JPH0634448A - 放射温度計 - Google Patents
放射温度計Info
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- JPH0634448A JPH0634448A JP18724992A JP18724992A JPH0634448A JP H0634448 A JPH0634448 A JP H0634448A JP 18724992 A JP18724992 A JP 18724992A JP 18724992 A JP18724992 A JP 18724992A JP H0634448 A JPH0634448 A JP H0634448A
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Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 室温を測定するために別の手段を設けること
なく、簡易な構成により高性能の放射温度計を提供す
る。 【構成】 半導体基板１の片面に、赤外線検出部２およ
び感温部３を備え、半導体基板１の他方の片面では、赤
外線検出部２の下部に対応する個所において、半導体基
板１をエッチングにより除去して凹欠部ｋを形成する。
なく、簡易な構成により高性能の放射温度計を提供す
る。 【構成】 半導体基板１の片面に、赤外線検出部２およ
び感温部３を備え、半導体基板１の他方の片面では、赤
外線検出部２の下部に対応する個所において、半導体基
板１をエッチングにより除去して凹欠部ｋを形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、非接触で温度を計測
する放射温度計に関するものである。
する放射温度計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に使用されている非接触で温
度を計測する温度計は、被計測物体からの赤外線放射量
を検出して温度測定を行なう赤外線放射温度計が公知で
ある。これは、赤外線検出部に焦電素子，サーモパイル
等を使用しているが、基準となる温度、換言すれば、現
在の環境温度（室温）を計測する手段が別途に必要であ
る。
度を計測する温度計は、被計測物体からの赤外線放射量
を検出して温度測定を行なう赤外線放射温度計が公知で
ある。これは、赤外線検出部に焦電素子，サーモパイル
等を使用しているが、基準となる温度、換言すれば、現
在の環境温度（室温）を計測する手段が別途に必要であ
る。
【０００３】図７は赤外線検出部に焦電素子を使用した
従来の放射温度計のブロック図を示している。この図に
ついて、被計測物体の温度を計測する要領を説明する
と、被計測物体から放射される赤外線Ｘを光学系Ａによ
り集光し、チヨツパＢにより入射赤外線を遮断すること
により温度変化を起こし、その温度変化を焦電素子（赤
外線検出素子）Ｃで検出するもので、基準となる室温と
の温度差により焦電素子Ｃからの出力が変化するため、
基準温度検出素子Ｄにより得られる室温と合成すること
により被計測物体の表面温度を測定するのである。なお
図６において、Ｅは同期信号発生，Ｆは増幅器，Ｇは増
幅位相検波，Ｈは合成，Ｉは出力である。
従来の放射温度計のブロック図を示している。この図に
ついて、被計測物体の温度を計測する要領を説明する
と、被計測物体から放射される赤外線Ｘを光学系Ａによ
り集光し、チヨツパＢにより入射赤外線を遮断すること
により温度変化を起こし、その温度変化を焦電素子（赤
外線検出素子）Ｃで検出するもので、基準となる室温と
の温度差により焦電素子Ｃからの出力が変化するため、
基準温度検出素子Ｄにより得られる室温と合成すること
により被計測物体の表面温度を測定するのである。なお
図６において、Ｅは同期信号発生，Ｆは増幅器，Ｇは増
幅位相検波，Ｈは合成，Ｉは出力である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の放射温
度計は、被計測物体から放射される赤外線による温度変
化を赤外線検出素子の出力として検出するのであるが、
赤外線検出素子によって得られるものは室温との温度差
であり、被計測物体表面の温度を知るためには、別の手
段によって室温を測定しなければならない。
度計は、被計測物体から放射される赤外線による温度変
化を赤外線検出素子の出力として検出するのであるが、
赤外線検出素子によって得られるものは室温との温度差
であり、被計測物体表面の温度を知るためには、別の手
段によって室温を測定しなければならない。
【０００５】この発明によれば、このような課題を解決
するために、室温を測定するために別の手段を設けるこ
となく、簡易な構成により高性能の放射温度計を提供す
ることを目的としている。
するために、室温を測定するために別の手段を設けるこ
となく、簡易な構成により高性能の放射温度計を提供す
ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の放射温度計は、半導体基板の片面に、赤
外線検出部および感温部を備えており、また、その半導
体基板の他方の片面では、前記赤外線検出部の下部に対
応する個所において、前記半導体基板をエッチングによ
り除去して凹欠部を形成するのであるが、その赤外線検
出部および感温部はサーミスタで構成されており、その
赤外線検出部および感温部は、各々固定抵抗と直列接続
されたブリッジ回路を構成している。
め、この発明の放射温度計は、半導体基板の片面に、赤
外線検出部および感温部を備えており、また、その半導
体基板の他方の片面では、前記赤外線検出部の下部に対
応する個所において、前記半導体基板をエッチングによ
り除去して凹欠部を形成するのであるが、その赤外線検
出部および感温部はサーミスタで構成されており、その
赤外線検出部および感温部は、各々固定抵抗と直列接続
されたブリッジ回路を構成している。
【０００７】
【作用】この発明の作用について述べる。半導体基板の
片面に設けられた赤外線検出部と感温部とは熱的に分離
された状態であるから、赤外線輻射による赤外線検出部
の温度上昇が大きくなるもので、半導体基板の他方の片
面では、赤外線検出部の下部に対応する個所において、
半導体基板をエッチングにより除去して凹欠部を形成す
ることで断熱効果の高い熱分離空間を形成している。
片面に設けられた赤外線検出部と感温部とは熱的に分離
された状態であるから、赤外線輻射による赤外線検出部
の温度上昇が大きくなるもので、半導体基板の他方の片
面では、赤外線検出部の下部に対応する個所において、
半導体基板をエッチングにより除去して凹欠部を形成す
ることで断熱効果の高い熱分離空間を形成している。
【０００８】
【実施例】以下、図面を参照しながらこの発明の実施例
を具体的に説明する。図１の（ａ）はこの発明の放射温
度計の赤外線検出部および感温部の平面図、（ｂ）は同
上の断面図を示しており、図２の（ａ）はこの発明の放
射温度計の他の例を示す赤外線検出部および感温部の平
面図、（ｂ）は同上の断面図を示している。
を具体的に説明する。図１の（ａ）はこの発明の放射温
度計の赤外線検出部および感温部の平面図、（ｂ）は同
上の断面図を示しており、図２の（ａ）はこの発明の放
射温度計の他の例を示す赤外線検出部および感温部の平
面図、（ｂ）は同上の断面図を示している。
【０００９】図１では、半導体基板１の片面に、赤外線
検出部２および感温部３を備えており、半導体基板１の
他方の片面では、赤外線検出部２の下部に対応する個所
において、半導体基板１をエッチングにより除去して凹
欠部ｋを形成した構造を示している。また、図２では、
半導体プロセスにより、図１に示す構造に加えて、さら
に固定抵抗Ｒ，Ｒも同一の半導体基板１の片面に形成し
て、図３のようなブリッジ回路を構成するものである。
検出部２および感温部３を備えており、半導体基板１の
他方の片面では、赤外線検出部２の下部に対応する個所
において、半導体基板１をエッチングにより除去して凹
欠部ｋを形成した構造を示している。また、図２では、
半導体プロセスにより、図１に示す構造に加えて、さら
に固定抵抗Ｒ，Ｒも同一の半導体基板１の片面に形成し
て、図３のようなブリッジ回路を構成するものである。
【００１０】そして、この赤外線検出部２および感温部
３は、半導体基板１の片面に通常のＩＣ回路作成におけ
る半導体プロセスと同様の薄膜形成技術や微細加工技術
を利用して形成するのである。さらに、この赤外線検出
部２および感温部３は、相等しい温度特性を有する赤外
線検出サーミスタ４および感温部サーミスタ５、非晶質
シリコンまたは多結晶シリコンから成る薄膜抵抗体６、
この表面に形成された複数の電極７，８から成ってお
り、さらに、赤外線検出部２の表面には赤外線吸収膜９
を形成するのである。
３は、半導体基板１の片面に通常のＩＣ回路作成におけ
る半導体プロセスと同様の薄膜形成技術や微細加工技術
を利用して形成するのである。さらに、この赤外線検出
部２および感温部３は、相等しい温度特性を有する赤外
線検出サーミスタ４および感温部サーミスタ５、非晶質
シリコンまたは多結晶シリコンから成る薄膜抵抗体６、
この表面に形成された複数の電極７，８から成ってお
り、さらに、赤外線検出部２の表面には赤外線吸収膜９
を形成するのである。
【００１１】薄膜抵抗体６は熱伝導率が小さく、半導体
プロセスに適した物質、例えば、シリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜あるいはこれら膜の多層膜で構成されてい
る。この薄膜抵抗体６により、赤外線検出部２と半導体
基板１とを熱的に分離していることになり、赤外線輻射
による赤外線検出部２の温度上昇が大きくなり、その分
だけ感度が良好となるのである。半導体基板１をエッチ
ングにより除去して凹欠部ｋを形成しているので、断熱
効果の高い熱分離空間を形成することができる。
プロセスに適した物質、例えば、シリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜あるいはこれら膜の多層膜で構成されてい
る。この薄膜抵抗体６により、赤外線検出部２と半導体
基板１とを熱的に分離していることになり、赤外線輻射
による赤外線検出部２の温度上昇が大きくなり、その分
だけ感度が良好となるのである。半導体基板１をエッチ
ングにより除去して凹欠部ｋを形成しているので、断熱
効果の高い熱分離空間を形成することができる。
【００１２】感温部３は赤外線を吸収しないために、入
射してきた赤外線に対する感度はほとんどなく、たと
え、若干の熱の吸収があってもその吸収された熱は、半
導体基板１へ拡散してしまって感温部サーミスタ５の温
度変化に寄与しないために、その感温部サーミスタ５の
抵抗値は室温に対応した抵抗値を示すことになる。赤外
線検出部２に入射してきた赤外線は、赤外線吸収膜９に
よって吸収されてその赤外線検出サーミスタ４の温度が
変化することになり、電気抵抗値が変化する。従って、
図３においてこの発明の放射温度計の第１実施例を示す
電気回路図中のｂ点における電位により室温を計測する
ことができる。赤外線検出部２の感度（単位赤外線入射
量当たりの赤外線検出サーミスタ４の上昇温度）が既知
であれば、赤外線検出部２への入射赤外線量を求めるこ
とができ、ステファン−ボルツマンの法則により被計測
物体の温度が得られるのである。
射してきた赤外線に対する感度はほとんどなく、たと
え、若干の熱の吸収があってもその吸収された熱は、半
導体基板１へ拡散してしまって感温部サーミスタ５の温
度変化に寄与しないために、その感温部サーミスタ５の
抵抗値は室温に対応した抵抗値を示すことになる。赤外
線検出部２に入射してきた赤外線は、赤外線吸収膜９に
よって吸収されてその赤外線検出サーミスタ４の温度が
変化することになり、電気抵抗値が変化する。従って、
図３においてこの発明の放射温度計の第１実施例を示す
電気回路図中のｂ点における電位により室温を計測する
ことができる。赤外線検出部２の感度（単位赤外線入射
量当たりの赤外線検出サーミスタ４の上昇温度）が既知
であれば、赤外線検出部２への入射赤外線量を求めるこ
とができ、ステファン−ボルツマンの法則により被計測
物体の温度が得られるのである。
【００１３】上記のことを簡単に説明する。電源電圧を
Ｖ，室温Ｔｏのときの赤外線検出サーミスタ４の抵抗お
よび固定抵抗をＲ，赤外線検出サーミスタ４の抵抗変化
率をＢ（Ｂ：定数）とする。また、周囲温度Ｔｅのと
き、ある赤外線入力があったときのａ点およびｂ点の電
位をＶｒおよびＶｅとする。このときの感温部サーミス
タ５の抵抗Ｒｅは、ｂ点の電位Ｖｅより次式で表すこと
ができる。
Ｖ，室温Ｔｏのときの赤外線検出サーミスタ４の抵抗お
よび固定抵抗をＲ，赤外線検出サーミスタ４の抵抗変化
率をＢ（Ｂ：定数）とする。また、周囲温度Ｔｅのと
き、ある赤外線入力があったときのａ点およびｂ点の電
位をＶｒおよびＶｅとする。このときの感温部サーミス
タ５の抵抗Ｒｅは、ｂ点の電位Ｖｅより次式で表すこと
ができる。
【００１４】Ｒｅ＝Ｒ・（Ｖ−Ｖｅ）／Ｖｅ 従って、室温Ｔｅは次式で表すことができる。 Ｔｅ＝１／｛（１／Ｔｏ）−ln（Ｒ／Ｒｅ）／Ｂ） 一方、赤外線検出サーミスタ４の抵抗Ｒｒは、ａ点の電
位Ｖｒより、 Ｒｒ＝Ｒｆ・（Ｖ−Ｖｒ）／Ｖｒ であるから、赤外線検出サーミスタ４の表面温度Ｔｓ
は、 Ｔｓ＝１／｛（１／Ｔｏ）−ln（Ｒ／Ｒｒ）／Ｂ） となる。
位Ｖｒより、 Ｒｒ＝Ｒｆ・（Ｖ−Ｖｒ）／Ｖｒ であるから、赤外線検出サーミスタ４の表面温度Ｔｓ
は、 Ｔｓ＝１／｛（１／Ｔｏ）−ln（Ｒ／Ｒｒ）／Ｂ） となる。
【００１５】ここで、単位入力当たりのサーミスタ温度
変化Δｔが既知であるとき、サーミスタへの赤外線入射
量は次式のようになり、入射量と室温およびステファン
−ボルツマンの法則により被計測物体の温度を得ること
ができる。 Ｐｒ＝（Ｔｓ−Ｔｅ）／Δｔ 図４はこの発明の放射温度計の第２実施例を示す電気回
路図である。前記した第１実施例の場合と同様、感温部
サーミスタ５は室温に対応した抵抗値を示し、赤外線検
出サーミスタ４は室温と入射赤外線による抵抗変化を示
す。そして、図５に示すサーミスタＴｈと固定抵抗Ｒと
の回路において、室温に対する出力電圧Ｖ0 の関係を図
６に示している。これは、室温が低温，高温の場合に比
較して常温付近の方が、同じ温度変化に対して出力電圧
が大きく、精度が高いことを示している。
変化Δｔが既知であるとき、サーミスタへの赤外線入射
量は次式のようになり、入射量と室温およびステファン
−ボルツマンの法則により被計測物体の温度を得ること
ができる。 Ｐｒ＝（Ｔｓ−Ｔｅ）／Δｔ 図４はこの発明の放射温度計の第２実施例を示す電気回
路図である。前記した第１実施例の場合と同様、感温部
サーミスタ５は室温に対応した抵抗値を示し、赤外線検
出サーミスタ４は室温と入射赤外線による抵抗変化を示
す。そして、図５に示すサーミスタＴｈと固定抵抗Ｒと
の回路において、室温に対する出力電圧Ｖ0 の関係を図
６に示している。これは、室温が低温，高温の場合に比
較して常温付近の方が、同じ温度変化に対して出力電圧
が大きく、精度が高いことを示している。
【００１６】図４の電気回路図では感温部サーミスタ５
と赤外線検出サーミスタ４とを直列に接続しており、固
定抵抗Ｒによる基準電圧との差を検出するために、室温
の影響を受けることがなく、一定の精度を保持すること
ができる。しかしながら、室温を知るために、さらに感
温部を付加する必要がある。
と赤外線検出サーミスタ４とを直列に接続しており、固
定抵抗Ｒによる基準電圧との差を検出するために、室温
の影響を受けることがなく、一定の精度を保持すること
ができる。しかしながら、室温を知るために、さらに感
温部を付加する必要がある。
【００１７】
【発明の効果】この発明は前記のように構成して成るも
ので以下のような効果がある。即ち、半導体基板の片面
に設けられた赤外線検出部と感温部とは、熱的に分離さ
れた状態であるから、赤外線輻射による赤外線検出部の
温度上昇は大きくなり、半導体基板の他方の片面では、
赤外線検出部の下部に対応する個所において、半導体基
板をエッチングにより除去して凹欠部を形成することで
断熱効果の高い熱分離空間を形成できるから、室温を知
るために別の手段を設けることなく、簡易な構成により
高性能の放射温度計を得ることができる特長を有してい
る。
ので以下のような効果がある。即ち、半導体基板の片面
に設けられた赤外線検出部と感温部とは、熱的に分離さ
れた状態であるから、赤外線輻射による赤外線検出部の
温度上昇は大きくなり、半導体基板の他方の片面では、
赤外線検出部の下部に対応する個所において、半導体基
板をエッチングにより除去して凹欠部を形成することで
断熱効果の高い熱分離空間を形成できるから、室温を知
るために別の手段を設けることなく、簡易な構成により
高性能の放射温度計を得ることができる特長を有してい
る。
【図１】（ａ）はこの発明の放射温度計の赤外線検出部
および感温部の平面図、（ｂ）は同上の断面図。
および感温部の平面図、（ｂ）は同上の断面図。
【図２】（ａ）はこの発明の放射温度計の他の例を示す
赤外線検出部および感温部の平面図、（ｂ）は同上の断
面図。
赤外線検出部および感温部の平面図、（ｂ）は同上の断
面図。
【図３】この発明の放射温度計の第１実施例を示す電気
回路図。
回路図。
【図４】この発明の放射温度計の第２実施例を示す電気
回路図。
回路図。
【図５】サーミスタと固定抵抗の電気回路図。
【図６】図５の電気回路図において室温に対する出力電
圧の関係を示す図。
圧の関係を示す図。
【図７】赤外線検出部に焦電素子を使用した従来の放射
温度計のブロック図。
温度計のブロック図。
１ 半導体基板 ２ 赤外線検出部 ３ 感温部 ４ 赤外線検出部サーミスタ ５ 感温部サーミスタ ６ 薄膜抵抗体 ｋ 凹欠
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年１０月１２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】そして、この赤外線検出部２および感温部
３は、半導体基板１の片面に通常のＩＣ回路作成におけ
る半導体プロセスと同様の薄膜形成技術や微細加工技術
を利用して形成するのである。さらに、この赤外線検出
部２および感温部３は、相等しい温度特性を有する赤外
線検出サーミスタ４および感温部サーミスタ５、熱絶縁
薄膜６、この表面に形成された複数の電極７，８から成
っており、さらに、赤外線検出部２の表面には赤外線吸
収膜９を形成するのである。
３は、半導体基板１の片面に通常のＩＣ回路作成におけ
る半導体プロセスと同様の薄膜形成技術や微細加工技術
を利用して形成するのである。さらに、この赤外線検出
部２および感温部３は、相等しい温度特性を有する赤外
線検出サーミスタ４および感温部サーミスタ５、熱絶縁
薄膜６、この表面に形成された複数の電極７，８から成
っており、さらに、赤外線検出部２の表面には赤外線吸
収膜９を形成するのである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】Ｒｅ＝Ｒ・（Ｖ−Ｖｅ）／Ｖｅ 従って、室温Ｔｅは次式で表すことができる。 Ｔｅ＝１／｛（１／Ｔｏ）−ln（Ｒ／Ｒｅ）／Ｂ） 一方、赤外線検出サーミスタ４の抵抗Ｒｒは、ａ点の電
位Ｖｒより、 Ｒｒ＝Ｒ・（Ｖ−Ｖｒ）／Ｖｒ であるから、赤外線検出サーミスタ４の表面温度Ｔｓ
は、 Ｔｓ＝１／｛（１／Ｔｏ）−ln（Ｒ／Ｒｒ）／Ｂ） となる。
位Ｖｒより、 Ｒｒ＝Ｒ・（Ｖ−Ｖｒ）／Ｖｒ であるから、赤外線検出サーミスタ４の表面温度Ｔｓ
は、 Ｔｓ＝１／｛（１／Ｔｏ）−ln（Ｒ／Ｒｒ）／Ｂ） となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はこの発明の放射温度計の赤外線検出部
および感温部の平面図、（ｂ）は同上の断面図。
および感温部の平面図、（ｂ）は同上の断面図。
【図２】（ａ）はこの発明の放射温度計の他の例を示す
赤外線検出部および感温部の平面図、（ｂ）は同上の断
面図。
赤外線検出部および感温部の平面図、（ｂ）は同上の断
面図。
【図３】この発明の放射温度計の第１実施例を示す電気
回路図。
回路図。
【図４】この発明の放射温度計の第２実施例を示す電気
回路図。
回路図。
【図５】サーミスタと固定抵抗の電気回路図。
【図６】図５の電気回路図において室温に対する出力電
圧の関係を示す図。
圧の関係を示す図。
【図７】赤外線検出部に焦電素子を使用した従来の放射
温度計のブロック図。
温度計のブロック図。
【符号の説明】 １ 半導体基板 ２ 赤外線検出部 ３ 感温部 ４ 赤外線検出部サーミスタ ５ 感温部サーミスタ ６ 熱絶縁薄膜 ｋ 凹欠
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板の片面に、赤外線検出部およ
び感温部を備えており、また、その半導体基板の他方の
片面では、前記赤外線検出部の下部に対応する個所にお
いて、前記半導体基板をエッチングにより除去して凹欠
部を形成していることを特徴とする放射温度計。 - 【請求項２】 サーミスタで赤外線検出部および感温部
を構成し、その赤外線検出部および感温部は、各々固定
抵抗と直列接続されたブリッジ回路を構成していること
を特徴とする請求項１記載の放射温度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18724992A JPH0634448A (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | 放射温度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18724992A JPH0634448A (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | 放射温度計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0634448A true JPH0634448A (ja) | 1994-02-08 |
Family
ID=16202663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18724992A Withdrawn JPH0634448A (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | 放射温度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0634448A (ja) |
Cited By (5)
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