JPH1183633A - 熱型赤外線検出器 - Google Patents

熱型赤外線検出器

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JPH1183633A
JPH1183633A JP25430997A JP25430997A JPH1183633A JP H1183633 A JPH1183633 A JP H1183633A JP 25430997 A JP25430997 A JP 25430997A JP 25430997 A JP25430997 A JP 25430997A JP H1183633 A JPH1183633 A JP H1183633A
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Katsuaki Ogura
克昭 小椋
Hideji Takada
秀次 高田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 入射赤外線により赤外線透過性窓から発生す
る熱を容易に逃がすことができるとともに、電気的なノ
イズを受け難い熱型赤外線検出器を提供すること。 【解決手段】 第1の赤外線透過性窓4が電気的導通可
能に結合されたキャン2と、電気的に絶縁された状態で
上下に貫設された信号取り出し用のリードピン6を有す
るステム3とからなる容器1内に、上下2つのヒートシ
ンク21,16に挟まれた状態で、サーモパイルよりな
る感温素子9がその冷接合部13を前記両ヒートシンク
と熱的に結合するようにして配置され、更に、少なくと
も前記上側のヒートシンクは中央部に穴22を有するド
ーナツ状に形成され、前記穴の径内に前記感温素子の受
光部を位置させ、前記第1の赤外線透過性窓を透過した
赤外線を透過させる第2の赤外線透過性窓20が前記上
側のヒートシンクの上面に前記穴を覆う状態で熱的に結
合される一方、少なくとも前記下側のヒートシンクおよ
びリードピン6を熱的に結合している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、キャンとステム
とよりなる容器内にサーモパイルよりなる感温素子を設
けた熱型赤外線検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】物体の温度を非接触で測定する温度測定
装置の一つに、導電体で形成された容器内にサーモパイ
ルよりなる感温素子を設けた熱型赤外線検出器がある。
この熱型赤外線検出器は、図5に示すように、二種の熱
電材料を接続した複数の熱電対を直列に接続したサーモ
パイルよりなる感温素子51を設け、この感温素子51
の冷接合部をヒートシンク52に熱的に接続するととも
に、容器53の底面部53aに絶縁部材54を支持され
る正リードピン55および負リードピン56とで絶縁状
態で支持されるヒートシンク57を設け、接地リードピ
ンをハンダ58を介して導電体の前記容器53に設け、
この容器53に、例えば、フッ化カルシウムで構成され
る赤外線透過性窓54を接着して、感温素子51の温接
合部において測定対象である物体から放射されている赤
外線を検出するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
構成した従来の熱型赤外線検出器においては、入射赤外
線Aにより赤外線透過性窓54から発生する熱を逃がし
切れないから、この熱によって放射される赤外線も、赤
外線透過性窓54を透過した赤外線とともに検出され
る。よって、出力誤差が大きく、また、視野特性が悪か
った。
【0004】更に、赤外線透過性窓54はフッ化カルシ
ウムで構成されているから、赤外線透過性窓54と容器
53とが電気的に結合されず、赤外線透過性窓54と容
器53との間に電気的導通が無く、そのため、電磁気に
対するシールド性が悪く、電気的なノイズを受け易かっ
た。したがって、長期間にわたって安定に動作する熱型
赤外線検出器を得ることができなかった。
【0005】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、入射赤外線により赤外線透過性
窓から発生する熱を容易に逃がすことができるととも
に、電気的なノイズを受け難い熱型赤外線検出器を提供
することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、第1の赤外線透過性窓が電気的導通可
能に結合されたキャンと、電気的に絶縁された状態で上
下に貫設された信号取り出し用のリードピンを有するス
テムとからなる容器内に、上下2つのヒートシンクに挟
まれた状態で、サーモパイルよりなる感温素子がその冷
接合部を前記両ヒートシンクと熱的に結合するようにし
て配置され、更に、少なくとも前記上側のヒートシンク
は中央部に穴を有するドーナツ状に形成され、前記穴の
径内に前記感温素子の受光部を位置させ、前記第1の赤
外線透過性窓を透過した赤外線を透過させる第2の赤外
線透過性窓が前記上側のヒートシンクの上面に前記穴を
覆う状態で熱的に結合される一方、少なくとも前記下側
のヒートシンクおよびリードピンを熱的に結合してい
る。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細について図
を参照しながら説明する。
【0008】図1〜図3は、この発明の第1の実施形態
を示し、まず、図1において、1は下部側が開放された
筒状のキャン2と、このキャン2の下方開口側を閉塞す
る板状のステム3とからなる容器で、両者2,3は、例
えば圧接(または溶接)によって接合され、これにより
容器1が封止されている。
【0009】前記キャン2は、例えば厚さ0.3mm程
度の銅板をプレス加工によりハット状に形成したもの
で、その外面は鏡面あるいは光沢めっきが施されてい
る。そして、このキャン2の上面中央部には、当該部分
を適宜の大きさだけ矩形状に切除して形成された開口
に、シリコン、ゲルマニウム等の熱伝導性が良好な半導
体を母材とする赤外線透過性窓(第1の赤外線透過性
窓)4が、前記母材の両面にコーティング膜を有する状
態で、はんだa付けすることにより形成されている。そ
して、半導体を母材としているので、電気伝導性が良好
である。なお、5はキャン2の開放下端部に形成される
鍔部である。
【0010】前記ステム3は、例えば厚さ1mm程度の
銅板からなる。そして、このステム3には、2本の信号
取り出し用のリードピン6が貫設され、その貫通部7は
リードピン6とステム3とを電気的に絶縁するためにガ
ラス溶着が施されている。bはそのガラス溶着部であ
る。また、8はステム3の下面に適宜の手法で固着され
るアース用リードピンである。
【0011】9は感温素子で、図2、図3に示すよう
に、二種の熱電材料10,11を接続した複数の熱電対
を直列に接続したサーモパイルよりなり、例えばポリエ
チレン系樹脂よりなる薄い絶縁基板12上に、冷接合部
13が外側に、温接合部14が内側にそれぞれ位置する
ように形成されてなるものである。15は信号取り出し
リードである。そして、感温素子9の温接合部14を含
む絶縁基板12上の領域には感温素子9の受光部Rが形
成されている。この受光部Rは、例えば、金黒あるいは
銀黒の蒸着膜で構成される。
【0012】16は前記感温素子9を保持する下側のヒ
ートシンクで、例えば厚さ0.4mm程度の銅板をプレ
ス加工によって底部に穴16aを有する状態で椀状に形
成し、これを伏せた状態にしてステム3の上面に当接載
置したもので、その側部17の開放側下端部はエポキシ
樹脂など熱伝導性に優れた接着剤18によって固着され
ている。そして、このヒートシンク16の上部平面部1
9上に、絶縁基板12上に形成された感温素子9が穴1
6aを覆う状態で載置される。なお、下側のヒートシン
ク16は、第1の赤外線透過性窓4と同等以上の熱伝導
性の良好な材料で構成されるのが好ましく、銅以外に例
えばシリコン等の材料を挙げることができる。
【0013】20は、前記第1の赤外線透過性窓4を透
過した赤外線を透過させる第2の赤外線透過性窓で、シ
リコン、ゲルマニウム等の熱伝導性が良好な半導体を母
材とし、この母材の両面に波長選択性多層膜を形成して
構成されている。これにより、第2の赤外線透過性窓2
0を特定波長の赤外光のみが透過する。第2の赤外線透
過性窓20は、例えば、8μmカットオンフィルタであ
る。
【0014】21は前記第2の赤外線透過性窓20を前
記第1の赤外線透過性窓4に臨むようにして保持する上
側のヒートシンクで、銅等の熱伝導性に優れた材料より
なり、ドーナツ状に形成されている。この上側のヒート
シンク21も前記第1および第2の赤外線透過性窓4,
20と同等以上の熱伝導性の良好な材料で構成されるの
が好ましい。しかも、第2の赤外線透過性窓20は上側
のヒートシンク21の上面cに熱伝導性に優れた接着剤
(例えば、エポキシ樹脂)によって固着されている。
【0015】そして、感温素子9は、上下2つのヒート
シンク21,16に挟まれた状態で冷接合部13を両ヒ
ートシンク21,16と熱的に結合するようにして配置
されている。つまり、感温素子9は絶縁基板12上側を
上側のヒートシンク21の底部内環状面21aに密着す
るようにして固着され、底部内環状面21aから下方へ
至る段差mを介して底部外環状面21bに絶縁基板12
がヒートシンク16の上部平面部19とにより密着して
いる。
【0016】更に、上側のヒートシンク21の穴22の
径Dが、感温素子9の受光部Rの径dの1.5倍以下に
設定されている。
【0017】而して、第1の赤外線透過性窓4を通過し
た入射赤外線のうち、特定波長の赤外光のみが第2の赤
外線透過性窓20を透過して受光部Rに至る。この際、
入射赤外線による第2の赤外線透過性窓20の発生する
熱を上下2つのヒートシンク21,16に効率良く逃が
すことができ、前記熱によって放射される赤外線が無く
なるので、入射赤外線のうち第2の赤外線透過性窓20
を透過した特定波長の赤外光だけに感温素子9が感応す
る。よって、視野特性の良好な熱型赤外線検出器を得る
ことができる。
【0018】また、第1の赤外線透過性窓4の母材であ
るシリコン、ゲルマニウム等の半導体と導電体の容器1
がハンダaを介して電気的に結合されるので、電磁気に
対するシールド性を向上でき、電気的なノイズを受ける
ことはない。よって、長期間にわたって安定に動作する
熱型赤外線検出器を得ることができる。
【0019】図4は、下側のヒートシンク30およびリ
ードピン6を熱的に結合したこの発明の第2の実施形態
を示す。なお、図4において、図1〜図3で用いた符号
と同一の符号は、同一または相当物を示す。
【0020】図4において、30は、前記感温素子9を
保持する下側のヒートシンクで、例えば厚さ0.4mm
程度の銅板をプレス加工によって中央部に穴30aを有
する環状の円板に形成して一対のリードピン6,6に搭
載したものである。
【0021】この発明は、上述の実施例に限られるもの
ではなく、種々の変形して実施することができる。例え
ば、ヒートシンク16,21,30にシリコン等の半導
体薄膜をエッチング加工で形成し、キャン2をアルミニ
ウムやフェルニコなどの鉄系合金で形成してあってもよ
い。そして、ステム3を、銅板とアルミニウム(または
フェルニコなどの鉄系合金)板などの単一材料、また
は、これら単一材料を適宜重ね合わせた合板構造の金属
部材で形成してもよい。そして、キャン2およびステム
3が銅以外の材料で形成されている場合は、抵抗溶接な
どの手法で、両者2,3を接合することができる。
【0022】また、ヒートシンク16,30の表面に厚
さ数μm程度の電気的絶縁コーティングを施すようにし
てもよい。
【0023】
【発明の効果】この発明は、上下2つのヒートシンクと
2つの赤外線透過性窓とを熱的に結合して入射赤外線に
よる第2の赤外線透過性窓の発生する熱を上下2つのヒ
ートシンクに効率良く逃がすことができ、第2の赤外線
透過性窓の発生する熱によって放射される赤外線の感温
素子への入射を防止できる。
【0024】このように感温素子は、物体から放射され
ている赤外線のうち、第1の赤外線透過性窓から第2の
赤外線透過性窓を透過してきた赤外線だけに感応するた
め、出力誤差を軽減でき、かつ、視野特性の良好な熱型
赤外線検出器を得ることができる。
【0025】また、第1の赤外線透過性窓の母材である
シリコン、ゲルマニウム等の半導体と導電体の容器が電
気的に結合されるので、電磁気に対するシールド性を向
上でき、電気的なノイズを受けることはない。よって、
長期間にわたって安定に動作する熱型赤外線検出器を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の熱型赤外線検出器の第1の実施形態
を示す断面図である。
【図2】前記熱型赤外線検出器の分解斜視図である。
【図3】前記熱型赤外線検出器で用いる感温素子の構成
を概略的に示す平面図である。
【図4】この発明の熱型赤外線検出器の第2の実施形態
を示す断面図である。
【図5】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
1…容器、2…キャン、3…ステム、4,20…赤外線
透過性窓、6…リードピン、9…感温素子、13…冷接
合部、16,21,30…ヒートシンク、22…穴、R
…感温素子の受光部。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の赤外線透過性窓が電気的導通可能
    に結合されたキャンと、電気的に絶縁された状態で上下
    に貫設された信号取り出し用のリードピンを有するステ
    ムとからなる容器内に、上下2つのヒートシンクに挟ま
    れた状態で、サーモパイルよりなる感温素子がその冷接
    合部を前記両ヒートシンクと熱的に結合するようにして
    配置され、更に、少なくとも前記上側のヒートシンクは
    中央部に穴を有するドーナツ状に形成され、前記穴の径
    内に前記感温素子の受光部を位置させ、前記第1の赤外
    線透過性窓を透過した赤外線を透過させる第2の赤外線
    透過性窓が前記上側のヒートシンクの上面に前記穴を覆
    う状態で熱的に結合される一方、少なくとも前記下側の
    ヒートシンクおよびリードピンを熱的に結合したことを
    特徴とする熱型赤外線検出器。
  2. 【請求項2】 前記第1の赤外線透過性窓とキャンがハ
    ンダで接合され、前記第2の赤外線透過性窓が前記上側
    のヒートシンクの上面に熱伝導性に優れた接着剤によっ
    て固着され、前記キャンとステムは圧接または溶接によ
    って接合され、前記下側のヒートシンクおよびステムを
    熱的に結合し、更に、前記第1および第2の赤外線透過
    性窓がシリコン、ゲルマニウム等の半導体を母材として
    構成されている請求項1に記載の熱型赤外線検出器。
  3. 【請求項3】 前記上側のヒートシンクの穴の径が、前
    記感温素子の受光部の径の1.5倍以下に設定されてい
    る請求項1または請求項2に記載の熱型赤外線検出器。
  4. 【請求項4】 前記第1の赤外線透過性窓は赤外線を透
    過するコーティング膜が前記母材の両面に形成される一
    方、前記第2の赤外線透過性窓は特定波長の赤外光のみ
    を透過させるよう前記母材の両面に波長選択性多層膜を
    形成して構成されている請求項1〜請求項3のいずれか
    に記載の熱型赤外線検出器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001116621A (ja) * 1999-09-03 2001-04-27 Braun Gmbh 温度の安定化可能な赤外線センサ及びこの形式のセンサを有する赤外線温度計
JP4633296B2 (ja) * 2001-05-18 2011-02-16 株式会社堀場製作所 サーモパイルセンサ
JP2015141957A (ja) * 2014-01-28 2015-08-03 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置

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