JPH03202733A - Infrared-ray thermometer - Google Patents

Infrared-ray thermometer

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Publication number
JPH03202733A
JPH03202733A JP34318889A JP34318889A JPH03202733A JP H03202733 A JPH03202733 A JP H03202733A JP 34318889 A JP34318889 A JP 34318889A JP 34318889 A JP34318889 A JP 34318889A JP H03202733 A JPH03202733 A JP H03202733A
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JP
Japan
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temperature
infrared
lens
detection element
sensor holder
Prior art date
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Pending
Application number
JP34318889A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Shinagawa
勉 品川
Hiroshi Aoki
博史 青木
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP34318889A priority Critical patent/JPH03202733A/en
Publication of JPH03202733A publication Critical patent/JPH03202733A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To make it possible to perform highly accurate measurement even if environmental temperature is suddenly changed by providing a structure wherein a lens, an infrared-ray detecting element, a sensor holder, stop parts and the like are contained in a case which is provided in a heat insulating structure part. CONSTITUTION:An infrared-ray detecting element 52 and a lens 50 are held in a hollow sensor holder (formed of a material having high heat conductivity) 54. An infrared-ray inlet diaphragm 54a is formed at a part in front of the lens. An outlet diaphragm 54b is formed at the rear part of the lens 50. The inner surface of the holder 54 functions as a lens barrel for the lens 50. The entire holder 54 acts as a heat sink for the lens 50 and the element 52. A temperature sensor 56 is attached to the element 52. A preamplifier 58 is provided at the rear position of the element 52. The constituent members described above are contained in a case 60 as a unitary body. A heat insulating structure part 60a is provided in the case 60, and the effect of environmental temperature on the holder 54 is decreased. Thus the temperature differences in the diaphragms 54a and 54b and the element 52 are decreased, and the temperature of the element 52 can be accurately measured with the sensor 56.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、環境温度の影響を受けず精度の良い温度計測
を行うことができる赤外線温度計に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an infrared thermometer that is capable of measuring temperature with high accuracy without being affected by environmental temperature.

[従来の技術] 従来より、各種の温度計が知られており、測定対象物の
温度を非接触状態で測定できるものとして赤外線温度計
がある。そして、この赤外線温度計は、測定対象物から
放出された赤外線量を検出して、その物体の温度を測定
するものである。
[Prior Art] Various thermometers have been known in the past, and an infrared thermometer is one that can measure the temperature of an object in a non-contact manner. This infrared thermometer measures the temperature of an object by detecting the amount of infrared rays emitted from the object.

ここで、従来の赤外線温度計は、例えば第6図に示すよ
うに、入射する赤外線を集光するレンズ10と、このレ
ンズ10によって集光された赤外線を検出して電気的信
号を出力する赤外線検出素子12とを有しており、この
赤外線検出素子12から出力される信号が測定対象の温
度についての出力となる。
Here, as shown in FIG. 6, for example, a conventional infrared thermometer includes a lens 10 that collects incident infrared rays, and an infrared ray that detects the infrared rays collected by this lens 10 and outputs an electrical signal. The infrared detection element 12 has a detection element 12, and the signal output from the infrared detection element 12 is the output regarding the temperature of the object to be measured.

そして、このレンズ10及び赤外線検出素子12はホル
ダ14によって保持されている。このセンサホルダ14
は、前部ホルダ14a1後部ホルダ14b、中間部ホル
ダ14cからなっており、前部ホルダ14aの後端部に
よってレンズ1oを保持し、後部ホルダ14bの前端部
に赤外線検出素子12によって嵌合保持している。
The lens 10 and the infrared detection element 12 are held by a holder 14. This sensor holder 14
consists of a front holder 14a, a rear holder 14b, and an intermediate holder 14c, and the lens 1o is held by the rear end of the front holder 14a, and is fitted and held by the infrared detection element 12 at the front end of the rear holder 14b. ing.

また、前部ホルダ14aはその前端部が入射する赤外線
を規制する入射絞り16に形成され、レンズ10と赤外
線検出素子12の間にはレンズ10により集光された赤
外線を規制する射出絞り18が配置されている。なお、
この射出絞り18は、中間部ホルダ14cに固定されて
いる。
Further, the front end of the front holder 14a is formed into an entrance diaphragm 16 that regulates incoming infrared rays, and an exit diaphragm 18 that regulates infrared rays collected by the lens 10 is provided between the lens 10 and the infrared detection element 12. It is located. In addition,
This injection aperture 18 is fixed to the intermediate holder 14c.

そして、このような従来の赤外線温度計においては、測
定対象物から放射される赤外線のうち入射絞り16、レ
ンズ10、射出絞り18を通過し集光されたものが赤外
線検出素子12に入射する。
In such a conventional infrared thermometer, among the infrared rays emitted from the object to be measured, the infrared rays that pass through the entrance aperture 16, the lens 10, and the exit aperture 18 and are focused are incident on the infrared detection element 12.

そして、赤外線検出素子12より人動赤外線量に応じた
電気信号が出力される。
Then, the infrared detection element 12 outputs an electric signal corresponding to the amount of human infrared rays.

ここで、7JllJ定対象物から放射される赤外線量は
、その温度に依存する。このため、赤外線検出素子12
の出力により測定対象物の温度を算出することができる
。このように、赤外線温度計により、非接触で測定対象
物の温度を測定することができる。
Here, the amount of infrared rays emitted from a constant object depends on its temperature. Therefore, the infrared detection element 12
The temperature of the object to be measured can be calculated from the output. In this way, the temperature of the object to be measured can be measured without contact with the infrared thermometer.

ところが、このような赤外線温度計においては、測定対
象物以外の物体から放出された赤外線が入射したり、環
境温度の変化に応じ、温度計自体の温度が変化すること
により、測定誤差が生じてしまう。
However, with such infrared thermometers, measurement errors may occur due to infrared rays emitted from objects other than the object being measured, or due to changes in the temperature of the thermometer itself in response to changes in the environmental temperature. Put it away.

そこで、従来の赤外線温度計及び赤外線放射計(赤外線
温度計としても使用することができる)においても環境
温度の変動による影響を考慮したものが提案されている
Therefore, conventional infrared thermometers and infrared radiometers (which can also be used as infrared thermometers) have been proposed that take into account the effects of environmental temperature fluctuations.

実開昭55−145329号公報には、人体の体温を測
定する小型電子体温計において、これを人が手で握った
り、直射日光が照射された場合に、内部の機器間に温度
差が生じ測定誤差が発生するのを減少する構成が示され
ている。すなわち、この従来例においては、赤外線検出
素子として焦電型の素子を用い、この赤外線検出素子の
近くに断熱材を装備して環境温度の影響を減少し、測定
誤差を抑制している。
Japanese Utility Model Publication No. 55-145329 discloses that in a small electronic thermometer that measures human body temperature, when a person holds it in their hands or when it is exposed to direct sunlight, a temperature difference occurs between the internal devices and the measurement is interrupted. A configuration is shown that reduces the occurrence of errors. That is, in this conventional example, a pyroelectric element is used as the infrared detection element, and a heat insulating material is provided near the infrared detection element to reduce the influence of environmental temperature and suppress measurement errors.

一方、特開平1−110225号公報に示されているの
は、温度計としても利用できる赤外線放射計に関するも
のであり、光学系の温度をモニタすることにより、レン
ズ等の光学系の温度ドリフトの影響を補正する量子型の
ものが示されている。
On the other hand, JP-A-1-110225 discloses an infrared radiometer that can also be used as a thermometer, and by monitoring the temperature of the optical system, temperature drift in optical systems such as lenses can be detected. A quantum version is shown that corrects for the effects.

すなわち、この赤外線放射線計は、量子型の赤外線検出
素子が光学系の中でレンズのみを見込むようにコールド
シールドにより視野を制限している。
That is, in this infrared radiation meter, the field of view is limited by a cold shield so that the quantum-type infrared detection element looks only into the lens in the optical system.

そして、レンズを保持する鏡筒を高熱伝導率の材料で製
作するとともに、この鏡筒温度を測定しておき、光学系
から放出される赤外線量を補正している。
The lens barrel that holds the lens is made of a material with high thermal conductivity, and the temperature of this lens barrel is measured to correct the amount of infrared rays emitted from the optical system.

[発明が解決しようとする課題〕 上述のように、実開昭55−145329号公報に示さ
れた温度計では、断熱材を設けて温度計内部の温度差発
生を抑制している。すなわち、赤外線検出素子として焦
電型のものを利用した場合、その素子の手前に入射光の
断続を行うチョッパを有している。このため、断熱材を
設けることにより、チョッパと焦電型検出素子との間の
温度差を減少することはでき、これに起因する誤差を減
少することができる。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, in the thermometer disclosed in Japanese Utility Model Application Publication No. 55-145329, a heat insulating material is provided to suppress the generation of temperature differences inside the thermometer. That is, when a pyroelectric type is used as an infrared detection element, a chopper is provided in front of the element for cutting and cutting incident light. Therefore, by providing a heat insulating material, it is possible to reduce the temperature difference between the chopper and the pyroelectric detection element, and the error caused by this can be reduced.

しかし、この温度計においては、鏡筒内面から射出され
る赤外線の影響を全く考慮していない。
However, this thermometer does not take into account the influence of infrared rays emitted from the inner surface of the lens barrel.

そこで、温度計周囲の環境感度が大きく変化すると、光
学系の鏡筒と赤外線検出素子の間に温度差が発生し、鏡
筒内面から射出される赤外線が温度測定に大きく影響す
ることとなる。
Therefore, if the environmental sensitivity around the thermometer changes significantly, a temperature difference will occur between the lens barrel of the optical system and the infrared detection element, and the infrared rays emitted from the inner surface of the lens barrel will greatly affect temperature measurement.

第7図は鏡筒から射出される赤外線の影響を考慮してい
ない従来の赤外線温度計を環境温度の大きく変化する状
況下で使用した時の温度計出力を示したものであり、こ
の例においては、測定対象である黒体炉温度を35℃一
定とし、環境温度が60℃から25℃へ変化した時の温
度計出力が示されている。
Figure 7 shows the thermometer output when a conventional infrared thermometer, which does not take into account the effects of infrared rays emitted from the lens barrel, is used under conditions where the environmental temperature changes significantly. shows the thermometer output when the environmental temperature changes from 60°C to 25°C, with the blackbody furnace temperature being measured being constant at 35°C.

図より明らかなように、環境温度が変化すると、これに
つれて光学系特に鏡筒の入射絞り温度が検出素子より先
に変化し、鏡筒から射出される赤外線を検出素子が感知
してしまう。そこで、温度計出力は黒体炉温度より低め
になる。
As is clear from the figure, when the environmental temperature changes, the temperature of the optical system, particularly the entrance aperture of the lens barrel, changes before the detection element, and the detection element senses the infrared rays emitted from the lens barrel. Therefore, the thermometer output will be lower than the blackbody furnace temperature.

次に、検出素子温度が変化して、鏡筒温度に近づくと、
両者の温度差に起因する誤差は少なくなり、両者の温度
が等しくなった時に正しい出力に戻る。
Next, when the detection element temperature changes and approaches the lens barrel temperature,
The error caused by the temperature difference between the two will be reduced, and the correct output will return when the two temperatures become equal.

このように、環境温度が大きく変化した時には、鏡筒か
ら射出される赤外線に起因して測定誤差を生じる。そし
て、測定対象の温度が常温近辺の場合には、この測定誤
差が非常に大きく、温度計として使用できないという問
題点があった。
As described above, when the environmental temperature changes significantly, measurement errors occur due to infrared rays emitted from the lens barrel. When the temperature of the object to be measured is around room temperature, this measurement error is so large that it cannot be used as a thermometer.

一方、特開平1−11022号公報に示された赤外線放
射計においては、環境温度が大きくかつ急激に変化した
場合には、コールドシールド自体の温度が変化してしま
い、検出素子とコールドシールドの間に温度差が生じて
しまう。そこで、コールドシールドから射出される赤外
線を検出素子が感知してしまい、上述の実開昭55−1
45329号公報に示された温度計と同様に、環境温度
が大きく変化し、かつ常温付近における温度計測を行う
場合には、正確な温度計測を行えないという問題点があ
った。
On the other hand, in the infrared radiometer disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-11022, if the environmental temperature changes greatly and rapidly, the temperature of the cold shield itself changes, and the gap between the detection element and the cold shield changes. A temperature difference will occur. Therefore, the detection element senses the infrared rays emitted from the cold shield, and the above-mentioned Utility Model Application No. 55-1
Similar to the thermometer disclosed in Japanese Patent No. 45329, there is a problem in that accurate temperature measurement cannot be performed when the environmental temperature changes significantly and temperature measurement is performed near normal temperature.

そこで、本発明者等は、従来の赤外線温度計について、
各種の実験等を行い、従来の赤外線温度計において計測
精度が上らない(特に、常温付近では事実上計測できな
い)理由が次の点にあることを見出した。
Therefore, the inventors of the present invention, regarding the conventional infrared thermometer,
After conducting various experiments, we discovered that the reason why conventional infrared thermometers do not improve their measurement accuracy (particularly, they are virtually impossible to measure near room temperature) is as follows.

(A)環境温度が急変すると、検出素子自身の温度が急
変するため、熱型赤外線検出素子内部の熱バランスが崩
れたり、検出素子のパッケージ自身の温度に不均一を生
じ、これに応じて温度計の出力値が変動すること。そし
て、このような検出素子における温度差に起因する誤差
は、その検出素子の周辺の温度を検出しても無意味なた
め、通常の温度補償によっては対応できないこと。
(A) When the environmental temperature changes suddenly, the temperature of the detection element itself changes suddenly, which may cause the thermal balance inside the thermal infrared detection element to collapse, or the temperature of the detection element package itself to become uneven, causing the temperature to change accordingly. The output value of the meter fluctuates. Errors caused by temperature differences in such detection elements cannot be dealt with by normal temperature compensation, since it is meaningless to detect the temperature around the detection element.

(B)環境温度の急変により、光学系を構成する鏡筒と
検出素子の間に温度差が発生し、鏡筒自身から射出され
る赤外線を検出素子が感知してしまうこと。
(B) Due to a sudden change in environmental temperature, a temperature difference occurs between the lens barrel and the detection element that make up the optical system, and the detection element senses infrared rays emitted from the lens barrel itself.

そこで、これらの点を解消できれば、環境温度が急変す
る場合においても、常温付近の測定対象の温度を精度良
く測定できると考えられる。
Therefore, if these points can be resolved, it is thought that even when the environmental temperature changes suddenly, it will be possible to accurately measure the temperature of the measurement target near normal temperature.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、環境温
度が大きくかつ急激に変化する条件下においても、常温
付近の測定対象の温度を精度良く測定でき、かつ取扱い
が容易な赤外線温度計を提供することを目的とする。
The present invention was made in view of the above problems, and provides an infrared thermometer that can accurately measure the temperature of a measurement target near room temperature even under conditions where the environmental temperature changes greatly and rapidly, and is easy to handle. The purpose is to provide.

[課題を解決するための手段] 本発明に係る赤外線温度計は、入射する赤外線を集光す
るレンズと、該レンズによって集光された赤外線を更に
絞る絞りと、前記レンズ及び前記絞りを通過した赤外線
を検出して電気的な信号を出力する赤外線検出素子と、
前記絞りを備えた鏡筒を内設するとともに、赤外線検出
素子及びレンズを保持し、前記鏡筒と前記赤外線検出素
子とを熱的に結合するセンサホルダと、前記赤外線検出
素子の近傍に設けられ前記赤外線検出素子の温度を検出
する温度センサと、内部に断熱構造部を有し、センナホ
ルダ及び赤外線検出素子を収納して、赤外線検出素子、
センサホルダ間の温度差を減少させるとともにこれらの
温度変化を減少させるケースと、を備えてなることを特
徴とする。
[Means for Solving the Problems] An infrared thermometer according to the present invention includes a lens that collects incident infrared rays, an aperture that further narrows down the infrared light that has been focused by the lens, and a thermometer that has passed through the lens and the aperture. an infrared detection element that detects infrared rays and outputs an electrical signal;
A sensor holder that includes a lens barrel provided with the aperture, holds an infrared detection element and a lens, and thermally couples the lens barrel and the infrared detection element; and a sensor holder provided near the infrared detection element. a temperature sensor that detects the temperature of the infrared detection element; an infrared detection element having a heat insulating structure inside and housing the senna holder and the infrared detection element;
The present invention is characterized by comprising a case that reduces the temperature difference between the sensor holders and also reduces these temperature changes.

このように、本発明においては、光学系を構成する鏡筒
と赤外線検出素子とを高熱伝導率の材料で製作されたセ
ンサホルダで熱的に結合している。
In this way, in the present invention, the lens barrel and the infrared detection element constituting the optical system are thermally coupled by a sensor holder made of a material with high thermal conductivity.

このため、赤外線検出素子とセンサホルダの温度差を減
少させることができ、また検出素子の温度を温度センサ
で正確に計測することができる。さらに、センサホルダ
全体を断熱材を有するケース内に収容することにより、
光学系と検出素子を等しい温度にし、かつ環境温度の急
変による影響が内部に及ばないようにしている。
Therefore, the temperature difference between the infrared detection element and the sensor holder can be reduced, and the temperature of the detection element can be accurately measured by the temperature sensor. Furthermore, by housing the entire sensor holder in a case with heat insulating material,
The optical system and detection element are kept at the same temperature, and the interior is not affected by sudden changes in environmental temperature.

(測定原理) まず、本発明の発明者らが行った赤外線検出素子を使用
した場合における温度測定の原理についての考察につい
て説明する。
(Principle of Measurement) First, a discussion of the principle of temperature measurement when an infrared detection element is used by the inventors of the present invention will be described.

熱室の赤外線検出素子の場合 熱室の赤外線検出素子は、対象物と検出素子間の輻射伝
熱による素子温度変化を電気信号に変換し、入射赤外線
量を検出する。このような熱室の赤外線検出素子、例え
ばサーモバイルは、第8図(A)、(B)に示すように
、赤外線受感部(温接点部)である全黒30と、冷接点
にあたる基盤32間を複数の熱電対34で接続したもの
であり、熱電対34を複数直列に接続している。そして
、熱電対に発生する電位差を検出することにより、全黒
30と基板32間の温度差により発生する熱電対の熱起
電力によって入射赤外線についての電気的信号を得てい
る。
In the case of an infrared detection element in a heat chamber, an infrared detection element in a heat chamber converts a change in element temperature due to radiant heat transfer between the object and the detection element into an electrical signal, and detects the amount of incident infrared rays. As shown in FIGS. 8(A) and 8(B), the infrared detecting element of such a heat chamber, for example, a thermomobile, has an all-black 30 which is an infrared sensing part (hot junction) and a substrate which is a cold junction. 32 are connected by a plurality of thermocouples 34, and a plurality of thermocouples 34 are connected in series. Then, by detecting the potential difference generated in the thermocouple, an electrical signal regarding the incident infrared rays is obtained by the thermoelectromotive force of the thermocouple generated due to the temperature difference between the full black 30 and the substrate 32.

また、赤外線検出素子全体を膜構造とすることにより、
温接点部である全黒30の熱容量を減らし、かつ全黒3
0から基盤32への熱伝導ロスを減少させて検出素子の
応答性及び感度向上を行っている。なお、検出素子、全
体はパッケージ化されているとともに、赤外線透過窓3
6から入射する赤外線が全黒30に照射されるようにな
っている。
In addition, by making the entire infrared detection element a membrane structure,
The heat capacity of the all-black 30 which is the hot junction part is reduced, and the all-black 3
The responsiveness and sensitivity of the detection element is improved by reducing heat conduction loss from 0 to the substrate 32. Note that the entire detection element is packaged, and the infrared transmitting window 3
The infrared rays incident from 6 are irradiated onto all black 30.

このような熱室の赤外線検出素子において、輻射伝熱を
考慮したエネルギー・バランスから入射赤外線量と検出
素子出力の関係を求めると、式(1)のように表すこと
ができる。
In such an infrared detection element in a heat chamber, the relationship between the amount of incident infrared rays and the output of the detection element can be expressed as shown in equation (1) from an energy balance that takes radiant heat transfer into consideration.

(Tf−TS) −kV        ・・・(1)
ここで、 Q :入射赤外線エネルギ σ :ステファン・ボルツマン定数 ε :#J定対象の輻射率 ε :素子パッケージ内側の輻射率 ε、:鏡筒内面の輻射率 εR:レンズの輻射率 に :測定対象と全黒部間の形態係数 ν と金黒部面積の積 に :素子パッケージ内側と全黒部間の形態係数と金黒
部面積の積 にに:鏡筒内面と全黒部間の形態係数と金黒部面積の積 に :レンズと全黒部間の形態係数と全黒部面積の積 T :測定対象の絶対温度 T :素子パッケージの絶対温度 T、:鏡筒内面の絶対温度 TR:レンズの絶対温度 T :基盤の絶対温度 T、:全黒部の絶対温度 α :熱電材によって決まる熱起電力定数:赤外線検出
素子の出力 ニ検出感度を表す定数 ■ に そして、レンズの材料として赤外線吸収率(−輻射率)
の低い赤外線透過材を用いるとにR二〇とみなすことが
できる。そこで、式(1)のレンズとの輻射伝熱に関す
る右辺第4項は、「0」として扱うことができ、レンズ
からの輻射の影響は他の輻射伝熱に比べ無視できる。
(Tf-TS) -kV...(1)
Here, Q: Incident infrared energy σ: Stefan-Boltzmann constant ε: #J constant Emissivity of the object ε: Emissivity inside the element package ε: Emissivity on the inner surface of the lens barrel εR: Emissivity of the lens: Object to be measured The product of the view factor ν between the entire black area and the area of the gold black area is: The product of the view factor and the area of the gold black area between the inside of the element package and the entire black area is the product of the view coefficient ν between the inner surface of the lens barrel and the entire black area and the area of the gold black area. Product: Product of the view factor between the lens and the total black area and the total black area area T: Absolute temperature of the measurement target T: Absolute temperature of the element package T,: Absolute temperature of the inner surface of the lens barrel TR: Absolute temperature of the lens T: of the substrate Absolute temperature T, : Absolute temperature of the total black part α : Thermoelectromotive force constant determined by the thermoelectric material : Constant representing the output and detection sensitivity of the infrared detection element■ And, the infrared absorption rate (-emissivity) of the lens material
If an infrared transmitting material with a low infrared transmittance is used, it can be considered as R20. Therefore, the fourth term on the right side regarding radiation heat transfer with the lens in equation (1) can be treated as "0", and the influence of radiation from the lens can be ignored compared to other radiation heat transfer.

このため、式(1)は式(2)で表される。Therefore, equation (1) is expressed as equation (2).

4 Q=σε に (T−Tf )+σεpv   v  
    v 4  4         4 に (T   −Tr )+σεににk (Tkp T  )−α(Tr−T8)mlIkv  ・・・(2
)また、環境温度が安定し、検出素子温度が環境温度と
同一とみなせる状態では、T、−TR−T h −T 
Sが成り立ち、さらに測定対象が常温近辺であれば、入
射赤外線による全黒部30の温度4  4〜 変化は、ごくわずかなため、T   −T、   Oと
考えて差し支えない。
4 Q=σε to (T-Tf)+σεpv v
v 4 4 4 (T - Tr ) + σε k (Tkp T ) - α (Tr - T8) mlIkv ... (2
) Also, when the environmental temperature is stable and the detection element temperature can be considered to be the same as the environmental temperature, T, -TR-T h -T
If S holds true and the object to be measured is near room temperature, the change in the temperature of the entire black area 30 due to the incident infrared rays is very small, so it can be safely assumed that T - T, O.

そこで、式(2)は式(3)で表される。Therefore, equation (2) is expressed as equation (3).

tc  (T  ’ −T  ’) −kV    −
=C3)w     v       S 従って、測定対象物の温度は式(4)で表され、検出素
子の出力Vにおいて検出素子温度T を補償することで
対象物温度T を求めることができる。
tc (T'-T')-kV-
=C3) w v S Therefore, the temperature of the object to be measured is expressed by equation (4), and the object temperature T can be determined by compensating the sensing element temperature T with the output V of the sensing element.

Tw = ((kV/cyεtc  ) 十T  ’l
 114v   v       S ・・・ (4) しかし、環境温度が急変した場合、従来の赤外線温度計
の構造では鏡筒及び素子の温度が変化し、それぞれの熱
伝導速度が違うため温度差を生じTp=IFTk〜T、
となるため、測定対象物の温度は式(4)では求められ
ず式(2)の関係から求めねばならない。また、検出素
子が鏡筒内面及び素子パッケージ内面を見込む立体角は
レンズにより狭められた測定対象に対する立体角より大
きい。
Tw = ((kV/cyεtc) 10T'l
114v v S... (4) However, when the environmental temperature suddenly changes, the temperature of the lens barrel and element changes in the structure of the conventional infrared thermometer, and the heat conduction speed of each is different, resulting in a temperature difference, Tp= IFTk~T,
Therefore, the temperature of the object to be measured cannot be determined by equation (4), but must be determined from the relationship of equation (2). Further, the solid angle at which the detection element looks into the inner surface of the lens barrel and the element package is larger than the solid angle with respect to the measurement object narrowed by the lens.

このため、形態係数が大きくなり(に1(にk(に )
、温度差が小さくても検出素子は素子パラケージや鏡筒
の内面からの赤外線の影響を受は出力に誤差を含むこと
になる。
Therefore, the view factor becomes large (to 1(to k(to )
Even if the temperature difference is small, the detection element will be affected by infrared rays from the element package and the inner surface of the lens barrel, and the output will contain errors.

従って、検出素子パッケージ温度T と鏡筒温度T、と
により補償する必要がある。しかし、従来の構造では非
定常温度変化する時の鏡筒内面には温度分布が存在し一
様ではない。また、実験定数ε、に、とεににkを求め
る際、鏡筒や素子パッケージをそれぞれ単独で素子と違
った温度にすることは事実上不可能であり、実験定数を
決めることができず、精度良い温度補償は大変困難であ
る。
Therefore, it is necessary to compensate for the detection element package temperature T and the lens barrel temperature T. However, in the conventional structure, when the temperature changes unsteadily, a temperature distribution exists on the inner surface of the lens barrel and is not uniform. In addition, when determining the experimental constants ε, and k for ε, it is virtually impossible to individually raise the lens barrel or element package to a different temperature than the element, so it is impossible to determine the experimental constants. , accurate temperature compensation is very difficult.

また、素子は膜構造になっているため基盤と全黒(温接
点)間の熱抵抗が大きく、環境温度の急変により素子温
度が急激に変化すると、熱バランスが崩れ基盤と温接点
間に温度応答差ΔTが生じる。
In addition, because the element has a membrane structure, the thermal resistance between the substrate and the hot junction is large, and if the element temperature changes suddenly due to a sudden change in the environmental temperature, the thermal balance will collapse and the temperature between the substrate and the hot junction will increase. A response difference ΔT occurs.

常温近辺の測定対象からの入射赤外線による全黒部の温
度変化はごくわずかなため、この温度応答差は赤外線に
よる全黒分の温度変化と同じオーダーになり、検出素子
出力にはこの応答誤差分が含マレテしまい、α(Tr 
 ’r、+AT) −kVになるため、測定結果はきわ
めて大きな誤差を含むことになる。
Since the temperature change of the total black area due to incident infrared rays from the measurement target near room temperature is very small, this temperature response difference is of the same order as the total black area temperature change due to infrared rays, and the detection element output includes this response error. α(Tr
'r, +AT) -kV, so the measurement results will include an extremely large error.

本発明においては、鏡筒、パッケージと素子の温度が同
じように変化しかつその変化速度が素子基盤と全黒間の
熱バランスを崩さないようゆっくり変化する構造となっ
ている。このため、環境温度が急変しても測温対象温度
を上述の式(4)で精度良く求めることができる。
In the present invention, the structure is such that the temperatures of the lens barrel, package, and element change in the same way, and the rate of change changes slowly so as not to upset the thermal balance between the element substrate and the entire black. Therefore, even if the environmental temperature suddenly changes, the temperature to be measured can be determined with high accuracy using the above equation (4).

焦電型検出素子の場合 次に、検出素子に無電型赤外線検出素子を用いた場合に
ついて説明する。焦電型素子は、入射赤外線により素子
温度が変化した時に発生する自発分極作用により入射赤
外線量を検出している。従って、チョッパ等の断続手段
により入射赤外線を断続させる必要がある(連続的に赤
外線を照射すると素子温度が変化せず出力が飽和してし
まう)。
Case of Pyroelectric Detection Element Next, a case will be described in which a non-electroelectric infrared detection element is used as the detection element. A pyroelectric element detects the amount of incident infrared rays by the spontaneous polarization effect that occurs when the element temperature changes due to the incident infrared rays. Therefore, it is necessary to intermittent the incident infrared rays using an intermittent means such as a chopper (if the infrared rays are continuously irradiated, the element temperature will not change and the output will be saturated).

そして、チョッパにより入射赤外線を断続すると、入射
赤外線を照射した時とチョッパで測定対象からの赤外線
が閉ざされた時が繰り返され、検出素子出力はこの2つ
の状態の検出素子への入射赤外線量の差に比例した値と
なる。
Then, when the incident infrared rays are interrupted by the chopper, the time when the incident infrared rays are irradiated and the time when the infrared rays from the measurement target are blocked by the chopper are repeated, and the detection element output is the amount of incident infrared rays to the detection element in these two states. The value is proportional to the difference.

そして、サーモパイルの場合と同様にエネルギ・バラン
スから検出素子出力を求めると式(5)のように表され
る。
Then, as in the case of the thermopile, the detection element output is determined from the energy balance and is expressed as in equation (5).

4 kV■σε に (T   −Tr )−σε。4 kV ■ σε to (T − Tr) − σε.

v   v     v 4  4     ・・・(5) σε に (T   −Tf ) RRR ここで、 ε :チョッパの輻射率 に :チョッパと素子受感部間の形態係数と素子受感部
の積 T :チョッパの絶対温度 V :赤外線検出素子の出力 k :検出感度を表す定数 その他は式(1)と同じ 従って、環境温度が安定し、検出素子、チョッパ及び鏡
筒温度が環境温度とが同一の状態では、T 、 −T 
R” T k−T 、が成り立ち、さらにチョッパ表面
に赤外線反射率の高い材質の膜(金やアルミニウム等)
をコーティングすればTc二Tr二T が成り立つため
、式(5)は式(6)で表される。
v v v 4 4 (5) σε (T − Tf ) RRR where ε : Emissivity of chopper : Product of view factor between chopper and element sensing part and element sensing part T : Chopper Absolute temperature V: Output k of the infrared detection element: Constant representing detection sensitivity Other values are the same as in equation (1) Therefore, when the environmental temperature is stable and the detection element, chopper, and lens barrel temperatures are the same as the environmental temperature, ,T, -T
R” T k−T holds true, and in addition, a film made of a material with high infrared reflectivity (gold, aluminum, etc.) is applied to the chopper surface.
Since Tc2Tr2T holds true if Tc2Tr2T is coated, Equation (5) is expressed by Equation (6).

4 kV驕σε に (T   −Tf )−σε。4 kV = σε = (T - Tf) - σε.

v   v     v に (T−T’)二σε に (T4 c    c      f         vv 
   wT  ’)              ・・
・(6)そこで、この場合も測定対象温度T は式(4
)で求められる。しかし、環境温度が大きく変化する場
合は、サーモパイルの場合と同様に、鏡筒、チョッパと
検出素子間に温度差が生ずると対象物温度は式(4)で
は求められず素子パッケージ温度T や鏡筒の温度Tk
及びチョッパ温度T0により補償する必要がある。また
、素子温度の変化速度が早いと素子温度変化による自発
分極が起こリ、入射赤外線による温度変化に起因する出
力の他にこの分の誤差が含まれることとなる。
v v v to (T-T')2σε to (T4 c c f vv
wT')...
・(6) Therefore, in this case as well, the temperature to be measured T is calculated using the formula (4
). However, when the environmental temperature changes significantly, as in the case of a thermopile, if there is a temperature difference between the lens barrel, chopper, and detection element, the object temperature cannot be determined by equation (4), and the element package temperature T or mirror Cylinder temperature Tk
It is necessary to compensate by the chopper temperature T0. Furthermore, if the rate of change in element temperature is fast, spontaneous polarization will occur due to element temperature change, and this error will be included in addition to the output due to temperature change due to incident infrared rays.

本発明によれば、サーモパイルの場合と同様に鏡筒、パ
ッケージ、チョッパと検出素子の温度が同じように変化
し、かつその変化速度が遅いため素子温度変化による自
発分極の影響を受けない。
According to the present invention, as in the case of a thermopile, the temperatures of the lens barrel, package, chopper, and detection element change in the same way, and the rate of change is slow, so there is no effect of spontaneous polarization due to changes in element temperature.

そこで、環境温度が変化しても測温対象温度を上述の式
(4)により精度良く求めることができる。
Therefore, even if the environmental temperature changes, the temperature to be measured can be determined with high accuracy using the above equation (4).

[発明の作用及び効果] 以上説明したように、本発明によれば、素子とセンサホ
ルダが熱的に結合されており、センサホルダ内の絞り部
と検出素子両者の温度を等温にすることができ、T 、
 −T R”” T k”’ T Sの関係が成り立つ
ため、鏡筒の高度な温度補償を行う必要か無く、簡単で
安価であり高精度の温度測定を行える赤外線温度計を得
ることができる。
[Operations and Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the element and the sensor holder are thermally coupled, and it is possible to make the temperature of both the aperture part in the sensor holder and the detection element equal. Can, T,
-T R"" T k"' T S holds true, so it is possible to obtain an infrared thermometer that is simple, inexpensive, and capable of highly accurate temperature measurement without the need for advanced temperature compensation of the lens barrel. .

そして、本発明によればレンズ、赤外線検出素子、セン
サホルダ及び絞り部の間の温度差を減少させ、かつ素子
温度の温度変化をゆるやかにするように断熱構造部を内
部に設けたケース内に入れた構造のため、環境温度が急
激に変化した場合でも赤外線検出素子の熱バランスを崩
さないようゆっくり温度変化する。従って、素子温度の
急変による素子の熱バランス崩壊による出力誤差を小さ
くでき、環境温度が急変する場合でも高精度な計測が可
能である。
According to the present invention, a heat insulating structure is provided inside the case so as to reduce the temperature difference between the lens, the infrared detecting element, the sensor holder, and the aperture part, and to slow down the temperature change of the element temperature. Because of this structure, the temperature changes slowly so as not to upset the thermal balance of the infrared detection element even if the environmental temperature changes suddenly. Therefore, it is possible to reduce the output error due to the collapse of the thermal balance of the element due to a sudden change in the element temperature, and it is possible to perform highly accurate measurement even when the environmental temperature changes suddenly.

[実施例] 第1実施例 以下に、本発明の第1実施例の赤外線温度計の構成と作
用効果について詳述する。
[Example] First Example Below, the structure and effects of the infrared thermometer according to the first example of the present invention will be described in detail.

第1図には、第1実施例の赤外線温度計の断面図が示さ
れており、測定対象から放射された赤外線は赤外線を透
過するレンズ50に入射する。そして、赤外線透過レン
ズは、入射赤外線を赤外線検出素子52に集光する。そ
こで、赤外線検出素子52は赤外線透過レンズ50によ
って集光された赤外線を検出して電気的な信号を出力す
る。そして、この実施例においては、赤外線検出素子と
して熱室の素子であるサーモパイルを採用している。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the infrared thermometer of the first embodiment, and infrared rays emitted from the object to be measured enter a lens 50 that transmits infrared rays. Then, the infrared transmission lens focuses the incident infrared rays onto the infrared detection element 52. Therefore, the infrared detection element 52 detects the infrared light focused by the infrared transmission lens 50 and outputs an electrical signal. In this embodiment, a thermopile, which is an element of a heat chamber, is used as an infrared detection element.

この赤外線検出素子52及びレンズ50は中空のセンサ
ホルダ54の内部に保持されている。そして、このセン
サホルダの54の前方部位には測定視野を絞り込むため
赤外線の入射絞り54aが形成されており、レンズ50
の後方部位にはレンズ50により集光された赤外線の射
出絞り54bが形成されている。
This infrared detection element 52 and lens 50 are held inside a hollow sensor holder 54. An infrared incidence diaphragm 54a is formed in the front part of the sensor holder 54 to narrow down the field of view for measurement, and a lens 50 is provided.
An infrared ray exit diaphragm 54b is formed at the rear of the lens 50.

ここで、センサホルダ54の内面はレンズ50の鏡筒と
して機能すると共に、センサホルダ54全体がレンズ5
0及び検出素子52のヒートシンクとして働く。また、
このセンサホルダ54は熱伝導率の高い材料で形成され
ているため、レンズ50と検出素子5を熱的に結合して
いる。
Here, the inner surface of the sensor holder 54 functions as a lens barrel of the lens 50, and the entire sensor holder 54 functions as a lens barrel for the lens 50.
0 and the detection element 52. Also,
Since the sensor holder 54 is made of a material with high thermal conductivity, the lens 50 and the detection element 5 are thermally coupled.

更に、この赤外線検出素子52には、温度センサが取り
付けられており、この温度センサ56の出力は検出素子
52の出力の温度補償に利用される。
Further, a temperature sensor is attached to this infrared detection element 52, and the output of this temperature sensor 56 is used for temperature compensation of the output of the detection element 52.

一方、センサホルダ54の検出素子52の後方の位置に
は、検出素子52からの出力を増幅するプリアンプ58
が設けられている。
On the other hand, a preamplifier 58 that amplifies the output from the detection element 52 is located behind the detection element 52 of the sensor holder 54.
is provided.

そして、センサホルダ54、プリアンプ58を含む前記
構成部材はケース60内に一体収納されている。また、
このケース60はその内部に断熱構造部60aを有して
おり、センサホルダ54に対する環境温度の影響を低減
している。なお、このケース60のレンズ50の前方の
先端部には、透過窓62が設けられている。
The components including the sensor holder 54 and the preamplifier 58 are housed integrally within a case 60. Also,
This case 60 has a heat insulating structure 60a inside thereof, which reduces the influence of environmental temperature on the sensor holder 54. Note that a transmission window 62 is provided at the front end of the lens 50 of the case 60.

ケース60の外部には、プリアンプ58により増幅され
た赤外線検出素子52の出力と温度センサ56の出力か
ら測定対象物温度を算出し、温度の表示及び温度に相当
するアナログ出力を外部に出力する演算処理回路64が
設けられている。
External to the case 60 is a calculation unit that calculates the temperature of the object to be measured from the output of the infrared detection element 52 amplified by the preamplifier 58 and the output of the temperature sensor 56, and outputs a temperature display and an analog output corresponding to the temperature to the outside. A processing circuit 64 is provided.

ここで、赤外線集光レンズ50をどのような材質とする
かは、測定対象の温度範囲すなわち測定対象の射出する
赤外線の波長帯によって決定される。そして、第1実施
例では測定対象温度を常温近辺−10〜150℃の測定
範囲に設定し、7〜12μmの赤外線を良く通すB a
 F 2 、 Ca F 2 。
Here, the material of the infrared condenser lens 50 is determined by the temperature range of the object to be measured, that is, the wavelength band of the infrared rays emitted from the object to be measured. In the first embodiment, the temperature to be measured is set in the measurement range of -10 to 150 degrees Celsius, near room temperature, and B a which easily passes infrared rays of 7 to 12 μm is set.
F2, CaF2.

SI、Ge材等を使用している。SI, Ge materials, etc. are used.

Si、Ge材を使用する場合は、レンズ表面における反
射損失を低減するために、レンズ表面に反射防止膜をコ
ーティングする。また、屋外で使用する場合には、測定
対象に当った太陽光の乱反射を温度計が感知しないよう
にしなければならない。そこで、赤外線集光レンズ50
、検出素子52の前面に設けられる透過窓あるいはケー
ス60先端に設けられた透過窓62のいずれかに6μm
以上の長波長赤外線のみを通す長波長透過フィルタ(ロ
ングパスフィルタ)を使用し、太陽光の反射光を検出素
子52の内部に至らないようにするとよい。
When using Si or Ge materials, the lens surface is coated with an antireflection film to reduce reflection loss on the lens surface. Furthermore, when using the thermometer outdoors, it is necessary to prevent the thermometer from sensing diffused reflection of sunlight hitting the object to be measured. Therefore, the infrared condensing lens 50
, either the transmission window provided on the front surface of the detection element 52 or the transmission window 62 provided at the tip of the case 60 has a thickness of 6 μm.
It is preferable to use a long-wavelength transmission filter (long-pass filter) that passes only the above-mentioned long-wavelength infrared rays to prevent reflected sunlight from reaching the inside of the detection element 52.

次に、センサホルダ54は、高熱伝導率の材料、例えば
アルミ系金属及び銅系金属などで作製しである。
Next, the sensor holder 54 is made of a material with high thermal conductivity, such as aluminum metal and copper metal.

そして、入射絞り54a及び射出絞り54bとなるセン
サホルダ54の内面には高輻射率の塗料が塗装しである
。一般に、熱伝導率の高い材料は赤外線の反射率が高い
(表面の輻射率が低いニアルミニウムの輻射率は0.0
4〜0.08程度)ため、そのままでは測定範囲以外か
ら到達する赤外線がセンサホルダ内面で反射し、赤外線
検出素子52にこの反射赤外線が入射してしまう。この
反射赤外線を赤外線検出素子52が感知すると、測定視
野を有効に絞れず、入射絞り54g及び射出絞り54b
が絞りの働きをしないことになる。
The inner surface of the sensor holder 54, which serves as the entrance diaphragm 54a and the injection diaphragm 54b, is coated with a high emissivity paint. In general, materials with high thermal conductivity have a high reflectance of infrared rays (the emissivity of Nialuminum, which has a low surface emissivity, is 0.0
4 to 0.08), therefore, if left as is, infrared rays arriving from outside the measurement range will be reflected on the inner surface of the sensor holder, and this reflected infrared rays will enter the infrared detecting element 52. When the infrared detection element 52 senses this reflected infrared rays, the measurement field of view cannot be narrowed down effectively, and the entrance diaphragm 54g and the exit diaphragm 54b
will not function as an aperture.

そこで、センサホルダ内面の入射絞り54a部、射出絞
り54b部に輻射率の高い塗料を塗装することで、測定
範囲以外から到達する赤外線を吸収しレンズ50と共に
測定視野を限定している。
Therefore, by coating the entrance diaphragm 54a and the exit diaphragm 54b on the inner surface of the sensor holder with a paint having a high emissivity, infrared rays arriving from outside the measurement range are absorbed, and together with the lens 50, the measurement field of view is limited.

このようにして、レンズ50及び絞り54a。In this way, the lens 50 and the aperture 54a.

54bにより視野が限定されて集光された赤外線は、赤
外線検出素子52により検出され、電気信号に変換され
る。
The infrared rays focused with a limited field of view by the infrared rays 54b are detected by the infrared detection element 52 and converted into electrical signals.

また、第1実施例においては、センサホルダ54内に保
持された検出素子52のパッケージは、素子のその全面
の赤外線透過窓を除きすべての面がセンサホルダ54に
密着する構造としである。
Further, in the first embodiment, the package of the detection element 52 held in the sensor holder 54 has a structure in which all surfaces of the element, except for the infrared transmitting window on the entire surface of the element, are in close contact with the sensor holder 54.

このため、検出素子52とセンサホルダが熱的に十分密
に結合されている。更に、センサホルダ54が熱伝導率
の高い材質で形成されているため、検出素子52とセン
サホルダ54の温度差を減少させると共に、検出素子5
2の温度を温度センサ56で正確に計測することができ
る。
Therefore, the detection element 52 and the sensor holder are thermally coupled sufficiently tightly. Furthermore, since the sensor holder 54 is made of a material with high thermal conductivity, the temperature difference between the detection element 52 and the sensor holder 54 is reduced, and the temperature difference between the detection element 52 and the sensor holder 54 is reduced.
2 can be accurately measured by the temperature sensor 56.

従って、環境温度が変化した場合、センサホルダ54内
面の入射絞り54a及び射出絞り54bと検出素子52
の温度差が減少され、センサホルダ54内面から射出さ
れる赤外線の影響を軽減することができる。そこで、セ
ンサホルダ54内面(鏡筒内面)温度を高精度に補償す
ることなしに赤外線温度計の測定精度を向上させること
ができる。
Therefore, when the environmental temperature changes, the entrance diaphragm 54a and the exit diaphragm 54b on the inner surface of the sensor holder 54 and the detection element 52
The temperature difference between the sensor holder 54 and the infrared rays emitted from the inner surface of the sensor holder 54 can be reduced. Therefore, the measurement accuracy of the infrared thermometer can be improved without highly accurately compensating the temperature of the inner surface of the sensor holder 54 (inner surface of the lens barrel).

ケース60先端に設けた透過窓62は、外気が直接セン
サホルダ54の入射絞り部54aに進入することを防い
でいる。このため、センサホルダ54が局部的に冷却あ
るいは加熱され、温度分布を生ずることを防止できる。
A transmission window 62 provided at the tip of the case 60 prevents outside air from directly entering the entrance aperture portion 54a of the sensor holder 54. Therefore, it is possible to prevent the sensor holder 54 from being locally cooled or heated and causing temperature distribution.

センサホルダ54及びプリアンプ回路58は、断熱構造
部60aを内部に設けたケース60内に一体収納されて
いる。
The sensor holder 54 and the preamplifier circuit 58 are integrally housed in a case 60 that includes a heat insulating structure 60a inside.

そして、ケース60は、センサホルダ54及びプリアン
プ58の温度が急激に変化しないように熱伝導率の小さ
な材料(本実施例1では、加工性に優れ、熱伝導率の小
さなポリアセタール系樹脂[熱伝導率λ−0,2kca
l/mh’c] )を使用するとともに、2重円筒状構
造として内部に空気層を設けかつこの断熱空気層60b
を密閉する構造としている。このため、ケース60は断
熱性に優れ、環境温度が急変し大きな熱負荷が加えられ
てもセンサホルダ54及びプリアンプ58の温度変化を
小さくかつゆるやかにできる。そこで、検出素子52と
センサホルダ54の温度差を減少させると共に、検出素
子52内部の熱バランスの崩れに起因する測定誤差を減
少させることができる。また、プリアンプ58の急激な
温度変化時に発生する温度ドリフトをも小さく抑制する
ことができる。
The case 60 is made of a material with low thermal conductivity (in this first embodiment, a polyacetal resin with excellent workability and low thermal conductivity [thermal conductivity rate λ-0,2kca
l/mh'c]), an air layer is provided inside as a double cylindrical structure, and this insulating air layer 60b
It has a sealed structure. Therefore, the case 60 has excellent heat insulation properties, and even if the environmental temperature suddenly changes and a large thermal load is applied, the temperature changes in the sensor holder 54 and the preamplifier 58 can be made small and gentle. Therefore, it is possible to reduce the temperature difference between the detection element 52 and the sensor holder 54, and to reduce measurement errors caused by the imbalance of heat inside the detection element 52. Further, temperature drift that occurs when the temperature of the preamplifier 58 suddenly changes can also be suppressed to a small level.

このように、実施例1の温度計によれば、センサホルダ
54及び断熱ケース60の働きにより、センサホルダ5
4内面の絞り54a、54b、検出素子52の温度差を
減少させると共に、温度センサ56により検出素子52
の温度を正確に測定できる。そこで、環境温度が急激に
変化する環境下でも温度変化の影響を最小限に抑え、精
度の高い温度計測が可能となる。
As described above, according to the thermometer of the first embodiment, the function of the sensor holder 54 and the heat insulating case 60 allows the sensor holder 5 to
4, the temperature difference between the inner apertures 54a and 54b and the detection element 52 is reduced, and the temperature sensor 56 detects the detection element 52.
temperature can be measured accurately. Therefore, even in environments where the environmental temperature changes rapidly, the effects of temperature changes can be minimized, making it possible to measure temperature with high accuracy.

第2図は、実施例1の赤外線温度計により環境温度が6
0℃から20℃に25分で変化した時の温度計出力と測
定対象物表面温度を熱電対で同時に計測した結果である
。この例では、測定対象物温度は35℃で一定に制御し
ている。
Figure 2 shows the environmental temperature measured by the infrared thermometer of Example 1 at 6.
These are the results of simultaneously measuring the thermometer output and the surface temperature of the object to be measured using a thermocouple when the temperature changed from 0°C to 20°C in 25 minutes. In this example, the temperature of the object to be measured is controlled to be constant at 35°C.

このように実施例1の温度計の出力は、環境温度の急変
にもかかわらず、十分安定しており、環境温度が大きく
変化する場合でも、高精度の計測が可能であることが理
解される。
It is thus understood that the output of the thermometer of Example 1 is sufficiently stable despite sudden changes in the environmental temperature, and that highly accurate measurement is possible even when the environmental temperature changes significantly. .

この第1実施例の赤外線温度計を自動車の車室内に取付
けた例を第3図に示す。
FIG. 3 shows an example in which the infrared thermometer of the first embodiment is installed in the passenger compartment of an automobile.

このように、赤外線温度計を車室内の針基盤または天井
部分に取り付ければ、運転者等乗員の顔皮膚温を検出す
ることができる。そこで、この乗員顔皮膚温についての
情報を加味して、車両用空調装置を制御すれば、より乗
員の状態に適応した車室内温度の制御を行うことができ
る。
In this way, by attaching the infrared thermometer to the needle base or ceiling in the vehicle interior, it is possible to detect the facial skin temperature of a passenger such as the driver. Therefore, if the vehicle air conditioner is controlled by taking this information about the occupant's facial skin temperature into account, the vehicle interior temperature can be controlled more appropriately to the occupant's condition.

なお、上述の例においては、レンズ50の前方に入射絞
り54aを設けたが、これを省略してレンズ50が直接
外部に露出するような構造としてもよい。このような構
成とすれば赤外線温度計を短尺化できる。
In the above example, the entrance diaphragm 54a is provided in front of the lens 50, but this may be omitted and the lens 50 may be directly exposed to the outside. With such a configuration, the infrared thermometer can be shortened.

第2実施例 第2実施例は、熱型赤外線検出素子に焦電型検出素子を
用いる場合の赤外線温度計についてのものである。
Second Embodiment The second embodiment concerns an infrared thermometer in which a pyroelectric detection element is used as a thermal infrared detection element.

焦電型検出素子を用いると、前記実施例1の構造に加え
て、入射赤外線を断続するチョッパが必要となる。そこ
で、この第2実施例においては、第4図に示すように、
センサホルダ54内の検出素子70とレンズ50の間に
チョッパ72を内蔵している。
When a pyroelectric detection element is used, in addition to the structure of the first embodiment, a chopper for cutting off incident infrared rays is required. Therefore, in this second embodiment, as shown in FIG.
A chopper 72 is built in between the detection element 70 and the lens 50 in the sensor holder 54.

なお、この第2実施例のチョッパ72は、圧電素子72
aとその先端に設けられた遮蔽板72bからなっており
、チョッパ駆動回路72cからの電力によって、圧電素
子72aが揺動し、遮蔽板が72bが赤外線の検出素子
への入射を断続する。
Note that the chopper 72 of this second embodiment has a piezoelectric element 72
The piezoelectric element 72a is oscillated by the electric power from the chopper drive circuit 72c, and the shielding plate 72b interrupts the incidence of infrared rays on the detection element.

すなわち、チョッパ駆動回路72cは圧電素子72aに
10Hz以下の周期で±90Vの駆動パルスを与える。
That is, the chopper drive circuit 72c applies a drive pulse of ±90V to the piezoelectric element 72a at a cycle of 10Hz or less.

このパルス電力供給によって、圧電素子72aは屈曲し
、その自由端が振動する。
This pulsed power supply causes the piezoelectric element 72a to bend and its free end to vibrate.

そこで、この自由端に取り付けられた遮蔽板72bが検
出素子52の前方で上下し、入射赤外線を周期的に断続
する。
Therefore, a shielding plate 72b attached to this free end moves up and down in front of the detection element 52, and periodically cuts off the incident infrared rays.

そして、演算処理回路64はチョッパ駆動回路72cか
ら圧電素子72aに加えられるパルス電圧周期に基づき
赤外線検出素子52の出力と同期をとり測定対象物の温
度を算出する。なお、第1実施例と同様に、温度センサ
56の出力をもとに温度補償を行っている。
Then, the arithmetic processing circuit 64 calculates the temperature of the object to be measured in synchronization with the output of the infrared detection element 52 based on the pulse voltage cycle applied to the piezoelectric element 72a from the chopper drive circuit 72c. Note that, similarly to the first embodiment, temperature compensation is performed based on the output of the temperature sensor 56.

この例においては、チョッパ72もセンサホルダ54内
部に内蔵している。このため、環境温度が変化しても鏡
筒の働きをするセンサホルダ54、チョッパ72、検出
素子52、温度センサ56の温度を等しくできる。また
、第1実施例と同様にケース60によりこれら構成要素
の温度変化率を小さくすることができる。
In this example, a chopper 72 is also built inside the sensor holder 54. Therefore, even if the environmental temperature changes, the temperatures of the sensor holder 54, which functions as a lens barrel, the chopper 72, the detection element 52, and the temperature sensor 56 can be made equal. Further, as in the first embodiment, the case 60 can reduce the rate of temperature change of these components.

従って、この例においても、T 、 −T R−T k
−T  −T  の関係が成り立ち、鏡筒及びチョツS バの高度な温度補償を行う必要がなく、測定対象物の温
度を上述の式(4)で精度良く求めることができる。
Therefore, in this example as well, T , −T R−T k
-T -T holds true, there is no need to perform sophisticated temperature compensation for the lens barrel and the temperature bar, and the temperature of the object to be measured can be determined with high accuracy using the above equation (4).

第3実施例 第3実施例は、第5図に示すように、第1.2実施例の
センサホルダ3の外側にヒータ80を設けたことを特徴
とする。そして、このヒータ80によりセンサホルダ5
4の温度を一定に制御する。
Third Embodiment The third embodiment is characterized in that a heater 80 is provided outside the sensor holder 3 of the first and second embodiments, as shown in FIG. Then, this heater 80 causes the sensor holder 5 to
4. Control the temperature at a constant level.

すなわち、検出素子52の温度センサ56出力を用い、
この温度が所定値になるように、温度制御回路82によ
って、ヒータ80への通電をフィードバック制御する。
That is, using the temperature sensor 56 output of the detection element 52,
The temperature control circuit 82 feedback-controls the power supply to the heater 80 so that this temperature becomes a predetermined value.

これによって、このセンサホルダ54等の温度は常に一
定に保たれる。なお、ヒータ80は通常冷却することは
できないため、ヒータ80によってセンサホルダ54の
温度を周囲温度より高め(例えば70〜90℃)の温度
で一定に制御する。
Thereby, the temperature of the sensor holder 54 etc. is always kept constant. Note that since the heater 80 cannot normally be cooled, the temperature of the sensor holder 54 is controlled to be constant at a temperature higher than the ambient temperature (for example, 70 to 90° C.).

このようにセンサホルダ54の温度を常に一定に制御す
ることで、環境温度が大きく変化した場合でも、センサ
ホルダ54内部に収容された検出素子52、鏡筒の働き
をするセンサホルダ54内面及びチョッパ72の温度を
等温にできる。そこで、T、−TR−Tk−Ts (−
T、)の関係が環境温度が急変しても成り立ち、鏡筒及
びチョッパ等の高度な温度補償を行うことなく、測定対
象物の温度を式(4)で精度良く求めることができる。
By controlling the temperature of the sensor holder 54 to always be constant in this way, even when the environmental temperature changes greatly, the detection element 52 housed inside the sensor holder 54, the inner surface of the sensor holder 54 that functions as a lens barrel, and the chopper 72 temperatures can be made isothermal. Therefore, T, -TR-Tk-Ts (-
The relationship T, ) holds true even if the environmental temperature suddenly changes, and the temperature of the object to be measured can be determined with high accuracy using equation (4) without performing advanced temperature compensation for the lens barrel, chopper, etc.

なお、上述のヒータ80にペルチェ素子を用いれば、電
流の方向により冷却及び加熱を行うことができるため、
設定温度についての自由度を広げることができる。
Note that if a Peltier element is used in the heater 80 described above, cooling and heating can be performed depending on the direction of the current.
The degree of freedom regarding the temperature setting can be expanded.

また、前記各実施例において、演算処理回路、チョッパ
駆動回路、温度制御回路をケース内に内蔵することもで
きる。
Furthermore, in each of the embodiments described above, the arithmetic processing circuit, chopper drive circuit, and temperature control circuit can be built into the case.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例に係る赤外線温度計の構成を
示す断面図、 第2図は同実施例の測定結果を示す特性図、第3図は同
実施例の車両に取り付けた例を示す概略構成図、 第4図は第2実施例の構成を示す断面図、第5図は第3
実施例の構成を示す断面図、第6図は従来例の構成を示
す断面図、 第7図は従来例の測定結果を示す特性図である。 第8図(A)、(B)は熱室赤外線検出素子の構成を示
す平面図及正面図である。 50 ・・・ レンズ 52 ・・・ 赤外線検出素子 54 ・・・ センサホルダ 54a  ・・・ 入射絞り 54b  ・・・ 射出絞り 56 ・・・ 温度センナ 60 ・・・ ケース
Fig. 1 is a sectional view showing the configuration of an infrared thermometer according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a characteristic diagram showing the measurement results of the same embodiment, and Fig. 3 is an example of the same embodiment installed in a vehicle. 4 is a sectional view showing the configuration of the second embodiment, and FIG. 5 is a sectional view showing the configuration of the third embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the embodiment, FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the conventional example, and FIG. 7 is a characteristic diagram showing the measurement results of the conventional example. FIGS. 8(A) and 8(B) are a plan view and a front view showing the configuration of a heat chamber infrared detection element. 50... Lens 52... Infrared detection element 54... Sensor holder 54a... Incoming aperture 54b... Exit aperture 56... Temperature sensor 60... Case

Claims (1)

【特許請求の範囲】 入射する赤外線を集光するレンズと、 該レンズによって集光された赤外線を更に絞る絞りと、 前記レンズ及び前記絞りを通過した赤外線を検出して電
気的な信号を出力する赤外線検出素子と、前記絞りを備
えた鏡筒を内設するとともに、赤外線検出素子及びレン
ズを保持し、前記鏡筒と前記赤外線検出素子とを熱的に
結合するセンサホルダと、 前記赤外線検出素子の近傍に設けられ前記赤外線検出素
子の温度を検出する温度センサと、内部に断熱構造部を
有し、センサホルダ及び赤外線検出素子を収納して、赤
外線検出素子、センサホルダ間の温度差を減少させると
ともにこれらの温度変化を減少させるケースと、 を備えてなることを特徴とする赤外線温度計。
[Claims] A lens that condenses incident infrared rays, an aperture that further narrows down the infrared light condensed by the lens, and an electrical signal that detects the infrared rays that have passed through the lens and the aperture. a sensor holder that includes an infrared detection element and a lens barrel provided with the aperture, holds the infrared detection element and the lens, and thermally couples the lens barrel and the infrared detection element; and the infrared detection element has a temperature sensor installed near the infrared detecting element to detect the temperature of the infrared detecting element, and a heat insulating structure inside to house the sensor holder and the infrared detecting element to reduce the temperature difference between the infrared detecting element and the sensor holder. An infrared thermometer characterized by comprising: a case that reduces these temperature changes at the same time as increasing temperature changes;
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