JPH02201229A - 赤外線センサ - Google Patents
赤外線センサInfo
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- JPH02201229A JPH02201229A JP1956889A JP1956889A JPH02201229A JP H02201229 A JPH02201229 A JP H02201229A JP 1956889 A JP1956889 A JP 1956889A JP 1956889 A JP1956889 A JP 1956889A JP H02201229 A JPH02201229 A JP H02201229A
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Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は被測定物体から放射される赤外線エネルギを検
知して、該被測定物体の存否やそ９温度等を検出するの
に利用される赤外線センサに関する。
知して、該被測定物体の存否やそ９温度等を検出するの
に利用される赤外線センサに関する。
赤外線の入射量を検知するための素子としてサーミスタ
ボロメータが用いられているが、かかるサーミスタボロ
メータはサーミスタの温度と電気抵抗の関係を利用して
、入射する赤外線量に応じたサーミスタの温度上昇を電
気信号として出力するようにしている。従って環境温度
が変化するとサーミスタの出力にも影響がでるので、赤
外線量の測定に当っては環境温度による誤差を補償する
ことが必要である。このため、サーミスタを用いて赤外
線量を検知するには、第４図に示すように同一の特性を
有する２個のサーミスタｔｈ＋ とｔｈｔおよび２個の
固定抵抗Ｒ１とＲ２を用いてブリッジ回路を構成し、た
とえば一方のサーミスタｔｈｌは赤外線が入射する構造
に形成して検知素子とし、また他方のサーミスタｔｈｚ
は赤外線の入射を遮蔽する構造にして補償素子として、
これらを同一のケース内に密封したサーミスタボロメー
タが用いられていた。
ボロメータが用いられているが、かかるサーミスタボロ
メータはサーミスタの温度と電気抵抗の関係を利用して
、入射する赤外線量に応じたサーミスタの温度上昇を電
気信号として出力するようにしている。従って環境温度
が変化するとサーミスタの出力にも影響がでるので、赤
外線量の測定に当っては環境温度による誤差を補償する
ことが必要である。このため、サーミスタを用いて赤外
線量を検知するには、第４図に示すように同一の特性を
有する２個のサーミスタｔｈ＋ とｔｈｔおよび２個の
固定抵抗Ｒ１とＲ２を用いてブリッジ回路を構成し、た
とえば一方のサーミスタｔｈｌは赤外線が入射する構造
に形成して検知素子とし、また他方のサーミスタｔｈｚ
は赤外線の入射を遮蔽する構造にして補償素子として、
これらを同一のケース内に密封したサーミスタボロメー
タが用いられていた。
このようなサーミスタボロメータにおいては、電源Ｅか
ら電圧を印加した状態で赤外線が入射するとサーミスタ
ｔＬの温度が上昇し、その電気抵抗変化によって端子ａ
、ｂ間に不平衡電圧が出力される。さらにまたサーミス
タｔｈｇの両端間の電圧から環境温度を知ることができ
るから、これによって入射赤外線量の温度による検知誤
差を補償することができ、また被測定物体の温度を知る
こともできる。
ら電圧を印加した状態で赤外線が入射するとサーミスタ
ｔＬの温度が上昇し、その電気抵抗変化によって端子ａ
、ｂ間に不平衡電圧が出力される。さらにまたサーミス
タｔｈｇの両端間の電圧から環境温度を知ることができ
るから、これによって入射赤外線量の温度による検知誤
差を補償することができ、また被測定物体の温度を知る
こともできる。
しかしながら、このような従来のサーミスタボロメータ
においては、環境温度が高くなるとサーミスタの電気抵
抗が小さくなるためにサーミスタ端子間の電圧が小さく
なって、出力電圧もまた小さくなる、すなわち感度が低
下するという欠点があった。さらに、構成要素であるサ
ーミスタや固定抵抗の電気的特性、温度特性の揃ったも
のを選択して組合わせないと誤差が大きくなり、またセ
ンサとしての感度や特性のバラツキも大きくなるうえ、
これらの誤差やバラツキを小さくしようとすると著しく
高価なものとならざるを得なかった。
においては、環境温度が高くなるとサーミスタの電気抵
抗が小さくなるためにサーミスタ端子間の電圧が小さく
なって、出力電圧もまた小さくなる、すなわち感度が低
下するという欠点があった。さらに、構成要素であるサ
ーミスタや固定抵抗の電気的特性、温度特性の揃ったも
のを選択して組合わせないと誤差が大きくなり、またセ
ンサとしての感度や特性のバラツキも大きくなるうえ、
これらの誤差やバラツキを小さくしようとすると著しく
高価なものとならざるを得なかった。
本発明は前述のような従来のサーミスタボロメータにお
ける欠点を解消して、特性上のバラツキが小さく、かつ
感度が改良された赤外線センサを提供することを目的と
したものである。
ける欠点を解消して、特性上のバラツキが小さく、かつ
感度が改良された赤外線センサを提供することを目的と
したものである。
上記のような本発明の目的は、４個のサーミスタ素子を
４辺となるよう結合して構成したブリッジ回路において
、該ブリッジ回路が同一構造で同一特性を有する隣接素
子２個の組と同様な隣接素子２個の組とで構成されると
共に、該素子の少なくとも１個が赤外線の入射から遮蔽
されかつ他の素子の少なくとも１個が赤外線の入射を許
容するように構成されたことを特徴とする赤外線センサ
によって達成される。
４辺となるよう結合して構成したブリッジ回路において
、該ブリッジ回路が同一構造で同一特性を有する隣接素
子２個の組と同様な隣接素子２個の組とで構成されると
共に、該素子の少なくとも１個が赤外線の入射から遮蔽
されかつ他の素子の少なくとも１個が赤外線の入射を許
容するように構成されたことを特徴とする赤外線センサ
によって達成される。
しかも、該素子がＩＣ製造技術すなわち蒸着等による薄
膜形成やホトリソグラフィによるパターン形成、さらに
エツチングなどによって基板上に４個同時に隣接して形
成された橋架型のサーミスタ素子であることにより更に
優れた性能が保証された赤外線センサとなる。
膜形成やホトリソグラフィによるパターン形成、さらに
エツチングなどによって基板上に４個同時に隣接して形
成された橋架型のサーミスタ素子であることにより更に
優れた性能が保証された赤外線センサとなる。
このような本発明の赤外線センサは、たとえば以下に説
明するような方法によって、第１〜２図に示すような構
造を有するものとして得られる。
明するような方法によって、第１〜２図に示すような構
造を有するものとして得られる。
ｌは、たとえばアルミナ質などの絶縁基板であり、２は
その表面上に設けた銅箔である。しかし、本発明におい
て用いられる基板は必ずしもこのような２層構造である
必要はなく、シリコン基板やガリウム・ヒ素系の半導体
基板などであってもよい。
その表面上に設けた銅箔である。しかし、本発明におい
て用いられる基板は必ずしもこのような２層構造である
必要はなく、シリコン基板やガリウム・ヒ素系の半導体
基板などであってもよい。
このような基板上には、先ず５ｉ０２やＳｉ２Ｎ４など
の絶縁層３を設けるが、かかる絶縁層３゛はスパッタあ
るいはプラズマＣＶＤ技術を利用して形成することがで
きる。この絶縁層上にはアモルファスシリコン、ポリシ
リコン、シリコンカーバイド、ゲルマニウム、あるいは
金属酸化物などのサーミスタ材料からなる感熱層４が設
けられる。この感熱層４は、前記のようなサーミスタ材
料をＣＶＤあるいはスパッタリングなどによって均一な
層状に被着形成することによって得られる。
の絶縁層３を設けるが、かかる絶縁層３゛はスパッタあ
るいはプラズマＣＶＤ技術を利用して形成することがで
きる。この絶縁層上にはアモルファスシリコン、ポリシ
リコン、シリコンカーバイド、ゲルマニウム、あるいは
金属酸化物などのサーミスタ材料からなる感熱層４が設
けられる。この感熱層４は、前記のようなサーミスタ材
料をＣＶＤあるいはスパッタリングなどによって均一な
層状に被着形成することによって得られる。
その後、予定されるサーミスタ素子の端子となる所定位
置に、白金、クロム、モリブデン等の金属をスパッタし
て導電体層電極５を設けるが、電極パターンはリフトオ
フ法などによって形成するのがよい。そして次に、ホト
リソグラフィ技術を用いて、予定されるサーミスタ素子
にとって不要な感熱層の部分をエッチして除去し、たと
えば第２図のようなパターン形状のサーミスタ素子が形
成される。
置に、白金、クロム、モリブデン等の金属をスパッタし
て導電体層電極５を設けるが、電極パターンはリフトオ
フ法などによって形成するのがよい。そして次に、ホト
リソグラフィ技術を用いて、予定されるサーミスタ素子
にとって不要な感熱層の部分をエッチして除去し、たと
えば第２図のようなパターン形状のサーミスタ素子が形
成される。
更に、こうして素子が形成された面の上には、たとえば
Ｓｉｎｇなどからなる絶縁層６をスバフタなどの方法で
設けたのち、電極５の位置に当る絶縁層６にはホトリソ
グラフィ技術を用いてリード線引出し用の開ロアが設け
られる。
Ｓｉｎｇなどからなる絶縁層６をスバフタなどの方法で
設けたのち、電極５の位置に当る絶縁層６にはホトリソ
グラフィ技術を用いてリード線引出し用の開ロアが設け
られる。
次に、素子の感熱層４の検知部位に当る絶縁層６上には
、リフトオフ法などを用いてたとえば合焦などの光吸収
層８が形成される。
、リフトオフ法などを用いてたとえば合焦などの光吸収
層８が形成される。
その後、それぞれ形成されたサーミスタ素子の周囲にあ
る不要な絶縁層６をホトリソグラフィ技術によってエッ
チし除去することによって銅箔２を露出させ、更に銅箔
２の不要部分をエッチ除去すると共に検知部位の下側の
銅箔部分も除去して空洞部９を形成する。こうして電極
５部分の下側に銅箔２の橋架支持部を有する多層薄膜構
造の橋架型サーミスタ素子が得られる。
る不要な絶縁層６をホトリソグラフィ技術によってエッ
チし除去することによって銅箔２を露出させ、更に銅箔
２の不要部分をエッチ除去すると共に検知部位の下側の
銅箔部分も除去して空洞部９を形成する。こうして電極
５部分の下側に銅箔２の橋架支持部を有する多層薄膜構
造の橋架型サーミスタ素子が得られる。
このようにして１個の基板上に隣接して設けたそれぞれ
のサーミスタ素子は、たとえば第２図のような形状に形
成され、すべて同一の特性を有するものとなる。しかし
かかる素子の形状はこのようなものには限定されず、検
知部位の幅や長さを適宜設定できるばかりでなく、導電
体層電極の形状も適宜に設定でき、これによってサーミ
スタ素子の電気抵抗値を所望の範囲に調整することがで
きる。
のサーミスタ素子は、たとえば第２図のような形状に形
成され、すべて同一の特性を有するものとなる。しかし
かかる素子の形状はこのようなものには限定されず、検
知部位の幅や長さを適宜設定できるばかりでなく、導電
体層電極の形状も適宜に設定でき、これによってサーミ
スタ素子の電気抵抗値を所望の範囲に調整することがで
きる。
上述のように１チツプ上に形成された４個のサーミスタ
素子は、たとえば第３図に示すように回路結線される。
素子は、たとえば第３図に示すように回路結線される。
このときの結線はチップが取付けられるステム等に設け
たリード端子などにワイヤボンディングするなどにより
完成することができる。こうして結線された４個のサー
ミスタ素子のうち、たとえばＴｔとＴ３とを赤外線検知
素子として用いるときには、温度補償素子となるＴ、と
Ｔ、との前面には少なくとも赤外線遮蔽用の遮光体を設
けたうえ、素子が搭載されたチップを取付けたステムに
対して赤外線透過用フィルタが設けられたキャップを被
着し、封止して本発明の赤外線センサを得る。
たリード端子などにワイヤボンディングするなどにより
完成することができる。こうして結線された４個のサー
ミスタ素子のうち、たとえばＴｔとＴ３とを赤外線検知
素子として用いるときには、温度補償素子となるＴ、と
Ｔ、との前面には少なくとも赤外線遮蔽用の遮光体を設
けたうえ、素子が搭載されたチップを取付けたステムに
対して赤外線透過用フィルタが設けられたキャップを被
着し、封止して本発明の赤外線センサを得る。
以上説明したような本発明の赤外線センサは、ブリッジ
回路の４辺を構成するサーミスタ素子がすべて同一の特
性を有しており、その１組の対辺に配置された素子が赤
外線検知用に、また他の１組の対辺に配置された素子が
温度補償用に用いられるので、環境温度による各素子の
電気抵抗変化は完全にバランスして出力に影響を与えな
い、そして入射する赤外線による出力電圧は従来の方式
に比較して２倍となり、また受光面積も素子の２個分と
なるので、センサの性能を表わす重要なパラメータのひ
とつである比検出率（Ｄ８）は従来のセンサと比較して
約１．４倍となり、格段に性能が向上している。
回路の４辺を構成するサーミスタ素子がすべて同一の特
性を有しており、その１組の対辺に配置された素子が赤
外線検知用に、また他の１組の対辺に配置された素子が
温度補償用に用いられるので、環境温度による各素子の
電気抵抗変化は完全にバランスして出力に影響を与えな
い、そして入射する赤外線による出力電圧は従来の方式
に比較して２倍となり、また受光面積も素子の２個分と
なるので、センサの性能を表わす重要なパラメータのひ
とつである比検出率（Ｄ８）は従来のセンサと比較して
約１．４倍となり、格段に性能が向上している。
なお、本発明の赤外線センナは１辺を赤外線検知素子と
して用い他の３辺を温度補償素子として用いてもよいし
、３辺を赤外線検知素子とし、他の１辺を温度補償素子
とした構成であってもよい。
して用い他の３辺を温度補償素子として用いてもよいし
、３辺を赤外線検知素子とし、他の１辺を温度補償素子
とした構成であってもよい。
この場合は、上記のように相対する２辺を赤外線検知素
子として用いる場合に比べ出力電圧は半分程になるがサ
ーミスタ素子が同一特性を有するために環境温度による
各素子の電気抵抗変化はバランスしており、環境温度が
出力に影響を与えることはない。
子として用いる場合に比べ出力電圧は半分程になるがサ
ーミスタ素子が同一特性を有するために環境温度による
各素子の電気抵抗変化はバランスしており、環境温度が
出力に影響を与えることはない。
本発明の赤外線センサは、以上説明したように構成され
ているから高感度であって性能のバラツキが少く、また
−層の小型化が可能であり、そのためにより応答の早い
ものが得られる。更に、センサチップの製造に半導体製
造技術が利用できるうえ部品数も少なくできるので組立
が簡単かつ容易であり、経済的に量産できる特長がある
。
ているから高感度であって性能のバラツキが少く、また
−層の小型化が可能であり、そのためにより応答の早い
ものが得られる。更に、センサチップの製造に半導体製
造技術が利用できるうえ部品数も少なくできるので組立
が簡単かつ容易であり、経済的に量産できる特長がある
。
第１図は本発明の赤外線センサの例のチップ部の構造を
示す断面図、 第２図は同じくそのチップ部の平面図、第３図は同じく
その回路結線の概念図であり、第４図は従来のサーミス
タボロメータの構成を示す回路図である。 ！・・・絶縁基板、２・・・銅箔、３・・・絶縁層、４
・・・感熱層、５・・・電極、６・・・絶縁層、７・・
・開口、８・・・光吸収層、９・・・空洞部、Ｔ＋ 、
Ｔｚ 、Ｔ３ 、Ｔａ 。 ｔｈ＋ 、 ｔｈｚ・・・サーミスタ素子、Ｒ，、Ｒ１
・・・固定抵抗、ａ、ｂ・・・出力端子。 第 図 第４ 図
示す断面図、 第２図は同じくそのチップ部の平面図、第３図は同じく
その回路結線の概念図であり、第４図は従来のサーミス
タボロメータの構成を示す回路図である。 ！・・・絶縁基板、２・・・銅箔、３・・・絶縁層、４
・・・感熱層、５・・・電極、６・・・絶縁層、７・・
・開口、８・・・光吸収層、９・・・空洞部、Ｔ＋ 、
Ｔｚ 、Ｔ３ 、Ｔａ 。 ｔｈ＋ 、 ｔｈｚ・・・サーミスタ素子、Ｒ，、Ｒ１
・・・固定抵抗、ａ、ｂ・・・出力端子。 第 図 第４ 図
Claims (5)
- （１）４個のサーミスタ素子を４辺となるよう結合して
構成したブリッジ回路において、該ブリッジ回路が同一
構造で同一特性を有する隣接素子２個の組と同様な隣接
素子２個の組とで構成されると共に、該素子の少なくと
も１個が赤外線の入射から遮蔽されかつ他の素子の少な
くとも１個が赤外線の入射を許容するように構成された
ことを特徴とする赤外線センサ。 - （２）４個のサーミスタ素子が１個の基板上に形成した
ものから選ばれたものである特許請求の範囲第１項記載
の赤外線センサ。 - （３）１個の基板上に形成した４個の隣接サーミスタ素
子を結合して構成した特許請求の範囲第１項または第２
項記載の赤外線センサ。 - （４）ブリッジ回路の相対する辺にある１組のサーミス
タ素子が赤外線の入射から遮蔽されるよう構成された特
許請求の範囲第１項ないし第３項記載の赤外線センサ。 - （５）サーミスタ素子がＩＣ製造技術により橋架型に形
成されたものである特許請求の範囲第１項ないし第４項
記載の赤外線センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1956889A JP2793615B2 (ja) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | 赤外線センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1956889A JP2793615B2 (ja) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | 赤外線センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02201229A true JPH02201229A (ja) | 1990-08-09 |
| JP2793615B2 JP2793615B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=12002898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1956889A Expired - Fee Related JP2793615B2 (ja) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | 赤外線センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2793615B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5962854A (en) * | 1996-06-12 | 1999-10-05 | Ishizuka Electronics Corporation | Infrared sensor and infrared detector |
| WO2001096825A1 (en) * | 2000-06-13 | 2001-12-20 | Omron Corporation | Pyrometer |
-
1989
- 1989-01-31 JP JP1956889A patent/JP2793615B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5962854A (en) * | 1996-06-12 | 1999-10-05 | Ishizuka Electronics Corporation | Infrared sensor and infrared detector |
| WO2001096825A1 (en) * | 2000-06-13 | 2001-12-20 | Omron Corporation | Pyrometer |
| US7036978B2 (en) | 2000-06-13 | 2006-05-02 | Omron Corporation | Pyrometer |
| US7380981B2 (en) | 2000-06-13 | 2008-06-03 | Omron Healthcare Co., Ltd. | Radiation thermometer |
| US7434992B2 (en) | 2000-06-13 | 2008-10-14 | Omron Healthcare Co., Ltd. | Radiation thermometer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2793615B2 (ja) | 1998-09-03 |
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