JP2621750B2 - 光学式温度測定装置 - Google Patents
光学式温度測定装置Info
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- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は測定対象物の温度を光学
的に測定する温度測定装置に関する。
的に測定する温度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば発電機や変圧器のような高電圧で
運転している機器で、あるいは、マイクロ波応用機器の
ように電磁ノイズのある環境下では、熱電対に代表され
る従来の電気式の温度センサでは、正確な温度測定が困
難なので、光学的に温度を測定することが求められてい
る。
運転している機器で、あるいは、マイクロ波応用機器の
ように電磁ノイズのある環境下では、熱電対に代表され
る従来の電気式の温度センサでは、正確な温度測定が困
難なので、光学的に温度を測定することが求められてい
る。
【０００３】このように温度を測定する光学式温度測定
装置としては、従来、温度センサで生じた温度情報を含
む光ルミネセンス信号の光ファイバ及び光コネクタにお
ける減衰の影響を補正するために、光ルミネセンスの波
長範囲で透過特性に波長依存性をもった干渉フィルタ
で、信号を２分割して、電気信号に変換して、一方の信
号と二つの信号の和との比をとることが行なわれてい
る。
装置としては、従来、温度センサで生じた温度情報を含
む光ルミネセンス信号の光ファイバ及び光コネクタにお
ける減衰の影響を補正するために、光ルミネセンスの波
長範囲で透過特性に波長依存性をもった干渉フィルタ
で、信号を２分割して、電気信号に変換して、一方の信
号と二つの信号の和との比をとることが行なわれてい
る。
【０００４】以下、図３を用いて、従来の光学式温度測
定装置の一例を説明する。図３において、光源３は、図
４の１４に示すように蛍光物質１を励起する波長で発光
する。光源の光は光ファイバ２’を通って、グラインレ
ンズ４を透過後、光学干渉フィルタ５に入射する。光学
干渉フィルタ５は、図４の１７に示す光透過特性を持
ち、光源３からの光を反射し、光ファイバ２を経て温度
センサである蛍光物質１に伝える。
定装置の一例を説明する。図３において、光源３は、図
４の１４に示すように蛍光物質１を励起する波長で発光
する。光源の光は光ファイバ２’を通って、グラインレ
ンズ４を透過後、光学干渉フィルタ５に入射する。光学
干渉フィルタ５は、図４の１７に示す光透過特性を持
ち、光源３からの光を反射し、光ファイバ２を経て温度
センサである蛍光物質１に伝える。
【０００５】蛍光物質１は、光源３の光で励起されて、
光ルミネセンスにより、光を発する。このルミネセンス
光は図４に示す、１５ａ〜ｃの様に蛍光物質１の周囲温
度で波長と強度が変るので、温度情報を持っている。
光ルミネセンスにより、光を発する。このルミネセンス
光は図４に示す、１５ａ〜ｃの様に蛍光物質１の周囲温
度で波長と強度が変るので、温度情報を持っている。
【０００６】温度情報を含む光信号は、光ファイバ２を
通って再びグラインレンズ４を経て、光学干渉フィルタ
５に至る。光学干渉フィルタ５は、図４の１７に示す特
性の光学特性をもっており、蛍光物質１の光ルミネセン
スの波長領域については透過するので、ガラスブロック
１０を通って光学干渉フィルタ１１に至る。光学干渉フ
ィルタ１１は、図４の１６に示す様な、蛍光物質１のル
ミネッセンス光の波長範囲で、波長によって変わる透過
特性を持つので、ルミネセンス光の一部が光学干渉フィ
ルタ１１を透過し、受光素子１２に達する。受光素子１
２で、光信号を電気信号に変換し、増幅回路７で増幅す
る。光学干渉フィルタ１１で反射されたルミネセンス光
は、ガラスブロック１０の中を通って、受光素子１３に
入射する。受光素子１３で光信号は電気信号に変換し、
増幅回路７’で増幅する。演算回路８で、二つの増幅回
路７、７’の出力の一方と二つの和の比を求めて、温度
信号Ｑとして出力する。蛍光物質１の周囲温度Ｔと温度
信号Ｑの関係を図５に示す。このように、温度信号Ｑは
温度Ｔの単調増加関数になるので、温度信号Ｑから、温
度Ｔを測定できる。
通って再びグラインレンズ４を経て、光学干渉フィルタ
５に至る。光学干渉フィルタ５は、図４の１７に示す特
性の光学特性をもっており、蛍光物質１の光ルミネセン
スの波長領域については透過するので、ガラスブロック
１０を通って光学干渉フィルタ１１に至る。光学干渉フ
ィルタ１１は、図４の１６に示す様な、蛍光物質１のル
ミネッセンス光の波長範囲で、波長によって変わる透過
特性を持つので、ルミネセンス光の一部が光学干渉フィ
ルタ１１を透過し、受光素子１２に達する。受光素子１
２で、光信号を電気信号に変換し、増幅回路７で増幅す
る。光学干渉フィルタ１１で反射されたルミネセンス光
は、ガラスブロック１０の中を通って、受光素子１３に
入射する。受光素子１３で光信号は電気信号に変換し、
増幅回路７’で増幅する。演算回路８で、二つの増幅回
路７、７’の出力の一方と二つの和の比を求めて、温度
信号Ｑとして出力する。蛍光物質１の周囲温度Ｔと温度
信号Ｑの関係を図５に示す。このように、温度信号Ｑは
温度Ｔの単調増加関数になるので、温度信号Ｑから、温
度Ｔを測定できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成の光学式温度計では、ガラスブロック１０の周
囲に、光学干渉フィルタ５、１１や受光素子１２、１３
やグラインレンズ４を位置決めして接着する必要があ
り、製造工程が複雑であり、長期安定性にも問題があ
る。
うな構成の光学式温度計では、ガラスブロック１０の周
囲に、光学干渉フィルタ５、１１や受光素子１２、１３
やグラインレンズ４を位置決めして接着する必要があ
り、製造工程が複雑であり、長期安定性にも問題があ
る。
【０００８】そこで、本発明では、二つの受光素子を集
積化して、ルミネセンス光を分離する光学干渉フィルタ
とガラスブロックを無くするものである。
積化して、ルミネセンス光を分離する光学干渉フィルタ
とガラスブロックを無くするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明では、光ルミネセ
ンスによる蛍光物質の一面に光ファイバを取り付けた温
度センサと、この蛍光物質を励起する波長の光源と、こ
の光源からの光を反射させて温度センサに供給するとと
もに、この温度センサからのルミネセンス光を透過させ
る光学干渉フィルタと、温度センサからのルミネセンス
光を受光する、上層の受光素子が、下層の受光素子から
見て、ルミネセンス光に対して波長領域で透過率に波長
依存性をもったフィルタとなるように重なり合っている
集積化された受光素子と、この１組の受光素子の出力信
号から一方の出力と二つの出力の和との比を求める演算
回路とを設ける。蛍光物質と受光素子は同じ材料、例え
ば、ともにガリウム砒素系の材料で形成するのが望まし
い。
ンスによる蛍光物質の一面に光ファイバを取り付けた温
度センサと、この蛍光物質を励起する波長の光源と、こ
の光源からの光を反射させて温度センサに供給するとと
もに、この温度センサからのルミネセンス光を透過させ
る光学干渉フィルタと、温度センサからのルミネセンス
光を受光する、上層の受光素子が、下層の受光素子から
見て、ルミネセンス光に対して波長領域で透過率に波長
依存性をもったフィルタとなるように重なり合っている
集積化された受光素子と、この１組の受光素子の出力信
号から一方の出力と二つの出力の和との比を求める演算
回路とを設ける。蛍光物質と受光素子は同じ材料、例え
ば、ともにガリウム砒素系の材料で形成するのが望まし
い。
【００１０】
【作用】上記のように構成した光学式温度測定装置にお
いては、ルミネセンス光を二つに分離する光学干渉フィ
ルタの役割を受光素子の一つが果して、光学干渉フィル
タ及び二つの受光素子を一体に形成しているために、光
信号を電気信号に変換する部分をより単純な構造のもの
にする事ができる。
いては、ルミネセンス光を二つに分離する光学干渉フィ
ルタの役割を受光素子の一つが果して、光学干渉フィル
タ及び二つの受光素子を一体に形成しているために、光
信号を電気信号に変換する部分をより単純な構造のもの
にする事ができる。
【００１１】
【実施例】図１（Ａ）は本発明の光学式温度測定装置の
一例である。図１（Ａ）において、光源３は、従来例と
同じ様に、図２の１４に示すように蛍光物質１を励起す
る波長で発光する。光源の光は光ファイバ２’を通っ
て、グラインレンズ４を透過後、光学干渉フィルタ５に
入射する。光学干渉フィルタ５は、図２の１７に示す光
透過特性を持ち、光源３からの光を反射し、光ファイバ
２を経て温度センサである蛍光物質１に伝える。蛍光物
質１は、光源３の光で励起されて、光ルミネセンスによ
り、光を発する。このルミネセンス光は図２に示す、１
５ａ〜ｃの様に蛍光物質１の周囲温度で波長と強度が変
るので、温度情報を持っている。
一例である。図１（Ａ）において、光源３は、従来例と
同じ様に、図２の１４に示すように蛍光物質１を励起す
る波長で発光する。光源の光は光ファイバ２’を通っ
て、グラインレンズ４を透過後、光学干渉フィルタ５に
入射する。光学干渉フィルタ５は、図２の１７に示す光
透過特性を持ち、光源３からの光を反射し、光ファイバ
２を経て温度センサである蛍光物質１に伝える。蛍光物
質１は、光源３の光で励起されて、光ルミネセンスによ
り、光を発する。このルミネセンス光は図２に示す、１
５ａ〜ｃの様に蛍光物質１の周囲温度で波長と強度が変
るので、温度情報を持っている。
【００１２】温度情報を含む光信号は、光ファイバ２を
通って再びグラインレンズ４を経て、光学干渉フィルタ
５に至る。光学干渉フィルタ５は、図２の１７に示す特
性の光学特性をもっており、蛍光物質１の光ルミネセン
スの波長領域については透過するので、ルミネセンス光
は、受光素子６に到達する。受光素子６の構造について
は後述するが、２層構造をとり、上層の受光素子６ａと
下層の受光素子６ｂからなる。受光素子６ａ、６ｂの光
電変換の感度の波長特性は、図２の１８ａ、１８ｂに示
すようになっている。すなわち、従来例の光学干渉フィ
ルタ１１と同じ様に、受光素子６ａ、６ｂの感度特性
は、蛍光物質１のルミネッセンス光の波長範囲で、波長
によって変わる感度特性を持っている。受光素子６ａ、
６ｂで、光信号を電気信号に変換し、増幅回路７、７’
で増幅する。演算回路８で、二つの増幅回路７、７’の
出力の一方と二つの和の比を求めて、温度信号Ｑとして
出力する。
通って再びグラインレンズ４を経て、光学干渉フィルタ
５に至る。光学干渉フィルタ５は、図２の１７に示す特
性の光学特性をもっており、蛍光物質１の光ルミネセン
スの波長領域については透過するので、ルミネセンス光
は、受光素子６に到達する。受光素子６の構造について
は後述するが、２層構造をとり、上層の受光素子６ａと
下層の受光素子６ｂからなる。受光素子６ａ、６ｂの光
電変換の感度の波長特性は、図２の１８ａ、１８ｂに示
すようになっている。すなわち、従来例の光学干渉フィ
ルタ１１と同じ様に、受光素子６ａ、６ｂの感度特性
は、蛍光物質１のルミネッセンス光の波長範囲で、波長
によって変わる感度特性を持っている。受光素子６ａ、
６ｂで、光信号を電気信号に変換し、増幅回路７、７’
で増幅する。演算回路８で、二つの増幅回路７、７’の
出力の一方と二つの和の比を求めて、温度信号Ｑとして
出力する。
【００１３】図１（Ｂ）に本発明で用いる受光素子６の
構造の一例を示す。受光素子は、光ルミネセンスの光を
吸収して、電流に変換する機能が要求される。そのため
に、ｐ型半導体の基盤１９の上に、ｎ型半導体２０を形
成し、この二つの半導体層１９、２０はｐｎ接合２６を
形成して、受光素子であるフォトダイオード６ｂにな
る。ｎ型半導体２０の上に形成されたｐ型半導体２１と
ｎ型半導体２０でｐｎ接合９を形成し、受光素子である
フォトダイオード６ａになる。光信号２５は上側のＰ型
半導体２１の表面から入る。短い波長の光は、受光素子
に深く入る事はできないで、ｐｎ接合２７で電子−正孔
対を生成して、電流となる。長い波長の光は受光素子へ
深く入るので、ｐｎ接合２６でも、電子−正孔対を生成
して、電流となる。このような構造では、上層の半導体
層２０、２１は、光学干渉フィルタと同じ働きをする。
このような受光素子の感度の波長特性は、図２の１８
ａ、１８ｂのようになる。
構造の一例を示す。受光素子は、光ルミネセンスの光を
吸収して、電流に変換する機能が要求される。そのため
に、ｐ型半導体の基盤１９の上に、ｎ型半導体２０を形
成し、この二つの半導体層１９、２０はｐｎ接合２６を
形成して、受光素子であるフォトダイオード６ｂにな
る。ｎ型半導体２０の上に形成されたｐ型半導体２１と
ｎ型半導体２０でｐｎ接合９を形成し、受光素子である
フォトダイオード６ａになる。光信号２５は上側のＰ型
半導体２１の表面から入る。短い波長の光は、受光素子
に深く入る事はできないで、ｐｎ接合２７で電子−正孔
対を生成して、電流となる。長い波長の光は受光素子へ
深く入るので、ｐｎ接合２６でも、電子−正孔対を生成
して、電流となる。このような構造では、上層の半導体
層２０、２１は、光学干渉フィルタと同じ働きをする。
このような受光素子の感度の波長特性は、図２の１８
ａ、１８ｂのようになる。
【００１４】受光素子６としては、シリコンフォトダイ
オードも使用可能であるが、蛍光物質として一般的に使
われる化合物半導体と同じものを、受光素子として使用
できる。特に、蛍光物質１と同じ材料を受光素子６に用
いると、ルミネセンス光のスペクトラムと感度の波長特
性が相似形になるので、受光素子の変換効率６がよくな
る。また、ガリウム砒素系の材料を扱うことで、光学式
温度測定装置として、他の化合物半導体に比べて、製造
工程が容易になることと、より高い変換効率が期待でき
る。
オードも使用可能であるが、蛍光物質として一般的に使
われる化合物半導体と同じものを、受光素子として使用
できる。特に、蛍光物質１と同じ材料を受光素子６に用
いると、ルミネセンス光のスペクトラムと感度の波長特
性が相似形になるので、受光素子の変換効率６がよくな
る。また、ガリウム砒素系の材料を扱うことで、光学式
温度測定装置として、他の化合物半導体に比べて、製造
工程が容易になることと、より高い変換効率が期待でき
る。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光学式温度測定装置において、光電変換部の構造を単純
にでき、その結果として、長期安定でかつ安価な光学式
温度測定装置を実現できる。
光学式温度測定装置において、光電変換部の構造を単純
にでき、その結果として、長期安定でかつ安価な光学式
温度測定装置を実現できる。
【図１】本発明の光学式温度測定装置の一例を示す図で
ある。
ある。
【図２】その温度センサからの光信号の波長特性を示す
図である。
図である。
【図３】従来の光学式温度測定装置の一例を示す図であ
る。
る。
【図４】その温度センサからの光信号のスペクトラムと
光学干渉フィルタの透過特性を示す図である。
光学干渉フィルタの透過特性を示す図である。
【図５】その温度センサの周囲温度と温度測定装置の出
力を示す図である。
力を示す図である。
１ 蛍光物質 ２ 光ファイバ ３ 光ファイバ ４ グラインレンズ ５ 光学干渉フィルタ ６ 受光素子 ７ 増幅回路 ８ 演算回路 １０ ガラスブロック １１ 光学干渉フィルタ １２ 受光素子 １３ 受光素子 １４ 光源のスペクトラム １５ 蛍光物質の光ルミネセンスのスペクトラム １６ 干渉フィルタ１１の透過特性 １７ 干渉フィルタ５の透過特性
Claims (3)
- 【請求項１】光ルミネセンスによる蛍光物質の一面に光
ファイバを取り付けた温度センサと、 上記蛍光物質を励起する波長の光源と、 上記光源からの光を反射させて上記温度センサに供給す
るとともに、上記温度センサからのルミネセンス光を透
過させる光学干渉フィルタと、 上記温度センサからのルミネセンス光を受光する、上層
の受光素子が、下層の受光素子から見て、ルミネセンス
光に対して波長領域で透過率に波長依存性をもったフィ
ルタとなるように重なり合っている集積化された受光素
子と、 上記１組の受光素子の出力信号から一方の出力と二つの
出力の和との比を求める演算回路を、 を備える光学式温度測定装置。 - 【請求項２】蛍光物質と受光素子が同じ材質でできてい
ることを特徴とする請求項１記載の光学式温度測定装
置。 - 【請求項３】蛍光物質と受光素子がガリウム砒素系の材
料できていることを特徴とする請求項２記載の光学式温
度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30452292A JP2621750B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 光学式温度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30452292A JP2621750B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 光学式温度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06129917A JPH06129917A (ja) | 1994-05-13 |
| JP2621750B2 true JP2621750B2 (ja) | 1997-06-18 |
Family
ID=17934037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30452292A Expired - Fee Related JP2621750B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 光学式温度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2621750B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4851000B2 (ja) * | 2000-10-13 | 2012-01-11 | 株式会社精工技研 | 光電界センサ装置 |
-
1992
- 1992-10-19 JP JP30452292A patent/JP2621750B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06129917A (ja) | 1994-05-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080404 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090404 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |