JP2906154B2 - サーモパイル - Google Patents
サーモパイルInfo
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- JP2906154B2 JP2906154B2 JP1231747A JP23174789A JP2906154B2 JP 2906154 B2 JP2906154 B2 JP 2906154B2 JP 1231747 A JP1231747 A JP 1231747A JP 23174789 A JP23174789 A JP 23174789A JP 2906154 B2 JP2906154 B2 JP 2906154B2
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- infrared
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は，人体の検出又は非接触温度検出に用いられ
る赤外線を検出する回路一体型サーモパイルに関する。
る赤外線を検出する回路一体型サーモパイルに関する。
［従来の技術］ 従来のサーモパイルの構造を，第４図に示す。金属ベ
ース６′の上にヒートシンク１′が設置され，ヒートシ
ンク１′上には，熱電対パターン３′及び赤外線吸収層
５′が形成された有機フィルム２′が固定されている。
ヒートシンク１′は中央に中空穴11′が空けられてお
り，熱電対パターン３′の温接点部31′は中空穴11′の
内側に，冷接点部32′は中空穴11′の外側に各々配置さ
れている。冷接点部32′とヒートシンク１′とは熱時に
結合している。金属ケース６′の上には赤外線フィルタ
ー８′を設けたキャップ７′が被さっている。又，熱電
対パターン３′の出力端子は，リード端子９′,9″と素
子内部にて電気的に接続されている。
ース６′の上にヒートシンク１′が設置され，ヒートシ
ンク１′上には，熱電対パターン３′及び赤外線吸収層
５′が形成された有機フィルム２′が固定されている。
ヒートシンク１′は中央に中空穴11′が空けられてお
り，熱電対パターン３′の温接点部31′は中空穴11′の
内側に，冷接点部32′は中空穴11′の外側に各々配置さ
れている。冷接点部32′とヒートシンク１′とは熱時に
結合している。金属ケース６′の上には赤外線フィルタ
ー８′を設けたキャップ７′が被さっている。又，熱電
対パターン３′の出力端子は，リード端子９′,9″と素
子内部にて電気的に接続されている。
ここで，サーモパイルの動作原理は下記のとおりであ
る。被検出物体（発熱体，あるいは人体等）から発生し
た赤外線が，赤外線フィルタ８′を透過して，赤外線吸
収層５′に吸収されると，赤外線吸収層５′の温度は上
昇し，この温度上昇による熱は，熱電対パターン３′の
温接点31′へ伝わり，その温度を上昇させる。このた
め，昇温した温接点31′の温度と（ほぼヒートシンク
１′の温度である室温と等しい）冷接点32′の温度との
温度差ΔＴに基づく出力電圧（熱電対の熱電能（μV/
℃）×熱電対の対数）がリード端子９′,9″間に生ずる
ことになる。
る。被検出物体（発熱体，あるいは人体等）から発生し
た赤外線が，赤外線フィルタ８′を透過して，赤外線吸
収層５′に吸収されると，赤外線吸収層５′の温度は上
昇し，この温度上昇による熱は，熱電対パターン３′の
温接点31′へ伝わり，その温度を上昇させる。このた
め，昇温した温接点31′の温度と（ほぼヒートシンク
１′の温度である室温と等しい）冷接点32′の温度との
温度差ΔＴに基づく出力電圧（熱電対の熱電能（μV/
℃）×熱電対の対数）がリード端子９′,9″間に生ずる
ことになる。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら，従来のサーモパイルには，下記の欠点
がある。
がある。
リード端子９′,9″からの出力電圧は，熱電対パター
ン３′からの出力電圧そのものであり，通常数μＶ程度
であることから，後段に増幅回数を必ず必要とし，その
配線部間が長くなりやすく，従って外乱ノイズが乗りや
すく誤動作を起しやすいという欠点がある。
ン３′からの出力電圧そのものであり，通常数μＶ程度
であることから，後段に増幅回数を必ず必要とし，その
配線部間が長くなりやすく，従って外乱ノイズが乗りや
すく誤動作を起しやすいという欠点がある。
増幅回路を付加する方法としては，第５図に示すごと
くディスクリート回路基板111′上にサーモパイル素子
単体と増幅回路素子とを搭載した構成を採るが，この方
法での回路基板の大きさとしては，通常，約30mm×50mm
程度となり，寸法が大型化し，このため使用用途が限ら
れるという欠点があった。
くディスクリート回路基板111′上にサーモパイル素子
単体と増幅回路素子とを搭載した構成を採るが，この方
法での回路基板の大きさとしては，通常，約30mm×50mm
程度となり，寸法が大型化し，このため使用用途が限ら
れるという欠点があった。
又，特性面では，冷接点温度補償用の温度検出素子10
1′（通常ダイオードが用いられる）がサーモパイル素
子に接近させて配置されているが，ヒートシンク１′の
温度を直接測定はしていないので，冷接点温度補償に誤
差をもっており，従って，非接触温度検出では誤差が大
きいという欠点もあった。
1′（通常ダイオードが用いられる）がサーモパイル素
子に接近させて配置されているが，ヒートシンク１′の
温度を直接測定はしていないので，冷接点温度補償に誤
差をもっており，従って，非接触温度検出では誤差が大
きいという欠点もあった。
そこで，本発明の技術的課題は，上記欠点に鑑み，ヒ
ートシンク部分を回路基板と共通化させることにより従
来よりも小型化し，冷接点温度補償の精度を改善し，し
かも外乱ノイズに対する誤動作を防止した回路一体型サ
ーモパイルを提供することである。
ートシンク部分を回路基板と共通化させることにより従
来よりも小型化し，冷接点温度補償の精度を改善し，し
かも外乱ノイズに対する誤動作を防止した回路一体型サ
ーモパイルを提供することである。
［課題を解決するための手段］ 本発明によれば，中空穴を穿設した絶縁性基板と，該
絶縁性基板上に設けられた導体回路パターンと，該導体
回路パターンと電気的に接続された熱電対パターンを形
成した有機フィルムと，外部より照射される赤外線を受
け，前記中空穴と対応した位置で前記有機フィルム上に
設けられた赤外線吸収層とを有し，前記熱電対パターン
は，前記中空穴内側に位置して前記赤外線吸収層と熱的
に接続される温接点部と，前記中空穴外側に位置して前
記絶縁性基板と熱的に接続される冷接点部とを有し，前
記導体回路パターンは，前記温接点部と前記冷接点部と
の温度差に基づく出力電圧を増巾処理して，前記赤外線
吸収層に照射される赤外線温度を検出する回路素子を有
することを特徴とするサーモパイルが得られる。
絶縁性基板上に設けられた導体回路パターンと，該導体
回路パターンと電気的に接続された熱電対パターンを形
成した有機フィルムと，外部より照射される赤外線を受
け，前記中空穴と対応した位置で前記有機フィルム上に
設けられた赤外線吸収層とを有し，前記熱電対パターン
は，前記中空穴内側に位置して前記赤外線吸収層と熱的
に接続される温接点部と，前記中空穴外側に位置して前
記絶縁性基板と熱的に接続される冷接点部とを有し，前
記導体回路パターンは，前記温接点部と前記冷接点部と
の温度差に基づく出力電圧を増巾処理して，前記赤外線
吸収層に照射される赤外線温度を検出する回路素子を有
することを特徴とするサーモパイルが得られる。
本発明によれば，前記絶縁性基板を，アルミナ又は窒
化アルミナより構成し，前記冷接点部に対するヒートシ
ンク機能を設けたことを特徴とするサーモパイルが得ら
れる。
化アルミナより構成し，前記冷接点部に対するヒートシ
ンク機能を設けたことを特徴とするサーモパイルが得ら
れる。
本発明によれば，前記有機フィルムは，前記絶縁性基
板側の面に前記熱電対パターンを形成し，前記絶縁性基
板側と反対側の面に前記赤外線吸収層を設けたことを特
徴とするサーモパイルが得られる。
板側の面に前記熱電対パターンを形成し，前記絶縁性基
板側と反対側の面に前記赤外線吸収層を設けたことを特
徴とするサーモパイルが得られる。
本発明によれば，前記例接点部に対する温度補償用の
温度検出素子を，前記絶縁性基板上で前記有機フィルム
の周辺近傍に配したことを特徴とするサーモパイルが得
られる。
温度検出素子を，前記絶縁性基板上で前記有機フィルム
の周辺近傍に配したことを特徴とするサーモパイルが得
られる。
本発明によれば，前記赤外線吸収層と対応した赤外線
のみを実質的に通過させる赤外線フィルタを有する金属
ケースで，前記絶縁性基板と，前記導体回路パターン
と，前記有機フィルムと，及び前記赤外線吸収層とを一
体にシールドしたことを特徴とするサーモパイルが得ら
れる。
のみを実質的に通過させる赤外線フィルタを有する金属
ケースで，前記絶縁性基板と，前記導体回路パターン
と，前記有機フィルムと，及び前記赤外線吸収層とを一
体にシールドしたことを特徴とするサーモパイルが得ら
れる。
即ち，本発明の回路一体型サーモパイルの構成は，熱
電対パターンを形成した有機フィルムが，中空穴を設け
た絶縁性基板の，前記中空穴に，その熱電対パターンの
温接点部分が中空穴に入る位置に固定され，一方前記絶
縁性基板には，導体回路パターンが印刷されており，前
記熱電対パターンからの出力電圧を増幅信号処理する回
路素子が搭載された構成とすることを特徴としている。
電対パターンを形成した有機フィルムが，中空穴を設け
た絶縁性基板の，前記中空穴に，その熱電対パターンの
温接点部分が中空穴に入る位置に固定され，一方前記絶
縁性基板には，導体回路パターンが印刷されており，前
記熱電対パターンからの出力電圧を増幅信号処理する回
路素子が搭載された構成とすることを特徴としている。
［実施例］ 第１図に本発明による回路一体型サーモパイルの１実
施例を示す。
施例を示す。
１は絶縁性基板であり，アルミナ又は窒化アルミ等の
材質で形成されている。絶縁性基板１上には中空穴４が
設けられ，又導体回路パターン５が印刷等の手段で形成
されている。
材質で形成されている。絶縁性基板１上には中空穴４が
設けられ，又導体回路パターン５が印刷等の手段で形成
されている。
２はポリイミド，ポリエス等の有機フィルムであり
（膜厚10μ〜20μｍ），その一方の面には，熱電材料a,
及びｂを組合せて直列に配列させた熱電対パターンが蒸
着又はスパッター等の手段により形成され，又，熱電対
パターンからの出力端子33,34がフィルム２のコーナ部
２ケ所に形成され，一方フィルム２の反対側面には赤外
線吸収層６が，熱電対パターンの温接点32の配列をその
領域に含む形にて形成されている。
（膜厚10μ〜20μｍ），その一方の面には，熱電材料a,
及びｂを組合せて直列に配列させた熱電対パターンが蒸
着又はスパッター等の手段により形成され，又，熱電対
パターンからの出力端子33,34がフィルム２のコーナ部
２ケ所に形成され，一方フィルム２の反対側面には赤外
線吸収層６が，熱電対パターンの温接点32の配列をその
領域に含む形にて形成されている。
第１図に示すように，有機フィルム２は、熱電対パタ
ーン３を形成した面を絶縁性基板１の導体回路パターン
印刷面側と密着するように，かつ温接点部32が丁度，中
空穴４の内側に位置するように，かつ，熱電対パターン
出力端子33,34が，あらかじめ設定された導体回路パタ
ーンの端部と接合する位置に合わせて固定される。
ーン３を形成した面を絶縁性基板１の導体回路パターン
印刷面側と密着するように，かつ温接点部32が丁度，中
空穴４の内側に位置するように，かつ，熱電対パターン
出力端子33,34が，あらかじめ設定された導体回路パタ
ーンの端部と接合する位置に合わせて固定される。
フィルムの固定方法は，周辺部に接着剤にて塗布する
方法，又，熱電対パターン出力端子33,34と導体回路パ
ターンとの接合は，ハンダ付けによる方法をとる。
方法，又，熱電対パターン出力端子33,34と導体回路パ
ターンとの接合は，ハンダ付けによる方法をとる。
中空穴４の内径は，通常,1.2〜1.5mmφに設定され，
一方、熱電対温接点32の配列の径は，約1mmφ，冷接点3
1の配列の径は，約3mmφに設定されている。冷接点31
は，絶縁性基板１の面と接触しており，従って，冷接点
31の温度は，ほぼ，絶縁性基板１の温度と同一となり，
絶縁性基板１は，熱電対パターン３の冷接点31のヒート
シンク機能を兼ねている。
一方、熱電対温接点32の配列の径は，約1mmφ，冷接点3
1の配列の径は，約3mmφに設定されている。冷接点31
は，絶縁性基板１の面と接触しており，従って，冷接点
31の温度は，ほぼ，絶縁性基板１の温度と同一となり，
絶縁性基板１は，熱電対パターン３の冷接点31のヒート
シンク機能を兼ねている。
絶縁性基板１の導体回路パターン５上には，第３図に
相当する回路パターンが印刷されており，表面実装タイ
プの回路部品７（オペアンプ，抵抗，コンデンサ，温度
検出素子）が搭載されている。
相当する回路パターンが印刷されており，表面実装タイ
プの回路部品７（オペアンプ，抵抗，コンデンサ，温度
検出素子）が搭載されている。
ここで特に，冷接点31部分の温度補償用の温度検出素
子71は，有機フィルム２の周辺部にほぼ近傍した位置に
実装されることを特徴としており，冷接点31の温度を正
確に検知する事を可能としている。
子71は，有機フィルム２の周辺部にほぼ近傍した位置に
実装されることを特徴としており，冷接点31の温度を正
確に検知する事を可能としている。
絶縁性基板１は第２図に示すように，全体が赤外線透
過窓を設けたケース10により封止され，端子部９は，ケ
ース外部に出ている。
過窓を設けたケース10により封止され，端子部９は，ケ
ース外部に出ている。
ここで本回路一体型サーモパイルの動作原理を以下に
説明する。
説明する。
被検出物体（発熱体あるいは人体等）から発生した赤
外線は，赤外線フィルタ８を透過して赤外線吸収層６に
吸収され，赤外線吸収層６の温度が上昇する（温度上昇
ΔＴ℃）。中空穴４の空隙があるために，赤外線吸収層
６からの熱量は，有機フィルム２を通り，熱電対パター
ン３の中空穴内側に位置する温接点32部分に伝わり，そ
の部分の温度を上昇させる。一方，熱電対パターン３の
中空穴外側に位置する冷接点31は，絶縁性基板１の温度
に保たれており，ほぼ室温と等しく，赤外線入射による
温度上昇はほとんどない。従って，前記温接点32の温度
上昇分ΔＴ℃に基づく熱電対パターンの出力電圧（熱電
対パターン３の熱電能（μV/℃）×熱電対の対数）が熱
電対出力端子33,34に生ずる。通常，数μＶの出力電圧
である。
外線は，赤外線フィルタ８を透過して赤外線吸収層６に
吸収され，赤外線吸収層６の温度が上昇する（温度上昇
ΔＴ℃）。中空穴４の空隙があるために，赤外線吸収層
６からの熱量は，有機フィルム２を通り，熱電対パター
ン３の中空穴内側に位置する温接点32部分に伝わり，そ
の部分の温度を上昇させる。一方，熱電対パターン３の
中空穴外側に位置する冷接点31は，絶縁性基板１の温度
に保たれており，ほぼ室温と等しく，赤外線入射による
温度上昇はほとんどない。従って，前記温接点32の温度
上昇分ΔＴ℃に基づく熱電対パターンの出力電圧（熱電
対パターン３の熱電能（μV/℃）×熱電対の対数）が熱
電対出力端子33,34に生ずる。通常，数μＶの出力電圧
である。
ここで，出力端子33,34からの出力電圧は，導体回路
パターンを通して，絶縁性基板１上に形成された増幅回
路へ入力され，かつ，温度検出素子71からの検出温度に
より，熱電対冷接点部31の温度補償を行なった出力電圧
が端子９に出力される。
パターンを通して，絶縁性基板１上に形成された増幅回
路へ入力され，かつ，温度検出素子71からの検出温度に
より，熱電対冷接点部31の温度補償を行なった出力電圧
が端子９に出力される。
即ち，本発明の実施例における回路一体型サーモパイ
ルには，従来にない下記特徴がある。
ルには，従来にない下記特徴がある。
絶縁性基板１上に，熱電対パターン形成の有機フィル
ム３と，処理回路とを搭載しており，従来の第５図のデ
ィスクリートの場合より格段に小型化される。又，熱電
対パターンの出力電圧を極力短い配線で増幅部に投入で
き，又，全体がケース10（通常金属ケース）にてシール
ドされるため従来第５図の場合より外乱ノイズの影響を
ほとんど受けないという特徴をもつ。
ム３と，処理回路とを搭載しており，従来の第５図のデ
ィスクリートの場合より格段に小型化される。又，熱電
対パターンの出力電圧を極力短い配線で増幅部に投入で
き，又，全体がケース10（通常金属ケース）にてシール
ドされるため従来第５図の場合より外乱ノイズの影響を
ほとんど受けないという特徴をもつ。
有機フィルム２の近傍に温度検出素子71を配置してい
るので，温度検出素子71の検出温度は，ほぼ熱電対パタ
ーン３の冷接点31の温度とほぼ等しく，従来のように温
度差をもつという欠点がなくなり，精度のよい赤外線検
出が可能である。
るので，温度検出素子71の検出温度は，ほぼ熱電対パタ
ーン３の冷接点31の温度とほぼ等しく，従来のように温
度差をもつという欠点がなくなり，精度のよい赤外線検
出が可能である。
又本発明実施例では，絶縁性基板１の材質として，通
常一般に使われているアルミナと共に，さらに熱伝導が
数倍，高い値をもつ窒化アルミの使用も可能である。窒
化アルミを使用した場合は，熱伝導が高いことにより絶
縁性基板１の熱電対パターン３に対する冷接点31のヒー
トシンクとしての機能が向上し，冷接点31の温度が安定
化し，赤外線検出の精度がさらに向上する。
常一般に使われているアルミナと共に，さらに熱伝導が
数倍，高い値をもつ窒化アルミの使用も可能である。窒
化アルミを使用した場合は，熱伝導が高いことにより絶
縁性基板１の熱電対パターン３に対する冷接点31のヒー
トシンクとしての機能が向上し，冷接点31の温度が安定
化し，赤外線検出の精度がさらに向上する。
［発明の効果］ 以上本発明により，従来の欠点を改善して，サーモパ
イル素子と回路部分とを一体化して，従来よりも小型化
された，しかも冷接点温度補償の精度を改善した又，外
乱ノイズに対する誤動作を防止した回路一体型サーモパ
イルを提供できるものである。
イル素子と回路部分とを一体化して，従来よりも小型化
された，しかも冷接点温度補償の精度を改善した又，外
乱ノイズに対する誤動作を防止した回路一体型サーモパ
イルを提供できるものである。
第１図は本発明の実施例による回路一体型サーモパイル
の１実施例，第２図は第１図の側面図，第３図は第１図
の回路部のブロック図，第４図は従来のサーモパイルの
１例，第５図は従来のサーモパイルと回路との一体化の
例である。 １……絶縁性基板,2……有機フィルム,3……熱電対パタ
ーン,31……熱電対冷接点,32……電熱対温接点,33,34…
…熱電対パターン出力端子,4,11′……中空穴,5……導
体回路パターン,6……赤外線吸収層,7……回路部品,71
……温度検出素子,8……赤外線フィルタ,9……リード端
子,10……ケース,1′……ヒートシンク,2′……有機フ
ィルム,3′……熱電対パターン,31′……温接点,32′…
…冷接点,5′……赤外線吸収層,6′……金属ベース,7′
……キャップ,8′……赤外線フィルター,9,9″……リー
ド端子,10′……回路素子,101′……温度検出素子,11
1′……ディスクリート回路基板。
の１実施例，第２図は第１図の側面図，第３図は第１図
の回路部のブロック図，第４図は従来のサーモパイルの
１例，第５図は従来のサーモパイルと回路との一体化の
例である。 １……絶縁性基板,2……有機フィルム,3……熱電対パタ
ーン,31……熱電対冷接点,32……電熱対温接点,33,34…
…熱電対パターン出力端子,4,11′……中空穴,5……導
体回路パターン,6……赤外線吸収層,7……回路部品,71
……温度検出素子,8……赤外線フィルタ,9……リード端
子,10……ケース,1′……ヒートシンク,2′……有機フ
ィルム,3′……熱電対パターン,31′……温接点,32′…
…冷接点,5′……赤外線吸収層,6′……金属ベース,7′
……キャップ,8′……赤外線フィルター,9,9″……リー
ド端子,10′……回路素子,101′……温度検出素子,11
1′……ディスクリート回路基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−138429（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−131524（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−47526（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−138740（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−175883（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01J 5/00 - 5/18
Claims (5)
- 【請求項１】中空穴を穿設した絶縁性基板と，該絶縁性
基板上に設けられた導体回路パターンと，該導体回路パ
ターンと電気的に接続された熱電対パターンを形成した
有機フィルムと，外部より照射される赤外線を受け，前
記中空穴と対応した位置で前記有機フィルム上に設けら
れた赤外線吸収層とを有し， 前記熱電対パターンは，前記中空穴内側に位置して前記
赤外線吸収層と熱的に接続される温接点部と，前記中空
穴外側に位置して前記絶縁性基板と熱的に接続される冷
接点部とを有し， 前記導体回路パターンは，前記温接点部と前記冷接点部
との温度差に基づく出力電圧を増幅処理して，前記赤外
線吸収層に照射される赤外線温度を検出する回路素子を
有することを特徴とするサーモパイル。 - 【請求項２】第１請求項記載のサーモパイルにおいて，
前記絶縁性基板を，アルミナ又は窒化アルミナより構成
し，前記冷接点部に対するヒートシンク機能を設けたこ
とを特徴とするサーモパイル。 - 【請求項３】第１又は第２請求項記載のサーモパイルに
おいて，前記有機フィルムは，前記絶縁性基板側の面に
前記熱電対パターンを形成し，前記絶縁性基板側と反対
側の面に前記赤外線吸収層を設けたことを特徴とするサ
ーモパイル。 - 【請求項４】第１〜第３請求項記載のいづれかのサーモ
パイルにおいて，前記冷接点部に対する温度補償用の温
度検出素子を，前記絶縁性基板上で前記有機フィルムの
周辺近傍に配したことを特徴とするサーモパイル。 - 【請求項５】第１〜第４請求項記載のいづれかのサーモ
パイルにおいて，前記赤外線吸収層と対応した赤外線の
みを実質的に通過させる赤外線フィルタを有する金属ケ
ースで，前記絶縁性基板と，前記導体回路パターンと，
前記有機フィルムと，及び前記赤外線吸収層とを一体に
シールドしたことを特徴とするサーモパイル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1231747A JP2906154B2 (ja) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | サーモパイル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1231747A JP2906154B2 (ja) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | サーモパイル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0395422A JPH0395422A (ja) | 1991-04-19 |
| JP2906154B2 true JP2906154B2 (ja) | 1999-06-14 |
Family
ID=16928409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1231747A Expired - Fee Related JP2906154B2 (ja) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | サーモパイル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2906154B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010145344A (ja) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Nippon Ceramic Co Ltd | 小型サーモパイル型赤外線検出装置 |
| KR101954893B1 (ko) * | 2018-06-14 | 2019-03-08 | 에이에스티엔지니어링(주) | 리플로 타입 온도 측정장치 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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