JPH0151933B2 - - Google Patents

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JPH0151933B2
JPH0151933B2 JP57221169A JP22116982A JPH0151933B2 JP H0151933 B2 JPH0151933 B2 JP H0151933B2 JP 57221169 A JP57221169 A JP 57221169A JP 22116982 A JP22116982 A JP 22116982A JP H0151933 B2 JPH0151933 B2 JP H0151933B2
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semiconductor
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Taro Toyoda
Yasukazu Seki
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/12Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance
    • G01K11/18Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance of materials which change translucency
    • GPHYSICS
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  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体光学結晶の光吸収が温度に依
存することを利用して温度測定を行なう光学的温
度測定方法に関する。
この種の光温度測定装置には、一般に使用可能
な温度が広範囲に選べ、かつ使用温度範囲におい
て長期信頼性を確保することが望まれている。
従来提案されている光温度測定装置としては、
大別して、放射温度計に光フアイバを接続しこ
の光フアイバによつて測定対象の放出する熱輻射
線を伝達させるもの、温度によつて何らかの形
で光の伝搬状態が変化する検出素子を有し、測定
対象に接触させ光フアイバを介して温度により変
調された信号光を伝達する接触型のものがある。
の型式の温度測定装置においては、一般に赤
外吸収のため測定可能な温度範囲は約500゜C以上
となり、高温の測定には適するが、工業計測の領
域である500゜C以下では精度が悪い。
の接触型温度測定装置には、現在まで次のよ
うな方式が報告されている。(a)バイメタルまたは
熱電対起電力により光を遮断して伝送パワーを変
えるもの。(b)複屈折性結晶の温度依存性を利用す
るもの。(c)液晶の屈折率温度依存性を利用するも
の。(d)燐光物質からの各励起光強度が温度によつ
て異なる現象を利用するもの。(e)光吸収の温度依
存性を利用するもの。これらの方式を利用した光
温度測定装置においては、検出器を構成する検出
素子、各種光学部品、スペーサ・ケース等の構造
部品の耐熱性、機械的安定性等に問題があり、現
在まで実現あるいは提案されている光温度測定装
置の使用温度測定装置の使用温度上限はほぼ
350゜Cにとどまつている。
このように、現状で工業計測においても最も需
要および用途の多い中低温領域において満足出来
る性能を有する温度計測装置はほとんど見当らな
い。比較的構造が簡単で実用に近いものとして(e)
の光吸収方式があり、特に半導体のエネルギーバ
ンドギヤツプの温度変化を利用するものが供され
ている。光源としては主として半導体レーザが用
いられ、光源のスペクトルと合う光学吸収端波長
を持つ半導体または化合物半導体が選択される。
代表的な列としてはGaAsまたはCdTeとAlGaAs
系半導体レーサ(〜0.8μm)との組み合わせがあ
る。しかし、これらの組み合わせでは光源スペク
トル幅との関係から測定温度上限はそれぞれ
200゜C、300゜Cと限定される。その上、これらの化
合物半導体は300゜C以上の温度領域で固溶体領域
が存在し、長期安定性に問題がある。
本発明は、上述の欠点を除去して、よりコスト
の安い、信頼性のある光温度測定方法を提供する
ことを目的とする。本発明は、前記e光吸収の温
度依存性を利用するもので、温度検出素子として
4元化合物半導体CdInGaS4を使用することを特
徴とする。本発明者等が種々の研究および実験を
重ねた結果、4元化合物半導体CdInGaS4を使用
することで、広い温度範囲にわたつて安定かつ信
頼性ある光温度測定装置を構成することが出来る
ことが見出された。CdInGaS4はブリツジマン法
で容易に良質の層状単結晶を得ることが出来る。
さらに簡単な気相成長法で光学的に均一な層状単
結晶が得られ、膜厚を任意にコントロールするこ
とが出来、研磨の工程無しで所定の温度検出素子
が得られる長所がある。
第1図にCdInGaS4の、光吸収スペクトル、第
2図にスペクトルから求まるエネルギー・ギヤツ
プの温度変化を示す。第1図に示すように、ある
温度Tでλg(T)=1.24/Eg(T)で与えられるエ
ネルギー・ギヤツプEg(T)に対応する波長λg
(T)を吸収端として、λg(T)より短い波長域
の光に対して急激にその吸収係数αが増大する。
吸収領域は第1図に示すように500〜600nmの間
の可視光領域であり、温度が上昇するにつれて吸
収端λg(T)はは長波長側へ移行する。その依存
性は第2図のエネルギー・ギヤツプの温度変化に
対応する。GaAsでは−150゜C以上で直線的に変
化することが知られているが、本発明による
CdInGaS4では第2図に示すように−200゜C以上で
直線的に変化する。さらに温度変化率は約
0.16nm/degで、GaAsの値の約半分であり、広
い温度領域での温度測定が可能となる。本発明に
おけるCdInGaS4は500゜C以上の高温で安定であ
り、酸化、吸湿性の反応も示さず長期安定性を保
持する。
第3図に本発明による方法を実施するための透
過型光温度測定装置を示す。光源1より出射した
光は光フアイバ2を経て4元化合物半導体CdIn
−GaS4温度検出素子3に入射する。広い温度領
域測定には光源1として白色光を用いる。光源出
射部にフイルターを押入することで任意の温度範
囲を設定することも可能である。また、光ダイオ
ードや半導体レーザを使用することで、狭い温度
領域の精度測定も可能である。温度検出素子3
は、熱伝導の良い材料(図示されていない)に密
着され、温度の応答性を良くしてある。検出素子
3を透過した光は光フアイバ20を経て受光器4
で受光される。光源変動を補償するため、光源1
からの光を直接受光器5で受け、その出力と受光
器4の比を信号処理部6で求める。さらに信号処
理部6ではその信号出力を温度に変換し、温度表
示部7で温度の値が表示される。
次に、本発明による方法を実施するための反射
型光温度測定装置を第4図に示す。光源1より出
射した光は、光フアイバ2、ビーム・スプリツタ
8、光フアイバ20を経て4元化合物半導体
CdInGaS4温度検出素子3に入射する。温度検出
素子3の一面に設けられた反射膜30で反射され
た光は、再度、温度検出素子3および光フアイバ
20を通り、ビーム・スプリツタ8で反射され、
光フアイバ21を経て受光器4で受光される。受
光器4から後の処理は第3図の実施例の場合と同
様である。
第3図および第4図の実施例の変形として、温
度変化を光強度に変換するのでなく、光吸収波長
を直接読み取り温度に換算することが出来る。第
5図に透過型光温度測定装置、第6図に反射型光
温度測定装置の構成例を示す。構成は第3図およ
び第4図の実施例の場合とはほとんど同様である
が、受光器4に入射する入射光は分波器9で分け
られ、一方は受光器4に他方は受光器40に入射
する。また、光源変動を補償するため、光源1か
らの光を直接受光器5で受け、その出力と受光器
4の比を信号処理部6で求め、表示部70に出力
が直接表示される。出力を常に一定に保つように
受光器40の波長を変換し、その時の波長の値が
温度に変換され温度表示部7に表示される。
以上説明した4元化合物半導体CdInGaS4を温
度検出素子として使用した本発明による光温度測
定方法は、従来の方法に比べ次の優れた利点があ
る。
(1) CdInGaS4は高温で安定で、長期信頼に優れ
ている。
(2) CdInGaS4は広い温度範囲で安定である。
(3) CdInGaS4は容易に良質の単結晶を得ること
が出来て安価であり、素子化が容易である。
(4) CdInGaS4は気相成長法により平面度の良い
良質の箔状単結晶を育成することが出来るの
で、研磨加工の必要が無い。
(5) 白色光光源を用いることで広い温度範囲の測
定が出来る。さらにフイルターを用いることに
より測定温度範囲を設定出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は4元化合物半導体CdInGaS4の光吸収
係数のスペクトラムの温度変化を示す図、第2図
は4元化合物半導体のCdInGaS4の光吸収端エネ
ルギーギヤツプの温度変化を示す図、第3図ない
し第6図は本発明による温度測定方法を実施する
ためのそれぞれ異なる実施例の概略構成図であ
る。 1:光源、2,20,21:光フアイバ、3:
4元化合物CdInGaS4温度検出素子、4,5:受
光器、6:信号処理部、7:温度表示部、8:ビ
ームスプリツタ、30:反射膜、40:分光器、
70:出力表示部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体光学結晶の光吸収が温度に依存するこ
    とを利用して温度測定を行なう測定方法におい
    て、前記半導体として4元化合物半導体
    CdInGaS4を用いることを特徴とする温度測定方
    法。 2 特許請求の範囲第1項記載の測定方法におい
    て、温度変化に伴なつて、前記半導体の光透過強
    度が変化することを利用することを特徴とする温
    度測定方法。 3 特許請求の範囲第1項記載の測定方法におい
    て、温度変化に伴なつて、前記半導体の光吸収波
    長が変化することを利用することを特徴とする温
    度測定方法。
JP57221169A 1982-12-17 1982-12-17 温度測定方法 Granted JPS59111027A (ja)

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