JP2004177272A - 赤外線検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】被検知体から放射される赤外線を、ノイズを除去して精度良く検出することができる赤外線検出装置を提供すること。
【解決手段】所定電圧が印加された赤外線検知用感熱素子ＴＰと、所定電圧が印加され、赤外線検知用感熱素子ＴＰの内部抵抗と略同一の抵抗値を有する抵抗体Ｒｓと、赤外線検知用感熱素子ＴＰの出力から抵抗体Ｒｓの出力を減算する減算手段１０３と、赤外線検知用感熱素子ＴＰの温度補償を行う温度補償用感熱素子ＴＨを含む温度補償手段１０２と、減算手段１０３の出力と温度補償手段１０２の出力とを加算する加算手段１０５とを備えている
【選択図】 図１
【解決手段】所定電圧が印加された赤外線検知用感熱素子ＴＰと、所定電圧が印加され、赤外線検知用感熱素子ＴＰの内部抵抗と略同一の抵抗値を有する抵抗体Ｒｓと、赤外線検知用感熱素子ＴＰの出力から抵抗体Ｒｓの出力を減算する減算手段１０３と、赤外線検知用感熱素子ＴＰの温度補償を行う温度補償用感熱素子ＴＨを含む温度補償手段１０２と、減算手段１０３の出力と温度補償手段１０２の出力とを加算する加算手段１０５とを備えている
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検知体から放射される赤外線に応じた信号を出力する赤外線検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被検知体の表面温度を非接触で検出するための赤外線検出装置の例として、食品の温度を赤外線センサで検知して加熱制御させる電子レンジ用の赤外線検出装置がある（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この赤外線検出装置は、図１２に示すように、凹面鏡３を有し、該凹面鏡３の焦点にセンサ素子４が配置され、該センサー素子４の出力信号が基準信号と比較され、かつ評価回路１５内にて、温度信号に変換される。センサ素子４は、サーモパイル素子６を有し、該サーモパイル素子６の近くに温度基準素子５が配置され、校正可能の第１前置増幅器８，９がサーモパイル素子６の出力信号を増幅し、第２前置増幅器１０〜１３が温度基準素子５の出力信号を増幅し、かつ第３前置増幅器１４が差動増幅器として接続され、この差動増幅器１４が第１前置増幅器８，９及び第２前置増幅器１０〜１３の出力信号の差を増幅する前置増幅器を形成している。
【０００４】
【特許文献１】
特表平９−５０５４３４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のような赤外線検出装置においては、赤外線検知部（センサ素子４）と信号処理回路部（第１前置増幅器８，９、第２前置増幅器１０〜１３及び差動増幅器１４）が１つの素子１６に配置されているために、例えば電子レンジ内にこのような赤外線検出装置を配置する場合、電子レンジ内の加熱室壁に設けられた開口部に上記素子１６を配置しなければならないため、加熱室内で加熱された食品からの蒸気が開口部から素子１６に流入し、前記赤外線検出装置を構成する信号処理回路を構成する部品の動作温度上限まで達することがあり、誤動作の原因になる場合があった。
【０００６】
このような問題を解決する方法として、赤外線検知部と信号処理回路部を分離し、信号処理回路部を電子レンジ内の熱や湿気の影響の及ばない場所に設置して、赤外線検知部と信号処理回路部間を延長ケーブルで接続する方法が考えられる。
【０００７】
しかしながら、この方法は、赤外線検知部を構成するセンサ素子４（サーモパイル素子６）の出力インピーダンスが高く、その出力信号が極めて小さいために、サーモパイル素子６やその配線パターンに、放射ノイズや、電子レンジ内に設置した場合にはマイクロ波の誘導ノイズや、電源ラインからの誘導ノイズがセンサ素子４の微小な温度出力信号に重畳し、さらに信号処理回路部の増幅器で増幅される不都合が生じ、精度の高い赤外線検知ができなかった。また、上述した赤外線検知部と信号処理回路部が１つの素子１６に配置された構成の赤外線検出装置においても、サーモパイル素子６へのノイズの重畳が発生してその影響が無視できない場合があった。
【０００８】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑み、被検知体から放射される赤外線を、ノイズを除去して精度良く検出することができる赤外線検出装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、所定電圧が印加された赤外線検知用感熱素子と、前記所定電圧が印加され、前記赤外線検知用感熱素子の内部抵抗と略同一の抵抗値を有する抵抗体と、前記赤外線検知用感熱素子の出力から前記抵抗体の出力を減算する減算手段と、前記赤外線検知用感熱素子の温度補償を行う温度補償用感熱素子を含む温度補償手段と、前記減算手段の出力と前記温度補償手段の出力とを加算する加算手段とを備えたことを特徴とする赤外線検出装置に存する。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、赤外線検出装置は、所定電圧が印加された赤外線検知用感熱素子と、所定電圧が印加され、赤外線検知用感熱素子の内部抵抗と略同一の抵抗値を有する抵抗体と、赤外線検知用感熱素子の出力から抵抗体の出力を減算する減算手段と、赤外線検知用感熱素子の温度補償を行う温度補償用感熱素子を含む温度補償手段と、減算手段の出力と温度補償手段の出力とを加算する加算手段とを備えているので、赤外線検知用感熱素子やその配線パターンに重畳するノイズを除去することができ、被検知体から放射される赤外線を精度良く検知することができる。
【００１１】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、前記赤外線検知用感熱素子、前記抵抗体及び前記温度補償用感熱素子とから構成される赤外線検知部と、前記減算手段及び前記加算手段から構成される信号検出部とからなり、前記赤外線検知部と前記信号検出部は、分離されて互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出装置に存する。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、赤外線検出装置は、赤外線検知用感熱素子、抵抗体及び温度補償用感熱素子とから構成される赤外線検知部と、減算手段及び加算手段から構成される信号検出部とからなり、赤外線検知部と信号検出部は、分離されて互いに電気的に接続されているので、信号検出部を被検知体から放射される赤外線等の影響を受けない場所に設置することができ、精度の良い赤外線検出が可能となる。
【００１３】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、所定電圧が印加され、赤外線を受光する第１の赤外線検知用感熱素子と、前記所定電圧が印加され、前記第１の赤外線検知用感熱素子と略同一の温度特性を有すると共に、前記赤外線に対して遮光された第２の赤外線検知用感熱素子と、前記第１の赤外線検知用感熱素子の出力から前記第２の赤外線検知用感熱素子の出力を減算する減算手段と、前記第１の赤外線検知用感熱素子の温度補償を行う温度補償用感熱素子を含む温度補償手段と、前記減算手段の出力と前記温度補償手段の出力とを加算する加算手段とを備えたことを特徴とする赤外線検出装置に存する。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、赤外線検出装置は、所定電圧が印加され、赤外線を受光する第１の赤外線検知用感熱素子と、所定電圧が印加され、第１の赤外線検知用感熱素子と略同一の温度特性を有すると共に、赤外線に対して遮光された第２の赤外線検知用感熱素子と、第１の赤外線検知用感熱素子の出力から第２の赤外線検知用感熱素子の出力を減算する減算手段と、第１の赤外線検知用感熱素子の温度補償を行う温度補償用感熱素子を含む温度補償手段と、減算手段の出力と温度補償手段の出力とを加算する加算手段とを備えているので、赤外線検知用感熱素子やその配線パターンに重畳するノイズを除去することができ、被検知体から放射される赤外線を精度良く検知することができる。
【００１５】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載の発明は、前記第１の赤外線検知用感熱素子、前記第２の赤外線検知用感熱素子及び前記温度補償用感熱素子とから構成される赤外線検知部と、前記減算手段及び前記加算手段から構成される信号検出部とからなり、前記赤外線検知部と前記信号検出部は、分離されて互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項３記載の赤外線検出装置に存する。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、赤外線検出装置は、第１の赤外線検知用感熱素子、第２の赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子とから構成される赤外線検知部と、減算手段及び前記加算手段から構成される信号検出部とからなり、赤外線検知部と信号検出部は、互いに分離されて電気的に接続されているので、信号検出部を被検知体から放射される赤外線等の影響を受けない場所に設置することができ、精度の良い赤外線検出が可能となる。
【００１７】
上記課題を解決するためになされた請求項５記載の発明は、前記減算手段及び前記加算手段は、それぞれ、オペアンプを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の赤外線検出装置に存する。
【００１８】
請求項５記載の発明によれば、減算手段及び加算手段は、それぞれ、オペアンプを含むので、それぞれのゲインを適宜に設定することにより精度の良い赤外線検出が可能となる。
【００１９】
上記課題を解決するためになされた請求項６記載の発明は、前記温度補償用感熱素子が、サーミスタであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の赤外線検出装置に存する。
【００２０】
請求項６記載の発明によれば、温度補償用感熱素子が、サーミスタであるので、周囲温度の変動を抵抗値の変化としてとらえ、電圧変化に変換して温度補償のための信号として出力することができる。
【００２１】
上記課題を解決するためになされた請求項７記載の発明は、前記温度補償手段は、前記サーミスタの温度特性を直線化する直線化手段をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の赤外線検出装置に存する。
【００２２】
請求項７記載の発明によれば、温度補償手段は、サーミスタの温度特性を直線化する直線化手段をさらに含むので、精度の良い温度補償が可能となる。
【００２３】
上記課題を解決するためになされた請求項８記載の発明は、前記赤外線検知用感熱素子が、サーモパイル素子であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の赤外線検出装置に存する。
【００２４】
請求項８記載の発明によれば、赤外線検知用感熱素子が、サーモパイル素子であるので、赤外線を感度良く検知することができる。
【００２５】
上記課題を解決するためになされた請求項９記載の発明は、前記抵抗体が、固定抵抗器であることを特徴とする請求項１、２、５から８のいずれか１項に記載の赤外線検出装置に存する。
【００２６】
請求項９記載の発明によれば、抵抗体が、固定抵抗器であるので、赤外線検知用感熱素子の内部抵抗と略同一に設定した抵抗値を維持することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明による赤外線検出装置の第１の実施の形態の回路構成を示す回路図である。図１において、赤外線検出装置Ｓは、赤外線検知部Ａと信号検出部Ｂとからなる。赤外線検知部Ａは、赤外線検知用感熱素子としてのサーモパイル素子ＴＰと、サーモパイル素子ＴＰの内部抵抗と略同一の抵抗値を有する抵抗体としての固定抵抗Ｒｓと、温度補償用感熱素子としてのサーミスタＴＨとから構成されている。サーミスタＴＨは、ＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）タイプのものが使用されている。
【００２９】
また、信号検出部Ｂは、赤外線検知手段としての赤外線検出回路１０１と、温度補償手段としての温度補償回路１０２と、減算手段としての減算回路１０３と、増幅回路１０４及び加算手段としての加算回路１０５とから構成されている。
【００３０】
赤外線検出回路１０１は、電源電圧＋Ｖｃｃと接地間に直列接続された抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点ａに接続されたサーモパイル素子ＴＰと、固定抵抗Ｒｓを含み、赤外線検知手段として働く。
【００３１】
温度補償回路１０２は、＋電源電圧Ｖｃｃと接地間に直列接続されたサーミスタＴＨ及び直線化手段としての抵抗Ｒ５を含み、サーミスタＴＨと抵抗Ｒ５との接続点ｅから温度補償信号を出力する温度補償手段として働く。
【００３２】
減算回路１０３は、オペアンプａｍｐ１と、抵抗Ｒ３，Ｒ４を有する。抵抗Ｒ３は、オペアンプａｍｐ１の反転入力端子と出力端子間に接続されている。抵抗Ｒ４は、オペアンプａｍｐ１の非反転入力端子と接地間に接続されている。また、オペアンプａｍｐ１の非反転入力端子には、赤外線検出回路１０１のサーモパイル素子ＴＰの出力端子が接続され、反転入力端子には、固定抵抗Ｒｓの出力端子が接続されている。
【００３３】
増幅回路１０４は、オペアンプａｍｐ２と、抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８を有する。抵抗Ｒ６は、温度補償回路１０２のサーミスタＴＨと抵抗Ｒ５の接続点ｅと、オペアンプａｍｐ２の非反転入力端子の間に接続されている。抵抗Ｒ７は、オペアンプａｍｐ２の反転入力端子と出力端子間に接続されている。抵抗Ｒ８は、オペアンプａｍｐ２の反転入力端子と接地間に接続されている。
【００３４】
加算回路１０５は、オペアンプａｍｐ３と、抵抗Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１を有する。抵抗Ｒ９は、減算回路１０３の出力端子及び増幅回路１０４の出力端子の接続点ｇと、オペアンプａｍｐ３の非反転入力端子の間に接続されている。抵抗Ｒ１０は、オペアンプａｍｐ３の反転入力端子と出力端子間に接続されている。抵抗Ｒ１１は、オペアンプａｍｐ３の反転入力端子と接地間に接続されている。
【００３５】
なお、赤外線検知部ＡにおけるＧ〜Ｋ及び信号検出部ＢにおけるＧ’〜Ｋ’は、それぞれ、赤外線検知部Ａと信号検出部Ｂとを互いに電気的に接続するための接続部であり、接続部ＧとＧ’，ＨとＨ’，ＩとＩ’，ＪとＪ’，ＫとＫ’は、それぞれ引出線などにより電気的に接続されている。
【００３６】
次に図１の赤外線検出装置の構造例について図２及び図３を参照して説明する。図２は、図１の赤外線検出装置の概略斜視図であり、図３は、図２のＸ−Ｘ線断面図である。
【００３７】
図２及び図３において、赤外線検知部Ａは、サーモパイル素子ＴＰ、サーミスタＴＨ及び固定抵抗Ｒｓに相当する固定抵抗器（以下、固定抵抗器Ｒｓと記す）が封入された金属パッケージＣと、基板５１とから構成されていて、基板５１上に金属パッケージＣが載置されている。サーモパイル素子ＴＰと固定抵抗器ＲｓとサーミスタＴＨは、金属パッケージＣを構成するステムＣａ上に載置され、サーモパイル素子ＴＰの出力端子（不図示）は外部出力用端子Ｌへ、固定抵抗器Ｒｓの出力端子（不図示）は外部出力端子Ｍへ、サーミスタＴＨの出力端子（不図示）は外部出力用端子Ｎへ、各々ワイヤボンディングなどの手法によって電気的に接続されている（不図示）。ステムＣａと共に金属パッケージＣを構成するキャップＣｂには、サーモパイル素子ＴＰの赤外線受光部ＴＰａ上に一致するように、赤外線を透過するフィルタ２１が組み込まれ、キャップＣｂとステムＣａとは、溶接等の手法によって封止されている。
【００３８】
信号検出部Ｂは、減算回路１０３が封止されたＩＣパッケージ１０３Ａと、増幅回路１０４が封止されたＩＣパッケージ１０４Ａと、加算回路１０５が封止されたＩＣパッケージ１０５Ａと、基板６１とで構成されていて、基板６１上にＩＣパッケージ１０３Ａ，１０４Ａ，１０５Ａが載置されている。
【００３９】
また、図１で説明したように、赤外線検知部Ａと信号検出部Ｂは、図示しない接続部Ｇ〜Ｋと接続部Ｇ’〜Ｋ’が引出線７１によって電気的に接続されている。
【００４０】
サーモパイル素子ＴＰは、矢印で示すように、被検知体（図示しない）から放射された赤外線Ｉｒが、フィルタ２１を通過して赤外線受光部ＴＰａに導かれ、赤外線受光部ＴＰａで受光した赤外線エネルギーを電気信号に変換し、そのエネルギー量に応じた電圧を出力するものである。
【００４１】
次に、再び図１を参照し、赤外線検出装置Ｓの動作について説明する。赤外線検知回路１０１において、接続点ａからは、一定の基準電圧Ｖｒｅｆが得られ、サーモパイル素子ＴＰ及び固定抵抗Ｒｓへそれぞれ印加される。この基準電圧Ｖｒｅｆは、
Ｖｒｅｆ＝Ｖｃｃ＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）・・・・・・・・・（１）
と表すことができる。
【００４２】
ところで、サーモパイル素子ＴＰは、高出力インピーダンスで、出力信号が極めて微小であるために、サーモパイル素子ＴＰが接続されている配線パターン、及び引出線には、赤外線検出装置Ｓを電子レンジに適用した場合にマグネトロンから発生するマイクロ波の誘導によるノイズが重畳されてしまうが、サーモパイル素子ＴＰの内部抵抗と略同一な抵抗値にペアリングしている固定抵抗Ｒｓ側にも、固定抵抗Ｒｓを接続する配線パターン、及び引出線に同相ノイズが重畳される。
【００４３】
このとき、減算回路１０３のオペアンプａｍｐ１の非反転入力端子への入力電圧Ｖｂは、
Ｖｂ＝Ｖｔｐ＋Ｖｒｅｆ＋Ｎ・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
と表すことができる。なお、Ｖｔｐは、サーモパイル素子ＴＰから発生する熱起電力であり、Ｎは、サーモパイル素子ＴＰを接続する配線パターン及び引出線に重畳されるノイズである。
【００４４】
また、オペアンプａｍｐ１の反転入力端子への入力電圧Ｖｃは、
Ｖｃ＝Ｖｒ＋Ｖｒｅｆ＋Ｎ・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
と表すことができる。なお、Ｖｒは、固定抵抗Ｒｓに印加されている電圧であり、Ｎは、固定抵抗Ｒｓを接続する配線パターン、及び引出線に重畳されるノイズであり、サーモパイル素子ＴＰを接続する配線パターン、及び引出線に重畳するノイズＮと同相のノイズである。
【００４５】
このとき、減算回路１０３の出力電圧Ｖ１０３は、
Ｖ１０３＝Ｖｂ−Ｖｃ＝Ｇ１＊（Ｖｔｐ−Ｖｒ）・・・・・・（４）
と表すことができる。なお、Ｇ１は、オペアンプａｍｐ１のゲインである。つまり、減算回路１０３からは、サーモパイル素子ＴＰの配線パターン、及び引出線に重畳したノイズと固定抵抗器Ｒｓの配線パターン及び引出線に重畳したノイズが除去された出力電圧Ｖ１０３が出力される。
【００４６】
なお、サーモパイル素子ＴＰの温度補償は、温度補償回路１０２から略直線化された出力電圧を増幅回路１０４を介して、接続点ｇにおいて減算回路１０３の出力電圧と加算することにより行われる。温度補償回路１０２の接続点ｅの出力電圧Ｖｅは、
Ｖｅ＝Ｖｃｃ＊Ｒ５／（Ｒ５＋Ｒｔｈ）＝Ｖｔｈｏ・・・・・（５）
と表される。なお、Ｒｔｈｏは、サーミスタＴＨの抵抗値である。
【００４７】
温度補償回路１０２の出力電圧特性は、サーミスタＴＨの温度特性が指数関数の関係にあるが、赤外線検出装置Ｓの使用温度の範囲内において、略直線になるような抵抗Ｒ５を求めることにより略直線にすることができる。上記の抵抗Ｒ５は、式（５）と、使用温度の下限温度ｔ１と、上限温度ｔ３と、下限温度ｔ１及び上限温度ｔ３間の中央の温度ｔ２とのそれぞれの温度におけるサーミスタＴＨの抵抗値Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ３，Ｒｔｈ２と、出力電圧Ｖｔｈｏ１，Ｖｔｈｏ３，Ｖｔｈｏ２の関係（Ｖｔｈｏ２−Ｖｔｈｏ１＝Ｖｔｈｏ３−Ｖｔｈｏ２）とで求められ、温度補償回路１０２の出力電圧特性は、図４のようになる。
【００４８】
この出力電圧Ｖｔｈｏは、サーミスタＴＨの抵抗値Ｒｔｈが周囲温度の変動に伴って変化し、その抵抗値変化が電圧変化に変換されて、オペアンプａｍｐ２に入力されるので、周囲温度の変化に応じて変動し、それにより、サーモパイル素子ＴＰの出力の周囲温度の変動によるシフト分が相殺され、サーモパイル素子ＴＰの出力が温度補償される。
【００４９】
なお、サーモパイル素子の出力電圧を温度補償する理由は、以下の通りである。すなわち、一例として、図５に黒体炉温度（℃）対サーモパイル素子ＴＰの増幅後出力電圧の温度特性として示すように、温度補償なしの場合の出力電圧は、たとえば、周囲温度Ｔａ＝２０℃及びＴａ＝５０℃の場合に、それぞれ、異なるカーブＡ及びＢを描く。そして、図からも分かるように、周囲温度Ｔａが高いほど、カーブは、出力電圧が低い方へシフトする。
【００５０】
そして、温度補償がある（温度補償回路１０２）場合、増幅回路１０４の出力電圧と減算回路１０３の出力電圧は、加算回路１０５で加算増幅され、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。つまり、加算回路１０５から出力された出力電圧Ｖｏｕｔは、減算回路１０３の出力電圧に増幅回路１０４から出力された出力電圧だけシフトさせた、図中の温度補償後出力で示すカーブＣ一本にまとめることができる。
【００５１】
このように、温度補償回路１０２があるということは、周囲温度の変化に応じてシフトしてしまうサーモパイル素子ＴＰの出力電圧を周囲の温度に関係なく、１つのカーブに補正することができるということになる。
【００５２】
上述のとおり、温度補償回路１０２から出力される出力電圧Ｖ１０２は、
Ｖ１０２＝Ｖｅ＋Ｎ’ ＝Ｖｔｈｏ＋Ｎ’ ・・・・・・・・・・（６）
と表される。なお、Ｎ’ は、サーミスタＴＨを接続する配線パターン、及び引出線に重畳するノイズである。
【００５３】
温度補償回路１０２から出力された出力電圧Ｖ１０２は、増幅回路１０４によって増幅される。増幅回路１０４から出力される出力電圧Ｖ１０４は、
Ｖ１０４＝Ｇ２＊Ｖ１０２＝Ｇ２＊（Ｖｔｈｏ＋Ｎ’ ）・・・（７）
と表される。なお、Ｇ２は、オペアンプａｍｐ２のゲインである。
【００５４】
接続点ｇでは、減算回路１０３から出力された出力電圧Ｖ１０３と増幅回路１０４から出力された出力電圧Ｖ１０４が加算される。接続点ｇの電圧Ｖｇは、
と表される。
【００５５】
加算回路１０５から出力される出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝Ｇ３＊（Ｇ１＊（Ｖｔｐ−Ｖｒ）＋Ｇ２＊（Ｖｔｈｏ＋Ｎ’ ））・・・（９）
と表される。なお、Ｇ３は、オペアンプａｍｐ３のゲインである。
【００５６】
本実施の形態では、具体的には、直流電圧源（５Ｖ）、サーモパイル素子ＴＰ（温度特性：２０ｍＶ／℃，内部抵抗：５０ｋΩ）、固定抵抗器Ｒｓ（抵抗値：５０ｋΩ）、サーミスタＴＨ（２５℃での抵抗値：１００ｋΩ、サーミスタの温度依存性を示すＢ定数：３４３５Ｋ）のものを使用した。また、Ｇ１のゲインは１０００倍、Ｇ２のゲインは１倍にしておいた。
【００５７】
その結果、サーミスタＴＨに接続された配線パターン、及び引出線に重畳したノイズＮ’は増幅回路１０４によって増幅されるが、オペアンプａｍｐ１のゲインをオペアンプａｍｐ２のゲインより大きくしているので、サーミスタＴＨに接続された配線パターン、及び引出線に重畳されたノイズは、加算回路１０５によって無視できる程小さくできている。
【００５８】
次に、図６は、本発明の赤外線検出装置Ｓを電子レンジに適用した例を示す図である。図６において、電子レンジ１０１は、マグネトロン１０３と、電子レンジ庫内１０２の回転テーブル１０４とを有し、回転テーブル１０５上に、水Ｗを入れた容器１５１が載置されている。赤外線検出装置Ｓの温度検知部Ａは、水Ｗから放射される赤外線を測定できるように、電子レンジ庫内１０２に金属パッケージＣ側が露出するように取り付けられ、赤外線検知部Ａと電気的に接続された信号検出部Ｂは、電子レンジ庫内１０２からの赤外線等の影響を受けない場所に取り付けられている。
【００５９】
同図において、マグネトロン１０３は、図示しない電源回路から例えば１０００Ｗのパワーが印加されてマイクロ波を発生し、このマイクロ波によって水Ｗの水分子を振動させて、水Ｗを加熱させる。赤外線検出装置Ｓの温度検知部Ａは、水Ｗから放射される赤外線を検知し、信号検出部Ｂからは、水Ｗの温度に応じた出力信号が出力される。
【００６０】
図７（ａ）は、図６における赤外線検出装置Ｓの出力電圧Ｖｏｕｔを記録したものである。図７（ｂ）は、図７（ａ）と比較するために、図１の赤外線検出装置を構成している固定抵抗Ｒｓを取り除き、更に減算回路１０３を、減算回路１０３のゲインと同一ゲインの増幅回路と置換した構成の赤外線検出装置によって、同様の実験を行い、その出力電圧Ｖｏｕｔを記録したものである。
【００６１】
図７（ｂ）においては、赤外線検出装置が、ノイズを除去するための固定抵抗Ｒｓと減算回路１０３を有していないので、加算回路１０５から出力される出力電圧Ｖｏｕｔがノイズによって振動しているのがわかる。これに対して、図７（ａ）においては、赤外線検出装置Ｓがノイズを除去するための固定抵抗Ｒｓと減算回路１０３を有しているので、ノイズが除去された出力電圧Ｖｏｕｔが加算回路１０５から出力されているのが判る。
【００６２】
なお、図３に示した固定抵抗器Ｒｓは、金属パッケージＣを構成するステムＣａ上に載置させているが、これに限らず、ステムＣａ上に載置せずに基板５１上に載置させても良い。
【００６３】
なお、図８は、温度検知部Ａの構造例を示す分解斜視図であり、サーモパイル素子ＴＰを形成する工程において、サーモパイル素子ＴＰの内部抵抗値と略同一の抵抗値を有する固定抵抗器Ｒｓをも形成し、サーミスタＴＨをサーモパイル素子ＴＰ上の冷接点付近に載置し、サーモパイル素子ＴＰと固定抵抗器ＲｓとサーミスタＴＨの出力端子から外部引出用端子へワイヤボンディング等の方法によって各々電気的に接続し（不図示）、金属パッケージＣに封入したものでもよい。
【００６４】
また、本実施の形態の赤外線検出装置においては、赤外線検知部Ａと信号検出部Ｂを分離させた構造を開示したが、赤外線検知部Ａと信号検出部Ｂを同一基板上に形成しても、サーモパイル素子ＴＰ及び固定抵抗器Ｒｓの配線パターンに重畳する同相ノイズを減算回路１０３によって除去することができる。
【００６５】
（第２の実施の形態）
図９は、本発明による赤外線検出装置の第２の実施の形態の回路構成を示す回路図である。図９の赤外線検出装置は、図１の赤外線検出装置とほぼ同一の構成を有するが、図１におけるサーモパイル素子ＴＰに代えて第１の赤外線検知用感熱素子としての第１のサーモパイル素子ＴＰ１が接続される共に、固定抵抗Ｒｓに代えて第１のサーモパイル素子ＴＰ１と略同一の温度特性を有する第２の赤外線検知用感熱素子としての第２のサーモパイル素子ＴＰ２が接続されている点が異なっている。
【００６６】
次に、図９の赤外線検出装置の構造例について図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、図９の赤外線検出装置の概略斜視図であり、図１１は、図１０のＸ−Ｘ線断面図である。
【００６７】
図１０及び図１１において、赤外線検知部Ａは、第１のサーモパイル素子ＴＰ１と、サーモパイル素子ＴＰ１と略同一の温度特性を有する第２のサーモパイル素子ＴＰ２と、サーミスタＴＨとが封入されたセラミックパッケージＣ１と、基板５１とから構成されていて、基板５１上にセラミックパッケージＣ１が載置されている。第１および第２のサーモパイル素子ＴＰ１，ＴＰ２とサーミスタＴＨとは、セラミックパッケージＣ１を構成する有底容器Ｃ１ａ内に載置され、第１のサーモパイル素子ＴＰ１の出力端子（不図示）は外部出力用端子Ｌへ、第２のサーモパイル素子ＴＰ２の出力端子（不図示）は外部出力用端子Ｍへ、サーミスタＴＨの出力端子（不図示）は外部出力用端子Ｎへ、各々ワイヤボンディングなどの手法によって電気的に接続されている（不図示）。有底容器Ｃ１ａと共にセラミックパッケージＣ１を構成する蓋部材Ｃ１ｂには、第１のサーモパイル素子ＴＰ１の赤外線受光部ＴＰ１ａ上に一致するように赤外線を透過するフィルタ２１が組み込まれ、蓋部材Ｃ１ｂと有底容器Ｃ１ａは、耐熱性の樹脂などによって封着されている。信号検出部Ｂの構造は、図２の信号検出部Ｂと同一である。
【００６８】
第１のサーモパイル素子ＴＰ１は、矢印で示すように、被検知体（図示しない）から放射された赤外線Ｉｒが、フィルタ２１を通過して赤外線受光部ＴＰ１ａに導かれ、赤外線受光部ＴＰ１ａで受光した赤外線エネルギーを電気信号に変換し、そのエネルギー量に応じた電圧を出力するものである。第２のサーモパイルＴＰ２は、被検知体から放射された赤外線Ｉｒが赤外線受光部ＴＰ２ａに導かれないように、蓋部材Ｃ１ｂによって遮光されている。
【００６９】
次に、再び図９を参照し、赤外線検出装置Ｓの動作について説明する。赤外線検知回路１０１において、接続点ａからは、一定の基準電圧Ｖｒｅｆが得られ、第１及び第２のサーモパイル素子ＴＰ１，ＴＰ２へそれぞれ印加される。この基準電圧Ｖｒｅｆは、
Ｖｒｅｆ＝Ｖｃｃ＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）・・・・・・・・・（１０）
と表すことができる。
【００７０】
ところで、第１のサーモパイル素子ＴＰ１は、高出力インピーダンスで、出力信号が極めて微小であるために、サーモパイル素子ＴＰ１が接続されている配線パターン、及び引出線には、赤外線検出装置Ｓを電子レンジに適用した場合にマグネトロンから発生するマイクロ波の誘導によるノイズが重畳されてしまうが、第１のサーモパイル素子ＴＰ１の温度特性と略同一にペアリングしている第２のサーモパイル素子ＴＰ２側にも、第２のサーモパイル素子ＴＰ２を接続する配線パターン、及び引出線に同相ノイズが重畳される。
【００７１】
このとき、減算回路１０３のオペアンプａｍｐ１の非反転入力端子への入力電圧Ｖｂは、
Ｖｂ＝Ｖｔｐ１＋Ｖｒｅｆ＋Ｎ・・・・・・・・・・・・・・・（１１）
と表すことができる。なお、Ｖｔｐ１は、第１のサーモパイル素子ＴＰ１から発生する熱起電力であり、Ｎは、第１のサーモパイル素子ＴＰ１を接続する配線パターン及び引出線に重畳されるノイズである。
【００７２】
また、オペアンプａｍｐ１の反転入力端子への入力電圧Ｖｃは、
Ｖｃ＝Ｖｔｐ２＋Ｖｒｅｆ＋Ｎ・・・・・・・・・・・・・・（１２）
と表すことができる。なお、Ｖｔｐ２は、第２のサーモパイル素子ＴＰ２から発生する熱起電力であり、Ｎは、第２のサーモパイル素子ＴＰ２を接続する配線パターン及び引出線に重畳されるノイズであり、第１のサーモパイル素子ＴＰ１を接続する配線パターン及び引出線に重畳するノイズＮと同相のノイズである。
【００７３】
このとき、減算回路１０３の出力電圧Ｖ１０３は、
Ｖ１０３＝Ｖｂ−Ｖｃ＝Ｇ１＊（Ｖｔｐ１−Ｖｔｐ２）・・・（１３）
と表すことがでる。なお、Ｇ１は、オペアンプａｍｐ１のゲインである。つまり、減算回路１０３からは、第１のサーモパイル素子ＴＰ１の配線パターン及び引出線に重畳したノイズと第２のサーモパイル素子ＴＰ２の配線パターン及び引出線に重畳したノイズとが除去された出力電圧Ｖ１０３が出力される。
【００７４】
なお、第１のサーモパイル素子ＴＰ１の温度補償を行う理由は、上述の第１の実施の形態と同一であるので、ここでは、その理由の説明を省略する。
【００７５】
温度補償回路１０２から出力される出力電圧Ｖ１０２は、
Ｖ１０２＝Ｖｅ＋Ｎ’ ＝Ｖｔｈｏ＋Ｎ’ ・・・・・・・・・（１４）
と表される。なお、Ｎ’ は、サーミスタＴＨを接続する配線パターン及び引出線に重畳するノイズである。
【００７６】
温度補償回路１０２から出力された出力電圧Ｖ１０２は、増幅回路１０４によって増幅される。増幅回路１０４から出力される出力電圧Ｖ１０４は、
Ｖ１０４＝Ｇ２＊Ｖ１０２＝Ｇ２＊（Ｖｔｈｏ＋Ｎ’ ）・・・（１５）
と表される。なお、Ｇ２は、オペアンプａｍｐ２のゲインである。
【００７７】
接続点ｇでは、減算回路１０３から出力された出力電圧Ｖ１０３と増幅回路１０４から出力された出力電圧Ｖ１０４が加算される。接続点ｇの電圧Ｖｇは、
と表される。
【００７８】
加算回路１０５から出力される出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝Ｇ３＊（Ｇ１＊（Ｖｔｐ１−Ｖｔｐ２）＋Ｇ２＊（Ｖｔｈｏ＋Ｎ’ ））・・・（１７）
と表される。なお、Ｇ３は、オペアンプａｍｐ３のゲインである。
【００７９】
本実施の形態では、具体的には、直流電圧源（５Ｖ）、第１および第２のサーモパイル素子ＴＰ１，ＴＰ２（温度特性：２０ｍＶ／℃，内部抵抗：５０ｋΩ）、サーミスタＴＨ（２５℃での抵抗値：１００ｋΩ、サーミスタの温度依存性を示すＢ定数：３４３５Ｋ）のものを使用した。また、Ｇ１のゲインは１０００倍、Ｇ２のゲインは１倍にしておいた。
【００８０】
その結果、サーミスタＴＨに接続された配線パターン、及び引出線に重畳したノイズＮ’ は増幅回路１０４によって増幅されるが、オペアンプａｍｐ１のゲインをオペアンプａｍｐ２のゲインより大きくしているので、サーミスタＴＨに接続された配線パターン、及び引出線に重畳されたノイズは、加算回路１０５によって無視できる程小さくできている。
【００８１】
なお、蓋部材Ｃ１ｂによって検知体から放射される赤外線の入射が遮光される第２のサーモパイル素子ＴＰ２は、上述の第１の実施の形態における固定抵抗器Ｒｓの代わりとなるもので、第１のサーモパイル素子ＴＰ１と同一の生産ラインで作ることが可能であり、第１のサーモパイル素子ＴＰ１とペアリングしやすい利点を有している。
【００８２】
また、本実施の形態の赤外線検出装置においては、赤外線検知部Ａと信号検出部Ｂを分離させた構造を開示したが、赤外線検知部Ａと信号検出部Ｂを同一基板上に形成しても第１および第２のサーモパイル素子ＴＰ１，ＴＰ２やそれらの配線パターンに重畳するノイズを減算回路１０３によって除去することができる。
【００８３】
以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００８４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、赤外線検出装置は、所定電圧が印加された赤外線検知用感熱素子と、所定電圧が印加され、赤外線検知用感熱素子の内部抵抗と略同一の抵抗値を有する抵抗体と、赤外線検知用感熱素子の出力から抵抗体の出力を減算する減算手段と、赤外線検知用感熱素子の温度補償を行う温度補償用感熱素子を含む温度補償手段と、減算手段の出力と温度補償手段の出力とを加算する加算手段とを備えているので、赤外線検知用感熱素子やその配線パターンに重畳するノイズを除去することができ、被検知体から放射される赤外線を精度良く検知することができる。
【００８５】
請求項２記載の発明によれば、赤外線検出装置は、赤外線検知用感熱素子、抵抗体及び温度補償用感熱素子とから構成される赤外線検知部と、減算手段及び加算手段から構成される信号検出部とからなり、赤外線検知部と信号検出部は、分離されて互いに電気的に接続されているので、信号検出部を被検知体から放射される赤外線等の影響を受けない場所に設置することができ、精度の良い赤外線検出が可能となる。
【００８６】
請求項３記載の発明によれば、赤外線検出装置は、所定電圧が印加され、赤外線を受光する第１の赤外線検知用感熱素子と、所定電圧が印加され、第１の赤外線検知用感熱素子と略同一の温度特性を有すると共に、赤外線に対して遮光された第２の赤外線検知用感熱素子と、第１の赤外線検知用感熱素子の出力から第２の赤外線検知用感熱素子の出力を減算する減算手段と、第１の赤外線検知用感熱素子の温度補償を行う温度補償用感熱素子を含む温度補償手段と、減算手段の出力と温度補償手段の出力とを加算する加算手段とを備えているので、赤外線検知用感熱素子やその配線パターンに重畳するノイズを除去することができ、被検知体から放射される赤外線を精度良く検知することができる。
【００８７】
請求項４記載の発明によれば、赤外線検出装置は、第１の赤外線検知用感熱素子、第２の赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子とから構成される赤外線検知部と、減算手段及び前記加算手段から構成される信号検出部とからなり、赤外線検知部と信号検出部は、互いに分離されて電気的に接続されているので、信号検出部を被検知体から放射される赤外線等の影響を受けない場所に設置することができ、精度の良い赤外線検出が可能となる。
【００８８】
請求項５記載の発明によれば、減算手段及び加算手段は、それぞれ、オペアンプを含むので、それぞれのゲインを適宜に設定することにより精度の良い赤外線検出が可能となる。
【００８９】
請求項６記載の発明によれば、温度補償用感熱素子が、サーミスタであるので、周囲温度の変動を抵抗値の変化としてとらえ、電圧変化に変換して温度補償のための信号として出力することができる。
【００９０】
請求項７記載の発明によれば、温度補償手段は、サーミスタの温度特性を直線化する直線化手段をさらに含むので、精度の良い温度補償が可能となる。
【００９１】
請求項８記載の発明によれば、赤外線検知用感熱素子が、サーモパイル素子であるので、赤外線を感度良く検知することができる。
【００９２】
請求項９記載の発明によれば、抵抗体が、固定抵抗器であるので、赤外線検知用感熱素子の内部抵抗と略同一に設定した抵抗値を維持することができる。赤外線検知用感熱素子が、サーモパイル素子であるので、赤外線を感度良く検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による赤外線検出装置の第１の実施の形態の回路構成を示す回路図である。
【図２】図１の赤外線検出装置の構造例の概略斜視図である。
【図３】図２の赤外線検出装置のＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】図１の赤外線検出装置における温度補償回路の出力電圧特性を示す図である。
【図５】図１の赤外線検出装置におけるサーモパイル素子の温度補償を説明するための温度特性図である。
【図６】本発明の赤外線検出装置を電子レンジに適用した例を示す図である。
【図７】（ａ）は図６の赤外線検出装置の出力電圧を記録した図であり、（ｂ）は、図６の赤外線検出装置の構成を一部変更した場合の出力電圧を記録した図である。
【図８】本発明の赤外線検出装置における温度検知部の構造例を示す分解斜視図である。
【図９】本発明による赤外線検出装置の第２の実施の形態の回路構成を示す回路図である。
【図１０】図９の赤外線検出装置の構造例の概略斜視図である。
【図１１】図１０の赤外線検出装置のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１２】従来の赤外線検出装置の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
ａｍｐ１，ａｍｐ２，ａｍｐ３ オペアンプ
Ｒｓ 固定抵抗（固定抵抗器、抵抗体）
ＴＰ サーモパイル素子（赤外線検知用感熱素子）
ＴＰ１ 第１のサーモパイル素子（第１の赤外線検知用感熱素子）
ＴＰ２ 第２のサーモパイル素子（第２の赤外線検知用感熱素子）
ＴＨ サーミスタ（温度補償用感熱素子）
１０１ 赤外線検出回路
１０２ 温度補償回路（温度補償手段）
１０３ 減算回路（減算手段）
１０４ 増幅回路
１０５ 加算回路（加算手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検知体から放射される赤外線に応じた信号を出力する赤外線検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被検知体の表面温度を非接触で検出するための赤外線検出装置の例として、食品の温度を赤外線センサで検知して加熱制御させる電子レンジ用の赤外線検出装置がある（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この赤外線検出装置は、図１２に示すように、凹面鏡３を有し、該凹面鏡３の焦点にセンサ素子４が配置され、該センサー素子４の出力信号が基準信号と比較され、かつ評価回路１５内にて、温度信号に変換される。センサ素子４は、サーモパイル素子６を有し、該サーモパイル素子６の近くに温度基準素子５が配置され、校正可能の第１前置増幅器８，９がサーモパイル素子６の出力信号を増幅し、第２前置増幅器１０〜１３が温度基準素子５の出力信号を増幅し、かつ第３前置増幅器１４が差動増幅器として接続され、この差動増幅器１４が第１前置増幅器８，９及び第２前置増幅器１０〜１３の出力信号の差を増幅する前置増幅器を形成している。
【０００４】
【特許文献１】
特表平９−５０５４３４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のような赤外線検出装置においては、赤外線検知部（センサ素子４）と信号処理回路部（第１前置増幅器８，９、第２前置増幅器１０〜１３及び差動増幅器１４）が１つの素子１６に配置されているために、例えば電子レンジ内にこのような赤外線検出装置を配置する場合、電子レンジ内の加熱室壁に設けられた開口部に上記素子１６を配置しなければならないため、加熱室内で加熱された食品からの蒸気が開口部から素子１６に流入し、前記赤外線検出装置を構成する信号処理回路を構成する部品の動作温度上限まで達することがあり、誤動作の原因になる場合があった。
【０００６】
このような問題を解決する方法として、赤外線検知部と信号処理回路部を分離し、信号処理回路部を電子レンジ内の熱や湿気の影響の及ばない場所に設置して、赤外線検知部と信号処理回路部間を延長ケーブルで接続する方法が考えられる。
【０００７】
しかしながら、この方法は、赤外線検知部を構成するセンサ素子４（サーモパイル素子６）の出力インピーダンスが高く、その出力信号が極めて小さいために、サーモパイル素子６やその配線パターンに、放射ノイズや、電子レンジ内に設置した場合にはマイクロ波の誘導ノイズや、電源ラインからの誘導ノイズがセンサ素子４の微小な温度出力信号に重畳し、さらに信号処理回路部の増幅器で増幅される不都合が生じ、精度の高い赤外線検知ができなかった。また、上述した赤外線検知部と信号処理回路部が１つの素子１６に配置された構成の赤外線検出装置においても、サーモパイル素子６へのノイズの重畳が発生してその影響が無視できない場合があった。
【０００８】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑み、被検知体から放射される赤外線を、ノイズを除去して精度良く検出することができる赤外線検出装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、所定電圧が印加された赤外線検知用感熱素子と、前記所定電圧が印加され、前記赤外線検知用感熱素子の内部抵抗と略同一の抵抗値を有する抵抗体と、前記赤外線検知用感熱素子の出力から前記抵抗体の出力を減算する減算手段と、前記赤外線検知用感熱素子の温度補償を行う温度補償用感熱素子を含む温度補償手段と、前記減算手段の出力と前記温度補償手段の出力とを加算する加算手段とを備えたことを特徴とする赤外線検出装置に存する。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、赤外線検出装置は、所定電圧が印加された赤外線検知用感熱素子と、所定電圧が印加され、赤外線検知用感熱素子の内部抵抗と略同一の抵抗値を有する抵抗体と、赤外線検知用感熱素子の出力から抵抗体の出力を減算する減算手段と、赤外線検知用感熱素子の温度補償を行う温度補償用感熱素子を含む温度補償手段と、減算手段の出力と温度補償手段の出力とを加算する加算手段とを備えているので、赤外線検知用感熱素子やその配線パターンに重畳するノイズを除去することができ、被検知体から放射される赤外線を精度良く検知することができる。
【００１１】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、前記赤外線検知用感熱素子、前記抵抗体及び前記温度補償用感熱素子とから構成される赤外線検知部と、前記減算手段及び前記加算手段から構成される信号検出部とからなり、前記赤外線検知部と前記信号検出部は、分離されて互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出装置に存する。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、赤外線検出装置は、赤外線検知用感熱素子、抵抗体及び温度補償用感熱素子とから構成される赤外線検知部と、減算手段及び加算手段から構成される信号検出部とからなり、赤外線検知部と信号検出部は、分離されて互いに電気的に接続されているので、信号検出部を被検知体から放射される赤外線等の影響を受けない場所に設置することができ、精度の良い赤外線検出が可能となる。
【００１３】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、所定電圧が印加され、赤外線を受光する第１の赤外線検知用感熱素子と、前記所定電圧が印加され、前記第１の赤外線検知用感熱素子と略同一の温度特性を有すると共に、前記赤外線に対して遮光された第２の赤外線検知用感熱素子と、前記第１の赤外線検知用感熱素子の出力から前記第２の赤外線検知用感熱素子の出力を減算する減算手段と、前記第１の赤外線検知用感熱素子の温度補償を行う温度補償用感熱素子を含む温度補償手段と、前記減算手段の出力と前記温度補償手段の出力とを加算する加算手段とを備えたことを特徴とする赤外線検出装置に存する。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、赤外線検出装置は、所定電圧が印加され、赤外線を受光する第１の赤外線検知用感熱素子と、所定電圧が印加され、第１の赤外線検知用感熱素子と略同一の温度特性を有すると共に、赤外線に対して遮光された第２の赤外線検知用感熱素子と、第１の赤外線検知用感熱素子の出力から第２の赤外線検知用感熱素子の出力を減算する減算手段と、第１の赤外線検知用感熱素子の温度補償を行う温度補償用感熱素子を含む温度補償手段と、減算手段の出力と温度補償手段の出力とを加算する加算手段とを備えているので、赤外線検知用感熱素子やその配線パターンに重畳するノイズを除去することができ、被検知体から放射される赤外線を精度良く検知することができる。
【００１５】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載の発明は、前記第１の赤外線検知用感熱素子、前記第２の赤外線検知用感熱素子及び前記温度補償用感熱素子とから構成される赤外線検知部と、前記減算手段及び前記加算手段から構成される信号検出部とからなり、前記赤外線検知部と前記信号検出部は、分離されて互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項３記載の赤外線検出装置に存する。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、赤外線検出装置は、第１の赤外線検知用感熱素子、第２の赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子とから構成される赤外線検知部と、減算手段及び前記加算手段から構成される信号検出部とからなり、赤外線検知部と信号検出部は、互いに分離されて電気的に接続されているので、信号検出部を被検知体から放射される赤外線等の影響を受けない場所に設置することができ、精度の良い赤外線検出が可能となる。
【００１７】
上記課題を解決するためになされた請求項５記載の発明は、前記減算手段及び前記加算手段は、それぞれ、オペアンプを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の赤外線検出装置に存する。
【００１８】
請求項５記載の発明によれば、減算手段及び加算手段は、それぞれ、オペアンプを含むので、それぞれのゲインを適宜に設定することにより精度の良い赤外線検出が可能となる。
【００１９】
上記課題を解決するためになされた請求項６記載の発明は、前記温度補償用感熱素子が、サーミスタであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の赤外線検出装置に存する。
【００２０】
請求項６記載の発明によれば、温度補償用感熱素子が、サーミスタであるので、周囲温度の変動を抵抗値の変化としてとらえ、電圧変化に変換して温度補償のための信号として出力することができる。
【００２１】
上記課題を解決するためになされた請求項７記載の発明は、前記温度補償手段は、前記サーミスタの温度特性を直線化する直線化手段をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の赤外線検出装置に存する。
【００２２】
請求項７記載の発明によれば、温度補償手段は、サーミスタの温度特性を直線化する直線化手段をさらに含むので、精度の良い温度補償が可能となる。
【００２３】
上記課題を解決するためになされた請求項８記載の発明は、前記赤外線検知用感熱素子が、サーモパイル素子であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の赤外線検出装置に存する。
【００２４】
請求項８記載の発明によれば、赤外線検知用感熱素子が、サーモパイル素子であるので、赤外線を感度良く検知することができる。
【００２５】
上記課題を解決するためになされた請求項９記載の発明は、前記抵抗体が、固定抵抗器であることを特徴とする請求項１、２、５から８のいずれか１項に記載の赤外線検出装置に存する。
【００２６】
請求項９記載の発明によれば、抵抗体が、固定抵抗器であるので、赤外線検知用感熱素子の内部抵抗と略同一に設定した抵抗値を維持することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明による赤外線検出装置の第１の実施の形態の回路構成を示す回路図である。図１において、赤外線検出装置Ｓは、赤外線検知部Ａと信号検出部Ｂとからなる。赤外線検知部Ａは、赤外線検知用感熱素子としてのサーモパイル素子ＴＰと、サーモパイル素子ＴＰの内部抵抗と略同一の抵抗値を有する抵抗体としての固定抵抗Ｒｓと、温度補償用感熱素子としてのサーミスタＴＨとから構成されている。サーミスタＴＨは、ＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）タイプのものが使用されている。
【００２９】
また、信号検出部Ｂは、赤外線検知手段としての赤外線検出回路１０１と、温度補償手段としての温度補償回路１０２と、減算手段としての減算回路１０３と、増幅回路１０４及び加算手段としての加算回路１０５とから構成されている。
【００３０】
赤外線検出回路１０１は、電源電圧＋Ｖｃｃと接地間に直列接続された抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点ａに接続されたサーモパイル素子ＴＰと、固定抵抗Ｒｓを含み、赤外線検知手段として働く。
【００３１】
温度補償回路１０２は、＋電源電圧Ｖｃｃと接地間に直列接続されたサーミスタＴＨ及び直線化手段としての抵抗Ｒ５を含み、サーミスタＴＨと抵抗Ｒ５との接続点ｅから温度補償信号を出力する温度補償手段として働く。
【００３２】
減算回路１０３は、オペアンプａｍｐ１と、抵抗Ｒ３，Ｒ４を有する。抵抗Ｒ３は、オペアンプａｍｐ１の反転入力端子と出力端子間に接続されている。抵抗Ｒ４は、オペアンプａｍｐ１の非反転入力端子と接地間に接続されている。また、オペアンプａｍｐ１の非反転入力端子には、赤外線検出回路１０１のサーモパイル素子ＴＰの出力端子が接続され、反転入力端子には、固定抵抗Ｒｓの出力端子が接続されている。
【００３３】
増幅回路１０４は、オペアンプａｍｐ２と、抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８を有する。抵抗Ｒ６は、温度補償回路１０２のサーミスタＴＨと抵抗Ｒ５の接続点ｅと、オペアンプａｍｐ２の非反転入力端子の間に接続されている。抵抗Ｒ７は、オペアンプａｍｐ２の反転入力端子と出力端子間に接続されている。抵抗Ｒ８は、オペアンプａｍｐ２の反転入力端子と接地間に接続されている。
【００３４】
加算回路１０５は、オペアンプａｍｐ３と、抵抗Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１を有する。抵抗Ｒ９は、減算回路１０３の出力端子及び増幅回路１０４の出力端子の接続点ｇと、オペアンプａｍｐ３の非反転入力端子の間に接続されている。抵抗Ｒ１０は、オペアンプａｍｐ３の反転入力端子と出力端子間に接続されている。抵抗Ｒ１１は、オペアンプａｍｐ３の反転入力端子と接地間に接続されている。
【００３５】
なお、赤外線検知部ＡにおけるＧ〜Ｋ及び信号検出部ＢにおけるＧ’〜Ｋ’は、それぞれ、赤外線検知部Ａと信号検出部Ｂとを互いに電気的に接続するための接続部であり、接続部ＧとＧ’，ＨとＨ’，ＩとＩ’，ＪとＪ’，ＫとＫ’は、それぞれ引出線などにより電気的に接続されている。
【００３６】
次に図１の赤外線検出装置の構造例について図２及び図３を参照して説明する。図２は、図１の赤外線検出装置の概略斜視図であり、図３は、図２のＸ−Ｘ線断面図である。
【００３７】
図２及び図３において、赤外線検知部Ａは、サーモパイル素子ＴＰ、サーミスタＴＨ及び固定抵抗Ｒｓに相当する固定抵抗器（以下、固定抵抗器Ｒｓと記す）が封入された金属パッケージＣと、基板５１とから構成されていて、基板５１上に金属パッケージＣが載置されている。サーモパイル素子ＴＰと固定抵抗器ＲｓとサーミスタＴＨは、金属パッケージＣを構成するステムＣａ上に載置され、サーモパイル素子ＴＰの出力端子（不図示）は外部出力用端子Ｌへ、固定抵抗器Ｒｓの出力端子（不図示）は外部出力端子Ｍへ、サーミスタＴＨの出力端子（不図示）は外部出力用端子Ｎへ、各々ワイヤボンディングなどの手法によって電気的に接続されている（不図示）。ステムＣａと共に金属パッケージＣを構成するキャップＣｂには、サーモパイル素子ＴＰの赤外線受光部ＴＰａ上に一致するように、赤外線を透過するフィルタ２１が組み込まれ、キャップＣｂとステムＣａとは、溶接等の手法によって封止されている。
【００３８】
信号検出部Ｂは、減算回路１０３が封止されたＩＣパッケージ１０３Ａと、増幅回路１０４が封止されたＩＣパッケージ１０４Ａと、加算回路１０５が封止されたＩＣパッケージ１０５Ａと、基板６１とで構成されていて、基板６１上にＩＣパッケージ１０３Ａ，１０４Ａ，１０５Ａが載置されている。
【００３９】
また、図１で説明したように、赤外線検知部Ａと信号検出部Ｂは、図示しない接続部Ｇ〜Ｋと接続部Ｇ’〜Ｋ’が引出線７１によって電気的に接続されている。
【００４０】
サーモパイル素子ＴＰは、矢印で示すように、被検知体（図示しない）から放射された赤外線Ｉｒが、フィルタ２１を通過して赤外線受光部ＴＰａに導かれ、赤外線受光部ＴＰａで受光した赤外線エネルギーを電気信号に変換し、そのエネルギー量に応じた電圧を出力するものである。
【００４１】
次に、再び図１を参照し、赤外線検出装置Ｓの動作について説明する。赤外線検知回路１０１において、接続点ａからは、一定の基準電圧Ｖｒｅｆが得られ、サーモパイル素子ＴＰ及び固定抵抗Ｒｓへそれぞれ印加される。この基準電圧Ｖｒｅｆは、
Ｖｒｅｆ＝Ｖｃｃ＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）・・・・・・・・・（１）
と表すことができる。
【００４２】
ところで、サーモパイル素子ＴＰは、高出力インピーダンスで、出力信号が極めて微小であるために、サーモパイル素子ＴＰが接続されている配線パターン、及び引出線には、赤外線検出装置Ｓを電子レンジに適用した場合にマグネトロンから発生するマイクロ波の誘導によるノイズが重畳されてしまうが、サーモパイル素子ＴＰの内部抵抗と略同一な抵抗値にペアリングしている固定抵抗Ｒｓ側にも、固定抵抗Ｒｓを接続する配線パターン、及び引出線に同相ノイズが重畳される。
【００４３】
このとき、減算回路１０３のオペアンプａｍｐ１の非反転入力端子への入力電圧Ｖｂは、
Ｖｂ＝Ｖｔｐ＋Ｖｒｅｆ＋Ｎ・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
と表すことができる。なお、Ｖｔｐは、サーモパイル素子ＴＰから発生する熱起電力であり、Ｎは、サーモパイル素子ＴＰを接続する配線パターン及び引出線に重畳されるノイズである。
【００４４】
また、オペアンプａｍｐ１の反転入力端子への入力電圧Ｖｃは、
Ｖｃ＝Ｖｒ＋Ｖｒｅｆ＋Ｎ・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
と表すことができる。なお、Ｖｒは、固定抵抗Ｒｓに印加されている電圧であり、Ｎは、固定抵抗Ｒｓを接続する配線パターン、及び引出線に重畳されるノイズであり、サーモパイル素子ＴＰを接続する配線パターン、及び引出線に重畳するノイズＮと同相のノイズである。
【００４５】
このとき、減算回路１０３の出力電圧Ｖ１０３は、
Ｖ１０３＝Ｖｂ−Ｖｃ＝Ｇ１＊（Ｖｔｐ−Ｖｒ）・・・・・・（４）
と表すことができる。なお、Ｇ１は、オペアンプａｍｐ１のゲインである。つまり、減算回路１０３からは、サーモパイル素子ＴＰの配線パターン、及び引出線に重畳したノイズと固定抵抗器Ｒｓの配線パターン及び引出線に重畳したノイズが除去された出力電圧Ｖ１０３が出力される。
【００４６】
なお、サーモパイル素子ＴＰの温度補償は、温度補償回路１０２から略直線化された出力電圧を増幅回路１０４を介して、接続点ｇにおいて減算回路１０３の出力電圧と加算することにより行われる。温度補償回路１０２の接続点ｅの出力電圧Ｖｅは、
Ｖｅ＝Ｖｃｃ＊Ｒ５／（Ｒ５＋Ｒｔｈ）＝Ｖｔｈｏ・・・・・（５）
と表される。なお、Ｒｔｈｏは、サーミスタＴＨの抵抗値である。
【００４７】
温度補償回路１０２の出力電圧特性は、サーミスタＴＨの温度特性が指数関数の関係にあるが、赤外線検出装置Ｓの使用温度の範囲内において、略直線になるような抵抗Ｒ５を求めることにより略直線にすることができる。上記の抵抗Ｒ５は、式（５）と、使用温度の下限温度ｔ１と、上限温度ｔ３と、下限温度ｔ１及び上限温度ｔ３間の中央の温度ｔ２とのそれぞれの温度におけるサーミスタＴＨの抵抗値Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ３，Ｒｔｈ２と、出力電圧Ｖｔｈｏ１，Ｖｔｈｏ３，Ｖｔｈｏ２の関係（Ｖｔｈｏ２−Ｖｔｈｏ１＝Ｖｔｈｏ３−Ｖｔｈｏ２）とで求められ、温度補償回路１０２の出力電圧特性は、図４のようになる。
【００４８】
この出力電圧Ｖｔｈｏは、サーミスタＴＨの抵抗値Ｒｔｈが周囲温度の変動に伴って変化し、その抵抗値変化が電圧変化に変換されて、オペアンプａｍｐ２に入力されるので、周囲温度の変化に応じて変動し、それにより、サーモパイル素子ＴＰの出力の周囲温度の変動によるシフト分が相殺され、サーモパイル素子ＴＰの出力が温度補償される。
【００４９】
なお、サーモパイル素子の出力電圧を温度補償する理由は、以下の通りである。すなわち、一例として、図５に黒体炉温度（℃）対サーモパイル素子ＴＰの増幅後出力電圧の温度特性として示すように、温度補償なしの場合の出力電圧は、たとえば、周囲温度Ｔａ＝２０℃及びＴａ＝５０℃の場合に、それぞれ、異なるカーブＡ及びＢを描く。そして、図からも分かるように、周囲温度Ｔａが高いほど、カーブは、出力電圧が低い方へシフトする。
【００５０】
そして、温度補償がある（温度補償回路１０２）場合、増幅回路１０４の出力電圧と減算回路１０３の出力電圧は、加算回路１０５で加算増幅され、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。つまり、加算回路１０５から出力された出力電圧Ｖｏｕｔは、減算回路１０３の出力電圧に増幅回路１０４から出力された出力電圧だけシフトさせた、図中の温度補償後出力で示すカーブＣ一本にまとめることができる。
【００５１】
このように、温度補償回路１０２があるということは、周囲温度の変化に応じてシフトしてしまうサーモパイル素子ＴＰの出力電圧を周囲の温度に関係なく、１つのカーブに補正することができるということになる。
【００５２】
上述のとおり、温度補償回路１０２から出力される出力電圧Ｖ１０２は、
Ｖ１０２＝Ｖｅ＋Ｎ’ ＝Ｖｔｈｏ＋Ｎ’ ・・・・・・・・・・（６）
と表される。なお、Ｎ’ は、サーミスタＴＨを接続する配線パターン、及び引出線に重畳するノイズである。
【００５３】
温度補償回路１０２から出力された出力電圧Ｖ１０２は、増幅回路１０４によって増幅される。増幅回路１０４から出力される出力電圧Ｖ１０４は、
Ｖ１０４＝Ｇ２＊Ｖ１０２＝Ｇ２＊（Ｖｔｈｏ＋Ｎ’ ）・・・（７）
と表される。なお、Ｇ２は、オペアンプａｍｐ２のゲインである。
【００５４】
接続点ｇでは、減算回路１０３から出力された出力電圧Ｖ１０３と増幅回路１０４から出力された出力電圧Ｖ１０４が加算される。接続点ｇの電圧Ｖｇは、
【００５５】
加算回路１０５から出力される出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝Ｇ３＊（Ｇ１＊（Ｖｔｐ−Ｖｒ）＋Ｇ２＊（Ｖｔｈｏ＋Ｎ’ ））・・・（９）
と表される。なお、Ｇ３は、オペアンプａｍｐ３のゲインである。
【００５６】
本実施の形態では、具体的には、直流電圧源（５Ｖ）、サーモパイル素子ＴＰ（温度特性：２０ｍＶ／℃，内部抵抗：５０ｋΩ）、固定抵抗器Ｒｓ（抵抗値：５０ｋΩ）、サーミスタＴＨ（２５℃での抵抗値：１００ｋΩ、サーミスタの温度依存性を示すＢ定数：３４３５Ｋ）のものを使用した。また、Ｇ１のゲインは１０００倍、Ｇ２のゲインは１倍にしておいた。
【００５７】
その結果、サーミスタＴＨに接続された配線パターン、及び引出線に重畳したノイズＮ’は増幅回路１０４によって増幅されるが、オペアンプａｍｐ１のゲインをオペアンプａｍｐ２のゲインより大きくしているので、サーミスタＴＨに接続された配線パターン、及び引出線に重畳されたノイズは、加算回路１０５によって無視できる程小さくできている。
【００５８】
次に、図６は、本発明の赤外線検出装置Ｓを電子レンジに適用した例を示す図である。図６において、電子レンジ１０１は、マグネトロン１０３と、電子レンジ庫内１０２の回転テーブル１０４とを有し、回転テーブル１０５上に、水Ｗを入れた容器１５１が載置されている。赤外線検出装置Ｓの温度検知部Ａは、水Ｗから放射される赤外線を測定できるように、電子レンジ庫内１０２に金属パッケージＣ側が露出するように取り付けられ、赤外線検知部Ａと電気的に接続された信号検出部Ｂは、電子レンジ庫内１０２からの赤外線等の影響を受けない場所に取り付けられている。
【００５９】
同図において、マグネトロン１０３は、図示しない電源回路から例えば１０００Ｗのパワーが印加されてマイクロ波を発生し、このマイクロ波によって水Ｗの水分子を振動させて、水Ｗを加熱させる。赤外線検出装置Ｓの温度検知部Ａは、水Ｗから放射される赤外線を検知し、信号検出部Ｂからは、水Ｗの温度に応じた出力信号が出力される。
【００６０】
図７（ａ）は、図６における赤外線検出装置Ｓの出力電圧Ｖｏｕｔを記録したものである。図７（ｂ）は、図７（ａ）と比較するために、図１の赤外線検出装置を構成している固定抵抗Ｒｓを取り除き、更に減算回路１０３を、減算回路１０３のゲインと同一ゲインの増幅回路と置換した構成の赤外線検出装置によって、同様の実験を行い、その出力電圧Ｖｏｕｔを記録したものである。
【００６１】
図７（ｂ）においては、赤外線検出装置が、ノイズを除去するための固定抵抗Ｒｓと減算回路１０３を有していないので、加算回路１０５から出力される出力電圧Ｖｏｕｔがノイズによって振動しているのがわかる。これに対して、図７（ａ）においては、赤外線検出装置Ｓがノイズを除去するための固定抵抗Ｒｓと減算回路１０３を有しているので、ノイズが除去された出力電圧Ｖｏｕｔが加算回路１０５から出力されているのが判る。
【００６２】
なお、図３に示した固定抵抗器Ｒｓは、金属パッケージＣを構成するステムＣａ上に載置させているが、これに限らず、ステムＣａ上に載置せずに基板５１上に載置させても良い。
【００６３】
なお、図８は、温度検知部Ａの構造例を示す分解斜視図であり、サーモパイル素子ＴＰを形成する工程において、サーモパイル素子ＴＰの内部抵抗値と略同一の抵抗値を有する固定抵抗器Ｒｓをも形成し、サーミスタＴＨをサーモパイル素子ＴＰ上の冷接点付近に載置し、サーモパイル素子ＴＰと固定抵抗器ＲｓとサーミスタＴＨの出力端子から外部引出用端子へワイヤボンディング等の方法によって各々電気的に接続し（不図示）、金属パッケージＣに封入したものでもよい。
【００６４】
また、本実施の形態の赤外線検出装置においては、赤外線検知部Ａと信号検出部Ｂを分離させた構造を開示したが、赤外線検知部Ａと信号検出部Ｂを同一基板上に形成しても、サーモパイル素子ＴＰ及び固定抵抗器Ｒｓの配線パターンに重畳する同相ノイズを減算回路１０３によって除去することができる。
【００６５】
（第２の実施の形態）
図９は、本発明による赤外線検出装置の第２の実施の形態の回路構成を示す回路図である。図９の赤外線検出装置は、図１の赤外線検出装置とほぼ同一の構成を有するが、図１におけるサーモパイル素子ＴＰに代えて第１の赤外線検知用感熱素子としての第１のサーモパイル素子ＴＰ１が接続される共に、固定抵抗Ｒｓに代えて第１のサーモパイル素子ＴＰ１と略同一の温度特性を有する第２の赤外線検知用感熱素子としての第２のサーモパイル素子ＴＰ２が接続されている点が異なっている。
【００６６】
次に、図９の赤外線検出装置の構造例について図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、図９の赤外線検出装置の概略斜視図であり、図１１は、図１０のＸ−Ｘ線断面図である。
【００６７】
図１０及び図１１において、赤外線検知部Ａは、第１のサーモパイル素子ＴＰ１と、サーモパイル素子ＴＰ１と略同一の温度特性を有する第２のサーモパイル素子ＴＰ２と、サーミスタＴＨとが封入されたセラミックパッケージＣ１と、基板５１とから構成されていて、基板５１上にセラミックパッケージＣ１が載置されている。第１および第２のサーモパイル素子ＴＰ１，ＴＰ２とサーミスタＴＨとは、セラミックパッケージＣ１を構成する有底容器Ｃ１ａ内に載置され、第１のサーモパイル素子ＴＰ１の出力端子（不図示）は外部出力用端子Ｌへ、第２のサーモパイル素子ＴＰ２の出力端子（不図示）は外部出力用端子Ｍへ、サーミスタＴＨの出力端子（不図示）は外部出力用端子Ｎへ、各々ワイヤボンディングなどの手法によって電気的に接続されている（不図示）。有底容器Ｃ１ａと共にセラミックパッケージＣ１を構成する蓋部材Ｃ１ｂには、第１のサーモパイル素子ＴＰ１の赤外線受光部ＴＰ１ａ上に一致するように赤外線を透過するフィルタ２１が組み込まれ、蓋部材Ｃ１ｂと有底容器Ｃ１ａは、耐熱性の樹脂などによって封着されている。信号検出部Ｂの構造は、図２の信号検出部Ｂと同一である。
【００６８】
第１のサーモパイル素子ＴＰ１は、矢印で示すように、被検知体（図示しない）から放射された赤外線Ｉｒが、フィルタ２１を通過して赤外線受光部ＴＰ１ａに導かれ、赤外線受光部ＴＰ１ａで受光した赤外線エネルギーを電気信号に変換し、そのエネルギー量に応じた電圧を出力するものである。第２のサーモパイルＴＰ２は、被検知体から放射された赤外線Ｉｒが赤外線受光部ＴＰ２ａに導かれないように、蓋部材Ｃ１ｂによって遮光されている。
【００６９】
次に、再び図９を参照し、赤外線検出装置Ｓの動作について説明する。赤外線検知回路１０１において、接続点ａからは、一定の基準電圧Ｖｒｅｆが得られ、第１及び第２のサーモパイル素子ＴＰ１，ＴＰ２へそれぞれ印加される。この基準電圧Ｖｒｅｆは、
Ｖｒｅｆ＝Ｖｃｃ＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）・・・・・・・・・（１０）
と表すことができる。
【００７０】
ところで、第１のサーモパイル素子ＴＰ１は、高出力インピーダンスで、出力信号が極めて微小であるために、サーモパイル素子ＴＰ１が接続されている配線パターン、及び引出線には、赤外線検出装置Ｓを電子レンジに適用した場合にマグネトロンから発生するマイクロ波の誘導によるノイズが重畳されてしまうが、第１のサーモパイル素子ＴＰ１の温度特性と略同一にペアリングしている第２のサーモパイル素子ＴＰ２側にも、第２のサーモパイル素子ＴＰ２を接続する配線パターン、及び引出線に同相ノイズが重畳される。
【００７１】
このとき、減算回路１０３のオペアンプａｍｐ１の非反転入力端子への入力電圧Ｖｂは、
Ｖｂ＝Ｖｔｐ１＋Ｖｒｅｆ＋Ｎ・・・・・・・・・・・・・・・（１１）
と表すことができる。なお、Ｖｔｐ１は、第１のサーモパイル素子ＴＰ１から発生する熱起電力であり、Ｎは、第１のサーモパイル素子ＴＰ１を接続する配線パターン及び引出線に重畳されるノイズである。
【００７２】
また、オペアンプａｍｐ１の反転入力端子への入力電圧Ｖｃは、
Ｖｃ＝Ｖｔｐ２＋Ｖｒｅｆ＋Ｎ・・・・・・・・・・・・・・（１２）
と表すことができる。なお、Ｖｔｐ２は、第２のサーモパイル素子ＴＰ２から発生する熱起電力であり、Ｎは、第２のサーモパイル素子ＴＰ２を接続する配線パターン及び引出線に重畳されるノイズであり、第１のサーモパイル素子ＴＰ１を接続する配線パターン及び引出線に重畳するノイズＮと同相のノイズである。
【００７３】
このとき、減算回路１０３の出力電圧Ｖ１０３は、
Ｖ１０３＝Ｖｂ−Ｖｃ＝Ｇ１＊（Ｖｔｐ１−Ｖｔｐ２）・・・（１３）
と表すことがでる。なお、Ｇ１は、オペアンプａｍｐ１のゲインである。つまり、減算回路１０３からは、第１のサーモパイル素子ＴＰ１の配線パターン及び引出線に重畳したノイズと第２のサーモパイル素子ＴＰ２の配線パターン及び引出線に重畳したノイズとが除去された出力電圧Ｖ１０３が出力される。
【００７４】
なお、第１のサーモパイル素子ＴＰ１の温度補償を行う理由は、上述の第１の実施の形態と同一であるので、ここでは、その理由の説明を省略する。
【００７５】
温度補償回路１０２から出力される出力電圧Ｖ１０２は、
Ｖ１０２＝Ｖｅ＋Ｎ’ ＝Ｖｔｈｏ＋Ｎ’ ・・・・・・・・・（１４）
と表される。なお、Ｎ’ は、サーミスタＴＨを接続する配線パターン及び引出線に重畳するノイズである。
【００７６】
温度補償回路１０２から出力された出力電圧Ｖ１０２は、増幅回路１０４によって増幅される。増幅回路１０４から出力される出力電圧Ｖ１０４は、
Ｖ１０４＝Ｇ２＊Ｖ１０２＝Ｇ２＊（Ｖｔｈｏ＋Ｎ’ ）・・・（１５）
と表される。なお、Ｇ２は、オペアンプａｍｐ２のゲインである。
【００７７】
接続点ｇでは、減算回路１０３から出力された出力電圧Ｖ１０３と増幅回路１０４から出力された出力電圧Ｖ１０４が加算される。接続点ｇの電圧Ｖｇは、
【００７８】
加算回路１０５から出力される出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝Ｇ３＊（Ｇ１＊（Ｖｔｐ１−Ｖｔｐ２）＋Ｇ２＊（Ｖｔｈｏ＋Ｎ’ ））・・・（１７）
と表される。なお、Ｇ３は、オペアンプａｍｐ３のゲインである。
【００７９】
本実施の形態では、具体的には、直流電圧源（５Ｖ）、第１および第２のサーモパイル素子ＴＰ１，ＴＰ２（温度特性：２０ｍＶ／℃，内部抵抗：５０ｋΩ）、サーミスタＴＨ（２５℃での抵抗値：１００ｋΩ、サーミスタの温度依存性を示すＢ定数：３４３５Ｋ）のものを使用した。また、Ｇ１のゲインは１０００倍、Ｇ２のゲインは１倍にしておいた。
【００８０】
その結果、サーミスタＴＨに接続された配線パターン、及び引出線に重畳したノイズＮ’ は増幅回路１０４によって増幅されるが、オペアンプａｍｐ１のゲインをオペアンプａｍｐ２のゲインより大きくしているので、サーミスタＴＨに接続された配線パターン、及び引出線に重畳されたノイズは、加算回路１０５によって無視できる程小さくできている。
【００８１】
なお、蓋部材Ｃ１ｂによって検知体から放射される赤外線の入射が遮光される第２のサーモパイル素子ＴＰ２は、上述の第１の実施の形態における固定抵抗器Ｒｓの代わりとなるもので、第１のサーモパイル素子ＴＰ１と同一の生産ラインで作ることが可能であり、第１のサーモパイル素子ＴＰ１とペアリングしやすい利点を有している。
【００８２】
また、本実施の形態の赤外線検出装置においては、赤外線検知部Ａと信号検出部Ｂを分離させた構造を開示したが、赤外線検知部Ａと信号検出部Ｂを同一基板上に形成しても第１および第２のサーモパイル素子ＴＰ１，ＴＰ２やそれらの配線パターンに重畳するノイズを減算回路１０３によって除去することができる。
【００８３】
以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００８４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、赤外線検出装置は、所定電圧が印加された赤外線検知用感熱素子と、所定電圧が印加され、赤外線検知用感熱素子の内部抵抗と略同一の抵抗値を有する抵抗体と、赤外線検知用感熱素子の出力から抵抗体の出力を減算する減算手段と、赤外線検知用感熱素子の温度補償を行う温度補償用感熱素子を含む温度補償手段と、減算手段の出力と温度補償手段の出力とを加算する加算手段とを備えているので、赤外線検知用感熱素子やその配線パターンに重畳するノイズを除去することができ、被検知体から放射される赤外線を精度良く検知することができる。
【００８５】
請求項２記載の発明によれば、赤外線検出装置は、赤外線検知用感熱素子、抵抗体及び温度補償用感熱素子とから構成される赤外線検知部と、減算手段及び加算手段から構成される信号検出部とからなり、赤外線検知部と信号検出部は、分離されて互いに電気的に接続されているので、信号検出部を被検知体から放射される赤外線等の影響を受けない場所に設置することができ、精度の良い赤外線検出が可能となる。
【００８６】
請求項３記載の発明によれば、赤外線検出装置は、所定電圧が印加され、赤外線を受光する第１の赤外線検知用感熱素子と、所定電圧が印加され、第１の赤外線検知用感熱素子と略同一の温度特性を有すると共に、赤外線に対して遮光された第２の赤外線検知用感熱素子と、第１の赤外線検知用感熱素子の出力から第２の赤外線検知用感熱素子の出力を減算する減算手段と、第１の赤外線検知用感熱素子の温度補償を行う温度補償用感熱素子を含む温度補償手段と、減算手段の出力と温度補償手段の出力とを加算する加算手段とを備えているので、赤外線検知用感熱素子やその配線パターンに重畳するノイズを除去することができ、被検知体から放射される赤外線を精度良く検知することができる。
【００８７】
請求項４記載の発明によれば、赤外線検出装置は、第１の赤外線検知用感熱素子、第２の赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子とから構成される赤外線検知部と、減算手段及び前記加算手段から構成される信号検出部とからなり、赤外線検知部と信号検出部は、互いに分離されて電気的に接続されているので、信号検出部を被検知体から放射される赤外線等の影響を受けない場所に設置することができ、精度の良い赤外線検出が可能となる。
【００８８】
請求項５記載の発明によれば、減算手段及び加算手段は、それぞれ、オペアンプを含むので、それぞれのゲインを適宜に設定することにより精度の良い赤外線検出が可能となる。
【００８９】
請求項６記載の発明によれば、温度補償用感熱素子が、サーミスタであるので、周囲温度の変動を抵抗値の変化としてとらえ、電圧変化に変換して温度補償のための信号として出力することができる。
【００９０】
請求項７記載の発明によれば、温度補償手段は、サーミスタの温度特性を直線化する直線化手段をさらに含むので、精度の良い温度補償が可能となる。
【００９１】
請求項８記載の発明によれば、赤外線検知用感熱素子が、サーモパイル素子であるので、赤外線を感度良く検知することができる。
【００９２】
請求項９記載の発明によれば、抵抗体が、固定抵抗器であるので、赤外線検知用感熱素子の内部抵抗と略同一に設定した抵抗値を維持することができる。赤外線検知用感熱素子が、サーモパイル素子であるので、赤外線を感度良く検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による赤外線検出装置の第１の実施の形態の回路構成を示す回路図である。
【図２】図１の赤外線検出装置の構造例の概略斜視図である。
【図３】図２の赤外線検出装置のＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】図１の赤外線検出装置における温度補償回路の出力電圧特性を示す図である。
【図５】図１の赤外線検出装置におけるサーモパイル素子の温度補償を説明するための温度特性図である。
【図６】本発明の赤外線検出装置を電子レンジに適用した例を示す図である。
【図７】（ａ）は図６の赤外線検出装置の出力電圧を記録した図であり、（ｂ）は、図６の赤外線検出装置の構成を一部変更した場合の出力電圧を記録した図である。
【図８】本発明の赤外線検出装置における温度検知部の構造例を示す分解斜視図である。
【図９】本発明による赤外線検出装置の第２の実施の形態の回路構成を示す回路図である。
【図１０】図９の赤外線検出装置の構造例の概略斜視図である。
【図１１】図１０の赤外線検出装置のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１２】従来の赤外線検出装置の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
ａｍｐ１，ａｍｐ２，ａｍｐ３ オペアンプ
Ｒｓ 固定抵抗（固定抵抗器、抵抗体）
ＴＰ サーモパイル素子（赤外線検知用感熱素子）
ＴＰ１ 第１のサーモパイル素子（第１の赤外線検知用感熱素子）
ＴＰ２ 第２のサーモパイル素子（第２の赤外線検知用感熱素子）
ＴＨ サーミスタ（温度補償用感熱素子）
１０１ 赤外線検出回路
１０２ 温度補償回路（温度補償手段）
１０３ 減算回路（減算手段）
１０４ 増幅回路
１０５ 加算回路（加算手段）
Claims (9)
- 所定電圧が印加された赤外線検知用感熱素子と、
前記所定電圧が印加され、前記赤外線検知用感熱素子の内部抵抗と略同一の抵抗値を有する抵抗体と、
前記赤外線検知用感熱素子の出力から前記抵抗体の出力を減算する減算手段と、
前記赤外線検知用感熱素子の温度補償を行う温度補償用感熱素子を含む温度補償手段と、
前記減算手段の出力と前記温度補償手段の出力とを加算する加算手段と
を備えたことを特徴とする赤外線検出装置。 - 前記赤外線検知用感熱素子、前記抵抗体及び前記温度補償用感熱素子とから構成される赤外線検知部と、
前記減算手段及び前記加算手段から構成される信号検出部とからなり、
前記赤外線検知部と前記信号検出部は、分離されて互いに電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１記載の赤外線検出装置。 - 所定電圧が印加され、赤外線を受光する第１の赤外線検知用感熱素子と、
前記所定電圧が印加され、前記第１の赤外線検知用感熱素子と略同一の温度特性を有すると共に、前記赤外線に対して遮光された第２の赤外線検知用感熱素子と、
前記第１の赤外線検知用感熱素子の出力から前記第２の赤外線検知用感熱素子の出力を減算する減算手段と、
前記第１の赤外線検知用感熱素子の温度補償を行う温度補償用感熱素子を含む温度補償手段と、
前記減算手段の出力と前記温度補償手段の出力とを加算する加算手段と
を備えたことを特徴とする赤外線検出装置。 - 前記第１の赤外線検知用感熱素子、前記第２の赤外線検知用感熱素子及び前記温度補償用感熱素子とから構成される赤外線検知部と、
前記減算手段及び前記加算手段から構成される信号検出部とからなり、
前記赤外線検知部と前記信号検出部は、分離されて互いに電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項３記載の赤外線検出装置。 - 前記減算手段及び前記加算手段は、それぞれ、オペアンプを含む
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。 - 前記温度補償用感熱素子が、サーミスタである
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。 - 前記温度補償手段は、前記サーミスタの温度特性を直線化する直線化手段をさらに含む
ことを特徴とする請求項６記載の赤外線検出装置。 - 前記赤外線検知用感熱素子が、サーモパイル素子である
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。 - 前記抵抗体が、固定抵抗器である
ことを特徴とする請求項１、２、５から８のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002343817A JP2004177272A (ja) | 2002-11-27 | 2002-11-27 | 赤外線検出装置 |
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| JP2004177272A true JP2004177272A (ja) | 2004-06-24 |
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ID=32705510
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP2004177272A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101503033B1 (ko) | 2013-08-23 | 2015-03-16 | 주식회사 에스원 | 무선 열선감지기에 있어서 배터리 수명을 연장하기 위한 저전력 동작 방법 및 이를 이용한 저전력 동작 시스템 |
| WO2015047578A1 (en) * | 2013-09-26 | 2015-04-02 | Rosemount Inc. | Infrared sensor |
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-
2002
- 2002-11-27 JP JP2002343817A patent/JP2004177272A/ja not_active Withdrawn
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