JP2006292437A - Temperature detection device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a miniaturizable and inexpensive temperature detection device capable of performing easily optical adjustment or assembly. <P>SOLUTION: In this temperature detection device 10, a temperature detection element 11 is equipped in a casing 110 with a substrate 120, an optical system 130, an InGaAs photodiode 141, an Si photodiode 142 and a signal processing part 150. Each light receiving surface of the InGaAs photodiode 141 and the Si photodiode 142 is faced to the same side, and the InGaAs photodiode 141 is arranged on the surface of the Si photodiode 142. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、測定対象物から放射される熱放射に基づいて該測定対象物の温度を検出する温度検出装置に関するものである。   The present invention relates to a temperature detection device that detects the temperature of an object to be measured based on thermal radiation radiated from the object to be measured.

温度検出装置として、様々なものが知られており、例えば熱電対やサーミスタ等の温度検出素子を含む接触式の温度検出装置の他に、非接触式の温度検出装置も知られている。接触式の温度検出装置は、温度検出素子が測定対象物に直接に接触して設けられ、温度検出素子が測定対象物と同一温度になることを前提としていることから、測定対象物の温度変化に対して応答性が悪い。一方、非接触式の温度検出装置は、測定対象物から放射される熱放射に基づいて該測定対象物の温度を検出するものであり、熱放射を受光する受光素子が測定対象物に接触して設けられる必要がないので、測定対象物の温度変化に対して応答性がよい。   Various temperature detection devices are known. For example, in addition to a contact temperature detection device including a temperature detection element such as a thermocouple or a thermistor, a non-contact temperature detection device is also known. The contact-type temperature detection device is provided with the temperature detection element in direct contact with the measurement object, and the temperature detection element is assumed to be at the same temperature as the measurement object. The response is poor. On the other hand, the non-contact type temperature detection device detects the temperature of the measurement object based on the thermal radiation radiated from the measurement object, and the light receiving element that receives the thermal radiation contacts the measurement object. Therefore, the response to the temperature change of the measurement object is good.

非接触式の温度検出装置は、特許文献1に記載されているように、例えば、被加熱物(例えば鍋やフライパン等)を加熱する電気式加熱部を備えるクッキングヒータ装置において該被加熱物の温度を検出する際に用いられる。この文献に記載されたクッキングヒータ装置では、耐熱強化ガラス製の天板の上に被加熱物が置かれ、天板の下に磁界発生コイルおよび温度検出装置が設けられる。磁界発生コイルに高周波の交流電流が流れると、電磁誘導により被加熱物に誘導電流が流れ、被加熱物それ自体が発熱する。そして、発熱した被加熱物から放射される熱放射に基づいて温度検出装置により被加熱物の温度が検出される。   As described in Patent Document 1, the non-contact type temperature detection device is, for example, a cooking heater device including an electric heating unit that heats an object to be heated (such as a pan or a frying pan). Used when detecting. In the cooking heater device described in this document, an object to be heated is placed on a top plate made of heat-resistant tempered glass, and a magnetic field generating coil and a temperature detection device are provided under the top plate. When a high-frequency alternating current flows through the magnetic field generating coil, an induced current flows through the object to be heated by electromagnetic induction, and the object to be heated itself generates heat. And based on the thermal radiation radiated | emitted from the to-be-heated to-be-heated object, the temperature of a to-be-heated object is detected by the temperature detection apparatus.

このように、クッキングヒータ装置において非接触式の温度検出装置が用いられることにより、測定対象物である被加熱物の温度変化に対して応答性よく温度検出をすることができ、ひいては、高速に被加熱物の温度を電気的に制御することができるので、例えば、被加熱物の内容物が天ぷら油である場合に、その天ぷら油の発火を防止することができる。   Thus, by using a non-contact type temperature detection device in the cooking heater device, temperature detection can be performed with high responsiveness to the temperature change of the object to be heated, which is the measurement object, and as a result, the temperature can be detected at high speed. Since the temperature of the heated object can be electrically controlled, for example, when the content of the object to be heated is tempura oil, ignition of the tempura oil can be prevented.

また、このような非接触式の温度検出装置は、特許文献1に記載されているように、2つの受光素子を含むのが一般的である。すなわち、最も効率よく熱放射を放射する仮想的な物体である黒体では、熱放射の波長依存性および温度依存性はプランクの式に従う。これに対して、現実の物体である被加熱物からの熱放射は黒体からの熱放射より小さく、被加熱物の材料によって放射率(黒体からの熱放射に対する比)が相違する。そこで、波長選択フィルタによって分光感度特性を互いに異ならせた2つの受光素子により2つの波長それぞれにおける熱放射を検出することで、被加熱物の放射率の相違に因る影響を低減して、温度測定の精度の向上を図っている。特許文献1には、温度検出装置に含まれる受光素子として、InGaAs(インジウムガリウム砒素),PbS(硫化鉛)およびPbSe(セレン化鉛)等が例示されている。
特開2003−109736号公報
In addition, such a non-contact type temperature detecting device generally includes two light receiving elements as described in Patent Document 1. That is, in a black body, which is a virtual object that radiates thermal radiation most efficiently, the wavelength dependence and temperature dependence of thermal radiation follow Planck's equation. On the other hand, the heat radiation from the object to be heated which is an actual object is smaller than the heat radiation from the black body, and the emissivity (ratio to the heat radiation from the black body) differs depending on the material of the object to be heated. Therefore, by detecting the thermal radiation at each of the two wavelengths by the two light receiving elements having different spectral sensitivity characteristics by the wavelength selection filter, the influence due to the difference in emissivity of the object to be heated is reduced, and the temperature The measurement accuracy is improved. Patent Document 1 exemplifies InGaAs (indium gallium arsenide), PbS (lead sulfide), PbSe (lead selenide), and the like as light receiving elements included in the temperature detection device.
JP 2003-109736 A

しかしながら、上記特許文献に開示された温度検出装置では、2つの受光素子が並列配置されているので、測定対象物の一定範囲から放射される熱放射を2つの受光素子それぞれに導く為には2つの光学系が必要となる。このように、従来の非接触式の温度検出装置では、2つの受光素子および2つの光学系を含む温度検出素子は、光学調整や組み立てが容易ではなく、大型のものとなる。また、従来の非接触式の温度検出装置は、受光素子としてInGaAs等を用いていることから高価である。   However, in the temperature detection device disclosed in the above-mentioned patent document, since two light receiving elements are arranged in parallel, in order to guide thermal radiation radiated from a certain range of the measurement object to each of the two light receiving elements, 2 Two optical systems are required. As described above, in the conventional non-contact type temperature detection device, the temperature detection element including the two light receiving elements and the two optical systems is not easy to optically adjust and assemble, and is large. Further, the conventional non-contact type temperature detecting device is expensive because InGaAs or the like is used as a light receiving element.

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光学調整や組み立てが容易であって小型化が可能であり安価な温度検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an inexpensive temperature detection device that is easy to optically adjust and assemble, can be downsized, and is inexpensive.

本発明に係る温度検出素子は、各々入射光量に応じた値の電流信号を出力するInGaAsフォトダイオードおよびSiフォトダイオードを備え、InGaAsフォトダイオードおよびSiフォトダイオードそれぞれの受光面が同一側に向けられて、InGaAsフォトダイオードがSiフォトダイオードの面上に配置されていることを特徴とする。また、本発明に係る温度検出素子は、測定対象物の表面の一定範囲から放射される熱放射をInGaAsフォトダイオードおよびSiフォトダイオードに導く光学系を更に備えるのが好適である。   The temperature detection element according to the present invention includes an InGaAs photodiode and an Si photodiode that each output a current signal having a value corresponding to the amount of incident light, and the light receiving surfaces of the InGaAs photodiode and the Si photodiode are directed to the same side. The InGaAs photodiode is arranged on the surface of the Si photodiode. Moreover, it is preferable that the temperature detection element according to the present invention further includes an optical system that guides thermal radiation radiated from a certain range of the surface of the measurement object to the InGaAs photodiode and the Si photodiode.

また、本発明に係る温度検出装置は、測定対象物から放射される熱放射に基づいて該測定対象物の温度を検出する温度検出装置であって、(1) 各々熱放射の入射量に応じた値の電流信号を出力するInGaAsフォトダイオードおよびSiフォトダイオードを含む上記の本発明に係る温度検出素子と、(2) InGaAsフォトダイオードから出力される電流信号を入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号を出力する第1信号処理回路と、(3) Siフォトダイオードから出力される電流信号を入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号を出力する第2信号処理回路と、を備えることを特徴とする。また、本発明に係る温度検出装置は、第1信号処理回路および第2信号処理回路それぞれから出力される電圧信号の値に基づいて測定対象物の温度を求める演算部を更に備えるのが好適である。   Further, the temperature detection device according to the present invention is a temperature detection device for detecting the temperature of the measurement object based on the thermal radiation radiated from the measurement object, and (1) each according to the incident amount of the heat radiation. The temperature detection element according to the present invention including the InGaAs photodiode and the Si photodiode that outputs a current signal of a predetermined value, and (2) the current signal output from the InGaAs photodiode is input, and the value of this current signal is input. A first signal processing circuit for outputting a voltage signal having a value corresponding thereto; and (3) a second signal for inputting a current signal output from the Si photodiode and outputting a voltage signal having a value corresponding to the value of the current signal. And a processing circuit. In addition, the temperature detection device according to the present invention preferably further includes a calculation unit that obtains the temperature of the measurement object based on the value of the voltage signal output from each of the first signal processing circuit and the second signal processing circuit. is there.

本発明によれば、測定対象物から放射される熱放射は、積層されているInGaAsフォトダイオードおよびSiフォトダイオードに入射する。InGaAsフォトダイオードから出力される電流信号は、このInGaAsフォトダイオードが有する分光感度特性に応じた値のものであり、第1信号処理回路に入力して電圧信号に変換される。また、Siフォトダイオードから出力される電流信号は、このSiフォトダイオードが有する分光感度特性に応じた値のものであり、第2信号処理回路に入力して電圧信号に変換される。そして、第1信号処理回路および第2信号処理回路それぞれから出力される電圧信号に基づいて、演算部において、測定対象物の温度が求められる。   According to the present invention, the thermal radiation radiated from the measurement object is incident on the stacked InGaAs photodiode and Si photodiode. The current signal output from the InGaAs photodiode has a value corresponding to the spectral sensitivity characteristic of the InGaAs photodiode, and is input to the first signal processing circuit and converted into a voltage signal. The current signal output from the Si photodiode has a value corresponding to the spectral sensitivity characteristic of the Si photodiode, and is input to the second signal processing circuit and converted into a voltage signal. And based on the voltage signal output from each of the 1st signal processing circuit and the 2nd signal processing circuit, the temperature of a measuring object is calculated in the operation part.

したがって、本発明に係る温度検出素子および温度検出装置は、積層されたInGaAsフォトダイオードおよびSiフォトダイオードを用いた非接触式のものであることから、測定対象物から放射される熱放射を1つの光学系によりInGaAsフォトダイオードおよびSiフォトダイオードの双方に導くことができ、温度検出の応答性が優れ、安価・小型のものとなり、また、光学調整や組み立てが容易である。   Therefore, since the temperature detection element and the temperature detection device according to the present invention are non-contact type using the stacked InGaAs photodiode and Si photodiode, the thermal radiation radiated from the measurement object is one. The optical system can lead to both InGaAs photodiodes and Si photodiodes, has excellent temperature detection responsiveness, is inexpensive and small, and is easy to optically adjust and assemble.

第2信号処理回路は、入力電流値に対する出力電圧値の関係を調整する感度調整手段を含むのが好適である。より具体的には、第2信号処理回路は、入力した電流信号を電圧信号に変換する電流-電圧変換回路と、電流-電圧変換回路から出力される電圧信号を増幅して出力する増幅回路と、感度調整手段として増幅回路の増幅率を調整する手段と、を含むのが好適である。この場合には、Siフォトダイオードから出力される電流信号を入力する第2信号処理回路において、入力電流値に対する出力電圧値の関係(すなわち、温度検出感度)は感度調整手段により調整され得る。   The second signal processing circuit preferably includes sensitivity adjustment means for adjusting the relationship between the output voltage value and the input current value. More specifically, the second signal processing circuit includes: a current-voltage conversion circuit that converts an input current signal into a voltage signal; an amplification circuit that amplifies and outputs a voltage signal output from the current-voltage conversion circuit; And a means for adjusting the amplification factor of the amplifier circuit as the sensitivity adjusting means. In this case, in the second signal processing circuit that inputs the current signal output from the Si photodiode, the relationship of the output voltage value to the input current value (that is, the temperature detection sensitivity) can be adjusted by the sensitivity adjusting means.

第2信号処理回路は、Siフォトダイオードの温度変化に因る分光感度特性の変動を補正して当該補正後の電圧信号を出力する温度補正手段を含むのが好適である。より具体的には、第2信号処理回路は、入力した電流信号を電圧信号に変換する電流-電圧変換回路と、電流-電圧変換回路から出力される電圧信号を増幅して出力する増幅回路と、温度補正手段として増幅回路の増幅率を温度に応じて調整する手段と、を含むのが好適である。この場合には、Siフォトダイオードから出力される電流信号を入力する第2信号処理回路において、Siフォトダイオードの温度変化に因る分光感度特性の変動が第2温度補正手段により補正されて、当該補正後の電圧信号が出力される。   The second signal processing circuit preferably includes a temperature correction unit that corrects a change in spectral sensitivity characteristic due to a temperature change of the Si photodiode and outputs the corrected voltage signal. More specifically, the second signal processing circuit includes: a current-voltage conversion circuit that converts an input current signal into a voltage signal; an amplification circuit that amplifies and outputs a voltage signal output from the current-voltage conversion circuit; Preferably, the temperature correction means includes means for adjusting the amplification factor of the amplifier circuit according to the temperature. In this case, in the second signal processing circuit that inputs the current signal output from the Si photodiode, the variation in the spectral sensitivity characteristic due to the temperature change of the Si photodiode is corrected by the second temperature correction means, A corrected voltage signal is output.

本発明によれば、光学調整や組み立てが容易であって、小型化が可能であり、安価なものとすることができる。   According to the present invention, the optical adjustment and assembly are easy, the size can be reduced, and the cost can be reduced.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本実施形態に係る温度検出装置10を備えるクッキングヒータ装置1の要部断面図である。このクッキングヒータ装置1は、温度検出装置10,天板20,磁界発生コイル30および電源回路40を備え、天板20の上に置かれた被加熱物2(例えば鍋やフライパン等)を加熱することで、その被加熱物2の中にある物を加熱し調理する。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a cooking heater device 1 including a temperature detection device 10 according to the present embodiment. The cooking heater device 1 includes a temperature detection device 10, a top plate 20, a magnetic field generating coil 30, and a power supply circuit 40, and heats an object to be heated 2 (for example, a pan or a frying pan) placed on the top plate 20. Then, the thing in the to-be-heated material 2 is heated and cooked.

温度検出装置10,磁界発生コイル30および電源回路40は、天板20の下方に配置されている。電源回路40から供給される高周波の交流電流が磁界発生コイル30に流れると、この磁界発生コイル30から発生する磁力線Mによる電磁誘導により、被加熱物2の底部に誘導電流が流れ、被加熱物2の電気抵抗によって被加熱物2が発熱する。そして、発熱した被加熱物2から放射される熱放射は、天板20に設けられた窓部21を透過して温度検出装置10の温度検出素子11に達して、温度検出装置10により被加熱物2の温度が検出される。なお、窓部21および温度検出素子11が設けられる位置は、磁界発生コイル30の中心線上であってもよいし、この中心線から外れた磁界発生コイル30の導線が存在する付近であってもよい。   The temperature detection device 10, the magnetic field generation coil 30, and the power supply circuit 40 are disposed below the top plate 20. When a high-frequency alternating current supplied from the power supply circuit 40 flows to the magnetic field generating coil 30, an induced current flows to the bottom of the object to be heated 2 due to electromagnetic induction by the magnetic field lines M generated from the magnetic field generating coil 30. The heated object 2 generates heat due to the electric resistance of 2. Then, the heat radiation radiated from the heated object 2 that has generated heat passes through the window portion 21 provided on the top plate 20 and reaches the temperature detection element 11 of the temperature detection device 10, and is heated by the temperature detection device 10. The temperature of the object 2 is detected. The position where the window portion 21 and the temperature detecting element 11 are provided may be on the center line of the magnetic field generating coil 30 or may be in the vicinity where the conducting wire of the magnetic field generating coil 30 deviates from the center line. Good.

温度検出装置10は、温度検出素子11および演算部12を含む。温度検出素子11は、天板20の窓部21の下方に配置され、測定対象物である被加熱物2の底部から放射され窓部21を透過した熱放射を受光して、その受光結果を表す電圧信号を演算部12へ出力する。演算部12は、温度検出素子11から出力される電圧信号を入力し、この電圧信号の値に基づいて被加熱物2の温度を求める。演算部12において入力電圧値から被加熱物2の温度を求めるに際しては、予め測定されて記憶されている両者の間の関係が参照される。   The temperature detection device 10 includes a temperature detection element 11 and a calculation unit 12. The temperature detection element 11 is disposed below the window portion 21 of the top plate 20, receives heat radiation radiated from the bottom of the heated object 2 to be measured and transmitted through the window portion 21, and the light reception result is received. The voltage signal to be expressed is output to the calculation unit 12. The calculation unit 12 receives the voltage signal output from the temperature detection element 11 and obtains the temperature of the object to be heated 2 based on the value of the voltage signal. When calculating the temperature of the object to be heated 2 from the input voltage value in the calculation unit 12, the relationship between the two measured and stored in advance is referred to.

また、演算部12は、求めた温度に基づいて電源回路40を制御する。例えば、演算部12は、求めた温度が所定温度を超えていると判断した場合には、電源回路40から磁界発生コイル30に供給される交流電流の大きさを調整したり、また、磁界発生コイル30への交流電流の供給を停止したりする。演算部12は、求めた温度を表示部(不図示)に表示させるようにしてもよいし、また、求めた温度が所定温度を超えていると判断した場合には、警告を発生させるようにしてもよい。   Moreover, the calculating part 12 controls the power supply circuit 40 based on the calculated | required temperature. For example, when the calculation unit 12 determines that the obtained temperature exceeds a predetermined temperature, the calculation unit 12 adjusts the magnitude of the alternating current supplied from the power supply circuit 40 to the magnetic field generating coil 30, or generates a magnetic field. The supply of alternating current to the coil 30 is stopped. The calculation unit 12 may display the obtained temperature on a display unit (not shown), or generate a warning when determining that the obtained temperature exceeds a predetermined temperature. May be.

図2は、本実施形態に係る温度検出装置10の温度検出素子11の断面図である。温度検出装置10は、温度検出素子11において、筐体110内に、基板120,光学系130,InGaAsフォトダイオード141,Siフォトダイオード142および信号処理部150を備える。基板120の上面(被加熱物2側の面)にInGaAsフォトダイオード141およびSiフォトダイオード142が固定されている。基板120の上方に光学系130が配置されている。また、基板120の下面に信号処理部150が設けられている。なお、信号処理部150は、温度検出素子11とは別に、演算部12と共に設けられていてもよい。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the temperature detection element 11 of the temperature detection apparatus 10 according to the present embodiment. The temperature detection device 10 includes a substrate 120, an optical system 130, an InGaAs photodiode 141, a Si photodiode 142, and a signal processing unit 150 in a housing 110 in the temperature detection element 11. An InGaAs photodiode 141 and a Si photodiode 142 are fixed to the upper surface of the substrate 120 (the surface on the heated object 2 side). An optical system 130 is disposed above the substrate 120. A signal processing unit 150 is provided on the lower surface of the substrate 120. In addition, the signal processing unit 150 may be provided together with the calculation unit 12 separately from the temperature detection element 11.

InGaAsフォトダイオード141およびSiフォトダイオード142それぞれの受光面は同一側に向けられており、InGaAsフォトダイオード141はSiフォトダイオード142の面上に配置されている。光学系130は、被加熱物2の底部の一定範囲から放射される熱放射をInGaAsフォトダイオード141およびSiフォトダイオード142の双方に導く。光学系130は、具体的には凸レンズである。   The light receiving surfaces of the InGaAs photodiode 141 and the Si photodiode 142 are directed to the same side, and the InGaAs photodiode 141 is disposed on the surface of the Si photodiode 142. The optical system 130 guides thermal radiation radiated from a certain range at the bottom of the object to be heated 2 to both the InGaAs photodiode 141 and the Si photodiode 142. The optical system 130 is specifically a convex lens.

InGaAsフォトダイオード141は、第1分光感度特性を有し、この第1分光感度特性に基づいて熱放射の入射量に応じた値の電流信号を出力する。また、Siフォトダイオード142は、第2分光感度特性を有し、この第2分光感度特性に基づいて熱放射の入射量に応じた値の電流信号を出力する。InGaAsフォトダイオード141が有する第1分光感度特性と、Siフォトダイオード142が有する第2分光感度特性とは、互いに異なる。例えば、InGaAsフォトダイオード141は波長1.55μm付近に感度のピークを有し、Siフォトダイオード142は波長0.96μm付近に感度のピークを有する。   The InGaAs photodiode 141 has a first spectral sensitivity characteristic, and outputs a current signal having a value corresponding to the incident amount of thermal radiation based on the first spectral sensitivity characteristic. The Si photodiode 142 has a second spectral sensitivity characteristic, and outputs a current signal having a value corresponding to the amount of incident thermal radiation based on the second spectral sensitivity characteristic. The first spectral sensitivity characteristic of the InGaAs photodiode 141 and the second spectral sensitivity characteristic of the Si photodiode 142 are different from each other. For example, the InGaAs photodiode 141 has a sensitivity peak near a wavelength of 1.55 μm, and the Si photodiode 142 has a sensitivity peak near a wavelength of 0.96 μm.

基板120の下面に設けられた信号処理部150は、基板120に設けられた貫通電極により、基板120の上面に設けられたInGaAsフォトダイオード141およびSiフォトダイオード142それぞれと電気的に接続されている。信号処理部150は、InGaAsフォトダイオード141およびSiフォトダイオード142それぞれから出力される電流信号を入力し、各々の電流信号の値に応じた値の電圧信号を出力する。   The signal processing unit 150 provided on the lower surface of the substrate 120 is electrically connected to each of the InGaAs photodiode 141 and the Si photodiode 142 provided on the upper surface of the substrate 120 by through electrodes provided on the substrate 120. . The signal processing unit 150 receives the current signals output from the InGaAs photodiode 141 and the Si photodiode 142, and outputs a voltage signal having a value corresponding to the value of each current signal.

基板120は、更に、信号処理部150から出力された電圧信号を演算部12へ送るためのコネクタ(不図示)、および、基板120を筐体110に固定するためのねじ孔(不図示)、が設けられている。   The board 120 further includes a connector (not shown) for sending the voltage signal output from the signal processing unit 150 to the arithmetic unit 12, and a screw hole (not shown) for fixing the board 120 to the housing 110. Is provided.

筐体110は、熱伝導率が高い材料(例えばAlダイキャスト)からなるのが好適である。このように熱伝導率が高い材料からなる筐体110内にInGaAsフォトダイオード141,Siフォトダイオード142および信号処理部150が収納されることで、こられの温度が略等しくなって、後述する温度補正を行う上で好都合である。   The casing 110 is preferably made of a material having high thermal conductivity (for example, Al die cast). Since the InGaAs photodiode 141, the Si photodiode 142, and the signal processing unit 150 are housed in the casing 110 made of a material having a high thermal conductivity in this manner, these temperatures become substantially equal to each other. This is convenient for performing correction.

図3は、本実施形態に係る温度検出装置10の信号処理部150の構成図である。信号処理部150は、第1信号処理回路151および第2信号処理回路152を含む。第1信号処理回路151は、InGaAsフォトダイオード141から出力される電流信号を入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号を出力するものであって、InGaAsフォトダイオード141から入力した電流信号を電圧信号に変換する電流-電圧変換回路と、この電流-電圧変換回路から出力される電圧信号を増幅して出力する増幅回路と、を含む。同様に、第2信号処理回路152は、Siフォトダイオード142から出力される電流信号を入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号を出力するものであって、Siフォトダイオード142から入力した電流信号を電圧信号に変換する電流-電圧変換回路と、この電流-電圧変換回路から出力される電圧信号を増幅して出力する増幅回路と、を含む。   FIG. 3 is a configuration diagram of the signal processing unit 150 of the temperature detection device 10 according to the present embodiment. The signal processing unit 150 includes a first signal processing circuit 151 and a second signal processing circuit 152. The first signal processing circuit 151 receives the current signal output from the InGaAs photodiode 141 and outputs a voltage signal having a value corresponding to the value of the current signal. The first signal processing circuit 151 outputs the current signal input from the InGaAs photodiode 141. A current-voltage conversion circuit that converts the signal into a voltage signal; and an amplification circuit that amplifies and outputs the voltage signal output from the current-voltage conversion circuit. Similarly, the second signal processing circuit 152 inputs a current signal output from the Si photodiode 142 and outputs a voltage signal having a value corresponding to the value of the current signal. A current-voltage conversion circuit that converts the input current signal into a voltage signal; and an amplification circuit that amplifies and outputs the voltage signal output from the current-voltage conversion circuit.

Siフォトダイオード142から出力される電流信号を入力する第2信号処理回路152は、入力電流値に対する出力電圧値の関係を調整する感度調整手段を含み、具体的には、この感度調整手段として各々の増幅回路の増幅率を調整する手段を含むのが好適である。また、第2信号処理回路152は、Siフォトダイオード142の温度変化に因る第2分光感度特性の変動を補正する温度補正手段を含み、具体的には、この温度補正手段として温度によって抵抗値が変化する抵抗器を増幅回路が含むのが好適である。   The second signal processing circuit 152 that inputs the current signal output from the Si photodiode 142 includes sensitivity adjustment means that adjusts the relationship of the output voltage value with respect to the input current value. It is preferable to include means for adjusting the amplification factor of the amplifier circuit. Further, the second signal processing circuit 152 includes a temperature correction unit that corrects the fluctuation of the second spectral sensitivity characteristic due to the temperature change of the Si photodiode 142, and specifically, the resistance value depending on the temperature as the temperature correction unit. Preferably, the amplifier circuit includes a resistor that varies.

図4は、本実施形態に係る温度検出装置10の第2信号処理回路152の回路図である。なお、第2信号処理回路152は、電流-電圧変換回路161,ローパスフィルタ162,増幅回路163およびローパスフィルタ164を含む。   FIG. 4 is a circuit diagram of the second signal processing circuit 152 of the temperature detection device 10 according to the present embodiment. The second signal processing circuit 152 includes a current-voltage conversion circuit 161, a low-pass filter 162, an amplifier circuit 163, and a low-pass filter 164.

電流-電圧変換回路161は、Siフォトダイオード142から出力された電流信号を入力し、この電流信号を電圧信号に変換して、この電圧信号をローパスフィルタ162へ出力する。電流-電圧変換回路161は、アンプA,抵抗器Rおよび容量素子Cを含む。アンプAの非反転入力端子は接地されており、アンプAの反転入力端子はSiフォトダイオード142接続されている。抵抗器Rおよび容量素子Cは、互いに並列的に接続されて、アンプAの反転入力端子と出力端子との間に設けられている。 The current-voltage conversion circuit 161 receives the current signal output from the Si photodiode 142, converts the current signal into a voltage signal, and outputs the voltage signal to the low-pass filter 162. The current-voltage conversion circuit 161 includes an amplifier A 1 , a resistor R 1, and a capacitive element C 1 . The non-inverting input terminal of the amplifier A 1 is grounded, and the inverting input terminal of the amplifier A 1 is connected to the Si photodiode 142. The resistor R 1 and the capacitive element C 1 are connected in parallel to each other and provided between the inverting input terminal and the output terminal of the amplifier A 1 .

ローパスフィルタ162は、抵抗器Rおよび容量素子Cを含む。抵抗器Rの一端は、電流-電圧変換回路161のアンプAの出力端子と接続されている。抵抗器Rの他端は、増幅回路163のアンプAの非反転入力端子と接続されている。容量素子Cは、抵抗器Rの他端と一定電圧点との間に設けられている。 Low pass filter 162 includes a resistor R 2 and capacitor element C 2. One end of the resistor R 2 is connected to the output terminal of the amplifier A 1 of the current-voltage conversion circuit 161. The other end of the resistor R 2 is connected to the non-inverting input terminal of the amplifier A 3 of the amplifier circuit 163. Capacitive element C 2 is provided between the other end of the resistor R 2 and the constant voltage point.

増幅回路163は、電流-電圧変換回路161から出力されてローパスフィルタ162を経た電圧信号を入力し、この電圧信号を増幅してローパスフィルタ164へ出力する。増幅回路163は、アンプA,抵抗器R31〜R33および容量素子Cを含む。抵抗器R32および抵抗器R33は直列的に接続され、これら抵抗器R32,R33および容量素子Cは、互いに並列的に接続されて、アンプAの反転入力端子と出力端子との間に設けられている。抵抗器R31は、アンプAの反転入力端子と一定電圧点との間に設けられている。 The amplifier circuit 163 receives the voltage signal output from the current-voltage conversion circuit 161 and passed through the low-pass filter 162, amplifies the voltage signal, and outputs the amplified voltage signal to the low-pass filter 164. The amplifier circuit 163 includes an amplifier A 3 , resistors R 31 to R 33, and a capacitive element C 3 . The resistor R 32 and the resistor R 33 are connected in series, and the resistors R 32 and R 33 and the capacitive element C 3 are connected in parallel to each other, and the inverting input terminal and the output terminal of the amplifier A 3 are connected to each other. It is provided between. Resistor R 31 is provided between the inverting input terminal of the amplifier A 3 and constant voltage point.

抵抗器R31は、温度によって抵抗値が変化する感熱抵抗器であり、温度が高いほど抵抗値が大きい。抵抗器R32は、抵抗値が固定のものである。抵抗器R33は、抵抗値が可変のものである。抵抗器R31の抵抗値をR31と表し、抵抗器R32の抵抗値をR32と表し、また、抵抗器R33の抵抗値をR33と表すこととすると、増幅回路163の増幅率Gは下記(1)式で表される。 Resistor R 31 is a heat-sensitive resistor whose resistance value changes with temperature, a large resistance value higher temperatures. The resistor R 32 has a fixed resistance value. The resistor R 33 has a variable resistance value. When the resistance value of the resistor R 31 represents a R 31, the resistance value of the resistor R 32 represents a R 32, also the resistance value of the resistor R 33 and is represented as R 33, the amplification factor of the amplifier circuit 163 G is represented by the following formula (1).

G=1+(R32+R33)/R31 …(1)
抵抗器R33は、その抵抗値を調整することにより、増幅回路163の増幅率Gを調整することができるので、上述した感度調整手段として作用し得る。また、抵抗器R31は、温度によって抵抗値が変化して、これにより、増幅回路163の増幅率Gを補正することができるので、上述した温度補正手段として作用し得る。
G = 1 + (R 32 + R 33 ) / R 31 (1)
The resistor R 33 can adjust the amplification factor G of the amplifier circuit 163 by adjusting its resistance value, and thus can function as the sensitivity adjusting means described above. Further, the resistor R 31 is the resistance value with temperature changes, thereby, it is possible to correct the gain G of the amplifier circuit 163 may act as a temperature compensation means described above.

ローパスフィルタ164は、抵抗器Rおよび容量素子Cを含む。抵抗器Rの一端は、増幅回路163のアンプAの出力端子と接続されている。抵抗器Rの他端は、演算部12と接続されている。容量素子Cは、抵抗器Rの他端と接地電位との間に設けられている。 Low pass filter 164 includes a resistor R 4 and the capacitor C 4. One end of the resistor R 4 is connected to the output terminal of the amplifier A 3 of the amplifier circuit 163. The other end of the resistor R 3 is connected to the calculation unit 12. Capacitive element C 4 is provided between the other end and the ground potential of the resistor R 4.

抵抗器R01と抵抗器R02とは直列的に接続されている。抵抗器R01の一端は電源電圧Vccが印加され、抵抗器R02の一端は接地されている。また、抵抗器R02と並列的に容量素子Cが設けられている。抵抗器R01と抵抗器R02との間の接続点は、電源電圧Vccが抵抗分割された一定電圧となり、ローパスフィルタ162の容量素子Cの一端と接続されるとともに、増幅回路163の抵抗器R31の一端とも接続される。なお、電源電圧Vccは、例えば、演算部12から温度検出素子11内の基板120上のコネクタを経て供給され、また、ローパスフィルタを経て容量素子Cおよび抵抗器R31それぞれの一端に印加される。また、この電源電圧Vccは、電流-電圧変換回路161のアンプAおよび増幅回路163のアンプAそれぞれにも供給される。 Resistor R 01 and resistor R 02 are connected in series. One end of the resistor R 01 is the power supply voltage Vcc is applied, one end of the resistor R 02 is grounded. A capacitive element C 0 is provided in parallel with the resistor R 02 . The connection point between the resistor R 01 and the resistor R 02 is a constant voltage obtained by dividing the power supply voltage Vcc, is connected to one end of the capacitive element C 2 of the low-pass filter 162, and is connected to the resistance of the amplifier circuit 163. with one end of the vessel R 31 are connected. The power supply voltage Vcc, for example, is supplied from the arithmetic unit 12 via the connector on the board 120 of the temperature detecting element 11, also it is applied to the capacitor C 2 and a resistor R 31 each end through a low pass filter The The power supply voltage Vcc is also supplied to each of the amplifier A 1 of the current-voltage conversion circuit 161 and the amplifier A 3 of the amplifier circuit 163.

この第2信号処理回路152に含まれる各素子の具体的な特性値の一例は以下のとおりである。電流-電圧変換回路161に含まれる抵抗器Rの抵抗値は22MΩであり、容量素子Cの容量値は10pFである。ローパスフィルタ162に含まれる抵抗器Rの抵抗値は10kΩであり、容量素子Cの容量値は0.1μFである。増幅回路163に含まれる抵抗器R31の抵抗値は1kΩであり、抵抗器R32の抵抗値は22kΩであり、抵抗器R33の最大抵抗値は100kΩであり、容量素子Cの容量値は0.1μFである。ローパスフィルタ164に含まれる抵抗器Rの抵抗値は1.8kΩであり、容量素子Cの容量値は0.1μFである。また、抵抗器R01の抵抗値は43kΩであり、抵抗器R02の抵抗値は10kΩであり、容量素子Cの容量値は0.1μFである。 An example of specific characteristic values of each element included in the second signal processing circuit 152 is as follows. Current - resistance value of the resistor R 1 included in the voltage conversion circuit 161 is 22Emuomega, capacitance of the capacitor C 1 is 10 pF. Resistance value of the resistor R 2 that is included in the low-pass filter 162 is a 10 k.OMEGA, capacitance of the capacitor C 2 is 0.1ĩF. Resistance value of the resistor R 31 included in the amplifier circuit 163 is 1 k [Omega, resistor resistance of R 32 is 22Keiomega, maximum resistance value of the resistor R 33 is 100 k.OMEGA, the capacitance of the capacitor C 3 Is 0.1 μF. The resistance value of the resistor R 4 contained in the low-pass filter 164 is 1.8Keiomega, capacitance of the capacitor C 4 is 0.1ĩF. The resistance value of the resistor R 01 is 43 kΩ, the resistance value of the resistor R 02 is 10 kΩ, and the capacitance value of the capacitive element C 0 is 0.1 μF.

なお、第1信号処理回路151は、第2信号処理回路152の構成と略同様の構成を有する。ただし、InGaAsフォトダイオードの個体間の温度検出のバラツキが小さく、また、InGaAsフォトダイオードの分光感度特性の温度依存性が小さいので、第1信号処理回路151に含まれる増幅回路は、感度調整手段および温度補正手段の何れをも有する必要は無い。   The first signal processing circuit 151 has substantially the same configuration as the second signal processing circuit 152. However, since the variation in temperature detection between individual InGaAs photodiodes is small and the temperature dependence of the spectral sensitivity characteristics of the InGaAs photodiodes is small, the amplification circuit included in the first signal processing circuit 151 includes sensitivity adjustment means and It is not necessary to have any temperature correction means.

図5および図6それぞれは、本実施形態に係る温度検出装置10の温度検出素子11の構成例を示す図である。これらの図には、積層されたInGaAsフォトダイオード141およびSiフォトダイオード142の平面図および断面図が示されている。なお、これらの図に示された各半導体領域においてn型とp型とは逆であってもよい。   FIG. 5 and FIG. 6 are diagrams each showing a configuration example of the temperature detection element 11 of the temperature detection device 10 according to the present embodiment. In these drawings, a plan view and a cross-sectional view of the stacked InGaAs photodiode 141 and Si photodiode 142 are shown. In each semiconductor region shown in these drawings, the n-type and p-type may be reversed.

図5(a)は、積層されたInGaAsフォトダイオード141およびSiフォトダイオード142の平面図であり、同図(b)は、同図(a)中におけるA-A視断面図である。   FIG. 5A is a plan view of the stacked InGaAs photodiode 141 and Si photodiode 142, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

図5に示されるInGaAsフォトダイオード141は、n型のInGaAs基板211にp型領域212が形成されたものであり、その表面上に絶縁膜213が形成され、さらに、その上に金属配線層214およびパッド215が形成されている。金属配線層214は、一端がコンタクトホール216を介してp型領域212に電気的に接続されており、他端がパッド215に接続されている。パッド215は、基板120上のパッドとワイヤボンディングされる。   An InGaAs photodiode 141 shown in FIG. 5 has an n-type InGaAs substrate 211 formed with a p-type region 212, an insulating film 213 formed on the surface thereof, and a metal wiring layer 214 formed thereon. And a pad 215 is formed. One end of the metal wiring layer 214 is electrically connected to the p-type region 212 through the contact hole 216, and the other end is connected to the pad 215. The pad 215 is wire bonded to the pad on the substrate 120.

図5に示されるSiフォトダイオード142は、n型のSi基板221にp型領域222が形成されたものであり、その表面上に絶縁膜223が形成され、さらに、その上に金属配線層224a,224bおよびパッド225a,225bが形成されている。金属配線層224aは、一端がコンタクトホール226を介してp型領域222に電気的に接続されており、他端がパッド225aに接続されている。金属配線層224bは、一端がInGaAsフォトダイオード141のn型基板211の裏面に電気的に接続されており、他端がパッド225bに接続されている。パッド225a,225bそれぞれは、基板120上のパッドとワイヤボンディングされる。n型基板221の裏面は、基板120基板120上の金属配線に電気的に接続されている。   The Si photodiode 142 shown in FIG. 5 has an n-type Si substrate 221 formed with a p-type region 222, an insulating film 223 formed on the surface, and a metal wiring layer 224a thereon. , 224b and pads 225a, 225b. One end of the metal wiring layer 224a is electrically connected to the p-type region 222 through the contact hole 226, and the other end is connected to the pad 225a. One end of the metal wiring layer 224b is electrically connected to the back surface of the n-type substrate 211 of the InGaAs photodiode 141, and the other end is connected to the pad 225b. Each of the pads 225a and 225b is wire-bonded to the pad on the substrate 120. The back surface of the n-type substrate 221 is electrically connected to the metal wiring on the substrate 120 substrate 120.

図5に示される構成例では、InGaAsフォトダイオード141から出力される電流信号は、アノードであるp型領域212と電気的に接続されたパッド215と、カソードであるn型基板211と電気的に接続されたパッド225bとの間に出力される。また、Siフォトダイオード142から出力される電流信号は、アノードであるp型領域222と電気的に接続されたパッド225aと、カソードであるn型基板221の裏面と電気的に接続された基板120上の金属配線との間に出力される。   In the configuration example shown in FIG. 5, the current signal output from the InGaAs photodiode 141 is electrically connected to the pad 215 that is electrically connected to the p-type region 212 that is the anode and to the n-type substrate 211 that is the cathode. It is output between the connected pads 225b. Further, the current signal output from the Si photodiode 142 is supplied from a pad 225a electrically connected to the p-type region 222 that is an anode and a substrate 120 electrically connected to the back surface of the n-type substrate 221 that is a cathode. Output between the upper metal wiring.

図6(a)は、積層されたInGaAsフォトダイオード141およびSiフォトダイオード142の平面図であり、同図(b)は、同図(a)中におけるB-B視断面図である。   6A is a plan view of the stacked InGaAs photodiode 141 and Si photodiode 142, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 6A.

図6に示されるInGaAsフォトダイオード141は、n型のInGaAs基板311にp型領域312が形成されたものであり、その表面上に絶縁膜313が形成され、さらに、その上に金属配線層314およびパッド315が形成されている。金属配線層314は、一端がコンタクトホール316を介してp型領域312に電気的に接続されており、他端がパッド315に接続されている。パッド315は、基板120上のパッドとワイヤボンディングされる。また、n型基板311の裏面には、ダイボンド用金属パッド317が形成されている。   The InGaAs photodiode 141 shown in FIG. 6 has an n-type InGaAs substrate 311 formed with a p-type region 312, an insulating film 313 is formed on the surface, and a metal wiring layer 314 is further formed thereon. And a pad 315 is formed. One end of the metal wiring layer 314 is electrically connected to the p-type region 312 via the contact hole 316, and the other end is connected to the pad 315. The pad 315 is wire bonded to the pad on the substrate 120. A die bond metal pad 317 is formed on the back surface of the n-type substrate 311.

図6に示されるSiフォトダイオード142は、n型のSi基板321にp型領域322が環状に形成されたものであり、その表面上に絶縁膜323が形成され、さらに、その上に金属配線層324およびパッド325が形成されている。金属配線層324は、一端がコンタクトホール326aを介してp型領域322に電気的に接続されており、他端がパッド325に接続されている。パッド325は、基板120上のパッドとワイヤボンディングされる。n型基板321の裏面は、基板120基板120上の金属配線に電気的に接続されている。また、n型基板321の表面は、コンタクトホール326bを介してパッド317に電気的に接続されている。このコンタクトホール326bは、環状のp型領域322に囲まれたn型領域321の上方に形成されている。   The Si photodiode 142 shown in FIG. 6 has an n-type Si substrate 321 in which a p-type region 322 is formed in an annular shape, an insulating film 323 is formed on the surface, and a metal wiring is further formed thereon. A layer 324 and a pad 325 are formed. One end of the metal wiring layer 324 is electrically connected to the p-type region 322 via the contact hole 326 a and the other end is connected to the pad 325. The pad 325 is wire bonded to the pad on the substrate 120. The back surface of the n-type substrate 321 is electrically connected to the metal wiring on the substrate 120 substrate 120. The surface of the n-type substrate 321 is electrically connected to the pad 317 through the contact hole 326b. The contact hole 326 b is formed above the n-type region 321 surrounded by the annular p-type region 322.

図6に示される構成例では、InGaAsフォトダイオード141およびSiフォトダイオード142それぞれは、各々のn型領域311,321がパッド317およびコンタクトホール326bを介して互いに電気的に接続されていて、共通のカソードを有する構成となっている。InGaAsフォトダイオード141から出力される電流信号は、アノードであるp型領域312と電気的に接続されたパッド315と、共通カソードであるn型基板321の裏面と電気的に接続された基板120上の金属配線との間に出力される。また、Siフォトダイオード142から出力される電流信号は、アノードであるp型領域322と電気的に接続されたパッド325と、共通カソードであるn型基板321の裏面と電気的に接続された基板120上の金属配線との間に出力される。   In the configuration example shown in FIG. 6, each of the InGaAs photodiode 141 and the Si photodiode 142 has a common n-type region 311 and 321 electrically connected to each other via a pad 317 and a contact hole 326b. The structure has a cathode. The current signal output from the InGaAs photodiode 141 is generated on the pad 315 electrically connected to the p-type region 312 that is the anode and the substrate 120 electrically connected to the back surface of the n-type substrate 321 that is the common cathode. Output between the metal wiring. In addition, the current signal output from the Si photodiode 142 is supplied from a pad 325 that is electrically connected to the p-type region 322 that is an anode and a substrate that is electrically connected to the back surface of the n-type substrate 321 that is a common cathode. It is output between the metal wiring on 120.

これら図5および図6それぞれに構成例を示したように、本実施形態では、InGaAsフォトダイオード141およびSiフォトダイオード142それぞれの受光面は同一側に向けられており、InGaAsフォトダイオード141はSiフォトダイオード142の面上に配置されている。したがって、1つの光学系130により、被加熱物2の底部の一定範囲から放射される熱放射をInGaAsフォトダイオード141およびSiフォトダイオード142の双方に導くことができる。また、光学調整や組み立てが容易であり、小型化が可能である。さらに、従来の2つのInGaAsフォトダイオードを用いる場合と比較すると、本実施形態では、InGaAsフォトダイオード141およびSiフォトダイオード142を用いるので、安価なものとすることができる。   As shown in FIG. 5 and FIG. 6 respectively, in this embodiment, the light-receiving surfaces of the InGaAs photodiode 141 and the Si photodiode 142 are directed to the same side, and the InGaAs photodiode 141 is a Si photo diode. It is disposed on the surface of the diode 142. Therefore, the thermal radiation radiated from a certain range at the bottom of the article to be heated 2 can be guided to both the InGaAs photodiode 141 and the Si photodiode 142 by one optical system 130. In addition, optical adjustment and assembly are easy, and downsizing is possible. Furthermore, compared with the case where two conventional InGaAs photodiodes are used, in this embodiment, since the InGaAs photodiode 141 and the Si photodiode 142 are used, the cost can be reduced.

図7は、黒体放射特性、Siフォトダイオードの感度特性およびInGaAsフォトダイオードの感度特性を示す図である。この図には、黒体放射特性として、温度538Kの場合の黒体放射特性M、温度573Kの場合の黒体放射特性M、温度598Kの場合の黒体放射特性M、および、温度623Kの場合の黒体放射特性M が示されている。Siフォトダイオードの感度特性として、タイプSのSiフォトダイオードの感度特性S、および、タイプSのものとは異なる分光感度特性を有するタイプSのSiフォトダイオードの感度特性S が示されている。また、InGaAsフォトダイオードの感度特性として、タイプGのInGaAsフォトダイオードの感度特性G、および、タイプGのものとは異なる分光感度特性を有するタイプGのInGaAsフォトダイオードの感度特性G が示されている。 FIG. 7 is a diagram showing black body radiation characteristics, Si photodiode sensitivity characteristics, and InGaAs photodiode sensitivity characteristics. In this figure, as black body radiation characteristics, black body radiation characteristics M 1 at a temperature of 538K, black body radiation characteristics M 2 at a temperature of 573K, black body radiation characteristics M 3 at a temperature of 598K, and temperature blackbody radiation characteristic M 4 in the case of 623K is shown. As the sensitivity characteristic of the Si photodiode, Si photodiode sensitivity characteristics S 1 of the type S 1, and the sensitivity characteristics S 2 of Si photodiode type S 2 having different spectral sensitivity characteristics of a type S 1 is shown Has been. Further, as the sensitivity characteristic of the InGaAs photodiode, the sensitivity characteristics G 1 of InGaAs photodiode type G 1, and the sensitivity characteristic of the InGaAs photodiode type G 2 having different spectral sensitivity characteristics of a type G 1 G 2 It is shown.

前述したように、黒体放射は最も効率よく熱放射を放射する仮想的な物体である黒体からの熱放射であって、その熱放射の波長依存性および温度依存性はプランクの式に従う。これに対して、現実の物体である被加熱物からの熱放射は黒体からの熱放射より小さく、測定対象物である被加熱物2の材料によって放射率(黒体からの熱放射に対する比)が相違する。そこで、2つの受光素子により2つの波長それぞれにおける熱放射を検出することで、被加熱物の放射率の相違に因る影響を低減して、温度測定の精度の向上を図っている。   As described above, black body radiation is thermal radiation from a black body, which is a virtual object that radiates thermal radiation most efficiently, and the wavelength dependence and temperature dependence of the thermal radiation follow Planck's equation. On the other hand, the heat radiation from the object to be heated, which is an actual object, is smaller than the heat radiation from the black body, and the emissivity (ratio to the heat radiation from the black body) depends on the material of the object to be heated 2 as the measurement object. ) Is different. Therefore, by detecting the thermal radiation at each of the two wavelengths by the two light receiving elements, the influence due to the difference in the emissivity of the object to be heated is reduced to improve the accuracy of temperature measurement.

2つの受光素子としてタイプG,GそれぞれのInGaAsフォトダイオードを用いた場合には、これらInGaAsフォトダイオードが感度を有する波長域において、測定対象物である被加熱物2からの熱放射は比較的大きいので、被加熱物2の温度を感度よく検出することができる。しかし、InGaAsフォトダイオードを用いた温度検出装置は、感度よく熱放射を検出することができるものの、高価である。 In the case where InGaAs photodiodes of type G 1 and G 2 are used as the two light receiving elements, the heat radiation from the object to be heated 2 that is the measurement object is compared in the wavelength range in which these InGaAs photodiodes are sensitive. Therefore, the temperature of the object to be heated 2 can be detected with high sensitivity. However, a temperature detection device using an InGaAs photodiode can detect thermal radiation with high sensitivity, but is expensive.

これと比較して、タイプS,SそれぞれのSiフォトダイオードを用いた場合には、これらSiフォトダイオードの感度がピークとなる波長付近において、測定対象物である被加熱物2からの熱放射は極めて小さく、被加熱物2の温度を検出することは極めて困難である。そこで、Siフォトダイオードを用いた場合には、Siフォトダイオードの感度がピークとなる波長付近ではなく、このピーク波長より長い波長であって被加熱物2からの熱放射が或る程度存在する波長(タイプSのピーク波長840nm付近から1.1μm付近)の受光感度を用いて熱放射を検出する。 In contrast, when Si photodiodes of types S 1 and S 2 are used, the heat from the object to be heated 2 as the measurement object is near the wavelength at which the sensitivity of these Si photodiodes reaches a peak. Radiation is extremely small, and it is extremely difficult to detect the temperature of the object 2 to be heated. Therefore, when a Si photodiode is used, it is not near the wavelength at which the sensitivity of the Si photodiode reaches a peak, but at a wavelength longer than this peak wavelength and a certain amount of thermal radiation from the object to be heated 2 exists. detecting the thermal radiation with the light receiving sensitivity of (around 1.1μm from the vicinity of the peak wavelength 840nm type S 2).

しかし、波長(タイプSのピーク波長840nm付近から1.1μm付近)の受光感度を用いて熱放射を検出する場合であっても、Siフォトダイオードの感度は小さい。そこで、本実施形態では、感度が大きいInGaAsフォトダイオード141の受光領域の面積と比較して、感度が小さいSiフォトダイオード142の受光領域の面積を大きくする。これに伴い、InGaAsフォトダイオード141の上にSiフォトダイオード142を積層することで、全体として小型化することができる。 However, even when detecting the thermal radiation with the light receiving sensitivity wavelength (around 1.1μm from the vicinity of the peak wavelength 840nm Type S 2), the sensitivity of Si photodiodes is small. Therefore, in the present embodiment, the area of the light receiving region of the Si photodiode 142 having a low sensitivity is made larger than the area of the light receiving region of the InGaAs photodiode 141 having a high sensitivity. Accordingly, the Si photodiode 142 can be stacked on the InGaAs photodiode 141, thereby reducing the size as a whole.

また、一般にSiフォトダイオードの分光感度特性は、個体間のバラツキが大きく、温度依存性が大きい。図8は、Siフォトダイオードの分光感度特性の温度係数の波長依存性の一例を示すグラフである。この図に示されるように、検出しようとする熱放射の波長付近において、Siフォトダイオードの分光感度特性の温度依存性が大きい。   In general, the spectral sensitivity characteristics of Si photodiodes vary greatly among individuals, and are highly temperature dependent. FIG. 8 is a graph showing an example of the wavelength dependence of the temperature coefficient of the spectral sensitivity characteristic of the Si photodiode. As shown in this figure, the temperature dependence of the spectral sensitivity characteristic of the Si photodiode is large in the vicinity of the wavelength of the thermal radiation to be detected.

そこで、本実施形態では、前述したように、信号処理回路152は、入力電流値に対する出力電圧値の関係を調整する感度調整手段を含み、具体的には、この感度調整手段として各々の増幅回路の増幅率を調整する手段(抵抗値が可変である抵抗器R33)を含む。また、信号処理回路152は、Siフォトダイオード142の温度変化に因る分光感度特性の変動を補正する温度補正手段を含み、具体的には、この温度補正手段として温度によって抵抗値が変化する抵抗器R31を増幅回路が含む。 Therefore, in the present embodiment, as described above, the signal processing circuit 152 includes sensitivity adjustment means for adjusting the relationship of the output voltage value with respect to the input current value. Specifically, each amplifier circuit is used as this sensitivity adjustment means. Means for adjusting the amplification factor (resistor R 33 whose resistance value is variable). The signal processing circuit 152 includes a temperature correction unit that corrects fluctuations in spectral sensitivity characteristics due to the temperature change of the Si photodiode 142. Specifically, as the temperature correction unit, a resistance whose resistance value varies with temperature is used. The amplifier R 31 is included in the amplifier circuit.

このように、本実施形態に係る温度検出装置10は、積層されたInGaAsフォトダイオードおよびSiフォトダイオードを用いた非接触式のものであることから、温度検出の応答性が優れ、安価・小型のものとなり、また、光学調整や組み立てが容易である。また、Siフォトダイオードの個体間の温度検出のバラツキが大きくても、この温度検出装置10は、信号処理回路152が感度調整手段を含むことにより、温度検出の精度が向上する。さらに、Siフォトダイオードの分光感度特性の温度依存性が大きくても、この温度検出装置10は、信号処理回路152が温度補正手段を含むことにより、この点でも温度検出の精度が向上する。   As described above, the temperature detection device 10 according to the present embodiment is a non-contact type using stacked InGaAs photodiodes and Si photodiodes, and therefore has excellent temperature detection responsiveness, and is inexpensive and compact. In addition, optical adjustment and assembly are easy. Further, even if there is a large variation in temperature detection between individual Si photodiodes, the temperature detection apparatus 10 can improve the accuracy of temperature detection because the signal processing circuit 152 includes a sensitivity adjustment means. Furthermore, even if the temperature dependence of the spectral sensitivity characteristic of the Si photodiode is large, the temperature detection apparatus 10 also improves the temperature detection accuracy in this respect because the signal processing circuit 152 includes the temperature correction means.

本実施形態に係る温度検出装置10を備えるクッキングヒータ装置1の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the cooking heater apparatus 1 provided with the temperature detection apparatus 10 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る温度検出装置10の温度検出素子11の断面図である。It is sectional drawing of the temperature detection element 11 of the temperature detection apparatus 10 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る温度検出装置10の信号処理部150の構成図である。It is a block diagram of the signal processing part 150 of the temperature detection apparatus 10 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る温度検出装置10の第2信号処理回路152の回路図である。It is a circuit diagram of the 2nd signal processing circuit 152 of temperature detector 10 concerning this embodiment. 本実施形態に係る温度検出装置10の温度検出素子11の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the temperature detection element 11 of the temperature detection apparatus 10 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る温度検出装置10の温度検出素子11の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the temperature detection element 11 of the temperature detection apparatus 10 which concerns on this embodiment. 黒体放射特性、Siフォトダイオードの感度特性およびInGaAsフォトダイオードの感度特性を示す図である。It is a figure which shows the black body radiation | emission characteristic, the sensitivity characteristic of Si photodiode, and the sensitivity characteristic of an InGaAs photodiode. Siフォトダイオードの分光感度特性の温度係数の波長依存性の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the wavelength dependence of the temperature coefficient of the spectral sensitivity characteristic of Si photodiode.

符号の説明Explanation of symbols

1…クッキングヒータ装置、2…被加熱物、10…温度検出装置、11…温度検出素子、12…演算部、20…天板、21…窓部、30…磁界発生コイル、40…電源回路、110…筐体、120…基板、130…光学系、141…InGaAsフォトダイオード、142…Siフォトダイオード、150…信号処理部、151…第1信号処理回路、152…第2信号処理回路、161…電流-電圧変換回路、162…ローパスフィルタ、163…増幅回路、164…ローパスフィルタ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cooking heater apparatus, 2 ... Heated object, 10 ... Temperature detection apparatus, 11 ... Temperature detection element, 12 ... Operation part, 20 ... Top plate, 21 ... Window part, 30 ... Magnetic field generation coil, 40 ... Power supply circuit, 110 ... Case, 120 ... Substrate, 130 ... Optical system, 141 ... InGaAs photodiode, 142 ... Si photodiode, 150 ... Signal processing unit, 151 ... First signal processing circuit, 152 ... Second signal processing circuit, 161 ... Current -Voltage conversion circuit 162 ... low pass filter, 163 ... amplification circuit, 164 ... low pass filter.

Claims (8)

各々入射光量に応じた値の電流信号を出力するInGaAsフォトダイオードおよびSiフォトダイオードを備え、
前記InGaAsフォトダイオードおよび前記Siフォトダイオードそれぞれの受光面が同一側に向けられて、前記InGaAsフォトダイオードが前記Siフォトダイオードの面上に配置されている、
ことを特徴とする温度検出素子。
Each includes an InGaAs photodiode and a Si photodiode that output a current signal having a value corresponding to the amount of incident light.
The light receiving surfaces of the InGaAs photodiode and the Si photodiode are directed to the same side, and the InGaAs photodiode is disposed on the surface of the Si photodiode.
A temperature detecting element characterized by that.
前記測定対象物の表面の一定範囲から放射される熱放射を前記InGaAsフォトダイオードおよび前記Siフォトダイオードに導く光学系を更に備えることを特徴とする請求項1記載の温度検出素子。   The temperature detecting element according to claim 1, further comprising an optical system for guiding thermal radiation radiated from a predetermined range of the surface of the measurement object to the InGaAs photodiode and the Si photodiode. 測定対象物から放射される熱放射に基づいて該測定対象物の温度を検出する温度検出装置であって、
各々前記熱放射の入射量に応じた値の電流信号を出力するInGaAsフォトダイオードおよびSiフォトダイオードを含む請求項1または2に記載の温度検出素子と、
前記InGaAsフォトダイオードから出力される電流信号を入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号を出力する第1信号処理回路と、
前記Siフォトダイオードから出力される電流信号を入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号を出力する第2信号処理回路と、
を備えることを特徴とする温度検出装置。
A temperature detection device that detects the temperature of the measurement object based on thermal radiation radiated from the measurement object,
The temperature detection element according to claim 1, comprising an InGaAs photodiode and a Si photodiode that each output a current signal having a value corresponding to the amount of incident thermal radiation.
A first signal processing circuit for inputting a current signal output from the InGaAs photodiode and outputting a voltage signal having a value corresponding to the value of the current signal;
A second signal processing circuit for inputting a current signal output from the Si photodiode and outputting a voltage signal having a value corresponding to the value of the current signal;
A temperature detecting device comprising:
前記第1信号処理回路および前記第2信号処理回路それぞれから出力される電圧信号の値に基づいて前記測定対象物の温度を求める演算部を更に備えることを特徴とする請求項3記載の温度検出装置。   4. The temperature detection according to claim 3, further comprising a calculation unit that calculates a temperature of the measurement object based on a value of a voltage signal output from each of the first signal processing circuit and the second signal processing circuit. apparatus. 前記第2信号処理回路が、入力電流値に対する出力電圧値の関係を調整する感度調整手段を含む、ことを特徴とする請求項3記載の温度検出装置。   4. The temperature detection device according to claim 3, wherein the second signal processing circuit includes sensitivity adjustment means for adjusting a relationship between an output voltage value and an input current value. 前記第2信号処理回路が、入力した電流信号を電圧信号に変換する電流-電圧変換回路と、前記電流-電圧変換回路から出力される電圧信号を増幅して出力する増幅回路と、前記感度調整手段として前記増幅回路の増幅率を調整する手段と、を含むことを特徴とする請求項5記載の温度検出装置。   The second signal processing circuit converts the input current signal into a voltage signal, a current-voltage conversion circuit, an amplification circuit that amplifies and outputs the voltage signal output from the current-voltage conversion circuit, and the sensitivity adjustment 6. The temperature detecting device according to claim 5, further comprising means for adjusting an amplification factor of the amplifier circuit. 前記第2信号処理回路が、前記Siフォトダイオードの温度変化に因る分光感度特性の変動を補正して当該補正後の電圧信号を出力する温度補正手段を含む、ことを特徴とする請求項3記載の温度検出装置。   4. The temperature correction unit, wherein the second signal processing circuit includes a temperature correction unit that corrects a change in spectral sensitivity characteristics due to a temperature change of the Si photodiode and outputs the corrected voltage signal. The temperature detection device described. 前記第2信号処理回路が、入力した電流信号を電圧信号に変換する電流-電圧変換回路と、前記電流-電圧変換回路から出力される電圧信号を増幅して出力する増幅回路と、前記温度補正手段として前記増幅回路の増幅率を温度に応じて調整する手段と、を含むことを特徴とする請求項7記載の温度検出装置。   The second signal processing circuit converts a current signal into a voltage signal, a current-voltage conversion circuit, an amplification circuit that amplifies and outputs a voltage signal output from the current-voltage conversion circuit, and the temperature correction 8. The temperature detecting device according to claim 7, further comprising: means for adjusting an amplification factor of the amplifier circuit according to temperature.
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