(57)【要約】【課題】筐体１や筐体内部に配置された部品から出る赤外線に起因した測定誤差を軽減し、高い精度での温度測定が可能な放射温度計１００を提供する。【解決手段】赤外線センサ３の検出可能な波長帯域で比較した場合に、入射した光を、それよりも強度が低い光に変換して射出する波長変換子５を具備し、該波長変換子５が、前記赤外線センサ３が収容されている筐体１の内部空間Ｓに露出する面の一部又は全部に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線導入口を有する筐体と、該筐体内に配置された赤外線センサとを具備し、測定対象物から放射され、前記赤外線導入口を通って筐体内に導入された赤外線を前記赤外線センサで検出することによって当該測定対象物の温度を計測するものであって、
入射した光の一部又は全部を前記赤外線センサの検出感度の低い波長帯域の光に変換して射出する波長変換子を具備し、該波長変換子が、前記赤外線センサが収容されている筐体内部空間に露出する面の一部又は全部に設けられていることを特徴とする放射温度計。
【請求項２】
前記赤外線導入口と赤外線センサとの間に設けられた絞り機構をさらに具備し、該絞り機構が、筐体内を仕切る仕切り壁と該仕切り壁に設けられた絞り孔とからなるものであって、
前記波長変換子が、前記仕切り壁の赤外線センサ側の面に設けられている請求項１記載の放射温度計。
【請求項３】
前記波長変換子が、入射した光のピーク波長をずらすように変換するフォトニック結晶を用いたものである請求項１又は２記載の放射温度計。
【請求項４】
前記波長変換子が、前記面に表面処理により形成されている請求項１、２又は３記載の放射温度計。
【請求項５】
前記波長変換子が設けられる前記面が、筐体の内面である請求項１、２、３又は４記載の放射温度計。
【請求項６】
前記波長変換子の表面に反射防止膜が設けられている請求項１、２、３、４又は５記載の放射温度計。
【請求項７】
波長変換子が、迷光を吸収する機能を有するものである請求項１、２、３、４又は５記載の放射温度計。
【請求項８】
前記フォトニック結晶の格子定数を、場所によって異ならせてある請求項３記載の放射温度計。
【請求項９】
前記赤外線センサの検出可能波長帯域が８μｍ〜１４μｍである請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の放射温度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物から放射（輻射）される赤外線エネルギを赤外線センサによって検知し、その値から測定対象物の表面温度を計測する放射温度計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の放射温度計は、先端が開口する鏡筒（以下、筐体ともいう）と、該鏡筒の底部に配置された赤外線センサと具備しており、測定対象物から放射され、筐体の先端開口から内部に入った赤外線を赤外線センサで受光するように構成してある。
このときにノイズの原因となるのが、迷光である。迷光とは、前記赤外線導入口から筐体内に侵入し、筐体内で反射するなどして赤外線センサに取り込まれる赤外線のことである。
従来は、特許文献１、特許文献２に示すように、この迷光を減少させるべく筐体の内面に反射防止部材や凹凸形状を形成したものが知られている。
【０００３】
しかしながら、測定誤差を惹起するノイズの原因はこれ以外にもある。
そのひとつが、筐体自身や筐体の内部空間に配置された種々の部品から放射されている赤外線（以下、自家赤外線ともいう。）である。前記赤外線センサは、測定対象物からの赤外線に加えて、この自家赤外線も受光するから、例えば周囲温度の変化等によって筐体等の温度が変わると、前記自家赤外線の強度が変化し、この影響を赤外線センサが受けて測定温度がドリフトするといった不具合が生じうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１２８０６６号公報
【特許文献２】特開２０１４−１１９２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる不具合に鑑みてなされたものであって、筐体や筐体内部に配置された部品から出る赤外線に起因した測定誤差を軽減し、高い精度での温度測定が可能な放射温度計を提供すべく図ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明に係る放射温度計は、赤外線導入口を有する筐体と、該筐体内に配置された赤外線センサとを具備し、測定対象物から放射され、前記赤外線導入口を通って筐体内に導入された赤外線を前記赤外線センサで検出することによって当該測定対象物の温度を計測するものである。
【０００７】
そして、このものは、入射した光の一部又は全部を前記赤外線センサの検出感度がより低い波長帯域の光に変換して射出する波長変換子を具備し、該波長変換子が、前記赤外線センサが収容されている筐体内部空間に露出する面の一部又は全部に設けられていることを特徴とする。
【０００８】
このような構成であれば、筐体内部空間に露出する面、例えば、筐体の内面や筐体内部空間に配置された部品の表面から、その温度に応じて放射される赤外線が、前記波長変換子によって、赤外線センサの検出感度が、より低い光に変換されるので、前記筐体等から放射される赤外線によって発生する熱ノイズを低減でき、放射温度計の測定精度を向上させることが可能になる。
【０００９】
また、前記赤外線導入口と赤外線センサとの間に設けられた絞り機構をさらに具備し、該絞り機構が、筐体内を仕切る仕切り壁と該仕切り壁に設けられた絞り孔とからなる構成の場合、赤外線センサの正面に位置する仕切り壁から放射される赤外線が、熱ノイズの大きな要因となるため、前記波長変換子を該仕切り壁の赤外線センサ側の面に設けておくことによって、測定精度を効果的に向上させることができる。
【００１０】
より具体的には、前記波長変換子が、入射した赤外線のピーク波長をずらすように変換するフォトニック結晶を用いたものを挙げることができる。
前記波長変換子は、前記面に別体として敷設されていてもよいし、前記面に表面処理により形成されていてもよい。表面処理により形成すれば部品点数を削減できる。
【００１１】
波長変換子が設けられる前記面の具体例としては、筐体の内面を挙げることができる。
前記内面とは、例えば筐体が筒状をなし、その先端に前記赤外線導入口が設けられているとともに、その底面に前記赤外線センサが設けられているものであれば、該筐体の内側周面や底面がこれにあたる。
【００１２】
ノイズの原因としては、前述したように、筐体等から熱エネルギとして放出される赤外線の他、前記赤外線導入口から筐体内に侵入し、筐体内で反射するなどして赤外線センサに取り込まれる迷光がある。この迷光の影響をも低減し、赤外線センサで検知される視野をはっきりさせて、さらに測定精度を上げるためには、波長変換子の表面に反射防止膜を設けたり、あるいは波長変換子として迷光を吸収して熱に変換する機能を有するものを用いたりすることが望ましい。
【００１３】
前記フォトニック結晶は、波長変換された光の射出方向を制御することができ、この射出方向はフォトニック結晶の格子定数によって定めることができる。したがって、敷設されたフォトニック結晶の全てを同じ格子定数にするのではなく、一部のフォトニック結晶の格子定数を、他の場所に敷設されたフォトニック結晶の格子定数とは異なるものにすれば、フォトニック結晶から射出される光の方向を制御して、赤外線センサへ直接入射する光を低減させることができる。そしてその結果、測定精度をさらに向上させることができるようになる。
【００１４】
赤外線センサは、その検出波長帯域が８μｍ〜１４μｍのものが好ましい。このようなものであれば、測定対象物との間の大気による赤外線の吸収影響を受けにくいからである。
【発明の効果】
【００１５】
このように構成した本発明によれば、筐体の内面や筐体内部空間に配置された部品の表面等から熱エネルギとして放射される赤外線が、波長変換子によって、赤外線センサの検出感度がより低い光に変換されるので、筐体や部品から出る赤外線の赤外線センサに対する影響を低減でき、放射温度計の測定精度を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態における放射温度計の全体を示す模式的縦端面図。
【図２】図２におけるＡ部拡大図。
【図３】同実施形態におけるフォトニック結晶の敷設例による射出光の光線を示す部分断面図。
【図４】同実施形態におけるフォトニック結晶の他の敷設例による射出光の光線を示す部分断面図。
【図５】本発明のさらに他の実施形態における放射温度計の全体を示す模式的縦端面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
本実施形態に係る放射温度計１００は、図１に示すように、先端部に赤外線導入口１ａが形成された筒状をなす筐体１と、該筐体１内に設けられた絞り機構２と、該筐体１の底部に配置されて、前記赤外線導入口１ａ及び絞り機構２を通じて筐体１内部空間Ｓに入ってきた赤外線の強度を検出する赤外線センサ３とを具備したものである。
【００１９】
各部を詳述する。
前記筐体１は、ここでは底面が閉塞されるとともに先端面が開口して前記赤外線導入口１ａが形成された円筒状をなすものである。この赤外線導入口１ａには凸型の赤外線透過レンズ４が嵌め込まれている。
【００２０】
前記絞り機構２は、筐体１の内部空間Ｓを軸線方向とは垂直な方向に仕切る仕切り壁２１と、この仕切り壁２１の中心に形成された絞り孔２２とから構成されたものである。なお、以下では、前記内部空間Ｓのうち、仕切り壁２１よりも赤外線センサ３側の内部空間のことをセンサ側空間Ｓ１、仕切り壁２１よりも赤外線導入口１ａ側の内部空間のことを導入口側空間Ｓ２という。
【００２１】
前記赤外線センサ３は、図示しないセンサ素子とこのセンサ素子の受光面に設けられた図示しない光フィルタとを備えたものであり、前記受光面が軸線上に位置して赤外線導入口１ａを向くように、筐体１の底壁中央に配設されている。
【００２２】
前記センサ素子は、赤外線を吸収したときの温度変化を起電力の変化として検知する熱型のものであり、ここでは、熱電対を多数直列に並べて薄膜化したサーモパイルが用いられている。このセンサ素子としては、ポロメータや焦電型のような他の熱型のセンサ素子でもよいし、あるいは、熱型ではなく量子型のものを用いても構わない。
【００２３】
前記光フィルタは、所定の波長帯域の光（電磁波）のみを通過させるバンドパスフィルタである。ここでは例えば波長が８μｍ〜１４μｍの帯域の赤外線のみを通過させるものが用いられており、この光フィルタを通過した赤外線のみが前記センサ素子で受光されるように構成してある。この波長帯域（８μｍ〜１４μｍ）は大気による吸収が少ない帯域なので、温度測定に際して、測定対象物と赤外線センサ３との間に介在する大気による吸収影響を抑制でき、より精度の高い測定が可能になる。
【００２４】
しかして、この実施形態では、図１、図２に示すように、フォトニック結晶を用いた波長変換子５が、センサ側空間Ｓ１の内面にのみ、すなわち筐体１の内側周面、筐体１の底面、及び、仕切り壁２１の裏面にくまなく敷設してある。
【００２５】
この波長変換子５は、入射した光を異なる波長帯域（スペクトル）の光に変換して射出する板状（又は膜状）をなすものである。
より具体的に説明すると、この波長変換子５は、入射した赤外線のスペクトルを変化させ、変化前の赤外線のスペクトルと比較して、前記赤外線センサ３で受感可能な波長帯域（８μｍ〜１４μｍ）に亘る積算光強度が低くなるようにするものである。
【００２６】
また、この波長変換子５に用いられているフォトニック結晶は、所定の格子定数を有するものであり、波長変換されて射出される光の方向をある程度制御できる。具体的に説明すると、フォトニック結晶から射出される光は、面に対してほぼ一定の角度を持った光となる。すなわち、ある１点から射出される光は、図２に示すように、傘状に広がる光となる。
そこで、例えばすべてのフォトニック結晶を同じ格子定数にすると、図３に示すように、筐体内側周面の一部領域Ｐに敷設されたフォトニック結晶からの光が赤外線センサ３に入射することになる。
このような構成でも構わないが、この実施形態では、この領域Ｐに敷設されたフォトニック結晶の格子定数を他の領域におけるフォトニック結晶のそれとは異ならせ、図４に示すように、領域Ｐから射出される光の角度が、筐体内側周面の垂直な方向に対して、より小さくなるように構成している。このようにして、同図に示すように、筐体内側周面からの射出光（放射赤外線）が赤外線センサ３に直接入射しないようにしてある。
【００２７】
さらに、この実施形態では、図２に示すように、この波長変換子５の表面に、前記赤外線センサ３が受感可能な波長帯域の光（８μｍ〜１４μｍ）をほぼ吸収する反射防止膜６が設けられている。
【００２８】
しかして、このような構成によれば、筐体１の内測周面や底面、あるいは仕切り壁２１の裏面から、その温度に応じて放射される赤外線が、波長変換子５によって、赤外線センサ３の検出感度がより低い光に変換されるので、これに起因した熱ノイズを低減でき、放射温度計１００の測定精度を向上させることが可能になる。
【００２９】
また、測定ノイズのもうひとつの原因である迷光に関しても、波長変換子５の表面に反射防止膜６を設けて赤外線センサ３に入射する迷光の光量を低減させているので、これに起因した測定の誤差を軽減することができる。
【００３０】
さらに、波長変換子５に用いられるフォトニック結晶の格子定数を、敷設場所によって適宜異ならせ、波長変換された光の方向を制御して、射出光が赤外線センサ３に可及的に入射しない向きに設定してあるので、測定精度の向上にさらに資することができる。
また、赤外線センサ３から見えるのは、小さな絞り孔２２とその周囲のセンサ側空間Ｓ１の内面であるため、当該センサ側空間Ｓ１の内面から放射される赤外線が、熱ノイズの主要な原因となる。したがって、この実施形態のように、フォトニック結晶を用いた波長変換子５を当該内面にのみ設けておくだけで、大きな熱ノイズ低減効果を得ることができる。
【００３１】
なお本発明は前記実施形態に限られるものではない。
波長変換子は、筐体の内部空間に露出する面の全部に設けてもよいが、一部にのみ設けてもよい。例えば、図５に示すように、筐体１の内側周面にのみ波長変換子５を設けてもよい。なお、この図５の放射温度計１００は絞り機構２を備えていない。
【００３２】
波長変換子に用いられているフォトニック結晶は、前記実施形態では筐体等と別体であったが、筐体等の表面にエッチングなどの表面処理を施して形成しても構わない。
【００３３】
反射防止膜は必ずしも設ける必要はない。
迷光の反射を防止するためには、前述したような反射防止膜を設けてもよいし、それ以外に、例えば、波長変換子に用いられているフォトニック結晶自身を、反射を抑制するような材質、すなわちＳｉＯ２や有機材料等で形成しても構わない。この場合、迷光は波長変換子に吸収され、熱となり、波長変換子から波長帯域が制御された光として射出される。
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１００・・・放射温度計
１ａ・・・赤外線導入口
１・・・筐体
２・・・絞り機構
２１・・・仕切り壁
２２・・・絞り孔
３・・・赤外線センサ
５・・・波長変換子
６・・・反射防止膜
Ｓ・・・内部空間
【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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