JP2009276126A - Thermopile infrared detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコンフィルター又はシリコンレンズを有したサーモパイル型赤外線検出装置に関する。 The present invention relates to a thermopile type infrared detecting device having a silicon filter or a silicon lens.
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、周辺の環境温度変化時の検出温度精度を向上させる為、サーモパイル型赤外線検出装置にアルミニウム、銅等からなるヒートシンクを具備する事でサーモパイル型赤外線検出装置の熱容量を増加させ、周辺の環境温度変化に対して、サーモパイル型赤外線検出装置自身の温度変化を抑制させる事により検出温度精度を向上している。
また別の手法として、サーモパイル型赤外線検出装置の前面に赤外線透過性の高密度ポリエチレンからなるキャップあるいはフィルターを具備し、キャップ内部の空気層による断熱効果によりサーモパイル型赤外線検出装置の温度変化を抑制し、サーモパイル型赤外線検出器内に搭載の自己温度測温用のサーミスタとは別に具備させたサーミスタを高密度ポリエチレンからなるキャップあるいはフィルターに接触させ測温する事により、サーモパイル型赤外線検出装置の検出温度へ補正を行う事を特徴としている。
As another method, a thermopile infrared detector is equipped with a cap or filter made of high-density polyethylene that is transparent to infrared rays in front of the thermopile infrared detector, and the temperature change of the thermopile infrared detector is suppressed by the heat insulation effect of the air layer inside the cap. The detection temperature of the thermopile infrared detector is measured by contacting a thermistor installed in the thermopile infrared detector separately from the thermistor for self-temperature measurement and contacting a cap or filter made of high-density polyethylene. It is characterized by performing correction.
従来の手法では、ヒートシンクとしてサーモパイル型赤外線検出装置へ具備し熱容量を増加させる目的で熱伝導性の高い材質、アルミニウムあるいは銅等の金属材料を使用する為、サーモパイル型赤外線検出装置のコストアップの要因となっている。
図３に従来のアルミニウム等からなるヒートシンク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を示す。実装部品については、図が煩雑となる為、割愛した。図４に内部断面構造概略図を示す。
サーモパイル型赤外線検出装置周辺の環境温度変化時の検出温度精度を向上させる為に、サーモパイル型赤外線検出装置へ具備されるアルミニウムあるいは銅からなる金属製のヒートシンクにより熱容量を増加し、熱伝導性の高い金属材料を使用する事により、サーモパイル型赤外線検出装置自身の温度変化を抑制し、サーモパイル型赤外線検出装置自身の温度バラツキを抑制する事で対策として施されてきた。
しかしながら、アルミニウムあるいは銅からなる金属製のヒートシンクは、材料自身が熱伝導性の高く希少価値のある金属である事と、目的の形状に合わせ加工を施す必要がある事、および、サーモパイル型赤外線検出装置へ搭載する為の組み込みの作業性が追加される事により、サーモパイル型赤外線検出装置自身のコストアップにつながっている。
In the conventional method, a thermopile infrared detector is used as a heat sink, and a material with high thermal conductivity, such as aluminum or copper, is used to increase the heat capacity. It has become.
FIG. 3 shows a schematic perspective view of a thermopile type infrared detecting device having a conventional heat sink made of aluminum or the like. The mounting parts are omitted because the figure is complicated. FIG. 4 shows a schematic diagram of the internal sectional structure.
In order to improve the detection temperature accuracy when the ambient temperature changes around the thermopile infrared detector, the heat capacity is increased by the metal heat sink made of aluminum or copper provided in the thermopile infrared detector, and the heat conductivity is high. By using a metal material, the temperature change of the thermopile type infrared detector itself is suppressed, and the temperature variation of the thermopile type infrared detector itself is suppressed as a countermeasure.
However, a metal heat sink made of aluminum or copper is a rare metal with high thermal conductivity and needs to be processed according to the target shape, and thermopile infrared detection The addition of built-in workability for mounting on the device has led to an increase in the cost of the thermopile infrared detector itself.
一方、図５は従来の高密度ポリエチレン製キャップ及び測温用サーミスタ搭載型のサーモパイル型赤外線検出装置の概略図を示す。
この手法においても、測温用サーミスタが別途必要となる事、および、サーモパイル型赤外線検出装置へ具備する為の組み込みの作業性が追加される事により、サーモパイル型赤外線検出装置自身のコストアップにつながっている。
On the other hand, FIG. 5 shows a schematic view of a conventional thermopile type infrared detector equipped with a high density polyethylene cap and a temperature measuring thermistor.
Also in this method, the temperature measuring thermistor is required separately, and the built-in workability to be included in the thermopile infrared detector is added, leading to an increase in the cost of the thermopile infrared detector itself. ing.
本発明は、サーモパイル型赤外線検出装置周辺の環境温度変化時に於ける検出温度精度を向上させる為に、アルミニウムあるいは銅からなる金属製のヒートシンクの具備、および赤外線透過性の高密度ポリエチレンからなるキャップあるいはフィルターのサーミスタに於ける測温構造を廃止し、サーモパイル型赤外線検出装置を開口部へ平面シリコンフィルターを具備させた樹脂または金属からなるケース及びカバーにて格納する事で、ケース外部の環境温度変化影響を空気層にて断熱する事を特徴としている。また、シリコンフィルターはアンコーティング平面シリコンフィルターだけではなく、5μｍカットオンコーティング特性、８〜１４μｍバンドパスコーティング特性あるいは反射防止蒸着コーティング特性等の蒸着コーティング特性を追加したものでも使用できる事を特徴としている。 The present invention includes a metal heat sink made of aluminum or copper and a cap made of infrared transmissive high-density polyethylene in order to improve detection temperature accuracy when the ambient temperature changes around the thermopile infrared detector. The temperature measurement structure in the filter thermistor is abolished, and the thermopile infrared detector is housed in a resin or metal case and cover with a flat silicon filter in the opening, so that the ambient temperature changes outside the case It is characterized by insulating the influence with an air layer. The silicon filter is not limited to an uncoated planar silicon filter, but can also be used with a 5 μm cut-on coating property, an 8-14 μm band pass coating property, or an additional deposition coating property such as an antireflection deposition coating property. .
本発明は、サーモパイル型赤外線検出装置に於いて、サーモパイル型赤外線検出装置を格納する樹脂または金属からなるケース及びカバー、そしてケース開口部へシリコンフィルターを具備する事により、サーモパイル型赤外線検出装置周辺の環境温度変化時に於ける検出温度精度を向上させる事ができる。
また、蒸着コーティング特性を追加したシリコンフィルターを使用する事で、太陽光等の外乱光、車のヘッドライト等の強力な可視光エネルギーなどの外来ノイズに於いてブロッキングする事ができる。
また、アルミニウムあるいは銅からなる金属製のヒートシンクを削除できる事、または高密度ポリエチレン製キャップ及び測温用サーミスタを削除できる事でコストダウンが可能となる。
The present invention relates to a thermopile type infrared detection device including a case and a cover made of resin or metal for housing the thermopile type infrared detection device, and a silicon filter in the case opening, so that the periphery of the thermopile type infrared detection device is provided. The detection temperature accuracy when the environmental temperature changes can be improved.
In addition, by using a silicon filter with added vapor deposition coating characteristics, it is possible to block external light such as ambient light such as sunlight and strong visible light energy such as car headlights.
In addition, the cost can be reduced by removing the metal heat sink made of aluminum or copper, or by removing the high-density polyethylene cap and the temperature measuring thermistor.
本発明は、シリコンフィルター又はシリコン平凸レンズを具備するサーモパイル型赤外線検出装置に於いて、サーモパイル型赤外線検出装置を格納する樹脂または金属からなるケース及びカバーのサーモパイルセンサ視野範囲の前面ケース開口部へシリコンフィルターを具備した形状により提供される。サーモパイル型赤外線検出装置として、図1に斜視方向概略図を示す。図２に内部断面構造概略図を示す。 The present invention relates to a thermopile type infrared detecting device having a silicon filter or a silicon plano-convex lens, wherein a case made of a resin or metal for housing the thermopile type infrared detecting device and a front case opening portion of the thermopile sensor visual field range of the cover Provided by a shape with a filter. FIG. 1 shows a schematic perspective view of a thermopile infrared detector. FIG. 2 shows a schematic diagram of the internal sectional structure.
以下実施例により本発明を詳細に説明する。図１は、本発明のもっとも基本的な実施例であり、サーモパイルセンサ型赤外線検出装置を格納する樹脂からなるケース及びカバーのサーモパイルセンサ視野範囲の前面ケース開口部内側へのアンコーティング平面シリコンフィルター具備の形態を示すものである。図２に内部断面構造概略図を示す。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. FIG. 1 shows the most basic embodiment of the present invention, which includes a case made of resin for storing a thermopile sensor type infrared detecting device and an uncoated planar silicon filter inside a front case opening of a thermopile sensor visual field range of a cover. The form is shown. FIG. 2 shows a schematic diagram of the internal sectional structure.
本実施例では、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への赤外線入射量を対象物投影エリアより規定した赤外線検出領域を光学設計により導くシリコン等からなるフィルターまたは平凸レンズを使用し、赤外線透過窓を有する金属製ＣＡＮケース、サーモパイルチップを電気的接続したリード端子を備えたヘッダーと共に外来からの環境的変化や電磁障害を防止するためにハーメチックシールとした一般的な構造であるサーモパイルセンサからなるサーモパイル型赤外線検出装置の前部へ、赤外線吸収率の低いアンコーティング平面フィルターをエポキシ系接着剤により樹脂製ケースへ接着固定した構造となっている。 In this embodiment, an infrared detection region in which the amount of infrared incident on the thermopile chip is determined from the object projection area, which can detect the temperature of the object by measuring the amount of infrared radiation emitted from the object by receiving infrared rays. Uses a filter or plano-convex lens made of silicon or the like that guides the optical design, a metallic CAN case with an infrared transmission window, a header with lead terminals electrically connected to a thermopile chip, and environmental changes and electromagnetic interference from the outside The uncoated flat filter with low infrared absorptivity is bonded and fixed to the resin case with epoxy adhesive at the front of the thermopile type infrared detector consisting of a thermopile sensor, which is a general structure with a hermetic seal to prevent It has a structure.
また、本実施例では樹脂からなるケース及びカバーを使用しているが、例えば、アルミニウム、銅、鉄などの金属であってもかまわない。 In this embodiment, a case and a cover made of resin are used. However, for example, a metal such as aluminum, copper, or iron may be used.
また、本実施例ではアンコーティング平面シリコンフィルターを使用しているが、例えば、５μｍカットオン蒸着コーティング平面シリコンフィルター、５．５μｍカットオン蒸着コーティング平面シリコンフィルター、６．５μｍカットオン蒸着コーティング平面シリコンフィルター、８〜１４μｍバンドパス蒸着コーティング平面シリコンフィルター、反射防止蒸着コーティング平面シリコンフィルターでもかまわない。 Moreover, although the uncoated planar silicon filter is used in this embodiment, for example, a 5 μm cut-on deposition coating planar silicon filter, a 5.5 μm cut-on deposition coating planar silicon filter, and a 6.5 μm cut-on deposition coating planar silicon filter. 8-14 μm band pass vapor deposition coated planar silicon filter, or antireflection vapor deposition coated planar silicon filter may be used.
また、図１の実施例に於いては、アンコーティング平面シリコンフィルターの形状は正方形となっているが、これは、対象物投影エリアより規定した赤外線検出領域を光学設計により導くシリコン平凸レンズの光学設計を妨げない平面シリコンフィルターであれば、円形、長方形、六角形でもかまわない。 Further, in the embodiment of FIG. 1, the shape of the uncoated planar silicon filter is a square. This is because of the optical characteristics of the silicon plano-convex lens that guides the infrared detection region defined by the object projection area by optical design. If it is a flat silicon filter that does not interfere with the design, it may be round, rectangular or hexagonal.
サーモパイル型赤外線検出装置が温度計測機器に組み込まれる場合、通常各用途に応じて測定対象面から所定高さ位置に、対象面を望む規定された角度で保持使用される。図８は、ある規定設置位置から２ヶの赤外線検出域を有し、投影される検出域となる位置に光学設計配列されたサーモパイルチップを設置した２エリア検出のサーモパイル型赤外線検出装置を、所望の赤外線検出域測定面にて投影される検出域分布を模視した概略図である。
また、サーモパイル型赤外線検出装置として、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前記の２エリア検出のサーモパイルチップのみならず、赤外線受光部を１素子有するのシングル型サーモパイル型赤外線検出装置、赤外線受光部をライン状に配列したインライン型のサーモパイルアレイ型赤外線検出装置、赤外線受光部をマトリックス状に配列したマトリックス型のサーモパイルマトリックス型赤外線検出装置の温度検出器のように赤外線受光部を１〜１６素子有する多素子型サーモパイル型赤外線検出装置に於いても、本発明と同様に投影される各検出域の分布を維持しながら、赤外線透過領域の選択性を具備する事が可能である。
When a thermopile type infrared detecting device is incorporated in a temperature measuring device, it is usually held and used at a predetermined angle from the surface to be measured at a predetermined angle according to each application at a specified angle. FIG. 8 shows a desired two-area detection thermopile type infrared detection apparatus having two infrared detection areas from a predetermined installation position, and a thermopile chip optically arranged in a position to be a detection detection area. It is the schematic which looked at the detection area distribution projected on the infrared detection area measurement surface.
Further, as a thermopile type infrared detecting device, not only the above-described two-area detecting thermopile chip that enables the temperature of an object to be detected by measuring the amount of radiated infrared rays of the object, but also has one infrared light receiving unit. Single thermopile type infrared detector, Inline type thermopile array type infrared detector with infrared detectors arranged in a line, Temperature detector for matrix type thermopile matrix type infrared detector with infrared detectors arranged in a matrix Thus, even in the multi-element type thermopile type infrared detecting device having 1 to 16 infrared light receiving parts, the distribution of each detection area projected as in the present invention is maintained and the selectivity of the infrared transmitting area is provided. It is possible to do.
図９は、アンコーティング平面シリコンフィルターを具備させた場合、具備させない場合のそれぞれの光線図である。対象物投影エリアより規定される光学設計を行う際、平面フィルターを前面に具備しない場合の光線と、アンコーティング平面シリコンフィルターを前面に具備する場合の屈折した光線との差を考慮しての光学設計が必要である。
図１０は、実施例1で用いた形態のサーモパイル型赤外線検出装置の周辺環境温度変化時に於ける検出温度をグラフ化したものである。
周辺環境温度変化追従グラフ、サーモパイル型赤外線検出装置前面に設置された熱源の温度グラフ、実施例1のサーモパイル型赤外線検出装置の検出温度グラフ、実施例１を施す前のサーモパイル型赤外線検出装置の検出温度グラフとの比較に於いて、検出温度性能の向上を得た事を確認した。これは、従来の手法と比較に於いても検出温度性能として同等である事を確認した。
FIG. 9 is a ray diagram of the case where the uncoated planar silicon filter is provided and not provided. Optics taking into account the difference between the light beam without a planar filter on the front surface and the refracted light beam with an uncoated planar silicon filter on the front surface when performing the optical design defined by the object projection area Design is needed.
FIG. 10 is a graph showing the detected temperature when the ambient temperature of the thermopile infrared detector of the form used in Example 1 changes.
Ambient temperature change graph, temperature graph of heat source installed in front of thermopile infrared detector, detection temperature graph of thermopile infrared detector of Example 1, detection of thermopile infrared detector before applying Example 1 In comparison with the temperature graph, it was confirmed that the detection temperature performance was improved. This was confirmed to be the same as the detection temperature performance in comparison with the conventional method.
図６は、実施例１で用いたサーモパイルセンサ型赤外線検出装置を格納する樹脂からなるケース及びカバーのサーモパイルセンサ視野範囲の前面ケース開口部外側へアンコーティング平面シリコンフィルター搭載の形態を示すものである。図７に内部断面構造概略図を示す。
本実施例に於いても実施例１の図８と同様の赤外線透過領域を得る事が可能であり、また、図１０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グラフと同等の検出温度性能である事を確認した。
FIG. 6 shows a configuration in which an uncoated planar silicon filter is mounted on the outside of the front case opening of the thermopile sensor field of view of the case and cover of the resin housing the thermopile sensor type infrared detecting device used in the first embodiment. . FIG. 7 shows a schematic diagram of the internal sectional structure.
In this embodiment, it is possible to obtain an infrared transmission region similar to that in FIG. 8 of the first embodiment, and a detection temperature equivalent to the detection temperature graph of the thermopile type infrared detection device of the first embodiment in FIG. It was confirmed to be performance.
１ 樹脂ケース
２ 樹脂カバー
３ 樹脂ケース開口部
４ アンコーティング平面シリコンフィルター
５ エポキシ系接着剤
６ アンコーティング平凸シリコンレンズ
７ 金属CANケース
８ ヘッダー
９ サーモパイルチップ
１０ リード
１１ ＰＣＢ基板
１２ コネクター
１３ 空気による断熱層
１４ 金属製ヒートシンク
１５ 高密度ポリエチレン製キャップ
１６ 測温用サーミスタ
１７ ２エリア検出のサーモパイル型赤外線検出装置
１８ 投影される検出域
１９ 平面フィルター無しの光線
２０ 平面フィルターありの光線
２１ 通常のサーモパイルセンサ型赤外線検出装置の検出温度グラフ
２２ 実施例１を施したサーモパイルセンサ型赤外線検出装置の検出温度グラフ
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