JP2003121266A - 温度分布測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定部材の表面温度を高い精度で測定する
ことができる温度分布測定方法および装置を提供する。 【解決手段】 温度分布測定装置１０においては、２画
像Ｇ₁ ，Ｇ₂ の同じ部位に位置する対応する一対の受光
素子が０．２５％以内の感度差のばらつきを有する第１
受光領域Ｂ₁ および第２受光領域Ｂ₂ を用いて、被測定
部材１２の表面から放射される光のうちから選択された
第１波長λ₁ の光、およびその被測定部材１２の表面か
ら放射される光のうちから選択された第２波長λ₂ の光
がそれぞれ検出されることから、波長毎に検出された放
射強度の比Ｒに基づいて被測定部材の温度を画素単位で
それぞれ算出されるので、被測定部材１２の表面温度分
布を高い精度で測定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射率が不明な複
数種類の材料から成る被測定部材の表面温度を高い精度
で測定するための温度分布測定装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】焼成炉や加熱炉内の物体の表面温度、発
熱体の表面温度などの温度分布を正確に測定することが
必要とされる場合がある。このため、２色温度計の測定
原理を利用して、物体から放射される光エネルギのうち
予め選択された相互に異なる２波長を用いてイメージセ
ンサにて物体の画像をそれぞれ検出し、検出された１対
の画像の同じ部分毎に放射強度の比を求め、その放射強
度の比に基づいて物体の表面温度を測定する装置が提案
されている。たとえば、特開平７−３０１５号公報に記
載された装置がそれである。これによれば、断熱性の容
器内のフィルタを透過させることで、物体の放射する赤
外線を分光し、赤外線温度画像装置によって画素毎の放
射強度を測定し、２色比から温度を算出している。この
装置では、ミラーの切換で異なる２波長のフィルタを通
した赤外線画像を１枚ずつ計測する技術と、赤外線を２
波長の光に分光し、それぞれを異なる２つの赤外線温度
画像装置で同時に計測する技術とが用いられている。ま
た、２つの赤外線画像を１つの受光装置の受光面上の異
なる場所に同時に結像させることにより、２波長の赤外
線画像を検出することも考えられる。

【０００３】

【発明が解決すべき課題】ところで、上記のような従来
の温度分布測定装置では、第１波長および第２波長毎の
２つの画像のうちの同じ部位に対応する場所に位置する
画素（受光素子）で検出される放射（輻射）強度の比に
基づいて、被測定部材の温度が画素単位でそれぞれ算出
され、その被測定部材表面の温度分布が測定される。し
かしながら、上記画素位置に対応する受光素子の受光感
度にばらつきが存在するため、２つの画像のうちの同じ
部位に対応する受光素子によりそれぞれ受光された放射
エネルギ強度の比に基づいて温度が決定されると、受光
素子の受光感度がたとえば±０．８〜1.0%程度の市販が
許容されるような一定のばらつき範囲内におさめられて
いたとしても、算出された温度はそのばらつき範囲を大
きく超えて高く表示されたり或いは低く表示されたりす
るという不都合が発生する。たとえば、第１波長の光を
受ける第１受光領域の所定列の受光素子の感度が図１に
示されるように破線で示される許容範囲内であり、第２
波長の光を受ける第２受光領域の所定列の受光素子の感
度が図２に示されるように破線で示される許容範囲内で
あったとしても、一定の放射強度の光が照射された場合
でも、図３の(a) に示すように受光される波長毎の放射
強度がばらつき、その放射強度の比から算出される温度
は図３の(b) に示すように大きくばらつくという現象が
発生するのである。ちなみに、図４の(a) は受光素子の
感度のばらつきがない場合に受光された波長毎の放射強
度を示し、(b) はそれから算出された温度を示してい
る。

【０００４】本発明は以上の事情を背景として為された
ものであり、その目的とするところは、被測定部材の表
面温度を高い精度で測定することができる温度分布測定
方法および装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための第１の手段】斯かる目的を達成
するための方法発明の要旨とするところは、被測定部材
の表面から放射される光のうちから選択された第１波長
の光を検出する第１受光領域と、該被測定部材の表面か
ら放射される光のうちから選択された第２波長の光を検
出する第２受光領域とを用いてそれぞれ得られた該被測
定部材の２画像のうちの同じ部位で検出される放射強度
の比に基づいて該被測定部材の温度を画素単位でそれぞ
れ算出し、該被測定部材表面の温度分布を測定するため
の温度分布測定方法であって、前記画像のうちの同じ部
位で光を検出するように配置された一対の感度差が０．
２５％以内である第１受光領域および第２受光領域を用
いて、被測定部材の表面から放射される光のうちから選
択された第１波長の光、および該被測定部材の表面から
放射される光のうちから選択された第２波長の光をそれ
ぞれ検出することにある。

【０００６】

【課題を解決するための第２の手段】また、上記発明方
法を好適に実施するための装置発明の要旨とするところ
は、被測定部材の表面から放射される光のうちから選択
された第１波長および第２波長を用いてそれぞれ得られ
た該被測定部材の２画像のうちの同じ部位で検出される
放射強度の比に基づいて該被測定部材の温度を画素単位
でそれぞれ算出し、該被測定部材表面の温度分布を測定
するための温度分布測定装置であって、(a) 前記第１波
長の光を受けて前記被測定部材の画像を得るために、配
列された受光素子で構成された第１受光領域と、(b) 前
記第２波長の光を受けて前記被測定部材の画像を得るた
めに、配列され、前記２画像のうちの同じ部位で光を検
出する第１受光領域の受光素子に対して０．２５％以内
の感度差を有する受光素子で構成された第２受光領域と
を、含むことにある。

【０００７】

【第１発明および第２発明の効果】このようにすれば、
２画像のうちの同じ部位で光検出するために対応する受
光素子の感度差が０．２５％以内である第１受光領域お
よび第２受光領域を用いて、被測定部材の表面から放射
される光のうちから選択された第１波長の光、およびそ
の被測定部材の表面から放射される光のうちから選択さ
れた第２波長の光がそれぞれ検出されることから、波長
毎に検出された放射強度の比に基づいて被測定部材の温
度を画素単位でそれぞれ算出されるので、被測定部材の
表面温度分布を高い精度で測定することができる

【０００８】

【第２発明の他の態様】ここで、好適には、第２発明に
おいて、前記被測定部材の表面から放射される光のうち
から前記第１波長の光を選択するために、測定温度範囲
の最低温度付近における黒体の波長に対する放射強度曲
線のうち、常温における放射強度より高い高放射領域か
ら選択された波長の光を前記第１受光領域へ通過させる
第１フィルタと、前記被測定部材の表面から放射される
光のうちから第２波長の光を選択するために、前記高放
射領域内において、前記第１波長の１／１２以下であり
且つ前記第１波長の半値幅および前記第２波長の半値幅
の和以上の波長差以上の波長差となるように該第１波長
からずらされた波長の光を前記第２受光領域へ通過させ
る第２フィルタとが設けられる。このようにすれば、被
測定部材の表面から放射される光のうちから選択された
第１波長および第２波長を用いてそれぞれ得られた被測
定部材の２画像のうちの同じ部位で検出される放射強度
の比に基づいて被測定部材の温度を画素単位でそれぞれ
算出し、被測定部材表面の温度分布を測定するに際し
て、被測定部材の表面から放射される光のうちから前記
第１波長の光を選択するために、測定温度範囲の最低温
度における黒体の波長に対する放射強度曲線のうち、常
温における放射強度より高い高放射領域から選択された
波長の光を通過させる第１フィルタを用いて、前記被測
定部材の表面から放射される光が透過させられ、また、
被測定部材の表面から放射される光のうちから第２波長
の光を選択するために、前記高放射領域内において、前
記第１波長の１／１２以下であり且つ前記第１波長の半
値幅および第２波長の半値幅の和以上の波長差となるよ
うにその第１波長からずらされた波長の光を通過させる
第２フィルタを用いて、前記被測定部材の表面から放射
される光を透過させられることから、十分な放射強度の
信号が得られてそのＳ／Ｎ比が高くなり、しかも互いに
近接した第１波長の光および第２波長の光が得られるの
で、２色温度計の測定原理の前提である「近接する２波
長では放射率の波長依存性は無視でき、ε₁ ＝ε₂ と近
似できる」という条件に正確に該当することになり、十
分に高精度の温度分布が得られる。

【０００９】また、好適には、前記第１フィルタは、前
記第１波長の１／２０以下の半値幅の光を透過させるも
のであり、前記第２フィルタは前記第２波長の１／２０
以下の半値幅の光を透過させるものである。このように
すれば、第１波長および第２波長の光が十分に単色性の
あるものとされるので、２色温度計の測定原理の前提が
満足され、温度分布の測定精度が十分に高められる。

【００１０】また、好適には、前記第１フィルタおよび
前記第２フィルタは、それらの透過率の差が３０％以内
なるように構成されたものである。このようにすれば、
第１波長および第２波長の光のうち輝度の低い側の波長
の光において、感度およびＳ／Ｎ比が維持されて温度分
布の測定精度が得られる。

【００１１】

【発明の好適な実施の形態】以下、本発明の一実施例を
図面を参照して説明する。

【００１２】図５は、本発明の一実施例の温度分布測定
装置１０の構成を説明する図である。図５において、焼
成炉、加熱炉などの炉内において加熱されている被測定
部材１２の表面から放射された光は、ハーフミラー（ビ
ームスプリッタ）１４により第１光路１６および第２光
路１８に２分されるようになっている。第１光路１６お
よび第２光路１８はミラー２０、２２によって略直角に
曲げられた後ハーフミラー２４によって合成され、多数
の光検出素子が配列された光検出面２６を備えたＣＣＤ
素子２８と、その光検出面２６に被測定部材１２の画像
を結像させるレンズ装置３０とを有する画像検出器３２
に入射させられるようになっている。

【００１３】上記第１光路１６および第２光路１８に
は、たとえば中心波長６００ｎｍ且つ半値幅１０ｎｍ程
度の第１波長（帯）λ₁ の光を通過させる第１フィルタ
３４、およびたとえば中心波長６５０ｎｍ且つ半値幅１
０ｎｍ程度の第２波長（帯）λ ₂ の光を通過させる第２
フィルタ３６がそれぞれ介挿されている。上記第１フィ
ルタ３４および第２フィルタ３６は、光波干渉を利用し
て所定の波長帯を通過させる所謂干渉フィルタから構成
されている。

【００１４】上記第１波長λ₁ および第２波長λ₂ は、
たとえば以下のようにして決定されている。先ず、プラ
ンクの式により温度分布の測定温度範囲の最低温度たと
えば５００℃における黒体の波長と放射（輻射）強度と
の間の関係すなわち図６に示す曲線Ｌ１が求められ、次
いで室温たとえば２５℃における被測定部材１２からの
バックグラウンド放射強度Ｅ_BGが測定される。次いで、
そのバックグラウンド放射強度Ｅ_BGの３倍値すなわち３
×Ｅ_BGを上まわる曲線Ｌ１上の任意の１点が第１波長λ
₁ として決定される。検出誤差以上の強度を用いて測定
精度を高めるためである。次に、第１波長λ₁ の１／１
２の波長以下の波長Δλだけたとえば第１波長λ₁ を６
００nmとすれば５０nm（＝Δλ）だけ第１波長λ₁ から
上または下へずらした波長たとえば６５０nmが第２波長
λ₂ として決定される。後述の２色温度計の原理を示す
近似式（式１）を成立させるためである。なお、第１波
長λ₁ および第２波長λ₂ は、放射強度の測定精度を維
持するために相互の波長が重ならないように、以下にお
いて決定する半値幅の２倍以上の差が設けられるように
する。そして、上記第１波長λ₁ および第２波長λ
₂ は、単色光の性質を維持するために、その中心波長の
１／２０以下、たとえば２０ｎｍ程度以下の半値幅が用
いられる。また、第１フィルタ３４および第２フィルタ
３６は、それらの透過率の差が３０％以内となるように
構成されている。透過率の差が３０％よりも大きくなる
と、上記第１波長λ₁ および第２波長λ₂ のうちの輝度
の低い側の波長の光において感度が低下してＳ／Ｎ比が
下がり、表示温度の精度が低下する。

【００１５】したがって、本実施例の温度分布測定装置
１０には、被測定部材１２の表面から放射される光のう
ちから第１波長λ₁ の光を選択するために、温度分布の
測定温度範囲の最低温度付近における黒体の波長に対す
る放射強度曲線Ｌ１のうち、常温における放射強度Ｅ_BG
より十分に高い高放射領域から選択された波長であっ
て、その波長の１／２０以下の半値幅の光を通過させる
第１フィルタ３４と、被測定部材１２の表面から放射さ
れる光のうちから第２波長λ₂ の光を選択するために、
上記高放射領域内において、第１波長λ₁ の１／１２以
下であり且つ上記第１半値幅および第２半値幅の和以上
の波長差だけその第１波長λ₁ からずらされた波長であ
って、その波長の１／２０以下の半値幅の光を通過させ
る第２フィルタ３６とが設けられていることになる。

【００１６】図５の光学系において、たとえばミラー２
０、２２によってハーフミラー２４から画像検出器３２
までの間において第１光路１６と第２光路１８とが上記
第１画像Ｇ₁ と第２画像Ｇ₂ とが相互に重複しない程度
に僅かにずらされることにより、ＣＣＤ素子２８の光検
出面２６において波長の異なる２画像が結像されるよう
になっている。すなわち、前記画像検出器３２において
は、たとえば図７に示すように、被測定部材１２の表面
から放射される光のうちから第１フィルタ３４により選
択された第１波長λ₁ の被測定部材１２の第１画像Ｇ₁
が光検出面２６上の第１場所（第１受光領域）Ｂ₁ に結
像させられ、且つ被測定部材１２の表面から放射される
光のうちから第２フィルタ３６により選択された第２波
長λ₂ の被測定部材１２の第２画像Ｇ₂ が、光検出面２
６上の上記第１位置Ｂ₁ とは異なる第２場所（第２受光
領域）Ｂ₂ に結像させられるようになっている。これに
より、光検出面２６に配列された多数の光検出素子によ
り、上記第１画像Ｇ₁ の各部位の放射強度および第２画
像Ｇ₂ の各部位の放射強度が素子単位すなわち画素単位
で検出されるようになっている。たとえば、前記ミラー
２０、２２、ハーフミラー１４、２４、レンズ装置３０
などが、被測定部材１２の画像を波長毎に同時に２位置
に結像させるための第１波長選択工程、第２波長選択工
程、或いは光学式結像装置に対応している。

【００１７】上記第１場所（第１受光領域）Ｂ₁ に配列
された多数の光検出素子と、第２場所（第２受光領域）
Ｂ₂ に配列された多数の光検出（受光）素子との間のう
ち、第１画像Ｇ₁ および第２画像Ｇ₂ の同じ部位に位置
する受光素子間においては、０．２５％以下の素子間の
感度差のばらつきとなるように設定されている。たとえ
ば、第１場所Ｂ₁ における第１画像Ｇ₁ の結像位置と第
２場所Ｂ₂ における第２画像Ｇ₂ の結像位置が同じ場合
には、上記第１場所（第１受光領域）Ｂ₁ に配列された
多数の光検出素子と、第２場所（第２受光領域）Ｂ₂ に
配列された多数の光検出素子とは、同じ配列位置同士で
相互に０．２５％以下の素子間の感度のばらつきが備え
られる。測定値に対する温度誤差（％）と第１場所（第
１受光領域）Ｂ₁ または第２場所（第２受光領域）Ｂ₂
における２画像Ｇ₁ ，Ｇ₂ の同じ部位に対応する１対の
光検出素子間の感度のばらつき（％）との関係を求める
と、図８に示す如くとなり、光検出素子間の感度のばら
つきが０．２５％を十分に超えた段階で温度誤差（％）
が急激に増加する現象がある。このため、温度誤差
（％）が十分に０．０１％を下まわるように、光検出素
子間の感度のばらつきが０．２５％以下に設定されてい
るのである。上記感度のばらつきｓ（％）は、全素子の
平均感度をｓ₀ 、対応する１対の光検出素子の感度をｓ
₁ およびｓ₂ とすると、［（ｓ₁ −ｓ₂ ）／ｓ₀ ］×10
0 として定義される。また、上記測定値に対する温度誤
差（％）は、測定値をＴ、真の温度をＴ₀ とすると、
［｜Ｔ₀ −Ｔ｜／Ｔ₀ ］×100 として定義される。

【００１８】演算制御装置４０は、たとえばＣＰＵ、Ｒ
ＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェースなどを含む所謂
マイクロコンピュータであって、ＣＰＵは予めＲＯＭに
記憶されたプログラムに従って入力信号、すなわち上記
光検出面２６に配列された多数の光検出素子からの信号
を処理し、画像表示器４２に被測定部材１２の表面温度
分布を表示させる。

【００１９】図９は、上記演算制御装置４０の演算制御
作動の要部を説明するフローチャートである。放射強度
検出工程或いは放射強度検出手段に対応するステップ
（以下、ステップを省略する）Ｓ１では、光検出面２６
に配列された多数の光検出素子からの信号により、第１
画像Ｇ₁ の各部位の放射強度Ｅ_1ij および第２画像Ｇ₂
の各部位の放射強度Ｅ_2ij が素子単位すなわち画素単位
で読み込まれる。次に、放射強度比算出工程或いは放射
強度比算出手段に対応するＳ２では、光検出面２６内の
第１位置Ｂ₁ に結像された第１画像Ｇ₁ および第２位置
Ｂ₂ に結像された第２画像Ｇ₂ のうちの同じ部分に位置
する光検出素子対がそれぞれ検出する第１波長λ₁ の放
射強度Ｅ_1ij と第２波長λ₂ の放射強度Ｅ_2ij との放射
強度比Ｒ_ij（＝Ｅ_1ij ／Ｅ_2ij 若しくは＝Ｅ_2ij ／Ｅ
_1ij ）が算出される。次いで、画素温度算出工程或いは
画素温度算出手段に対応するＳ３において、たとえば図
１０に示す予め記憶された関係から上記画素毎に算出さ
れた実際の放射強度比Ｒ_ijに基づいて、被測定部材１２
の画像を構成する画素毎の温度Ｔ_ijが算出される。上記
図１０に示す関係は、たとえば式１に示す２色温度計の
測定原理を示す近似式から得られるものである。式１
は、放射率を用いなくても異なる２波長λ₁ およびλ₂
における輻射（輻射）強度の比Ｒから被測定部材１２の
表面温度Ｔを求めることができるように導かれたもので
ある。以下の式において、λ₂ ＞λ₁ であって、Ｔは絶
対温度を、Ｃ₁ は放射（Planck）第１定数、Ｃ₂ は放射
（Planck）第２定数をそれぞれ示している。

【００２０】 （式１） Ｒ＝（λ₂ ／λ₁ ）⁵ exp〔（Ｃ₂ ／Ｔ）・（１／λ₂ −１／λ₁ ）〕

【００２１】上式１は、以下のようにして求められる。
すなわち、波長λにおいて単位時間、単位面積当たりに
黒体から放射される放射強度（エネルギ）Ｅb およびλ
はプランク（Planck）の式である式２に従うことが知ら
れている。また、 exp（Ｃ₂／λＴ）＞＞１である場合
には、ウイーン（Wien）の近似式である式３が成り立つ
ことが知られている。通常の物体は灰色であるため、放
射率εを入れて書き換えると、式４となる。この式４を
用いて２波長λ₁ およびλ₂ の放射強度Ｅ₁ およびＥ₂
の比Ｒを求めると式５が導かれる。上記２波長λ₁ およ
びλ₂ が近接している場合には、放射率εの依存性を無
視することができ、ε₁ ＝ε₂ となるので、前記式１が
得られる。これによれば、放射率εの異なる物体であっ
ても、それに影響なく温度Ｔを求めることができるので
ある。

【００２２】 （式２） Ｅb ＝Ｃ₁ ／λ⁵ 〔exp （Ｃ₂ ／λＴ）−１〕 （式３） Ｅb ＝Ｃ₁ exp （−Ｃ₂ ／λＴ）／λ⁵ （式４） Ｅ＝ε・Ｃ₁ exp （−Ｃ₂ ／λＴ）／・λ⁵ （式５） Ｒ＝（ε₁ ／ε₂ ）（λ₂ ／λ₁ ）⁵ exp〔（Ｃ₂ ／Ｔ）・（１／λ₂ −１／λ₁ ）〕

【００２３】以上のようにして被測定部材１２の画像を
構成する画素毎の温度Ｔ_ijが算出されると、温度分布表
示工程或いは温度分布表示手段に対応するＳ４におい
て、予め記憶された関係から上記画素毎に算出された実
際の温度Ｔ_ijに基づいて被測定部材１２の表面の温度分
布が表示される。その関係としては、たとえば図１１に
示す温度Ｔと表示色との関係が用いられる。この場合に
は、被測定部材１２の表面の温度分布が予め定められた
温度色により表示される。

【００２４】以下において、図５に示す光学系を用いて
本発明者等が行った実験例を説明する。図５に示す光学
系において、光検出素子間の感度のばらつきが０．２５
％以下とされた、日本光学製望遠レンズ（AF Zoom Nikk
or ED 70〜300mm F4-5.6）付ＣＣＤカメラ（たとえばSa
nta Barbara Instrument Group社製のST-7）を画像検出
器３２として用いた。また、ハーフミラー１４、２４は
ＢＫ７から構成されたシグマ光機製のものであり、クロ
ムプレートによる可視光用であって３０％反射、３０％
透過のものである。ミラー２０、２２は、シグマ光機製
のものであり、アルミ平面ミラーであってＢＫ７から構
成されている。第１フィルタ３４は６００ｎｍ且つ半値
幅１０ｎｍ、第２フィルタ３６は６５０ｎｍ且つ半値幅
１０ｎｍである。そして、被測定部材としてアルミナ基
板（５０×５０×０．８ｍｍ）を加熱炉の中央に配置
し、室温から１０℃／分の速度で１０００℃まで昇温さ
せ、１０００℃になったときに１時間一定に保持し、上
記アルミナ基板表面の温度分布を測定した。この条件下
において得られたアルミナ基板表面の温度分布は、１０
００℃±１℃であり、図１２(b) に示される。このとき
の加熱炉内の温度を測定する熱電対の温度を真値とする
ならば、温度精度は±０．１％に向上したことになる。

【００２５】これに対し、上記実験例に対する比較例１
として、画像検出器３２の受光面２６において、２画像
Ｇ₁ およびＧ₂ の同じ部位に位置する一対の光検出素子
間の感度のばらつきを補正せず感度のばらつきが０．２
５％以上のものを用いる他は、上記実験例と同じ条件で
アルミナ基板の表面の温度分布を測定した。この条件下
において得られたアルミナ基板表面の温度分布は、光検
出素子間の感度差の補正が行われていないため、図１３
(a) に示されるように一方の波長の放射強度分布は比較
的平坦な傾斜線であるが、他方の波長の放射強度は上に
凸の曲線となり、図１３(b) に示すように両端部の温度
が高く、１０００℃±１０℃の温度測定のばらつきが見
られた。この場合の熱電対の検出温度に対する温度精度
は±１％に低下した。また、上記実験例に対する比較例
２として、後述の図１６に示されるように、一対の画像
検出器３２、３２を用いた他は、比較例１と同様の条件
下でアルミナ基板の表面の温度分布を測定した。この場
合、比較例１以上に感度のばらつきが大きいため、熱電
対の検出温度に対する温度精度は±１．７％に低下した

【００２６】上述のように、本実施例によれば、２画像
Ｇ₁ ，Ｇ₂ の同じ部位に位置する１対の素子間におい
て、０．２５％以内の感度差のばらつきを有する受光素
子でそれぞれ構成された第１受光領域Ｂ₁ および第２受
光領域Ｂ₂ を用いて、被測定部材１２の表面から放射さ
れる光のうちから選択された第１波長λ₁ の光、および
その被測定部材１２の表面から放射される光のうちから
選択された第２波長λ₂の光がそれぞれ検出されること
から、波長毎に検出された放射強度の比Ｒに基づいて被
測定部材の温度を画素単位でそれぞれ算出されるので、
被測定部材１２の表面温度分布を高い精度で測定するこ
とができる。

【００２７】また、本実施例によれば、被測定部材１２
の表面から放射される光のうちから第１波長λ₁ の光を
選択するために、測定温度範囲の最低温度付近における
黒体の波長に対する放射強度曲線のうち、常温における
放射強度より高い高放射領域から選択された波長の光λ
₁ を第１受光領域Ｂ₁ へ通過させる第１フィルタ３４
と、被測定部材１２の表面から放射される光のうちから
第２波長λ₂ の光を選択するために、前記高放射領域内
において、第１波長λ₁ の１／１２以下であり且つその
第１波長λ₁ の半値幅および第２波長λ₂ の半値幅の和
以上の波長差以上の波長差となるようにその第１波長λ
₁ からずらされた波長λ₂ の光を第２受光領域Ｂ₂ へ通
過させる第２フィルタ３６とが設けられる。この結果、
被測定部材１２の表面から放射される光のうちから選択
された第１波長λ₁ および第２波長λ₂ を用いてそれぞ
れ得られた被測定部材１２の２画像のうちの同じ部位で
検出される放射強度の比Ｒに基づいて被測定部材１２の
温度を画素単位でそれぞれ算出し、被測定部材表面１２
の温度分布を測定するに際して、被測定部材１２の表面
から放射される光のうちから第１波長λ₁ の光を選択す
るために、測定温度範囲の最低温度における黒体の波長
に対する放射強度曲線のうち、常温における放射強度よ
り高い高放射領域から選択された波長λ₁ の光を通過さ
せる第１フィルタ３４を用いて、被測定部材１２の表面
から放射される光が透過させられ、また、被測定部材１
２の表面から放射される光のうちから第２波長λ₂ の光
を選択するために、前記高放射領域内において、第１波
長λ₁ の１／１２以下であり且つ第１波長λ₁ の半値幅
および第２波長λ₂ の半値幅の和以上の波長差となるよ
うにその第１波長λ₁ からずらされた波長λ₂ の光を通
過させる第２フィルタ３６を用いて、被測定部材１２の
表面から放射される光を透過させられることから、十分
な放射強度の信号が得られてそのＳ／Ｎ比が高くなり、
しかも互いに近接した第１波長λ₁ の光および第２波長
λ₂ の光が得られるので、２色温度計の測定原理の前提
である「近接する２波長では放射率の波長依存性は無視
でき、ε₁ ＝ε₂ と近似できる」という条件に正確に該
当することになり、十分に高精度の温度分布が得られ
る。

【００２８】また、本実施例によれば、第１フィルタ３
４は、第１波長λ₁ の１／２０以下の半値幅の光を透過
させるものであり、第２フィルタ３６は第２波長λ₂ の
１／２０以下の半値幅の光を透過させるものであること
から、第１波長λ₁ および第２波長λ₂ の光が十分に単
色性のあるものとされるので、２色温度計の測定原理の
前提が満足され、温度分布の測定精度が十分に高められ
る。

【００２９】また、本実施例によれば、第１フィルタ３
４および第２フィルタ３６は、それらの透過率の差が３
０％以内なるように構成されたものであることから、第
１波長λ₁ および第２波長λ₂ の光のうち輝度の低い側
の波長の光において、感度およびＳ／Ｎ比が維持されて
温度分布の測定精度が得られる。

【００３０】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明は他の態様においても適用さ
れる。

【００３１】たとえば、前述の実施例では、被測定部材
１２から放射された光に含まれる第１波長λ₁ および第
２波長λ₂ の２色の光を用いて２色式温度分布測定方法
が用いられていたが、３以上の波長を用いた多色式温度
分布測定方法が適用されてもよい。

【００３２】また、前述の実施例の温度分布測定装置１
０に用いられた光学系に代えて、図１４、図１５、図１
６に示す光学系が用いられてもよい。図１４に示す光学
系では、１対の可動ミラー５０および５２が破線に示す
位置に回動させられた状態において被測定部材１２の表
面から放射される光を画像検出器３２の光検出面２６へ
導く第１光路１６が形成され、上記１対の可動ミラー５
０および５２が実線に示す位置に回動させられた状態に
おいて被測定部材１２の表面から放射される光を画像検
出器３２の光検出面２６へ導く第２光路１８が形成され
るようになっている。前述の実施例と同様に、上記第１
光路１６には第１フィルタ３４が介挿され、第２光路１
８には第２フィルタ３６が介挿されており、第１波長λ
₁ による第１画像Ｇ₁ と第２波長λ₂ による第２画像Ｇ
₂ が所定の時間差を経て得られる。図１５に示す光学系
では、被測定部材１２から画像検出器３２の光検出面２
６に至る光路に、モータ５４により回転駆動され且つ第
１フィルタ３４および第２フィルタ３６が設けられた回
転板５６が介挿されている。この回転板５６がモータ５
４により回転させられるとき、被測定部材１２の表面か
ら放射される光が第１フィルタ３４を通過することによ
り第１波長λ₁ による第１画像Ｇ₁ が得られるととも
に、被測定部材１２の表面から放射される光が第２フィ
ルタ３６を通過することにより第２波長λ₂ による第２
画像Ｇ₂ が順次得られる。図１６に示す光学系では、被
測定部材１２の表面から放射される光がハーフミラー１
４によって第１光路１６および第２光路１８に２分さ
れ、それらの第１光路１６および第２光路１８毎に第１
フィルタ３４および画像検出器３２と、第２フィルタ３
６および画像検出器３２' とが設けられている。それ等
第１フィルタ３４および第２フィルタ３６は画像検出器
３２および３２' 内に設けられてもよい。本実施例にお
いても、被測定部材１２の表面から放射される光が第１
フィルタ３４を通過することにより第１波長λ₁ による
第１画像Ｇ₁ が得られると同時に、被測定部材１２の表
面から放射される光が第２フィルタ３６を通過すること
により第２波長λ₂ による第２画像Ｇ₂ が得られる。

【００３３】また、前述の実施例において、第１波長λ
₁ および第２波長λ₂ は、図６の測定温度範囲の最低温
度における黒体の波長に対する放射強度曲線Ｌ１のう
ち、常温における放射強度Ｅ_BGの３倍以上高い高放射領
域から選択されていたが、必ずしも３倍でなくてもよ
い。要するに、常温における放射強度Ｅ_BGよりも高い領
域であれば一応の効果が得られるのである。

【００３４】また、前述の実施例において、第１波長λ
₁ の半値幅Δλ₁ はその第１波長λ ₁ の１／２０以下の
値とされ、第２波長λ₂ の半値幅Δλ₂ はその第２波長
λ₂の１／２０以下の値とされていたが、必ずしも１／
２０の値とされていなくてもよく、１／２０を少々越え
る場合であっても一応の効果が得られる。

【００３５】また、前述の実施例において、第１フィル
タ３４および第２フィルタ３６は、それらの透過率の差
が３０％以内になるように構成されたものであったが、
必ずしも３０％以内でなくてもよく、３０％を少々越え
る場合であっても一応の効果が得られる。

【００３６】また、前述の図９のＳ４では、被測定部材
１２の表面温度が色によって表示されていたが、等高線
や濃淡などによって表示されても差し支えない。

【００３７】また、前述の実施例の画像検出器３２で
は、光検出面２６を備えたＣＣＤ素子２８が用いられて
いたが、カラー撮像管など他の光検出素子が用いられて
もよい。

【００３８】また、前述の実施例では、光検出素子単位
と画素単位とが一致させられていたが必ずしも一致しな
くてもよく、互いに隣接する複数個の光検出素子が１画
素単位とされていてもよい。

【００３９】また、前述の図１０に示す関係は、放射強
度比Ｒ_ijがＥ_1ij ／Ｅ_2ij （＝Ｅ_{60 0} ／Ｅ₆₅₀ ）の場合
に用いられるが、Ｒ_ijがＥ_2ij ／Ｅ_1ij である場合には
傾きが逆となる関係が用いられる。

【００４０】その他、一々例示はしないが、本発明はそ
の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１波長の受光面に配列された光検出素子の位
置に対する感度のばらつき例を示す図である。

【図２】第２波長の受光面に配列された光検出素子の位
置に対する感度のばらつき例を示す図である。

【図３】(a) は図１および図２の受光面においてそれぞ
れ検出された光検出素子の位置に対する各波長の放射エ
ネルギ強度を示し、(b) はそれらの放射エネルギ強度比
に基づいて算出された温度分布を示す図である。

【図４】第１波長および第２波長の受光面に配列された
光検出素子の感度が一定の場合であって、(a) は光検出
素子の位置に対する各波長のおける放射エネルギ強度を
示し、(b) はそれらの放射エネルギ強度比に基づいて算
出された温度分布を示す図である。

【図５】本発明の一実施例の温度分布測定装置の構成を
概略説明する図である。

【図６】図５の第１フィルタの波長λ₁ と第２フィルタ
の波長λ₂ を決定する方法を説明する図である。

【図７】図５の画像検出器３２の光検出面２６上に結像
された第１画像Ｇ₁ および第２画像Ｇ₂ を説明する図で
ある。

【図８】２画像Ｇ₁ およびＧ₂ の同じ部位で光を検出す
る対応する１対の光検出素子間の感度差のばらつきとそ
の１対の光検出素子からの信号に基づいて算出される温
度誤差との関係を示す図である。

【図９】図５の演算制御装置の制御作動の要部を説明す
るフローチャートである。

【図１０】図９の画素温度算出工程において放射強度比
Ｒから表面温度Ｔを求めるために用いられる関係を示す
図である。

【図１１】図９の温度分布表示工程において表面温度Ｔ
から表示色を決定するために用いられる関係を示す図で
ある。

【図１２】対応する光検出素子が０．２５％以下の感度
差のばらつきを有する場合の実験例において得られたデ
ータであって、(a) はその光検出素子の位置とそれによ
り検出された放射エネルギ強度を波長毎に示し、(b) は
その光検出素子の位置とその光検出素子により検出され
た放射エネルギ強度比に基づいて算出された温度分布を
示している。

【図１３】対応する光検出素子が０．２５％を上まわる
感度差のばらつきを有する他は図１２の実験例と同様に
して得られたデータであって、(a) はその光検出素子の
位置とそれにより検出された放射エネルギ強度を波長毎
に示し、(b) はその光検出素子の位置とその光検出素子
により検出された放射エネルギ強度比に基づいて算出さ
れた温度分布を示している。

【図１４】本発明の他の実施例において温度分布測定装
置の光学系を説明する図であって、図５に相当する図で
ある。

【図１５】本発明の他の実施例において温度分布測定装
置の光学系を説明する図であって、図５に相当する図で
ある。

【図１６】本発明の他の実施例において温度分布測定装
置の光学系を説明する図であって、図５に相当する図で
ある。

【符号の説明】

１０：温度分布測定装置 １２：被測定部材 ２６：光検出面 ３２：画像検出器 ３４：第１フィルタ ３６：第２フィルタ Ｂ₁ ：第１受光領域 Ｂ₂ ：第２受光領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 みゆき 愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 内 (72)発明者 矢野 賢司 愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 内 (72)発明者 岩田 美佐男 愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 内 (72)発明者 北川 邦行 愛知県名古屋市千種区千種一丁目９番地３ 号 仲田住宅ＲＪ−201 (72)発明者 新井 紀男 愛知県春日井市勝川町四丁目99番地 Ｆターム(参考） 2G066 AA04 AA15 AC01 BA14 BA23 BC15 BC21 BC23 CA02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定部材の表面から放射される光のう
   ちから選択された第１波長の光を検出する第１受光領域
   と、該被測定部材の表面から放射される光のうちから選
   択された第２波長の光を検出する第２受光領域とを用い
   てそれぞれ得られた該被測定部材の２画像のうちの同じ
   部位で検出される放射強度の比に基づいて該被測定部材
   の温度を画素単位でそれぞれ算出し、該被測定部材表面
   の温度分布を測定するための温度分布測定方法であっ
   て、 前記２画像のうちの同じ部位で光を検出するように配置
   された一対の感度差が０．２５％以内である第１受光領
   域および第２受光領域を用いて、被測定部材の表面から
   放射される光のうちから選択された第１波長の光、およ
   び該被測定部材の表面から放射される光のうちから選択
   された第２波長の光をそれぞれ検出することを特徴とす
   る温度分布測定方法。
2. 【請求項２】 被測定部材の表面から放射される光のう
   ちから選択された第１波長および第２波長を用いてそれ
   ぞれ得られた該被測定部材の２画像のうちの同じ部位で
   検出される放射強度の比に基づいて該被測定部材の温度
   を画素単位でそれぞれ算出し、該被測定部材表面の温度
   分布を測定するための温度分布測定装置であって、 前記第１波長の光を受けて前記被測定部材の画像を得る
   ために、配列された受光素子で構成された第１受光領域
   と、 前記第２波長の光を受けて前記被測定部材の画像を得る
   ために、配列され、前記２画像のうちの同じ部位で光を
   検出する第１受光領域の受光素子に対して０．２５％以
   内の感度差を有する受光素子で構成された第２受光領域
   とを、含むことを特徴とする温度分布測定装置。