JPH0933352A - 放射温度測定方法及び放射温度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測温物体表面からの熱放射光の強さを検出
する際の誤差の、演算中用いる放射率比に対する影響を
抑えて精度向上を図ると共に、多数の処理の逐次計算が
なされないよう配慮して、演算及び装置の簡略化を図
る。 【解決手段】 入射角度θを空気に接する薄膜３ａのブ
リュースター角θｂとすると、反射光線ＬＲ１はゼロと
なる。この時、検出された放射輝度の誤差によるＰ偏光
の放射率とＳ偏光の放射率との比の変化による。Ｐ偏光
の放射率の変化の度合は小さくなり、又、Ｓ偏光の放射
率の変化の度合も小さくなる。これによって放射輝度の
誤差の影響が低減され、測定精度が向上される。又、図
示される温度計算装置９Ａの構成によれば、逐次計算が
より省かれ、演算及び装置の簡略化が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜で被覆された
被測温物体表面から特定放射角度の方向に放射される熱
放射光の、特定波長成分分光のＰ偏光の放射輝度、及
び、Ｓ偏光の放射輝度を検出し、これらＰ偏光分光成分
放射輝度及びＳ偏光分光成分放射輝度から前記被測温物
体表面の温度を求めるようにした放射温度測定方法及び
放射温度計に係り、特に、被測温物体表面からの熱放射
光の強さを検出する際の誤差の、求められる被測温物体
表面の温度に対する影響の度合をより抑えて、求められ
る該温度の精度をより向上すると共に、該温度を求める
過程で逐次計算がなされないように配慮することで、実
行すべき演算や用いる装置の簡略化をはかることができ
る放射温度測定方法及び放射温度計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から被測温物体表面の温度をウィー
ンの法則に基づき、該被測温物体表面からの熱放射光か
ら測定することが行われている。例えば、被測温物体表
面の温度に応じてその熱放射光の放射輝度（放射エネル
ギ）が変化するという、ウィーンの放射法則を用いた放
射温度測定方法や放射温度計が従来から用いられてい
る。あるいは、被測温物体表面の温度に応じてその熱放
射光の放射輝度（放射エネルギ）が最大になる波長が変
化するという、ウィーンの変位則を用いた放射温度測定
方法や放射温度計が用いられている。

【０００３】又、近年では、波長や偏光角が互いに異な
る複数の放射輝度を検出し、これに基づいて被測温物体
表面での放射率を補正しながら，該被測温物体表面の温
度をより精度よく測定するという、放射率補正型の測温
技術が知られている。

【０００４】例えば、特開平５−２７３０４５では、偏
光角が異なる２つの熱放射光の放射輝度、特にＰ偏光の
放射輝度とＳ偏光の放射輝度とから、これら２つの偏光
放射率を計算しながら、被測温物体表面の温度を求める
技術が開示されている。該特開平５−２７３０４５で
は、被測温物体表面が酸化物などの薄膜で被覆されてし
まった被測温物体表面を想定し、このような被測温物体
表面の温度測定誤差を改善するために、被測温物体表面
の薄膜のブリュースター角θｂの放射角度の方向に放射
される熱放射光の放射輝度を検出するようにしている。

【０００５】ここで、上述の特開平５−２７３０４５に
開示されている測温技術を中心としながら、従来の放射
温度測定方法、及び放射温度計をこの順に説明する。

【０００６】まず、以下に述べる従来の放射温度測定方
法及び放射温度計と共に、本発明にも係る、「Ｐ偏
光」、「Ｓ偏光」、及び「ブリュースター角θｂ」につ
いて説明する。

【０００７】図８は、酸化膜が形成される試料に対して
入射された光線の反射屈折経路を示す側面図である。

【０００８】この図８では、表面に酸化膜の薄膜３ａが
形成されるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の母材３ｂで
ある、２層の媒質構造となった試料３が対象となってい
る。この図８では、このような試料３に対して、入射角
度θの空気中からの入射光の反射経路、又、屈折経路が
示される。この図８の左方から入射される、Ｐ偏光ＬＰ
およびＳ偏光ＬＳを含む入射光ＬＩは、まず直線偏光フ
ィルタ８０を通過する。該直線偏光フィルタ８０によっ
てＳ偏光ＬＳが除去され、Ｐ偏光ＬＰのみが試料３へ入
射される。

【０００９】ここで、Ｐ偏光とは、例えばこの図８の試
料３などの反射面に垂直な、入射光線を含む平面（該平
面を以降入射面と称する）と平行な、光の直線偏光成分
である。又、Ｓ偏光は、このようなＰ偏光に対して垂直
な直線偏光成分である。又、この図８では空気である
が、このようなものに限らず入射光線が入射する媒質
を、以降、媒質１と称する。上述のようなステンレス鋼
の場合に限らず、試料３の薄膜３ａを媒質２と称し、母
材３ｂを媒質３と称する。

【００１０】ここで、前記直線偏光フィルタ８０を通過
した入射光線ＬＩが入射角度θで前記試料３へ入射する
際、前記薄膜３ａ表面において、前述の入射角度θと同
一角度の反射角度θにて反射する、反射光線ＬＲ１が得
られる。

【００１１】一方、このように入射角度θで入射した前
記入射光線ＬＩは、空気（媒質１）と前記薄膜３ａ（媒
質２）との境界面において屈折角度φで屈折し、該薄膜
３ａ中を進む。又、該薄膜３ａ中を進むこの光線は、前
記薄膜３ａ（媒質２）と前記母材３ｂ（媒質３）との境
界面で反射し、更に、空気（媒質１）と前記薄膜３ａ
（媒質２）との境界面で屈折し、反射光線ＬＲ２とな
る。

【００１２】ここで、ある媒質１から入射角度θで入射
し、該媒質１と媒質２との境界面での屈折角度がφのと
き、これら媒質１と媒質２との間における相対屈折率を
Ｎ（ただし、実数とする）とすれば、一般に次式が成り
立つ。

【００１３】 （ｓｉｎθ／ｓｉｎφ）＝Ｎ …（１）

【００１４】又、このように入射角度θで入射したＰ偏
光の媒質１と媒質２との境界面における反射率は、次式
のように表すことができる。

【００１５】 Ｒｐ＝｜｛ｔａｎ（θ−φ）／｛ｔａｎ（θ＋φ）｝｜² …（２）

【００１６】ここで、前述のブリュースター角θｂは、
上記（２）式の反射率Ｒｐが”０”となる、前述のよう
な入射角度θと定義される。従って、このようなブリュ
ースター角度θｂでは、上記（２）式の右辺が”０”と
なるため、この時の入射角度θ及び屈折角度φについて
は、次式のような条件となる。なお、このブリュースタ
ー角θｂは、試料３の材質や表面状態等の物性に大きく
依存する。

【００１７】 ｔａｎ（θｂ＋φ）＝∞ …（３ａ） θｂ＋φ＝（π／２） …（３ｂ）

【００１８】即ち、図８に示される空気と前記薄膜３ａ
との間の境界面における前記反射光線ＬＲ１について考
えた場合、入射角度θがブリュースター角θｂとなる
と、例えば図９のごとく（θ´＝θｂ）、当該反射光線
ＬＲ１は存在しなくなる。ここで、上記（３ｂ）式は、
次の（３ｃ）式の如く変形することができる。又、該
（３ｃ）式、及び、前記（１）式から、次の（４）式を
得ることができる。

【００１９】 θｂ＝（π／２）−φ …（３ｃ） ｔａｎθｂ＝Ｎ …（４）

【００２０】ここで、光が反射する境界面には、通常凹
凸が存在し（表面状態）、又、光が境界面を通過した後
の媒質２には内部での光吸収等が存在するため、一般に
媒質２の相対屈折率は次式のように表すことができる。
なお、次式において、ｉは虚数であり、ｎ及びｋは、そ
れぞれ、屈折率の実数部及び虚数部である。なお、ｋは
減衰定数と考えることもできる。

【００２１】 Ｎ＝ｎ＋ｉｋ …（５）

【００２２】厳密に言うならば、前述の（４）式が成立
する入射角度θ（即ち、θ＝θｂ）でも、Ｐ偏光の反射
率は必ずしも”０”とはならない。しかしながら、以下
の説明において、媒質２の複素屈折率の実数部をＲｅ
（Ｎ）とした場合、次式で定義される入射角度をブリュ
ースター角θｂと呼ぶことにする。

【００２３】 ｔａｎθ＝Ｒｅ（Ｎ） …（６）

【００２４】以下、前述の特開平５−２７３０４５に開
示されている測温技術を中心とし、従来の放射温度測定
方法について説明する。

【００２５】この放射温度測定方法では、まず、金属酸
化膜などの薄膜で被覆された金属などの被測温物体表面
から、前記薄膜のブリュースター角θｂの方向に放射さ
れる、特定波長λ1 成分の分光のＰ偏光の熱放射光の放
射輝度Ｓｐ、及び、Ｓ偏光の熱放射光の放射輝度Ｓｓを
検出する。又、これらＰ偏光分光成分放射輝度Ｓｐ、及
びＳ偏光分光成分放射輝度Ｓｓから、被測温物体表面の
温度Ｔを求める。

【００２６】ここで、Ｐ偏光分光成分の放射率をεｐと
し、Ｓ偏光分光成分の放射率をεｓとする。すると、輝
度温度とほぼ同等の前述のような放射輝度Ｓｐ及びＳｓ
と、測定対象の真の温度Ｔとの間には、次の２つの式か
らなるウィーンの式がなりたつ。なお、次式において、
Ｃ２（＝１４３８８μｍ・Ｋ）はプランクの第２定数で
ある。

【００２７】 （１／Ｔ）＝（１／Ｓｐ）＋（λ1 ／Ｃ２）ｌｎ（εｐ） …（７） （１／Ｔ）＝（１／Ｓｓ）＋（λ1 ／Ｃ２）ｌｎ（εｓ） …（８）

【００２８】ここで、上記（７）式及び（８）式からＴ
を消去すると、次式を導き出すことができる。

【００２９】 （１／Ｓｓ）−（１／Ｓｐ）＝（λ1 ／Ｃ２）ｌｎ（εｐ／εｓ）…（９）

【００３０】又、上記（９）式にある放射率比、即ち
（εｐ／εｓ）が温度Ｔに依存しないことから、次式が
成り立つ。

【００３１】 εｐ＝（εｐ0 ／εｓ0 ）・εｓ …（１０）

【００３２】一方、前記（７）式及び前記（８）式をそ
れぞれ変形して、次の２つの式を得ることができる。

【００３３】 εｐ0 ＝ｅｘｐ〔（Ｃ２／λ1 ）｛（１／Ｔ）−（１／Ｓｐ0 ）｝〕 …（１１） εｓ0 ＝ｅｘｐ〔（Ｃ２／λ1 ）｛（１／Ｔ）−（１／Ｓｓ0 ）｝〕 …（１２）

【００３４】ここで、Ｐ偏光に係る放射率εｐと、Ｓ偏
光に係る放射率εｓとの間には、一般に一定関係があ
る。この一定関係を相関関係関数ｇ0 とすれば、次式の
ように表すことができる。ここで、このような相関関係
関数ｇ0 は、予め求めておくことができる。このような
相関関係関数ｇ0 や、次の（１４）式によれば、放射率
εｐと放射率εｓとにあって、一方から他方を求めるこ
とができる。

【００３５】 εｐ＝ｇ0 （εｓ） …（１３）

【００３６】従来、放射温度測定方法に際しては、次に
列挙するステップＳ１〜Ｓ５が順次なされている。特
に、ステップＳ２〜Ｓ５は、温度Ｔが求められるまで繰
り返し実行されている。

【００３７】ステップＳ１：温度Ｔの初期値設定（温度
Ｔに仮にＴ1 を初期値として設定する。即ち、（Ｔ＝Ｔ
1 ）とする。又、放射輝度Ｓｐ、及び放射輝度Ｓｓの初
期値を、それぞれ、実際に検出された放射輝度Ｓｐ0、
及び放射輝度Ｓｓ0 に設定する。

【００３８】ステップＳ２：放射率εｐ0 及びεｓ0 を
求める。即ち、与えられている放射輝度Ｓｐ及び放射輝
度Ｓｓ、又、与えられている温度Ｔを前述の（１１）式
及び（１２）式に代入して、放射率εｐ0 及び放射率ε
ｓ0 を求める。

【００３９】ステップＳ３：放射率εｐ、及び放射率ε
ｓを求める。即ち、前記（１０）式及び前記（１３）式
を同時に満たす、放射率εｐ及び放射率εｓを求める。

【００４０】ステップＳ４：温度Ｔ（＝Ｔ（ｋ＋１））
を求める。即ち、ステップＳ３で求められた放射率εｐ
及び放射率εｓ、又、予め設定された放射輝度Ｓｐ及び
Ｓｓを用いると共に、前記（７）式及び前記（８）式を
用いて温度Ｔ（＝Ｔ（ｋ＋１））を求める。

【００４１】ステップＳ５：温度Ｔの演算完了の判定。
即ち、ステップＳ４で求められた温度Ｔについて、（Ｔ
（ｋ＋１））≠（Ｔ（ｋ））ならば、改めて（Ｔ＝Ｔ
（ｋ＋１））と仮定し、ステップＳ２から再び一連のス
テップＳ２〜Ｓ５を実行する。一方、（Ｔ（ｋ＋１）＝
Ｔ（ｋ））ならば、温度Ｔが求められたこととし、以上
の一連の演算を完了する。

【００４２】このように、従来の放射温度測定方法で
は、ステップＳ１〜Ｓ５の如く、多数の処理を逐次実行
するものである。特に、温度Ｔを求める際、場合によっ
ては、ステップＳ２〜Ｓ５が多数回繰り返し実行され
る。このように放射率を補正しながら、より精度良く温
度をＴを求めることができる。

【００４３】図１０は、従来例の放射温度計の構成を示
すブロック図である。

【００４４】この図１０では、前述した測定原理の従来
の放射温度測定方法に基づいた放射温度計の構成が示さ
れる。この図１０に示される如く、該放射温度計は検出
装置４Ｃと、温度計算装置９Ｃと、温度データ記憶出力
装置１９とにより構成される。又、前記温度計算装置９
Ｃは、逐次計算部５１と、初期設定部５２と、再設定部
５３と、データ記憶装置５５と、放射率計算部５７と、
温度計算部５８と、処理判定部５９とにより構成され
る。

【００４５】前記検出装置４Ｃは、図１１に示される如
く、検出部４ａ及び４ｂとにより構成される。又、これ
ら検出部４ａ及び４ｂは、それぞれ、直線偏光フィルタ
８０と、集光光学部８１と、光学フィルタ８２と、測温
素子８５と、データサンプリング回路８６とにより構成
される。

【００４６】まず、前記検出部４ａであれば、前記直線
偏光フィルタ８０はＰ偏光を抽出するものである。一
方、前記検出部４ｂであれば、該直線偏光フィルタ８０
はＳ偏光を抽出するものである。

【００４７】前記集光光学部８１は、被測温物体１表面
からの熱放射光を後述する測温素子８５へ集光する。前
記光学フィルタ８２は、特定波長λ成分を分光する干渉
フィルタであり、具体的には、特定波長の赤外光を分光
する。

【００４８】次に、前記測温素子８５は、前述の集光光
学部８１によって集光される、特定波長λ成分分光のＰ
偏光、あるいはＳ偏光の放射輝度に従った、輝度温度Ｓ
ｐあるいはＳｓを検出する。前記データサンプリング回
路８６は、外部からのタイミング信号に従って、前記測
温素子８５で測定された前記輝度温度Ｓｐ又はＳｓのデ
ータを一時記憶し、出力する。

【００４９】次に、前記温度計算装置９Ｃでは、前述の
ステップＳ１〜Ｓ５で示される処理が行われる。このよ
うな処理の際に用いられる、前記（１３）式で前述した
相関関係関数ｇ0 については、予め求められ、テーブル
データとして前記データ記憶装置５５に記憶されてい
る。前記初期設定部５２では、前述のステップＳ１の処
理がなされる。前記逐次計算部５１では、前述のステッ
プＳ２の処理がなされる。前記放射率計算部５７では、
前述のステップＳ３の処理がなされる。前記温度計算部
５８では、前述のステップＳ４の処理がなされる。前記
処理判定部５９では、前述のステップＳ５の処理がなさ
れる。前記再設定部５３では、前述のステップＳ５で再
度計算を行うと判定された場合に、温度Ｔ等の再設定を
行う。

【００５０】次に、前記温度計算装置９Ｃで求めらた温
度Ｔのデータは、データ記憶装置１９ａ及びデータ出力
装置１９ｂで構成される前記温度データ記憶出力装置１
９を経て、外部へ出力される。ここで、前記データ記憶
装置１９ａは、当該温度データ記憶出力装置１９へ入力
された温度データを一時記憶する。又、前記データ出力
装置１９ｂは、前記データ記憶装置１９ａに一時記憶さ
れる温度データを外部へ出力する出力回路である。

【００５１】以上説明したような従来例の放射温度計に
よれば、前記（１）式〜前記（１３）式を用いて前述し
たような放射温度測定方法を実際の放射温度計として構
成することができ、Ｐ偏光の放射輝度Ｓｐ、及びＳ偏光
の放射輝度Ｓｓを検出し、放射率を補正しながらより精
度良く温度測定を行うことができる。

【００５２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平５−２７３０４５に係る従来の放射温度測定方法及
び放射温度計では、前述したＳ１〜Ｓ５の如く、温度を
求める過程で多数の処理による逐次計算が入る。このた
め、装置構成が複雑になってしまったり、処理内容が多
くなってしまうという問題がある。

【００５３】なお、２つの偏光角の異なる熱放射光の放
射輝度を検出して被測温物体表面の温度を測定する方法
として、他に特開平５−２１５６１０がある。これは、
放射率比（εｐ／εｓ）に対する、放射率の対数の比
〔ｌｎ（εｐ）〕／ｌｎ（εｓ）〕の、あるいは放射率
εｐの、又は放射率εｓの関係による放射率補正を行い
ながら、より精度よく温度を測定するという方法が開示
されている。しかしながら、この特開平５−２１５６１
０では、放射輝度Ｓｐや放射輝度Ｓｓを検出する検出器
の設置位置について考慮しておらず、このため検出器の
位置によっては、測定誤差が大きくなってしまうという
場合がある。例えば、被測温物体表面に対して真上付近
にこのような検出器が配置される場合、当該検出器の有
する誤差が、最終的に求められる温度に対して大きな影
響を与えてしまい、測温誤差が大きくなってしまうとい
う問題がある。

【００５４】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、被測温物体表面からの熱放射光の強
さを検出する際の誤差の、求められる被測温物体表面の
温度に対する影響の度合をより抑えて、求められる該温
度の精度をより向上すると共に、該温度を求める過程で
逐次計算がなされないように配慮することで、実行すべ
き演算の簡略化や、温度を求めるための装置（放射温度
計）の構成の簡素化を図ることが可能な放射温度測定方
法、及び放射温度計を提供することを目的とする。

【００５５】

【課題を解決するための手段】まず、本願の第１発明の
放射温度測定方法は、薄膜で被覆された被測温物体表面
から、特定放射角度方向に放射される熱放射光の内か
ら、特定波長成分分光のＰ偏光の放射輝度、及び、Ｓ偏
光の放射輝度を検出し、これらＰ偏光分光成分放射輝度
及びＳ偏光分光成分放射輝度から前記被測温物体表面の
温度を求めるようにした放射温度測定方法において、前
記薄膜のブリュースター角θｂの放射角度の方向に放射
される熱放射光の、Ｐ偏光分光成分の放射率及びＳ偏光
分光成分の放射率の放射率比に対する、前記ブリュース
ター角θｂの方向に放射される熱放射光に関する放射率
の関係を、放射率比対放射率関係として予め求めてお
き、前記被測温物体表面の温度を求める際には、まず、
前記Ｐ偏光分光成分放射輝度及び前記Ｓ偏光分光成分放
射輝度を検出し、検出されたこれらＰ偏光分光成分放射
輝度及びＳ偏光分光成分放射輝度に基づいて、前記放射
率比を求め、求められた該放射率比に基づいて、前記放
射率比対放射率関係から放射率を求め、該放射率に基づ
いて、前記被測温物体表面の温度を求めるようにしたこ
とにより、前記課題を解決することができる放射温度測
定方法を提供したものである。

【００５６】一方、本願の第２発明の放射温度計は、薄
膜で被覆された被測温物体表面から特定放射角度の方向
に放射される熱放射光の、特定波長成分分光のＰ偏光の
放射輝度、及び、Ｓ偏光の放射輝度を検出し、これらＰ
偏光分光成分放射輝度及びＳ偏光分光成分放射輝度から
前記被測温物体表面の温度を求めるようにした放射温度
計において、前記薄膜のブリュースター角θｂの放射角
度の方向に放射される熱放射光の前記Ｐ偏光分光成分放
射輝度及び前記Ｓ偏光分光成分放射輝度をそれぞれ検出
する、受光部の面積が検出すべき熱放射光の放射角度の
許容範囲に応じて定められている測温素子と、前記被測
温物体表面からの熱放射光を前記測温素子の受光部へ集
光する集光光学部と、Ｐ偏光分光成分の放射率及びＳ偏
光分光成分の放射率の放射率比に対する、前記被測温物
体表面から前記ブリュースター角θｂの方向に放射され
る熱放射光に関する放射率の関係である、予め求められ
た放射率比対放射率関係を記憶する放射率関係記憶装置
と、検出された前記Ｐ偏光分光成分放射輝度及び前記Ｓ
偏光分光成分放射輝度に基づいて、前記放射率比を求め
る放射率比演算装置と、求められた該放射率比に基づい
て、前記放射率比対放射率関係から放射率を求め、該放
射率に基づいて、前記被測温物体表面の温度を求める温
度計算装置とを備えたことにより、前記課題を解決する
ことができる放射温度計を提供したものである。

【００５７】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の実施形
態を詳細に説明する。

【００５８】図１は、前記第１発明及び前記第２発明が
適用された放射温度計の第１実施形態の構成を示すブロ
ック図である。

【００５９】本実施形態は、被測温物体１表面からの熱
放射光について、被測温物体１表面、厳密には該被測温
物体１表面の薄膜（金属酸化膜）表面からの、ブリュー
スター角θｂの放射角度方向に放射される、特定波長λ
成分分光のＰ偏光の熱放射光の放射輝度Ｓｐと、Ｓ偏光
の熱放射光の放射輝度Ｓｓを検出することで、当該被測
温物体１表面の温度を求めている。本実施形態の放射温
度計は、検出装置４Ａと、温度計算装置９Ａと、前記温
度データ記憶出力装置１９とにより構成される。又、前
記温度計算装置９Ａは、放射率比演算装置１２Ａと、放
射率関係演算装置１４及び放射率関係記憶装置１５で構
成されるデータ記憶装置１３と、温度計算装置１７とを
有する。

【００６０】以下、本実施形態の作用を説明しながら、
前述の温度計算装置９Ａでなされる処理について合わせ
て説明する。

【００６１】まず、従来例の説明で示した前記（９）式
を変形すると、次式を得ることができる。この式は、特
定波長λ成分分光のＰ偏光での放射率εｐと、該特定波
長λ成分分光のＳ偏光での放射率εｓとの比を求めるた
めの計算式である。又、この式を用い、放射輝度Ｓｐ及
びＳｓから放射率比（εｐ／εｓ）を求める演算は、前
記放射率比演算装置１２Ａにおいてなされている。

【００６２】 （εｐ／εｓ） ＝ｅｘｐ〔（Ｃ２／λ1 ）｛（１／Ｓｓ）−（１／Ｓｐ）｝〕 …（１４）

【００６３】次に、放射率比（εｐ／εｓ）と放射率ε
ｐとの間、又、放射率比（εｐ／εｓ）と放射率εｓと
の間には、被測温物体１に応じて、一定の関係がある。
これらの関係を、それぞれ、放射率比対放射率関係関数
ｆ、あるいは、放射率比対放射率関係関数ｇとすれば、
次式を得ることができる。ここで、このような関数ｆや
関数ｇの関係は、予め求めておくことができる。本実施
形態において、これら関数ｆ及び関数ｇは予め前記放射
率関係演算装置１４にて求められ、得られたこれら関数
ｆ及び関数ｇに関するデータはデータテーブルとして前
記放射率関係記憶装置１５に記憶している。

【００６４】 εｐ＝ｆ（εｐ／εｓ） …（１５） εｓ＝ｇ（εｐ／εｓ） …（１６）

【００６５】又、実際に被測温物体１表面の温度Ｔを求
める際には、前記（１４）式に基づいて前記放射率演算
装置１２Ａで求められた放射率比（εｐ／εｓ）を用い
て、前記（１５）式に基づいて放射率εｐを求める。
又、該放射率比（εｐ／εｓ）を用いて、前記（１６）
式に基づいて放射率εｓを求める。更に、これら放射率
εｐ及び放射率εｓが求められれば、前記（７）式や
（８）式などのウィーンの式に従って、温度Ｔを求める
ことができる。

【００６６】なお、前記（１５）式を用いて放射率εｐ
を求めること、前記（１６）式を用いて放射率εｓを求
めること、更には、これら放射率εｐ及び放射率εｓを
用いてウィーンの式に基づいて被測温物体１表面の温度
Ｔを求めることは、前記温度計算装置１７で行われる。
又、このように温度Ｔが求められれば、前述した前記温
度データ記憶出力装置１９を経て、求めた温度Ｔのデー
タを出力することができる。

【００６７】図２は、前記第１実施形態に用いられる光
学系の構成を示す側面図である。

【００６８】本実施形態での前記検出装置４Ａの構成
は、基本的には、前記図１１の従来例の前記検出装置４
Ｃと同じである。又、本実施形態では、前記測温素子８
５の受光部が十分小さくされていることが特徴である。

【００６９】ここで、前記集光光学部８１の光軸を考え
る。この光軸は、前記集光光学部８１を例えば単純な光
学レンズとした場合の、当該レンズの中心の表面に対し
て直角に通る光軸に相当するものとする。ここで、符号
Ａ１の部分と、符号Ａ２で示される部分とでは、前述の
ような光軸までのそれぞれの距離が相互に異なる。する
と、符号Ａ１の部分と、符号Ａ２で示される部分とで
は、検出しようとする熱放射光の、被測温物体１からの
放射角度θが相互に異なる。例えば符号Ａ１とした場合
放射角度はθ１であり、符号Ａ２とした場合放射角度は
θ２である。

【００７０】従って、本実施形態では、受光部４ａが図
２の符号Ａ１の位置となるように配置した、受光部面積
を十分小さくした前記測温素子８５に相当するものを用
いる。この様に小さくされる受光面積の大きさは、検出
すべき熱放射光の放射角度の許容範囲に応じて定められ
る。この様に受光部を小さくすることによって、所望の
放射角度、具体的にはブリュースター角度θｂの熱放射
光のみをより厳密に抽出して、放射輝度を求めることが
できている。

【００７１】以上説明したとおり、本実施形態について
は、例えば図１０及び図１１を用いて前述した従来例に
比べ、逐次計算される処理が軽減されている。特に、繰
り返し実行される処理がより削減されるように、本実施
形態では実行すべき処理が配慮されている。又、本実施
形態では、前記検出装置４Ａがブリュースター角θｂと
なるよう配置されているため、実施例として図６及び図
７を用いて後に詳しく述べるとおり、温度測定精度をよ
り向上することができる。

【００７２】図３は、前記第１発明及び前記第２発明が
適用された放射温度計の第２実施形態の構成を示すブロ
ック図である。

【００７３】本第２実施形態については、前記第１実施
形態と比較した場合、検出装置４Ｂが異なる。前記第１
実施形態では前記図１１に示したようなＰ偏光とＳ偏光
を検出する前記検出部４ａ及び４ｂをそれぞれ有する前
記検出部４Ａを用いていた。これに対して、本第２実施
形態では、図４に示すような検出装置４Ｂであり、前記
集光光学部８１や前記測温素子８５を、Ｐ偏光とＳ偏光
とで共用して用いている。

【００７４】この図４において、前記検出装置４Ｂは、
直線偏光フィルタ本体８０ａ及び８０ｂ、又、これが取
り付けられる偏光フィルタ枠８０ｃで構成される直線偏
光フィルタ８０Ｂと、前記集光光学部８１と、前記光学
フィルタ８２と、前記測温素子８５と、前記データサン
プリング回路８６と、ステップモータ７３とにより構成
されている。

【００７５】本実施形態では、前記ステップモータ７３
によって前記直線偏光フィルタ８０Ｂを回転させること
で、Ｐ偏光を抽出するようにも、Ｓ偏光を抽出するよう
にも設定することができる。ここで、前記直線偏光フィ
ルタ本体８０ａ及び８０ｂは、それぞれ、Ｐ偏光用、あ
るいはＳ偏光用である。

【００７６】図５は、本第２実施形態に用いられる放射
率比演算装置１２Ｂの構成を示すブロック図である。

【００７７】本実施形態では、前述のように、１つの前
記測温素子８５等を、Ｐ偏光にも又Ｓ偏光にも用いてい
る。このため、Ｐ偏光の放射輝度ＳｐとＳ偏光の放射輝
度Ｓｓとを、同時に検出することはできない。このた
め、前記放射率比演算装置１２Ｂに内蔵される、前記第
１実施形態と同様の前記放射率比演算装置１２Ａの前段
には、順次入力されるこれら放射輝度Ｓｐ及びＳｓを記
憶するための放射輝度記憶装置１１が、当該放射率比演
算装置１２Ｂ内で配置されている。

【００７８】このような本第２実施形態によれば、Ｐ偏
光とＳ偏光とで、前記集光光学部８１、前記光学フィル
タ８２、前記測温素子８５及び前記データサンプル回路
８６等を共用することができ、これらに関するコストを
低減することができる。

【００７９】なお、本第２実施形態において、前記直線
偏光フィルタ８０Ｂを高速で回転させ、Ｐ偏光あるいは
Ｓ偏光となる位置にてパルス信号を発生し、該パルス信
号に同期させて、前記データサンプル回路８６の取り込
みタイミングや、前記放射輝度記憶装置１１の前記放射
輝度ＳｐあるいはＳｓの取り込みタイミングを設定して
もよい。

【００８０】

【実施例】以上説明した本実施形態については、下記の
表１に示される被測温物体１に関して、実際に多くのデ
ータを得ている。

【００８１】

【表１】

【００８２】この表１では、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０
４）の母材の表面に酸化膜が形成されている被測温物体
１が前提とされ、前記（５）式に示される複素屈折率
の、屈折率実数部ｎと屈折率虚数部ｋの値が示されてい
る。なお、この表１では、温度測定の際に用いられる熱
放射光は、前記図１１の前記光学フィルタ８２で抽出さ
れる波長λが、１．４μｍの特定波長成分分光となって
いる。

【００８３】図６は、本実施形態においてブリュースタ
ー角θｂに設定した場合の放射率比と放射率との関係を
示すグラフである。一方、図７は、ブリュースター角θ
ｂ以外に設定したときの放射率比と放射率との関係を示
すグラフである。

【００８４】これら図６及び図７における被測温物体１
の条件は、前述した表１の通りである。又、前記図６で
は、被測温物体１表面から薄膜の酸化膜のブリュースタ
ー角θｂの放射角度の方向に放射される熱放射光を、図
１に示した検出装置４Ａ又は図３に示した検出装置４Ｂ
で検出する。該ブリュースター角θｂは、具体的には６
８度である。一方、前記図７では、ブリュースター角θ
ｂではない放射角度の方向に放射される熱放射光の放射
輝度を、これら図１に示した検出装置４Ａ又は図３に示
した検出装置４Ｂで検出している。具体的には、この図
７での設定角度は１０度である。

【００８５】まず、ブリュースター角θｂの場合の前記
図６に注目すると、放射率比（εｐ／εｓ）が１．０か
ら５．０まで変化しても、放射率εｐは僅か０．２程度
しか変化していない。比較して、ブリュースター角では
ない前記図７では、放射率比（εｐ／εｓ）が１．０か
ら１．０２５程度変化しただけでも、放射率εｐは１．
０から０．３まで大幅に変化している。

【００８６】ここで、図１に示した検出装置４Ａから出
力される放射輝度Ｓｐの誤差や、図３に示した検出装置
４Ｂから出力される放射輝度Ｓｓの誤差は、放射率εｐ
や放射率εｓ、更には放射率比（εｐ／εｓ）に対して
影響を与える。ここで、放射輝度Ｓｐ及びＳｓを検出し
て最終的に温度Ｔを求める過程で放射率比（εｐ／ε
ｓ）から放射率εｐやεｓを求める際、放射輝度Ｓｐや
Ｓｓの誤差に起因する放射率比（εｐ／εｓ）の変化に
対して、放射率εｐの変化が小さいほど、あるいは放射
率εｓの変化が小さいほど、（１５）式で求められる放
射率εｐや前記（１６）式で求められる放射率εｓの誤
差も小さくなり、従って最終的に求められる温度Ｔの誤
差も小さくなる。

【００８７】このことを考えると、前記図６及び前記図
７のグラフの傾向から明らかな通り、ブリュースター角
θｂに設定した方が、求められる温度Ｔの精度が高いこ
とが分かる。例えば、被測温物体１の表面に酸化膜が徐
々に成長していく場合にも、より高精度の測温が可能と
なる。

【００８８】この点については、下記の表２に示す通り
である。この表２では、前記表１に示されるような被測
温物体１において、前記図６の条件で求められた放射率
比ＥＲ２と、これに対する測温誤差（ΔＴ／ΔＳ）が示
されている。又、前記図７の条件で求められた放射率比
ＥＲ１と、これに対する測温誤差（ΔＴ／ΔＳ）が示さ
れている。

【００８９】

【表２】

【００９０】この表２において、例えば酸化膜厚が０．
１μｍでは、ブリュースター角θｂとした前記図３の条
件では（ΔＴ／ΔＳ）が０．８８９なのに対し、前記図
７の条件では（ΔＴ／ΔＳ）が１３７．４となり、ブリ
ュースター角θｂとした方がはるかに誤差が小さい。即
ち、検出された放射輝度の誤差の、求められる温度Ｔに
対する影響による誤差が小さい。

【００９１】

【発明の効果】以上説明した通り、前記第１発明及び前
記第２発明によれば、被測温物体表面からの熱放射光の
強さを検出する際の誤差の、求められる被測温物体表面
の温度に対する影響の度合をより抑えて、求められる該
温度の精度をより向上すると共に、該温度を求める過程
で多数の処理の逐次計算がなされないように配慮するこ
とで、実行すべき演算の簡略化や、温度を求めるための
装置（放射温度計）の構成の簡素化を図ることができる
という優れた効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の第１発明の放射温度測定方法及び第２発
明の放射温度計が適用された放射温度計の第１実施形態
の構成を示すブロック図

【図２】前記第１実施形態に用いられる光学系を示す側
面図

【図３】前記第１発明及び前記第２発明が適用される放
射温度計の第２実施形態の構成を示すブロック図

【図４】前記第２実施形態に用いられる検出装置の構成
を示すブロック図

【図５】前記第２実施形態に用いられる放射率比演算装
置の構成を示すブロック図

【図６】前記被測温物体の条件例におけるブリュースタ
ー角とした場合の放射率比と放射率との関係を示すグラ
フ

【図７】前記被測温物体の条件例におけるブリュースタ
ー角ではない角度とした場合の放射率比と放射率との関
係を示すグラフ

【図８】薄膜で被覆された被測温物体表面での入射光線
の反射を示す側面図

【図９】薄膜で被覆された被測温物体表面のブリュース
ター角での入射光線の反射を示す側面図

【図１０】従来例の放射温度計の構成を示すブロック図

【図１１】前記従来例に用いられる検出装置の構成を示
すブロック図

【符号の説明】

１…被測温物体 ３…試料 ３ａ…薄膜 ３ｂ…母材 ４Ａ〜４Ｃ…検出装置 ４ａ、４ｂ…検出部 ９Ａ〜９Ｃ…温度計算装置 １１…放射温度記憶装置 １２Ａ、１２Ｂ…放射率比演算装置 １３、１９ａ、５５…データ記憶装置 １４…放射率関係演算装置 １５…放射率関係記憶装置 １７…温度計算装置 １９…温度データ記憶出力装置 １９ｂ…データ出力装置 ５１…逐次計算部 ５２…初期設定部 ５３…再設定部 ５７…放射率計算部 ５８…温度計算部 ５９…処理判定部 ７３…ステップモータ ８０…直線偏光フィルタ ８０ａ、８０ｂ…直線偏光フィルタ本体 ８０ｃ…直線偏光フィルタ取付枠 ８１…集光光学部 ８５…測温素子 ８６…データサンプリング回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武智 真一 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者 後藤 貴敏 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】薄膜で被覆された被測温物体表面から特定
   放射角度の方向に放射される熱放射光の内から、特定波
   長成分分光のＰ偏光の放射輝度、及び、Ｓ偏光の放射輝
   度を検出し、これらＰ偏光分光成分放射輝度及びＳ偏光
   分光成分放射輝度から前記被測温物体表面の温度を求め
   るようにした放射温度測定方法において、 前記薄膜のブリュースター角θｂの放射角度の方向に放
   射される熱放射光の、Ｐ偏光分光成分の放射率及びＳ偏
   光分光成分の放射率の放射率比に対する、前記ブリュー
   スター角θｂの方向に放射される熱放射光に関する放射
   率の関係を、放射率比対放射率関係として予め求めてお
   き、 前記被測温物体表面の温度を求める際には、まず、前記
   Ｐ偏光分光成分放射輝度及び前記Ｓ偏光分光成分放射輝
   度を検出し、 検出されたこれらＰ偏光分光成分放射輝度及びＳ偏光分
   光成分放射輝度に基づいて、前記放射率比を求め、 求められた該放射率比に基づいて、前記放射率比対放射
   率関係から放射率を求め、 該放射率に基づいて、前記被測温物体表面の温度を求め
   るようにしたことを特徴とする放射温度測定方法。
2. 【請求項２】薄膜で被覆された被測温物体表面から特定
   放射角度の方向に放射される熱放射光の、特定波長成分
   分光のＰ偏光の放射輝度、及び、Ｓ偏光の放射輝度を検
   出し、これらＰ偏光分光成分放射輝度及びＳ偏光分光成
   分放射輝度から前記被測温物体表面の温度を求めるよう
   にした放射温度計において、 前記薄膜のブリュースター角θｂの放射角度の方向に放
   射される熱放射光の、前記Ｐ偏光分光成分放射輝度及び
   前記Ｓ偏光分光成分放射輝度をそれぞれ検出する、受光
   部の面積が検出すべき熱放射光の放射角度の許容範囲に
   応じて定められている測温素子と、 前記被測温物体表面からの熱放射光を前記測温素子の受
   光部へ集光する集光光学部と、 Ｐ偏光分光成分の放射率及びＳ偏光分光成分の放射率の
   放射率比に対する、前記被測温物体表面から前記ブリュ
   ースター角θｂの方向に放射される熱放射光に関する放
   射率の関係である、予め求められた放射率比対放射率関
   係を記憶する放射率関係記憶装置と、 検出された前記Ｐ偏光分光成分放射輝度及び前記Ｓ偏光
   分光成分放射輝度に基づいて、前記放射率比を求める放
   射率比演算装置と、 求められた該放射率比に基づいて、前記放射率比対放射
   率関係から放射率を求め、該放射率に基づいて、前記被
   測温物体表面の温度を求める温度計算装置とを備えたこ
   とを特徴とする放射温度計。