になる。このとき、光フ
ァイバ２の移動距離ｌと測定対象１０上での計測位置の
移動距離Ｌとの関係は、次式（２）で表される。
【００１３】 Ｌ＝（ｓ−ｆ）ｌ／ｆ …（２） このように、光ファイバ把持移動機構１２を受光装置１
に組み込むことで、測定対象１０の異なる箇所の温度
も、受光装置１全体の移動機構を外部に設けることなく
測定できる。
に組み込むことで、測定対象１０の異なる箇所の温度
も、受光装置１全体の移動機構を外部に設けることなく
測定できる。
【００１４】図２は、分光装置３および光ファイバアレ
イ把持具４１の構成を示す断面図である。図２において
図１と同一な部分には同一符号を付してある。図２に示
すように分光装置３では、伝送された光が回折格子３１
で分光し、光ファイバアレイ把持具４１により分光波長
方向に所定間隔で複数取り付けられたλ１用光ファイバ
４２１〜λｎ用光ファイバ４２ｎに入射し、各波長毎の
光が抽出され、それぞれ図１に示すλ１用光電子増倍管
５１〜λｎ用光電子増倍管５ｎへ伝送される。
イ把持具４１の構成を示す断面図である。図２において
図１と同一な部分には同一符号を付してある。図２に示
すように分光装置３では、伝送された光が回折格子３１
で分光し、光ファイバアレイ把持具４１により分光波長
方向に所定間隔で複数取り付けられたλ１用光ファイバ
４２１〜λｎ用光ファイバ４２ｎに入射し、各波長毎の
光が抽出され、それぞれ図１に示すλ１用光電子増倍管
５１〜λｎ用光電子増倍管５ｎへ伝送される。
【００１５】図３の（ａ）は、光ファイバアレイの構造
を示す図であり、図３の（ｂ）は図３の（ａ）に示す光
ファイバアレイを構成するλ１用光ファイバ４２１〜λ
ｎ用光ファイバ４２ｎの断面図である。本実施の形態で
は、光ファイバの数を３本以上設けることで測定点数を
増やしており、従来の二色温度計に比べて計測精度の向
上が図られている。
を示す図であり、図３の（ｂ）は図３の（ａ）に示す光
ファイバアレイを構成するλ１用光ファイバ４２１〜λ
ｎ用光ファイバ４２ｎの断面図である。本実施の形態で
は、光ファイバの数を３本以上設けることで測定点数を
増やしており、従来の二色温度計に比べて計測精度の向
上が図られている。
【００１６】図４の（ａ）は、温度をパラメータとした
波長と放射光強度との関係を示す図である。測定波長域
は図４の（ａ）に示すように温度が低い領域では、赤外
光が強く、逆に可視から紫外光にかけての光は強度が低
いため、赤外領域の波長を利用することが適当であると
考えられる。しかし、温度が上昇するとこの赤外領域の
光強度の波長に対する強度変化は小さくなり、小さな計
測誤差で測定精度が大きく低下することが懸念される。
このため、高温度になるほど測定波長を短波長域に移し
た方が計測精度が高い。このような理由から、測定温度
域に応じて上記光ファイバへの入射波長域を選択できる
よう、図２に示す回折格子３１の角度を回転機構３２で
変更できるようにしている。
波長と放射光強度との関係を示す図である。測定波長域
は図４の（ａ）に示すように温度が低い領域では、赤外
光が強く、逆に可視から紫外光にかけての光は強度が低
いため、赤外領域の波長を利用することが適当であると
考えられる。しかし、温度が上昇するとこの赤外領域の
光強度の波長に対する強度変化は小さくなり、小さな計
測誤差で測定精度が大きく低下することが懸念される。
このため、高温度になるほど測定波長を短波長域に移し
た方が計測精度が高い。このような理由から、測定温度
域に応じて上記光ファイバへの入射波長域を選択できる
よう、図２に示す回折格子３１の角度を回転機構３２で
変更できるようにしている。
【００１７】上記光ファイバアレイに入射した光は、図
１に示す各λ１用光ファイバ４２１〜λｎ用光ファイバ
４２ｎから各測定波長毎に設けられた高感度かつ高速応
答のλ１用光電子増倍管５１〜λｎ用電子増倍管５１〜
λｎへ伝送し、ここで各波長光強度が電気信号量に変換
され、λ１用信号ケーブル６１〜λｎ用信号ケーブル６
ｎを介して演算処理装置７に入力される。
１に示す各λ１用光ファイバ４２１〜λｎ用光ファイバ
４２ｎから各測定波長毎に設けられた高感度かつ高速応
答のλ１用光電子増倍管５１〜λｎ用電子増倍管５１〜
λｎへ伝送し、ここで各波長光強度が電気信号量に変換
され、λ１用信号ケーブル６１〜λｎ用信号ケーブル６
ｎを介して演算処理装置７に入力される。
【００１８】演算処理装置７では、複数の光電子増倍管
５１〜５ｎから入力した光のエネルギ強度を黒色輻射の
式に当てはめ、測定対象の絶対温度を演算する。その演
算結果は、出力表示記録装置８にて表示、記録する。
５１〜５ｎから入力した光のエネルギ強度を黒色輻射の
式に当てはめ、測定対象の絶対温度を演算する。その演
算結果は、出力表示記録装置８にて表示、記録する。
【００１９】図４の（ｂ）は、ある金属表面を電子ビー
ムで加熱したときの各波長における放射光強度の時間に
対する変動を示す図である。図４の（ｂ）では、４００
〜６００（６０９）ｍｍの範囲の５波長の計測を実施し
た場合を示している。なお測定に先立ち、各光ファイバ
アレイ（λ１用光ファイバ４２１〜λｎ用光ファイバ４
２ｎ）毎の測定波長を、各ファイバの伝送光を別に設け
た分光装置に導くことで正確に校正している。また、各
波長毎の集光レンズ、光ファイバ、分光装置、検出装置
等の感度は、分光放射輝度の分かっている標準ランプ光
源を用い、校正している。図４の（ｂ）に示すように、
２０ｍｓ周期の放射光の時間変動が明瞭に観測されてい
る。光変換器に用いた光電子増倍管の仕様によれば、１
μｓ未満の時間変動も検出可能と思料される。
ムで加熱したときの各波長における放射光強度の時間に
対する変動を示す図である。図４の（ｂ）では、４００
〜６００（６０９）ｍｍの範囲の５波長の計測を実施し
た場合を示している。なお測定に先立ち、各光ファイバ
アレイ（λ１用光ファイバ４２１〜λｎ用光ファイバ４
２ｎ）毎の測定波長を、各ファイバの伝送光を別に設け
た分光装置に導くことで正確に校正している。また、各
波長毎の集光レンズ、光ファイバ、分光装置、検出装置
等の感度は、分光放射輝度の分かっている標準ランプ光
源を用い、校正している。図４の（ｂ）に示すように、
２０ｍｓ周期の放射光の時間変動が明瞭に観測されてい
る。光変換器に用いた光電子増倍管の仕様によれば、１
μｓ未満の時間変動も検出可能と思料される。
【００２０】図５の（ａ）は、波長と放射光強度の関係
を示す図である。得られたデータのある時刻における温
度Ｔは、図５の（ａ）に示すように波長と放射光強度の
関係を黒体輻射の次式（３）に基づき、演算、近似する
ことにより求めることができる。すなわち、温度Ｔが放
射光強度の波長依存性から導かれる。
を示す図である。得られたデータのある時刻における温
度Ｔは、図５の（ａ）に示すように波長と放射光強度の
関係を黒体輻射の次式（３）に基づき、演算、近似する
ことにより求めることができる。すなわち、温度Ｔが放
射光強度の波長依存性から導かれる。
【００２１】 Ｂ＝Ｃ１λ−５／｛ｅｘｐ（Ｃ２／λＴ）−１｝ …（３） Ｂ：放射エネルギ Ｗ／ｃｍ3 Ｔ：黒体の絶対温度 Ｋ λ：放射エネルギの波長 ｃｍ Ｃ１：定数 Ｃ２：定数＝１．４３８４８ ｃｍ・Ｋ ここでは、図４の（ｂ）の最高温度として２８４６Ｋ±
８０Ｋが得られる。
８０Ｋが得られる。
【００２２】図５の（ｂ）は、加熱面の温度分布測定図
である。図５の（ｂ）には、光ファイバ把持移動機構１
２により受光装置１内の光ファイバ設置位置を結像面内
で微小移動し、加熱点からの距離に対する温度分布を計
測した例を示している。光ファイバ把持移動機構１２
は、光学用の精密コンパクトな３軸移動ステージに光フ
ァイバ固定治具を取り付け、ステージの動きと連動して
光ファイバが移動できるよう構成されている。
である。図５の（ｂ）には、光ファイバ把持移動機構１
２により受光装置１内の光ファイバ設置位置を結像面内
で微小移動し、加熱点からの距離に対する温度分布を計
測した例を示している。光ファイバ把持移動機構１２
は、光学用の精密コンパクトな３軸移動ステージに光フ
ァイバ固定治具を取り付け、ステージの動きと連動して
光ファイバが移動できるよう構成されている。
【００２３】ステージにおいて、結像面に平行な２軸が
温度分布計測用の移動機構であり、垂直な一軸が結像面
に光ファイバを設置するための調整用の移動機構であ
る。今回の計測では、測定対象と集光レンズとのなす距
離ｓは２ｍ、集光レンズ１１の焦点距離ｆは２００ｍｍ
であり、上式（２）から、光ファイバの移動距離ｌが１
ｍｍの場合、測定対象面上で９ｍｍ移動した点の温度計
測が可能であることが導かれる。
温度分布計測用の移動機構であり、垂直な一軸が結像面
に光ファイバを設置するための調整用の移動機構であ
る。今回の計測では、測定対象と集光レンズとのなす距
離ｓは２ｍ、集光レンズ１１の焦点距離ｆは２００ｍｍ
であり、上式（２）から、光ファイバの移動距離ｌが１
ｍｍの場合、測定対象面上で９ｍｍ移動した点の温度計
測が可能であることが導かれる。
【００２４】なお、本発明は上記実施の形態のみに限定
されず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施でき
る。 （実施の形態のまとめ）実施の形態に示された構成およ
び作用効果をまとめると次の通りである。 ［１］実施の形態に示された多色温度計は、温度測定の
ための測定対象１０からの放射光９の受光並びに分光装
置３への伝送に光ファイバ２を用いて集光装置の小型化
を図るとともに、集光用レンズ１１の焦点面における集
光像の微小面積の光を抽出するために、この光ファイバ
２先端の断面を焦点面に位置するように取り付けてい
る。さらに、この光ファイバ２先端の断面を上記焦点面
の光像範囲内任意位置で移動可能とするよう、受光装置
１内に精密な光ファイバ把持移動機構１２を組み込むこ
とにより、検出装置全体を移動するステージを外部に準
備することなく、光像範囲内の任意測定対象局部の温度
を測定できるようにしている。 ［２］実施の形態に示された多色温度計は、受光装置１
から光ファイバ２により伝送された光を分光装置３内の
回折格子３１で分光し、この分光された光を任意間隔に
アレイ状に並べられた３本以上の複数の光ファイバ４２
１〜４２ｎからなる光ファイバアレイにより波長毎に抽
出することで、計測点数を増やし、計測精度を向上させ
ている。さらに、前記光ファイバアレイへの入射光波長
を、回折格子３１の設置角度を変えることにより変更可
能とすることで、低温では長波長の光を利用し、高温で
は短波長の光を利用することにより、精度の高い測定が
可能な温度域を広げることができる。 ［３］実施の形態に示された多色温度計は、上記光ファ
イバアレイを用いることで、分光装置３とは離れた場所
に、光信号を電気信号へ変換する光検出器を設置するこ
とが可能になる。このため、従来小型化が難しく分光装
置３に直接複数の検出器を取り付けることが難しかった
光電子増倍管５１〜５ｎを利用することが可能になり、
高感度性かつ高速時間応答性をもたせることができる。
されず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施でき
る。 （実施の形態のまとめ）実施の形態に示された構成およ
び作用効果をまとめると次の通りである。 ［１］実施の形態に示された多色温度計は、温度測定の
ための測定対象１０からの放射光９の受光並びに分光装
置３への伝送に光ファイバ２を用いて集光装置の小型化
を図るとともに、集光用レンズ１１の焦点面における集
光像の微小面積の光を抽出するために、この光ファイバ
２先端の断面を焦点面に位置するように取り付けてい
る。さらに、この光ファイバ２先端の断面を上記焦点面
の光像範囲内任意位置で移動可能とするよう、受光装置
１内に精密な光ファイバ把持移動機構１２を組み込むこ
とにより、検出装置全体を移動するステージを外部に準
備することなく、光像範囲内の任意測定対象局部の温度
を測定できるようにしている。 ［２］実施の形態に示された多色温度計は、受光装置１
から光ファイバ２により伝送された光を分光装置３内の
回折格子３１で分光し、この分光された光を任意間隔に
アレイ状に並べられた３本以上の複数の光ファイバ４２
１〜４２ｎからなる光ファイバアレイにより波長毎に抽
出することで、計測点数を増やし、計測精度を向上させ
ている。さらに、前記光ファイバアレイへの入射光波長
を、回折格子３１の設置角度を変えることにより変更可
能とすることで、低温では長波長の光を利用し、高温で
は短波長の光を利用することにより、精度の高い測定が
可能な温度域を広げることができる。 ［３］実施の形態に示された多色温度計は、上記光ファ
イバアレイを用いることで、分光装置３とは離れた場所
に、光信号を電気信号へ変換する光検出器を設置するこ
とが可能になる。このため、従来小型化が難しく分光装
置３に直接複数の検出器を取り付けることが難しかった
光電子増倍管５１〜５ｎを利用することが可能になり、
高感度性かつ高速時間応答性をもたせることができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、下記の多色温度計を提
供できる。 (1) 受光装置内部に測定対象移動機能を持たせ、受光装
置全体を移動することなく、温度計測対象箇所を変更可
能とする多色温度計。 (2) 温度の導出を三波長以上の多色放射光強度から行な
うことで、測定精度を向上させるとともに、計測波長を
変更可能とすることで、温度計測範囲を広げる多色温度
計。 (3) 放射光強度を波長毎に高精度かつ高速時間で応答す
る検出器で計測し、温度の１秒未満の短時間変化を計測
可能とする多色温度計。
供できる。 (1) 受光装置内部に測定対象移動機能を持たせ、受光装
置全体を移動することなく、温度計測対象箇所を変更可
能とする多色温度計。 (2) 温度の導出を三波長以上の多色放射光強度から行な
うことで、測定精度を向上させるとともに、計測波長を
変更可能とすることで、温度計測範囲を広げる多色温度
計。 (3) 放射光強度を波長毎に高精度かつ高速時間で応答す
る検出器で計測し、温度の１秒未満の短時間変化を計測
可能とする多色温度計。
【００２６】すなわち本発明の多色温度計によれば、溶
融金属表面の高温で時間変動の大きな測定対象に対して
も、高速かつ高精度の測定が可能にあり、また、受光装
置全体を移動することなく、測定対象面の温度分布を測
定することが可能になる。
融金属表面の高温で時間変動の大きな測定対象に対して
も、高速かつ高精度の測定が可能にあり、また、受光装
置全体を移動することなく、測定対象面の温度分布を測
定することが可能になる。
【図１】本発明の実施の形態に係る多色温度計の構成を
示す図。
示す図。
【図２】本発明の実施の形態に係る分光装置および光フ
ァイバアレイ把持具の構成を示す断面図。
ァイバアレイ把持具の構成を示す断面図。
【図３】本発明の実施の形態に係る図であり、（ａ）は
光ファイバアレイの構造を示す図、（ｂ）は光ファイバ
の断面図。
光ファイバアレイの構造を示す図、（ｂ）は光ファイバ
の断面図。
【図４】本発明の実施の形態に係る図であり、（ａ）は
温度をパラメータとした波長と放射光強度との関係を示
す図、（ｂ）はある金属表面を電子ビームで加熱したと
きの各波長における放射光強度の時間に対する変動を示
す図。
温度をパラメータとした波長と放射光強度との関係を示
す図、（ｂ）はある金属表面を電子ビームで加熱したと
きの各波長における放射光強度の時間に対する変動を示
す図。
【図５】本発明の実施の形態に係る図であり、（ａ）は
波長と放射光強度の関係を示す図、（ｂ）は加熱面の温
度分布測定図。
波長と放射光強度の関係を示す図、（ｂ）は加熱面の温
度分布測定図。
【図６】従来例に係る二色温度計の構成を示す図。
【図７】従来例に係る図であり、（ａ）は回転セクタの
構成と回転セクタから光検出器へ出力される信号を示す
図、（ｂ）は二色温度計の制御ブロック図。
構成と回転セクタから光検出器へ出力される信号を示す
図、（ｂ）は二色温度計の制御ブロック図。
１…受光装置 １１…集光レンズ １２…光ファイバ把持移動機構 １３…ファインダ １４…ハーフミラー ２…光ファイバ ３…分光装置 ３１…回折格子 ３２…回転機構 ３３…回転角検出器 ３４…回転各検出信号ケーブル ４１…光ファイバアレイ把持具 ４２１〜４２ｎ…λ１〜λｎ用光ファイバ ５１〜５ｎ…λ１〜λｎ用光電子増倍管 ６１〜６ｎ…λ１〜λｎ用信号ケーブル ７…処理演算装置 ８…出力表示記録装置 ９…放射光 １０…測定対象 １６１，１６２，１６３…反射鏡
Claims (3)
- 【請求項１】温度測定対象からの放射光を検出するため
に集光レンズを備えた受光手段と、 この受光手段に備えられた前記集光レンズの焦点面にお
ける集光像の微小面積の光を抽出するため、その先端の
断面が前記焦点面に位置するよう設けられた光ファイバ
と、 この光ファイバ先端の断面を前記焦点面の光像範囲内の
任意の位置に移動する移動手段と、 を具備したことを特徴とする多色温度計。 - 【請求項２】前記光ファイバにより伝送された光を分光
する分光手段と、 この分光手段で分光された光をその波長毎に抽出するた
めに、任意間隔で設けられた少なくとも三本の光ファイ
バからなる光ファイバアレイと、 この光ファイバアレイへの入射光波長を変更する変更手
段と、 を備えたことを特徴とする請求項１に記載の多色温度
計。 - 【請求項３】前記光ファイバアレイから出力される分光
された光を波長毎に検出する光電子増倍管を備えたこと
を特徴とする請求項２に記載の多色温度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25646296A JPH10104084A (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 多色温度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25646296A JPH10104084A (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 多色温度計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10104084A true JPH10104084A (ja) | 1998-04-24 |
Family
ID=17292981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25646296A Withdrawn JPH10104084A (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 多色温度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10104084A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002071465A (ja) * | 2000-05-08 | 2002-03-08 | General Electric Co <Ge> | 温度測定装置及び当該装置に使用される光学スイッチ |
| JP2002267933A (ja) * | 2001-03-13 | 2002-09-18 | Olympus Optical Co Ltd | レーザ顕微鏡 |
| WO2008142747A1 (ja) * | 2007-05-16 | 2008-11-27 | Canon Anelva Corporation | 加熱処理装置 |
| CN101866031A (zh) * | 2010-06-03 | 2010-10-20 | 北京理工大学 | 利用光纤束进行调制的光学读出方法 |
-
1996
- 1996-09-27 JP JP25646296A patent/JPH10104084A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002071465A (ja) * | 2000-05-08 | 2002-03-08 | General Electric Co <Ge> | 温度測定装置及び当該装置に使用される光学スイッチ |
| JP2002267933A (ja) * | 2001-03-13 | 2002-09-18 | Olympus Optical Co Ltd | レーザ顕微鏡 |
| WO2008142747A1 (ja) * | 2007-05-16 | 2008-11-27 | Canon Anelva Corporation | 加熱処理装置 |
| JP4436893B2 (ja) * | 2007-05-16 | 2010-03-24 | キヤノンアネルバ株式会社 | 加熱処理装置 |
| JPWO2008142747A1 (ja) * | 2007-05-16 | 2010-08-05 | キヤノンアネルバ株式会社 | 加熱処理装置 |
| US8150243B2 (en) | 2007-05-16 | 2012-04-03 | Canon Anelva Corporation | Heating process apparatus |
| CN101866031A (zh) * | 2010-06-03 | 2010-10-20 | 北京理工大学 | 利用光纤束进行调制的光学读出方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031202 |