(57)【要約】【課題】  光学調整や組み立てが容易であって小型化が可能であり安価な温度検出装置を提供する。【解決手段】  温度検出装置１０は、温度検出素子１１において、筐体１１０内に、基板１２０，光学系１３０，ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１，Ｓｉフォトダイオード１４２および信号処理部１５０を備える。ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１およびＳｉフォトダイオード１４２それぞれの受光面は同一側に向けられており、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１はＳｉフォトダイオード１４２の面上に配置されている。【選択図】  図２
2006292437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々入射光量に応じた値の電流信号を出力するＩｎＧａＡｓフォトダイオードおよびＳｉフォトダイオードを備え、
前記ＩｎＧａＡｓフォトダイオードおよび前記Ｓｉフォトダイオードそれぞれの受光面が同一側に向けられて、前記ＩｎＧａＡｓフォトダイオードが前記Ｓｉフォトダイオードの面上に配置されている、
ことを特徴とする温度検出素子。
【請求項２】
前記測定対象物の表面の一定範囲から放射される熱放射を前記ＩｎＧａＡｓフォトダイオードおよび前記Ｓｉフォトダイオードに導く光学系を更に備えることを特徴とする請求項１記載の温度検出素子。
【請求項３】
測定対象物から放射される熱放射に基づいて該測定対象物の温度を検出する温度検出装置であって、
各々前記熱放射の入射量に応じた値の電流信号を出力するＩｎＧａＡｓフォトダイオードおよびＳｉフォトダイオードを含む請求項１または２に記載の温度検出素子と、
前記ＩｎＧａＡｓフォトダイオードから出力される電流信号を入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号を出力する第１信号処理回路と、
前記Ｓｉフォトダイオードから出力される電流信号を入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号を出力する第２信号処理回路と、
を備えることを特徴とする温度検出装置。
【請求項４】
前記第１信号処理回路および前記第２信号処理回路それぞれから出力される電圧信号の値に基づいて前記測定対象物の温度を求める演算部を更に備えることを特徴とする請求項３記載の温度検出装置。
【請求項５】
前記第２信号処理回路が、入力電流値に対する出力電圧値の関係を調整する感度調整手段を含む、ことを特徴とする請求項３記載の温度検出装置。
【請求項６】
前記第２信号処理回路が、入力した電流信号を電圧信号に変換する電流-電圧変換回路と、前記電流-電圧変換回路から出力される電圧信号を増幅して出力する増幅回路と、前記感度調整手段として前記増幅回路の増幅率を調整する手段と、を含むことを特徴とする請求項５記載の温度検出装置。
【請求項７】
前記第２信号処理回路が、前記Ｓｉフォトダイオードの温度変化に因る分光感度特性の変動を補正して当該補正後の電圧信号を出力する温度補正手段を含む、ことを特徴とする請求項３記載の温度検出装置。
【請求項８】
前記第２信号処理回路が、入力した電流信号を電圧信号に変換する電流-電圧変換回路と、前記電流-電圧変換回路から出力される電圧信号を増幅して出力する増幅回路と、前記温度補正手段として前記増幅回路の増幅率を温度に応じて調整する手段と、を含むことを特徴とする請求項７記載の温度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物から放射される熱放射に基づいて該測定対象物の温度を検出する温度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温度検出装置として、様々なものが知られており、例えば熱電対やサーミスタ等の温度検出素子を含む接触式の温度検出装置の他に、非接触式の温度検出装置も知られている。接触式の温度検出装置は、温度検出素子が測定対象物に直接に接触して設けられ、温度検出素子が測定対象物と同一温度になることを前提としていることから、測定対象物の温度変化に対して応答性が悪い。一方、非接触式の温度検出装置は、測定対象物から放射される熱放射に基づいて該測定対象物の温度を検出するものであり、熱放射を受光する受光素子が測定対象物に接触して設けられる必要がないので、測定対象物の温度変化に対して応答性がよい。
【０００３】
非接触式の温度検出装置は、特許文献１に記載されているように、例えば、被加熱物（例えば鍋やフライパン等）を加熱する電気式加熱部を備えるクッキングヒータ装置において該被加熱物の温度を検出する際に用いられる。この文献に記載されたクッキングヒータ装置では、耐熱強化ガラス製の天板の上に被加熱物が置かれ、天板の下に磁界発生コイルおよび温度検出装置が設けられる。磁界発生コイルに高周波の交流電流が流れると、電磁誘導により被加熱物に誘導電流が流れ、被加熱物それ自体が発熱する。そして、発熱した被加熱物から放射される熱放射に基づいて温度検出装置により被加熱物の温度が検出される。
【０００４】
このように、クッキングヒータ装置において非接触式の温度検出装置が用いられることにより、測定対象物である被加熱物の温度変化に対して応答性よく温度検出をすることができ、ひいては、高速に被加熱物の温度を電気的に制御することができるので、例えば、被加熱物の内容物が天ぷら油である場合に、その天ぷら油の発火を防止することができる。
【０００５】
また、このような非接触式の温度検出装置は、特許文献１に記載されているように、２つの受光素子を含むのが一般的である。すなわち、最も効率よく熱放射を放射する仮想的な物体である黒体では、熱放射の波長依存性および温度依存性はプランクの式に従う。これに対して、現実の物体である被加熱物からの熱放射は黒体からの熱放射より小さく、被加熱物の材料によって放射率（黒体からの熱放射に対する比）が相違する。そこで、波長選択フィルタによって分光感度特性を互いに異ならせた２つの受光素子により２つの波長それぞれにおける熱放射を検出することで、被加熱物の放射率の相違に因る影響を低減して、温度測定の精度の向上を図っている。特許文献１には、温度検出装置に含まれる受光素子として、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素），ＰｂＳ（硫化鉛）およびＰｂＳｅ（セレン化鉛）等が例示されている。
【特許文献１】特開２００３−１０９７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献に開示された温度検出装置では、２つの受光素子が並列配置されているので、測定対象物の一定範囲から放射される熱放射を２つの受光素子それぞれに導く為には２つの光学系が必要となる。このように、従来の非接触式の温度検出装置では、２つの受光素子および２つの光学系を含む温度検出素子は、光学調整や組み立てが容易ではなく、大型のものとなる。また、従来の非接触式の温度検出装置は、受光素子としてＩｎＧａＡｓ等を用いていることから高価である。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光学調整や組み立てが容易であって小型化が可能であり安価な温度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る温度検出素子は、各々入射光量に応じた値の電流信号を出力するＩｎＧａＡｓフォトダイオードおよびＳｉフォトダイオードを備え、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードおよびＳｉフォトダイオードそれぞれの受光面が同一側に向けられて、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードがＳｉフォトダイオードの面上に配置されていることを特徴とする。また、本発明に係る温度検出素子は、測定対象物の表面の一定範囲から放射される熱放射をＩｎＧａＡｓフォトダイオードおよびＳｉフォトダイオードに導く光学系を更に備えるのが好適である。
【０００９】
また、本発明に係る温度検出装置は、測定対象物から放射される熱放射に基づいて該測定対象物の温度を検出する温度検出装置であって、(1) 各々熱放射の入射量に応じた値の電流信号を出力するＩｎＧａＡｓフォトダイオードおよびＳｉフォトダイオードを含む上記の本発明に係る温度検出素子と、(2) ＩｎＧａＡｓフォトダイオードから出力される電流信号を入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号を出力する第１信号処理回路と、(3) Ｓｉフォトダイオードから出力される電流信号を入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号を出力する第２信号処理回路と、を備えることを特徴とする。また、本発明に係る温度検出装置は、第１信号処理回路および第２信号処理回路それぞれから出力される電圧信号の値に基づいて測定対象物の温度を求める演算部を更に備えるのが好適である。
【００１０】
本発明によれば、測定対象物から放射される熱放射は、積層されているＩｎＧａＡｓフォトダイオードおよびＳｉフォトダイオードに入射する。ＩｎＧａＡｓフォトダイオードから出力される電流信号は、このＩｎＧａＡｓフォトダイオードが有する分光感度特性に応じた値のものであり、第１信号処理回路に入力して電圧信号に変換される。また、Ｓｉフォトダイオードから出力される電流信号は、このＳｉフォトダイオードが有する分光感度特性に応じた値のものであり、第２信号処理回路に入力して電圧信号に変換される。そして、第１信号処理回路および第２信号処理回路それぞれから出力される電圧信号に基づいて、演算部において、測定対象物の温度が求められる。
【００１１】
したがって、本発明に係る温度検出素子および温度検出装置は、積層されたＩｎＧａＡｓフォトダイオードおよびＳｉフォトダイオードを用いた非接触式のものであることから、測定対象物から放射される熱放射を１つの光学系によりＩｎＧａＡｓフォトダイオードおよびＳｉフォトダイオードの双方に導くことができ、温度検出の応答性が優れ、安価・小型のものとなり、また、光学調整や組み立てが容易である。
【００１２】
第２信号処理回路は、入力電流値に対する出力電圧値の関係を調整する感度調整手段を含むのが好適である。より具体的には、第２信号処理回路は、入力した電流信号を電圧信号に変換する電流-電圧変換回路と、電流-電圧変換回路から出力される電圧信号を増幅して出力する増幅回路と、感度調整手段として増幅回路の増幅率を調整する手段と、を含むのが好適である。この場合には、Ｓｉフォトダイオードから出力される電流信号を入力する第２信号処理回路において、入力電流値に対する出力電圧値の関係（すなわち、温度検出感度）は感度調整手段により調整され得る。
【００１３】
第２信号処理回路は、Ｓｉフォトダイオードの温度変化に因る分光感度特性の変動を補正して当該補正後の電圧信号を出力する温度補正手段を含むのが好適である。より具体的には、第２信号処理回路は、入力した電流信号を電圧信号に変換する電流-電圧変換回路と、電流-電圧変換回路から出力される電圧信号を増幅して出力する増幅回路と、温度補正手段として増幅回路の増幅率を温度に応じて調整する手段と、を含むのが好適である。この場合には、Ｓｉフォトダイオードから出力される電流信号を入力する第２信号処理回路において、Ｓｉフォトダイオードの温度変化に因る分光感度特性の変動が第２温度補正手段により補正されて、当該補正後の電圧信号が出力される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光学調整や組み立てが容易であって、小型化が可能であり、安価なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る温度検出装置１０を備えるクッキングヒータ装置１の要部断面図である。このクッキングヒータ装置１は、温度検出装置１０，天板２０，磁界発生コイル３０および電源回路４０を備え、天板２０の上に置かれた被加熱物２（例えば鍋やフライパン等）を加熱することで、その被加熱物２の中にある物を加熱し調理する。
【００１７】
温度検出装置１０，磁界発生コイル３０および電源回路４０は、天板２０の下方に配置されている。電源回路４０から供給される高周波の交流電流が磁界発生コイル３０に流れると、この磁界発生コイル３０から発生する磁力線Ｍによる電磁誘導により、被加熱物２の底部に誘導電流が流れ、被加熱物２の電気抵抗によって被加熱物２が発熱する。そして、発熱した被加熱物２から放射される熱放射は、天板２０に設けられた窓部２１を透過して温度検出装置１０の温度検出素子１１に達して、温度検出装置１０により被加熱物２の温度が検出される。なお、窓部２１および温度検出素子１１が設けられる位置は、磁界発生コイル３０の中心線上であってもよいし、この中心線から外れた磁界発生コイル３０の導線が存在する付近であってもよい。
【００１８】
温度検出装置１０は、温度検出素子１１および演算部１２を含む。温度検出素子１１は、天板２０の窓部２１の下方に配置され、測定対象物である被加熱物２の底部から放射され窓部２１を透過した熱放射を受光して、その受光結果を表す電圧信号を演算部１２へ出力する。演算部１２は、温度検出素子１１から出力される電圧信号を入力し、この電圧信号の値に基づいて被加熱物２の温度を求める。演算部１２において入力電圧値から被加熱物２の温度を求めるに際しては、予め測定されて記憶されている両者の間の関係が参照される。
【００１９】
また、演算部１２は、求めた温度に基づいて電源回路４０を制御する。例えば、演算部１２は、求めた温度が所定温度を超えていると判断した場合には、電源回路４０から磁界発生コイル３０に供給される交流電流の大きさを調整したり、また、磁界発生コイル３０への交流電流の供給を停止したりする。演算部１２は、求めた温度を表示部（不図示）に表示させるようにしてもよいし、また、求めた温度が所定温度を超えていると判断した場合には、警告を発生させるようにしてもよい。
【００２０】
図２は、本実施形態に係る温度検出装置１０の温度検出素子１１の断面図である。温度検出装置１０は、温度検出素子１１において、筐体１１０内に、基板１２０，光学系１３０，ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１，Ｓｉフォトダイオード１４２および信号処理部１５０を備える。基板１２０の上面（被加熱物２側の面）にＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１およびＳｉフォトダイオード１４２が固定されている。基板１２０の上方に光学系１３０が配置されている。また、基板１２０の下面に信号処理部１５０が設けられている。なお、信号処理部１５０は、温度検出素子１１とは別に、演算部１２と共に設けられていてもよい。
【００２１】
ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１およびＳｉフォトダイオード１４２それぞれの受光面は同一側に向けられており、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１はＳｉフォトダイオード１４２の面上に配置されている。光学系１３０は、被加熱物２の底部の一定範囲から放射される熱放射をＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１およびＳｉフォトダイオード１４２の双方に導く。光学系１３０は、具体的には凸レンズである。
【００２２】
ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１は、第１分光感度特性を有し、この第１分光感度特性に基づいて熱放射の入射量に応じた値の電流信号を出力する。また、Ｓｉフォトダイオード１４２は、第２分光感度特性を有し、この第２分光感度特性に基づいて熱放射の入射量に応じた値の電流信号を出力する。ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１が有する第１分光感度特性と、Ｓｉフォトダイオード１４２が有する第２分光感度特性とは、互いに異なる。例えば、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１は波長１.５５μｍ付近に感度のピークを有し、Ｓｉフォトダイオード１４２は波長０.９６μｍ付近に感度のピークを有する。
【００２３】
基板１２０の下面に設けられた信号処理部１５０は、基板１２０に設けられた貫通電極により、基板１２０の上面に設けられたＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１およびＳｉフォトダイオード１４２それぞれと電気的に接続されている。信号処理部１５０は、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１およびＳｉフォトダイオード１４２それぞれから出力される電流信号を入力し、各々の電流信号の値に応じた値の電圧信号を出力する。
【００２４】
基板１２０は、更に、信号処理部１５０から出力された電圧信号を演算部１２へ送るためのコネクタ（不図示）、および、基板１２０を筐体１１０に固定するためのねじ孔（不図示）、が設けられている。
【００２５】
筐体１１０は、熱伝導率が高い材料（例えばＡｌダイキャスト）からなるのが好適である。このように熱伝導率が高い材料からなる筐体１１０内にＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１，Ｓｉフォトダイオード１４２および信号処理部１５０が収納されることで、こられの温度が略等しくなって、後述する温度補正を行う上で好都合である。
【００２６】
図３は、本実施形態に係る温度検出装置１０の信号処理部１５０の構成図である。信号処理部１５０は、第１信号処理回路１５１および第２信号処理回路１５２を含む。第１信号処理回路１５１は、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１から出力される電流信号を入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号を出力するものであって、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１から入力した電流信号を電圧信号に変換する電流-電圧変換回路と、この電流-電圧変換回路から出力される電圧信号を増幅して出力する増幅回路と、を含む。同様に、第２信号処理回路１５２は、Ｓｉフォトダイオード１４２から出力される電流信号を入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号を出力するものであって、Ｓｉフォトダイオード１４２から入力した電流信号を電圧信号に変換する電流-電圧変換回路と、この電流-電圧変換回路から出力される電圧信号を増幅して出力する増幅回路と、を含む。
【００２７】
Ｓｉフォトダイオード１４２から出力される電流信号を入力する第２信号処理回路１５２は、入力電流値に対する出力電圧値の関係を調整する感度調整手段を含み、具体的には、この感度調整手段として各々の増幅回路の増幅率を調整する手段を含むのが好適である。また、第２信号処理回路１５２は、Ｓｉフォトダイオード１４２の温度変化に因る第２分光感度特性の変動を補正する温度補正手段を含み、具体的には、この温度補正手段として温度によって抵抗値が変化する抵抗器を増幅回路が含むのが好適である。
【００２８】
図４は、本実施形態に係る温度検出装置１０の第２信号処理回路１５２の回路図である。なお、第２信号処理回路１５２は、電流-電圧変換回路１６１，ローパスフィルタ１６２，増幅回路１６３およびローパスフィルタ１６４を含む。
【００２９】
電流-電圧変換回路１６１は、Ｓｉフォトダイオード１４２から出力された電流信号を入力し、この電流信号を電圧信号に変換して、この電圧信号をローパスフィルタ１６２へ出力する。電流-電圧変換回路１６１は、アンプＡ１，抵抗器Ｒ１および容量素子Ｃ１を含む。アンプＡ１の非反転入力端子は接地されており、アンプＡ１の反転入力端子はＳｉフォトダイオード１４２接続されている。抵抗器Ｒ１および容量素子Ｃ１は、互いに並列的に接続されて、アンプＡ１の反転入力端子と出力端子との間に設けられている。
【００３０】
ローパスフィルタ１６２は、抵抗器Ｒ２および容量素子Ｃ２を含む。抵抗器Ｒ２の一端は、電流-電圧変換回路１６１のアンプＡ１の出力端子と接続されている。抵抗器Ｒ２の他端は、増幅回路１６３のアンプＡ３の非反転入力端子と接続されている。容量素子Ｃ２は、抵抗器Ｒ２の他端と一定電圧点との間に設けられている。
【００３１】
増幅回路１６３は、電流-電圧変換回路１６１から出力されてローパスフィルタ１６２を経た電圧信号を入力し、この電圧信号を増幅してローパスフィルタ１６４へ出力する。増幅回路１６３は、アンプＡ３，抵抗器Ｒ３１〜Ｒ３３および容量素子Ｃ３を含む。抵抗器Ｒ３２および抵抗器Ｒ３３は直列的に接続され、これら抵抗器Ｒ３２，Ｒ３３および容量素子Ｃ３は、互いに並列的に接続されて、アンプＡ３の反転入力端子と出力端子との間に設けられている。抵抗器Ｒ３１は、アンプＡ３の反転入力端子と一定電圧点との間に設けられている。
【００３２】
抵抗器Ｒ３１は、温度によって抵抗値が変化する感熱抵抗器であり、温度が高いほど抵抗値が大きい。抵抗器Ｒ３２は、抵抗値が固定のものである。抵抗器Ｒ３３は、抵抗値が可変のものである。抵抗器Ｒ３１の抵抗値をＲ３１と表し、抵抗器Ｒ３２の抵抗値をＲ３２と表し、また、抵抗器Ｒ３３の抵抗値をＲ３３と表すこととすると、増幅回路１６３の増幅率Ｇは下記(1)式で表される。
【００３３】
Ｇ＝１＋（Ｒ３２＋Ｒ３３）／Ｒ３１    …(1)
抵抗器Ｒ３３は、その抵抗値を調整することにより、増幅回路１６３の増幅率Ｇを調整することができるので、上述した感度調整手段として作用し得る。また、抵抗器Ｒ３１は、温度によって抵抗値が変化して、これにより、増幅回路１６３の増幅率Ｇを補正することができるので、上述した温度補正手段として作用し得る。
【００３４】
ローパスフィルタ１６４は、抵抗器Ｒ４および容量素子Ｃ４を含む。抵抗器Ｒ４の一端は、増幅回路１６３のアンプＡ３の出力端子と接続されている。抵抗器Ｒ３の他端は、演算部１２と接続されている。容量素子Ｃ４は、抵抗器Ｒ４の他端と接地電位との間に設けられている。
【００３５】
抵抗器Ｒ０１と抵抗器Ｒ０２とは直列的に接続されている。抵抗器Ｒ０１の一端は電源電圧Ｖccが印加され、抵抗器Ｒ０２の一端は接地されている。また、抵抗器Ｒ０２と並列的に容量素子Ｃ０が設けられている。抵抗器Ｒ０１と抵抗器Ｒ０２との間の接続点は、電源電圧Ｖccが抵抗分割された一定電圧となり、ローパスフィルタ１６２の容量素子Ｃ２の一端と接続されるとともに、増幅回路１６３の抵抗器Ｒ３１の一端とも接続される。なお、電源電圧Ｖccは、例えば、演算部１２から温度検出素子１１内の基板１２０上のコネクタを経て供給され、また、ローパスフィルタを経て容量素子Ｃ２および抵抗器Ｒ３１それぞれの一端に印加される。また、この電源電圧Ｖccは、電流-電圧変換回路１６１のアンプＡ１および増幅回路１６３のアンプＡ３それぞれにも供給される。
【００３６】
この第２信号処理回路１５２に含まれる各素子の具体的な特性値の一例は以下のとおりである。電流-電圧変換回路１６１に含まれる抵抗器Ｒ１の抵抗値は２２ＭΩであり、容量素子Ｃ１の容量値は１０ｐＦである。ローパスフィルタ１６２に含まれる抵抗器Ｒ２の抵抗値は１０ｋΩであり、容量素子Ｃ２の容量値は０.１μＦである。増幅回路１６３に含まれる抵抗器Ｒ３１の抵抗値は１ｋΩであり、抵抗器Ｒ３２の抵抗値は２２ｋΩであり、抵抗器Ｒ３３の最大抵抗値は１００ｋΩであり、容量素子Ｃ３の容量値は０.１μＦである。ローパスフィルタ１６４に含まれる抵抗器Ｒ４の抵抗値は１.８ｋΩであり、容量素子Ｃ４の容量値は０.１μＦである。また、抵抗器Ｒ０１の抵抗値は４３ｋΩであり、抵抗器Ｒ０２の抵抗値は１０ｋΩであり、容量素子Ｃ０の容量値は０.１μＦである。
【００３７】
なお、第１信号処理回路１５１は、第２信号処理回路１５２の構成と略同様の構成を有する。ただし、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードの個体間の温度検出のバラツキが小さく、また、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードの分光感度特性の温度依存性が小さいので、第１信号処理回路１５１に含まれる増幅回路は、感度調整手段および温度補正手段の何れをも有する必要は無い。
【００３８】
図５および図６それぞれは、本実施形態に係る温度検出装置１０の温度検出素子１１の構成例を示す図である。これらの図には、積層されたＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１およびＳｉフォトダイオード１４２の平面図および断面図が示されている。なお、これらの図に示された各半導体領域においてｎ型とｐ型とは逆であってもよい。
【００３９】
図５（ａ）は、積層されたＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１およびＳｉフォトダイオード１４２の平面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）中におけるＡ-Ａ視断面図である。
【００４０】
図５に示されるＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１は、ｎ型のＩｎＧａＡｓ基板２１１にｐ型領域２１２が形成されたものであり、その表面上に絶縁膜２１３が形成され、さらに、その上に金属配線層２１４およびパッド２１５が形成されている。金属配線層２１４は、一端がコンタクトホール２１６を介してｐ型領域２１２に電気的に接続されており、他端がパッド２１５に接続されている。パッド２１５は、基板１２０上のパッドとワイヤボンディングされる。
【００４１】
図５に示されるＳｉフォトダイオード１４２は、ｎ型のＳｉ基板２２１にｐ型領域２２２が形成されたものであり、その表面上に絶縁膜２２３が形成され、さらに、その上に金属配線層２２４ａ，２２４ｂおよびパッド２２５ａ，２２５ｂが形成されている。金属配線層２２４ａは、一端がコンタクトホール２２６を介してｐ型領域２２２に電気的に接続されており、他端がパッド２２５ａに接続されている。金属配線層２２４ｂは、一端がＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１のｎ型基板２１１の裏面に電気的に接続されており、他端がパッド２２５ｂに接続されている。パッド２２５ａ，２２５ｂそれぞれは、基板１２０上のパッドとワイヤボンディングされる。ｎ型基板２２１の裏面は、基板１２０基板１２０上の金属配線に電気的に接続されている。
【００４２】
図５に示される構成例では、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１から出力される電流信号は、アノードであるｐ型領域２１２と電気的に接続されたパッド２１５と、カソードであるｎ型基板２１１と電気的に接続されたパッド２２５ｂとの間に出力される。また、Ｓｉフォトダイオード１４２から出力される電流信号は、アノードであるｐ型領域２２２と電気的に接続されたパッド２２５ａと、カソードであるｎ型基板２２１の裏面と電気的に接続された基板１２０上の金属配線との間に出力される。
【００４３】
図６（ａ）は、積層されたＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１およびＳｉフォトダイオード１４２の平面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）中におけるＢ-Ｂ視断面図である。
【００４４】
図６に示されるＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１は、ｎ型のＩｎＧａＡｓ基板３１１にｐ型領域３１２が形成されたものであり、その表面上に絶縁膜３１３が形成され、さらに、その上に金属配線層３１４およびパッド３１５が形成されている。金属配線層３１４は、一端がコンタクトホール３１６を介してｐ型領域３１２に電気的に接続されており、他端がパッド３１５に接続されている。パッド３１５は、基板１２０上のパッドとワイヤボンディングされる。また、ｎ型基板３１１の裏面には、ダイボンド用金属パッド３１７が形成されている。
【００４５】
図６に示されるＳｉフォトダイオード１４２は、ｎ型のＳｉ基板３２１にｐ型領域３２２が環状に形成されたものであり、その表面上に絶縁膜３２３が形成され、さらに、その上に金属配線層３２４およびパッド３２５が形成されている。金属配線層３２４は、一端がコンタクトホール３２６ａを介してｐ型領域３２２に電気的に接続されており、他端がパッド３２５に接続されている。パッド３２５は、基板１２０上のパッドとワイヤボンディングされる。ｎ型基板３２１の裏面は、基板１２０基板１２０上の金属配線に電気的に接続されている。また、ｎ型基板３２１の表面は、コンタクトホール３２６ｂを介してパッド３１７に電気的に接続されている。このコンタクトホール３２６ｂは、環状のｐ型領域３２２に囲まれたｎ型領域３２１の上方に形成されている。
【００４６】
図６に示される構成例では、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１およびＳｉフォトダイオード１４２それぞれは、各々のｎ型領域３１１，３２１がパッド３１７およびコンタクトホール３２６ｂを介して互いに電気的に接続されていて、共通のカソードを有する構成となっている。ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１から出力される電流信号は、アノードであるｐ型領域３１２と電気的に接続されたパッド３１５と、共通カソードであるｎ型基板３２１の裏面と電気的に接続された基板１２０上の金属配線との間に出力される。また、Ｓｉフォトダイオード１４２から出力される電流信号は、アノードであるｐ型領域３２２と電気的に接続されたパッド３２５と、共通カソードであるｎ型基板３２１の裏面と電気的に接続された基板１２０上の金属配線との間に出力される。
【００４７】
これら図５および図６それぞれに構成例を示したように、本実施形態では、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１およびＳｉフォトダイオード１４２それぞれの受光面は同一側に向けられており、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１はＳｉフォトダイオード１４２の面上に配置されている。したがって、１つの光学系１３０により、被加熱物２の底部の一定範囲から放射される熱放射をＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１およびＳｉフォトダイオード１４２の双方に導くことができる。また、光学調整や組み立てが容易であり、小型化が可能である。さらに、従来の２つのＩｎＧａＡｓフォトダイオードを用いる場合と比較すると、本実施形態では、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１およびＳｉフォトダイオード１４２を用いるので、安価なものとすることができる。
【００４８】
図７は、黒体放射特性、Ｓｉフォトダイオードの感度特性およびＩｎＧａＡｓフォトダイオードの感度特性を示す図である。この図には、黒体放射特性として、温度５３８Ｋの場合の黒体放射特性Ｍ１、温度５７３Ｋの場合の黒体放射特性Ｍ２、温度５９８Ｋの場合の黒体放射特性Ｍ３、および、温度６２３Ｋの場合の黒体放射特性Ｍ４ が示されている。Ｓｉフォトダイオードの感度特性として、タイプＳ１のＳｉフォトダイオードの感度特性Ｓ１、および、タイプＳ１のものとは異なる分光感度特性を有するタイプＳ２のＳｉフォトダイオードの感度特性Ｓ２ が示されている。また、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードの感度特性として、タイプＧ１のＩｎＧａＡｓフォトダイオードの感度特性Ｇ１、および、タイプＧ１のものとは異なる分光感度特性を有するタイプＧ２のＩｎＧａＡｓフォトダイオードの感度特性Ｇ２ が示されている。
【００４９】
前述したように、黒体放射は最も効率よく熱放射を放射する仮想的な物体である黒体からの熱放射であって、その熱放射の波長依存性および温度依存性はプランクの式に従う。これに対して、現実の物体である被加熱物からの熱放射は黒体からの熱放射より小さく、測定対象物である被加熱物２の材料によって放射率（黒体からの熱放射に対する比）が相違する。そこで、２つの受光素子により２つの波長それぞれにおける熱放射を検出することで、被加熱物の放射率の相違に因る影響を低減して、温度測定の精度の向上を図っている。
【００５０】
２つの受光素子としてタイプＧ１，Ｇ２それぞれのＩｎＧａＡｓフォトダイオードを用いた場合には、これらＩｎＧａＡｓフォトダイオードが感度を有する波長域において、測定対象物である被加熱物２からの熱放射は比較的大きいので、被加熱物２の温度を感度よく検出することができる。しかし、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードを用いた温度検出装置は、感度よく熱放射を検出することができるものの、高価である。
【００５１】
これと比較して、タイプＳ１，Ｓ２それぞれのＳｉフォトダイオードを用いた場合には、これらＳｉフォトダイオードの感度がピークとなる波長付近において、測定対象物である被加熱物２からの熱放射は極めて小さく、被加熱物２の温度を検出することは極めて困難である。そこで、Ｓｉフォトダイオードを用いた場合には、Ｓｉフォトダイオードの感度がピークとなる波長付近ではなく、このピーク波長より長い波長であって被加熱物２からの熱放射が或る程度存在する波長（タイプＳ２のピーク波長８４０ｎｍ付近から１.１μｍ付近）の受光感度を用いて熱放射を検出する。
【００５２】
しかし、波長（タイプＳ２のピーク波長８４０ｎｍ付近から１.１μｍ付近）の受光感度を用いて熱放射を検出する場合であっても、Ｓｉフォトダイオードの感度は小さい。そこで、本実施形態では、感度が大きいＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１の受光領域の面積と比較して、感度が小さいＳｉフォトダイオード１４２の受光領域の面積を大きくする。これに伴い、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード１４１の上にＳｉフォトダイオード１４２を積層することで、全体として小型化することができる。
【００５３】
また、一般にＳｉフォトダイオードの分光感度特性は、個体間のバラツキが大きく、温度依存性が大きい。図８は、Ｓｉフォトダイオードの分光感度特性の温度係数の波長依存性の一例を示すグラフである。この図に示されるように、検出しようとする熱放射の波長付近において、Ｓｉフォトダイオードの分光感度特性の温度依存性が大きい。
【００５４】
そこで、本実施形態では、前述したように、信号処理回路１５２は、入力電流値に対する出力電圧値の関係を調整する感度調整手段を含み、具体的には、この感度調整手段として各々の増幅回路の増幅率を調整する手段（抵抗値が可変である抵抗器Ｒ３３）を含む。また、信号処理回路１５２は、Ｓｉフォトダイオード１４２の温度変化に因る分光感度特性の変動を補正する温度補正手段を含み、具体的には、この温度補正手段として温度によって抵抗値が変化する抵抗器Ｒ３１を増幅回路が含む。
【００５５】
このように、本実施形態に係る温度検出装置１０は、積層されたＩｎＧａＡｓフォトダイオードおよびＳｉフォトダイオードを用いた非接触式のものであることから、温度検出の応答性が優れ、安価・小型のものとなり、また、光学調整や組み立てが容易である。また、Ｓｉフォトダイオードの個体間の温度検出のバラツキが大きくても、この温度検出装置１０は、信号処理回路１５２が感度調整手段を含むことにより、温度検出の精度が向上する。さらに、Ｓｉフォトダイオードの分光感度特性の温度依存性が大きくても、この温度検出装置１０は、信号処理回路１５２が温度補正手段を含むことにより、この点でも温度検出の精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施形態に係る温度検出装置１０を備えるクッキングヒータ装置１の要部断面図である。
【図２】本実施形態に係る温度検出装置１０の温度検出素子１１の断面図である。
【図３】本実施形態に係る温度検出装置１０の信号処理部１５０の構成図である。
【図４】本実施形態に係る温度検出装置１０の第２信号処理回路１５２の回路図である。
【図５】本実施形態に係る温度検出装置１０の温度検出素子１１の構成例を示す図である。
【図６】本実施形態に係る温度検出装置１０の温度検出素子１１の構成例を示す図である。
【図７】黒体放射特性、Ｓｉフォトダイオードの感度特性およびＩｎＧａＡｓフォトダイオードの感度特性を示す図である。
【図８】Ｓｉフォトダイオードの分光感度特性の温度係数の波長依存性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１…クッキングヒータ装置、２…被加熱物、１０…温度検出装置、１１…温度検出素子、１２…演算部、２０…天板、２１…窓部、３０…磁界発生コイル、４０…電源回路、１１０…筐体、１２０…基板、１３０…光学系、１４１…ＩｎＧａＡｓフォトダイオード、１４２…Ｓｉフォトダイオード、１５０…信号処理部、１５１…第１信号処理回路、１５２…第２信号処理回路、１６１…電流-電圧変換回路、１６２…ローパスフィルタ、１６３…増幅回路、１６４…ローパスフィルタ。
【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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