JPH0373816A - 非接触型温度測定装置の赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被測定物が放射する赤外線を検出することに
よってその温度を計測するようにした非接触型温度測定
装置の赤外線検出装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、被測定物から放射される赤外線を検出することに
よって、その温度を計測するようにした非接触型温度測
定装置が提案されている。以下に、第２図乃至第７図を
参照して、かかる非接触型温度測定装置について説明す
る。

第２図に従来の非接触型温度測定装置を示す。

（１）は赤外線検出装置で、ステージ（８）上に設置さ
れた被測定物（６）から放射される赤外線を集光するカ
セグレン型対物レンズ〔凸面鏡（ＩＯＡ）及び凹面鏡（
ＩＯＢ）で構成される）　（１１）と、そのカセグレン
型対物レンズ（１１）から反射される赤外線を所定の周
期を以って断続するチョッパ（７）と、その赤外線を検
出して電気信号に変換する検出器（５）及びその検出器
（５）からの検出信号を増幅するプリアンプ（４）から
成る。そして、第３図に示されるように、検出装置（１
）は、ステージ駆動器（９）に対して垂直に取り付けら
れたガイド軸（１８）に螺合された検出装置保持体（１
９）に取り（］けられる。従って、検出装置保持体（１
９）を実線の矢印で示す如り」二十に動かすと、検出装
置（１）もｌ１ｉ１様に動く。

第２図において、（２）はコントロール装置で、チョツ
パ（７）及びステージ駆動器（９）を制御すると共に、
プリアンプ（４）から供給される増幅検出信号を所定の
プロゲラｌ、を以っ°ζ処理して温度データを得る。

そして、この得られた温度データに従ってモニタ装置（
３）に被測定物（６）の温度分布等を表示させるように
戒ず。モニタ装置　（３）は、コントロール装置（２）
からの温度データをモニターＬに表示する。

ステージ駆動器（９）は、ステージ（８）を縦及び横方
向にミクロンオーダーで駆動することによって、ステー
ジ（８）トに載置された被測定物（例えば１Ｃ）（６）
の各部分（その寸法はミクｌ」ンオーダーである）のｈ
反射する赤外線を検出器（５）に検出さωる。かくする
ことによって、被測定物（６）の温度がコント［１ル装
置（２）によって計測処理される。

次に第３図乃至第５図を参照して、赤外線検出装置（１
）の構造及び被測定物（６）から数対される赤外線の検
出方法について説明する。

先ず、第４図について、赤外線検出装置の一部を説明す
る。第４図において、（２１）は照明ランプである。（
２２）は熱吸収ガラスおよび集光レンズで、照明ランプ
からの可視光の熱を吸収すると共にこれを集光して、オ
ブティカルフｌイハ（２３）を介してコンデンサレンズ
（２４）に人１・ｉ−ｔ！Ｌめる。コンう４ンザレンズ
（２４）からの可視光は、ハーフミラ−（２５）及びフ
ルード２ラー（２６）によって反射された後、カセグレ
ン型対物レンズ（１１）を介し“（被測定物（６）に１
（α射される。この被測定物（６）からの可視光（上カ
セグレン型対物レンズ（１１）を介してコールド旦う−
（２６）に入射し、その反射光はハーフミラ（２５）を
透過して接眼鏡（２０）に入射する。か＜ジ（、作業者
はこの接眼鏡（２０）を覗くことにより、被４（す足動
（６）を観察することができる。そして、第３図に示す
ように、検出装置（１）を検出装置保持体（１９）によ
って実線の矢印の如く上Ｆ動作さ一部゛ることによって
検出装置（１）を動かして、接眼鏡（２０）から被測定
物（６）を見ながら、カセグレン型対物レンズ（１１）
の！、（点を合わ一部る。

第５図に赤外線検出装置（１）の検出器（５）及びカセ
グレン型対物レンズ（１１）の許細構造を示し、この第
５図を参Ｉｔ＜（してその構造及び赤外線検出方法を現
用する。（１５）　ｔよ保温容器で、内壁部（１５ａ）
と、この内壁部（１５ａ）の周囲に中間部（１５ｂ）を
介して形成される外壁部（１５ｃ）と、この外壁部（１
５ｃ）の１部の開１１部分に蓋をする如く取（Ｎｊけら
れる赤外線透過部材（１５ｄ）　とから成り、内壁部（
１５ａ）　とりｌ壁部（１５（：）の間の中間部（１５
ｂ）は真空状態と戒っている。

（１６）は液体窒素（ＬＮｇ）　（その温度は一１９６
°Ｃである）で、後述するセンサ（１２）、金属プＣ１
ツク（１４）及びバッフル（１３〉の温度を夫々−１９
６“Ｃにするための冷却削である。金属ブし１ソク（１
４）は、内壁部（１５ａ）の下部に取り付けられ、その
内壁部（１５ａ）内に充填されている液体窒素（１６）
によって、−１９６°Ｃに冷却される。

センサ゛（１２）は、例えばその材質が１ｎｓｂ　（ｉ
ｎ旧ｕｍａｎＬｉｍｏｎｉｄｃ　）　　（アンチ；しン
化インシウｌ、）、即し、陽性元素インジウムと陰１生
元素アンチモンとから戒る半導体化合物から収り、そ０
大きさは数十くり【」ンである。そして、このセン１す
（１２）番、し、金ＪＩＡブロノク（１４）の下部に取
イ・１られて　１１〕６°Ｃに冷却される。

バッフル（１３）は、第６図に示すように円筒部側（１
３ａ）と、この円筒部材（１３ａ）の内部の１１１心よ
り稍下方に設けられる仕切板（１３ｂ）と、その内部の
下部に設けられる仕切板（１３ｃ）から成り、各仕切り
板（１３ｂ）　、　（１３ｃ）の中心に４ｉ、孔＋１．
，１１２が夫々設りられている。そして、上述したバッ
フル（１３）は、第５図及び第６図に示すように保温容
器（１５）の内壁部（１５ａ）の下部に取り（Ｊけられ
ている金属’７’　１．Ｊツク（１４〉及びその下面に
取り付けられているセンサ゛（１２）を覆う如く保１１
′１容器（１５）の内壁部（１５＋ｉ）の下部に取付け
られる。従って、パンフル（１３）も保温容器（１５）
内のｌ反体窒素によって、１９６°Ｃに冷ノＪ１される
。尚、各仕切板（１３ｂ）　、　（１３ｃ）の孔１１Ｈ
２は、後述するセンサ（１２）の視野角を決定するため
のものである。

カセグレン形対物レンズ（１１）は、凸面鏡（１０＾）
と、凸面鏡（１０Ａ）の凸鏡面と対向する明鏡面（１０
ａ）を有する凹面鏡（ＩＯＢ）から構成され、その凹面
鏡（１０Ｂ）の中心には、赤外線通過用の透孔（１０ｈ
）が形成されている。尚、凹面鏡（ＩＯＢ）の裏面は平
面（ｊｏｂ）　　と戒っている。

次に、赤外線検出方法の説明をする。被測定物（６）か
ら放射される赤外線は、同図に示す実線の矢印の如く、
凹面鏡（ＩＯＢ）の明鏡面（１０ａ）で反射された後、
凸面鏡（ＩＯＡ）で反射して、凹面鏡（ＩＯＢ）の透孔
（１０ｈ）を通過した後、赤外線透過部材（１５ｄ）を
透過し、バッフル（１３）の各仕切板（１３ｃ）　、　
（１３ｂ）の孔Ｈ２，Ｈ１を通ってセンサ（１２）に入
射して、このセンサ（１２）によって温度が検出される
。尚、同図に破線にて示しているセンサ（１２）から被
測定物（６）の方向を見たときのセンサ（１２）のＦ、
０．Ｖ、　（ＦＩＥＬＤＯＦ　ＶＩＥＷ　（ｉｎ　Ｄｅ
ｇｒｅｅｓ））　　（フィールド・オブ・ビュー（イン
・デイグリーズ））（視野角）は、第５図に示すバッフ
ル（１３）の各仕切板（１３ｂ）　、　（１３ｃ）の孔
ＨｏＨｇの口径が互いに所定の割合を以って夫々の口径
が小に成れば成る程検出器の比検出率Ｄ＊は向上する。

そして、第４図に実線の矢印で示す光束（被測定物（６
）からの赤外線）の角度に近づく。従って、センサ（１
２）のＦ、Ｏ，Ｖ、と、光束の角度の差が小に成る程、
被測定物（６）、センサ（１２）及びバッフル（１３）
以外の物体の放射する赤外線による外乱の影響が減少す
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、かかる従来の温度計測装置を使用して、被測
定物（６）の温度測定を行なう場合、センサ（１２）の
Ｆ、０．Ｖ、を決めるバッフル（１３）の各仕切板の孔
Ｈ＋、Ｈｚの口径を所定の割合を以って小さくしても、
成る一定の口径（成る一定のｐ、ｏ、ｖ、　＝θ）から
は、第６図にて実線で示す曲線Ｂの如く、その口径を小
さくしても比検出率Ｄ＊が向上しなくなる。これは、赤
外線の回折現象によって、被測定物（６）、センサ（１
２）及びバッフル（１３）以外の物体から放射される赤
外線がセンサ（１２）に入射するためである。従って、
被測定物の温度測定に誤差が生じる虞がある。

かかる点に鑑み、本発明は、被測定物、センサ及びバッ
クル以外の物体か°ら放射される赤外線がセンサに入射
しないようにすることによって、センサの比検出率り本
を向上させて、被測定物の温度測定を高精度に行うこと
のできる非接触型温度測定装置の赤外線検出装置を提案
しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、冷却剤（１６）の充填された保温容器（１５
）と、その保温容器（１５）に夫々取付けられた赤外線
検出用のセンサ（１２）及びそのセンサ（１２）に入射
する赤外線の視野角を制限するバッフル（１３）を備え
る検出器（５）と、その検出器（５）に対向する如く配
され、被測定物（６）から放射される赤外線を集束して
、センサ（１２）に照射するカセグレン型対物レンズ（
１１）とを有する非接触型温度測定装置の赤外線検出装
置（１）において、カセグレン型対物レンズ（１１）を
、凸面鏡（ＩＯＡ）と、その凸面鏡（ＩＯＡ）と対向す
る第１の明鏡面（１０ａ）及びセンサ（１）と対向し、
そのセンサ（１２）上に曲率中心を有する第２の明鏡面
（１０ｃ）を備え、且つ中心部に赤外線通過用の透孔（
１０ｈ）が形成された凹面鏡（１０Ｂ）から構成するよ
うにしたものである。

〔作用〕

かかる本発明によれば、カセグレン型対物レンズ（１１
）を、凸面鏡（ＩＯＡ）　ト、ソノ凸面ｖｌ（１０＾）
　ト対向する第１の明鏡面（１０ａ）及びセンサ（１２
）と対向し、そのセンサ（１２）上に曲率中心を有する
第２の明鏡面（１０ｃ）を備えた凹面鏡（ＩＯＢ）とか
ら構成したことにより、被測定物（６）、センサ（１２
）及びバッフル（１３）以外の物体から放射される赤外
線がセンサ（１２）に入射しないので、高精度な温度測
定が行えることを可能にする。

〔実施例〕

以下に、第１図を参照して、本発明の一実施例を詳細に
説明するも、非接触型温度測定装置全体の構成について
は、第３図に示したものと同様であるので、これに関す
る図示及び説明を省略する。

又、第１図における検出器（５）の構造も、第５図にお
ける検出器（５）の構造と同様であるので、この検出器
（５）についての説明を省略する。

第１図に検出器（５）及びカセグレン型対物レンズ（１
１）を示し、以下これについてカセグレン型対物レンズ
（１１）及び被測定物（６）からの赤外線検出方法を説
明する。

この実施例では、カセグレン型対物レンズ（１１）を構
成する凹面鏡（ＩＯＢ）の凸面鏡（ＩＯＡ）とは反対側
にも凹鏡面（球面）　（１０ｃ）を設け、その凹鏡面（
１０ｃ）の曲率中心がセンサ（１２）上にあるように、
凹鏡面（ｌｏｃ）の曲率を設定する。

従って、センサ（１２）に入射する赤外線は、同図に一
点鎖線で示す如くセンサ（１２）自体から放射される赤
外線が凹面鏡（ＩＯＢ）の凹鏡面（１０ｃ）で反射され
たもの及び、同図に実線の矢印で示す如く被測定物（６
）から放射される赤外線に限定される。

次に赤外線検出方法について説明する。被測定物（６）
から放射される赤外線は、同図に実線の矢印で示す如く
、凹面鏡（ＩＯＢ）の凹鏡面（１０ａ）で反射されて凸
面鏡（ＩＯＡ）の凸鏡面に入射し、更に、そこで反射さ
れ、凹面鏡（ＩＯＢ）の透孔（１０ｈ）を通過した後チ
ョッパ（７）で断続され（第２図参照）、赤外線透過部
材（１５ｄ）を透過し、バッフル（１３）の各仕切板（
１３ｃ）　、　（１３ｂ）の孔１−Ｉ　Ｚ＋　Ｈ、を通
ってセンサ（１２）に入射して、その赤外線がそのセン
サ（１２）によって検出される。一方、被測定物（６）
、センサ（１２）及びバッフル（１３）以外の物体から
放射される赤外線は、凹面鏡（ＩＯＢ）の凹鏡面（１０
ｃ）に反射されて、センサ（１２）に入射することはな
い。これによって、センサ（１２）の比検出率り車は、
第７図に示す破線による曲線Ａの如く向上する。

尚、凹面鏡（ＩＯＢ）は、一体成形のものでもよいが、
２枚の凹面鏡を貼り合わせたものでも良い。

〔発明の効果〕

上述せる本発明によれば、冷却剤の充填された保温容器
と、その保温容器に夫々取り付けられた赤外線検出用の
センサ及びそのセンサに入射する赤外線の視野角を制限
するバッフルを備える検出器と、その検出器に対向する
如く配され、被測定物から放射される赤外線を集束して
、センサに照射するカセグレン型対物レンズとを有する
非接触型温度測定装置の赤外線検出装置において、カセ
グレン型対物レンズを、凸面鏡とその凸面鏡と対向する
第１の凹鏡面及びセンサと対向し、そのセンサ上に曲率
中心を有する第２の凹面鏡を備え、且つ中心部に赤外線
通過用の透孔が形成された凹面鏡とから構成したことに
より、被測定物、センサ及びバッフル以外の物体から放
射される赤外線がセンサに入射しないので、被測定物の
温度を高精度に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は従来
の非接触型温度測定装置を示す配置図、第３図はその従
来例の一部の構造を示す配置図、第４図はその従来例の
赤外線検出装置の一部を示す図、第５図はその従来例の
検出装置を示す配置図、第６図はその従来例のバッフル
及びその内部を示す断面図、第７図は従来例及び実施例
の視野角と比検出率Ｄ＊の関係を夫々示す曲線図である
。 （１）は赤外線検出装置、（２）はコントロール装置、
（３）はモニタ装置、（４）はプリアンプ、（５）は検
出器、（６）は被測定物、（７）はチョッパ、（８）は
ステージ、（９）はステージ駆動器、（１０ａ）及び（
１０ｃ）は凹鏡面、（１０ｂ）は平面、（１０ｈ）は透
孔、（１〇八）は凸面鏡、（ＩＯＢ）は凹面鏡、（１１
）はカセグレン型対物レンズ、（１２）はセンサ、（１
３）はバッフル、（１３ａ）は円筒部材、（１３ｂ）　
、　（１３ｃ）は仕切板、（１４）は金属ブロック、（
１５）は保温容器、（１５ａ）は内壁部、（１５ｂ）は
中間部、（１５ｃ）は外壁部、（１５ｄ）は赤外線透過
部材、（１６）は液体窒素、（１８）はガイド軸、（１
９）は検出装置保持体、（２０）は接眼鏡、（２１）は
照明ランプ、（２２）は熱線吸収ガラスおよび集光レン
ズ、（２３）はオプティカルファイバー、（２４）はコ
ンデンサレンズ、（２５）はハーフ短う−、（２６）は
コールドミラーである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 冷却剤の充填された保温容器、該保温容器に夫々取り付
   けられた赤外線検出用のセンサ及び該センサに入射する
   赤外線の視野角を制限するバッフルを備える検出器と、
   該検出器に対向する如く配され、被測定物から放射され
   る赤外線を集束して、上記センサに照射するカセグレン
   型対物レンズとを有する非接触型温度測定装置の赤外線
   検出装置において、 上記カセグレン型対物レンズを、凸面鏡と、該凸面鏡と
   対向する第１の凹鏡面及び上記センサと対向し、該セン
   サ上に曲率中心を有する第２の凹鏡面を備え、且つ中心
   部に赤外線通過用の透孔が形成された凹面鏡とから構成
   したことを特徴とする非接触型温度測定装置の赤外線検
   出装置。