JP2000213991A - 熱型赤外線センサ - Google Patents
熱型赤外線センサInfo
- Publication number
- JP2000213991A JP2000213991A JP11018923A JP1892399A JP2000213991A JP 2000213991 A JP2000213991 A JP 2000213991A JP 11018923 A JP11018923 A JP 11018923A JP 1892399 A JP1892399 A JP 1892399A JP 2000213991 A JP2000213991 A JP 2000213991A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sensor
- thin film
- substrate
- pyroelectric
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】赤外線センサの感度を向上させると同時に力学
的強度を向上させ、製作時の歩留り等を向上させる。 【解決手段】基板を桟構造としたので、センサの熱損失
を防止しセンサ感度を向上させると同時に、力学的な外
的要因に対する耐久性をも向上させ、製作時の歩留りも
向上させることができた。更にセンサ部直下部を完全に
除去したものよりも振動雑音を抑えることができる。
的強度を向上させ、製作時の歩留り等を向上させる。 【解決手段】基板を桟構造としたので、センサの熱損失
を防止しセンサ感度を向上させると同時に、力学的な外
的要因に対する耐久性をも向上させ、製作時の歩留りも
向上させることができた。更にセンサ部直下部を完全に
除去したものよりも振動雑音を抑えることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、焦電体等のセンサ
材料を用いて赤外線を検出する光／熱エネルギー変換型
赤外線センサに関するものである。
材料を用いて赤外線を検出する光／熱エネルギー変換型
赤外線センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】すべての物体は自身の温度に応じた赤外
線を放出しており、この赤外線を非接触で検出できる赤
外線センサは、物体の検知や温度測定の手段として、近
年、様々な分野で利用されるようになってきた。赤外線
等の光を検出するセンサとしては、量子型のものと熱型
のものが知られているが、量子型のものは使用中に冷却
が必要となる物が多いのに対し、熱型のものでは冷却を
必要とせず、また室温下で広帯域の検出が可能であり、
中でも焦電センサは比較的応答速度が速く且つ高感度で
あるという利点ゆえに多用されている。
線を放出しており、この赤外線を非接触で検出できる赤
外線センサは、物体の検知や温度測定の手段として、近
年、様々な分野で利用されるようになってきた。赤外線
等の光を検出するセンサとしては、量子型のものと熱型
のものが知られているが、量子型のものは使用中に冷却
が必要となる物が多いのに対し、熱型のものでは冷却を
必要とせず、また室温下で広帯域の検出が可能であり、
中でも焦電センサは比較的応答速度が速く且つ高感度で
あるという利点ゆえに多用されている。
【０００３】焦電型赤外線センサの一般的な構成として
は、図1に示すように、焦電性結晶の薄板（焦電体ウェ
ハ）1の両面に対向電極2a、2bが形成され、これらが基
板3上に配設されている。焦電性結晶（強誘電体結晶）
の焦電効果により、入射した赤外線量に応じた温度変化
が結晶に生じ、その信号を各電極に接続された図外の信
号取り出し用リード線から取り出し、必要に応じて信号
を増幅回路にて増幅し、対象物の有無や温度等として検
出している。
は、図1に示すように、焦電性結晶の薄板（焦電体ウェ
ハ）1の両面に対向電極2a、2bが形成され、これらが基
板3上に配設されている。焦電性結晶（強誘電体結晶）
の焦電効果により、入射した赤外線量に応じた温度変化
が結晶に生じ、その信号を各電極に接続された図外の信
号取り出し用リード線から取り出し、必要に応じて信号
を増幅回路にて増幅し、対象物の有無や温度等として検
出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような熱型赤外線
センサにおいては、感度と応答性向上のため、センサ受
光部における熱容量をできるだけ小さくする必要がある
が、センサ材料は基板上に熱分離なしに直接着設されて
いるため、センサ材料の熱が基板に逃れやすく、十分な
感度と応答性が得られないという問題があった。そのた
め、センサ材料の基板への熱損失を防止するための構成
として、図2の(a)(b)に示すように、センサ材料の真下
にあたる部分の基板を切り欠いて空洞化し、熱的に絶縁
させる種々の工夫がなされている。
センサにおいては、感度と応答性向上のため、センサ受
光部における熱容量をできるだけ小さくする必要がある
が、センサ材料は基板上に熱分離なしに直接着設されて
いるため、センサ材料の熱が基板に逃れやすく、十分な
感度と応答性が得られないという問題があった。そのた
め、センサ材料の基板への熱損失を防止するための構成
として、図2の(a)(b)に示すように、センサ材料の真下
にあたる部分の基板を切り欠いて空洞化し、熱的に絶縁
させる種々の工夫がなされている。
【０００５】しかしながら、センサ材料直下の基板を完
全に除去した場合、熱損失は防げるものの当然にして力
学的に弱く、また生産性や歩留りが悪いという新たな欠
点が生じていた。かといって基板に直貼りすると前述し
た熱損失により感度や応答性の低下を招き、温度雑音も
大きくなってしまう。
全に除去した場合、熱損失は防げるものの当然にして力
学的に弱く、また生産性や歩留りが悪いという新たな欠
点が生じていた。かといって基板に直貼りすると前述し
た熱損失により感度や応答性の低下を招き、温度雑音も
大きくなってしまう。
【０００６】本発明は、これらの問題点を解決した熱型
赤外線センサを提供することを目的とする。
赤外線センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る熱型赤外線センサは、センサ材料薄膜
と、該センサ材料薄膜に着設される電極とが、基板上に
配設されてなる熱型赤外線センサであって、前記基板の
少なくともセンサ材料薄膜の直下部分が桟構造とされて
いることを特徴としている。
め、本発明に係る熱型赤外線センサは、センサ材料薄膜
と、該センサ材料薄膜に着設される電極とが、基板上に
配設されてなる熱型赤外線センサであって、前記基板の
少なくともセンサ材料薄膜の直下部分が桟構造とされて
いることを特徴としている。
【０００８】センサ材料としては、焦電体結晶の他、熱
電対、サーモパイル、ボロメータ等、公知の各種センサ
材料が適用される。
電対、サーモパイル、ボロメータ等、公知の各種センサ
材料が適用される。
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る熱型赤外線セ
ンサの一実施例を図を用いて説明する。
ンサの一実施例を図を用いて説明する。
【０００９】図3は本発明に係る熱型赤外線センサの焦
電センサを用いた一構成例を示す説明図である。(a)は
上面図、(b)はA-A'断面図である。この熱型赤外線セン
サは断面図(b)に示すように主として支持部Aの上にセン
サ部Bが載置されるように構成されている。センサ受光
部Sより入射した赤外線は焦電体に電荷を発生させ、焦
電体の両面に配設された電極間に電圧を発生させる。こ
の電圧信号は各々の電極に接続された上面電極用リード
線4a、及び下面電極用リード線4bにより取り出され、入
射赤外線量を検知する。
電センサを用いた一構成例を示す説明図である。(a)は
上面図、(b)はA-A'断面図である。この熱型赤外線セン
サは断面図(b)に示すように主として支持部Aの上にセン
サ部Bが載置されるように構成されている。センサ受光
部Sより入射した赤外線は焦電体に電荷を発生させ、焦
電体の両面に配設された電極間に電圧を発生させる。こ
の電圧信号は各々の電極に接続された上面電極用リード
線4a、及び下面電極用リード線4bにより取り出され、入
射赤外線量を検知する。
【００１０】なお、センサが熱電対・サーモパイルの場
合には、入射した赤外線により熱起電力又は熱電流を信
号として取り出し、ボロメータの場合は抵抗値の変化と
して取り出すというように、出力信号はセンサの種類
（材料）によって異なる。
合には、入射した赤外線により熱起電力又は熱電流を信
号として取り出し、ボロメータの場合は抵抗値の変化と
して取り出すというように、出力信号はセンサの種類
（材料）によって異なる。
【００１１】焦電体薄膜結晶1の上下両面には円板状の
上面電極2a及び下面電極2bが各々配設され、電極接点を
経て、外部への信号取り出し用の上面電極用リード線4
a、及び下面電極用リード線4bに接続されている。そし
てこれら全体が支持部A上に固設される。
上面電極2a及び下面電極2bが各々配設され、電極接点を
経て、外部への信号取り出し用の上面電極用リード線4
a、及び下面電極用リード線4bに接続されている。そし
てこれら全体が支持部A上に固設される。
【００１２】焦電体薄膜結晶1、焦電材料の結晶が板状
或いは薄膜状に形成されたものである。焦電材料として
は、例えばTGS（トリグリシンサルフェイト）、DLATGS
（L-αアラニンをドーピングして水素を重水素で置換し
たTGS）、LiTaO3（タンタル酸リチウム）等が用いられ
るが、これらに限定されるものではなく、公知の各種焦
電材料が適用できる。
或いは薄膜状に形成されたものである。焦電材料として
は、例えばTGS（トリグリシンサルフェイト）、DLATGS
（L-αアラニンをドーピングして水素を重水素で置換し
たTGS）、LiTaO3（タンタル酸リチウム）等が用いられ
るが、これらに限定されるものではなく、公知の各種焦
電材料が適用できる。
【００１３】焦電体薄膜結晶1の上面及び下面には上面
電極2a及び下面電極2bが蒸着等の方法により形成されて
いる。各々の電極は、例えば円形の板状或いは薄膜状に
構成され、焦電体薄膜結晶1のほぼ中央部に表裏両面に
相対向する状態に一対のものとして形成される。電極材
料としては、例えばNiCr（ニッケルクロム）やAu（金）
等の導電体が利用できる。また、電極2a、2bと信号取り
出し用リード線4a、4bとの接点には導電性接着剤や半田
ペースト等が利用できる。
電極2a及び下面電極2bが蒸着等の方法により形成されて
いる。各々の電極は、例えば円形の板状或いは薄膜状に
構成され、焦電体薄膜結晶1のほぼ中央部に表裏両面に
相対向する状態に一対のものとして形成される。電極材
料としては、例えばNiCr（ニッケルクロム）やAu（金）
等の導電体が利用できる。また、電極2a、2bと信号取り
出し用リード線4a、4bとの接点には導電性接着剤や半田
ペースト等が利用できる。
【００１４】上記センサ部の製造手順としては、先ず焦
電体薄膜結晶1の下面側に蒸着等により下面電極2a及び
下面電極接点を形成し、こうした焦電体薄膜結晶1を支
持基板3の表面に接着剤にて固設する。次に焦電体薄膜
結晶1の上面側に蒸着等により上面電極2a及び上面電極
接点を形成する。最後に上面電極接点、下面電極接点に
信号取り出し用の上面電極用リード線4a、下面電極用リ
ード線4bを導電接続する。
電体薄膜結晶1の下面側に蒸着等により下面電極2a及び
下面電極接点を形成し、こうした焦電体薄膜結晶1を支
持基板3の表面に接着剤にて固設する。次に焦電体薄膜
結晶1の上面側に蒸着等により上面電極2a及び上面電極
接点を形成する。最後に上面電極接点、下面電極接点に
信号取り出し用の上面電極用リード線4a、下面電極用リ
ード線4bを導電接続する。
【００１５】一方、基板3に従来技術のようにセンサ直
下部分を切り欠いて空洞化したものを使用した場合、熱
的に絶縁されるものの当然にして力学的に弱く、上述し
たような製作過程において破損や欠損等が生じ、生産性
や歩留りが悪いという新たな欠点が生じていた。そこで
本発明は支持基板3の構成において熱欠損と力学的強度
とを両立させることができるようなものとした点が新規
な特徴としており、具体的には基板3におけるセンサ直
下部分を桟構造としている。
下部分を切り欠いて空洞化したものを使用した場合、熱
的に絶縁されるものの当然にして力学的に弱く、上述し
たような製作過程において破損や欠損等が生じ、生産性
や歩留りが悪いという新たな欠点が生じていた。そこで
本発明は支持基板3の構成において熱欠損と力学的強度
とを両立させることができるようなものとした点が新規
な特徴としており、具体的には基板3におけるセンサ直
下部分を桟構造としている。
【００１６】図4は本発明において使用される支持基板3
の一構成例である。ここでは円柱状の基板素材の中央部
（センサ固着時の直下部）が空洞化され、且つ空洞部に
は桟が構成されている。桟の本数や形状には特に限定は
なく、十文字型、平行型など種々利用され、また、深さ
方向の桟の厚さも上部のみのもの（図5(a)）や、深さ方
向全面にわたるもの（図5(b)）など、特に制限はない。
なお、桟構造とされる部分の大きさはセンサ受光部と同
等か或いは大きいことがその目的上好ましいことは言う
までもない。
の一構成例である。ここでは円柱状の基板素材の中央部
（センサ固着時の直下部）が空洞化され、且つ空洞部に
は桟が構成されている。桟の本数や形状には特に限定は
なく、十文字型、平行型など種々利用され、また、深さ
方向の桟の厚さも上部のみのもの（図5(a)）や、深さ方
向全面にわたるもの（図5(b)）など、特に制限はない。
なお、桟構造とされる部分の大きさはセンサ受光部と同
等か或いは大きいことがその目的上好ましいことは言う
までもない。
【００１７】このような桟構造を有する基板3の上部に
前述したセンサ部を固定した場合、センサ部からの熱損
失を低減し、感度の向上とノイズの低減を実現すること
ができる。その理由は以下の通りである。
前述したセンサ部を固定した場合、センサ部からの熱損
失を低減し、感度の向上とノイズの低減を実現すること
ができる。その理由は以下の通りである。
【００１８】センサの温度変化ΔTは、
【式1】 で表すことができる。但し、ε：センサの放射率、Ｐ：
入射光強度、Ｇ：熱伝導率、Ｈ：センサの熱容量、ω：
光チョッピングの角周波数、τｔ：熱時定数（＝Ｈ／
Ｇ）である。センサの受光面直下部を除くことによりＧ
が小さくなる。Ｇが小さくなれば同じＰに対してΔＴが
大きくなり、感度は向上する。
入射光強度、Ｇ：熱伝導率、Ｈ：センサの熱容量、ω：
光チョッピングの角周波数、τｔ：熱時定数（＝Ｈ／
Ｇ）である。センサの受光面直下部を除くことによりＧ
が小さくなる。Ｇが小さくなれば同じＰに対してΔＴが
大きくなり、感度は向上する。
【００１９】センサが周囲と熱交換することによるふら
つき（温度雑音）は に比例する。但し、kはボルツマン定数、Ｔはセンサ温
度である。センサ受光面直下のセンサ支持部が小さくな
れば結果として温度雑音も減少する。
つき（温度雑音）は に比例する。但し、kはボルツマン定数、Ｔはセンサ温
度である。センサ受光面直下のセンサ支持部が小さくな
れば結果として温度雑音も減少する。
【００２０】焦電センサの感度・チョッピング周波数特
性における感度平坦部の低周波数側終端は １／τｔ で
決定される。従ってＧが減少することにより感度平坦部
の低周波数側終端は更に低周波数側にシフト、感度平坦
部の周波数レンジが広がる。
性における感度平坦部の低周波数側終端は １／τｔ で
決定される。従ってＧが減少することにより感度平坦部
の低周波数側終端は更に低周波数側にシフト、感度平坦
部の周波数レンジが広がる。
【００２１】同時に、基板を桟構造としたため、センサ
部直下部を完全に除去した場合に比べ、振動や接触等の
外的要因に対して耐久性を向上させることができ、加工
の際の歩留り・生産性・信頼性を向上させることとなっ
た。
部直下部を完全に除去した場合に比べ、振動や接触等の
外的要因に対して耐久性を向上させることができ、加工
の際の歩留り・生産性・信頼性を向上させることとなっ
た。
【００２２】さらに、本発明に係る桟構造では、センサ
部直下部を完全に除去した場合に比べ、センサ部の振動
を抑えることができるため、圧電性結晶である焦電体薄
膜結晶に振動に応じた雑音の発生や結晶の亀裂破損等を
も防止することができるようになった。
部直下部を完全に除去した場合に比べ、センサ部の振動
を抑えることができるため、圧電性結晶である焦電体薄
膜結晶に振動に応じた雑音の発生や結晶の亀裂破損等を
も防止することができるようになった。
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る赤外
線センサでは、基板部を桟構造としたので、センサの熱
損失を防止しセンサ感度を向上させると同時に、力学的
な外的要因に対する耐久性をも向上させ、また製作時の
歩留りも向上させることができコストダウンを可能とし
た。更にセンサ部直下部を完全に除去したものよりも振
動雑音を抑えることができ、測定結果の信頼性をも向上
させることができた。
線センサでは、基板部を桟構造としたので、センサの熱
損失を防止しセンサ感度を向上させると同時に、力学的
な外的要因に対する耐久性をも向上させ、また製作時の
歩留りも向上させることができコストダウンを可能とし
た。更にセンサ部直下部を完全に除去したものよりも振
動雑音を抑えることができ、測定結果の信頼性をも向上
させることができた。
【図1】従来の焦電型赤外線センサの一般的な構成を説
明する概略図である。
明する概略図である。
【図2】従来の焦電型赤外線センサの改良構成を説明す
る概略図である。
る概略図である。
【図3】本発明に係る焦電型赤外線センサの一実施例を
説明する概略図である。
説明する概略図である。
【図4】本発明に係る基板の構成例である。
【図5】本発明に係る基板の構成例である。
1：焦電体薄膜結晶 2a、2b：電極 3：基板
Claims (1)
- 【請求項１】センサ材料薄膜と、該センサ材料薄膜に着
設される電極とが、基板上に配設されてなる熱型赤外線
センサであって、前記基板の少なくともセンサ材料薄膜
の直下部分が桟構造とされていることを特徴とする熱型
赤外線センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11018923A JP2000213991A (ja) | 1999-01-27 | 1999-01-27 | 熱型赤外線センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11018923A JP2000213991A (ja) | 1999-01-27 | 1999-01-27 | 熱型赤外線センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000213991A true JP2000213991A (ja) | 2000-08-04 |
Family
ID=11985153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11018923A Pending JP2000213991A (ja) | 1999-01-27 | 1999-01-27 | 熱型赤外線センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000213991A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2011039798A1 (ja) * | 2009-09-29 | 2013-02-21 | パイオニア株式会社 | Ｍｅｍｓセンサおよびこれを備えたセンサアレイ |
| EP3633336A1 (fr) * | 2018-10-05 | 2020-04-08 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Dispositif de detection pyroelectrique a membrane rigide |
-
1999
- 1999-01-27 JP JP11018923A patent/JP2000213991A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2011039798A1 (ja) * | 2009-09-29 | 2013-02-21 | パイオニア株式会社 | Ｍｅｍｓセンサおよびこれを備えたセンサアレイ |
| EP3633336A1 (fr) * | 2018-10-05 | 2020-04-08 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Dispositif de detection pyroelectrique a membrane rigide |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2305099C (en) | Infrared sensor and method of manufacturing the same | |
| US6316770B1 (en) | Thermal detector with bolometric effect amplification | |
| US4665276A (en) | Thermoelectric sensor | |
| US20070227575A1 (en) | Thermopile element and infrared sensor by using the same | |
| US6326621B1 (en) | Infrared radiation detector and method of manufacturing the same | |
| JPH09329499A (ja) | 赤外線センサ及び赤外線検出器 | |
| JP2000213991A (ja) | 熱型赤外線センサ | |
| JP5669678B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| JPH11337415A (ja) | 放射温度検出素子 | |
| US20070116086A1 (en) | Radiant-energy-measuring device with two positions | |
| US6437331B1 (en) | Bolometer type infrared sensor with material having hysterisis | |
| JP3217533B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| Bell et al. | A thin film pyroelectric detector | |
| JPS61259580A (ja) | サ−モパイル | |
| JP2000298061A (ja) | 赤外線センサ | |
| JPH06160177A (ja) | 赤外線検出器 | |
| JPH11258040A (ja) | サーモパイル型赤外線センサ | |
| JP2000295528A (ja) | 熱型赤外線撮像素子 | |
| JP2000356545A (ja) | 赤外検出素子とその製造方法 | |
| JPH09113353A (ja) | 赤外線検出素子 | |
| JPH10318830A (ja) | 赤外線センサ | |
| JPH0666643A (ja) | 温度検出器付き基板 | |
| JPH02206733A (ja) | 赤外線センサ | |
| JPH0634448A (ja) | 放射温度計 | |
| JP2000349355A (ja) | 熱型赤外線検出素子 |