熱型赤外線出力計測装置および熱型赤外線出力計測方法
【課題】ワーク自体が持つワーク固有の変動パターンノイズ、特に放射率が低いワーク、温度上昇の小さいワークあるいは放熱性能の異常が軽微であるワークについて、加熱温度の影響を受けるワーク固有の変動パターンノイズを補正することができるようにする。
【解決手段】平衡温度計測手段と、第二の加熱により第一の加熱による平衡温度を制御するワーク温度制御手段と、ワーク温度が第二の加熱によって制御された平衡温度の時に検出された赤外線放出エネルギーによって、熱平衡時画像フレームを形成する熱平衡時画像フレーム形成手段と、ワークに、繰り返して温度変化を与える第一の加熱に温度制御する第二の加熱を加算してワークを加熱して加熱時画像フレームを形成する加熱時画像フレーム形成手段と、加熱時画像フレームを形成するのに用いられた赤外線放射率の差異から、ワーク画像フレームを形成するワーク画像フレーム形成手段と、を備える。
【解決手段】平衡温度計測手段と、第二の加熱により第一の加熱による平衡温度を制御するワーク温度制御手段と、ワーク温度が第二の加熱によって制御された平衡温度の時に検出された赤外線放出エネルギーによって、熱平衡時画像フレームを形成する熱平衡時画像フレーム形成手段と、ワークに、繰り返して温度変化を与える第一の加熱に温度制御する第二の加熱を加算してワークを加熱して加熱時画像フレームを形成する加熱時画像フレーム形成手段と、加熱時画像フレームを形成するのに用いられた赤外線放射率の差異から、ワーク画像フレームを形成するワーク画像フレーム形成手段と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱型赤外線出力計測装置および熱型赤外線出力計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザにより周期的な温度変化を与えた試料であるワークを赤外線カメラで観察することで、ワークの放熱性能あるいはワークの物理的異常を起因とする放熱性能の異常を検出することが行われ、各種の赤外線利用検出装置、赤外線撮像装置等の熱型赤外線出力検出装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、赤外線センサに結像された画像を画像信号に変換し、固定パターンノイズを除去するための補正を施してから最終画像信号として出力する赤外線撮像装置の固定パターンノイズ補正であって、内部シャッタを閉鎖した状態での画像の取り込みを行って内部シャッタ特性補正データを取得することを行うことが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、赤外線撮像部の撮像方向をジンバル機構によって回転させることを予め行って、実動作に先立つ補償データを取得することを行うことが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、有効画素のドリフト量を推定して補正するドリフト補正回路を設けて固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を補正することが記載されている。
【０００６】
特許文献４には、周囲温度の変動によるＦＰＮ変動分が自動的に除去できる赤外線画像装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２４１８１８号公報
【特許文献２】特開平７−１９３７５３号公報
【特許文献３】特開２０００−９７７６７号公報
【特許文献４】特開２０００−３９３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
放射率が低いワーク、温度上昇の小さいワークあるいはワークの物理的異常を起因とする放熱性能の異常が軽微であるワークにあっては赤外線量を利用した計測に際して、ワークから放射される赤外線量が少なく、Ｓ／Ｎの高い観察が困難な場合があり、また、ワークから放射される赤外線が少ない場合、光学系の周辺減光や散乱光、赤外線カメラ画像素子感度のばらつきなどのノイズによる影響が相対的に増加するといった問題がある。
【０００９】
上述した特許文献に記載された技術によれば、赤外線撮像装置自体の、画素自体の、あるいは周辺環境自体の固定パターンノイズを補正することはできるが、試料自体、すなわちワーク自体が持つワーク固有の変動パターンノイズ、特に放射率が低いワーク、温度上昇の小さいワークあるいは放熱性能の異常が軽微であるワークについて、加熱温度の影響を受けるワークの異常を検出する際、ワーク自身が持つ放射率のムラや、放熱性能の異常とは関係ない、ワーク固有の変動パターンノイズを補正することができない。また、光学系の周辺減光など、撮像素子以外に起因するノイズに関しても補正することができない。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてワーク自体が持つワーク固有の変動パターンノイズ、特に放射率が低いワーク、温度上昇の小さいワークあるいは放熱性能の異常が軽微であるワークについて、加熱温度の影響を受けるワーク固有の変動パターンノイズ及び光学系の周辺減光など撮像素子以外に起因するノイズを補正することが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】
本発明は、ワークに入力熱エネルギーを与えた時に、赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異を計測する熱型赤外線出力計測装置において、
ワークに予め定めた温度変化を繰り返して与える入力熱エネルギー付与手段と、
赤外線放出エネルギーを検出することによって赤外線放射率差異を検出する赤外線放出エネルギー検出手段と、
ワークに繰り返して温度変化を与えて加熱する第一の加熱の時であって、入力熱エネルギーを遮断した時にもしくは減温した時にワーク温度が実質的に平衡となる平衡温度Ｔ１を計測する平衡温度計測手段と、
第二の加熱により第一の加熱による平衡温度Ｔ１にワーク温度を制御するワーク温度制御手段と、
ワーク温度が平衡温度Ｔ１に第二の加熱によって制御された平衡温度Ｔ１の時に検出された赤外線放出エネルギーによって、温度依存の変動パターンノイズに基因する赤外線放射率の差異を検出して熱平衡時画像フレームを形成する熱平衡時画像フレーム形成手段と、
ワークに、繰り返して温度変化を与える第一の加熱に平衡温度Ｔ１に温度制御する第二の加熱を加算してワークを加熱し、この時に検出された赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異の検出によって加熱時画像フレームを形成する加熱時画像フレーム形成手段と、
加熱時画像フレームを形成するのに用いられた赤外線放射率の差異から、前記熱平衡時画像フレームを形成するのに用いられた対応の赤外線放射率の差異を減算して赤外線放射率の差異によるワーク画像フレームを形成するワーク画像フレーム形成手段と、
から構成されることを特徴とする熱型赤外線出力計測装置を提供する。
【００１２】
本発明は、また、前記加熱時画像フレームが平衡温度をＴ１を同一にして加熱方法を異にして複数形成され、複数形成された加熱時画像フレームと熱平衡画像フレームとの赤外線放射率の差異を平均化してワーク画像フレームを形成することを特徴とする熱型赤外線出力計測装置を提供する。
【００１３】
本発明は、また、前記予め定めた繰り返しての温度変化が、周期的な温度加熱で形成されることを特徴とする熱型赤外線出力計測装置を提供する。
【００１４】
本発明は、また、１つの周期的温度変化において時々刻々に計測されて形成された複数の加熱時画像フレームと熱平衡時画像フレームの赤外線放射率の差異を平均化してワーク画像フレームを形成することを特徴とする熱型赤外線出力計測装置を提供する。 本発明は、また、１つのワークが測定用ワークであって、当該ワークについてのワーク画像フレームを形成し、他のワークが比較用ワークであって比較用ワークについてのワーク画像フレームを形成し、双方のワーク画像フレームを比較することによって測定用ワークについてワーク画像フレームについての特徴を抽出することを特徴とする熱型赤外線出力計測装置を提供する。
【００１５】
本発明は、また、形成したワーク画像フレームについて参照のワーク画像フレームと比較して、赤外線放射率の差の特徴を抽出することを特徴とする熱型赤外線出力計測装置を提供する。
【００１６】
本発明は、ワークに入力熱エネルギーを与えた時に、赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異を計測する熱型赤外線出力計測方法において、
入力熱エネルギー付与手段によって、ワークに予め定めた温度変化が繰り返して与えられ、
平衡温度計測手段によって、ワークに繰り返して温度変化を与えて加熱する第一の加熱の時であって、入力熱エネルギーを遮断した時にもしくは減温した時にワーク温度が実質的に平衡となる平衡温度Ｔ１が計測され、
ワーク温度制御手段によって、第二の加熱により第一の加熱による平衡温度Ｔ１にワーク温度が制御され、
熱平衡時画像フレーム形成手段によって、ワーク温度が平衡温度Ｔ１に第二の加熱により制御された平衡温度Ｔ１の時に検出された赤外線放出エネルギーによって、温度依存の変動パターンノイズに基因する赤外線放射率の差異の検出によって熱平衡時画像フレームが形成され、
加熱時画像フレーム形成手段によって、ワークに繰り返して温度変化を与える第一の加熱に平衡温度Ｔ１に温度制御する第二の加熱を加算してワークが加熱され、この時に検出された赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異よって加熱時画像フレームが形成され、
ワーク画像フレーム形成手段によって、温度−加熱時画像フレームを形成するのに用いられた赤外線放射率の差異から、前記熱平衡時画像フレームを形成するのに用いられた対応の赤外線放射率の差異が減算されて赤外線放射率の差異によるワーク画像フレームが形成される
ことを特徴とする熱型赤外線出力検出計測方法を提供する。
【００１７】
本発明は、また、前記加熱時画像フレームが平衡温度をＴ１を同一にして加熱方法を異にして複数形成され、複数形成された加熱時画像フレームと熱平衡画像フレームとの赤外線放射率の差異を平均化してワーク画像フレームが形成されることを特徴とする熱型赤外線出力計測方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、平衡温度Ｔ１における温度依存変動パターンノイズ熱平衡時画像フレームを形成し、計測時に温度を平衡温度Ｔ１に第一の加熱温度を重量することによって特定して加熱時画像フレームとの比較を行い得るようにしているので、試料であるワーク自体が持つワーク固有の変動パターンノイズ、特に放射率が低いワーク、温度上昇の小さいワークあるいは放熱性能の異常が軽微であるワークについて、加熱温度の影響を受けるワークの異常を検出する際、ワーク自身が持つ放射率のムラや、放熱性能の異常とは関係ない、ワーク固有の変動パターンノイズを補正することができる。
【００１９】
特に、本発明は、上述の効果に加えて時々刻々と放熱性能を計測する場合に、時々刻々と画像フレームを形成し、画像表示することができる効果がある。
【００２０】
更に本発明によれば素子だけではなく、光学系も含めた固定パターンノイズを補正することによって、光学系の周辺減光や、赤外線カメラの画像素子感度のばらつきを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例の全体構成図。
【図２】本発明の実施例の構成を示すブロック図。
【図３】第一の加熱による温度変化および平衡温度Ｔ１を示すタイムチャート図。
【図４】第二の加熱によって平衡温度Ｔ１に制御された状態を示すタイムチャート図。
【図５】第一の加熱によって平衡温度が存在しなかった場合の想定平衡温度Ｔ１を得る方法を示すタイムチャート図。
【図６】ワーク温度を高め赤外線放射量を増大させたことを示すタイムチャート図。
【図７】データ処理の判断方法を示すフローチャート図。
【図８】本実施例による放熱性異常検出についての効果を示す図。
【図９】本実施例による光学系収差の補正についての効果を示す図。
【図１０】従来技術との比較による本実施例の効果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００２３】
図１は、本発明の実施例である熱型赤外線出力計測装置の全体構成を示す図である。
図１において、熱型赤外線出力計測装置１００は、ワーク１に入力熱エネルギー付与手段としてのレーザ装置２、制御部３、赤外放出エネルギー検出手段としての赤外線撮像装置４、ワーク１の温度を測定する温度計測手段としての熱電対５から形成される。
【００２４】
ワーク１は、ペルチェ６上に載置されるようになっており、ペルチェ６は試料台７の一部を構成する。
【００２５】
制御部３は、パソコン（ＰＣ）１１、信号変換部１２、ＬＤドライバ１３、Ｉ／Ｏ１４および温度調整器１５を含んで構成されており、パソコン（ＰＣ）１１は、演算処理手段、画像処理手段および制御手段を有する。従って、パソコンは中央制御機能を有して、各種の演算処理、画像処理および制御信号の生成を行うことができる。
【００２６】
パソコン（ＰＣ）１１によって、１／Ｏ１４を介してＬＤドライバ１３が制御され、ＬＤドライバ１３はレーザ装置２のレーザ光制御を行い、これによってワーク１の入力熱エネルギーの制御がなされる。レーザ装置２はワーク１に予め定めた温度変化を繰り返すことによって、典型的には周期的に加熱および加熱遮断に伴う減温することによってワーク１の温度を制御することができる。
【００２７】
レーザ装置２によるレーザ照射によって温度制御されたワーク１の温度は熱電対５によって検知され、１／Ｏ１４を介してパソコン（ＰＣ）１１に入力され、記憶装置に格納される。
【００２８】
ワーク１は温度調整器１５によって温度調整されるペルチェ６上に載置され、温度調整される。
【００２９】
レーザ装置２のレーザ照射によって発生した赤外線放射エネルギーである放射線は赤外線カメラ１６に入力され、赤外線撮像装置４を構成する赤外線カメラによって検出され、撮像される。検出され、撮像された出力信号は信号変換部１２でＡ／Ｄ変換され、パソコン（ＰＣ）１１に入力される。
【００３０】
図２は、本発明の実施例である熱型赤外線出力計測装置１００の構成を示すブロック図であり、図２に示す各部品構成は図１に示す各種部品が持つ機能によって形成される。図２において、熱型赤外線出力計測装置１００は、入力熱エネルギー付与手段２１、赤外線放出エネルギー検出手段１１、温度計測手段２３、温度制御装置２４、演算処理手段２５および画像表示手段２６を備える。
【００３１】
入力熱エネルギー付与手段２１はワーク１を加熱する機能を有し、加熱はその加熱状態に対応して第一の加熱２１Ａ、第二の加熱２１Ｂおよび第三の加熱２１Ｃに分けられ、少なくとも３つの種類の加熱によって形成されることになる。この場合に、第三の加熱は、第一の加熱と第二の加熱との加算によって形成される。そして、第一の加熱、第二の加熱はそれぞれ後述するように温度制御装置２４によって制御され、ワーク温度が定められる。
【００３２】
赤外線放出エネルギー検出手段２２は、赤外線放出エネルギーを検出することによって赤外線放射率差異を検出し、第一の加熱、第二の加熱、第三の加熱に対応した第一の出力２２Ａ、第二の出力２２Ｂ、第三の出力２２Ｃを検出する。すなわちこれらの出力に対応した赤外線放射率差異が検出される。演算処理手段２５は、データベース２７を内蔵し、演算処理機能によって各種の演算処理を行うことができる。温度平衡状態判定２５Ｅする手段によって第一の出力による加熱時画像を取得し、この画像を元にして温度平衡判定を行う。熱平衡時画像フレーム形成２５Ｂによって第二の出力による加熱時画像を取得し、この画像を用いて熱平衡時画像フレームを形成する加熱時画像フレーム形成２５Ｃする手段によって第三の出力による加熱時画像を取得し、加熱時画像フレームを形成する。
【００３３】
熱平衡時画像フレームは光の加熱時画像フレーム形成２５Ｃがなされた時に演算に用いられる。
【００３４】
演算処理によって熱平衡時画像フレーム形成２５Ｂ、加熱時画像フレーム形成２５Ｃ、これらの二つの画像フレームによるワーク画像フレーム形成２５Ｄ、温度平衡状態判定２５Ｅおよびこの判定された時の平衡温度によって設定される平衡温度設定２５Ｆがなされる。
【００３５】
図２に示す各手段の機能、作用を図３から図５を用いて説明する。
【００３６】
図３は、第一の加熱による温度変化を示すタイムチャートであり、図４は、第二の加熱による温度変化を示すタイムチャートであり、図６は、第三の加熱による温度変化を示すタイムチャートである。
【００３７】
図３において、ワーク１には入力熱エネルギー付与手段２１によって予め定めた温度変化で、例えば規則正しく周期的にレーザ光照射によって入力熱エネルギーが付与、すなわち印加される。図３に入力熱エネルギー印加状態を点線で示す。
【００３８】
加熱前の資料温度Ｔｏであったワーク１は入力熱エネルギーの印加に伴なって温度曲線ＴＣ１のように出力変化する。温度曲線ＴＣ１は、第一の加熱による温度上昇および下降を繰り返す。
【００３９】
この温度上昇および下降を何度か繰り返していると、入力熱エネルギーが遮断している時に、ワーク１は実質的に平衡温度Ｔ１が平衡状態Ａとなる。時々刻々と計測される温度の推移を見ることによって演算処理手段２５で、温度平衡状態判定２５Ｅがなされ、温度が平衡状態になったことの判定の下に、その時の平衡温度について平衡温度設定２５Ｆがなされる。
【００４０】
図３において、入力熱エネルギー印加直前における□（四角形）で示す温度が第一の加熱による温度上昇と下降の間の平衡温度に達した温度（平衡温度領域をＨで示す。）であり、これらの結んだ直線ＴＣ２が第一の加熱による平衡温度Ｔ１（平衡状態Ａ）を示す。このようにして平衡温度Ｔ１を示す直線ＴＣ２が取得される。
【００４１】
本例では、この直線ＴＣ２を入力熱エネルギー遮断時において取得しているが、印加状態を変えて減温時に取得するようにしてもよい。
【００４２】
第一の加熱による平衡温度Ｔ１は多数取得される。多数の直線ＴＣ２が形成され、データベース２７に格納される。
【００４３】
図４において、第二の加熱によるワーク１の温度上昇がなされ、平衡温度Ｔ１に対応した直線であるＴＣ３である平衡状態Ｂの状況で、すなわちワーク１は、第二の加熱により第一の加熱の平衡温度Ｔ１に制御された状態とされ、平衡状態Ｂとされる。
【００４４】
この平衡温度Ｔ１に制御された状態での第二の出力２２Ｂが検出され、この出力に基づいて演算処理手段２５で、熱平衡時画像フレーム形成２５Ｂがなされ、平衡温度Ｔ１に対する熱平衡時画像フレームとしてデータベース２７に格納される。
【００４５】
図５は、第一の加熱によって一定温度が存在せず、従って平衡温度Ｔ１が得られない場合に、平衡温度Ｔ１に代えて近似平衡温度Ｔ１を得る方法を示す。この場合には、第一の加熱による温度上昇が始まる直前の最低温度Ｔ１´が近似平衡温度として採用され、温度Ｔ１´とされる。図５においてこの温度Ｔ１´をＨ´で示している。この時の直線をＴＣ２´で示す。従って、本実施例の説明にあっては、上述した平衡温度Ｔ１にはこの近似平衡温度Ｔ１を含めるものとして説明する。
【００４６】
近似平衡温度Ｔ１´が得られると、図４に示されると同様にして、第二の加熱によるワーク１の温度上昇がなされ、近似平衡温度Ｔ１´に対応した直線ＴＣ３である平衡状態Ｂの状況で、すなわちワーク１は、第二の加熱により、第一の加熱の平衡温度Ｔ１´に制御された状態とされ、平衡状態Ｂとされる。
【００４７】
この平衡温度Ｔ１´に制御された状態での第二の出力２２Ｂが検出され、この出力に基づいて演算処理手段２５で、熱平衡時画像フレームの形成２５Ｂがなされ、平衡温度Ｔ１´に対する熱平衡時画像フレームとしてデータベース２７に格納される。
【００４８】
図６において、図３に示す入力熱エネルギー印加状態と同一にして入力熱エネルギーをワークに印加する。この場合に、ワーク１には、第一の加熱と第二の加熱とを組み合わせることにより、第一の加熱による平衡温度Ｔ１と第二の加熱による平衡温度Ｔ１（図５に示す場合に近似平衡温度Ｔ１´となる。以下、同様）を組み合わせた際の平衡温度Ｔ２までワーク温度を上昇させる。
【００４９】
この状態では第一の加熱による平衡温度Ｔ１（平衡状態Ａを示す直線ＴＣ２）の上に、第一の加熱による温度上昇と下降による温度曲線ＴＣ１が重畳されることになり、第一の加熱と第二の加熱による平衡温度Ｔ２は平衡状態Ｃを示し、平衡状態Ｃは直線ＴＣ４で表わされる。そしてこの直線ＴＣ４で表わされる平衡温度Ｔ２は第一の加熱と第二の加熱とを加算した時の温度となる。
【００５０】
このようにして、入力熱エネルギーが増加され、これに伴なってワーク１からの赤外線の放射量を増加させる。このような状態で、第三の出力２２Ｃが検出され、この検出値に基づいて、演算処理手段２５で加熱時画像フレーム形成２５Ｃがなされる。このようにして取得された加熱時画像フレームはデータベース２７に格納される。
【００５１】
以上のようにして、ワーク温度が平衡温度Ｔ１に第二の加熱によって制御された平衡温度Ｔ１の時に検出された赤外線放出エネルギーによって、温度依存の変動パターンノイズに基因する赤外線放射率の差異の検出によって熱平衡時画像フレームを形成する熱平衡時画像フレームを形成し、また、ワークに、繰り返して温度変化を与える第一の加熱に平衡温度Ｔ１に温度制御する第二の加熱を加算してワークを加熱し、この時に検出された赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異の検出によって加熱時画像フレームを形成する。
【００５２】
次に、ワーク画像フレーム形成手段２５Ｄによって、加熱時画像フレームを形成するのに用いられた赤外線放射率の差異から、前記熱平衡時画像フレームを形成するのに用いられた対応の赤外線放射率の差異を減算して赤外線放射率の差異によるワーク画像フレームを形成する。
【００５３】
このような減算によって、ワーク画像フレームには、温度依存の変動パターンノイズに消去され、赤外線の放射量を増加させることに伴うＳ／Ｎの向上がなされる。
【００５４】
形成したワーク画像フレームによって画像表示手段２６の画面にワーク１の状況を示す画像表示を行う。
【００５５】
このように、平衡温度Ｔ１における温度依存変動パターンノイズ熱平衡時画像フレームを形成し、計測時に温度を平衡温度Ｔ１に第一の加熱温度を重量することによって特定して加熱時画像フレームとの比較を行い得るようにしているので、試料であるワーク自体が持つワーク固有の変動パターンノイズ、特に放射率が低いワーク、温度上昇の小さいワークあるいは放熱性能の異常が軽微であるワークについて、加熱温度の影響を受けるワークの異常を検出する際、ワーク自身が持つ放射率のムラや放熱性能の異常とは関係ない、ワーク固有の変動パターンノイズを補正することができる。
【００５６】
図７は、本実施例の温度平衡状態の判定、すなわちデータ処理の判断方法を示すフローチャートである。
図７において、第一の加熱によって入力熱エネルギーを変調させて、変調加熱エネルギーをワーク１に入力する（Ｓ１）。これによって第一の加熱の画像フレームを取得する（Ｓ２）。
【００５７】
次に第一の一周期の間に一定温度Ｔ１（平衡温度）になる時間が存在するかを判定する（Ｓ３）。これは、熱画像又は温度センサ温度を用い目視又はソフトウェアにより比較して判断する。図２に示す例にあっては、演算処理手段２５の温度平衡判定２５Ｅによって判断することを示しているが、熱画像又は温度センサ温度を目視して判断し、平衡温度設定を行い、平衡温度設定２５Ｆとして演算処理手段２５、すなわちパソコン（ＰＳ）１１に入力するようにしてもよい。
【００５８】
平衡温度が得られたならば、第一の加熱の各加熱時画像フレームから上述のようにして取得した平衡状態時平衡状態Ｂ、すなわち第一の加熱による平衡状態Ａによるフレーム、すなわち熱平衡時画像フレームを減算する（Ｓ４）。
【００５９】
平衡温度が得られないならば、第二の加熱を行い、ワーク１を温度Ｔ１に制御する（Ｓ５）。Ｔ１としては、第一の加熱の一周期の間に一定温度となる時間が存在しない場合の、第一の加熱による温度上昇が始まる直前の最低温度が採用される。これによって第二の加熱の画像フレーム、すなわち熱平衡時画像フレームを取得する（Ｓ６）。
【００６０】
次いで、ステップ４と同様に、第一の加熱の各加熱時画像フレームから第二の加熱の温度Ｔ１´によって得られたフレーム、すなわち熱平衡時画像フレームを各加熱時画像フレームから減算する（Ｓ７）。
【００６１】
次いで、各加熱時画像フレームを再構成し、動画とする（Ｓ８）。
これらのステップによって以下に示す熱型赤外線出力計測方法が構成される。
【００６２】
入力熱エネルギー付与手段によって、ワークに予め定めた温度変化が繰り返して与えられる。
【００６３】
平衡温度計測手段によって、ワークに繰り返して温度変化を与えて加熱する第一の加熱の時であって、入力熱エネルギーを遮断した時にもしくは減温した時にワーク温度が実質的に平衡となる平衡温度Ｔ１が計測される。
【００６４】
ワーク温度制御手段によって、第二の加熱により第一の加熱による平衡温度Ｔ１にワーク温度が制御される。
【００６５】
熱平衡時画像フレーム形成手段によって、ワーク温度が平衡温度Ｔ１に第二の加熱により制御された平衡温度Ｔ１の時に検出された赤外線放出エネルギーによって、温度依存の変動パターンノイズに基因する赤外線放射率の差異の検出によって熱平衡時画像フレームが形成される。
【００６６】
加熱時画像フレーム形成手段によって、ワークに繰り返して温度変化を与える第一の加熱に平衡温度Ｔ１に温度制御する第二の加熱を加算してワークが加熱され、この時に検出された赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異よって加熱時画像フレームが形成される。
【００６７】
ワーク画像フレーム形成手段によって、温度−加熱時画像フレームを形成するのに用いられた赤外線放射率の差異から、前記熱平衡時画像フレームを形成するのに用いられた対応の赤外線放射率の差異が減算されて赤外線放射率の差異によるワーク画像フレームが形成される。
【００６８】
図８は、本実施例によって得られる効果を従来技術の効果に比較して示す図であり、放熱性異常の検出の例を示す。
【００６９】
従来の技術にあっては、実線で示す放熱性異常と、破線で示す放射率変化が画像として取得され、放熱性異常の判別が困難となるが、本実施例の適用によって、ワークの観察温度と同一の温度におけるノイズを減算しての計測が可能になるので、放熱性能異常を顕在化させて、実線で示す放熱性能異常のみを画像として取得され、放熱性異常の取得が容易である。
【００７０】
図９は、本実施例によって得られる効果を従来技術の効果に比較して示す図であり、光学系収差の補正の例を示す。
【００７１】
従来の技術にあっては、ワーク１の断面Ａ−Ａ´における輝度の補正状況が中央部が高い山型状となってしまうが、本実施例の適用によって、ワークの観察温度と同一の温度におけるノイズを減算させての計測が可能になるので、周辺減光を効果的に補正することができ、ワーク１の断面Ｂ−Ｂ´における輝度を一定になるように補正することができる。
【００７２】
図９は、本実施例と従来技術との比較図であり、Ｓ／Ｎ、価格、低放射率ワークの測定、放熱性異常の検出、光学系収差補正（周辺減光等）項目についての比較結果を示す。いずれの項目についても、本実施例が優れていることが分かる。
【符号の説明】
【００７３】
１…ワーク、２…レーザ装置、３…制御部、４…赤外線撮像装置、５…熱電対、１１…パソコン（ＰＣ）、２１…入力熱エネルギー付与手段、２２…赤外線放出エネルギー検出手段、２３…温度計測手段、２４…温度制御装置、２５…演算処理手段、２６…画像表示手段、１００…熱型赤外線出力計測装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱型赤外線出力計測装置および熱型赤外線出力計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザにより周期的な温度変化を与えた試料であるワークを赤外線カメラで観察することで、ワークの放熱性能あるいはワークの物理的異常を起因とする放熱性能の異常を検出することが行われ、各種の赤外線利用検出装置、赤外線撮像装置等の熱型赤外線出力検出装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、赤外線センサに結像された画像を画像信号に変換し、固定パターンノイズを除去するための補正を施してから最終画像信号として出力する赤外線撮像装置の固定パターンノイズ補正であって、内部シャッタを閉鎖した状態での画像の取り込みを行って内部シャッタ特性補正データを取得することを行うことが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、赤外線撮像部の撮像方向をジンバル機構によって回転させることを予め行って、実動作に先立つ補償データを取得することを行うことが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、有効画素のドリフト量を推定して補正するドリフト補正回路を設けて固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を補正することが記載されている。
【０００６】
特許文献４には、周囲温度の変動によるＦＰＮ変動分が自動的に除去できる赤外線画像装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２４１８１８号公報
【特許文献２】特開平７−１９３７５３号公報
【特許文献３】特開２０００−９７７６７号公報
【特許文献４】特開２０００−３９３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
放射率が低いワーク、温度上昇の小さいワークあるいはワークの物理的異常を起因とする放熱性能の異常が軽微であるワークにあっては赤外線量を利用した計測に際して、ワークから放射される赤外線量が少なく、Ｓ／Ｎの高い観察が困難な場合があり、また、ワークから放射される赤外線が少ない場合、光学系の周辺減光や散乱光、赤外線カメラ画像素子感度のばらつきなどのノイズによる影響が相対的に増加するといった問題がある。
【０００９】
上述した特許文献に記載された技術によれば、赤外線撮像装置自体の、画素自体の、あるいは周辺環境自体の固定パターンノイズを補正することはできるが、試料自体、すなわちワーク自体が持つワーク固有の変動パターンノイズ、特に放射率が低いワーク、温度上昇の小さいワークあるいは放熱性能の異常が軽微であるワークについて、加熱温度の影響を受けるワークの異常を検出する際、ワーク自身が持つ放射率のムラや、放熱性能の異常とは関係ない、ワーク固有の変動パターンノイズを補正することができない。また、光学系の周辺減光など、撮像素子以外に起因するノイズに関しても補正することができない。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてワーク自体が持つワーク固有の変動パターンノイズ、特に放射率が低いワーク、温度上昇の小さいワークあるいは放熱性能の異常が軽微であるワークについて、加熱温度の影響を受けるワーク固有の変動パターンノイズ及び光学系の周辺減光など撮像素子以外に起因するノイズを補正することが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】
本発明は、ワークに入力熱エネルギーを与えた時に、赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異を計測する熱型赤外線出力計測装置において、
ワークに予め定めた温度変化を繰り返して与える入力熱エネルギー付与手段と、
赤外線放出エネルギーを検出することによって赤外線放射率差異を検出する赤外線放出エネルギー検出手段と、
ワークに繰り返して温度変化を与えて加熱する第一の加熱の時であって、入力熱エネルギーを遮断した時にもしくは減温した時にワーク温度が実質的に平衡となる平衡温度Ｔ１を計測する平衡温度計測手段と、
第二の加熱により第一の加熱による平衡温度Ｔ１にワーク温度を制御するワーク温度制御手段と、
ワーク温度が平衡温度Ｔ１に第二の加熱によって制御された平衡温度Ｔ１の時に検出された赤外線放出エネルギーによって、温度依存の変動パターンノイズに基因する赤外線放射率の差異を検出して熱平衡時画像フレームを形成する熱平衡時画像フレーム形成手段と、
ワークに、繰り返して温度変化を与える第一の加熱に平衡温度Ｔ１に温度制御する第二の加熱を加算してワークを加熱し、この時に検出された赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異の検出によって加熱時画像フレームを形成する加熱時画像フレーム形成手段と、
加熱時画像フレームを形成するのに用いられた赤外線放射率の差異から、前記熱平衡時画像フレームを形成するのに用いられた対応の赤外線放射率の差異を減算して赤外線放射率の差異によるワーク画像フレームを形成するワーク画像フレーム形成手段と、
から構成されることを特徴とする熱型赤外線出力計測装置を提供する。
【００１２】
本発明は、また、前記加熱時画像フレームが平衡温度をＴ１を同一にして加熱方法を異にして複数形成され、複数形成された加熱時画像フレームと熱平衡画像フレームとの赤外線放射率の差異を平均化してワーク画像フレームを形成することを特徴とする熱型赤外線出力計測装置を提供する。
【００１３】
本発明は、また、前記予め定めた繰り返しての温度変化が、周期的な温度加熱で形成されることを特徴とする熱型赤外線出力計測装置を提供する。
【００１４】
本発明は、また、１つの周期的温度変化において時々刻々に計測されて形成された複数の加熱時画像フレームと熱平衡時画像フレームの赤外線放射率の差異を平均化してワーク画像フレームを形成することを特徴とする熱型赤外線出力計測装置を提供する。 本発明は、また、１つのワークが測定用ワークであって、当該ワークについてのワーク画像フレームを形成し、他のワークが比較用ワークであって比較用ワークについてのワーク画像フレームを形成し、双方のワーク画像フレームを比較することによって測定用ワークについてワーク画像フレームについての特徴を抽出することを特徴とする熱型赤外線出力計測装置を提供する。
【００１５】
本発明は、また、形成したワーク画像フレームについて参照のワーク画像フレームと比較して、赤外線放射率の差の特徴を抽出することを特徴とする熱型赤外線出力計測装置を提供する。
【００１６】
本発明は、ワークに入力熱エネルギーを与えた時に、赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異を計測する熱型赤外線出力計測方法において、
入力熱エネルギー付与手段によって、ワークに予め定めた温度変化が繰り返して与えられ、
平衡温度計測手段によって、ワークに繰り返して温度変化を与えて加熱する第一の加熱の時であって、入力熱エネルギーを遮断した時にもしくは減温した時にワーク温度が実質的に平衡となる平衡温度Ｔ１が計測され、
ワーク温度制御手段によって、第二の加熱により第一の加熱による平衡温度Ｔ１にワーク温度が制御され、
熱平衡時画像フレーム形成手段によって、ワーク温度が平衡温度Ｔ１に第二の加熱により制御された平衡温度Ｔ１の時に検出された赤外線放出エネルギーによって、温度依存の変動パターンノイズに基因する赤外線放射率の差異の検出によって熱平衡時画像フレームが形成され、
加熱時画像フレーム形成手段によって、ワークに繰り返して温度変化を与える第一の加熱に平衡温度Ｔ１に温度制御する第二の加熱を加算してワークが加熱され、この時に検出された赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異よって加熱時画像フレームが形成され、
ワーク画像フレーム形成手段によって、温度−加熱時画像フレームを形成するのに用いられた赤外線放射率の差異から、前記熱平衡時画像フレームを形成するのに用いられた対応の赤外線放射率の差異が減算されて赤外線放射率の差異によるワーク画像フレームが形成される
ことを特徴とする熱型赤外線出力検出計測方法を提供する。
【００１７】
本発明は、また、前記加熱時画像フレームが平衡温度をＴ１を同一にして加熱方法を異にして複数形成され、複数形成された加熱時画像フレームと熱平衡画像フレームとの赤外線放射率の差異を平均化してワーク画像フレームが形成されることを特徴とする熱型赤外線出力計測方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、平衡温度Ｔ１における温度依存変動パターンノイズ熱平衡時画像フレームを形成し、計測時に温度を平衡温度Ｔ１に第一の加熱温度を重量することによって特定して加熱時画像フレームとの比較を行い得るようにしているので、試料であるワーク自体が持つワーク固有の変動パターンノイズ、特に放射率が低いワーク、温度上昇の小さいワークあるいは放熱性能の異常が軽微であるワークについて、加熱温度の影響を受けるワークの異常を検出する際、ワーク自身が持つ放射率のムラや、放熱性能の異常とは関係ない、ワーク固有の変動パターンノイズを補正することができる。
【００１９】
特に、本発明は、上述の効果に加えて時々刻々と放熱性能を計測する場合に、時々刻々と画像フレームを形成し、画像表示することができる効果がある。
【００２０】
更に本発明によれば素子だけではなく、光学系も含めた固定パターンノイズを補正することによって、光学系の周辺減光や、赤外線カメラの画像素子感度のばらつきを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例の全体構成図。
【図２】本発明の実施例の構成を示すブロック図。
【図３】第一の加熱による温度変化および平衡温度Ｔ１を示すタイムチャート図。
【図４】第二の加熱によって平衡温度Ｔ１に制御された状態を示すタイムチャート図。
【図５】第一の加熱によって平衡温度が存在しなかった場合の想定平衡温度Ｔ１を得る方法を示すタイムチャート図。
【図６】ワーク温度を高め赤外線放射量を増大させたことを示すタイムチャート図。
【図７】データ処理の判断方法を示すフローチャート図。
【図８】本実施例による放熱性異常検出についての効果を示す図。
【図９】本実施例による光学系収差の補正についての効果を示す図。
【図１０】従来技術との比較による本実施例の効果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００２３】
図１は、本発明の実施例である熱型赤外線出力計測装置の全体構成を示す図である。
図１において、熱型赤外線出力計測装置１００は、ワーク１に入力熱エネルギー付与手段としてのレーザ装置２、制御部３、赤外放出エネルギー検出手段としての赤外線撮像装置４、ワーク１の温度を測定する温度計測手段としての熱電対５から形成される。
【００２４】
ワーク１は、ペルチェ６上に載置されるようになっており、ペルチェ６は試料台７の一部を構成する。
【００２５】
制御部３は、パソコン（ＰＣ）１１、信号変換部１２、ＬＤドライバ１３、Ｉ／Ｏ１４および温度調整器１５を含んで構成されており、パソコン（ＰＣ）１１は、演算処理手段、画像処理手段および制御手段を有する。従って、パソコンは中央制御機能を有して、各種の演算処理、画像処理および制御信号の生成を行うことができる。
【００２６】
パソコン（ＰＣ）１１によって、１／Ｏ１４を介してＬＤドライバ１３が制御され、ＬＤドライバ１３はレーザ装置２のレーザ光制御を行い、これによってワーク１の入力熱エネルギーの制御がなされる。レーザ装置２はワーク１に予め定めた温度変化を繰り返すことによって、典型的には周期的に加熱および加熱遮断に伴う減温することによってワーク１の温度を制御することができる。
【００２７】
レーザ装置２によるレーザ照射によって温度制御されたワーク１の温度は熱電対５によって検知され、１／Ｏ１４を介してパソコン（ＰＣ）１１に入力され、記憶装置に格納される。
【００２８】
ワーク１は温度調整器１５によって温度調整されるペルチェ６上に載置され、温度調整される。
【００２９】
レーザ装置２のレーザ照射によって発生した赤外線放射エネルギーである放射線は赤外線カメラ１６に入力され、赤外線撮像装置４を構成する赤外線カメラによって検出され、撮像される。検出され、撮像された出力信号は信号変換部１２でＡ／Ｄ変換され、パソコン（ＰＣ）１１に入力される。
【００３０】
図２は、本発明の実施例である熱型赤外線出力計測装置１００の構成を示すブロック図であり、図２に示す各部品構成は図１に示す各種部品が持つ機能によって形成される。図２において、熱型赤外線出力計測装置１００は、入力熱エネルギー付与手段２１、赤外線放出エネルギー検出手段１１、温度計測手段２３、温度制御装置２４、演算処理手段２５および画像表示手段２６を備える。
【００３１】
入力熱エネルギー付与手段２１はワーク１を加熱する機能を有し、加熱はその加熱状態に対応して第一の加熱２１Ａ、第二の加熱２１Ｂおよび第三の加熱２１Ｃに分けられ、少なくとも３つの種類の加熱によって形成されることになる。この場合に、第三の加熱は、第一の加熱と第二の加熱との加算によって形成される。そして、第一の加熱、第二の加熱はそれぞれ後述するように温度制御装置２４によって制御され、ワーク温度が定められる。
【００３２】
赤外線放出エネルギー検出手段２２は、赤外線放出エネルギーを検出することによって赤外線放射率差異を検出し、第一の加熱、第二の加熱、第三の加熱に対応した第一の出力２２Ａ、第二の出力２２Ｂ、第三の出力２２Ｃを検出する。すなわちこれらの出力に対応した赤外線放射率差異が検出される。演算処理手段２５は、データベース２７を内蔵し、演算処理機能によって各種の演算処理を行うことができる。温度平衡状態判定２５Ｅする手段によって第一の出力による加熱時画像を取得し、この画像を元にして温度平衡判定を行う。熱平衡時画像フレーム形成２５Ｂによって第二の出力による加熱時画像を取得し、この画像を用いて熱平衡時画像フレームを形成する加熱時画像フレーム形成２５Ｃする手段によって第三の出力による加熱時画像を取得し、加熱時画像フレームを形成する。
【００３３】
熱平衡時画像フレームは光の加熱時画像フレーム形成２５Ｃがなされた時に演算に用いられる。
【００３４】
演算処理によって熱平衡時画像フレーム形成２５Ｂ、加熱時画像フレーム形成２５Ｃ、これらの二つの画像フレームによるワーク画像フレーム形成２５Ｄ、温度平衡状態判定２５Ｅおよびこの判定された時の平衡温度によって設定される平衡温度設定２５Ｆがなされる。
【００３５】
図２に示す各手段の機能、作用を図３から図５を用いて説明する。
【００３６】
図３は、第一の加熱による温度変化を示すタイムチャートであり、図４は、第二の加熱による温度変化を示すタイムチャートであり、図６は、第三の加熱による温度変化を示すタイムチャートである。
【００３７】
図３において、ワーク１には入力熱エネルギー付与手段２１によって予め定めた温度変化で、例えば規則正しく周期的にレーザ光照射によって入力熱エネルギーが付与、すなわち印加される。図３に入力熱エネルギー印加状態を点線で示す。
【００３８】
加熱前の資料温度Ｔｏであったワーク１は入力熱エネルギーの印加に伴なって温度曲線ＴＣ１のように出力変化する。温度曲線ＴＣ１は、第一の加熱による温度上昇および下降を繰り返す。
【００３９】
この温度上昇および下降を何度か繰り返していると、入力熱エネルギーが遮断している時に、ワーク１は実質的に平衡温度Ｔ１が平衡状態Ａとなる。時々刻々と計測される温度の推移を見ることによって演算処理手段２５で、温度平衡状態判定２５Ｅがなされ、温度が平衡状態になったことの判定の下に、その時の平衡温度について平衡温度設定２５Ｆがなされる。
【００４０】
図３において、入力熱エネルギー印加直前における□（四角形）で示す温度が第一の加熱による温度上昇と下降の間の平衡温度に達した温度（平衡温度領域をＨで示す。）であり、これらの結んだ直線ＴＣ２が第一の加熱による平衡温度Ｔ１（平衡状態Ａ）を示す。このようにして平衡温度Ｔ１を示す直線ＴＣ２が取得される。
【００４１】
本例では、この直線ＴＣ２を入力熱エネルギー遮断時において取得しているが、印加状態を変えて減温時に取得するようにしてもよい。
【００４２】
第一の加熱による平衡温度Ｔ１は多数取得される。多数の直線ＴＣ２が形成され、データベース２７に格納される。
【００４３】
図４において、第二の加熱によるワーク１の温度上昇がなされ、平衡温度Ｔ１に対応した直線であるＴＣ３である平衡状態Ｂの状況で、すなわちワーク１は、第二の加熱により第一の加熱の平衡温度Ｔ１に制御された状態とされ、平衡状態Ｂとされる。
【００４４】
この平衡温度Ｔ１に制御された状態での第二の出力２２Ｂが検出され、この出力に基づいて演算処理手段２５で、熱平衡時画像フレーム形成２５Ｂがなされ、平衡温度Ｔ１に対する熱平衡時画像フレームとしてデータベース２７に格納される。
【００４５】
図５は、第一の加熱によって一定温度が存在せず、従って平衡温度Ｔ１が得られない場合に、平衡温度Ｔ１に代えて近似平衡温度Ｔ１を得る方法を示す。この場合には、第一の加熱による温度上昇が始まる直前の最低温度Ｔ１´が近似平衡温度として採用され、温度Ｔ１´とされる。図５においてこの温度Ｔ１´をＨ´で示している。この時の直線をＴＣ２´で示す。従って、本実施例の説明にあっては、上述した平衡温度Ｔ１にはこの近似平衡温度Ｔ１を含めるものとして説明する。
【００４６】
近似平衡温度Ｔ１´が得られると、図４に示されると同様にして、第二の加熱によるワーク１の温度上昇がなされ、近似平衡温度Ｔ１´に対応した直線ＴＣ３である平衡状態Ｂの状況で、すなわちワーク１は、第二の加熱により、第一の加熱の平衡温度Ｔ１´に制御された状態とされ、平衡状態Ｂとされる。
【００４７】
この平衡温度Ｔ１´に制御された状態での第二の出力２２Ｂが検出され、この出力に基づいて演算処理手段２５で、熱平衡時画像フレームの形成２５Ｂがなされ、平衡温度Ｔ１´に対する熱平衡時画像フレームとしてデータベース２７に格納される。
【００４８】
図６において、図３に示す入力熱エネルギー印加状態と同一にして入力熱エネルギーをワークに印加する。この場合に、ワーク１には、第一の加熱と第二の加熱とを組み合わせることにより、第一の加熱による平衡温度Ｔ１と第二の加熱による平衡温度Ｔ１（図５に示す場合に近似平衡温度Ｔ１´となる。以下、同様）を組み合わせた際の平衡温度Ｔ２までワーク温度を上昇させる。
【００４９】
この状態では第一の加熱による平衡温度Ｔ１（平衡状態Ａを示す直線ＴＣ２）の上に、第一の加熱による温度上昇と下降による温度曲線ＴＣ１が重畳されることになり、第一の加熱と第二の加熱による平衡温度Ｔ２は平衡状態Ｃを示し、平衡状態Ｃは直線ＴＣ４で表わされる。そしてこの直線ＴＣ４で表わされる平衡温度Ｔ２は第一の加熱と第二の加熱とを加算した時の温度となる。
【００５０】
このようにして、入力熱エネルギーが増加され、これに伴なってワーク１からの赤外線の放射量を増加させる。このような状態で、第三の出力２２Ｃが検出され、この検出値に基づいて、演算処理手段２５で加熱時画像フレーム形成２５Ｃがなされる。このようにして取得された加熱時画像フレームはデータベース２７に格納される。
【００５１】
以上のようにして、ワーク温度が平衡温度Ｔ１に第二の加熱によって制御された平衡温度Ｔ１の時に検出された赤外線放出エネルギーによって、温度依存の変動パターンノイズに基因する赤外線放射率の差異の検出によって熱平衡時画像フレームを形成する熱平衡時画像フレームを形成し、また、ワークに、繰り返して温度変化を与える第一の加熱に平衡温度Ｔ１に温度制御する第二の加熱を加算してワークを加熱し、この時に検出された赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異の検出によって加熱時画像フレームを形成する。
【００５２】
次に、ワーク画像フレーム形成手段２５Ｄによって、加熱時画像フレームを形成するのに用いられた赤外線放射率の差異から、前記熱平衡時画像フレームを形成するのに用いられた対応の赤外線放射率の差異を減算して赤外線放射率の差異によるワーク画像フレームを形成する。
【００５３】
このような減算によって、ワーク画像フレームには、温度依存の変動パターンノイズに消去され、赤外線の放射量を増加させることに伴うＳ／Ｎの向上がなされる。
【００５４】
形成したワーク画像フレームによって画像表示手段２６の画面にワーク１の状況を示す画像表示を行う。
【００５５】
このように、平衡温度Ｔ１における温度依存変動パターンノイズ熱平衡時画像フレームを形成し、計測時に温度を平衡温度Ｔ１に第一の加熱温度を重量することによって特定して加熱時画像フレームとの比較を行い得るようにしているので、試料であるワーク自体が持つワーク固有の変動パターンノイズ、特に放射率が低いワーク、温度上昇の小さいワークあるいは放熱性能の異常が軽微であるワークについて、加熱温度の影響を受けるワークの異常を検出する際、ワーク自身が持つ放射率のムラや放熱性能の異常とは関係ない、ワーク固有の変動パターンノイズを補正することができる。
【００５６】
図７は、本実施例の温度平衡状態の判定、すなわちデータ処理の判断方法を示すフローチャートである。
図７において、第一の加熱によって入力熱エネルギーを変調させて、変調加熱エネルギーをワーク１に入力する（Ｓ１）。これによって第一の加熱の画像フレームを取得する（Ｓ２）。
【００５７】
次に第一の一周期の間に一定温度Ｔ１（平衡温度）になる時間が存在するかを判定する（Ｓ３）。これは、熱画像又は温度センサ温度を用い目視又はソフトウェアにより比較して判断する。図２に示す例にあっては、演算処理手段２５の温度平衡判定２５Ｅによって判断することを示しているが、熱画像又は温度センサ温度を目視して判断し、平衡温度設定を行い、平衡温度設定２５Ｆとして演算処理手段２５、すなわちパソコン（ＰＳ）１１に入力するようにしてもよい。
【００５８】
平衡温度が得られたならば、第一の加熱の各加熱時画像フレームから上述のようにして取得した平衡状態時平衡状態Ｂ、すなわち第一の加熱による平衡状態Ａによるフレーム、すなわち熱平衡時画像フレームを減算する（Ｓ４）。
【００５９】
平衡温度が得られないならば、第二の加熱を行い、ワーク１を温度Ｔ１に制御する（Ｓ５）。Ｔ１としては、第一の加熱の一周期の間に一定温度となる時間が存在しない場合の、第一の加熱による温度上昇が始まる直前の最低温度が採用される。これによって第二の加熱の画像フレーム、すなわち熱平衡時画像フレームを取得する（Ｓ６）。
【００６０】
次いで、ステップ４と同様に、第一の加熱の各加熱時画像フレームから第二の加熱の温度Ｔ１´によって得られたフレーム、すなわち熱平衡時画像フレームを各加熱時画像フレームから減算する（Ｓ７）。
【００６１】
次いで、各加熱時画像フレームを再構成し、動画とする（Ｓ８）。
これらのステップによって以下に示す熱型赤外線出力計測方法が構成される。
【００６２】
入力熱エネルギー付与手段によって、ワークに予め定めた温度変化が繰り返して与えられる。
【００６３】
平衡温度計測手段によって、ワークに繰り返して温度変化を与えて加熱する第一の加熱の時であって、入力熱エネルギーを遮断した時にもしくは減温した時にワーク温度が実質的に平衡となる平衡温度Ｔ１が計測される。
【００６４】
ワーク温度制御手段によって、第二の加熱により第一の加熱による平衡温度Ｔ１にワーク温度が制御される。
【００６５】
熱平衡時画像フレーム形成手段によって、ワーク温度が平衡温度Ｔ１に第二の加熱により制御された平衡温度Ｔ１の時に検出された赤外線放出エネルギーによって、温度依存の変動パターンノイズに基因する赤外線放射率の差異の検出によって熱平衡時画像フレームが形成される。
【００６６】
加熱時画像フレーム形成手段によって、ワークに繰り返して温度変化を与える第一の加熱に平衡温度Ｔ１に温度制御する第二の加熱を加算してワークが加熱され、この時に検出された赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異よって加熱時画像フレームが形成される。
【００６７】
ワーク画像フレーム形成手段によって、温度−加熱時画像フレームを形成するのに用いられた赤外線放射率の差異から、前記熱平衡時画像フレームを形成するのに用いられた対応の赤外線放射率の差異が減算されて赤外線放射率の差異によるワーク画像フレームが形成される。
【００６８】
図８は、本実施例によって得られる効果を従来技術の効果に比較して示す図であり、放熱性異常の検出の例を示す。
【００６９】
従来の技術にあっては、実線で示す放熱性異常と、破線で示す放射率変化が画像として取得され、放熱性異常の判別が困難となるが、本実施例の適用によって、ワークの観察温度と同一の温度におけるノイズを減算しての計測が可能になるので、放熱性能異常を顕在化させて、実線で示す放熱性能異常のみを画像として取得され、放熱性異常の取得が容易である。
【００７０】
図９は、本実施例によって得られる効果を従来技術の効果に比較して示す図であり、光学系収差の補正の例を示す。
【００７１】
従来の技術にあっては、ワーク１の断面Ａ−Ａ´における輝度の補正状況が中央部が高い山型状となってしまうが、本実施例の適用によって、ワークの観察温度と同一の温度におけるノイズを減算させての計測が可能になるので、周辺減光を効果的に補正することができ、ワーク１の断面Ｂ−Ｂ´における輝度を一定になるように補正することができる。
【００７２】
図９は、本実施例と従来技術との比較図であり、Ｓ／Ｎ、価格、低放射率ワークの測定、放熱性異常の検出、光学系収差補正（周辺減光等）項目についての比較結果を示す。いずれの項目についても、本実施例が優れていることが分かる。
【符号の説明】
【００７３】
１…ワーク、２…レーザ装置、３…制御部、４…赤外線撮像装置、５…熱電対、１１…パソコン（ＰＣ）、２１…入力熱エネルギー付与手段、２２…赤外線放出エネルギー検出手段、２３…温度計測手段、２４…温度制御装置、２５…演算処理手段、２６…画像表示手段、１００…熱型赤外線出力計測装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに入力熱エネルギーを与えた時に、赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異を計測する熱型赤外線出力計測装置において、
ワークに予め定めた温度変化を繰り返して与える入力熱エネルギー付与手段と、
赤外線放出エネルギーを検出することによって赤外線放射率差異を検出する赤外線放出エネルギー検出手段と、
ワークに繰り返して温度変化を与えて加熱する第一の加熱の時であって、入力熱エネルギーを遮断した時にもしくは減温した時にワーク温度が実質的に平衡となる平衡温度Ｔ１を計測する平衡温度計測手段と、
第二の加熱により第一の加熱による平衡温度Ｔ１にワーク温度を制御するワーク温度制御手段と、
ワーク温度が第二の加熱によって制御された平衡温度Ｔ１の時に検出された赤外線放出エネルギーによって、温度依存の変動パターンノイズに基因する赤外線放射率の差異を検出して、熱平衡時画像フレームを形成する熱平衡時画像フレーム形成手段と、
ワークに、繰り返して温度変化を与える第一の加熱に平衡温度Ｔ１に温度制御する第二の加熱を加算してワークを加熱し、この時に検出された赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異の検出によって加熱時画像フレームを形成する加熱時画像フレーム形成手段と、
加熱時画像フレームを形成するのに用いられた赤外線放射率の差異から、前記熱平衡時画像フレームを形成するのに用いられた対応の赤外線放射率の差異を減算して赤外線放射率の差異によるワーク画像フレームを形成するワーク画像フレーム形成手段と、
から構成されることを特徴とする熱型赤外線出力計測装置。
【請求項２】
請求項１において、前記加熱時画像フレームが平衡温度をＴ１を同一にして加熱方法を異にして複数形成され、複数形成された加熱時画像フレームと熱平衡画像フレームとの赤外線放射率の差異を平均化してワーク画像フレームを形成することを特徴とする熱型赤外線出力計測装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかにおいて、前記予め定めた繰り返しての温度変化が、周期的な温度加熱で形成されることを特徴とする熱型赤外線出力計測装置。
【請求項４】
請求項３において、１つの周期的温度変化において時々刻々に計測されて形成された複数の加熱時画像フレームと熱平衡時画像フレームの赤外線放射率の差異を平均化してワーク画像フレームを形成することを特徴とする熱型赤外線出力計測装置。
【請求項５】
請求項１から６のいずれかにおいて、１つのワークが測定用ワークであって、当該ワークについてのワーク画像フレームを形成し、他のワークが比較用ワークであって比較用ワークについてのワーク画像フレームを形成し、双方のワーク画像フレームを比較することによって測定用ワークについてワーク画像フレームについての特徴を抽出することを特徴とする熱型赤外線出力計測装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかにおいて、形成したワーク画像フレームについて参照のワーク画像フレームと比較して、赤外線放射率の差の特徴を抽出することを特徴とする熱型赤外線出力計測装置。
【請求項７】
ワークに入力熱エネルギーを与えた時に、赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異を計測する熱型赤外線出力計測方法において、
入力熱エネルギー付与手段によって、ワークに予め定めた温度変化が繰り返して与えられ、
平衡温度計測手段によって、ワークに繰り返して温度変化を与えて加熱する第一の加熱の時であって、入力熱エネルギーを遮断した時にもしくは減温した時にワーク温度が実質的に平衡となる平衡温度Ｔ１が計測され、
ワーク温度制御手段によって、第二の加熱により第一の加熱による平衡温度Ｔ１にワーク温度が制御され、
熱平衡時画像フレーム形成手段によって、ワーク温度が第二の加熱により制御された平衡温度Ｔ１の時に検出された赤外線放出エネルギーによって、温度依存の変動パターンノイズに基因する赤外線放射率の差異の検出によって熱平衡時画像フレームが形成され、
加熱時画像フレーム形成手段によって、ワークに繰り返して温度変化を与える第一の加熱に平衡温度Ｔ１に温度制御する第二の加熱を加算してワークが加熱され、この時に検出された赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異よって加熱時画像フレームが形成され、
ワーク画像フレーム形成手段によって、温度−加熱時画像フレームを形成するのに用いられた赤外線放射率の差異から、前記熱平衡時画像フレームを形成するのに用いられた対応の赤外線放射率の差異が減算されて赤外線放射率の差異によるワーク画像フレームが形成される
ことを特徴とする熱型赤外線出力検出計測方法。
【請求項８】
請求項７において、前記加熱時画像フレームが平衡温度をＴ１を同一にして加熱方法を異にして複数形成され、複数形成された加熱時画像フレームと熱平衡画像フレームとの赤外線放射率の差異を平均化してワーク画像フレームが形成されることを特徴とする熱型赤外線出力計測方法。
【請求項１】
ワークに入力熱エネルギーを与えた時に、赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異を計測する熱型赤外線出力計測装置において、
ワークに予め定めた温度変化を繰り返して与える入力熱エネルギー付与手段と、
赤外線放出エネルギーを検出することによって赤外線放射率差異を検出する赤外線放出エネルギー検出手段と、
ワークに繰り返して温度変化を与えて加熱する第一の加熱の時であって、入力熱エネルギーを遮断した時にもしくは減温した時にワーク温度が実質的に平衡となる平衡温度Ｔ１を計測する平衡温度計測手段と、
第二の加熱により第一の加熱による平衡温度Ｔ１にワーク温度を制御するワーク温度制御手段と、
ワーク温度が第二の加熱によって制御された平衡温度Ｔ１の時に検出された赤外線放出エネルギーによって、温度依存の変動パターンノイズに基因する赤外線放射率の差異を検出して、熱平衡時画像フレームを形成する熱平衡時画像フレーム形成手段と、
ワークに、繰り返して温度変化を与える第一の加熱に平衡温度Ｔ１に温度制御する第二の加熱を加算してワークを加熱し、この時に検出された赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異の検出によって加熱時画像フレームを形成する加熱時画像フレーム形成手段と、
加熱時画像フレームを形成するのに用いられた赤外線放射率の差異から、前記熱平衡時画像フレームを形成するのに用いられた対応の赤外線放射率の差異を減算して赤外線放射率の差異によるワーク画像フレームを形成するワーク画像フレーム形成手段と、
から構成されることを特徴とする熱型赤外線出力計測装置。
【請求項２】
請求項１において、前記加熱時画像フレームが平衡温度をＴ１を同一にして加熱方法を異にして複数形成され、複数形成された加熱時画像フレームと熱平衡画像フレームとの赤外線放射率の差異を平均化してワーク画像フレームを形成することを特徴とする熱型赤外線出力計測装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかにおいて、前記予め定めた繰り返しての温度変化が、周期的な温度加熱で形成されることを特徴とする熱型赤外線出力計測装置。
【請求項４】
請求項３において、１つの周期的温度変化において時々刻々に計測されて形成された複数の加熱時画像フレームと熱平衡時画像フレームの赤外線放射率の差異を平均化してワーク画像フレームを形成することを特徴とする熱型赤外線出力計測装置。
【請求項５】
請求項１から６のいずれかにおいて、１つのワークが測定用ワークであって、当該ワークについてのワーク画像フレームを形成し、他のワークが比較用ワークであって比較用ワークについてのワーク画像フレームを形成し、双方のワーク画像フレームを比較することによって測定用ワークについてワーク画像フレームについての特徴を抽出することを特徴とする熱型赤外線出力計測装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかにおいて、形成したワーク画像フレームについて参照のワーク画像フレームと比較して、赤外線放射率の差の特徴を抽出することを特徴とする熱型赤外線出力計測装置。
【請求項７】
ワークに入力熱エネルギーを与えた時に、赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異を計測する熱型赤外線出力計測方法において、
入力熱エネルギー付与手段によって、ワークに予め定めた温度変化が繰り返して与えられ、
平衡温度計測手段によって、ワークに繰り返して温度変化を与えて加熱する第一の加熱の時であって、入力熱エネルギーを遮断した時にもしくは減温した時にワーク温度が実質的に平衡となる平衡温度Ｔ１が計測され、
ワーク温度制御手段によって、第二の加熱により第一の加熱による平衡温度Ｔ１にワーク温度が制御され、
熱平衡時画像フレーム形成手段によって、ワーク温度が第二の加熱により制御された平衡温度Ｔ１の時に検出された赤外線放出エネルギーによって、温度依存の変動パターンノイズに基因する赤外線放射率の差異の検出によって熱平衡時画像フレームが形成され、
加熱時画像フレーム形成手段によって、ワークに繰り返して温度変化を与える第一の加熱に平衡温度Ｔ１に温度制御する第二の加熱を加算してワークが加熱され、この時に検出された赤外線放出エネルギーによる赤外線放射率の差異よって加熱時画像フレームが形成され、
ワーク画像フレーム形成手段によって、温度−加熱時画像フレームを形成するのに用いられた赤外線放射率の差異から、前記熱平衡時画像フレームを形成するのに用いられた対応の赤外線放射率の差異が減算されて赤外線放射率の差異によるワーク画像フレームが形成される
ことを特徴とする熱型赤外線出力検出計測方法。
【請求項８】
請求項７において、前記加熱時画像フレームが平衡温度をＴ１を同一にして加熱方法を異にして複数形成され、複数形成された加熱時画像フレームと熱平衡画像フレームとの赤外線放射率の差異を平均化してワーク画像フレームが形成されることを特徴とする熱型赤外線出力計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−３８８３８（Ｐ２０１１−３８８３８Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８４８６８（Ｐ２００９−１８４８６８）
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【出願人】（０００１３６９４１）株式会社ベテル (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【出願人】（０００１３６９４１）株式会社ベテル (10)
【Ｆターム（参考）】
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