JP2002048637A - 赤外線検出器およびこれを備えた測温計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化を図りつつ、温度測定の精度を向上で
きる赤外線検出器およびそれを用いた測温計を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 測定対象物Ｓから放射される赤外線を受
光して電圧を発生する熱電堆８２を有する赤外線検出素
子３１と、当該赤外線を当該赤外線検出素子３１に集光
させる凹型反射鏡３５と、を備えた赤外線検出器２１に
おいて、前記赤外線検出素子３１は、前記凹型反射鏡３
５の焦点となる位置に配設され、当該赤外線検出素子３
１の裏面側から放射された前記赤外線が当該赤外線検出
素子３１の表面側で受光されることを特徴とするもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線検出器およ
びこれを備えた測温計に関する。

【０００２】

【従来の技術】赤外線検出器として、測定対象物から放
射される赤外線を検知（感知）して電気信号に変換する
いわゆる赤外線センサを備えている測温計が知られてい
る。この種の赤外線センサとしては、一般に、サーモカ
ップル（熱電対）またはそれを複数直列接続したサーモ
パイル（熱電堆）のゼーベック効果を利用して、赤外線
の放射吸収による温度変化を熱起電力として検出（測
定）するサーモパイル型、セラミック等で構成された基
材における赤外線の熱エネルギーに応じた分極による浮
遊電荷の変化を検出する（焦電効果を利用する）焦電
型、および、金属その他の薄膜や極細線で形成した感温
抵抗体の熱による抵抗値の変化を検出する（抵抗変化を
利用する）ボロメータなど、が知られている。

【０００３】なかでも、サーモパイル型は、安定した温
度検出・測定が可能であるほか、半導体製造の工程（プ
ロセス）を利用して小型化が可能なので、体温計などの
小型・低価格の測温計等に適している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、サーモパイ
ル型の赤外線センサを備えた赤外線検出素子およびそれ
を利用した測温計では、導波管（導光路、導波路等）を
利用して光を誘導するタイプがある。例えば図７に示す
ように、このタイプの耳式体温計１００の赤外線受光検
出部２は、測定対象物Ｓの温度（体温：鼓膜温度）に対
応する赤外線を受光してそれに応じた電圧信号を出力す
る赤外線チップ２１０と、赤外線チップ２１０に赤外線
を誘導するための導波管２０６と、それを支持する支持
金具２０７と、塵埃等の進入を防止する赤外線透過性の
フィルム２３と、それを支持するためのフィルム押さえ
オーリング２４と、検温時に耳穴に挿入するために赤外
線受光検出部２全体を覆うように取り付けられた赤外線
透過性のプローブキャップ２５と、を備えている。

【０００５】さらに、図８に示すように、入光した赤外
線を導波管２０６内に伝搬させ、赤外線検出チップ２１
０に誘導する。赤外線検出チップ２１０では、サーモパ
イル型の赤外線センサ２０９と基準温度を検出するため
のサーミスタ２１１とをパッケージ基材２１２上に搭載
し、パッケージケース２１３により全体を一体化させ、
赤外線を入光する窓には、可視光を遮断し赤外線を透過
するためのシリコン（Ｓｉ）等から成るフィルタ（波長
領域制限部材）２０８が設けられている。

【０００６】ところが、図８に示すように（図７に示す
耳式体温計１００のように）、導波管２０６を利用して
赤外線を誘導する場合、波長領域制限部材２０８の窓の
面（検出面）から見た視野角はほぼ１８０°あり、導波
管２０６外からの（赤外線等の）光も入射（入光）さ
れ、また、外部の熱（誤差熱）Ｓｄによって内部に放射
される赤外線等の干渉を受け、さらにはこれらにより内
部で乱反射した光も誘導されて検出面に入射されるの
で、測定誤差が大きくなるといった問題があった。

【０００７】本発明は、小型化を図りつつ、温度測定の
精度を向上できる赤外線検出器およびそれを用いた測温
計を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の赤外線
検出器は、測定対象物から放射される赤外線を受光して
電圧を発生する熱電堆を有する赤外線検出素子と、当該
赤外線を当該赤外線検出素子に集光させる凹型反射鏡
と、を備えた赤外線検出器において、前記赤外線検出素
子は、前記凹型反射鏡の焦点となる位置に配設され、当
該赤外線検出素子の裏面側から放射された前記赤外線が
当該赤外線検出素子の表面側で受光されることを特徴と
する。

【０００９】この構成によれば、凹型反射鏡を備えてい
るため、入光した赤外線の入射角を限定（制限）するこ
とができる。したがって、導波管等を使用する場合に比
べて、外部の熱（誤差熱）による放射赤外線の影響を低
減できると共に、赤外線検出素子で受光する赤外線の入
射角を制限できるため、誤差要因を少なくして、測定精
度を向上させることができる。また、赤外線検出素子を
凹型反射鏡の焦点となる位置に配設することにより、赤
外線検出素子の環境（温度）を測定対象物の環境（温
度）に近づけることができる（いわゆる反射望遠鏡の原
理を利用する）ため、より測定精度を向上させることが
できる。

【００１０】さらに、赤外線検出素子が凹型反射鏡の焦
点となる位置に配設され、赤外線検出素子の裏面側から
放射された赤外線が赤外線検出素子の表面側で受光され
る、いわゆる反射光学系の原理を利用しているため、入
光した赤外線を赤外線検出素子まで誘導するために不可
欠な距離（導波管を使用する場合は導波管の長さに相当
する距離）を必要としない。つまり、全体として小型化
を図ることができる。

【００１１】請求項１に記載の赤外線検出器において、
光の透過波長領域を制限する波長領域制限部材を更に設
け、前記波長領域制限部材は、当該波長領域制限部材を
透過した赤外線のみが前記赤外線検出素子に集光される
ように配設されていることを特徴とする。

【００１２】この構成によれば、光の透過波長領域を制
限する波長領域制限部材を設けているため、可視光を遮
断し、測定に必要となる赤外線の波長領域のみを透過さ
せることができる。従って、可視光による誤差熱の発生
を防止することができるため、測定精度が向上する。ま
た、波長領域制限部材は、波長領域制限部材を透過した
赤外線のみが赤外線検出素子に集光されるように配設さ
れているため、外部の熱による放射赤外線の影響をなく
すことができる。従って、誤差要因を少なくして、より
測定精度を向上させることができる。

【００１３】請求項３に記載の測温計は、請求項１また
は２に記載の赤外線検出器と、前記赤外線検出素子の前
記熱電堆からの出力電圧に基づいて、受光した前記赤外
線を放射した測定対象物の温度を決定する測温値決定手
段とを備えたことを特徴とする。

【００１４】この測温計では、小型化を図りつつ、測定
精度を向上し得る赤外線検出器を利用するので、測温計
としても、小型化を図りつつ、温度検出の精度を向上さ
せることができる。

【００１５】請求項３に記載の測温計において、前記測
定対象物が、体温であることを特徴とする。

【００１６】この測温計では、測定対象物が、体温なの
で、体温計に適用できる。

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
赤外線検出器およびこれを備えた測温計について、添付
図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態
では、赤外線検出素子を利用した測温計として、サーモ
パイル（熱電堆）のゼーベック効果を利用して、赤外線
の放射吸収による温度変化を熱起電力として検出（測
温）するサーモパイル型の赤外線センサを使用した耳式
体温計を例に挙げて説明する。

【００１７】図１および図２に示すように、この耳式体
温計１は、本体ケース１１と、検体（耳）を測定対象物
Ｓとしてその測定対象物Ｓからの赤外線を受光して測定
対象物Ｓの温度（体温：鼓膜温度）に応じた電気信号
（電圧）を取り出す赤外線受光検出部２と、各種電子部
品（回路）等を搭載して接続する回路基板３と、赤外線
受光検出部２の出力電圧に基づいて回路基板３に搭載さ
れた各種の電子部品４Ｃにより測定対象物Ｓの温度（測
温値）を決定する測温値決定部４と、測温（検温）値そ
の他の表示を行うためのＬＣＤ部５と、各部に電力を供
給する電源部６と、を備えている。

【００１８】電源部６は、図１に示すように、電源スイ
ッチＳＷ６と、電源となるボタン電池６１と、それを装
着して回路基板３の回路パターンに接続するための電池
端子金具６２と、電池交換時に開閉するための電池ボッ
クスカバー６３と、備えている。また、ＬＣＤ部５は、
各種表示を行うためのＬＣＤパネル５１と、それを装着
して回路基板３（の回路パターン）に接続するためのコ
ネクタ５２と、ＬＣＤパネル５１を支持するパネル枠５
３と、ＬＣＤパネル５１の表面を視認可能に保護する例
えばプラスチック製の透明カバー５４と、を備えてい
る。

【００１９】また、測温値決定部４は、測温スイッチＳ
Ｗ４と各種の電子部品４Ｃとを備えて構成される。温度
（体温）検出に直接関係するものとしては、図２に示す
ように、赤外線受光検出部２から出力される体温（鼓膜
温度）に応じた電圧信号を増幅するアンプ４１と、その
出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ４２と、その出
力値を数値処理して測温値を決定し、ＬＣＤ部５のＬＣ
Ｄパネル５１に表示させるＣＰＵ４４と、ＣＰＵ４４に
おける各種処理の作業エリアとなるＲＡＭ４３と、を備
えている。

【００２０】また、耳式体温計１では、赤外線受光検出
部２内に後述の基準点感温素子７３を備えていて、測温
値決定部４は、基準点感温素子７３の出力を増幅するア
ンプ７１と、その出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバー
タ７２と、をさらに備えている。論理的なブロックとし
ては、上記の基準点感温素子７３と、アンプ７１と、Ａ
／Ｄコンバータ７２と、により、基準温度検出部７が構
成される。ＣＰＵ４４は、基準温度検出部７によって検
出された温度を基準温度として入力し、それに基づいて
測温値を決定する。

【００２１】また、赤外線受光検出部２は、図１および
図３に示すように、測定対象物Ｓから放出された赤外線
を受光することにより測定対象物Ｓの温度を検出する検
出赤外線検出器２１と、赤外線検出器２１を保護すると
共にその内側に金属メッキパターンＰ１が蒸着形成され
たプラスチック製の固定部材２２と、塵埃等の進入を防
止する赤外線透過性のフィルム２３と、それを支持する
ためのフィルム押さえオーリング２４と、検温時に耳穴
に挿入するために赤外線受光検出部２全体を覆うように
取り付けられた赤外線透過性のプローブキャップ２５
と、を備えている。

【００２２】上記の耳式体温計１を使用する場合、ユー
ザは、まず、電源スイッチＳＷ６を押し、ＬＣＤパネル
５１が初期表示から「測定準備ＯＫ」の旨の表示に変わ
るのを確認する。続いて、プローブキャップ２５の部分
を耳穴に入れ、測温スイッチＳＷ４を押すと、測定が開
始され、その後、数秒後には、報知音とともに測温値が
ＬＣＤパネル５１に表示されるので、その値（体温）を
確認できる。そして、その後は、電源スイッチＳＷ６を
押すことにより、あるいは放置してオートパワーオフに
より、電源オフとすることができる。

【００２３】ところで、本発明の耳式体温計１に適用さ
れる赤外線検出器２１は、図３および図４に示すよう
に、測定対象物Ｓの温度（体温：鼓膜温度）に対応する
赤外線を受光してそれに応じた電圧信号を出力する赤外
線検出素子３１と、その受光部に赤外線を集光させる凹
型反射鏡３５が形成された反射鏡部材３２と、赤外線検
出素子３１を支持する波長領域制限部材３３とで構成さ
れている。

【００２４】赤外線検出素子３１は、いわゆる赤外線セ
ンサを利用している。赤外線センサとしては、前述のよ
うに、焦電効果を利用する焦電型センサや抵抗変化を利
用するボロメータなどがあるが、耳式体温計１では、小
型化・低廉化を図るため、サーモパイル型を利用してい
る。

【００２５】波長領域制限部材３３は、可視光を遮断し
赤外線透過性を有する赤外線フィルタ３６と、光の透過
波長領域を制限する赤外線透過膜３７とで構成されてい
る。赤外線フィルタ３６は、その厚みが０．４ｍｍ〜
０．６ｍｍ程度のシリコン（Ｓｉ）等から成り、その表
面積は赤外線検出素子３１に対して十分大きく形成され
ている。なお、シリコンに代えて、ゲルマニウム（Ｇ
ｅ）等で構成してもよい。

【００２６】また、赤外線フィルタ３６の赤外線検出器
２１が配設されていない側（以後、便宜上、これ（図示
右側）を裏面側として、説明する）には、測定に必要と
なる赤外線の波長領域（約７８０ｎｍ〜１ｍｍ程度）内
の光のみを透過するための赤外線透過膜３７が設けら
れ、シリコン等で構成されている。なお、赤外線透過膜
３７だけでなく、赤外線フィルタ３６にも光の透過波長
領域を制限する機能を備えるよう構成してもよい。かか
る場合には、赤外線透過膜３７を形成する必要がないた
め、装置構成を簡略化できると共に低廉化を図ることが
できる。

【００２７】さらに、赤外線フィルタ３６の表面側に
は、赤外線検出素子３１からの出力電圧を導通させるた
めの配線パターンＰ３が形成されている。

【００２８】図５に示すように、配線パターンＰ３は、
赤外線検出素子３１に形成された端子数に応じてその数
が決定され（本実施形態においては５つ）、反射鏡部材
３２の金属メッキパターンＰ２と接合する部分は抵抗を
減らすため、幅広に形成されている。なお、本例におい
ては、赤外線検出素子３１と配線パターンＰ３とはボン
ディングワイヤを用いて接続（導通）しているが、赤外
線検出素子３１の裏面側にサーモパイル８５により発生
された電圧の出力経路を設け、直接（ボンディングワイ
ヤ等を用いず）配線パターンＰ３に接続するようにして
もよい。

【００２９】図３および図４に示すように、反射鏡部材
３２は、プラスチックにより構成されており、中空部Ｋ
Ｚを有すると共に外郭は円柱状を成している。中空部Ｋ
Ｚの底面は凹型球面を成しており、この中空部の底面に
金属メッキを蒸着することで赤外線を反射する凹型反射
鏡３５を構成している。凹型反射鏡３５の球面の形状
は、赤外線が赤外線検出素子３１の熱吸収体８１に集光
するよう（熱吸収体８１が焦点となるよう）形成されて
いる。この構成によれば、赤外線検出素子３１の環境
（温度）を測定対象物Ｓの環境（温度）に近づけること
ができる（いわゆる反射望遠鏡の原理を利用する）た
め、正確な温度を測定することができる。

【００３０】また、反射鏡部材３２の波長領域制限部材
３３と接する部分と、固定部材２２と接する部分には、
赤外線検出素子３１のサーモパイルから発生された電圧
の出力経路として金属メッキパターンＰ２が蒸着形成さ
れている。すなわち、固定部材に反射鏡部材３２を組み
込んだ際に、赤外線検出素子３１のサーモパイル８５か
ら発生された出力電圧が固定部材２２に形成された金属
メッキパターンＰ１を介して耳式体温計１本体に形成さ
れた回路基板３に導通されるよう構成されている。

【００３１】なお、反射鏡部材３２と波長領域制限部材
３３（赤外線フィルタ３６および赤外線透過膜３７）
は、赤外線検出素子３１が波長領域制限部材３３を透過
した赤外線以外の光の影響を受けないよう（反射鏡部材
３２と波長領域制限部材３３との間などから外部の光が
射し込まないよう）一体形成されているため、外部の温
度に影響されることなく、高精度の測定が可能となる。

【００３２】上述のように、本発明の赤外線検出器２１
およびこれを備えた測温計（耳式体温計）１によれば、
凹型反射鏡３５を備えているため、入光した赤外線の入
射角を限定（制限）することができる。したがって、導
波管等を使用する場合に比べて、外部の熱（誤差熱）に
よる放射赤外線の影響を低減できると共に、赤外線検出
素子で受光する赤外線の入射角を制限できるため、誤差
要因を少なくして、測定精度を向上させることができ
る。また、赤外線検出素子３１を凹型反射鏡３５の焦点
となる位置に配設する、いわゆる反射光学系の原理を利
用しているため、入光した赤外線を赤外線検出素子３１
まで誘導するために不可欠な距離（導波管を使用する場
合は導波管の長さに相当する距離）を必要としない。つ
まり、全体として小型化を図ることができる。

【００３３】また、光の透過波長領域を制限する波長領
域制限部材３３を設けているため、可視光を遮断し、測
定に必要となる赤外線の波長領域のみを透過させること
ができる。従って、可視光による誤差熱の発生を防止す
ることができるため、測定精度が向上する。また、波長
領域制限部材３３は、波長領域制限部材３３を透過した
赤外線のみが赤外線検出素子３１に集光されるように配
設されているため、外部の熱による放射赤外線の影響を
なくすことができる。従って、誤差要因を少なくして、
より測定精度を向上させることができる。

【００３４】なお、波長領域制限部材３３に形成された
配線パターンＰ３、反射鏡部材３２の外側面に形成され
た金属メッキパターンＰ２および固定部材２２に形成さ
れた金属メッキパターンＰ１により、熱電堆８５から発
生された電圧の出力経路として、各パターンが導通され
ているため、外部から出力電圧の検出を容易に行うこと
ができる。

【００３５】また、赤外線検出器２１とこれを防護およ
び固定するための固定部材２２がプローブ内に一体に収
められているため、小型化を図ることができると共に、
赤外線検出器２２のプローブへの組み込みが容易とな
り、大量生産に適しているので低廉化を図ることができ
る。

【００３６】また、上述の例では、図５に示すようにボ
ンディングワイヤを端子毎に引き出すと共にそれぞれの
配線パターンＰ３に接続しているが、配線パターンＰ３
の配置や形状を、端子が形成された位置により変更して
もよい。また、配線パターンＰ３の数を減らして、複数
の端子を１つの配線パターンＰ３に接続するように、構
成してもよい。

【００３７】また、本発明の耳式体温計１は、小型化を
図りつつ、温度検出の精度を向上できる赤外線検出器を
利用するので、例えば図６に示すように、（例えばキー
ホルダーとして携帯できる程度まで）コンパクトな装置
構成とすることができる。これにより、低価格を実現で
きると共にユーザはより手軽に利用することができる。
なお、図１および図６の耳式体温計１において、赤外線
透過性のフィルム２３とフィルム押さえオーリング２４
も実状に合わせて省略でき、（例えばプローブキャップ
２５を図示左側にさらに寄るように構成して）さらに小
型化を図ることもできる。

【００３８】また、上述の実施形態では、耳式体温計の
例を挙げたが、測定対象物からの赤外線の放射を利用し
てその測定対象物の温度を測定するものであれば、他の
タイプの体温計はもちろんのこと、他のタイプの測温計
にも利用でき、また、測温値を表示等するものでなくて
も、測定（検出）した温度を用いて各種の制御を行う装
置など、他の応用も可能である。また、これらに利用す
る場合に、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更
も可能である。

【００３９】

【発明の効果】上述のように、本発明の赤外線検出器お
よび測温計によれば、凹型反射鏡を用いて測定対象物か
ら放射される赤外線を赤外線検出素子に集光させること
により、小型化を図りつつ、温度測定の精度を向上でき
る、などの効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る赤外線検出器および
測温計を適用した耳式体温計の断面図である。

【図２】図１の耳式体温計の測温系のブロック図であ
る。

【図３】図１の耳式体温計における赤外線検出部の拡大
断面図である。

【図４】図１の耳式体温計における赤外線検出器の拡大
断面図である。

【図５】図１の耳式体温計における固定部材の平面図で
ある。

【図６】図１耳式体温計の断面図である。

【図７】従来の耳式体温計の一例を示す断面図である。

【図８】図７の耳式体温計における赤外線誘導の原理説
明図である。

【符号の説明】

１ 耳式体温計 ２ 赤外線受光検出部 ３ 回路基板 ４ 測温値決定部 ２１ 赤外線検出器 ３１ 赤外線検出素子 ３２ 反射鏡部材 ３３ 波長領域制限部材 ３６ 赤外線フィルタ ３７ 赤外線透過膜 ３５ 凹型反射鏡 ８０ 半導体基板 ８１ 熱吸収体（黒体） ８２ 熱電対 ８３ 温接点 ８４ 冷接点 ８５ サーモパイル（熱電堆） Ｓ 測定対象物

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象物から放射される赤外線を受
   光して電圧を発生する熱電堆を有する赤外線検出素子
   と、当該赤外線を当該赤外線検出素子に集光させる凹型
   反射鏡と、を備えた赤外線検出器において、 前記赤外線検出素子は、前記凹型反射鏡の焦点となる位
   置に配設され、当該赤外線検出素子の裏面側から放射さ
   れた前記赤外線が当該赤外線検出素子の表面側で受光さ
   れることを特徴とする赤外線検出器。
2. 【請求項２】 光の透過波長領域を制限する波長領域
   制限部材を更に設け、前記波長領域制限部材は、当該波
   長領域制限部材を透過した赤外線のみが前記赤外線検出
   素子に集光されるように配設されていることを特徴とす
   る請求項１に記載の赤外線検出器。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の赤外線検出
   器と、 前記赤外線検出素子の前記熱電堆からの出力電圧に基づ
   いて、受光した前記赤外線を放射した測定対象物の温度
   を決定する測温値決定手段とを備えたことを特徴とする
   測温計。
4. 【請求項４】 前記測定対象物が、体温であることを
   特徴とする請求項３に記載の測温計。