JPH0783756A - 振動型赤外線センサ、振動型赤外線イメージャ、及び赤外線検出方法 - Google Patents
振動型赤外線センサ、振動型赤外線イメージャ、及び赤外線検出方法Info
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- JPH0783756A JPH0783756A JP26034693A JP26034693A JPH0783756A JP H0783756 A JPH0783756 A JP H0783756A JP 26034693 A JP26034693 A JP 26034693A JP 26034693 A JP26034693 A JP 26034693A JP H0783756 A JPH0783756 A JP H0783756A
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Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 赤外線の高感度、高速応答、室温計測を目指
した振動型赤外線センサ、イメージャ、及び赤外線検出
方法を提供する。 【構成】 微小な赤外線受光部１、熱絶縁部２、２’お
よび固定部３、３’で構成される機械的振動子を検出素
子とする振動型赤外線センサ並びにこれらを多数基板上
に配置した赤外線イメージャ、及び赤外線検出方法に関
し、小形で高感度、高速で高精度な赤外線計測が室温で
行えることを特徴とする。
した振動型赤外線センサ、イメージャ、及び赤外線検出
方法を提供する。 【構成】 微小な赤外線受光部１、熱絶縁部２、２’お
よび固定部３、３’で構成される機械的振動子を検出素
子とする振動型赤外線センサ並びにこれらを多数基板上
に配置した赤外線イメージャ、及び赤外線検出方法に関
し、小形で高感度、高速で高精度な赤外線計測が室温で
行えることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、従来存在しなかった新
規な振動型赤外線センサ、振動型赤外線イメージャ及び
この新規な振動型赤外線センサを用いて、赤外線を機械
的振動子の振動特性の変化としてとらえる高感度、高速
応答でしかも室温で動作する赤外線検出方法に関する。
この振動型赤外線センサ及び赤外線検出方法は、現在、
広く用いられている赤外線信号送受信器の検出部分や化
学、医学で用いられている赤外線分析装置の検出部など
従来の赤外線検出部を置き換える形でも利用できる。
規な振動型赤外線センサ、振動型赤外線イメージャ及び
この新規な振動型赤外線センサを用いて、赤外線を機械
的振動子の振動特性の変化としてとらえる高感度、高速
応答でしかも室温で動作する赤外線検出方法に関する。
この振動型赤外線センサ及び赤外線検出方法は、現在、
広く用いられている赤外線信号送受信器の検出部分や化
学、医学で用いられている赤外線分析装置の検出部など
従来の赤外線検出部を置き換える形でも利用できる。
【０００２】
【従来の技術】現在、実用化されている赤外線センサと
しては、光電導、光起電力などを用いた量子型センサ
と、サーミスタ、ボロメータ、焦電、サーモパイルなど
を用いた熱型センサの２種類がある。
しては、光電導、光起電力などを用いた量子型センサ
と、サーミスタ、ボロメータ、焦電、サーモパイルなど
を用いた熱型センサの２種類がある。
【０００３】量子型のセンサは半導体の電子や正孔が赤
外線のエネルギーによって励起され導電率の変化や起電
力を生じることを利用するものである。このタイプのセ
ンサは一般に感度が高いが、熱による励起電子や正孔の
影響が大きいため高感度を得るには−１００℃以下の極
低温に冷却する必要がある。これには専用の冷却装置が
必要で、センサシステムの構造が必然的に大型かつ複雑
となりしかも高価となる。このため、目的とする小形セ
ンサの実現は不可能である。
外線のエネルギーによって励起され導電率の変化や起電
力を生じることを利用するものである。このタイプのセ
ンサは一般に感度が高いが、熱による励起電子や正孔の
影響が大きいため高感度を得るには−１００℃以下の極
低温に冷却する必要がある。これには専用の冷却装置が
必要で、センサシステムの構造が必然的に大型かつ複雑
となりしかも高価となる。このため、目的とする小形セ
ンサの実現は不可能である。
【０００４】熱型の赤外線センサは赤外線の吸収による
物質の温度上昇に伴う内部応力の変化を利用したもので
ある。熱型赤外線センサは室温で動作し、簡便で安価で
あるという利点を持つ反面、感度が低く応答も遅いとい
う欠点を有しており、目的とする高機能センサを実現す
ることは不可能である。
物質の温度上昇に伴う内部応力の変化を利用したもので
ある。熱型赤外線センサは室温で動作し、簡便で安価で
あるという利点を持つ反面、感度が低く応答も遅いとい
う欠点を有しており、目的とする高機能センサを実現す
ることは不可能である。
【０００５】一方、最近半導体集積回路の微細加工技術
を応用してサーミスタ、ボロメータ、焦電、サーモパイ
ルなど熱型の赤外線センサを小形に作り、感度や応答特
性の向上をはかった素子も報告されている。しかし、こ
れらのものは動作が不安定で実用化には到っていない。
を応用してサーミスタ、ボロメータ、焦電、サーモパイ
ルなど熱型の赤外線センサを小形に作り、感度や応答特
性の向上をはかった素子も報告されている。しかし、こ
れらのものは動作が不安定で実用化には到っていない。
【０００６】量子型、熱型ともに従来のものはアナログ
出力であるため、計算機を含む制御システムを考えた場
合、Ａ−Ｄ変換器などを持つインターフェイス回路が必
要であり、これは検出部の構造が大きくなる要因となっ
ていた。
出力であるため、計算機を含む制御システムを考えた場
合、Ａ−Ｄ変換器などを持つインターフェイス回路が必
要であり、これは検出部の構造が大きくなる要因となっ
ていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述の通り、量子型赤
外線センサの高感度で高速応答という特長と熱型の赤外
線センサの室温で動作することなどの特長を具備した赤
外線センサは実現されていない。また、個々のセンサを
一次元あるいは二次元的に配列した赤外線センサの一種
である赤外線イメージャを実現する場合、各センサ間の
熱絶縁が難しいという欠点もある。
外線センサの高感度で高速応答という特長と熱型の赤外
線センサの室温で動作することなどの特長を具備した赤
外線センサは実現されていない。また、個々のセンサを
一次元あるいは二次元的に配列した赤外線センサの一種
である赤外線イメージャを実現する場合、各センサ間の
熱絶縁が難しいという欠点もある。
【０００８】本発明は、叙上の従来の欠点を除去するも
のであり、赤外線の高感度、高速応答、室温計測を目指
し、半導体微細加工技術を応用して振動型赤外線センサ
を提供することと振動型センサを用い、熱型赤外線セン
サの室温で計測できる特長を活かしつつ、その高感度化
と高速応答化を図った赤外線検出方法を提供することに
ある。
のであり、赤外線の高感度、高速応答、室温計測を目指
し、半導体微細加工技術を応用して振動型赤外線センサ
を提供することと振動型センサを用い、熱型赤外線セン
サの室温で計測できる特長を活かしつつ、その高感度化
と高速応答化を図った赤外線検出方法を提供することに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、微細加工技術
を用いて製作する機械的振動子を検出素子として用い、
赤外線吸収による機械的な振動の変化を検出する方式に
よる振動型赤外線センサ及びこの振動型赤外線センサを
用いた赤外線検出方法を実現したところを特徴とする。
を用いて製作する機械的振動子を検出素子として用い、
赤外線吸収による機械的な振動の変化を検出する方式に
よる振動型赤外線センサ及びこの振動型赤外線センサを
用いた赤外線検出方法を実現したところを特徴とする。
【００１０】以下、本発明を図面を参照して詳細に説明
する。図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の原理を説明する
ための概念図である。この概念図の振動子は単純な梁で
あり、その両端が固定されている。図１（ａ）の赤外線
の受光部１である梁が光の吸収により熱膨張しようとす
るが、両端が熱絶縁部２、２’を介して固定部３、３’
に固定されているため伸びることができず梁の内部に応
力を発生する。この応力は受光部１である梁の軸力４、
４’を変化させるため、振動子の共振周波数ｆ０やＱ値
（尖鋭度）など振動特性を変化させる。例えば赤外線５
の照射により受光部１が熱誇張し、受光部１に圧縮応力
が生じると振動周波数は減少する。この時の共振周波数
の変化をΔｆとすると赤外線５の照射時の共振周波数は
ｆ０−Δｆとなる。このように振動特性の変化を検出す
ることにより、赤外線計測を実現するのが本発明におけ
る検出方法の特徴である。なお、梁は赤外線５を吸収す
る構造のものを、受光部１の梁は外部から熱絶縁された
構造のものを用いる。本実施例では両持ち梁の振動子を
示したが、赤外線の吸収により機械的振動特性が変化す
る振動子であれば構造は何でも構わない。
する。図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の原理を説明する
ための概念図である。この概念図の振動子は単純な梁で
あり、その両端が固定されている。図１（ａ）の赤外線
の受光部１である梁が光の吸収により熱膨張しようとす
るが、両端が熱絶縁部２、２’を介して固定部３、３’
に固定されているため伸びることができず梁の内部に応
力を発生する。この応力は受光部１である梁の軸力４、
４’を変化させるため、振動子の共振周波数ｆ０やＱ値
（尖鋭度）など振動特性を変化させる。例えば赤外線５
の照射により受光部１が熱誇張し、受光部１に圧縮応力
が生じると振動周波数は減少する。この時の共振周波数
の変化をΔｆとすると赤外線５の照射時の共振周波数は
ｆ０−Δｆとなる。このように振動特性の変化を検出す
ることにより、赤外線計測を実現するのが本発明におけ
る検出方法の特徴である。なお、梁は赤外線５を吸収す
る構造のものを、受光部１の梁は外部から熱絶縁された
構造のものを用いる。本実施例では両持ち梁の振動子を
示したが、赤外線の吸収により機械的振動特性が変化す
る振動子であれば構造は何でも構わない。
【００１１】
【作用】図１（ａ）、（ｂ）に示した赤外線センサの感
度は熱絶縁部の熱抵抗に比例し、応答速度は赤外線受光
部の振動子の熱容量と熱絶縁部の熱抵抗の積に比例す
る。マイクロマシーニングにより振動子の構造を小さく
し薄くして熱容量を極力少なくし同時に熱絶縁を良くす
れば、高感度を実現できしかも応答の速い赤外線センサ
を実現できる。また、機械的振動特性を利用するため動
作が安定である。さらに、周波数出力であることからＡ
−Ｄ変換器などを必要とせず計算機とのインターフェイ
スが簡単である。
度は熱絶縁部の熱抵抗に比例し、応答速度は赤外線受光
部の振動子の熱容量と熱絶縁部の熱抵抗の積に比例す
る。マイクロマシーニングにより振動子の構造を小さく
し薄くして熱容量を極力少なくし同時に熱絶縁を良くす
れば、高感度を実現できしかも応答の速い赤外線センサ
を実現できる。また、機械的振動特性を利用するため動
作が安定である。さらに、周波数出力であることからＡ
−Ｄ変換器などを必要とせず計算機とのインターフェイ
スが簡単である。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を示し、より具体的に
説明する。図２は振動型赤外線センサの一例の斜視図で
ある。この実施例における振動型赤外線センサは赤外線
受光部１、熱絶縁部２、２’、固定枠１１、駆動電極１
２、検出電極１３、基板１４から構成される。赤外線受
光部１である薄板は両端を熱伝導率の小さい熱絶縁部
２、２’で固定枠１１に固定しており、赤外線受光部１
と熱絶縁部２、２’全体が振動する。なお、以下の説明
においては赤外線受光部１と熱絶縁部２、２’を総称し
て振動子１５と呼ぶ。このように形成することにより、
第１図で説明した軸力変化を検知することにより、赤外
線を検知する。
説明する。図２は振動型赤外線センサの一例の斜視図で
ある。この実施例における振動型赤外線センサは赤外線
受光部１、熱絶縁部２、２’、固定枠１１、駆動電極１
２、検出電極１３、基板１４から構成される。赤外線受
光部１である薄板は両端を熱伝導率の小さい熱絶縁部
２、２’で固定枠１１に固定しており、赤外線受光部１
と熱絶縁部２、２’全体が振動する。なお、以下の説明
においては赤外線受光部１と熱絶縁部２、２’を総称し
て振動子１５と呼ぶ。このように形成することにより、
第１図で説明した軸力変化を検知することにより、赤外
線を検知する。
【００１３】赤外線５を吸収する赤外線受光部１の厚さ
を薄く幅を狭く作ることにより熱容量を小さくでき、ま
た、熱絶縁部２、２′の厚さを薄く幅を狭く作ることに
より熱抵抗を大きくすることができる。このことによ
り、高感度でしかも高速応答な赤外線センサを実現でき
る。
を薄く幅を狭く作ることにより熱容量を小さくでき、ま
た、熱絶縁部２、２′の厚さを薄く幅を狭く作ることに
より熱抵抗を大きくすることができる。このことによ
り、高感度でしかも高速応答な赤外線センサを実現でき
る。
【００１４】図２の実施例では、赤外線受光部１にシリ
コン薄板を用いこの部分にボロンを濃く拡散し、赤外線
５の吸収を大きくしている。また、熱絶縁部２、２’に
はシリコン酸化膜を固定枠１１と基板にはそれぞれシリ
コンおよびガラスを用いている。引張りの残留応力を持
つｐ＋シリコンと圧縮の残留応力を持つシリコン酸化膜
の組合せにより応力を調整し、受光部１と絶縁部２、
２’からなる振動子に弱い引張応力が加わるようにして
いる。以上説明した実施例における材質、形状は単に一
例であって、これらのことは設計的事項であり、振動子
は赤外線を吸収し、機械的振動の特性が変化するもので
あれば構造や材料は何でも構わない。
コン薄板を用いこの部分にボロンを濃く拡散し、赤外線
５の吸収を大きくしている。また、熱絶縁部２、２’に
はシリコン酸化膜を固定枠１１と基板にはそれぞれシリ
コンおよびガラスを用いている。引張りの残留応力を持
つｐ＋シリコンと圧縮の残留応力を持つシリコン酸化膜
の組合せにより応力を調整し、受光部１と絶縁部２、
２’からなる振動子に弱い引張応力が加わるようにして
いる。以上説明した実施例における材質、形状は単に一
例であって、これらのことは設計的事項であり、振動子
は赤外線を吸収し、機械的振動の特性が変化するもので
あれば構造や材料は何でも構わない。
【００１５】機械的振動特性の変化を検出するために
は、振動子を振動させてその時の振動特性を計測する必
要がある。図２の実施例では、振動子を振動させる方法
に静電駆動法を振動特性の検出方法には容量検出法を用
いているが、本発明においては駆動方法としては圧電駆
動法、熱駆動法など振動子を振動できる方法であれば、
また、検出方法としてはピエゾ抵抗検出法、光学的検出
法など振動子の振動を検出できるものであれば、従来用
いられてきた方法でも何でも構わない。
は、振動子を振動させてその時の振動特性を計測する必
要がある。図２の実施例では、振動子を振動させる方法
に静電駆動法を振動特性の検出方法には容量検出法を用
いているが、本発明においては駆動方法としては圧電駆
動法、熱駆動法など振動子を振動できる方法であれば、
また、検出方法としてはピエゾ抵抗検出法、光学的検出
法など振動子の振動を検出できるものであれば、従来用
いられてきた方法でも何でも構わない。
【００１６】図２の基板１４の一方の面には、駆動電極
１２と検出電極１３が設けてあり、赤外線受光部１のシ
リコン薄板自体がその対極となる構造にしてある。実施
例では駆動電極１２と受光部１の間に印加する交流電圧
によって生じる静電引力を用いて振動子を振動させ、受
光部１と検出電極１３の間の静電容量変化を用いて振動
特性を検出している。
１２と検出電極１３が設けてあり、赤外線受光部１のシ
リコン薄板自体がその対極となる構造にしてある。実施
例では駆動電極１２と受光部１の間に印加する交流電圧
によって生じる静電引力を用いて振動子を振動させ、受
光部１と検出電極１３の間の静電容量変化を用いて振動
特性を検出している。
【００１７】基板１４に一端だけを固定された固定枠１
１に振動子を形成することにより、基板１４と固定枠１
１の間の熱膨張係数の違いに起因する熱応力が振動子に
伝わらないようにしている。
１に振動子を形成することにより、基板１４と固定枠１
１の間の熱膨張係数の違いに起因する熱応力が振動子に
伝わらないようにしている。
【００１８】このように本発明の振動型赤外線センサ
は、熱型赤外線センサの利点である室温で動作でき、し
かもセンサの熱容量が小さく、熱−振動の変換効率が極
端に向上したことにより量子型赤外線センサに相当する
感度を併せ持つ特徴を有している。
は、熱型赤外線センサの利点である室温で動作でき、し
かもセンサの熱容量が小さく、熱−振動の変換効率が極
端に向上したことにより量子型赤外線センサに相当する
感度を併せ持つ特徴を有している。
【００１９】図３は図２に示した一例の赤外線センサ１
６を基板１４上に多数配列した赤外線イメージャの一例
である。このように配列すれば個々の振動型赤外線セン
サ１６を−画素とした２次元赤外線イメージャとなり、
赤外線カメラなどにおける受光素子として使用すること
ができる。これを用いると高感度で安価な赤外線カメラ
が実現できる。
６を基板１４上に多数配列した赤外線イメージャの一例
である。このように配列すれば個々の振動型赤外線セン
サ１６を−画素とした２次元赤外線イメージャとなり、
赤外線カメラなどにおける受光素子として使用すること
ができる。これを用いると高感度で安価な赤外線カメラ
が実現できる。
【００２０】図４は図２で説明した本発明の振動型赤外
線センサを実装した一実施例である。この例のものは、
上部ガラス基板１７、シリコン基板１８、下部ガラス基
板１９の３層構造で構成される。一層目の上部ガラス基
板１７と三層目の下部ガラス基板１９はシリコン基板１
８と張り合わせシリコン基板１８に設けられる振動子１
５を気密封止させるものである。一層目の上部ガラス１
７基板には、シリコン基板１８に設けられる振動子１５
上に赤外線の照射が必要な部分として赤外線入射口２０
が設けられる。二層目のシリコン基板１８には、中心部
に図２に具体例を示した振動子１５と寄生容量補償用容
量上部電極２１が形成される。また、シリコン基板１８
の周辺部には電流増幅用回路２２、センサの温度ドリフ
トを補正するための温度測定用のダイオード２５、電流
増幅回路のＭＯＳトランジスタゲート端子２６、ＭＯＳ
トランジスタドレイン端子２７、ＭＯＳトランジスタ基
板端子２８、ＭＯＳトランジスタソース端子２９、振動
子駆動電極入力端子３０、寄生容量補償用容量駆動電極
入力端子３１がそれぞれ独立した島状のシリコンに形成
される。三層目の下部ガラス基板１９には、振動子の励
起電極１２と検出電極１３及び補償用容量の駆動電極２
３と検出電極２４を形成され、また、電流増幅回路２２
の各素子とＭＯＳトランジスタゲート端子２６、ＭＯＳ
トランジスタドレイン端子２７、ＭＯＳトランジスタ基
板端子２８、ＭＯＳトランジスタソース端子２９をつな
ぐ金属配線が形成される。各端子のリード線は下部ガラ
スに形成された貫通穴を通して裏面より引き出すように
してある。
線センサを実装した一実施例である。この例のものは、
上部ガラス基板１７、シリコン基板１８、下部ガラス基
板１９の３層構造で構成される。一層目の上部ガラス基
板１７と三層目の下部ガラス基板１９はシリコン基板１
８と張り合わせシリコン基板１８に設けられる振動子１
５を気密封止させるものである。一層目の上部ガラス１
７基板には、シリコン基板１８に設けられる振動子１５
上に赤外線の照射が必要な部分として赤外線入射口２０
が設けられる。二層目のシリコン基板１８には、中心部
に図２に具体例を示した振動子１５と寄生容量補償用容
量上部電極２１が形成される。また、シリコン基板１８
の周辺部には電流増幅用回路２２、センサの温度ドリフ
トを補正するための温度測定用のダイオード２５、電流
増幅回路のＭＯＳトランジスタゲート端子２６、ＭＯＳ
トランジスタドレイン端子２７、ＭＯＳトランジスタ基
板端子２８、ＭＯＳトランジスタソース端子２９、振動
子駆動電極入力端子３０、寄生容量補償用容量駆動電極
入力端子３１がそれぞれ独立した島状のシリコンに形成
される。三層目の下部ガラス基板１９には、振動子の励
起電極１２と検出電極１３及び補償用容量の駆動電極２
３と検出電極２４を形成され、また、電流増幅回路２２
の各素子とＭＯＳトランジスタゲート端子２６、ＭＯＳ
トランジスタドレイン端子２７、ＭＯＳトランジスタ基
板端子２８、ＭＯＳトランジスタソース端子２９をつな
ぐ金属配線が形成される。各端子のリード線は下部ガラ
スに形成された貫通穴を通して裏面より引き出すように
してある。
【００２１】この例における振動子は、シリコンとシリ
コン酸化膜からなる図２で説明した具体例のものを用
い、その製作には、高ボロン拡散層を用いた選択エッチ
ング技術によったものである。また、ガラス−シリコン
の三層構造の製作は、気密封止が可能な陽極接合技術に
よった。
コン酸化膜からなる図２で説明した具体例のものを用
い、その製作には、高ボロン拡散層を用いた選択エッチ
ング技術によったものである。また、ガラス−シリコン
の三層構造の製作は、気密封止が可能な陽極接合技術に
よった。
【００２２】図５は、図４に示した赤外線センサと電流
増幅回路を集積化したシステムの一例の電気的回路図で
ある。振動子１５と駆動電極１２、検出電極１３をダイ
オード３２とＭＯＳトランジスタ３３で構成される電流
増幅回路と同じ基板上に集積化して作った。振動子１５
と検出電極１３との間に直流電圧を印加しておくと振動
子１５が振動した時、振動子１５と検出電極１３との間
の容量変化により検出電極側に振動周波数と同じ周波数
の微小な交流電流が生じる。図５の電流増幅回路は、こ
の微小電流を増幅するものである。これにより、出力信
号が大きくなるため、相対的に雑音の影響が小さくな
る。また、振動子と同じ構造の寄生容量補償用容量上部
電極２１と寄生容量補償用容量検出電極２４からなる補
償用容量を同じ基板に作る。この補償用容量は振動子が
持つ寄生容量と同じ大きさの寄生容量を持っている。駆
動電極２３を介して補償用容量に振動子に印加するのと
逆位相の交流電圧を加えると寄生容量により生じる電流
成分を相殺する事ができ、出力電流を相対的に大きくす
る事ができる。図中２６、２７、２８、２９は、ＭＯＳ
トランジスタのゲート、ドレイン、基板、ソースの各端
子、３０、３１はそれぞれ振動子と寄生容量補償用容量
の駆動電極入力端子である。
増幅回路を集積化したシステムの一例の電気的回路図で
ある。振動子１５と駆動電極１２、検出電極１３をダイ
オード３２とＭＯＳトランジスタ３３で構成される電流
増幅回路と同じ基板上に集積化して作った。振動子１５
と検出電極１３との間に直流電圧を印加しておくと振動
子１５が振動した時、振動子１５と検出電極１３との間
の容量変化により検出電極側に振動周波数と同じ周波数
の微小な交流電流が生じる。図５の電流増幅回路は、こ
の微小電流を増幅するものである。これにより、出力信
号が大きくなるため、相対的に雑音の影響が小さくな
る。また、振動子と同じ構造の寄生容量補償用容量上部
電極２１と寄生容量補償用容量検出電極２４からなる補
償用容量を同じ基板に作る。この補償用容量は振動子が
持つ寄生容量と同じ大きさの寄生容量を持っている。駆
動電極２３を介して補償用容量に振動子に印加するのと
逆位相の交流電圧を加えると寄生容量により生じる電流
成分を相殺する事ができ、出力電流を相対的に大きくす
る事ができる。図中２６、２７、２８、２９は、ＭＯＳ
トランジスタのゲート、ドレイン、基板、ソースの各端
子、３０、３１はそれぞれ振動子と寄生容量補償用容量
の駆動電極入力端子である。
【００２３】図６に図４の振動型赤外線センサの測定回
路の一例を示す。図５の電流増幅回路を集積化した赤外
線センサを図６の波線内に示してある。図６の回路構成
により、振動周波数の検出が行える。４１は振動子駆動
用交流信号入力端子で、４２は反転増幅器、４３は非反
転増幅器である。この入力回路により振動子の入力と逆
位相の交流電圧を寄生容量補償用容量に印加することに
より、寄生容量に流れる電流の影響を相殺し低減するこ
とができる。４４は電流電圧変換器で振動子からの信号
を増幅する役割を果たす。４５は出力端子である。
路の一例を示す。図５の電流増幅回路を集積化した赤外
線センサを図６の波線内に示してある。図６の回路構成
により、振動周波数の検出が行える。４１は振動子駆動
用交流信号入力端子で、４２は反転増幅器、４３は非反
転増幅器である。この入力回路により振動子の入力と逆
位相の交流電圧を寄生容量補償用容量に印加することに
より、寄生容量に流れる電流の影響を相殺し低減するこ
とができる。４４は電流電圧変換器で振動子からの信号
を増幅する役割を果たす。４５は出力端子である。
【００２４】第５図に示した赤外線センサを用い黒体表
面から発生する赤外線の検出を行ったところ、図７に示
すようにエネルギーが１０μＷの赤外線がセンサに入射
した場合、共振周波数の変化Δｆは約２００Ｈｚであっ
た。この結果から、赤外線の入射エネルギー１μＷ当り
約２０Ｈｚの感度が得られた。周波数検出器の分解能を
考慮するとこの感度は量子型赤外線センサに匹敵し、本
発明の効果を示すものである。
面から発生する赤外線の検出を行ったところ、図７に示
すようにエネルギーが１０μＷの赤外線がセンサに入射
した場合、共振周波数の変化Δｆは約２００Ｈｚであっ
た。この結果から、赤外線の入射エネルギー１μＷ当り
約２０Ｈｚの感度が得られた。周波数検出器の分解能を
考慮するとこの感度は量子型赤外線センサに匹敵し、本
発明の効果を示すものである。
【００２５】
【発明の効果】以上詳しく述べたように、本発明の振動
型赤外線センサ、振動型赤外線イメージャおよび赤外線
検出方法によって、 ア） 高感度、高速応答が可能である。 イ） 室温で計測できる。 ウ） 疑似デジタル出力で計算機とのインターフェース
が容易である。 エ） 平面上に多数並べることにより、赤外線イメージ
ャを実現できる。 などの効果が得られ、医用計測、工業計測などに従来の
ものと置き換わる形で利用することが可能であり、高精
度の赤外線検出が超小形の赤外線センサで実現できる。
型赤外線センサ、振動型赤外線イメージャおよび赤外線
検出方法によって、 ア） 高感度、高速応答が可能である。 イ） 室温で計測できる。 ウ） 疑似デジタル出力で計算機とのインターフェース
が容易である。 エ） 平面上に多数並べることにより、赤外線イメージ
ャを実現できる。 などの効果が得られ、医用計測、工業計測などに従来の
ものと置き換わる形で利用することが可能であり、高精
度の赤外線検出が超小形の赤外線センサで実現できる。
【図１】本発明の原理を説明するための概念図である。
【図２】本発明の振動型赤外線センサの−実施例で基本
構造を示す斜視図である。
構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の振動型赤外線イメージャの−具体例の
斜視図である。
斜視図である。
【図４】本発明の実施例の構造図である。
【図５】第４図の実施例における電流増幅器を集積化し
たシステムの電気回路図の一例である。
たシステムの電気回路図の一例である。
【図６】第５図の実施例における測定に用いた検出回路
図の一例である。
図の一例である。
【図７】本発明の赤外線センサの感度特性図の一例であ
る。
る。
１ 赤外線受光部 ２，２’ 熱絶縁部 ３，３’ 固定部 ４，４’ 軸力 ５ 赤外線 １１ 固定枠 １２ 振動子駆動電極 １３ 振動子検出電極 １４ 基板 １５ 振動子 １６ 赤外線センサ １７ 上部ガラス基板 １８ シリコン基板 １９ 下部ガラス基板 ２０ 赤外線入射口 ２１ 寄生容量補償用容量上部電極 ２２ 電流増幅回路 ２３ 寄生容量補償用容量駆動電極 ２４ 寄生容量補償用容量検出電極 ２５ 温度補償用ダイオード ２６ ＭＯＳトランジスタゲート端子 ２７ ＭＯＳトランジスタドレイン端子 ２８ ＭＯＳトランジスタ基板端子 ２９ ＭＯＳトランジスタソース端子 ３０ 振動子駆動電極入力端子 ３１ 寄生容量補償用容量駆動電極入力端子 ３２ ダイオード ３３ ＭＯＳトランジスタ ４１ 振動子駆動用交流信号入力端子 ４２ 反転増幅器 ４３ 非反転増幅器 ４４ 電流電圧変換器 ４５ 出力端子
Claims (3)
- 【請求項１】 機械的振動子を検出素子として有するこ
とを特徴とした振動型赤外線センサ。 - 【請求項２】 機械的振動子を検出素子とする振動型赤
外線センサを複数個有することを特徴とした振動型赤外
線イメージャ。 - 【請求項３】 熱絶縁された振動子の赤外線の吸収によ
る温度上昇に伴う機械的共振周波数あるいはＱ値の変化
を振動型赤外線センサにより検出することを特徴とした
赤外線検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26034693A JPH0783756A (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 振動型赤外線センサ、振動型赤外線イメージャ、及び赤外線検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26034693A JPH0783756A (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 振動型赤外線センサ、振動型赤外線イメージャ、及び赤外線検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0783756A true JPH0783756A (ja) | 1995-03-31 |
Family
ID=17346698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26034693A Pending JPH0783756A (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 振動型赤外線センサ、振動型赤外線イメージャ、及び赤外線検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0783756A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005003704A1 (en) * | 2003-07-03 | 2005-01-13 | Qinetiq Limited | Thermal detector |
| JP2010236960A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Minoru Sasaki | ねじり振動を利用した赤外線の検出方法とこれを実施したねじり振動を利用した赤外線センサ |
| US20130214158A1 (en) * | 2011-08-17 | 2013-08-22 | Public Service Solutions, Inc. | Passive detectors for imaging systems |
| JP2013540264A (ja) * | 2010-09-23 | 2013-10-31 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 振動数検出用のボロメータ |
| JP2015040767A (ja) * | 2013-08-22 | 2015-03-02 | 日本電信電話株式会社 | 光検出振動子、光波長計測装置、光波長計測方法、および光検出振動子の作製方法 |
| EP3136066A1 (de) * | 2015-08-28 | 2017-03-01 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung, anordnung und verfahren zum detektieren von infrarotstrahlung |
| JPWO2021229941A1 (ja) * | 2020-05-15 | 2021-11-18 | ||
| WO2023233900A1 (ja) * | 2022-05-30 | 2023-12-07 | 国立大学法人東京農工大学 | 光センサ、光検出装置、及びテラヘルツ・赤外フーリエ分光器 |
| US12411116B2 (en) | 2022-02-02 | 2025-09-09 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Apparatus with gas detection function |
-
1993
- 1993-09-10 JP JP26034693A patent/JPH0783756A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007527508A (ja) * | 2003-07-03 | 2007-09-27 | キネティック リミテッド | 感熱装置 |
| WO2005003704A1 (en) * | 2003-07-03 | 2005-01-13 | Qinetiq Limited | Thermal detector |
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| US9400218B2 (en) | 2010-09-23 | 2016-07-26 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Bolometer having frequency detection |
| JP2013540264A (ja) * | 2010-09-23 | 2013-10-31 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 振動数検出用のボロメータ |
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| JP2014524579A (ja) * | 2011-08-17 | 2014-09-22 | パブリックサービスソリューション、インク | 撮像システム用受動型検出装置 |
| US9012845B2 (en) * | 2011-08-17 | 2015-04-21 | Public Service Solutions, Inc. | Passive detectors for imaging systems |
| JP2015040767A (ja) * | 2013-08-22 | 2015-03-02 | 日本電信電話株式会社 | 光検出振動子、光波長計測装置、光波長計測方法、および光検出振動子の作製方法 |
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| WO2021229941A1 (ja) * | 2020-05-15 | 2021-11-18 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Ｍｅｍｓ共振器を用いた共振型センサおよび共振型センサの検出方法 |
| US12275634B2 (en) | 2020-05-15 | 2025-04-15 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Resonant sensor using MEMS resonator, and detection method by resonant sensor |
| US12411116B2 (en) | 2022-02-02 | 2025-09-09 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Apparatus with gas detection function |
| WO2023233900A1 (ja) * | 2022-05-30 | 2023-12-07 | 国立大学法人東京農工大学 | 光センサ、光検出装置、及びテラヘルツ・赤外フーリエ分光器 |
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