JP2010002400A - サーモパイル型赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の手法では、検出対象物の放射率に合わせサーモパイル型赤外線検出装置にて出力調整を行う事で検出温度を算出する為、検出対象物の変化、あるいは検出対象物の放射率が変化すると検出対象物の測温精度が低下するという課題がある。また、別基板にて具備されたフォトインタラプタにて検出対象物の反射率を測定する事により検出対象物の放射率を算出し、サーモパイル型赤外線検出装置からの検出出力への補正を行う手法に於いては、別々の領域を測定している事から、片方の測定領域が汚れ等により、放射率が変化した場合、補正にズレが発生し、誤検出が問題となっている。
【解決手段】本発明は、検出対象物の反射率を測定する事により検出対象物の放射率を算出する為のフォトインタラプタをサーモパイル型赤外線検出装置と同一基板上に具備しサーモパイル検出領域と同一の領域を検出する事により測温精度を向上する事を特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーモパイル型赤外線検出装置に関する。

従来用いられている一般的なサーモパイル型赤外線検出装置は、検出対象物の放射率に合わせた出力調整を行う事で対象物温度を精度良く検出している。
よって、測温対象物の放射率が異なる場合、調整出力にズレが発生する事から、別途、フォトインタラプタにて測温対象物の反射率を測定し、サーモパイル型赤外線検出装置からの検出出力へ補正を行っていたが、フォトインタラプタによる反射率測定にあたり、サーモパイル検出領域と、フォトインタラプタ測定領域との検出位置にズレがあり、別々の領域を検出していた。
測定領域が別々の為、片側が汚れ等により、ふさがれた場合、補正ズレが発生し、誤検出が問題になっている。
特願２００８―１４８２０７号

従来の手法では、検出対象物の放射率に合わせサーモパイル型赤外線検出装置にて出力調整を行う事で検出温度を算出する為、検出対象物の変化、あるいは検出対象物の放射率が変化すると検出対象物の測温精度が低下するという課題がある。
図３に従来のサーモパイル型赤外線検出装置の検出温度算出のブロック概略図を示す。
一方、図４は別基板にて具備されたフォトインタラプタにて検出対象物の反射率を測定する事により検出対象物の放射率を算出し、サーモパイル型赤外線検出装置からの検出出力への補正を行う構造概略図を示す。実装部品については、図が煩雑となる為、割愛した。図５に算出のブロック概略図を示す。
サーモパイル検出領域とフォトインタラプタ検出領域に於いて、別々の領域を測定している事から、片方の測定領域が汚れ等により、放射率が変化した場合、補正にズレが発生し、誤検出が問題となっている。

本発明は、検出対象物の反射率を測定する事により検出対象物の放射率を算出する為のフォトインタラプタをサーモパイル型赤外線検出装置と同一基板上に具備しサーモパイル検出領域と同一の領域を検出する事を特徴としている。

本発明は、サーモパイル型赤外線検出装置に於いて、サーモパイル型赤外線検出装置と同一基板上にフォトインタラプタを具備し、サーモパイル検出領域と同一の領域を測定する事で、サーモパイル出力へ精度良く補正できる。

本発明の、サーモパイル型赤外線検出装置は、検出対象物の反射率を測定する事により検出対象物の放射率を算出する為のフォトインタラプタをサーモパイル型赤外線検出装置と同一基板上に具備し同一領域を検出できる形状により提供される。サーモパイル型赤外線検出装置として、図1に斜視方向概略図を示す。実装部品については、図が煩雑となる為、割愛した。図２に算出ブロック概略図を示す。

以下実施例により本発明を詳細に説明する。図１は、本発明のもっとも基本的な実施例であり、同一基板上にサーモパイルセンサとフォトインタラプタを具備したサーモパイルセンサ型赤外線検出装置の形態を示すものである。図２に算出ブロック概略図を示す。

本実施例では、赤外線を受光することにより検出対象物の放射赤外線量を測定し検出対象物の温度を検出する事を可能にするサーモパイルチップへの赤外線入射量を検出対象物投影エリアより規定した赤外線検出領域を光学設計により導くシリコンからなる平面フィルターを使用し、赤外線透過窓を有する金属製ＣＡＮケース、サーモパイルチップを電気的接続したリード端子を備えたヘッダーと共に外来からの環境的変化や電磁障害を防止するためにハーメチックシールとした一般的な構造であるサーモパイルセンサと同一基板上に、発光部にＬＥＤを使い受光部にフォトトランジスタを用いたフォトインタラプタにて検出対象物の反射率を測定する事により検出対象物の放射率を算出し、算出された放射率にてサーモパイルセンサ出力へ補正を外部演算により行うサーモパイル型赤外線検出装置の構造となっている。

また、本実施例では光学系基材としてシリコンを使用しているが、例えば、ガラス等の波長依存性のある基材であってもかまわない。

また、本実施例では光学設計として平面フィルターを使用しているが、例えば、平凸レンズ、平凹レンズ、両凸レンズ、両凹レンズでもかまわない。

また、サーモパイル型赤外線検出装置として、対象物の放射赤外線量を測定し対象物の温度を検出する事を可能にする１エリア検出のサーモパイルチップのみならず、赤外線受光部を２素子有するデュアル型サーモパイル型赤外線検出装置、赤外線受光部をライン状に配列したインライン型のサーモパイルアレイ型赤外線検出装置、赤外線受光部をマトリックス状に配列したマトリックス型のサーモパイルマトリックス型赤外線検出装置の温度検出器のように赤外線受光部を１〜１６素子有する多素子型サーモパイル型赤外線検出装置でもかまわない。

また、本実施例ではフォトインタラプタの発光部としてＬＥＤを使用しているが、例えば、ＬＤでもかまわない。

また、本実施例ではフォトインタラプタの受光部としてフォトトランジスタを使用しているが、例えば、フォトＩＣ、フォトダイオードでもかまわない。

図８は、実施例1で用いた形態のサーモパイル型赤外線検出装置において放射率が１．０の熱源検出時の概略図を示す。図８に於けるサーモパイル出力をＴＰａ、補正後出力をΔＴＰａ、フォトインタラプタ出力をＦａ、反射率をＲＦａ、放射率をεＦａ、サーミスタ出力をＴｈａ、自己温度をＴＡａとする。
図９は、実施例1で用いた形態のサーモパイル型赤外線検出装置において放射率が０．２の熱源検出時の概略図を示す。図９に於けるサーモパイル出力をＴＰｂ、補正後出力をΔＴＰｂ、フォトインタラプタ出力をＦｂ、反射率をＲＦｂ、放射率をεＦｂ、サーミスタ出力をＴｈｂ、自己温度をＴＡｂとする。
図１０は、実施例1で用いた形態のサーモパイル型赤外線検出装置において放射率が異なる熱源検出時のフォトインタラプタ出力グラフを示す。

ここで、図８に於ける反射率補正がある場合を考える。
ＲＦａ＝Ｆａ×１．０
εＦａ＝１．０―ＲＦａ
ΔＴＰａ＝ＴＰａ／εＦａ
ここに測定値を入力すると、
ＲＦａ＝０×１．０＝０
εＦａ＝１．０―０＝１．０
ΔＴＰａ＝１．０／１．０＝１．０

また、反射率補正がない場合、
ΔＴＰａ＝ＴＰａ
ΔＴＰａ＝１．０
となり、Ｔｈａ、ＴＡａは同一条件である事から、反射率０．０の場合同一の結果である事が分かる。

次に、図９に於ける反射率補正がある場合を考える。
ＲＦｂ＝Ｆｂ×１．０
εＦｂ＝１．０―ＲＦｂ
ΔＴＰｂ＝ＴＰｂ／εＦｂ
ここに測定値を入力すると、
ＲＦｂ＝０．８×１．０＝０．８
εＦｂ＝１．０―０．８＝０．２
ΔＴＰｂ＝０．２／０．２＝１．０

また、反射率補正がない場合、
ΔＴＰｂ＝ＴＰｂ
ΔＴＰｂ＝０．２
となり、Ｔｈｂ、ＴＡｂは同一条件である事から、反射率０．８の場合、反射率補正により精度良く補正が行われる事が分かる。
反射率補正を行わないとき、検出出力にズレが発生する事が分かる。

図１１は、図８、図９の検出出力グラフである。
実施例1のサーモパイル型赤外線検出装置の検出出力、放射率補正を施す前のサーモパイル型赤外線検出装置の検出出力グラフとの比較に於いて、放射率補正の効果を確認した。
図１２は、図８、図９の検出出力グラフを検出温度に演算し、グラフ化したものである。
熱源温度グラフ、放射率補正後のサーモパイル型赤外線検出装置の検出温度グラフ、放射率補正を施す前のサーモパイル型赤外線検出装置の検出温度グラフとの比較に於いて、検出温度性能の向上を確認した。

図６は、サーモパイルセンサと同一基板上にフォトインタラプタ及びマイコンを具備したサーモパイルセンサ型赤外線検出装置の形態を示すものである。図７に算出ブロック概略図を示す。
赤外線を受光することにより検出対象物の放射赤外線量を測定し検出対象物の温度を検出する事を可能にするサーモパイルセンサと同一基板上に、発光部にLEDを使い受光部にフォトトランジスタを用いたフォトインタラプタにて検出対象物の反射率を測定する事により検出対象物の放射率を算出し、算出された放射率にてサーモパイルセンサ出力へ補正を行う為のマイコンを同一基板上に搭載することで、ＵＮＩＴ内にて補正を行うサーモパイル型赤外線検出装置の構造となっている。
本実施例に於いても実施例１のサーモパイル型赤外線検出装置の検出温度グラフと同等の性能である事を確認した。

本発明による最も基本的な実施例である、サーモパイルセンサ型赤外線検出装置と同一基板上にフォトインタラプタを具備の形態の斜視方向概略図である。 図１の算出ブロック概略図である。 従来の放射率補正一定で出力調整にて提供されるサーモパイル型赤外線検出装置の算出ブロック概略図である。 従来の別基板にて反射率測定を行うフォトインタラプタ具備の形態の斜視方向概略図である。。 図４の算出ブロック概略図である。 本発明による実施例２である、サーモパイルセンサ型赤外線検出装置と同一基板上にフォトインタラプタ及びマイコンを具備の形態の斜視方向概略図である。 図６の算出ブロック概略図である。 本発明による反射率０．０熱源検出時の横視方向概略図である。 本発明による反射率０．８熱源検出時の横視方向概略図である。 フォトインタラプタ出力グラフである。 図８、図９の検出出力グラフである。 図８、図９の検出温度グラフである。

符号の説明

１ サーモパイルセンサ
２ シリコン平面フィルター
３ ヘッダー
４ ＰＣＢ基板
５ フォトインタラプタ
６ リード
７ マイコン
８ 雰囲気温度２０℃
９ 熱源温度１００℃ 反射率０．０
１０ フォトインタラプタ発光部ＬＥＤ発光イメージ図
１１ フォトインタラプタ発光部ＬＥＤ受光イメージ図
１２ 熱源温度１００℃ 反射率０．８
１３ フォトインタラプタ出力グラフ
１４ 通常のサーモパイルセンサ型赤外線検出装置の検出出力グラフ
１５ 実施例１を施したサーモパイルセンサ型赤外線検出装置の検出出力グラフ
１６ 熱源温度グラフ
１７ 通常のサーモパイルセンサ型赤外線検出装置の検出温度グラフ
１８ 実施例１を施したサーモパイルセンサ型赤外線検出装置の検出温度グラフ

Claims (1)

1. サーモパイル型赤外線検出装置に於いて、検出対象物の反射率測定を行うフォトインタラプタを同一基板上に具備し、サーモパイル検出領域と同一領域をフォトインタラプタにて測定する事を特徴とするサーモパイル型赤外線検出装置。

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