JP3079353U - 放射温度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の方式では、サーモパイルと光学ミラーの
組合せにより、検出温度領域を形成していたが、サーモ
パイルの受光電極サイズ、焦点距離の制約により、検出
温度領域サイズに限界があった。 【解決手段】光学ミラーのセグメント数を増やす事によ
り、単一の受光電極に於ける検出温度領域を広域化さ
せ、多素子のサーモパイルを用いた場合は、未温度検出
温度領域を少なくする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、対象目的の放射温度を検出し、その検出温度により、調理器、冷暖 房空調機器、冷蔵庫等の家庭電化製品に搭載され、これら家電製品の性能の制御 に用いられる放射温度検出装置の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、サーモパイルと光学ミラーを使用して、対象検出領域の放射温度を非接 触で温度検出する場合、単一の受光電極を有するサーモパイルの受光電極サイズ と単一のセグメントを有するミラーとサーモパイルの受光電極までの焦点距離の 関係にて、対象検出領域の大きさが決定される。一般的にサーモパイルの受光電 極サイズは、一辺１ｍｍ前後と云う小さな四角形で構成されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

昨今、一般家庭で使用される調理器、冷暖房空調機器、冷蔵庫等の家庭電化製 品の温度計測による製品の制御機能を具備した温度計測手法は、従来、サーミス タを用いた接触型の温度測定手法や温度計測目的の近傍温度を測定し、目的物の 温度を換算算出する手法から、非接触で目的物の温度を検出する放射型の温度検 出方式が主流となる傾向にある。これらの家庭電化製品の温度計測する領域は、 各家庭電化製品や制御目的により、スポット型から広領域型まで、多種多様であ る。こららの放射型の温度検出には、前記の従来技術に記した単一の受光電極を 有するサーモパイルの受光電極サイズと単一のセグメントを有するミラーを具備 した放射温度検出装置が用いられる。しかしながら従来の技術では、スポット型 の温度検出領域は実現しても、広領域型の場合は、光学系を用いる事なく機構的 制限により視野と限定するか、検出温度領域サイズを決める焦点距離を短くする 必要がある。光学系を使用しない場合は、集光性に欠け十分な感度が得られにく い。また、ミラーの場合は、その焦点距離にも物理的な限界値がある。この限界 値により、温度検出領域サイズの大きさも自ずと決定され、より広い領域の放射 温度検出領域を作り出す場合に、サーモパイルの受光電極サイズや焦点距離に制 約を受けてしまうと云う問題点があった。実際に図７の様に、サーモパイル受光 電極０．７ｍｍ＊０．７ｍｍの場合、実現性のある最小焦点距離５ｍｍで構成し た場合、開口角度８度の領域が限界値となる。

【０００４】 これらを回避する為に、サーモパイルの受光電極サイズ自身をより大きくする 事で、検出領域を広角に設定できるが、１ウエハーからの取れ数、及び、歩留ま りにおいて、いちがいにサーモパイルの受光電極を大きくする事は、自ずとサー モパイル自身の原価アップにつながり、結果として高価な放射温度検出装置とな ってしまい産業的価値が薄れる。また、多素子のサーモパイルを使用した場合は 、多素子のサーモパイルの個々の受光電極間ギャップに比例した検出領域間に未 検出領域が発生すると云う問題があった。

【０００５】 本考案は、こらら受光電極サイズの小さなサーモパイルを使用しても、広い領 域の温度検出領域を実現させる事ができる放射温度検出装置を提供するものであ る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案は、より広い温度検出領域が求められる際に、サーモパイルの受光電極 のサイズの制約を受けると云う課題を解決する為に、図１の様に、非接触方式で 広範囲な温度検出対象領域の放射温度を検出する放射温度検出装置の赤外線セン サ部をサーモパイル、光学部をミラーとした放射温度検出装置に於いて、サーモ パイルの受光電極数を１、セグメント数を２〜１８を有する光学ミラーを具備し た事を特徴とした放射温度検出装置である。

【０００７】 更に、温度検出領域が単一領域ではなく、複数の温度検出領域を有し、それぞ れ独立した温度検出領域の放射温度検出を行い、これらを搭載して家庭電化製品 の機能制御に用いられる場合は、前記と同様の光学セグメント数を２〜１８を有 する光学ミラーとサーモパイルの受光電極数を２〜４とする事で、広領域、且つ 未検出領域の少ない独立温度検出性能を持つ事を特徴とした放射温度検出装置で 可能となる。

【０００８】

【考案の実施の形態】

本考案は、図４の様に、非接触方式で広範囲な温度検出対象領域の放射温度を 検出する放射温度検出装置の赤外線センサ部をサーモパイル、光学部をミラーと した放射温度検出装置に於いて、サーモパイルの受光電極数を１、セグメント数 を２〜１８を有する光学ミラーを具備した事で、広範囲な温度検出領域の実現で きる。

【０００９】 更に、複数、且つ、広範囲な温度検出領域を必要とする場合は、前記と同様の 光学セグメント数を２〜１８を有する光学ミラーと、サーモパイルの受光電極数 を２〜４とする事で、広領域、且つ、未検出領域の少ない独立温度検出性能を持 つ放射温度検出装置が実現できる。

【００１０】

【実施例】

図１に本考案の放射温度検出装置の配線基板に実装された単一の受光電極を内 蔵したサーモパイルとミラータイプの光学系具備した構成図を示す。図２には、 複数、且つ、広範囲な温度検出領域を持つ放射温度検出装置の構成図を示す。

【００１１】 抵抗、コンデンサ、オペアンプ等の電子部品を実装し増幅回路が形成された配 線基板には、温度検出用の赤外線センサとなる単一の受光電極（０．７ｍｍ＊０ ．７ｍｍ）を有するサーモパイルが実装される。（図１では、図が煩雑となる為 こららの電子部品や配線パターンは割愛した）サーモパイルの実装面には、６つ のセグメント数を持つ光学ミラーを準備した。

【００１２】 この様にして作られた放射温度検出装置の光学ミラー部は、６つのセグメント により構成され、サーモパイルと光学ミラーより、形成される温度検出領域は、 このミラーの光学設計により、図３の様な温度検出領域を作り出す事が可能とな る。図４は、理解しやすい様に、光軸ラインのみを記述した。サーモパイルの単 一受光電極からミラーのセグメントａを介し、温度検出領域Ａへ、セグメントｂ を介し、温度検出領域Ｂへ、と云う様に、セグメントｃが温度検出領域Ｃへ、ｄ がＤへ、ｅがＥへ、ｆがＦへとなり、単一の受光電極を持つサーモパイルが、光 学ミラーの６つのセグメントａ〜ｆにより、温度検出領域Ａ〜Ｆを形成出来る事 が可能となる。この温度検出領域Ａ〜Ｆを総和したものが、この放射温度検出装 置の温度検出領域として機能する。従来と本考案との差を分かり易く図示する為 に図５を引用する。図５の様に、従来技術の単一の受光電極を有するサーモパイ ルと単一のセグメントを持つ光学ミラーであれば、そのサーモパイルの受光電極 の小ささにより、焦点距離５ｍｍの場合、温度検出領域として形成される水平垂 直の開口角度は、８度が限界数値だったのに対し、本考案の６つのセグメントを 有する光学ミラーと組み合わせた場合は、水平開口角度２３度、垂直開口角度３ ８度となり、従来技術に対し広角となり、温度検出領域面積比で、約６倍の大き さを実現出来る事を確認した。

【００１３】 更に、温度検出領域が３つで、それぞれの温度検出領域は独立して、且つ、未 検出領域の少ない温度検出し、家庭電化製品の制御目的で放射温度検出装置を搭 載したいと云う要望に対し、図１に使用したものと同一の６つのセグメントを有 する光学ミラーを用いて、サーモパイルの受光電極数が３つのものと組み合わた 放射温度検出装置を作ってみた。その結果、図２の様な構成となり、この放射温 度検出装置から得られる温度検出領域は、図７の通りとなる。サーモパイル受光 電極１は、光学ミラーの６つのセグメントａ〜ｆをそれぞれ介して、６つの温度 検出領域１Ａ〜１Ｆを形成し、すなわちサーモパイル受光電極１のトータル温度 検出領域が形成される。同様に、受光電極２は、セグメントａ〜ｆを介して、温 度検出領域２Ａ〜２Ｆを形成、受光電極３は、セグメントａ〜ｆを介して、温度 検出領域３Ａ〜３Ｆを形成出来る事を確認し、個々の検出領域が近接し、未検出 領域の小さい放射温度検出装置が出来る事を確認した。

【００１４】 更に、本考案の技術を応用して、単一のサーモパイルを搭載し、光学ミラーの セグメント数は、２〜１８の範囲で各種検証を行ったが、上記の実施例と同様に 、広域、且つ、未検出領域の小さい温度検出領域を実現する事を確認した。

【００１５】 また、サーモパイル側の受光電極数については、一般に安価に製造する事が可 能なＴＯ−５パッケージ内に収まる２〜４の受光電極数の場合に於いて、検証を 行い、上記の独立の温度検出領域で得られた性能と同様な効果を確認できた。

【００１６】

【考案の効果】

本考案の様に、非接触方式で広範囲な温度検出対象領域の放射温度を検出する 放射温度検出装置の赤外線センサ部をサーモパイル、光学部をミラーとした放射 温度検出装置に於いて、サーモパイルの受光電極数を１、セグメント数を２〜１ ８を有する光学ミラーを具備した事で、広範囲な温度検出領域の実現でき、更に 、複数、且つ、広範囲な温度検出領域を必要とする場合は、前記と同様の光学セ グメント数を２〜１８を有する光学ミラーと、サーモパイルの受光電極数を２〜 ４とする事で、広領域、且つ、未検出領域の少ない独立温度検出性能を持つ放射 温度検出装置が実現でき、広い温度検出領域が必要な場合に於いて、半導体プロ セス等に高額な費用を費やして、原価が高価となるサーモパイル受光電極サイズ を作製・準備しなくともこの考案により、広い検出領域を有する温度検出装置を 実現出来る効果がある。 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】本考案の光学ミラーを用い、単一素子サーモパ
イルを搭載した放射温度検出装置の概略構造図。

【図２】本考案の光学ミラーを用い、３素子サーモパイ
ルを搭載した放射温度検出装置の概略構造図。

【図３】本考案の光学ミラー及び、単一の受光電極内蔵
サーモパイルを搭載した、放射温度検出装置にて形成さ
れる温度検出領域。

【図４】本考案のミラー及び、単一素子サーモパイルを
搭載した、放射温度検出装置にて形成される各セグメン
ト毎の光軸ライン。

【図５】本考案及び従来の光学ミラーに於ける温度検出
領域。

【図６】本考案の光学ミラーを用い、３素子サーモパイ
ルを搭載した放射温度検出装置の温度検出領域。

【図７】従来の技術に於ける光学ミラーを使用した限界
検出開口角度。

【符号の説明】

１ 本考案のミラー ２ 単一受光電極内蔵サーモパイル ３ 配線基板 ４ セグメント ５ 受光電極 ６ ３素子受光電極内蔵サーモパイル ７ ３素子サーモパイル受光電極１ ８ ３素子サーモパイル受光電極２ ９ ３素子サーモパイル受光電極３ １０ 温度検出領域 １１ 各セグメント毎の光軸ライン １２ 従来のミラー １３ 従来のミラーに於ける温度検出領域 １４ 本考案のミラーに於ける統合温度検出領域 １５ 焦点距離

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】非接触方式で使用される赤外線センサをサ
   ーモパイル、また光学部にミラーを使用し、広範囲な温
   度検出対象領域の放射温度を検出する放射温度検出装置
   に於いて、サーモパイルの受光電極数を１、セグメント
   数を２〜１８を有する光学ミラーを具備した事を特徴と
   する放射温度検出装置。
2. 【請求項２】請求項１の放射温度検出装置のサーモパイ
   ルの受光電極数を２〜４とし、広範囲で未検出領域の少
   ない温度検出領域を持つ事を特徴した放射温度検出装
   置。