JP2006292439A - 温度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 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。
【解決手段】 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。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、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。
【選択図】 図２

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。

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。

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。

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。

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

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。

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、温度変化に因り分光感度特性が大きく変動し、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。

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。

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、第１Ｓｉフォトダイオードの温度変化に因る第１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第１温度補正手段を含み、第２信号処理回路は、第２Ｓｉフォトダイオードの温度変化に因る第２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第２温度補正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。

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、第１Ｓｉフォトダイオードの温度変化に因る第１分光感度特性の変動が第１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。また、第２信号処理回路において、第２Ｓｉフォトダイオードの温度変化に因る第２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。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温度補正手段を含むとともに、第２信号処理回路が第２温度補正手段を含むことにより、温度検出の精度が向上する。

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温度補正手段として第１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、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温度補正手段として第２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、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温度に応じて調整されることにより、温度補正が為される。

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。

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。

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。

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。

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温度補正手段を含むことにより、温度検出の精度が向上する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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_１，抵抗器Ｒ_１および容量素子Ｃ_１を含む。アンプＡ_１の非反転入力端子は接地されており、アンプＡ_１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_１および容量素子Ｃ_１は、互いに並列的に接続されて、アンプＡ_１の反転入力端子と出力端子との間に設けられている。

ローパスフィルタ１６２は、抵抗器Ｒ_２および容量素子Ｃ_２を含む。抵抗器Ｒ_２の一端は、電流-電圧変換回路１６１のアンプＡ_１の出力端子と接続されている。抵抗器Ｒ_２の他端は、増幅回路１６３のアンプＡ_３の非反転入力端子と接続されている。容量素子Ｃ_２は、抵抗器Ｒ_２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Ａ_３，抵抗器Ｒ_３１〜Ｒ_３３および容量素子Ｃ_３を含む。抵抗器Ｒ_３２および抵抗器Ｒ_３３は直列的に接続され、これら抵抗器Ｒ_３２，Ｒ_３３および容量素子Ｃ_３は、互いに並列的に接続されて、アンプＡ_３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Ｒ_３１は、アンプＡ_３の反転入力端子と一定電圧点との間に設けられている。

抵抗器Ｒ_３１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Ｒ_３２は、抵抗値が固定のものである。抵抗器Ｒ_３３は、抵抗値が可変のものである。抵抗器Ｒ_３１の抵抗値をＲ_３１と表し、抵抗器Ｒ_３２の抵抗値をＲ_３２と表し、また、抵抗器Ｒ_３３の抵抗値をＲ_３３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。

Ｇ＝１＋（Ｒ_３２＋Ｒ_３３）／Ｒ_３１ …(1)

抵抗器Ｒ_３３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Ｒ_３１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。

ローパスフィルタ１６４は、抵抗器Ｒ_４および容量素子Ｃ_４を含む。抵抗器Ｒ_４の一端は、増幅回路１６３のアンプＡ_３の出力端子と接続されている。抵抗器Ｒ_３の他端は、演算部１２と接続されている。容量素子Ｃ_４は、抵抗器Ｒ_４の他端と接地電位との間に設けられている。

抵抗器Ｒ_０１と抵抗器Ｒ_０２とは直列的に接続されている。抵抗器Ｒ_０１の一端は電源電圧Ｖccが印加され、抵抗器Ｒ_０２の一端は接地されている。また、抵抗器Ｒ_０２と並列的に容量素子Ｃ_０が設けられている。抵抗器Ｒ_０１と抵抗器Ｒ_０２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_２の一端と接続されるとともに、増幅回路１６３の抵抗器Ｒ_３１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_２および抵抗器Ｒ_３１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_１および増幅回路１６３のアンプＡ_３それぞれにも供給される。

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_１の抵抗値は２２ＭΩであり、容量素子Ｃ_１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_２の抵抗値は１０ｋΩであり、容量素子Ｃ_２の容量値は０.１μＦである。増幅回路１６３に含まれる抵抗器Ｒ_３１の抵抗値は１ｋΩであり、抵抗器Ｒ_３２の抵抗値は２２ｋΩであり、抵抗器Ｒ_３３の最大抵抗値は１００ｋΩであり、容量素子Ｃ_３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_４の抵抗値は１.８ｋΩであり、容量素子Ｃ_４の容量値は０.１μＦである。また、抵抗器Ｒ_０１の抵抗値は４３ｋΩであり、抵抗器Ｒ_０２の抵抗値は１０ｋΩであり、容量素子Ｃ_０の容量値は０.１μＦである。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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_１、温度５７３Ｋの場合の黒体放射特性Ｍ_２、温度５９８Ｋの場合の黒体放射特性Ｍ_３、および、温度６２３Ｋの場合の黒体放射特性Ｍ_４ 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_１のＳｉフォトダイオードの感度特性Ｓ_１、および、タイプＳ_１のものとは異なる分光感度特性を有するタイプＳ_２のＳｉフォトダイオードの感度特性Ｓ_２ 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_１のＩｎＧａＡｓフォトダイオードの感度特性Ｇ_１、および、タイプＧ_１のものとは異なる分光感度特性を有するタイプＧ_２のＩｎＧａＡｓフォトダイオードの感度特性Ｇ_２ が示されている。

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。

２つの受光素子としてタイプＧ_１，Ｇ_２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。

これと比較して、タイプＳ_１，Ｓ_２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_２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。

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。

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Ｒ_３３）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Ｒ_３１を増幅回路が含む。

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、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、この点でも温度検出の精度が向上する。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

符号の説明

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。

Claims (7)

1. 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、前記第１Ｓｉフォトダイオードの温度変化に因る前記第１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第１温度補正手段を含み、
   前記第２信号処理回路が、前記第２Ｓｉフォトダイオードの温度変化に因る前記第２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第２温度補正手段を含む、
   ことを特徴とする温度検出装置。
2. 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。
3. 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温度補正手段として前記第１増幅回路の増幅率を温度に応じて調整する手段と、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温度補正手段として前記第２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１記載の温度検出装置。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
   
   

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