JP3069243U - 放射温度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の検出方式では、調理器内に置かれる食品
の位置，大きさにより、食品温度の計測信頼性が劣る事
があった為、計測信頼性を向上させる焦電型赤外線セン
サと光学系を具備した放射温度検出装置がが必要であっ
た。 【解決手段】４つの補償シングル型受光電極を１つのパ
ッケージ内に収めた焦電型赤外線センサと単一の光軸を
有する光学系２つを組み合わせ、４つの温度検出領域を
有する放射温度検出装置とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、食品の温度を検出し、調理温度を制御する機能を具備した調理器に 搭載する放射温度検出装置の手法、構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、食品の温度を検出し、調理温度を制御する機能を具備した調理器に搭載 する放射温度検出装置の方法としては、図６に示す様に補償シングル型の焦電型 赤外線センサ１つと、単一の光軸を有する光学系１つを利用して、調理器内の中 心に置かれる食品の温度を検出し、調理温度の制御を行う手法が用いられる。 この調理器内に置かれた食品の温度を検出する領域は、補償シングル型の焦電 型赤外線センサの受光電極の大きさと、この受光電極からフレネルレンズ等の光 学系との焦点距離により放射温度検出領域が決められる。 検知領域内に置かれた食品より発せられる赤外線は、フレネルレンズ等の光学 系を通して、焦電型赤外線センサへ集光させ、焦電型赤外線センサは赤外線エネ ルギーの変化に応じて電気信号を出力する。周知の事だが、焦電型赤外線センサ は、温度変化を検知するものである。この為、同一温度の食品を連続的に見たり 、緩やかな温度変化の食品を見た場合、出力信号が得られなくなる。従って、焦 電型赤外線センサの検出領域に温度変化を持たせる為に、焦電型赤外線センサ自 身と同一温度環境で、且つ食品から光学系の光軸光路間に、シャッターやチョッ パ等を具備させ食品より発せられる赤外線エネルギー変化を正確検出する手法が 用いられる。この手法により、食品から得られる赤外線エネルギーの大きさ（食 品温度の高低）を電気信号の大小として出力し、以降のオペアンプ等の増幅回路 で増幅され、マイコン等により信号出力を検出温度に変換計算され、調理器の調 理温度制御部にて目的の食品温度になる様に調理される。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

調理器内に置かれる食品の位置が図６の様に、検出領域内の中央に置かれれば 調理される食品の温度を正確に検出する事が可能である。 ところが、図７の様に一般家庭の実使用に於いて調理される食品は、必ずしも 検出領域内に置かれる保証はない。又、図８の様に食品の大きさが検出領域より も大きい事も十分考えられる。 図７にて調理される場合、放射温度検出装置は、検出領域内の温度を読みとる 為、調理器内のターンテーブルを検出して、そのターンテーブルの温度が、目的 の設定温度となるよう温度制御されてしまい、食品温度が目的の温度に調理され ない。 又、図８の場合は、検出領域の食品部分のみ目的の温度となるが、検出領域外 の食品部分は、目的温度より外れ、正確な食品調理が行われたと云えない。 この様に調理器内に置かれる食品の位置や、大きさによる調理温度の不正確さ を回避する為に、図９の様に受光電極を大きくしたり、焦点距離を短くして温度 検出領域を調理器内のターンテーブル上の回転軸から半分全面に広げる事も可能 である。この場合ターンテーブルは一定の回転スピードで回転するため、この回 転スピードとチョッパースピードを計算する事で温度検出のアルゴリズムを組み 、回転軸から半分の領域を検出すれば、ターンテーブル全体の温度検出を行って いるのと同じになるといえる。だが、逆に小さい食品が置かれると赤外線エネル ギー量としては小さくなり、調理温度の確度が落ちたり、調理時間が過剰に掛か ったりする。 これらの問題を回避する為に、図１０の様に補償シングル型の焦電型赤外線セ ンサと光学系を２つ以上（図１０の場合は、４つとした）に増やし、それぞれ独 立した温度検出機能を持たせることで、温度検出領域を細分化し、より確度の高 い温度検出を行う事が可能と云える。しかし、この場合、正確な温度検出が出来 ても、補償シングル型の焦電型赤外線センサと光学系がそれぞれ独立するため、 ４つ必要となる。これにより、それぞれの部品の点数、コスト、組立する場合の 作業工賃等、調理器としてのコストアップを後押し、放射温度検出装置自身の形 状も大きくなることで設置スペースの確保が必要となる。これに対し、光学系の 数を４つの独立ではなく、単一の光軸を持つ光学系１つで同一の温度検出領域を 満たそうとした場合、調理器の調理庫の大きさから算出される現実的な焦点距離 では、受光電極の大きさからくる検出領域のデフォーカス、ボケが起こり、正確 な温度検出が出来ない。 又、これらを対策する為に、補償シングル受光電極を独立した焦電型赤外線セ ンサではなく、１つのパッケージ内（例えば、１２．５ｍｍ角のフラットパッケ ージ）に収めて、且つ、単一の光軸を有する光学系４つを一体化させた光学部を 組み合わせる事で上記の課題を解決することも可能かと思われたが、今度は逆に 、１つの光学系の面積が小さくなりすぎて、十分な赤外線エネルギーを集光させ る事が出来なくなり、温度計測の分解能が劣るデメリットを生み出す結果となっ てしまう。 本考案は、これら調理される食品の位置、大きさ等様々な実使用条件での調理 温度の正確性を追求し、且つコンパクトで、安価な放射温度検出装置を具備した 調理器を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本考案は、前述の課題を解決するために図１の様に、４つの補償シングル型受 光電極を１つのパッケージ内に収めた焦電型赤外線センサと、単一の光軸を有す る光学系２つを組み合わせ、４つの温度検出領域を有することを特徴とする放射 温度検出装置である。

【０００５】

【考案の実施の形態】

本考案は、前述の様に、４つの補償シングル型受光電極を１つのパッケージ内 に収めた焦電型赤外線センサと、単一の光軸を有する光学系２つを組み合わせ、 ４つの温度検出領域を有することで、調理器内のターンテーブル上に置かれる食 品の位置、大きさにより、食品温度の検出の正確性を損なう事なく、部品点数自 身も必要最低限に抑え、部品のコスト、組立作業工賃の低減を図り、且つ安価な 放射温度検出装置を作る事が出来る。

【０００６】

【実施例】

図１に本考案の放射温度検出装置から温度検出領域の概略の構成図を示す。図 ２には、本考案の焦電型赤外線センサの外観形状図、図３には、本考案の焦電型 赤外線センサの内部構造図を示す。図４、図５並びに図１１は、放射温度検出装 置部の詳細図を示す。以下にこれらの図にて本考案を具体的に述べる。 １２．５ｍｍ角型フラットパッケージの焦電型赤外線センサの中の、ガラスエ ポキシ等の配線基板の裏背面側には、ペースト状の半田をメタルスクリーンを用 いてスクリーン印刷等の技術により半田塗布され、半田塗布部分にチップ自動実 装機を用いてＦＥＴ、抵抗等の部品を実装し、リフロー炉にて半田付けされ、こ れらの部品は、電気的に接続し、機械的に固定される。 この様な工程を経た部品実装済の配線基板は、電源供給端子、出力端子、アー ス端子等の各端子を具備した金属製のステムと半田付け等の技術により、電気的 に接続、並びに機械的に支持固定される。 又、配線基板の表面には、焦電素子を支持する支持台を導電性の接着剤にて接 着固定され、この支持台の上に、蒸着等の技術により補償シングル受光部と温度 補償用の電極パターンが形成された焦電素子が同じく導電性接着剤にて接着固定 される。この場合の補償シングル型の焦電素子の受光電極は、φ１．３ｍｍ±０ ．０５ｍｍのサイズの仕様を実施例として挙げている。 この補償シングル型の焦電素子の実装位置は、補償シングル受光電極１と２の 各受光電極の最短距離０．４ｍｍ±０．１ｍｍとなるように実装し、同様に補償 シングル受光電極３と４についても０．４ｍｍ±０．１ｍｍの位置に実装されて いる。又、補償シングル受光電極２と３の各受光電極の最短距離は、１．０５ｍ ｍ±０．３ｍｍの位置に導電性接着剤を用いて接着固定される。 この様にして組み立てられた半完成品は、食品等より発せられる赤外線を透過 させるシリコン等のフィルターを窓部に接着された缶とかん合、溶接されて気密 に且つ固定されている。 １２．５ｍｍ角型フラットパッケージの焦電型赤外線センサは、放射温度検出 装置の配線基板に実装される。更にこの焦電型赤外線センサを包み込む様に、単 一の光軸を持ったフレネルレンズ等の光学系１と光学系２を具備した光学キャッ プが、放射温度検出装置の配線基板にフック等ではめ込み固定される。この場合 、補償シングル１と２は、光学系１に、補償シングル３と４は、光学系２に合致 する様に、組み合わされる。この実施例の焦点距離は、１０．４ｍｍ±０．４ｍ ｍで設計したものを例として挙げた。 この焦電型赤外線センサと光学系１と２を具備した光学キャップとの組み合わ せにより得られる温度検出領域は、焦電型赤外線センサの補償シングル１が温度 検出領域２、補償シングル２が温度検出領域１、補償シングル３が温度検出領域 ４、そして補償シングル４が温度検出領域３と云う様に、それぞれ独立した検出 領域を見ている。 光学キャップの外側には、食品温度の変化を正確に読み取る為に、焦電型赤外 線センサの自己温度と近似した温度のチョッパ−を設置し、食品温度とチョッパ ーを交互に見ることで、食品の温度変化を確実に読みとる。 これらの手法により得られた温度検出領域１、２、３、４は、調理器のターン テーブルの回転軸付近から調理器内の内壁にかけて、温度検出領域を４分割して いる。この検出領域により、調理器内のほぼ全領域の温度をそれぞれ独立して、 網羅する様設計されている。それぞれ独立した温度検出領域は、焦電型赤外線セ ンサの増幅回路も独立し、各回路から得られた信号出力は、以降のマイコンにて 温度出力に換算し、調理温度の制御部にて、調理温度を分析し、食品の温度が目 的温度になるよう制御される。 更にはこの考案には、より検出領域毎の正確な温度検出を達成する為に、以下 の手法が導入されている。焦電型赤外線センサの中央部は、より赤外線エネルギ ーが集まり易い為に、補償シングル２と３の実装間隔を広く取り、受光電極近傍 へ入射する赤外線によるクロストーク出力を回避させる。又、補償シングル２と ３の温度検出領域は、それぞれ１と４となる配光をさせている為、食品側の近接 した領域を見ない工夫がなされている。又、温度検出領域２と３は、食品側が近 接した領域を検知する事になるが、焦電型赤外線センサでは、それぞれ補償シン グル１と４に合致する為、受光電極側のクロストーク出力の心配がない。又、光 学系１と２の間には、赤外線の光路を遮断する為の赤外線遮蔽板を具備させ、光 学系１を通過して補償シングル３や４へ、光学系２を通過して補償シングル１や ２へ入射しない様に迷光防止策を具備させている。又、各補償シングル１、２、 ３、４は、それぞれ独立した焦電素子で作られている為、受光電極以外の焦電素 子上を伝達して起こるクロストーク出力も回避する設計としている。 この様な手法により作られた放射温度検出装置を調理器に組み込み、各種食品 の大きさ、位置等実使用で起こりうる環境での確認、検証を行った結果、従来の 手法に対して、食品を目的の温度に調理する正確性が向上した事が確認された。 又、光学系１と２をキャップ形状とする事で一体化し、補償シングル受光電極を １２．５ｍｍ角のフラットパッケージ内に収納する事で、部品点数は、従来型と 同じとし、本考案の様な４つの温度検出領域を実現する為に光学系とＴＯ−５型 の補償シングル型の焦電型赤外線センサをそれぞれ４つずつ用いる場合よりコン パクトとなり、放射温度検出装置部を組み立てる作業工賃も１／４で済み、食品 の温度検出の正確性を向上させ、なおかつ、コストアップを抑えた放射温度検出 装置を可能とした。 又、この実施例では、調理器の天井部から下方を検知領域とする手法だが、図 １２の様に調理器の縦方向のスペースに余裕がない場合、コントロールパネルの ある側面より、斜め下方を見る方式でも同様の効果がある事を確認した。

【０００７】

【考案の効果】

本考案により、調理器内に置かれる食品の位置、大きさがいかなる場合であっ ても、放射温度検出装置を、４つの補償シングル型受光電極を１つのパッケージ 内に収めた焦電型赤外線センサと、単一の光軸を有する光学系２つを組み合わせ 、４つの温度検出領域を有する放射温度検出装置とすることで、検出温度の正確 性を損なう事なく、コンパクト且つ安価な放射温度検出装置を搭載した調理器を 提供出来る効果がある。 これらに於いて本考案は、工業的に価値がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の放射温度検出装置から温度検出領域の
概略構造図。

【図２】本考案の放射温度検出装置に搭載する焦電型赤
外線センサの外観形状図。

【図３】本考案の放射温度検出装置に搭載する焦電型赤
外線センサの内部構造図。

【図４】本考案の放射温度検出装置の詳細図。

【図５】本考案の放射温度検出装置の詳細図。

【図６】従来の放射温度検出装置の温度計測構成図。

【図７】食品位置の置き位置例。

【図８】食品の大きさの例。

【図９】従来の放射温度検出装置のアイデア応用例。

【図１０】従来の放射温度検出装置のアイデア応用例。

【図１１】本考案の放射温度検出装置の詳細図。

【図１２】本考案の別の実施例。

【符号の説明】

１ 光学キャップ ２ 光学系１ ３ 光学系２ ４ １２．５ｍｍ角型フラットパッケージ焦電型赤外線
センサ ５ 補償シングル１ ６ 補償シングル２ ７ 補償シングル３ ８ 補償シングル４ ９ 温度検出領域１ １０ 温度検出領域２ １１ 温度検出領域３ １２ 温度検出領域４ １３ チョッパー １４ 増幅回路 １５ マイコン １６ 調理温度制御部 １７ ターンテーブル １８ ターンテーブル回転軸 １９ 調理器 ２０ フィルター ２１ 焦電素子 ２２ 支持台 ２３ 配線基板 ２４ 抵抗 ２５ ＦＥＴ ２６ ステム ２７ 補償シングル１の受光電極 ２８ 補償シングル１の温度補償用電極 ２９ 補償シングル２の受光電極 ３０ 補償シングル２の温度補償用電極 ３１ 補償シングル３の受光電極 ３２ 補償シングル３の温度補償用電極 ３３ 補償シングル４の受光電極 ３４ 補償シングル４の温度補償用電極 ３５ 赤外線遮蔽板 ３６ 放射温度検出装置の配線基板 ３７ 補償シングル型の焦電型赤外線センサ ３８ 焦点距離 ３９ 光学系 ４０ 温度検出領域 ４１ 皿 ４２ 食品 ４３ 大きさの大きい食品 ４４ 受光電極の大きい補償シングル型の焦電型赤外線
センサ ４５ 受光電極

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 食品の温度を検出し、調理温度を制御す
   る機能を具備した調理器に搭載する放射温度検出装置に
   於いて、４つの補償シングル型受光電極を１つのパッケ
   ージ内に収めた焦電型赤外線センサと、単一の光軸を有
   する光学系２つを組み合わせ、４つの温度検出領域を有
   することを特徴とする放射温度検出装置。