蛍光式温度センサ及び温度の測定方法
【課題】正確に温度を測定可能な蛍光式温度センサを提供する。
【解決手段】発光体２と、発光体２から励起光を照射される蛍光体１と、蛍光体１が発した蛍光を受光し、蛍光強度を表す電気信号に変換する蛍光測定器４と、発光体２の消灯時に蛍光測定器４が出力するオフセット信号の周期を測定する周期測定部３０１と、蛍光を受光した時点から周期の整数倍の時間が経過した後のオフセット信号を蛍光強度を表す電気信号から引き、蛍光強度を表す補正された電気信号を生成する補正部３０２と、蛍光強度を表す補正された電気信号に基づき、蛍光強度の減衰特性を算出する減衰特性算出部３０３と、蛍光強度の減衰特性に基づき、蛍光体の雰囲気温度を算出する温度算出部３０４と、を備える蛍光式温度センサを提供する。
【解決手段】発光体２と、発光体２から励起光を照射される蛍光体１と、蛍光体１が発した蛍光を受光し、蛍光強度を表す電気信号に変換する蛍光測定器４と、発光体２の消灯時に蛍光測定器４が出力するオフセット信号の周期を測定する周期測定部３０１と、蛍光を受光した時点から周期の整数倍の時間が経過した後のオフセット信号を蛍光強度を表す電気信号から引き、蛍光強度を表す補正された電気信号を生成する補正部３０２と、蛍光強度を表す補正された電気信号に基づき、蛍光強度の減衰特性を算出する減衰特性算出部３０３と、蛍光強度の減衰特性に基づき、蛍光体の雰囲気温度を算出する温度算出部３０４と、を備える蛍光式温度センサを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は測定技術に係り、蛍光式温度センサ及び温度の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光物質の蛍光寿命が温度によって変化する性質を利用した、蛍光式温度センサが提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照。）。蛍光式温度センサは、過酷な環境下で温度を測定可能であるという、長所を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１７８５７５号公報
【特許文献２】特表平１１−５０８３５２号公報
【特許文献３】特開２００２−７１４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる長所を有する蛍光式温度センサの適応分野は多岐にわたり、蛍光式温度センサのさらなる精度の向上が求められている。そこで、本発明は、正確に温度を測定可能な蛍光式温度センサ及び温度の測定方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様は、（イ）発光体と、（ロ）発光体から励起光を照射される蛍光体と、（ハ）蛍光体が発した蛍光を受光し、蛍光強度を表す電気信号に変換する蛍光測定器と、（ニ）発光体の消灯時に蛍光測定器が出力するオフセット信号の周期を測定する周期測定部と、（ホ）蛍光を受光した時点からオフセット信号の周期の整数倍の時間が経過した後のオフセット信号を蛍光強度を表す電気信号から引き、蛍光強度を表す補正された電気信号を生成する補正部と、（ヘ）蛍光強度を表す補正された電気信号に基づき、蛍光強度の減衰特性を算出する減衰特性算出部と、（ト）蛍光強度の減衰特性に基づき、蛍光体の雰囲気温度を算出する温度算出部と、を備える蛍光式温度センサであることを要旨とする。
【０００６】
本発明の他の態様は、（イ）発光体から蛍光体に励起光を照射することと、（ロ）蛍光測定器で蛍光体が発した蛍光を受光し、蛍光強度を表す電気信号に変換することと、（ハ）発光体の消灯時に蛍光測定器が出力するオフセット信号の周期を測定することと、（ニ）蛍光を受光した時点からオフセット信号の周期の整数倍の時間が経過した後のオフセット信号を蛍光強度を表す電気信号から引き、蛍光強度を表す補正された電気信号を生成することと、（ホ）蛍光強度を表す補正された電気信号に基づき、蛍光強度の減衰特性を算出することと、（ヘ）蛍光強度の減衰特性に基づき、蛍光体の雰囲気温度を算出することと、を含む温度の測定方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、正確に温度を測定可能な蛍光式温度センサ及び温度の測定方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサの模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る発光体の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る蛍光強度の時間変化の例を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態に係るオフセット信号を模式的に示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態に係るオフセット信号に重畳した蛍光強度を表す電気信号を模式的に示す第１のグラフである。
【図６】本発明の実施の形態に係るオフセット信号に重畳した蛍光強度を表す電気信号を模式的に示す第２のグラフである。
【図７】本発明の実施の形態に係るオフセット信号に重畳した蛍光強度を表す電気信号を模式的に示す第３のグラフである。
【図８】本発明の実施の形態に係る励起光を消灯後の、蛍光体の蛍光強度の雰囲気温度に依存する減衰特性の例を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態に係る蛍光体の雰囲気温度と、蛍光寿命と、の関係の例を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態に係る温度の測定方法のフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態に係るオフセット信号に重畳した蛍光強度を表す電気信号を模式的に示す第４のグラフである。
【図１２】本発明の実施の形態の第２の変形例に係るオフセット信号に重畳した蛍光強度を表す電気信号を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１０】
実施の形態に係る蛍光式温度センサは、図１に示すように、発光体２と、発光体２から励起光を照射される蛍光体１と、蛍光体１が発した蛍光を受光し、蛍光強度を表す電気信号に変換する蛍光測定器４と、発光体２の消灯時に蛍光測定器４が出力するオフセット信号の周期を測定する周期測定部３０１と、蛍光を受光した時点からオフセット信号の周期の整数倍の時間が経過した後のオフセット信号を蛍光強度を表す電気信号から引き、蛍光強度を表す補正された電気信号を生成する補正部３０２と、蛍光強度を表す補正された電気信号に基づき、蛍光強度の減衰特性を算出する減衰特性算出部３０３と、蛍光強度の減衰特性に基づき、蛍光体の雰囲気温度を算出する温度算出部３０４と、を備える。
【００１１】
発光体２は、図２に示すように、例えば円筒状のパッケージ２１と、パッケージ２１の開口を覆う光学窓２２と、パッケージ２１の内部に配置された発光素子２３と、を備える。パッケージ２１には、メタルＣＡＮパッケージ及び樹脂成型パッケージ等が使用可能である。光学窓２２には、石英ガラス等からなる透明板及びレンズ等が使用可能である。発光素子２３には、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）及び半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子が使用可能である。より具体的には、発光素子２３には、ＡｌＧａＩｎＰをチップ材料とする四元素系発光素子、及びＩｎＧａＮをチップ材料とする三元素系発光素子が使用可能である。例えば、発光素子２３には、図１に示す通電制御部５０１が接続される。通電制御部５０１は、発光素子２３を点滅するように通電（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御し、発光素子２３から蛍光体１の励起光を断続的に放射させる。
【００１２】
発光体２に対向して、ダイクロイックミラー１１が配置されている。ダイクロイックミラー１１は、励起光を反射して、励起光の進行方向を直角に折り曲げる。ダイクロイックミラー１１で反射された励起光は、レンズ１２及び光導波路１５を経て、蛍光体１に到達する。なお、光導波路１５には、光ファイバ等が使用可能である。
【００１３】
蛍光体１は、蛍光物質、又は遷移金属がドープされた蛍光物質からなる。遷移金属がドープされた蛍光物質としては、ルビー等のＣｒ3+系材料、Ｍｎ2+系材料、Ｍｎ4+系材料、及びＦｅ2+系材料が使用可能である。あるいは、蛍光体１は、ユウロピウム（Ｅｕ）がドープされたアルミン酸ストロンチウム（ＳｒＡｌ2Ｏ4系）からなる。蛍光体１は、熱伝導性の保護容器１６に格納されていてもよい。
【００１４】
発光体２から励起光を照射された蛍光体１は、蛍光を発する。図３に示すように、蛍光強度は、発光体２の発光強度に依存して、時間経過とともに一定の値まで増加する。また、発光体２を消灯すると、蛍光強度は時間経過とともに減衰する。励起光が消光した瞬間又は直後と比較して蛍光強度が1／eに低下するまでに要する時間は、蛍光体１の蛍光寿命τとして定義される。ここで、ｅは自然対数である。
【００１５】
なお、図１に示す蛍光測定器４等には、応答遅れ（励起光等の入力光が無くなっても、すぐには出力が無くならない現象）が生じ得る。したがって、励起光を発する発光体２を消灯した直後から、予め測定した蛍光測定器４又はセンサ全体の応答遅れの時間よりも長い時間が経過した後に測定された蛍光強度と比較して1／eの蛍光強度に低下するまでに要する時間を、蛍光体１の蛍光寿命τとして定義してもよい。
【００１６】
蛍光体１が発した蛍光は、光導波路１５及びレンズ１２を経て、ダイクロイックミラー１１に到達する。さらに、蛍光は、ダイクロイックミラー１１を透過して、蛍光測定器４に到達する。蛍光測定器４は、例えば、フォトダイオード等の受光素子４１を含む。受光素子４１は、蛍光を受光し、蛍光強度を表す電気信号に変換する。
発光体２、ダイクロイックミラー１１、レンズ１２、及び受光素子４１は、例えば筺体１０の内部に配置されている。また、筺体１０と光導波路１５は、例えば光導波路１５を固定するコネクタ１４及びコネクタ１４を保持するアダプタ１３を介して固定されている。
【００１７】
蛍光測定器４は、受光素子４１に接続された、蛍光強度を表す電気信号を増幅する増幅器５０２をさらに含みうる。ここで、蛍光体１が蛍光を発していないときは、蛍光測定器４が出力する電気信号は、好ましくは０Ｖである。しかし、蛍光体１が蛍光を発していないときも、例えば蛍光測定器４に含まれるトランジスタのベース−エミッタ間の電圧差により、蛍光測定器４は図４に示すようなオフセット信号を出力する。また、オフセット信号は、例えば日本国においては、電源の商用周波数（５０乃至６０Ｈｚ）に応じて周期的に変動しうる。さらに、蛍光体１が蛍光を発しているときは、図５に示すように、蛍光強度を表す電気信号が、周期的なオフセット信号に重畳する。
【００１８】
図１に示す増幅器５０２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００に接続されている。ＣＰＵ３００に含まれる周期測定部３０１は、図６に示すように、例えば、蛍光測定器４の電源を入れた後、発光体２を点灯する前のオフセット信号を測定する。さらに、周期測定部３０１は、測定したオフセット信号を解析し、オフセット信号の周期ＴOを算出する。図１に示すＣＰＵ３００には、補正情報記憶部４０１を含むデータ記憶装置４００が接続されている。補正情報記憶部４０１は、周期測定部３０１が測定したオフセット信号の周期ＴOを保存する。
【００１９】
ＣＰＵ３００の補正部３０２は、図７に示すように、発光体２を消灯した時点から一定の期間ＴM、蛍光強度を表す電気信号を測定する。また、補正部３０２は、発光体２を消灯した時点から、オフセット信号の周期ＴOの整数倍の時間（ｎを自然数として、ｎ×ＴO）が経過した後、蛍光強度を表す電気信号を測定した期間ＴMと同じ長さの期間、オフセット信号を測定する。
【００２０】
オフセット信号を測定中、発光体２は消光している。補正部３０２は、蛍光強度を表す測定した電気信号から、測定したオフセット信号を差し引き、蛍光強度を表す補正された電気信号を算出する。
【００２１】
図１に示すＣＰＵ３００の減衰特性算出部３０３は、蛍光強度を表す補正された電気信号に基づき、蛍光体１の蛍光強度の時間変化を解析し、蛍光体１が発した蛍光の蛍光寿命τ等の減衰特性の測定値を算出する。ここで図８は、蛍光体１の雰囲気温度を複数に振った場合の、励起光消光後の蛍光体１の蛍光強度の例を示している。第１の温度条件下で、蛍光体１の雰囲気温度は最も低く、第２乃至第５の温度条件下で、蛍光体１の雰囲気温度は順次高くなる。図８に示すように、蛍光体１の蛍光寿命τは、蛍光体１の雰囲気温度が上昇するとともに、短くなる傾向にある。したがって、図９に示すように、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性と、蛍光体１の雰囲気温度ＴFと、の関係を予め取得しておけば、蛍光の減衰特性を測定することにより、図１に示す蛍光体１の雰囲気温度ＴFを算出することが可能となる。なお、蛍光体１の雰囲気温度ＴFとは、例えば、蛍光体１又は蛍光体１を覆う保護容器１６に接する気体の温度である。
【００２２】
データ記憶装置４００は関係記憶部４０２をさらに含む。関係記憶部４０２は、図９に示すような、蛍光体１の蛍光寿命τ等の減衰特性と、蛍光体１の雰囲気温度ＴFと、の予め取得された関係を保存する。なお、関係記憶部４０２は、蛍光体１の減衰特性及び雰囲気温度の関係を、式として保存していてもよいし、表として保存していてもよい。図１に示すＣＰＵ３００の温度算出部３０４は、蛍光体１の減衰特性の測定値と、関係記憶部４０２に保存されている減衰特性及び雰囲気温度の関係と、に基づいて、蛍光体１の雰囲気温度ＴF_Cを算出する。
【００２３】
ＣＰＵ３００には、さらに入力装置３２１、出力装置３２２、プログラム記憶装置３２３、及び一時記憶装置３２４が接続される。入力装置３２１としては、スイッチ及びキーボード等が使用可能である。関係記憶部４０２に保存される蛍光体１の減衰性及び蛍光体１の雰囲気温度の関係等は、例えば、入力装置３２１を用いて入力される。
【００２４】
出力装置３２２としては、光インジケータ、デジタルインジケータ、及び液晶表示装置等が使用可能である。出力装置は、スピーカ等の音響機器を含んでいてもよい。出力装置３２２は、温度算出部３０４の算出結果に基づき、蛍光体１の雰囲気温度を表示する。プログラム記憶装置３２３は、ＣＰＵ３００に接続された装置間のデータ送受信等をＣＰＵ３００に実行させるためのプログラムを保存している。一時記憶装置３２４は、ＣＰＵ３００の演算過程でのデータを一時的に保存する。
【００２５】
次に図１０に示すフローチャートを用いて実施の形態に係る温度の測定方法について説明する。
（ａ）ステップＳ１０１で、図１に示す蛍光式温度センサの電源を入れる。ただし、発光体２は消灯させる。次に、周期測定部３０１が、蛍光測定器４が出力するオフセット信号を測定し、オフセット信号の周期ＴOを算出する。周期測定部３０１は、算出した周期ＴOを補正情報記憶部４０１に保存する。ステップＳ１０２で、補正部３０２は、補正情報記憶部４０１からオフセット信号の周期ＴOを読み出す。また、発光体２は励起光を放射し、ステップＳ１０３で、発光体２は励起光の放射を停止する。ステップＳ１０４で蛍光測定器４は、蛍光体１が発した蛍光を受光し、蛍光強度を表す電気信号に変換する。さらに蛍光測定器４は、オフセット信号に重畳する蛍光強度を表す電気信号を、補正部３０２に伝送する。補正部３０２は、発光体２が消灯した時点から一定の期間ＴM、オフセット信号に重畳する蛍光強度を表す電気信号を測定する。
【００２６】
（ｂ）ステップＳ１０５で補正部３０２は、蛍光強度を表す電気信号の測定を開始した時点から、オフセット信号の周期ＴOの整数倍の時間（ｎ×ＴO）が経過した後、蛍光強度を表す電気信号を測定した期間ＴMと同じ長さの期間、オフセット信号を測定する。さらにステップＳ１０６で、補正部３０２は、一定の期間測定した蛍光強度を表す電気信号から、一定の期間測定したオフセット信号を差し引き、蛍光強度を表す補正された電気信号を算出する。補正部３０２は、蛍光強度を表す補正された電気信号を、減衰特性算出部３０３に伝送する。
【００２７】
（ｃ）ステップＳ１０７で、減衰特性算出部３０３は、蛍光強度を表す補正された電気信号の時間変化に基づいて、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性の測定値を得る。減衰特性算出部３０３は、減衰特性の測定値を温度算出部３０４に伝送する。ステップＳ１０８で温度算出部３０４は、関係記憶部４０２から、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性と、蛍光体１の雰囲気温度と、の予め取得された関係を読み出す。さらに温度算出部３０４は、蛍光の減衰特性の測定値と、関係記憶部４０２から読み出した関係と、に基づいて、蛍光体１の雰囲気温度ＴF_Cを算出する。その後、温度算出部３０４は、出力装置３２２に蛍光体１の算出雰囲気温度ＴF_Cを出力する。
【００２８】
以上説明した実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法によれば、オフセット信号の強度が一定でなく、周期的に変動する場合も、蛍光体１の雰囲気温度ＴF_Cを正確に算出することが可能となる。なお、周期的に発光体２を点滅する場合、発光体２の点滅周期は、図１１に示すように、ｍをｎよりも大きな整数として、オフセット信号の周期ＴOのｍ倍とすればよい。これにより、オフセット信号の測定が妨げられない。
【００２９】
（第１の変形例）
励起光が消光した瞬間又は直後の蛍光強度をＩ0、励起光が消光した瞬間又は直後から時間ｔA後の蛍光強度をＩ（ｔA）とすると、蛍光強度Ｉ（ｔA）と、蛍光強度Ｉ0と、の関係は、例えば下記（１）式で与えられる。
I(tA) = I0 exp(-tA / τ) ・・・（１）
（１）式を変形することにより、蛍光寿命τは下記（２）式で与えられる。
τ= -tA / ln[ I(tA) / I0] ・・・（２）
したがって、励起光が消光した瞬間又は直後の蛍光強度Ｉ0と、励起光が消光した瞬間又は直後から時間ｔA後の蛍光強度をＩ（ｔA）と、を測定することにより、蛍光寿命τを算出可能である。
【００３０】
実施の形態の第１の変形例では、補正部３０２は、励起光が消光した瞬間又は直後の蛍光強度Ｉ0を表す電気信号、及び励起光が消光した瞬間又は直後から時間ｔA後の蛍光強度Ｉ（ｔA）を表す電気信号を測定する。さらに、補正部３０２は、蛍光強度Ｉ0を表す電気信号を測定した時点からオフセット信号の周期ＴOの整数倍の時間が経過した後の時点のオフセット信号、及び蛍光強度Ｉ（ｔA）を表す電気信号を測定した時点からオフセット信号の周期ＴOの整数倍の時間が経過した後の時点のオフセット信号を測定する。
【００３１】
次に、補正部３０２は、蛍光強度Ｉ0を表す電気信号から、蛍光強度Ｉ0を表す電気信号を測定した時点からオフセット信号の周期ＴOの整数倍の時間が経過した後の時点のオフセット信号を差し引き、蛍光強度Ｉ0を表す補正された電気信号を算出する。また、補正部３０２は、蛍光強度Ｉ（ｔA）を表す電気信号から、蛍光強度Ｉ（ｔA）を表す電気信号を測定した時点からオフセット信号の周期ＴOの整数倍の時間が経過した後の時点のオフセット信号を差し引き、蛍光強度（ｔA）を表す補正された電気信号を算出する。
【００３２】
実施の形態の第１の変形例では、減衰特性算出部３０３は、上記（２）式、蛍光強度Ｉ0を表す補正された電気信号、及び蛍光強度（ｔA）を表す補正された電気信号に基づき、蛍光寿命τを算出する。温度算出部３０４は、実施の形態と同様に、蛍光体１の雰囲気温度ＴF_Cを算出する。以上説明した実施の形態の第１の変形例によっても、蛍光体１の雰囲気温度ＴF_Cを正確に算出することが可能となる。
【００３３】
また、オフセット信号にノイズ等の高周波揺らぎ成分が重畳する場合がある。この場合、微少な時間幅の間、蛍光強度Ｉ0を表す電気信号を積分し、積分値を蛍光強度Ｉ0を表す電気信号の値として採用してもよい。同様に、蛍光強度Ｉ（ｔA）を表す電気信号、蛍光強度Ｉ0を表す電気信号を測定した時点からオフセット信号の周期ＴOの整数倍の時間が経過した後の時点のオフセット信号、及び蛍光強度Ｉ（ｔA）を表す電気信号を測定した時点からオフセット信号の周期ＴOの整数倍の時間が経過した後の時点のオフセット信号も、微少な時間幅の間測定し、積分する。これにより、ノイズ等の高周波揺らぎ成分を除去することが可能となる。
【００３４】
（第２の変形例）
実施の形態では、蛍光式温度センサの電源を入れた後、発光体２を発光させる前にオフセット信号の周期ＴOを測定する例を示した。これに対し、発光体２を点滅させて蛍光体１の雰囲気温度の測定を開始した後、発光体２の消灯中にオフセット信号の周期ＴOを測定してもよいことはもちろんである。また、図１２に示すように、オフセット信号の周期ＴOが変化した場合は、変化後の周期ＴOを用いて蛍光強度を表す電気信号を補正してもよい。
【００３５】
（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、図１に示す温度算出部３０４は、発光体２が点灯するごとに蛍光体１の雰囲気温度ＴF_Cを算出し、さらに、蛍光体１の雰囲気温度ＴF_Cの平均値を算出してもよい。これにより、オフセット信号の周期性が乱れた場合にも、蛍光体１の雰囲気温度ＴF_Cを正確に算出することが可能となる。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、半導体製造装置のプラズマ中の基板の温度測定、通電状態でのハイブリット素子及び集積回路の温度測定等に利用可能である。したがって、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、半導体及びエレクトロニクス産業分野で利用可能である。
【００３７】
また、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、原油の２次及び３次産出に用いる地中深くの蒸気の温度測定、及び温度測定に基づくオイルパイプラインからの漏れ検知等に利用可能である。したがって、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、石油化学産業分野で利用可能である。
【００３８】
さらに、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、高電圧電力設備の保全等を目的とした、電力トランス巻線、高圧送電線、及び発電器等の温度測定に利用可能である。したがって、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、電力事業分野で利用可能である。
【００３９】
また、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、電子レンジ等で加熱中の食材の温度測定、マイクロ波を用いる殺菌装置又は乾燥装置の温度管理、高周波加熱を用いる木材、セラミックス、及び繊維等の加熱装置、乾燥装置、及び殺菌装置の温度管理に利用可能である。したがって、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、食品産業分野、材木産業分野、及び素材産業分野で利用可能である。
【００４０】
さらに、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、ハイパーサーミア装置やＭＲＩ装置の温度測定に利用可能である。したがって、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、医療産業分野で利用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 蛍光体
２ 発光体
４ 蛍光測定器
１０ 筺体
１１ ダイクロイックミラー
１２ レンズ
１３ アダプタ
１４ コネクタ
１５ 光導波路
１６ 保護容器
２１ パッケージ
２２ 光学窓
２３ 発光素子
４１ 受光素子
３０１ 周期測定部
３０２ 補正部
３０３ 減衰特性算出部
３０４ 温度算出部
３２１ 入力装置
３２２ 出力装置
３２３ プログラム記憶装置
３２４ 一時記憶装置
４００ データ記憶装置
４０１ 補正情報記憶部
４０２ 関係記憶部
５０１ 通電制御部
５０２ 増幅器
【技術分野】
【０００１】
本発明は測定技術に係り、蛍光式温度センサ及び温度の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光物質の蛍光寿命が温度によって変化する性質を利用した、蛍光式温度センサが提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照。）。蛍光式温度センサは、過酷な環境下で温度を測定可能であるという、長所を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１７８５７５号公報
【特許文献２】特表平１１−５０８３５２号公報
【特許文献３】特開２００２−７１４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる長所を有する蛍光式温度センサの適応分野は多岐にわたり、蛍光式温度センサのさらなる精度の向上が求められている。そこで、本発明は、正確に温度を測定可能な蛍光式温度センサ及び温度の測定方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様は、（イ）発光体と、（ロ）発光体から励起光を照射される蛍光体と、（ハ）蛍光体が発した蛍光を受光し、蛍光強度を表す電気信号に変換する蛍光測定器と、（ニ）発光体の消灯時に蛍光測定器が出力するオフセット信号の周期を測定する周期測定部と、（ホ）蛍光を受光した時点からオフセット信号の周期の整数倍の時間が経過した後のオフセット信号を蛍光強度を表す電気信号から引き、蛍光強度を表す補正された電気信号を生成する補正部と、（ヘ）蛍光強度を表す補正された電気信号に基づき、蛍光強度の減衰特性を算出する減衰特性算出部と、（ト）蛍光強度の減衰特性に基づき、蛍光体の雰囲気温度を算出する温度算出部と、を備える蛍光式温度センサであることを要旨とする。
【０００６】
本発明の他の態様は、（イ）発光体から蛍光体に励起光を照射することと、（ロ）蛍光測定器で蛍光体が発した蛍光を受光し、蛍光強度を表す電気信号に変換することと、（ハ）発光体の消灯時に蛍光測定器が出力するオフセット信号の周期を測定することと、（ニ）蛍光を受光した時点からオフセット信号の周期の整数倍の時間が経過した後のオフセット信号を蛍光強度を表す電気信号から引き、蛍光強度を表す補正された電気信号を生成することと、（ホ）蛍光強度を表す補正された電気信号に基づき、蛍光強度の減衰特性を算出することと、（ヘ）蛍光強度の減衰特性に基づき、蛍光体の雰囲気温度を算出することと、を含む温度の測定方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、正確に温度を測定可能な蛍光式温度センサ及び温度の測定方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサの模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る発光体の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る蛍光強度の時間変化の例を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態に係るオフセット信号を模式的に示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態に係るオフセット信号に重畳した蛍光強度を表す電気信号を模式的に示す第１のグラフである。
【図６】本発明の実施の形態に係るオフセット信号に重畳した蛍光強度を表す電気信号を模式的に示す第２のグラフである。
【図７】本発明の実施の形態に係るオフセット信号に重畳した蛍光強度を表す電気信号を模式的に示す第３のグラフである。
【図８】本発明の実施の形態に係る励起光を消灯後の、蛍光体の蛍光強度の雰囲気温度に依存する減衰特性の例を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態に係る蛍光体の雰囲気温度と、蛍光寿命と、の関係の例を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態に係る温度の測定方法のフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態に係るオフセット信号に重畳した蛍光強度を表す電気信号を模式的に示す第４のグラフである。
【図１２】本発明の実施の形態の第２の変形例に係るオフセット信号に重畳した蛍光強度を表す電気信号を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１０】
実施の形態に係る蛍光式温度センサは、図１に示すように、発光体２と、発光体２から励起光を照射される蛍光体１と、蛍光体１が発した蛍光を受光し、蛍光強度を表す電気信号に変換する蛍光測定器４と、発光体２の消灯時に蛍光測定器４が出力するオフセット信号の周期を測定する周期測定部３０１と、蛍光を受光した時点からオフセット信号の周期の整数倍の時間が経過した後のオフセット信号を蛍光強度を表す電気信号から引き、蛍光強度を表す補正された電気信号を生成する補正部３０２と、蛍光強度を表す補正された電気信号に基づき、蛍光強度の減衰特性を算出する減衰特性算出部３０３と、蛍光強度の減衰特性に基づき、蛍光体の雰囲気温度を算出する温度算出部３０４と、を備える。
【００１１】
発光体２は、図２に示すように、例えば円筒状のパッケージ２１と、パッケージ２１の開口を覆う光学窓２２と、パッケージ２１の内部に配置された発光素子２３と、を備える。パッケージ２１には、メタルＣＡＮパッケージ及び樹脂成型パッケージ等が使用可能である。光学窓２２には、石英ガラス等からなる透明板及びレンズ等が使用可能である。発光素子２３には、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）及び半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子が使用可能である。より具体的には、発光素子２３には、ＡｌＧａＩｎＰをチップ材料とする四元素系発光素子、及びＩｎＧａＮをチップ材料とする三元素系発光素子が使用可能である。例えば、発光素子２３には、図１に示す通電制御部５０１が接続される。通電制御部５０１は、発光素子２３を点滅するように通電（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御し、発光素子２３から蛍光体１の励起光を断続的に放射させる。
【００１２】
発光体２に対向して、ダイクロイックミラー１１が配置されている。ダイクロイックミラー１１は、励起光を反射して、励起光の進行方向を直角に折り曲げる。ダイクロイックミラー１１で反射された励起光は、レンズ１２及び光導波路１５を経て、蛍光体１に到達する。なお、光導波路１５には、光ファイバ等が使用可能である。
【００１３】
蛍光体１は、蛍光物質、又は遷移金属がドープされた蛍光物質からなる。遷移金属がドープされた蛍光物質としては、ルビー等のＣｒ3+系材料、Ｍｎ2+系材料、Ｍｎ4+系材料、及びＦｅ2+系材料が使用可能である。あるいは、蛍光体１は、ユウロピウム（Ｅｕ）がドープされたアルミン酸ストロンチウム（ＳｒＡｌ2Ｏ4系）からなる。蛍光体１は、熱伝導性の保護容器１６に格納されていてもよい。
【００１４】
発光体２から励起光を照射された蛍光体１は、蛍光を発する。図３に示すように、蛍光強度は、発光体２の発光強度に依存して、時間経過とともに一定の値まで増加する。また、発光体２を消灯すると、蛍光強度は時間経過とともに減衰する。励起光が消光した瞬間又は直後と比較して蛍光強度が1／eに低下するまでに要する時間は、蛍光体１の蛍光寿命τとして定義される。ここで、ｅは自然対数である。
【００１５】
なお、図１に示す蛍光測定器４等には、応答遅れ（励起光等の入力光が無くなっても、すぐには出力が無くならない現象）が生じ得る。したがって、励起光を発する発光体２を消灯した直後から、予め測定した蛍光測定器４又はセンサ全体の応答遅れの時間よりも長い時間が経過した後に測定された蛍光強度と比較して1／eの蛍光強度に低下するまでに要する時間を、蛍光体１の蛍光寿命τとして定義してもよい。
【００１６】
蛍光体１が発した蛍光は、光導波路１５及びレンズ１２を経て、ダイクロイックミラー１１に到達する。さらに、蛍光は、ダイクロイックミラー１１を透過して、蛍光測定器４に到達する。蛍光測定器４は、例えば、フォトダイオード等の受光素子４１を含む。受光素子４１は、蛍光を受光し、蛍光強度を表す電気信号に変換する。
発光体２、ダイクロイックミラー１１、レンズ１２、及び受光素子４１は、例えば筺体１０の内部に配置されている。また、筺体１０と光導波路１５は、例えば光導波路１５を固定するコネクタ１４及びコネクタ１４を保持するアダプタ１３を介して固定されている。
【００１７】
蛍光測定器４は、受光素子４１に接続された、蛍光強度を表す電気信号を増幅する増幅器５０２をさらに含みうる。ここで、蛍光体１が蛍光を発していないときは、蛍光測定器４が出力する電気信号は、好ましくは０Ｖである。しかし、蛍光体１が蛍光を発していないときも、例えば蛍光測定器４に含まれるトランジスタのベース−エミッタ間の電圧差により、蛍光測定器４は図４に示すようなオフセット信号を出力する。また、オフセット信号は、例えば日本国においては、電源の商用周波数（５０乃至６０Ｈｚ）に応じて周期的に変動しうる。さらに、蛍光体１が蛍光を発しているときは、図５に示すように、蛍光強度を表す電気信号が、周期的なオフセット信号に重畳する。
【００１８】
図１に示す増幅器５０２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００に接続されている。ＣＰＵ３００に含まれる周期測定部３０１は、図６に示すように、例えば、蛍光測定器４の電源を入れた後、発光体２を点灯する前のオフセット信号を測定する。さらに、周期測定部３０１は、測定したオフセット信号を解析し、オフセット信号の周期ＴOを算出する。図１に示すＣＰＵ３００には、補正情報記憶部４０１を含むデータ記憶装置４００が接続されている。補正情報記憶部４０１は、周期測定部３０１が測定したオフセット信号の周期ＴOを保存する。
【００１９】
ＣＰＵ３００の補正部３０２は、図７に示すように、発光体２を消灯した時点から一定の期間ＴM、蛍光強度を表す電気信号を測定する。また、補正部３０２は、発光体２を消灯した時点から、オフセット信号の周期ＴOの整数倍の時間（ｎを自然数として、ｎ×ＴO）が経過した後、蛍光強度を表す電気信号を測定した期間ＴMと同じ長さの期間、オフセット信号を測定する。
【００２０】
オフセット信号を測定中、発光体２は消光している。補正部３０２は、蛍光強度を表す測定した電気信号から、測定したオフセット信号を差し引き、蛍光強度を表す補正された電気信号を算出する。
【００２１】
図１に示すＣＰＵ３００の減衰特性算出部３０３は、蛍光強度を表す補正された電気信号に基づき、蛍光体１の蛍光強度の時間変化を解析し、蛍光体１が発した蛍光の蛍光寿命τ等の減衰特性の測定値を算出する。ここで図８は、蛍光体１の雰囲気温度を複数に振った場合の、励起光消光後の蛍光体１の蛍光強度の例を示している。第１の温度条件下で、蛍光体１の雰囲気温度は最も低く、第２乃至第５の温度条件下で、蛍光体１の雰囲気温度は順次高くなる。図８に示すように、蛍光体１の蛍光寿命τは、蛍光体１の雰囲気温度が上昇するとともに、短くなる傾向にある。したがって、図９に示すように、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性と、蛍光体１の雰囲気温度ＴFと、の関係を予め取得しておけば、蛍光の減衰特性を測定することにより、図１に示す蛍光体１の雰囲気温度ＴFを算出することが可能となる。なお、蛍光体１の雰囲気温度ＴFとは、例えば、蛍光体１又は蛍光体１を覆う保護容器１６に接する気体の温度である。
【００２２】
データ記憶装置４００は関係記憶部４０２をさらに含む。関係記憶部４０２は、図９に示すような、蛍光体１の蛍光寿命τ等の減衰特性と、蛍光体１の雰囲気温度ＴFと、の予め取得された関係を保存する。なお、関係記憶部４０２は、蛍光体１の減衰特性及び雰囲気温度の関係を、式として保存していてもよいし、表として保存していてもよい。図１に示すＣＰＵ３００の温度算出部３０４は、蛍光体１の減衰特性の測定値と、関係記憶部４０２に保存されている減衰特性及び雰囲気温度の関係と、に基づいて、蛍光体１の雰囲気温度ＴF_Cを算出する。
【００２３】
ＣＰＵ３００には、さらに入力装置３２１、出力装置３２２、プログラム記憶装置３２３、及び一時記憶装置３２４が接続される。入力装置３２１としては、スイッチ及びキーボード等が使用可能である。関係記憶部４０２に保存される蛍光体１の減衰性及び蛍光体１の雰囲気温度の関係等は、例えば、入力装置３２１を用いて入力される。
【００２４】
出力装置３２２としては、光インジケータ、デジタルインジケータ、及び液晶表示装置等が使用可能である。出力装置は、スピーカ等の音響機器を含んでいてもよい。出力装置３２２は、温度算出部３０４の算出結果に基づき、蛍光体１の雰囲気温度を表示する。プログラム記憶装置３２３は、ＣＰＵ３００に接続された装置間のデータ送受信等をＣＰＵ３００に実行させるためのプログラムを保存している。一時記憶装置３２４は、ＣＰＵ３００の演算過程でのデータを一時的に保存する。
【００２５】
次に図１０に示すフローチャートを用いて実施の形態に係る温度の測定方法について説明する。
（ａ）ステップＳ１０１で、図１に示す蛍光式温度センサの電源を入れる。ただし、発光体２は消灯させる。次に、周期測定部３０１が、蛍光測定器４が出力するオフセット信号を測定し、オフセット信号の周期ＴOを算出する。周期測定部３０１は、算出した周期ＴOを補正情報記憶部４０１に保存する。ステップＳ１０２で、補正部３０２は、補正情報記憶部４０１からオフセット信号の周期ＴOを読み出す。また、発光体２は励起光を放射し、ステップＳ１０３で、発光体２は励起光の放射を停止する。ステップＳ１０４で蛍光測定器４は、蛍光体１が発した蛍光を受光し、蛍光強度を表す電気信号に変換する。さらに蛍光測定器４は、オフセット信号に重畳する蛍光強度を表す電気信号を、補正部３０２に伝送する。補正部３０２は、発光体２が消灯した時点から一定の期間ＴM、オフセット信号に重畳する蛍光強度を表す電気信号を測定する。
【００２６】
（ｂ）ステップＳ１０５で補正部３０２は、蛍光強度を表す電気信号の測定を開始した時点から、オフセット信号の周期ＴOの整数倍の時間（ｎ×ＴO）が経過した後、蛍光強度を表す電気信号を測定した期間ＴMと同じ長さの期間、オフセット信号を測定する。さらにステップＳ１０６で、補正部３０２は、一定の期間測定した蛍光強度を表す電気信号から、一定の期間測定したオフセット信号を差し引き、蛍光強度を表す補正された電気信号を算出する。補正部３０２は、蛍光強度を表す補正された電気信号を、減衰特性算出部３０３に伝送する。
【００２７】
（ｃ）ステップＳ１０７で、減衰特性算出部３０３は、蛍光強度を表す補正された電気信号の時間変化に基づいて、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性の測定値を得る。減衰特性算出部３０３は、減衰特性の測定値を温度算出部３０４に伝送する。ステップＳ１０８で温度算出部３０４は、関係記憶部４０２から、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性と、蛍光体１の雰囲気温度と、の予め取得された関係を読み出す。さらに温度算出部３０４は、蛍光の減衰特性の測定値と、関係記憶部４０２から読み出した関係と、に基づいて、蛍光体１の雰囲気温度ＴF_Cを算出する。その後、温度算出部３０４は、出力装置３２２に蛍光体１の算出雰囲気温度ＴF_Cを出力する。
【００２８】
以上説明した実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法によれば、オフセット信号の強度が一定でなく、周期的に変動する場合も、蛍光体１の雰囲気温度ＴF_Cを正確に算出することが可能となる。なお、周期的に発光体２を点滅する場合、発光体２の点滅周期は、図１１に示すように、ｍをｎよりも大きな整数として、オフセット信号の周期ＴOのｍ倍とすればよい。これにより、オフセット信号の測定が妨げられない。
【００２９】
（第１の変形例）
励起光が消光した瞬間又は直後の蛍光強度をＩ0、励起光が消光した瞬間又は直後から時間ｔA後の蛍光強度をＩ（ｔA）とすると、蛍光強度Ｉ（ｔA）と、蛍光強度Ｉ0と、の関係は、例えば下記（１）式で与えられる。
I(tA) = I0 exp(-tA / τ) ・・・（１）
（１）式を変形することにより、蛍光寿命τは下記（２）式で与えられる。
τ= -tA / ln[ I(tA) / I0] ・・・（２）
したがって、励起光が消光した瞬間又は直後の蛍光強度Ｉ0と、励起光が消光した瞬間又は直後から時間ｔA後の蛍光強度をＩ（ｔA）と、を測定することにより、蛍光寿命τを算出可能である。
【００３０】
実施の形態の第１の変形例では、補正部３０２は、励起光が消光した瞬間又は直後の蛍光強度Ｉ0を表す電気信号、及び励起光が消光した瞬間又は直後から時間ｔA後の蛍光強度Ｉ（ｔA）を表す電気信号を測定する。さらに、補正部３０２は、蛍光強度Ｉ0を表す電気信号を測定した時点からオフセット信号の周期ＴOの整数倍の時間が経過した後の時点のオフセット信号、及び蛍光強度Ｉ（ｔA）を表す電気信号を測定した時点からオフセット信号の周期ＴOの整数倍の時間が経過した後の時点のオフセット信号を測定する。
【００３１】
次に、補正部３０２は、蛍光強度Ｉ0を表す電気信号から、蛍光強度Ｉ0を表す電気信号を測定した時点からオフセット信号の周期ＴOの整数倍の時間が経過した後の時点のオフセット信号を差し引き、蛍光強度Ｉ0を表す補正された電気信号を算出する。また、補正部３０２は、蛍光強度Ｉ（ｔA）を表す電気信号から、蛍光強度Ｉ（ｔA）を表す電気信号を測定した時点からオフセット信号の周期ＴOの整数倍の時間が経過した後の時点のオフセット信号を差し引き、蛍光強度（ｔA）を表す補正された電気信号を算出する。
【００３２】
実施の形態の第１の変形例では、減衰特性算出部３０３は、上記（２）式、蛍光強度Ｉ0を表す補正された電気信号、及び蛍光強度（ｔA）を表す補正された電気信号に基づき、蛍光寿命τを算出する。温度算出部３０４は、実施の形態と同様に、蛍光体１の雰囲気温度ＴF_Cを算出する。以上説明した実施の形態の第１の変形例によっても、蛍光体１の雰囲気温度ＴF_Cを正確に算出することが可能となる。
【００３３】
また、オフセット信号にノイズ等の高周波揺らぎ成分が重畳する場合がある。この場合、微少な時間幅の間、蛍光強度Ｉ0を表す電気信号を積分し、積分値を蛍光強度Ｉ0を表す電気信号の値として採用してもよい。同様に、蛍光強度Ｉ（ｔA）を表す電気信号、蛍光強度Ｉ0を表す電気信号を測定した時点からオフセット信号の周期ＴOの整数倍の時間が経過した後の時点のオフセット信号、及び蛍光強度Ｉ（ｔA）を表す電気信号を測定した時点からオフセット信号の周期ＴOの整数倍の時間が経過した後の時点のオフセット信号も、微少な時間幅の間測定し、積分する。これにより、ノイズ等の高周波揺らぎ成分を除去することが可能となる。
【００３４】
（第２の変形例）
実施の形態では、蛍光式温度センサの電源を入れた後、発光体２を発光させる前にオフセット信号の周期ＴOを測定する例を示した。これに対し、発光体２を点滅させて蛍光体１の雰囲気温度の測定を開始した後、発光体２の消灯中にオフセット信号の周期ＴOを測定してもよいことはもちろんである。また、図１２に示すように、オフセット信号の周期ＴOが変化した場合は、変化後の周期ＴOを用いて蛍光強度を表す電気信号を補正してもよい。
【００３５】
（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、図１に示す温度算出部３０４は、発光体２が点灯するごとに蛍光体１の雰囲気温度ＴF_Cを算出し、さらに、蛍光体１の雰囲気温度ＴF_Cの平均値を算出してもよい。これにより、オフセット信号の周期性が乱れた場合にも、蛍光体１の雰囲気温度ＴF_Cを正確に算出することが可能となる。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、半導体製造装置のプラズマ中の基板の温度測定、通電状態でのハイブリット素子及び集積回路の温度測定等に利用可能である。したがって、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、半導体及びエレクトロニクス産業分野で利用可能である。
【００３７】
また、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、原油の２次及び３次産出に用いる地中深くの蒸気の温度測定、及び温度測定に基づくオイルパイプラインからの漏れ検知等に利用可能である。したがって、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、石油化学産業分野で利用可能である。
【００３８】
さらに、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、高電圧電力設備の保全等を目的とした、電力トランス巻線、高圧送電線、及び発電器等の温度測定に利用可能である。したがって、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、電力事業分野で利用可能である。
【００３９】
また、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、電子レンジ等で加熱中の食材の温度測定、マイクロ波を用いる殺菌装置又は乾燥装置の温度管理、高周波加熱を用いる木材、セラミックス、及び繊維等の加熱装置、乾燥装置、及び殺菌装置の温度管理に利用可能である。したがって、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、食品産業分野、材木産業分野、及び素材産業分野で利用可能である。
【００４０】
さらに、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、ハイパーサーミア装置やＭＲＩ装置の温度測定に利用可能である。したがって、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、医療産業分野で利用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 蛍光体
２ 発光体
４ 蛍光測定器
１０ 筺体
１１ ダイクロイックミラー
１２ レンズ
１３ アダプタ
１４ コネクタ
１５ 光導波路
１６ 保護容器
２１ パッケージ
２２ 光学窓
２３ 発光素子
４１ 受光素子
３０１ 周期測定部
３０２ 補正部
３０３ 減衰特性算出部
３０４ 温度算出部
３２１ 入力装置
３２２ 出力装置
３２３ プログラム記憶装置
３２４ 一時記憶装置
４００ データ記憶装置
４０１ 補正情報記憶部
４０２ 関係記憶部
５０１ 通電制御部
５０２ 増幅器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光体と、
前記発光体から励起光を照射される蛍光体と、
前記蛍光体が発した蛍光を受光し、蛍光強度を表す電気信号に変換する蛍光測定器と、
前記発光体の消灯時に前記蛍光測定器が出力するオフセット信号の周期を測定する周期測定部と、
前記蛍光を受光した時点から前記周期の整数倍の時間が経過した後の前記オフセット信号を前記蛍光強度を表す電気信号から引き、前記蛍光強度を表す補正された電気信号を生成する補正部と、
前記蛍光強度を表す補正された電気信号に基づき、前記蛍光強度の減衰特性を算出する減衰特性算出部と、
前記蛍光強度の減衰特性に基づき、前記蛍光体の雰囲気温度を算出する温度算出部と、
を備える蛍光式温度センサ。
【請求項２】
前記発光体が、前記オフセット信号の周期の整数倍の周期で、前記励起光を発する、請求項１に記載の蛍光式温度センサ。
【請求項３】
前記温度算出部が前記蛍光体の雰囲気温度を複数回算出し、さらに、前記蛍光体の雰囲気温度の平均値を算出する、請求項１又は２に記載の蛍光式温度センサ。
【請求項４】
前記蛍光強度の減衰特性と、前記蛍光体の雰囲気温度と、の関係を保存する関係記憶部を更に備え、
前記温度算出部が、前記蛍光強度の減衰特性と、前記関係と、に基づき、前記蛍光体の雰囲気温度を算出する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蛍光式温度センサ。
【請求項５】
発光体から蛍光体に励起光を照射することと、
蛍光測定器で前記蛍光体が発した蛍光を受光し、蛍光強度を表す電気信号に変換することと、
前記発光体の消灯時に前記蛍光測定器が出力するオフセット信号の周期を測定することと、
前記蛍光を受光した時点から前記周期の整数倍の時間が経過した後の前記オフセット信号を前記蛍光強度を表す電気信号から引き、前記蛍光強度を表す補正された電気信号を生成することと、
前記蛍光強度を表す補正された電気信号に基づき、前記蛍光強度の減衰特性を算出することと、
前記蛍光強度の減衰特性に基づき、前記蛍光体の雰囲気温度を算出することと、
を含む温度の測定方法。
【請求項６】
前記発光体から蛍光体に、前記オフセット信号の周期の整数倍の周期で、前記励起光を照射する、請求項５に記載の温度の測定方法。
【請求項７】
前記蛍光体の算出雰囲気温度の平均値を算出することを更に含む、請求項５又は６に記載の温度の測定方法。
【請求項８】
前記蛍光強度の減衰特性と、前記蛍光体の雰囲気温度と、の関係を用意することを更に備え、
前記蛍光強度の減衰特性と、前記関係と、に基づき、前記蛍光体の雰囲気温度が算出される、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の温度の測定方法。
【請求項１】
発光体と、
前記発光体から励起光を照射される蛍光体と、
前記蛍光体が発した蛍光を受光し、蛍光強度を表す電気信号に変換する蛍光測定器と、
前記発光体の消灯時に前記蛍光測定器が出力するオフセット信号の周期を測定する周期測定部と、
前記蛍光を受光した時点から前記周期の整数倍の時間が経過した後の前記オフセット信号を前記蛍光強度を表す電気信号から引き、前記蛍光強度を表す補正された電気信号を生成する補正部と、
前記蛍光強度を表す補正された電気信号に基づき、前記蛍光強度の減衰特性を算出する減衰特性算出部と、
前記蛍光強度の減衰特性に基づき、前記蛍光体の雰囲気温度を算出する温度算出部と、
を備える蛍光式温度センサ。
【請求項２】
前記発光体が、前記オフセット信号の周期の整数倍の周期で、前記励起光を発する、請求項１に記載の蛍光式温度センサ。
【請求項３】
前記温度算出部が前記蛍光体の雰囲気温度を複数回算出し、さらに、前記蛍光体の雰囲気温度の平均値を算出する、請求項１又は２に記載の蛍光式温度センサ。
【請求項４】
前記蛍光強度の減衰特性と、前記蛍光体の雰囲気温度と、の関係を保存する関係記憶部を更に備え、
前記温度算出部が、前記蛍光強度の減衰特性と、前記関係と、に基づき、前記蛍光体の雰囲気温度を算出する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蛍光式温度センサ。
【請求項５】
発光体から蛍光体に励起光を照射することと、
蛍光測定器で前記蛍光体が発した蛍光を受光し、蛍光強度を表す電気信号に変換することと、
前記発光体の消灯時に前記蛍光測定器が出力するオフセット信号の周期を測定することと、
前記蛍光を受光した時点から前記周期の整数倍の時間が経過した後の前記オフセット信号を前記蛍光強度を表す電気信号から引き、前記蛍光強度を表す補正された電気信号を生成することと、
前記蛍光強度を表す補正された電気信号に基づき、前記蛍光強度の減衰特性を算出することと、
前記蛍光強度の減衰特性に基づき、前記蛍光体の雰囲気温度を算出することと、
を含む温度の測定方法。
【請求項６】
前記発光体から蛍光体に、前記オフセット信号の周期の整数倍の周期で、前記励起光を照射する、請求項５に記載の温度の測定方法。
【請求項７】
前記蛍光体の算出雰囲気温度の平均値を算出することを更に含む、請求項５又は６に記載の温度の測定方法。
【請求項８】
前記蛍光強度の減衰特性と、前記蛍光体の雰囲気温度と、の関係を用意することを更に備え、
前記蛍光強度の減衰特性と、前記関係と、に基づき、前記蛍光体の雰囲気温度が算出される、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の温度の測定方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２３７２２５（Ｐ２０１１−２３７２２５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０７４８５（Ｐ２０１０−１０７４８５）
【出願日】平成２２年５月７日（２０１０．５．７）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月７日（２０１０．５．７）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
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