JPH1137849A - 走査式放射計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速応答するために斜面回転鏡を高速回転し
ても斜面回転鏡の振れがなく、安定して測定することの
できる走査式放射計を提供する。 【解決手段】被測定物体からの放射光を走査する斜面回
転鏡２と、斜面回転鏡により反射された光を受光する集
光光学系３と、結像された光を検出信号に変換するため
の光センサー４と、集光光学系の集光位置にドーナツミ
ラー５を介設し、ドーナツミラーの斜面鏡面で反射する
測定視野周辺の光が接眼レンズ７の視野絞り位置に投影
される状態にファインダー部８を設置すると共に、斜面
回転鏡を駆動させるモーター10の回転軸９に回動伝達手
段を介して手動回転用シャフト11を系脱可能に装備した
放射計において、斜面回転鏡２にバランス機構14を付加
した走査式放射計。バランス機構14は円筒側面の一部を
切欠して形成した枠体15内に斜面回転鏡２を螺着し、斜
面回転鏡２の上下両端部に対向する枠体15の外周部にバ
ランス錘18を取着した構造が好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば鋼板やセメ
ントキルン等の一方向における放射輝度分布を計測する
ために用いる走査式放射計、特に高速応答するために斜
面回転鏡を高速に回転しても安定して測定することので
きる走査式放射計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、測定対象の一方向における放射輝
度分布を検知するラインスキャナーとして、被測定物体
から放射する光を走査するための斜面回転鏡を集光光学
系の前面に配置した走査式放射計が知られている。この
走査機構は、被測定物体の測定位置を斜面回転鏡により
一次元走査し、反射された光を適宜な集光光学系を通し
て光センサーにより検出するように設計されており、検
出した出力を放射エネルギーや温度に変換する走査式パ
ワーメーターあるいは走査式放射温度計として工業的に
広く利用されている。これら機器の具体的な利用分野と
しては、例えばセメント、石灰、廃棄ゴミなどを焼成ま
たは焼却するロータリーキルンの外壁温度監視、鋼板や
フィルムを対象とした幅方向の温度分布あるいは幅長の
計測などが挙げられるが、応用範囲は一層拡大の傾向に
ある。

【０００３】一般に、走査式放射計は数ｍ〜数十ｍ離れ
た位置から、その距離の１〜２倍に相当する測定対象幅
の放射輝度分布を検出する場合に用いられる。したがっ
て、走査式放射計は被測定物体が測定視野に入るよう正
しい設置角度で配置する必要があり、通常検出出力を観
察しながら人為的に設置角度の確認および調整を行う方
法が採られてきた。しかしながら、走査式放射計と被測
定物体との距離は相当に離れているために、設置角度の
変動に対する測定視野の移動量が大きく、検出出力を観
察しながら設置角度の微調整を行うことは極めて煩雑な
操作と手間を要する作業であった。そのうえ、測定対象
に対して走査軸が傾いているような場合であっても、見
掛け上は出力が観察されるため、設置のずれを見落とし
たり、測定対象の端部で視野欠けを生じて出力が低下す
る現象を放射輝度が小さいと誤って検出するといったト
ラブルを招くことがあった。放射温度計の集光光学器と
して用いた場合には、被測定物体の温度が上昇していな
いと設置の確認および調整ができないという実用上の欠
点もあった。

【０００４】そこで、本出願人は上記の欠点を解消する
ために、被測定物体からの放射光を走査する回転ミラー
と、前記回転ミラーにより反射された光を受光する集光
光学系と、結像された光を検出信号に変換するための光
センサーとからなる走査式放射機構において、前記集光
光学系の集光位置にドーナツミラーを介設して測定視野
内の光を該ドーナツミラーの中心孔から光センサーの受
光面に導入し、かつ前記ドーナツミラーの傾斜鏡面で反
射する測定視野周辺の光が接眼レンズの視野絞り位置に
投影される状態にファインダー部を設置すると共に、前
記回転ミラーを駆動させるモーターの回転軸に回動伝達
手段を介して手動回転用シャフトを係脱可能に装備して
なる機構を備える走査式放射計を開発し、特開平８−１
５９８７０号公報として提案した。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平８−１５９
８７０号公報の走査式放射計によれば、測定現場におい
て走査式放射計を設置するにあたり簡単な操作で回転ミ
ラー、すなわち斜面回転鏡を手動操作することにより目
視観察による視野確認を行うことができる。走査式放射
計は、通常、斜面回転鏡の回転数が６００ rpm以下の回
転速度で使用されているため、上記の視野確認機構によ
り容易に正確な設置角度に固定することが可能となる。

【０００６】しかしながら、近時、測定精度を上げるた
めに走査速度を増大させて高速応答する必要性が高ま
り、斜面回転鏡の回転数を上げて、例えば３０００ rpm
以上の高速回転下に計測されるようになってきた。この
ような高速回転時には、斜面回転鏡の径方向に作用する
偶力モーメントが著しく増大して、斜面回転鏡に振れが
発生することとなる。したがって、斜面回転鏡を静止状
態で予め高速回転時の振れ量を予測して設置し、計測時
に微調整しても視野ずれを防止するには充分でなく、目
視による視野確認機構が有効に機能しない問題点があっ
た。更に、このような高速回転下には斜面回転鏡を支持
する回転軸及び軸受けにも大きな負荷が掛かるため、材
質劣化が生じる難点もある。

【０００７】本発明者は、これらの問題点を解消するた
めに、高速回転時にも斜面回転鏡の振れが発生せず、安
定に計測できる走査式放射計の機構について研究を進め
た結果、高速で回転する斜面回転鏡に作用する偶力を打
ち消すためのバランス機構を付加することにより効果的
に振れ発生を防止できることを確認した。本発明はこの
知見に基づいて開発されたもので、その目的は高速応答
するために斜面回転鏡を高速で回転させた場合にも斜面
回転鏡に作用する偶力を軽減化して振れ発生を抑止し、
更に視野調整が容易で、安定して計測可能な走査式放射
計を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による走査式放射計は、被測定物体からの放
射光を走査する斜面回転鏡と、前記斜面回転鏡により反
射された光を受光する集光光学系と、結像された光を検
出信号に変換するための光センサーと、前記集光光学系
の集光位置にドーナツミラーを介設して測定視野内の光
を該ドーナツミラーの中心孔から光センサーの受光面に
導入し、かつ前記ドーナツミラーの傾斜鏡面で反射する
測定視野周辺の光が接眼レンズの視野絞り位置に投影さ
れる状態にファインダー部を設置すると共に、前記斜面
回転鏡を駆動させるモーターの回転軸に回動伝達手段を
介して手動回転用シャフトを係脱可能に装備してなる走
査式放射計において、前記斜面回転鏡にバランス機構を
付加したことを構成上の特徴とする。

【０００９】このバランス機構としては、円筒側面の一
部を切欠して形成した枠体内に斜面回転鏡を螺着し、斜
面回転鏡の上下両端部に対向する枠体外周部にバランス
錘を取着した構造が好ましい機構となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の走査式放射計は、特開平
８−１５９８７０号公報の走査式放射計を対象として、
高速回転時において斜面回転鏡に作用する偶力を打ち消
すためのバランス機構を付加した点に特徴がある。本発
明の対象となる走査式放射計によれば、集光光学系の集
光位置にドーナツミラーを介設して測定視野周辺の状況
をファインダー部で目視観察できるようにし、斜面回転
鏡の駆動モーター軸に回動伝達手段を介して手動回転用
シャフトを係脱可能に装備することにより、非測定時に
斜面回転鏡の角度を手動調整してファインダーによる測
定視野の目視確認が容易となる。したがって、走査式放
射計を測定現場に設置する場合、ファインダーを覗きな
がら手動回転用シャフトを操作して斜面回転鏡の角度を
変え、ファインダーの中心に測定視野が位置するように
調整する簡単な一連操作により、容易に正確な設置角度
を目視確認することが可能となる。

【００１１】この走査式放射計の斜面回転鏡にバランス
機構を付加する場合、走査式放射計の入射窓に入射する
光が妨げられずに斜面回転鏡に入射し、被測定物体から
の放射光量の減退を生じさせないことが重要である。そ
のためにバランス機構により放射光が遮られる面積が可
能な限り小さいことが必要となる。被測定物体からの放
射光の遮光面積を最小限に抑えて視野欠けや視野ずれを
少なくするために、バランス機構としては円筒側面の一
部を切欠して形成した枠体内に斜面回転鏡を螺着し、斜
面回転鏡の上下両端部に対向する枠体外周部にバランス
錘を取着した構造が好適であり、枠体の切欠部から放射
光が斜面回転鏡に入射する。切欠部の形状や面積を適宜
に設定することにより、斜面回転鏡を３０００rpm 程度
の高速で回転した場合にも放射光の受光ロスを２〜３％
以下に抑えることができる。

【００１２】この円筒側面の一部を切欠した枠体内に斜
面回転鏡を螺着して高速回転すると、斜面回転鏡の上下
両端部には重量のアンバランスから生じる大きな偶力モ
ーメントが作用して、振れが発生することとなる。そこ
で、この偶力モーメントを打ち消すためにバランス機構
としては斜面回転鏡の上下両端部に対向する枠体外周部
の位置にバランス錘を取着した構造とする。バランス錘
は円筒体より高密度の材質が用いられ、例えば円筒体に
は軽量なアルミニウムやアルミニウム合金等が、バラン
ス錘にはより高密度の真鍮やステンレス鋼等が好ましく
使用される。このようにして、全体的に軽量でコンパク
トなバランス機構が付加されて、高速回転する斜面回転
鏡に生じる偶力を打ち消すので斜面回転鏡に発生する振
れが巧みに抑制され、高速回転時にも安定して放射輝度
分布の計測が可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図１に示した一実施例に基づ
いて具体的に説明する。図１は本発明に係る走査式放射
計の全体機構を示した説明図で、バランス機構１４が付
加された点を除いて特開平８−１５９８７０号公報の走
査式放射計と実質的に同一である。

【００１４】図１において、１は被測定物体からの光を
入射する入射窓、２は入射光を一次元走査する斜面回転
鏡、３は反射光を受光するための主鏡および副鏡からな
る集光光学系、４は結像された光を検出信号に変換する
光センサーである。集光光学系３と光センサー４の間の
光軸上には、集光光学系３の集光位置に測定視野光を通
過する中心孔をもつ傾斜反射鏡面のドーナツミラー５が
介設されており、該ドーナツミラー５により反射する測
定視野周辺光の光軸には集光レンズ６を介して接眼レン
ズ７を内蔵したファインダー部８が設置されている。ま
た、斜面回転鏡２は回転軸９により回転駆動用のモータ
ー１０に接続しており、前記回転軸９と平行に基端部側
が装置外に突出する状態に手動回転用シャフト１１が装
着されている。

【００１５】上記の回転軸９と手動回転用シャフト１１
は、適宜な回動伝達手段を介して係脱可能に装備されて
いる。図１の例では回転軸９に固定された平面歯車１２
と手動調整用シャフト１１の先端部に固定された小歯車
１３とで回動伝達手段が構成され、手動回転用シャフト
１１の上下動により平面歯車１２と小歯車１３が係合し
たり脱離する機構に設計されている。

【００１６】斜面回転鏡２に付加するバランス機構１４
は、図２の斜視図に示すように円筒側面部の一部を切欠
した構造体からなる。図２において１５は円筒側面部の
一部を所定形状に欠切して形成した枠体であり、斜面回
転鏡２は枠体１５に４５度の傾斜角度をもって螺子部１
６により螺着固定されている。入射窓１から入射した放
射光は高速回転する枠体１５の切欠部１７を通って斜面
回転鏡２の表面で反射される。この場合、枠体１５によ
る光量ロスは切欠部を充分にとれば２〜３％程度に抑え
ることができるので、測定精度上は問題とならない。

【００１７】高速回転する斜面回転鏡２には、その上下
両端部において大きな偶力モーメントが作用するために
振動や振れが発生するが、枠体１５に螺着固定された斜
面回転鏡２の上下両端部に対向する円筒外周部の位置に
適宜な重量のバランス錘１８を付加することにより、斜
面回転鏡２に作用する偶力モーメントと互いに打ち消し
合うので、振動や振れの発生を抑止することができる。
また、作用する偶力モーメントを小さくするめに枠体１
５にはアルミニウム、アルミニウム合金等の軽量金属材
料を用いて、できるだけ均一な厚みとすることが好まし
い。

【００１８】実施例１〜４、比較例１ 直径５０mmのアルミニウム円柱（比重2.69）を４５度の
角度で斜めに切り出して、厚さ１２．２mmの斜面回転鏡
２を作製した。枠体１５は、内径５０．１mm、外径５６
mm、高さ７８．２mmのアルミニウム製の円筒を用いて、
その外周部の相対向する位置に高さ５０mm及び８mm、円
弧長さ７１mmの切欠部１７を設けて作製した。この枠体
１５に斜面回転鏡２を螺子部１６に螺着して固定した。
バランス錘１８には真鍮（比重8.30）を幅８mm、長さ８
７mmの板状体に切断して作製し、枠体１５に固定した斜
面回転鏡２の上下両端部に対向する枠体外周部に螺着し
た。このようにして図２に示したバランス機構１４を斜
面回転鏡２に付加した。なお、バランス錘１８の重量は
板状体の厚みを変えることにより調整した。

【００１９】この斜面回転鏡２にバランス機構１４を付
加した走査式放射計を３０００rpmの高速で回転した場
合の斜面回転鏡２に生じる振れ角度を測定して、バラン
ス錘１８の板状体の厚さと対比して表１に示した。ま
た、比較のためにバランス機構１４を付加しない場合に
ついても振れ角度を測定して、その結果を表１に併載し
た。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１の結果から、斜面回転鏡にバランス機
構を付加した実施例の走査式放射計は、３０００rpm と
いう高速回転時にもバランス機構を付加しない比較例に
比べて斜面回転鏡の振れ角度を著しく低減化できること
が判る。また、バランス錘の荷重を調節することにより
振れ角度を実質的に０にバランス調整できることが認め
られる。

【００２２】

【発明の結果】以上のとおり、斜面回転鏡にバランス機
構を付加した本発明の走査式放射計によれば、高速応答
するために斜面回転鏡を高速回転して放射輝度分布を計
測する場合にも、斜面回転鏡に作用する偶力モーメント
が打ち消されて斜面回転鏡の振れを低減化することがで
き、視野ずれを生じることなく安定して測定することが
可能となる。更に、斜面回転鏡の振れによる回転軸及び
軸受けに掛かる付加も軽減するので材質劣化も防止さ
れ、視野調整が容易で、安定して計測可能な走査式放射
計を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る走査式放射計の全体構成を例示し
た説明図である。

【図２】斜面回転鏡に付加するバランス機構を例示した
斜視図である。

【符号の説明】

１ 入射窓 ２ 斜面回転鏡 ３ 集光光学系 ４ 光センサー ５ ドーナツミラー ６ 集光レンズ ７ 接眼レンズ ８ ファインダー部 ９ 回転軸 10 モーター 11 手動回転用シャフト 12 平面歯車 13 小歯車 14 バランス機構 15 枠体 16 螺子部 17 切欠部 18 バランス錘

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物体からの放射光を走査する斜面
   回転鏡と、前記斜面回転鏡により反射された光を受光す
   る集光光学系と、結像された光を検出信号に変換するた
   めの光センサーと、前記集光光学系の集光位置にドーナ
   ツミラーを介設して測定視野内の光を該ドーナツミラー
   の中心孔から光センサーの受光面に導入し、かつ前記ド
   ーナツミラーの傾斜鏡面で反射する測定視野周辺の光が
   接眼レンズの視野絞り位置に投影される状態にファイン
   ダー部を設置すると共に、前記斜面回転鏡を駆動させる
   モーターの回転軸に回動伝達手段を介して手動回転用シ
   ャフトを係脱可能に装備してなる放射計において、前記
   斜面回転鏡にバランス機構を付加したことを特徴とする
   走査式放射計。
2. 【請求項２】 バランス機構が、円筒側面の一部を切欠
   して形成した枠体内に斜面回転鏡を螺着し、斜面回転鏡
   の上下両端部に対向する枠体外周部にバランス錘を取着
   した構造であることを特徴とする請求項１記載の走査式
   放射計。