KR100628283B1

KR100628283B1 - 온도에 안정적인 적외선 센서 및 이러한 형태의 센서를구비한 적외선 온도계

Info

Publication number: KR100628283B1
Application number: KR1020000050974A
Authority: KR
Inventors: 크라우스베른하르트
Original assignee: 브라운 게엠베하
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2006-09-27
Also published as: US6626835B1; EP1081475B1; TW496951B; JP2001116621A; EP1081475A2; HK1032817A1; DE50011321D1; JP4619499B2; CN1196918C; ATE306652T1; KR20010039856A; EP1081475A3; CN1287267A; DE19942214A1

Abstract

본 발명은 온도에 안정적인 적외선 센서와, 이 온도에 안정적인 적외선 센서를 구비한 적외선 온도계에 관한 것으로, 특히 귀의 온도를 측정하는 체온계에 관한 것이다. 적외선 센서는 적외선 방사선을 투과시키는 창(12)을 구비하며 이 창은 열전도가 우수한 재료로 제조되어 가열/냉각 소자(16)에 열적으로 접속되어 있다. 또한, 적외선 센서는 가열/냉각 소자(16)와 동일할 수도 있는 온도 센서(18)를 포함한다.

Description

온도에 안정적인 적외선 센서 및 이러한 형태의 센서를 구비한 적외선 온도계{INFRARED SENSOR STABILISABLE IN TEMPERATURE, AND INFRARED THERMOMETER WITH A SENSOR OF THIS TYPE}

도 1은 본 발명의 적외선 센서의 제1 실시예의 단면도.

도 2는 도 1의 적외선 센서의 평면도.

도 3은 도 2의 적외선 센서를 구비한 적외선 온도계의 제1 탐침을 보여주는 단면도.

도 4는 적외선 온도계의 제2 탐침의 전방에 배치되는 본 발명의 적외선 센서의 제2 실시예를 보여주는 단면도.

도 5는 적외선 온도계의 제3 탐침의 전방에 배치되는 본 발명의 적외선 센서의 제3 실시예를 보여주는 단면도.

도 6은 본 발명의 적외선 센서의 제4 실시예의 단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10, 40, 70 : 적외선 센서

12 : 창

14 : 케이싱

15 : 열 분배 판

16 : 가열/냉각 소자

18 : 온도 센서

20 : 적외선 센서 소자

30, 50, 60 : 탐침

본 발명은 온도에 안정적인 적외선 센서와, 이러한 형태의 센서를 구비하는, 특히 귀의 온도를 측정하는 적외선 온도계에 관한 것이다.

DE 199 13 672에는 적외선 도파관(導波管) 및 단부에 배치된 방사선 센서를 구비한 탐침을 포함하는 적외선 온도계가 기재되어 있다. 탐침 및/또는 이 탐침에 기지의 방식으로 장착되도록 되어 있는 탐침 덮개는 탐침 또는 탐침 덮개의 전방 영역만이 이도(耳道)의 정상 온도와 거의 일치하는 온도까지 가열될 수 있도록 설계되어 있다. 탐침 내에 배치된 적외선 센서의 제한된 영역만이 시야에 들어오기 때문에, 탐침의 상기 부분의 온도를 이것이 위치한 이도의 온도와 동일해지도록 하여 그 이도 부분과 열적으로 상호 작용하도록 함으로써 측정 오차를 최소화할 수 있다. 그러나, 탐침의 비교적 작은 가열 가능한 영역은 탐침의 가열 가능한 영역에 대하여 단열 처리되어 있는 경우에만 에너지 절감 방식으로 가열될 수 있으므로, 탐침의 구조가 보다 복잡해지게 된다.

GB 2090054 A에는 2개의 가열 소자에 의해 일정한 온도로 유지되는 서미스터(thermistor)를 구비한 방사선 검출기가 개시되어 있다. 장착 링과 함께 가열 소자는 서미스터를 에워싸는 덮개를 형성한다. 이 덮개는 방사선을 투과시키는 창을 구비한 케이싱에 의해 에워싸여 있으며, 검출 방사선은 상기 창을 통해 케이싱 내로 들어간 다음, 가열 소자 중 하나의 구멍을 통해 덮개 내로 그리고 서미스터로 들어간다. 이러한 방사선 검출기는 다소 제조가 복잡하므로 비용이 많이 든다.

US-A 5,010,315에는 2개의 NTC 저항기를 구비하며 그 온도가 각 가열 층에 의해 일정하게 유지되는 열 방사선 센서 소자가 개시되어 있다. 가열 층과 NTC 저항기 사이에는 단열 층이 배치되어 있다.

DD 147872에는 방사선을 투과시키는 창을 구비한 케이싱을 포함하는 열전대열 센서(thermopile sensor)가 개시되어 있다. 상기 케이싱은 중앙 보어가 박막으로 덮여 있는 지지 부재 상에 센서 소자를 수용한다. 센서 소자의 냉점 및 온점이 상기 박막에 마련되어 있는데, 즉 냉점은 지지 부재 영역에 그리고 온점은 보어 영역에 위치하고 있다. 하나 이상의 가열 소자에 의해 온점만이 가열될 수 있다.

본 발명의 목적은 가열 및/또는 냉각 가능한 간단한 적외선 센서와, 특히 직선형 구조의 적외선 온도계를 제공하는 것이다.

본 발명의 적외선 센서는 하나 이상의 적외선 센서 소자와, 하나의 가열 및/또는 냉각 소자(이하에서는, 가열/냉각 소자로 칭함) 그리고 적외선 방사선을 투과시키는 창을 구비한 케이싱을 포함한다. 상기 창은, 예를 들어 적외선 방사선을 투과시키며 용이하게 성형 가능한 칼고겐 유리(chalcogenit glass)로 제조될 수도 있다. 센서 소자가 케이싱 내에 배치되어 있으므로 적외선은 창을 통해 센서 소자로 들어간다. 가열/냉각 소자는 열전도 가능하게 창 및/또는 케이싱에 접속되어 있다. 케이싱은 그 내측에 낮은 온도 구배(句配)만이 허용되도록 설계되는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 가열/냉각 소자는 가열 또는 냉각 공정 중에 케이싱과 창을 균일하게 가열 또는 냉각시키도록 배치되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 창과 케이싱은 열전도 가능하게 서로 접속되어 있으며, 열 전도도가 높은 재료로 제조되는 것이 바람직한데, 예를 들어 케이싱은 구리로 제조되고 창은 실리콘으로 제조된다. 복수 개의 가열/냉각 소자가 또한 제공될 수도 있는데, 이들 중 하나 이상은 케이싱 상에 배치되고 나머지 중 하나 이상은 적외선 센서의 창에 배치된다. 용어 "가열/냉각 소자"는, 예를 들어 NTC나 PTC 저항기 또는 트랜지스터로서 구성된 가열 소자, 그리고 펠티어 소자(Peltier element)로서 구성된 가열 및 냉각 소자를 일컫는 것이다. 바람직하게, 가열/냉각 소자는 전기로 가열 또는 냉각될 수 있다.

가열/냉각 소자는 적외선 센서의 케이싱에 장착되는 것이 바람직하다. 이러한 가열 소자는, 예를 들어 알루미늄, 구리, 금, 크롬 니켈 합금 또는 은/흑연 페이스트로 이루어진 도체 패스(conductor path) 형태의 금속 층이 부착되어 있는 폴리이미드 포일(polyimide foil) 등의 포일로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 도체 패스 형태의 금속 층 또는 전도성 플라스틱 재료 층으로 제조된 가열 소자가 창에 직접 부착될 수도 있다. 본 발명의 적외선 센서의 다른 실시예에서, 창은 가열 콘스탄탄 필라멘트에 의해 가열될 수 있는데, 이 필라멘트는 예를 들어 창 둘레로 연장되며 열전도성이 우수한 접속부를 구비한다. 본 발명의 적외선 센서의 특히 우수한 구조에 있어서, 창은 반도체, 특히 실리콘으로 구성되며, 이러한 창에는 도핑(doping)에 의해 형성된 도전체 패스가 저항 가열 소자로서 사용된다.

적외선 센서는 하나 이상의 온도 센서를 포함하며, 이 온도 센서는 바람직하게는 기지의 형태의 적외선 센서 소자에 대한 열전도 접속부를 구비한다. 본 발명의 적외선 센서의 다른 실시예에서는, 가열/냉각 소자 자체가 온도 센서로서 사용된다. 적외선 센서 소자가 열전대열인 경우, 열전대열 자체가 EP 0 502 277로부터 공지되어 있는 형태의 온도 센서로서 사용될 수도 있다. 이 경우에, 적외선 센서는 적외선 센서 소자(들)용의 그리고 가열 소자(들)용의 접속부를 구비한다. 이 경우에 가열 소자 또는 적외선 센서 소자는 온도 센서로서 사용되지 않으며, 적외선 센서는 온도 센서용 접속부를 추가로 구비한다. 온도 센서는 그 접속부에 의해 제어 수단에 접속 가능하다.

제어 수단은 온도 센서, 가열/냉각 소자 또는 적외선 센서 소자의 전기 저항, 임계 전압 또는 순방향 전압 등의 측정 가능한 특성치로부터 온도 센서, 그리고 그에 따른 적외선 센서의 온도를 결정한다. 바람직하게는, 제어 수단은 각 가열/냉각 소자용 제어 회로를 포함하며, 이 제어 회로는 조절 가능한 정상 온도 값에 따라 가열, 냉각 및/또는 온도 상수 유지 각각에 필요한 에너지를 가열 소자(들)에 전달한다. 이러한 방식으로 적외선 센서가 소정 온도에 설정되어 그 온도에서 안정화될 수 있다. 또한 제어 수단은, 예를 들어 배터리와 같은 전원에 접속될 수 있다.

제어 수단은 또한, 적외선 센서 내에 배치될 수도 있으며, 이 경우에 적외선 센서는 적외선 센서 소자(들)용 접속부와는 별도로 정상 온도 값의 입력을 위한 그리고 전원 접속을 위한 접속부를 포함한다.

적외선 센서는 하나 이상의 적외선 센서 소자, 특히 관련 종래 기술에 개괄적으로 개시된 바와 같은 열전대열을 포함한다. 예를 들어, EP 0 566 156 B1에는 2개의 적외선 감지 소자를 구비한 적외선 센서가 개시되어 있는데, 상기 감지 소자 중 하나는 적외선 방사선에 대하여 차폐되어 있다. 상기 2개의 적외선 감지 소자에 의해 전송된 신호를 비교함으로써, 입사 적외선 방사선의 양에 상응하면서 전기 노이즈 및 열 교란으로부터 사실상 자유로운 측정 신호를 얻을 수 있다. 그러나, 적외선 센서 소자(들)는 또한 DE 197 10 946에 개시된 구조를 취할 수도 있다.

본 발명의 적외선 센서의 바람직한 실시예에서, 복수 개의 적외선 센서 소자는 매트릭스형으로 배치된다. 이 경우에, 적외선 센서의 창은 렌즈로서 설계되는 것이 바람직하다. 적외선 센서 소자는 렌즈의 촛점면에 배치되는 것이 바람직하다.

적외선 센서는 본 발명의 적외선 온도계의 탐침의 전단부에 직접 배치된다. 이러한 구조의 장점은 가열/냉각 가능한 적외선 센서로 인해 실질적으로 탐침의 전체 전단부 또는 탐침의 적어도 전방 표면이 소정 온도로 설정될 수도 있다는 것이다. 따라서, 탐침이 이도 내로 삽입되는 경우, 이도의 열 평형이 실질적으로 교란되지 않아, 측정 오차 발생이 방지된다. 탐침은 기지의 형태 또는 기지의 구조를 가질 수도 있으며, 특히 가요성일 수도 있다. 이러한 형태의 탐침의 예로서 EP 0 588 631 A2에는 그 외주면에 제공된 슬롯 또는 벨로우즈에 의해 가요성이 증대되는 가요성 탐침이 개시되어 있다. 또한, 이러한 탐침은 그 외측에 리브 또는 오목부 등을 구비할 수도 있다.

본 발명의 추가의 특징 및 장점이 첨부 도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 적외선 센서 및 적외선 온도계용의 바람직한 실시예의 아래의 설명으로부터 얻어질 수 있다. 도면에서, 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 매겨져 있다.

도 1의 실시예는 적외선 방사선을 투과시키는 창(12)을 구비한 케이싱(14)을 포함하는 본 발명에 따른 제1 적외선 센서(10)를 보여주고 있다. 창(12)은 실리콘으로 제조되는 것이 바람직하다. 가열 소자(16)와 온도 센서(18)가 창(12)에 마련되어 있다. 감지한 적외선 방사선을 전기 출력 신호로 변환하기 위한 적외선 센서 소자(20)가 케이싱(14)의 내측에서 창(12)에 부착되어 있다. 창(12)의 연부에는 적외선 센서 소자(20)와 온도 센서(18)의 출력 신호 뿐만 아니라 가열 소자(16)의 전류 공급용으로 각각에 대해 2개의 접속부(22)가 제공되어 있다. 적외선 센서 소자(20)와 온도 센서(18)의 출력 신호는 전자 측정 시스템(도시 생략)에 의해 평가될 수도 있으며, 측정 방사선의 온도는 표시부(도시 생략) 상에 지시될 수도 있다.

도 2의 실시예에 도시된 바와 같이, 창(12)은 널빤지 형태로 되어 있다. 가열 소자(16)는 도체 패스 형태로 형성되어 있으며, 창(12)의 연부에 환형으로 배치되어 있다. 온도 센서(18) 또한 도체 패스 형태로 형성되어 있으며 가열 소자(16) 에 평행하게 가열 소자보다 내측에서 연장한다. 가열 소자(16)와 온도 센서(18)를 가까이 배치함으로써 적외선 센서(10)의 온도를 상당히 정확하게 적은 관성으로 제어할 수 있다. 하나 또는 복수 개의 열전대열인 것이 바람직한 적외선 센서 소자(20)는 창(12)의 중앙에 배치된다.

도 3에 개략적으로 도시된 바와 같은 적외선 온도계의 제1 탐침(30)은 그 전단부에 도 1과 도 2에 도시된 바와 같은 적외선 센서(10)를 포함한다. 적외선 센서(10)는 금속 링(32)에 의해 창(12)에 고정되어 있다. 이 금속 링은 플라스틱으로 제조되는 것이 바람직한 스템(34)에 부착되어 있는데, 이 스템의 외형 및 치수는 사람의 이도에 맞춰져 있다.

도 4의 실시예는 본 발명의 적외선 온도계의 제2 탐침(50)을 보여주는 것으로, 이 실시예에서는 본 발명의 제2 적외선 센서(40)가 스템(34)에 직접 안착됨으로써, 탐침(50)의 전체 전단부가 그 적외선 센서(40)에 의해 형성되어 가열 및 냉각되도록 되어 있다. 제2 적외선 센서(40)는 바람직하게는 다수의 적외선 센서 소자로 제조된 매트릭스형의 적외선 센서 소자 조립체(24) 상에 적외선 방사선을 입사시키는 외측으로 굴곡된 창(12')을 포함한다. 가열/냉각 소자(16)와, 온도 센서(18), 그리고 적외선 센서 소자는 적외선 센서(40)의 케이싱(14)의 저부 상에 케이싱 내측에 배치되어 있다. 이들은 또한 포일(도시 생략)에 장착될 수도 있는데, 이 경우에 적외선 센서 소자 조립체(24)는 바람직하게는 포일의 상부에 배치되는 반면, 하나 이상의 가열/냉각 소자는 포일의 저부에 배치되고, 필요하다면 하나 이상의 도체 패스 형태의 온도 센서가 케이싱의 저부와의 우수한 열전도를 제공한다. 적외선 센서 소자 조립체(24)의 접속부(22)는 개략적으로만 도시되어 있으며, 접속 핀(21)에 의해 외측으로 연장되고 있다.

도 5의 실시예는 본 발명에 따른 제3 적외선 센서를 구비한 본 발명의 적외선 온도계의 제3 탐침(60)을 보여주고 있다. 적외선 센서는 그 측벽(26)과 창(12)의 외측 연부가 탐침의 스템(34)에 의해 에워싸임으로써 탐침에 장착되어 있다. 적외선 센서 소자(20) 또는 다수의 적외선 센서 소자 조립체는 적외선 센서의 케이싱 저부(28)에 창(12)에 대향하게 배치된다. 적외선 센서 소자는 열전대열로 구성되는 것이 바람직하다. 온도 센서(도 5에는 도시되어 있지 않음)는 기지의 방식으로 열전대열의 냉점에 가깝게 배치된다. 그러나, 가열/냉각 소자(16)가 케이싱의 저부(28)에 이와 같이 장착되지 않고, 적외선 센서의 케이싱 외측에 장착될 수도 있다.

도 6의 실시예는 케이싱 상부(27)와, 적외선 방사선을 투과시키는 창(12), 그리고 케이싱 저부(28)를 포함하는 본 발명에 따른 제4 적외선 센서(70)를 보여주는 것이다. 적외선 센서 소자(20) 또는 다수의 적외선 센서 소자 조립체와, 온도 센서(18)는 케이싱의 내측에서 프레임(23)에 부착된다. 적외선 센서 소자(20)와 온도 센서(18)의 접속부(22)는 단지 개략적으로만 도시되어 있으며, 접속 핀(21)에 의해 케이싱 저부(28)에서 외측 관통 덕트(29)까지 연장된다. 가열/냉각 소자(16)는 케이싱 저부(28)에서 외측에 열전도 방식으로 부착되어 있는 열 분배 판(15)에 장착된다. 그러나, 열 분배 판(15)은 또한 케이싱의 다른 임의의 위치에 장착될 수도 있다. 케이싱 상부(27)는 창(12)에 의해 폐쇄되어 있는 개구를 포함한다. 개구의 측벽(25)은 창(12)을 통해 들어온 적외선 방사선이 적외선 센서 소자(20)쪽으로 반사되도록 모따기 가공된다.

개시된 실시예 중 하나와 관련하여 기재된 적외선 센서 또는 적외선 온도계의 특징이 다른 임의의 실시예에 따라 수행될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 특히 체온계용의 적외선 센서의 구조가 단순해지므로, 제조가 간편해지고 제조 비용을 감소시킬 수 있게 된다.

Claims

가열 가능한 전방 단부를 구비한 탐침과,

하나 이상의 적외선 센서 소자(20; 24)를 포함하는 가열 가능한 적외선 센서와,

가열/냉각 소자(16), 그리고

적외선을 투과시키는 창(12)을 구비하는 케이싱(14; 26, 27, 28)

을 포함하는 적외선 온도계에 있어서,

상기 적외선 센서는 탐침의 전방 단부에 배치되고, 상기 가열/ 냉각 소자(16)는 창(12)과 열전도 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
제1항에 있어서, 상기 적외선 센서는 하나 이상의 온도 센서(18)를 포함하고, 이 온도 센서는 상기 센서 소자(20)와, 창(12), 그리고 케이싱(14; 26, 27, 28) 중 하나 이상에 열전도 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
제2항에 있어서, 상기 가열/냉각 소자(16) 또는 적외선 센서 소자(20)는 온도 센서(18)로 사용 가능한 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 창(12)은 반도체이며, 이 창 내에 마련되는 상기 가열 소자(16)와 온도 센서(18) 중 하나 이상은 도체 패스(conductor path) 형태의 영역을 도핑(doping)하여 형성되는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 가열/냉각 소자(16)와 온도 센서(18) 중 하나 이상은 포일(foil)에 부착되는 도체 패스 또는 페이스트로 구성되는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
제5항에 있어서, 상기 센서 소자(20)는 포일의 상부에 배치되며, 상기 가열/냉각 소자(16)와 온도 센서(18) 중 하나 이상은 포일의 저부에 배치되는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 가열/냉각 소자(16)는 열 분배 판(15)과 열전도 접속되어 있으며, 상기 열 분배 판(15)은 케이싱에 열전도 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 창(12)과 케이싱(14; 26, 27, 28)은 열전도 방식으로 접속되어 있으며, 열 전도도가 높은 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 창(12)은 렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적외선 센서의 케이싱 상부(27)는 측벽(25)이 모따기 가공되어 있는 개구를 구비하는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적외선 센서 소자(20) 또는 적외선 센서 소자 조립체(24)는 하나 이상의 열전대열(thermopile)로 구성되는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적외선 온도계 또는 적외선 센서는 가열/냉각 소자(16)의 가열/냉각 성능을 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
제12항에 있어서, 상기 제어 수단은 가열/냉각 소자(16), 또는 적외선 센서 소자(20), 또는 온도 센서(18)의 소정 특성치를 측정함으로써 적외선 센서의 온도가 결정되도록 하는 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탐침은 가요성인 것을 특징으로 하는 적외선 온도계.
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