(57)【要約】【課題】赤外線の入射時に冷接点の温度が変動することを抑え、温接点と冷接点との温度差を極力大きくして高感度化を図ると共に、温接点の保護と全体の剛性増加とを図って、高い信頼性が確保すること。【解決手段】ベース基板２と、ベース基板を覆うサイズに形成されると共にベース基板上に間隔を開けて配置され、赤外線（ＩＲ）に対して非透過性のフィルム基板３と、ベース基板の上面に形成された冷接点６と、フィルム基板の下面に形成された温接点５と、両基板の間に挟まれた状態で冷接点と温接点とに両端がそれぞれ接続され、両冷接を介して両基板を一体的に固定する熱電変換素子４と、冷接点に接続された状態でベース基板に設けられ、熱電変換素子で生じた起電力を出力電圧Ｖｏｕｔとして外部に出力する外部出力端子部７と、を備えている赤外線センサ１を提供する。【選択図】図６
2010185839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板と、
前記ベース基板を覆うサイズに形成されると共に該ベース基板上に間隔を開けて配置され、入射してくる赤外線に対して非透過性のフィルム基板と、
前記ベース基板の上面に形成された冷接点と、
前記フィルム基板の下面に形成された温接点と、
前記ベース基板と前記フィルム基板との間に挟まれた状態で前記冷接点と前記温接点とに両端がそれぞれ接続され、冷接点及び温接点を介して両基板を一体的に固定する熱電変換素子と、
前記冷接点に接続された状態で前記ベース基板に設けられ、前記熱電変換素子で生じた起電力を出力電圧として外部に出力する外部出力端子部と、を備えていることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の赤外線センサにおいて、
前記外部出力端子部は、前記ベース基板を貫通するように設けられ、一端側が前記冷接点に接続されると共に他端側がベース基板の下面側に露出していることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の赤外線センサにおいて、
前記冷接点の温度を測定する温度センサと、
前記ベース基板に取り付けられ、該ベース基板を介して前記冷接点を冷却する冷却部と、
前記温度センサで測定された測定結果に基づいて前記冷却部の作動を制御して、前記冷接点の温度を規定温度又は規定温度より所定温度低下した低設定温度に維持する冷却制御部と、を備えていることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の赤外線センサにおいて、
前記冷接点及び前記温接点は、それぞれ前記ベース基板及び前記フィルム基板の面内にて、間に隙間を開けて縦横のマトリックス状に配列され、
前記外部出力端子部は、前記冷接点の数に対応して複数設けられていることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の赤外線センサと、
該赤外線センサから出力される前記出力電圧に基づいて前記赤外線の強弱を算出すると共に、算出した赤外線の強弱から熱画像を生成する画像生成部と、
生成された前記熱画像を表示する表示部と、を備えていることを特徴とする熱画像生成装置。
【請求項６】
請求項５に記載の熱画像生成装置において、
前記画像生成部は、複数の外部出力端子部のうち隣り合う外部出力端子部から出力される前記出力電圧を比較し、その差分から前記赤外線の強弱を算出することを特徴とする熱画像生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体等の熱源から発せられた赤外線を検出する赤外線センサに関し、特に温接点及び冷接点を有するサーモパイル型の赤外線センサ、これを有する熱画像生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、各種施設に取り付けられている監視システムや防犯システム等において、人体等の熱源から発せられた赤外線を検出する赤外線センサが利用されている。この種の赤外線センサは、現在数多く提供されているが、その１つとしてサーモパイル型の赤外線センサが知られている。
このタイプの赤外線センサは、熱画像（サーモグラフィー）を得る際に好適に使用されるもので、感熱部分となる温接点と基準温度側となる冷接点とを有し、温接点と冷接点との間の温度差に対応した起電力を発生させることで赤外線の強弱を検出するセンサである。特に、赤外線を高感度で検出するためには、温接点と冷接点との温度差が極力大きくなることが好ましい。そのため、温接点と冷接点との間の熱抵抗をできるだけ大きくして、温接点と冷接点との間の熱輸送を極力小さくすることが必要とされている。
【０００３】
このようなニーズに応えるものとして、温接点と冷接点とが上下に離間して配置された赤外線センサが知られている（特許文献１参照）。
この赤外線センサにおいては、基板の上方に薄膜が配置されており、基板と薄膜とが上下に離間した状態となっている。そして、薄膜上に複数の温接点が設けられ、基板上に複数の冷接点が設けられている。これら両接点は、基板と薄膜とに跨った熱電材料からなるリード線によって交互に直列に接続されている。この際、リード線は、基板から斜め上方に延在した後、薄膜に取り付けられており、該薄膜を中空で支持する役割も担っている。
【０００４】
この赤外線センサによれば、薄膜がリード線によって中空に支持され、薄膜と基板との間の直接的な接触を防いでいるので、薄膜を介して基板側に熱が流れることがない。つまり、薄膜を介しての温接点から冷接点への実質的な熱の流れを遮断することができるようになっている。従って、温接点と冷接点との間の熱輸送を小さくすることが可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３０４１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記赤外線センサは、上下に離間して配置された基板及び薄膜にそれぞれ形成された温接点と冷接点とをリード線で接続する構成とされているので、ボンディング作業（接続作業）上、どうしてもリード線を基板から斜め上方に向かって引き出さざるを得ない。そのため、赤外線センサを上方から見ると、温接点と冷接点とがあたかも２次元的に配列された形となり、冷接点が温接点の周囲に露出した形で存在してしまう。
従って、赤外線が入射してくると、温接点が形成された薄膜だけに入射するのではなく、冷接点にも入射してしまうものであった。よって、冷接点自体の温度が上がってしまい、温接点と冷接点との間の温度差が付き難いものであった。つまり、赤外線の入射によって冷接点の温度が変動し易く、優れた感度を期待することができなかった。
【０００７】
また、基板の上方に配置された薄膜をリード線だけで支持する構成であるので、強度的に弱く、過度の振動や衝撃等に対する耐性を期待することができない。特に、リード線は、薄膜を真下から支持するのではなく、薄膜を周囲から支えている形である。従って、真上からの力に対して特に強度が弱い。加えて、薄膜上に形成された温接点は、表面がむき出しの露出状態となっている。そのため、傷等が付いたり、塵埃等が付着したりし易く、温接点の温度変動に影響を与えてしまう可能性があった。従って、これらの事を考慮すると、高い信頼性を期待することができなかった。
【０００８】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その主目的は、赤外線の入射時に冷接点の温度が変動することを抑え、温接点と冷接点との温度差を極力大きくして高感度化を図ることができると共に、温接点の保護と全体の剛性増加とを図って、高い信頼性が確保された赤外線センサを提供することである。
また、別の目的としては、上記赤外線センサを備えた熱画像生成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明に係る赤外線センサは、ベース基板と、前記ベース基板を覆うサイズに形成されると共に該ベース基板上に間隔を開けて配置され、入射してくる赤外線に対して非透過性のフィルム基板と、前記ベース基板の上面に形成された冷接点と、前記フィルム基板の下面に形成された温接点と、前記ベース基板と前記フィルム基板との間に挟まれた状態で前記冷接点と前記温接点とに両端がそれぞれ接続され、冷接点及び温接点を介して両基板を一体的に固定する熱電変換素子と、前記冷接点に接続された状態で前記ベース基板に設けられ、前記熱電変換素子で生じた起電力を出力電圧として外部に出力する外部出力端子部と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
この発明に係る赤外線センサにおいては、熱源から発せられた赤外線がフィルム基板に入射すると、赤外線が入射した位置を中心にフィルム基板の温度が上昇する。これにより、フィルム基板の下面に形成された温接点の温度が上昇する。ところで、フィルム基板は赤外線に対して非透過性であるので、入射してきた赤外線がフィルム基板を透過して冷接点やベース基板に入射することがない。しかも、フィルム基板は、ベース基板を覆うサイズに形成されているので、赤外線が直接冷接点やベース基板に入射することもない。よって、冷接点及びベース基板は、赤外線の入射の有無に関係なく温度が変動し難い。
【００１１】
従って、赤外線の入射後、温接点と冷接点との間に温度差を明確に生じさせることができる。しかも、ベース基板とフィルム基板とは、上下に間隔を開けて配置されているので、両基板の間で直接的な熱の受け渡しが行われることがない。この点においても、温接点と冷接点との間に温度差が明確に生じる。温接点と冷接点との間に温度差が生じると、熱電変換素子の両端の温度差が生じることになる。従って、熱電変換素子は、ゼーベック効果により温度差に対応した起電力を発生させる。すると、外部出力端子部は、この起電力を出力電圧として外部に出力する。
【００１２】
従って、この出力電圧をモニタすることで、入射してくる赤外線の強弱を検出することができる。特に、上述したように、ベース基板とフィルム基板との間には直接的な熱の受け渡しが行われないうえ、赤外線の入射によって冷接点やベース基板の温度が変動する可能性も低い。よって、温接点と冷接点との温度差を極力大きくすることができ、非常に感度良く赤外線を検出することができる。つまり、赤外線の強弱をより明確に検出することができ、高性能化を図ることができる。
【００１３】
また、ベース基板とフィルム基板との間に、熱電変換素子が挟まれたサンドイッチ構造となっているので、従来のものに比べて剛性が高く、上方からの力に対して特に強度的に優れている。よって、過度の振動や衝撃等に対する耐性を向上させることができ、信頼性を高めることができる。
更に、温接点は、フィルム基板の下面に形成されているので、むき出しの露出状態となっていた従来とは異なり常時保護されている。そのため、温接点に傷等が付いたり、塵埃等が付着したりし難い。よって、この点においても信頼性を高めることができる。
【００１４】
また、本発明に係る赤外線センサは、上記本発明の赤外線センサにおいて、前記外部出力端子部が、前記ベース基板を貫通するように設けられ、一端側が前記冷接点に接続されると共に他端側がベース基板の下面側に露出していることを特徴とする。
【００１５】
この発明に係る赤外線センサにおいては、外部出力端子部がベース基板を貫通するように設けられており、冷接点が形成されている上面側とは反対側の面である下面側に他端側が露出している。従って、冷接点等を気にすることなく外部との接続作業を行うことができ、この接続作業を容易且つ確実に行い易い。
【００１６】
また、本発明に係る赤外線センサは、上記本発明の赤外線センサにおいて、前記冷接点の温度を測定する温度センサと、前記ベース基板に取り付けられ、該ベース基板を介して前記冷接点を冷却する冷却部と、前記温度センサで測定された測定結果に基づいて前記冷却部の作動を制御して、前記冷接点の温度を規定温度又は規定温度より所定温度低下した低設定温度に維持する冷却制御部と、を備えていることを特徴とする。
【００１７】
この発明に係る赤外線センサにおいては、温度センサが冷接点の温度を測定しており、この測定結果を冷却制御部に出力している。冷却制御部は、送られてきた測定結果に基づいて冷接点の温度をモニタしており、何らかの理由により冷接点の温度が規定温度よりも高くなった場合には冷却部を作動させる。すると、冷却部は、ベース基板を介して冷接点を冷却し、温度を低下させる。従って、冷接点の温度を常時規定温度に維持することができる。又は、赤外線の入射中、規定温度よりも所定温度だけ低い低設定温度に維持することができる。従って、温接点と冷接点との温度差をより大きくすることができ、さらなる高感度化を図ることができる。
【００１８】
また、本発明に係る赤外線センサは、上記本発明の赤外線センサにおいて、前記冷接点及び前記温接点が、それぞれ前記ベース基板及び前記フィルム基板の面内にて、間に隙間を開けて縦横のマトリックス状に配列され、前記外部出力端子部が、前記冷接点の数に対応して複数設けられていることを特徴とする。
【００１９】
この発明に係る赤外線センサにおいては、冷接点及び温接点が、それぞれベース基板及びフィルム基板の面内にて間に隙間を開けて縦横のマトリックス状に配列されている。そのため、フィルム基板に入射した赤外線を、より細かな領域に区切った状態で検出することができる。よって、赤外線の強弱分布をより詳細且つ高精度に検出することができる。
しかも、外部出力端子部が冷接点の数に対応して複数設けられているので、複数の熱電変換素子を直列に繋いで出力電圧を増加させなくても出力電圧を取り出すことができる。通常、感度を上げるために複数の熱電変換素子を直列に繋ぐ形にするが、本発明に係る赤外線センサによれば上述したように高感度化を図ることができるので、各熱電変換素子に接続された冷接点から出力電圧を取り出したとしても十分な感度を期待することができる。そのため、外部出力端子部に接続されている接続点（温接点及び冷接点の数）を従来に比べて少なくすることができる。よって、信頼性のさらなる向上化を期待することができる。
【００２０】
また、本発明に係る熱画像生成装置は、上記本発明の赤外線センサと、該赤外線センサから出力される前記出力電圧に基づいて前記赤外線の強弱を算出すると共に、算出した赤外線の強弱から熱画像を生成する画像生成部と、生成された前記熱画像を表示する表示部と、を備えていることを特徴とする。
【００２１】
この発明に係る熱画像生成装置においては、画像生成部が複数の外部出力端子部から出力される出力電圧に基づいて赤外線の強弱分布を算出すると共に、算出した強弱分布から熱画像を生成する。そして、表示部がこの生成された熱画像を表示する。これにより、熱画像を通して熱源を可視化することができ、熱源の状態を把握することができる。
特に、赤外線センサが赤外線の強弱分布を詳細且つ高精度に検出するので、熱画像を明瞭且つ微細に表示することができ、熱源の状態を正確に把握することができる。
【００２２】
また、本発明に係る熱画像生成装置は、上記本発明の熱画像生成装置において、前記画像生成部が、複数の外部出力端子部のうち隣り合う外部出力端子部から出力される前記出力電圧を比較し、その差分から前記赤外線の強弱を算出することを特徴とする。
【００２３】
この発明に係る熱画像生成装置においては、隣り合う外部出力端子部から出力される出力電圧を比較し、その差分から赤外線の強弱を算出するので、感度をさらに高めることができ、赤外線の強弱分布をより高精度に算出することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る赤外線センサによれば、温接点と冷接点との温度差を極力大きくして高感度化を図ることができると共に、温接点の保護と全体の剛性増加とを図って、高い信頼性を確保することができる。
また、本発明に係る熱画像生成装置によれば、赤外線センサが赤外線の強弱分布を詳細且つ高精度に検出するので、熱画像を明瞭且つ微細に表示することができ、熱源の状態を正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る第１実施形態を示す赤外線センサの外観斜視図である。
【図２】図１に示す赤外線センサを矢印Ａ方向から見た側面図である。
【図３】図１に示す赤外線センサを矢印Ｂ方向から見た側面図である。
【図４】図１に示す赤外線センサを矢印Ｃ方向から見た上面図である。
【図５】図１に示す赤外線センサのＤ−Ｄ断面図である。
【図６】図１に示す赤外線センサのＥ−Ｅ断面図である。
【図７】図１に示す赤外線センサを構成する各構成要素の材料についての、熱伝導率、比熱容量、密度を表した図である。
【図８】図１に示す赤外線センサを構成する各構成要素のサイズ及び体積を表した図である。
【図９】図１に示す赤外線センサを構成する各構成要素の重量、熱容量及び０．０５℃上昇したときのエネルギーを表した図である。
【図１０】図１に示す赤外線センサを構成する温接点、冷接点、熱電変換素子の熱容量及び０．０５℃上昇したときのエネルギーを表した図である。
【図１１】図１に示す赤外線センサを構成する熱電変換素子及びフィルム基板の熱コンダクタンスを算出した図である。
【図１２】本発明に係る第２実施形態を示す熱画像生成装置のブロック構成図である。
【図１３】図１２に示す熱画像生成装置を構成するマルチプレクサと赤外線センサとの関係を示した図である。
【図１４】図１２に示す熱画像生成装置の変形例を示すブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る第１実施形態について、図１から図１１を参照して説明する。
本実施形態の赤外線センサ１は、人体等の図示しない熱源から発せられた赤外線（ＩＲ）の強弱を検出するセンサであって、図１から図３に示すように、ベース基板２と、フィルム基板３と、熱電変換素子４と、で主に構成されている。なお、図１では、後述する冷接点６の図示を省略している。
【００２７】
ベース基板２は、厚みが略１０００μｍで平面視正方形状に形成された基板である。このベース基板２は、内部で温度勾配ができるだけ生じないように熱導電率λが高い材料からなることが好ましい。本実施形態では、熱導電率λが３２（Ｗ／ｍ・Ｋ）のアルミナから形成されているとして説明する。
【００２８】
フィルム基板３は、厚みが略１２．５μｍの極薄で、且つ、ベース基板２と同様に平面視正方形状に形成された基板である。この際、フィルム基板３は、ベース基板２を覆うことができるようにベース基板２と同一のサイズに形成されている。このように形成されたフィルム基板３は、ベース基板２上に間隔を開けて配置されている。なお、本実施形態では、ベース基板２とフィルム基板３との間が、略６００μｍ離間するように設計されている。
ところで、フィルム基板３の上面は、赤外線（ＩＲ）が入射する入射面とされている。そして、このフィルム基板３は、入射してくる赤外線（ＩＲ）に対して非透過性であり、且つ、熱導電率λができるだけ低い材料から形成されていることが好ましい。本実施形態では、赤外線（ＩＲ）に対して非透過性であり、熱導電率λが０．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）のポリミドで形成されているとして説明する。
【００２９】
上記フィルム基板３の下面には、図２から図４に示すように、導電性材料のパターニングによって温接点５が形成されている。この際、温接点５は、フィルム基板３の面内にて間に隙間を開けた状態で、縦横のマトリックス状（行列状）に複数形成されている。本実施形態では、縦横に８列ずつ並ぶように形成されている。また、各温接点５は、熱導電率λが４０３（Ｗ／ｍ・Ｋ）の銅からなるものであり、一辺が３００μｍの正方形状で厚みが１８μｍとなるように形成されている。また、各温接点５の間には、５０μｍの隙間が開くように設計されている。
【００３０】
一方、ベース基板２の上面には、導電性材料のパターニングによって冷接点６が形成されている。この際、冷接点６は、ベース基板２の面内にて間に隙間を開けた状態で、縦横のマトリックス状（行列状）に温接点５に対応する数だけ複数形成されている。各冷接点６は、温接点５と同様に、熱導電率λが４０３（Ｗ／ｍ・Ｋ）の銅からなるものであり、一辺が３００μｍの正方形状で厚みが１８μｍとなるように形成されている。
【００３１】
上記熱電変換素子４は、図１から図６に示すように、ベース基板２とフィルム基板３との間に挟まれた状態で冷接点６と温接点５とに両端がそれぞれ接続されており、冷接点６及び温接点５を介して両基板２、３を一体的に固定している。
この熱電変換素子４は、２種類の異なる金属或いは半導体である第１の熱電素子４ａと第２の熱電素子４ｂとから構成される一対の素子である。第１の熱電素子４ａ及び第２の熱電素子４ｂは、共に一端側が共通の温接点５に接続されており、他端側が異なる冷接点６に接続されている。よって、赤外線（ＩＲ）の入射により温接点５の温度が上昇すると、温接点５と冷接点６との間に温度差が生じるので、結果的に熱電変換素子４の両側で温度差が生じるようになっている。すると、熱電変換素子４は、ゼーベック効果を利用して温度差に対応した起電力を発生させるようになっている。
【００３２】
なお、本実施形態の熱電変換素子４は、ビスマス・テルル系（Ｂｉ・Ｔｅ系）の素子である。即ち、第１の熱電素子４ａがビスマス、第２の熱電素子４ｂがテルルで構成されている。これら第１の熱電素子４ａ及び第２の熱電素子４ｂは、一辺が略１００μｍで長さが略６００μｍの長方形状に形成されている。また、熱電変換素子４のゼーベック係数Ｓは、略４００(μＶ／℃）されている。
従って、ベース基板２とフィルム基板３との間には、第１の熱電素子４ａと第２の熱電素子４ｂとからなる複数の熱電変換素子４が立設した状態で挟み込まれている。
【００３３】
また、ベース基板２には、図６に示すように、熱電変換素子４で生じた起電力を出力電圧Ｖｏｕｔとして外部に出力する外部出力端子部７が設けられている。この外部出力端子部７は、ベース基板２を貫通するように設けられ、一端側が冷接点６に接続されると共に、他端側がベース基板２の下面側に露出している。この際、外部出力端子部７は、冷接点６の数に対応して設けられている。
なお、外部出力端子部７は、温接点５及び冷接点６と同様に、熱導電率λが４０３（Ｗ／ｍ・Ｋ）の銅からなるものである。
【００３４】
次に、このように構成された赤外線センサ１を利用して、赤外線（ＩＲ）の強弱を検出する場合について説明する。
図１に示すように、熱源から発せられた赤外線（ＩＲ）がフィルム基板３に入射すると、赤外線（ＩＲ）が入射した位置を中心にフィルム基板３の温度が上昇する。これにより、フィルム基板３の下面に形成された温接点５の温度が上昇する。ところで、入射してきた赤外線（ＩＲ）は、フィルム基板３を透過して冷接点６やベース基板２に入射することがない。しかも、フィルム基板３は、ベース基板２を覆うサイズに形成されているので、赤外線（ＩＲ）が直接冷接点６やベース基板２に入射することもない。よって、冷接点６やベース基板２は、赤外線（ＩＲ）の入射に関係なく温度が変動し難い状態となっている。
【００３５】
従って、赤外線（ＩＲ）の入射後、温接点５と冷接点６との間に温度差を明確に生じさせることができる。しかも、ベース基板２とフィルム基板３とは、上下に間隔を開けて配置されているので、両基板２、３の間で直接的な熱の受け渡しが行われることがない。この点においても、温接点５と冷接点６との間に温度差が明確に生じる。
温接点５と冷接点６との間に温度差が生じると、熱電変換素子４の両端に温度差が生じることになる。従って、熱電変換素子４は、ゼーベック効果により温度差に対応した起電力を発生させる。すると、外部出力端子部７は、この起電力を出力電圧Ｖｏｕｔとして外部に出力する。
【００３６】
従って、この出力電圧Ｖｏｕｔをモニタすることで、入射してくる赤外線（ＩＲ）の強弱を検出することができる。特に、上述したように、ベース基板２とフィルム基板３との間には直接的な熱の受け渡しが行われないうえ、赤外線（ＩＲ）の入射によって冷接点６やベース基板２の温度が変動する可能性も低い。よって、温接点５と冷接点６との温度差を極力大きくすることができ、非常に感度良く赤外線（ＩＲ）を検出することができる。つまり、赤外線（ＩＲ）の強弱をより明確に検出することができ、高性能化を図ることができる。
【００３７】
また、赤外線センサ１は、ベース基板２とフィルム基板３との間に熱電変換素子４が挟みこまれたサンドイッチ構造となっている。従って、従来のものに比べて剛性が高く、上方からの力に対して特に強度的に優れている。よって、過度の振動や衝撃等に対する耐性を向上させることができ、信頼性を高めることができる。
更に、温接点５は、フィルム基板３の下面に形成されているので、むき出しの露出状態となっていた従来とは異なり常時保護されている。そのため、温接点５に傷等が付いたり、塵埃等が付着したりし難い。よって、この点においても信頼性を高めることができる。
【００３８】
上述したように、本実施形態の赤外線センサ１によれば、温接点５と冷接点６との温度差を極力大きくして高感度化を図ることができると共に、温接点５の保護と全体の剛性増加とを図って、高い信頼性を確保することができる。
【００３９】
しかも、本実施形態では、温接点５がフィルム基板３の面内にて間に隙間を開けて縦横８列のマトリックス状に配列されている。よって、フィルム基板３を６４個の細かな領域に区分けし、それぞれの領域に温接点５が設けられている状態となっている。そのため、赤外線（ＩＲ）の入射により温度が最も高まったフィルム基板３の下面に位置する温接点５が、最も温度が上昇し、この位置から離間するにつれて温接点５の温度は低下していく。このように、赤外線（ＩＲ）の温度分布を複数の温接点５に正確に伝えることができる。従って、赤外線（ＩＲ）の強弱分布を詳細且つ高精度に検出することができる。
【００４０】
また、外部出力端子部７は、ベース基板２を貫通するように設けられているので、他端側がベース基板２の下面側に露出している。従って、本実施形態の赤外線センサ１を装置等に組み込む際に、冷接点６等を気にすることなく接続作業を行うことができる。よって、この接続作業を容易且つ確実に行い易い。
【００４１】
更に、外部出力端子部７が冷接点６の数に対応して複数設けられているので、複数の熱電変換素子４を直列に繋いで出力電圧Ｖｏｕｔを増加させなくても出力電圧Ｖｏｕｔを取り出すことができる。通常、感度を上げるために複数の熱電変換素子４を直列に繋ぐ形にするが、本実施形態の赤外線センサ１は上述したように高感度化が図られているので、各熱電変換素子４に接続された冷接点６から出力電圧Ｖｏｕｔを取り出したとしても、十分な感度を期待できる。そのため、外部出力端子部７に接続されている接続点（温接点５及び冷接点６の数）を従来に比べて少なくすることができる。よって、信頼性のさらなる向上化を図ることができる。
【００４２】
また、本実施形態では、熱伝導率λが低いポリミドでフィルム基板３が形成されているので、熱が面内に拡散し難い。よって、フィルム基板３の全体に亘って熱が均一になり難い。この点においても、赤外線（ＩＲ）の温度分布を複数の温接点５に正確に伝えることができ、検出結果の信頼性の向上化に貢献することができる。
更に、本実施形態では、熱伝導率λが高いアルミナでベース基板２が形成されているので、ベース基板２自体に熱がこもらず、温度勾配を生じ難くさせている。この点も同様に、検出結果の信頼性の向上化に貢献することができる。
加えて、温接点５、冷接点６及び外部出力端子部７に関しては、熱伝導率λが非常に高い銅で形成されている。そのため、温接点５及び冷接点６の面内で熱が速やかに伝わって温度が均一になり易い。よって、正確な温度差を熱電変換素子４の両端に生じさせることができ、やはり検出結果の信頼性の向上化に貢献することができる。
【００４３】
次に、上述した赤外線センサ１を構成する各構成要素の熱容量を算出し、その結果の比較を行う。
はじめに、各構成要素の材料、即ち、銅（Ｃｕ）、ポリミド、アルミナ、ビスマス・テルルの熱伝導率λ、比熱容量Ｃｐ、密度ρの数値を図７に示す。なお、ベース基板２を窒化アルミニウムで形成した場合を想定して、窒化アルミニウムの熱伝導率λ、比熱容量Ｃｐ、密度ρの数値も併せて図示する。
【００４４】
続いて、各構成要素のサイズ（縦、横、厚さ）と、これらサイズから算出された体積Ｖと、を図８に示す。続いて、各構成要素について、密度ρと体積Ｖとから算出した質量ｍと、この質量ｍと比熱容量Ｃｐとから算出された熱容量Ｃと、０．０５℃上昇したときのエネルギーと、を図９に示す。なお、熱容量Ｃは、Ｃ＝Ｃｐ×ｍで算出される。
【００４５】
続いて、図９に示す熱容量Ｃから、温接点５、冷接点６、熱電変換素子４の熱容量Ｃと、０．０５℃上昇したときのエネルギーと、温接点５と冷接点６との熱容量の比と、を図１０に示す。
図１０で明らかなように、本実施形態の赤外線センサ１によれば、温接点５に比べて冷接点６の熱容量が非常に大きいため、冷接点６側の基準温度が安定し、温接点５の変化を高精度に読み取ることが可能となる。また、熱電変換素子４の熱容量が小さいため温接点５の温度に対して影響を与え難くすることができる。
【００４６】
次に、上述した赤外線センサ１を構成する熱電変換素子４及びフィルム基板３の熱コンダクタンスを算出し、その結果の比較を行う。
熱電変換素子４及びフィルム基板３のサイズ（縦、横、長さ）と、これらのサイズから算出された（断面積／長さ）と、熱コンダクタンスと、を図１１に示す。
なお、熱コンダクタンス（Ｗ／ｋ）は、熱伝導率×（断面積／長さ）で算出される。
【００４７】
一般的に、温接点５からの熱の伝導は、熱コンダクタンスを比較することで判断が可能である。この点、図１１で明らかなように、熱電変換素子４及びフィルム基板３の熱コンダクタンスは略同一であり、第１実施形態のサイズで熱流をほぼ同じにすることが可能となる。なお、フィルム基板３をさらに薄くすることで、熱コンダクタンスをより改善することができるので、より好ましい。
【００４８】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態を、図１２から図１４を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
本実施形態の熱画像生成装置１０は、図１２に示すように、イメージセンサとして機能する赤外線センサ１と、赤外線センサ１から出力される出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて赤外線（ＩＲ）の強弱を算出すると共に参照した赤外線（ＩＲ）の強弱から熱画像を生成する画像生成部１１と、生成された熱画像を表示する表示部１２と、を備えている。
【００４９】
画像生成部１１は、マルチプレクサ１５と、作動増幅回路１６と、信号増幅回路１７と、タイミングクロック１８と、サンプルホールド１９と、ＡＤコンバータ２０と、メモリ２１と、画像演算処理２２と、で主に構成されている。
マルチプレクサ１５は、図１３に示すように、赤外線センサ１の複数の外部出力端子部７に接続され、各外部出力端子部７から出力された出力電圧Ｖｏｕｔが送られてくるようになっている。本実施形態では、横方向に一列に並んだ１ラインあたり、３つのマルチプレクサ１５が接続されている場合を例に挙げて説明する。
【００５０】
作動増幅回路１６は、図１２及び図１３に示すように、マルチプレクサ１５に入力した出力電圧Ｖｏｕｔのうち隣り合う外部出力端子部７から出力される出力電圧Ｖｏｕｔを比較した後に増幅する回路である。信号増幅回路１７は、作動増幅回路１６によって増幅した出力電圧Ｖｏｕｔをアナログ信号に変換した後に増幅する回路である。なお、このアナログ信号は、赤外線（ＩＲ）の強弱に対応した信号となっている。タイミングクロック１８は、アナログ信号を一定間隔でサンプリングするためのタイミングを決定するもので、サンプルホールド１９とマルチプレクサ１５とメモリ２１とに決定したタイミングを送っている。
【００５１】
サンプルホールド１９は、タイミングクロック１８によって決定されたタイミングで、作動増幅回路１６から送られてきたアナログ信号をサンプリングしている。ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）２０は、サンプリングしたアナログ信号を繋いでデジタル信号に変換している。このデジタル信号は、メモリ２１に記憶された後、画像演算処理２２に送られる。画像演算処理２２は、送られてきたデジタル信号に基づいて二次元データである熱画像を生成している。そして、表示部１２は、この生成された熱画像を表示している。
【００５２】
このように、本実施形態の熱画像生成装置１０によれば、赤外線センサ１で検出した赤外線（ＩＲ）の強弱を熱画像として表示部１２に表示することができる。従って、熱画像を通して熱源を可視化することができ、熱源の状態を把握することができる。特に、赤外線センサ１が赤外線（ＩＲ）の強弱分布を詳細且つ高精度に検出するので、熱画像を明瞭且つ微細に表示することができ、熱源の状態を正確に把握することができる。
従って、本実施形態の熱画像生成装置１０は、空港等の各種施設に設置される防犯・監視用の赤外線カメラシステム等の構成品として好適に利用することが可能である。
【００５３】
特に、３つのマルチプレクサ１５によって、隣り合う外部出力端子部７から出力される出力電圧Ｖｏｕｔを比較し、その差分から赤外線（ＩＲ）の強弱を算出するので、赤外線（ＩＲ）の変化量を抽出でき、感度をさらに高めることができる。従って、赤外線（ＩＲ）の強度分布を高精度に算出でき、非常に明瞭な熱画像を得ることができる。
【００５４】
なお、上記第２実施形態において、図１４に示すように、赤外線センサ１に、温度センサ２０と冷却部２１と冷却制御部２２とを組み込んだ構成にしても構わない。
温度センサ２０は、冷接点６の温度を測定するセンサであり、測定結果を冷却制御部２２に出力している。冷却部２１は、ベース基板２に取り付けられ、該ベース基板２を介して冷接点６を冷却している。この冷却部２１としては、例えば加熱面又は冷却面を有するペルチェ素子であり、冷却面をベース基板２に当接させた状態で取り付ければ良い。冷却制御部２２は、温度センサ２０で測定された測定結果に基づいて冷却部２１の作動を制御して、冷接点６の温度を規定温度又は規定温度より所定温度低下した低設定温度に維持するようになっている。
【００５５】
このように構成した場合、冷却制御部２２は、温度センサ２０から送られてきた測定結果に基づいて冷接点６の温度をモニタしており、何らかの理由により冷接点６の温度が規定温度よりも高くなった場合には冷却部２１を作動させる。すると、冷却部２１は、ベース基板２を介して冷接点６を冷却し、温度を低下させる。従って、冷接点６の温度を常時規定温度に維持することができる。又は、赤外線（ＩＲ）の入射中、規定温度よりも低い低設定温度に維持することができる。従って、温接点５と冷接点６との温度差をより大きくすることができ、さらなる高感度化を図ることができる。
なお、低設定温度にする場合であっても、規定温度より１℃〜２℃程度低下させれば十分である。
【００５６】
なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
【００５７】
例えば、上記各実施形態では、温接点５をフィルム基板３の面内にて縦横に８列ずつ配列した場合を例に挙げて説明したが、この場合に限られず自由に配列して構わない。この際、冷接点６に関しては、温接点５の配列に応じて配列すれば良い。
また、ベース基板２を貫通するように外部出力端子部７を設け、ベース基板２の下面側に他端側が露出するように構成したが、ベース基板２を貫通させなくても構わない。
【００５８】
また、上記各実施形態では、フィルム基板３の材料の一例としてポリミドを例に挙げたが、赤外線（ＩＲ）に対して非透過性であれば、その他のものを用いても構わない。同様に、温接点５、冷接点６及び外部出力端子部７を銅で形成した場合を例に挙げたが、この場合に限られず、その他の導電性材料を用いても構わない。
【００５９】
更に、熱電変換素子４の一例として、ビスマス・テルル系を例に挙げて説明したが、この場合に限られず、他の材料を用いても構わない。但し、できるだけゼーベック係数が大きい方が好ましい。
一般的にペルチェ素子に使用する熱電材料の評価指数として下記式が知られている。
Ｚ＝Ｓ2／（ρ・ｋ）
（Ｓ：ゼーベック係数、ρ：電気抵抗率、ｋ：熱伝導率）
上記式において、ρ及びｋが小さいほど熱電材料としては良い材料となる。通常、金属系の熱電材料は、Ｓ及びρが小さく、ｋが大きいとされている。一方、半導体系の熱電材料は、Ｓ及びρが大きく、ｋが小さいとされている。
【００６０】
ここで、赤外線センサ１として利用する場合には、電圧を扱うため電気抵抗率が大きくても構わない。この点を考慮すると、金属系の材料よりは、半導体系の材料の方が向いている。従って、シリコンＰＮ結合を利用した熱電変換素子や、鉄シリサイドを利用した熱電変換素子等が好ましい。但し、使用温度帯を１００℃以下に限定した場合には、ビスマス・テルル系の熱電変換素子４にすることが好ましい。
【符号の説明】
【００６１】
ＩＲ…赤外線
１…赤外線センサ
２…ベース基板
３…フィルム基板
４…熱電変換素子
５…温接点
６…冷接点
７…外部出力端子部
１０…熱画像生成装置
１１…画像生成部
１２…表示部
２１…冷却部
２２…温度センサ
２２…冷却制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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