TW440687B - Radiation thermometer and radiation sensor with multiple sensor elements and method for determining a temperature - Google Patents

Description

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五 '發明說明（1) 本發明係關於一種輻射溫度計，及一種有多數感測器元 供檢測來自不同部位之紅外線輪射之輻射感測器，以及 關於種供藉此種輻射溫度计或輪射感測器決定溫度之方 法〇 々 此項技藝知道僅有一單一 學波導管之末端之輻射溫度 體角範圍之輻射照射在感測 在耳中量取病人之溫度之紅 為致使感測器元件呈現一視 感測器元件之視場通常涵蓋 。因此，通常不量取被視為 溫度，而是一在鼓膜與耳道 數之準確度依探針頭在耳道 距離及依其與耳道所形成之 自W095/14913巳知一種耳 以設置在一光學波導管之末 圍之輻射。對應評量感測器 溫度讀數，其同時相對獨立 樣表示—不對應於真正鼓膜 習知紅外線耳溫計另具有 其為一小管，其内徑鍍金， 導引至探針頭之内部外，此 因此必要複雜之方法，以 自EP 0 566 156 B1號巳妻 紅外線感測器元件配置在—光 計。波導管僅保證來自預定立 器元件。因此，例如一設計為 外線溫度計’其探針頭成尺寸 場僅約為鼓膜之大小。然而， 溫度不同之鼓膜及耳道之部份 表示真正人體核心溫度之鼓膜 溫度間之中間值。因此溫度讀 中之置位’亦即依其至鼓膜之 角度而定。 溫計，其中多數感測器元件予 端’俾接收來自不同立體角範 元件所供給之信號，藉以獲得 於探針頭在耳中之置位，但同 溫度之中間值。 缺點為慣常採甩之光波導管， 除了在溫度測量時，將熱自耳 波導管很昂貴D 防止測量結果之訛誤。 3 —種有二紅外線敏感元件之

440687 五 '發明說明（2) 紅外線感測器，一予以掩蔽以防紅外線輻射’感測器係預 計供使用在一供測量體溫之溫度計，及一種製造感測器之 方法。比較二元件所供給之信號’藉以可獲得一測量信號 ，其表示入射紅外線輻射之量，並且大都為無電雜訊及熱 干擾。紅外線敏感元件之上及底面由塗層所保護。 自JP-A-03-263001號巳知一種有一微透鏡之紅外線感測 器，其預計供使用在一供量取病人之溫度之耳溫計，及一 種供製造感測器之方法。微透鏡用以將紅外線輻射聚焦在 紅外線感測器。其有一直徑大約1 ·' 4 4毫米。 巳知紅外線感測器之製造，係使用自製造半導體巳知之 製程所完成，包括在一基片形成許多感測器元件，隨後切 斷成個別感測器’各有一元件，僅其然後予以設有一包殼 等。 自JP-A-03-248477號巳知一種有四完全相同紅外線敏感 元件之紅外線感測器，其預計供使用在一供量取病人之溫 度之耳溫計’及一種將供製造感測器之方法。四元件予以 在一基片設置在延伸越過一凹部之橋形部份。 自JP-A-04-333292號巳知一種熱元件之平面陣列，其預 計供一既定紅外線影像感測器。 自藉Paul ff. Kruse, SPIE， 2552 卷，556-563 頁之 "Uncooled IR Focal Plane Arrays"，已知感測器陣列， 亦即紅外線感測器元件之平面陣列，其中一感測器元件為 長及寬少於0, 1毫来。 本發明之一項目的，為提供一種簡單構造之輻射溫度計

^40687 五、發明說明（3) ----— ’及-種輻射感測器，以及-種供輻射溫度計計算溫度之 方法，其使能選擇性測量僅填滿輕射溫度計之視場一部份 之物體之溫度。 _此目的係利用-有一輻射感測胃，有多數紅外線感測器 兀件及多數光學7G件之輻射溫度計所完成其中一單一光 學7C*件與僅一感測器元件或一組感測器包含多數感測器元 件關聯°光學7G件操作保證感測器元件或感測器組能接收 僅一在窄極限内所界定部位射出之輻射。以此方式，使輻 射溫度計之視場分為溫度可予以個、別測量之許多部份視場 。為供耳溫計之目的，可容許一定量之個別部份視場之重 疊。 一紅外線多數感測器，亦即一陣列之多數感測器元件設 置在一共同基片，有利供使用在耳溫計，因為利用此種多 數感測器，可完成一足夠小溫度計探針頭。光學元件較佳 為予以合併，以形成一單一光學組件（多數光學系統），有 利形成一積體光學組件。在一特別有利方面，本發明之一 種輕射感測器包括一多數感測器及_多數光學系統，其予 以設置在緊靠或在多數感測器之表面。此型之輻射感測器 為例如自 US-A-5，701，008 號，JP — a-57-142526 號， JP-A-1 - 47923號及 DE 36 33 199 A1 號戶斤巳知。 然而’光學元件及感測器元件較佳為予以構形如一積體 電光學溫度感測器，其中光學元件例如予以直接提供在多 數感測器之表面。此種溫度感測器可使用自半導體製造巳 知之方法予以製造。自US-A-5, 631,467號巳知一種電光學

4406 8 V 五、發明說明（4) 紅外線感測器，其中個別感測器元件為熱敏感電容器。 本發明之一種藉一包括一輻射感測器’包含多數感測器 元件供溫度之輻射溫度計如例如耳溫計，決定之方法，使 能特別在病人之耳中量取溫度，亦即測量鼓膜溫度，雖然 輻射溫度計之視場涵蓋鼓膜之部份及耳道之部份。在此種 情形，檢視鼓膜之感測器元件將會檢測溫度高於檢視耳道 之其餘感測器元件。根據本發明，評量過程僅使用來自檢 測溫度高於或顯著高於’或在其他應用低於或顯著低於其 餘感測器元件之感測器元件之溫度'信號。 在一種特別有利方法，溫度決定之過程之前檢查，以明 白溫度計之探針頭是否適當對準在耳道中。如果其不適當 對準’亦即如果鼓膜在輻射感測器之視場外面，因而探針 頭被專導向在耳道之部份，所有感測器元件將會供給大都 為相同溫度值。因此’在評量溫度信號時，在輻射感測器 之視場内不顯露足夠可覺察之溫度梯度，本發明之方法， 產生一對應之誤差訊息或要求重複測量，而非供給一溫度 」量值在本發明之溫度計之此實施例，輕射感測器之視 $必要大於鼓膜之直徑，因而也在探針頭直接指在鼓膜之 月形’周圍耳道也被涵蓋，因此使能識別鼓 溫度梯度。 _ 重ίϊί:明ί方法操作之臨床用溫度計產生獲致優異可 耳φ欠*之優點，因為實測溫度大都為獨立於探針頭在 武鍤t作别置位。根據原理，亦即每一測量僅需要一單— " 仅V例如一百感測器元件檢視鼓膜，以便能準確測

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亦即可能之發燒狀況。 五、發明說明（5) 量鼓膜溫度 而且’在使用本發明之輻射感測器，本發明之 計之結構簡化，因為其免除如否則慣常所需要，板溫度 徑鍍金之金屬管作為波導管，其功能係代之為由^ = 予以進行。因此在本發明之輻射溫度計之探針頭之 生更多可能性，因為輻射感測器也可例如直接位於&針 之^端。而且，設置成相對傾斜之多數輻射感測器’可予 以提供在探針頭之末端’以便獲得足夠寬視場。 以下將參照附圖，說明本發明之實施例。在說明令提 另外諸實施例。在附圖中， 圖1為本發明之第一溫度感測器之片段圖； 圖2為本發明之第二溫度感測器，其一片段之頂視平面 圖及剖面圖； 圖3為本發明之第三溫度感測器，其一片段之頂視平面 圖及剖面圖； 圖4為本發明之輻射溫度計之示意圖；以及 圖5為方塊圖’示本發明之一種供決定溫度之方法。 圖1略示本發明之第一溫度感測器1 0之一片段。其係依 據此項技藝上所知之感測器陣列，其中多數感測器元件30 予以設置在一基片2〇，成一種格柵或矩陣圖.案。個別感測 器元件之大小’例如僅為0. 1 xO . 1毫米，及相鄰感測器元 件間之空間之寬度例如為相同大小。一有一平面表面之紅 外線透明層4 0設置在感測器陣列上面，其中在規律距離形 成多數相交之凹槽50，該等凹槽在感測器元件間之空間上

第10頁 OS 8 ? 五、發明說明（6) 面垂直於表 由其側面被 面體波導管 面延伸。 凹槽50界 ，其長度 種反射紅外線輻射之 以填滿一種紅外線輻 部份予以填 滿反射或吸 通過凹槽界 限制。在凹 角及因此每 此種溫度感 面體之形式 式。凹槽之 層4 0之厚 僅少量重疊 度 感測器之相 以設置在一 測器1 0與鼓 對細薄層形 少量吸收予 量重疊。 在本發明 以設置在每 滿一種吸 收材料之 限之波導 槽予以完 -感測器 冽器之其 ’而是例 形式予以 度予以選 ’即使有 因此在每 限之層4 0 對應於層 材料，如 射反射材 收紅外線 水準而定 管至關聯 全填滿紅 元件之部 他變型， 如為圓柱 適當調適 擇為致使 重疊，重 一感測 之一部 之厚度 例如金 料至預 輻射之 ’產生 感測器 外線'輻 份視場 波導管 形，或 〇 相鄰感 疊之量 器元件3 0 份所形成 。凹槽可 。凹槽特 定高度或 材料。依 紅外線輻 元件之立 射吸收材 ，為在其 不成形狀 具有某種 上面產生— 之正平行六 予以填滿一 別有利僅予 深度，其餘 凹槽予以填 射所可自其 體角之對應 料時，立體 最低值。在 為正平.行六 其他適當形 測器元件之部份視場 也依測量之物體至溫 對距離而定。例如’在本發明之溫度感測器予 耳溫計70之探針頭6〇之前端時（圖4)，溫度感 膜80或耳道9〇間之距離很小，使波導管能由相 成’由於其時僅只立體角之低限制，其以對應 以測量之紅外線輻射，而預期無部份視場之過 之溫度感測器之一種變型，多數感測器元件予 波導官下面。本發明之輻射感測器之視場因

第11頁 五'發明說明（7) 一 此刀，為個別部份視場，其各與一組相鄰感測器元件3 〇關 聯丄延，能以巳知方式增強測量準確度。—種輻射感測器 具有特定優點，其感測器陣列係由在最初提到之 DE j 97 1〇 946號或EP 〇 566 156 B1號中所說明型式之感 測器元件所構成β在評量時，由一組感測器之個別感測器 元件所供給之感測器信號，首先予以合併，以形成一單一 信號，其可例如藉平均予以完成。 在本發明之溫度感測器之第二實施例，層4〇之表面設有 π微透鏡結構，有一感測器元件或'一組感測器元件3 0予以 Λ置在每一微透鏡4 5下面。較佳為，微透鏡層予以構形為 致使感測器元件位於關聯微透鏡之焦點。在此溫度感測器 ，相鄰部份視場之重疊量主要獨立於溫度感測器至測量之 物，之相對距離。與以上說明之實施例比較，因此可使層 40後薄’並且本發明之溫度感測器之另一變型也允許省略 凹槽（圖2)。 在本發明之輻射感測器之第三實施例（圖3)，一有多數 孔輕55之有孔徑隔膜35配置在感測器陣列上面，在其每一 下面為—感測器元件或一組感測器元件。相似於以上所說 明之凹槽’有孔徑隔膜可以一種反射紅外線輻射材料，如 例如金屬板作成，或其可以包含一级收層及.一反射層之二 層形成。在隔膜上之孔徑55形成多數波導管。設若孔徑之 内^予以錄敷一種具有希望紅外線輻射反射或吸收特性之 材料如金’則有孔徑隔膜也可以任何材料作成。 本發明之輻射溫度計不同於巳知溫度計，主要在本發明

第12頁 五、發明說明（8) ： ' 之輕射感测器之使用’及/或本發明供決定溫度之方法之 應用。根據圖4，輻射溫度計70包括一探針頭6〇，在其前 端有本發明之輻射感測器1 0。然而也可提供多數輻射感 測器，較佳為設置成相對傾斜，以提供輻射溫度計具有足 夠大視場。而且，溫度計包含一裝置，供決定溫度測量值 >該震置僅使用感測器元件之一部份之溫度信號供溫度決 疋。該。卩份供給溫度值咼於/低於或顯著高於/低於其餘感 測器元件。更進一步而言，在關於溫度值之合計，較高/ 較低或顯著較南/較低溫度值之數f降低於預定界限值時. ，可發出一警告信號。 意在作為實例，本發明之方法（圖5)將參照一輻射溫度 計予以說明，該輻射感測器包含個別感測器元件，設置 成一矩陣圓案，指標i及j分別標示各別感測器元件所位於 之列及行。每一感測器元件Ew發出一對應於一溫度值了之 溫度信號su 〇 11 本發明之方法包含例如將所有溫度值L平均，藉以計 算溫度界限值Ts之第一步驟101。在第二步驟1〇2，然後將 諸個別溫度值與此溫度界限值了s比較。在紅外線耳溫計 ，僅超過溫度界限值Ts之溫度值τ’ u予以另外處理。在其 他應用，僅較低溫度值受到另外處理。 .- 八 本發明之方法之一種變型，包含一另外步驟103，在此 步騍檢查溫度值T，u超過溫度界限值1之每一感測器元件 ，以明白是否其相鄰感測器元件E(i±ni，Ei(j±i)及/或 E(i ±l)(j ±!>，輸出超過溫度界限值Ts之同樣溫度值。僅其相

第13頁 440681 五 '發明說明（9) -- 鄰感測器元件供給同樣溫度值Τ’ 大於溫度界限值^之感 測器7C件Ε’之溫度值τ’予以另外處理。以此方式，僅 此等感測器元件之溫度信號進入源自一鄰接較暖部位，意 為自其可假設其反射耳溫計所可見之鼓膜部位之溫度值之 部位，溫度測量值Τ之計算。 在另外處理時’步驟1〇4包括將溫度值τ’ 或溫度值 τ’平均’或自溫度值r ij(E，）決定尖峰值，藉以決定 溫度測量值T。 在一種修改之方法，第二步驟選'擇及另外處理僅顯著高 於/低於溫度界限值1之溫.度值，而非僅只選擇及另外處 理較高或較低溫度值Τ’ ij。例如在其呈現預定最小溫度差 或對實驗或統計方法所決定之溫度界限值Ts之溫度差時， 便盛行顯著較高/較低溫度值τ’ 。請予瞭解，溫度界限值 Ts也可利用將感測器元件h所供給之所有溫度值^^平均以 外其他方法予以固定。例如’可決定溫度值之頻率分布。 在耳道之部份以及鼓膜之部份位於多數感測器之視場時， 感測器元件供給溫度值’其分布可示二叢集點，一表示耳 道溫度及另一表示鼓膜溫度。該特定溫度值予以固定作為 溫度界限值Ts ’其對應於位於二叢集點間之頻率分布曲線 之相對最小值。 - 在本發明之方法之較佳變型，自存在二叢集點推斷溫度 計之探針頭適當對準。如果無二叢集為可檢測，便無溫度 測量值T予以決定’代之為由一適當指示器要求使用者重 複測量。

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44 06 B 案號 88115836 五、發明說明㈣ 'Lil：_______—一 自然，請予瞭解，在本發明之輻射溫度計，也可可應用 其他方法，其僅使用檢測來自較暖/較冷部位之紅外線輻 射感測器元件之溫度信號，供與其餘感測器元件比較，藉 以決定溫度測量值。舉例而言，本案也將述及一種梯度方 法，其自所有感測器元件之溫度值tu決定溫度梯度之位置 及方向，自其在輻射溫度計之視場導得最暖/最冷部位之 位置。 請予察知，以上所示之方法及其變型，自然可應用於裝 有多數感測器元件之任何輻射溫度計。 元件符號說明 10 輻射感測器 20 基片 30 感測器元件 35 有孔徑隔膜 40 紅外線透明層 45 微透鏡 5 0 相交之凹槽 55 孔徑 ._ 6 0 探針頭 7 0 耳溫計 80 鼓膜 90 耳道

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Claims (1)

1. 4-406 B 7 案號88115836 年月j多— 修正_ 六、申請專利範ΐ 1. 一種有多數紅外線感測器元件，供檢測來自不同部位 之紅外線輻射，並產生對應溫度信號之輻射溫度計，其特 徵為，其包括多數光學元件（50;45;55)，其與單一或多數 感測器元件（3 0 )關聯，並界定輻射自其可照射在各別（諸） 感測器元件之立體角。 2. 如申請專利範圍第1項之輻射溫度計，其特徵為，紅 外線感測器元件（3 0 )予以集成在一共同基片（2 0 )(多數感 測器）上。 3. —種有多數紅外線感測器元件（多數感測器）集成在一 共同基片，特別是供輻射溫度計之輻射感測器，其特徵為 ，其包括多數光學元件（50;45;55)，其與單一或多數感測 器元件（3 0 )關聯，並界定輻射自其可照射在各別（諸）感測 器元件之立體角。 4. 如申請專利範圍第1 ，2或3項之輻射溫度計及/或輻射 感測器，其特徵為，諸光學元件予以彼此連接（多數光學 糸統）。 5. 如申請專利範圍第1 ，2或3項之輻射溫度計及/或輻射 感測器，其特歡為，光學元件包括微透鏡（45)之一種配 置。 6. 如申請專利範圍第1 ，2或3項之輻射溫度計及/或輻射 感測器，其特徵為，光學元件包括一輻射透射層 (40)，凹槽（50)通過其延伸。 7. 如申請專利範圍第1 ，2或3項之輻射溫度計及/或輻射 感測器，其特徵為，光學元件係由一有多數孔徑（5 5 )之有

   O:\60\60252.ptc 2001.02.22.017 第1頁 r 4·4 06 8 7 - -m 88115836 f 0 年 > 月 ^ α 修正 六、申請專利範圍 孔徑隔膜（3 5 )所組成。 8.如申請專利範圍第2或3項之輻射溫度計及/或輻 感測器’其特徵為，光學元件予以與多數感測器整體構成 〇 9 ·如申清專利範圍第1項之輻射溫度計，其特徵為，其 包括設置成相對傾斜之多數輻射感測 器。 1 0.如申請專利範圍第1項之輻射溫度計，其特徵為，輻 射感測器（諸）（1〇)予以設置在一探針頭（60)之前端。 1 1 ‘如申請專利範圍第1項之輻射溫度計，其特徵為，其 包，括一裝置，供決定溫度測量值，其僅使用供給溫度值 (丁 u)顯著兩於/低於其餘感測器元件之感測器元件（U之 —部份之溫度信號（sy供溫度決定， 1 ▲ 12_ —種藉一有如申請專利範圍第1 ，2或3項之輻射溫度 計之多數紅外線感測器元件而決定溫度之方法，其特徵 為’供決定溫度測量值（τ)，僅使用供給溫度值（T，i）高於 /低於或顯者面於/低於其餘感測器元件之感測器元件（E…） 之一部份之溫度信號（Su)供溫度決定》 w 1 3 如申請·專利範圍第1 2項之方法，其特徵為，在第一 步驟（ιοί)，自溫度信號（su)決定溫度界限值（Ts)，以及 供決定溫度（104) ’僅使用供給溫度值（τ’高▲ /低於或 顯著高於/低於溫度界限值（Ts)之感測器元件（E )之溫产 信號（102)。 ，J 1 4 ·如申請專利範圍第1 2或1 3項方法’其特徵為，供決 定溫度測量值（T)，僅使用其相鄰感測器元件（E(卜⑴，'' ''E

   O:\60\60252.ptc 第2頁 2001.02.22.018 440687 ____案號88115836 年）月>$日 條,τ____ 六、申請專利範圍 i(j± D及/或E(i± 1)(j± u)輸出同樣較高/較低溫度值（τ，u)之感 測器元件（E’u)之較高/較低溫度值（T’ij(E,))，亦即1^測來 自相鄰部位之紅外線輻射（1 0 3 )。 1 5.如申請專利範圍第1 4項方法，其特徵為，溫度測量 值（T)為相鄰感測器元件（E，之所有較高/較低溫度值 (Τ’ ij(E.))之最高/最低溫度值（Tmax)。 16.如申請專利範圍第12或13項之方法，其特徵為，在 關於溫度值之合計’較高/較低或顯著較高/較低溫度值之 數下降低於預定界限值時，可發出一警告信號 。^ 如申請專利範圍第12至13項之方法，其特徵為， 在所有感測器元件（Eu)之溫度值（Tu)之頻率分布呈現_ 集點時，決定溫度測量值（T ) » 一叢 18.如申請專利範圍第12項方法，其特徵為，自所 測器元件之溫度值（T i j)決定溫度梯度之位置及方向， 在輻射溫度計之視場導得最暖/最冷部位之位置，以及僅/、 使用源自最暖/最冷部位之溫度值（Tu)供決定溫度測 (T) 。 N篁值

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