JPH03122532A - 光パワーセンサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野１ 本発明は光パワーセンサに関し、詳しくは入射光を吸収
して熱に変換する受光体、変換された熱を熱起電力とし
て測定する熱電対及び熱電対の検出熱エネルギーを校正
する校正ヒータよりなる光パワーセンサに関するもので
ある。

【従来の技術１ 第３図は従来光パワーの測定に用いられている光パワー
センサの裏面図で熱電対群の配列パターンを示す平面図
、第４図は第３図のＢ−Ｂ線の断面図を示す。

第４図において、センサとしての受光体３１と校正用ヒ
ータ３２とが接着剤によって基板３４上に接着され、基
板３４の反対面には受光体３１に発生した熱を測定する
熱電対群（サーモバ、イル）が取り付けられている。

熱電対群は、第３図に示すように、受光体３４に対応す
る基板３４の反対面に積層された均熱膜３５の周囲に、
温接点３６を配置し、それぞれの熱電対を放射状に配置
して隣接する熱電対と冷接点３７を直列に接続し熱起電
力を検出する。

受光体は通常銅の箔膜に黒色被膜を設けたもので、黒色
被膜としては合焦が利用されていた。基板の裏面、受光
体に対応する部分には温度分布を均一にしてその周囲に
配置されている副数個の熱雷対の高温接点の起電力を均
一にする温度分布校正膜３５が接着されている。

受光体としては全黒被膜は全反射率が低く、機械的振動
や摩擦によって剥落し易く、また、高温条件下で水分を
吸収して反射率が増加するという問題がある。

これに対し、発明者らが開発した黒色被膜（特願昭６３
−２３１７６１号及び特願昭６：ｌ−２３１７６０号明
細書に記載）は、ニッケル・リン合金の無電解めっき被
膜を形成し、これを酸化処理して得られ、その全反射率
は０．２％と極めて低く、かつ、その光吸収特性に波長
依存性が小さいという優れた性能を有し、しかも１強度
も十分あるので、機械的振動や摩擦によって剥落しにく
く、周囲温度条件に左右されず、水分を吸収しにくいな
どの利点を有する。

〔発明が解決しようとする課題１ 上記のニッケル・リン黒色被膜を光パワー測定のセンサ
として用いた場合、その感度を上げるためには受光体に
発生した熱を測定するサーモバイルの熱電対数をできる
だけ多くすることが好ましい。

しかしながら、従来の光パワーセンサにおいては、第４
図に示すように、基板３４の裏面に熱電対１例えばビス
マスとアンチモンとを真空蒸着によって順次隣接して配
置し、温接点３６と冷接点３７とを直列結合してサーモ
バイルを構成していたので、熱電対数を増加させると熱
電対線の幅が極めて狭くなり、そのため抵抗が増加する
ので、熱電対数の増加には限界があり、したがって感度
の向上が困難であった。

本発明の目的は、このような光パワーセンサにおいて、
感度の優れた光パワーセンサを提供するにある。

［課題を解決するための手段１ 本発明は、従来熱雷対な構成する各金属を基板上に隣接
して配列したのに対し、絶縁層を介して積層配設するこ
とにより上記の課題を解決したものである。

すなわち１本発明は、入射光を吸収して熱に変換する受
光体、変換された熱を熱起電力として検出する熱電対及
び熱電対の検出熱エネルギーを校正する校正ヒータより
なる光パワーセンサにおいて、基板上に直列に配設され
た複数個の熱電対の各熱電対片が絶縁層を介して積層さ
れていることを特徴とする光パワーセンサを提供するも
のである。

第１図は本発明の光パワーセンサの一実施例の熱電対群
の配置パターンを示し、積層体の一部を欠如して積層状
態を示しである。第２図は第１図のＡ−Ａ線の断面図で
ある。

本発明の光パワーセンサにおいて、熱電対群の配置パタ
ーンは次のように行なわれる。

基板４の均熱膜５の周囲に、先ず熱伝対素子すが放射状
に配設され、次いでその上を熱雷対素子の温接点部６と
冷接点部７とを残して、絶縁層８で被覆する。さらにそ
の上に熱電対のもう一方の素子ａが積層され、その温接
点６ａと６ｂとが接合されて熱雷対が構成される。この
場合、この熱雷対素子ａの冷接点部７ａは隣の熱雷対の
素子すの冷接点部７ｂと直接接合される。

すなわち、第１図に示すように、絶縁層８を挟んで積層
された熱電対の一方の素子ａの冷接点部の側部が隣接す
る熱雷対の方に突出して接合部７ａを形成し、該隣接熱
電対の素子すの突出した接合部７ｂと直接積層し結合す
る。

一方、接合の行なわれない側の冷接点部は、それぞれの
素子が他の素子の接合部に接触しないよう欠如されたパ
ターンを形成している。直列結合された熱電対群の両端
部にはそれぞれ熱起電力測定用端子９及びＩＯが設けら
れる。

熱雷対素子ａとｂとを絶縁する絶縁層８は、温接点部を
残してほぼ円板状で、その外周部の熱雷対素子の上記冷
接点接合部７に対応する部分のみ欠如した凹部な有する
パターンに形成される。

藤 本発明の光パワーセンサの基板としては、絶縁性を有し
、材料としては雲母、セラミックス、ガラス、マイラー
等を挙げることがでる。ここでは厚さ３０〜６０１Ｉ＋
ｎのアルミナを用いた。

隻光跡 本発明で光センサ素子として用いられる受光体は、光を
吸収してそのエネルギを熱エネルギに変換するものであ
れば任意のものが使用し得る。

般には熱容量の小さい、黒色処理された金属の薄膜が用
いられ、前記の全黒被膜、黒色被膜処理された無電解ニ
ッケル・リンめっき等のいずれでもよいが、センサとし
ての感度及び使用上の強度の点から全反射率の極めて小
さい黒色被膜処理された無電解ニッケル・リンめっきを
有する銅の薄膜が好ましく、特に特願昭６３−２３１７
６０号及び同６３−２：１１７６１号に記載されている
ニッケル・リン合金系黒色被膜を有する金属薄膜が好ま
しい。

受光体の寸法は任意であるが、例えば直径６ｍｍ、厚さ
２０μｍの円形銅箔上に厚さ５０μｍの無電解ニッケル
・リンめっきを施し、酸化処理により黒色被膜を形成さ
せたものが用いられる。この受光体は校正用ヒータの上
に接着してもよいし、また１校正用ヒータの上に絶縁膜
を設け、その表面にめっき、蒸着等の手段で、銅層、無
電解ニッケル・リンめっき層を積層し、その表面を黒色
化処理してもよい。

佼ｍ辷二夕 受光体と基板との間に配置され、熱電対群で検出された
熱起電力なヒータの加熱に要した電気量により校正する
。

ヒータ材質は任意であるが、窒化タンタル（Ｔａ、Ｎ１
等の膜などが用いられ、リング状のパターンの両端より
導線が引き出される。

曳然」 受光体と対応した基板の反対面に積層される均熱膜は、
受光体とほぼ同じ大きさの円板状パターンで、金、銅な
どの熱伝導の良好な金属膜を、蒸着等の方法で積層させ
る。受光体に発生した熱は均熱膜の周囲に配置された熱
雷対の温接点に均等に伝達される。

悠工月 熱電対の構成素子は、必要なパターンが蒸着又はＣＶＤ
等の手段で基板上に積層される。熱雷対材料としては、
Ｂ１−５ｂ、Ａｕ−αＧｅ等が用いられるが、金（Ａｕ
）とアモルファスゲルマニウム（αＧｅ）の組み合わせ
が好ましい。

この場合、基板上に熱電対素子すとしてαＧｅのパター
ンを積層した後、絶縁層パターン、及び熱電対素子ａと
してＮｉ−Ｃｒを下地とするＡｕのパターンを順次積層
する。

これらのパターンの積層はそれぞれの素材によって、蒸
着、スパッタリング、ＣＶＤ等の積層手段、レジストに
よるパターニング及びエツチング等が組み合わされる。

絶縁材としては窒化けい素、酸化けい素を挙げることが
できるが、一種類の絶縁材の被覆ではピンホール等によ
る絶縁不良を生じ易いので、二種類以上の材料で複層構
造とすることが好ましい、 絶縁層の被覆を施した後、熱雷対素子ａを積層すると、
絶縁層のない部分で温接点の接合及び冷接点の直列結合
が行なわれ、熱電対群が構成される。

〔実施例１ 以下本発明の実施例を示すが、本発明はこの実施例によ
って限定を受けるものではない。

実施例１ 第１図及び第２図で示す形状及びパターンを有する１２
対の熱電対群を有する光パワーセンサを作製した。

厚さ５ｈａのアルミナ基板４の表面に、ＣＶＤによりα
Ｇｅを全面に約２ａｍ堆積させ、第１図に示す温接点径
７ａ＋ｍφ、冷接点径１６１１０１の熱電対素子ａのパ
ターンをフォトエツチングにより形成した。

アルミナ基板の裏面に校正用ヒータ２の抵抗としてＴａ
ａＮを約０．１１１０１スパツタリングし、その上にヒ
ータ用電極（図示せず）として先ずＮｉＣｒ合金５００
人１次いでＡｕ　ｌｌＩｎ＋を順次蒸着し、それぞれフ
ォトエツチングによるパターニングを２回行ない、リン
グ状の抵抗及びその電極を積層した。この校正用ヒータ
は熱処理により抵抗を所定の値に調整する。

表面の熱電対素子ａの上にＳ　ｉＮ　ｍ層０．２ａｍと
ＳｉＯ□層０．５１１１１を順次ＣＶＤにより２層に積
層し、フォトエツチングにより絶縁層８のパターンを形
成せしめた。

更に、その上にＮｉＣｒ合金（５００人）及びＡｕ（ｌ
１１ｍｌを順次全面蒸着し、フォトエツチングにより熱
電対素子す、均熱膜及び電極のパターンを形成させた。

裏面の校正用ヒータの上には２０μｍの銅箔と３０１１
１ｔ＋の無電解ニッケル・リンめっき層を積層し、その
表面を黒化処理して得られた６順φの受光体を接着した
。

比較例１ 従来品の例として、第３図に示す６対の熱電対群を有す
る光パワーセンサを作製した。

受光体、校正用ヒータ、基板、熱電対素子ａｂは実施例
１と同一であり、熱電対素子の厚さ及び幅も実施例と実
質的に同じであるが、熱雷対素子ａとｂとを絶縁体を介
して積層せず、第３図のように基板上に隣接した配置さ
れ直列に接続した。

比較例２ 比較例１において、熱電対のつい数を１２とした以外は
、比較例１と同様に構成した。すなわち熱電対素子ａ及
びｂの幅は約半分とした。

以上の３１Φの光パワーセンサを比較すると次表のとお
りである。

表 【作用及び効果１ 本発明の光パワーセンサは、熱電対群の熱雷対素子を絶
縁層を介して積層するので、熱雷対の対数を増すことが
でき、検出熱起電力の感度を一トけることができる。ま
た、対数を増加させない場合には熱電対素子の幅を広く
取ることができ熱起電力測定の抵抗値を低くすることが
できる。このことは、いずれの場合にも熱起電力の測定
値に対するに対する測定ノイズの低減効果を有し、従来
より低レベルの光パワーの測定を可能にする。

手続補正書動刻 平成２年　２月１６日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）入射光を吸収して熱に変換する受光体、変換され
   た熱を熱起電力として検出する熱電対及び熱電対の検出
   熱エネルギーを校正する校正ヒータよりなる光パワーセ
   ンサにおいて、基板上に直列に配設された複数個の熱電
   対の各熱電対片が絶縁層を介して積層されていることを
   特徴とする光パワーセンサ。