红外线检测器以及辐射温度计的制作方法

本发明涉及接收从测量对象物辐射(放射)的红外线，将其转换成电信号并输出的红外线检测器以及使用了红外线检测器的各种设备。

背景技术：

用于辐射温度计的红外线检测器具有顶端开口的镜筒和配置在该镜筒的底部的红外线传感器，构成为利用红外线传感器接收从测量对象物辐射并从镜筒的顶端开口进入到内部的红外线。

此时，杂散光成为噪声的原因。杂散光是从外部经所述镜筒的顶端的开口侵入到镜筒内，并在镜筒内反射等而被取入到红外线传感器的红外线。

为了使得这样的杂散光不入射到所述红外线传感器，如专利文献1等所示，构成为对镜筒的内侧周面、光圈进行黑化处理，利用镜筒的内侧面、光圈等吸收入射的杂散光。

然而，以往的辐射温度计多是在满足自身的温度保持大致恒定的前提条件下使用，但是近年来，希望在周围温度环境变化较大的现场也能够使用辐射温度计。

但是，在这样的使用环境中，由于构成辐射温度计的红外线检测器本身的温度变动，从镜筒的内侧面等中为了吸收杂散光而被黑化处理的部分等辐射的红外线(以下，也称为自身红外线。)的强度无法保持恒定。如果这样的强度变化的自身红外线入射到所述红外线传感器，则可能会产生测量温度漂移的问题。

专利文献1：日本专利公开公报特开2010―133869号

技术实现要素：

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供能够防止从镜筒或配置在镜筒内部的部件发出的红外线入射到红外线传感器的红外线检测器。

即，本发明的红外线检测器的特征在于，具备：镜筒，在前端侧形成有红外线导入口；第一光圈，设置成将所述镜筒内分隔成前端侧和基端侧；红外线传感器，配置在所述镜筒内相比所述第一光圈靠基端侧的位置；红外线吸收结构，设置在所述镜筒中的基端侧的内部端面的至少一部分或者所述红外线传感器的外表面的至少一部分；以及反射结构，设置在所述镜筒内相比所述第一光圈靠基端侧的内侧周面的至少一部分或者所述第一光圈中的所述红外线传感器侧的至少一部分。

此处，红外线吸收结构是指构成为吸收的红外线的量比反射的红外线的量多的结构。另外，反射结构是指构成为反射的红外线的量比吸收的红外线的量多的结构。此外，所述红外线吸收结构可以设置在所述镜筒中的基端侧的内部端面或者所述红外线传感器的外表面的任意一方或者双方。另外，所述反射结构也可以设置在例如所述镜筒内相比所述第一光圈靠基端侧的内侧周面或者所述第一光圈中的所述红外线传感器侧的任意一方或者双方。

如果是这样的结构，由于具有所述第一光圈，所以从所述镜筒内相比所述第一光圈靠前端侧的内侧周面或其他部件辐射的自身红外线即使通过该第一光圈也无法直接入射到所述红外线传感器，入射到所述红外线吸收结构而被吸收。

并且，在处于所述红外线传感器附近的所述镜筒内，在基端侧的内侧周面或者所述第一光圈的所述红外线侧设置有反射结构，所以能够几乎不产生自身红外线。

因此，能够使所述镜筒内产生的自身红外线几乎不会入射到所述红外线传感器内。因此，在使用本发明的红外线检测器构成例如辐射温度计的情况下，即使由于周围环境温度变化使红外线检测器本身的温度变化或者由于来自测量对象的红外线导致红外线检测器本身的温度上升，也能够使其难以产生温度漂移。即，即使在难以将红外线检测器本身的温度保持为恒定的使用环境中，如果是本发明的红外线检测器，则也能够以比以往高的精度进行温度测量。

为了使在所述镜筒内的相比所述第一光圈靠前端侧产生的自身红外线能够被所述红外线吸收结构充分地吸收，只要将所述红外线吸收结构设置在从所述镜筒内相比所述第一光圈靠前端侧辐射的红外线能够通过所述第一光圈到达所述镜筒中的基端侧的内部端面或者所述红外线传感器的外表面的位置即可。例如，只要在所述镜筒中连结前端侧的内侧周面的各点与所述第一光圈的开口的各部分的直线到达所述镜筒的基端侧的内部端面的位置设置所述红外线吸收结构即可。

为了使从所述红外线导入口入射的来自所述红外线传感器的视角外的红外线即杂散光更难向所述红外线传感器入射，防止该红外线传感器的视角模糊，只要在所述镜筒内进一步具备设置成分隔所述红外线导入口与所述第一光圈之间的第二光圈即可。

为了使从用于防止杂散光对所述红外线传感器入射的部件产生的自身红外线难以对所述红外线传感器入射，只要在从所述第二光圈的所述红外线传感器侧的各点辐射的红外线能够通过所述第一光圈的开口到达所述镜筒中的基端侧的内部端面或者所述红外线传感器的外表面的位置设置所述红外线吸收结构即可。

为了进一步提高入射到所述镜筒内的杂散光的去除效果，只要对所述镜筒内相比所述第一光圈靠前端侧的内侧周面进行表面处理以吸收红外线即可。

为了仅通过组装工作就能够在所述红外线传感器周围设置所述红外线吸收结构，只要所述红外线吸收结构是覆盖所述镜筒中的基端侧的内部端面或者所述红外线传感器的外表面的黑色的红外线吸收板即可。

为了能够减小所述红外线传感器与所述红外线吸收结构的温度梯度，从而能够减小对温度测量造成的影响，只要所述红外线吸收结构是覆盖所述镜筒中的基端侧的内部端面或者所述红外线传感器的外表面的黑色的红外线吸收板即可。

作为用于难以从处于所述红外线传感器附近的第一光圈或所述镜筒的内侧周面辐射红外线的具体结构，可以举出所述反射结构是形成于所述镜筒内相比所述第一光圈靠基端侧的内侧周面或者所述第一光圈中的所述红外线传感器侧的反射膜。

为了仅对处于所述红外线传感器附近的、自身红外线能够入射到该红外线传感器的部位进行表面加工来抑制红外线辐射，只要反射结构通过对所述镜筒内相比所述第一光圈靠基端侧的内侧周面或者所述第一光圈中的所述红外线传感器侧进行镜面处理而形成即可。尤其是在对所述镜筒内或者所述第一光圈的所述红外线传感器侧进行镜面处理时的情况下，与例如由含有金属填充物的树脂形成反射结构的情况相比，能够进一步提高反射率。因此，能够大幅地降低所述镜筒的基端侧的自身红外线的产生量，能够进一步提高例如作为辐射温度计使用时的测量精度。

为了即使在所述红外线传感器的视角外由测量对象以外产生能量大的红外线，也能够防止由该处射出的红外线通过所述滤光器的侧面而被所述热电堆元件检测，从而不产生测量误差等，只要所述红外线传感器具备：热电堆元件；框体，在内部收纳所述热电堆元件；以及板状的滤光器，设置成覆盖形成于框体的开口部，使规定的波段的红外线通过，所述滤光器的侧面由金属膜覆盖即可。

为了在周围环境温度变化大的情况下等能够使用红外线以非接触的方式正确地测量温度，只要使用如下的辐射温度计即可，所述辐射温度计的特征在于，具备：本发明的红外线检测器；以及基于从所述红外线传感器输出的电信号计算温度的温度计算部。

这样，根据本发明的红外线检测器，能够使所述镜筒内相比所述第一光圈靠前端侧的部位产生的自身红外线，由处于所述红外线传感器的附近的所述红外线吸收结构吸收，不会入射到所述红外线传感器。另外，在所述红外线传感器的附近，在相比所述反射结构靠基端侧的内部端面以外的部位设置所述反射结构，原本就几乎不产生自身红外线。因而，由于与以往相比，能够减少自身红外线对所述红外线传感器入射的量，如果是使用例如本发明的红外线检测器的辐射温度计，即使由于周围环境温度变化或来自测量对象的红外线的作用而导致红外线检测器本身的温度变化，也能够抑制温度漂移。因此，在难以将红外线检测器本身的温度保持为恒定的环境中能够实现高精度的温度测量。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的辐射温度计的示意性剖视图。

图2是放大第一实施方式的红外线传感器的附近的示意性放大剖视图。

图3是表示第一实施方式中镜筒的内部端面未设置红外线吸收结构的情况下的自身红外线的动作的示意图。

图4是表示本发明的第二实施方式的辐射温度计的示意性剖视图。

图5是表示第二实施方式的红外线传感器以及红外线吸收结构的详细情况的示意性的剖面放大图。

图6是表示使用反射镜的其他实施方式中的辐射温度计的一例的示意性剖视图。

图7是表示使用反射镜的其他实施方式中的辐射温度计的其他例子的示意性剖视图。

图8是表示本发明的其他实施方式的辐射温度计示意性剖视图。

图9是其他实施方式中的镜筒的基端侧内部端面的俯视图。

图10是表示另一实施方式中的红外线传感器的结构的示意图。

附图标记说明：

200辐射温度计

100红外线检测器

1镜筒

11红外线导入口

12透镜

2光圈结构

21第一光圈

22第二光圈

23第三光圈

3红外线传感器

31框体

32滤光器

4红外线吸收结构

5反射结构

s1导入口侧空间

s2传感器侧空间

tc温度计算部

v视角

具体实施方式

参照各图对本发明的第一实施方式的辐射温度计200进行说明。在周围环境的温度无法保持恒定而产生比以往的使用例大的温度变化的现场，使用第一实施方式的辐射温度计200。该辐射温度计200构成为能够基于从测量对象物辐射的红外线的强度，以非接触的方式测量测量对象物的温度。

如图1所示，第一实施方式的辐射温度计200具备红外线检测器100和温度计算部tc，所述温度计算部tc基于从红外线检测器100输出的电信号计算测量对象的温度。所述红外线检测器100具备：金属制的筒状的镜筒1，在前端侧形成有红外线导入口11；光圈机构2，设置在所述镜筒1内；以及红外线传感器3，设置在所述镜筒1的基端侧。所述温度计算部tc是具备例如cpu、存储器、a/d·d/a转换器等的所谓的计算机等，通过执行存储于存储器的程序，与所述红外线检测器100协作来发挥其功能。构成为向该温度计算部tc输入所述红外线传感器3与所入射的红外线的量相应地输出的电信号，通过规定的转换式将该电信号表示的红外线的量计算为温度，并输出该温度的值。

以下具体说明各部分。

所述镜筒1形成为圆筒状，前端面开口而形成所述红外线导入口11，并且基端面除了安装所述红外线传感器3的部分以外都堵塞。以堵塞该红外线导入口11的方式安装凸型的透镜12。

所述光圈机构2具备设置在所述镜筒1的基端侧的第一光圈21和设置在所述镜筒1的前端侧的第二光圈22。各光圈设置成相对于所述镜筒1的轴向垂直地分开，将所述第一光圈21的开口孔径构成为小于所述第二光圈22的开口孔径。即，所述第一光圈21限制所述红外线传感器3的视角v，决定从测量对象物辐射的红外线能够经由所述透镜12入射的范围即视角v的大小。在第一实施方式中，通过在所述镜筒1的轴向上并排设置所述第一光圈21和所述第二光圈22，使得镜筒1内的杂散光难以向所述红外线传感器3入射。

此外，在以下的说明中，关于镜筒1内的内部空间，将相比所述第一光圈21靠前端侧的空间称为导入口侧空间s1，将相比所述第一光圈21靠基端侧的空间称为传感器侧空间s2。

所述红外线传感器3具备收纳在圆筒状的框体31内的未图示的传感器元件以及设置在所述框体31的顶面的滤光器32，以传感器元件的受光面位于轴线上且朝向所述红外线导入口11的方式配置在镜筒1的基端侧。

所述传感器元件是将吸收红外线时的温度变化作为电动势的变化进行检测的热型，此处，使用多个热电偶串联排列而薄膜化的热电堆。作为该传感器元件，可以是测辐射热计、热电型那样的其他热型的传感器元件，或者也可以使用不是热型而是量子型的传感器元件。

所述滤光器32是仅使规定波段的光(电磁波)通过的带通滤波器。此处，使用仅使例如波长为8μm～14μm的范围的红外线通过的滤光器，构成为仅通过该滤光器32后的红外线由所述传感器元件接收。由于该波段(8μm～14μm)是被大气吸收少的范围，所以当进行温度测量时，能够抑制介于测量对象物与红外线传感器33之间的大气所引起的吸收影响，能够实现更高精度的测量。

并且，在用于第一实施方式的辐射温度计200的红外线检测器100的所述镜筒1内，在形成传感器侧空间s2的面设置有红外线吸收结构4或者反射结构5。

更具体地说，所述红外线吸收结构4是红外线吸收板，敷设成覆盖所述红外线传感器3中除了滤光器32之外的全部顶面以及所述镜筒1的基端侧的全部内部端面。即，除了滤光器32，与所述第一光圈21对置的全部部分都形成所述红外线吸收结构4。作为红外线吸收板的具体结构，能够举出涂布黑色的涂料或者通过氧化处理而黑色化的金属板。构成为入射到该红外线吸收结构4的红外线的吸收量比反射量多。

所述反射结构5设置在与所述传感器侧空间s2相接的所述镜筒1的内侧周面以及形成所述第一光圈21的分隔板中与所述红外线传感器3对置的面。在第一实施方式中，所述反射结构5是由含有金属填充物的树脂等形成的反射膜，入射的红外线的反射量比吸收量大。换言之，该反射结构5构成为与所述红外线吸收结构4相比难以吸收红外线，并且难以产生辐射。

此外，对与所述导入口侧空间s1相接的所述镜筒1的内侧周面、以及所述第二光圈22、所述第一光圈21的与红外线导入孔对置的面进行黑色化处理，来吸收作为杂散光入射的红外线。

在如此构成的第一实施方式中，对于从所述导入口侧空间s1的部件辐射的红外线即自身红外线ir难以向处于所述传感器侧空间s2的所述红外线传感器3入射这一点，与现有例进行比较说明。

图3是表示与以往的辐射温度计200a相同，镜筒1a的基端侧的内部端面不进行黑色化处理等，金属反射面露出的情况。即，以往，当制造红外线传感器3a时，为了不妨碍对形成框体31a的壳和底座进行金属连接，而不对红外线传感器3a的框体31a实施氧化处理或其他的黑色化处理。

此时，例如从黑色化处理的所述第二光圈22a通过热辐射射出自身红外线ir，当通过第一光圈21a时，有时被形成传感器侧空间s2的壁反复反射而入射到红外线传感器3a内。即，以往发生过由于自身红外线ir从红外线传感器3a的视角v的外侧入射而产生温度漂移、视角v模糊不清之类的不良情况。

另一方面，如果是第一实施方式的辐射温度计200，则如图1所示，即使所述导入口侧空间s1内产生的自身红外线ir通过所述第一光圈21入射到所述传感器侧空间s2，也会入射到所述红外线吸收结构4而被吸收，所以不会在该传感器侧空间s2内反复反射。因而，导入口侧空间s1内产生的自身红外线ir几乎不会到达所述红外线传感器3。此外，由于所述红外线传感器3的视角v被所述第一光圈21限制，所以从处于该视角v的外侧的所述框体31的内侧周面或所述第二光圈22辐射的自身红外线ir不会未经反射等就直接入射到红外线传感器3。

另外，即使在所述红外线吸收结构4中产生自身红外线ir，由于朝向与所述红外线传感器3的受光面相同的方向，所以这样的自身红外线ir几乎不会入射到所述红外线传感器3。

并且，对于形成传感器侧空间s2的壁面中未设置所述红外线吸收结构4的部分，由于设置有所述反射结构5，所以原本就几乎不会从这些部分产生自身红外线ir。

因而，自身红外线ir几乎不会入射到所述红外线传感器3，仅使从测量对象物辐射的来自外部的红外线能够入射到所述红外线传感器3。即，即使所述辐射温度计200的周围温度变化，自身辐射线的量增减，在所述红外线传感器3也难以产生温度漂移等、噪声等。因此，第一实施方式的辐射温度计200即使在无法像以往那样将辐射温度计200本身的温度保持为恒定的情况下，也能够高精度地进行温度测量。即，第一实施方式的辐射温度计200适合于即使周围环境的温度变化大的情况下也以非接触的方式进行高精度的温度测量的情况。

以下，参照图4对第二实施方式进行说明。此外，对与第一实施方式中说明的部件对应的部件标注相同的附图标记。

第二实施方式的辐射温度计200的红外线检测器100的光圈机构2、红外线吸收结构4和反射结构5与第一实施方式不同。

以下对各部分进行说明。

所述光圈机构2不仅具备第一光圈21、第二光圈22，还具备设置在所述第二光圈22与红外线导入口11之间的第三光圈23。这样，通过增加光圈的件数，容易进一步防止杂散光侵入到传感器侧空间s2，并入射到红外线传感器3。

另外，第二实施方式的红外线吸收是通过将红外线传感器3的框体31的外表面和镜筒1的基端侧的内部端面黑色化处理而实现的。作为黑色化处理而形成氧化膜，但例如也可以涂布黑色的涂料等。

更具体地说，如图5的红外线传感器3的剖视图所示，框体31具备：底座311，是在中央载置热电堆元件33的基座；以及壳312，在顶面中央部设置有滤光器32，底部侧嵌合于所述底座311而接合。所述底座311和所述壳312分别为金属制，各自的接触部分为金属连接。另外，所述壳31的顶面外表面中除了所述滤光器32以外的部分形成氧化膜，作为红外线吸收结构4。由于在壳31的外表面作为红外线吸收结构4而形成氧化膜，所以与设置红外线吸收板的情况相比，能够减小热电堆元件33与红外线吸收结构4的温度梯度。因此，更难产生温度漂移等，能够提高测量精度。

并且，第二实施方式的反射结构5通过对传感器侧空间s2内除了黑色化处理的部分以外的部分进行了镜面加工而形成。

利用这样的第二实施方式的红外线吸收结构4以及反射结构5，也能够与第一实施方式同样地防止自身红外线ir入射到红外线传感器3内，能够减少测量温度中的温度漂移、噪声等。

对其他实施方式进行说明。

关于相对于镜筒1的红外线导入口11以及红外线传感器3的配置，并不限定于所述实施方式。例如，如图6和图7所示，也可以在镜筒1内配置反射镜m，由反射镜m反射从所述红外线导入口11入射的红外线，使其入射到所述红外线传感器3。在这样的情况下，在所述红外线导入口11、反射镜m、到达红外线传感器3的光路上设置第一光圈21，将镜筒内1分隔为具有红外线导入口11的前端侧和收纳红外线传感器3的基端侧，通过在基端侧的至少内部端面形成红外线吸收结构4，与所述实施方式相同，能够防止自身红外线ir入射到红外线传感器3。

红外线吸收结构只要至少设置成覆盖导入口侧空间中产生的自身红外线在传感器侧空间内最初能够入射的位置即可。即，红外线吸收结构只要设置在从镜筒内相比第一光圈靠前端侧辐射的红外线能够通过第一光圈到达所述镜筒中的基端侧的内部端面或者所述红外线传感器的外表面的位置即可。例如，也可以如图8所示，从导入口侧空间s1的壁面的各点辐射状描绘假想直线，在通过第一光圈21的开口投影到红外线传感器3的顶面或者镜筒1的基端侧内部端面的区域设置红外线吸收结构4。在这样的情况下，如图9的从上方观察镜筒1的基端侧的内部端面时的图所示，也可以不在所述红外线传感器3的顶面中的内周侧且是滤光器32的周围设置红外线吸收结构4，仅在顶面的外周部且是自身红外线能够到达的位置设置红外线吸收结构4。另外，红外线吸收结构也可以通过将所述镜筒的内侧周面、第一光圈的一部分或者红外线传感器的一部分设为反射率低且产生红外线的吸收的粗糙面而形成。

并且，红外线传感器3的滤光器32形成为薄片状，但如积眼传感器3的剖视图即图10(a)、从背面侧观察滤光器33的立体图即图10(b)所示，也可以用金属膜34覆盖背面安装于壳312的部分和滤光器32的侧面。例如在红外线传感器3的视角v外存在产生能量比测量对象大的红外线的红外线发生源，从该红外线发生源射出的红外线入射到镜筒1内，即使具有红外线吸收结构4，也存在一边衰减一边在镜筒1内反射而到达所述滤光器32的侧面的可能性。在这样的情况下，由于不从滤光器32的表面向背面通过红外线，所以无法发挥充分的带通效果，产生测量误差。在图10所示的实施方式中，通过在所述滤光器33的侧面等设置金属膜34，使得红外线无法从滤光器33的表面以外入射，能够防止视角外的能量大的红外线向热电堆33入射，能够减少测量误差的产生。只要是这样的结构，例如利用配置在半导体晶片附近的卤素灯加热半导体晶片，在仅作为温度测量对象的半导体晶片进入视角v的情况下，也不会受到从卤素灯产生的高能量的红外线的影响，能够正确地测量半导体晶片的温度。

另外，也可以在从第二光圈的红外线传感器侧的各点辐射的红外线能够通过所述第一光圈的开口到达镜筒中的基端侧的内部端面或者红外线传感器的外表面的位置设置红外线吸收结构。

并且，也可以在镜筒的基端侧的内部端面中不设置红外线吸收结构的部分设置反射结构，使其不产生自身红外线。

此外，反射结构也可以不像各实施方式那样形成，只要在传感器侧空间中的镜筒的内侧周面的至少一部分或者第一光圈中的红外线传感器侧的面的至少一部分设置即可。

构成光圈结构的各光圈并不限定于相对于镜筒的轴向垂直地设置，例如也可以相对于轴向倾斜地设置。对于各光圈也可以根据镜筒内的来自测量对象的红外线的光路设定其位置和方向，将红外线传感器的视角限定在规定的范围内。

此外，本发明的红外线检测器不仅为了构成辐射温度计，也可以为了构成各种装置而使用。例如也可以根据来自红外线检测器的输出信号的有无或者是否超过阈值，构成红外线开关。另外，也可以使用棱镜和红外线检测器构成红外线分光器或者构成使用该红外线分光器的ndir。

此外，只要不违反本发明的宗旨，便可以进行各种实施方式的变形和组合。

工业上的可利用性

通过使用本发明的红外线检测器，如果是辐射温度计，即使由于周围环境温度变化或来自测量对象的红外线的作用而导致红外线检测器本身的温度变化，也能够抑制温度漂移。因此，能够提供一种辐射温度计，所述辐射温度计在红外线检测器本身的温度难以保持恒定的环境中能够进行高精度的温度测量。