JPH11160156A - 赤外線検出器及びこれを用いた放射体温計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、物体から放射される赤外線を検出
する赤外線検出器において、視野以外の赤外線を完全に
遮り正確な測定ができるようにするものである。 【解決手段】 赤外線透過孔１４を設け、内面を鏡面に
することにより赤外線の反射を高めた２次曲面体１２
と、前記赤外線透過孔１４から入射した赤外線を検出す
る赤外線センサ部１１とを有し、前記赤外線センサ部１
１を前記２次曲面体１２の焦点Ｆ位置に設置する構成と
している。従って、視野以外の赤外線を完全に遮り、正
確な測定をすることができるという効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体から放射され
る赤外線を検出する赤外線検出器であり、特にその光学
系と、この赤外線検出器を用いた放射体温計に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の赤外線検出器は、特開平８
−２５４４６６号公報に記載されているものが一般的で
あった。この赤外線検出器１が赤外線を検知する原理に
ついて図１４を用いて説明する。すべての物体はその絶
対温度の応じた赤外線を輻射している。赤外線検出器１
はこの赤外線を検知するものである。赤外線検出器１
は、赤外線を受けて信号を出力する赤外線センサ部２
と、被測定物３から輻射される赤外線を導くための導波
管４とを有している。また、導波管４は金属よりなり、
その内面は赤外線の反射を高めるように鏡面加工をされ
ている。

【０００３】被測定物３から輻射される赤外線は、破線
Ａのように赤外線センサ部２に直接入射するか、一点鎖
線Ｂのように導波管４の内面で反射を繰り返しながら赤
外線センサ部２に入射する。赤外線センサ部２は入射し
た赤外線の総和を信号として出力することで赤外線を検
知する。光軸に対して小さな角度で入射する赤外線は赤
外線センサ部２に直接入射し、光軸に対して大きな角度
で入射する赤外線は導波管４内面で反射を繰り返しなが
ら赤外線センサ部２に入射するため結果として視野角θ
１は広くなり、広い範囲の赤外線を集光することにな
る。

【０００４】赤外線センサ部２の出力信号電圧Ｖは、赤
外線センサ部２として焦電素子やサーモパイル等の熱型
素子を使用したものを用いた場合、被測定物３の絶対温
度をＴｔ，赤外線センサ部２の絶対温度をＴｓとしたと
き、（数１）で表される（Ｋは比例定数）。

【０００５】

【数１】

【０００６】これは、赤外線センサ部２が、被測定物３
の絶対温度の４乗と赤外線センサ部２自身の絶対温度の
４乗差に比例した出力信号を発生することを意味してい
る。従って、赤外線センサ部２の出力信号より、被測定
物３と赤外線センサ部２自身の温度差を検知することが
できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の赤外線検出器１では、視野を絞ることができず、広い
範囲の赤外線が赤外線センサ部２に入射するため、測定
値は被測定物３の広い範囲の温度の平均値となってしま
い、正確な測定ができないという課題があった。また、
導波管４内面で反射しながら入射する赤外線を無くし視
野を絞るために導波管４内面を黒色塗装して赤外線の反
射を抑える構成とすると、導波管４内面から輻射される
赤外線が赤外線センサ部２に入射し、正確な測定の妨げ
となる。

【０００８】この課題を解決し視野を絞るための構成と
して、実開平４−８５１３２号公報，特開平１−１５５
２２０号公報，特開平１−１０２３２８号公報等の先行
例があり、以下にこれらを説明する。

【０００９】実開平４−８５１３２号公報に記載の構成
を図１５に示す。赤外線センサ部２に赤外線を導く導波
管４の内面に鏡面仕上げされた波形突起５、例えばネジ
状の突起を配設したものである。これにより、視野以外
から輻射された赤外線は突起５に当たり赤外線センサ部
２と逆方向に反射される。

【００１０】しかしながら、このようなネジ状の突起５
では、突起５の面で反射する赤外線のうちすべてが赤外
線センサ部２と逆方向へ反射されるわけではなく、一部
は赤外線センサ部２方向へ入射する。具体的には、破線
Ｃで示すように、突起５の外側に向いた面で反射し、次
に突起５の内側に向いた面で反射する赤外線は赤外線セ
ンサ部２方向に進入する。そのため、この構成では視野
以外の赤外線を完全に遮ることができないため、正確な
測定ができるとは言えない。

【００１１】また、この公報において波形鏡面突起５の
形状は、ネジ状，円柱状以外の形状は何ら具体的に開示
されていない。

【００１２】また、特開平１−１５５２２０号公報に記
載の構成を図１６に示す。赤外線センサ部２に赤外線を
導く導波管４の内部にリング状の凹面鏡６を設置した構
成である。この凹面鏡６により視野が絞られ、凹面鏡６
よりも被測定物３側における導波管４内部での赤外線の
反射や、不要な赤外線輻射が遮られるものである。

【００１３】しかしながら、この構成では、凹面鏡６よ
りも赤外線センサ部２側での導波管４内部における反射
や、不要な赤外線輻射を遮ることができない。また、赤
外線センサ部２を設置したセンサ室７内部で赤外線の乱
反射が赤外線センサ部２に入射することも遮ることがで
きないため、この構成では視野以外の赤外線を完全に遮
ることができないため、正確な測定ができるとは言えな
い。

【００１４】また、特開平１−１０２３２８号公報に記
載の構成を図１７に示す。赤外線センサ部２の前に凹面
鏡の絞り８を配置する構成である。この絞り８は、赤外
線センサ部２の温度測定範囲を広くするのが目的で、低
温を測定する場合は外されており、高温の物体を測定す
るときに、赤外線センサ部２の出力を飽和させないため
に、絞り８が配置される。このときに絞り８を挿入した
ことにより、絞り８表面での赤外線の乱反射が赤外線セ
ンサ部２に入射するのを遮るために凹面鏡としている。

【００１５】しかしながら、この構成では、低温測定時
は凹面鏡の絞り８を用いない。そのため、センサ室７で
の赤外線の乱反射が赤外線センサ部２に入射するのを遮
ることができない。つまり、この構成では視野以外の赤
外線を常に遮ることができないため、正確な測定ができ
るとは言えない。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、赤外線透過孔を設け、内面を鏡面仕上げする
ことにより赤外線の反射を高めた２次曲面体と、前記赤
外線透過孔から入射した赤外線を検出する赤外線センサ
部とを有し、前記赤外線センサ部が前記２次曲面体の焦
点位置に設置する構成としたものである。

【００１７】上記発明によれば、光軸に対して視野角よ
り大きな角度で入射する赤外線は２次曲面体２で反射し
ても赤外線センサ部には入射しない。従って、視野以外
の赤外線を完全に遮り、被測定物からの赤外線のみを検
知し正確な測定をすることができる。また、２次曲面体
の内面は鏡面にすることにより赤外線の反射を高くして
いるため輻射率は低くなり、２次曲面体からの赤外線輻
射も極めて少ない。従って、不要な赤外線を受けず正確
な測定ができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１にかかる赤外線
検出器は、赤外線透過孔を設け、内面を鏡面仕上げする
ことにより赤外線の反射を高めた２次曲面体と、前記赤
外線透過孔から入射した赤外線を検出する赤外線センサ
部とを有し、前記赤外線センサ部が前記２次曲面体の焦
点位置に設置する構成としている。

【００１９】上記発明によれば、光軸に対して視野角よ
り大きな角度で入射する赤外線は２次曲面体で反射して
も赤外線センサ部には入射しない。従って、視野以外の
赤外線を完全に遮り、被測定物からの赤外線のみを検知
し正確な測定をすることができる。また、２次曲面体の
内面は鏡面仕上げされ赤外線の反射を高くしているため
輻射率は低くなり、２次曲面体からの赤外線輻射も極め
て少ない。従って、不要な赤外線を受けず正確な測定が
できる。

【００２０】本発明の請求項２にかかる赤外線検出器
は、赤外線透過孔を設け、内面を鏡面仕上げすることに
より赤外線の反射を高めた２次曲面体と、表面を鏡面に
することにより赤外線の反射を高めた平面と、前記赤外
線透過孔から入射した赤外線を検出する赤外線センサ部
とを有し、前記赤外線センサ部が前記２次曲面体の焦点
位置に設置する構成としている。

【００２１】本発明の請求項３にかかる赤外線検出器
は、２次曲面体として球面体を用いたものである。

【００２２】本発明の請求項４にかかる赤外線検出器
は、２次曲面体を放物面体を用いたものである。

【００２３】本発明の請求項５にかかる赤外線検出器
は、２次曲面体を近似２次曲面体で構成したものであ
る。

【００２４】本発明の請求項６にかかる赤外線検出器
は、共通の軸を有し、焦点位置を共有する複数の２次曲
面体で構成したものである。

【００２５】そして、２次曲面とそれに対向する面によ
り作られるセンサを設置する空間の内径を、単一の２次
曲面で構成するより小さくできる。従って、小さな構成
で視野以外の赤外線を完全に遮り、被測定物からの赤外
線を正確に検知し正確な測定をすることができる。

【００２６】本発明の請求項７にかかる赤外線検出器
は、２次曲面体と、前記２次曲面体と隣り合う別の２次
曲面体が、軸を共有する円筒を経て結合したものであ
る。

【００２７】そして、２次曲面とそれに対向する面によ
り作られるセンサを設置する空間の内径が、単一の２次
曲面で構成するより複数の２次曲面と軸を共有する円筒
で構成する方が小さくできる。従って、小さな構成で視
野以外の赤外線を完全に遮り、被測定物からの赤外線を
正確に検知し正確な測定をすることができる。

【００２８】本発明の請求項８にかかる赤外線検出器
は、赤外線センサ部は、赤外線検知素子と、前記赤外線
検知素子を収容し開口部を有する金属製の管と、前記開
口部を気密封止する窓を有し、前記管の内面を球面体と
し、前記球面体の焦点に前記赤外線センサ部素子の中心
を設置したものである。

【００２９】本発明の請求項９にかかる赤外線検出器
は、赤外線センサ部が、赤外線検知素子と、前記赤外線
検知素子を収容し開口部を有する金属製の管と、前記開
口部を気密封止する窓を有し、前記管の前記開口部が配
された面が、放物面体と対向する平面となるよう構成し
たものである。

【００３０】本発明の請求項１０にかかる赤外線検出器
は、赤外線センサ部は、赤外線検知素子と、前記赤外線
検知素子を収容し開口部を有する金属製の管と、前記開
口部を気密封止する窓を有し、前記管の前記開口部側の
内面を放物面体とし、前記開口部と対向する側の内面
を、前記放物面体の軸に直交するような平面とし、前記
放物面体の焦点に前記赤外線センサ部素子の中心を設置
したものである。

【００３１】本発明の請求項１１にかかる赤外線検出器
は、２次曲面体は金属により構成され、赤外線センサ部
と前記２次曲面体とが熱結合よく設置されたものであ
る。

【００３２】これにより、２次曲面体の温度変化は即座
に赤外線センサ部に伝達し、２次曲面体と赤外線センサ
部は等温となる。従って、赤外線センサ部と２次曲面体
の間の温度差による２次曲面体の内面からの不要な赤外
線輻射は発生せず、より正確な赤外線の測定が可能とな
る。

【００３３】本発明の請求項１２にかかる放射体温計
は、開口を有し、内面を鏡面にすることにより赤外線の
反射を高めた２次曲面体と、前記開口から入射した赤外
線を検出する赤外線センサ部とを備え、前記赤外線セン
サ部を前記２次曲面体の焦点位置に設置した赤外線検出
器と、前記赤外線検出器の温度を検知する測温素子と、
ガイドプローブと、前記赤外線検出器の出力信号と前記
測温素子の出力信号から体温を計算する信号処理手段
と、計算された体温を表示する表示手段を有したもので
ある。

【００３４】そして、正確な測定の妨げとなる、被測定
部以外からの輻射される赤外線は、２次曲面体の内部に
入射して内部で反射しても、赤外線センサ部には入射す
ることがない。また、２次曲面体の内面は鏡面仕上げさ
れ赤外線の反射率を高くしており、正確な測定の妨げと
なる内面からの赤外線輻射も極めて少ない。

【００３５】従って、視野以外の赤外線を完全に遮るこ
とができるため、体温を正確に測定することができる。

【００３６】本発明の請求項１３にかかる放射体温計
は、赤外線検出器へ赤外線を集光するレンズを有したも
のである。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００３８】（実施例１）図１は本発明の実施例１の赤
外線検出器１０を示す側面断面図である。図１におい
て、１１は赤外線センサ部、１２は２次曲面体、１３は
被測定物である。１４は２次曲面体１２に設けられた赤
外線透過孔１４である、１５は２次曲面体１２の軸であ
る光軸と直交し焦点Ｆを通る面である。また２次曲面体
１２の内面は２次曲面１６を形成し、赤外線の反射率を
高くするため鏡面仕上げされている。赤外線センサ部１
１は赤外線透過孔１４から入射する赤外線を受けるよう
に２次曲面１６の焦点位置Ｆに設置されている。また、
２次曲面１６と、平面１５とによりセンサ室１７を形成
している。

【００３９】次に作用について説明する。この赤外線検
出器の視野角θは、赤外線透過孔１４の大きさと、赤外
線センサ部１１と赤外線透過孔１４の距離により決ま
る。ここで、光軸に対して視野角θより大きな角度で入
射する赤外線は２次曲面１６で反射しても赤外線センサ
部１１には入射しない。従って、視野角θ以外から輻射
される不要な赤外線は赤外線センサ部１１に入射せず、
視野以外の赤外線を確実に遮り、被測定物３からの赤外
線を正確に測定をすることができる。

【００４０】また、２次曲面体１２は赤外線の反射率が
高いため、正確な測定の妨げとなる内面からの赤外線輻
射も極めて少ない。よって、被測定物３と赤外線センサ
部１１の温度差を正確に検知することが可能となる。ま
た赤外線センサ部１１の設置されている環境の温度が既
知のものであり、常に一定に保つよう管理されているな
らば、赤外線センサ部１１の出力と既知の室温から被測
定物３の絶対温度を算出することができる。

【００４１】尚、赤外線センサ部１１の設置されている
環境の温度が常に一定ではない場合においても、赤外線
センサ部１１の温度を測定するための測温素子、例えば
サーミスタで赤外線センサ部１１の温度を測定すること
で被測定物３の絶対温度を算出することができる。

【００４２】また、２次曲面体１２と赤外線センサ部１
１は熱結合良く結合されていることが好ましい。例え
ば、２次曲面体１２が熱伝導性の良い金属により構成さ
れ、その２次曲面体１２と赤外線センサ部１１が良熱伝
導物質を介して設置されるよう構成する。上記構成とす
ることにより、もともと２次曲面体１２の内面の反射率
が高く赤外線輻射は極めて小さいが、さらにその悪影響
を小さく抑えることができる。それは、例えば次のよう
な状況が発生した場合に効果がある、被測定物３に２次
曲面体１２の一部が接触し２次曲面体１２の温度が上昇
して、赤外線センサ部１１と２次曲面体１２の間に温度
差が発生した場合に、測定誤差の要因である赤外線輻射
が増大する。内面の反射率が高いが反射率を理想的な１
にすることはできないので温度差が大きくなると無視で
きなくなる。そのため外部からの赤外線は遮ることがで
きても、内面からの輻射により２次曲面体１２の絞りと
しての機能が損なわれる。しかしながら、赤外線センサ
部１１と２次曲面体１２を熱結合良く設置すれば、２次
曲面体１２の温度は即座に赤外線センサ部１１に伝達す
るため、２次曲面体１２と赤外線センサ部１１との間に
温度差は発生しない。従って不要な赤外線輻射は発生し
ないため、２次曲面体１２の絞りとしての機能を損なう
ことが無く、より正確な測定が可能となる。

【００４３】さらに平面１５が表面を鏡面にすることに
より赤外線の反射を高めた平面であり、その平面１５が
２次曲面１６の焦点Ｆ側に、２次曲面１６の軸に直交す
るように設置され、２次曲面１６と平面１５によりセン
サ室１７が形成されている。

【００４４】上記構成により、光軸に対して視野角θよ
り大きな角度で入射する視野範囲外の赤外線は、２次曲
面１６や平面１５で反射しても赤外線センサ部１１には
入射しない。従って、視野以外の赤外線を完全に遮り、
正確な測定が可能となる。

【００４５】（実施例２）図２および図３は本発明の実
施例２の赤外線検出器１０を示す側面断面図である。図
２において、実施例１と異なる点は、２次曲面体１２と
して内面を球面１８とした球面体１２を用い、赤外線セ
ンサ部１１は球面１８の中心である焦点Ｆに設置された
点である。尚、実施例１と同一符号のものは同一構造を
有し、同様の動作，作用の説明は省略する。

【００４６】次に、球面体１２により視野角θ以外の赤
外線を遮る作用について説明する。球面１８の光学的特
性として、焦点Ｆから発した光が球面１８の内面で反射
するとすべて焦点Ｆに戻るように反射されるという特性
がある。この特性により、球面１８と面１５により形成
されるセンサ室１７で反射する赤外線のうち、球面１８
の焦点Ｆに位置する赤外線センサ部１１に入射する赤外
線は、球面１８に垂直に入射する赤外線だけである。し
かしながら、球面１８に垂直に入射する赤外線とは球面
１８の焦点Ｆ、つまり赤外線センサ部１１から輻射され
るものだけである。つまり、視野角θよりも大きな角度
で赤外線透過孔１４から入射する赤外線は球面１８や面
１５で反射しても赤外線センサ部１１に入射することが
ない。よって、視野以外の赤外線を完全に遮ることがで
きる。

【００４７】また、球面１８は鏡面仕上げされ赤外線の
反射を高くしており、球面１８自身からの赤外線輻射も
極めて少ない。従って、赤外線センサ部１１は視野範囲
だけの赤外線を受けるため正確な測定が可能となる。

【００４８】尚、球面体は、図３に示すように、内面の
球面を近似するような平面の集合体１８Ａ，１８Ｂ…１
８Ｎで構成されていても同様の効果が得られる。

【００４９】尚、この説明では、理想的に考え赤外線セ
ンサ部１１に大きさがないものとして説明したが、赤外
線センサ部１１が２次曲面体１２や赤外線透過孔１４に
対して充分小さければ近似として本発明に記した効果が
得られる。

【００５０】（実施例３）図４は本発明の実施例３の赤
外線検出器１０を示す側面断面図である。本実施例３に
おいて、実施例２と異なる点は、２次曲面体１２として
内面を放物面１９とした放物面体１２を用い、また表面
を鏡面仕上げすることにより赤外線の反射を高めた平面
２０を有し、平面２０が放物面体１２の焦点Ｆ側に、放
物面体１２の軸に直交するように設置された点である。
尚、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、同様
の動作，作用の説明は省略する。

【００５１】次に、放物面体１２により視野角θ以外の
赤外線を遮る作用について説明する。放物面１９の光学
的特性として、焦点Ｆから発した光が放物面１９の内面
で反射するとすべて軸に平行に反射されるという特性が
ある。この特性により、放物面１９および放物面１９の
焦点側にあり軸に直交する平面２０により形成されるセ
ンサ室１７で反射する赤外線のうち、放物面１９の焦点
Ｆに位置する赤外線センサ部１１に入射する赤外線は、
放物面１９の軸に直交する平面２０に垂直に入射する赤
外線だけである。しかしながら、平面２０に垂直に入射
する赤外線とは放物面１９の焦点Ｆ、つまり赤外線セン
サ部１１から輻射され、さらに放物面１９で反射するも
のだけである。つまり、視野角θよりも大きな角度で赤
外線透過孔１４から入射する赤外線は放物面１９や平面
２０で反射しても赤外線センサ部１１に入射することが
ない。よって、放物面と軸に直交する平面を組み合わせ
ることで、視野以外の赤外線を完全に遮ることができ
る。

【００５２】また、放物面１９は鏡面仕上げされ赤外線
の反射を高くしており、内面からの赤外線輻射も極めて
少ない。従って、赤外線センサ部１１の視野を絞り、視
野範囲だけの赤外線を受けるため正確な測定が可能とな
る。

【００５３】尚、放物面体１２は、内面の放物面１９を
近似するような平面の集合体で構成されていても同様の
効果が得られる。

【００５４】（実施例４）図５および図６は本発明の実
施例４の赤外線検出器を示す側面断面図である。本実施
例４において、実施例１ないし３と異なる点は、２次曲
面体１２を内面を同一の焦点を持つ複数の球面を用いた
球面体１２として構成した点である。尚、実施例１ない
し３と同一符号のものは同一構造を有し、同様の動作，
作用の説明は省略する。

【００５５】以下に球面体１２の内面を２つの球面によ
り構成する場合を説明する。図５のように第一の球面を
１８ａ、第一の球面１８ａの焦点側にあり光軸と直交す
る面を１５ａ、第二の球面を１８ｂ、第二の球面１８ｂ
の焦点側にあり光軸と直交する面を１５ｂとし、これら
４つの面によりセンサ室１７が構成される。センサ室１
７の内部空間の形状は、球面１８ａと平面１５ａ、球面
１８ｂと平面１５ｂがそれぞれ対となって空間を作りそ
れらが２つにくびれた空間を形成する。

【００５６】また、第一の球面１８ａと第二の球面１８
ｂの軸は同一で、焦点Ｆも共通，焦点Ｆに赤外線センサ
部１１が設置されている。上記構成により、より小さな
構成で視野角θだけの赤外線を受ける赤外線検出器１０
が可能となる。

【００５７】以下に図６を用いて２つの球面を組み合わ
せることで１つの球面で構成する場合よりも小型化でき
ることについて説明する。また説明を簡単にするために
モデルも簡略化し、第二の球面１８ｂの頂点が平面１５
ａに接触しているとする。また球面の軸における断面を
考え２次元的に説明を進める。またさらに簡単にするた
め、第一の球面１８ａと平面１５ａで決定される空間の
内径と第二の球面１８ｂと平面１５ｂで決定される空間
の内径が同じＤ１であると条件を加える。

【００５８】ここで図６のように光軸と直交する座標を
ｘ座標、光軸をｙ座標と取ると球の断面は一般に（数
２）で表すことができる。ここでｒは球面の焦点と頂点
の間の距離で以下焦点距離と記述する。

【００５９】

【数２】

【００６０】ここで、第一の球面１８ａの焦点距離をｒ
１、第二の球面１８ｂの焦点距離をｒ２とするとＤ１
は、（数３）の様になる。

【００６１】

【数３】

【００６２】次に、単一の球面で同じ焦点距離ｒ１とな
るよう構成する場合を考える。このとき内径Ｄ０は（数
４）で表すことができる。

【００６３】

【数４】

【００６４】従って、２つの球面で構成する場合、単一
の球面で構成する場合に比べて約３０％小型化できる。

【００６５】尚、ここでは２つの球面により構成する例
を説明したが、球面は２つに限られるものではない。３
つ以上の球面で構成することによりさらに小さな構成で
視野角θだけの赤外線を受ける赤外線検出器１０が可能
となる。

【００６６】また尚、この実施例においては、２次曲面
体１２の球面１８と平面１５がつくる複数の空間の内径
はすべて等しいとした。しかしながら内径が等しくなく
ても良い。

【００６７】また、この２次曲面体１２は多数の平面に
より近似的に構成したものでも同様の効果が得られる。

【００６８】（実施例５）図７は本発明の実施例５の赤
外線検出器を示す側面断面図である。本実施例５におい
て、実施例４と異なる点は、２次曲面体１２を内面を同
一の焦点を持つ複数の放物面と光軸に直交する複数の平
面で構成した点である。尚、実施例４と同一符号のもの
は同一構造を有し、同様の動作，作用の説明は省略す
る。

【００６９】２次曲面体１２の内面を２つの放物面によ
り構成する場合は、図７のように第一の放物面を１９
ａ、第一の放物面１９ａの焦点側にあり光軸と直交する
面を２０ａ、第二の放物面を１９ｂ、第二の球面１９ｂ
の焦点側にあり光軸と直交する面を２０ｂとし、これら
４つの面によりセンサ室１７が構成される。

【００７０】以下に２つの放物面を組み合わせることで
１つの放物面で構成する場合よりも小型化できることに
ついて説明する。また説明を簡単にするためにモデルも
簡略化し、第二の放物面１９ｂの頂点が第一の平面２０
ａに接触しているとする。また放物面の軸における断面
を考え２次元的に説明を進める。

【００７１】ここで図８のように光軸と直交する座標を
ｘ座標、光軸をｙ座標ととると放物面の断面の式は一般
に（数５）で表すことができる。ここでｆは放物面の焦
点と頂点の間の距離で以下焦点距離と記述する。

【００７２】

【数５】

【００７３】ここで、第一の放物面１９ａの焦点距離を
ｆ１、第二の放物面１９ｂの焦点距離をｆ２とし、これ
らの２つの２次曲面と２つの平面により構成されるセン
サ室１７の内径をＤ１とする。するとＤ１は、（数６）
で表すことができる。

【００７４】

【数６】

【００７５】また、これを単一の２次曲面で構成するこ
とを考える。この２次曲面の焦点距離はｆ２であり内径
Ｄ０は（数７）で表わすことができる。

【００７６】

【数７】

【００７７】従って、２つの２次曲面で構成する場合
は、単一の２次曲面で構成する場合に比べて約４０％小
型化できる。

【００７８】ここでは放物面体１２の内面を２つの放物
面１９により構成する場合を説明したが、放物面１９は
２つに限られるものではない。３以上の放物面１９で構
成することにより、さらに小さな構成で視野角θだけの
赤外線を受ける赤外線検出器１０が可能となる。

【００７９】尚、この放物面１９は多数の平面により近
似的に構成したものでも同様の効果が得られる。

【００８０】（実施例６）図９は本発明の実施例６の赤
外線検出器を示す側面断面図である。本実施例６におい
て、実施例４または５と異なる点は、隣り合う２次曲面
が、軸を共有し表面が鏡面の円筒を経て結合されている
点である。尚、実施例４または５と同一符号のものは同
一構造を有し、同様の動作，作用の説明は省略する。

【００８１】以下に放物面体１２の内面を２つの球面に
より構成する場合を説明する。第一の球面１８ａと第一
の球面１８ａの焦点側にあり光軸と直交する面を１５
ａ、第二の球面１８ｂと第二の球面１８ｂの焦点側にあ
り光軸と直交する面を１５ｂがあり、第一の球面１８ａ
と第二の球面１８ｂとは光軸を軸とする円筒２１で接続
されており、これらの５つの面でセンサ室１７が構成さ
れている。この構成で球面１８ａ，１８ｂと面１５ａ，
１５ｂおよび円筒２１で構成されるセンサ室１７がより
小さな構成で視野角θだけの赤外線を受ける赤外線検出
器１０が可能となる。

【００８２】次に、より小さな構成で視野角θ以外の赤
外線を遮る作用について説明する。第二の球面１８ｂに
設けられた赤外線透過孔２２の縁を赤外線センサ部１１
がみる光軸からの角度ζとする。ηがζより大きいと
き、赤外線センサ部１１からみて角度η方向は第二の球
面１８ｂである。そのため角度η以上の角度から反射に
よる赤外線は入射しない。次に、ηがθ以上ζ未満の場
合、η方向は第一の球面１８ａであるため反射による赤
外線は赤外線センサ部１１に入射しない。これは表現を
変えれば、円筒２１が第二の球面１８ｂの死角になって
いるため、円筒２１で反射した赤外線は、赤外線センサ
部１１に入射することがないということである。また円
筒２１で反射した赤外線が第二の球面１８ｂに反射して
も、また平面１５ｂに反射してから第二の球面１８ｂに
反射しても赤外線センサ部１１に入射することはない。
従って、視野以外の赤外線を完全に遮ることができる。

【００８３】そしてこのとき、第一の球面１８ａにおけ
る角度ζ以上の部分はなく、円筒２１で構成するためセ
ンサ室１７の内径を小さくすることができる。従って、
小さな構成で視野角θだけの赤外線を受ける赤外線検出
器１０が可能となる。

【００８４】尚、球面体１８ａまたは球面体１８ｂは、
球面を近似するような平面の集合体で構成されていても
同様の効果が得られる。

【００８５】また尚、本実施例で円筒２１は鏡面とした
が、鏡面である必要はない。その理由は、円筒２１が鏡
面でなく赤外線輻射率が大きかったとしても、その赤外
線輻射は第二の球面１８ｂの死角になり赤外線センサ部
１１に入射することがないためである。

【００８６】また尚、本実施例では２次曲面体１２とし
て球面体を用いたが、２次曲面体１２として放物面体を
用いても同様の効果が得られる。その場合、１９ａは第
一の放物面、２０ａは放物面１９ａの焦点側にあり光軸
に直交する第一の平面、１９ｂは第二の放物面体、２０
ｂは放物面１８ｂの焦点側にあり光軸に直交する第二の
平面となる。またこれら４つの面はすべて鏡面とする。

【００８７】（実施例７）図１０は本発明の実施例７の
赤外線検出器１０を示す側面断面図である。本実施例７
において、実施例１ないし６と異なる点は、放物面体１
２の焦点Ｆ側にあり軸に直交する平面１５の構成であ
る。これを以下に説明する。

【００８８】赤外線センサ部１１は、赤外線検知素子２
３と、赤外線検知素子２３を収容し開口部２４を有する
金属製円筒形状のカン２５と、開口部２４を気密封止す
る窓２６を有しており、カン２５の表面は鏡面仕上げさ
れている。カン２５は、開口部２４が配された面２７
が、放物面体１２の軸と直交する様に放物面体１２に取
り付けられる。尚、実施例１ないし６と同一符号のもの
は同一構造を有し、同様の動作，作用の説明は省略す
る。

【００８９】赤外線入射孔１４から入射した赤外線はカ
ン２５の窓２６を介して赤外線検知素子２３に入射する
ように赤外線透過孔１４、窓２６、赤外線検知素子２３
が同軸上に配置されており、また赤外線検知素子２３は
放物面体１２の焦点Ｆに位置するように配置している。

【００９０】このような構成にすることにより、視野角
θよりも大きな角度で赤外線透過孔１４から入射する赤
外線は放物面１６や、カン２５の開口部２４が配された
面２７で反射しても赤外線検知素子２３に入射すること
がない。よって、視野以外の赤外線を完全に遮ることが
できる。

【００９１】（実施例８）図１１は本発明の実施例８の
赤外線検出器１０を示す側面断面図である。本実施例８
において、実施例１ないし７と異なる点は、赤外線検知
素子２３を収容するカン２８の形状である。本実施例は
カン２８の開口部２６を開設した面の内面を球面２９と
し、球面２９の中心である焦点Ｆに前記赤外線検知素子
２３を設置した点である。また球面２９は鏡面とする。
尚、実施例６と同一符号のものは同一構造を有し、同様
の動作，作用の説明は省略する。

【００９２】カン２８の内面を球面２９としたためにカ
ン２８の内面で反射する赤外線が赤外線検知素子２３に
入射することがない。従って視野以外の赤外線を完全に
遮ることができ、正確な測定が可能となる。

【００９３】尚、本実施例ではカン２８の内面を球面２
９としたが、カン２８の内面を放物面としても同様の効
果が得られる。その場合、２９が放物面、放物面２９の
焦点側で光軸に直交する平面３０とし、放物面２９の焦
点Ｆに赤外線検知素子２３を設置した点とする。またこ
れら放物面２９と平面３０は鏡面とする。

【００９４】（実施例９）図１２は実施例１ないし８に
記述した赤外線検出器１０を用いて構成した本実施例９
の放射体温計の要部側面断面図である。この放射体温計
は、赤外線検出器１０と、赤外線検出器１０の近傍の温
度を検知する測温素子３１と、ガイドプローブ３２と、
信号処理手段３３と、液晶のような表示手段３４を有し
ている。２次曲面体１２であるセンサフレーム１２は熱
伝導性の良い銅やアルミ等の金属製で、その内部は複数
の放物面１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄと、放物面の
焦点側に軸に直交する複数の平面２０ａ，２０ｂ，２０
ｃ，２０ｄと、放物面１９ａ〜１９ｄと軸を共有する円
筒２１ａ，２１ｂ，２１ｃで構成されたセンサ室１７と
なっている。この放物面１９ａ〜１９ｄと平面２０ａ〜
２０ｄは鏡面となるように高精度研磨され、また表面の
酸化等による経時変化がないよう金メッキ処理されてい
る。また、センサフレーム１２と赤外線センサ部１１と
測温素子３１はサーマルグリスを介して熱結合良く設置
されている。また、赤外線センサ部１１に入射する赤外
線を断続するためのチョッパーを赤外線検出器１０の赤
外線センサ部１１と赤外線透過孔１４の間の要所に配置
する。尚、実施例１ないし８と同一符号のものは同一構
造を有し、同様の動作，作用の説明は省略する。

【００９５】まず、体温計としての動作を説明する。人
体から輻射される赤外線は赤外線センサ部１１に入射す
る。そして、赤外線センサ部１１の出力信号波形は、信
号処理手段３３により体温に換算され、液晶表示装置３
４に体温として表示される。また、体温の測定時にはガ
イドプローブ３２を耳孔３５に挿入して測定する。

【００９６】体温を測定するときに耳孔３５を測定する
理由は、鼓膜の近くには、脳の視床下部を流れる動脈血
流があり、そのため鼓膜温度は人体の深部の体温をよく
反映しているといわれているためである。

【００９７】放射体温計で体温を測定する場合に正確な
測定を妨げる要因は、赤外線センサ部１１が、視野以外
の赤外線を完全に遮ることができないことである。この
ことによりガイドプローブ３２内面の赤外線輻射と耳孔
３５入り口からの赤外線輻射が赤外線センサ部１１に入
射する。しかし、本発明の赤外線検出器１０を用いて放
射体温計を構成することでこの課題を解決することがで
きる。以下に詳しく説明する。

【００９８】次に、ガイドプローブ３２内面の赤外線輻
射の発生過程を説明する。ガイドプローブ３２は測定時
には耳孔３５に挿入されるため、耳孔３５からの熱によ
りガイドプローブ３２は温度上昇する。従って、ガイド
プローブ３２の内面から絶対温度に応じた赤外線輻射を
する。そのため、ガイドプローブ３２からの赤外線輻射
が赤外線センサ部１１に入射すると測定誤差となり、体
温測定値が実際の値よりも高くなり正確な測定ができな
い。

【００９９】次に、耳孔３５入り口からの赤外線輻射の
発生過程を説明する。ガイドプローブ３２は体温測定時
に耳孔３５に挿入されるため、ガイドプローブ３２が耳
孔３５入り口に接触せざるを得ない。そのため、耳孔３
５入り口はガイドプローブ３２と接触することにより冷
やされる。冷やされた耳孔３５の入り口からの赤外線が
赤外線センサ部１１に入射するとそれが測定誤差とな
り、体温測定値が実際の値よりも低くなり正確な測定が
できない。

【０１００】しかしながら、本発明の赤外線検出器１０
を用いることで、視野以外の赤外線を完全に遮ることが
できるため、ガイドプローブ３２や、耳孔３５入り口か
らの赤外線輻射が赤外線センサ部１１に入射することが
ない。従って、体温を正確に測定することができる。

【０１０１】尚、本実施例に示す放射体温計の別の構成
として図１３のように、赤外線検出器１０の赤外線透過
孔４に赤外線を集光するレンズ３６を配置する構成とし
ても良い。

【０１０２】また、本実施例において赤外線検知素子２
３として焦電型検知素子を用いたため赤外線を断続する
チョッパーを必要とする構成としなったが、赤外線検知
素子２３としてサーモパイルを用いれば、チョッパーは
本発明の効果を実現するために必要不可欠な構成要素で
はない。

【０１０３】尚、本実施例において、２次曲面体１２を
放物面体としたが、球面体として、１９ａ〜１９ｄを球
面として構成しても同様の効果が得られる。

【０１０４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
かかる赤外線検出器は、赤外線透過孔を設け、内面を鏡
面仕上げすることにより赤外線の反射を高めた２次曲面
体と、前記赤外線透過孔から入射した赤外線を検出する
赤外線センサ部とを有し、前記赤外線センサ部が前記２
次曲面体の焦点位置に設置する構成としているので、視
野以外の赤外線を完全に遮る。また、２次曲面体の内面
は鏡面仕上げされ赤外線の反射を高くしているため輻射
率は低くなり、２次曲面体からの赤外線輻射も極めて少
ない。従って、被測定物からの赤外線を正確に検知し正
確な測定をすることができるという効果がある。

【０１０５】請求項３にかかる赤外線検出器は、２次曲
面体の内面を球面とする球面体としたことにより、視野
角よりも大きな角度で赤外線透過孔から入射する赤外線
は球面で反射しても赤外線センサ部に入射することがな
いので、視野以外の赤外線を完全に遮り、正確に測定を
することができるという効果がある。

【０１０６】請求項４にかかる赤外線検出器は、２次曲
面体の内面を放物面とする放物面体とし、放物面の軸に
直交する平面と放物面を組み合わせたことにより、視野
角よりも大きな角度で赤外線透過孔から入射する赤外線
は、放物面や平面で反射しても赤外線センサ部に入射す
ることがないので、視野以外の赤外線を完全に遮り、正
確に測定をすることができるという効果がある。

【０１０７】本発明の請求項６にかかる赤外線検出器
は、共通の軸を有し、焦点位置を共有する複数の２次曲
面体で構成したものである。

【０１０８】そして、２次曲面とそれに対向する面によ
り作られるセンサを設置する空間の内径を、単一の２次
曲面で構成するより小さくできる。従って、小さな構成
で視野以外の赤外線を完全に遮り、被測定物からの赤外
線を正確に測定をすることができるという効果がある。

【０１０９】本発明の請求項１０にかかる赤外線検出器
は、２次曲面体は金属により構成され、赤外線センサ部
と前記２次曲面体とが熱結合よく設置されたものであ
る。

【０１１０】これにより、２次曲面体の温度変化は即座
に赤外線センサ部に伝達し、２次曲面体と赤外線センサ
部は等温となる。従って、赤外線センサ部と２次曲面体
の間の温度差による２次曲面体の内面からの不要な赤外
線輻射は発生しないため、２次曲面体の絞りとしての機
能を損なうことがなく、より正確な赤外線の測定が可能
となるという効果がある。

【０１１１】本発明の請求項１２にかかる放射体温計
は、赤外線検出器と、前記赤外線検出器の温度を検知す
る測温素子と、ガイドプローブと、前記赤外線検出器の
出力信号と前記測温素子の出力信号から体温を計算する
信号処理手段と、計算された体温を表示する表示手段を
有したものであるため、視野以外の赤外線を完全に遮る
ことができ、体温を正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における赤外線検出器の側面
断面図

【図２】本発明の実施例２における赤外線検出器の側面
断面図

【図３】同赤外線検出器の別の形態の側面断面図

【図４】本発明の実施例３における赤外線検出器の側面
断面図

【図５】本発明の実施例４における赤外線検出器の側面
断面図

【図６】同赤外線検出器の要部概念図

【図７】本発明の実施例５における赤外線検出器の側面
断面図

【図８】同赤外線検出器の要部概念図

【図９】本発明の実施例６における赤外線検出器の側面
断面図

【図１０】本発明の実施例７における赤外線検出器の側
面断面図

【図１１】本発明の実施例８における赤外線検出器の側
面断面図

【図１２】本発明の実施例９における放射体温計の要部
側面断面図

【図１３】本発明の実施例９における別の形態の放射体
温計の要部側面断面図

【図１４】従来例における赤外線検出器の側面断面図

【図１５】従来の第２の従来例における赤外線検出器の
側面断面図

【図１６】従来の第３の従来例における赤外線検出器の
側面断面図

【図１７】従来の第４の従来例における赤外線検出器の
側面断面図

【符号の説明】

１０ 赤外線検出器 １１ 赤外線センサ部 １２ ２次曲面体 １４ 赤外線透過孔 １５ ２次曲面の焦点側にあり軸に直交する平面 １６ ２次曲面体の内面 １８ 球面（２次曲面体の内面） １８Ａ〜１８Ｎ 近似球面（近似２次曲面） １９ 放物面（２次曲面体の内面） ２０，３０ 放物面の焦点側にあり軸に直交する平面 ２１ 円筒 ２３ 赤外線検知素子 ２４ 開口部 ２５，２８ 管 ２６ 窓 ２７ カンの開口部が配された面 ２９ 開口部が配された球面（放物面） ３１ 測温素子 ３２ ガイドプローブ ３３ 信号処理手段 ３４ 表示手段 Ｆ 焦点

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】開口を有し、内面を鏡面にすることにより
   赤外線の反射を高めた２次曲面体と、前記開口から入射
   した赤外線を検出する赤外線センサ部とを備え、前記赤
   外線センサ部を前記２次曲面体の焦点位置に設置した赤
   外線検出器。
2. 【請求項２】表面を鏡面にすることにより赤外線の反射
   を高めた平面を有し、前記平面が２次曲面体の焦点側
   で、前記２次曲面体の軸に直交するように設置された請
   求項１記載の赤外線検出器。
3. 【請求項３】２次曲面体を球面体とした請求項１記載の
   赤外線検出器。
4. 【請求項４】２次曲面体を放物面体とした請求項２記載
   の赤外線検出器。
5. 【請求項５】２次曲面体を近似２次曲面体で構成した請
   求項３または４記載の赤外線検出器。
6. 【請求項６】共通の軸を有し、焦点位置を共有する複数
   の２次曲面体を有する請求項３または４記載の赤外線検
   出器。
7. 【請求項７】２次曲面体と、前記２次曲面体と隣り合う
   別の２次曲面体が、軸を共有する円筒を経て結合された
   請求項６記載の赤外線検出器。
8. 【請求項８】赤外線センサ部は、赤外線検知素子と、前
   記赤外線検知素子を収容し開口部を有する金属製の管
   と、前記開口部を気密封止する窓を有し、前記管の内面
   を球面とし、前記球面の焦点に前記赤外線センサ部素子
   の中心を設置した請求項３記載の赤外線検出器。
9. 【請求項９】赤外線センサ部は、赤外線検知素子と、前
   記赤外線検知素子を収容し開口部を有する金属製の管
   と、前記開口部を気密封止する窓を有し、前記管の前記
   開口部が配された面が、放物面体と対向する平面となる
   よう構成した請求項４記載の赤外線検出器。
10. 【請求項１０】赤外線センサ部は、赤外線検知素子と、
    前記赤外線検知素子を収容し開口部を有する金属製の管
    と、前記開口部を気密封止する窓を有し、前記管の前記
    開口部側の内面を放物面とし、前記開口部と対向する側
    の内面を、前記放物面の軸に直交するような平面とし、
    前記放物面の焦点に前記赤外線センサ部素子の中心を設
    置した請求項４記載の赤外線検出器。
11. 【請求項１１】２次曲面体は金属により構成され、赤外
    線センサ部と前記２次曲面体とが熱結合よく設置される
    請求項１ないし９のうちいずれか１項記載の赤外線検出
    器。
12. 【請求項１２】開口を有し、内面を鏡面にすることによ
    り赤外線の反射を高めた２次曲面体と、前記開口から入
    射した赤外線を検出する赤外線センサ部とを備え、前記
    赤外線センサ部を前記２次曲面体の焦点位置に設置した
    赤外線検出器と、前記赤外線検出器の温度を検知する測
    温素子と、ガイドプローブと、前記赤外線検出器の出力
    信号と前記測温素子の出力信号から体温を計算する信号
    処理手段と、計算された体温を表示する表示手段を有し
    た放射体温計。
13. 【請求項１３】赤外線検出器へ赤外線を集光するレンズ
    を有する請求項１２記載の放射体温計。