JPWO2017183557A1

JPWO2017183557A1 - 温度計測システム

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Publication number: JPWO2017183557A1
Application number: JP2018513145A
Authority: JP
Inventors: 隆史森本
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Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2019-03-14
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Abstract

温度計測システムは、撮像装置と光学部材を有する。撮像装置は、被写体表面が放射又は反射する電磁波のうち、特定波長帯の電磁波に対して感度を有し、特定波長帯の電磁波からなる被写体像を輝度情報として取得する。光学部材は、特定波長帯の電磁波を透過可能であり、温度が気温と同じである。撮像装置は、光学部材を通さずに取得した被写体像の輝度情報と、光学部材を通して取得した被写体像の輝度情報と、を用いて、特定波長帯における気温相当の黒体放射輝度を算出する。

Description

本発明は温度計測システムに関するものであり、例えば、赤外線カメラで観測対象体の撮像を行うと共に観測対象体付近の気温の測定を行う温度計測システムに関するものである。

近年、各種の測定，診断，検知等には、絶対温度が零度以上の物体表面から絶対温度に応じた強度で放射される電磁波（主に赤外線領域の波長の電磁波）を検知して可視化する技術が用いられている。例えば、建物外壁表面の温度変化に伴ってその表面から放射される電磁波が変化することを利用して、その経時変化を計測することにより、外壁内面の剥離や水漏れの診断が行われている。また、工場における配管等の設備の表面から放射される電磁波の経時変化を計測することにより、設備の異常状態を検知することが行われている。例えば特許文献１や非特許文献１では、ガス状物質によって、その背景の物体表面からの放射電磁波の強度が変化することを利用して、ガス状物質の存在を検知する技術が提案されている。

国際公開第２００８／１３５６５４号

Harig, R., Matz, G., Rusch, P., Gerhard, J.-H., Schafer, K., Jahn, C., Schwengler, P., Beil, A.: "Remote Detection of Methane by Infrared Spectrometry for Airborne Pipeline Surveillance: First Results of Ground-Based Measurements", SPIE 5235, 435-446, 2004.

いずれの技術も、観測対象体の温度変化を鋭敏に測定する必要があるが、屋外で実施されることが多いため、外乱の影響を受けやすいという問題がある。特に気温は観測対象体の温度変化に大きな影響を与えるため、外乱排除のために正確な気温情報の測定が必要となる。

物体表面から放射される電磁波は、主に赤外線波長域に感度を持つ赤外線カメラによって、画像の形で取得される。ここで赤外線カメラによって得られるデータは、物体表面から放射される電磁波の強度を表した輝度データである。この輝度データを用いて行う各種の測定，診断，検知等に気温情報を加味するには、気温データに対応する電磁波強度を表す輝度データが必要になる。つまり、気温データを輝度データに変換する必要がある。一般に、気温は気温計を用いて計測され、計測された気温データを輝度データに変換するには変換式が用いられる。

しかしながら、気温計には一般的な誤差があるため、機体ごとに０．１℃〜０．５℃程度のバラツキが生じる。また、用いる赤外線カメラの特性バラツキも存在するため、気温データから輝度データへの変換式を使った変換工程にも誤差が生じる。このため、従来の技術では気温データを正確に輝度データに変換することができない。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、気温データを高精度に輝度データとして取得することの可能な温度計測システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明の温度計測システムは、被写体表面が放射又は反射する電磁波のうち、特定波長帯の電磁波に対して感度を有し、前記特定波長帯の電磁波からなる被写体像を輝度情報として取得する撮像装置と、
前記特定波長帯の電磁波を透過可能であり、温度が気温と同じである光学部材と、を有し、
前記撮像装置が、前記光学部材を通さずに取得した前記被写体像の輝度情報と、前記光学部材を通して取得した前記被写体像の輝度情報と、を用いて、前記特定波長帯における気温相当の黒体放射輝度を算出することを特徴とする。

第２の発明の温度計測システムは、上記第１の発明において、前記黒体放射輝度の算出に用いられる輝度情報が両方とも、前記被写体表面における前記特定波長帯の電磁波の輝度が同じ測定点について取得したものであることを特徴とする。

第３の発明の温度計測システムは、上記第１の発明において、前記黒体放射輝度の算出に用いられる輝度情報が両方とも、前記被写体表面における前記特定波長帯の電磁波の輝度が互いに異なる少なくとも２つの測定点について取得したものであることを特徴とする。

第４の発明の温度計測システムは、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記光学部材において前記被写体像を構成する電磁波が透過する光学面の法線が、前記撮像装置の光軸に対して非平行であることを特徴とする。

本発明によれば、気温計を介さないため、気温計の機体差やデータ変換工程の誤差に起因する気温情報の誤差が生じない。したがって、気温データを高精度に輝度データとして取得することの可能な温度計測システムを実現することができる。

温度計測システムの実施の形態を示す概略構成図。温度計測システムの実施の形態による測定手順の具体例１を示すフローチャート。温度計測システムの実施の形態による測定手順の具体例２を示すフローチャート。光学部材移動タイプの温度計測システムの実施の形態を示す概略断面図。図４の温度計測システムにおいて視野内に光学部材が挿入される前と後の被写体表面と輝度測定点を、撮像装置側から見た状態で示す平面図。光学部材固定タイプの温度計測システムの実施の形態を示す概略断面図。図６の温度計測システムにおいて視野内の一部に光学部材が配置された被写体表面と輝度測定点を、撮像装置側から見た状態で示す平面図。図４の温度計測システムにおいて視野内に光学部材が挿入される前と後の被写体表面と輝度測定点を、放射輝度の異なる２領域について、撮像装置側から見た状態で示す平面図。図６の温度計測システムにおいて視野内の一部に光学部材が配置された被写体表面と輝度測定点を、放射輝度の異なる２領域について、撮像装置側から見た状態で示す平面図。光学部材が斜めに配置された温度計測システムの実施の形態を示す断面図。光学部材の上下方向に電磁波遮断部材が配置された温度計測システムの実施の形態を示す断面図。光学部材の周囲に電磁波遮断部材が配置された温度計測システムの実施の形態を示す断面図。

以下、本発明を実施した温度計測システム等を、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。

図１に、本発明の実施の形態に係る温度計測システムＴ０の概略断面構造を模式的に示す。この温度計測システムＴ０は、図１に示すように、撮像装置ＤＵ，光学部材ＯＥ等で構成されている。撮像装置ＤＵは、絶対温度が零度以上の被写体表面（物体表面）ＨＳが放射又は反射する電磁波のうち、特定波長帯の電磁波に対して感度を有し、特定波長帯の電磁波からなる被写体像を輝度情報として取得するものである。また、撮像装置ＤＵの視野の前方に配置されている光学部材ＯＥは、温度が気温と同じであり、特定波長帯の電磁波を透過可能である（つまり、特定波長帯の電磁波に対する透過率が０％より大きく１００％より小さい光学特性を有する。）。

上記特定波長帯の電磁波として代表的なものは赤外線であり、撮像装置ＤＵの具体例としては赤外線撮像装置（つまり、赤外線波長域に感度を持つ赤外線カメラ）が挙げられる。より具体的には、波長１〜１６μｍの波長帯の少なくとも一部の波長を検知できる赤外線撮像装置が挙げられ、例えば、８〜１６μｍを検知する非冷却型遠赤外線撮像装置、３〜５μｍを検知する冷却型中赤外線撮像装置等が挙げられる。つまり、観測対象や利用目的に合わせて特定波長域を設定し、その特定波長域において検知感度がある撮像装置を選択すればよい。

光学部材ＯＥの例としては、ガラス板，プラスチック板等の電磁波吸収素材が挙げられる。光学部材ＯＥの特定波長帯の電磁波に対する透過率は、０％より大きく１００％より小さければよく、特定波長帯の電磁波に対する透過率が例えば５０％であることが好ましい。つまり、光学部材ＯＥとして、特定波長帯の電磁波に対する透過率（例えば、赤外線透過率）が５０％の半透明板を用いることが好ましい。また、光学部材ＯＥの表面での反射を少なくするために、観測波長よりも小さな凹凸を表面に設けたり無反射コートを施したりすることが好ましい。

撮像装置ＤＵは、被写体表面ＨＳの静止画撮影や動画撮影のために、被写体像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力するレンズユニットＬＵを備えている。レンズユニットＬＵは、物体（すなわち被写体）側から順に、物体の光学像（すなわち被写体像）を形成する撮像レンズＬＮ（ＡＸ：光軸）と、その撮像レンズＬＮにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像センサーＳＲと、を備えている。

撮像装置ＤＵは、レンズユニットＬＵの他に、信号処理部１，演算制御部２，メモリー３，操作部４，表示部５等を備えている。撮像センサーＳＲで生成した信号は、信号処理部１で所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が必要に応じて施され、デジタル映像信号としてメモリー３（半導体メモリー，光ディスク等）に記録されたり、ケーブルを介したり赤外線信号等に変換されたりして、通信機能により他の機器に伝送される。演算制御部２はマイクロコンピューターからなっており、輝度情報処理機能，撮影機能，画像再生機能等の機能の制御；撮像レンズＬＮや光学部材ＯＥの移動機構の制御等を集中的に行う。表示部５は液晶モニター等のディスプレイを含む部分であり、撮像センサーＳＲによって変換された画像信号や記録画像情報を用いて画像表示を行う。操作部４は、操作ボタン等の操作部材を含む部分であり、操作者が操作入力した情報を演算制御部２に伝達する。

被写体表面ＨＳから絶対温度に応じた強度で放射される赤外線等の電磁波を検知して可視化する場合、被写体表面ＨＳの温度変化に気温が大きな影響を与えるため、正確な気温情報の測定が必要になる。そこで、温度計測システムＴ０では、撮像装置ＤＵが、光学部材ＯＥを通さずに取得した被写体像の輝度情報と、光学部材ＯＥを通して取得した被写体像の輝度情報と、を用いて、特定波長帯における気温相当の黒体放射輝度を算出する構成になっている。

図２，図３に、温度計測システムＴ０による測定手順の具体例１，２をそれぞれ示す。光学部材ＯＥの温度は気温の測定に大きく影響するため、最初に光学部材ＯＥの温度が気温と同じになるようにする。具体例１（図２）では、測定開始後、所定の時間が経過するまで待機することにより、光学部材ＯＥの温度が気温と同じになるようにする（＃１０）。この所定の時間は、光学部材ＯＥの熱容量，光学部材ＯＥの表面積等を考慮し、予め計算シミュレーション又は実験により求めておいたものである。具体例２（図３）では、測定開始後、光学部材ＯＥの温度の経時変化が許容範囲内（温度変化ゼロ近傍）に収まるまで待機することにより、光学部材ＯＥの温度が気温と同じになるようにする（＃０５，＃１５）。光学部材ＯＥの温度測定（＃０５）は、例えば、熱電対等の温度計測機を用いて行う。

測定手順の具体例１，２において、光学部材ＯＥが気温と同じ温度になるようになじんだら（＃１０；＃０５，＃１５）、光学部材ＯＥを通さずに被写体像の輝度情報を取得し（＃２０の工程１）、光学部材ＯＥを通して被写体像の輝度情報を取得し（＃３０の工程２）、工程１，２で取得した輝度情報を用いて、特定波長帯における気温相当の黒体放射輝度を算出し（＃４０）、測定を終了する。なお、工程１，工程２は順序が逆になっても構わない。

工程１（＃２０）で光学部材ＯＥを通さずに被写体像の輝度情報を取得し、工程２（＃３０）で光学部材ＯＥを通して被写体像の輝度情報を取得するために、背景となる被写体表面ＨＳからの電磁波が光学部材ＯＥを通らない光路と通る光路を構成する必要がある。そのための実施の形態の構成を、２つのタイプの温度計測システムＴ１，Ｔ２を挙げて説明する。

図４に、光学部材移動タイプの温度計測システムＴ１を示す。この温度計測システムＴ１は、被写体表面ＨＳを構成する背景部材ＨＥを備えている。図５に、背景部材ＨＥで構成された被写体表面ＨＳとその上の輝度測定点Ｐ１，Ｐ２を、撮像装置ＤＵ側から見た状態で示す。図４（Ａ），図５（Ａ）は工程１で輝度情報を取得するときの状態を示しており、図４（Ｂ），図５（Ｂ）は工程２で輝度情報を取得するときの状態を示している。

この温度計測システムＴ１は、撮像装置ＤＵの視野外への光学部材ＯＥの退避と（図４（Ａ））、撮像装置ＤＵの視野内への光学部材ＯＥの挿入と（図４（Ｂ））、の切り替えを行うための挿抜機構１０を備えている。図４（Ａ）に示すように撮像装置ＤＵの視野外へ光学部材ＯＥを退避させると、光学部材ＯＥは撮像装置ＤＵの視野から完全に外れるため、光学部材ＯＥを通さずに被写体像の輝度情報を取得することができる。図４（Ｂ）に示すように撮像装置ＤＵの視野内に光学部材ＯＥを挿入すると、光学部材ＯＥは撮像装置ＤＵの視野を完全に覆うため、光学部材ＯＥを通して被写体像の輝度情報を取得することができる。

挿抜機構１０の例としては、光学部材ＯＥを直線状に移動させるものが挙げられる。また、回動部材に光学部材ＯＥを配置し、回動部材を回転させることにより、光学部材ＯＥを撮像装置ＤＵの視野に入れたり視野から外したりするものが挙げられる。

図６に、光学部材固定タイプの温度計測システムＴ２を示す。この温度計測システムＴ２は、被写体表面ＨＳを構成する背景部材ＨＥを備えている。図７に、背景部材ＨＥで構成された被写体表面ＨＳとその上の輝度測定点Ｐ１，Ｐ２を、撮像装置ＤＵ側から見た状態で示す。この温度計測システムＴ２では、光学部材ＯＥが撮像装置ＤＵの視野の一部を覆うように配置されており、その視野内において、工程１での輝度情報の取得は光学部材ＯＥが無い領域の輝度測定点Ｐ１で行われ、工程２での輝度情報の取得は光学部材ＯＥがある領域の輝度測定点Ｐ２で行われる。

次に、工程１，２で取得した輝度情報を用いて、特定波長帯における気温相当の黒体放射輝度を算出する方法（＃４０）を説明する。撮像装置ＤＵで撮像する被写体表面ＨＳは、温度計測の対象となる空気の背景となる。そして、それを構成する背景部材ＨＥとして、表面放射率が約１００％（１００％未満）であって温度制御された電磁波放射部材を用いるものとする。背景部材ＨＥを構成する素材の性質を利用したり、凹凸表面の形成，塗料の吹き付け（例えば、黒体スプレー）等の表面処理を背景部材ＨＥに施すことにより、表面放射率を約１００％に調整することが可能である。なお、周囲から入射する電磁波の反射量が増えると表面放射率は１００％より小さくなるが、表面放射率１００％では周囲から電磁波が入射しても反射しない状態になる。

背景部材ＨＥを撮像装置ＤＵの前方に配置し、背景部材ＨＥと撮像装置ＤＵとの間に光学部材ＯＥを配置するか、あるいは配置可能とする。特定波長域における光学部材ＯＥ（ガラス板等）の透過率は既知とし、前述した測定手順の具体例１又は具体例２（図２又は図３）に従って輝度測定点Ｐ１，Ｐ２での測定を行う。その際、工程１及び工程２（＃２０，＃３０）は、温度計測システムＴ１又は温度計測システムＴ２（図４又は図６）を用いて行う。そして、気温相当の黒体放射輝度の算出（＃４０）は、以下のようにして行う。

温度計測システムＴ１（図４）で工程１，２を実施する場合、工程１，２で得られた輝度値をそれぞれＩ₁，Ｉ₂とする。被写体表面ＨＳにおける特定波長帯の電磁波の輝度が同じであれば、輝度測定点は撮像装置ＤＵの視野内の任意の点でよい。つまり、黒体放射輝度の算出に用いられる輝度情報が両方とも、被写体表面ＨＳにおける特定波長帯の電磁波の輝度が同じ測定点について取得したものであればよい。ただし、ここでは図５に示すように、同じ位置（図４の光軸ＡＸ上）の測定点Ｐ１，Ｐ２を想定している。

温度計測システムＴ２（図６）で工程１，２を実施する場合、図７に示すように、撮像装置ＤＵの視野内における光学部材ＯＥの外周近傍において、光学部材ＯＥが被写体表面ＨＳに重なっていない測定点Ｐ１と光学部材ＯＥが被写体表面ＨＳに重なっている測定点Ｐ２とを選び、測定点Ｐ１における工程１で得られた輝度値をＩ₁、測定点Ｐ２における工程２で得られた輝度値をＩ₂とする。なお、この場合も、黒体放射輝度の算出に用いられる輝度情報が両方とも、被写体表面ＨＳにおける特定波長帯の電磁波の輝度が同じ測定点について取得したものであればよい。したがって、測定点Ｐ１と測定点Ｐ２とが近くに位置するように設定するのが好ましい。

光学部材ＯＥの透過率をＴとし、気温相当の黒体放射輝度をＩ_airとすると、
（Ｉ₁−Ｉ_air）・Ｔ＝Ｉ₂−Ｉ_air
が成り立つ。
Ｉ_air−Ｉ_air・Ｔ＝Ｉ₂−Ｉ₁・Ｔ
Ｉ_air（１−Ｔ）＝Ｉ₂−Ｉ₁・Ｔ
となるので、以下の式（Ｆ１）が得られる。
Ｉ_air＝（Ｉ₂−Ｉ₁・Ｔ）／（１−Ｔ） …（Ｆ１）
上記式（Ｆ１）に従って、気温相当の黒体放射輝度Ｉ_airを算出する。

被写体表面ＨＳを構成する背景部材ＨＥは温度制御がなされているため、放射輝度は安定している。つまり、背景放射輝度の経時変化を少なくすることが可能である。したがって、上記方法を採用すれば、気温相当放射輝度Ｉ_airを高い測定精度で得ることができる。

また、撮像装置ＤＵによって撮像する被写体表面ＨＳを自然背景で構成してもよい。つまり、背景部材ＨＥの代わりに自然背景を用いて、自然背景と撮像装置ＤＵとの間に光学部材ＯＥを配置するか、あるいは配置可能としてもよい。この方法を採用すれば、自然背景を利用しているため、背景となる部材の準備が不要となり、測定機材の小型化を図ることができる。また、光学部材ＯＥを自然背景の近傍に配置することで、自然背景近辺の気温を測定でき、より一層測定精度を向上させることができる。

温度計測システムＴ０，Ｔ１，Ｔ２によれば、被写体表面ＨＳの輝度情報と気温情報を利用して各種の測定，診断，検知等を行う際、特定波長帯の電磁波からなる被写体像を輝度情報として取得する撮像装置ＤＵを用いて、気温情報が得られるようになっているため、気温計の出力を輝度に変換する工程は不要となる。気温計を介さないため、気温計の機体差やデータ変換工程の誤差に起因する気温情報の誤差は生じない。したがって、気温データを高精度に輝度データとして取得することが可能である。さらに、気温になじんだ光学部材ＯＥを通して被写体表面ＨＳを撮像装置ＤＵで観測し演算することで、より簡単に気温データを直接輝度データとして取得することが可能となる。

次に、少なくとも２種類の電磁波放射部材からなる背景部材ＨＥを用いて、黒体放射輝度を算出する方法を説明する。撮像装置ＤＵで撮像する背景を構成する背景部材ＨＥとして、表面放射率が約１００％（１００％未満）であって温度制御された電磁波放射部材を２種類用いるものとし、背景部材ＨＥを構成する２種類の電磁波放射部材は相異なる電磁波放射輝度を有するものとする。相異なる放射輝度を実現する方法としては、相異なる温度に設定する方法（例えば、ペルチェ素子を用いた温度制御）、相異なる放射率に設定する方法等が挙げられる。

上記２種類の電磁波放射部材からなる背景部材ＨＥを撮像装置ＤＵの前方に配置し、背景部材ＨＥと撮像装置ＤＵとの間に光学部材ＯＥを配置するか、あるいは配置可能とする。前述した測定手順の具体例１又は具体例２（図２又は図３）に従って、以下に説明する輝度測定点Ｐ１Ａ，Ｐ１Ｂ，Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂでの測定を行う。その際、工程１及び工程２（＃２０，＃３０）は、温度計測システムＴ１又は温度計測システムＴ２（図４又は図６）を用いて行う。

図８に、２種類の電磁波放射部材からなる背景部材ＨＥで構成された被写体表面ＨＳとその上の輝度測定点Ｐ１Ａ，Ｐ１Ｂ，Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂを、撮像装置ＤＵ側から見た状態で示す。図８（Ａ）は工程１で輝度情報を取得するときの状態を示しており、図８（Ｂ）は工程２で輝度情報を取得するときの状態を示している。

図９に、２種類の電磁波放射部材からなる背景部材ＨＥで構成された被写体表面ＨＳとその上の輝度測定点Ｐ１Ａ，Ｐ１Ｂ，Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂを、撮像装置ＤＵ側から見た状態で示す。この温度計測システムＴ２では、光学部材ＯＥが撮像装置ＤＵの視野の一部を覆うように配置されており、視野内において、工程１での輝度情報の取得は光学部材ＯＥが無い領域の輝度測定点Ｐ１Ａ，Ｐ１Ｂで行われ、工程２での輝度情報の取得は光学部材ＯＥがある領域の輝度測定点Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂで行われる。

気温相当の黒体放射輝度の算出（＃４０）は、以下のようにして行う。まず、図８，図９に示すように、２種類の電磁波放射部材からなる背景部材ＨＥにおいて、相異なる放射輝度の領域をＲＡ，ＲＢとする。

温度計測システムＴ１（図４）で工程１，２を実施する場合、領域ＲＡ内の任意の点において工程１，２で得られた輝度値をそれぞれＩ_1A，Ｉ_2Aとし、領域ＲＢ内の任意の点において工程１，２で得られた輝度値をそれぞれＩ_1B，Ｉ_2Bとする。被写体表面ＨＳにおける特定波長帯の電磁波の輝度が互いに異なれば、輝度測定点は各領域ＲＡ，ＲＢ内の任意の点でよい。つまり、黒体放射輝度の算出に用いられる輝度情報が両方とも、被写体表面ＨＳにおける特定波長帯の電磁波の輝度が互いに異なる少なくとも２つの測定点について取得したものであればよい。ただし、ここでは図８に示すように、領域ＲＡ，ＲＢの境界から等距離の位置（図４の光軸ＡＸに関して対称位置）の測定点Ｐ１Ａ，Ｐ１Ｂ，Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂを想定している。

温度計測システムＴ２（図６）で工程１，２を実施する場合、図９に示すように、撮像装置ＤＵの視野内における光学部材ＯＥの外周近傍において、光学部材ＯＥが被写体表面ＨＳに重なっておらずかつ領域ＲＡ内の測定点Ｐ１Ａと、光学部材ＯＥが被写体表面ＨＳに重なっておりかつ領域ＲＡ内の測定点Ｐ２Ａと、光学部材ＯＥが被写体表面ＨＳに重なっておらずかつ領域ＲＢ内の測定点Ｐ１Ｂと、光学部材ＯＥが被写体表面ＨＳに重なっておりかつ領域ＲＢ内の測定点Ｐ２Ｂと、を選び、測定点Ｐ１Ａにおける工程１で得られた輝度値をＩ_1A、測定点Ｐ２Ａにおける工程２で得られた輝度値をＩ_2A、測定点Ｐ１Ｂにおける工程１で得られた輝度値をＩ_1B、測定点Ｐ２Ｂにおける工程２で得られた輝度値をＩ_2Bとする。なお、この場合も、黒体放射輝度の算出に用いられる輝度情報が両方とも、被写体表面ＨＳにおける特定波長帯の電磁波の輝度が互いに異なる少なくとも２つの測定点について取得したものであればよい。したがって、測定点Ｐ１Ａ，Ｐ１Ｂ，Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂが互いに近くに位置するように設定するのが好ましい。

前記式（Ｆ１）と同様に、輝度値の関係から以下の式（Ｆ２）が得られる。
Ｉ_air＝（Ｉ_1A・Ｉ_2B−Ｉ_2A・Ｉ_1B）／｛（Ｉ_1A−Ｉ_2A）−（Ｉ_1B−Ｉ_2B）｝ …（Ｆ２）
上記の式（Ｆ２）に従って、気温相当の黒体放射輝度Ｉ_airを算出する。なお、２種類の電磁波放射部材からなる背景温度に対して光学部材ＯＥの有無があることから、得られる４点情報により透過率Ｔの項は消えることになる。

被写体表面ＨＳを構成する背景部材ＨＥは温度制御がなされているため、放射輝度は安定している。つまり、背景放射輝度の経時変化を少なくすることが可能である。したがって、上記方法を採用すれば、気温相当放射輝度Ｉ_airを高い測定精度で得ることができる。また、上記のように２種類以上の電磁波放射部材からなる背景部材ＨＥで被写体表面ＨＳを構成すれば、光学部材ＯＥの透過率Ｔを予め知る必要がないため、光学部材ＯＥの経年劣化や汚損による透過率変動があっても精度良く測定することが可能である。背景部材ＨＥとして２種類以上の電磁波放射部材を用いる場合に限らず、黒体放射輝度の算出に用いられる輝度情報が両方とも、被写体表面ＨＳにおける特定波長帯の電磁波の輝度が互いに異なる少なくとも２つの測定点について取得したものであればよい。

上記のように少なくとも２種類の電磁波放射部材からなる背景部材ＨＥを用いて黒体放射輝度を算出する場合でも、撮像装置ＤＵによって撮像する被写体表面ＨＳを自然背景（相異なる放射輝度の領域ＲＡ，ＲＢを有する自然背景）で構成してもよい。つまり、背景部材ＨＥの代わりに自然背景を用いて、自然背景と撮像装置ＤＵとの間に光学部材ＯＥを配置するか、あるいは配置可能としてもよい。この方法を採用すれば、自然背景を利用しているため、背景となる部材の準備が不要となり、測定機材の小型化を図ることができる。また、光学部材ＯＥを自然背景の近傍に配置することで、自然背景近辺の気温を測定でき、より一層測定精度を向上させることができる。

前述した温度計測システムＴ０，Ｔ１，Ｔ２を構成している光学部材ＯＥでは、被写体像を構成するための電磁波を透過させる光学面が、撮像装置ＤＵの光軸ＡＸに対して垂直になっている。つまり、光軸ＡＸに対して平行な法線を有する光学面が、光学部材ＯＥに存在している。このため、その光学面での表面反射が気温の測定に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、図１０に示すように、光学部材ＯＥを斜めに配置することが好ましい。

図１０に示す光学部材ＯＥにおいて、被写体像を構成する電磁波が透過する光学面の法線ＮＬは、撮像装置ＤＵの光軸ＡＸに対して非平行になっている。この配置例によれば、光学部材ＯＥにわずかに存在する表面反射による、撮像装置ＤＵ自身の写り込み（いわゆるナルシサス現象）を防ぐことができ、測定精度を上げることができる。

光学部材ＯＥが有する光学面のなかでも、撮像装置ＤＵに面している表面は、撮像センサーＳＲ（図１）へと不要光を導きやすいので、その法線ＮＬが光軸ＡＸに対して非平行となるようにするのが好ましい。また、光学部材ＯＥ表面の法線ＮＬの向きは、水平線よりも下向きであることが好ましい。そのようにすることで、特に屋外で測定する場合における太陽の写り込みの可能性を避けることができ、測定精度を向上させることが可能となる。

前述した温度計測システムＴ０，Ｔ１，Ｔ２を構成している光学部材ＯＥでは、その周囲から入射してくる電磁波を遮るものが存在しない。そのため、光学部材ＯＥでの表面反射が発生しやすくなっている。そこで、図１１や図１２に示すように、電磁波遮断部材Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を光学部材ＯＥの周囲に配置することが好ましい。

図１１（Ａ）に示す光学部材ＯＥの下方向には電磁波遮断部材Ｂ１が配置されており、図１１（Ｂ）に示す光学部材ＯＥの上下方向には電磁波遮断部材Ｂ１，Ｂ２が配置されている。また、図１２に示す光学部材ＯＥの周囲には、電磁波遮断部材Ｂ３が光学部材ＯＥを囲むように配置されている。電磁波遮断部材Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を単独で又は組み合わせて、光学部材ＯＥの周辺に設けることにより、光学部材ＯＥにわずかに存在する表面反射による周囲電磁波の撮像装置ＤＵへの写り込みを防止することができる。したがって、周囲電磁波が撮像装置ＤＵに混入するのを防ぐことができるので、精度良い測定が可能となる。

電磁波遮断部材Ｂ１，Ｂ２又はＢ３の周りを、更に電磁波遮断部材Ｂ１，Ｂ２又はＢ３で囲むように、２重の遮断構造にすれば、より一層効果的な高精度の測定が可能となる。また、電磁波遮断部材Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３において、光学部材ＯＥに面している側の面の放射率を高くし（内側面の反射を減らす）、その反対側の面の放射率を低くする（外側面の反射を増やす）ことが好ましい。そのようにすれば、電磁波遮断部材Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３自体の温度上昇による悪影響を抑えることができる。

Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２温度計測システム
ＤＵ撮像装置
ＬＵレンズユニット
ＬＮ撮像レンズ
ＳＲ撮像センサー
ＯＥ光学部材
ＨＥ背景部材
ＨＳ被写体表面（背景）
ＡＸ光軸
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ１Ａ，Ｐ１Ｂ，Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂ測定点
ＲＡ，ＲＢ領域
ＮＬ法線
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３電磁波遮断部材
１信号処理部
２演算制御部
３メモリー
４操作部
５表示部
１０挿抜機構

Claims

被写体表面が放射又は反射する電磁波のうち、特定波長帯の電磁波に対して感度を有し、前記特定波長帯の電磁波からなる被写体像を輝度情報として取得する撮像装置と、
前記特定波長帯の電磁波を透過可能であり、温度が気温と同じである光学部材と、を有し、
前記撮像装置が、前記光学部材を通さずに取得した前記被写体像の輝度情報と、前記光学部材を通して取得した前記被写体像の輝度情報と、を用いて、前記特定波長帯における気温相当の黒体放射輝度を算出することを特徴とする温度計測システム。
前記黒体放射輝度の算出に用いられる輝度情報が両方とも、前記被写体表面における前記特定波長帯の電磁波の輝度が同じ測定点について取得したものであることを特徴とする請求項１記載の温度計測システム。
前記黒体放射輝度の算出に用いられる輝度情報が両方とも、前記被写体表面における前記特定波長帯の電磁波の輝度が互いに異なる少なくとも２つの測定点について取得したものであることを特徴とする請求項１記載の温度計測システム。
前記光学部材において前記被写体像を構成する電磁波が透過する光学面の法線が、前記撮像装置の光軸に対して非平行であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の温度計測システム。