JP2006292437A - Temperature detection device - Google Patents
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Abstract
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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A1,抵抗器R1および容量素子C1を含む。アンプA1の非反転入力端子は接地されており、アンプA1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R1および容量素子C1は、互いに並列的に接続されて、アンプA1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-
ローパスフィルタ162は、抵抗器R2および容量素子C2を含む。抵抗器R2の一端は、電流-電圧変換回路161のアンプA1の出力端子と接続されている。抵抗器R2の他端は、増幅回路163のアンプA3の非反転入力端子と接続されている。容量素子C2は、抵抗器R2の他端と一定電圧点との間に設けられている。
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A3,抵抗器R31〜R33および容量素子C3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C3は、互いに並列的に接続されて、アンプA3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A3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
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
ローパスフィルタ164は、抵抗器R4および容量素子C4を含む。抵抗器R4の一端は、増幅回路163のアンプA3の出力端子と接続されている。抵抗器R3の他端は、演算部12と接続されている。容量素子C4は、抵抗器R4の他端と接地電位との間に設けられている。
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C0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C2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C2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A1および増幅回路163のアンプA3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-
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R1の抵抗値は22MΩであり、容量素子C1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R2の抵抗値は10kΩであり、容量素子C2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C3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R4の抵抗値は1.8kΩであり、容量素子C4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C0の容量値は0.1μFである。
An example of specific characteristic values of each element included in the second
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
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
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
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
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-
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
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
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
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-
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
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
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M1、温度573Kの場合の黒体放射特性M2、温度598Kの場合の黒体放射特性M3、および、温度623Kの場合の黒体放射特性M4 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S1のSiフォトダイオードの感度特性S1、および、タイプS1のものとは異なる分光感度特性を有するタイプS2のSiフォトダイオードの感度特性S2 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G1のInGaAsフォトダイオードの感度特性G1、および、タイプG1のものとは異なる分光感度特性を有するタイプG2のInGaAsフォトダイオードの感度特性G2 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G1,G2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S1,S2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S2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
しかし、波長(タイプS2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
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
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
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
Claims (8)
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.
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:
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008084829A1 (en) * | 2007-01-10 | 2008-07-17 | Panasonic Corporation | Induction heating cooking device |
DE102008016860A1 (en) | 2007-04-03 | 2008-10-23 | Denso Corp., Kariya-shi | Refrigerant cycle device with ejector |
JP2009264877A (en) * | 2008-04-24 | 2009-11-12 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | Infrared sensor, and method for manufacturing the same |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6259895B2 (en) * | 1981-12-16 | 1987-12-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | |
JPH05325065A (en) * | 1992-05-25 | 1993-12-10 | Nohmi Bosai Ltd | Photoelectric smoke sensor |
JPH06307927A (en) * | 1993-04-23 | 1994-11-04 | Chino Corp | Radiation energy detector |
JPH0743211A (en) * | 1993-06-25 | 1995-02-14 | Sekonitsuku:Kk | Photometry device |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6259895B2 (en) * | 1981-12-16 | 1987-12-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | |
JPH05325065A (en) * | 1992-05-25 | 1993-12-10 | Nohmi Bosai Ltd | Photoelectric smoke sensor |
JPH06307927A (en) * | 1993-04-23 | 1994-11-04 | Chino Corp | Radiation energy detector |
JPH0743211A (en) * | 1993-06-25 | 1995-02-14 | Sekonitsuku:Kk | Photometry device |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008084829A1 (en) * | 2007-01-10 | 2008-07-17 | Panasonic Corporation | Induction heating cooking device |
JP5235678B2 (en) * | 2007-01-10 | 2013-07-10 | パナソニック株式会社 | Induction heating cooker |
DE102008016860A1 (en) | 2007-04-03 | 2008-10-23 | Denso Corp., Kariya-shi | Refrigerant cycle device with ejector |
JP2009264877A (en) * | 2008-04-24 | 2009-11-12 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | Infrared sensor, and method for manufacturing the same |
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