JPH07318432A

JPH07318432A - 光チョッパ

Info

Publication number: JPH07318432A
Application number: JP13645494A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Sotani; 俊之操谷; Yoshinori Sugihara; 芳典杉原; Juichiro Ukon; 寿一郎右近
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1994-05-25
Filing date: 1994-05-25
Publication date: 1995-12-08

Abstract

(57)【要約】【目的】フォトカプラなど他の位置検出器を用いなく
ても遮光板の位置判別を行うことができ、構成が簡単で
しかもモータの消費電流が少なくて済み、特に、放射温
度計など小型可搬型の赤外線応用計測機器に好適に組み
込むことができる光チョッパを提供すること。【構成】赤外線検出器５に入射される赤外光を、モー
タ１３に駆動される遮光板によってチョッピングする光
チョッパ１０において、前記モータ１３としてパルス駆
動可能なモータを用い、このモータ１３に正負交互の駆
動パルスを供給するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば放射温度計や
赤外線ガス分析計など赤外線応用計測機器に組み込まれ
る光チョッパに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば焦電型赤外線検出器を用いた放射
温度計や赤外線ガス分析計などには、焦電型赤外線検出
器に入射される赤外光をチョッピングするための光チョ
ッパが設けられる。この光チョッパは、例えばステンレ
ス鋼やアルミニウムの薄板よりなる半円弧状に形成した
遮光板を、直流モータや誘導モータなどの回転軸に取り
付けて回転駆動させるように構成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そして、直流モータ
は、小型であり、低電圧駆動が可能であるとともに、安
価であるといった利点を有し、また、誘導モータは交流
電源によって駆動できるといった特徴を有しているが、
前者は消費電流が大きく、回転数の安定性に問題があ
り、また、後者は交流電源を必要とし、モータ内に回転
ブラシによる摺動部があるため、電磁雑音が発生しやす
く、検出器に雑音を与えるといった問題がある。

【０００４】そして、これらの各モータを例えば小型可
搬型の放射温度計に用いた場合、室温より高い温度〔図
８（Ａ）参照〕を測定したものであるか、室温より低い
温度〔同図（Ｂ）参照〕を測定したものであるかを見分
ける必要がある。しかし、出力波形のみでは見分けが付
かず、それを明確に区別するには、図７に示すように、
チョッパモータ７１によって回転駆動される遮光板７２
の位置を検出するために、フォトカプラやフォトインタ
ラプタなどの位置検出器７３を設け、この位置検出器７
３からの遮光板７２の開閉状態を表す出力〔図８（Ｃ）
参照〕に基づいて、赤外線検出器７４から出力される出
力波形の判別を行うようにしていた。

【０００５】つまり、直流モータや誘導モータを光チョ
ッパの駆動源として用いる場合、フォトカプラやフォト
インタラプタなどの位置検出器７３が必ず必要になり、
位置検出器７３関係の回路が必要になるとともに、配線
や位置検出器７３の取付けのためのスペースが必要にな
り、小型かつ低コストを要求される可搬型の放射温度計
にとって甚だ都合が悪いものであり、この点、大いなる
改善の余地があった。

【０００６】なお、図７において、７５はハウジング、
７６は集光レンズ、７７はスリット、７８は測定対象か
らの赤外線である。

【０００７】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、フォトカプラなど他の位置検出器を用いなく
ても遮光板の位置判別を行うことができ、構成が簡単で
しかもモータの消費電流が少なくて済み、特に、放射温
度計など小型可搬型の赤外線応用計測機器に好適に組み
込むことができる光チョッパを提供することを目的とし
ている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、赤外線検出器に入射される赤外光を、
モータに駆動される遮光板によってチョッピングする光
チョッパにおいて、前記モータとしてパルス駆動可能な
モータを用い、このモータに正負交互の駆動パルスを供
給するようにした点に特徴がある。

【０００９】

【作用】遮光板を駆動するモータとして、例えば壁掛け
時計などに用いられる回転角１８０°のクロック用モー
タを用い、このモータに例えばマイクロコンピュータか
ら正負交互の電圧パルスを入力する。そして、例えば正
のパルスで半回転（１８０°）して遮光板を遮光状態か
ら入光状態とし、負のパルスでさらに半回転して遮光板
を入光状態から遮光状態とするのである。

【００１０】このように、遮光板を駆動するモータとし
てパルス入力により駆動されるモータを用いているの
で、入力される駆動パルスのデューティ比を適宜設定す
る（例えば１：１０など）ことにより、消費電流を低く
抑えることができる。また、正負交互の駆動パルスを供
給するようにしているので、遮光板の位置を駆動パルス
の波形によって検出することができ、他の位置検出器を
用いる必要がない。

【００１１】

【実施例】図１は、この発明の光チョッパを組み込んだ
可搬型の放射温度計を示すもので、この図において、１
は樹脂など適宜の材料よりなるハウジングで、その一方
の端部側には、開口側から奥側（図の左から右側）に向
かうほど狭くなる例えば円錐形の導光空間２が設けら
れ、この導光空間２は、ハウジング１端部に設けられる
例えばフレネルレンズ（例えば有効径１６ｍｍ、焦点距
離２０ｍｍ）などの集光レンズ３によって閉塞されてい
る。４は集光レンズ３の外周に立設される迷光の侵入を
防止するためのフードである。

【００１２】５は導光空間２の底部に設けられ、集光レ
ンズ３を経た赤外線を検出する検出器で、図２に示すよ
うに、例えば直径１．２ｍｍの受光素子５ａ，５ｂを備
えたデュアル素子タイプの焦電検出器よりなり、その出
力は帯域増幅を行うアナログ回路６を介してマイクロコ
ンピュータ７に入力される。８は赤外線検出器５の近傍
に設けられる温度補償用のサーミスタで、その出力はマ
イクロコンピュータ７に入力される。また、赤外線検出
器５の前面には赤外線検出器５に入射する光量を絞るた
めのスリット（例えば直径１．２ｍｍ）９が形成されて
いる。

【００１３】１０は赤外線検出器５に入射される赤外光
をチョッピングするための光チョッパで、図２に示すよ
うな例えば半円形状のステンレス鋼またはポリエステル
よりなる遮光板（例えば半径７ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ程
度）１１と、この遮光板１１を出力軸１２に取り付け、
遮光板１１を適宜の周期（例えば２Ｈｚ）で回動させる
パルスモータ１３とからなる。１４は遮光板１１の固定
部材である。前記パルスモータ１３としては、例えば壁
掛け時計などに用いられる回転角１８０°のクロック用
モータを用いることができ、マイクロコンピュータ７か
らの正負交互の駆動パルスによって駆動される。

【００１４】図３（Ａ）は、マイクロコンピュータ７か
ら出力される駆動パルス（電圧パルス）の一例を示す波
形図であり、同図（Ｂ）は、この駆動パルスがパルスモ
ータ１３に入力されたときの光チョッパ１０の動作状態
を示す図である。この図に示すように、例えば正の電圧
パルスをパルスモータ１３に印加して光チョッパ１０の
遮光板１１を半回転（１８０°）させて入光状態とし、
負の電圧パルスでさらに半回転して遮光板１１を入光状
態から遮光状態とするのである。

【００１５】１５はマイクロコンピュータ７を取り付け
るためのプリント基板で、マイクロコンピュータ７への
信号の入力およびマイクロコンピュータ７からの信号の
出力を行う。１６はマイクロコンピュータ７やアナログ
系回路などの電源としての乾電池である。なお、詳細に
図示してないが、ハウジング１の表面の適宜位置には、
電源スイッチや各種の操作ボタンを有する操作部および
測定結果などを表示するための表示部が形成されてい
る。

【００１６】上記構成の放射温度計においては、非測定
物からの赤外光は集光レンズ３によって集光され、さら
に、スリット９によって絞られる。そして、赤外線検出
器５の前面に設けられた光チョッパ１０は、正負交互に
変化する電圧パルスによって駆動されるパルスモータ１
３と遮光板１１とからなるので、前記集光された赤外光
は、例えば２Ｈｚ毎に赤外線検出器５の一方の受光素子
５ａに入射する。これにより、赤外線検出器５からは被
測定物と受光素子５ａとの温度差に比例した信号を出力
し、これがマイクロコンピュータ７に入力される。この
とき、マイクロコンピュータ７には、赤外線検出器５の
近傍に設けられたサーミスタ８からの温度信号が入力さ
れているので、マイクロコンピュータ７においては、前
記両信号に基づいて被測定物の絶対的な温度が演算さ
れ、これが表示部に表示され、所定の温度計測を行うこ
とができる。

【００１７】このように、光チョッパ１０の遮光板１１
を駆動するモータとしてパルス入力により駆動されるパ
ルスモータ１３を用いているので、遮光板１１の位置を
駆動パルスの波形によって検出することができ、他の位
置検出器を用いる必要がなく、位置検出器関係の回路や
その配線およびそれらの取付け用スペースが不要にな
る。また、前記駆動パルスのデューティ比を適宜設定す
ることにより、消費電流を低く抑えることができ、電源
１６も小容量・小型のものでよい。したがって、この種
の可搬型の放射温度計を小型かつ低コストなものに構成
できる。

【００１８】図４（Ａ），（Ｂ）は、光チョッパ１０の
他の構成例を示すもので、この実施例において、２１は
遮光板で、その一端側において、パルスモータ１３の近
傍に設けられた垂直な固定軸２２に揺動自在に枢支さ
れ、当接凹部（カム面）２３が形成されている。２４は
この遮光板２１を常時赤外線検出器５方向に付勢するば
ね、２５はストッパである。２６はパルスモータ１３の
出力軸１２に固着された回動アームで、その一方の面に
は点対称の位置に２本のピン２７が突設されている。２
８はばね２４の一端を固定する固定点である。

【００１９】このように構成された光チョッパ１０にお
いては、パルスモータ１３を例えば２Ｈｚの周期で回転
することにより、遮光板２１が矢印ＵまたはＶ方向に揺
動して、赤外線検出器５を遮光状態または入光状態に切
り換える。この場合、遮光板２１を回転させるのではな
く、ある一定の範囲内で往復的に揺動させるものである
から、遮光板２１の回動範囲が小さくて済み、よりコン
パクトな光チョッパ１０が得られる。

【００２０】上述の実施例はいずれも、パルスモータ１
３によって遮光板１１，２１を回転または回動させるも
のであったが、パルスモータ１３によって遮光板を直線
的に移動させることにより、赤外線検出器５を遮光状態
または入光状態に切り換えるようにしてもよく、以下、
このように構成した例について、図５および図６を参照
しながら詳細に説明する。

【００２１】まず、図５は、この発明の他の光チョッパ
３０を組み込んだ可搬型の放射温度計の要部を示すもの
で、この図において、３１は樹脂など適宜の材料よりな
るハウジングで、その内部には迷光防止用のスリット３
２が形成された例えばアルミダイキャストなどよりなる
金属ホルダ３３が設けられ、この金属ホルダ３３に例え
ばフレネルレンズよりなる集光レンズ３４と焦電検出器
３５が設けられているとともに、焦電検出器３５の前面
側に光チョッパ３６が設けられている。なお、この図に
おいて、３７は迷光の侵入を防止するためのフード、３
８はレンズ押さえ、３９は温度補償用のサーミスタ、４
０はマイクロコンピュータ（図示してない）を搭載した
回路板である。

【００２２】前記光チョッパ３６は、パルスモータ４１
と、焦電検出器３５側において焦電検出器３５に向かう
光を遮断（遮光）したり、通過（入光）させたりする二
つの遮光板４２，４３と、パルスモータ４１の出力軸４
４に回動自在に取り付けられ両端部が遮光板４２，４３
と連結されたアーム４５とからなる。パルスモータ４１
は、そのステップ角が６０°であり、前記金属ホルダ３
３にその出力軸４５を水平にした状態で固定されてい
る。そして、図６（Ａ），（Ｂ）にも示すように、前記
出力軸４４に、適宜の樹脂よりなるアーム４５が圧入ま
たは接着などにより固着されている。このアーム４５の
両端部近傍には突起４６，４７が設けてある。

【００２３】そして、遮光板４２，４３は、薄い（例え
ば０．１ｍｍ）ステンレス鋼または合成樹脂（例えばポ
リエステル）よりなり、図６（Ａ），（Ｂ）に示すよう
に、前記突起４６，４７を係入する孔４８，４９および
金属ホルダ３３に横方向に立設された４つのガイドピン
５０〜５３を係入する４つの長孔５４〜５７を備えてお
り、アーム４５が出力軸４５を中心にして、矢印Ｘ方向
または矢印Ｙ方向に回動するに伴って、互いに反対方向
に移動するように、一方の遮光板４２の孔４８にアーム
４５の突起４６が係入し、他方の遮光板４３の孔４９に
アーム４５の突起４７が係入している。

【００２４】上記構成の光チョッパ３６は、次のように
動作する。すなわち、今、図６（Ａ）に示すように、遮
光板４２，４３が焦電検出器３５の受光面３５Ａの前方
において重なり合い、受光面３５Ａへの入光が妨げてい
る状態、すなわち、遮光状態にあるとき、パルスモータ
４１に例えば正の駆動パルスが印加されると、パルスモ
ータ４１の出力軸４４が同図（Ｂ）に示すように、矢印
Ｙ方向にが６０°だけ回動する。この回動に伴って、遮
光板４２が矢印Ｖ方向に直線移動し、また、遮光板４３
が前記矢印Ｖ方向とは反対の矢印Ｕ方向に直線移動し、
遮光板４２，４３の重なりがなくなり、光路に開口が生
じるので、前記受光面３５Ａへの入光が許可されている
状態、すなわち、入光状態となる〔同図（Ｂ）参照〕。

【００２５】そして、同図（Ｂ）に示すように、入光状
態にあるとき、パルスモータ４１に負の駆動パルスが印
加されると、前記出力軸４４が同図（Ａ）に示すよう
に、矢印Ｘ方向にが６０°だけ回動する。この回動に伴
って、遮光板４２が矢印Ｕ方向に直線移動し、また、遮
光板４３が矢印Ｖ方向に直線移動し、光路が閉鎖さ
れ、、遮光状態となる〔同図（Ａ）参照〕。

【００２６】上記図６に示した光チョッパによれば、図
２または図４に示したものと同様の効果を奏する他、津
後のような効果も奏する。すなわち、その占有スペース
をより小さくできる。また、低電圧（例えばＤＣ１．５
Ｖ）駆動が可能である。

【００２７】なお、前記二つの遮光板４２，４３に代え
て、単一の遮光板のみで構成してもよい。

【００２８】この発明は、上述の実施例に限られるもの
ではなく、種々に変形して実施することができる。例え
ばパルモータ１３，４１の駆動パルスは、正逆交流のパ
ルス状電流であってもよい。

【００２９】そして、パルモータ１３，４１のステップ
角や回転周期は、上記実施例に限られるものではなく、
任意に設定できることは言うまでもない。

【００３０】さらに、赤外線検出器５，３５としては、
サーモパイル検出器や半導体検出器を用いてもよい。特
に、サーモパイル検出器は出力が小さいため、遠方の被
測定物を測るときには、それ自身の光学系内部の熱放射
が無視できなくなる。そこで、直流出力を行うサーモパ
イルに、上記光チョッパ１０，３６で光チョッピングす
ることにより、交流出力を得ることができ、温度ドリフ
トを効果的に抑止できる。

【００３１】そして、この発明の光チョッパ１０，３６
は、上記放射温度計のみならず、赤外線ガス分析計など
他の可搬型赤外線応用計測機器に適用することができ、
これらをよりコンパクトにすることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明において
は、光チョッパの遮光板を駆動するモータとしてパルス
駆動可能なモータを用い、このモータに正負交互の駆動
パルスを供給するようにしているので、フォトカプラな
ど他の位置検出器を用いなくても遮光板の位置判別を行
うことができ、それだけ構成が簡単になる。また、モー
タを正負交互の駆動パルスで駆動しているので、このパ
ルスデューティ被適宜選択することにより、消費電流が
少なく抑えることができ、モータの駆動用電源を小容量
・小型化でき、したがって、放射温度計など小型可搬型
の赤外線応用計測機器に好適に組み込むことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光チョッパを組み込んだ放射温度計
の一例を示す構成図である。

【図２】前記光チョッパの要部を示す平面図である。

【図３】（Ａ）は前記光チョッパのモータに印加される
駆動パルスの一例を示す波形図、（Ｂ）は、光チョッパ
の動作状態を示す図である。

【図４】光チョッパの他の実施態様を示し、（Ａ）は側
面図、（Ｂ）は平面図である。

【図５】この発明の光チョッパを組み込んだ放射温度計
の他の例を示す構成図である。

【図６】（Ａ），（Ｂ）は前記光チョッパの動作説明図
である。

【図７】従来の光チョッパを組み込んだ放射温度計を示
す構成図である。

【図８】従来技術の欠点を説明するための図である。

【符号の説明】

５，３５…赤外線検出器、１０，３６…光チョッパ、１
３，４１…モータ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】赤外線検出器に入射される赤外光を、モ
ータに駆動される遮光板によってチョッピングする光チ
ョッパにおいて、前記モータとしてパルス駆動可能なモ
ータを用い、このモータに正負交互の駆動パルスを供給
するようにしたことを特徴とする光チョッパ。