JP3775034B2 - 赤外線検出器およびこれを用いた放射体温計 - Google Patents
赤外線検出器およびこれを用いた放射体温計 Download PDFInfo
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Description
【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７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、（式１）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８を用いて以下に説明する。図８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３ｂに挿入することで、赤外線検出器１が鼓膜３ａ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３ａ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３ａにおいて体温を測定する理由は、鼓膜３ａ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３ａ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３ｂに挿入して鼓膜３ａ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３ｂに挿入するため、外耳道３ｂと接触するプローブ７は温度が上昇していく。図７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３ｂ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３ｂ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】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の赤外線検出器は、少なくとも、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を有し、前記集光素子を通らない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、前記遮光体の前記赤外線受光素子側に反射抑制手段を設け、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して設置する構成とした。
【００１７】
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。また、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、前記遮光体の前記赤外線受光素子側に反射抑制手段を設けたので赤外線受光素子以外の位置へ進行した赤外線が反射して赤外線受光素子に入射してしまうことがない。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、正確な温度検出が可能な構成とすることができる。
【００１８】
さらに、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。
【００１９】
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、外耳道から伝わる熱によりプローブの温度が上昇しても、正確な体温測定のできる放射体温計を実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１にかかる赤外線検出器は、少なくとも、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を有し、前記集光素子を通らない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、前記遮光体の前記赤外線受光素子側に反射抑制手段を設け、前記赤外線受光素子を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光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。
【００２１】
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。また、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、前記遮光体の前記赤外線受光素子側に反射抑制手段を設けたので赤外線受光素子以外の位置へ進行した赤外線が反射して赤外線受光素子に入射してしまうことがない。しかも受光領域を制限し、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。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。
【００２２】
本発明の請求項２にかかる赤外線検出器は、前記赤外線受光素子を、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２つの像点へ到達する光路が光軸と交叉する点と、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２つの像点とで形成される三角形の内側に設置する構成とした。
【００２３】
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。
【００２４】
本発明の請求項３にかかる赤外線検出器は、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、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先端の面と交叉する点と光軸との距離ｒαと、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と前記集光素子との距離Ｌαと、前記集光素子の半径ｒ3 を用いて、
【００２５】
【数４】
【００２６】
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ことが望ましい。
【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できる構成とすることができる。
【００２８】
本発明の請求項４にかかる赤外線検出器は、少なくとも、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を有し、前記集光素子を通らない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、前記遮光体の前記赤外線受光素子側に反射抑制手段を設け、前記赤外線受光素子を、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。
【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５にかかる赤外線検出器は、遮光体の材質として合成樹脂を用いる構成とした。
【００３１】
これにより、反射率の低い合成樹脂により赤外線の反射が抑制される。一般に合成樹脂の放射率は０．９前後と高い値になることが知られている。また、物体に入射する赤外線は、反射成分と吸収成分と透過成分に分けられるが、透過のない場合を考えると、反射率と吸収率の和は１になる。ここでキルヒホッフの法則より、放射率と吸収率は等しいので、結果として放射率の高い合成樹脂は反射率が低いということが言える。そのため、赤外線受光素子以外の位置へ進行した赤外線が、遮光体で反射して赤外線受光素子に入射してしまうことがない。従って、受光領域を制限しプローブから放射される赤外線を受光素子に入射させない作用を完全なものすることができる。
本発明の請求項６にかかる赤外線検出器は、前記赤外線受光素子を、前記プローブの先端の面と交叉する２点から光軸を挟んで前記プローブの先端の面と交叉するそれぞれの点と反対側の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２点の前記集光素子による像点へ到達する２つの光路で挟まれた領域に設置する構成とした。
【００３２】
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。
【００３３】
本発明の請求項７にかかる赤外線検出器は、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、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と光軸との距離ｒαと、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 を用いて、
【００３４】
【数５】
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
本発明の請求項１２にかかる放射体温計は、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。
【００３９】
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。
【００４０】
本発明の請求項１３にかかる放射体温計は、上記赤外線検出器に入射する赤外線を断続するチョッパと、チョッパを駆動する駆動手段と有する放射体温計とした。
【００４１】
本発明の請求項１４にかかる放射体温計は、集光ミラーを有する赤外線検出器を備え、前記集光ミラーに入射する第１の光軸と、前記集光ミラーから射出し赤外線受光素子に入射する第二の光軸とを屈曲させる構成とした。
【００４２】
これにより、外耳道に挿入して測定する放射体温計としての使い勝手を考慮しプローブと本体を屈曲させとき、この角度に併せて光学系も屈曲させることができる。従って、使い勝手がよく、かつ正確な体温測定ができる放射体温計を実現することができる。
【００４３】
【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。
【００４４】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例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は集光素子である屈折レンズ、１４は遮光体、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、α’は屈折レンズ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、Ｆは屈折レンズ１３の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ屈折レンズ１３によるα、α’の像点、Ｋ1 α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、Ｋ2 α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、Ｋ3 α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、Ｋ4 α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、Ｋ1 α' 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、Ｋ2 α' 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、Ｋ3 α' 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、Ｋ4 α' 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Ｋ1 αと光軸との交点である。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、α’として、Ｆαと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Ｋ1 α、Ｋ1 α' 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。
【００４８】
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Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 α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Ｋ2 αを通る光は、屈折レンズ１３を通過してＦ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。同じように、光路Ｋ1 α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Ｋ3 α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Ｋ4 α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。このように、光路Ｋ1 α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。同じように、α’についても、光路Ｋ1 α' と光軸が交叉する点よりも屈折レンズ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。この、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、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Ｋ1 α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。同様に、α’と屈折レンズ１３の間の光路Ｋ1 α' 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。このように、ＦαとＦα' とＦX で形成される三角形の内側に赤外線受光素子１２を設置することでα、α’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にプローブ１５から放射される赤外線も受光しない構成となる。
【００４９】
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。
【００５０】
赤外線受光素子１２はＦA よりも屈折レンズ１３に近い。この時、（式４）、（式５）が成り立つ。
【００５１】
Ｌα≧ｆ＋Ｌ３ （４）
∴Ｌ３≦Ｌα−ｆ （５）
図１に示すように、受光面は光路Ｋ1 α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Ｋ1 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６）を満たす必要がある。
【００５２】
ｒαs1＞ｒｓ （６）
ｒαＳは、ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 、ｒαF 、ｒαS1、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（式７）、（式８）を満たす。
【００５３】
【数６】
【００５４】
【数７】
【００５５】
（式３）を（式６）へ代入することで（数９）が得られる。
【００５６】
【数８】
【００５７】
（式５）、（式９）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（式１０）となる。
【００５８】
【数９】
【００５９】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（式１１）、（式１２）を満たす。
【００６０】
【数１０】
【００６１】
【数１１】
【００６２】
（式１２）を（式１０）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（式１３）となる。
【００６３】
【数１２】
【００６４】
また、ガウスの公式から（式１４）、（式１５）式が成り立つ。
【００６５】
【数１３】
【００６６】
【数１４】
【００６７】
（式１５）を（式１３）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（式１６）となる。
【００６８】
【数１５】
【００６９】
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、（式１０）、或いは（式１３）、或いは（式１６）を満たすよう光学系を設計する必要がある。（式１０）、（式１３）、（式１６）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。
【００７０】
なお、遮光体１４とプローブ１５は一体であっても構わない。
【００７１】
ここで、屈折レンズ１３を透過し、赤外線受光素子１２に入射しないプローブ１５の内面からの赤外線は、遮光体１４の内面に入射することになる。しかし、この遮光体１４の内面は反射抑制手段であるため、入射した赤外線が反射して赤外線受光素子１２に入射するようなことはない。従って、測定誤差の要因となるプローブ１５からの赤外線放射が赤外線受光素子１２に入射するのを確実に阻止し、正確な温度検出ができる。
【００７２】
本実施例において、遮光体１４は、例えばＰＣ、ＰＰＳ、ＰＢＴ、ＰＰ等のような合成樹脂を用いる。一般にこれら合成樹脂の放射率は０．９前後と高い値になることが知られている。また、物体に入射する赤外線は、反射成分と吸収成分と透過成分に分けられるが、透過のない場合を考えると、反射率と吸収率の和は１になる。ここでキルヒホッフの法則より、放射率と吸収率は等しいので、結果として放射率の高い合成樹脂は反射率が低いということが言える。従って、これらの合成樹脂を使用して遮光体１４を構成することで、遮光体１４自体が反射抑制手段となり、赤外線受光素子１２以外の位置へ進行した不要な赤外線が、遮光体１４で反射して赤外線受光素子１２に入射してしまうことがない。従って、受光領域を制限しプローブ１５からの不要な赤外線を赤外線受光素子１２入射させない作用を完全なものすることができる。
【００７３】
また、遮光体１４は赤外線の透過の小さい合成樹脂を用い、また赤外線が透過しないだけの充分な厚さを持たせて設計することは言うまでもない。
【００７４】
なお、本発明では遮光体１４の材料として合成樹脂を用いたが、アルミナ、窒化ケイ素等のセラミックでも同様の効果が得られる。
【００７５】
また、遮光体１４を金属により構成し反射抑制手段として遮光体１４内面に樹脂をコーティング、または着接しても良い。
【００７６】
また尚、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、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。
【００７７】
（実施例２）
図３は本発明の第２の実施例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、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、Ｆα' よりも屈折レンズ１３から遠い部分の光路Ｋ4 α' 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Ｋ1 α、Ｋ1 α' 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。
【００７８】
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Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 α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３中に示すように、光路Ｋ2 α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Ｋ1 α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。光路Ｋ3 α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Ｋ4 α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。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。同じようにα’についても、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。この、Ｆαよりも屈折レンズ１３から遠い部分の光路Ｋ4 αと、Ｆα' よりも屈折レンズ１３から遠い部分の光路Ｋ4 α' 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、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Ｋ1 α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。同様に、α’と屈折レンズ１３の間の光路Ｋ1 α' 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。このように、Ｆαよりも屈折レンズ１３から遠い部分の光路Ｋ4 αと、Ｆα' よりも屈折レンズ１３から遠い部分の光路Ｋ4 α' で挟まれた領域に赤外線受光素子１２を設置することでα、α’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にプローブ１５から放射される赤外線も受光しない構成となる。
【００７９】
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。
【００８０】
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１７）、（式１８）が成り立つ。
【００８１】
ＬαＦ≦ｆ＋Ｌ３ （１７）
∴Ｌ３≧ＬαＦ−ｆ （１８）
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Ｋ4 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１９）を満たす必要がある。
【００８２】
ｒαs4＞ｒｓ （１９）
ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 、ｒαF 、ＬαF 、ｒαS4、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（式２０）、（式２１）を満たす。
【００８３】
【数１６】
【００８４】
【数１７】
【００８５】
（式２１）を（式１９）へ代入することで（式２２）が得られる。
【００８６】
【数１８】
【００８７】
（式１８）（式２２）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（式２３）となる。
【００８８】
【数１９】
【００８９】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（式２４）、（式２５）を満たす。
【００９０】
【数２０】
【００９１】
【数２１】
【００９２】
（式２５）を（式２３）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（式２６）となる。
【００９３】
【数２２】
【００９４】
また、ガウスの公式から（式２７）、（式２８）が成り立つ。
【００９５】
【数２３】
【００９６】
【数２４】
【００９７】
（式２８）を（式２６）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（式２９）となる。
【００９８】
【数２５】
【００９９】
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、（式２３）、或いは（式２６）、或いは（式２９）の条件を満たすよう光学系を設計する必要がある。（式２３）、（式２６）、（式２９）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。
【０１００】
なお、遮光体１４とプローブ１５は一体であっても構わない。
【０１０１】
（実施例３）
図４は本発明の第３の実施例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１６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。
【０１０２】
（実施例４）
図５は本発明の第４の実施例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１６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。
【０１０３】
（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６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１６を使用した赤外線検出器１１を放射体温計１７に応用した例を示すものである。
【０１０４】
この放射体温計１７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１８と、プローブ１５と、信号処理手段１９と、表示手段２０を有しており、樹脂製の本体ケース２１に収められている。赤外線受光素子１２と測温素子１８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２２を赤外線検出器１１の、赤外線受光素子１２と集光ミラー１６の間に配置し、チョッパー２２を駆動するモーター２３を適当な位置に設置する。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。
【０１０５】
また、この赤外線検出器１１は、集光素子として集光ミラー１６を使用しており、プローブ１５を通って集光ミラー１６に入射する第１の光軸と、集光ミラー１６から射出し赤外線受光素子１２に入射する第二の光軸が約１１５度屈曲する構成としている。
【０１０６】
本発明の赤外線検出器１１を放射体温計１７に応用することで、外耳道３ｂ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。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１７を実現することができる。
【０１０７】
また、光軸を屈曲させることで、外耳道３ｂに挿入して測定する放射体温計１７としての使い勝手を考慮しプローブ１５と本体２１を屈曲させとき、この角度に併せて赤外線検出器１１も屈曲させることができる。従って、使い勝手がよく、かつ正確な体温測定ができる放射体温計１７を実現することができる。
【０１０８】
その理由を以下に詳細に説明する。放射体温計１７の形状は使いやすさを考慮した場合、プローブ１５と本体２１を約１１５度屈曲させるのが好ましい。それは放射体温計１７をプローブ１５を外耳道３ｂに挿入して使用するからである。放射体温計１７を本人が手で持って体温測定する場合、もしくは放射体温計１７で他人の体温を測定する場合、放射体温計１７が屈曲していた方が自然な手の位置で体温測定ができる。
【０１０９】
しかし、この屈曲した放射体温計１７に、実施例１ないし４で説明してきたような、プローブ１５と集光素子１６と赤外線受光素子１２が直線的に配置されている赤外線検出器１１を用いる場合、放射体温計１７の奥行が必要以上に大きくなってしまい、使い勝手の悪い物になってしまう。
【０１１０】
しかしながら、本実施例のように、光軸をプローブ１５と本体ケース２１とがなす角度と同じ角度の９０〜１１５度に屈曲させれば、放射体温計１７の奥行きを小さくすることができ、かつ、赤外線検出器の受光領域をプローブ１５からの放射が赤外線受光素子１２に入射しない構成とすることができる。従って、放射体温計１７として使いやすい大きさ形状にすることと、プローブの温度上昇の影響を受けず正確な体温測定をすることを両立させることができる。
【０１１１】
尚、プローブ１５と本体ケースの角度は９０〜１１５度に限られるものではない。
【０１１２】
尚、本実施例において、赤外線受光素子１２として焦電素子を用いたため、チョッパー２２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２２及びチョッパー２２を駆動するモーター２３は必要と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１７を構成することができる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１にかかる赤外線検出器は、少なくとも、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を有し、前記集光素子を通らない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、前記遮光体の前記赤外線受光素子側に反射抑制手段を設け、前記赤外線受光素子を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光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ので、プローブからの赤外線を受光素子以外の点へ集光させ、赤外線受光素子以外の位置へ進行した赤外線が反射して赤外線受光素子に入射してしまうことがない。しかも受光領域を制限し、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。従って、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、正確な温度検出が可能な赤外線検出器を実現することができる。
【０１１４】
本発明の請求項２にかかる赤外線検出器は、前記赤外線受光素子を、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２つの像点へ到達する光路が光軸と交叉する点と、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２つの像点とで形成される三角形の内側に設置する構成としたので、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赤外線検出器を実現することができる。
【０１１５】
本発明の請求項３にかかる赤外線検出器は、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、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先端の面と交叉する点と光軸との距離ｒαと、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と前記集光素子との距離Ｌαと、前記集光素子の半径ｒ3 を用いて、
【０１１６】
【数２６】
【０１１７】
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ので、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赤外線検出器を実現することができる。
【０１１８】
本発明の請求項４にかかる赤外線検出器は、少なくとも、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を有し、前記集光素子を通らない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、前記遮光体の前記赤外線受光素子側に反射抑制手段を設け、前記赤外線受光素子を、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ので、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赤外線検出器を実現することができる。
【０１１９】
本発明の請求項５にかかる赤外線検出器は、遮光体の材質として合成樹脂を用いる構成としたので、赤外線受光素子以外の位置へ進行した赤外線が反射して赤外線受光素子に入射してしまうことがない。従って、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、正確な温度検出が可能な赤外線検出器を実現することができる。
【０１２０】
本発明の請求項６にかかる赤外線検出器は、前記赤外線受光素子を、前記プローブの先端の面と交叉する２点から光軸を挟んで前記プローブの先端の面と交叉するそれぞれの点と反対側の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２点の前記集光素子による像点へ到達する２つの光路で挟まれた領域に設置する構成としたので、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赤外線検出器を実現することができる。
【０１２１】
本発明の請求項７にかかる赤外線検出器は、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、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と光軸との距離ｒαと、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 を用いて、
【０１２２】
【数２７】
【０１２３】
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ので、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測定誤差のない赤外線検出器を実現することができる。
【０１２４】
上記赤外線検出器の集光素子としては、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容易に実現できる。
【０１２５】
本発明の請求項１２にかかる放射体温計は、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ので、外耳道からの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、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。本発明の請求項１４にかかる放射体温計は、上記赤外線検出器に入射する赤外線を断続するチョッパと、チョッパを駆動する駆動手段と有する放射体温計とした。
【０１２６】
本発明の請求項１４にかかる放射体温計は、集光ミラーを有する赤外線検出器を備え、前記集光ミラーに入射する第１の光軸と、前記集光ミラーから射出し赤外線受光素子に入射する第二の光軸とを屈曲させる構成としたので、外耳道に挿入して測定する放射体温計としての使い勝手を考慮しプローブ１５と本体を屈曲さたせとき、この角度に併せて赤外線検出器も屈曲させることができる。従って、使い勝手がよく、かつ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。
【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構成図および光路図
【図２】 同他の構成の赤外線検出器の構成図および光路図
【図３】 本発明の実施例２における赤外線検出器の構成図および光路図
【図４】 本発明の実施例３における赤外線検出器の構成図および光路図
【図５】 本発明の実施例４における赤外線検出器の構成図および光路図
【図６】 本発明の実施例５における放射体温計の構成図
【図７】 従来例における赤外線検出器の構成図
【図８】 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
１４ 遮光体（反射抑制手段）
１５ プローブ
１５ａ 開口部
１６ 集光ミラー
１７ 放射体温計
１８ 測温素子
１９ 信号処理手段
２０ 表示手段
２１ 本体ケース
２２ チョッパー
２３ モーター（チョッパー駆動手段）
Ａ プローブ先端の点
Ａ' プローブ先端の点
Ｆ レンズの焦点
ＦA レンズによるＡの像点
ＦA' レンズによるＡ' の像点
【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７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、（式１）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８を用いて以下に説明する。図８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３ｂに挿入することで、赤外線検出器１が鼓膜３ａ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３ａ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３ａにおいて体温を測定する理由は、鼓膜３ａ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３ａ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３ｂに挿入して鼓膜３ａ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３ｂに挿入するため、外耳道３ｂと接触するプローブ７は温度が上昇していく。図７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３ｂ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３ｂ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】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の赤外線検出器は、少なくとも、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を有し、前記集光素子を通らない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、前記遮光体の前記赤外線受光素子側に反射抑制手段を設け、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して設置する構成とした。
【００１７】
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。また、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、前記遮光体の前記赤外線受光素子側に反射抑制手段を設けたので赤外線受光素子以外の位置へ進行した赤外線が反射して赤外線受光素子に入射してしまうことがない。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、正確な温度検出が可能な構成とすることができる。
【００１８】
さらに、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。
【００１９】
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、外耳道から伝わる熱によりプローブの温度が上昇しても、正確な体温測定のできる放射体温計を実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１にかかる赤外線検出器は、少なくとも、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を有し、前記集光素子を通らない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、前記遮光体の前記赤外線受光素子側に反射抑制手段を設け、前記赤外線受光素子を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光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。
【００２１】
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。また、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、前記遮光体の前記赤外線受光素子側に反射抑制手段を設けたので赤外線受光素子以外の位置へ進行した赤外線が反射して赤外線受光素子に入射してしまうことがない。しかも受光領域を制限し、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。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。
【００２２】
本発明の請求項２にかかる赤外線検出器は、前記赤外線受光素子を、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２つの像点へ到達する光路が光軸と交叉する点と、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２つの像点とで形成される三角形の内側に設置する構成とした。
【００２３】
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。
【００２４】
本発明の請求項３にかかる赤外線検出器は、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、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先端の面と交叉する点と光軸との距離ｒαと、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と前記集光素子との距離Ｌαと、前記集光素子の半径ｒ3 を用いて、
【００２５】
【数４】
【００２６】
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ことが望ましい。
【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できる構成とすることができる。
【００２８】
本発明の請求項４にかかる赤外線検出器は、少なくとも、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を有し、前記集光素子を通らない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、前記遮光体の前記赤外線受光素子側に反射抑制手段を設け、前記赤外線受光素子を、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。
【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５にかかる赤外線検出器は、遮光体の材質として合成樹脂を用いる構成とした。
【００３１】
これにより、反射率の低い合成樹脂により赤外線の反射が抑制される。一般に合成樹脂の放射率は０．９前後と高い値になることが知られている。また、物体に入射する赤外線は、反射成分と吸収成分と透過成分に分けられるが、透過のない場合を考えると、反射率と吸収率の和は１になる。ここでキルヒホッフの法則より、放射率と吸収率は等しいので、結果として放射率の高い合成樹脂は反射率が低いということが言える。そのため、赤外線受光素子以外の位置へ進行した赤外線が、遮光体で反射して赤外線受光素子に入射してしまうことがない。従って、受光領域を制限しプローブから放射される赤外線を受光素子に入射させない作用を完全なものすることができる。
本発明の請求項６にかかる赤外線検出器は、前記赤外線受光素子を、前記プローブの先端の面と交叉する２点から光軸を挟んで前記プローブの先端の面と交叉するそれぞれの点と反対側の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２点の前記集光素子による像点へ到達する２つの光路で挟まれた領域に設置する構成とした。
【００３２】
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。
【００３３】
本発明の請求項７にかかる赤外線検出器は、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、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と光軸との距離ｒαと、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 を用いて、
【００３４】
【数５】
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
本発明の請求項１２にかかる放射体温計は、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。
【００３９】
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。
【００４０】
本発明の請求項１３にかかる放射体温計は、上記赤外線検出器に入射する赤外線を断続するチョッパと、チョッパを駆動する駆動手段と有する放射体温計とした。
【００４１】
本発明の請求項１４にかかる放射体温計は、集光ミラーを有する赤外線検出器を備え、前記集光ミラーに入射する第１の光軸と、前記集光ミラーから射出し赤外線受光素子に入射する第二の光軸とを屈曲させる構成とした。
【００４２】
これにより、外耳道に挿入して測定する放射体温計としての使い勝手を考慮しプローブと本体を屈曲させとき、この角度に併せて光学系も屈曲させることができる。従って、使い勝手がよく、かつ正確な体温測定ができる放射体温計を実現することができる。
【００４３】
【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。
【００４４】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例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は集光素子である屈折レンズ、１４は遮光体、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、α’は屈折レンズ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、Ｆは屈折レンズ１３の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ屈折レンズ１３によるα、α’の像点、Ｋ1 α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、Ｋ2 α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、Ｋ3 α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、Ｋ4 α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、Ｋ1 α' 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、Ｋ2 α' 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、Ｋ3 α' 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、Ｋ4 α' 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Ｋ1 αと光軸との交点である。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、α’として、Ｆαと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Ｋ1 α、Ｋ1 α' 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。
【００４８】
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Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 α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Ｋ2 αを通る光は、屈折レンズ１３を通過してＦ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。同じように、光路Ｋ1 α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Ｋ3 α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Ｋ4 α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。このように、光路Ｋ1 α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。同じように、α’についても、光路Ｋ1 α' と光軸が交叉する点よりも屈折レンズ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。この、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、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Ｋ1 α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。同様に、α’と屈折レンズ１３の間の光路Ｋ1 α' 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。このように、ＦαとＦα' とＦX で形成される三角形の内側に赤外線受光素子１２を設置することでα、α’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にプローブ１５から放射される赤外線も受光しない構成となる。
【００４９】
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。
【００５０】
赤外線受光素子１２はＦA よりも屈折レンズ１３に近い。この時、（式４）、（式５）が成り立つ。
【００５１】
Ｌα≧ｆ＋Ｌ３ （４）
∴Ｌ３≦Ｌα−ｆ （５）
図１に示すように、受光面は光路Ｋ1 α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Ｋ1 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６）を満たす必要がある。
【００５２】
ｒαs1＞ｒｓ （６）
ｒαＳは、ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 、ｒαF 、ｒαS1、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（式７）、（式８）を満たす。
【００５３】
【数６】
【００５４】
【数７】
【００５５】
（式３）を（式６）へ代入することで（数９）が得られる。
【００５６】
【数８】
【００５７】
（式５）、（式９）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（式１０）となる。
【００５８】
【数９】
【００５９】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（式１１）、（式１２）を満たす。
【００６０】
【数１０】
【００６１】
【数１１】
【００６２】
（式１２）を（式１０）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（式１３）となる。
【００６３】
【数１２】
【００６４】
また、ガウスの公式から（式１４）、（式１５）式が成り立つ。
【００６５】
【数１３】
【００６６】
【数１４】
【００６７】
（式１５）を（式１３）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（式１６）となる。
【００６８】
【数１５】
【００６９】
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、（式１０）、或いは（式１３）、或いは（式１６）を満たすよう光学系を設計する必要がある。（式１０）、（式１３）、（式１６）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。
【００７０】
なお、遮光体１４とプローブ１５は一体であっても構わない。
【００７１】
ここで、屈折レンズ１３を透過し、赤外線受光素子１２に入射しないプローブ１５の内面からの赤外線は、遮光体１４の内面に入射することになる。しかし、この遮光体１４の内面は反射抑制手段であるため、入射した赤外線が反射して赤外線受光素子１２に入射するようなことはない。従って、測定誤差の要因となるプローブ１５からの赤外線放射が赤外線受光素子１２に入射するのを確実に阻止し、正確な温度検出ができる。
【００７２】
本実施例において、遮光体１４は、例えばＰＣ、ＰＰＳ、ＰＢＴ、ＰＰ等のような合成樹脂を用いる。一般にこれら合成樹脂の放射率は０．９前後と高い値になることが知られている。また、物体に入射する赤外線は、反射成分と吸収成分と透過成分に分けられるが、透過のない場合を考えると、反射率と吸収率の和は１になる。ここでキルヒホッフの法則より、放射率と吸収率は等しいので、結果として放射率の高い合成樹脂は反射率が低いということが言える。従って、これらの合成樹脂を使用して遮光体１４を構成することで、遮光体１４自体が反射抑制手段となり、赤外線受光素子１２以外の位置へ進行した不要な赤外線が、遮光体１４で反射して赤外線受光素子１２に入射してしまうことがない。従って、受光領域を制限しプローブ１５からの不要な赤外線を赤外線受光素子１２入射させない作用を完全なものすることができる。
【００７３】
また、遮光体１４は赤外線の透過の小さい合成樹脂を用い、また赤外線が透過しないだけの充分な厚さを持たせて設計することは言うまでもない。
【００７４】
なお、本発明では遮光体１４の材料として合成樹脂を用いたが、アルミナ、窒化ケイ素等のセラミックでも同様の効果が得られる。
【００７５】
また、遮光体１４を金属により構成し反射抑制手段として遮光体１４内面に樹脂をコーティング、または着接しても良い。
【００７６】
また尚、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、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。
【００７７】
（実施例２）
図３は本発明の第２の実施例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、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、Ｆα' よりも屈折レンズ１３から遠い部分の光路Ｋ4 α' 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Ｋ1 α、Ｋ1 α' 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。
【００７８】
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Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 α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３中に示すように、光路Ｋ2 α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Ｋ1 α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。光路Ｋ3 α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Ｋ4 α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。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。同じようにα’についても、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。この、Ｆαよりも屈折レンズ１３から遠い部分の光路Ｋ4 αと、Ｆα' よりも屈折レンズ１３から遠い部分の光路Ｋ4 α' 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、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Ｋ1 α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。同様に、α’と屈折レンズ１３の間の光路Ｋ1 α' 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。このように、Ｆαよりも屈折レンズ１３から遠い部分の光路Ｋ4 αと、Ｆα' よりも屈折レンズ１３から遠い部分の光路Ｋ4 α' で挟まれた領域に赤外線受光素子１２を設置することでα、α’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にプローブ１５から放射される赤外線も受光しない構成となる。
【００７９】
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。
【００８０】
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１７）、（式１８）が成り立つ。
【００８１】
ＬαＦ≦ｆ＋Ｌ３ （１７）
∴Ｌ３≧ＬαＦ−ｆ （１８）
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Ｋ4 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１９）を満たす必要がある。
【００８２】
ｒαs4＞ｒｓ （１９）
ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 、ｒαF 、ＬαF 、ｒαS4、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（式２０）、（式２１）を満たす。
【００８３】
【数１６】
【００８４】
【数１７】
【００８５】
（式２１）を（式１９）へ代入することで（式２２）が得られる。
【００８６】
【数１８】
【００８７】
（式１８）（式２２）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（式２３）となる。
【００８８】
【数１９】
【００８９】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（式２４）、（式２５）を満たす。
【００９０】
【数２０】
【００９１】
【数２１】
【００９２】
（式２５）を（式２３）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（式２６）となる。
【００９３】
【数２２】
【００９４】
また、ガウスの公式から（式２７）、（式２８）が成り立つ。
【００９５】
【数２３】
【００９６】
【数２４】
【００９７】
（式２８）を（式２６）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（式２９）となる。
【００９８】
【数２５】
【００９９】
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、（式２３）、或いは（式２６）、或いは（式２９）の条件を満たすよう光学系を設計する必要がある。（式２３）、（式２６）、（式２９）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。
【０１００】
なお、遮光体１４とプローブ１５は一体であっても構わない。
【０１０１】
（実施例３）
図４は本発明の第３の実施例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１６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。
【０１０２】
（実施例４）
図５は本発明の第４の実施例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１６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。
【０１０３】
（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６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１６を使用した赤外線検出器１１を放射体温計１７に応用した例を示すものである。
【０１０４】
この放射体温計１７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１８と、プローブ１５と、信号処理手段１９と、表示手段２０を有しており、樹脂製の本体ケース２１に収められている。赤外線受光素子１２と測温素子１８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２２を赤外線検出器１１の、赤外線受光素子１２と集光ミラー１６の間に配置し、チョッパー２２を駆動するモーター２３を適当な位置に設置する。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。
【０１０５】
また、この赤外線検出器１１は、集光素子として集光ミラー１６を使用しており、プローブ１５を通って集光ミラー１６に入射する第１の光軸と、集光ミラー１６から射出し赤外線受光素子１２に入射する第二の光軸が約１１５度屈曲する構成としている。
【０１０６】
本発明の赤外線検出器１１を放射体温計１７に応用することで、外耳道３ｂ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。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１７を実現することができる。
【０１０７】
また、光軸を屈曲させることで、外耳道３ｂに挿入して測定する放射体温計１７としての使い勝手を考慮しプローブ１５と本体２１を屈曲させとき、この角度に併せて赤外線検出器１１も屈曲させることができる。従って、使い勝手がよく、かつ正確な体温測定ができる放射体温計１７を実現することができる。
【０１０８】
その理由を以下に詳細に説明する。放射体温計１７の形状は使いやすさを考慮した場合、プローブ１５と本体２１を約１１５度屈曲させるのが好ましい。それは放射体温計１７をプローブ１５を外耳道３ｂに挿入して使用するからである。放射体温計１７を本人が手で持って体温測定する場合、もしくは放射体温計１７で他人の体温を測定する場合、放射体温計１７が屈曲していた方が自然な手の位置で体温測定ができる。
【０１０９】
しかし、この屈曲した放射体温計１７に、実施例１ないし４で説明してきたような、プローブ１５と集光素子１６と赤外線受光素子１２が直線的に配置されている赤外線検出器１１を用いる場合、放射体温計１７の奥行が必要以上に大きくなってしまい、使い勝手の悪い物になってしまう。
【０１１０】
しかしながら、本実施例のように、光軸をプローブ１５と本体ケース２１とがなす角度と同じ角度の９０〜１１５度に屈曲させれば、放射体温計１７の奥行きを小さくすることができ、かつ、赤外線検出器の受光領域をプローブ１５からの放射が赤外線受光素子１２に入射しない構成とすることができる。従って、放射体温計１７として使いやすい大きさ形状にすることと、プローブの温度上昇の影響を受けず正確な体温測定をすることを両立させることができる。
【０１１１】
尚、プローブ１５と本体ケースの角度は９０〜１１５度に限られるものではない。
【０１１２】
尚、本実施例において、赤外線受光素子１２として焦電素子を用いたため、チョッパー２２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２２及びチョッパー２２を駆動するモーター２３は必要と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１７を構成することができる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１にかかる赤外線検出器は、少なくとも、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を有し、前記集光素子を通らない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、前記遮光体の前記赤外線受光素子側に反射抑制手段を設け、前記赤外線受光素子を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光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ので、プローブからの赤外線を受光素子以外の点へ集光させ、赤外線受光素子以外の位置へ進行した赤外線が反射して赤外線受光素子に入射してしまうことがない。しかも受光領域を制限し、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。従って、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、正確な温度検出が可能な赤外線検出器を実現することができる。
【０１１４】
本発明の請求項２にかかる赤外線検出器は、前記赤外線受光素子を、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２つの像点へ到達する光路が光軸と交叉する点と、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２つの像点とで形成される三角形の内側に設置する構成としたので、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赤外線検出器を実現することができる。
【０１１５】
本発明の請求項３にかかる赤外線検出器は、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、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先端の面と交叉する点と光軸との距離ｒαと、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と前記集光素子との距離Ｌαと、前記集光素子の半径ｒ3 を用いて、
【０１１６】
【数２６】
【０１１７】
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ので、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赤外線検出器を実現することができる。
【０１１８】
本発明の請求項４にかかる赤外線検出器は、少なくとも、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を有し、前記集光素子を通らない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、前記遮光体の前記赤外線受光素子側に反射抑制手段を設け、前記赤外線受光素子を、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ので、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赤外線検出器を実現することができる。
【０１１９】
本発明の請求項５にかかる赤外線検出器は、遮光体の材質として合成樹脂を用いる構成としたので、赤外線受光素子以外の位置へ進行した赤外線が反射して赤外線受光素子に入射してしまうことがない。従って、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、正確な温度検出が可能な赤外線検出器を実現することができる。
【０１２０】
本発明の請求項６にかかる赤外線検出器は、前記赤外線受光素子を、前記プローブの先端の面と交叉する２点から光軸を挟んで前記プローブの先端の面と交叉するそれぞれの点と反対側の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２点の前記集光素子による像点へ到達する２つの光路で挟まれた領域に設置する構成としたので、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赤外線検出器を実現することができる。
【０１２１】
本発明の請求項７にかかる赤外線検出器は、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、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と光軸との距離ｒαと、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 を用いて、
【０１２２】
【数２７】
【０１２３】
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ので、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測定誤差のない赤外線検出器を実現することができる。
【０１２４】
上記赤外線検出器の集光素子としては、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容易に実現できる。
【０１２５】
本発明の請求項１２にかかる放射体温計は、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ので、外耳道からの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、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。本発明の請求項１４にかかる放射体温計は、上記赤外線検出器に入射する赤外線を断続するチョッパと、チョッパを駆動する駆動手段と有する放射体温計とした。
【０１２６】
本発明の請求項１４にかかる放射体温計は、集光ミラーを有する赤外線検出器を備え、前記集光ミラーに入射する第１の光軸と、前記集光ミラーから射出し赤外線受光素子に入射する第二の光軸とを屈曲させる構成としたので、外耳道に挿入して測定する放射体温計としての使い勝手を考慮しプローブ１５と本体を屈曲さたせとき、この角度に併せて赤外線検出器も屈曲させることができる。従って、使い勝手がよく、かつ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。
【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構成図および光路図
【図２】 同他の構成の赤外線検出器の構成図および光路図
【図３】 本発明の実施例２における赤外線検出器の構成図および光路図
【図４】 本発明の実施例３における赤外線検出器の構成図および光路図
【図５】 本発明の実施例４における赤外線検出器の構成図および光路図
【図６】 本発明の実施例５における放射体温計の構成図
【図７】 従来例における赤外線検出器の構成図
【図８】 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
１４ 遮光体（反射抑制手段）
１５ プローブ
１５ａ 開口部
１６ 集光ミラー
１７ 放射体温計
１８ 測温素子
１９ 信号処理手段
２０ 表示手段
２１ 本体ケース
２２ チョッパー
２３ モーター（チョッパー駆動手段）
Ａ プローブ先端の点
Ａ' プローブ先端の点
Ｆ レンズの焦点
ＦA レンズによるＡの像点
ＦA' レンズによるＡ' の像点
Claims (14)
- 少なくとも、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、前記遮光体の前記赤外線受光素子側に反射抑制手段を設け、前記赤外線受光素子を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光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ことを特徴とする赤外線検出器。
- 赤外線受光素子を、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光軸と交叉する点と、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２つの像点とで形成される、前記集光素子の子午面内の三角形の内側に設置することを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出器。
- 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、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光軸との距離ｒαと、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と前記集光素子との距離Ｌαと、前記集光素子の半径ｒ3 を用いて、
- 少なくとも、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、前記遮光体の前記赤外線受光素子側に反射抑制手段を設け、前記赤外線受光素子を、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することを特徴とする赤外線検出器。
- 遮光体の材質として合成樹脂を用いる請求項１〜４のいずれか 1 項に記載の赤外線検出器。
- 赤外線受光素子を、プローブの先端の面と交叉する２点から光軸を挟んで前記プローブの先端の面と交叉するそれぞれの点と反対側の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２点の前記集光素子による像点へ到達する、前記集光素子の子午面内の２つの光路で挟まれた領域に設置することを特徴とする請求項４または５に記載の赤外線検出器。
- 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、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光軸との距離ｒαと、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 を用いて、
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 赤外線検出器に入射する赤外線を断続するチョッパと、チョッパを駆動する駆動手段と有した請求項１２に記載の放射体温計。
- 請求項１１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、集光ミラーは、前記集光ミラーに入射する第１の光軸と、前記集光ミラーから射出し赤外線受光素子に入射する第二の光軸とを屈曲させる構成とした放射体温計。
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