(57)【要約】【課題】測定対象物を測定する光路上に、測定対象物からの熱放射光を吸収し、分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が存在する場合であっても、測定対象物の幅方向の温度分布をより正確に測定すること。【解決手段】本発明に係る温度測定装置は、測定対象物の熱放射光を、吸収体の分光吸収係数が互いに同一となる２種類の波長でそれぞれ測定し、当該２種類の波長における熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データを生成する測定部と、当該２種類の波長に対応する測定データと、分光放射輝度と温度との間の関係式とに基づいて、測定対象物の温度を算出する演算処理部と、を備え、測定部は、測定対象物の熱放射光を受光する受光部と、受光した熱放射光を検出する検出部と、測定対象物と受光部との相対的な位置関係を変化させて、測定対象物の幅方向における熱放射光の分布を受光部により測定させる位置制御機構と、を有する。【選択図】図１４Ａ
2020128980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を、当該近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が光路上の少なくとも一部に存在している状態で検出し、前記熱放射光の放射輝度の検出結果に基づいて前記測定対象物の温度を測定する装置であって、
前記測定対象物の前記熱放射光を、前記吸収体の前記分光吸収係数が互いに同一となる２種類の波長でそれぞれ測定し、当該２種類の波長における前記熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データを生成する測定部と、
前記測定部により生成された前記２種類の波長に対応する前記測定データと、分光放射輝度と温度との間の関係式とに基づいて、前記測定対象物の温度を算出する演算処理部と、
を備え、
前記測定部は、
前記測定対象物の前記熱放射光を受光する受光部と、
前記受光部により受光した前記熱放射光を検出する検出部と、
前記測定対象物と前記受光部との相対的な位置関係を変化させて、前記測定対象物の幅方向における前記熱放射光の分布を前記受光部により測定させる位置制御機構と、
を有する、温度測定装置。
【請求項２】
前記位置制御機構は、前記測定対象物の表面法線方向と、前記受光部の光軸と、のなす角を変化させる角度制御機構である、請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項３】
前記角度制御機構は、前記測定対象物と、前記熱放射光を前記検出部へと導光する導光光学系との間に、前記表面法線方向に対して斜めに設けられたミラーを、前記測定対象物の長手方向を回転軸として所定角度回転させることで、前記表面法線方向と前記受光部の光軸とのなす角を変化させる、請求項２に記載の温度測定装置。
【請求項４】
前記位置制御機構は、前記受光部を、前記測定対象物の幅方向に沿って移動させる駆動機構である、請求項１〜３の何れか１項に記載の温度測定装置。
【請求項５】
前記検出部は、
前記測定対象物の前記熱放射光を２つの光路に分岐する分岐光学素子と、
分岐された前記熱放射光を、前記２種類の波長のうち一方の波長で検出する第１検出素子と、
分岐された前記熱放射光を、前記２種類の波長のうちもう一方の波長で検出する第２検出素子と、
前記分岐光学素子と前記第１検出素子との間に設けられ、前記２種類の波長のうち一方の波長の前記熱放射光を透過させる第１光学フィルタと、
前記分岐光学素子と前記第２検出素子との間に設けられ、前記２種類波長のうちもう一方の波長の前記熱放射光を透過させる第２光学フィルタと、
を有する、請求項１〜４の何れか１項に記載の温度測定装置。
【請求項６】
前記演算処理部は、
前記２種類の波長に対応する測定データの一方を他方で除した二色比を算出し、
前記２種類の波長の間で分光放射率が互いに等しいと近似し、算出した前記二色比を利用して、当該二色比と温度との間の関係式に基づき前記測定対象物の温度を算出する、請求項１〜５の何れか１項に記載の温度測定装置。
【請求項７】
前記２種類の波長として、前記吸収体の前記分光吸収係数が互いに同一となる波長を含む所定幅の波長帯域が２種類選択され、
２種類の前記波長帯域は、前記吸収体の分光吸収係数を測定対象温度の分光放射輝度で加重平均することで算出される見かけの分光吸収係数が互いに等しくなるように選択される、請求項１〜６の何れか１項に記載の温度測定装置。
【請求項８】
前記演算処理部は、前記測定対象物の温度を用いて算出した、前記２種類の波長の何れかにおける黒体放射輝度と、測定された前記熱放射光の放射輝度と、前記吸収体の前記２種類の波長における分光吸収係数と、前記吸収体の前記測定対象物側の界面における前記熱放射光の反射率と、前記吸収体の界面における前記熱放射光の反射率と、前記測定部における設定条件と、を用いて、前記吸収体の厚みを更に算出する、請求項１〜７の何れか１項に記載の温度測定装置。
【請求項９】
前記測定対象物の幅方向の中央を基準とし、前記測定対象物の幅をＷと表し、前記熱放射光の放射輝度の測定視野の前記幅方向に沿った大きさをＤＬと表したときに、
前記演算処理部は、−（Ｗ／２−ＤＬ／２）〜＋（Ｗ／２−ＤＬ／２）の範囲について、前記吸収体の厚みを算出する、請求項８に記載の温度測定装置。
【請求項１０】
前記吸収体は、水、油脂、溶液、ガラス又は樹脂の少なくとも何れかである、請求項１〜９の何れか１項に記載の温度測定装置。
【請求項１１】
前記近赤外帯域は、９４０ｎｍ〜１３５０ｎｍである、請求項１〜１０の何れか１項に記載の温度測定装置。
【請求項１２】
測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を、当該近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が光路上の少なくとも一部に存在している状態で検出し、前記熱放射光の放射輝度の検出結果に基づいて前記測定対象物の温度を測定する方法であって、
前記測定対象物の前記熱放射光を受光する受光部と、前記受光部により受光した前記熱放射光を検出する検出部と、前記測定対象物と前記受光部との相対的な位置関係を変化させて、前記測定対象物の幅方向における前記熱放射光の分布を前記受光部により測定させる位置制御機構と、を有する測定部により、前記測定対象物の前記熱放射光を、前記吸収体の前記分光吸収係数が互いに同一となる２種類の波長でそれぞれ測定し、当該２種類の波長における前記熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データを生成するステップと、
生成された前記２種類の波長に対応する前記測定データと、分光放射輝度と温度との間の関係式とに基づいて、前記測定対象物の温度を算出するステップと、
を含む、温度測定方法。
【請求項１３】
測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を、当該近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が光路上の少なくとも一部に存在している状態で、当該吸収体の前記分光吸収係数が互いに同一となる２種類の波長でそれぞれ測定し、前記熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データを出力するものであり、前記測定対象物からの前記熱放射光を受光する受光部と、前記受光部により受光した前記熱放射光を検出する検出部と、前記測定対象物と前記受光部との相対的な位置関係を変化させて、前記測定対象物の幅方向における前記熱放射光の分布を前記受光部により測定させる位置制御機構と、を有する測定部からのデータの取得が可能なコンピュータに、
前記２種類の波長に対応する前記測定データと、分光放射輝度と温度との間の関係式とに基づいて、前記測定対象物の温度を算出する演算処理機能を実現させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度測定装置、温度測定方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
放射測温法は、物体が温度に応じて発する熱放射光を放射温度計等の測定機器等により検出することで対象の物体の温度を知る方法であり、非接触かつ高速で温度を測定可能な遠隔測温方法である。今日では、鉄鋼業をはじめとする多くの産業で、かかる放射測温法が使われている。
【０００３】
例えば下記の特許文献１では、連続鋳造機により鋳造中の鋳片の表面温度を、放射測温法により測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−７１３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような放射測温法は、以下で詳述するように、測定対象物と測定機器との間の光路上に水などのような吸収体が存在する場合には、測定対象物からの熱放射光の一部が吸収体によって吸収されてしまうことで測定誤差が生じ、測定対象物の温度を正確に測定することができないという問題があった。上記特許文献１では、ガスパージによって光路上の水と蒸気を排斥した上で測温を行う方法が提案されている。しかしながら、かかる方法はパージガスの供給が常に必要であり、なおかつ、鋳片上に存在する水と蒸気を排斥することは、困難である。
【０００６】
また、例えば鉄鋼業において鋳片や熱延鋼板を製造する際に、より高品質な製品を製造するためには、製品の幅方向に沿って均一な温度制御を行うことが重要であることから、測定対象物について、幅方向の温度分布を測定可能な技術が希求されている。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、測定対象物を測定する光路上に、測定対象物からの熱放射光を吸収し、分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が存在する場合であっても、測定対象物の幅方向の温度分布をより正確に測定することが可能な、温度測定装置、温度測定方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を、当該近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が光路上の少なくとも一部に存在している状態で検出し、前記熱放射光の放射輝度の検出結果に基づいて前記測定対象物の温度を測定する装置であって、前記測定対象物の前記熱放射光を、前記吸収体の前記分光吸収係数が互いに同一となる２種類の波長でそれぞれ測定し、当該２種類の波長における前記熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データを生成する測定部と、前記測定部により生成された前記２種類の波長に対応する前記測定データと、分光放射輝度と温度との間の関係式とに基づいて、前記測定対象物の温度を算出する演算処理部と、を備え、前記測定部は、前記測定対象物からの前記熱放射光を受光する受光部と、前記受光部により受光した前記熱放射光を検出する検出部と、前記測定対象物と前記受光部との相対的な位置関係を変化させて、前記測定対象物の幅方向における前記熱放射光の分布を前記受光部により測定させる位置制御機構と、を有する、温度測定装置が提供される。
【０００９】
前記位置制御機構は、前記測定対象物の表面法線方向と、前記受光部の光軸と、のなす角を変化させる角度制御機構であってもよい。
【００１０】
前記角度制御機構は、前記測定対象物と、前記熱放射光を前記検出部へと導光する導光光学系との間に、前記表面法線方向に対して斜めに設けられたミラーを、前記測定対象物の長手方向を回転軸として所定角度回転させることで、前記表面法線方向と前記受光部の光軸とのなす角を変化させるものであってもよい。
【００１１】
前記位置制御機構は、前記受光部を、前記測定対象物の幅方向に沿って移動させる駆動機構であってもよい。
【００１２】
前記検出部は、前記測定対象物の前記熱放射光を２つの光路に分岐する分岐光学素子と、分岐された前記熱放射光を、前記２種類の波長のうち一方の波長で検出する第１検出素子と、分岐された前記熱放射光を、前記２種類の波長のうちもう一方の波長で検出する第２検出素子と、前記分岐光学素子と前記第１検出素子との間に設けられ、前記２種類の波長のうち一方の波長の前記熱放射光を透過させる第１光学フィルタと、前記分岐光学素子と前記第２検出素子との間に設けられ、前記２種類波長のうちもう一方の波長の前記熱放射光を透過させる第２光学フィルタと、を有することが好ましい。
【００１３】
前記演算処理部は、前記２種類の波長に対応する測定データの一方を他方で除した二色比を算出し、前記２種類の波長の間で分光放射率が互いに等しいと近似し、算出した前記二色比を利用して、当該二色比と温度との間の関係式に基づき前記測定対象物の温度を算出することが好ましい。
【００１４】
前記２種類の波長として、前記吸収体の前記分光吸収係数が互いに同一となる波長を含む所定幅の波長帯域が２種類選択され、２種類の前記波長帯域は、前記吸収体の分光吸収係数を測定対象温度の分光放射輝度で加重平均することで算出される見かけの分光吸収係数が互いに等しくなるように選択されることが好ましい。
【００１５】
前記演算処理部は、前記測定対象物の温度を用いて算出した、前記２種類の波長の何れかにおける黒体放射輝度と、測定された前記熱放射光の放射輝度と、前記吸収体の前記２種類の波長における分光吸収係数と、前記吸収体の前記測定対象物側の界面における前記熱放射光の反射率と、前記吸収体の界面における前記熱放射光の反射率と、前記測定部における設定条件と、を用いて、前記吸収体の厚みを更に算出してもよい。
【００１６】
前記測定対象物の幅方向の中央を基準とし、前記測定対象物の幅をＷと表し、前記熱放射光の放射輝度の測定視野の前記幅方向に沿った大きさをＤＬと表したときに、前記演算処理部は、−（Ｗ／２−ＤＬ／２）〜＋（Ｗ／２−ＤＬ／２）の範囲について、前記吸収体の厚みを算出してもよい。
【００１７】
前記吸収体は、水、油脂、溶液、ガラス又は樹脂の少なくとも何れかであってもよい。
【００１８】
前記近赤外帯域は、９４０ｎｍ〜１３５０ｎｍであってもよい。
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を、当該近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が光路上の少なくとも一部に存在している状態で検出し、前記熱放射光の放射輝度の検出結果に基づいて前記測定対象物の温度を測定する方法であって、前記測定対象物からの前記熱放射光を受光する受光部と、前記受光部により受光した前記熱放射光を検出する検出部と、前記測定対象物と前記受光部との相対的な位置関係を変化させて、前記測定対象物の幅方向における前記熱放射光の分布を前記受光部により測定させる位置制御機構と、を有する測定部により、前記測定対象物の前記熱放射光を、前記吸収体の前記分光吸収係数が互いに同一となる２種類の波長でそれぞれ測定し、当該２種類の波長における前記熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データを生成するステップと、生成された前記２種類の波長に対応する前記測定データと、分光放射輝度と温度との間の関係式とに基づいて、前記測定対象物の温度を算出するステップと、を含む、温度測定方法が提供される。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を、当該近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が光路上の少なくとも一部に存在している状態で、当該吸収体の前記分光吸収係数が互いに同一となる２種類の波長でそれぞれ測定し、前記熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データを出力するものであり、前記測定対象物からの前記熱放射光を受光する受光部と、前記受光部により受光した前記熱放射光を検出する検出部と、前記測定対象物と前記受光部との相対的な位置関係を変化させて、前記測定対象物の幅方向における前記熱放射光の分布を前記受光部により測定させる位置制御機構と、を有する測定部からのデータの取得が可能なコンピュータに、前記２種類の波長に対応する前記測定データと、分光放射輝度と温度との間の関係式とに基づいて、前記測定対象物の温度を算出する演算処理機能を実現させるためのプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明によれば、測定対象物を測定する光路上に、測定対象物からの熱放射光を吸収し、分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が存在する場合であっても、測定対象物の幅方向の温度分布をより正確に測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態で着目する２色温度計を用いた放射測温法について説明するための説明図である。
【図２】２色温度計を用いた放射測温法について説明するための説明図である。
【図３】吸収体の一例である水の分光透過率を示した説明図である。
【図４】単色温度計における水の影響について説明するための説明図である。
【図５】黒体放射輝度と波長及び温度との関係を示した説明図である。
【図６】水膜による二色比の変化について説明するための説明図である。
【図７】水の分光吸収係数の波長依存性を示した説明図である。
【図８Ａ】水の影響を受けない２色温度計の波長の組み合わせについて説明するための説明図である。
【図８Ｂ】水の影響を受けない２色温度計の波長の組み合わせについて説明するための説明図である。
【図８Ｃ】水の影響を受けない２色温度計の波長の組み合わせについて説明するための説明図である。
【図９Ａ】水の分光吸収係数と分光放射輝度に応じた重み係数について説明するための説明図である。
【図９Ｂ】水の分光吸収係数と分光放射輝度に応じた重み係数について説明するための説明図である。
【図１０】高温物体の分光放射輝度の波長依存性を示した説明図である。
【図１１】水の分光吸収係数による二色比の変化の様子を示した説明図である。
【図１２】水膜の厚みの算出方法について説明するための説明図である。
【図１３】水膜の厚みと分光透過率との関係を示したグラフ図である。
【図１４Ａ】同実施形態に係る温度測定装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図１４Ｂ】同実施形態に係る温度測定装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図１５】同実施形態に係る温度測定装置が備える測定部の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図１６】光学フィルタの中心波長と測温誤差との関係の一例を示したグラフ図である。
【図１７Ａ】同実施形態に係る測定部における検出部の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図１７Ｂ】同実施形態に係る測定部における検出部の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図１８】同実施形態に係る測定部における検出部の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図１９】同実施形態に係る温度測定装置が備える演算処理部の構成の一例を示したブロック図である。
【図２０】同実施形態に係る演算処理部における厚みの算出処理について説明するための説明図である。
【図２１】同実施形態に係る温度測定方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図２２】同実施形態に係る温度測定装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【図２３】実施例２で用いた実験装置の概略を模式的に示した説明図である。
【図２４】実施例３の結果を示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２４】
（放射測温法の原理と本発明の目的について）
本発明の実施形態に係る温度測定装置及び温度測定方法について説明するに先立ち、本発明で着目する放射測温法の原理について簡単に説明し、本発明が目的とするところについて説明する。
【００２５】
放射測温法は、上記のように、物体が温度に応じて発する熱放射光を検出してその物体の温度を知る方法である。理想的な放射体である黒体の分光放射輝度Ｌは、Ｐｌａｎｃｋ（プランク）の黒体放射則に従う温度と波長の関数として、下記の式（１）で表わされる。
【００２６】
【数１】
2020128980.tif 000003
【００２７】
なお、上記式（１）において、
Ｔ：温度［Ｋ］
λ：波長［ｎｍ］
ｃ１：黒体放射の第１定数、１．１９×１０２０［Ｗ・ｍ−２・ｎｍ４］
ｃ２：黒体放射の第２定数、１．４４×１０７［ｎｍ・Ｋ］
である。
【００２８】
ここで、放射体が赤熱鋼材である場合や、短波長の熱放射光を観測する場合等、λＴがｃ２に比べて十分小さければ、上記式（１）式は、以下に示す式（２）ように近似することができる。
【００２９】
【数２】
2020128980.tif 000004
【００３０】
実際の物体の分光放射輝度は、上記のような黒体の分光放射輝度より小さく、実際の物体の分光放射輝度Ｌは、物質固有の分光放射率を用いて以下の式（３）で表される。
【００３１】
【数３】
2020128980.tif 000005
【００３２】
ここで、上記式（３）において、ε（λ）は、観測波長λ［ｎｍ］における分光放射率であり、その他の文字式については、上記式（１）及び式（２）と同様である。
【００３３】
放射測温法において、観測波長λは検出器によって決まるため、分光放射輝度Ｌは、温度Ｔと放射率εの関数となる。従って、一般的な放射測温法（単色放射測温法とも呼ばれる。）は、分光放射率を予め把握した上で、測定対象物からの熱放射光の分光放射輝度を１つの観測波長で測定し、温度を求める方法となる。換言すれば、一般的な単色放射測温法では、測定対象物の分光放射率が不明である場合、正しい温度測定を行うことはできない。また、測定対象物から放射温度計までの光路上に吸収体が存在して観測光が減衰する場合も、吸収体による減衰量を定量的に特定できなければ、測温誤差が生じてしまう。
【００３４】
一方、放射測温法には、単色放射温度計を利用した単色放射測温法以外に、２色温度計を用いた測温方法も存在する。２色放射温度計（以下、単に２色温度計ともいう。）は、２つの異なる観測波長で熱放射光を観測する測定機器である。上記式（３）を参照すると明らかなように、２つの波長λ１，λ２で分光放射率が同一であると、２波長での分光放射輝度Ｌの比が温度のみの関数になるため、測定対象物の分光放射率を予め知ることなく、温度を測定することができる（２色温度計による放射測温法については、以下で詳述する。）。かかる２色放射温度計は、検出器の視野欠けや光路上の障害物（例えば、浮遊する粉塵やミスト、観測窓の汚れ等）による減光に対しても、これら障害物の影響を受けないという特徴がある。
【００３５】
例えば、鉄鋼製造プロセスの連続鋳造工程や熱延工程では、搬送ラインを移動する赤熱した鋼材の温度を計測することが頻繁に行われる。しかしながら、連続鋳造機からスラブが引き抜かれる場所や、熱延工程の圧延スタンド間では、鋼材上に冷却水が滞留していたり、蒸発した冷却水が湯気として立ち込めていたりすることがある。光路上の湯気による光の散乱については、観察する２つの波長が大きく離隔していなければ、異なる波長であっても熱放射光がほぼ同じ減衰を示すため、２色温度計が適用できる。一方、鋼材の上に滞留水が水膜を形成している場合、放射測温に適した近赤外域帯域において、水の分光吸収率は強い波長依存性を示すため、水が未知の減衰特性の吸収体として機能してしまう。その結果、２つの波長において熱放射光の減衰が同様に生じるという仮定は成立せず、２色放射温度計を適切に使用することができない。水は、波長約８００ｎｍ以下の可視光帯域では透明であるが、可視光帯域のような短波長帯域では測定対象物が高温にならないと熱放射光が放出されないため、測定対象の温度域が高温に限定されてしまう。
【００３６】
また、上記のような鉄鋼製造プロセスでは、水以外にも、ガラスや、鋼板上に存在する溶液や、鋼板上に存在する油脂・樹脂なども、近赤外帯域において分光吸収率が一様ではなく（すなわち、強い波長依存性を示し）、吸収体として機能してしまう。
【００３７】
放射測温法の測定対象物と放射温度計との光路上に吸収体が存在するという状況は、上記のような鉄鋼製造プロセスのみならず、他の様々な測定環境においても生じうる状況である。
【００３８】
本発明者らは、このような問題を解決し、測定対象物から放射温度計までの光路上に吸収体が存在する状態で熱放射光を検出する場合であっても、測定対象物の温度を精度良く測定することが可能な２色放射温度計を実現するべく鋭意検討を行った結果、以下で詳述するような知見を得ることができた。そこで、本発明者らは、得られた知見を基に更なる検討を行った結果、以下で説明するような本発明の実施形態に係る温度測定装置及び温度測定方法に想到したのである。
【００３９】
また、上記のような鉄鋼製造プロセスでは、高温の鋼材に対して水を吹き付けて、高温の鋼材を冷却することが行われるが、鋼材の表面上に存在する水量は、鋼材からの抜熱量を左右する重要な操業因子と考えられる。本発明者らは、以下で説明するような本発明の実施形態に係る温度測定装置及び温度測定方法を用いて、測定対象物のより正確な温度を得ることが可能となることで、測定対象物から放射温度計までの光路上に存在する水（すなわち、吸収体）の厚みを、より正確に算出することが可能となる旨に想到した。
【００４０】
（本発明者らが得た知見について）
次に、２色放射温度計の原理について簡単に説明した上で、本発明者らが得ることのできた知見について、図１〜図１３を参照しながら詳細に説明する。図１〜図１３は、本発明者らが得た知見について説明するための説明図である。
【００４１】
＜２色放射温度計の原理について＞
２色放射温度計は、２つの波長λ１、λ２の分光放射輝度Ｌ（λ１，Ｔ）及びＬ（λ２，Ｔ）の比を利用して、測定対象物の温度Ｔを特定する測定装置である。上記式（３）を使用して観測される２つの分光放射輝度を表わすと、以下の式（４）及び式（５）のようになる。
【００４２】
【数４】
2020128980.tif 000006
【００４３】
ここで、２つの波長λ１，λ２において、分光放射率が互いに等しい（ε（λ１）＝ε（λ２）＝ε）とすると、上記式（４）を式（５）で除した比として定義される二色比Ｒは、以下の式（６）のように表される。
【００４４】
【数５】
2020128980.tif 000007
【００４５】
ここで、上記式（６）において、Ｒλ及びΛは、以下の式（６ａ）及び式（６ｂ）の通りである。
【００４６】
【数６】
2020128980.tif 000008
【００４７】
上記式（６）は、二色比Ｒが、温度Ｔの関数であることを示している。
いま、２色温度計を用いて、ある測定対象物の温度を計測することを考える。この際、測温に利用する２つの波長λ１，λ２を設定するに際して、互いに近接した２波長（例えば、波長１２００ｎｍ，１２５０ｎｍ）を選択した場合と、ある程度離隔した２波長（例えば、１２００ｎｍ，１３００ｎｍ）を選択した場合に、二色比Ｒがどのように変化するかに着目する。このような変化の様子は、上記２種類の波長λ１，λ２を上記式（６）〜式６（ｂ）に代入することで得ることができる。
【００４８】
得られた変化の様子を、図１に示した。図１において、横軸は温度Ｔ［℃］であり、縦軸は、式（６）に基づいて算出された二色比Ｒである。
図１から明らかなように、二色比Ｒは温度Ｔに対して単調に増加する。また、選択した２つの波長が互いに近接しているほど、二色比Ｒの変化の様子が穏やかであることがわかる。二色比Ｒの変化の様子（換言すれば、二色比の温度勾配）が穏やかであるということは、温度Ｔが大きく変化したとしても、二色比Ｒの変化量は小さいことを意味している。換言すれば、選択した２つの波長が互いに近接している場合には、温度が変化した場合であっても二色比の変化量が小さいために、測温の感度が低下することとなる。
【００４９】
かかる事実から、２色温度計を用いて測温を行う場合には、選択する２つの波長の差に対応する温度が、２色温度計の温度分解能以上となるようにすることが好ましく、測定したい温度幅が、図１に示したような二色比Ｒと温度との対応関係において有意な傾きが得られるようにすることがより好ましいことがわかる。このような温度分解能に対応する波長差は、用いる２色温度計に応じて変わるものであるが、例えば、選択する２つの波長の差の絶対値｜λ１−λ２｜を１００ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００５０】
＜本発明者らが得た知見について＞
以上、本発明の実施形態で着目する２色温度計の原理について、簡単に説明した。
次に、図２に例示したように、測定対象物の一例として、高温な状態にある鋼板（温度Ｔ、放射率ε）を取り上げ、かかる鋼板上に、吸収体の一例である水が水膜として存在している場合を例に挙げて、本発明者らが得た更なる知見について詳細に説明する。
【００５１】
吸収体の一例である水は、可視光帯域の長波長端付近（波長８００ｎｍ付近）までは透明であるが、近赤外帯域に属する８００ｎｍ以上では、例えば図３に示したように、強い波長依存性を有する半透明体となる。また、ランベルト・ベールの法則からも明らかなように、水膜の厚みが厚くなればなるほど、水によって吸収される近赤外帯域の光量は増加するため、分光透過率は小さな値となる。
【００５２】
放射測温法において水の影響を避けるためには、水の光吸収がほとんど存在しない波長８００ｎｍ以下の帯域で測温を行う方法が考えられ、実際に、観測波長８００ｎｍの「水膜透過型放射温度計（単波長の放射温度計）」が市販されている。しかしながら、熱放射は短波長側になるほど急速に低下する特徴があり、観測波長が８００ｎｍの放射温度計では、測定対象物の温度が少なくとも６５０℃以上である必要がある。
【００５３】
また、前述のように、散乱体である湯気が存在すれば、たとえ水が透明であったとしても、単色放射測温では正確な温度測定を行うことが困難となる。ここで、水が光を吸収する波長８００ｎｍ以上の帯域で単波長の放射測温を実施した場合に、測定が不正確となる具体例を示す。例えば、波長１３００ｎｍでは、水の厚みに応じ、図３に示した分光透過率に従って、光の強度は減衰する。かかる減衰が温度測定値に及ぼす影響を計算すると、図４に示したようになる。図４において、横軸は、水膜の厚み［ｍｍ］であり、縦軸は、測温誤差［℃］である。図４から明らかなように、水の厚みがわずか２ｍｍ程度あっても、約３０℃の測温誤差が生じることになる。従って、水の厚みが未知の実際の計測環境では、単色放射温度計を用いた場合、正確な温度計測を行うことは、極めて困難となる。
【００５４】
続いて、観測波長が８００ｎｍの放射温度計では、測定対象物の温度が少なくとも６５０℃以上である必要がある理由を、黒体放射輝度と波長及び温度との関係を示した説明図である図５を参照しながら説明する。
【００５５】
図５において、横軸は温度であり、縦軸は黒体分光放射輝度である。図５に示したように、黒体分光放射輝度は、温度が増加すると単調に増加する。ここで、一般的な放射温度計に用いられるセンサの検出限界は、黒体分光放射輝度の大きさが１程度の熱放射である。従って、図５における観測波長８００ｎｍの曲線に着目すれば、「黒体分光放射輝度＝１」で表される直線と、観測波長８００ｎｍの曲線との交点は、約６５０℃となる。
【００５６】
先だって説明したように、２色温度計を使用する場合、２つの波長の間隔を少なくとも１００ｎｍ以上離すことが好ましい。そのため、水が透明な波長帯域で２色放射温度計を実現するためには、観測波長の短波長側を８００ｎｍ−１００ｎｍ＝７００ｎｍ付近にすることが好ましい。かかる場合、図５に示すように、２色温度計の測定下限温度は、約７４０℃になってしまう。また、図５に示すように、観測波長を例えば１０００ｎｍに設定すれば、５００℃からの測温が可能になり、観測波長を例えば１２００ｎｍに設定すれば、測定下限温度を４００℃付近まで広げることが可能となる。
【００５７】
従って、上記のような知見から、測定温度域を広く確保するためには、観測波長をより長波長側に設定すればよいことがわかる。しかしながら、観測波長８００ｎｍ以上の波長を２種類利用して２色放射温度計を構成した場合、図３からも明らかなように、かかる波長帯域は、水の分光吸収率が顕著な波長依存性を示す帯域となってしまう。かかる波長帯域において観測される２種類の分光放射輝度Ｌは、吸収体である水の吸収も考慮に入れると、下記式（７）及び式（８）で表される。
【００５８】
【数７】
2020128980.tif 000009
【００５９】
ここで、上記式（７）及び式（８）において、τ１は、波長λ１における水の分光透過率であり、τ２は、波長λ２における水の分光透過率である。また、水の分光透過率τは、水の分光吸収係数、水の厚み、及び、水と空気との界面における両者の屈折率から定まる界面反射率の関数となる（詳細は、以下で説明する。）。この際、界面反射を省略すると、水の分光透過率τ１，τ２は、それぞれ、τ１＝ｅｘｐ（−α１×ｔ）、τ２＝ｅｘｐ（−α２×ｔ）と表すことができる。ここで、α１は、波長λ１における水の分光吸収係数であり、α２は、波長λ２における水の分光吸収係数であり、ｔは、水膜の厚みである。
【００６０】
上記式（７）及び式（８）において、２つの波長λ１，λ２で、図３に示したような水の分光吸収係数の波長依存性に起因して、吸収による減衰量が互いに異なることとなった場合、式（６）で定義される二色比と温度との関係式において、水の吸収に起因する項であるτ１，τ２がキャンセルアウトしなくなる。
【００６１】
例えば、波長１０００ｎｍと波長１１００ｎｍに着目した２色温度計では、水が無い場合と、水を透過して熱放射光を観測する場合とでは、図６に示したように二色比が変化することとなる。例えば測定対象物の真の温度が７００℃であったとすると、図６から明らかなように、５ｍｍ厚の水膜が存在した場合には見かけの温度は約６４０℃となり、１０ｍｍ厚の水膜が存在した場合には見かけの温度が約５９０℃になる。水膜の厚みが不規則に変化する実際の測温では、このように、吸収体である水の存在によって、多大な測温誤差が生じることとなってしまう。
【００６２】
本発明者らは、以上のような知見に基づいて更に検討を重ねた結果、光路上に吸収体が存在する場合であっても、測定対象物の温度を２色温度計により正確に測定するためには、上記式（７）及び式（８）での吸収体による吸収に起因する項であるτ１，τ２が、二色比Ｒを算出する際にキャンセルアウトするようにすれば良い旨に想到した。吸収体による吸収に起因する項をキャンセルアウトさせるためには、吸収体の分光吸収率が等しい２つの観測波長を選択して、測定対象物の測温を実施すればよい。
【００６３】
図７は、吸収体の一例である水の分光吸収係数の波長依存性を示したグラフ図であり、図７の横軸は波長であり、縦軸は分光吸収係数である。本発明者らが上記知見に基づいて図７を検討した結果、以下で説明するような技術的思想に基づいて、２色温度計の観測波長を選択すればよい旨に想到した。
【００６４】
○観測波長の選択方法について−その１
分光吸収係数が互いに等しい２つの波長を特定するためには、図７に示したような分光吸収係数のスペクトルに着目し、（分光吸収係数＝任意の定数）で表される直線（換言すれば、図７に示したようなスペクトルにおいて、横軸に平行な直線）と、分光吸収係数のスペクトルに対応する曲線との交点の個数に着目すればよい。この際に、かかる曲線と直線との交点の個数が２以上となる波長帯域から、分光吸収係数が互いに等しくなる２つの波長を適宜選択すればよい。
【００６５】
例えば図８Ａに示した水の場合には、交点の個数が２以上となる波長帯域は、以下の２つである。
（１）波長１０７０〜１０８０ｎｍ近傍のスペクトルの鞍部に接する直線（分光吸収係数≒０．０２で表される直線）のもう一方の交点（波長９４０ｎｍ近傍）から、波長９７０〜９８０ｎｍ近傍のピークに接する直線（分光吸収係数≒０．０５で表される直線）のもう一方の交点（波長１１３０近傍）までの波長帯域：第１波長選択領域
（２）波長１２６０ｎｍ近傍のスペクトルの鞍部に接する直線（分光吸収係数≒０．１１で表される直線）のもう一方の交点（波長１１５５ｎｍ近傍）から、波長１１９０ｎｍ近傍のピークに接する直線（分光吸収係数≒０．１３で表される直線）のもう一方の交点（波長１３００ｎｍ近傍）までの波長帯域：第２波長選択領域
【００６６】
このような２種類の波長選択領域を目安として、分光吸収係数の等しい２つの波長を選択すればよい。この際、先だって説明したように、２つの波長の差に対応する温度が、２色温度計の温度分解能以上となるように、例えば１００ｎｍ程度の波長差がある２つの波長を選択することが好ましい。
【００６７】
上記のような技術的思想に基づき、例えば図８Ｂでは、第１波長選択領域から、波長１０００ｎｍと波長１１３０ｎｍという２つの波長を選択することができる。また、例えば図８Ｃでは、第２波長選択帯域から、波長１１９０ｎｍと波長１３００ｎｍという２つの波長を選択することができる。なお、かかる波長の組み合わせはあくまでも一例であって、上記の技術的思想に基づいて、２種類の波長選択領域の中から適宜波長を選択すればよい。
【００６８】
このような、特定スペクトル（波長帯域幅が無視できる程度の狭帯域の特定波長）を利用した２色放射温度計は、狭帯域の光学干渉フィルタを利用し、かかる狭帯域の光学干渉フィルタを２色放射温度計に設置することで実現することができる。このような狭帯域の光学干渉フィルタは、半値幅が１０ｎｍ程度のものであれば市販製品として入手可能であるし、公知の技術を利用して狭帯域の光学干渉フィルタを製造することも可能である。かかる波長選択フィルタについては、以下で改めて説明する。
【００６９】
○観測波長の選択方法について−その２
放射温度計は、一般的に、前述のような特定の単波長とみなせる狭帯域の分光放射輝度を観測することは少ない。何故ならば、観測波長帯域が狭帯域である場合、放射温度計が検出する絶対的な光量が小さくなり、検出感度が低下したり、測定下限温度が高くなったりするためである。一般的な波長選択フィルタ等を利用して、狭帯域ではなく有限の波長帯域幅の熱放射光を測定する場合には、上記のような２つの観測波長は、以下のように選択することができる。
【００７０】
すなわち、観測する波長の帯域幅が上記その１のように無視できない場合、観測帯域の吸収係数の単純な平均値を実効的な分光吸収係数とするのではなく、測定対象の温度に応じた波長依存性を有する分光放射輝度で重み付けして平均化した分光吸収係数を求めて、処理に利用すればよい。すなわち、かかる方法は、吸収体の分光吸収係数を測定対象温度の分光放射輝度で加重平均することで算出される「見かけの分光吸収係数」が互いに等しくなるように、有限の帯域幅を有する観測帯域を選択する方法である。以下、図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら、かかる選択方法を具体的に説明する。
【００７１】
一具体例として、図８Ｂに示した第１波長選択領域を出発点として、帯域幅４０ｎｍの２波長を選択する場合を考える。
まず、第１波長選択領域の短波長側の観測波長は、帯域幅が４０ｎｍとなる波長９８０ｎｍ〜波長１０２０ｎｍに固定する。波長９８０ｎｍ〜１０２０ｎｍの範囲において、実効的な分光吸収係数αｅｆｆは、厳密には、波長λにおける分光吸収係数α（λ）と、分光放射輝度の波長依存性を考慮した、プランクの黒体放射式から定まる重み係数ｗ（λ）と、を用いて、以下の式（９）のように表される。
【００７２】
【数８】
2020128980.tif 000010
【００７３】
ここで、測定対象物の温度が９００℃であると仮定して、この分光放射輝度Ｌの波長依存性を規格化した重み係数ｗ（λ）を算出する。得られた重み係数ｗ（λ）を、図９Ａ中に鎖線で記載した。図９Ａに示した例において、かかる重み係数で重み付けした分光吸収係数の平均値は、４．２×１０−２［１／ｍｍ］となった。これに対して、分光放射輝度Ｌの波長依存性を考慮することなく、一様な重みで分光吸収係数を平均化（単純平均化）すると、４．３×１０−２［１／ｍｍ］となった。
【００７４】
次に、第１波長選択領域の長波長側の観測波長は、上記と同様に９００℃の分光放射輝度の重みを付けて平均化した分光吸収係数が、短波長側の重み付けされた分光吸収係数と同一の４．２×１０−２［１／ｍｍ］となるように、１１３０ｎｍ周辺の波長帯域を選択する。この結果、図９Ｂに例示したように、波長１１００ｎｍ〜１１４０ｎｍが、かかる条件に合致した。なお、図９Ｂに示した波長帯域における分光吸収係数の単純平均は、４．１×１０−２［１／ｍｍ］であった。
【００７５】
このように、測定対象物の分光放射輝度Ｌの波長依存性を考慮するか否かで、見かけの分光吸収係数（実効吸収係数）の値が、図９Ａ及び図９Ｂに示した例では０．２×１０−２［１／ｍｍ］変化する。逆に、もし見かけの分光吸収係数を見積る際に観測帯域の分光吸収係数の単純平均を使用したとすると、実際に高温の測定対象物を測定した場合に、実効的な分光吸収係数に０．２×１０−２［１／ｍｍ］程度の不一致が生じることとなる。
【００７６】
なお、上記説明では、測定対象物が９００℃として分光放射輝度に基づく重み係数を算出したが、例えば図１０に示したように、２００℃程度の温度幅であれば分光放射輝度が大きく変わることがない。そのため、測定対象物のおおよその温度が過去の操業データ等に基づいて予測できれば、分光放射輝度に基づく重み係数を与えることが可能となる。
【００７７】
ここで、重み係数による分光吸収係数の補正を実施した場合と実施しない場合における実効的吸収係数の差０．２×１０−２［１／ｍｍ］が２色温度計の精度に及ぼす影響について検討する。例えば、厚み１０ｍｍの水膜を通して熱放射光を測定する状況において、２波長における水の分光吸収係数が互いに等しく４．２×１０−２［１／ｍｍ］である場合と、短波長側の分光吸収係数が４．３×１０−２［１／ｍｍ］であり、長波長側の分光吸収係数が４．１×１０−２［１／ｍｍ］である場合のそれぞれの場合について、二色比Ｒを上記式（６）に基づき算出した。得られた結果を、図１１に示した。図１１に示した結果では、上記２つの場合の二色比は、温度差にして約２０℃に相当するズレが生じていた。従って、観測波長に幅がある場合（観測波長が有限の帯域から形成される場合）には、熱放射光の分光特性に基づく重み付けを利用して平均化した吸収体の分光吸収係数が互いに正確に一致するように、２つの波長帯域を選択することが望ましい。
【００７８】
このように、第２の観測波長の選択方法によれば、有限の帯域幅からなる観測波長を利用して放射測温を行う場合に、２色温度計において波長間で同等の光量減衰が生じるように、分光吸収係数の補正を行う。なお、かかる分光吸収係数の補正を行うことにより、測定誤差をより削減することが可能となるため、第１の観測波長の選択方法に基づき狭帯域の観測波長を選択する場合であっても、第２の観測波長の選択方法で説明した分光吸収係数の補正処理を行うことがより好ましい。この際、上記のように、分光放射輝度の波長依存性を考慮して、分光吸収係数の実効値αｅｆｆを定めることが好ましい。
【００７９】
なお、観測波長帯域の実効的な吸収係数を見積る際に、測定対象の熱放射の分光特性に加え、波長選択フィルタの分光透過特性や放射温度計に内蔵されている光検出器の分光感度特性等を重みとして、分光吸収係数に係る分光データを重み付け平均してもよい。この場合には、式（９）に示した関係式の分子の部分に、波長選択フィルタの分光透過特性に関する項や、放射温度計に内蔵されている光検出器の分光感度特性に関する項が増えることとなる。分光透過特性や分光感度特性を更に利用して分光吸収係数を重み付け平均することで、分光吸収係数の分布を考慮した実際により近い形の補正を行うことが可能となり、より精度を向上させることが可能となる。
【００８０】
また、上記第２の観測波長の選択方法では、２つの観測波長の帯域幅を互いに同一にして処理を行う場合について説明したが、２つの観測波長の帯域幅は、相違していてもよい。例えば、近赤外帯域では長波長になるほど分光放射輝度が増加するため、長波長側の観測帯域幅を短波長側より狭くしてもよい。
【００８１】
次に、本発明者らが想到した、測定対象物の温度とあわせて、測定対象物の表面の上方に位置する水膜の厚みの測定方法に関する知見を、図１２及び図１３を参照しながら説明する。
【００８２】
図２に示した状況を、測定対象物の一例としての赤熱している鋼材の上面に冷却水が流れている状況として更に厳密に考慮すると、かかる状況は、図１２に示したようにモデル化することができる。
【００８３】
赤熱している鋼材の温度が高ければ、鋼材の上面に位置する水は膜沸騰の状態となり、鋼材表面と水膜との間に、図１２に示したような水蒸気の層が形成されて、水膜が鋼材の表面から浮いた状態となる。かかる際に、放射温度計は、図１２に示したように鋼材の鉛直方向斜め上方から、測定対象物である鋼材を見込むものとする。水膜の内部では、水膜の厚みｔに応じて鋼材から放射された光が吸収され、放射輝度が減衰していく。より詳細には、放射温度計の光軸と、測定対象物の表面法線方向と、のなす角をθ０としたときに、水膜の内部では、スネルの法則で表される関係（ｎａ・ｓｉｎθ０＝ｎｗ・ｓｉｎθ１）を満足する角度θ１で、鋼材から放射された光が進行する。そのため、鋼材から放射された光の放射輝度は、光路長（ｔ／ｃｏｓθ１）に応じて減衰していく。また、水膜と水蒸気の層との界面、及び、水膜と大気の層との界面では、それぞれ、反射率ρ１、ρ２の界面反射が生じる。このような水膜による吸収、及び、水膜界面における界面反射が生じた結果の放射光が、放射温度計で計測される。ここで、気体である水蒸気は、液体の水とは全く異なる光学特性を有しており、波長９４０ｎｍ〜１６５０ｎｍの帯域では、水蒸気は、ほぼ透明である。すなわち、図１２に示した水蒸気の層での放射光の吸収は無いものとみなすことができる。
【００８４】
上記式（７）における実効的な分光透過率τ１は、水膜の界面における界面反射損失と、水膜内部の波長λ１における分光吸収係数α１により、以下の式（１０）のように表される。
【００８５】
【数９】
2020128980.tif 000011
【００８６】
また、水膜界面における反射率ρ１、ρ２は、上記のような各層における屈折率の関係から、ρ１＝ρ２となるため、かかる反射率の値を、改めてρ＝ρ１＝ρ２とする。かかる反射率ρは、θ＝０°以外では、ｐ偏光成分の反射率ρｐと、ｓ偏光成分の反射率ρｓと、に分けて考えることが必要となる。そのため、上記の式（１０）は、以下の式（１１）のように変形される。ここで、以下の式（１１）において、反射率ρｐ、ρｓは、例えば、水膜／大気の界面において、以下の式（１２）、（１３）のように表される。
【００８７】
【数１０】
2020128980.tif 000012
【００８８】
ここで、ｎｖは、水蒸気の屈折率（ｎｖ＝１．００）であり、ｎｗは、水の屈折率（ｎｗ＝１．３３）であり、ｎａは、大気の屈折率（ｎａ＝１．００）である。なお、本技術では、波長λ１における分光吸収係数α１と、波長λ２における分光吸収係数α２と、が互いに等しくなるように波長λ１、λ２が選択され、また、反射率ρｐ、ρｓは、上記式（１２）及び式（１３）のように、各層の屈折率、及び、屈折角のみで決まる定数である。従って、式（７）にかえて式（８）を用いた場合であっても、透過率τ２の値は、透過率τ１の値と等しくなる。
【００８９】
上記式（６）に示した二色比に基づき、測定対象物である鋼材の温度Ｔが求まると、波長λ１における透過率τ１は、上記（４）式を変形して、以下の式（１４）のように計算される。ここで、以下の式（１４）において、分子は、放射温度計で観測された放射輝度値であり、分母は、温度Ｔの黒体から放射される放射輝度値に対応する。また、以下の式（１４）において、鋼材の分光放射率ε（λ１）は、λ１＝１．１μｍ〜１．３μｍの波長帯域では、０．８程度の安定した値である。
【００９０】
次に、上記式（１０）を上記式（７）に代入して、水膜の厚みｔについて解くと、以下の式（１５）を得ることができる。
【００９１】
【数１１】
2020128980.tif 000013
【００９２】
ここで、上記式（１５）において、水の分光吸収係数α１は、予め実施した実験等で得られた値を用いればよい。例えば、波長λ１、λ２の組み合わせが、（１１００ｎｍ，１１３０ｎｍ）である場合には、水の分光吸収係数α１として、０．０４２８ｍｍ−１を用いればよい。また、波長λ１、λ２の組み合わせが、（１１９０ｎｍ，１３００ｎｍ）である場合には、水の分光吸収係数α１として、０．１２９ｍｍ−１を用いればよい。
【００９３】
従って、測定対象物である鋼材の温度Ｔが得られたとき、上記式（１４）に基づき透過率τ１を算出し、得られた透過率τ１と、放射温度計で得られた放射輝度の計測値と、例えば図１２に示したような各媒質の屈折率と、上記のような水の分光吸収係数αと、放射温度計の設置角度θと、を用いることで、上記式（１５）から水膜の厚みｔを算出することができる。
【００９４】
ここで、上記式（１５）に関して、分光透過率τの低下に対して水膜の厚みｔがどのように変化するのかを、角度θ０＝０°、３０°、４５°のそれぞれの場合について算出し、得られた結果を、以下の図１３に示した。なお、上記式（１５）において、水の分光吸収係数α１として、波長λ１＝１．１９μｍでの値であるα１＝０．１２９ｍｍ−１を用い、屈折率は、図１２に示した値を用いた。図１３から明らかなように、分光透過率τが低下すると、水膜の厚みが増加することがわかる。また、放射温度計の設置角度θ０に応じて、放射光の水膜中における光路長が変化するため、図１３に示した分光透過率と水膜厚みとの関係についても、設置角度θ０に応じて若干変化している。
【００９５】
このように、赤熱している高温の鋼材の表面を膜沸騰した水が覆っている状況であっても、上記知見に示したような２色放射温度計を用いた放射測温法により正確な温度Ｔを得ることができれば、水膜の厚みを正確に算出することが可能となる。
【００９６】
以上、図１〜図１３を参照しながら、本発明者らが得た知見について詳細に説明した。本発明者らは、かかる知見に基づいて更なる検討を行った結果、上記知見に基づく放射測温処理を実施する、以下で説明するような温度測定装置及び温度測定方法に想到した。以下で説明する温度測定装置及び温度測定方法では、測定下限温度をより低くするために吸収体の分光吸収係数が波長依存性を有する帯域で測定を行う場合であっても、２色放射温度計を用いた放射測温法により、正確に測定対象物の温度を測定することが可能となる。また、測定対象物の温度がより正確に得られることで、測定対象物の表面を覆う水膜等の吸収体の厚みを、より正確に算出することが可能となる。
【００９７】
（実施形態）
＜温度測定装置の構成について＞
続いて、図１４Ａ及び図１４Ｂを参照しながら、本発明の実施形態に係る温度測定装置１０の全体構成について詳細に説明する。図１４Ａ及び図１４Ｂは、本実施形態に係る温度測定装置１０の全体的な構成の一例を示した説明図である。
【００９８】
本実施形態に係る温度測定装置１０は、測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を、近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が光路上の少なくとも一部に存在している状態で検出し、熱放射光の放射輝度の検出結果に基づいて測定対象物の温度を測定する装置である。ここで、近赤外帯域において分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体としては、例えば、水、油脂、溶液、ガラス又は樹脂の少なくとも何れかを挙げることができる。また、本実施形態では、近赤外帯域として、特に９４０ｎｍ〜１３５０ｎｍの帯域に着目するものとする。下限を９４０ｎｍとする理由は、図３に示すように、近赤外帯域に属する８００ｎｍ以上（特に９４０ｎｍ以上）において、水が強い波長依存性を有する半透明体となるためである。また、上限を１３５０ｎｍとする理由は、同じく図３に示すように、１３５０ｎｍ以上では、水膜厚み１０ｍｍ以上で水が不透明となるためである。この温度測定装置１０は、例えば図１４Ａに示したように、測定部１０１と、演算処理部１０３と、記憶部１０５と、を主に備える。
【００９９】
測定部１０１は、例えば高温の状態にある鋼板など、近赤外帯域（例えば、９４０ｎｍ〜１３５０ｎｍの帯域）に属する熱放射光を発している測定対象物に関して、発せられている熱放射光（観測光）の大きさを測定する。より詳細には、測定部１０１は、測定対象物の熱放射光を、吸収体の分光吸収係数が互いに同一となる２種類の波長でそれぞれ測定し、これら２種類の波長における熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データを生成する。
【０１００】
この測定部１０１は、例えば２色放射温度計における各種レンズ／レンズ群や光検出器などのセンサ等から構成される光学系に対応するものである。測定部１０１のより詳細な構成については、以下で改めて説明する。また、測定部１０１が測定する２種類の波長は、先だって説明したような２種類の「観測波長の選択方法」に則して、予め設定されている。
【０１０１】
測定部１０１は、測定対象物の熱放射光の大きさを測定して、熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データを生成すると、生成した測定データを後述する演算処理部１０３に出力する。
【０１０２】
演算処理部１０３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、通信装置等により実現される。演算処理部１０３は、測定部１０１により実施される測定処理の統括的な制御を行う。また、演算処理部１０３は、測定部１０１により測定された測定データに基づいて、測定対象物の温度を算出するための演算処理を実施する。より詳細には、演算処理部１０３は、測定部１０１により生成された２種類の波長に対応する測定データと、先だって説明したようなプランクの黒体放射式から導出される、分光放射輝度と温度との間の関係式とに基づいて、測定対象物の温度を算出する。演算処理部１０３により算出された測定対象物の温度に関する情報は、表示画面等を介して画像として出力されたり、プリンタ等を介して印刷物として出力されたり、データそのものとして出力されたりする。
【０１０３】
なお、かかる演算処理部１０３の詳細な構成については、以下で改めて詳述する。
【０１０４】
記憶部１０５は、例えば本実施形態に係る温度測定装置１０が備えるＲＡＭやストレージ装置等により実現される。記憶部１０５には、着目する吸収体の分光吸収係数や、過去の操業データ等を解析することにより得られる測定対象物の分光放射輝度や、分光吸収係数の補正に利用する重み係数などといった各種のパラメータやデータ等が格納される。また、これらのデータ以外にも、記憶部１０５には、本実施形態に係る温度測定装置１０が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部１０５は、測定部１０１及び演算処理部１０３等が、自由にデータのリード／ライト処理を行うことが可能である。
【０１０５】
これら測定部１０１、演算処理部１０３及び記憶部１０５は、図１４Ａに模式的に示したように、例えば２色放射温度計の一機能として一つの測定機器の内部に実現されていてもよい。また、上記測定部１０１、演算処理部１０３及び記憶部１０５は、例えば図１４Ｂに示したように、複数の機器に分散して実装されていてもよい。図１４Ｂに示した例では、例えば２色放射温度計として機能する測定ユニットの内部に、測定部１０１及び記憶部１０５の機能が実現されており、パーソナルコンピュータ、各種サーバ、各種プロセスコンピュータなどといった演算処理装置の内部に、演算処理部１０３及び記憶部１０５の機能が実現されている場合を図示している。なお、図１４Ｂにおいて、記憶部１０５は測定ユニット及び演算処理装置のそれぞれに記憶部１０５ａ，１０５ｂとして実現されているが、記憶部１０５は、測定ユニットの内部のみに実現されていてもよいし、演算処理装置の内部にのみ実現されていてもよい。
【０１０６】
＜測定部の構成例について＞
続いて、図１５〜図１８を参照しながら、本実施形態に係る測定部１０１の構成例について、詳細に説明する。図１５は、本実施形態に係る温度測定装置が備える測定部の構成の一例を模式的に示した説明図である。図１６は、光学フィルタの中心波長と測温誤差との関係の一例を示したグラフ図である。図１７Ａ及び図１７Ｂは、本実施形態に係る測定部における検出部の構成の一例を模式的に示した説明図である。図１８は、本実施形態に係る測定部における検出部の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【０１０７】
本実施形態に係る測定部１０１は、２色放射温度計における光学系に対応するものであり、演算処理部１０３による制御のもとで稼働して、測定対象物が発する近赤外帯域の熱放射光を測定する。この測定部１０１は、図１５に模式的に示したように、測定対象物からの熱放射光を受光する受光部１１１と、受光部１１１により受光した熱放射光を検出する検出部１１３と、測定対象物と受光部１１１との相対的な位置関係を変化させて、測定対象物の幅方向における熱放射光の分布を受光部１１１により測定させる位置制御機構１１５と、を有している。
【０１０８】
本実施形態に係る測定部１０１において、上記のような受光部１１１と検出部１１３とは、公知の各種の光伝達機構により光学的に接続されていればよい。このような光伝達機構として、例えば、公知の各種の光ファイバＯＦを挙げることができる。受光部１１１と検出部１１３とを、例えば光ファイバＯＦのような光伝達機構により接続することで、受光部１１１を、検出部１１３から分離して配置することが可能となり、本実施形態に係る温度測定装置を使用する際の利便性が更に向上する。
【０１０９】
受光部１１１は、図１５に示したように、測定対象物からの熱放射光が受光する受光レンズ１２１と、受光レンズ１２１を透過した測定対象物からの熱放射光を、光ファイバＯＦに接続するための接続カプラ１２３と、を有している。この受光レンズ１２１及び接続カプラ１２３が、熱放射光を検出部１１３へと導光する導光光学系として機能している。
【０１１０】
ここで、本実施形態に係る受光部１１１の具体的な構成については、特に限定されるものではない。例えば、図１５では、受光レンズ１２１として、１枚の両凸レンズを図示しているが、受光レンズ１２１は、複数の光学素子で構成されたレンズ群であってもよい。また、受光レンズ１２１に用いられるレンズは特に限定されるものではなく、球面レンズや非球面レンズなどといった公知の光学素子を適宜利用することが可能である。接続カプラ１２３及び光ファイバＯＦについても、特に限定されるものではなく、公知の各種の接続カプラや光ファイバを用いることが可能である。
【０１１１】
表面の少なくとも一部に様々な厚みの吸収体（図１５では、水）が存在している測定対象物からの熱放射光は、受光部１１１の受光レンズ１２１によって、略平行な光束となり、接続カプラ１２３へと到達する。接続カプラ１２３は、受光レンズ１２１から導光されてきた熱放射光を、光ファイバＯＦの一方の端部へと接続する。受光部１１１で受光され、その後、光ファイバＯＦによって伝達された測定対象物からの熱放射光は、検出部１１３へと導光される。
【０１１２】
検出部１１３は、図１５に例示したように、光ファイバＯＦに光学的に接続されている接続カプラ１５１と、ビームスプリッタ１５３と、光学フィルタ１５５ａ，１５５ｂと、集光レンズ１５７ａ，１５７ｂと、センサ１５９ａ，１５９ｂと、を有している。
【０１１３】
接続カプラ１５１を経た測定対象物からの熱放射光は、分岐光学素子の一例であるビームスプリッタ１５３まで導光される。ビームスプリッタ１５３まで到達した熱放射光の光束は、ビームスプリッタ１５３により２つの光路へと分岐される。
【０１１４】
分岐後の一方の光路上には、図１５に示したように、第１光学フィルタの一例である光学フィルタ１５５ａが設けられており、分岐後のもう一方の光路上には、第２光学フィルタの一例である光学フィルタ１５５ｂが設けられている。
【０１１５】
光学フィルタ１５５ａ，１５５ｂは、波長選択フィルタとして機能し、熱放射光の波長を選択して、特定の波長を有する熱放射光を後段のセンサ１５９ａ、１５９ｂへと透過させるフィルタである。かかる光学フィルタ１５５ａ，１５５ｂについては、予め設定された２つの波長（観測波長）の光を透過させることが可能なものであれば、公知のものを使用可能である。また、上記「観測波長の選択方法」に関する知見で説明したように、かかる光学フィルタ１５５ａ，１５５ｂは、狭帯域の波長選択フィルタであってもよいし、一般的な帯域の（有限の帯域幅を有する）波長選択フィルタであってもよい。
【０１１６】
光学フィルタ１５５ａを透過した、２つの観測波長のうち一方の波長の熱放射光は、集光レンズ１５７ａによって、第１検出素子の一例であるセンサ１５９ａへと集光される。また、光学フィルタ１５５ｂを透過した、２つの観測波長のうちもう一方の波長の熱放射光は、集光レンズ１５７ｂによって、第２検出素子の一例であるセンサ１５９ｂへと集光される。
【０１１７】
センサ１５９ａ，１５９ｂは、集光レンズ１５７ａ，１５７ｂにより導光された測定対象物からの熱放射光の分光放射輝度をそれぞれ検出し、得られた輝度信号のデータを生成する。その後、センサ１５９ａ，１５９ｂのそれぞれは、得られた輝度信号を演算処理部１０３に出力する。かかる輝度信号が、熱放射光の放射輝度の検出結果を示した測定データに対応する。
【０１１８】
ここで、センサ１５９ａ，１５９ｂについては特に限定されるものではなく、熱放射光の検出を行う上記のような２種類の波長に適したものであれば、公知のものを使用可能である。このようなセンサ（光検出器）の例としては、例えば、Ｓｉを用いた検出素子や、ＩｎＧａＡｓを用いた検出素子などを挙げることができる。
【０１１９】
なお、図１５において、集光レンズ１５７ａ，１５７ｂは、１つの両凸レンズを用いて模式的に図示されているが、これら集光レンズ１５７ａ，１５７ｂは、複数のレンズから構成されるレンズ群であってもよい。また、これら集光レンズ１５７ａ，１５７ｂに用いられるレンズは特に限定されるものではなく、球面レンズや非球面レンズなどといった公知の光学素子を適宜利用することが可能である。
【０１２０】
ここで、２つの観測波長の組み合わせ（すなわち、光学フィルタ１５５ａ、１５５ｂそれぞれの透過波長）の一方として、例えば図８Ａに示した第２波長選択領域から、１１９０ｎｍが選択されたものとする。この場合に、もう一方の波長としては、１３００ｎｍ付近から選択されることとなる。ここで、図８Ａから明らかなように、かかる波長帯域においては、波長が長くなるにつれて水の分光吸収係数が上昇する。
【０１２１】
１３００ｎｍ付近から選択する波長における分光吸収係数は、波長１１９０ｎｍにおける分光吸収係数と一致することが求められる。一致しない場合には、先だって説明したような原理が成立しなくなり、一致度合いが低くなるに従い測温誤差が生じてしまう。
【０１２２】
以下では、測温誤差が生じる様子を、次のような試験によって確認した。
すなわち、透過帯域の半値幅が約１０ｎｍであり、かつ、透過帯域の中心波長が１３００．０ｎｍ、１３０１．８ｎｍ、１３０３．２ｎｍ、１３０４．２ｎｍ、１３０４．７である５種類の波長選択フィルタを用意して、９００℃の状態にある測定対象物上において、吸収体である水が存在する場合と存在しない場合の温度指示値の差を調査した。得られた結果を、図１６に示した。
【０１２３】
図１６から明らかなように、中心波長が１３０３．２ｎｍの波長選択フィルタであれば、水の有無にかかわらず温度測定値に変化がないことがわかる。これは、波長１１９０ｎｍと波長１３０３．２ｎｍとで水の分光吸収係数（放射光が水を透過する際の分光透過率）が正確に一致しているためである。すなわち、かかる中心波長を選択することで、水の影響をまったく受けることなく、温度を測定することが可能となる。
【０１２４】
一方、波長選択フィルタの透過帯域の中心波長が１３０３．２ｎｍから長波長側に１ｎｍずれると、水の分光透過率の不一致により、水膜の厚みが２．５ｍｍの場合で約１０℃の測温誤差が生じ、水膜の厚みが５ｍｍの場合で約２０℃の測温誤差が生じることがわかる。かかる結果から明らかなように、光学フィルタ１５５ａ，１５５ｂとして用いる波長選択フィルタの透過波長帯域（中心波長）は、見込まれる水膜の厚みや、測温誤差に求める精度等に応じて選択されることが好ましい。例えば、最大で５ｍｍ程度の厚みの水膜が見込まれるのであれば、波長選択フィルタの透過波長は、約±０．５ｎｍの精度で選択されることが好ましい。また、測温誤差を±１０℃の範囲内としたいのであれば、波長選択フィルタの透過波長帯域の幅は、１．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【０１２５】
再び図１５に戻って、本実施形態に係る位置制御機構１１５について説明する。
本実施形態に係る位置制御機構１１５は、先だって言及したように、測定対象物と受光部１１１との相対的な位置関係を変化させて、測定対象物の幅方向における熱放射光の分布を受光部１１１により測定させる機構である。これにより、本実施形態に係る温度測定装置１０では、着目している測定対象物について、幅方向の温度分布を測定することが可能となる。以下では、図１７Ａ〜図１８を参照しながら、本実施形態に係る位置制御機構１１５について、より具体的に説明する。
【０１２６】
本実施形態に係る位置制御機構１１５は、例えば図１７Ａに模式的に示したように、受光部１１１を、測定対象物の幅方向に沿って移動させる駆動機構であってもよい。図１７Ａにおいて、紙面に対して垂直な方向が、測定対象物の長手方向であり、測定対象物の表面法線方向が、測定対象物の厚み方向であり、長手方向及び厚み方向の双方に対して直交する方向が、測定対象物の幅方向であるものとする。この際に、位置制御機構１１５として機能する駆動機構が、受光部１１１を、測定対象物の幅方向に沿って移動させることで、受光部１１１と測定対象物との間の相対的な位置関係が変化して、着目している測定対象物について、幅方向の温度分布を測定することが可能となる。
【０１２７】
このような駆動機構としては、特に限定されるものではなく、例えばアクチュエータ等のような、公知の各種の駆動機構を適宜利用することが可能である。
【０１２８】
また、本実施形態に係る位置制御機構１１５は、測定対象物の表面法線方向と、受光部１１１の光軸と、のなす角を変化させる角度制御機構であってもよい。例えば図１７Ｂにおいて、紙面に対して垂直な方向が、測定対象物の長手方向であり、測定対象物の表面法線方向が、測定対象物の厚み方向であり、長手方向及び厚み方向の双方に対して直交する方向が、測定対象物の幅方向であるものとする。この際に、長手方向に対して平行な方向に回転軸を設け、受光部１１１が、回転軸を軸として−φ°から＋φ°の範囲内で回転することで、受光部１１１と測定対象物との間の相対的な位置関係が変化して、着目している測定対象物について、幅方向の温度分布を測定することが可能となる。
【０１２９】
ここで、回転角φは、受光部１１１の光軸と、測定対象物の表面法線方向と、のなす角に対応している。また、回転角φの大きさは、特に限定されるものではなく、測定対象物の幅と、受光部１１１の設置高さ（測定対象物の表面からの高さ）と、に応じて適宜設定すればよい。ただし、回転角αの大きさ｜φ｜が４５°を超える場合には、受光部１１１に受光する熱放射光のエネルギーが小さくなりすぎることがあるため、回転角φの大きさ｜φ｜は、０°以上４５°以下であることが好ましい。なお、かかる回転角φは、図１２に示したモデルにおける角度θ０に対応している。
【０１３０】
図１７Ｂに示したような角度調整機構として、例えば、アクチュエータ等を用いた公知の各種の首振り機構を適用してもよいし、ティルト機構を有する撮像レンズや、ティルト機構及びシフト機構を有する撮像レンズ等といった各種の撮像レンズを用いてもよい。
【０１３１】
また、測定対象物の表面法線方向と、受光部１１１の光軸と、のなす角を変化させる角度制御機構として、例えば図１８に示したような、回転するミラーを用いた機構を利用することも可能である。図１８において、紙面に対して垂直な方向が、測定対象物の幅方向であり、測定対象物の表面法線方向が、測定対象物の厚み方向であり、長手方向及び厚み方向の双方に対して直交する方向が、測定対象物の長手方向であるものとする。図１８に示した例では、受光部１１１における導光光学系（すなわち、受光ミラー１２１及び接続カプラ１２３）と、測定対象物との間に、測定対象物の表面法線方向に対して、斜めにミラーＭが設けられており、測定対象物の表面法線方向と、受光レンズ１２１と接続カプラ１２３とを結ぶ光軸と、が互いに直交するように設定されている。
【０１３２】
この際、受光レンズ１２１と接続カプラ１２３とを結ぶ光軸（換言すれば、測定対象物の長手方向）を回転軸として、ミラーＭを所定角度回転させることで、測定対象物の表面法線方向と受光部１１１の光軸とのなす角を変化させることができる。これにより、受光部１１１と測定対象物との間の相対的な位置関係が変化して、着目している測定対象物について、幅方向の温度分布を測定することが可能となる。
【０１３３】
図１８に示した例においても、ミラーＭの回転軸周りの回転角の大きさは、特に限定されるものではなく、測定対象物の幅と、受光部１１１の設置高さ（測定対象物の表面からの高さ）と、に応じて適宜設定すればよい。ただし、回転角の大きさが４５°を超える場合には、受光部１１１に受光する熱放射光のエネルギーが小さくなりすぎることがあるため、回転角の大きさは、０°以上４５°以下であることが好ましい。
【０１３４】
図１８に示したような角度調整機構は、例えばアクチュエータ等の公知の駆動機構と、公知の各種のミラーと、を用いることで、実現することが可能である。
【０１３５】
また、本実施形態に係る測定部１０１において、位置制御機構１１５は、図１７Ａに示したような駆動機構と、図１７Ｂ又は図１８に示したような角度調整機構と、を組み合わせたものであってもよい。
【０１３６】
ここで、図１７Ａに示したような駆動機構における幅方向への移動速度や、図１７Ｂ及び図１８に示したような角度調整機構における回転速度については、特に限定されるものではない。ただし、測定対象物が、例えば搬送ライン上を移動しているようなものである場合には、測定対象物の搬送速度を考慮して、測定対象物の移動タイミングと同期させるように、移動速度や回転速度を決定することが好ましく、また、検出部１１３におけるセンサ１５９ａ，１５９ｂの検出フレームレートについても、測定対象物の搬送速度と同期させることが好ましい。
【０１３７】
以上、図１５〜図１８を参照しながら、本実施形態に係る測定部１０１の構成例を簡単に説明した。
【０１３８】
＜演算処理部１０３の構成例について＞
次に、図１９及び図２０を参照しながら、本実施形態に係る演算処理部１０３の構成例について説明する。図１９は、本実施形態に係る演算処理部１０３の構成例を示したブロック図であり、図２０は、本実施形態に係る演算処理部における厚みの算出処理について説明するための説明図である。
【０１３９】
本実施形態に係る演算処理部１０３は、図１９に例示したように、測定制御部１７１と、データ取得部１７３と、温度算出部１７５と、厚み算出部１７７と、結果出力部１７９と、表示制御部１８１と、を主に備える。
【０１４０】
測定制御部１７１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力装置、出力装置、通信装置等により実現される。測定制御部１７１は、本実施形態に係る温度測定装置１０の機能を統括的に制御する処理部である。また、測定制御部１７１は、先だって説明したような２種類の波長における測定対象物からの熱放射光を測定するように、測定部１０１の動作を制御する。更に、測定制御部１７１は、必要に応じて、温度算出部１７５及び厚み算出部１７７に対して、装置の配置条件等を含む熱放射光の測定条件等のような各種設定値を出力することも可能である。
【０１４１】
データ取得部１７３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。データ取得部１７３は、測定部１０１によって生成された２種類の波長における輝度信号を取得し、後述する温度算出部１７５へと出力する。また、データ取得部１７３は、取得した２種類の波長における輝度信号に、当該輝度信号を取得した日時等に関する時刻情報を関連づけて、履歴情報として記憶部１０５に格納してもよい。
【０１４２】
温度算出部１７５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。温度算出部１７５は、データ取得部１７３から出力された２種類の波長における輝度信号を利用して、一方の輝度信号を他方の輝度信号で除した二色比（換言すれば、分光放射輝度の比）を算出する。また、温度算出部１７５は、算出した二色比と、二色比と温度との間の関係式と、を利用して、測定対象物の温度を算出する。
【０１４３】
上記式（６）からも明らかなように、二色比Ｒは、２つの波長における輝度信号の一方を、他方の輝度信号で除することで算出できる。一方、本実施形態では、上記式（７）及び式（８）に示したように、吸収体による熱放射光の吸収を考慮しているため、二色比Ｒは、上記式（７）及び式（８）を利用して式（６）と同様に式の導出を行うと、下記の式（１６）により表される。
【０１４４】
【数１２】
2020128980.tif 000014
【０１４５】
先だって説明した知見からも明らかなように、本実施形態に係る測定部１０１では、吸収体の分光吸収係数が互いに同一となる波長において、分光放射輝度が測定されている。そのため、上記式（１６）の中辺第１項に示した吸収体による吸収に関する項は、分子・分母で互いに打ち消しあって、値が１となる。従って、上記式（１６）の右辺におけるＲλ及びΛは、上記式（６ａ）及び式（６ｂ）と同一となる。
【０１４６】
ここで、式（６ａ）及び式（６ｂ）に示したＲλ及びΛは、測定部１０１から取得可能な測定条件から決まる定数となる。従って、温度算出部１７５は、算出した二色比Ｒと、上記式（１６）における（最左辺＝最右辺）という関係式と、を利用して、測定対象物の温度Ｔを算出することが可能となる。
【０１４７】
なお、温度算出部１７５が二色比Ｒを算出する際に、２種類の波長λ１、λ２のどちらの輝度信号を分母とし、どちらの輝度信号を分子として演算を行うかについては、特に限定するものではなく、演算処理中において基準とする輝度信号を変更しないようにしておけばよい。
【０１４８】
また、温度算出部１７５は、上記式（１６）で表される二色比Ｒを介することなく、上記式（７）及び式（８）を利用して、温度を直接算出してもよい。すなわち、２種類の波長λ１、λ２における放射率εが既知であれば、上記式（７）及び式（８）における未知数は、温度Ｔと、水膜の厚みｔの２つとなる。従って、温度算出部１７５は、上記式（７）及び式（８）を連立させて連立方程式の解を求めることで、温度Ｔを算出することができる。更に、２種類の波長λ１、λ２における放射率εが未知であったとしても、波長λ１での放射率εと波長λ２での放射率εが互いに等しければ、同様に、上記式（７）及び式（８）を連立させて、温度Ｔを直接算出することが可能である。ここで、連立方程式の解法は特に限定されるものではなく、例えば、解析的に解ける場合には解析的に解いてもよいし、数値演算により求解してもよいし、最適値問題として求解してもよい。
【０１４９】
温度算出部１７５は、上記のようにして算出した測定対象物の温度Ｔに関する情報を、後述する厚み算出部１７７及び結果出力部１７９に出力する。
【０１５０】
厚み算出部１７７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。厚み算出部１７７は、得られた測定対象物の温度から算出した、２種類の波長の何れかにおける黒体放射輝度と、測定された熱放射光の放射輝度と、吸収体の２種類の波長における分光吸収係数と、吸収体の測定対象物側の界面における熱放射光の反射率と、吸収体の測定部１０１側の界面における熱放射光の反射率と、測定時における測定部１０１での設定条件と、を用いて、吸収体の厚みを更に算出する。
【０１５１】
より詳細には、厚み算出部１７７は、データ取得部１７３から出力された２種類の波長における輝度信号（分光放射輝度）の測定値と、温度算出部１７５が算出した測定対象物の温度Ｔとを用いて、上記式（１４）に基づき、透過率τを算出する。また、厚み算出部１７７は、得られた透過率τと、吸収体における熱放射光の反射率ρｐ、ρｓと、吸収体の分光吸収係数αと、測定部１０１における受光部１１１の設置条件（具体的には、測定対象物の表面法線方向と、受光部１１１の光軸とのなす角θ）と、を用いて、上記式（１５）に基づき、吸収体の厚みｔを算出する。
【０１５２】
ここで、図２０に模式的に示したように、測定対象物の幅方向の中心を基準とし、測定対象物の幅をＷ［ｍｍ］と表し、熱放射光の放射輝度の測定視野の幅方向に沿った大きさを、ＤＬ［ｍｍ］と表すものとする。この際に、厚み算出部１７７は、上記のような吸収体の厚みｔの算出処理を、−（Ｗ／２−ＤＬ／２）〜＋（Ｗ／２−ＤＬ／２）の範囲で実施することが好ましい。図２０から明らかなように、（Ｗ／２−ＤＬ／２）で表される位置は、測定対象物の幅方向の端部位置（Ｗ／２）から、ＤＬ／２の大きさだけ、幅方向中心に戻った位置を意味している。（Ｗ／２−ＤＬ／２）で表される位置よりも、測定対象物の端部に近い側まで厚みｔを算出しようとすると、図２０から明らかなように、測定視野の一部に測定対象物ではない部分が入り込み、視野欠けが生じてしまう。かかる視野欠けに起因して、算出される吸収体の厚みｔに誤差が重畳してしまう可能性がある。
【０１５３】
厚み算出部１７７は、上記のようにして算出した吸収体の厚みｔに関する情報を、後述する結果出力部１７９に出力する。
【０１５４】
結果出力部１７９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置、通信装置等により実現される。結果出力部１７９は、温度算出部１７５から出力された測定対象物の温度Ｔに関する情報や、厚み算出部１７７から出力された吸収体の厚みｔに関する情報を、温度測定装置１０のユーザに出力する。具体的には、結果出力部１７９は、温度の測定結果及び厚みの算出結果に対応するデータを、当該データが生成された日時等に関する時刻データと関連づけて、各種サーバや制御装置に出力したり、プリンタ等の出力装置を利用して、紙媒体として出力したりする。また、結果出力部１７９は、判定結果に対応するデータを、外部に設けられたコンピュータ等の各種の情報処理装置に出力してもよいし、各種の記録媒体に出力してもよい。
【０１５５】
また、結果出力部１７９は、温度の測定結果及び厚みの算出結果に対応するデータを、温度測定装置１０に設けられたディスプレイ等の出力装置や、外部に設けられた各種機器の有するディスプレイ等に出力する際には、後述する表示制御部１８１と連携して判定結果を出力する。
【０１５６】
表示制御部１８１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置、通信装置等により実現される。表示制御部１８１は、温度の測定結果及び厚みの算出結果に対応するデータをディスプレイ等の各種表示装置に表示させる際の表示制御を行う。これにより、温度測定装置１０のユーザは、測定対象物の温度に関する測定結果、及び、吸収体の厚みに関する算出結果を、その場で把握することが可能となる。
【０１５７】
以上、本実施形態に係る演算処理部１０３の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０１５８】
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理部の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０１５９】
以上、図１４Ａ〜図２０を参照しながら、本実施形態に係る温度測定装置１０の構成について、詳細に説明した。
【０１６０】
なお、着目する測定対象物の幅方向の大きさによっては、１つの温度測定装置１０を用いたのみでは、測定対象物の幅方向の全域について、温度測定を実施できない可能性も生じうる。その際には、本実施形態に係る温度測定装置１０を、測定対象物の幅方向に沿って、複数設置することで、測定対象物の幅方向の全域について、温度測定を実施することが可能となる。
【０１６１】
＜温度測定方法の流れについて＞
続いて、図２１を参照しながら、本実施形態に係る温度測定装置１０で実施される温度測定方法の流れの一例について、簡単に説明する。図２１は、本実施形態に係る温度測定方法の流れの一例を示した流れ図である。
【０１６２】
図２１に例示したように、本実施形態に係る温度測定方法では、まず、温度測定装置１０の測定部１０１が、演算処理部１０３の測定制御部１７１による制御のもとで、測定対象物の幅方向の各位置において、吸収体の分光吸収係数が等しい２つの波長で、測定対象物からの熱放射光を測定する（ステップＳ１０１）。これにより、測定部１０１は、検出した熱放射光の強さ（すなわち、分光放射輝度）に関する輝度信号を２種類生成して、演算処理部１０３に出力する。
【０１６３】
次に、演算処理部１０３のデータ取得部１７３は、測定部１０１から出力された２種類の波長での分光放射輝度の輝度信号を取得し、温度算出部１７５及び厚み算出部１７７に出力する。
【０１６４】
温度算出部１７５は、取得した２波長での輝度信号を利用し、一方の輝度信号を他方の輝度信号で除することにより、二色比Ｒを算出する（ステップＳ１０３）。また、温度算出部１７５は、上記式（９）に示したような二色比Ｒと温度Ｔとの関係を示した関係式と、算出した二色比Ｒとに基づいて、測定対象物の温度Ｔを算出する（ステップＳ１０５）。その後、温度算出部１７５は、算出した測定対象物の温度Ｔに関する情報を、厚み算出部１７７及び結果出力部１７９に出力する。
【０１６５】
また、厚み算出部１７７は、取得した２波長での輝度信号と、温度算出部１７５が算出した測定対象物の温度Ｔと、を用いて、上記式（１４）及び式（１５）に基づき、測定対象物の上面に位置する吸収体の厚みｔを算出する（ステップＳ１０７）。その後、厚み算出部１７７は、算出した吸収体の厚みｔに関する情報を、結果出力部１７９に出力する。
【０１６６】
結果出力部１７９は、温度算出部１７５により算出された測定対象物の温度と、厚み算出部１７７により算出された吸収体の厚みと、を出力する（ステップＳ１０９）。これにより、温度測定装置１０のユーザは、測定対象物の温度Ｔ及び吸収体の厚みｔに関する情報を把握することが可能となる。
【０１６７】
以上、図２１を参照しながら、本実施形態に係る温度測定方法の流れについて、簡単に説明した。
【０１６８】
（ハードウェア構成について）
次に、図２２を参照しながら、本発明の実施形態に係る温度測定装置１０のハードウェア構成について、詳細に説明する。図２２は、本発明の実施形態に係る温度測定装置１０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【０１６９】
温度測定装置１０は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、温度測定装置１０は、更に、ホストバス９０７、ブリッジ９０９、外部バス９１１、インターフェース９１３、測定部１０１、入力装置９１５、出力装置９１７、ストレージ装置９１９、ドライブ９２１、接続ポート９２３及び通信装置９２５を備える。
【０１７０】
ＣＰＵ９０１は、中心的な処理装置及び制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１９、又は、リムーバブル記録媒体９２７に記録された各種プログラムに従って、温度測定装置１０内の動作全般又はその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるホストバス９０７により相互に接続されている。
【０１７１】
ホストバス９０７は、ブリッジ９０９を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バス９１１に接続されている。
【０１７２】
測定部１０１は、上記のように、測定対象物からの熱放射光を検出して、分光放射輝度の大きさを測定する。
【０１７３】
入力装置９１５は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９１５は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、温度測定装置１０の操作に対応した携帯電話やＰＤＡ等の外部接続機器９２９であってもよい。さらに、入力装置９１５は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。温度測定装置１０のユーザは、この入力装置９１５を操作することにより、温度測定装置１０に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０１７４】
出力装置９１７は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１７は、例えば、温度測定装置１０が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、温度測定装置１０が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０１７５】
ストレージ装置９１９は、温度測定装置１０の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１９は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は、光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１９は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、及び、外部から取得した各種データなどを格納する。
【０１７６】
ドライブ９２１は、記録媒体用リーダライタであり、温度測定装置１０に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は、半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は、半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、ＤＶＤメディア、ＨＤ−ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）メディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２７は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、又は、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｅｍｏｒｙ  ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃａｒｄ）又は電子機器等であってもよい。
【０１７７】
接続ポート９２３は、機器を温度測定装置１０に直接接続するためのポートである。接続ポート９２３の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。接続ポート９２３の別の例として、ＲＳ−２３２Ｃポート、光オーディオ端子、ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。この接続ポート９２３に外部接続機器９２９を接続することで、温度測定装置１０は、外部接続機器９２９から直接各種データを取得したり、外部接続機器９２９に各種データを提供したりする。
【０１７８】
通信装置９２５は、例えば、通信網９３１に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９２５は、例えば、有線又は無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又は、ＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９２５は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９２５は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９２５に接続される通信網９３１は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。
【０１７９】
以上、本発明の実施形態に係る温度測定装置１０の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【０１８０】
（まとめ）
以上説明したように、本発明の実施形態に係る温度測定装置及び温度測定方法によれば、測定対象物との間の光路上に測定対象物からの熱放射光を吸収し、分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が存在する場合であっても、測定を行う波長として、吸収体の分光吸収係数が互いに等しい２つの波長を選択している。また、本発明の実施形態に係る温度測定装置の測定部では、測定対象物の幅方向の各位置における温度分布を測定可能な機構が設けられている。そのため、吸収体による光吸収が存在する近赤外帯域において、光路上の吸収体の影響を除去しつつ測温を行うことが可能となり、測定対象物の幅方向の各位置において、測定対象物の温度をより正確に測定することが可能となる。
【０１８１】
また、本発明の実施形態では、上記「観測波長の選択方法−その２」において説明したように、観測波長が所定の帯域幅を有する場合においても、測定対象物を測定する際に、２つの観測波長帯域における吸収体の実効的な分光吸収係数を同一にすることが可能となる。これにより、光路上に存在する吸収体の厚みが変化する状況においても、より正確に測定対象物の温度を測定することが可能となる。
【０１８２】
更に、本発明の実施形態では、より正確に測定された測定対象物の温度を用いて、測定対象物から放射温度計までの光路上に存在する吸収体の厚みを、より正確に算出することが可能となる。このため、例えば高温の鋼材に水を吹き付けて冷却する工程などでは、抜熱量を左右する鋼板上の水量を、正確にモニタリングすることができる。その結果、温度と水膜厚みが同時に分かれば、鋼材の水冷をより高精度に制御することが可能となる。
【実施例】
【０１８３】
（実施例１）
以下に示す実施例１では、製鉄所の連続鋳造プロセスにおいて、搬送ラインを移動する赤熱鋼材を測定対象物として、図１８に示したような回転ミラー機構を有する受光部１１１を備えた温度測定装置１０を用いて、ライン上を搬送される赤熱鋼材の幅方向の平均表面温度と、赤熱鋼材上に存在しうる水膜の平均厚みと、を測定した。なお、本実施例では、着目する２つの波長として、１１００ｎｍ、１１３０ｎｍを選択した。また、搬送ライン上には、別途、一般的に用いられる単色放射温度計を設置して、温度測定装置１０から出力される温度との比較を行った。
得られた結果を、以下の表１にまとめて示した。
【０１８４】
【表１】
2020128980.tif 000015
【０１８５】
まず、赤熱鋼材上に水膜がほぼ存在しない場合には、温度測定装置１０が示す温度（８５１．３℃）と、単色放射温度計が示す温度（８５１．０℃）と、は、ほぼ一致した状態にあることがわかる。その後、赤熱鋼材上に水膜が存在するようになると、単色放射温度計が示す温度は、８２８．０℃と低下する一方で、温度測定装置１０が示す温度は、８５３．３℃と変化していないことがわかる。
【０１８６】
一方、赤熱鋼材上に存在する水の増加に伴い、近赤外光の透過率が低下していくことが分かった。具体的には、水膜がほぼ存在しない場合（平均水膜厚みが０．５ｍｍである場合）には、近赤外光の透過率が９３．６％であったのに対し、水膜が存在する場合（平均水膜厚みが３．０ｍｍである場合）には、近赤外光の透過率は、６７．８％となった。かかる透過率の推移より、上記表１において単色放射温度計が示した測定結果は、近赤外光の透過率低下に伴って、単色放射温度計により検出される熱放射光のエネルギーが低下したことに起因するものと考えられる。従って、温度測定装置１０が示す温度が、着目する赤熱鋼材の表面温度を正しく反映したものであることがわかる。
【０１８７】
また、温度測定装置１０が示す温度を利用して、水膜が存在しない場合、及び、水膜が存在する場合の双方について、水膜の厚みを算出した。すると、水膜が存在しない場合の算出結果は、平均水膜厚み＝０．５ｍｍとなり、水膜が存在する場合の算出結果は、平均水膜厚み＝３．０ｍｍとなった。この結果より、水膜が存在しないと認識していた場合であっても、実際には、平均水膜厚み＝０．５ｍｍの水膜が存在していたことがわかった。
【０１８８】
（実施例２）
続いて、本発明に係る温度測定装置１０を利用して、水膜の厚み測定を検証する実験を行った。高温に加熱した鋼材の表面に直接水を載せて一定の水膜厚みを維持することは困難であるため、図２３に示すような実験装置を準備した。図２３は、実施例２で用いた実験装置の概略を模式的に示した説明図である。
【０１８９】
図２３に示した実験装置において、鋼板の温度は、９０８℃に保持し、シャーレ中の水の厚みを５ｍｍ又は１０ｍｍとして、鋼板の上方１０ｃｍの位置に、シャーレを固定した。その上で、温度測定装置１０の設置角度θを、０°又は３０°とした場合について、温度測定装置１０による鋼板の温度の測定と、上記式（１５）に基づくシャーレ中の水の厚みの算出とを行った。得られた結果を、以下の表２にまとめて示した。
【０１９０】
【表２】
2020128980.tif 000016
【０１９１】
表２に示した結果から明らかなように、鋼板温度については、実際の鋼板の温度に近い値を示しており、温度測定装置１０が良好に稼働していることがわかる。また、表２に示した結果から明らかなように、シャーレ中の水の厚みが厚くなると、分光透過率は減衰する。また、設置角度θが大きくなると、水中の光路長が長くなるため、同じ水の厚みであっても、分光透過率は低下し、観測される放射輝度は減衰していることがわかる。しかしながら、いずれの条件においても、水の厚みの計算値は、設定値とほぼ等しい値を示しており、温度測定装置１０によって、水膜の厚みを正確に測定可能であることが明らかとなった。
【０１９２】
このような知見より、本発明に係る温度測定装置を用いることで、測定対象物を測定する光路上に、測定対象物からの熱放射光を吸収し、分光吸収係数に波長依存性を有する吸収体が存在する場合であっても、測定対象物の幅方向の温度分布をより正確に測定することが可能となることが明らかとなった。
【０１９３】
（実施例３）
実際の連続鋳造機において、ライン中央に位置する場所に、本発明に係る温度測定装置を設置し、スラブ幅方向に温度測定装置を回転させて、スラブの温度を測定した。なお、連続鋳造機のライン上を流れるスラブの板幅Ｗは、２２００ｍｍであった。また、温度測定装置のスラブ幅方向に沿った測定視野の大きさＤＬは、スラブ端部位置で５６ｍｍであり、温度測定装置が着目する２つの波長として、１１００ｎｍ、１１３０ｎｍを選択した。
【０１９４】
また、比較として、一般的な単色の放射温度計（測定波長は、１０００ｎｍに設定）を用い、あわせてスラブの温度を測定した。得られた結果を、以下の表３及び図２４に示した。
【０１９５】
【表３】
2020128980.tif 000017
【０１９６】
表３及び図２４から明らかなように、本発明に係る温度測定装置は、一般的な単色温度計と比べ、水膜の厚みが厚い幅中央部は高温を示し、その他の位置においては単色温度計とほぼ同じ温度を示した。
【０１９７】
また、本発明に係る温度測定装置が示した水膜の厚みから導出した水膜の分光透過率と、本発明に係る温度測定装置が示した温度と、を用いて、水膜による減衰後の分光放射輝度を算出し、得られた減衰後の分光放射輝度を温度に換算した。この換算温度は、減衰後の分光放射輝度を測定した単色温度計が示すであろう温度に対応している。
【０１９８】
表３から明らかなように、＋１１００ｍｍの位置以外の換算温度は、単色温度計が示した温度とほぼ一致しており、温度測定装置の設置角度（測定角度）が変わっても、スラブ温度と水膜の厚みを、精度良く測定可能であることが確認できた。
【０１９９】
また、＋１１００ｎｍの位置（最エッジ部）を測定した場合には、視野欠けにより分光放射輝度が減衰してしまう。表３から明らかなように、最エッジ部では、実際の水膜の厚みは０ｍｍであったものの、水膜の厚みを過大に算出してしまうことがわかる。かかる結果から、最エッジ部については、水膜の厚みを算出しないことが好ましいことがわかる。
【０２００】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０２０１】
１０    温度測定装置
１０１    測定部
１０３    演算処理部
１０５    記憶部
１１１    受光部
１１３    検出部
１２１    受光レンズ
１２３，１５１    接続カプラ
１５３    ビームスプリッタ
１５５ａ，１５５ｂ    光学フィルタ
１５７ａ，１５７ｂ    集光レンズ
１５９ａ，１５９ｂ    センサ
１７１    測定制御部
１７３    データ取得部
１７５    温度算出部
１７７    厚み算出部
１７９    結果出力部
１８１    表示制御部
【図１】
2020128980.tif 000018
【図２】
2020128980.tif 000019
【図３】
2020128980.tif 000020
【図４】
2020128980.tif 000021
【図５】
2020128980.tif 000022
【図６】
2020128980.tif 000023
【図７】
2020128980.tif 000024
【図８Ａ】
2020128980.tif 000025
【図８Ｂ】
2020128980.tif 000026
【図８Ｃ】
2020128980.tif 000027
【図９Ａ】
2020128980.tif 000028
【図９Ｂ】
2020128980.tif 000029
【図１０】
2020128980.tif 000030
【図１１】
2020128980.tif 000031
【図１２】
2020128980.tif 000032
【図１３】
2020128980.tif 000033
【図１４Ａ】
2020128980.tif 000034
【図１４Ｂ】
2020128980.tif 000035
【図１５】
2020128980.tif 000036
【図１６】
2020128980.tif 000037
【図１７Ａ】
2020128980.tif 000038
【図１７Ｂ】
2020128980.tif 000039
【図１８】
2020128980.tif 000040
【図１９】
2020128980.tif 000041
【図２０】
2020128980.tif 000042
【図２１】
2020128980.tif 000043
【図２２】
2020128980.tif 000044
【図２３】
2020128980.tif 000045
【図２４】
2020128980.tif 000046