JPH0539467Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、物体から放射される電磁放射エネル
ギーを検出して、物体の存在や物体そのものの種
類や表面の温度を非接触で知るために利用される
サーモパイル検出器に関するものである。

［従来の技術］ 電磁放射エネルギーを検出するためのサーモパ
イル検出器としては、従来絶縁基板上にサーモカ
ツプルを多数形成し、これらのサーモカツプルを
電気信号出力が増加するように直列に接続された
ものである。

その感度を増大させるために受光部は温接点を
包含し、電磁放射エネルギー吸収膜が付着されて
エネルギー吸収率を高くしてあり、冷接点は受光
部からの熱伝導熱による温度上昇を避けるべく、
熱容量の大きなヒートシンクに熱的結合された構
造となつていた。

［考案が解決しようとする問題点］ 前記のサーモパイルは温接点と冷接点の温度差
とゼーベツク係数及びサーモカツプルの組数の積
に比例した熱起電力を発生するものであるから、
温接点温度の他に冷接点温度の変化もサーモパイ
ルの電気出力の変化を与えるものである。

従つて、周囲温度が上昇したり、サーモパイル
の収納されているパツケージに不要放射エネルギ
ーを受光すると、パツケージの内壁から放射エネ
ルギーとなつて温接点に入射し、温接点の温度を
瞬間的に上昇させ、正の不要電気出力を発生し、
同時にヒートシンクを経て熱伝導による熱が遅れ
て冷接点の温度を上昇させ、負の不要電気出力を
発生するから、あたかも目的とする放射エネルギ
ーを受光したと錯誤するという問題点があつた。

上記、正負の不要電気出力は、位相と絶対値が
大きく異なり、キヤンセル不可能であつた。この
ような欠点を解消するために、従来、実開昭56−
110327でサーミスタをサーモパイルと同一パツケ
ージ内に収納して、冷接点温度のみを補償したも
のや、特開昭57−113332では、基板自体でダイオ
ードもしくはトランジスタを形成して、冷接点温
度補償をするものがあつたが、内壁からの放射エ
ネルギーに対する問題は解決されていない。

又、実開昭59−82881では、複雑な電子回路を
電気出力端子の後へ接続して補償するものがあつ
たが、システムを設置する環境毎に条件を適合す
るべく調整するといつた煩雑さがある上、温度ド
リフトの大きな環境下では、感度が自動的に低下
するという欠点があつた。

実開昭61−182826では、前記内壁からの放射エ
ネルギーによる問題点は解決されているが、サー
モパイルの配置されているヘツダーからの熱伝導
による冷接点温度変化に対して未解決であり、壁
面が三重構造で複雑であるため、コストアツプに
なるという欠点があつた。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は上記の問題点を全て解決した熱的外乱
に対して安定なサーモパイル検出器を安価に提供
することを目的とする。

本考案は、このような点に鑑みなされたもの
で、従来冷接点に接して設けられていたヒートシ
ンクを、隣接する冷接点と温接点の中間に設け、
且つ冷接点にも電磁放射エネルギー吸収膜を温接
点と同一条件で付着させ、全体を電磁放射エネル
ギー透過性窓を有するパツケージに収納された構
成とした。

［作用］ 本考案によるサーモパイルに、入射窓を透過し
て測定対象からの電磁放射エネルギーが温接点の
みに入射されるとその温度が上昇し、同時に受光
エネルギーの一部が熱電材料を伝導してヒートシ
ンクを経て外部へ放熱されるが、通常熱電材料と
ヒートシンクとの熱拡散係数を、ヒートシンクか
ら冷接点までの熱拡散係数より非常に大きくして
あるから、冷接点の温度は上昇しない。かくし
て、温接点の温度上昇のみに依存した熱起電力が
得られる。

つぎに、周囲温度が変化したり、パツケージに
不要電磁放射エネルギーが入射すると、パツケー
ジの温度が変化し、パツケージ内壁からステフア
ン・ボルツマンの法則による放射エネルギーが放
射されるが、その内部は空洞放射により、三次元
位置の放射エネルギー密度はどの位置であつても
ほぼ一定であるから、冷接点と温接点は同量のエ
ネルギーを受ける。かくして、冷接点と温接点の
熱電ポテンシヤルは同一であり、外部に熱起電力
は発生しないことになる。

一方、パツケージからヒートシンクを経て伝導
してくる熱は、熱電材料とヒートシンクの接点か
ら二等分されて、それぞれ冷接点と温接点に到達
するが、冷接点と温接点の温度変化は全く同一で
あり、外部へ熱起電力は発生しないことになる。

［実施例］ 以下、本考案実施例を図面に基づいて説明す
る。第１図は、本考案に係るサーモパイル検出器
の一実施例を示す平面図であり、第２図はそのＡ
−Ａ断面図である。

図において、金属でつくられた基板１１にフオ
トリソグラフイ用のフオトレジスト１５の皮膜が
あり、その上に真空蒸着法、又はスパツタ法によ
り付着され、フオトリソグラフイ法により触刻さ
れて形成された熱電材料第一物質（例えばビスマ
ス、Bi）６のパターンがあり、これらの熱電材
料の重なつた温接点１−ａ及び冷接点１−ｂの上
には、電磁放射エネルギー吸収膜９例えば金黒、
白金黒或いはそのほかの金属黒の薄膜が同一面積
で形成されている。

各温接点１−ａは金属基板１１を等方エツチン
グにより形成されたエツチング部１２−ａを橋架
する巾の狭いフオトレジスト橋架部７で、金属基
板１１の中央支持部２とヒートシンク３に支持さ
れており、パツケージの入射窓（煩雑となるため
図示は割愛）の下に配置されている。

各冷接点１−ｂは金属基板１１を等方エツチン
グにより形成されたエツチング部１２−ｂを橋架
する巾の狭いフオトレジスト橋架８で、金属基板
１１の外周支持部４とヒートシンク３に支持され
ており、パツケージの入射窓から見えない位置に
配置されている。

各サーモカツプルの直列に接続された終端に、
外部リード引き出し用パツド１０ーａ，１０−ｂ
がある。ここで、ヒートシンク３の巾の中心線と
第一物質５との交点１３から、温接点１−ａまで
の距離laと、冷接点１−ｂまでの距離lbとはla＝
lb、同様に第二物質６との交点１４から温接点１
−ｂまでの距離la′と、冷接点１−ｂまでの距離
lb′とはla′＝lb′となるよう配置されている。

［効果］ 上記の如く構成されているサーモパイル検出器
は、不要放射エネルギーに対しても、外部からの
熱伝導熱に対しても熱起電力を発生しないから、
検出分解能が向上すると共に、簡単な構造で半導
体製造プロセスより大量生産できるので、安価に
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す平面図、第２
図はその断面図である。 １−ａ……温接点、１−ｂ……冷接点、２……
中央支持部、３……ヒートシンク、４……外周支
持部、５……第一物質、６……第二物質、７……
中央橋架部、８……外周橋架部、９……電磁放射
エネルギー吸収膜、１０−ａ，１０−ｂ……外部
リード引き出し用パツド、１１……金属基板、１
２−ａ，１２−ｂ……エツチング部、１３……ヒ
ートシンク巾の中心線と第一物質の交点、１４…
…ヒートシンク巾の中心線と第二物質の交点、１
５……フオトレジスト皮膜。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 金属基板上に蒸着、又はスパツタにて形成さ
   れたサーモパイルであり、その冷接点及び温接
   点の各表面に電磁放射エネルギー吸収膜があ
   り、冷接点と温接点の中間位置の前記金属基板
   にヒートシンクを形成した構成であることを特
   徴とするサーモパイル検出器。 (2) 前記サーモパイルを構成するエレメントの冷
   接点と温接点とは、ヒートシンク中心から見て
   受光特性及び放熱特性が対称となる形状並びに
   材料でヒートシンクに熱的結合されたことを特
   徴とする、実用新案登録請求の範囲第一項記載
   のサーモパイル検出器。 (3) 金属基板は、冷接点を橋架を介して支持する
   外周部、ヒートシンク部、及び温接点を橋架を
   介して支持する中央部及び橋架部以外の表面を
   等方性エツチングされていることを特徴とす
   る、実用新案登録請求の範囲第一項記載のサー
   モパイル検出器。