JPH0395422A - サーモパイル - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明へは、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。

［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′上にへは、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′の出力端子へは、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１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／
℃）Ｘ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。

３ ■リード端子９’　，９’からの出力電圧へは、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μ
Ｖ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。

■増幅回路を例加する方法としてへは、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戊を採るが，こ
の方法での回路基板の大きさとしてへは、通常，約３　
０　ｍｍ　Ｘ　５　０　ｍｍ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，特性面でへは、冷接点温度補償用の温度検出素子１
０１’　　（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ｆｆｉｌｌ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。

４ そこで　本発明の技術的課題へは、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ヲ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コ 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伝対パターンを形成
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，前記熱伝対パターンへ
は、前記赤外線吸収層と絶縁され．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へは
、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
アルミナより構或し，ＷｉＩ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１前記絶縁性基板
側の面に前記熱伝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，前記冷接点部に対する温度補償用の温
度検出素子を１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
。

即ち２本発明の回路一体型サーモパイルの構成へは、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
縁性基板にへは、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或とすることを特徴としている
。

［尖施例］ 第１図に本発明による回路一体型サーモバイルの１実施
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
質で形威されている。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），その一方の面にへは、熱電材料
ａ，及びｂを組合せて直列に配列させた７ 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
威され，又，熱電対パターンからの出力端子３３．３４
かフィルム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。

フィルムの固定方法は．周辺部を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
パターンとの接合へは、ハンダ付けによる方法をとる。

中空穴４の内径へは、通常，１．２〜１．５ｍｍφに設
定され，一方，熱電対温接点３２の配列の径へは、約１
　ｍｍφ，冷接点３１の配列の径へは、約３　＋ｎ＋＋
＋φに８ 設定されている。冷接点３１へは、絶縁性基板１の面と
接触しており，従って，冷接点３１の温度へは、ほほ，
絶縁性基板１の温度と同一となり，絶縁性基板１へは、
熱電対パターン３の冷接点３］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上にへは、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。

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へは、有機フィルム２の周辺部にほぼ近接した位
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へは、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。

被検出物体（発熱体あるいは人体等）から発生した赤外
線へは、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　’Ｃ　）。中空穴４の空隙があるために，赤外線
吸収層６からの熱量へは、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へは、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（μ
Ｖ／℃）Ｘ熱電対の対数）が熱電対出カ端子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，がっ，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。

■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。

■有機フィルム２の近傍に温度検出素子７コ．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の温度とほほ等しく，従来のよ
うに温度差をもつという欠点かなくなり，精度のよい赤
外線検出が可能である。

又本発明実施例でへは、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へは、１１ 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。

１２ 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，３
１′・・・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，１１１’　　・・ディスクリート回路基板。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による回路一体型サーモバイル
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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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伝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、 前記熱伝対パターンは、前記赤外線吸収層と絶縁され、
   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。 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。 ３）第１又は第２請求項記載のサーモパイルにおいて、
   前記有機フィルムへは、前記絶縁性基板側の面に前記熱
   伝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。 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。 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。