(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの赤外線センサ素子（２０）と、少なくとも一つの加熱及び／又は冷却素子（１６）と、プローブの前面端部において赤外線を透過する窓部（１２）を含むケーシング（１４；２６，２７，２８）とを備える赤外線センサおよび前記プローブを備える赤外線温度計であって、
前記加熱及び／又は冷却素子（１６）が前記窓部（１２）及び前記ケーシング（１４；２６，２７，２８）と熱伝導接続されており、
前記加熱及び／又は冷却素子（１６）は、前記窓（１６）及び前記ケーシング（１４；２６，２７，２８）を一定の温度に維持するように構成されていることを特徴とする赤外線温度計。
【請求項２】
前記赤外線センサ素子（２０）及び／又は窓部（１２）、及び／又はケーシング（１４；２６、２７、２８）と熱伝導接続されている温度センサ（１８）を少なくとも一つ含むことを特徴とする、請求項１に記載の赤外線温度計。
【請求項３】
前記加熱及び／又は冷却素子（１６）又は前記赤外線センサ素子（２０）を温度センサ（１８）として用いることができることを特徴とする、請求項１に記載の赤外線温度計。
【請求項４】
前記窓部（１２）が半導体であり、
前記窓部内の前記加熱及び／又は冷却素子（１６）及び／又は前記温度センサ（１８）が導体経路状の領域をドーピングすることにより形成されていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の赤外線温度計。
【請求項５】
前記加熱及び／又は冷却素子（１６）及び／又は前記温度センサ（１８）が、箔に被膜された導体経路又はペーストから成ることを特徴とする、請求項２又は３に記載の赤外線温度計。
【請求項６】
前記赤外線センサ素子（２０）が箔の上側に配置されており、
前記加熱及び／又は冷却素子（１６）及び／又は前記温度センサ（１８）が前記箔の底面に配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の赤外線温度計。
【請求項７】
前記加熱及び／又は冷却素子（１６）が熱配分プレート（１５）と熱伝導接続され、
前記熱配分プレート（１５）が前記ケーシングと熱伝導接続されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の赤外線温度計。
【請求項８】
前記窓部（１２）と前記ケーシング（１４；２６，２７，２８）とが、熱伝導するように相互接続されており、
前記ケーシング（１４；２６，２７，２８）は銅から作成されており、
前記窓部（１２）はシリコンから作製されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の赤外線温度計。
【請求項９】
前記窓部（１２）が、レンズとして設計されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の赤外線温度計。
【請求項１０】
前記赤外線センサのケーシング上部（２７）が、側壁（２５）が面取りされている開口部を有していることを特徴とする先行する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の赤外線温度計。
【請求項１１】
前記赤外線センサ素子（２０）が、サーモパイルを少なくとも一つ含むことを特徴とする、請求項９又は１０に記載の赤外線温度計。
【請求項１２】
前記加熱及び／又は冷却素子（１６）を制御するための制御手段を含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の赤外線温度計。
【請求項１３】
前記制御手段が、前記加熱及び／又は冷却素子（１６）又は前記赤外線センサ素子（２０）、もしくは前記温度センサ（１８）の出力信号に基づいて前記赤外線センサの温度を判定することを特徴とする、請求項１２に記載の赤外線温度計。
【請求項１４】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の、耳の内部で温度を測定する赤外線温度計であって、前記赤外線センサが、前記プローブの前面端部に配置されていることを特徴とする赤外線温度計。
【請求項１５】
前記加熱及び／又は冷却素子（１６）を制御するための制御手段を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の赤外線温度計。
【請求項１６】
前記制御手段が、前記加熱及び／又は冷却素子（１６）又は前記赤外線センサ素子（２０）、もしくは前記温度センサ（１８）の出力信号に基づいて前記赤外線センサの温度を判定することを特徴とする、請求項１５に記載の赤外線温度計。
【請求項１７】
前記プローブが可撓性であることを特徴とする、請求項１４に記載の赤外線温度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度を安定化できるように適合した赤外線センサ及びこの形式のセンサを有する赤外線温度計に関し、さらに詳しくは、耳の中で温度を測定する温度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドイツ特許第１９９  １３  ６７２号に、赤外線波ガイドとその端部に配置された放射センサとを含むプローブを有する赤外線温度計が記載されている。このプローブ及び／又はそれ自体周知の方法でプローブに取り付けられるようになっているプローブカバーは、プローブの前面領域のみか、もしくはプローブカバーかを、おおよそ外耳道内の通常の温度に相当する温度まで暖めることができるように設計されている。プローブに配置されている赤外線センサは、わずかな限られた視野のみを有していることから、プローブのその限られた部分だけが外耳道と同じ温度になって、赤外線センサの視野にある外耳道の部分と熱相互作用するので、十分に測定過誤を最小にできる。比較的小さな加温領域を省エネのやり方で加温できるのは、プローブの非加温部分が断熱されている場合だけであるが、結果として、プローブの設計が更に複雑になってしまう。
【０００３】
イギリス特許第２０９００５４号公開公報には、二つの加熱素子により温度が一定に保たれている、サーミスタを有する放射検出器が開示されている。取付リングとともにこれらの加熱素子は、サーミスタを包むエンベロープを形成している。このエンベロープは、放射を透過する窓部を有するケーシングにより覆われていて、検出される放射がケーシングに入り、加熱素子の一つのうちの孔を介してエンベロープに入り、そしてサーミスタに達する。この放射検出器は、非常に複雑な製造を必要とするので、極めて高価である。
【０００４】
米国特許第５，０１０，３１５号明細書には、二つのＮＴＣレジスタを有する熱放射センサ素子が開示されている。センサ素子の温度は、各加熱層により一定に維持されている。  絶縁層は、加熱層とＮＴＣレジスタとの間に挟まれている。
【０００５】
東独特許第１４７８７２号には、放射線を透過する窓部を含むケーシングを有するサーモパイルセンサが開示されている。このケーシングは、膜で覆われた中央孔を備える支持部材に配置されたセンサ素子を収容している。センサ素子の温点と冷点とは、膜上に配置されている。即ち、冷点は支持部材の領域内にあり、温点は孔の領域内にある。少なくとも一つの加熱素子により、温点のみが加熱できる。
【０００６】
本発明の目的は、簡単な、加熱及び／又は冷却可能な赤外線センサと、特に簡単な構成の赤外線温度計とを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の赤外線センサは、赤外線センサ素子を少なくとも一つと、加熱及び／又は冷却素子を一つと、赤外線を透過する窓部を有するケーシングとを含む。窓部を、例えば、赤外線を透過し、且つ、形成が容易なカルコゲナイドガラスで作製する。センサ素子をケーシング内に配置するので、赤外線光は窓部を介して取り込まれる。加熱／冷却素子を、熱伝導するように、窓部及び／又はケーシングに接続する。ケーシングがこのような設計になっているので、低い温度勾配のみをケーシング内に取り込めることが特に好ましい。従って、加熱／冷却素子を、好ましく配列するので、加熱又は冷却処理において、ケーシングと窓部とを均一に加熱又は冷却することになる。このため、窓部とケーシングとを熱を伝導するよう相互接続して、高い熱伝導係数を有する材料で作製する。例えば、ケーシングを銅で作製して、窓部をシリコンで作製する。複数の加熱／冷却素子も備えられているので、一以上の加熱／冷却素子をケーシングに配置して、加熱／冷却素子の少なくとも一つを赤外線センサの窓部に配置することもできる。「加熱／冷却素子」という言葉は、例えば、ＮＴＣレジスタ又はＰＴＣレジスタ又はトランジスタとして構成された加熱素子についていい、ペルティエ素子として構成された加熱／冷却素子についてもいう。好ましくは、加熱／冷却素子を電気的に加熱又は冷却する。
【０００８】
加熱／冷却素子を好ましくは、赤外線センサのケーシングに嵌合する。この素子は例えば、ポリイミド箔等の箔から成り、例えばアルミニウム、銅、金、もしくはニクロム合金、もしくは銀／グラファイトペースト等から成る導体経路状の金属層に重ねる。例えば導体状金属層又は導電性プラスチック材料等の加熱素子についても、直接窓部に重ねる。本発明の赤外線センサについてのもう一つの実施形態においては、窓部をコンスタンタンから成る加熱フィラメントにより加熱することができる。例えば、フィラメントで窓部を取り巻いて、フィラメントは窓部に対して良好な熱伝導接続を有する。本発明の赤外線センサについての特に簡潔な設計においては、窓部は特にシリコンの半導体から成り、ドーピングによる電気導体経路を抵抗加熱素子として用いる。
【０００９】
この赤外線センサは、好ましくは、周知の方法で赤外線センサ素子への熱伝導接続を有する温度センサを少なくとも一つ含む。本発明の赤外線センサのもう一つの実施形態においては、加熱／冷却素子自体が温度センサとして用いられる。赤外線センサ素子はサーモパイルであって、このサーモパイル自体が、欧州特許第０  ５０２  ２７７号に周知の、温度センサとして作用することもできる。この場合は、赤外線センサは、赤外線センサ素子との接続と加熱素子との接続とを有する。加熱素子又は赤外線センサ素子を温度センサとして用いない場合には、赤外線センサは追加として温度センサとの接続を有する。温度センサは、その接続により制御手段と接続可能である。
【００１０】
制御手段は、電気抵抗、閾い値電圧又は順電圧等の、温度センサ、加熱／冷却素子又は赤外線センサ素子の測定可能な特性絶対値から、赤外線センサの温度と共に温度センサの温度を判定する。好ましくは、制御手段は、各加熱／冷却素子に対して制御回路を一つ含む。この回路は、調整可能な公称温度値に対応して、加熱素子に加熱、冷却及び／又は温度を一定に維持するのに必要なエネルギーを供給する。このように、赤外線センサを限定した温度に設定して、温度を安定化させることができる。さらに、制御手段を、例えば電池等のエネルギー源に接続することができる。
【００１１】
制御手段についても赤外線センサ内に配置することができ、この場合は、赤外線センサ素子への接続のほかに、公称温度値の入力への接続と、エネルギー源への接続とを含む。
【００１２】
赤外線センサは、関連する従来技術に通常開示されているような、特にサーモパイルの、赤外線センサを一以上含む。例えば、欧州特許第０  ５６６  １５６号公告公報には、二つの赤外線感受性素子を有する赤外線センサが開示されており、赤外線感受性素子のうちの一つは、赤外線に対し遮蔽されている。二つの素子から送られた信号を比較して、測定信号を得る。この測定信号は、入射赤外線の量に対応して、実質的に電気的雑音及び熱外乱がない。しかしながら、赤外線センサ素子は、ドイツ特許第１９７  １０  ９４６号に開示されている設計にすることもできる。
【００１３】
本発明の赤外線センサに関する好適な実施形態においては、複数の赤外線センサ素子をマトリックス状に配置する。この場合、赤外線センサの窓部をレンズのように設計することが好ましい。赤外線センサ素子を好ましくは、レンズの焦点面に配置する。
【００１４】
赤外線センサを、本発明の赤外線温度計内のプローブの前面端部に直接配置する。この設計の利点は、プローブの前面端部全体、もしくは少なくともプローブの前表面を事実上加熱／冷却可能であるので、所望の温度に設定できることである。従って、プローブを外耳道に導入する際に、外耳道の温度バランスが事実上乱されることがないので、測定過誤が避けられる。このプローブは、周知の形状又は周知の設計を有しており、特に、可撓性である。この形式のプローブとしては、欧州特許第０  ５８８  ６３１号公開公報を参照すると、スロット又はその外周に設けられたベローズにより可撓性が向上した可撓性プローブが記載されている。さらに、プローブは、リブ、ギザギザ等を外側に有している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の更なる特徴及び利点について、添付の図面に示されているように、本発明の赤外線センサ及び赤外線温度計の好適な実施形態に関する以下の説明から得ることができる。
【００１６】
図１の実施形態は、赤外線を透過する窓部１２を含むケーシング１４を有する、本発明に基づく第一の赤外線センサ１０を示している。なお、図面中、類似の構成要素には、類似の番号が付けられている。図１において、窓部１２は、好ましくは、シリコンで作製する。加熱素子１６及び温度センサ１８は、窓部内にあるように設計する。感知した赤外線を電気出力信号に変換するための赤外線センサ素子２０を、ケーシング１４内側の窓部１２に取り付ける。窓部１２の縁にある二つの接続２２を、加熱素子１６の電流供給とともに、各々赤外線センサ素子２０の出力信号と温度センサ１８の出力信号とに設ける。赤外線センサ素子２０の出力信号と温度センサ１８の出力信号とを電気測定手段（図中に図示せず）により評価して、測定された放射温度をディスプレイ（図中に図示せず）に表示することもできる。
【００１７】
図２の実施形態に図示されているように、窓ガラスの形状を有している。加熱素子１６は、導体経路の形状を有していて、窓部１２の縁に環状に配置されている。温度センサ１８も導体経路の形状を有していて、加熱素子１６に平行してその内側に延長している。温度センサ１８との加熱素子１６の近接部は、赤外線センサ１０の温度を低い慣性で、非常に正確に制御できる。好ましくは一又は複数のサーモパイルである赤外線センサ素子２０を、窓部１２の中央に配置する。
【００１８】
図３に概略で示されているように、赤外線温度計の第一のプローブ３０は、図１及び図２に図示されているように、その前面端部に赤外線センサ１０を含んでいる。センサ１０は、金属リング３２によりセンサの窓部１２に固定されている。この金属リングを、好ましくはプラスチック製のステム３４に取り付ける。ステムの外形及び寸法は、人間の外耳道のようになっている。
【００１９】
図４の実施形態は、本発明の赤外線センサの第二のプローブ５０を示している。本発明の第二の赤外線センサ４０は、ステム３４に直接取り付けられているので、プローブ５０の前面端部全体が赤外線センサ４０により形成されていて、加熱又は冷却されるようになっている。センサ４０は、外側に湾曲した窓部１２’を含み、好ましくは赤外線センサ素子数個から成るマトリックス型組立体２４に入射する赤外線をとらえる。加熱／冷却素子１６、温度センサ１８及び赤外線センサ素子を、赤外線センサ４０のケーシング１４底部の内側に配置する。赤外線センサ素子の組立体２４は好ましくは、箔の上側に配置した状態で、加熱／冷却素子１６、温度センサ１８及び赤外線センサ素子を箔（図示せず）に固定する。そして、箔の底部には、加熱／冷却素子を少なくとも一つ配置し、必要の場合には、ケーシング底部に良好な熱伝導を供給する、一以上の導体経路状の温度センサを配置する。赤外線センサ素子の組立体２４の接続２２については概略のみ図示してあるが、これらの接続は、接続ピン２１により外側に案内される。
【００２０】
図５の実施形態は、本発明に基づく第三の赤外線センサを有する、本発明の赤外線温度計の第三のプローブ６０を示している。このプローブはステム３４を含んでおり、赤外線センサが取り付けられているので、赤外線センサの側壁部２６と窓部１２の外側縁とがステム３４により取り囲まれている。赤外線センサ素子２０又は赤外線センサ素子数個の組立体を、赤外線センサのケーシング底部２８のところに窓部１２と対向するように配置する。赤外線センサ素子は、好ましくは、サーモパイルから成る。温度センサ（図５中に図示せず）を、周知の方法でサーモパイルのすぐ近くに配置する。赤外線センサのケーシング外側に、加熱及び／又は冷却素子１６をケーシング底部２８上に同様に取り付ける。
【００２１】
図６の実施形態は、本発明に基づく第四の赤外線センサ７０を示している。このセンサは、ケーシング上部２７と、赤外線を透過する窓部１２と、ケーシング底部２８とを含む。赤外線センサ素子２０又は赤外線センサ素子数個の組立体、そして温度センサ１８をケーシングの内側のフレーム２３に取り付ける。赤外線センサ素子２０と温度センサ１８との接続２２は、概略のみで示されているが、接続ピン２１により、ケーシング底部２８内のダクト２９を介して外側に延長している。加熱／冷却素子１６を、熱配分プレート１５に取り付ける。このプレートは、ケーシング底部２８の外側に、熱伝導するように取り付けられている。しかしながら、プレート１５は、ケーシングのいずれの場所にも取付けることができる。ケーシング上部２７は、窓部１２により閉じられる開口部を含む。開口部の側壁２５は面取りされているので、窓部１２を介して入射した赤外線を赤外線センサ素子２０の方向に反射する。
【００２２】
開示された実施形態の一つと関連して説明してきた赤外線センサ又は赤外線温度計の特徴を、他の実施形態のいずれに基づいても実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の赤外線センサの第一の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の赤外線センサの平面図である。
【図３】図２の赤外線センサを有する赤外線温度計の第一のプローブを示す図である。
【図４】赤外線温度計の第二のプローブの前面に配置された、本発明の赤外線センサの第二の実施形態を示す図である。
【図５】赤外線温度計の第三のプローブの前面に配置された、本発明の赤外線センサの第三の実施形態を示す図である。
【図６】本発明の赤外線センサの第四の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  第一の赤外線センサ       ２５  側壁
１２  窓部                     ２６  側壁部
１２’窓部                     ２７  上部
１４  ケーシング               ２８  底部
１５  熱配分プレート           ２９  ダクト
１６  加熱素子                 ３０  第一のプローブ
１８  温度センサ               ３２  金属リング
２０  赤外線素子               ３４  ステム
２１  接続ピン                 ４０  第二の赤外線センサ
２２  接続                     ５０  第二のプローブ
２３  フレーム                 ６０  第三のプローブ
２４  組立体                   ７０  第四の赤外線センサ
【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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