JPH06147997A - 温度センサ及びそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】小型・軽量で、被測定対象の温度を正確に測定
可能な温度センサ及びそれを用いた電子機器を提供する
ことを目的とする。 【構成】温度センサ１０は金属薄膜１１上にヒートシン
ク１２が形成され、ヒートシンク１２上にサーモパイル
１３が配設されている。サーモパイル１３はビスマス
（Ｂｉ）薄膜線１３Ａとアンチモン（Ｓｂ）薄膜線１３
Ｂが交互に１００対以上電気的に接続されて放射状に形
成され、そのヒートシンク１２の中央部が温接点１４、
そのヒートシンク１２側が冷接点１５となっている。こ
の温接点１４部分には赤外線の吸収率を高める黒金膜等
の熱吸収膜１７が形成され、ヒートシンク１２の内周部
には、ヒートシンク１２の内周を一周する基準温度セン
サ１６が配回されている。温接点部１４の上部には被測
定対象から放射された放射線のうち赤外線を透過させる
赤外線フィルタ１８が配設され、赤外線フィルタ１８上
には透明板２０が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度センサ及びそれを
用いた電子機器に関し、詳しくは、被測定対象の温度を
正確に測定できる小型・軽量の温度センサ及びそれを用
いた電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、温度センサ、特に被測定対象から
の放射エネルギーによりその温度を測定する温度センサ
としては、サーモパイル装置がある。

【０００３】従来のサーモパイル装置は、図８に示すよ
うに構成されている。

【０００４】すなわち、サーモパイル装置１は、ケーシ
ング２によりその内部に所定の大きさを有する中空部３
が形成され、中空部３内には、基板４が配設されてい
る。基板４には、１対の電極５が接続されており、電極
５には、サーモパイル６が接続されている。このサーモ
パイル６と基板４とは、電極５により所定の間隔が設け
られている。サーモパイル６は、複数の熱電対を直列に
接続したものが使用され、その温接点６Ａが中空部３の
中央部に、その冷接点６Ｂがヒットシンク３の周辺部に
設けられている。このサーモパイル６の温接点６Ａの上
部には、赤外線フィルタ７が設けられており、この赤外
線フィルタ７の位置する部分のケーシング２には、外部
からの放射線を赤外線フィルタ７に導入する窓が形成さ
れている。また、前記基板４には、２本リード端子８が
接続されており、リード端子８は、基板４を介してそれ
ぞれ電極５に接続されている。

【０００５】したがって、サーモパイル装置１は、ケー
シング２の窓及び赤外線フィルタ７を通して、被測定対
象からの赤外線が中空部３の内に導入され、サーモパイ
ル６の温接点６Ａに照射される。このサーモパイル６の
温接点６Ａは、照射される赤外線により温度が上昇し、
サーモパイル６は、この温接点６Ａと冷接点６Ｂとの温
度差に対応する出力電圧を電極５を介して出力する。

【０００６】すなわち、従来のサーモパイル装置１は、
そのサーモパイル６の冷接点６Ｂの温度を基準温度と
し、この冷接点６Ｂの基準温度と被測定対象の温度を示
す温接点６Ａの温度との温度差に対応する出力電圧を発
生する。そのため、従来のサーモパイル装置１は、サー
モパイル６の温接点６Ａと冷接点６Ｂとの温度差を正確
に保持するために、中空部３を充分大きくしている。

【０００７】そのため、従来のサーモパイル装置１は、
通常、そのケーシング２の幅Ｄが９．１mm、そのケーシ
ング２の高さＨが６．４mm、そのリード端子８の長さが
Ｌが１７．６mmに形成されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の温度センサにあっては、そのサーモパイルの
冷接点を基準温度とし、この冷接点の基準温度と被測定
対象の温度を示す温接点との温度差に対応する出力電圧
を発生させていたため、サーモパイルの温接点と冷接点
との温度差を正確に保持する必要があり、そのために中
空部を充分大きくしている。その結果、温度センサ自体
が大型化し、小型の電子機器等に組み込むことができな
いという問題があった。また、このような従来の温度セ
ンサにあっては、そのサーモパイルの冷接点を基準温度
とし、この冷接点の基準温度と被測定対象の温度を示す
温接点との温度差に対応する出力電圧を発生させていた
ため、小型の電子機器等に組み込むと、その電子機器等
や被測定対象物等の影響を受け、基準温度が変化する。
その結果、基準温度を測定する別の温度センサ装置を電
子機器に組み込む必要があり、小型の電子機器等への組
み込みがさらに困難になるという問題があった。従来、
この中空部の大きさを小さくするために、サーモパイル
の冷接点部分にヒートシンクを設けるものもあるが、被
測定対象の温度が高い場合には、やはり冷接点温度が被
測定対象の温度の影響を受け、正確な温度を測定するこ
とができない。また、これを防止するためにヒートシン
クを大きくすると、温度センサ自体が大型化するという
問題があった。

【０００９】そこで、本発明は、冷接点と温接点の温度
差を検出するとともに、該冷接点の温度を同時に検出す
ることのできる小型・軽量の温度センサを提供するとと
もに、該温度センサを用いた電子機器を提供することを
目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の温度センサは、
熱源からの放射線から赤外線の波長領域を選択する赤外
線フィルタと、前記赤外線フィルタを通して入射される
赤外線により熱源温度を測定するための温接点と基準と
なる冷接点の温度差を検出する温度差検出素子と、前記
冷接点を形成するヒートシンクと、前記冷接点の温度を
検出する冷接点温度検出素子と、を備えることにより、
上記目的を達成している。

【００１１】この場合、前記温度差検出素子は、例え
ば、請求項２に記載するように、サーモパイルであって
もよく、また、例えば、請求項３に記載するように、薄
膜で形成されたサーモパイルであってもよい。

【００１２】また、前記冷接点温度検出素子は、例え
ば、請求項４に記載するように、薄膜抵抗体であっても
よい。

【００１３】さらに、例えば、請求項５に記載するよう
に、前記温度差検出素子は、基板上に形成され、該基板
を温度センサ本体の側部に電極として取り出してもよ
い。

【００１４】本発明の電子機器は、熱源からの放射線か
ら赤外線の波長領域を選択する赤外線フィルタと、前記
赤外線フィルタを通して入射される赤外線により熱源温
度を測定するための温接点と基準となる冷接点の温度差
を検出する温度差検出素子と、前記冷接点を形成するヒ
ートシンクと、前記冷接点の温度を検出する冷接点温度
検出素子と、を備えた温度センサが組み込まれることに
より、上記目的を達成している。

【００１５】

【作用】本発明の温度センサによれば、熱源からの放射
線から赤外線の波長領域を、赤外線フィルタにより選択
し、該赤外線フィルタを通して入射される赤外線により
熱源温度を測定するための温接点と基準となる冷接点の
温度差を、温度差検出素子により検出する。そして、ヒ
ートシンクにより、前記冷接点を設け、この冷接点の温
度を、冷接点温度検出素子により検出しているので、冷
接点を形成するためのヒートシンクを小さくして、温度
センサを小型・軽量なものとすることができるととも
に、熱源の温度を正確に測定することができる。

【００１６】また、温度差検出素子として薄膜で形成さ
れたサーモパイルを用いると、より一層温度センサを小
型・軽量なものとすることができ、また、接点温度検出
素子として薄膜抵抗体を用いると、さらに温度センサー
を小型・軽量なものとすることができる。さらに、温度
差検出素子を基板上に形成し、該基板を温度センサ本体
の側部に電極として取り出すと、より一層温度センサを
薄型で、小型・軽量なものとすることができる。

【００１７】本発明の電子機器によれば、上記温度セン
サを組み込んでいるので、冷接点温度を検出する温度セ
ンサを別に組み込む必要がなく、小型の電子機器に容易
に温度センサを組み込むことができるとともに、小型・
軽量なものとすることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

【００１９】図１〜図６は、温度センサ及び該温度セン
サを用いた電子機器の一実施例を示す図であり、図１は
その温度センサの正面断面図、図２は図１の温度センサ
の底面図、図３は温度センサを組み込んだ電子腕時計の
正面図、図４は図３の電子腕時計の裏面図、図５は図３
の電子腕時計の温度センサ部分の側面断面図、図６は図
５の電子腕時計の回路ブロック図である。

【００２０】図１及び図２において、温度センサ１０
は、金属薄板１１上にヒートシンク１２が形成されてお
り、金属薄板１１は、熱追従性を有する金属により円盤
状に形成されている。ヒートシンク１２は、所定の厚さ
を有し、熱容量の大きな材質によりリング状に形成さ
れ、中空部１２Ａを有している。

【００２１】ヒートシンク１２上には、サーモパイル１
３が配設されており、サーモパイル１３は、図２に示す
ように、ビスマス（Ｂｉ）薄膜線１３Ａとアンチモン
（Ｓｂ）薄膜線１３Ｂが交互に電気的に接続されて、放
射状に形成されている。このサーモパイル１３のビスマ
ス薄膜線１３Ａとアンチモン薄膜線１３Ｂとは、上記放
射状の中央部と外周部とで接続されており、そのヒート
シンク１２から離れた中央部が温接点１４、そのヒート
シンク１２に図示しない絶縁薄膜を介して接触する外周
部が冷接点１５となっている。このサーモパイル１３
は、ビスマス薄膜線１３Ａとアンチモン薄膜線１３Ｂが
多数、例えば、１００対以上接続されて形成されてお
り、サーモパイル１３の温接点１４部分には、後述する
赤外線の吸収率を高めるために、黒金膜あるいは炭化シ
リコン膜（ＳｉＣ）による熱吸収膜１７が形成されてい
る。

【００２２】サーモパイル１３の冷接点１５から所定間
隔離れたヒートシンク１２の内周部には、図２に示すよ
うに、ヒートシンク１２の内周部を一周するように基準
温度センサ１６が配設されており、基準温度センサ１６
は、白金（Ｐｔ）で形成された抵抗薄膜またはニッケル
（Ｎｉ）で形成された抵抗薄膜が使用されている。

【００２３】これらサーモパイル１３、熱吸収膜１７及
び基準温度センサ１６は、例えば、ポリイミド等の高分
子フィルム２１の上面中央部に熱吸収膜１７を蒸着さ
せ、該高分子フィルム２１の下面にサーモパイル１３及
び基準温度センサ１６を蒸着させることにより、形成さ
れている。なお、サーモパイル１３の温接点１４部分に
熱吸収膜１７を形成しているが、さらに冷接点部１５の
上部に赤外線を反射させる反射膜を形成してもよい。

【００２４】サーモパイル１３の温接点部１４の上部に
は、赤外線フィルタ１８が配設されており、赤外線フィ
ルタ１８は、人体等の被測定対象から放射された放射線
のうち波長８マイクロｍから１４マイクロｍの範囲の赤
外線を透過させる薄膜で形成されている。

【００２５】この赤外線フィルタ１８上には、熱追従性
の良好な金属薄板１９が配設されており、金属薄板１９
は、中空孔１９Ａを有したリング状に形成されている。
金属薄板１９は、この中空孔１９Ａを通して被測定対象
から放射された放射線を温度センサ１０内に導入すると
ともに、赤外線フィルタ１８及びサーモパイル１３を保
持している。

【００２６】この金属薄板１９及びヒートシンク１２に
は、その側面に引き出し口１２Ｂが形成されており、こ
の引き出し口１２Ｂから前記サーモパイル１３の各ビス
マス薄膜線１３Ａとアンチモン薄膜線１３Ｂの引出端子
１３Ｃ及び基準温度センサ１６の引出端子１６Ａが温度
センサ１０外に引き出されて、図１に示すように、フレ
キシブル基板２１に形成された接続端子２２に半田２３
等の接続剤を介して接続される。

【００２７】次に、作用を説明する。

【００２８】このような構成の温度センサ１０は、被測
定対象から放射された放射線が、金属薄板１９の中空孔
１９Ａを通して赤外線フィルタ１８を透過してヒートシ
ンク１２の中空部１２Ａの中央部に位置するサーモパイ
ル１３の温接点１４部分に照射される。

【００２９】赤外線が照射されると、照射される赤外線
の量に応じてサーモパイル１３の温接点１４部分の温度
が上昇するが、いま、温接点１４部分には熱吸収膜１７
が形成されているため、温接点１４部分は、照射される
赤外線の量に適切に応じた温度に上昇する。

【００３０】一方、サーモパイル１３の冷接点１５部
は、温接点１４から離れたヒートシンク１２の上面に接
触しているので、温接点１４の温度と冷接点１５の温度
との間に温度差が生じ、サーモパイル１３は、この温接
点１４と冷接点１５との温度差に対応した電圧を発生し
て、引き出し口１２Ｂを通して外部電極２０、２１に出
力する。

【００３１】そして、このサーモパイル１３の冷接点１
５部分の温度、すなわち、温度センサ１０の基準温度を
基準温度センサ１６で検出している。この場合、赤外線
フィルタ１８を介して温度センサ１０内に吸収された熱
は、ヒートシンク１２、金属薄板１１、１９を介して直
ちに外部に放出されるので、温度変化に対する追随性が
よい。

【００３２】したがって、ヒートシンク１２を大きくす
ることなく、冷接点１５の温度とサーモパイル１３の出
力により、被測定対象の温度を正確に測定することがで
き、被測定対象の温度を正確に測定することのできる温
度センサ１０を小型・軽量化することができる。

【００３３】上記温度センサ１０は、小型・軽量で被測
定対象の温度を正確に測定できることから、図３〜図６
に示すような電子腕時計に組み込まれ、体温測定用の温
度センサとして適用される。

【００３４】図３において、電子腕時計３０は、その本
体ケース３１の表面に液晶表示部３２が設けられてお
り、時刻や年月日を表示出力するとともに、現在体温と
体温の経時変化のグラフを表示出力する。すなわち、電
子腕時計３０は、時計モードと体温モードを有してお
り、図示しないモードスイッチを投入することにより両
モードを切り替えて表示部３２に各モードに応じた内容
を表示出力させることができる。電子腕時計３０の本体
ケース３１には、時計バンド３３が取り付けられてい
る。

【００３５】この電子腕時計３０の裏面には、図４に示
すように、体温計測窓３４が形成されており、この体温
計測窓３４の形成された電子腕時計３０の内部には、上
記図１及び図２に示した温度センサ１０が取り付けられ
ている。この温度センサ１０については、透明な保護板
２０を赤外線フィルタ１８上に配した以外は図１及び図
２と同様であり、同一の符号を付してその詳細な説明を
省略する。

【００３６】なお、図５では、図１に示した金属薄板１
９として、電子腕時計３０の金属製本体ケース３１が用
いられており、このように温度センサ１０の本体ケース
を構成するヒートシンク１２及び金属薄板１１を電子腕
時計３０の金属製本体ケース３１に密着すると、冷接点
の温度変化が小さくなり安定する。

【００３７】この電子腕時計３０は、図６に示すよう
に、回路構成されている。

【００３８】すなわち、電子腕時計３０の本体ケース３
１内には、温度差検出部４０、電流供給部４１、冷接点
温度検出部４２、測定温度検出部４３、発振部４４、計
時回路部４５、制御部４６、メモリ４７、表示バッファ
４８、表示パネル４９及び演算部５０等を備えている。

【００３９】温度差検出部４０には、サーモパイル１３
からその出力電圧が入力され、温度差検出部４０は、こ
の電圧から温接点１４と冷接点１５との温度差を検出し
て、測定温度検出部４３に出力する。

【００４０】電流供給部４１は、基準温度センサ１６に
所定の直流電流を供給し、基準温度センサ１６は、冷接
点１５の温度に対応してその抵抗値が変化して、その抵
抗値に応じた出力を冷接点温度検出部４２に出力する。
冷接点温度検出部４２は、基準温度センサ１６の出力に
基づいて冷接点１５の温度を検出し、測定温度検出部４
３に出力する。

【００４１】測定温度検出部４３は、温度差検出部４０
から入力される温度差と冷接点温度検出部４２から入力
される冷接点１５の温度とを加算し、その加算結果を被
測定対象である人体の温度（体温）データとしてメモリ
４７に出力して記憶させる。メモリ４７は、所定容量を
有したＲＡＭ（Random Access Memory)等が用いられ、
後述する時間データやカレンダーデータを記憶するとと
もに、測定温度検出部４３から入力される体温データを
所定時間毎に複数記憶する。

【００４２】一方、発振部４４は、発振回路や分周回路
を備え、電子腕時計３０として必要なクロック信号を生
成して、計時回路４５に出力する。計時回路４５は、制
御部４６からの制御信号に基づいて動作して、発振回路
４４からのクロックをカウントし、計時処理を行なっ
て、計時データを制御部４６に出力する。

【００４３】制御部４６は、計時回路部４５からの計時
データから演算部５０を使用して、現在時刻データやカ
レンダーデータを演算し、メモリ４７を介して表示バッ
ファ４８に出力する。また、メモリ４７に格納されてい
る所定時間毎の複数の体温データを演算部５０に転送
し、体温の計時変化データを作成するとともに、該計時
変化データのグラフ化処理を行なって、表示バッファ４
８に出力する。すなわち、制御部４６は、電子腕時計３
０のモードが時計モードに設定されると、上記現在時刻
データやカレンダーデータを表示バッファ４８を介して
表示部４９に表示出力させ、電子腕時計３０のモードが
体温測定モードに設定されると、メモリ４７の体温デー
タや上記演算部５０で演算処理した体温の計時変化デー
タを表示バッファ４８を介して表示パネル４９に表示出
力させる。

【００４４】このように温度センサ１０が小型・軽量
で、別に基準温度測定装置を用いることなく、被測定対
象の温度を正確に測定できることから、電子腕時計３０
に温度センサ１０を、例えば、体温測定センサとして容
易に組み込むことができ、また、正確に体温を測定する
ことができる。

【００４５】なお、上記実施例では、温度センサ１０を
電子腕時計３０自体の内部に直接組み込んでいるが、こ
れに限るものではなく、例えば、図７に示すように、電
子腕時計６０にケーブル６１を介して小型のプローブ６
２を着脱可能に接続し、この小型のプローブ６２に温度
センサ１０を組み込むんでもよい。この場合、小型プロ
ーブ６２を耳の穴に挿入して、体温を測定するようにす
ると、より正確な体温を測定することができる。また、
この場合、小型プローブ６２には、温度センサ１０だけ
でなく、図６に示した温度差検出部４０、冷接点温度検
出部４２及び測定温度検出部４３をも組み込み、電子腕
時計６０には、その他の回路部を組み込んで、電子腕時
計６０の電流供給部４１からケーブル６１を介して小型
プローブ６２に組み込んだ温度センサ１０の基準温度セ
ンサ１６に電流を供給してもよい。さらに、この場合、
電子腕時計６０に小型プローブ６２の収納部を形成し、
体温を測定しないときには、外収納部に小型プローブ６
２を収納できるようにしてもよい。

【００４６】

【発明の効果】本発明の温度センサによれば、熱源から
の放射線から赤外線の波長領域を、赤外線フィルタによ
り選択し、該赤外線フィルタを通して入射される赤外線
により熱源温度を測定するための温接点と基準となる冷
接点の温度差を、温度差検出素子により検出する。そし
て、ヒートシンクにより、前記冷接点を設け、この冷接
点温度を、冷接点温度検出素子により検出しているの
で、冷接点を形成するためのヒートシンクを小さくする
ことができ、温度センサを小型・軽量なものとすること
ができる。

【００４７】また、温度差検出素子として薄膜で形成さ
れたサーモパイルを用いると、より一層温度センサを小
型・軽量なものとすることができ、また、接点温度検出
素子として薄膜抵抗体を用いると、さらに温度センサー
を小型・軽量なものとすることができる。さらに、温度
差検出素子を基板上に形成し、該基板を温度センサ本体
の側部に電極として取り出すと、より一層温度センサを
薄型で、小型・軽量なものとすることができる。

【００４８】本発明の電子機器によれば、上記温度セン
サを組み込んでいるので、冷接点温度を検出する温度セ
ンサを別に組み込む必要がなく、小型の電子機器に容易
に温度センサを組み込むことができるとともに、小型・
軽量なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る温度センサの一実施例の正面断面
図。

【図２】図１の温度センサの底面図。

【図３】図１の温度センサを組み込んだ本発明の電子機
器の一実施例としての電子腕時計の正面図。

【図４】図３の電子腕時計の裏面図。

【図５】図３の電子腕時計の温度センサ部分の側面断面
図。

【図６】図３の電子腕時計の回路ブロック図。

【図７】本発明の電子機器の他の実施例としての電子腕
時計の正面図。

【図８】従来の温度センサの正面断面図。

【符号の説明】

１０ 温度センサ １１ 金属薄膜 １２ ヒートシンク １２Ａ 中空部 １３ サーモパイル １３Ａ ビスマス薄膜線 １３Ｂ アンチモン薄膜線 １４ 温接点 １５ 冷接点 １６ 基準温度センサ １７ 熱吸収膜 １８ 赤外線フィルタ １９ 金属薄板 ３０、６０ 電子腕時計 ３１ 本体ケース ４０ 温度差検出部 ４１ 電流供給部 ４２ 冷接点温度検出部 ４３ 測定温度検出部 ４４ 発振部 ４５ 計時回路部 ４６ 制御部 ４７ メモリ ４８ 表示バッファ ４９ 表示パネル ５０ 演算部 ６２ プローブ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱源からの放射線から赤外線の波長領域
   を選択する赤外線フィルタと、 前記赤外線フィルタを通して入射される赤外線により熱
   源温度を測定するための温接点と基準となる冷接点の温
   度差を検出する温度差検出素子と、 前記冷接点を形成するヒートシンクと、 前記冷接点の温度を検出する冷接点温度検出素子と、 を備えたことを特徴とする温度センサ。
2. 【請求項２】 前記温度差検出素子は、サーモパイルで
   あることを特徴とする請求項１記載の温度センサ。
3. 【請求項３】 前記温度差検出素子は、薄膜で形成され
   たサーモパイルであることを特徴とする請求項１記載の
   温度センサ。
4. 【請求項４】 前記冷接点温度検出素子は、薄膜抵抗体
   であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれ
   かに記載の温度センサ。
5. 【請求項５】 前記温度差検出素子は、基板上に形成さ
   れ、該基板を温度センサ本体の側部に電極として取り出
   したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか
   に記載の温度センサ。
6. 【請求項６】 熱源からの放射線から赤外線の波長領域
   を選択する赤外線フィルタと、 前記赤外線フィルタを通して入射される赤外線により熱
   源温度を測定するための温接点と基準となる冷接点の温
   度差を検出する温度差検出素子と、 前記冷接点を形成するヒートシンクと、 前記冷接点の温度を検出する冷接点温度検出素子と、 を備えた温度センサが組み込まれたことを特徴とする電
   子機器。