蛍光温度計及び温度計測方法
【課題】高精度の温度測定が可能な蛍光温度計を提供する。
【解決手段】本発明の温度計測方法は、蛍光体を励起する励起ステップと、励起された蛍光体から発せられる蛍光を検出する蛍光検出ステップと、蛍光検出ステップで検出された蛍光の強度−時間信号を、時間領域信号から周波数領域信号に変換する信号変換ステップと、周波数領域信号における所定の周波数成分の変化量に基づいて被検物の温度を算出する温度算出ステップと、を有することを特徴とする。
【解決手段】本発明の温度計測方法は、蛍光体を励起する励起ステップと、励起された蛍光体から発せられる蛍光を検出する蛍光検出ステップと、蛍光検出ステップで検出された蛍光の強度−時間信号を、時間領域信号から周波数領域信号に変換する信号変換ステップと、周波数領域信号における所定の周波数成分の変化量に基づいて被検物の温度を算出する温度算出ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光温度計及び温度計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛍光を利用した温度センサは、例えば下記特許文献１，２に記載されているように、測定対象物上に配置した蛍光物質に励起光を照射し、特定波長での蛍光の発光強度が温度により増減する現象、蛍光物質から発光される蛍光の波長が温度によりシフトする現象、蛍光の減衰時間が温度によって変化する現象を利用し、温度を計測するものである。
【０００３】
これらのうち、蛍光の吸収端付近の波長或いはピーク波長が温度によりシフトする現象を利用する温度センサでは、波長シフト量と温度の関係を事前に計測し、波長変化量を温度に換算する。
特定波長での蛍光の強度が温度により増減する現象を利用する温度センサでは、蛍光の発光強度に合わせて２種類の異なる波長透過フィルタを設置し、温度により蛍光の波長がシフトするに従い変化する２つの波長透過フィルタを透過する光量を計測し、これらの光量の比率と温度の関係を事前に計測しておき、温度に換算する等の方法が採用されている。
【０００４】
一方、蛍光の発光減衰時間が温度により変化する現象を利用する温度センサでは、パルス光などの励起手段によって蛍光体を発光させ、フォトダイオードなどの検出手段により蛍光の強度−時間曲線を取得し、蛍光の減衰が一定の減衰量になるまでの時間を計測し、事前に測定していた温度と減衰時間の関係から、測定時間を温度に換算する等の方法が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５３−１０１４８０号公報
【特許文献２】特開昭６１−１２０４８２号公報
【特許文献３】特開昭５８−００５６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、蛍光の発光強度が変化する現象及び発光波長が温度によってシフトする現象を利用した温度センサでは以下のような課題がある。
（１）測定温度が高くなると蛍光の発光スペクトルが広がり、それに伴って測定波長の強度が低下するために十分な信号強度を確保できない場合がある。
（２）温度センサ部の経時変化による較正を必要としたり、測定系における波長透過フィルタの透過特性ばらつき等の製造ばらつきが、そのまま温度測定精度のばらつきになってしまうため、測定装置の装置間格差が生じたり、測定精度の向上が困難である。
（３）蛍光を選択測定するための波長透過フィルタが必須であり、場合によっては複数枚の光学フィルタ必要になるため、高コストになりやすい。
（４）蛍光を伝達する手段として光ファイバを利用する場合、ファイバの劣化・曲げ等による影響を較正を必要とする。
【０００７】
蛍光の減衰時間が温度によって変化する現象を利用した温度センサでは上記の課題のうちのいくらかは解決されるが、依然として以下のような課題があった。
（１）蛍光の減衰時間の測定が完了するまでは次の温度測定を開始できないため、速い温度変化に対する追従性が低い。
（２）蛍光の減衰時間の測定精度、ばらつきがそのまま温度測定の精度、ばらつきになってしまうため、高精度な温度測定が原理上難しい。
（３）測定温度が高くなると蛍光減衰時間が短くなるため、低温での測定と比較して測定精度が低下する。
（４）測定中のノイズや電源電圧変動によって蛍光の減衰時間の測定値が変化するため、測定精度が低下しやすい。
【０００８】
本発明は、上記課題の少なくとも一つを解決し、高精度の温度測定が可能な蛍光温度計、及び温度計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の温度計測方法は、強度変調された励起光を蛍光体に照射し前記蛍光体を励起する励起ステップと、励起された蛍光体から発せられる蛍光を検出する蛍光検出ステップと、前記蛍光検出ステップで検出された前記蛍光の強度−時間信号を、時間領域信号から周波数領域信号に変換する信号変換ステップと、前記周波数領域信号における所定の周波数成分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する温度算出ステップと、を有することを特徴とする。
【００１０】
この温度測定方法によれば、蛍光の強度−時間信号における減衰時間を強度−時間曲線によって測定するのではなく、強度−時間曲線から変換した周波数領域信号の周波数成分から周波数変化量を算出するので、時間測定と比較して高い測定精度、再現性を得ることができ、結果として高精度に温度を取得することが可能である。
【００１１】
前記温度算出ステップにおいて、２つの周波数成分の差分又は平均の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する方法としてもよい。
前記温度算出ステップにおいて、前記励起光の周波数に対する前記周波数成分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する方法としてもよい。
前記温度算出ステップにおいて、強度が最大となる前記周波数成分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する方法としてもよい。
前記信号変換ステップにおいて、前記蛍光の強度−時間信号の一部のみを抽出して周波数領域信号に変換する方法としてもよい。
前記信号変換ステップにおいて、前記蛍光の強度−時間信号の複数の部分を抽出し、抽出した各々の信号成分を周波数領域信号に変換し、前記温度算出ステップにおいて、各々の前記信号成分から得られた前記周波数領域信号の差分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する方法としてもよい。
前記信号変換ステップにおいて、高速フーリエ変換により前記蛍光の強度−時間信号を変換する方法としてもよい。
前記励起ステップにおいて、単一周波数の波形に強度変調された励起光を前記蛍光体に照射する方法としてもよい。
前記温度算出ステップにおいて、前記励起光の周波数成分と、前記蛍光の周波数成分との差分又は平均の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する方法としてもよい。
前記励起ステップにおいて、第１周波数、及び前記第１周波数と異なる第２周波数を含む波形に強度変調された励起光を前記蛍光体に照射する方法としてもよい。
前記温度算出ステップにおいて、前記第１周波数及び第２周波数と、前記蛍光の一又は複数の周波数成分との差分又は平均の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する方法としてもよい。
前記励起ステップから前記温度算出ステップまでの一連の温度測定ステップを繰り返し実行するに際して、第１の前記温度測定ステップと第２の前記温度測定ステップとの間で、前記励起ステップにおいて前記蛍光体に照射する励起光の変調態様を異ならせる方法としてもよい。
変調の周波数が異なる複数の励起光を用いる方法としてもよい。
変調の関数が異なる複数の励起光を用いる方法としてもよい。
第１の前記温度測定ステップと第２の前記温度測定ステップとの間に、当該温度計測方法による温度測定の状況に応じて前記複数の励起光の切替を行う励起光切替ステップを有する方法としてもよい。
【００１２】
次に、本発明の蛍光温度計は、強度変調された励起光を蛍光体に照射し前記蛍光体を励起する励起手段と、蛍光体への光照射によって前記蛍光体から発せられる蛍光を検出する蛍光検出手段と、前記蛍光検出手段で検出された前記蛍光の強度−時間信号を、時間領域信号から周波数領域信号に変換する信号変換手段と、前記周波数領域信号における所定の周波数成分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する温度算出手段と、を有し、上記いずれかの方法で温度を算出することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、蛍光の強度−時間信号における減衰時間を強度−時間曲線によって測定するのではなく、強度−時間曲線から変換した周波数領域信号の周波数成分から周波数変化量を算出するので、時間測定と比較して高い測定精度、再現性を得ることができ、結果として高精度に温度を取得することが可能である。また、蛍光の波長シフトを利用する構成のような波長透過フィルタが不要であるため、波長透過フィルタのばらつきに起因する測定精度の低下や光学系のコスト増を生じることもない。
【００１４】
前記温度算出手段は、前記周波数領域信号を構成する２つの周波数成分の差分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、蛍光の強度−時間信号の周波数成分を利用した変化量検出に基づいて温度を計測することでノイズや電源電圧変動の影響を受けにくくした、高精度の温度計測が可能な蛍光温度計、並びに温度計測方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る蛍光温度計を示す図。
【図２】実施形態の温度計測方法を示すフローチャート。
【図３】蛍光の強度−時間信号の例を示す図。
【図４】蛍光の強度−時間信号を周波数領域信号に変換した例を示す図。
【図５】温度算出に用いる検量線の例を示す図。
【図６】第２実施形態に係る温度測定方法の説明図。
【図７】第２実施形態に係る温度測定方法の説明図。
【図８】第３実施形態に係る温度測定方法の説明図。
【図９】第２実施形態に係る温度測定方法の説明図。
【図１０】図８及び図９に示す周波数領域信号の差分信号を示す図。
【図１１】第４実施形態に係る温度測定方法の説明図。
【図１２】第１変形例に係る温度測定方法の説明図。
【図１３】第２変形例に係る温度測定方法の説明図。
【図１４】第２変形例に係る温度測定方法の説明図。
【図１５】第３変形例に係る温度測定方法の説明図。
【図１６】第４変形例に係る温度測定方法における変調周波数変位を示す説明図。
【図１７】蛍光温度計の一適用例であるプラズマ処理装置を示す図。
【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、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
［蛍光温度計］
図１（ａ）は、第１実施形態に係る蛍光温度計を示す図である。図１（ａ）には、蛍光温度計１０と、被検物５０と、被検物５０の表面に設置された蛍光体２０とが示されている。
蛍光温度計１０は、励起部（励起手段）１１と、蛍光検出部（蛍光検出手段）１２と、制御部１３とを備えている。制御部１３は、信号変換部（信号変換手段）１４と、温度算出部（温度算出手段）１５とを有しており、励起部１１及び蛍光検出部１２を含む蛍光温度計１０の全体を制御する。
【００１９】
励起部１１は、例えばレーザーダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子と、発光素子の駆動回路と、発光素子から射出される光を変調する光変調装置と、を備えている。励起部１１は、制御部１３の制御のもと、被検物５０上に設置された蛍光体２０に対して、制御された励起光を照射する。本実施形態の励起部１１では、駆動回路により発光素子が駆動され、発光素子の発光光が光変調装置に供給される。光変調装置は、入射光の強度を変調する機能を有しており、入射光から任意の波形の励起光を生成して射出する。
【００２０】
蛍光検出部１２は、入射する光の光量（輝度）を測定するフォトダイオード等の受光素子を備えている。蛍光検出部１２は、制御部１３の制御のもと、励起部１１からの励起光の照射により蛍光体２０から発せられた蛍光を検出し、検出した蛍光の強度−時間信号を制御部１３に出力する。
【００２１】
信号変換部１４は、蛍光検出部１２から入力される蛍光の強度−時間信号を、時間領域信号から周波数領域信号に変換し、得られた周波数領域信号を温度算出部１５に出力する。信号変換部１４は、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ;Fast Fourier Transform）機能を備えた信号処理回路として構成することができる。
【００２２】
温度算出部１５は、信号変換部１４から入力される周波数領域信号における所定の周波数成分の基準値からの変化量を算出し、予め入力されている変化量と温度との関係から温度を算出する。具体的な温度算出手順については、後段の温度測定方法の説明において詳しく述べる。
【００２３】
蛍光体２０は、特に限定されず、用途目的に合わせて多種多様な材料から選択して用いることができる。具体的には、発光に適したエネルギー準位を有する希土類がドープされた蛍光材料、ＡｌＧａＡｓ等の半導体、酸化マグネシウム等の金属酸化物、ルビー等の鉱物から適宜選択して用いることができる。
【００２４】
被検物５０は、特に限定されず、蛍光体２０を設置可能なものであればいかなる物品であってもよい。蛍光体２０は被検物５０に接着される必要はなく、被検物５０の測温位置に対して少なくとも測温期間中に当接可能であればよい。ただし、蛍光体２０を被検物５０と同一温度に保持する上では、蛍光体２０は被検物５０の表面に密着固定されることが好ましく、高熱伝導性の接着剤を介して接着されていることがより好ましい。
【００２５】
また、図１（ｂ）に示すように、蛍光体２０は光ファイバ２１などの導光手段により、励起部１１、蛍光検出部１２と連結されていてもよい。この場合は励起光が光ファイバ中を伝搬して蛍光体２０にまで導かれ、励起光による蛍光が光ファイバ内を通り蛍光検出部１２に導かれる。
【００２６】
［温度計測方法］
次に、上記構成を備えた本実施形態の蛍光温度計１０を用いた温度計測方法について、図２から図５を参照して説明する。
図２は、本実施形態の温度計測方法を示すフローチャートである。図３は、蛍光の強度−時間信号の例を示す図である。図４は、蛍光の強度−時間信号を周波数領域信号に変換した例を示す図である。図５は、温度算出に用いる検量線の例を示す図である。
【００２７】
本実施形態の温度計測方法は、図２に示すように、励起ステップＳ１０と、蛍光検出ステップＳ１１と、信号変換ステップＳ１２と、温度算出ステップＳ１３と、を有する。
【００２８】
まず、励起ステップＳ１０では、被検物５０上に設置された蛍光体２０に対して、励起部１１から強度変調された励起光を照射し、蛍光体２０を発光させる。
次いで、蛍光検出ステップＳ１１では、蛍光体２０から発光された蛍光を蛍光検出部１２において検出する。検出された蛍光の強度−時間信号は、蛍光検出部１２から制御部１３の信号変換部１４へ出力される。
【００２９】
ここで、図３（ａ）に示す波形Ａ、及び図３（ｂ）に示す波形Ｂは、励起部１１から蛍光体２０に矩形波の励起光を照射した場合に蛍光検出部１２において検出される蛍光の強度−時間信号を例示したものである。波形Ａは比較的低温の被検物５０を測定した場合、波形Ｂは比較的高温の被検物５０を測定した場合の波形を示している。これらの図に示すように、高温の被検物５０を測定した波形Ｂは、低温の被検物５０を測定した波形Ａと比較して、強度−時間信号の立ち上がり及び立ち下がりの形状がいずれも急峻になる。
なお、図３は、温度によって蛍光強度−時間信号の立ち上がり及び立ち下がりの形状変化を示した概略図であり、励起光のオンオフのタイミングとは必ずしも一致していない。
【００３０】
次に、信号変換ステップＳ１２では、信号変換部１４において、蛍光検出部１２から入力された蛍光の強度−時間信号が、高速フーリエ変換により時間領域信号（波形Ａ、Ｂ）から、図４に示す周波数領域信号（ＦＦＴ波形Ａｆ、Ｂｆ）に変換される。変換された周波数領域信号は、信号変換部１４から温度算出部１５へ出力される。
【００３１】
図４（ａ）に示すＦＦＴ波形Ａｆは、図３（ａ）に示す波形Ａを高速フーリエ変換することにより得られた周波数領域信号であり、図示の範囲では、周波数ｆ１〜ｆ５にそれぞれ対応する離散的な複数の周波数成分を有する。
図４（ｂ）に示すＦＦＴ波形Ｂｆは、図３（ｂ）に示す波形Ｂを高速フーリエ変換することにより得られた周波数領域信号であり、ＦＦＴ波形Ａｆと同様に、図示の範囲では、周波数ｆ１’、ｆ２’にそれぞれ対応する離散的な複数の周波数成分を有する。
【００３２】
次に、温度算出ステップＳ１３では、温度算出部１５において、信号変換部１４から入力された周波数領域信号に基づいて蛍光体２０（被検物５０）の温度が算出される。具体的には、周波数領域信号を構成する一又は複数の周波数成分から算出される周波数変化量Δｆを設定しておき、信号変換部１４から入力された周波数領域信号に基づいて当該測定における周波数変化量Δｆを算出する。そして、予め求めた周波数変化量Δｆと温度Ｔとの関係を用いて、温度Ｔを算出する。
【００３３】
図４（ａ）と図４（ｂ）とを比較すると、これらは対応する周波数成分を有する。図４（ａ）の周波数成分ｆ１と図４（ｂ）の周波数成分ｆ１’とが対応関係にあり、図４（ａ）の周波数成分ｆ２と図４（ｂ）の周波数成分ｆ２’とが対応関係にある。すなわち、異なる温度で蛍光の強度−時間信号を測定したときに、その周波数領域信号においては、周波数成分のピーク（周波数）が温度変化に応じてシフトすることがわかる。したがって、この温度変化に対する周波数のシフト量（周波数変化量Δｆ）を事前に測定し、図５に示すような検量線を作成しておけば、測定により得られた周波数領域信号から周波数変化量Δｆを算出し、これを用いて検量線を参照することで、温度に換算することが可能である。
【００３４】
周波数変化量Δｆとしては、種々の設定を採用することができる。図４（ａ）に示すＦＦＴ波形Ａｆが基準波形であるとすると、周波数変化量Δｆは、対応する周波数成分のシフト量である（ｆ１’−ｆ１）、あるいは（ｆ２’−ｆ２）として設定することができる。
【００３５】
Δｆ＝（ｆ１’−ｆ１）と設定した場合、周波数成分ｆ１、ｆ１’は強度が最大の周波数成分であるため、検出しやすく、ノイズの影響を受けにくくなる。
一方、Δｆ＝（ｆ２’−ｆ２）と設定した場合、図４（ｂ）に示されるように、Δｆ＝（ｆ１’−ｆ１）としたときよりも同じ温度変化に対する周波数変化量Δｆの値が大きくなるため、温度換算の分解能を高めることができる。
【００３６】
あるいは、図４（ａ）における周波数成分ｆ１、ｆ２の周波数差（ｆ２−ｆ１）と、図４（ｂ）における周波数差（ｆ２’−ｆ１’）との差（（ｆ２’−ｆ１’）−（ｆ２−ｆ１））を周波数変化量Δｆとして設定することもできる。測定時の外的擾乱要因（ノイズ、電源電圧変動等）によって周波数成分のピーク位置がずれた場合であっても、このように周波数領域信号内の周波数差をパラメータとすれば、ピーク位置の平行移動分については周波数差を算出する際に少なくとも排除される。したがって、ノイズなどの擾乱に影響を受けにくい、より安定した温度測定が可能となる。
【００３７】
なお、上記周波数差（ｆ２−ｆ１）に代えて、周波数の平均値（ｆ１＋ｆ２）／２の変化量（（ｆ１’＋ｆ２’）／２−（ｆ１＋ｆ２）／２）を周波数変化量Δｆとして設定してもよい。この場合にも、上記した外的擾乱要因の排除効果を得られるのはもちろんである。
【００３８】
以上、詳細に説明したように、本実施形態の温度測定方法では、蛍光検出部１２で検出した蛍光の強度−時間信号から信号変換部１４によって周波数領域信号を生成し、かかる周波数領域信号に基づき算出した周波数変化量Δｆを用いて検量線を参照することで温度を算出する。このような測定方法とすれば、以下のような従来技術に対する利点が得られる。
【００３９】
まず、本実施形態の温度測定方法では、蛍光の強度−時間信号における減衰時間を強度−時間曲線によって測定するのではなく、強度−時間曲線から変換した周波数領域信号の周波数成分から周波数変化量Δｆを算出するので、時間測定と比較して高い測定精度、再現性を得ることができ、結果として高精度に温度を取得することが可能である。
【００４０】
また、蛍光の強度−時間曲線によって減衰時間を測定する方式では、測定温度が高くなったときに減衰時間が著しく短くなって測定が困難になったり、測定精度が低下するおそれがあった。これに対して、本実施形態の温度測定方法では、蛍光の強度−時間信号を変換して得られる周波数領域信号は、温度変化に対して周波数成分のピーク位置がシフトするものであり、周波数成分のピーク位置の検出精度自体が変化することはない。したがって、温度の高低によって測定精度が影響を受けることが無く、幅広い温度範囲で安定的に高精度の温度測定が可能である。
【００４１】
また本実施形態の温度測定方法では、ノイズや電源電圧変動等の外的擾乱要因がある場合でも、基準周波数との周波数差の変化量を周波数変化量Δｆとして設定することで、上記外的擾乱要因の影響をある程度排除することができる。したがって、外的擾乱要因が多い環境（プラズマ近傍、高電界環境、高磁界環境など）においても安定的に高精度の温度測定が可能である。
【００４２】
また、蛍光の発光強度の変化及び波長シフトを利用した温度センサでは、測定温度が高くなったときに蛍光の発光スペクトルが広がって、測定対象の波長の光強度が低下する課題があったが、本実施形態の温度測定方法では、蛍光の強度−時間信号を変換した周波数領域信号における周波数シフトを計測するので、上記のような強度低下に起因する温度検出精度の低下は原理的に生じない。
【００４３】
また、発光強度の変化及び蛍光の波長シフトを利用した温度センサでは、特定波長の光を選択するための波長透過フィルタのばらつきによって測定精度が左右され、また光学系のコストが上昇しやすいという課題があったが、本実施形態の蛍光温度計では、波長透過フィルタが不要であるため、波長透過フィルタに起因する測定精度の低下が生じることはなく、光学系のコストも低減することができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
次に、温度計測方法の第２の実施形態について、図６及び図７を参照して説明する。
第２の実施形態は、図１に示した蛍光温度計１０の蛍光検出部１２において得られる蛍光の強度−時間信号の一部のみを用いて周波数変化量Δｆを算出し、被検物５０の温度を測定する方法である。かかる温度測定方法は、制御部１３の信号変換部１４において蛍光の強度−時間信号の一部のみを抽出して周波数領域信号に変換する構成の蛍光温度計により実施することができる。
【００４５】
図６及び図７は、蛍光の強度−時間信号のうち一部の強度範囲のみを周波数領域信号の算出に用いる温度測定方法の説明図である。
図６（ａ）に示す波形Ｃは、蛍光検出部１２において得られる蛍光の強度−時間信号（例えば図３（ａ）に示した波形Ａ）のうち、最大強度から２０％の範囲にあたる部分波形Ｃｓを抽出したものである。図６（ｂ）に示すＦＦＴ波形Ｃｆは、波形Ｃを高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
図７（ａ）に示す波形Ｄは、図６に示す波形Ｃよりも高温の被検物５０を測定した場合の蛍光の強度−時間信号から、強度８０％〜１００％の範囲の部分波形Ｄｓを抽出したものである。図７（ｂ）に示すＦＦＴ波形Ｄｆは、波形Ｄを高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
【００４６】
図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示すように、蛍光の強度−時間信号の一部（強度８０％〜１００％の範囲）のみを周波数領域信号に変換した場合でも、先の第１実施形態と同様に、複数の周波数成分に分離することができ、測定温度が変化すると、対応する周波数成分のシフト（ｆ１→ｆ１’、ｆ２→ｆ２’）が生じることが分かる。したがって、本実施形態においても、周波数領域信号における周波数変化量Δｆを設定し、温度と周波数変化量Δｆとの関係を表す検量線を予め求めておけば、第１実施形態と同様に、蛍光の強度−時間信号を周波数領域信号に変換して周波数変化量Δｆを算出し、かかる周波数変化量Δｆを用いて検量線を参照することにより温度を算出することができる。
【００４７】
本実施形態の温度測定方法では、温度算出に必要な蛍光の強度−時間信号は、強度８０％〜１００％の範囲のみであるため、蛍光の測定時間を短縮することが可能になる。
従来の蛍光の減衰時間に基づいて温度を算出する方法では、蛍光が所定の強度に減衰するまでの間、蛍光の測定を継続しなければならなかった。例えば、図３（ａ）に示した波形Ａを得るには、２１秒間の蛍光測定が必要である。
これに対して本実施形態では、蛍光の測定動作を、蛍光の強度が最大となった後、強度８０％に減衰する時刻までで打ち切ることができる。したがって、１回の温度測定に要する時間を大幅に短縮することができるので、一定期間内における温度測定可能回数を増やすことができる。これにより、速い温度変化に対する追従性を改善することができる。
【００４８】
なお、図６（ａ）に示した波形Ｃは、図６（ｂ）に示すＦＦＴ波形Ｃｆを算出するために用いたものであり、実際の温度測定時の強度−時間信号の波形とは異なるものである。すなわち、波形Ｃでは、ＦＦＴ波形Ｃｆにおいてある程度の強度が得られるように、蛍光の強度−時間信号の最大強度から２０％の範囲を切り出した部分波形Ｃｓを複数連ねて配置しているが、実際の測定では、１つの部分波形Ｃｓが高速フーリエ変換され、ＦＦＴ波形Ｃｆと同様の波形に変換される。
また、図７（ａ）の波形Ｄについても同様である。
【００４９】
（第３の実施形態）
次に、温度計測方法の第３の実施形態について、図８から図１０を参照して説明する。
第３の実施形態は、蛍光検出部１２において得られる蛍光の強度−時間信号の一部のみを周波数領域信号に変換する点は第２実施形態と同様であるが、蛍光の強度−時間信号のうち一部の区間のみを利用する点で異なる。かかる温度測定方法は、制御部１３の信号変換部１４において、蛍光の強度−時間信号のうち一部の区間の時間領域信号のみを抽出して周波数領域信号に変換する構成とした蛍光温度計により実施することができる。
【００５０】
図８及び図９は、蛍光の強度−時間信号のうち一部の区間のみを周波数領域信号の算出に用いる温度測定方法の説明図である。図１０は、図８及び図９に示す周波数領域信号の差分信号を示す図である。
【００５１】
図８（ａ）に示す波形Ｅは、蛍光検出部１２において得られる蛍光の強度−時間信号（例えば図３（ａ）に示した波形Ａ）のうち、強度０％から最大強度に達するまでの区間（立ち上がり区間）にあたる部分波形Ｅｓを抽出したものである。図８（ｂ）に示すＦＦＴ波形Ｅｆは、波形Ｅを高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
【００５２】
図９（ａ）に示す波形Ｆは、蛍光検出部１２において得られる蛍光の強度−時間信号のうち、最大強度に達した時点から強度０％となるまでの区間（立ち下がり区間）に当たる部分波形Ｆｓを抽出したものである。図９（ｂ）に示すＦＦＴ波形Ｆｆは、波形Ｆを高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
【００５３】
図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、蛍光の強度−時間信号の一部区間（立ち上がり区間、立ち下がり区間）のみを周波数領域信号に変換した場合でも、先の第１実施形態と同様に、複数の周波数成分に分離することができる。そして、これらの周波数成分が測定温度が変化に応じてシフトすることは、上記実施形態からも明らかである。したがって、本例においても、周波数領域信号における周波数変化量Δｆを設定し、温度と周波数変化量Δｆとの関係を表す検量線を予め求めておけば、第１実施形態と同様に、蛍光の強度−時間信号を周波数領域信号に変換して周波数変化量Δｆを算出し、かかる周波数変化量Δｆを用いて検量線を参照することにより温度を算出することができる。
【００５４】
上記したように、蛍光の強度−時間信号の一部区間のみを周波数領域信号に変換した場合でも周波数変化量Δｆの計測により温度を算出することができる。したがって、例えば蛍光の強度−時間信号の立ち上がり区間のみの測定を行うようにすることで、第２実施形態と同様に、温度測定時間を短縮することができ、速い温度変化への追従性を向上させることが可能である。
【００５５】
次に、図１０に示す差分波形Ｇは、図８（ｂ）に示すＦＦＴ波形Ｅｆと図９（ｂ）に示すＦＦＴ波形Ｆｆとの差分をプロットしたものである。このような差分波形Ｇは、制御部１３の温度算出部１５において、信号変換部１４から入力される２つの周波数領域信号の演算処理を実行することで取得することができる。
【００５６】
図１０に示すように、差分波形Ｇは、蛍光の強度−時間信号の立ち上がり部分、立ち下がり部分の双方を反映した多くの情報を包含するものであり、周波数変化量Δｆの設定方法も種々の形態を選択しうる。
【００５７】
例えば、差分強度が正である周波数成分ｆｇ１、ｆｇ２、ｆｇ３のみ、あるいはこれらと基準周波数ｆ０（例えば０．０５Ｈｚ）を組み合わせて周波数変化量Δｆを設定することができる。あるいは、差分強度が負である周波数成分ｆｇ４、ｆｇ５のみ、あるいはこれらと基準周波数ｆ０（例えば０．０５Ｈｚ）を組み合わせて周波数変化量Δｆを設定することもできる。
【００５８】
さらには、周波数成分ｆｇ１〜ｆｇ５のうち、差分強度の絶対値が大きいもの２つの差分を用いて周波数変化量Δｆを設定することもできる。例えば、周波数成分ｆｇ４と周波数成分ｆｇ２の差（ｆｇ４−ｆｇ２）を用いて周波数変化量Δｆを設定することができる。具体的には、温度が変化したときに周波数成分ｆｇ４、ｆｇ２がそれぞれｆｇ４’、ｆｇ２’に変化したとすれば、Δｆ＝（（ｆｇ４’−ｆｇ２’）−（ｆｇ４−ｆｇ２））として算出することができる。
【００５９】
上記したように、蛍光の強度−時間信号における立ち上がり区間と立ち下がり区間との差分波形Ｇでは、種々の形態で周波数変化量Δｆを設定することが可能である。そして、先の図８及び図９に示した蛍光の強度−時間信号の一部区間のみを用いて周波数変化量Δｆを計測する方法を含めた第３実施形態の温度測定方法によれば、蛍光体２０の特性や測定温度範囲、温度変化速度に合わせて、周波数変化量Δｆを計測するための範囲（蛍光の強度−時間信号における区間）の設定、周波数成分の設定、差分処理などの処理を行うことができる。これにより、より安定で精度が出せる条件の下で温度測定を行うことが可能となる。
【００６０】
（第４の実施形態）
次に、温度計測方法の第４の実施形態について、図１１から図１６を参照して説明する。
第４の実施形態は、図１に示した蛍光温度計１０の励起部１１から蛍光体２０に対して変調された励起光を照射し、蛍光体２０から変調された蛍光を射出させる温度測定方法である。
【００６１】
図１１は、第４の実施形態における励起光と蛍光を示す図である。図１１（ａ）には、変調された励起光と、この励起光の照射により蛍光体２０から発せられる変調された蛍光（蛍光１、蛍光２）が示されている。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す励起光、蛍光１及び蛍光２の強度−時間信号を高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
【００６２】
図１１（ａ）に示す励起光は、周波数ｆｔ０の正弦波であり、蛍光体２０に対する照射期間中に強度が周期的に変動する。このような励起光を蛍光体２０に照射すると、蛍光体２０から射出される蛍光は、蛍光体２０に含まれる蛍光材料の特性にもよるが、励起光よりも若干長周期の正弦波（蛍光１、蛍光２）として観測される。
【００６３】
なお、蛍光２は、蛍光１の条件よりも高温の被検物５０を測定したときに蛍光体２０から出力される蛍光である。また、ここでは励起光の照射を停止した後の蛍光の減衰については考慮していない。また、図１１（ａ）では、励起光と蛍光１、蛍光２の位相及び周期のずれを示すために、励起光の振幅と、蛍光１、蛍光２の振幅を合わせて波形を重ねて表示している。
【００６４】
そして、図１１（ａ）に示す３つの強度−時間信号（励起光、蛍光１、蛍光２）を高速フーリエ変換により周波数領域信号に変換すると、図１１（ｂ）に示すように、それぞれの強度−時間信号は、単一の周波数成分に変換される。すなわち、それぞれの強度−時間信号が単一周波数の正弦波であるから、励起光は周波数成分ｆｔ０のみの周波数領域信号、蛍光１は周波数成分ｆｔ１のみの周波数領域信号、蛍光２は周波数成分ｆｔ２のみの周波数領域信号となる。
【００６５】
なお、蛍光体２０の応答性が低い場合や励起光の照射強度が大きすぎる場合には、励起光の変化と蛍光の変化とが線形的な関係とならず、計測される蛍光１、蛍光２の周波数領域信号に周波数成分ｆｔ１、ｆｔ２以外の高調波成分が含まれる。しかしこのような場合にも、強度の大きい主たる周波数成分はｆｔ１、ｆｔ２であるため、図１１に示す例と同様に考えることができる。
【００６６】
図１１（ｂ）に示すように、励起光の周波数ｆｔ０が最も高く、次いで、高温条件で測定された蛍光２の周波数ｆｔ２が高く、低温条件で測定された蛍光１の周波数ｆｔ１が最も低い。すなわち、測定温度の変化に応じて、対応する周波数成分のシフト（ｆｔ１→ｆｔ２）が生じる。
したがって、本実施形態においても、周波数領域信号における周波数成分ｆｔ１、ｆｔ２と、温度との関係を示す検量線を予め作成しておくことで、観測された蛍光の周波数成分から被検物５０の温度を容易に取得することができる。
【００６７】
また、周波数領域信号における周波数変化量Δｆを設定し、この周波数変化量Δｆと温度との関係を表す検量線を予め求めておくことで、測定した蛍光の強度−時間信号から周波数変化量Δｆを算出し、かかる周波数変化量Δｆを用いて検量線を参照することにより温度を算出することもできる。
【００６８】
周波数変化量Δｆの設定方法は、図１１（ｂ）に示すように、種々の形態を採用することができる。具体的には、周波数成分ｆｔ０、ｆｔ１、ｆｔ２の差又は平均を周波数変化量Δｆとして設定することができる。すなわち、Δｆ＝ｆｔ０−ｆｔ１、Δｆ＝ｆｔ０−ｆｔ２、Δｆ＝ｆｔ２−ｆｔ１、Δｆ＝（ｆｔ０＋ｆｔ１）／２、Δｆ＝（ｆ０＋ｆｔ２）／２、などと設定することができる。
【００６９】
上記のように周波数成分同士の差又は平均を周波数変化量Δｆとして設定することで、ノイズや電源電圧変動等の外的擾乱要因がある場合でも、上記外的擾乱要因の影響をある程度排除することができる。したがって、外的擾乱要因が多い環境（プラズマ近傍、高電界環境、高磁界環境など）においても安定的に高精度の温度測定が可能である。
【００７０】
［変形例］
以下、図１２から図１６により本実施形態の変形例について説明する。
上記実施形態では、励起光を正弦波の形状に変調して蛍光体２０を励起する場合について説明したが、変調された励起光の波形としては、任意の形状のものを用いることができる。
【００７１】
＜第１変形例＞
図１２は、第１変形例に係る温度測定方法の説明図である。
図１２（ａ）は、波形として、第１周波数ｆｔ０の第１正弦波と、第２周波数２ｆｔ０の第２正弦波（第１正弦波の２倍波）との合成波を用いたときの励起光の波形を示す図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す強度−時間信号を高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
【００７２】
図１２（ｂ）に示すように、図１２（ａ）に示す励起光の強度−時間信号を周波数領域信号に変換すると、周波数ｆｔ０、２ｆｔ０に対応する２つの周波数成分が現れる。このような励起光を蛍光体２０に照射して蛍光を観測すると、蛍光の周波数領域信号において、励起光の周波数ｆｔ０、２ｆｔ０に対応する２つの周波数成分が現れる。
この場合、励起光の第１周波数ｆｔ０との差分や平均だけでなく、第２周波数２ｆｔ０と蛍光の周波数成分との差や平均を周波数変化量Δｆとして設定することができる。あるいは、第１周波数ｆｔ０と蛍光の周波数成分との差（値ａ）と、第２周波数２ｆｔ０と蛍光の周波数成分との差（値ｂ）との平均値（ａ＋ｂ）／２を周波数変化量Δｆとして設定することもできる。
【００７３】
このように、複数の正弦波の合成波を波形として用いることで、周波数変化量Δｆの設定のバリエーションが増えるため、蛍光体２０の特性や測定温度範囲、温度変化速度に合わせて、周波数変化量Δｆの設定を変更し、最適化することができる。これにより、より安定で精度が出せる条件の下で温度測定を行うことが可能となる。
【００７４】
なお、第１変形例では、第２正弦波として第１正弦波の２倍波を用いたが、第２正弦波として、３倍波や４倍波を用いてもよく、１．５倍波を用いてもよい。いずれの場合にも、周波数領域信号において上記と同様に周波数に応じたピークが得られるので、同様の作用効果を得ることができる。
【００７５】
＜第２変形例＞
図１３は、第２変形例に係る温度測定方法の説明図である。
図１３（ａ）は、波形として三角波を用いたときの励起光の波形を示す図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示す強度−時間信号を高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
【００７６】
図１３（ｂ）に示すように、三角波で変調した励起光には、弱い高調波成分が含まれる。このような励起光を蛍光体２０に照射して蛍光を観測し、蛍光の強度−時間信号を周波数領域信号に変換すると、上記の高調波成分に対応する周波数成分が観測される。
しかし、図１３（ｂ）に示すように、三角波の場合には主要周波数（図示では最低周波数の成分）の強度が、高調波成分と比較して突出して大きい。したがって、三角波の主要周波数にのみ着目すれば、先の第１実施例と同様に扱うことができる。
【００７７】
＜第３変形例＞
第３変形例は、先の第１変形例と同様に、励起光の波形として、複数の周波数成分を含む波形を用いる場合の例である。すなわち、ある程度の強度を有する複数の周波数成分を含む波形の例である。以下、図１４及び図１５を参照しつつ説明する。
【００７８】
図１４及び図１５は、第３変形例に係る温度測定方法の説明図である。
図１４（ａ）は、波形としてランプ波を用いたときの励起光の波形を示す図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示す強度−時間信号を高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
図１５（ａ）は、波形として矩形波を用いたときの励起光の波形を示す図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示す強度−時間信号を高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
【００７９】
図１４（ｂ）及び図１５（ｂ）に示すように、ランプ波又は矩形波を波形として用いた場合、規則正しく配列された複数の周波数成分を得ることができる。また、図１３（ｂ）に示した三角波の場合と比較して、強度最大の周波数成分と他の周波数成分との強度差が小さくなる。
したがって、ランプ波又は矩形波を用いて励起光を変調することで、計測される蛍光においても複数の周波数成分を観測することができ、複数の周波数成分の組み合わせから適宜選択して周波数変化量Δｆを設定することが可能である。よって、蛍光体２０の特性や測定温度範囲、温度変化速度に合わせて、周波数変化量Δｆの設定を変更し、最適化することができる。これにより、より安定で精度が出せる条件の下で温度測定を行うことが可能となる。
また本例は、第１変形例のような正弦波の合成処理が困難である場合に有効である。
【００８０】
＜第４変形例＞
第４変形例は、第４実施形態の温度測定方法において、温度測定を繰り返す中で励起光の変調周波数を変更する温度測定方法である。
【００８１】
図１６は、第４変形例に係る温度測定方法における変調周波数の変位を示す説明図である。図１６において、横軸は測定温度領域（℃）、縦軸は励起光の変調周波数（Ｈｚ）である。
【００８２】
本例の温度測定方法では、図１６に示すように、被検物５０の温度が属する測定温度領域に応じて、励起光の変調周波数を切り替える。具体的には、被検物５０の温度が、０℃以上ｔ１℃以下の範囲に属する場合には、周波数ｆｔ０の正弦波で変調した励起光を蛍光体２０に照射して蛍光の測定を行い、ｔ１℃以上ｔ２℃以下の範囲に属する場合には、周波数２ｆｔ０の正弦波で変調した励起光を蛍光体２０に照射して蛍光の測定を行う。
【００８３】
図１１（ａ）に示したように、蛍光１の波形よりも蛍光２の波形の方が励起光の波形に近い。すなわち、測定温度が高いほど蛍光の周波数成分と励起光の周波数成分ｆｔ０との差が小さくなる。これは、温度が上昇すると蛍光体２０の応答が速くなるためである。そして、励起光の周波数成分ｆｔ０と蛍光の周波数成分との差が小さくなると、相対的にばらつきが大きくなり、温度測定の精度が低下する。
【００８４】
そこで、本例では、測定温度が一定温度以上となったときに、励起光の変調周波数をより高い周波数に変更する。これにより、励起光の変動に対する蛍光の追従が遅れるため、励起光の周波数ｆｔ０に対する蛍光の周波数成分との差が大きくなり、温度測定の精度を維持することができる。
【００８５】
なお、本例では２種類の変調周波数を切り替えることとしたが、３種類以上の変調周波数を切り替えて用いることとしてもよい。また、変調周波数を切り替えるのではなく、波形の関数（正弦波、矩形波、三角波、ランプ波等の波形形状、あるいは、変調度などの変調パラメータ）を測定温度に応じて切り替えることとしてもよい。また、測定温度が高くなったときにより高い変調周波数に切り替えることとしたが、蛍光材料の物性や応答性、重要な測定温度範囲などを勘案して、測定温度が高くなったときに変調周波数を下げる場合もあり得る。
【００８６】
（適用例）
図１７は、上記各実施形態の蛍光温度計の一適用例であるプラズマ処理装置を示す図である。
プラズマ処理装置１００は、真空チャンバー１０２と、下部電極１０３と、静電チャック装置１０４と、上部電極１０５とを有する。被処理物であるウェハＷは静電チャック装置１０４上に載置される。ウェハＷは、静電チャック装置１０４に備えられた図示略の内部電極への直流電圧印加による静電力により吸着固定される。
【００８７】
上部電極１０５は、プラズマ処理装置１００がプラズマエッチング装置である場合には、エッチングガスを供給する貫通孔が形成されたシャワープレート状に形成される。プラズマエッチング装置においては、下部電極１０３への高周波電圧の印加により上部電極１０５との間に活性なラジカルを発生させ、かかるラジカルをウェハＷ表面に作用させることでエッチング処理を行う。
またプラズマ処理装置１００がスパッタ装置である場合には、上部電極１０５上に図示略のターゲットが取り付けられ、上部電極への直流電圧又は高周波電圧の印加により発生させたプラズマによりターゲットから成膜粒子を叩き出し、ウェハＷ上に堆積させる。
【００８８】
プラズマ処理装置１００において、下部電極１０３及び静電チャック装置１０４の一部には、装置外から通じる挿入孔１０８が形成されており、静電チャック装置１０４裏面の挿入孔１０８の突き当たり部分に、蛍光体２０が設けられている。そして、装置外に配置された蛍光温度計１０から延びる導光体１０７が挿入孔１０８に挿入され、導光体１０７の先端が蛍光体２０に突き当てられている。
【００８９】
蛍光温度計１０は、図１に示した励起部１１から射出される励起光を導光体１０７を介して蛍光体２０に照射するとともに、蛍光体２０から発せられる蛍光を導光体１０７を介して蛍光検出部１２へ入射させ、蛍光の強度−時間信号を計測する。取得された蛍光の強度−時間信号は制御部１３に入力される。制御部１３は、先に記載のいずれかの実施形態の温度計測方法により温度を算出する。
以上の動作により、静電チャック装置１０４の表層部の温度を計測することができる。
【００９０】
以上の構成を備えたプラズマ処理装置によれば、先に記載の各実施形態の蛍光温度計を備えていることで、ウェハＷの温度を高精度に測定することができる。また、各実施形態の温度計測方法を適宜選択することにより、速い温度変化に対して良好に追従する温度測定や、ノイズや電源電圧変動の影響を受けにくい温度測定を実施することも可能である。
【００９１】
上記では、先に記載の各実施形態の蛍光温度計をプラズマ処理装置に用いた場合について説明したが、かかる構成に限定されるものではなく、蛍光体を設置可能あれば任意の被検物に設置することが可能である。
特に、先の実施形態の蛍光温度計では、ノイズや電源電圧変動の影響を受けにくい温度測定が可能であるため、従来は温度測定が困難であった高電界環境や高磁界環境においても高精度の温度測定が可能である。例えば、変圧装置内部や発電機内部、避雷器などの温度計測や、ＭＲＩ（核磁気共鳴画像法）測定環境における温度計測にも好適に用いることができる。
また、前述の各実施形態では照射光及び蛍光の変化時間を秒（ｓ：ＳＥＣ）の単位で例示したが、ｍｓやμｓの変化時間等、異なる変化時間であってもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１０…蛍光温度計、１１…励起部（励起手段）、１２…蛍光検出部（蛍光検出手段）、１４…信号変換部（信号変換手段）、１５…温度算出部（温度算出手段）、２０…蛍光体、５０…被検物、Ｓ１１…蛍光検出ステップ、Ｓ１２…信号変換ステップ、Ｓ１３…温度算出ステップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光温度計及び温度計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛍光を利用した温度センサは、例えば下記特許文献１，２に記載されているように、測定対象物上に配置した蛍光物質に励起光を照射し、特定波長での蛍光の発光強度が温度により増減する現象、蛍光物質から発光される蛍光の波長が温度によりシフトする現象、蛍光の減衰時間が温度によって変化する現象を利用し、温度を計測するものである。
【０００３】
これらのうち、蛍光の吸収端付近の波長或いはピーク波長が温度によりシフトする現象を利用する温度センサでは、波長シフト量と温度の関係を事前に計測し、波長変化量を温度に換算する。
特定波長での蛍光の強度が温度により増減する現象を利用する温度センサでは、蛍光の発光強度に合わせて２種類の異なる波長透過フィルタを設置し、温度により蛍光の波長がシフトするに従い変化する２つの波長透過フィルタを透過する光量を計測し、これらの光量の比率と温度の関係を事前に計測しておき、温度に換算する等の方法が採用されている。
【０００４】
一方、蛍光の発光減衰時間が温度により変化する現象を利用する温度センサでは、パルス光などの励起手段によって蛍光体を発光させ、フォトダイオードなどの検出手段により蛍光の強度−時間曲線を取得し、蛍光の減衰が一定の減衰量になるまでの時間を計測し、事前に測定していた温度と減衰時間の関係から、測定時間を温度に換算する等の方法が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５３−１０１４８０号公報
【特許文献２】特開昭６１−１２０４８２号公報
【特許文献３】特開昭５８−００５６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、蛍光の発光強度が変化する現象及び発光波長が温度によってシフトする現象を利用した温度センサでは以下のような課題がある。
（１）測定温度が高くなると蛍光の発光スペクトルが広がり、それに伴って測定波長の強度が低下するために十分な信号強度を確保できない場合がある。
（２）温度センサ部の経時変化による較正を必要としたり、測定系における波長透過フィルタの透過特性ばらつき等の製造ばらつきが、そのまま温度測定精度のばらつきになってしまうため、測定装置の装置間格差が生じたり、測定精度の向上が困難である。
（３）蛍光を選択測定するための波長透過フィルタが必須であり、場合によっては複数枚の光学フィルタ必要になるため、高コストになりやすい。
（４）蛍光を伝達する手段として光ファイバを利用する場合、ファイバの劣化・曲げ等による影響を較正を必要とする。
【０００７】
蛍光の減衰時間が温度によって変化する現象を利用した温度センサでは上記の課題のうちのいくらかは解決されるが、依然として以下のような課題があった。
（１）蛍光の減衰時間の測定が完了するまでは次の温度測定を開始できないため、速い温度変化に対する追従性が低い。
（２）蛍光の減衰時間の測定精度、ばらつきがそのまま温度測定の精度、ばらつきになってしまうため、高精度な温度測定が原理上難しい。
（３）測定温度が高くなると蛍光減衰時間が短くなるため、低温での測定と比較して測定精度が低下する。
（４）測定中のノイズや電源電圧変動によって蛍光の減衰時間の測定値が変化するため、測定精度が低下しやすい。
【０００８】
本発明は、上記課題の少なくとも一つを解決し、高精度の温度測定が可能な蛍光温度計、及び温度計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の温度計測方法は、強度変調された励起光を蛍光体に照射し前記蛍光体を励起する励起ステップと、励起された蛍光体から発せられる蛍光を検出する蛍光検出ステップと、前記蛍光検出ステップで検出された前記蛍光の強度−時間信号を、時間領域信号から周波数領域信号に変換する信号変換ステップと、前記周波数領域信号における所定の周波数成分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する温度算出ステップと、を有することを特徴とする。
【００１０】
この温度測定方法によれば、蛍光の強度−時間信号における減衰時間を強度−時間曲線によって測定するのではなく、強度−時間曲線から変換した周波数領域信号の周波数成分から周波数変化量を算出するので、時間測定と比較して高い測定精度、再現性を得ることができ、結果として高精度に温度を取得することが可能である。
【００１１】
前記温度算出ステップにおいて、２つの周波数成分の差分又は平均の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する方法としてもよい。
前記温度算出ステップにおいて、前記励起光の周波数に対する前記周波数成分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する方法としてもよい。
前記温度算出ステップにおいて、強度が最大となる前記周波数成分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する方法としてもよい。
前記信号変換ステップにおいて、前記蛍光の強度−時間信号の一部のみを抽出して周波数領域信号に変換する方法としてもよい。
前記信号変換ステップにおいて、前記蛍光の強度−時間信号の複数の部分を抽出し、抽出した各々の信号成分を周波数領域信号に変換し、前記温度算出ステップにおいて、各々の前記信号成分から得られた前記周波数領域信号の差分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する方法としてもよい。
前記信号変換ステップにおいて、高速フーリエ変換により前記蛍光の強度−時間信号を変換する方法としてもよい。
前記励起ステップにおいて、単一周波数の波形に強度変調された励起光を前記蛍光体に照射する方法としてもよい。
前記温度算出ステップにおいて、前記励起光の周波数成分と、前記蛍光の周波数成分との差分又は平均の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する方法としてもよい。
前記励起ステップにおいて、第１周波数、及び前記第１周波数と異なる第２周波数を含む波形に強度変調された励起光を前記蛍光体に照射する方法としてもよい。
前記温度算出ステップにおいて、前記第１周波数及び第２周波数と、前記蛍光の一又は複数の周波数成分との差分又は平均の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する方法としてもよい。
前記励起ステップから前記温度算出ステップまでの一連の温度測定ステップを繰り返し実行するに際して、第１の前記温度測定ステップと第２の前記温度測定ステップとの間で、前記励起ステップにおいて前記蛍光体に照射する励起光の変調態様を異ならせる方法としてもよい。
変調の周波数が異なる複数の励起光を用いる方法としてもよい。
変調の関数が異なる複数の励起光を用いる方法としてもよい。
第１の前記温度測定ステップと第２の前記温度測定ステップとの間に、当該温度計測方法による温度測定の状況に応じて前記複数の励起光の切替を行う励起光切替ステップを有する方法としてもよい。
【００１２】
次に、本発明の蛍光温度計は、強度変調された励起光を蛍光体に照射し前記蛍光体を励起する励起手段と、蛍光体への光照射によって前記蛍光体から発せられる蛍光を検出する蛍光検出手段と、前記蛍光検出手段で検出された前記蛍光の強度−時間信号を、時間領域信号から周波数領域信号に変換する信号変換手段と、前記周波数領域信号における所定の周波数成分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する温度算出手段と、を有し、上記いずれかの方法で温度を算出することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、蛍光の強度−時間信号における減衰時間を強度−時間曲線によって測定するのではなく、強度−時間曲線から変換した周波数領域信号の周波数成分から周波数変化量を算出するので、時間測定と比較して高い測定精度、再現性を得ることができ、結果として高精度に温度を取得することが可能である。また、蛍光の波長シフトを利用する構成のような波長透過フィルタが不要であるため、波長透過フィルタのばらつきに起因する測定精度の低下や光学系のコスト増を生じることもない。
【００１４】
前記温度算出手段は、前記周波数領域信号を構成する２つの周波数成分の差分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、蛍光の強度−時間信号の周波数成分を利用した変化量検出に基づいて温度を計測することでノイズや電源電圧変動の影響を受けにくくした、高精度の温度計測が可能な蛍光温度計、並びに温度計測方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る蛍光温度計を示す図。
【図２】実施形態の温度計測方法を示すフローチャート。
【図３】蛍光の強度−時間信号の例を示す図。
【図４】蛍光の強度−時間信号を周波数領域信号に変換した例を示す図。
【図５】温度算出に用いる検量線の例を示す図。
【図６】第２実施形態に係る温度測定方法の説明図。
【図７】第２実施形態に係る温度測定方法の説明図。
【図８】第３実施形態に係る温度測定方法の説明図。
【図９】第２実施形態に係る温度測定方法の説明図。
【図１０】図８及び図９に示す周波数領域信号の差分信号を示す図。
【図１１】第４実施形態に係る温度測定方法の説明図。
【図１２】第１変形例に係る温度測定方法の説明図。
【図１３】第２変形例に係る温度測定方法の説明図。
【図１４】第２変形例に係る温度測定方法の説明図。
【図１５】第３変形例に係る温度測定方法の説明図。
【図１６】第４変形例に係る温度測定方法における変調周波数変位を示す説明図。
【図１７】蛍光温度計の一適用例であるプラズマ処理装置を示す図。
【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、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
［蛍光温度計］
図１（ａ）は、第１実施形態に係る蛍光温度計を示す図である。図１（ａ）には、蛍光温度計１０と、被検物５０と、被検物５０の表面に設置された蛍光体２０とが示されている。
蛍光温度計１０は、励起部（励起手段）１１と、蛍光検出部（蛍光検出手段）１２と、制御部１３とを備えている。制御部１３は、信号変換部（信号変換手段）１４と、温度算出部（温度算出手段）１５とを有しており、励起部１１及び蛍光検出部１２を含む蛍光温度計１０の全体を制御する。
【００１９】
励起部１１は、例えばレーザーダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子と、発光素子の駆動回路と、発光素子から射出される光を変調する光変調装置と、を備えている。励起部１１は、制御部１３の制御のもと、被検物５０上に設置された蛍光体２０に対して、制御された励起光を照射する。本実施形態の励起部１１では、駆動回路により発光素子が駆動され、発光素子の発光光が光変調装置に供給される。光変調装置は、入射光の強度を変調する機能を有しており、入射光から任意の波形の励起光を生成して射出する。
【００２０】
蛍光検出部１２は、入射する光の光量（輝度）を測定するフォトダイオード等の受光素子を備えている。蛍光検出部１２は、制御部１３の制御のもと、励起部１１からの励起光の照射により蛍光体２０から発せられた蛍光を検出し、検出した蛍光の強度−時間信号を制御部１３に出力する。
【００２１】
信号変換部１４は、蛍光検出部１２から入力される蛍光の強度−時間信号を、時間領域信号から周波数領域信号に変換し、得られた周波数領域信号を温度算出部１５に出力する。信号変換部１４は、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ;Fast Fourier Transform）機能を備えた信号処理回路として構成することができる。
【００２２】
温度算出部１５は、信号変換部１４から入力される周波数領域信号における所定の周波数成分の基準値からの変化量を算出し、予め入力されている変化量と温度との関係から温度を算出する。具体的な温度算出手順については、後段の温度測定方法の説明において詳しく述べる。
【００２３】
蛍光体２０は、特に限定されず、用途目的に合わせて多種多様な材料から選択して用いることができる。具体的には、発光に適したエネルギー準位を有する希土類がドープされた蛍光材料、ＡｌＧａＡｓ等の半導体、酸化マグネシウム等の金属酸化物、ルビー等の鉱物から適宜選択して用いることができる。
【００２４】
被検物５０は、特に限定されず、蛍光体２０を設置可能なものであればいかなる物品であってもよい。蛍光体２０は被検物５０に接着される必要はなく、被検物５０の測温位置に対して少なくとも測温期間中に当接可能であればよい。ただし、蛍光体２０を被検物５０と同一温度に保持する上では、蛍光体２０は被検物５０の表面に密着固定されることが好ましく、高熱伝導性の接着剤を介して接着されていることがより好ましい。
【００２５】
また、図１（ｂ）に示すように、蛍光体２０は光ファイバ２１などの導光手段により、励起部１１、蛍光検出部１２と連結されていてもよい。この場合は励起光が光ファイバ中を伝搬して蛍光体２０にまで導かれ、励起光による蛍光が光ファイバ内を通り蛍光検出部１２に導かれる。
【００２６】
［温度計測方法］
次に、上記構成を備えた本実施形態の蛍光温度計１０を用いた温度計測方法について、図２から図５を参照して説明する。
図２は、本実施形態の温度計測方法を示すフローチャートである。図３は、蛍光の強度−時間信号の例を示す図である。図４は、蛍光の強度−時間信号を周波数領域信号に変換した例を示す図である。図５は、温度算出に用いる検量線の例を示す図である。
【００２７】
本実施形態の温度計測方法は、図２に示すように、励起ステップＳ１０と、蛍光検出ステップＳ１１と、信号変換ステップＳ１２と、温度算出ステップＳ１３と、を有する。
【００２８】
まず、励起ステップＳ１０では、被検物５０上に設置された蛍光体２０に対して、励起部１１から強度変調された励起光を照射し、蛍光体２０を発光させる。
次いで、蛍光検出ステップＳ１１では、蛍光体２０から発光された蛍光を蛍光検出部１２において検出する。検出された蛍光の強度−時間信号は、蛍光検出部１２から制御部１３の信号変換部１４へ出力される。
【００２９】
ここで、図３（ａ）に示す波形Ａ、及び図３（ｂ）に示す波形Ｂは、励起部１１から蛍光体２０に矩形波の励起光を照射した場合に蛍光検出部１２において検出される蛍光の強度−時間信号を例示したものである。波形Ａは比較的低温の被検物５０を測定した場合、波形Ｂは比較的高温の被検物５０を測定した場合の波形を示している。これらの図に示すように、高温の被検物５０を測定した波形Ｂは、低温の被検物５０を測定した波形Ａと比較して、強度−時間信号の立ち上がり及び立ち下がりの形状がいずれも急峻になる。
なお、図３は、温度によって蛍光強度−時間信号の立ち上がり及び立ち下がりの形状変化を示した概略図であり、励起光のオンオフのタイミングとは必ずしも一致していない。
【００３０】
次に、信号変換ステップＳ１２では、信号変換部１４において、蛍光検出部１２から入力された蛍光の強度−時間信号が、高速フーリエ変換により時間領域信号（波形Ａ、Ｂ）から、図４に示す周波数領域信号（ＦＦＴ波形Ａｆ、Ｂｆ）に変換される。変換された周波数領域信号は、信号変換部１４から温度算出部１５へ出力される。
【００３１】
図４（ａ）に示すＦＦＴ波形Ａｆは、図３（ａ）に示す波形Ａを高速フーリエ変換することにより得られた周波数領域信号であり、図示の範囲では、周波数ｆ１〜ｆ５にそれぞれ対応する離散的な複数の周波数成分を有する。
図４（ｂ）に示すＦＦＴ波形Ｂｆは、図３（ｂ）に示す波形Ｂを高速フーリエ変換することにより得られた周波数領域信号であり、ＦＦＴ波形Ａｆと同様に、図示の範囲では、周波数ｆ１’、ｆ２’にそれぞれ対応する離散的な複数の周波数成分を有する。
【００３２】
次に、温度算出ステップＳ１３では、温度算出部１５において、信号変換部１４から入力された周波数領域信号に基づいて蛍光体２０（被検物５０）の温度が算出される。具体的には、周波数領域信号を構成する一又は複数の周波数成分から算出される周波数変化量Δｆを設定しておき、信号変換部１４から入力された周波数領域信号に基づいて当該測定における周波数変化量Δｆを算出する。そして、予め求めた周波数変化量Δｆと温度Ｔとの関係を用いて、温度Ｔを算出する。
【００３３】
図４（ａ）と図４（ｂ）とを比較すると、これらは対応する周波数成分を有する。図４（ａ）の周波数成分ｆ１と図４（ｂ）の周波数成分ｆ１’とが対応関係にあり、図４（ａ）の周波数成分ｆ２と図４（ｂ）の周波数成分ｆ２’とが対応関係にある。すなわち、異なる温度で蛍光の強度−時間信号を測定したときに、その周波数領域信号においては、周波数成分のピーク（周波数）が温度変化に応じてシフトすることがわかる。したがって、この温度変化に対する周波数のシフト量（周波数変化量Δｆ）を事前に測定し、図５に示すような検量線を作成しておけば、測定により得られた周波数領域信号から周波数変化量Δｆを算出し、これを用いて検量線を参照することで、温度に換算することが可能である。
【００３４】
周波数変化量Δｆとしては、種々の設定を採用することができる。図４（ａ）に示すＦＦＴ波形Ａｆが基準波形であるとすると、周波数変化量Δｆは、対応する周波数成分のシフト量である（ｆ１’−ｆ１）、あるいは（ｆ２’−ｆ２）として設定することができる。
【００３５】
Δｆ＝（ｆ１’−ｆ１）と設定した場合、周波数成分ｆ１、ｆ１’は強度が最大の周波数成分であるため、検出しやすく、ノイズの影響を受けにくくなる。
一方、Δｆ＝（ｆ２’−ｆ２）と設定した場合、図４（ｂ）に示されるように、Δｆ＝（ｆ１’−ｆ１）としたときよりも同じ温度変化に対する周波数変化量Δｆの値が大きくなるため、温度換算の分解能を高めることができる。
【００３６】
あるいは、図４（ａ）における周波数成分ｆ１、ｆ２の周波数差（ｆ２−ｆ１）と、図４（ｂ）における周波数差（ｆ２’−ｆ１’）との差（（ｆ２’−ｆ１’）−（ｆ２−ｆ１））を周波数変化量Δｆとして設定することもできる。測定時の外的擾乱要因（ノイズ、電源電圧変動等）によって周波数成分のピーク位置がずれた場合であっても、このように周波数領域信号内の周波数差をパラメータとすれば、ピーク位置の平行移動分については周波数差を算出する際に少なくとも排除される。したがって、ノイズなどの擾乱に影響を受けにくい、より安定した温度測定が可能となる。
【００３７】
なお、上記周波数差（ｆ２−ｆ１）に代えて、周波数の平均値（ｆ１＋ｆ２）／２の変化量（（ｆ１’＋ｆ２’）／２−（ｆ１＋ｆ２）／２）を周波数変化量Δｆとして設定してもよい。この場合にも、上記した外的擾乱要因の排除効果を得られるのはもちろんである。
【００３８】
以上、詳細に説明したように、本実施形態の温度測定方法では、蛍光検出部１２で検出した蛍光の強度−時間信号から信号変換部１４によって周波数領域信号を生成し、かかる周波数領域信号に基づき算出した周波数変化量Δｆを用いて検量線を参照することで温度を算出する。このような測定方法とすれば、以下のような従来技術に対する利点が得られる。
【００３９】
まず、本実施形態の温度測定方法では、蛍光の強度−時間信号における減衰時間を強度−時間曲線によって測定するのではなく、強度−時間曲線から変換した周波数領域信号の周波数成分から周波数変化量Δｆを算出するので、時間測定と比較して高い測定精度、再現性を得ることができ、結果として高精度に温度を取得することが可能である。
【００４０】
また、蛍光の強度−時間曲線によって減衰時間を測定する方式では、測定温度が高くなったときに減衰時間が著しく短くなって測定が困難になったり、測定精度が低下するおそれがあった。これに対して、本実施形態の温度測定方法では、蛍光の強度−時間信号を変換して得られる周波数領域信号は、温度変化に対して周波数成分のピーク位置がシフトするものであり、周波数成分のピーク位置の検出精度自体が変化することはない。したがって、温度の高低によって測定精度が影響を受けることが無く、幅広い温度範囲で安定的に高精度の温度測定が可能である。
【００４１】
また本実施形態の温度測定方法では、ノイズや電源電圧変動等の外的擾乱要因がある場合でも、基準周波数との周波数差の変化量を周波数変化量Δｆとして設定することで、上記外的擾乱要因の影響をある程度排除することができる。したがって、外的擾乱要因が多い環境（プラズマ近傍、高電界環境、高磁界環境など）においても安定的に高精度の温度測定が可能である。
【００４２】
また、蛍光の発光強度の変化及び波長シフトを利用した温度センサでは、測定温度が高くなったときに蛍光の発光スペクトルが広がって、測定対象の波長の光強度が低下する課題があったが、本実施形態の温度測定方法では、蛍光の強度−時間信号を変換した周波数領域信号における周波数シフトを計測するので、上記のような強度低下に起因する温度検出精度の低下は原理的に生じない。
【００４３】
また、発光強度の変化及び蛍光の波長シフトを利用した温度センサでは、特定波長の光を選択するための波長透過フィルタのばらつきによって測定精度が左右され、また光学系のコストが上昇しやすいという課題があったが、本実施形態の蛍光温度計では、波長透過フィルタが不要であるため、波長透過フィルタに起因する測定精度の低下が生じることはなく、光学系のコストも低減することができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
次に、温度計測方法の第２の実施形態について、図６及び図７を参照して説明する。
第２の実施形態は、図１に示した蛍光温度計１０の蛍光検出部１２において得られる蛍光の強度−時間信号の一部のみを用いて周波数変化量Δｆを算出し、被検物５０の温度を測定する方法である。かかる温度測定方法は、制御部１３の信号変換部１４において蛍光の強度−時間信号の一部のみを抽出して周波数領域信号に変換する構成の蛍光温度計により実施することができる。
【００４５】
図６及び図７は、蛍光の強度−時間信号のうち一部の強度範囲のみを周波数領域信号の算出に用いる温度測定方法の説明図である。
図６（ａ）に示す波形Ｃは、蛍光検出部１２において得られる蛍光の強度−時間信号（例えば図３（ａ）に示した波形Ａ）のうち、最大強度から２０％の範囲にあたる部分波形Ｃｓを抽出したものである。図６（ｂ）に示すＦＦＴ波形Ｃｆは、波形Ｃを高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
図７（ａ）に示す波形Ｄは、図６に示す波形Ｃよりも高温の被検物５０を測定した場合の蛍光の強度−時間信号から、強度８０％〜１００％の範囲の部分波形Ｄｓを抽出したものである。図７（ｂ）に示すＦＦＴ波形Ｄｆは、波形Ｄを高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
【００４６】
図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示すように、蛍光の強度−時間信号の一部（強度８０％〜１００％の範囲）のみを周波数領域信号に変換した場合でも、先の第１実施形態と同様に、複数の周波数成分に分離することができ、測定温度が変化すると、対応する周波数成分のシフト（ｆ１→ｆ１’、ｆ２→ｆ２’）が生じることが分かる。したがって、本実施形態においても、周波数領域信号における周波数変化量Δｆを設定し、温度と周波数変化量Δｆとの関係を表す検量線を予め求めておけば、第１実施形態と同様に、蛍光の強度−時間信号を周波数領域信号に変換して周波数変化量Δｆを算出し、かかる周波数変化量Δｆを用いて検量線を参照することにより温度を算出することができる。
【００４７】
本実施形態の温度測定方法では、温度算出に必要な蛍光の強度−時間信号は、強度８０％〜１００％の範囲のみであるため、蛍光の測定時間を短縮することが可能になる。
従来の蛍光の減衰時間に基づいて温度を算出する方法では、蛍光が所定の強度に減衰するまでの間、蛍光の測定を継続しなければならなかった。例えば、図３（ａ）に示した波形Ａを得るには、２１秒間の蛍光測定が必要である。
これに対して本実施形態では、蛍光の測定動作を、蛍光の強度が最大となった後、強度８０％に減衰する時刻までで打ち切ることができる。したがって、１回の温度測定に要する時間を大幅に短縮することができるので、一定期間内における温度測定可能回数を増やすことができる。これにより、速い温度変化に対する追従性を改善することができる。
【００４８】
なお、図６（ａ）に示した波形Ｃは、図６（ｂ）に示すＦＦＴ波形Ｃｆを算出するために用いたものであり、実際の温度測定時の強度−時間信号の波形とは異なるものである。すなわち、波形Ｃでは、ＦＦＴ波形Ｃｆにおいてある程度の強度が得られるように、蛍光の強度−時間信号の最大強度から２０％の範囲を切り出した部分波形Ｃｓを複数連ねて配置しているが、実際の測定では、１つの部分波形Ｃｓが高速フーリエ変換され、ＦＦＴ波形Ｃｆと同様の波形に変換される。
また、図７（ａ）の波形Ｄについても同様である。
【００４９】
（第３の実施形態）
次に、温度計測方法の第３の実施形態について、図８から図１０を参照して説明する。
第３の実施形態は、蛍光検出部１２において得られる蛍光の強度−時間信号の一部のみを周波数領域信号に変換する点は第２実施形態と同様であるが、蛍光の強度−時間信号のうち一部の区間のみを利用する点で異なる。かかる温度測定方法は、制御部１３の信号変換部１４において、蛍光の強度−時間信号のうち一部の区間の時間領域信号のみを抽出して周波数領域信号に変換する構成とした蛍光温度計により実施することができる。
【００５０】
図８及び図９は、蛍光の強度−時間信号のうち一部の区間のみを周波数領域信号の算出に用いる温度測定方法の説明図である。図１０は、図８及び図９に示す周波数領域信号の差分信号を示す図である。
【００５１】
図８（ａ）に示す波形Ｅは、蛍光検出部１２において得られる蛍光の強度−時間信号（例えば図３（ａ）に示した波形Ａ）のうち、強度０％から最大強度に達するまでの区間（立ち上がり区間）にあたる部分波形Ｅｓを抽出したものである。図８（ｂ）に示すＦＦＴ波形Ｅｆは、波形Ｅを高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
【００５２】
図９（ａ）に示す波形Ｆは、蛍光検出部１２において得られる蛍光の強度−時間信号のうち、最大強度に達した時点から強度０％となるまでの区間（立ち下がり区間）に当たる部分波形Ｆｓを抽出したものである。図９（ｂ）に示すＦＦＴ波形Ｆｆは、波形Ｆを高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
【００５３】
図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、蛍光の強度−時間信号の一部区間（立ち上がり区間、立ち下がり区間）のみを周波数領域信号に変換した場合でも、先の第１実施形態と同様に、複数の周波数成分に分離することができる。そして、これらの周波数成分が測定温度が変化に応じてシフトすることは、上記実施形態からも明らかである。したがって、本例においても、周波数領域信号における周波数変化量Δｆを設定し、温度と周波数変化量Δｆとの関係を表す検量線を予め求めておけば、第１実施形態と同様に、蛍光の強度−時間信号を周波数領域信号に変換して周波数変化量Δｆを算出し、かかる周波数変化量Δｆを用いて検量線を参照することにより温度を算出することができる。
【００５４】
上記したように、蛍光の強度−時間信号の一部区間のみを周波数領域信号に変換した場合でも周波数変化量Δｆの計測により温度を算出することができる。したがって、例えば蛍光の強度−時間信号の立ち上がり区間のみの測定を行うようにすることで、第２実施形態と同様に、温度測定時間を短縮することができ、速い温度変化への追従性を向上させることが可能である。
【００５５】
次に、図１０に示す差分波形Ｇは、図８（ｂ）に示すＦＦＴ波形Ｅｆと図９（ｂ）に示すＦＦＴ波形Ｆｆとの差分をプロットしたものである。このような差分波形Ｇは、制御部１３の温度算出部１５において、信号変換部１４から入力される２つの周波数領域信号の演算処理を実行することで取得することができる。
【００５６】
図１０に示すように、差分波形Ｇは、蛍光の強度−時間信号の立ち上がり部分、立ち下がり部分の双方を反映した多くの情報を包含するものであり、周波数変化量Δｆの設定方法も種々の形態を選択しうる。
【００５７】
例えば、差分強度が正である周波数成分ｆｇ１、ｆｇ２、ｆｇ３のみ、あるいはこれらと基準周波数ｆ０（例えば０．０５Ｈｚ）を組み合わせて周波数変化量Δｆを設定することができる。あるいは、差分強度が負である周波数成分ｆｇ４、ｆｇ５のみ、あるいはこれらと基準周波数ｆ０（例えば０．０５Ｈｚ）を組み合わせて周波数変化量Δｆを設定することもできる。
【００５８】
さらには、周波数成分ｆｇ１〜ｆｇ５のうち、差分強度の絶対値が大きいもの２つの差分を用いて周波数変化量Δｆを設定することもできる。例えば、周波数成分ｆｇ４と周波数成分ｆｇ２の差（ｆｇ４−ｆｇ２）を用いて周波数変化量Δｆを設定することができる。具体的には、温度が変化したときに周波数成分ｆｇ４、ｆｇ２がそれぞれｆｇ４’、ｆｇ２’に変化したとすれば、Δｆ＝（（ｆｇ４’−ｆｇ２’）−（ｆｇ４−ｆｇ２））として算出することができる。
【００５９】
上記したように、蛍光の強度−時間信号における立ち上がり区間と立ち下がり区間との差分波形Ｇでは、種々の形態で周波数変化量Δｆを設定することが可能である。そして、先の図８及び図９に示した蛍光の強度−時間信号の一部区間のみを用いて周波数変化量Δｆを計測する方法を含めた第３実施形態の温度測定方法によれば、蛍光体２０の特性や測定温度範囲、温度変化速度に合わせて、周波数変化量Δｆを計測するための範囲（蛍光の強度−時間信号における区間）の設定、周波数成分の設定、差分処理などの処理を行うことができる。これにより、より安定で精度が出せる条件の下で温度測定を行うことが可能となる。
【００６０】
（第４の実施形態）
次に、温度計測方法の第４の実施形態について、図１１から図１６を参照して説明する。
第４の実施形態は、図１に示した蛍光温度計１０の励起部１１から蛍光体２０に対して変調された励起光を照射し、蛍光体２０から変調された蛍光を射出させる温度測定方法である。
【００６１】
図１１は、第４の実施形態における励起光と蛍光を示す図である。図１１（ａ）には、変調された励起光と、この励起光の照射により蛍光体２０から発せられる変調された蛍光（蛍光１、蛍光２）が示されている。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す励起光、蛍光１及び蛍光２の強度−時間信号を高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
【００６２】
図１１（ａ）に示す励起光は、周波数ｆｔ０の正弦波であり、蛍光体２０に対する照射期間中に強度が周期的に変動する。このような励起光を蛍光体２０に照射すると、蛍光体２０から射出される蛍光は、蛍光体２０に含まれる蛍光材料の特性にもよるが、励起光よりも若干長周期の正弦波（蛍光１、蛍光２）として観測される。
【００６３】
なお、蛍光２は、蛍光１の条件よりも高温の被検物５０を測定したときに蛍光体２０から出力される蛍光である。また、ここでは励起光の照射を停止した後の蛍光の減衰については考慮していない。また、図１１（ａ）では、励起光と蛍光１、蛍光２の位相及び周期のずれを示すために、励起光の振幅と、蛍光１、蛍光２の振幅を合わせて波形を重ねて表示している。
【００６４】
そして、図１１（ａ）に示す３つの強度−時間信号（励起光、蛍光１、蛍光２）を高速フーリエ変換により周波数領域信号に変換すると、図１１（ｂ）に示すように、それぞれの強度−時間信号は、単一の周波数成分に変換される。すなわち、それぞれの強度−時間信号が単一周波数の正弦波であるから、励起光は周波数成分ｆｔ０のみの周波数領域信号、蛍光１は周波数成分ｆｔ１のみの周波数領域信号、蛍光２は周波数成分ｆｔ２のみの周波数領域信号となる。
【００６５】
なお、蛍光体２０の応答性が低い場合や励起光の照射強度が大きすぎる場合には、励起光の変化と蛍光の変化とが線形的な関係とならず、計測される蛍光１、蛍光２の周波数領域信号に周波数成分ｆｔ１、ｆｔ２以外の高調波成分が含まれる。しかしこのような場合にも、強度の大きい主たる周波数成分はｆｔ１、ｆｔ２であるため、図１１に示す例と同様に考えることができる。
【００６６】
図１１（ｂ）に示すように、励起光の周波数ｆｔ０が最も高く、次いで、高温条件で測定された蛍光２の周波数ｆｔ２が高く、低温条件で測定された蛍光１の周波数ｆｔ１が最も低い。すなわち、測定温度の変化に応じて、対応する周波数成分のシフト（ｆｔ１→ｆｔ２）が生じる。
したがって、本実施形態においても、周波数領域信号における周波数成分ｆｔ１、ｆｔ２と、温度との関係を示す検量線を予め作成しておくことで、観測された蛍光の周波数成分から被検物５０の温度を容易に取得することができる。
【００６７】
また、周波数領域信号における周波数変化量Δｆを設定し、この周波数変化量Δｆと温度との関係を表す検量線を予め求めておくことで、測定した蛍光の強度−時間信号から周波数変化量Δｆを算出し、かかる周波数変化量Δｆを用いて検量線を参照することにより温度を算出することもできる。
【００６８】
周波数変化量Δｆの設定方法は、図１１（ｂ）に示すように、種々の形態を採用することができる。具体的には、周波数成分ｆｔ０、ｆｔ１、ｆｔ２の差又は平均を周波数変化量Δｆとして設定することができる。すなわち、Δｆ＝ｆｔ０−ｆｔ１、Δｆ＝ｆｔ０−ｆｔ２、Δｆ＝ｆｔ２−ｆｔ１、Δｆ＝（ｆｔ０＋ｆｔ１）／２、Δｆ＝（ｆ０＋ｆｔ２）／２、などと設定することができる。
【００６９】
上記のように周波数成分同士の差又は平均を周波数変化量Δｆとして設定することで、ノイズや電源電圧変動等の外的擾乱要因がある場合でも、上記外的擾乱要因の影響をある程度排除することができる。したがって、外的擾乱要因が多い環境（プラズマ近傍、高電界環境、高磁界環境など）においても安定的に高精度の温度測定が可能である。
【００７０】
［変形例］
以下、図１２から図１６により本実施形態の変形例について説明する。
上記実施形態では、励起光を正弦波の形状に変調して蛍光体２０を励起する場合について説明したが、変調された励起光の波形としては、任意の形状のものを用いることができる。
【００７１】
＜第１変形例＞
図１２は、第１変形例に係る温度測定方法の説明図である。
図１２（ａ）は、波形として、第１周波数ｆｔ０の第１正弦波と、第２周波数２ｆｔ０の第２正弦波（第１正弦波の２倍波）との合成波を用いたときの励起光の波形を示す図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す強度−時間信号を高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
【００７２】
図１２（ｂ）に示すように、図１２（ａ）に示す励起光の強度−時間信号を周波数領域信号に変換すると、周波数ｆｔ０、２ｆｔ０に対応する２つの周波数成分が現れる。このような励起光を蛍光体２０に照射して蛍光を観測すると、蛍光の周波数領域信号において、励起光の周波数ｆｔ０、２ｆｔ０に対応する２つの周波数成分が現れる。
この場合、励起光の第１周波数ｆｔ０との差分や平均だけでなく、第２周波数２ｆｔ０と蛍光の周波数成分との差や平均を周波数変化量Δｆとして設定することができる。あるいは、第１周波数ｆｔ０と蛍光の周波数成分との差（値ａ）と、第２周波数２ｆｔ０と蛍光の周波数成分との差（値ｂ）との平均値（ａ＋ｂ）／２を周波数変化量Δｆとして設定することもできる。
【００７３】
このように、複数の正弦波の合成波を波形として用いることで、周波数変化量Δｆの設定のバリエーションが増えるため、蛍光体２０の特性や測定温度範囲、温度変化速度に合わせて、周波数変化量Δｆの設定を変更し、最適化することができる。これにより、より安定で精度が出せる条件の下で温度測定を行うことが可能となる。
【００７４】
なお、第１変形例では、第２正弦波として第１正弦波の２倍波を用いたが、第２正弦波として、３倍波や４倍波を用いてもよく、１．５倍波を用いてもよい。いずれの場合にも、周波数領域信号において上記と同様に周波数に応じたピークが得られるので、同様の作用効果を得ることができる。
【００７５】
＜第２変形例＞
図１３は、第２変形例に係る温度測定方法の説明図である。
図１３（ａ）は、波形として三角波を用いたときの励起光の波形を示す図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示す強度−時間信号を高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
【００７６】
図１３（ｂ）に示すように、三角波で変調した励起光には、弱い高調波成分が含まれる。このような励起光を蛍光体２０に照射して蛍光を観測し、蛍光の強度−時間信号を周波数領域信号に変換すると、上記の高調波成分に対応する周波数成分が観測される。
しかし、図１３（ｂ）に示すように、三角波の場合には主要周波数（図示では最低周波数の成分）の強度が、高調波成分と比較して突出して大きい。したがって、三角波の主要周波数にのみ着目すれば、先の第１実施例と同様に扱うことができる。
【００７７】
＜第３変形例＞
第３変形例は、先の第１変形例と同様に、励起光の波形として、複数の周波数成分を含む波形を用いる場合の例である。すなわち、ある程度の強度を有する複数の周波数成分を含む波形の例である。以下、図１４及び図１５を参照しつつ説明する。
【００７８】
図１４及び図１５は、第３変形例に係る温度測定方法の説明図である。
図１４（ａ）は、波形としてランプ波を用いたときの励起光の波形を示す図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示す強度−時間信号を高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
図１５（ａ）は、波形として矩形波を用いたときの励起光の波形を示す図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示す強度−時間信号を高速フーリエ変換した周波数領域信号である。
【００７９】
図１４（ｂ）及び図１５（ｂ）に示すように、ランプ波又は矩形波を波形として用いた場合、規則正しく配列された複数の周波数成分を得ることができる。また、図１３（ｂ）に示した三角波の場合と比較して、強度最大の周波数成分と他の周波数成分との強度差が小さくなる。
したがって、ランプ波又は矩形波を用いて励起光を変調することで、計測される蛍光においても複数の周波数成分を観測することができ、複数の周波数成分の組み合わせから適宜選択して周波数変化量Δｆを設定することが可能である。よって、蛍光体２０の特性や測定温度範囲、温度変化速度に合わせて、周波数変化量Δｆの設定を変更し、最適化することができる。これにより、より安定で精度が出せる条件の下で温度測定を行うことが可能となる。
また本例は、第１変形例のような正弦波の合成処理が困難である場合に有効である。
【００８０】
＜第４変形例＞
第４変形例は、第４実施形態の温度測定方法において、温度測定を繰り返す中で励起光の変調周波数を変更する温度測定方法である。
【００８１】
図１６は、第４変形例に係る温度測定方法における変調周波数の変位を示す説明図である。図１６において、横軸は測定温度領域（℃）、縦軸は励起光の変調周波数（Ｈｚ）である。
【００８２】
本例の温度測定方法では、図１６に示すように、被検物５０の温度が属する測定温度領域に応じて、励起光の変調周波数を切り替える。具体的には、被検物５０の温度が、０℃以上ｔ１℃以下の範囲に属する場合には、周波数ｆｔ０の正弦波で変調した励起光を蛍光体２０に照射して蛍光の測定を行い、ｔ１℃以上ｔ２℃以下の範囲に属する場合には、周波数２ｆｔ０の正弦波で変調した励起光を蛍光体２０に照射して蛍光の測定を行う。
【００８３】
図１１（ａ）に示したように、蛍光１の波形よりも蛍光２の波形の方が励起光の波形に近い。すなわち、測定温度が高いほど蛍光の周波数成分と励起光の周波数成分ｆｔ０との差が小さくなる。これは、温度が上昇すると蛍光体２０の応答が速くなるためである。そして、励起光の周波数成分ｆｔ０と蛍光の周波数成分との差が小さくなると、相対的にばらつきが大きくなり、温度測定の精度が低下する。
【００８４】
そこで、本例では、測定温度が一定温度以上となったときに、励起光の変調周波数をより高い周波数に変更する。これにより、励起光の変動に対する蛍光の追従が遅れるため、励起光の周波数ｆｔ０に対する蛍光の周波数成分との差が大きくなり、温度測定の精度を維持することができる。
【００８５】
なお、本例では２種類の変調周波数を切り替えることとしたが、３種類以上の変調周波数を切り替えて用いることとしてもよい。また、変調周波数を切り替えるのではなく、波形の関数（正弦波、矩形波、三角波、ランプ波等の波形形状、あるいは、変調度などの変調パラメータ）を測定温度に応じて切り替えることとしてもよい。また、測定温度が高くなったときにより高い変調周波数に切り替えることとしたが、蛍光材料の物性や応答性、重要な測定温度範囲などを勘案して、測定温度が高くなったときに変調周波数を下げる場合もあり得る。
【００８６】
（適用例）
図１７は、上記各実施形態の蛍光温度計の一適用例であるプラズマ処理装置を示す図である。
プラズマ処理装置１００は、真空チャンバー１０２と、下部電極１０３と、静電チャック装置１０４と、上部電極１０５とを有する。被処理物であるウェハＷは静電チャック装置１０４上に載置される。ウェハＷは、静電チャック装置１０４に備えられた図示略の内部電極への直流電圧印加による静電力により吸着固定される。
【００８７】
上部電極１０５は、プラズマ処理装置１００がプラズマエッチング装置である場合には、エッチングガスを供給する貫通孔が形成されたシャワープレート状に形成される。プラズマエッチング装置においては、下部電極１０３への高周波電圧の印加により上部電極１０５との間に活性なラジカルを発生させ、かかるラジカルをウェハＷ表面に作用させることでエッチング処理を行う。
またプラズマ処理装置１００がスパッタ装置である場合には、上部電極１０５上に図示略のターゲットが取り付けられ、上部電極への直流電圧又は高周波電圧の印加により発生させたプラズマによりターゲットから成膜粒子を叩き出し、ウェハＷ上に堆積させる。
【００８８】
プラズマ処理装置１００において、下部電極１０３及び静電チャック装置１０４の一部には、装置外から通じる挿入孔１０８が形成されており、静電チャック装置１０４裏面の挿入孔１０８の突き当たり部分に、蛍光体２０が設けられている。そして、装置外に配置された蛍光温度計１０から延びる導光体１０７が挿入孔１０８に挿入され、導光体１０７の先端が蛍光体２０に突き当てられている。
【００８９】
蛍光温度計１０は、図１に示した励起部１１から射出される励起光を導光体１０７を介して蛍光体２０に照射するとともに、蛍光体２０から発せられる蛍光を導光体１０７を介して蛍光検出部１２へ入射させ、蛍光の強度−時間信号を計測する。取得された蛍光の強度−時間信号は制御部１３に入力される。制御部１３は、先に記載のいずれかの実施形態の温度計測方法により温度を算出する。
以上の動作により、静電チャック装置１０４の表層部の温度を計測することができる。
【００９０】
以上の構成を備えたプラズマ処理装置によれば、先に記載の各実施形態の蛍光温度計を備えていることで、ウェハＷの温度を高精度に測定することができる。また、各実施形態の温度計測方法を適宜選択することにより、速い温度変化に対して良好に追従する温度測定や、ノイズや電源電圧変動の影響を受けにくい温度測定を実施することも可能である。
【００９１】
上記では、先に記載の各実施形態の蛍光温度計をプラズマ処理装置に用いた場合について説明したが、かかる構成に限定されるものではなく、蛍光体を設置可能あれば任意の被検物に設置することが可能である。
特に、先の実施形態の蛍光温度計では、ノイズや電源電圧変動の影響を受けにくい温度測定が可能であるため、従来は温度測定が困難であった高電界環境や高磁界環境においても高精度の温度測定が可能である。例えば、変圧装置内部や発電機内部、避雷器などの温度計測や、ＭＲＩ（核磁気共鳴画像法）測定環境における温度計測にも好適に用いることができる。
また、前述の各実施形態では照射光及び蛍光の変化時間を秒（ｓ：ＳＥＣ）の単位で例示したが、ｍｓやμｓの変化時間等、異なる変化時間であってもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１０…蛍光温度計、１１…励起部（励起手段）、１２…蛍光検出部（蛍光検出手段）、１４…信号変換部（信号変換手段）、１５…温度算出部（温度算出手段）、２０…蛍光体、５０…被検物、Ｓ１１…蛍光検出ステップ、Ｓ１２…信号変換ステップ、Ｓ１３…温度算出ステップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強度変調された励起光を蛍光体に照射し前記蛍光体を励起する励起ステップと、
励起された蛍光体から発せられる蛍光を検出する蛍光検出ステップと、
前記蛍光検出ステップで検出された前記蛍光の強度−時間信号を、時間領域信号から周波数領域信号に変換する信号変換ステップと、
前記周波数領域信号における所定の周波数成分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する温度算出ステップと、
を有することを特徴とする温度計測方法。
【請求項２】
前記温度算出ステップにおいて、２つの周波数成分の差分又は平均の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する、請求項１に記載の温度計測方法。
【請求項３】
前記温度算出ステップにおいて、前記励起光の周波数に対する前記周波数成分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する、請求項１に記載の温度計測方法。
【請求項４】
前記温度算出ステップにおいて、強度が最大となる前記周波数成分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する、請求項１に記載の温度計測方法。
【請求項５】
前記信号変換ステップにおいて、前記蛍光の強度−時間信号の一部のみを抽出して周波数領域信号に変換する、請求項１から４のいずれか１項に記載の温度計測方法。
【請求項６】
前記信号変換ステップにおいて、前記蛍光の強度−時間信号の複数の部分を抽出し、抽出した各々の信号成分を周波数領域信号に変換し、
前記温度算出ステップにおいて、各々の前記信号成分から得られた前記周波数領域信号の差分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する、
請求項５に記載の温度計測方法。
【請求項７】
前記信号変換ステップにおいて、高速フーリエ変換により前記蛍光の強度−時間信号を変換する、請求項１から６のいずれか１項に記載の温度計測方法。
【請求項８】
前記励起ステップにおいて、単一周波数の波形に強度変調された励起光を前記蛍光体に照射する、請求項１に記載の温度計測方法。
【請求項９】
前記温度算出ステップにおいて、前記励起光の周波数成分と、前記蛍光の周波数成分との差分又は平均の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する、請求項８に記載の温度計測方法。
【請求項１０】
前記励起ステップにおいて、第１周波数、及び前記第１周波数と異なる第２周波数を含む波形に強度変調された励起光を前記蛍光体に照射する、請求項１に記載の温度計測方法。
【請求項１１】
前記温度算出ステップにおいて、前記第１周波数及び第２周波数と、前記蛍光の一又は複数の周波数成分との差分又は平均の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する、請求項１０に記載の温度計測方法。
【請求項１２】
前記励起ステップから前記温度算出ステップまでの一連の温度測定ステップを繰り返し実行するに際して、
第１の前記温度測定ステップと第２の前記温度測定ステップとの間で、前記励起ステップにおいて前記蛍光体に照射する励起光の変調態様を異ならせる、請求項８から１１のいずれか１項に記載の温度計測方法。
【請求項１３】
変調の周波数が異なる複数の励起光を用いる、請求項１２に記載の温度計測方法。
【請求項１４】
変調の関数が異なる複数の励起光を用いる、請求項１２に記載の温度計測方法。
【請求項１５】
第１の前記温度測定ステップと第２の前記温度測定ステップとの間に、当該温度計測方法による温度測定の状況に応じて前記複数の励起光の切替を行う励起光切替ステップを有する、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の温度計測方法。
【請求項１６】
強度変調された励起光を蛍光体に照射し前記蛍光体を励起する励起手段と、
蛍光体への光照射によって前記蛍光体から発せられる蛍光を検出する蛍光検出手段と、
前記蛍光検出手段で検出された前記蛍光の強度−時間信号を、時間領域信号から周波数領域信号に変換する信号変換手段と、
前記周波数領域信号における所定の周波数成分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する温度算出手段と、
を有し、請求項１から１５に記載のいずれかの方法で温度を算出することを特徴とする蛍光温度計。
【請求項１７】
前記温度算出手段は、前記周波数領域信号を構成する２つの周波数成分の差分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する、請求項１６に記載の蛍光温度計。
【請求項１】
強度変調された励起光を蛍光体に照射し前記蛍光体を励起する励起ステップと、
励起された蛍光体から発せられる蛍光を検出する蛍光検出ステップと、
前記蛍光検出ステップで検出された前記蛍光の強度−時間信号を、時間領域信号から周波数領域信号に変換する信号変換ステップと、
前記周波数領域信号における所定の周波数成分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する温度算出ステップと、
を有することを特徴とする温度計測方法。
【請求項２】
前記温度算出ステップにおいて、２つの周波数成分の差分又は平均の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する、請求項１に記載の温度計測方法。
【請求項３】
前記温度算出ステップにおいて、前記励起光の周波数に対する前記周波数成分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する、請求項１に記載の温度計測方法。
【請求項４】
前記温度算出ステップにおいて、強度が最大となる前記周波数成分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する、請求項１に記載の温度計測方法。
【請求項５】
前記信号変換ステップにおいて、前記蛍光の強度−時間信号の一部のみを抽出して周波数領域信号に変換する、請求項１から４のいずれか１項に記載の温度計測方法。
【請求項６】
前記信号変換ステップにおいて、前記蛍光の強度−時間信号の複数の部分を抽出し、抽出した各々の信号成分を周波数領域信号に変換し、
前記温度算出ステップにおいて、各々の前記信号成分から得られた前記周波数領域信号の差分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する、
請求項５に記載の温度計測方法。
【請求項７】
前記信号変換ステップにおいて、高速フーリエ変換により前記蛍光の強度−時間信号を変換する、請求項１から６のいずれか１項に記載の温度計測方法。
【請求項８】
前記励起ステップにおいて、単一周波数の波形に強度変調された励起光を前記蛍光体に照射する、請求項１に記載の温度計測方法。
【請求項９】
前記温度算出ステップにおいて、前記励起光の周波数成分と、前記蛍光の周波数成分との差分又は平均の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する、請求項８に記載の温度計測方法。
【請求項１０】
前記励起ステップにおいて、第１周波数、及び前記第１周波数と異なる第２周波数を含む波形に強度変調された励起光を前記蛍光体に照射する、請求項１に記載の温度計測方法。
【請求項１１】
前記温度算出ステップにおいて、前記第１周波数及び第２周波数と、前記蛍光の一又は複数の周波数成分との差分又は平均の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する、請求項１０に記載の温度計測方法。
【請求項１２】
前記励起ステップから前記温度算出ステップまでの一連の温度測定ステップを繰り返し実行するに際して、
第１の前記温度測定ステップと第２の前記温度測定ステップとの間で、前記励起ステップにおいて前記蛍光体に照射する励起光の変調態様を異ならせる、請求項８から１１のいずれか１項に記載の温度計測方法。
【請求項１３】
変調の周波数が異なる複数の励起光を用いる、請求項１２に記載の温度計測方法。
【請求項１４】
変調の関数が異なる複数の励起光を用いる、請求項１２に記載の温度計測方法。
【請求項１５】
第１の前記温度測定ステップと第２の前記温度測定ステップとの間に、当該温度計測方法による温度測定の状況に応じて前記複数の励起光の切替を行う励起光切替ステップを有する、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の温度計測方法。
【請求項１６】
強度変調された励起光を蛍光体に照射し前記蛍光体を励起する励起手段と、
蛍光体への光照射によって前記蛍光体から発せられる蛍光を検出する蛍光検出手段と、
前記蛍光検出手段で検出された前記蛍光の強度−時間信号を、時間領域信号から周波数領域信号に変換する信号変換手段と、
前記周波数領域信号における所定の周波数成分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する温度算出手段と、
を有し、請求項１から１５に記載のいずれかの方法で温度を算出することを特徴とする蛍光温度計。
【請求項１７】
前記温度算出手段は、前記周波数領域信号を構成する２つの周波数成分の差分の変化量に基づいて前記蛍光体の温度を算出する、請求項１６に記載の蛍光温度計。
【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】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【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】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−２１１８４８（Ｐ２０１２−２１１８４８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７８０２６（Ｐ２０１１−７８０２６）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５９４１９９４９６）株式会社スミテック (2)
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５９４１９９４９６）株式会社スミテック (2)
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
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