JPH06502246A - Ｔｒｄ温度センサーおよび電子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 ＴＲＤ温度センサーおよび電子装置 発明の背景 本発明は崩壊時間速度（時間的割合）の測定に基づく光学的温度測定に関するも のである。

受動的な光学的温度感知においては、崩壊時間速度（ｔｉａ＋ｅ−ｒａｔｅ−ｏ ｆ’−ｄｅｃａｙ：ＴＩ？Ｄ）温度感知プローブが、その温度を測定するために 物体に熱的に結合される。プローブの先端は、別の物質の固有波長の輻射によっ て励起されるとき、その物質固有の波長で輻射を放出するルミネセンス発光物質 を含んでいる。このルミネセンス発光物質は典型的には分割されて磨がれた結晶 、あるいはバインダーに埋め込まれた粉末の形態をしている。輻射波長と励起波 長の両方とも、プローブ内のルミネセンス発光物質のタイプによって決定され、 励起の強度は放出される輻射よりはるかに強い。ルミネセンス放射は実質上時間 の経過と共に指数関数的に崩壊し、放射曲線の指数時定数は温度に対応して変化 する。

ルミネセンスは物質からの光の放８によって特徴づけられ、そうした放射に至る いくつかのプロセスを物語る。ルミネセンス放射強度、寿命および周波数スペク トルは温度に依存する場合があり、したがって、これらのパラメータのひとつ、 あるいは複数を熱応答パラメータとして用いることができる。

蛍光と燐光は量子力学的に定義される二つの放射プロセスである。量子力学によ れば、原子核を運動している電子は量子数によって特徴づけられる特有の量子化 されたエネルギー許容状態を有している。量子数のひとつはエネルギー状態にお ける電子軌道の角運動量の測定尺度であるスピン量子数Ｓである。スピン軌道量 子数はＳ　−１７２±ｎの式で与えられ、ここでｎは整数である。その原子内部 に磁場が存在している場合、スピン軌道状態はスピン−軌道分割と呼ばれるプロ セスによって二つの許容状態に分割することができる。この分割状態間のエネル ギー差は原子番号に比例する。その結果、原子磁場も有しており、原子番号の大 きな物質は、電子が遷移することができる複数の状態を持っている。

電子があるスピン軌道量子数Ｓを有する第１の状態から同じ量子数Ｓの第２の状 態に遷移する時、原子は燐光を発する。

燐光は１マイクロ秒からｌ　ｘ　１０３秒の範囲の比較的長い放射持続時間によ って特徴づけられる。蛍光は、異なった数値のスピン量子数の状態間で電子遷移 が起きた場合に発生し、１　ｘ　１０’秒からｌ　ｘ　１０−１０秒の比較的短 い寿命の放射によって特徴づけられる。はとんどの場合、文献で通常「ドーパン ト」原子と呼ばれる活性化された格子間原子不純物が自由電子を作り出す。これ らの電子には異なったＳの複数のエネルギー状態が与えられているので、かなり 多数の自由電子が存在している場合は、同じ物質で蛍光と燐光の両方が発生する こともある。

ルミネセンス、蛍光および燐光プロセスについて述べている文献には一貫性がな い。いくつかの場合、それらのプロセスは放射の持続時間の測定によって識別さ れているし、別の場合には、それらは問題の量子力学的分析によって説明されて いる。本発明においては、蛍光および燐光という用語は上述のように定義されて いる。さらに、燐光、蛍光、あるいは両方のプロセスでルミネセンスを発光する 可能性があり、放射箇所（ａｃｔｉｖａｔｊｏｎ　ｃｉｔｅ）を有する大きな原 子番号のルミネセンス発光物質は、もっばらルミネセンス発光物質と呼ばれる。

さらに詳しくは、キラチル（Ｋｉｔｔｅｌ）著、「固体状態物理」、ワイリー（ Ｗｉｌｅｙ）社、１９７６年刊を参照されたい。

標準的なＴＲＤプローブにおいては、ルミネセンス発光物質はプローブの先端に 配置されている。励起されると、ルミネセンス放射が発生し、光ファイバーによ って検出装置に伝えられる。検出装置はその放射を、放射強度によって変化する 振幅の電流に変換する。電子装置は検出装置の出力を種々の手段で処理して、事 実上指数関数的な時定数を決定する。この検出装置出力の崩壊特性は事実上指数 関数的であるが、線形性によって特徴づけることもでき、あるいは、種々の時間 間隔ごとに相異なる関数的特徴を持っている場合もある。時定数が測定されると 、経験的データを基準として作成された索引テーブルあるいは方程式曲線を用い て、温度が計算される。

しかしながら、プローブ中のルミネセンス発光物質の形態にはいくつかの制約が ある。一部のプローブはその先端部に、結晶性あるいはアモルファス状のルミネ センス発光物質の固体片を有している。本発明においては、ルミネセンス発光物 質の個片を結晶と呼ぶ。こうしたルミネセンス発光プローブの先端物質は本発明 においては結晶と呼ばれる。他のプローブは、バインダー内に埋め込まれ粉末化 された結晶性あるいはアモルファス性物質でできたルミネセンス発光物質の固体 片を有している。さらに別のプローブは、バインダーなしの粉末をその先端部に 有している。分割および研磨が、製造工程中に結晶を破壊する可能性がある。さ らに、ルミネセンス信号強度にはかなりの変動があるので、電子装置は各結晶プ ローブ・チップに合わせて個別に調整される。こうした調整は製造環境において 労働集約的であり、多くの時間を消費する。バインダー内に埋め込まれた粉末形 態は研磨された結晶の場合と比較して、結晶間の信号強度変動の幅を改善してく れるが、結果としての放射強度は、励起輻射と比較すると、まだ回折も低い水準 にある。したがって、埋め込み粉末化形態は研磨結晶の場合よりずっと交換しや すいプローブ・チップをもたらしてくれるが、製造プロセスの面で見ればまだ最 善とは言えない。

２要な温度範囲でのルミネセンス放射の感度と強度は、適切な素材の選択によっ て最適化することができる。しかしながら、一部の素材の放射強度や低い感度は ノイズと同レベルであり、過剰な電子的増幅が必要になり、その結果の歪みをも たらす。

放射の崩壊時間速度に関連した量を測定するために、いろいろなタイプの電子装 置が用いられている。ひとつの方法は予め選定された放射強度か半減するための 時間を測定する方法である。この方法は、信号強度が背景ノイズに比較して大き い場合に非常に有効である。デジタル技術は放射を高いサンプリング速度でデジ タル化し、その結果としてのサンプルされた放射カーブを曲線として描き出す。

あるアナログ技術では、励起輻射と放射の位相差を測定し、二の位相差を温度に 関連付ける。崩壊の時間速度を測定するためのいくつかの方法は、背景レベルの 相違あるいは変動のみならず、信号レベルの変動の影響を受け易い。

したがって、過剰な増幅を行う必要のないほど十分な放射強度を有する温度プロ ーブと、背景レベルおよび信号レベルの変動には影響を受けない信号処理装置に 対する要求が存在する。

発明の要約 本発明はルミネセンス信号の熱応答性崩壊時間速度特性を測定するための温度測 定装置に関するものである。本発明は温度感知装置において実施され、この装置 は特徴的な崩壊時間速度を有する温度応答性ルミネセンスを代表する信号を提供 する信号手段と、第１の間隔が第２の間隔に重なり合っている２つの時間間隔の 間に信号をサンプリングするように、信号手段と結合された比較手段を有してい る。この比較手段はサンプルの平均値を比較して、その間の差を示す差信号を提 供する。比較手段に結合された制御手段は、差信号が予め決められた限界値に収 束するように時間的間隔を調整することによって、崩壊時間速度の関数としての 温度を示す出力を提供する。

二の比較手段は好ましくは、サンプリングを行う前にルミネセンス信号から望ま しくないＤＣオフセットをほとんど取り除く自動ゼロ化手段を含んでいる。

本発明においては、信号手段におけるルミネセンス発光物質は好ましくは粉末形 態で、ガス（気体）がその粉末状粒子を分離するようになっている。粉末はＣｒ ：ＧＧＧＳＣｒ：ＧＳＧＧおよびＣｒ：Ｂｅｒｙｌなどのクロムを含むルミネセ ンス発光物質でできており、そのルミネセンスを装置内の比較手段および制御手 段へ伝送する光ファイバーを用いてチューブ内に押し込まれる。粉末内に押し込 まれる光ファイバーの端部は好ましくはテーパ形状をしている。また、一体化さ れたボール・レンズあるいは個別レンズなど、ファイバーの開口数を増大させる 他の手段を用いる二ともできる。粉末は実質的には、光ファイバーの直径の２／ ３以下の直径を有する粒子で構成されている。ルミネセンス発光物質は、黒体輻 射を放出するための効率的な吸収体である不活性物質で被覆することかできる。

図面の簡単な説明 図１はＴＲＤ温度プローブおよび信号処理電子装置を含むＴＲＤ感知装置を示し ている。

図２は、図１の信号処理電子装置のブロック図である。

図３は、図２に示されている電子装置の各部の信号を示している。

図４は、図２の制御回路５０の作動を示すフローチャートである。

図５は、ＴＲＤプローブ１４の断面図である。

図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃは種々のファイバー・チップを有するＴＩ？Ｄプローブ の断面図である。

図６は黒体およびＴＲＤ温度プローブ３００の組み合わせの断面図である。

図７は３つのプローブ、３つのカップラー、および共通光ファイバー・ハイウェ イを含むＴＲＤ温度感知装置を示す図であり、 図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃはこれら３つのカップラーのスペクトル特性を示してい る。

好ましい実施例の詳細な説明 図１はＴｌ？Ｄ温度プローブを用いた温度感知装置を示している。電子処理装置 ２０はケーブル２２を通じて光源（ソース）４に信号を送り、この信号が光源４ を発光させる。光源４はＬＥＤであることが好ましいが、レーサーなどの別の光 源であってもよい。光の一部は光ファイバー６に結合され、光カツプラ−８およ び光ファイバー１０を通してコネクターＩ２に送られる。なお、光ファイバー６ はなくてもよい。コネクター１２は、航空機のエンジンなどのような、符号１３ で示される厳しい、そして高温の温度環境に配置されたＴＲＤ温度プローブ１４ に光を送る。他の使用法としては、熱的プロフィルの特性化＜ｔｈｅｒｍａｌ　 ｐｒｏｆ’ｆｌｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ）かある。温度プローブ １４はファイバー１０に送り込まれた光による励起に応じてルミネセンスを発光 するルミネセンス発光物質を含んでいる。ルミネセンス発光物質は特定の物質固 有波長において最も効率的にルミネセンスを発光し、固有波長前後の領域でも同 様にルミネセンス輻射を放出する。光源４はルミネセンス発光物質を励起させる ような波長の輻射を出すように選定される。

光源４は消滅（ＯＦＦ）する前の予め決められた時間ｔ。１．の間だけ光を放射 する。ルミネセンスは光源４が実質的に消滅するか、あるいは強度か急激に低下 した後にサンプリングされる。

ルミネセンスは時間の経過と共に事実上指数関数的に崩壊し、ルミネセンス放射 の指数時定数は温度に依存している。ルミネセンス強度は実質上つぎの形式で表 される。

−ｔａｒ　・・・（１） ここで、ｔは時間、τは熱応答性の指数時定数である。

ルミネセンスはコネクター１２を通じて光ファイバー１０とカップラー８に送ら れる。カップラー８は光ファイバー１６を通じて、検出器１８に放射性ルミネセ ンス輻射を通過させる。なお、光ファイバー１６はなくてもよい。検出器１８は ルミネセンス放射と実質上同じ波長領域にピーク応答性を有するシリコン光ダイ オードで構成されている。ダイオードはルミネセンスをルミネセンス強度に対応 した電流に変換する。通常は検出器と信号処理電子装置の間に増幅ステージが置 かれるが、これはライン１９上での検出器出力が数ナノアンペア程度だからであ る。電子装置２０はルミネセンスに対応した信号を受信し、２つの重複する時間 間隔にわたってこの信号をサンプリングし、前記重複した時間間隔の各々におけ るライン１９上での信号の平均値の関数としての差信号を発生する。次に、電子 装置２０が信号を送って光源４をオンにし、ＴＲＤプローブ１４を再び励起する 。そうした反復的方法を用いて、電子装置２０はその差信号を最小化するように 重複する２つの時間間隔を調整し、時間間隔のパラメーターの一方の関数として 、その温度を示す。

図２には、図１に示されているＴＲＤ感知装置の電子装置が詳細に示されている 。制御回路２０は信号処理回路５０、比較回路５２およびプリアンプ回路５４を 含んでいる。ルミネセンス発光手段５６は光源４、温度プローブ１４および検出 器１８によって構成されている。ケーブル２２は制御回路５０を光源４に接続し 、ケーブル１９は検出器１８を制御回路２０内のプリアンプ回路５４に接続して いる。

図３は図２に符号表示されている信号に対応する時間の関数としての信号波形を 示している。図３では、ラベル１の下の部分が、安定状態に達するまでの信号応 答を示し、ラベル１１の下の領域は安定状態にある信号応答を示している。なお 、信号１０８，１０９，１１０の縦軸は誇張して示しである。図２で、符号１０ ０で示されている光源４の光出力は種々のパルス高、幅、および周期を有してお り、これについてはさらに以下で説明する。検出器１８の出力１０１はケーブル １８を通じてプリアンプ回路５４に送られる。プリアンプ回路５４は、最小の歪 みおよびノイズで信号１０１を増幅して振幅に１を有する信号１０２を出力する プリアンプ６０で構成されている。自動ゼロ化（ａｕｔｏｚｅｒｏ）回路６２は 入力信号１０２からＤＣ成分に２をほとんど取り除き、比較回路５２に信号１０ ３を送る。自動ゼロ化回路６２は、コンデンサーや高域フィルターなどの、自動 ゼロ化のための他の手段と同様に、信号１０２のＡＣ成分をほとんど歪ませない 積分増幅器および加算増幅器で構成されている。

比較回路５２は信号処理回路５０から１０４と１０５に示されている２つの信号 切換制御信号を受信する。これらの信号はスイッチ７０．７２を通じて信号１０ ３の切換を制御し、信号１０６および１０７を発生する。信号１０４は時点Ａで アクティブになり、（Ｍ　号１０３がスイッチ７０を通じてローパスフィルター ７４に効果的に接続されるように、スイッチ７０を低インピーダンス状態に切り 換える。信号１０４は時点りて非アクティブになり、信号１０３がフィルター７ ４から効果的に遮断されるように、スイッチ７０を高インピーダンス状態に切り 換える。同様にして、信号１０３は時点Ｂと時点Ｃの間にスイッチ７２を通じて ローパスフィルター７６に効果的に接続される。信号１０４と１０５は、それら 信号のうちのひとつのアクティブ時間帯が他のもののアクティブ時間帯に含まれ ているので、重複した信号である。

スイッチ７０．７２と制御信号１０４．１０５の組み合わせが信号１０３の２つ のサンプルを効果的につくりだし、そのうちの一つが時間的に他のものに重複し ている。信号１０６は時点Ａと時点りとの間では実質的に信号１０３と同じてあ り、信号１０７は時点Ｂと時点Ｃとの間では信号１０３と実質的に同じである。

ローパスＲＣフィルター７４．７６は信号１０６．１０７を濾波して、それぞれ フィルター信号１０８．１０９を出力し、それらは微分増幅器７８に送られる。

信号１０８および１０９は実質的に以下の式で表される。

信号１０８と１０９はそれぞれサンプルされた時間帯のルミネセンスの平均出力 を示している。微分増幅器７８の出力１１０は信号１０８と信号１０９の差を示 す信号であり、ゆっくりと変化する。

信号１０８は自動ゼロ化回路６２にフィードバックさる。この回路はに２、した がって信号１０３のＤＣレベル、さらには信号１０６．１０７．１０８．１０９ を、信号１０８の平均値が最小になるまでダイナミックに調整する。二のような 信号１０８の平均値の最小化により、スイッチ７０か非アクティブの時における 、ローパスフィルター７４内のコンデンサの望ましくない放電や充電が防止され る。放電および充電は信号１０８および１０９を直接ドリフトさせる。要約する と、自動ゼロ化回路６２への信号１０８のフィードバックによって、ローパスフ ィルター７４と７６のコンデンサの放電および充電が最小化され、信号１０８． １０９のドリフトが最小化される。また、信号１０８の代わりに信号１０９を自 動ゼロ化回路６２へのフィードバック信号として用いることができる。フィルタ ー７４と７６がその非アクティブな時間帯にコンデンサの充電あるいは放電を許 さなければ、自動ゼロ化回路６２を省略することも可能である。信号１０３のサ ンプリングは、光源の光出力１００が非アクティブの時に行なわれる。光学シス テムに励起およびルミネセンス放射の区別をさせるための過酷な要求をしなくて もよいので、こうしたサンプリング方式が好ましい。

信号処理回路５０の作動は式（４）を満たす時点Ａ、Ｂ、Ｃ１Ｄの値に基づいて いる。信号処理回路５０は差信号１１０が実質的にゼロになるまで、重複信号１ ０４．１０５のサンプリング継続時間を調節する。

式（４）を積分すると、以下の式に簡略化することができる。

なお、式（５）は実質的な定数項であるに１とに２の値によっては影響を受けな い。時点Ａ、ＢおよびＣは一般的には式（６−８）によって表される。

Ａ−ηＤ　・・・（６） Ｂ−Ａ＋α（Ｄ−Ａ）　・・・（７） Ｃ−Ａ＋β（Ｄ−Ａ）　・・・（８） η−０とすると、式（５）−（８）が簡略化される。簡略化された式（６）−（ ８）を式（５）に代入して整理すると、以下の式か得られる。

、　−ａ　（Ｄ／ｒ　）−、−β（Ｄ／　ｒ　Ｌ　（β−ａ）（１−ｅ−”τ） ・・・　（９） 式（９）の実際的な解はノイズ・レベルおよび温度プローブ応答時間と必要な精 度との間のトレード・オフに依存するが、一般的には以下の通りである。

α、βおよびηを選定した後、式（４）　（５）および（９）をＤについて解く 。

図４に、好ましくはアナログ電子回路による信号処理回路５０の作動のフローチ ャートを示す。マイクロプロセッサも用いることかできる。ブロック３００では 、固定比率α、βおよびηが選定される。これらの比率は一定に維持され、温度 感知装置に電源が投入されたときにイニシャライズされる。変数りおよび【。、 の初期値が設定される。励起放射を開始するために、パルス信号が光源４に送ら れる（ブロック３０４）。時間ｔ。Ｎが経過した後、信号がおくられて、光源４ をＯＦＦにする（ブロック３０６）。時点Ａが経過すると、イネーブルおよびデ ィスエーブル信号かスイッチ７０．７２に送られる（ブロック３０８）。ブロッ ク３０８ての処理結果として、信号１０８．１０９が発生される。Ｄの増分変化 ｄＤか信号ＪＯＢ　、１０９の関数として計算される。前記ｄＤは（ブロック３ １２に示すように）、以下の式で与えられる。

ここで、量（ｘ−ｙ）は重複サンプリング期間における平均ルミネセンス信号の 差と比例しており、定数χ　、χ　およびχ２は経験的に決める二とができ、Ｘ ｐｒｅｖおよびｙｐｒｅｖは前の光源４のパルスの結果として得られるＸおよび ｙの値である。Ｄの新しい値はブロック３１４て更新される。変数Ｘ　、ｐｒｅ ｖ ｙ　およびＤ　の新しい値はブロック３１５て更新される。

ｐｒｅｖ　ｐｒｅｖ 光源４の温度Ｔ　は、光源４に熱的に結合され、かつ信号処理回路５０にケーブ ル２で接続されている略知手段５を用いて、ブロック３１６で測定される。光源 ４の０＼時間は光源温度ＴＳの関数として発生される変数ｔｏＮにいれられる（ ブロック３１８）。前記変数は以下の式で与えられる。

ユニで、Ｃ１は経験的に決められる定数であり、Ｄは上に定義されており、Ｔ　 は光源４の温度であり、ｆ（Ｔ）は、Ｓ 典型的には、以下のようなＴ　の−次線形関数である。

ここで、ＣおよびＣ３は光源温度が上昇した時の光源４の効率の低下を補償する ために選定される定数である。更新されたｔ。Ｎは、次に光源・イネーブル信号 が出された時に信号処理回路５０によって用いられる。さらに信号処理回路５０ は、光源４の温度に依存した効率の変化を補償するために光源４の強度を調整す ることもできる。ブロック３１０でＸが実質上ｙと等しい場合は、Ｄはブロック ３１１でルックアップテーブルによって温度と関係付けられる。

図５で、Ｔｌ？Ｄ温度プローブ１４は石英ガラス・チューブ２０４の端部に詰め 込まれた一定量のルミネセンス発光粉末２０２に接した光ファイバー・ケーブル ２００を有している。好ましくは低温封止ガラスからなるガラス・ボンド２０６ が石英ガラス・チューブ２０４を光ファイバー２００に接着している。チューブ 端で粉末粒子を支えるためのバインダーは使われず、粉末２０２はチューブ２０ ４の端部とファイバー２００のテーバ付き端部２０５の間にしっかりとはさまれ ている。言い換えると、粒子間の空間を真空にしたり、ガスを充填したりするこ とが可能である。石英チューブは、先ファイバーと適合したサイズで人手し易く 、光ファイバーに溶融し易く、そして、ファイバーの膨張係数に非常に近い膨張 係数を持っており、粉末が広い温度範囲でしっかりとバックされた状態を保持す るので、好ましい材料である。しかしながら、温度範囲が他のタイプのチューブ 材料の使用をめる場合もある。ボンド２０６．２０６は好ましくはガラス質であ るが、それはその膨張係数が石英チューブ２０４の膨張係数に非常に近いからで ある。さらに、石英チューブ２０４とファイバー２００は、ファイバー２００の 直径か石英チューブ２０４の直径よりやや小さいので、自動的に中心合わせがで き、組立てが容易である。ファイバー２００は光を粉末２０２に伝え、粉末２０ ２は、励起波長が途切れると固ａの波長で崩壊輻射を放出する。この場合、崩壊 輻射は事実上指数関数的で、その時定数は熱（温度）に応じて変化する。

ルミネセンス発光物質は粉末状態であるので、固体の吸収特性より優れた吸収特 性を示す。有効吸収特性が高いと、各プローブで必要とされるルミネセンス発光 物質の量が減り、それによってセンサー素子の質量が最小になると同時に、プロ ーブの熱応答特性が向上する。粉末は励起およびルミネセンスをランダムに分散 させ、それによって製造過程における交換可能性を向上させてくれる。ファイバ ー２００の直径の３分の２以下の直径を存する粒子からなる粉末を用いれば、測 定されるルミネセンス信号レベルが最大になる。ここでファイバー２００の直径 はそのファイバーの光伝送部分であり、ファイバー上の緩衝物や被覆は除外され る。

粉末２０２は、クロムをドープしたガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガ ーネット（Ｃｒ：ＧＳＧＧ）　、クロムをドープしたガドリニウム・ガリウム・ ガーネット（Ｃｒ：ＧＧＧ）、およびクロムをドープしたベリル（エメラルド） などのクロム・ドープ物質のうちのひとつ、あるいはそれらの組合わせである。

エメラルドはＣｒ：Ｂｅ　Ａｌ　（Ｓｉｎ３）６としても知られている。これら の物質は関心を引く温度範囲内での熱応答性の指数崩壊定数と、以下に示すよう な高温クエンチング限度（ｑｕｅｎｃｈｆｎｇ　１１ｍ１ｔｓ）を臀する。この 応答特性は室温で測定された代表的な数値を示しており、温度によって大幅に変 わる。

Ｃｒ：ＧＳＧＧ　−０，２７ｕｓ／’　Ｃ−３００°ＣＣＲ：ＧＧＧ　−０，３ ２μｓ／’Ｃ−４００°Ｃエメラルド　−０，１０μｓ／’　Ｃ−５００°にれ らの物質は、市販されている固体状態光源によって発生されるほぼ６００−８９ ０　ｎｍの間の輻射によって励起される。これら固体状態光源はより短い波長の 光源よりコンパクトであり、しかもより高い出力を持っている。これらクロム・ ドープ物質は池のＴＲＤ関連ルミネセンス発光物質に比較して高い量子効果を持 っているので、ルミネセンス放射のエネルギーの励起放射エネルギーに対する比 率は他の類似の物質におけるより高くなっている。これらの物質の放射スペクト ルは７００−９００　ｎｎ＋程度の範囲であり、シリコン光ダイオード検出器の ピーク応答性に対応している。加えて、これらの物質は高温で安定である。

こうしたクロム・ドープ物質は事実上温度と無関係の量子効率も示す。量子効率 は、電子が励起エネルギー状態から基底エネルギー状態に遷移する時に、陽子を 放出する電子の割合である。１００％の量子効率は、励起状態から基底状態に遷 移する電子のそれぞれか、必ず１つの陽子を放出することを示している。量子効 率の温度依存性は、励起された電子が少なくとも１つの追加励起エネルギー状態 に熱的に結合されるが、そこから基底状態への非放射経路が存在する場合に生ず る。

温度が上昇すると、この非放射状態への結合度が強くなり、その結果、放出され る陽子の数が減少し、したがって、その物質の量子効率が低下する。その結果、 温度の上昇はその物質の量子効率を低下させる。

バナジウムをドープした結晶性物質も、粉末２０２に用いる代用の粒子として使 われる。二うしたバ六ジウムを用いた結十　。

品性物質の２つの例はｖ　：ＫＭｇＦ３とＶ２　。

ＮａＣ１であり、これらの物質は７７０−７８０　ｎｏ＋の近赤外線輻射で励起 される。こうした近赤外線輻射はかなりの優位性を持っている。なぜならば、こ の領域では、高度に開発され信頼性も高いＬＥＤ光源が利用でき、これらは８６ ０−６９０　ｎｍの光源よりさらに高い輻射出力を有するからである。

ファイバー２００のテーバ付き端部２０５はルミネセンス発光粉末２０２に埋め 込まれている。このテーバの形状はファイバーの開口数を効果的に増大させ、垂 直に切断されたものに比較して受入角度（ａｎｇｌｅ　ｏｒａｃｃｅｐｔａｎｃ ｅ）を増大させる。受入角度は励起輻射を受ける粉末の量を決定する。クロムお よびバナジウムを基質とする粉末化ルミネセンス発光物質は非常に有効な吸収材 であるから、励起される粉末はテーバ付きプローブの先端の比較的近くのものに 限られる。受入角度が増大されることおよび、励起される粉末がプローブの先端 近くのものに限られる二とによって、ファイバー２００内に送り戻されるルミネ センスの量も増大し、その結果、ルミネセンス信号のレベルを垂直に切断された ファイバーのそれよりも大きくする。バルク・ファイバー２００の直径が２００ μｌで、その先端にテーバを付けた場合、ルミネセンス信号しベルが３倍も増大 する二とが確認された。テーバの角度は典型的には１２度程度である。一般的に 、ファイバー２００の端部の光伝送コア部はファイバー２００のバルクの光伝送 コア部より小さな直径を持っていなければならない。

実際には、先端のテーパ形状は、ファイバーが２つの部分に分離されるまで、そ れぞれの端部で引張りながら、ガラス・ファイバーの一部を局所的に加熱するこ とによって形成される。テーバ形状の角度は引張りに要した時間とそのファイバ ーに与えられた熱量に依存する。ある場合には、引張りプロセスが、そのテーバ の先端がファイバーの中心軸と同軸でないようにずれて傾斜したテーバ付きファ イバーを製造してしまう場合がある。テーバの端部は、通常、顕微鏡的に観察す ると、丸味を持っている。テーバ付きの先端をつくるために化学エツチングを用 いる二ともてき、テーパ形状を精密に制御することが必要な場合に、この手法が よく用いられる。

ファイバー２００の開口数を増やすためにはいろいろな方法がある。図５Ａには テーパ形状を有し、端部が丸くされたファイバーを示す。また図５Ｂに示すよう に、ファイバーの先端を切断して、別個のレンズをそのファイバーに結合しても よい。別の実施例では、図５０に示されるように、一体化されたビーズあるいは ボール型レンズがファイバー２００の端部に形成される。

図６は黒体温度手段とＴ）？Ｄルミネセンス発光手段を有する別の温度プローブ ３００を示している。透明ガラス・ボンド（接合層）３０８によって、高温光フ ァイバー３０２かＴＲＤ結晶３０６に取付けられている。高温感知装置において は、ガラス・ボンド３０８は、熱応力を避けるために使われない場合もある。Ｔ ＲＤ結晶３０６は金属など不活性物質の薄膜３１０により被覆され、黒体輻射体 を有効に形成する。この物質は少くとも１透過源度または侵入度（ｐｅｎｅｔｒ ａｔｉｏｎ　ｄｅｐｔｈ）の厚さを持っていなければならず、それ以上の厚さで ある二とが好ましい。

不活性物質の黒体輻射は厚さが増えれば増える程増大するが、それはより厚い物 質の方か吸収を促進するからである。黒体輻射体はステファン・ボルツマンの法 則に従って温度の関数として変化するスペクトル輻射特性を有する。

Ｔｌ？Ｄルミネセンスは実際的な高温限界を有しているが、低温での黒体放射は 低信号レベルになってしまう。その結果、ＴＲＤと黒体温度感知の両方に基づい たプローブは、感度を犠牲にすることなく、それら２つの感知手段のいずれかに 基づいたプローブより広い範囲の温度を感知することができる。

高温状態では、ＴＲＤルミネセンス発光メカニズムはクエンチングによって制限 され、この場合、より高い温度は、電子の（低エネルギー状態への）遷移または 緩和によって放出されるエネルギーがもはや陽子の形態ではなくなるように電子 のエネルギー状態を変化させる。微小ファイバー黒体輻射の低温限界は、ファイ バーの寸法、システムの損失、検出器、および使用されるファイバーなどの、種 々の要因に依存するが、実際的には５００°Ｃ程度か限度である。

結晶３０６の表面仕上げは、その結晶からファイバーに入るルミネセンス発光量 に影響を及ぼし、ルミネセンス信号レベルを変え、結晶によって崩壊時間を僅か ながら変化させ、それによって相互交換可能性に悪影響を及ぼす。表面を均一あ らさにするサンドブラスト、その他の手段は結晶ごとの信号レベルの差を減少さ せる。また、サンプルの屈折率より小さな屈折率を有するガラス、その他の物質 による被膜は、ルミネセンスが結晶からより効率的に放射されることを可能にし 、それによって信号レベルを向上させると同時に、相互交換可能性も改善する。

ルミネセンス信号の一部か反射されて結晶内へ送り返される輻射捕捉は、上に述 べた相互交換可能性に影響する。種々の結晶の間でのルミネセンス信号レベルと 測定される崩壊時間の差を増大させてしまうので、それは一般的には望ましくな い。放射光の吸収長が結晶内の光の通路長と実質上回じか、あるいはそれ以下で ある場合、輻射捕捉は重要な意味を持つ。

磨かれた表面仕上げは凹凸の激しい表面の場合に較べて、より多量のルミネセン スを結晶内へ反射させる。ルミネセンスのスペクトル吸収および放射特性に応じ て、捕捉された輻射はルミネセンス発光物質によって吸収され、再放出される確 率を一定の値にする。この吸収および再放出は、ファイバー黒体／ＴＲＤの組合 わせセンサーのための電子装置は、図２に示されているように、黒体放射感知電 子装置に結合されたＴｌ？Ｄ電子装置を含んでおり、後者の電子装置は黒体から 放射される広帯域の光の全振幅を感知するか、あるいは波長伸縮（ｗａｖｅｌｅ ｎｇｔｈ　ｒａｔｉｏｉｎｇ）手法を用いる。

図７で、３つのＬＥＤ光源４１０．４０２．４０４で構成されるシステム４００ は、光ファイバー・ハイウェイ４０８および光ファイバー・ハイウェイセグメン ト４０８ａ、　４０８ｂに結合されている。

光源４０１．４０２．４０４はλ１、λ２、およびλ３を中心とする、明確に異 なったスペクトル特性を有する。３ポ一ト波長分割カップラー４０８．４１０． ４１２は、それぞれ図７Ａ、７Ｂ。

７Ｃにおいて４１４．４１Ｂ　、４１８で示されているような明確に違ったスペ クトル特性を有する。これらの特性図４１４．４１Ｂ、４１８において、点線は 、データ・ハイウェイに接続された左側のカップラー・ポートとそれぞれのカッ プラー４０８．４１０．４１２に対応するプローブに接続されたポートとの間の カップラー特性を示している。これらの特性図の実線はそれぞれのカップラー４ ０８．４１０．４１２の右側のポートと左側のポートとの間のカップラー特性を 示す。カップラー４０８はλ１を中心とする狭い帯域の周波数をハイウェイから プローブ４２０に分岐させるが、λ２とλ３を中心とする波長光はハイウェイを 通じて伝送させる（４１４参照）。同様にして、カップラー４１０はλ２を中心 とする波長光だけを分岐させ（４１６参照）、カップラー４１２はλ３を中心と する波長光だけを分岐させる（４１８参照）。

ＴＲＤプローブ４２０．４２２、および４２４は粉末形態のルミネセンス発光物 質を有しており、光ファイバー４２６．４２８．４３０によってカップラー４０ ８．４１０　、４１２に接続されている。

結晶、バインダーに埋め込まれている粉末、あるいはバインダーに埋め込まれて いない粉末の形態をとることのできるプローブ４２０．４２２．４２４内のルミ ネセンス発光物質は、これら波長λ１１λ２およびλ３を含む輻射によって励起 される。

ルミネセンス発光物質は波長２４周辺でルミネセンスを発光する（４３２．４３ ４．４３６り照）。カップラー４０８．４１０．４１２はλ４を中心とする波長 光を分岐させる。

例えば、カップラー４０８はハイウェイ４０Ｂを通じて光源４０１からのほぼλ １を中心とする励起輻射を受け取り、そのほとんどをファイバー４２６を通じて プローブ４２０に指向させる。光源４０１からの輻射は、カップラー４０８かλ １を中心とする輻射をハイウェイ４０６ａには事実上通過させないので、実質上 プローブ４２２．４２４に到達しない。λ４を中心とするプローブ４２０からの ルミネセンスはカップラー４０８によって多少減衰されるか、ハイウェイ４０６ を通じて電子装置４０３に伝送される。電子装置４０３は熱応答性時定数τを示 す出力を提供し、図２で説明したような構成である。同じように、光源４０２は ハイウェイ４０６を通じてλ２を中心とする励起輻射をカップラー４０８に伝送 するか、二のカップラーはその励起輻射のほとんどを左側ポートから右側ポート へ通過させる。この輻射はセグメント４０６ａ経由でカップラー４１０に到達し 、λ２を中心とする波長をその底部ポートへ分岐させ、さらにファイバー４２８ を通じてプローブ４２２に伝送する。カップラー４０８．４１２はλ２を中心と する波長光は分岐させず、また、カップラー４１０はそうした波長光をプローブ ４２２の方向に効果的に分岐させるので、そうした励起輻射は事実上プローブ４ ２０．４２４に届かないように阻止される。プローブ４２２からのλ４を中心と するルミネセンスは、カップラー４１０、ハイウェイ・セグメント４０８ａ、カ ップラー４０８およびハイウェイ４０６を通じて電子装置４０３へ戻される経路 によって多少減衰される。カップラーの数は実際的にはそれらカップラーを通過 した後のルミネセンス信号レベルによって制限され、その信号レベルは電子装置 ４０３か信号をノイズから識別できるように数ナノワット程度はなければならな い。プローブ４２４からのルミネセンスは光源４０４からの励起輻射によって励 起され、同じように、経路上のカップラー４１２．４１０．４０ｇを介して電子 装置４０３まで通過する。

この実施例において、カップラー４０８．４１０．４１２は３ボ一ト波長分割カ ップラーである。また、カップラー４０８．４１０．４１２の代わりに、ひとつ の３ポ一ト波長分割カップラーを用いることもできる。

光源の励起出力の強さは、ＯＮ時間の長さと同様、任意である。しかしながら、 これらのパルスはルミネセンスを励起させるのに十分な長さを持たねばならず、 また、それらパルス間の時間は、その結果発生されるルミネセンスが電子装置に 届くのに十分なだけの長さでなければならない。プローブの数など、他の変形を 多重システムに対して行ってもよいが、いくつかの必要条件を満たさなければな らない。多重化された各プローブに対して、ひとつの光源が必要である。同じ波 長の光を出す光源が２つ以上あってはならないが、すべての波長はそれらプロー ブのそれぞれの中にあるルミネセンス発光物質を励起させる波長帯域になければ ならない。

国際調査報告 ＬＬＩＩ−―−＾−”””’　ｐｃｒ／ｕ５９１７０７５４３フロントページの 続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＲ，ＧＢ、　ＧＲ，ＩＴ、　ＬＵ、　ＮＬ、ＳＥ）、ＢＲ， ＣＡ、ＪＰ、ＳＯ ミネアポリス、＃　１９０７、イエール　プレアメリカ合衆国、　５２４０２　 アイオワ州、シープ　ラピッズ、クロパーディル　ロード　４３５０ （７２）発明者　ティルストラ、シエレ　トーンアメリカ合衆国、　５５１２２ 　ミネソタ州、イーガン、カッターズ　レイン　１４２７（７２）発明者　リチ ノブスキー、ステイーブン　ジェイ。

アメリカ合衆国、　５２３１７　アイオワ州、（７２）発明者　ストコウィスキ 、スタンレー　イー。

アメリカ合衆国、　９４５２６　カリフォルニア州、ダンヴイル、コンタグ　サ ークル

Claims (55)

【特許請求の範囲】
1. １．特徴的な崩壊時間速度を有する温度応答性ルミネセンスを示す信号を発生す る信号手段と、 前記信号手段に結合され、第１の時間間隔が第２の時間間隔に重なり合っている 少なくとも２つの時間間隔の間に信号をサンプリングするサンプリング手段と、 サンプリング手段に結合され、サンプルされた信号の平均値を比較して、その間 の差を示す差信号を提供する比較手段と、 前記差信号に応答し、崩壊時間速度の関数として温度を示す出力を発生し、かつ 前記差信号の関数として前記時間間隔を調整する制御手段とで構成される温度感 知装置。
2. ２．信号手段がさらに、ルミネセンス発光物質を操り返し励起させてルミネセン スを発光させる励起手段を含み、サンプリング手段は励起が終了した後に信号を サンプルする特許請求の範囲第１項の装置。
3. ３．信号手段がさらに、クロムを含むルミネセンス発光物質を励起させる励起手 段を含んでいる特許請求の範囲第１項の装置。
4. ４．制御手段は、差信号が実質的にゼロになるまで時間間隔を調整する特許請求 の範囲第１項の装置。
5. ５．制御手段は、差信号が実質的にゼロとなった時に、テーブルを参照して温度 を決定する特許請求の範囲第４項の装置。
6. ６．信号手段がさらに、その内部にルミネセンスを提供するためのルミネセンス 発光粉末を詰め込まれているプローブ・チップを具備した特許請求の範囲第１項 の装置。
7. ７．さらに、サンプリングの前に、信号からＤＣ成分を除去するための自動ゼロ 化手段を含んでいる特許請求の範囲第１項の装置。
8. ８．その温度を感知されるべき環境に熱的に結合されたプローブ手段であって、 繰り返し輻射を放出するための励起光源手段および、励起に応答して熱応答性の 崩壊時間速度でルミネセンスを発光するためのルミネセンス発光手段を有するプ ローブ手段と、 前記プローブ手段に結合され、第１の時間間隔が第２の時間間隔に重なり合って いる、少なくとも２つの時間間隔の間にルミネセンスの平均値を測定するための 制御手段と、それら２つの測定値の差を発生する比較手段とを具備し、前記制御 手段は得られた差に応答して前記時間間隔を調整する温度感知装置。
9. ９．励起光源に結合された温度測定手段が励起光源の温度を測定し、制御手段が さらに、励起光源がソース温度の関数として輻射を放出する時間の長さを指定す る時間調整手段を具備した特許請求の範囲第８項の温度感知装置。
10. １０．励起光源手段に結合された温度測定手段が励起光源の温度を測定し、制御 手段がさらに、光源温度の関数として励起光源出力の強度を調整するための手段 を具備した特許請求の範囲第８項の温度感知装置。
11. １１．ルミネセンス発光手段がルミネセンス発光粉末で構成された特許請求の範 囲第８項の温度感知装置。
12. １２．気体が実質的に粉末粒子を分離する特許請求の範囲第１１項の温度感知装 置。
13. １３．プローブ手段がチューブを含んでおり、粉末がチューブに詰め込まれ、光 ファイバーが粉末に接触されている特許請求の範囲第１１項の温度感知装置。
14. １４．ルミネセンス発光粉末が実質的に光ファイバーの直径の２／３以下の直径 を有する粒子でできている特許請求の範囲第１３項の温度感知装置。
15. １５．ある開口数を有する信号カップリング手段がルミネセンスを集めるために プローブと制御手段の間に結合され、さらに信号カップリング手段が信号カップ リング手段の開口数を増大させるための手段を含んでいる特許請求の範囲第８項 の温度感知装置。
16. １６．信号カップリング手段がルミネセンス発光手段に接触されたテーパ残部を 有する光ファイバーである特許請求の範囲第１５項の温度感知装置。
17. １７．ルミネセンス発光手段が粉末であり、信号カップリング手段が前記粉末に 接触したテーパ端部を有する光ファイバーである特許請求の範囲第１５項の温度 感知装置。
18. １８．クロムを含むルミネセンス発光手段がルミネセンスを発生する特許請求の 範囲第８項の温度感知装置。
19. １９．ルミネセンス発光手段がルミネセンス発光物質Ｃｒ：ＧＧＧ、／ＣＲ：Ｇ ＳＧＧ、およびＣｒ：Ｂｅｒｙｌで構成されるグループから選択された物質であ る特許請求の範囲第１８項の温度感知装置。
20. ２０．プローブ手段が、さらに黒体輻射を放射する黒体手段を含み、制御手段が さらに温度を黒体輻射の関数として決定するための電子手段を具備した特許請求 の範囲第８項の温度感知装置。
21. ２１．不活性物質でルミネセンス発光手段を被覆した特許請求の範囲第８項の温 度感知装置。
22. ２２．複数の、特許請求の範囲第８項記載の温度感知装置を具備し、それぞれが 光カップラーを通じて共通光ファイバーに接続されている、複数の温度を感知す るための温度感知装置。
23. ２３．制御手段が、測定された差が実質的にゼロになるまで、時間間隔を調整す る特許請求の範囲第８項の温度感知装置。
24. ２４．測定された差が実質的にゼロの時に、制御手段がテーブルを参照して温度 を決定する特許請求の範囲第２３項の温度感知装置。
25. ２５．ルミネセンス発光手段がバナジウムを含んでいる特許請求の範囲第７項の 温度感知装置。
26. ２６．ルミネセンス発光手段がルミネセンス発光物質Ｖ２＋：ＫＭｇＦ３および Ｖ２＋：ＮａＣｌで構成されているグループから選択された物質である特許請求 の範囲第２５項の温度感知装置。
27. ２７．第１の時間間隔が第２の時間間隔に重なり合っている、少なくとも２つの 時間間隔の間に、温度応答性であって、かつ特徴的な崩壊時間速度を有するルミ ネセンス発光物質からの平均的放射をサンプリングするステップと、サンプルさ れた値の差を決定するステップと、サンプルされた値の差の関数として時間間隔 を調整するステップと、 崩壊時間速度の関数としての温度を示すステップとで構成される温度感知方法。
28. ２８．さらに、ルミネセンス発光物質を繰り返し励起してルミネセンスを発光さ せるステップを含み、放射の値のサンプリングが励起の消滅後に行われる特許請 求の範囲第２７項の方法。
29. ２９．サンプルされた値の差が実質的にゼロになるまで、時間間隔の調整が行わ れる特許請求の範囲第２７項の方法。
30. ３０．さらに、サンプルされた値の差が実質的にゼロになった時に、テーブルを 参照して温度を決定するステップを含む特許請求の範囲第２９項の方法。
31. ３１．感知されるべき温度に熱的に結合されたルミネセンス発光物質に輻射を操 り返し放射し、前記ルミネセンス発光物質が熱応答性の崩壊時間速度でルミネセ ンスを発光するステップと、 第１の時間間隔が第２の時間間隔に重なり合っている、少なくとも２つの時間間 隔中のルミネセンスの値を測定するステップと、 測定された値の差を決定するステップと、前記差の関数として時間間隔を調整す るステップとで構成される温度感知方法。
32. ３２．さらに、励起光源の温度を測定し、その光源温度の関数として、励起光源 が輻射を放射する時間の長さを選択するステップを含む特許請求の範囲第３１項 の方法。
33. ３３．さらに、励起光源の温度を測定し、その光源温度の関数として、励起光源 の出力強度を調整するステップを含む特許請求の範囲第３１項の方法。
34. ３４．ルミネセンス発光物質が、結合手段によって、ルミネセンスの値を測定す るための制御手段に接続されており、さらに前記結合手段の開口数を増大させる ステップを含む特許請求の範囲第３１項の方法。
35. ３５．ルミネセンス発光物質が黒体輻射を放射し、さらに、黒体輻射の関数とし て温度を決定するステップを含んでいる特許請求の範囲第３１項の方法。
36. ３６．複数のルミネセンス発光物質が用いられ、さらに、それらルミネセンス発 光物質のそれぞれによって個別の温度を決定するステップを含んでいる特許請求 の範囲第３１項の方法。
37. ３７．サンプルされた値の差が実質的にゼロになるまで時間間隔が調整される特 許請求の範囲第３１項の方法。
38. ３８．さらに、サンプルされた値の差が実質的にゼロになった時に、テーブルを 参照して温度を決定するステップを含んでいる特許請求の範囲第３７項の方法。
39. ３９．一方の端部に、それと光学的交信を行うためのルミネセンス発光物質を有 する細長い光ファイバーで構成され、前記ルミネセンス発光物質が熱応答性のあ る崩壊時間速度を有する光放射を出し、さらに前記ルミネセンス発光物質がバナ ジウムをドープされたハロゲン化物を含んでいるＴＲＤ光学温度センサー。
40. ４０．ルミネセンス発光物質がＶ２＋：ＫＭｇＦ３あるいはＶ２＋：ＮａＣｌで ある特許請求の範囲第３９項のＴＲＤ光学温度センサー。
41. ４１．ルミネセンス発光物質が、７７０−７８０ｎｍの範囲の照射によって励起 されて発光するバナジウムをドープしたハロゲン化物である特許請求の範囲第３ ９項のＴＲＤ温度センサー。
42. ４２．η、αおよびをβを定数としたとき、Ｂ＝Ａ＋α（Ｄ−Ａ）、および Ｃ＝Ａ＋β（Ｄ−Ａ） を満足する時点Ａと時点Ｄの間の第１の時間帯、および時点Ｂと時点Ｃの間の第 ２の時間帯に信号をサンプリングするステップと、 Ｋ１は時点Ａでの信号の振幅、Ｋ２は信号のＤＣ成分、ｅ−ｔ／τは放射のルミ ネセンス強度に比例するものとして、▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ を求めるステップと、 さらにｘが実質的にｙと等しいときに、テーブルから環境温度を決定するステッ プとで構成される、温度応答性の崩壊時間速度を有するルミネセンス発光物質か らの放射を示す信号に基づいて、その環境の温度を決定する方法。
43. ４３．ｘが実質的にｙと等しくない時は、ｘ０、ｘ１、およびｘ２を定数とし、 Ｘｐｒｅｖおよびｙｐｒｅｖを前のサンプリングにおけるｘおよびｙの値として 、 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ の関係に従って求めた値ｄＤだけ、Ｄの値を調整するステップをさらに含んでい る特許請求の範囲第４２項の方法。
44. ４４．ｘおよびｙを決定するステップおよび、ｄＤの計算がプロセッサーによっ て行われ、そのプロセッサーが索引テーブルを含んでおり、さらに、温度を決定 するステップが前記Ｄの値に基づいて索引テーブルから温度を決定するステップ を含む特許請求の範囲第４３項の方法。
45. ４５．さらに環境の温度を示す出力を発生するステップを含む特許請求の範囲第 ４２項の方法。
46. ４６．さらに、ルミネセンス発光物質を繰り返し励起してルミネセンスを放射さ せるステップを含んでいる特許請求の範囲第４２項の方法。
47. ４７．ルミネセンス発光物質が放射光源によって励起され、さらにその放射光源 の温度を決定し、その放射光源をｔＯＮ＝Ｃ１Ｄｆ（ＴＳ） の関係から導かれるｔＯＮの時間だけ作動させるステップを含んでおり、 ここでＣ１は定数であり、ｆ（ＴＳ）はその光源の温度の線形関数であり、時点 Ａが時間帯ｔＯＮの終わりから測定される特許請求の範囲第４６項の方法。
48. ４８．ルミネセンス発光物質が放射光源によって励起され、さらに、その放射光 源の温度を決定し、その光源の温度に基づいて放射光源の強度を調整するステッ プを含む特許請求の範囲第４６項の方法。
49. ４９．η、αおよびをβを定数としたとき、Ａ＝ηＤ、 Ｂ＝Ａ＋α（Ｄ−Ａ）、および Ｃ＝Ａ＋β（Ｄ−Ａ） を満足する時点Ａと時点Ｂの間の第１の時間帯、および時点Ｂと時点Ｃの間の第 ２の時間帯に信号をサンプリングする手段と、 プロセッサー手段とを具備し、前記プロセッサー手段は、Ｋ１は時点Ａでの信号 の振幅、Ｋ２は信号のＤＣ成分、ｅ−ｔ／τは放射のルミネセンス強度に比例す るものとして、▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ を求める第１の手段と、 索引テーブルと、 ｘが実質的にｙと等しいとき、索引テーブルから環境温度を決定する第２の手段 とを有する、温度応答性の崩壊時間速度を有するルミネセンス発光物質からの放 射を示す信号に基づいて、その環境の温度を決定する装置。
50. ５０．該プロセッサーはさらに、ｘが実質的にｙと等しくない時に、 ｘ０、ｘ１、およびｘ２を定数とし、ｘｐｒｅｖおよびｙｐｒｅｖを前のサンプ リングにおけるｘおよびｙの値として、ｄＤ＝ｘ０（ｘ−ｙ）＋ｘ１｛（ｘ−ｙ ）−（Ｘｐｒｅｖ−ｙｐｒｅｖ）｝＋ｘ２Σ（ｘ−ｙ）の関係に従って求めた値 ｄＤだけ、Ｄの値を調整する第３の手段を含んでるんでいる特許請求の範囲第４ ９項の方法。
51. ５１．第２の手段がＤの値に応答して、索引テーブルから温度を決定する特許請 求の範囲第４９項の装置。
52. ５２．さらに、環境の温度を示す出力を提供する出力手段を含んでいる特許請求 の範囲第４９項の装置。
53. ５３．さらに、ルミネセンス発光物質を繰り返し励起してルミネセンスを放射さ せる励起手段を含んでいる特許請求の範囲第４９項の装置。
54. ５４．さらに、励起手段の温度を決定する手段と、Ｃ１を定数、ｆ（ＴＳ）が励 起手段の温度の線形関数とするとき、 ｔＯＮ＝Ｃ１Ｄｆ（ＴＳ） の関係から導かれるｔＯＮの時間帯に前記励起手段を作動させる手段とを含み、 時点Ａが時間帯ｔＯＮの終わりから測定される特許請求の範囲第５３項の装置。
55. ５５．さらに、励起手段の温度を決定する手段と、励起手段の温度に基づいて励 起手段の強度を調整する手段とを含む特許請求の範囲第５４項の装置。