(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物から放射される赤外線を集光する円形断面の集光素子と、前記集光素子で集光された赤外線を受光する赤外受光素子と、前記集光素子と前記赤外受光素子を保持する筐体とから構成され、前記集光素子から所定距離光軸方向に離れた光軸を中心とする円形領域を、被測定物面における受光したい領域とする赤外センサにおいて、被測定物における受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点から光軸に対して前記境界に位置する点と同じ側の前記集光素子の縁を通過して前記集光素子による前記境界に位置する点の像点へ到達する光路と光軸との交点と、前記境界に位置する点およびこの点と光軸を挟んで反対側にあるもう１つの前記境界に位置する点の２つの点の前記集光素子による２つの像点とで形成される、前記集光素子の子午面内の三角形内に、前記赤外受光素子を設置し、かつ前記集光素子から前記赤外受光素子に達する光路上の赤外線が、すべて前記赤外受光素子に達することを特徴とする赤外センサ。
【請求項２】
被測定物から放射される赤外線を集光する集光素子と、前記集光素子で集光された赤外線を受光する赤外受光素子と、前記集光素子と前記赤外受光素子を保持する筐体とから構成され、前記集光素子から所定距離光軸方向に離れた光軸を中心とする円形領域を、被測定物面における受光したい領域とする赤外センサにおいて、被測定物における受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点から光軸を挟んで前記境界に位置する点と反対側の前記集光素子の縁を通過して前記集光素子による前記境界に位置する点の像点へ到達する光路と光軸との交点と、前記境界に位置する点およびこの点と光軸を挟んで反対側にあるもう１つの前記境界に位置する点の２つの点の前記集光素子による２つの像点とで形成される、前記集光素子の子午面内の三角形内に、前記赤外受光素子を設置し、かつ前記集光素子から前記赤外受光素子に達する光路上の赤外線が、すべて前記赤外受光素子に達することを特徴とする赤外センサ。
【請求項３】
被測定物から集光素子に向かう光が筒内を通過する筒状の固定部が筐体の先端に接続固定され、この固定部の筒内周面が、前記境界に位置する点から光軸に対して前記境界に位置する点と同じ側の前記集光素子の縁に向かう光路の外側に位置するように構
成されている請求項１または２記載の赤外センサ。
【請求項４】
被測定物から放射される赤外線を集光する円形断面の集光素子と、前記集光素子で集光された赤外線を受光する赤外受光素子と、前記集光素子と前記赤外受光素子を保持する筐体と、前記筐体の先端に接続固定されて被測定物側に延びる筒状の固定部とを備え、この固定部の一部において内壁断面が集光素子の径より小の径を有する円形となっている赤外センサにおいて、前記集光素子の縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点から、光軸に対して前記固定部の先端の面と交叉する点と同じ側の前記集光素子の縁を通過して前記集光素子による前記固定部の先端の面と交叉する点の像点へ到達する光路と光軸との交点と、前記固定部の先端の面と交叉する点およびこの点と光軸を挟んで反対側にあるもう１つの前記固定部の先端の面と交叉する点の２つの点の前記集光素子による２つの像点とで形成される、前記集光素子の子午面内の三角形内に、前記赤外受光素子を設置し、かつ前記集光素子から前記赤外受光素子に達する光路上の赤外線が、すべて前記赤外受光素子に達することを特徴とする赤外センサ。
【請求項５】
前記赤外受光素子を、前記集光素子の焦点距離ｆと、前記赤外受光素子の半径ｒs と、前記集光素子の縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部先端の面と交叉する点と光軸との距離ｒαと、前記集光素子の縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点と前記集光素子との距離Ｌαと、前記集光素子の半径ｒ3 を用いて、
【数１】
0003838748.tif 000086
で与えられるＬ3 だけ前記集光素子の焦点よりも集光素子から遠くに設置したことを特徴とする請求項４記載の赤外センサ。
【請求項６】
被測定物から放射される赤外線を集光する円形断面の集光素子と、前記集光素子で集光された赤外線を受光する赤外受光素子と、前記集光素子と前記赤外受光素子を保持する筐体と、前記筐体の先端に接続固定されて被測定物側に延びる筒状の固定部とを備え、この固定部の一部において内壁断面が集光素子の径より小の径を有する円形となっている赤外センサにおいて、前記集光素子の縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点から、光軸を挟んで前記固定部の先端の面と交叉する点と反対側の前記集光素子の縁を通過して前記集光素子による前記固定部の先端の面と交叉する点の像点へ到達する光路と光軸との交点と、前記固定部の先端の面と交叉する点およびこの点と光軸を挟んで反対側にあるもう１つの前記固定部の先端の面と交叉する点の２つの点の前記集光素子による２つの像点とで形成される、前記集光素子の子午面内の三角形内に、前記赤外受光素子を設置し、かつ前記集光素子から前記赤外受光素子に達する光路上の赤外線が、すべて前記赤外受光素子に達することを特徴とする赤外センサ。
【請求項７】
前記赤外受光素子を、前記集光素子の焦点距離ｆと、前記赤外受光素子の半径ｒs と、前記集光素子の縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点と光軸との距離ｒαと、前記集光素子の縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部先端の面と交叉する点と前記集光素子との距離Ｌαと、前記集光素子の半径ｒ3 を用いて、
【数２】
0003838748.tif 000087
で表されるＬ3 だけ前記集光素子の焦点よりも集光素子から遠くに設置したことを特徴とする請求項６記載の赤外センサ。
【請求項８】
被測定物から放射される赤外線を集光する集光素子と、前記集光素子で集光された赤外線を受光する赤外受光素子と、前記集光素子と前記赤外受光素子を保持する筐体と、前記筐体の先端に接続固定されて被測定物側に延びる筒状の固定部と、前記固定部を通過して前記集光素子に達する赤外線の一部をカットして集光素子の有効領域を制限する円形断面のレンズ開口絞りとを備え、前記固定部の一部において内壁の断面がレンズ開口絞りの径より小の径を有する円形となっている赤外センサにおいて、前記レンズ開口絞りの縁から光軸に対して前記レンズ開口絞りの縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するように引いた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点から、光軸に対して前記固定部の先端の面と交叉する点と同じ側の前記レンズ開口絞りの縁を通過して前記集光素子による前記固定部の先端の面と交叉する点の像点へ到達する光路と光軸との交点と、前記固定部の先端の面と交叉する点およびこの点と光軸を挟んで反対側にあるもう１つの前記固定部の先端の面と交叉する点の２つの点の前記集光素子による２つの像点とで形成される、前記集光素子の子午面内の三角形内に、前記赤外受光素子を設置し、かつ前記集光素子から前記赤外受光素子に達する光路上の赤外線が、すべて前記赤外受光素子に達することを特徴とする赤外センサ。
【請求項９】
前記赤外受光素子を、前記集光素子の焦点距離ｆと、前記赤外受光素子の半径ｒs と、前記レンズ開口絞りの縁から光軸に対して前記レンズ開口絞りの縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部先端の面と交叉する点と光軸との距離ｒαと、前記レンズ開口絞りの縁から光軸に対して前記レンズ開口絞りの縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点と前記レンズ開口絞りとの距離Ｌαと、前記レンズ開口絞りと前記集光素子との距離Ｌ2 と、前記レンズ開口絞りの開口半径ｒ2 を用いて、
【数３】
0003838748.tif 000088
で表されるＬ3 だけ前記集光素子の焦点よりも集光素子から遠くに設置し、且つ前記レンズ開口絞りの縁から光軸に対して前記レンズ開口絞りの縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点と光軸との距離ｒα、前記固定部の先端以外の点と光軸との距離ｒB 、前記集光素子の焦点距離ｆ、前記集光素子と前記レンズ開口絞りとの距離Ｌ2 、前記集光素子の焦点と前記赤外受光素子の距離Ｌ3 に、
ｒB ≧ｒα
ｆ( ｆ＋Ｌ3)＞Ｌ3・Ｌ2 の関係が成り立つことを特徴とする請求項８記載の赤外セン
サ。
【請求項１０】
被測定物から放射される赤外線を集光する集光素子と、前記集光素子で集光された赤外線を受光する赤外受光素子と、前記集光素子と前記赤外受光素子を保持する筐体と、前記筐体の先端に接続固定されて被測定物側に延びる筒状の固定部と、前記固定
部を通過して前記集光素子に達する赤外線の一部をカットして集光素子の有効領域を制限する円形断面のレンズ開口絞りとを備え、前記固定部の一部において内壁の断面がレンズ開口絞りの径より小の径を有する円形となっている赤外センサにおいて、前記レンズ開口絞りの縁から光軸に対して前記レンズ開口絞りの縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するように引いた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点から、光軸を挟んで前記固定部の先端の面と交叉する点と反対側の前記レンズ開口絞りの縁を通過して前記集光素子による前記固定部の先端の面と交叉する点の像点へ到達する光路と光軸との交点と、前記固定部の先端の面と交叉する点およびこの点と光軸を挟んで反対側にあるもう１つの前記固定部の先端の面と交叉する点の２つの点の前記集光素子による２つの像点とで形成される、前記集光素子の子午面内の三角形内に、前記赤外受光素子を設置し、かつ前記集光素子から前記赤外受光素子に達する光路上の赤外線が、すべて前記赤外受光素子に達することを特徴とする赤外センサ。
【請求項１１】
前記赤外受光素子を、前記集光素子の焦点距離ｆと、前記赤外受光素子の半径ｒs と、前記レンズ開口絞りの縁から光軸に対して前記レンズ開口絞りの縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点と光軸との距離ｒαと、前記レンズ開口絞りの縁から光軸に対して前記レンズ開口絞りの縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部先端の面と交叉する点と前記レンズ開口絞りとの距離Ｌαと、前記レンズ開口絞りと前記集光素子との距離Ｌ2 と、前記レンズ開口絞りの開口半径ｒ2 を用いて、
【数４】
0003838748.tif 000089
で表されるＬ3 だけ前記集光素子の焦点よりも集光素子から遠くに設置し、且つ前記レンズ開口絞りの縁から光軸に対して前記レンズ開口絞りの縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点と光軸との距離ｒα、前記固定部の先端以外の点と光軸との距離ｒB 、前記集光素子の焦点距離ｆ、前記集光素子と前記レンズ開口絞りとの距離Ｌ2 、前記集光素子の焦点と前記赤外受光素子の距離Ｌ3 に、
ｒB ≧ｒα
ｆ( ｆ＋Ｌ3)＞Ｌ3・Ｌ2 の関係が成り立つことを特徴とする請求項１０記載の赤外セ
ンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は赤外センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より赤外センサには赤外受光素子を用いて赤外線を検知するものが利用されている。以下、図面を参照しながら上記した従来の赤外センサの一例について説明する。
【０００３】
図４５は第１の従来例である赤外センサの構成を示すものである。図４５において９は筐体、４は赤外センサ、１０は開口部である。
【０００４】
以上のように構成された赤外センサについて、以下その動作について説明する。
【０００５】
まず、被測定物に開口部１０が向けられる。被測定物から放射される赤外線は筐体の開口部を通過して赤外線受光素子に入射する。赤外受光素子の出力が赤外受光素子に入射する赤外線の強度に依存し、赤外線受光素子に入射する赤外線の強度が被測定物の温度に依存することを利用して、比測定物の温度を検出したり、被測定物の有無判別などを行う。赤外センサの受光領域の大きさは赤外受光素子４の大きさと開口部４の開口径で幾何学的に決まる。受光部４と開口部１０の開口径を小さくすることで、赤外センサの受光領域を小さくできる。
【０００６】
図４６は第２の従来例である赤外センサの構成を示すものである。図４６において、９は筐体、４は赤外センサ、１０は開口部、１は赤外センサを穴などの凹部に固定するための筒状の固定部である。
【０００７】
以上のように構成された赤外センサについて、以下その動作について説明する。
【０００８】
まず、穴などの凹部に固定部１を挿入して赤外センサを固定する。被測定物から放射される赤外線は固定部の開口部を通過して赤外線受光素子に入射する。赤外受光素子の出力が赤外受光素子に入射する赤外線の強度に依存し、赤外線受光素子に入射する赤外線の強度が被測定物の温度に依存することを利用して、被測定物の温度を検出したり、被測定物の有無判別などを行う。赤外センサの受光領域の大きさは赤外受光素子４の大きさと開口部４の開口径で幾何学的に決まる。
【０００９】
受光部４と開口部１０の開口径を小さくすることで、赤外センサの受光領域を小さくできる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の従来例に示す構成では、狭い領域のみを測定する際に、開口部１０の大きさ、あるいは受光素子４を小さくすることによって受光領域を狭める必要がある。開口部１０、受光素子４を小さくすれば受光領域も小さくなるが、受光量も小さくなる問題が生じる。受光量が小さいと、受光素子の出力のＳ／Ｎが悪化し、測定精度が低下してしまう。
【００１１】
また、第２の従来例に示す構成では、被測定物に固定部が挿入されれば固定部が被測定物によって温度変化を生じ、固定部から放射される赤外線量が変化する。固定部からの光を受光しないためには受光領域を小さくする必要がある。そこで、開口部１０、受光素子４を小さくすることによって受光領域を小さくできるが、同時に受光量も小さくなる問題が生じる。受光量が小さいと、受光素子の出力のＳ／Ｎが悪化し、測定精度が低下してしまう。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑み、大きい受光量と小さい受光領域を両立させた赤外センサを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の赤外センサは、被測定物から放射される赤外線を集光する集光素子と、前記集光素子で集光された赤外線を受光する赤外受光素子と、前記集光素子と前記赤外受光素子を保持する筐体とから構成され、前記集光素子から所定距離光軸方向に離れた光軸を中心とする円形領域を、被測定物面における受光したい領域とする赤外センサにおいて、被測定物における受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点から光軸に対して前記境界に位置する点と同じ側の前記集光素子の縁を通過して前記集光素子による前記境界に位置する点の像点へ到達する光路と光軸との交点と、前記境界に位置する点およびこの点と光軸を挟んで反対側にあるもう１つの前記境界に位置する点の２つの点の前記集光素子による２つの像点とで形成される、前記集光素子の子午面内の三角形内に、前記赤外受光素子を設置し、かつ前記集光素子から前記赤外受光素子に達する光路上の赤外線が、すべて前記赤外受光素子に達することを特徴とする。本発明によれば、受光素子によって被測定物から放射される赤外光を効率よく集光することができるので、受光量を大きくできる。また本発明によれば、不要な領域から集光素子に入射する光を受光素子以外の位置へ進行させることができ、受光領域を制限することができる。
【００１４】
本発明の第二の赤外センサは、被測定物から放射される赤外線を集光する集光素子と、前記集光素子で集光された赤外線を受光する赤外受光素子と、前記集光素子と前記赤外受光素子を保持する筐体とから構成され、前記集光素子から所定距離光軸方向に離れた光軸を中心とする円形領域を、被測定物面における受光したい領域とする赤外センサにおいて、被測定物における受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点から光軸を挟んで前記境界に位置する点と反対側の前記集光素子の縁を通過して前記集光素子による前記境界に位置する点の像点へ到達する光路と光軸との交点と、前記境界に位置する点およびこの点と光軸を挟んで反対側にあるもう１つの前記境界に位置する点の２つの点の前記集光素子による２つの像点とで形成される、前記集光素子の子午面内の三角形内に、前記赤外受光素子を設置し、かつ前記集光素子から前記赤外受光素子に達する光路上の赤外線が、すべて前記赤外受光素子に達することを特徴とする。本発明によれば、受光素子によって被測定物から放射される赤外光を効率よく集光することができるので、受光量を大きくできる。また本発明によれば、不要な領域から集光素子に入射する光を受光素子以外の位置へ進行させることができ、受光領域を制限することができる。
【００１８】
本発明の第三の赤外センサは、上記第一または第二の赤外センサに係る発明において、被測定物から集光素子に向かう光が筒内を通過する筒状の固定部が筐体の先端に接続固定され、この固定部の筒内周面が、前記境界に位置する点から光軸に対して前記境界に位置する点と同じ側の前記集光素子の縁に向かう光路の外側に位置するように構成されていることを特徴とする。本発明によれば、受光素子によって被測定物から放射される赤外光を効率よく集光することができるので、受光量を大きくできる。また本発明によれば、不要な領域から集光素子に入射する光を受光素子以外の位置へ進行させることができ、受光領域を制限することができる。
【００２３】
本発明の第四の赤外センサは、被測定物から放射される赤外線を集光する円形断面の集光素子と、前記集光素子で集光された赤外線を受光する赤外受光素子と、前記集光素子と前記赤外受光素子を保持する筐体と、前記筐体の先端に接続固定されて被測定物側に延びる筒状の固定部とを備え、この固定部の一部において内壁断面が集光素子の径より小の径を有する円形となっている赤外センサにおいて、前記集光素子の縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点から、光軸に対して前記固定部の先端の面と交叉する点と同じ側の前記集光素子の縁を通過して前記集光素子による前記固定部の先端の面と交叉する点の像点へ到達する光路と光軸との交点と、前記固定部の先端の面と交叉する点およびこの点と光軸を挟んで反対側にあるもう１つの前記固定部の先端の面と交叉する点の２つの点の前記集光素子による２つの像点とで形成される、前記集光素子の子午面内の三角形内に、前記赤外受光素子を設置し、かつ前記集光素子から前記赤外受光素子に達する光路上の赤外線が、すべて前記赤外受光素子に達することを特徴とする。本発明によれば、固定部以外の領域を受光領域とすることができるため固定部の温度変化の影響を受けない高精度な赤外センサが実現できる。また、受光領域を固定部からの光を受光しない条件で最大限に受光量を大きくできるので、Ｓ／Ｎが向上し検出精度を高められる。
【００２５】
上記赤外センサにおいて、前記赤外受光素子を、前記集光素子の焦点距離ｆと、前記赤外受光素子の半径ｒs と、前記集光素子の縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部先端の面と交叉する点と光軸との距離ｒαと、前記集光素子の縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点と前記集光素子との距離Ｌαと、前記集光素子の半径ｒ3 を用いて、
【００２６】
【数５】
0003838748.tif 000002
【００２７】
で与えられるＬ3 だけ前記集光素子の焦点よりも集光素子から遠くに設置することが望ましい。これにより、光軸付近に受光領域を制限し、固定部からの赤外線を受光しない高安定な赤外センサが実現できる。
【００２８】
本発明の第五の赤外センサは、被測定物から放射される赤外線を集光する円形断面の集光素子と、前記集光素子で集光された赤外線を受光する赤外受光素子と、前記集光素子と前記赤外受光素子を保持する筐体と、前記筐体の先端に接続固定されて被測定物側に延びる筒状の固定部とを備え、この固定部の一部において内壁断面が集光素子の径より小の径を有する円形となっている赤外センサにおいて、前記集光素子の縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点から、光軸を挟んで前記固定部の先端の面と交叉する点と反対側の前記集光素子の縁を通過して前記集光素子による前記固定部の先端の面と交叉する点の像点へ到達する光路と光軸との交点と、前記固定部の先端の面と交叉する点およびこの点と光軸を挟んで反対側にあるもう１つの前記固定部の先端の面と交叉する点の２つの点の前記集光素子による２つの像点とで形成される、前記集光素子の子午面内の三角形内に、前記赤外受光素子を設置し、かつ前記集光素子から前記赤外受光素子に達する光路上の赤外線が、すべて前記赤外受光素子に達することを特徴とする。本発明によれば、固定部以外の領域を受光領域とすることができるため固定部の温度変化の影響を受けない高精度な赤外センサが実現できる。また、受光領域を固定部からの光を受光しない条件で最大限に受光量を大きくできるので、Ｓ／Ｎが向上し検出精度を高められる。
【００３０】
上記赤外センサにおいて、前記赤外受光素子を、前記集光素子の焦点距離ｆと、前記赤外受光素子の半径ｒs と、前記集光素子の縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点と光軸との距離ｒαと、前記集光素子の縁から光軸に対して前記集光素子の縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部先端の面と交叉する点と前記集光素子との距離Ｌαと、前記集光素子の半径ｒ3 を用いて、
【００３１】
【数６】
0003838748.tif 000003
【００３２】
で表されるＬ3 だけ前記集光素子の焦点よりも集光素子から遠くに設置することが望ましい。これにより、光軸付近に受光領域を制限し、固定部からの赤外線を受光しない高安定な赤外センサが実現できる。
【００３５】
本発明の第六の赤外センサは、被測定物から放射される赤外線を集光する集光素子と、前記集光素子で集光された赤外線を受光する赤外受光素子と、前記集光素子と前記赤外受光素子を保持する筐体と、前記筐体の先端に接続固定されて被測定物側に延びる筒状の固定部と、前記固定部を通過して前記集光素子に達する赤外線の一部をカットして集光素子の有効領域を制限する円形断面のレンズ開口絞りとを備え、前記固定部の一部において内壁の断面がレンズ開口絞りの径より小の径を有する円形となっている赤外センサにおいて、前記レンズ開口絞りの縁から光軸に対して前記レンズ開口絞りの縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するように引いた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点から、光軸に対して前記固定部の先端の面と交叉する点と同じ側の前記レンズ開口絞りの縁を通過して前記集光素子による前記固定部の先端の面と交叉する点の像点へ到達する光路と光軸との交点と、前記固定部の先端の面と交叉する点およびこの点と光軸を挟んで反対側にあるもう１つの前記固定部の先端の面と交叉する点の２つの点の前記集光素子による２つの像点とで形成される、前記集光素子の子午面内の三角形内に、前記赤外受光素子を設置し、かつ前記集光素子から前記赤外受光素子に達する光路上の赤外線が、すべて前記赤外受光素子に達することを特徴とする。本発明によれば、固定部以外の領域を受光領域とすることができるため固定部の温度変化の影響を受けない高精度な赤外センサが実現できる。また、受光領域を固定部からの光を受光しない条件で最大限に受光量を大きくできるので、Ｓ／Ｎが向上し検出精度を高められる。
【００３６】
上記赤外センサにおいて、前記赤外受光素子を、前記集光素子の焦点距離ｆと、前記赤外受光素子の半径ｒs と、前記レンズ開口絞りの縁から光軸に対して前記レンズ開口絞りの縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部先端の面と交叉する点と光軸との距離ｒαと、前記レンズ開口絞りの縁から光軸に対して前記レンズ開口絞りの縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点と前記レンズ開口絞りとの距離Ｌαと、前記レンズ開口絞りと前記集光素子との距離Ｌ2 と、前記レンズ開口絞りの開口半径ｒ2 を用いて、
【００３７】
【数７】
0003838748.tif 000004
【００３８】
で表されるＬ3 だけ前記集光素子の焦点よりも集光素子から遠くに設置し、且つ前記レンズ開口絞りの縁から光軸に対して前記レンズ開口絞りの縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点と光軸との距離ｒα、前記固定部の先端以外の点と光軸との距離ｒB 、前記集光素子の焦点距離ｆ、前記集光素子と前記レンズ開口絞りとの距離Ｌ2 、前記集光素子の焦点と前記赤外受光素子の距離Ｌ3 に、
ｒB ≧ｒα
ｆ( ｆ＋Ｌ3)＞Ｌ3・Ｌ2
の関係が成り立つことが望ましい。これにより、光軸付近に受光領域を制限し、固定部からの赤外線を受光しない高安定な赤外センサが実現できる。
【００４０】
本発明の第七の赤外センサは、被測定物から放射される赤外線を集光する集光素子と、前記集光素子で集光された赤外線を受光する赤外受光素子と、前記集光素子と前記赤外受光素子を保持する筐体と、前記筐体の先端に接続固定されて被測定物側に延びる筒状の固定部と、前記固定
部を通過して前記集光素子に達する赤外線の一部をカットして集光素子の有効領域を制限する円形断面のレンズ開口絞りとを備え、前記固定部の一部において内壁の断面がレンズ開口絞りの径より小の径を有する円形となっている赤外センサにおいて、前記レンズ開口絞りの縁から光軸に対して前記レンズ開口絞りの縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するように引いた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点から、光軸を挟んで前記固定部の先端の面と交叉する点と反対側の前記レンズ開口絞りの縁を通過して前記集光素子による前記固定部の先端の面と交叉する点の像点へ到達する光路と光軸との交点と、前記固定部の先端の面と交叉する点およびこの点と光軸を挟んで反対側にあるもう１つの前記固定部の先端の面と交叉する点の２つの点の前記集光素子による２つの像点とで形成される、前記集光素子の子午面内の三角形内に、前記赤外受光素子を設置し、かつ前記集光素子から前記赤外受光素子に達する光路上の赤外線が、すべて前記赤外受光素子に達することを特徴とする。本発明によれば、固定部以外の領域を受光領域とすることができるため固定部の温度変化の影響を受けない高精度な赤外センサが実現できる。また、受光領域を固定部からの光を受光しない条件で最大限に受光量を大きくできるので、Ｓ／Ｎが向上し検出精度を高められる。
【００４１】
上記センサにおいて、前記赤外受光素子を、前記集光素子の焦点距離ｆと、前記赤外受光素子の半径ｒs と、前記レンズ開口絞りの縁から光軸に対して前記レンズ開口絞りの縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点と光軸との距離ｒαと、前記レンズ開口絞りの縁から光軸に対して前記レンズ開口絞りの縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部先端の面と交叉する点と前記レンズ開口絞りとの距離Ｌαと、前記レンズ開口絞りと前記集光素子との距離Ｌ2 と、前記レンズ開口絞りの開口半径ｒ2 を用いて、
【００４２】
【数８】
0003838748.tif 000005
【００４３】
で表されるＬ3 だけ前記集光素子の焦点よりも集光素子から遠くに設置し、且つ前記レンズ開口絞りの縁から光軸に対して前記レンズ開口絞りの縁と同じ側の前記固定部の内壁に接するようにひいた直線が前記固定部の先端の面と交叉する点と光軸との距離ｒα、前記固定部の先端以外の点と光軸との距離ｒB 、前記集光素子の焦点距離ｆ、前記集光素子と前記レンズ開口絞りとの距離Ｌ2 、前記集光素子の焦点と前記赤外受光素子の距離Ｌ3 に、
ｒB ≧ｒα
ｆ( ｆ＋Ｌ3)＞Ｌ3・Ｌ2
の関係が成り立つことが望ましい。これにより、光軸付近に受光領域を制限し、固定部からの赤外線を受光しない高安定な赤外センサが実現できる。
【００４４】
上記赤外センサの集光素子としては、屈折レンズ、透過型回折レンズ、集光ミラー又は反射型回折レンズを用いると好適である。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を各実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００５１】
図１は本発明の第一の実施例における赤外センサを示すものである。図１において、３は屈折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは屈折レンズの焦点、ＦA は屈折レンズ３によるＡの像点、ＦA'は屈折レンズ３によるＡ’の像点、ＦB は屈折レンズ３によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから屈折レンズ３の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から屈折レンズ３の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから屈折レンズ３の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点である。
【００５２】
測定したい領域から放射される赤外線のみを赤外受光素子で受光するような光学系を設計する。
【００５３】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、屈折レンズ３を通過しない赤外線を赤外受光素子４で受光しないようにする。屈折レンズ３を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【００５４】
Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図１中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、屈折レンズ３を通過してＦで光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、屈折レンズ３を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ3Aを通る光は、屈折レンズ３で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して屈折レンズ３を通過し、屈折レンズ３を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達する。このように、光路Ｋ1Aと光軸が交叉する点ＦX よりも屈折レンズから離れた位置かつＦA よりも屈折レンズ３に近い位置で、Ａから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側となる。この三角形の内側に赤外受光素子４を設置することで、Ａ、Ａ’から放射される光を受光しない赤外センサが得られる。
【００５５】
受光したい領域の外側にある、受光したくない領域中のＢ点は、Ａよりも光軸から遠いため、屈折レンズ３によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは周知の通りである。従って、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に赤外受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にＢからの赤外線も受光しない構成となる。
【００５６】
以上のように、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に赤外受光素子４を設置することによって、光軸付近の受光したい領域から放射される赤外線のみを受光するような赤外センサが得られる。
【００５７】
図２は本発明の第二の実施例における赤外センサを示すものである。図２において、３は屈折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは屈折レンズの焦点、ＦA は屈折レンズ３によるＡの像点、ＦA'は屈折レンズ３によるＡ’の像点、ＦB は屈折レンズ３によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから屈折レンズ３の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から屈折レンズ３の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから屈折レンズ３の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点、ＦY は光路Ｋ4Aと光路Ｋ4A' の交点である。
【００５８】
測定したい領域から放射される赤外線のみを赤外受光素子で受光するような光学系を設計する。
【００５９】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、屈折レンズ３を通過しない赤外線を赤外受光素子４で受光しないようにする。屈折レンズ３を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【００６０】
Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図２中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、屈折レンズ３を通過してＦで光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、屈折レンズ３を通過して光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ3Aを通る光は、屈折レンズ３で光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して屈折レンズ３を通過し、屈折レンズ３を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざかっていく。このように、Ａの像点ＦA よりも屈折レンズから離れた位置でＡから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦA よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域である。この領域に赤外センサを設置することで、Ａ、Ａ’から放射される赤外線を受光しない光学系が実現できる。
【００６１】
受光したい領域の外側にある、受光したくない領域中のＢはＡよりも光軸から遠いため、屈折レンズ３によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは周知の通りである。従って、ＦA よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に赤外受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にＢから放射される赤外線も受光しない構成となる。
【００６２】
以上のように、ＦA よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に赤外受光素子４を設置することによって、光軸付近の受光したい領域から放射される赤外線のみを受光するような赤外センサが得られる。
【００６３】
図３は本発明の第三の実施例における赤外センサを示すものである。図３において、３は屈折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは屈折レンズの焦点、ＦA は屈折レンズ３によるＡの像点、ＦA'は屈折レンズ３によるＡ’の像点、ＦB は屈折レンズ３によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから屈折レンズ３の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から屈折レンズ３の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから屈折レンズ３の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点である。
【００６４】
光軸付近にある測定したい領域から放射される赤外線のみを赤外受光素子で受光するような光学系を設計する。
【００６５】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、屈折レンズ３を通過する赤外線のみを赤外受光素子４で受光しするようにする。屈折レンズ３を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【００６６】
Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図３中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、屈折レンズ３を通過してＦで光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、屈折レンズ３を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ3Aを通る光は、屈折レンズ３で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して屈折レンズ３を通過し、屈折レンズ３を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達する。このように、光路Ｋ1Aと光軸が交叉する点ＦX よりも屈折レンズから離れた位置かつＦA よりも屈折レンズ３に近い位置で、Ａから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側となる。この三角形の内側に赤外受光素子４を設置することで、Ａ、Ａ’から放射される光を受光しない赤外センサが得られる。
【００６７】
固定部１を、光路Ｋ1A、光路Ｋ1A' よりも光軸から遠くなるように設置する。
【００６８】
固定部１から放射される赤外線は、受光したい領域と同じ面の受光したくない領域から放射される光と置き換えられる。受光したい領域の外側にある受光したくない領域中のＢ点はＡよりも光軸から遠いため、屈折レンズ３によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは周知の通りである。従って、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に赤外受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にＢからの赤外線も受光しない構成となる。つまり、自動的に固定部１から放射される赤外線を受光しない構成となる。
【００６９】
以上のように、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に赤外受光素子４を設置し、光路Ｋ1A、K1A'よりも光軸から遠くに固定部１を設けることによって、穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けることができて、固定部から放射される赤外線を受光せずに光軸付近の受光したい領域から放射される赤外線のみを受光するような赤外センサが得られる。
【００７０】
なお、筐体９と固定部１は一体であっても構わない。
【００７１】
図４は本発明の第四の実施例における赤外センサを示すものである。図４において、３は屈折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは屈折レンズの焦点、ＦA は屈折レンズ３によるＡの像点、ＦA'は屈折レンズ３によるＡ’の像点、ＦB は屈折レンズ３によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから屈折レンズ３の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から屈折レンズ３の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから屈折レンズ３の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点である。
【００７２】
光軸付近にある測定したい領域から放射される赤外線のみを赤外受光素子で受光するような光学系を設計する。
【００７３】
赤外受光素子４を、屈折レンズ３を通過する赤外線のみを赤外受光素子４で受光するように筐体９に取り付ける。屈折レンズ３を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【００７４】
Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図４中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、屈折レンズ３を通過してＦで光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、屈折レンズ３を通過して光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ3Aを通る光は、屈折レンズ３で光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して屈折レンズ３を通過し、屈折レンズ３を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざかっていく。このように、Ａの像点ＦA よりも屈折レンズから離れた位置でＡから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦA よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域である。この領域に赤外センサを設置することで、Ａ、Ａ’から放射される赤外線を受光しない光学系が実現できる。
【００７５】
固定部１を、光路Ｋ1A、光路Ｋ1A' よりも光軸から遠くなるように設置する。
【００７６】
固定部１から放射される赤外線は、受光したくない領域から放射される光と置き換えられる。受光したい領域の外側にある受光したくない領域中のＢ点はＡよりも光軸から遠いため、屈折レンズ３によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。従って、ＦA よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に赤外受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にＢから放射される赤外線も受光しない構成となる。つまり、自動的に固定部１から放射される赤外線を受光しない構成となる。
【００７７】
以上のように、ＦA よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に赤外受光素子４を設置し、固定部１をＡと屈折レンズ３の間で光路Ｋ1A、K1A'よりも光軸から遠くに設けることによって、穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを安定した状態で向けることができ、固定部から放射される赤外線を受光せずに光軸付近の受光したい領域から放射される赤外線のみを受光するような赤外センサが得られる。
【００７８】
なお、筐体９と固定部１は一体であっても構わない。
【００７９】
図５は本発明の第五の実施例における赤外センサを示すものである。図５において、３は屈折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、α、α’は屈折レンズ３の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点、Ｆは屈折レンズ３の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ屈折レンズ３によるα、α’の像点、Ｋ1 αはαから光軸に対して同じ側の屈折レンズ３の縁を通過してＦαへ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 αはαから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ3 αはαから屈折レンズ３の中心を通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ4 αはαから光軸を挟んで反対側の屈折レンズ３の縁を通過してＦαに到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1 α' はα’から光軸に対して同じ側の屈折レンズ３の縁を通過してＦα' へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 α' はα’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦα' に到達する光の光路、Ｋ3 α' はα’から屈折レンズ３の中心を通過してＦα' に到達する光の光路、Ｋ4 α' はα’から光軸を挟んで反対側の屈折レンズ３の縁を通過してＦα' に到達する光（マージナル光線）の光路、ＦX は光路Ｋ1 αと光軸との交点である。
【００８０】
穴の内壁など凹部から放射される赤外光のみを受光するような光学系を設計する。
【００８１】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、屈折レンズ３を通過する赤外線のみを赤外受光素子４で受光するようにする。屈折レンズ３を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【００８２】
被測定物からの赤外光のみを受光するためには、固定部１から放射される赤外光を受光しないようにすればよい。そのため、受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点を仮想し、この点から、光軸に対してこの仮想した境界に位置する点と同じ側の屈折レンズ３の縁を通過する光（マージナル光線）の光路よりも、光軸から遠くに位置するように固定部１を設置すればよい。そこで、上記仮想の境界に位置する点を、屈折レンズ３の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点α、α’として、ＦαとＦα’とＦX で形成される三角形の内側に赤外受光素子４を設置する。これにより、固定部１をαと屈折レンズ３の間で光路Ｋ1 α、Ｋ1 α' よりも光軸から遠くに位置させることになるため、固定部からの光を受光しない光学系が得られる。
【００８３】
上記について詳細を以下に述べる。αから放射される光は光路Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 αなどを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成される。図５中に示すように、光路Ｋ2 αを通る光は、屈折レンズ３を通過してＦで光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。同じように、光路Ｋ1 αを通る光は、屈折レンズ３を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。光路Ｋ3 αを通る光は、屈折レンズ３で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。光路Ｋ4 αを通る光は、光軸と交叉して屈折レンズ３を通過し、屈折レンズ３を通過してからは光軸と交叉せずにＦαに到達する。このように、光路Ｋ1 αと光軸が交叉する点ＦX よりも屈折レンズから離れた位置かつＦαよりも屈折レンズ３に近い位置で、αから放射される光が通過しない領域が存在する。同じように、α’についても、光路Ｋ1 α' と光軸が交叉する点よりも屈折レンズから離れた位置かつＦα' よりも屈折レンズ３に近い位置で、α’から放射される光が通過しない領域が存在する。この、Ｆα、Ｆα' 、ＦX で形成される三角形の内側よりに赤外受光素子４を設置することで、α、α' から放射される光を受光しない赤外センサが得られる。αと屈折レンズ３の間の光路Ｋ1 αより光軸から遠い部分からの光は、αと同じ面内で光軸からの距離がαより大きい点からの光と置き換えられる。この点の屈折レンズ３による交点はＦαよりも光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。そのため、αからの光を受光しないようにすれば、αよりも光軸から遠い点からの光を受光せず、従って固定部１からの光を受光しない。同様に、α’と屈折レンズ３の間の光路Ｋ1 α' より光軸から遠い部分からの光は、α' と同じ面内で光軸からの距離がα’より大きい点からの光と置き換えられる。この点の屈折レンズ３による交点はＦα’よりも光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。そのため、α’からの光を受光しないようにすれば、α’よりも光軸から遠い点からの光を受光せず、従って固定部１からの光を受光しない。このように、ＦαとＦα' とＦX で形成される三角形の内側に赤外受光素子４を設置することでα、α’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的に固定部１から放射される赤外線も受光しない構成となる。
【００８４】
以下、αからの光を受光しないような赤外受光素子４の位置を求める。
【００８５】
赤外受光素子４はＦA よりも屈折レンズ３に近い。この時、（１）式、（２）式が成り立つ。
【００８６】
Ｌα≧ｆ＋Ｌ３      （１）
∴Ｌ３≦Ｌα−ｆ    （２）
図５に示すように、受光面は光路Ｋ1 αと光軸が交わる点とＦαとの間であるので、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ1 αである。したがって、αからの光を赤外受光素子４で受光しないためには、（３）式を満たす必要がある。
【００８７】
ｒαs1＞ｒｓ      （３）
ｒαＳここで、幾何光学で周知の通りｒ3 、ｒαF 、ｒαS1、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（４）式、（５）式を満たす。
【００８８】
【数９】
0003838748.tif 000006
【００８９】
（５）式を（３）式へ代入することで（６）式が得られる。
【００９０】
【数１０】
0003838748.tif 000007
【００９１】
（２）（６）式から、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（７）式となる。
【００９２】
【数１１】
0003838748.tif 000008
【００９３】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（８）式、（９）式を満たす。
【００９４】
【数１２】
0003838748.tif 000009
【００９５】
（９）式を（７）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受しないための条件は（１０）式となる。
【００９６】
【数１３】
0003838748.tif 000010
【００９７】
また、ガウスの公式から（１１）式、（１２）式が成り立つ。
【００９８】
【数１４】
0003838748.tif 000011
【００９９】
（１２）式を（１１）式に代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（１３）式となる。
【０１００】
【数１５】
0003838748.tif 000012
【０１０１】
以上のように、固定部１先端のαから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、（７）式、或いは（１０）式、或いは（１３）式を満たすよう光学系を設計する必要がある。（７）式、（１０）式、（１３）式で与えられるＬ3 だけ、受光素子４を屈折レンズ３の焦点からずらして設置することで、固定部１から放射される赤外線を赤外受光素子４で受光せずに被測定物体から放射光のみを赤外受光素子４で受光させることができるため、固定部１の温度変化に起因する測定誤差を防ぐことができる。
【０１０２】
なお、筐体９と固定部１は一体であっても構わない。
【０１０３】
図６は本発明の第六の実施例における赤外センサを示すものである。図６において、３は屈折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、α、α’は屈折レンズ３の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点、Ｆは屈折レンズ３の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ屈折レンズ３によるα、α’の像点、Ｋ1 αはαから光軸に対して同じ側の屈折レンズ３の縁を通過してＦαへ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 αはαから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ3 αはαから屈折レンズ３の中心を通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ4 αはαから光軸を挟んで反対側の屈折レンズ３の縁を通過してＦαに到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1 α' はα’から光軸に対して同じ側の屈折レンズ３の縁を通過してＦα' へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 α' はα’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦα' に到達する光の光路、Ｋ3 α' はα’から屈折レンズ３の中心を通過してＦα' に到達する光の光路、Ｋ4 α' はα’から光軸を挟んで反対側の屈折レンズ３の縁を通過してＦα' に到達する光（マージナル光線）の光路、ＦX は光路Ｋ1 αと光軸との交点である。
【０１０４】
穴の内壁など凹部から放射される赤外光のみを受光するような光学系を設計する。
【０１０５】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、屈折レンズ３を通過する赤外線のみを赤外受光素子４で受光するようにする。屈折レンズ３を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０１０６】
被測定物からの赤外光のみを受光するためには、固定部１から放射される赤外光を受光しないようにすればよい。そのため、受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点を仮想し、この点から、光軸に対してこの仮想した境界に位置する点と同じ側の屈折レンズ３の縁を通過する光（マージナル光線）の光路よりも、光軸から遠くに位置するように固定部１を設置すればよい。そこで、上記仮想の境界に位置する点を、屈折レンズ３の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点α、α’として、Ｆαよりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4 αと、Ｆα' よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4 α' で挟まれた領域に赤外センサを設置する。これにより、固定部１をαと屈折レンズ３の間で光路Ｋ1 α、Ｋ1 α' よりも光軸から遠くに位置させることになるため、固定部からの光を受光しない光学系が得られる。
【０１０７】
上記について詳細を以下に述べる。
【０１０８】
αから放射される光は光路Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 αなどを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成される。図６中に示すように、光路Ｋ2 αを通る光は、屈折レンズ３を通過してＦで光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ1 αを通る光は、屈折レンズ３を通過して光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。光路Ｋ3 αを通る光は、屈折レンズ３で光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。光路Ｋ4 αを通る光は、光軸と交叉して屈折レンズ３を通過し、屈折レンズ３を通過してからは光軸と交叉せずにＦαに到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざかっていく。このように、αの像点Ｆαよりも屈折レンズから離れた位置でαから放射される光が通過しない領域が存在する。同じようにα’についても、αの像点Ｆαよりも屈折レンズから離れた位置でαから放射される光が通過しない領域が存在する。この、Ｆαよりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4 αと、Ｆα' よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4 α' で挟まれた領域内に赤外受光素子を設置することによってα、α’から放射される赤外線を受光しない赤外センサが得られる。αと屈折レンズ３の間の光路Ｋ1 αより光軸から遠い部分からの光は、αと同じ面内で光軸からの距離がαより大きい点からの光と置き換えられる。この点の屈折レンズ３による交点はＦαよりも光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。そのため、αからの光を受光しないようにすれば、αよりも光軸から遠い点からの光を受光せず、従って固定部１からの光を受光しない。同様に、α’と屈折レンズ３の間の光路Ｋ1 α' より光軸から遠い部分からの光は、α' と同じ面内で光軸からの距離がα’より大きい点からの光と置き換えられる。この点の屈折レンズ３による交点はＦα’よりも光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。そのため、α’からの光を受光しないようにすれば、α’よりも光軸から遠い点からの光を受光せず、従って固定部１からの光を受光しない。このように、Ｆαよりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4 αと、Ｆα' よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4 α' で挟まれた領域に赤外受光素子４を設置することでα、α’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的に固定部１から放射される赤外線も受光しない構成となる。
【０１０９】
以下、αからの光を受光しないような赤外受光素子４の位置を求める。
【０１１０】
赤外受光素子４はＦαよりも屈折レンズ３から遠い。この時、（１４）式、（１５）式が成り立つ。
【０１１１】
ＬαＦ≦ｆ＋Ｌ３      （１４）
∴Ｌ３≧ＬαＦ−ｆ    （１５）
図６に示すように、受光面はＦαよりも屈折レンズ３から遠いので、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ4 αである。したがって、αからの光を赤外受光素子４で受光しないためには、（１６）式を満たす必要がある。
【０１１２】
ｒαs4＞ｒｓ        （１６）
ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 、ｒαF 、ＬαF 、ｒαS4、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（１７）式、（１８）式を満たす。
【０１１３】
【図１６】
0003838748.tif 000013
【０１１４】
（１８）式を（１６）式へ代入することで（１９）式が得られる。
【０１１５】
【図１７】
0003838748.tif 000014
【０１１６】
（１５）（１９）式から、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（２０）式となる。
【０１１７】
【図１８】
0003838748.tif 000015
【０１１８】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（２１）式、（２２）式を満たす。
【０１１９】
【図１９】
0003838748.tif 000016
【０１２０】
（２２）式を（２０）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（２３）式となる。
【０１２１】
【図２０】
0003838748.tif 000017
【０１２２】
また、ガウスの公式から（２４）式、（２５）式が成り立つ。
【０１２３】
【図２１】
0003838748.tif 000018
【０１２４】
（２５）式を（２３）式に代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（２６）式となる。
【０１２５】
【図２２】
0003838748.tif 000019
【０１２６】
以上のように、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、（２０）式、或いは（２３）式、或いは（２６）式の条件を満たすよう光学系を設計する必要がある。（２０）式、（２３）式、（２６）式で与えられるＬ3 だけ、受光素子４を屈折レンズ３の焦点からずらして設置することで、固定部１から放射される赤外線を赤外受光素子４で受光せずに被測定物体から放射光のみを赤外受光素子４で受光させることができるため、固定部１の温度変化に起因する測定誤差を防ぐことができる。
【０１２７】
なお、筐体９と固定部１は一体であっても構わない。
【０１２８】
図７、８は本発明の第七の実施例における赤外センサの光学系を示すものである。図７、８において、３は屈折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、２は屈折レンズ３の有効領域を決めるためのレンズ開口絞り、α、α’はレンズ開口絞り２の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点、Ａは固定部１先端の点、Ｂは固定部１先端以外の点、Ｆは屈折レンズ３の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ屈折レンズ３によるα、α’の像点、ＦA は屈折レンズ３によるＡの像点、ＦB は屈折レンズ３によるＢの像点、Ｋ1 αはαから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦαへ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 αはαから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ3 αはαから屈折レンズ３の中心を通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ4 αはαから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦαに到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから屈折レンズ３の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1BはＢから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦB へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2BはＢから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦB に到達する光の光路、Ｋ3BはＢから屈折レンズ３の中心を通過してＦB に到達する光の光路、Ｋ4BはＢから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦB に到達する光（マージナル光線）の光路、ＦαS1は光路Ｋ1 αと受光面との交点、ＦAS1 は光路Ｋ1Aと受光面との交点、ＦBS1 は光路Ｋ1Bとセンサ面との交点、ｒαはα点での固定部１の開口半径、ｒA はＡ点での固定部１の開口半径、ｒB はＢ点での固定部１の開口半径、ｒ2 はレンズ開口絞り２の開口半径、ｒ3 α1 は光路Ｋ1 αの屈折レンズ３における光軸からの距離、ｒ3A1 は光路Ｋ1Aの屈折レンズ３における光軸からの距離、ｒ3B1 は光路Ｋ1Bの屈折レンズ３における光軸からの距離、rsは赤外受光素子４の半径、ｒαS1はＦαS1と光軸との距離、ｒAS1 はＦAS1 と光軸との距離、ｒBS1 はＦBS1 と光軸との距離、ｒAFはＦA と光軸との距離、ｒBFはＦB と光軸との距離、L αはαからレンズ開口絞り２までの距離、LAはＡからレンズ開口絞り２までの距離、ＬB はＢからレンズ開口絞り２までの距離、Ｌ2 はレンズ開口絞り２から屈折レンズ３までの距離、ｆは屈折レンズ３の焦点距離、Ｌ3 はＦから赤外受光素子４までの距離、ＬαF は屈折レンズ３からＦαまでの距離、ＬAFは屈折レンズ３からＦA までの距離、ＬBFは屈折レンズ３からＦB までの距離である。
【０１２９】
固定部のあらゆる点から放射される光を赤外受光素子４で受光しないような光学設計条件を求める。そのために、αから放射される光を仮想し、この光を赤外受光素子４で受光しないための設計条件を求めたのち、固定部１のα以外の点から放射される光を赤外受光素子４で受光しない条件を追加する。
【０１３０】
まず、固定部１のαから放射される赤外光を受光しないよう、以下のように赤外受光素子４の位置を決める。
【０１３１】
αから放射される光は光路Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 αなどを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成される。図７中に示すように、光路Ｋ2 αを通る光は、屈折レンズ３を通過してＦで光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。同じように、光路Ｋ1 αを通る光は、屈折レンズ３を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。光路Ｋ3 αを通る光は、屈折レンズ３で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。光路Ｋ4 αを通る光は、光軸と交叉して屈折レンズ３を通過し、屈折レンズ３を通過してからは光軸と交叉せずにＦαに到達する。このように、光路Ｋ1 αと光軸が交叉する点よりも屈折レンズから離れた位置かつＦαよりも屈折レンズ３に近い位置で、αから放射される光が通過しない領域が存在する。この、光路Ｋ1 αと光軸が交叉する点よりも屈折レンズ３から離れ且つＦαよりも屈折レンズ３に近い位置に赤外受光素子４を設置することで、αから放射される光を受光しない赤外センサが得られる。
【０１３２】
以下、Ｌ3 を求める。
【０１３３】
赤外受光素子４はＦαよりも屈折レンズ３に近い。この時、（２７）式、（２８）式が成り立つ。
【０１３４】
Ｌα≧ｆ＋Ｌ３      （２７）
∴Ｌ３≦Ｌα−ｆ    （２８）
図７に示すように、受光面は光路Ｋ1 αと光軸が交わる点とＦαとの間であるので、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ1 αである。したがって、αからの光を赤外受光素子４で受光しないためには、（２９）式を満たす必要がある。
【０１３５】
ｒαs1＞ｒｓ        （２９）
ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 α1 、ｒαF 、ＬαF 、ｒαS1、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（３０）式、（３１）式を満たす。
【０１３６】
【数２３】
0003838748.tif 000020
【０１３７】
（３１）式を（２９）式へ代入することで（３２）式が得られる。
【０１３８】
【数２４】
0003838748.tif 000021
【０１３９】
（２８）（３２）式から、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（３３）式となる。
【０１４０】
【数２５】
0003838748.tif 000022
【０１４１】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（３４）式、（３５）式を満たす。
【０１４２】
【数２６】
0003838748.tif 000023
【０１４３】
（３５）式を（３３）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受しないための条件は（３６）式となる。
【０１４４】
【数２７】
0003838748.tif 000024
【０１４５】
また、ガウスの公式から（３７）式、（３８）式が成り立つ。
【０１４６】
【数２８】
0003838748.tif 000025
【０１４７】
（３８）式を（３６）式に代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（３９）式となる。
【０１４８】
【数２９】
0003838748.tif 000026
【０１４９】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒα、Ｌα、ｒ3 α1 、Ｌ2 は幾何関係として（４０）式、（４１）式を満たす。
【０１５０】
【数３０】
0003838748.tif 000027
【０１５１】
（４１）式を（３９）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（４２）式となる。
【０１５２】
【数３１】
0003838748.tif 000028
【０１５３】
以上のように、固定部１先端のαから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たすよう光学系を設計する必要がある。
【０１５４】
（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たすよう光学系を設計した赤外センサが、固定部のα以外の点からの放射光も受光しない、すなわち固定部のあらゆる点から放射される光も受光しない条件を示す。そのために、図８を用いてＡ、Ｂからの光を受光しない条件を以下に求める。
【０１５５】
まず、Ａから放射される光を受光しない条件を求める。図８に示すように、ＡからＦA までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ1Aである。Ａとαが一致しない固定部形状の場合にはＫ1AはＡとレンズ開口絞り２との間で固定部１によって遮光され、各光路は受光面で赤外受光素子４にＫ1Aよりは近づかない。そこで、Ａから放射される光を赤外受光素子４で受光しない条件を、Ｋ1Aと受光面との交点であるＦAS1 と光軸との距離ｒAS1 がｒs よりも大きいこととする。つまり次式が成りたてばＡから放射される光を赤外受光素子４で受光しない。
【０１５６】
ｒAS1 ＞ｒs       （４３）
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3A1 、ｒAF、ＬA 、ｒAs1 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（４４）式、（４５）式を満たす。
【０１５７】
【数３２】
0003838748.tif 000029
【０１５８】
また、幾何光学で周知の通りｒA 、ＬA 、Ｌ2 、ｒAF、ＬAFは幾何関係として（４６）式、（４７）式を満たす。
【０１５９】
【数３３】
0003838748.tif 000030
【０１６０】
（４７）式を（４５）式に代入することにより（４８）式が得られる。
【０１６１】
【数３４】
0003838748.tif 000031
【０１６２】
また、ガウスの公式から（４９）式、（５０）式が成り立つ。
【０１６３】
【数３５】
0003838748.tif 000032
【０１６４】
（５０）式を（４８）式に代入することにより（５１）式が得られる。
【０１６５】
【数３６】
0003838748.tif 000033
【０１６６】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒA 、ＬA 、ｒ3A1 、Ｌ2 は幾何関係として（５２）式、（５３）式を満たす。
【０１６７】
【数３７】
0003838748.tif 000034
【０１６８】
（５３）式を（５１）式に代入することによって（５４）式が得られる。
【０１６９】
【数３８】
0003838748.tif 000035
【０１７０】
ｒAS1 と同じくｒαS1は（５５）式のようになる。
【０１７１】
【数３９】
0003838748.tif 000036
【０１７２】
Ａは固定部先端の点で、αはレンズ開口絞り２の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点であるので、レンズ開口絞り２からＡ、αまでの距離は相等しく（５６）式が成り立ち、光軸からＡまでの距離は光軸からαまでの距離以上であり（５７）式が成り立つ。
【０１７３】
ＬＡ＝Ｌα      （５６）
ｒＡ≧ｒα      （５７）
（５６）式を（５５）式に代入することで（５８）式が得られる。
【０１７４】
【数４０】
0003838748.tif 000037
【０１７５】
ｒαS1は（２９）式の関係を満たすので、ｒAS1 がｒαS1よりも大きい、すなわち次の（５９）式を満たせば、自動的にｒAS1 が（４３）式の関係を満たす。
【０１７６】
ｒAS1 ＞ｒαS1      （５９）
（５５）（５８）式を（５９）式に代入することにより（６０）式が得られる。
【０１７７】
（ｒＡ−ｒ２）×（ｆ（ｆ＋Ｌ３）−Ｌ３・Ｌ２）＞（ｒα−ｒ２）×（ｆ（ｆ＋Ｌ３）−Ｌ３・Ｌ２）    （６０）
（５７）式より、（６０）式は（６１）式のようになる。
【０１７８】
ｆ（ｆ＋L3）＞L3・L2      （６１）
以上のように、固定部１の仮想点αおよび先端点Ａから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たし、且つ（６１）式を満たす必要がある。
【０１７９】
次に、Ｂから放射される光を受光しない条件を求める。Ｂから放射される光はＫ1B、Ｋ2B、Ｋ3B、Ｋ4Bなどを通ってＢの像点ＦB に到達する。Ｂは固定部の先端以外の点であるので、固定部先端面の点αよりもＢの方が屈折レンズ３に近い。したがって、幾何光学で周知の通り、屈折レンズ３の像点Ｆαよりも像点ＦB の方が屈折レンズ３から遠くなる。すなわち（６２）式が成り立つ。
【０１８０】
ＬBF＞ＬαＦ      （６２）
屈折レンズ３から受光面までの距離は屈折レンズ３からＦαまでの距離よりも小さい。したがって（６２）式より、屈折レンズ３から受光面までの距離は屈折レンズ３からＦB までの距離よりも小さいことになる。このとき、図８に示すようにＢからＦB までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ1Bである。Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、Ｋ1Bと受光面との交点であるＦBS1 と光軸との距離ｒBS1 がｒs よりも大きい必要がある。つまり（６３）式が成り立つ必要がある。
【０１８１】
ｒBS1 ＞ｒｓ      （６３）
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3B1 、ｒBF、ＬB 、ｒBs1 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（６４）式、（６５）式を満たす。
【０１８２】
【数４１】
0003838748.tif 000038
【０１８３】
また、幾何光学で周知の通りｒB 、ＬB 、Ｌ2 、ｒBF、ＬBFは幾何関係として（６６）式、（６７）式を満たす。
【０１８４】
【数４２】
0003838748.tif 000039
【０１８５】
（６７）式を（６５）式に代入することにより（６８）式が得られる。
【０１８６】
【数４３】
0003838748.tif 000040
【０１８７】
また、ガウスの公式から（６９）式、（７０）式が成り立つ。
【０１８８】
【数４４】
0003838748.tif 000041
【０１８９】
（７０）式を（６８）式に代入することにより（７１）式が得られる。
【０１９０】
【数４５】
0003838748.tif 000042
【０１９１】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒB 、ＬB 、ｒ3B1 、Ｌ2 は幾何関係として（７２）式、（７３）式を満たす。
【０１９２】
【数４６】
0003838748.tif 000043
【０１９３】
（７３）式を（７１）式に代入することによって（７４）式が得られる。
【０１９４】
【数４７】
0003838748.tif 000044
【０１９５】
ｒBS1 と同じくｒαS1は（７５）式のようになる。
【０１９６】
【数４８】
0003838748.tif 000045
【０１９７】
ｒαS1は（２９）式の関係を満たすので、ｒBS1 がｒαS1よりも大きい、すなわち（７６）式を満たせば自動的にｒBS1 が（６３）式の関係を満たすことになる。
【０１９８】
ｒBS1 ＞ｒαS1      （７６）
（７４）（７５）式を（７６）式に代入することにより（７７）式が得られる。
【０１９９】
【数４９】
0003838748.tif 000046
【０２００】
ここで、αは固定部１先端面の点であるので、Ｌα、ＬB に（７８）式、（７９）式の関係が成り立つ。
【０２０１】
【数５０】
0003838748.tif 000047
【０２０２】
（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たし、且つ（６１）式を満たすよう光学系を設計した赤外センサが、あらゆる先端面以外の点からの放射光も受光しないためには、Ｂ各点について（７７）式の関係が成り立つ必要がある。
【０２０３】
したがって、（６１）式、（７９）式の関係を考慮することにより、（８０）式が成り立つ必要がある。
【０２０４】
ｒＢ−ｒ２≧ｒα−ｒ２      （８０）
∴ｒＢ≧ｒα                （８１）
以上のように、固定部１から放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たし、且つ（６１）式を満たし、さらに（８１）式を満たす必要がある。
【０２０５】
赤外受光素子４を、（３３）式あるいは（３６）式あるいは（３９）式あるいは（４２）式で与えられる量だけ屈折レンズ３の焦点面から離して設け、かつ（６１）式と（８１）式を満たす光学設計にすることによって、固定部から放射される赤外線を赤外受光素子４で受光せずに被測定物体から放射光のみを赤外受光素子４で受光させることができるため、固定部の温度変化に起因する測定誤差を防ぐことができる。
【０２０６】
なお、筐体９と固定部１、レンズ開口絞り２は一体であっても構わない。
【０２０７】
図９、１０、１１は本発明の第８の実施例における赤外センサの光学系を示すものである。図９、１０、１１において、３は屈折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、２は屈折レンズ３の有効領域を決めるためのレンズ開口絞り、α、α’はレンズ開口絞り２の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点、Ａは固定部１先端の点、Ｂは固定部１の先端以外の点、Ｆは屈折レンズ３の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ屈折レンズ３によるα、α’の像点、ＦA は屈折レンズ３によるＡの像点、ＦB は屈折レンズ３によるＢの像点、Ｋ1 αはαから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦαへ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 αはαから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ3 αはαから屈折レンズ３の中心を通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ4 αはαから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦαに到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから屈折レンズ３の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1BはＢから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦB へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2BはＢから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦB に到達する光の光路、Ｋ3BはＢから屈折レンズ３の中心を通過してＦB に到達する光の光路、Ｋ4BはＢから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦB に到達する光（マージナル光線）の光路、ＦαS4は光路Ｋ4 αと受光面との交点、ＦAS4 は光路Ｋ4Aと受光面との交点、ＦBS4 は光路Ｋ4Bとセンサ面との交点、ＦαS1は光路Ｋ1Aと受光面との交点、ＦBS1 は光路Ｋ1Bとセンサ面との交点、ｒαはα点での固定部１の開口半径、ｒA はＡ点での固定部１の開口半径、ｒB はＢ点での固定部１の開口半径、ｒ2 はレンズ開口絞り２の開口半径、ｒ3 α4 は光路Ｋ4 αの屈折レンズ３における光軸からの距離、ｒ3A4 は光路Ｋ4Aの屈折レンズ３における光軸からの距離、ｒ3B4 は光路Ｋ4Bの屈折レンズ３における光軸からの距離、ｒ3 α1 は光路Ｋ1 αの屈折レンズ３における光軸からの距離、ｒ3B1 は光路Ｋ1Bの屈折レンズ３における光軸からの距離、rsは赤外受光素子４の半径、ｒαS4はＦαS4と光軸との距離、ｒAS4 はＦAS4 と光軸との距離、ｒBS4 はＦBS4 と光軸との距離、ｒαS1はＦαS1と光軸との距離、ｒBS1 はＦBS1 と光軸との距離、ｒαF はＦαと光軸との距離、ｒAFはＦA と光軸との距離、ｒBFはＦB と光軸との距離、L αはαからレンズ開口絞り２までの距離、LAはＡからレンズ開口絞り２までの距離、ＬB はＢからレンズ開口絞り２までの距離、Ｌ2 はレンズ開口絞り２から屈折レンズ３までの距離、ｆは屈折レンズ３の焦点距離、Ｌ3 はＦから赤外受光素子４までの距離、ＬαF は屈折レンズ３からＦαまでの距離、ＬAF��屈折レンズ３からＦA までの距離、ＬBFは屈折レンズ３からＦB までの距離である。
【０２０８】
固定部１上のαから放射される赤外光を仮想し、この光を受光しないよう以下に示すように赤外受光素子４の位置を決める。
【０２０９】
αから放射される光は光路Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 αなどを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成される。図９中に示すように、光路Ｋ2 αを通る光は、屈折レンズ３を通過してＦで光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ1 αを通る光は、屈折レンズ３を通過して光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。光路Ｋ3 αを通る光は、屈折レンズ３で光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。光路Ｋ4 αを通る光は、光軸と交叉して屈折レンズ３を通過し、屈折レンズ３を通過してからは光軸と交叉せずにＦαに到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざかっていく。このように、αの像点Ｆαよりも屈折レンズから離れた位置でαから放射される光が通過しない領域が存在する。この、αの像点Ｆαよりも屈折レンズ３から離れた位置に赤外受光素子４を設置することで、αから放射される光を受光しない赤外センサが得られる。以下、屈折レンズ３の焦点から受光面までの距離Ｌ3 を求める。
【０２１０】
赤外受光素子４はＦαよりも屈折レンズ３から遠い。この時、（８２）式、（８３）式が成り立つ。
【０２１１】
ＬαＦ≦ｆ＋Ｌ３        （８２）
∴Ｌ３≧ＬαＦ−ｆ      （８３）
図９に示すように、受光面はＦαよりも屈折レンズ３から遠いので、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ4 αである。したがって、αからの光を赤外受光素子４で受光しないためには、（８４）式を満たす必要がある。
【０２１２】
ｒαs4＞ｒｓ          （８４）
ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 α4 、ｒαF 、ＬαF 、ｒαS4、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（８５）式、（８６）式を満たす。
【０２１３】
【数５１】
0003838748.tif 000048
【０２１４】
（８６）式を（８４）式へ代入することで（８７）式が得られる。
【０２１５】
【数５２】
0003838748.tif 000049
【０２１６】
（８３）（８７）式から、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（８８）式となる。
【０２１７】
【数５３】
0003838748.tif 000050
【０２１８】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（８９）式、（９０）式を満たす。
【０２１９】
【数５４】
0003838748.tif 000051
【０２２０】
（９０）式を（８８）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（９１）式となる。
【０２２１】
【数５５】
0003838748.tif 000052
【０２２２】
また、ガウスの公式から（９２）式、（９３）式が成り立つ。
【０２２３】
【数５６】
0003838748.tif 000053
【０２２４】
（９３）式を（９１）式に代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（９４）式となる。
【０２２５】
【数５７】
0003838748.tif 000054
【０２２６】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒα、Ｌα、ｒ3 α4 、Ｌ2 は幾何関係として（９５）式、（９６）式を満たす。
【０２２７】
【数５８】
0003838748.tif 000055
【０２２８】
（９６）式を（９４）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（９７）式となる。
【０２２９】
【数５９】
0003838748.tif 000056
【０２３０】
以上のように、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たすよう光学系を設計する必要がある。
【０２３１】
（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たすよう光学系を設計した赤外センサが、固定部のα以外の点からの放射光も受光しない、すなわち固定部のあらゆる点から放射される光も受光しない条件を示す。そのために、図１０、１１を用いてＡ、Ｂからの光を受光しない条件を以下に求める。
【０２３２】
まず、図１０により、Ａから放射される光を受光しない条件を求める。Ａから屈折レンズ３までの距離とαから屈折レンズ３間での距離は等しいので、幾何光学で周知の通り屈折レンズ３によるＡ、αの像点ＦA 、Ｆαは同一面内に形成される。従って、受光面がＦαよりも屈折レンズ３から遠いので、受光面はＦA よりも遠くになる。そのため、図１０に示すようにＡからＦA までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ４A である。Ａから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、Ｋ4Aと受光面との交点であるＦAS4 と光軸との距離ｒAS4 がｒs よりも大きい必要がある。つまり（９８）式が成り立つ必要がある。
【０２３３】
ｒＡS4＞ｒｓ        （９８）
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3A4 、ｒAF、ＬAF、ｒAs4 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（９９）式（１００）式を満たす。
【０２３４】
【数６０】
0003838748.tif 000057
【０２３５】
また、幾何光学で周知の通りｒA 、ＬA 、Ｌ2 、ｒAF、ＬAFは幾何関係として（１０１）式、（１０２）式を満たす。
【０２３６】
【数６１】
0003838748.tif 000058
【０２３７】
（１０２）式を（１００）式に代入することにより（１０３）式が得られる。
【０２３８】
【数６２】
0003838748.tif 000059
【０２３９】
また、ガウスの公式から（１０４）式、（１０５）式が成り立つ。
【０２４０】
【数６３】
0003838748.tif 000060
【０２４１】
（１０５）式を（１０３）式に代入することにより（１０６）式が得られる。
【０２４２】
【数６４】
0003838748.tif 000061
【０２４３】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒA 、ＬA 、ｒ3A4 、Ｌ2 は幾何関係として（１０７）式、（１０８）式を満たす。
【０２４４】
【数６５】
0003838748.tif 000062
【０２４５】
（１０８）式を（１０６）式に代入することによって（１０９）式が得られる。
【０２４６】
【数６６】
0003838748.tif 000063
【０２４７】
ｒAS４と同じくｒαS4は（１１０）式のようになる。
【０２４８】
【数６７】
0003838748.tif 000064
【０２４９】
ｒαS4は（８４）式の関係を満たすので、（１１１）式を満たせば、自動的にｒAS4 が（９８）式の関係を満たすことになる。
【０２５０】
ｒ AS4＞ｒαS4      （１１１）
（１０９）（１１０）式を（１１１）式に代入することにより（１１２）式が得られる。
【０２５１】
【数６８】
0003838748.tif 000065
【０２５２】
Ａは固定部先端の点で、αはレンズ開口絞り２の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点であるので、レンズ開口絞り２からＡ、αまでの距離は相等しく（１１３）式が成り立ち、光軸からＡまでの距離は光軸からαまでの距離以上であり（１１４）式が成り立つ。
【０２５３】
ＬＡ＝Ｌα      （１１３）
ｒＡ≧ｒα      （１１４）
（１１３）式より、（１１２）式の条件は（１１５）式のようになる。
【０２５４】
（ｒ２＋ｒＡ）×（ｆ（ｆ＋Ｌ３）−Ｌ３・Ｌ２）＞（ｒ２＋ｒα）×（ｆ（ｆ＋Ｌ３）−Ｌ３・Ｌ２）      （１１５）
（１１４）式より、（１１５）式の条件は（１１６）式、（１１７）式のようになる。
【０２５５】
ｆ（ｆ＋Ｌ３）−Ｌ３・Ｌ２＞０      （１１６）
∴ｆ（ｆ＋Ｌ３）＞Ｌ３・Ｌ２        （１１７）
（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たすよう光学定数や各位置関係を設計した赤外センサが、固定部先端Ａからの放射光も受光しないためには、（１１７）式の条件を満たす光学設計である必要がある。
【０２５６】
次に、Ｂから放射される光を受光しない条件を求める。Ｂから放射される光はＫ1B、Ｋ2B、Ｋ3B、Ｋ4Bなどを通ってＢの像点ＦB に到達する。ＢからＦB までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものは、図１０に示すように像点ＦB が受光面よりも屈折レンズ３に近い場合にはＫ4Bであり、図１１に示すように像点ＦB が受光面よりも屈折レンズ３に近い場合はＫ1Bである。
【０２５７】
まず図１０に示すように、ＦB が受光面よりも屈折レンズ３に近く、したがってＢからＦB までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものがＫ4Bである場合について、Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しない条件を示す。
【０２５８】
Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、Ｋ4Bと受光面との交点であるＦBS4 と光軸との距離ｒBS4 がｒs よりも大きい必要がある。つまり（１１８）式が成り立つ必要がある。
【０２５９】
ｒ BS4＞ｒｓ        （１１８）
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3B4 、ｒBF、ＬBF、ｒBs4 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（１１９）式、（１２０）式を満たす。
【０２６０】
【数６９】
0003838748.tif 000066
【０２６１】
また、幾何光学で周知の通りｒB 、ＬB 、Ｌ2 、ｒBF、ＬBFは幾何関係として（１２１）式、（１２２）式を満たす。
【０２６２】
【数７０】
0003838748.tif 000067
【０２６３】
（１２２）式を（１２０）式に代入することにより（１２３）式が得られる。
【０２６４】
【数７１】
0003838748.tif 000068
【０２６５】
また、ガウスの公式から（１２４）式、（１２５）式が成り立つ。
【０２６６】
【数７２】
0003838748.tif 000069
【０２６７】
（１２５）式を（１２３）式に代入することにより（１２６）式が得られる。
【０２６８】
【数７３】
0003838748.tif 000070
【０２６９】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒB 、ＬB 、ｒ3B4 、Ｌ2 は幾何関係として（１２７）式、（１２８）式を満たす。
【０２７０】
【数７４】
0003838748.tif 000071
【０２７１】
（１２８）式を（１２６）式に代入することによって（１２９）式が得られる。
【０２７２】
【数７５】
0003838748.tif 000072
【０２７３】
ｒBS4 と同じくｒαS4は（１３０）式のようになる。
【０２７４】
【数７６】
0003838748.tif 000073
【０２７５】
ｒαS4は（８４）式の関係を満たすので、（１３１）式を満たせば、自動的にｒBS4 が（１１８）式の関係を満たすことになる。
【０２７６】
ｒ BS4＞ｒαS4      （１３１）
（１２９）（１３０）式を（１３１）式に代入することにより（１３２）式が得られる。
【０２７７】
【数７７】
0003838748.tif 000074
【０２７８】
ここで、αは固定部１先端面の点であるので、Ｌα、ＬB に（１３３）式、（１３４）式の関係が成り立つ。
【０２７９】
【数７８】
0003838748.tif 000075
【０２８０】
（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たし、（１１７）式の条件をよう光学定数や各位置関係を設計した赤外センサが、固定部の先端以外の点からの放射光も受光しない、すなわち固定部のあらゆる点から放射される光も受光しないためには、あらゆるＢについて（１３２）式の関係が成り立つ必要がある。したがって、（１３４）式（１１７）式を考慮して、（１３５）式が成り立つ必要がある。
【０２８１】
ｒ２＋ｒＢ≧ｒ２＋ｒα      （１３５）
∴ｒＢ≧ｒα                  （１３６）
以上のように、固定部１から放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たし、且つ（１１７）式の条件を満たし、さらに（１３６）式を満たす必要がある。
【０２８２】
次に、図１１に示すように、ＦB が受光面よりも屈折レンズ３から遠く、したがってＢからＦB までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものがＫ1Bである場合について、Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しない条件を示す。
【０２８３】
Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、Ｋ1Bと受光面との交点であるＦBS1 と光軸との距離ｒBS1 がｒs よりも大きい必要がある。つまり（１３７）式が成り立つ必要がある。
【０２８４】
ｒBS1 ＞ｒｓ        （１３７）
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3B1 、ｒB 、ＬB 、ｒBs1 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（１３８）式、（１３９）式を満たす。
【０２８５】
【数７９】
0003838748.tif 000076
【０２８６】
また、幾何光学で周知の通りｒB 、ＬB 、Ｌ2 、ｒBF、ＬBFは幾何関係として（１４０）式、（１４１）式を満たす。
【０２８７】
【数８０】
0003838748.tif 000077
【０２８８】
（１４１）式を（１３９）式に代入することにより（１４２）式が得られる。
【０２８９】
【数８１】
0003838748.tif 000078
【０２９０】
また、ガウスの公式から（１４３）式、（１４４）式が成り立つ。
【０２９１】
【数８２】
0003838748.tif 000079
【０２９２】
（１４４）式を（１４２）式に代入することにより（１４５）式が得られる。
【０２９３】
【数８３】
0003838748.tif 000080
【０２９４】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒB 、ＬB 、ｒ3B1 、Ｌ2 は幾何関係として（１４６）式、（１４７）式を満たす。
【０２９５】
【数８４】
0003838748.tif 000081
【０２９６】
（１４７）式を（１４５）式に代入することによって（１４８）式が得られる。
【０２９７】
【数８５】
0003838748.tif 000082
【０２９８】
ｒBS1 と同じくｒαS1は（１４９）式のようになる。
【０２９９】
【数８６】
0003838748.tif 000083
【０３００】
ここで、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ4 αであり、（１５０）式が成り立つ。
【０３０１】
ｒαS1＞ｒαS4      （１５０）
ｒαS4は（８４）式の関係を満たすので、（１５１）式を満たせば、自動的にｒBS1 が（１３７）式の関係を満たすことになる。
【０３０２】
ｒBS1 ＞ｒαS1      （１５１）
（１４８）（１４９）式を（１５１）式に代入することにより（１５２）式が得られる。
【０３０３】
【数８７】
0003838748.tif 000084
【０３０４】
ここで、αは固定部１先端面の点であるので、Ｌα、ＬB に（１５３）式、（１５４）式の関係が成り立つ。
【０３０５】
【数８８】
0003838748.tif 000085
【０３０６】
（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たし、且つ（１１７）式と（１３６）式を満たす光学設計である赤外センサが、固定部の先端面以外の点からの放射光も受光しない、すなわち固定部のあらゆる点から放射される光も受光しないためには、あらゆるＢについて（１５２）式の関係が成り立つ必要がある。したがって、（１５４）式、（１１７）式を考慮して、（１５５）式が成り立つ必要がある。
【０３０７】
ｒＢ−ｒ２≧ｒα−ｒ２      （１５５）
∴ｒＢ≧ｒα                （１５６）
（１５６）式と、（１３６）式は等しい。したがって、以上のように、固定部１から放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たし、且つ（１１７）式を満たし、さらに（１３６）式を満たす必要がある。
【０３０８】
以上のように本実施例によれば、赤外受光素子４を、（８８）式あるいは（９１）式あるいは（９４）式あるいは（９７）式で与えられる量だけ屈折レンズ３の焦点から離して設け、かつ（１１７）式と（１３６）式を満たす光学設計にすることによって、固定部１から放射される赤外線を赤外受光素子４で受光せずに被測定物体から放射光のみを赤外受光素子４で受光させることができるため、固定部の温度変化に起因する測定誤差を防ぐことができる。
【０３０９】
なお、筐体９と固定部１、レンズ開口絞り２は一体であっても構わない。
【０３１０】
図１２は本発明の第９の実施例における赤外センサを示すものである。図１２において、５は透過型回折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは透過型回折レンズの焦点、ＦA は透過型回折レンズ５によるＡの像点、ＦA'は透過型回折レンズ５によるＡ’の像点、ＦB は透過型回折レンズ５によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから透過型回折レンズ５の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から透過型回折レンズ５の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから透過型回折レンズ５の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点である。
【０３１１】
測定したい領域から放射される赤外線のみを赤外受光素子で受光するような光学系を設計する。
【０３１２】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、透過型回折レンズ５を通過しない赤外線を赤外受光素子４で受光しないようにする。透過型回折レンズ５を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０３１３】
Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図１２中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、透過型回折レンズ５を通過してＦで光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、透過型回折レンズ５を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ3Aを通る光は、透過型回折レンズ５で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して透過型回折レンズ５を通過し、透過型回折レンズ５を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達する。このように、光路Ｋ1Aと光軸が交叉する点ＦX よりも透過型回折レンズから離れた位置かつＦA よりも透過型回折レンズ５に近い位置で、Ａから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側となる。この三角形の内側に赤外受光素子４を設置することで、Ａ、Ａ’から放射される光を受光しない赤外センサが得られる。
【０３１４】
受光したい領域の外側にある、受光したくない領域中のＢ点は、Ａよりも光軸から遠いため、透過型回折レンズ５によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは周知の通りである。従って、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に赤外受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にＢからの赤外線も受光しない構成となる。
【０３１５】
以上のように、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に赤外受光素子４を設置することによって、光軸付近の受光したい領域から放射される赤外線のみを受光するような赤外センサが得られる。
【０３１６】
図１３は本発明の第１０の実施例における赤外センサを示すものである。図１３において、５は透過型回折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは透過型回折レンズの焦点、ＦA は透過型回折レンズ５によるＡの像点、ＦA'は透過型回折レンズ５によるＡ’の像点、ＦB は透過型回折レンズ５によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから透過型回折レンズ５の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から透過型回折レンズ５の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから透過型回折レンズ５の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点、ＦY は光路Ｋ4Aと光路Ｋ4A' の交点である。
【０３１７】
測定したい領域から放射される赤外線のみを赤外受光素子で受光するような光学系を設計する。
【０３１８】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、透過型回折レンズ５を通過しない赤外線を赤外受光素子４で受光しないようにする。透過型回折レンズ５を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０３１９】
Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図１３中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、透過型回折レンズ５を通過してＦで光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、透過型回折レンズ５を通過して光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ3Aを通る光は、透過型回折レンズ５で光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して透過型回折レンズ５を通過し、透過型回折レンズ５を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざかっていく。このように、Ａの像点ＦA よりも透過型回折レンズから離れた位置でＡから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦA よりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域である。この領域に赤外センサを設置することで、Ａ、Ａ’から放射される赤外線を受光しない光学系が実現できる。
【０３２０】
受光したい領域の外側にある、受光したくない領域中のＢはＡよりも光軸から遠いため、透過型回折レンズ５によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは周知の通りである。従って、ＦA よりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に赤外受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にＢから放射される赤外線も受光しない構成となる。
【０３２１】
以上のように、ＦA よりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に赤外受光素子４を設置することによって、光軸付近の受光したい領域から放射される赤外線のみを受光するような赤外センサが得られる。
【０３２２】
図１４は本発明の第１１の実施例における赤外センサを示すものである。図１４において、５は透過型回折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは透過型回折レンズの焦点、ＦA は透過型回折レンズ５によるＡの像点、ＦA'は透過型回折レンズ５によるＡ’の像点、ＦB は透過型回折レンズ５によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから透過型回折レンズ５の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から透過型回折レンズ５の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから透過型回折レンズ５の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点である。
【０３２３】
光軸付近にある測定したい領域から放射される赤外線のみを赤外受光素子で受光するような光学系を設計する。
【０３２４】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、透過型回折レンズ５を通過する赤外線のみを赤外受光素子４で受光しするようにする。透過型回折レンズ５を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０３２５】
Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図１４中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、透過型回折レンズ５を通過してＦで光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、透過型回折レンズ５を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ3Aを通る光は、透過型回折レンズ５で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して透過型回折レンズ５を通過し、透過型回折レンズ５を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達する。このように、光路Ｋ1Aと光軸が交叉する点ＦX よりも透過型回折レンズから離れた位置かつＦA よりも透過型回折レンズ５に近い位置で、Ａから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側となる。この三角形の内側に赤外受光素子４を設置することで、Ａ、Ａ’から放射される光を受光しない赤外センサが得られる。
【０３２６】
固定部１を、光路Ｋ1A、光路Ｋ1A' よりも光軸から遠くなるように設置する。
【０３２７】
固定部１から放射される赤外線は、受光したい領域と同じ面の受光したくない領域から放射される光と置き換えられる。受光したい領域の外側にある受光したくない領域中のＢ点はＡよりも光軸から遠いため、透過型回折レンズ５によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは周知の通りである。従って、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に赤外受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にＢからの赤外線も受光しない構成となる。つまり、自動的に固定部１から放射される赤外線を受光しない構成となる。
【０３２８】
以上のように、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に赤外受光素子４を設置し、光路Ｋ1A、K1A'よりも光軸から遠くに固定部１を設けることによって、穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けることができて、固定部から放射される赤外線を受光せずに光軸付近の受光したい領域から放射される赤外線のみを受光するような赤外センサが得られる。
【０３２９】
なお、筐体９と固定部１は一体であっても構わない。
【０３３０】
図１５は本発明の第１２の実施例における赤外センサを示すものである。図１５において、５は透過型回折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは透過型回折レンズの焦点、ＦA は透過型回折レンズ５によるＡの像点、ＦA'は透過型回折レンズ５によるＡ’の像点、ＦB は透過型回折レンズ５によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから透過型回折レンズ５の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から透過型回折レンズ５の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから透過型回折レンズ５の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点である。
【０３３１】
光軸付近にある測定したい領域から放射される赤外線のみを赤外受光素子で受光するような光学系を設計する。
【０３３２】
赤外受光素子４を、透過型回折レンズ５を通過する赤外線のみを赤外受光素子４で受光するように筐体９に取り付ける。透過型回折レンズ５を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０３３３】
Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図１５中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、透過型回折レンズ５を通過してＦで光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、透過型回折レンズ５を通過して光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ3Aを通る光は、透過型回折レンズ５で光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して透過型回折レンズ５を通過し、透過型回折レンズ５を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざかっていく。このように、Ａの像点ＦA よりも透過型回折レンズから離れた位置でＡから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦA よりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域である。この領域に赤外センサを設置することで、Ａ、Ａ’から放射される赤外線を受光しない光学系が実現できる。
【０３３４】
固定部１を、光路Ｋ1A、光路Ｋ1A' よりも光軸から遠くなるように設置する。
【０３３５】
固定部１から放射される赤外線は、受光したくない領域から放射される光と置き換えられる。受光したい領域の外側にある受光したくない領域中のＢ点はＡよりも光軸から遠いため、透過型回折レンズ５によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。従って、ＦA よりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に赤外受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にＢから放射される赤外線も受光しない構成となる。つまり、自動的に固定部１から放射される赤外線を受光しない構成となる。
【０３３６】
以上のように、ＦA よりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に赤外受光素子４を設置し、固定部１をＡと透過型回折レンズ５の間で光路Ｋ1A、K1A'よりも光軸から遠くに設けることによって、穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを安定した状態で向けることができ、固定部から放射される赤外線を受光せずに光軸付近の受光したい領域から放射される赤外線のみを受光するような赤外センサが得られる。
【０３３７】
なお、筐体９と固定部１は一体であっても構わない。
【０３３８】
図１６は本発明の第１３の実施例における赤外センサを示すものである。図１６において、５は透過型回折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、α、α’は透過型回折レンズ５の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点、Ｆは透過型回折レンズ５の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ透過型回折レンズ５によるα、α’の像点、Ｋ1 αはαから光軸に対して同じ側の透過型回折レンズ５の縁を通過してＦαへ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 αはαから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ3 αはαから透過型回折レンズ５の中心を通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ4 αはαから光軸を挟んで反対側の透過型回折レンズ５の縁を通過してＦαに到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1 α' はα’から光軸に対して同じ側の透過型回折レンズ５の縁を通過してＦα' へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 α' はα’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦα' に到達する光の光路、Ｋ3 α' はα’から透過型回折レンズ５の中心を通過してＦα' に到達する光の光路、Ｋ4 α' はα’から光軸を挟んで反対側の透過型回折レンズ５の縁を通過してＦα' に到達する光（マージナル光線）の光路、ＦX は光路Ｋ1 αと光軸との交点である。
【０３３９】
穴の内壁など凹部から放射される赤外光のみを受光するような光学系を設計する。
【０３４０】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、透過型回折レンズ５を通過する赤外線のみを赤外受光素子４で受光するようにする。透過型回折レンズ５を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０３４１】
被測定物からの赤外光のみを受光するためには、固定部１から放射される赤外光を受光しないようにすればよい。そのため、受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点を仮想し、この点から、光軸に対してこの仮想した境界に位置する点と同じ側の透過型回折レンズ５の縁を通過する光（マージナル光線）の光路よりも、光軸から遠くに位置するように固定部１を設置すればよい。そこで、上記仮想の境界に位置する点を、透過型回折レンズ５の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点α、α’として、ＦαとＦα’とＦX で形成される三角形の内側に赤外受光素子４を設置する。これにより、固定部１をαと透過型回折レンズ５の間で光路Ｋ1 α、Ｋ1 α' よりも光軸から遠くに位置させることになるため、固定部からの光を受光しない光学系が得られる。
【０３４２】
上記について詳細を以下に述べる。αから放射される光は光路Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 αなどを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成される。図１６中に示すように、光路Ｋ2 αを通る光は、透過型回折レンズ５を通過してＦで光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。同じように、光路Ｋ1 αを通る光は、透過型回折レンズ５を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。光路Ｋ3 αを通る光は、透過型回折レンズ５で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。光路Ｋ4 αを通る光は、光軸と交叉して透過型回折レンズ５を通過し、透過型回折レンズ５を通過してからは光軸と交叉せずにＦαに到達する。このように、光路Ｋ1 αと光軸が交叉する点ＦX よりも透過型回折レンズから離れた位置かつＦαよりも透過型回折レンズ５に近い位置で、αから放射される光が通過しない領域が存在する。同じように、α’についても、光路Ｋ1 α' と光軸が交叉する点よりも透過型回折レンズから離れた位置かつＦα' よりも透過型回折レンズ５に近い位置で、α’から放射される光が通過しない領域が存在する。この、Ｆα、Ｆα' 、ＦX で形成される三角形の内側よりに赤外受光素子４を設置することで、α、α' から放射される光を受光しない赤外センサが得られる。αと透過型回折レンズ５の間の光路Ｋ1 αより光軸から遠い部分からの光は、αと同じ面内で光軸からの距離がαより大きい点からの光と置き換えられる。この点の透過型回折レンズ５による交点はＦαよりも光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。そのため、αからの光を受光しないようにすれば、αよりも光軸から遠い点からの光を受光せず、従って固定部１からの光を受光しない。同様に、α’と透過型回折レンズ５の間の光路Ｋ1 α' より光軸から遠い部分からの光は、α' と同じ面内で光軸からの距離がα’より大きい点からの光と置き換えられる。この点の透過型回折レンズ５による交点はＦα’よりも光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。そのため、α’からの光を受光しないようにすれば、α’よりも光軸から遠い点からの光を受光せず、従って固定部１からの光を受光しない。このように、ＦαとＦα' とＦX で形成される三角形の内側に赤外受光素子４を設置することでα、α’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的に固定部１から放射される赤外線も受光しない構成となる。
【０３４３】
以下、αからの光を受光しないような赤外受光素子４の位置を求める。
【０３４４】
赤外受光素子４はＦA よりも透過型回折レンズ５に近い。この時、既述の（１）式（以下同じ）、（２）式が成り立つ。
【０３４５】
図１６に示すように、受光面は光路Ｋ1 αと光軸が交わる点とＦαとの間であるので、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ1 αである。したがって、αからの光を赤外受光素子４で受光しないためには、（３）式を満たす必要がある。
【０３４６】
ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 、ｒαF 、ｒαS1、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（４）式、（５）式を満たす。
【０３４７】
（５）式を（３）式へ代入することで（６）式が得られる。
【０３４８】
（２）（６）式から、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（７）式となる。
【０３４９】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（８）式、（９）式を満たす。
【０３５０】
（９）式を（７）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受しないための条件は（１０）式となる。
【０３５１】
また、ガウスの公式から（１１）式、（１２）式が成り立つ。
【０３５２】
（１２）式を（１１）式に代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（１３）式となる。
【０３５３】
以上のように、固定部１先端のαから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、（７）式、或いは（１０）式、或いは（１３）式を満たすよう光学系を設計する必要がある。（７）式、（１０）式、（１３）式で与えられるＬ3 だけ、受光素子４を透過型回折レンズ５の焦点からずらして設置することで、固定部１から放射される赤外線を赤外受光素子４で受光せずに被測定物体から放射光のみを赤外受光素子４で受光させることができるため、固定部１の温度変化に起因する測定誤差を防ぐことができる。
【０３５４】
なお、筐体９と固定部１は一体であっても構わない。
【０３５５】
図１７は本発明の第１４の実施例における赤外センサを示すものである。図１７において、５は透過型回折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、α、α’は透過型回折レンズ５の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点、Ｆは透過型回折レンズ５の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ透過型回折レンズ５によるα、α’の像点、Ｋ1 αはαから光軸に対して同じ側の透過型回折レンズ５の縁を通過してＦαへ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 αはαから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ3 αはαから透過型回折レンズ５の中心を通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ4 αはαから光軸を挟んで反対側の透過型回折レンズ５の縁を通過してＦαに到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1 α' はα’から光軸に対して同じ側の透過型回折レンズ５の縁を通過してＦα' へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 α' はα’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦα' に到達する光の光路、Ｋ3 α' はα’から透過型回折レンズ５の中心を通過してＦα' に到達する光の光路、Ｋ4 α' はα’から光軸を挟んで反対側の透過型回折レンズ５の縁を通過してＦα' に到達する光（マージナル光線）の光路、ＦX は光路Ｋ1 αと光軸との交点である。
【０３５６】
穴の内壁など凹部から放射される赤外光のみを受光するような光学系を設計する。
【０３５７】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、透過型回折レンズ５を通過する赤外線のみを赤外受光素子４で受光するようにする。透過型回折レンズ５を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０３５８】
被測定物からの赤外光のみを受光するためには、固定部１から放射される赤外光を受光しないようにすればよい。そのため、受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点を仮想し、この点から、光軸に対してこの仮想した境界に位置する点と同じ側の透過型回折レンズ５の縁を通過する光（マージナル光線）の光路よりも、光軸から遠くに位置するように固定部１を設置すればよい。そこで、上記仮想の境界に位置する点を、透過型回折レンズ５の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点α、α’として、Ｆαよりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4 αと、Ｆα' よりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4 α' で挟まれた領域に赤外センサを設置する。これにより、固定部１をαと透過型回折レンズ５の間で光路Ｋ1 α、Ｋ1 α' よりも光軸から遠くに位置させることになるため、固定部からの光を受光しない光学系が得られる。
【０３５９】
上記について詳細を以下に述べる。
【０３６０】
αから放射される光は光路Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 αなどを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成される。図１７中に示すように、光路Ｋ2 αを通る光は、透過型回折レンズ５を通過してＦで光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ1 αを通る光は、透過型回折レンズ５を通過して光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。光路Ｋ3 αを通る光は、透過型回折レンズ５で光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。光路Ｋ4 αを通る光は、光軸と交叉して透過型回折レンズ５を通過し、透過型回折レンズ５を通過してからは光軸と交叉せずにＦαに到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざかっていく。このように、αの像点Ｆαよりも透過型回折レンズから離れた位置でαから放射される光が通過しない領域が存在する。同じようにα’についても、αの像点Ｆαよりも透過型回折レンズから離れた位置でαから放射される光が通過しない領域が存在する。この、Ｆαよりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4 αと、Ｆα' よりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4 α' で挟まれた領域内に赤外受光素子を設置することによってα、α’から放射される赤外線を受光しない赤外センサが得られる。αと透過型回折レンズ５の間の光路Ｋ1 αより光軸から遠い部分からの光は、αと同じ面内で光軸からの距離がαより大きい点からの光と置き換えられる。この点の透過型回折レンズ５による交点はＦαよりも光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。そのため、αからの光を受光しないようにすれば、αよりも光軸から遠い点からの光を受光せず、従って固定部１からの光を受光しない。同様に、α’と透過型回折レンズ５の間の光路Ｋ1 α' より光軸から遠い部分からの光は、α' と同じ面内で光軸からの距離がα’より大きい点からの光と置き換えられる。この点の透過型回折レンズ５による交点はＦα’よりも光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。そのため、α’からの光を受光しないようにすれば、α’よりも光軸から遠い点からの光を受光せず、従って固定部１からの光を受光しない。このように、Ｆαよりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4 αと、Ｆα' よりも透過型回折レンズ５から遠い部分の光路Ｋ4 α' で挟まれた領域に赤外受光素子４を設置することでα、α’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的に固定部１から放射される赤外線も受光しない構成となる。
【０３６１】
以下、αからの光を受光しないような赤外受光素子４の位置を求める。
【０３６２】
赤外受光素子４はＦαよりも透過型回折レンズ５から遠い。この時、（１４）式、（１５）式が成り立つ。
図１７に示すように、受光面はＦαよりも透過型回折レンズ５から遠いので、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ4 αである。したがって、αからの光を赤外受光素子４で受光しないためには、（１６）式を満たす必要がある。
【０３６３】
ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 、ｒαF 、ＬαF 、ｒαS4、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（１７）式、（１８）式を満たす。
【０３６４】
（１８）式を（１６）式へ代入することで（１９）式が得られる。
【０３６５】
（１５）（１９）式から、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（２０）式となる。
【０３６６】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（２１）式、（２２）式を満たす。
【０３６７】
（２２）式を（２０）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（２３）式となる。
【０３６８】
また、ガウスの公式から（２４）式、（２５）式が成り立つ。
【０３６９】
（２５）式を（２３）式に代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（２６）式となる。
【０３７０】
以上のように、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、（２０）式、或いは（２３）式、或いは（２６）式の条件を満たすよう光学系を設計する必要がある。（２０）式、（２３）式、（２６）式で与えられるＬ3 だけ、受光素子４を透過型回折レンズ５の焦点からずらして設置することで、固定部１から放射される赤外線を赤外受光素子４で受光せずに被測定物体から放射光のみを赤外受光素子４で受光させることができるため、固定部１の温度変化に起因する測定誤差を防ぐことができる。
【０３７１】
なお、筐体９と固定部１は一体であっても構わない。
【０３７２】
図１８、１９は本発明の第１５の実施例における赤外センサの光学系を示すものである。図１８、１９において、５は透過型回折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、２は透過型回折レンズ５の有効領域を決めるためのレンズ開口絞り、α、α’はレンズ開口絞り２の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点、Ａは固定部１先端の点、Ｂは固定部１先端以外の点、Ｆは透過型回折レンズ５の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ透過型回折レンズ５によるα、α’の像点、ＦA は透過型回折レンズ５によるＡの像点、ＦB は透過型回折レンズ５によるＢの像点、Ｋ1 αはαから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦαへ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 αはαから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ3 αはαから透過型回折レンズ５の中心を通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ4 αはαから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦαに到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから透過型回折レンズ５の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1BはＢから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦB へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2BはＢから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦB に到達する光の光路、Ｋ3BはＢから透過型回折レンズ５の中心を通過してＦB に到達する光の光路、Ｋ4BはＢから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦB に到達する光（マージナル光線）の光路、ＦαS1は光路Ｋ1 αと受光面との交点、ＦAS1 は光路Ｋ1Aと受光面との交点、ＦBS1 は光路Ｋ1Bとセンサ面との交点、ｒαはα点での固定部１の開口半径、ｒA はＡ点での固定部１の開口半径、ｒB はＢ点での固定部１の開口半径、ｒ2 はレンズ開口絞り２の開口半径、ｒ3 α1 は光路Ｋ1 αの透過型回折レンズ５における光軸からの距離、ｒ3A1 は光路Ｋ1Aの透過型回折レンズ５における光軸からの距離、ｒ3B1 は光路Ｋ1Bの透過型回折レンズ５における光軸からの距離、rsは赤外受光素子４の半径、ｒαS1はＦαS1と光軸との距離、ｒAS1 はＦAS1 と光軸との距離、ｒBS1 はＦBS1 と光軸との距離、ｒAFはＦA と光軸との距離、ｒBFはＦB と光軸との距離、L αはαからレンズ開口絞り２までの距離、LAはＡからレンズ開口絞り２までの距離、ＬB はＢからレンズ開口絞り２までの距離、Ｌ2 はレンズ開口絞り２から透過型回折レンズ５までの距離、ｆは透過型回折レンズ５の焦点距離、Ｌ3 はＦから赤外受光素子４までの距離、ＬαF は透過型回折レンズ５からＦαまでの距離、ＬAFは透過型回折レンズ５からＦA までの距離、ＬBFは透過型回折レンズ５からＦB までの距離である。
【０３７３】
固定部のあらゆる点から放射される光を赤外受光素子４で受光しないような光学設計条件を求める。そのために、αから放射される光を仮想し、この光を赤外受光素子４で受光しないための設計条件を求めたのち、固定部１のα以外の点から放射される光を赤外受光素子４で受光しない条件を追加する。
【０３７４】
まず、固定部１のαから放射される赤外光を受光しないよう、以下のように赤外受光素子４の位置を決める。
【０３７５】
αから放射される光は光路Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 αなどを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成される。図１８中に示すように、光路Ｋ2 αを通る光は、透過型回折レンズ５を通過してＦで光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。同じように、光路Ｋ1 αを通る光は、透過型回折レンズ５を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。光路Ｋ3 αを通る光は、透過型回折レンズ５で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。光路Ｋ4 αを通る光は、光軸と交叉して透過型回折レンズ５を通過し、透過型回折レンズ５を通過してからは光軸と交叉せずにＦαに到達する。このように、光路Ｋ1 αと光軸が交叉する点よりも透過型回折レンズから離れた位置かつＦαよりも透過型回折レンズ５に近い位置で、αから放射される光が通過しない領域が存在する。この、光路Ｋ1 αと光軸が交叉する点よりも透過型回折レンズ５から離れ且つＦαよりも透過型回折レンズ５に近い位置に赤外受光素子４を設置することで、αから放射される光を受光しない赤外センサが得られる。以下、Ｌ3 を求める。
【０３７６】
赤外受光素子４はＦαよりも透過型回折レンズ５に近い。この時、（２７）式、（２８）式が成り立つ。
【０３７７】
図１８に示すように、受光面は光路Ｋ1 αと光軸が交わる点とＦαとの間であるので、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ1 αである。したがって、αからの光を赤外受光素子４で受光しないためには、（２９）式を満たす必要がある。
【０３７８】
ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 α1 、ｒαF 、ＬαF 、ｒαS1、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（３０）式、（３１）式を満たす。
【０３７９】
（３１）式を（２９）式へ代入することで（３２）式が得られる。
【０３８０】
（２８）（３２）式から、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（３３）式となる。
【０３８１】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（３４）式、（３５）式を満たす。
【０３８２】
（３５）式を（３３）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受しないための条件は（３６）式となる。
【０３８３】
また、ガウスの公式から（３７）式、（３８）式が成り立つ。
【０３８４】
（３８）式を（３６）式に代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（３９）式となる。
【０３８５】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒα、Ｌα、ｒ3 α1 、Ｌ2 は幾何関係として（４０）式、（４１）式を満たす。
【０３８６】
（４１）式を（３９）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（４２）式となる。
【０３８７】
以上のように、固定部１先端のαから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たすよう光学系を設計する必要がある。
【０３８８】
（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たすよう光学系を設計した赤外センサが、固定部のα以外の点からの放射光も受光しない、すなわち固定部のあらゆる点から放射される光も受光しない条件を示す。そのために、図１９を用いてＡ、Ｂからの光を受光しない条件を以下に求める。
【０３８９】
まず、Ａから放射される光を受光しない条件を求める。図１９に示すように、ＡからＦA までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ1Aである。Ａとαが一致しない固定部形状の場合にはＫ1AはＡとレンズ開口絞り２との間で固定部１によって遮光され、各光路は受光面で赤外受光素子４にＫ1Aよりは近づかない。そこで、Ａから放射される光を赤外受光素子４で受光しない条件を、Ｋ1Aと受光面との交点であるＦAS1 と光軸との距離ｒAS1 がｒs よりも大きいこととする。つまり（４３）式が成りたてばＡから放射される光を赤外受光素子４で受光しない。
【０３９０】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3A1 、ｒAF、ＬA 、ｒAs1 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（４４）式、（４５）式を満たす。
【０３９１】
また、幾何光学で周知の通りｒA 、ＬA 、Ｌ2 、ｒAF、ＬAFは幾何関係として（４６）式、（４７）式を満たす。
【０３９２】
（４７）式を（４５）式に代入することにより（４８）式が得られる。
【０３９３】
また、ガウスの公式から（４９）式、（５０）式が成り立つ。
【０３９４】
（５０）式を（４８）式に代入することにより（５１）式が得られる。
【０３９５】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒA 、ＬA 、ｒ3A1 、Ｌ2 は幾何関係として（５２）式、（５３）式を満たす。
【０３９６】
（５３）式を（５１）式に代入することによって（５４）式が得られる。
【０３９７】
ｒAS1 と同じくｒαS1は（５５）式のようになる。
【０３９８】
Ａは固定部先端の点で、αはレンズ開口絞り２の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点であるので、レンズ開口絞り２からＡ、αまでの距離は相等しく（５６）式が成り立ち、光軸からＡまでの距離は光軸からαまでの距離以上であり（５７）式が成り立つ。
【０３９９】
（５６）式を（５５）式に代入することで（５８）式が得られる。
【０４００】
ｒαS1は（２９）式の関係を満たすので、ｒAS1 がｒαS1よりも大きい、すなわち（５９）式を満たせば、自動的にｒAS1 が（４３）式の関係を満たす。
【０４０１】
（５５）（５８）式を（５９）式に代入することにより（６０）式が得られる。
【０４０２】
（５７）式より、（６０）式は（６１）式のようになる。
【０４０３】
以上のように、固定部１の仮想点αおよび先端点Ａから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たし、且つ（６１）式を満たす必要がある。
【０４０４】
次に、Ｂから放射される光を受光しない条件を求める。Ｂから放射される光はＫ1B、Ｋ2B、Ｋ3B、Ｋ4Bなどを通ってＢの像点ＦB に到達する。Ｂは固定部の先端以外の点であるので、固定部先端面の点αよりもＢの方が透過型回折レンズ５に近い。したがって、幾何光学で周知の通り、透過型回折レンズ５の像点Ｆαよりも像点ＦB の方が透過型回折レンズ５から遠くなる。すなわち（６２）式が成り立つ。
【０４０５】
透過型回折レンズ５から受光面までの距離は透過型回折レンズ５からＦαまでの距離よりも小さい。したがって（６２）式より、透過型回折レンズ５から受光面までの距離は透過型回折レンズ５からＦB までの距離よりも小さいことになる。
【０４０６】
このとき、図１９に示すようにＢからＦB までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ1Bである。Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、Ｋ1Bと受光面との交点であるＦBS1 と光軸との距離ｒBS1 がｒs よりも大きい必要がある。つまり（６３）式が成り立つ必要がある。
【０４０７】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3B1 、ｒBF、ＬB 、ｒBs1 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（６４）式、（６５）式を満たす。
【０４０８】
また、幾何光学で周知の通りｒB 、ＬB 、Ｌ2 、ｒBF、ＬBFは幾何関係として（６６）式、（６７）式を満たす。
【０４０９】
（６７）式を（６５）式に代入することにより（６８）式が得られる。
【０４１０】
また、ガウスの公式から（６９）式、（７０）式が成り立つ。
【０４１１】
（７０）式を（６８）式に代入することにより（７１）式が得られる。
【０４１２】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒB 、ＬB 、ｒ3B1 、Ｌ2 は幾何関係として（７２）式、（７３）式を満たす。
【０４１３】
（７３）式を（７１）式に代入することによって（７４）式が得られる。
【０４１４】
ｒBS1 と同じくｒαS1は（７５）式のようになる。
【０４１５】
ｒαS1は（２９）式の関係を満たすので、ｒBS1 がｒαS1よりも大きい、すなわち（７６）式を満たせば自動的にｒBS1 が（６３）式の関係を満たすことになる。
【０４１６】
（７４）（７５）式を（７６）式に代入することにより（７７）式が得られる。
【０４１７】
ここで、αは固定部１先端面の点であるので、Ｌα、ＬB に（７８）式、（７９）式の関係が成り立つ。
【０４１８】
（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たし、且つ（６１）式を満たすよう光学系を設計した赤外センサが、あらゆる先端面以外の点からの放射光も受光しないためには、Ｂ各点について（７７）式の関係が成り立つ必要がある。
【０４１９】
したがって、（６１）式、（７９）式の関係を考慮することにより、（８０）式が成り立つ必要がある。
【０４２０】
以上のように、固定部１から放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たし、且つ（６１）式を満たし、さらに（８１）式を満たす必要がある。
【０４２１】
赤外受光素子４を、（３３）式あるいは（３６）式あるいは（３９）式あるいは（４２）式で与えられる量だけ透過型回折レンズ５の焦点面から離して設け、かつ（６１）式と（８１）式を満たす光学設計にすることによって、固定部から放射される赤外線を赤外受光素子４で受光せずに被測定物体から放射光のみを赤外受光素子４で受光させることができるため、固定部の温度変化に起因する測定誤差を防ぐことができる。
【０４２２】
なお、筐体９と固定部１、レンズ開口絞り２は一体であっても構わない。
【０４２３】
図２０、２１、２２は本発明の第１６の実施例における赤外センサの光学系を示すものである。図２０、２１、２２において、５は透過型回折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、２は透過型回折レンズ５の有効領域を決めるためのレンズ開口絞り、α、α’はレンズ開口絞り２の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点、Ａは固定部１先端の点、Ｂは固定部１の先端以外の点、Ｆは透過型回折レンズ５の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ透過型回折レンズ５によるα、α’の像点、ＦA は透過型回折レンズ５によるＡの像点、ＦB は透過型回折レンズ５によるＢの像点、Ｋ1 αはαから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦαへ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 αはαから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ3 αはαから透過型回折レンズ５の中心を通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ4 αはαから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦαに到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから透過型回折レンズ５の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1BはＢから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦB へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2BはＢから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦB に到達する光の光路、Ｋ3BはＢから透過型回折レンズ５の中心を通過してＦB に到達する光の光路、Ｋ4BはＢから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦB に到達する光（マージナル光線）の光路、ＦαS4は光路Ｋ4 αと受光面との交点、ＦAS4 は光路Ｋ4Aと受光面との交点、ＦBS4 は光路Ｋ4Bとセンサ面との交点、ＦαS1は光路Ｋ1Aと受光面との交点、ＦBS1 は光路Ｋ1Bとセンサ面との交点、ｒαはα点での固定部１の開口半径、ｒA はＡ点での固定部１の開口半径、ｒB はＢ点での固定部１の開口半径、ｒ2 はレンズ開口絞り２の開口半径、ｒ3 α4 は光路Ｋ4 αの透過型回折レンズ５における光軸からの距離、ｒ3A4 は光路Ｋ4Aの透過型回折レンズ５における光軸からの距離、ｒ3B4 は光路Ｋ4Bの透過型回折レンズ５における光軸からの距離、ｒ3 α1 は光路Ｋ1 αの透過型回折レンズ５における光軸からの距離、ｒ3B1 は光路Ｋ1Bの透過型回折レンズ５における光軸からの距離、rsは赤外受光素子４の半径、ｒαS4はＦαS4と光軸との距離、ｒAS4 はＦAS4 と光軸との距離、ｒBS4 はＦBS4 と光軸との距離、ｒαS1はＦαS1と光軸との距離、ｒBS1 はＦBS1 と光軸との距離、ｒαF はＦαと光軸との距離、ｒAFはＦA と光軸との距離、ｒBFはＦB と光軸との距離、L αはαからレンズ開口絞り２までの距離、LAはＡからレンズ開口絞り２までの距離、ＬB はＢからレンズ開口絞り２までの距離、Ｌ2 はレンズ開口絞り２から透過型回折レンズ５までの距離、ｆは透過型回折レンズ５の焦点距離、Ｌ3 はＦから赤外受光素子４までの距離、ＬαF は透過型回折レンズ５からＦαまでの距離、ＬAFは透過型回折レンズ５からＦA までの距離、ＬBFは透過型回折レンズ５からＦB までの距離である。
【０４２４】
固定部１上のαから放射される赤外光を仮想し、この光を受光しないよう以下に示すように赤外受光素子４の位置を決める。
【０４２５】
αから放射される光は光路Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 αなどを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成される。図２０中に示すように、光路Ｋ2 αを通る光は、透過型回折レンズ５を通過してＦで光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ1 αを通る光は、透過型回折レンズ５を通過して光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。光路Ｋ3 αを通る光は、透過型回折レンズ５で光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。光路Ｋ4 αを通る光は、光軸と交叉して透過型回折レンズ５を通過し、透過型回折レンズ５を通過してからは光軸と交叉せずにＦαに到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざかっていく。このように、αの像点Ｆαよりも透過型回折レンズから離れた位置でαから放射される光が通過しない領域が存在する。この、αの像点Ｆαよりも透過型回折レンズ５から離れた位置に赤外受光素子４を設置することで、αから放射される光を受光しない赤外センサが得られる。以下、透過型回折レンズ５の焦点から受光面までの距離Ｌ3 を求める。
【０４２６】
赤外受光素子４はＦαよりも透過型回折レンズ５から遠い。この時、（８２）式、（８３）式が成り立つ。
図２０に示すように、受光面はＦαよりも透過型回折レンズ５から遠いので、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ4 αである。したがって、αからの光を赤外受光素子４で受光しないためには、（８４）式を満たす必要がある。
【０４２７】
ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 α4 、ｒαF 、ＬαF 、ｒαS4、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（８５）式、（８６）式を満たす。
【０４２８】
（８６）式を（８４）式へ代入することで（８７）式が得られる。
【０４２９】
（８３）（８７）式から、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（８８）式となる。
【０４３０】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（８９）式、（９０）式を満たす。
【０４３１】
（９０）式を（８８）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（９１）式となる。
【０４３２】
また、ガウスの公式から（９２）式、（９３）式が成り立つ。
【０４３３】
（９３）式を（９１）式に代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（９４）式となる。
【０４３４】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒα、Ｌα、ｒ3 α4 、Ｌ2 は幾何関係として（９５）式、（９６）式を満たす。
【０４３５】
（９６）式を（９４）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（９７）式となる。
【０４３６】
以上のように、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たすよう光学系を設計する必要がある。
【０４３７】
（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たすよう光学系を設計した赤外センサが、固定部のα以外の点からの放射光も受光しない、すなわち固定部のあらゆる点から放射される光も受光しない条件を示す。そのために、図２１、２２を用いてＡ、Ｂからの光を受光しない条件を以下に求める。
【０４３８】
まず、図２１により、Ａから放射される光を受光しない条件を求める。Ａから透過型回折レンズ５までの距離とαから透過型回折レンズ５間での距離は等しいので、幾何光学で周知の通り透過型回折レンズ５によるＡ、αの像点ＦA 、Ｆαは同一面内に形成される。従って、受光面がＦαよりも透過型回折レンズ５から遠いので、受光面はＦA よりも遠くになる。そのため、図２１に示すようにＡからＦA までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ４A である。Ａから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、Ｋ4Aと受光面との交点であるＦAS4 と光軸との距離ｒAS4 がｒs よりも大きい必要がある。
【０４３９】
つまり（９８）式が成り立つ必要がある。
【０４４０】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3A4 、ｒAF、ＬAF、ｒAs4 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（９９）式、（１００）式を満たす。
【０４４１】
また、幾何光学で周知の通りｒA 、ＬA 、Ｌ2 、ｒAF、ＬAFは幾何関係として（１０１）式、（１０２）式を満たす。
【０４４２】
（１０２）式を（１００）式に代入することにより（１０３）式が得られる。
【０４４３】
また、ガウスの公式から（１０４）式、（１０５）式が成り立つ。
【０４４４】
（１０５）式を（１０３）式に代入することにより（１０６）式が得られる。
【０４４５】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒA 、ＬA 、ｒ3A4 、Ｌ2 は幾何関係として（１０７）式、（１０８）式を満たす。
【０４４６】
（１０８）式を（１０６）式に代入することによって（１０９）式が得られる。
【０４４７】
ｒAS4 と同じくｒαS4は（１１０）式のようになる。
【０４４８】
ｒαS4は（８４）式の関係を満たすので、（１１１）式を満たせば、自動的にｒAS4 が（９８）式の関係を満たすことになる。
【０４４９】
（１０９）（１１０）式を（１１１）式に代入することにより（１１２）式が得られる。
【０４５０】
Ａは固定部先端の点で、αはレンズ開口絞り２の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点であるので、レンズ開口絞り２からＡ、αまでの距離は相等しく（１１３）式が成り立ち、光軸からＡまでの距離は光軸からαまでの距離以上であり（１１４）式が成り立つ。
【０４５１】
（１１３）式より、（１１２）式の条件は（１１５）式のようになる。
【０４５２】
（１１４）式より、（１１５）式の条件は（１１６）式、（１１７）式のようになる。
【０４５３】
（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たすよう光学定数や各位置関係を設計した赤外センサが、固定部先端Ａからの放射光も受光しないためには、（１１７）式の条件を満たす光学設計である必要がある。
【０４５４】
次に、Ｂから放射される光を受光しない条件を求める。Ｂから放射される光はＫ1B、Ｋ2B、Ｋ3B、Ｋ4Bなどを通ってＢの像点ＦB に到達する。ＢからＦB までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものは、図２１に示すように像点ＦB が受光面よりも透過型回折レンズ５に近い場合にはＫ4Bであり、図２２に示すように像点ＦB が受光面よりも透過型回折レンズ５に近い場合はＫ1Bである。
【０４５５】
まず図２１に示すように、ＦB が受光面よりも透過型回折レンズ５に近く、したがってＢからＦB までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものがＫ4Bである場合について、Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しない条件を示す。
【０４５６】
Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、Ｋ4Bと受光面との交点であるＦBS4 と光軸との距離ｒBS4 がｒs よりも大きい必要がある。つまり（１１８）式が成り立つ必要がある。
【０４５７】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3B4 、ｒBF、ＬBF、ｒBs4 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（１１９）式、（１２０）式を満たす。
【０４５８】
また、幾何光学で周知の通りｒB 、ＬB 、Ｌ2 、ｒBF、ＬBFは幾何関係として（１２１）式、（１２２）式を満たす。
【０４５９】
（１２２）式を（１２０）式に代入することにより（１２３）式が得られる。
【０４６０】
また、ガウスの公式から（１２４）式、（１２５）式が成り立つ。
【０４６１】
（１２５）式を（１２３）式に代入することにより（１２６）式が得られる。
【０４６２】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒB 、ＬB 、ｒ3B4 、Ｌ2 は幾何関係として（１２７）式、（１２８）式を満たす。
【０４６３】
（１２８）式を（１２６）式に代入することによって（１２９）式が得られる。
【０４６４】
ｒBS4 と同じくｒαS4は（１３０）式のようになる。
【０４６５】
ｒαS4は（８４）式の関係を満たすので、（１３１）式を満たせば、自動的にｒBS4 が（１１８）式の関係を満たすことになる。
【０４６６】
（１２９）（１３０）式を（１３１）式に代入することにより（１３２）式が得られる。
【０４６７】
ここで、αは固定部１先端面の点であるので、Ｌα、ＬB に（１３３）式、（１３４）式の関係が成り立つ。
【０４６８】
（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たし、（１１７）式の条件をよう光学定数や各位置関係を設計した赤外センサが、固定部の先端以外の点からの放射光も受光しない、すなわち固定部のあらゆる点から放射される光も受光しないためには、あらゆるＢについて（１３２）式の関係が成り立つ必要がある。したがって、（１３４）式（１１７）式を考慮して、（１３５）式が成り立つ必要がある。  以上のように、固定部１から放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たし、且つ（１１７）式の条件を満たし、さらに（１３６）式を満たす必要がある。
【０４６９】
次に、図２２に示すように、ＦB が受光面よりも透過型回折レンズ５から遠く、したがってＢからＦB までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものがＫ1Bである場合について、Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しない条件を示す。
【０４７０】
Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、Ｋ1Bと受光面との交点であるＦBS1 と光軸との距離ｒBS1 がｒs よりも大きい必要がある。つまり（１３７）式が成り立つ必要がある。
【０４７１】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3B1 、ｒB 、ＬB 、ｒBs1 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（１３８）式、（１３９）式を満たす。
【０４７２】
また、幾何光学で周知の通りｒB 、ＬB 、Ｌ2 、ｒBF、ＬBFは幾何関係として（１４０）式、（１４１）式を満たす。
【０４７３】
（１４１）式を（１３９）式に代入することにより（１４２）式が得られる。
【０４７４】
また、ガウスの公式から（１４３）式、（１４４）式が成り立つ。
【０４７５】
（１４４）式を（１４２）式に代入することにより（１４５）式が得られる。
【０４７６】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒB 、ＬB 、ｒ3B1 、Ｌ2 は幾何関係として（１４６）式、（１４７）式を満たす。
【０４７７】
（１４７）式を（１４５）式に代入することによって（１４８）式が得られる。
【０４７８】
ｒBS1 と同じくｒαS1は（１４９）式のようになる。
【０４７９】
ここで、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ4 αであり、（１５０）式が成り立つ。
【０４８０】
ｒαS4は（８４）式の関係を満たすので、（１５１）式を満たせば、自動的にｒBS1 が（１３７）式の関係を満たすことになる。
【０４８１】
（１４８）（１４９）式を（１５１）式に代入することにより（１５２）式が得られる。
【０４８２】
ここで、αは固定部１先端面の点であるので、Ｌα、ＬB に（１５３）式、（１５４）式の関係が成り立つ。
【０４８３】
（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たし、且つ（１１７）式と（１３６）式を満たす光学設計である赤外センサが、固定部の先端面以外の点からの放射光も受光しない、すなわち固定部のあらゆる点から放射される光も受光しないためには、あらゆるＢについて（１５２）式の関係が成り立つ必要がある。したがって、（１５４）式、（１１７）式を考慮して、（１５５）式が成り立つ必要がある。
【０４８４】
（１５６）式と、（１３６）式は等しい。したがって、以上のように、固定部１から放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たし、且つ（１１７）式を満たし、さらに（１３６）式を満たす必要がある。
【０４８５】
以上のように本実施例によれば、赤外受光素子４を、（８８）式あるいは（９１）式あるいは（９４）式あるいは（９７）式で与えられる量だけ透過型回折レンズ５の焦点から離して設け、かつ（１１７）式と（１３６）式を満たす光学設計にすることによって、固定部１から放射される赤外線を赤外受光素子４で受光せずに被測定物体から放射光のみを赤外受光素子４で受光させることができるため、固定部の温度変化に起因する測定誤差を防ぐことができる。
【０４８６】
なお、筐体９と固定部１、レンズ開口絞り２は一体であっても構わない。
【０４８７】
図２３は本発明の第１７の実施例における赤外センサを示すものである。図２３において、６は集光ミラー、４は赤外線受光素子、９は筐体、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは集光ミラーの焦点、ＦA は集光ミラー６によるＡの像点、ＦA'は集光ミラー６によるＡ’の像点、ＦB は集光ミラー６によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから集光ミラー６の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から集光ミラー６の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから集光ミラー６の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点である。
【０４８８】
測定したい領域から放射される赤外線のみを赤外受光素子で受光するような光学系を設計する。
【０４８９】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、集光ミラー６を通過しない赤外線を赤外受光素子４で受光しないようにする。集光ミラー６を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０４９０】
Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図２３中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、集光ミラー６を通過してＦで光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、集光ミラー６を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ3Aを通る光は、集光ミラー６で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して集光ミラー６を通過し、集光ミラー６を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達する。このように、光路Ｋ1Aと光軸が交叉する点ＦX よりも集光ミラーから離れた位置かつＦA よりも集光ミラー６に近い位置で、Ａから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側となる。この三角形の内側に赤外受光素子４を設置することで、Ａ、Ａ’から放射される光を受光しない赤外センサが得られる。
【０４９１】
受光したい領域の外側にある、受光したくない領域中のＢ点は、Ａよりも光軸から遠いため、集光ミラー６によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは周知の通りである。従って、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に赤外受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にＢからの赤外線も受光しない構成となる。
【０４９２】
以上のように、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に赤外受光素子４を設置することによって、光軸付近の受光したい領域から放射される赤外線のみを受光するような赤外センサが得られる。
【０４９３】
図２４は本発明の第１８の実施例における赤外センサを示すものである。図２４において、６は集光ミラー、４は赤外線受光素子、９は筐体、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは集光ミラーの焦点、ＦA は集光ミラー６によるＡの像点、ＦA'は集光ミラー６によるＡ’の像点、ＦB は集光ミラー６によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから集光ミラー６の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から集光ミラー６の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから集光ミラー６の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点、ＦY は光路Ｋ4Aと光路Ｋ4A' の交点である。
【０４９４】
測定したい領域から放射される赤外線のみを赤外受光素子で受光するような光学系を設計する。
【０４９５】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、集光ミラー６を通過しない赤外線を赤外受光素子４で受光しないようにする。集光ミラー６を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０４９６】
Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図２４中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、集光ミラー６を通過してＦで光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、集光ミラー６を通過して光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ3Aを通る光は、集光ミラー６で光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して集光ミラー６を通過し、集光ミラー６を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざかっていく。このように、Ａの像点ＦA よりも集光ミラーから離れた位置でＡから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦA よりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域である。この領域に赤外センサを設置することで、Ａ、Ａ’から放射される赤外線を受光しない光学系が実現できる。
【０４９７】
受光したい領域の外側にある、受光したくない領域中のＢはＡよりも光軸から遠いため、集光ミラー６によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは周知の通りである。従って、ＦA よりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に赤外受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にＢから放射される赤外線も受光しない構成となる。
【０４９８】
以上のように、ＦA よりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に赤外受光素子４を設置することによって、光軸付近の受光したい領域から放射される赤外線のみを受光するような赤外センサが得られる。
【０４９９】
図２５は本発明の第１９の実施例における赤外センサを示すものである。図２５において、６は集光ミラー、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは集光ミラーの焦点、ＦA は集光ミラー６によるＡの像点、ＦA'は集光ミラー６によるＡ’の像点、ＦB は集光ミラー６によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから集光ミラー６の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から集光ミラー６の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから集光ミラー６の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点である。
【０５００】
光軸付近にある測定したい領域から放射される赤外線のみを赤外受光素子で受光するような光学系を設計する。
【０５０１】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、集光ミラー６を通過する赤外線のみを赤外受光素子４で受光しするようにする。集光ミラー６を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０５０２】
Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図２５中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、集光ミラー６を通過してＦで光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、集光ミラー６を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ3Aを通る光は、集光ミラー６で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して集光ミラー６を通過し、集光ミラー６を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達する。このように、光路Ｋ1Aと光軸が交叉する点ＦX よりも集光ミラーから離れた位置かつＦA よりも集光ミラー６に近い位置で、Ａから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側となる。この三角形の内側に赤外受光素子４を設置することで、Ａ、Ａ’から放射される光を受光しない赤外センサが得られる。
【０５０３】
固定部１を、光路Ｋ1A、光路Ｋ1A' よりも光軸から遠くなるように設置する。
【０５０４】
固定部１から放射される赤外線は、受光したい領域と同じ面の受光したくない領域から放射される光と置き換えられる。受光したい領域の外側にある受光したくない領域中のＢ点はＡよりも光軸から遠いため、集光ミラー６によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは周知の通りである。従って、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に赤外受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にＢからの赤外線も受光しない構成となる。つまり、自動的に固定部１から放射される赤外線を受光しない構成となる。
【０５０５】
以上のように、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に赤外受光素子４を設置し、光路Ｋ1A、K1A'よりも光軸から遠くに固定部１を設けることによって、穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けることができて、固定部から放射される赤外線を受光せずに光軸付近の受光したい領域から放射される赤外線のみを受光するような赤外センサが得られる。
【０５０６】
なお、筐体９と固定部１は一体であっても構わない。
【０５０７】
図２６は本発明の第２０の実施例における赤外センサを示すものである。図２６において、６は集光ミラー、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは集光ミラーの焦点、ＦA は集光ミラー６によるＡの像点、ＦA'は集光ミラー６によるＡ’の像点、ＦB は集光ミラー６によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから集光ミラー６の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から集光ミラー６の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから集光ミラー６の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点である。
【０５０８】
光軸付近にある測定したい領域から放射される赤外線のみを赤外受光素子で受光するような光学系を設計する。
【０５０９】
赤外受光素子４を、集光ミラー６を通過する赤外線のみを赤外受光素子４で受光するように筐体９に取り付ける。集光ミラー６を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０５１０】
Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図２６中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、集光ミラー６を通過してＦで光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、集光ミラー６を通過して光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ3Aを通る光は、集光ミラー６で光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して集光ミラー６を通過し、集光ミラー６を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざかっていく。このように、Ａの像点ＦA よりも集光ミラーから離れた位置でＡから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦA よりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域である。この領域に赤外センサを設置することで、Ａ、Ａ’から放射される赤外線を受光しない光学系が実現できる。
【０５１１】
固定部１を、光路Ｋ1A、光路Ｋ1A' よりも光軸から遠くなるように設置する。
【０５１２】
固定部１から放射される赤外線は、受光したくない領域から放射される光と置き換えられる。受光したい領域の外側にある受光したくない領域中のＢ点はＡよりも光軸から遠いため、集光ミラー６によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。従って、ＦA よりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に赤外受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にＢから放射される赤外線も受光しない構成となる。つまり、自動的に固定部１から放射される赤外線を受光しない構成となる。
【０５１３】
以上のように、ＦA よりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に赤外受光素子４を設置し、固定部１をＡと集光ミラー６の間で光路Ｋ1A、K1A'よりも光軸から遠くに設けることによって、穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを安定した状態で向けることができ、固定部から放射される赤外線を受光せずに光軸付近の受光したい領域から放射される赤外線のみを受光するような赤外センサが得られる。
【０５１４】
なお、筐体９と固定部１は一体であっても構わない。
【０５１５】
図２７は本発明の第２１の実施例における赤外センサを示すものである。図２７において、６は集光ミラー、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、α、α’は集光ミラー６の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点、Ｆは集光ミラー６の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ集光ミラー６によるα、α’の像点、Ｋ1 αはαから光軸に対して同じ側の集光ミラー６の縁を通過してＦαへ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 αはαから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ3 αはαから集光ミラー６の中心を通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ4 αはαから光軸を挟んで反対側の集光ミラー６の縁を通過してＦαに到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1 α' はα’から光軸に対して同じ側の集光ミラー６の縁を通過してＦα' へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 α' はα’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦα' に到達する光の光路、Ｋ3 α' はα’から集光ミラー６の中心を通過してＦα' に到達する光の光路、Ｋ4 α' はα’から光軸を挟んで反対側の集光ミラー６の縁を通過してＦα' に到達する光（マージナル光線）の光路、ＦX は光路Ｋ1 αと光軸との交点である。
【０５１６】
穴の内壁など凹部から放射される赤外光のみを受光するような光学系を設計する。
【０５１７】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、集光ミラー６を通過する赤外線のみを赤外受光素子４で受光するようにする。集光ミラー６を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０５１８】
被測定物からの赤外光のみを受光するためには、固定部１から放射される赤外光を受光しないようにすればよい。そのため、受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点を仮想し、この点から、光軸に対してこの仮想した境界に位置する点と同じ側の集光ミラー６の縁を通過する光（マージナル光線）の光路よりも、光軸から遠くに位置するように固定部１を設置すればよい。そこで、上記仮想の境界に位置する点を、集光ミラー６の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点α、α’として、ＦαとＦα’とＦX で形成される三角形の内側に赤外受光素子４を設置する。これにより、固定部１をαと集光ミラー６の間で光路Ｋ1 α、Ｋ1 α' よりも光軸から遠くに位置させることになるため、固定部からの光を受光しない光学系が得られる。
【０５１９】
上記について詳細を以下に述べる。αから放射される光は光路Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 αなどを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成される。図２７中に示すように、光路Ｋ2 αを通る光は、集光ミラー６を通過してＦで光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。同じように、光路Ｋ1 αを通る光は、集光ミラー６を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。光路Ｋ3 αを通る光は、集光ミラー６で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。光路Ｋ4 αを通る光は、光軸と交叉して集光ミラー６を通過し、集光ミラー６を通過してからは光軸と交叉せずにＦαに到達する。このように、光路Ｋ1 αと光軸が交叉する点ＦX よりも集光ミラーから離れた位置かつＦαよりも集光ミラー６に近い位置で、αから放射される光が通過しない領域が存在する。
【０５２０】
同じように、α’についても、光路Ｋ1 α' と光軸が交叉する点よりも集光ミラーから離れた位置かつＦα' よりも集光ミラー６に近い位置で、α’から放射される光が通過しない領域が存在する。この、Ｆα、Ｆα' 、ＦX で形成される三角形の内側よりに赤外受光素子４を設置することで、α、α' から放射される光を受光しない赤外センサが得られる。αと集光ミラー６の間の光路Ｋ1 αより光軸から遠い部分からの光は、αと同じ面内で光軸からの距離がαより大きい点からの光と置き換えられる。この点の集光ミラー６による交点はＦαよりも光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。そのため、αからの光を受光しないようにすれば、αよりも光軸から遠い点からの光を受光せず、従って固定部１からの光を受光しない。同様に、α’と集光ミラー６の間の光路Ｋ1 α' より光軸から遠い部分からの光は、α' と同じ面内で光軸からの距離がα’より大きい点からの光と置き換えられる。この点の集光ミラー６による交点はＦα’よりも光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。そのため、α’からの光を受光しないようにすれば、α’よりも光軸から遠い点からの光を受光せず、従って固定部１からの光を受光しない。このように、ＦαとＦα' とＦX で形成される三角形の内側に赤外受光素子４を設置することでα、α’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的に固定部１から放射される赤外線も受光しない構成となる。
【０５２１】
以下、αからの光を受光しないような赤外受光素子４の位置を求める。
【０５２２】
赤外受光素子４はＦA よりも集光ミラー６に近い。この時、（１）式、（２）式が成り立つ。
【０５２３】
図２７に示すように、受光面は光路Ｋ1 αと光軸が交わる点とＦαとの間であるので、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ1 αである。したがって、αからの光を赤外受光素子４で受光しないためには、（３）式を満たす必要がある。
【０５２４】
ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 、ｒαF 、ｒαS1、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（４）式、（５）式を満たす。
【０５２５】
（５）式を（３）式へ代入することで（６）式が得られる。
【０５２６】
（２）（６）式から、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（７）式となる。
【０５２７】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（８）式、（９）式を満たす。
【０５２８】
（９）式を（７）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受しないための条件は（１０）式となる。
【０５２９】
また、ガウスの公式から（１１）式、（１２）式が成り立つ。
【０５３０】
（１２）式を（１１）式に代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（１３）式となる。
【０５３１】
以上のように、固定部１先端のαから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、（７）式、或いは（１０）式、或いは（１３）式を満たすよう光学系を設計する必要がある。（７）式、（１０）式、（１３）式で与えられるＬ3 だけ、受光素子４を集光ミラー６の焦点からずらして設置することで、固定部１から放射される赤外線を赤外受光素子４で受光せずに被測定物体から放射光のみを赤外受光素子４で受光させることができるため、固定部１の温度変化に起因する測定誤差を防ぐことができる。
【０５３２】
なお、筐体９と固定部１は一体であっても構わない。
【０５３３】
図２８は本発明の第２２の実施例における赤外センサを示すものである。図２８において、６は集光ミラー、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、α、α’は集光ミラー６の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点、Ｆは集光ミラー６の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ集光ミラー６によるα、α’の像点、Ｋ1 αはαから光軸に対して同じ側の集光ミラー６の縁を通過してＦαへ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 αはαから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ3 αはαから集光ミラー６の中心を通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ4 αはαから光軸を挟んで反対側の集光ミラー６の縁を通過してＦαに到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1 α' はα’から光軸に対して同じ側の集光ミラー６の縁を通過してＦα' へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 α' はα’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦα' に到達する光の光路、Ｋ3 α' はα’から集光ミラー６の中心を通過してＦα' に到達する光の光路、Ｋ4 α' はα’から光軸を挟んで反対側の集光ミラー６の縁を通過してＦα' に到達する光（マージナル光線）の光路、ＦX は光路Ｋ1 αと光軸との交点である。
【０５３４】
穴の内壁など凹部から放射される赤外光のみを受光するような光学系を設計する。
【０５３５】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、集光ミラー６を通過する赤外線のみを赤外受光素子４で受光するようにする。集光ミラー６を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０５３６】
被測定物からの赤外光のみを受光するためには、固定部１から放射される赤外光を受光しないようにすればよい。そのため、受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点を仮想し、この点から、光軸に対してこの仮想した境界に位置する点と同じ側の集光ミラー６の縁を通過する光（マージナル光線）の光路よりも、光軸から遠くに位置するように固定部１を設置すればよい。そこで、上記仮想の境界に位置する点を、集光ミラー６の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点α、α’として、Ｆαよりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4 αと、Ｆα' よりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4 α' で挟まれた領域に赤外センサを設置する。これにより、固定部１をαと集光ミラー６の間で光路Ｋ1 α、Ｋ1 α' よりも光軸から遠くに位置させることになるため、固定部からの光を受光しない光学系が得られる。
【０５３７】
上記について詳細を以下に述べる。
【０５３８】
αから放射される光は光路Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 αなどを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成される。図２８中に示すように、光路Ｋ2 αを通る光は、集光ミラー６を通過してＦで光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ1 αを通る光は、集光ミラー６を通過して光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。光路Ｋ3 αを通る光は、集光ミラー６で光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。光路Ｋ4 αを通る光は、光軸と交叉して集光ミラー６を通過し、集光ミラー６を通過してからは光軸と交叉せずにＦαに到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざかっていく。このように、αの像点Ｆαよりも集光ミラーから離れた位置でαから放射される光が通過しない領域が存在する。同じようにα’についても、αの像点Ｆαよりも集光ミラーから離れた位置でαから放射される光が通過しない領域が存在する。この、Ｆαよりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4 αと、Ｆα' よりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4 α' で挟まれた領域内に赤外受光素子を設置することによってα、α’から放射される赤外線を受光しない赤外センサが得られる。αと集光ミラー６の間の光路Ｋ1 αより光軸から遠い部分からの光は、αと同じ面内で光軸からの距離がαより大きい点からの光と置き換えられる。この点の集光ミラー６による交点はＦαよりも光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。そのため、αからの光を受光しないようにすれば、αよりも光軸から遠い点からの光を受光せず、従って固定部１からの光を受光しない。同様に、α’と集光ミラー６の間の光路Ｋ1 α' より光軸から遠い部分からの光は、α' と同じ面内で光軸からの距離がα’より大きい点からの光と置き換えられる。この点の集光ミラー６による交点はＦα’よりも光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。
【０５３９】
そのため、α’からの光を受光しないようにすれば、α’よりも光軸から遠い点からの光を受光せず、従って固定部１からの光を受光しない。このように、Ｆαよりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4 αと、Ｆα' よりも集光ミラー６から遠い部分の光路Ｋ4 α' で挟まれた領域に赤外受光素子４を設置することでα、α’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的に固定部１から放射される赤外線も受光しない構成となる。
【０５４０】
以下、αからの光を受光しないような赤外受光素子４の位置を求める。
【０５４１】
赤外受光素子４はＦαよりも集光ミラー６から遠い。この時、（１４）式、（１５）式が成り立つ。
【０５４２】
図２８に示すように、受光面はＦαよりも集光ミラー６から遠いので、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ4 αである。したがって、αからの光を赤外受光素子４で受光しないためには、（１６）式を満たす必要がある。
【０５４３】
ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 、ｒαF 、ＬαF 、ｒαS4、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（１７）式、（１８）式を満たす。
【０５４４】
（１８）式を（１６）式へ代入することで（１９）式が得られる。
【０５４５】
（１５）（１９）式から、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（２０）式となる。
【０５４６】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（２１）式、（２２）式を満たす。
【０５４７】
（２２）式を（２０）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（２３）式となる。
【０５４８】
また、ガウスの公式から（２４）式、（２５）式が成り立つ。
【０５４９】
（２５）式を（２３）式に代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（２６）式となる。
【０５５０】
以上のように、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、（２０）式、或いは（２３）式、或いは（２６）式の条件を満たすよう光学系を設計する必要がある。（２０）式、（２３）式、（２６）式で与えられるＬ3 だけ、受光素子４を集光ミラー６の焦点からずらして設置することで、固定部１から放射される赤外線を赤外受光素子４で受光せずに被測定物体から放射光のみを赤外受光素子４で受光させることができるため、固定部１の温度変化に起因する測定誤差を防ぐことができる。
【０５５１】
なお、筐体９と固定部１は一体であっても構わない。
【０５５２】
図２９、３０は本発明の第２３の実施例における赤外センサの光学系を示すものである。図２９、３０において、６は集光ミラー、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、２は集光ミラー６の有効領域を決めるためのレンズ開口絞り、α、α’はレンズ開口絞り２の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点、Ａは固定部１先端の点、Ｂは固定部１先端以外の点、Ｆは集光ミラー６の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ集光ミラー６によるα、α’の像点、ＦA は集光ミラー６によるＡの像点、ＦB は集光ミラー６によるＢの像点、Ｋ1 αはαから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦαへ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 αはαから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ3 αはαから集光ミラー６の中心を通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ4 αはαから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦαに到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから集光ミラー６の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1BはＢから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦB へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2BはＢから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦB に到達する光の光路、Ｋ3BはＢから集光ミラー６の中心を通過してＦB に到達する光の光路、Ｋ4BはＢから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦB に到達する光（マージナル光線）の光路、ＦαS1は光路Ｋ1 αと受光面との交点、ＦAS1 は光路Ｋ1Aと受光面との交点、ＦBS1 は光路Ｋ1Bとセンサ面との交点、ｒαはα点での固定部１の開口半径、ｒA はＡ点での固定部１の開口半径、ｒB はＢ点での固定部１の開口半径、ｒ2 はレンズ開口絞り２の開口半径、ｒ3 α1 は光路Ｋ1 αの集光ミラー６における光軸からの距離、ｒ3A1 は光路Ｋ1Aの集光ミラー６における光軸からの距離、ｒ3B1 は光路Ｋ1Bの集光ミラー６における光軸からの距離、rsは赤外受光素子４の半径、ｒαS1はＦαS1と光軸との距離、ｒAS1 はＦAS1 と光軸との距離、ｒBS1 はＦBS1 と光軸との距離、ｒAFはＦA と光軸との距離、ｒBFはＦB と光軸との距離、L αはαからレンズ開口絞り２までの距離、LAはＡからレンズ開口絞り２までの距離、ＬB はＢからレンズ開口絞り２までの距離、Ｌ2 はレンズ開口絞り２から集光ミラー６までの距離、ｆは集光ミラー６の焦点距離、Ｌ3 はＦから赤外受光素子４までの距離、ＬαF は集光ミラー６からＦαまでの距離、ＬAFは集光ミラー６からＦA までの距離、ＬBFは集光ミラー６からＦB までの距離である。
【０５５３】
固定部のあらゆる点から放射される光を赤外受光素子４で受光しないような光学設計条件を求める。そのために、αから放射される光を仮想し、この光を赤外受光素子４で受光しないための設計条件を求めたのち、固定部１のα以外の点から放射される光を赤外受光素子４で受光しない条件を追加する。
【０５５４】
まず、固定部１のαから放射される赤外光を受光しないよう、以下のように赤外受光素子４の位置を決める。
【０５５５】
αから放射される光は光路Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 αなどを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成される。図２９中に示すように、光路Ｋ2 αを通る光は、集光ミラー６を通過してＦで光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。同じように、光路Ｋ1 αを通る光は、集光ミラー６を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。光路Ｋ3 αを通る光は、集光ミラー６で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。光路Ｋ4 αを通る光は、光軸と交叉して集光ミラー６を通過し、集光ミラー６を通過してからは光軸と交叉せずにＦαに到達する。このように、光路Ｋ1 αと光軸が交叉する点よりも集光ミラーから離れた位置かつＦαよりも集光ミラー６に近い位置で、αから放射される光が通過しない領域が存在する。この、光路Ｋ1 αと光軸が交叉する点よりも集光ミラー６から離れ且つＦαよりも集光ミラー６に近い位置に赤外受光素子４を設置することで、αから放射される光を受光しない赤外センサが得られる。以下、Ｌ3 を求める。
【０５５６】
赤外受光素子４はＦαよりも集光ミラー６に近い。この時、（２７）式、（２８）式が成り立つ。
【０５５７】
図２９に示すように、受光面は光路Ｋ1 αと光軸が交わる点とＦαとの間であるので、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ1 αである。したがって、αからの光を赤外受光素子４で受光しないためには、（２９）式を満たす必要がある。
【０５５８】
ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 α1 、ｒαF 、ＬαF 、ｒαS1、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（３０）式、（３１）式を満たす。
【０５５９】
（３１）式を（２９）式へ代入することで（３２）式が得られる。
【０５６０】
（２８）（３２）式から、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（３３）式となる。
【０５６１】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（３４）式、（３５）式を満たす。
【０５６２】
（３５）式を（３３）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受しないための条件は（３６）式となる。
【０５６３】
また、ガウスの公式から（３７）式、（３８）式が成り立つ。
【０５６４】
（３８）式を（３６）式に代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（３９）式となる。
【０５６５】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒα、Ｌα、ｒ3 α1 、Ｌ2 は幾何関係として（４０）式、（４１）式を満たす。
【０５６６】
（４１）式を（３９）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（４２）式となる。
【０５６７】
以上のように、固定部１先端のαから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たすよう光学系を設計する必要がある。
【０５６８】
（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たすよう光学系を設計した赤外センサが、固定部のα以外の点からの放射光も受光しない、すなわち固定部のあらゆる点から放射される光も受光しない条件を示す。そのために、図３０を用いてＡ、Ｂからの光を受光しない条件を以下に求める。
【０５６９】
まず、Ａから放射される光を受光しない条件を求める。図３０に示すように、ＡからＦA までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ1Aである。Ａとαが一致しない固定部形状の場合にはＫ1AはＡとレンズ開口絞り２との間で固定部１によって遮光され、各光路は受光面で赤外受光素子４にＫ1Aよりは近づかない。そこで、Ａから放射される光を赤外受光素子４で受光しない条件を、Ｋ1Aと受光面との交点であるＦAS1 と光軸との距離ｒAS1 がｒs よりも大きいこととする。つまり（４３）式が成りたてばＡから放射される光を赤外受光素子４で受光しない。
【０５７０】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3A1 、ｒAF、ＬA 、ｒAs1 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（４４）式、（４５）式を満たす。
【０５７１】
また、幾何光学で周知の通りｒA 、ＬA 、Ｌ2 、ｒAF、ＬAFは幾何関係として（４６）式、（４７）式を満たす。
【０５７２】
（４７）式を（４５）式に代入することにより（４８）式が得られる。
【０５７３】
また、ガウスの公式から（４９）式、（５０）式が成り立つ。
【０５７４】
（５０）式を（４８）式に代入することにより（５１）式が得られる。
【０５７５】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒA 、ＬA 、ｒ3A1 、Ｌ2 は幾何関係として（５２）式、（５３）式を満たす。
【０５７６】
（５３）式を（５１）式に代入することによって（５４）式が得られる。
【０５７７】
ｒAS1 と同じくｒαS1は（５５）式のようになる。
【０５７８】
Ａは固定部先端の点で、αはレンズ開口絞り２の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点であるので、レンズ開口絞り２からＡ、αまでの距離は相等しく（５６）式が成り立ち、光軸からＡまでの距離は光軸からαまでの距離以上であり（５７）式が成り立つ。
【０５７９】
（５６）式を（５５）式に代入することで（５８）式が得られる。
【０５８０】
ｒαS1は（２９）式の関係を満たすので、ｒAS1 がｒαS1よりも大きい、すなわち（５９）式を満たせば、自動的にｒAS1 が（４３）式の関係を満たす。
【０５８１】
（５５）（５８）式を（５９）式に代入することにより（６０）式が得られる。
【０５８２】
（５７）式より、（６０）式は（６１）式のようになる。
【０５８３】
以上のように、固定部１の仮想点αおよび先端点Ａから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たし、且つ（６１）式を満たす必要がある。
【０５８４】
次に、Ｂから放射される光を受光しない条件を求める。Ｂから放射される光はＫ1B、Ｋ2B、Ｋ3B、Ｋ4Bなどを通ってＢの像点ＦB に到達する。Ｂは固定部の先端以外の点であるので、固定部先端面の点αよりもＢの方が集光ミラー６に近い。したがって、幾何光学で周知の通り、集光ミラー６の像点Ｆαよりも像点ＦB の方が集光ミラー６から遠くなる。すなわち（６２）式が成り立つ。
【０５８５】
集光ミラー６から受光面までの距離は集光ミラー６からＦαまでの距離よりも小さい。したがって（６２）式より、集光ミラー６から受光面までの距離は集光ミラー６からＦB までの距離よりも小さいことになる。このとき、図３０に示すようにＢからＦB までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ1Bである。Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、Ｋ1Bと受光面との交点であるＦBS1 と光軸との距離ｒBS1 がｒs よりも大きい必要がある。つまり（６３）式が成り立つ必要がある。
【０５８６】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3B1 、ｒBF、ＬB 、ｒBs1 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（６４）式、（６５）式を満たす。
【０５８７】
また、幾何光学で周知の通りｒB 、ＬB 、Ｌ2 、ｒBF、ＬBFは幾何関係として（６６）式、（６７）式を満たす。
【０５８８】
（６７）式を（６５）式に代入することにより（６８）式が得られる。
【０５８９】
また、ガウスの公式から（６９）式、（７０）式が成り立つ。
【０５９０】
（７０）式を（６８）式に代入することにより（７１）式が得られる。
【０５９１】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒB 、ＬB 、ｒ3B1 、Ｌ2 は幾何関係として（７２）式、（７３）式を満たす。
【０５９２】
（７３）式を（７１）式に代入することによって（７４）式が得られる。
【０５９３】
ｒBS1 と同じくｒαS1は（７５）式のようになる。
【０５９４】
ｒαS1は（２９）式の関係を満たすので、ｒBS1 がｒαS1よりも大きい、すなわち（７６）式を満たせば自動的にｒBS1 が（６３）式の関係を満たすことになる。
【０５９５】
（７４）（７５）式を（７６）式に代入することにより（７７）式が得られる。
【０５９６】
ここで、αは固定部１先端面の点であるので、Ｌα、ＬB に（７８）式、（７９）式の関係が成り立つ。
【０５９７】
（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たし、且つ（６１）式を満たすよう光学系を設計した赤外センサが、あらゆる先端面以外の点からの放射光も受光しないためには、Ｂ各点について（７７）式の関係が成り立つ必要がある。
【０５９８】
したがって、（６１）式、（７９）式の関係を考慮することにより、（８０）式が成り立つ必要がある。
【０５９９】
以上のように、固定部１から放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たし、且つ（６１）式を満たし、さらに（８１）式を満たす必要がある。
【０６００】
赤外受光素子４を、（３３）式あるいは（３６）式あるいは（３９）式あるいは（４２）式で与えられる量だけ集光ミラー６の焦点面から離して設け、かつ（６１）式と（８１）式を満たす光学設計にすることによって、固定部から放射される赤外線を赤外受光素子４で受光せずに被測定物体から放射光のみを赤外受光素子４で受光させることができるため、固定部の温度変化に起因する測定誤差を防ぐことができる。
【０６０１】
なお、筐体９と固定部１、レンズ開口絞り２は一体であっても構わない。
【０６０２】
図３１、３２、３３は本発明の第２４の実施例における赤外センサの光学系を示すものである。図３１、３２、３３において、６は集光ミラー、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、２は集光ミラー６の有効領域を決めるためのレンズ開口絞り、α、α’はレンズ開口絞り２の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点、Ａは固定部１先端の点、Ｂは固定部１の先端以外の点、Ｆは集光ミラー６の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ集光ミラー６によるα、α’の像点、ＦA は集光ミラー６によるＡの像点、ＦB は集光ミラー６によるＢの像点、Ｋ1 αはαから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦαへ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 αはαから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ3 αはαから集光ミラー６の中心を通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ4 αはαから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦαに到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから集光ミラー６の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1BはＢから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦB へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2BはＢから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦB に到達する光の光路、Ｋ3BはＢから集光ミラー６の中心を通過してＦB に到達する光の光路、Ｋ4BはＢから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦB に到達する光（マージナル光線）の光路、ＦαS4は光路Ｋ4 αと受光面との交点、ＦAS4 は光路Ｋ4Aと受光面との交点、ＦBS4 は光路Ｋ4Bとセンサ面との交点、ＦαS1は光路Ｋ1Aと受光面との交点、ＦBS1 は光路Ｋ1Bとセンサ面との交点、ｒαはα点での固定部１の開口半径、ｒA はＡ点での固定部１の開口半径、ｒB はＢ点での固定部１の開口半径、ｒ2 はレンズ開口絞り２の開口半径、ｒ3 α4 は光路Ｋ4 αの集光ミラー６における光軸からの距離、ｒ3A4 は光路Ｋ4Aの集光ミラー６における光軸からの距離、ｒ3B4 は光路Ｋ4Bの集光ミラー６における光軸からの距離、ｒ3 α1 は光路Ｋ1 αの集光ミラー６における光軸からの距離、ｒ3B1 は光路Ｋ1Bの集光ミラー６における光軸からの距離、rsは赤外受光素子４の半径、ｒαS4はＦαS4と光軸との距離、ｒAS4 はＦAS4 と光軸との距離、ｒBS4 はＦBS4 と光軸との距離、ｒαS1はＦαS1と光軸との距離、ｒBS1 はＦBS1 と光軸との距離、ｒαF はＦαと光軸との距離、ｒAFはＦA と光軸との距離、ｒBFはＦB と光軸との距離、L αはαからレンズ開口絞り２までの距離、LAはＡからレンズ開口絞り２までの距離、ＬB はＢからレンズ開口絞り２までの距離、Ｌ2 はレンズ開口絞り２から集光ミラー６までの距離、ｆは集光ミラー６の焦点距離、Ｌ3 はＦから赤外受光素子４までの距離、ＬαF は集光ミラー６からＦαまでの距離���ＬAFは集光ミラー６からＦA までの距離、ＬBFは集光ミラー６からＦB までの距離である。
【０６０３】
固定部１上のαから放射される赤外光を仮想し、この光を受光しないよう以下に示すように赤外受光素子４の位置を決める。
【０６０４】
αから放射される光は光路Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 αなどを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成される。図３１中に示すように、光路Ｋ2 αを通る光は、集光ミラー６を通過してＦで光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ1 αを通る光は、集光ミラー６を通過して光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。光路Ｋ3 αを通る光は、集光ミラー６で光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。光路Ｋ4 αを通る光は、光軸と交叉して集光ミラー６を通過し、集光ミラー６を通過してからは光軸と交叉せずにＦαに到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざかっていく。このように、αの像点Ｆαよりも集光ミラーから離れた位置でαから放射される光が通過しない領域が存在する。この、αの像点Ｆαよりも集光ミラー６から離れた位置に赤外受光素子４を設置することで、αから放射される光を受光しない赤外センサが得られる。以下、集光ミラー６の焦点から受光面までの距離Ｌ3 を求める。
【０６０５】
赤外受光素子４はＦαよりも集光ミラー６から遠い。この時、（８２）式、（８３）式が成り立つ。
【０６０６】
図３１に示すように、受光面はＦαよりも集光ミラー６から遠いので、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ4 αである。したがって、αからの光を赤外受光素子４で受光しないためには、（８４）式を満たす必要がある。
【０６０７】
ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 α4 、ｒαF 、ＬαF 、ｒαS4、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（８５）式、（８６）式を満たす。
【０６０８】
（８６）式を（８４）式へ代入することで（８７）式が得られる。
【０６０９】
（８３）（８７）式から、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（８８）式となる。
【０６１０】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（８９）式、（９０）式を満たす。
【０６１１】
（９０）式を（８８）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（９１）式となる。
【０６１２】
また、ガウスの公式から（９２）式、（９３）式が成り立つ。
【０６１３】
（９３）式を（９１）式に代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（９４）式となる。
【０６１４】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒα、Ｌα、ｒ3 α4 、Ｌ2 は幾何関係として（９５）式、（９６）式を満たす。
【０６１５】
（９６）式を（９４）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（９７）式となる。
【０６１６】
以上のように、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たすよう光学系を設計する必要がある。
【０６１７】
（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たすよう光学系を設計した赤外センサが、固定部のα以外の点からの放射光も受光しない、すなわち固定部のあらゆる点から放射される光も受光しない条件を示す。そのために、図３２、３３を用いてＡ、Ｂからの光を受光しない条件を以下に求める。
【０６１８】
まず、図３２により、Ａから放射される光を受光しない条件を求める。Ａから集光ミラー６までの距離とαから集光ミラー６間での距離は等しいので、幾何光学で周知の通り集光ミラー６によるＡ、αの像点ＦA 、Ｆαは同一面内に形成される。従って、受光面がＦαよりも集光ミラー６から遠いので、受光面はＦA よりも遠くになる。そのため、図３２に示すようにＡからＦA までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ４A である。Ａから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、Ｋ4Aと受光面との交点であるＦAS4 と光軸との距離ｒAS4 がｒs よりも大きい必要がある。つまり（９８）式が成り立つ必要がある。
【０６１９】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3A4 、ｒAF、ＬAF、ｒAs4 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（９９）式、（１００）式を満たす。
【０６２０】
また、幾何光学で周知の通りｒA 、ＬA 、Ｌ2 、ｒAF、ＬAFは幾何関係として（１０１）式、（１０２）式を満たす。
【０６２１】
（１０２）式を（１００）式に代入することにより（１０３）式が得られる。
【０６２２】
また、ガウスの公式から（１０４）式、（１０５）式が成り立つ。
【０６２３】
（１０５）式を（１０３）式に代入することにより（１０６）式が得られる。
【０６２４】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒA 、ＬA 、ｒ3A4 、Ｌ2 は幾何関係として（１０７）式、（１０８）式を満たす。
【０６２５】
（１０８）式を（１０６）式に代入することによって（１０９）式が得られる。
【０６２６】
ｒAS4 と同じくｒαS4は（１１０）式のようになる。
【０６２７】
ｒαS4は（８４）式の関係を満たすので、（１１１）式を満たせば、自動的にｒAS4 が（９８）式の関係を満たすことになる。
【０６２８】
（１０９）（１１０）式を（１１１）式に代入することにより（１１２）式が得られる。
【０６２９】
Ａは固定部先端の点で、αはレンズ開口絞り２の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点であるので、レンズ開口絞り２からＡ、αまでの距離は相等しく（１１３）式が成り立ち、光軸からＡまでの距離は光軸からαまでの距離以上であり（１１４）式が成り立つ。
【０６３０】
（１１３）式より、（１１２）式の条件は（１１５）式のようになる。
【０６３１】
（１１４）式より、（１１５）式の条件は（１１６）式、（１１７）式のようになる。
【０６３２】
（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たすよう光学定数や各位置関係を設計した赤外センサが、固定部先端Ａからの放射光も受光しないためには、（１１７）式の条件を満たす光学設計である必要がある。
【０６３３】
次に、Ｂから放射される光を受光しない条件を求める。Ｂから放射される光はＫ1B、Ｋ2B、Ｋ3B、Ｋ4Bなどを通ってＢの像点ＦB に到達する。ＢからＦB までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものは、図３２に示すように像点ＦB が受光面よりも集光ミラー６に近い場合にはＫ4Bであり、図３３に示すように像点ＦB が受光面よりも集光ミラー６に近い場合はＫ1Bである。
【０６３４】
まず図３２に示すように、ＦB が受光面よりも集光ミラー６に近く、したがってＢからＦB までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものがＫ4Bである場合について、Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しない条件を示す。
【０６３５】
Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、Ｋ4Bと受光面との交点であるＦBS4 と光軸との距離ｒBS4 がｒs よりも大きい必要がある。つまり（１１８）式が成り立つ必要がある。
【０６３６】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3B4 、ｒBF、ＬBF、ｒBs4 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（１１９）式、（１２０）式を満たす。
【０６３７】
また、幾何光学で周知の通りｒB 、ＬB 、Ｌ2 、ｒBF、ＬBFは幾何関係として（１２１）式、（１２２）式を満たす。
【０６３８】
（１２２）式を（１２０）式に代入することにより（１２３）式が得られる。
【０６３９】
また、ガウスの公式から（１２４）式、（１２５）式が成り立つ。
【０６４０】
（１２５）式を（１２３）式に代入することにより（１２６）式が得られる。
【０６４１】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒB 、ＬB 、ｒ3B4 、Ｌ2 は幾何関係として（１２７）式、（１２８）式を満たす。
【０６４２】
（１２８）式を（１２６）式に代入することによって（１２９）式が得られる。
【０６４３】
ｒBS4 と同じくｒαS4は（１３０）式のようになる。
【０６４４】
ｒαS4は（８４）式の関係を満たすので、（１３１）式を満たせば、自動的にｒBS4 が（１１８）式の関係を満たすことになる。
【０６４５】
（１２９）（１３０）式を（１３１）式に代入することにより（１３２）式が得られる。
【０６４６】
ここで、αは固定部１先端面の点であるので、Ｌα、ＬB に（１３３）式、（１３４）式関係が成り立つ。
【０６４７】
（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たし、（１１７）式の条件をよう光学定数や各位置関係を設計した赤外センサが、固定部の先端以外の点からの放射光も受光しない、すなわち固定部のあらゆる点から放射される光も受光しないためには、あらゆるＢについて（１３２）式の関係が成り立つ必要がある。したがって、（１３４）式（１１７）式を考慮して、（１３５）式が成り立つ必要がある。
【０６４８】
以上のように、固定部１から放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たし、且つ（１１７）式の条件を満たし、さらに（１３６）式を満たす必要がある。
【０６４９】
次に、図３３に示すように、ＦB が受光面よりも集光ミラー６から遠く、したがってＢからＦB までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものがＫ1Bである場合について、Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しない条件を示す。
【０６５０】
Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、Ｋ1Bと受光面との交点であるＦBS1 と光軸との距離ｒBS1 がｒs よりも大きい必要がある。つまり（１３７）式が成り立つ必要がある。
【０６５１】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3B1 、ｒB 、ＬB 、ｒBs1 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（１３８）式、（１３９）式を満たす。
【０６５２】
また、幾何光学で周知の通りｒB 、ＬB 、Ｌ2 、ｒBF、ＬBFは幾何関係として（１４０）式、（１４１）式を満たす。
【０６５３】
（１４１）式を（１３９）式に代入することにより（１４２）式が得られる。
【０６５４】
また、ガウスの公式から（１４３）式、（１４４）式が成り立つ。
【０６５５】
（１４４）式を（１４２）式に代入することにより（１４５）式が得られる。
【０６５６】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒB 、ＬB 、ｒ3B1 、Ｌ2 は幾何関係として（１４６）式、（１４７）式を満たす。
【０６５７】
（１４７）式を（１４５）式に代入することによって（１４８）式が得られる。
【０６５８】
ｒBS1 と同じくｒαS1は（１４９）式のようになる。
【０６５９】
ここで、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ4 αであり、（１５０）式が成り立つ。
【０６６０】
ｒαS4は（８４）式の関係を満たすので、（１５１）式を満たせば、自動的にｒBS1 が（１３７）式の関係を満たすことになる。
【０６６１】
（１４８）（１４９）式を（１５１）式に代入することにより（１５２）式が得られる。
【０６６２】
ここで、αは固定部１先端面の点であるので、Ｌα、ＬB に（１５３）式、（１５４）式の関係が成り立つ。
【０６６３】
（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たし、且つ（１１７）式と（１３６）式を満たす光学設計である赤外センサが、固定部の先端面以外の点からの放射光も受光しない、すなわち固定部のあらゆる点から放射される光も受光しないためには、あらゆるＢについて（１５２）式の関係が成り立つ必要がある。したがって、（１５４）式、（１１７）式を考慮して、（１５５）式が成り立つ必要がある。
【０６６４】
（１５６）式と、（１３６）式は等しい。したがって、以上のように、固定部１から放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たし、且つ（１１７）式を満たし、さらに（１３６）式を満たす必要がある。
【０６６５】
以上のように本実施例によれば、赤外受光素子４を、（８８）式あるいは（９１）式あるいは（９４）式あるいは（９７）式で与えられる量だけ集光ミラー６の焦点から離して設け、かつ（１１７）式と（１３６）式を満たす光学設計にすることによって、固定部１から放射される赤外線を赤外受光素子４で受光せずに被測定物体から放射光のみを赤外受光素子４で受光させることができるため、固定部の温度変化に起因する測定誤差を防ぐことができる。
【０６６６】
なお、筐体９と固定部１、レンズ開口絞り２は一体であっても構わない。
【０６６７】
図３４は本発明の第２５の実施例における赤外センサを示すものである。図３４において、７は反射型回折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは反射型回折レンズ６の焦点、ＦA は反射型回折レンズ６によるＡの像点、ＦA'は反射型回折レンズ６によるＡ’の像点、ＦB は反射型回折レンズ６によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから反射型回折レンズ６の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から反射型回折レンズ６の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから反射型回折レンズ６の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点である。
【０６６８】
測定したい領域から放射される赤外線のみを赤外受光素子で受光するような光学系を設計する。
【０６６９】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、反射型回折レンズ６を通過しない赤外線を赤外受光素子４で受光しないようにする。反射型回折レンズ６を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０６７０】
Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図３４中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、反射型回折レンズ６を通過してＦで光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、反射型回折レンズ６を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ3Aを通る光は、反射型回折レンズ６で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して反射型回折レンズ６を通過し、反射型回折レンズ６を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達する。このように、光路Ｋ1Aと光軸が交叉する点ＦX よりも反射型回折レンズから離れた位置かつＦA よりも反射型回折レンズ６に近い位置で、Ａから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側となる。この三角形の内側に赤外受光素子４を設置することで、Ａ、Ａ’から放射される光を受光しない赤外センサが得られる。
【０６７１】
受光したい領域の外側にある、受光したくない領域中のＢ点は、Ａよりも光軸から遠いため、反射型回折レンズ６によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは周知の通りである。従って、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に赤外受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にＢからの赤外線も受光しない構成となる。
【０６７２】
以上のように、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に赤外受光素子４を設置することによって、光軸付近の受光したい領域から放射される赤外線のみを受光するような赤外センサが得られる。
【０６７３】
図３５は本発明の第２６の実施例における赤外センサを示すものである。図３５において、６は反射型回折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは反射型回折レンズの焦点、ＦA は反射型回折レンズ６によるＡの像点、ＦA'は反射型回折レンズ６によるＡ’の像点、ＦB は反射型回折レンズ６によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから反射型回折レンズ６の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から反射型回折レンズ６の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから反射型回折レンズ６の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点、ＦY は光路Ｋ4Aと光路Ｋ4A' の交点である。
【０６７４】
測定したい領域から放射される赤外線のみを赤外受光素子で受光するような光学系を設計する。
【０６７５】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、反射型回折レンズ６を通過しない赤外線を赤外受光素子４で受光しないようにする。反射型回折レンズ６を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０６７６】
Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図３５中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、反射型回折レンズ６を通過してＦで光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、反射型回折レンズ６を通過して光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ3Aを通る光は、反射型回折レンズ６で光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して反射型回折レンズ６を通過し、反射型回折レンズ６を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざかっていく。このように、Ａの像点ＦA よりも反射型回折レンズから離れた位置でＡから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦA よりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域である。この領域に赤外センサを設置することで、Ａ、Ａ’から放射される赤外線を受光しない光学系が実現できる。
【０６７７】
受光したい領域の外側にある、受光したくない領域中のＢはＡよりも光軸から遠いため、反射型回折レンズ６によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは周知の通りである。従って、ＦA よりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に赤外受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にＢから放射される赤外線も受光しない構成となる。
【０６７８】
以上のように、ＦA よりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に赤外受光素子４を設置することによって、光軸付近の受光したい領域から放射される赤外線のみを受光するような赤外センサが得られる。
【０６７９】
図３６は本発明の第２７の実施例における赤外センサを示すものである。図３６において、６は反射型回折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは反射型回折レンズの焦点、ＦA は反射型回折レンズ６によるＡの像点、ＦA'は反射型回折レンズ６によるＡ’の像点、ＦB は反射型回折レンズ６によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから反射型回折レンズ６の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から反射型回折レンズ６の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから反射型回折レンズ６の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点である。
【０６８０】
光軸付近にある測定したい領域から放射される赤外線のみを赤外受光素子で受光するような光学系を設計する。
【０６８１】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、反射型回折レンズ６を通過する赤外線のみを赤外受光素子４で受光しするようにする。反射型回折レンズ６を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０６８２】
Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図３６中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、反射型回折レンズ６を通過してＦで光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、反射型回折レンズ６を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ3Aを通る光は、反射型回折レンズ６で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して反射型回折レンズ６を通過し、反射型回折レンズ６を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達する。このように、光路Ｋ1Aと光軸が交叉する点ＦX よりも反射型回折レンズから離れた位置かつＦA よりも反射型回折レンズ６に近い位置で、Ａから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側となる。この三角形の内側に赤外受光素子４を設置することで、Ａ、Ａ’から放射される光を受光しない赤外センサが得られる。
【０６８３】
固定部１を、光路Ｋ1A、光路Ｋ1A' よりも光軸から遠くなるように設置する。
【０６８４】
固定部１から放射される赤外線は、受光したい領域と同じ面の受光したくない領域から放射される光と置き換えられる。受光したい領域の外側にある受光したくない領域中のＢ点はＡよりも光軸から遠いため、反射型回折レンズ６によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは周知の通りである。従って、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に赤外受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にＢからの赤外線も受光しない構成となる。つまり、自動的に固定部１から放射される赤外線を受光しない構成となる。
【０６８５】
以上のように、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に赤外受光素子４を設置し、光路Ｋ1A、K1A'よりも光軸から遠くに固定部１を設けることによって、穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けることができて、固定部から放射される赤外線を受光せずに光軸付近の受光したい領域から放射される赤外線のみを受光するような赤外センサが得られる。
【０６８６】
なお、筐体９と固定部１は一体であっても構わない。
【０６８７】
図３７は本発明の第２８の実施例における赤外センサを示すものである。図３７において、６は反射型回折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは反射型回折レンズの焦点、ＦA は反射型回折レンズ６によるＡの像点、ＦA'は反射型回折レンズ６によるＡ’の像点、ＦB は反射型回折レンズ６によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから反射型回折レンズ６の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から反射型回折レンズ６の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから反射型回折レンズ６の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点である。
【０６８８】
光軸付近にある測定したい領域から放射される赤外線のみを赤外受光素子で受光するような光学系を設計する。
【０６８９】
赤外受光素子４を、反射型回折レンズ６を通過する赤外線のみを赤外受光素子４で受光するように筐体９に取り付ける。反射型回折レンズ６を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０６９０】
Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図３７中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、反射型回折レンズ６を通過してＦで光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、反射型回折レンズ６を通過して光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ3Aを通る光は、反射型回折レンズ６で光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して反射型回折レンズ６を通過し、反射型回折レンズ６を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざかっていく。このように、Ａの像点ＦA よりも反射型回折レンズから離れた位置でＡから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦA よりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域である。この領域に赤外センサを設置することで、Ａ、Ａ’から放射される赤外線を受光しない光学系が実現できる。
【０６９１】
固定部１を、光路Ｋ1A、光路Ｋ1A' よりも光軸から遠くなるように設置する。
【０６９２】
固定部１から放射される赤外線は、受光したくない領域から放射される光と置き換えられる。受光したい領域の外側にある受光したくない領域中のＢ点はＡよりも光軸から遠いため、反射型回折レンズ６によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。従って、ＦA よりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に赤外受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的にＢから放射される赤外線も受光しない構成となる。つまり、自動的に固定部１から放射される赤外線を受光しない構成となる。
【０６９３】
以上のように、ＦA よりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に赤外受光素子４を設置し、固定部１をＡと反射型回折レンズ６の間で光路Ｋ1A、K1A'よりも光軸から遠くに設けることによって、穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを安定した状態で向けることができ、固定部から放射される赤外線を受光せずに光軸付近の受光したい領域から放射される赤外線のみを受光するような赤外センサが得られる。
【０６９４】
なお、筐体９と固定部１は一体であっても構わない。
【０６９５】
図３８は本発明の第２９の実施例における赤外センサを示すものである。図３８において、６は反射型回折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、α、α’は反射型回折レンズ６の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点、Ｆは反射型回折レンズ６の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ反射型回折レンズ６によるα、α’の像点、Ｋ1 αはαから光軸に対して同じ側の反射型回折レンズ６の縁を通過してＦαへ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 αはαから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ3 αはαから反射型回折レンズ６の中心を通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ4 αはαから光軸を挟んで反対側の反射型回折レンズ６の縁を通過してＦαに到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1 α' はα’から光軸に対して同じ側の反射型回折レンズ６の縁を通過してＦα' へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 α' はα’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦα' に到達する光の光路、Ｋ3 α' はα’から反射型回折レンズ６の中心を通過してＦα' に到達する光の光路、Ｋ4 α' はα’から光軸を挟んで反対側の反射型回折レンズ６の縁を通過してＦα' に到達する光（マージナル光線）の光路、ＦX は光路Ｋ1 αと光軸との交点である。
【０６９６】
穴の内壁など凹部から放射される赤外光のみを受光するような光学系を設計する。
【０６９７】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、反射型回折レンズ６を通過する赤外線のみを赤外受光素子４で受光するようにする。反射型回折レンズ６を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０６９８】
被測定物からの赤外光のみを受光するためには、固定部１から放射される赤外光を受光しないようにすればよい。そのため、受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点を仮想し、この点から、光軸に対してこの仮想した境界に位置する点と同じ側の反射型回折レンズ６の縁を通過する光（マージナル光線）の光路よりも、光軸から遠くに位置するように固定部１を設置すればよい。そこで、上記仮想の境界に位置する点を、反射型回折レンズ６の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点α、α’として、ＦαとＦα’とＦX で形成される三角形の内側に赤外受光素子４を設置する。これにより、固定部１をαと反射型回折レンズ６の間で光路Ｋ1 α、Ｋ1 α' よりも光軸から遠くに位置させることになるため、固定部からの光を受光しない光学系が得られる。
【０６９９】
上記について詳細を以下に述べる。αから放射される光は光路Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 αなどを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成される。図３８中に示すように、光路Ｋ2 αを通る光は、反射型回折レンズ６を通過してＦで光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。同じように、光路Ｋ1 αを通る光は、反射型回折レンズ６を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。光路Ｋ3 αを通る光は、反射型回折レンズ６で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。光路Ｋ4 αを通る光は、光軸と交叉して反射型回折レンズ６を通過し、反射型回折レンズ６を通過してからは光軸と交叉せずにＦαに到達する。このように、光路Ｋ1 αと光軸が交叉する点ＦX よりも反射型回折レンズから離れた位置かつＦαよりも反射型回折レンズ６に近い位置で、αから放射される光が通過しない領域が存在する。同じように、α’についても、光路Ｋ1 α' と光軸が交叉する点よりも反射型回折レンズから離れた位置かつＦα' よりも反射型回折レンズ６に近い位置で、α’から放射される光が通過しない領域が存在する。この、Ｆα、Ｆα' 、ＦX で形成される三角形の内側よりに赤外受光素子４を設置することで、α、α' から放射される光を受光しない赤外センサが得られる。αと反射型回折レンズ６の間の光路Ｋ1 αより光軸から遠い部分からの光は、αと同じ面内で光軸からの距離がαより大きい点からの光と置き換えられる。この点の反射型回折レンズ６による交点はＦαよりも光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。そのため、αからの光を受光しないようにすれば、αよりも光軸から遠い点からの光を受光せず、従って固定部１からの光を受光しない。同様に、α’と反射型回折レンズ６の間の光路Ｋ1 α' より光軸から遠い部分からの光は、α' と同じ面内で光軸からの距離がα’より大きい点からの光と置き換えられる。この点の反射型回折レンズ６による交点はＦα’よりも光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。そのため、α’からの光を受光しないようにすれば、α’よりも光軸から遠い点からの光を受光せず、従って固定部１からの光を受光しない。このように、ＦαとＦα' とＦX で形成される三角形の内側に赤外受光素子４を設置することでα、α’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的に固定部１から放射される赤外線も受光しない構成となる。
【０７００】
以下、αからの光を受光しないような赤外受光素子４の位置を求める。
【０７０１】
赤外受光素子４はＦA よりも反射型回折レンズ６に近い。この時、（１）式、（２）式が成り立つ。
【０７０２】
図３８に示すように、受光面は光路Ｋ1 αと光軸が交わる点とＦαとの間であるので、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ1 αである。したがって、αからの光を赤外受光素子４で受光しないためには、（３）式を満たす必要がある。
【０７０３】
ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 、ｒαF 、ｒαS1、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（４）式、（５）式を満たす。
【０７０４】
（５）式を（３）式へ代入することで（６）式が得られる。
【０７０５】
（２）（６）式から、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（７）式となる。
【０７０６】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（８）式、（９）式を満たす。
【０７０７】
（９）式を（７）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受しないための条件は（１０）式となる。
【０７０８】
また、ガウスの公式から（１１）式、（１２）式が成り立つ。
【０７０９】
（１２）式を（１１）式に代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（１３）式となる。
【０７１０】
以上のように、固定部１先端のαから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、（７）式、或いは（１０）式、或いは（１３）式を満たすよう光学系を設計する必要がある。（７）式、（１０）式、（１３）式で与えられるＬ3 だけ、受光素子４を反射型回折レンズ６の焦点からずらして設置することで、固定部１から放射される赤外線を赤外受光素子４で受光せずに被測定物体から放射光のみを赤外受光素子４で受光させることができるため、固定部１の温度変化に起因する測定誤差を防ぐことができる。
【０７１１】
なお、筐体９と固定部１は一体であっても構わない。
【０７１２】
図３９は本発明の第３０の実施例における赤外センサを示すものである。図３９において、６は反射型回折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、α、α’は反射型回折レンズ６の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点、Ｆは反射型回折レンズ６の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ反射型回折レンズ６によるα、α’の像点、Ｋ1 αはαから光軸に対して同じ側の反射型回折レンズ６の縁を通過してＦαへ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 αはαから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ3 αはαから反射型回折レンズ６の中心を通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ4 αはαから光軸を挟んで反対側の反射型回折レンズ６の縁を通過してＦαに到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1 α' はα’から光軸に対して同じ側の反射型回折レンズ６の縁を通過してＦα' へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 α' はα’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦα' に到達する光の光路、Ｋ3 α' はα’から反射型回折レンズ６の中心を通過してＦα' に到達する光の光路、Ｋ4 α' はα’から光軸を挟んで反対側の反射型回折レンズ６の縁を通過してＦα' に到達する光（マージナル光線）の光路、ＦX は光路Ｋ1 αと光軸との交点である。
【０７１３】
穴の内壁など凹部から放射される赤外光のみを受光するような光学系を設計する。
【０７１４】
赤外受光素子４を筐体９に取り付け、反射型回折レンズ６を通過する赤外線のみを赤外受光素子４で受光するようにする。反射型回折レンズ６を通った赤外線のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。
【０７１５】
被測定物からの赤外光のみを受光するためには、固定部１から放射される赤外光を受光しないようにすればよい。そのため、受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点を仮想し、この点から、光軸に対してこの仮想した境界に位置する点と同じ側の反射型回折レンズ６の縁を通過する光（マージナル光線）の光路よりも、光軸から遠くに位置するように固定部１を設置すればよい。そこで、上記仮想の境界に位置する点を、反射型回折レンズ６の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点α、α’として、Ｆαよりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4 αと、Ｆα' よりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4 α' で挟まれた領域に赤外センサを設置する。これにより、固定部１をαと反射型回折レンズ６の間で光路Ｋ1 α、Ｋ1 α' よりも光軸から遠くに位置させることになるため、固定部からの光を受光しない光学系が得られる。
【０７１６】
上記について詳細を以下に述べる。
【０７１７】
αから放射される光は光路Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 αなどを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成される。図３９中に示すように、光路Ｋ2 αを通る光は、反射型回折レンズ６を通過してＦで光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ1 αを通る光は、反射型回折レンズ６を通過して光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。光路Ｋ3 αを通る光は、反射型回折レンズ６で光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。光路Ｋ4 αを通る光は、光軸と交叉して反射型回折レンズ６を通過し、反射型回折レンズ６を通過してからは光軸と交叉せずにＦαに到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざかっていく。このように、αの像点Ｆαよりも反射型回折レンズから離れた位置でαから放射される光が通過しない領域が存在する。同じようにα’についても、αの像点Ｆαよりも反射型回折レンズから離れた位置でαから放射される光が通過しない領域が存在する。この、Ｆαよりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4 αと、Ｆα' よりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4 α' で挟まれた領域内に赤外受光素子を設置することによってα、α’から放射される赤外線を受光しない赤外センサが得られる。αと反射型回折レンズ６の間の光路Ｋ1 αより光軸から遠い部分からの光は、αと同じ面内で光軸からの距離がαより大きい点からの光と置き換えられる。この点の反射型回折レンズ６による交点はＦαよりも光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。そのため、αからの光を受光しないようにすれば、αよりも光軸から遠い点からの光を受光せず、従って固定部１からの光を受光しない。同様に、α’と反射型回折レンズ６の間の光路Ｋ1 α' より光軸から遠い部分からの光は、α' と同じ面内で光軸からの距離がα’より大きい点からの光と置き換えられる。この点の反射型回折レンズ６による交点はＦα’よりも光軸から遠くなることは幾何光学で周知の通りである。そのため、α’からの光を受光しないようにすれば、α’よりも光軸から遠い点からの光を受光せず、従って固定部１からの光を受光しない。このように、Ｆαよりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4 αと、Ｆα' よりも反射型回折レンズ６から遠い部分の光路Ｋ4 α' で挟まれた領域に赤外受光素子４を設置することでα、α’から放射される赤外線を受光しないようにすれば、自動的に固定部１から放射される赤外線も受光しない構成となる。
【０７１８】
以下、αからの光を受光しないような赤外受光素子４の位置を求める。
【０７１９】
赤外受光素子４はＦαよりも反射型回折レンズ６から遠い。この時、（１４）式、（１５）式が成り立つ。
図３９に示すように、受光面はＦαよりも反射型回折レンズ６から遠いので、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ4 αである。したがって、αからの光を赤外受光素子４で受光しないためには、（１６）式を満たす必要がある。
【０７２０】
ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 、ｒαF 、ＬαF 、ｒαS4、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（１７）式、（１８）式を満たす。
【０７２１】
（１８）式を（１６）式へ代入することで（１９）式が得られる。
【０７２２】
（１５）（１９）式から、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（２０）式となる。
【０７２３】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（２１）式、（２２）式を満たす。
【０７２４】
（２２）式を（２０）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（２３）式となる。
【０７２５】
また、ガウスの公式から（２４）式、（２５）式が成り立つ。
【０７２６】
（２５）式を（２３）式に代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（２６）式となる。
【０７２７】
以上のように、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、（２０）式、或いは（２３）式、或いは（２６）式の条件を満たすよう光学系を設計する必要がある。（２０）式、（２３）式、（２６）式で与えられるＬ3 だけ、受光素子４を反射型回折レンズ６の焦点からずらして設置することで、固定部１から放射される赤外線を赤外受光素子４で受光せずに被測定物体から放射光のみを赤外受光素子４で受光させることができるため、固定部１の温度変化に起因する測定誤差を防ぐことができる。
【０７２８】
なお、筐体９と固定部１は一体であっても構わない。
【０７２９】
図４０、４１は本発明の第３１の実施例における赤外センサの光学系を示すものである。図４０、４１において、６は反射型回折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、２は反射型回折レンズ６の有効領域を決めるためのレンズ開口絞り、α、α’はレンズ開口絞り２の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点、Ａは固定部１先端の点、Ｂは固定部１先端以外の点、Ｆは反射型回折レンズ６の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ反射型回折レンズ６によるα、α’の像点、ＦA は反射型回折レンズ６によるＡの像点、ＦB は反射型回折レンズ６によるＢの像点、Ｋ1 αはαから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦαへ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 αはαから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ3 αはαから反射型回折レンズ６の中心を通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ4 αはαから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦαに到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから反射型回折レンズ６の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1BはＢから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦB へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2BはＢから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦB に到達する光の光路、Ｋ3BはＢから反射型回折レンズ６の中心を通過してＦB に到達する光の光路、Ｋ4BはＢから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦB に到達する光（マージナル光線）の光路、ＦαS1は光路Ｋ1 αと受光面との交点、ＦAS1 は光路Ｋ1Aと受光面との交点、ＦBS1 は光路Ｋ1Bとセンサ面との交点、ｒαはα点での固定部１の開口半径、ｒA はＡ点での固定部１の開口半径、ｒB はＢ点での固定部１の開口半径、ｒ2 はレンズ開口絞り２の開口半径、ｒ3 α1 は光路Ｋ1 αの反射型回折レンズ６における光軸からの距離、ｒ3A1 は光路Ｋ1Aの反射型回折レンズ６における光軸からの距離、ｒ3B1 は光路Ｋ1Bの反射型回折レンズ６における光軸からの距離、rsは赤外受光素子４の半径、ｒαS1はＦαS1と光軸との距離、ｒAS1 はＦAS1 と光軸との距離、ｒBS1 はＦBS1 と光軸との距離、ｒAFはＦA と光軸との距離、ｒBFはＦB と光軸との距離、L αはαからレンズ開口絞り２までの距離、LAはＡからレンズ開口絞り２までの距離、ＬB はＢからレンズ開口絞り２までの距離、Ｌ2 はレンズ開口絞り２から反射型回折レンズ６までの距離、ｆは反射型回折レンズ６の焦点距離、Ｌ3 はＦから赤外受光素子４までの距離、ＬαF は反射型回折レンズ６からＦαまでの距離、ＬAFは反射型回折レンズ６からＦA までの距離、ＬBFは反射型回折レンズ６からＦB までの距離である。
【０７３０】
固定部のあらゆる点から放射される光を赤外受光素子４で受光しないような光学設計条件を求める。そのために、αから放射される光を仮想し、この光を赤外受光素子４で受光しないための設計条件を求めたのち、固定部１のα以外の点から放射される光を赤外受光素子４で受光しない条件を追加する。
【０７３１】
まず、固定部１のαから放射される赤外光を受光しないよう、以下のように赤外受光素子４の位置を決める。
【０７３２】
αから放射される光は光路Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 αなどを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成される。図４０中に示すように、光路Ｋ2 αを通る光は、反射型回折レンズ６を通過してＦで光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。同じように、光路Ｋ1 αを通る光は、反射型回折レンズ６を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。光路Ｋ3 αを通る光は、反射型回折レンズ６で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦαに到達する。光路Ｋ4 αを通る光は、光軸と交叉して反射型回折レンズ６を通過し、反射型回折レンズ６を通過してからは光軸と交叉せずにＦαに到達する。このように、光路Ｋ1 αと光軸が交叉する点よりも反射型回折レンズから離れた位置かつＦαよりも反射型回折レンズ６に近い位置で、αから放射される光が通過しない領域が存在する。この、光路Ｋ1 αと光軸が交叉する点よりも反射型回折レンズ６から離れ且つＦαよりも反射型回折レンズ６に近い位置に赤外受光素子４を設置することで、αから放射される光を受光しない赤外センサが得られる。以下、Ｌ3 を求める。
【０７３３】
赤外受光素子４はＦαよりも反射型回折レンズ６に近い。この時、（２７）式、（２８）式が成り立つ。
【０７３４】
図４０に示すように、受光面は光路Ｋ1 αと光軸が交わる点とＦαとの間であるので、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ1 αである。したがって、αからの光を赤外受光素子４で受光しないためには、（２９）式を満たす必要がある。
【０７３５】
ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 α1 、ｒαF 、ＬαF 、ｒαS1、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（３０）式、（３１）式を満たす。
【０７３６】
（３１）式を（２９）式へ代入することで（３２）式が得られる。
【０７３７】
（２８）（３２）式から、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（３３）式となる。
【０７３８】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（３４）式、（３５）式を満たす。
【０７３９】
（３５）式を（３３）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受しないための条件は（３６）式となる。
【０７４０】
また、ガウスの公式から（３７）式、（３８）式が成り立つ。
【０７４１】
（３８）式を（３６）式に代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（３９）式となる。
【０７４２】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒα、Ｌα、ｒ3 α1 、Ｌ2 は幾何関係として（４０）式、（４１）式を満たす。
【０７４３】
（４１）式を（３９）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（４２）式となる。
【０７４４】
以上のように、固定部１先端のαから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たすよう光学系を設計する必要がある。
【０７４５】
（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たすよう光学系を設計した赤外センサが、固定部のα以外の点からの放射光も受光しない、すなわち固定部のあらゆる点から放射される光も受光しない条件を示す。そのために、図４１を用いてＡ、Ｂからの光を受光しない条件を以下に求める。
【０７４６】
まず、Ａから放射される光を受光しない条件を求める。図４１に示すように、ＡからＦA までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ1Aである。Ａとαが一致しない固定部形状の場合にはＫ1AはＡとレンズ開口絞り２との間で固定部１によって遮光され、各光路は受光面で赤外受光素子４にＫ1Aよりは近づかない。そこで、Ａから放射される光を赤外受光素子４で受光しない条件を、Ｋ1Aと受光面との交点であるＦAS1 と光軸との距離ｒAS1 がｒs よりも大きいこととする。つまり（４３）式が成りたてばＡから放射される光を赤外受光素子４で受光しない。
【０７４７】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3A1 、ｒAF、ＬA 、ｒAs1 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（４４）式、（４５）式を満たす。
【０７４８】
また、幾何光学で周知の通りｒA 、ＬA 、Ｌ2 、ｒAF、ＬAFは幾何関係として（４６）式、（４７）式を満たす。
【０７４９】
（４７）式を（４５）式に代入することにより（４８）式が得られる。
【０７５０】
また、ガウスの公式から（４９）式、（５０）式が成り立つ。
【０７５１】
（５０）式を（４８）式に代入することにより（５１）式が得られる。
【０７５２】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒA 、ＬA 、ｒ3A1 、Ｌ2 は幾何関係として（５２）式、（５３）式を満たす。
【０７５３】
（５３）式を（５１）式に代入することによって（５４）式が得られる。
【０７５４】
ｒAS1 と同じくｒαS1は（５５）式のようになる。
【０７５５】
Ａは固定部先端の点で、αはレンズ開口絞り２の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点であるので、レンズ開口絞り２からＡ、αまでの距離は相等しく（５６）式が成り立ち、光軸からＡまでの距離は光軸からαまでの距離以上であり（５７）式が成り立つ。
【０７５６】
（５６）式を（５５）式に代入することで（５８）式が得られる。
【０７５７】
ｒαS1は（２９）式の関係を満たすので、ｒAS1 がｒαS1よりも大きい、すなわち（５９）式を満たせば、自動的にｒAS1 が（４３）式の関係を満たす。
【０７５８】
（５５）（５８）式を（５９）式に代入することにより（６０）式が得られる。
【０７５９】
（５７）式より、（６０）式は（６１）式のようになる。
【０７６０】
以上のように、固定部１の仮想点αおよび先端点Ａから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たし、且つ（６１）式を満たす必要がある。
【０７６１】
次に、Ｂから放射される光を受光しない条件を求める。Ｂから放射される光はＫ1B、Ｋ2B、Ｋ3B、Ｋ4Bなどを通ってＢの像点ＦB に到達する。Ｂは固定部の先端以外の点であるので、固定部先端面の点αよりもＢの方が反射型回折レンズ６に近い。したがって、幾何光学で周知の通り、反射型回折レンズ６の像点Ｆαよりも像点ＦB の方が反射型回折レンズ６から遠くなる。すなわち（６２）式が成り立つ。
【０７６２】
反射型回折レンズ６から受光面までの距離は反射型回折レンズ６からＦαまでの距離よりも小さい。したがって（６２）式より、反射型回折レンズ６から受光面までの距離は反射型回折レンズ６からＦB までの距離よりも小さいことになる。このとき、図４１に示すようにＢからＦB までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ1Bである。Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、Ｋ1Bと受光面との交点であるＦBS1 と光軸との距離ｒBS1 がｒs よりも大きい必要がある。つまり（６３）式が成り立つ必要がある。
【０７６３】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3B1 、ｒBF、ＬB 、ｒBs1 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（６４）式、（６５）式を満たす。
【０７６４】
また、幾何光学で周知の通りｒB 、ＬB 、Ｌ2 、ｒBF、ＬBFは幾何関係として（６６）式、（６７）式を満たす。
【０７６５】
（６７）式を（６５）式に代入することにより（６８）式が得られる。
【０７６６】
また、ガウスの公式から（６９）式、（７０）式が成り立つ。
【０７６７】
（７０）式を（６８）式に代入することにより（７１）式が得られる。
【０７６８】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒB 、ＬB 、ｒ3B1 、Ｌ2 は幾何関係として（７２）式、（７３）式を満たす。
【０７６９】
（７３）式を（７１）式に代入することによって（７４）式が得られる。
【０７７０】
ｒBS1 と同じくｒαS1は（７５）式のようになる。
【０７７１】
ｒαS1は（２９）式の関係を満たすので、ｒBS1 がｒαS1よりも大きい、すなわち（７６）式を満たせば自動的にｒBS1 が（６３）式の関係を満たすことになる。
【０７７２】
（７４）（７５）式を（７６）式に代入することにより（７７）式が得られる。
【０７７３】
ここで、αは固定部１先端面の点であるので、Ｌα、ＬB に（７８）式、（７９）式の関係が成り立つ。
【０７７４】
（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たし、且つ（６１）式を満たすよう光学系を設計した赤外センサが、あらゆる先端面以外の点からの放射光も受光しないためには、Ｂ各点について（７７）式の関係が成り立つ必要がある。
【０７７５】
したがって、（６１）式、（７９）式の関係を考慮することにより、（８０）式が成り立つ必要がある。
【０７７６】
以上のように、固定部１から放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには（３３）式、或いは（３６）式、或いは（３９）式、或いは（４２）式の条件を満たし、且つ（６１）式を満たし、さらに（８１）式を満たす必要がある。
【０７７７】
赤外受光素子４を、（３３）式あるいは（３６）式あるいは（３９）式あるいは（４２）式で与えられる量だけ反射型回折レンズ６の焦点面から離して設け、かつ（６１）式と（８１）式を満たす光学設計にすることによって、固定部から放射される赤外線を赤外受光素子４で受光せずに被測定物体から放射光のみを赤外受光素子４で受光させることができるため、固定部の温度変化に起因する測定誤差を防ぐことができる。
【０７７８】
なお、筐体９と固定部１、レンズ開口絞り２は一体であっても構わない。
【０７７９】
図４２、４３、４４は本発明の第３２の実施例における赤外センサの光学系を示すものである。図４２、４３、４４において、６は反射型回折レンズ、４は赤外線受光素子、９は筐体、１は穴の内部など凹部にある受光したい領域に赤外センサを固定して向けるための固定部、２は反射型回折レンズ６の有効領域を決めるためのレンズ開口絞り、α、α’はレンズ開口絞り２の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点、Ａは固定部１先端の点、Ｂは固定部１の先端以外の点、Ｆは反射型回折レンズ６の焦点、Ｆα、Ｆα’はそれぞれ反射型回折レンズ６によるα、α’の像点、ＦA は反射型回折レンズ６によるＡの像点、ＦB は反射型回折レンズ６によるＢの像点、Ｋ1 αはαから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦαへ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2 αはαから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ3 αはαから反射型回折レンズ６の中心を通過してＦαに到達する光の光路、Ｋ4 αはαから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦαに到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから反射型回折レンズ６の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1BはＢから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦB へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2BはＢから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦB に到達する光の光路、Ｋ3BはＢから反射型回折レンズ６の中心を通過してＦB に到達する光の光路、Ｋ4BはＢから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦB に到達する光（マージナル光線）の光路、ＦαS4は光路Ｋ4 αと受光面との交点、ＦAS4 は光路Ｋ4Aと受光面との交点、ＦBS4 は光路Ｋ4Bとセンサ面との交点、ＦαS1は光路Ｋ1Aと受光面との交点、ＦBS1 は光路Ｋ1Bとセンサ面との交点、ｒαはα点での固定部１の開口半径、ｒA はＡ点での固定部１の開口半径、ｒB はＢ点での固定部１の開口半径、ｒ2 はレンズ開口絞り２の開口半径、ｒ3 α4 は光路Ｋ4 αの反射型回折レンズ６における光軸からの距離、ｒ3A4 は光路Ｋ4Aの反射型回折レンズ６における光軸からの距離、ｒ3B4 は光路Ｋ4Bの反射型回折レンズ６における光軸からの距離、ｒ3 α1 は光路Ｋ1 αの反射型回折レンズ６における光軸からの距離、ｒ3B1 は光路Ｋ1Bの反射型回折レンズ６における光軸からの距離、rsは赤外受光素子４の半径、ｒαS4はＦαS4と光軸との距離、ｒAS4 はＦAS4 と光軸との距離、ｒBS4 はＦBS4 と光軸との距離、ｒαS1はＦαS1と光軸との距離、ｒBS1 はＦBS1 と光軸との距離、ｒαF はＦαと光軸との距離、ｒAFはＦA と光軸との距離、ｒBFはＦB と光軸との距離、L αはαからレンズ開口絞り２までの距離、LAはＡからレンズ開口絞り２までの距離、ＬB はＢからレンズ開口絞り２までの距離、Ｌ2 はレンズ開口絞り２から反射型回折レンズ６までの距離、ｆは反射型回折レンズ６の焦点距離、Ｌ3 はＦから赤外受光素子４までの距離、ＬαF は反射型回折レンズ６からＦαまでの距離、ＬAFは反射型回折レンズ６からＦA までの距離、ＬBFは反射型回折レンズ６からＦB までの距離である。
【０７８０】
固定部１上のαから放射される赤外光を仮想し、この光を受光しないよう以下に示すように赤外受光素子４の位置を決める。
【０７８１】
αから放射される光は光路Ｋ1 α、Ｋ2 α、Ｋ3 α、Ｋ4 αなどを通ってαの像点Ｆαに到達する。幾何光学で周知の通り、αの像点Ｆαは光軸を挟んでαと反対側に形成される。図４２中に示すように、光路Ｋ2 αを通る光は、反射型回折レンズ６を通過してＦで光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ1 αを通る光は、反射型回折レンズ６を通過して光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。光路Ｋ3 αを通る光は、反射型回折レンズ６で光軸と交叉してＦαに到達し光軸から離れていく。光路Ｋ4 αを通る光は、光軸と交叉して反射型回折レンズ６を通過し、反射型回折レンズ６を通過してからは光軸と交叉せずにＦαに到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざかっていく。このように、αの像点Ｆαよりも反射型回折レンズから離れた位置でαから放射される光が通過しない領域が存在する。この、αの像点Ｆαよりも反射型回折レンズ６から離れた位置に赤外受光素子４を設置することで、αから放射される光を受光しない赤外センサが得られる。以下、反射型回折レンズ６の焦点から受光面までの距離Ｌ3 を求める。
【０７８２】
赤外受光素子４はＦαよりも反射型回折レンズ６から遠い。この時、（８２）式、（８３）式が成り立つ。
図４２に示すように、受光面はＦαよりも反射型回折レンズ６から遠いので、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ4 αである。したがって、αからの光を赤外受光素子４で受光しないためには、（８４）式を満たす必要がある。
【０７８３】
ここで、幾何光学で周知の通りｒ3 α4 、ｒαF 、ＬαF 、ｒαS4、Ｌ3 、ｆは幾何関係として（８５）式、（８６）式を満たす。
【０７８４】
（８６）式を（８４）式へ代入することで（８７）式が得られる。
【０７８５】
（８３）（８７）式から、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（８８）式となる。
【０７８６】
さらに、幾何光学で周知の通り、ｒα、Ｌα、Ｌ2 、ｒαF 、ＬαF は幾何関係として（８９）式、（９０）式を満たす。
【０７８７】
（９０）式を（８８）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（９１）式となる。
【０７８８】
また、ガウスの公式から（９２）式、（９３）式が成り立つ。
【０７８９】
（９３）式を（９１）式に代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（９４）式となる。
【０７９０】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒα、Ｌα、ｒ3 α4 、Ｌ2 は幾何関係として（９５）式、（９６）式を満たす。
【０７９１】
（９６）式を（９４）式へ代入することにより、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないための条件は（９７）式となる。
【０７９２】
以上のように、αから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たすよう光学系を設計する必要がある。
【０７９３】
（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たすよう光学系を設計した赤外センサが、固定部のα以外の点からの放射光も受光しない、すなわち固定部のあらゆる点から放射される光も受光しない条件を示す。そのために、図４３、４４を用いてＡ、Ｂからの光を受光しない条件を以下に求める。
【０７９４】
まず、図４３により、Ａから放射される光を受光しない条件を求める。Ａから反射型回折レンズ６までの距離とαから反射型回折レンズ６間での距離は等しいので、幾何光学で周知の通り反射型回折レンズ６によるＡ、αの像点ＦA 、Ｆαは同一面内に形成される。従って、受光面がＦαよりも反射型回折レンズ６から遠いので、受光面はＦA よりも遠くになる。そのため、図４３に示すようにＡからＦA までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ４A である。Ａから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、Ｋ4Aと受光面との交点であるＦAS4 と光軸との距離ｒAS4 がｒs よりも大きい必要がある。
【０７９５】
つまり（９８）式が成り立つ必要がある。
【０７９６】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3A4 、ｒAF、ＬAF、ｒAs4 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（９９）式、（１００）式を満たす。
【０７９７】
また、幾何光学で周知の通りｒA 、ＬA 、Ｌ2 、ｒAF、ＬAFは幾何関係として（１０１）式、（１０２）式を満たす。
【０７９８】
（１０２）式を（１００）式に代入することにより（１０３）式が得られる。
【０７９９】
また、ガウスの公式から（１０４）式、、（１０５）式が成り立つ。
【０８００】
（１０５）式を（１０３）式に代入することにより（１０６）式が得られる。
【０８０１】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒA 、ＬA 、ｒ3A4 、Ｌ2 は幾何関係として（１０７）式、（１０８）式を満たす。
【０８０２】
（１０８）式を（１０６）式に代入することによって（１０９）式が得られる。
【０８０３】
ｒAS4 と同じくｒαS4は（１１０）式のようになる。
【０８０４】
ｒαS4は（８４）式の関係を満たすので、（１１１）式を満たせば、自動的にｒAS4 が（９８）式の関係を満たすことになる。
【０８０５】
（１０９）（１１０）式を（１１１）式に代入することにより（１１２）式が得られる。
【０８０６】
Ａは固定部先端の点で、αはレンズ開口絞り２の縁からこの縁と光軸に対して同じ側の固定部１内面へ接する直線が固定部先端面と交わる点であるので、レンズ開口絞り２からＡ、αまでの距離は相等しく（１１３）式が成り立ち、光軸からＡまでの距離は光軸からαまでの距離以上であり（１１４）式が成り立つ。
【０８０７】
（１１３）式より、（１１２）式の条件は（１１５）式のようになる。
【０８０８】
（１１４）式より、（１１５）式の条件は（１１６）式、（１１７）式のようになる。
【０８０９】
（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たすよう光学定数や各位置関係を設計した赤外センサが、固定部先端Ａからの放射光も受光しないためには、（１１７）式の条件を満たす光学設計である必要がある。
【０８１０】
次に、Ｂから放射される光を受光しない条件を求める。Ｂから放射される光はＫ1B、Ｋ2B、Ｋ3B、Ｋ4Bなどを通ってＢの像点ＦB に到達する。ＢからＦB までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものは、図４３に示すように像点ＦB が受光面よりも反射型回折レンズ６に近い場合にはＫ4Bであり、図４４に示すように像点ＦB が受光面よりも反射型回折レンズ６に近い場合はＫ1Bである。
【０８１１】
まず図４３に示すように、ＦB が受光面よりも反射型回折レンズ６に近く、したがってＢからＦB までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものがＫ4Bである場合について、Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しない条件を示す。
【０８１２】
Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、Ｋ4Bと受光面との交点であるＦBS4 と光軸との距離ｒBS4 がｒs よりも大きい必要がある。つまり（１１８）式が成り立つ必要がある。
【０８１３】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3B4 、ｒBF、ＬBF、ｒBs4 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（１１９）式、（１２０）式を満たす。
【０８１４】
また、幾何光学で周知の通りｒB 、ＬB 、Ｌ2 、ｒBF、ＬBFは幾何関係として（１２１）式、（１２２）式を満たす。
【０８１５】
（１２２）式を（１２０）式に代入することにより（１２３）式が得られる。
【０８１６】
また、ガウスの公式から（１２４）式、（１２５）式が成り立つ。
【０８１７】
（１２５）式を（１２３）式に代入することにより（１２６）式が得られる。
【０８１８】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒB 、ＬB 、ｒ3B4 、Ｌ2 は幾何関係として（１２７）式、（１２８）式を満たす。
【０８１９】
（１２８）式を（１２６）式に代入することによって（１２９）式が得られる。
【０８２０】
ｒBS4 と同じくｒαS4は（１３０）式のようになる。
【０８２１】
ｒαS4は（８４）式の関係を満たすので、（１３１）式を満たせば、自動的にｒBS4 が（１１８）式の関係を満たすことになる。
【０８２２】
（１２９）（１３０）式を（１３１）式に代入することにより（１３２）式が得られる。
【０８２３】
ここで、αは固定部１先端面の点であるので、Ｌα、ＬB に（１３３）式、（１３４）式の関係が成り立つ。
【０８２４】
（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たし、（１１７）式の条件をよう光学定数や各位置関係を設計した赤外センサが、固定部の先端以外の点からの放射光も受光しない、すなわち固定部のあらゆる点から放射される光も受光しないためには、あらゆるＢについて（１３２）式の関係が成り立つ必要がある。したがって、（１３４）式（１１７）式を考慮して、（１３５）式が成り立つ必要がある。
【０８２５】
以上のように、固定部１から放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たし、且つ（１１７）式の条件を満たし、さらに（１３６）式を満たす必要がある。
【０８２６】
次に、図４４に示すように、ＦB が受光面よりも反射型回折レンズ６から遠く、したがってＢからＦB までの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものがＫ1Bである場合について、Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しない条件を示す。
【０８２７】
Ｂから放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには、Ｋ1Bと受光面との交点であるＦBS1 と光軸との距離ｒBS1 がｒs よりも大きい必要がある。つまり（１３７）式が成り立つ必要がある。
【０８２８】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ3B1 、ｒB 、ＬB 、ｒBs1 、ｆ、Ｌ3 は幾何関係として（１３８）式、（１３９）式を満たす。
【０８２９】
また、幾何光学で周知の通りｒB 、ＬB 、Ｌ2 、ｒBF、ＬBFは幾何関係として（１４０）式、（１４１）式を満たす。
【０８３０】
（１４１）式を（１３９）式に代入することにより（１４２）式が得られる。
【０８３１】
また、ガウスの公式から（１４３）式、（１４４）式が成り立つ。
【０８３２】
（１４４）式を（１４２）式に代入することにより（１４５）式が得られる。
【０８３３】
また、幾何光学で周知の通り、ｒ2 、ｒB 、ＬB 、ｒ3B1 、Ｌ2 は幾何関係として（１４６）式、（１４７）式を満たす。
【０８３４】
（１４７）式を（１４５）式に代入することによって（１４８）式が得られる。
【０８３５】
ｒBS1 と同じくｒαS1は（１４９）式のようになる。
【０８３６】
ここで、αからＦαまでの各光路のうち受光面で赤外受光素子４に最も近づくものはＫ4 αであり、（１５０）式が成り立つ。
【０８３７】
ｒαS4は（８４）式の関係を満たすので、（１５１）式を満たせば、自動的にｒBS1 が（１３７）式の関係を満たすことになる。
【０８３８】
（１４８）（１４９）式を（１５１）式に代入することにより（１５２）式が得られる。
【０８３９】
ここで、αは固定部１先端面の点であるので、Ｌα、ＬB に（１５３）式、（１５４）式の関係が成り立つ。
【０８４０】
（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たし、且つ（１１７）式と（１３６）式を満たす光学設計である赤外センサが、固定部の先端面以外の点からの放射光も受光しない、すなわち固定部のあらゆる点から放射される光も受光しないためには、あらゆるＢについて（１５２）式の関係が成り立つ必要がある。したがって、（１５４）式、（１１７）式を考慮して、（１５５）式が成り立つ必要がある。
【０８４１】
（１５６）式と、（１３６）式は等しい。したがって、以上のように、固定部１から放射される光を赤外受光素子４で受光しないためには（８８）式、或いは（９１）式、或いは（９４）式、或いは（９７）式の条件を満たし、且つ（１１７）式を満たし、さらに（１３６）式を満たす必要がある。
【０８４２】
以上のように本実施例によれば、赤外受光素子４を、（８８）式あるいは（９１）式あるいは（９４）式あるいは（９７）式で与えられる量だけ反射型回折レンズ６の焦点から離して設け、かつ（１１７）式と（１３６）式を満たす光学設計にすることによって、固定部１から放射される赤外線を赤外受光素子４で受光せずに被測定物体から放射光のみを赤外受光素子４で受光させることができるため、固定部の温度変化に起因する測定誤差を防ぐことができる。
【０８４３】
なお、筐体９と固定部１、レンズ開口絞り２は一体であっても構わない。
【０８４４】
図４７は本発明の第３３の実施例における光センサを示すものである。光センサ中にはすでに説明した赤外光、遠赤外光を受光し、検出する赤外センサも含まれるが、これ以外に可視光、紫外光を受光し、検出するセンサが含まれる。図１において、３は屈折レンズ、８は受光素子、９は筐体、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは屈折レンズの焦点、ＦA は屈折レンズ３によるＡの像点、ＦA'は屈折レンズ３によるＡ’の像点、ＦB は屈折レンズ３によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから屈折レンズ３の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から屈折レンズ３の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから屈折レンズ３の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点である。
【０８４５】
測定したい領域から放射あるいは反射される光のみを受光素子で受光するような光学系を設計する。
【０８４６】
受光素子８を筐体９に取り付け、屈折レンズ３を通過しない光を受光素子８で受光しないようにする。屈折レンズ３を通った光のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。  Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図１中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、屈折レンズ３を通過してＦで光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、屈折レンズ３を通過して光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ3Aを通る光は、屈折レンズ３で光軸と交叉したのち光軸から離れながらＦA に到達する。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して屈折レンズ３を通過し、屈折レンズ３を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達する。このように、光路Ｋ1Aと光軸が交叉する点ＦX よりも屈折レンズから離れた位置かつＦA よりも屈折レンズ３に近い位置で、Ａから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側となる。この三角形の内側に受光素子８を設置することで、Ａ、Ａ’から放射される光を受光しない光センサが得られる。
【０８４７】
受光したい領域の外側にある、受光したくない領域中のＢ点は、Ａよりも光軸から遠いため、屈折レンズ３によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは周知の通りである。従って、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射あるいは反射される光を受光しないようにすれば、自動的にＢからの光も受光しない構成となる。
【０８４８】
以上のように、ＦX とＦA とＦA'が形成する三角形の内側に受光素子８を設置することによって、光軸付近の受光したい領域から放射あるいは反射される光のみを受光するような光センサが得られる。
【０８４９】
図４８は本発明の第３４の実施例における光センサを示すものである。光センサ中にはすでに説明した赤外光、遠赤外光を受光し、検出する赤外センサも含まれるが、これ以外に可視光、紫外光を受光し、検出するセンサが含まれる。図２において、３は屈折レンズ、４は受光素子、９は筐体、Ａ、Ａ’は受光したい領域と受光したくない領域の境界に位置する点、Ｂは受光したくない領域の点、Ｆは屈折レンズの焦点、ＦA は屈折レンズ３によるＡの像点、ＦA'は屈折レンズ３によるＡ’の像点、ＦB は屈折レンズ３によるＢの像点、Ｋ1AはＡから光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2AはＡから光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ3AはＡから屈折レンズ３の中心を通過してＦA に到達する光の光路、Ｋ4AはＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ1A' はＡ’から光軸に対して同じ側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'へ進行する光（マージナル光線）の光路、Ｋ2A' はＡ’から光軸と平行に進んで焦点Ｆを通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ3A' はＡ’から屈折レンズ３の中心を通過してＦA'に到達する光の光路、Ｋ4A' はＡから光軸を挟んで反対側のレンズ開口絞り２の開口部の縁を通過してＦA'に到達する光（マージナル光線）の光路、Ｋ3BはＢから屈折レンズ３の中心を通過してＦB に到達する光の光路、ＦX は光路Ｋ1Aと光路Ｋ1A' の交点、ＦY は光路Ｋ4Aと光路Ｋ4A' の交点である。
【０８５０】
測定したい領域から放射あるいは反射される光のみを受光素子で受光するような光学系を設計する。
【０８５１】
受光素子８を筐体９に取り付け、屈折レンズ３を通過しない光を受光素子８で受光しないようにする。屈折レンズ３を通った光のみ受光する構成にした上で以下の設計を行う。  Ａから放射される光は光路Ｋ1A、Ｋ2A、Ｋ3A、Ｋ4Aなどを通ってＡの像点ＦA に到達する。幾何光学で周知の通り、Ａの像点ＦA は光軸を挟んでＡと反対側に形成される。図２中に示すように、光路Ｋ2Aを通る光は、屈折レンズ３を通過してＦで光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。同じように、光路Ｋ1Aを通る光は、屈折レンズ３を通過して光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ3Aを通る光は、屈折レンズ３で光軸と交叉してＦA に到達し光軸から離れていく。光路Ｋ4Aを通る光は、光軸と交叉して屈折レンズ３を通過し、屈折レンズ３を通過してからは光軸と交叉せずにＦA に到達し、その後光軸に近づくかあるいは遠ざかっていく。このように、Ａの像点ＦA よりも屈折レンズから離れた位置でＡから放射される光が通過しない領域が存在する。この領域は、ＦA よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域である。この領域に光センサを設置することで、Ａ、Ａ’から放射される光線を受光しない光学系が実現できる。
【０８５２】
受光したい領域の外側にある、受光したくない領域中のＢはＡよりも光軸から遠いため、屈折レンズ３によるＢの像点ＦB がＦA より光軸から遠くなることは周知の通りである。従って、ＦA よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に受光素子を設置することによってＡ、Ａ’から放射される光線を受光しないようにすれば、自動的にＢから放射される光線も受光しない構成となる。
【０８５３】
以上のように、ＦA よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4Aと、ＦA'よりも屈折レンズ３から遠い部分の光路Ｋ4A' で挟まれた領域内に赤外受光素子８を設置することによって、光軸付近の受光したい領域から放射される光線のみを受光するような光センサが得られる。
【０８５４】
なお、実施例１から３２まで赤外線を例に挙げて説明したが、同じく光である可視光、紫外光などに対しても同様の構成で小さい受光領域と大きい受光量の両立を実現できる。
【０８５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の第一〜第三の赤外センサによれば、受光素子によって被測定物から放射される赤外光を効率よく集光することができるので、受光量を大きくできると共に、不要な領域から集光素子に入射する光を受光素子以外の位置へ進行させることができ、受光領域を制限することができる。
【０８６５】
また本発明の第四〜第七の赤外センサによれば、固定部以外の領域を受光領域とすることができるため固定部の温度変化の影響を受けない高精度な赤外センサが実現できると共に、受光領域を固定部からの光を受光しない条件で最大限に受光量を大きくできるので、Ｓ／Ｎが向上し検出精度を高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図２】本発明の第２の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図３】本発明の第３の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図４】本発明の第４の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図５】本発明の第５の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図６】本発明の第６の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図７】本発明の第７の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図８】本発明の第７の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図９】本発明の第８の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図１０】本発明の第８の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図１１】本発明の第８の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図１２】本発明の第９の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図１３】本発明の第１０の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図１４】本発明の第１１の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図１５】本発明の第１２の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図１６】本発明の第１３の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図１７】本発明の第１４の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図１８】本発明の第１５の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図１９】本発明の第１５の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図２０】本発明の第１６の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図２１】本発明の第１６の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図２２】本発明の第１６の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図２３】本発明の第１７の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図２４】本発明の第１８の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図２５】本発明の第１９の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図２６】本発明の第２０の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図２７】本発明の第２１の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図２８】本発明の第２２の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図２９】本発明の第２３の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図３０】本発明の第２３の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図３１】本発明の第２４の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図３２】本発明の第２４の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図３３】本発明の第２４の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図３４】本発明の第２５の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図３５】本発明の第２６の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図３６】本発明の第２７の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図３７】本発明の第２８の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図３８】本発明の第２９の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図３９】本発明の第３０の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図４０】本発明の第３１の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図４１】本発明の第３１の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図４２】本発明の第３２の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図４３】本発明の第３２の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図４４】本発明の第３２の実施例における赤外センサの構成図および光路図である。
【図４５】第１の従来例における赤外検知体温計の概略図である。
【図４６】第２の従来例における赤外検知体温計の概略図である。
【図４７】本発明の第３３の実施例における光センサの構成図および光路図である。
【図４８】本発明の第３４の実施例における光センサの構成図および光路図である。
【符号の説明】
１  固定部
２  レンズ開口絞り
３  屈折レンズ
４  赤外受光素子
５  透過型回折レンズ
６  集光ミラー
７  反射型回折レンズ
８  受光素子
９  筐体
Ａ  固定部先端の点
Ａ' 固定部先端の点
Ｆ  レンズの焦点
ＦA レンズによるＡの像点
ＦA'レンズによるＡ' の像点
【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】
0003838748.tif 000099
【図１１】
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【図１２】
0003838748.tif 000101
【図１３】
0003838748.tif 000102
【図１４】
0003838748.tif 000103
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
0003838748.tif 000109
【図２１】
0003838748.tif 000110
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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