(57)【要約】【課題】より広いダイナミックレンジでより高精度に計測することができる放射温度計測装置、及び放射温度計測方法を提供する。【解決手段】計測対象から放射される放射光から複数の特定波長の光の輝度をそれぞれ調整して取り出す光取出し部(3)と、複数の光検出素子が同一平面上に並置され、前記光取出し部によって取り出された前記複数の特定波長の光の光を同時に撮像する単一の画像センサ(5)と、少なくとも１つの光の画像を含む第１画像データから第１温度領域における前記計測対象の温度を算出し、前記第１画像データに含まれる画像に係る光の波動特性とは異なる波動特性の光の画像を少なくとも含む第２画像データから前記第１温度領域よりも高温の第２温度領域における前記計測対象の温度を算出する演算部(6)と、を有する。【選択図】図１
2018072050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象の温度分布を計測する放射温度計測装置であって、
前記計測対象から放射される放射光から複数の特定波長の光の輝度をそれぞれ調整して取り出す光取出し部と、
複数の光検出素子が同一平面上に並置され、前記光取出し部によって取り出された前記複数の特定波長の光を同時に撮像する単一の画像センサと、
少なくとも１つの光の画像を含む第１画像データから第１温度領域における前記計測対象の温度を算出し、前記第１画像データに含まれる画像に係る光の波動特性とは異なる波動特性の光の画像を少なくとも含む第２画像データから前記第１温度領域よりも高温の第２温度領域における前記計測対象の温度を算出する演算部と、を有する放射温度計測装置。
【請求項２】
前記光取出し部は、波長または輝度が互いに異なる光を３つ以上取出し、
前記演算部は、前記第１温度領域又は前記第２温度領域の少なくともいずれか一方における前記計測対象の温度を２色法によって算出する請求項１に記載の放射温度計測装置。
【請求項３】
前記光取出し部は、波長または輝度が互いに異なる光を４つ以上取出し、
前記演算部は、前記第１温度領域及び前記第２温度領域における前記計測対象の温度を２色法によって算出する請求項２に記載の放射温度計測装置。
【請求項４】
前記光取出し部は、前記放射光を互いに異なる複数の波長域の光に分光する分岐ユニット、光の波長ごとに輝度を調整する輝度調整ユニット、及び前記互いに異なる複数の波長域の光から所定の波長の光を透過するフィルターユニットを含む請求項１乃至３の何れか一項に記載の放射温度計測装置。
【請求項５】
前記画像センサによって撮像される前記複数の特定波長の光の光路長を同一にする光路長調整部を更に有する請求項１乃至４の何れか一項に記載の放射温度計測装置。
【請求項６】
計測対象の温度分布を計測する放射温度計測方法であって、
前記計測対象から放射される放射光から複数の特定波長の光の輝度をそれぞれ調整して取り出す光取出しステップと、
複数の光検出素子が同一平面上に並置された単一の画像センサにより、前記光取出しステップにおいて取り出された前記複数の特定波長の光の光を同時に撮像する撮像ステップと、
少なくとも１つの光の画像を含む第１画像データから第１温度領域における前記計測対象の温度を算出し、前記第１画像データに含まれる画像に係る光の波動特性とは異なる波動特性の光の画像を含む第２画像データから前記第１温度領域よりも高温の第２温度領域における前記計測対象の温度を算出する演算ステップと、を有する放射温度計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象の温度分布を非接触で計測する放射温度計測装置、及び放射温度計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼成炉及び加熱炉等の高温炉において、加熱対象となる物体の表面温度分布を正確に把握するために、加熱対象物に計測装置を接触させる必要がない放射温度計測方法が多く用いられている。このような方法を用いる理由としては、当該放射温度計測方法によれば、加熱対象物の周辺領域である対象の場を乱すことがないためである。また、当該放射温度計測方法は、測定する放射光の波長の数に応じて、単色による放射温度計測、二色による放射温度計測、又は多色による放射温度計測の種類に分けられる。そして、加熱対象物の放射率の経時変化や、加熱対象物と計測装置との間に位置する観察窓の窓材等に影響される周辺環境に応じて、単色、二色、又は多色の放射温度計測が選択される。
【０００３】
上記放射温度計測方法においては、より高精度な温度計測の実現が要求されている。当該要求を実現するために、例えば、特許文献１には、ノイズ減算処理によって固定ノイズを除去し、ゲイン補正によって入射光量と出力値との関係を線形化し、フラット補正によって適切な補正値を算出し、これらを経て算出される放射強度比を用いてより高精度の温度算出を行うことが開示されている。
【０００４】
また、計測対象の特性及び加熱状況によっては、計測対象の温度が広範囲に亘ることもあり、幅広いダイナミックレンジでの温度計測が要求されることもある。当該要求に対応するための方法として、例えば、複数台のカメラによる計測対象の撮影、又は特殊な演算処理による出力値の調整等が提案されている。例えば、特許文献２には、特殊な演算処理を行う放射温度分布計測装置として、自然対数的に変換された電気信号を出力する画素がマトリックス状に配されたエリアセンサを有する構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０３８２号公報
【特許文献２】特開２００２−３２３３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年においては計測対象の多様化及び多彩化が進み、温度計測自体の更なる高精度化及びより広範囲に亘る温度計測が要求されているものの、当該要求を十分に満足することができていない。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、より広いダイナミックレンジでより高精度に計測することができる放射温度計測装置、及び放射温度計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するため、本発明の放射温度計測装置は、計測対象の温度分布を計測する放射温度計測装置であって、前記計測対象から放射される放射光から複数の特定波長の光の輝度をそれぞれ調整して取り出す光取出し部と、複数の光検出素子が同一平面上に並置され、前記光取出し部によって取り出された前記複数の特定波長の光を同時に撮像する単一の画像センサと、少なくとも１つの光の画像を含む第１画像データから第１温度領域における前記計測対象の温度を算出し、前記第１画像データに含まれる画像に係る光の波動特性とは異なる波動特性の光の画像を少なくとも含む第２画像データから前記第１温度領域よりも高温の第２温度領域における前記計測対象の温度を算出する演算部と、を有する。
【０００９】
好ましくは、前記光取出し部は波長または輝度が互いに異なる光を３つ以上取出し、前記演算部は前記第１温度領域又は前記第２温度領域の少なくともいずれか一方における前記計測対象の温度を２色法によって算出するのがよい。
【００１０】
より好ましくは、前記光取出し部は波長または輝度が互いに異なる光を４つ以上取出し、前記演算部は前記第１温度領域及び前記第２温度領域における前記計測対象の温度を２色法によって算出するのがよい。
【００１１】
好ましくは、前記光取出し部は、前記放射光を互いに異なる複数の波長域の光に分光する分岐ユニット、光の波長ごとに輝度を調整する輝度調整ユニット、及び前記互いに異なる複数の波長域の光から所定の波長の光を透過するフィルターユニットを含むのがよい。
【００１２】
好ましくは、前記画像センサによって撮像される前記複数の特定波長の光の光路長を同一にする光路長調整部を更に有するのがよい。
【００１３】
また、上述した目的を達成するため、本発明の放射温度計測方法は、計測対象の温度分布を計測する放射温度計測方法であって、前記計測対象から放射される放射光から複数の特定波長の光の輝度をそれぞれ調整して取り出す光取出しステップと、複数の光検出素子が同一平面上に並置された単一の画像センサにより、前記光取出しステップにおいて取り出された前記複数の特定波長の光の光を同時に撮像する撮像ステップと、少なくとも１つの光の画像を含む第１画像データから第１温度領域における前記計測対象の温度を算出し、前記第１画像データに含まれる画像に係る光の波動特性とは異なる波動特性の光の画像を含む第２画像データから前記第１温度領域よりも高温の第２温度領域における前記計測対象の温度を算出する演算ステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る放射温度計測装置及び放射温度計測方法によれば、計測対象の温度分布をより広いダイナミックレンジでより高精度に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例に係る放射温度計測装置の全体構成図である。
【図２】実施例に係る放射温度計測方法のフロー図である。
【図３】実施例に係る放射温度計測装置の画像センサによって撮像された画像を模式的に示す図である。
【図４】変形例に係る放射温度計測装置の全体構成図である。
【図５】変形例に係る放射温度計測装置の全体構成図である。
【図６】変形例に係る放射温度計測装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照し、本発明による放射温度計測装置の実施の形態について、実施例及び変形例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施例及び変形例の説明に用いる図面は、いずれも本発明による放射温度計測装置及びその構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、又は省略等を行っており、各構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。更に、実施例及び変形例で用いる様々な数値は、いずれも一例を示すものであり、必要に応じて様々に変更することが可能である。
【００１７】
＜実施例＞
以下において、図１を参照しつつ、本実施例に係る放射温度計測装置１の構成について説明する。ここで、図１は、本実施例に係る放射温度計測装置１の全体構成図である。
【００１８】
本実施例に係る放射温度計測装置１は、計測対象Ｘから放射される放射光Ｙを受光し、計測対象Ｘの温度分布を非接触で計測する装置である。ここで、計測対象Ｘとは、例えば、溶融炉内における溶融金属、焼成炉内のセラミックス、その他の加熱炉内における固体状の物体である。本実施例においては、計測対象Ｘから放射される光のうち、４００〜９６０ｎｍ波長の光を計測対象としており、当該波長の光を以下において放射光Ｙと称する。
【００１９】
また、図１に示すように、放射温度計測装置１は、放射光Ｙが導光される結像系レンズ部２、放射光Ｙから所望の特定波長の光を取り出す光取出し部３、各波長の光の光路長を調整する光路長調整部４、各波長の光を同時に撮像する画像センサ５、画像センサ５から供給される画像データに基づいて計測対象Ｘの温度を算出する演算部６、演算部６による算出結果を表示する表示部７を有している。
【００２０】
結像系レンズ部２は、画像センサ５に結像される計測対象Ｘの像の大きさ等を調整する。例えば、結像系レンズ部２は、１枚の光学レンズから構成されてもよく、或いは種類の異なる複数の光学レンズから構成されていてもよい。特に、結像系レンズ部２は、計測対象Ｘ及びその周辺環境に応じて最適な光学系を実現できるように、各種のレンズを適宜選択できるものである。そして、結像系レンズ部２によって調整された放射光Ｙは、光取出し部３に導光されることになる。
【００２１】
光取出し部３は、計測対象Ｘから放射される放射光Ｙを分光し、波長が互いに異なる複数の光を波長ごとに輝度を調整して取り出す。具体的な構成として、光取出し部３は、放射光Ｙを互いに異なる４つの波長域の光に分光する分岐ユニット１１、分光された４つの光ごとに輝度を調整する輝度調整ユニット１２、及び輝度が調整された４つの光のそれぞれから所定の波長の光を透過させるフィルターユニット１３を有している。このような構成により、光取出し部３は、様々な波長の光が混ざった状態の放射光Ｙから、所望の輝度で且つ所望の波長の光を４つ取出し、光路長調整部４に導光することになる。
【００２２】
また、互いに異なる４つの波長域の光への分光を可能にするために、分岐ユニット１１は、第１分光器１４、第２分光器１５、及び第３分光器１６を有している。更に、各分光器は、所定の波長域の光のみを透過し且つ他の波長域の光を反射する第１光学部品、及び当該第１光学部品によって反射した光を更に反射して所定方向に導光する第２光学部品を有している。より具体的に、第１分光器１４は第１光学部品１４ａ及び第２光学部品１４ｂを有し、第２分光器１５は第１光学部品１５ａ及び第２光学部品１５ｂを有し、第３分光器１６は第１光学部品１６ａ及び第２光学部品１６ｂを有している。ここで、各第１光学部品としてはダイクロイックミラー、ビームスプリッタ、プリズム、又はハーフミラーを用いてもよく、各第２光学部品としては一般的な反射鏡を用いてもよい。なお、４つの波長の光を取り出すための光学経路を確保することができれば、各分光器はダイクロイックミラー、プリズム、又はハーフミラー等のみからなる光学部品であってもよく、各分光器に反射鏡等の第２光学部品が設けられていなくてもよい。
【００２３】
本実施例においては、第１分光器１４の第１光学部品１４ａは、波長が８０５ｎｍ未満の光を透過し、波長が８０５ｎｍ以上の光を反射する。このため、第１分光器１４に入射する放射光Ｙは、波長が８０５ｎｍ未満の光と、波長が８０５ｎｍ以上の光に分光される。そして、波長が８０５ｎｍ未満の光は第２分光器１５に導光され、波長が８０５ｎｍ以上の光は第１分光器１４の第２光学部品１４ｂによって反射して第３分光器１６に導光される。
【００２４】
また、第２分光器１５の第１光学部品１５ａは、波長が６５０ｎｍ以上の光を透過し、波長が６５０ｎｍ未満の光を反射する。このため、第２分光器１５に入射する８０５ｎｍ未満の波長の光は、波長が６５０ｎｍ未満の光と、波長が６５０ｎｍ以上の光に分光される。そして、波長が６５０ｎｍ以上の光は輝度調整ユニット１２に直接的に導光され、波長が６５０ｎｍ未満の光は第２分光器１５の第２光学部品１５ｂによって反射して輝度調整ユニット１２に導光される。
【００２５】
更に、第３分光器１６の第１光学部品１６ａは、波長が９００ｎｍ以上の光を透過し、波長が９００ｎｍ未満の光を反射する。このため、第３分光器１６に入射する８０５ｎｍ以上の波長の光は、波長が９００ｎｍ未満の光と、波長が９００ｎｍ以上の光に分光される。そして、波長が９００ｎｍ以上の光は輝度調整ユニット１２に直接的に導光され、波長が９００ｎｍ未満の光は第３分光器１６の第２光学部品１６ｂによって反射して輝度調整ユニット１２に導光される。
【００２６】
輝度調整ユニット１２は、各波長域の光の光量を少なくするための４つのＮＤフィルターを備えている。具体的に、輝度調整ユニット１２は、第２分光器１５の第１光学部品１５ａを透過して到達する光（波長：６５０ｎｍ以上８０５ｎｍ未満）を減光する第１ＮＤフィルター１２ａ、及び第２分光器１５の第２光学部品１５ｂで反射して到達する光（波長：４００ｎｍ以上６５０ｎｍ未満）を減光する第２ＮＤフィルター１２ｂを備えている。また、輝度調整ユニット１２は、第３分光器１６の第１光学部品１６ａを透過して到達する光（波長：９００ｎｍ以上９６０ｎｍ以下）を減光する第３ＮＤフィルター１２ｃ、及び第３分光器１６の第２光学部品１６ｂで反射して到達する光（波長：８０５ｎｍ以上９００ｎｍ未満）を減光する第４ＮＤフィルター１２ｄを備えている。ここで、画像センサ５によって最終的に検知される各波長の光の出力レベルが最適となるように、ＮＤフィルターごとに減光率を適宜変更することができる。なお、本実施例においては、輝度調整ユニット１２はＮＤフィルターのみを備えていたが、計測対象、その周辺環境、放射温度計測装置の特性に応じて、光の光量を増加させる光増幅器を備えていてもよい。
【００２７】
フィルターユニット１３は、各波長域の光を更に分光し、最終的な検出対象となる所定の波長の光を取り出すための４つの光学フィルターを備えている。具体的に、フィルターユニット１３は、第１ＮＤフィルター１２ａを経由して到達する光（波長：６５０ｎｍ以上８０５ｎｍ未満）から７５０ｎｍの波長の光のみを透過する第１光学フィルター１３ａ、第２ＮＤフィルター１２ｂを経由して到達する光（波長：４００ｎｍ以上６５０ｎｍ未満）から６３３ｎｍの波長の光のみを透過する第２光学フィルター１３ｂ、第３ＮＤフィルター１２ｃを経由して到達する光（波長：９００ｎｍ以上９６０ｎｍ以下）から９５０ｎｍの波長の光のみを透過する第３光学フィルター１３ｃ、及び第４ＮＤフィルター１２ｄを経由して到達する光（波長：８０５ｎｍ以上９００ｎｍ未満）から８５０ｎｍの波長の光のみを透過する第４光学フィルター１３ｄを備えている。
【００２８】
なお、各光学フィルターによって取り出される光の波長は上述した波長に限定されることなく、計測対象、その周辺環境、放射温度計測装置の特性に応じて適宜変更することができる。すなわち、光取出し部３によって取り出される特定波長の光とは、一の波長に特定される一定の波長の光に限定されることなく、様々な状況及び要望に応じて適宜変更できる選択性のある波長の光である。
【００２９】
なお、輝度調整ユニット１２とフィルターユニット１３との配置関係は逆であってもよい。すなわち、所定の４つの波長の光を取出し後に、各波長の光の輝度を適宜調整してもよい。また、分岐ユニット１１がフィルターユニット１３の機能を備え、分岐ユニット１１において所定の波長の光を取り出すような光学設計を採用してもよい。
【００３０】
このように、光取出し部３が分岐ユニット１１、輝度調整ユニット１２、及びフィルターユニット１３から構成されることにより、画像センサ５に対して所望の光を所望の状態にて到達させることができる。そして、画像センサ５が撮像する光同士のずれに起因する温度計測の誤差を防止することができる。
【００３１】
光路長調整部４は、各波長の光の結像される位置を同一にするために、３つの光路長調整部材を備えている。本実施例においては、上述した光取出し部３の構成から、波長が７５０ｎｍの光を取り出す光路、波長が６３３ｎｍの光を取り出す光路、波長が９５０ｎｍの光を取り出す光路、波長が８５０ｎｍの光を取り出す光路の順番で光路長が長くなっている。すなわち、光路長調整部４を設けない場合には、波長が７５０ｎｍの光の結像される位置が画像センサ５の撮像面上となるものの、波長が８５０ｎｍの光、波長が９５０ｎｍの光、波長が６３３ｎｍの光の順番で、結像位置が画像センサ５の撮像面から遠くなり、各波長の光が手前側（すなわち、光取出し部３側）で結像することになる。このため、画像センサ５側に向けた結像位置のシフト量が最も小さい第１光路長調整部材４ａが６３３ｎｍの波長の光の光路上に配置され、シフト量が次に小さい第２光路長調整部材４ｂが９５０ｎｍの波長の光の光路上に配置され、シフト量が最も大きい第３光路長調整部材４ｃが８５０ｎｍの波長の光の光路上に配置され、７５０ｎｍの波長の光の光路上には光路長調整部材が配置されない。すなわち、波長が７５０ｎｍの光の光路長を基準として、他の波長の光の光路長が調整されている。例えば、光路長調整部材には、石英ガラスを用いることができる。
【００３２】
ここで、光路長調整部材の屈折率をｎ（一般的には「１」より大きい）とし、その寸法をＬとすると、光路長調整部材自体の光路長はｎＬと定義されるため、光路長調整部材が配置された光路はその光路長が更に長くなることになる。しかしながら、焦点距離計算において、光路長調整部材の効果はＬ／ｎと表現され、結像位置をより後方（すなわち、画像センサ５側）にシフトさせることになるため、上述したような光路長調整部材の配置がなされることになる。すなわち、本実施例における光路長調整部材とは、一般的な光学技術における光路長を延ばす部材であるものの、焦点距離計算においては結像位置を後方にシフトする効果を備え且つ当業者が知り得る一般的な光学部品である。
【００３３】
なお、各光路長調整部材は、同一の屈折率の部材であってその寸法が異なることにより光路長が調整されていてもよい。また、各光路長調整部材は、その寸法が同一であって屈折率が互いに異なる部材を用いることにより光路長が調整されていてもよい。更に、各光路長調整部材は、その寸法及び屈折率を互いに異ならせることによって光路長が調整されていてもよい。
【００３４】
そして、各光路長調整部は、分岐ユニット１１と輝度調整ユニット１２との間、又は輝度調整ユニット１２とフィルターユニット１３との間、すなわち光取出し部３内に配置してもよい。また、光取出し部３の構成部材の配置を適宜調整することにより、光取出し部３における各波長の光路長を同一にして、各波長の結像位置を画像センサ５の撮像面上とすることができれば、光路長調整部４は設けなくもよい。
【００３５】
このような光路長調整部４の存在により、各波長の結像位置を画像センサ５の撮像面上にそろえることができる。これにより、当該光路ずれに起因する温度計測の誤差を防止することができる。
【００３６】
上述した光取出し部３及び光路長調整部４の構成から、波長が７５０ｎｍの光は、第１光学部品１４ａ、第１光学部品１５ａ、第１ＮＤフィルター１２ａ、及び第１光学フィルター１３ａを経由する第１光学経路を通過して画像センサ５に到達することになる。また、波長が６３３ｎｍの光は、第１光学部品１４ａ、第１光学部品１５ａ、第２光学部品１５ｂ、第２ＮＤフィルター１２ｂ、第２光学フィルター１３ｂ、及び第１光路長調整部材４ａを経由する第２光学経路を通過して画像センサ５に到達することになる。更に、波長が９５０ｎｍの光は、第１光学部品１４ａ、第２光学部品１４ｂ、第１光学部品１６ａ、第３ＮＤフィルター１２ｃ、第３光学フィルター１３ｃ、及び第２光路長調整部材４ｂを経由する第３光学経路を通過して画像センサ５に到達することになる。そして、波長が８５０ｎｍの光は、第１光学部品１４ａ、第２光学部品１４ｂ、第１光学部品１６ａ、第２光学部品１６ｂ、第４ＮＤフィルター１２ｄ、第４光学フィルター１３ｄ、及び第３光路長調整部材４ｃを経由する第２光学経路を通過して画像センサ５に到達することになる。
【００３７】
画像センサ５は、同一平面上に複数の光検出素子５ａがマトリックス状に並置された構成を有している。複数の光検出素子５ａは同一の特性を有しており、画像センサ５は単一のセンサとして機能することになる。また、画像センサ５は、このような光検出素子５ａの配置構成から光路長調整部４を介して到達する４つの波長の光を同時に撮像することができる。更に、画像センサ５は、撮像した光の画像の画像データを演算部６に対して送信する。例えば、画像センサ５には、汎用性の高い一般的なＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラを用いてもよい。
【００３８】
このように、放射温度計測装置１に搭載される画像センサ５が１つのみになることから、画像センサを複数備える放射温度計測装置と比較して、本実施例の放射温度計測装置１では装置自体の小型化を容易に図ることができる。
【００３９】
演算部６は、８５０ｎｍの波長の光に係る画像と９５０ｎｍの波長の光の画像を含む第１画像データから、１５００℃以上２０００℃未満の第１温度領域における計測対象Ｘの温度を算出する。一方、演算部６は、６３３ｎｍの波長の光に係る画像と７５０ｎｍの波長の光の画像を含む第２画像データから、当該第１温度領域より高温となる２０００℃以上２８００℃未満の第２温度領域における計測対象Ｘの温度を算出する。ここで、演算部６は、公知の２色法によって第１温度領域及び第２温度領域における計測対象Ｘの温度を算出する。
【００４０】
本実施例における演算部６は、特殊な演算処理を行うことなく従来の２色法を用いて計測対象Ｘの温度を算出することができるため、汎用性の高い一般的なＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラを画像センサ５に使用することが可能になる。
【００４１】
なお、演算部６には公知の２色法による温度算出プログラムが記憶され、当該温度算出プログラムを起動して計測対象Ｘの温度分布が算出されてもよい。また、当該温度算出プログラムが他の記録部に保存され、演算部６が当該プログラムを実行することにより、計測対象Ｘの温度分布が算出されてもよい。
【００４２】
表示部７は、演算部６による演算結果を表示するための液晶パネルから構成されている。表示部７においては、演算部６の演算結果として、計測対象Ｘの温度を数値として表示するだけでなく、図を用いて計測対象Ｘの温度分布を表示してもよい。更に、表示部７は、画像センサ５によって撮像された画像をそのまま表示してもよい。なお、表示部７は、放射温度計測装置１内に設けられなくてもよく、放射温度計測装置１に接続されたディスプレイであってもよい。
【００４３】
次に、図１乃至図３を参照しつつ、本実施例に係る放射温度計測方法について説明する。ここで、図２は、本実施例に係る放射温度計測方法のフロー図である。また、図３は画像センサ５によって撮像される画像を模式的に示している。更に、図３（ａ）は１７００℃における画像、図３（ｂ）は１９００℃における画像、図３（ｃ）が２１００℃における画像、図３（ｄ）が２３００℃における画像を示している。
【００４４】
先ず、本実施例に係る放射温度計測方法においては、計測対象Ｘから放射される放射光Ｙを互いに異なる波長域の光に分光する（分光ステップ：Ｓ１）。具体的に、本実施例においては、放射光Ｙを分岐ユニット１１内に入射させ、波長が４００ｎｍ以上６５０ｎｍ未満の光、波長が６５０ｎｍ以上８０５ｎｍ未満の光、波長が８０５ｎｍ以上９００ｎｍ未満の光、及び波長が９００ｎｍ以上９６０ｎｍ以下の光に分光する。
【００４５】
次に、互いに波長域が異なる光ごとに輝度を調整する（輝度調整ステップ：Ｓ２）。具体的に、本実施例においては、第２ＮＤフィルター１２ｂに波長が４００ｎｍ以上６５０ｎｍ未満の光を通過させて減光し、第１ＮＤフィルター１２ａに波長が６５０ｎｍ以上８０５ｎｍ未満の光を通過させて減光し、第４ＮＤフィルター１２ｄに波長が８０５ｎｍ以上９００ｎｍ未満の光を通過させて減光し、第３ＮＤフィルター１２ｃに波長が９００ｎｍ以上９６０ｎｍ以下の光を通過させて減光する。
【００４６】
次に、互いに異なる複数の波長域の光から所望の波長の光を４つ選択して取り出す（波長選択ステップ：Ｓ３）。具体的に、本実施例においては、第２光学フィルター１３ｂに波長が４００ｎｍ以上６５０ｎｍ未満の光を通過させて６３３ｎｍの波長の光を取出し、第１光学フィルター１３ａに波長が６５０ｎｍ以上８０５ｎｍ未満の光を通過させて７５０ｎｍの波長の光を取出している。また、第４光学フィルター１３ｄに波長が８０５ｎｍ以上９００ｎｍ未満の光を通過させて８５０ｎｍの波長の光を取出し、第３光学フィルター１３ｃに波長が９００ｎｍ以上９６０ｎｍ未満の光を通過させて９５０ｎｍの波長の光を取出している。
【００４７】
なお、分光ステップ（Ｓ１）、輝度調整ステップ（Ｓ２）、及び波長選択ステップ（Ｓ３）を経ることで、計測対象Ｘから放射される放射光Ｙを分光し、互いに異なる複数の波長の光を波長ごとに輝度を調整して取り出す光取出しステップが行われることになる。換言すると、分光ステップ（Ｓ１）、輝度調整ステップ（Ｓ２）、及び波長選択ステップ（Ｓ３）から当該光取出しステップが構成されることになる。
【００４８】
次に、互いに波長の異なる４つの光の光路長を調整し、各波長の結像位置を画像センサ５の撮像面上にそろえる（光路長調整ステップ：Ｓ４）。具体的に、本実施例においては、第１光路長調整部材４ａに波長が６３３ｎｍの光を通過させ、第２光路長調整部材４ｂに波長が９５０ｎｍの光を通過させ、第３光路長調整部材４ｃに波長が８５０ｎｍの光を通過させ、波長が７５０ｎｍの光を光路長調整部材を通過させることなく画像センサ５に向けて出射する。
【００４９】
次に、画像センサ５に４つの波長の光を入射させ、互いに波長の異なる４つの波長の光を同時に撮像する（撮像ステップ：Ｓ５）。本実施例においては、図３に示すように、６３３ｎｍ、７５０ｎｍ、８５０ｎｍ、及び９５０ｎｍの光の各画像が１つの画像として得られる。これは、単一の画像センサ５に同時にこれらの光を入射させているためである。本実施例においては、各波長の光の画像が互いに接触しないように、結像系レンズ部２によって焦点が絞られているため、各波長の光の画像が円形となっている。
【００５０】
図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、低温側（１７００℃、１９００℃）では、低波長側（６３３ｎｍ、７５０ｎｍ）の輝度が画像センサ５の検出輝度レベルに到達していないものの、高波長側（８５０ｎｍ、９５０ｎｍ）の輝度が画像センサ５の検出輝度レベルに十分に到達している。一方、高温側（２１００℃、２３００℃）では、低波長側（６３３ｎｍ、７５０ｎｍ）の輝度が画像センサ５の検出輝度レベルに到達しているが、高波長側（８５０ｎｍ、９５０ｎｍ）の輝度が画像センサ５の検出輝度レベルを超えてしまう、すなわち高波長側の光が明るすぎる状態となる。なお、図３（ａ）〜（ｄ）においては、各波長の光の輝度が検出輝度レベルの範囲外である状態を破線で示し、各波長の光の輝度が検出輝度レベルの範囲内である状態を実線で示している。このような画像となる理由は、本実施例で想定される計測対象Ｘの温度範囲においては、プランクの法則からわかるように、計測対象Ｘの温度が高いほど短波長の光が多く放射され、温度が低いほど長波長の光が多く放射される傾向があるからである。
【００５１】
次に、公知の２色法を用いて計測対象Ｘの温度が演算部６によって算出される（演算ステップ：Ｓ６）。具体的に、本実施例においては、８５０ｎｍの波長の光に係る画像と９５０ｎｍの波長の光の画像を含む第１画像データから、１５００℃以上２０００℃未満の第１温度領域における計測対象Ｘの温度が算出される。一方、６３３ｎｍの波長の光に係る画像と７５０ｎｍの波長の光の画像を含む第２画像データから、当該第１温度領域より高温となる２０００℃以上２８００℃未満の第２温度領域における計測対象Ｘの温度が算出される。その後、温度算出に関する演算結果が表示部７に表示されることになる。
【００５２】
上述したように、本実施例に係る放射温度計測装置１及び放射温度計測方法においては、光の波動特性の一つである波長が互いに異なる４つの光を単一の画像センサ５によって撮像することになる。このため、所定の波長の光の撮像に複数の画像センサ（すなわち、カメラ）が不要となり、カメラ同士の補正や、画像センサ同士の補正を行う必要もなくなり、当該補正に伴う計測誤差が生じることも防止することができる。従って、本実施例に係る放射温度計測装置１においては、画像センサの出力と温度との関係が簡便となり、結果的に計測誤差が小さくなる。なお、本実施例において、光の波動特性とは光の輝度（明るさ）及び波長（色）のことであり、光の波長が異なるということは光の波動特性が異なることをいう。
【００５３】
また、本実施例に係る放射温度計測装置１及び放射温度計測方法においては、演算部６が少なくとも１つの光の画像を含む第１画像データから第１温度領域における計測対象Ｘの温度を算出し、更には第１画像データに含まれる画像に係る光の波長とは異なる波長の光の画像を少なくとも含む第２画像データから第１温度領域よりも高温の第２温度領域における計測対象Ｘの温度も算出している。特に、本実施例においては、当該第１画像データが８５０ｎｍの波長の光に係る画像と９５０ｎｍの波長の光の画像とを含んでおり、第１温度領域が１５００℃以上２０００℃未満となっている。また、当該第２画像データが６３３ｎｍの波長の光に係る画像と７５０ｎｍの波長の光の画像とを含んでおり、第２温度領域が２０００℃以上２８００℃未満となっている。
【００５４】
このような演算部６の計測処理により、１つの光から温度計測する場合と比較して、ダイナミックレンジを拡大して温度計測をすることが可能になる。特に、計測装置に用いられる検出素子の性能限界に影響されることなく、従来のような方法と比較して輝度レベルが２〜４倍となり、ダイナミックレンジを２桁〜４桁にまで拡大することができ、ダイナミックレンジをシフトさせて数回に分けて温度計測をする必要もなくなる。そして、本実施例に係る放射温度計測装置１及び放射温度計測方法においては、公知の２色法を用いているため、長い処理時間が必要となる特殊な演算処理が不要であり、数ミリセックレベルの（すなわち、計測の時間間隔が、数ミリ秒程度のような）高速現象の計測にも適用することができる。
【００５５】
以上のことから、本実施例に係る放射温度計測装置１及びこれによって実行される放射温度計測方法においては、より広いダイナミックレンジでより高精度に計測することができることになる。
【００５６】
このようなことから、本実施例に係る放射温度計測装置１及びこれによって実行される放射温度計測方法は、レーザ又は電子ビームプロセスによる溶融現象等（例えば、レーザ溶接、電子ビーム溶接等）に見られる急峻な温度勾配を有する計測対象の温度計測に対して有効である。また、近年のアディティブ・マニュファクチャリング 分野には、例えば、金属などの粉末を、レーザまたは電子ビームなどのエネルギー源（熱源）によって溶融結合させる方式（粉末焼結積層造形法）などがある。例えばそのような造形法においては、計測対象（例えば、粉末層の表面等）に熱源が当たると、当該計測対象の加熱箇所である照射部は固体の状態から加熱溶融されて蒸発するという現象が瞬間的に又は数十μｍ〜数百μｍの微小領域で起こることになる。従って、本実施例に係る放射温度計測装置１及びこれによって実行される放射温度計測方法は、このような近年のアディティブ・マニュファクチャリング分野において有効に活用されることになる。すなわち、本実施例に係る放射温度計測装置１及びこれによって実行される放射温度計測方法は、非常に重要度の高いアディティブ・マニュファクチャリング分野におけるプロセス制御を実現し、計測対象の温度の全体像をより高精度に計測することができる。
【００５７】
なお、本実施例においては、計測対象Ｘが立体的なものであることを想定し、２色法を用いた温度計測を行ったが、４つの波長の光を単色として利用する公知の単色の温度計測原理を用いて温度計測を行ってもよい。この場合には、ダイナミックレンジを２桁〜８桁にまで拡大することができる。但し、計測対象Ｘの形状が平面的なものに限定されることになる。
【００５８】
＜変形例＞
上述した実施例においては、画像センサ５によって互いに波長が異なる４つの光を同時に撮像していたが、画像センサ５に導光される光は２つ以上であればよい。以下において、図４及び図５を参照しつつ、画像センサ５に導光される光が２つの場合、３つの場合を変形例として説明する。ここで、図４及び図５は、図１と同様にして示す、変形例に係る放射温度計測装置の全体構成図である。なお、上述した実施例と同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５９】
先ず、図４に示すように、放射温度計測装置１０１においては、互いに波長の異なる２つの光を同時に撮像し、計測対象Ｘの温度分布を算出している。上述した実施例と異なる点は、光取出し部１０３及び光路長調整部１０４の構造である。
【００６０】
放射温度計測装置１０１の光取出し部１０３は、計測対象Ｘから放射される放射光Ｙを分光し、波長が互いに異なる複数の光を波長ごとに輝度を調整して取り出す。具体的な構成として、光取出し部１０３は、放射光Ｙを互いに異なる２つの波長域の光に分光する第１分光器１１４、分光された２つの光ごとに輝度を調整する輝度調整ユニット１１２、及び輝度が調整された２つの光のそれぞれから所定の波長の光を透過させるフィルターユニット１１３を有している。このような構成により、光取出し部１０３は、様々な波長の光が混ざった状態の放射光Ｙから、所望の輝度で且つ所望の波長の光を２つ取出し、光路長調整部１０４に導光することになる。
【００６１】
また、第１分光器１１４は、所定の波長域の光のみを透過し且つ他の波長域の光を反射する第１光学部品１１４ａ、及び第１光学部品１１４ａによって反射した光を更に反射して所定方向に導光する第２光学部品１１４ｂを有している。第１光学部品１１４ａ及び第２光学部品１１４ｂは、上述した実施例に係る部材と同様の部材を用いることができる。
【００６２】
本変形例においては、第１光学部品１１４ａは、波長が８０５ｎｍ未満の光の透過し、波長が８０５ｎｍ以上の光を反射する。このため、第１分光器１１４に入射する放射光Ｙは、波長が８０５ｎｍ未満の光と、波長が８０５ｎｍ以上の光に分光される。そして、波長が８０５ｎｍ未満の光は直接的に輝度調整ユニット１１２に到達するが、波長が８０５ｎｍ以上の光は第２光学部品１１４ｂで反射して輝度調整ユニット１１２に到達する。すなわち、波長の異なる光のそれぞれは、互いに異なる光路を経由して輝度調整ユニット１１２に到達する。
【００６３】
輝度調整ユニット１１２は、各波長域の光の光量を少なくするための２つのＮＤフィルターを備えている。具体的に、輝度調整ユニット１１２は、第１光学部品１１４ａを透過して到達する光（波長：４００ｎｍ以上８０５ｎｍ未満）を減光する第１ＮＤフィルター１１２ａ、第２光学部品１１４ｂで反射して到達する光（波長：８０５ｎｍ以上９６０ｎｍ未満）を減光する第２ＮＤフィルター１１２ｂを備えている。各ＮＤフィルターの減光率は、上述した実施例と同様に適宜変更することができる。
【００６４】
フィルターユニット１１３は、各波長域の光を更に分光し、最終的な検出対象となる所定の波長の光を取り出すための２つの光学フィルターを備えている。具体的に、フィルターユニット１１３は、第１ＮＤフィルター１１２ａを経由して到達する光（波長：４００ｎｍ以上８０５ｎｍ未満）から７５０ｎｍの波長の光のみを透過する第１光学フィルター１１３ａ、第２ＮＤフィルター１１２ｂを経由して到達する光（波長：８０５ｎｍ以上９６０ｎｍ未満）から９５０ｎｍの波長の光のみを透過する第２光学フィルター１１３ｂを備えている。なお、各光学フィルターによって取り出される光の波長は上述した波長に限定されることなく、上述した実施例と同様に適宜変更することができる。
【００６５】
光路長調整部１０４は、各波長の光の結像される位置を同一にするために、１つの光路長調整部材を備えている。上述した光取出し部１０３の構成から、波長が７５０ｎｍの光を取り出す光路よりも、波長が９５０ｎｍの光を取り出す光路が長くなっている。このため、石英ガラス等からなる第１光路長調整部材１０４ａが９５０ｎｍの波長の光の光路上に配置され、７５０ｎｍの波長の光の光路上には光路長調整部材が配置されない。すなわち、波長が７５０ｎｍの光の光路長を基準として、波長が９５０ｎｍの光の光路長が調整されている。
【００６６】
上述した光取出し部１０３及び光路長調整部１０４の構成から、波長が７５０ｎｍの光は、第１光学部品１１４ａ、第１ＮＤフィルター１１２ａ、及び第１光学フィルター１１３ａを経由する第１光学経路を通過して画像センサ５に到達することになる。一方、波長が９５０ｎｍの光は、第１光学部品１１４ａ、第２光学部品１１４ｂ、第２ＮＤフィルター１１２ｂ、第２光学フィルター１１３ｂ、及び第１光路長調整部材１０４ａを経由する第２光学経路を通過して画像センサ５に到達することになる。これらの光は、画像センサ５によって同時に撮像されることになる。
【００６７】
演算部６は、９５０ｎｍの波長の光の画像を含む第１画像データから、１５００℃以上２０００℃未満の第１温度領域における計測対象Ｘの温度を算出する。一方、演算部６は、７５０ｎｍの波長の光の画像を含む第２画像データから、当該第１温度領域より高温となる２０００℃以上２８００℃未満の第２温度領域における計測対象Ｘの温度を算出する。ここで、演算部６は、公知の単色の温度計測原理によって第１温度領域及び第２温度領域における計測対象Ｘの温度を算出する。
【００６８】
なお、上述した実施例と同様に、演算部６には公知の単色の温度計測原理に係る温度算出プログラムが記憶され、当該温度算出プログラムを起動して計測対象Ｘの温度分布が算出されてもよい。また、当該温度算出プログラムが他の記録部に保存され、演算部６が当該プログラムを実行することにより、計測対象Ｘの温度分布が算出されてもよい。
【００６９】
次に、図５に示すように、放射温度計測装置２０１においては、互いに波長の異なる３つの光を同時に撮像し、計測対象Ｘの温度分布を算出している。上述した実施例と異なる点は、光取出し部２０３及び光路長調整部２０４の構造である。
【００７０】
放射温度計測装置２０１の光取出し部２０３は、計測対象Ｘから放射される放射光Ｙを分光し、波長が互いになる複数の光を波長ごとに輝度を調整して取り出す。具体的な構成として、光取出し部２０３は、放射光Ｙを互いに異なる３つの波長域の光に分光する分岐ユニット２１１、分光された３つの光ごとに輝度を調整する輝度調整ユニット２１２、及び輝度が調整された３つの光のそれぞれから所定の波長の光を透過させるフィルターユニット２１３を有している。このような構成により、光取出し部２０３は、様々な波長の光が混ざった状態の放射光Ｙから、所望の輝度で且つ所望の波長の光を３つ取出し、光路長調整部２０４に導光することになる。
【００７１】
また、放射光Ｙを互いに異なる３つの波長域の光への分光を可能にするために、分岐ユニット２１１は、第１分光器２１４、及び第２分光器２１５を有している。更に、各分光器は、所定の波長域の光のみを透過し且つ他の波長域の光を反射する第１光学部品、及び当該第１光学部品によって反射した光を更に反射して所定方向に導光する第２光学部品を有している。より具体的に、第１分光器２１４は第１光学部品２１４ａ及び第２光学部品２１４ｂを有し、第２分光器２１５は第１光学部品２１５ａ及び第２光学部品２１５ｂを有している。なお、各第１光学部品は、上述した実施例に係る部材と同様の部材を用いることができる。
【００７２】
本変形例においては、上述した実施例と同様に、第１分光器２１４の第１光学部品２１４ａは、波長が８０５ｎｍ未満の光の透過し、波長が８０５ｎｍ以上の光を反射する。このため、第１分光器２１４に入射する放射光Ｙは、波長が８０５ｎｍ未満の光と、波長が８０５ｎｍ以上の光に分光される。そして、波長が８０５ｎｍ未満の光は第２分光器２１５に導光され、波長が８０５ｎｍ以上の光は第１分光器２１４の第２光学部品２１４ｂによって反射して輝度調整ユニット２１２に導光される。
【００７３】
また、上述した実施例と同様に、第２分光器２１５の第１光学部品２１５ａは、波長が６５０ｎｍ以上の光の透過し、波長が６５０ｎｍ未満の光を反射する。このため、第２分光器２１５に入射する８０５ｎｍ未満の波長の光は、波長が６５０ｎｍ未満の光と、波長が６５０ｎｍ以上の光に分光される。そして、波長が６５０ｎｍ以上の光は輝度調整ユニット２１２に直接的に導光され、波長が６５０ｎｍ未満の光は第２分光器２１５の第２光学部品２１５ｂによって反射して輝度調整ユニット２１２に導光される。
【００７４】
輝度調整ユニット１２は、各波長域の光の光量を少なくするための３つのＮＤフィルターを備えている。具体的に、輝度調整ユニット２１２は、第２分光器２１５の第１光学部品２１５ａを透過して到達する光（波長：６５０ｎｍ以上８０５ｎｍ未満）を減光する第１ＮＤフィルター２１２ａ、第２分光器２１５の第２光学部品２１５ｂで反射して到達する光（波長：４００ｎｍ以上６５０ｎｍ未満）を減光する第２ＮＤフィルター２１２ｂ、第１分光器２１４の第２光学部品２１４ｂで反射して到達する光（波長：８０５ｎｍ以上９６０ｎｍ未満）を減光する第３ＮＤフィルター２１２ｃを備えている。各ＮＤフィルターの減光率は、上述した実施例と同様に適宜変更することができる。
【００７５】
フィルターユニット２１３は、各波長域の光を更に分光し、最終的な検出対象となる所定の波長の光を取り出すための３つの光学フィルターを備えている。具体的に、フィルターユニット２１３は、第１ＮＤフィルター２１２ａを経由して到達する光（波長：６５０ｎｍ以上８０５ｎｍ未満）から７５０ｎｍの波長の光のみを透過する第１光学フィルター２１３ａ、第２ＮＤフィルター２１２ｂを経由して到達する光（波長：４００ｎｍ以上６５０ｎｍ未満）から６３３ｎｍの波長の光のみを透過する第２光学フィルター２１３ｂ、第３ＮＤフィルター２１２ｃを経由して到達する光（波長：８０５ｎｍ以上９６０ｎｍ未満）から９５０ｎｍの波長の光のみを透過する第３光学フィルター２１３ｃを備えている。なお、各光学フィルターによって取り出される光の波長は上述した波長に限定されることなく、上述した実施例と同様に適宜変更することができる。
【００７６】
光路長調整部２０４は、各波長の光の結像される位置を同一にするために、石英ガラス等からなる２つの光路長調整部材を備えている。本実施例においては、上述した光取出し部２０３の構成から、波長が７５０ｎｍの光を取り出す光路、波長が６３３ｎｍの光を取り出す光路、波長が９５０ｎｍの光を取り出す光路の順番で光路長が長くなっている。このため、画像センサ５側に向けた結像位置のシフト量が小さい第１光路長調整部材２０４ａが６３３ｎｍの波長の光の光路上に配置され、第１光路長調整部材２０４ａと比較してシフト量が大きい第２光路長調整部材２０４ｂが９５０ｎｍの波長の光の光路上に配置され、７５０ｎｍの波長の光の光路上には光路長調整部材が配置されない。すなわち、波長が７５０ｎｍの光の光路長を基準として、他の波長の光の光路長が調整されている。
【００７７】
上述した光取出し部２０３及び光路長調整部２０４の構成から、波長が７５０ｎｍの光は、第１光学部品２１４ａ、第１光学部品２１５ａ、第１ＮＤフィルター２１２ａ、第１光学フィルター２１３ａを経由する第１光学経路を通過して画像センサ５に到達することになる。また、波長が６３３ｎｍの光は、第１光学部品２１４ａ、第１光学部品２１５ａ、第２光学部品２１５ｂ、第２ＮＤフィルター２１２ｂ、第２光学フィルター２１３ｂ、及び第１光路長調整部材２０４ａを経由する第２光学経路を通過して画像センサ５に到達することになる。更に、波長が９５０ｎｍの光は、第１光学部品２１４ａ、第２光学部品２１４ｂ、第３ＮＤフィルター２１２ｃ、第３光学フィルター２１３ｃ、及び第２光路長調整部材２０４ｂを経由する第３光学経路を通過して画像センサ５に到達することになる。
【００７８】
演算部６は、９５０ｎｍの波長の光の画像を含む第１画像データから、１５００℃以上２０００℃未満の第１温度領域における計測対象Ｘの温度を算出し、６３３ｎｍの波長の光に係る画像と７５０ｎｍの波長の光の画像を含む第２画像データから、当該第１温度領域より高温となる２０００℃以上２８００℃未満の第２温度領域における計測対象Ｘの温度を算出する。この場合には、演算部６は、公知の単色の温度計測原理によって第１温度領域における計測対象Ｘの温度を算出し、公知の２色法によって第２温度領域における計測対象Ｘの温度を算出する。なお、演算部６は、第１温度領域における計測対象Ｘの温度を公知の２色法によって計測し、第２温度領域における計測対象Ｘの温度を公知の単色の温度計測原理によって計測してもよい。すなわち、第１温度領域における温度、第２温度領域における温度のうち、いずれか一方を２色法によって計測し、他方を単色の温度計測原理によって計測してもよい。
【００７９】
また 、演算部６は、３つの波長の光をすべて単色として利用する単色の温度計測原理を用いて温度計測を行ってもよい。すなわち、例えば、９５０ｎｍの波長の光の画像を含む画像データから第１温度領域における温度を算出し、７５０ｎｍの波長の光の画像を含む画像データから第２温度領域における温度を算出し、６３３ｎｍの波長の光の画像を含む画像データから第３温度領域における温度を算出してもよい。
【００８０】
上記のいずれの変形例の場合であっても、波長が互いに異なる複数の光を単一の画像センサ５によって撮像することから、画像センサの出力と温度との関係が簡便となり、結果的に計測誤差が小さくなる。
【００８１】
また、上述した実施例と同様に、演算部６が少なくとも１つの光の画像を含む第１画像データから第１温度領域における計測対象Ｘの温度を算出し、更には第１画像データに含まれる画像に係る光の波長とは異なる波長の光の画像を少なくとも含む第２画像データから第１温度領域よりも高温の第２温度領域における計測対象Ｘの温度も算出している。このため、従来のような方法と比較してダイナミックレンジを拡大して温度計測をすることが可能になる。
【００８２】
更に、上述した実施例と同様に、上記のいずれの変形例の場合であっても、近年のアディティブ・マニュファクチャリング分野において有効に活用されることが期待され、非常に重要度の高いアディティブ・マニュファクチャリング分野におけるプロセス制御を実現し、計測対象の温度の全体像をより高精度に計測することができる。
【００８３】
なお、上述した変形例においては、画像センサ５において撮像する光を４つから減らす態様を説明していたが、画像センサ５において撮像する光を５つ以上にしてもよい。この場合には、画像センサ５に到達させる光の数に応じて、分岐ユニットを増やす必要がある。このように、画像センサ５において撮像する光の種類を多くすることにより、ダイナミックレンジをより拡大して温度計測をすることが可能になる。また、撮像する光の波長に応じて、温度計測又は撮像した画像の確認として適宜使用することが可能となり、放射温度計測装置としての機能の多彩化を図ることもできる。更に、放射光Ｙを５つ以上の波長に分けた場合に、いずれかの波長の光を２色法によって算出するのに用いてもよいし、総ての波長の光を単色の温度計測原理を用いた温度計測に利用してもよい。
【００８４】
そして、温度領域の数としては、上述した形態、すなわち第１温度領域、第２温度領域の２つ、あるいは、第１温度領域、第２温度領域、第３温度領域の３つ、には限定されず、４つ以上の温度領域において計測対象Ｘの温度を算出してもよい。その場合、各温度領域において算出される温度は、いずれかまたは総てを２色法によって算出してもよいし、いずれかまたは総てを単色の温度計測原理を用いて算出してもよい。
【００８５】
上記実施例及び変形例では、光取り出し部は、計測対象Ｘから放射される放射光Ｙを分光し、波長が互いに異なる複数の光を波長ごとに輝度を調整して取り出す構成としたが、このような形態には限定されない。すなわち、取り出される光のうちいずれか２以上の光の波長、または、取り出される光の総ての波長が、互いに同一であってもよい。換言すると、光取出し部に取り出される特定波長の光とは、互いに同一の波長が含まれていてもよい。この場合、互いに同一の波長の光の輝度を、それぞれの光が計測する温度領域等に応じて、適切に調整すればよい。換言すれば、光取出し部は、計測対象Ｘから放射される放射光Ｙを複数の光に分光し、該複数の光ごとに輝度を調整して取り出す構成であればよい。つまり、光取出し部は、計測対象から放射される放射光から、波動特性の１つのである輝度が互いに異なる複数の光を取り出す構成であってもよい。なお、取り出される光の総ての波長が、互いに同一である場合には、単色の温度計測原理を用いた温度計測を行う必要がある。
【００８６】
例えば、いずれも７５０ｎｍの波長を有する２つ以上の複数の光に分光して、各光の輝度を、互いに異なる適切な値にそれぞれ調整してから、画像センサ５に入射させればよい。この場合に、いずれかの輝度の光を２色法によって算出するのに用いてもよいし、総ての輝度の光を単色の温度計測原理を用いた温度計測に利用してもよい。また、この場合も、温度領域の数としては、上述した形態、すなわち第１温度領域、第２温度領域の２つ、あるいは、第１温度領域、第２温度領域、第３温度領域の３つ、には限定されず、４つ以上の温度領域において温度を算出してもよい。その場合、各温度領域における温度は、いずれかまたは総てを２色法によって算出してもよいし、いずれかまたは総てを単色の温度計測原理を用いて算出してもよい。
【００８７】
具体的には例えば、図５に示す形態を更に変形させた図６のような構成としてもよい。図６に示す形態において、７５０ｎｍの波長の光を含む放射光Ｙの光路から、例えばハーフミラー３２０などを用いた構成により、もう１本別の光路を分岐させる。すなわち、互いに同一の波長（例えば７５０ｎｍ）を有する、第１放射光Ｙ１及び第２放射光Ｙ２に分岐させるようにする。ここで第２放射光Ｙ２は、反射鏡３３０によって所望の方向に導光される。また、反射鏡３３０によって導光された第２放射光Ｙ２の光路上には、第３分光器２１６が設けられている。更に、第３の分光器２１６は、波長が８５０ｎｍ以上の光を透過し且つ波長が８５０ｎｍ未満の光を反射する第１光学部品２１６ａ、及び当該第１光学部品２１６ａによって反射された波長が８５０ｎｍ未満の光を所望の方向に導光させる第２光学部品２１６ｂを有している。なお、第１光学部品２１６ａを透過する波長が８５０ｎｍ以上の光は、図５の変形例の場合と同様に、第３ＮＤフィルター２１２ｃに導光される。
【００８８】
そして、本変形例においては、第１放射光Ｙ１から分光した波長が６５０ｎｍ以上８０５ｎｍ未満の光（第一の光）の光路（図５における第１光学経路）に第１ＮＤフィルター２１２ａを設けるとともに、第２放射光Ｙ２から分光した波長が４００ｎｍ以上８５０ｎｍ未満の光（第二の光）の光路に、第１ＮＤフィルター２１２ａとは別のＮＤフィルター（第４ＮＤフィルター２１２ｄ）を設けている。当該第４ＮＤフィルター２１２ｄによって、第二の光の輝度が、第一の光とは異なる輝度に調整されるようにする。すなわち、同一の波長の光を含む第一の光及び第二の光が、互いに異なる輝度に調整される構成とする。
【００８９】
また、第１ＮＤフィルター２１２ａ及び第４ＮＤフィルター２１２ｄによって、第一の光の輝度は、第１温度領域における温度を２色法によって算出するのに適した値に調整され、第二の光は、第２温度領域における温度を２色法によって算出するのに適した値に調整されるようにする。
【００９０】
更に、第４ＮＤフィルター２１２ｄを透過する第二の光の光路には、７５０ｎｍの波長の光を取り出す第３光学フィルター２１３ｃ、及び第３光学フィルター２１３ｃを通過した７５０ｎｍの波長の光の光路長を他の光の光路長と同一に調整する第３光路長調整部材２０４ｃが設けられている。
【００９１】
そして、輝度が調整された後の第一の光から取り出された光（波長７５０ｎｍ）の画像と、９５０ｎｍの波長の光の画像とを用いて、第１温度領域における温度を２色法によって算出する。一方、輝度が調整された後の第二の光から取り出された光（波長７５０ｎｍ）の画像と、６３３ｎｍの波長の光の画像とを用いて、第２温度領域における温度を２色法によって算出するようにしてもよい。なお、ここでは、互いに同一の波長で異なる輝度に調整される光（第一の光及び第二の光から取り出される光）の波長として、７５０ｎｍを例示したが、この光の波長の値は、７５０ｎｍには限定されず、他の任意の値であってもよい。
【００９２】
このような形態の場合であっても、波長または輝度が互いに異なる複数の光を単一の画像センサ５によって撮像することから、画像センサの出力と温度との関係が簡便となり、結果的に計測誤差が小さくなる。
【００９３】
また、上述した実施例と同様に、演算部６が少なくとも１つの光の画像を含む第１画像データから第１温度領域における計測対象Ｘの温度を算出し、更には第１画像データに含まれる画像に係る光の波長とは異なる波長の光の画像または第１画像データに含まれる画像に係る光の輝度とは異なる輝度の光の画像を少なくとも含む第２画像データから第１温度領域よりも高温の第２温度領域における計測対象Ｘの温度も算出している。このため、従来のような方法と比較してダイナミックレンジを拡大して温度計測をすることが可能になる。
【００９４】
更に、上述した実施例と同様に、近年のアディティブ・マニュファクチャリング分野において有効に活用されることが期待され、非常に重要度の高いアディティブ・マニュファクチャリング分野におけるプロセス制御を実現し、計測対象の温度の全体像をより高精度に計測することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１、１０１、２０１    放射温度計測装置
３、１０３、２０３    光取出し部
４、１０４、２０４    光路長調整部
５    画像センサ
６    演算部
１１、２１１    分岐ユニット
１２、１１２、２１２    輝度調整ユニット
１３、１１３、２１３    フィルターユニット
１４、１１４、２１４    第１分光器
１５、２１５    第２分光器
１６、２１６    第３分光器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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