JPH04342177A - サーモパイル - Google Patents
サーモパイルInfo
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- JPH04342177A JPH04342177A JP3142550A JP14255091A JPH04342177A JP H04342177 A JPH04342177 A JP H04342177A JP 3142550 A JP3142550 A JP 3142550A JP 14255091 A JP14255091 A JP 14255091A JP H04342177 A JPH04342177 A JP H04342177A
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- infrared absorber
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- thermopiles
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Links
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱電対を利用して人体
等から発せられる赤外線を検出するサーモパイルに関す
るものである。
等から発せられる赤外線を検出するサーモパイルに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】人体等から発せられる赤外線を検出する
サーモパイルは防犯装置、その他の様々の分野で使用さ
れている。
サーモパイルは防犯装置、その他の様々の分野で使用さ
れている。
【０００３】図１１〜図１５は従来の一般的なサーモパ
イルの構成を示したもので、窒化膜等からなるメンブレ
ン１の上側に金黒等からなる矩形状の赤外線吸収体２が
配設されており、この赤外線吸収体２の周りに複数の熱
電対３がパターン配列されている。熱電対３はビスマス
等の材料からなる第１の電導ライン４とビスマスアンチ
モン（ビスマスとアンチモンの合金）等の材料からなる
第２の電導ライン５を隙間６を介して隣接配置したもの
であり、第１の電導ライン４と第２の電導ライン５は赤
外線吸収体２側で接続されて温接合部７となっている。 第１の電導ライン４と第２の電導ライン５の温接合部７
に対して反対側の端部は冷接合部８となっており、一方
側の熱電対の第１の電導ライン４と隣りの他方側の熱電
対の第２の電導ライン５とが冷接合部８で接続されて複
数の熱電対３が直列接続されている。そして、直列接続
されている熱電対３の始端側の第１の電導ライン４の端
末部には第１の電極１０が形成されており、直列接続の
終端側の熱電対３の第２の電導ライン５の端末部には第
２の電極１１が形成され、この第１の電極１０と第２の
電極１１から被検出体の赤外線検出出力が取り出される
ようになっている。
イルの構成を示したもので、窒化膜等からなるメンブレ
ン１の上側に金黒等からなる矩形状の赤外線吸収体２が
配設されており、この赤外線吸収体２の周りに複数の熱
電対３がパターン配列されている。熱電対３はビスマス
等の材料からなる第１の電導ライン４とビスマスアンチ
モン（ビスマスとアンチモンの合金）等の材料からなる
第２の電導ライン５を隙間６を介して隣接配置したもの
であり、第１の電導ライン４と第２の電導ライン５は赤
外線吸収体２側で接続されて温接合部７となっている。 第１の電導ライン４と第２の電導ライン５の温接合部７
に対して反対側の端部は冷接合部８となっており、一方
側の熱電対の第１の電導ライン４と隣りの他方側の熱電
対の第２の電導ライン５とが冷接合部８で接続されて複
数の熱電対３が直列接続されている。そして、直列接続
されている熱電対３の始端側の第１の電導ライン４の端
末部には第１の電極１０が形成されており、直列接続の
終端側の熱電対３の第２の電導ライン５の端末部には第
２の電極１１が形成され、この第１の電極１０と第２の
電極１１から被検出体の赤外線検出出力が取り出される
ようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
サーモパイルは、各熱電対３が隙間６を有して実装密度
が低く、つまり、粗く配設されているため、感度が低い
という問題があった。
サーモパイルは、各熱電対３が隙間６を有して実装密度
が低く、つまり、粗く配設されているため、感度が低い
という問題があった。
【０００５】サーモパイルの感度を高くするためには、
熱電対３の各電導ライン４，５の幅を細くしたり、赤外
線吸収体２のサイズを大きくし、赤外線吸収体２の周囲
長を長くして配設する熱電対の数を増やすことが考えら
れる。
熱電対３の各電導ライン４，５の幅を細くしたり、赤外
線吸収体２のサイズを大きくし、赤外線吸収体２の周囲
長を長くして配設する熱電対の数を増やすことが考えら
れる。
【０００６】しかし、電導ライン４，５の幅を細くする
には、技術的に一定の限界がある上に、電導ライン４，
５の幅を細くすると、電導ライン４，５の電気抵抗が大
きくなり、これに伴いジョンソンノイズが大きくなると
いう問題が生じる。
には、技術的に一定の限界がある上に、電導ライン４，
５の幅を細くすると、電導ライン４，５の電気抵抗が大
きくなり、これに伴いジョンソンノイズが大きくなると
いう問題が生じる。
【０００７】また、赤外線吸収体２のサイズを大きくす
ると、サーモパイルの感度はその赤外線吸収体２の平面
積に反比例することから、感度が低下する方向に作用し
、熱電対３の数を増やしてもサーモパイルの感度が大き
くならないという問題が生じる。
ると、サーモパイルの感度はその赤外線吸収体２の平面
積に反比例することから、感度が低下する方向に作用し
、熱電対３の数を増やしてもサーモパイルの感度が大き
くならないという問題が生じる。
【０００８】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、熱電対の電導ライン
の幅を細くすることなく熱電対の数を増やして感度を高
めることができるサーモパイルを提供することにある。
なされたものであり、その目的は、熱電対の電導ライン
の幅を細くすることなく熱電対の数を増やして感度を高
めることができるサーモパイルを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、メンブレンと、該メンブレンの上に設けられた
赤外線吸収体と、該赤外線吸収体の近くに温接合部を配
列し遠くに冷接合部を配列して直列に接続された複数の
熱電対からなるサーモパイルにおいて、前記メンブレン
には一方の表面に複数の山と谷のラインを交互に設けて
複数の段差を形成し、前記熱電対は、複数の山の上に形
成した第１の電導ラインと、複数の谷の底に形成され前
記第１の電導ラインと熱電能の異なる第２の電導ライン
とから構成したことを特徴として構成されている。
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、メンブレンと、該メンブレンの上に設けられた
赤外線吸収体と、該赤外線吸収体の近くに温接合部を配
列し遠くに冷接合部を配列して直列に接続された複数の
熱電対からなるサーモパイルにおいて、前記メンブレン
には一方の表面に複数の山と谷のラインを交互に設けて
複数の段差を形成し、前記熱電対は、複数の山の上に形
成した第１の電導ラインと、複数の谷の底に形成され前
記第１の電導ラインと熱電能の異なる第２の電導ライン
とから構成したことを特徴として構成されている。
【００１０】
【作用】上記構成の本発明において、パターン配列され
てなる複数の熱電対の第１の電導ラインと第２の電導ラ
インは平面的には隙間なく密接配置されており、この隙
間を設けない分だけ熱電対の数が増設可能となる。
てなる複数の熱電対の第１の電導ラインと第２の電導ラ
インは平面的には隙間なく密接配置されており、この隙
間を設けない分だけ熱電対の数が増設可能となる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一の
名称部分には同一符号を付し、その詳細な重複説明は省
略する。図１には本発明に係るサーモパイルの第１の実
施例のパターン構成が示されており、図２には同実施例
におけるサーモパイルの全体構成が示されており、さら
に、図３〜図６には同実施例における熱電対パターンに
おける電導ラインの構成例が示されている。
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一の
名称部分には同一符号を付し、その詳細な重複説明は省
略する。図１には本発明に係るサーモパイルの第１の実
施例のパターン構成が示されており、図２には同実施例
におけるサーモパイルの全体構成が示されており、さら
に、図３〜図６には同実施例における熱電対パターンに
おける電導ラインの構成例が示されている。
【００１２】この実施例のサーモパイルは図２に示すよ
うに基台１２にステンレス製のパッケージ（通常ＴＯ−
５缶と呼ばれている）１３を被せたものであり、パッケ
ージ１３の頂部の中央部には赤外線を透過する窓１４が
形成されている。基台１２の上側には熱電対の形成体１
５が載置固定されている。
うに基台１２にステンレス製のパッケージ（通常ＴＯ−
５缶と呼ばれている）１３を被せたものであり、パッケ
ージ１３の頂部の中央部には赤外線を透過する窓１４が
形成されている。基台１２の上側には熱電対の形成体１
５が載置固定されている。
【００１３】この熱電対の形成体１５はシリコン基板１
６の上側に窒化膜等の薄いダイアフラム状のメンブレン
１を形成し、シリコン基板１６の中央部をエッチング技
術を用いてくり抜き、空間部１７としている。メンブレ
ン１の中央部には窓１４に対向させて赤外線吸収体２が
設けられており、この赤外線吸収体２の周りのメンブレ
ン１の上面にはフォトリソグラフィ技術とエッチング技
術を用いて図４〜図６に示すような山と谷の段差が形成
されており、この段差の山の表面に蒸着技術や、フォト
リソグラフィ技術とエッチング技術を用いて例えばアン
チモン１００ ％の熱電材料からなるパターンを形成し
て第１の電導ライン４を構成している。また、段差の谷
の表面には第１の電導ライン４と熱電能を異にする例え
ばビスマス９０％とアンチモン１０％の組成からなるビ
スマスアンチモン合金を熱電材料として第２の電導ライ
ン５をパターン形成している。そして、赤外線吸収体２
側で図４に示すように、第１の電導ライン４と第２の電
導ライン５を接続して温接合部７となして熱電対３を形
成し、この温接合部７の遠方側に形成した各熱電対３の
冷接合部８側で図６に示すように、一方側の熱電対３の
第２の電導ライン５と隣り側の熱電対３の第１の電導ラ
イン４とを接続して複数の熱電対３を直列に接続してい
る。そして、赤外線吸収体２の各辺に配列されている熱
電対３のパターン群は隣りの熱電対のパターン群とアル
ミニウム等のリード導体１８を介して接続されており、
赤外線吸収体２の周りに形成される全ての熱電対３は直
列に接続されている。
６の上側に窒化膜等の薄いダイアフラム状のメンブレン
１を形成し、シリコン基板１６の中央部をエッチング技
術を用いてくり抜き、空間部１７としている。メンブレ
ン１の中央部には窓１４に対向させて赤外線吸収体２が
設けられており、この赤外線吸収体２の周りのメンブレ
ン１の上面にはフォトリソグラフィ技術とエッチング技
術を用いて図４〜図６に示すような山と谷の段差が形成
されており、この段差の山の表面に蒸着技術や、フォト
リソグラフィ技術とエッチング技術を用いて例えばアン
チモン１００ ％の熱電材料からなるパターンを形成し
て第１の電導ライン４を構成している。また、段差の谷
の表面には第１の電導ライン４と熱電能を異にする例え
ばビスマス９０％とアンチモン１０％の組成からなるビ
スマスアンチモン合金を熱電材料として第２の電導ライ
ン５をパターン形成している。そして、赤外線吸収体２
側で図４に示すように、第１の電導ライン４と第２の電
導ライン５を接続して温接合部７となして熱電対３を形
成し、この温接合部７の遠方側に形成した各熱電対３の
冷接合部８側で図６に示すように、一方側の熱電対３の
第２の電導ライン５と隣り側の熱電対３の第１の電導ラ
イン４とを接続して複数の熱電対３を直列に接続してい
る。そして、赤外線吸収体２の各辺に配列されている熱
電対３のパターン群は隣りの熱電対のパターン群とアル
ミニウム等のリード導体１８を介して接続されており、
赤外線吸収体２の周りに形成される全ての熱電対３は直
列に接続されている。
【００１４】これら各群の熱電対３は平面的には隙間な
く密接配置されており、立体的には段差による高低差が
設けられることで、図５に示すように、第１の電導ライ
ン４と第２の電導ライン５は温接合部７と冷接合部８の
間で非導通状態となっており、温接合部７と冷接合部８
でのみ第１の電導ライン４の熱電材料が隣りの第２の電
導ライン５の熱電材料の上に重なって第１の電導ライン
４と第２の電導ライン５とが接続されている。前記熱電
対パターンの始端側端末部に設けられる第１の電極１０
と、熱電極パターンの終端側の端末部に設けられる第２
の電極１１はそれぞれボンディングワイヤ９によってタ
ーミナル２１，２２に接続されており、このターミナル
２１，２２から赤外線の検出出力が取り出されている。
く密接配置されており、立体的には段差による高低差が
設けられることで、図５に示すように、第１の電導ライ
ン４と第２の電導ライン５は温接合部７と冷接合部８の
間で非導通状態となっており、温接合部７と冷接合部８
でのみ第１の電導ライン４の熱電材料が隣りの第２の電
導ライン５の熱電材料の上に重なって第１の電導ライン
４と第２の電導ライン５とが接続されている。前記熱電
対パターンの始端側端末部に設けられる第１の電極１０
と、熱電極パターンの終端側の端末部に設けられる第２
の電極１１はそれぞれボンディングワイヤ９によってタ
ーミナル２１，２２に接続されており、このターミナル
２１，２２から赤外線の検出出力が取り出されている。
【００１５】この実施例によれば、第１の電導ライン４
と第２の電導ライン５は平面的に従来例の隙間６を設け
ることなく密接配置されるので、その隙間６をほぼ零に
できる分だけ熱電対３の数を増設することができ、それ
だけサーモパイルの感度を高くすることができる。
と第２の電導ライン５は平面的に従来例の隙間６を設け
ることなく密接配置されるので、その隙間６をほぼ零に
できる分だけ熱電対３の数を増設することができ、それ
だけサーモパイルの感度を高くすることができる。
【００１６】しかも、本実施例では、電導ライン４，５
の幅を細くすることなく熱電対３の数を増設することが
できるので、ジョンソンノイズが増加するということも
なく、非常に好都合となる。
の幅を細くすることなく熱電対３の数を増設することが
できるので、ジョンソンノイズが増加するということも
なく、非常に好都合となる。
【００１７】図７〜図１０には本発明の第２の実施例が
示されている。この第２の実施例が前記第１の実施例と
異なることは、熱電対３の温接合部７と冷接合部８で、
第１の電導ライン４の熱電材料を隣り側の第２の電導ラ
イン５に重ねて導通接続する際に、第１の電導ライン４
の熱電材料を隣り側の第２の電導ライン５の全幅に亘っ
て重ね合わせるのではなく、非重合部２０を設けて接続
するようにしたことである。このように非重合部２０を
設けることにより、メンブレン１に設ける段差、つまり
、第１の電導ライン４と第２の電導ライン５との高低差
を第１の実施例の場合より小さくしても熱電対３の温接
合部７が隣りの熱電対３の温接合部７に導通したり冷接
合部８が隣りの熱電対３の冷接合部８に導通することを
避けることができる。また、第１の電導ライン４と第２
の電導ライン５との高低差を大きくすると、温接合部７
および冷接合部８で第１の電導ライン４の熱電材料を隣
りの第２の電導ライン５に伸張して重ね合わせるときに
、メンブレン１の山の角部１９の部分で第１の電導ライ
ン４の熱電材料にクラックが発生するという心配が生じ
るが、この実施例のように、第１の電導ライン４と第２
の電導ライン５の高低差を小さくすることによりそのよ
うなクラックの発生も防止でき、より信頼性の高い熱電
対３のパターンを形成することができる。
示されている。この第２の実施例が前記第１の実施例と
異なることは、熱電対３の温接合部７と冷接合部８で、
第１の電導ライン４の熱電材料を隣り側の第２の電導ラ
イン５に重ねて導通接続する際に、第１の電導ライン４
の熱電材料を隣り側の第２の電導ライン５の全幅に亘っ
て重ね合わせるのではなく、非重合部２０を設けて接続
するようにしたことである。このように非重合部２０を
設けることにより、メンブレン１に設ける段差、つまり
、第１の電導ライン４と第２の電導ライン５との高低差
を第１の実施例の場合より小さくしても熱電対３の温接
合部７が隣りの熱電対３の温接合部７に導通したり冷接
合部８が隣りの熱電対３の冷接合部８に導通することを
避けることができる。また、第１の電導ライン４と第２
の電導ライン５との高低差を大きくすると、温接合部７
および冷接合部８で第１の電導ライン４の熱電材料を隣
りの第２の電導ライン５に伸張して重ね合わせるときに
、メンブレン１の山の角部１９の部分で第１の電導ライ
ン４の熱電材料にクラックが発生するという心配が生じ
るが、この実施例のように、第１の電導ライン４と第２
の電導ライン５の高低差を小さくすることによりそのよ
うなクラックの発生も防止でき、より信頼性の高い熱電
対３のパターンを形成することができる。
【００１８】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
各実施例では赤外線吸収体２を矩形状に形成したが、こ
の赤外線吸収体２の形状は矩形以外の任意の形状にする
ことができ、例えば円形状の赤外線吸収体とすることも
できる。この場合は、円形の赤外線吸収体２の周りに複
数の熱電対３のパターンを放射状に形成することになる
。
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
各実施例では赤外線吸収体２を矩形状に形成したが、こ
の赤外線吸収体２の形状は矩形以外の任意の形状にする
ことができ、例えば円形状の赤外線吸収体とすることも
できる。この場合は、円形の赤外線吸収体２の周りに複
数の熱電対３のパターンを放射状に形成することになる
。
【００１９】
【発明の効果】本発明は、複数の熱電対のパターンを平
面的には第１の電導ラインと第２の電導ラインを隙間な
く密接配置したものであるから、電導ラインの幅を細く
することなく赤外線吸収体の周りに形成する熱電対の数
を増やすことができ、サーモパイルの感度を効果的に高
めることができる。また、熱電対の数を従来のものと同
じにするときには、隙間を設けない分電導ラインの幅を
広くすることができるので、サーモパイルの電気抵抗を
小さくすることができ、これに伴い、ジョンソンノイズ
をより小さくすることができるという効果が得られる。
面的には第１の電導ラインと第２の電導ラインを隙間な
く密接配置したものであるから、電導ラインの幅を細く
することなく赤外線吸収体の周りに形成する熱電対の数
を増やすことができ、サーモパイルの感度を効果的に高
めることができる。また、熱電対の数を従来のものと同
じにするときには、隙間を設けない分電導ラインの幅を
広くすることができるので、サーモパイルの電気抵抗を
小さくすることができ、これに伴い、ジョンソンノイズ
をより小さくすることができるという効果が得られる。
【図１】本発明に係るサーモパイルの第１の実施例の熱
電対パターンの配列構成を示す説明図である。
電対パターンの配列構成を示す説明図である。
【図２】同実施例におけるサーモパイルの全体構造を示
す断面図である。
す断面図である。
【図３】同実施例における熱電対パターンの拡大説明図
である。
である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図３のＣ−Ｃ断面図である。
【図７】本発明に係るサーモパイルの第２の実施例の熱
電対パターンの説明図である。
電対パターンの説明図である。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図である。
【図９】図７のＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】図７のＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】従来のサーモパイルの熱電対パターンの説明
図である。
図である。
【図１２】従来のサーモパイルにおける熱電対パターン
の拡大説明図である。
の拡大説明図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ断面図である。
【図１４】図１２のＢ−Ｂ断面図である。
【図１５】図１２のＣ−Ｃ断面図である。
１ メンブレン
２ 赤外線吸収体
３ 熱電対
４ 第１の電導ライン
５ 第２の電導ライン
７ 温接合部
８ 冷接合部
Claims (1)
- 【請求項１】 メンブレンと、該メンブレンの上に設
けられた赤外線吸収体と、該赤外線吸収体の近くに温接
合部を配列し遠くに冷接合部を配列して直列に接続され
た複数の熱電対からなるサーモパイルにおいて、前記メ
ンブレンには一方の表面に複数の山と谷のラインを交互
に設けて複数の段差を形成し、前記熱電対は、複数の山
の上に形成した第１の電導ラインと、複数の谷の底に形
成され前記第１の電導ラインと熱電能の異なる第２の電
導ラインとから構成したことを特徴とするサーモパイル
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14255091A JP3160940B2 (ja) | 1991-05-17 | 1991-05-17 | サーモパイル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14255091A JP3160940B2 (ja) | 1991-05-17 | 1991-05-17 | サーモパイル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04342177A true JPH04342177A (ja) | 1992-11-27 |
| JP3160940B2 JP3160940B2 (ja) | 2001-04-25 |
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ID=15317958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14255091A Expired - Fee Related JP3160940B2 (ja) | 1991-05-17 | 1991-05-17 | サーモパイル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3160940B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0992892A (ja) * | 1995-09-22 | 1997-04-04 | Agency Of Ind Science & Technol | サーモパイル |
| JP2002503806A (ja) * | 1998-02-17 | 2002-02-05 | マーティン、ハンス、ゲラン、エバルト | ガス・センサに属する検出器を製作する方法およびこの方法に従って製作した検出器 |
| JP2002270909A (ja) * | 2001-03-06 | 2002-09-20 | Ihi Aerospace Co Ltd | 赤外線検出素子 |
| JP2007525646A (ja) * | 2003-04-28 | 2007-09-06 | アーマッド，ルブナ・エム | 気体中で分析するための熱電バイオセンサー |
-
1991
- 1991-05-17 JP JP14255091A patent/JP3160940B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0992892A (ja) * | 1995-09-22 | 1997-04-04 | Agency Of Ind Science & Technol | サーモパイル |
| JP2002503806A (ja) * | 1998-02-17 | 2002-02-05 | マーティン、ハンス、ゲラン、エバルト | ガス・センサに属する検出器を製作する方法およびこの方法に従って製作した検出器 |
| JP2002270909A (ja) * | 2001-03-06 | 2002-09-20 | Ihi Aerospace Co Ltd | 赤外線検出素子 |
| JP2007525646A (ja) * | 2003-04-28 | 2007-09-06 | アーマッド，ルブナ・エム | 気体中で分析するための熱電バイオセンサー |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3160940B2 (ja) | 2001-04-25 |
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