WO2017170837A1 - 赤外線温度計 - Google Patents

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WO2017170837A1
WO2017170837A1 PCT/JP2017/013185 JP2017013185W WO2017170837A1 WO 2017170837 A1 WO2017170837 A1 WO 2017170837A1 JP 2017013185 W JP2017013185 W JP 2017013185W WO 2017170837 A1 WO2017170837 A1 WO 2017170837A1
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WO
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temperature
infrared
waveguide
sensor
infrared sensor
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/013185
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English (en)
French (fr)
Inventor
柏木　一浩
嘉治 川合
慎一 若杉
健太 過能
Original Assignee
興和株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/01—Measuring temperature of body parts ; Diagnostic temperature sensing, e.g. for malignant or inflamed tissue
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors

Definitions

  • This invention relates to an infrared thermometer that obtains the temperature of a measurement object from infrared rays radiated from the measurement object.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose this type of conventional infrared thermometer. That is, in Patent Document 1, a member called a specular (25) to be inserted into a patient's ear canal is attached to the outer periphery of the waveguide (11), and a space (9) is formed inside the member. The structure which heat-insulates a waveguide (11) from the heat source which exists outside is described (refer FIG. 1 of the literature 1).
  • Patent Document 2 discloses a configuration in which a gap (33) is provided between the probe (40) to be inserted into a patient's ear canal and the vicinity of the distal end of the waveguide (30). A configuration is described in which a gap (34) is formed between the inner end of the waveguide (30) and the infrared sensor (20) so that these members do not contact each other (see FIG. 1 of the same document 2). ).
  • thermometer As a structural characteristic of an infrared thermometer, it is known that an error in measurement temperature increases while an external temperature changes greatly and a temperature change occurs in a waveguide or an infrared sensor.
  • Infrared thermometers for measuring the body temperature of the human body include a so-called in-ear contact type and a non-skin contact type.
  • an intraauricular contact-type infrared thermometer inserts a probe or specular probe into the patient's ear canal to contact the skin, and in this state, the infrared radiation emitted mainly from the eardrum is measured. It is a method.
  • thermal insulation of a probe that transmits heat of the human body directly from the skin in the ear canal has become a major issue.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose this type of in-ear contact thermometer.
  • the space (9) described in Patent Document 1 and the gaps (33) and (34) described in Patent Document 2 are components added for the purpose of heat insulation.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and even if an error occurs in the temperature of the measurement object measured by the infrared sensor due to a change in the external temperature, the error can be eliminated in a short time.
  • the first object is to provide an infrared thermometer.
  • the present invention provides a second infrared thermometer capable of correcting the measurement error with high accuracy when an error occurs in the temperature of the measurement object measured by the infrared sensor due to a change in the external temperature. The purpose.
  • the present invention provides an infrared sensor for detecting the temperature of a measurement object in an installation space at least partially surrounded by a partition wall, and a tip opened to the outside from the measurement object.
  • an infrared thermometer comprising a waveguide that takes in the emitted infrared light from the opening and guides it to the infrared sensor,
  • An air reservoir is formed around the installation space with a partition wall interposed therebetween, and a first gap is formed which communicates the air reservoir with external air.
  • the present invention can also be configured as follows, for example. That is, an infrared sensor for detecting the temperature of the measurement object in an installation space surrounded at least in part by the outer wall of the case, and an infrared sensor that takes in the infrared rays that are radiated from the measurement object with the tip opening to the outside
  • An infrared thermometer comprising a waveguide leading to The outer wall of the case surrounding the installation space is covered with a tip cover, and an air reservoir is formed between the tip cover and the outer wall of the case, and a first gap is formed for communicating the air reservoir with external air.
  • the air reservoir By forming an air reservoir around the infrared sensor and waveguide installation space, even if there is a slight change in the external temperature, the air reservoir exhibits an appropriate heat insulation effect. Suppresses temperature changes in the wave tube.
  • the external temperature when the external temperature is greatly changed by communicating the air reservoir with the external air through the first gap, the outside air and the air in the air reservoir are exchanged through the first clearance, and the air The temperature in the reservoir can be quickly brought close to the external temperature.
  • heat exchange is performed between an air pocket and the said installation space via a partition and the outer wall of a case, and the ambient temperature of an infrared sensor or a waveguide can be brought close to external temperature rapidly.
  • condensation may occur on the inner peripheral surface of the waveguide and the infrared incident window of the infrared sensor. If dew condensation occurs on the inner peripheral surface of the waveguide, the infrared light taken from the tip is diffusely reflected, and the amount of infrared light guided to the infrared sensor is reduced. Further, when condensation occurs in the infrared incident window, the infrared rays are similarly irregularly reflected at the dew condensation portion, and the amount of incident infrared light into the sensor is reduced. Due to these factors, an error occurs in the temperature of the measurement object measured by the infrared sensor. Since the state of dew condensation is not constant and it is difficult to grasp quantitatively, the error in the measured temperature caused by dew condensation cannot be corrected by computer software. Therefore, it is necessary to quickly eliminate condensation.
  • a second gap that communicates the internal space of the waveguide and the installation space can be formed between the front surface of the infrared sensor having the infrared incident window and the proximal end of the waveguide.
  • At least three legs are extended from the proximal end of the waveguide, and each leg is brought into contact with the infrared sensor to combine them, so that the position of the waveguide and the infrared sensor is shifted by these legs. Can be suppressed.
  • the second gap is formed between the front surface of the infrared sensor and the proximal end of the waveguide by each leg.
  • the central axis of the waveguide and the center of the infrared incident window in the infrared sensor are arranged coaxially.
  • the waveguide is made of synthetic resin and has a configuration in which the inner peripheral surface is mirror-finished and the outer peripheral surface is not mirror-finished.
  • the inner peripheral surface of the mirror-finished waveguide can efficiently reflect the infrared rays taken from the tip and guide it to the infrared incident window.
  • the outer peripheral surface of the waveguide that is not mirror-finished has a large surface area and low reflectivity, so that it can efficiently absorb the surrounding heat and contribute to quick elimination of condensation.
  • the infrared sensor includes an infrared detection element at a portion facing the internal infrared incident window, and a temperature detection element that detects the ambient temperature of the infrared detection element. Furthermore, it is preferable to have a configuration having temperature correction means for correcting the temperature of the measurement object (hereinafter referred to as measurement temperature) obtained from the output of the infrared detection element.
  • the temperature correction means obtains the change amount of the ambient temperature of the infrared detection element (hereinafter referred to as sensor temperature change amount) from the output of the temperature detection element, and calculates the measurement temperature based on the sensor temperature change amount at the time of obtaining the measurement temperature. to correct.
  • the temperature correction means has a function of determining whether or not correction for the measured temperature is necessary with reference to the sensor temperature change amount at the time of obtaining the measured temperature.
  • the present invention having the configuration for achieving the first object described above, it is possible to quickly reduce the amount of change in sensor temperature, which is a parameter for temperature correction by the temperature correction means, and to reduce the error in measured temperature. In addition, it is possible to shorten the period during which the temperature correction by the temperature correction means is required.
  • the ambient temperature between the infrared sensor and the waveguide can be quickly brought close to the external temperature via the air reservoir communicating with the outside air through the first gap. Even if an error occurs in the temperature of the measurement object measured by the infrared sensor due to the change in the error, the error can be eliminated in a short time.
  • FIG. 1A is a cross-sectional plan view showing a part of an infrared thermometer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is also a front view.
  • FIG. 1C is also a side view.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing the peripheral structure of the infrared sensor and the waveguide incorporated in the case.
  • FIG. 3 is a front sectional view showing the infrared sensor.
  • FIG. 4A is a cross-sectional plan view showing a waveguide.
  • FIG. 4B is a perspective view of the same.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a schematic structure of the temperature correction means.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a temperature correction processing procedure executed by the central processing circuit.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a temperature correction processing procedure executed by the central processing circuit.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating the temperature correction processing procedure continued from FIG. 6.
  • FIG. 8A is a graph showing an example of the sensor temperature change amount stored in the memory.
  • FIG. 8B is a diagram showing the measured temperature before correction and the measured temperature after correction on the same graph.
  • 9A and 9B are diagrams illustrating examples of correction tables.
  • FIG. 10A is a front sectional view showing the structure of an infrared thermometer used in an experimental example related to the first gap.
  • FIG. 10B is a graph showing the results of the experimental example relating to the first gap by the sensor temperature change amount stored in the memory.
  • FIG. 10C is a graph showing the results of the experimental example related to the first gap by the measured temperature before correction and the measured temperature after correction.
  • FIG. 10A is a front sectional view showing the structure of an infrared thermometer used in an experimental example related to the first gap.
  • FIG. 10B is a graph showing the results of the experimental example relating to the first gap by the sensor
  • FIG. 11A is a front sectional view showing the structure of an infrared thermometer used in a comparative example with respect to the experimental result of the structure of FIG. 10A.
  • FIG. 11B is a graph showing a comparative example with respect to the experimental result by the structure of FIG. 10A by the sensor temperature change amount stored in the memory.
  • FIG. 11C is a graph showing a comparative example with respect to the experimental result by the structure of FIG. 10A by the measured temperature before correction and the measured temperature after correction.
  • FIG. 12A is a front cross-sectional view showing the structure of an infrared thermometer used in another comparative example with respect to the experimental result of the structure of FIG. 10A.
  • FIG. 12B is a graph showing another comparative example with respect to the experimental result by the structure of FIG.
  • FIG. 12C is a graph showing another comparative example with respect to the experimental result with the structure of FIG. 10A by the measured temperature before correction and the measured temperature after correction. It is a plane sectional view showing a part of an infrared thermometer according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1A, 1B, and 1C are diagrams showing an infrared thermometer according to an embodiment of the present invention.
  • an operation button 11 and a liquid crystal display unit 12 are provided on the surface of a case 10 made of synthetic resin, and a measurement operation is performed by pressing the operation button 11, and the surface of the measurement target is displayed on the liquid crystal display unit 12. The temperature and the internal temperature estimated from this surface temperature are displayed.
  • an infrared sensor 30 and a waveguide 40 are incorporated.
  • An infrared intake 13 is opened at the front end surface of the case 10, and a front end opening 42 of the waveguide 40 is disposed at the intake 13.
  • a tip cover 14 made of a synthetic resin is attached to the tip portion of the case 10, and a door 15 that opens and closes the intake port 13 is rotatably attached to the tip cover 14.
  • the door 15 can be prevented from entering dust into the waveguide 40 by being stopped at a position facing the intake port 13. Then, when using the infrared thermometer, the front of the intake port 13 is released by rotating the door 15 to the back side of the tip cover 14 and can take in infrared rays from the measurement object. .
  • the infrared thermometer directs the intake port 13 provided on the distal end surface of the case 10 toward the measurement target, and takes in the infrared radiation radiated from the measurement target into the internal space of the waveguide 40 according to the pressing operation of the operation button 11. It leads to the sensor 30.
  • the infrared sensor 30 outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident infrared light.
  • An arithmetic processing circuit (not shown) is built in the case 10, and the arithmetic processing circuit calculates the surface temperature and internal temperature of the measurement object based on the electrical signal output from the infrared sensor 30.
  • the main application of the infrared thermometer according to the present invention is to measure the body temperature of the human body, and by operating the tip of the waveguide 40 toward the measurement site of the human body as a measurement target, the skin temperature and body temperature of the human body are controlled. I can know.
  • the present invention is not limited to the measurement of the body temperature of the human body, and can be used for various applications where the surface temperature and the internal temperature need to be measured easily and quickly.
  • An LED 16 as a light source is built in the rear end portion of the case 10, and an illumination circuit (not shown) built in the case 10 causes the LED 16 to emit light by pressing the illumination button 17 provided on the surface of the case 10. It is structured as follows.
  • An irradiation port 18 is opened at the rear end surface of the case 10, and light rays from the LED 16 are emitted to the outside through the irradiation port 18.
  • a reflection cylinder 19 is disposed around the front of the LED 16 to reflect the light beam emitted from the LED 16 and guide it to the irradiation port 18 without being attenuated.
  • the light bulb etc. which are used for a flashlight can also be used for a light source.
  • thermometer When a doctor uses an infrared thermometer to examine a patient, first, the body temperature is measured by directing the intake 13 toward the patient's forehead, etc., and then the patient's mouth is irradiated with light from the LED 16 to swell the throat It is easy to use.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing the peripheral structure of the infrared sensor 30 and the waveguide 40 incorporated in the case 10.
  • the waveguide 40 and the infrared sensor 30 are incorporated in an installation space 20 formed inside the case 10.
  • the periphery of the installation space 20 is surrounded by the wall of the case 10, and in particular, the portion facing the outer peripheral surface 43 of the waveguide 40 is surrounded by the outer wall 21 of the case 10.
  • An intake port 13 is formed on the front surface of the outer wall 21 surrounding the installation space 20, and the distal end portion of the waveguide 40 is fitted and fixed to the intake port 13.
  • a bottom wall 27 of the case 10 surrounding the installation space 20 is formed by an inner wall of the case 10, and an opening 25 through which the lead wire 36 of the infrared sensor 30 is inserted is formed in the bottom wall 27.
  • the infrared sensor 30 is supported in a state where lead wires 36 are soldered to a printed circuit board 28 on which an arithmetic processing circuit (not shown) disposed near the center of the case 10 is mounted.
  • a main body portion containing an infrared detection element to be described later is disposed in the installation space 20.
  • the infrared sensor 30 is not in contact with the bottom wall 27.
  • the front surface 30 a of the infrared sensor 30 disposed in the installation space 20 faces the intake port 13, and the waveguide 40 is disposed between the front surface of the infrared sensor 30 and the intake port 13. It has become.
  • a power source such as a dry battery is also housed in the case 10, and when the power switch 26 is turned on, the power source is connected to the internal circuit and the temperature can be measured.
  • the outer wall 21 of the case 10 surrounding the installation space 20 is covered with the tip cover 14, and the space between the tip cover 14 and the outer wall 21 of the case 10 forms an air reservoir 22. Therefore, the air reservoir 22 and the installation space 20 are partitioned by the outer wall 21 of the case 10.
  • the outer wall 21 of the case 10 is made of a synthetic resin, and when a large temperature difference occurs between the air reservoir 22 and the installation space 20, the heat on the high temperature side is absorbed and the heat is released to the low temperature side. Functions as a heat exchange means.
  • the air reservoir 22 is partitioned from the outside by the wall of the tip cover 14.
  • a first gap 23 is formed at a boundary portion between the front surface of the outer wall 21 of the case 10 and the tip cover 14, and the air reservoir 22 communicates with external air through the first gap 23. . Therefore, when a large temperature difference occurs between the external air and the air in the air reservoir 22, a pressure difference occurs between the external air and the air reservoir 22, so that the air flows through the first gap 23. Thus, the air in the air reservoir 22 is replaced with external air. As a result, the inside of the air reservoir 22 quickly approaches the external temperature.
  • the infrared thermometer After the infrared thermometer is placed in a high temperature environment (or low temperature environment) for a long time and then moved to a room temperature environment, the outside air becomes room temperature, but the inside of the infrared thermometer is in a high temperature environment ( In other words, the temperature in a low temperature environment is maintained, so that a large temperature difference occurs between the inside and the outside of the infrared thermometer. And as time passes, the inside of the infrared thermometer approaches the outside temperature. Meanwhile, the internal temperature of the infrared thermometer continues to change.
  • the infrared thermometer is a structural characteristic, and the error of the measurement temperature becomes large especially during the temperature change in the waveguide 40 and the infrared sensor 30. Therefore, an infrared thermometer normally incorporates a function for correcting an error in measurement temperature, and the correction function operates while the error in measurement temperature is large. However, since the error in the measured temperature is large and the situation that must be corrected is that the original function of the measuring device cannot be exhibited, it is preferable to quickly escape from the situation.
  • the air in the air reservoir 22 is replaced with external air through the first gap 23, and the air reservoir 22 quickly approaches the external temperature. Then, a temperature difference is generated between the waveguide 40, the installation space 20 of the infrared sensor 30, and the air reservoir 22 across the outer wall 21 of the case 10. At this time, the outer wall 21 of the case 10 functions as a heat exchange means, absorbs heat on the higher temperature side and dissipates it to the lower temperature side. Thereby, the installation space 20 of the waveguide 40 and the infrared sensor 30 quickly approaches the external temperature, and as a result, the temperature change of the waveguide 40 and the infrared sensor 30 can be converged in a short time. .
  • FIG. 3 is a front sectional view showing the infrared ray sensor.
  • a thermopile infrared sensor is used.
  • the thermopile is a thermal infrared detecting element 32 that outputs a thermal electromotive force corresponding to the amount of incident energy as an electrical signal when receiving infrared radiation emitted from a measurement target.
  • thermopile infrared sensor it is possible to detect the absolute value of the surface temperature without contacting the measurement object. That is, the infrared thermometer of the present embodiment employs a non-contact configuration that measures the infrared radiation radiated from the measurement object at a position separated from the measurement object such as a human body.
  • the infrared sensor 30 has an infrared detection element 32 disposed in the front center portion of the base 31, and a temperature detection element 33 disposed in the vicinity thereof.
  • a thermistor that changes a resistance value according to the ambient temperature of the infrared detection element 32 is applied.
  • the infrared detection element 32 and the temperature detection element 33 are covered with a protection member 34 that forms the appearance of the infrared sensor 30, and infrared rays are incident on the front center portion of the protection member 34 (that is, the front center portion of the infrared sensor 30).
  • a window 35 is formed.
  • the infrared incident window 35 faces the light receiving portion of the infrared detecting element 32, and the infrared light incident through the infrared incident window 35 enters the light receiving portion of the infrared detecting element 32.
  • a lead wire 36 extends outside from the back surface of the base 31.
  • FIG. 4A and 4B are views showing the waveguide 40.
  • FIG. The waveguide 40 used in the present embodiment is manufactured in a tubular shape using a synthetic resin as a material, and has a configuration in which only the inner peripheral surface 41 is gold-plated to be mirror-finished. By finishing the inner peripheral surface 41 into a mirror surface, it is possible to reflect infrared rays taken into the internal space from the distal end opening 42 and efficiently guide the infrared rays to the infrared sensor 30 disposed on the base end 44 side.
  • the shape of the inner peripheral surface 41 of the waveguide 40 and the opening angle at the tip opening 42 are, for example, at a position of the measurement distance L from the tip opening 42 with reference to the preset measurement distance L and measurement range S. It is designed so that infrared rays emitted from the region of the measurement range S to be measured are taken from the distal end opening 42 and guided to the central portion of the proximal end 44.
  • the outer peripheral surface 43 of the waveguide 40 is not plated with gold and is not mirror finished. Therefore, the surface area is large and the reflectivity is low, and the surrounding heat can be efficiently absorbed to contribute to the quick elimination of condensation.
  • the manufacture of the waveguide 40 in which only the inner peripheral surface 41 is plated with gold can be realized by using, for example, a special resin molding method called two-color molding (double molding).
  • Two-color molding is a technique in which resin materials of different materials are combined and integrally molded.
  • a resin such as polycarbonate that is hard to adhere to gold plating is disposed on the outer peripheral surface 43 side, while ABS having high affinity with gold plating.
  • leg portions 45 extend in the axial direction from the base end 44 of the waveguide 40. These legs 45 are integrally molded with the main body of the waveguide 40.
  • the base end 44 of the waveguide 40 is formed in an annular shape, and a leg portion 45 extends from each portion that is divided into three in the circumferential direction.
  • These leg portions 45 have the same size and shape, and a flat front support portion 46 is formed near the base end 44 on the inner peripheral surface 41 side in parallel with the base end surface of the waveguide 40. Furthermore, the inner peripheral surface 41 of the leg 45 forms a side support 47 from the front support 46 to the tip.
  • FIG. 4A depicts the waveguide 40 rotated from the shape of FIG. 4B around the central axis so that one leg 45 is depicted as a flat cross section. (The same applies to FIGS. 1A, 2, 10A, 11A, and 12A.)
  • the legs 45 extending from the base end 44 of the waveguide 40 are combined in contact with the infrared sensor 30 disposed in the installation space 20. Specifically, the front support portion 46 of each leg 45 comes into contact with three peripheral portions of the front surface 30 a of the infrared sensor 30, and the side support 47 of each leg 45 is on the side 30 b of the infrared sensor 30. Each leg portion 45 is fitted to the infrared sensor 30 in a state where the three portions are in contact with each other.
  • the distal end portion of the waveguide 40 is fitted and fixed to the intake port 13 formed on the front surface of the outer wall 21 surrounding the installation space 20, and the lead wire 36 of the infrared sensor 30 is connected to the printed circuit board 28.
  • the main body portion is disposed in the installation space 20 in a state where it is soldered and supported.
  • Three legs 45 extending from the base end 44 of the waveguide 40 are fitted to the infrared sensor 30.
  • each leg 45 is fitted to the infrared sensor 30
  • the front surface 30 a of the infrared sensor 30 is arranged away from the base end 44 of the waveguide 40. Therefore, a gap (second gap 24) is formed between the front surface 30 a of the infrared sensor 30 and the base end 44 of the waveguide 40. Therefore, the internal space of the waveguide 40 communicates with the above-described installation space 20 through the space between the leg portions 45 from the second gap 24.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a schematic structure of the temperature correction means.
  • the temperature correction means includes a microprocessor (MPU) 50 built in the case 10.
  • the microprocessor 50 includes an amplifier 51, an A / D converter 52 that converts an analog signal into a digital signal, an A / D converter 53, a central processing circuit (CPU) 54, a memory 55, and a timer 56.
  • the amplifier 51 amplifies an electrical signal (analog) from the infrared detection element 32 built in the infrared sensor 30.
  • the A / D converter 52 converts the amplified electrical signal into a digital signal.
  • the A / D converter 53 converts an electrical signal from the temperature detection element 33 built in the infrared sensor 30 into a digital signal.
  • a central processing circuit (CPU) 54 executes arithmetic processing based on these digital signals.
  • the memory 55 records in advance a program for causing the central processing circuit 54 to perform arithmetic processing and a correction table described later, and stores calculation data and the like by the central processing circuit 54.
  • the timer 56 counts time.
  • the central processing circuit 54 also functions as an arithmetic processing circuit that calculates the temperature of the measurement object based on the electrical signal from the infrared detection element 32.
  • FIGS. 6 and 7 are flowcharts showing the temperature correction processing procedure executed by the central processing circuit 54.
  • the power switch 26 is operated to turn on the power source 57 (step S1)
  • the timer 56 in the microprocessor 50 is activated to start counting time (step S2).
  • the central processing circuit 54 calculates the ambient temperature of the infrared detection element 32 based on the electrical signal output from the temperature detection element 33 every 4 seconds (step S3). Subsequently, the central processing circuit 54 calculates a change amount of the ambient temperature in 4 seconds from this ambient temperature (hereinafter also referred to as a sensor temperature change amount) and stores it in the memory 55 (step S4).
  • FIG. 8A is a graph showing an example of the sensor temperature change amount stored in the memory 55.
  • the graph plots the sensor temperature change calculated every 4 seconds with the horizontal axis as the time elapsed after the power is turned on and the vertical axis as the sensor temperature change.
  • the calculation of the sensor temperature change amount every 4 seconds by the central processing circuit 54 is repeated until the power source 57 is turned off.
  • the central processing circuit 54 monitors the increase / decrease in the sensor temperature change amount, and stores the sensor temperature change amount when the sensor temperature change amount changes from increase to decrease in the memory 55 as a peak value.
  • step S6 the calculation data stored in the memory 55 is deleted.
  • step S7 the central processing circuit 54 performs the processing of steps 3 to 5 and then the measurement target based on the electric signal output from the infrared detecting element 32.
  • a temperature hereinafter sometimes referred to as a measured temperature
  • step S8 the calculated sensor temperature change value
  • FIG. 8B shows the measured temperature before correction and the measured temperature after correction on the same graph.
  • the graph of FIG. 8B shows an example of a measurement result obtained with a black body furnace that releases heat of 37.2 ° C. as a measurement target.
  • the measured temperature before correction is stable and shows around 37.2 ° C. after 420 seconds have passed since the start of processing. Therefore, it is considered that the measured temperature has little error and need not be corrected.
  • the sensor temperature change amount in the vicinity of 420 seconds has a value near 0.045 ° C., so the sensor temperature change amount in the vicinity is set in advance as a judgment reference value,
  • the central processing circuit 54 determines whether correction is necessary. In this embodiment, when the sensor temperature change amount is smaller than 0.045 ° C., it is determined that correction is unnecessary.
  • step S10 If it is determined that correction is not necessary (step S10), the measured temperature that has not been corrected is displayed as it is on the liquid crystal display unit 12 (step S14). On the other hand, if it is determined that correction is necessary (step S10), a correction table is selected based on the sensor temperature change amount when the measured temperature is calculated (step S11).
  • the central processing circuit 54 refers to the correction tables as shown in FIGS. 9A and 9B to determine the temperature correction value.
  • the correction tables shown in FIGS. 9A and 9B are correction reference data in which temperature correction values are set using the sensor temperature change amount as a parameter. For example, after the infrared thermometer is left in a constant temperature environment (for example, 13 ° C.) for a long time, the correction table is moved to a different temperature environment (for example, room temperature), and then the constant temperature (for example, 37.
  • Temperature measurement is performed on a measurement object such as a blackbody furnace maintained at 2 ° C., the difference between the actual temperature of the measurement object and the measurement temperature is obtained, and the sensor temperature change amount is determined using the temperature difference as a temperature correction value. Created in association with.
  • the correction table is prepared in the process of increasing the sensor temperature change amount (FIG. 9A) and in the process of decreasing the sensor temperature change amount (FIG. 9B), and is selected and referred to. There is a need (step S11).
  • the central processing circuit 54 determines a temperature correction value corresponding to the sensor temperature change amount when the measured temperature is calculated with reference to the selected correction table (step S12), and determines the measured temperature using the temperature correction value. Correction is performed (step S13). Then, the corrected measured temperature is displayed on the liquid crystal display unit 12 (step S14). The central processing circuit 54 repeats the above processing steps until the power source 57 is turned off (step S15).
  • the temperature information obtained from the infrared rays radiated from the measurement object is the surface temperature of the measurement object. Therefore, when displaying the internal temperature of the measurement target (such as the body temperature of the human body) on the liquid crystal display unit 12, a program that estimates and calculates the internal temperature from the surface temperature in advance is incorporated, and the central processing circuit 54 determines from the surface temperature.
  • the internal temperature is automatically calculated and displayed on the liquid crystal display unit 12 as the measured temperature.
  • both the surface temperature and the internal temperature of the measurement target can be displayed on the liquid crystal display unit 12, and either the surface temperature or the internal temperature of the measurement target is displayed on the liquid crystal display unit 12 by switching the display mode. You can also
  • 10A to 12C show the results of experiments conducted by the present inventors in order to confirm the effect of the first gap 23.
  • 10B and 10C show measurement results obtained using the infrared thermometer having the configuration shown in FIG. 1A, as shown in FIG. 10A. 11B and 11C, as shown in FIG. 11A, the front end cover 14 in the infrared thermometer having the configuration shown in FIG. 1A is removed, and the outer wall 21 of the case 10 in contact with the installation space 20 of the waveguide 40 and the infrared sensor 30 is removed.
  • the measurement result obtained using the thing of the structure exposed to the outside is shown. 12B and 12C, as shown in FIG.
  • the first gap 23 in the infrared thermometer having the configuration shown in FIG. 1A is removed, and the installation space 20 of the waveguide 40 and the infrared sensor 30 is set as a sealed space.
  • the measurement result obtained using the thing of a structure is shown.
  • each infrared thermometer was allowed to stand in a temperature environment of 13 ° C. for 1 hour, then moved to room temperature, and temperature measurement was performed using a black body furnace that released heat of 37.2 ° C. as a measurement object.
  • correction processing is executed for all calculated measured temperatures.
  • the infrared thermometer used for each temperature measurement has the same configuration except for the components related to the installation space 20, and the measurement conditions are also the same.
  • the same correction table was used for correcting the measured temperature.
  • FIG. 10B, FIG. 11B, and FIG. 12B are graphs plotting changes in the sensor temperature change amount over time from the start of measurement. Observing the graph of FIG. 11B, it can be seen that the time width of the section A in which the sensor temperature change amount is increasing is short and has reached the peak value in a short time. Then, when the measured temperature after correction in this section A is observed in the graph of FIG. 11C, it can be seen that the measured temperature after correction greatly varies with the actual temperature (37.2 ° C.) of the measurement target. This seems to be an error due to a decrease in the number of temperature measurements up to the peak value.
  • the peak width D of the sensor temperature change amount is longer than that of the graph of FIG. 10B.
  • the central processing circuit 54 makes a wrong selection, the actual temperature (37.2 ° C.) of the measurement target is measured like the corrected measured temperature indicated by the symbol P in FIG. 12C.
  • the measured temperature after correction also includes a large error.
  • the infrared thermometer according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1A has no defects in the structure shown in FIGS. 11A and 12A. It can be understood that the installation space 20 of the infrared sensor 30 and the first gap 23 communicating with the outside function effectively.
  • FIG. 13 is a diagram showing an infrared thermometer according to an embodiment of the present invention.
  • symbol is attached
  • the infrared thermometer shown in FIG. 13 has a configuration in which the case 10 and the tip cover 14 shown in FIG. 1A are integrally molded.
  • a partition wall 21 is formed inside the case 10, and the installation space 20 and the air reservoir 22 are partitioned by the partition wall 21.
  • the partition wall 21 is made of synthetic resin, and when a large temperature difference occurs between the air reservoir 22 and the installation space 20, the temperature is high. It functions as a heat exchange means that absorbs heat from the side and dissipates heat to the low temperature side.
  • the air reservoir 22 is partitioned from the outside by the outer wall of the case 10.
  • a first gap 23 is formed at the boundary portion between the front surface of the partition wall 21 and the front end surface of the case 10, and the air reservoir 22 communicates with external air through the first gap 23. Therefore, when a large temperature difference occurs between the external air and the air in the air reservoir 22, a pressure difference occurs between the external air and the air reservoir 22, so that the air flows through the first gap 23. Thus, the air in the air reservoir 22 is replaced with external air. As a result, the inside of the air reservoir 22 quickly approaches the external temperature.
  • the formation location and the number of the first gaps 23 can be arbitrarily set as necessary.
  • the waveguide 40 to be used is not limited to the structure shown in FIGS. 4A and 4B, and various shapes can be applied as necessary.
  • the infrared sensor 30 can have various structures.
  • the infrared detection element 32 and the temperature detection element 33 may be configured by using separate detection elements, and the infrared detection element 30 may be configured by placing the temperature detection element in the vicinity of the infrared detection element.
  • the infrared sensor 30 may be configured with a single detection element using an element having both an infrared detection function and a temperature detection function.
  • a configuration may be used in which a plurality of sensors using elements having both an infrared sensor function and a temperature detection function are used, and either one is used as an infrared detection element and the other is used as a temperature detection element.
  • An infrared sensor may be configured using a built-in element or the like.
  • Three leg portions 45 extending from the base end 44 of the waveguide 40 are preferable because they can realize stable support without rattling with three-point support, but the present invention is not limited to this, and four or more leg portions 45 may be provided. Good.
  • the waveguide 40 is preferably configured so that the entire outer peripheral surface is not mirror-finished in order to efficiently absorb the surrounding heat. However, it is not limited to this, It is good also as a structure which does not carry out mirror finishing of a part of outer peripheral surface as needed.
  • the period for calculating the sensor temperature change amount of the correction means is not limited to every 4 seconds, and can be set to any time as necessary. However, the shorter the cycle, the faster the power consumption.

Abstract

ケース１０の外壁２１で囲まれた設置空間２０に赤外線センサ３０と導波管４０とを配置する。この設置空間２０の周囲に、ケース１０の外壁２１を挟んで空気溜まり２２を形成する。さらに、当該空気溜まり２２を第１の隙間２３を通して外部の空気と連通させる。これにより、第１の隙間２３を通して外気と連通する空気溜まり２２を介して、赤外線センサ３０と導波管４０の周囲温度を外部温度に速やかに近づけることができ、温度変化に起因する測定誤差を短時間で解消することが可能となる。

Description

赤外線温度計
　この発明は、測定対象から放射される赤外線からその測定対象の温度を求める赤外線温度計に関する。
　赤外線温度計は、例えば、医師が患者の体温を非接触かつ短時間で測定する用途に広く用いられている。特許文献１及び２は、この種の従来の赤外線温度計を開示している。
　すなわち、特許文献１には、患者の耳孔内に挿入するスペキュラ（２５）と称する部材を導波路（１１）の外周に取り付け、その内部に空間（９）を形成して、スペキュラ（２５）の外部にある熱源から導波路（１１）を断熱する構成が記載されている（同文献１の図１参照）。
　また、特許文献２には、患者の耳孔内に挿入するプローブ（４０）と導波管（３０）の先端部付近との間に間隙（３３）が設けられた構成が開示されているとともに、導波管（３０）の内端と赤外線センサ（２０）との間に間隙（３４）を形成し、それら部材を互いに接触しないようにした構成が記載されている（同文献２の図１参照）。
　なお、上述した従来技術の説明に用いた括弧付の符号は、各特許文献に記載されている符号を引用したものである。
特公平５－２８６１７号公報 国際公開ＷＯ２０００／０２２９７８号公報
　赤外線温度計の構造的な特質として、外部の温度が大きく変化し、導波管や赤外線センサに温度変化が生じている間は、測定温度の誤差が大きくなることが知られている。
　また、人体の体温を測定するための赤外線温度計には、いわゆる耳孔内接触式のものと皮膚非接触式のものとがある。このうち耳孔内接触式の赤外線温度計は、患者の耳孔内にプローブやスペキュラと称する測定子を挿入して皮膚に接触させ、この状態で耳孔内の主に鼓膜から放射される赤外線を測定する方式となっている。そのため、特に耳孔内の皮膚から直接人体の熱が伝えられる測定子の断熱が主な課題となっている。
　特許文献１及び特許文献２は、この種の耳孔内接触式の赤外線温度計を開示している。そして、特許文献１に記載された空間（９）や特許文献２に記載された間隙（３３）（３４）も、断熱を目的として付加された構成要素である。
　しかし、特許文献１に記載された空間（９）や特許文献２に記載された間隙（３３）は、導波管を断熱する効果をもたらすものの、通常の室温とは大きく相違する温度環境下に赤外線温度計を長時間放置した場合には、導波管の温度が変化することは避けられない。そして、その後に通常の室温環境下に戻したときは、むしろこれらの空間（９）や間隙（３３）が導波管を保温して、導波管が室温に戻るまでの時間を遅らせてしまう。
　また、特許文献２に記載されたように、間隙（３４）の形成により導波管（３０）の内端と赤外線センサ（２０）との間を非接触とした場合、導波管（３０）と赤外線センサ（２０）との間の位置合わせが難しくなるとともに、外部からの振動でこれら各部材の間に位置ずれが生じて、導波管（３０）に導かれてきた赤外線を赤外線センサ（２０）へ適正に入射できなくなるおそれがある。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、外部温度の変化に起因して、赤外線センサにより測定した測定対象の温度に誤差が生じても、短時間で誤差を解消することができる赤外線温度計の提供を第１の目的とする。
　さらに本発明は、外部温度の変化に起因して、赤外線センサにより測定した測定対象の温度に誤差が生じたとき、その測定誤差を高精度に補正することができる赤外線温度計の提供を第２の目的とする。
　本発明は、上記第１の目的を達成するために、少なくとも一部を隔壁で囲まれた設置空間に、測定対象の温度を検出するための赤外線センサと、先端が外部に開口し測定対象から放射される赤外線を当該開口から取り込み赤外線センサに導く導波管と、を備えた赤外線温度計において、
　設置空間の周囲に隔壁を挟んで空気溜まりを形成するとともに、当該空気溜まりを外部の空気と連通させる第１の隙間を形成したことを特徴とする。
　上記本発明は、例えば、次のように構成することもできる。
　すなわち、少なくとも一部をケースの外壁で囲まれた設置空間に、測定対象の温度を検出するための赤外線センサと、先端が外部に開口し測定対象から放射される赤外線を当該開口から取り込み赤外線センサに導く導波管と、を備えた赤外線温度計において、
　設置空間を囲むケースの外壁の周囲を先端カバーで被覆し、この先端カバーとケースの外壁との間に空気溜まりを形成するとともに、当該空気溜まりを外部の空気と連通させる第１の隙間を形成する。
　赤外線センサと導波管の設置空間に対してその周囲に空気溜まりを形成することで、外部の温度に僅かな変化があってもその空気溜まりが適度な断熱効果を発揮し、赤外線センサや導波管の温度変化を抑制する。
　さらに本発明では、その空気溜まりを第１の隙間によって外部の空気と連通させることで、外部温度が大きく変化したときは、第１の隙間を通して外気と空気溜まり内の空気とが交換され、空気溜まり内の温度を速やかに外部温度に近づけることができる。そして、隔壁やケースの外壁を介して空気溜まりと上記設置空間との間で熱交換が行われ、赤外線センサや導波管の周囲温度を速やかに外部温度へ近付けることができる。
　その結果、外部温度の変化に起因して、赤外線センサにより測定した測定対象の温度に誤差が生じても、短時間でその誤差を解消して、上記第１の目的を達成することができる。
　ところで、低温の環境から高温多湿環境へ移動したとき、導波管の内周面や、赤外線センサの赤外線入射窓に結露が生じることがある。導波管の内周面に結露が生じると、先端から取り込まれた赤外線が乱反射して、赤外線センサへ導く赤外線の光量が減少してしまう。さらに、赤外線入射窓に結露が生じると、同様に結露部分で赤外線が乱反射してセンサ内部への赤外線の入射光量が減少してしまう。それらが原因で、赤外線センサにより測定した測定対象の温度に誤差が生じる。結露の状態は一定ではなく定量的な把握が困難なため、結露により生じる測定温度の誤差をコンピュータソフトウエアで補正することができない。ゆえに結露は速やかに消す必要がある。
　そこで、本発明は、赤外線入射窓がある赤外線センサの正面と導波管の基端との間に、当該導波管の内部空間と設置空間とを連通する第２の隙間を形成することが好ましい。
　この構成により、導波管の内部空間及び第２の隙間を介して、温度差のある外気と上記設置空間との間で空気の流動が生じ、これにより導波管の内周面と赤外線入射窓とに発生した結露を速やかに消すことが可能となる。
　ここで、導波管の基端から少なくとも三本の脚部を延出し、これら各脚部をそれぞれ赤外線センサに接触させて組み合わせることで、これら脚部により導波管と赤外線センサとの位置ずれを抑制できる。第２の隙間は、各脚部によって赤外線センサの正面と導波管の基端との間に形成される。
　さらに、導波管の基端から延出した各脚部を、赤外線センサにそれぞれ接触させて組み合わせたとき、導波管の中心軸と赤外線センサにおける赤外線入射窓の中心とが同軸上に配置されるように位置決めしておくことで、導波管と赤外線センサとの位置合わせを容易に行うことが可能となる。
　また、導波管は、合成樹脂により製作され、内周面を鏡面仕上げし、外周面は鏡面仕上げしていない構成とすることが好ましい。
　このように構成することで、鏡面仕上げした導波管の内周面は、先端から取り込んだ赤外線を効率的に反射して赤外線入射窓へ導くことができる。一方、鏡面仕上げされていない導波管の外周面は、表面積が広くかつ反射率が低いので、周囲の熱を効率的に吸収して結露の速やかな消去に貢献することができる。
　本発明の上述した各構成は、外部温度の変化に起因して、赤外線センサにより測定した測定対象の温度に誤差が生じたとき、次に示す温度補正手段と相俟って、その温度測定の誤差を高精度に補正し、上記第２の目的を達成することができる。
　かかる第２の目的を達成するために、本発明は、
　赤外線センサが、内部の赤外線入射窓と対向する部位に赤外線検出素子を備えるとともに、当該赤外線検出素子の周囲温度を検出する温度検出素子を備え、
　さらに、赤外線検出素子の出力から求めた測定対象の温度（以下、測定温度）を補正するための温度補正手段を有する構成とすることが好ましい。
　温度補正手段は、温度検出素子の出力から赤外線検出素子の周囲温度の変化量（以下、センサ温度変化量）を求め、測定温度を求めた時点の当該センサ温度変化量に基づいて当該測定温度を補正する。
　また、温度補正手段は、測定温度を求めた時点の当該センサ温度変化量を参照して、当該測定温度に対する補正の要否を判断する機能を備えた構成とすることが好ましい。
　上述した第１の目的を達成するための構成を備えた本発明は、温度補正手段による温度補正のパラメータとなるセンサ温度変化量を速やかに減少して測定温度の誤差を低減させることができるので、温度補正手段による温度補正を必要とする期間を短縮させることができる。
　以上説明したように、本発明によれば、第１の隙間を通して外気と連通する空気溜まりを介して、赤外線センサと導波管の周囲温度を外部温度に速やかに近づけることができるので、外部温度の変化に起因して、赤外線センサにより測定した測定対象の温度に誤差が生じても、短時間で誤差を解消することができる。
図１Ａは、本発明の実施形態に係る赤外線温度計を一部を切り欠いて示す平面断面図である。図１Ｂは、同じく正面図である。図１Ｃは、同じく側面図である。 図２は、ケースに組み込まれた赤外線センサと導波管の周辺構造を拡大して示す図である。 図３は、赤外線センサを示す正面断面図である。 図４Ａは、導波管を示す平面断面図である。図４Ｂは、同じく斜視図である。 図５は、温度補正手段の概略構造を示すブロック図である。 図６は、中央処理回路によって実行される温度補正の処理手順を示すフローチャートである。 図７は、図６に続く、温度補正の処理手順を示すフローチャートである。 図８Ａは、メモリに保存されたセンサ温度変化量の一例を示すグラフである。図８Ｂは、補正前の測定温度と補正後の測定温度を同じグラフ上に示した図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、補正テーブルの例を示す図である。 図１０Ａは、第１の隙間に関する実験例に用いた赤外線温度計の構造を示す正面断面図である。図１０Ｂは、第１の隙間に関する実験例の結果を、メモリに保存されたセンサ温度変化量により示すグラフである。図１０Ｃは、第１の隙間に関する実験例の結果を、補正前の測定温度と補正後の測定温度により示したグラフである。 図１１Ａは、図１０Ａの構造による実験結果に対する比較例に用いた赤外線温度計の構造を示す正面断面図である。図１１Ｂは、図１０Ａの構造による実験結果に対する比較例を、メモリに保存されたセンサ温度変化量により示すグラフである。図１１Ｃは、図１０Ａの構造による実験結果に対する比較例を、補正前の測定温度と補正後の測定温度により示したグラフである。 図１２Ａは、図１０Ａの構造による実験結果に対する別の比較例に用いた赤外線温度計の構造を示す正面断面図である。図１２Ｂは、図１０Ａの構造による実験結果に対する別の比較例を、メモリに保存されたセンサ温度変化量により示すグラフである。図１２Ｃは、図１０Ａの構造による実験結果に対する別の比較例を、補正前の測定温度と補正後の測定温度により示したグラフである。 本発明の他の実施形態に係る赤外線温度計を一部を切り欠いて示す平面断面図である。
１０：ケース、１１：操作ボタン、１２：液晶表示部、１３：取込口、１４：先端カバー、１５：扉、１６：ＬＥＤ、１７：照明ボタン、１８：照射口、１９：反射筒、２０：設置空間、２１：外壁（隔壁）、２２：空気溜まり、２３：第１の隙間、２４：第２の隙間、２５：開口、２６：電源スイッチ、２７：底部壁、２８：プリント基板、
３０：赤外線センサ、３１：基盤、３２：赤外線検出素子、３３：温度検出素子、３４：保護部材、３５：赤外線入射窓、３６：リード線、
４０：導波管、４１：内周面、４２：先端開口部、４３：外周面、４４：基端、４５：脚部、４６：正面支持部、４７：側面支持部、
５０：マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、５１：増幅器、５２：Ａ／Ｄ変換器、５３：Ａ／Ｄ変換器、５４：中央処理回路（ＣＰＵ）、５５：メモリ、５６：タイマ、５７：電源
　以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
　図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃは本発明の実施形態に係る赤外線温度計を示す図である。
　赤外線温度計は、合成樹脂で製作されたケース１０の表面に操作ボタン１１と液晶表示部１２が設けられ、操作ボタン１１の押圧操作をもって測定動作が実行され、液晶表示部１２に測定対象の表面温度や、この表面温度から推定した内部温度が表示される仕組みとなっている。
　ケース１０の内部には、赤外線センサ３０と導波管４０とが組み込まれている。ケース１０の先端面には赤外線の取込口１３が開口しており、導波管４０の先端開口部４２がこの取込口１３に配置されている。
　また、ケース１０の先端部分には、合成樹脂で製作された先端カバー１４が装着してあり、この先端カバー１４に取込口１３を開閉する扉１５が回転自在に取り付けてある。扉１５は、赤外線温度計を使用していないときは、取込口１３と対向する位置に止めておくことで、導波管４０内への塵埃の侵入を防ぐことができる。そして、赤外線温度計の使用に際しては、扉１５を先端カバー１４の背面側に回動して固定することで、取込口１３の前方が解放されて、測定対象からの赤外線を取り込み可能となる。
　赤外線温度計は、ケース１０の先端面に設けた取込口１３を測定対象に向け、操作ボタン１１の押圧操作に従い、測定対象から放射された赤外線を導波管４０の内部空間に取り込み、赤外線センサ３０へと導いていく。赤外線センサ３０は、赤外線の入射光量に応じた電気信号を出力する。ケース１０内には演算処理回路（図示せず）が内蔵されており、赤外線センサ３０から出力された電気信号に基づき、演算処理回路が測定対象の表面温度や内部温度を算出する。
　本発明に係る赤外線温度計の主な用途は、人体の体温測定であり、導波管４０の先端を測定対象としての人体の測定部位に向けて操作することで、人体の皮膚温度や体温を知ることができる。
　なお、本発明が人体の体温測定に限定されず、表面温度や内部温度を手軽にかつ迅速に測定する必要のある種々の用途に利用できることは勿論である。
　ケース１０の後端部分には、光源としてのＬＥＤ１６が内蔵してあり、ケース１０の表面に設けた照明ボタン１７の押圧操作をもってケース１０に内蔵した照明回路（図示せず）がＬＥＤ１６を発光させるように仕組まれている。ケース１０の後端面には照射口１８が開口しており、この照射口１８を通してＬＥＤ１６からの光線が外部へ出射される。ＬＥＤ１６の前方周囲には反射筒１９が配置してあり、ＬＥＤ１６から放射された光線を反射して、減衰させることなく照射口１８へ導いている。なお、光源には懐中電灯に用いられる豆電球等を使用することもできる。
　医師が患者の診察に赤外線温度計を使用する際は、まず患者の額等に取込口１３を向けて体温を測定し、引き続き患者の口腔内にＬＥＤ１６からの光線を照射して喉の腫れ等を観察することができるので、使い勝手がよい。
　図２はケース１０に組み込まれた赤外線センサ３０と導波管４０の周辺構造を拡大して示す図である。
　図２に示すように、導波管４０と赤外線センサ３０は、ケース１０の内部に形成された設置空間２０内に組み込まれている。設置空間２０の周囲はケース１０の壁で囲まれており、特に導波管４０の外周面４３と対向する部分はケース１０の外壁２１で囲まれている。
　設置空間２０を囲む外壁２１の前面には取込口１３が形成してあり、この取込口１３に導波管４０の先端部が嵌め込み固定してある。
　設置空間２０を囲むケース１０の底部壁２７はケース１０の内壁で形成され、この底部壁２７に赤外線センサ３０のリード線３６を挿通する開口２５が形成してある。
　赤外線センサ３０は、ケース１０の中央部付近に配設された演算処理回路（図示せず）を搭載するプリント基板２８に、リード線３６が半田付けされた状態で支持されている。そして、後述する赤外線検出素子を内蔵する本体部分は、設置空間２０内に配置されている。なお、赤外線センサ３０は底部壁２７には接触していない。
　設置空間２０内に配置された赤外線センサ３０の正面３０ａは、取込口１３と対向しており、当該赤外線センサ３０の正面と取込口１３との間に導波管４０を配置した構造となっている。
　なお、ケース１０内には乾電池等の電源（図示せず）も収納されており、電源スイッチ２６をオン操作したとき、内部回路に電源が接続されて、温度測定が可能な状態となる。
　設置空間２０を囲むケース１０の外壁２１は、その周囲が先端カバー１４で被覆されており、この先端カバー１４とケース１０の外壁２１との間の空間が空気溜まり２２を形成している。したがって、空気溜まり２２と設置空間２０は、ケース１０の外壁２１により仕切られている。ケース１０の外壁２１は、合成樹脂で製作されており、空気溜まり２２と設置空間２０との間に大きな温度差が生じたとき、温度の高い側の熱を吸収して温度の低い側へ放熱する熱交換手段として機能する。
　空気溜まり２２は、先端カバー１４の壁によって外部と仕切られている。
　さらに、ケース１０の外壁２１の前面と先端カバー１４との境界部分には、第１の隙間２３が形成してあり、空気溜まり２２はこの第１の隙間２３を通して外部の空気と連通している。したがって、外部の空気と空気溜まり２２内の空気との間に大きな温度差が生じたときは、外部と空気溜まり２２との間に気圧の差が生じるため、第１の隙間２３を通して空気が流動して、空気溜まり２２内の空気が外部の空気と入れ替えられる。その結果、空気溜まり２２の内部は、速やかに外部の温度に近づいていく。
　さて、赤外線温度計が高温環境下（又は低温環境下）に長時間置かれた後、室温環境下に移されると、外部の空気は室温となるが、赤外線温度計の内部は高温環境下（又は低温環境下）での温度を保持するので、赤外線温度計の内部と外部とに、大きな温度差が生じる。そして、時間の経過とともに、赤外線温度計の内部が外部の温度に近づいていく。その間は、赤外線温度計の内部温度は変化を続ける。
　既述したように、赤外線温度計は構造的な特質として、特に導波管４０や赤外線センサ３０に温度変化が生じている間は、測定温度の誤差が大きくなってしまう。そこで、赤外線温度計には、通常、測定温度の誤差を補正する機能が組み込まれており、測定温度の誤差が大きい間は当該補正機能が作動する仕組みになっている。
　しかし、測定温度の誤差が大きく、補正しなければならない状況は、測定装置としての本来の機能を発揮できていないことであるから、その状況は速やかに脱却することが好ましい。
　上述した本実施形態の構成によれば、空気溜まり２２内の空気が第１の隙間２３を通して外部の空気に入れ替えられ、空気溜まり２２内が速やかに外部の温度に近づいていく。そうすると、ケース１０の外壁２１を挟んで導波管４０と赤外線センサ３０の設置空間２０と空気溜まり２２との間に温度差が生じる。このとき、ケース１０の外壁２１が熱交換手段として機能し、温度の高い側の熱を吸収して温度の低い側へ放熱する。これにより、導波管４０と赤外線センサ３０の設置空間２０は、速やかに外部の温度に近づき、その結果、導波管４０と赤外線センサ３０の温度変化を短時間で収束させることが可能となる。
　ここで、赤外線センサ３０と導波管４０の構成を説明する。
　図３は赤外線線センサを示す正面断面図である。
　本実施形態では、サーモパイル型赤外線センサを利用している。
　サーモパイルは、測定対象から放射される赤外線を受光すると、その入射エネルギー量に応じた熱起電力を電気信号として出力する熱型の赤外線検出素子３２である。サーモパイル型赤外線センサを用いることで、測定対象に接触することなく表面温度の絶対値を検出することが可能となる。すなわち、本実施形態の赤外線温度計は、人体等の測定対象から離間した位置で、測定対象から放射された赤外線を測定する非接触式の構成を採用している。
　赤外線センサ３０は、図３に示すように、基盤３１の正面中央部に赤外線検出素子３２が配置してあり、その近傍には温度検出素子３３が配置されている。温度検出素子３３としては、赤外線検出素子３２の周囲温度に応じて抵抗値を変えるサーミスタが適用される。これら赤外線検出素子３２と温度検出素子３３は、赤外線センサ３０の外観を形成する保護部材３４で被覆されており、保護部材３４の正面中央部（すなわち、赤外線センサ３０の正面中央部）に赤外線入射窓３５が形成されている。赤外線入射窓３５は赤外線検出素子３２の受光部と対向しており、赤外線入射窓３５を通して入射してきた赤外線が赤外線検出素子３２の受光部に入射する。なお、基盤３１の背面からは、リード線３６が外部へ延出している。
　図４Ａ、図４Ｂは導波管４０を示す図である。
　本実施形態で用いる導波管４０は、合成樹脂を材料として管状に製作され、内周面４１のみに金メッキを施すことで鏡面仕上げした構成となっている。内周面４１を鏡面に仕上げることで、先端開口部４２から内部空間に取り込んだ赤外線を反射させて、基端４４側に配置される赤外線センサ３０へと効率的に導くことが可能となる。
　導波管４０の内周面４１の形状や先端開口部４２における開口角は、例えば、あらかじめ設定した測定距離Ｌと測定範囲Ｓを基準にして、先端開口部４２から測定距離Ｌの位置に存在する測定対象の、測定範囲Ｓの領域から放射される赤外線を、先端開口部４２から取り込んで基端４４の中央部へ導くように設計される。
　導波管４０の外周面４３は、金メッキが施されず鏡面に仕上げられていない。よって、表面積が広くかつ反射率が低くなり、周囲の熱を効率的に吸収して結露の速やかな消去に貢献することができる。
　さて、内周面４１のみに金メッキを施した導波管４０の製作は、例えば、二色成形（ダブルモールド）という特殊な樹脂成形方法を用いることで実現することができる。二色成形は、異なる材質の樹脂材を組み合わせて一体成形する手法であり、例えば、金メッキが付着しにくいポリカーボネート等の樹脂を外周面４３側に配置し、一方、金メッキとの親和性が高いＡＢＳ樹脂を内周面４１側に配置して一体成形することで、その後に内周面４１側だけを金メッキ処理することが可能となる。
　導波管４０の基端４４からは、三本の脚部４５が軸方向へ延出している。これらの脚部４５は導波管４０の本体と一体に樹脂成形される。導波管４０の基端４４は円環状に形成され、その円周方向に三分割する各部位から脚部４５が延出している。これら脚部４５は同じ寸法形状としてあり、内周面４１側の基端４４近くに導波管４０の基端面と平行に平坦な正面支持部４６が形成してある。さらに、脚部４５の内周面４１は、正面支持部４６から先端にかけて側面支持部４７を形成している。
　なお、図４Ａの平面断面図は、１本の脚部４５が平断面で描かれるように、導波管４０を図４Ｂの姿態から中心軸周りに回転させた姿態をもって描いている。（図１Ａ、図２、図１０Ａ、図１１Ａ、図１２Ａについても同じ。）
　図２に戻り、導波管４０の基端４４から延出する各脚部４５は、設置空間２０内に配置された赤外線センサ３０に接触した状態で組み合わされている。具体的には、各脚部４５の正面支持部４６が、赤外線センサ３０の正面３０ａにおける周縁部の三箇所に接触し、各脚部４５の側面支持部４７が、赤外線センサ３０の側面３０ｂにおける三箇所に接触した状態で、赤外線センサ３０に各脚部４５が嵌め合わされている。
　既述したように、導波管４０の先端部は、設置空間２０を囲む外壁２１の前面に形成した取込口１３に嵌め込み固定してあり、赤外線センサ３０は、リード線３６がプリント基板２８に半田付けして支持された状態で、本体部分が設置空間２０に配置されている。そして、導波管４０の基端４４から延出する三本の脚部４５が、赤外線センサ３０に嵌め合わされている。このように組み合わせたとき、導波管４０の中心軸と赤外線センサ３０の正面中央部に形成した赤外線入射窓３５の中心とが自動的に同軸上に配置されるように、あらかじめ位置決めして各部材を製作してある。
　また、各脚部４５を赤外線センサ３０に嵌め合わせた状態では、赤外線センサ３０の正面３０ａが導波管４０の基端４４から離間して配置される。そのため赤外線センサ３０の正面３０ａと導波管４０の基端４４との間には、隙間（第２の隙間２４）が形成される。したがって、導波管４０の内部空間は、この第２の隙間２４から各脚部４５の間を通して、上述した設置空間２０に連通する。
　この構成により、導波管４０の内周面４１や赤外線センサ３０の赤外線入射窓３５に結露が生じたとき、導波管４０の内部空間、各脚部４５の間の隙間及び第２の隙間２４を通して、温度差のある外気と設置空間２０との間で空気の流動が生じるので、結露を速やかに消すことが可能となる。
　次に、本実施形態の赤外線温度計に組み込まれた温度補正手段について説明する。
　図５は温度補正手段の概略構造を示すブロック図である。
　温度補正手段は、ケース１０に内蔵されたマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）５０で構成される。マイクロプロセッサ５０は、増幅器５１と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５２と、Ａ／Ｄ変換器５３と、中央処理回路（ＣＰＵ）５４と、メモリ５５と、タイマ５６とを含んでいる。
　増幅器５１は、赤外線センサ３０に内蔵された赤外線検出素子３２からの電気信号（アナログ）を増幅する。Ａ／Ｄ変換器５２は、増幅した電気信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器５３は、赤外線センサ３０に内蔵された温度検出素子３３からの電気信号をデジタル信号に変換する。中央処理回路（ＣＰＵ）５４は、これらデジタル信号に基づき演算処理を実行する。メモリ５５は、中央処理回路５４に演算処理を実行させるためのプログラムや後述する補正テーブルをあらかじめ記録するとともに、中央処理回路５４による算出データ等を保存する。タイマ５６は、時間を計数する。
　ここで、中央処理回路５４は、温度補正手段の機能に加えて、赤外線検出素子３２からの電気信号に基づき測定対象の温度を求める演算処理回路としても機能している。
　図６及び図７は中央処理回路５４によって実行される温度補正の処理手順を示すフローチャートである。
　電源スイッチ２６が操作されて電源５７がオンの状態になると（ステップＳ１）、マイクロプロセッサ５０内のタイマ５６が作動して時間の計数を開始する（ステップＳ２）。そして、本実施形態では、中央処理回路５４が４秒毎に温度検出素子３３から出力された電気信号に基づき赤外線検出素子３２の周囲温度を算出する（ステップＳ３）。続けて、中央処理回路５４はこの周囲温度から４秒間での当該周囲温度の変化量（以下、センサ温度変化量ということもある）を算出してメモリ５５に保存する（ステップＳ４）。
　図８Ａはメモリ５５に保存されたセンサ温度変化量の一例を示すグラフである。
　グラフは、横軸を電源オンの状態になった後の時間経過とし、縦軸をセンサ温度変化量として、４秒毎に算出されたセンサ温度変化量がプロットされている。
　中央処理回路５４による４秒毎のセンサ温度変化量の算出は、電源５７がオフになるまで繰り返し続けられる。ここで、２回目以降のセンサ温度変化量の算出では、それより前に算出したセンサ温度変化量と比較して、センサ温度変化量が増加しているか、あるいは減少しているかが判定される。この判定結果はメモリ５５に保存される（ステップＳ５）。なお、中央処理回路５４はセンサ温度変化量の増減を監視して、センサ温度変化量が増加から減少に転じたときの当該センサ温度変化量をピーク値としてメモリ５５に保存する。
　その後、本実施形態では１分が経過すると自動的に電源５７をオフにして一連の処理を終了する。併せて、メモリ５５に保存していた算出データを消去する（ステップＳ６）。
　一方、１分間の間に操作ボタン１１が操作されると（ステップＳ７）、中央処理回路５４はステップ３～５の処理に続いて、赤外線検出素子３２から出力された電気信号に基づき測定対象の温度（以下、測定温度ということもある）を算出する（ステップＳ８）。そして、算出したセンサ温度変化量の値から、まず測定温度を補正する必要があるか否かを判定する（ステップＳ９）。
　図８Ｂは補正前の測定温度と補正後の測定温度を同じグラフ上に示したものである。
　ここで、図８Ｂのグラフは３７．２℃の熱を放出する黒体炉を測定対象として得られた測定結果の一例を示している。
　グラフに示された測定結果を参照すると、処理を開始してから４２０秒が経過した付近以降で、補正前の測定温度が安定して３７．２℃付近を示している。よって、かかる測定温度は誤差が少なく、補正の必要はないと考えられる。
　対応する図８Ａのグラフにおいて、４２０秒が経過した付近のセンサ温度変化量は、０．０４５℃付近の値を示しているので、この付近のセンサ温度変化量を判断基準値としてあらかじめ設定し、中央処理回路５４は補正の要否を判定する。本実施形態では、センサ温度変化量が０．０４５℃よりも小さいときに、補正不要と判定している。
　そして、補正が必要ないと判断した場合は（ステップＳ１０）、補正していない測定温度をそのまま液晶表示部１２へ表示する（ステップＳ１４）。
　一方、補正が必要と判断した場合は（ステップＳ１０）、測定温度を算出したときのセンサ温度変化量に基づいて、補正テーブルを選択する（ステップＳ１１）
　本実施形態では、図９Ａ、図９Ｂに示すような補正テーブルを中央処理回路５４が参照して、温度補正値を決定している。
　図９Ａ、図９Ｂに示す補正テーブルは、センサ温度変化量をパラメータとして温度補正値を設定した補正基準データである。この補正テーブルは、例えば、赤外線温度計を一定の温度環境下（例えば、１３℃）に長時間放置した後、異なる温度環境下（例えば、室温）に移して、一定の温度（例えば、３７．２℃）に保たれた黒体炉等の測定対象に対して温度測定を実施し、測定対象の実際の温度と測定温度との差を求め、当該温度差を温度補正値としてセンサ温度変化量に関連付けて作成される。
　なお、センサ温度変化量が増加している過程での温度補正値と、センサ温度変化量が減少している過程での温度補正値とは、同じセンサ温度変化量であっても値が異なる。したがって、補正テーブルは、センサ温度変化量が増加している過程のものと（図９Ａ）、センサ温度変化量が減少している過程のもの（図９Ｂ）とを用意し、選択して参照する必要がある（ステップＳ１１）。
　次いで、中央処理回路５４は、測定温度を算出したときのセンサ温度変化量に対応する温度補正値を、選択した補正テーブルを参照して決定し（ステップＳ１２）、その温度補正値をもって測定温度を補正する（ステップＳ１３）。そして、補正後の測定温度を液晶表示部１２へ表示する（ステップＳ１４）。中央処理回路５４は、以上の処理ステップを電源５７がオフになるまで繰り返す（ステップＳ１５）。
　なお、測定対象から放射された赤外線から得られる温度情報は、測定対象の表面温度である。したがって、測定対象の内部温度（人体の体温など）を液晶表示部１２へ表示する場合は、あらかじめ表面温度から内部温度を推定して算出するプログラムを組み込んでおき、中央処理回路５４が表面温度から自動的に内部温度を算出し、これを測定温度として液晶表示部１２へ表示する構成とする。この場合、測定対象の表面温度と内部温度の両方を液晶表示部１２へ表示することができるほか、表示モードを切り替えて測定対象の表面温度と内部温度のいずれか一方を液晶表示部１２へ表示することもできる。
〔第１の隙間２３に関する実験例〕
　図１０Ａ乃至図１２Ｃは第１の隙間２３の効果を確認するために本発明者らが実施した実験結果を示している。
　図１０Ｂ、図１０Ｃは、図１０Ａに示すとおり、図１Ａに示した構成の赤外線温度計を用いて得られた測定結果を示している。
　図１１Ｂ、図１１Ｃは、図１１Ａに示すように、図１Ａに示した構成の赤外線温度計における先端カバー１４を取り除き、導波管４０と赤外線センサ３０の設置空間２０と接するケース１０の外壁２１を外部に露出させた構成のものを用いて得られた測定結果を示している。
　図１２Ｂ、図１２Ｃは、図１２Ａに示すように、図１Ａに示した構成の赤外線温度計における第１の隙間２３を取り除き、導波管４０と赤外線センサ３０の設置空間２０を密閉空間とした構成のものを用いて得られた測定結果を示している。
　実験では、各赤外線温度計を１３℃の温度環境下に１時間放置した後、室温に移し、３７．２℃の熱を放出する黒体炉を測定対象として、温度測定を実施した。この実験においては、補正前と補正後の測定温度の誤差を全体にわたり観察する必要があるため、算出したすべて測定温度に対して補正処理を実行している。なお、各温度測定に用いた赤外線温度計は、上記設置空間２０に関係した構成部分以外はすべての同じ構成としてあり、測定条件も同じである。また、測定温度の補正には同じ補正テーブルを使用した。
　図１０Ｂ、図１１Ｂ、図１２Ｂは、測定開始からの時間経過に対するセンサ温度変化量の変化をプロットしたグラフである。
　図１１Ｂのグラフを観察すると、センサ温度変化量が増加している区間Ａの時間幅が短く、短時間でピーク値に達していることがわかる。そして、この区間Ａにおける補正後の測定温度を図１１Ｃのグラフで観察すると、測定対象の実際の温度（３７．２℃）に対して補正後の測定温度が大きくばらついていることがわかる。
　これは、ピーク値までの温度測定回数が少なくなってしまったことに起因する誤差と思われる。これを解消するには、４秒よりもさらに短い時間でセンサ温度変化量を求めるとともに、そのセンサ温度変化量に対応した補正テーブルを作成する必要がある。しかし、センサ温度変化量を算出する周期を短くした場合、電源の消費が増大し、短い期間で充電したりあるいは電池を交換したりする必要が生じて、ユーザに余分な負担をかけてしまうおそれがある。
　図１２Ｂのグラフを観察すると、センサ温度変化量のピーク幅Ｄが図１０Ｂのグラフに比べて長いことがわかる。ピーク値付近は、補正テーブルの選択が難しく、中央処理回路５４が選択を誤ると図１２Ｃの符号Ｐで示した補正後の測定温度のように、測定対象の実際の温度（３７．２℃）対して補正後の測定温度も大きな誤差を含んでいることがわかる。
　図１０Ｃのグラフから明らかなように、図１Ａに示した本発明の実施形態に係る赤外線温度計は、図１１Ａや図１２Ａに示した構造での欠点もなく、この結果から導波管４０と赤外線センサ３０の設置空間２０とこれを外部と連通する第１の隙間２３が、有効に機能していることが理解される。
　図１３は、本発明の実施形態に係る赤外線温度計を示す図である。なお、図１Ａに示した赤外線温度計の構成部分と同じ機能をした構成部分には、同じ符号を付してある。
　図１３に示す赤外線温度計は、図１Ａに示したケース１０と先端カバー１４とを一体成形した構成である。そして、ケース１０の内部に隔壁２１を形成し、この隔壁２１によって設置空間２０と空気溜まり２２を仕切った構成としてある。
　このように構成した本実施形態に係る赤外線温度計においても、隔壁２１は、合成樹脂で製作されており、空気溜まり２２と設置空間２０との間に大きな温度差が生じたとき、温度の高い側の熱を吸収して温度の低い側へ放熱する熱交換手段として機能する。
　空気溜まり２２は、ケース１０の外壁によって外部と仕切られている。
　さらに、隔壁２１の前面とケース１０の先端面との境界部分には、第１の隙間２３が形成してあり、空気溜まり２２はこの第１の隙間２３を通して外部の空気と連通している。したがって、外部の空気と空気溜まり２２内の空気との間に大きな温度差が生じたときは、外部と空気溜まり２２との間に気圧の差が生じるため、第１の隙間２３を通して空気が流動して、空気溜まり２２内の空気が外部の空気と入れ替えられる。その結果、空気溜まり２２の内部は、速やかに外部の温度に近づいていく。
　なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施や応用実施が可能であることは勿論である。
　例えば、第１の隙間２３の形成箇所や形成個数は、必要に応じて任意に設定することができる。使用する導波管４０は、図４Ａ、図４Ｂに示した構成のものに限定されず、必要に応じて各種形状のものを適用できる。赤外線センサ３０も同様に、各種構造のものを適用できる。例えば、赤外線検出素子３２と温度検出素子３３は独立した別の検出素子を用い、赤外線検出素子の近傍に温度検出素子を置く構造で赤外線センサ３０を構成してもよい。また、赤外線検出機能と温度検出機能を兼ね備えた素子を使用して一つの検出素子で赤外線センサ３０を構成してもよい。あるいは赤外線センサ機能と温度検出機能を兼ね備えた素子を使用したセンサを複数使用して、どちらかを赤外線検出素子として、もう一方を温度検出素子として使用する構成でもよいし、どちらかがどちらかを内蔵した素子などを使用して赤外線センサを構成してもよい。
　導波管４０の基端４４から延出させる脚部４５は、三本が三点支持をもってがたつきなく安定した支持を実現できて好ましいが、これに限定されず四本以上であってもよい。
　導波管４０は、外周面の全体を鏡面仕上げしない構成とすることが、周囲の熱を効率的に吸収する上で好ましい。ただし、これに限定されるものではなく、必要に応じて外周面の一部を鏡面仕上げしない構成としてもよい。
　補正手段のセンサ温度変化量を算出する周期は、４秒毎に限定されず、必要に応じて任意の時間に設定することができる。ただし、周期が短くなるほど電源の消耗が早くなる。

Claims (8)

  1. 少なくとも一部を隔壁で囲まれた設置空間に、測定対象の温度を検出するための赤外線センサと、先端が外部に開口し測定対象から放射される赤外線を当該開口から取り込み前記赤外線センサに導く導波管と、を備えた赤外線温度計において、
    　前記設置空間の周囲に前記隔壁を挟んで空気溜まりを形成するとともに、当該空気溜まりを外部の空気と連通させる第１の隙間を形成したことを特徴とする赤外線温度計。
  2. 少なくとも一部をケースの外壁で囲まれた設置空間に、測定対象の温度を検出するための赤外線センサと、先端が外部に開口し測定対象から放射される赤外線を当該開口から取り込み前記赤外線センサに導く導波管と、を備えた赤外線温度計において、
    　前記設置空間を囲むケースの外壁の周囲を先端カバーで被覆し、この先端カバーと前記ケースの外壁との間に空気溜まりを形成するとともに、当該空気溜まりを外部の空気と連通させる第１の隙間を形成したことを特徴とする赤外線温度計。
  3. 前記赤外線センサは、正面に赤外線入射窓を有し、
    　前記赤外線センサの正面と前記導波管の基端との間に、当該導波管の内部空間と前記設置空間とを連通する第２の隙間を形成したことを特徴とする請求項１又は２の赤外線温度計。
  4. 前記導波管の基端から少なくとも三本の脚部を延出し、これら各脚部をそれぞれ前記赤外線センサに接触させて組み合わせることで、前記赤外線センサの正面と前記導波管の基端との間に前記第２の隙間を形成したことを特徴とする請求項３の赤外線温度計。
  5. 前記導波管の基端から延出した各脚部を、前記赤外線センサにそれぞれ接触させて組み合わせたとき、前記導波管の中心軸と前記赤外線センサにおける赤外線入射窓の中心とが同軸上に配置されるように位置決めしてあることを特徴とした請求項４の赤外線温度計。
  6. 前記導波管は、合成樹脂により製作され、内周面を鏡面仕上げし、外周面は鏡面仕上げしていないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の赤外線温度計。
  7. 前記赤外線センサは、内部の前記赤外線入射窓と対向する部位に赤外線検出素子を備えるとともに、当該赤外線検出素子の周囲温度を検出する温度検出素子を備え、
    　さらに、前記赤外線検出素子の出力から求めた測定対象の温度（以下、測定温度）を補正するための温度補正手段を有し、
    　前記温度補正手段は、前記温度検出素子の出力から前記赤外線検出素子の周囲温度の変化量（以下、センサ温度変化量）を求め、前記測定温度を求めた時点の当該センサ温度変化量に基づいて当該測定温度を補正することを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載の赤外線温度計。
  8. 前記温度補正手段は、前記測定温度を求めた時点の当該センサ温度変化量を参照して、当該測定温度に対する補正の要否を判断することを特徴とした請求項７の赤外線温度計。
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