JPH0266416A

JPH0266416A - サーモパイル

Info

Publication number: JPH0266416A
Application number: JP21805088A
Authority: JP
Inventors: Takao Hattori; 隆雄服部; Mizuya Hoshikawa; 星川　水哉; Tatsuya Tsuda; 達也津田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Audio Video Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Priority date: 1988-08-31
Filing date: 1988-08-31
Publication date: 1990-03-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的コ（産業上の利用分野）この発明は、例えば赤外線検出器として用いられるサー
モパイルに関する。

（従来の技術）熱電特性が異なる２種の金属または半導体を接合しこれ
らの接合点に温度差を与えると起電力を生じる結果（３
ｅｅｂｅｃｋ効果）を利用したものに、赤外線検出用の
り一モカツプルがある。第９図（ａ　）は、このような
ナーモカツプルを多数直列に接続して大きな起電力を得
るようにしたサーモパイルを示している。

図中１２は基板上に形成されたパターン支持薄膜、１３
．１４はこのパターン支持薄膜１２上に例えばフォトエ
ツチングの技術を用いて形成された第１．第２の熱電材
料膜で、図示するように互いに直列となるように接続さ
れている。これら第１、第２の熱電材料膜１３．１４は
、サーモカップル１５を構成している。

以上のようなサーモパイルでは、各サーモカップル１５
の温接合部ａを入射光によって温め、冷接合部すとの間
に生じた温度差による起電力を測定して赤外線を検出す
るものである。このとき、各サーモカップルの温接合部
ａと冷接合部すの温度差を大きくする程、高感度の）ナ
ーモパイルが得られる。このために、サーモパイル素子
は第９図（ｂ）に示すようにキャン１６内に取付けられ
て使用される。このキャン１６にはサーモパイル素子の
受光部１８の真上に当る部分に一定波長以上の赤外線の
みを透過するフィルタ１７が設けられている。そしてこ
のフィルタ１７を透過した赤外線（同図中の入射光Ｂｉ
は基板１２上の、赤外線吸収率の大きい受光部１８を照
射し、吸収される。この結果受光部１８は温度上昇をお
こし、近接して配列した温接合部ａを温める。このよう
にして冷接合部すとの温度差を大きくしようとしていた
。

（発明が解決しようとする課題）ところが従来のサーモパイルにあっては、第９図（ｂ　
）における入射光Ｂ′のような赤外光だけであれば温接
合部のみが温められ、冷接合部との温度差が大きくなる
が、実際にはフィルタに対し浅い角度で入射する赤外光
（入射光Ａ′）がある。この光は受光部を照射せず直接
冷接合部を照射し温めてしまうため、結果として温接合
部と冷接合部との温度差を小さくしてしまい、測定感度
を低くしていた。これは従来のサーモパイルが平面構造
を有しているためである。

このような欠点を解決するために、凹面鏡やオプティカ
ルコーン等の鏡面集中器を用いてその焦点部分に受光部
を配置し入射光を出来るだけ受光部に集光させるように
した工夫もなされている（特開昭５７−１０４８２７号
）。しかし、この場合にあっても入射光の一部が冷接合
部にも入射し温接合部と冷接合部間の温度差をとりにく
いものとしていた。この場合もサーモパイルが平面構造
を有しているためである。このため濡−冷接合部間の温
度差をできるだけ大きくとることができるような改善が
望まれていた。

この発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とし
ては、高感度のサーモパイルを提供することにある［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明は、被測定光の入射方
向に断面が向くように配置され、側面に異なる２種の熱
電材料膜が相互に直列結合して形成されている筒状基体
を有し、この熱電材料膜の接合部が筒状基体における被
測定光の入射側端を温接合部として、また筒状基体にお
ける当該入射側端の反対側端を冷接合部としてそれぞれ
形成されているサーモパイルであって、前記筒状基体の
側面外周に冷接合部への赤外線の入射を遮る遮断手段を
具備することを要旨とする。

また、本発明は、被測定光の入射方向に断面が向くよう
に配置され、側面に異なる２種の熱電材料膜が相互に直
列結合して形成されている筒状基体を有し、この熱電材
料膜の接合部が筒状基体における被測定光の入射側端を
温接合部として、また筒状基体における当該入射側端の
反対側端を冷接合部としてそれぞれ形成されているサー
モパイルであって、前記筒状基体の内部に受光部からの
二次輻射赤外線の冷接合部への入射を遮る遮断手段を具
備することを要旨とする。

（作用）本発明のサーモパイルにあっては、筒状基体における受
光部側から冷接合部への赤外線を遮る遮断手段を該筒状
基体の側面外周あるいは内部に備えることにより、主と
して入射赤外線や受光部からの二次輻射赤外線が冷接合
部に至ることを確実に防止せんとしている。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図（ａ　）は、本発明の一実施例に係るサーモパイ
ルの実装断面構造を示す図であり、第１図（ｂ）はサー
モパイル素子の斜視図である。まず、第１図（ｂ）中、
１は円筒の形状を有した基体４上に形成したパターン支
持薄膜である。２はこのパターン支持７Ｉｉ膜１上に形
成された第１の熱電材料膜であり、３は同様に形成され
た第２の熱電材料膜である。これら第１および第２の熱
電材料膜２および３は、例えば３ｉおよびｓｂなどをそ
れぞれ材料とし、メタルマスク法またはフォトマスク法
と組合せた真空蒸着、スパッタリング法などで形成され
る。このようにして形成される第１および第２の熱電材
料膜２および３を用いて基体４の長手方向に互いに延設
形成され、それぞれの接合部が基体４の両端に位置する
ように形成して、入射光側の温接合部ａとして働き、反
対側は冷接合部すとして働くようにサーモカップルパタ
ーンを形成したものである。５は黒化処理を施した良熱
伝導性キャップを円筒状基体４の上部にかしめて接合し
、入射した赤外光を受光する受光部である。６はボンデ
ィングワイヤであり、リード線ターミナル７を介し発生
した熱起電力を外部へ取り出すものである。

以上のような構成を有するサーモパイル素子をステム１
８上に配備し入射光を制限するためのキャン１０内に第
１図（ａ　）に示すように取り付けて使用に供する。こ
のキャン１０は円筒状の形状を有し、サーモパイル素子
の受光部真上にあたる部分にはカットオン波長６．０μ
ｍのフィルタ１１を設けである。また、基体４の略中央
側面の外周には、片面がアルミニウム（Ａ１）で蒸着さ
れた遮断手段を構成する高分子フィルム８が設けられて
いる。

第１図（ａ　）においてサーモパイルに照射された入射
光のうち６．０μｍ以上の赤外光がフィルタ１１を透過
し、受光部５に吸収されて熱に変換される。これにより
受光部５側に配置されたサーモカップルの温接合部ａの
温度を上昇させる。

一方、冷接合部すについては、受光部５より隔てられた
ところに配置されているため温度上昇は原則として無い
はずであるが、実際には、受光部５の温度上昇に伴う二
次輻射赤外線（第１図（ａ）における符号Ｗで表示）や
入射角度の浅い一次赤外線（第１図（ａ　）における符
号りで表示）に晒されるおそれがある。しかし、高分子
フィルム８の存在により、これらの赤外線が冷接合部す
に至らずに遮られるため、冷接合部すの温度上昇はない
。

したがって上記本実施例では、温接合部ａと冷接合部す
どの間に十分な温度差が生じ、サーモパイル全体として
安定した大きな熱起電力が得られる。

なお、本実施例では、遮断手段として高分子フィルム８
を用いているが、これに限定されず、他に例えば第２図
および第３図に示す如く、基体４の側面周囲とキャン１
０との間にそれぞれ１００メツシユ程度以下の酸化アル
ミニウム粉２１を充填したり、パターン支持薄膜１の外
壁面の径よりも０．１１ｍ程度大きな内径を有する酸化
アルミニウムまたはアクリル樹ＮＦｊのバイブ２３を設
置するようにしてもよい。ここでパイプ２３を設置する
場合、パイプの内径が円筒状のパターン支持薄膜１の外
径と等しく両者が密着するようにしてもよい。

第１表は、第１図（ａ　）に示したサーモパイルにおい
て高分子フィルム８が無い場合を比較例とし°て、第１
図（ａ　）の場合（実施例Ａ）、第２図の場合（実施例
Ｂ）、第３図においてパターン支持膜１より大きい内径
を有する酸化アルミニウムのパイプを用いた場合（実施
例Ｃ）、第３図においてアクリル樹脂製のバイブを用い
た場合（実施例Ｄ）、第３図においてパターン支持膜１
の外径と等しい酸化アルミニウムのバイブを用いた場合
（実施例Ｅ）の赤外線源温度５０℃における実測値を示
したものである。

（以下余白）この表から明らかなように、実施例Ａ乃至実施例Ｅはい
ずれも比較例に比べて温接合部ａと冷接合部すとの間の
温度差を大きく取れることがわかる。特に、実施例Ｅに
おいてはパターン支持薄膜１に空気よりも熱伝導率の高
い材料を密着させているのにもかかわらず温−冷接合部
間の温度差を比較例よりも大きく取れるのは、受光部５
からの二次輻射および入射角度の浅い一次入射赤外線の
冷接合部すへの到達を遮ることの重要性を示唆するもの
である。

次に、第４図乃至第７図は本発明の第２の実施例に係る
サーモパイルの実装断面構造を示す図である。これらの
サーモパイルの特徴としては、受光部５の温度上昇に伴
なう基体４内側に発生する二次輻射赤外線が冷接合部す
に至るのを防止するべく基体４の内部に赤外線の遮断手
段を設けたことにある。

すなわち、第４図のサーモパイルにあっては、基体４の
内側路中央付近に片面がアルミニウム（Ａ１）で蒸着さ
れた高分子フィルム２５を受光部５と平行に設けている
（実施例Ｇ）。第５図および第６図のサーモパイルにあ
っては、基体４の内壁面に肉厚１．０ｍｌｌ１程度のそ
れぞれアクリルパイプ２６および酸化アルミニウムパイ
プ２７を密着固定したものである（実施例Ｈおよび１）
。第７図のサーモパイルにあっては、基体４内部を１０
０メツシユ程度以下の酸化アルミニウム粉２８を充填し
たものである（実施例Ｊ）。

なお、基体４の内部に遮断手段を設けずに、例えばパタ
ーン支持ｐＡ１を第８図に示す如く渦巻状とし、その最
外面のみに熱電材膜パターンを形成してもよい（実施例
Ｋ）。

したがって、本実施例にあっても温接合部ａと冷接合部
すとの間に十分な温度差が生じ、サーモパイル全体とし
て安定した大きな熱起電力が得られる。

第２表は、第４図に示したサーモパイルにおいて高分子
フィルム２５が無い場合を比較例として、赤外線ｍ温度
５０℃における上述した実施例Ｇ乃至実施例にの実測値
を示したものである。

この表から明らかなように、いずれの実施例も受光部５
から放射される二次輻射赤外線が冷接合部すに直接到達
するのを妨げることにより、比較例よりも温−冷接合部
間の温度差を大きくとれることを示している。特に、実
施例１１〜Ｊにおいてはパターン支持薄膜１に空気より
も熱伝導率の大きい材料を密着させているのにもかかわ
らず渇−冷接合部間の温度差を比較例よりも大きく取る
ことができるのは、受光部５からの二次輻射の冷接合部
すへの入射を遮ぎることの重要性を示唆するものである
。

なお、前述した各実施例における遮断手段の構成、材料
等はこれに限定されるものではないことはもちろんであ
る。

［発明の効果１以上説明したように、本発明によれば、筒状基体におけ
る受光部側から冷接合部への赤外線を遮る遮断手段を該
筒状基体の側面外周あるいは内部に備えることにより、
主として入射赤外線や受光部からの二次輻射赤外線が冷
接合部に至ることを確実に防止せんとしたので、高感度
のサーモパイルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図、第２図乃至第
３図は第１の実施例の変形例を示す図、第４図乃至第７
図は本発明の第２の実施例を示す図、第８図は第２の実
施例の変形例を示す図、第９図は従来例を示１図である
。１・・・パターン支持薄膜　２・・・第１の熱電材料膜
３・・・第２の熱電材料膜　４・・・基体５・・・受光
部　　　　　　６・・・ボンディングワイヤ７・・・リ
ード線ターミナル８・・・高分子フィルム　　１０・・・キャン１１・・
・フィルタ２１・・・酸化アルミニウム粉２３・・・パイプ　　　　　２５・・・高分子フィルム
２６・・・アクリルパイプ２７・・・酸化アルミニウムパイプ２８・・・酸化アルミニウム粉

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被測定光の入射方向に断面が向くように配置され
、側面に異なる２種の熱電材料膜が相互に直列結合して
形成されている筒状基体を有し、この熱電材料膜の接合
部が筒状基体における被測定光の入射側端を温接合部と
して、また筒状基体における当該入射側端の反対側端を
冷接合部としてそれぞれ形成されているサーモパイルで
あつて、前記筒状基体の側面外周に冷接合部への赤外線
の入射を遮る遮断手段を具備することを特徴とするサー
モパイル。
（２）被測定光の入射方向に断面が向くように配置され
、側面に異なる２種の熱電材料膜が相互に直列結合して
形成されている筒状基体を有し、この熱電材料膜の接合
部が筒状基体における被測定光の入射側端を温接合部と
して、また筒状基体における当該入射側端の反対側端を
冷接合部としてそれぞれ形成されているサーモパイルで
あって、前記筒状基体の内部に受光部からの二次輻射赤
外線の冷接合部への入射を遮る遮断手段を具備すること
を特徴とするサーモパイル。