特許 7530233 表面状態情報取得装置

(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】2024-07-30

(45)【発行日】2024-08-07

(54)【発明の名称】表面状態情報取得装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/21 20060101AFI20240731BHJP

   G01B 11/30 20060101ALI20240731BHJP

   G01J 5/00 20220101ALI20240731BHJP

【ＦＩ】

G01N21/21 Z

G01B11/30 102Z

G01J5/00 101B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020134843

(22)【出願日】2020-08-07

(65)【公開番号】P2022030680

(43)【公開日】2022-02-18

【審査請求日】2023-08-01

(73)【特許権者】

【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】100109553

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 一郎

(72)【発明者】

【氏名】寺田 大亮

(72)【発明者】

【氏名】井内 徹

【審査官】比嘉 翔一

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－２１５６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０９９５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５４１１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０１０４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０８１３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０３３３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２５４３２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ２１／００－Ｇ０１Ｎ２１／０１

Ｇ０１Ｎ２１／１７－Ｇ０１Ｎ２１／６１

Ｇ０１Ｎ２１／８４－Ｇ０１Ｎ２１／９５８

Ｇ０１Ｂ ９／００－Ｇ０１Ｂ１１／３０

Ｇ０１Ｊ ５／００－Ｇ０１Ｊ ５／９０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍ３）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物の所定の測定スポットからの放射光を受光する放射光受光部と、
前記放射光受光部からｐ偏光放射輝度を取得するｐ偏光放射輝度取得部と、
前記放射光受光部からｓ偏光放射輝度を取得するｓ偏光放射輝度取得部と、
取得したｐ偏光放射輝度と、ｓ偏光放射輝度とのｐｓ比率を算出するｐｓ比率算出部と、
取得したｐｓ比率と、その測定対象物に関して事前に取得されているｐｓ比率・表面粗さ相関情報とに基づいて、その測定対象物の表面粗度を示す情報である表面粗度情報を取得する表面粗度情報取得部と、
ｐ偏光放射輝度と、黒体の表面温度との関係を示すｐ偏光黒体温度検量線情報を有するｐ偏光黒体温度検量線情報保持部と、
取得したｐ偏光放射輝度と、保持されているｐ偏光黒体温度検量線情報と、から前記測定スポットの温度を取得する温度取得部と、
ｓ偏光放射輝度と、黒体の表面温度との関係を示すｓ偏光黒体温度検量線情報を有するｓ偏光黒体温度検量線情報保持部と、
取得したｓ偏光放射輝度と、保持されているｓ偏光黒体温度検量線情報と、から前記測定スポットの温度を取得する温度取得部と、
を有する測定対象物の表面状態情報取得装置。

【請求項2】

前記測定対象物は合金であり、
取得した表面粗度情報に基づいて測定対象物の合金化の進捗を示す情報である合金化進捗情報を取得する合金化進捗情報取得部をさらに有する請求項１に記載の表面状態情報取得装置。

【請求項3】

前記放射光受光部が測定スポットにフォーカスする入射角を変更可能な角度変更部をさらに有し、
前記その測定対象物に関して事前に取得されているｐｓ比率・表面粗さ相関情報は、複数の入射角について保持しており、前記表面粗度情報取得部は、複数の角度ごとにその測定対象物の表面粗度を示す情報である入射角度別表面粗度情報を取得する入射角度別表面粗度情報取得手段を有する請求項１又は請求項２に記載の表面状態情報取得装置。

【請求項4】

測定対象物の所定の測定スポットからの放射光を受光する放射光受光ステップと、
受光した放射光からｐ偏光放射輝度を取得するｐ偏光放射輝度取得ステップと、
受光した放射光からｓ偏光放射輝度を取得するｓ偏光放射輝度取得ステップと、
取得したｐ偏光放射輝度と、ｓ偏光放射輝度とのｐｓ比率を算出するｐｓ比率算出ステップと、
取得したｐｓ比率と、その測定対象物に関して事前に取得されているｐｓ比率・表面粗さ相関情報とに基づいて、その測定対象物の表面粗度を示す情報である表面粗度情報を取得する表面粗度情報取得ステップと、
ｐ偏光放射輝度と、黒体の表面温度との関係を示すｐ偏光黒体温度検量線情報を有するｐ偏光黒体温度検量線情報保持ステップと、
取得したｐ偏光放射輝度と、保持されているｐ偏光黒体温度検量線情報と、から前記測定スポットの温度を取得する温度取得ステップと、
ｓ偏光放射輝度と、黒体の表面温度との関係を示すｓ偏光黒体温度検量線情報を有するｓ偏光黒体温度検量線情報保持ステップと、
取得したｓ偏光放射輝度と、保持されているｓ偏光黒体温度検量線情報と、から前記測定スポットの温度を取得する温度取得ステップと、
を有する測定対象物の表面状態情報取得方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象物の測定スポットから放射するｐ偏光の放射輝度とｓ偏光の放射輝度との比率に基づき測定スポットの表面粗さを取得する表面状態情報取得装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、溶融亜鉛めっき鋼板製造プロセスにおいて、亜鉛めっき浴槽を経て合金化炉に導入された亜鉛めっき鋼板を合金化炉から出たところで温度測定することがあるが、オンラインでの温度測定を行うために放射温度計が用いられている。

【0003】

放射温度計は測定対象からの熱放射の強度（放射輝度）を測定し、放射輝度から温度への換算を、黒体の放射輝度との関係に基づいて行う。そして、測定対象の放射率が黒体の放射率（ε＝１．０）と異なる場合には、測定対象の放射率（例えば、アルミニウムの酸化面の場合は、放射率（ε＝０．４）で補正を行う。

【0004】

ところで、上記の溶融亜鉛めっき鋼板製造プロセスにおいて、鋼材の表面に亜鉛との合金層が形成されるとき、合金化が進むにつれて表面は粗くなっていく。ここで、表面の粗さは表面の放射率と相関がある。放射率εと反射率ρとは、キルヒホッフの法則及びエネルギー保存則に基づきρ＝１－εで示される関係にあり、反射率ρは粗さなどの表面性状に依存するからである。

【0005】

したがって、表面の合金化の進捗に応じてその表面の反射率が変動することになり、反射率の変動により放射率も変動し、温度測定における放射率補正を適切に行うことができない。

【0006】

非接触方式の表面粗さ測定方法などを用いることで、オンラインでの表面粗さ測定を行いつつ、適切な放射率補正を行うことが可能となる。このような表面粗さ測定方法の一例として、特許文献１に記載の表面粗さ測定方法が存在する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開平６－２９４６３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１の表面粗さ測定方法を行うには、少なくとも測定対象の表面にレーザ光を照射するレーザ光源と、照射したレーザ光の表面での散乱光を受光するレーザ光受光素子と、が必要となる。したがって、放射温度計を用いて測定対象の温度測定を行いつつ、測定対象の表面粗さ測定を行うためには、それぞれの測定系を併せて設置しなければならず、設置スペースが嵩んでしまうという問題がある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

そこで、上記課題を解決するために、第一の発明として、測定対象物の所定の測定スポットからの放射光を受光する放射光受光部と、前記放射光受光部からｐ偏光放射輝度を取得するｐ偏光放射輝度取得部と、前記放射光受光部からｓ偏光放射輝度を取得するｓ偏光放射輝度取得部と、取得したｐ偏光放射輝度と、ｓ偏光放射輝度とのｐｓ比率を算出するｐｓ比率算出部と、取得したｐｓ比率と、その測定対象物に関して事前に取得されているｐｓ比率・表面粗さ相関情報とに基づいて、その測定対象物の表面粗度を示す情報である表面粗度情報を取得する表面粗度情報取得部と、を有する測定対象物の表面状態情報取得装置を提供する。

【0010】

第二の発明としては、前記測定対象物は合金であり、取得した表面粗度情報に基づいて測定対象物の合金化の進捗を示す情報である合金化進捗情報を取得する合金化進捗情報取得部をさらに有する第一の発明に記載の表面状態情報取得装置を提供する。

【0011】

第三の発明としては、前記放射光受光部が測定スポットにフォーカスする入射角を変更可能な角度変更部をさらに有し、前記その測定対象物に関して事前に取得されているｐｓ比率・表面粗さ相関情報は、複数の入射角について保持しており、前記表面粗度情報取得部は、複数の角度ごとにその測定対象物の表面粗度を示す情報である入射角度別表面粗度情報を取得する入射角度別表面粗度情報取得手段を有する第一の発明又は第二の発明に記載の表面状態情報取得装置を提供する。

【0012】

第四の発明としては、ｐ偏光放射輝度と、黒体の表面温度との関係を示すｐ偏光黒体温度検量線情報を有するｐ偏光黒体温度検量線情報保持部と、取得したｐ偏光放射輝度と、保持されているｐ偏光黒体温度検量線情報と、から前記測定スポットの温度を取得する温度取得部をさらに有する第一の発明から第三の発明のいずれか一に記載の表面状態情報取得装置を提供する。

【0013】

第五の発明としては、ｓ偏光放射輝度と、黒体の表面温度との関係を示すｓ偏光黒体温度検量線情報を有するｓ偏光黒体温度検量線情報保持部と、取得したｓ偏光放射輝度と、保持されているｓ偏光黒体温度検量線情報と、から前記測定スポットの温度を取得する温度取得部をさらに有する第一の発明から第四の発明のいずれか一に記載の表面状態情報取得装置を提供する。

【0014】

第六の発明としては、測定対象物の所定の測定スポットからの放射光を受光する放射光受光ステップと、受光した放射光からｐ偏光放射輝度を取得するｐ偏光放射輝度取得ステップと、受光した放射光からｓ偏光放射輝度を取得するｓ偏光放射輝度取得ステップと、取得したｐ偏光放射輝度と、ｓ偏光放射輝度とのｐｓ比率を算出するｐｓ比率算出ステップと、取得したｐｓ比率と、その測定対象物に関して事前に取得されているｐｓ比率・表面粗さ相関情報とに基づいて、その測定対象物の表面粗度を示す情報である表面粗度情報を取得する表面粗度情報取得ステップと、を有する測定対象物の表面状態情報取得方法を提供する。

【発明の効果】

【0015】

本発明により、測定対象の表面粗度を測定するための専用の測定系を設置することなく、放射光を受光して測定対象の表面粗さ測定を行うことができる表面状態情報取得装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態１の表面状態情報取得装置の一例を示す機能ブロック図

【図2】ｐ偏光放射輝度とｓ偏光放射輝度を取得する態様の一例を示す概念図

【図3】各種試料の偏光放射率・放射率比・偏光の割合の角度特性

【図4】偏光放射率比ε_ｓ／ε_ｐと算術表面粗さＲａとの関係（ａ）と、偏光の割合（ｄｅｐ）と算術平均表面粗さＲａとの関係（ｂ）を示す図

【図5】実施形態１の表面状態情報取得装置を実現する計算機の一例を示す概念図

【図6】実施形態１の表面状態情報取得装置の処理の流れの一例を示すフロー図で

【図7】ｐ偏光放射輝度とｓ偏光放射輝度を取得する他の態様の一例を示す概念図

【図8】実施形態２の表面状態情報取得装置の一例を示す機能ブロック図

【図9】実施形態２の表面状態情報取得装置の処理の流れの一例を示すフロー図

【図10】実施形態３の表面状態情報取得装置の一例を示す機能ブロック図

【図11】実施形態４の表面状態情報取得装置の一例を示す機能ブロック図

【図12】実施形態５の放射測温装置の一例を示す概念図

【図13】反射分布係数γを測定する手段の一例を示す概念図

【図14】ｐｓ比率とパラメータαとの関係式

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を用いて説明する。なお、本発明は、これら実施形態に何ら限定されるべきものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る。

【0018】

なお、以下に記載する各実施形態の機能的構成は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして実現することができ、これらについては後述する。また、本明細書に記載の各実施形態は装置として実現できるのみでなく、その一部または全部を動作方法としても実現可能である。また、このような装置の一部をソフトウェアとして構成することができる。さらに、そのようなソフトウェアをコンピュータに実行させるために用いるソフトウェア製品、及び同製品を固定した記録媒体も、当然に本明細書に記載の各実施形態の技術的な範囲に含まれる（本明細書の全体を通じて同様である）。
＜実施形態１＞
＜実施形態１ 概要＞

【0019】

本実施形態の表面状態情報取得装置は、測定対象物から放射されるｐ偏光放射輝度とｓ偏光放射輝度との比率と、測定対象物の表面粗さとの相関を予め取得しておき、測定時に取得したｐ偏光放射輝度とｓ偏光放射輝度との比率（ｐ偏光放射率とｓ偏光放射率で表現できる）と前記相関に基づき測定対象物の表面粗度を取得する表面状態情報取得装置である。
＜発明の原理＞

【0020】

測定対象物の表面粗度が小さい、鏡面である場合、図３に示す通り、測定スポット法線方向に対して、光軸が２０度から８５度程度の入射角でフォーカスした放射光受光部に対する放射率は、ｐ偏光とｓ偏光とで異方性を持つ。しかし、測定対象物の表面粗度が大きくなり、荒れる方向になると表面の微小な凹凸での多重反射によって、異方性は失っていいき、最終的には完全にその異方性を失い、ｐ偏光放射率とｓ偏光放射率は同じ値となる。つまり、測定対象の表面粗度は、ｐ偏光とｓ偏光の比率（ｓ偏光放射率／ｐ偏光放射率）が１に近づくほど増加（粗くなる）する増加関数として表現される。もちろん、ｐｓの分母分子関係は逆転してもよいし、ｐ偏光放射率とｓ偏光放射率とから関数として構成される値であればこれらに限定せずに表面粗度との関数関係が成立する。

【0021】

具体的には、図４（ａ）（ｂ）に示す実験結果のように、この関数関係が表現される。
＜実施形態１ 構成＞

【0022】

図１は、本実施形態の表面状態情報取得装置の一例を示す機能ブロック図である。図示するように、本実施形態の表面状態情報取得装置０１００は、放射光受光部０１０１と、ｐ偏光放射輝度取得部０１０２と、ｓ偏光放射輝度取得部０１０３と、ｐｓ比率算出部０１０４と、表面粗度情報取得部０１０５と、を有する。
＜実施形態１ 放射光受光部＞

【0023】

図２（ａ）は、測定スポットからの放射光を受光する態様を示す概念図である。図示するように、放射光受光部０２０１は、測定対象物０２０２の所定の測定スポットＳの法線方向０２０４に対して所定の入射角度θで測定スポットからの放射光０２１１を受光するように構成される。

【0024】

また、測定対象物０２０２は、例えば、亜鉛めっき鋼板、シリコンウェハ、アルミ板など種々考えられる。本図においてはそのような測温対象物の断面を示している。また、測温対象を搬送するための搬送手段０２０３を設けてもよい。本図の場合には、紙面の法線方向に測温対象を搬送するように構成することができる。このような搬送手段を設けることで、本表面状態情報取得装置を溶融亜鉛めっき鋼板製造プロセスなどのように流れ作業のなかでの表面状態の測定が可能になる。
＜実施形態１ ｐ偏光放射輝度取得部、ｓ偏光放射輝度取得部＞

【0025】

ｐ偏光放射輝度取得部は、放射光受光部からｐ偏光放射輝度を取得するよう構成される。また、ｓ偏光放射輝度取得部は、放射光受光部からｓ偏光放射輝度を取得するよう構成される。図２（ｂ）は、放射光受光部と、ｐ偏光放射輝度取得部及びｓ偏光放射輝度取得部とを一体的に構成した一例を示す概念図である。

【0026】

図示するように、放射光受光部０２０５は、放射光０２１１を受光する。キューブ型の偏光ビームスプリッター０２０６は、受光した放射光のｓ偏光０２０７を直角に反射し、受光した放射光のｐ偏光０２０８を通過させて、ｓ偏光とｐ偏光に分光する。そして、ｓ偏光は一の赤外光受光素子０２０９で受光され、ｐ偏光は他の赤外光受光素子０２１０で受光され、それぞれの受光素子によりｓ偏光放射輝度とｐ偏光放射輝度を取得するように構成される。なお、キューブ型のビームスプリッターに代えてプレート型のビームスプリッターを用いてもよい。このような構成により、ｓ偏光放射輝度とｐ偏光放射輝度とを同時に取得することができる。取得するｓ偏光放射輝度とｐ偏光放射輝度の波長は測定対象物に応じて選択され、例えば金属である場合には波長０．８～１．６μｍを選択し、ガラスの場合には波長４．９～５．３μｍを選択し、ゴムの場合には８～１４μｍを選択するといった具合である。
＜実施形態１ ｐｓ比率算出部＞

【0027】

ｐｓ比率算出部は、取得したｐ偏光放射輝度と、ｓ偏光放射輝度とのｐｓ比率を算出するよう構成される。ｐｓ比率の一つとして、ｓ偏光放射輝度／ｐ偏光放射輝度を算出する。ｓ偏光放射輝度とｐ偏光放射輝度をそれぞれＬ_ｓ,λ（Ｔ）、Ｌ_ｐ,λ（Ｔ）とし、ｓ偏光放射率とｐ偏光放射率をそれぞれε_ｓ、ε_ｐとし、温度Ｔの黒体分光放射輝度をＬ_ｂ,λ（Ｔ）とすると、これらの関係は、以下の式のように表すことができる。

【数1】

【0028】

この式により、ｓ偏光放射輝度／ｐ偏光放射輝度を求めると、結果として数式２のように偏光放射率比ε_ｓ／ε_ｐが得られる。

【数2】

【0029】

また、ｐｓ比率のもう一つとして、偏光の割合（ｄｅｐ）を算出するように構成してもよい。偏光の割合は（ε_ｐ－ε_ｓ）／（ε_ｐ＋ε_ｓ）の値である。偏光の割合も、上記のＬ_ｓ,λ（Ｔ）、Ｌ_ｐ,λ（Ｔ）及びＬ_ｂ,λ（Ｔ）を用いて以下のように記述することができる。

【数3】

【0030】

図３は、各種試料（ステンレス鋼ＳＵＳ３０４、アルミニウムＡｌ、亜鉛Ｚｉｎｃ、ケイ素Ｓｉ）について、それぞれ特定の波長における複素屈折率（下記の表１）に基づき、ｓ偏光放射率ε_ｓ、ｐ偏光放射率ε_ｐ、偏光放射率比ε_ｓ／ε_ｐ、偏光の割合（ε_ｐ－ε_ｓ）／（ε_ｐ＋ε_ｓ）を入射角度θの関数としてプロットしたものである。

【表1】

＜実施形態１ 表面粗度情報取得部＞

【0031】

表面粗度情報取得部は、取得したｐｓ比率と、その測定対象物に関して事前に取得されているｐｓ比率・表面粗さ相関情報とに基づいて、その測定対象物の表面粗度を示す情報である表面粗度情報を取得する。表面粗度情報としては、例えば、算術平均粗さＲａ、最大高さＲｚ、十点平均粗さＲｚｊｉｓがある。算術平均粗さＲａは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さｌ（エル）だけを抜き取り、この抜取り部分の深さ方向の平均線の方向にＸ軸を、縦倍率の方向にＹ軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したときに、数式４によって求められる値をマイクロメートル（μｍ）で表したものをいう。

【数4】

ここで、基準長さｌ（エル）（ｍｍ）はカットオフ値（ｍｍ）の３倍以上であり、カットオフ値は標準数列０．０１２ａで０．０８、標準数列０．０２５ａ、０．０５ａでカットオフ値は０．２５、標準数列０．１ａ、０．２ａ、０．４ａ、０．８ａ、１．６ａでカットオフ値は０．８、標準数列３．２ａ、６．３ａでカットオフ値は２．５、標準数列１２．５ａ、２５ａ、５０ａでカットオフ値は８である。

【0032】

また、最大高さＲｚは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さｌ（エル）（ｍｍ）だけを抜き取り、この抜取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定し、この値をマイクロメートル（μｍ）で表したものをいう。なお、基準長さは傷とみなされるような並外れて高い山や深い谷のない部分から抜き取る。基準長さｌ（エル）（ｍｍ）は、標準数列０．０５ｓ、０．１ｓで０．０８、標準数列０．２ｓ、０．４ｓで０．２５、標準数列０．８ｓ、１．６ｓ、３．２ｓ、６．３ｓで０．８、標準数列１２．５ｓ、２５ｓ、５０ｓで２．５、標準数列１００ｓ、２００ｓで８である。

【0033】

また、十点平均粗さＲｚｊｉｓは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜取り部分の平均線から縦倍率の方向に測定した、最も高い山頂から５番目までの山頂の標高（Ｙｐ）の絶対値の平均値と、最も低い谷底から５番目までの谷底の標高（Ｙｖ）の絶対値の平均値との和を求め、この値をマイクロメートル（μｍ）で表したものをいう。基準長さｌ（エル）（ｍｍ）は、標準数列０．０５ｚ、０．１ｚで０．０８、標準数列０．２ｚ、０．４ｚで０．２５、標準数列０．８ｚ、１．６ｚ、３．２ｚ、６．３ｚで０．８、標準数列１２．５ｚ、２５ｚ、５０ｚで２．５、標準数列１００ｚ、２００ｚで８である。

【0034】

図３や表１に示すように、金属やシリコン半導体などの均質的で滑らか、かつ平坦な試料は鏡面的反射特性を示し、大きな角度（たとえばθ＝７５°）で、ｐ偏光とｓ偏光の放射率に大きな差が生まれる。その差は、測定対象物の表面粗度が大きくなり、荒れる方向になると小さくなっていき、最終的には、完全にその異方性を失い、ｐ偏光放射率とｓ偏光放射率は同じ値となる。従って、例えば、入射角６０°から８５°程度の範囲で表面粗さを観察するようにすると、感度がよく、表面粗さの分解能が高くなる。したがって表面粗さのわずかな差であっても偏光放射率比ε_ｓ／ε_ｐ及び偏光の割合に反映される。なお、偏光放射率の比率は、入射角度を大きくするほど小さくなるが、あまりにもεｓやεｐが小さくなりすぎるとＳ／Ｎ比が悪くなるので、入射角度は、特に、６５°から７５°の範囲が好ましい。

【0035】

図４は、実験データをベースとして、偏光放射率比ε_ｓ／ε_ｐと算術表面粗さＲａとの関係（ａ）と、偏光の割合（ｄｅｐ）と算術平均表面粗さＲａとの関係（ｂ）を示すものである。図示するように、表面粗さの変化とともに偏光放射率比及び偏光放射率の割合が変化しており、この関係をｐｓ比率・表面粗さ相関情報として事前に取得しておく。

【0036】

図４に示すようなｐｓ比率・表面粗さ相関情報を事前に取得するためには、測定対象物となり得る物を試料とし、その表面であって実際の測定スポットとして想定されるスポットに熱電対を溶接するなどして直接的に温度測定できるように取り付ける。必要であれば、その放射温度計で測定可能な範囲まで試料を加熱する。そして、所定の入射角度θに放射温度計を配置し、ｐ偏光放射輝度とｓ偏光放射輝度とを測定し、熱電対で測定した実際の測定対象物の温度に基づきｐ偏光放射率及びｓ偏光放射率を求める。併せて、その測定対象物の測定スポットの表面について、接触式表面粗さ測定器を用いて測定する。これらの測定によりｐ偏光放射率及びｓ偏光放射率と表面粗さとの対応関係が得られる。そして、この測定を表面粗さの異なる複数の試料に対して測定を重ねることで、図４に示したような偏光放射率比及び偏光放射率の割合と表面粗さとの関係を取得することができる。

【0037】

また、図４に示されるように、入射角度θが７５°のときは表面粗さに対する偏光放射率比又は偏光放射率の割合の変動幅が大きいので、相対的に高感度に表面粗度情報を得ることができ好ましい。また、表面粗度情報は、上記の算術平均表面粗さＲａに限らず、十点平均表面粗さＲｚｊｉｓや最大高さＲｚなどの表面粗さを示す情報であってもよい。

【0038】

以上のようなｐｓ比率・表面粗さ相関情報を事前に取得し保持しておくことで、実際の測定においてｐ偏光放射輝度とｓ偏光放射輝度を測定しｐｓ比率を算出し、ｐｓ比率・表面粗さ相関情報に当てはめることで表面粗度情報を取得することができる。
＜実施形態１ ハードウェア構成＞

【0039】

図５は、実施形態１の表面状態情報取得装置を実現する計算機の一例を示す概念図である。図示するように、マザーボード上などに備えられる、ＣＰＵ０５０１、不揮発性メモリ０５０２、メインメモリ０５０３、グラフィックカード０５０４、さらにＩ／Ｏコントローラ０５０５、ＵＳＢやＩＥＥＥ、ＬＡＮなどのインターフェース０５０６や、ＢＩＯＳ０５０７、ＰＣＩスロット０５０８、リアルタイムクロック０５０９など及び、これらを相互に接続するバス並びにバスを接続するチップセット（ノースブリッジ、サウスブリッジ）０５１０から構成される。

【0040】

「チップセット」０５１０は、計算機のマザーボードに実装され、ＣＰＵの外部バスと、メモリや周辺機器を接続する標準バスとの連絡機能、つまりブリッジ機能を集積した大規模集積回路（ＬＳＩ）のセットである。２チップセット構成を採用する場合と、１チップセット構成を採用する場合とがある。ＣＰＵやメインメモリに近い側をノースブリッジ、遠い側で比較的低速な外部Ｉ／Ｏとのインターフェースの側にサウスブリッジが設けられる。

【0041】

ノースブリッジには、ＣＰＵインターフェース、メモリコントローラ、グラフィックインターフェースが含まれる。集積化が進み、従来のノースブリッジの機能のほとんどをＣＰＵに担わせてもよい。ノースブリッジは、メインメモリのメモリスロットとはメモリバスを介して接続し、グラフィックカードのグラフィックカードスロットとは、ハイスピードグラフィックバス（ＡＧＰ、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ）で接続される。

【0042】

サウスブリッジには、ＰＣＩインターフェース（ＰＣＩスロット）とはＰＣＩバスを介して接続し、ＡＴＡ（ＳＡＴＡ）インターフェース、ＵＳＢインターフェース、ＥｔｈｅｒｎｅｔインターフェースなどとのＩ／Ｏ機能やサウンド機能を担う。高速な動作が必要でない、あるいは不可能であるようなＰＳ/２ポート、フロッピーディスクドライブ、シリアルポート、パラレルポート、ＩＳＡバスをサポートする回路を組み込むことは、チップセット自体の高速化の足かせとなるためサウスブリッジのチップから分離させ、スーパーＩ/Ｏチップと呼ばれる別のＬＳＩに担当させることとしてもよい。

【0043】

「バス」は、ＣＰＵ（ＭＰＵ）と、周辺機器や各種制御部を繋ぐために備えられる。又、バスは前述のチップセットによって連結される。メインメモリとの接続に利用されるメモリバスは、高速化を図るために、これに代えてチャネル構造を採用してもよい。バスとしてはシリアルバスかパラレルバスを採用できる。パラレルバスは、シリアルバスが1ビットずつデータを転送するのに対して、元データそのものや元データから切り出した複数ビットをひとかたまりにして、同時に複数本の通信路で伝送する。クロック信号の専用線がデータ線と平行して設け、受信側でのデータ復調の同期を行う。ＣＰＵのフロントサイドバス（チップセット）と外部デバイスをつなぐバスとしても用いられる。バスの種類としてはＧＰＩＢ、ＩＤＥ/（パラレル）ＡＴＡ、ＳＣＳＩ、ＰＣＩなどがある。高速化に限界があるため、ＰＣＩの改良版ＰＣＩ ＥｘｐｒｅｓｓやパラレルＡＴＡの改良版シリアルＡＴＡでは、データラインはシリアルバスでもよい。

【0044】

「ＣＰＵ」（ＭＰＵ）はメインメモリ上にあるプログラムと呼ばれる命令列を順に読み込んで解釈・実行することで信号からなる情報を同じくメインメモリ上に出力する。ＣＰＵは計算機内での演算を行なう中心として機能する。なお、ＣＰＵは演算の中心となるＣＰＵコア部分と、その周辺部分とから構成され、ＣＰＵ内部にレジスタ、キャッシュメモリや、キャッシュメモリとＣＰＵコアとを接続する内部バス、ＤＭＡコントローラ、タイマー、ノースブリッジとの接続バスとのインターフェースなどが含まれる。なお、ＣＰＵコアは一つのＣＰＵ（チップ）に複数備えられていてもよい。

【0045】

「不揮発性メモリ」の一例はハードディスクドライブである。基本構造は、磁気ディスク、磁気ヘッド、および磁気ヘッドを搭載するアームから構成される。外部インターフェースは、ＳＡＴＡ（過去ではＡＴＡ）を採用することができる。高機能なコントローラ、例えばＳＣＳＩを用いて、ハードディスクドライブ間の通信をサポートする。例えば、ファイルを別のハードディスクドライブにコピーする時、コントローラがセクタを読み取って別のハードディスクドライブに転送して書き込むといったことができる。この時ホストＣＰＵのメモリにはアクセスしない。したがってＣＰＵの負荷を増やさないで済む。

【0046】

なお、不揮発性メモリとしてはフラッシュメモリから構成されるＳＳＤをＨＤＤとともに採用してもよいし、ＨＤＤに置き換えて採用してもよい。

【0047】

メインメモリは、揮発性のメモリで構成される。最も代表的なものはＤＲＡＭダイナミックラムである。

【0048】

ＢＩＯＳは、計算機の立ち上げ時にメインメモリにオペレーティングシステムを読み込み、アプリケーションなどを実行可能な状態とするために用いられる。前述のようにサウスブリッジに接続されるがノースブリッジに接続されてもよい。

【0049】

Ｉ／Ｏコントローラは外部機器との接続に利用される。ＵＳＢコネクタもその一例である。赤外光受光素子、可視光受光素子などが接続され、それらの検出信号の入力を受け付ける。また、シャッターやチョッパーも接続され、それらを駆動するための信号が出力される。

【0050】

ＩＥＥＥ１３９４コネクタは最も代表的な通信規格のインターフェースである。

【0051】

ＰＣＩスロットは、機能回路を計算機に接続するためのインターフェースである。

【0052】

ＯＳ（オペレーティングシステム）は、コンピュータを稼働するための基本ソフトウェアである。ユーザやアプリケーションプログラムに対してインターフェースを提供し、ハードウェアなどの機能部や、各リソースに対して効率的な管理を行う役割を果たす。

【0053】

デバイスドライバはオペレーティングシステムを介して計算機に付属する各種のデバイスをユーザやアプリケーションに利用可能等するためのデバイスのハードウェアを制御するためのプログラムである。

【0054】

そして、不揮発性メモリ０５０２には、放射光受光プログラム、ｐ偏光放射輝度取得プログラム、ｓ偏光反射輝度取得プログラム、ｐｓ比率算出プログラム、表面粗度情報取得プログラムなどの各種プログラムが格納されている。また、データとして、ｐ偏光放射輝度Ｌ_ｐ,λ（Ｔ）、ｓ偏光放射輝度Ｌ_ｓ,λ（Ｔ）、ｐｓ比率である偏光放射率比ε_ｓ／ε_ｐや偏光の割合（ε_ｐ－ε_ｓ）／（ε_ｐ＋ε_ｓ）、表面粗度情報として算術平均表面粗さＲａ、ｐｓ比率・表面粗さ相関情報などの各種情報が格納される。そして、これらのプログラムやデータは、メインメモリの保持領域に読み込まれて作業領域で実行される。

【0055】

なお、上述のハードウェア構成は、表面状態情報取得装置を実現する計算機としてＰＣを想定して示した一例であるが、上述した各種プログラムを保持し、適宜必要な信号の入出力を可能とするマイコンによっても当然に実現することができる。
＜実施形態１ 処理の流れ＞

【0056】

図６は、本実施形態の処理の流れの一例を示すフロー図である。まず、放射光を受光する（０６０１：放射光受光ステップ）。そして、受光した放射光からｐ偏光放射輝度を取得する（０６０２：ｐ偏光放射輝度取得ステップ）。そして、受光した放射光からｓ偏光放射輝度を取得する（０６０３：ｓ偏光放射輝度取得ステップ）。そして、取得したｐ偏光放射輝度とｓ偏光放射輝度との比率であるｐｓ比率を算出する（０６０４：ｐｓ比率算出ステップ）。そして、取得したｐｓ比率と、その測定対象物に関して事前に取得されているｐｓ比率・表面粗さ相関情報とに基づいて、その測定対象物の表面粗度を示す情報である表面粗度情報を取得する（０６０５：表面粗度情報取得ステップ）。なお、ｐ偏光放射輝度取得ステップとｓ偏光放射輝度取得ステップとは、同時に行われることが好ましい。
＜実施形態１ ｐ偏光放射輝度とｓ偏光放射輝度の取得態様＞

【0057】

図２で示した表面状態情報取得装置の例では、ｐ偏光放射輝度とｓ偏光放射輝度の取得は、偏光ビームスプリッターと複数の赤外光受光素子により行っていた。その他の態様として、図７（ａ）に示すように、偏光素子を配置したチョッパーを用いる態様もある。図示するように、赤外光受光素子を備える放射光受光部０７０１の前方であって、測定スポットからの受光軸線上０７０２にｐ偏光素子０７０３とｓ偏光素子０７０４とを備えるチョッパー０７０５が配置する。

【0058】

図７（ｂ）は、上述したチョッパーの一例を示す概念図である。図示するように、このチョッパー０７０６は、ｐ偏光素子０７０７とｓ偏光素子０７０８とが交互にそれぞれ４領域配置されている。放射光受光部０７０１の前方にｐ偏光素子が位置するときに放射光受光部に備わる赤外光受光素子がｐ偏光素子を通った放射光を受光することでｐ偏光放射輝度を取得することができる。また、放射光受光部０７０１の前方にｓ偏光素子が位置するときに放射光受光部に備わる赤外光受光素子がｓ偏光素子を通った放射光を受光することでｓ偏光放射輝度を取得することができる。また、図７（ｃ）に示すように、ｐ偏光素子０７１０とｓ偏光素子０７１１を配置するだけでなく、非偏光領域０７１２を設けるチョッパー０７０９を用いることで、一般的な放射温度計として温度測定を行うことができる。なお、後述するように、非偏光領域を設けるチョッパーがない場合でも、ｐ偏光放射輝度やｓ偏光放射輝度により測定スポットの温度を測定するよう構成することもできる。

【0059】

ｐ偏光放射輝度の取得とｓ偏光放射輝度の取得は、それぞれを交互かつ時間的に近接して行うことが好ましい。前述したように、取得したｐ偏光放射輝度とｓ偏光放射輝度は両者の比率であるｐｓ比率の算出に供される。そして、ｐｓ比率に基づいて測定スポットの表面粗度を取得する。ｐｓ比率を用いるため取得したｐ偏光放射輝度とｓ偏光放射輝度の取得が同時になされることが理論上望ましいからである。
＜実施形態１ 効果＞

【0060】

本実施形態の表面状態情報取得装置によれば、放射光を受光することで表面状態情報を取得することができ、専ら表面状態情報を取得するための測定系を設ける必要がないという利点がある。
＜実施形態２＞
＜実施形態２ 概要＞

【0061】

本実施形態の表面状態情報取得装置は、実施形態１を基本とし、表面粗度情報に基づいて測定対象物である合金の合金化の進捗を示す合金化進捗情報を取得することができる。
＜実施形態２ 構成＞

【0062】

図８は、本実施形態の表面状態情報取得装置の一例を示す機能ブロック図である。図示するように、本実施形態の表面状態情報取得装置０８００は、放射光受光部０８０１と、ｐ偏光放射輝度取得部０８０２と、ｓ偏光放射輝度取得部０８０３と、ｐｓ比率算出部０８０４と、表面粗度情報取得部０８０５と、合金化進捗情報取得部０８０６と、を有する。合金化進捗情報取得部以外の構成は、実施形態１の表面状態情報取得装置における各構成と同様であるので説明を省略する。
＜実施形態２ 測定対象＞

【0063】

本実施形態の測定対象物は合金である。例えば亜鉛めっき鋼板は、合金化炉で加熱することでその表面にめっき層が形成される。そのめっき層はＦｅ－Ｚｎ合金となっており、耐食性のみならず、塗装性、塗膜密着性に優れ、溶接性も良好であることから、自動車用の鋼板として広く使用されている。

【0064】

一方で、合金化が進行しすぎると、地鉄とめっき層の界面にΓ相が発達してくる。この組織は硬くて脆いため、異常に成長するとプレス加工時にめっき層が粉状に破壊する現象が起こってしまう。このような不都合が生じないように、測定対象物の合金化度を把握することが製造プロセスにおいて重要である。

【0065】

なお、本実施形態における合金は、上述したＦｅ－Ｚｎ合金に限られず、例えば、鋼、クルップ鋼、クロムモリブデン鋼、マンガンモリブデン鋼、ステンレス鋼、マルエージング鋼、ケイ素鉄、黄銅、青銅、赤銅、ジュラルミン、ニクロム、マグネシウム合金、チタン合金など種々の合金が該当する。
＜実施形態２ 合金化進捗情報取得部＞

【0066】

合金化進捗情報取得部０８０６は、取得した表面粗度情報に基づいて測定対象物の合金化の進捗を示す情報で合金化進捗情報を取得するよう構成される。例えば亜鉛めっき鋼板は合金化が進むことにより、その表面は粗くなっていく。そこで、測定対象物の合金化進捗情報と表面粗度情報との関係を事前に実験より取得しておく。そして測定時には、事前に取得した測定対象物の合金化進捗情報と表面粗度情報との関係に、測定したｐ偏光放射輝度とｓ偏光放射輝度に基づき取得された表面粗度情報を当てはめることで合金化進捗情報を取得することができる。合金化進捗情報と表面粗度情報との関係を得るための実験は、表面状態情報測定装置により測定対象物の表面粗度情報を測定しつつ、その測定対象物の合金化進捗情報を測定し、それぞれの測定値を関係付けて保持する。このような実験を、測定対象物となり得る複数種の試料に対して重ねて行うことで、それら測定対象物における表面粗度情報と合金化進捗情報との関係を保持することができる。なお、合金化進捗情報の測定は、例えば、測定対象物の蛍光Ｘ線強度に基づいて測定することができる。また、その他の方法により測定してもよい。
＜実施形態２ ハードウェア＞

【0067】

本実施形態の表面状態情報取得装置は、実施形態１の表面状態情報取得装置を実現するハードウェア構成に準じて実現することができ、不揮発性メモリに、さらに合金化進捗情報取得プログラムと、表面粗度情報と合金化進捗情報との関係を示すデータを保持し、それらのプログラムを適宜実行することができる。
＜実施形態２ 処理の流れ＞

【0068】

図９は、本実施形態の表面状態情報取得装置の処理の流れの一例を示すフロー図である。まず、放射光を受光する（０９０１：放射光受光ステップ）。受光した放射光からｐ偏光放射輝度を取得する（０９０２：ｐ偏光放射輝度取得ステップ）。そして、受光した放射光からｓ偏光放射輝度を取得する（０９０３：ｓ偏光放射輝度取得ステップ）。そして、取得したｐ偏光放射輝度とｓ偏光放射輝度との比率であるｐｓ比率を算出する（０９０４：ｐｓ比率算出ステップ）。そして、取得したｐｓ比率と、その測定対象物に関して事前に取得されているｐｓ比率・表面粗さ相関情報とに基づいて、その測定対象物の表面粗度を示す情報である表面粗度情報を取得する（０９０５：表面粗度情報取得ステップ）。そして、取得した表面粗度情報に基づいて測定対象物の合金化の進捗を示す情報で合金化進捗情報を取得する（０９０６：合金化進捗情報取得ステップ）。
＜実施形態２ 効果＞

【0069】

本実施形態の表面状態情報取得装置によれば、表面粗度情報に基づいて測定対象物である合金の合金化の進捗を示す進捗情報を取得することができる。
＜実施形態３＞
＜実施形態３ 概要＞

【0070】

本実施形態の表面状態情報取得装置は、実施形態１又は実施形態２の表面状態情報取得装置を基本とし、事前に取得した複数の入射角におけるｐｓ比率・表面粗さ相関情報を保持することを特徴とする。一の測定スポットに対して異なる角度から表面粗度の情報を取得し、測定精度を上げることができる他に、測定対象の材料の種類に応じて適切なｐｓ放射輝度カーブが異なるために、最適な角度を選択することで材料の種類が変化しても良好な測定を行うことができる。
＜実施形態３ 構成＞

【0071】

図１０は、本実施形態の表面状態情報取得装置の一例を示す機能ブロック図である。図示するように、本実施形態の表面状態情報取得装置１０００は、放射光受光部１００１と、ｐ偏光放射輝度取得部１００２と、ｓ偏光放射輝度取得部１００３と、ｐｓ比率算出部１００４と、表面粗度情報取得部１００５と、合金化進捗情報取得部１００６と、角度変更部１００７と、を有し、表面粗度情報取得部は入射角度別表面粗度情報取得手段１００８を有する。角度変更部と入射角度別表面粗度情報取得手段を有する表面粗度情報取得部の他の構成は、実施形態１又は実施形態２の表面状態情報取得装置における各構成と同様であるので説明を省略する。
＜実施形態３ 角度変更部＞

【0072】

角度変更部１００７は、前記放射光受光部が測定スポットにフォーカスする入射角を変更可能に構成される。例えば、測定スポットにフォーカスする放射光受光部の位置や姿勢を変更する機構を設けることで入射角を変更可能にすることができる。あるいは、互いに異なる入射角にて測定スポットにフォーカスする複数の放射光受光部を設置し、測定に使用する放射光受光部を変更することで、同様の機能を果たし得る。
＜実施形態３ ｐｓ比率・表面粗さ相関情報＞

【0073】

その測定対象物に関して事前に取得されているｐｓ比率・表面粗さ相関情報は、複数の入射角について保持している。
＜実施形態３ 入射角度別表面粗度情報取得手段＞

【0074】

入射角度別表面粗度情報取得手段１００８は、複数の角度ごとにその測定対象物の表面粗度を示す情報である入射角度別表面粗度情報を取得するよう構成される。例えば、一の測定スポットについて、異なる入射角での測定によってそれぞれの入射角に基づく表面粗度情報を得ることができる。そして、それぞれの入射角度別表面粗度情報の差分をとって測定結果の確からしさを検証するように構成したり、その差分が所定の値より大きい場合には再度測定を行うように構成したりすることもできる。また、それぞれの入射角度別表面粗度情報の平均を表面粗度情報として取得するように構成してもよい。
＜実施形態３ ハードウェア＞

【0075】

本実施形態の表面状態情報取得装置は、実施形態１又は実施形態２の表面状態情報取得装置を実現するハードウェア構成に準じて実現することができ、不揮発性メモリに、さらに角度変更プログラムと、入射角度別表面粗度情報取得サブプログラムとを、有し、ｐｓ比率・表面粗さ相関情報を、複数の入射角について保持し、それらのプログラムを適宜実行することができる。
＜実施形態３ 処理の流れ＞

【0076】

本実施形態の処理の流れは、実施形態１又は実施形態２の処理の流れに準じたものとなり、表面粗度情報取得ステップが、複数の角度ごとにその測定対象物の表面粗度を示す情報である入射角度別表面粗度情報を取得する入射角度別表面粗度情報取得サブステップを有するものとなる。
＜実施形態３ 効果＞

【0077】

本実施形態の表面粗度情報取得装置によれば、異なる入射角度での測定によってそれぞれの入射角度に基づく表面粗度情報を得ることができ、これにより測定の精度や確度の向上に資する。
＜実施形態４＞
＜実施形態４ 概要＞

【0078】

本実施形態は、実施形態１から実施形態３のいずれか一を基本として、取得したｐ偏光放射輝度又は取得したｓ偏光放射輝度から測定スポットの温度を測定することができる表面状態情報取得装置に関する。
＜実施形態４ 放射測温装置の構成＞

【0079】

図１１は、本実施形態の放射測温装置の一例を示す概念図である。図示するように、本実施形態の表面状態情報取得装置１１００は、放射光受光部１１０１と、ｐ偏光放射輝度取得部１１０２と、ｓ偏光放射輝度取得部１１０３と、ｐｓ比率算出部１１０４と、表面粗度情報取得部１１０５と、合金化進捗情報取得部１１０６と、を有し、さらにｐ偏光黒体温度検量線情報保持部１１０７と、温度取得部１１０８と、を有する。ｐ偏光黒体温度検量線情報保持部と温度取得部以外の構成は、実施形態１から３の表面状態情報取得装置における各構成と同様であるので説明を省略する。また、本図では、先の実施形態で説明した角度変更部や入射角度別表面粗度情報取得手段を示していないが、これらの部や手段を有するように構成してもよい。
（実施形態４ ｐ偏光黒体温度検量線情報保持部）

【0080】

ｐ偏光黒体温度検量線情報保持部１１０７は、ｐ偏光放射輝度と、黒体の表面温度との関係を示すｐ偏光黒体温度検量線情報を有する。ｐ偏光黒体温度軽量線情報を有することで、後述の温度取得部において取得したｐ偏光放射輝度による測定スポットの温度を取得することができる。
（実施形態４ 温度取得部）

【0081】

温度取得部１１０８は、取得したｐ偏光放射輝度と、保持されているｐ偏光黒体温度検量線情報と、から前記測定スポットの温度を取得するよう構成される。ｐ偏光放射輝度取得部が取得したｐ偏光放射輝度を保持されているｐ偏光黒体温度検量線情報で示される検量線や関係式に当てはめることで、そのｐ偏光放射輝度に対応する測定スポットの温度を取得することができる。
（実施形態４ ｓ偏光黒体温度検量線情報保持部）

【0082】

図１１に示していないが、ｐ偏光黒体温度検量線情報保持部とともに又は代えてｓ偏光黒体温度検量線情報保持部を有するように構成することもできる。ｓ偏光黒体温度検量線情報保持部は、ｓ偏光放射輝度と、黒体の表面温度との関係を示すｓ偏光黒体温度検量線情報を有するよう構成され、保持されているｓ偏光黒体温度検量線情報とｐ偏光放射輝度取得部により取得されたｓ偏光放射輝度とから、上述の温度取得部が測定スポットの温度を取得するよう構成することができる。

【0083】

なお、図４で示したように、ｐ偏光放射率ε_ｐはｓ偏光放射率ε_ｓに対して大きい。すなわち、黒体の放射率に近い値をとることになるため、ｐ偏光放射輝度を用いて温度取得する方が、ｓ偏光放射輝度を用いる場合より相対的に精度よく温度取得を行うことができて好ましい。
（実施形態４ ハードウェア）

【0084】

本実施形態の表面状態情報取得装置は、実施形態１から実施形態３の表面状態情報取得装置を実現するハードウェア構成に準じて実現することができ、不揮発性メモリに、さらに温度取得プログラムを有し、ｐ偏光黒体温度検量線情報又は／及びｓ偏光黒体温度検量線情報を保持し、それらのプログラムを適宜実行することで実現することができる。
＜実施形態４ 処理の流れ＞

【0085】

本実施形態の処理の流れは、実施形態１から実施形態３の処理の流れに準じたものとなり、さらに取得したｐ偏光放射輝度と、保持されているｐ偏光黒体温度検量線情報と、から測定スポットの温度を取得する温度取得ステップ又は／及び取得したｓ偏光放射輝度と、保持されているｓ偏光黒体温度検量線情報と、から測定スポットの温度を取得する温度取得ステップを有するものとなる。
（実施形態４ 効果）

【0086】

本実施形態によれば、表面粗度情報を取得するためのｐ偏光放射輝度やｓ偏光放射輝度を用いて測定スポットの温度を取得することもできる表面状態情報取得装置を提供することができる。
＜実施形態５＞
＜実施形態５ 概要＞

【0087】

本実施形態は、実施形態１から実施形態４のいずれか一を基本として、半球型ミラー間の多重反射を利用して放射測温装置として応用したものである。
＜実施形態５ 放射測温装置の構成＞

【0088】

図１２は、本実施形態の放射測温装置の一例を示す概念図である。図１２（ａ）は、上方から視た図であり、図１２（ｂ）は、側方から視た図である。本実施形態の放射測温装置は、測定対象物１２０１と、第一のミラー１２０２と、第二のミラー１２０３と、放射光受光部１２０５と、からなる。また、図示しないが、この放射測温装置は、実施形態１から実施形態４で説明したｐ偏光放射輝度取得部やｓ偏光放射輝度取得部などの各構成も併せて有するものである。

【0089】

放射光受光部１２０５は、第一ミラーと第二のミラーとの間で多重反射した光によって測定試料の見かけの放射率を大きくした放射輝度Ｌ₂を、孔１２０７を通して測定する。放射光受光部は、サーモパイルなどの赤外光検出素子と、対象から放射される赤外光を赤外光検出素子に集光するレンズなどの光学系とから構成されている。また、第二のミラーの前方には第二のミラーの反射を停止することができるシャッター１２０６が備わる。このシャッターは、第二のミラーの反射を停止するときに第二のミラーをふさぐとともに測定スポットに対する面が黒体面のように光を極力反射しない面で構成されている。放射光受光部はシャッターにより第二のミラーの反射が停止されたときの放射輝度Ｌ_１を測定する。また、ｐ偏光及びｓ偏光の放射輝度の取得は、シャッターにより第二のミラーの反射を停止させたときに、図７（ｃ）で示したような非偏光素子とｐ偏光素子及びｓ偏光素子とを備えるチョッパーを放射温度計に配置し、それぞれの偏光素子を介して受光することで、ｐ偏光放射輝度とｓ偏光放射輝度と非偏光の放射輝度を取得することができる。
＜実施形態４ 放射測温の測定原理＞

【0090】

本実施形態の放射測温装置は、以下の測定原理に基づき温度測定を行うことができる。概説すると、測定スポットから放射され第一のミラーと第二のミラーとの間の多重反射を経て測定された放射輝度Ｌ_２と多重反射を経ることなく測定された放射輝度Ｌ_１との比（以下、放射輝度比という）Ｒ_Ｌ＝Ｌ_２／Ｌ_１と、測定スポットの反射分布とに基づき測定対象の放射率を推定し、推定した放射率から測定スポットの温度を求める。なお、放射輝度Ｌ_１は、シャッターを機能させて第二のミラーの反射を停止することで測定でき、放射輝度Ｌ_２は、シャッターを機能させないで第二のミラーで反射させることで測定できる。

【0091】

まず、上記Ｌ_１とＬ_２は、下記の数式５で表すことができる。ε_λは波長λでの放射率であり測温対象の角度θ方向の放射率ε_θが該当する。ε_ｅｆｆは多重反射により見かけ上大きくなった放射率である。また、Ｌ_ｂ,_λ（Ｔ）は、温度Ｔにおける理想黒体（放射率ε=１）の波長λでの放射輝度である。

【数5】

【0092】

ここで、測定対象の表面が完全鏡面的な反射面だとすると、理論上は第一のミラーと第二のミラーとの間で永久的に多重反射を繰り返す。しかし実際には放射束は測定対象で反射する毎にいずれかのミラーの外側に拡散していく。そのため、放射光受光部側の第一のミラーでの反射時に孔を通過する放射束は、第二のミラーと第一のミラーとの間を有限のｎ回往復の積算とみなすことができ、第一のミラー及び第二のミラーの反射率をρ、測定対象の測定面の反射分布を表す係数である反射分布係数をγとすると、Ｌ_２は下記の数式６のように表すことができる。

【数6】

【0093】

したがって、放射輝度比はＲ_Ｌ、数式７のように表すことができる。

【数7】

【0094】

そして、α＝１／ργ－１と設定すると、数式８の関係が得られる。

【数8】

【0095】

このように、パラメータαを求めることで、測定スポットの角度θ方向の放射率ε_θが求まることが分かる。ε_θが求まれば放射率補正により測定スポットの温度をより正しく算出することができる。

【0096】

ここで、反射分布係数γを測定する手段の一例を図１３に示す。図１３（ａ）に示すように、測定対象１３０１に対して鉛直方向からレーザ光を照射するためのレーザ光源１３０２が備わる。また、照射されたレーザ光が測定対象によって拡散反射したレーザ光の強度を図１３（ｂ）に示すように複数の拡散角度（θ１、θ２、θ３）にて測定するための受光素子１３０３が円周状に複数配置されている。これらの受光素子により、図１３（ｂ）に示すように、それぞれの拡散角度における拡散反射光強度（I_θ1，I_θ2・・・）を測定する。なお、照射されたレーザ光の拡散反射は全方位（３６０°）に対して均等に生じることが前提として存在し、その前提に基づいて円周状に配置される受光素子にて拡散反射光強度を測定することで足りる。また、レーザ光の入射点から複数の受光素子までの距離は必ずしも等しいものではないが、距離の差は生じたとしても数ミリメートルから数センチメートル程度に収まるように構成することで、距離による拡散反射光強度の減衰について考慮しなくてもよい。

【0097】

また、レーザ光源から測温対象へ照射されるレーザ光の軌跡上にビームスプリッター１３０４を配置し、分光方向に受光素子１３０５を配置し、図１３（ｂ）に示すように測定対象により正反射したレーザ光の反射光強度I_θ0を、この受光素子１３０５により測定する。このように構成した手段を用いて、取得した拡散反射光強度のいずれか二つの任意の角度（例えば、θ₁とθ₂）における拡散反射光強度（I_θ1とI_θ2）から、下記の式９により反射分布係数γを取得する。
＜式９＞

【0098】

また、反射分布係数γの取得は、式９に代えて、上述の測定対象により正反射したレーザ光の反射光強度I_θ0を用いて、下記の式１０により取得してもよい。
＜式１０＞

【0099】

ここで、上述した測定原理における反射分布係数γを、実施形態１などで説明した表面粗度情報に代替する。表面粗度情報は、図４で示したようにｐｓ比率である偏光放射率比ε_ｓ／ε_ｐ又はｄｅｐ＝（ε_ｐ－ε_ｓ）／（ε_ｐ＋ε_ｓ）で示すことができる。そこで、測定原理における反射分布係数γとパラメータαとの関係を、ｐｓ比率とパラメータαとの関係に置き換えて、図１４に示すようなｐｓ比率とパラメータαとの関係式を事前に実験を行うことで取得しておく。この関係式に測定時のｐｓ比率を当てはめることでパラメータαを求めることができる。そして、求めたαと測定から得た放射輝度比Ｒ_Ｌを数式８に代入することで測温対象の放射率ε_θが求まる。

【0100】

多重反射させずに測定スポットからの光を受光して取得した放射輝度Ｌ_１は数式５で示される。測定スポットの放射率ε_θは、数式５のε_λに該当する。放射輝度から温度への換算は、予め保持している放射輝度と黒体の温度との関係を示す検量線に基づく。測定スポットの放射率は黒体の放射率１．０より小さいため、測定スポットからの放射輝度は同温度の黒体より小さくなる。したがって、黒体の検量線に基づき放射輝度Ｌ_１をそのまま温度換算すると実際の温度より低い温度に換算される。したがって、数式５に基づき取得した放射輝度Ｌ_１をε_θで割り、その値で温度換算する。このように補正することで、測定スポットの放射率に応じた正確な温度測定が可能となる。
（実施形態５ 効果）

【0101】

本実施形態によれば、ｐｓ比率に基づく表面粗度情報を用いて放射率を求めることができ、放射率補正による温度測定を行うことができる。

【符号の説明】

【0102】

０１００ 表面状態情報取得装置
０１０１ 放射光受光部
０１０２ ｐ偏光放射輝度取得部
０１０３ ｓ偏光放射輝度取得部
０１０４ ｐｓ比率算出部
０１０５ 表面粗度情報取得部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】