JPH0445056B2 - - Google Patents

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JPH0445056B2
JPH0445056B2 JP59175915A JP17591584A JPH0445056B2 JP H0445056 B2 JPH0445056 B2 JP H0445056B2 JP 59175915 A JP59175915 A JP 59175915A JP 17591584 A JP17591584 A JP 17591584A JP H0445056 B2 JPH0445056 B2 JP H0445056B2
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JP
Japan
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temperature
detection element
thermopile
infrared detection
type infrared
Prior art date
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Expired
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JP59175915A
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English (en)
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JPS6153530A (ja
Inventor
Kunio Nakamura
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details
    • H10N10/81Structural details of the junction
    • H10N10/817Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は熱赤外発生部の面積を熱赤外量で検知
することにより、熱赤外発生部の位置情報を得る
ための熱電堆型赤外検出素子に関するものであ
る。
従来例の構成とその問題点 従来の熱電堆型赤外検出素子の構成を第1図に
示す。基板薄膜4の上に二種類の金属層1,2が
図の様に交互に配置されている。感温接合部6の
上に赤外吸収層3が配置されている。基準接合部
7は、左右の支持台5の上部の基板薄膜上に配置
されていて、赤外線が入射しても昇温しないよう
になつている。赤外吸収層3に赤外線が照射され
ると感温接合部6は、昇温し、基準接合部7との
温度差に相当した起電力が、ゼーベツク効果によ
り信号取出電極8に発生する。ここで、赤外吸収
層3の一部に微少面積の点状赤外線を照射する
と、その照射位置によつて発生する起電力が異な
る。即ち、感温接合部6に近い位置では発生起電
力は高くなる。
従つて、従来の熱電堆型赤外検出素子は面内感
度の不均一性が大きいという欠点がある。そのた
め、赤外照射面積計測型検出器として使用する場
合は、その感温接合部6をなるべく一点に集中配
置するような円型構造とし、これに赤外集光器と
してオプチカルコーンを組合せて使用する方法な
どが採用されている。
第2図がその構成の一例であるが、入射赤外線
はオプチカルコーン22の入口部の仮想面上で像
を結ぶようにしてあり、この仮想面で赤外発生部
の面積に対応した赤外線を受け入れることにな
る。入射した赤外線は、オプチカルコーン22の
内部鏡面で反射されて、全て最終的には熱電堆の
感温接合部を覆つている赤外吸収層21に到達す
る。
このような構成にすれば、赤外吸収層での赤外
線はほゞ均一に分布するので、面内不均一の欠点
を解決することができる。
しかし余分なオプチカルコーン22を採用しな
ければならず、これは検出部の寸法増大につなが
る。更に赤外結像面が大きくなるので、光学設計
にも大きな影響を与える。即ち、同一分解能を達
成しようとすれば、結像面が大きいほど焦点距離
の長い光学系が必要となり、同一の明るさを達成
しようとすれば、口径の大きな集光系が必要とな
る。
発明の目的 本発明は、熱電堆型赤外検出素子における面内
感度不均一性を解消し、オプチカルコーン等の光
学設計上の制約となるような構成をとらずに、赤
外照射面積計測が可能な熱電堆型赤外検出素子を
実現することを目的とする。
発明の構成 本発明は基板薄膜上に二種類の細状金属薄層が
交互にその両端が重なるように直列に配列され、
その接合部が1つおきに感温接合部に基準接合部
に分離配置され、感温接合部上に電気・熱的絶縁
層、熱的良伝導層および赤外吸収層を順次配列し
た熱電堆型赤外検出素子である。
実施例の説明 以下本発明の実施例について図面とともに詳細
に説明する。
本発明による熱電堆型赤外検出素子の実施例を
第3図a,bに示す。耐熱性有機フイルムなどの
基板薄膜34上に二種類の金属薄層の感温結合部
36上に電気的・熱的絶縁層39が配置され、そ
の上に熱的良伝導層40が配置され、更にその上
に赤外吸収層33が配置されている。赤外吸収層
33での熱吸収による昇温現象は、熱的良伝導層
40と熱的絶縁層39を介して感温接合部36に
伝わるので、熱的良伝導層40面内で感温接合部
36の1ピツチ分に相当する部分が均一温度分布
になつた状態で、熱的絶縁層39を経由して、感
温接合部36配列に到達する。従つて、このよう
な均一昇温作用により感温接合部36の不連続性
を補つて、面内感度の均一な熱電堆型赤外検出素
子が実現できる。
次に具体的実施例について説明する。第3図に
おいて、二種類の金属はビスマスとアンチモンと
し、基板薄膜34は厚さ15μmのカプトンフイル
ムとし、支持台35は銅ブロツク、信号取出電極
38は金の蒸着膜とする。
ビスマスとアンチモンは蒸着膜で薄層を形成
し、感温接合部36の寸法は80μm×80μm、隣
接する感温接合部36との間隔は20μmとする。
従つて、感温接合部36は0.1mmに1ケの割合で
並び、その個数は30ケである。感温接合部36と
基準接合部37との間隔は1mmで基準接合部37
の寸法は180μm×180μmとする。
感温接合部36の配列面上に、熱絶縁層39と
して寸法0.1mm×3.0mm×0.015mmtのポリスチレン
膜を塗布する。溶剤を乾燥により除去し、固化し
たあと、同一面上に熱的良伝導層40として金蒸
着膜(厚さ1μm)を重ね、更にその上に赤外吸
収層33としてカーボン微粉をバインダーで混ぜ
た黒化膜を塗布する。
このようにして製作された熱電堆型赤外検出素
子は、入射赤外線を黒化膜で効率良く吸収し、そ
の熱吸収により赤外照射部分は昇温する。次に金
蒸着膜により、赤外吸収熱は横方向に金蒸着膜内
を熱伝導で拡がると同時に、基板薄膜方向にも同
様に熱伝導で拡がりビスマス/アンチモンの感温
接合部の温度上昇させることになる。
ここで、横方向の熱伝導と厚さ方向の熱伝導の
熱時定数を見積ると次のようになる。
τ1=Hρl2/λ=0.24msec (1) ここで、 比熱H=0.2cal/(gf.deg) 熱伝導率λ=150cal/(mm.Hr.deg) 密度ρ=0.02gf/mm3 拡散距離l=0.05mm 拡散距離lは感温接合部36の並びのくりかえ
し間隔の1/2とした。即ち、赤外照射部から両方
向へ熱が拡がる(0.05mm×2方向)現象に関する
熱時定数を求めた。
厚さ方向の熱伝導については、ほとんど熱絶縁
層39の熱伝導で決まるので、次のように計算で
きる。
τ2=Hρl2/λ=0.8msec (2) ここで、 比熱H=0.2cal/(gf.deg) 熱伝導率λ=0.2cal/(mm.Hr.deg) 密度ρ=1×10-3gf/mm3 拡散距離l=0.015mm 拡散距離lは、熱絶縁層の厚さである。これ
で、赤外吸収熱が、感温接合部に達する現象にお
ける熱時定数を算出できた。
両者を比較すると、横方向への熱拡散が厚さ方
向の0.3倍の熱時定数であり、それだけ短時間に
赤外吸収熱が均一化することがわかる。
ここで、熱絶縁層39の厚さを増せば、均一性
は良くなるが、それは赤外検出器としての熱時定
数を大きくし、かつ熱容量増大のため赤外感度低
下を招くので、赤外検出器の特性を総合的に考え
ると5μm〜50μmが適切な条件である。本実施例
は、この範囲に入つている。
横方向への均一化という点では、感温接合部が
密に配列していれば、(1)式のlが小さくなり、熱
時定数が短縮される。従つて、本発明の目的を達
するのに必要な条件として、実施例で説明した
0.1mmピツチがその限界条件で、これより間隔が
粗くなると、面内感度均一性に直接影響が現われ
てくる。
又、熱伝導性薄膜40については、金属性で容
易に製作可能なアルミニウム蒸着膜、金蒸着膜を
用いるとほゞその熱伝導率は150cal(mm.Hr/
deg)以上であり、この数値を用いて設計した熱
電堆型赤外線検出器は、製作技術上も何らの困難
がなく実現可能である。
他の実施例として、赤外吸収層を金黒蒸着膜と
し、その他は既述の通りとする例をあげることが
できる。金黒は、窒素90%水素10%の混合ガス1
〜5Torr中で金を厚さ約1μm蒸着することによつ
て得られる。
発明の効果 以上のように、本発明は二種類の金属層の接合
部上に電気的・熱的絶縁層と熱的良伝導層を介し
て赤外吸収層を形成した熱電堆型赤外検出素子
で、熱電堆型赤外検出素子の面内感度を均一にす
る効果があり、実施例では、感度のバラツキは±
0.1%であつた。
これにより、オプチカルコーンのような集光器
は不要となり、結像寸法も3mmにおさえることが
でき、小型の光学系設計が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図a,bは、従来の熱電堆型赤外線検出素
子の一例を示す平面図及びそのA−A′断面図、
第2図はオプチカルコーンを用いた従来の熱電堆
型赤外線検出素子の実施例を示す断面側面図、第
3図a,bは、本発明による熱電堆型赤外検出素
子の構成を示す平面図及びそのA−A′断面図で
ある。 1,2,31,32……金属薄層、3,21,
33……赤外吸収層、4,34……基板薄膜、
5,35……基板薄膜支持台、6,36……感温
接合部、7,37……基準接合部、8,38……
信号取出し電極、22……オプチカルコーン、3
9……電気的・熱的絶縁層、40……熱的良伝導
層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板薄膜上に二種類の金属薄層が交互にその
    両端が重なるように直列に配置され、前記二種類
    の金属層の接合部がひとつおきに、感温接合部と
    基準接合部に分離配置されており、前記感温接合
    部配列上に、電気的・熱的絶縁層、熱的良伝導層
    および赤外吸収層を順次重畳して配置されている
    ことを特徴とする熱電堆型赤外検出素子。 2 二種類の金属薄層により形成された感温接合
    部が0.1mm以下のピツチ間隔で並んでいることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の熱電堆型
    赤外検出素子。 3 電気的・熱的絶縁層の厚さが5μm〜50μmで
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の熱電堆型赤外検出素子。 4 熱的良伝導層の熱伝導度が150cal/(mm・
    Hr・deg)であることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の熱電堆型赤外検出素子。 5 基板薄膜が耐熱性有機フイルムであることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の熱電堆型
    赤外検出素子。
JP59175915A 1984-08-24 1984-08-24 熱電堆型赤外検出素子 Granted JPS6153530A (ja)

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JP59175915A JPS6153530A (ja) 1984-08-24 1984-08-24 熱電堆型赤外検出素子

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JPS6153530A JPS6153530A (ja) 1986-03-17
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JP59175915A Granted JPS6153530A (ja) 1984-08-24 1984-08-24 熱電堆型赤外検出素子

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JPH0682848B2 (ja) * 1987-06-19 1994-10-19 静一 田沼 赤外線センサ
US5393351A (en) * 1993-01-13 1995-02-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Multilayer film multijunction thermal converters
JP2010261908A (ja) * 2009-05-11 2010-11-18 Geomatec Co Ltd レーザーパワーセンサ
CN104764535A (zh) * 2015-03-13 2015-07-08 东莞捷荣技术股份有限公司 一种测温装置和智能奶瓶套

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