TW201546426A - 光學式溫度感測器及光學式溫度感測器之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的在於提供一種在精度、回應性以及安定性優異之光學式溫度感測器。 一種光學式溫度感測器，具有：溫度感測元件，係因應於溫度而改變光穿透特性；中空保持體，係保持該溫度感測元件；以及光纖，係設置於該保持體內部，前端面在和該溫度感測元件隔離既定距離之位置處對向於該溫度感測元件而配置；該溫度感測元件係使得從該光纖之前端面所射出的光入射並使得入射之光穿透，且使得經穿透之光受到測定對象物所反射之反射光穿透。

Description

光學式溫度感測器及光學式溫度感測器之製造方法
本發明係關於一種光學式溫度感測器及光學式溫度感測器之製造方法。
已知有一種光學式溫度感測器係利用由能隙會對應於溫度變化而變動之半導體所構成的溫度感測元件(例如參見專利文獻1~5)。此光學式溫度感測器係使得從第1發光元件所放射之訊號光與從第2發光元件所放射之參見光穿透溫度感測元件，基於穿透溫度感測元件之訊號光與參見光的各光強度來感測外部溫度。
先前技術文獻
專利文獻1 日本特開昭62-85832號公報
專利文獻2 日本特開昭61-213738號公報
專利文獻3 日本特開昭61-233331號公報
專利文獻4 日本特開平1-242931號公報
專利文獻5 日本特開昭61-232684號公報
但是，上述光學式溫度感測器所得檢測值有時會因為溫度感測器之構造而變動。
此外，即便是基於光學式溫度感測器所得檢測值來對於測定對象物之溫度進行測定之溫度測定裝置，測定值之精度、回應性以及安定性有時也會由於溫度測定裝置之環境溫度、零件個體差異而變差。
針對上述課題，本發明之目的在於提供一種精度更高、回應性以及安定性優異的光學式溫度感測器及溫度測定裝置。
為了解決上述課題，依據一態樣係提供一種光學式溫度感測器，具有：溫度感測元件，係因應於溫度而改變光穿透特性；中空保持體，係保持該溫度感測元件；以及光纖，係設置於該保持體內部，前端面在和該溫度感測元件隔離既定距離之位置處對向於該溫度感測元件而配置；該溫度感測元件係使得從該光纖之前端面所射出的光入射並使得入射之光穿透，且使得經穿透之光受到測定對象物所反射之反射光穿透。
此外，依據其他態樣，係提供一種光學式溫度感測器之製造方法，用以製造上述光學式溫度感測器；具有下述製程：將溫度感測元件保持於保持體之製程；在光纖之前端面與該溫度感元件成為隔離之狀態下使得該保持體作旋轉，來將該溫度感測元件與該光纖之前端面的對向位置加以最適化之製程；以及在該最適化之和該溫度感測元件隔離既定距離的對向位置處配置該光纖之製程。
依據一態樣，可提供一種精度更高、回應性以及安定性優異之光學式溫度感測器及溫度測定裝置。
1‧‧‧光學式溫度感測器
2‧‧‧投光部
3‧‧‧受光部
6‧‧‧調溫機構
10‧‧‧感熱體
11‧‧‧熱傳用鋁板
12‧‧‧保持筒體
12a‧‧‧缺口部
12b‧‧‧突出部
13‧‧‧光纖
14‧‧‧固定構件
14a‧‧‧垂肩部
15‧‧‧彈簧
30‧‧‧溫度測定裝置
31‧‧‧測定用LED
32‧‧‧參見用LED
33‧‧‧分束器
34‧‧‧LED用SiPD
35‧‧‧光連接器
36‧‧‧測定用SiPD
37‧‧‧光連接器
38‧‧‧溫度感測器
40‧‧‧測定光用LED驅動器
41‧‧‧參見光用LED驅動器
42‧‧‧測定用PD安培計
43‧‧‧LED監測用PD安培計
44‧‧‧16位元A/D轉換器
50‧‧‧控制部
52‧‧‧LED溫度用安培計
53‧‧‧加熱器驅動器
60,63‧‧‧筒狀構件
61,65‧‧‧帕耳帖元件
62,64‧‧‧鋁板
100‧‧‧投光受光模組
圖1係一實施形態之光學式溫度感測器之全體構成圖。
圖2係顯示一實施形態之光學式溫度感測器之製造方法之圖。
圖3係顯示一實施形態之溫度測定裝置之方塊圖。
圖4係顯示一實施形態之投光受光模組之圖。
圖5係顯示一實施形態之溫度測定方法之流程圖。
圖6係顯示一實施形態之投光部之其他圖。
圖7係一實施形態之溫度測定結果(安定性)之一例。
圖8係一實施形態之溫度測定結果(回應性)之一例。
圖9係一實施形態之溫度測定結果(回應性)之一例。
以下，針對實施本發明之形態，參見圖式來說明。此外，本說明書以及圖式中針對實質上同一構成係賦予同一符號而省略重複說明。
〔光學式溫度感測器〕
首先，針對本發明之一實施形態之光學式溫度感測器1參見圖1來說明。圖1係一實施形態之光學式溫度感測器之全體構成圖。光學式溫度感測器1為使用光纖之溫度感測器，使用光學吸收波長因溫度而變化之半導體化合物晶片(感熱體)。亦即，光學式溫度感測器1係利用穿透光之吸收波長因溫度而變化之感熱體來感測溫度之半導體吸收波長式之溫度感測器。
光學式溫度感測器1具有感熱體10、熱傳用鋁板11、保持筒體12、光纖13、固定構件14以及彈簧15。感熱體10係以鎵砷GaAs之化合物半導體所形成。於感熱體10之上面形成有鋁反射膜，於下面形成有抗反射膜。感熱體10為光穿透特性因應於溫度而變化之溫度感測元件之一例。溫度感測元件只要是光穿透特性因應於溫度而變化之物質則不限於鎵砷GaAs之化合物半導體。
感熱體10之上面藉由接著劑而固定於熱傳導率高的熱傳用鋁板11。若就光學式溫度感測器1之前端部構造說明，則保持筒體12之前端為開口，該開口中嵌入熱傳用鋁板11(接著有感熱體10)。藉此，保持筒體12之開口被閉塞，感熱體10被固定於保持筒體12內之前端。
保持筒體12為筒狀，內部延設光纖13。保持筒體12為保持溫度感測元件之保持體之一例。保持體只要為可延設光纖13之中空構件即可，亦可非筒狀。
光纖13具有2芯構造。光纖13藉由包圍光纖13以接著來固定於保持筒體12之固定構件14而受到固定。藉此，光纖13以前端面位於光學式溫度感測器1之前端部而上下延設的方式受到配置。
本實施形態中，靜電夾頭(ESC)為測溫對象物205。測溫對象物205之溫度通過熱傳用鋁板11而傳達到感熱體10。從而，若於保持筒體12、光纖13、固定構件14與感熱體10之間進行熱交換，則由感熱體10所感測之測溫對象物205之溫度(檢測值)會發生誤差，作為溫度感測器之精度變差。
是以，本實施形態之光學式溫度感測器1具有感熱體10與光纖13以及固定構件14之前端面不接觸的構造。亦即，光纖13之前端面係在和感熱體10隔離既定距離的位置處來和感熱體10呈對向配置。藉此，光纖13之前端與感熱體10相對向之面形成中空部S。感熱體10與光纖13之前端面的距離係以設計上的值(例如2.55mm~2.65mm)為基準，將保持筒體12加以旋轉，對於感熱體10與光纖13之對向位置進行微調來最適化。具體的製程中上述距離之最適化係以光學式溫度感測器1之製造方法後述之。
此外，本實施形態之光學式溫度感測器1具有感熱體10之溫度難以傳達到保持筒體12、光纖13側之構造。藉此，可謀求精度的提高以及相對於測定對象溫度變化之回應速度的提升。
詳而言之，和熱傳用鋁板11相接著之保持筒體12係由熱傳導率低、機械強度優異、具有高耐熱性之素材所構成。此外，固定構件14也同樣地由熱傳導率低、機械強度優異、具有高耐熱性之素材所構成。例如，保持筒體12與固定構件14可由熱傳導率低的樹脂製構造體(PPS：Polyphenylene sulfide(聚苯硫)形成。
此外，保持筒體12與熱傳用鋁板11之接觸面積係儘可能降低以抑制熱傳遞。再者，保持筒體12以及固定構件14係儘可能薄化厚度來形成使得熱傳導變少。尤其，固定構件14係使得接近感熱體10之前端部附近的直徑(厚度)形成為較其下部直徑(厚度)來得小。如此一來，固定構件14在接近感熱體10之前端部附近的厚度被儘可能薄化而形成垂肩部14a。藉此，可於固定構件14之側部與保持筒體12之間設置空間，可儘可能減少固定構件14與保持筒體12之接觸面積。依據相關構成，因降低感熱體10之熱傳遞至保持筒體12以及固定構件14側的量，可提高對於測定對象物溫度變化之回應速度。
於保持筒體12之下部形成有直徑大於保持筒體12之上部而往外側突出之突出部12b。因著突出部12b所形成之位於保持筒體12內的光纖13與保持筒體12之間的空間設有例如彈簧15。保持筒體12因嵌入鋁製凸緣21，例如藉由螺絲22、23將凸緣21固定於載置台200而受到固定。於凸緣21之下側設 有鋁製軸襯24。彈簧15因藉由螺絲22、23固定凸緣21而被固定於軸襯24之上面。
光學式溫度感測器1之前端部係透過熱傳用鋁板11讓測溫對象物205之溫度傳遞至感熱體10。本實施形態中，保持筒體12因彈簧15之伸縮而往上方被上頂，使得光學式溫度感測器1之前端部壓貼於測溫對象物205之下面。藉此，因熱傳用鋁板11被壓貼於測溫對象物205之下面，而可安定進行測溫對象物205與熱傳用鋁板11之熱傳遞，可安全進行依據感熱體10之溫度感測。此外，彈簧15之反彈力強度設定為熱傳用鋁板11與測溫對象物205可得到充分接觸面積而可安定測定測溫對象物205之溫度的最小力，以不致對測溫對象物205施加過度力量的方式來設定強度。
從溫度測定裝置30所輸出之LED的光係穿過光纖13而穿透感熱體10在測溫對象物205之下面受到反射，再次穿透感熱體10而通過光纖13於溫度測定裝置30受光。
〔光學式溫度感測器之製造方法〕
其次，針對本實施形態之光學式溫度感測器1之製造方法，參見圖2來說明。圖2顯示一實施形態之光學式溫度感測器之製造方法。此外，於開始製造光學式溫度感測器1之前，先在保持筒體12之前端部側面形成圖2(e)所示缺口部12a。
首先，在鎵砷GaAs之感熱體10接著於熱傳用鋁板11的狀態下(圖2(a))，以熱傳用鋁板11使得保持筒體12之前端部開口成為閉塞的方式來接著於保持筒體12(圖2(b))。其次，將和固定構件14成為一體之光纖13插入保持筒體12(圖2(c))。
其次，一邊調整光纖13之前端與感熱體10之距離D，一邊使得保持筒體12旋轉。此時，從安裝於溫度測定裝置30之LED輸出光。光係通過光纖13從前端射出，而穿透感熱體10。在測定對象(圖2中未圖示)受到反射之光係穿透感熱體10而通過光纖13在溫度測定裝置30受光。基於受光之反射光光量(測定值)，探索幾乎不會產生光學式溫度感測器1之個體差異的感熱體10之旋轉方向的適切位置，並探索光纖13之前端面與感熱體10之適切距離D。 保持在探索後結果適切化之感熱體10與光纖13之前端面的對向位置(距離D)之狀態下，將固定構件14之側壁接著於保持筒體12(圖2(d))。
以上之製造方法中，在光纖13之前端面與感熱體10之間形成距離D之中空部S。光纖13之前端面以及感熱體10間的距離D具有設計上基準值。但是，本實施形態中，係藉由以上之製造方法，在光纖13之前端面和感熱體10成為隔離的狀態下一邊使得保持筒體12旋轉、一邊對於光纖13之前端面位置進行上下微調。藉此，可對於感熱體10相對於保持筒體12之中心軸在旋轉方向上的位置進行調整，並基於設計上基準值對於光纖13之前端面以及感熱體10間的距離D進行微調。藉此，可使得感熱體10與光纖13之前端面的對向位置最適化。
說明感熱體10之旋轉方向的位置與光纖13之前端面以及感熱體10間的距離D經最適化之光學式溫度感測器1之優點。光學式溫度感測器1係使用光學吸收波長隨溫度而變化之感熱體10來檢測溫度。光學式溫度感測器之製造時，感熱體10接著至熱傳用鋁板11之際(圖2(a))之位置、角度並非一定。因此，一邊使得保持筒體12旋轉一邊對於光纖13之前端面以及感熱體10間的距離D進行微調，使得通過感熱體10而反射之光量(測定值)成為所指定之光量。藉此，降低包含感熱體10之光學式溫度感測器1之前端部構造物的個體差。藉此，本實施形態之光學式溫度感測器1之製造方法，可降低光學式溫度感測器1之個體差，提高以光學式溫度感測器1所測定之溫度精度。
(結露防止)
圖2(e)乃從圖2(d)之C-C面觀看光學式溫度感測器1之前端部側面之圖。當感熱體10結露的情況難以正確測量溫度。是以，必需防止中空部S之結露。因此，本實施形態之光學式溫度感測器1係於保持筒體12之前端部側面形成有缺口部12a。缺口部12a和中空部S連通。藉此，配置有感熱體10之空間不會成為密閉，而成為可流入外部氣體之構造。此外，使得乾空氣從缺口部12a流入中空部S，讓乾空氣循環於安裝著感熱體10之位置。藉此，可避免水分混入中空部S導致光學式溫度感測器1之前端發生結露。藉此，可安定測定測定對象之溫度。
以上，針對本實施形態之光學式溫度感測器1之構成及其製造方法做了說明。本實施形態之光學式溫度感測器1係使得從光纖13之端面射出的光穿透感熱體10。穿透光在熱傳用鋁板11之和光纖13之一面接觸之面的相反側面(與測定對象接觸之面)被反射。反射光再次穿透感熱體10，從光纖13之端面射入光纖13內。所入射的反射光係通過光纖13而輸入至溫度測定裝置30。溫度測定裝置30基於所輸入之反射光來測定感熱體10所吸收之光的波長，換算為溫度。藉此，測定測溫對象物205之溫度。
以下，針對使用相關構成之光學式溫度感測器1來對於測定對象之溫度進行測定之溫度測定裝置30之一實施形態做說明。
〔溫度測定裝置〕
圖3係一實施形態之溫度測定裝置方塊圖。本實施形態之溫度測定裝置30具有：投光受光模組100、測定光用LED驅動器40、參見光用LED驅動器41、測定用PD(光二極體)安培計42、LED監測用PD安培計43、16位元A/D轉換器44、控制部50、LED溫度用安培計52以及加熱器驅動器53。
(投光受光模組)
本實施形態之投光受光模組100係參見顯示一實施形態之投光受光模組的圖4來說明。投光受光模組100具有：投光部(投光模組)2，係輸出測定用以及參見用光；以及受光部(受光模組)3，係接收由光學式溫度感測器1之感熱體10所吸收之波長的反射光(測定光之反射光以及參見用反射光)。
投光部2具有：測定用LED31、參見用LED32、分束器33、LED用SiPD(矽光二極體)34以及光連接器35。受光部3具有測定用SiPD36以及光連接器37。
測定用LED31係輸出第1波長之測定光。測定用LED31係將穿透感熱體10之光量因應於感熱體10之溫度變化而變化的波長帶之光做為測定光來輸出。
參見用LED32係輸出第2波長之參見光。參見用LED32，不管感熱體10之溫度為何穿透感熱體10之光量為一定，而將穿透感熱體10之光量不因感熱體10之溫度變化而變化之波長帶的光作為參見光輸出。
分束器33係使得入射之測定光以及參見光之一部分穿透、一部分反射。由分束器33所穿透之光通過連接於光連接器35之光纖13而傳遞至光學式溫度感測器1。分束器33之反射光係射入到LED用SiPD(矽光二極體)34。LED用SiPD34為投光確認用光二極體，分別輸出對應於測定光光量以及參見光光量的電流值。
來自光學式溫度感測器1之反射光通過連接在光連接器37之光纖13而為測定用SiPD36所受光。測定用SiPD36係輸出因應於所輸入之反射光光量的電流值。
(投光受光模組以外之構成)
關於溫度測定裝置30所含投光受光模組100以外之構成，參見圖3來繼續說明。LED監測用PD安培計43係將LED用SiPD34所輸出之電流值轉換為電壓並放大。
16位元A/D轉換器44將從LED監測用PD安培計43所輸出之電壓的類比值轉換為數位值，將變換後之數位值作為監測值而輸入到控制部50。
控制部50係以若監測值出現變動則對於監測值出現變動之LED(測定用LED31或是參見用LED32)之輸出值進行變更的方式來控制。用以變更前述輸出值之控制訊號係從控制部50之PWM調光以脈衝值形式輸出。
控制部50具有未圖示之CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等。CPU係依照在ROM等記憶區域所儲存之各種數據來實行溫度計算及溫度管理。此外，控制部50之機能可使用軟體動作來實現、也可使用硬體動作來實現。
測定光用LED驅動器40係因應於自控制部50所輸出之控制訊號脈衝寬度來對於實際流經測定用LED31之電流進行回饋控制。
參見光用LED驅動器41係因應於從控制部50所輸出之控制訊號脈衝寬度來對於實際流經參見用LED32之電流進行回饋控制。
藉此，基於經回饋控制之電流值而從測定用LED31以及參見用LED32輸出一定光量的測定光以及參見光。
依據相關監測機能，作為光源使用之測定用以及參見用2種類的LED之發光強度係以LED用SiPD34來測量，以測定光以及參見光之光量始終成為 一定的方式來進行回饋控制。藉此，即便測定用LED31以及參見用LED32本身之發光強度因經年變化而降低，也可因應於此加大回饋控制之電流值來將從測定用LED31以及參見用LED32所輸出之測定光以及參見光之光量控制在一定。藉此，可抑制溫度測定裝置30本身之經年變化，使得高精度溫度測定成為可能，而提高溫度測定裝置30之壽命。
如前述般，來自光學式溫度感測器1之反射光係通過連接於光連接器37之光纖13而為測定用SiPD36所受光。測定用SiPD36係輸出因應於所輸入之反射光光量的電流值。測定用PD安培計42係將測定用SiPD36所輸出之電流值轉換為電壓並放大。
16位元A/D轉換器44係將從測定用PD安培計42所輸出之電壓之類比值轉換為數位值，經轉換之數位值係作為由光學式溫度感測器1所檢測之測定值而輸入至控制部50。控制御50係從測定值換算溫度。
〔溫度測定方法〕
其次，針對使用溫度測定裝置30之一實施形態之溫度測定方法，參見圖6來說明。圖6係顯示一實施形態之溫度測定方法之流程圖。此外，於開始圖6之溫度測定方法前，於圖3之下圖所示時間T1，係在測定用LED31與參見用LED32均未輸出光的狀態下對於測定用SiPD36之輸出值(初期值)進行測量。其次，於時間T2，針對從測定用LED31(LED1)輸出光之時所返回之反射光(返回光)以測定用SiPD36進行測量。其次，於時間T3，針對從參見用LED32(LED2)輸出光之時所返回之反射光以測定用SiPD36進行測量。時間T1、T2、T3雖反覆實行，惟於以下針對實施一次時間T1、T2、T3之時的溫度控制來說明。
此外，於時間T1由測定用SiPD36所測定之輸出值(初期值)雖通常成為接近「0」的值，但在成為既定臨界值以上的情況，係自於時間T2相對於測定用LED31所輸出之光的反射光測定值扣除輸出值(初期值)來對於測定光之測定值進行校正。同樣地，係自相對於參見用LED32所輸出之光的反射光測定值扣除輸出值(初期值)來對於參見光之測定值進行校正。於以下所說明的溫度測定方法中，針對未發生此校正之情況的溫度測定方法來說明，針對發生校正之情況的說明則加以省略。
首先，步驟S31中係從測定用LED31(LED1)輸出第1波長之測定光。測定光係通過光纖13而從光纖13之前端面射出進而穿透感熱體10。測定光乃若感熱體10之溫度改變則穿透光量會變化之波長帶(第1波長)之光。經穿透之測定光係於熱傳用鋁板11(與測定對象之接觸面)被反射。測定光之反射光再次穿透感熱體10而從光纖13之前端面射入光纖13內。
其次，步驟S32中，來自通過光纖13而受光之溫度感測器1的反射光(返回光)係由測定用SiPD36所受光。測定用SiPD36輸出因應於該光量之電流值I1。
其次，步驟S33中係從參見用LED32(LED2)輸出第2波長之參見光。參見光係通過光纖13而從光纖13之前端面射出並穿透感熱體10。參見光乃即使感熱體10之溫度改變然穿透光量也不變化之波長帶(第2波長)的光。經穿透之測定光係於熱傳用鋁板11(與測定對象之接觸面)受到反射。參見光之反射光係再次穿透感熱體10而從光纖13之前端面射入光纖13內。
其次，於步驟S34，來自通過光纖13而受光之溫度感測器1的反射光(返回光)係由測定用SiPD36所受光。測定用SiPD36輸出因應於該光量之電流值I2。
其次，於步驟S35，控制部50係算出從測定光之反射光所測定之電流值I1與從參見光之反射光所測定之電流值I2的比率，換算為溫度並輸出。
如以上所說明般，依據本實施形態之溫度測定裝置30，基於測定光之反射光以及參見光之反射光來算出由光學式溫度感測器1所檢測之測溫對象物205之溫度。
此時，從實驗可知，依據本實施形態之溫度測定裝置30，能以約8.3毫秒周期來進行溫度測定。相較於一般溫度測定以40毫秒周期程度來測定，能以短時間來進行溫度測定。
〔調溫部〕
使用光學式溫度感測器1之基於半導體吸收波長的溫度測定中，會由於投光部模組100之內部溫度而於測定值出現誤差。此乃因著測定用LED31以及參見用LED32之附近溫度(亦即環境溫度)之變動造成測定值變動所發生之測定值之誤差的比例高。亦即，由於LED之中心波長會因溫度而位移， 故若將LED之環境溫度保持在一定則可在不受環境溫度影響的情況下做安定之溫度測定。此外，LED之中心波長會隨LED之個體而有若干不同。從而，只要控制LED之環境溫度來吸收LED之個體差異，則可進行更安定之溫度測定，可降低溫度感測器本身的個體差異。因此，於本實施形態，設置有對於測定用LED31以及參見用LED32分別進行調溫之機構。以下，針對包含就測定用LED31以及參見用LED32分別進行調溫之機構的調溫部，參見圖3以及圖6來說明。
首先，參見圖3，調溫部包含有於投光受光模組100所含溫度感測器38以及調溫機構6、LED溫度用安培計52、加熱器驅動器53、控制部50，分別進行測定用LED31之調溫與參見用LED32之調溫。
其次，參見圖6，如圖6(a)所示，在投光部2之內部配置有測定用LED31與參見用LED32。於測定用LED31與參見用LED32分別設有調溫機能。具體說明調溫機能，則於測定用LED31之外周係被筒狀構件60所覆蓋。參見用LED32之外周同樣地被筒狀構件63所覆蓋。筒狀構件60、63係例如由鋁所形成。
於筒狀構件60、63之上部係夾著厚度為1mm程度的鋁板62、64而設置帕耳帖元件61、65。如圖6(b)所示，帕耳帖元件61(由於帕耳帖元件65同樣，故省略說明)具有當電流流經2種類金屬之接合部則熱會從一方的金屬往另一方的金屬移動之性質，藉此，於其中一面出現吸熱、另一面出現放熱。此外，筒狀構件60、鋁板62以及帕耳帖元件61為圖3之調溫機構6之一例，相當於基於第1光源之溫度來對於前述第1光源進行加熱或是冷卻之第1調溫機構。筒狀構件63、鋁板64以及帕耳帖元件65為圖3之調溫機構6之一例，相當於基於第2光源之溫度來對於前述第2光源進行加熱或是冷卻之第2調溫機構。調溫機構6也可不具鋁板62、64。
例如，如圖6(b)所示，當基於以測定用LED31之附近所設溫度感測器38所檢測的溫度來對於流經帕耳帖元件61之電流進行控制，而使得圖6(b)所示帕耳帖元件61之下面產生放熱的情況，測定用LED31會透過熱傳導佳的鋁板62以及筒狀構件60而被加熱。當基於由溫度感測器38所檢測之溫度來對於流經帕耳帖元件37之電流進行控制，而使得帕耳帖元件61之下面產生吸 熱之情況，測定用LED31係透過鋁板62以及筒狀構件60而被冷卻。參見用LED32同樣地藉由對流經帕耳帖元件65之電流進行控制以使得參見用LED32之加熱以及冷卻成為可能。
以往之投光模組，為了對於架框全體進行溫度調整必須有高輸出之加熱器。另一方面，本實施形態之調溫部，係對於測定用LED31以及參見用LED32進行局部性調溫。因此，能以少量的熱量對於測定用LED31以及參見用LED32進行調溫。
此外，以筒狀構件60、63之熱不致往外部逸散的方式來對於筒狀構件60、63及其外周的架框H進行隔熱設計。亦即，在筒狀構件60、63之周邊設置空間，減少筒狀構件60、63與架框H之接觸面。也可於筒狀構件60、63與架框H之間插入未圖示之隔熱環。
帕耳帖元件61之設置方式可如圖6(c)上圖所示般設置於鋁板62上，也可如圖6(c)下圖所示般在筒狀構件60之上部形成平坦面60a而設置於其上。帕耳帖元件65也可同樣地不經由鋁板64而設置於筒狀構件63上。
回到圖3，由溫度感測器38所檢測之電流值係輸入到LED溫度用安培計52。LED溫度用安培計52係將電流值轉換為電壓值並放大而輸出至控制部50。控制部50係因應於輸入之電壓值來輸出用以對輸出至加熱器之電流值進行控制之控制訊號。加熱器驅動器53係基於控制訊號使得所希望之電流流經帕耳帖元件61、65。藉此，測定用LED31以及參見用LED32之溫度被分別控制在所希望之溫度。此外，測定用LED31以及參見用LED32之溫度控制係個別獨立進行。
波長分布在各LED有個體差異。依據本實施形態，藉由分別設置在測定用LED31以及參見用LED32之調溫部來對於各LED進行溫度調整。藉此，可吸收測定用LED31以及參見用LED32之個體差以及環境溫度。
〔LED之經時變化〕
LED之光量係經時變化而慢慢地減少。是以，藉由對於實際上從LED所輸出之光量進行監視、並將從LED所輸出之光量加以一定控制，可更高精度地測定溫度。是以，為了監視LED之光量，於本實施形態之溫度測定裝置30係設置圖3以及圖4所示LED用SiPD34。
LED用SiPD34乃投光確認用光二極體，係因應於從測定用LED31所輸出之測定光之光量來輸出電流值。LED監測用PD安培計43係將從LED用SiPD34所輸出之電流值轉換為電壓並放大，而輸出至控制部50。
控制部50係以如下方式進行控制：因應於所輸入之電壓值來測定從LED用SiPD34所輸出之光量，並因應於光量之減少來增加流經測定用LED31之電流。
測定光用LED驅動器40係因應於從控制部50所輸出之控制訊號的脈衝寬度來對於流經測定用LED31之電流值進行回饋控制。
同樣地，LED用SiPD34係因應於從參見用LED32所輸出之參見光之光量來輸出電流值。LED監測用PD安培計43將從LED用SiPD34所輸出之電流值轉換為電壓並放大，而輸出至控制部50。
控制部50以如下方式進行控制：因應於所輸入之電壓值來測定從LED用SiPD34輸出之光量，並因應於光量之減少來增加流經參見用LED32之電流。
參見光用LED驅動器41係因應於從控制部50所輸出之控制訊號之脈衝寬度來對於流經參見用LED32之電流值進行回饋控制。
藉由以上構成，因著對於從測定用LED31以及參見用LED32所輸出之光量進行監視，可因應於LED之經時變化而將從LED輸出之光量加以一定控制。
此外，LED用SiPD34相當於對於測定光以及參見光之光量進行監測之監測部。測定用LED31相當於輸出第1波長之測定光的第1光源。參見用LED32相當於輸出第2波長之測定光的第2光源。
[效果例]
圖7~圖9顯示本實施形態之溫度測定結果之一例。圖7~圖9中，橫軸表示時間(秒)，縱軸表示測溫對象物之表面溫度(℃)。圖7顯示未改變測溫對象物之表面溫度而在經過橫軸所示時間時，本實施形態以及比較例1、2之各溫度感測器所檢測之檢測值。
據此，本實施形態之光學式溫度感測器1相較於比較例1、2之溫度感測器在溫度變動上最少。比較例1之溫度感測器有本實施形態之光學式溫度感 測器1之2倍程度的變動，比較例2之溫度感測器有本實施形態之光學式溫度感測器1之3倍程度的變動。從以上可知，本實施形態之光學式溫度感測器1在輸出特性以及安定性上優異。
此外，圖8中顯示當測溫對象物之表面溫度從20℃控制到70℃之時，橫軸所示時間經過時之本實施形態以及比較例1、2之各溫度感測器所檢測之檢測值。據此，本實施形態之光學式溫度感測器1以及比較例2之溫度感測器在回應性上高於比較例1之溫度感測器。此外，若觀看右邊放大圖所示溫度變化之上升附近之溫度感測器之檢測值，可知本實施形態之光學式溫度感測器1之變動少於比較例2之溫度感測器。從以上可知，本實施形態之光學式溫度感測器1具有優異之輸出特性、安定性以及回應性。
此外，圖9顯示當測溫對象物之表面溫度從70℃控制到80℃之時，橫軸所示時間經過時之本實施形態以及比較例1、2之各溫度感測器所檢測之檢測值。據此，本實施形態之光學式溫度感測器1以及比較例2之溫度感測器的回應性高於比較例1之溫度感測器。此外，若觀看右邊放大圖所示溫度變化之上升附近之溫度感測器之檢測值，可知本實施形態之光學式溫度感測器1之變動少於比較例2之溫度感測器。從以上可知，本實施形態之光學式溫度感測器1即便對於相對高溫區域之溫度變動也具有優異之輸出特性、安定性以及回應性。
以上，依據本實施形態，光纖前端面與感熱體係在隔離既定距離之位置處對向配置。藉此，可提供在精度、回應性以及安定性優異之光學式溫度感測器。此外，依據本實施形態，可提供一種可滿足既定性能之低成本光學式溫度感測器之製造方法。
此外，依據本實施形態之溫度測定裝置30，可於短時間內測定溫度。此外，依據本實施形態之溫度測定裝置30，可將從測定用LED31以及參見用LED32所輸出之測定光以及參見光之光量做一定控制。藉此，可抑制溫度測定裝置30之經年變化，使得高精度之溫度測定成為可能，並延長溫度測定裝置30之壽命。
再者，依據本實施形態之溫度測定裝置30，藉由測定用LED31以及參見用LED32分別設置之調溫部來對於各LED進行溫度調整。藉此，可吸收測 定用LED31以及參見用LED32之個體差異以及環境溫度。
以上，針對光學式溫度感測器以及光學式溫度感測器之製造方法利用上述實施形態來說明。此外，溫度測定裝置、投光模組以及溫度測定方法係利用上述實施形態來說明。但是，本發明不限於上述實施形態，可在本發明之範圍內進行各種變形以及改良。此外，上述實施形態以及變形例可在不矛盾的範圍內進行組合。
例如，本發明之光學式溫度感測器、溫度測定裝置以及溫度測定方法可適用於蝕刻處理裝置、電漿清洗處理裝置、成膜處理裝置所設置之靜電夾頭及其以外的零件之溫度感測。
1‧‧‧光學式溫度感測器
10‧‧‧感熱體
11‧‧‧熱傳用鋁板
12‧‧‧保持筒體
12b‧‧‧突出部
13‧‧‧光纖
14‧‧‧固定構件
14a‧‧‧垂肩部
15‧‧‧彈簧
21‧‧‧凸緣
22‧‧‧螺絲
23‧‧‧螺絲
24‧‧‧軸襯
30‧‧‧溫度測定裝置
200‧‧‧載置台
205‧‧‧測溫對象物
S‧‧‧中空部

Claims (6)

  1. 一種光學式溫度感測器，具有：溫度感測元件，係因應於溫度而改變光穿透特性；中空保持體，係保持該溫度感測元件；以及光纖，係設置於該保持體內部，前端面在和該溫度感測元件隔離既定距離之位置處對向於該溫度感測元件而配置；該溫度感測元件係使得從該光纖之前端面所射出的光入射並使得入射之光穿透，且使得經穿透之光受到測定對象物所反射之反射光穿透。
  2. 如申請專利範圍第1項之光學式溫度感測器，其中該保持體在該溫度感測元件之附近位置具有缺口部；從該缺口部流入乾燥氣體。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之光學式溫度感測器，進而具有將該光纖固定於該保持體之固定構件；該固定構件於該光纖之前端面附近形成和該保持體相隔離之垂肩部。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之光學式溫度感測器，其中該保持體具有突出部；於該保持體內部之該突出部配置彈簧。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之光學式溫度感測器，其中該光學式溫度感測器乃一種半導體吸收波長式溫度感測器，係利用穿透光之吸收波長隨溫度而變化之該溫度感測元件來感測溫度。
  6. 一種光學式溫度感測器之製造方法，係用以製造如申請專利範圍第1至5項中任一項之光學式溫度感測器；具有下述製程：將溫度感測元件保持於保持體之製程；在光纖之前端面與該溫度感元件成為隔離之狀態下使得該保持體作旋轉，來將該溫度感測元件與該光纖之前端面的對向位置加以最適化之製程；以及在該最適化之和該溫度感測元件隔離既定距離的對向位置處配置該光纖之製程。
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