(57)【要約】【課題】透過性樹脂部材の表面近傍の温度を反映した熱輻射光の影響を軽減することができ、樹脂界面の温度測定精度の向上を図ることができる温度測定装置を提供する。【解決手段】第１と第２の光検出部８、９の検出波長範囲をずらし、レーザ溶着中に、第１の光検出部８は、樹脂界面から放射され透過性樹脂部材３を透過した熱輻射光６および透過性樹脂部材３表面から放射された熱輻射光７を検出して検出信号を生成し、第２の光検出部９は、透過性樹脂部材３表面から放射された熱輻射光７のみを検出して検出信号を生成するようにする。演算部１０は、第１と第２の光検出部８、９からの検出信号を基に、熱輻射光７の影響が軽減されるように演算を行って、樹脂界面の温度を測定する。【選択図】図１
2006343158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の樹脂部材と所定の光透過性を有する第二の樹脂部材とが重ね合わせられた樹脂部材に対し前記第二の樹脂部材側から所定の波長のレーザ光を照射するレーザ照射部と、
前記樹脂部材からの放射光を第一の波長範囲で検出する第一の検出部と、
前記樹脂部材からの放射光を前記第一の波長範囲と波長範囲が異なる第二の波長範囲で検出する第二の検出部と、
前記第一の検出部で検出された値と前記第二の検出部で検出された値とに基づいて前記第一の樹脂部材と前記第二の樹脂部材との界面の温度を算出する演算部と、
を備えることを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の温度測定装置であって、前記樹脂部材からの放射光を前記第一の波長範囲の放射光と前記第二の波長範囲の放射光とに分岐して前記第一の検出部と前記第二の検出部へ入射させる光学部を備えることを特徴とする温度測定装置。
【請求項３】
前記第二の波長範囲の下限値は、前記第一の波長範囲の上限値より大きいことを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の温度測定装置。
【請求項４】
前記第一の波長範囲は、９００ｎｍ〜２６００ｎｍであり、前記第二の波長範囲は、３０００ｎｍ〜１４０００ｎｍであることを特徴とする請求項３記載の温度測定装置。
【請求項５】
第一の樹脂部材と所定の光透過性を有する第二の樹脂部材とが重ね合わせられた樹脂部材に対し前記第二の樹脂部材側から所定の波長のレーザ光を照射し、前記樹脂部材からの放射光を第一の波長範囲で検出するとともに、前記樹脂部材からの放射光を前記第一の波長範囲と波長範囲が異なる第二の波長範囲で検出し、前記第一の波長範囲で検出された値と前記第二の波長範囲で検出された値とに基づいて前記第一の樹脂部材と前記第二の樹脂部材との界面の温度を算出する、ことを特徴とする温度測定方法。
【請求項６】
前記第二の波長範囲の下限値は、前記第一の波長範囲の上限値より大きいことを特徴とする請求項５記載の温度測定方法。
【請求項７】
前記レーザ光を複数回に分けて照射し、前記樹脂部材からの放射光の検出を前記レーザ光の照射を停止している際に行うことを特徴とする請求項５もしくは６のいずれかに記載の温度測定方法。
【請求項８】
前記レーザ光の照射を停止している期間が１０μｓ以上であることを特徴とする請求項７記載の温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂部材同士を重ね合わせ、その重ね合わせた界面へ一定波長のレーザ光を照射して樹脂部材同士を溶着する際に、その界面の温度を測定する温度測定装置、および温度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザ光を透過する透過性樹脂部材とレーザ光を吸収する吸収性樹脂部材を重ね合わせ、その重ね合わせた界面（樹脂界面）に透過性樹脂部材側よりレーザ光を照射して、樹脂部材同士をレーザ溶着する樹脂溶着の技術が知られている。この樹脂溶着の技術は、例えば、キー（リモコン）等の自動車用部品などの製造に用いられる。
【０００３】
このレーザ溶着では、一般に、レーザ光として波長が例えば８１０ｎｍの赤外光を用いる。また、透過性樹脂部材としては、一般に、レーザ光は透過するが可視光は透過しない着色剤を混入したポリカーボネート等を用いる、しかしながら、この場合、十分な溶着が行われたか否かについての判断を目視にて行えないという問題があった。
【０００４】
そこで、レーザ溶着中に、樹脂部材から放射される熱輻射光を赤外線検出器により検出し、光電変換により電気信号に変換して、樹脂界面の溶着温度を算出する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。図４に従来の温度測定装置の概略構成を示す。
【０００５】
図４において、半導体レーザ装置１は、透過性樹脂部材３と吸収性樹脂部材４を重ね合わせた樹脂界面へ、波長が８１０ｎｍあるいは９１０ｎｍのレーザ光２を照射する。赤外線検出器１３は、検出波長範囲が１５００ｎｍ〜２８００ｎｍであり、レーザ溶着中に、樹脂界面近傍から放射される熱輻射光６を検出して検出信号を生成する。演算部１６は、赤外線検出器１３からの検出信号を基に樹脂界面の温度測定を行う。
【０００６】
また、半導体レーザ装置１が出射するレーザ光２には、赤外線検出器１３の検出波長範囲に重なる１３００ｎｍ〜２１００ｎｍの波長のノイズ光が混在するので、レーザ光２からこのノイズ光を除去する第１のフィルタ１４を設けている。さらに、レーザ光２の発振波長の光を遮断する第２のフィルタ１５を赤外線検出器１３と樹脂部材との間に設け、レーザ光２の反射光の影響を受けないようにしている。
【０００７】
しかしながら、実際には、樹脂界面近傍からだけではなくレーザ光の照射側に配置された透過性樹脂部材の表面近傍からも熱輻射光は放射されており、従来の温度測定装置では、この透過性樹脂部材の表面近傍からの熱輻射光も同時に検出してしまい、そのためＳ／Ｎ比が低下して界面温度の測定精度が低下するという問題があった。
【特許文献１】特開２００４−１７５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑み、吸収性樹脂部材（第一の樹脂部材）と透過性樹脂部材（第二の樹脂部材）とが重ね合わせられた樹脂部材に対し透過性樹脂部材側から所定の波長のレーザ光を照射し、樹脂部材からの放射光を第一の波長範囲で検出するとともに、第一の波長範囲と波長範囲が異なる第二の波長範囲で検出し、第一の波長範囲で検出した値と第二の波長範囲で検出した値に基づいて樹脂界面の温度を算出することにより、透過性樹脂部材の表面近傍の温度を反映した熱輻射光の影響を軽減することができ、樹脂界面の温度測定精度の向上を図ることができる温度測定装置、および温度測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１記載の温度測定装置は、第一の樹脂部材と所定の光透過性を有する第二の樹脂部材とが重ね合わせられた樹脂部材に対し前記第二の樹脂部材側から所定の波長のレーザ光を照射するレーザ照射部と、前記樹脂部材からの放射光を第一の波長範囲で検出する第一の検出部と、前記樹脂部材からの放射光を前記第一の波長範囲と波長範囲が異なる第二の波長範囲で検出する第二の検出部と、前記第一の検出部で検出された値と前記第二の検出部で検出された値とに基づいて前記第一の樹脂部材と前記第二の樹脂部材との界面の温度を算出する演算部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２記載の温度測定装置は、請求項１記載の温度測定装置であって、前記樹脂部材からの放射光を前記第一の波長範囲の放射光と前記第二の波長範囲の放射光とに分岐して前記第一の検出部と前記第二の検出部へ入射させる光学部を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項３記載の温度測定装置は、請求項１もしくは２のいずれかに記載の温度測定装置であって、前記第二の波長範囲の下限値は、前記第一の波長範囲の上限値より大きいことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項４記載の温度測定装置は、請求項３記載の温度測定装置であって、前記第一の波長範囲は、９００ｎｍ〜２６００ｎｍであり、前記第二の波長範囲は、３０００ｎｍ〜１４０００ｎｍであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項５記載の温度測定方法は、第一の樹脂部材と所定の光透過性を有する第二の樹脂部材とが重ね合わせられた樹脂部材に対し前記第二の樹脂部材側から所定の波長のレーザ光を照射し、前記樹脂部材からの放射光を第一の波長範囲で検出するとともに、前記樹脂部材からの放射光を前記第一の波長範囲と波長範囲が異なる第二の波長範囲で検出し、前記第一の波長範囲で検出された値と前記第二の波長範囲で検出された値とに基づいて前記第一の樹脂部材と前記第二の樹脂部材との界面の温度を算出する、ことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項６記載の温度測定方法は、請求項５記載の温度測定方法であって、前記第二の波長範囲の下限値は、前記第一の波長範囲の上限値より大きいことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項７記載の温度測定方法は、請求項５もしくは６のいずれかに記載の温度測定方法であって、前記レーザ光を複数回に分けて照射し、前記樹脂部材からの放射光の検出を前記レーザ光の照射を停止している際に行うことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項８記載の温度測定方法は、請求項７記載の温度測定方法であって、前記レーザ光の照射を停止している期間が１０μｓ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、レーザ光照射側の第二の樹脂部材表面近傍の温度を反映した熱輻射光の影響を軽減することができ、樹脂界面の温度測定精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る温度測定装置、および温度測定方法について説明する。本実施の形態に係る温度測定装置、および温度測定方法は、吸収性樹脂部材（第一の樹脂部材）と所定の光透過性を有する透過性樹脂部材（第二の樹脂部材）とが重ね合わせられた樹脂部材に対し透過性樹脂部材側から所定の一定波長のレーザ光を照射して、吸収性樹脂部材と透過性樹脂部材を重ね合わせた界面（樹脂界面）を溶融し、樹脂部材同士をレーザ溶着するときの樹脂界面の温度を測定する装置、および方法である。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態１に係る温度測定装置の概略構成を示す図である。
図１において、レーザ照射部である半導体レーザ装置１は、所定の一定波長のレーザ光（レーザパルス）２を出射する。このレーザ光２は、透過性樹脂部材３と吸収性樹脂部材４とが重ね合わせられた樹脂部材に対し透過性樹脂部材３側から照射され、透過性樹脂部材３と吸収性樹脂部材４をレーザ溶着する。
【００２０】
一般に、レーザ光の照射側に配置される透過性樹脂部材３には、例えば７００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長の光は透過するが７００ｎｍより短い波長の光は透過しない着色剤（例えば、オリエント化学工業（株）の商品名“ｅＢＩＮＤ  ＬＴＷ−８３００（ＰＣ用）”など）を混入したポリカーボネート等を用いる。ポリカーボネートに代えて、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂等の透明な樹脂を用いることもできる。７００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長の光を透過するポリプロピレンやポリスチレン等の樹脂を用いる場合もある。これらの透過性樹脂部材は、７００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長の光は透過するが７００ｎｍより短い波長の光は透過せず、１６００ｎｍよりも長い波長の光は吸収してその透過率は小さくなり、２６００ｎｍ以上の波長の光はほぼ吸収し、３０００ｎｍ以上の波長の光は全く透過しない、という光透過特性を有する。
【００２１】
よって、レーザ光２としては、７００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長のものを用いるのが好ましい。ここではレーザ光２の波長が８１０ｎｍの場合について説明するが、７００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲内であれば他の波長のレーザ光であってもよい。また、半導体レーザを例に説明するがＹＡＧレーザ等の他のレーザ光であってもよい。
【００２２】
透過性樹脂部材３の下側に配置する吸収性樹脂部材４には、一般に、７００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長の光を吸収するカーボンブラック等の着色剤を混入したポリカーボネート等を用いる。７００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長の光を吸収するポリフタルアミドや、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等の樹脂を用いる場合もある。
【００２３】
照射されたレーザ光２は吸収性樹脂部材４の界面近傍で吸収され、その界面近傍は温度上昇して溶融する。このとき透過性樹脂部材３の界面近傍も吸収性樹脂部材４の温度上昇により加熱され溶融する。その結果、樹脂界面に溶融プール５が発生する。レーザ光２の出射を停止すると、溶融プール５の温度が低下し、固化して透過性樹脂部材３と吸収性樹脂部材４は溶着する。
【００２４】
このレーザ溶着の過程において、樹脂界面近傍の温度上昇とともに樹脂界面近傍から熱輻射光６が放射され、溶融プール５が形成されるとその放射強度は強くなる。また、レーザ光２は透過性樹脂部材３の表面近傍でも僅かに吸収され、レーザ光２の照射中、透過性樹脂部材３の表面近傍は温度上昇し、微弱な熱輻射光７が放射される。さらに、樹脂界面近傍の温度が上昇するとその温度が熱伝導して透過性樹脂部材３の表面近傍の温度も上昇し、透過性樹脂部材３の表面近傍から放射される熱輻射光７の放射強度は強くなる。
【００２５】
通常、樹脂溶着で用いられる温度範囲は１５０〜５００°Ｃであり、９００ｎｍ〜１４０００ｎｍの波長の熱輻射光が放射されるが、上記した透過性樹脂部材３の光透過特性により、樹脂界面近傍から放射される２６００ｎｍ以上の波長の熱輻射光はその殆どが透過性樹脂部材３に吸収される。よって、樹脂界面近傍から放射され透過性樹脂部材３を透過した熱輻射光６の波長はほぼ９００ｎｍ〜２６００ｎｍとなる。
【００２６】
また、本実施の形態１ではレーザ光としてレーザパルス（半導体レーザ）を使用しているため、レーザ光の照射（ＯＮ）と照射停止（ＯＦＦ）が一定周波数で繰り返される。透過性樹脂部材３の表面は雰囲気である空気中へと熱が放出される熱的な非平衡状態にあるので、レーザ光の照射中に上昇した表面近傍の温度は照射停止中に下降し、表面近傍の温度はレーザパルスの周波数に従う周波数で常に変化する。そのため、熱輻射光７の放射強度も高周波数で常に変化する。
【００２７】
第一の検出部である第１の光検出部８は、所定の波長範囲（第一の波長範囲）の光に対して有効感度を持ち、樹脂部材からの放射光（透過性樹脂部材３の表面近傍から放射される熱輻射光７および樹脂界面近傍から放射され透過性樹脂部材３を透過した熱輻射光６）を検出して、その検出した熱輻射光の放射強度を基に検出信号を生成する。
【００２８】
具体的には、上記したように樹脂界面近傍から放射される２６００ｎｍ以上の波長の熱輻射光はその殆どが透過性樹脂部材３により吸収されるので、第１の光検出部８の検出波長範囲の上限値（第一の波長範囲の上限値）は２６００ｎｍにする。また、上記したように樹脂溶着では９００ｎｍ〜１４０００ｎｍの波長の熱輻射光が放射されるので、第１の光検出部８の検出波長範囲の下限値（第一の波長範囲の下限値）は９００ｎｍにする。これにより、第１の光検出部８は、９００ｎｍ〜２６００ｎｍの波長の熱輻射光６、７を検出することができる。
【００２９】
この第１の光検出部８が具備する検出素子としては、例えば９００ｎｍ〜２６００ｎｍの波長の光に対して有効感度を有するＩｎＧａＡｓフォトダイオード等を用いる。検出素子は、この波長範囲内の光に対して有効感度を有するものであれば、例えばＰｂＳ光導電素子やＰｂＳｅ光導電素子等の他の素子を用いても構わない。
【００３０】
第二の検出部である第２の光検出部９は、第１の光検出部８の検出波長範囲とは異なる波長範囲（第二の波長範囲）の光に対して有効感度を持ち、樹脂部材からの放射光を検出して、その検出した熱輻射光の放射強度を基に検出信号を生成する。ここでは、第１の光検出部８の検出波長範囲（第一の波長範囲）の上限値より下限値が大きい波長範囲の光に対して有効感度を持ち、透過性樹脂部材３の表面近傍から放射される熱輻射光７のみを検出するようにする。
【００３１】
具体的には、上記したように透過性樹脂部材３が３０００ｎｍ以上の波長の光を完全に透過しないので、第２の光検出部９の検出波長範囲の下限値（第二の波長範囲の下限値）は３０００ｎｍにする。これにより、第２の光検出部９は、樹脂界面近傍からの熱輻射光の影響を受けない。また、上記したように樹脂溶着では９００ｎｍ〜１４０００ｎｍの波長の熱輻射光が放射されるので、第２の光検出部９の検出波長範囲の上限値（第二の波長範囲の上限値）は１４０００ｎｍにする。これにより、第２の光検出部９は、３０００ｎｍ〜１４０００ｎｍの波長の熱輻射光７のみを検出することができる。
【００３２】
この第２の光検出部９が具備する検出素子としては、例えば３０００ｎｍ〜１４０００ｎｍの波長の光に対して有効感度を有するサーモパイル等を用いる。検出素子は、この波長範囲内の光に対して有効感度を有するものであれば、例えば焦電素子や、ボロメータ、ＣｄＨｇＴｅ光導電素子等の他の素子を用いても構わない。
【００３３】
なお、半導体レーザ装置から出射されるレーザ光には、発振波長に拘わらず１３００ｎｍ〜２１００ｎｍの波長の微弱な光（ノイズ光）が混在するので、レーザ照射部として半導体レーザ装置を用いる場合には、レーザ照射部の前方に、レーザ光から１３００ｎｍ〜２１００ｎｍの波長の光を除くフィルタ等の光学素子を設けるようにしてもよい。また、樹脂部材によるレーザ光の反射光の影響を考慮して、第１および第２の光検出部８、９の前方に、レーザ光の発振波長の光を遮断するフィルタ等の光学素子を設けるようにしてもよい。また、無論、半導体レーザ装置１の前方や第１および第２の光検出部８、９の前方に、集光レンズ等の光学素子を設けても構わない。
【００３４】
第１および第２の光検出部８、９で検出された熱輻射光は検出素子で電流（検出信号）に変換され、演算部１０へ伝送される。演算部１０は第１および第２の光検出部８、９からの検出信号の値に基づいて樹脂界面の温度を算出する。具体的には、演算部１０は、先ずそれぞれの電流を増幅した後、電流の大きさを電圧の高さとして認識する。次に第１の光検出部８で検出した熱輻射光を基に得た電圧信号から第２の光検出部９で検出した熱輻射光を基に得た電圧信号を差し引いたものを樹脂界面（溶融プール）の温度に対する電圧値として認識する。検出素子の感度や透過性樹脂部材３の材料特性、板厚、表面形状の影響を考慮して、各電圧信号にそれぞれ所定の値を加えたり掛け合わせたりしてもよい。
【００３５】
図４を用いて説明した従来の温度測定装置により測定した温度と、本実施の形態１に係る温度測定装置により測定した温度を比較すると、本実施の形態１に係る温度測定装置により測定した温度の方が低く、実温度に近かった。この理由としては、従来の装置では、透過性樹脂部材の表面近傍から放射される熱輻射光も同時に検出して温度を測定するので、測定温度が実温度よりも高くなるのに対し、本実施の形態１に係る温度測定装置では、樹脂界面近傍と透過性樹脂部材の表面近傍から放射される熱輻射光を同時に検出して得た電圧信号から、透過性樹脂部材の表面近傍から放射される熱輻射光のみを検出して得た電圧信号を差し引き、その差し引いた電圧信号を樹脂界面の温度に対する電圧値として認識するためである。
【００３６】
また、本実施の形態１に係る温度測定装置により測定した温度の方が、高周波数で繰り返される温度変化が小さく安定していた。この理由としては、従来の装置では、上記したように放射強度が高周波数で常に変化する透過性樹脂部材の表面近傍から放射される熱輻射光も同時に検出して温度を測定するのに対し、本実施の形態１に係る温度測定装置では、樹脂界面近傍と透過性樹脂部材の表面近傍から放射される熱輻射光を同時に検出して得た電圧信号から、透過性樹脂部材の表面近傍から放射される熱輻射光のみを検出して得た電圧信号を差し引くためである。
【００３７】
以上のように、本実施の形態１によれば、透過性樹脂部材の表面近傍の温度を反映した熱輻射光の影響を軽減することができ、樹脂界面の温度測定精度の向上を図ることができる。また、レーザ照射部が半導体レーザ装置などのレーザパルスを出射する装置であっても、レーザ溶着中に刻々と変化する透過性樹脂部材の表面近傍の温度を反映した熱輻射光の影響を軽減することができ、高周波数で繰り返される温度変化が小さく安定した温度測定が可能となり、樹脂界面の温度測定精度の向上を図ることができる。
【００３８】
なお、本実施の形態１では、７００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長の光を透過する透過性樹脂部材と７００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長の光を吸収する吸収性樹脂部材を重ね合わせた場合について説明したが、界面部分に７００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長の光を吸収する吸収剤（例えば、カーボンブラックを混入したインク等）を塗布した場合や、界面に吸収剤フィルム（例えば、カーボンブラックを混入したポリエチレンフィルム等）を挿入した場合でも同様の効果が得られる。この場合、少なくとも上側を透過性樹脂部材とすればよく、下側の樹脂部材は任意である。
【００３９】
また、レーザ光としてレーザパルスを使用したが、ＣＷ（連続波）を使用してもよく、レーザパワーを変化させて照射してもよい。また、レーザ光の照射位置は固定した位置に限らず、レーザ光と対象物とを相対的に移動させてレーザ光の照射位置を可変にしてもよい。
【００４０】
（実施の形態２）
図２は本実施の形態２に係る温度測定装置の概略構成を示す図である。なお、前述した実施の形態１で説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
【００４１】
本実施の形態２に係る温度測定装置は、透過性樹脂部材３の表面近傍から放射される熱輻射光７および樹脂界面近傍から放射され透過性樹脂部材３を透過した熱輻射光６を第１と第２の光検出部８、９それぞれの検出波長範囲の光に分岐して、第１と第２の光検出部８、９へそれぞれ入射させる光学部を有する点が、実施の形態１と異なる。具体的には、透過性樹脂部材３の表面近傍から放射される熱輻射光７および樹脂界面近傍から放射され透過性樹脂部材３を透過した熱輻射光６を入射して、２６００ｎｍ以下の波長の熱輻射光（第１の光検出部８の検出波長範囲の上限値以下の熱輻射光）と３０００ｎｍ以上の波長の熱輻射光（第２の光検出部９の検出波長範囲の下限値以上の熱輻射光）に分岐し、２６００ｎｍ以下の波長の熱輻射光を第１の光検出部８へ入射させ、３０００ｎｍ以上の波長の熱輻射光を第２の光検出部９へ入射させる波長分岐フィルタを備える。
【００４２】
図２において、透過性樹脂部材３の表面近傍から放射される熱輻射光７および樹脂界面近傍から放射され透過性樹脂部材３を透過した熱輻射光６は、同一ユニット内に取り込まれる。
【００４３】
波長分岐フィルタ１１は、入射した熱輻射光のうち２６００ｎｍ以下の波長の熱輻射光を表面で反射して第１の光検出部８へ入射させる。一方、３０００ｎｍ以上の波長の熱輻射光については、透過して第２の光検出部９へ入射させる。
【００４４】
波長分岐フィルタ１１の材質は、例えば３０００ｎｍ〜１４０００ｎｍの波長の光に対して高い透過率を示すＺｎＳｅ等であり、表面には９００ｎｍ〜２６００ｎｍの波長の光に対する反射率を向上するコーティングを施す。材質については、３０００ｎｍ以上の波長の光を透過するものであれば、シリコン、サファイア、ゲルマニウム、フッ化カルシウム、合成石英等他の材料を用いても構わない。なお、２６００ｎｍ以下の波長の光を透過し、３０００ｎｍ以上の波長の光を反射する構成でも構わない。
【００４５】
本実施の形態２によれば、樹脂界面近傍からの熱輻射光６と透過性樹脂部材３の表面近傍からの熱輻射光７を同時に装置内に取り込み、装置内に具備した波長分岐フィルタ１１によって第１の光検出部８と第２の光検出部９へそれぞれ熱輻射光を入射させることができ、熱輻射光を第１および第２の光検出部へ導く光路がそれぞれ独立した装置と比較して装置を小さくできる。
【００４６】
なお、第１と第２の光検出部８、９の検出波長範囲は重ならないので、例えば９００ｎｍ〜１４０００ｎｍの波長の熱輻射光を２分割するハーフミラー等を用いて構成してもよい。この場合、透過性樹脂部材３の表面近傍から放射される熱輻射光７および樹脂界面近傍から放射され透過性樹脂部材３を透過した熱輻射光６を反射および透過して、反射または透過された熱輻射光を第１の光検出部８へ入射させ、透過または反射された熱輻射光を第２の光検出部９へ入射させることができる。
【００４７】
また、レーザ光の照射位置は固定した位置に限らず、レーザ光と対象物とを相対的に移動させてレーザ光の照射位置を可変にしてもよく、照射位置を可変にする場合には、透過性樹脂部材３の表面近傍から放射される熱輻射光７および樹脂界面近傍から放射され透過性樹脂部材３を透過した熱輻射光６を取り込むユニットも移動させる。
【００４８】
（実施の形態３）
本実施の形態３に係る温度測定装置は、半導体レーザ装置が出射するレーザ光（レーザパルス）のＯＮ・ＯＦＦ（レーザ光の照射と照射停止）に同期して、演算部がレーザ光のＯＦＦ期間（照射停止期間）にのみ検出信号を取り込むように構成した点に特徴がある。
【００４９】
図３（ａ）に本実施の形態３に係る温度測定装置の概略構成を示し、図３（ｂ）に演算部による検出信号の取り込みタイミングを示す。なお、前述した実施の形態１で説明した部材と同一の部材については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００５０】
図３において、光検出部１２は、透過性樹脂部材３の表面近傍から放射される熱輻射光７および樹脂界面近傍から放射され透過性樹脂部材３を透過した熱輻射光６を検出して、その検出した熱輻射光の放射強度を基に検出信号を生成する。なお、ここでは、光検出部１２の検出波長範囲は、９００ｎｍ〜２６００ｎｍとするが、少なくともこの波長範囲を含む波長範囲であればよい。
【００５１】
また、演算部１０は、半導体レーザ装置１からのレーザ光２（レーザパルス）のＯＮ・ＯＦＦに同期して光検出部１２からの検出信号を取り込む機構を有する。具体的には、レーザ光のＯＦＦ期間（照射停止期間）にのみ光検出部１２からの検出信号を取り込む。
【００５２】
このように、レーザパルスのＯＦＦ期間にのみ検出信号を取り込むので、透過性樹脂部材３の表面近傍からの熱輻射光の影響を受け難い。すなわち、上記したように、レーザパルスのＯＮ期間（照射期間）に上昇した透過性樹脂部材３の表面近傍の温度は、レーザパルスのＯＦＦ期間（照射停止期間）に下降する。よって、レーザパルスのＯＦＦ期間に透過性樹脂部材３の表面近傍から放射される熱輻射光の放射強度は微弱になるので、レーザパルスのＯＦＦ期間にのみ検出信号を取り込むようにすれば、温度測定時のノイズとなる透過性樹脂部材３の表面近傍からの熱輻射光の影響を受け難くすることができ、温度測定の精度を向上させることができる。
【００５３】
さらに、レーザ光の照射中に光検出部が検出する光にはレーザ光の反射光も含まれ、正確な温度測定の阻害要因となる。また、半導体レーザ装置を用いた場合、上記したようにレーザ光に１３００ｎｍ〜２１００ｎｍのノイズ光が混在するため、このノイズ光の反射光も温度測定の阻害要因となる。そのため、これらの反射光（外乱光）の影響を除くには、半導体レーザ装置の前方にレーザ光からノイズ光を除く光学素子を設けたり、光検出部の前方にレーザ光の発振波長の光を遮断する光学素子を設けたりする必要があるが、当該温度測定装置によれば、レーザ光の照射停止期間に検出信号を取り込むため、フィルタ等の光学素子を設けることなく反射光の影響を回避でき、装置の低廉化等を図ることが可能となる。
【００５４】
また、半導体レーザ装置が出射するレーザパルスは、そのＯＮ期間がＯＦＦ期間以上となるようにする（レーザ光の照射期間の割合が０．５以上）。すなわち、レーザパルスのＯＮ期間の割合が０．５未満になると、照射している時間よりも照射していない時間のほうが長くなり、照射していないときに樹脂界面の温度が大きく低下し、これを繰り返すと短時間での樹脂界面温度の増減幅が大きくなり、接合品質の低下を招くとともに、温度測定の精度も低下する。短時間での樹脂界面温度の増減幅を小さくして溶着を安定させるには、レーザパルスのＯＮ期間の割合が０．５以上である必要がある。この割合は高いほど良く、０．９以上がより好ましい。
【００５５】
また、ＯＦＦ期間（照射停止期間）については、１０μｓ以上にする。すなわち、ＯＦＦ期間にのみ検出信号の取り込みを行うため、取り込んだ信号の立ち上がり時間の影響により、ＯＦＦ期間が１０μｓより短くなると、測定温度にばらつきが生じ、温度測定の精度が低下するので、ＯＦＦ期間は１０μｓ以上にする必要がある。
【００５６】
以下、レーザパルスのＯＮ期間（照射期間）とＯＦＦ期間（照射停止期間）について具体的に説明する。
レーザパルスの照射開始（レーザパルスの立ち上がり）と検出信号の取り込み開始のタイミングを１ｍｓ周期（繰り返し周波数が１ｋＨｚ）とし、レーザパルスのＯＮ期間を９００μｓとし、検出信号の取り込み期間を５０μｓとした場合、測定温度は、高周波数で繰り返される温度変化が小さく安定しており、温度測定の精度が向上した。これは、レーザ光の照射停止期間では、透過性樹脂部材３の表面近傍の温度が下がり、透過性樹脂部材３の表面近傍から放射される熱輻射光の放射強度レベルが低下し、光検出部１２において検出した光が、ほぼ樹脂界面近傍から放射される熱輻射光となったためである。
【００５７】
次に、周期を１ｍｓにし、検出信号の取り込み期間をレーザパルスのＯＦＦ期間の半分に固定して、ＯＮ期間を５０μｓから９５０μｓまで変化させたところ、９００μｓ以上では高周波数で繰り返される温度変化が殆ど無く、非常に精度よく温度測定できた。９００μｓより短くなると徐々に温度変化が大きくなり、５００μｓより短くなると極端に温度変化が大きくなった。他の周期においても同様な温度測定を行った結果、いずれもレーザ光の照射期間の割合が０．５以上のときに、温度変化が小さく安定した温度測定ができた。
【００５８】
次に、周期を１ｍｓにし、レーザパルスのＯＮ期間を９００μｓに固定して、検出信号の取り込み期間を５μｓ〜９５μｓまで変化させたところ、１０μｓ以上において温度変化が小さく安定した温度測定ができた。他の周期においても同様な温度測定を行った結果、いずれも１０μｓ以上のときに、温度変化が小さく安定した温度測定が可能であった。
【００５９】
なお、ここでは、演算部がレーザ光の照射停止期間にのみ検出信号を取り込む場合について説明したが、例えば光検出部の前方にレーザパルスのＯＮ・ＯＦＦに同期して動作するシャッタ等の光遮蔽手段を設け、レーザ光の照射停止期間に放射される熱輻射光のみを光検出部へ入射する構成としてもよい。
【００６０】
また、上記したように、樹脂界面近傍（溶融プール）からの熱伝導により透過性樹脂部材の表面近傍の温度が上昇することを考慮すると、樹脂界面近傍の温度が上昇すればするほど透過性樹脂部材の表面近傍の温度も上昇して温度測定時のノイズとなり、正確な温度測定を阻害する。
【００６１】
そこで、本実施の形態３に係る温度測定装置の構成を前述した実施の形態１に係る温度測定装置に適用してもよい。すなわち、演算部１０における検出信号の取り込み動作がレーザパルスに同期して行われるようにする。このようにすれば、測定温度の精度をさらに向上させることができる。
【００６２】
また、ここでは、レーザ光としてレーザパルスを使用したが、ＣＷ（連続波）を使用してもよく、レーザ照射部は、レーザ光を樹脂界面へ照射中に少なくとも１回以上レーザ光の照射を停止する期間（照射停止期間）を設定することが可能であればよい。
【００６３】
以上のように、実施の形態１〜３によれば、吸収性樹脂部材と透過性樹脂部材を重ね合わせた樹脂部材をレーザ溶着する際に、樹脂部材からの熱放射光を第一の波長範囲で検出するとともに、第一の波長範囲とは異なる波長範囲の第二の波長範囲で検出することで、樹脂界面近傍の温度を反映した熱輻射光に透過性樹脂部材の表面近傍の温度を反映した熱輻射光が重畳した熱輻射光から、透過性樹脂部材の表面近傍の温度を反映した熱輻射光の影響を軽減することができ、樹脂界面の温度測定精度を向上させることができ、高い樹脂接合品質を安定して供給できるようになる。よって、高品質の樹脂部材を低コストで供給することが可能となり、例えば、携帯電話用カメラ鏡筒等の製造に用いられる樹脂接合装置などに有用である。
【００６４】
また、実施の形態３によれば、レーザ光を複数回に分けて照射し、レーザ光の照射を停止している際に樹脂部材からの熱輻射光の検出を行うことで、さらに樹脂界面の温度測定精度を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明にかかる温度測定装置、および温度測定方法は、樹脂部材同士を重ね合わせてレーザ溶着する際の樹脂界面の温度測定精度を向上させることができ、高い樹脂接合品質を安定して供給できるようになり、高品質の樹脂部材を低コストで供給することが可能となり、携帯電話用カメラ鏡筒等の製造に用いられる樹脂接合装置などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る温度測定装置の概略構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態２に係る温度測定装置の概略構成を示す図
【図３】（ａ）は本発明の実施の形態３に係る温度測定装置の概略構成を示す図、（ｂ）は本発明の実施の形態３に係る温度測定装置の演算部による検出信号の取り込みタイミングを示す図
【図４】従来の温度測定装置の概略構成を示す図
【符号の説明】
【００６７】
１      半導体レーザ装置
２      レーザ光
３      透過性樹脂部材
４      吸収性樹脂部材
５      溶融プール
６、７      熱輻射光
８      第１の光検出部
９      第２の光検出部
１０、１６      演算部
１１      波長分岐フィルタ
１２      光検出部
１３      赤外線検出器
１４      第１のフィルタ
１５      第２のフィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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