JP2002062197A

JP2002062197A - 温度計測装置及び温度計測方法

Info

Publication number: JP2002062197A
Application number: JP2000252121A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Tanaka; 康資田中; Kenshiro Uchida; 研四郎内田
Original assignee: RUSHIIRU KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: RUSHIIRU KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2000-08-23
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2002-02-28

Abstract

(57)【要約】【課題】被計測対象物の温度を非接触で計測すること
ができると共に、被計測対象物及び計測環境に関してあ
まり制約のない温度計測装置を提供する。【解決手段】レーザ発振装置１０から発せられたレー
ザ光は、入射光学系２０を介して被計測対象物２に入射
し、散乱される。被計測対象物２で散乱した光のうち出
射光学系３０に向かって進むものはフィルタ４０に導か
れる。フィルタ４０は、散乱光のうちレーザ発振装置１
０からのレーザ光の波長と略同じ波長の光の強度を減少
させるものである。フィルタ４０を通過した散乱光は、
分光器５０で各波長の光に分光された後、検出器６０に
導かれる。検出器６０は、各波長の光についての強度を
検出する。コンピュータ７０は、検出器６０で検出され
た光の強度に基づいてストークス光の強度及び反ストー
クス光の強度を求め、それらの強度の比を用いて被計測
対象物２の温度を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被計測対象物に触
れずに、離れた位置から被計測対象物の温度を計測する
温度計測装置及び温度計測方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在使用されている温度計は、接触型温
度計と非接触型温度計とに大別される。接触型温度計に
は、例えば、熱伝導を利用した体温計や寒暖計、熱起電
力を利用した熱電対などがある。また、非接触型温度計
には、代表的なものとして、熱放射（赤外線）を利用し
た赤外線温度計がある。赤外線温度計は、被計測対象物
から放射されている赤外線のうち特定の波長の赤外線の
エネルギーを測定することにより、プランクの放射法則
を用いて被計測対象物の温度を計測するものである。か
かる赤外線温度計は、被計測対象物が遠く離れた場所や
危険で近づけない場所に存在していたとしても、その被
計測対象物に影響を与えることなく、瞬時に温度を計測
できるという利点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、赤外線温度
計では、室温付近から低温にかけての温度計測が困難で
あり、低温の被計測対象物については温度を正確に計測
することができない。また、背景の熱放射の影響を受け
る場合にも、温度を正確に計測することができない。例
えば、白熱電球をつけた状況下で被計測対象物の温度を
計測するような場合である。かかる場合には、その白熱
電球を消して温度計測を行う必要がある。また、ガラス
を通して被計測対象物の温度を計測する場合、ガラスは
ある波長域の赤外線を吸収する性質を有しているため、
その波長域の赤外線を使用する赤外線温度計では、被計
測対象物の温度を計測することができず、ガラスの温度
を計測してしまう。さらに、赤外線温度計は、通常、セ
ンチメートルのオーダの空間分解能しかなく、ミリメー
トルのオーダで被計測対象物の温度分布を計測すること
ができない。

【０００４】このように、赤外線温度計では、非接触で
簡単に温度を計測できるという利点がある一方、被計測
対象物及び計測環境に関してさまざまな制約があるの
で、応用が効かないという欠点がある。このため、被計
測対象物の温度を非接触で計測することができると共
に、被計測対象物及び計測環境に関してあまり制約のな
い温度計測装置の実現が望まれている。

【０００５】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、被計測対象物の温度を非接触で計測することが
できると共に、被計測対象物及び計測環境に関してあま
り制約のない温度計測装置及び温度計測方法を提供する
ことを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明に係る温度計測装置は、単色光を被計測対象
物に向けて発する光源と、前記被計測対象物で散乱され
た光を分光する分光手段と、前記分光手段で分光された
各波長の光についての強度を検出する検出手段と、前記
検出手段で検出された光の強度に基づいてストークス光
の強度及び反ストークス光の強度を求め、その求めたス
トークス光の強度と反ストークス光の強度の比を用いて
前記被計測対象物の温度を算出する温度演算手段と、を
具備することを特徴とするものである。

【０００７】また、その温度計測装置において、前記被
計測対象物で散乱された光のうち前記光源から発せられ
た光の波長と略同じ波長の光の強度を減少させるフィル
タ手段を設け、前記分光手段は前記フィルタ手段を通過
した光を分光することを特徴とするものである。

【０００８】上記の目的を達成するための本発明に係る
温度計測装置は、単色光を被計測対象物に向けて発する
光源と、前記被計測対象物で散乱された光のうち前記光
源から発せられた光の波長と略同じ波長の光の強度を減
少させるフィルタ手段と、前記フィルタ手段を通過した
光を二つの光に分岐するビームスプリッタと、前記ビー
ムスプリッタで分岐された一方の光のうちストークス光
を取り出すストークス光用フィルタ手段と、前記ストー
クス光用フィルタ手段により取り出されたストークス光
についての強度を検出する第一検出手段と、前記ビーム
スプリッタで分岐された他方の光のうち反ストークス光
を取り出す反ストークス光用フィルタ手段と、前記反ス
トークス光用フィルタ手段により取り出された反ストー
クス光についての強度を検出する第二検出手段と、前記
第一検出手段で検出されたストークス光の強度と前記第
二検出手段で検出された反ストークス光の強度の比を用
いて前記被計測対象物の温度を算出する温度演算手段
と、を具備することを特徴とするものである。

【０００９】上記の目的を達成するための本発明に係る
温度計測方法は、光源から被計測対象物に向けて単色光
を発し、前記被計測対象物で散乱された光を分光し、そ
の分光された各波長の光についての強度を検出した後、
その検出された光の強度に基づいてストークス光の強度
及び反ストークス光の強度を求め、その求めたストーク
ス光の強度と反ストークス光の強度の比を用いて被計測
対象物の温度を算出することを特徴とするものである。

【００１０】また、その温度計測方法において、前記被
計測対象物で散乱された光のうち前記光源から発せられ
た光の波長と略同じ波長の光の強度をフィルタ手段によ
り減少させた後、前記被計測対象物で散乱された光を分
光することを特徴とするものである。上記の目的を達成
するための本発明に係る温度計測方法は、光源から被計
測対象物に向けて単色光を発し、前記被計測対象物で散
乱された光のうち前記光源から発せられた光の波長と略
同じ波長の光の強度をフィルタ手段により減少させ、前
記フィルタ手段を通過した光を二つの光に分岐した後、
前記分岐された一方の光のうちストークス光を取り出し
てストークス光についての強度を検出すると共に、前記
分岐された他方の光のうち反ストークス光を取り出して
反ストークス光についての強度を検出し、その検出した
ストークス光の強度と反ストークス光の強度の比を用い
て前記被計測対象物の温度を算出することを特徴とする
ものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態
である温度計測装置の概略構成図である。

【００１２】本実施形態の温度計測装置は、図１に示す
ように、光源としてのレーザ発振装置１０と、入射光学
系２０と、出射光学系３０と、フィルタ４０と、分光器
５０と、検出器６０と、コンピュータ７０とを備えるも
のである。かかる温度計測装置は、ラマン効果を利用し
て被計測対象物２の温度を非接触で計測するものであ
る。

【００１３】ここで、ラマン効果について簡単に説明す
る。ラマン効果とは、振動数ν₀ の光を物質に入射した
ときに、振動数ν₀ の散乱光（レイリー散乱光）の他に
ν₀と異なる振動数の散乱光（ラマン散乱光）が観測さ
れる現象である。このラマン効果は、光子と分子との間
でエネルギーのやりとりが行われるために起こる。光子
のエネルギーが二つの準位間のエネルギー差ΔＥだけ変
化すると、光の振動数はΔν＝ΔＥ／ｈだけ変化し、こ
の振動数の変化Δνは入射光の振動数ν₀ には依存しな
い。ここで、ｈはプランク定数である。このとき、光子
が分子にエネルギーｈΔνを与えて、入射振動数ν₀ よ
り小さい振動数ν₀ −Δνをもって散乱される光をスト
ークス光という。逆に、光子が分子からエネルギーｈΔ
νを得て、大きい振動数ν₀ ＋Δνをもって散乱される
光を反ストークス光という。一般に、反ストークス光の
強度はストークス光の強度よりも小さい。

【００１４】図２はある物質に振動数ν₀ の光を入射し
たときに得られる散乱光のスペクトルの一例を示す図で
ある。図２において、横軸は振動数、縦軸は散乱光の強
度を表す。入射振動数ν₀ に対して−Δνのところにス
トークス光が現れ、入射振動数ν₀ に対して＋Δνのと
ころに反ストークス光が現れている。かかるストークス
光の振動数や強度を測定することにより、物質の物性を
調べることができる。また、ストークス光と反ストーク
ス光の強度比から温度を求めることができる。すなわ
ち、光子と分子とのエネルギーの授受が分子の振動エネ
ルギーに関係する場合（振動ラマン散乱）には、ストー
クス光の強度をＩ_S 、反ストークス光の強度をＩ_A 、温
度をＴとすると、ストークス光と反ストークス光の強度
比は、Ｉ_S ／Ｉ_A ＝｛（ν₀ −Δν_v ）⁴ ／（ν₀ ＋Δν_v ）
⁴ ｝× exp｛ｈΔν_v ／ｋＴ｝で与えられる。ここで、Δν_v は振動ラマンシフト振動
数、ｋはボルツマン定数である。また、光子と分子との
エネルギーの授受が分子の回転エネルギーに関係する場
合（回転ラマン散乱）にも、ここでは具体的な関係式を
省略するが、ストークス光と反ストークス光の強度比は
温度の関数として与えられる。一般には、Ｆを温度の関
数として、Ｉ_S ／Ｉ_A ＝Ｆ（Ｔ）・・・・・（１）表すことができる。本実施形態の温度計測装置では、ス
トークス光の強度Ｉ_S と反ストークス光の強度Ｉ_A とを
測定し、これらの強度の比Ｉ_S ／Ｉ_A を用いて被計測対
象物２の温度を計測する。

【００１５】次に、本実施形態の温度計測装置の各部を
説明する。レーザ発振装置１０は、一定振幅の連続出力
を発生するもの（ＣＷレーザ）である。ＣＷレーザとし
て、例えば、Ａｒ⁺ レーザ、ＨｅＮｅレーザ、ＹＡＧレ
ーザ等を用いることができる。ここでは、Ａｒ⁺ レーザ
を用いる。このレーザ光の波長は５１４．５ｎｍ（緑
色）である。

【００１６】入射光学系２０は、レーザ発振装置１０か
ら発せられたレーザ光を被計測対象物２に導くものであ
る。具体的に、入射光学系２０は、レンズ、ミラー、光
ファイバ、窓材等で構成される。この入射光学系２０に
より、レーザ光のスポット径を広げたり、縮めたりする
ことができる。こうして、レーザ光は入射光学系２０を
介して被計測対象物２に入射し、散乱される。その被計
測対象物２で散乱された光のうち出射光学系３０に向か
って進む散乱光は、出射光学系３０に入射する。

【００１７】出射光学系３０は、被計測対象物２で散乱
された光をフィルタ４０に導くものである。この出射光
学系３０も、入射光学系２０と同様に、レンズ、ミラ
ー、光ファイバ、窓材等で構成される。この出射光学系
３０により、例えば、光のスポット径や光量等を調整し
て、フィルタ４０に入射させることができる。

【００１８】ところで、本実施形態の温度計測装置で
は、式（１）に基づいて温度Ｔを計測するので、ストー
クス光の強度Ｉ_S と反ストークス光の強度Ｉ_A の両者を
求める必要がある。このとき、レイリー散乱光の強度は
ストークス光の強度Ｉ_S と反ストークス光の強度Ｉ_A よ
りも非常に大きいので、このままでは、ストークス光の
強度Ｉ_S 及び反ストークス光の強度Ｉ_A を同時に計測す
ることは困難である。

【００１９】従来より、ラマン散乱光の波長や強度を測
定する専用の装置としてラマン分光装置がある。かかる
ラマン分光装置は、通常、ストークス光及び反ストーク
ス光のうちいずれか一方の強度を求めて、物質の物性を
調べるのを目的としているが、ストークス光の強度と反
ストークス光の強度の両者を計測する場合もある。この
場合には、主に、次の二つの方法で強度の測定が行われ
ていた。すなわち、第一の方法は、例えば、まずストー
クス光の強度を計測し、その後に反ストークス光の強度
を計測する方法である。第二の方法は、散乱光を分光
し、その分光した光をＣＣＤアレイ検出器で検出する場
合、そのＣＣＤアレイ検出器のうち入射振動数に対応す
るＣＣＤの部分を機械的に目隠して、散乱光からレイリ
ー散乱光を取り除く方法である。これにより、ストーク
ス光の強度と反ストークス光の強度を同時に計測するこ
とができる。しかし、第一の方法では、ストークス光と
反ストークス光の強度を別々に計測するため、その計測
に時間と手間がかかってしまう。しかも、その計測作業
をしている間、レーザ光を被計測対象物に当てているの
で、被計測対象物の表面が焼けたりして、その状態が変
化し、その結果、計測結果に大きな誤差を含むことがあ
る。一方、第二の方法では、所定のＣＣＤの部分に機械
的な目隠しを施したことにより、レイリー散乱光がその
目隠しの部分で散乱し、その散乱光が他のＣＣＤに入射
してしまうので、ストークス光及び反ストークス光の強
度を正確に計測できなくなってしまう。このように、ラ
マン分光装置で用いられていた方法をそのまま本実施形
態の温度計測装置に適用することには問題がある。

【００２０】本実施形態では、かかる問題を解消するた
めに、特に、出射光学系３０と分光器５０との間にフィ
ルタ４０を設けることにしている。かかるフィルタ４０
は、被計測対象物２で散乱された光のうちレーザ光の波
長と略同じ波長の光の強度を大きく減少させるものであ
る。被計測対象物２で散乱された散乱光には、レイリー
散乱光、ラマン散乱によるストークス光及び反ストーク
ス光が含まれる。レイリー散乱は弾性散乱であり、レイ
リー散乱光は入射光と同じ波長（振動数）を持つ。この
ため、散乱光がフィルタ４０を通過することにより、レ
イリー散乱光の強度だけを大きく減少させることができ
る。実際、このレイリー散乱光は、被計測対象物２の温
度を求める際に必要のないものである。ここで、フィル
タ４０として、例えば、現在市販されているノッチフィ
ルタ（notch filter）を用いることができる。

【００２１】分光器５０は、フィルタ４０を介して入射
した散乱光を、各波長の光に分光するものである。この
分光器５０としては市販品を使用することができる。フ
ィルタ４０を通過した散乱光には、レイリー散乱光の強
度が大きく減じられているので、この分光器５０で分光
された光には、ラマンシフトゼロのところにレイリー散
乱光の大きなピークが現れない。そして、分光器５０で
分光された光は、検出器６０に入る。この検出器６０と
しては、通常のＣＣＤアレイ検出器を用いることができ
る。かかる検出器６０では、各ＣＣＤが分光器５０で分
光された方向に沿って配置されており、各波長の光が所
定のＣＣＤに入射することになる。これにより、検出器
６０は、分光器５０で分光された各波長の光の強度を検
出することができる。

【００２２】コンピュータ７０は、レーザ発振装置１０
の動作を制御したり、検出器６０から送られる検出結果
に基づいて被計測対象物２の温度を計測する処理を行
う。すなわち、コンピュータ７０は、本発明の温度演算
手段の役割を果たす。具体的には、コンピュータ７０
は、まず、検出器６０から送られる検出結果に基づいて
各波長に対する光の強度をプロットすることにより、光
の強度分布を得る。そして、その光の強度分布からスト
ークス光の強度Ｉ_S と反ストークス光の強度Ｉ_A を求め
た後、その求めた強度の比Ｉ_S ／Ｉ_A を用いて、式
（１）により被計測対象物２の温度を算出する。

【００２３】尚、フィルタ４０や分光器５０の特性は、
実際に使用する機器によって異なる。このため、式
（１）を用いて温度を算出する際には、求めたストーク
ス光の強度Ｉ_S 及び反ストークス光の強度Ｉ_A を補正す
る必要がある。そこで、実際には、コンピュータ７０
は、式（１）の代わりに、その左辺に装置関数を乗じた
もの、すなわち、（装置関数）×Ｉ_S ／Ｉ_A ＝Ｆ（Ｔ）・・・・・（２）により被計測対象物２の温度を算出する。この装置関数
がストークス光の強度Ｉ _S 及び反ストークス光の強度Ｉ
_A を補正する因子である。

【００２４】次に、本実施形態の温度計測装置をおい
て、被計測対象物２の温度を計測する処理手順について
説明する。

【００２５】まず、準備作業として、オペレータは、レ
ーザ光が被計測対象物２の所定部分に当たるように、レ
ーザ発振装置１０の向きを調整する。また、レーザ光が
その部分の大きさに対応するスポット径を有するよう
に、入射光学系２０を調整する。

【００２６】ところで、例えば、被計測対象物２がレー
ザ光をよく透過するような性質のものである場合には、
当然、ラマン散乱が起こりにくく、その被計測対象物２
の温度を正確に計測できないことがある。このような場
合には、図１に示したように、被計測対象物２のうち温
度を計測しようとする部分に所定のマーカ４を付し、そ
のマーカ４にレーザ光を入射させるようにする。ここ
で、マーカ４としては、当該レーザ光を入射させたとき
にラマン散乱が起こりやすい材料を用いて作成したもの
を使用する。例えば、半導体で作成したマーカ４であ
る。また、マーカ４は通常、被計測対象物２に貼り付け
て用いられるが、当該材料を被計測対象物２に蒸着させ
たものをマーカ４として用いてもよい。

【００２７】こうして準備作業が終了した後、オペレー
タがコンピュータ７０の画面上で処理を開始する旨のボ
タンを押すと、温度計測処理が開始される。まず、レー
ザ発振装置１０は連続発振のレーザ光を発する。このと
き、レーザ発振装置１０から発せられたレーザ光は、入
射光学系２０を介して被計測対象物２の所定部分に入射
し、散乱される。この散乱光には、レイリー散乱光の
他、ラマン散乱によるストークス光や反ストークス光が
含まれる。そして、その被計測対象物２で散乱した散乱
光のうち出射光学系３０に向かって進むものは、フィル
タ４０に導かれる。このフィルタ４０では、入射振動数
を持つレイリー散乱光の強度が大きく減じられることに
なる。そして、フィルタ４０を通過した散乱光は、分光
器５０で各波長の光に分光された後、検出器６０に導か
れる。この検出器６０では、分光器５０で分光された各
波長の光についての強度が検出される。ここで、検出器
６０に導かれた散乱光にはレイリー散乱光がほとんど含
まれておらず、検出器６０では、主として、ストークス
光と反ストークス光の強度に関する情報が得られる。こ
の検出器６０で検出された光の強度に関する情報は、コ
ンピュータ７０に送られる。

【００２８】その後、コンピュータ７０は、検出器６０
で検出された光の強度に関する情報に基づいてストーク
ス光の強度Ｉ_S と反ストークス光の強度Ｉ_A を求める。
このように、本実施形態では、フィルタ４０により散乱
光からレイリー散乱光を取り除いているため、分光器５
０、検出器６０及びコンピュータ７０を用いて、ストー
クス光の強度Ｉ_S と反ストークス光の強度Ｉ_A を同時に
且つ簡易に得ることができる。そして、コンピュータ７
０は、こうして得られたストークス光の強度Ｉ _S と反ス
トークス光の強度Ｉ_A の比を求め、その強度の比から式
（１）又は式（２）を用いて被計測対象物２の温度を算
出する。この算出結果は、コンピュータ７０の表示装置
の画面上に表示される。

【００２９】本実施形態の温度計測装置では、ストーク
ス光の強度及び反ストークス光の強度を求め、その求め
たストークス光の強度と反ストークス光の強度の比を用
いて被計測対象物の温度を算出することにより、温度を
非接触で計測することができる。このようなラマン効果
を利用した温度計測専用の装置はこれまでなかったもの
である。

【００３０】また、本実施形態の温度計測装置では、レ
ーザ光を用いたことにより、レーザ光のスポット径を容
易に調整して、被計測対象物の計測位置についてミリオ
ーダの空間分解能を出すことができる。しかも、使用す
るレーザ光の波長等を変えることにより、どのような被
計測対象物及び計測環境等に対しても柔軟に対応できる
という利点がある。すなわち、レーザ光としては、上記
の実施形態で説明したように、波長５１４．５ｎｍ（緑
色）のレーザ光だけでなく、他の波長のものを用いるこ
とができる。これは、ラマン効果が入射光の振動数に無
関係だからである。このため、例えば、被計測対象物と
温度計測装置との間に、可視光をあまり透過しない材料
で作られた窓部が存在している場合には、赤外領域の波
長のレーザ光を用いることにより、その窓部を介してレ
ーザ光を被計測対象物に当てて、その温度を計測するこ
とができる。また、室内の照明装置から発せられる光の
パワーが強く、その影響により被計測対象物の温度を正
確に計測できない場合には、レーザ光として、その照明
装置が発する光の波長を避けたところの帯域の波長の
光、例えば紫外領域の波長のレーザ光を用いるようにす
ればよい。但し、当然のことながら、レーザ光の波長を
変えたときには、フィルタとして、その変更後の波長の
光を遮断するものを用いる必要がある。また、レーザ発
振装置としては、連続発振のレーザ光を発するものだけ
でなく、例えば、断続するパルス波形出力を発生するも
の（パルスレーザ）を用いることができる。さらに、レ
ーザ発振装置として、レーザ光のパワーを自由に調整で
きるものを用いることができる。例えば、低温の被計測
対象物についてその温度を計測する場合、その反ストー
クス光の強度は小さいので、高パワーのレーザ光を被計
測対象物に入射させることにより、反ストークス光の強
度を容易に求めることができる。このように、本実施形
態の温度計測装置では、光源の選択に大きな自由度があ
り、いろいろな応用が可能である。この点で、使用でき
る波長が決まっている赤外線温度計とは異なる。

【００３１】更に、本実施形態の温度計測装置では、被
計測対象物で散乱された光のうち光源から発せられた光
の波長と略同じ波長の光の強度を減少させるフィルタを
設けたことにより、ストークス光と反ストークス光の強
度を同時に且つ簡易に求めることができ、したがって、
赤外線温度計のように簡単に温度を計測することができ
る。ところで、低温になると、ストークス光と反ストー
クス光の強度は小さくなる。しかも、反ストークス光は
絶対零度で消えてしまう。しかし、本実施形態では、フ
ィルタを設けたことにより、例えば、１０Ｋというよう
な低温の被計測対象物であっても、レイリー散乱光の影
響を受けずにストークス光と反ストークス光の強度を求
めて、被計測対象物の温度を計測することができる。一
方、高温の場合には、装置自体が熱の影響を受けない限
り、どんな高温の被計測対象物でも温度を計測すること
ができる。このため、本実施形態の温度計測装置は、絶
対零度を除き、極低温から高温まで非常に広い範囲で温
度を計測することができる。

【００３２】本実施形態の温度計測装置は、特に、熱電
対での温度計測が困難な場所や赤外線温度計の適用が困
難な場所に存在する被計測対象物についての温度を計測
する場合に用いるのに好適である。尚、本発明は上記の
実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内
において種々の変形が可能である。

【００３３】上記の実施形態では、光源としてレーザ発
振装置を用いた場合について説明したが、一般に、光源
としては、レーザ発振装置に限らず、単色光を発するも
のであれば、どのようなものでも用いることができる。
例えば、水銀ランプ等でもよい。また、いろいろな波長
の光を発する光源を用いる場合には、入射光学系で所定
の波長の光だけを選別し、その選別した光だけを被計測
対象物に照射するようにしてもよい。

【００３４】また、上記の実施形態では、出射光学系と
分光器との間にフィルタを設け、散乱光からレイリー散
乱光を取り除く場合について説明した。しかし、検出器
として、極微弱光検出に優れたものを使用することによ
り、かかるフィルタを設けなくとも、ストークス光の強
度と反ストークス光の強度とを求めることが可能であ
る。

【００３５】更に、本発明の温度計測装置としては、図
３に示すような構成を採ることも可能である。図３は本
発明の温度計測装置の変形例を示す概略構成図である。
図３に示す温度計測装置は、単色光を発する光源（不図
示）と、フィルタ４０と、ビームスプリッタ１１０と、
ストークス光用バンドパスフィルタ１２０と、反ストー
クス光用バンドパスフィルタ１３０と、第一の検出器１
４０と、第二の検出器１５０と、コンピュータ７０とを
備えるものである。尚、変形例の温度計測装置の各構成
要素うち上記の実施形態で説明したものと同様の機能を
有するものには同一の符号を付すことによりその詳細な
説明を省略する。

【００３６】光源としては、上記の実施形態と同様に、
例えば、Ａｒ⁺ レーザ、ＨｅＮｅレーザ等のレーザ発振
装置を用いることができる。尚、図３では省略したが、
実際には、上記の実施形態と同様に、入射光学系及び出
射光学系が設けられる。

【００３７】フィルタ４０は、被計測対象物２で散乱さ
れた光のうち光源から発せられた光の波長と略同じ波長
の光の強度を減少させるものである。ビームスプリッタ
１１０は、フィルタ４０を通過した光を例えば等しい強
度比で二つの光に分岐するものである。

【００３８】ストークス光用バンドパスフィルタ１２０
は、ビームスプリッタ１１０で分岐された一方の光のう
ちストークス光だけを透過するものであり、反ストーク
ス光用バンドパスフィルタ１３０は、ビームスプリッタ
１１０で分岐された他方の光のうち反ストークス光だけ
を透過するものである。ここで、通常、被計測対象物２
は固体であるので、被計測対象物２がどのような物体で
あっても、ストークス光と反ストークス光の波長は略一
定の値をとると考えることができる。このため、ストー
クス光用バンドパスフィルタ１２０及び反ストークス光
用バンドパスフィルタ１３０としては、それぞれ、その
一定の波長値を持つ光だけを透過するものを用いればよ
い。尚、バンドパスフィルタ１３０の代わりにカラーフ
ィルタを用いることもできる。

【００３９】第一の検出器１４０は、ストークス光用バ
ンドパスフィルタ１２０を透過したストークス光につい
ての強度を検出するものであり、第二の検出器１５０
は、反ストークス光用バンドパスフィルタ１３０を透過
した反ストークス光についての強度を検出するものであ
る。そして、コンピュータ７０は、第一の検出器１４０
で検出されたストークス光の強度と第二の検出器１５０
で検出された反ストークス光の強度の比を用いて被計測
対象物２の温度を算出する。

【００４０】かかる変形例の温度計測装置は、上記の実
施形態のものと比べて、確度はやや落ちるが、検出器と
して小型で安価なものを使用することができるため、コ
ストダウンを図り、装置の大きさをとても小さく抑える
ことができるという利点がある。また、検出器として二
次元の検出器アレイを用いれば、温度分布の二次元イメ
ージを得ることができるという利点も有する。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の温度計測装
置及び温度計測方法によれば、ストークス光の強度及び
反ストークス光の強度を求め、その求めたストークス光
の強度と反ストークス光の強度の比を用いて被計測対象
物の温度を算出することにより、被計測対象物の温度を
非接触で計測することができる。しかも、光源から発せ
られる光の波長を変えることにより、どのような被計測
対象物及び計測環境等に対しても柔軟に対応できるとい
う利点がある。

【００４２】また、被計測対象物で散乱された光のうち
光源から発せられた光の波長と略同じ波長の光の強度を
減少させるフィルタ手段を設けたことにより、ストーク
ス光と反ストークス光の強度を同時に且つ簡易に求める
ことができ、したがって、赤外線温度計のように簡単に
温度を計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である温度計測装置の概略
構成図である。

【図２】ある物質に振動数ν₀ の光を入射したときに得
られる散乱光のスペクトルの一例を示す図である。

【図３】本発明の変形例である温度計測装置の概略構成
図である。

【符号の説明】

２被計測対象物４マーカ１０レーザ発振装置２０入射光学系３０出射光学系４０フィルタ５０分光器６０検出器７０コンピュータ１１０ビームスプリッタ１２０ストークス光用バンドパスフィルタ１３０反ストークス光用バンドパスフィルタ１４０第一の検出器１５０第二の検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (74)上記２名の代理人 100091269 弁理士半田昌男 (72)発明者田中康資茨城県つくば市梅園１丁目１番４工業技術院電子技術総合研究所内 (72)発明者内田研四郎茨城県つくば市妻木634−１有限会社ルシール内Ｆターム(参考） 2F056 VF11 VF16 VF17 2G020 AA04 BA20 CA04 CB04 CB23 CB43 CC26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単色光を被計測対象物に向けて発する光
源と、前記被計測対象物で散乱された光を分光する分光手段
と、前記分光手段で分光された各波長の光についての強度を
検出する検出手段と、前記検出手段で検出された光の強度に基づいてストーク
ス光の強度及び反ストークス光の強度を求め、その求め
たストークス光の強度と反ストークス光の強度の比を用
いて前記被計測対象物の温度を算出する温度演算手段
と、を具備することを特徴とする温度計測装置。
【請求項２】前記被計測対象物で散乱された光のうち
前記光源から発せられた光の波長と略同じ波長の光の強
度を減少させるフィルタ手段を設け、前記分光手段は前
記フィルタ手段を通過した光を分光することを特徴とす
る請求項１記載の温度計測装置。
【請求項３】前記光源はレーザ発振手段であることを
特徴とする請求項１又は２記載の温度計測装置。
【請求項４】前記単色光に対してラマン散乱が起こり
やすい材料で作成されたマーカを備え、前記マーカを前
記被計測対象物のうち前記光源からの光が入射する部分
に付したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の温
度計測装置。
【請求項５】単色光を被計測対象物に向けて発する光
源と、前記被計測対象物で散乱された光のうち前記光源から発
せられた光の波長と略同じ波長の光の強度を減少させる
フィルタ手段と、前記フィルタ手段を通過した光を二つの光に分岐するビ
ームスプリッタと、前記ビームスプリッタで分岐された一方の光のうちスト
ークス光を取り出すストークス光用フィルタ手段と、前記ストークス光用フィルタ手段により取り出されたス
トークス光についての強度を検出する第一検出手段と、前記ビームスプリッタで分岐された他方の光のうち反ス
トークス光を取り出す反ストークス光用フィルタ手段
と、前記反ストークス光用フィルタ手段により取り出された
反ストークス光についての強度を検出する第二検出手段
と、前記第一検出手段で検出されたストークス光の強度と前
記第二検出手段で検出された反ストークス光の強度の比
を用いて前記被計測対象物の温度を算出する温度演算手
段と、を具備することを特徴とする温度計測装置。
【請求項６】光源から被計測対象物に向けて単色光を
発し、前記被計測対象物で散乱された光を分光し、その
分光された各波長の光についての強度を検出した後、そ
の検出された光の強度に基づいてストークス光の強度及
び反ストークス光の強度を求め、その求めたストークス
光の強度と反ストークス光の強度の比を用いて被計測対
象物の温度を算出することを特徴とする温度計測方法。
【請求項７】前記被計測対象物で散乱された光のうち
前記光源から発せられた光の波長と略同じ波長の光の強
度をフィルタ手段により減少させた後、前記被計測対象
物で散乱された光を分光することを特徴とする請求項６
記載の温度計測方法。
【請求項８】前記光源から発せられる光はレーザ光で
あることを特徴とする請求項６又は７記載の温度計測方
法。
【請求項９】前記単色光に対してラマン散乱が起こり
やすい材料で作成されたマーカを、前記被計測対象物の
うち前記光源からの光が入射する部分に付したことを特
徴とする請求項６、７又は８記載の温度計測方法。
【請求項１０】光源から被計測対象物に向けて単色光
を発し、前記被計測対象物で散乱された光のうち前記光
源から発せられた光の波長と略同じ波長の光の強度をフ
ィルタ手段により減少させ、前記フィルタ手段を通過し
た光を二つの光に分岐した後、前記分岐された一方の光
のうちストークス光を取り出してストークス光について
の強度を検出すると共に、前記分岐された他方の光のう
ち反ストークス光を取り出して反ストークス光について
の強度を検出し、その検出したストークス光の強度と反
ストークス光の強度の比を用いて前記被計測対象物の温
度を算出することを特徴とする温度計測方法。