特開 2024-111570 走査放射温度計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024111570

(43)【公開日】2024-08-19

(54)【発明の名称】走査放射温度計

(51)【国際特許分類】

   G01J 5/08 20060101AFI20240809BHJP

【ＦＩ】

G01J5/08 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023016154

(22)【出願日】2023-02-06

(71)【出願人】

【識別番号】000133526

【氏名又は名称】株式会社チノー

(74)【代理人】

【識別番号】100067323

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 教光

(74)【代理人】

【識別番号】100124268

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 典行

(72)【発明者】

【氏名】坂本 勇気

(72)【発明者】

【氏名】杉山 清孝

【テーマコード（参考）】

2G066

【Ｆターム（参考）】

2G066BA01

2G066BA25

2G066BA26

2G066BB20

2G066BC11

2G066CA01

(57)【要約】

【課題】多面回転ミラーの反射面を見分ける。
【解決手段】走査放射温度計１は、回転に伴って測定対象Ｗからの放射光を反射する３つ以上の連続する複数の反射面を有する多面回転ミラー２と、多面回転ミラー２の反射面間の１つの角部に形成され、他の角部よりも反射率が低い低反射率部８と、多面回転ミラー２の角部に光を照射し、この光の照射に伴う多面回転ミラー２の角部からの反射光を受光するフォトセンサ３と、フォトセンサ３からの出力信号に基づいて多面回転ミラー２の複数の反射面から１つの反射面を見分けて判別し、複数の反射面の全てを認識する判別部７ｂと、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象からの放射光を所定の走査範囲で走査して測定対象の各位置における温度を測定する走査放射温度計において、
少なくとも３つ以上の連続する複数の反射面を有し、回転に伴って前記測定対象からの放射光を反射する多面回転ミラーと、
前記多面回転ミラーの反射面間の１つの角部に形成され、他の角部よりも反射率が低い低反射率部と、
前記多面回転ミラーの角部に光を照射し、この光の照射に伴う前記多面回転ミラーの角部からの反射光を受光するフォトセンサと、
前記フォトセンサからの出力信号に基づいて前記多面回転ミラーの複数の反射面から１つの反射面を見分けて判別し、前記複数の反射面の全てを認識する判別部と、を備えたことを特徴とする走査放射温度計。

【請求項2】

前記判別部にて認識した前記複数の反射面のうちの１つの反射面を基準として、前記複数の反射面の測定位置ずれを補正することを特徴とする請求項１に記載の走査放射温度計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象からの放射光を所定の走査範囲で走査して測定対象の各位置における温度を測定する走査放射温度計に関するものである。

【背景技術】

【0002】

走査放射温度計は、測定対象からの放射光を所定の走査範囲で走査して測定対象の各位置における温度を測定する温度計として従来から知られている。

【0003】

この種の走査放射温度計として、例えば下記特許文献１に開示される走査放射温度計では、４面回転ミラーを使用し、この４面回転ミラーの回転により所定の走査範囲を走査し、測定対象の表面からの放射光を、集光手段を介して検出手段により検出し、検出手段により検出した測定対象からの放射光を電気信号に変換した後、従来から周知の信号処理によって測定対象の表面における各位置の温度を算出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－１４４９５３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、上述した特許文献１の走査放射温度計を使用し、図５（ｂ）に示すように、ａ面、ｂ面、ｃ面、ｄ面の４つの連続する反射面を有する４面回転ミラーを矢印Ａ方向（反時計回り方向）に回転させて測定を行った場合、測定対象の走査範囲のほぼ中央に熱源があると、４面回転ミラーの反射面（ａ面、ｂ面、ｃ面、ｄ面）ごとに図５（ａ）に示すような測定位置ずれが発生し、この測定位置ずれにより測定結果に誤差が生じるという問題があった。この測定位置ずれの原因としては、４面回転ミラーの反射面を正確に正方形に加工することが困難なことによる加工精度の問題や回転軸ずれによる偏心などがある。しかも、測定位置ずれを補正するためには、４面回転ミラーのどの反射面でどのタイミングで測定しているか、４面回転ミラーの４つの反射面（ａ面、ｂ面、ｃ面、ｄ面）を見分ける必要があった。

【0006】

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、多面回転ミラーの反射面を見分けることができる走査放射温度計を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された走査放射温度計は、測定対象からの放射光を所定の走査範囲で走査して測定対象の各位置における温度を測定する走査放射温度計において、
少なくとも３つ以上の連続する複数の反射面を有し、回転に伴って前記測定対象からの放射光を反射する多面回転ミラーと、
前記多面回転ミラーの反射面間の１つの角部に形成され、他の角部よりも反射率が低い低反射率部と、
前記多面回転ミラーの角部に光を照射し、この光の照射に伴う前記多面回転ミラーの角部からの反射光を受光するフォトセンサと、
前記フォトセンサからの出力信号に基づいて前記多面回転ミラーの複数の反射面から１つの反射面を見分けて判別し、前記複数の反射面の全てを認識する判別部と、を備えたことを特徴とする。

【0008】

本発明の請求項２に記載された走査放射温度計は、請求項１の走査放射温度計において、
前記判別部にて認識した前記複数の反射面のうちの１つの反射面を基準として、前記複数の反射面の測定位置ずれを補正することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、多面回転ミラーの１つの反射面を見分けて判別し、全ての反射面を認識することができ、認識した全ての反射面のうちの１つの反射面を基準に全ての反射面の測定位置ずれを補正することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係る走査放射温度計の全体構成を示すブロック図である。

【図2】（ａ）～（ｃ）本発明に係る走査放射温度計の多面回転ミラーの走査により測定対象からの放射光を受光する様子を示す概念図である。

【図3】（ａ），（ｂ）本発明に係る走査放射温度計の多面回転ミラーに形成される低反射率部とフォトセンサの位置関係を示す平面図および側面図である。

【図4】（ａ）本発明に係る走査放射温度計のフォトセンサの出力信号の一例を示す図、（ｂ）フォトセンサの出力信号と多面回転ミラーの各反射面との対応関係を示す図である。

【図5】（ａ），（ｂ）従来の多面回転ミラーによる位置ずれの一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

【0012】

図１に示すように、本実施の形態の走査放射温度計１は、多面回転ミラー２、フォトセンサ３、受光部４、増幅部５、Ａ／Ｄ変換部６、演算部７を筐体１ａ内に備えて概略構成され、測定対象Ｗの表面から測定窓１ｂを介して入射される放射光を所定の走査範囲（例えば９０°）で走査し、測定対象Ｗの表面の各位置における温度を測定するものである。

【0013】

測定対象Ｗは、例えば半導体、電子部品、機械、鉄鋼、金属など多様である。本実施の形態の走査放射温度計１は、それらの測定対象Ｗの製造、処理加工、品質管理、設備監視などの様々な場面において利用することができる。

【0014】

多面回転ミラー２は、モータにより回転駆動される回転体であり、例えば連続して隣接する４つの反射面が直角をなす枠状の４面回転ミラーで構成される。多面回転ミラー２は、モータの回転力が例えば一対の磁力カップリングを介して回転軸に伝達されると、回転軸を中心として回転駆動される。本実施形態では、図１や図２（ａ）～（ｃ）の矢印Ａ方向（反時計回り方向）に回転する。多面回転ミラー２は、モータの回転により所定の走査範囲で走査され、図２（ａ）～（ｃ）に示すように、測定対象Ｗの表面からの放射光が筐体１ａの測定窓１ｂから入射されると、入射された放射光を受光部４に向けて反射する。

【0015】

なお、本実施の形態では、多面回転ミラー２として、連続する４つの反射面を有する４面回転ミラーを図示して説明しているが、これに限定されるものではなく、少なくとも３つの連続する反射面を有する構成であればよい。

【0016】

図３（ａ），（ｂ）に示すように、多面回転ミラー２の反射面間（ａ面とｄ面の反射面間）の１つの角の一方の反射面（ａ面の反射面）寄りには、他の反射面間（ａ面とｂ面の反射面間、ｂ面とｃ面の反射面間、ｃ面とｄ面の反射面間）の角よりも反射率が低い低反射率部８が形成されている。具体的には、例えば対象位置に黒色テープを貼付したり、黒色の印刷を施したり、対象位置の面を粗面化して乱反射させたり、対象位置の反射角度を調整することで低反射率部８を形成することができる。

【0017】

なお、本実施の形態では、図３（ｂ）に示すように、多面回転ミラー２の１つの角の上部に低反射率部８を形成しているが、多面回転ミラー２の１つの角の下部や１つの角の中途位置に形成する他、１つの角の上端から下端まで全体に渡って形成することも可能である。

【0018】

フォトセンサ３は、例えば発光素子と受光素子を同一方向に並行またはある角度で一つのパッケージに並設した反射型フォトセンサ、発光素子と受光素子を分離して対向配置した分離型フォトセンサなどで構成される。

【0019】

本実施の形態では、部品点数が最小限で、光軸の位置合わせが不要な反射型フォトセンサをフォトセンサ３として用いている。この反射型フォトセンサによるフォトセンサ３は、低反射率部８を検出して多面回転ミラーの１つの反射面を見分けて判別するため、測定対象Ｗからの放射光の受光の妨げにならず、多面回転ミラー２から所定距離離れた位置で、多面回転ミラー２の回転に伴って４つの角が通過する回転軌跡上に低反射率部８と対向して配置される。

【0020】

反射型フォトセンサによるフォトセンサ３は、多面回転ミラー２の各角が通過するときに発光素子からの光が角で反射し、その反射光を受光素子が受光して出力信号のレベルがｌｏｗになる構成であり、多面回転ミラー２の１つの角に形成される低反射率部８が通過するときは他の角を通過するときよりも反射時間（反応時間）が短くなり、これに伴って出力信号のｌｏｗ時間も短くなる。具体的に、図３（ａ）や図４（ｂ）に示すように、低反射率部８が多面回転ミラー２の反射面のａ面とｄ面の角部のａ面寄りに形成されている場合には、図４（ａ）に示すように、多面回転ミラー２の反射面のａ面始点からのフォトセンサ出力の反射時間が他の反射面のｂ面始点、ｃ面始点、ｄ面始点からのフォトセンサ出力の反射時間よりも短くなる。

【0021】

受光部４は、多面回転ミラー２の回転に伴って反射される測定対象Ｗからの放射光を不図示の集光手段（集光レンズ）を介して受光し、受光した測定対象Ｗからの放射光に応じた信号を出力する機能を有する。

【0022】

さらに説明すると、受光部４は、例えばサーモパイルなどの熱電素子やＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの焦電素子などの光検出素子で構成される。光検出素子は、測定対象Ｗ、測定環境、測定する温度範囲などに応じて適宜選択することができる。例えば、－５０～１２００℃といった低温領域の場合は、ＩｎＡｓＳｂ（インジウムヒ素アンチモン）やＨｇＣｄＴｅ（テルル化カドミウム水銀）を用いて波長８～１３μｍを測定する。また、３００～１３００℃といった中温領域の場合は、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）を用いて波長１．５～１．８μｍを測定する。

【0023】

増幅部５は、受光部４にて受光した測定対象Ｗからの放射光に応じた信号を増幅してＡ／Ｄ変換部６に出力する。

【0024】

Ａ／Ｄ変換部６は、増幅部５にて増幅された出力信号をＡＤ変換して演算部７に出力する。

【0025】

演算部７は、Ａ／Ｄ変換部６にて変換された出力信号に基づき測定対象Ｗの温度を算出する温度算出部７ａの機能を有する。温度の算出は、予め保持しておく温度と放射光（放射エネルギー）との関係を定義したテーブルに基づき温度を算出する。あるいは、温度と放射光（放射エネルギー）との関係を示す所定の式に基づき温度を算出する。

【0026】

また、演算部７は、フォトセンサ３の出力信号に基づき多面回転ミラー２の４つの反射面を見分けて判別する判別部７ｂの機能を有する。本実施の形態では、図４（ａ）に示すように、多面回転ミラー２の４つの反射面（ａ面、ｂ面、ｃ面、ｄ面）のうち１つの反射面（ａ面）だけフォトセンサ出力の反射時間が短くなり、演算部７に入力するフォトセンサ３の出力信号のｌｏｗ時間も短くなる。これにより、演算部７は、フォトセンサ３から入力される出力信号のｌｏｗ時間から多面回転ミラー２の４つの反射面（ａ面、ｂ面、ｃ面、ｄ面）から１つの反射面（ａ面）を見分けて判別することができる。そして、１つの反射面（ａ面）を見分けて判別することができれば、全ての反射面（ａ面、ｂ面、ｃ面、ｄ面）を認識することができ、認識した全ての反射面のうちの１つの反射面（例えばａ面）のＡＤカウント値を基準として、図５に示す全ての反射面（ａ面、ｂ面、ｃ面、ｄ面）によるＡＤカウント値の測定位置ずれを演算部７にて補正することができる。

【0027】

このように、上述した実施の形態によれば、多面回転ミラー２の複数の反射面のうち１つの反射面だけフォトセンサ３の出力の反射時間が短くなるように低反射率部８を設けることにより、多面回転ミラー２の１つの反射面を見分けて判別することができ、全ての反射面を認識することができる。そして、認識した多面回転ミラー２の全ての反射面のうちの１つの反射面のＡＤカウント値を基準として、全ての反射面のＡＤカウント値の測定位置ずれを補正することが可能となる。

【0028】

以上、本発明に係る走査放射温度計の最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。

【符号の説明】

【0029】

１ 走査放射温度計
２ 多面回転ミラー
３ フォトセンサ
４ 受光部
５ 増幅部
６ Ａ／Ｄ変換部
７ 演算部
７ａ 温度算出部
７ｂ 判別部
８ 低反射率部
Ｗ 測定対象
Ａ 多面回転ミラーの回転方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】