(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に赤外線吸収部を備え、前記容器の天面に形成した窓孔を介して前記赤外線吸収部に受光するとともに、その受光量に応じた出力信号を出力する受光器において、
前記赤外線吸収部の視野の形状が前記検出対象物の形に合わせた細長になるように設定する視野設定手段を設け、
前記視野設定手段は、前記容器に装着された視野設定用キャップの天面に形成されたスリットと、そのキャップの側面に形成された切れ目とから構成されるとともに、前記スリットと前記切れ目が連続するように形成され、
そのスリット並びに切れ目を介して前記視野設定用キャップ内に進入した赤外線が前記窓孔を介して前記赤外線吸収部に受光されるようにしたことを特徴とする受光器。
【請求項２】
前記容器の天面あるいは前記視野設定用キャップの天面を覆うシートをさらに設け、
そのシートは前記赤外線吸収部で受光される対象の赤外線が透過可能な材質で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の受光器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受光器に関するもので、より具体的には赤外線吸収部に届く赤外線の領域、つまり視野の形状を決定する構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１，図２は、従来の受光器の一態様である赤外線式の温度センサの一例を示している。同図に示すように、この受光器１は、物体から放出される赤外線を光線吸収部２で受光するとともに熱を発生させ、さらにその熱を電気信号に変換して出力するサーモパイル素子３を用いる。そして、そのサーモパイル素子３をステム４上にダイボンドにより固定し、そのサーモパイル素子３を覆うようにしてステム４上に筒５を装着している。そして、サーモパイル素子３は、ステム４に貫通状態で取り付けたリードピン６に電気的に接続され、そのサーモパイル素子３の出力がこのリードピン６を介して外部に取り出すことができるようにしている。
【０００３】
また、筒５は、下端が開口するとともに天面５ａに円形の窓孔８を有する円筒形からなり、この窓孔８を閉じるようにして赤外線を透過させるフィルター９を窓孔８の内側から貼り付けてある。これにより、赤外線のみが窓孔８を通過して筒５内の赤外線吸収部２（サーモパイル素子３）に到達するので、サーモパイル素子３は、受光した赤外線に応じて発熱するとともに、その熱を電気信号に変換して出力する。そして、よく知られているように、物体は絶対温度に依存して赤外線を放射している。従って、サーモパイル素子３から出力される電気信号に基づいて検出した赤外線から温度を測定できる。
【０００４】
ところで、図３（Ａ）が示すように受光器１の採光領域つまり測定範囲は、筒５の赤外線吸収部２を視点として窓孔８を通して眺めた時の筒外側の景色つまり視野（以下測定領域１１とする）に等しい。従って、窓孔８が円形であるので測定領域１１も円形となる。換言すれば赤外線吸収部２に集まる赤外線（光線）の量は、測定する対象物１０から放射される赤外線のうち測定領域１１から出される対象物１０の光線だけに限定される。すなわち、図３（Ｂ）が示すように、受光器１が測定している赤外線量は円形の測定領域１１から放出される赤外線の量に基づいた値である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の受光器１は、測定領域１１が円形であったために以下に示す種々の問題を生じている。上記したように測定領域１１は、円形であるので複写機，プリンタなどに用いられる細長い円筒形のドラムの表面温度をこの受光器１で測定しようとした場合には、図４のように配置することになる。すなわち、ドラム１２の軸に対して直交する方向から受光器１の測定領域１１をドラム１２に向けることになり、当然のことながら測定領域は円形であるためドラム１２の表面の一部分が測定領域となる。
【０００６】
このとき、測定領域１１のすべてがドラム１２の表面に含まれ、かつ測定領域１１がとらえるドラム１２の実表面積が最大となる位置関係は一義的に定まる（図５参照）。そして、受光量を増加させて感度を上げるために図５の状態からさらに窓孔８の開口径を広げて測定領域１１の径を広げると、例えば、図６に示すようにドラム１２の有効直径よりも広くなって測定領域１１の一部１１ａ（白抜きで示す）がドラム１２の外側にまで存在することになる。その結果、そのドラム１２の表面以外からの赤外線も吸収することになり、かえって測定精度を悪くする。
【０００７】
従って、測定対象物であるドラム１２の形状が細長くなるほど、測定領域１１外となる部分が大きくなるので、ドラム１２の全体の表面温度を測定することはできない。その結果、表面全面が均等であるとの前提のもとにその一部の測定領域１１の温度が全体の表面温度と推定し、各種の制御を行わざるを得なくなる。しかし、実際にはドラム全面が均一温度となることはないので、測定領域１１の温度とその周囲の温度が大きくばらついているような場合には、各種制御の基準となる実際の温度と、受光器１に基づく検出温度に差が生じてしまい、高精度の温度検出並びにそれに基づく制御等ができなくなってしまう。
【０００８】
さらに、上記したように測定領域１１を広げられないので、赤外線吸収部２に照射される赤外線の量も増やせないため、受光器１の測定感度を高めることにも限界がある。そして、測定対象物の形状が細長くなるほど、上記した問題が顕著となり、測定感度及び測定精度が低下する。
【０００９】
一方、受光器１の周囲に浮遊する塵埃等が窓孔８に取り付けたフィルター９に付着するおそれがある。そして、係る塵埃等の異物がフィルタ９に付着すると、受光器１の赤外線吸収部２への入射赤外線量が減るので、測定誤差を招く一因となる。
【００１０】
本発明は、上記した背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、測定するものの形に合わせた任意の形を測定領域にすることができ、受光器の測定感度や精度を高めることができ、さらに、受光器に異物が付着して測定精度や測定感度が落ちるのを防止する受光器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る受光器では、容器内に赤外線吸収部を備え、前記容器の天面に形成した窓孔を介して前記赤外線吸収部に受光するとともに、その受光量に応じた出力信号を出力する受光器において、前記赤外線吸収部の視野の形状が前記検出対象物の形に合わせた細長になるように設定する視野設定手段を設け、前記視野設定手段は、前記容器に装着された視野設定用キャップの天面に形成されたスリットと、そのキャップの側面に形成された切れ目とから構成されるとともに、前記スリットと前記切れ目が連続するように形成され、そのスリット並びに切れ目を介して前記視野設定用キャップ内に進入した赤外線が前記窓孔を介して前記赤外線吸収部に受光されるようにした（請求項１）。
【００１４】
さらに上記した各請求項に記載の発明を前提とし、前記容器の天面あるいは前記視野設定用キャップの天面を覆うシートをさらに設け、そのシートは前記赤外線吸収部で受光される対象の赤外線が透過可能な材質で構成するようにすると好ましい（請求項２）。
【００１５】
赤外線吸収部に達する赤外線の断面、つまり、赤外線吸収部における視野を細長にしたため、検出対象物の形に合わせた任意の形を測定領域にすることができる。より具体的には、さらに、視野設定手段が、キャップの天面に設けたスリットと、そのスリットに連続する切れ目（キャップも側面に形成される）により形成されるため、キャップの視点となる箇所からスリット，切れ目ｂを通して覗いた景色すなわち視野は長方形となる。これにより、検出対象物のほぼ全面から発する光を受光することができ、しかも、その場合に検出対象物以外から発する光は受光しないようにすることができる。こうすることで、受光器の赤外線吸収部に届く光量が増やせるので受光器の感度が上がり、しかも検出対象物からの赤外線のみを受光することが可能となるので、受光器の検出精度も上がる。
【００１６】
しかも、視野の寸法形状が異なる複数種の受光器を製造しようとした場合には、視野設定用キャップに設けたスリットの寸法形状を異ならすことにより対応できる。つまり、赤外線吸収部を内蔵する容器は、異なる種類の受光器に対して共通に使用することができる。
【００１７】
さらに、請求項４に記載の発明では、周囲の雰囲気に浮遊する塵埃等は、シートに付着し、赤外線吸収部に塵埃等の異物が付着することを可及的に防止できる。そして、異物が付着したシートは、取り外すことにより異物等の付着していないきれいな状態に復帰できる、これにより、長期にわたり測定精度や測定感度が落ちるのを防止することができる。
＊用語の説明
「容器」は、実施の形態では筒５とステム４により構成されている。そして、「天面」は、赤外線吸収部と対向する面を言い、光が通過するための窓孔を形成した側が本発明で言う天面となる。つまり、実際の使用状況の向きにより下側等に位置していても、上記の条件を満たせば本発明で言う天面に該当する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図７は、本発明に係る受光器２１の第１の実施の形態を示している。同図に示すように、この実施の形態の受光器２１は、赤外線素子パッケージ２４と、赤外線素子パッケージ２４に被さる視野設定用キャップ２５と、その視野設定用キャップ２５を覆うシート２６を押さえるための押さえリング２７とからなる。
【００１９】
赤外線素子パッケージ２４は、図１，図２に示した従来の受光器１と同一の構成をとることができる。すなわち、図８〜図１０に示すように、内部にサーモパイル素子３を備えた円筒の箱型のパッケージで、そのパッケージの容器は、サーモパイル素子３を装着するステム４と、それらを覆う筒５とを備える。さらに筒５の天面５ａの中央には円形の窓孔８を形成するとともに、この窓孔８を塞ぐように、赤外線を通すためのフィルター９が内側から付いている。
【００２０】
サーモパイル素子３の表面のうち、前記窓孔８に対向する領域に赤外線吸収部２が設けられ、そしてこの窓孔８からフィルター９を通過して内部に進入してきた赤外線が、その赤外線吸収部２に照射され、これにともないサーモパイル素子３からは受光した赤外線に応じた電気信号が出力され、その出力された電気信号は、ステム４を貫通するリードピン６を介して外部に取り出すようになっている。
【００２１】
なお、上記したように、赤外線素子パッケージ２４の構造は従来と同様であるが、後述するごとく測定領域を広げるため、窓孔８の内径を大きくしたり、窓孔８と赤外線吸収部２の距離を短くしたりする必要はある。
【００２２】
図７が示すように、視野設定用キャップ２５は、赤外線素子パッケージ２４の天面方向からこの赤外線素子パッケージ２４の筒５の側面と窓孔８のある面を覆うことのできる筒状のキャップである。なお、この視野設定用キャップ２５の筒の内径は赤外線素子パッケージ２４の外周とほぼ等しいものに設定する。また、この視野設定用キャップ２５は筒の天面２５ａが塞がっていて、さらにこの円形をした天面２５ａの中心から両端とも周縁に達するスリット３２ａと、このスリット３２ａの両端に連続するように視野設定用キャップ２５の側面２５ｂに形成された切れ目３３ｂを備える。
【００２３】
このように構成すると、視野設定用キャップ２５の視点となる箇所からスリット３２ａ，切れ目３２ｂを通して覗いた景色（測定領域３４）すなわち視野は長方形となる。なお、ここで言う視野設定用キャップ２５の視点とは、赤外線素子パッケージ２４中の赤外線吸収部２の位置をさす。
【００２４】
そこで図８〜図１０に示すように、視野設定用キャップ２５の天面２５ａと平行な位置関係にある架空平面３５から出される赤外線量を受光器２１で測定したと想定すると、この測定領域３４中の架空平面３５から出る赤外線の断面が形づくる長方形の寸法形状は、視野設定用キャップ２５の切れ目の寸法形状と視点の取り方によって幾何光学的に決まる。そして、この長方形の寸法形状は、スリット３２ａの太さから長方形の短辺方向の長さｘが決まり、スリット３２ａの長さと切れ目３２ｂの長さから長方形の長辺方向の長さｙが決まる。
【００２５】
つまり、視野設定用キャップ２５の持つ機能とは、この視野設定用キャップ２５を構成する筒の長さやスリット３２ａの太さ及び切れ目３２ｂの長さによって、架空平面３５から発せられる赤外線が赤外線素子パッケージ２４中の赤外線吸収部２へ向かう断面の寸法形状を決定するものとなる。
【００２６】
さらに、視野設定用キャップ２５は、アルミなどの金属により構成されている。これにより、熱伝導率を高めて視野設定用キャップ２５と赤外線素子パッケージ２４自体の温度差を小さくすることができる。すなわち、視野設定用キャップ２５と赤外線素子パッケージ２４の間に温度差があると、視野設定用キャップ２５内面からの赤外線の分が誤差として出力される。そこで、本形態のように視野設定用キャップ２５をアルミ等で構成し、視野設定用キャップ２５と赤外線素子パッケージ２４の温度差を小さくすることで、係る温度差に基づく誤差を少なくして検出精度の向上を図るようにする。
【００２７】
さらにまた、視野設定用キャップ２５の内面状態は、赤外線の放射率を低く抑えるために、つやの無い黒色にしている。このことにより、内面の反射率が低くなり視野設定用キャップ２５の内面での反射赤外線は、赤外線素子パッケージ２４の赤外線吸収部２に入射されにくくなる。したがって、この反射赤外線を受光器２１が検知して誤差が大きくなるのを防ぐことができる。
【００２８】
さらに本形態では、視野設定用キャップ２５の周囲を覆うようにしてシート２６を被せ、押さえリング２７によりシート２６を固定するようにしている。すなわち、シート２６の材料は、赤外線の透過率が高いＰＥ(ポリエチレン)やＰＥＴ(ポリエチレンテレフタレート)等を使う。また、この押さえリング２７の内径は、視野設定用キャップ２５の外周とほぼ同じか若干広く設定している。
【００２９】
そして、図１１(Ａ)に示すように、視野設定用キャップ２５の上方にシート２６，押さえリング２７の順に位置させた状態で押さえリング２７を下降移動させる。すると、視野設定用キャップ２５の外周とほぼ同じ内径を持つ押さえリング２６をシート２６のかかった視野設定用キャップ２５の上から通すことになり、同図（Ｂ）に示すように押さえリング２７と視野設定用キャップ２５の間でシート２６を挟むことにより固定するようになる。
【００３０】
このようにすると、スリット３２ａ，切れ目３２ｂを介して内部が開放されていた視野設定用キャップ２５が閉塞されるため、内部に塵埃が進入しない。従って、複写機等のドラムの表面温度を測定するような環境下では、雰囲気にトナー粉が浮遊しているおそれが多分にあるが、本形態ではそのトナーもシート２６に付着するので、フィルタ９に付着したり、視野設定用キャップ２５の内周面に付着するのを抑制できる。そして、押さえリング２７を着脱自在としておくことにより、例えばメンテナンス時に一緒にシート２６の交換もできる。これにより、長期にわたって高感度・高精度を維持できる。
【００３１】
次に、上記した受光器２１の実施の形態を用いた温度を測定する測定器３６を説明しつつ、受光器２１の作用効果を説明する。図１２に示すように、測定器３６は、基板３７の表面に上記した実施の形態の受光器２１を取り付けたものを用いる。そして基板３７の裏面側には、シールドカバー３８が装着され、このシールドカバー３８の内部に、受光器２１の出力信号を処理する処理回路を構成する各素子が収納されている。そしてこの測定器３６を測定対象物である複写機のドラム３９に対向配置し、そのドラム３９の表面温度を測定するようになる。
【００３２】
ここでまず、測定器３６の組立工程を説明しつつその全体構造を説明すると、例えば、図１３（Ａ）に示すように基板３７の裏面に電子部品４０を装着するとともに、表面に赤外線素子パッケージ２４を取り付ける。この状態で、赤外線素子パッケージ２４の上からさらに視野設定用キャップ２５を被せる。
【００３３】
次に、同図（Ｂ）に示すように視野設定用キャップ２５の上にシート２６を位置させるとともに押さえリング２７を視野設定用キャップ２５に装着する。これにより、図１４（Ａ）に示すようにシート２６で視野設定用キャップ２５を覆った状態でそのシート２６が押さえリング２７により固定される。そして、図１４（Ｂ）に示すように、基板３７の裏面側にシールドカバー３８を取り付け、電子部品を覆うことにより測定器３６を製造することができる。
【００３４】
この測定器３６は、視野設定用キャップ２５により細長な視野特性を有する受光器２１を備えたため、測定領域３４が長方形となる。従って、図１２に示すように、係る測定領域３４の寸法形状をドラム３９の寸法形状に合わせることにより、測定器３６（受光器２１）に対向するドラム３９の表面のほぼ全面から放射される赤外線を受光することができる。
【００３５】
具体的には、ドラム３９の軸に対して直交する方向であり、かつそのドラム３９の軸方向の中心に対向する位置に受光器２１を配置する。このとき、スリット３２ａの配置方向をドラム３９の軸と平行になるようにセットする。視野設定用キャップ２５に形成したスリット３２ａのスリット幅や、切れ目３２ｂの切り込み量は、ドラム３９の寸法形状に合わせて形成しているため、測定領域３４の全てにドラム３９が含まれ、かつこの測定領域３４がとらえるドラム３９の表面形状に合わせ、その測定面積を最大とすることができる。
【００３６】
つまり、視野設定用キャップ２の切れ目３２ｂの長さを適宜に設定することにより、測定領域３４の長辺をドラム３９の軸と同じ長さに一致する。また、スリット３２ａのスリット幅を適宜に設定することにより、測定領域３４の短辺側がドラム３９から飛び出ないようにする。このように設定された視野設定用キャップ２５を用いて測定されるドラム３９の測定される部分は、ドラム３９の軸を含む平面でドラム３９を二等分したときに得られるドラム３９の一方の表面にほぼ等しい部分に当たる。
【００３７】
よって、受光量が増すため感度が増加する。しかも、すべての測定領域３４にドラム３９の表面が位置しており、ドラム以外の非測定対象物からの赤外線を受光して測定誤差を招くおそれもなく、さらに、ドラム３９のほぼ全面が測定領域となることからその表面で温度のばらつきがあったとしてもその平均温度を精度よく検出することができるので、測定精度も向上する。
【００３８】
この性能は、コピー機のトナー熱定着用のドラムや印刷機（輪転機）などの表面温度の管理が重要なものに対して大変便利である。さらに受光器２１中の赤外線素子パッケージ２４の設計を変えずに視野設定用キャップ２５を取り替えるだけで異なる寸法形状のドラム３９はもちろんのこと、その他の測定対象にも使える。つまり、本形態では、赤外線素子パッケージ２４は同一寸法のものを用い、視野設定用キャップ２５を複数種用意することにより、異なる寸法形状の測定対象に対応できるので、最もコストのかかる赤外線素子パッケージ２４の共通化が図れるためコスト安となる。
【００３９】
なお、上記した実施の形態では、視野設定用キャップ２５の側面２５ｂに切れ目３２ｂを設けたが、上記したように切れ目３２ｂの切り込み量は、測定対象物の寸法形状により増減する。従って、切り込み量が０、つまり、切れ目３２ｂを設けずにスリット３２ａのみで構成する場合もありえる。さらには、切れ目３２ｂを設けたことからスリット３２ａも視野設定用キャップ２５の天面２５ａを横断するようにした（スリット３２ａの長さが天面２５ａの直径に等しい）が、切れ目３２ｂがなくなった場合には、測定対象物の寸法形状に応じてスリット長さも増減し、天面２５ａの直径よりも短くなる場合もあるのはもちろんである。
【００４０】
さらにまた、上記した実施の形態では、シート２６を被せるようにしたが、これは必須の構成ではなく、シート２６を設けなくてももちろんよい。また、シート２６を被せる場合であっても、例えば図１５（Ａ）に示すように、赤外線素子パッケージ２４の上にシート２６を配置した状態で、視野設定用キャップ２５を上方より被せ、同図（Ｂ）に示すように、シート２６は赤外線素子パッケージ２４と視野設定用キャップ２５の間で挟まれて固定させるように構成してもよい。これにより、少なくとも赤外線素子パッケージ２４に設けられたフィルタに塵埃が付着することが阻止できる。この場合に、視野設定用キャップ２５を着脱可能にすることにより、シート２６を交換して、常時フィルタをきれいな状態に保持することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る受光器では、赤外線吸収部に達する光線（赤外線）の断面形状、つまり赤外線吸収部の視野を細長くするために、視野設定用キャップの天面に形成したスリットと、側面に形成した切れ目とが連続するように構成したため、検出対象領域（測定領域）の全体から出る光線のほぼ全量を赤外線吸収部で受光することができるので、検知する光線量（赤外線量）が増えて受光器の感度が高まる。しかも、他の物体から発せられる光を受光するのを可及的に抑制できるので測定精度が上がる。
【００４８】
そして、視野設定用キャップによって視野を細長くするようにしたため、異なる視野特性を実現する複数種の受光器を製造するに際し、赤外線吸収部を内蔵した容器を共通化できる。よって、コストの低下を図ることができる。
【００４９】
さらに、請求項２のように構成した場合には、シートによって受光器に異物が付着して測定精度や測定感度が落ちるのを防止することがでる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の受光器の一例を示す断面図である。
【図２】  （Ａ）は、従来の受光器の一例を示す斜視図である。
（Ｂ）は、その分解斜視図をそれぞれ示す。
【図３】  （Ａ）は、従来の受光器の測定範囲の一例を示す断面図である。
（Ｂ）は、測定対象を視点から見た図をそれぞれ示す。
【図４】  従来の受光器のドラムの測定の一例を示す斜視図である。
【図５】  従来の受光器でのドラムの測定範囲の一例を示す図である。
【図６】  従来の受光器でのドラムの測定範囲の一例を示す図である。
【図７】  （Ａ）は、本発明に係る受光器の第１の実施の形態を示す斜視図である。
（Ｂ）は、本発明に係る受光器の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図８】  （Ａ）は、本発明に係る受光器の第１の実施の形態の断面及びその測定範囲を示す図である。
（Ｂ）は、本発明に係る受光器の第１の実施の形態を示す平面図である。
【図９】  （Ａ）は、本発明に係る受光器の第１の実施の形態の断面及びその測定範囲を示す図である。
（Ｂ）は、本発明に係る受光器の第１の実施の形態を示す平面図である。
【図１０】  本発明に係る受光器の第１の実施の形態による測定範囲を示す平面図である。
【図１１】  本発明に係る受光器の第１の実施の形態の組立て工程を示す図である。
【図１２】  本発明に係る受光器の第１の実施の形態を組み込んだ測定器の使用状態を示すの斜視図である。
【図１３】  本発明の第１の実施の形態の受光器を組み込んだ測定器の組み立て工程図（その１）である。
【図１４】  本発明の第１の実施の形態の受光器を組み込んだ測定器の組み立て工程図（その２）である。
【図１５】  本発明に係る受光器の変形例を示す図である。
【符号の説明】
２  赤外線吸収部
３  サーモパイル素子
４  ステム（容器）
５，５′  筒（容器）
８，８′  窓孔
１１  測定領域
２４  赤外線素子パッケージ
２５  視野設定用キャップ
２５ａ  天面
２５ｂ  側面
２６  シート
３２ａ  スリット
３２ｂ  切れ目
３４，３４′  測定領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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