(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物が放射する赤外線を検出する赤外線検出器と、前記赤外線検出器に入射する赤外線を遮光する遮光板と、前記遮光板を駆動する直流モータと、前記遮光板の停止位置に設けたストッパと、前記直流モータを制御する制御手段と、前記赤外線検出器の出力を基に被測定物の温度を換算する温度換算手段を有し、前記ストッパは衝撃緩衝材料により構成し、前記制御手段は前記直流モータを入光方向に回転させる正電力供給手段と、遮光方向に回転させる負電力供給手段を有し、前記正電力供給手段と前記負電力供給手段は各々予め定めた初期電力供給期間に電力を供給する初期電力供給手段と、前記初期電力供給期間の後電力を減少させて供給する減少電力供給手段を有し、前記初期電力供給期間は遮光板がストッパ到達に要する時間と遮光板がストッパから跳ね返り自然停止する時間との合計より長く設定し、前記直流モータの回転方向を交互に反転させて前記赤外線検出器に至る赤外線光路の入光と遮光を切り替える温度検出装置。
【請求項２】
ストッパは軟性ゴム材料により構成した請求項１記載の温度検出装置。
【請求項３】
ストッパ表面に粉体を塗布した請求項１または２記載の温度検出装置。
【請求項４】
ストッパは遮光板の入光停止位置と遮光停止位置を一体にして構成した請求項１記載の温度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非接触で対象物の温度を検出する温度検出装置に関し、特に赤外線の入光と遮光を制御する遮光板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より非接触で対象物の温度を検出する温度検出装置として焦電型赤外線検出器を用いたものにおいては、赤外線検出器に入射する赤外光の入光と遮光を切り替える遮光板が設けられている。この遮光板は例えば金属板のように赤外線を透過しない材料で構成し、その端部を直流モータや交流モータの回転軸に取り付け回転駆動させ、赤外線検出器に至る赤外光の入光と遮光を繰り返し断続させるという方法がある。即ち図５に示すように半円弧状の遮光板１を直流または交流モータ２の回転軸に取り付けて矢印の方向に回転駆動することで赤外線検出器３に入射する赤外光を断続する。
【０００３】
またパルスモータを回転駆動源として所定周期でパルス印加し、所定角度を例えば正転と反転を繰り返すことで赤外光を断続させる方法もある。例えば特開平７−２８０６５２号公報に示す温度測定装置の例を図６を参照しながら説明する。チョッパ（遮光板）１はパルスモータと同様の原理による駆動源である水晶時計ムーブメント４により往復運動するように駆動され、赤外線検出器３に至る赤外光を断続する。水晶時計ムーブメント４は永久磁石５と、コア６とコイル７を含み、永久磁石５にはチョッパ１の端部を取り付けている。コイル７は第１および第２の入力端子８、９にパルス入力を受け取り、このパルス入力に応答して永久磁石５が回動し、チョッパ１が矢印に示すように往復運動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、直流モータを駆動源として遮光板を回転させる上記従来例の場合には入光時間、遮光時間のばらつきにより、温度測定精度が低いという課題がある。直流モータは一般に電源電圧の変動等の原因で回転数が変動する。回転数が変動すれば入光、遮光の周期が変わり、この周期の変動により赤外線検出器の出力も変動して正確な温度検出ができない。回転数を安定させるためには、フォトインタラプタ等の回転数を検出する手段と電源電圧を調整する手段を設け、フィードバック制御を行うような複雑な制御回路が必要となる。
【０００５】
また交流モータを駆動源とした場合には、商用電源のように比較的安定した周波数のもとでは直流モータより回転数を安定させ易いが、商用電源のような交流電源を必要とするという課題がある。これは携帯型の放射温度計や放射体温計のように電池電源で構成する場合には直流電源しかなく、安定した周波数の交流電源を作るための複雑な回路が必要となり実現が困難である。
【０００６】
また水晶時計ムーブメントやパルスモータを駆動源とした場合にはマイクロプロセッサ等のデジタル信号を基に駆動するので、入光、遮光の周期は高い精度で断続できるが、遮光板が揺動しながら停止するために入光、遮光を精度よく切り替えることが困難であるという課題がある。即ちこれら駆動源は磁力による吸引力と反発力のバランスで停止し、磁力の極性を変えることで駆動するものであるから、停止の瞬間に遮光板は揺動しながら吸引力と反発力をバランスさせて停止するという特性がある。
【０００７】
図７にパルスモータの挙動の特性を示す。横軸は経過時間であり、（ａ）は駆動パルスで一定周期ｔ、デューティ５０％でＣＷ（時計方向）とＣＣＷ（反時計方向）のパルスを交互に出力している。（ｂ）がパルスモータの回転軸の回転角度で図のように停止位置に到達する時点でオーバーシュートを起こし、その後アンダーシュートを起こし、その振幅は小さくなりながら停止位置で安定する。
パルスモータや水晶時計ムーブメントは一般に図７に示すような挙動の特性を持つものであるために、これらを遮光板の駆動源として赤外光を断続すると、入光から遮光、または遮光から入光に切り替わる瞬間に非常に短い間隔で入光と遮光が切り替わる状況が発生し、そのために赤外線検出器の出力は不安定になり、温度検出の正確さを欠くという課題がある。この課題を回避するためには、揺動の最大位置であるΔθに対して十分大きい遮光板の形状にする方法があるが、この場合には温度検出装置自体も大型化してしまうという課題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、被測定物が放射する赤外線を検出する赤外線検出器と、前記赤外線検出器に入射する赤外線を遮光する遮光板と、前記遮光板を駆動する直流モータと、前記遮光板の停止位置に設けたストッパと、前記直流モータを制御する制御手段と、前記赤外線検出器の出力を基に被測定物の温度を換算する温度換算手段を有し、前記ストッパは衝撃緩衝材料により構成し、前記制御手段は前記直流モータを入光方向に回転させる正電力供給手段と、遮光方向に回転させる負電力供給手段を有し、前記正電力供給手段と前記負電力供給手段は各々予め定めた初期電力供給期間に電力を供給する初期電力供給手段と、前記初期電力供給期間の後電力を減少させて供給する減少電力供給手段を有し、前記初期電力供給期間は遮光板がストッパ到達に要する時間と遮光板がストッパから跳ね返り自然停止する時間との合計より長く設定し、前記直流モータの回転方向を交互に反転させて前記赤外線検出器に至る赤外線光路の入光と遮光を切り替える構成とした。
【０００９】
上記発明によれば、赤外線検出器が被測定物の放射する赤外線を検出し、直流モータで駆動する遮光板が衝撃緩衝剤により構成したストッパに衝突して赤外線検出器に至る赤外線光路の入光、遮光それぞれの状態で停止し、制御手段は直流モータを交互に反転させるよう駆動して入光と遮光を切り替え、赤外線検出器の出力を基に温度換算手段が被測定物の温度を換算するので、遮光板の駆動による入光時間、遮光時間は安定し、また遮光板の停止位置での揺動も起こさないので、遮光板は十分小型にしても入光と遮光の状態を安定して切り替えることができ、小型で精度の高い温度検出を行うことができ、更に正電力供給手段が直流モータを入光方向に回転させ、負電力供給手段が遮光方向に回転させ、初期電力供給手段は遮光板がストッパに到達する時間とストッパから跳ね返り自然停止する時間との合計より長い初期電力供給期間、初期電力を直流モータに供給し、その後減少電力供給手段が電力を減少させて供給するので、遮光板は確実にストッパ位置で停止し、安定した入光、遮光の切り替えができて温度検出精度が向上するとともに、消費電力を節約できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、被測定物が放射する赤外線を検出する赤外線検出器と、前記赤外線検出器に入射する赤外線を遮光する遮光板と、前記遮光板を駆動する直流モータと、前記遮光板の停止位置に設けたストッパと、前記直流モータを制御する制御手段と、前記赤外線検出器の出力を基に被測定物の温度を換算する温度換算手段を有し、前記ストッパは衝撃緩衝材料により構成し、記制御手段は直流モータを入光方向に回転させる正電力供給手段と、遮光方向に回転させる負電力供給手段を有し、前記正電力供給手段と前記負電力供給手段は各々予め定めた初期電力供給期間に電力を供給する初期電力供給手段と、前記初期電力供給期間の後電力を減少させて供給する減少電力供給手段を有し、前記初期電力供給期間は遮光板がストッパ到達に要する時間と遮光板がストッパから跳ね返り自然停止する時間との合計より長く設定し、前記直流モータの回転方向を交互に反転させて前記赤外線検出器に至る赤外線光路の入光と遮光を切り替える構成としたものである。
【００１１】
そして赤外線検出器が被測定物の放射する赤外線を検出し、直流モータで駆動する遮光板が衝撃緩衝剤により構成したストッパに衝突して赤外線検出器に至る赤外線光路の入光、遮光それぞれの状態で停止し、制御手段は直流モータを交互に反転させるよう駆動して入光と遮光を切り替え、赤外線検出器の出力を基に温度換算手段が被測定物の温度を換算するので、遮光板の駆動による入光時間、遮光時間は安定し、また遮光板の停止位置での揺動も起こさないので、遮光板は十分小型にしても入光と遮光の状態を安定して切り替えることができ、小型で精度の高い温度検出を行うことができ、更に正電力供給手段が直流モータを入光方向に回転させ、負電力供給手段が遮光方向に回転させ、初期電力供給手段は遮光板がストッパに到達する時間とストッパから跳ね返り自然停止する時間との合計より長い初期電力供給期間、初期電力を直流モータに供給し、その後減少電力供給手段が電力を減少させて供給するので、遮光板は確実にストッパ位置で停止し、安定した入光、遮光の切り替えができて温度検出精度が向上するとともに、消費電力を節約できる。
【００１２】
またストッパは軟性ゴム材料により構成したものである。
【００１３】
そして遮光板は軟性ゴム材料により構成したストッパに衝突して停止するので、衝突による遮光板のストッパへの食い込み、跳ね返りを少なくし、また衝突音を低減できる。
【００１４】
またストッパ表面に粉体を塗布した構成としたものである。
【００１５】
そしてストッパには粉体を塗布しているので粘着性を低減でき、遮光板が衝突して停止した際にストッパに接着することなく安定して入光、遮光を切り替えることができる。
【００１６】
またストッパは遮光板の入光停止位置と遮光停止位置を一体にして構成したものである。
【００１７】
そして入光停止位置のストッパと遮光停止位置のストッパを一体にして構成しているので、ストッパの間隔を精度よく構成でき、駆動信号発生から入光、遮光の状態切替までの時間差の精度を高めることができて、精度の高い温度検出を行うことができる。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の一実施例を図１〜図４を参照しながら説明する。図１は本発明の実施例として温度検出装置を体温計に搭載した応用例の構成ブロック図である。また図２は遮光板部の要部拡大図である。また図３は発生する音の特性図である。また図４は動作を説明するタイミングチャート図である。
【００１９】
一般に表面温度を計測する体温計としては、鼓膜や口腔、肛門など外気に接触しにくい部分の温度を計測することでほぼ体温を計測できる。特に鼓膜は体温を制御する視床下部が近いこともあり、体温計測として適切な場所として知られている。図１において１０は温度を測定すべき被測定物で例えば鼓膜である。１１は耳孔に挿入するプローブで先端にいくに従って径を細くして耳孔に挿入しやすい形状としている。１２は鼓膜１０から発せられる赤外線を集光する集光手段で凹面鏡により構成していて、集光した赤外線は遮光板１を介して赤外線検出器３に入射する。
【００２０】
遮光板１はモータ２によりストッパ１３に衝突しながら往復回転駆動し、赤外線検出器３に至る赤外光の入光、遮光の状態切り替えを繰り返し断続する。赤外線検出器３は焦電型で、感知する赤外線量の微分値に相関を持って出力が変化する。ここで遮光板１は金属により構成していて、遮光しているときは赤外線検出器３自身が放射する赤外線が金属面で反射して赤外線検出器３に入光する。即ち、赤外線検出器３の出力は遮光板１の断続動作により鼓膜１０と赤外線検出器３の温度差と相関がある。また赤外線検出器３の近傍には赤外線検出器３の温度を検知するための温度センサ１４を配設している。温度センサ１４は一般周知のサーミスタによるものである。
【００２１】
赤外線検出器３の出力は増幅器１５で増幅し、増幅器１５で増幅した出力電圧と温度センサ１４の出力電圧はＡＤ変換器１６でデジタル化する。１７は温度換算手段でＡＤ変換器１６の出力を基に鼓膜１０の温度換算を行う。赤外線検出器３の出力は遮光板１の断続動作により交流波形となり、その振幅は鼓膜１０の温度と赤外線検出器３の温度の４乗の差に比例する。温度換算手段１７はこの関係に基づき鼓膜１０の温度換算を行い表示手段１８で表示する。
【００２２】
１９は制御手段で直流モータ２の駆動制御を行うもので、遮光状態から入光状態に切り替える正電力供給手段２０と、入光状態から遮光状態に切り替える負電力供給手段２１より成る。更に正電力供給手段２０は遮光板１を駆動する電力を供給する初期電力供給手段２０ａと、遮光板１がストッパ１３の位置を保持する電力を供給する減少電力供給手段２０ｂより成り、負電力供給手段２１も遮光板１を駆動する電力を供給する初期電力供給手段２１ａと、遮光板１がストッパ１３の位置を保持する電力を供給する減少電力供給手段２１ｂより成る。
【００２３】
図２において１は遮光板で入光状態で停止している状態である。２が直流モータで直流モータ２のシャフト２２に遮光板固定治具２３を介して遮光板１を固定している。赤外線検出器３は筐体２４の内部に封入し、赤外線を透過する例えばシリコン材料より成る窓部２５を介して赤外線を受光する。
【００２４】
ストッパ１３は遮光板１が入光状態で停止するときに接する入光停止部１３ａと、遮光状態で停止するときに接する遮光停止部１３ｂが継部１３ｃでつながり一体で構成している。一体にすることにより組立が容易になるほか、入光停止部１３ａと遮光停止部１３ｂの間隔を精度よく管理することができ、遮光板１が駆動し始めてから入光／遮光の状態が切り替わるまでの時間の精度を保つことができ、測定温度精度の向上ができる。
【００２５】
またストッパ１３は、遮光板１の衝突による衝撃を吸収する衝撃緩衝材料で構成しているので、遮光板１の変形等がなく、信頼性、耐久性を高める効果がある。特に軟性ゴム材料で構成した場合には、遮光板１がストッパ１３に衝突するときに発生する音を低減でき、耳に入れて温度検出を行うような体温計においては効果が大きい。
【００２６】
図３にストッパ１３のゴム材料の硬度と発生する音のレベルの特性を示す。図３は上記構成でプローブ１１の先端から１０ｍｍの位置で音のレベルを計測した実験結果であり、ゴム材料の硬度はＪＩＳＫ６３０１の硬度計で測定したものである。図示したようにストッパ材料としては軟らかいほど静音効果があるが、ある程度以上衝突音を低減しても直流モータ２自身の回転により発生する音が勝り音レベルは下がらない。図３はＨＳ４０程度の軟性ゴム材料で構成することが望ましいことを意味している。
【００２７】
図２において２６はストッパ１３の表面に塗布した粉体で例えば天花粉である。粉体２６をストッパ１３の表面に塗布することで、ゴム材料の粘着性を除去でき遮光板１はより安定に駆動できる。２７はストッパ固定部でストッパ１３を挿入することで固定し、２８は赤外線検出器固定部で赤外線検出器３をストッパ固定部２７と挟んで固定し、２９はモータ固定部で直流モータ２をストッパ固定部２７と挟んで固定する。以上の構成で直流モータ２が正転、反転を繰り返すと遮光板１はストッパ１３の入光停止部１３ａと遮光停止部１３ｂに衝突して停止し、安定した入光と遮光の状態切替ができる。
【００２８】
図４に制御手段１９の具体的動作を示す。直流モータ２に印加する電圧と直流モータ２の回転角度を示す。図４のｔ１の期間は遮光板１を入光状態に駆動し入光状態で静止させる正電力供給期間で、正電力供給手段２０により電力供給する。ｔ２の期間は遮光板１を遮光状態に駆動し遮光状態で静止させる負電力供給期間で、負電力供給手段２１で電力供給する。本実施例ではｔ１とｔ２は同じ時間としているが、別々の時間に設定してもよい。
【００２９】
正電力供給期間の中でｔ１ａは初期電力供給期間で、遮光板１を入光状態に駆動するために初期電力供給手段２０ａにより電力供給を行い、ｔ１ｂは減少電力供給期間で、遮光板１をストッパ１３の入光停止部１３ａの位置に保持しておくために減少電力供給手段２０ｂにより間欠的に電力供給を行う。同様に負電力供給期間の中でｔ２ａは初期電力供給期間で、遮光板１を遮光状態に駆動するために初期電力供給手段２１ａにより電力供給を行い、ｔ２ｂは減少電力供給期間で、遮光板１を遮光停止部１３ｂの位置に保持しておくために減少電力供給手段２１ｂにより間欠的に電力供給を行う。
【００３０】
ここで減少電力供給手段２０ｂ、２１ｂは間欠的に電力供給を行うものとしたがこれは電力供給回路構成を簡単にできる効果があるが、本発明を拘束するものではない。例えば、一定電力で初期電力供給期間より少ない電力供給を行ってもよいし、ｔ１、ｔ２が十分短ければ電力供給を休止してもよい。それは遮光板１がストッパ１３の入光停止部１３ａ、または遮光停止部１３ｂからずれる要因として人の手の振動が考えられるが、ｔ１、ｔ２が十分短く例えば０．１秒未満のような時間であれば、人の手の振動周期の方が十分長いので遮光板１はほとんどずれないからである。
【００３１】
図４においてΔθは遮光板１がストッパ１３に食い込み、その反動で跳ね返るために起こる揺動であるが、従来例で示した図７のΔθと比較すると十分に小さい。ここでｔ３は遮光板１が駆動を始めてからストッパ１３に衝突し食い込み跳ね返るのに要する時間であり、初期電力供給期間ｔ１ａ、ｔ２ａはこのｔ３により長くしておくことで、ストッパ１３から跳ね返りずれた位置で遮光板１が停止することはなく、安定して入光と遮光を切り替えることができる。
【００３２】
以上、本発明の温度検出装置を鼓膜の温度を非接触で計測する携帯型の体温計に搭載した応用例として実施例の説明を行ってきたが、これは本発明を限定するものでなく、例えば機器に組み込み非接触で温度を検出し制御する電子レンジやエアコンなどに応用してもよく同様の効果を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の温度検出器は以下の効果を有する。
（１）赤外線検出器が被測定物の放射する赤外線を検出し、直流モータで駆動する遮光板が衝撃緩衝剤により構成したストッパに衝突して赤外線検出器に至る赤外線光路の入光、遮光それぞれの状態で停止し、制御手段は直流モータを交互に反転させるよう駆動して入光と遮光を切り替え、赤外線検出器の出力を基に温度換算手段が被測定物の温度を換算するので、遮光板の駆動による入光時間、遮光時間は安定し、また遮光板の停止位置での揺動も起こさないので、遮光板は十分小型にしても入光と遮光の状態を安定して切り替えることができ、小型で精度の高い温度検出を行うことができ、更に正電力供給手段が直流モータを入光方向に回転させ、負電力供給手段が遮光方向に回転させ、初期電力供給手段は遮光板がストッパに到達する時間とストッパから跳ね返り自然停止する時間との合計より長い初期電力供給期間、初期電力を直流モータに供給し、その後減少電力供給手段が電力を減少させて供給するので、遮光板は確実にストッパ位置で停止し、安定した入光、遮光の切り替えができて温度検出精度が向上するとともに、消費電力を節約できる。
【００３４】
（２）遮光板は軟性ゴム材料により構成したストッパに衝突して停止するので、衝突による遮光板のストッパへの食い込み、跳ね返りが少なく、入光と遮光の状態を安定して切り替えることができ、精度の高い温度検出を行うことができ、また衝突音を低減できる。
【００３５】
（３）ストッパには粉体を塗布しているので粘着性を低減でき、遮光板が衝突して停止した際にストッパに接着することなく安定して入光、遮光を切り替えることができ、精度の高い温度検出を行うことができる。
【００３６】
（４）入光停止位置のストッパと遮光停止位置のストッパを一体にして構成しているので、ストッパの間隔を精度よく構成でき、駆動信号発生から入光、遮光の状態切替までの時間差の精度を高めることができて、精度の高い温度検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例における温度検出装置の構成ブロック図
【図２】  同温度検出装置の遮光板部の要部拡大図
【図３】  同温度検出装置の発生する音の特性図
【図４】  同温度検出装置の動作を説明するタイミングチャート
【図５】  従来の温度検出装置の構成図
【図６】  従来の温度検出装置の構成図
【図７】  従来の温度検出装置の動作を説明するタイミングチャート
【符号の説明】
１  遮光板
２  直流モータ
３  赤外線検出器
１０  被測定物
１３  ストッパ
１７  温度換算手段
１９  制御手段
２０  正電力供給手段
２１  負電力供給手段
２０ａ、２１ａ  初期電力供給手段
２０ｂ、２１ｂ  減少電力供給手段
２６  粉体
【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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