測定装置
【課題】赤外線を簡素な構成で二次元走査可能な測定装置を提供する。
【解決手段】赤外線を反射する反射面８１を備え軸ＣＬ３を中心にして揺動自在な反射部材８と、軸ＣＬ５を中心にして揺動自在であると共に反射部材８で反射された赤外線を検出可能なセンサー７と、モータの回転出力軸が一定の方向に回転することによってセンサー７が一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に反射部材８を複数回揺動させる揺動機構１０とを有する測定装置である。
【解決手段】赤外線を反射する反射面８１を備え軸ＣＬ３を中心にして揺動自在な反射部材８と、軸ＣＬ５を中心にして揺動自在であると共に反射部材８で反射された赤外線を検出可能なセンサー７と、モータの回転出力軸が一定の方向に回転することによってセンサー７が一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に反射部材８を複数回揺動させる揺動機構１０とを有する測定装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置に係り、たとえば、空間に存在する物体から放射される赤外線を二次元的に走査して検出するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定の第１の軸まわりを揺動する第１の部材に、所定の第２の軸まわりを揺動する第２の部材を設け、この第２の部材に赤外線温度センサーを設けて構成された二次元走査赤外線温度測定装置が知られている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−１０７２２７号公報
【特許文献２】特開２００２−１３９３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前記従来の二次元走査赤外線温度測定装置では、揺動する第１の部材にモータを設ける必要があり、また、第１の軸と第２の軸とを中心にして２次元的に駆動する第２の部材の先端部に赤外線温度センサーを設ける必要があるので、前記モータや赤外線温度センサーへの配線が複雑である等、装置の構成が複雑になっているという問題がある。
【０００４】
なお、前記問題は、赤外線温度センサーを用いて赤外線を二次元走査する装置だけでなく、赤外線の代わりに、電波（たとえば、マイクロ波）、可視光線、紫外線、Ｘ線、γ線等の電磁波や超音波等の音波等、すなわち、物体から発射されもしくは物体で反射されて空間を伝播する波を検出可能なセンサーを設けて、マイクロ波等の前記波のうちのいずれかの波を二次元走査する装置においても同様に発生する問題である。
【０００５】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、物体から発射されもしくは物体で反射されて空間を伝播する波を、簡素な構成で二次元走査して検出可能な測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、空間を伝播する波を反射する反射面を備え、第１の軸を中心にして第１の範囲で揺動自在な反射部材と、前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして第２の範囲で揺動自在であると共に、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーと、アクチュエータの回転出力軸が一定の方向に回転することによって、前記センサーが前記第２の範囲で一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に前記反射部材を前記第１の範囲で複数回揺動させるか、または、前記反射部材が前記第１の範囲で一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に前記センサーを前記第２の範囲で複数回揺動させる揺動機構とを有する測定装置である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、フレームと、空間を伝播する波を反射する反射面を備え、第１の軸を中心にして前記フレームに対し第１の範囲で揺動自在な反射部材と、前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして前記フレームに対し第２の範囲で揺動自在であると共に、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーとを有する測定装置である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、フレームと、空間を伝播する波を反射する反射面を備え、第１の軸を中心にして前記フレームに対し第１の範囲で揺動自在な反射部材と、前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして前記フレームに対し第２の範囲で揺動自在であると共に、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーと、アクチュエータの回転出力軸が一定の方向に回転することによって、前記センサーが前記第２の範囲で一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に前記反射部材を前記第１の範囲で複数回揺動させるか、または、前記反射部材が前記第１の範囲で一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に前記センサーを前記第２の範囲で複数回揺動させる揺動機構とを有する測定装置である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、フレームと、前記フレームに回転自在に設けられ、アクチュエータで一定の方向に回転するカムと、空間を伝播する波を反射する反射面と前記カムに係合する従動節とを備え、第１の軸を中心にして前記フレームに対し揺動自在に設けられていると共に、前記カムの一定の方向への回転による前記従動節の従動によって揺動する反射部材と、前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして前記フレームに対し回転自在に設けられていると共に、前記アクチュエータで前記カムよりも遅い回転角速度で回転する支持部材と、前記支持部材に一体的に設けられ、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーとを有する測定装置である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、フレームと、前記フレームに回転自在に設けられ、アクチュエータで一定の方向に回転する第１のカムと、空間を伝播する波を反射する反射面と前記第１のカムに係合する従動節とを備え、第１の軸を中心にして前記フレームに対し揺動自在に設けられていると共に、前記第１のカムの一定の方向への回転による前記従動節の従動によって揺動する反射部材と、前記フレームに回転自在に設けられ、前記アクチュエータで一定の方向に回転する第２のカムと、前記第２のカムに係合する従動節を備え、前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして前記フレームに対し揺動自在に設けられていると共に、前記第２のカムの一定の方向への回転による前記従動節の従動によって揺動する支持部材と、前記支持部材に一体的に設けられ、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーとを有する測定装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、物体から発射されもしくは物体で反射されて空間を伝播する波を、簡素な構成で二次元走査して検出可能な測定装置を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る測定装置１の概略構成を示す斜視図である。
【００１３】
以下、説明の便宜のために、空間内の所定の一方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向に垂直な他の所定の一方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向よびＹ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向とする場合がある。
【００１４】
測定装置１は、赤外線温度センサー（サーモパイル）７を用いて二次元的な走査し、空間の温度分布を測定する装置であり、たとえば、防犯やエアコンの制御のために室内にいる人等の物体の位置を検出する場合や、電子レンジ等で食品等の物体を加熱する際の物体の温度むらを検出する場合に使用されるものである。
【００１５】
測定装置１は、エアコンや電子レンジ等の機器の筐体に一体的に固定されるフレーム（図示せず）を備えており、このフレームには、反射部材の例である反射板８と、赤外線温度センサー７と、反射板８や赤外線温度センサー７を図１に示す矢印ＡＲ１〜ＡＲ４の方向に揺動するための揺動機構１０とが設けられている。
【００１６】
反射板８は、物体から発射され空間を伝播してくる赤外線を反射する反射面８１を備え、所定の方向（Ｘ軸方向）に直線状に延びている第１の軸ＣＬ３を中心にして前記フレームに対し揺動自在になっている。
【００１７】
なお、第１の軸ＣＬ３を中心にして反射板８が揺動したときに、反射板８の反射面８１の姿勢が変化（一定方向から入射した赤外線が反射しこの反射した光が出ていく方向が変化）するような方向であれば、Ｘ軸方向以外の方向に、第１の軸ＣＬ３が延びていてもよい。たとえば、反射板８の反射面８１が平面である場合には、第１の軸ＣＬ３が、この平面に対して平行に延びているかまたは直角以外の角度で交差する方向に延びていてもよい。
【００１８】
赤外線温度センサー７は、物体から発射され空間を伝播して反射板８の反射面８１で反射された赤外線（たとえば赤外線の強度）を、前記物体に接触することなく検出することができるセンサーである。また、赤外線温度センサー７は、第１の軸ＣＬ３とは異なる所定の方向（たとえばＹ軸方向）に直線状に延びている第２の軸ＣＬ５を中心にして前記フレームに対し揺動自在になっている。なお、必要に応じて、反射板８と赤外線温度センサー７との間に集光レンズが設けてあってもよい。
【００１９】
測定装置１もしくはこの測定装置１が設置される機器には制御装置（図示せず）が設けられており、この制御装置と赤外線温度センサー７との間はケーブル（配線）ＫＢＬで接続されており、このケーブルＫＢＬを介して、前記制御装置から赤外線温度センサー７への電力の供給や、前記制御装置と赤外線温度センサー７との間での信号やりとりがなされるようになっている。ケーブルＫＢＬは、図１に示す赤外線温度センサー７の下側から延出している。なお、赤外線温度センサー７と前記制御装置との間に、必要に応じて増幅回路等が設けてあってもよい。
【００２０】
揺動機構１０は、アクチュエータの例であるモータ（たとえば、ＤＣモータ）Ｍによって、赤外線温度センサー７が所定の角度範囲の一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に、反射板８を所定の角度範囲で複数回揺動（一方の側の揺動端と他方の側の揺動端との間を複数往復揺動）させる機構である。なお、モータＭの回転出力軸が一定の方向に、所定の回転量（ｎ回転；ｎはある程度大きいたとえば１０以上の自然数；３６０°の整数倍の角度）だけ回転すると、赤外線温度センサー７が一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動するようになっている。
【００２１】
モータＭの回転出力軸の回転角速度は、ほぼ一定であることが望ましい。また、揺動機構１０を、反射板８が一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に赤外線温度センサー７を複数回揺動させるように、揺動機構１０を構成してもよい。
【００２２】
上述したように構成されていることによって、測定装置１は、空間を伝播する赤外線を、赤外線温度センサー７を用いて平面的（二次元的）に走査可能になっている。すなわち、反射板８が軸ＣＬ３を中心にして揺動することによって、空間を伝播する赤外線を赤外線温度センサー７で一次元的に走査することができ、また、赤外線温度センサー７が軸ＣＬ５を中心にして揺動することによって、反射板８の揺動による一次元の方向とは異なる方向（たとえば直交する方向）で、空間を伝播する赤外線を赤外線温度センサー７を用いて一次元的に走査することができるので、この結果、空間を伝播する赤外線を二次元的に走査することができる。
【００２３】
測定装置１の揺動機構１０等について、例を掲げてより詳しく説明する。
【００２４】
図２は、測定装置１のカムギヤ３の構成を示す図であり、図２（ａ）は、図１の場合とほぼ同じ方向から眺めたカムギヤ３の概略構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、カムギヤ３を裏側から眺めた斜視図であり、図２（ｃ）は、カムギヤ３に形成されているカム３１のカム線図（カム曲線の展開図）である。
【００２５】
揺動機構１０は、カムギヤ３とウォームギヤ４と揺動台（赤外線温度センサー支持部材）６とを備えて構成されている。
【００２６】
カムギヤ３は、外周に歯が設けられている大歯車（たとえば、平歯車）３２と、この大歯車３２に形成されているカム３１とで構成されている。大歯車３２は、Ｘ軸方向に延びている軸ＣＬ２を中心にして回転するようにフレームに設けられており、カム３１は、正面カムであり、大歯車３２の一方の側面（Ｘ軸＋方向の円形状の平面）に形成されている。すなわち、大歯車３２の前記一方の側面には、大歯車３２の回転中心軸ＣＬ２を囲むような環状の溝（所定の幅で所定の深さの溝）が設けられており、前記環状の溝が正面カムであるカム３１を構成している。
【００２７】
前記環状の溝と、大歯車３２の回転中心軸ＣＬ２との距離Ｌは、中心軸ＣＬ２を中心とした回動角度にしたがって徐々にしかも滑らかに変化している。
【００２８】
たとえば、中心軸ＣＬ２と前記環状の溝との間の距離が最も近いところにおける前記環状の溝の部位Ｐｋと中心軸ＣＬ２とをお互いに結ぶ線分を基準線ＣＬｋとする。また、中心軸ＣＬ２と前記環状の溝の任意部位Ｐｘとをお互いに結ぶ線分ＣＬｘと基準線ＣＬｋとの交差角度を「θ」とし、中心軸ＣＬ２と前記環状の溝のある部位Ｐｘとの間の距離を「Ｌ」とすると、図２（ｃ）に示すように、交差角度θが「０°」から「１８０°」の間では、交差角度θの増加量と距離Ｌの増加量との比は一定の値になっている。すなわち、「Ｌ＝ａθ＋ｂ」の関係を満たすようになっている。一方、交差角度θが「１８０°」から「３６０°」の間では、交差角度θの増加量と距離Ｌとの減少量との比が前記一定の値になっている。すなわち、「Ｌ＝−ａθ＋３６０ａ＋ｂ」の関係を満たすようになっている。なお、「ａ」は、正の値の比例定数であり、「ｂ」は、正の値の所定の定数（中心軸ＣＬ２と前記環状の溝との間の距離が最も近いところにおける前記距離）である。
【００２９】
反射板８は、矩形な薄い板状に形成されており、厚さ方向の一方の面（Ｚ軸で−（マイナス）方向、Ｙ軸で＋方向の面）に平面状の反射面８１が形成されている。また、反射板８は、この幅方向がＸ軸方向になるようにして、大歯車３２からＸ軸＋方向に離れて設けられている。反射板８の揺動中心軸ＣＬ３は、反射板８の中心もしくはこの中心の近くを通ってＸ軸方向に延びている。さらに、Ｘ軸方向から眺めた場合、反射板８の長さ方向が斜めな方向（Ｚ軸−（マイナス）側かつＹ軸−（マイナス）側からＺ軸＋側かつＹ軸＋側に向かう斜めな方向）になっている。
【００３０】
反射板８には、カム３１に係合する駆動ピン（従動節）８２が一体的に設けられている。駆動ピン８２は、反射板８の幅方向の一端部（大歯車３２側の端部）かつ反射板８の長さ方向の一端部（Ｚ軸＋側かつＹ軸＋側の端部）に設けられている。駆動ピン８２は、たとえば、円柱形状に形成されており、この外形は、カム３１の幅よりもごく僅かに小さくなっており、駆動ピン８２とカム３１とはお互いが滑り対偶をなしている。なお、駆動ピン８２に回転ローラを設け、駆動ピン８２とカム３１とがころがり対偶をなす構成であってもよい。さらに、反射板８の反射面８１は必ずしも平面である必要はなく、凹面や凸面であってもよい。
【００３１】
大歯車３２には、大歯車３２よりも端数の少ない小歯車（たとえば、平歯車）３３が一体的に設けられている（図２（ｂ）参照）。小歯車３３は、Ｘ軸−（マイナス）方向で大歯車３２に設けられており、大歯車３２の回転中心軸と小歯車３３の回転中心軸とがお互いに一致している。
【００３２】
ウォームギヤ４は、小歯車３３よりも歯数の多い歯車（たとえば平歯車）４１と、ウォーム４２とを備えて構成されており、ウォームギヤ４は、Ｘ軸方向に延びた軸ＣＬ４を回転中心にして、前記フレームに回転自在に設けられている。歯車４１は、小歯車３３と噛み合っており、ウォーム４２は、歯車４１に対してＸ軸＋方向に位置して歯車４１に一体的に設けられている。
【００３３】
ウォームホイール５は、ウォーム４２と噛み合っていると共に、Ｙ軸方向に延びた軸ＣＬ５を中心にして回転するように前記フレームに設けられている。ウォームホイール５の回転中心軸の延長線は、反射板８の中心かこの中心の近くを通るようになっている。また、ウォームホイール５は、Ｘ軸方向やＺ軸方向では、反射板８とほぼ同じところに位置しており、Ｙ軸方向では、反射板８よりも−（マイナス）側に位置している。
【００３４】
ウォームホイール５には、揺動台（支持部材）６が一体的に設けられている。揺動台６は、細長い薄い板状の部材を長さ方向の中間部でほぼ直角に折り曲げた「Ｌ」字状に形成されており、長さ方向の一端部側がウォームホイール５に係合しており、長さ方向の他端部側に、赤外線温度センサー７が一体的に設けられている。このようにして設けられた赤外線温度センサー７は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向では、反射板８とほぼ同じところに位置しており、Ｚ軸方向では、反射板８から離れて反射板８に対して−（マイナス）側に置している。なお、赤外線温度センサー７の赤外線検出部は、反射板８の側を向いており、赤外線温度センサー７のケーブルＫＢＬは、反射板８とは反対側から延出している。
【００３５】
モータＭの筐体は、前記フレームに一体的に設けられており、モータＭの回転出力軸には、大歯車３２よりも歯数が少なく大歯車３２と噛み合っている原動ギヤ２が圧入等によって一体的に設けられている。なお、原動ギヤ２は、Ｘ軸方向に延びた中心軸ＣＬ１を中心にして回転するようになっている。
【００３６】
このように構成されていることによって、モータＭの回転出力軸が一定の方向に所定の時間回転すると、モータＭの回転出力軸の回転力で、大歯車３２（カム３１）が一定の方向に複数の回転数回転し駆動ピン８２が従動して反射板８が軸ＣＬ３を中心にして複数回揺動すると共に、ウォームホイール５が大歯車３２よりも小さい回転角速度で回転（回動）して赤外線温度センサー７が、軸ＣＬ５を中心にして一方の揺動端から他方の揺動端まで揺動するようになっている。
【００３７】
また、図３（ａ）で示すように、大歯車３２の厚さ方向の他方の面（小歯車３３が設けられている側の面）には、複数の反射部材（反射シール）３４が一体的に設けられている。反射シール３４は、大歯車３２の歯の内側でかつカム３１の外側で、歯車３２の円周を等分配する位置に、たとえば貼り付けられて設けられている。各反射シール３４のうちで、カム３１と回転中心軸ＣＬ２との間の距離が最短になるところに位置している反射シール３４ａは、他の反射シール３４よりも大歯車３２の円周方向で小さくなっている。一方、各反射シール３４のうちで、カム３１と回転中心軸ＣＬ２との間の距離が最長になるところに位置している反射シール３４ｂは、他の反射シール３４よりも大歯車３２の円周方向で大きくなっている。
【００３８】
そして、前記フレームに設けられたフォトセンサー（図示せず）によって、各反射シール３４を検出することができるようになっており、前記フォトセンサーの出力信号を前記制御装置に送ることによって、前記制御装置で、大歯車の３２の回転角度、反射板の揺動回数や揺動角度、赤外線温度センサー７の揺動角度を検知することができるようになっている。
【００３９】
なお、上記構成では、複数片の各反射シール３４を、大歯車３２に設けているが、１つのリング状（ドーナツ状）の反射シールを用意し、このリング状の反射シールの反射面に、周方向で間隔をあけて、前記フォトセンサーが検出する光を反射しない非反射部を塗装などによって設け、この非反射部を設けたリング状の反射シールを、各反射シール３４の代わりに大歯車３２に設けてあってもよい。
【００４０】
前記非反射部が設けられた反射シールを大歯車３２に設けた場合には、図３（ａ）に示す３４、３４ａ、３４ｂの部分に、光を反射しない前記非反射部が存在しているものとする。そして、大歯車３２が一定の方向に一定の回転角速度で回転すると、図３（ｂ）に示すような周期Ｔの出力を前記フォトセンサーが前記制御装置に出力するようになっている。図３（ｂ）の横軸は、時刻の経過を示しており、縦軸は、前記フォトセンサーの出力を示している。非反射部３４ａに対応する信号の時間Ｔａは、他の非反射部３４に対応する信号の時間Ｔｃよりも短くなっており、非反射部３４ｂに対応する信号の時間Ｔｂは、他の非反射部３４に対応する信号の時間Ｔｃよりも長くなっている。
【００４１】
前述したような非反射部を設けたリング状の反射シールを用いることによって、図３（ｂ）に示すような周期Ｔの出力を得るための各反射部の設置（大歯車３２への設置）を正確かつ容易に行うことができる。
【００４２】
なお、前記塗装に代えて、リング状の反射シールにスリットもしくは孔を設けた構成であってもよい。さらに、前記フォトセンサーが検出する光を反射しないリング状のシールを用意し、前記フォトセンサーが検出する光を反射する反射部を塗装などによって、図３（ａ）に示す３４、３４ａ、３４ｂの部分に設けた構成であってもよい。
【００４３】
前記リング状の反射シールは、たとえば、大円から小円（前記大円と同一平面に存在しかつ前記大円と中心が一致している小円）を取り除いた形状に形成されており、大歯車３２に設けられた状態では、前記リング状の反射シールの中心は、大歯車３２の中心ＣＬ１とほぼ一致しており、前記リング状の反射シールは、図３（ａ）の紙面に直角な方向で所定の薄い厚さを備えている。
【００４４】
ところで、図３（ａ）に示す各反射シール３４の代わりに、大歯車に複数の貫通孔（反射シール３４ａに対応する貫通孔は他の貫通孔よりも小さい径にし、反射シール３４ｂに対応する貫通孔は他の貫通孔よりも大きい径にしてある貫通孔）を設けて大歯車の３２の回転角度等を検出するようにしてもよいし、反射シールやフォトセンサーの代わりに、ポテンショメータやロータリエンコーダを用いて、大歯車の３２の回転角度等を検出するようにしてもよい。さらに、赤外線温度センサー７の揺動端を検出するセンサー（たとえば、リミットスイッチや近接スイッチ）を別途設けてあってもよい。
【００４５】
次に、測定装置１の動作について説明する。
【００４６】
図４、図５は、測定装置１の動作の概略を示す図であり、図６は、反射板８の揺動角度θｖと赤外線温度センサー７の揺動角度θｈとを示す図である。なお、図６の横軸は、時刻の経過を示している。図７は、図６の領域Ｓにおける反射板８の揺動角度θｖの詳細を示す図である。
【００４７】
測定装置１における１サイクルの稼動は、図６に示す時刻ｔ１〜時刻ｔ３の間で行なわれるようになっている。
【００４８】
初期状態である時刻ｔ１においては、図４（ｂ）に示すように、反射板８の揺動角度は、反射板８の揺動角度範囲のほぼ中央の角度になっており、赤外線温度センサー７の揺動角度は、図５（ａ）に示すように、赤外線温度センサー７の揺動角度範囲の一端部側の角度になっている。すなわち、赤外線温度センサー７は一方の側の揺動端に位置している。
【００４９】
前記初期状態から、前記制御装置の制御の下、モータＭの回転出力軸を一定の角速度で一方向に回転すると、反射板８が、図４（ｃ）に示すように、反射板８の揺動角度範囲の一端部側の角度になるまで揺動すると共に、揺動台６と赤外線温度センサー７とは前記一方の側の揺動端から僅かな角度だけ揺動する。
【００５０】
モータＭの回転出力軸を一定の角速度でさらに前記一方向に回転すると、反射板８が、図４（ｂ）に示すような揺動角度の中央部を経由して、図４（ａ）に示すように、反射板８の揺動角度範囲の他端部側の角度になるまで揺動すると共に、揺動台６と赤外線温度センサー７とは前記一方の側の揺動端からさらなる僅かな角度だけ揺動する。
【００５１】
時刻ｔ２が到来するまでモータＭの回転出力軸を一定の角速度でさらに前記一方向に回転すると、反射板８が、図４や図６（ａ）に示すように複数回揺動すると共に、揺動台６と赤外線温度センサー７とが、図５（ｂ）に示すように、揺動台６と赤外線温度センサー７との揺動角度範囲の中央の角度になるまで揺動する。
【００５２】
時刻ｔ３が到来するまでモータＭの回転出力軸を一定の角速度でさらに前記一方向に回転すると、反射板８が、図４や図６（ａ）に示すように複数回揺動すると共に、揺動台６と赤外線温度センサー７とが、図５（ｃ）に示すように、揺動台６と赤外線温度センサー７との揺動角度範囲の他端部側の角度になるまで揺動する。
【００５３】
そして、時刻ｔ１〜時刻ｔ３までの間に、赤外線温度センサー７で赤外線を検出すれば、空間における赤外線を２次元走査して測定することができる。このようにして測定したデータを、たとえば、前記制御装置の出力手段を用いて出力するようになっている。
【００５４】
なお、時刻ｔ３の到来後は、モータＭの回転出力軸を逆回転すれば、上記動作と同様な動作がなされ、空間における赤外線を２次元走査して別途測定をすることができる。
【００５５】
測定装置１によれば、モータＭの筐体が前記フレームに一体的に設けられているので、モータＭへの配線がしやく簡素化されており、また、赤外線温度センサー７が反射板８とは別個に前記フレームに対してのみ１つの平面内で揺動するようになっているので、赤外線温度センサー７の配線がしやすく（ケーブルＫＢＬのとりまわしがしやすく）簡素化されており、さらに、揺動することがない前記フレームにモータＭの筐体を一体的に設けたことによってモータＭの設置形態が簡素化されており、装置の全体の構成が簡素になっている。
【００５６】
また、測定装置１によれば、赤外線温度センサー７が反射板８とは別個に前記フレームに対してのみ１つの平面内で揺動するようになっているので、赤外線温度センサー７への配線の湾曲する程度（装置の稼動による配線の湾曲の程度）が従来のものよりも小さくなり、赤外線温度センサー７における配線の断線のおそれを回避することができる。
【００５７】
さらには、赤外線温度センサー７が一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に反射板８が複数回揺動するようになっているので、赤外線温度センサー７が揺動する頻度を一層少なくすることができ、赤外線温度センサー７における配線の断線のおそれを一層回避することができる。
【００５８】
また、測定装置１によれば、カム３１を用いて反射板８を揺動するようにしているので、反射板８を揺動する機構の簡素化をはかることができ装置の小型化をはかることができると共に、高速運転にも対応することができる。
【００５９】
また、測定装置１によれば、モータＭの回転出力軸が一定の方向に回転することによって、赤外線温度センサー７が一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に反射板８が複数回揺動するように構成されているので、エネルギー効率の良い状態で、二次元の走査を行うことができる。
【００６０】
より詳しく説明すると、測定装置１を前述した１サイクル稼動するためのエネルギーＥは、モータＭの回転出力軸の発生トルクＴｑとモータＭの回転出力軸の回転角度θａとの積Ｔｑ・θａで表すことができる。
【００６１】
ここで、トルクＴｑは、測定装置１の駆動系（歯車３２等）の慣性モーメントＩと測定装置１の駆動系の回転角加速度βとの積Ｉ・βと、測定装置１の駆動系（歯車３２等）の抵抗係数Ｂと測定装置１の駆動系の回転角速度ωとの積Ｂ・ωとの和Ｉ・β＋Ｂ・ωで表すことができる。
【００６２】
ここで、反射板８が薄い板状なので反射板８の慣性モーメントは非常に小さくなっており、また、前述した１サイクル稼動する間において、始動するとき以外は、回転角加速度βの値は、ほぼ「０」であるので、積Ｉ・βの値は、従来の装置に比べて小さくなっている。したがって、従来の装置に比べて少ないエネルギーで、二次元の走査を行うことができる。
【００６３】
また、抵抗係数Ｂの値も、カム３１の圧力角を小さくする等の設計をすれば小さくすることができ、さらに、静摩擦係数に比べて動摩擦係数のほうが値が小さいことから理解されるように、駆動系が駆動し始め一定の速度で駆動していれば、抵抗係数Ｂの値は駆動のし始めよりも小さくなる。したがって、従来の装置のように、常に、停止と駆動とを繰り返す場合に比べて少ないエネルギーで、二次元の走査を行うことができる。
【００６４】
図８に、測定装置１と従来の測定装置の消費エネルギーを比較した一例を示す。
【００６５】
図８の横軸は、時刻の経過を示し、縦軸は、消費エネルギーの累積値を示す。破線が、従来の装置の消費エネルギーを示しており、実線が、測定装置１の消費エネルギーを示している。
【００６６】
図８から理解されるように、駆動系が駆動し始めるときには、測定装置１のほうが消費エネルギーが大きいが、上述した理由により、その後の消費エネルギーは、測定装置１の方が小さくなっている。
【００６７】
[第２の実施形態]
図９は、本発明の第２の実施形態に係る測定装置１ａの概略構成を示す斜視図である。
【００６８】
本発明の第２の実施形態に係る測定装置１ａは、支持部材９５（第１の実施形態に係る測定装置１の支持部材６に相当する部材）を、カムを用いて揺動することによって、赤外線温度センサー７を揺動している点が、第１の実施形態に係る測定装置１とは異なり、その他の点は、第１の実施形態に係る測定装置１とほぼ同様に構成されほぼ同様の効果を奏する。
【００６９】
すなわち、第２の実施形態に係る測定装置１ａは、フレーム（図示せず）と、このフレームに回転自在に設けられモータＭの回転力で、原動ギヤ２を介して一定の方向に回転する第１のカム３１と、赤外線を反射する反射面８１と第１のカム３１に係合する従動節８２とを備え第１の軸ＣＬ３を中心にして前記フレームに対し揺動自在に設けられていると共に第１のカム３１の一定の方向への回転による従動節８２の従動によって揺動する反射板８と、前記フレームに回転自在に設けられモータＭの回転力で一定の方向に第１のカム３１よりも遅い回転角速度で回転する第２のカム９３と、第２のカム９３に係合する従動節９４を備え第１の軸ＣＬ３とは異なる所定の方向（たとえば、Ｙ軸方向）に直線状に延びている第２の軸ＣＬ１１を中心にして前記フレームに対し揺動自在に設けられていると共に第２のカム９３の一定の方向への回転による従動節９４の従動によって揺動する支持部材９５と、支持部材９５に一体的に設けられ反射板８で反射された赤外線を検出可能な赤外線温度センサー（図９では図示せず）とを備えて構成されている。
【００７０】
なお、第１のカム３１が１回転することによって反射板８が１往復揺動し、第２のカム９３が１回転することによって、前記赤外線温度センサーが１往復揺動するようになっている。さらに、第２のカム９３は大歯車９２に形成されており、大歯車９２は、ウォームホイール５に一体的に設けられた小歯車９１と噛み合っている。したがって、前記赤外線温度センサーが１往復揺動する間に、反射板８が複数回揺動して、二次元的な走査をすることができるようになっている。
【００７１】
測定装置１ａによれば、モータＭの回転出力軸や各カム３１、９３を一定の方向にのみ回転させることによって、二次元走査をすることができるので、モータＭの制御が容易になっていると共に、エネルギー効率が一層良い状態で、装置を稼動させることができる。
【００７２】
なお、前記各実施形態では、赤外線を測定する装置を例に掲げて説明したが、赤外線の代わりに、電波（たとえば、マイクロ波）、可視光線、紫外線、Ｘ線もしくはγ線等の電磁波、または、超音波等の音波等、すなわち、物体から発射され、もしくは、物体で反射され、空間を伝播する波（波の強度や波の波長や波の波形）を前記物体に接触することなく検出するセンサーを設け、前述した空間を電波する波を測定する装置としてもよい。
【００７３】
また、センサーで受動的に赤外線や超音波等を検出するだけでなく、センサーの近傍もしくはセンサーから離れた箇所に赤外線や超音波等を発射する発射装置を設け、この発射装置が発射し物体で反射したものを反射部材で反射しセンサーで検知するようにしてもよい。そして、前記物体までの距離を二次元的に走査し、前記物体の形状等を測定するようにしてもよい。
【００７４】
また、前記各実施形態では、カムを用いて、反射板８等を揺動するようにしていたが、リンク機構を用いて、反射板８等を揺動するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る測定装置１の概略構成を示す斜視図である。
【図２】測定装置１のカムギヤ３の構成を示す図である。
【図３】カムギヤ３に設けられた反射シール３４とこの反射シール３４を検出したフォトセンサーの出力形態を示す図である。
【図４】測定装置１の動作の概略を示す図である。
【図５】測定装置１の動作の概略を示す図である。
【図６】反射板８の揺動角度θｖと赤外線温度センサー７の揺動角度θｈとを示す図である。
【図７】図６の領域Ｓにおける反射板８の揺動角度θｖの詳細を示す図である。
【図８】測定装置１と従来の測定装置の消費エネルギーを示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る測定装置１ａの概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７６】
１、１ａ 測定装置
２ 原動ギヤ
３ カムギヤ
４ ウォームギヤ
５ ウォームホイール
６ 支持部材
７ 赤外線温度センサー
８ 反射板（反射部材）
１０ 揺動機構
３１ カム
３２ 大歯車
３３ 小歯車
３４、３４ａ、３４ｂ 反射シール
４１ 歯車
４２ ウォーム
８１ 反射面
８２ 従動節（駆動ピン）
９１ 小歯車
９２ 大歯車
９４ 従動節
９５ 支持部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置に係り、たとえば、空間に存在する物体から放射される赤外線を二次元的に走査して検出するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定の第１の軸まわりを揺動する第１の部材に、所定の第２の軸まわりを揺動する第２の部材を設け、この第２の部材に赤外線温度センサーを設けて構成された二次元走査赤外線温度測定装置が知られている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−１０７２２７号公報
【特許文献２】特開２００２−１３９３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前記従来の二次元走査赤外線温度測定装置では、揺動する第１の部材にモータを設ける必要があり、また、第１の軸と第２の軸とを中心にして２次元的に駆動する第２の部材の先端部に赤外線温度センサーを設ける必要があるので、前記モータや赤外線温度センサーへの配線が複雑である等、装置の構成が複雑になっているという問題がある。
【０００４】
なお、前記問題は、赤外線温度センサーを用いて赤外線を二次元走査する装置だけでなく、赤外線の代わりに、電波（たとえば、マイクロ波）、可視光線、紫外線、Ｘ線、γ線等の電磁波や超音波等の音波等、すなわち、物体から発射されもしくは物体で反射されて空間を伝播する波を検出可能なセンサーを設けて、マイクロ波等の前記波のうちのいずれかの波を二次元走査する装置においても同様に発生する問題である。
【０００５】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、物体から発射されもしくは物体で反射されて空間を伝播する波を、簡素な構成で二次元走査して検出可能な測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、空間を伝播する波を反射する反射面を備え、第１の軸を中心にして第１の範囲で揺動自在な反射部材と、前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして第２の範囲で揺動自在であると共に、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーと、アクチュエータの回転出力軸が一定の方向に回転することによって、前記センサーが前記第２の範囲で一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に前記反射部材を前記第１の範囲で複数回揺動させるか、または、前記反射部材が前記第１の範囲で一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に前記センサーを前記第２の範囲で複数回揺動させる揺動機構とを有する測定装置である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、フレームと、空間を伝播する波を反射する反射面を備え、第１の軸を中心にして前記フレームに対し第１の範囲で揺動自在な反射部材と、前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして前記フレームに対し第２の範囲で揺動自在であると共に、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーとを有する測定装置である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、フレームと、空間を伝播する波を反射する反射面を備え、第１の軸を中心にして前記フレームに対し第１の範囲で揺動自在な反射部材と、前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして前記フレームに対し第２の範囲で揺動自在であると共に、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーと、アクチュエータの回転出力軸が一定の方向に回転することによって、前記センサーが前記第２の範囲で一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に前記反射部材を前記第１の範囲で複数回揺動させるか、または、前記反射部材が前記第１の範囲で一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に前記センサーを前記第２の範囲で複数回揺動させる揺動機構とを有する測定装置である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、フレームと、前記フレームに回転自在に設けられ、アクチュエータで一定の方向に回転するカムと、空間を伝播する波を反射する反射面と前記カムに係合する従動節とを備え、第１の軸を中心にして前記フレームに対し揺動自在に設けられていると共に、前記カムの一定の方向への回転による前記従動節の従動によって揺動する反射部材と、前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして前記フレームに対し回転自在に設けられていると共に、前記アクチュエータで前記カムよりも遅い回転角速度で回転する支持部材と、前記支持部材に一体的に設けられ、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーとを有する測定装置である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、フレームと、前記フレームに回転自在に設けられ、アクチュエータで一定の方向に回転する第１のカムと、空間を伝播する波を反射する反射面と前記第１のカムに係合する従動節とを備え、第１の軸を中心にして前記フレームに対し揺動自在に設けられていると共に、前記第１のカムの一定の方向への回転による前記従動節の従動によって揺動する反射部材と、前記フレームに回転自在に設けられ、前記アクチュエータで一定の方向に回転する第２のカムと、前記第２のカムに係合する従動節を備え、前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして前記フレームに対し揺動自在に設けられていると共に、前記第２のカムの一定の方向への回転による前記従動節の従動によって揺動する支持部材と、前記支持部材に一体的に設けられ、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーとを有する測定装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、物体から発射されもしくは物体で反射されて空間を伝播する波を、簡素な構成で二次元走査して検出可能な測定装置を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る測定装置１の概略構成を示す斜視図である。
【００１３】
以下、説明の便宜のために、空間内の所定の一方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向に垂直な他の所定の一方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向よびＹ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向とする場合がある。
【００１４】
測定装置１は、赤外線温度センサー（サーモパイル）７を用いて二次元的な走査し、空間の温度分布を測定する装置であり、たとえば、防犯やエアコンの制御のために室内にいる人等の物体の位置を検出する場合や、電子レンジ等で食品等の物体を加熱する際の物体の温度むらを検出する場合に使用されるものである。
【００１５】
測定装置１は、エアコンや電子レンジ等の機器の筐体に一体的に固定されるフレーム（図示せず）を備えており、このフレームには、反射部材の例である反射板８と、赤外線温度センサー７と、反射板８や赤外線温度センサー７を図１に示す矢印ＡＲ１〜ＡＲ４の方向に揺動するための揺動機構１０とが設けられている。
【００１６】
反射板８は、物体から発射され空間を伝播してくる赤外線を反射する反射面８１を備え、所定の方向（Ｘ軸方向）に直線状に延びている第１の軸ＣＬ３を中心にして前記フレームに対し揺動自在になっている。
【００１７】
なお、第１の軸ＣＬ３を中心にして反射板８が揺動したときに、反射板８の反射面８１の姿勢が変化（一定方向から入射した赤外線が反射しこの反射した光が出ていく方向が変化）するような方向であれば、Ｘ軸方向以外の方向に、第１の軸ＣＬ３が延びていてもよい。たとえば、反射板８の反射面８１が平面である場合には、第１の軸ＣＬ３が、この平面に対して平行に延びているかまたは直角以外の角度で交差する方向に延びていてもよい。
【００１８】
赤外線温度センサー７は、物体から発射され空間を伝播して反射板８の反射面８１で反射された赤外線（たとえば赤外線の強度）を、前記物体に接触することなく検出することができるセンサーである。また、赤外線温度センサー７は、第１の軸ＣＬ３とは異なる所定の方向（たとえばＹ軸方向）に直線状に延びている第２の軸ＣＬ５を中心にして前記フレームに対し揺動自在になっている。なお、必要に応じて、反射板８と赤外線温度センサー７との間に集光レンズが設けてあってもよい。
【００１９】
測定装置１もしくはこの測定装置１が設置される機器には制御装置（図示せず）が設けられており、この制御装置と赤外線温度センサー７との間はケーブル（配線）ＫＢＬで接続されており、このケーブルＫＢＬを介して、前記制御装置から赤外線温度センサー７への電力の供給や、前記制御装置と赤外線温度センサー７との間での信号やりとりがなされるようになっている。ケーブルＫＢＬは、図１に示す赤外線温度センサー７の下側から延出している。なお、赤外線温度センサー７と前記制御装置との間に、必要に応じて増幅回路等が設けてあってもよい。
【００２０】
揺動機構１０は、アクチュエータの例であるモータ（たとえば、ＤＣモータ）Ｍによって、赤外線温度センサー７が所定の角度範囲の一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に、反射板８を所定の角度範囲で複数回揺動（一方の側の揺動端と他方の側の揺動端との間を複数往復揺動）させる機構である。なお、モータＭの回転出力軸が一定の方向に、所定の回転量（ｎ回転；ｎはある程度大きいたとえば１０以上の自然数；３６０°の整数倍の角度）だけ回転すると、赤外線温度センサー７が一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動するようになっている。
【００２１】
モータＭの回転出力軸の回転角速度は、ほぼ一定であることが望ましい。また、揺動機構１０を、反射板８が一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に赤外線温度センサー７を複数回揺動させるように、揺動機構１０を構成してもよい。
【００２２】
上述したように構成されていることによって、測定装置１は、空間を伝播する赤外線を、赤外線温度センサー７を用いて平面的（二次元的）に走査可能になっている。すなわち、反射板８が軸ＣＬ３を中心にして揺動することによって、空間を伝播する赤外線を赤外線温度センサー７で一次元的に走査することができ、また、赤外線温度センサー７が軸ＣＬ５を中心にして揺動することによって、反射板８の揺動による一次元の方向とは異なる方向（たとえば直交する方向）で、空間を伝播する赤外線を赤外線温度センサー７を用いて一次元的に走査することができるので、この結果、空間を伝播する赤外線を二次元的に走査することができる。
【００２３】
測定装置１の揺動機構１０等について、例を掲げてより詳しく説明する。
【００２４】
図２は、測定装置１のカムギヤ３の構成を示す図であり、図２（ａ）は、図１の場合とほぼ同じ方向から眺めたカムギヤ３の概略構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、カムギヤ３を裏側から眺めた斜視図であり、図２（ｃ）は、カムギヤ３に形成されているカム３１のカム線図（カム曲線の展開図）である。
【００２５】
揺動機構１０は、カムギヤ３とウォームギヤ４と揺動台（赤外線温度センサー支持部材）６とを備えて構成されている。
【００２６】
カムギヤ３は、外周に歯が設けられている大歯車（たとえば、平歯車）３２と、この大歯車３２に形成されているカム３１とで構成されている。大歯車３２は、Ｘ軸方向に延びている軸ＣＬ２を中心にして回転するようにフレームに設けられており、カム３１は、正面カムであり、大歯車３２の一方の側面（Ｘ軸＋方向の円形状の平面）に形成されている。すなわち、大歯車３２の前記一方の側面には、大歯車３２の回転中心軸ＣＬ２を囲むような環状の溝（所定の幅で所定の深さの溝）が設けられており、前記環状の溝が正面カムであるカム３１を構成している。
【００２７】
前記環状の溝と、大歯車３２の回転中心軸ＣＬ２との距離Ｌは、中心軸ＣＬ２を中心とした回動角度にしたがって徐々にしかも滑らかに変化している。
【００２８】
たとえば、中心軸ＣＬ２と前記環状の溝との間の距離が最も近いところにおける前記環状の溝の部位Ｐｋと中心軸ＣＬ２とをお互いに結ぶ線分を基準線ＣＬｋとする。また、中心軸ＣＬ２と前記環状の溝の任意部位Ｐｘとをお互いに結ぶ線分ＣＬｘと基準線ＣＬｋとの交差角度を「θ」とし、中心軸ＣＬ２と前記環状の溝のある部位Ｐｘとの間の距離を「Ｌ」とすると、図２（ｃ）に示すように、交差角度θが「０°」から「１８０°」の間では、交差角度θの増加量と距離Ｌの増加量との比は一定の値になっている。すなわち、「Ｌ＝ａθ＋ｂ」の関係を満たすようになっている。一方、交差角度θが「１８０°」から「３６０°」の間では、交差角度θの増加量と距離Ｌとの減少量との比が前記一定の値になっている。すなわち、「Ｌ＝−ａθ＋３６０ａ＋ｂ」の関係を満たすようになっている。なお、「ａ」は、正の値の比例定数であり、「ｂ」は、正の値の所定の定数（中心軸ＣＬ２と前記環状の溝との間の距離が最も近いところにおける前記距離）である。
【００２９】
反射板８は、矩形な薄い板状に形成されており、厚さ方向の一方の面（Ｚ軸で−（マイナス）方向、Ｙ軸で＋方向の面）に平面状の反射面８１が形成されている。また、反射板８は、この幅方向がＸ軸方向になるようにして、大歯車３２からＸ軸＋方向に離れて設けられている。反射板８の揺動中心軸ＣＬ３は、反射板８の中心もしくはこの中心の近くを通ってＸ軸方向に延びている。さらに、Ｘ軸方向から眺めた場合、反射板８の長さ方向が斜めな方向（Ｚ軸−（マイナス）側かつＹ軸−（マイナス）側からＺ軸＋側かつＹ軸＋側に向かう斜めな方向）になっている。
【００３０】
反射板８には、カム３１に係合する駆動ピン（従動節）８２が一体的に設けられている。駆動ピン８２は、反射板８の幅方向の一端部（大歯車３２側の端部）かつ反射板８の長さ方向の一端部（Ｚ軸＋側かつＹ軸＋側の端部）に設けられている。駆動ピン８２は、たとえば、円柱形状に形成されており、この外形は、カム３１の幅よりもごく僅かに小さくなっており、駆動ピン８２とカム３１とはお互いが滑り対偶をなしている。なお、駆動ピン８２に回転ローラを設け、駆動ピン８２とカム３１とがころがり対偶をなす構成であってもよい。さらに、反射板８の反射面８１は必ずしも平面である必要はなく、凹面や凸面であってもよい。
【００３１】
大歯車３２には、大歯車３２よりも端数の少ない小歯車（たとえば、平歯車）３３が一体的に設けられている（図２（ｂ）参照）。小歯車３３は、Ｘ軸−（マイナス）方向で大歯車３２に設けられており、大歯車３２の回転中心軸と小歯車３３の回転中心軸とがお互いに一致している。
【００３２】
ウォームギヤ４は、小歯車３３よりも歯数の多い歯車（たとえば平歯車）４１と、ウォーム４２とを備えて構成されており、ウォームギヤ４は、Ｘ軸方向に延びた軸ＣＬ４を回転中心にして、前記フレームに回転自在に設けられている。歯車４１は、小歯車３３と噛み合っており、ウォーム４２は、歯車４１に対してＸ軸＋方向に位置して歯車４１に一体的に設けられている。
【００３３】
ウォームホイール５は、ウォーム４２と噛み合っていると共に、Ｙ軸方向に延びた軸ＣＬ５を中心にして回転するように前記フレームに設けられている。ウォームホイール５の回転中心軸の延長線は、反射板８の中心かこの中心の近くを通るようになっている。また、ウォームホイール５は、Ｘ軸方向やＺ軸方向では、反射板８とほぼ同じところに位置しており、Ｙ軸方向では、反射板８よりも−（マイナス）側に位置している。
【００３４】
ウォームホイール５には、揺動台（支持部材）６が一体的に設けられている。揺動台６は、細長い薄い板状の部材を長さ方向の中間部でほぼ直角に折り曲げた「Ｌ」字状に形成されており、長さ方向の一端部側がウォームホイール５に係合しており、長さ方向の他端部側に、赤外線温度センサー７が一体的に設けられている。このようにして設けられた赤外線温度センサー７は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向では、反射板８とほぼ同じところに位置しており、Ｚ軸方向では、反射板８から離れて反射板８に対して−（マイナス）側に置している。なお、赤外線温度センサー７の赤外線検出部は、反射板８の側を向いており、赤外線温度センサー７のケーブルＫＢＬは、反射板８とは反対側から延出している。
【００３５】
モータＭの筐体は、前記フレームに一体的に設けられており、モータＭの回転出力軸には、大歯車３２よりも歯数が少なく大歯車３２と噛み合っている原動ギヤ２が圧入等によって一体的に設けられている。なお、原動ギヤ２は、Ｘ軸方向に延びた中心軸ＣＬ１を中心にして回転するようになっている。
【００３６】
このように構成されていることによって、モータＭの回転出力軸が一定の方向に所定の時間回転すると、モータＭの回転出力軸の回転力で、大歯車３２（カム３１）が一定の方向に複数の回転数回転し駆動ピン８２が従動して反射板８が軸ＣＬ３を中心にして複数回揺動すると共に、ウォームホイール５が大歯車３２よりも小さい回転角速度で回転（回動）して赤外線温度センサー７が、軸ＣＬ５を中心にして一方の揺動端から他方の揺動端まで揺動するようになっている。
【００３７】
また、図３（ａ）で示すように、大歯車３２の厚さ方向の他方の面（小歯車３３が設けられている側の面）には、複数の反射部材（反射シール）３４が一体的に設けられている。反射シール３４は、大歯車３２の歯の内側でかつカム３１の外側で、歯車３２の円周を等分配する位置に、たとえば貼り付けられて設けられている。各反射シール３４のうちで、カム３１と回転中心軸ＣＬ２との間の距離が最短になるところに位置している反射シール３４ａは、他の反射シール３４よりも大歯車３２の円周方向で小さくなっている。一方、各反射シール３４のうちで、カム３１と回転中心軸ＣＬ２との間の距離が最長になるところに位置している反射シール３４ｂは、他の反射シール３４よりも大歯車３２の円周方向で大きくなっている。
【００３８】
そして、前記フレームに設けられたフォトセンサー（図示せず）によって、各反射シール３４を検出することができるようになっており、前記フォトセンサーの出力信号を前記制御装置に送ることによって、前記制御装置で、大歯車の３２の回転角度、反射板の揺動回数や揺動角度、赤外線温度センサー７の揺動角度を検知することができるようになっている。
【００３９】
なお、上記構成では、複数片の各反射シール３４を、大歯車３２に設けているが、１つのリング状（ドーナツ状）の反射シールを用意し、このリング状の反射シールの反射面に、周方向で間隔をあけて、前記フォトセンサーが検出する光を反射しない非反射部を塗装などによって設け、この非反射部を設けたリング状の反射シールを、各反射シール３４の代わりに大歯車３２に設けてあってもよい。
【００４０】
前記非反射部が設けられた反射シールを大歯車３２に設けた場合には、図３（ａ）に示す３４、３４ａ、３４ｂの部分に、光を反射しない前記非反射部が存在しているものとする。そして、大歯車３２が一定の方向に一定の回転角速度で回転すると、図３（ｂ）に示すような周期Ｔの出力を前記フォトセンサーが前記制御装置に出力するようになっている。図３（ｂ）の横軸は、時刻の経過を示しており、縦軸は、前記フォトセンサーの出力を示している。非反射部３４ａに対応する信号の時間Ｔａは、他の非反射部３４に対応する信号の時間Ｔｃよりも短くなっており、非反射部３４ｂに対応する信号の時間Ｔｂは、他の非反射部３４に対応する信号の時間Ｔｃよりも長くなっている。
【００４１】
前述したような非反射部を設けたリング状の反射シールを用いることによって、図３（ｂ）に示すような周期Ｔの出力を得るための各反射部の設置（大歯車３２への設置）を正確かつ容易に行うことができる。
【００４２】
なお、前記塗装に代えて、リング状の反射シールにスリットもしくは孔を設けた構成であってもよい。さらに、前記フォトセンサーが検出する光を反射しないリング状のシールを用意し、前記フォトセンサーが検出する光を反射する反射部を塗装などによって、図３（ａ）に示す３４、３４ａ、３４ｂの部分に設けた構成であってもよい。
【００４３】
前記リング状の反射シールは、たとえば、大円から小円（前記大円と同一平面に存在しかつ前記大円と中心が一致している小円）を取り除いた形状に形成されており、大歯車３２に設けられた状態では、前記リング状の反射シールの中心は、大歯車３２の中心ＣＬ１とほぼ一致しており、前記リング状の反射シールは、図３（ａ）の紙面に直角な方向で所定の薄い厚さを備えている。
【００４４】
ところで、図３（ａ）に示す各反射シール３４の代わりに、大歯車に複数の貫通孔（反射シール３４ａに対応する貫通孔は他の貫通孔よりも小さい径にし、反射シール３４ｂに対応する貫通孔は他の貫通孔よりも大きい径にしてある貫通孔）を設けて大歯車の３２の回転角度等を検出するようにしてもよいし、反射シールやフォトセンサーの代わりに、ポテンショメータやロータリエンコーダを用いて、大歯車の３２の回転角度等を検出するようにしてもよい。さらに、赤外線温度センサー７の揺動端を検出するセンサー（たとえば、リミットスイッチや近接スイッチ）を別途設けてあってもよい。
【００４５】
次に、測定装置１の動作について説明する。
【００４６】
図４、図５は、測定装置１の動作の概略を示す図であり、図６は、反射板８の揺動角度θｖと赤外線温度センサー７の揺動角度θｈとを示す図である。なお、図６の横軸は、時刻の経過を示している。図７は、図６の領域Ｓにおける反射板８の揺動角度θｖの詳細を示す図である。
【００４７】
測定装置１における１サイクルの稼動は、図６に示す時刻ｔ１〜時刻ｔ３の間で行なわれるようになっている。
【００４８】
初期状態である時刻ｔ１においては、図４（ｂ）に示すように、反射板８の揺動角度は、反射板８の揺動角度範囲のほぼ中央の角度になっており、赤外線温度センサー７の揺動角度は、図５（ａ）に示すように、赤外線温度センサー７の揺動角度範囲の一端部側の角度になっている。すなわち、赤外線温度センサー７は一方の側の揺動端に位置している。
【００４９】
前記初期状態から、前記制御装置の制御の下、モータＭの回転出力軸を一定の角速度で一方向に回転すると、反射板８が、図４（ｃ）に示すように、反射板８の揺動角度範囲の一端部側の角度になるまで揺動すると共に、揺動台６と赤外線温度センサー７とは前記一方の側の揺動端から僅かな角度だけ揺動する。
【００５０】
モータＭの回転出力軸を一定の角速度でさらに前記一方向に回転すると、反射板８が、図４（ｂ）に示すような揺動角度の中央部を経由して、図４（ａ）に示すように、反射板８の揺動角度範囲の他端部側の角度になるまで揺動すると共に、揺動台６と赤外線温度センサー７とは前記一方の側の揺動端からさらなる僅かな角度だけ揺動する。
【００５１】
時刻ｔ２が到来するまでモータＭの回転出力軸を一定の角速度でさらに前記一方向に回転すると、反射板８が、図４や図６（ａ）に示すように複数回揺動すると共に、揺動台６と赤外線温度センサー７とが、図５（ｂ）に示すように、揺動台６と赤外線温度センサー７との揺動角度範囲の中央の角度になるまで揺動する。
【００５２】
時刻ｔ３が到来するまでモータＭの回転出力軸を一定の角速度でさらに前記一方向に回転すると、反射板８が、図４や図６（ａ）に示すように複数回揺動すると共に、揺動台６と赤外線温度センサー７とが、図５（ｃ）に示すように、揺動台６と赤外線温度センサー７との揺動角度範囲の他端部側の角度になるまで揺動する。
【００５３】
そして、時刻ｔ１〜時刻ｔ３までの間に、赤外線温度センサー７で赤外線を検出すれば、空間における赤外線を２次元走査して測定することができる。このようにして測定したデータを、たとえば、前記制御装置の出力手段を用いて出力するようになっている。
【００５４】
なお、時刻ｔ３の到来後は、モータＭの回転出力軸を逆回転すれば、上記動作と同様な動作がなされ、空間における赤外線を２次元走査して別途測定をすることができる。
【００５５】
測定装置１によれば、モータＭの筐体が前記フレームに一体的に設けられているので、モータＭへの配線がしやく簡素化されており、また、赤外線温度センサー７が反射板８とは別個に前記フレームに対してのみ１つの平面内で揺動するようになっているので、赤外線温度センサー７の配線がしやすく（ケーブルＫＢＬのとりまわしがしやすく）簡素化されており、さらに、揺動することがない前記フレームにモータＭの筐体を一体的に設けたことによってモータＭの設置形態が簡素化されており、装置の全体の構成が簡素になっている。
【００５６】
また、測定装置１によれば、赤外線温度センサー７が反射板８とは別個に前記フレームに対してのみ１つの平面内で揺動するようになっているので、赤外線温度センサー７への配線の湾曲する程度（装置の稼動による配線の湾曲の程度）が従来のものよりも小さくなり、赤外線温度センサー７における配線の断線のおそれを回避することができる。
【００５７】
さらには、赤外線温度センサー７が一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に反射板８が複数回揺動するようになっているので、赤外線温度センサー７が揺動する頻度を一層少なくすることができ、赤外線温度センサー７における配線の断線のおそれを一層回避することができる。
【００５８】
また、測定装置１によれば、カム３１を用いて反射板８を揺動するようにしているので、反射板８を揺動する機構の簡素化をはかることができ装置の小型化をはかることができると共に、高速運転にも対応することができる。
【００５９】
また、測定装置１によれば、モータＭの回転出力軸が一定の方向に回転することによって、赤外線温度センサー７が一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に反射板８が複数回揺動するように構成されているので、エネルギー効率の良い状態で、二次元の走査を行うことができる。
【００６０】
より詳しく説明すると、測定装置１を前述した１サイクル稼動するためのエネルギーＥは、モータＭの回転出力軸の発生トルクＴｑとモータＭの回転出力軸の回転角度θａとの積Ｔｑ・θａで表すことができる。
【００６１】
ここで、トルクＴｑは、測定装置１の駆動系（歯車３２等）の慣性モーメントＩと測定装置１の駆動系の回転角加速度βとの積Ｉ・βと、測定装置１の駆動系（歯車３２等）の抵抗係数Ｂと測定装置１の駆動系の回転角速度ωとの積Ｂ・ωとの和Ｉ・β＋Ｂ・ωで表すことができる。
【００６２】
ここで、反射板８が薄い板状なので反射板８の慣性モーメントは非常に小さくなっており、また、前述した１サイクル稼動する間において、始動するとき以外は、回転角加速度βの値は、ほぼ「０」であるので、積Ｉ・βの値は、従来の装置に比べて小さくなっている。したがって、従来の装置に比べて少ないエネルギーで、二次元の走査を行うことができる。
【００６３】
また、抵抗係数Ｂの値も、カム３１の圧力角を小さくする等の設計をすれば小さくすることができ、さらに、静摩擦係数に比べて動摩擦係数のほうが値が小さいことから理解されるように、駆動系が駆動し始め一定の速度で駆動していれば、抵抗係数Ｂの値は駆動のし始めよりも小さくなる。したがって、従来の装置のように、常に、停止と駆動とを繰り返す場合に比べて少ないエネルギーで、二次元の走査を行うことができる。
【００６４】
図８に、測定装置１と従来の測定装置の消費エネルギーを比較した一例を示す。
【００６５】
図８の横軸は、時刻の経過を示し、縦軸は、消費エネルギーの累積値を示す。破線が、従来の装置の消費エネルギーを示しており、実線が、測定装置１の消費エネルギーを示している。
【００６６】
図８から理解されるように、駆動系が駆動し始めるときには、測定装置１のほうが消費エネルギーが大きいが、上述した理由により、その後の消費エネルギーは、測定装置１の方が小さくなっている。
【００６７】
[第２の実施形態]
図９は、本発明の第２の実施形態に係る測定装置１ａの概略構成を示す斜視図である。
【００６８】
本発明の第２の実施形態に係る測定装置１ａは、支持部材９５（第１の実施形態に係る測定装置１の支持部材６に相当する部材）を、カムを用いて揺動することによって、赤外線温度センサー７を揺動している点が、第１の実施形態に係る測定装置１とは異なり、その他の点は、第１の実施形態に係る測定装置１とほぼ同様に構成されほぼ同様の効果を奏する。
【００６９】
すなわち、第２の実施形態に係る測定装置１ａは、フレーム（図示せず）と、このフレームに回転自在に設けられモータＭの回転力で、原動ギヤ２を介して一定の方向に回転する第１のカム３１と、赤外線を反射する反射面８１と第１のカム３１に係合する従動節８２とを備え第１の軸ＣＬ３を中心にして前記フレームに対し揺動自在に設けられていると共に第１のカム３１の一定の方向への回転による従動節８２の従動によって揺動する反射板８と、前記フレームに回転自在に設けられモータＭの回転力で一定の方向に第１のカム３１よりも遅い回転角速度で回転する第２のカム９３と、第２のカム９３に係合する従動節９４を備え第１の軸ＣＬ３とは異なる所定の方向（たとえば、Ｙ軸方向）に直線状に延びている第２の軸ＣＬ１１を中心にして前記フレームに対し揺動自在に設けられていると共に第２のカム９３の一定の方向への回転による従動節９４の従動によって揺動する支持部材９５と、支持部材９５に一体的に設けられ反射板８で反射された赤外線を検出可能な赤外線温度センサー（図９では図示せず）とを備えて構成されている。
【００７０】
なお、第１のカム３１が１回転することによって反射板８が１往復揺動し、第２のカム９３が１回転することによって、前記赤外線温度センサーが１往復揺動するようになっている。さらに、第２のカム９３は大歯車９２に形成されており、大歯車９２は、ウォームホイール５に一体的に設けられた小歯車９１と噛み合っている。したがって、前記赤外線温度センサーが１往復揺動する間に、反射板８が複数回揺動して、二次元的な走査をすることができるようになっている。
【００７１】
測定装置１ａによれば、モータＭの回転出力軸や各カム３１、９３を一定の方向にのみ回転させることによって、二次元走査をすることができるので、モータＭの制御が容易になっていると共に、エネルギー効率が一層良い状態で、装置を稼動させることができる。
【００７２】
なお、前記各実施形態では、赤外線を測定する装置を例に掲げて説明したが、赤外線の代わりに、電波（たとえば、マイクロ波）、可視光線、紫外線、Ｘ線もしくはγ線等の電磁波、または、超音波等の音波等、すなわち、物体から発射され、もしくは、物体で反射され、空間を伝播する波（波の強度や波の波長や波の波形）を前記物体に接触することなく検出するセンサーを設け、前述した空間を電波する波を測定する装置としてもよい。
【００７３】
また、センサーで受動的に赤外線や超音波等を検出するだけでなく、センサーの近傍もしくはセンサーから離れた箇所に赤外線や超音波等を発射する発射装置を設け、この発射装置が発射し物体で反射したものを反射部材で反射しセンサーで検知するようにしてもよい。そして、前記物体までの距離を二次元的に走査し、前記物体の形状等を測定するようにしてもよい。
【００７４】
また、前記各実施形態では、カムを用いて、反射板８等を揺動するようにしていたが、リンク機構を用いて、反射板８等を揺動するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る測定装置１の概略構成を示す斜視図である。
【図２】測定装置１のカムギヤ３の構成を示す図である。
【図３】カムギヤ３に設けられた反射シール３４とこの反射シール３４を検出したフォトセンサーの出力形態を示す図である。
【図４】測定装置１の動作の概略を示す図である。
【図５】測定装置１の動作の概略を示す図である。
【図６】反射板８の揺動角度θｖと赤外線温度センサー７の揺動角度θｈとを示す図である。
【図７】図６の領域Ｓにおける反射板８の揺動角度θｖの詳細を示す図である。
【図８】測定装置１と従来の測定装置の消費エネルギーを示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る測定装置１ａの概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７６】
１、１ａ 測定装置
２ 原動ギヤ
３ カムギヤ
４ ウォームギヤ
５ ウォームホイール
６ 支持部材
７ 赤外線温度センサー
８ 反射板（反射部材）
１０ 揺動機構
３１ カム
３２ 大歯車
３３ 小歯車
３４、３４ａ、３４ｂ 反射シール
４１ 歯車
４２ ウォーム
８１ 反射面
８２ 従動節（駆動ピン）
９１ 小歯車
９２ 大歯車
９４ 従動節
９５ 支持部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間を伝播する波を反射する反射面を備え、第１の軸を中心にして第１の範囲で揺動自在な反射部材と；
前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして第２の範囲で揺動自在であると共に、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーと；
アクチュエータの回転出力軸が一定の方向に回転することによって、前記センサーが前記第２の範囲で一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に前記反射部材を前記第１の範囲で複数回揺動させるか、または、前記反射部材が前記第１の範囲で一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に前記センサーを前記第２の範囲で複数回揺動させる揺動機構と；
を有することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
フレームと；
空間を伝播する波を反射する反射面を備え、第１の軸を中心にして前記フレームに対し第１の範囲で揺動自在な反射部材と；
前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして前記フレームに対し第２の範囲で揺動自在であると共に、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーと；
を有することを特徴とする測定装置。
【請求項３】
フレームと；
空間を伝播する波を反射する反射面を備え、第１の軸を中心にして前記フレームに対し第１の範囲で揺動自在な反射部材と；
前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして前記フレームに対し第２の範囲で揺動自在であると共に、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーと；
アクチュエータの回転出力軸が一定の方向に回転することによって、前記センサーが前記第２の範囲で一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に前記反射部材を前記第１の範囲で複数回揺動させるか、または、前記反射部材が前記第１の範囲で一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に前記センサーを前記第２の範囲で複数回揺動させる揺動機構と；
を有することを特徴とする測定装置。
【請求項４】
フレームと；
前記フレームに回転自在に設けられ、アクチュエータで一定の方向に回転するカムと；
空間を伝播する波を反射する反射面と前記カムに係合する従動節とを備え、第１の軸を中心にして前記フレームに対し揺動自在に設けられていると共に、前記カムの一定の方向への回転による前記従動節の従動によって揺動する反射部材と；
前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして前記フレームに対し回転自在に設けられていると共に、前記アクチュエータで前記カムよりも遅い回転角速度で回転する支持部材と；
前記支持部材に一体的に設けられ、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーと；
を有することを特徴とする測定装置。
【請求項５】
フレームと；
前記フレームに回転自在に設けられ、アクチュエータで一定の方向に回転する第１のカムと；
空間を伝播する波を反射する反射面と前記第１のカムに係合する従動節とを備え、第１の軸を中心にして前記フレームに対し揺動自在に設けられていると共に、前記第１のカムの一定の方向への回転による前記従動節の従動によって揺動する反射部材と；
前記フレームに回転自在に設けられ、前記アクチュエータで一定の方向に回転する第２のカムと；
前記第２のカムに係合する従動節を備え、前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして前記フレームに対し揺動自在に設けられていると共に、前記第２のカムの一定の方向への回転による前記従動節の従動によって揺動する支持部材と；
前記支持部材に一体的に設けられ、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーと；
を有することを特徴とする測定装置。
【請求項１】
空間を伝播する波を反射する反射面を備え、第１の軸を中心にして第１の範囲で揺動自在な反射部材と；
前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして第２の範囲で揺動自在であると共に、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーと；
アクチュエータの回転出力軸が一定の方向に回転することによって、前記センサーが前記第２の範囲で一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に前記反射部材を前記第１の範囲で複数回揺動させるか、または、前記反射部材が前記第１の範囲で一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に前記センサーを前記第２の範囲で複数回揺動させる揺動機構と；
を有することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
フレームと；
空間を伝播する波を反射する反射面を備え、第１の軸を中心にして前記フレームに対し第１の範囲で揺動自在な反射部材と；
前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして前記フレームに対し第２の範囲で揺動自在であると共に、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーと；
を有することを特徴とする測定装置。
【請求項３】
フレームと；
空間を伝播する波を反射する反射面を備え、第１の軸を中心にして前記フレームに対し第１の範囲で揺動自在な反射部材と；
前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして前記フレームに対し第２の範囲で揺動自在であると共に、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーと；
アクチュエータの回転出力軸が一定の方向に回転することによって、前記センサーが前記第２の範囲で一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に前記反射部材を前記第１の範囲で複数回揺動させるか、または、前記反射部材が前記第１の範囲で一方の側の揺動端から他方の側の揺動端まで揺動する間に前記センサーを前記第２の範囲で複数回揺動させる揺動機構と；
を有することを特徴とする測定装置。
【請求項４】
フレームと；
前記フレームに回転自在に設けられ、アクチュエータで一定の方向に回転するカムと；
空間を伝播する波を反射する反射面と前記カムに係合する従動節とを備え、第１の軸を中心にして前記フレームに対し揺動自在に設けられていると共に、前記カムの一定の方向への回転による前記従動節の従動によって揺動する反射部材と；
前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして前記フレームに対し回転自在に設けられていると共に、前記アクチュエータで前記カムよりも遅い回転角速度で回転する支持部材と；
前記支持部材に一体的に設けられ、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーと；
を有することを特徴とする測定装置。
【請求項５】
フレームと；
前記フレームに回転自在に設けられ、アクチュエータで一定の方向に回転する第１のカムと；
空間を伝播する波を反射する反射面と前記第１のカムに係合する従動節とを備え、第１の軸を中心にして前記フレームに対し揺動自在に設けられていると共に、前記第１のカムの一定の方向への回転による前記従動節の従動によって揺動する反射部材と；
前記フレームに回転自在に設けられ、前記アクチュエータで一定の方向に回転する第２のカムと；
前記第２のカムに係合する従動節を備え、前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心にして前記フレームに対し揺動自在に設けられていると共に、前記第２のカムの一定の方向への回転による前記従動節の従動によって揺動する支持部材と；
前記支持部材に一体的に設けられ、前記反射部材で反射された波を検出可能なセンサーと；
を有することを特徴とする測定装置。
【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２００８−２２４６２３（Ｐ２００８−２２４６２３Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６７４７２（Ｐ２００７−６７４７２）
【出願日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]