JPH04124435U - 光学式温度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光学式温度計において、その製作にあたって、
光軸合わせが一回で済み、組立が容易になるようにす
る。 【構成】 波長に対する受光感度の異なる二つ以上の受
光素子１０ａおよび１０ｂを一体化した一体化受光素子
群１０を用いて光学式温度センサ３からの光スペクトル
を分波する。一体化受光素子群１０の受光素子１０ａお
よび１０ｂの出力信号ＳＡおよびＳＢを演算処理部１０
０に供給し、演算処理部１００からＳＡ／（ＳＡ＋Ｓ
Ｂ）なる信号出力を得る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、光ファイバの先端に半導体発光物質を取り付けた光学式温度センサ を用いた光学式温度計の分光、光電変換に関する。

【０００２】

【従来の技術】

このような光学式温度計としては、従来、特願昭５５−１３９９７７に開示さ れたものが知られている。

【０００３】 図５および図６を用いて詳しく説明する。発光素子１から発生した光は、光フ ァイバ４およびロッドレンズ６を通り、光学干渉フィルタ７に照射される。光学 干渉フィルタ７の透過特性は、透過曲線２２である。発光素子１は、光スペクト ル曲線１６を持つので、発光素子１の光はすべて光学干渉フィルタ７によって反 射する。反射した光は光ファイバ５を通じ半導体発光物質２に照射される。照射 された光によって半導体発光物質２が励起し、温度に依存した光が発生する（ホ トルミネセンス）。この光は光スペクトル曲線１８を持つ。半導体発光物質２か ら発生した光と、半導体発光物質２の表面から反射された光は、光ファイバ５、 ロッドレンズ６を通り、光学干渉フィルタ７に照射される。半導体発光物質２よ り発生した光のみが光学フィルタ７を透過する。

【０００４】 透過した光信号９は光学干渉フィルタ１１により、反射光１４と透過光１３に 分光される。干渉フィルタ１１の透過特性は、透過曲線２１を持つので、光信号 ９の光スペクトル曲線１８は、透過光１４は光スペクトル曲線１９、反射光１４ は光スペクトル曲線２０のごとく分光される。それぞれの光は受光素子１２と受 光素子１５によって電気信号に変換される。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

従来の光学式温度計では、反射光および透過光の光軸への、受光素子の位置合 せを２回行う必要がある。また、光学干渉フィルタと２つの受光素子を固定する のに、接着剤を使用しており、合計で３回接着する必要があり、接着面にあわや ゴミが入りやすくなる。 そこで、この考案では、光学式温度計において、その製作にあたって、光軸合 わせ、および接着が１回で済むため、組立が容易になる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

この考案においては、波長に対する受光感度（分光感度特性）が異なる２つ以 上の受光素子が一体化した一体化受光素子群を用いる。

【０００７】

【作用】

上記のように構成された、この考案の一体化受光素子群おいては、内部に入っ ている受光素子の分光感度特性が異なっているためスペクトルの移動によってそ れぞれの受光素子の出力信号が変化する。それぞれの受光素子の出力信号の和と １つの受光素子の出力信号の比を計算することによってスペクトルの移動やスペ クトルの形の変化を検出できる。

【０００８】

【実施例】

図１は、本考案の光学式温度計の一例である。 発光素子１、光ファイバ４、ロッドレンズ６、光学干渉フィルタ７、光ファイ バ５、半導体発光物質２、ガラス本体８、一体化受光素子群１０、演算処理部１ ００によって構成されている。

【０００９】 発光素子１から発生した光は、光ファイバ４およびロッドレンズ６を通り、光 学干渉フィルタ７に照射される。光学干渉フィルタ７の透過特性は、透過曲線２ ２である。発光素子１は、光スペクトル曲線１６持つため、発光素子１の光はす べて光学干渉フィルタ７によって反射する。反射した光は光ファイバ５を通じ半 導体発光物質２を励起し、温度に依存した光を発生する。この光は光スペクトル 曲線１８を持つ。半導体発光物質２から発生した光と、半導体発光物質２の表面 から反射された光は、光ファイバ５、ロッドレンズ６を通り、光学干渉フィルタ ７に照射する。半導体発光物質２より発光した光のみが光学フィルタ７を透過す ることができる。光学干渉フィルタ７を透過した光は、ガラス本体８に取り付け られた一体化受光素子群１０に照射される。

【００１０】 一体化受光素子群１０としては、一例として、波長感度の異なる２つの受光素 子を一体化したシャープ社製のＰＤ１５３を用いることができる。 ２つの受光素子をそれぞれ受光素子１０ａ、受光素子１０ｂとする。図２はＰ Ｄ１５３の分光感度特性（波長に対する相対感度の関係）を示す図である。受光 素子１０ａの分光感度特性は、感度曲線２３、受光素子１０ｂの分光感度特性は 感度曲線２４である。

【００１１】 光学式温度センサ３に用いる半導体発光物質２の一例として、ガリウム砒素（ ＧａＡｓ）を用いることができる。ガリウム砒素から発生する光は、室温では、 ８００〜９５０ｎｍの波長領域にある。この波長領域においてＰＤ１５３の受光 素子１０ａと受光素子１０ｂの分光感度特性が異なるため光スペクトルの変化を 測定するのに都合が良い。

【００１２】 半導体発光物質２から発生した光に対する相対感度は、光学干渉フィルタ７に よって分光されるため、図２に示す相対感度ではなく、光学干渉フィルタ７の透 過曲線２２と、各受光素子の感度曲線を乗じたものになる。そのため、ガラス本 体８に取り付けられたＰＤ１５３のそれぞれの相対感度は、図３に示すように、 受光素子１０ａの相対感度は感度曲線２６、受光素子１０ｂの相対感度は感度曲 線２５となる。

【００１３】 ガリウム砒素の温度を変えると、その光スペクトルが変化する。そのため、ガ リウム砒素の温度を変えると、一体化受光素子群のそれぞれの受光素子の出力信 号が変化する。その結果を図４に示す。受光素子１０ａの信号出力ＳＡを曲線２ ７で、受光素子１０ｂの信号出力ＳＢを曲線２８で示す。信号出力ＳＡまたはＳ Ｂを単独で出力信号として用いると、出力信号の強度は光ファイバ５によって伝 送される間に外乱によって変化してしまい、信号強度からスペクトルの移動を知 ることはできない。

【００１４】 しかし、受光素子１０ａの信号出力ＳＡと受光素子１０ｂの信号出力ＳＢの和 と、受光素子１０ｂの信号出力ＳＢに比、つまりＳＡ／（ＳＡ＋ＳＢ）を演算処 理部１００によって演算することによって、図４に示す曲線２９が得られ、光フ ァイバ５によって伝送される間に生ずる外乱を相殺するため、温度を測定するた めの出力信号として利用できる。

【００１５】

【考案の効果】

本考案によれば、光学式温度センサからの光スペクトルの分波するのに特殊な 一体化受光素子群を用いるので、光学式温度計の作成にあたって光軸合わせが一 回で済み、組立が簡単な光学式温度計が作製できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の光学式温度計の一例を示す図である。

【図２】本考案の光学式温度計に用いる一体化素子群の
一例の分光感度特性を示す図である。

【図３】本考案の光学式温度計に用いる分波器の特性を
示す図である。

【図４】本考案の光学式温度計の温度測定出力の一例を
示す図である。

【図５】従来の光学式温度計の一例を示す図である。

【図６】その分波器の動作を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 発光素子 ２ 半導体発光物質 ３ 光学式温度センサ ４ 光ファイバ ５ 光ファイバ ６ ロッドレンズ ７ 光学干渉フィルタ ８ ガラス本体 ９ 光信号 １０ 一体化受光素子群 １０ａ 受光素子 １０ｂ 受光素子 １００ 演算処理部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバの先端に半導体発光物質を取
   り付けた光学式温度センサと、発光素子からの光を反射
   させて、その反射光を上記光学式温度センサに供給する
   とともに、上記光学式温度センサからの光スペクトルを
   透過させる光学系と、この透過した光スペクトルが供給
   される、波長に対する受光感度の異なる２つ以上の受光
   素子を一体化にした一体化受光素子群と、この一体化受
   光素子群のそれぞれの受光素子の出力信号の和と、１つ
   の受光素子の出力信号の比を演算する演算処理部と、を
   備える光学式温度計。