(57)【要約】【課題】温度を正確に測定可能な蛍光式温度センサを提供する。【解決手段】励起光を発する発光体２と、励起光が伝播する光導波路１５と、光導波路１５の端部１１５から放射した励起光が照射される蛍光体１と、蛍光体１及び光導波路１５の端部１１５の相対位置を調整する調整部１７と、蛍光体１の蛍光を受光し、蛍光強度を測定する蛍光測定器３と、発光体２が消灯した後の蛍光強度の減衰特性に基づき、蛍光体１の雰囲気温度を算出する温度算出部３０２と、を備える蛍光式温度センサを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を発する発光体と、
前記励起光が伝播する光導波路と、
前記光導波路の端部から放射した前記励起光が照射される蛍光体と、
前記蛍光体及び前記光導波路の端部の相対位置を調整する調整部と、
前記蛍光体の蛍光を受光し、蛍光強度を測定する蛍光測定器と、
前記発光体が消灯した後の前記蛍光強度の減衰特性に基づき、前記蛍光体の雰囲気温度を算出する温度算出部と、
を備える蛍光式温度センサ。
【請求項２】
前記蛍光体の雰囲気温度が所定の場合における、前記蛍光体及び前記光導波路の端部の相対位置と、前記蛍光強度の減衰特性と、の関係をモニタするモニタ部を更に備える、請求項１に記載の蛍光式温度センサ。
【請求項３】
前記蛍光体の雰囲気温度が所定の場合における、前記蛍光強度の減衰特性の所定の基準値を保存する減衰特性記憶部を更に備える、請求項２に記載の蛍光式温度センサ。
【請求項４】
前記蛍光強度の減衰特性が前記基準値に最も近似する前記相対位置を抽出する抽出部を更に備える、請求項３に記載の蛍光式温度センサ。
【請求項５】
前記調整部により前記蛍光体を回転可能な、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光式温度センサ。
【請求項６】
前記調整部により、前記光導波路の端部から放射した前記励起光の進行方向に対して、前記蛍光体を垂直方向に移動可能な、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光式温度センサ。
【請求項７】
前記調整部により、前記光導波路の端部から放射した前記励起光の進行方向に対して、前記蛍光体を傾斜可能な、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光式温度センサ。
【請求項８】
前記調整部により、前記光導波路の端部と、前記蛍光体と、の間隔を調整可能な、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光式温度センサ。
【請求項９】
凹部を有する保持部材を更に備え、前記凹部の底面に前記蛍光体が格納される、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の蛍光式温度センサ。
【請求項１０】
前記保持部材の前記凹部の開口に前記光導波路の端部が挿入される、請求項９に記載の蛍光式温度センサ。
【請求項１１】
前記凹部の開口が前記光導波路の端部の断面積より広い、請求項１０に記載の蛍光式温度センサ。
【請求項１２】
発光体から励起光を発することと、
前記励起光を光導波路に伝播させることと、
前記蛍光体及び前記光導波路の端部の相対位置を調整すること、及び前記光導波路の端部から放射した前記励起光を蛍光体に照射することを繰り返すことと、
前記蛍光体の雰囲気温度が所定の場合における、前記蛍光体及び前記光導波路の端部の相対位置と、前記蛍光体の蛍光強度の減衰特性と、の関係をモニタすることと、
前記蛍光体の雰囲気温度が所定の場合における、前記蛍光強度の減衰特性の所定の基準値を用意することと、
前記蛍光強度の減衰特性が前記基準値に最も近似する前記蛍光体及び前記光導波路の端部の相対位置を抽出することと、
を含む、蛍光式温度センサの調整方法。
【請求項１３】
前記相対位置を調整することにおいて、前記蛍光体を回転させる、請求項１２に記載の蛍光式温度センサの調整方法。
【請求項１４】
前記相対位置を調整することにおいて、前記光導波路の端部から放射した前記励起光の進行方向に対して、前記蛍光体を垂直方向に移動させる、請求項１２に記載の蛍光式温度センサの調整方法。
【請求項１５】
前記相対位置を調整することにおいて、前記光導波路の端部から放射した前記励起光の進行方向に対して、前記蛍光体を傾斜させる、請求項１２に記載の蛍光式温度センサの調整方法。
【請求項１６】
前記相対位置を調整することにおいて、前記光導波路の端部と、前記蛍光体と、の間隔を調整する、請求項１２に記載の蛍光式温度センサの調整方法。
【請求項１７】
前記相対位置を調整することの後、前記光導波路の端部に対し前記蛍光体を固定することを更に含む、請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の蛍光式温度センサの調整方法。
【請求項１８】
発光体から励起光を発することと、
前記励起光を光導波路に伝播させることと、
前記光導波路の端部から放射した前記励起光を蛍光体に照射することと、
前記蛍光体及び前記光導波路の端部の相対位置を調整することと、
前記蛍光体の蛍光を受光し、蛍光強度を測定することと、
前記発光体を消灯後の前記蛍光強度の減衰特性に基づき、前記蛍光体の雰囲気温度を算出することと、
を含む、温度の測定方法。
【請求項１９】
前記蛍光体の雰囲気温度が所定の場合における、前記蛍光体及び前記光導波路の端部の相対位置と、前記蛍光強度の減衰特性と、の関係をモニタすることを更に含む、請求項１８に記載の温度の測定方法。
【請求項２０】
前記蛍光体の雰囲気温度が所定の場合における、前記蛍光強度の減衰特性の所定の基準値を用意することを更に含む、請求項１９に記載の温度の測定方法。
【請求項２１】
前記蛍光強度の減衰特性が前記基準値に最も近似する前記相対位置を抽出することを更に含む、請求項２０に記載の温度の測定方法。
【請求項２２】
前記相対位置を調整することにおいて、前記蛍光体を回転させる、請求項１８乃至２１のいずれか１項に記載の温度の測定方法。
【請求項２３】
前記相対位置を調整することにおいて、前記光導波路の端部から放射した前記励起光の進行方向に対して、前記蛍光体を垂直方向に移動させる、請求項１８乃至２１のいずれか１項に記載の温度の測定方法。
【請求項２４】
前記相対位置を調整することにおいて、前記光導波路の端部から放射した前記励起光の進行方向に対して、前記蛍光体を傾斜させる、請求項１８乃至２１のいずれか１項に記載の温度の測定方法。
【請求項２５】
前記相対位置を調整することにおいて、前記光導波路の端部と、前記蛍光体と、の間隔を調整する、請求項１８乃至２１のいずれか１項に記載の温度の測定方法。
【請求項２６】
前記相対位置を調整することの後、前記光導波路の端部に対し前記蛍光体を固定することを更に含む、請求項１８乃至２５のいずれか１項に記載の温度の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は測定技術に係り、蛍光式温度センサ、蛍光式温度センサの調整方法、及び温度の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光物質の蛍光寿命が温度によって変化する性質を利用した、蛍光式温度センサが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。蛍光式温度センサは、電磁波等の影響を受けないため、過酷な環境下で温度を測定可能であるという、長所を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１７８５７５号公報
【特許文献２】特開２００９−１２８１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる長所を有する蛍光式温度センサの適応分野は多岐にわたり、蛍光式温度センサのさらなる精度の向上が求められている。そこで、本発明は、温度を正確に測定可能な蛍光式温度センサ、蛍光式温度センサの調整方法、及び温度の測定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）励起光が伝播する光導波路と、（ｃ）光導波路の端部から放射した励起光が照射される蛍光体と、（ｄ）蛍光体及び光導波路の端部の相対位置を調整する調整部と、（ｅ）蛍光体の蛍光を受光し、蛍光強度を測定する蛍光測定器と、（ｆ）発光体が消灯した後の蛍光強度の減衰特性に基づき、蛍光体の雰囲気温度を算出する温度算出部と、を備える蛍光式温度センサ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）励起光を光導波路に伝播させることと、（ｃ）蛍光体及び光導波路の端部の相対位置を調整すること、及び光導波路の端部から放射した励起光を蛍光体に照射することを繰り返すことと、（ｄ）蛍光体及び光導波路の端部の相対位置と、蛍光体の雰囲気温度が所定の場合における蛍光体の蛍光強度の減衰特性と、の関係をモニタすることと、（ｅ）蛍光体の雰囲気温度が所定の場合における、蛍光強度の減衰特性の所定の基準値を用意することと、（ｆ）蛍光強度の減衰特性が所定の基準値に最も近似する蛍光体及び光導波路の端部の相対位置を抽出することと、を含む、蛍光式温度センサの調整方法であることを要旨とする。
【０００７】
本発明のさらに他の態様は、（ａ）発光体から励起光を発することと、（ｂ）励起光を光導波路に伝播させることと、（ｃ）光導波路の端部から放射した励起光を蛍光体に照射することと、（ｄ）蛍光体及び光導波路の端部の相対位置を調整することと、（ｅ）蛍光体の蛍光を受光し、蛍光強度を測定することと、（ｆ）発光体を消灯後の蛍光強度の減衰特性に基づき、蛍光体の雰囲気温度を算出することと、を含む、温度の測定方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、温度を正確に測定可能な蛍光式温度センサ、蛍光式温度センサの調整方法、及び温度の測定方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る蛍光式温度センサの第１の模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る発光体の模式図である。
【図３】本発明の第１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】本発明の第１の実施の形態に係る蛍光体の製造工程を示す第１の模式図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る蛍光体の製造工程を示す第２の模式図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係るルビーの結晶構造の模式図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る光導波路及び蛍光体の保持部材の斜視図である。
【図８】本発明の第１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９】本発明の第１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１０】本発明の第１の実施の形態に係る光導波路と、蛍光体と、の相対位置関係を示す第１の模式図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る蛍光体の回転角度と、蛍光寿命と、の関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る光導波路と、蛍光体と、の相対位置関係を示す第２の模式図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係る蛍光体の移動距離と、蛍光寿命と、の関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の第１の実施の形態に係る光導波路と、蛍光体と、の相対位置関係を示す第３の模式図である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態に係る蛍光体の傾斜角度と、蛍光寿命と、の関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の第１の実施の形態に係る光導波路と、蛍光体と、の相対位置関係を示す第４の模式図である。
【図１７】本発明の第１の実施の形態に係る光導波路及び蛍光体の間隔と、蛍光寿命と、の関係を示すグラフである。
【図１８】本発明の第１の実施の形態に係る蛍光式温度センサの第２の模式図である。
【図１９】本発明の第１の実施の形態に係る蛍光式温度センサの調整方法及び温度の測定方法のフローチャートである。
【図２０】本発明の第１の実施の形態に係る光導波路及び蛍光体を保持する保持部材の模式図である。
【図２１】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る保持部材の第１の上面図である。
【図２２】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る保持部材の第２の上面図である。
【図２３】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る保持部材の第３の上面図である。
【図２４】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る保持部材の第４の上面図である。
【図２５】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る光導波路の模式図である。
【図２６】本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る蛍光式温度センサの第１の模式図である。
【図２７】本発明の第２の実施の形態に係る蛍光式温度センサの第１の模式図である。
【図２８】本発明の第２の実施の形態に係る蛍光式温度センサの第２の模式図である。
【図２９】本発明の第２の実施の形態に係る蛍光式温度センサの第３の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る蛍光式温度センサは、図１に示すように、励起光を発する発光体２と、励起光が伝播する光導波路１５と、光導波路１５の端部１１５から放射した励起光が照射される蛍光体１と、蛍光体１及び光導波路１５の端部１１５の相対位置を調整する調整部１７と、蛍光体１の蛍光を受光し、蛍光強度を測定する蛍光測定器３と、発光体２が消灯した後の蛍光強度の減衰特性に基づき、蛍光体１の雰囲気温度を算出する温度算出部３０２と、を備える。
【００１２】
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に示す通電制御部５０１が接続される。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。
【００１３】
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、励起光を反射して、励起光の進行方向を直角に折り曲げる。ダイクロイックミラー１１で反射された励起光は、レンズ１２及び光導波路１５を経て、光導波路１５の端部１１５に対向して配置された蛍光体１に到達する。光導波路１５の端部１１５は、例えば、平面研摩されている。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。あるいは、光導波路１５は、コア及びクラッドを含む光ファイバと、光ファイバを覆う保護管と、を備えていてもよい。ただし、励起光及び蛍光を伝搬可能であれば、光導波路１５はこれらに限定されない。
【００１４】
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。
【００１５】
図１に示す蛍光体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。例えば、蛍光体１は、熱伝導性の保持部材１６に設けられた凹部の底面に格納されている。
【００１６】
蛍光体１は、以下の手順で製造される。まず、ベルヌーイ法及びフローティングゾーン法等の結晶成長法を用いて、蛍光物質の結晶のインゴットを製造する。次に、蛍光物質のインゴットを粉砕し、蛍光物質の粉体を得る。さらに、蛍光物質の粉体の粒径を揃えるために、蛍光物質の粉体をメッシュ等に通す。その後、図４に示すように、蛍光物質の粉体とバインダとを混合し、蛍光混合物を得る。次に、蛍光混合物を、図５に示すように、保持部材１６の凹部に積層する。さらに、積層された蛍光混合物を凹部にプレスする。その後、蛍光混合物を乾燥及び焼結することにより、バインダの溶剤を揮発させ、保持部材１６の凹部に格納された蛍光体１を得る。
【００１７】
例えば、蛍光体１の材料の一つであるルビーは、図６に示すコランダム構造というα型アルミナ結晶（Ａｌ2Ｏ3）のＡｌ3+イオンをＣｒ3+イオンに置換して得られる。ルビーの結晶は結晶軸（ｃ軸）を有する。しかし、ルビーの結晶は、非軸対称性である。そのため、ルビーの結晶のインゴットに励起光を照射した場合、Ｃｒ3+の励起のされ方が、原子軌道の関係で、励起光の入射方向に対してばらつく。また、励起された電子の緩和及び再結合のされ方も、原子配置によって異なる。そのため、結晶のインゴットで観察される蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性は、結晶方位に依存する場合がある。
【００１８】
また、結晶とはいえ、蛍光を発する要因となるＣｒ3+イオンの分布は、必ずしも均一でない場合がある。そのため、結晶のインゴットで観察される蛍光効率が、インゴットの部位によって異なる場合がある。さらに、結晶のインゴットの内部応力によっても、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性は変化し得る。
【００１９】
これに対し、インゴットを粉体にし、バインダと混合することにより、結晶軸の向きをランダムに分散させ、蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性の結晶方位依存性を抑制することが可能となる。さらに、インゴットを粉体にすることにより、Ｃｒ3+イオンの分布を均一にすることも可能となる。また、インゴットを粉体にすることにより、内部応力を緩和することも可能となる。蛍光物質の粉体の粒径は、例えば６０乃至１００μｍである。
【００２０】
図７に示すように、蛍光体１の保持部材１６の凹部の断面形状は、例えば多角形である。光導波路１５の端部１１５は、保持部材１６の凹部に挿入される。光導波路１５の端部１１５と、蛍光体１と、の相対位置を調整可能なように、凹部の開口の面積は、光導波路１５の端部１１５の断面積より大きく設定されている。
【００２１】
図１に示すように、調整部１７は保持部材１６に接続されている。調整部１７は、保持部材１６を介して、光導波路１５の端部１１５に対して蛍光体１を任意の方向に回転、移動、及び傾斜させる。調整部１７は、例えば圧電素子（ピエゾ素子）又はモータを備える。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３に到達する。蛍光測定器３は、例えば、フォトダイオード等の受光素子を含む。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３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と、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。
【００２２】
蛍光測定器３には、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００が接続されている。ＣＰＵ３００は、減衰特性取得部３０１を含む。減衰特性取得部３０１は、蛍光測定器３が測定した蛍光体１の蛍光強度の時間変化を観測し、蛍光体１の蛍光寿命τ等の減衰特性を取得する。温度算出部３０２は、ＣＰＵ３００に含まれている。温度算出部３０２は、蛍光体１の蛍光寿命τ等の減衰特性に基づいて、蛍光体１の雰囲気温度を算出する。なお、蛍光体１の雰囲気温度とは、例えば、蛍光体１又は蛍光体１を格納する熱伝導性の保持部材１６に接する気体の温度である。
【００２３】
図８は、蛍光体１の雰囲気温度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。ここで、第１の温度条件下で、蛍光体１の雰囲気温度は最も低く、第２乃至第５の温度条件下で、蛍光体１の雰囲気温度は順次高くなる。図８に示すように、蛍光体１の蛍光寿命τは、蛍光体１の雰囲気温度が上昇するとともに、短くなる傾向にある。したがって、図９に示すように、蛍光体１の蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性と、蛍光体１の雰囲気温度と、の関係を予め取得しておけば、蛍光体１の蛍光寿命τ等の蛍光の減衰特性を測定することにより、図１に示す蛍光体１の雰囲気温度を算出することが可能となる。
【００２４】
図１に示す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９に示すような、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、の関係を表す、下記（１）式を保存する。
Ｔ＝ｆ1（τ）         ・・・（１）
温度算出部３０２は、蛍光測定器３を用いて測定された蛍光体１の蛍光寿命τの測定値を、上記（１）式の蛍光寿命τの変数に代入し、蛍光体１の雰囲気温度Ｔの測定値を算出する。
【００２５】
ここで、図１に示す蛍光体１を上述したように蛍光物質の粉体から製造してもなお、蛍光体１には個体差が生じる場合がある。そのため、個体差によって、蛍光体１の蛍光の減衰特性の温度依存性が、ばらつく場合がある。例えば、蛍光体１の表面の凹凸構造の個体差が、励起光の反射又は散乱方向、蛍光体１内部への励起光の入射方向、蛍光体１内部の局所的な変換効率、並びに蛍光体１内部からの蛍光の出射方向のばらつきをもたらし得る。そのため、蛍光体１の表面の凹凸構造に個体差があると、観察される蛍光寿命のばらつきが、同一温度条件下でも生じ得る。また、蛍光体１内部における粉体の向き、粉体の形状、粉体どうしの接触の仕方、あるいは粉体間の隙間の大きさの個体差も、蛍光寿命のばらつきをもたらし得る。
【００２６】
これに対し、第１の実施の形態に係る蛍光式温度センサは、蛍光体１を格納する保持部材１６に接続された調整部１７によって、蛍光体１への励起光のあたり方を調整し、蛍光体１が発する蛍光の減衰特性の個体差を抑制する。例えば、図１０に示すように、蛍光体１を回転させると、蛍光体１の雰囲気温度が一定であっても、図１１に示すように、蛍光寿命τが変化する場合がある。この場合、所定の雰囲気温度における蛍光寿命τの所定の基準値に、所定の雰囲気温度における蛍光寿命τの測定値が最も近似するよう、調整部１７によって蛍光体１を回転させる。蛍光体１を回転させる間、光導波路１５の端部１１５と、蛍光体１と、の間には例えば隙間が設けられる。また、例えば、蛍光体１を回転させる間、光導波路１５の端部１１５の中心と、蛍光体１の中心と、が、同軸上に位置するよう設定される。
【００２７】
また、図１２に示すように、励起光の進行方向に対して垂直方向に蛍光体１を移動させると、蛍光体１の雰囲気温度が一定であっても、図１３に示すように、蛍光寿命τが変化する場合がある。この場合、所定の雰囲気温度における蛍光寿命τの所定の基準値に、所定の雰囲気温度における蛍光寿命τの測定値が最も近似するよう、調整部１７によって、励起光の進行方向に対して垂直方向に、蛍光体１を移動させる。蛍光体１を移動させる間、光導波路１５の端部１１５と、蛍光体１と、の間には例えば隙間が設けられる。
【００２８】
さらに、図１４に示すように、励起光の進行方向に対して垂直な平面から蛍光体１を傾斜させると、蛍光体１の雰囲気温度が一定であっても、図１５に示すように、蛍光寿命τが変化する場合がある。この場合、所定の雰囲気温度における蛍光寿命τの所定の基準値に、所定の雰囲気温度における蛍光寿命τの測定値が最も近似するよう、調整部１７によって、励起光の進行方向に対して垂直な平面から蛍光体１を傾斜させる。
【００２９】
またさらに、図１６に示すように、光導波路１５の端部１１５と、蛍光体１と、の間隔を変化させると、蛍光体１の雰囲気温度が一定であっても、図１７に示すように、蛍光寿命τが変化する場合がある。この場合、所定の雰囲気温度における蛍光寿命τの所定の基準値に、所定の雰囲気温度における蛍光寿命τの測定値が最も近似するよう、調整部１７によって、光導波路１５と、蛍光体１と、の間隔を変化させる。
【００３０】
図１８に示すように、調整部１７によって、蛍光体１と、光導波路１５の端部１１５と、の相対位置を調整する間、蛍光体１を恒温槽１００中に配置し、蛍光体１の雰囲気温度を所定の値に保ってもよい。恒温槽１００の側壁は、不透明であっても、透明であってもよい。恒温槽１００が透明である場合、蛍光体１と、光導波路１５と、の相対位置を、撮像素子又は目視等により外部から観察しながら、調節することが可能となる。
【００３１】
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の減衰特性及び蛍光体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、減衰特性取得部３０１が取得した蛍光体１の蛍光寿命τ等の減衰特性を出力する。また、出力装置３２２は、温度算出部３０２の算出結果に基づき、蛍光体１の雰囲気温度の測定値を出力する。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。
【００３２】
次に図１９に示すフローチャートを用いて第１の実施の形態に係る蛍光式温度センサの調整方法及び温度の測定方法について説明する。
（ａ）ステップＳ１０１で、図１８に示すように、蛍光体１が格納された保持部材１６を恒温槽１００に格納する。恒温槽１００に格納することにより、蛍光体１の雰囲気温度を所定の値に保つ。ステップＳ１０２で、発光体２から励起光を蛍光体１に放射し、蛍光体１の蛍光寿命τの測定値を蛍光測定器３及び減衰特性取得部３０１を用いて得る。ステップＳ１０３で、所定の雰囲気温度における蛍光寿命τの測定値が、所定の雰囲気温度における蛍光寿命τの基準値に一致又は近似するか否かを判定する。なお、温度測定に求められる正確性は、蛍光式温度センサの測定対象によって異なる。したがって、所定の基準値に近似しているとみなし得る範囲は、測定対象によって任意に定められ得る。
【００３３】
（ｂ）ステップＳ１０３で、蛍光寿命τの測定値が基準値に一致又は近似すると判定した場合、ステップＳ３０１で、図１に示すように、蛍光体１を覆っていた恒温槽１００を撤去する。この際、調整部１７も撤去してよい。ステップＳ３０２で、発光体２から励起光を蛍光体１に放射し、未知の雰囲気温度下で、蛍光体１の蛍光寿命τの測定値を蛍光測定器３及び減衰特性取得部３０１を用いて得る。減衰特性取得部３０１は、蛍光体１の蛍光寿命τの測定値を温度算出部３０２に伝送する。次に、温度算出部３０２は、関係記憶部４０１から、蛍光体１の蛍光寿命τと、蛍光体１の雰囲気温度Ｔと、の関係を表す、上記（１）式を読み出す。さらに、温度算出部３０２は、蛍光寿命τの測定値を、上記（１）式の蛍光寿命τの変数に代入し、蛍光体１の雰囲気温度Ｔの測定値を算出する。その後、温度算出部３０２は、蛍光体１の雰囲気温度Ｔの測定値を出力装置３２２に出力する。
【００３４】
（ｃ）ステップＳ１０３で、蛍光寿命τの測定値が基準値に一致又は近似しないと判定した場合、ステップＳ２０１で、調整部１７によって保持部材１６に格納された蛍光体１を回転させることと、蛍光寿命τの測定値を測定することと、を繰り返す。これにより、蛍光体１の回転角度と、蛍光寿命τの測定値と、の関係をモニタする。次に、ステップＳ２０２で、蛍光寿命τの測定値が基準値に一致又は近似する回転角度が得られたか否かを判定する。所定の雰囲気温度における蛍光寿命τの測定値が基準値に一致又は近似する回転角度が得られた場合、その回転角度を保持したまま、ステップＳ３０１に進む。
【００３５】
（ｄ）ステップＳ２０２で、蛍光寿命τの測定値が基準値に一致又は近似する回転角度が得られないと判定した場合、ステップＳ２０３で、調整部１７によって保持部材１６に格納された蛍光体１を、励起光の入射方向に対して垂直に移動させることと、蛍光寿命τの測定値を測定することと、を繰り返す。これにより、入射方向に対して垂直方向における蛍光体１の配置と、蛍光寿命τの測定値と、の関係をモニタする。次に、ステップＳ２０４で、蛍光寿命τの測定値が基準値に一致又は近似する、入射方向に対して垂直方向における蛍光体１の配置が得られたか否かを判定する。所定の雰囲気温度における蛍光寿命τの測定値が基準値に一致又は近似する配置が得られた場合、その配置を保持したまま、ステップＳ３０１に進む。
【００３６】
（ｅ）ステップＳ２０４で、蛍光寿命τの測定値が基準値に一致又は近似する配置が得られないと判定した場合、ステップＳ２０５で、調整部１７によって保持部材１６に格納された蛍光体１を傾斜させることと、蛍光寿命τの測定値を測定することと、を繰り返す。これにより、蛍光体１の傾斜角度と、蛍光寿命τの測定値と、の関係をモニタする。次に、ステップＳ２０６で、蛍光寿命τの測定値が基準値に一致又は近似する蛍光体１の傾斜角度が得られたか否かを判定する。所定の雰囲気温度における蛍光寿命τの測定値が基準値に一致又は近似する傾斜角度が得られた場合、その傾斜角度を保持したまま、ステップＳ３０１に進む。
【００３７】
（ｆ）ステップＳ２０６で、蛍光寿命τの測定値が基準値に一致又は近似する傾斜角度が得られないと判定した場合、ステップＳ２０７で、調整部１７によって保持部材１６に格納された蛍光体１を、励起光の入射方向と平行に移動させることと、蛍光寿命τの測定値を測定することと、を繰り返す。これにより、光導波路１５の端部１１５及び蛍光体１の間隔と、蛍光寿命τの測定値と、の関係をモニタする。次に、ステップＳ２０８で、蛍光寿命τの測定値が基準値に一致又は近似する間隔が得られたか否かを判定する。所定の雰囲気温度における蛍光寿命τの測定値が基準値に一致又は近似する間隔が得られた場合、その間隔を保持したまま、ステップＳ３０１に進む。蛍光寿命τの測定値が基準値に一致又は近似する間隔が得られない場合は、例えば、蛍光体１の交換を検討する。
【００３８】
蛍光式温度センサの蛍光体１が劣化した場合、蛍光式温度センサ全体を交換するより、蛍光体１のみ、あるいは蛍光体１及び保持部材１６のみを交換する方が、コストがかからない。しかし、蛍光体１の蛍光寿命τに個体差があると、蛍光体１を交換した場合に、蛍光体１の蛍光寿命τと、蛍光体１の雰囲気温度Ｔと、の関係を表す、上記（１）式についても修正が必要となる。これに対し、第１の実施の形態に係る蛍光式温度センサ、蛍光式温度センサの調整方法、及び温度の測定方法によれば、蛍光体１の蛍光寿命τの個体差を抑制することが可能となる。そのため、蛍光体１の蛍光寿命τと、蛍光体１の雰囲気温度Ｔと、の関係を表す、上記（１）式を修正する必要をなくすことが可能となる。
【００３９】
なお、図１９のステップＳ２０１乃至ステップＳ２０８のそれぞれを実施する順番は任意である。例えば、ステップＳ２０３及びステップＳ２０４を実施した後、ステップＳ２０１及びステップＳ２０２を実施してもよい。さらに、図１８に示す調整部１７によって、蛍光体１及び光導波路１５の端部１１５の相対位置を調整した後、図２０に示すように、固定部材１１６を用いて、光導波路１５と、蛍光体１と、を固定し、調整された相対位置を保持してもよい。あるいは、ロー付、溶接加工、及びはんだ付け等により、光導波路１５と、保持部材１６と、を固定してもよい。あるいは、接着剤を用いて、光導波路１５と、保持部材１６と、を固定してもよい。
【００４０】
（第１の実施の形態の第１の変形例）
図２１、図２２、及び図２３に示すように、保持部材１６の凹部の開口の形状と、保持部材１６の外周の形状とは、相似でなくてもよい。また、図２４に示すように、保持部材１６の凹部の開口は、円形であってもよい。さらに、図７に示すように、光導波路１５の断面形状は円形であってもよいし、図２５に示すように、多角形であってもよい。例えば、複数の光ファイバを束ねることにより、非円形の光導波路１５を構成してもよい。
【００４１】
図２４に示すように保持部材１６の凹部の開口を円形とし、図７に示すように光導波路１５の断面形状も円形とすれば、光導波路１５に対して保持部材１６を容易に、かつ精度よく回転させることが可能となる。また、図２１、図２２、及び図２３に示すように保持部材１６の凹部の開口が非円形とし、図２５に示すように光導波路１５の断面形状も非円形として、凹部の内壁と、光導波路１５の外壁と、の間で適切な摩擦が生じるようにすれば、蛍光体１と、光導波路１５の端部１１５と、の相対位置を調整した後、相対位置を保持することが容易となる。
【００４２】
（第１の実施の形態の第２の変形例）
図１では、保持部材１６に調整部１７が接続されている例を示した。これに対し、図２６に示すように、光導波路１５に調整部１７が接続されていてもよい。この場合、調整部１７は、光導波路１５を回転、移動、及び傾斜させることにより、光導波路１５と、蛍光体１と、の相対位置を調整する。
【００４３】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る蛍光式温度センサは、図２７に示すように、ＣＰＵ３００が、調整部を制御する制御部３０３と、蛍光体１の雰囲気温度が所定の場合における、蛍光体１及び光導波路１５の端部１１５の相対位置と、蛍光強度の減衰特性と、の関係をモニタするモニタ部３０４と、をさらに含む。また、データ記憶装置４００が、蛍光体１の雰囲気温度が所定の場合における、蛍光体１の減衰特性の所定の基準値を保存する減衰特性記憶部４０２をさらに含む。また、ＣＰＵ３００は、蛍光体１の減衰特性が基準値に最も近似する相対位置を抽出する抽出部３０５をさらに含む。
【００４４】
第２の実施の形態に係る蛍光式温度センサを調整する際には、図２８に示すように、蛍光体１を恒温槽１００に格納する。また、恒温槽１００の内部の温度を、ＣＰＵ３００のモニタ部３０４及び抽出部３０５に伝送可能な温度計１０１を配置する。温度計１０１には、例えば、サーミスタ及び白金温度センサ等が使用可能である。
【００４５】
次に、制御部３０３が調整部１７に蛍光体１を回転させることと、減衰特性取得部３０１が蛍光体１の蛍光寿命τ等の減衰特性を取得することと、が繰り返される。その間、モニタ部３０４は、温度計１０１で測定された所定の雰囲気温度における、蛍光体１の回転角度と、蛍光体１の蛍光寿命τと、の関係をモニタする。モニタ部３０４は、モニタした関係を抽出部３０５に伝送する。
【００４６】
抽出部３０５は、温度計１０１で測定された所定の雰囲気温度における蛍光寿命τの基準値を、減衰特性記憶部４０２から読み出す。さらに抽出部３０５は、モニタされた関係に基づいて、蛍光寿命τの基準値に最も近似する測定値を与える蛍光体１の回転角度を抽出する。制御部３０３は、抽出された回転角度で蛍光体１を停止するよう、調整部１７を制御する。
【００４７】
蛍光寿命τの基準値に最も近似する測定値を与える蛍光体１の回転角度を抽出できなかった場合は、制御部３０３が調整部１７に蛍光体１を励起光の入射方向に対して垂直に移動させることと、減衰特性取得部３０１が蛍光体１の蛍光寿命τを取得することと、が繰り返される。その間、モニタ部３０４は、温度計１０１で測定された所定の雰囲気温度における、励起光の入射方向に対して垂直方向の蛍光体１の配置と、蛍光体１の蛍光寿命τと、の関係をモニタする。モニタ部３０４は、モニタした関係を抽出部３０５に伝送する。
【００４８】
抽出部３０５は、モニタされた関係に基づいて、蛍光寿命τの基準値に最も近似する測定値を与える、励起光の入射方向に対して垂直方向における蛍光体１の配置を抽出する。制御部３０３は、抽出された配置で蛍光体１を停止するよう、調整部１７を制御する。
【００４９】
蛍光寿命τの基準値に最も近似する測定値を与える、励起光の入射方向に対して垂直方向における蛍光体１の配置を抽出できなかった場合は、制御部３０３が調整部１７に蛍光体１を傾斜させることと、減衰特性取得部３０１が蛍光体１の蛍光寿命τを取得することと、が繰り返される。その間、モニタ部３０４は、温度計１０１で測定された所定の雰囲気温度における、蛍光体１の傾斜角度と、蛍光体１の蛍光寿命τと、の関係をモニタする。モニタ部３０４は、モニタした関係を抽出部３０５に伝送する。
【００５０】
抽出部３０５は、モニタされた関係に基づいて、蛍光寿命τの基準値に最も近似する測定値を与える、蛍光体１の傾斜角度を抽出する。制御部３０３は、抽出された傾斜角度で蛍光体１を停止するよう、調整部１７を制御する。
【００５１】
蛍光寿命τの基準値に最も近似する測定値を与える、蛍光体１の傾斜角度を抽出できなかった場合は、制御部３０３が調整部１７に蛍光体１を励起光の入射方向と平行に移動させることと、減衰特性取得部３０１が蛍光体１の蛍光寿命τを取得することと、が繰り返される。その間、モニタ部３０４は、温度計１０１で測定された雰囲気温度における、光導波路１５の端部１１５及び蛍光体１の間隔と、蛍光体１の蛍光寿命τと、の関係をモニタする。モニタ部３０４は、モニタした関係を抽出部３０５に伝送する。
【００５２】
抽出部３０５は、モニタされた関係に基づいて、蛍光寿命τの基準値に最も近似する測定値を与える、光導波路１５の端部１１５と、蛍光体１と、の間隔を抽出する。制御部３０３は、抽出された間隔で蛍光体１を停止するよう、調整部１７を制御する。
【００５３】
以上示した、第２の実施の形態に係る蛍光式温度センサによれば、図１９に示すステップＳ２０１乃至ステップＳ２０８を自動的に実施することが可能となる。なお、蛍光式温度センサを調整する際、温度計１０１で蛍光体１の雰囲気温度を継続的に測定し、雰囲気温度が変化する毎に、抽出部３０５が、温度計１０１で測定された所定の雰囲気温度における蛍光寿命τの基準値を取得すれば、図２９に示すように、蛍光体１を恒温槽１００に格納しなくともよい。
【００５４】
以上、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。したがって、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。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、半導体製造装置のプラズマ中の基板の温度測定、通電状態でのハイブリット素子及び集積回路の温度測定等に利用可能である。したがって、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、半導体及びエレクトロニクス産業分野で利用可能である。
【００５６】
また、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、原油の２次及び３次産出に用いる地中深くの蒸気の温度測定、及び温度測定に基づくオイルパイプラインからの漏れ検知等に利用可能である。したがって、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、石油化学産業分野で利用可能である。
【００５７】
さらに、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、高電圧電力設備の保全等を目的とした、電力トランス巻線、高圧送電線、及び発電器等の温度測定に利用可能である。したがって、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、電力事業分野で利用可能である。
【００５８】
また、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、電子レンジ等で加熱中の食材の温度測定、マイクロ波を用いる殺菌装置又は乾燥装置の温度管理、高周波加熱を用いる木材、セラミックス、及び繊維等の加熱装置、乾燥装置、及び殺菌装置の温度管理に利用可能である。したがって、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、食品産業分野、材木産業分野、及び素材産業分野で利用可能である。
【００５９】
さらに、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、ハイパーサーミア装置やＭＲＩ装置の温度測定に利用可能である。したがって、本発明の実施の形態に係る蛍光式温度センサ及び温度の測定方法は、医療産業分野で利用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１     蛍光体
２     発光体
３     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
１６   保持部材
１７   調整部
２１   パッケージ
２２   光学窓
２３   発光素子
１００  恒温槽
１０１  温度計
１１５  端部
１１６  固定部材
３０１  減衰特性取得部
３０２  温度算出部
３０３  制御部
３０４  モニタ部
３０５  抽出部
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
４０２  減衰特性記憶部
５０１ 通電制御部
【図１】
2011145161.tif 000003
【図２】
2011145161.tif 000004
【図３】
2011145161.tif 000005
【図４】
2011145161.tif 000006
【図５】
2011145161.tif 000007
【図６】
2011145161.tif 000008
【図７】
2011145161.tif 000009
【図８】
2011145161.tif 000010
【図９】
2011145161.tif 000011
【図１０】
2011145161.tif 000012
【図１１】
2011145161.tif 000013
【図１２】
2011145161.tif 000014
【図１３】
2011145161.tif 000015
【図１４】
2011145161.tif 000016
【図１５】
2011145161.tif 000017
【図１６】
2011145161.tif 000018
【図１７】
2011145161.tif 000019
【図１８】
2011145161.tif 000020
【図１９】
2011145161.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
2011145161.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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