サーモパイル型赤外線検出装置

【課題】シリコン基材を透過窓材として具備したサーモパイル型赤外線検出装置と、赤外線を放射する測温対象物の間に、ガラス等の波長依存性のある透過特性を有した透過材が設置された場合、サーモパイル型赤外線検出装置は透過材を介して検出される測温対象物の温度と、波透過材自身の温度の両方を検出する事になり、測温対象物の検出温度の精度の悪さが課題となっていた。
【解決手段】サーモパイル型赤外線検出装置と、赤外線を放射する測温対象物の間に設置された透過材と同一の透過特性を有する材質及び、設置された透過材と同一の透過特性となる様に、コーティングを施した透過材を、サーモパイル型赤外線検出装置の透過窓材として具備した事を特徴としている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線透過領域の選択性を有したサーモパイル型赤外線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられている一般的なサーモパイル型赤外線検出装置は、波長依存性を持たないシリコン等の基材のみのアンコーティングシリコンにて構成される透過窓材のものや、あるいはシリコン基材面へ蒸着等の技術により蒸着コーティングを施し波長依存の選択性を有した透過窓材により提供されている。図３に上記のシリコン基材の透過窓材のサーモパイル型赤外線検出装置の形状を示す。また、図４に内部断面構造を示す。
このアンコーティングのシリコン基材や、シリコン基材面に蒸着コーティングを施した透過窓材を有するサーモパイル型赤外線検出装置を用いて、赤外線を放射する測温対象物の温度を検出するにあたり、一般のシリコンレンズとは異なるガラス等の波長依存性のある透過特性を有する透過材(以降「透過材」と略する)がサーモパイル型赤外線装置と測温対象物の間に設置される場合がある。このとき、測温対象物の輻射熱等により透過材自身の温度が上昇し、透過材自身より赤外線が放射され、サーモパイル型赤外線検出装置は透過材を透過して検出する測温対象物の温度と透過材自身の温度の両方を検出していた。上記の対策として、設置された透過材と同一の材質をサーモパイル型赤外線検出装置の前面へ追加設置する事で、測温対象物の輻射熱等による透過材自身の温度上昇の温度検出を抑制していた。
【特許文献１】特願２００４―３４５０６０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図５にサーモパイル型赤外線検出装置の透過窓材として具備されたアンコーティングシリコンの透過特性を示す。また、同図５にサーモパイル型赤外線検出装置と測温対象物との間に設置された、一般のシリコンと異なるガラス等の波長依存性のある透過特性を有した透過材の透過特性を示す。図５に於いて、透過特性が重なっている波長はサーモパイル型赤外線検出装置が透過材を介して測温対象物の温度を検出可能であるが、その他の透過波長では透過材表面の温度を検出してしまう。また、図６にサーモパイル型赤外線検出装置にバンドパスコーティングを施した透過窓材の透過特性と、同図６に透過材の透過特性を示す。図６に於いても図５と同様に、透過特性が重なる波長はサーモパイル型赤外線検出装置が透過材を介して測温対象物の温度を検出可能であるが、その他の透過波長では透過材表面の温度を検出してしまう。そのため、測温対象物からの輻射熱等が大きい場合や、測温対象物と波長依存性のある透過材の距離が近い場合に於いて、透過材自身の温度が上昇し、サーモパイル型赤外線検出装置が透過材の表面温度を検出してしまい、測温対象物の検出温度精度の悪さが課題となっていた。また、透過窓材としてアンコーティングのシリコン基材を具備したサーモパイル型赤外線検出装置の前面に、透過材と同一の透過特性を有する材質を設置することで、サーモパイル型赤外線検出装置が検出する透過材の温度変化による影響を軽減することが可能であるが、完全に影響を無くすことができず、上記シリコン基材のみと同様、測温対象物の検出温度精度の悪さが課題となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、サーモパイル型赤外線検出装置と、赤外線を放射する測温対象物との間に設置された、ガラス等の波長依存性のある透過特性を有した透過材と同一の透過特性を有する材質、及び、ガラス等の波長依存性のある透過特性と同一の透過特性となる様にコーティングを施した透過材を、サーモパイル型赤外線検出装置の透過窓材として具備した事を特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
図７に本発明のサーモパイル型赤外線検出装置に具備させた透過窓材の透過特性を示す。また、同図７にサーモパイル型赤外線検出器と測温対象物との間に設置された、ガラス等の波長依存性のある透過特性を有した透過材の透過特性を示す。図７に於いて、サーモパイル型赤外線検出装置の透過窓材と透過材の透過特性が一致しており、サーモパイル型赤外線検出装置は透過材を介して測温対象物を検出可能な赤外線波長のみ検出する事になる。このため、透過材自身の温度が測温対象物からの輻射熱等で上昇した場合に於いても、サーモパイル型赤外線検出装置が透過材自身の温度を検出しなくなり透過材を介した先の測温対象物のみを検出し検出温度精度を向上させる事が可能となる。
【０００６】
又、本発明のサーモパイル型赤外線検出装置の構成を用い応用する事で、例えば、自動車車室内からのウィンドウガラスを介した先の測温、調理時に於けるガラス等を介した先の食品、調理器具等の測温等、測温対象物とサーモパイル型赤外線検出装置の間にガラス等の赤外線透過材が存在する測温条件に於いて精度よく温度検出が可能となる。
又、サーモパイル型赤外線検出装置に具備の赤外線透過窓材を、測温対象物とサーモパイル型赤外線検出装置の間に設置されたガラス等の透過材と同一材料を使用した場合、赤外線透過窓材に特定の温度波長のみを透過させるコーティングを施した場合に於いて、検出したい温度波長のみが検出可能となり、その他の温度波長域については波長ブロッキングされている事から、ガラス等の透過材の温度波長の影響を受けず、測温対象物のみの温度検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、サーモパイル型赤外線検出装置と赤外線を放射する測温対象物との間に設置された、一般のシリコンレンズと異なるガラス等の波長依存性のある透過特性を有した透過材透過材と、同一の透過特性を有する材質、又は、同一の透過特性となる様にコーティングされた材質をサーモパイル型赤外線検出装置の透過窓材として具備させた事を特徴としている。
【実施例１】
【０００８】
図１に本発明のサーモパイル型赤外線検出装置の形状を示す。また、図２に内部断面構造を示す。サーモパイル型赤外線検出装置は、赤外線を受光することにより、対象物の放射赤外線量を測定し、対象物の温度を検出する事を可能にするサーモパイルチップを用いている。また、サーモパイルチップへの赤外線入射量と、赤外線透過領域を規定する透過窓材として、平凸レンズ形状を用いている。本実施例ではこの平凸レンズの材質として、サーモパイル型赤外線検出装置と測温対象物との間に設置された、ガラス等の波長依存性のある透過特性を有した透過材と、同一の透過材を用いている(以降「透過材平凸レンズ」と略する)。これらを、赤外線透過窓を有する金属性ＣＡＮケースと、サーモパイルチップと電気的接続したリード端子を備えたヘッダーにより、ハーメチックシールして外来からの環境変化や電磁障害を防止する構造となっている。
【０００９】
図８に本実施例の計測条件を示す。本計測条件では、サーモパイル型赤外線検出装置と測温対象物との間に、透過材を測温対象物に平行に設置させており、計測前は測温対象物からの輻射熱により、透過材自身の温度の上昇を抑えるため、測温対象物と透過材の間に断熱材を設置している。
【００１０】
図９に図８の計測条件から、断熱材を取り除いたときの本実施例の透過平凸レンズを具備したサーモパイル型赤外線検出装置の検出温度値と、従来用いられていたアンコートシリコンの平凸レンズを具備したサーモパイル型赤外線検出装置での検出温度値を示す。従来のアンコートシリコンの平凸レンズを具備したサーモパイル型赤外線検出装置の場合、測温対象物と透過材の間に設置された断熱材を取り除いた直後に於いては、透過材を介して測温対象物の温度のみを検出する。しかしその後、測温対象物の輻射熱の影響により、透過材自身の温度が上昇し、この温度上昇分をサーモパイル型赤外線検出装置が検出し、検出温度値が上昇していく。
【００１１】
前記従来品に対し、本実施例の透過平凸レンズを具備したサーモパイル型赤外線検出装置の場合、断熱材を取り除いた直後に於いて、従来品と同様に透過材を介して測温対象物の温度を検出する。しかし透過材自身の温度が測温対象物の輻射熱により上昇した場合に於いても、本実施例の透過平凸レンズを具備したサーモパイル型赤外線検出装置は透過材自身の温度上昇分は検出せず、検出温度値は一定であり、透過材を介した測温対象物のみ精度良く温度計測が可能である。
【００１２】
本実施例ではサーモパイル型赤外線検出装置の透過窓材形状としてとして平凸レンズ形状としたが、平面形状や、逆平凸レンズ、平凹レンズ、逆平凹レンズ、凹凸レンズ、逆凹凸レンズ、両凸レンズ、両凹レンズ等の形状に於いても、同等の赤外線透過特性を得る事が可能であり、本実施例と同様にサーモパイル型赤外線検出装置が透過材を介して、測温対象物のみの温度の検出が可能である。
図１０〜図１７に前記、他の形状の透過窓材を用いたサーモパイル型赤外線検出装置の内部断面構造を示す。
【実施例２】
【００１３】
本実施例ではサーモパイル型赤外線検出装置の透過窓材に於いて、サーモパイル型赤外線検出装置と測温対象の間に設置された透過材と同一の透過特性となる様にコーティングされた透過窓材を具備させた。結果、図８で示した計測条件に於いて、実施例１と同様に透過材を介して測温対象物のみの温度の検出が可能である事を確認した。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による最も基本的な実施例である。サーモパイル型赤外線検出装置と測温対象物との間に設置された、ガラス等の波長依存性のある透過特性を有した透過材を、サーモパイル型赤外線検出器の透過窓材として具備させた斜視方向外略図である。
【図２】図１の内部構造断面図である。
【図３】一般的なアンコーティングシリコン平凸レンズを具備したサーモパイル型赤外線検出装置の斜視方向概略図である。
【図４】図４の内部構造断面図である。
【図５】一般的なアンコーティングシリコンの透過特性と、ガラス等の透過材の透過特性のデータである。
【図６】バンドパスのコーティングを施したアンコーティングシリコンの透過特性と、ガラス等の透過材の透過特性のデータである。
【図７】ガラス等の透過材の透過特性と、透過材と同一の透過特性を有するサーモパイル型赤外線検出装置の透過窓材の透過特性。
【図８】サーモパイル型赤外線検出装置と測温対象物との間に、赤外線透過域の選択性を有した物質と、測温対象物からの輻射熱を防ぐ断熱材が設置された斜視方向概略図である。
【図９】図８の設置条件に於いて、測温対象物を検出させた時のサーモパイル型赤外線検出装置の検出温度値の追従データである。
【図１０】他の実施例で、波長依存性のある透過材と同一の透過特性を有する材質を別透過窓材として具備した、サーモパイル型赤外線検出装置の内部断面構造である。
【図１１】他の実施例で、波長依存性のある透過材と同一の透過特性を有する材質を別透過窓材として具備した、サーモパイル型赤外線検出装置の内部断面構造である。
【図１２】他の実施例で、波長依存性のある透過材と同一の透過特性を有する材質を別透過窓材として具備した、サーモパイル型赤外線検出装置の内部断面構造である。
【図１３】他の実施例で、波長依存性のある透過材と同一の透過特性を有する材質を別透過窓材として具備した、サーモパイル型赤外線検出装置の内部断面構造である。
【図１４】他の実施例で、波長依存性のある透過材と同一の透過特性を有する材質を別透過窓材として具備した、サーモパイル型赤外線検出装置の内部断面構造である。
【図１５】他の実施例で、波長依存性のある透過材と同一の透過特性を有する材質を別透過窓材として具備した、サーモパイル型赤外線検出装置の内部断面構造である。
【図１６】他の実施例で、波長依存性のある透過材と同一の透過特性を有する材質を別透過窓材として具備した、サーモパイル型赤外線検出装置の内部断面構造である。
【図１７】他の実施例で、波長依存性のある透過材と同一の透過特性を有する材質を別透過窓材として具備した、サーモパイル型赤外線検出装置の内部断面構造である。
【符号の説明】
【００１５】
１波長依存性のある透過特性を有した透過材を用いた平凸レンズ
２金属ＣＡＮケース
３ヘッダー
４リード
５赤外線透過窓
６エポキシ系接着剤
７サーモパイルチップ
８アンコーティングシリコン平凸レンズ
９ガラス等の波長依存性のある透過特性を有した透過材の透過特性
１０アンコーティングシリコンの透過特性
１１バンドパスのコーティングを施したシリコンの透過特性
１２透過材と同一の透過特性を有するサーモパイル型赤外線検出装置の透過窓材の透過特性
１３波長依存性のある透過材
１４測温対象物
１５断熱材
１６サーモパイル型赤外線検出装置
１７断熱材を取り除く前のサーモパイル型赤外線検出装置の検出温度値
１８断熱材を取り除いた場合の従来のサーモパイル型赤外線検出装置の検出温度値
１９断熱材を取り除いた場合の実施例１のサーモパイル型赤外線検出装置の検出温度値
２０波長依存性のある透過材を用いた平面形状の透過窓材
２１波長依存性のある透過材を用いた平凹レンズ
２２波長依存性のある透過材を用いた凹凸レンズ
２３波長依存性のある透過材を用いた両凸レンズ
２４波長依存性のある透過材を用いた両凹レンズ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーモパイル型赤外線検出装置と測温対象物との間にガラス等の波長依存性のある透過特性を有した透過材が設置される場合に於いて、サーモパイル型赤外線検出装置の透過窓材を、設置された透過材と同じ透過特性を有する材質とした事を特徴としたサーモパイル型赤外線検出装置。
【請求項２】
サーモパイル型赤外線検出装置と測温対象物との間に設置された透過材と同一の透過特性となる様にコーティングされた材質をサーモパイル型赤外線検出装置の透過窓材とした事を特徴としたサーモパイル型赤外線検出装置。

【図１】