JPH07151609A - 赤外線センサ - Google Patents

赤外線センサ

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Publication number
JPH07151609A
JPH07151609A JP5338850A JP33885093A JPH07151609A JP H07151609 A JPH07151609 A JP H07151609A JP 5338850 A JP5338850 A JP 5338850A JP 33885093 A JP33885093 A JP 33885093A JP H07151609 A JPH07151609 A JP H07151609A
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JP
Japan
Prior art keywords
temperature
thermistors
infrared
thermistor
infrared sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP5338850A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Ueshima
啓史 上嶋
Manabu Yamada
学 山田
Mamoru Takusagawa
守 田草川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来以上に赤外線センサの高速化、高感度化を
はかること。 【構成】図1は熱型赤外線センサの回路図で、R1は正特
性サーミスタ、R2は負特性サーミスタであり、R1、R2が
赤外線を吸収する。R3、R4はR1、R2と同一構成のサーミ
スタであるが、赤外線を吸収しない。構造は、R1、R2が
形成された温度感応膜が、およそ1μmの厚さで支持層
の4本の支持梁によって断熱的に周囲の基板に支えら
れ、R1、R2上には絶縁層と赤外線吸収膜がある。R3、R4
は、基板の温度を反映した電位となり基板温度の影響を
相殺する。R1、R2上に照射された赤外線は赤外線吸収膜
に熱吸収され、サーミスタがお互いに反対の係数である
ので出力電位は大きな変化となって現れる。即ち本セン
サは、検出センサの温度に依存しない、赤外線による温
度変化のみを従来より大きい電圧として出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線画像素子や人体
検知センサ、放射温度計などに利用されている、赤外線
を検出する赤外線センサに関し、特に、赤外線を吸収し
て熱として検出信号を得る熱型赤外線センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、サーミスタの熱特性を用いて熱を
発生させる赤外線を検出するホイートストーンブリッジ
型のセンサがある。これは半導体のバンドギャップを利
用した量子型赤外線センサのように冷却して使用する必
要性がなく、波長依存性がないなどの利点があるが、反
面、応答速度が遅く、感度が低いという特性を持つ。そ
のため近年、この熱型赤外線センサの高速化、高感度化
を図るべく、特開平4-356979号公報に開示されている如
く、サーミスタ材料と支持層とを用いて薄膜化したホイ
ートストーンブリッジを構成し、感度を上げているもの
が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成でもなお高速化、高感度化は充分ではなく、薄膜化
も材料強度上1μm程度が限界である。それで、さらに
高感度化を計るためには、サーミスタ定数の高い材料を
開発することが必要となるが、これも従来の何割かの感
度アップにしか寄与せず、開発努力の割に効果が少ない
という問題がある。従って本発明の目的は、従来以上に
熱型赤外線センサの高速化、高感度化をはかることであ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明の構成は、赤外線吸収膜で覆われた抵抗体ホイ
ートストーンブリッジにより、被検出対象の赤外線を吸
収して、該ホイートストーンブリッジ間の電圧として信
号を出力する赤外線センサにおいて、正特性のサーミス
タ抵抗体と負特性のサーミスタ抵抗体とが直列に接続さ
れた2個の抵抗体による第一抵抗対が、前記ホイートス
トーンブリッジの電源間の二辺を成して当該赤外線が照
射される薄い温度感応膜に形成された検出端であり、第
一抵抗対と同一のサーミスタ抵抗体による第二抵抗対が
前記ホイートストーンブリッジの電源間の他の二辺を成
して、該赤外線センサの基板の温度を反映した電位を出
力とする参照端となっていることである。また関連発明
の構成は、前記正特性が、低キュリー温度を有するサー
ミスタ材の正特性部分であり、前記負特性が、高キュリ
ー温度を有するサーミスタ材の、前記正特性部分と同一
温度範囲である負特性部分であって、使用温度範囲を前
記同一温度範囲に限定したことを特徴とする。
【0005】
【作用および発明の効果】赤外線センサ内で温度感応膜
が薄膜に形成され、この膜上に形成された正特性、負特
性のサーミスタ抵抗体対が、測定対象の赤外線の照射を
受けてサーミスタ抵抗体対には熱が発生する。熱量の発
生は赤外線量に対応するので、正特性、負特性のサーミ
スタの温度特性の差により、ホイートストーンブリッジ
の出力端子(検出端)の電位を従来より大きく変動さ
せ、大きな信号を得ることができる。また、検出端側の
抵抗対と同じサーミスタ抵抗対でホイートストーンブリ
ッジの他の出力端子(参照端)が構成してあるので、赤
外線の照射は受けないけれども、センサの基板の温度が
サーミスタに影響してセンサ出力に関与させることにな
るので、参照端は基板温度補償した基準電位となり、環
境温度に因らない正確な測定が実現する。
【0006】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図1は本発明を適用した熱型赤外線センサの回
路図で、このセンサの概略構成外観図が図2に示してあ
る。まず本センサは図2で、Si基板6の一部に、温度感
応膜7となる部分を残して空洞があり、その上部に温度
感応膜7がおよそ1μmの厚さで支持層2の4本の支持
梁によって周囲のSi基板6に支えられている。また支持
層2は窒化シリコン(Si3N4)や酸化シリコン(SiO2)で構
成してあるので絶縁層でもあり、これら4本の支持梁が
サーミスタ抵抗体の電極取り出しのAl配線5の取り出し
部分を構成する。この温度感応膜7の部分の支持層2の
上に、ホイートストーンブリッジの二辺の抵抗体を成す
正特性のサーミスタ3(図1のR1)と負特性のサーミ
スタ4(図1のR2)とが薄膜で配置されている。ここ
では両サーミスタ3、4は矩形パターンで、一端が共通
電極の出力端子(検出端)となり、他端がバイアスを印
加する端子となっている。また両サーミスタ3、4の膜
の上面には絶縁層8と、その上に赤外線吸収膜1とが覆
ってあり、全体としておよそ1μmの厚さとなってい
る。赤外線吸収膜1として、ここではNiCr膜や金黒(金
ブラック)薄膜を用いた。この膜は電導性があるのでサ
ーミスタ抵抗膜3、4の上面には絶縁層8を設ける。ま
たサーミスタ抵抗材として、正特性にはチタン酸バリウ
ム(BaTiO3)系の薄膜、負特性には炭化シリコン(SiC) 系
の薄膜を用いている。これら抵抗膜3、4、絶縁層8、
赤外線吸収膜1が、支持層2の上に構成されて全体とし
て温度感応膜7を構成し、ブリッジの赤外線吸収端側
(検出端)となっている。この温度感応膜7は支持層2
の支持梁で四隅を周囲の基板で支える構造であり、熱的
に基板から分離されて熱容量が小さくなっている。従っ
てこの温度感応膜7は基板6から熱的に断熱された構造
を形成しており、熱容量も小さいことから、わずかの赤
外線で熱的変化を生じる。
【0007】ホイートストーンブリッジの他の二辺端
(図1のR3、R4)は、Si基板6上に温度感応膜7側
と同一の正、負のサーミスタ特性の抵抗対(図2の9、
10)で形成してあるが、基板6に空洞は設けてなく、
表面に赤外線吸収膜1も設けていない。そのため、こち
らの端子(参照端)は基板の温度を反映した電位とな
り、赤外線吸収側の電位に含まれてしまう基板温度(周
囲温度)の影響を相殺することができる。なお、図2で
はSi基板6は別々の分離した基板で描いてあるが、同一
基板であっても、もちろんかまわない。
【0008】赤外線吸収端側の温度感応膜7部分に照射
された赤外線は、赤外線吸収膜1に熱吸収されてサーミ
スタの抵抗値を変化させる。そのため、わずかな赤外線
でも温度変化が得られるように、薄く形成される。赤外
線は図1の抵抗R1とR2とに照射され、両方ともその
サーミスタ特性により、抵抗値を変化させる。その変化
がお互いに反対の係数であるので、出力端の電位は大き
な変化となって現れる。温度感応膜7が断熱構造といっ
ても、赤外線照射が続いた場合など、基板6の温度が変
化することも考えられ、抵抗R3、R4の側で基板6の
温度を反映した電位となって温度感応膜側の出力信号を
補償する。即ち、ホイートストーンブリッジ出力端子
(検出端と参照端)は、検出センサの温度に依存しな
い、赤外線による温度変化のみを電圧として出力する。
【0009】図4は、図3に示した従来の構成のホイー
トストーンブリッジ回路と本発明のホイートストーンブ
リッジ回路との出力電圧の違いを同一条件で実施したも
のを示したもので、従来得られていた最大出力値の約2
mVを大幅に上回る約4mVと、約2倍程度の信号が得られ
ていることがわかる。これはサーミスタの正特性と負特
性の差を利用した本発明の効果による。
【0010】(第二実施例)サーミスタの負特性材料
は、前述したSiC 系材料に限らず、SnSe、TaN 、ZrO2-Y
2O3 、MgAl2O4 、MgCr2O4 、MgFe2O4 、CoO-Al2O3-CaSi
O3の各系を用いても効果は同様である。
【0011】(第三実施例)正、負特性のサーミスタを
用いる場合に、次のような構成としてもよい。即ち、高
キュリー温度を有するBa1-x Pbx TiO3系サーミスタは常
温近傍では負の特性を示し、一方、低キュリー温度を有
するBa1-x Srx TiO3系サーミスタは常温近傍で正特性を
示すので、図5に示すような温度範囲に限って、前述と
同様の効果を得ることができる。
【0012】以上のように、温度感応部の薄膜化など従
来の構成に加えて、本発明のホイートストーンブリッジ
構成を適用することで、大幅に強いセンサ信号を得るこ
とができ、ノイズに強い赤外線センサが実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のホイートストーンブリッジ回路図。
【図2】本発明の熱型赤外線センサの概略を示す外観
図。
【図3】従来構成の熱型赤外線センサの回路図。
【図4】本発明のセンサ出力と従来のセンサ出力との比
較図。
【図5】第三実施例に示すサーミスタ材による比抵抗の
温度特性図。
【符号の説明】
1 赤外線吸収膜 2 支持層 3 正特性サーミスタ薄膜(R1、赤外線吸収側) 4 負特性サーミスタ薄膜(R2、赤外線吸収側) 5 アルミ電極 6 Si基板 7 温度感応膜(2、3、4、5、8から成る) 8 絶縁層 9 正特性サーミスタ薄膜(R3、基板温度補償側) 10 負特性サーミスタ薄膜(R4、基板温度補償側) A 検出端出力端子 B 参照端出力端子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 赤外線吸収膜で覆われた抵抗体ホイート
    ストーンブリッジにより、被検出対象の赤外線を吸収し
    て、該ホイートストーンブリッジ間の電圧として信号を
    出力する赤外線センサにおいて、 正特性のサーミスタ抵抗体と負特性のサーミスタ抵抗体
    とが直列に接続された2個の抵抗体による第一抵抗対
    が、前記ホイートストーンブリッジの電源間の二辺を成
    して当該赤外線が照射される薄い温度感応膜に形成され
    た検出端であり、 第一抵抗対と同一のサーミスタ抵抗体による第二抵抗対
    が前記ホイートストーンブリッジの電源間の他の二辺を
    成して、該赤外線センサの基板の温度を反映した電位を
    出力とする参照端であることを特徴とする赤外線セン
    サ。
  2. 【請求項2】 前記正特性は、低キュリー温度を有する
    サーミスタ材の正特性部分であり、前記負特性は、高キ
    ュリー温度を有するサーミスタ材の、前記正特性部分と
    同一温度範囲である負特性部分であって、使用温度範囲
    を前記同一温度範囲に限定したことを特徴とする請求項
    1に記載の赤外線センサ。
JP5338850A 1993-12-01 1993-12-01 赤外線センサ Pending JPH07151609A (ja)

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JP5338850A JPH07151609A (ja) 1993-12-01 1993-12-01 赤外線センサ

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ID=18322001

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10339671A (ja) * 1997-06-10 1998-12-22 Yamagata Chinoo:Kk 狭視野サーミスタボロメータ
CN115053114A (zh) * 2020-02-06 2022-09-13 特里纳米克斯股份有限公司 通过差分双检测器进行温度检测
CN115420377A (zh) * 2022-08-31 2022-12-02 上海天马微电子有限公司 探测电路及驱动方法、探测器
WO2024087338A1 (zh) * 2022-10-25 2024-05-02 深圳先进技术研究院 一种热敏薄膜、红外探测器及红外探测器的制备方法

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