JP2002048646A

JP2002048646A - 赤外線検出器および測温計

Info

Publication number: JP2002048646A
Application number: JP2000238745A
Authority: JP
Inventors: Shigemi Sato; 茂美佐藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2002-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】サーモパイル型を適用して小型化・低廉化を
図りつつ、温度測定の精度を向上できる赤外線検出器お
よび測温計を提供する。【解決手段】熱源から放射された赤外線を集光する赤
外線レンズと、前記赤外線の熱を吸収する熱吸収体の温
度に基づいて電圧を発生する熱電堆が形成された半導体
基板と、表裏２面の一方に前記赤外線レンズが接合さ
れ、他方に前記半導体基板が接合され、前記熱吸収体に
前記赤外線の熱を吸収させるために前記赤外線レンズか
ら前記半導体基板への赤外線を通過させるスルーホール
が設けられた回路基板と、を備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線検出器およ
び測温計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の測温計では、熱源か
ら放射される赤外線を検知（感知）して電気信号に変換
するいわゆる赤外線センサを備えている（検出または測
定した温度（測温値）を決定するまでの全体を「赤外線
センサ」と呼ぶこともあるが、以下では、主に、赤外線
を電気信号に変換するまでを指す）。この種の赤外線セ
ンサとしては、一般に、熱電対（サーモカップル）また
はそれを複数直列接続した熱電堆（サーモパイル）のゼ
ーベック効果を利用して、赤外線の放射吸収による温度
変化を熱起電力として検出（測定）するサーモパイル
型、セラミック等で構成された基材における赤外線の熱
エネルギーに応じた分極による浮遊電荷の変化を検出す
る（焦電効果を利用する）焦電型、および、金属その他
の薄膜や極細線で形成した感温抵抗体の熱による抵抗値
の変化を検出する（抵抗変化を利用する）ボロメータな
ど、が知られている。これらのうち、サーモパイル型で
は、焦電型等のように過渡的な現象を利用するものでは
無く、また、ボロメータ等のような測定電流等も不要な
ので、安定した温度検出・測定が可能であるほか、半導
体製造の工程（プロセス）を利用して小型化・低廉化が
可能なので、体温計などの小型・低価格の測温計等に適
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えばサー
モパイル型の赤外線センサを備えた耳式体温計として、
導波管（導光路、導波路等）を利用して光を誘導するタ
イプがある。例えば図３に示すように、このタイプの耳
式体温計１００では、支持金具２０７により導波管２０
６を支持し、プローブキャップ２５からの赤外線を導波
管２０６により赤外線検出チップ２１０に誘導する。図
４（ａ）に示すように（耳式体温計１００のように）、
導波管２０６を利用して赤外線を誘導する場合、赤外線
フィルタ２０８の窓の面（検出面）から見た視野角はほ
ぼ１８０°あり、導波管２０６外からの（赤外線等の）
光も入射（入光）され、また、外部の熱（誤差熱）Ｓｄ
によって内部に放射される赤外線等の干渉を受け、さら
にはこれらにより内部で乱反射した光も誘導されて検出
面に入射されるので、測定誤差が大きくなる。

【０００４】本発明は、サーモパイル型を適用して小型
化・低廉化を図りつつ、温度測定の精度を向上できる赤
外線検出器およびそれを用いた測温計を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の赤外
線検出器は、熱源から放射された赤外線を集光する赤外
線レンズと、前記赤外線の熱を吸収する熱吸収体の温度
に基づいて電圧を発生する熱電堆が形成された半導体基
板と、表裏２面の一方に前記赤外線レンズが接合され、
他方に前記半導体基板が接合され、前記熱吸収体に前記
赤外線の熱を吸収させるために前記赤外線レンズから前
記半導体基板への赤外線を通過させるスルーホールが設
けられた回路基板と、を備えたことを特徴とする。

【０００６】この赤外線検出器では、回路基板の表裏２
面の一方に赤外線レンズを接合し、他方に半導体基板を
接合することにより、赤外線レンズと半導体基板とを回
路基板を介して接合している。ここで、半導体基板に形
成された熱電堆では、赤外線の熱を吸収する熱吸収体の
温度に基づいて電圧を発生するので、熱吸収体に赤外線
の熱を十分に吸収させる必要があり、そのためには、熱
源から放射された赤外線を赤外線レンズにより熱吸収体
に対して十分に集光する必要があり、そのためには、赤
外線レンズと熱吸収体との間に、赤外線の集光のための
所定距離（いわゆる焦点距離またはそれに近い距離）が
必要となる。

【０００７】一般に、この種の赤外線検出器では、回路
基板の一面に半導体基板が接合され、それと同一面側に
所定距離（焦点距離）分だけ離して赤外線レンズがある
ため、回路基板から赤外線レンズまでの距離が大きくな
り、その分だけ全体として厚み（赤外線の光軸方向の厚
み）が大きくなり、その分だけ小型化が難しくなる。こ
れに対して、この赤外線検出器では、回路基板に赤外線
レンズから半導体基板への赤外線を通過させるスルーホ
ールが設けられ、赤外線レンズと半導体基板とを回路基
板を介して接合しているので、回路基板の厚み（スルー
ホールの長さ）分だけ赤外線レンズと半導体基板とを離
すことができる。

【０００８】すなわち、この赤外線検出器では、十分な
集光のために必要な所定距離（焦点距離）の一部または
全部を回路基板の厚み（スルーホールの長さ）分で代用
できるので、その分だけ全体としての厚み（赤外線の光
軸方向の厚み）を小さくでき、小型化に適している。ま
た、赤外線レンズにより赤外線を集光するので、導波管
（導光管）等を使用する場合に比べて、外部の熱（誤差
熱）による放射赤外線の影響（干渉）を低減できるとと
もに、熱電堆の熱吸収体で受光する赤外線の入射角を制
限でき、これにより、誤差要因を少なくして、測定精度
を向上できる。

【０００９】また、請求項１の赤外線検出器において、
前記赤外線レンズは、バイナリレンズであることが好ま
しい。

【００１０】この赤外線検出器では、赤外線レンズは、
バイナリレンズであるため、多段構成のバイナリエレメ
ントを構成することにより形成できる。このため、通常
の曲面から成るレンズ等に比べて、レンズとしての同一
の集光精度を確保するための成形が容易であり、これに
より、低廉化が図れる。

【００１１】また、請求項１または２の赤外線検出器に
おいて、前記赤外線レンズは、半導体から成るレンズ基
板をレンズとして加工形成したものであることが好まし
い。

【００１２】この赤外線検出器では、赤外線レンズは、
半導体から成るレンズ基板をレンズとして加工形成した
ものである。このため、半導体製造の工程（プロセス）
を利用して小型化・低廉化が図れ、また、組成を工夫す
ることにより、可視光を遮断する赤外線フィルタとして
の機能を兼備させることが可能である。

【００１３】また、請求項３の赤外線検出器において、
前記レンズ基板は、シリコン基板であることが好まし
い。

【００１４】この赤外線検出器では、レンズ基板は、シ
リコン基板なので、エッチング等によりレンズとして容
易に加工形成できる。

【００１５】また、請求項１ないし４のいずれかの赤外
線検出器において、前記赤外線レンズは、受光する赤外
線の波長を絞る赤外線コーティングが施されていること
が好ましい。

【００１６】この赤外線検出器では、赤外線レンズは、
受光する赤外線の波長を絞る赤外線コーティングが施さ
れているので、受光する赤外線の波長を適切に絞ること
ができる。

【００１７】また、請求項１ないし５のいずれかの赤外
線検出器において、前記赤外線レンズの熱を前記回路基
板に放熱するレンズ熱放熱手段をさらに備えたことが好
ましい。

【００１８】この赤外線検出器では、赤外線レンズの熱
を回路基板に放熱するので、赤外線レンズの温度を環境
温度に近づけることができ、外部の熱（誤差熱）による
放射赤外線の影響（干渉）を低減でき、これにより、誤
差要因をさらに少なくして、測定精度を向上できる。

【００１９】また、請求項６の赤外線検出器において、
前記レンズ熱放熱手段は、前記回路基板の前記赤外線レ
ンズとの接合部に施された金属メッキを有することが好
ましい。

【００２０】この赤外線検出器では、回路基板の赤外線
レンズとの接合部に施された金属メッキにより、赤外線
レンズの熱を回路基板に放熱することができ、これによ
り、赤外線レンズの温度を環境温度に近づけ、誤差熱に
よる影響（干渉）を低減でき、誤差要因をさらに少なく
して、測定精度を向上できる。

【００２１】また、請求項１ないし７のいずれかの赤外
線検出器において、前記半導体基板の熱を前記回路基板
に放熱する半導体基板熱放熱手段をさらに備えたことが
好ましい。

【００２２】この赤外線検出器では、半導体基板の熱を
回路基板に放熱するので、半導体基板の温度を環境温度
に近づけることができる。例えば熱電堆の冷接点の熱を
半導体基板本体に逃がして、半導体基板を冷接点のヒー
トシンク用に機能させている場合、半導体基板の熱をさ
らに回路基板に放熱することにより、全体としての熱容
量を大きくして、ヒートシンクとしての効率を高めら
れ、それにより、ひいては、測定精度を向上させること
ができる。

【００２３】また、請求項８の赤外線検出器において、
前記半導体基板熱放熱手段は、前記回路基板の前記半導
体基板との接合部に施された金属メッキを有することが
好ましい。

【００２４】この赤外線検出器では、回路基板の半導体
基板との接合部に施された金属メッキにより、半導体基
板の熱を回路基板に放熱することができ、これにより、
半導体基板の温度を環境温度に近づけ、全体としての熱
容量を大きくして、ヒートシンクとしての効率を高め、
測定精度を向上できる。

【００２５】また、請求項１ないし９のいずれかの赤外
線検出器において、前記半導体基板は、シリコン基板で
あることが好ましい。

【００２６】この測温計では、半導体基板は、シリコン
基板なので、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法
（化学蒸着法）等により薄膜形成も容易であり、また、
熱電堆の冷接点のヒートシンクとしての機能を合わせ持
つことができる。すなわち、半導体製造における一般的
な製法により熱電堆などを形成しやすく、このため、小
型化・低廉化に適している。

【００２７】また、請求項１ないし１０のいずれかの赤
外線検出器において、前記半導体基板は、電気的な接続
を行うための複数の接続用端子を前記回路基板との接合
面側に有し、前記回路基板は、前記半導体基板との接合
により前記複数の接続用端子の一部または全部と対応し
て電気的に接続される複数の接合用端子を有することが
好ましい。

【００２８】この赤外線検出器では、半導体基板は、電
気的な接続を行うための複数の接続用端子を回路基板と
の接合面側に有し、回路基板は、半導体基板との接合に
より複数の接続用端子の一部または全部と対応して電気
的に接続される複数の接合用端子を有する。このため、
半導体基板と回路基板とを接合することにより、対応す
る端子間を接続でき、従来のボンディングワイヤ（また
はリード線等）などの接続が不要となるので、さらにそ
の分だけ小型化・大量生産化に適し、接続のためのコス
ト分だけ、低廉化が可能になる。

【００２９】また、請求項１１の赤外線検出器におい
て、前記半導体基板の複数の接続用端子と、それらの対
応する前記回路基板の接合用端子とは、導電性の半田を
介して接合されることが好ましい。

【００３０】この赤外線検出器では、半導体基板の複数
の接続用端子と、それらの対応する回路基板の接合用端
子とは、導電性の半田を介して接合されるので、接合す
るだけで電気的に接続される。

【００３１】また、請求項１ないし１２のいずれかの赤
外線検出器において、前記熱電堆の基準温度を検出する
基準温度検出手段をさらに備えたことが好ましい。

【００３２】一般に、熱電堆（サーモパイル）では、赤
外線を受光する熱吸収体側の接点（温接点）と基準温度
側の接点（冷接点）との間に生じる熱吸収体の温度変化
に応じた起電力（出力電圧）を検出する。すなわち、そ
の出力電圧に基づいて、温接点冷接点間の温度差（接点
間温度差）を求めることが可能になる。この赤外線検出
器では、さらに熱電堆の基準温度を検出するので、その
基準温度と熱電堆の出力電圧に基づいて熱吸収体（ひい
ては熱源）の温度を決定可能となる。

【００３３】また、請求項１４の測温計は、請求項１な
いし１３のいずれかに記載の赤外線検出器と、前記赤外
線検出器の前記熱電堆からの出力電圧およびその基準温
度に基づいて、受光した前記赤外線を放射した熱源の温
度を決定する測温値決定手段と、を備えたことを特徴と
する。

【００３４】この測温計では、請求項１ないし１３のい
ずれかの赤外線検出器と、赤外線検出器の熱電堆からの
出力電圧およびその基準温度に基づいて、受光した赤外
線を放射した熱源の温度を決定する測温値決定手段とを
備えるので、赤外線を放射する熱源の温度を測定する測
温計、例えば体温を測定する体温計に適用できる。ま
た、小型化・低廉化を図りつつ、温度検出の精度を向上
できる赤外線検出器を利用するので、測温計としても、
小型化・低廉化を図りつつ、温度検出の精度を向上でき
る。

【００３５】また、請求項１４の測温計において、前記
熱源の温度が、人間の鼓膜温度であることが好ましい。

【００３６】この測温計では、熱源の温度が、人間の鼓
膜温度なので、耳式体温計に適用できる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
赤外線検出器および測温計を適用した耳式体温計につい
て、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

【００３８】図１および図２に示すように、この耳式体
温計１は、本体ケース１１と、検体（耳）を熱源Ｓとし
てその熱源Ｓからの赤外線を受光して熱源Ｓの温度（体
温：鼓膜温度）に応じた電気信号（電圧）を取り出す赤
外線受光検出部２と、各種電子部品（回路）等を搭載し
て接続する回路基板３と、赤外線受光検出部２の出力電
圧に基づいて回路基板３に搭載された各種の電子部品４
Ｃにより熱源Ｓの温度（測温値：検温値：測定（検出）
した体温の値）を決定する測温値決定部４と、測温（検
温）値その他の表示を行うためのＬＣＤ部５と、各部に
電力を供給する電源部６と、を備えている。

【００３９】電源部６は、図１に示すように、電源スイ
ッチＳＷ６と、電源となるボタン電池６１と、それを装
着して回路基板３の回路パターンに接続するための電池
端子金具６２と、電池交換時に開閉するための電池ボッ
クスカバー６３と、備えている。また、ＬＣＤ部５は、
各種表示を行うためのＬＣＤパネル５１と、それを装着
して回路基板３（の回路パターン）に接続するためのコ
ネクタ５２と、ＬＣＤパネル５１を指示するパネル枠５
３と、ＬＣＤパネル５１の表面を視認可能に保護する例
えばプラスチック製の透明カバー５４と、を備えてい
る。

【００４０】また、測温値決定部４は、測温スイッチＳ
Ｗ４と各種の電子部品４Ｃとを備えて構成される。温度
（体温）検出に直接関係するものとしては、図２に示す
ように、赤外線受光検出部２から出力される体温（鼓膜
温度）に応じた電圧信号を増幅するアンプ４１と、その
出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ４２と、その出
力値を数値処理して測温値を決定し、ＬＣＤ部５のＬＣ
Ｄパネル５１に表示させるＣＰＵ４４と、ＣＰＵ４４に
おける各種処理の作業エリアとなるＲＡＭ４３と、を備
えている。

【００４１】また、耳式体温計１では、赤外線受光検出
部２内に後述の基準点感温素子７３を備えていて、測温
値決定部４は、基準点感温素子７３の出力を増幅するア
ンプ７１と、その出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバー
タ７２と、をさらに備えている。論理的なブロックとし
ては、上記の基準点感温素子７３と、アンプ７１と、Ａ
／Ｄコンバータ７２と、により、基準温度検出部７が構
成される。ＣＰＵ４４は、基準温度検出部７によって検
出された温度を基準温度として入力し、それに基づいて
測温値を決定する。

【００４２】具体的には、まず、電源スイッチＳＷ６や
測温スイッチＳＷ４は、ＣＰＵ４４の入力ポートに接続
され、電源オフの初期状態では、ＣＰＵ４４はスタンバ
イ状態、他の回路は非通電状態となっている。この状態
で、ユーザにより電源スイッチＳＷ６が押されると、Ｃ
ＰＵ４４は、そのレベル変化を割り込み信号として検出
して活性状態となり、他の回路は通電状態となる。ＣＰ
Ｕ４４は、活性化すると、まず、ＬＣＤパネル５１に全
点灯表示（初期表示）を行い、続いて、各種フラグ等の
初期化処理など、測定の準備を行い、準備が終了する
と、「測定準備ＯＫ」の旨を示す表示を行う。

【００４３】次に、この測定（準備ＯＫの）状態で、ユ
ーザにより測温スイッチＳＷ４が押されると、ＣＰＵ４
４は、Ａ／Ｄコンバータ４２およびＡ／Ｄコンバータ７
２を活性化させ、赤外線受光検出部２からの出力電圧を
アンプ４１およびＡ／Ｄコンバータ４２を介してディジ
タル値として入力するとともに、基準点感温素子７３か
らの出力をアンプ７１およびＡ／Ｄコンバータ７２を介
して入力し、各アンプのオフセット電圧等により補正し
つつ、Ａ／Ｄコンバータ７２の出力から基準温度を求
め、それに基づいて、Ａ／Ｄコンバータ４２の出力から
測温値（体温：ここでは鼓膜温度）を算出する。

【００４４】測温値算出（測温値決定）が終了すると、
続いて、ビープ音等による報知とともに、その測温値を
測定結果としてＬＣＤパネル５１に表示し、Ａ／Ｄコン
バータ４２、７２を不活性化させる。この状態で、電源
スイッチＳＷ６を押すことにより、あるいはその後の一
定時間内に電源スイッチＳＷ６や測温スイッチＳＷ４の
操作がなければオートパワーオフにより、電源オフの初
期状態に戻す。

【００４５】赤外線受光検出部２は、図１に示すよう
に、その中核を成し、熱源Ｓの温度（体温：鼓膜温度）
に対応する赤外線を受光してそれに応じた電圧信号を出
力する熱電堆（サーモパイル）チップＳＰＣとその受光
部に赤外線を集光させるバイナリレンズＢＬとを有する
赤外線検出チップ２１（図５（ｂ）参照）と、サーモパ
イルチップＳＰＣを回路基板３に接続するボンディング
ワイヤ２６と、これらを保護する例えばプラスチック製
のカバー２２と、粉塵等の進入を防止する赤外線透過性
のフィルム２３と、それを支持するためのフィルム押さ
えオーリング２４と、検温時に耳穴に挿入するために赤
外線受光検出部２全体を覆うように取り付けられた赤外
線透過性のプローブキャップ２５と、を備えている。

【００４６】上記の耳式体温計１を使用する場合、ユー
ザは、まず、電源スイッチＳＷ６を押し、ＬＣＤパネル
５１が初期表示から「測定準備ＯＫ」の旨の表示に変わ
るのを確認する。続いて、プローブキャップ２５の部分
を耳穴に入れ、測温スイッチＳＷ４を押すと、測定が開
始され、その後、数秒後には、報知音とともに測温値が
ＬＣＤパネル５１に表示されるので、その値（体温）を
確認できる。そして、その後は、電源スイッチＳＷ６を
押すことにより、あるいは放置してオートパワーオフに
より、電源オフとすることができる。

【００４７】ところで、上述のように、赤外線受光検出
部２では、熱源Ｓの温度（体温：鼓膜温度）に対応する
赤外線をバイナリレンズＢＬにより集光し、サーモパイ
ルチップＳＰＣにおいて受光する。すなわち、いわゆる
赤外線センサを利用し、そのなかでも特にサーモパイル
型を利用している。赤外線センサとしては、前述のよう
に、焦電効果を利用する焦電型センサや抵抗変化を利用
するボロメータなどがあるが、耳式体温計１では、小型
化・低廉化を図るため、サーモパイル型を利用してい
る。

【００４８】これに対し、同じくサーモパイル型の赤外
線センサを利用した耳式体温計であっても、導波管（導
光路、導波路等）を利用して光を誘導するタイプがあ
る。例えば図３に示すように、このタイプの耳式体温計
１００では、支持金具２０７により導波管２０６を支持
し、プローブキャップ２５からの赤外線を導波管２０６
により赤外線検出チップ２１０に誘導する。なお、耳式
体温計１００では、測温スイッチＳＷ４が回路基板３に
リード線２０１により接続されていて、耳式体温計１で
は、直付けであるなど、他の部分にも相違があるが、本
質的な相違は、赤外線の誘導方法とその赤外線から温度
を検出する部分にあるので、以下では、それらについて
説明する。

【００４９】まず、上述の耳式体温計１００では、図
３、図４（ａ）および図５（ａ）に示すように、入光し
た赤外線を導波管２０６内に伝搬させ、赤外線検出チッ
プ２１０に誘導する。赤外線検出チップ２１０では、サ
ーモパイル型の赤外線センサ２０９と基準温度を検出す
るためのサーミスタ２１１とをパッケージ基材２１２上
に搭載し、パッケージケース２１３により全体を一体化
させ、赤外線を入光する窓には、可視光を遮断し赤外線
を透過するためのシリコン（Ｓｉ）等から成るフィルタ
（赤外線フィルタ）２０８が設けられている。

【００５０】一方、図１（本実施形態）の耳式体温計１
では、まず、図５（ｂ）に示すように、上記の赤外線セ
ンサ２０９に対応するサーモパイルチップＳＰＣの表面
に直接接触（接合）するようにバイナリレンズＢＬを設
けて、赤外線検出チップ２１として一体化している。バ
イナリレンズＢＬは、シリコン（またはゲルマニウム：
ＳｉまたはＧｅ）基板ＢＬａに対してエッチング等によ
り多段構成のバイナリエレメントＢＬｂ（誇張して図
示）を構成することにより、全体として赤外線を集光す
るバイナリレンズとして機能させたレンズ（用）基板で
あり、サーモパイルチップＳＰＣの表面に直接接合して
いる。また、その組成から、上記の赤外線フィルタ２０
８と同様に、可視光を遮断し赤外線を透過する赤外線フ
ィルタとしての機能も兼ね備えているが、さらに近赤外
線等を遮断するなど波長領域を絞るために、硫化亜鉛
（ＺｎＳ）やゲルマニュウム（Ｇｅ）の多層膜による赤
外線コーティングＢＬｃを施している。

【００５１】図４（ａ）に示すように（耳式体温計１０
０のように）、導波管２０６を利用して赤外線を誘導す
る場合、赤外線フィルタ２０８の窓の面（検出面）から
見た視野角はほぼ１８０°あり、導波管２０６外からの
（赤外線等の）光も入射（入光）され、また、外部の熱
（誤差熱）Ｓｄによって内部に放射される赤外線等の干
渉を受け、さらにはこれらにより内部で乱反射した光も
誘導されて検出面に入射されるので、測定誤差が大きく
なる。これに対し、原理的に同図（ｂ）に示すように
（耳式体温計１のように）、バイナリレンズＢＬにより
集光することにより、入射角を限定（制限）することが
でき、これにより誤差要因を少なくして、測定精度を向
上できる。

【００５２】また、サーモパイル型の赤外線センサを備
えた測温計（または赤外線検出素子）では、原理的に、
赤外線を受光する熱吸収体（いわゆる黒体）側の接点
（温接点）と基準温度側の接点（冷接点）との間で、黒
体の温度変化に応じて生じる起電力（出力電圧）を検出
し、その出力電圧に基づいて、温接点冷接点間の温度差
（接点間温度差）を求めるとともに、それとは別に他の
温度検出手段（感温素子等）により基準温度を測定し
て、その基準温度と上記の接点間温度差から熱源Ｓの温
度（測温値：体温計等では体温）を決定する。このた
め、測定（検出）した基準温度と冷接点の温度との間に
温度差があると、それも誤差要因となり、測定精度に影
響する。

【００５３】この点について、図５（ａ）で前述のよう
に、耳式体温計１００の赤外線検出チップ２１０では、
基準温度を検出するためのサーミスタ２１１をパッケー
ジ基材２１２上に搭載している。このため、パッケージ
外（チップ外）にサーミスタ等を設けるのに比べれば精
度が高くはなるものの、依然として、サーミスタ２１１
により測定する基準温度の測定点と赤外線センサ２０９
（の冷接点）との距離が大きく、本来測定すべき冷接点
の温度を正確な基準温度として測定することは困難にな
っている。

【００５４】また、図４（ｂ）では原理を説明するため
に、バイナリレンズＢＬを、サーモパイルチップＳＰＣ
と離して図示したので、同図（ａ）の導波管２０６をレ
ンズに置き換えただけの関係に見えるが、導波管２０６
をレンズに置き換えただけでは、そのレンズと赤外線セ
ンサ２０９（の冷接点）との距離が離れてしまい、レン
ズ自体の温度と赤外線センサ２０９（の冷接点）との間
で温度差が生じ、基準点の温度環境と異なる温度環境の
レンズを介した測定となるために、これも誤差要因とな
り、測定精度に影響する。

【００５５】これらの点について、耳式体温計１では、
まず、図５（ｂ）で前述のように、サーモパイルチップ
ＳＰＣの表面に直接接触（接合）するようにバイナリレ
ンズＢＬを設けて、赤外線検出チップ２１として一体化
している。また、同図に示すように、このバイナリレン
ズＢＬとサーモパイルチップＳＰＣの接合部の近傍で、
かつ、冷接点（原理上の基準点：原理的基準点）近傍
に、図２で前述の基準点感温素子７３としてＰＮダイオ
ードＰＮＤを形成している（図８参照）。

【００５６】すなわち、基準温度の測定点を、冷接点
（原理的基準点）近傍に配置することにより、基準温度
と冷接点温度との間の温度差による測定誤差を減少さ
せ、バイナリレンズＢＬを一体化してその接合点近傍に
基準温度の測定点を配置することにより、基準温度の測
定点とレンズ温度との温度差による測定誤差を減少させ
ることができる。また、半導体製造工程にて一体形成し
やすいＰＮダイオードＰＮＤを基準点感温素子７３とす
ることで、小型化を推進させ、それによりさらに冷接点
やレンズ等との間の距離を短縮でき、一体形成により大
量生産等が可能になって、低価格化（低廉化）し易くな
る。

【００５７】以下、上述の構成について、さらに詳述す
る。まず、図５（ａ）で上述の耳式体温計１００の赤外
線センサ２０９等では、図６に示すように、下面（裏
面）中央をエッチング等により中空化（点線部分）した
（薄膜のみの部分の：メンブレン構造の）シリコン基板
８０の上面（表面、主面）に、金（金黒：ゴールドブラ
ック）をスパッタ蒸着等することにより熱吸収体（金の
黒体）８１を形成する。この場合、黒体８１が吸収した
熱の周囲への逃げを防いで温度上昇を高めるために、黒
体８１は、熱伝導の悪い酸化膜（ＳｉＯ₂：以下適宜
「ＳｉＯ２」や「ＳｉＯ」と説明および図示する。）９
４、９６、窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄：以下適宜「ＳｉＮ」と略
して説明および図示する。）９７などで構成される数ミ
クロン厚の薄膜層上に形成する（図８参照）。

【００５８】また、高感度の熱電対８２の温接点８３を
黒体８１の近隣に（上記の薄膜層等を介して近接するよ
うに）設け、冷接点８４をメンブレン構造外のシリコン
基材８０の基材部分が残っている周辺部に設ける。この
場合のシリコン基材８０は、冷接点８４のヒートシンク
としての機能を合わせ持つことになる。この状態で、熱
電対８２では、温接点８３と冷接点８４との間に黒体８
１の温度上昇に応じた起電力（起電圧）を生じる。ただ
し、単一の熱電対８２では起電圧が十分とは言えないの
で、これを複数直列接続して（例えば図１２参照）、両
端を端子（例えば＋端子）８６および端子（例えば−端
子）８７とし、両端子８６、８７間の電圧を出力電圧と
する熱電堆８５を構成する。

【００５９】図６で上述の構成までは、耳式体温計１０
０の赤外線センサ２０９ばかりでなく、耳式体温計１の
サーモパイルチップＳＰＣでも、図７に示すように、同
様の構成（黒体８１や熱電堆８５等）を備えている。な
お、熱電対８２を構成する導電体の組合せとしては、ア
ルミ（Ａｌ）に対して、（リンドープされた）ポリシリ
コン（図示および説明では後述のＰＮ接合の「Ｐ−」と
区別するため「Ｓｉ−Ｐ」とする）、モリブデンシリサ
イト、窒化チタン、タングステンシリサイト等が考えら
れるが、以下では、主にポリシリコンとして説明する。

【００６０】そして、上記の構成に加え、サーモパイル
チップＳＰＣでは、図７、図８および図９に示すよう
に、冷接点（原理上の基準点：原理的基準点）の近傍
（ほぼ直下）に、図２で前述の基準点感温素子７３とし
てＰＮダイオードＰＮＤを形成している。なお、図８に
示すように、アクセプタ不純物のドープ量が多い「Ｐ
＋」の領域（以下「Ｐ＋領域」）ＤＰ１（またはＤＰ
２）や、ドナー不純物のドープ量が多い「Ｎ＋」の領域
（以下「Ｎ＋領域」）ＤＮ１（またはＤＮ２）は、実際
には熱電対８２を構成するアルミ（Ａｌ）９１やポリシ
リコン（Ｓｉ−Ｐ）９２より下層に形成されるが、図７
や図９では見やすさを重視して表面に図示している。ま
た、図８のＮ＋領域ＤＮ１（またはＤＮ２）に点線で図
示の部分９３がダイオードとしてのＰＮ接合領域とな
る。

【００６１】また、サーモパイルチップＳＰＣでは、図
７および図９に示すように、基準点感温素子７３のＰＮ
ダイオードＰＮＤとして、実際には２つのダイオード
（図１０で後述のダイオードＤ１およびＤ２）が形成さ
れている。具体的には、共通のアノード端子ＤＡに接続
されて一方に延びるＰ＋領域ＤＰ１および他方に延びる
Ｐ＋領域ＤＰ２のそれぞれに対応して、カソード端子Ｄ
Ｋ１に接続されたＮ＋領域ＤＮ１およびカソード端子Ｄ
Ｋ２に接続されたＮ＋領域ＤＮ２が形成されている。

【００６２】従来、例えば図６で前述の赤外線センサ２
０９等では、まず、シリコン基板８０の表面（主面）に
（例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法（化
学蒸着法）等により）酸化膜（ＳｉＯ２）９４等の薄膜
層を形成することから半導体製造工程が開始されるが、
サーモパイルチップＳＰＣでは、その前に、まず、図８
に示す酸化膜（ＳｉＯ２：例えばフィールド酸化膜）９
５をパターニングして形成し、Ｐ＋領域ＤＰ１（および
ＤＰ２）やＮ＋領域ＤＮ１（およびＤＮ２）をドープに
より形成し（これにより相対的にＰ−基板８０とな
る）、その後、改めて酸化膜（ＳｉＯ２）９４等の種々
の金属・半導体の層をパターニングして形成する。

【００６３】すなわち、その後は、従来と同様に、図８
に示す各層を形成するように、薄膜形成、熱電対形成、
電極形成、黒体（金黒）形成の各工程を行い、裏面から
シリコン基板８０をパターニングに従って酸化膜（Ｓｉ
Ｏ２）９４までエッチングしてメンブレン構造とし、ハ
ンドリング上の必要性に応じてスクウェイブ・ブレー
ク、単体検査（チップ検査）、アッセンブリ等（並行し
て製造したバイナリレンズＢＬの接合を含む）を行う。
なお、図７〜図９で上述の例では、Ｐ＋領域を内側、Ｎ
＋領域を外側に配置・形成したが、逆にすることもでき
る。これらは、ダイオードとしての温度特性やチップと
しての歩留まり、あるいは扱い安さ（ハンドリング：各
端子を一カ所に集めた方が便利か否かなど）等を考慮し
て適宜選択すれば良い。

【００６４】上述のダイオード素子は、図２で前述の基
準点感温素子７３を構成するので、次に、その出力を入
力するアンプ７１の構成例について説明する。

【００６５】本例のアンプ７１では、図１０に示すよう
に、まず、図９等で上述のアノード端子ＤＡとカソード
端子ＤＫ１との間に形成したダイオードをダイオードＤ
１、アノード端子ＤＡとカソード端子ＤＫ２との間に形
成したダイオードをダイオードＤ２とし、トランジスタ
Ｊ１と抵抗Ｒ１（例えば５０ｋΩ）から成る順方向電流
ＩＦ１を流すための電流源と、トランジスタＪ２と抵抗
Ｒ２（例えば１００ｋΩ）から成る順方向電流ＩＦ２を
流すための電流源に、それぞれ接続することにより、ダ
イオードＤ１の内部抵抗に比例した順方向電圧（アノー
ド端子ＤＡとカソード端子ＤＫ１との間の電位差）ＶＦ
１と、ダイオードＤ２の内部抵抗に比例した順方向電圧
（アノード端子ＤＡとカソード端子ＤＫ２との間の電位
差）ＶＦ２を取り出す。

【００６６】また、順方向電圧ＶＦ１はオペアンプ（以
下単に「アンプ」）Ｕ６を介して（アンプＵ６により増
幅して）、順方向電圧ＶＦ２はアンプＵ７を介して（ア
ンプＵ７により増幅して）、差動アンプＵ８に入力する
ことにより、それらの電圧差Ｖｏｕｔ（以下「ΔＶＦ」
（デルタＶＦ）という。ただし、ΔＶＦ＝ＶＦ１−ＶＦ
２）を求める。この電圧差ΔＶＦがアンプ７１の出力と
なり、図２で前述のように、Ａ／Ｄコンバータ７２を介
して、ディジタル値としてＣＰＵ４４の入力となる。

【００６７】半導体素子は一般に、熱（温度）や光など
に対して所定の特性を有し、ダイオードの場合も、所定
の温度特性を有する。ダイオードの場合の順方向電流Ｉ
Ｆおよび順方向電圧ＶＦの原理的な式（理論式）は、図
１１（ａ）の（１）式および（２）式のようになる。こ
のため、原理的には、図１０で上述の２組（ダイオード
Ｄ１＋トランジスタＪ１＋抵抗Ｒ１の１組、ダイオード
Ｄ２＋トランジスタＪ２＋抵抗Ｒ２の１組、の計２組）
の一方の１組のみでも、基準温度を検出できる。すなわ
ち、上述の式に従って、あるいは上述の式の温度と電圧
との関係を測定値等から求めてテーブル化して記憶して
おいてそれを参照することにより、ＣＰＵ４４では、検
出した順方向電圧ＶＦ（のディジタル値）に基づいて、
基準温度を求める（決定する）ことができる。

【００６８】これに対し、耳式体温計１のサーモパイル
チップＳＰＣでは、上述のように、２つのダイオードＤ
１、Ｄ２を使用（形成）している。また、この場合、順
方向電流ＩＦ１と順方向電流ＩＦ２とを相異なる値にし
ている。すなわち、同一構成のトランジスタＪ１、Ｊ２
に対してそれぞれ接続する抵抗Ｒ１（例えば５０ｋ
Ω）、Ｒ２（例えば１００ｋΩ）を異なる抵抗値とする
ことにより、一方の電流源（トランジスタＪ１＋抵抗Ｒ
１）による順方向電流ＩＦ１と、他方の電流源（トラン
ジスタＪ２＋抵抗Ｒ２）による順方向電流ＩＦ２とを、
互いに異なる値としている。

【００６９】そして、この場合、順方向電流ＩＦ１によ
る順方向電圧ＶＦ１と、順方向電流ＩＦ２による順方向
電圧ＶＦ２との電圧差ΔＶＦ＝ＶＦ１−ＶＦ２の理論式
は、図１１（ｂ）の（３）式のようになる。ここで、同
一チップ内（同一半導体基板：同一シリコン基板８０）
に同様に形成した２つのダイオードＤ１、Ｄ２では、ダ
イオードとしてほぼ同一の特性等を得られるので、例え
ばダイオードＤ１の逆方向飽和電流ＩＳ１とダイオード
Ｄ２の逆方向飽和電流ＩＳ２とは同一となり、この場
合、電圧差ΔＶＦの温度特性（ΔＶｆ）の理論式は、同
図の（４）式のようになる。すなわち、形成したダイオ
ードの逆方向飽和電流等のダイオード特性がたとえ理論
値（設計値）と異なる値を示すものであっても、理論値
とのズレを相殺できる。

【００７０】そして、これらの場合も、上述の式に従っ
て、あるいは電圧差と温度との関係を示すテーブル等を
参照することにより、ＣＰＵ４４では、検出した電圧差
ΔＶＦ（のディジタル値）に基づいて、基準温度を求め
る（決定する）ことができる。なお、上述の例では、２
つのダイオードＤ１、Ｄ２の順方向電流ＩＦ１、ＩＦ２
を、意識的に異なる値として、それらの差分により基準
温度を求めたが、抵抗Ｒ１、Ｒ２も含めて同一の回路構
成としておき、検出された順方向電圧ＶＦ１と順方向電
圧ＶＦ２の平均値等を検出値として、基準温度を求める
ようにしても良い。この場合も、ダイオードの形成位置
の違い等による特性差や環境差、あるいは理論値（設計
値）とのズレなどを相殺し得る。

【００７１】すなわち、耳式体温計１のサーモパイルチ
ップＳＰＣでは、基準点感温素子７３として、２つのダ
イオードＤ１、Ｄ２を形成（使用）しているので、上述
の逆方向飽和電流等のチップ毎に異なるダイオードの特
性差（特性の違い）による測定誤差、あるいはそのほか
にも、雑音や電位変動その他の測定環境の変動要素など
による測定誤差を相殺でき、測定精度を向上できる。な
お、上述の例では、ダイオード（感温素子）を２つとし
たが、さらに数を増やして精度を向上させることもでき
る。

【００７２】上述のように、耳式体温計１のサーモパイ
ルチップ（赤外線検出素子）ＳＰＣでは、シリコン基板
（半導体基板）８０と、その主面上に形成され、赤外線
を受光する黒体（熱吸収体）８１の温度に基づいて電圧
を発生する熱電堆８５と、熱電堆８５の基準温度を検出
する基準温度検出部（基準温度検出手段）７と、を備え
ているので、いわゆるサーモパイル型の赤外線センサの
機能を有し、また、半導体製造の工程（プロセス）を利
用して小型化・低廉化が図れる。

【００７３】そして、この場合、基準温度感温素子（基
準温度検出手段の感温部）７３は、熱電堆８５を形成し
た半導体構造内に一体形成されているので、熱電堆８５
との距離を短縮でき、これにより、熱電堆８５の基準温
度検出の測定誤差を小さくして測定精度を向上できると
ともに、全体としてさらに小型化が図れ、大量生産等に
適しているので、さらに低廉化が図れる。また、基準温
度感温素子（感温部）７３は、ダイオードＤ１、Ｄ２と
して機能するように構成されているので、ダイオードと
しての温度特性に基づいて基準温度を検出でき、また、
ダイオードなので、半導体構造内に容易に一体形成で
き、小型化・低廉化に適している。

【００７４】また、半導体基板はシリコン基板８０なの
で、ＣＶＤ法等の半導体製造における一般的な製法によ
り薄膜形成やエッチング等が容易なことから、熱電堆８
５や感温部となる半導体素子（感温素子：例えばダイオ
ード）を一体形成し易く、小型化・低廉化に適し、基準
温度の測定点を熱電堆の冷接点近くに配置しやすい。ま
た、熱電堆８５の冷接点８４のヒートシンクとしての機
能を合わせ持つことができる。また、具体的に、基準温
度検出の原理的基準点である冷接点の直下（近傍）にダ
イオードＤ１、Ｄ２（基準温度感温素子（感温部）７
３）が配置されているので、測定点と基準点との距離や
環境差に基づく測定誤差が小さく、さらに高精度の測定
精度が可能な赤外線検出素子となっている。

【００７５】また、基準温度感温素子（感温部）７３と
して、複数（例では２つ）のダイオードＤ１、Ｄ２（半
導体素子）を形成し、それらの出力に基づいて、平均値
を求めたり、差分を求めたりすることができるので、形
成する配置位置の違い等による環境差、あるいはそれら
の特性差、理論値（設計値）とのズレ、雑音その他の測
定環境の変動など、測定誤差の誤差要因を相殺可能とな
り、これにより、測定精度を向上できる。

【００７６】なお、感温部として複数の半導体素子を有
することのみによる利点は、例えば図５（ａ）で前述の
耳式体温計１００の赤外線検出チップ２１０において、
基準温度を検出するためのサーミスタ２１１をパッケー
ジ基材２１２上に複数（例えば２個）搭載することによ
っても得られる。すなわち、同一温度における同一の入
力値に対する出力値が、設計値として互いに同一の複数
（２個）の半導体素子を設置した場合、同一の入力を印
加しておくことにより、原理的には、同一の測定環境
（温度環境等）であれば、同一の出力が得られる。逆に
言えば、同一の入力値に対して異なる出力値となった場
合、その相違は、設置位置等による測定環境（温度環境
等）の相違、あるいは実際の物としての特性差（設計値
とのズレ等）、あるいは同一にしているはずの入力値が
実際には異なっているなどの設計値とのズレ等に起因す
るものと考えられる。

【００７７】そして、これらの場合、例えば測定点から
等距離に２つの半導体素子（サーミスタやダイオード
等）を設置しておいて同一の入力値に対する出力を検出
して平均すれば、上述の各種の誤差要因を相殺し得る。
ただし、同様の方法（複数の平均を利用する方法）を採
用するにしても、上述した耳式体温計１の赤外線検出チ
ップ２１では、同一のシリコン基板８０に（すなわち同
一特性を得やすい環境の下に）複数（２つ）のダイオー
ドＤ１、Ｄ２を形成しているので、一体化との相乗作用
により測定誤差の誤差要因を相殺し易い。

【００７８】また、前述のように、同一の温度変化に対
する出力の変化値が互いに異なる値となる２つの半導体
素子（サーミスタやダイオード等）を用いて、それらの
出力の差分に基づいて、温度検出をすることもできる。
この場合、雑音や電位変動その他の測定環境の変動要素
は、２つの半導体素子の出力に同様に影響することが多
いので、一つではそれらが測定誤差として大きく影響し
ても、差分を求めることにより、それらの影響を相殺し
得る。したがって、これにより、測定精度を向上でき
る。

【００７９】この場合、上述の耳式体温計１の赤外線検
出チップ２１の複数（２つ）のダイオードＤ１、Ｄ２の
ように、同一の温度変化に対する出力の変化値がそのと
きの入力値に対応して変化する半導体素子を用いた場
合、これらに対して異なる値の入力（例えば前述の異な
る値の順方向電流の印加等）をすることにより、その入
力値の違いにより、同一の温度変化に対する出力の変化
値が互いに異なる値となる２つの半導体素子となる。こ
のため、これらの出力の差分（例えば前述の順方向電圧
の差ΔＶＦ等）に基づいて、温度検出ができ、また、雑
音や電位変動その他の測定環境の変動要素などによる測
定誤差を相殺でき、これにより、測定精度を向上でき
る。

【００８０】そして、この場合、上述の複数（２つ）の
ダイオードＤ１、Ｄ２のように、２つの半導体素子を、
同一温度における同一の入力値に対する出力値が、設計
値として互いに同一の半導体素子とすることにより、上
述の各種の誤差要因の影響も同一に成りやすく、測定誤
差を相殺しやすい。また、同様の方法（複数の差分を利
用する方法）を採用するにしても、上述の赤外線検出チ
ップ２１では、同一のシリコン基板８０に（すなわち同
一特性を得やすい環境の下に）複数（２つ）のダイオー
ドＤ１、Ｄ２を形成しているので、一体化との相乗作用
により測定誤差の誤差要因を相殺し易い。また、複数
（２つ）でも同様に（例えば同一工程で）形成できるの
で、大量生産・低廉化に適している。なお、差分を求め
る測定方法と平均を求める測定方法とを切り換えて使用
することも可能になる。

【００８１】また、上述の赤外線検出チップ２１では、
バイナリレンズＢＬとサーモパイルチップＳＰＣとを接
合して一体化しているため、導波管（導光管）等を使用
する場合に比べて、外部の熱（誤差熱）による放射赤外
線の影響（干渉）を低減でき、熱吸収体で受光する赤外
線の入射角を制限でき、これにより、誤差要因を少なく
して、測定精度を向上できる。また、一体化により基準
温度（測定点の温度）とレンズ温度との温度差による測
定誤差をも減少でき、また、この場合のダイオードＤ
１、Ｄ２の形成（配置）位置は、図５（ｂ）でも前述の
ように、冷接点（原理的基準点）８３の近傍であるとと
もに、バイナリレンズＢＬとサーモパイルチップＳＰＣ
の接合部の近傍でもあるため、基準温度を検出すると同
時にレンズ温度をも把握でき、レンズ特性（集光特性）
等の温度補正等も可能になるので、さらに測定精度を向
上できる。

【００８２】そして、耳式体温計１（測温計）では、熱
源の温度が人間の鼓膜温度であり、赤外線検出部２に上
述のサーモパイルチップＳＰＣを含む赤外線検出チップ
（赤外線検出素子）２１を備え、ダイオードＤ１、Ｄ２
（感温部）の順方向電圧ＶＦ１、ＶＦ２の電圧差ΔＶＦ
から基準温度を求め、熱電堆８５の出力電圧と基準温度
に基づいて、熱源Ｓの温度（体温：人間の鼓膜温度）を
決定する測温値決定部（測温値決定手段）４をさらに備
えるので、体温を測定する体温計として機能する。ま
た、小型化・低廉化を図りつつ、温度検出の精度を向上
できる赤外線検出チップ（赤外線検出素子）２１を利用
するので、測温計としても、小型化・低廉化を図りつつ
温度検出の精度を向上できる。

【００８３】ところで、サーモパイル型の赤外線センサ
では、一般に、例えば上記の基準温度に対して５００度
程度高い温度を検出・測定する場合でも、黒体の温度上
昇が１度以下とわずかであり、このことから、氷点下か
ら１０００°Ｃ以上まで測っても、センサとしての劣化
が少ないという利点があり、安定した測定が可能であ
る。しかし、その反面、わずかな温度変化を迅速に検出
するためには、応答性（感度）を高める必要がある。特
に本実施形態のように、体温計等に使用する場合、実用
上（例えば乳児や幼児の体温を身動きを我慢できる時間
内に測定するなど）、迅速に測定する必要があり、それ
に対応できる感度が必要である。また、この感度を得る
ために、一つ一つの熱電対（サーモカップル）を長くし
たり、熱電堆（サーモパイル）としての直列接続の数を
増加させるのでは、全体が大きくかつ高価になってしま
い、小型化・低廉化を図れるという利点が薄れてしま
う。

【００８４】そこで、耳式体温計１では、サーモパイル
型を適用して小型化・低廉化を図りつつ、温度測定の感
度を高める工夫を施している。以下、その点について説
明する。

【００８５】まず、原理的に、サーモパイル型の赤外線
センサにおいて、感度を高めるためには、熱電堆（サー
モパイル）を構成する温接点の部分の温度を少しでも高
く、冷接点の部分の温度をできるだけ環境温度（室温
等）に近づけて、両接点間の温度差を確保し、各熱電対
の起電力（起電圧：両接点間電位差：出力電圧）を大き
くすることである。そして、このためには、熱吸収体に
よる赤外線の吸収を増加させ、それによる熱の冷接点側
への伝導を減らす必要がある。

【００８６】耳式体温計１のサーモパイルチップＳＰＣ
（赤外線検出素子）にも適用可能な熱電堆８５として
は、例えば図１２に示す構成が考えられる。同図（およ
び図８参照）に示すように、この熱電堆８５の各熱電対
８２は、２種の導電体としてアルミ（Ａｌ）９１および
ポリシリコン（Ｓｉ−Ｐ）９２を有して構成され、黒体
８１に近い側（薄膜層のみのメンブレン構造の部分の上
面）に温接点８３、遠い側（ヒートシンクとなるシリコ
ン基板８０の周辺部の上面）に冷接点８４が設けられて
いる。

【００８７】ここで、上記の構成を特性上から分割し、
温接点８３の部分や黒体（熱吸収体）８１を支持する温
接点支持領域と、冷接点８４の部分を支持する冷接点支
持領域と、それらを連結する導電体９１、９２を支持す
る中間支持領域と、に分けて考える。この場合、前述の
ように、サーモパイルチップＳＰＣの基板は、主面側が
温接点支持領域および中間支持領域となる板厚が薄い薄
板部と、主面側が冷接点支持領域となる板厚が厚い厚板
部と、薄板部と厚板部との板厚の差によって形成される
中空部（保温部：メンブレン構造の下部）ＫＷと、を有
する（図５、図７、図８等参照）。

【００８８】この場合、中空部ＫＷは、何らかの熱伝導
媒体がある場合に比べて熱の伝導を低減するので、いわ
ゆる保温作用があり、これにより、温接点支持領域にあ
る黒体８１や温接点８３、および熱電対の導電体９１、
９２からの熱伝導を低減させ、温接点冷接点間の温度差
を確保して、各熱電対８２の起電力（起電圧）を大きく
し、温度測定の感度（測定感度）を高めることができ
る。前述のように、熱伝導率の高いシリコン（Ｓｉ）層
から成る第１基板層８０の上に熱伝導率の低い酸化膜
（ＳｉＯ）９４、９７や窒化膜（ＳｉＮ）９７等から成
る第２基板層を形成（元の半導体基板となる）した後、
裏面側から一般的な半導体製造工程であるエッチング工
程において、中空部ＫＷを容易に形成できる。

【００８９】すなわち、シリコン基板（第１基板層）８
０の上に各種薄膜層（第２基板層）を形成することで元
の半導体基板を形成でき、その一つの（元の）半導体基
板に対して、中空部ＫＷに相当する部分をエッチングに
より第２基板層に至るまで裏面側から削除することで、
中空部ＫＷを形成できるので、半導体製造工程にて容易
に形成できるとともに、温接点支持領域および中間支持
領域となる薄板部は、熱伝導率の低い各種薄膜層（第２
基板層）のみとなるので、保温に適し、冷接点支持領域
となる厚板部には熱伝導率の高いシリコン基板（第１基
板層）８０があるので、ヒートシンク機能を有して、冷
接点８４を環境温度（室温等）に近づけて、温接点冷接
点間の温度差を確保し、各熱電対８２の起電力を大きく
するのに適している。

【００９０】なお、一般に、良い熱電材料は、抵抗率が
小さく、かつ、熱伝導率が小さいことが必要であり、こ
の意味で、抵抗率が小さくても熱伝導率が大きく成りや
すい金属より、抵抗率を小さく熱伝導率も小さい材料を
得やすい半導体が多く用いられている。言い換えれば、
単位温度差当たりの熱起電力を示す絶対熱起電能（いわ
ゆるゼーベック係数）が普通の金属より桁違いに大きい
半導体材料も得られる。このため、上述の熱電堆８５に
おける一方の導電体であるポリシリコン（Ｓｉ−Ｐ）
は、いわゆる５族元素のＰ（リン）をドナー不純物とし
てドープしたものであり、いわゆるｎ形半導体である
が、より抵抗率や熱伝導率が小さい半導体材料にも変更
できる。

【００９１】また、例えばいわゆる３族元素等のアクセ
プタ不純物をドープしたｐ形半導体を導電体として使用
することもできる。また、上述の例では、他方の導電体
は金属のアルミ（Ａｌ）としたが、熱電対の一対の導電
体として、ｐ形半導体とｎ形半導体の組合せを用いても
良い。この場合、ｐ形半導体とｎ形半導体のゼーベック
係数は反対の極性なので、ｐ形半導体とｎ形半導体とを
交互に直列接続した熱電堆とすることもできるし、それ
らの接続部（温接点や冷接点を担当する部分）にのみ、
さらに抵抗率の小さい金属を用いることもできる。

【００９２】なお、一般に、いわゆるケルビンの関係式
やカルノーサイクルの効率式等に基づいて、熱電堆（ま
たは熱電発電器）としての効率（あるいはそれらの使用
する各種材質の性能係数、ペルチェ係数やトムソン係数
等）を考慮すれば、高い効率（あるいは感度）に到達で
きる。また、一方または双方の導電体として金属を使用
する場合でも、温接点冷接点間（すなわち中間支持領域
上）のみ熱伝導率の小さい金属や半導体により中継する
（中間導体として使用する）ことにより測定感度を向上
することもできる。

【００９３】ところで、上述の実施形態の耳式体温計１
では、図５（ｂ）で前述のように、サーモパイルチップ
ＳＰＣの表面に直接接触（接合）するようにバイナリレ
ンズＢＬを設けて、赤外線検出チップ２１として一体化
し、このバイナリレンズＢＬとサーモパイルチップＳＰ
Ｃの接合部の近傍で、かつ、冷接点（原理的基準点）近
傍にするため、具体的には、図２で前述の基準点感温素
子７３としてＰＮダイオードＰＮＤ（ダイオードＤ１、
Ｄ２）を冷接点８４のほぼ直下に形成した（図８参
照）。

【００９４】しかし、バイナリレンズＢＬとサーモパイ
ルチップＳＰＣの接合部の近傍で、かつ、冷接点（原理
的基準点）近傍の条件を満たす位置であれば、ＰＮダイ
オードＰＮＤ（ダイオードＤ１、Ｄ２）を別の位置に形
成しても良いし、また、バイナリレンズＢＬやサーモパ
イルチップＳＰＣとしても、別の構成が考えられる。以
下、これらの変形例について、説明する。

【００９５】まず、ＰＮダイオードＰＮＤ（ダイオード
Ｄ１、Ｄ２）を、図５（ｂ）で前述のバイナリレンズＢ
Ｌ側に形成することもできる。また、そのバイナリレン
ズＢＬを、図１３に示すように、例えばバイナリレンズ
チップＢＬＣとダイオードチップＤＤＣに分割形成して
も良い。もちろん、ＰＮダイオードＰＮＤ（ダイオード
Ｄ１、Ｄ２）を形成しなくても、バイナリレンズＢＬを
複数に分割して形成できるが、以下では、効率的に説明
するため、上記の双方を採用し、バイナリレンズＢＬ
を、バイナリレンズチップＢＬＣとダイオードチップＤ
ＤＣに分割形成し、かつ、ＰＮダイオードＰＮＤ（ダイ
オードＤ１、Ｄ２）を、ダイオードチップＤＤＣに形成
する場合について説明する。

【００９６】本例では、図１３（ａ）および図１４に示
すように、赤外線チップ１２は、バイナリレンズチップ
ＢＬＣ（ただし、図１３（ａ）では図５（ｂ）と同様に
バイナリエレメントＢＬｂを誇張して図示）と、ダイオ
ードチップＤＤＣと、サーモパイルチップＳＰＣ（ただ
し、ＰＮダイオードＰＮＤはダイオードチップＤＤＣ側
に形成するため除く）と、を備え、それらを接合して一
体化している。これらは全て、前述と同様に、所定のシ
リコン（またはゲルマニュウム）基板に対して、エッチ
ング等により形成した後に接合する。また、接合後に
は、ボンディングワイヤ２６を片側（図示左側）からの
み引き出して、回路基板３に接続する。

【００９７】まず、バイナリレンズＢＬ（バイナリレン
ズチップＢＬＣ＋ダイオードチップＤＤＣ）は、図５
（ｂ）で前述のバイナリレンズＢＬと同様に、エッチン
グ（所定の半導体製造工程）により加工形成でき、組成
を工夫することにより、可視光を遮断する赤外線フィル
タとしての機能を兼備させることが可能であるが、さら
に波長領域を絞るための赤外線コーティングを施してい
る。これらの場合、バイナリレンズは、多段構成のバイ
ナリエレメントＢＬｂを構成することにより形成できる
ので、通常の曲面から成るレンズ等に比べて、レンズと
しての同一の集光精度を確保するための成形が容易であ
り、これにより、低廉化が図れる。

【００９８】また、本例では、ダイオードチップＤＤＣ
の下部（サーモパイルチップＳＰＣとの接合部）には、
図１３（ｂ）および図１４（ｂ）に示すように、図２で
前述の基準点感温素子７３のＰＮダイオードＰＮＤとし
て、２つのダイオード（図１０のダイオードＤ１および
Ｄ２）が形成されている。

【００９９】具体的には、まず、カソード端子ＤＫＴ１
に接続されたダイオードカソードパターンＤＫＰ１、そ
れに対応するＮ＋領域ＤＮ１、カソード端子ＤＫＴ２に
接続されたダイオードカソードパターンＤＫＰ２、それ
に対応するＮ＋領域ＤＮ２、共通のアノード端子ＤＡＴ
に接続されて２方向のうちの一方に延びるダイオードア
ノードパターンＤＡＰ１、それに対応するＰ＋領域ＤＰ
１、上記アノード端子ＤＡＴに接続されて２方向のうち
の他方に延びるダイオードアノードパターンＤＡＰ２、
それに対応するＰ＋領域ＤＰ２が形成されている。

【０１００】この場合、まず、ダイオードチップＤＤＣ
のシリコン基板１８０の表面（図示の下面側）に酸化膜
（ＳｉＯ）１０５をパターニングして形成し、Ｐ＋領域
ＤＰ１（およびＤＰ２）やＮ＋領域ＤＮ１（およびＤＮ
２）をドープにより形成し、その後、改めて酸化膜（Ｓ
ｉＯ）１０６や窒化膜（ＳｉＮ）１０７などの薄膜層
（半導体層）、あるいはアルミ（Ａｌ）から成るダイオ
ードアノードパターンＤＡＰ１（およびＤＡＰ２）やダ
イオードカソードパターンＤＫＰ１（およびＤＫＰ２）
などの金属層、その他の端子（アノード端子ＤＡＴ等）
など、種々の金属・半導体の層をパターニングして形成
する。

【０１０１】この場合、できる限り、図１３（ｂ）およ
び（ｃ）に示す関係に近いように（図１４（ｂ）（ｃ）
も参照）、すなわち、熱電堆８５の冷接点８４のほぼ直
上部にダイオード領域１０３が形成されるように、上記
のＰ＋領域ＤＰ１（およびＤＰ２）やＮ＋領域ＤＮ１
（およびＤＮ２）を設ける。これにより、基準温度検出
の原理的基準点である冷接点８４の直上部に感温部（ダ
イオードＤ１、Ｄ２）が配置されることになるので、測
定点と基準点との距離や環境差に基づく測定誤差をさら
に小さくでき、測定精度をさらに向上できる。

【０１０２】また、本例では、赤外線チップ１２として
の端子となるＤＡ、ＤＫ１、ＤＫ２（図７等で前述の例
と同じ）に、上述の感温部（ダイオードＤ１、Ｄ２）の
出力を接続するため、図１４（ｃ）に示すように、サー
モパイルチップＳＰＣ側に、接合用端子ＤＡＳ、ＤＫＳ
１、ＤＫＳ２が設けられ、それぞれ同図（ｂ）で上記の
ダイオードチップＤＤＣの各端子ＤＡＴ、ＤＫＴ１、Ｄ
ＫＴ２に対応している。対応する端子は、図１３（ｂ）
および（ｃ）で前述の部分より周辺部に、すなわち図１
４（ｂ）および（ｃ）に示す位置に設けられ、図１５
（ａ）に示すように、相対する各端子を構成するアルミ
（Ａｌ）層を半田１１０により接続している（同図
（ｂ）参照）。

【０１０３】また、前述のように、本例においては、上
記の赤外線チップ１２としての各端子ＤＡ、ＤＫ１、Ｄ
Ｋ２から、図１３（ａ）に示すように、ボンディングワ
イア２６を引き出して、回路基板３に接続する。

【０１０４】そして、上述の例の場合も、耳式体温計１
（測温計）では、熱源の温度が人間の鼓膜温度であり、
赤外線検出部２に、上述のバイナリレンズチップＢＬ
Ｃ、ダイオードチップＤＤＣ、サーモパイルチップＳＰ
Ｃなどを含む赤外線検出チップ（赤外線検出素子）１２
を備え、さらにダイオードＤ１、Ｄ２（感温部）を利用
して電圧差ΔＶＦから基準温度を求め、熱電堆８５の出
力電圧と基準温度に基づいて、熱源Ｓの温度（体温：人
間の鼓膜温度）を決定する測温値決定部（測温値決定手
段）４を備えるので、体温を測定する体温計として機能
する。また、小型化・低廉化を図りつつ、温度検出の精
度を向上でき、また感度を高くできる赤外線検出チップ
（赤外線検出素子）１２を利用するので、測温計として
も、小型化・低廉化を図りつつ温度検出の精度を向上で
き、感度を高めることができる。

【０１０５】なお、上述の例では、Ｐ＋領域ＤＰ１（お
よびＤＰ２）やＮ＋領域ＤＮ１（およびＤＮ２）の他
に、それと接触するように、ダイオードアノードパター
ンＤＡＰ１（およびＤＡＰ２）やダイオードカソードパ
ターンＤＫＰ１（およびＤＫＰ２）などを設けて、ダイ
オードとして同電位と成るべき箇所の電位差を無くすよ
うにして、より確実な動作を確保しているが、性能や動
作上の問題が無ければ、図７〜９等で前述したのと同様
に、Ｐ＋領域ＤＰ１（およびＤＰ２）やＮ＋領域ＤＮ１
（およびＤＮ２）から各端子ＤＡＴ、ＤＫＴ１、ＤＫＴ
２に直接接続して、各パターンＤＡＰ１、ＤＡＰ２、Ｄ
ＫＰ１、ＤＫＰ２等を省略することもできる。また、必
要に応じて、周辺側に配置したＰ＋領域ＤＰ１（および
ＤＰ２）と内側に配置したＮ＋領域ＤＮ１（およびＤＮ
２）との関係を逆にしても良い。

【０１０６】また、上述の例では、バイナリレンズチッ
プＢＬＣとダイオードチップＤＤＣとを水平面において
分割したが、バイナリレンズチップＢＬＣの下面（サー
モパイルチップＳＰＣ側の面）の形状に合わせて接合し
やすいように、ダイオードチップＤＤＣの形状を形成し
ても良い。また、このため、バイナリレンズチップＢＬ
Ｃの一部はそのまま（ダイオードチップＤＤＣを介さず
に）サーモパイルチップＳＰＣに接合しても良い。

【０１０７】したがって、バイナリレンズＢＬを分割形
成する場合であっても、サーモパイルチップＳＰＣに直
接接合する部分（接合部の一部）にＰＮダイオードＰＮ
Ｄ（ダイオードＤ１、Ｄ２）を形成することもできる
（図５（ｂ）で前述のバイナリレンズＢＬ側に形成する
のと同様になる）。この場合、バイナリレンズチップＢ
ＬＣも、例えばシリコン等の半導体から成るので、薄膜
形成やエッチング等が容易であり、感温部となる半導体
素子（感温素子：例えばダイオード）を一体形成し易
く、小型化・低廉化に適している。

【０１０８】すなわち、上述の例では、ＰＮダイオード
ＰＮＤ（ダイオードＤ１、Ｄ２）を形成するために、
「ダイオードチップ」と呼んだが、本質的な意味は、バ
イナリレンズチップ（レンズ基板）ＢＬＣをサーモパイ
ルチップ（半導体基板）ＳＰＣに接合する接合部として
加工形成された半導体から成る接合基板であり、必要に
応じた形状に加工することにより、レンズとして加工形
成したバイナリレンズチップＢＬＣをサーモパイルチッ
プＳＰＣにピッタリと接合できる。もちろん、ダイオー
ドチップＤＤＣも、例えばシリコン等の半導体から成る
ので、薄膜形成やエッチング等が容易であり、感温部と
なる半導体素子（感温素子：例えばダイオード）を一体
形成し易く、小型化・低廉化に適している。

【０１０９】また、上述の例では、ボンディングワイヤ
２６を片側（図示左側）からのみ引き出す（回路基板３
に接続する）が、左右両側からでも良いし、周辺部全域
から取り出せるように、サーモパイルチップＳＰＣをバ
イナリレンズＢＬ（バイナリレンズチップＢＬＣ＋ダイ
オードチップＤＤＣ）より一回り大きく形成することも
できる（この点、図５（ｂ）で前述の例でも同様であ
る）。

【０１１０】また、サーモパイルチップＳＰＣ側にＰＮ
ダイオードＰＮＤ（ダイオードＤ１）を形成する場合、
図８で前述の例では、冷接点８４の近傍として冷接点８
４の直下にダイオードを構成したが、図１３〜２３で上
述のバイナリレンズチップＢＬＣ側に形成する場合と同
様に、冷接点８４の近傍としてその周囲に構成しても良
い（前述したが、図７や図９では見やすさを重視して表
面に図示しているので、ほぼ図７や図９で図示する位置
にダイオードを設ければ、冷接点８４の周囲に構成でき
る）。

【０１１１】なお、上記のボンディングワイア２６など
は、回路基板３との接続を得るためのものであり、上述
の各例では、赤外線チップのサーモパイルチップＳＰＣ
とバイナリレンズＢＬ（またはバイナリレンズチップＢ
ＬＣ＋ダイオードチップＤＤＣ）との大きさの差やそれ
らの接合関係に依存するが、回路基板３との接合関係を
工夫することにより、さらに小型化することもできる。
以下、その一例（応用例）を説明する。

【０１１２】例えば図１６〜図１８に示す応用例では、
図示のように、図１４で前述のダイオードチップＤＤＣ
の代わりに回路基板３を利用し、サーモパイルチップＳ
ＰＣには、図７で前述のサーモパイルチップＳＰＣと同
様の構成のものを利用している。すなわち、この例で
は、回路基板３の表裏２面の一方（図示では上面）にバ
イナリレンズチップ（赤外線レンズ）ＢＬＣを接合し、
他方（図示では下面）にサーモパイルチップ（半導体基
板）ＳＰＣを接合することにより、バイナリレンズチッ
プＢＬＣとサーモパイルチップＳＰＣとを回路基板３を
介して接合している。

【０１１３】ここで、例えば図５（ｂ）で前述の例や図
１３（ａ）で前述の例と同様に、この例においても、熱
源Ｓから放射された赤外線の熱を黒体（熱吸収体）８１
で吸収し、熱電堆８５では、その温度に基づいて電圧を
発生する。このため、黒体８１に赤外線の熱を十分に吸
収させる必要があり、そのためには、熱源Ｓから放射さ
れた赤外線を、バイナリレンズチップＢＬＣのバイナリ
エレメントＢＬｂにより、黒体８１に対して十分に集光
する必要があり、そのためには、バイナリエレメントＢ
Ｌｂと黒体８１との間に、赤外線の集光のための所定距
離（いわゆる焦点距離またはそれに近い距離）が必要と
なる。

【０１１４】図５（ｂ）や図１３（ａ）で前述の例等で
は、回路基板３の一面にサーモパイルチップＳＰＣのシ
リコン基板（半導体基板）８０が接合され（図１参
照）、それと同一面側に所定距離（焦点距離）分だけ離
してバイナリレンズＢＬやバイナリレンズチップＢＬＣ
のバイナリエレメント（赤外線レンズ）ＢＬｂがあるた
め、回路基板３からバイナリレンズＢＬ等までの距離が
大きくなり、その分だけ全体としての厚み（赤外線の光
軸方向の厚み）が必要となる。

【０１１５】これに対して、図１６〜図１８に示すよう
に、この例では、回路基板３にバイナリレンズチップＢ
ＬＣのバイナリエレメント（ただし、前述同様に誇張し
て図示）ＢＬｂからサーモパイルチップＳＰＣのシリコ
ン基板（半導体基板）８０（の薄膜層ＳＦ）への赤外線
を通過させるスルーホール１９０が設けられ、バイナリ
レンズチップＢＬＣとサーモパイルチップＳＰＣとを回
路基板３を介して接合しているので、回路基板３の厚み
（スルーホール１９０の長さ：例えば０．４ｍｍ〜２．
０ｍｍ程度：種々の条件により異なるがここでは例えば
０．６ｍｍ程度とする）分だけバイナリレンズチップＢ
ＬＣとサーモパイルチップＳＰＣとを離すことができ
る。

【０１１６】すなわち、この例では、十分な集光のため
に必要な所定距離（焦点距離）の一部または全部を回路
基板３の厚み（スルーホール１９０の長さ）分で代用で
きるので、その分だけ全体としての厚み（赤外線の光軸
方向の厚み）を小さくでき、小型化に適している（図１
に対応して図１８参照）。

【０１１７】また、この例では、回路基板３には、サー
モパイルチップＳＰＣの熱電堆８５の出力電圧の各極の
端子８６、８７に対応して接合用端子１９６、１９７が
設けられ、基準温度測定のためのＰＮダイオードＰＮＤ
の各極の端子ＤＡ、ＤＫ１、ＤＫ２に対応して、それぞ
れ点線で図示の回路パターンに接続された接合用端子１
９Ａ、１９Ｋ１、１９Ｋ２が設けられ、図１５で前述の
方法と同様に、相対する各端子間がそれぞれ半田１１０
により接続されている。

【０１１８】また、図示の回路パターンには、同じく回
路基板３上に搭載された図２等で前述の測温値決定部４
の各回路が接続され、これにより、熱電堆８５の出力電
圧やＰＮダイオードＰＮＤによる基準温度の検出がで
き、このため、ボンディングワイヤ２６（あるいはこれ
の代用となるリード線等）などの接続が不要となるの
で、さらにその分だけ小型化・大量生産化に適し、接続
のためのコスト分だけ、低廉化が可能な構成になってい
る。

【０１１９】もちろん、この例においても、バイナリレ
ンズチップＢＬＣのバイナリエレメントＢＬｂにより赤
外線を集光するので、導波管（導光管）等を使用する場
合に比べて、外部の熱（誤差熱）による放射赤外線の影
響（干渉）を低減できるとともに、熱電堆８５の黒体
（熱吸収体）８１で受光する赤外線の入射角を制限で
き、これにより、誤差要因を少なくして、測定精度を向
上できる。また、この例の場合、例えば図１７に示すよ
うに、回路基板３のバイナリレンズチップＢＬＣとの接
合部に金や銅などの熱伝導率の高い金属メッキ３１を施
すことにより、バイナリレンズチップＢＬＣの熱を回路
基板３に放熱することができ、これにより、バイナリレ
ンズチップＢＬＣの温度を環境温度に近づけ、誤差熱に
よる影響（干渉）を低減でき、誤差要因をさらに少なく
して、測定精度を向上できる。

【０１２０】また、この例における赤外線レンズもバイ
ナリレンズであるため、多段構成のバイナリエレメント
ＢＬｂを構成することにより形成でき、通常の曲面から
成るレンズ等に比べて、レンズとしての同一の集光精度
を確保するための成形が容易であり、これにより、低廉
化が図れる。また、シリコン（半導体）から成るレンズ
基板をレンズとして加工形成したものなので、エッチン
グ等によりレンズとして容易に加工形成でき、このた
め、半導体製造の工程（プロセス）を利用して小型化・
低廉化が図れ、また、組成を工夫することにより、可視
光を遮断する赤外線フィルタとしての機能を兼備させる
ことが可能である。また、受光する赤外線の波長を絞る
赤外線コーティングＢＬｃが施されているので、受光す
る赤外線の波長をさらに適切に絞ることができる。

【０１２１】また、サーモパイルチップＳＰＣは、例え
ば図１９に示すように、（図示の上下を）逆向きに回路
基板３に接合することもできる。この場合、バイナリレ
ンズチップＢＬＣからの赤外線は、中空部ＫＷを通過し
薄膜ＳＦを介して、黒体８１（熱電堆８５）の裏面に集
光されることになるが、薄膜ＳＦのみなので、赤外線の
熱を吸収することができる。また、ボンディングワイヤ
２６が必要とはなるが、回路基板３のサーモパイルチッ
プＳＰＣ（のシリコン基板８０）との接合部に金属メッ
キ３１と同様の金属メッキ３２を施すことにより、サー
モパイルチップＳＰＣ（のシリコン基板８０）の熱を回
路基板３に放熱することができ、これにより、バイナリ
レンズチップＢＬＣの温度を環境温度に近づけることが
できる。前述のように、シリコン基板（半導体基板）８
０は、熱電堆８５の冷接点８４のヒートシンクの機能を
有するので、その熱をさらに回路基板３に放熱すること
により、全体としての熱容量を大きくして、ヒートシン
クとしての効率を高められ、それにより、ひいては、測
定精度を向上させることができる。

【０１２２】なお、前述のように、図１６〜図１７の例
では、サーモパイルチップＳＰＣの熱電堆８５の出力用
端子８６、８７に対応して回路基板３の接合用端子１９
６、１９７が設けられ、ＰＮダイオードＰＮＤの出力用
端子ＤＡ、ＤＫ１、ＤＫ２に対応して接合用端子１９
Ａ、１９Ｋ１、１９Ｋ２が設けられているが、これらの
端子と絶縁性を保つ範囲で接合部に金属メッキ３２を施
すことにより、同様に、サーモパイルチップＳＰＣの
（シリコン基板８０の：正確には熱電堆８５の冷接点
の）熱を回路基板３に放熱することができ、これによ
り、全体としての熱容量を大きくして、シリコン基板８
０の温度を環境温度に近づけ、ヒートシンクとしての効
率を高め、ひいては、測定精度を向上させることができ
る。そして、この場合、ボンディングワイヤ２６等の接
続無しで、回路基板３上の測温値決定部４の各回路が接
続され、熱電堆８５の出力電圧やＰＮダイオードＰＮＤ
による基準温度の検出ができる利点をも維持できる。

【０１２３】また、図７〜図１１で前述のように、基準
点感温素子７３のＰＮダイオードＰＮＤとして、２つの
ダイオードＤ１、Ｄ２が、シリコン基板８０に一体形成
されているので、ダイオードとしての温度特性に基づい
て基準温度を検出でき、熱電堆８５との距離を短縮で
き、これにより、基準温度検出の測定誤差を小さくして
測定精度を向上でき、小型化が図れ、大量生産等に適
し、低廉化が図れる。また、複数（２つ）のダイオード
（半導体素子）Ｄ１、Ｄ２等を有しているので、平均値
を求めたり、差分を求めることができ、例えば図１０で
前述のように、電圧差ΔＶＦの温度特性（ΔＶｆ）を利
用でき、環境差、特性差、理論値（設計値）とのズレ、
雑音その他の測定環境の変動など、測定誤差の誤差要因
を相殺可能となり、さらに測定精度を向上できる。

【０１２４】そして、上述の例の場合も、耳式体温計１
（測温計）では、熱源の温度が人間の鼓膜温度であり、
赤外線検出部２に、上述のバイナリレンズチップＢＬＣ
やサーモパイルチップＳＰＣを備え、さらにダイオード
Ｄ１、Ｄ２（感温部）を利用して電圧差ΔＶＦから基準
温度を求め、熱電堆８５の出力電圧と基準温度に基づい
て、熱源Ｓの温度（体温：人間の鼓膜温度）を決定する
測温値決定部（測温値決定手段）４を備えるので、体温
を測定する体温計として機能する。また、小型化・低廉
化を図りつつ、温度検出の精度を向上でき、また感度を
高くできる赤外線検出の構成を採用するので、測温計と
しても、小型化・低廉化を図りつつ温度検出の精度を向
上でき、感度を高めることができる。

【０１２５】なお、上述の実施形態や各応用例等では、
導波管を用いず、赤外線レンズ（バイナリレンズ）を用
いる点について、主に測定精度の向上（誤差熱による測
定誤差を防止）の点から説明したが、赤外線レンズを備
えることにより導波管による赤外線の誘導が不要となり
導波管を省略できるため、例えば（図１に対応して）図
２０、（図１８に対応して）図２１に示すように、内部
実装等の工夫により、耳式体温計１全体として（例えば
キーホルダーで形態できる程度まで）の小型化が可能に
なる。なお、図１、図１８、図２０および図２１の耳式
体温計１において、赤外線透過性のフィルム２３とフィ
ルム押さえオーリング２４も実状に合わせて省略でき、
（例えばプローブキャップ２５を図示左側にさらに寄る
ように構成して）さらに小型化を図ることもできる。

【０１２６】また、上述の実施形態またはその応用例で
は、耳式体温計の例を挙げたが、熱源からの赤外線の放
射を利用してその熱源の温度を測定するものであれば、
他のタイプの体温計はもちろんのこと、他のタイプの測
温計にも利用でき、また、測温値を表示等するものでな
くても、測定（検出）した温度を用いて各種の制御を行
う装置など、他の応用も可能である。また、これらに利
用する場合に、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜
変更も可能である。

【０１２７】

【発明の効果】上述のように、本発明の赤外線検出器お
よび測温計によれば、サーモパイル型を適用して小型化
・低廉化を図りつつ、温度測定の精度を向上できる、な
どの効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る赤外線検出器および
測温計を適用した耳式体温計の断面図である。

【図２】図１の耳式体温計の測温系のブロック図であ
る。

【図３】図１の耳式体温計に対応する従来の一例の断面
図である。

【図４】図３および図１の耳式体温計における赤外線誘
導の原理説明図である。

【図５】図３および図１の耳式体温計における赤外線検
出チップの概略断面を示す説明図である。

【図６】図３の耳式体温計における赤外線センサの斜視
図である。

【図７】図１の耳式体温計におけるサーモパイルチップ
の斜視図である。

【図８】図７のサーモパイルチップの半導体構造の一例
を示す原理説明図である。

【図９】図７に対応して上面から見たときの平面図であ
る。

【図１０】図２のアンプ７１の一例を示す回路構成図で
ある。

【図１１】図１０の回路の作動を説明するための理論式
の例を示す図である。

【図１２】熱電堆の構造の一例を示す説明図である。

【図１３】図１の耳式体温計における赤外線検出チップ
の別の一例を示す、図５および図８と同様の説明図であ
る。

【図１４】図１３の赤外線チップの構造およびその接合
方法の一例を示す説明図である。

【図１５】図１４の接合部分の断面の説明図である。

【図１６】別の一例として、回路基板を介してバイナリ
レンズチップとサーモパイルチップを接合する場合の、
図１４と同様の説明図である。

【図１７】図１６に対応する、図２８と同様の説明図で
ある。

【図１８】図１６に対応する、図１と同様の断面図であ
る。

【図１９】別の一例を示す、図１７と同様の説明図であ
る。

【図２０】別の一例を示す、図１と同様の断面図であ
る。

【図２１】別の一例を示す、図１８と同様の断面図であ
る。

【符号の説明】

１耳式体温計２赤外線受光検出部３回路基板４測温値決定部５ＬＣＤ部７基準温度検出部１２、２１ …… 赤外線検出チップ２６ボンディングワイヤ３１、３２ …… 金属メッキ４１アンプ４２Ａ／Ｄコンバータ４３ＲＡＭ４４ＣＰＵ４５最大出力電圧選択部５１ＬＣＤ７３基準点感温素子８０シリコン基板（半導体基板）８１黒体（熱吸収体）８２熱電対８３温接点８４冷接点８５熱電堆８６端子（＋端子、接続用端子、出力用端子）８７端子（−端子、ＧＮＤ側端子、接続用端子、出
力用端子）１１０半田１９０スルーホール１９６、１９７、１９Ａ、１９Ｋ１、１９Ｋ２ ……
接合用端子ＢＬバイナリレンズ（赤外線レンズ）ＢＬａレンズ基板（シリコン基板、半導体基板）ＢＬｂバイナリエレメントＢＬｃ赤外線コーティングＢＬＣバイナリレンズチップ（赤外線レンズ）Ｄ１、Ｄ２ …… ダイオード（感温部）ＤＡアノード端子ＤＤＣダイオードチップＤＫ１、ＤＫ２ …… カソード端子ＤＮ１、ＤＮ２ …… Ｎ＋領域ＤＰ１、ＤＰ２ …… Ｐ＋領域ＫＷ中空部ＰＮＤＰＮダイオードＳ熱源ＳＰＣサーモパイルチップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 35/14 Ｈ０１Ｌ 35/14 35/32 35/32 Ａ 35/34 35/34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱源から放射された赤外線を集光する赤
外線レンズと、前記赤外線の熱を吸収する熱吸収体の温度に基づいて電
圧を発生する熱電堆が形成された半導体基板と、表裏２面の一方に前記赤外線レンズが接合され、他方に
前記半導体基板が接合され、前記熱吸収体に前記赤外線
の熱を吸収させるために前記赤外線レンズから前記半導
体基板への赤外線を通過させるスルーホールが設けられ
た回路基板と、を備えたことを特徴とする赤外線検出
器。
【請求項２】前記赤外線レンズは、バイナリレンズで
あることを特徴とする、請求項１に記載の赤外線検出
器。
【請求項３】前記赤外線レンズは、半導体から成るレ
ンズ基板をレンズとして加工形成したものであることを
特徴とする、請求項１または２に記載の赤外線検出器。
【請求項４】前記レンズ基板は、シリコン基板である
ことを特徴とする、請求項３に記載の赤外線検出器。
【請求項５】前記赤外線レンズは、受光する赤外線の
波長を絞る赤外線コーティングが施されていることを特
徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の赤外線
検出器。
【請求項６】前記赤外線レンズの熱を前記回路基板に
放熱するレンズ熱放熱手段をさらに備えたことを特徴と
する、請求項１ないし５のいずれかに記載の赤外線検出
器。
【請求項７】前記レンズ熱放熱手段は、前記回路基板
の前記赤外線レンズとの接合部に施された金属メッキを
有することを特徴とする、請求項６に記載の赤外線検出
器。
【請求項８】前記半導体基板の熱を前記回路基板に放
熱する半導体基板熱放熱手段をさらに備えたことを特徴
とする、請求項１ないし７のいずれかに記載の赤外線検
出器。
【請求項９】前記半導体基板熱放熱手段は、前記回路
基板の前記半導体基板との接合部に施された金属メッキ
を有することを特徴とする、請求項８に記載の赤外線検
出器。
【請求項１０】前記半導体基板は、シリコン基板であ
ることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記
載の赤外線検出器。
【請求項１１】前記半導体基板は、電気的な接続を行
うための複数の接続用端子を前記回路基板との接合面側
に有し、前記回路基板は、前記半導体基板との接合により前記複
数の接続用端子の一部または全部と対応して電気的に接
続される複数の接合用端子を有することを特徴とする、
請求項１ないし１０のいずれかに記載の赤外線検出器。
【請求項１２】前記半導体基板の複数の接続用端子
と、それらの対応する前記回路基板の接合用端子とは、
導電性の半田を介して接合されることを特徴とする、請
求項１１に記載の赤外線検出器。
【請求項１３】前記熱電堆の基準温度を検出する基準
温度検出手段をさらに備えたことを特徴とする、請求項
１ないし１２のいずれかに記載の赤外線検出器。
【請求項１４】請求項１ないし１３のいずれかに記載
の赤外線検出器と、前記赤外線検出器の前記熱電堆からの出力電圧およびそ
の基準温度に基づいて、受光した前記赤外線を放射した
熱源の温度を決定する測温値決定手段と、を備えたこと
を特徴とする測温計。
【請求項１５】前記熱源の温度が、人間の鼓膜温度で
あることを特徴とする、請求項１４に記載の測温計。