JP2011112509A

JP2011112509A - サーモパイル型赤外線検出装置

Info

Publication number: JP2011112509A
Application number: JP2009269168A
Authority: JP
Inventors: Koji Kawaguchi; 浩二川口; Motoki Tanaka; 基樹田中
Original assignee: Nippon Ceramic Co Ltd
Current assignee: Nippon Ceramic Co Ltd
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2011-06-09

Abstract

【課題】サーモパイルセンサ型赤外線検出器に於いて、サーモパイル型赤外線検出器内の容積に対し、実装部材が少なく、熱容量が小さい事から、急激な環境温度変化が加わった際に、サーモパイルチップが受ける熱影響が大きく、環境温度変化に対し、信号出力がドリフトしてしまうという課題がある。
【解決手段】サーモパイル型赤外線検出器に於ける回路部分である抵抗、コンデンサ、オペアンプ等を部材実装した基板を格納し、内部部材体積・熱容量を増加させ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。

従来のサーモパイル型赤外線検出装置は、図４に示すように、赤外線を受光することにより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サーモパイルチップと、自己温度測定用のサーミスタを、赤外線透過窓を具備した金属缶ケースと電気的接続を成すリード端子を備えたヘッダーにハーメチックシールされたＴＯ−５型サーモパイル型赤外線検出器と、サーモパイルチップより生じた起電力を増幅する増幅回路を構成する部品を実装した外付け接続用基板とを接続した構成が従来技術として知られている。
また、図５に示すように、サーモパイルチップより生じた起電力を増幅する増幅回路をサーモパイルチップと同一チップ上にパターン配線により構成したＣＭＯＳ回路搭載サーモパイルチップとし、赤外線透過窓を具備した金属缶ケースと電気的接続を成すリード端子を備えたヘッダーにハーメチックシールされたＴＯ−５型サーモパイル型赤外線検出装置も存在する。

特願２００２―９４３

しかしながら従来技術は、サーモパイル型赤外線検出器内の容積に対し、実装部材が少なく、熱容量が小さい事から、急激な温度変化が加わった際に、サーモパイルチップが受ける熱影響が大きく、温度変化に対し、信号出力がドリフトしてしまうという課題がある。

また前記従来の、赤外線を受光することにより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サーモパイルチップと、自己温度測定用のサーミスタを、赤外線透過窓を具備した金属缶ケースと電気的接続を成すリード端子を備えたヘッダーにハーメチックシールされたＴＯ−５型サーモパイル型赤外線検出器と、サーモパイルチップより生じた起電力を増幅する増幅回路を構成する部品を実装した外付け接続用基板とを接続した構成に於いては、立体的に大きく構成されている事により、アプリケーション装置内に取り付けの際、スペース上の格納性に於いての課題がある。

また、サーモパイルチップより生じた起電力を増幅する回路部分を構成する部品を実装した外付け接続用基板とを接続した構成とする事で、外来ノイズの影響を受けやすいという課題がある。

また、高温高湿環境下への長時間の放置において、サーモパイルチップより生じた起電力を増幅する回路部分が湿度の影響を受ける事で電気的リークが発生し、信号出力が減衰し検出温度性能が悪化するという課題がある。

上記の課題を解決するために、サーモパイル型赤外線検出器内部へ、赤外線を受光することにより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サーモパイルチップとサーモパイルチップの起電力を増幅する回路部分を構成する抵抗、コンデンサ、オペアンプ等を部材実装した基板を格納し、赤外線透過材を具備する金属缶ケースと電気的接続を成すリード端子を備えたヘッダーにハーメチックシールされたＴＯ−５型パッケージに格納する事で内部部材体積・熱容量を増加させ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器内部へ、赤外線を受光することにより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サーモパイルチップとサーモパイルチップの起電力を増幅する回路部分である抵抗、コンデンサ、オペアンプ等を部材実装した基板として格納し、赤外線透過材を具備する金属缶ケースと電気的接続を成すリード端子を備えたヘッダーにハーメチックシールされたＴＯ−５型パッケージに格納する事で内部部材体積を増加、つまりは、サーモパイル型赤外線検出器自身の熱容量を増加させる事が可能となり、環境温度変化耐力を有する事で、温度ドリフト性能が向上する。

実施例１のサーモパイル型赤外線検出装置を示す分解外観図である。実施例１のサーモパイル型赤外線検出装置の外観図である。実施例１のＴＯ−５型パッケージ内の回路構成図である。従来の外付け基板を用いたサーモパイル型赤外線検出装置である。従来のCMOS回路搭載サーモパイルチップ搭載型サーモパイル型赤外線検出装置の分解概略図である。実施例２のサーモパイル型赤外線検出装置を示す分解外観図である。実施例３のサーモパイル型赤外線検出装置を示す分解外観図である。本発明の実施例１のサーモパイル型赤外線検出装置、及び、従来の赤外線検出装置の急激な周囲温度変化時の出力変化を示したグラフである。実施例１及び従来方式による外来ノイズ印加時の影響確認特性である。実施例１及び従来方式による長時間の湿度付加時の影響確認特性である。

以下実施例により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に関わるサーモパイル型赤外線検出装置の分解外観図である。
赤外線を入射透過させるフィルター材１を具備した金属缶ケース２と、赤外線を受光することにより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サーモパイルチップ３、及び、サーモパイルチップの起電力を増幅する回路部分である抵抗５、コンデンサ６、オペアンプ４等を部材実装した基板７、前記基板との電気的接続を成すリード端子１０を備えたヘッダー９により、外来からの環境温度変化や、電磁障害を防止する為にハーメチックシールとした構造となっている。

実施例１に於いては、赤外線を入射透過させるフィルター材１を用いているが、レンズ形状の赤外線透過材でもかまわない。
これらは一般的なＴＯ−５型パッケージに格納可能な為、サーモパイルチップ３の受光部へ赤外線を集光させる光学レンズ及び、ミラーのデザイン並びに、使用自由度が格段にアップし、既存製品との置き換え等も可能な構造となる。
この際に使用する光学レンズ及びフィルター１は透過依存性がある５μｍカットオン、８〜１４μｍバンドパス、ＡＲコート等のコーティングが施されていてもかまわない。
また、増幅回路をＴＯ−５型パッケージ内に格納する事により、小型化が可能となり、設置スペースの制約にも余裕を持つ事が可能となる。
さらには、金属缶ケース２及び、前記基板との電気的接続を成すリード端子１０を備えたヘッダー９が、サーモパイル型赤外線検出装置のグランドと接続されており、アースへ接地されている為、外来からの電磁障害に対して、シールドされている構造となる。

図２は、本実施例に関わるサーモパイル型赤外線検出装置の外観形状図である。
図３は、本実施例に関わるサーモパイル型赤外線検出装置のＴＯ−５型パッケージ内の回路構成図である。
図２に示すように、一般的なＴＯ−５型パッケージに格納した構造となっている。
基板７は、パターン配線により増幅回路を構成しているが、図が煩雑となるため、パターン配線は割愛する。

図８は本発明によるサーモパイル型赤外線検出装置、従来のサーモパイル型赤外線検出装置へ急激な温度変化（約２℃／ｍｉｎ．）を与えた場合の出力変化を示したグラフである。図８に見られるように、本発明のサーモパイル型赤外線検出装置において、環境温度変化時の出力信号のドリフトが従来のサーモパイル型赤外線検出装置に対し約１／８の変動に抑制され改善されていることを確認した。

図９は実施例１の外来ノイズ印加時の影響確認特性である。
図４に示す従来のＴＯ−５型サーモパイル型赤外線検出器１２と、サーモパイルチップより生じた起電力を増幅する回路を構成する部品を実装した外付け接続用基板１３とを接続した構成でのサーモパイル型赤外線検出装置では、アンプ増幅前信号が外来ノイズの影響を受けやすく、出力特性に影響を及ぼし、検出温度として温度ズレが発生するのに対し、本発明の実施例１においては、赤外線を入射透過させるフィルター材１を具備した金属缶ケース２と、赤外線を受光することにより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サーモパイルチップ３、及び、サーモパイルチップ３の起電力を増幅する回路部分である抵抗５、コンデンサ６、オペアンプ７等を部材実装した基板７、前記基板７との電気的接続を成すリード端子１０を備えたヘッダー９が、サーモパイル型赤外線検出装置のグランドと接続されており、アースへ接地された構造にてハーメチックシールされている事で、アンプ増幅前信号がグランド部材によりシールドされた構造となっている事から外来ノイズに対し、出力変動が約１／１０となり影響を受けにくい事を確認した。

図１０は実施例１の長時間の湿度付加時の影響確認特性である。
図４に示す従来のＴＯ−５型サーモパイル型赤外線検出器１２と、サーモパイルチップより生じた起電力を増幅する増幅回路を構成する部品を実装した外付け接続用基板１３とを接続した構成でのサーモパイル型赤外線検出装置では、アンプ増幅前信号出力ラインが長時間の高温高湿環境下に放置する事で湿度の影響を受け、信号出力に影響を及ぼし、検出温度として出力ズレが発生するのに対し、本発明の実施例１において、赤外線を入射透過させるフィルター材１を具備した金属缶ケース２と、赤外線を受光することにより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サーモパイルチップ３、及び、サーモパイルチップ３の起電力を増幅する回路部分である抵抗５、コンデンサ６、オペアンプ４等を部材実装した基板７、前記基板７との電気的接続を成すリード端子１０を備えたヘッダー９が、サーモパイル型赤外線検出装置のグランドと接続されており、アースへ接地された構造にてアンプ増幅前信号がハーメチックシールされたパッケージ内に格納された構造となっている事から湿度に対し、影響を受けにくい事を確認した。

図６は、本発明に関わるサーモパイル型赤外線検出装置の別構造分解外観図である。
赤外線を入射透過させるフィルター材１を具備した金属缶ケース２と、赤外線を受光することにより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サーモパイルチップ３、及び、サーモパイルチップ３の起電力を増幅する回路部分である抵抗５、コンデンサ６を実装配置した基板７とし、別途、オペアンプ４をヘッダー９へ実装し、前記基板７との電気的接続を成すリード端子１０を備えたヘッダー９により、外来からの環境温度変化や、電磁障害を防止する為にハーメチックシールとした構造となっている。
こちらの形状に於いても、実施例１と同様、図８に見られるように、本発明のサーモパイル型赤外線検出装置において、環境温度変化時の出力信号のドリフトが約１／８の変動へ改善されていることを確認した。
また、実施例１と同様、アンプ増幅前信号がグランド部材によりシールドされた構造となっている事から外来ノイズ及び湿度に対し、影響を受けにくい事を確認した。

図７は、本発明に関わるサーモパイル型赤外線検出装置の別構造分解外観図である。
赤外線を入射透過させるフィルター材１を具備した金属缶ケース２と、赤外線を受光することにより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サーモパイルチップ３、及び、サーモパイルチップ３の起電力を増幅する回路部分である抵抗５、コンデンサ６、オペアンプ４を積層にて実装配置した基板７、前記基板７との電気的接続を成すリード端子１０を備えたヘッダー９により、外来からの環境的変化や、電磁障害を防止する為にハーメチックシールとした構造となっている。

こちらの形状に於いても、実施例１と同様、図８に見られるように、本発明のサーモパイル型赤外線検出装置において、環境温度変化時の出力信号のドリフトが約１／８の変動へ改善されていることを確認した。
また、実施例１と同様、アンプ増幅前信号がグランド部材によりシールドされた構造となっている事から外来ノイズ及び湿度に対し、影響を受けにくい事を確認した。

１フィルター材
２金属缶ケース
３サーモパイルチップ
４オペアンプ
５抵抗
６コンデンサ
７基板
８サーミスタ
９ヘッダー
１０リード端子
１１ＡＵワイヤー
１２ＴＯ−５型サーモパイル型赤外線検出装置
１３外付け接続用基板
１４ＣＭＯＳ回路搭載サーモパイルチップ

Claims

サーモパイル型赤外線検出器内部へ、赤外線を受光することにより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サーモパイルチップとサーモパイルチップの起電力を増幅する回路部分を配置し、赤外線透過材を具備する金属缶ケースと電気的接続を成すリード端子を備えたヘッダーにハーメチックシールされたＴＯ−５型パッケージに格納する事により内部部材体積・熱容量を増加させる事を特徴とするサーモパイル型赤外線検出装置。
請求項１のサーモパイル型赤外線検出装置に於いて、サーモパイルチップの起電力を増幅する回路部分である、抵抗、コンデンサ、オペアンプ等を部材実装した基板を格納する事を特徴とするサーモパイル型赤外線検出装置。