(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の独立した温度センサ（１，２，３）を含む誘電体層（１０，２１６）と、前記誘電体層（１０，２１６）の少なくとも一方の表面に対面して前記複数の独立した温度センサの各々からの電気的接続を達成するための堆積電気結線パターン（１６，２６，４１，１２６）とを含む温度センサアレイ（１００）と、
前記堆積電気結線パターンに接続されて前記温度センサからのセンサ信号を得るための走査装置（２１０）と、
前記センサ信号を処理して温度分布を推定するためのコンピュータ（２１２）とを含み、
前記温度センサアレイ（１００）が、前記誘電体層の一方の表面上に形成されかつ前記堆積電気結線パターンとは異なる熱起電力を有する第１の堆積パターン化導電層（１２）を含み、
前記誘電体層を貫通してスルーホール（１４）が設けられ、
前記堆積電気結線パターンが前記スルーホール（１４）において前記誘電体層を貫通する第２のパターン化導電層（１６）から成り、
前記独立した温度センサの少なくとも一部が前記スルーホールを通して前記第１及び第２のパターン化導電層の間に形成された接点によって構成される熱電対（１）から成り、
前記第２のパターン化導電層（１６）が、前記誘電体層の他方の表面上に配置されかつ前記温度センサのそれぞれを接続する複数の独立した結線（４１６）を含み、
前記第１の堆積パターン化導電層（１２）が前記接点において前記第１の堆積パターン化導電層の他の部分よりも大きい厚さを持った部分（９）を有し、
前記誘電体層（１０）のうちで前記第１の堆積パターン化導電層に対面する部分（１７）を含まない特定の領域（１３）において前記誘電体層（１１０）が薄い、ことを特徴とする診断用具。
【請求項２】
前記誘電体層（１０，２１６）及び前記堆積電気結線パターンが表面順応性を有する請求項１記載の診断用具。
【請求項３】
測定すべき表面（２１４）に接触するように前記温度センサアレイ（１００）を位置決めするための定着装置（２１８）を更に含む請求項１または２記載の診断用具。
【請求項４】
複数の独立した温度センサ（１，２，３）を含む誘電体層（１０、２４）と、
前記誘電体層の少なくとも一方の表面に対面して前記複数の独立した温度センサの各々からの電気的接続を達成するための堆積電気結線パターン（１６，２６，４１，１２６）と、
前記誘電体層の一方の表面上に形成されかつ前記堆積電気結線パターンとは異なる熱起電力を有する第１の堆積パターン化導電層（１２）と、を含み、
前記誘電体層を貫通してスルーホール（１４）が設けられ、前記堆積電気結線パターンが前記スルーホール（１４）において前記誘電体層を貫通する第２のパターン化導電層（１６）から成り、かつ前記独立した温度センサの少なくとも一部が前記スルーホールを通して前記第１及び第２のパターン化導電層の間に形成された接点によって構成される熱電対（１）から成り、
前記第２のパターン化導電層（１６）が、前記誘電体層の他方の表面上に配置されかつ前記温度センサのそれぞれを接続する複数の独立した結線（４１６）を含み、
前記第１の堆積パターン化導電層（１２）が前記接点において前記第１の堆積パターン化導電層の他の部分よりも大きい厚さを持った部分（９）を有し、
前記誘電体層（１０）のうちで前記第１の堆積パターン化導電層に対面する部分（１７）を含まない特定の領域（１３）において前記誘電体層（１１０）が薄いことを特徴とする温度センサアレイ（１０１，１０２，１０３）。
【請求項５】
前記誘電体層及び前記堆積電気結線パターンが表面順応性を有する請求項４記載の温度センサアレイ。
【請求項６】
前記誘電体層が第１の誘電体層から成る場合において、
前記第１の誘電体層及び前記堆積電気結線パターンの上方に位置しかつ前記堆積電気結線パターンの特定部分にまで延びる第２の誘電体層スルーホール（２１）を有する第２の誘電体層（２７）と、
前記第２の誘電体層上に広がると共に前記第２の誘電体層スルーホール中に延びて前記堆積電気結線パターンに接続された追加の堆積電気結線パターン（２３）とを更に含む請求項５に記載の温度センサアレイ。
【請求項７】
少なくとも１つのマルチプレクサ（２３６）を更に含んでいて、前記複数の独立した結線の各々が前記少なくとも１つのマルチプレクサに接続されている請求項４記載の温度センサアレイ。
【請求項８】
前記少なくとも１つのマルチプレクサが前記温度センサの両側に配置された少なくとも２つのマルチプレクサを含む請求項４記載の温度センサアレイ。
【請求項９】
複数の独立した温度センサ（１，２，３）を含む誘電体層（１０，２４）を用意する工程と、
前記複数の独立した温度センサの各々からの電気的接続を達成するための電気結線パターン（１６，２６，４１，１２６）を前記誘電体層の少なくとも一方の表面上に堆積させる工程と、
前記堆積電気結線パターンと異なる熱起電力を有する第１の堆積パターン化導電層（１２）を前記誘電体層の他方の表面上に堆積させる工程と、
前記誘電体層（１０）のうちで前記第１の堆積パターン化導電層に対面する部分（１７）を含まない特定の領域（１３）において前記誘電体層（１１０）を薄くする工程とを含み、
前記誘電体層を貫通してスルーホール（１４）が形成され、前記堆積電気結線パターンが前記スルーホール（１４）において前記誘電体層を貫通する第２のパターン化導電層（１６）から成り、かつ前記独立した温度センサの少なくとも一部が前記スルーホールを通して前記第１及び第２のパターン化導電層の間に形成された接点（１７）によって構成され、
前記第２のパターン化導電層（１６）が、前記誘電体層の他方の表面上に配置されかつ前記温度センサのそれぞれを接続する複数の独立した結線（４１６）を含み、
前記第１の堆積パターン化導電層（１２）が前記接点において前記第１の堆積パターン化導電層の他の部分よりも大きい厚さを持った部分（９）を有することを特徴とする温度センサアレイ（１０１，１０２，１０３）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は温度センサに関するものであって、更に具体的には、サーモグラフィ用温度センサに関する。
【０００２】
従来の乳癌スクリーニング技術は、組織塊構造の検出及び評価に基づくものである。乳癌スクリーニングにはＸ線マンモグラフィが常用されている。Ｘ線マンモグラフィの短所として、(a) 集団が系統的線量の放射線に被爆されること、(b) （若い女性の間では比較的普通に見られる状態である）密度の高い乳房ではＸ線マンモグラフィの有効性が低下すること、(c) 一部の女性には不快な処置を受けることに対する抵抗があること、及び(d) Ｘ線マンモグラフィでは小さな初期腫瘍を検出できないことが挙げられる。検出のためには、腫瘍の大きさがある最小値を超えていなければならない。
【０００３】
全ての固形腫瘍が直径数ミリメートル以上に成長するには血管新生（既存の血管から新しい血管が成長すること）が必要とされることが証明されている〔ジェイ・フォークマン(J. Folkman)、ニュー・イングランド・ジャーナル・オブ・メディシン(New England J of Medicine) 、２８５：１１８２−１１８６、１９７１、及びエヌ・ワイドナー(N. Weidner)等、ニュー・イングランド・ジャーナル・オブ・メディシン、３２４：１−８、１９９１〕。初期腫瘍成長に伴う血管網及び血液潅流の増加並びに成長しつつある腫瘍の代謝量の増加は、周囲の組織よりも高い腫瘍温度をもたらすという仮設が立てられている。乳癌については、皮膚表面付近の腫瘍に関してこの仮設が定性的に実証されている。従って、十分に鋭敏で他の環境因子によって引起こされる誤差を生じない適当な技術を用いたサーモグラフィ検知法は、癌（特に乳癌）のスクリーン法として有用であると思料される。
【０００４】
前述の米国特許第５９０９００４号のごとき用途においては、温度勾配を測定するためにサーモグラフィ用センサが使用されている。測定すべき温度の摂動を最少限に抑えるため、センサは最小の横方向熱伝導性を有していなければならない。更にまた、温度の迅速な読取りが達成されるようにするため、熱的時定数及び熱質量も最小にしなければならない。サーモグラフィの分野においては、初期の腫瘍成長の指標となる情報を得るために人体の表面温度地図が作成される。
【０００５】
また、小さな温度勾配を測定しようという試みのために赤外線（ＩＲ）カメラ又は撮像装置も使用されてきた。熱電的な赤外線検出器アレイの実例は、米国特許第４５５８３４２号明細書に見出すことができる。腫瘍を検出するために人体組織内の温度分布を測定する際には、内部腫瘍からの寄与を適正に検出し得るようにために正確な表面温度地図を作成しなければならない。（皮膚に対して直接に接触させることのできない）赤外線センサは、一部は皮膚表面における周囲気流の影響に原因し、また一部は皮膚の放射率及び赤外線センサに対する皮膚の方位の変動に原因する信頼できない温度データを生じることがある。実際、皮膚の放射率は特に厄介な問題であって、皮膚上の様々な物質（例えば、油分、水分及び粒状残渣）の存在によって変化する。放射率の変化は赤外線カメラによって検知される温度の見掛けの変化を引起こし、そのためその下方に位置する皮膚の真の温度勾配を覆い隠すことになる。
【０００６】
【発明の概要】
このように、生体組織内での空間的及び／又は時間的温度勾配を測定することにより、極く初期の腫瘍発生に伴う血管新生及び代謝変化に関するスクリーニングを行ったり、腫瘍の大きさの変化を監視したりするための非侵襲的で無害な方法及び装置が要望されているのである。
【０００７】
また、測定すべき温度場に対するセンサの影響を最少限に抑えながら改良された温度センサを提供することも望ましい。
【０００８】
更にまた、表面の放射特性以外のパラメータを測定すると共に較正や厳しい環境管理の必要性を低減させるような改良された検出装置を提供すること、得られたデータをディジタル的に処理して検出感度を向上させること、かつデータ収集の安定化及び信号位置の局所化を助けるための定着装置を提供することも望ましい。
【０００９】
本発明の一実施形態に従えば、薄膜相互接続構造物を用いて１群の温度センサを相互接続すると共に、それらを熱伝導率が小さくかつ熱質量が小さい材料に固定することにより、横方向熱伝導性及び横方向熱損失の低減したセンサアレイが製造される。ＩＲを測定して放射率を考慮しながら温度を推定するＩＲ撮像技術（この場合、温度Ｔは放射率と検出されたＩＲ信号との関数である）と異なり、本発明を使用すれば、複雑度及び誤差の可能性を低減させながら対応する温度値に変換し得る直接接触電圧測定値を得ることができる（Ｔ＝電圧信号Ｖ×定数Ｋ）。
【００１０】
【好ましい実施の形態】
新規であると思料する本発明の特徴は、特許請求の範囲に具体的に開示されている。ただし、本発明の構成及び実施方法並びにその追加の目的及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の説明を考察することによって最も良く理解されよう。なお、添付の図面において類似構成要素は類似の参照符号で表した。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態に係る診断用具のブロック図であって、この診断用具は温度センサアレイ１００、温度センサアレイ中の温度センサに接続された走査装置２１０、及びセンサ信号を処理して温度分布を推定するためのコンピュータ２１２を含んでいる。図２は、図１の診断用具を適用し得る一応用例の斜視図である。
【００１２】
図２〜２３に関連して以下に一層詳細に考察される本発明の幾つかの実施形態に従えば、温度センサアレイは複数の独立した温度センサを含む誘電体層２１６（図１）と堆積電気結線パターンとから成っている。堆積電気結線パターンは誘電体層の少なくとも一方の表面に対面していて、複数の独立した温度センサの各々からの電気的接続を達成するために役立つ。なお、誘電体層及び堆積電気結線パターンは表面順応性を有している。
【００１３】
ここで言う「表面順応性」とは、胸壁に対して押し当てたとき、独立した温度センサの大部分が表面の温度を表す信号を発生し得るように解剖学的構造（例えば乳房組織）の表面に順応するのに十分なだけの柔軟性を有することを意味している。表面順応性の温度センサアレイは多くの用途にとって好ましいものであるが、多くの用途に対して剛性の平坦なセンサを使用することもできる。
【００１４】
例示を目的として、図３〜１５は熱電対に関する実施形態を示し、図１６〜２０はサーミスタに関する実施形態を示し、また図２１は抵抗温度検出器に関する実施形態を示している。更にまた、薄いフィルム及び堆積電気結線と共に一体化し得るその他の種類の温度センサ（例えば、サーモパイル）を使用することもできる。
【００１５】
図１に戻れば、走査装置２１０及び温度センサアレイ１００は個別の構成要素から成っていてもよいし、或いは共通の誘導体層２１６上に一体化されていてもよい。マルチプレクサユニット２１３を使用することにより、走査装置に伝送すべきデータを多重化し、それによって結線の複雑度を低下させることができる。マルチプレクサ２１３はセンサアレイ及び／又は走査装置と一体化されていてもよいし、或いは独立の構成要素から成っていてもよい。
【００１６】
温度センサアレイは、測定すべき表面２１４に押し付けることにより手動モードで使用することができる。或いは、表面２１４に接触させる温度センサアレイの位置決めを行うための定着装置２１８を使用することにより、温度センサアレイの位置及び圧力を一層正確に制御することもできる。ある種の用途においては、定着装置は目的の方向における組織の厚さを低減させて検出能力を高めるために有用な場合がある。
【００１７】
一実施形態に従えば、図２に示されるごとく、定着装置２１８は射出成形された軽量ポリカーボネートのような実質的に剛性の構造材料から成るベース２１９を含むと共に、例えば熱伝導性の小さい支持材又は複数のばねのような機械的に柔軟な媒体２２１によってベース２１９に連結された実質的に柔軟な熱電対アレイ１００を含んでいる。一実施形態に従えば、支持材はフォームラバーから成っている。
【００１８】
再び図１について述べれば、一実施形態に従えば、（データリンク２１７を介してデータを受信するための）コンピュータ２１２は、多重化データの流れを収集するために使用されるデータ収集ユニット２２０と、空間温度地図の時間的序列を形成するためのデータ処理ユニット２２４と、かかる温度地図を保存するための記録ユニット２２６とを含んでいる。
【００１９】
データ処理ユニット２２４は、局所統計又はその他の画像特性に基づく温度地図の領域を強調するための信号／画像処理用ソフトウェア又は方法を含むことがある。信号の解析に際しては、皮膚の熱的境界条件の摂動に原因する観測信号の時間的変動が斟酌される。皮膚表面のサーモグラフ画像を作成する際には、熱拡散のために初期のデータは後期のデータよりも急な勾配を有することがあるという事実を考慮することができる。また、最高の感度を得るためには、アレイ中のセンサの個々の温度変動を平均化することができる。すなわち、センサアレイの尺度を予想される温度勾配の輪郭よりも遥かに小さくすることにより、互いに隣接するセンサについて実行すべき信号の平滑化が可能となる。かかる平滑化のためのアルゴリズムを実行することができる。
【００２０】
データの収集及び処理のためには、オーバサンプリングによって所望の解像度が得られるようにセンサ素子の間隔を決定することができる。すなわち、１ｍｍの解像度が所望される場合には、０．５ｍｍ（又はそれより小さい）格子上にセンサを配置すればよい。このようにすれば、多重信号によって検出の信頼度が高まる。オーバサンプリングはまた、センサアレイの位置を物理的に移動させることによって達成することもできる。なお、かかる移動は定着装置内に組込むことができる。オーバサンプリングにより、或いは互いに隣接する点同士を組合わせてオーバサンプリングの効果を増強させることにより、データを再構成することができる。患者を繰返して監視するのであれば、下方に位置する既知の解剖学的構造（例えば血管）に原因する温度信号を取除くための方法を組込むこともできる。
【００２１】
かかるコンピュータはまた、その他の構成要素、例えばディスプレイ２２８、キーボード２３２、プリンタ２３４、コントローラ２３０、並びに例えばデータ収集ユニット、データ処理ユニット及び記録ユニットを統合するための中央処理装置（ＣＰＵ）２２２をも含むことがある。かかるコンピュータは、直接に解析を行ったり、一層詳しい解析のために遠隔のコンピュータにデータを送信したり、及び／又は（例えば人工衛星を介して）専門医に情報を送信して専門的助言を求めたりすることがある。一実施形態に従えば、かかるコンピュータはコントローラ又は遠隔のコンピュータから情報を得ると共に、マルチプレクサ２１３を調整するための情報を走査装置２１０に提供する。
【００２２】
図２の実施形態に示されるごとく、かかる診断用具は例えば乳癌を診断するために使用することができる。そのためには、乳房を構成する表面上に温度センサアレイを配置し、堆積電気結線パターンを介してセンサ信号を走査し、次いでセンサ信号を処理して乳癌の指標となる温度分布を推定すればよい。その際、定着装置又は手圧を用いて目的の方向における組織の厚さを低減させることができる。本発明のこのような実施形態は、生体組織内での空間的な温度勾配（組織を横切る方向の変化）及び／又は時間的な温度勾配（時間の経過に伴う変化）を測定することにより、初期の腫瘍発生に関するスクリーニングを行ったり、或いは腫瘍治療の効果（特に、腫瘍への血液供給を直接に攻撃するように計画された抗血管新生療法の効果）を監視したりするための非侵襲的で無害な技術を提供することができる。
【００２３】
様々な患者の姿勢は、本発明にとってそれぞれの利点を有している。患者を仰向けに寝せれば、乳房組織は横に広がるため（温度信号が透過する必要のある）組織の厚さは必然的に最小となり、乳房の運動は最少限に抑えられ、また患者にとっても安楽である。患者をうつぶせに寝せ、そして乳房を検査台の穴から突出させれば、横方向の厚さは最小となり、乳房の運動は最少限に抑えられ、また患者にとっても安楽である。定着装置を使用する場合、患者を着座状態又は直立状態に配置すれば、横たわる姿勢の場合に必要となるセンサアレイの位置決め時間を短縮することができる。更にまた、検知のために適した姿勢は臨床的使用の性質に応じて変化する。無症状の乳房のスクリーニングを行う場合には、全体的に、偏りなく、徹底的に、かつ正確に検査することが最高の感度を得るために重要である。疑いのある癌を診断する場合には、位置決めの目標は乳房の疑わしい領域に関する最良の情報を得ることにある。
【００２４】
更にまた、特に表面の２つ以上の位置に温度センサアレイを使用する場合には、定着装置の位置決めを助けるために点、線又は格子で測定すべき表面に目印を付けることが有用なこともある。例えば、恒久的でない黒色のマーカを使用することにより、相異なる位置で撮影された複数の熱画像を位置合せするための目印を得ることができる。
【００２５】
更にまた、測定目的のために１つの位置を使用し得るように十分なサイズ（例えば、２５ｃｍ×２５ｃｍ）のアレイを用意することも有用である。別の実施形態に従えば、同時測定のために複数のアレイが同時に配置される。
【００２６】
図３及び４は、本発明の一実施形態に係る熱電対アレイ１０１の上面図及び側面図をそれぞれ示している。この実施形態においては、熱電対アレイは誘電体層１０の一方の表面に対面する第１のパターン化導電層１２を含むと共に、堆積電気結線パターンは誘電体層１０の他方の表面に対面する第２のパターン化導電層１６から成っている。第１及び第２のパターン化導電層は、相異なる熱起電力を有している。誘電体層１０はスルーホール１４を有していて、独立した温度センサの少なくとも一部は第１及び第２のパターン化導電層は第１及び第２のパターン化導電層の間のスルーホールを通して形成された接点１５を含む熱電対１から成っている。ここで言う「対面する」という用語は、導電層と誘電体層との間に別の材料（例えば、接着剤）が存在し得るような状況をも含むことを意味している。
【００２７】
一実施形態に従えば、例えば接着剤５４を用いて支持体層２０が除去可能な支持キャリヤ５０上に貼合わされる。支持キャリヤは、熱電対アレイ製造時の加工温度に耐え得る構造的に適当な任意の材料から成っていればよい。一実施形態においては、支持キャリヤ５０は銅から成っている。支持体層５０は、誘電率の小さい材料（例えば、重合体）から成っていればよい。支持キャリヤが銅から成りかつ支持体層が重合体から成る場合、接着剤５４用として有用な材料は例えばシロキサンポリエーテルイミドブロック共重合体である。
【００２８】
第１のパターン化導電層１２は、任意適宜の技術によって誘電体層１０上に設置することができる。図４の実施形態においては、先ず支持体層２０上に第１のパターン化導電層１２を設置し、次いで第１のパターン化導電層上の誘電体層１０を配置することにより、第１のパターン化導電層１２が誘電体層１０上に設置されている。第１のパターン化導電層１２を支持体層上に設置するには、支持体層を支持キャリヤに取付ける前又は取付けた後において、例えば吹付け、スパッタリング、又は接着剤（図示せず）による貼合せのような任意適宜の技術を使用すればよい。第１のパターン化導電層については、非パターン化シートの形態で導電層を設置した後、通常の写真食刻技術に従ってホトレジストでパターン化することにより、例えば一連の電気流路を生み出すことができる。
【００２９】
誘電体層１０用として適する材料は、熱電対アレイの使用目的及び使用環境に依存する。キャプトン（登録商標）ポリイミド〔キャプトン(KAPTON)はイー・アイ・デュポン・ド・ネムール社(E.I. duPont de Nemours & Co.)の商標である〕又はユピレックス（登録商標）ポリイミド〔ユピレックス(UPILEX)はウベ・インダストリーズ社(UBE Industries,Ltd.) の商標である〕のような材料は丈夫で耐摩耗性のアレイを与えるが、女性の乳房組織のような複雑な表面形状に対しては、より高度の柔軟性を有するシリコーンゴム膜ほど容易には順応しない。誘電体層１０は、スピニング、吹付け又は（図示のような）接着剤１１の使用のような技術によって設置することができる。一実施形態においては、接着剤１１はＳＰＩ（シロキサンポリイミド）−エポキシブレンドから成っている。
【００３０】
スルーホール１４は、機械的打抜き法、化学的エッチング法又はレーザ穴あけ法を用いて誘電体層１０中に形成することができる。レーザ穴あけ方法の実例は、例えば、１９９０年１月６日付けのアイヘルベルガー(Eichelberger)等の米国特許第４８９４１１５号及び１９８９年３月３０日付けのアイヘルベルガー(Eichelberger)等の米国特許第４８３５７０４号の明細書に記載されている。反応性イオンエッチング法を用いてスルーホールを清掃することにより、スルーホールの底部にある第１のパターン化導電層の表面を清浄にすることができる。
【００３１】
第２のパターン化導電層１６は、支持体層及び／又は第１のパターン化導電層に誘電体層を取付ける前又は取付けた後において、例えば吹付け、スパッタリング、又は接着剤（図示せず）による貼合せのような任意適宜の技術によって設置することができる。誘電体層を取付けた後に第２のパターン化導電層を設置する一実施形態に従えば、スパッタリング又は蒸着によって誘電体層１０の上面に第２のパターン化導電層を形成すると、それはスルーホールを通って第１のパターン化導電層１２のそれぞれの露出部分にまで延びる。その後、第１のパターン化導電層の場合と同様にして第２のパターン化導電層のパターン化を行えばよい。
【００３２】
個々の熱電材料（この例では第１及び第２のパターン化導電層）は、実用目的のためには、熱起電力（ｅｍｆ）と呼ばれる量によって特徴づけられることが多い。ここで言う「熱起電力」とは、白金に対する材料の単位温度当りの熱起電力を意味する。熱起電力は正の数であることも負の数であることもあり、また通例は摂氏１度当りのマイクロボルト（μｖ／℃）を単位として表される。第１及び第２のパターン化導電層は、有用な電気出力信号を生み出すのに十分な熱起電力の差を有していなければならない。特定の用途のために使用される電圧測定装置の感度は、実際の測定目的のために十分な熱起電力の差に影響を及ぼす。
【００３３】
一実施形態に従えば、得られる熱分路の断面積を最小にし、それによって熱伝導性及び測定すべき温度場を乱す可能性を最小にするため、第１及び第２のパターン化導電層のそれぞれは約２〜約４μｍの範囲内の厚さを有している。本発明の熱電対は極めて微細にパターン化することができる。例えば、パターン化導電層中の線の幅が約０．０５ｍｍである場合、線同士の間隔は約０．０５ｍｍであり、またパターン化スルーホールの直径は約０．１ｍｍである。その時、１．６５ｍｍのピッチを有する領域内に１５行の熱電対アレイを配置することができる。
【００３４】
好ましい実施形態に従えば、第１及び第２のパターン化導電層の一方はコンスタンタン（約５５％の銅と約４５％のニッケルとの合金）から成り、また第１及び第２のパターン化導電層の他方は銅から成る。例えば約２００℃の温度では、銅の熱起電力は＋９．１５μｖ／℃、またコンスタンタンの熱起電力は−３７．２５μｖ／℃であって、熱起電力の差は４６．４μｖ／℃である。別の実施形態に従えば、銅及び（２００℃で２９．８μｖ／℃の熱起電力を有する）９０％Ｎｉと１０％Ｃｒとの合金が使用されるが、これらの熱起電力の差は約６７μｖ／℃である。極めて大きい熱起電力の差（７６５μｖ／℃）を有する１対の導電層は、ゲルマニウム（＋３６２μｖ／℃）及びケイ素（−４０３μｖ／℃）から成るものである。また、極めて小さい熱起電力の差（約１μｖ／℃）を有する１対の導電層としては、白金及びロジウム合金が挙げられる。実用目的のためには、熱起電力の差は約１〜約６７μｖ／℃の範囲内にあるのが通例である。
【００３５】
一方の導電層が正の熱起電力を持った材料から成りかつ他方の導電層が負の熱起電力を持った材料から成るような上記の例は、もっぱら例示を目的として示されたものに過ぎない。重要な因子は、両方ともに正であれ負であれ、２つの導電層が十分に大きい熱起電力の差を有することである。どちらの導電層を最初に設置してもよい。好ましい実施形態に従えば、第１及び第２のパターン化導電層間の接点が検知すべき領域にできるだけ近くなるようにするため、検知すべき領域の最も近くに配置されるパターン化導電層は第１のパターン化導電層である。
【００３６】
上記の説明はパターン化導電層１２及び１６の間の相互接続が誘電体層１０を直接に貫通して達成されるような相互接続系に関するものであるが、両方の導電層がスルーホールを通して別の誘電体層（例えば、支持体層２０）上の別の結線パターン（図示せず）に相互接続されるようにすることも可能である。同様に、誘電体層の一方の表面上に２つのパターン化導電層を形成し、２種の導電層材料の一方から成る別のパターン化層を反対側の表面上に形成し、そしてかかる他方のパターン化層に達するスルーホール及び結線を設けることも可能である。これらの実施形態を使用すれば、熱電対アレイの横方向熱伝導性を最小にすることができる。
【００３７】
図３の実施形態においては、熱電対アレイは複数の行及び列から成る格子であって、パターン化導電層同士を選択的に接続するために導電性のスルーホール（図示せず）が存在している。或いはまた、前述の米国特許第５９０９００４号明細書に記載されたものような別のタイプのアレイを使用することもできる。
【００３８】
図４にはまた、熱電対アレイに対して機械的保護を与えるため、第１及び第２のパターン化導電層の設置後に例えば接着剤を用いて設置し得る追加の誘電体層１８が示されている。追加の誘電体層１８用として使用される材料は個々の用途に応じて変わるが、例えば重合体のような材料から成り得る。熱電対アレイ製造の完了後、熱電対アレイを支持キャリヤ５０から除去することができる。そのためには、支持体層２０を支持キャリヤ５０から剥離するか、或いは適当な溶剤を用いて接着剤層５４を溶解すればよい。或いはまた、支持キャリヤを取付けたままにすることもできる。支持キャリヤを取付けたままにする場合、その材料及び厚さはアレイに対する要求条件に適合した柔軟性及び熱的性質を有するように選定される。
【００３９】
追加の誘電体層及び支持体層の一方（１８又は２０）は検知すべき表面の最も近くに配置されるが、この層は質量が小さくかつ熱伝導率が小さい材料から成ることが好ましい。この層はまた、その熱質量が温度測定を妨害せず、従って空間的及び時間的解像度が最大になるようにするため、可能な限り薄いことが好ましい。一実施形態においては、その厚さは約２０〜約５０μｍの範囲内にあり、またその材料は例えばテフロン（登録商標）ポリテトラフルオロエチレン〔テフロン(TEFLON)はイー・アイ・デュポン・ド・ネムール社(E.I. duPont de Nemours & Co.)〕、シリコーンゴム又はラテックスから成っている。
【００４０】
ある種の用途においては検知すべき表面に接触していない追加の誘電体層及び支持体層の他方（１８又は２０）は、気流からの断熱層を提供するのに十分なだけの厚さを有していてよい。一実施形態においては、その材料は約３ｍｍ〜３ｃｍの範囲内の厚さを有するポリウレタンフォームから成り、また機械的安定性の向上のために必要であれば（例示のために層５６として示された）裏当て材又は支持材を設けることもできる。かかる裏当て材は、例えば約１００〜約６０００μｍの範囲内の厚さを有するシリコーンゴムから成り得る。両方のパターン化導電層を被覆すれば、平滑な表面が得られるばかりでなく、材料の滅菌が可能となる。
【００４１】
柔軟なアレイは、測定すべき表面に順応しながらそれに直接接触させて配置することができる。材料との直接接触は、直接接触が達成されない場合に生じる空気界面に原因する温度効果を低減させる。
【００４２】
図５〜８は、図３及び４の熱電対アレイに関連した幾つかの実施形態を示す側面図である。図３及び４は実質的に平滑なアレイ表面を示しているが、図５〜８に示されるように変更された表面を有するセンサを製造することもできる。図５は、誘電体層１０の下方に位置する追加の誘電体層又は支持体層を含まない実施形態を示している。第２のパターン化導電層１６の追加部分１９により、図５の断面図には示されていないが、熱電対接点への結線を得ることができる。
【００４３】
図６は、特定の領域１３において誘電体層１１０の厚さを元の厚さの約４０〜約６０％にまで低減させた実施形態を示している。かかる特定の領域は、誘電体層のうちで第１のパターン化導電層１２に対面した部分１７を含まない。厚さの低減は、第１のパターン化導電層を更に露出させると共に、誘電体層の横方向熱伝導性を低減させる。第１のパターン化導電層を検知すべき表面から電気的に隔離する必要がある場合には、図７に示されるごとく、約１０〜約２５μｍの範囲内の厚さを有する薄いシリコーンゴムのような材料から成る保護層２２を設置することもできる。かかる保護層は、表面全体を覆うように存在していてもよいし、或いは図８の保護層１２２によって示されるごとく第１のパターン化導電層のみを覆うように設置されていてもよい。（図５に構成要素９として点線で示されるような）別の実施形態に従えば、熱電対接点の領域において第１のパターン化導電層１２の厚さを増大させることにより、センサの位置を突出させるための追加の高さを得ることもできる。
【００４４】
図９〜１２は熱電対アレイの接続に関する幾つかの実施形態を示す概略回路上面図であり、また図１３及び１４は図１２及び１１の一部分の側面図である。
【００４５】
図９及び１０においては、熱電対接点３１５からの電気結線を得るために使用される堆積電気導体パターンは、誘電体層（図３及び４に示された誘電体層１０）の一方の表面上に配置されかつ全ての温度センサを（端子３１７によって代表される）１個以上の共通端子に接続する共通の電気結線を含む第１のパターン化導電層３１２（図１０）と、誘電体層の他方の表面上に配置されかつそれぞれの温度センサを接続する複数の独立した結線４１６を含む第２のパターン化導電層３１６（図９）とを含んでいる。図９において、独立した結線４１６の各々は独立した端子３１３に接続されている。各々の熱電対接点は該接点と基準接点との温度差に比例した電圧を発生するから、第１のパターン化導電層３１２の接点は図示のごとく端子３１７に接続することができる。
【００４６】
図１１及び１２においては、少なくとも１つのマルチプレクサ２３６が使用され、そして複数の独立した結線の各々がかかる少なくとも１つのマルチプレクサに接続されている。このような実施形態に従えば、必要な端子数が減少し、従って図１の走査装置２１０はアレイに対して多数の結線を含む必要がなくなる。単一のマルチプレクサを使用することもできるし、また複数のマルチプレクサを使用することもできる。後者の場合、複数のマルチプレクサは温度センサの同じ側に配置することもできるし、或いは図１２に示されるごとく、センサ間の要求間隔を変更するため、少なくとも２つのマルチプレクサ（２３６及び５３６）を温度センサの両側に配置することもできる。図１２にはまた、マルチプレクサからの結線を並列に接続して端子３１９への出力結線を簡略化するような実施形態も示されている。図１２に示されるごとく、温度センサの行及び列を実質的に等しい間隔で配置することは有用である。
【００４７】
図１３は図１２の線１３−１３に関する断面図であって、マルチプレクサを誘電体層１０と一体化する方法の一例を示している。図１３においては、マルチプレクサ２３６はフリップチップ技術やボールグリッドアレイ技術のような電子組立技術に従い誘電体層１０の上方において結線４１６に接続されていると共に、マルチプレクサ及び誘電体層１０の上には追加の誘電体層１８が広がっている。図１３に点線で示された別の実施形態に従えば、マルチプレクサ３３６を誘電体層１０の内部に埋込むこともできる。更に別の実施形態に従えば、ワイヤボンディング（図示せず）のような別の電子組立技術を用いてマルチプレクサを例えば結線４１６に接続することもできる。
【００４８】
図１４は図１１の線１４−１４に関する断面図であって、センサの密度オブションを決定するために有用な寸法を示している。図１４においては、結線４１６の幅をＷｃ、結線同士の間隔をＷｓ、そして熱電対の幅をＷｔとする。この例の場合、結線の層数を１とすれば、図１１に示されたレイアウトに関して行数Ｎの関数として表される熱電対の行間の距離Ｄｔは次式によって与えられる。
【００４９】
Ｄｔ＝Ｗｔ＋（Ｎ−１）＊（Ｗｓ＋Ｗｃ）＋Ｗｓ
単位幅当りのセンサ数は１／Ｄｔによって与えられる。通例のごとくに結線の幅及び間隔を０．５ｍｍとし、かつ熱電対の幅を０．１ｍｍとすれば、センサピッチは１６行のアレイについては１．６５ｍｍとなり、また２６行のアレイについては２．６５ｍｍとなる。また、図１１の片面結線系の代りに図１２の両面結線系を使用すれば、１６行及び１６行のアレイに関するセンサピッチはそれぞれ０．８５ｍｍ及び１．３５ｍｍとなる。
【００５０】
図１５は、列のピッチを減少させるために使用し得る多層相互接続を含むような本発明の実施形態を示す側面図である。２つの層が示されているが、適宜に層の数を追加することができる。この実施形態に従えば、第１の誘電体層１０及び（例示目的のため図１５に第２のパターン化導電層１６として示された）堆積電気結線パターンの上方に第２の誘電体層２７が配置される。第２の誘電体層２７は、堆積電気結線パターンの特定部分にまで延びる第２の誘電体層スルーホール２１を有している。更にまた、追加の堆積電気結線パターン２３が第２の誘電体上に広がると共に、第２の誘電体層スルーホール中に延びて堆積電気結線パターンに接続されている。一実施形態においては、２種の材料から成る結線によって追加の熱電対接点が形成されないようにするため、追加の堆積電気結線パターン２３は第２のパターン化導電層１６と同じ材料から成っている。追加の堆積電気結線パターン２３を使用すれば、センサ間隔を増大させることなしに検知位置の数を増加させることによってより大形のセンサアレイを製造することができる。
【００５１】
図１６〜１８は、本発明の別の実施形態に係るサーミスタアレイ１０２の製造方法での様々な工程を示す側面図である。この実施形態に従えば、誘電体層２４はスルーホール２５及び／又は１２５並びに２２５を有していて、独立した温度センサの少なくとも一部は少なくとも部分的にスルーホールの内部に配置されたサーミスタ３０から成っている。サーミスタは、その抵抗が温度の関数として大きく（１℃当り約１０〜約１５％）変化するために有用である。
【００５２】
図１６には誘電体層２４が示されているが、誘電体層１０及び検知すべき表面の最も近くに配置される層２０又は１８に関連して上記に記載されるものと同様に熱伝導率が小さくかつ熱質量が小さい材料から成っていればよい。通例、誘電体層２４の厚さはサーミスタの高さと同じであって、約０．１２５〜約０．２５ｍｍの範囲内にある。かかる誘電体層には、例えば穴あけ、機械的打抜き、レーザエッチング又はジェット水圧によってスルーホールを形成することができる。
【００５３】
次いで、銅の無電解めっき及び電気めっきの組合せ並びにそれに続くパターン化によって印刷回路板の金属被膜を形成する場合と同様にして、誘電体層２４のスルーホール内及び表面上にパターン化導電材料２６を設置することができる。図１６〜１８の実施形態においては、スルーホール２５及び２２５内のパターン化導電材料は誘電体層の相対する表面同士を接続している。所望に応じ、パターン化導電材料は特定のスルーホール１２５からは除去又は排除することもできる。
【００５４】
図１７及び１８に示されるごとく、相対する表面の一方及びサーミスタ３０には少なくとも１個の導電要素３２を接合することができ、また相対する表面の他方には追加の誘電体層１１８を設置することができる。かかる追加の誘電体層はサーミスタ及びパターン化導電材料にまで延びる複数の追加の誘電体層スルーホール１１４を有しており、そして堆積電気結線パターン１１２が追加の誘電体層スルーホールを通って延びている。
【００５５】
スルーホール２５がパターン化導電材料２６を含むような実施形態においては、その材料を用いて少なくとも１個の導電要素３２を誘電体層２４の上面に接続することができる。スルーホール１２５がパターン化導電材料２６を含まないような実施形態においては、上面への接続はパターン化導電材料２６を含む追加のスルーホール２２５への結線によって達成することができる。図示目的のため１つの図面に示されているが、通例はこれら２種の実施形態が併用されることはない。サーミスタスルーホール１２５が金属で被覆されていない実施形態においてはより多くのスルーホールが必要となるが、金属で被覆されたスルーホール２５を含む実施形態に比べて製造が簡単である。なぜなら、後者の実施形態においては、スルーホール側壁に沿って延びるパターン化導電材料２６とサーミスタ３０との間で短絡が起こる恐れがあるからである。
【００５６】
一実施形態に従えば、導電要素３２は導電性接着剤３１によってパターン化導電材料２６及びサーミスタ３０に接合された帯金から成っている。一実施形態においては、かかる帯金は約２５〜約５０μｍの範囲内の厚さを有する銅から成り、また導電性接着剤は導電性エポキシ樹脂から成っている。接合されたサーミスタ２は、次いで追加の誘電体層１１８及び堆積電気結線パターン１１２によって相互接続することができる。所望ならば、温度センサ密度を高め、及び／又は所要面積を減少させるため、追加の誘電体層１１８上に形成された結線に加えて誘電体層２４上に結線を形成することもできる。
【００５７】
図１９は、サーミスタアレイの製造工程に関する別の実施形態を示す側面図である。この場合には、少なくとも１個の導電要素１３２が誘電体層２４に接合されると共に、少なくとも一部のスルーホール２５は少なくとも１個の導電要素にまで延びている。一実施形態に従えば、パターン化導電材料１２６はスルーホールを通って延び、そして少なくとも１個の導電要素に接合されている。一実施形態に従えば、かかる接合は導電性接着剤３１によって達成される。この場合にもまた、（図１８に１１８として示された）追加の誘電体層及び堆積電気結線パターン１１２を用いてサーミスタを相互接続することができる。図１６〜１８の場合と同様に、スルーホール１２５はパターン化導電材料１２６を含む必要はない。
【００５８】
サーミスタアレイを製造するための１つの方法を詳細に記載したが、その他の方法（例えば、薄い導体箔上にサーミスタを取付けてから打抜き済みの誘電体層を積層する方法）を使用することにより、スルーホール内に個々のサーミスタを配置する必要性を排除することもできる。
【００５９】
図２０は、サーミスタアレイを用いた本発明の実施形態を示す概略回路上面図である。図２０に示されるごとく、堆積電気結線パターンの第１の部分１１２又は第２の部分１１３のいずれか一方は端子１１９への共通の電気結線を含み得る。各々のサーミスタの高さが０．２ｍｍかつ一辺１１７の長さが約０．５ｍｍであるような実施形態に従えば、図１４に関連して上記に記載されたものと同様なセンサピッチを達成することができる。所望ならば、端子１１９を並列に接続することもできるし、及び／又は端子１２１を並列に接続することもできる。かかる接続は結線の数を減少させるが、走査装置２１０（図１）の複雑度を増大させることがある。
【００６０】
図２１は、抵抗温度検出器アレイ１０３を用いた本発明の実施形態を示す概略回路上面図である。この実施形態に従えば、独立した温度センサの少なくとも一部は誘電体層１０上にパターン化によって形成された抵抗温度検出器（ＲＴＤ）３から成っている。
【００６１】
更に詳しく述べれば、ＲＴＤは高抵抗の領域を形成するように選択的にパターン化された堆積電気結線パターン４１の一部から構成することができる。一実施形態においては、約２５〜５０μｍの幅、約２５０〜１０００μｍの長さ、及び約０．２〜４μｍの高さを有する細い蛇行した線を含む領域３４を有するように結線がパターン化される。結線材料として常用される金属（例えば、銅、ニッケル及びチタン）について言えば、温度変化に対するＲＴＤの抵抗変化は通例１℃当り約０．４〜約０．６％である。かかるＲＴＤアレイは、簡略化された製造方法に従って製造することができる。なぜなら、２種の異なるパターン化導電層材料や独立したサーミスタを使用する必要がないからである。
【００６２】
アレイ１０３は、例えば、各々のＲＴＤが一般にケルビン結線と呼ばれる４本の端子結線１３４を有するようにして配列することができる。スイッチが誘電体層上に配置されるのであれば、マルチプレクサ集積回路チップが有用である。スイッチが誘電体層外に配置されるのであれば、リードリレースイッチを使用することができる。図２１の実施形態においては、結線３６を通してＲＴＤ中に電流が流されると共に、ＲＴＤの両端に発生する電圧がＲＴＤに対して直接に接続された結線１３８又は２３８によって測定される。この技術は、ＲＴＤリード線及び結線中における電圧降下に原因する誤差を排除する。測定サイクル中においてＲＴＤ電流結線の全てを直列に接続すれば、結線の数をある程度まで減少させることができる。
【００６３】
各々のＲＴＤの近くに接続される結線部分２３８の代りに２個のＲＴＤの中間に接続される結線部分１３８を含むように堆積電気結線パターンを形成すれば、（精度は多少低下するものの）スイッチ２３９及び３３９の数を減少させることができる。
【００６４】
図２２はセンサ用の矩形グリッドを示し、また図２３は本発明の一実施形態に係るセンサ用の三角形グリッドを示している。前述の実施形態は一般に矩形グリッドを成して配列された温度センサに関するものであるが、図２３に示されるごとく三角形グリッド上にセンサを配列することが有用な場合もある。図２３の実施形態においては、各々のセンサとそれに隣接するセンサとの間の距離が実質的に同じになるようにしながら、複数の独立した温度センサが三角形グリッドを成して配列されている。
【００６５】
三角形グリッドは、矩形グリッドによっては得られない一様な間隔を与えるばかりでなく、１平方センチメートル当りのセンサ素子の数を増加させることなしにセンサアレイの空間解像度を増大させることができる。更にまた、三角形グリッドは所定の空間解像度について要求されるセンサの総数を減少させ、それによってセンサの費用を低減させかつ関連する電子回路の複雑度を低下させることができる。
【００６６】
以上、本発明の特定の好ましい実施形態のみを記載したが、当業者には数多くの変更及び修正が想起されるであろう。それ故、特許請求の範囲は、本発明の真の技術的思想に属する変更及び修正の全てを包含するものと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る診断用具のブロック図である。
【図２】図１の診断用具を適用し得る一応用例を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る熱電対アレイの上面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る熱電対アレイの側面図である。
【図５】図３〜４の熱電対アレイに関連する本発明の別の実施形態を示す側面図である。
【図６】図３〜４の熱電対アレイに関連する本発明の別の実施形態を示す側面図である。
【図７】図３〜４の熱電対アレイに関連する本発明の別の実施形態を示す側面図である。
【図８】図３〜４の熱電対アレイに関連する本発明の別の実施形態を示す側面図である。
【図９】熱電対アレイの接続に関する本発明の実施形態を示す概略回路上面図である。
【図１０】熱電対アレイの接続に関する本発明の実施形態を示す概略回路上面図である。
【図１１】熱電対アレイの接続に関する本発明の実施形態を示す概略回路上面図である。
【図１２】熱電対アレイの接続に関する本発明の実施形態を示す概略回路上面図である。
【図１３】図１２の一部分の側面図である。
【図１４】図１１の一部分の側面図である。
【図１５】多層相互接続を含む本発明の実施形態を示す側面図である。
【図１６】本発明の別の実施形態に係るサーミスタアレイ製造方法における一工程を示す側面図である。
【図１７】本発明の別の実施形態に係るサーミスタアレイ製造方法における一工程を示す側面図である。
【図１８】本発明の別の実施形態に係るサーミスタアレイ製造方法における一工程を示す側面図である。
【図１９】サーミスタアレイを用いた本発明の別の実施形態を示す概略回路上面図である。
【図２０】サーミスタアレイを用いた本発明の実施形態を示す概略回路上面図である。
【図２１】抵抗温度検出器アレイを用いた本発明の実施形態を示す上面図である。
【図２２】センサ用の矩形グリッドを示す図である。
【図２３】本発明の一実施形態に係るセンサ用の三角形グリッドを示す図である。
【符号の説明】
２  サーミスタ
３  抵抗温度検出器
１０  誘電体層
１２  第１のパターン化導電層
１３  特定の領域
１４  スルーホール
１５  接点
１６  第２のパターン化導電層
１８  追加の誘電体層
２０  支持体層
２１  第２の誘電体層スルーホール
２３  追加の堆積電気結線パターン
２４  誘電体層
２５  スルーホール
２６  パターン化導電材料
２７  第２の誘電体層
３０  サーミスタ
３２  導電要素
１００  温度センサアレイ
１０２  サーミスタアレイ
１０３  抵抗温度検出器アレイ
１１２  堆積電気結線パターン
１１４  追加の誘電体層スルーホール
１１８  追加の誘電体層
１２５  スルーホール
１２６  パターン化導電材料
１３２  導電要素
２１０  走査装置
２１２  コンピュータ
２１８  定着装置
２１９  ベース
２２０  データ収集ユニット
２２４  データ処理ユニット
２２６  記録ユニット
２３１  マルチプレクサユニット
２３６  マルチプレクサ
３１２  第１のパターン化導電層
３１３  端子
３１５  熱電対接点
３１６  第２のパターン化導電層
３１７  端子
４１６  結線
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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