JPS6035227A - 赤外輻射温度計 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、赤外輻射湿度計に関するものであり、特に高
信頼度、高性能な温度計の構造に関するものである。

従来例の構成とその問題点 赤外輻射温度計は最近ますます高信頼化、高性能化され
る傾向にあり、そのため、上記温度計用素子及びその開
発に対する要望が高まりつつある。

仁の種の温度計として、弾性表面波遅延線素子を用いた
発振器からなるものがよく知られている。

以下図面を用いて従来の温度計を説明する。第１図に上
記温度計に用いられる素毛斜視図を、第２図に発振器の
ブロック図を示す。第１図において、（１）（２）は弾
性表面波を送受信するための交差指型電極を示す。（３
）は圧電性基板、（４）は圧電性基板（３）上の赤外受
光部を示す。（５）は圧電性基板（３）を熱絶縁するた
めの支持台を示す。第２図において、（１）〜（４）は
第１図と同じである。（６）は増幅器、（７）は出力コ
ンデンサ、（８）は出力端子を示す。

次に、動作原理を簡単に説明する。第２図において、交
差指型電！Ｍ（２）より送信された弾性表面波は圧電性
基板（３）上を伝搬し、交差指型電極（１）により受信
され、増幅器（６）により増幅され、電極（２）にフィ
ードバックされて発振する９発振周波数はコンデンサ（
７）を介して出力端子（８）から計測される。

仁の際、発振周波数は交差指型電極（１）　（２）によ
り送受信される弾性表面波の特性と該電極（１）　（２
）間を伝搬する弾性表面波の伝搬時間とにより決まる。

このような状態で、赤外受光部（４）に赤外光が入射す
ると、圧電性基板（３）の温度がわずか上昇し、弾性表
面波の伝搬時間が基板（３）の特性に依存して変化し、
発振周波数が変化する。従って、発振周波数を検知する
ことにより、温度計として動作することになる。この際
、圧電性基板（３）の温度上昇は約（し’１ｏｏｏ）℃
程度であり、発振周波数を約１７０Ｈ，に設定した場合
、上記周波数の変化は数１００Ｈｚ程度である。なお、
上記の値は、圧電性基板（３）にＬｉＮｂ０ｎ結晶板を
用いた場合の例である。

上記例に挙げたように、仁の種の基板として、圧電特性
が良く、かっ伝搬時間の温度特性の良好な材料であるＬ
　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏｓが知られている。また、基板の板厚
は、薄ければ薄い程良いと考えられてぃ々の問題、例え
ば残留歪み、さらには弾性表面波に対する基板裏面など
の影響が発生し、実用上非常に大きな問題であった。

より具体的には、上記基板の板厚を薄くしていくと、基
板が曲がるなどのため弾性表面波素子の挿入損失が増大
したり、中心周波数が大きく変動するなどの問題があっ
た。そのため高信頼度、高性能な赤外輻射温度計用素子
を実現することができなかった。

発明の目的 本発明者等は、赤外輻射温度計用素子を詳細に検討した
結果、基板裏面の表面粗さが残留歪み、残留応力に大い
に関係していることを見い出し、その結果、より高信頼
度、高性能な赤外輻射温度計用素子を実現できることを
見つけた。

そこで、本発明は上記の点を満足する高信頼性、高性能
の赤外輻射温度計用素子の適切な構造を提供することを
目的とするものである。

発明の構成 上記目的を達成するために、本発明は、圧電性基板と、
上記圧電性基板上に形成された一対の交差指型電極と、
上記圧電性基板に熱輻射受光面を備えた弾性表面波素子
を用いた発振器からなる赤外輻射温度計において、上記
圧電性基板の板厚が８０μｍ以上６０μｍ以下で、かつ
上記圧電性基板の裏面の表面粗さＲＰ−Ｐが０．２μｍ
以下であるようにしたもので、より高信頼度、高性能な
赤外輻射温度計を実現することができたものである。

実施例の説明 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第８
図は本発明の赤外輻射温度計用素子の斜視図を示す。圧
電性基板（２）としてＬｉＮｂＯｘ単結晶板（Ｙ−’＋
ｆｆ１）を用い、弾性表面波の伝搬方向はＺ軸とした。

交差指型電極（ロ）（６）は０，１６μｍ厚のＡ４蒸着
膜により形成し、７に極間距離は約８ｍとした。そし”
Ｃ、ｎ！　ｌｉ　Ｑ、Ｉ）（２）の電極指及びスペース
は６μｍとした。

素子サイズはｊｉＬ５Ｘ６１１１１であった。板厚は基
板裏面を各種の番数の砥粒を用いて研磨し、制御した。

支持台（イ）（ト）は板厚１１００ｐのガラス板を幅１
ｆｆに切り出して用いた。仁の素子をＴＯ−６パツケー
ジにマウントして用いた。（ロ）は赤外受光部である。

温度計は第２図に示した回路構成を用いた。このとき増
幅器〔第２図の（６）〕はトランジスタ１石で構成し、
安定な発振を得るために増幅度を約１８ｄＢとした。ま
た、良好ない比を得るため増幅器の電源は乾電池（１，
５Ｖ）を用いた。

ｊＩ４図に上記素子の特性を示す。第４図において、横
軸は上記素子の板厚を、縦軸は挿入損失と中心周波数を
示す。上記素子の裏面研磨の最終仕上げは砥粒＄８００
０　（平均粒径１．０μｍ）を用いてパフ仕上げした。

第５図に上記素子の裏面の表面粗さの測定結果を示す。

第６図より表面粗さＲＰ−、ｉ＞１００　Ａ以下に充分
入っていることがわかる。また第４図より、発振器の増
幅器の増幅度が１８ｄＢであることを考慮すると、素子
板厚が４０μｍ以上、すなわち挿入損失が１０ｄＢ以下
であれば、充分安定に発振することがわかる。また、板
厚が８０μｍ１挿入損失が１２ｄＢでもかなり安定に発
振することより が本発明者等らに、確認された。しかしながら板厚が８
０−以下になると、ＴＯ−５パツケージにマウントする
ことが出来ず、素子の特性を測定す一４ｃとができなか
った。

第６図、第７図に砥粒＃１８０００　（平均粒径５，４
ｍ）を用いてガラス板で素子裏面を研磨した結果を示す
。第７図より、素子裏面の表面粗さＲ１−１力；約０．
２μｍ程度であることがわかる。また、第６図より、素
子の板厚が５０μｍ以上であれば非常骨こ安定に、また
４０Ｐｍ以上においてもかなり安定シこ発振することが
わかる。

第８図、第９図に従来の素子の結果を示す。従来この種
の温度計用素子の裏面研磨には、研磨速度などの観点が
ら砥粒＃１Ｇ００を用いてガラス板上で研磨していた。

第９図より、素子裏面の表面粗さＲ９−１が約１−程度
であることがわかる。また第８図より、素子板厚が６０
μｍ以上あれば非常に安定に、また６０μｍ以上でも発
振することがわかる。

この結果、従来は、高信頼度即ち安定に発振させるため
に、最小素子板厚を６０戸と規定していた。

また、用いる弾性表面波の波長が２０μｍであることを
考えると、表面粗さＲｐ−ｐ　２１　ｐ　ｍは充危小さ
いと考えられていた０ 第１０図に裏面をパフ研磨した素子を用いて構成した赤
外輻射温度計の性能を示す。横軸は素子の板厚を、縦軸
に発振周波数の赤外光入力による変化分を示す。例えば
、板厚１００μｍの場合、感度が６１（ｚ／ｄｅｇであ
ることを示している。この意味するところは、全面に黒
色ペイントを塗布した銅板を室温より８０℃高い温度に
保持し、素子前面２０（ｍのところに設置した場合、周
波数変化が１８０Ｈｚであったことを示す。発振器の周
波数安定度を考慮すると、すなわち、本発明の温度計に
おいては、短期の周波数安定度が±８Ｈｚ　１度である
ことを考慮すると、素子板厚が１００μｍ以下であれば
、実用上充分な性能を実現できることを示している。

このように、本発明の構成、すなわち上記素子の圧電性
基板の裏面の表面粗さＲｐ−ｐを約０．２μｍ以下にす
ることにより、従来実現が不可能であった素子板厚、６
０μｍ以下においても安定な発振、すなわち発振周波数
１７４ＭＨｚにおいて短期安定度±８Ｈ２以下を実現す
ることができた。さらに、第１０＠より、従来の素子に
比べ、より高性能な素子が実現したことがわかる。

従来の素子においては、板厚５０／１ｍにおいて、発振
器の短期安定度は±１０Ｈ２程度であった。この意味す
るところは、仁の素子で構成した温度計の雑音レベルが
±１０Ｈ２であり、感度が約９　Ｈｚ／ｄｅｇである。

従って、上記の感度測定配置において、温度検出精度が
２℃程度であることがわかる。しかるに本発明の構成に
よれば、短期安定度が±８Ｈ２であるから、上記例の温
度検出精度が約０．６℃程度であることがわかる。すな
わち、同じ感度であっても、上記発振器の短期安定度が
小さくなればなる程、その温度検出精度が向上すること
を意味している。

なお、本発明の実施例において、圧電性基板としてＬｉ
ＮｂＯ５単結晶板を用いたが、ＬＩＴａＯｓなどの単結
晶板であっても良い。また、ＰＣＭ、ＰＺＴなどの圧電
性磁器板であっても良い。さらに、非圧電性基板、例え
ばガラス、サファイアなどの基板上に圧電性薄膜、例え
ば酸化亜鉛などから構成されたものであっても良いもの
である。

また、弾性表面波を用いる発振器として、遅延線型素子
を例にとったが、共振器型素子であってもよい。

発明の効果 以上のように、本発明は、弾性表面波素子を用いる赤外
輻射温度計用において、素子基板の裏面の表面粗さを０
．２μｍ以下とすることにより、素子板厚６０／１ｍ以
下において、高信頼度、高性能の発振器を実現し、優れ
た赤外輻射温度計を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は赤外輻射温度計用弾性表面波素子の斜視図、第
２図は上記温度計を構成する発振器のブロック図、第８
図は本発明の一実施例を説明するための素子の斜視図、
第４図と第５図および第６図と第７図はそれぞれ本発明
による素子の特性曲線図および素子基板の裏面の表面粗
さを示す図、ｊＩ８図と第９図は従来の素子による特性
曲線図および素子基板の裏面の表面粗さを示す図、第１
Ｏ図は温度計の特性曲線図である。 ＜１１）　Ｕ−−・交差指型電極、（至）・−・圧電性
基板、（ロ）−・・赤外受光部 代理人　森本　義弘 第１図 第２図 第３図 第４図 ０　２０　＃　６０　δ０　／１２０　／２０状厚伊＃
Ｌ） 第う図 第す図 θ　２０　４０　６０　ｇθ　ｌθ０１２０祇厚（Ｐｍ
） 第７図 第３図 θ　２６　４０　６０　８０　１００　／２０状厚（ｐ
ｖＬ） 第１θ図 才反　□＃（μ鐵ン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　圧電性基板と、上記圧電性基板上に形成された一
   対の交差指型電極と、上記圧電性基板に赤外受光面を備
   えた弾性表面波素子を用いた発振器からなる赤外輻射温
   度計において、上記圧電性基板の板厚が３０μｍ以上６
   ０μｍ以下で、かつ上記圧電性基板の裏面の表面粗さＲ
   ２−９が０．２μｍ以下であることを特徴とする赤外輻
   射温度計。 ２、　圧電性基板が、ニオブ酸リチウム単結晶Ｙ−面か
   らなり、かつ弾性表面波の伝播方向が２軸方向であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の赤外輻射温
   度計。