(57)【要約】【課題】従来、２波長法を用いて測定対象物の放射率を測定するためには、異なる波長を透過する２種類のフィルタを設けたり、２台のカメラを設けたりする必要があり、構成が複雑化していた。【解決手段】波長選択素子１１は、制御電圧の入力に応じて、測定対象物から放射される赤外線光が透過可能な少なくとも２つの異なる波長帯域を選択する。制御部１５は、一つ又は複数のセンサを有する検出素子１３に垂直同期信号を出力すると共に、検出素子１３に垂直同期信号を出力するタイミングに合わせて、波長選択素子１１を赤外線光が透過可能な波長帯域を切替える制御を行い、かつ検出素子１３からフレーム毎に入力する検出信号に基づいて演算した測定対象物の放射率、絶対温度のいずれか、又は放射率及び絶対温度の両方を出力する。電圧制御部１７は、波長帯域を切替える制御により切替えられる波長帯域に対応する制御電圧を波長選択素子１１に出力する。【選択図】図２
2019138715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御電圧の入力に応じて、測定対象物から放射される赤外線光が透過可能な少なくとも２つの異なる波長帯域が選択される波長選択素子と、
選択された波長帯域で前記波長選択素子を透過した前記赤外線光の強度を検出して検出信号を出力する一つ又は複数のセンサを有し、垂直同期信号が入力するタイミングでフレーム毎に前記検出信号を出力する検出素子と、
前記検出素子から出力される前記検出信号をデジタルデータに変換する変換部と、
前記検出素子に前記垂直同期信号を出力すると共に、前記検出素子に前記垂直同期信号を出力するタイミングに合わせて、前記波長選択素子を前記赤外線光が透過可能な波長帯域を切替える制御を行い、かつ前記検出素子から前記フレーム毎に入力する前記検出信号に基づいて演算した前記測定対象物の放射率を出力する制御部と、
波長帯域を切替える制御により切替えられる波長帯域に対応する前記制御電圧を前記波長選択素子に出力する電圧制御部と、を備える
放射率測定装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記波長選択素子を透過した第１波長帯域の前記赤外線光により前記検出素子から出力された前記検出信号と、前記波長選択素子を透過した第２波長帯域の前記赤外線光により前記検出素子から出力された前記検出信号とに基づいて、前記測定対象物の放射率を演算する演算部と、を備える
請求項１に記載の放射率測定装置。
【請求項３】
さらに、表示部を備え、
前記制御部は、
前記演算部により演算された前記測定対象物の放射率に基づいて画像データを生成する画像データ生成部を有し、
前記表示部は、前記画像データに基づいて、前記測定対象物の放射率画像を表示する
請求項２に記載の放射率測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記波長選択素子の波長帯域を切替えた直後に出力される所定数の前記フレームに含まれる前記検出信号を不使用とし、不使用とされた前記所定数の前記フレームが出力された後に出力される前記フレームに含まれる前記検出信号を使用して前記測定対象物の放射率を演算する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の放射率測定装置。
【請求項５】
制御電圧の入力に応じて、測定対象物から放射される赤外線光が透過可能な少なくとも２つの異なる波長帯域が選択される波長選択素子と、
選択された波長帯域で前記波長選択素子を透過した前記赤外線光の強度を検出して検出信号を出力する一つ又は複数のセンサを有し、垂直同期信号が入力するタイミングでフレーム毎に前記検出信号を出力する検出素子と、
前記検出素子から出力される前記検出信号をデジタルデータに変換する変換部と、
前記検出素子に前記垂直同期信号を出力すると共に、前記検出素子に前記垂直同期信号を出力するタイミングに合わせて、前記波長選択素子を前記赤外線光が透過可能な波長帯域を切替える制御を行い、かつ前記検出素子から前記フレーム毎に入力する前記検出信号に基づいて演算した前記測定対象物の絶対温度を出力する制御部と、
波長帯域を切替える制御により切替えられる波長帯域に対応する前記制御電圧を前記波長選択素子に出力する電圧制御部と、を備える
温度測定装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記波長選択素子を透過した第１波長帯域の前記赤外線光により前記検出素子から出力された前記検出信号と、前記波長選択素子を透過した第２波長帯域の前記赤外線光により前記検出素子から出力された前記検出信号とに基づいて、前記測定対象物の絶対温度を演算する演算部と、を備える
請求項５に記載の温度測定装置。
【請求項７】
さらに、表示部を備え、
前記制御部は、
前記演算部により演算された前記測定対象物の絶対温度に基づいて画像データを生成する画像データ生成部を有し、
前記表示部は、前記画像データに基づいて、前記測定対象物の温度画像を表示する
請求項６に記載の温度測定装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記波長選択素子の波長帯域を切替えた直後に出力される所定数の前記フレームに含まれる前記検出信号を不使用とし、不使用とされた前記所定数の前記フレームが出力された後に出力される前記フレームに含まれる前記検出信号を使用して前記測定対象物の絶対温度を演算する
請求項５〜７のいずれか一項に記載の温度測定装置。
【請求項９】
制御電圧の入力に応じて、測定対象物から放射される赤外線光が波長選択素子を透過可能な少なくとも２つの異なる波長帯域が選択されるステップと、
選択された波長帯域で前記波長選択素子を透過した前記赤外線光の強度を検出して検出信号を出力する一つ又は複数のセンサを有する検出素子が、垂直同期信号が入力するタイミングでフレーム毎に前記検出信号を出力するステップと、
前記検出素子から出力される前記検出信号をデジタルデータに変換するステップと、
前記検出素子に前記垂直同期信号を出力すると共に、前記検出素子に前記垂直同期信号を出力するタイミングに合わせて、前記波長選択素子を前記赤外線光が透過可能な波長帯域を切替える制御を行い、かつ前記検出素子から前記フレーム毎に入力する前記検出信号に基づいて演算した前記測定対象物の放射率を出力するステップと、
波長帯域を切替える制御により切替えられる波長帯域に対応する前記制御電圧を前記波長選択素子に出力するステップと、を含む
放射率測定方法。
【請求項１０】
制御電圧の入力に応じて、測定対象物から放射される赤外線光が波長選択素子を透過可能な少なくとも２つの異なる波長帯域が選択されるステップと、
選択された波長帯域で前記波長選択素子を透過した前記赤外線光の強度を検出して検出信号を出力する一つ又は複数のセンサを有する検出素子が、垂直同期信号が入力するタイミングでフレーム毎に前記検出信号を出力するステップと、
前記検出素子から出力される前記検出信号をデジタルデータに変換するステップと、
前記検出素子に前記垂直同期信号を出力すると共に、前記検出素子に前記垂直同期信号を出力するタイミングに合わせて、前記波長選択素子を前記赤外線光が透過可能な波長帯域を切替える制御を行い、かつ前記検出素子から前記フレーム毎に入力する前記検出信号に基づいて演算した前記測定対象物の絶対温度を出力するステップと、
波長帯域を切替える制御により切替えられる波長帯域に対応する前記制御電圧を前記波長選択素子に出力するステップと、を含む
温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射率測定装置、温度測定装置、放射率測定方法及び温度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物の温度分布を色分けした温度画像を表示装置に表示可能な赤外線サーモグラフィー装置が用いられている。赤外線サーモグラフィー装置は、測定対象物から放射される赤外線光の強度に応じて、例えば、高い温度は白色、低い温度は青色のように色分けした温度画像として表示される画像データを表示装置に出力する。
【０００３】
赤外線カメラを用いて測定対象物の絶対温度を詳細に測定するためには、測定対象物の放射率を知る必要がある。従来は、赤外線カメラで測定された温度が、熱電対で測定された温度と等しくなるように放射率が設定されていた。しかし、熱電対は測定対象物の一点に接触させて温度を測定するものであるため、全ての測定対象物の温度を測定するために多数の箇所に熱電対を設置することは困難である。さらには、測定対象物が密閉容器内にある、又は、遠方にあるなど熱電対の設置が不可能である場合もある。
【０００４】
ここで、２波長法又は２色法と呼ばれる放射率測定方法が知られている。２波長法では、異なる２波長でそれぞれ絶対温度と放射率の関係を示す２つの式を得て、２式の放射率が同じであることを利用して、測定対象物の絶対温度を測定することができる。このため、熱電対を用いないで、２つの異なる波長感度を有する赤外線カメラを用いて放射率を測定可能な測定装置が提供されていた。
【０００５】
例えば、特許文献１には、ビームスプリッターにより２方向に分けられた放射光のうち、第１の波長の放射光のみを透過させる第１の干渉フィルタ、第２の波長の放射光のみを透過させる第２の干渉フィルタを透過した放射光の光強度を、第１及び第２のモノクロビデオカメラで計測する技術が開示されている。この技術では、第１及び第２のモノクロビデオカメラで計測した光強度の比率を、基準物体における同じ２つの波長の光強度の比率と比較することで火炎温度を求めることが可能となる。
【０００６】
また、特許文献２には、前段のプリズムにより分割された光束の一方に特定の波長を透過する第１波長フィルタを設け、他方に第１波長フィルタが透過する波長とは異なる波長を透過する第２波長フィルタを設け、後段のプリズムに入射した２つの光束を平行光束として撮像素子に結像させ、２波長法により放射率を測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−９９０５５号公報
【特許文献２】特開２０１３−２００２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に開示されたように第１及び第２のモノクロビデオカメラを用意すると、装置が大型化するだけでなく、高価格化も招いてしまう。また、ビームスプリッターにより分けられた放射光が、特許文献１に開示された第１及び第２のモノクロビデオカメラに届くようにするには、第１及び第２の干渉フィルタ、並びに第１及び第２のモノクロビデオカメラを厳密に配置しなければならず、測定の手間がかかっていた。
【０００９】
また、特許文献２に開示された技術では、１台の撮像素子に２つの光束を結像させることを可能としているが、２つのプリズム、各種ミラー、第１及び第２波長フィルタの厳密な位置合せを必要とするため、装置の構成が複雑化していた。
【００１０】
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、簡易な構成でありながら、測定対象物の放射率、絶対温度のいずれか、又は放射率及び絶対温度の両方を測定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の放射率測定装置は、制御電圧の入力に応じて、測定対象物から放射される赤外線光が透過可能な少なくとも２つの異なる波長帯域が選択される波長選択素子と、選択された波長帯域で波長選択素子を透過した赤外線光の強度を検出して検出信号を出力する一つ又は複数のセンサを有し、垂直同期信号が入力するタイミングでフレーム毎に検出信号を出力する検出素子と、を備える。
また、本発明の放射率測定装置は、検出素子から出力される検出信号をデジタルデータに変換する変換部と、検出素子に垂直同期信号を出力すると共に、検出素子に垂直同期信号を出力するタイミングに合わせて、波長選択素子を赤外線光が透過可能な波長帯域を切替える制御を行い、かつ検出素子からフレーム毎に入力する検出信号に基づいて演算した測定対象物の放射率を出力する制御部を備える。
さらに、波長帯域を切替える制御により切替えられる波長帯域に対応する制御電圧を波長選択素子に出力する電圧制御部を備える。
【００１２】
本発明の温度測定装置は、上記放射率測定装置の構成と同じ波長選択素子、検出素子、変換部、制御部及び電圧制御部を備え、特に制御部は、検出素子からフレーム毎に入力する検出信号に基づいて演算した測定対象物の絶対温度を出力するようにしている。
【００１３】
また、本発明の放射率測定方法は、以下のステップ（ａ）〜（ｅ）を含む。
（ａ）制御電圧の入力に応じて、測定対象物から放射される赤外線光が波長選択素子を透過可能な少なくとも２つの異なる波長帯域が選択されるステップ、
（ｂ）選択された波長帯域で波長選択素子を透過した赤外線光の強度を検出して検出信号を出力する一つ又は複数のセンサを有する検出素子が、垂直同期信号が入力するタイミングでフレーム毎に検出信号を出力するステップ、
（ｃ）検出素子から出力される検出信号をデジタルデータに変換するステップ、
（ｄ）検出素子に垂直同期信号を出力すると共に、検出素子に垂直同期信号を出力するタイミングに合わせて、波長選択素子を赤外線光が透過可能な波長帯域を切替える制御を行い、かつ検出素子からフレーム毎に入力する検出信号に基づいて演算した測定対象物の放射率を出力するステップ、
（ｅ）波長帯域を切替える制御により切替えられる波長帯域に対応する制御電圧を波長選択素子に出力するステップ。
【００１４】
本発明の温度測定方法は、上記放射率測定方法のステップ（ａ）〜（ｃ）及び（ｅ）を含み、上記ステップ（ｄ）の代わりに、以下のステップ（ｄ’）を含む。
（ｄ’）検出素子に垂直同期信号を出力すると共に、検出素子に垂直同期信号を出力するタイミングに合わせて、波長選択素子を赤外線光が透過可能な波長帯域を切替える制御を行い、かつ検出素子からフレーム毎に入力する検出信号に基づいて演算した測定対象物の絶対温度を出力するステップ。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、制御電圧の入力に応じて波長選択素子を赤外線光が透過可能な波長帯域が選択される。そして、２つの異なる波長帯域で波長選択素子を透過した赤外線光の強度に応じてセンサが出力した検出信号により、測定対象物の放射率、絶対温度のいずれか、又は双方を演算して出力することができる。このように赤外線光の異なる波長毎に独立の検出素子を設ける必要がないため、装置の構成を簡易化することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る測定装置の概要構成例を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る測定装置の内部構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る制御部の内部構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る電圧制御部が波長選択素子に電圧を印加するタイミングの例を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る測定装置の動作例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施の形態に係る放射率画像の表示例を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る温度画像の表示例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態例について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は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する説明を省略する。
【００１８】
図１は、測定装置１の概要構成例を示す説明図である。
測定装置１は、波長選択素子１１、レンズ１２及び検出素子１３を備える。
【００１９】
波長選択素子１１は、測定装置１に一つだけ設けられ、赤外線光が検出素子１３に至るまでの光路上に配置される。そして、波長選択素子１１は、後述する図２に示す制御部１５からの制御電圧の入力に応じて、測定対象物から放射される赤外線光が透過可能な少なくとも２つの異なる波長帯域を選択して、赤外線光を透過させる。本実施の形態において使用される赤外線光の使用帯域は、いわゆる短波長（０．９μｍ〜１．７μｍ）の帯域である。そして、波長選択素子１１は、短波長の帯域の内、例えば、１．２μｍ〜１．４μｍの第１波長帯域、又は１．４μｍ〜１．６μｍの第２波長帯域のいずれかの帯域の赤外線光を透過させることが可能である。このため、波長選択素子１１は、特定の波長帯域の赤外線光を選択して透過するＢＰＦ（Band Pass Filter）として機能する。
【００２０】
レンズ１２は、波長選択素子１１を透過した赤外線光を検出素子１３に結像させるために、赤外線光を集光する。このため、波長選択素子１１は、通常はレンズ１２の光軸に沿って、レンズ１２の前段に配置される。なお、波長選択素子１１は、レンズ１２の光軸に沿って、レンズ１２及び検出素子１３との間（レンズ１２の後段）に配置してもよい。これにより、レンズ１２を透過した赤外線光のうち、波長選択素子１１により選択された波長帯域で透過した赤外線光が検出素子１３に結像する。
【００２１】
検出素子１３は、後述する図２に示すように一つ又は複数のセンサ１３ａを有しており、検出素子１３に垂直同期信号が入力するタイミングでフレーム毎に検出信号を出力する。検出素子１３が単位時間あたりに出力可能な検出信号のフレーム数は、例えば、１００ｆｐｓ（frames per second）である。
【００２２】
図２は、測定装置１の内部構成例を示すブロック図である。
測定装置１は、上述した図１に示した波長選択素子１１及び検出素子１３に加えて、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換部１４、制御部１５、表示部１６、電圧制御部１７及び操作部１８を備える。
【００２３】
上述したように波長選択素子１１及び検出素子１３は、レンズ１２の光軸に沿って測定装置１に一つずつ設けられる。波長選択素子１１は、電圧制御部１７から印加される制御電圧により駆動する液晶素子である。波長選択素子１１の応答時間は、例えば５ｍｓのように非常に短い。波長選択素子１１は、機械部品ではないため、耐久性に優れており、小型化も容易である。
【００２４】
検出素子１３が有するセンサ１３ａは、測定装置１をカメラとして用いた時に、画素単位で設けられるセンサである。そして、センサ１３ａは、選択された波長帯域で波長選択素子１１を透過した赤外線光の強度を検出して検出信号を出力する。センサ１３ａとして、例えば、測定対象物の絶対温度に応じて抵抗値が変化するマイクロボロメータが用いられる。検出素子１３には、多数のマイクロボロメータが、例えば、横３２０個×縦２４０個のように２次元に配列されている。マイクロボロメータは、赤外線光を検出すると、赤外線光の強度に応じたアナログの検出信号を出力する。ただし、検出素子１３には、一つのマイクロボロメータだけが用いられてもよい。
【００２５】
Ａ／Ｄ変換部１４は、検出素子１３の画素単位のセンサ１３ａから出力される検出信号をデジタルデータに変換し、制御部１５にデジタルデータを出力する。
【００２６】
制御部１５は、Ａ／Ｄ変換部１４から入力する検出信号のデジタルデータに対して、後述する図３に示すゲイン補正及びオフセット補正を行い、測定対象物の放射率と絶対温度とを演算する。放射率とは、ある絶対温度における黒体の放射量と、測定対象物の放射量との比であり、１以下の値をとる。そして、制御部１５は、演算した測定対象物の放射率と絶対温度に基づいて画像処理を行って得た画像データを表示部１６に出力する。ここで、制御部１５は、操作部１８の操作に従って、放射率画像又は温度画像の画像データを生成し、表示部１６に画像データを出力する。
【００２７】
また、制御部１５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ等により構成されており、ＣＰＵがメモリから読み出したプログラムを実行することにより、制御部１５の機能が実現される。そして、制御部１５は、検出素子１３に垂直同期信号を出力する。また、制御部１５は、検出素子１３に垂直同期信号を出力するタイミングに合わせて、波長選択素子１１を赤外線光が透過可能な波長帯域を切替える制御を行う。このため、制御部１５は、波長選択素子１１を透過可能な赤外線光の波長帯域を切替えるための制御信号を電圧制御部１７に出力する。
【００２８】
表示部１６は、制御部１５により生成された画像データに基づいて、測定対象物の放射率の分布状況を示す放射率画像、又は測定対象物の絶対温度の分布状況を示す温度画像を表示する。表示部１６に表示される放射率画像、温度画像は、それぞれ後述する図６及び図７に示されている。
【００２９】
電圧制御部１７は、制御部１５の制御により切替えられる波長帯域に対応する制御電圧を波長選択素子１１に出力する。電圧制御部１７から波長選択素子１１に加えられる制御電圧は、検出素子１３の垂直同期信号と同期して変化する。このため、波長選択素子１１に印加される制御電圧は、検出素子１３が出力する検出信号のフレームを単位として切り替わる。
【００３０】
操作部１８は、制御部１５に対して測定対象物の放射率又は絶対温度のいずれかを出力させる指示を入力するために用いられる。制御部１５は、操作部１８からの指示により、表示する画像データを放射率画像又は温度画像のいずれかに切替えて表示部１６に出力する。
【００３１】
なお、測定装置１にＰＣ（Personal Computer）端末等を接続することにより、測定装置１の構成から表示部１６を除く構成としてもよい。この場合、制御部１５は、検出素子１３からフレーム毎に入力する検出信号に基づいて演算した測定対象物の放射率、絶対温度のいずれか、又は放射率及び絶対温度の両方をＰＣ端末に出力する。これにより、測定装置１に接続されたＰＣ端末等にて測定対象物の放射率、絶対温度のいずれか、又は放射率及び絶対温度の両方を表示することができる。
【００３２】
図３は、制御部１５の内部構成例を示すブロック図である。
検出素子１３の各センサ１３ａから出力される検出信号は、測定対象物の絶対温度が高くなるほど、大きい値となるような１次式に近似して表される。ただし、検出素子１３の各センサ１３ａに対応するマイクロボロメータの特性がばらついており、１次式自体が標準の１次式から乖離している。このため、例えば、測定装置１の工場出荷時において、各センサ１３ａに対応するマイクロボロメータの特性を揃えるためのゲイン補正及びオフセット補正に用いる補正値が不図示のメモリに保存される。そして、制御部１５は、メモリから読み出した補正値に基づいてデジタルデータを補正する。
【００３３】
ここで、制御部１５は、ゲイン補正部１５ａ、オフセット補正部１５ｂ、演算部１５ｃ及び画像データ生成部１５ｄを備える。
ゲイン補正部１５ａは、Ａ／Ｄ変換部１４から入力したデジタルデータに変換された検出信号のゲイン補正を行う。ゲイン補正部１５ａによりゲイン、すなわち１次式の傾きが補正される。
オフセット補正部１５ｂは、ゲイン補正部１５ａによりゲインが補正されたデジタルデータのオフセット補正を行う。オフセット補正部１５ｂによりオフセット、すなわち１次式の切片が補正される。
【００３４】
演算部１５ｃは、ゲイン補正部１５ａ及びオフセット補正部１５ｂにより補正された２種類の検出信号を変換したデジタルデータに基づいて、測定対象物の放射率及び絶対温度を画素毎に演算する。上記演算に当たって、演算部１５ｃは、波長選択素子１１を透過した第１波長帯域の赤外線光と、同じく波長選択素子１１を透過した第２波長帯域の赤外線光とを検出素子１３が検出して出力する検出信号に基づいて測定対象物の放射率及び絶対温度を演算する。
【００３５】
以下に、演算部１５ｃが測定対象物の放射率及び絶対温度を演算する処理について説明する。本実施の形態に係る演算部１５ｃは、２波長法を用いて測定対象物の放射率及び絶対温度を演算している。
【００３６】
物体からの電磁放射は、物体の絶対温度が高くなるにつれて、放射量が増大すると共に、放射量が最大となる波長が短くなることが知られている。このため、既知の放射曲線を用いることで、ある絶対温度の黒体の放射に関して、測定対象物の絶対温度を求めることができる。ここで、２つの波長の輝度の比と、予め求めた黒体の輝度の比とを比較し、２つの波長の輝度の比と、予め求めた黒体の輝度の比とが等しくなるときの黒体の絶対温度を、測定対象物の絶対温度として測定する方法を２波長法と呼ぶ。
【００３７】
２波長法では、異なる２つの帯域の波長の赤外線光を測定する。波長選択素子１１により異なる波長帯域の赤外線光を透過させた時に、波長選択素子１１を透過する赤外線光の波長λは、波長選択素子１１を透過可能な波長帯域（第１波長帯域又は第２波長帯域）から特定される。例えば、波長選択素子１１を透過した第１波長帯域の赤外線光の波長をλ１とし、波長選択素子１１を透過した第２波長帯域の赤外線光の波長をλ２とする。
実際には、波長選択素子１１の波長選択性には拡がりがあり、例えば、波長λ１を選択した場合は、波長選択素子１１によりλ１−Δλ１からλ１＋Δλ１の波長の光が選択され、透過することとなる。同様に、波長λ２を選択した場合は、波長選択素子１１によりλ２−Δλ２からλ２＋Δλ２の波長の光が選択され、透過することとなる。
【００３８】
そして、測定対象物からの波長λ１の赤外線光の放射エネルギーをＭ１とし、波長λ２の赤外線光の放射エネルギーをＭ２とする。放射エネルギーＭ１は次式（１）で表され、放射エネルギーＭ２は次式（２）で表される。次式（１）、（２）における各定数の意味は以下の通りである。
λ１：測定対象物から放射される赤外線光の第１波長帯域の波長［μｍ］
λ２：測定対象物から放射される赤外線光の第２波長帯域の波長［μｍ］
Ｔ：測定対象物の絶対温度［Ｋ］
β０：比例定数
τ０：測定対象物から測定装置１までの透過率
ｃ２：第二放射定数＝ｃｈ／ｋ＝１．４３８７６９××１０−２［ｍＫ］
ε１：波長λ１の赤外線光を放射する測定対象物の放射率
ε２：波長λ２の赤外線光を放射する測定対象物の放射率
【００３９】
【数１】
2019138715.tif 000003
【００４０】
【数２】
2019138715.tif 000004
【００４１】
ここでβ０、τ０は、式（１）、（２）にて共通の値である。また、放射エネルギーＭ１、Ｍ２は、対象物から放射され検出素子１３に入射する赤外線光の強度であり、測定対象物の輝度温度を波長について積分した値である。すなわち、放射エネルギーＭ１は、λ１−Δλ１〜λ１＋Δλ１までの輝度温度の積分値であり、放射エネルギーＭ２は、λ２−Δλ２〜λ２＋Δλ２までの輝度温度の積分値である。ここで、Δλ１＝Δλ２＝０．１μｍが典型的な値となる。
式（１）、（２）により、数値が不明である放射率ε１、ε２と絶対温度Ｔとを変数とした２つの方程式が得られる。ただし、波長λ１、λ２が十分に近い波長であるとき、放射率ε１、ε２を同じ値の放射率εとみなすことができる。そこで、制御部１５は、２つの方程式に基づいて、測定対象物の放射率εと、絶対温度Ｔを求めることが可能となる。
【００４２】
画像データ生成部１５ｄは、演算部１５ｃによりセンサ１３ａ毎に演算された測定対象物の放射率及び絶対温度に基づいて、放射率画像又は温度画像を表示するための画像データを生成する。画像データ生成部１５ｄが生成した画像データは表示部１６に出力され、表示部１６にて測定対象物の放射率画像又は温度画像として表示される。
【００４３】
図４は、電圧制御部１７が波長選択素子１１に制御電圧を印加するタイミングの例を示す説明図である。図４の上側には、検出素子１３においてフレーム毎に発生する垂直同期信号の発生タイミングの例が示される。また、図４の下側には、波長選択素子１１に印加される制御電圧の印加タイミングの例が示される。
【００４４】
検出素子１３からフレーム毎に出力されるデジタルデータには、それぞれフレーム番号が付されている。フレーム番号は、例えば、４ｎ＋１、４ｎ＋２、４ｎ＋３、４ｎ＋４（ｎは０以上の整数）により、連続する４フレームが一組として表される。
【００４５】
電圧制御部１７が波長選択素子１１に印加する制御電圧の大きさは、Ｖ１又はＶ２のいずれかである。ここで、制御電圧Ｖ１は、例えば−１０Ｖであり、制御電圧Ｖ２は、例えば＋１０Ｖである。制御電圧Ｖ１が印加された波長選択素子１１は、第１波長帯域である１．２〜１．４μｍの波長の赤外線光を透過することが可能となる。また、制御電圧Ｖ２が印加された波長選択素子１１は、第２波長帯域である１．４〜１．６μｍの波長の赤外線光を透過することが可能となる。
【００４６】
電圧制御部１７が波長選択素子１１に制御電圧を印加した直後は、波長選択素子１１の波長帯域の切り替わりが完了するまでには、例えば、５ｍｓの時間がかかる。このため、制御部１５は、波長選択素子１１の波長帯域を切替えた直後に出力される所定数のフレームに含まれる検出信号を不使用とする。例えば、制御部１５は、電圧制御部１７がＶ１からＶ２、又はＶ２からＶ１に制御電圧を切替えた直後の１フレーム目を、画像データとして使用しない不使用フレームとする。すなわち、フレーム番号が、４ｎ＋１、４ｎ＋３のフレームが不使用フレームとなる。
【００４７】
そして、制御部１５は、不使用とされた所定数のフレームが出力された後に出力されるフレームに含まれる検出信号を使用して測定対象物の放射率及び絶対温度を演算する。例えば、制御部１５は、波長選択素子１１の波長帯域が切り替わって安定化した２フレーム目を、画像データとして使用する使用フレームとする。すなわち、フレーム番号が、４ｎ＋２、４ｎ＋４のフレームが使用フレームとなる。
【００４８】
図５は、測定装置１の動作例を示すフローチャートである。このフローチャートは、放射率測定方法、温度測定方法及び測定方法を表す。
【００４９】
始めに、制御部１５は、Ａ／Ｄ変換部１４から検出素子１３の基本フレームレート（１００ｆｐｓ）に従ってデジタルデータを取得する（Ｓ１）。そして、制御部１５は、ゲイン補正部１５ａでデジタルデータのゲイン補正を行い、オフセット補正部１５ｂでデジタルデータのオフセット補正を行う。
【００５０】
次に、制御部１５の画像データ生成部１５ｄは、デジタルデータのフレーム毎に付加されたフレーム番号を判定し（Ｓ２）、後続の処理を振り分ける。フレーム番号が、４ｎ＋１又は４ｎ＋３であれば、不使用フレームであるため、画像データ生成部１５ｄは、このフレームを画像データとしては不使用とする（Ｓ３）。
【００５１】
フレーム番号が４ｎ＋２であれば使用フレームであるため、画像データ生成部１５ｄは、このフレームに含まれるデジタルデータを、測定対象物の放射率及び絶対温度を演算するために使用する（Ｓ４）。同様に、フレーム番号が４ｎ＋４であれば使用フレームであるため、画像データ生成部１５ｄは、このフレームに含まれるデジタルデータを、測定対象物の放射率及び絶対温度を演算するために使用する（Ｓ５）。
【００５２】
ステップＳ４，Ｓ５の後、演算部１５ｃが画素毎に測定対象物の放射率及び絶対温度を演算する（Ｓ６）。そして、画像データ生成部１５ｄは、演算対象として使用するフレームに基づいて画像データを生成する（Ｓ７）。ここで、演算対象として使用するフレームは、連続する４フレームのうちの２フレーム分である。また、使用フレーム毎に、上述した式（３）に示す２つの方程式を作成した後、測定対象物の放射率εと、絶対温度Ｔを求める。このため、画像データとして使用可能なフレームレートは、基本フレームレートの１／４、すなわち２５ｆｐｓとなる。
【００５３】
また、ステップＳ７にて、画像データ生成部１５ｄにより画像データとして生成される画像は、操作部１８により指示された放射率画像又は温度画像のいずれかである。このため、表示部１６には、放射率画像又は温度画像のいずれかが表示される。
【００５４】
次に、放射率画像と温度画像の表示例について図６と図７を参照して説明する。ここで、図６と図７に示す放射率画像と温度画像は、測定対象物の同じ箇所から放射される赤外線光に基づいて表示部１６に表示される画像であるとする。
【００５５】
図６は、表示部１６に表示される放射率画像の例を示す説明図である。
表示部１６には、画像データ生成部１５ｄにより生成された画像データに基づいて放射率画像が表示される。この放射率画像には、例えば、測定対象物の放射率εの分布状況と凡例が示される。このため、測定装置１のユーザーは、例えば、測定対象物のうち、放射率εが「０．６±０．０５」、「０．７±０．０５」、「０．８±０．０５」、「０．９±０．０５」である領域を一目で把握することができる。このため、ユーザーは、測定対象物の状態が変わった箇所を特定することが容易となる。
【００５６】
図７は、表示部１６に表示される温度画像の例を示す説明図である。
表示部１６には、画像データ生成部１５ｄにより生成された画像データに基づいて温度画像が表示される。この温度画像には、例えば、測定対象物の絶対温度Ｔの分布状況と凡例が示される。このため、測定装置１のユーザーは、例えば、測定対象物のうち、絶対温度Ｔが「３００±２．５」、「２９５±２．５」、「２９０±２．５」、「２８５±２．５」である領域を一目で把握することができる。このため、ユーザーは、測定対象物の温度分布状況を特定することが容易となる。
【００５７】
図６に示した放射率画像と、図７に示した温度画像は、操作部１８の操作により切替えて表示することが可能である。また、例えば、表示部１６の画面を２分割することにより、一方には放射率画像を表示し、他方には温度画像を表示してもよい。
【００５８】
以上説明した一実施の形態に係る測定装置１では、ここで、電圧制御部１７が波長選択素子１１に印加する制御電圧を変更することで、波長選択素子１１を透過可能な赤外線光の波長帯域を切替えることができる。このため、波長選択素子１１により、異なる波長帯域の赤外線光が検出素子１３に結像する。そして、検出素子１３は、異なる波長帯域の赤外線光の強度を検出して検出信号を出力する。このため、制御部１５は、異なる波長の赤外線光により、測定対象物の放射率εと絶対温度Ｔを正確に演算することができる。
【００５９】
そして、測定装置１は、レンズ１２の光軸に沿って設けられた波長選択素子１１及び検出素子１３を一つずつ備える簡易な構成であるため、従来のように複数台のカメラや、プリズム、ミラー等の厳密な位置合せが不要となる。また、波長選択素子１１は、例えば液晶素子であるため、従来の放射率測定装置と比べて故障しにくい。このため、本実施の形態に係る測定装置１のメンテナンスが容易となり、小型化して持ち運ぶことも容易となる。また、部品構成を簡素化したことにより、測定装置１の低価格化を実現することも可能である。
【００６０】
また、測定対象物の放射率が放射率画像として表示部１６に表示されるため、例えば、測定対象物の酸化、腐食等の進行を把握することができる。また、従来のように測定対象物の絶対温度を測定し、表示部１６にて温度画像を表示することで、測定対象物の温度分布を把握することができる。
【００６１】
また、測定装置１は、操作部１８の操作により、測定対象物の放射率だけを測定する放射率測定装置、測定対象物の絶対温度だけを測定する温度測定装置として切替えて用いることが可能である。なお、操作部１８の操作によらずとも、測定装置１を単機能の放射率測定装置、温度測定装置として構成してもよい。
【００６２】
また、上述した実施の形態では、波長選択素子１１の波長帯域が切替えられた直後の１フレーム目に含まれる検出信号を破棄し、２フレーム目に含まれる検出信号を演算に用いた。これにより、波長選択素子１１の波長帯域が完全に切り替わった後に、波長選択素子１１を透過した赤外線光を検出素子１３が検出して出力する検出信号により制御部１５が演算することができる。
【００６３】
なお、制御部１５は、波長選択素子１１の波長帯域が切替えられた直後の３フレーム以上を一つの単位とした検出信号により、放射率及び絶対温度を演算してもよい。この場合、波長選択素子１１の波長帯域が切替えられた直後の連続する複数のフレームに含まれる検出信号を破棄してもよい。例えば、１フレーム目に含まれる検出信号を破棄し、２フレーム目以降の複数のフレームに含まれる検出信号を演算に用いてもよい。また、１フレーム目に連続する複数のフレームに含まれる検出信号を破棄してもよい。
【００６４】
また、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために測定装置の構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…測定装置、１１…波長選択素子、１２…レンズ、１３…検出素子、１４…Ａ／Ｄ変換部、１５…制御部、１５ａ…ゲイン補正部、１５ｂ…オフセット補正部、１５ｃ…演算部、１５ｄ…画像データ生成部、１６…表示部、１７…電圧制御部、１８…操作部
【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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【図７】
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