JP2006292438A - Temperature detection device - Google Patents

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Shinsuke Okada
信介 岡田
Masayuki Adachi
真之 安立
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Hamamatsu Photonics KK
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Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive temperature detection device having excellent responsiveness and accuracy of temperature detection. <P>SOLUTION: In this temperature detection device 10, a temperature detection element 11 is equipped in a casing 110 with a substrate 120, the first optical system 131, the second optical system 132, the first Si photodiode 141, the second Si photodiode 142 and a signal processing part 150. The signal processing part 150 inputs a current signal output from each of the Si photodiodes 141, 142, outputs a voltage signal having a value corresponding to the value of the current signal, and includes a sensitivity adjusting means for adjusting the relationship of an output voltage value with an input current value. <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 it is assumed that the temperature detection element has the same temperature as the measurement object. The response is poor. On the other hand, the non-contact type temperature detecting 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

接触式の温度検出装置は、安価であるものの、温度測定の応答性が悪い。一方、特許文献1に記載されたような非接触式の温度検出装置は、温度測定の応答性がよいものの、受光素子としてInGaAs等を用いていることから高価である。温度測定の応答性がよく且つ安価な温度検出装置の実現が望まれるところではあるが、現在、そのようなものは知られていない。   Although the contact-type temperature detection device is inexpensive, the temperature measurement response is poor. On the other hand, the non-contact type temperature detection device as described in Patent Document 1 is expensive because it uses InGaAs or the like as a light receiving element, although it has good temperature measurement responsiveness. Although it is desired to realize a temperature detection device with good temperature response and low cost, such a device is not known at present.

安価な受光素子としてはSiフォトダイオードが知られている。しかし、InGaAsフォトダイオードと比較すると、Siフォトダイオードは、熱放射検出の感度が低く、数百℃の温度検出に用いる場合には個体間の温度検出のバラツキが大きく、温度検出の精度が悪いことから、従来では非接触式の温度検出装置には用いられていない。   A Si photodiode is known as an inexpensive light receiving element. However, compared with InGaAs photodiodes, Si photodiodes are less sensitive to thermal radiation detection, and when used for temperature detection at several hundred degrees Celsius, there are large variations in temperature detection between individuals, and temperature detection accuracy is poor. Therefore, it has not been conventionally used in a non-contact type temperature detecting device.

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、温度検出の応答性および精度が優れ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 of the present invention is to provide an inexpensive temperature detection device with excellent temperature response and accuracy.

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) 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上記熱放射の入射量に応じた値の電流信号を出力する第1Siフォトダイオードと、(2) 第1分光感度特性と異なる第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上記熱放射の入射量に応じた値の電流信号を出力する第2Siフォトダイオードと、(3) 第1Si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、(4) 第2Si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。さらに、第1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第1感度調整手段を含み、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第2感度調整手段を含むことを特徴とする。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。   A temperature detection device according to the present invention is 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, and (1) has a first spectral sensitivity characteristic. A first Si photodiode that outputs a current signal having a value corresponding to the amount of incident thermal radiation based on the first spectral sensitivity characteristic; and (2) a second spectral sensitivity characteristic different from the first spectral sensitivity characteristic. A second Si photodiode that outputs a current signal having a value corresponding to the amount of incident thermal radiation based on the second spectral sensitivity characteristic; and (3) a current signal output from the first Si photodiode is input, and this current signal is input. A first signal processing circuit that outputs a voltage signal of a value corresponding to the value of (4), and (4) a current signal output from the second Si photodiode is input, and a voltage signal of a value corresponding to the value of this current signal is output A second signal processing circuit It is characterized by. Further, the first signal processing circuit includes a first sensitivity adjusting unit that adjusts a relationship between the output voltage value and the input current value, and the second signal processing circuit is a second signal that adjusts the relationship between the output voltage value and the input current value. It includes a sensitivity adjusting means. 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.

本発明に係る温度検出装置では、測定対象物から放射される熱放射は、互いに分光感度特性が異なる第1Siフォトダイオードおよび第2Siフォトダイオードに入射する。第1Siフォトダイオードから出力される電流信号は、この第1Siフォトダイオードが有する第1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、第2Siフォトダイオードから出力される電流信号は、この第2Siフォトダイオードが有する第2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。このとき、第1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)は第1感度調整手段により調整されるとともに、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)は第2感度調整手段により調整される。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の値に基づいて、演算部において、測定対象物の温度が求められる。したがって、本発明に係る温度検出装置は、非接触式であることから応答性よく温度検出をすることができ、受光素子としてSiフォトダイオードを用いていることから安価であり、また、第1信号処理回路が第1感度調整手段を含むとともに、第2信号処理回路が第2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。   In the temperature detection device according to the present invention, the thermal radiation radiated from the measurement object is incident on the first Si photodiode and the second Si photodiode having different spectral sensitivity characteristics. The current signal output from the first Si photodiode has a value corresponding to the first spectral sensitivity characteristic of the first Si photodiode, and is input to the first signal processing circuit and converted into a voltage signal. The current signal output from the second Si photodiode has a value corresponding to the second spectral sensitivity characteristic of the second Si photodiode, and is input to the second signal processing circuit and converted into a voltage signal. . At this time, in the first signal processing circuit, the relationship of the output voltage value to the input current value (that is, the temperature detection sensitivity) is adjusted by the first sensitivity adjusting means, and the output voltage value relative to the input current value in the second signal processing circuit. (Ie, temperature detection sensitivity) is adjusted by the second sensitivity adjusting means. Then, based on the value of the voltage signal output from each of the first signal processing circuit and the second signal processing circuit, the temperature of the measurement object is obtained in the calculation unit. Therefore, the temperature detection device according to the present invention is non-contact type and can detect the temperature with good responsiveness, and is inexpensive because the Si photodiode is used as the light receiving element. Since the processing circuit includes the first sensitivity adjustment unit and the second signal processing circuit includes the second sensitivity adjustment unit, the accuracy of temperature detection is improved.

第1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第1電流-電圧変換回路と、第1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第1増幅回路と、第1感度調整手段として第1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。また、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第2電流-電圧変換回路と、第2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第2増幅回路と、第2感度調整手段として第2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、第1信号処理回路および第2信号処理回路それぞれにおいて、対応するSiフォトダイオードから出力された電流信号は電流-電圧変換回路により電圧信号に変換され、その電圧信号は増幅回路により増幅されて出力される。この増幅回路の増幅率が調整されることにより、温度検出感度が調整され得る。   The first signal processing circuit includes: a first current-voltage conversion circuit that converts an input current signal into a voltage signal; a first amplification circuit that amplifies and outputs a voltage signal output from the first current-voltage conversion circuit; Preferably, the first sensitivity adjusting means includes means for adjusting the amplification factor of the first amplifier circuit. The second signal processing circuit includes a second current-voltage conversion circuit that converts the input current signal into a voltage signal, and a second amplification that amplifies and outputs the voltage signal output from the second current-voltage conversion circuit. It is preferable to include a circuit and means for adjusting the amplification factor of the second amplifier circuit as the second sensitivity adjusting means. In this case, in each of the first signal processing circuit and the second signal processing circuit, the current signal output from the corresponding Si photodiode is converted into a voltage signal by the current-voltage conversion circuit, and the voltage signal is amplified by the amplifier circuit. Is output. The temperature detection sensitivity can be adjusted by adjusting the amplification factor of the amplifier circuit.

本発明に係る温度検出装置は、第1Siフォトダイオードおよび第2Siフォトダイオードが互いに異なる光検知領域を有し、測定対象物の表面の一定範囲から放射される熱放射を第1Siフォトダイオードに導く第1光学系と、上記一定範囲から放射される熱放射を第2Siフォトダイオードに導く第2光学系と、を更に備えるのが好適である。この場合、第1Siフォトダイオードおよび第2Siフォトダイオードそれぞれに、各々の対応する光学系により、測定対象物の表面の一定範囲から放射される熱放射が導かれるので、精度よく測定対象物の温度を検出することができる。   In the temperature detection device according to the present invention, the first Si photodiode and the second Si photodiode have different light detection regions, and heat radiation radiated from a certain range on the surface of the measurement object is guided to the first Si photodiode. It is preferable to further include one optical system and a second optical system that guides thermal radiation radiated from the predetermined range to the second Si photodiode. In this case, thermal radiation radiated from a certain range of the surface of the measurement object is guided to each of the first Si photodiode and the second Si photodiode by the corresponding optical system, so that the temperature of the measurement object can be accurately determined. Can be detected.

第1Siフォトダイオードおよび第2Siフォトダイオードは、互いに別個のものであってもよいが、共通のSi基板上に形成されているのが好適である。後者の場合、温度検出装置は、測定対象物の表面の一定範囲から放射される熱放射を第1Siフォトダイオードおよび第2Si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り、各光学系を同一パッケージとして組むことができるので組み立てが容易であり、また、小型のものとすることができる。   The first Si photodiode and the second Si photodiode may be separate from each other, but are preferably formed on a common Si substrate. In the latter case, it is preferable that the temperature detection device further includes an optical system that guides the thermal radiation radiated from a certain range of the surface of the measurement object to the first Si photodiode and the second Si photodiode. Since it can be assembled as the same package, it is easy to assemble and can be made small.

本発明に係る温度検出装置は、第1Siフォトダイオードおよび第2Siフォトダイオードが互いに重なる光検知領域を有し、測定対象物の表面の一定範囲から放射される熱放射を第1Siフォトダイオードおよび第2Si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。この場合、光学系を同軸に組むことができるので、装置を容易に組み立てることができる。   The temperature detection device according to the present invention has a light detection region in which the first Si photodiode and the second Si photodiode overlap each other, and heat radiation radiated from a certain range of the surface of the measurement object is transmitted to the first Si photodiode and the second Si photodiode. It is preferable to further include an optical system that leads to the photodiode. In this case, since the optical system can be assembled coaxially, the apparatus can be easily assembled.

第1Siフォトダイオードおよび第2Siフォトダイオードは、互いに別個のものであってもよいが、共通の回路基板上に配置されているのが好適である。後者の場合、温度検出装置は、測定対象物の表面の一定範囲から放射される熱放射を第1Siフォトダイオードおよび第2Si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り、各光学系を同一パッケージとして組むことができるので組み立てが容易であり、また、小型のものとすることができる。   The first Si photodiode and the second Si photodiode may be separate from each other, but are preferably arranged on a common circuit board. In the latter case, it is preferable that the temperature detection device further includes an optical system that guides the thermal radiation radiated from a certain range of the surface of the measurement object to the first Si photodiode and the second Si photodiode. Since it can be assembled as the same package, it is easy to assemble and can be made small.

本発明に係る温度検出装置は、非接触式であることから応答性よく温度検出をすることができ、受光素子としてSiフォトダイオードを用いていることから安価である。また、第1信号処理回路および第2信号処理回路それぞれ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。   Since the temperature detection device according to the present invention is a non-contact type, it can detect the temperature with good responsiveness and is inexpensive because it uses a Si photodiode as the light receiving element. Further, since each of the first signal processing circuit and the second signal processing circuit includes a sensitivity adjustment unit, the accuracy of temperature detection is improved.

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,第1光学系131,第2光学系132,第1Siフォトダイオード141,第2Si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)に第1Siフォトダイオード141および第2Siフォトダイオード142が固定されている。基板120の上方に第1光学系131および第2光学系132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。   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, a first optical system 131, a second optical system 132, a first Si photodiode 141, a second Si photodiode 142, and a signal processing unit 150 in a housing 110 in the temperature detection element 11. Prepare. A first Si photodiode 141 and a second Si photodiode 142 are fixed to the upper surface of the substrate 120 (the surface on the heated object 2 side). A first optical system 131 and a second optical system 132 are disposed above the substrate 120. A signal processing unit 150 is provided on the lower surface of the substrate 120.

第1光学系131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第1Siフォトダイオード141に導く。同様に、第2光学系132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第2Siフォトダイオード142に導く。第1光学系131および第2光学系132それぞれは、具体的には凸レンズであって、被加熱物2の底部の共通の一定範囲から放射される熱放射を、各々対応するSiフォトダイオードへ導く。したがって、第1光学系131および第2光学系132それぞれの光軸は、天板20の垂線に対して所定角度だけ傾斜しているのが好適である。   The first optical system 131 guides thermal radiation radiated from a certain range at the bottom of the object to be heated 2 to the first Si photodiode 141. Similarly, the second optical system 132 guides thermal radiation radiated from a certain range at the bottom of the object to be heated 2 to the second Si photodiode 142. Each of the first optical system 131 and the second optical system 132 is specifically a convex lens, and guides heat radiation radiated from a common fixed range at the bottom of the object to be heated 2 to the corresponding Si photodiode. . Therefore, it is preferable that the optical axes of the first optical system 131 and the second optical system 132 are inclined by a predetermined angle with respect to the vertical line of the top plate 20.

第1Si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、第2Si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。第1Siフォトダイオード141が有する第1分光感度特性と、第2Si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。2つのSiフォトダイオード141,142それぞれの分光感度特性を互いに異ならせるには、各Siフォトダイオードの受光面の前に波長選択フィルタを設けてもよいし、また、後述するようにpn接合部の深さを互いに異ならせてもよい。   The first Si 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 second Si photodiode 142 has a second spectral sensitivity characteristic, and outputs a current signal having a value corresponding to the incident amount of thermal radiation based on the second spectral sensitivity characteristic. The first spectral sensitivity characteristic of the first Si photodiode 141 and the second spectral sensitivity characteristic of the second Si photodiode 142 are different from each other. In order to make the spectral sensitivity characteristics of the two Si photodiodes 141 and 142 different from each other, a wavelength selection filter may be provided in front of the light receiving surface of each Si photodiode. The depths may be different from each other.

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Siフォトダイオード141,142それぞれと電気的に接続されている。信号処理部150は、Siフォトダイオード141,142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 Si photodiodes 141 and 142 provided on the upper surface of the substrate 120 by through electrodes provided on the substrate 120. The signal processing unit 150 receives current signals output from the Si photodiodes 141 and 142, and outputs voltage signals having values corresponding to the values of the current signals.

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Siフォトダイオード141,142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 Si photodiodes 141 and 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, and temperature correction described later is performed. Convenient above.

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、第1Si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、第1Si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、第2Si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、第2Si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 first Si photodiode 141 and outputs a voltage signal having a value corresponding to the value of the current signal. The first signal processing circuit 151 receives the current signal output from the first Si photodiode 141. A current-voltage conversion circuit that converts the current 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 receives the current signal output from the second Si photodiode 142 and outputs a voltage signal having a value corresponding to the value of the current signal. The second Si photodiode A current-voltage conversion circuit that converts the current signal input from 142 into a voltage signal, and an amplification circuit that amplifies and outputs the voltage signal output from the current-voltage conversion circuit.

第1信号処理回路151および第2信号処理回路152それぞれは、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。   Each of the first signal processing circuit 151 and the second signal processing circuit 152 includes a sensitivity adjustment unit that adjusts the relationship of the output voltage value with respect to the input current value. Specifically, as the sensitivity adjustment unit, the amplification of each amplifier circuit It is preferred to include means for adjusting the rate.

また、第1信号処理回路151は、第1Siフォトダイオード141の温度変化に因る第1分光感度特性の変動を補正する第1温度補正手段を含み、具体的には、この第1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。同様に、第2信号処理回路152は、第2Si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第2温度補正手段を含み、具体的には、この第2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 first signal processing circuit 151 includes first temperature correction means for correcting fluctuations in the first spectral sensitivity characteristic due to temperature changes of the first Si photodiode 141. Specifically, the first temperature correction means. The amplifier circuit preferably includes a resistor whose resistance value varies with temperature. Similarly, the second signal processing circuit 152 includes a second temperature correction unit that corrects the variation in the second spectral sensitivity characteristic due to the temperature change of the second Si photodiode 142, and specifically, this second temperature correction. As a means, the amplifier circuit preferably includes a resistor whose resistance value varies with temperature.

図4は、本実施形態に係る温度検出装置10の第1信号処理回路151の回路図である。なお、以下では、第1信号処理回路151の回路構成について説明するが、第2信号処理回路152の回路構成についても同様である。第1信号処理回路151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 first signal processing circuit 151 of the temperature detection device 10 according to the present embodiment. In the following, the circuit configuration of the first signal processing circuit 151 will be described, but the circuit configuration of the second signal processing circuit 152 is the same. The first signal processing circuit 151 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、第1Siフォトダイオード141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の反転入力端子は第1Siフォトダイオード141と接続されている。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 first Si photodiode 141, 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 first Si photodiode 141. 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) G = 1 + (R 32 + R 33 ) / R 31 (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。 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1信号処理回路151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 first signal processing circuit 151 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.

図5は、本実施形態に係る温度検出装置10の第1Siフォトダイオード141および第2Siフォトダイオード142の断面の例を示す図である。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a cross section of the first Si photodiode 141 and the second Si photodiode 142 of the temperature detection device 10 according to the present embodiment.

図5(a)に示される例では、n領域210の上にp領域211およびp領域212が形成されている。各領域はSi半導体からなる。p領域211は、p領域212より深くまで形成されている。第1Siフォトダイオード141は、n領域210とp領域211との間のpn接合からなる。第2Siフォトダイオード142は、n領域210とp領域212との間のpn接合からなる。加熱された物体から放射される熱放射は波長1μm程度から数μm程度の範囲の赤外域のものであり、長波長のものと比べて短波長の赤外光はSi半導体により吸収され易い。したがって、pn接合部が比較的深い第1Siフォトダイオード141は、比較的長い波長の熱放射に感応して電荷を発生するのに対して、pn接合部が比較的浅い第2Siフォトダイオード142は、比較的短い波長の熱放射に感応して電荷を発生する。このように、pn接合部の深さを互いに異ならせることで、第1Siフォトダイオード141が有する第1分光感度特性と、第2Siフォトダイオード142が有する第2分光感度特性とは、互いに異なるものとなる。   In the example shown in FIG. 5A, the p region 211 and the p region 212 are formed on the n region 210. Each region is made of a Si semiconductor. The p region 211 is formed deeper than the p region 212. The first Si photodiode 141 includes a pn junction between the n region 210 and the p region 211. The second Si photodiode 142 includes a pn junction between the n region 210 and the p region 212. The thermal radiation radiated from the heated object is in the infrared region with a wavelength of about 1 μm to several μm, and short wavelength infrared light is more easily absorbed by the Si semiconductor than the long wavelength. Therefore, the first Si photodiode 141 having a relatively deep pn junction generates charges in response to heat radiation having a relatively long wavelength, whereas the second Si photodiode 142 having a relatively shallow pn junction is Charges are generated in response to heat radiation with a relatively short wavelength. As described above, the first spectral sensitivity characteristic of the first Si photodiode 141 and the second spectral sensitivity characteristic of the second Si photodiode 142 are different from each other by making the depths of the pn junctions different from each other. Become.

図5(b)に示される例では、n領域220の上に、p領域221およびp領域222が形成され、n領域220とp領域222との間にn領域223が設けられている。各領域はSi半導体からなる。p領域221の深さはp領域222の深さと同程度である。第1Siフォトダイオード141は、n領域220とp領域221との間のpn接合からなる。第2Siフォトダイオード142は、n領域223とp領域222との間のpn接合からなる。第2Siフォトダイオード142のpn接合部は、n領域223が設けられていることにより、第1Siフォトダイオード141のpn接合部より浅い位置に形成される。したがって、pn接合部が比較的深い第1Siフォトダイオード141は、比較的長い波長の熱放射に感応して電荷を発生するのに対して、pn接合部が比較的浅い第2Siフォトダイオード142は、比較的短い波長の熱放射に感応して電荷を発生する。このように、一方にn領域223を設けることで、第1Siフォトダイオード141が有する第1分光感度特性と、第2Siフォトダイオード142が有する第2分光感度特性とは、互いに異なるものとなる。 In the example shown in FIG. 5B, the p region 221 and the p region 222 are formed on the n region 220, and the n + region 223 is provided between the n region 220 and the p region 222. Each region is made of a Si semiconductor. The depth of the p region 221 is approximately the same as the depth of the p region 222. The first Si photodiode 141 includes a pn junction between the n region 220 and the p region 221. The second Si photodiode 142 includes a pn junction between the n + region 223 and the p region 222. The pn junction of the second Si photodiode 142 is formed at a position shallower than the pn junction of the first Si photodiode 141 by providing the n + region 223. Therefore, the first Si photodiode 141 having a relatively deep pn junction generates charges in response to heat radiation having a relatively long wavelength, whereas the second Si photodiode 142 having a relatively shallow pn junction is Charges are generated in response to heat radiation with a relatively short wavelength. Thus, by providing the n + region 223 on one side, the first spectral sensitivity characteristic of the first Si photodiode 141 and the second spectral sensitivity characteristic of the second Si photodiode 142 become different from each other.

図5(c)に示される例では、p領域230に埋め込まれるようにn領域231が形成され、p領域230の上にn領域232が形成されている。各領域はSi半導体からなる。第1Siフォトダイオード141は、p領域230とn領域231との間のpn接合からなる。第2Siフォトダイオード142は、p領域230とn領域232との間のpn接合からなる。上方から熱放射がn領域232に入射すると、pn接合部が比較的浅い第2Siフォトダイオード142は、比較的短い波長の熱放射に感応して電荷を発生するのに対して、pn接合部が比較的深い第1Siフォトダイオード141は、そこまで透過してきた比較的長い波長の熱放射に感応して電荷を発生する。このように、2つの接合部を積層構造とすることで、第1Siフォトダイオード141が有する第1分光感度特性と、第2Siフォトダイオード142が有する第2分光感度特性とは、互いに異なるものとなる。 In the example shown in FIG. 5C, an n + region 231 is formed so as to be embedded in the p region 230, and an n + region 232 is formed on the p region 230. Each region is made of a Si semiconductor. The first Si photodiode 141 includes a pn junction between the p region 230 and the n + region 231. The second Si photodiode 142 includes a pn junction between the p region 230 and the n + region 232. When heat radiation enters the n + region 232 from above, the second Si photodiode 142 having a relatively shallow pn junction generates charges in response to heat radiation having a relatively short wavelength, whereas the pn junction The first Si photodiode 141 having a relatively deep depth generates charges in response to heat radiation having a relatively long wavelength that has been transmitted therethrough. As described above, when the two junctions have a laminated structure, the first spectral sensitivity characteristic of the first Si photodiode 141 and the second spectral sensitivity characteristic of the second Si photodiode 142 are different from each other. .

図5(d)に示される例では、p領域240の上にn領域241が設けられ、このn領域241の上にp領域242が設けられている。第1Siフォトダイオード141は、p領域240とn領域241との間のpn接合からなる。第2Siフォトダイオード142は、p領域242とn領域241との間のpn接合からなる。第2Siフォトダイオード142のpn接合部は、第1Siフォトダイオード141のpn接合部より浅い位置に形成される。したがって、pn接合部が比較的深い第1Siフォトダイオード141は、比較的長い波長の熱放射に感応して電荷を発生するのに対して、pn接合部が比較的浅い第2Siフォトダイオード142は、比較的短い波長の熱放射に感応して電荷を発生する。このように、pn接合部の深さを異ならせることで、第1Siフォトダイオード141が有する第1分光感度特性と、第2Siフォトダイオード142が有する第2分光感度特性とは、互いに異なるものとなる。   In the example shown in FIG. 5D, an n region 241 is provided on the p region 240, and a p region 242 is provided on the n region 241. The first Si photodiode 141 includes a pn junction between the p region 240 and the n region 241. The second Si photodiode 142 includes a pn junction between the p region 242 and the n region 241. The pn junction of the second Si photodiode 142 is formed at a shallower position than the pn junction of the first Si photodiode 141. Therefore, the first Si photodiode 141 having a relatively deep pn junction generates charges in response to heat radiation having a relatively long wavelength, whereas the second Si photodiode 142 having a relatively shallow pn junction is Charges are generated in response to heat radiation with a relatively short wavelength. As described above, the first spectral sensitivity characteristic of the first Si photodiode 141 and the second spectral sensitivity characteristic of the second Si photodiode 142 are different from each other by changing the depth of the pn junction. .

なお、図5(a),(b)それぞれに示された例では、2つのSiフォトダイオード141,142は、図2に示されたように横に並べられていて、互いに異なる光検知領域を有している。これに対して、図5(c),(d)に示された例では、2つのSiフォトダイオード141,142は、図2に示されたものとは異なり、縦に並べられていて互いに重なる光検知領域を有しており、それ故、被加熱物2の表面の一定範囲から放射される熱放射をSiフォトダイオード141,142に導く光学系を1つ設ければよい。また、2つのSiフォトダイオード141,142は、図5(a),(b)それぞれに示された例のように共通のSi基板上に形成されているのが小型化の点で好適であるが、互いに別個のものであってもよい。また、2つのSiフォトダイオード141,142は、共通の回路基板上に形成されているのも好適である。   In the examples shown in FIGS. 5A and 5B, the two Si photodiodes 141 and 142 are arranged side by side as shown in FIG. Have. On the other hand, in the example shown in FIGS. 5C and 5D, the two Si photodiodes 141 and 142 are arranged vertically and overlap each other, unlike the one shown in FIG. Therefore, it is only necessary to provide one optical system that guides the heat radiation radiated from a certain range of the surface of the object to be heated 2 to the Si photodiodes 141 and 142. In addition, it is preferable that the two Si photodiodes 141 and 142 are formed on a common Si substrate as in the examples shown in FIGS. 5A and 5B in terms of miniaturization. However, they may be separate from each other. It is also preferable that the two Si photodiodes 141 and 142 are formed on a common circuit board.

図6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. 6 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上記Siフォトダイオード141,142として用いた場合には、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受光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。 Compared with this, when the Si photodiodes of types S 1 and S 2 are used as the Si photodiodes 141 and 142, the object to be measured is near the wavelength at which the sensitivity of these Si photodiodes peaks. The heat radiation from a certain heated object 2 is extremely small, and it is extremely difficult to detect the temperature of the heated object 2. Therefore, when a Si photodiode is used, there is a certain amount of heat radiation from the object to be heated 2 at a wavelength longer than this peak wavelength, not near the wavelength at which the light receiving sensitivity of the Si photodiode reaches a peak. detecting the thermal radiation with the light receiving sensitivity wavelength (around 1.1μm from the vicinity of the peak wavelength 840nm type S 2).

しかし、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7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。   However, in general, the spectral sensitivity characteristics of the Si photodiode have a large variation between individuals and a large temperature dependency. FIG. 7 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、第1信号処理回路151および第2信号処理回路152それぞれは、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、第1信号処理回路151および第2信号処理回路152それぞれは、各々対応する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, each of the first signal processing circuit 151 and the second signal processing circuit 152 includes sensitivity adjustment means for adjusting the relationship of the output voltage value with respect to the input current value. The sensitivity adjusting means includes means for adjusting the amplification factor of each amplifier circuit (resistor R 33 having a variable resistance value). Further, each of the first signal processing circuit 151 and the second signal processing circuit 152 includes a temperature correction unit that corrects a change in spectral sensitivity characteristic due to a temperature change of the corresponding Si photodiode. the resistor R 31 whose resistance value changes with temperature as the temperature compensation means includes amplifier circuit.

このように、本実施形態に係る温度検出装置10は、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且つ安価なものとなる。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、第1信号処理回路151および第2信号処理回路152それぞれ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、第1信号処理回路151および第2信号処理回路152それぞれ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。   Thus, since the temperature detection apparatus 10 according to the present embodiment is a non-contact type using a Si photodiode, the temperature detection responsiveness is excellent and inexpensive. Even if there is a large variation in temperature detection between individual Si photodiodes, the temperature detection device 10 can detect temperature by the first signal processing circuit 151 and the second signal processing circuit 152 including sensitivity adjustment means. Improves accuracy. Furthermore, even if the temperature dependence of the spectral sensitivity characteristic of the Si photodiode is large, the temperature detection device 10 has this feature because each of the first signal processing circuit 151 and the second signal processing circuit 152 includes temperature correction means. However, the accuracy of temperature detection is improved.

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1信号処理回路151の回路図である。3 is a circuit diagram of a first signal processing circuit 151 of the temperature detection device 10 according to the present embodiment. FIG. 本実施形態に係る温度検出装置10の第1Siフォトダイオード141および第2Siフォトダイオード142の断面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the cross section of the 1st Si photodiode 141 and the 2nd Si photodiode 142 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、131…第1光学系、132…第2光学系、141…第1Siフォトダイオード、142…第2Si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 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Housing | casing 120 ... Board | substrate 131 ... 1st optical system, 132 ... 2nd optical system, 141 ... 1st Si photodiode, 142 ... 2nd Si photodiode, 150 ... Signal processing part, 151 ... 1st signal processing circuit, 152: second signal processing circuit, 161: current-voltage conversion circuit, 162: low-pass filter, 163: amplifier circuit, 164: low-pass filter

Claims (7)

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、
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前記熱放射の入射量に応じた値の電流信号を出力する第1Siフォトダイオードと、
前記第1分光感度特性と異なる第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前記熱放射の入射量に応じた値の電流信号を出力する第2Siフォトダイオードと、
前記第1Si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、
前記第2Si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、
前記第1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第1感度調整手段を含み、
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第2感度調整手段を含む、
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,
A first Si photodiode having a first spectral sensitivity characteristic and outputting a current signal having a value corresponding to the incident amount of the thermal radiation based on the first spectral sensitivity characteristic;
A second Si photodiode having a second spectral sensitivity characteristic different from the first spectral sensitivity characteristic and outputting a current signal having a value corresponding to the incident amount of the thermal radiation based on the second spectral sensitivity characteristic;
A first signal processing circuit for inputting a current signal output from the first Si 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 second Si photodiode and outputting a voltage signal having a value corresponding to the value of the current signal;
With
The first signal processing circuit includes first sensitivity adjusting means for adjusting a relationship of an output voltage value to an input current value;
The second signal processing circuit includes a second sensitivity adjusting means for adjusting a relationship of an output voltage value to an input current value;
A temperature detecting device characterized by that.
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1記載の温度検出装置。   2. The temperature detection according to claim 1, 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1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第1電流-電圧変換回路と、前記第1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第1増幅回路と、前記第1感度調整手段として前記第1増幅回路の増幅率を調整する手段と、を含み、
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第2電流-電圧変換回路と、前記第2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第2増幅回路と、前記第2感度調整手段として前記第2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1記載の温度検出装置。
A first current-voltage conversion circuit for converting the input current signal into a voltage signal; and a first amplification for amplifying and outputting the voltage signal output from the first current-voltage conversion circuit. A circuit, and means for adjusting an amplification factor of the first amplifier circuit as the first sensitivity adjusting means,
A second current-voltage conversion circuit for converting the input current signal into a voltage signal; and a second amplification for amplifying and outputting the voltage signal output from the second current-voltage conversion circuit. A circuit and means for adjusting an amplification factor of the second amplifier circuit as the second sensitivity adjustment means,
The temperature detection device according to claim 1.
前記第1Siフォトダイオードおよび前記第2Siフォトダイオードが互いに異なる光検知領域を有し、
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第1Siフォトダイオードに導く第1光学系と、前記一定範囲から放射される熱放射を前記第2Siフォトダイオードに導く第2光学系と、を更に備える、
ことを特徴とする請求項1記載の温度検出装置。
The first Si photodiode and the second Si photodiode have different light detection regions;
A first optical system for guiding thermal radiation radiated from a certain range of the surface of the measurement object to the first Si photodiode, and a second optical system for guiding thermal radiation radiated from the certain range to the second Si photodiode And further comprising
The temperature detection device according to claim 1.
前記第1Siフォトダイオードおよび前記第2Siフォトダイオードが共通のSi基板上に形成されていることを特徴とする請求項1記載の温度検出装置。   2. The temperature detecting device according to claim 1, wherein the first Si photodiode and the second Si photodiode are formed on a common Si substrate. 前記第1Siフォトダイオードおよび前記第2Siフォトダイオードが互いに重なる光検知領域を有し、
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第1Siフォトダイオードおよび前記第2Si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5記載の温度検出装置。
The first Si photodiode and the second Si photodiode have a light detection region where they overlap each other,
An optical system for guiding thermal radiation radiated from a predetermined range of the surface of the measurement object to the first Si photodiode and the second Si photodiode;
The temperature detection apparatus according to claim 5, wherein
前記第1Siフォトダイオードおよび前記第2Siフォトダイオードが共通の回路基板上に配置されていることを特徴とする請求項1記載の温度検出装置。

2. The temperature detection device according to claim 1, wherein the first Si photodiode and the second Si photodiode are arranged on a common circuit board.

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