JPH0464016B2 - - Google Patents
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- JPH0464016B2 JPH0464016B2 JP14464983A JP14464983A JPH0464016B2 JP H0464016 B2 JPH0464016 B2 JP H0464016B2 JP 14464983 A JP14464983 A JP 14464983A JP 14464983 A JP14464983 A JP 14464983A JP H0464016 B2 JPH0464016 B2 JP H0464016B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/60—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature
- G01J5/601—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature using spectral scanning
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
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- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(1) 発明の分野
この発明は、CCDのようなイメージセンサ等
を用いた放射温度計に関するものである。[Detailed Description of the Invention] (1) Field of the Invention The present invention relates to a radiation thermometer using an image sensor such as a CCD.
(2) 従来技術
従来、放射温度計の出力は、入射エネルギーの
変化幅が大きく、リニアライズのためのアナログ
演算回路は、複雑で調整を多く必要としていた。
また、デジタル信号を得るには、16ビツト程度の
高価、高分解能のA−D変換器を必要としてい
た。(2) Prior Art Conventionally, the output of a radiation thermometer has a large range of change in incident energy, and the analog calculation circuit for linearization is complex and requires many adjustments.
Furthermore, in order to obtain a digital signal, an expensive, high-resolution A-D converter of about 16 bits was required.
(3) 発明の目的
この発明の目的は、以上の点に鑑み、イメージ
センサ等を利用し、安価、高精度、高信頼性に被
測定対象の温度をデジタル的に測定できる放射温
度計を提供することである。(3) Purpose of the Invention In view of the above points, the purpose of the present invention is to provide a radiation thermometer that can digitally measure the temperature of an object to be measured at low cost, with high precision, and with high reliability using an image sensor or the like. It is to be.
(4) 発明の実施例
この発明は、被測定対象からの放射エネルギー
が分光手段で分光されて波長毎に各画素に入射さ
れ複数の波長に対応した各画素出力がパルス発生
器のパルスにより順次読み出されるイメージセン
サと、このイメージセンサの各画素出力と一定値
とを比較し一致したときに出力を発生する比較手
段と、この比較手段の出力および前記パルス発生
器のパルスに基き画素番号に対応した出力を発生
するカウンタ手段と、このカウンタ手段の波長に
対応した画素番号出力から温度を出力するための
メモリとを備えた放射温度計である。(4) Embodiments of the Invention In the present invention, radiation energy from an object to be measured is separated by a spectroscopic means, and incident on each pixel for each wavelength, and each pixel output corresponding to a plurality of wavelengths is sequentially generated by pulses from a pulse generator. Comparing means for comparing the image sensor to be read and each pixel output of this image sensor with a fixed value and generating an output when they match, and corresponding to a pixel number based on the output of this comparing means and the pulse of the pulse generator. This radiation thermometer is equipped with a counter means for generating an output corresponding to the wavelength, and a memory for outputting the temperature from the pixel number output corresponding to the wavelength of the counter means.
この発明の原理は次のようである。 The principle of this invention is as follows.
熱放射の分光放射輝度L(λ、T)と波長λ、
熱力学的温度Tとの間には、プランクの放射則が
成り立ち、第1図で示すように温度Tに対し、一
定の曲線となる。所定の波長領域において、L
(λ、T)が一定値Loとなる点について、波長
λ1,…,λnに対して温度T1,…,Tnは一義的に
定まる。つまり、複数の波長についての複数の検
出信号のうち、どの波長についての出力が一定値
となるかを検出し、その波長から被測定対象の温
度が求まることになる。 Spectral radiance L(λ, T) and wavelength λ of thermal radiation,
Planck's radiation law holds between thermodynamic temperature T, and as shown in FIG. 1, a constant curve is formed with respect to temperature T. In a given wavelength region, L
At a point where (λ, T) is a constant value Lo, temperatures T 1 , ..., Tn are uniquely determined for wavelengths λ 1 , ..., λn. In other words, the temperature of the object to be measured is determined from the detected wavelength by detecting which wavelength among the plurality of detection signals for the plurality of wavelengths has a constant output value.
つまり、プランクの放射則は、
L(λ、T)=2C1/λ5 1/exp(C2/λT)−1……(
1)
で与えられ(C1、C2;定数)、例えば放射エネル
ギーを分光器で分光してCCDのようなイメージ
センサ(撮像素子)に入射させると、イメージセ
ンサの各素子(画素)の出力Vλは、対応する波
長λと温度Tの関数となり、次式となる。 In other words, Planck's radiation law is L(λ, T)=2C 1 /λ 5 1/exp(C 2 /λT)−1...(
1) (C 1 , C 2 ; constants) For example, when radiant energy is separated with a spectrometer and incident on an image sensor (imaging device) such as a CCD, the output of each element (pixel) of the image sensor is Vλ is a function of the corresponding wavelength λ and temperature T, and is expressed by the following equation.
Vλ=A(λ)・L(λ、T) ……(2)
(A(λ);光学系および素子を含めた分光感度)
イメージセンサの各画素と波長とは1対1に対
応しており、波長λは、画素番号Nの関数となる
ため、画素番号Nの画素出力Vは、画素番号Nと
温度Tの関数となり次式であらわされる。 Vλ=A(λ)・L(λ,T)...(2) (A(λ); Spectral sensitivity including optical system and elements) Each pixel of the image sensor and wavelength have a one-to-one correspondence. Since the wavelength λ is a function of the pixel number N, the pixel output V of the pixel number N is a function of the pixel number N and the temperature T, and is expressed by the following equation.
V(N、T)=A(λ(N))・L(λ(N)、
T)=A(λ(N))2C1/λ(N)5 1/exp(C2/λ
(N)T)−1
……(3)
(3)式は、分光感度や分光放射輝度の波長特性に
より第2図で示すように多くの場合2価関数とな
るが、適当な波長範囲では1価関数とみなせる。 V(N,T)=A(λ(N))・L(λ(N),
T)=A(λ(N))2C 1 /λ(N) 5 1/exp(C 2 /λ
(N)T)-1
...(3) Equation (3) is often a bivalent function as shown in Figure 2 due to the wavelength characteristics of spectral sensitivity and spectral radiance, but in an appropriate wavelength range it can be regarded as a monovalent function.
(3)式を変形すると、温度Tは、N番目の画素出
力V(N)と、対応する波長λ(N)により次式と
なる。 When formula (3) is modified, the temperature T becomes the following formula using the Nth pixel output V(N) and the corresponding wavelength λ(N).
T=f(V(N)、λ(N))
=C2/λ(N) 1/ln(2C1/λ(N)5 A(λ(N
))/V(N)+1)
……(4)
(4)式で一定値Vsとなる条件を与えれば、Tは
波長λ、つまり画素番号Nのみの1価関数とな
り、次式となる。T=f(V(N), λ(N)) =C 2 /λ(N) 1/ln(2C 1 /λ(N) 5 A(λ(N)
))/V(N)+1)
...(4) If a condition is given for a constant value Vs in equation (4), T becomes a monovalent function of only the wavelength λ, that is, the pixel number N, and the following equation is obtained.
T=g(N)
=C2/λ(N) 1/ln(2C1/λ(N)5・A(λ(
N))/Vs+1)
……(5)
これは、画素出力が一定値Vsとなる画素番号
Nを求めれば、その時の温度Tを一義的に定める
ことができることを示す。T=g(N) =C 2 /λ(N) 1/ln(2C 1 /λ(N) 5・A(λ(
N))/Vs+1)
(5) This shows that if the pixel number N at which the pixel output becomes a constant value Vs is determined, the temperature T at that time can be uniquely determined.
第3図は、この発明の一実施例を示す構成説明
図である。 FIG. 3 is a configuration explanatory diagram showing an embodiment of the present invention.
図において、1は被測定対象、2は、被測定対
象1からの放射エネルギーを集光するレンズ等よ
りなる光学系、Sは光束を絞るスリツト、3は光
学系2よりの光を分光するプリズム、回折格子等
の分光手段、4は分光手段3により分光されレン
ズ2′で集光された光を各素子に入射させ複数の
波長λ1,…,λnに対応した出力信号を発生する
CCDのようなイメージセンサ、5はイメージセ
ンサ4の各素子の画素出力と一定電圧値Vsとを
比較し、一致したとき出力信号を発生する比較
器、6はイメージセンサ4を駆動するパルス信号
を発生するパルス信号発生器7のパルスをカウン
トし、比較器5の出力により素子番号Nを出力す
るカウンタ、8はカウンタ6の素子番号出力に対
応して温度出力を発生するROMのようなメモリ
である。このメモリ8には、あらかじめ、一定値
Vs、波長で定まる温度Tのテーブルが記憶され
ており、これら比較器5、カウンタ6等で演算手
段を構成し、この演算手段はマイクロコンピユー
タにより構成してもよい。 In the figure, 1 is the object to be measured, 2 is an optical system consisting of a lens etc. that condenses the radiation energy from the object to be measured 1, S is a slit that narrows down the luminous flux, and 3 is a prism that separates the light from the optical system 2. , a spectroscopic means such as a diffraction grating, and 4 makes the light separated by the spectroscopic means 3 and focused by the lens 2' enter each element to generate output signals corresponding to a plurality of wavelengths λ 1 ,..., λn.
An image sensor such as a CCD, 5 a comparator that compares the pixel output of each element of the image sensor 4 with a constant voltage value Vs, and generates an output signal when they match; 6 a comparator that generates a pulse signal that drives the image sensor 4; A counter that counts the generated pulses of the pulse signal generator 7 and outputs the element number N based on the output of the comparator 5. 8 is a memory such as a ROM that generates a temperature output in response to the element number output of the counter 6. be. This memory 8 contains a certain value in advance.
A table of temperature T determined by Vs and wavelength is stored, and the comparator 5, counter 6, etc. constitute a calculation means, and this calculation means may be constituted by a microcomputer.
つまり、光学系2、分光手段3により集光・分
光された被測定対象1からの放射エネルギーはイ
メージセンサ4の各素子に入射し、各素子は入射
波長λ1,…,λnに対応した出力信号を発生し、
パルス信号発生器7のパルス信号により順次読み
出されるとともに、このパルス信号に同期してカ
ウンタ6はカウントを行う。比較器5はイメージ
センサ4の出力を順次比較し、一定値Vsと一致
したとき、カウンタ6にカウントを停止させ、そ
の時のカウント値N(イメージセンサ4の各素子
位置に対応する)をメモリ8に出力する。メモリ
8は、このカウント値Nに対応した波長について
の出力が一定値Vsとなる温度Tを出力する。な
お、この温度Tは計算により求めることもでき、
カウンタ6の出力から直接温度に対応したデジタ
ル出力信号が得られる。 In other words, the radiant energy from the object to be measured 1 that has been focused and separated by the optical system 2 and the spectroscopic means 3 is incident on each element of the image sensor 4, and each element outputs an output corresponding to the incident wavelength λ 1 ,..., λn. generate a signal,
They are sequentially read out using pulse signals from the pulse signal generator 7, and the counter 6 performs counting in synchronization with the pulse signals. The comparator 5 sequentially compares the outputs of the image sensor 4, and when they match the constant value Vs, causes the counter 6 to stop counting, and stores the count value N (corresponding to each element position of the image sensor 4) at that time in the memory 8. Output to. The memory 8 outputs a temperature T at which the output for the wavelength corresponding to this count value N becomes a constant value Vs. Note that this temperature T can also be obtained by calculation,
A digital output signal directly corresponding to the temperature can be obtained from the output of the counter 6.
以上の例では、検出器としてイメージセンサを
用いたものを示したが、1個の素子に対し、連続
的に分光された放射エネルギーを入射させてもよ
い。 In the above example, an image sensor is used as a detector, but radiant energy that has been spectrally divided continuously may be incident on one element.
(5) 発明の要約
以上述べたように、この発明は、被測定対象か
らの放射エネルギーを受光し複数波長に対応した
出力信号を発生する検出器と、この検出器の複数
波長に対応した出力信号が所定の値となる波長に
基き被測定対象の温度を演算する演算装置手段と
を備えた放射温度計である。(5) Summary of the Invention As described above, the present invention provides a detector that receives radiant energy from an object to be measured and generates output signals corresponding to multiple wavelengths, and an output signal corresponding to multiple wavelengths of this detector. The radiation thermometer is equipped with arithmetic device means for calculating the temperature of the object to be measured based on the wavelength at which the signal has a predetermined value.
(6) 発明の効果
多波長信号を利用して一定値出力から温度を求
めるようにしているので、演算装置は簡単で済
み、直接デジタル信号が得られるので高価なA−
D変換器は不要で、安価、高信頼性のものとな
る。(6) Effects of the invention Since the temperature is determined from a constant value output using a multi-wavelength signal, the arithmetic unit is simple and a digital signal can be obtained directly, which eliminates the need for expensive A-
A D converter is not required, making it inexpensive and highly reliable.
また、放射温度計の出力V中のノイズを△Vと
すると、ノイズ△Vにより定まる温度分解能△T
とその時の温度Tの比は次のようにして求まる。 Also, if the noise in the output V of the radiation thermometer is △V, the temperature resolution △T determined by the noise △V
The ratio between T and the temperature T at that time is determined as follows.
分光放射輝度L(λ、T)を(1)式の代わりに指
数nを用いて近似すると次式となる。 When the spectral radiance L(λ, T) is approximated using the index n instead of equation (1), the following equation is obtained.
L=kTn(kは定数) ……(6) また(2)式より次式を得る。 L=kT n (k is a constant) ...(6) Also, the following equation is obtained from equation (2).
V=AL ……(2)′
(6)式より
△L=nkTn-1△T
=nT-1L△T
∴△T/T=1/n △L/L ……(7)
となる。また、(2)′式より△V=A△Lより、(7)
式は、
△T/T=1/n △V/A/V/A
=1/n △V/V ……(8)
となる。また、ウイーンの公式から
n=C2/λT ……(9)
が成り立つことが知られている。 V=AL ...(2)' From equation (6), △L=nkT n-1 △T = nT -1 L△T ∴△T/T=1/n △L/L ...(7) . Also, from equation (2)', △V=A△L, (7)
The formula is: △T/T=1/n △V/A/V/A = 1/n △V/V (8). Furthermore, it is known from Wien's formula that n=C 2 /λT...(9) holds true.
つまり、この発明では、Vが一定として測定を
行つているので、温度Tにより△Vは温度によら
ず一定で、△V/Vは一定となる。 That is, in the present invention, since the measurement is performed with V constant, ΔV is constant regardless of temperature, and ΔV/V is constant depending on the temperature T.
また、第1図等を参照しても分るように、温度
Tが高くなると、測定波長λも短い方向へ動くの
で、(9)式より、通常の放射温度計よりn値の変化
幅は少ない。 Also, as can be seen from Figure 1, as the temperature T increases, the measurement wavelength λ also moves in the shorter direction, so from equation (9), the range of change in the n value is smaller than that of a normal radiation thermometer. few.
これより、(8)式において、右辺のn値、△V/
Vは、ほぼ一定となり、△T/Tは、通常の放射
温度計に比べ、測定温度範囲で変化が小さく、温
度分解能の変化の影響が少なく、高精度の測温が
可能となる。 From this, in equation (8), the n value on the right side, △V/
V is almost constant, and ΔT/T changes less in the measurement temperature range than in a normal radiation thermometer, and is less affected by changes in temperature resolution, making it possible to measure temperature with high accuracy.
第1図、第2図は、この発明の説明図、第3図
は、この発明の一実施例を示す構成説明図であ
る。
1……被測定対象、2……光学系、3……分光
手段、4……イメージセンサ、5……比較器、6
……カウンタ、7……パルス信号発生器、8……
メモリ。
FIGS. 1 and 2 are explanatory diagrams of the present invention, and FIG. 3 is a configuration explanatory diagram showing an embodiment of the present invention. 1...Object to be measured, 2...Optical system, 3...Spectroscopy means, 4...Image sensor, 5...Comparator, 6
...Counter, 7...Pulse signal generator, 8...
memory.
Claims (1)
で分光されて波長毎に各画素に入射され複数の波
長に対応した各画素出力がパルス発生器のパルス
により順次読み出されるイメージセンサと、この
イメージセンサの各画素出力と一定値とを比較し
一致したときに出力を発生する比較手段と、この
比較手段の出力および前記パルス発生器のパルス
に基き画素番号に対応した出力を発生するカウン
タ手段と、このカウンタ手段の波長に対応した画
素番号出力から温度を出力するためのメモリとを
備えた放射温度計。1. An image sensor in which radiant energy from an object to be measured is separated by a spectroscopic means and incident on each pixel for each wavelength, and each pixel output corresponding to a plurality of wavelengths is sequentially read out by a pulse from a pulse generator, and this image sensor Comparing means for comparing each pixel output with a constant value and generating an output when they match; counter means for generating an output corresponding to the pixel number based on the output of the comparing means and the pulse of the pulse generator; A radiation thermometer comprising a memory for outputting a temperature from a pixel number output corresponding to a wavelength of a counter means.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14464983A JPS6035229A (en) | 1983-08-08 | 1983-08-08 | Radiation thermometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14464983A JPS6035229A (en) | 1983-08-08 | 1983-08-08 | Radiation thermometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6035229A JPS6035229A (en) | 1985-02-23 |
| JPH0464016B2 true JPH0464016B2 (en) | 1992-10-13 |
Family
ID=15366987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14464983A Granted JPS6035229A (en) | 1983-08-08 | 1983-08-08 | Radiation thermometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6035229A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63111266U (en) * | 1987-01-13 | 1988-07-16 | ||
| JPH0367135A (en) * | 1989-08-04 | 1991-03-22 | Chino Corp | Radiation thermometer |
-
1983
- 1983-08-08 JP JP14464983A patent/JPS6035229A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6035229A (en) | 1985-02-23 |
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