特許 7319325 放射温度測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-24

(45)【発行日】2023-08-01

(54)【発明の名称】放射温度測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01J 5/06 20220101AFI20230725BHJP

【ＦＩ】

G01J5/06

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021100380

(22)【出願日】2021-06-16

(62)【分割の表示】P 2018554988の分割

【原出願日】2017-12-04

(65)【公開番号】P2021139917

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2021-07-16

(31)【優先権主張番号】P 2016237745

(32)【優先日】2016-12-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000033

【氏名又は名称】旭化成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 裕之

(72)【発明者】

【氏名】杉山 大

【審査官】田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５７－０６４１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３８５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】田村哲雄 ほか，5.5～7.9μｍサーモグラフィ装置の開発とその応用，日本赤外線学会誌，1998年12月，第８巻，第２号，p.39-47，http://www.jsir.org/wp/wp-content/uploads/2014/10/1998.12VOL.8NO.2 8.pdf

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｊ５／００－５／９０

Ｇ０２Ｂ５／３０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

赤外線センサを用いて物体の表面温度を非接触で測定する放射温度測定装置において、
酸化ケイ素を主成分として含む温度測定対象である前記物体から放射される電磁波を検出する赤外線センサと、
前記電磁波のうち、一方向の偏光波を反射するとともに、前記一方向とは垂直な方向の偏光波を透過又は吸収する偏光板と、
を備え、
前記赤外線センサが、前記偏光板の反射する一方向の偏光電磁波を検出すること
を特徴とし、
さらに、
前記偏光板が前記偏光板を回転させても反射偏光波の方向が変わらない軸を持つワイヤグリッド偏光板であり、
前記偏光板の反射する一方向の偏光電磁波が前記温度測定対象である前記物体からのＰ波であり、
前記赤外線センサが、前記物体から放射されて前記ワイヤグリッド偏光板のグリッド側に入射し該ワイヤグリッド偏光板で反射された前記一方向の偏光電磁波を検出することを特徴とし、
前記ワイヤグリッド偏光板が、前記ワイヤグリッド偏光板のグリッド方向もしくはグリッド方向とは垂直な方向のいずれかを回転軸として回転させて、前記赤外線センサに対して傾けて配置されていることを特徴とする放射温度測定装置。

【請求項2】

前記ワイヤグリッド偏光板のグリッド方向もしくはグリッド方向とは垂直な方向のいずれかを回転軸として回転させた角度が前記赤外線センサと１０度から８０度の間の角度をなすことを特徴とする請求項１に記載の放射温度測定装置。

【請求項3】

前記ワイヤグリッド偏光板が、前記ワイヤグリッド偏光板のグリッド方向を回転軸として回転させて、前記赤外線センサに対して傾けて配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射温度測定装置。

【請求項4】

前記ワイヤグリッド偏光板のグリッド方向を回転軸とした回転角度は、前記ワイヤグリッド偏光板のグリッド方向とは垂直な方向の反射率が最小になるように設定されていることを特徴とする請求項３記載の放射温度測定装置。

【請求項5】

前記ワイヤグリッド偏光板の偏光反射率は、９０％以上であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の放射温度測定装置。

【請求項6】

前記物体の表面は平面であり、
前記赤外線センサと前記ワイヤグリッド偏光板により検出される方向が前記平面の法線方向と異なることを特徴とする
請求項１から５までのいずれか一項に記載の放射温度測定装置。

【請求項7】

前記ワイヤグリッド偏光板のワイヤグリッドがアルミニウムで形成されていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の放射温度測定装置。

【請求項8】

前記赤外線センサの検出波長帯域は、８μｍ以下であって９μｍから１０μｍを含まないことを特徴とする
請求項１から７までのいずれか一項に記載の放射温度測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、赤外線センサを用いた放射温度測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、赤外線センサを用いて非接触で対象物の温度を測定する温度測定装置が知られている。その応用製品例は、放射温度計（非接触温度計）、あるいはサーモグラフィ（赤外線カメラ）などである。このような温度測定装置は、対象物の放射電磁波エネルギーがその対象物の温度によってのみ決まるという原理を用いている。すなわち赤外線センサを用いれば、対象物の放射電磁波エネルギーの大部分を占める赤外線波長帯域の放射エネルギーを測定することができる。その放射エネルギーの測定値から対象物の温度を計算する。対象物の温度の計算には、たとえば黒体輻射に関するステファンボルツマンの法則などが用いられる。

【0003】

しかし、黒体輻射を用いる計算は厳密には放射率が１（１００％）の物体にしか適用できない。現実の対象物に放射率が１の物体は存在せず、必ずゼロでない反射率が存在する。放射温度計等の応用製品例では、対象物の反射を補正するために、一般に放射率補正と呼ばれる補正が行われている。放射率補正について具体的に数値を用いて説明すると、反射率５％の物体があったときには、放射率を９５％と設定する。そうすると、元来１００％測定できるはずの電磁波エネルギーが９５％しか測定にかからないので、その比率の逆数を掛け算して補正する。

【0004】

この方法にもまだ問題は残る。それは、実際の対象物の反射率がゼロでないため、赤外線センサ及び応用製品にその対象物の表面で反射された電磁波が届いてきてしまうことである。当然、赤外線センサはこの電磁波の反射成分も測定にかかってしまうため、この反射成分に基づく測定分が誤差となって出てきてしまう。換言すれば、前述の放射率補正は、物体で反射される元の光源が皆無（ゼロ）という条件下でしか使えない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１４－１３４６３０号公報

【文献】特開２０１１－７７３０号公報

【非特許文献】

【0006】

【文献】田村哲雄、外２名、５．５～７．９μｍサーモグラフィ装置の開発とその応用、日本赤外線学会誌、日本赤外線学会編、１９９８年１２月、８巻２号、９９～１０７ページ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述のように、対象物の温度を測定する際に生じる反射の問題を克服する技術が非特許文献１に記載されている。非特許文献１によれば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を表面主成分とするガラスやタイルなどは、８～１５μｍ程度の波長の反射率が非常に大きい。非特許文献１には、この反射率は最大で３０％程度であることが記載されている。非特許文献１には、この反射率の問題を克服するために、一般的な放射温度計やサーモグラフィの測定波長である８～１５μｍの赤外線を検知するのではなく、反射率の小さい５～８μｍ程度の波長を検知することが記載されている。

【0008】

しかしながら、５～８μｍの波長の赤外線に対するたとえばガラスの反射率は平均で３～４％となっている。したがって、非特許文献１に記載された技術をもってしても、反射の影響をいくらか小さくすることができるだけであり、ゼロにはできない。すなわち、電磁波の反射する成分が赤外線センサの測定に影響を及ぼす。

【0009】

一方、このような界面における電磁波の反射を防止する製品としてよく知られているものに偏光板がある。この偏光板のもっとも有名な使い方は偏光サングラスであり、これにより釣り人が狙っている魚付近の水面で生じる反射光を低減させることができる。この例で見られるように、偏光板は電磁波の中でも可視光波長帯域（波長４００～８００ｎｍ程度）でもっともよく使われ、さらに近赤外帯域(波長８００ｎｍ～１．５μｍ程度)でもしばしば応用される。

【0010】

特許文献１には偏光板の具体的な１つの利用法が開示されている。偏光板（特許文献１の場合には偏光軸が固定されたワイヤグリッド偏光フィルム）に向けられた偏光されていない通常の光（特許文献１の場合には近赤外光線）は、その偏光板の固有の軸方向に対しては透過し、その軸方向に直交する方向に対しては反射する。その偏光透過成分及び偏光反射成分の双方の電磁波エネルギーを受光器にて測定する。しかし、特許文献１に開示された装置は、温度を測定する装置ではない。

【0011】

特許文献２には、偏光板を用いつつ温度を測定する装置が開示されている。ただし、この装置は、被測定物が物理的に振動しているときに、その振動の影響を最小限にするために偏光板を用いて２つの偏光成分を測定することにより被測定物の温度を求める技術である。特許文献２には、被測定物（測定対象物）の反射率及び反射の現象自体には何の言及も示唆もない。

【0012】

さらに、特許文献１及び２には記載されていない問題点について以下に示す。その問題点は、通常の偏光板は、一般的に赤外線帯域のうちの５～１５μｍ程度の波長の電磁波をすべて透過させるように製作することが非常に困難なことである。たとえば、液晶ディスプレー（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）にしばしば利用される染料系の偏光板は、可視光帯域の電磁波だけを透過し、赤外線帯域の電磁波はまったく透過せず、すべて偏光板に吸収される。

【0013】

また、前述のワイヤグリッド偏光フィルムは、フィルムの材質が高分子であるため、この付近の赤外線帯域では材質基板の吸収モードが現れることによって透過率が非常に小さく、透過率ゼロの波長帯域も存在する。したがって、透過率がきわめて小さいために、透過偏光の測定出力がきわめて小さくなってしまう。換言すれば、上述の偏光サングラスと同じ透過型の電磁波測定は、少なくとも放射温度を測定するような赤外線帯域での測定は困難である。

【0014】

本発明の目的は、放射温度測定に最適な赤外線波長帯域でも充分に大きな出力レベルで検知することができるとともに、測定対象物の反射率が大きい物体であっても、温度の測定精度低下を防止できる放射温度測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記目的を達成するために、本発明の一態様による赤外線センサを用いて物体の表面温度を非接触で測定する放射温度測定装置は、酸化ケイ素を主成分として含む温度測定対象である前記物体から放射される電磁波を検出する赤外線センサと、前記電磁波のうち、一方向の偏光波を反射するとともに、前記一方向とは垂直な方向の偏光波を透過又は吸収する偏光板と、を備え、前記赤外線センサが、前記偏光板の反射する一方向の偏光電磁波を検出することを特徴とし、さらに、前記偏光板が前記偏光板を回転させても反射偏光波の方向が変わらない軸を持つワイヤグリッド偏光板であり、前記偏光板の反射する一方向の偏光電磁波が前記温度測定対象である前記物体からのＰ波であり、前記赤外線センサが、前記物体から放射されて前記ワイヤグリッド偏光板のグリッド側に入射し該ワイヤグリッド偏光板で反射された前記一方向の偏光電磁波を検出することを特徴とし、前記ワイヤグリッド偏光板が、前記ワイヤグリッド偏光板のグリッド方向もしくはグリッド方向とは垂直な方向のいずれかを回転軸として回転させて、前記赤外線センサに対して傾けて配置されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明の各態様によれば、放射温度測定に最適な赤外線波長帯域でも充分に大きな出力レベルで検知することができるとともに、測定対象物の反射率が大きい物体であっても、温度の測定精度低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態による放射温度測定装置１００の構成例を示すブロック図である。

【図2】本発明の一実施形態による放射温度測定装置１００の構成要素の配置例を示す模式図である。

【図3】本発明の一実施形態による放射温度測定装置１００に備えられ、反射型偏光板２に係る偏光フィルム（ＷＧＦ）の模式図である。

【図4】本発明の一実施形態による放射温度測定装置１００を説明する図であって、図２中に示すＡ－Ａ線で反射型偏光板２を切断した断面の模式図である。

【図5】本発明の一実施形態による放射温度測定装置１００を説明する図であって、反射型偏光板２の平行偏光電磁波の反射率及び垂直偏光電磁波の透過率をそれぞれ示すグラフである。

【図6】本発明の一実施形態による放射温度測定装置１００を説明する図であって、反射型偏光板２のみの最適配置例を示す模式図である。

【図7】本発明の一実施形態による放射温度測定装置１００を説明する図であって、図６に示す配置例と比較して反射型偏光板２の最適でない配置例を示す模式図である。

【図8】本発明の一実施形態による放射温度測定装置１００を説明する図であって、ガラス（又は屈折率１．５の物体）の反射率の入射角度依存性を示すグラフである。

【図9】本発明の一実施形態による放射温度測定装置１００を説明する図であって、反射型偏光板２及び温度測定対象物１０１の最適配置例を示す模式図である。

【図10】本発明の一実施形態による放射温度測定装置１００を説明する図であって、ガラスの反射率の波長依存性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の一実施形態について図１から図１０を用いて説明する。

【0019】

（放射温度測定装置の構成）
図１は、本実施形態にかかる放射温度測定装置１００の概略構成例を示すブロック図である。放射温度測定装置１００は、赤外線センサを用いて測定対象の物体の表面温度を非接触で測定する装置である。

【0020】

１は赤外線センサである。この赤外線センサは、後述のように本発明においては波長帯域を従来の遠赤外帯域（８～１５μｍ）ではなく、中赤外帯域（４～８μｍ）とすることが好適である。

【0021】

反射型偏光板２は、反射型の偏光板である。反射型の偏光板というのは、電磁波の一方が反射される作用を持つ偏光板のことである。一般の偏光板は、偏光電磁波の分離に透過又は吸収する作用を持っているが、反射する作用を持っているとは限らない。反射される作用を持たないものの一例としては液晶ディスプレーにしばしば用いられるヨウ素型の偏光板が挙げられる。一方、反射される作用を持つ偏光板としては、ワイヤグリッド偏光フィルム（以下、「ＷＧＦ」と略記する）や積層型偏光フィルムが挙げられる。

【0022】

放射温度測定装置１００は、赤外線センサ１および反射型偏光板２を一体化した筐体３を備えている。筐体３は主に、赤外線センサ１と反射型偏光板２とを規定の寸法で組み合わせるという第１の役目と、赤外線センサ１に入り込む外乱（迷光）を筐体３の赤外吸収作用により抑えるという第２の役目とを担っている。

【0023】

放射温度測定装置１００は、さらに赤外線センサ１の検出信号を温度に変換する温度変換部４を備えている。温度変換部４は、図１に示すように筐体３の外部に設けられていてもよいし、筐体３の内部に設けられていてもよい。

【0024】

温度測定対象物１０１は、放射温度測定装置１００によって温度が測定される温度測定対象物であり、放射温度測定装置１００とは異なる場所に配置される。また、温度測定対象物１０１は、基本的に何であってもよく、たとえば黒体でもよい。本実施形態による放射温度測定装置１００は、温度測定対象物１０１がガラスなどの反射率の高い物体であればあるほど効能を発揮する。

【0025】

図２は、赤外線センサ１、反射型偏光板２、筐体３及び温度測定対象物１０１の実際の配置関係を模式的に示す図である。図２では、赤外線センサ１、反射型偏光板２、筐体３及び温度測定対象物１０１の断面が模式的に示されている。赤外線センサ１及び反射型偏光板２は、互いにθの角度（本例ではθ＝４５度）をなして筐体３に取り付けられている。さらに、反射型偏光板２に対してθの角度（本例ではθ＝４５度）をなした方向に温度測定対象物１０１が配置されている。赤外線センサ１が測定する電磁波は、温度測定対象物１０１が配置されている方向から入力される。図２に示す赤外線センサ１、反射型偏光板２及び筐体３が放射温度測定装置１００のハードウェア部分である。一方、図２では図示していない温度変換部４は、放射温度測定装置１００の内部にあるソフトウェアで実現される。

【0026】

図２では、赤外線センサ１と反射型偏光板２とのなす角度θが４５度、及び反射型偏光板２と温度測定対象物１０１とのなす角度θが４５度の角度である場合を例示している。しかしながら、反射電磁波を測定するという要請からすれば、これらの構成物のなす角度は、０度や９０度に近い角度でない限り、原理的には何度でも可能である。詳細は以下で説明する。

【0027】

次に、反射型偏光板２の詳細について図３及び図４を用いて説明する。図４は、図３中に示すＡ－Ａ線で切断した反射型偏光板２の切断面を示している。
反射型偏光板２の具体的な一例として、ＷＧＦが挙げられる。図３に示すように、反射型偏光板２は、フィルム面２３、およびフィルム面２３に垂直な向きから見ると、図３のようにグリッド２１（アルミニウムの細線）が一方向に並んで（図３の場合にはたてに並んで）形成されている。

【0028】

図４に示すように、反射型偏光板２には、グリッド２１の方向に平行な平行偏光電磁波ＳＷｉｎ（図４中の左側参照）と、グリッド２１の方向に垂直な方向の垂直偏光電磁波ＰＷｉｎ（図４中の右側参照）とが入射した場合、図４中の左側に示すように、もしグリッド２１側から平行偏光電磁波ＳＷｉｎが反射型偏光板２に入射したとすれば、平行偏光電磁波ＳＷｏｕｔは図のように反射する。一方、図４中の右側に示すように、もしグリッド２１側から垂直偏光電磁波ＰＷｉｎが反射型偏光板２に入射したとすれば垂直偏光電磁波ＰＷｏｕｔは図のように透過するのが一般的である。

【0029】

しかしながら、実際の垂直偏光電磁波は、図４に示すような透過する成分だけではなく、反射型偏光板２のフィルム面２３で吸収される成分も持ち合わせている。その具体的な数値例を図５に示す。

【0030】

図５は、赤外線帯域として近赤外の２μｍから遠赤外の１５μｍまでに渡って、反射型偏光板２の垂直偏光電磁波の反射率と平行偏光電磁波の透過率を測定したグラフである。図５において、横軸は電磁波の波長（μｍ）である。一方、縦軸のＰＴは垂直偏光電磁波の透過率特性を示し、縦軸のＳＲは、平行偏光電磁波の反射率特性を示している。

【0031】

図５に示すように、特性ＰＴの数値を見ると、可視光に近い近赤外帯域では０．９（９０％）に近い透過率を持っている。これは、反射型偏光板２は、近赤外帯域の電磁波に対して吸収率が１０％程度だということである。より正確には、反射型偏光板２の吸収率と反射率を足して１０％程度である。

【0032】

しかし、図５中の特性ＰＴで示すように、反射型偏光板２の垂直偏光電磁波は、波長がたとえば５μｍくらいになると透過率は６０％、６μｍでは３０％と徐々に低下し、７μｍではゼロになってしまう。つまり、ＷＧＦ又は偏光板を透過検知型で使用する場合、近赤外より短い波長帯域では透過率が９０％程度と高いため、電磁波信号強度が減少することはない。しかしながら、中赤外（４～８μｍ）又は遠赤外（８～１５μｍ）では透過率が低下するため、電磁波信号強度が大幅に減少する。赤外線センサを用いた放射温度計の測定帯域は、中赤外帯域や遠赤外帯域である。実際の積分計算を施せば、ＷＧＦを透過検知型で使用して放射温度を測定すると、本来得られる信号成分の４分の１程度まで減少する。

【0033】

一方、図５中の特性ＳＲで示すように、平行偏光電磁波に対する反射型偏光板２の反射率は、中赤外帯域及び遠赤外帯域ともにほぼ１に近い値（たとえば９８％など）となる。平行偏光電磁波に対する反射型偏光板２の反射率が１００％に近い値となるのは、アルミニウムの反射率が４～１５μｍの波長帯域で１に近い値であることに起因する。反射検知型の温度測定が可能ならば、透過検知型の本来得られる信号がほぼそのまま得られることになる。実際に、この反射検知型温度測定を可能とする構成が図１に示す放射温度測定装置１００であり、放射温度測定装置１００の構成要素を含む具体的な装置の配置が図２に示す配置である。

【0034】

続いて、反射型偏光板２として、ＷＧＦに代表される偏光フィルムを用いることの利点を２点に分けて説明する。

【0035】

まず１点目の利点は、偏光フィルム（ＷＧＦ含む）には、フィルムを回転させても反射偏光波の方向が変わらない固有の回転軸が存在することである。図２では、赤外線センサ１と反射型偏光板２が４５度の角度をなした場合を例示したが、この固有の回転軸があるからこそ、上述の通り４５度以外の角度でも反射検知型の温度測定が可能となる。たとえば、平行偏光電磁波に対するグリッド形状のアルミニウムの反射率は、一般のアルミニウムの平坦な膜（いわゆるべた膜）と同様に、反射角度にはほとんど依存しない。このため、反射型偏光板２に対して４５度でも１０度でも８０度でも赤外線センサ１に入力される信号成分は変わらない。このことから、放射温度測定対象物の反射を含まない偏光波成分を平行偏光電磁波の反射によって赤外線センサ１で測定すればよいことがわかる。

【0036】

仮にＷＧＦなどの偏光フィルムの代わりにガラスそのものを用いても、本実施形態と同様の反射による温度測定が不可能なわけではない。しかし、ガラスのＳ波の反射率はＷＧＦの平行偏光電磁波の反射率よりもきわめて小さく、たとえば１０分の１程度である。このため、赤外線センサに入力される信号成分は格段に落ちる。

【0037】

２点目の利点は、この偏光フィルムの回転角度を最適に選べば、前記平行偏光電磁波と垂直な偏光電磁波の反射率をきわめて小さく抑えることができることである。前記平行偏光電磁波の反射率は測定にかかる信号なので大きいほうがよい。具体的には、以下のようにすればよい。

【0038】

図６は、図２に示す反射型偏光板２及び温度測定対象物１０１の配置関係をより具体的に示す図である。図６には、図２において紙面の下方向から見た場合の、反射型偏光板２のフィルム面２３及びグリッド２１の向きと、温度測定対象物１０１との位置関係が示されている。また、図６に示す反射型偏光板２は、図３のＷＧＦをまず紙面のウラから見て、次に図６において紙面の上方向から時計回りに４５度回転させた状態の模式図である。

【0039】

このとき、平行偏光電磁波に対する反射型偏光板２の反射率に基づく信号成分の大きさについては、上述の１点目の利点として示した通りである。一方、垂直偏光電磁波に対する反射型偏光板２の反射率について考察すると、垂直偏光電磁波は、ＷＧＦのフィルム基材、すなわちフィルム面２３の屈折率に起因する反射成分のみが赤外線センサ１で検知される信号成分として測定される。一般に、ＷＧＦや固有の偏光軸を持つ偏光フィルムに用いられるフィルム基材は、高分子フィルムである。高分子フィルムの屈折率はおよそ１．５である。したがって、高分子フィルムの屈折率に基づくブリュースター角（およそ５６度）を回転角に選べば、理想的には反射型偏光板２の垂直偏光電磁波の反射率に基づく信号成分はゼロとなる。実際には、反射型偏光板２の回転角（すなわち図２に示す角度θ）を５６度に近い４５度にしてもほぼ同様の効果が得られる。このように、偏光フィルム、すなわち反射型偏光板２の反射角度は、反射型偏光板２の垂直な方向の反射率が最小になるように設定するのが良い。

【0040】

しかし一方、図７に示すように、図６と同様の回転と異なる方向に回転させた状態も考えられる。図７はその具体例であり、図３のＷＧＦをまずウラから見て、次に図７において紙面の左方向から時計回りに４５度回転させる場合である。この場合には、ブリュースター角などはまったく関係なく、フィルム面２３の屈折率を１．５とすると、反射型偏光板２は、垂直偏光電磁波に対して最低でも４％の反射率を持ってしまい、回転角度を大きくするにしたがって反射率が増大する。したがって、平行偏光電磁波だけでなく垂直偏光電磁波の信号成分も大きくなってしまう。このため、図７に示す方向に反射型偏光板２を回転させた状態は、本実施形態による放射温度測定装置１００の温度測定にはどちらかと言えば適さない。

【0041】

次に、本発明の温度測定対象物の具体例として、ガラスのときの状況と効果について説明する。
ガラスの反射率は、ＷＧＦの基材フィルムなどとほぼ同様の１．５程度である。このガラスに入射角度０～９０度の電磁波が入ったときの反射率はよく知られている。図８は、ガラスに入射角度０～９０度で電磁波が入ったときの反射率を示すグラフである。図８において、横軸は入射角（度）を示し、縦軸は反射率を示している。反射率の単位は、最大値（１００％）で規格化されている。特性ＳＲは、ガラスのＳ波に対する反射率特性を示し、特性ＰＲは、ガラスのＰ波に対する反射率特性を示している。

【0042】

図８中の特性ＰＲで示すように、ガラスのＰ波の反射率は垂直入射時（入射角０度）の４％（０．０４）程度から減少し、ブリュースター角（５６度程度）で理想的にはゼロとなる。一方、図８中の特性ＳＲで示すように、ガラスのＳ波の反射率は垂直の４％から単調に増加する。したがって、平行偏光電磁波としてガラスのＰ波を取得し、ガラスのＰ波を信号成分として赤外線センサ１で測定する。一方、ガラスのＳ波はガラスによる反射成分が大きいので、垂直偏光電磁波として除去する。このようにして、ガラスでの反射を除去した温度測定が可能となる。この原理は、ガラスに限ったものではなく、主に屈折率に起因する反射を有する物体（たとえば水面なども含む）の表面温度を測定するあらゆる場合に適用できる。

【0043】

図９は、以上の考察に基づく反射型偏光板２及び温度測定対象物１０１の具体的な配置例を示している。図９に示す配置例は、図６に示す温度測定対象物１０１（ガラス）を紙面に垂直な方向に対して反時計回りに回転させた状態である。温度測定対象物１０１がガラスの場合、温度測定対象物１０１の回転角度は、ブリュースター角である５６度であるとガラス反射の除去効果が最も高くなる。ガラス以外の温度測定対象物として、たとえば水面であれば、回転角度は５３度となる。水面は通常回転させることは不可能であるため、この場合は放射温度測定装置１００を水面に対して回転させればよい。このように、温度測定対象物１０１は、反射型偏光板２に対して傾けられて配置される。このため、温度測定対象物１０１の表面がガラスや水面のように平面である場合、赤外線センサ１と反射型偏光板２により検出される方向が当該平面の法線方向と異なる。つまり、赤外線センサ１と反射型偏光板２により検出される方向は、温度測定対象物１０１の方向である。

【0044】

最後に、ガラスを温度測定対象物１０１とした場合に、赤外線センサ１の検出波長帯域の設定方法について説明する。

【0045】

ガラスの反射率は、可視光では上述の通りだが、仮に入射角を０度付近に固定したとしても４μｍ以上の中遠赤外帯域では可視光の数値から大きく変化する。図１０は、中遠赤外帯域の電磁波に対するガラスの反射率の測定結果を示す図である。図１０において、横軸は電磁波の波長（μｍ）を表し、縦軸は反射率（％）を表している。

【0046】

図１０に示すように、中遠赤外帯域の電磁波に対するガラスの反射率は、８μｍまではほぼ単調に減少するが、９～１０μｍ程度の波長では２５～３０％程度まで増加する。このため、非特許文献１の記載事項とほぼ同様に、従来の放射温度計の波長測定帯域（８～１５μｍ）では、放射率補正を施したとしてもこの反射率に起因する外乱成分が無視できないほど大きくなる。このため、赤外線センサ１の検出波長帯域は、８μｍ以下であり、９～１０μｍを含まない。

【0047】

具体的に、図１０に示す反射率の測定結果を用いて計算及び実験を行うと、仮に２５℃のガラスに５０℃の物体の反射成分が含まれているとき、従来の帯域であると、ガラスの温度は、本来２５℃であるにもかかわらず、３０℃程度として測定されてしまう。

【0048】

一方、反射型偏光板２を用いた本実施形態における方式を適用すれば、反射率に起因する外乱を除去できるので、ガラスの温度は２５℃として測定される。これは温度条件を変えてもほぼ同様であり、どのような場合であってもガラスに代表される反射を有する物体の表面温度を正確に測定することができるようになる。

【0049】

以上説明したように、本実施形態による放射温度測定装置によれば、放射温度測定に最適な赤外線波長帯域でも充分に大きな出力レベルで検知することができるとともに、測定対象物で反射した電磁波が赤外線センサに入射するのを反射型偏光板で防止できるので、この電磁波に起因する温度の測定精度の低下を防止できる。

【符号の説明】

【0050】

１ 赤外線センサ
２ 反射型偏光板
３ 筐体
４ 温度変換部
２１ グリッド
２３ フィルム面
１００ 放射温度測定装置
１０１ 温度測定対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】