JPH09154288A - 光学チョッパ - Google Patents
光学チョッパInfo
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- JPH09154288A JPH09154288A JP7308715A JP30871595A JPH09154288A JP H09154288 A JPH09154288 A JP H09154288A JP 7308715 A JP7308715 A JP 7308715A JP 30871595 A JP30871595 A JP 30871595A JP H09154288 A JPH09154288 A JP H09154288A
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- chopping
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- optical
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 精度の良い輻射温度測定を行うことができる
うえ、輻射温度測定装置全体の小型化が可能で、安価な
焦電型輻射温度測定装置用光学チョッパを供給する。 【解決手段】 圧電素子１０４を貼り付けたベース部１
０２を、固定部材１０６ａ、１０６ｂで２等分するよう
に挟み込んで固定し、ベース部１０２の両端から垂直に
伸びた腕１０８ａ、１０８ｂの先端にチョッピングプレ
ート１１０ａ、１１０ｂを設け、圧電素子１０４により
ベース部１０２を微少振動させ、腕１０８ａ、１０８ｂ
でその振動を増幅して、焦電センサ１１２のセンサ窓１
１４の前を、チョッピングプレート１１０ａ、１１０ｂ
が横切るようにチョッパを構成している。
うえ、輻射温度測定装置全体の小型化が可能で、安価な
焦電型輻射温度測定装置用光学チョッパを供給する。 【解決手段】 圧電素子１０４を貼り付けたベース部１
０２を、固定部材１０６ａ、１０６ｂで２等分するよう
に挟み込んで固定し、ベース部１０２の両端から垂直に
伸びた腕１０８ａ、１０８ｂの先端にチョッピングプレ
ート１１０ａ、１１０ｂを設け、圧電素子１０４により
ベース部１０２を微少振動させ、腕１０８ａ、１０８ｂ
でその振動を増幅して、焦電センサ１１２のセンサ窓１
１４の前を、チョッピングプレート１１０ａ、１１０ｂ
が横切るようにチョッパを構成している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、焦電型輻射温度測
定装置等で使用される、熱源から発する赤外線を赤外線
検知部に間欠的に入射させるためのチョッパなどに関す
る。
定装置等で使用される、熱源から発する赤外線を赤外線
検知部に間欠的に入射させるためのチョッパなどに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】焦電型の輻射温度測定装置では、被測定
物からの赤外線を光学チョッパを用いて間欠的に検知部
に照射することにより、輻射温度を検知している。
物からの赤外線を光学チョッパを用いて間欠的に検知部
に照射することにより、輻射温度を検知している。
【０００３】つまり、光学チョッパが被測定物からの赤
外線を遮断している状態では、検知部には光学チョッパ
からの輻射による赤外線が照射され、光学チョッパが開
放状態では被測定物からの輻射による赤外線が照射され
る。両者の赤外線のエネルギ差に応じて検知部の温度が
変化し出力が得られる。輻射による赤外線のエネルギは
その物体の温度に応じて変わるため、予め測定した光学
チョッパの温度を基準として検知部の出力値から演算す
ることにより、被測定物の温度が得られる。
外線を遮断している状態では、検知部には光学チョッパ
からの輻射による赤外線が照射され、光学チョッパが開
放状態では被測定物からの輻射による赤外線が照射され
る。両者の赤外線のエネルギ差に応じて検知部の温度が
変化し出力が得られる。輻射による赤外線のエネルギは
その物体の温度に応じて変わるため、予め測定した光学
チョッパの温度を基準として検知部の出力値から演算す
ることにより、被測定物の温度が得られる。
【０００４】図５は従来の光学チョッパを用いた輻射温
度測定装置の構成例で、モータ３０４の軸に取り付けら
れたチョッピング円盤３０２の開口部３１０ａ、３１０
ｂが、焦電センサ３０６のセンサ窓３０８の前を横切る
ように配置されている。
度測定装置の構成例で、モータ３０４の軸に取り付けら
れたチョッピング円盤３０２の開口部３１０ａ、３１０
ｂが、焦電センサ３０６のセンサ窓３０８の前を横切る
ように配置されている。
【０００５】モータ３０４が回転すると、チョッピング
円盤３０２と開口部３１０ａないしは開口部３１０ｂ
が、センサ窓３０８の前を交互に横切ることになる。開
口部３１０ａあるいは開口部３１０ｂがセンサ窓３０８
の前にある時は被測定物からの赤外線が焦電センサ３０
６に入射し、チョッピング円盤３０２がセンサ窓３０８
の前にある時は被測定物からの赤外線は遮断されチョッ
ピング円盤３０２からの赤外線が焦電センサ３０６に入
射する。
円盤３０２と開口部３１０ａないしは開口部３１０ｂ
が、センサ窓３０８の前を交互に横切ることになる。開
口部３１０ａあるいは開口部３１０ｂがセンサ窓３０８
の前にある時は被測定物からの赤外線が焦電センサ３０
６に入射し、チョッピング円盤３０２がセンサ窓３０８
の前にある時は被測定物からの赤外線は遮断されチョッ
ピング円盤３０２からの赤外線が焦電センサ３０６に入
射する。
【０００６】焦電センサ３０６は両者の赤外線のエネル
ギ差から生じる温度変化を捕らえエネルギ差に応じた振
幅をもつ正弦波状の信号を出力する。位置センサ３２０
でセンサ窓３０８の開口状態を検知し、タイミングを見
計らって取り込んだ出力信号の振幅とチョッピング円盤
３０２の温度から被測定物の温度を演算することができ
る。
ギ差から生じる温度変化を捕らえエネルギ差に応じた振
幅をもつ正弦波状の信号を出力する。位置センサ３２０
でセンサ窓３０８の開口状態を検知し、タイミングを見
計らって取り込んだ出力信号の振幅とチョッピング円盤
３０２の温度から被測定物の温度を演算することができ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の円盤をモータに
より回転駆動させる光学チョッパでは、小型化すればモ
ータがセンサと近接し、モータの発熱が測定精度を劣化
させる可能性が高くなる。発熱の影響を避けようとする
と装置の大型化は避けられない。
より回転駆動させる光学チョッパでは、小型化すればモ
ータがセンサと近接し、モータの発熱が測定精度を劣化
させる可能性が高くなる。発熱の影響を避けようとする
と装置の大型化は避けられない。
【０００８】また、従来の光学チョッパではモータの回
転精度も要求されるが、小型で高い回転精度をもつモー
タは駆動回路が複雑になる。また輻射温度を測定するた
めにはチョッピングのタイミングを検出するセンサが必
要である。こうしたことから装置は高価になりがちであ
った。
転精度も要求されるが、小型で高い回転精度をもつモー
タは駆動回路が複雑になる。また輻射温度を測定するた
めにはチョッピングのタイミングを検出するセンサが必
要である。こうしたことから装置は高価になりがちであ
った。
【０００９】本発明ではこうした課題を解決し、測定精
度が良く、装置の小型化が可能で安価な輻射温度測定装
置用光学チョッパを提供するものである。
度が良く、装置の小型化が可能で安価な輻射温度測定装
置用光学チョッパを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、圧電素子を貼り付けたベース部と、ベー
ス部を２等分するように挟み込んで固定する第１、第２
の固定部材と、ベース部の各々の自由な端辺から伸び、
遮断する光束の光軸に対して垂直にたわみ振動する第
１、第２の振動腕部と、互いに平行を保ったまま往復移
動する様に振動腕部に固定された第１、第２のチョッピ
ング部を備えたものである。
決するために、圧電素子を貼り付けたベース部と、ベー
ス部を２等分するように挟み込んで固定する第１、第２
の固定部材と、ベース部の各々の自由な端辺から伸び、
遮断する光束の光軸に対して垂直にたわみ振動する第
１、第２の振動腕部と、互いに平行を保ったまま往復移
動する様に振動腕部に固定された第１、第２のチョッピ
ング部を備えたものである。
【００１１】また本発明では上記課題を解決するため
に、遮断する光線の光軸に対して垂直なたわみ振動を圧
電素子によって励起される振動腕部と、振動腕部のたわ
み振動により遮断光光軸に対し垂直に移動する様、振動
腕部に固定されたチョッピング部から構成される第１の
チョッパ体と、前記第１のチョッパ体と同形状で、前記
第１のチョッパ体を前記光軸方向にずらしたのち前記光
軸を中心に回転対称な位置に配備された第２のチョッパ
体を備えたものである。
に、遮断する光線の光軸に対して垂直なたわみ振動を圧
電素子によって励起される振動腕部と、振動腕部のたわ
み振動により遮断光光軸に対し垂直に移動する様、振動
腕部に固定されたチョッピング部から構成される第１の
チョッパ体と、前記第１のチョッパ体と同形状で、前記
第１のチョッパ体を前記光軸方向にずらしたのち前記光
軸を中心に回転対称な位置に配備された第２のチョッパ
体を備えたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明では、駆動電圧を印可する
と圧電素子はベース部を振動させ、その振動が振動腕部
で拡大されてチョッピング部が往復運動し、光束を間欠
的に遮断する。微少振動を構造的に拡大してチョッピン
グ部を運動させるため、圧電素子で消費する電力は非常
に少なく、発熱等の熱的影響を周囲に与える可能性が低
い。また構造も簡素であり安価で供給することが可能で
ある。さらにチョッピング部は光軸に対して垂直に運動
するため光軸方向の変動が非常に少なく、レンズや絞り
などの光学部品の配置に与える制約が少ない。
と圧電素子はベース部を振動させ、その振動が振動腕部
で拡大されてチョッピング部が往復運動し、光束を間欠
的に遮断する。微少振動を構造的に拡大してチョッピン
グ部を運動させるため、圧電素子で消費する電力は非常
に少なく、発熱等の熱的影響を周囲に与える可能性が低
い。また構造も簡素であり安価で供給することが可能で
ある。さらにチョッピング部は光軸に対して垂直に運動
するため光軸方向の変動が非常に少なく、レンズや絞り
などの光学部品の配置に与える制約が少ない。
【００１３】あるいは、本発明では圧電素子の振動が振
動腕部のたわみ振動を励起させ、チョッピング部を光軸
に垂直な方向に往復運動させて、光束を間欠的に遮断す
る。微少振動を構造的に拡大してチョッピング部を運動
させるため、圧電素子で消費する電力は非常に少なく、
発熱等の熱的影響を周囲に与える可能性が低い。また構
造も簡素であり安価で供給することが可能である。さら
にチョッピング部は光軸に対して垂直に運動するため光
軸方向の変動が非常に少なく、レンズや絞りなどの光学
部品の配置に与える制約が少ない。加えて、チョッピン
グ部の特定の点の動きは一定半径の円周上を往復するよ
うな運動になり、光束を横切る速度は場所によって一定
ではない。しかし、２つのチョッパ体を光軸に対して回
転対称に配置すると、運動の半径方向で光束を横切る速
度は平均化され、全開から全閉までの時間が短縮でき
る。
動腕部のたわみ振動を励起させ、チョッピング部を光軸
に垂直な方向に往復運動させて、光束を間欠的に遮断す
る。微少振動を構造的に拡大してチョッピング部を運動
させるため、圧電素子で消費する電力は非常に少なく、
発熱等の熱的影響を周囲に与える可能性が低い。また構
造も簡素であり安価で供給することが可能である。さら
にチョッピング部は光軸に対して垂直に運動するため光
軸方向の変動が非常に少なく、レンズや絞りなどの光学
部品の配置に与える制約が少ない。加えて、チョッピン
グ部の特定の点の動きは一定半径の円周上を往復するよ
うな運動になり、光束を横切る速度は場所によって一定
ではない。しかし、２つのチョッパ体を光軸に対して回
転対称に配置すると、運動の半径方向で光束を横切る速
度は平均化され、全開から全閉までの時間が短縮でき
る。
【００１４】
【実施例】本発明の第１の実施例を用いた輻射温度測定
装置は図１に示すように、圧電素子１０４を貼り付けた
ベース部１０２を、固定部材１０６ａ、１０６ｂで２等
分するように挟み込んで固定し、ベース部１０２の両端
から垂直に伸びた腕１０８ａ、１０８ｂの先端にチョッ
ピングプレート１１０ａ、１１０ｂを設け、圧電素子１
０４によりベース部１０２を微少振動させ、腕１０８
ａ、１０８ｂでその振動を増幅して、焦電センサ１１２
のセンサ窓１１４の前を、チョッピングプレート１１０
ａ、１１０ｂが横切るようにチョッパを構成している。
装置は図１に示すように、圧電素子１０４を貼り付けた
ベース部１０２を、固定部材１０６ａ、１０６ｂで２等
分するように挟み込んで固定し、ベース部１０２の両端
から垂直に伸びた腕１０８ａ、１０８ｂの先端にチョッ
ピングプレート１１０ａ、１１０ｂを設け、圧電素子１
０４によりベース部１０２を微少振動させ、腕１０８
ａ、１０８ｂでその振動を増幅して、焦電センサ１１２
のセンサ窓１１４の前を、チョッピングプレート１１０
ａ、１１０ｂが横切るようにチョッパを構成している。
【００１５】圧電素子１０４は、正弦波あるいは立ち上
がり立ち下がりを鈍らせた方形波状の駆動電圧を加える
ことによりベース１０２をベース振動方向１２０ａ、１
２０ｂに固定部材１０６ａ、１０６ｂで固定された箇所
を中心に振動する。腕１０８ａとチョッピングプレート
１１０ａの合成共振周波数および腕１０８ｂとチョッピ
ングプレート１１０ｂの合成共振周波数は駆動電圧の周
波数近傍に設計されており、ベース１０２の微少振動が
増幅されて腕１０８ａ、１０８ｂおよびチョッピングプ
レート１１０ａ、１１０ｂは、ベース１０２と腕１０８
ａ、１０８ｂの接合部をほぼ中心とする腕振動方向１２
１ａ、１２１ｂの振動をする。
がり立ち下がりを鈍らせた方形波状の駆動電圧を加える
ことによりベース１０２をベース振動方向１２０ａ、１
２０ｂに固定部材１０６ａ、１０６ｂで固定された箇所
を中心に振動する。腕１０８ａとチョッピングプレート
１１０ａの合成共振周波数および腕１０８ｂとチョッピ
ングプレート１１０ｂの合成共振周波数は駆動電圧の周
波数近傍に設計されており、ベース１０２の微少振動が
増幅されて腕１０８ａ、１０８ｂおよびチョッピングプ
レート１１０ａ、１１０ｂは、ベース１０２と腕１０８
ａ、１０８ｂの接合部をほぼ中心とする腕振動方向１２
１ａ、１２１ｂの振動をする。
【００１６】チョッピングプレート１１０ａ、１１０ｂ
は焦電センサ１１２に入射する赤外線の光軸に対して垂
直に位置し、光軸方向に位置をずらして配置され、光軸
に対して垂直に振動するので、互いに衝突することなく
入射する赤外線を遮断することができる。
は焦電センサ１１２に入射する赤外線の光軸に対して垂
直に位置し、光軸方向に位置をずらして配置され、光軸
に対して垂直に振動するので、互いに衝突することなく
入射する赤外線を遮断することができる。
【００１７】遮断時にはチョッピングプレート１１０
ａ、１１０ｂからの赤外線が、開時には被測定物からの
赤外線が焦電センサ１１２に入射し、焦電センサ１１２
の温度変化をもたらし両者のエネルギ差に応じた振幅を
持つ正弦波状の出力が焦電センサ１１２から得られる。
ａ、１１０ｂからの赤外線が、開時には被測定物からの
赤外線が焦電センサ１１２に入射し、焦電センサ１１２
の温度変化をもたらし両者のエネルギ差に応じた振幅を
持つ正弦波状の出力が焦電センサ１１２から得られる。
【００１８】共振を利用しているため、圧電素子１０４
で消費する電力は非常に少なく、発熱によって焦電セン
サ１１２の検出精度に影響を与える可能性は極めて低
い。また、チョッピングプレート１１０ａ、１１０ｂは
光軸１１６に対して垂直に運動するため、光軸１１６上
にレンズや絞りなどの光学部品を配置したいときでも、
光学部品に衝突する恐れも非常に少なく光学部品の配置
にもたらす制約が少ない。従って精度の良い測定を行う
ことができるうえ、焦電センサ１１２に近接してチョッ
パを配置でき、光学部品の配置に制約が少なく、装置全
体の小型化が可能である。
で消費する電力は非常に少なく、発熱によって焦電セン
サ１１２の検出精度に影響を与える可能性は極めて低
い。また、チョッピングプレート１１０ａ、１１０ｂは
光軸１１６に対して垂直に運動するため、光軸１１６上
にレンズや絞りなどの光学部品を配置したいときでも、
光学部品に衝突する恐れも非常に少なく光学部品の配置
にもたらす制約が少ない。従って精度の良い測定を行う
ことができるうえ、焦電センサ１１２に近接してチョッ
パを配置でき、光学部品の配置に制約が少なく、装置全
体の小型化が可能である。
【００１９】また、チョッピングプレート１１０ａ、１
１０ｂの往復運動の周波数は、駆動周波数と同じであ
り、駆動信号を基準に焦電センサ１１２の出力信号の振
幅を取り出すタイミングを決定できる。よって、フォト
センサ等を用いてチョッピングプレート１１０ａ、１１
０ｂの位置を検出する必要がない。
１０ｂの往復運動の周波数は、駆動周波数と同じであ
り、駆動信号を基準に焦電センサ１１２の出力信号の振
幅を取り出すタイミングを決定できる。よって、フォト
センサ等を用いてチョッピングプレート１１０ａ、１１
０ｂの位置を検出する必要がない。
【００２０】さらに、圧電素子１０４が停止している状
態で、入射する赤外線の半分の量を遮断する位置にチョ
ッピングプレート１１０ａ、１１０ｂを設置すると、圧
電素子１０４の特性劣化等によりチョッピングプレート
１１０ａ、１１０ｂの最大変位量が変化しても全開時
間、全閉時間の比率が変わらず精度の良い測定が可能で
ある。この様子を図４を用いて説明する。
態で、入射する赤外線の半分の量を遮断する位置にチョ
ッピングプレート１１０ａ、１１０ｂを設置すると、圧
電素子１０４の特性劣化等によりチョッピングプレート
１１０ａ、１１０ｂの最大変位量が変化しても全開時
間、全閉時間の比率が変わらず精度の良い測定が可能で
ある。この様子を図４を用いて説明する。
【００２１】横軸は時間ｔで、縦軸はチョッピングプレ
ートの変位を示している。焦電センサの視野中心とチョ
ッピングプレートの振動中心を一致させた場合の視野Ｗ
Ａ−ＷＡ’、視野中心と振動中心がずれた場合のＷＢ−
ＷＢ’で、チョッピングプレートの変位Ｙ０（ｔ）が、
Ｙ１（ｔ）に変化した場合を考える。変位Ｙ０（ｔ）の
時全開時間は、視野中心と振動中心を一致させた場合は
Ａ−Ｂ、ずれている場合はＰ−Ｑ、全閉時間はそれぞれ
Ｃ−Ｄ、Ｒ−Ｓである。変位がＹ１（ｔ）に変化する
と、全開時間はそれぞれＡ’−Ｂ’、Ｐ’−Ｑ’、全閉
時間はＣ’−Ｄ’、Ｒ’−Ｓ’となる。時間Ａ−Ｂと時
間Ｃ−Ｄの比は１で、Ａ’−Ｂ’の比は１で変わらない
が、図４においてＰ−ＱとＲ−Ｓの比は１．８５である
のに対して、Ｐ’−Ｑ’とＲ’−Ｓ’の比は１．３５と
なり、最大変位が変わると全開全閉の比率が変わること
がわかる。この比が変わると焦電センサの出力に影響が
出るが、焦電センサの視野中心とチョッピングプレート
の振動中心を一致させておけば、最大変位の変動があっ
ても正確な測定が行える。
ートの変位を示している。焦電センサの視野中心とチョ
ッピングプレートの振動中心を一致させた場合の視野Ｗ
Ａ−ＷＡ’、視野中心と振動中心がずれた場合のＷＢ−
ＷＢ’で、チョッピングプレートの変位Ｙ０（ｔ）が、
Ｙ１（ｔ）に変化した場合を考える。変位Ｙ０（ｔ）の
時全開時間は、視野中心と振動中心を一致させた場合は
Ａ−Ｂ、ずれている場合はＰ−Ｑ、全閉時間はそれぞれ
Ｃ−Ｄ、Ｒ−Ｓである。変位がＹ１（ｔ）に変化する
と、全開時間はそれぞれＡ’−Ｂ’、Ｐ’−Ｑ’、全閉
時間はＣ’−Ｄ’、Ｒ’−Ｓ’となる。時間Ａ−Ｂと時
間Ｃ−Ｄの比は１で、Ａ’−Ｂ’の比は１で変わらない
が、図４においてＰ−ＱとＲ−Ｓの比は１．８５である
のに対して、Ｐ’−Ｑ’とＲ’−Ｓ’の比は１．３５と
なり、最大変位が変わると全開全閉の比率が変わること
がわかる。この比が変わると焦電センサの出力に影響が
出るが、焦電センサの視野中心とチョッピングプレート
の振動中心を一致させておけば、最大変位の変動があっ
ても正確な測定が行える。
【００２２】こうして得られた焦電センサ１１２の出力
信号の振幅とチョッピングプレート１１０ａ、１１０ｂ
の温度に基づき被測定物の温度が得られる。
信号の振幅とチョッピングプレート１１０ａ、１１０ｂ
の温度に基づき被測定物の温度が得られる。
【００２３】本発明のチョッパは簡素な構造をしており
安価で供給することが可能である。また位置検出センサ
も必要が無く装置を安価にすることができる。
安価で供給することが可能である。また位置検出センサ
も必要が無く装置を安価にすることができる。
【００２４】なお、本発明は焦電型赤外線センサに応用
し大きな効果が得られるが、レーザビームの間欠遮断な
どに使用しても効果が得られる。
し大きな効果が得られるが、レーザビームの間欠遮断な
どに使用しても効果が得られる。
【００２５】本発明の第２の実施例を用いた輻射温度測
定装置は図２に示すように、圧電素子２０４を貼り付け
たベース部２０２の一端を、固定部材２０６ａ、２０６
ｂで挟み込んで固定し、ベース部１０２の振動端から垂
直に伸びた腕２０８ａの先端にチョッピングプレート２
１０ａを設け、圧電素子２０４によりベース部２０２を
微少振動させ、腕２０８ａでその振動を増幅するよう
に、チョッパ体Ｉ２２０Ａを構成している。そして、チ
ョッパ体Ｉ２２０Ａと同構成のチョッパ体ＩＩ２２０Ｂ
を間欠遮断する光束の光軸２１６を中心に回転対称な位
置で光軸２１６方向にずらして配置し、焦電センサ２１
２のセンサ窓２１４の前を、チョッピングプレート２１
０ａ、２１０ｂが横切るように構成している。
定装置は図２に示すように、圧電素子２０４を貼り付け
たベース部２０２の一端を、固定部材２０６ａ、２０６
ｂで挟み込んで固定し、ベース部１０２の振動端から垂
直に伸びた腕２０８ａの先端にチョッピングプレート２
１０ａを設け、圧電素子２０４によりベース部２０２を
微少振動させ、腕２０８ａでその振動を増幅するよう
に、チョッパ体Ｉ２２０Ａを構成している。そして、チ
ョッパ体Ｉ２２０Ａと同構成のチョッパ体ＩＩ２２０Ｂ
を間欠遮断する光束の光軸２１６を中心に回転対称な位
置で光軸２１６方向にずらして配置し、焦電センサ２１
２のセンサ窓２１４の前を、チョッピングプレート２１
０ａ、２１０ｂが横切るように構成している。
【００２６】圧電素子２０４ａ、２０４ｂは、正弦波あ
るいは立ち上がり立ち下がりを鈍らせた方形波状の駆動
電圧を加えることによりベース２０２ａ、２０２ｂをベ
ース振動方向２２０ａ、２２０ｂに固定部材２０６ａと
２０６ｂ、２０７ａと２０７ｂで固定された箇所を中心
に振動する。腕２０８ａとチョッピングプレート２１０
ａの合成共振周波数および腕２０８ｂとチョッピングプ
レート２１０ｂの合成共振周波数は駆動電圧の周波数近
傍に設計されており、ベース２０２の微少振動が増幅さ
れて腕２０８ａ、２０８ｂおよびチョッピングプレート
２１０ａ、２１０ｂは、ベース２０２と腕２０８ａ、２
０８ｂの接合部をほぼ中心とする腕振動方向２２１ａ、
２２１ｂの振動をする。
るいは立ち上がり立ち下がりを鈍らせた方形波状の駆動
電圧を加えることによりベース２０２ａ、２０２ｂをベ
ース振動方向２２０ａ、２２０ｂに固定部材２０６ａと
２０６ｂ、２０７ａと２０７ｂで固定された箇所を中心
に振動する。腕２０８ａとチョッピングプレート２１０
ａの合成共振周波数および腕２０８ｂとチョッピングプ
レート２１０ｂの合成共振周波数は駆動電圧の周波数近
傍に設計されており、ベース２０２の微少振動が増幅さ
れて腕２０８ａ、２０８ｂおよびチョッピングプレート
２１０ａ、２１０ｂは、ベース２０２と腕２０８ａ、２
０８ｂの接合部をほぼ中心とする腕振動方向２２１ａ、
２２１ｂの振動をする。
【００２７】チョッピングプレート２１０ａ、２１０ｂ
は焦電センサ２１２に入射する赤外線の光軸に対して垂
直に位置し、光軸方向に位置をずらして配置され、光軸
に対して垂直に振動するので、互いに衝突することなく
入射する赤外線を遮断することができる。
は焦電センサ２１２に入射する赤外線の光軸に対して垂
直に位置し、光軸方向に位置をずらして配置され、光軸
に対して垂直に振動するので、互いに衝突することなく
入射する赤外線を遮断することができる。
【００２８】遮断時にはチョッピングプレート２１０
ａ、２１０ｂからの赤外線が、開時には被測定物からの
赤外線が焦電センサ２１２に入射し、焦電センサ２１２
の温度変化をもたらし両者のエネルギ差に応じた振幅を
持つ正弦波状の出力が焦電センサ２１２から得られる。
ａ、２１０ｂからの赤外線が、開時には被測定物からの
赤外線が焦電センサ２１２に入射し、焦電センサ２１２
の温度変化をもたらし両者のエネルギ差に応じた振幅を
持つ正弦波状の出力が焦電センサ２１２から得られる。
【００２９】共振を利用しているため、圧電素子２０４
で消費する電力は非常に少なく、発熱によって焦電セン
サ２１２の検出精度に影響を与える可能性は極めて低
い。また、チョッピングプレート２１０ａ、２１０ｂは
光軸２１６に対して垂直に運動するため、光軸２１６上
にレンズや絞りなどの光学部品を配置したいときでも、
光学部品に衝突する恐れも非常に少なく光学部品の配置
にもたらす制約が少ない。従って精度の良い測定を行う
ことができるうえ、焦電センサ２１２に近接してチョッ
パ体Ｉ、ＩＩ２３０ａ、２３０ｂを配置でき、光学部品
の配置に制約が少なく、装置全体の小型化が可能であ
る。
で消費する電力は非常に少なく、発熱によって焦電セン
サ２１２の検出精度に影響を与える可能性は極めて低
い。また、チョッピングプレート２１０ａ、２１０ｂは
光軸２１６に対して垂直に運動するため、光軸２１６上
にレンズや絞りなどの光学部品を配置したいときでも、
光学部品に衝突する恐れも非常に少なく光学部品の配置
にもたらす制約が少ない。従って精度の良い測定を行う
ことができるうえ、焦電センサ２１２に近接してチョッ
パ体Ｉ、ＩＩ２３０ａ、２３０ｂを配置でき、光学部品
の配置に制約が少なく、装置全体の小型化が可能であ
る。
【００３０】ここで、図３を用いてチョッピングプレー
ト２１０ａ、２１０ｂの動きを説明する。
ト２１０ａ、２１０ｂの動きを説明する。
【００３１】ある時刻にチョッピングプレート２１０ａ
の光束を遮る先端が点４０２ａ、点４０４ａの位置にい
たとする。チョッピングプレート２１０ａの動きは、ベ
ース２０２と腕２０８ａの接合部中心とする円軌道でほ
ぼ近似でき、時間Δｔ後には点４０２ｂ、点４０４ｂの
位置に到達する。点４０２ａと点４０４ｂの長さと点４
０４ａと点４０４ｂの長さを比較すると点４０２ａと点
４０４ｂの長さの方が長いことからわかるように、セン
サ窓２１４の場所によってチョッピングプレート２１０
ａの遮断速度が異なる。従って全開から全閉までの時間
は、センサ窓２１４の中心の全開から全閉の時間に、セ
ンサ窓２１４の最も振動軌跡の円中心から遠いところの
時間進み分と最も振動軌跡の円中心から近いところの時
間遅れ分が加わる。焦電センサ２１２の特性からすると
全開から全閉までの時間は短い方が感度に良く分解能が
上がる。そこで、チョッパ体Ｉに対してチョッパ体ＩＩ
が光軸に対して回転対称に配すると、図３のチョッピン
グプレート２１０ａの先端は点４０８ａが点４０８ｂ
に、点４０６ａが点４０６ｂへと動き、チョッピングプ
レート２１０ａの速度差を打ち消すように動く。これに
よって、センサ窓２１４の場所によって異なっていた遮
断速度が平均化され、全開から全閉までの時間は、セン
サ窓２１４の中心の全開から全閉の時間となり短縮さ
れ、焦電センサ２１４の分解能が向上する。
の光束を遮る先端が点４０２ａ、点４０４ａの位置にい
たとする。チョッピングプレート２１０ａの動きは、ベ
ース２０２と腕２０８ａの接合部中心とする円軌道でほ
ぼ近似でき、時間Δｔ後には点４０２ｂ、点４０４ｂの
位置に到達する。点４０２ａと点４０４ｂの長さと点４
０４ａと点４０４ｂの長さを比較すると点４０２ａと点
４０４ｂの長さの方が長いことからわかるように、セン
サ窓２１４の場所によってチョッピングプレート２１０
ａの遮断速度が異なる。従って全開から全閉までの時間
は、センサ窓２１４の中心の全開から全閉の時間に、セ
ンサ窓２１４の最も振動軌跡の円中心から遠いところの
時間進み分と最も振動軌跡の円中心から近いところの時
間遅れ分が加わる。焦電センサ２１２の特性からすると
全開から全閉までの時間は短い方が感度に良く分解能が
上がる。そこで、チョッパ体Ｉに対してチョッパ体ＩＩ
が光軸に対して回転対称に配すると、図３のチョッピン
グプレート２１０ａの先端は点４０８ａが点４０８ｂ
に、点４０６ａが点４０６ｂへと動き、チョッピングプ
レート２１０ａの速度差を打ち消すように動く。これに
よって、センサ窓２１４の場所によって異なっていた遮
断速度が平均化され、全開から全閉までの時間は、セン
サ窓２１４の中心の全開から全閉の時間となり短縮さ
れ、焦電センサ２１４の分解能が向上する。
【００３２】また、チョッピングプレート２１０ａ、２
１０ｂの往復運動の周波数は、駆動周波数と同じであ
り、駆動信号を基準に焦電センサ２１２の出力信号の振
幅を取り込むタイミングを決定できる。よって、フォト
センサ等を用いてチョッピングプレート２１０ａ、２１
０ｂの位置を検出する必要がない。
１０ｂの往復運動の周波数は、駆動周波数と同じであ
り、駆動信号を基準に焦電センサ２１２の出力信号の振
幅を取り込むタイミングを決定できる。よって、フォト
センサ等を用いてチョッピングプレート２１０ａ、２１
０ｂの位置を検出する必要がない。
【００３３】さらに、圧電素子２０４が停止している状
態で、入射する赤外線の半分の量を遮断する位置にチョ
ッピングプレート２１０ａ、２１０ｂを設置すると、圧
電素子２０４の特性劣化等によりチョッピングプレート
２１０ａ、２１０ｂの最大変位量が変化しても全開時
間、全閉時間の比率が変わらず精度の良い測定が可能で
ある。この様子を図５を用いて説明する。
態で、入射する赤外線の半分の量を遮断する位置にチョ
ッピングプレート２１０ａ、２１０ｂを設置すると、圧
電素子２０４の特性劣化等によりチョッピングプレート
２１０ａ、２１０ｂの最大変位量が変化しても全開時
間、全閉時間の比率が変わらず精度の良い測定が可能で
ある。この様子を図５を用いて説明する。
【００３４】横軸は時間ｔで、縦軸はチョッピングプレ
ートの変位を示している。焦電センサの視野中心とチョ
ッピングプレートの振動中心を一致させた場合の視野Ｗ
Ａ−ＷＡ’、視野中心と振動中心がずれた場合のＷＢ−
ＷＢ’で、チョッピングプレートの変位Ｙ０（ｔ）が、
Ｙ１（ｔ）に変化した場合を考える。変位Ｙ０（ｔ）の
時全開時間は、視野中心と振動中心を一致させた場合は
Ａ−Ｂ、ずれている場合はＰ−Ｑ、全閉時間はそれぞれ
Ｃ−Ｄ、Ｒ−Ｓである。変位がＹ１（ｔ）に変化する
と、全開時間はそれぞれＡ’−Ｂ’、Ｐ’−Ｑ’、全閉
時間はＣ’−Ｄ’、Ｒ’−Ｓ’となる。時間Ａ−Ｂと時
間Ｃ−Ｄの比は１で、Ａ’−Ｂ’の比は１で変わらない
が、図５においてＰ−ＱとＲ−Ｓの比は１．８５である
のに対して、Ｐ’−Ｑ’とＲ’−Ｓ’の比は１．３５と
なり、最大変位が変わると全開全閉の比率が変わること
がわかる。この比が変わると焦電センサの出力に影響が
出るが、焦電センサの視野中心とチョッピングプレート
の振動中心を一致させておけば、最大変位の変動があっ
ても正確な測定が行える。
ートの変位を示している。焦電センサの視野中心とチョ
ッピングプレートの振動中心を一致させた場合の視野Ｗ
Ａ−ＷＡ’、視野中心と振動中心がずれた場合のＷＢ−
ＷＢ’で、チョッピングプレートの変位Ｙ０（ｔ）が、
Ｙ１（ｔ）に変化した場合を考える。変位Ｙ０（ｔ）の
時全開時間は、視野中心と振動中心を一致させた場合は
Ａ−Ｂ、ずれている場合はＰ−Ｑ、全閉時間はそれぞれ
Ｃ−Ｄ、Ｒ−Ｓである。変位がＹ１（ｔ）に変化する
と、全開時間はそれぞれＡ’−Ｂ’、Ｐ’−Ｑ’、全閉
時間はＣ’−Ｄ’、Ｒ’−Ｓ’となる。時間Ａ−Ｂと時
間Ｃ−Ｄの比は１で、Ａ’−Ｂ’の比は１で変わらない
が、図５においてＰ−ＱとＲ−Ｓの比は１．８５である
のに対して、Ｐ’−Ｑ’とＲ’−Ｓ’の比は１．３５と
なり、最大変位が変わると全開全閉の比率が変わること
がわかる。この比が変わると焦電センサの出力に影響が
出るが、焦電センサの視野中心とチョッピングプレート
の振動中心を一致させておけば、最大変位の変動があっ
ても正確な測定が行える。
【００３５】得られた焦電センサ２１２の出力信号の振
幅とチョッピングプレート２１０ａ、２１０ｂの温度に
基づき被測定物の温度が得られる。
幅とチョッピングプレート２１０ａ、２１０ｂの温度に
基づき被測定物の温度が得られる。
【００３６】本発明のチョッパは簡素な構造をしており
安価で供給することが可能である。また位置検出センサ
も必要が無く装置を安価にすることができる。
安価で供給することが可能である。また位置検出センサ
も必要が無く装置を安価にすることができる。
【００３７】なお、本発明は焦電型赤外線センサに応用
し大きな効果が得られるが、レーザビームの間欠遮断な
どに使用しても効果が得られる。
し大きな効果が得られるが、レーザビームの間欠遮断な
どに使用しても効果が得られる。
【００３８】
【発明の効果】本発明を用いれば、精度の良い輻射温度
測定を行うことができるうえ、輻射温度測定装置全体の
小型化が可能であるとともに、安価で供給することが可
能である。
測定を行うことができるうえ、輻射温度測定装置全体の
小型化が可能であるとともに、安価で供給することが可
能である。
【００３９】あるいは本発明を用いれば、分解能が高
く、精度の良い輻射温度測定を行うことができるうえ、
輻射温度測定装置全体の小型化が可能であるとともに、
安価で供給することが可能である。
く、精度の良い輻射温度測定を行うことができるうえ、
輻射温度測定装置全体の小型化が可能であるとともに、
安価で供給することが可能である。
【図１】本発明の第１の実施例を用いた輻射温度測定装
置の構成図
置の構成図
【図２】本発明の第２の実施例を用いた輻射温度測定装
置の構成図
置の構成図
【図３】本発明の第２の実施例のチョッパの動きの説明
図
図
【図４】本発明のチョッピングプレートの設定位置に関
する説明図
する説明図
【図５】従来の技術の一例を示す構成図
１０２ ベース １０４ 圧電素子 １０６ａ、１０６ｂ 固定部材 １０８ａ、１０８ｂ 腕 １１０ａ、１１０ｂ チョッピングプレート １１２ 焦電センサ １１４ センサ窓 １１６ 光軸 １２０ａ、１２０ｂ ベース振動方向 １２１ａ、１２１ｂ 腕振動方向 ２０２ａ、２０２ｂ ベース ２０４ａ、２０４ｂ 圧電素子 ２０６ａ、２０６ｂ 固定部材 ２０７ａ、２０７ｂ 固定部材 ２０８ａ、２０８ｂ 腕 ２１０ａ、２１０ｂ チョッピングプレート ２１２ 焦電センサ ２１４ センサ窓 ２１６ 光軸 ２２０ａ、２２０ｂ ベース振動方向 ２２１ａ、２２１ｂ 腕振動方向 ２３０Ａ チョッパ体Ｉ ２３０Ｂ チョッパ体ＩＩ ３０２ チョッピング円盤 ３０４ モータ ３０６ 焦電センサ ３０８ センサ窓 ３１０ａ、３１０ｂ 開口部 ３２０ 位置センサ
Claims (3)
- 【請求項１】 圧電素子を貼り付けたベース部と、前記
ベース部を２等分するように挟み込んで固定する第１、
第２の固定部材と、前記ベース部の各々の自由な端辺か
ら伸び、遮断する光束の光軸に対して垂直にたわみ振動
する第１、第２の振動腕部と、互いに平行を保ったまま
前記たわみ振動によって往復移動する様に前記振動腕部
に固定された第１、第２のチョッピング部を備えたこと
を特徴とする光学チョッパ。 - 【請求項２】 遮断する光線の光軸に対して垂直なたわ
み振動を圧電素子によって励起される振動腕部と、前記
振動腕のたわみ振動により前記光軸に対し垂直に移動す
る様、前記振動腕部に固定されたチョッピング部から構
成される第１のチョッパ体と、前記第１のチョッパ体と
同形状で、前記第１のチョッパ体を前記光軸方向にずら
したのち前記光軸を中心に回転対称な位置に配備された
第２のチョッパ体を備えたことを特徴とする光学チョッ
パ。 - 【請求項３】 静止状態において、間欠遮断する光束が
半分遮断された状態となるようチョッピング部を配置し
たことを特徴とする請求項１または２に記載の光学チョ
ッパ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7308715A JPH09154288A (ja) | 1995-11-28 | 1995-11-28 | 光学チョッパ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7308715A JPH09154288A (ja) | 1995-11-28 | 1995-11-28 | 光学チョッパ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09154288A true JPH09154288A (ja) | 1997-06-10 |
Family
ID=17984413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7308715A Pending JPH09154288A (ja) | 1995-11-28 | 1995-11-28 | 光学チョッパ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09154288A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0905801A2 (en) * | 1997-09-30 | 1999-03-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric actuator, infrared sensor and piezoelectric light deflector |
| KR101279067B1 (ko) * | 2005-02-26 | 2013-06-26 | 레이볼드 압틱스 게엠베하 | 코팅 처리의 광학 모니터링 시스템 |
-
1995
- 1995-11-28 JP JP7308715A patent/JPH09154288A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0905801A2 (en) * | 1997-09-30 | 1999-03-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric actuator, infrared sensor and piezoelectric light deflector |
| EP0905801A3 (en) * | 1997-09-30 | 2000-01-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric actuator, infrared sensor and piezoelectric light deflector |
| US6222302B1 (en) | 1997-09-30 | 2001-04-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric actuator, infrared sensor and piezoelectric light deflector |
| KR101279067B1 (ko) * | 2005-02-26 | 2013-06-26 | 레이볼드 압틱스 게엠베하 | 코팅 처리의 광학 모니터링 시스템 |
| US9679793B2 (en) | 2005-02-26 | 2017-06-13 | Leybold Optics Gmbh | Optical monitoring system for coating processes |
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