JPH09159533A - 赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放射温度計等に使用する非接触型の赤外線検
出装置に関し、赤外線検出手段を揺動・走査させて被温
度測定物の表面温度を測定する場合、赤外線検出手段か
らの温度信号出力を導出する可撓性の導電体の耐久性等
の課題を解決し、耐久性等の信頼性を高めた赤外線検出
装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 赤外線６を反射するミラー２に、ミラー
２を揺動させるための揺動機構を設けて赤外線検出手段
を固定させた構成とすることにより、温度信号出力導出
手段の耐久性等の信頼性を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放射型温度計等に使
用する非接触型温度測定ユニット等の赤外線検出装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に赤外線検出手段の赤外線検出素
子として焦電型を用いたものは、自発分極を有し常に表
面電荷が発生するが、大気中における定常状態では大気
中の電荷と結びついて電気的中性を保っている。赤外線
検出素子に赤外線が入射すると焦電体の温度が変化し、
それによって焦電体の表面の電気的中性だった電荷状態
が崩れ表面電荷が過多の状態になる。焦電型赤外線検出
素子はこのような状態の時に表面に発生する電荷を検知
し赤外線導入量を測定するものであるが、温度を測定す
る目的で使用する場合は、温度を既知の物体の赤外線量
と比較検知しその変化量から被温度測定物体の温度を測
定する。すなわち温度が既知の物体の赤外線量と被温度
測定物体の赤外線量を交互に測定する必要から被温度測
定物体の赤外線を断続させるチョッピング手段を設ける
ことが必須になっている。

【０００３】このチョッピング手段を用いた従来の赤外
線検出装置としては、特願平６−２１５９６５号に記載
されたものがあり、この従来の技術を図５に示す。

【０００４】またミラーを用いた構成の従来の赤外線検
出装置としては、特許登録第１５２６７６１号に記載さ
れたものが知られていた。

【０００５】図５において、ユニットベース２０に装着
された時計方向および反時計方向に回転可能なモータ７
と、このモータ７で回転する開口スリット１８ａを有し
たチョッピング手段としてのチョッピングドラム１８
と、このチョッピングドラム１８内に配置され、上記チ
ョッピングドラム１８のスリット１８ａを通過して入射
する被温度測定物体からの赤外線を検知する焦電型赤外
線検出素子２３と、上記チョッピングドラム１８の温度
を検知するサーミスタ等の検知手段２２と、チョッピン
グドラム１８の下部に一体に設けられたカム部１８ｂ
と、このカム部１８ｂと当接するカムフロア１９ａを有
するスイングアーム１９と、このスイングアーム１９上
に取り付けられた上記チョッピングドラム１８の円筒部
内に位置するように上記焦電型赤外線検出素子２３を保
持するセンサホルダ１７と、動作基準位置を設定するス
イッチ１６と、非動作時に上記焦電型赤外線検出素子２
３と外界を遮断する保護シャッタ１４と、上記保護シャ
ッタ１４、プリント基板１５、スイッチ１６、センサホ
ルダ１７、チョッピングドラム１８、スイングアーム１
９を包含するシールドケース１３とで構成されており、
焦電型赤外線検出素子２３および電子部品はプリント基
板１５に半田付けで配設され、リード線２１で外部回路
と接続されている。さらにプリント基板１５はビス等に
よりセンサホルダ１７に固定されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、モータ７が往復回転動作をするとチョッピ
ングドラム１８が往復回転し、チョッピングドラム１８
の下部のカム部１８ｂに当接しているスイングアーム１
９と一体になっているカムフロア１９ａが上記カムプロ
フィールに沿ってスイングアームの支軸１９ｂを中心に
回動動作をすることになる。

【０００７】すなわちセンサホルダ１７に挿入固定され
ている焦電型赤外線検出素子２３も一体となって回動動
作をすることになるために、焦電型赤外線検出素子２３
自体が回動しながら受光検出した赤外線量に応じた物体
の表面温度に相当する信号出力を導出する手段として可
撓性の導電体（リード線２１、フレキシブルプリント基
板等）を用いなければならず、耐久性等の信頼性の面で
課題を有していた。

【０００８】また、図５に示されているように、赤外線
導入窓を閉塞するためのシャッタ部材１４が独立した部
品として用いられており、さらにシャッタ開閉用の位置
検出用のスイッチ１６も使用されていることから部品点
数が多く、組み立て作業工数の面でも課題を有してい
た。

【０００９】本発明はこのような従来の課題を解決し、
物体の表面温度に相当する信号出力導出手段の耐久性等
の信頼性を高め、かつ組み立て容易な赤外線検出装置を
提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明による赤外線検出装置は、赤外線導入窓を通過
した赤外線を反射させるためのミラーに、ミラーを回転
揺動させるための揺動機構を設け、かつ上記赤外線検出
手段を本体内に固定させた構成にしたものである。

【００１１】この本発明によれば、赤外線検出手段から
物体の表面温度に相当する信号出力を導出する手段の耐
久性等の信頼性を高め、かつ部品点数の少ない赤外線検
出装置が得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、揺動機構を備えて絶対零度以上の温度領域で物体か
ら発する赤外線を反射させるためのミラーと、このミラ
ーで反射させた赤外線を受光検出してその物体の赤外線
量に応じた上記物体の表面温度に相当する信号を出力す
る焦電型赤外線検出手段と、これらを収納すると共に上
記物体から発する赤外線を取り込み通過させる赤外線導
入窓を設けた本体と、上記赤外線導入窓を通過する赤外
線、もしくはミラーで反射した赤外線を周期的に断続さ
せるチョッピング手段からなる構成としたものであり、
従来技術のように焦電型赤外線検出素子自体は可動しな
いので、受光検出した赤外線量に応じた物体の表面温度
に相当する信号出力を導出する手段としての可撓性導電
体（リード線２１、フレキシブルプリント基板等）を用
いる必要を無くすという作用を有する。

【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
発明において、ミラーを所定位置に停止されると同時
に、赤外線を取り込み通過させる赤外線導入窓を閉塞さ
せるためのシャッタ機構を上記ミラーのミラー揺動機構
と一体の構成としたものであり、従来技術に比べて部品
点数が削減できるという作用を有する。

【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項１もしく
は２記載の発明において、焦電型赤外線検出手段に代え
てサーモパイル等の熱起電力素子を用い、かつ、チョッ
ピング手段を取り除いた構成としたものであり、チョッ
ピング手段が不必要になるという作用を有する。

【００１５】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図４を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の第１の実施の形態にお
ける基本構成の概念を示す概念図であり、図１におい
て、５は絶対零度以上の温度領域で赤外線６を発する被
温度測定物体、４は被温度測定物体５から発する赤外線
６を取り込み通過させる赤外線導入窓、２は赤外線導入
窓４を通過した赤外線６を反射させるための揺動機構付
きのミラー、３は赤外線導入窓４を通過する赤外線６を
周期的に断続させるチョッピング手段、１はチョッピン
グ手段３で断続させた赤外線６を受光検出してその物体
の赤外線量に応じた上記被温度測定物体５の表面温度に
相当する信号を出力する赤外線検出手段としての焦電型
赤外線検出素子、１０は前記の焦電型赤外線検出素子
１、ミラー２、チョッピング手段３、赤外線導入窓４の
部品を位置決め支持しケーシングした赤外線検出装置本
体である。

【００１６】図２は図１に示す概念を具体化した赤外線
検出装置の一実施の形態を示す平面図であり、図２にお
いて、７はチョッピング手段３を周期的に回動させる駆
動源としてのモータ、９はモータ７の駆動力をチョッピ
ング手段３に伝達するモータ７の同一軸上に挿入固定さ
れたウォーム、８はその上にミラー２が固定されかつウ
ォーム９に係合された歯車である。

【００１７】図１において、赤外線検出装置本体１０の
赤外線導入窓４を通過した被温度測定物体５の一部分か
ら発するその表面温度に比例する量を有する赤外線６
は、赤外線検出装置本体１０内の周期的に回転するチョ
ッピング手段で周期的に断続される。比較される物体の
温度はサーミスタ等の検知手段（図示せず）で測定す
る。チョッピング手段３を通過した赤外線６は、揺動機
構付きのミラー２の反射により光路を曲げられ、赤外線
検出手段としての焦電型赤外線検出素子１へ導かれ、か
つ焦電型赤外線検出素子１で温度信号に変換される。

【００１８】揺動機構付きのミラー２は、図２に詳細を
示すようにモータ７を所定角度で往復回転させるとチョ
ッピング手段３が回転すると同時にウォーム９から歯車
８に駆動力が伝達されてミラー２が周期的に揺動（往復
回転運動）し、その揺動角度に応じた被温度測定物体５
の他の部分からも発するその表面温度に比例する量を有
する赤外線６ａ，６ｂを赤外線６と同様に焦電型赤外線
検出素子１へ導き、かつ焦電型赤外線検出素子１で温度
信号に変換され、非接触で赤外線を発する物体の線状範
囲の時系列的温度の測定が完了する。

【００１９】本発明の実施の形態１によれば、物体の表
面温度に相当する信号出力を導出する手段の要らないミ
ラー２に揺動機構を設けることにより焦電型赤外線検出
素子１を本体内に固定することができ、焦電型赤外線検
出素子１から物体の表面温度に相当する信号出力を導出
する手段としての導電体に可撓性導電体（従来のリード
線２１、フレキシブルプリント基板等）を用いる必要が
無くなり、従来に比較して耐久性等の問題を皆無にし、
表面温度に相当する信号出力を導出する手段として高い
信頼性が得られるという効果を有する。

【００２０】また、図３は図１に示す概念を具体化した
赤外線検出装置の図２の実施の形態とは異なる別の実施
の形態を示す平面図であり、図２とは異なりチョッピン
グ手段３を焦電型赤外線検出素子１の直前に位置させ、
それに伴いモータ７とウォーム９を移動させた構成とし
ているが、ミラー２が周期的に揺動（往復回転運動）す
る過程は図２の構成の動作と同じなので省略するが、従
来に比較して耐久性等の問題を皆無にし、表面温度に相
当する信号出力を導出する手段として高い信頼性が得ら
れるという同じ効果を有する。

【００２１】（実施の形態２）図４（ａ），（ｂ）は本
発明の第２の実施の形態による赤外線検出装置を示す平
面図であり、同図において、１１は上記歯車８の外周の
通常の温度測定動作に干渉しない位置に幅が上記赤外線
導入窓４の幅と同じかやや広い形状に形成した突出部で
あり、１２は歯車８の回転時に赤外線導入窓４が突出部
１１で閉塞できる位置で停止させるための赤外線検出装
置本体１０の一部を折り曲げて形成したストッパーであ
る。

【００２２】ミラー２が周期的に揺動（往復回転運動）
する過程は図２の構成の動作と同じであるので説明を省
略するが、図４（ａ）に示す温度計測状態からモータ９
を所定方向（図４（ａ）の場合は時計回り方向）に回転
させると、突出部１１とストッパー１２が当接し回転は
停止する。このとき、上記構成から突出部１１は赤外線
導入窓４を閉塞した図４（ｂ）の状態となる。

【００２３】一般的に、赤外線検出装置が温度測定のた
めの動作をしない場合は赤外線導入部４は赤外線検出装
置の信頼性を保持するために水蒸気やほこり等の外乱要
因の流入を防ぐ目的で閉塞させるのが望ましいとされて
いる。

【００２４】本発明の実施の形態２によれば、ミラー２
の揺動機構の歯車８に設けた突出部１１により、突出部
１１に赤外線検出装置本体１０の内側に設けたストッパ
ー１２が当接してミラー２の揺動を停止させると共に赤
外線検出装置本体１０の赤外線導入部４を閉塞するシャ
ッタ機能が得られるので、従来技術に比べて少ない部品
点数でかつ組立てが容易で同様なシャッタ機能が得られ
るという効果が得られる。

【００２５】（実施の形態３）本発明の第３の実施の形
態は、図１、図２、図３、図４（ａ），（ｂ）に示す赤
外線検出手段としての焦電型赤外線検出素子１を熱起電
力素子（サーモパイル等）に換装し、チョッピング手段
３を省いた構成としたものである（図示せず）。

【００２６】熱起電力素子（サーモパイル等）は焦電型
赤外線検出素子１が過度応答温度信号特性を有するのに
対し直流応答温度信号特性を有するために、焦電型赤外
線検出素子１を用いた赤外線検出装置で温度を測定する
目的で使用する場合は、温度が既知の物体の赤外線量と
比較検知しその変化量から被温度測定物体の温度を測定
する必要から被温度測定物体の赤外線を断続させるチョ
ッピング手段３を設けることが必須になるが、熱起電力
素子（サーモパイル等）を用いた赤外線検出装置では、
チョッピング手段は不必要になる。

【００２７】また、ミラー２が周期的に揺動（往復回転
運動）する過程は図１、図２、図３、図４（ａ），
（ｂ）の構成の動作と同じであるので説明を省略する。

【００２８】本発明の実施の形態３によれば、用途に応
じて赤外線検出手段を焦電型赤外線検出素子１でも熱起
電力素子（サーモパイル等）でも容易に変換可能な構成
の赤外線検出装置を提供できるという効果が得られる。

【００２９】なお、実施の形態１，２，３において、モ
ータ７は直流モータでもステッピングモータでもよく、
ステッピングモータを使用する構成（図示せず）とした
場合は直流モータを使用した場合に比べて定位置決め等
の制御が容易になり、図４で示すように突出部１１がス
トッパー１２に当接する際に、いかなる温度計測位置か
らも制御側にモータ７が脱調するまでの余分なステップ
数を入力すれば、常に定位置のシャッタ閉塞状態が実現
でき、さらに閉塞状態から往復させる場合も所定ステッ
プ数を制御側に入力すれば温度計測開始位置まで正確に
位置決めができるために、音声計測の再現性向上と不要
な外乱要因の流入を的確に防止できるという効果が得ら
れる。

【００３０】また、実施の形態１，２，３において、赤
外線検出素子１を単素子としたが、ミラー２の揺動方向
に対し直交方向に赤外線検出素子１の単素子を複数個配
置するか、同直交方向に赤外線検出素子１をアレイ状に
形成した一体型複数素子を配置する構成（図示せず）と
することにより、温度計測範囲が２次元に拡がり、被温
度測定物体５の熱画像情報に相当する面状範囲の時系列
温度分布が測定できるという効果が得られる。

【００３１】さらに、実施の形態１，２，３において、
ミラー２の揺動方向を一軸揺動としたが、ミラー２面と
同一平面内で相直交する２軸揺動の構成（図示せず）と
することにより、温度計測範囲が２次元に拡がり、被温
度測定物体の熱画像情報に相当する面状範囲の時系列温
度分布が測定できるという効果が得られる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明による赤外線検出装
置は、絶対零度以上の温度領域で赤外線を発する物体の
複数連続箇所の温度を測定するために、回転揺動機構を
従来の技術のように受光検出した赤外線量に応じた物体
の表面温度に相当する信号出力を導出する手段の必要な
赤外線検出手段に設けず、信号出力を導出する手段の不
必要なミラー部に設け、赤外線検出手段を赤外線検出装
置本体に固定する構成により、上記信号出力導出手段の
可撓性導電体を不要とし、耐久性等の信頼性を飛躍的に
向上させる効果が得られる。

【００３３】また、ミラーを所定位置に停止させると同
時に、赤外線を取り込み通過させる赤外線導入窓を閉塞
させるためのシャッタ機構を上記ミラーのミラー揺動機
構と一体化した構成により、容易に赤外線導入窓を閉塞
させることができ、従来技術に比べて部品点数が削減で
きかつ組立工数が削減できるという効果が得られる。

【００３４】さらに、赤外線検出手段に焦電型赤外線検
出素子でも熱起電力素子でも容易に換装ができる構成に
より、赤外線検出装置のバリエイションが容易に構成で
きるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における赤外線検出装置
の基本概念を示す概念図

【図２】同実施の形態１における図１に示す概念を具体
化した赤外線検出装置の構成を示す平面断面図

【図３】同実施の形態１における図１に示す概念を具体
化した赤外線検出装置の別の実施の形態を示す平面断面
図

【図４】同実施の形態２における赤外線検出装置の構成
を示す平面断面図

【図５】特願平６−２１５９６５号公報による従来の赤
外線検出装置技術の構成を示す分解斜視図

【符号の説明】

１ 焦電型赤外線検出素子 ２ ミラー ３ チョッピング手段 ４ 赤外線導入窓 ５ 被温度測定物体 ６，６ａ，６ｂ 赤外線 ７ モータ ８ 歯車 ９ ウォーム １０ 赤外線検出装置本体 １１ 突出部 １２ ストッパー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 揺動機構を備えて絶対零度以上の温度領
   域で物体から発する赤外線を反射させるためのミラー
   と、このミラーで反射させた赤外線を受光検出してその
   物体の赤外線量に応じた上記物体の表面温度に相当する
   信号を出力する焦電型赤外線検出手段と、これらを収納
   すると共に上記物体から発する赤外線を取り込み通過さ
   せる赤外線導入窓を設けた本体と、上記赤外線導入窓を
   通過する赤外線、もしくはミラーで反射した赤外線を周
   期的に断続させるチョッピング手段からなる赤外線検出
   装置。
2. 【請求項２】 ミラーを所定位置に停止させると同時
   に、赤外線を取り込み通過させる赤外線導入窓を閉塞さ
   せるためのシャッター機構を上記ミラーのミラー揺動機
   構と一体の構成とした請求項１記載の赤外線検出装置。
3. 【請求項３】 焦電型赤外線検出手段に代えてサーモパ
   イル等の熱起電力素子を用い、かつ、チョッピング手段
   を取り除いた構成とした請求項１もしくは２記載の赤外
   線検出装置。