放射温度計
【課題】 正確に測定箇所を指示できるとともに、十分な小型化を実現することができる放射温度計を提供する。
【解決手段】 放射温度計のヘッド部１００Ａにおいては、測定対象物から放射される赤外線がヘッドケーシングＫの前面ＫＦの赤外線集光部ＫＨに設けられた赤外線集光レンズ２００Ｌおよび赤外線通路を通じてサーモパイル１０に入射され、サーモパイル１０により入射された赤外線のエネルギーが検出される。また、ヘッドケーシングＫの下面ＫＤと赤外線通路との間に配置されたレーザダイオード４０から出射されるレーザ光ＲＬがミラーＭ１，Ｍ２により前面ＫＦに位置するレーザ光出射孔２００Ｈから測定対象物へと導かれる。
【解決手段】 放射温度計のヘッド部１００Ａにおいては、測定対象物から放射される赤外線がヘッドケーシングＫの前面ＫＦの赤外線集光部ＫＨに設けられた赤外線集光レンズ２００Ｌおよび赤外線通路を通じてサーモパイル１０に入射され、サーモパイル１０により入射された赤外線のエネルギーが検出される。また、ヘッドケーシングＫの下面ＫＤと赤外線通路との間に配置されたレーザダイオード４０から出射されるレーザ光ＲＬがミラーＭ１，Ｍ２により前面ＫＦに位置するレーザ光出射孔２００Ｈから測定対象物へと導かれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体から放射される赤外線エネルギーを検出することによりその物体の温度を測定する放射温度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、測定対象物から放射される赤外線エネルギーを検出し、その赤外線エネルギーを測定対象物の放射率で補正することにより測定対象物の実際の温度を測定する放射温度計がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような放射温度計において、測定対象物から放射される赤外線エネルギーは目に見えないため、使用者は測定対象物のどの箇所を測定しているのかを認識することができない。
【０００４】
そこで、使用者が測定箇所を認識できるように、レーザダイオード（ＬＤ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源を用いて測定箇所を指示できる放射温度計が開発されている。
【０００５】
この放射温度計において、測定箇所は、例えば１個のレーザダイオードにより指示される。この場合、レーザダイオードは放射温度計のケーシング内に設けられる。
【特許文献１】特開平７−３２４９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザダイオードを放射温度計のケーシング内に設けるためには、その配置位置を放射温度計に入射する赤外線エネルギーの経路からずらす必要がある。しかしながら、このようにレーザダイオードを配置すると、レーザダイオードから出射されるレーザ光は実際の測定箇所からずれた箇所を指示することになる。この場合、使用者は正確に測定箇所を認識することができない。
【０００７】
ここで、上記の放射温度計においては、実際の測定箇所を正確に指示するために、レーザ光の方向を測定対象物の測定箇所に調整するための機構を設けることも可能である。しかしながら、この場合、放射温度計が大型化する。
【０００８】
本発明の目的は、正確に測定箇所を指示できるとともに、十分な小型化を実現することができる放射温度計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る放射温度計は、測定対象物の温度を測定する放射温度計であって、互いに対向する第１および第２の面ならびに互いに対向する第３および第４の面を有し、第１の面に測定対象物から放射される赤外線を透過する赤外線透過部を有するケーシングと、ケーシング内に設けられ、赤外線透過部を透過した赤外線エネルギーを検出する検出回路と、ケーシング内の第２の面と検出回路との間で第２の面に沿って設けられ、検出回路の出力信号に基づいて測定対象物の温度を算出する温度算出回路が実装される基板と、ケーシング内に設けられる光源と、光源から出射される光を第１の面の赤外線透過部から測定対象物へと導く光学系とを備え、ケーシング内に赤外線透過部から検出回路に赤外線を導く赤外線通路が形成され、光源は、赤外線通路と第３の面との間に配置されたものである。
【００１０】
この放射温度計においては、測定対象物から放射される赤外線がケーシングの第１の面の赤外線透過部およびケーシング内の赤外線通路を通じて検出回路に入射され、検出回路により入射された赤外線のエネルギーが検出される。
【００１１】
また、ケーシングの第３の面と赤外線通路との間に配置された光源から出射される光が光学系により第１の面の赤外線透過部から測定対象物へと導かれる。これにより、測定箇所から検出回路に入射される赤外線の経路に沿って、光源の光を出射することができる。その結果、測定箇所が放射温度計により正確に指示される。
【００１２】
さらに、測定対象物から検出回路に入射される赤外線の経路と、光源の光を出射する経路とが一致しているので、光源からの光の方向を調整するための機構が不要となる。その結果、放射温度計の十分な小型化が実現される。
【００１３】
また、ケーシング内において、基板がケーシングの第２の面と検出回路との間で第２の面に沿って設けられることにより、検出回路と基板との間の距離を短くすることができる。この場合、検出回路と基板との間の配線を短くすることができるので、検出回路の出力信号がノイズの影響を受けにくくなる。その結果、放射温度計は高い精度で測定対象物の温度を算出することができる。
【００１４】
さらに、光源はケーシング内で赤外線通路に隣接し、検出回路には隣接しないので、検出素子への局所的な熱の伝達が低減される。
【００１５】
検出回路は、赤外線エネルギーを検出することにより信号を発生する赤外線検出素子と、赤外線検出素子により発生された信号を増幅する増幅回路とを含んでもよい。
【００１６】
この場合、赤外線検出素子および増幅回路が検出回路に含まれるので、赤外線検出素子により発生された微弱な信号が長い配線を通ることなく増幅回路により増幅される。それにより、赤外線検出素子の信号がノイズの影響を受けにくくなる。その結果、放射温度計はより高い精度で測定対象物の温度を算出することができる。
【００１７】
また、赤外線検出素子および増幅回路が検出回路に含まれることにより、増幅回路を他の基板に実装する必要がなくなる。それにより、ケーシング内に設ける基板の点数を十分に低減することができる。その結果、ヘッドケーシング内の省スペース化が実現され、放射温度計のさらなる小型化が実現する。
【００１８】
光源は、第３の面に沿うように、かつ第１の面に向かって光が出射されるように設けられ、光学系は、光源から出射される光を赤外線通路に向かうように反射する第１の反射部材と、第１の反射部材により反射された光を赤外線透過部に向かうように反射する第２の反射部材とを含んでもよい。
【００１９】
この場合、光源から出射される光が第１の反射部材により赤外線通路に向かうように反射され、第１の反射部材により反射された光が赤外線透過部に向かうように反射される。このように、簡単な構成で測定対象物から検出回路に入射される赤外線の経路と、光源の光を出射する経路とを一致させることができる。
【００２０】
第２の反射部材は、赤外線を透過してもよい。この場合、第２の反射部材を赤外線通路に配置することができる。
【００２１】
基板には、光源を駆動する駆動回路と、検出回路の増幅回路から与えられる信号に基づいて測定対象物の温度を算出するとともに、駆動回路を制御する制御回路とがさらに実装されてもよい。この場合、駆動回路により光源が駆動される。また、制御回路により検出回路の増幅回路から与えられる信号に基づいて測定対象物の温度が算出され、駆動回路が制御される。
【００２２】
基板には、表示素子が実装され、制御回路は算出された測定対象物の温度に基づいて表示素子を制御してもよい。この場合、基板に実装された表示素子が、測定対象物の温度に基づいて制御回路により制御される。
【００２３】
表示素子は、ケーシングの第２の面と第４の面との角部に位置してもよい。これにより、表示素子の視認性が向上する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る放射温度計においては、この放射温度計においては、測定対象物から放射される赤外線がケーシングの第１の面の赤外線透過部およびケーシング内の赤外線通路を通じて検出回路に入射され、検出回路により入射された赤外線のエネルギーが検出される。
【００２５】
また、ケーシングの第３の面と赤外線通路との間に配置された光源から出射される光が光学系により第１の面の赤外線透過部から測定対象物へと導かれる。これにより、測定箇所から検出回路に入射される赤外線の経路に沿って、光源の光を出射することができる。その結果、測定箇所が放射温度計により正確に指示される。
【００２６】
さらに、測定対象物から検出回路に入射される赤外線の経路と、光源の光を出射する経路とが一致しているので、光源からの光の方向を調整するための機構が不要となる。その結果、放射温度計の十分な小型化が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の一実施の形態に係る放射温度計について図１〜図９に基づき説明する。
【００２８】
（１）放射温度計の機能的な構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る放射温度計のブロック図である。図１に示すように、本実施の形態に係る放射温度計１００は、ヘッド部１００Ａおよび本体部１００Ｂを備える。
【００２９】
ヘッド部１００Ａおよび本体部１００Ｂは互いにケーブル８０により接続されている。また、本体部１００Ｂはケーブル８１を介して図示しない外部装置に接続される。
【００３０】
図２は図１のヘッド部１００Ａのブロック図であり、図３は図１の本体部１００Ｂのブロック図である。
【００３１】
図２に示すように、ヘッド部１００Ａは、サーモパイル１０、メイン基板３０およびレーザダイオード４０を備える。
【００３２】
サーモパイル１０は、赤外線受光部１１、サーミスタ１２、第１の信号増幅部２１および第２の信号増幅部２２を備える。第１の信号増幅部２１および第２の信号増幅部２２はＩＣ（集積回路）により構成される。
【００３３】
メイン基板３０には、第３の信号増幅部３１、アナログデジタル変換回路（以下、ＡＤ変換回路と略記する。）３２，３３、ＣＰＵ（中央演算処理装置）３４、記憶部３５、表示灯３６、レーザ駆動回路３７、通信回路３８および電源回路３９が実装される。電源回路３９には、電源線および信号線を含むケーブル８０が接続されている。
【００３４】
サーモパイル１０において、赤外線受光部１１は測定対象物から放射される赤外線エネルギーを検出する。サーミスタ１２はサーモパイル１０の内部温度を検出する。第１の信号増幅部２１は赤外線受光部１１の出力信号を増幅する。第２の信号増幅部２２はサーミスタ１２の出力信号を増幅する。
【００３５】
メイン基板３０において、第３の信号増幅部３１は第１の信号増幅部２１の出力信号を増幅する。ＡＤ変換回路３２は、第１の信号増幅部２１の出力信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を測定対象物の検出温度値としてＣＰＵ３４へ与える。
【００３６】
ＡＤ変換回路３３は、第２の信号増幅部２２の出力信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をサーモパイル１０の内部温度値としてＣＰＵ３４へ与える。
【００３７】
ＡＤ変換回路３３は、第２の信号増幅部２２の出力信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をサーモパイル１０の内部温度値としてＣＰＵ３４へ与える。
【００３８】
記憶部３５には、サーモパイル１０に関する情報およびＣＰＵ３４が測定対象物の温度を算出するための演算式等が記憶されている。サーモパイル１０に関する情報とは、例えば、赤外線受光部１１のゲインおよびオフセット値、サーミスタ１２のゲインおよびオフセット値、ならびにサーモパイルの測定温度範囲等である。
【００３９】
ＣＰＵ３４には、本体部１００Ｂからケーブル８０および通信回路３８を通じて測定対象物の放射率および後述する判定信号が与えられる。ＣＰＵ３４は、ＡＤ変換回路３２から与えられる検出温度値、ＡＤ変換回路３３から与えられる内部温度値、本体部１００Ｂから与えられた放射率、ならびに記憶部３５に記憶された種々の情報および演算式に基づいて測定対象物の実際の温度値（以下、測定温度値と呼ぶ。）を算出する。そして、ＣＰＵ３４は測定温度値を通信回路３８およびケーブル８０を通じて本体部１００Ｂに与える。
【００４０】
また、ＣＰＵ３４は、ＡＤ変換回路３２の出力信号のレベルに基づいて第３の信号増幅部３１のゲインをフィードバック制御する。
【００４１】
さらに、ＣＰＵ３４は、表示灯３６およびレーザ駆動回路３７の動作を制御する。表示灯３６は、ＣＰＵ３４の制御により判定信号のオン状態またはオフ状態を点灯または消灯により表示する。レーザ駆動回路３７は、ＣＰＵ３４の制御によりレーザダイオード４０を駆動する。レーザダイオード４０から出射されるレーザ光は測定対象物の測定箇所に照射される。
【００４２】
電源回路３９は本体部１００Ｂからケーブル８０を通じて与えられる電力をヘッド部１００Ａの各構成部に供給する。通信回路３８は、上述のように、ケーブル５０を介してＣＰＵ３４と本体部１００Ｂとの間で通信を行う。
【００４３】
図３に示すように、本体部１００Ｂは、電源回路９１、通信回路９２、ＣＰＵ９３、表示部９４、記憶部９５、操作設定部９６、外部出力回路９７およびアナログ出力回路９８を備える。
【００４４】
電源回路９１および通信回路９２にはケーブル８０が接続されている。電源回路９１は、電池等の電力供給源を備え、その電力を本体部１００Ｂの各構成部およびヘッド部１００Ａに供給する。通信回路９２は、ケーブル８０を介してＣＰＵ９３とヘッド部１００Ａとの間で通信を行う。
【００４５】
記憶部９５は、測定対象物の放射率、演算式および判定のためのしきい値等を記憶する。使用者は、操作設定部９６を操作することにより測定対象物の放射率およびしきい値等を設定することができる。設定された放射率およびしきい値等は記憶部９５に記憶される。
【００４６】
ＣＰＵ９３は、本体部１００Ｂの各構成部の動作を制御する。また、ＣＰＵ９３は、ヘッド部１００Ａから与えられる測定温度値と記憶部９５に記憶されるしきい値との大小関係を判定し、判定結果を判定信号として外部出力回路９７を介してケーブル８１に出力する。
【００４７】
判定信号は、例えば、測定温度値がしきい値よりも高い場合にオン状態（例えば、ハイレベル）となり、測定温度値がしきい値以下の場合にオフ状態（例えば、ローレベル）となる。
【００４８】
さらに、ＣＰＵ９３は、ヘッド部１００Ａから与えられる測定温度値を外部出力回路９７を介してケーブル８１に出力するとともに、測定温度値に対応するアナログ信号をアナログ出力回路９８を介してケーブル８１に出力する。
【００４９】
このようにして、本実施の形態に係る放射温度計１００は、測定対象物の測定温度値を表示および出力するとともに、測定温度値がしきい値よりも高いか否かの判定結果（オン状態またはオフ状態）を表示および出力することができる。
【００５０】
（２）放射温度計のヘッド部の構造
図４〜図６は、本発明の一実施の形態に係る放射温度計１００のヘッド部１００Ａの構造を説明するための図である。図７は図４のヘッド部１００Ａの組立て状況を説明するための斜視図である。
【００５１】
図４にヘッド部１００Ａの外観斜視図が示されている。また、図５に図４のＡ−Ａ線における模式的断面図が示され、図６に図４のＢ−Ｂ線における模式的断面図が示されている。
【００５２】
ヘッド部１００Ａの各構成部は略直方体形状のヘッドケーシングＫに内蔵される。ヘッドケーシングＫは、上面ＫＵ、下面ＫＤ、前面ＫＦ、背面ＫＢおよび側面ＫＳ１，ＫＳ２を有する。
【００５３】
以下の説明においては、図４の矢印Ｘ，Ｙ，Ｚに示すように、側面ＫＳ１，ＫＳ２に垂直な方向をＸ方向と呼び、前面ＫＦおよび背面ＫＢに垂直な方向をＹ方向と呼び、上面ＫＵおよび下面ＫＤに垂直な方向をＺ方向と呼ぶ。図４以降の図面についても同様に方向を定義する。
【００５４】
図４において、ヘッドケーシングＫの前面ＫＦに赤外線集光部ＫＨが設けられている。赤外線集光部ＫＨには赤外線集光レンズ２００Ｌが設けられている。赤外線集光レンズ２００Ｌの中央にはレーザ光出射孔２００Ｈが形成されている。
【００５５】
本体ケーシングＫの上面ＫＵと背面ＫＢとの角部には段差部が形成されている。その段差部には表示灯３６が設けられている（図４および図５参照）。また、背面ＫＢと下面ＫＤとの角部には、ケーブル５０の一端が接続される。このケーブル５０の他端は、上述のように本体部１００Ｂに接続される。
【００５６】
赤外線集光部ＫＨにおいては、測定対象物から放射される赤外線が取り込まれる。また、図２のレーザダイオード４０により発生されたレーザ光が、赤外線集光部ＫＨに設けられた赤外線集光レンズ２００Ｌのレーザ光出射孔２００Ｈから測定箇所へ向けて出射される。
【００５７】
ここで、表示灯３６は発光ダイオード等の光源を透光性の材料からなるカバー３６ｈにより覆われている。これにより、使用者は表示灯３６の点灯および点滅状況を容易に認識することができる。
【００５８】
表示灯３６を覆うカバー３６ｈの材料としては、光を透過するとともに透過する光を拡散しやすい材料を用いることが好ましい。この場合、使用者は表示灯３６の点灯および点滅状況をより容易に認識することができる。このカバー３６ｈの材料は、透光性を有するのであれば、樹脂であってもよく、ガラスであってもよい。
【００５９】
本実施の形態に係る放射温度計１００のヘッド部１００Ａの寸法は、例えば次の通りである。図４において、ヘッド部１００Ａの高さｈは約２８ｍｍであり、ヘッド部１００Ａの幅ｗは約２０ｍｍであり、ヘッド部１００Ａの奥行きｌは約４８ｍｍである。
【００６０】
なお、上記の寸法は、ヘッド部１００Ａを構成するサーモパイル１０およびメイン基板３０の大きさ、ならびに赤外線集光レンズ２００Ｌの焦点距離等に応じて設定される。
【００６１】
図５および図６に示すように、ヘッドケーシングＫ内において、サーモパイル１０はサーモパイルホルダ１１０およびレンズホルダ２００により保持され、ヘッド部１００Ａの略中央部に配置されている。サーモパイル１０の背面ＫＢ側では、サーモパイル１０に近接するように、かつ背面ＢＫに平行となるようにメイン基板３０が配置されている。サーモパイル１０はＹ方向に延びる複数の端子１０Ｔを有する。
【００６２】
図７にサーモパイル１０のサーモパイルホルダ１１０への取り付け状況、およびサーモパイルホルダ１１０へのレンズホルダ２００の装着状況が示されている。
【００６３】
図７に示すように、サーモパイルホルダ１１０は筒状部１１１および固定用ブロック部１１２を有する。固定用ブロック部１１２は略直方体形状を有し、固定用ブロック部１１２のＸＺ平面に平行な一面からＹ方向に延びるように、筒状部１１１が一体形成されている。
【００６４】
固定用ブロック部１１２には、サーモパイル収容孔１１２Ｈが設けられている。サーモパイル収容孔１１２Ｈは、筒状部１１１の内部空間と連通している。
【００６５】
筒状部１１１の内周部には円環状の第１のスリット部材１１１Ｓが形成されている。筒状部１１１の第１のスリット部材１１１Ｓの前方側に円環状の第２のスリット部材１１２Ｓが取り付けられる。さらに、筒状部１１１の前端には第３のスリット１１３Ｓが取り付けられる。
【００６６】
図５および図７に示すように、第１のスリット部材１１１Ｓに形成された円形のスリット（孔）の径は、第２のスリット部材１１２Ｓに形成された円状のスリット（孔）の径よりも小さい。また、第２のスリット部材１１２Ｓに形成された円状のスリット（孔）の径は、第３のスリット部材１１３Ｓに形成された円状のスリット（孔）の径よりも小さい。第１のスリット部材１１１Ｓ、第２のスリット部材１１２Ｓおよび第３のスリット部材１１３Ｓは、赤外線集光レンズ２００Ｌにより集光される赤外線がサーモパイル１０に入射されるように赤外線の経路を制限する。
【００６７】
これにより、外部から赤外線集光レンズ２００Ｌを介してヘッド部１００Ａ内に入射する赤外線が、ヘッド部１００Ａ内の種々の部材（サーモパイルホルダ１１０の内周面およびレンズホルダ２００）により反射してサーモパイル１０の赤外線受光部１１に入射することが防止される。その結果、測定対象物から直接放射された赤外線のみが赤外線受光部１１に入射する。
【００６８】
固定用ブロック部１１２のサーモパイル収容孔１１２Ｈには、固定用リング１２０およびサーモパイル１０が順に挿入される。これにより、図５に示すように、サーモパイル１０がサーモパイルホルダ１１０内で保持される。
【００６９】
サーモパイルホルダ１１０は銅、銀、アルミニウム、鉄または金等の熱伝導率の高い材料からなる。これにより、サーモパイル１０の周囲を均一な温度に保つことが可能となっている。
【００７０】
また、上述のように、サーモパイル収容孔１１２Ｈには固定用リング１２０が挿入されている。したがって、固定用リング１２０の形状およびその材質を調整することにより、サーモパイルホルダ１１０からサーモパイル１０への熱の伝達条件およびサーモパイル１０と赤外線集光レンズ２００Ｌとの距離を調整することが可能となっている。
【００７１】
サーモパイル１０が取り付けられたサーモパイルホルダ１１０には、円筒形状のレンズホルダ２００が装着される。
【００７２】
レンズホルダ２００の前端には、レンズ固定リング２１０により赤外線集光レンズ２００Ｌが取り付けられている。レンズホルダ２００の略中央部においては、レンズホルダ２００の外周面に沿うようにミラー取り付け部材３００が取り付けられている。ミラー取り付け部材３００の詳細は後述する。
【００７３】
レンズホルダ２００が装着されたサーモパイルホルダ１１０の後方においては、サーモパイル１０の後部からＹ方向に延びる複数の端子１０Ｔとメイン基板３０とが接続され、メイン基板３０が固定される。
【００７４】
このように、本実施の形態に係る放射温度計１００のヘッド部１００Ａにおいては、サーモパイル１０の複数の端子１０Ｔが直接メイン基板３０に接続される。これにより、サーモパイル１０の出力信号がノイズの影響を受けにくくなる。その結果、メイン基板３０のＣＰＵ３４は高い精度で測定対象物の温度を算出することができる。
【００７５】
上記において、サーモパイルホルダ１１０は銅、銀、アルミニウム、鉄または金等の熱伝導率の高い材料からなる。これにより、レーザダイオード４０が駆動することにより熱が発生された場合であっても、サーモパイル１０の周囲を均一な温度に保つことが可能となっている。
【００７６】
また、サーモパイルホルダ１１０の外側に装着されるレンズホルダ２００は、例えば、樹脂等の材料からなる。特に、熱伝導率の低い樹脂を用いた場合、レーザダイオード４０により発生される熱がサーモパイルホルダ１１０へ伝達しにくい。それにより、レーザダイオード４０により発生される熱のサーモパイル１０への伝達が低減される。
【００７７】
上述のように、サーモパイル収容孔１１２Ｈには固定用リング１２０が挿入されている。したがって、固定用リング１２０の形状およびその材質を調整することにより、サーモパイルホルダ１１０からサーモパイル１０への熱の伝達条件およびサーモパイル１０と赤外線集光レンズ２００Ｌとの距離を調整することが可能となっている。
【００７８】
図５および図６に示すように、図７のサーモパイル１０、メイン基板３０、サーモパイルホルダ１１０およびレンズホルダ２００からなる組立て集合体がヘッドケーシングＫ内に収容される。組立て集合体がヘッドケーシングＫ内に収容された状態で、メイン基板３０は背面ＫＢに沿って、上下方向に延びるように配置される。
【００７９】
メイン基板３０の下部には、外部から中継基板５０の一端が接続されるとともに、メイン基板３０とレーザダイオード４０とを電気的に接続するためのフレキシブル配線回路基板６０が接続されている。
【００８０】
メイン基板３０の上部には、表示灯３６が位置する。ヘッドケーシングＫの上面ＫＵおよび背面ＫＢとの角部に形成された段差部には、表示灯３６の光を透過する孔部３６ｈが形成されている。
【００８１】
ヘッドケーシングＫ内において、レーザ４０はレンズホルダ２００の下面ＫＤ側でレンズホルダ２００に沿って設けられ、レーザ光を前方へ出射する。
【００８２】
上述のように、レンズホルダ２００には、ミラー取り付け部材３００が取り付けられている。ミラー取り付け部材３００は、その上部にミラー保持部３０１を備え、その下部にミラー保持部３０２を備える。ヘッドケーシングＫ内において、ミラー取り付け部材３００はレーザダイオード４０の前面ＫＦ側に位置する。
【００８３】
図５に示すように、レンズホルダ２００のミラー取り付け部材３００の取り付け箇所には孔部２０１，２０２が形成されている。レンズホルダ２００の上部に形成された孔部２０１にミラー保持部３０１の一部が挿入され、レンズホルダ２００の下部に形成された孔部２０２にミラー保持部３０２の一部が挿入される。
【００８４】
ミラー保持部３０２は、レンズホルダ２００の下面ＫＤ側に突出し、レーザダイオード４０から出射されるレーザ光ＲＬを上方へ反射するようにミラーＭ１を保持する。
【００８５】
ミラー保持部３０１は、レンズホルダ２００の上部から孔部２０１を通じてレンズホルダ２００の内部中央に延びるように設けられる。ミラー保持部３０１は、ミラーＭ１により反射されたレーザ光ＲＬを前方へ反射し、レーザ光出射孔２００Ｈへ導くようにミラーＭ２を保持する。
【００８６】
これにより、レーザダイオード４０により発生されるレーザ光ＲＬは、ミラーＭ１およびミラーＭ２により反射され、レンズホルダ２００の中心軸に沿うように、レーザ光出射孔２００Ｈを通過して測定対象物の測定箇所に照射される。それにより、レーザ光出射孔２００Ｈから出射されるレーザ光ＲＬの経路と測定対象物から放射され、赤外線集光部ＫＨに入射される赤外線の経路とが一致する。その結果、ヘッド部１００Ａから出射されたレーザ光ＲＬにより測定箇所が正確に指示される。
【００８７】
このように、本実施の形態に係る放射温度計１００のヘッド部１００Ａにおいては、測定対象物からサーモパイル１０に入射される赤外線の経路と、レーザダイオード４０のレーザ光ＲＬの出射する経路とが一致しているので、レーザダイオード４０からの光の方向を調整するための機構が不要となる。その結果、放射温度計１００の十分な小型化が実現されている。
【００８８】
ここで、ミラーＭ１およびミラーＭ２は、それぞれ可視光を反射し、赤外線領域の光を透過する材料により形成されている。例えば、ミラーＭ１およびミラーＭ２は、ゲルマニウム（Ｇｅ）またはシリコン（Ｓｉ）等の赤外用光学材料により形成されている。
【００８９】
この場合、ヘッドケーシングＫの赤外線集光部ＫＨに入射される赤外線が、ミラーＭ２を透過して、サーモパイル１０に入射される。これにより、測定対象物から放射される赤外線を十分にサーモパイル１０へ入射させることができる。その結果、精度の高い温度測定を行うことが可能となる。
【００９０】
本実施の形態に係る放射温度計１００のヘッド部１００Ａにおいては、測定対象物から放射される赤外線を受光するサーモパイル１０が、ＩＣ（集積回路）により構成される第１の信号増幅部２１および第２の信号増幅部２２を内蔵する。それにより、第１の信号増幅部２１および第２の信号増幅部２２を他の基板に実装させる必要がないので、ヘッドケーシングＫ内に設ける基板の点数を十分に低減することができる。その結果、ヘッドケーシングＫ内の省スペース化が実現され、放射温度計１００のさらなる小型化が実現する。
【００９１】
（３）放射温度計のヘッド部の他の構造
本実施の形態に係る放射温度計１００のヘッド部１００Ａは、以下の構成を有してもよい。以下に説明するヘッド部１００Ａは、以下の点を除き図４〜図７のヘッド部１００Ａと同じ構成を有する。なお、外観形状は図４のヘッド部１００Ａと同じである。
【００９２】
図８および図９は、本発明の一実施の形態に係る放射温度計１００のヘッド部１００Ａの他の構成を説明するための図である。図８に図４のＡ−Ａ線における模式的断面図が示され、図９に図４のＢ−Ｂ線における模式的断面図が示されている。
【００９３】
図８および図９に示すように、本例のヘッド部１００Ａにおいては、サーモパイルホルダ１１０およびレンズホルダ２００を取り囲むように熱拡散部材ＴＷが配置されている。
【００９４】
より詳細には、熱拡散部材ＴＷは、サーモパイルホルダ１１０およびレンズホルダ２００の上面ＫＵ側、側面ＫＳ１側、側面ＫＳ２側および下面ＫＤ側を取り囲み、前面ＫＦ側および背面ＫＢ側に開口している。
【００９５】
これにより、ヘッドケーシングＫ内において、レーザダイオード４０は熱拡散部材ＴＷの下面ＫＤ側に位置する。
【００９６】
ここで、熱拡散部材ＴＷは、熱伝導率の高い材料からなる。特に、熱拡散部材ＴＷは銅、銀、アルミニウム、鉄または金等の金属材料により形成されることが好ましい。なお、本実施の形態においては、銅にニッケルめっきを施すことにより熱拡散部材ＴＷを形成した。この場合、銅により高い熱伝導率を得ることができるとともに、ニッケルめっきにより銅の酸化が防止され、耐食性が向上する。
【００９７】
さらに、熱拡散部材ＴＷはレーザ４０、サーモパイルホルダ１１０およびレンズホルダ２００と直接接触しないように設けられる。これにより、サーモパイルホルダ１１０およびレンズホルダ２００と熱拡散部材ＴＷとの間、ならびにレーザ４０と熱拡散部材ＴＷとの間には空気層が存在する。この空気層は断熱層として働く。
【００９８】
この場合、空気層によりレーザダイオード４０により発生された熱がサーモパイル１０に伝達されにくくなる。また、レーザダイオード４０から熱拡散部材ＴＷに局所的に伝達された熱は、熱拡散部材ＴＷにより拡散される。これにより、サーモパイル１０に熱が伝達されにくくなるとともに、ヘッドケーシングＫ内の温度雰囲気がほぼ均一に保たれる。
【００９９】
それにより、サーモパイル１０への局所的な熱の伝達が防止される。その結果、ＣＰＵ３４は高い精度で測定対象物の温度を算出することができる。
【０１００】
このように、本実施の形態に係る放射温度計１００のヘッド部１００Ａにおいては、熱拡散部材ＴＷの配置によりサーモパイル１０への局所的な熱の伝達を防止することができるので、ヘッドケーシングＫ内に各構成部を互いに近接して配置することが可能となる。それにより、放射温度計１００全体の小型化が実現され、高い精度で測定対象物の温度を算出することが可能となっている。
【０１０１】
以上、本実施の形態において、前面ＫＦは第１の面に相当し、背面ＫＢは第２の面に相当し、下面ＫＤは第３の面に相当し、上面ＫＵは第４の面に相当し、赤外線集光部ＫＨおよび赤外線集光レンズ２００Ｌは赤外線透過部に相当し、本体ケーシングＫはケーシングに相当する。
【０１０２】
また、サーモパイル１０および赤外線受光部１１は検出回路に相当し、ＣＰＵ３４は温度算出回路に相当し、メイン基板３０は基板に相当し、レーザダイオード４０は光源に相当し、ミラーＭ１，Ｍ２は光学系に相当し、レンズホルダ２００およびサーモパイルホルダ１１０の内部空間は赤外線通路に相当する。
【０１０３】
さらに、赤外線受光部１１は赤外線検出素子に相当し、第１の信号増幅部２１は増幅回路に相当し、ミラーＭ１は第１の反射部材に相当し、ミラーＭ２は第２の反射部材に相当し、レーザ駆動回路３７は駆動回路に相当し、ＣＰＵ３４は制御回路に相当し、表示灯３６は表示素子に相当する。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、物体から放射される赤外線エネルギーを検出することに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る放射温度計のブロック図である。
【図２】図１のヘッド部のブロック図である。
【図３】図１の本体部のブロック図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る放射温度計のヘッド部の構造を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る放射温度計のヘッド部の構造を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る放射温度計のヘッド部の構造を説明するための図である。
【図７】図４のヘッド部の組立て状況を説明するための斜視図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る放射温度計のヘッド部の他の構成を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る放射温度計のヘッド部の他の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０ サーモパイル
１１ 赤外線受光部
２１ 第１の信号増幅部
３０ メイン基板
３４ ＣＰＵ
３６ 表示灯
３７ レーザ駆動回路
４０ レーザダイオード
１００ 放射温度計
１１０ サーモパイルホルダ
２００ レンズホルダ
２００Ｌ 赤外線集光レンズ
Ｋ 本体ケーシング
ＫＦ 前面
ＫＢ 背面
ＫＤ 下面
ＫＵ 上面
ＫＨ 赤外線集光部
Ｍ１，Ｍ２ ミラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体から放射される赤外線エネルギーを検出することによりその物体の温度を測定する放射温度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、測定対象物から放射される赤外線エネルギーを検出し、その赤外線エネルギーを測定対象物の放射率で補正することにより測定対象物の実際の温度を測定する放射温度計がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような放射温度計において、測定対象物から放射される赤外線エネルギーは目に見えないため、使用者は測定対象物のどの箇所を測定しているのかを認識することができない。
【０００４】
そこで、使用者が測定箇所を認識できるように、レーザダイオード（ＬＤ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源を用いて測定箇所を指示できる放射温度計が開発されている。
【０００５】
この放射温度計において、測定箇所は、例えば１個のレーザダイオードにより指示される。この場合、レーザダイオードは放射温度計のケーシング内に設けられる。
【特許文献１】特開平７−３２４９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザダイオードを放射温度計のケーシング内に設けるためには、その配置位置を放射温度計に入射する赤外線エネルギーの経路からずらす必要がある。しかしながら、このようにレーザダイオードを配置すると、レーザダイオードから出射されるレーザ光は実際の測定箇所からずれた箇所を指示することになる。この場合、使用者は正確に測定箇所を認識することができない。
【０００７】
ここで、上記の放射温度計においては、実際の測定箇所を正確に指示するために、レーザ光の方向を測定対象物の測定箇所に調整するための機構を設けることも可能である。しかしながら、この場合、放射温度計が大型化する。
【０００８】
本発明の目的は、正確に測定箇所を指示できるとともに、十分な小型化を実現することができる放射温度計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る放射温度計は、測定対象物の温度を測定する放射温度計であって、互いに対向する第１および第２の面ならびに互いに対向する第３および第４の面を有し、第１の面に測定対象物から放射される赤外線を透過する赤外線透過部を有するケーシングと、ケーシング内に設けられ、赤外線透過部を透過した赤外線エネルギーを検出する検出回路と、ケーシング内の第２の面と検出回路との間で第２の面に沿って設けられ、検出回路の出力信号に基づいて測定対象物の温度を算出する温度算出回路が実装される基板と、ケーシング内に設けられる光源と、光源から出射される光を第１の面の赤外線透過部から測定対象物へと導く光学系とを備え、ケーシング内に赤外線透過部から検出回路に赤外線を導く赤外線通路が形成され、光源は、赤外線通路と第３の面との間に配置されたものである。
【００１０】
この放射温度計においては、測定対象物から放射される赤外線がケーシングの第１の面の赤外線透過部およびケーシング内の赤外線通路を通じて検出回路に入射され、検出回路により入射された赤外線のエネルギーが検出される。
【００１１】
また、ケーシングの第３の面と赤外線通路との間に配置された光源から出射される光が光学系により第１の面の赤外線透過部から測定対象物へと導かれる。これにより、測定箇所から検出回路に入射される赤外線の経路に沿って、光源の光を出射することができる。その結果、測定箇所が放射温度計により正確に指示される。
【００１２】
さらに、測定対象物から検出回路に入射される赤外線の経路と、光源の光を出射する経路とが一致しているので、光源からの光の方向を調整するための機構が不要となる。その結果、放射温度計の十分な小型化が実現される。
【００１３】
また、ケーシング内において、基板がケーシングの第２の面と検出回路との間で第２の面に沿って設けられることにより、検出回路と基板との間の距離を短くすることができる。この場合、検出回路と基板との間の配線を短くすることができるので、検出回路の出力信号がノイズの影響を受けにくくなる。その結果、放射温度計は高い精度で測定対象物の温度を算出することができる。
【００１４】
さらに、光源はケーシング内で赤外線通路に隣接し、検出回路には隣接しないので、検出素子への局所的な熱の伝達が低減される。
【００１５】
検出回路は、赤外線エネルギーを検出することにより信号を発生する赤外線検出素子と、赤外線検出素子により発生された信号を増幅する増幅回路とを含んでもよい。
【００１６】
この場合、赤外線検出素子および増幅回路が検出回路に含まれるので、赤外線検出素子により発生された微弱な信号が長い配線を通ることなく増幅回路により増幅される。それにより、赤外線検出素子の信号がノイズの影響を受けにくくなる。その結果、放射温度計はより高い精度で測定対象物の温度を算出することができる。
【００１７】
また、赤外線検出素子および増幅回路が検出回路に含まれることにより、増幅回路を他の基板に実装する必要がなくなる。それにより、ケーシング内に設ける基板の点数を十分に低減することができる。その結果、ヘッドケーシング内の省スペース化が実現され、放射温度計のさらなる小型化が実現する。
【００１８】
光源は、第３の面に沿うように、かつ第１の面に向かって光が出射されるように設けられ、光学系は、光源から出射される光を赤外線通路に向かうように反射する第１の反射部材と、第１の反射部材により反射された光を赤外線透過部に向かうように反射する第２の反射部材とを含んでもよい。
【００１９】
この場合、光源から出射される光が第１の反射部材により赤外線通路に向かうように反射され、第１の反射部材により反射された光が赤外線透過部に向かうように反射される。このように、簡単な構成で測定対象物から検出回路に入射される赤外線の経路と、光源の光を出射する経路とを一致させることができる。
【００２０】
第２の反射部材は、赤外線を透過してもよい。この場合、第２の反射部材を赤外線通路に配置することができる。
【００２１】
基板には、光源を駆動する駆動回路と、検出回路の増幅回路から与えられる信号に基づいて測定対象物の温度を算出するとともに、駆動回路を制御する制御回路とがさらに実装されてもよい。この場合、駆動回路により光源が駆動される。また、制御回路により検出回路の増幅回路から与えられる信号に基づいて測定対象物の温度が算出され、駆動回路が制御される。
【００２２】
基板には、表示素子が実装され、制御回路は算出された測定対象物の温度に基づいて表示素子を制御してもよい。この場合、基板に実装された表示素子が、測定対象物の温度に基づいて制御回路により制御される。
【００２３】
表示素子は、ケーシングの第２の面と第４の面との角部に位置してもよい。これにより、表示素子の視認性が向上する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る放射温度計においては、この放射温度計においては、測定対象物から放射される赤外線がケーシングの第１の面の赤外線透過部およびケーシング内の赤外線通路を通じて検出回路に入射され、検出回路により入射された赤外線のエネルギーが検出される。
【００２５】
また、ケーシングの第３の面と赤外線通路との間に配置された光源から出射される光が光学系により第１の面の赤外線透過部から測定対象物へと導かれる。これにより、測定箇所から検出回路に入射される赤外線の経路に沿って、光源の光を出射することができる。その結果、測定箇所が放射温度計により正確に指示される。
【００２６】
さらに、測定対象物から検出回路に入射される赤外線の経路と、光源の光を出射する経路とが一致しているので、光源からの光の方向を調整するための機構が不要となる。その結果、放射温度計の十分な小型化が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の一実施の形態に係る放射温度計について図１〜図９に基づき説明する。
【００２８】
（１）放射温度計の機能的な構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る放射温度計のブロック図である。図１に示すように、本実施の形態に係る放射温度計１００は、ヘッド部１００Ａおよび本体部１００Ｂを備える。
【００２９】
ヘッド部１００Ａおよび本体部１００Ｂは互いにケーブル８０により接続されている。また、本体部１００Ｂはケーブル８１を介して図示しない外部装置に接続される。
【００３０】
図２は図１のヘッド部１００Ａのブロック図であり、図３は図１の本体部１００Ｂのブロック図である。
【００３１】
図２に示すように、ヘッド部１００Ａは、サーモパイル１０、メイン基板３０およびレーザダイオード４０を備える。
【００３２】
サーモパイル１０は、赤外線受光部１１、サーミスタ１２、第１の信号増幅部２１および第２の信号増幅部２２を備える。第１の信号増幅部２１および第２の信号増幅部２２はＩＣ（集積回路）により構成される。
【００３３】
メイン基板３０には、第３の信号増幅部３１、アナログデジタル変換回路（以下、ＡＤ変換回路と略記する。）３２，３３、ＣＰＵ（中央演算処理装置）３４、記憶部３５、表示灯３６、レーザ駆動回路３７、通信回路３８および電源回路３９が実装される。電源回路３９には、電源線および信号線を含むケーブル８０が接続されている。
【００３４】
サーモパイル１０において、赤外線受光部１１は測定対象物から放射される赤外線エネルギーを検出する。サーミスタ１２はサーモパイル１０の内部温度を検出する。第１の信号増幅部２１は赤外線受光部１１の出力信号を増幅する。第２の信号増幅部２２はサーミスタ１２の出力信号を増幅する。
【００３５】
メイン基板３０において、第３の信号増幅部３１は第１の信号増幅部２１の出力信号を増幅する。ＡＤ変換回路３２は、第１の信号増幅部２１の出力信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を測定対象物の検出温度値としてＣＰＵ３４へ与える。
【００３６】
ＡＤ変換回路３３は、第２の信号増幅部２２の出力信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をサーモパイル１０の内部温度値としてＣＰＵ３４へ与える。
【００３７】
ＡＤ変換回路３３は、第２の信号増幅部２２の出力信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をサーモパイル１０の内部温度値としてＣＰＵ３４へ与える。
【００３８】
記憶部３５には、サーモパイル１０に関する情報およびＣＰＵ３４が測定対象物の温度を算出するための演算式等が記憶されている。サーモパイル１０に関する情報とは、例えば、赤外線受光部１１のゲインおよびオフセット値、サーミスタ１２のゲインおよびオフセット値、ならびにサーモパイルの測定温度範囲等である。
【００３９】
ＣＰＵ３４には、本体部１００Ｂからケーブル８０および通信回路３８を通じて測定対象物の放射率および後述する判定信号が与えられる。ＣＰＵ３４は、ＡＤ変換回路３２から与えられる検出温度値、ＡＤ変換回路３３から与えられる内部温度値、本体部１００Ｂから与えられた放射率、ならびに記憶部３５に記憶された種々の情報および演算式に基づいて測定対象物の実際の温度値（以下、測定温度値と呼ぶ。）を算出する。そして、ＣＰＵ３４は測定温度値を通信回路３８およびケーブル８０を通じて本体部１００Ｂに与える。
【００４０】
また、ＣＰＵ３４は、ＡＤ変換回路３２の出力信号のレベルに基づいて第３の信号増幅部３１のゲインをフィードバック制御する。
【００４１】
さらに、ＣＰＵ３４は、表示灯３６およびレーザ駆動回路３７の動作を制御する。表示灯３６は、ＣＰＵ３４の制御により判定信号のオン状態またはオフ状態を点灯または消灯により表示する。レーザ駆動回路３７は、ＣＰＵ３４の制御によりレーザダイオード４０を駆動する。レーザダイオード４０から出射されるレーザ光は測定対象物の測定箇所に照射される。
【００４２】
電源回路３９は本体部１００Ｂからケーブル８０を通じて与えられる電力をヘッド部１００Ａの各構成部に供給する。通信回路３８は、上述のように、ケーブル５０を介してＣＰＵ３４と本体部１００Ｂとの間で通信を行う。
【００４３】
図３に示すように、本体部１００Ｂは、電源回路９１、通信回路９２、ＣＰＵ９３、表示部９４、記憶部９５、操作設定部９６、外部出力回路９７およびアナログ出力回路９８を備える。
【００４４】
電源回路９１および通信回路９２にはケーブル８０が接続されている。電源回路９１は、電池等の電力供給源を備え、その電力を本体部１００Ｂの各構成部およびヘッド部１００Ａに供給する。通信回路９２は、ケーブル８０を介してＣＰＵ９３とヘッド部１００Ａとの間で通信を行う。
【００４５】
記憶部９５は、測定対象物の放射率、演算式および判定のためのしきい値等を記憶する。使用者は、操作設定部９６を操作することにより測定対象物の放射率およびしきい値等を設定することができる。設定された放射率およびしきい値等は記憶部９５に記憶される。
【００４６】
ＣＰＵ９３は、本体部１００Ｂの各構成部の動作を制御する。また、ＣＰＵ９３は、ヘッド部１００Ａから与えられる測定温度値と記憶部９５に記憶されるしきい値との大小関係を判定し、判定結果を判定信号として外部出力回路９７を介してケーブル８１に出力する。
【００４７】
判定信号は、例えば、測定温度値がしきい値よりも高い場合にオン状態（例えば、ハイレベル）となり、測定温度値がしきい値以下の場合にオフ状態（例えば、ローレベル）となる。
【００４８】
さらに、ＣＰＵ９３は、ヘッド部１００Ａから与えられる測定温度値を外部出力回路９７を介してケーブル８１に出力するとともに、測定温度値に対応するアナログ信号をアナログ出力回路９８を介してケーブル８１に出力する。
【００４９】
このようにして、本実施の形態に係る放射温度計１００は、測定対象物の測定温度値を表示および出力するとともに、測定温度値がしきい値よりも高いか否かの判定結果（オン状態またはオフ状態）を表示および出力することができる。
【００５０】
（２）放射温度計のヘッド部の構造
図４〜図６は、本発明の一実施の形態に係る放射温度計１００のヘッド部１００Ａの構造を説明するための図である。図７は図４のヘッド部１００Ａの組立て状況を説明するための斜視図である。
【００５１】
図４にヘッド部１００Ａの外観斜視図が示されている。また、図５に図４のＡ−Ａ線における模式的断面図が示され、図６に図４のＢ−Ｂ線における模式的断面図が示されている。
【００５２】
ヘッド部１００Ａの各構成部は略直方体形状のヘッドケーシングＫに内蔵される。ヘッドケーシングＫは、上面ＫＵ、下面ＫＤ、前面ＫＦ、背面ＫＢおよび側面ＫＳ１，ＫＳ２を有する。
【００５３】
以下の説明においては、図４の矢印Ｘ，Ｙ，Ｚに示すように、側面ＫＳ１，ＫＳ２に垂直な方向をＸ方向と呼び、前面ＫＦおよび背面ＫＢに垂直な方向をＹ方向と呼び、上面ＫＵおよび下面ＫＤに垂直な方向をＺ方向と呼ぶ。図４以降の図面についても同様に方向を定義する。
【００５４】
図４において、ヘッドケーシングＫの前面ＫＦに赤外線集光部ＫＨが設けられている。赤外線集光部ＫＨには赤外線集光レンズ２００Ｌが設けられている。赤外線集光レンズ２００Ｌの中央にはレーザ光出射孔２００Ｈが形成されている。
【００５５】
本体ケーシングＫの上面ＫＵと背面ＫＢとの角部には段差部が形成されている。その段差部には表示灯３６が設けられている（図４および図５参照）。また、背面ＫＢと下面ＫＤとの角部には、ケーブル５０の一端が接続される。このケーブル５０の他端は、上述のように本体部１００Ｂに接続される。
【００５６】
赤外線集光部ＫＨにおいては、測定対象物から放射される赤外線が取り込まれる。また、図２のレーザダイオード４０により発生されたレーザ光が、赤外線集光部ＫＨに設けられた赤外線集光レンズ２００Ｌのレーザ光出射孔２００Ｈから測定箇所へ向けて出射される。
【００５７】
ここで、表示灯３６は発光ダイオード等の光源を透光性の材料からなるカバー３６ｈにより覆われている。これにより、使用者は表示灯３６の点灯および点滅状況を容易に認識することができる。
【００５８】
表示灯３６を覆うカバー３６ｈの材料としては、光を透過するとともに透過する光を拡散しやすい材料を用いることが好ましい。この場合、使用者は表示灯３６の点灯および点滅状況をより容易に認識することができる。このカバー３６ｈの材料は、透光性を有するのであれば、樹脂であってもよく、ガラスであってもよい。
【００５９】
本実施の形態に係る放射温度計１００のヘッド部１００Ａの寸法は、例えば次の通りである。図４において、ヘッド部１００Ａの高さｈは約２８ｍｍであり、ヘッド部１００Ａの幅ｗは約２０ｍｍであり、ヘッド部１００Ａの奥行きｌは約４８ｍｍである。
【００６０】
なお、上記の寸法は、ヘッド部１００Ａを構成するサーモパイル１０およびメイン基板３０の大きさ、ならびに赤外線集光レンズ２００Ｌの焦点距離等に応じて設定される。
【００６１】
図５および図６に示すように、ヘッドケーシングＫ内において、サーモパイル１０はサーモパイルホルダ１１０およびレンズホルダ２００により保持され、ヘッド部１００Ａの略中央部に配置されている。サーモパイル１０の背面ＫＢ側では、サーモパイル１０に近接するように、かつ背面ＢＫに平行となるようにメイン基板３０が配置されている。サーモパイル１０はＹ方向に延びる複数の端子１０Ｔを有する。
【００６２】
図７にサーモパイル１０のサーモパイルホルダ１１０への取り付け状況、およびサーモパイルホルダ１１０へのレンズホルダ２００の装着状況が示されている。
【００６３】
図７に示すように、サーモパイルホルダ１１０は筒状部１１１および固定用ブロック部１１２を有する。固定用ブロック部１１２は略直方体形状を有し、固定用ブロック部１１２のＸＺ平面に平行な一面からＹ方向に延びるように、筒状部１１１が一体形成されている。
【００６４】
固定用ブロック部１１２には、サーモパイル収容孔１１２Ｈが設けられている。サーモパイル収容孔１１２Ｈは、筒状部１１１の内部空間と連通している。
【００６５】
筒状部１１１の内周部には円環状の第１のスリット部材１１１Ｓが形成されている。筒状部１１１の第１のスリット部材１１１Ｓの前方側に円環状の第２のスリット部材１１２Ｓが取り付けられる。さらに、筒状部１１１の前端には第３のスリット１１３Ｓが取り付けられる。
【００６６】
図５および図７に示すように、第１のスリット部材１１１Ｓに形成された円形のスリット（孔）の径は、第２のスリット部材１１２Ｓに形成された円状のスリット（孔）の径よりも小さい。また、第２のスリット部材１１２Ｓに形成された円状のスリット（孔）の径は、第３のスリット部材１１３Ｓに形成された円状のスリット（孔）の径よりも小さい。第１のスリット部材１１１Ｓ、第２のスリット部材１１２Ｓおよび第３のスリット部材１１３Ｓは、赤外線集光レンズ２００Ｌにより集光される赤外線がサーモパイル１０に入射されるように赤外線の経路を制限する。
【００６７】
これにより、外部から赤外線集光レンズ２００Ｌを介してヘッド部１００Ａ内に入射する赤外線が、ヘッド部１００Ａ内の種々の部材（サーモパイルホルダ１１０の内周面およびレンズホルダ２００）により反射してサーモパイル１０の赤外線受光部１１に入射することが防止される。その結果、測定対象物から直接放射された赤外線のみが赤外線受光部１１に入射する。
【００６８】
固定用ブロック部１１２のサーモパイル収容孔１１２Ｈには、固定用リング１２０およびサーモパイル１０が順に挿入される。これにより、図５に示すように、サーモパイル１０がサーモパイルホルダ１１０内で保持される。
【００６９】
サーモパイルホルダ１１０は銅、銀、アルミニウム、鉄または金等の熱伝導率の高い材料からなる。これにより、サーモパイル１０の周囲を均一な温度に保つことが可能となっている。
【００７０】
また、上述のように、サーモパイル収容孔１１２Ｈには固定用リング１２０が挿入されている。したがって、固定用リング１２０の形状およびその材質を調整することにより、サーモパイルホルダ１１０からサーモパイル１０への熱の伝達条件およびサーモパイル１０と赤外線集光レンズ２００Ｌとの距離を調整することが可能となっている。
【００７１】
サーモパイル１０が取り付けられたサーモパイルホルダ１１０には、円筒形状のレンズホルダ２００が装着される。
【００７２】
レンズホルダ２００の前端には、レンズ固定リング２１０により赤外線集光レンズ２００Ｌが取り付けられている。レンズホルダ２００の略中央部においては、レンズホルダ２００の外周面に沿うようにミラー取り付け部材３００が取り付けられている。ミラー取り付け部材３００の詳細は後述する。
【００７３】
レンズホルダ２００が装着されたサーモパイルホルダ１１０の後方においては、サーモパイル１０の後部からＹ方向に延びる複数の端子１０Ｔとメイン基板３０とが接続され、メイン基板３０が固定される。
【００７４】
このように、本実施の形態に係る放射温度計１００のヘッド部１００Ａにおいては、サーモパイル１０の複数の端子１０Ｔが直接メイン基板３０に接続される。これにより、サーモパイル１０の出力信号がノイズの影響を受けにくくなる。その結果、メイン基板３０のＣＰＵ３４は高い精度で測定対象物の温度を算出することができる。
【００７５】
上記において、サーモパイルホルダ１１０は銅、銀、アルミニウム、鉄または金等の熱伝導率の高い材料からなる。これにより、レーザダイオード４０が駆動することにより熱が発生された場合であっても、サーモパイル１０の周囲を均一な温度に保つことが可能となっている。
【００７６】
また、サーモパイルホルダ１１０の外側に装着されるレンズホルダ２００は、例えば、樹脂等の材料からなる。特に、熱伝導率の低い樹脂を用いた場合、レーザダイオード４０により発生される熱がサーモパイルホルダ１１０へ伝達しにくい。それにより、レーザダイオード４０により発生される熱のサーモパイル１０への伝達が低減される。
【００７７】
上述のように、サーモパイル収容孔１１２Ｈには固定用リング１２０が挿入されている。したがって、固定用リング１２０の形状およびその材質を調整することにより、サーモパイルホルダ１１０からサーモパイル１０への熱の伝達条件およびサーモパイル１０と赤外線集光レンズ２００Ｌとの距離を調整することが可能となっている。
【００７８】
図５および図６に示すように、図７のサーモパイル１０、メイン基板３０、サーモパイルホルダ１１０およびレンズホルダ２００からなる組立て集合体がヘッドケーシングＫ内に収容される。組立て集合体がヘッドケーシングＫ内に収容された状態で、メイン基板３０は背面ＫＢに沿って、上下方向に延びるように配置される。
【００７９】
メイン基板３０の下部には、外部から中継基板５０の一端が接続されるとともに、メイン基板３０とレーザダイオード４０とを電気的に接続するためのフレキシブル配線回路基板６０が接続されている。
【００８０】
メイン基板３０の上部には、表示灯３６が位置する。ヘッドケーシングＫの上面ＫＵおよび背面ＫＢとの角部に形成された段差部には、表示灯３６の光を透過する孔部３６ｈが形成されている。
【００８１】
ヘッドケーシングＫ内において、レーザ４０はレンズホルダ２００の下面ＫＤ側でレンズホルダ２００に沿って設けられ、レーザ光を前方へ出射する。
【００８２】
上述のように、レンズホルダ２００には、ミラー取り付け部材３００が取り付けられている。ミラー取り付け部材３００は、その上部にミラー保持部３０１を備え、その下部にミラー保持部３０２を備える。ヘッドケーシングＫ内において、ミラー取り付け部材３００はレーザダイオード４０の前面ＫＦ側に位置する。
【００８３】
図５に示すように、レンズホルダ２００のミラー取り付け部材３００の取り付け箇所には孔部２０１，２０２が形成されている。レンズホルダ２００の上部に形成された孔部２０１にミラー保持部３０１の一部が挿入され、レンズホルダ２００の下部に形成された孔部２０２にミラー保持部３０２の一部が挿入される。
【００８４】
ミラー保持部３０２は、レンズホルダ２００の下面ＫＤ側に突出し、レーザダイオード４０から出射されるレーザ光ＲＬを上方へ反射するようにミラーＭ１を保持する。
【００８５】
ミラー保持部３０１は、レンズホルダ２００の上部から孔部２０１を通じてレンズホルダ２００の内部中央に延びるように設けられる。ミラー保持部３０１は、ミラーＭ１により反射されたレーザ光ＲＬを前方へ反射し、レーザ光出射孔２００Ｈへ導くようにミラーＭ２を保持する。
【００８６】
これにより、レーザダイオード４０により発生されるレーザ光ＲＬは、ミラーＭ１およびミラーＭ２により反射され、レンズホルダ２００の中心軸に沿うように、レーザ光出射孔２００Ｈを通過して測定対象物の測定箇所に照射される。それにより、レーザ光出射孔２００Ｈから出射されるレーザ光ＲＬの経路と測定対象物から放射され、赤外線集光部ＫＨに入射される赤外線の経路とが一致する。その結果、ヘッド部１００Ａから出射されたレーザ光ＲＬにより測定箇所が正確に指示される。
【００８７】
このように、本実施の形態に係る放射温度計１００のヘッド部１００Ａにおいては、測定対象物からサーモパイル１０に入射される赤外線の経路と、レーザダイオード４０のレーザ光ＲＬの出射する経路とが一致しているので、レーザダイオード４０からの光の方向を調整するための機構が不要となる。その結果、放射温度計１００の十分な小型化が実現されている。
【００８８】
ここで、ミラーＭ１およびミラーＭ２は、それぞれ可視光を反射し、赤外線領域の光を透過する材料により形成されている。例えば、ミラーＭ１およびミラーＭ２は、ゲルマニウム（Ｇｅ）またはシリコン（Ｓｉ）等の赤外用光学材料により形成されている。
【００８９】
この場合、ヘッドケーシングＫの赤外線集光部ＫＨに入射される赤外線が、ミラーＭ２を透過して、サーモパイル１０に入射される。これにより、測定対象物から放射される赤外線を十分にサーモパイル１０へ入射させることができる。その結果、精度の高い温度測定を行うことが可能となる。
【００９０】
本実施の形態に係る放射温度計１００のヘッド部１００Ａにおいては、測定対象物から放射される赤外線を受光するサーモパイル１０が、ＩＣ（集積回路）により構成される第１の信号増幅部２１および第２の信号増幅部２２を内蔵する。それにより、第１の信号増幅部２１および第２の信号増幅部２２を他の基板に実装させる必要がないので、ヘッドケーシングＫ内に設ける基板の点数を十分に低減することができる。その結果、ヘッドケーシングＫ内の省スペース化が実現され、放射温度計１００のさらなる小型化が実現する。
【００９１】
（３）放射温度計のヘッド部の他の構造
本実施の形態に係る放射温度計１００のヘッド部１００Ａは、以下の構成を有してもよい。以下に説明するヘッド部１００Ａは、以下の点を除き図４〜図７のヘッド部１００Ａと同じ構成を有する。なお、外観形状は図４のヘッド部１００Ａと同じである。
【００９２】
図８および図９は、本発明の一実施の形態に係る放射温度計１００のヘッド部１００Ａの他の構成を説明するための図である。図８に図４のＡ−Ａ線における模式的断面図が示され、図９に図４のＢ−Ｂ線における模式的断面図が示されている。
【００９３】
図８および図９に示すように、本例のヘッド部１００Ａにおいては、サーモパイルホルダ１１０およびレンズホルダ２００を取り囲むように熱拡散部材ＴＷが配置されている。
【００９４】
より詳細には、熱拡散部材ＴＷは、サーモパイルホルダ１１０およびレンズホルダ２００の上面ＫＵ側、側面ＫＳ１側、側面ＫＳ２側および下面ＫＤ側を取り囲み、前面ＫＦ側および背面ＫＢ側に開口している。
【００９５】
これにより、ヘッドケーシングＫ内において、レーザダイオード４０は熱拡散部材ＴＷの下面ＫＤ側に位置する。
【００９６】
ここで、熱拡散部材ＴＷは、熱伝導率の高い材料からなる。特に、熱拡散部材ＴＷは銅、銀、アルミニウム、鉄または金等の金属材料により形成されることが好ましい。なお、本実施の形態においては、銅にニッケルめっきを施すことにより熱拡散部材ＴＷを形成した。この場合、銅により高い熱伝導率を得ることができるとともに、ニッケルめっきにより銅の酸化が防止され、耐食性が向上する。
【００９７】
さらに、熱拡散部材ＴＷはレーザ４０、サーモパイルホルダ１１０およびレンズホルダ２００と直接接触しないように設けられる。これにより、サーモパイルホルダ１１０およびレンズホルダ２００と熱拡散部材ＴＷとの間、ならびにレーザ４０と熱拡散部材ＴＷとの間には空気層が存在する。この空気層は断熱層として働く。
【００９８】
この場合、空気層によりレーザダイオード４０により発生された熱がサーモパイル１０に伝達されにくくなる。また、レーザダイオード４０から熱拡散部材ＴＷに局所的に伝達された熱は、熱拡散部材ＴＷにより拡散される。これにより、サーモパイル１０に熱が伝達されにくくなるとともに、ヘッドケーシングＫ内の温度雰囲気がほぼ均一に保たれる。
【００９９】
それにより、サーモパイル１０への局所的な熱の伝達が防止される。その結果、ＣＰＵ３４は高い精度で測定対象物の温度を算出することができる。
【０１００】
このように、本実施の形態に係る放射温度計１００のヘッド部１００Ａにおいては、熱拡散部材ＴＷの配置によりサーモパイル１０への局所的な熱の伝達を防止することができるので、ヘッドケーシングＫ内に各構成部を互いに近接して配置することが可能となる。それにより、放射温度計１００全体の小型化が実現され、高い精度で測定対象物の温度を算出することが可能となっている。
【０１０１】
以上、本実施の形態において、前面ＫＦは第１の面に相当し、背面ＫＢは第２の面に相当し、下面ＫＤは第３の面に相当し、上面ＫＵは第４の面に相当し、赤外線集光部ＫＨおよび赤外線集光レンズ２００Ｌは赤外線透過部に相当し、本体ケーシングＫはケーシングに相当する。
【０１０２】
また、サーモパイル１０および赤外線受光部１１は検出回路に相当し、ＣＰＵ３４は温度算出回路に相当し、メイン基板３０は基板に相当し、レーザダイオード４０は光源に相当し、ミラーＭ１，Ｍ２は光学系に相当し、レンズホルダ２００およびサーモパイルホルダ１１０の内部空間は赤外線通路に相当する。
【０１０３】
さらに、赤外線受光部１１は赤外線検出素子に相当し、第１の信号増幅部２１は増幅回路に相当し、ミラーＭ１は第１の反射部材に相当し、ミラーＭ２は第２の反射部材に相当し、レーザ駆動回路３７は駆動回路に相当し、ＣＰＵ３４は制御回路に相当し、表示灯３６は表示素子に相当する。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、物体から放射される赤外線エネルギーを検出することに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る放射温度計のブロック図である。
【図２】図１のヘッド部のブロック図である。
【図３】図１の本体部のブロック図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る放射温度計のヘッド部の構造を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る放射温度計のヘッド部の構造を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る放射温度計のヘッド部の構造を説明するための図である。
【図７】図４のヘッド部の組立て状況を説明するための斜視図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る放射温度計のヘッド部の他の構成を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る放射温度計のヘッド部の他の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０ サーモパイル
１１ 赤外線受光部
２１ 第１の信号増幅部
３０ メイン基板
３４ ＣＰＵ
３６ 表示灯
３７ レーザ駆動回路
４０ レーザダイオード
１００ 放射温度計
１１０ サーモパイルホルダ
２００ レンズホルダ
２００Ｌ 赤外線集光レンズ
Ｋ 本体ケーシング
ＫＦ 前面
ＫＢ 背面
ＫＤ 下面
ＫＵ 上面
ＫＨ 赤外線集光部
Ｍ１，Ｍ２ ミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の温度を測定する放射温度計であって、
互いに対向する第１および第２の面ならびに互いに対向する第３および第４の面を有し、前記第１の面に前記測定対象物から放射される赤外線を透過する赤外線透過部を有するケーシングと、
前記ケーシング内に設けられ、前記赤外線透過部を透過した赤外線エネルギーを検出する検出回路と、
前記ケーシング内の前記第２の面と前記検出回路との間で前記第２の面に沿って設けられ、前記検出回路の出力信号に基づいて前記測定対象物の温度を算出する温度算出回路が実装される基板と、
前記ケーシング内に設けられる光源と、
前記光源から出射される光を前記第１の面の前記赤外線透過部から前記測定対象物へと導く光学系とを備え、
前記ケーシング内に前記赤外線透過部から前記検出回路に赤外線を導く赤外線通路が形成され、
前記光源は、前記赤外線通路と前記第３の面との間に配置されたことを特徴とする放射温度計。
【請求項２】
前記検出回路は、前記赤外線エネルギーを検出することにより信号を発生する赤外線検出素子と、前記赤外線検出素子により発生された信号を増幅する増幅回路とを含むことを特徴とする請求項１記載の放射温度計。
【請求項３】
前記光源は、前記第３の面に沿うように、かつ前記第１の面に向かって光が出射されるように設けられ、
前記光学系は、前記光源から出射される光を前記赤外線通路に向かうように反射する第１の反射部材と、
前記第１の反射部材により反射された光を前記赤外線透過部に向かうように反射する第２の反射部材とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の放射温度計。
【請求項４】
前記第２の反射部材は、赤外線を透過することを特徴とする請求項３記載の放射温度計。
【請求項５】
前記基板には、前記光源を駆動する駆動回路と、前記検出回路の前記増幅回路から与えられる信号に基づいて前記測定対象物の温度を算出するとともに、前記駆動回路を制御する制御回路とがさらに実装されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の放射温度計。
【請求項６】
前記基板には、表示素子が実装され、前記制御回路は算出された前記測定対象物の温度に基づいて前記表示素子を制御することを特徴とする請求項５記載の放射温度計。
【請求項７】
前記表示素子は、前記ケーシングの前記第２の面と前記第４の面との角部に位置することを特徴とする請求項６記載の放射温度計。
【請求項１】
測定対象物の温度を測定する放射温度計であって、
互いに対向する第１および第２の面ならびに互いに対向する第３および第４の面を有し、前記第１の面に前記測定対象物から放射される赤外線を透過する赤外線透過部を有するケーシングと、
前記ケーシング内に設けられ、前記赤外線透過部を透過した赤外線エネルギーを検出する検出回路と、
前記ケーシング内の前記第２の面と前記検出回路との間で前記第２の面に沿って設けられ、前記検出回路の出力信号に基づいて前記測定対象物の温度を算出する温度算出回路が実装される基板と、
前記ケーシング内に設けられる光源と、
前記光源から出射される光を前記第１の面の前記赤外線透過部から前記測定対象物へと導く光学系とを備え、
前記ケーシング内に前記赤外線透過部から前記検出回路に赤外線を導く赤外線通路が形成され、
前記光源は、前記赤外線通路と前記第３の面との間に配置されたことを特徴とする放射温度計。
【請求項２】
前記検出回路は、前記赤外線エネルギーを検出することにより信号を発生する赤外線検出素子と、前記赤外線検出素子により発生された信号を増幅する増幅回路とを含むことを特徴とする請求項１記載の放射温度計。
【請求項３】
前記光源は、前記第３の面に沿うように、かつ前記第１の面に向かって光が出射されるように設けられ、
前記光学系は、前記光源から出射される光を前記赤外線通路に向かうように反射する第１の反射部材と、
前記第１の反射部材により反射された光を前記赤外線透過部に向かうように反射する第２の反射部材とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の放射温度計。
【請求項４】
前記第２の反射部材は、赤外線を透過することを特徴とする請求項３記載の放射温度計。
【請求項５】
前記基板には、前記光源を駆動する駆動回路と、前記検出回路の前記増幅回路から与えられる信号に基づいて前記測定対象物の温度を算出するとともに、前記駆動回路を制御する制御回路とがさらに実装されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の放射温度計。
【請求項６】
前記基板には、表示素子が実装され、前記制御回路は算出された前記測定対象物の温度に基づいて前記表示素子を制御することを特徴とする請求項５記載の放射温度計。
【請求項７】
前記表示素子は、前記ケーシングの前記第２の面と前記第４の面との角部に位置することを特徴とする請求項６記載の放射温度計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２２６８６４（Ｐ２００６−２２６８６４Ａ）
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４１５９６（Ｐ２００５−４１５９６）
【出願日】平成１７年２月１８日（２００５．２．１８）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１８日（２００５．２．１８）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
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