JPH05273045A - 透明性薄膜に被覆された物体の温度測定装置 - Google Patents
透明性薄膜に被覆された物体の温度測定装置Info
- Publication number
- JPH05273045A JPH05273045A JP4067922A JP6792292A JPH05273045A JP H05273045 A JPH05273045 A JP H05273045A JP 4067922 A JP4067922 A JP 4067922A JP 6792292 A JP6792292 A JP 6792292A JP H05273045 A JPH05273045 A JP H05273045A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- polarization
- emissivity
- detector
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 透明性酸化薄膜等に覆われた金属や半導体の
温度を干渉効果による放射率変動の影響を受けることな
く精度良く測定する。 【構成】 透明性薄膜に被覆された被測定物体表面から
前記透明性薄膜のブリュースター角θBの方向へ放射さ
れる熱放射のある検出波長成分のうち、Ｐ偏光成分（Ｐ
偏光放射輝度）を検出するための第１の検出器と、Ｓ偏
光成分（Ｓ偏光放射輝度）を検出するための第２の検出
器を備えた放射計検出器(1)、前記放射計検出器をθBの
角度に保持するためのホルダー(2)、および前記放射計
検出器からの２つの偏光放射輝度から前記物体の温度と
２つの偏光放射率を計算するための演算装置(3)からな
る。
温度を干渉効果による放射率変動の影響を受けることな
く精度良く測定する。 【構成】 透明性薄膜に被覆された被測定物体表面から
前記透明性薄膜のブリュースター角θBの方向へ放射さ
れる熱放射のある検出波長成分のうち、Ｐ偏光成分（Ｐ
偏光放射輝度）を検出するための第１の検出器と、Ｓ偏
光成分（Ｓ偏光放射輝度）を検出するための第２の検出
器を備えた放射計検出器(1)、前記放射計検出器をθBの
角度に保持するためのホルダー(2)、および前記放射計
検出器からの２つの偏光放射輝度から前記物体の温度と
２つの偏光放射率を計算するための演算装置(3)からな
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属あるいは半導体材
料を高温炉内で熱処理及び酸化処理させるためのプロセ
スにおいて、被測定物体表面に形成される酸化薄膜等の
透明性薄膜によって放射率が変化しても物体の温度を非
接触でしかも精度良く測定するための放射温度測定装置
に関する。
料を高温炉内で熱処理及び酸化処理させるためのプロセ
スにおいて、被測定物体表面に形成される酸化薄膜等の
透明性薄膜によって放射率が変化しても物体の温度を非
接触でしかも精度良く測定するための放射温度測定装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の放射測温装置、例えば特許第９１
９７９８号のような測定装置では、被測定物体表面の状
態が酸化等の現象により変化すると、同時に放射率も変
化して測定誤差を生じるという問題があった。
９７９８号のような測定装置では、被測定物体表面の状
態が酸化等の現象により変化すると、同時に放射率も変
化して測定誤差を生じるという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、酸化
物等の透明性薄膜が形成された表面の物体温度を放射率
変動の影響を受けることなく正確に測定しうる装置を提
供することにある。
物等の透明性薄膜が形成された表面の物体温度を放射率
変動の影響を受けることなく正確に測定しうる装置を提
供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明による装置は、透
明性薄膜に被覆された被測定物体表面から前記透明性薄
膜のブリュースター角θBの方向へ放射される熱放射の
ある検出波長成分のうち、Ｐ偏光成分のＰ偏光放射輝度
を検出するための第１の検出器と、Ｓ偏光成分のＳ偏光
放射輝度を検出するための第２の検出器とを備えた放射
計検出器（１）、前記放射計検出器をθBの角度に保持
するためのホルダー（２）、および前記放射計検出器か
らの２つの偏光放射輝度から前記物体の温度と２つの偏
光放射率を計算するための演算装置（３）を具備するこ
とを特徴とする。
明性薄膜に被覆された被測定物体表面から前記透明性薄
膜のブリュースター角θBの方向へ放射される熱放射の
ある検出波長成分のうち、Ｐ偏光成分のＰ偏光放射輝度
を検出するための第１の検出器と、Ｓ偏光成分のＳ偏光
放射輝度を検出するための第２の検出器とを備えた放射
計検出器（１）、前記放射計検出器をθBの角度に保持
するためのホルダー（２）、および前記放射計検出器か
らの２つの偏光放射輝度から前記物体の温度と２つの偏
光放射率を計算するための演算装置（３）を具備するこ
とを特徴とする。
【０００５】
【作用】加熱物体からの熱放射信号（分光放射輝度）
は、次の第(1)式で表わされる。
は、次の第(1)式で表わされる。
【０００６】
【数１】
【０００７】ところで図１に示したような、透明性の薄
膜に被覆された物体表面の分光放射率は、薄膜の厚さｄ
が変化することに伴って干渉効果により大きく変化する
ことが知られている。いま、このような物体表面に入射
角θの方向から光が入射したとき、空気と薄膜との境界
面におけるＰ偏光成分の反射率は、次の第(2)式で与え
られる。
膜に被覆された物体表面の分光放射率は、薄膜の厚さｄ
が変化することに伴って干渉効果により大きく変化する
ことが知られている。いま、このような物体表面に入射
角θの方向から光が入射したとき、空気と薄膜との境界
面におけるＰ偏光成分の反射率は、次の第(2)式で与え
られる。
【０００８】
【数２】
【０００９】ここで、入射角θを次の第(3)式で与えら
れるブリュースター角θBにとると、第(2)式のＰ偏光反
射率ρP,01(θB)は０になる。
れるブリュースター角θBにとると、第(2)式のＰ偏光反
射率ρP,01(θB)は０になる。
【００１０】
【数３】
【００１１】すなわち、ブリュースター角θBの方向に
おいては、Ｐ偏光成分の入射光に対しては、空気と透明
性薄膜との境界面において反射率が０になり、したがっ
てこの境界面を透過した光は、透明性薄膜と基盤との境
界面で反射されたのち、再び空気と透明性薄膜との境界
面を反射することなく透過する。即ち、ブリュースター
角θBで入射するＰ偏光光に対するこの物体表面（薄膜
および基盤で構成される表面）のＰ偏光反射率は、
１）薄膜による干渉効果がなく、また２）薄膜内の吸収
がない（或いはあってもごく小さい）ため、透明性薄膜
の厚さｄの変化に係わらず一定（ρP(θB)）になる。し
たがってまたこの物体からの熱放射を測定すると、この
物体表面のＰ偏光成分の放射率（εP(θB)）は、次の第
(4)式に示すキルヒホッフの法則より、薄膜の厚さ変化
に係わらず一定の値になる。
おいては、Ｐ偏光成分の入射光に対しては、空気と透明
性薄膜との境界面において反射率が０になり、したがっ
てこの境界面を透過した光は、透明性薄膜と基盤との境
界面で反射されたのち、再び空気と透明性薄膜との境界
面を反射することなく透過する。即ち、ブリュースター
角θBで入射するＰ偏光光に対するこの物体表面（薄膜
および基盤で構成される表面）のＰ偏光反射率は、
１）薄膜による干渉効果がなく、また２）薄膜内の吸収
がない（或いはあってもごく小さい）ため、透明性薄膜
の厚さｄの変化に係わらず一定（ρP(θB)）になる。し
たがってまたこの物体からの熱放射を測定すると、この
物体表面のＰ偏光成分の放射率（εP(θB)）は、次の第
(4)式に示すキルヒホッフの法則より、薄膜の厚さ変化
に係わらず一定の値になる。
【００１２】
【数４】
【００１３】実際の物体表面では、図１に示したような
鏡面物体とは異なったり、あるいは薄膜に若干の吸収効
果があったりするので、完全に一定の放射率を保つこと
は少ないが、ブリュースター角θBにおけるＰ偏光放射
率をかなり一定の値に近い範囲に限定することは可能で
ある。
鏡面物体とは異なったり、あるいは薄膜に若干の吸収効
果があったりするので、完全に一定の放射率を保つこと
は少ないが、ブリュースター角θBにおけるＰ偏光放射
率をかなり一定の値に近い範囲に限定することは可能で
ある。
【００１４】このような物体の熱放射を波長λ，角度θ
Bにおいて、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分に分けて測定す
ると、各熱放射は、それぞれ以下の式で表現される
Bにおいて、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分に分けて測定す
ると、各熱放射は、それぞれ以下の式で表現される
【００１５】
【数５】
【００１６】さて、本件発明者の一人は特願昭63-27104
7号において、２つの分光放射率間の関係式を解く方法
によって、物体の温度と２つの放射率を同時に求めうる
ことを示した。この方法を適用すれば、前記第(5),(6)
式で表される２つの分光放射輝度信号を検出し、εS＝
εS(θB），εP＝εP(θB）と表記を改めれば、次の第
(7)式を連立させて解くことで、３つの未知数εS，εP
及びＴを求めることができる。もちろん、Ｐ偏光放射率
が完全に一定としても充分よい精度が得られる場合は、
次の第(8)式を用いて解けば良く、あるいは前述したよ
うな理由で若干Ｐ偏光放射率が変化するような場合に
は、たとえば次の第(9)式のような他項式の形で表現し
ておいて解けば良い。
7号において、２つの分光放射率間の関係式を解く方法
によって、物体の温度と２つの放射率を同時に求めうる
ことを示した。この方法を適用すれば、前記第(5),(6)
式で表される２つの分光放射輝度信号を検出し、εS＝
εS(θB），εP＝εP(θB）と表記を改めれば、次の第
(7)式を連立させて解くことで、３つの未知数εS，εP
及びＴを求めることができる。もちろん、Ｐ偏光放射率
が完全に一定としても充分よい精度が得られる場合は、
次の第(8)式を用いて解けば良く、あるいは前述したよ
うな理由で若干Ｐ偏光放射率が変化するような場合に
は、たとえば次の第(9)式のような他項式の形で表現し
ておいて解けば良い。
【００１７】
【数６】
【００１８】いづれにせよ、前記第(5),(6),(7)式を連
立させて解くことにより、温度および放射率を求めるこ
とができる。放射率特性関数ｆは、あらかじめ実験的に
求めておいても良いし、あるいは理論的に決定しておい
ても良い。言うまでもなく、Ｓ偏光放射率εSは薄膜の
厚さによって変化するが、前記第(5),(6)式に(7)式を連
立させて解くことによって、Ｐ偏光放射率が若干変化す
る場合でもより正確な測定を行うことができる。
立させて解くことにより、温度および放射率を求めるこ
とができる。放射率特性関数ｆは、あらかじめ実験的に
求めておいても良いし、あるいは理論的に決定しておい
ても良い。言うまでもなく、Ｓ偏光放射率εSは薄膜の
厚さによって変化するが、前記第(5),(6)式に(7)式を連
立させて解くことによって、Ｐ偏光放射率が若干変化す
る場合でもより正確な測定を行うことができる。
【００１９】本発明による放射温度計測装置では、２つ
の異なる偏光放射輝度信号を用いて温度と放射率を同時
に測定する事が可能なため、酸化金属表面あるいは酸化
膜に被覆された高温半導体基盤材料の温度測定のよう
に、放射率が激しく変化する状況においても、正確な測
定ができる。
の異なる偏光放射輝度信号を用いて温度と放射率を同時
に測定する事が可能なため、酸化金属表面あるいは酸化
膜に被覆された高温半導体基盤材料の温度測定のよう
に、放射率が激しく変化する状況においても、正確な測
定ができる。
【００２０】
【実施例】図２に、実施例の温度測定装置の構成を示
す。図２において、１は検出波長成分のうちＰ偏光成分
を検出するための第１の検出器と、Ｓ偏光成分を検出す
るための第２の検出器とを備えた放射計検出器、２は前
記放射計検出器をブリュースター角θBの角度に保持す
るためのホルダー、３は前記放射計検出器からの２つの
偏光信号成分から前記物体の温度と放射率を計算するた
めの演算装置である。４は被測定物体である。
す。図２において、１は検出波長成分のうちＰ偏光成分
を検出するための第１の検出器と、Ｓ偏光成分を検出す
るための第２の検出器とを備えた放射計検出器、２は前
記放射計検出器をブリュースター角θBの角度に保持す
るためのホルダー、３は前記放射計検出器からの２つの
偏光信号成分から前記物体の温度と放射率を計算するた
めの演算装置である。４は被測定物体である。
【００２１】図３は、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分を検
出するための前記放射計検出器１を実現するための光学
システムの具体的な構成例を示している。図３におい
て、５は波長λの光のみを透過するための干渉フィル
タ、６はＳ偏光成分とＰ偏光成分とを分離するための偏
光ビームスプリッタ、７及び８はそれぞれの偏光成分を
検出する検出器である。
出するための前記放射計検出器１を実現するための光学
システムの具体的な構成例を示している。図３におい
て、５は波長λの光のみを透過するための干渉フィル
タ、６はＳ偏光成分とＰ偏光成分とを分離するための偏
光ビームスプリッタ、７及び８はそれぞれの偏光成分を
検出する検出器である。
【００２２】本発明の測定装置において利用する、予め
実験的に求めた放射率特性関数ｆの一例を図４に示す。
この例では、被測定物体は大気雰囲気中で酸化されるス
テンレスの鏡面加工材であり、検出波長は1.55μｍ、酸
化膜に対するθBは６９°であった。酸化鋼板等の放射
率は、酸化膜厚の変化により激しく変化することが知ら
れている。しかしながら、本発明による測定装置を用い
れば、図４に示したように、Ｐ偏光放射率の変化幅を極
めて小さくすることが可能であり、さらにまた前記第
(8)式を用いて正確に解くことによって精度を高めるこ
とができる。
実験的に求めた放射率特性関数ｆの一例を図４に示す。
この例では、被測定物体は大気雰囲気中で酸化されるス
テンレスの鏡面加工材であり、検出波長は1.55μｍ、酸
化膜に対するθBは６９°であった。酸化鋼板等の放射
率は、酸化膜厚の変化により激しく変化することが知ら
れている。しかしながら、本発明による測定装置を用い
れば、図４に示したように、Ｐ偏光放射率の変化幅を極
めて小さくすることが可能であり、さらにまた前記第
(8)式を用いて正確に解くことによって精度を高めるこ
とができる。
【００２３】本発明の測定装置と従来の単色法を採用し
た装置との測定誤差を対比するために、酸化初期から酸
化実験が終了するまでの間に、両者の誤差を測定した。
両者とも波長λを1.55μｍとし、単色法を採用した装置
では試料表面に対して垂直方向から測定した。その結
果、本発明の測定装置では測定誤差が標準偏差で３.７
℃であったのに対して、単色法を採用した装置は２４.
３℃であった。
た装置との測定誤差を対比するために、酸化初期から酸
化実験が終了するまでの間に、両者の誤差を測定した。
両者とも波長λを1.55μｍとし、単色法を採用した装置
では試料表面に対して垂直方向から測定した。その結
果、本発明の測定装置では測定誤差が標準偏差で３.７
℃であったのに対して、単色法を採用した装置は２４.
３℃であった。
【００２４】
【発明の効果】本発明による放射温度測定装置を用いれ
ば、従来の放射温度計に比べて正確な測温が可能であ
り、温度測定精度が製品品質や生産性等に大きな影響を
及ぼす諸工業プロセスで利用した場合、経済的効果は計
り知れないものがある。
ば、従来の放射温度計に比べて正確な測温が可能であ
り、温度測定精度が製品品質や生産性等に大きな影響を
及ぼす諸工業プロセスで利用した場合、経済的効果は計
り知れないものがある。
【図１】 図１は透明性薄膜が被覆された物体表面の光
学的なモデル図である。
学的なモデル図である。
【図２】 図２は実施例の放射温度測定装置を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図３】 図３は放射計検出器を構成する具体的な光学
システムの例を示すブロック図である。
システムの例を示すブロック図である。
【図４】 図４はブリュースター角における２つの偏光
放射率間の関係式（放射率特性関数）の一例を示すグラ
フである。
放射率間の関係式（放射率特性関数）の一例を示すグラ
フである。
１：放射計検出器 ２：ホルダー ３：演算装置 ４：被測定物体 ５：干渉フィルタ ６：偏光ビーム
スプリッタ ７，８：検出器
スプリッタ ７，８：検出器
Claims (1)
- 【請求項１】 透明性薄膜に被覆された被測定物体表面
から前記透明性薄膜のブリュースター角θBの方向へ放
射される熱放射のある検出波長成分のうち、Ｐ偏光成分
のＰ偏光放射輝度を検出するための第１の検出器と、Ｓ
偏光成分のＳ偏光放射輝度を検出するための第２の検出
器とを備えた放射計検出器（１）、前記放射計検出器を
θBの角度に保持するためのホルダー（２）、および前
記放射計検出器からの２つの偏光放射輝度から前記物体
の温度と２つの偏光放射率を計算するための演算装置
（３）を備える、透明性薄膜に被覆された物体の温度測
定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4067922A JPH05273045A (ja) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | 透明性薄膜に被覆された物体の温度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4067922A JPH05273045A (ja) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | 透明性薄膜に被覆された物体の温度測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05273045A true JPH05273045A (ja) | 1993-10-22 |
Family
ID=13358895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4067922A Withdrawn JPH05273045A (ja) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | 透明性薄膜に被覆された物体の温度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05273045A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008541133A (ja) * | 2005-05-16 | 2008-11-20 | ウルトラテック インク | 鏡面の遠隔温度測定方法及び装置 |
| WO2009081748A1 (ja) * | 2007-12-20 | 2009-07-02 | Toyo University | 放射測温方法及び放射測温システム |
| EP2505976A1 (fr) * | 2011-03-29 | 2012-10-03 | Univ Paris Ouest Nanterre la Defense | Mesure de l'émissivité thermique d'un corps |
| JPWO2018105551A1 (ja) * | 2016-12-07 | 2019-06-24 | 旭化成株式会社 | 放射温度測定装置 |
-
1992
- 1992-03-26 JP JP4067922A patent/JPH05273045A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008541133A (ja) * | 2005-05-16 | 2008-11-20 | ウルトラテック インク | 鏡面の遠隔温度測定方法及び装置 |
| WO2009081748A1 (ja) * | 2007-12-20 | 2009-07-02 | Toyo University | 放射測温方法及び放射測温システム |
| JPWO2009081748A1 (ja) * | 2007-12-20 | 2011-05-06 | 学校法人 東洋大学 | 放射測温方法及び放射測温システム |
| EP2505976A1 (fr) * | 2011-03-29 | 2012-10-03 | Univ Paris Ouest Nanterre la Defense | Mesure de l'émissivité thermique d'un corps |
| FR2973507A1 (fr) * | 2011-03-29 | 2012-10-05 | Univ Paris Ouest Nanterre La Defense | Mesure de l'emissitivite thermique d'un corps |
| JPWO2018105551A1 (ja) * | 2016-12-07 | 2019-06-24 | 旭化成株式会社 | 放射温度測定装置 |
| EP3553479A4 (en) * | 2016-12-07 | 2019-12-04 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | RADIATION TEMPERATURE MEASURING DEVICE |
| CN114414058A (zh) * | 2016-12-07 | 2022-04-29 | 旭化成株式会社 | 辐射温度测定装置 |
| US11573128B2 (en) | 2016-12-07 | 2023-02-07 | Asahi Kasel Kabushiki Kaisha | Radiation temperature measuring device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0623672B2 (ja) | 表面状態が変化する物体に対する放射測温法及び放射測温装置 | |
| JPS6052706A (ja) | 膜厚測定装置 | |
| US5929995A (en) | System and method for directing electromagnetic beams | |
| JPH04116433A (ja) | 放射温度計および該温度計による温度測定方法 | |
| JPH05273045A (ja) | 透明性薄膜に被覆された物体の温度測定装置 | |
| Tanaka et al. | Theory of a new radiation thermometry method and an experimental study using galvannealed steel specimens | |
| JPH05281046A (ja) | 光ファイバ型放射温度測定装置 | |
| CN114034394A (zh) | 一种高温炉内金属温度及发射率测量的红外偏振探测系统 | |
| JPH0456145A (ja) | プラズマ中の基板温度の測定装置 | |
| JPH0676922B2 (ja) | 放射温度測定装置 | |
| US7283218B2 (en) | Method and apparatus for the determination of characteristic layer parameters at high temperatures | |
| JPH0413910A (ja) | 酸化膜厚さ分布測定装置 | |
| JPH08105716A (ja) | ウエハの厚さ測定方法 | |
| JP2002303551A (ja) | 炉内金属材の温度測定方法および装置 | |
| JP2007107939A (ja) | 鋼板の温度測定方法および温度測定装置 | |
| JPS6014193Y2 (ja) | 金属の表面温度と放射率の同時測定装置 | |
| JPH03287024A (ja) | 物体の温度と放射率の同時測定方法および装置 | |
| JPH04353727A (ja) | 二色式放射温度計 | |
| JPH0843212A (ja) | 多色放射温度計の温度測定方法及び装置 | |
| JPH07159246A (ja) | 半導体ウエハーの温度測定方法 | |
| JPH04276527A (ja) | 炉内温度計 | |
| JPH06222003A (ja) | ガス濃度測定装置 | |
| WO2004010094A1 (en) | Emissivity corrected radiation pyrometer integral with a reflectometer and roughness sensor for remote measuring of true surface temperatures | |
| JPH03287025A (ja) | 物体の温度と放射率および周囲温度の測定方法および装置 | |
| WO2020105344A1 (ja) | ガラス物品の温度測定方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990608 |