JP2002333370A - 赤外線検出器およびこれを用いた放射体温計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、赤外線検出器において、視野が広
いため正確な温度検出ができないことを課題とするもの
である。 【解決手段】 被測定物３から放射される赤外線を集光
する集光素子１３と、集光素子１３で集光された赤外線
を受光する赤外線受光素子１２と、被測定物から集光素
子１３に向かう赤外線が通過する開口部１５ａを有する
筒状のプローブ１５と、集光素子１３外からの赤外線が
赤外線受光素子１２に入射するのを遮る遮光体１４とを
有し、赤外線受光素子１２を前記集光素子１３の焦点位
置から後方に離し、プローブ１５を移動するモータ１６
と歯車１７を有する。従って、前記集光素子１３で視野
が絞られ、かつ前記集光素子１３を移動しながら温度検
出するので、正確に最高温度を検出できるという効果が
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、物体から放射され
る赤外線を検出する赤外線検出器と、この赤外線検出器
を用いた放射体温計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の赤外線検出器および赤外線
検出器を用いた放射体温計は、特開平８−２５４４６６
号公報に記載されているものが一般的であった。この赤
外線検出器１が赤外線を検知する原理について図１１を
用いて以下に説明する。

【０００３】すべての物体はその絶対温度に応じた赤外
線を放射しており、赤外線検出器１はこの赤外線を検知
するものである。赤外線検出器１は、赤外線を受けて信
号を出力する赤外線受光素子２と、被測定物３から放射
される赤外線を赤外線受光素子２に導くための導波管４
とを有している。また、導波管４は金属よりなり、その
内面は赤外線の反射を高めるように鏡面加工を施されて
いる。

【０００４】被測定物３から放射される赤外線は、破線
Ａのように赤外線受光素子２に直接入射するか、また
は、一点鎖線Ｂのように導波管４の内面で反射を繰り返
しながら赤外線受光素子２に入射する。従って、受光領
域は広く、広範囲の赤外線が赤外線受光素子２に入射す
ることになる。

【０００５】赤外線受光素子２の出力信号電圧Ｖは、赤
外線受光素子２として焦電素子やサーモパイル等の熱型
素子を使用したものを用いた場合、被測定物３の絶対温
度をＴｔ，赤外線受光素子２の絶対温度をＴｓとしたと
き、（数３）で表される（Ｋは比例定数）。

【０００６】

【数３】

【０００７】これは、赤外線受光素子２が、被測定物３
の絶対温度の４乗と赤外線受光素子２自身の絶対温度の
４乗差に比例した出力信号を発生することを意味してい
る。従って、赤外線受光素子２の出力信号より、被測定
物３と赤外線受光素子２自身の温度差を検知することが
できる。

【０００８】この赤外線検出器１を放射体温計５に応用
した場合の従来例について図１２を用いて以下に説明す
る。図１２に示す放射体温計５は、赤外線検出器１と、
赤外線検出器１の温度を検知するサーミスタのような測
温素子６と、赤外線を通す開口部７ａを有するプローブ
７と、赤外線検出器１の出力信号と測温素子６の出力信
号から体温を計算するマイクロコンピュータを含む電気
回路（信号処理手段）８と、計算された体温を表示する
液晶表示装置９（表示手段）と、これらを収納する本体
ケース１０とを有している。プローブ７、及び本体ケー
ス１０は一般的には樹脂で形成される。このとき導波管
４は、プローブ７を貫通するようにプローブ７の先端ま
で伸ばされている。

【０００９】体温を測定する際は、プローブ１を外耳道
３ａに挿入することで、赤外線検出器１が鼓膜３ｂおよ
びその近傍から放射される赤外線を受光し信号を出力す
る。信号処理手段８は、赤外線受光素子２から出力され
る鼓膜３ｂおよびその近傍と赤外線受光素子２の温度差
に関係する信号と、測温素子６から出力される赤外線受
光素子２の温度に関係する信号の双方から鼓膜およびそ
の近傍の温度を計算し、表示手段９に体温として表示す
る。

【００１０】鼓膜３ｂにおいて体温を測定する理由は、
鼓膜３ｂの近くには、体温を調節する中枢である視床下
部に至る動脈血流があり、鼓膜３ｂの温度は人体の深部
の体温をよく反映しているといわれている。そのため、
放射体温計５は外耳道３ａに挿入して鼓膜３ｂ及びその
近傍の温度を測定するタイプとして実用化されている。

【００１１】次に、プローブ７の先端まで導波管４を貫
通させる構成としている理由を説明する。体温を測定す
る際は、プローブ７を外耳道３ａに挿入するため、外耳
道３ａと接触するプローブ７は温度が上昇していく。図
９で説明したように赤外線検出器１の受光領域は広いの
で、温度上昇したプローブ７から放射される赤外線が赤
外線受光素子２に入射するとそれが測定誤差となり正確
な測定ができなくなる。従って、温度上昇するプローブ
７からの不要な赤外線を入射させないように、導波管４
をプローブ７先端まで貫通させ、その導波管４の内面は
赤外線放射を極力抑えるよう鏡面加工し放射率を低くす
る構成としている。これにより、外耳道３ａの温度がプ
ローブ７を介して導波管４に伝わり導波管４の温度が上
昇しても赤外線放射は少なくなるはずである。

【００１２】しかし、導波管４内面を完全反射体（反射
率＝１）にすることは困難であり、しかも、導波管４は
プローブ７と近接して設置されるので、その温度上昇は
避けられず、それゆえ導波管４の内面からの赤外線の放
射を完全に無くすことはできない。従って、体温の測定
時には導波管４から放射する赤外線が赤外線受光素子２
に入射することになり正確な体温測定ができなくなる。

【００１３】上記従来例においてはこの課題解決のため
に、導波管４を熱伝導率の高い金属より構成し、導波管
４と赤外線受光素子２及びサーミスタ６を熱結合よく設
置している。このようにすることで、外耳道３ａからの
熱の影響を受けにくくするとともに、受けた熱は素早く
赤外線受光素子１に熱伝導させて影響をなくす工夫をし
ている。

【００１４】また、特開平８−１９１８００号公報に示
される放射体温計においては、導波管４の温度を検出す
る測温素子を配し、補正を加えることで熱の影響を除去
するよう工夫している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の赤外線検出器およびそれを用いた放射体温計では、
被測定物である外耳道からプローブを介して導波管に伝
わる熱の影響を排除して、正確に鼓膜およびその近傍の
温度を測定するには、上記いずれの方法も完全ではな
く、プローブと導波管の温度上昇の影響を受け、測定誤
差が発生し、体温測定の正確さを欠くという課題があっ
た。

【００１６】また、上記従来の構成では、鼓膜及びその
近傍から外耳道までの赤外線が赤外線受光素子に入射す
る。その結果、測定した値は鼓膜と外耳道を含む広い範
囲の温度の平均値となる。耳孔内部の温度は、鼓膜及び
その近傍が一番高く、外耳道を外に向かうにつれて外気
等の影響等で徐々に低くなっている。そのため、測定値
が正確な体温を示しているのか不明確であるという課題
があった。

【００１７】本発明は上記従来の課題を解決するもので
外耳道からプローブへ伝わる熱が測定値に与える影響を
排除し、また集光素子により赤外線を集光することで狭
い範囲の測定を可能にし、赤外線受光素子と集光素子を
移動する移動手段を有したことでで耳孔内部の温度分布
の測定が可能になり、正確な体温の測定を実現するもの
である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の赤外線検出器は、被測定物から放射される
赤外線を集光する集光素子と、前記集光素子で集光され
た赤外線を受光する赤外線受光素子と、被測定物から前
記集光素子に向かう赤外線が通過する筒状のプローブ
と、前記集光素子外からの赤外線が前記赤外線受光素子
に入射するのを遮る遮光体とを有し、前記赤外線受光素
子を前記集光素子の焦点位置から後方に離すことにより
受光領域を制限し、かつ前記プローブを光軸に対して垂
直方向に移動する移動手段を有する構成とした。

【００１９】上記発明によれば、赤外線受光素子を、集
光素子の焦点位置から離して設置することで、不要な領
域から集光素子に入射する赤外線を赤外線受光素子以外
の位置へ進行させることがでる。

【００２０】従って、受光領域を制限し、被測定物から
伝わる熱により温度上昇するプローブの影響を受けず、
導波管も不要となり、測定誤差を抑えることができる。

【００２１】また、プローブを光軸に対して垂直方向に
移動可能に設置することで非測定物の温度分布を測定す
ることができる。

【００２２】また、上記赤外線検出器と、前記赤外線検
出器の温度を検知する測温素子と、前記赤外線検出器の
出力信号と前記測温素子の出力信号から体温を計算する
信号処理手段と、計算された体温を表示する表示手段と
前記赤外線検出器を収納する本体とを有した放射体温計
とした。

【００２３】上記発明によれば、受光領域を制限し、プ
ローブからの赤外線を受光しない放射体温計とすること
ができる。従って、被測定物である鼓膜およびその近傍
からの赤外線だけを赤外線受光素子に入射させることが
でき、外耳道からの赤外線は赤外線受光素子に入射しな
い、また外耳道から伝わる熱によりプローブの温度が上
昇しても、正確な温度分布を測定できる放射体温計を実
現することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の赤外線
検出器は、被測定物から放射される赤外線を集光する集
光素子と、前記集光素子で集光された赤外線を受光する
赤外線受光素子と、被測定物から前記集光素子に向かう
赤外線が通過する筒状のプローブと、前記集光素子外か
らの赤外線が前記赤外線受光素子に入射するのを遮る遮
光体とを有し、前記赤外線受光素子を前記集光素子の焦
点位置から後方に離すことにより受光領域を制限し、か
つ前期プローブを光軸に対して垂直方向に移動する移動
手段を有する構成とした。

【００２５】そして、赤外線受光素子を、集光素子の焦
点位置から離して設置することで、不要な領域から集光
素子に入射する光を赤外線受光素子以外の位置へ進行さ
せることがでる。従って、受光領域を制限し、プローブ
からの赤外線を受光素子以外の点へ集光させるので、プ
ローブの温度上昇の影響を受けず正確な温度検出できる
構成とすることができる。また、集光素子と赤外線受光
素子を光軸に対して少なくとも垂直方向に移動する移動
手段を有することで非測定物の温度分布を測定すること
ができる。

【００２６】本発明の請求項２に記載の赤外線検出器
は、前記赤外線受光素子を、プローブが最大限移動した
時の前記集光素子の前記プローブに最も近い縁から光軸
に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記プローブの内
壁に接するようにひいた直線が前記プローブの先端の面
と交叉する点から、前記集光素子の縁を通過して前記プ
ローブの先端の面と交叉する点の前記集光素子による像
点へ到達する光路と前記プローブの中心軸との交点より
も前記集光素子から遠く、且つ前記プローブの先端の面
と交叉する点の前記集光素子による像点よりも前記集光
素子に近い領域に設置する構成とした。

【００２７】これにより、受光領域を制限し、プローブ
からの赤外線を受光素子以外の点へ集光させるので、プ
ローブの温度上昇の影響を受けず正確な温度検出が可能
な構成とすることができる。

【００２８】本発明の請求項３に記載の赤外線検出器
は、前記赤外線受光素子を、プローブが最大限移動した
時の前記集光素子の前記プローブに最も近い縁から光軸
に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記プローブの内
壁に接するようにひいた直線が前記プローブの先端の面
と交叉する点から前記集光素子の縁を通過して前記プロ
ーブの先端の面と交叉する点の前記集光素子による２つ
の像点へ到達する光路が前記プローブの中心軸と交叉す
る点と、前記プローブ先端の面と交叉する点の前記集光
素子による像点と、前記像点の前記光軸に対する対称点
とで形成される三角形の内側に設置する構成とした。

【００２９】これにより、受光領域を制限し、プローブ
からの赤外線を受光素子以外の点へ集光させるので、プ
ローブの温度上昇の影響を受けず正確な温度検出が可能
な構成とすることができる。

【００３０】本発明の請求項４に記載の赤外線検出器
は、前記赤外線受光素子を、前記集光素子の焦点距離ｆ
と、前記赤外線受光素子の半径ｒｓと、プローブが最大
限移動した時の前記集光素子の前記プローブに最も近い
縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記プ
ローブの内壁に接するようにひいた直線が前記プローブ
先端の面と交叉する点と光軸との距離ｒαと、前記プロ
ーブが最大限移動した時の前記集光素子の前記プローブ
に最も近い縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ
側の前記プローブの内壁に接するようにひいた直線が前
記プローブの先端の面と交叉する点と前記集光素子との
距離Ｌαと、前記集光素子の半径ｒ３と、前記プローブ
の光軸からの最大移動距離ｄを用いて、

【００３１】

【数４】

【００３２】で与えられるＬ３だけ前記集光素子の焦点
よりも集光素子から遠くに設置する構成とした。

【００３３】これにより、受光領域を制限し、プローブ
からの赤外線を受光素子以外の点へ集光させるので、プ
ローブの温度上昇の影響を受けず正確な温度検出ができ
る構成とすることができる。

【００３４】本発明の請求項５に記載の赤外線検出器
は、前記赤外線受光素子を、プローブが最大限移動した
時の前記集光素子の前記プローブに最も近い縁から光軸
に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記プローブの内
壁に接するようにひいた直線が前記プローブの先端の面
と交叉する点の前記集光素子による像点よりも前記集光
素子から遠い位置に設置する構成とした。

【００３５】これにより、受光領域を制限し、プローブ
からの赤外線を受光素子以外の点へ集光させるので、プ
ローブの温度上昇の影響を受けず正確な温度検出が可能
な構成とすることができる。

【００３６】本発明の請求項６に記載の赤外線検出器
は、赤外線受光素子を、プローブが最大限移動した時の
集光素子の前記プローブに最も近い縁から光軸に対して
前記集光素子の縁と同じ側の前記プローブの内壁に接す
るようにひいた直線が前記プローブの先端の面と交叉す
る点から、前記集光素子の光軸を挟んで反対側の縁を通
過して前記プローブの先端の面と交叉する点の前記集光
素子による像点へ到達する光路が前記プローブの中心軸
と交叉する点と、前記プローブ先端の面と交叉する点の
前記集光素子による像点と、前記像点の光軸に対する対
称点とで形成される、三角形の内側に設置する構成とし
た。

【００３７】これにより、受光領域を制限し、プローブ
からの赤外線を受光素子以外の点へ集光させるので、プ
ローブの温度上昇の影響を受けず正確な温度検出が可能
な構成とすることができる。

【００３８】本発明の請求項７に記載の赤外線検出器
は、前記赤外線受光素子を、前記集光素子の焦点距離ｆ
と、前記赤外線受光素子の半径ｒｓと、プローブが最大
限移動時の前記集光素子の前記プローブに最も近い縁か
ら光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記プロー
ブの内壁に接するようにひいた直線が前記プローブの先
端の面と交叉する点と光軸との距離ｒαと、最大限移動
した前記集光素子のプローブに最も近い縁から光軸に対
して前記集光素子の縁と同じ側の前記プローブの内壁に
接するようにひいた直線が前記プローブ先端の面と交叉
する点と前記集光素子との距離Ｌαと、前記集光素子の
半径ｒ３と、前記プローブのの光軸からの最大移動距離
ｄを用いて、

【００３９】

【数５】

【００４０】で表されるＬ３だけ前記集光素子の焦点よ
りも集光素子から遠くに設置する構成とした。

【００４１】これにより、受光領域を制限し、プローブ
からの赤外線を受光素子以外の点へ集光させるので、プ
ローブの温度上昇の影響を受けず正確な温度検出が可能
な構成とすることができる。

【００４２】上記赤外線検出器の集光素子として、屈折
レンズ、透過型回折レンズ、集光ミラー又は反射型回折
レンズを用いることで正確な温度検出が可能な構成とす
ることができる。

【００４３】本発明の請求項１２に記載の放射体温計
は、上記赤外線検出器と、前記赤外線検出器の温度を検
知する測温素子と、前記赤外線検出器の出力信号と前記
測温素子の出力信号から体温を計算する信号処理手段
と、計算された体温を表示する表示手段と前記赤外線検
出器を収納する本体とを有した放射体温計とした。

【００４４】これにより、外耳道の熱により温度上昇し
たプローブの影響を赤外線受光素子が受けないため、正
確な体温測定が可能な放射体温計を実現することができ
る。

【００４５】また、温度分布を測定できる赤外線検出器
を用いているので耳孔内部の温度分布を測定することが
可能となる。

【００４６】本発明の請求項１３に記載の放射体温計
は、赤外線受光素子が移動している間に複数回体温を計
算し、その値の最大値を体温として表示する構成とし
た。

【００４７】これにより、鼓膜と外耳道を含む耳孔の中
で、最高温度を示す鼓膜温を正確に測定することができ
る。

【００４８】

【実施例】以下、本発明の各実施例について、図面を参
照しながら説明する。

【００４９】（実施例１）図１は本発明の実施例１にお
ける赤外線検出器１１を示すものである。図１におい
て、１２は赤外線受光素子、１３は集光素子で屈折レン
ズ、１４は遮光体で集光素子１３を透過しない赤外線光
が赤外線受光素子１２に入射しないようにするためのも
のである。プローブ１５は光軸に対して距離−ｄからｄ
の範囲で移動するようにしてある。移動手段は図示しな
いが例えばモータと歯車を組み合わせたものなどであ
る。１５は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤
外線検出器１１を固定して向けるためのプローブ、αは
最大限移動（距離ｄ）した屈折レンズ１３のプローブ１
５に近い縁からこの縁と光軸に対して同じ側のプローブ
１５内面へ接する直線がプローブ１５先端面と交わる
点、Ｆは屈折レンズ１３の焦点、Ｆαは屈折レンズ１３
によるαの像点、Ｋ１αはαから光軸に対して同じ側の
屈折レンズ１３の縁を通過してＦαへ進行する光（マー
ジナル光線）の光路、Ｋ２αはαから光軸と平行に進ん
で焦点Ｆを通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ３αは
αから屈折レンズ１３の中心を通過してＦαに到達する
光の光路、Ｋ４αはαから光軸を挟んで反対側の屈折レ
ンズ１３の縁を通過してＦαに到達する光（マージナル
光線）の光路、ＦＸは光路Ｋ１αとプローブ１５の中心
軸との交点である。

【００５０】ここで、穴の内壁など凹部から放射される
赤外線のみを受光するような光学系を設計する。

【００５１】赤外線受光素子１２を遮光体１４に取り付
け、屈折レンズ１３を通過する赤外線のみを赤外線受光
素子１２で受光するようにする。屈折レンズ１３を通っ
た赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行
う。

【００５２】被測定物からの赤外線のみを受光するため
には、プローブ１５から放射される赤外線を受光しない
ようにすればよい。そのため、受光したい領域と受光し
たくない領域の境界に位置する点を仮想し、この点か
ら、光軸に対してこの仮想した境界に位置する点と同じ
側の屈折レンズ１３の縁を通過する光（マージナル光
線）の光路よりも、光軸から遠くに位置するようにプロ
ーブ１５を設置すればよい。そこで、上記仮想の境界に
位置する点を、屈折レンズ１３の縁からこの縁と光軸に
対して同じ側のプローブ１５内面へ接する直線がプロー
ブ１５先端面と交わる点αとして、ＦαとＦαの光軸に
対する対称点Ｆα’とＦＸで形成される三角形の内側に
赤外線受光素子１２を設置する。これにより、プローブ
１５をαと屈折レンズ１３の間で光路Ｋ１αよりも光軸
から遠くに位置させることになるため、プローブ１５か
らの光を受光しない光学系が得られる。

【００５３】上記について詳細を以下に述べる。αから
放射される光は光路Ｋ１α、Ｋ２α、Ｋ３α、Ｋ４αな
どを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の
通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成さ
れる。図１中に示すように、光路Ｋ２αを通る光は、屈
折レンズ１３を通過してＦで集光素子１３の光軸と交叉
したのち光軸から離れながらＦαに到達する。

【００５４】同じように、光路Ｋ１αを通る光は、屈折
レンズ１３を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れ
ながらＦαに到達する。光路Ｋ３αを通る光は、屈折レ
ンズ１３で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦα
に到達する。光路Ｋ４αを通る光は、光軸と交叉して屈
折レンズ１３を通過し、屈折レンズ１３を通過してから
は光軸と交叉せずにＦαに到達する。

【００５５】このように、光路Ｋ１αと光軸が交叉する
点ＦＸよりも屈折レンズ１３から離れた位置かつＦαよ
りも屈折レンズ１３に近い位置で、αから放射される光
が通過しない領域が存在する。Ｆα、Ｆα’、ＦＸで形
成される三角形の内側よりに赤外線受光素子１２を設置
することで、αから放射される光を受光しない赤外線検
出器１１が得られる。αと屈折レンズ１３の間の光路Ｋ
１αより光軸から遠い部分からの光は、αと同じ面内で
光軸からの距離がαより大きい点からの光と置き換えら
れる。この点の屈折レンズ１３による交点はＦαよりも
光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。
そのため、αからの光を受光しないようにすれば、αよ
りも光軸から遠い点からの光を受光せず、従ってプロー
ブ１５からの光を受光しない構成となる。

【００５６】以下、αからの光を受光しないような赤外
線受光素子１２の位置を求める。

【００５７】赤外線受光素子１２はＦαよりも屈折レン
ズ１３に近い。この時、（式１）、（式２）が成り立
つ。

【００５８】 ＬαＦ≧ｆ＋Ｌ３ （１） ∴Ｌ３≦ＬαＦ−ｆ （２） 図１に示すように、受光面は光路Ｋ１αと光軸が交わる
点とＦαとの間であるので、αからＦαまでの各光路の
うち受光面で赤外線受光素子１２に最も近づくものはＫ
１ αである。したがって、αからの光を赤外線受光素
子１２で受光しないためには、（式３）を満たす必要が
ある。ここでｒｓは赤外線受光素子１２の半径である。

【００５９】ｒαｓ１＞ｒｓ（３） ここで、幾何光学で周知の通りｒ３、ｒαＦ、ｒαＳ
１、Ｌ３、ｆおよびｄは幾何関係として（数６）、（数
７）を満たす。

【００６０】

【数６】

【００６１】

【数７】

【００６２】（数７）を（式３）へ代入することで（数
８）が得られる。

【００６３】

【数８】

【００６４】（式２）と（数８）から、αから放射され
る光を赤外線受光素子１２で受光しないための条件は
（数９）となる。

【００６５】

【数９】

【００６６】さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌ
α、Ｌ２、ｒαＦ、ＬαＦは幾何関係として（数１
０）、（数１１）を満たす。

【００６７】

【数１０】

【００６８】

【数１１】

【００６９】（数１１）を（数９）式へ代入することに
より、αから放射される光を赤外線受光素子１２で受し
ないための条件は（数１２）となる。

【００７０】

【数１２】

【００７１】また、ガウスの公式から（数１３）、（数
１４）式が成り立つ。

【００７２】

【数１３】

【００７３】

【数１４】

【００７４】（数１４）を（数１２）に代入することに
より、αから放射される光を赤外線受光素子１２で受光
しないための条件は（数１５）となる。

【００７５】

【数１５】

【００７６】以上のように、プローブ１先端のαから放
射される光を赤外線受光素子１２で受光しないために
は、（数９）、或いは（数１２）、或いは（数１５）を
満たすよう光学系を設計する必要がある。（数９）、
（数１２）、（数１５）で与えられるＬ３だけ、赤外線
受光素子１２を屈折レンズ１３の焦点からずらして設置
することで、プローブ１５から放射される赤外線を赤外
線受光素子１２で受光せずに被測定物体３から放射光の
みを赤外線受光素子１２で受光させることができるた
め、プローブ１５の温度変化に起因する測定誤差を防ぐ
ことができる。

【００７７】尚、本実施例においてプローブ１５先端が
外側に向かって湾曲し、プローブ１５先端が広がった形
状となる例を用いて説明してきたが、図２に示すよう
に、プローブ１５の先端の内径が最も狭い場合も同様で
ある。その場合、点αは、プローブ１５先端の内側の点
に一致するが、動作、作用そして効果は、図１を用いて
説明した場合と同じである。

【００７８】次に図３（ａ）、（ｂ）を用いて、プロー
ブ１５を移動させた時の動作、作用について説明する。
プローブ１５が、移動手段であるモータ１６と歯車１７
により光軸に対して＋ｄ移動した位置にある時は、被測
定物の中の範囲Ｃから発する赤外線を受光していること
になる。また、プローブ１５が光軸に対して−ｄ移動し
た位置にあるときは、被測定物の中の範囲Ｄから発する
赤外線を受光していることになる。つまり、プローブ１
５を移動させることにより被測定物３のそれぞれ別の位
置の温度を測定することになる。従って被測定物３の温
度分布を測定することができる。

【００７９】尚、本実施例においてプローブ１５はモー
ター１６と歯車１７によって移動する構成として説明し
たが、本発明の構成はこれに限られることなく、使用者
などがプローブ１５を手で移動させるような構成として
も、同様な効果が期待できる。

【００８０】また尚、本実施例において集光素子は屈折
レンズ１３を用いた例を説明したが、透過型回折レンズ
を用いても同様の効果が得られる。

【００８１】（実施例２）図４は本発明の実施例２にお
ける赤外線検出器１１を示すものである。実施例１と異
なる点は、仮想の境界に位置する点を、屈折レンズ１３
の縁からこの縁と光軸に対して同じ側のプローブ１５内
面へ接する直線がプローブ１５先端面と交わる点αとし
て、Ｆαよりも屈折レンズ１３から遠い部分の光路Ｋ４
αと、Ｋ４αの光軸対称線Ｋ４α’で挟まれた領域に赤
外線受光素子１２を設置するようにした点である。これ
により、プローブ１５をαと屈折レンズ１３の間で光路
Ｋ１αよりも光軸から遠くに位置させることになるた
め、プローブ１５からの光を受光しない光学系が得られ
る。

【００８２】上記について詳細を以下に述べる。αから
放射される光は光路Ｋ１α、Ｋ２α、Ｋ３α、Ｋ４αな
どを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の
通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成さ
れる。図４中に示すように、光路Ｋ２αを通る光は、屈
折レンズ１３を通過してＦで光軸と交叉してＦαに到達
し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ１αを通る
光は、屈折レンズ１３を通過して光軸と交叉してＦαに
到達し光軸から離れていく。

【００８３】光路Ｋ３αを通る光は、屈折レンズ１３で
光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。光路
Ｋ４αを通る光は、光軸と交叉して屈折レンズ１３を通
過し、屈折レンズ１３を通過してからは光軸と交叉せず
にＦαに到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざか
っていく。

【００８４】このように、αの像点Ｆαよりも屈折レン
ズ１３から離れた位置でαから放射される光が通過しな
い領域が存在する。Ｆαよりも屈折レンズ１３から遠い
部分の光路Ｋ４αと、Ｋ４αの光軸対称線Ｋ４α’で挟
まれた領域内に赤外線受光素子１２を設置することによ
ってαから放射される赤外線を受光しない赤外線検出器
１１が得られる。αと屈折レンズ１３の間の光路Ｋ１α
より光軸から遠い部分からの光は、αと同じ面内で光軸
からの距離がαより大きい点からの光と置き換えられ
る。この点の屈折レンズ１３による交点はＦαよりも光
軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。そ
のため、αからの光を受光しないようにすれば、αより
も光軸から遠い点からの光を受光せず、従ってプローブ
１５からの光を受光しない構成となる。

【００８５】以下、αからの光を受光しないような赤外
線受光素子１２の位置を求める。

【００８６】赤外線受光素子１２はＦαよりも屈折レン
ズ１３から遠い。この時、（式４）、（式５）が成り立
つ。

【００８７】 ＬαＦ≦ｆ＋Ｌ３ （４） ∴Ｌ３≧ＬαＦ−ｆ （５） 図３に示すように、受光面はＦαよりも屈折レンズ１３
から遠いので、αからＦαまでの各光路のうち受光面で
赤外線受光素子１２に最も近づくものはＫ４αである。
したがって、αからの光を赤外線受光素子１２で受光し
ないためには、（式６）を満たす必要がある。

【００８８】ｒαｓ４＞ｒｓ（６） ここで、幾何光学で周知の通りｒ３、ｒαＦ、ＬαＦ、
ｒαＳ４、Ｌ３、ｆおよびｄは幾何関係として（数１
６）、（数１７）を満たす。

【００８９】

【数１６】

【００９０】

【数１７】

【００９１】（数１７）を（式６）へ代入することで
（数１８）が得られる。

【００９２】

【数１８】

【００９３】（式５）（数１８）から、αから放射され
る光を赤外線受光素子１２で受光しないための条件は
（数１９）となる。

【００９４】

【数１９】

【００９５】さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌ
α、Ｌ２、ｒαＦ、ＬαＦは幾何関係として（数２
０）、（数２１）を満たす。

【００９６】

【数２０】

【００９７】

【数２１】

【００９８】（数２１）を（数１９）へ代入することに
より、αから放射される光を赤外線受光素子１２で受光
しないための条件は（数２２）となる。

【００９９】

【数２２】

【０１００】また、ガウスの公式から（数２３）、（数
２４）が成り立つ。

【０１０１】

【数２３】

【０１０２】

【数２４】

【０１０３】（数２４）を（数２２）に代入することに
より、αから放射される光を赤外線受光素子１２で受光
しないための条件は（数２５）となる。

【０１０４】

【数２５】

【０１０５】以上のように、αから放射される光を赤外
線受光素子１２で受光しないためには、（数１９）、或
いは（数２２）、或いは（数２５）の条件を満たすよう
光学系を設計する必要がある。（数１９）、（数２
２）、（数２５）で与えられるＬ３だけ、赤外線受光素
子１２を屈折レンズ１３の焦点からずらして設置するこ
とで、プローブ１５から放射される赤外線を赤外線受光
素子１２で受光せずに被測定物体３から放射光のみを赤
外線受光素子１２で受光させることができるため、実施
例１と同様に、プローブ１５の温度変化の影響を受け
ず、正確な温度検出ができる。

【０１０６】次に、図５（ａ）、（ｂ）を用いてプロー
ブ１５を移動させたときの動作作用について説明する。
実施例１と異なる点は、赤外線受光素子１２が、Ｆα、
Ｆαの光軸対称点Ｆα’およびＦＹで形成される三角形
内の（数１９）または（数２２）または（数２５）の範
囲内に設置されている点である。

【０１０７】これにより実施例１と同様に被測定物３の
温度分布を測定することができる。

【０１０８】尚、本実施例において集光素子は屈折レン
ズを用いた例を説明したが、透過型回折レンズを用いて
も同様の効果が得られる。

【０１０９】（実施例３）図６は本発明の実施例３にお
ける赤外線検出器１１を示すものである。実施例１と異
なる点は、集光素子として集光ミラー１８を用いた点で
ある。この構成により、プローブ１５から放射される赤
外線を赤外線受光素子１２で受光せずに被測定物体３か
ら放射光のみを赤外線受光素子１２で受光させることが
できるため、プローブ１５の温度変化の影響を受けず、
正確な温度検出ができる。

【０１１０】また、図７（ａ）、（ｂ）に示すようにプ
ローブ１５の移動手段であるモータ１６と歯車１７を有
しているのでプローブ１５が図７（ａ）、図７（ｂ）に
移動したときに、それぞれ被測定物３のＣ、Ｄの位置の
赤外線を受光する。従って実施例１及び２同様、被測定
物３の温度分布を測定することができる。

【０１１１】尚、本実施例において集光素子は屈折レン
ズを用いた例を説明したが、反射型回折レンズを用いて
も同様の効果が得られる。

【０１１２】（実施例４）図８は本発明の実施例４にお
ける赤外線検出器１１を示すものである。実施例２と異
なる点は、集光素子として集光ミラー１８を用いている
点である。この構成により、プローブ１５から放射され
る赤外線を赤外線受光素子１２で受光せずに被測定物体
３から放射光のみを赤外線受光素子１２で受光させるこ
とができるため、プローブ１５の温度変化の影響を受け
ず、正確な温度検出ができる。

【０１１３】また、図９（ａ）、（ｂ）に示すようにプ
ローブ１５の移動手段であるモータ１６と歯車１７を有
しているので被測定物３の温度分布を測定することがで
きる。

【０１１４】尚、本実施例において集光素子は屈折レン
ズを用いた例を説明したが、反射型回折レンズを用いて
も同様の効果が得られる。

【０１１５】（実施例５）以下に本発明の実施例１から
４に記載した赤外線検出器１１を放射体温計１７に応用
した実施例を説明する。図１０は、本発明の赤外線検出
器１１、特に集光素子として集光ミラー１８を使用した
赤外線検出器１１を放射体温計１９に応用した例を示す
ものである。

【０１１６】この放射体温計１９は、赤外線検出器１１
と、赤外線検出器１１の近傍の温度を検知する測温素子
２０と、プローブ１５と、信号処理手段２１と、表示手
段２２を有しており、樹脂製の本体ケース２３に収めら
れている。赤外線受光素子１２と測温素子２０はサーマ
ルグリスを介して熱結合良く設置されている。また、赤
外線受光素子１２に入射する赤外線を断続するためのチ
ョッパー２４を赤外線検出器１１の、赤外線受光素子１
２と集光ミラー１８の間に配置し、チョッパー２４を駆
動するモータ２５を適当な位置に設置する。また、プロ
ーブ１５は第２のモータ１６と歯車１７を介して接続さ
れており光軸に対して垂直方向に位置を移動させられる
ようにしている。尚、実施例１ないし４または従来例と
同一符号のものは同一構造を有し、同様の動作、作用の
説明は省略する。

【０１１７】本発明の放射体温計１９により体温を測定
するときには、測定中は赤外線受光素子１２が第２のモ
ータ１６により連続的に移動し、その移動中に複数回体
温を計算する。そして計算した体温の中で最高値を示し
たものを体温として表示する。

【０１１８】本発明の赤外線検出器１１を放射体温計１
９に応用することで、外耳道３ａに接触することにより
温度上昇したプローブ１５からの赤外線を赤外線受光素
子１２が受光しない構成とすることができる。また、耳
孔内部の温度を複数回測定した値の内最高温度を表示す
るので、耳孔内で最も温度が高い鼓膜３ｂの温度の測定
をすることができ、体温をより正確に表示することが可
能である。従って、測定誤差がなく正確な体温測定が可
能な放射体温計１９を実現することができる。

【０１１９】尚、本実施例において、赤外線受光素子１
２として焦電素子を用いたため、チョッパー２４のよう
な赤外線を断続する手段が必要となったが、赤外線受光
素子１２としてサーモパイルを用いる場合はチョッパー
２４及びチョッパー２４を駆動するモータ２５は使用せ
ずに同様の作用効果を持つ赤外線検出器１１および放射
体温計１９を構成することができる。

【０１２０】

【発明の効果】以上のように、本発明にかかる赤外線検
出器は、被測定物から伝わる熱により温度上昇するプロ
ーブの影響を受けず、正確な温度分布の検出が可能な赤
外線検出器を実現することができる。

【０１２１】また、集光素子と赤外線受光素子を移動さ
せる移動手段を有しているので、被測定物の温度分布を
測定することができる。

【０１２２】本発明にかかる放射体温計は、外耳道から
伝わる熱によるプローブの温度上昇の影響を赤外線受光
素子が受けないため、測定誤差が無く、また温度分布が
測定できる赤外線検出器を用いるため耳孔内の温度分布
の測定が可能である。

【０１２３】本発明にかかる放射体温計は、正確な鼓膜
温度つまり正確な体温測定を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における赤外線検出器の光路
を示す構成図

【図２】同実施例における異なった構成の赤外線検出器
の光路を示す構成図

【図３】（ａ）同実施例における赤外線検出器の光路を
示す構成図 （ｂ）同実施例における赤外線検出器の光路を示す構成
図

【図４】本発明の実施例２における赤外線検出器の光路
を示す構成図

【図５】（ａ）同実施例における赤外線検出器の光路を
示す構成図 （ｂ）同実施例における赤外線検出器の光路を示す構成
図

【図６】本発明の実施例３における赤外線検出器の光路
を示す構成図

【図７】（ａ）同実施例における赤外線検出器の光路を
示す構成図 （ｂ）同実施例における赤外線検出器の光路を示す構成
図

【図８】本発明の実施例４における赤外線検出器の光路
を示す構成図

【図９】（ａ）同実施例における赤外線検出器の光路を
示す構成図 （ｂ）同実施例における赤外線検出器の光路を示す構成
図

【図１０】本発明の実施例５における放射体温計の構成
図

【図１１】従来例における赤外線検出器の構成図

【図１２】従来例における放射体温計の構成図

【符号の説明】

３ 被測定物 １１ 赤外線検出器 １２ 赤外線受光素子 １３ 屈折レンズ（集光素子） １４ 遮光体 １５ プローブ １５ａ 開口部 １６ モータ（プローブ移動手段） １７ 歯車（プローブ移動手段） １８ 集光ミラー（集光素子） １９ 放射体温計 ２０ 信号処理手段 ２１ 表示手段 ２２ 本体ケース α プローブ先端の点 α’ プローブ先端の点 Ｆ レンズの焦点 Ｆα レンズによるαの像点 Ｆα’ レンズによるα’の像点 ｆ 集光素子の焦点距離 ｒｓ 赤外線受光素子の半径 ｒα プローブ先端の点とプローブ中心との距離 Ｌα プローブ先端の点と集光素子の距離 ｒ３ 集光素子の半径 ｄ 集光素子のプローブ中心からの最大移動距離 Ｌ３ 焦点と赤外線受光素子の距離

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物から放射される赤外線を集光す
   る集光素子と、前記集光素子で集光された赤外線を受光
   する赤外線受光素子と、被測定物から前記集光素子に向
   かう赤外線が通過する筒状のプローブと、前記集光素子
   外からの赤外線が前記赤外線受光素子に入射するのを遮
   る遮光体とを有し、前記赤外線受光素子を前記集光素子
   の焦点位置から後方に離すことにより受光領域を制限
   し、かつ前記プローブを光軸に対して垂直方向に移動す
   る移動手段を備えた赤外線検出器。
2. 【請求項２】 筒状プローブは、被測定物に向きを固定
   し、被測定物から前記集光素子に向かう赤外線が通過す
   る開口部を有し、赤外線受光素子を、前記プローブが最
   大限移動した時の前記プローブに最も近い前記集光素子
   の縁から光軸に対して、前記集光素子の縁と同じ側の前
   記プローブの内壁に接するようにひいた直線が前記プロ
   ーブの先端の面と交叉する点から、前記集光素子の縁を
   通過して前記プローブの先端の面と交叉する点の前記集
   光素子による像点へ到達する光路と前記プローブの中心
   軸との交点よりも前記集光素子から遠く、且つ前記プロ
   ーブの先端の面と交叉する点の前記集光素子による像点
   よりも前記集光素子に近い領域に設置したことを特徴と
   する請求項１に記載の赤外線検出器。
3. 【請求項３】 赤外線受光素子を、筒状プローブが最大
   限移動した時の前記プローブに最も近い前記集光素子の
   縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記プ
   ローブの内壁に接するようにひいた直線が前記プローブ
   の先端の面と交叉する点から前記集光素子の縁を通過し
   て前記プローブの先端の面と交叉する点の前記集光素子
   による像点へ到達する光路が前記プローブの中心軸と交
   叉する点と、前記プローブ先端の面と交叉する点の前記
   集光素子による像点と、前記像点の光軸に対する対称点
   とで形成される、三角形の内側に設置したことを特徴と
   する請求項２記載の赤外線検出器。
4. 【請求項４】 赤外線受光素子を、集光素子の焦点距離
   ｆと、前記赤外線受光素子の半径ｒｓと、筒状プローブ
   が最大限移動した時の前記プローブに最も近い前記集光
   素子の縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の
   プローブの内壁に接するようにひいた直線が前記プロー
   ブ先端の面と交叉する点と前記プローブの中心軸との距
   離ｒαと、最大限移動した前記集光素子の前記プローブ
   に最も近い縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ
   側の前記プローブの内壁に接するようにひいた直線が前
   記プローブの先端の面と交叉する点と前記集光素子との
   距離Ｌαと、前記集光素子の半径ｒ３と、前記プローブ
   の、前記集光素子と赤外線受光素子の中心軸からの最大
   移動距離ｄを用いて、 【数１】 で与えられるＬ３だけ前記集光素子の焦点よりも集光素
   子から遠くに設置したことを特徴とする請求項３記載の
   赤外線検出器。
5. 【請求項５】 赤外線受光素子を、筒状プローブが最大
   限移動した時の前記プローブに最も近い前記集光素子の
   縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側のプロー
   ブの内壁に接するようにひいた直線が、前記プローブの
   先端の面と交叉する点の前記集光素子による像点よりも
   前記集光素子から遠い位置に設置したことを特徴とする
   請求項１記載の赤外線検出器。
6. 【請求項６】 赤外線受光素子を、筒状プローブが最大
   限移動した時の前記プローブに最も近い前記集光素子の
   縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記プ
   ローブの内壁に接するようにひいた直線が、前記プロー
   ブの先端の面と交叉する点から、前記集光素子の光軸を
   挟んで反対側の縁を通過して前記プローブの先端の面と
   交叉する点の前記集光素子による像点へ到達する光路が
   前記プローブの中心軸と交叉する点と、前記プローブ先
   端の面と交叉する点の前記集光素子による像点と、前記
   像点の光軸に対する対称点とで形成される、三角形の内
   側に設置したことを特徴とする請求項５記載の赤外線検
   出器。
7. 【請求項７】 赤外線受光素子を、集光素子の焦点距離
   ｆと、前記赤外線受光素子の半径ｒｓと、筒状プローブ
   が最大限移動した時の前記プローブに最も近い前記集光
   素子の縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の
   プローブの内壁に接するようにひいた直線が、前記プロ
   ーブの先端の面と交叉する点と前記プローブの中心軸と
   の距離ｒαと、最大限移動した前記集光素子のプローブ
   に最も近い縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ
   側の前記プローブの内壁に接するようにひいた直線が前
   記プローブ先端の面と交叉する点と前記集光素子との距
   離Ｌαと、前記集光素子の半径ｒ３と、前記プローブ
   の、前記集光素子と赤外線受光素子の中心軸からの最大
   移動距離ｄを用いて、 【数２】 で表されるＬ３だけ前記集光素子の焦点よりも集光素子
   から遠くに設置したことを特徴とする請求項６記載の赤
   外線検出器。
8. 【請求項８】 集光素子が屈折レンズであることを特徴
   とする請求項１から７のいずれか１項に記載の赤外線検
   出器。
9. 【請求項９】 集光素子が透過型回折レンズであること
   を特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の赤
   外線検出器。
10. 【請求項１０】 集光素子が集光ミラーであることを特
    徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の赤外線
    検出器。
11. 【請求項１１】 集光素子が反射型回折レンズであるこ
    とを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の
    赤外線検出器。
12. 【請求項１２】 請求項１から１１のいずれか１項に記
    載の赤外線検出器と、前記赤外線検出器の温度を検知す
    る測温素子と、前記赤外線検出器の出力信号と前記測温
    素子の出力信号から体温を計算する信号処理手段と、計
    算された体温を表示する表示手段と前記赤外線検出器を
    収納する本体とを有した放射体温計。
13. 【請求項１３】 集光素子と赤外線受光素子が移動して
    いる間に複数回体温を計算し、その値の最大値を体温と
    して表示する請求項１２記載の放射体温計。