[发明专利]红外线检测元件及温度测定装置

说明书

本发明涉及热电堆型红外线检测元件及采用该元件的温度测定装置。

采用了检测从热源发射的红外线并将其变换为电气信号的红外线检测元件的温度测定装置是众所周知的。作为红外线检测元件，已知有热电堆型、热电型及辐射热计型等。热电堆型红外线检测元件，利用热电偶或将多个热电偶串联连接的热电堆的塞贝克效应而将由红外线的发射吸收引起的温度变化作为热电动势进行检测。而热电型红外线传感器，则是利用由陶瓷等构成的基体材料中的与红外线的热能对应的极化所引起的浮动电荷的变化、即热电效应检测温度。此外，辐射热计，检测由金属及其他薄膜或极细的线形成的热敏电阻体因热而引起的电阻值变化。

在这些检测元件中，热电型红外线传感器，由于极化仅在施加热能后的瞬间产生，因而必须在光路上设置光阑并交替地测定被测定面温度和基准温度。所以，很难小型化而测定精度也很难提高。因此，可以应用于像自动门的「人体检测传感器」等对小型化或测定精度要求不高的用途。但是，对于像体温计等要求高精度的温度测定并要求小型和低成本的温度测定装置是不适用的。

另外，与热电型和热电堆型中必须检测与基准温度的相对温度差不同，辐射计型具有可以测定绝对温度的优点。但是，由测定电流引起的自身发热及电流噪声等误差因素很多，因此很难提高测定精度。此外，还需要偏置电源等，因而存在着使结构变得复杂且使用也很烦杂的难题。

与上述不同，热电堆型红外线检测元件，不利用像热电型那样的瞬态现象，也不会流过像辐射热计型那样的过大的测定电流，所以能够进行稳定的温度检测或测定。进一步，由于可以利用半导体制造工艺而小型化并能降低成本，所以适用于体温计等要求小型和低价格的温度测定装置。

在图21中，作为采用了热电堆型红外线传感器或红外线检测元件的温度测定装置，示出了一种耳式体温计100。该耳式体温计100，具有本体外壳11、接收来自耳内的红外线并输出与耳内温度即鼓膜温度对应的电压信号的红外线接收检测部200、装有各种电子部件和电路的电路基板3。在该电路基板3上，装有各种电子部件4C，从而形成根据红外线接收检测部200的输出电压求出鼓膜温度或由此求出体温值的温度导出电路400，进一步，还安装着对所求得的温度等进行显示的LCD5及对各部供给电力的电源6。

红外线接收检测部200，备有其形状为整体呈筒状向前(图中向右)少许伸出且前端可以插入耳孔内的壳体211、装在该壳体211内的波导管206、配置在该波导管206的基部并朝向壳体211前端的红外线检测芯片210。壳体211的前端是敞开的，用具有红外线透过性的探头盖25封盖，另外，波导管206的前端开口，用防止粉尘等进入的红外线透过性薄膜23封盖，该薄膜23，由薄膜压紧O形环24支承。因此，在将壳体211前端插入耳孔内时，入射到红外线接收检测部200内的红外线，由波导管206引导到红外线检测芯片210，红外线检测芯片210，接收与鼓膜温度对应的红外线并输出与其对应的电压信号。因此，当按压耳式体温计100的测温开关SW4时，可以由红外线接收检测部200通过红外线测定体温。

即，该体温计100为波导管型，如图22所示，从热源(耳孔)S入射的红外线，通过配置在红外线检测芯片210的前方的波导管206传播并引导到红外线检测芯片210。然后，由红外线检测芯片210的热电堆将由红外线引起的温度上升变换为电压后输出。

在图23中，示出红外线检测芯片210。该红外线检测芯片210，具有热电堆型红外线传感器209及热敏电阻211，该热电堆型红外线传感器209及热敏电阻211，安装在封装基板212上。在该红外线检测芯片210内，热敏电阻211，用于决定在红外线传感器209上形成的热电堆的基准温度、即冷接点的温度。而且，这些元件装在封装壳体213内，从而使总体整体化。此外，在封装壳体213的入射红外线的窗口上，设有用于遮断可见光并使红外线透过的由硅等构成的红外线滤光片208。

在图24中，用斜视图简略地示出红外线传感器、即红外线检测元件209。红外线传感器209，备有一个基座80，该基座80备有利用对硅基板进行蚀刻的方法使硅基板的底面或背面的中央形成空心而只留下薄膜的部分(薄膜部)802、及硅基板的未被蚀刻而留下的原有的壁厚部分(厚壁部)801。即，红外线传感器209，具有使基座80的中央从下侧形成空心部分KW从而在上方构成膜片的结构。进一步，在薄膜部802的上方，用溅射、蒸镀等方法形成金黑镀膜，从而形成用作吸收红外线的黑体的红外线吸收体81。红外线吸收体81，通过吸收红外线而引起温度变化。