JPH061220B2 - 放射率に左右されることなく物体の温度を無接触で測定する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、放射率に左右されることなく物体の温度を無
接触で測定する装置に関する。

本発明においては、（たとえば、白熱状態の温度のごと
き）赤外線領域かつ／または可視領域で輻射ビームを測
定することにより天然の物体または人工的な物体の温度
を測定することができる。さらに、赤外線領域かつ／ま
たは可視領域で物体の放射率を知ること（たとえば、白
熱温度の物体の放射率を知ること）は輻射ビームを無接
触で測定することによりこれらの物体を測定するために
必要であり、そしてその測定は輻射ビーム濃度または強
度を測定することにより可能である。

この種の無接触で輻射ビームを測定することは、たとえ
ば、生産された製品の品質が、所定温度が守られている
かあるいは生産のさいの温度変化により大幅に左右され
るようなプロセス技術の分野に使用することができる。
この実施として、セラミック部品を高精度に焼成するこ
と、合金を溶解すること、半導体材料素材を引き抜くこ
と等を挙げることができる。

しかし、このような従来のやり方では物体の放射率が未
知である場合、物体の見かけ温度だけを測定することが
できるにとどまり、物体の実際の温度を測定することは
困難である。輻射ビームを測定する場合、２つの輻射ビ
ーム成分、すなわち、物体の温度と放射率εに対応して
物体から放出された固有の輻射ビームと、周囲の反射率
ρに対応して周囲で反射された（周囲の温度に対応し
た）周囲の輻射ビームとを合計したものが測定される。
しかし、放射率が判っている場合だけ両方を分離するこ
とができる。（この場合、物体について輻射ビームと伝
送の関係は無視できるものと仮定される。） したがって、放射率を測定することができず、このため
固有輻射ビームの成分と反射された輻射ビームの成分を
分離することができないことがこの種の従来の装置の欠
点として指摘されている。

研究室での学問的な目的のため材料の放射率を測定する
ことができる、いわゆる、放射計はすでに公知である。
しかし、この種の測定装置を使用しても、たとえば、プ
ロセス技術または建築技術にみられるように、実際の条
件のもとで直ちに測定を行なうことはできない。したが
って、実際の条件のもとで測定を行なうことは非常に興
味がある。なぜなら、これにより気象と経時変化が放射
率に及ぼす影響を決定することができるからである。

建築技術や太陽エネルギー関連の技術では材料や構成物
質の放射率を知っておくことは非常に重要である。なぜ
なら、エネルギーの節約をはかるため・太陽熱補集器や
構築物の輻射ビームのバランスを最適状態に保持しなけ
ればならないからである。

たとえば、太陽熱補集器はできるだけ多くの輻射ビーム
を太陽から受け取らなければならず、一方、一般の住宅
または事務所の建築については、周囲環境に放出する赤
外線輻射ビームをできるだけ少なくしなければならな
い。

航空機または衛星から遠隔検知を行なう多くの使用分野
では材料や天然の物体または人工的な物体の放射率を知
っておくことは（たとえば、鉱物資源の遠隔探査、鉱物
学、地理学、農業学、林業、環境保護、都市計画、気象
学等の分野で）定量的に解釈することができる結果を得
るうえで本質的な前提条件である。

無接触で温度を測定するためこれまで実用に供されてい
る方法では、３．０から３５ミクロンまでの間または
８．０から１４．０ミクロンまでの間の比較的広いスペ
クトル範囲で輻射ビームを測定するラジオメーターまた
はパイロメーターが使用されている。スペクトル範囲で
積分された輻射ビーム濃度または強さにもとづいて較正
測定により物体のみかけの温度を決定することができ
る。それは、同じ幾何学的な条件（遠隔条件）のもとで
測定と較正を行なうことはごくまれなことであり、第１
図と第２図のグラフによる図解と関連して詳細に説明さ
れているように、大気の伝送率により温度を判定した結
果にエラーがみられるからである。物体の放射率が既知
でなく、１の値からずれている場合、結果にさらに多く
のエラーがみられるようになる。なぜなら、補正を行な
わない場合、使用された較正標準のような放射率が１で
ある黒い物体についてしか結果が正しくないからであ
る。

放射率を測定するためこれまで採用されている装置で
は、いわゆる、放射計が使用されており、この放射計の
場合、対象とする物体のサンプルは（内側が黒く、した
がって、内壁の放射率が１に等しい）密閉された温度に
対し安定なケーシングの中でケーシングの温度より高い
温度に加熱される。

サンプルの温度と本体内壁の温度が既知であるものと仮
定して、サンプルの放射率は、２つの輻射ビームの測
定、すなわち、加熱されたサンプルの輻射ビームの測定
と黒いケーシング内壁の輻射ビームの測定により決定さ
れる。そのほか、サンプル上の温度分布とケーシング内
壁に沿った温度分布は一様でなければならない。しか
し、とくにサンプルの温度が高い場合、ケーシング内壁
がサンプルから放射された輻射ビームを吸収して、加熱
されるので、ケーシング内壁に沿う温度分布を一様に保
持することはできない。したがって、ケーシング内壁の
温度を正確に測定することは困難である。採用された加
熱法により制約をうけるが、一般にサンプルの温度は一
様ではない。

さらに、赤外線輻射ビームにより天然の物体または人工
的な物体の温度を無接触で測定する装置は公知であっ
て、この公知の装置では大気の伝送率がほぼ１に等しい
２つまたはこれより多くの限定されたスペクトル範囲で
輻射ビームの測定が行なわれている。物体の温度かつ／
または放射率を決定するにさいしては、輻射ビーム曲線
が測定された強さの近くを延在している黒い物体がもつ
温度をプランクの放射法則に従がった繰返し計算により
求めることによって、いろいろなスペクトル範囲で測定
された強さについて１回の測定工程だけで輻射ビーム曲
線が計算される。しかるのち、物体の放射率は、測定さ
れた強さ対黒い物体の対応した強さの比にもとづいて求
めることができる（ドイツ号公開特許第３１１５８８７
号参照）。

従来公知の装置を使用する場合、被測定物体の放射率と
周囲からの輻射ビームと周囲の温度が判っているときだ
けしか一義的に温度を測定することができないことは上
記の説明より理解していただけよう。そのほか、伝送率
を求めることにより大気の影響を補正することが必要で
ある。

しかし、これまで実用に供されている装置については、
放射率の決定にもとづく輻射ビームの測定からはサンプ
ルとケーシングの温度を求めることはできず、補足的に
用意された温度センサーを使用して測定を行なわなけれ
ばならず、しかも非常に不正確であることが欠点として
指摘されている。そのほか、白熱した溶解状態ではサン
プルの温度を測定することは不可能であるか、あるいは
（放射率の検知が間違っているので）パイロメーターを
用いて温度測定を行なうことができるが、極度に不正確
である。この場合、ケーシングの内壁が強く加熱される
ので、別の測定エラーが生じる。従来公知の装置につい
て付随する別の欠点は、（たとえば、白熱状態に溶解し
た場合のように）温度の高い場合、従来装置を使用する
ことができないことである。サンプルとケーシング内壁
について温度を一定に保持することと温度分布を一定に
させることが上述のように困難である問題を解消するた
め、高価な調節装置（ケーシングの冷却装置）を用意す
ることが必要である。したがって、これまで実用に供さ
れている装置の場合、比較的多額の費用支出が必要であ
る。

したがって、本発明の目的は、上述の欠点や問題をでき
るだけ解消した放射率に左右されることなく無接触で測
定を行ない、放射率を決定する装置であって、少ない費
用支出でしかも１回の測定工程だけで物体の温度を放射
率に左右されることなく無接触で正確に測定すると同時
に、周囲の放射率と必要な場合は温度を測定するととも
に、サンプルの放射率を正確に測定すると当時に、温度
も測定し、必要な場合は測定ケーシングの温度も測定す
ることができるように改良された装置を提供することで
ある。

上記の目的を達成するため、特許請求の範囲の第１項ま
たは第３項に記載されている装置が本発明に従がって提
案されたのである。

したがって、この種の装置においては、放射率が判らな
くとも該当した物体の実際の温度を正確に測定すること
が可能であるだけでなく、サンプルの温度とケーシング
の温度が判らなくとも該当したサンプルの放射率を正確
に測定することが可能である。本発明のとくに有利な特
徴は、周囲の温度の決定ならびにサンプルの温度とケー
シングの温度の決定を１回の測定工程だけで行なうこと
ができるので、物体の放射率の決定にも、大気の伝送率
の決定にも、サンプルとケーシングと周囲の温度の決定
にも補足的な装置を用意することを必要としないことで
ある。伝送率τ＝１がずれた場合、これに対応して補正
を行なうようにする。

物体の温度と放射率と周囲の温度ならびサンプルの放射
率と温度とケーシングの内部温度を決定しなければなら
ない場合、本発明を実施するため、３つの限定されたス
ペクトル範囲で測定を行なうことが必要である。周囲の
温度が既知であるかあるいはケーシングの内部温度また
はケーシング内部からの輻射ビームが既知である場合、
２つのスペクトル範囲での測定で十分である。たとえ
ば、第６図を参照して説明されている実施例の場合、周
囲からの輻射ビームをつごうよく求めることができ、ま
た第８図を参照して説明されている実施例の場合、ケー
シング内部の温度をつごうよく求めることができる。し
かるのち、周囲の温度とケーシングの温度を知ることが
できる。第６図に示されている実施例について記載され
ている構成は、（たとえば、白熱状態の温度の場合のよ
うに、可視領域で測定するさい）周囲からのビームが黒
い物体または灰色の物体の特性を備えていない場合とく
に有利である。

本発明の他の特に有利な特徴は、灰色でもなくまた黒色
でもなく、しかも放射率が波長に左右されるような物体
またはサンプルの温度と放射率を決定することができる
ことである。この場合、複数の限定された波長範囲内で
測定を行なうことが必要であることは当然のことであ
る。ケーシング内の測定径路が短いために生じる大気の
影響にもとづく問題は、用な場合、測定ケーシングに赤
外線輻射ビームを通すガス（たとえば、窒素）を流動さ
せることにより解決することができる。

さらに、本発明の装置を使用すれば、物体の実際の温度
と、物体の放射率と輻射面積との積を決定することがで
きる。この場合、実際の輻射面積を測定することにより
放射率も決定することができる。したがって、最初に挙
げたケースは輻射ビーム濃度の測定に関し、二番目に挙
げたケースは輻射ビームの強さの測定に関する。

大気の影響の問題は、本発明によれば、比較的狭い複数
の限定されたスペクトル範囲で輻射ビームを測定するよ
うスペクトル・ラジオメーターを使用して輻射ビームの
測定を行なうことにより解決することができる。スペク
トル範囲としては、大気の伝送率ができるだけ１に等し
くなるような範囲が選択される。赤外線領域にある好適
したスペクトル範囲を第１図からただちに読み取ること
ができる。

可視領域または赤外線領域で本発明を実施するには、そ
のおりおりのスペクトル範囲全体を使用することが好都
合である。この場合、可視領域では周囲の温度またはケ
ーシング温度を求めることはできず、周囲からの可視輻
射ビームまたは（ケーシング壁で反射した）可視輻射ビ
ームにもとづいて温度を求めることができる。

輻射ビーム濃度曲線は、下記の等式（１）より（３）ま
でまたは（１′）から（３′）までに対応した繰返し計
算により、たとえは、３つのスペクトル範囲についてス
ペクトル・ラジオメーターを用いて測定された強さにも
とづいて求めることができる。

Ｌ_Ｍ，λ１＝εＬ_{Ｔｏｂｊ，λ１}＋（１−ε）Ｌ
_{ＴＵｍｇ，λ１}…（１） Ｌ_Ｍ，λ２＝εＬ_{Ｔｏｂｊ，λ２}＋（１−ε）Ｌ
_{ＴＵｍｇ，λ２}…（２） Ｌ_Ｍ，λ３＝εＬ_{Ｔｏｂｊ，λ３}＋（１−ε）Ｌ
_{ＴＵｍｇ，λ３}…（３） Ｌ_Ｍ，λ１＝εＬ_{Ｔｏｂｊ，λ１}＋（１−ε）Ｌ
_{ＴＧｅｈ，λ１}…（１′） Ｌ_Ｍ，λ２＝εＬ_{Ｔｏｂｊ，λ２}＋（１−ε）Ｌ
_{ＴＧｅｈ，λ２}…（２′） Ｌ_Ｍ，λ３＝εＬ_{Ｔｏｂｊ，λ３}＋（１−ε）Ｌ
_{ＴＧｅｈ，λ３}…（３′） ここで、 Ｌ_Ｍ，λ１：波長λ１において測定された輻射ビーム濃
度 Ｌ_{Ｔｏｂｊ，λ１}：波長λ１において温度Ｔobj，の黒
い物体またはサンプルについてのプランクの放射法則に
従がって計算された輻射ビーム濃度 ε ：物体またはサンプルの放射率 Ｌ_{ＴＵｍｇ，λ１}：波長λ１において周囲温度がＴUmg
の場合の黒い物体についてプランクの放射法則に従がっ
て計算された輻射ビーム濃度 Ｌ_{ＴＧｅｈ，λ１}：波長λ１において、ケーシングの温
度がＴGehのとき、黒い物体についてのプランクの放射
法則に従がって計算された輻射ビーム濃度 （１−ε）：物体またはサンプルの反射率 上記の３つの等式（１）より（３）まで、または
（１′）より（３′）までにもとづいて３つの未知の大
きさεとＴobjとＴUmg、またはεとＴobjとＴGehを繰返
し計算により決定することができる。

３つより多くのスペクトル範囲（波長）で測定を行なう
ことにより測定系は重複状態となるので、（最終的な測
定精度を考慮した場合）測定結果がより正確になること
は当然のことである。灰色でな物体または黒い物体の場
合、いろいろな波長について放射率εを決定することが
可能である。

輻射ビームの強さを測定する場合、実際の温度ならびに
放射率と輻射面積との積が得られる。実際の輻射面積を
測定することにより放射率を計算することが可能であっ
て、ケーシング内壁からの輻射ビームを測定することが
できない場合、３つのスペクトル範囲で測定を行なうこ
とが可能である。

第８図の実施例について説明されているように、ケーシ
ング内壁からの輻射を測定する場合、２つのスペクトル
範囲で測定することが必要とされるにすぎない。この場
合、２つの同じ測定（すなわち、サンプルとケーシング
壁についての測定）が同じスペクトル範囲で実施される
が、等式（１）と（２）を次のように変更したうえに繰
返し計算が行なわれる。

Ｌ_{ＴＵｍｇ，λ１}をＬ_{ＭＧｅｈ，λ１}と取り換える。

Ｌ_{ＭＧｅｈ，λ１}：波長λ１においてケーシング内壁に
ついて測定された輻射ビーム濃度 サンプルが黒い輻射体でもなく灰色の輻射体でもない場
合、サンプルの放射率は波長に左右されるので、小きざ
みに波長を変えた測定により放射率を決定することがで
きる。ｎ個での波長での測定にもとづいて、少なくとも
ｎ−２個での波長について放射率を測定することができ
る。

第８図に示されている実施例におけるごとく、ケーシン
グ内部の輻射ビームを補足的に測定することによりｎ−
１の波長について放射率を求めることができる。

したがって、上述の要領に従がって物体の実際の温度と
放射率あるいはサンプルの放射率と実際の温度あるいは
物体の実際の温度ならびに放射率と放射面積を１回の測
定工程で同時に決定することができる。

そのほか、最初に挙げた場合、または三番目に挙げた場
合、周囲の温度も求めることができる。

以下、本発明の好適した実施例を図解した添付図面を参
照しながら本発明の詳細に説明する。

第１図の横軸は波長λ（単位ミクロン）を表わし、縦軸
は波長が１０ｍ、５０ｍ、１００ｍの場合の大気の伝送
率τを表わす。

次に、第２図の横軸は同様にミクロン単位で波長λを表
わし、縦軸はスペクトル輻射濃度Ｓ（単位Ｗcm^−２ＳＲ
^−１μ^−１）を表わす。

第２図の曲線は、いろいろな温度（４００、５００、６
００、７００、８００、９００、１０００°Ｋ）におけ
る黒い物体（ε＝１）のスペクトル輻射濃度を示す。

一般に、周囲環境を構成する天然の物体や人工的な物体
は黒い物体ではなく、放射率が１より小さい灰色の物体
である。同じ濃度について黒い物体と灰色の物体の輻射
ビーム曲線は一定のファクターである放射率εぶん違っ
ており、灰色の物体の放射率は黒色の物体のそれより小
いさく、灰色の物体の輻射ビーム濃度は黒色の物体のそ
れより低いから、第２図に示されている灰色の物体の曲
線は黒い物体の曲線より下法で延在している。このこと
は、すべての黒い物体と灰色の物体の輻射ビーム濃度曲
線は放射率に左右されるが、ファクターεぶん違ってい
ることと、このため放出された全輻射ビーム強さは異な
っていて、２つの成分、すなわち、その１つは放射率に
比例し、他の１つは周囲から輻射ビームに左右される
が、物体の放射率に比例している２つの成分から構成さ
れている。

黒色でもなく、灰色でもない物体の放射率εは波長に左
右されるので、放射率はこのような物体については一定
ではない。そのほか、高温度（白熱状態の温度）の場
合、ほとんどの材料が放射率は温度に左右される。

第３図に示されている実施例においては、物体０から放
射された赤外線ビームはスペクトル・ラジオメーターの
望遠鏡部Ｔにより捕集され、向きを変えたあとモジュレ
ーターＭで焦点あわせされる。輻射ビームがさらに進む
と、変調された輻射ビームは検出器Ｄのフィールド・レ
ンズＦＬにより焦点あわせされる。

輻射ビームを受けて検出器Ｄに生じた電気信号は増幅器
Ｖで増幅されたうえ、モジュレータＭからライト・バリ
ヤＬをへてビックアップされ、タイミング論理回路Ｔで
処理されたタイミングでもってＡ／Ｄコンバータにより
ディジタル化される。マイクロコンピューターＣはディ
ジタル化された測定値にもとづいてプランクの放射法則
に従がった繰返し計算により物体の温度Ｔobjと放射度
εと周囲温度ＴUmgを計算する。実際の温度と放射率と
周囲温度は表示装置Ｈを用いて表示され、必要な場合、
実際の輻射面積も表示される。

マイクロコンピューターＣは命令入力ユニットをへて使
用に供され、命令入力ユニットによりデーターの転送と
繰返し計算を行なうことができる。必要な場合、被測定
物体の表面積をマイクロコンピューターに入力してもよ
く、あるいは第４図ならびに第５図の表を参照して詳述
されているように、測定のために使用される一定のスペ
クトル領域をあらかじめ選択するようにしてもよい。

第４図に示すモジュレーターＭのディスクは、検出器の
時間定数にあった一定の速度で回転する。図示の実施例
の場合、ディスクは１６枚の同じ扇形部分から構成され
ている。この実施例では、たとえば、アルミニウムから
作られたビームを通さない扇形部材と、アルミニウムか
ら作られたビームを通さない扇形部材より半径が小さい
赤外線フィルターＡよりＨまでまたは可視輻射ビームを
通すフィルターが交互に配置されている。場合によって
は、遅延した使用態様で赤外線フィルターを使用するこ
とが適している ときは、たとえば、無接触で温度を測
定するために第５図の表に表示されている領域を選択す
ることができる。この領域は第１図に示されているよう
に輻射ビームが大気中を高速度で伝送される領域であ
る。場合によっては、表の中で記載が省略されている扇
形部材ＧとＨに別のフィルターを付設するようにしても
よい。全領域用のフィルターが可視領域または赤外線領
域で使用する場合に適しており、必要な場合、赤外線を
通すガス（たとえば、窒素ガス）を測定用ケーシングに
満すようにしてもよい。

輻射ビームを通す扇形状のビーム・フィルターより半径
が大きい輻射ビームを通さない扇形部材はライト・バリ
ヤＬ用のモジュレーターとして使用される。

フィルターＤとＥの間にある扇形部材はその他の輻射ビ
ームを通さない扇形部材と異なり、１つの長い暗視パル
スの代わりに３つの短い暗視パルスを供給するよう設計
されている。ディスクが時計方向に回転する場合、この
扇形部材はゼロ位置の基準となる。すなわち、３つの暗
視パルスが生じたあと、フィルターＡがスペクトル・ラ
ジオメーターのうちライト・バリヤと向かいあった位置
にあるビーム入口を通過するので、検出器Ｄは表中に記
載されている転送領域をもったビーム・フィルターＡの
輻射ビームだけを受信する。さらに回転するにしたがっ
て、ビーム・フィルターＢからＨまでの領域が順々に検
出される。このタイミングを利用するとともに、マイク
ロコンピューターＣに記憶されている選択プログラムを
使用することにより、３つの任意に選択されたスペクト
ル領域、図示の実施例の場合は８つまでのスペクトル領
域を測定のために選択して使用することができる。

当面の使用目的に応じて任意の数のスペクトル領域を測
定のために選択することができる。

モジュレーター・ディスクは選択的に回転する。輻射ビ
ームの通路の中にフィルターＡが所在しているときはじ
めて、命令入力に応じて時間的に任意にスタートしたあ
とデーター転送が始まる。すべての扇形部材が回転した
直後、繰返し計算がスタートする。そのほか、必要な場
合、他の測定結果にもとづいて周囲温度を入力させるこ
とができる。数秒たってから表示装置Ｈ上に結果を表示
することができる。命令入力に応じて新しいスタートの
あと、次の測定を開始させることができる。たとえば、
モニターリングの目的のためには、スタート命令に応じ
て短い時間間隔で測定を準連続的に順次行なうことも可
能である。この準連続測定は所定数の測定の間行なうよ
うにするか、あるいは命令入力ユニットにストップ命令
が与えられるまで実施される。このような場合、結果を
記憶する記憶装置が補足的に設けられる。

モジュレーターＭの輻射ビームを通さない扇形部材は、
たとえば、一定の信号基準を作るため、めっきをほどこ
すようにしてもよい。

マイクロコンピューターＣに記憶された繰返し計算プロ
グラムはプランクの輻射ビーム曲線の合計値を計算す
る。このプランクの輻射ビーム曲線の合計値は、測定値
にもとづいてプロットされた曲線にに最も近似する値で
ある。そして、マイクロコンピューターＣは放射率と物
体温度と周囲温度を出力し、表示装置Ｈに表示させる。

輻射ビームの強さを測定する場合、輻射面積と放射率と
の積算値が表示される。

面積が既知である場合、これにもとづいて放射率を計算
することができる。

上述の実施例の変更態様においては、他のスペクトル・
ラジオメーターを使用することが可能であり、上述のス
ペクトル範囲より小さいかあるいは大きいスペクトル範
囲を選択することが可能であり、あるいは上述のスペク
トル範囲とは別のスペクトル範囲を選択することも可能
である。同様に、測定値を別様に記憶してもよく、また
遅延させてコンピューターに入力させるようにしてもよ
い。一般に小型のマイクロコンピューターを必要とする
だけであるので、本発明の装置は携帯可能でコンパクト
な装置として提供することができ、したがってこの装置
を広い範囲にわたって経済的に使用することが可能であ
る。

第３図を参照して説明した実施態様の可能性のある一変
更態様が第６図に示されている。

この変更態様の場合、反射鏡ＵＬＳの２つの位置のうち
１つを選択することにより物体からの輻射ビームの向き
を変えて測定装置に導びくことができ、あるいは物体と
向かい合った位置にある周囲からの輻射ビームの向きを
変えて測定装置に導びくことができる。この場合、２つ
の同じ測定が同じスペクトル範囲で実施される（すなわ
ち、物体と周囲について実施される）ので、式（１）と
（２）を次のように変更して繰返し計算する。Ｌ
_{ＴＵｍｇ，λ１}をＬ_{ＭＵｍｇ，λ１}と取り換える。

Ｌ_{ＭＵｍｇ，λ１}：波長λ１における周囲について測定
された輻射ビーム濃度 この場合、必要に応じ２つの未知の大きさだけについ
て、すなわちＴobjとεについて等式を解くようにす
る。

第３図を参照して説明した実施例の他の変更態様が第７
図に示されている。

この変更態様の場合、内側が黒いチューブＴＵＢが本装
置に取り付けられている（装置の入口開口のまえに取り
付けられている。）ここで、“内側が黒い”ということ
は、内壁の放射率が１に等しいことを意味する。被測定
対象物のごく近くまで（できるだけ１mmの程度のところ
まで）チューブＴＵＢを（装置といっしょに）近寄せる
ことができるようチューブＴＵＢが設計されている。

たとえば、ロールを測定するさいは、ロールの半径にあ
わせてチューブＴＵＢの開放端を円弧状に成形しておか
なければならない。このチューブＴＵＢを使用すれば、
周囲からの均一な輻射ビーム（すなわち、チューブと測
定装置から均一な輻射ビーム）が被測定物体上に当たる
ようにすることができる。とくに熱的に不均一な周囲の
中にある放射率が小さい物体の場合（たとえば、暖たか
さが異なった複数の物体より成る周囲の中にある物体の
場合）、この実施態様は測定精度を高めるのに好適して
いる。

チューブＴＵＢを使用する代わりに、装置の可視ライン
の中に測定装置の光学系と被測定物体のあった開口を設
けた（内壁が黒い）補足的なケーシングを用いて測定装
置全体を取り囲むことも可能である。この場合、ケーシ
ングの内部からの輻射ビームを測定するため、反射鏡を
使用することが可能である。

反射鏡ＵＬＳを使用したすべての実施態様について、反
射鏡を小きざみに傾動させ、これにより周囲のいろいろ
な方向からくる輻射ビームを測定することができる（周
囲を走査することができる）よう反射鏡の駆動装置を設
計することが可能であり、このように設計することは、
周囲が熱的に不均一な場合に有利である。周囲を走査す
ることは、場合によっては、垂直の方向に行なってもよ
く、また水平方向に行ってもよい。

周囲からの輻射ビーム浸漬レンズをへて検出器に導び
き、これにより物体に向かい合った位置にあるハーフ・
スペースからの輻射ビームを捕捉することが可能であ
る。技術的に可能な場合、接触式温度測定センサーを用
いて周囲温度を測定してよいことは当然のことである。
さらに、周囲が熱的に不均一な場合、別々の波長で適当
な回数測定を行なうことにより周囲のいろいろな物体の
温度と放射率を求めることができる。

物体のスペクトル放射率を測定する装置の実施例が第８
図に概念的に示されている。

８図に示されている実施例においては、（内部が黒
い）測定ケーシングＭＧＨの中にサンプル・ホルダーＰ
Ｈが設けられており、該サンプル・ホルダーＰＨにより
保持されているサンプルＰを加熱する装置がサンプル・
ホルダーＰＨに取り付けられている。ケーシングの中で
可視ビームかつ／または赤外線ビームを通すことができ
る窓Ｆのまえに、外部から（電気的また手動操作によ
り）制御可能な反射鏡ＵＬＳが設けられており、該反射
鏡の一方の位置ではサンプルＰから窓Ｆの方へ輻射ビー
ムが向きを変えるが、他方の位置ではサンプルＰと向か
い合った位置にあるケーシングの壁から窓Ｆの方に輻射
ビームが向きを換える。

どちらの場合でも、窓Ｆの外側に取り付けられているス
ペクトル・ラジオメーターの望遠鏡部の光軸に平行に輻
射ビームを案内するよう反射鏡が調節される。

反射鏡ＵＬＳから窓Ｆに向きを換えたサンプルＰＷとケ
ーシング壁からの輻射ビームはスペクトル・ラジオメー
ターの望遠鏡部Ｔにより捕捉されたうえ、向きを変え、
モシュレーターＭにより焦点あわせされる。

さらに、輻射ビームが進むと、変調された輻射ビームは
検出器Ｄのフィールド・レンズＦＬにより焦点あわせさ
れる。輻射ビームを受けて検出器Ｄで発生した電気信号
は増幅器Ｖで増幅され、ライト・バリヤＬをへてモジュ
レータＭによりビックアップされたうえ、タイミング論
理回路Ｔで処理されたタイミングでもってＡ／Ｄコンバ
ータによりディジタル化される。

マイクロコンピューターＣはプランクの放射法則に従が
った繰返し計算により前記ディジタル化された測定値に
もとづいて放射率εとサンプルの温度Ｔobjとケーシン
グの温度ＴGehを計算する。放射率とサンプルの温度と
周囲の温度は指示装置Ｈを用いて指示される。

マイクロコンピューターＣとモジュレーターＭの構成と
動作の要領は、第３図に図解されている実施例について
説明された構成ならびに動作の要領と同じものである。
この実施例の場合も、当面の使用目的に応じて任意の数
のスペクトル範囲を測定のために選択することができ
る。モジュレーターＭのディスクは連続的に回転する。
フィルターＡが輻射ビームを切ったときだけ、命令入力
ユニットで時間的に任意に選択されたスタートのあとデ
ーターの転送が始まる。反射鏡ＵＬＳはサンプルから輻
射ビームの窓Ｆの方に向きを変える。すべての扇形部材
が輻射ビームを切ったあとただちに、マイクロコンピュ
ーターＣの制御のもと反射鏡ＵＬＳは（モーターを使用
するかあるいは手動操作により）傾動するので、ケーシ
ング壁から輻射ビームはスペクトル・ラジオメーターに
到達することになる。反射鏡の傾動が終ったあと、フィ
ルターＡが輻射ビームを切ると、データー転送が始ま
る。

すべての扇形部材が輻射ビームを切ったあとただちに、
繰返し計算が始められる。

数秒たったあと、計算の結果が表示装置Ｈ上に表示され
る。命令入力ユニットに新しいスタート命令が与えられ
たあと、次の測定サイクルを始めることができる。たと
えば、サンプルを加熱している間、測定を行なう場合、
１回のスタート命令にもとづいて、たとえば、二、三秒
間隔の準連続測定を行なうことが可能である。この準連
続測定は所定数の測定について実施することができ、あ
るいは命令入力ユニットにストップ命令が与えられるま
で実施することができる。このような場合、測定結果を
記憶する記憶装置が補捉的に用意される。場合によって
は（たとえば、サンプル自身が黒い複写体であるか灰色
の輻射体である場合）、ケーシング壁からの輻射ビーム
の測定を行なわれないですますことができる。

たとえば、一定の信号基準を作る場合、モジュレーター
のうち輻射ビームを通さない扇形部材にめっきをほどこ
してもよい。繰返し計算プログラムは、測定値の近傍を
延在するプランクの輻射法則に従がってプロットされた
曲線の合計値を計算し、放射率と物体の温度を表示し、
必要な場合、ケーシングの温度を表示する。

上述の実施態様の変更態様においては、他のタイプのス
ペクトル・ラジオメーターを使用することが可能であ
り、また上述のスペクトル範囲の数より少ないかあるい
はこれより多いスペクトル範囲の数を選択することがで
き、あるいは上述のスペクトル範囲とは異なったスペク
トル範囲を選択することが可能である。同様に、別のや
り方で測定値を記憶してもよく、また遅延を伴なってコ
ンピューターに測定値を入力してもよい。使用目的に応
じて、可視スペクトル範囲または赤外線スペクトル範囲
だけに使用される検出器またはフィルターを本装置に取
り付けることができ、また全スペクタル範囲で機能する
検出器や全スペクトル範囲に使用されるフィルターを本
装置に取り付けてもよい。検出器、モジュレーターのデ
ィスクかつ／またはフィルターの扇形部材を変換可能に
設計することも可能であることは当然のことである。さ
らに、反射鏡を小きざみに傾動させ、これによりケーシ
ング内壁上のいろいろな位置におけるケーシング内壁か
らの輻射ビームを測定することも可能である。

そのほか、特定の使用目的にあわせてサンプルを冷却
するため、サンプル・ホルダーＰＨに冷却装置を取り付
けることも可能である。この場合、サンプルが凍結する
ことを避けるためケーシングに乾燥したガス（水分を含
まないガス）を満たすことも可能である。

繰返し計算を行なうには、一般的に、本発明の装置に組
み込むことができるマイクロコンピューターを使用する
ことで十分であるから、本発明のいま１つの特長は本発
明を実施する装置をコンパクトな装置として構成するこ
とができ、経済的な使用範囲を大幅に広げることができ
ることである。

【図面の簡単な説明】第１図と第２図は、波長対大気の
伝送度ならびに黒色の物体のスペクトル輻射濃度の関係
を概念的に図解したグラフ。第３図は、放射率に左右さ
れることなく無接触で温度を測定する本発明装置の構成
を概念的に図解した略図。第４図は、第３図または第８
図に示されている実施例に用いられるモジュレーターを
目視した拡大平面図。第５図は、第４図に示されている
モジュレーターを使用した場合の伝送領域を示す表。第
６図と第７図は、第３図に示されている本発明の変更態
様を概念的に図解した略図。第８図は、物体のスペクト
ル放射率を測定する本発明装置の構成を概念的に図解し
た略図。 Ｏ…物体、Ｔ…望遠鏡部、Ｍ…モジュレーター、ＦＬ…
フィールド・レンズ、Ｄ…検出器、…増幅器、Ｌ…ライ
ト・バリヤ、ＵＬＳ…反射鏡、ＴＵＢ…チューブ、ＭＧ
Ｈ…測定ケーシング、ＰＨ…サンプル・ホルダー、Ｐ…
サンプル、Ｆ…窓。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体から放出されさ複数の可視かつ／また
   は赤外線ビームをその伝送領域に対応して選択的に通過
   させる複数のフィルタを有するモジュレータＭを具えた
   小きざみな波長範囲で輻射ビームを測定するスペクトル
   ・ラジオメータと、 前記モジュレータＭに対向して配置され、該モジュレー
   タＭを通過する輻射ビームに比例した電気信号を出力す
   る検出装置Ｄと、 増幅器Ｖを介して前記検出装置Ｄに接続されるＡ／Ｄコ
   ンバータと、 前記モジュレータＭに接続され、前記モジュレータに同
   期するクロック周波数でクロックパルスを前記Ａ／Ｄコ
   ンバータへ出力するタイミング論理回路Ｔと、 前記Ａ／Ｄコンバータと、物体の実際の温度と放射率と
   周囲温度を表示する表示装置Ｈとに接続される入力装置
   を有する繰返計算用のマイクロコンピューターＣと、 対象物から放射される輻射ビームを第１の位置において
   前記スペクトル・ラジオメータに向け、周囲から放射さ
   れる輻射ビームを第２の位置において前記スペクトル・
   ラジオメータに向けるべく、物体と周囲とに関連する前
   記第１及び第２の位置の間を傾動可能に制御される反射
   鏡ＵＬＳと を具えたことを特徴とする放射率に左右されることなく
   物体の温度を無接触で測定する装置。
2. 【請求項２】前記検出装置Ｄは約１４ミクロンの波長ま
   での範囲で、可視かつ／または赤外線の輻射ビームを検
   出し、前記モジュレータＭは前記波長範囲における輻射
   ビームの小きざみな波長範囲に対して通過させるフィル
   タを有するものである特許請求の範囲第（１）項記載の
   放射率に左右されることなく物体の温度を無接触で測定
   する装置。
3. 【請求項３】測定対象物からの輻射ビームを、フィルタ
   を通過させて可視かつ／または赤外線の輻射ビームとし
   て受ける入り口を有するスペクトル・ラジオメータと、 少なくとも２っのフィルタを有し、可視かつ／または赤
   外線の輻射ビームの小きざみな波長範囲において、前記
   輻射ビームを連続的に通過させるモジュレータＭと、 前記モジュレータＭに対向して配設され、前記フィルタ
   ーを通過した輻射ビームを対応する電気信号に変化する
   検出装置Ｄと、 前記検出装置Ｄに接続され、前記電気信号をデジタル信
   号に変換するＡ／Ｄコンバータと、 前記モジュレータＭと前記Ａ／Ｄコンバータとの間に接
   続され、前記モジュレータＭに同期して前記Ａ／Ｄコン
   バータから出力されるデジタル信号のタイミングを制御
   するタイミング論理回路Ｔと、 前記Ａ／Ｄコンバータの出力に接続され、かつ繰返計算
   用にプログラムされ、また出力が表示装置Ｈに接続され
   るマイクロコンピューターＣと、 黒い内壁を有し、出力窓Ｆが前記スペクトル・ラジオメ
   ータの入り口に連通し、前記内壁の放射率がどこでも同
   一である閉鎖された測定ハウジングＭＧＨと、 前記測定ハウジングＭＧＨ内の一端に配置され、測定対
   象物Ｐを保持するサンプルホルダーＰＨと、 前記測定対象物Ｐを加熱し、あるいは冷却する加熱冷却
   器と、 測定対象物Ｐから放射される輻射ビームを第１の位置に
   おいて前記出力窓Ｆへ反射させ、第２の位置において相
   対向する内壁部からの輻射ビームを前記出力窓Ｆへ反射
   させるとともに、いずれの位置においても同様に輻射ビ
   ームを前記検出器Ｄに入力させ、さらに前記測定ハウジ
   ングＭＧＨの出力窓Ｆに対向して回動自在にに支承さ
   れ、物体と周囲とに関連する前記第１及び第２の位置間
   を傾動可能に制御される反射鏡ＵＬＳと を具えたことを特徴とする放射率に左右されることなく
   物体の温度を無接触で測定する装置。
4. 【請求項４】前記測定ハウジングＭＧＨ内はガスで満た
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第（３）項
   記載の放射率に左右されることなく物体の温度を無接触
   で測定する装置。
5. 【請求項５】前記検出装置Ｄは約１４ミクロンの波長ま
   での範囲で、可視かつ／または赤外線の輻射ビームを検
   出し、前記モジュレータＭは前記波長範囲における輻射
   ビームの小きざみな波長範囲に対して通過させるフィル
   タを有するものである特許請求の範囲第（３）項記載の
   放射率に左右されることなく物体の温度を無接触で測定
   する装置。