(57)【要約】  熱センサ（２００）が、熱センサ（２００）のためのサーモパイル（２３５）のホットジャンクション（２０５）の温度変化の間導入される誤差を補正する能力を有する。例えば、サーモパイル（２３５）、その電気的出力、及びコールドジャンクション（２２０）の温度履歴及び現在の温度に関する所与の或る情報が与えられると温度判定に対する影響が補正され得るように、コールドジャンクション（２２０）に関連した熱センサ（２００）のホットジャンクション（２０５）における温度変化の影響が数学的にモデル化される。これらの要因を補償することにより、処理デバイス（２３０）が、数学的モデルによって判定されたようにホットジャンクション（２０５）における温度変化により導入される誤差を補正する一方で、熱センサ（２００）に対する温度判定出力を改変することができる。
2015519542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱センサ装置であって、
ターゲット材料から熱を受け取るように構成されるホットジャンクション、
ベース材料に熱的に短絡されるように構成されるコールドジャンクション、及び
前記ホットジャンクション及び前記コールドジャンクションと電気的に通信するプロセッサデバイス、
を含み、
前記ホットジャンクションの温度変化の間導入される誤差を補償する調節を含む前記ターゲット材料から熱を受け取ることに応答した前記ホットジャンクションと前記コールドジャンクションとの間のサーモパイルの電気的特性の変化に基づいて、前記プロセッサデバイスが前記ターゲット材料の温度を判定するように構成される、
装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記プロセッサデバイスが、
材料特性と、前記コールドジャンクションと前記ホットジャンクションとの間の熱伝達のモデルとを補償する係数と、
時間にわたる前記コールドジャンクションの温度の変化の判定と、
に少なくとも部分的に従った量だけ前記温度の前記判定を調節することにより、前記ホットジャンクションの温度変化の間導入される誤差を補償するように構成される、
装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、前記プロセッサデバイスが、
時間にわたる前記コールドジャンクションと前記ホットジャンクションとの間の電位の変化の判定、
に少なくとも部分的に従った量だけ前記温度の前記判定を調節することにより、前記ホットジャンクションの温度変化の間導入される誤差を補償するように構成される、
装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置であって、前記プロセッサデバイスが、時間にわたる前記コールドジャンクションの記録された温度のセットに関連して時間にわたる前記コールドジャンクションの温度の前記変化の推定された直線適合を判定することにより、前記時間にわたる前記コールドジャンクションの温度の変化の前記判定をするように構成される、装置。
【請求項５】
請求項２に記載の装置であって、前記プロセッサデバイスが、時間にわたる前記コールドジャンクションのストアされた温度にフィルタを適用することにより、時間にわたる前記コールドジャンクションの温度の変化の前記判定をするように構成される、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、前記プロセッサデバイスが、前記コールドジャンクションの現在の温度、前記コールドジャンクションの前の温度、及び前記フィルタの出力の前の判定に少なくとも部分的に基づく関数を適用することにより、時間にわたる前記コールドジャンクションの温度の変化の前記判定の一部として前記フィルタの出力を判定するように構成される、装置。
【請求項７】
装置であって、
ホストデバイス、
前記ホストデバイスの第１の部分の温度を感知するため前記ホストデバイスに配置される第１の熱センサであって、
前記第１の熱センサが、
前記ホストデバイスの第２の部分に熱的に短絡されるコールドジャンクションと、
前記ホストデバイスの前記第１の部分から熱を受け取るように構成されるホットジャンクションと、
を含む、前記第１の熱センサ、及び
前記ホストデバイスの前記第２の部分の温度を判定するように構成される第２の熱センサ、及び
前記熱センサ及び前記第２の熱センサと通信するプロセッサデバイス、
を含み、
前記プロセッサデバイスが、前記ホストデバイスの前記第２の部分における温度変化の間導入される誤差を補償することにより前記熱センサの信号に基づいて前記ホストデバイスの前記第１の部分の温度の判定を誤差補正をするように構成される、
装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、前記プロセッサデバイスが、
材料特性と、前記第１の熱センサの前記コールドジャンクションと前記ホットジャンクションとの間の熱伝達のモデルとを補償する定数と、
時間にわたる前記コールドジャンクションの温度の変化の判定と、
に少なくとも部分的に従った量だけ、前記熱デバイスの前記第１の部分の温度に対応する前記第１の熱センサの出力を調節することにより、前記ホストデバイスの前記第２の部分における温度変化の間導入される誤差を補償するように構成される、
装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、前記プロセッサデバイスが、
時間にわたる前記コールドジャンクションと前記ホットジャンクションとの間の電位の変化の判定、
に少なくとも部分的に従った量だけ、前記熱デバイスの前記第１の部分の温度に対応する前記第１の熱センサの出力を調節することにより、前記ホストデバイスの前記第２の部分における温度変化の間導入される誤差を補償するように構成される、
装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の装置であって、前記プロセッサデバイスが、時間にわたる前記コールドジャンクションの記録された温度のセットに関連して時間にわたる前記コールドジャンクションの温度の前記変化の推定された直線適合を判定することにより、時間にわたる前記コールドジャンクションの温度の変化の前記判定をするように構成される、装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の装置であって、前記プロセッサデバイスが、時間にわたる前記コールドジャンクションのストアされた温度にフィルタを適用することにより、時間にわたる前記コールドジャンクションの温度の変化の前記判定をするように構成される、装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、前記プロセッサデバイスが、前記コールドジャンクションの現在の温度、前記コールドジャンクションの前の温度、及び前記フィルタの出力の前の判定に少なくとも部分的に基づく関数を適用することにより、時間にわたる前記コールドジャンクションの温度の変化の前記判定の一部として前記フィルタの出力を判定するように構成される、装置。
【請求項１３】
方法であって、
デバイスの一部の温度を判定するために熱センサのホットジャンクションで熱を受け取ること、
前記熱センサのコールドジャンクションの温度を判定すること、及び
前記熱センサの前記ホットジャンクションで前記熱を受け取ることに応答して前記デバイスの前記部分の前記温度の判定をプロセッサデバイスで調節することであって、前記調節することが、前記熱センサの前記ホットジャンクションの温度変化の間導入される誤差を補償することを含むこと、
を含む、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記熱センサの前記ホットジャンクションの温度変化の間導入される誤差を前記補償することが、前記ホットジャンクション及び前記コールドジャンクションの温度に対応する前記熱センサの出力を、
材料特性と、前記熱センサの前記コールドジャンクション及び前記ホットジャンクション部分間の熱伝達のモデルとを補償する定数と、
時間にわたる前記コールドジャンクションの温度の変化の判定と、
に少なくとも部分的に従った量だけ調節すること、
を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記熱センサの前記ホットジャンクションの間導入される誤差の温度変化を前記補償することが、前記ホットジャンクション及び前記コールドジャンクションの温度に対応する前記熱センサの出力を、
時間にわたる前記コールドジャンクションと前記ホットジャンクションとの間の電位の変化の判定、
に少なくとも部分的に従った量だけ調節することを含む、
方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であって、時間にわたる前記コールドジャンクションの記録された温度のセットに関連して時間にわたる前記コールドジャンクションの温度の前記変化の推定された直線適合を判定することにより、時間にわたる前記コールドジャンクションの温度の変化の前記判定をすることを更に含む、方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の方法であって、時間にわたる前記コールドジャンクションのストアされた温度にフィルタを適用することにより、時間にわたる前記コールドジャンクションの温度の変化の前記判定をすることを更に含む、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記コールドジャンクションの現在の温度、前記コールドジャンクションの前の温度、及びフィルタの出力の前の判定に少なくとも部分的に基づいた関数を適用することにより、時間にわたる前記コールドジャンクションの温度の変化の前記判定の一部として前記フィルタの出力を判定することを更に含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、概して熱センサに関し、更に具体的には、外部影響から導入される誤差を補償するように熱センサ温度判定を補正することに関連する。
【背景技術】
【０００２】
種々な種類の電子デバイスがよく知られている。また、これらの電子デバイスの各々は、時間が経つと共に加熱しがちな要素を含む。例えば、コンピューティングデバイスは、時間が経つにつれて、及びそのオペレーションの間回路を介して流れる電流の量のため処理デバイスの使用が増大されると加熱し得る、プロセッサ回路を含む。処理デバイスの加熱は、コンピューティングの世界において既知のアーティファクトである。例えば、大型のデスクトップコンピュータなどの或るコンピューティングデバイスは、処理デバイス又はシステムの他の構成要素がオーバーヒート及び破損しないように、温度保護メカニズムを含む。
【０００３】
従って、或る用途において、過熱の結果破損又は欠陥の影響を受け易い或る構成要素の温度を感知するために温度センサがコンピューティングデバイスに組み込まれる。例えば、デバイスの加熱された部分により発せられる赤外エネルギーを収集するため赤外熱検出器が配置され得る。赤外センサは、その赤外放射を収集し、それを電圧に変換し、その電圧からコンピューティングデバイスが熱センサが赤外放射を収集する元となる材料の温度を判定することができる。一例において、熱センサが、サーモパイル、又は、構成要素の温度勾配が変化するときその電気的特性（電圧など）が変化する構成要素を含む。このように構成され、サーモパイルの一端は、温度が感知されるべき材料から受け取った赤外放射により加熱されるように構成される。この側は、サーモパイルの「ホットジャンクション」と呼ばれる。サーモパイルの他方の側は、「コールドジャンクション」と呼ばれ、サーモパイルの第１の側又は「ホットジャンクション」の温度の変化が、追跡され得、且つ、ターゲット材料の温度に相関され得るサーモパイルの電気的特性の変化となり得るように、比較的安定した温度に保たれる。
【０００４】
しかし、サーモパイルのホットジャンクション温度変化の間、ターゲット材料の温度判定は不正確となり得ることが知られている。これは、サーモパイルのホットジャンクションの熱フローの一部が、信号を生成するのではなく、ホットジャンクションの温度を変化させるために用いられるためである。温度が安定すると、この誤差はなくなる。赤外センサにおけるホットジャンクションの温度変化の主な原因は、コールドジャンクションへの及びコールドジャンクションからの熱伝達を介する。その結果、コンピューティングデバイス内に置かれるように設計される赤外センサは、例えば、温度感知誤差となり得る温度変化を低減するようにセンサ自体又は少なくともコールドジャンクションが、残りのシステム及びコンピューティングデバイスからできるかぎり熱的に隔離されるように設計される。赤外センサをこのように構成することにより、赤外センサ自体は、比較的大きな寸法を有し、比較的大量の空間を占め、これは、コンピュータ又は他のモバイル電子デバイスに実装されるとき不利益となり得、又は寸法及び携帯性デバイスが最優先又は課題となり得る。また、熱的隔離は完璧ではないため、熱的隔離は温度変動の間導入される誤差を部分的にしか緩和しない。
【発明の概要】
【０００５】
概して及びこれらの種々の実施例に従って、熱センサのためのサーモパイルの温度変化の間導入される誤差を補正する能力を有する熱センサが説明される。１つのアプローチにより、サーモパイルの物理的特性、サーモパイルの電気的出力、及びコールドジャンクションの温度履歴及び現在の温度、に関する或る情報が与えられるとターゲット材料の温度の判定を含む出力に対する影響が補正され得るように、コールドジャンクションに関連する熱センサのホットジャンクションにおける温度変化の影響が数学的にモデル化される。これらの要因を補償することにより、処理デバイスが、その数学的モデルにより判定されるように温度変化により導入される誤差を補正しつつ、熱センサに対する温度判定出力を改変することができる。そのように構成されると、温度判定がより正確となるだけでなく、以前の赤外センサアプローチにおけるようにセンサ自体を、残りの周りのエリア又はコンピューティングデバイスから熱的に隔離する必要がなくなる。その結果、赤外センサパッケージ自体が、コンピューティングデバイスの一層小さなフットプリントを占めるように寸法が大きく低減され得、欠陥を避けるために温度が監視されるべきターゲット材料に対する配置に関して潜在的に一層柔軟性を有し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施例に従った熱センサのためのオペレーションの例示の方法のためのフローチャートである。
【０００７】
【図２】本発明の実施例に従った熱センサに対する例示のアプローチのブロック図である。
【０００８】
【図３】本発明の実施例に従った、実際の、感知された、及び補正された温度判定を含む温度対時間のグラフである。
【図４】本発明の実施例に従った、実際の、感知された、及び補正された温度判定を含む温度対時間のグラフである。
【図５】本発明の実施例に従った、実際の、感知された、及び補正された温度判定を含む温度対時間のグラフである。
【図６】本発明の実施例に従った、実際の、感知された、及び補正された温度判定を含む温度対時間のグラフである。
【０００９】
【図７】本発明の実施例に従って製造された例示の赤外線センサとの、従来技術の赤外線センサの物理的比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、デバイスの一部の温度を判定するために熱センサのホットジャンクションにおいて熱が受け取られる例示の方法を１００で図示する。例えば、温度が監視されるデバイス部分は、熱センサの材料により受け取られる赤外放射を発する。熱センサの材料は加熱し、このようにして、ホットジャンクションは、温度判定が成されるデバイス部分から熱を受け取る。この方法は更に、熱センサのコールドジャンクションの温度を判定すること１２０を含む。例えば、個別の温度センサがコールドジャンクションのそばに配置され得、又は別のアプローチにおいて、コールドジャンクションが、個別の温度センサが配置されるデバイスの一層大きい部分に熱的にシンクされ得る。この方法は、第１の熱センサのホットジャンクションにおいて熱を受け取ることに応答してデバイスのその部分の温度の判定をプロセッサデバイスで調節すること１３０を含む。この調節は、熱センサのホットジャンクションの温度変化の間導入される誤差を補償することを含む。
【００１１】
ホットジャンクションにおける温度変化の間導入される誤差を補償することは多数の方式で成され得る。１つのアプローチにより、熱センサのホットジャンクションの温度変化の間導入される誤差を補償することは、材料特性とコールドジャンクション及びホットジャンクション間で伝達される熱のモデルとを補償する定数と、時間にわたるコールドジャンクションの温度の変化の判定とに少なくとも部分的に従った量だけ、ホットジャンクション及びコールドジャンクションの温度に対応する熱センサの出力を調節することを含む。別のアプローチにより、熱センサの出力を調節することは、時間にわたるコールドジャンクションとホットジャンクションとの間の電位の変化の判定に少なくとも部分的に従った量を含む。
【００１２】
１つの例により、熱センサのホットジャンクションにおける遷移温度により導入される誤差は、コールドジャンクション温度に対してホットジャンクションの温度変化を遅延させる一次ＲＣフィルタとしてモデル化され得る。このＲＣフィルタモデルにおいて、熱センサのコールドジャンクションとホットジャンクションとの間のサーモパイルの熱抵抗は、ＲＣフィルタの抵抗性項を表す。サーモパイルのホットジャンクションの熱キャパシタンスは、ＲＣフィルタモデルの容量性項を表す。このように構成され、ＲＣフィルタモデルは、下記数式に従って数学的に表すことができる。
【数１】
2015519542.tif 000003
ここで、「Ｃｔｈ」はサーモパイルの熱キャパシタンスであり、「ＴＨｏｔ」はホットジャンクションの温度であり、「ＴＣｏｌｄ」はコールドジャンクションの温度であり、「Ｓ×（Ｔ４Ｈｏｔ−Ｔ４Ｏｂｊｅｃｔ）」は、温度が感知される物体からのホットジャンクションに対する赤外熱伝達に関連し、「Ｓｅｅｂｅｃｋ」はサーモパイルの材料特性を補償する一定の係数であり、「Ｒｔｈ」はサーモパイルの熱抵抗率である。
【００１３】
コールドジャンクション温度が変わるときホットジャンクションとコールドジャンクションとの間の温度差に対しこの式を解くと、その結果は、コールドジャンクションの温度が変わった結果として温度判定の変化を予測するために用いることができる。
【数２】
2015519542.tif 000004
【００１４】
理想的に熱的に隔離されたセンサにおいて、熱が、デバイス部分から熱センサにより収集され、ホットジャンクションを温めるにつれ、サーモパイルの電圧も次の式に従って変化する：ＶＯｂｊ＝Ｓ×（Ｔ４Ｏｂｊｅｃｔ−Ｔ４Ｈｏｔ）。この部分は、数学的に他方の要因から分離され得、それにより、上記式の他方の部分が、感知された部分からの熱以外の要因により生じる電圧変化の部分に相当し、そのため、これが温度判定の誤差を表す。この数学的プロセスは、下記のように表すことができる。
【数３】
2015519542.tif 000005
【００１５】
誤差電圧は、下記数式でＶEｒｒとして表され、比較的一定の項Ｓｅｅｂｅｃｋ×ＲｔｈＣｔｈ及び時間にわたるホットジャンクションの温度の変化に依存する。コールドジャンクション温度は個別の温度センサで個別に及び正確に監視され得、サーモパイルの電圧は正確に既知であるため、コールドジャンクション温度及び電圧出力に関して誤差式を次のように書き換えることは利点となる。
【数４】
2015519542.tif 000006
【００１６】
このモデルに従って、電圧誤差は、既知の定数、及び時間にわたるコールドジャンクション温度及び時間にわたる電圧出力の変化に依存する。コールドジャンクションとホットジャンクションとの間で伝達される熱のこのモデルを用いることにより、熱センサのコールドジャンクションの温度変化の間導入される誤差を補償することは、コールドジャンクションの温度に従って熱センサの出力を、材料特性を補償する定数（Ｓｅｅｂｅｃｋ×ＲｔｈＣｔｈ）、及び時間にわたるコールドジャンクションの温度の変化の判定（ｄＴＣｏｌｄ／ｄｔ）に少なくとも部分的に従った量だけ調節することを含む。時間にわたる電圧出力の変化（ｄＶＯｕｔ／ｄｔ）に関する項は、時間にわたるコールドジャンクション温度に対して小さく、幾つかの応用例において無視し得るが、この項はよりセンシティブな熱センサでは一層重要となる。
【００１７】
時間にわたるコールドジャンクションの温度の変化を補償するために種々の方法を用いることができる。１つのアプローチにより、時間にわたるコールドジャンクションの温度の変化の判定を行うことが、時間にわたるコールドジャンクションの記録された温度のセットに対して、時間にわたるコールドジャンクションの温度の変化の推定された直線適合を判定することにより達成される。このアプローチにおいて、図１の方法は、時間にわたる一定のインタバルでのコールドジャンクションの温度を記録すること、及びｄＴＣｏｌｄ／ｄｔ要素を判定するためにコールドジャンクション温度の変化の時間を通したラインの適合を数学的に判定することを含む。
【００１８】
別のアプローチにおいて、時間にわたるコールドジャンクションの温度の変化の判定を行うことが、時間にわたるコールドジャンクションのストアされた温度にフィルタを適用することにより成される。このアプローチにおいて、この方法は更に、コールドジャンクションの現在の温度と、コールドジャンクションの前の温度と、熱伝達値の前の判定とに少なくとも部分的に基づく関数を適用することにより、時間にわたるコールドジャンクションの温度の変化の判定の一部として熱伝達値を判定することを含む。一例において、コールドジャンクションの温度は、適用されたＲＣフィルタを備えた電圧信号として特徴付けられ得る。この例では下記である。
【数５】
2015519542.tif 000007
時間にわたるＶＦｉｌｔｅｒｅｄは、概ね時間にわたる電圧Ｖであり、Ｖの最高周波数成分は、フィルタに対するＲＣ定数の逆数よりずっと小さい。言い換えると、ＶはＲＣ時定数よりずっと遅いため、その傾き又は導関数はフィルタの遅延の間、著しく変化しない。そのため、フィルタの出力の傾きは、入力のものとほぼ同じであると仮定され得る。そのため電圧項は、下記のように表すことができる。
【数６】
2015519542.tif 000008
【００１９】
フィルタがラプラス回路等価物として表される場合、電圧出力は、下記のように表すことができる。
【数７】
2015519542.tif 000009
【００２０】
この時点で、信号は、既知の双一次変換を用いてそれをｚ変換（周波数）ドメインに変換することによりデジタル化されて、下記の式になる。
【数８】
2015519542.tif 000010
【００２１】
信号上の一次デジタルフィルタを下記のように表すことができる。
【数９】
2015519542.tif 000011
このように構成され、多数のサンプル「ｎ」に基づいた電圧出力項は、下記のように表すことができる。
【数１０】
2015519542.tif 000012
【００２２】
時間にわたるＶＦｉｌｔｅｒｅｄが概ね時間にわたる電圧Ｖであることに関する上記の仮定のため、電圧誤差信号を推定するために以下の分析を用いることができる。
【数１１】
2015519542.tif 000013
【００２３】
この一連の数式において、ＴＣｏｌｄはコールドジャンクションの温度である。ＴＣｏｌｄ_Ｆｉｌｔｅｒｅｄはデジタルフィルタの出力であり、これは、現在のコールドジャンクション温度ＴＣｏｌｄ［ｎ］、前のコールドジャンクション温度ＴＣｏｌｄ［ｎ−１］、及びデジタルフィルタ出力ＴＣｏｌｄ＿Ｆｉｌｔｅｒｅｄ［ｎ−１］の前の判定に依存するように示されている。「ＲＣ」は、測定されるコールドジャンクション温度信号に印加されるＲＣデジタルフィルタモデルのＲＣ項であり、従って、αは、デジタルフィルタのＲＣ項だけでなくＲｔｈＣｔｈ及びＳｅｅｂｅｃｋ項を組み合わせる、比較的一定の値である。
【００２４】
このように構成され、この方法は、コールドジャンクション温度及びサーモパイルの電圧出力の導関数を数学的に計算することによりホットジャンクションの温度変化の間導入される誤差を補償することができる。同じ計算は、サーモパイルの電圧出力の導関数を計算するために用いることができる。この計算は、前のデジタルフィルタ出力値、現在のフィルタ入力値、及び前のフィルタ入力値を必要とする。フィルタの入力は、コールドジャンクション温度又はサーモパイルの電圧出力であり得る。この構成は、プロセッサ時間を低減し、３つの付加的な追跡値、即ち、前のフィルタの入力、及び現在の及び前のフィルタの出力値、のみを必要とする。また、このアプローチは、フィルタ遅延のための任意の数のサンプルを含むようにスケーリングされ得る。例えば、１つ前の測定のみを追跡する一方で、最後の１０サンプルを平均化するＲＣ遅延が適用され得る。このモデル及び上述の線形適合モデルはいずれも、ソフトウェア又はハードウェアにおいて実装され得、それにより、以前の赤外熱センサ用途において成されるようなセンサを熱的に隔離する必要性をなくす。
【００２５】
当業者であれば、上述のプロセスは、従来技術において既知であるような部分的に又は全体的にプログラム可能なプラットフォーム、又は幾つかの用途に対し所望とされ得るような専用目的のプラットフォームを含む、様々の利用可能な及び／又は容易に構成されるプラットフォームのうちの任意のものを用いて容易に実施され得ることを理解されよう。付加的な代替のアプローチにおいて、上述の機能性又は論理が、プロセッサ回路において実行され得るコードの形式で組み込まれ得る。ソフトウェアに埋め込まれる場合、各ブロック又はタスクが、特定の論理的機能を実装するためのプログラム命令を含む、モジュール、セグメント、又はコードの一部を表し得る。プログラム命令は、プログラム言語で書かれた人間可読ステートメントを含むソースコード、又はコンピュータシステム又は他のシステムにおけるプロセッサなどの適切な実行システムにより認識され得る数値的命令を含む機械コードの形式で組み込まれ得る。機械コードは、ソースコードなどから変換され得る。ハードウェアに埋め込まれる場合、各ブロックが、特定の論理的機能を実装するための、回路又は多数の相互接続された回路を表し得る。
【００２６】
図２を参照し、上述の方法を実行するように構成される例示の装置を説明する。例示の熱センサ装置２００は、ターゲット材料２１０から熱を受け取るように構成されるホットジャンクション２０５を含む。ターゲット材料２１０は、典型的に、コア処理デバイス、又は動作するとき加熱し、ターゲット材料が或る臨界温度に達する場合にシステムに対する損傷が生じ得る回路などの熱感知性である一層大きいデバイス２１５の一部である。熱センサ装置２００は更に、ベース材料２２５に熱的に短絡されるように構成されるコールドジャンクション２２０を含む。ベース材料２２５は、一層大きいデバイス２１５のためのダイ又は他のサポート構造であり得るが、他のサポート構造も可能である。プロセッサデバイス２３０が、ホットジャンクション２０５及びコールドジャンクション２２０と電気的に通信する。プロセッサデバイス２３０は、ホットジャンクション２０５とコールドジャンクション２２０との間のサーモパイル２３５の電気的特性の変化に基づいてターゲット材料２１０の温度を判定するように構成される。この温度判定は、コールドジャンクション２２０の温度変化の間導入される誤差を補償する調節を含むターゲット材料２１０から熱を受け取ることに応答して成される。
【００２７】
図２の例において、プロセッサデバイス２３０は、ホットジャンクション２０５及びコールドジャンクション２２０に電気的に接続される低雑音増幅器２３２を含む。低雑音増幅器２３２は、サーモパイル２３５の電圧信号を増幅し、その出力を処理要素又は回路２３４に提供する。当業者であれば、プロセッサデバイス２３０の他の構成が可能であること、及び、このようなプロセッサが、固定目的ハードワイヤードプラットフォームを含み得るか又は、部分的に又は全体的にプログラム可能なプラットフォームを含み得ることが理解されよう。これらの構造上の選択肢の全てが、当業界においてよく知られ、理解されており、ここでさらに説明する必要はない。いずれの場合においても、プロセッサデバイス２３０は、図１に関連して上述した方法を実行するために当業者に既知であるように構成される。
【００２８】
１つのアプローチにより、熱センサ装置は、単一のチップ又はボックス２４０で表すようなパッケージを含み得る。この例では、ターゲット材料２１０からの赤外放射を吸収する材料２５２、ホットジャンクション２０５及びコールドジャンクション２２０を備えたサーモパイル２３５、及びプロセッサデバイス２３０が単一のパッケージに含まれる。他のアプローチにおいて、熱センサは、赤外放射を吸収する材料２５２、サーモパイル２３５、ホットジャンクション２０５、及びコールドジャンクション２２０を含む個別の要素２５０を含み得る。このアプローチにおいて、熱センサ２５０は、ダイ又は他のサポート構造２２５に搭載され、デバイス２１５のための処理デバイスなど、個別のプロセッサデバイス２３０にその信号を提供する。更に具体的には、サーモパイル２３５の電圧信号は、プロセッサデバイス２３０として機能する個別のデバイス又は回路への電気的接続を介して転送され得る。いずれのアプローチにおいても、プロセッサデバイス２３０は、コールドジャンクション２２０が熱的にシンクされるダイ又はサポート構造の温度を判定するように構成される熱センサへの更なる電気的接続を含み得る。温度センサは、赤外センサ２５０内に配置される温度センサ２６０を含み得る。別のアプローチにより、熱センサ２５０が搭載されるダイ又はサポート材料２２５上に第２の温度センサ２６２が個別に配置されてもよい。
【００２９】
別のアプローチにより、上述のような方法を実行するように構成される装置は、ホストデバイス２１５、ホストデバイス２１５の第１の部分２１０の温度を感知するようにホストデバイス２１５に配置される第１の熱センサ２５０、ホストデバイス２１５の第２の部分２２５の温度を判定するように構成される第２の熱センサ２６０又は２６２、及び熱センサ２５０及び第２の熱センサ２６０又は２６２と通信するプロセッサデバイス２３０を含み得る。この例の第１の熱センサ２５０は、ホストデバイス２１５の第２の部分２２５に熱的に短絡されるコールドジャンクション２２０を含む。ホットジャンクション２０５は、赤外放射を吸収する材料２５２を介してホストデバイス２１５の第１の部分２１０から熱を受け取るように構成される。プロセッサデバイス２３０は、ホストデバイス２１５の第２の部分２２５における温度変化の間導入される誤差を補償することにより熱センサ２５０の信号に基づいてホストデバイス２１５の第１の部分２１０の温度の判定の誤差を補正するように構成される。この文脈において、プロセッサデバイス２３０は、ホストデバイス２１５の第２の部分２２５に熱的にシンクされるコールドジャンクション２２０の温度変化を補償するために熱センサ２５０による温度判定を補正するために上述のような同じ方法を適用することができる。このように構成され、ホストデバイス２１５の第１の部分２１０の温度のより正確な読み取りが、赤外熱センサ２５０のコールドジャンクション２２０を熱的に隔離することなく可能である。
【００３０】
発明者らによって実行されるこの技術の１つの例示のデスクトップ実験アプリケーションの性能を更に図３〜図７を参照して説明する。図３は、時間にわたる温度のグラフを図示する。ライン３１０は、赤外熱センサにより温度が感知されるターゲット材料の実際の温度（ライン３２０）と本開示に記載されるエラー補正なしの熱センサの温度判定（ライン３３０）と比較した実際のコールドジャンクション温度を示す。このグラフは、コールドジャンクション温度が変化する時間の間の実際のターゲット材料温度からの温度センサ出力の逸脱を、例えば、熱センサ出力ライン３３０の部分３５５、３６５、３７５、３８５、及び３９５で示す。温度判定における付加的な誤差は、本開示により対処されない他の既知の誤差要因を介して説明され得る。
【００３１】
図４において、新たなライン４１０が、ライン３２０の実際のターゲット材料温度及びライン３３０の補正されていない熱センサ出力と較べた、上述の直線適合アプローチなどの遷移補正が適用された熱センサ出力を表す。このグラフは、出力に関連付けられる幾つかの高周波数ノイズはあるが、コールドジャンクションの温度変化の間の熱センサの補正されていない温度出力の極端なピークが大いに排除されていることを示す。
【００３２】
図５は、ライン５１０で、上述のデジタルフィルタなど、信号に適用されるフィルタで補正された熱センサ温度出力を図示する。そのため、ライン部分５１０におけるものなどデータの一部において小さなスケールの付加的なリップルは見られるが、フィルタの適用により高周波数ノイズの多くが低減されている。
【００３３】
図６は、ライン６１０で、上述のモデルの他の項に対するその小ささのため取り除かれていた、時間にわたる電圧出力の変化（ｄＶＯｕｔ／ｄｔ）に関する項を含むことと共に、信号に適用されるフィルタで補正された、熱センサ温度出力を図示する。図示される例示の補正においてこの項を含むとき、図５のライン部分５２０で示すものなど、出力信号の付加的な変動が低減される。
【００３４】
このように構成されて、本明細書に記載されるモデルは、例えば、コンピューティングデバイスの、温度を感知するために配置される熱センサを構築する者に対する柔軟性を提供する。フィルタは、例えば、幾つかの用途では４〜７秒の間又はそれより短い間など、温度判定における許容可能なラグに適合するよう適応され得る。また、熱センサの寸法は、熱センサが搭載されるコンピューティングデバイス内の空間を節約するため低減され得る。例えば、図７は、約９．１ミリメートルの直径幅Ｗ及び約４．１ミリメートルの高さＨを有する、以前の熱センサデバイス７１０を図示する。比較として、本開示の種々の教示に従って設計された熱センサデバイス７５０は、約１．５ミリメートルの辺Ｓのほぼ正方形の寸法、及び約０．６ミリメートルの高さを有する。寸法のこの差は、特に時間が経つにつれてますます小さくなるコンシューマーデバイスでは、回路基板空間が尊重され得るエレクトロニクスの分野において重要となり得る。
【００３５】
当業者であれば、本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得ること、及び多くの他の実施例が可能であることが分かるであろう。
【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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【国際調査報告】
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