JPH09229763A - 火炎センサ - Google Patents
火炎センサInfo
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- JPH09229763A JPH09229763A JP8034602A JP3460296A JPH09229763A JP H09229763 A JPH09229763 A JP H09229763A JP 8034602 A JP8034602 A JP 8034602A JP 3460296 A JP3460296 A JP 3460296A JP H09229763 A JPH09229763 A JP H09229763A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 火炎から放射される２００ｎｍ乃至２８０ｎ
ｍの波長範囲の微弱な光を検出する半導体紫外線センサ
を実現するには、高波長域に吸収スペクトルを持つ他の
光導電型の半導体光センサに比べ、高精度の温度補償が
必要である。 【解決手段】 吸収波長域の長波長端が２８０ｎｍ近傍
にある１対の半導体紫外線センサ１を備えて、１対の半
導体紫外線センサの一方を遮光する。
ｍの波長範囲の微弱な光を検出する半導体紫外線センサ
を実現するには、高波長域に吸収スペクトルを持つ他の
光導電型の半導体光センサに比べ、高精度の温度補償が
必要である。 【解決手段】 吸収波長域の長波長端が２８０ｎｍ近傍
にある１対の半導体紫外線センサ１を備えて、１対の半
導体紫外線センサの一方を遮光する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、火炎からの放射光
の特定波長成分を、光導電型の半導体紫外線センサを用
いて認識する火炎センサに関する。更に詳しくは、火炎
の発光波長範囲から太陽光や室内光といった雑音源とな
る光の波長範囲を除外した、概ね２００ｎｍ乃至２８０
ｎｍの波長成分の紫外線を検出する火炎センサに関す
る。
の特定波長成分を、光導電型の半導体紫外線センサを用
いて認識する火炎センサに関する。更に詳しくは、火炎
の発光波長範囲から太陽光や室内光といった雑音源とな
る光の波長範囲を除外した、概ね２００ｎｍ乃至２８０
ｎｍの波長成分の紫外線を検出する火炎センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】火炎センサとしては、熱電対を用いて火
炎の発する熱を電気エネルギに変換して火炎を検知する
熱電対型と、水素炎イオン化検出器を用いて火炎中の水
素イオンを電気エネルギに変換して火炎を検知する水素
炎イオン化検出器型と、光電管を用いて火炎の発する光
エネルギを電気エネルギに変換して火炎を検知する光電
管型のものが一般的に使用されている。
炎の発する熱を電気エネルギに変換して火炎を検知する
熱電対型と、水素炎イオン化検出器を用いて火炎中の水
素イオンを電気エネルギに変換して火炎を検知する水素
炎イオン化検出器型と、光電管を用いて火炎の発する光
エネルギを電気エネルギに変換して火炎を検知する光電
管型のものが一般的に使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記熱電対型の火炎セ
ンサは、熱源である火炎が消滅した後でもセンサ周辺の
温度が急速には変化しないため、着火時、消火時等の火
炎状態の変化に対する過渡応答性が悪く、特に、温度変
化に乏しい密閉筐体中での使用に問題がある等、使用範
囲が制限されるという欠点があった。前記水素炎イオン
化検出器型の火炎センサは、電極部を火炎内に設ける必
要があり、小さな火炎から大きな火炎まで広範囲に適応
させるには、電極部のみならず支持部等も含め、高い耐
熱性と信頼性が要求されるため、火炎の形状や大きさが
大きく変化するものには適合が困難であり、使用範囲が
給湯器や小型ボイラ等での使用に制限される。前記光電
管型の火炎センサは、前記熱電対型または水素炎イオン
化検出器型の火炎センサに比べて、火炎のオン・オフの
判定精度が優れており、また火炎から距離を置いて設置
できるという長所を備えているが、光電管の構造的な制
約から、火炎センサの小型化及び低電圧駆動が困難であ
る等の短所に加えて、光エネルギを電気エネルギに変換
する光電変換効率（量子効率）が低く、特に火炎から放
射される２００ｎｍ乃至２８０ｎｍの波長範囲の微弱な
光を検出するには十分とは言えないという問題があっ
た。詳述すると、図８に示すように、火炎センサとして
検出すべき光の波長範囲は、火炎の発光波長範囲から太
陽光や室内光といった雑音源となる光の波長範囲を除外
したものであり、概ね２００ｎｍ乃至２８０ｎｍであ
る。但し、太陽光が完全に遮光された室内で蛍光灯が主
たる雑音源となる場合は、前記火炎センサとして検出す
べき光の波長範囲は、概ね２００ｎｍ乃至２９０ｎｍで
ある。また、火炎の発光スペクトルは短波長になるほど
微弱となり、特に２４０ｎｍ以下で顕著である。光電管
の光電変換効率（量子効率）は、長波長側の残留感度域
が長いため、２８０ｎｍ以上の波長域での残留感度を十
分低く抑えるためには、最高感度域が２００ｎｍ乃至２
２０ｎｍの波長範囲に存在し、量子効率は最高感度域に
おいても２０％乃至３０％であり、火炎センサとして最
も重要な２４０ｎｍ乃至２８０ｎｍの検出波長範囲では
５％乃至１０％に低下するという欠点が有り、火炎セン
サとして最も重要な前記２４０ｎｍ乃至２８０ｎｍの波
長範囲での量子効率を改善しようとすれば２８０ｎｍ以
上の波長域での残留感度が増え、太陽光や室内光等を誤
検知してＳＮ比を劣化させるという欠点が有り、光電管
を高精度な火炎センサとして使用するには問題があっ
た。本発明は光電管の代わりに光導電型の半導体紫外線
センサを用いて、火炎の放射する光の中の２００ｎｍ乃
至２９０ｎｍ、特に２００ｎｍ乃至２８０ｎｍの波長範
囲の紫外線を高効率、且つ高精度に検出することを目的
としている。光導電型の半導体紫外線センサは、その半
導体の価電子帯と伝導帯間のバンドギャップの適当なも
のを選択することで、所定の吸収スペクトルを有し、且
つ高光電変換効率（量子効率）で、長波長側の残留感度
域が短く、吸収波長端が急峻に立ち上がる半導体紫外線
センサを得ることができる。しかしながら、半導体紫外
線センサは吸収スペクトル内の光を受光していない暗中
においても、半導体紫外線センサに電圧を印加すると暗
電流が流れ、この暗電流の温度変化に対する変動が、前
記吸収スペクトル内の光を受光した場合の明電流との差
よりも大きいため、光導電型の半導体紫外線センサを火
炎センサとして使用するには、火炎のオン・オフ等によ
る温度変化に対する暗電流の変動を補償する必要があ
る。特に火炎から放射される２００ｎｍ乃至２８０ｎｍ
の波長範囲の微弱な光を検出する半導体紫外線センサを
実現するには、長波長域に吸収スペクトルを持つ他の光
導電型の半導体光センサに比べ、高精度の温度補償が必
要となる。本発明は、上述した従来技術による火炎セン
サの持つ問題点と光導電型の半導体紫外線センサを火炎
センサとして使用する場合に生じる問題点を同時に解消
するためになされたもので、火炎のオン・オフの判定精
度が高く、且つセンサ設置条件に対する自由度の高い、
広い適用範囲を有する火炎センサを提供することを目的
としている。
ンサは、熱源である火炎が消滅した後でもセンサ周辺の
温度が急速には変化しないため、着火時、消火時等の火
炎状態の変化に対する過渡応答性が悪く、特に、温度変
化に乏しい密閉筐体中での使用に問題がある等、使用範
囲が制限されるという欠点があった。前記水素炎イオン
化検出器型の火炎センサは、電極部を火炎内に設ける必
要があり、小さな火炎から大きな火炎まで広範囲に適応
させるには、電極部のみならず支持部等も含め、高い耐
熱性と信頼性が要求されるため、火炎の形状や大きさが
大きく変化するものには適合が困難であり、使用範囲が
給湯器や小型ボイラ等での使用に制限される。前記光電
管型の火炎センサは、前記熱電対型または水素炎イオン
化検出器型の火炎センサに比べて、火炎のオン・オフの
判定精度が優れており、また火炎から距離を置いて設置
できるという長所を備えているが、光電管の構造的な制
約から、火炎センサの小型化及び低電圧駆動が困難であ
る等の短所に加えて、光エネルギを電気エネルギに変換
する光電変換効率（量子効率）が低く、特に火炎から放
射される２００ｎｍ乃至２８０ｎｍの波長範囲の微弱な
光を検出するには十分とは言えないという問題があっ
た。詳述すると、図８に示すように、火炎センサとして
検出すべき光の波長範囲は、火炎の発光波長範囲から太
陽光や室内光といった雑音源となる光の波長範囲を除外
したものであり、概ね２００ｎｍ乃至２８０ｎｍであ
る。但し、太陽光が完全に遮光された室内で蛍光灯が主
たる雑音源となる場合は、前記火炎センサとして検出す
べき光の波長範囲は、概ね２００ｎｍ乃至２９０ｎｍで
ある。また、火炎の発光スペクトルは短波長になるほど
微弱となり、特に２４０ｎｍ以下で顕著である。光電管
の光電変換効率（量子効率）は、長波長側の残留感度域
が長いため、２８０ｎｍ以上の波長域での残留感度を十
分低く抑えるためには、最高感度域が２００ｎｍ乃至２
２０ｎｍの波長範囲に存在し、量子効率は最高感度域に
おいても２０％乃至３０％であり、火炎センサとして最
も重要な２４０ｎｍ乃至２８０ｎｍの検出波長範囲では
５％乃至１０％に低下するという欠点が有り、火炎セン
サとして最も重要な前記２４０ｎｍ乃至２８０ｎｍの波
長範囲での量子効率を改善しようとすれば２８０ｎｍ以
上の波長域での残留感度が増え、太陽光や室内光等を誤
検知してＳＮ比を劣化させるという欠点が有り、光電管
を高精度な火炎センサとして使用するには問題があっ
た。本発明は光電管の代わりに光導電型の半導体紫外線
センサを用いて、火炎の放射する光の中の２００ｎｍ乃
至２９０ｎｍ、特に２００ｎｍ乃至２８０ｎｍの波長範
囲の紫外線を高効率、且つ高精度に検出することを目的
としている。光導電型の半導体紫外線センサは、その半
導体の価電子帯と伝導帯間のバンドギャップの適当なも
のを選択することで、所定の吸収スペクトルを有し、且
つ高光電変換効率（量子効率）で、長波長側の残留感度
域が短く、吸収波長端が急峻に立ち上がる半導体紫外線
センサを得ることができる。しかしながら、半導体紫外
線センサは吸収スペクトル内の光を受光していない暗中
においても、半導体紫外線センサに電圧を印加すると暗
電流が流れ、この暗電流の温度変化に対する変動が、前
記吸収スペクトル内の光を受光した場合の明電流との差
よりも大きいため、光導電型の半導体紫外線センサを火
炎センサとして使用するには、火炎のオン・オフ等によ
る温度変化に対する暗電流の変動を補償する必要があ
る。特に火炎から放射される２００ｎｍ乃至２８０ｎｍ
の波長範囲の微弱な光を検出する半導体紫外線センサを
実現するには、長波長域に吸収スペクトルを持つ他の光
導電型の半導体光センサに比べ、高精度の温度補償が必
要となる。本発明は、上述した従来技術による火炎セン
サの持つ問題点と光導電型の半導体紫外線センサを火炎
センサとして使用する場合に生じる問題点を同時に解消
するためになされたもので、火炎のオン・オフの判定精
度が高く、且つセンサ設置条件に対する自由度の高い、
広い適用範囲を有する火炎センサを提供することを目的
としている。
【０００４】
〔構成〕この目的を達成するための本発明による火炎セ
ンサの第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項
１に記載した通り、吸収波長域の長波長端が２８０ｎｍ
近傍または２９０ｎｍ近傍にある１対の半導体紫外線セ
ンサを備えて、前記１対の半導体紫外線センサの一方が
遮光されている点にある。本発明による火炎センサの第
二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項２に記載
した通り、吸収波長域の長波長端が２８０ｎｍ近傍また
は２９０ｎｍ近傍にある１対の半導体紫外線センサを備
えて、前記１対の半導体紫外線センサの一方に対し、透
過波長域の短波長端が前記１対の半導体紫外線センサの
吸収波長域の長波長端近傍にある光学フィルタで特定波
長域の光を遮光する点にある。本発明による火炎センサ
の第三の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項３に
記載した通り、上述の第一又は第二の特徴構成に加え
て、前記１対の半導体紫外線センサの出力電流または出
力電圧の差分を検出する差動増幅器を備えている点にあ
る。本発明による火炎センサの第四の特徴構成は、特許
請求の範囲の欄の請求項４に記載した通り、上述の第一
又は第二の特徴構成に加えて、前記１対の半導体紫外線
センサが直列に接続され、直列に接続された前記１対の
半導体紫外線センサの両端にある開放電極間に電圧を印
加し、前記１対の半導体紫外線センサの両方に接続する
中間電極から出力電圧または出力電流を取り出す点にあ
る。本発明による火炎センサの第五の特徴構成は、特許
請求の範囲の欄の請求項５に記載した通り、上述の第四
の特徴構成に加えて、前記１対の直列に接続された半導
体紫外線センサを２組有し、各組の前記中間電極からの
出力電圧または出力電流の差分を検出する差動増幅器を
備え、一方の組の遮光されていない半導体紫外線センサ
側の開放電極と他方の組の遮光されている半導体紫外線
センサ側の開放電極を各々接続してある点にある。本発
明による火炎センサの第六の特徴構成は、特許請求の範
囲の欄の請求項６に記載した通り、上述の第一乃至第五
の特徴構成に加えて、前記半導体紫外線センサの全てが
同一基板上に形成されている点にある。本発明による火
炎センサの第七の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請
求項７に記載した通り、上述の第三または第五の特徴構
成に加えて、前記半導体紫外線センサの全て、及び、前
記差動増幅器が同一基板上に形成されている点にある。
ンサの第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項
１に記載した通り、吸収波長域の長波長端が２８０ｎｍ
近傍または２９０ｎｍ近傍にある１対の半導体紫外線セ
ンサを備えて、前記１対の半導体紫外線センサの一方が
遮光されている点にある。本発明による火炎センサの第
二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項２に記載
した通り、吸収波長域の長波長端が２８０ｎｍ近傍また
は２９０ｎｍ近傍にある１対の半導体紫外線センサを備
えて、前記１対の半導体紫外線センサの一方に対し、透
過波長域の短波長端が前記１対の半導体紫外線センサの
吸収波長域の長波長端近傍にある光学フィルタで特定波
長域の光を遮光する点にある。本発明による火炎センサ
の第三の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項３に
記載した通り、上述の第一又は第二の特徴構成に加え
て、前記１対の半導体紫外線センサの出力電流または出
力電圧の差分を検出する差動増幅器を備えている点にあ
る。本発明による火炎センサの第四の特徴構成は、特許
請求の範囲の欄の請求項４に記載した通り、上述の第一
又は第二の特徴構成に加えて、前記１対の半導体紫外線
センサが直列に接続され、直列に接続された前記１対の
半導体紫外線センサの両端にある開放電極間に電圧を印
加し、前記１対の半導体紫外線センサの両方に接続する
中間電極から出力電圧または出力電流を取り出す点にあ
る。本発明による火炎センサの第五の特徴構成は、特許
請求の範囲の欄の請求項５に記載した通り、上述の第四
の特徴構成に加えて、前記１対の直列に接続された半導
体紫外線センサを２組有し、各組の前記中間電極からの
出力電圧または出力電流の差分を検出する差動増幅器を
備え、一方の組の遮光されていない半導体紫外線センサ
側の開放電極と他方の組の遮光されている半導体紫外線
センサ側の開放電極を各々接続してある点にある。本発
明による火炎センサの第六の特徴構成は、特許請求の範
囲の欄の請求項６に記載した通り、上述の第一乃至第五
の特徴構成に加えて、前記半導体紫外線センサの全てが
同一基板上に形成されている点にある。本発明による火
炎センサの第七の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請
求項７に記載した通り、上述の第三または第五の特徴構
成に加えて、前記半導体紫外線センサの全て、及び、前
記差動増幅器が同一基板上に形成されている点にある。
【０００５】以下に作用を説明する。第一の特徴構成に
よれば、前記１対の半導体紫外線センサ間で暗電流の温
度特性の整合を取り、両センサの出力電圧または出力電
流の差分を検出することにより、温度変化に対する変動
の激しい暗電流成分が相殺され、１対の半導体紫外線セ
ンサの遮光されていない方を所定の波長範囲の紫外線セ
ンサとして機能させ、遮光されている方を温度補償用の
サーミスタとして機能させることができるのである。こ
れにより、高精度な温度補償が可能となり、火炎のオン
・オフの判定精度が高く、且つ適用範囲の広い火炎セン
サを簡単に構成することができるのである。
よれば、前記１対の半導体紫外線センサ間で暗電流の温
度特性の整合を取り、両センサの出力電圧または出力電
流の差分を検出することにより、温度変化に対する変動
の激しい暗電流成分が相殺され、１対の半導体紫外線セ
ンサの遮光されていない方を所定の波長範囲の紫外線セ
ンサとして機能させ、遮光されている方を温度補償用の
サーミスタとして機能させることができるのである。こ
れにより、高精度な温度補償が可能となり、火炎のオン
・オフの判定精度が高く、且つ適用範囲の広い火炎セン
サを簡単に構成することができるのである。
【０００６】第二の特徴構成によれば、前記１対の半導
体紫外線センサ間で暗電流の温度特性及び吸収スペクト
ルの整合を取り、両センサの出力電圧または出力電流の
差分を検出することにより、温度変化に対する変動の激
しい暗電流成分を相殺し、更に、前記遮光されている方
の半導体紫外線センサは前記半導体紫外線センサの吸収
波長域の長波長端が結晶の不完全性や製造工程中の条件
バラツキにより太陽光や室内光の波長範囲内に及ぶ場合
に対しても、これら太陽光や室内光による明電流の増加
分を雑音成分として相殺することができ、１対の半導体
紫外線センサの遮光されていない方を所定の波長範囲の
紫外線センサとして機能させ、遮光されている方を温度
補償用のサーミスタ及び擾乱光補償用の素子として機能
させることができるのである。これにより、高精度な温
度補償及び擾乱光補償が可能となり、製造バラツキに対
する許容度及び火炎のオン・オフの判定精度が高く、且
つ適用範囲の広い火炎センサを簡単に構成することがで
きるのである。
体紫外線センサ間で暗電流の温度特性及び吸収スペクト
ルの整合を取り、両センサの出力電圧または出力電流の
差分を検出することにより、温度変化に対する変動の激
しい暗電流成分を相殺し、更に、前記遮光されている方
の半導体紫外線センサは前記半導体紫外線センサの吸収
波長域の長波長端が結晶の不完全性や製造工程中の条件
バラツキにより太陽光や室内光の波長範囲内に及ぶ場合
に対しても、これら太陽光や室内光による明電流の増加
分を雑音成分として相殺することができ、１対の半導体
紫外線センサの遮光されていない方を所定の波長範囲の
紫外線センサとして機能させ、遮光されている方を温度
補償用のサーミスタ及び擾乱光補償用の素子として機能
させることができるのである。これにより、高精度な温
度補償及び擾乱光補償が可能となり、製造バラツキに対
する許容度及び火炎のオン・オフの判定精度が高く、且
つ適用範囲の広い火炎センサを簡単に構成することがで
きるのである。
【０００７】第三の特徴構成によれば、前記一対の半導
体紫外線センサの出力電流または出力電圧の差分を差動
増幅器で検出することで、前記暗電流の変動または太陽
光や室内光による明電流の増加が相殺され、所定の吸収
波長範囲内の紫外線強度の変化に対する明電流の増減分
だけが前記差分として検出できるため、差動増幅器を用
いた簡単な回路構成で、火炎のオン・オフの判定と前記
温度補償または擾乱光補償のための処理が同時に行え
る、高精度な火炎センサを提供することができるのであ
る。
体紫外線センサの出力電流または出力電圧の差分を差動
増幅器で検出することで、前記暗電流の変動または太陽
光や室内光による明電流の増加が相殺され、所定の吸収
波長範囲内の紫外線強度の変化に対する明電流の増減分
だけが前記差分として検出できるため、差動増幅器を用
いた簡単な回路構成で、火炎のオン・オフの判定と前記
温度補償または擾乱光補償のための処理が同時に行え
る、高精度な火炎センサを提供することができるのであ
る。
【０００８】第四の特徴構成によれば、温度変化による
暗電流の変動や擾乱光による明電流の変動が、直列接続
された一対の半導体紫外線センサ間で等しく働くため、
所定の吸収波長範囲内の紫外線強度が一定の場合、両半
導体紫外線センサ間の抵抗比は温度変化や擾乱光の有無
にかかわらず常に一定となる。前記中間電極からの出力
電圧は出力電流が無い場合、直列接続された一対の半導
体紫外線センサの両端の開放電極に印加された入力電圧
を抵抗分割したものであるから、抵抗比が一定であれば
一定となり、所定の吸収波長範囲内の紫外線強度の変化
にのみ追従する。この結果、前記温度補償または擾乱光
補償のための処理が自動的に行われ、所定の吸収波長範
囲内の紫外線強度の変化に対する明電流の変化分だけ
が、出力電圧が一定の場合は出力電流の変化として、出
力電流が一定の場合は出力電圧の変化として検出でき、
一対の半導体紫外線センサを直列接続しただけの簡単な
回路構成で、火炎のオン・オフの判定精度の高い火炎セ
ンサを構成することができるのである。
暗電流の変動や擾乱光による明電流の変動が、直列接続
された一対の半導体紫外線センサ間で等しく働くため、
所定の吸収波長範囲内の紫外線強度が一定の場合、両半
導体紫外線センサ間の抵抗比は温度変化や擾乱光の有無
にかかわらず常に一定となる。前記中間電極からの出力
電圧は出力電流が無い場合、直列接続された一対の半導
体紫外線センサの両端の開放電極に印加された入力電圧
を抵抗分割したものであるから、抵抗比が一定であれば
一定となり、所定の吸収波長範囲内の紫外線強度の変化
にのみ追従する。この結果、前記温度補償または擾乱光
補償のための処理が自動的に行われ、所定の吸収波長範
囲内の紫外線強度の変化に対する明電流の変化分だけ
が、出力電圧が一定の場合は出力電流の変化として、出
力電流が一定の場合は出力電圧の変化として検出でき、
一対の半導体紫外線センサを直列接続しただけの簡単な
回路構成で、火炎のオン・オフの判定精度の高い火炎セ
ンサを構成することができるのである。
【０００９】第五の特徴構成によれば、所定の吸収波長
範囲内の紫外線強度の変化に対して、２組の直列接続さ
れた一対の半導体紫外線センサの各中間電極における出
力電圧または出力電流が各々逆方向に変化するため、紫
外線強度の変化に対する出力電圧または出力電流の変化
が倍増されて、火炎センサの受光感度の向上が容易に図
れることになり、更に、紫外線強度の変化に対し逆方向
に変化する一対の出力電圧または出力電流を差動増幅す
る結果、電源電圧の変動等による雑音成分も同時に相殺
されて、使用条件の変動に対する許容度の高い、且つ火
炎のオン・オフの判定精度の非常に高い火炎センサを差
動増幅器を用いた簡単な回路構成で構成することができ
るのである。
範囲内の紫外線強度の変化に対して、２組の直列接続さ
れた一対の半導体紫外線センサの各中間電極における出
力電圧または出力電流が各々逆方向に変化するため、紫
外線強度の変化に対する出力電圧または出力電流の変化
が倍増されて、火炎センサの受光感度の向上が容易に図
れることになり、更に、紫外線強度の変化に対し逆方向
に変化する一対の出力電圧または出力電流を差動増幅す
る結果、電源電圧の変動等による雑音成分も同時に相殺
されて、使用条件の変動に対する許容度の高い、且つ火
炎のオン・オフの判定精度の非常に高い火炎センサを差
動増幅器を用いた簡単な回路構成で構成することができ
るのである。
【００１０】第六の特徴構成によれば、暗電流の温度特
性及び結晶の不完全性や製造工程中の条件バラツキによ
る吸収スペクトルの変動を前記１対の半導体紫外線セン
サ間で簡単に整合させることができ、高精度な温度補償
及び擾乱光補償が可能となり、製造バラツキに対する許
容度及び火炎のオン・オフの判定精度の高い火炎センサ
を簡単に構成することができるのである。
性及び結晶の不完全性や製造工程中の条件バラツキによ
る吸収スペクトルの変動を前記１対の半導体紫外線セン
サ間で簡単に整合させることができ、高精度な温度補償
及び擾乱光補償が可能となり、製造バラツキに対する許
容度及び火炎のオン・オフの判定精度の高い火炎センサ
を簡単に構成することができるのである。
【００１１】第七の特徴構成によれば、温度補償機能及
び擾乱光補償機能を有する火炎センサに必要な構成要素
を１チップに集積できるため、火炎センサを構成する部
品点数が軽減でき、且つ火炎センサの大幅な小型化が可
能となるのである。
び擾乱光補償機能を有する火炎センサに必要な構成要素
を１チップに集積できるため、火炎センサを構成する部
品点数が軽減でき、且つ火炎センサの大幅な小型化が可
能となるのである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１に示すように、吸収波長域の
長波長端が２８０ｎｍ近傍にある１対の半導体紫外線セ
ンサ１の一例であるＡｌx Ｇａ1-x Ｎ光導電体１ａが例
えばレーザ加熱等による物理蒸着法により同一基板２の
一例であるサファイア基板２ａ上に形成される。ここ
で、ＡｌとＧａの組成比ｘを０．３３乃至０．３５の範
囲で選択すれば、バンドギャップＥｇが概ね４．５ｅＶ
となり、前記Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ光導電体１ａの吸収スペ
クトルの長波長端はｈν／Ｅｇ＝１２４０／Ｅｇ（ｎ
ｍ）で与えられることより、吸収スペクトルの長波長端
は概ね２７５ｎｍとなる。但し、ｈはプランク定数で、
νは光の振動数である。更に、一対の紫外線センサを構
成するために必要な、少なくとも三つの電極を形成する
ために、前記Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ光導電体１ａ層上に、ｎ
型ＧａＮ層の下部電極３と例えばＴｉＡｌ等の金属電極
４を蒸着させ、図２に示すような櫛形パターンの三つの
電極５ａ、５ｂ、及び５ｃを露光エッチング工程を経て
形成する。一組のｎ型ＧａＮ層の電極下部３と金属電極
４で電極５ａ、５ｂ、または５ｃが構成される。尚、前
記金属電極４の金属がｎ型ＧａＮ層内に熱拡散し、前記
金属電極４とｎ型ＧａＮ層の下部電極３は疑似的にオー
ミック接触している。更に、金属電極４及びＡｌx Ｇａ
1-x Ｎ光導電体１ａ層上に、少なくとも２８０ｎｍ以下
の波長の紫外線を透過する例えばＳｉＯ2 やＡｌ2 Ｏ3
のような絶縁保護膜６を蒸着形成し、導線を前記金属電
極４にボンディングするための開口窓を露光エッチング
工程を経て形成する。一対の半導体紫外線センサ１の一
方に対してのみ、受光部を遮蔽するように前記絶縁保護
膜６上に金属遮光膜７が蒸着形成されている。図１及び
図２に示すように、二つの電極５ａ、５ｃと前記二つの
電極５ａ、５ｃの下方領域及び前記二つの電極５ａ、５
ｃに挟まれた領域のＡｌx Ｇａ1-x Ｎ光導電体１ａ層で
一つの素子として機能する半導体紫外線センサ１ｂが構
成される。二つの電極５ａ、５ｃに挟まれた領域が受光
部１０である。また、二つの電極５ｂ、５ｃと前記二つ
の電極５ｂ、５ｃの下方領域及び前記二つの電極５ｂ、
５ｃに挟まれた領域のＡｌx Ｇａ1-x Ｎ光導電体１ａ層
で温度補償用の半導体紫外線センサ１ｃが構成される。
尚、一対の半導体紫外線センサ１ｂ、１ｃは金属遮光膜
７を除いて断面形状及び平面形状が等しく形成されてい
る。但し、平面形状については、入射光の入射角を考慮
して、方向性についても整合性を取る方が望ましい場合
もある。
に基づいて説明する。図１に示すように、吸収波長域の
長波長端が２８０ｎｍ近傍にある１対の半導体紫外線セ
ンサ１の一例であるＡｌx Ｇａ1-x Ｎ光導電体１ａが例
えばレーザ加熱等による物理蒸着法により同一基板２の
一例であるサファイア基板２ａ上に形成される。ここ
で、ＡｌとＧａの組成比ｘを０．３３乃至０．３５の範
囲で選択すれば、バンドギャップＥｇが概ね４．５ｅＶ
となり、前記Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ光導電体１ａの吸収スペ
クトルの長波長端はｈν／Ｅｇ＝１２４０／Ｅｇ（ｎ
ｍ）で与えられることより、吸収スペクトルの長波長端
は概ね２７５ｎｍとなる。但し、ｈはプランク定数で、
νは光の振動数である。更に、一対の紫外線センサを構
成するために必要な、少なくとも三つの電極を形成する
ために、前記Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ光導電体１ａ層上に、ｎ
型ＧａＮ層の下部電極３と例えばＴｉＡｌ等の金属電極
４を蒸着させ、図２に示すような櫛形パターンの三つの
電極５ａ、５ｂ、及び５ｃを露光エッチング工程を経て
形成する。一組のｎ型ＧａＮ層の電極下部３と金属電極
４で電極５ａ、５ｂ、または５ｃが構成される。尚、前
記金属電極４の金属がｎ型ＧａＮ層内に熱拡散し、前記
金属電極４とｎ型ＧａＮ層の下部電極３は疑似的にオー
ミック接触している。更に、金属電極４及びＡｌx Ｇａ
1-x Ｎ光導電体１ａ層上に、少なくとも２８０ｎｍ以下
の波長の紫外線を透過する例えばＳｉＯ2 やＡｌ2 Ｏ3
のような絶縁保護膜６を蒸着形成し、導線を前記金属電
極４にボンディングするための開口窓を露光エッチング
工程を経て形成する。一対の半導体紫外線センサ１の一
方に対してのみ、受光部を遮蔽するように前記絶縁保護
膜６上に金属遮光膜７が蒸着形成されている。図１及び
図２に示すように、二つの電極５ａ、５ｃと前記二つの
電極５ａ、５ｃの下方領域及び前記二つの電極５ａ、５
ｃに挟まれた領域のＡｌx Ｇａ1-x Ｎ光導電体１ａ層で
一つの素子として機能する半導体紫外線センサ１ｂが構
成される。二つの電極５ａ、５ｃに挟まれた領域が受光
部１０である。また、二つの電極５ｂ、５ｃと前記二つ
の電極５ｂ、５ｃの下方領域及び前記二つの電極５ｂ、
５ｃに挟まれた領域のＡｌx Ｇａ1-x Ｎ光導電体１ａ層
で温度補償用の半導体紫外線センサ１ｃが構成される。
尚、一対の半導体紫外線センサ１ｂ、１ｃは金属遮光膜
７を除いて断面形状及び平面形状が等しく形成されてい
る。但し、平面形状については、入射光の入射角を考慮
して、方向性についても整合性を取る方が望ましい場合
もある。
【００１３】図３は図１及び図２に示す一対の半導体紫
外線センサを等価回路で図示したものである。図４乃至
図７に、図３に示す等価回路より拡張された本発明にか
かわる火炎センサの回路構成を示す。図４乃至図７に示
す各図において、温度補償は自動的に行われ、火炎から
放射される紫外線は電気信号として検出される。図４に
示すように、一方の端子を接地した負荷抵抗Ｒ１、Ｒ２
を前記一対の半導体紫外線センサの電極５ａ、５ｂに各
々接続し、電極５ｃを電源ＶDDに接続する。半導体紫外
線センサ１ｂの出力電流Ｉ1 、及び他方の半導体紫外線
センサ１ｃの出力電流Ｉ2 は各々負荷抵抗Ｒ１、Ｒ２に
流れ、電極５ａ、５ｂに出力電圧Ｖ1 、Ｖ2 が出力され
る。負荷抵抗Ｒ２の抵抗値は原則的にはＲ１の抵抗値と
等しく設定されるが、一対の半導体紫外線センサ１ｂ、
１ｃが別チップから出来ている場合など、暗電流が等し
くないときは、暗中において出力電圧Ｖ1 、Ｖ2 が等し
くなるように調整可能である。温度変化に対して、前記
出力電流Ｉ1 、Ｉ2 が同様に変化するため、出力電流の
変化分は、等しい出力電圧の変化として出力電圧Ｖ1 、
Ｖ2 に現れることになり、出力電圧の差分は、温度変化
に対して一定となる。差動増幅器９で前記出力電圧の差
分を検知することで、火炎の放射する２８０ｎｍ以下の
波長の紫外線を検出できるのである。
外線センサを等価回路で図示したものである。図４乃至
図７に、図３に示す等価回路より拡張された本発明にか
かわる火炎センサの回路構成を示す。図４乃至図７に示
す各図において、温度補償は自動的に行われ、火炎から
放射される紫外線は電気信号として検出される。図４に
示すように、一方の端子を接地した負荷抵抗Ｒ１、Ｒ２
を前記一対の半導体紫外線センサの電極５ａ、５ｂに各
々接続し、電極５ｃを電源ＶDDに接続する。半導体紫外
線センサ１ｂの出力電流Ｉ1 、及び他方の半導体紫外線
センサ１ｃの出力電流Ｉ2 は各々負荷抵抗Ｒ１、Ｒ２に
流れ、電極５ａ、５ｂに出力電圧Ｖ1 、Ｖ2 が出力され
る。負荷抵抗Ｒ２の抵抗値は原則的にはＲ１の抵抗値と
等しく設定されるが、一対の半導体紫外線センサ１ｂ、
１ｃが別チップから出来ている場合など、暗電流が等し
くないときは、暗中において出力電圧Ｖ1 、Ｖ2 が等し
くなるように調整可能である。温度変化に対して、前記
出力電流Ｉ1 、Ｉ2 が同様に変化するため、出力電流の
変化分は、等しい出力電圧の変化として出力電圧Ｖ1 、
Ｖ2 に現れることになり、出力電圧の差分は、温度変化
に対して一定となる。差動増幅器９で前記出力電圧の差
分を検知することで、火炎の放射する２８０ｎｍ以下の
波長の紫外線を検出できるのである。
【００１４】図５に示すように、電極５ａを電源ＶDDに
接続し、電極５ｂを接地し、半導体紫外線センサ１ｂ、
１ｃを直列接続された状態で使用する。電極５ｃより、
二つの半導体紫外線センサ１ｂ、１ｃの各々の抵抗成分
で電源電圧ＶDDが抵抗分割された出力電圧Ｖ3 を取り出
す。暗中において半導体紫外線センサ１ｂ、１ｃの導電
率が等しいため、等しい出力電流Ｉ1 、Ｉ2 を得て、前
記出力電圧Ｖ3 は電源電圧ＶDDの半値となる。前記直列
接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２のＲ１側を電源ＶDDに接続
し、Ｒ２側を接地し、中点より参照電圧Ｖref を取り出
す。抵抗Ｒ２の抵抗値は原則的にはＲ１の抵抗値と等し
く設定され、前記参照電圧Ｖref は電源電圧ＶDDの半値
となり、暗中では出力電圧Ｖ3 と参照電圧Ｖref が同電
位となり、前記中点と電極５ｃ間に設けられた電流計１
１には電流が流れない。尚、半導体紫外線センサ１ｂ、
１ｃが別チップから出来ている場合など、暗電流が等し
くないときは、前記暗中での出力電圧Ｖ3 が電源電圧Ｖ
DDの半値から変位するが、抵抗Ｒ２の抵抗値を調整する
ことで、前記参照電圧Ｖref を暗中での出力電圧Ｖ3に
等しく調整することが可能である。前記出力電流Ｉ1 、
Ｉ2 が温度変化に対して同様に変化するため、前記出力
電圧Ｖ3 は一定値を保持する。火炎の放射する２８０ｎ
ｍ以下の波長の紫外線に対して、半導体紫外線センサ１
ｂだけが感応し、出力電流Ｉ1 、Ｉ2 の両方を増加させ
る方向に出力電圧Ｖ3は変化する。これにより前記中点
と電極５ｃ間に電位差が生じ、前記電流計１１に電流が
流れ、温度条件に寄らず火炎の放射する２８０ｎｍ以下
の波長の紫外線にのみ感応する火炎センサとして作動す
る。
接続し、電極５ｂを接地し、半導体紫外線センサ１ｂ、
１ｃを直列接続された状態で使用する。電極５ｃより、
二つの半導体紫外線センサ１ｂ、１ｃの各々の抵抗成分
で電源電圧ＶDDが抵抗分割された出力電圧Ｖ3 を取り出
す。暗中において半導体紫外線センサ１ｂ、１ｃの導電
率が等しいため、等しい出力電流Ｉ1 、Ｉ2 を得て、前
記出力電圧Ｖ3 は電源電圧ＶDDの半値となる。前記直列
接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２のＲ１側を電源ＶDDに接続
し、Ｒ２側を接地し、中点より参照電圧Ｖref を取り出
す。抵抗Ｒ２の抵抗値は原則的にはＲ１の抵抗値と等し
く設定され、前記参照電圧Ｖref は電源電圧ＶDDの半値
となり、暗中では出力電圧Ｖ3 と参照電圧Ｖref が同電
位となり、前記中点と電極５ｃ間に設けられた電流計１
１には電流が流れない。尚、半導体紫外線センサ１ｂ、
１ｃが別チップから出来ている場合など、暗電流が等し
くないときは、前記暗中での出力電圧Ｖ3 が電源電圧Ｖ
DDの半値から変位するが、抵抗Ｒ２の抵抗値を調整する
ことで、前記参照電圧Ｖref を暗中での出力電圧Ｖ3に
等しく調整することが可能である。前記出力電流Ｉ1 、
Ｉ2 が温度変化に対して同様に変化するため、前記出力
電圧Ｖ3 は一定値を保持する。火炎の放射する２８０ｎ
ｍ以下の波長の紫外線に対して、半導体紫外線センサ１
ｂだけが感応し、出力電流Ｉ1 、Ｉ2 の両方を増加させ
る方向に出力電圧Ｖ3は変化する。これにより前記中点
と電極５ｃ間に電位差が生じ、前記電流計１１に電流が
流れ、温度条件に寄らず火炎の放射する２８０ｎｍ以下
の波長の紫外線にのみ感応する火炎センサとして作動す
る。
【００１５】図６に示すように、図５に示す電流計１１
を用いて電流の有無を検知して火炎のオン・オフの判定
を行う代わりに、前記出力電圧Ｖ3 と前記参照電圧Ｖ
ref の差分を差動増幅器９で検知するのも好ましい実施
形態である。この場合、差動増幅器９の入力電圧の変動
範囲が温度変化に対して変動しないため、図４に示した
回路構成より差動増幅器９の設計が容易である。
を用いて電流の有無を検知して火炎のオン・オフの判定
を行う代わりに、前記出力電圧Ｖ3 と前記参照電圧Ｖ
ref の差分を差動増幅器９で検知するのも好ましい実施
形態である。この場合、差動増幅器９の入力電圧の変動
範囲が温度変化に対して変動しないため、図４に示した
回路構成より差動増幅器９の設計が容易である。
【００１６】図７に示すように、図６に示す直列接続し
た抵抗Ｒ１、Ｒ２の代わりに、別の一対の直列接続した
半導体紫外線センサ１ｃ、１ｂで置き換えるのも好まし
い実施形態である。この回路構成では、図５及び図６に
示す回路構成と同様、各組の一対の半導体紫外線センサ
の出力電圧Ｖ3A、Ｖ3Bは暗中では温度条件にかかわらず
電源電圧ＶDDの半値であるが、火炎の放射する２８０ｎ
ｍ以下の波長の紫外線に対して、出力電圧Ｖ3A上昇し、
出力電圧Ｖ3Bは低下する。出力電圧Ｖ3A、Ｖ3Bの変動幅
は図６に示す出力電圧Ｖ3 と同じであり、差動増幅器９
の入力電圧である出力電圧Ｖ3A、Ｖ3Bの差分電圧は図６
に示す回路構成の２倍になり、また入力電圧の中央値が
常に一定であるため、差動増幅器９の設計がより容易に
なり、且つ検出感度の高いものが得られる。
た抵抗Ｒ１、Ｒ２の代わりに、別の一対の直列接続した
半導体紫外線センサ１ｃ、１ｂで置き換えるのも好まし
い実施形態である。この回路構成では、図５及び図６に
示す回路構成と同様、各組の一対の半導体紫外線センサ
の出力電圧Ｖ3A、Ｖ3Bは暗中では温度条件にかかわらず
電源電圧ＶDDの半値であるが、火炎の放射する２８０ｎ
ｍ以下の波長の紫外線に対して、出力電圧Ｖ3A上昇し、
出力電圧Ｖ3Bは低下する。出力電圧Ｖ3A、Ｖ3Bの変動幅
は図６に示す出力電圧Ｖ3 と同じであり、差動増幅器９
の入力電圧である出力電圧Ｖ3A、Ｖ3Bの差分電圧は図６
に示す回路構成の２倍になり、また入力電圧の中央値が
常に一定であるため、差動増幅器９の設計がより容易に
なり、且つ検出感度の高いものが得られる。
【００１７】図９に示すように、前記一対の半導体紫外
線センサ１の吸収スペクトル１４に２８０ｎｍより長波
長側に残留感度が有る場合、図１に示す金属遮光膜７を
設ける代わりに、光学フィルタ８である２８０ｎｍより
長波長側の紫外線を透過する紫外線透過フィルタ８ａを
一対の半導体紫外線センサ１の一方に対して、受光部を
遮蔽するように前記絶縁保護膜６上に設けるのも好まし
い実施形態である。２８０ｎｍより長波長側の紫外線を
透過する紫外線透過フィルタ８ａとして、例えばホーヤ
株式会社製の紫外線透過フィルタＵＶ２８，ＵＶ３０，
ＵＶ３２，色補整フィルタＣＣ５００、ＣＬ５００、熱
吸収フィルタＨＡ５０、ＨＡ３０、紫外線透過可視光吸
収フィルタＵ３６０、Ｕ３５０、Ｕ３４０等が候補とし
て挙げられるが、望ましくは図９に示す透過スペクトル
１３のように、２８０ｎｍより透過率が急峻に立ち上が
る特性のフィルタが理想的である。具体的には、図２に
示す金属遮光膜７を設ける領域に、前記紫外線透過フィ
ルタ８ａを接着したり、前記一対の半導体紫外線センサ
１がそれぞれ別チップからなり個別に別パッケージに組
み立てられている場合は、金属遮光膜７を設けず、一方
のパッケージの受光窓に前記紫外線透過フィルタ８ａを
使用する。更に前記絶縁保護膜６がＳｉＯ2 やＡｌ2 Ｏ
3 等のガラス系の材料の場合、前記一対の半導体紫外線
センサ１の一方の受光部を覆う領域だけを、上述の紫外
線透過フィルタ８ａの組成に近い組成の絶縁保護膜を形
成すると、紫外線透過フィルタ８ａをわざわざ接着する
手間が省け、製造効率の向上になる。
線センサ１の吸収スペクトル１４に２８０ｎｍより長波
長側に残留感度が有る場合、図１に示す金属遮光膜７を
設ける代わりに、光学フィルタ８である２８０ｎｍより
長波長側の紫外線を透過する紫外線透過フィルタ８ａを
一対の半導体紫外線センサ１の一方に対して、受光部を
遮蔽するように前記絶縁保護膜６上に設けるのも好まし
い実施形態である。２８０ｎｍより長波長側の紫外線を
透過する紫外線透過フィルタ８ａとして、例えばホーヤ
株式会社製の紫外線透過フィルタＵＶ２８，ＵＶ３０，
ＵＶ３２，色補整フィルタＣＣ５００、ＣＬ５００、熱
吸収フィルタＨＡ５０、ＨＡ３０、紫外線透過可視光吸
収フィルタＵ３６０、Ｕ３５０、Ｕ３４０等が候補とし
て挙げられるが、望ましくは図９に示す透過スペクトル
１３のように、２８０ｎｍより透過率が急峻に立ち上が
る特性のフィルタが理想的である。具体的には、図２に
示す金属遮光膜７を設ける領域に、前記紫外線透過フィ
ルタ８ａを接着したり、前記一対の半導体紫外線センサ
１がそれぞれ別チップからなり個別に別パッケージに組
み立てられている場合は、金属遮光膜７を設けず、一方
のパッケージの受光窓に前記紫外線透過フィルタ８ａを
使用する。更に前記絶縁保護膜６がＳｉＯ2 やＡｌ2 Ｏ
3 等のガラス系の材料の場合、前記一対の半導体紫外線
センサ１の一方の受光部を覆う領域だけを、上述の紫外
線透過フィルタ８ａの組成に近い組成の絶縁保護膜を形
成すると、紫外線透過フィルタ８ａをわざわざ接着する
手間が省け、製造効率の向上になる。
【００１８】図９に示すように、半導体紫外線センサ１
の吸収スペクトル１４と紫外線透過フィルタ８ａの透過
スペクトル１３を乗じたものが、前記紫外線透過フィル
タ８ａで遮光された半導体紫外線センサ１ｃの実効的な
吸収スペクトル１５となる。暗電流は半導体紫外線セン
サ１の熱平衡電流であるため、その温度補償は前記半導
体紫外線センサ１ｃが金属遮光膜７で遮光されても、紫
外線透過フィルタ８ａで遮光されても、図４乃至図７に
示した回路構成の実施形態では、その効果は全く等価で
ある。図９に示す透過スペクトル１３を有する紫外線透
過フィルタ８ａを使用する場合、例えば太陽光等の２８
０ｎｍより長波長の擾乱光が、火炎センサに入射して
も、半導体紫外線センサ１ｂ、１ｃの両方が前記吸収ス
ペクトル１４、１５に従って、明電流を出力する。前記
透過スペクトル１３が２８０ｎｍより垂直に立ち上がる
理想的な特性の場合は、吸収スペクトル１４、１５が２
８０ｎｍより長波長域で全く等しいため、前記半導体紫
外線センサ１ｂ、１ｃの出力電流は等しくなり、図４に
示す出力電圧Ｖ1 、Ｖ2 の差分、図５または図６に示す
出力電圧Ｖ3 、図７に示す出力電圧Ｖ3A、Ｖ3Bも変化せ
ず、太陽光などの擾乱光による雑音成分が除去できる。
しかしながら、図９に示すように前記透過スペクトル１
３が２８０ｎｍより急峻ではあるが徐々に立ち上がる場
合は、吸収スペクトル１４、１５は２８０ｎｍより長波
長域で差が生じ、結果として前記半導体紫外線センサ１
ｂ、１ｃの出力電流や出力電圧に差が生じ、太陽光など
の擾乱光による残留雑音成分が完全には除去しきれない
が、金属遮光膜７で遮光する場合に比べて、その残留雑
音成分は抑制され、雑音信号比を向上させることができ
る。上述のように、前記一対の半導体紫外線センサ１の
吸収スペクトル１４に２８０ｎｍより長波長側に残留感
度が存在する場合においても、２８０ｎｍより長波長側
の紫外線を透過する紫外線透過フィルタ８ａを使用する
ことで、図４乃至図７に示す実施形態がそのまま適用で
きる。
の吸収スペクトル１４と紫外線透過フィルタ８ａの透過
スペクトル１３を乗じたものが、前記紫外線透過フィル
タ８ａで遮光された半導体紫外線センサ１ｃの実効的な
吸収スペクトル１５となる。暗電流は半導体紫外線セン
サ１の熱平衡電流であるため、その温度補償は前記半導
体紫外線センサ１ｃが金属遮光膜７で遮光されても、紫
外線透過フィルタ８ａで遮光されても、図４乃至図７に
示した回路構成の実施形態では、その効果は全く等価で
ある。図９に示す透過スペクトル１３を有する紫外線透
過フィルタ８ａを使用する場合、例えば太陽光等の２８
０ｎｍより長波長の擾乱光が、火炎センサに入射して
も、半導体紫外線センサ１ｂ、１ｃの両方が前記吸収ス
ペクトル１４、１５に従って、明電流を出力する。前記
透過スペクトル１３が２８０ｎｍより垂直に立ち上がる
理想的な特性の場合は、吸収スペクトル１４、１５が２
８０ｎｍより長波長域で全く等しいため、前記半導体紫
外線センサ１ｂ、１ｃの出力電流は等しくなり、図４に
示す出力電圧Ｖ1 、Ｖ2 の差分、図５または図６に示す
出力電圧Ｖ3 、図７に示す出力電圧Ｖ3A、Ｖ3Bも変化せ
ず、太陽光などの擾乱光による雑音成分が除去できる。
しかしながら、図９に示すように前記透過スペクトル１
３が２８０ｎｍより急峻ではあるが徐々に立ち上がる場
合は、吸収スペクトル１４、１５は２８０ｎｍより長波
長域で差が生じ、結果として前記半導体紫外線センサ１
ｂ、１ｃの出力電流や出力電圧に差が生じ、太陽光など
の擾乱光による残留雑音成分が完全には除去しきれない
が、金属遮光膜７で遮光する場合に比べて、その残留雑
音成分は抑制され、雑音信号比を向上させることができ
る。上述のように、前記一対の半導体紫外線センサ１の
吸収スペクトル１４に２８０ｎｍより長波長側に残留感
度が存在する場合においても、２８０ｎｍより長波長側
の紫外線を透過する紫外線透過フィルタ８ａを使用する
ことで、図４乃至図７に示す実施形態がそのまま適用で
きる。
【００１９】（別実施形態）以下に他の実施形態を説明
する。前記吸収波長域の長波長端が２８０ｎｍ近傍にあ
る１対の半導体紫外線センサ１として、Ａｌx Ｇａ1-x
Ｎ光導電体以外にも同様のバンドギャップ有する、Ｍｇ
Ｓ、ＣａＳ、ＳｒＳ等を使用しても良い。またＡｌx Ｇ
ａ1-x Ｎ光導電体のＡｌとＧａの組成比ｘとバンドギャ
ップの関係は不純物濃度等に関連して変化するため、必
ずしも前記組成比ｘは０．３３乃至０．３５の範囲に限
定されるものではない。図２に示す電極及び受光部の平
面形状は特に櫛形パターンに限定するものではない。ま
た同櫛形パターンを方向を変えて組み合わせることで、
受光感度の入射角依存性が緩和されることも期待され
る。図４、図６または図７に示す差動増幅器は、特に詳
細な回路構成は説明しないが、前記半導体紫外線センサ
の電流駆動能力に限界があるため、半導体紫外線センサ
と独立したものとしては、一般に使用される高入力イン
ピーダンス差動増幅器の使用が望ましく、また半導体紫
外線センサと同一基板上で構成される場合は、ＭＯＳＦ
ＥＴ入力の差動増幅器の使用が望ましい。図１に示すサ
ファイア基板の代わりに、六方晶系ＳｉＣ基板や高抵抗
率のＳｉ基板を使用するのも良い。高抵抗率のＳｉ基板
を使用する場合、半導体紫外線センサを形成する領域と
は別部分に、熱拡散またはイオン打ち込みにより、選択
的にｎ型またはｐ型の不純物拡散領域を形成することで
例えばＭＯＳＦＥＴ等の能動素子を形成でき、高入力イ
ンピーダンス差動増幅器を半導体紫外線センサと同一基
板上に設けることができ、１チップで小型の火炎センサ
が構成できる。上述の実施形態における１対の半導体紫
外線センサ１の吸収波長域の長波長端は擾乱光となる太
陽光や室内光の発光スペクトルより２８０ｎｍ近傍にあ
ることが望ましいが、必ずしも２８０ｎｍ近傍に限定さ
れる必要はなく、例えば、太陽光が完全に遮光された室
内で蛍光灯が主たる雑音源となる場合は、前記１対の半
導体紫外線センサ１の吸収波長域の長波長端は２９０ｎ
ｍ近傍でも構わない。更に、前記１対の半導体紫外線セ
ンサ１の一方に対し、少なくとも２００ｎｍ乃至２８０
ｎｍの紫外線が遮光されていれば、前記擾乱光に対する
補償回路の感度を向上させたり、または、前記１対の半
導体紫外線センサ１の両方に対して前記擾乱光波長範囲
を遮光する光学フィルタを設けることで、上述の実施形
態における温度補償及び擾乱光補償と同様の効果を得る
ことが可能である。
する。前記吸収波長域の長波長端が２８０ｎｍ近傍にあ
る１対の半導体紫外線センサ１として、Ａｌx Ｇａ1-x
Ｎ光導電体以外にも同様のバンドギャップ有する、Ｍｇ
Ｓ、ＣａＳ、ＳｒＳ等を使用しても良い。またＡｌx Ｇ
ａ1-x Ｎ光導電体のＡｌとＧａの組成比ｘとバンドギャ
ップの関係は不純物濃度等に関連して変化するため、必
ずしも前記組成比ｘは０．３３乃至０．３５の範囲に限
定されるものではない。図２に示す電極及び受光部の平
面形状は特に櫛形パターンに限定するものではない。ま
た同櫛形パターンを方向を変えて組み合わせることで、
受光感度の入射角依存性が緩和されることも期待され
る。図４、図６または図７に示す差動増幅器は、特に詳
細な回路構成は説明しないが、前記半導体紫外線センサ
の電流駆動能力に限界があるため、半導体紫外線センサ
と独立したものとしては、一般に使用される高入力イン
ピーダンス差動増幅器の使用が望ましく、また半導体紫
外線センサと同一基板上で構成される場合は、ＭＯＳＦ
ＥＴ入力の差動増幅器の使用が望ましい。図１に示すサ
ファイア基板の代わりに、六方晶系ＳｉＣ基板や高抵抗
率のＳｉ基板を使用するのも良い。高抵抗率のＳｉ基板
を使用する場合、半導体紫外線センサを形成する領域と
は別部分に、熱拡散またはイオン打ち込みにより、選択
的にｎ型またはｐ型の不純物拡散領域を形成することで
例えばＭＯＳＦＥＴ等の能動素子を形成でき、高入力イ
ンピーダンス差動増幅器を半導体紫外線センサと同一基
板上に設けることができ、１チップで小型の火炎センサ
が構成できる。上述の実施形態における１対の半導体紫
外線センサ１の吸収波長域の長波長端は擾乱光となる太
陽光や室内光の発光スペクトルより２８０ｎｍ近傍にあ
ることが望ましいが、必ずしも２８０ｎｍ近傍に限定さ
れる必要はなく、例えば、太陽光が完全に遮光された室
内で蛍光灯が主たる雑音源となる場合は、前記１対の半
導体紫外線センサ１の吸収波長域の長波長端は２９０ｎ
ｍ近傍でも構わない。更に、前記１対の半導体紫外線セ
ンサ１の一方に対し、少なくとも２００ｎｍ乃至２８０
ｎｍの紫外線が遮光されていれば、前記擾乱光に対する
補償回路の感度を向上させたり、または、前記１対の半
導体紫外線センサ１の両方に対して前記擾乱光波長範囲
を遮光する光学フィルタを設けることで、上述の実施形
態における温度補償及び擾乱光補償と同様の効果を得る
ことが可能である。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体紫外線センサに対する高精度な温度補償及び擾乱
光補償が可能となり、製造バラツキに対する許容度及び
火炎のオン・オフの判定精度が高く、且つ広い適応範囲
を有する半導体紫外線センサを用いた火炎センサを簡単
に供給できるようになった。
半導体紫外線センサに対する高精度な温度補償及び擾乱
光補償が可能となり、製造バラツキに対する許容度及び
火炎のオン・オフの判定精度が高く、且つ広い適応範囲
を有する半導体紫外線センサを用いた火炎センサを簡単
に供給できるようになった。
【００２１】尚、特許請求の範囲の項に、図面との対照
を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明
は本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。
を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明
は本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。
【図１】同一基板上に形成された一対の半導体紫外線セ
ンサの断面図
ンサの断面図
【図２】同一基板上に形成された一対の半導体紫外線セ
ンサの平面図
ンサの平面図
【図３】一対の半導体紫外線センサの等価回路図
【図４】火炎センサの回路構成図
【図５】火炎センサの回路構成図
【図６】火炎センサの回路構成図
【図７】火炎センサの回路構成図
【図８】火炎、太陽光、室内光の発光スペクトル図、及
び光電管の吸収スペクトル図
び光電管の吸収スペクトル図
【図９】火炎、太陽光、室内光の発光スペクトル図、及
び半導体紫外線センサの吸収スペクトル図
び半導体紫外線センサの吸収スペクトル図
１ 半導体紫外線センサ ２ 基板 ３ 下部電極 ４ 金属電極 ５ａ 開放電極 ５ｂ 開放電極 ５ｃ 中間電極 ６ 絶縁保護膜 ７ 金属遮光膜 ８ 光学フィルタ ８ａ 紫外線透過フィルタ ９ 差動増幅器 １０ 受光部 １１ 電流計 １２ 入射光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/10 Ｈ０１Ｌ 31/10 Ａ
Claims (8)
- 【請求項１】 吸収波長域の長波長端が２８０ｎｍ近傍
または２９０ｎｍ近傍にある１対の半導体紫外線センサ
（１）を備えてなる火炎センサであって、前記１対の半
導体紫外線センサ（１）の一方が遮光されている火炎セ
ンサ。 - 【請求項２】 吸収波長域の長波長端が２８０ｎｍ近傍
または２９０ｎｍ近傍にある１対の半導体紫外線センサ
（１）を備えてなる火炎センサであって、前記１対の半
導体紫外線センサ（１）の一方に対し、透過波長域の短
波長端が前記１対の半導体紫外線センサ（１）の吸収波
長域の長波長端近傍にある光学フィルタ（８）を設けて
ある火炎センサ。 - 【請求項３】 前記１対の半導体紫外線センサ（１）の
出力電流または出力電圧の差分を検出する差動増幅器
（９）を備えている請求項１または２に記載の火炎セン
サ。 - 【請求項４】 前記１対の半導体紫外線センサ（１）が
直列に接続され、直列に接続された前記１対の半導体紫
外線センサ（１）の両端にある開放電極（５ａ，５ｂ）
間に電圧を印加し、前記１対の半導体紫外線センサ
（１）の両方に接続する中間電極（５ｃ）から出力電圧
または出力電流を取り出す請求項１または２に記載の火
炎センサ。 - 【請求項５】 請求項４に記載の１対の直列に接続され
た半導体紫外線センサ（１）を２組有し、各組の前記中
間電極（５ｃ）からの出力電圧または出力電流の差分を
検出する差動増幅器（９）を備え、一方の組の遮光され
ていない半導体紫外線センサ側の開放電極（５ａ）と他
方の組の遮光されている半導体紫外線センサ側の開放電
極（５ｂ）同士を各々接続してある火炎センサ。 - 【請求項６】 前記半導体紫外線センサ（１）の全てが
同一基板（２）上に形成されている請求項１、２、３、
４または５に記載の火炎センサ。 - 【請求項７】 前記半導体紫外線センサ（１）の全て、
及び、前記差動増幅器（９）が同一基板（２）上に形成
されている請求項３または５に記載の火炎センサ。 - 【請求項８】 １対の半導体紫外線センサ（１）を備え
てなる火炎センサであって、前記１対の半導体紫外線セ
ンサ（１）の一方が遮光され、前記遮光される波長範囲
の長波長端が２８０ｎｍ近傍または２９０ｎｍ近傍にあ
る火炎センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8034602A JPH09229763A (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 火炎センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8034602A JPH09229763A (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 火炎センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09229763A true JPH09229763A (ja) | 1997-09-05 |
Family
ID=12418911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8034602A Pending JPH09229763A (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 火炎センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09229763A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007125873A1 (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Asahi Kasei Emd Corporation | 赤外線センサ |
| WO2007135739A1 (ja) | 2006-05-24 | 2007-11-29 | Meijo University | 紫外受光素子 |
| US7531776B2 (en) | 2006-09-25 | 2009-05-12 | Epson Imaging Devices Corporation | Photodetector, electro-optical device, and electronic apparatus having a differential current detection circuit |
| JP2011014710A (ja) * | 2009-07-02 | 2011-01-20 | Murata Mfg Co Ltd | 紫外線センサ |
| WO2013183453A1 (ja) * | 2012-06-08 | 2013-12-12 | アルプス電気株式会社 | サーモパイル、及びそれを用いたサーモパイル式センサ並びに赤外線センサ |
| US9620662B2 (en) | 2014-09-19 | 2017-04-11 | Hamamatsu Photonics K.K. | Ultraviolet sensor and ultraviolet detecting device |
| JP2018200246A (ja) * | 2017-05-29 | 2018-12-20 | ホーチキ株式会社 | 火炎検出装置 |
| WO2020149207A1 (ja) * | 2019-01-17 | 2020-07-23 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像装置及び電子機器 |
| WO2025216109A1 (ja) * | 2024-04-08 | 2025-10-16 | 株式会社ジャパンディスプレイ | 窒化ガリウムを用いた光センサ |
-
1996
- 1996-02-22 JP JP8034602A patent/JPH09229763A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007125873A1 (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Asahi Kasei Emd Corporation | 赤外線センサ |
| JP4802242B2 (ja) * | 2006-04-24 | 2011-10-26 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線センサ |
| US8304734B2 (en) | 2006-04-24 | 2012-11-06 | Asahi Kasei Emd Corporation | Infrared sensor |
| WO2007135739A1 (ja) | 2006-05-24 | 2007-11-29 | Meijo University | 紫外受光素子 |
| US7531776B2 (en) | 2006-09-25 | 2009-05-12 | Epson Imaging Devices Corporation | Photodetector, electro-optical device, and electronic apparatus having a differential current detection circuit |
| JP2011014710A (ja) * | 2009-07-02 | 2011-01-20 | Murata Mfg Co Ltd | 紫外線センサ |
| WO2013183453A1 (ja) * | 2012-06-08 | 2013-12-12 | アルプス電気株式会社 | サーモパイル、及びそれを用いたサーモパイル式センサ並びに赤外線センサ |
| US9620662B2 (en) | 2014-09-19 | 2017-04-11 | Hamamatsu Photonics K.K. | Ultraviolet sensor and ultraviolet detecting device |
| JP2018200246A (ja) * | 2017-05-29 | 2018-12-20 | ホーチキ株式会社 | 火炎検出装置 |
| WO2020149207A1 (ja) * | 2019-01-17 | 2020-07-23 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像装置及び電子機器 |
| US12085842B2 (en) | 2019-01-17 | 2024-09-10 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Imaging device and electronic apparatus for flare reduction in an on-chip lens array |
| WO2025216109A1 (ja) * | 2024-04-08 | 2025-10-16 | 株式会社ジャパンディスプレイ | 窒化ガリウムを用いた光センサ |
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