JPS59116517A - 赤外線温度測定装置 - 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】 本発明は物理分析、精密計測、熱処理等における温度測
定に用いる赤外温度測定装置に関するものである。

半導体工業におい１電子回路素子のジュール〃目熱によ
る温度上昇はＮ要な問題であυ、その温度計測ｖｃは非
接触型が要求さｎる関係上界外縁温度計が用いろｎ″″
Ｃきた。又、最近、高速応答素子やオプトエレクトロニ
クスの発展がめざましいが。

この場合高速の電子的現象に付随して高速の熱的過渡現
象が生じる。

更に、イオンビームを利用する精密工業では。

ビームによる発熱を伴うが、ビームの変動時やパルス運
転中（例えば核融合炉）には、ビームが照射さｎた部分
に高速の温度変化がひき起さｎるよつｖｃなり、従って
高速応答の温度測定が必要となる。従来、か〜る目的に
用いろ詐るものとしてはいわゆる単色式の赤外線温度計
がへるが、この温度計は被測定物体の赤外線放射率に大
きく影響さｎるためＶＣ温度の絶対値の測定全行５のが
極めて困難であった。

又、従来、放射率の影響を受は訂ｆい温度計として三波
長比較式の温度計も使用さｎているが、こｎは三波長の
強度を比較する際機械的なチョッパを用いる必要がある
ため、その応答時間は１０ミリ秒が限度であシ、高速応
答は不可能である。

こｎがため、放射率の影響を受けず、しかも高速応答で
温度計測を行うためには単波長式赤外線温度計及び三波
長式赤外線温度計を併用する必要があるがかように個別
の測置装置で計測を行う場合には装置が高価になるだけ
でなく、システム全体としての温度較正が困難であシ、
信頼性が低下する。又二種類の個別の測置器の被測定表
面上における元スポットの形状及び位置を一致させるこ
とは極めて困難である。

本発明は上述の問題点を解決し、二系統の光学系及びそ
の信号処理系を適宜組合せることによつ工、ミＩＪ秒以
下の高速応答性を有し、しかも自動的に放射率補正を行
い得る非接触式赤外温度測置装置を提供することを目的
とするものである。

本発明赤外温度測定装置は、単波長光学系と、この光学
系の出力を処理する第１電気回路系と１二波長比較光学
系と、この光学系の出力を処理する第２電気回路系と、
前記二波長比較元学系の出力全受は前記単波長光学系の
出力に対し放射率の補正を高速で行い得る放射率補正回
路とを具えることを特徴とする。

図面につぎ本発明を説明する。

本発明赤外温度測定装置は、二つの光学系を収納する装
置本体と１両光学系に対する電気回路系゛　　　とを以
″′Ｃ構成する。即ち第１図に示すように本発明赤外温
度測定装置の本体１は、高速赤外線上ンサ２及び有孔凹
面反射Ｇ３’ｊ−有するカセグレン配置の高速応答用単
波長光字系Ａと、凸レンズ、フィルタ（窓）５を有する
元チョッパ６及び二波長比較計測用赤外線センサ７を有
する三波長比較光学系Ｂとを以″Ｃｇ成する。赤外線セ
ンサ２を液体窒素容器８内に収納して使用温度が７７に
となるようにし、その測置波長を１．８〜５．５μｍと
する。この赤外線センサ２は例えばインジウム・アンチ
モンで造るが、インジウム０砒素、カドミウム−水銀・
テルル等の材料で造ることもできる。赤外線センサ７の
光学系Ｂ　１に波長１例えば２．０２μｍ及び２．３３
μｍを選択する光学フィルタ５によって入射赤外光音チ
ョップして互に異る三波長の赤外線が赤外線センサ７に
到達し得るようにする。この赤外線センサ７は三波長比
較式のものとすると共に硫化鉛で造り、室温で使用し得
るようにする。又、このセンサ７は光学フィルタのチョ
ップ時間よりも充分に速い応答性を有するものとする。

こｎら両光学系Ａ及びＢは外匣９内に収納すると共にそ
の光軸及び被測定物体１０の表面での元スポット１１が
互に一致し得るように配置し、この外匣９ＶＣ＆”Ｌ照
準用のぞき窓１２を設け、こｎにより被測定物体１０の
表面での元スポット１１の位置決め及び調整を行い得る
ようにする。従って同一点からの赤外光の情報が両光学
系Ａ及びＢ並びにその電気回路系に入力さｎ得得るよう
にする。又、外匣９の出力側から導出する２本の４課１
３及び１４を光学系Ａ及びＢの血気回路系Ａ！及びＢ’
　（ｉ　２図参照）に夫々接続する。

即ち、第２図に示すように電気回路系Ａ’＆工装置本体
ｌの出力４線１３に接続さ几たバッファ増幅器１５と、
単波長式主増幅器１６と、リニアライザ１７と、Ａ／Ｄ
変換器１８と、ディジタル表示器１９とを以て構成する
。

又、電気回路系Ｂ１は、前置増幅器２０と、三波長比較
による対数増幅器２１と、放射率補正回路２２と、放射
率表示器２３を以て構成する。この放射率補正回路２２
は、前記対数増幅器２１に組込まｎた放射率演算回路２
４と、その出力側に自動スイッチ２５を介して接続さｎ
た放射率補正演算回路２６と、放射率設定回路２７とを
以℃構成する。

更に電気回路系Ａ１の主増幅器１６と電気回路系Ｂ１の
三波長比較対数増幅器２１との間には室温補償回路２８
を設け、こｎによシ装置全体としての温度較正を行ない
得るようにする。

ルｒ様に構成した本発明赤外温度測定装置の作動は次の
通夛である。

今、黒率用のぞき窓１２を見ながら被装置物体１０の表
面上の測定スポツ）ｌｌを位置決めする。

斯様にすると測置スポット１１の赤外温度の放射光は、
高速応答の単波長光字系Ａにおいては有孔凹面反射の３
で反射さｎで赤外線センサ２に到達し、こ〜で連続的Ｖ
Ｃ電気信号に変換さｎると共に三波長比較光学系Ｂにお
いては凹面反射Ｑ３の中央孔、凸レンズ４及び元チョッ
パ６のフィルタ５を経て赤外線センサ７に到達する。こ
の場合入射赤外光はフィルタ５によシニ波長の元にチョ
ップさｎるためセンサ７には異る二波長の赤外光が入射
さｎるようになる。

光字系Ｂのかかる異る二波長の赤外光を工、赤外線セン
サ７によυ検出さｎ且つ電気信号に変換さｎてその電気
回路系７３＋の前置増幅器２０１Ｃ供給さｎ、ここで増
幅さｎて三波長比較対数増幅器２１に供給さｔ、こ又で
電圧増幅及びサンプルホールドさｆた後放射率演算回路
２４で対数変換及び減算処理さｎて放射率を算出する。

放射゛率演算回路２４の邑力即ち放射率に対応する電気
信号は、放に供給さ２″シて放射率の補正係数を算出し
、その出力を放射率設定回路２７に供給し、こＮで放射
率の補正値を最終的に且つ連続的に設定し得るようにす
る。スイッチ２５は通常自動スイッチとするが、こｎを
手動スイッチに切換えることもできる。

又、放射率設定回路２７も手動設定に切換えることがで
きる。更に放射率補正演算回路２６は。

Ａ／Ｄ変換器を内蔵するマイクロコンピュータによυ構
成するため雑音の導入が殆んどなく長時間高精度で安定
して使用することができる。

又、うｔ学系Ａの赤外光は、赤外線センサ２によυ連続
的に検出さｎ且つ電気信号に変換さｎて。

その電気回路系Ａ１のバッファ増幅器１５１Ｃ供給さｔ
、こＮで増幅さｎて単波長主増幅器１６に供給さｎ、こ
〜で室温補償回路２８によ多温度補償さ扛ると共に放射
率設定回路２７によシ放射率の補正を行う。かように温
度補償さ几且つ放射率補正さｎた主増幅器１６のアナロ
グ出力である温度信号Ｑ工高速リニアライザ１７及びＡ
／Ｄ変換器１８を経てディジタル表示器１９で温度表示
さｎると共１ｃ　温度信号出力端子２９かも利用回路１
例えば通常の温度制御回路に供給さｎる。

次に本発明赤外温度測定装置と従来の赤外温度計との緒
特性を以下に示す。

上表からも明らかなように本発明赤外温度測置裂きによ
ｆ′Ｌば上述したように構成したので、被ｇｔ＋ｊ足物
体の表面の赤外放射率が時間的に変化しても自動的に放
射率の補正を行うことができ−しかも高速応答で正確に
温度を測定することができる。

例えは、被測定物体の表面酸化や表面状態の変化が進行
し又もその温度を正確に測定することができる。

又、被測定物体の放射率が場所によって異る場合でも、
スポットサイズの分解能の範囲で正確に且つ高速応答で
温度を測定することができる。例えば放射率の異なる物
質の混合物や複合体の高速応答測定が可能となる。

更に、本発明赤外温度測定装置は、高速応答温度計と放
射率測定器とを兼用し、且つ全体とし又温度較正がなさ
ｎているため、信頼性が高く、しかも廉価である。

本発明は上述した例にのみ限定さｎるものではなく１種
々の変更を行うことができる。例えば上述した例では２
個の赤外線センサを用いたが、１個の赤外線センサを両
光学系に兼用することもできる。この場合には温度計測
が時間的に分割して行われ従って放射率補正も間欠的と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明赤外温度測定装置の光学系を示す断面図
、第２図は光学系からの出力を処理する電気回路を示す
ブロック図である。 ｌ・・・装置本体 ２．７・・・赤外線センサ ３・・・有孔凹面反射鏡 ４・・・凸レンズ ５・・・フィルタ（６） ６・・・元チョッパ ８・・・液体窒素容器 ９・・・装置外匣 ｌＯ・・・被測定物体 １１・・・測定スポット １２・・・照準用のぞき窓 １３．１４・・・出力導線 １５・・・バッファ増幅器 １６・・・単波長式主増幅器 １７・・・リニアライザー １８・・・Ａ／Ｄ変換器 １９・・・ディジタル表示器 ２０・・・前置増幅器 ２１・・・二波長比較対数増幅器 ２２・・・放射率補正回路 ２３・・・放射率表示器 ２４・・・放射率演算回路 ２５・・・スイッチ ２６・・・放射率補正演算回路 ２７・・・放射率設定回路 ２８・・・室温補償回路 ２９・・・温度信号出力端子。 特許出願人　株式会社ジャパン・センサー・コーホレイ
同　　　料与技術庁金八材料孜伽ソｔ９ｉ代理人　弁理
士　奈　　　　良 第１図 ］１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）単波長光学系と、該光学系の出力信号を処理する
   電気回路系と、二液、長比較元学系と、該光学系の出力
   信号全処理する電気回路系と。 前記二波長元学系の出力を受け、前記単波長光学系の出
   力に対し放射率の補正全高速で行い得る放射率補正回路
   とを具えることを特徴とする赤外線温度測定装置。 （２）単波長光学系は、カセグレン配置さ’Ａ　た有孔
   凹面反射韓と、高速応答赤外線センサとを具えること全
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の赤外＃ｉ！温度
   温度測置装 置３）二波長比較元学系は、凸レンズと、フィルタ付光
   チョッパと、赤外線センサとを具えることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の赤外線温度測定装置。 （４）単波長光学系の電気回路系は、赤外線センサの出
   力を受けるバッファ増幅器と、単波長式主増幅器と、該
   主増幅器の出力全温度変化に対しｌｕ　ＫＩＡ性とする
   りニアライザと、該リニアライザのアナログ出力をディ
   ジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、該変換器の出力を
   表示するディジタル表示器とを具えることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の赤外温度測定装置。 （５）三波長比較光学系の電気回路系は、赤外線センサ
   の出力を受ける前記増幅器と、該増幅器の出力を受ける
   二波長比較対数増幅器と、該対数増幅器に組込まｎた放
   射率演算回路と、放射率表示器とを具えることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の赤外温度測定装置。 （６）放射率補正回路は、放射率演算回路の出力を受け
   る放射率補正演算回路と、該演算回路の出力を受ける放
   射重設足回路とを具えることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項又は第５項記載の赤外温度測定装置。 （７）単波長光学系及び二波長比較元学系全単−容器に
   収納することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   赤外温度測定装置。