JPH0464016B2 - - Google Patents
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- Publication number
- 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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- JP
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- wavelength
- temperature
- pixel
- image sensor
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- Expired
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Classifications
-
- 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)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- 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。
を用いた放射温度計に関するものである。
(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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
この発明の原理は次のようである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
力Ｖ（Ｎ）と、対応する波長λ（Ｎ）により次式と
なる。
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。
））／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＝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。
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。
第３図は、この発明の一実施例を示す構成説明
図である。
図である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
数ｎを用いて近似すると次式となる。
Ｌ＝kTn（ｋは定数） ……(6)
また(2)式より次式を得る。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (1)
- １ 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14464983A JPS6035229A (ja) | 1983-08-08 | 1983-08-08 | 放射温度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14464983A JPS6035229A (ja) | 1983-08-08 | 1983-08-08 | 放射温度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6035229A JPS6035229A (ja) | 1985-02-23 |
| JPH0464016B2 true JPH0464016B2 (ja) | 1992-10-13 |
Family
ID=15366987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14464983A Granted JPS6035229A (ja) | 1983-08-08 | 1983-08-08 | 放射温度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6035229A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63111266U (ja) * | 1987-01-13 | 1988-07-16 | ||
| JPH0367135A (ja) * | 1989-08-04 | 1991-03-22 | Chino Corp | 放射温度計 |
-
1983
- 1983-08-08 JP JP14464983A patent/JPS6035229A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6035229A (ja) | 1985-02-23 |
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