TWI646313B

TWI646313B - Temperature measuring device and temperature measuring method

Info

Publication number: TWI646313B
Application number: TW104106434A
Authority: TW
Inventors: 山本能吏; 山田建一郎; 山中進矢
Original assignee: 日商東京威力科創股份有限公司
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2019-01-01
Also published as: JP6266384B2; JP2015169445A; US20170176264A1; WO2015133349A1; US10139289B2; TW201538939A

Abstract

目的在於提供一種精度、應答性及穩定性優異的溫度測定裝置。

提供一種溫度測定裝置，係具有：投光部，係從輸出第1波長之測定光線的第1光源與輸出第2波長之參考光線的第2光源來投光光線；受光部，係接收穿透會對應於溫度來使光穿透特性變化之溫度感應元件的該測定光線之反射光線及該參考光線的反射光線；控制部，係基於該受光部所接受之該測定光線的反射光線及該參考光線的反射光線之光量，來測定該溫度感應元件所感應之溫度；以及溫控部，係將該第1光源及該第2光源個別地溫度控制。

Description

溫度測定裝置及溫度測定方法

本發明係關於一種溫度測定裝置、投光模組及溫度測定方法。

已知一種利用以會對應於溫度變化而使得能階變動的半導體所構成之溫度感應元件的光學式溫度感應器(例如，參照專利文獻1~5)。該光學式溫度感應器係讓第1發光元件所放射之訊號光線與第2發光元件所放射之參考光線穿透溫度感應元件，並基於穿透溫度感應元件之訊號光線與參考光線之各光線強度來檢測外部溫度。

【先前技術文獻】

【專利文獻】

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

然而，上述光學式溫度感應器之檢出值係在溫度感應器之構造上而有變動。

又，即便在基於光學式溫度感應器之檢出值來測量測定對象物溫度的溫度測定裝置中，仍有對應於溫度測定裝置之環境溫度或構件之個體差異而使得測定值之精度、應答性及穩定性變差之情事。

針對上述課題，目的在於提供一種精度更高且應答性及穩定性優異的光學式溫度感應器及溫度測定裝置。

為了解決上述課題，根據一態樣，乃提供一種溫度測定裝置，係具有：投光部，係從輸出第1波長之測定光線的第1光源與輸出第2波長之參考光線的第2光源來投光光線；受光部，係接收穿透會對應於溫度來使光穿透特性變化之溫度感應元件的該測定光線之反射光線及該參考光線的反射光線；控制部，係基於該受光部所接受之該測定光線的反射光線之光量及該參考光線的反射光線之光量，來測定該溫度感應元件所感應之溫度；以及溫控部，係將該第1光源及該第2光源個別地溫度控制。

又，根據其他態樣，乃提供一種投光模組，係具有：第1光源，係輸出第1波長之測定光線；第2光源，係輸出第2波長之參考光線；以及溫控部，係將該第1光源與該第2光源個別地溫度控制。

又，根據其他態樣，乃提供一種溫度測定方法，係從第1光源輸出第1波長之測定光線；從第2光源輸出第2波長之參考光線；接收穿透會對應於溫度來使光穿透特性變化之溫度感應元件的該測定光線之反射光線及該參考光線的反射光線；基於該接受之該測定光線之反射光線的光量與該參考光線之反射光線的光量來測定該溫度感應元件所感應之溫度；將該第1光源與該第2光源個別地溫度控制。

根據一態樣，便可提供一種精度更高，且應答性及穩定性優異的光學式溫度感應器及溫度測定裝置。

1‧‧‧光學式溫度感應器

2‧‧‧投光部

3‧‧‧受光部

6‧‧‧溫控機構

10‧‧‧感熱體

11‧‧‧導熱用鋁板

12‧‧‧保持筒體

12a‧‧‧切凹部

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‧‧‧參考用LED

33‧‧‧分光器

34‧‧‧LED用SiPD

35‧‧‧光學連接器

36‧‧‧測定用SiPD

37‧‧‧光學連接器

38‧‧‧溫度感應器

40‧‧‧測定光用LED驅動器

41‧‧‧參考光用LED驅動器

42‧‧‧測定用PD放大器

43‧‧‧LED監測用PD放大器

44‧‧‧16位元A/D轉換器

50‧‧‧控制部

52‧‧‧LED溫度用放大器

53‧‧‧加熱器驅動器

60、63‧‧‧筒狀構件

61、65‧‧‧熱電元件

62、64‧‧‧鋁板

100‧‧‧投受光模組

圖1係一實施形態相關之光學式溫度感應器的整體構成圖。

圖2係顯示一實施形態相關之光學式溫度感應器的製造方法之圖式。

圖3係顯示一實施形態相關之溫度測定裝置的塊狀圖。

圖4係顯示一實施形態相關之投受光模組的圖式。

圖5係顯示一實施形態相關之溫度測定方法的流程圖。

圖6係顯示一實施形態相關之投光部的另一圖式。

圖7係顯示一實施形態相關之溫度測定結果(穩定性)的一範例。

圖8係顯示一實施形態相關之溫度測定結果(應答性)的一範例。

圖9係顯示一實施形態相關之溫度測定結果(應答性)的一範例。

以下，便參照圖式就用以實施本發明之形態來加以說明。另外，本說明書及圖式中，關於實質上相同之構成係附加相同符號而省略重複說明。

[光學式溫度感應器]

首先，便參照圖1就本發明一實施形態相關的光學式溫度感應器來加以說明。圖1係一實施形態相關之光學式溫度感應器的整體構成圖。光學式溫度感應器1為使用光纖的溫度感應器，係使用因溫度來使得光學性吸收波長變化之半導體化合物的晶片。亦即，光學式溫度感應器1係利用因溫度來使得所穿透之光線的吸收波長變化之感熱體來檢測溫度的半導體波長吸收式溫度感應器。

光學式溫度感應器1係具有感熱體10、導熱用鋁板11、保持筒體12、光纖13、固定構件14及彈簧15。感熱體10係以砷化鎵GaAs之化合物半導體所形成。感熱體10上面係形成有鋁反射膜，下面則形成有反射防止膜。感熱體10係會對應於溫度來使得光穿透特性變化之溫度感應元件的一範例。溫度感應元件只要為會對應於溫度來使得光穿透特性變化之物質的話，並不限於砷化鎵GaAs的化合物半導體。

感熱體10上面會藉由黏著劑來將感熱體10固定於高導熱率之導熱用鋁板11。在就光學式溫度感應器1之前端部構造來加以說明時，保持筒體12之前端會開口，其開口係嵌入有黏著感熱體10之導熱用鋁板11。藉此，保持筒體12開口會被閉塞，感熱體10會在保持筒體12內並固定於其前端。

保持筒體12係筒狀，並讓光纖13蔓延於內部。保持筒體12係保持溫度感應元件之保持體的一範例。保持體只要為可讓光纖13蔓延的中空構件的話，亦可不為筒狀。

光纖13係具有雙芯構造。光纖13係藉由圍繞光纖13並以黏著來固定於保持筒體12的固定構件14來加以固定。藉此，光纖13便會於光學式溫度感應器1之前端部以位於前端面的方式來上下蔓延地加以配置。

本實施形態中，靜電夾具(ESC)為測溫對象物205。測溫對象物205之溫度會通過導熱用鋁板11而傳達至感熱體10。因此，當在保持筒體12或光纖13或固定構件14與感熱體10之間進行熱交換時，便會在感熱體10所檢測的測溫對象物205的溫度(檢出值)產生誤差而使得溫度感應器之精度變差。

於是，本實施形態相關之光學式溫度感應器1係具有使感熱體10與光纖13及固定構件14的前端面不會接觸的構造。亦即，光纖13之前端面係在與感熱體10分離既定距離的位置，對向於感熱體10來加以配置。藉此，便會在光纖13之前端與感熱體10對向的面形成有中空部S。感熱體10與光纖13之前端面的距離係將理論值(例如，2.55mm~2.65mm)作為基準，而旋轉保持筒體12，以微調整感熱體10與光纖13之對向位置來最佳化。關於具體製造工序中的上述距離最佳化係在之後光學式溫度感應器1之製造方法中加以闡述。

又，本實施形態相關之光學式溫度感應器1中，係具有感熱體10之溫度會難以傳遞至保持筒體12或光纖13側的構造。藉此，便可謀求精度提升、相對於測定對象之溫度變化的應答速度之提升。

詳而言之，與導熱用鋁板11黏著的保持筒體12係以具有低導熱率、機械強度優異且高耐熱性的素材來加以構成。又，固定構件14亦同樣地，以具有低導熱率、機械強度優異且高耐熱性的素材來加以構成。例如，保持筒體12與固定構件14可由低導熱率之樹脂製構造體(PPS：Polyphenylene sulfide(聚苯硫醚))所形成。

又，保持筒體12與導熱用鋁板11之接觸面積為了抑制導熱係盡可能地減少。進一步地，保持筒體12及固定構件14係盡可能地將其厚度薄薄地形成以使得導熱變少。特別是，固定構件14係將靠近感熱體10的前端部附近之半徑(厚度)形成為較其下部之半徑(厚度)要小。如此一來，固定構件14便會在靠近感熱體10之前端部附近形成有厚度盡可能地變薄之垂肩部14a。藉此，便會在固定構件14側部與保持筒體12之間設置有空間，而可盡可能地將固定構件14與保持筒體12之接觸面積減少。藉由相關構成來減低感熱體10之熱被傳遞至保持筒體12及固定構件14側的量，便可提升相對於測定對象物之溫度變化的應答速度。

保持筒體12下部係形成有半徑較保持筒體12上部要大，且突出於外側的突出部12b。因突出部12b所形成之保持筒體12內的光纖13與保持筒體12之間的空間係設置有例如彈簧15。保持筒體12係被嵌入至鋁製凸緣21，並藉由例如螺絲22、23來將凸緣21固定於載置台200來加以固定。凸緣21下側係設置有鋁製墊圈24。彈簧15係以螺絲22、23來固定凸緣21便能固定於墊圈24上面。

光學式溫度感應器1之前端部係透過導熱用鋁板11來將測溫對象物205之溫度傳遞至感熱體10。本實施形態中，係藉由彈簧15之伸縮來將保持筒體12上推於上方，而將光學式溫度感應器1之前端部壓觸至測溫對象物205下面。藉此，便會藉由將導熱用鋁板11壓接至測溫對象物205下面，來穩定地進行測溫對象物205與導熱用鋁板11之熱傳遞，而可穩定進行感熱體10之溫度檢測。另外，彈簧15之反作用力的強度係設定為可在導熱用鋁板11與測溫對象物205得到充分的接觸面積，且不會對溫測對象物205施加過度力之強度來作為可穩定地測定測溫對象物205之溫度的最小力。

從溫度測定裝置30所輸出之LED的光線係通過光纖13並穿透感熱體10而在測溫對象物205下面反射，再穿透感熱體10並通過光纖13而在溫度測定裝置30受光。

[光學式溫度感應器之製造方法]

接著，便參照圖2，就本實施形態相關之光學式溫度感應器1的製造方法來加以說明。圖2係顯示一實施形態相關之光學式溫度感應器的製造方法。另外，在開始光學式溫度感應器1之製造前，會先於保持筒體12前端部之側面形成圖2(e)所示的切凹部12a。

首先，在將砷化鎵GaAs的感熱體10連接於導熱用鋁板11的狀態下(圖2(a))，將導熱用鋁板11以閉塞保持筒體12前端部之開口的方式來連接於保持筒體12(圖2(b))。接著，將與固定構件14成為一體的光纖13插入至保持筒體12(圖2(c))。

接著，便一邊調整光纖13前端與感熱體10之距離D，一邊讓保持筒體12旋轉。此時，便會從裝設於溫度測定裝置30的LED來輸出光線。光線會通過光纖13而從前端射出，並穿透感熱體10。於測定對象(圖2中未圖示)所反射之光線會穿透感熱體10，並通過光纖13而在溫度測定裝置30受光。基於所受光之反射光線的光亮(測定值)，來探測光學式溫度感應器1之個體差異幾乎不會產生的感熱體10旋轉方向之適當位置，並且探測光纖13前端面與感熱體10之適當距離D。在保持所探測結果最佳化後的感熱體10與光纖13之前端面的對向位置(距離D)之狀態下，來將固定構件14側壁連接於保持筒體12(圖2(d))。

上述製造方法中，係在光纖13前端面與感熱體10之間形成有距離D之中空部S。光纖13前端面與感熱體10之間的距離D係具有理論上之基準值。但是，本實施形態中，係藉由上述製造方法來一邊在將光纖13前端面與感熱體10分離的狀態下旋轉保持筒體12，一邊上下地微調整光纖13前端面的位置。藉此，便可調整感熱體10相對於保持筒體12中心軸的旋轉方向之位置，並且從理論上的基準值來微調整光纖13前端面與感熱體10之間的距離D。藉此，便會將感熱體10與光纖13前端面的對向位置最佳化。

說明將感熱體10旋轉方向的位置以及光纖13前端面與感熱體10之間的距離D最佳化後的光學式溫度感應器1之優點。光學式溫度感應器1係使用藉由溫度來使得光學吸收波長變化的感熱體10來檢測溫度。在光學式溫度感應器製造時，將感熱體10連接於導熱用鋁板11時(圖2(a))的位置或角度會無法固定。因此，藉由一邊讓保持筒體12旋轉，一邊微調整光纖13前端面與感熱體10之間的距離D，來讓通過感熱體10而被反射之光線的量(測定值)會成為所指定之光量。藉此，便會減少含有感熱體10之光學式溫度感應器1前端部之構造物個體差異。藉此，本實施形態相關之光學式溫度感應器1的製造方法中，便可減少光學式溫度感應器1之個體差異，並提升光學式溫度感應器1所測定之溫度精度。

[結露防止]

圖2(e)係從圖2(d)之C-C面觀看光學式溫度感應器1之前端部側面的圖式。在感熱體10結露的情況會難以正確地測量溫度。於是，便需要防止中空部S中之結露。因此，本實施形態之光學式溫度感應器1中係於保持筒體12前端部之側面形成有切凹部12a。切凹部12a會連通於中空部S。藉此，配置有感熱體10之空間便會成為非密閉而外氣可流入之構造。又，從切凹部12a讓乾空氣流入至中空部S，而讓乾空氣循環於安裝有感熱體10之位置。藉此，便可避免水分混入中空部S，而在光學式溫度感應器1前端產生結露。藉此，便可穩定測定對象之溫度來加以測定。

以上，便就本實施形態相關之光學式溫度感應器1的構成及其製造方法來加以說明。本實施形態相關之光學式溫度感應器1中，係讓光纖13端面所射出之光線穿透感熱體10。穿透光線係在與光纖13之一面接觸的導熱用鋁板11之面的相反側之面(與測定對象接觸之面)反射。反射光線會再次穿透感熱體10，並從光纖13端面入射至光纖13內。所入射之反射光線會通過光纖13而輸出至溫度測定裝置30。溫度測定裝置30會基於所輸入之反射光線來測定感熱體10所吸收的光線波長，而換算為溫度。藉此，便可測定測溫對象物205之溫度。

以下，便就使用相關構成之光學式溫度感應器1來測定測定對象之溫度的溫度測定裝置30之一實施形態來加以說明。

[溫度測定裝置]

圖3係一實施形態相關之溫度測定裝置的塊狀圖。本實施形態相關之溫度測定裝置30係具有投受光模組100、測定光用LED驅動器40、參考光用LED驅動器41、測定用PD(發光二極體)放大器42、LED監測用PD放大器43、16位元A/D轉換器44、控制部50、LED溫度用放大器52及加熱器驅動器53。

(投受光模組)

關於本實施形態相關之投受光模組100係參照顯示一實施形態相關之投受光模組的圖4來加以說明。投受光模組100係具有輸出測定用及參考用之光線的投光部(投光模組)2、接收以光學式溫度感應器1之感熱體10來吸收波長後的反射光線之受光部(受光模組)3。

投光部2係具有測定用LED31、參考用LED32、分光器33、LED用SiPD(矽發光二極體)34及光學連接器35。受光部3係具有測定用SiPD36及光學連接器37。

測定用LED31係輸出第1波長測定光線。測定用LED31係輸出會對應於感熱體10之溫度變化而使得穿透感熱體10之光量變化的波長帶之光線來作為測定光線。

參考用LED32係輸出第2波長之參考光線。參考用LED32係輸出無關於感熱體10之溫度，穿透感熱體10之光量都會固定，且不會對應於感熱體10之溫度變化而使得穿透感熱體10之光量變化的波長帶之光線來作為參考光線。

分光器33會讓所入射之測定光線及參考光線的一部分穿透，而讓一部分反射。在分光器33穿透之光線會通過連接於光學連接器35的光纖13而傳遞至光學式溫度感應器1。分光器33之反射光線則會入射至LED用SiPD(矽發光二極體)34。LED用SiPD34係投光確認用之發光二極體，且會個別地輸出對應於測定光線之光量及參考光之光量的電流值。

測定用SiPD36係將光學式溫度感應器1的反射光通過連接於光學連接器37的光纖13而加以受光。測定用SiPD36會輸出對應於所輸入之反射光線的光量之電流值。

(投受光模組以外之構成)

關於被包含於溫度測定裝置30的投受光模組100以外的構成，便參照圖3來繼續說明。LED監測用PD放大器43係將LED用SiPD34所輸出之電流值變換為電壓而增幅。

16位元A/D轉換器44係將LED監測用PD放大器所輸出之電壓的類比值轉換為數位值，而將所轉換之數位值作為監測值輸入至控制部50。

控制部50係以若是監測值變動，則變更監測值變動的LED(測定用LED31或參考用LED32)的輸出值的方式來加以控制。用以變更該輸出值的控制訊號係從控制部50之PWM調光輸出來作為脈衝值。

控制部50係具有未圖示的CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等。CPU係依照被儲存於ROM等之記憶區域的各種資料來實行溫度算出及溫度管理。另外，控制部50之機能可藉由使用軟體而動作來加以實現，亦可使用硬體而動作來加以實現。

測定光用LED驅動器40會對應於控制部50所輸出之控制訊號的脈衝寬度來反饋控制實際流通於測定用LED31的電流。

參考光用LED驅動器41會對應於控制部50所輸出之控制訊號的脈衝寬度來反饋控制實際流通於參考用LED32的電流。

藉此，便會基於反饋控制之電流值來從測定用LED31及參考用LED32輸出既定光量之測定光線及參考光線。

根據相關監測機能，係藉由LED用SiPD34來測量作為光源所使用之測定用及參考用的2種類之LED的發光強度，並以測定光線及參考光線之光量會恆常為固定的方式來反饋控制。藉此，即便因經年變化而使得測定用LED31及參考用LED32本身發光強度下降，仍可以對應於此而使得反饋控制的電流值變大，來將測定用LED31及參考用LED32所輸出之測定光線及參考光線之光量控制為固定。藉此，便可抑制作為溫度測定裝置30之經年變化，而可進行高精度之溫度測定，並延長溫度測定裝置30之壽命。

如上述，測定用SiPD36係通過連接於光學連接器37的光纖13而將光學式溫度感應器1的反射光線加以受光。測定用SiPD36係輸出會對應於所入射之反射光線的光量的電流值。測定用PD放大器42係將測定用SiPD36所輸出的電流值轉變為電壓而增幅。

16位元A/D轉換器44係將測定用PD放大器42所輸出之電壓的類比值變換為數位值，並將所變換的數位值作為光學式溫度感應器1所檢出的測定值來輸入至控制部50。控制部50係從檢測值來換算出溫度。

[溫度測定方法]

接著，便參照圖6就使用溫度測定裝置30之一實施形態相關的溫度測定方法來加以說明。圖6係顯示表示一實施形態相關之溫度測定方法的流程圖。另外，在開始圖6之溫度測定方法前，於圖3之下圖所示的時間T1 中，係在皆未從測定用LED31或參考用LED32輸出光線的狀態中測量測定用SiPD36輸出值(初期值)。接著，於時間T2中，係藉由測定用SiPD36來測量從測定用LED31(LED1)輸出光線時所返回的反射光線(返回光線)。接著，於時間T3中，係藉由測定用SiPD36來測量從參考用LED32(LED2)輸出光線時所返回的反射光線。雖時間T1、T2、T3會反覆實行，但以下係就實施一次時間T1、T2、T3時的溫度控制來加以說明。

又，雖在時間T1中測定用SiPD36所測定的輸出值(初期值)通常幾乎為趨近於「0」之數值，但在為既定閾值以上的情況，則係藉由在時間T2中由相對於測定用LED31所輸出的光線的反射光線之測定值來減去輸出值(初期值)，而修正測定光線的測定值。同樣地，藉由相對於參考用LED32所輸出的光線之反射光線的測定值來減去輸出值(初期值)，而修正參考光線之測定值。在以下所說明之溫度測定方法中，係就該修正未發生之情況的溫度測定方法來加以說明，而關於產生修正的情況的說明便加以省略。

首先，步驟S31中，係從測定用LED31(LED1)來輸出第1波長的測定光線。測定光線係通過光纖13，而從光纖13前端面射出，並穿透感熱體10。測定光線係當感熱體10之溫度改變時會使得所穿透之光量變化的波長帶(第1波長)之光線。所穿透之測定光線係以導熱用鋁板11(與測定對象之接觸面)來加以反射。測定光線之反射光線會再次穿透感熱體10，而從光纖13前端面來入射至光纖13內。

接著，步驟S32中，測定用SiPD36係通過光纖13而接收來自經受光之溫度感應器1的反射光線(返回光線)。測定用SiPD36係輸出對應於其光量的電流值I1。

接著，步驟S33中，係從參考用LED32(LED2)輸出第2波長之參考光線。參考光線係通過光纖13，而從光纖13前端面射出並穿透感熱體10。參考光線係即便感熱體10之溫度改變，所穿透之光量仍不變的波長帶(第2波長)之光線。所穿透之測定光線係以導熱用鋁板11(與測定對象之接觸面)來反射。參考光線之反射光線係再次透過感熱體10，而從光纖13前端面入射至光纖13內。

接著，步驟S34中，測定用SiPD36係通過光纖13而接收來自經受光之溫度感應器1的反射光線(返回光線)。測定用SiPD36係輸出對應於其光量的電流值I2。

接著，步驟S35中，控制部50會求出從測定光線的反射光線所測定之電流值I1與從參考光線的反射光線所測定之電流值I2的比率，並換算為溫度而加以輸出。

如上述，根據本實施形態的溫度測定裝置30，便能基於測定光線之反射光線及參考光線之反射光線，來算出光學式溫度感應器1所檢出之測溫對象物205的溫度。

此時，藉由實驗，已知根據本實施形態的溫度測定裝置30，便可以約8.3毫秒週期來進行溫度測定。相較於一般的溫度測定可以40毫秒週期左右來進行測定，則可以短時間來進行溫度測定。

[溫控部]

在使用光學式溫度感應器1的半導體吸收波長之溫度測定中，會因投光部模組100內部的溫度而於測定值產生誤差。這有很高的比例是因為測定用LED31及參考用LED32附近的溫度之環境溫度的變動而使得測定值變動所產生的測定值誤差。亦即，由於LED之中心波長會因溫度而轉移，故藉由將LED環境溫度保持為固定，便可不受到環境溫度影響而穩定地進行溫度測定。又，亦會因LED之個體而使得LED之中心波長有若干差異。因此，若為了吸收LED之個體差異而能控制LED的環境溫度的話，便可更加穩定地進行溫度測定，而可降低溫度感應器之個體差異。因此，本實施形態中，係設置有將測定用LED31及參考用LED32個別地溫度控制之機構。以下，便參照圖3及圖6，就包含將測定用LED31及參考用LED32個別地溫度控制之機構的溫控部來加以說明。

首先，參照圖3，溫控部係含有被包含於投受光模組100之溫度感應器38及溫控機構6、LED溫度用放大器52、加熱器驅動器53以及控制部50，並個別地進行測定用LED31之溫控以及參考用LED32之溫控。

接著，參照圖6，如圖6(a)所示，投光部2內部係配置有測定用LED31與參考用LED32。個別的測定用LED31與參考用LED32係分別地設置有溫控機構。在具體地說明溫控機構時，測定用LED31外周係藉由筒狀構件 60來加以包覆。參考用LED32之外周亦同樣地以筒狀構件63來加以包覆。筒狀構件60、63係例如以鋁來加以形成。

筒狀構件60、63上部係夾置厚度為1mm左右之鋁板62、64，而配置有熱電元件61、65。如圖6(b)所示，熱電元件61(由於熱電元件65亦為相同，故省略說明)係具有當電流流通於2種類之金屬的接合部時，熱會從一者金屬朝另一者金屬移動的性質，藉此，會在一者之面產生吸熱，而在另一者之面產生放熱。另外，筒狀構件60、鋁板62及熱電元件61係圖3之溫控機構6的一範例，並相當於基於第1光源之溫度來加熱或冷卻該第1光源的第1溫控機構。筒狀構件63、鋁板64及熱電元件65係圖3之溫控機構6的一範例，並相當於加熱或冷卻該第2光源的第2溫控機構。溫控機構6亦可不具有鋁板62、64。

例如，如圖6(b)所示，在基於設置在測定用LED31附近之溫度感應器38所檢出之溫度來控制流通於熱電元件61的電流，並讓圖6(b)所示之熱電元件61下面發熱的情況，便會通過導熱較佳之鋁板62及筒狀構件60來加熱測定用LED31。在基於溫度感應器38所檢出之溫度來控制流通於熱電元件61的電流，而讓熱電元件61下面吸熱的情況，便會通過鋁板62及筒狀構件60來冷卻測定用LED31。參考用LED32亦同樣地，藉由控制流通於熱電元件65的電流，便可加熱或冷卻參考用LED32。

以往之投光模組中，為了將框體整體溫度調整而需要高輸出之加熱器。另一方面，本實施形態相關之溫控部中係將測定用LED31及參考用LED32局部性地進行溫度控制。因此，便可以較少之熱量來將測定用LED31及參考用LED32溫度控制。

又，為了不讓筒狀構件60、63之熱逃逸至外部，筒狀構件60、63與其外周之框體H便以隔熱之方式來加以設計。亦即，在筒狀構件60、63之周邊設有空間，而使得筒狀構件60、63與框體H之接觸面變少。亦可在筒狀構件60、63與框體H之間插入未圖示之隔熱環。

熱電元件61之配置方式可如圖6(c)上圖所示般，配置於鋁板62上，亦可如圖6(c)下圖所示般，形成平坦的面60a於筒狀構件60上部，而設置於其上。熱電元件65亦可同樣地不透過鋁板64而設置於筒狀構件63上。

回到圖3，溫度感應器38所檢出之電流值係輸入至LED溫度用放大器52。LED溫度用放大器52係將電流轉換為電壓值並增幅，而輸入至控制部50。控制部50會輸出控制對應於所輸入之電壓值來輸入至加熱器的電流值之控制訊號。加熱器驅動器53會基於控制訊號來流通所欲之電流至熱電元件61、65。藉此，便會控制測定用LED31及參考用LED32之溫度為個別所欲之溫度。又，測定用LED31及參考用LED32之溫度控制會個別地獨立進行。

波長之分布會依LED而有個體差異。根據本實施形態，係藉由個別設置於測定用LED31及參考用LED32之溫控部，來分別溫度調整各LED。藉此，便可吸收測定用LED31及參考用LED32之個體差異及環境溫度。

[LED之與時變化]

LED之光量會與時變化，並漸漸減弱。因此，藉由監測實際上從LED所輸出之光量，而將從LED所輸出之光量控制為固定，便可更加精度良好地測定溫度。於是，為了監測LED之光量，本實施形態相關之溫度測定裝置30中，係設置有圖3及圖4所示之LED用SiPD34。

LED用SiPD34係投光確認用之發光二極體，會輸出對應於測定用LED31所輸出之測定光線的光線之電流值。LED監測用PD放大器43會將LED用SiPD34所輸出之電流值轉變為電壓並增幅，而輸出至控制部50。

控制部50會測定對應於所輸出之電壓值而從LED用SiPD34所輸出之光量，並對應於光量之減少來控制增加流通於測定用LED31的電流。

測定光用LED驅動器40會對應於控制部50所輸出之控制訊號的脈衝寬度來反饋控制流通於測定用LED31之電流值。

同樣地，LED用SiPD34會輸出對應於參考用LED32所輸出之參考光線的光量之電流值。LED監測用PD放大器43會將LED用SiPD34所輸出之電流值轉換為電壓並增幅，而輸出至控制部50。

控制部50會測定對應於所輸出之電壓值而從LED用SiPD34所輸出之光量，並對應於光量之減少來控制增加流通於參考用LED32的電流。

參考光用LED驅動器41會對應於控制部50所輸出之控制訊號的脈衝寬度來反饋控制流通於參考用LED32之電流值。

藉由上述構成，以監測測定用LED31及參考用LED32所輸出之光量，便可對應於LED之與時變化來將LED所輸出之光量控制為固定。

另外，LED用SiPD34係相當於監測測定光線及參考光線的光量之監測部。測定用LED31係相當於輸出第1波長之測定光線的第1光源。參考用LED32係相當於輸出第2波長之測定光線的第2光源。

[效果之範例]

於圖7~圖9顯示本實施形態相關之溫度測定結果的一範例。圖7~圖9中，橫軸係表示時間(秒)，縱軸係表示測溫對象物表面之溫度(℃)。圖7中，係顯示不讓測溫對象物表面之溫度改變而經過了橫軸所示時間時的本實施形態及比較例1、2之各溫度感應器所檢出的檢出值。

據此，本實施形態相關之光學式溫度感應器1相較於比較例1、2之溫度感應器，溫度之偏差會最少。比較例1之溫度感應器係具有本實施形態相關之光學式溫度感應器1的2倍左右之偏差，比較例2之溫度感應器係具有本實施形態相關之光學式溫度感應器1的3倍左右之偏差。由上述看來，得知本實施形態相關之光學式溫度感應器1之輸出特性及穩定性較為優異。

又，圖8中，係顯示將測溫對象物表面之溫度從20℃控制至70℃時，經過橫軸所示時間時的本實施形態及比較例1、2之各溫度感應器所檢出的檢出值。藉此，本實施形態之光學式溫度感應器1及比較例2之溫度感應器之應答性會較比較例1之溫度感應器要高。又，當觀察右邊放大圖所示之溫度變化上升附近之溫度感應器的檢出值時，得知本實施形態之光學式溫度感應器1之偏差會較比較例2之溫度感應器要小。由上述看來，得知本實施形態之光學式溫度感應器1之輸出特性、穩定性及應答性會較優異。

又，圖9中，係顯示將測溫對象物表面之溫度從70℃控制至80℃時，經過橫軸所示時間時的本實施形態及比較例1、2之各溫度感應器所檢出的檢出值。藉此，本實施形態之光學式溫度感應器1及比較例2之溫度感應器之應答性會較比較例1之溫度感應器要高。又，當觀察右邊放大圖所示之溫度變化上升附近之溫度感應器的檢出值時，本實施形態之光學式溫度感應器1之偏差會較比較例2之溫度感應器要小。由上述看來，得知本實施形態之光學式溫度感應器1即便相對於較高溫之區域中的溫度變動，輸出特性、穩定性及應答性仍較優異。

以上，根據本實施形態，光纖前端面與感熱體係對向配置於分離既定距離之位置。藉此，便可提供一種精度、應答性及穩定性優異的光學式溫度感應器。又，根據本實施形態，便可提供一種滿足既定性能之低成本光學式溫度感應器之製造方法。

又，根據本實施形態之溫度測定裝置30，便可以短時間來進行溫度測定。又，根據本實施形態之溫度測定裝置30，便可將測定用LED31及參考用LED32所輸出之測定光線及參考光線的光量控制為固定。藉此，便可抑制作為溫度測定裝置30之經年變化，而可進行高精度之溫度測定，並延長溫度測定裝置30之壽命。

進一步地，根據本實施形態之溫度測定裝置30，便會藉由設置於個別的測定用LED31及參考用LED32之溫控部，來將各LED個別地溫度調整。藉此，便可吸收測定用LED31及參考用LED32的個體差異及環境溫度。

以上，已藉由上述實施形態來說明光學式溫度感應器及光學式溫度感應器之製造方法。又，已藉由上述實施形態來說明溫度測定裝置、投光模組及溫度測定方法。然而，本發明並不限定於上述實施形態，在本發明之範圍內可為各種變化及改良。又，可在不矛盾之範圍內來結合上述實施形態及變形例。

例如，本發明相關之光學式溫度感應器、溫度測定裝置及溫度測定方法係可適用於蝕刻處理裝置、灰化處理裝置、成膜處理裝置所設置之靜電夾具或其以外之構件的溫度檢測。

Claims

一種溫度測定裝置，係具有：投光部，係從輸出第1波長之測定光線的第1光源與輸出第2波長之參考光線的第2光源來投光光線；受光部，係接收穿透會對應於溫度來使光穿透特性變化之溫度感應元件的該測定光線之反射光線及該參考光線的反射光線；光學式溫度感應器，係於內部具有該溫度感應元件與光纖；控制部，係基於該受光部所接受之該測定光線的反射光線之光量及該參考光線的反射光線之光量，來測定該溫度感應元件所感應之溫度；以及溫控部，係將該第1光源及該第2光源個別地溫度控制；該溫度感應元件與該光纖的前端面是分離的；該分離之距離係可調整的。
如申請專利範圍第1項之溫度測定裝置，其係進一步地具有監測部，係監測從該第1光源所輸出之測定光線的光量與從該第2光源所輸出之參考光線的光量，該控制部係基於該監測之測定光線的光量與參考光線的光量來個別控制該第1光源輸出之測定光線的光量與該第2光源輸出之參考光線的光量。
如申請專利範圍第1或2項之溫度測定裝置，其中該溫控部係具有：複數溫度感應器，係個別檢測該第1光源之溫度與該第2光源之溫度；第1溫控機構，係基於該所檢測的該第1光源之溫度來加熱或冷卻該第1光源；以及第2溫控機構，係基於該所檢測的該第2光源之溫度來加熱或冷卻該第2光源。
如申請專利範圍第3項之溫度測定裝置，其中該投光部係具有收容該第1光源與該第2光源之框體，該框體與該第1溫控機構及第2溫控機構之間的至少一部分係設置有空間。
一種溫度測定方法，係從第1光源輸出第1波長之測定光線；從第2光源輸出第2波長之參考光線；使該測定光線與該參考光線透過光學式溫度感應器之內部所具有的光纖而穿透會對應於溫度來使光穿透特性變化之溫度感應元件，並接收該穿透後的該測定光線之反射光線及該參考光線的反射光線；基於該接受之該測定光線之反射光線的光量與該參考光線之反射光線的光量來測定該溫度感應元件所感應之溫度；將該第1光源與該第2光源個別地溫度控制；該溫度感應元件與該光纖的前端面是分離的；該分離之距離係可調整的。