JP2002538425A - 信号処理を一体化したセンサモジュール - Google Patents
信号処理を一体化したセンサモジュールInfo
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Abstract
(57)【要約】
センサモジュールが放射線感応性センサ素子（１２）と、センサ素子（１２）の出力信号を受信し、それから放射線に依存した第１電気信号を提供するセンサ信号処理回路（１３、４１ａ、４４ａ）と、温度に依存した第２電気信号を提供する感温性基準装置（１４、１５、４１ｂ、４３、４４ｂ）と、両方の電気信号を結合するための信号結合装置（１６）とを有する。センサ信号処理回路（１３、４１ａ、４４ａ）と基準装置（１４、１５、４１ｂ、４３、４４ｂ）と信号結合装置（１６）は単一のチップ（２０、２１）上に形成されており、チップ（２０、２１）とセンサ素子（１２）は共通のハウジング（２２、６２、６４）内に格納されている。
Description
【０００１】 本発明は、請求項１の前文に記載されたセンサモジュールに関する。このよう
なセンサモジュールはＤＥ４３３１５７４Ａ１により公知である。本発明、特に
煮沸器、パン焼器、加熱器用、特に電子レンジ内で使用することのできる赤外線
センサモジュールに関する。
なセンサモジュールはＤＥ４３３１５７４Ａ１により公知である。本発明、特に
煮沸器、パン焼器、加熱器用、特に電子レンジ内で使用することのできる赤外線
センサモジュールに関する。
【０００２】 図１は、前記先行技術に述べられたブロック図を概略示す。符号１２が放射線
に感応する本来のセンサ素子であり、入射する電磁放射線を受けてその端子から
電気信号を出力する。これは例えば熱電対とすることができる。増幅器１３がセ
ンサ素子の電気信号を増幅する。さらに、センサ素子の出力信号に対する周囲温
度の物理的に制約された影響を補償するために、やはり感温性の基準装置（１４
、１５）が設けられている。符号１４はセンサの近傍に配置されてその温度に応
じてそのパラメータを変更する温度基準センサ、主にサーミスタである。符号１
５は増幅器もしくはインピーダンス変換器であり、前記変更を、利用可能な電気
信号に変換する。この電気信号は、センサ素子の増幅された信号と合わせて、放
射線センサの信号に対する周囲温度の影響を低下させる。符号１６は差動増幅器
であり、放射線センサ（１２、１３）の信号と温度センサ（１４、１５）の信号
との差を形成し、付加的に周囲温度を補償する物体温度依存出力信号１１を出力
する。
に感応する本来のセンサ素子であり、入射する電磁放射線を受けてその端子から
電気信号を出力する。これは例えば熱電対とすることができる。増幅器１３がセ
ンサ素子の電気信号を増幅する。さらに、センサ素子の出力信号に対する周囲温
度の物理的に制約された影響を補償するために、やはり感温性の基準装置（１４
、１５）が設けられている。符号１４はセンサの近傍に配置されてその温度に応
じてそのパラメータを変更する温度基準センサ、主にサーミスタである。符号１
５は増幅器もしくはインピーダンス変換器であり、前記変更を、利用可能な電気
信号に変換する。この電気信号は、センサ素子の増幅された信号と合わせて、放
射線センサの信号に対する周囲温度の影響を低下させる。符号１６は差動増幅器
であり、放射線センサ（１２、１３）の信号と温度センサ（１４、１５）の信号
との差を形成し、付加的に周囲温度を補償する物体温度依存出力信号１１を出力
する。
【０００３】 公知の回路はさまざまな欠点を有する。温度補償は比較的狭い周囲温度範囲に
ついてのみ最適に働く。というのも、公知の小型化温度基準素子の特性は代表的
には直線的または指数的に推移する一方、約４乗の依存関係が特別好ましいこと
が判明したからである。信号増幅・処理部は、センサチップや温度基準センサが
あるトランジスタハウジングの外側でプリント基板に格納されている。このセン
サモジュールは立体的に比較的大きく構成されているので、アプリケーション装
置内に取付けるときスペース上の問題が生じることがある。さらに、金属製セン
サハウジングの外側に信号処理部を形成すると、電磁干渉が信号を歪めることも
ある。この影響は、高価で複雑な遮蔽措置または後続の信号処理部によって除去
されねばならない。
ついてのみ最適に働く。というのも、公知の小型化温度基準素子の特性は代表的
には直線的または指数的に推移する一方、約４乗の依存関係が特別好ましいこと
が判明したからである。信号増幅・処理部は、センサチップや温度基準センサが
あるトランジスタハウジングの外側でプリント基板に格納されている。このセン
サモジュールは立体的に比較的大きく構成されているので、アプリケーション装
置内に取付けるときスペース上の問題が生じることがある。さらに、金属製セン
サハウジングの外側に信号処理部を形成すると、電磁干渉が信号を歪めることも
ある。この影響は、高価で複雑な遮蔽措置または後続の信号処理部によって除去
されねばならない。
【０００４】 本発明の課題は、正確に温度補償されて物体温度に一致した出力信号を出力す
ることのできるセンサモジュールを提供することである。この課題は請求項１の
特徴によって解決される。従属請求項は本発明の好ましい実施形態に向けられて
いる。
ることのできるセンサモジュールを提供することである。この課題は請求項１の
特徴によって解決される。従属請求項は本発明の好ましい実施形態に向けられて
いる。
【０００５】 本発明によるセンサは、放射線に感応するセンサ素子とセンサ信号処理回路と
感温性基準装置と信号結合装置と場合によってはパラメータを調整し校正するた
めの各種装置とを有する。センサ信号処理回路と基準装置と信号結合装置は単一
のチップ(Application Specific Integrated Circuit）上に形成されている。セ
ンサ信号処理チップとセンサ素子は共通のハウジング内に格納されている。さら
に、センサ素子はセンサ信号処理回路、基準装置および信号結合装置と一緒に単
一のチップ上に格納しておくことができる ハウジングは好ましくは比較的小さい。これは例えば市販のＴＯ５またはＴＯ
１８ハウジングである。特定の切断面においてハウジングは横断面寸法が１２ｍ
ｍを超えないように構成しておくことができる。これは円筒形ハウジングとする
ことができ、円筒の直径は９ｍｍを超えない。
感温性基準装置と信号結合装置と場合によってはパラメータを調整し校正するた
めの各種装置とを有する。センサ信号処理回路と基準装置と信号結合装置は単一
のチップ(Application Specific Integrated Circuit）上に形成されている。セ
ンサ信号処理チップとセンサ素子は共通のハウジング内に格納されている。さら
に、センサ素子はセンサ信号処理回路、基準装置および信号結合装置と一緒に単
一のチップ上に格納しておくことができる ハウジングは好ましくは比較的小さい。これは例えば市販のＴＯ５またはＴＯ
１８ハウジングである。特定の切断面においてハウジングは横断面寸法が１２ｍ
ｍを超えないように構成しておくことができる。これは円筒形ハウジングとする
ことができ、円筒の直径は９ｍｍを超えない。
【０００６】 基準装置はセンサ素子の温度感度を補償するのに役立つ。センサ素子の温度感
度は一般に非線形であるので、その温度感度は線形基準装置によっては不十分に
模擬できるにすぎない。狭い範囲にわたってセンサ素子の温度感度を模擬するの
には指数関数が適し、または広い範囲にわたってセンサ素子の温度感度を模擬す
るのにはベキ関数が適していることが判明した。特に、放射線センサに応じて発
生される信号を評価してセンサ素子の温度感度を最適に模擬するために、２乗関
数または高次ベキ関数を使用することができる。四次ベキ関数はセンサ素子の温
度感度を最適に補償するための好ましい関数であることが判明した。
度は一般に非線形であるので、その温度感度は線形基準装置によっては不十分に
模擬できるにすぎない。狭い範囲にわたってセンサ素子の温度感度を模擬するの
には指数関数が適し、または広い範囲にわたってセンサ素子の温度感度を模擬す
るのにはベキ関数が適していることが判明した。特に、放射線センサに応じて発
生される信号を評価してセンサ素子の温度感度を最適に模擬するために、２乗関
数または高次ベキ関数を使用することができる。四次ベキ関数はセンサ素子の温
度感度を最適に補償するための好ましい関数であることが判明した。
【０００７】 信号結合装置は加算装置または減算装置、特に加算増幅器または差動増幅器を
有することができる。センサ素子の温度感度と基準装置の温度感度との定性比較
に応じて、さらには、場合によって行われる前置符号の評価に応じて、これらの
装置の１つの選択は行うことができる。基準装置の温度感度とセンサ素子自体の
温度感度が例えば平行して推移するなら（例えば温度の上昇に伴って両方の出力
信号が低下するなら）、信号の前置符号評価が他に行われないとき、差動増幅器
を使用することができる。信号の１つ、例えば基準装置の信号が（例えばインピ
ーダンス変換器によって）負と評価される場合、加算増幅器を使用することがで
きる。
有することができる。センサ素子の温度感度と基準装置の温度感度との定性比較
に応じて、さらには、場合によって行われる前置符号の評価に応じて、これらの
装置の１つの選択は行うことができる。基準装置の温度感度とセンサ素子自体の
温度感度が例えば平行して推移するなら（例えば温度の上昇に伴って両方の出力
信号が低下するなら）、信号の前置符号評価が他に行われないとき、差動増幅器
を使用することができる。信号の１つ、例えば基準装置の信号が（例えばインピ
ーダンス変換器によって）負と評価される場合、加算増幅器を使用することがで
きる。
【０００８】 センサ素子の信号に影響するのは周囲温度だけではない。回路の公差や損失電
力も出力信号に影響する。従って、ＡＳＩＣの損失電力を補償するための補償装
置と、公差やオフセットの影響を減らすための校正装置を設けておくことができ
る。
力も出力信号に影響する。従って、ＡＳＩＣの損失電力を補償するための補償装
置と、公差やオフセットの影響を減らすための校正装置を設けておくことができ
る。
【０００９】 センサを調整しもしくはさまざまな条件に適合させるために、センサのアナロ
グパラメータもしくはディジタルパラメータを調整もしくは変更することのでき
る好ましくはディジタル式のプログラミング装置をやはりハウジング内に設けて
おくことができる。
グパラメータもしくはディジタルパラメータを調整もしくは変更することのでき
る好ましくはディジタル式のプログラミング装置をやはりハウジング内に設けて
おくことができる。
【００１０】 図面を参考に本発明の個々の実施形態が以下に説明される。
【００１１】 図１は、公知の回路を示す。
【００１２】 図２ａ〜ｆは、本発明による実施形態を示す。
【００１３】 図３は、本発明によるセンサと光学結像装置の横断面図である。
【００１４】 図４は、本発明による回路設計を示す。
【００１５】 図５は、本発明による他の回路設計を示す。
【００１６】 図６ａ〜ｃは、本発明によるセンサと光学結像装置の他の横断面図である。
【００１７】 図７は、本発明による他の実施形態を示す。
【００１８】 図８ａ、ｂは、代表的形式のハウジングＴＯ５（図８ａ）、ＴＯ１８（図８ｂ
）の図である。
）の図である。
【００１９】 図２ａ〜ｆは、本発明によるセンサの構造を略平面図で示す。これらの図にお
いて図１と同じ符号は同じ部品を示す。符号２０は集積回路であり、少なくとも
図１の部品１３〜１６を含む。これはＡＳＩＣとすることができる。集積回路２
０とは別にセンサ素子１２が設けられており、このセンサ素子はボンディングを
介して集積回路２０に接続しておくことができる。他のボンディングを介して集
積回路２０が外部端子１１に接続されている。
いて図１と同じ符号は同じ部品を示す。符号２０は集積回路であり、少なくとも
図１の部品１３〜１６を含む。これはＡＳＩＣとすることができる。集積回路２
０とは別にセンサ素子１２が設けられており、このセンサ素子はボンディングを
介して集積回路２０に接続しておくことができる。他のボンディングを介して集
積回路２０が外部端子１１に接続されている。
【００２０】 図２ａ〜ｃの構造は、センサ素子１２が集積回路２０とは別に設けられている
限りでハイブリッドである。さまざまな接続の可能性が図示されている。図２ｄ
〜ｆが示す構造ではセンサ素子が集積回路２１自体の上に設けられている。ここ
でも端子１１への接続はボンディングを介して行われる。さまざまな接続の可能
性が示してあり、のちに説明される。
限りでハイブリッドである。さまざまな接続の可能性が図示されている。図２ｄ
〜ｆが示す構造ではセンサ素子が集積回路２１自体の上に設けられている。ここ
でも端子１１への接続はボンディングを介して行われる。さまざまな接続の可能
性が示してあり、のちに説明される。
【００２１】 符号２２は最大１０ｍｍの直径を有する円筒形ハウジングの底板である。この
ハウジング内で集積回路（センサ信号処理回路、基準装置、信号結合装置）２０
もセンサ素子１２自体もハイブリッド構造で、もしくは一緒にでも、チップ２１
上に格納されている。
ハウジング内で集積回路（センサ信号処理回路、基準装置、信号結合装置）２０
もセンサ素子１２自体もハイブリッド構造で、もしくは一緒にでも、チップ２１
上に格納されている。
【００２２】 図３はハイブリッド構造の本発明によるセンサを横断面図で示す。このセンサ
は電磁放射線、特に赤外線を物体３０から検出するように設計されており、外部
から取付けられる光学結像素子もしくは集合素子３１を有する。この素子は物体
３０から送出される放射線をセンサ内部でセンサ素子１２に結像しもしくはそこ
に集める。
は電磁放射線、特に赤外線を物体３０から検出するように設計されており、外部
から取付けられる光学結像素子もしくは集合素子３１を有する。この素子は物体
３０から送出される放射線をセンサ内部でセンサ素子１２に結像しもしくはそこ
に集める。
【００２３】 ハウジング２２は好ましくは全面が閉じられている。放射線を通すためにハウ
ジングが窓３２を有し、この窓は少なくとも電磁放射線の関心のある波長範囲に
対して透過性である。窓はさらに少なくとも一部では不透過性とすることができ
、この場合フィルタの機能を果す。その他、例えば壁と底を導電材料で構成し、
窓を一部で導電性もしくは半導電性にすることによって、ハウジングは放射線遮
蔽性に構成しておくことができる。
ジングが窓３２を有し、この窓は少なくとも電磁放射線の関心のある波長範囲に
対して透過性である。窓はさらに少なくとも一部では不透過性とすることができ
、この場合フィルタの機能を果す。その他、例えば壁と底を導電材料で構成し、
窓を一部で導電性もしくは半導電性にすることによって、ハウジングは放射線遮
蔽性に構成しておくことができる。
【００２４】 図４は本発明による回路２０の実施形態をブロック図として示す。符号２０は
図２ａに示されたＡＳＩＣである。従って、図示された部品は集積回路としてチ
ップ上にある。符号４０の端子を介してセンサ素子の信号が受信される。符号４
１ａは前置増幅器であり、または単にインピーダンス変換器でもあり、好ましく
は校正装置を備えている。符号４４ａはオフセット補正器である。前記分岐と並
列に他の分岐が延びており、入力側に基準素子１４を有する。基準素子は熱的に
センサに接続されており、センサの温度に対応した信号を、好ましくは線形依存
関係で提供する。符号４１ｂは再び増幅器もしくはインピーダンス変換器である
。
図２ａに示されたＡＳＩＣである。従って、図示された部品は集積回路としてチ
ップ上にある。符号４０の端子を介してセンサ素子の信号が受信される。符号４
１ａは前置増幅器であり、または単にインピーダンス変換器でもあり、好ましく
は校正装置を備えている。符号４４ａはオフセット補正器である。前記分岐と並
列に他の分岐が延びており、入力側に基準素子１４を有する。基準素子は熱的に
センサに接続されており、センサの温度に対応した信号を、好ましくは線形依存
関係で提供する。符号４１ｂは再び増幅器もしくはインピーダンス変換器である
。
【００２５】 符号４３は特性を模擬するための素子である。この素子はセンサ素子の温度特
性を端子４０で特定温度範囲内で極力正確に模擬する。センサ素子１２の温度感
度は（端子４０で）非線形であることが判明した。その限りで、温度感度を線形
温度センサ素子１４によって正確に模擬できるのは一部の範囲にすぎない。それ
ゆえに、模擬４３は狭い温度範囲に対する指数関数、またはベキ関数とすること
ができる。二次または四次ベキ関数が好ましい。二次関数は温度基準素子の温度
に線形に依存した信号からスクエアリング回路４３によって発生される。２つの
スクエアリング回路４３の直列接続が四次ベキ関数をもたらす。符号４４ｂは加
算オフセット補正器である。符号４６ａ、４６ｂは切換スイッチであり、その目
的はのちに説明される。符号１６は結合装置であり、加算増幅器として設計して
おくことができ、増幅度はプログラミングすることができる。これは温度センサ
素子１４の温度感度が本来のセンサ素子１２の温度感度とは逆行する実施形態、
または温度感度が同じであるが例えば基準分岐中で前置符号の反転が行われる実
施形態とすることができる。
性を端子４０で特定温度範囲内で極力正確に模擬する。センサ素子１２の温度感
度は（端子４０で）非線形であることが判明した。その限りで、温度感度を線形
温度センサ素子１４によって正確に模擬できるのは一部の範囲にすぎない。それ
ゆえに、模擬４３は狭い温度範囲に対する指数関数、またはベキ関数とすること
ができる。二次または四次ベキ関数が好ましい。二次関数は温度基準素子の温度
に線形に依存した信号からスクエアリング回路４３によって発生される。２つの
スクエアリング回路４３の直列接続が四次ベキ関数をもたらす。符号４４ｂは加
算オフセット補正器である。符号４６ａ、４６ｂは切換スイッチであり、その目
的はのちに説明される。符号１６は結合装置であり、加算増幅器として設計して
おくことができ、増幅度はプログラミングすることができる。これは温度センサ
素子１４の温度感度が本来のセンサ素子１２の温度感度とは逆行する実施形態、
または温度感度が同じであるが例えば基準分岐中で前置符号の反転が行われる実
施形態とすることができる。
【００２６】 符号４１ｃは、低オームで出力することのできる帯域限定的もしくは時間連続
的出力信号を発生するためのフィルタ回路とすることができる、もしくはサンプ
ルホールド回路とすることもできる。最後に、検出されるべき電磁放射線に対応
した電気信号は温度を補償して出力端１１ｃで受信することができる。
的出力信号を発生するためのフィルタ回路とすることができる、もしくはサンプ
ルホールド回路とすることもできる。最後に、検出されるべき電磁放射線に対応
した電気信号は温度を補償して出力端１１ｃで受信することができる。
【００２７】 切換スイッチ４６ｂによって、センサ信号を温度補償して出力（スイッチ位置
上）するかまたは補償することなく出力（スイッチ位置下）するかは選択するこ
とができる。後者の場合、好ましくは基準電圧源４７は加算増幅器の本来温度基
準電圧が印加されている入力端に接続されてこれを特定電位に保つ。切換スイッ
チ４６ａによって温度信号（スイッチ位置上）または基準電圧信号（スイッチ位
置下）を他のフィルタ回路もしくはサンプルホールド回路４１ｄに選択的に送る
ことができ、出力端１１ｄで相応の信号が取出し可能である。
上）するかまたは補償することなく出力（スイッチ位置下）するかは選択するこ
とができる。後者の場合、好ましくは基準電圧源４７は加算増幅器の本来温度基
準電圧が印加されている入力端に接続されてこれを特定電位に保つ。切換スイッ
チ４６ａによって温度信号（スイッチ位置上）または基準電圧信号（スイッチ位
置下）を他のフィルタ回路もしくはサンプルホールド回路４１ｄに選択的に送る
ことができ、出力端１１ｄで相応の信号が取出し可能である。
【００２８】 上記電子部品の損失電力の影響を補償するために補償装置を設けておくことが
できる。損失電力は電子部品を加温することになり、この加温がセンサ素子の出
力信号に影響する。これは前記補償装置によって防止することができる。チップ
上の電子回路の損失電力は一定と見做すことができるので、オフセット補償装置
４４ａの好適な調整によって補償することができる。
できる。損失電力は電子部品を加温することになり、この加温がセンサ素子の出
力信号に影響する。これは前記補償装置によって防止することができる。チップ
上の電子回路の損失電力は一定と見做すことができるので、オフセット補償装置
４４ａの好適な調整によって補償することができる。
【００２９】 他の実施形態では、好ましくはディジタル式のプログラミング装置４８を設け
ておくことができる。このプログラミング装置は外部から端子１１ｂを介してア
クセス可能であり、系パラメータの調整に利用することができる。プログラミン
グ装置４８によって増幅器４１ａ、４１ｂ、１６の増幅定数、部品４４ａ、４４
ｂのオフセット電圧、スイッチ４６ａ、４６ｂのスイッチ位置、基準電圧４７、
模擬装置４３のパラメータ、回路４１ｃ、４１ｄのフィルタ係数、等を調整する
ことができる。それらは（例えば一体な安全装置を介して）固定式に、または（
例えば再書込み可能なメモリを介して）可変式に調整することができ、いずれに
しても外部端子を介してアクセス可能にプログラミングすることができる。
ておくことができる。このプログラミング装置は外部から端子１１ｂを介してア
クセス可能であり、系パラメータの調整に利用することができる。プログラミン
グ装置４８によって増幅器４１ａ、４１ｂ、１６の増幅定数、部品４４ａ、４４
ｂのオフセット電圧、スイッチ４６ａ、４６ｂのスイッチ位置、基準電圧４７、
模擬装置４３のパラメータ、回路４１ｃ、４１ｄのフィルタ係数、等を調整する
ことができる。それらは（例えば一体な安全装置を介して）固定式に、または（
例えば再書込み可能なメモリを介して）可変式に調整することができ、いずれに
しても外部端子を介してアクセス可能にプログラミングすることができる。
【００３０】 プログラミング装置４８は、センサの電子部品に対する電気端子１１、１１ａ
〜ｄの割当てを調整しもしくは変更するために設計しておくこともできる。これ
により外部端子１１は省くことができる。プログラミング装置４８は、残りの（
好ましくはアナログ）端子を補足して設けておくことのできる単一の端子または
２つの端子を有することができ、時間連続的信号を受け取ることができる。端子
は双方向で利用することもできる。回路は好ましくは３〜６つの端子１１を有す
ることができる。図２ａと図２ｄが示す実施形態は３つの端子を有し、例えば電
源電圧端子、接地端子、出力信号端子とすることができる。このような実施形態
でも端子は可変式に占有しておくことができる。切換は例えば電源電圧に変調さ
れた交流信号によって行うことができる。図２ｂと図２ｅが示す実施形態は４つ
の端子、例えば接地端子、電源電圧端子、出力信号端子、アナログまたはディジ
タル制御入力端子を有する。図２ｃと図２ｆが示す実施形態は６つの端子（例え
ば接地端子、電源電圧端子、補償出力信号端子、制御入力端子、線形温度出力端
子、閾値監視出力端子）を有する。
〜ｄの割当てを調整しもしくは変更するために設計しておくこともできる。これ
により外部端子１１は省くことができる。プログラミング装置４８は、残りの（
好ましくはアナログ）端子を補足して設けておくことのできる単一の端子または
２つの端子を有することができ、時間連続的信号を受け取ることができる。端子
は双方向で利用することもできる。回路は好ましくは３〜６つの端子１１を有す
ることができる。図２ａと図２ｄが示す実施形態は３つの端子を有し、例えば電
源電圧端子、接地端子、出力信号端子とすることができる。このような実施形態
でも端子は可変式に占有しておくことができる。切換は例えば電源電圧に変調さ
れた交流信号によって行うことができる。図２ｂと図２ｅが示す実施形態は４つ
の端子、例えば接地端子、電源電圧端子、出力信号端子、アナログまたはディジ
タル制御入力端子を有する。図２ｃと図２ｆが示す実施形態は６つの端子（例え
ば接地端子、電源電圧端子、補償出力信号端子、制御入力端子、線形温度出力端
子、閾値監視出力端子）を有する。
【００３１】 増幅器４１ａ、１６の増幅は、増幅器４１ａの増幅によってセンサ素子１２お
よびセンサ信号処理装置の特性値公差を補償する一方、増幅器１６の増幅によっ
てセンサ出力信号を希望する値範囲に適合できるように調整することができる。
よびセンサ信号処理装置の特性値公差を補償する一方、増幅器１６の増幅によっ
てセンサ出力信号を希望する値範囲に適合できるように調整することができる。
【００３２】 センサの出力電圧は例えば０〜５Ｖの範囲内または０〜３Ｖの範囲内で調整す
ることができる。温度補償は、好ましくは、−２０℃〜１００℃の周囲温度範囲
内で最適なセンサ信号補償が得られるように選定される。端子１１ａは好ましく
はセンサモジュールに電圧を供給するのに役立つ。
ることができる。温度補償は、好ましくは、−２０℃〜１００℃の周囲温度範囲
内で最適なセンサ信号補償が得られるように選定される。端子１１ａは好ましく
はセンサモジュールに電圧を供給するのに役立つ。
【００３３】 図５は本発明による他の実施形態を示す。ここでは殆どディジタルで信号加工
・処理が行われる。図４と同様に符号４０はセンサ素子１２用端子、符号１１ａ
は電圧供給端子である。好ましくは校正装置を備えた前置増幅器もしくはインピ
ーダンス変換器４１ａから、なおアナログの信号がディジタル回路５１（マイク
ロコントローラ）に達する。この回路が入力側にＡＤ変換器５２〜５４を有し、
ＡＤ変換器は入力増幅器４１ａ、温度基準素子１４および定電圧源４７からアナ
ログ信号を受信する。図４の残りの部品はディジタル装置に取り替えられている
。
・処理が行われる。図４と同様に符号４０はセンサ素子１２用端子、符号１１ａ
は電圧供給端子である。好ましくは校正装置を備えた前置増幅器もしくはインピ
ーダンス変換器４１ａから、なおアナログの信号がディジタル回路５１（マイク
ロコントローラ）に達する。この回路が入力側にＡＤ変換器５２〜５４を有し、
ＡＤ変換器は入力増幅器４１ａ、温度基準素子１４および定電圧源４７からアナ
ログ信号を受信する。図４の残りの部品はディジタル装置に取り替えられている
。
【００３４】 特性模擬装置４３は式によって、または特定出力値を入力値に割当てるテーブ
ルによって、取り替えることができる。出力信号は単数または複数の端子１１ｅ
を介してやはりディジタルで出力することができる。例えばこの場合時間連続的
に未補償放射線センサ信号、温度信号、補償済み放射線センサ信号、基準電圧信
号を伝送することができる。センサの利用分野に応じて閾値質問も実行すること
ができ、そのことから、監視されるべき閾値について肯定／否定信号が出力され
ることになる。複数の閾値が監視される場合、相応する数のこのような信号を並
行してまたは時間連続的に出力することができる。
ルによって、取り替えることができる。出力信号は単数または複数の端子１１ｅ
を介してやはりディジタルで出力することができる。例えばこの場合時間連続的
に未補償放射線センサ信号、温度信号、補償済み放射線センサ信号、基準電圧信
号を伝送することができる。センサの利用分野に応じて閾値質問も実行すること
ができ、そのことから、監視されるべき閾値について肯定／否定信号が出力され
ることになる。複数の閾値が監視される場合、相応する数のこのような信号を並
行してまたは時間連続的に出力することができる。
【００３５】 電圧基準装置４７は例えばバンドギャップ電圧基準回路として構成しておくこ
とができ、またはツェナーダイオードを有することができる。温度基準素子１４
はＰＴＡＴセンサの態様に構成することができる。
とができ、またはツェナーダイオードを有することができる。温度基準素子１４
はＰＴＡＴセンサの態様に構成することができる。
【００３６】 本発明のその他の実施形態は図６ａ〜ｃに示してある。これらの図は形式ＴＯ
５またはそれより小型の例えばＴＯ１８のハウジングを略断面図で示す。ハウジ
ングは円筒形状であり、端子１１を挿通させる底板６２を有する。底板６２上に
本来のセンサ素子１２と集積回路２０が取付けられている。ハウジングはカプセ
ル封入されている。カプセル６４、６２は電磁干渉を遮蔽するために金属材料で
構成することができる。ハウジング壁に設けられている窓６３は少なくとも電磁
放射線の関心を寄せる波長範囲に対して透過性である。さらに窓６３は導電性ま
たは半導電性としておくことができ、または電磁放射線を遮蔽するための皮膜を
有することができる。窓６３は好ましくは円筒形ハウジングの上側端面に設けら
れている。ハウジングの内部に結像装置もしくはビーム案内装置６５が設けられ
ている。図示実施形態においてこれは例えば、窓を通してハウジング内部に達し
た光をセンサ素子１２へと導く回転対称な放物面鏡である。
５またはそれより小型の例えばＴＯ１８のハウジングを略断面図で示す。ハウジ
ングは円筒形状であり、端子１１を挿通させる底板６２を有する。底板６２上に
本来のセンサ素子１２と集積回路２０が取付けられている。ハウジングはカプセ
ル封入されている。カプセル６４、６２は電磁干渉を遮蔽するために金属材料で
構成することができる。ハウジング壁に設けられている窓６３は少なくとも電磁
放射線の関心を寄せる波長範囲に対して透過性である。さらに窓６３は導電性ま
たは半導電性としておくことができ、または電磁放射線を遮蔽するための皮膜を
有することができる。窓６３は好ましくは円筒形ハウジングの上側端面に設けら
れている。ハウジングの内部に結像装置もしくはビーム案内装置６５が設けられ
ている。図示実施形態においてこれは例えば、窓を通してハウジング内部に達し
た光をセンサ素子１２へと導く回転対称な放物面鏡である。
【００３７】 反射ガイドの代わりに、入射光をセンサ素子へと集束するレンズ６６を設けて
おくこともできる（図６ｂ）。このレンズはハウジングの内部に、またはセンサ
ハウジングの外側に取付けておくことができ、センサハウジングをカプセル封入
するハウジング壁の一部を形成することができる。
おくこともできる（図６ｂ）。このレンズはハウジングの内部に、またはセンサ
ハウジングの外側に取付けておくことができ、センサハウジングをカプセル封入
するハウジング壁の一部を形成することができる。
【００３８】 ハウジング内壁での反射によって信号および結像が歪められるのを防止するた
めに、ハウジング内壁に遮蔽装置を設けておくことができる。
めに、ハウジング内壁に遮蔽装置を設けておくことができる。
【００３９】 図６ｂと図６ｃが示す実施形態ではレンズの他に絞り６７、６８がハウジング
内に取付けられており、ハウジング内部での信号反射を極力抑制するために絞り
は部分的に重ねて（６８）配置されている。絞りの表面は好ましくは放射線吸収
性を有する。さらに、絞り６７、６８は周囲温度の衝撃的変化が放射線センサの
出力信号に及ぼす妨害的影響を減らす機能を有する。このため絞りは好ましくは
劣伝熱性材料で構成されている。
内に取付けられており、ハウジング内部での信号反射を極力抑制するために絞り
は部分的に重ねて（６８）配置されている。絞りの表面は好ましくは放射線吸収
性を有する。さらに、絞り６７、６８は周囲温度の衝撃的変化が放射線センサの
出力信号に及ぼす妨害的影響を減らす機能を有する。このため絞りは好ましくは
劣伝熱性材料で構成されている。
【００４０】 図７は、取付けられたプリント基板と電気接続コネクタとを有する本発明の実
施形態を示す。これはキャップ直径最大９ｍｍの円筒形ハウジング内にカプセル
封入された上記センサモジュールであり、これがプリント基板上に取付けられて
おり、コネクタを介して少なくとも３つの端子に接触させることができる。
施形態を示す。これはキャップ直径最大９ｍｍの円筒形ハウジング内にカプセル
封入された上記センサモジュールであり、これがプリント基板上に取付けられて
おり、コネクタを介して少なくとも３つの端子に接触させることができる。
【００４１】 図８はＴＯ５ハウジング（図８ａ）、ＴＯ１８ハウジング（図８ｂ）の実施形
態を示す。これは実質的に円筒形ハウジングであり、円筒体は直径が約８．２ｍ
ｍ（ＴＯ５）もしくは４．８ｍｍ（ＴＯ１８）である。端子１１は端面の１つに
取付けられており、円筒と同心な直径約５．１ｍｍ（ＴＯ５）もしくは２．５ｍ
ｍ（ＴＯ１８）の円に配設されている。本発明によるセンサモジュールはこのよ
うなハウジング内に格納しておくことができる。平面図で前記ＴＯハウジングよ
りも小さいハウジング内にセンサモジュールを格納しておくこともできる。ただ
しその場合特に端子１１はＴＯ規格に合わせてハウジングに取付けられている。
態を示す。これは実質的に円筒形ハウジングであり、円筒体は直径が約８．２ｍ
ｍ（ＴＯ５）もしくは４．８ｍｍ（ＴＯ１８）である。端子１１は端面の１つに
取付けられており、円筒と同心な直径約５．１ｍｍ（ＴＯ５）もしくは２．５ｍ
ｍ（ＴＯ１８）の円に配設されている。本発明によるセンサモジュールはこのよ
うなハウジング内に格納しておくことができる。平面図で前記ＴＯハウジングよ
りも小さいハウジング内にセンサモジュールを格納しておくこともできる。ただ
しその場合特に端子１１はＴＯ規格に合わせてハウジングに取付けられている。
【００４２】 センサモジュールは非接触式温度測定に特に適している。センサ素子１２と光
学窓６３もしくは光学結像装置６６は、特に、赤外線を検出もしくは透過させる
ように設計しておくことができる。赤外線は好ましくは熱電対列センサによって
検出される。
学窓６３もしくは光学結像装置６６は、特に、赤外線を検出もしくは透過させる
ように設計しておくことができる。赤外線は好ましくは熱電対列センサによって
検出される。
【図１】 公知の回路を示す。
【図２ａ】 本発明による実施形態を示す。
【図２ｂ】 本発明による実施形態を示す。
【図２ｃ】 本発明による実施形態を示す。
【図２ｄ】 本発明による実施形態を示す。
【図２ｅ】 本発明による実施形態を示す。
【図２ｆ】 本発明による実施形態を示す。
【図３】 本発明によるセンサと光学結像装置の横断面図である。
【図４】 本発明による回路設計を示す。
【図５】 本発明による他の回路設計を示す。
【図６ａ】 本発明によるセンサと光学結像装置の他の横断面図である。
【図６ｂ】 本発明によるセンサと光学結像装置の他の横断面図である。
【図６ｃ】 本発明によるセンサと光学結像装置の他の横断面図である。
【図７】 本発明による他の実施形態を示す。
【図８ａ】 代表的形式のハウジングＴＯ５の図である。
【図８ｂ】 代表的形式のハウジングＴＯ１８の図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G066 AC05 BA08 BA09 BA22 BA25 BA30 BB11 BC04 BC11 CA15 CB01
Claims (17)
- 【請求項１】 センサモジュールであって、 放射線に依存した電気出力信号を提供する放射線感応性センサ素子（１２）と
、 センサ素子（１２）の出力信号を受信し、放射線に依存した第１電気信号を提
供するセンサ信号処理回路（１３、４１ａ、４４ａ）と、 温度に依存した第２電気信号を提供する感温性基準装置（１４、１５、４１ｂ
、４３、４４ｂ）と、 両方の電気信号を結合するための結合装置（１６）とを有し、 センサ信号処理回路（１３、４１ａ、４４ａ）と基準装置（１４、１５、４１
ｂ、４３、４４ｂ）と信号結合装置（１６）が単一のチップ（２０、２１）上に
形成されており、 チップ（２０、２１）とセンサ素子（１２）が共通のハウジング（２２、６２
、６４）内に格納されていることを特徴とするセンサモジュール。 - 【請求項２】 ハウジング（２２、６２、６４）が導電性または半導電性壁を有
することを特徴とする、請求項１記載のセンサモジュール。 - 【請求項３】 ハウジング（２２、６２、６４）が円筒形であり、円筒の直径が
１０ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１または２記載のセンサモジュー
ル。 - 【請求項４】 ハウジング（２２、６２、６４）がＴＯ５型ハウジングであるこ
とを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項記載のセンサモジュール。 - 【請求項５】 センサ信号処理回路（１３、４１ａ、４４ａ）が第１増幅器（４
１ａ）を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項記載のセンサモ
ジュール。 - 【請求項６】 基準装置（１４、１５、４１ｂ、４３、４４ｂ）が基準素子（１
４）と第２増幅器（４１ｂ）とを有することを特徴とする、請求項１〜５のいず
れか一項記載のセンサモジュール。 - 【請求項７】 基準装置（１４、１５、４１ｂ、４３、４４ｂ）が単数または複
数のスクエアリング回路（４３）を有することを特徴とする、請求項１〜６のい
ずれか一項記載のセンサモジュール。 - 【請求項８】 出力信号に対する電子部品の損失電力の影響を補償するための補
償装置（４４ａ）を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項記載
のセンサモジュール。 - 【請求項９】 ハウジング（２２、６２、６３）内に設けられた放射線透過性窓
（６４、６６）を有し、前記窓は導電性または半導電性であるか、あるいは導電
性または半導電性の皮膜を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一
項記載のセンサモジュール。 - 【請求項１０】 ハウジング（２２、６２、６６）内に光学結像素子（６５、６
６）を有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項記載のセンサモジ
ュール。 - 【請求項１１】 結像素子（６５、６６）がハウジング（２２、６２、６４）の
窓（６３、６６）を形成することを特徴とする、請求項９、１０記載のセンサモ
ジュール。 - 【請求項１２】 結像素子（６５、６６）がレンズ（６６）または鏡（６５）を
有することを特徴とする、請求項１０または１１記載のセンサモジュール。 - 【請求項１３】 センサモジュールの動作パラメータを調整するためのディジタ
ル式のプログラミング装置（４８、５１）を、好ましくはハウジング（２２、６
２、６４）内に備えることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項記載の
センサモジュール。 - 【請求項１４】 結合装置（１６）がアナログ加算増幅器であることを特徴とす
る、請求項１〜１３のいずれか一項記載のセンサモジュール。 - 【請求項１５】 結合装置は、ＡＤ変換器を介してセンサ装置（１３、４１ａ）
および基準装置（１４、１５、４１ｂ）から信号を受信し、好ましくは時間連続
的なディジタル信号を出力するディジタル回路（５１）であることを特徴とする
、請求項１〜１３のいずれか一項記載のセンサモジュール。 - 【請求項１６】 結合装置が、ディジタル信号を肯定／否定値として出力するデ
ィジタル回路（５１）であり、この信号が、温度閾値を監視しおよび／または単
数または複数の温度を単数または複数の目標値に制御するのに役立ち、目標値は
プログラミングすることができることを特徴とする、請求項１〜１３、１５のい
ずれか一項記載のセンサモジュール。 - 【請求項１７】 センサ信号処理回路（１３、４１ａ、４４ａ）と基準装置（１
４、１５、４１ｂ、４３、４４ｂ）と結合装置（１６、５１）が集積回路として
チップ上に形成されていることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項記
載のセンサモジュール。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP1999/001170 WO2000050862A1 (de) | 1999-02-23 | 1999-02-23 | Sensormodul mit integrierter signalverarbeitung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002538425A true JP2002538425A (ja) | 2002-11-12 |
Family
ID=8167222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000601410A Pending JP2002538425A (ja) | 1999-02-23 | 1999-02-23 | 信号処理を一体化したセンサモジュール |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6921895B1 (ja) |
| EP (1) | EP1155296B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002538425A (ja) |
| KR (1) | KR100549274B1 (ja) |
| CN (1) | CN1188673C (ja) |
| DE (1) | DE59904254D1 (ja) |
| ES (1) | ES2193690T3 (ja) |
| HK (1) | HK1044039B (ja) |
| WO (1) | WO2000050862A1 (ja) |
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| JP2012078160A (ja) * | 2010-09-30 | 2012-04-19 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置 |
| JP2014185860A (ja) * | 2013-03-21 | 2014-10-02 | Fujitsu Ltd | 赤外線検出装置及び赤外線検出器の入出力特性の補正方法 |
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| DE10321649A1 (de) * | 2003-05-13 | 2004-12-02 | Heimann Sensor Gmbh | Infrarotsensor mit Signalverarbeitung |
| UA107239C2 (uk) * | 2010-07-08 | 2014-12-10 | Інфрачервоний вимір температури і його стабілізація | |
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| CN110987198B (zh) * | 2019-10-31 | 2021-03-26 | 北京空间机电研究所 | 一种空间遥感红外探测器焦平面温度精密测量系统 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4801804A (en) * | 1986-09-30 | 1989-01-31 | Trebor Industries, Inc. | Method and apparatus for near infrared reflectance measurement of non-homogeneous materials |
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1999
- 1999-02-13 US US09/914,083 patent/US6921895B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-02-23 DE DE59904254T patent/DE59904254D1/de not_active Expired - Fee Related
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