(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を発する発光体と、
前記励起光を照射される蛍光体と、
前記蛍光体の蛍光を受光し、蛍光強度及び蛍光寿命の値を測定する蛍光測定器と、
前記蛍光寿命及び前記蛍光体の雰囲気温度の関係を保存する関係記憶部と、
前記蛍光寿命及び前記蛍光体の雰囲気温度の関係と、前記蛍光寿命の測定値と、に基づき、前記蛍光体の雰囲気温度の値を算出する温度算出部と、
前記蛍光強度の測定値が低下から上昇に転じた際の前記蛍光体の雰囲気温度を露点として特定する露点特定部と、
を備える露点計測システム。
【請求項２】
前記蛍光体の雰囲気温度を低下させる温度調節器を更に備える、請求項１に記載の露点計測システム。
【請求項３】
前記蛍光体に結露の核となる突起が設けられている、請求項１又は２に記載の露点計測システム。
【請求項４】
前記蛍光体が基板上に配置されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露点計測システム。
【請求項５】
前記蛍光体が基板に設けられた凹部に埋め込まれている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露点計測システム。
【請求項６】
前記露点を出力する出力装置を更に備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露点計測システム。
【請求項７】
発光体から励起光を発することと、
前記励起光を蛍光体に照射することと、
前記蛍光体の蛍光を受光し、蛍光強度及び蛍光寿命の値を測定することと、
前記蛍光寿命及び前記蛍光体の雰囲気温度の関係を用意することと、
前記蛍光寿命及び前記蛍光体の雰囲気温度の関係と、前記蛍光寿命の測定値と、に基づき、前記蛍光体の雰囲気温度の値を算出することと、
前記蛍光強度の測定値が低下から上昇に転じた際の前記蛍光体の雰囲気温度を露点として特定することと、
を含む、露点の計測方法。
【請求項８】
前記蛍光体の雰囲気温度を低下させることを更に含む、請求項７に記載の露点の計測方法。
【請求項９】
前記蛍光体に結露の核となる突起が設けられている、請求項７又は８に記載の露点の計測方法。
【請求項１０】
前記蛍光体が基板上に配置されている、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の露点の計測方法。
【請求項１１】
前記蛍光体が基板に設けられた凹部に埋め込まれている、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の露点の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は測定技術に係り、露点計測システム及び露点の計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定気体の温度を低下させ、被測定気体に含まれる水蒸気の一部を結露させたときの温度を測定することにより露点を検出する露点計が知られている。従来の露点計においては、ペルチェ効果による電子冷却器、冷凍機、ドライアイス、及び液体窒素等を使用して基板表面を冷却し、基板表面が結露した際の基板表面の温度を例えば白金測温抵抗体等の温度センサで測定している（ＪＩＳ  Ｚ  ８８０６）。他に、結露したミラーの表面に光ファイバで供給された光を照射し、結露面から反射光量又は散乱光量を測定することで、ミラーの表面上の結露を検出する露点計も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８６４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の露点計は、基板表面の温度を温度センサで間接的に測定しており、結露している基板表面そのものの温度を測定していない。そのため、従来の露点計で計測された露点は、不正確である場合がある。そこで、本発明は、露点を正確に計測可能な露点計測システム及び露点の計測方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様は、（ａ）励起光を発する発光体と、（ｂ）励起光を照射される蛍光体と、（ｃ）蛍光体の蛍光を受光し、蛍光強度及び蛍光寿命の値を測定する蛍光測定器と、（ｄ）蛍光寿命及び蛍光体の雰囲気温度の関係を保存する関係記憶部と、（ｅ）蛍光寿命及び蛍光体の雰囲気温度の関係と、蛍光寿命の測定値と、に基づき、蛍光体の雰囲気温度の値を算出する温度算出部と、（ｆ）蛍光強度の測定値が低下から上昇に転じた際の蛍光体の雰囲気温度を露点として特定する露点特定部と、を備える露点計測システムであることを要旨とする。
【０００６】
本発明の他の態様は、（ａ）発光体から励起光を発することと、（ｂ）励起光を蛍光体に照射することと、（ｃ）蛍光体の蛍光を受光し、蛍光強度及び蛍光寿命の値を測定することと、（ｄ）蛍光寿命及び蛍光体の雰囲気温度の関係を用意することと、（ｅ）蛍光寿命及び蛍光体の雰囲気温度の関係と、蛍光寿命の測定値と、に基づき、蛍光体の雰囲気温度の値を算出することと、（ｆ）蛍光強度の測定値が低下から上昇に転じた際の蛍光体の雰囲気温度を露点として特定することと、を含む、露点の計測方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、露点を正確に計測可能な露点計測システム及び露点の計測方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る露点計測システムの模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る発光体の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る蛍光強度の時間変化の例を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態に係る励起光を消灯後の、蛍光体の蛍光強度の雰囲気温度に依存する減衰特性の例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態に係る蛍光体の雰囲気温度と、蛍光寿命と、の関係の例を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態に係る蛍光体の雰囲気温度と、蛍光強度と、の関係の例を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態に係る露点の計測方法のフローチャートである。
【図８】本発明のその他の実施の形態に係る蛍光体の模式図である。
【図９】本発明のその他の実施の形態に係る基板に設けられた蛍光体の模式図である。
【図１０】本発明のその他の実施の形態に係る基板にコーティングされた蛍光体の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１０】
実施の形態に係る露点計測システムは、図１に示すように、励起光を発する発光体２と、励起光を照射される蛍光体１と、蛍光体１の蛍光を受光し、蛍光強度及び蛍光寿命の値を測定する蛍光測定器４と、蛍光寿命及び蛍光体の雰囲気温度の関係を保存する関係記憶部４０１と、蛍光寿命及び蛍光体の雰囲気温度の関係と、蛍光寿命の測定値と、に基づき、蛍光体１の雰囲気温度の値を算出する温度算出部３０１と、蛍光強度の測定値が低下から上昇に転じた際の蛍光体１の雰囲気温度を露点として特定する露点特定部３０２と、を備える。
【００１１】
発光体２は、図２に示すように、例えば円筒状のパッケージ２１と、パッケージ２１の開口を覆う光学窓２２と、パッケージ２１の内部に配置された発光素子２３と、を備える。パッケージ２１には、メタルＣＡＮパッケージ及び樹脂成型パッケージ等が使用可能である。光学窓２２には、石英ガラス等からなる透明板及びレンズ等が使用可能である。発光素子２３には、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）及び半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子が使用可能である。より具体的には、発光素子２３には、ＡｌＧａＩｎＰをチップ材料とする四元素系発光素子、及びＩｎＧａＮをチップ材料とする三元素系発光素子が使用可能である。例えば、発光素子２３には、図１に示す発光体通電制御部５０１が接続される。発光体通電制御部５０１は、発光素子２３を点滅するように通電（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御し、発光素子２３から蛍光体１の励起光を断続的に放射させる。
【００１２】
発光体２に対向して、ダイクロイックミラー１１が配置されている。ダイクロイックミラー１１は、励起光を反射する。ダイクロイックミラー１１で反射された励起光は、進行方向を直角に折り曲げられ、レンズ１２及び光導波路１５を経て、蛍光体１に到達する。光導波路１５には、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ））からなるプラスチック光ファイバ等が使用可能であるが、励起光及び蛍光を伝搬可能であれば、これに限定されない。
【００１３】
光導波路１５の端部から間隔をおいて配置された蛍光体１は、蛍光物質、又は遷移金属がドープされた蛍光物質からなる。遷移金属がドープされた蛍光物質としては、ルビー等のＣｒ3+系材料、Ｍｎ2+系材料、Ｍｎ4+系材料、及びＦｅ2+系材料が使用可能である。あるいは、蛍光体１は、ユウロピウム（Ｅｕ）がドープされたアルミン酸ストロンチウム（ＳｒＡｌ2Ｏ4系）からなる。蛍光体１の表面は、例えば、平坦である。発光体２から励起光を照射された蛍光体１は、蛍光を発する。図３に示すように、蛍光体１の蛍光強度は、発光体２の発光強度に依存して、時間経過とともに一定の値まで増加する。また、発光体２を消灯すると、蛍光強度は時間経過とともに減衰する。励起光が消光した瞬間又は直後と比較して蛍光強度が1／eに低下するまでに要する時間は、蛍光体１の蛍光寿命τとして定義される。なお、ｅは自然対数である。
【００１４】
なお、図１に示す蛍光測定器４等には、励起光等の入力光が無くなっても、すぐには出力が無くならない現象である応答遅れが生じ得る。したがって、励起光を発する発光体２を消灯した直後から、予め測定した蛍光測定器４又はセンサ全体の応答遅れの時間よりも長い時間が経過した後に測定された蛍光強度と比較して1／eの蛍光強度に低下するまでに要する時間を、蛍光体１の蛍光寿命τとして定義してもよい。
【００１５】
蛍光体１は、例えば金属からなる熱伝導性の基板３０上に配置される。基板３０には、蛍光体１の雰囲気温度Ｔを設定可能な温度調節器３１が接触している。なお、蛍光体１の雰囲気温度Ｔとは、例えば、蛍光体１に接する気体の温度であり、蛍光体１そのものの温度でもあり得る。温度調節器３１としては、ペルチェ素子等の熱電冷却素子が使用可能である。温度調節器３１には、温度調節器３１に電流を供給する温度調節器通電制御部５０２が接続されている。温度調節器３１が熱電冷却素子である場合、温度調節器通電制御部５０２から温度調節器３１に供給する電流量を増やすと、温度調節器３１の温度が下がり、蛍光体１の雰囲気ガスが冷却され、雰囲気ガスの温度が低下していく。その結果、露点において、雰囲気ガスに含まれていた水蒸気が蛍光体１の表面に結露する。
【００１６】
蛍光体１が発した蛍光は、光導波路１５及びレンズ１２を経て、ダイクロイックミラー１１に到達する。さらに、蛍光は、ダイクロイックミラー１１を透過して、蛍光測定器４に到達する。蛍光測定器４は、例えば、フォトダイオード等の受光素子、及び受光素子の出力電流を電圧に変換して増幅する増幅器等を含む。蛍光測定器４は、励起光が消光した瞬間又は直後の蛍光強度の値を測定する。さらに蛍光測定器４は、蛍光体１の蛍光寿命の値τを測定するために用いられる。
【００１７】
発光体２、ダイクロイックミラー１１、レンズ１２、及び蛍光測定器４は、例えば筺体１０の内部に配置されている。また、筺体１０と光導波路１５は、例えば光導波路１５を固定するコネクタ１４及びコネクタ１４を保持するアダプタ１３を介して固定されている。
【００１８】
ここで、図４は、蛍光体１の雰囲気温度Ｔを変えた場合における、励起光消光後の蛍光体１の蛍光強度の例を示している。図４において、第１の温度条件下で、蛍光体１の雰囲気温度Ｔは最も低く、第２乃至第５の温度条件下で、蛍光体１の雰囲気温度Ｔは順次高くなる。図４に示すように、蛍光体１の蛍光寿命τは、蛍光体１の雰囲気温度Ｔが上昇するとともに、短くなる傾向にある。したがって、図５に示すように、蛍光寿命τと、蛍光体１の雰囲気温度Ｔと、の関係を予め取得しておけば、蛍光寿命τを測定することにより、図１に示す蛍光体１の雰囲気温度Ｔの値を算出することが可能となる。
【００１９】
蛍光測定器４には、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００が接続されている。ＣＰＵ３００には、関係記憶部４０１を含むデータ記憶装置４００が接続されている。関係記憶部４０１は、図５に示すような、蛍光体１の蛍光寿命τと、蛍光体１の雰囲気温度Ｔと、の予め取得された関係を保存する。図１に示すＣＰＵ３００に含まれる温度算出部３０１は、関係記憶部４０１に保存されている蛍光寿命τ及び温度Ｔの関係と、蛍光測定器４で測定された蛍光寿命τの測定値と、に基づいて、蛍光体１の雰囲気温度Ｔの値を算出する。
【００２０】
図６は、蛍光体１の雰囲気温度Ｔを変えた場合における、蛍光体１の蛍光寿命τと、励起光が消光した瞬間の蛍光強度と、を示している。図６に示すように、蛍光体１の蛍光寿命τは、温度調節器３１の設定温度を８０．１℃から−１．４℃に低下させると、長くなる傾向にある。また、結露していない条件では、励起光が消光した瞬間の蛍光強度は、蛍光体１の雰囲気温度Ｔが低下するとともに、弱くなる傾向にある。しかし、蛍光体１の表面に結露が生じると、その後、励起光が消光した瞬間の蛍光強度は、上昇に転じる。
【００２１】
次に、結露した状態で温度調節器３１の設定温度を−１．４℃から上昇させると、励起光が消光した瞬間の蛍光強度は、弱くなる傾向にある。しかし、蛍光体１表面の結露が蒸発すると、その後、励起光が消光した瞬間の蛍光強度は、上昇に転じる。
【００２２】
蛍光体１の表面に結露が生じると、蛍光強度が低下から上昇に転じる理由の一つとして、水滴によって蛍光体１の表面で励起光が多重散乱され、蛍光体１のより広い領域で蛍光が励起されることが考えられる。
【００２３】
図１に示すＣＰＵ３００に含まれる露点特定部３０２は、蛍光測定器４が測定する蛍光強度を監視し、蛍光強度の測定値が低下から上昇に転じた際の蛍光体１の雰囲気温度を温度算出部３０１から取得し、取得した雰囲気温度を露点として特定する。なお、蛍光強度の測定値が低下から上昇に転じたか否かの判定は、例えば、時間ｔに対する蛍光強度Ｉの変化率ΔＩ／Δｔを測定し、変化率ΔＩ／Δｔの符号の変化を検出することにより行われる。
【００２４】
ＣＰＵ３００には、さらに入力装置３２１、出力装置３２２、プログラム記憶装置３２３、及び一時記憶装置３２４が接続される。入力装置３２１としては、スイッチ及びキーボード等が使用可能である。関係記憶部４０１に保存される蛍光体１の蛍光寿命及び蛍光体１の雰囲気温度の関係は、例えば、入力装置３２１を用いて入力される。出力装置３２２としては、光インジケータ、デジタルインジケータ、及び液晶表示装置等が使用可能である。出力装置３２２は、例えば、露点特定部３０２が特定した露点を表示する。プログラム記憶装置３２３は、ＣＰＵ３００に接続された装置間のデータ送受信等をＣＰＵ３００に実行させるためのプログラムを保存している。一時記憶装置３２４は、ＣＰＵ３００の演算過程でのデータを一時的に保存する。
【００２５】
次に図７に示すフローチャートを用いて実施の形態に係る露点の計測方法について説明する。
（ａ）ステップＳ１０１で、図１に示す温度調節器通電制御部５０２から温度調節器３１への通電を開始し、蛍光体１の雰囲気温度を徐々に低下させていく。ステップＳ１０２で、発光体２から断続的に励起光を放射することを開始する。ステップＳ１０３で、蛍光測定器４は、励起光が消光した瞬間又は直後の蛍光の光強度の値を測定し、ＣＰＵ３００に伝送する。ＣＰＵ３００の露点特定部３０２が、蛍光の光強度の測定値を受信する。露点特定部３０２は、蛍光の光強度の測定値が、低下から上昇に転じるか否かの監視を開始する。
【００２６】
（ｂ）ステップＳ１０４で、蛍光測定器４は、蛍光体１の蛍光寿命の値τを測定し、ＣＰＵ３００に伝送する。ＣＰＵ３００の温度算出部３０１が、蛍光寿命の測定値τを受信する。次に、温度算出部３０１は、関係記憶部４０１から、予め取得された、蛍光体１の蛍光寿命τと、蛍光体１の雰囲気温度Ｔと、の関係を読み出す。さらに、温度算出部３０１は、蛍光寿命τ及び雰囲気温度Ｔの関係と、受信した蛍光寿命の測定値τと、に基づいて、蛍光体１の雰囲気温度の値を算出する。
【００２７】
（ｃ）ステップＳ１０５で、露点特定部３０２は、蛍光の光強度の測定値が、低下から上昇に転じたことを検知した場合、その時点における蛍光体１の雰囲気温度の算出値を、温度算出部３０１より取得する。さらに、露点特定部３０２は、取得した蛍光体１の雰囲気温度の算出値を、露点として特定する。その後、露点特定部３０２は、露点の値を出力装置３２２に出力する。
【００２８】
以上説明した実施の形態に係る露点計測システム、及び露点の計測方法によれば、温度を検出するための蛍光体１そのものが結露面になるため、正確に露点を計測することが可能となる。
【００２９】
（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、図１に示す蛍光体１の表面は平坦であると説明したが、図８に示すように、蛍光体１の表面に複数の突起１０１を設けてもよい。複数の突起１０１のそれぞれは、例えば円錐形であり、直径は０．１乃至１μｍ、高さは０．１乃至１μｍであるが、これに限定されない。大気中に雲が形成される際、空気中のエアロゾルを中心に水蒸気が凝結する。これと同様の原理によって、複数の突起１０１は、露点以下における結露の形成を促進する。
【００３０】
また、図１では、蛍光体１は基板３０上に配置されると説明したが、図９に示すように、蛍光体１は基板３０に設けられた凹部に埋め込まれていてもよい。あるいは図１０に示すように、基板３０上に蛍光物質をコーティングすることにより、蛍光体１を基板３０上に形成してもよい。この場合、光学的に透明な樹脂と、蛍光物質の粉体と、の混合物を、基板３０上にコーティングしてもよい。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００３１】
１     蛍光体
２     発光体
４     蛍光測定器
１０   筺体
１１   ダイクロイックミラー
１２   レンズ
１３   アダプタ
１４   コネクタ
１５   光導波路
２１   パッケージ
２２   光学窓
２３   発光素子
３０   基板
３１   温度調節器
１０１  突起
３０１ 温度算出部
３０２ 露点特定部
３２１ 入力装置
３２２ 出力装置
３２３ プログラム記憶装置
３２４ 一時記憶装置
４００ データ記憶装置
４０１ 関係記憶部
５０１ 発光体通電制御部
５０２ 温度調節器通電制御部
【図１】
0005465132.tif 000002
【図２】
0005465132.tif 000003
【図３】
0005465132.tif 000004
【図４】
0005465132.tif 000005
【図５】
0005465132.tif 000006
【図６】
0005465132.tif 000007
【図７】
0005465132.tif 000008
【図８】
0005465132.tif 000009
【図９】
0005465132.tif 000010
【図１０】
0005465132.tif 000011