JP2725494B2 - 赤外線検知器 - Google Patents
赤外線検知器Info
- Publication number
- JP2725494B2 JP2725494B2 JP3239960A JP23996091A JP2725494B2 JP 2725494 B2 JP2725494 B2 JP 2725494B2 JP 3239960 A JP3239960 A JP 3239960A JP 23996091 A JP23996091 A JP 23996091A JP 2725494 B2 JP2725494 B2 JP 2725494B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermopile
- infrared detector
- cold junction
- output voltage
- current
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、サーモパイルを設けて
なる赤外線検知器に関するものである。
なる赤外線検知器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は従来のサーモパイル型赤外線検知
器の回路構成を示したものである。
器の回路構成を示したものである。
【０００３】図３によりサーモパイル型赤外線検知器の
動作について説明する。まず入力端子１０より電圧を印
加しＭＯＳＦＥＴ４を導通状態にする。次に入力端子９
よりＭＯＳＦＥＴ２のサブスレショルド領域に対応する
電圧をサーモパイル１を通してＭＯＳＦＥＴ２のゲート
に印加する。
動作について説明する。まず入力端子１０より電圧を印
加しＭＯＳＦＥＴ４を導通状態にする。次に入力端子９
よりＭＯＳＦＥＴ２のサブスレショルド領域に対応する
電圧をサーモパイル１を通してＭＯＳＦＥＴ２のゲート
に印加する。
【０００４】これにより予めキャパシタ７に充電されて
いた電荷がＭＯＳＦＥＴ２を通じてグランド１４へ放電
され始める。一定時間後にＭＯＳＦＥＴ４を非導通状態
にするとキャパシタ７には電荷が残留する。キャパシタ
７に残留している残留電荷を出力端子８より出力電圧と
して読み出す。ここでサーモパイル１に赤外光が入射し
たとすると入射した赤外光に対応した熱起電力がサーモ
パイル１の両端に発生し、ＭＯＳＦＥＴ２のゲートにか
かる電圧が変化する。
いた電荷がＭＯＳＦＥＴ２を通じてグランド１４へ放電
され始める。一定時間後にＭＯＳＦＥＴ４を非導通状態
にするとキャパシタ７には電荷が残留する。キャパシタ
７に残留している残留電荷を出力端子８より出力電圧と
して読み出す。ここでサーモパイル１に赤外光が入射し
たとすると入射した赤外光に対応した熱起電力がサーモ
パイル１の両端に発生し、ＭＯＳＦＥＴ２のゲートにか
かる電圧が変化する。
【０００５】ＭＯＳＦＥＴ２のゲートにかかる電圧の変
化に対応してキャパシタ７からＭＯＳＦＥＴ２を通じて
グランド１４へ放電される電荷量も変化し、放電開始か
ら所定の時間が経過した後にキャパシタ７に残留してい
る電荷も変化する。前記残留電荷を出力端子８より出力
電圧として読み出すと、出力端子８においてサーモパイ
ル１に赤外光が入射していない場合出力される出力電圧
にサーモパイル１に赤外光が入射した場合出力される出
力電圧の変化分が加算された出力電圧が読み出される。
化に対応してキャパシタ７からＭＯＳＦＥＴ２を通じて
グランド１４へ放電される電荷量も変化し、放電開始か
ら所定の時間が経過した後にキャパシタ７に残留してい
る電荷も変化する。前記残留電荷を出力端子８より出力
電圧として読み出すと、出力端子８においてサーモパイ
ル１に赤外光が入射していない場合出力される出力電圧
にサーモパイル１に赤外光が入射した場合出力される出
力電圧の変化分が加算された出力電圧が読み出される。
【０００６】したがって、サーモパイル１に赤外光が入
射していない場合出力される出力電圧とサーモパイル１
に赤外光が入射している場合出力される出力電圧との差
が赤外光入射による信号出力として検知される。
射していない場合出力される出力電圧とサーモパイル１
に赤外光が入射している場合出力される出力電圧との差
が赤外光入射による信号出力として検知される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図２は、上記のような
動作をするサーモパイル型赤外線検知器のサーモパイル
部分を示したものである。一般にサーモパイル型赤外線
検知器は赤外光を吸収し易くするため温接点側に赤外線
吸収層を設け、又、ダイアフラム構造となっているため
熱が逃げ難い構造になっている。
動作をするサーモパイル型赤外線検知器のサーモパイル
部分を示したものである。一般にサーモパイル型赤外線
検知器は赤外光を吸収し易くするため温接点側に赤外線
吸収層を設け、又、ダイアフラム構造となっているため
熱が逃げ難い構造になっている。
【０００８】したがって、温接点電極２１ａ，２１ｂ側
に赤外光が入射すると冷接点電極２２ａと２２ｃの間に
熱起電力が生じる。今、赤外光が入射し続けると温接点
と冷接点は熱伝導により温度差が小さくなってしまい、
電極２２ａと２２ｃ間の信号出力電圧も小さくなってし
まう。
に赤外光が入射すると冷接点電極２２ａと２２ｃの間に
熱起電力が生じる。今、赤外光が入射し続けると温接点
と冷接点は熱伝導により温度差が小さくなってしまい、
電極２２ａと２２ｃ間の信号出力電圧も小さくなってし
まう。
【０００９】また、温接点からの熱が逃げ難いために温
接点の温度が下がり難く高速で動作させることが困難で
あるという問題点がある。
接点の温度が下がり難く高速で動作させることが困難で
あるという問題点がある。
【００１０】本発明の目的は、上記の問題を解決し、高
感度で高速動作可能なサーモパイル型赤外線検知器を提
供することにある。
感度で高速動作可能なサーモパイル型赤外線検知器を提
供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、入射さ
れた赤外光に対応した熱起電力が発生し、温接点電極と
冷接点電極を備えているサーモパイルと、サーモパイル
の両端に発生した前記熱起電力の変化に対応して変化す
る残留電荷を出力電圧として取り出すキャパシタを設け
てなる赤外線探知器において、前記冷接点電極から前記
温接点電極に電流を送出し、前記サーモパイルの温度を
下げるための電流送出手段を備え、該電流送出手段は、
前記サーモパイルの両端に設けられている前記冷接点電
極の一方にドレーンが接続されている第１のトランジス
タと、前記冷接点電極の他方にソースが接続されている
第２のトランジスタと、前記冷接点電極の他方にソース
が接続され、赤外線を検知する際に余分な信号値が入り
込まないようにするための第３のトランジスタで構成さ
れ、前記出力電圧を読み出している時間内に前記サーモ
パイルの構成要素であるｎ型半導体とｐ型半導体に電流
を流しペルチェ効果を利用して温接点の温度を強制的に
赤外光入射前の温度まで戻すことを特徴とする赤外線検
知器が得られる。
れた赤外光に対応した熱起電力が発生し、温接点電極と
冷接点電極を備えているサーモパイルと、サーモパイル
の両端に発生した前記熱起電力の変化に対応して変化す
る残留電荷を出力電圧として取り出すキャパシタを設け
てなる赤外線探知器において、前記冷接点電極から前記
温接点電極に電流を送出し、前記サーモパイルの温度を
下げるための電流送出手段を備え、該電流送出手段は、
前記サーモパイルの両端に設けられている前記冷接点電
極の一方にドレーンが接続されている第１のトランジス
タと、前記冷接点電極の他方にソースが接続されている
第２のトランジスタと、前記冷接点電極の他方にソース
が接続され、赤外線を検知する際に余分な信号値が入り
込まないようにするための第３のトランジスタで構成さ
れ、前記出力電圧を読み出している時間内に前記サーモ
パイルの構成要素であるｎ型半導体とｐ型半導体に電流
を流しペルチェ効果を利用して温接点の温度を強制的に
赤外光入射前の温度まで戻すことを特徴とする赤外線検
知器が得られる。
【００１２】
【００１３】
【実施例】図１は本発明のサーモパイル型赤外線検知器
の回路構成を示したものであり、図２は、サーモパイル
部の構造を示した図である。以下、図１，図２を参照し
て本発明の実施例を説明する。
の回路構成を示したものであり、図２は、サーモパイル
部の構造を示した図である。以下、図１，図２を参照し
て本発明の実施例を説明する。
【００１４】図１において、ＭＯＳＦＥＴ５，６を非導
通状態にして置き、入力端子１０より電圧を印加しＭＯ
ＳＦＥＴ３，４を導通状態にする。次に入力端子９より
ＭＯＳＦＥＴ２のサブスレショルド領域に対応する電圧
をサーモパイル１を通してＭＯＳＦＥＴ２のゲートに印
加する。
通状態にして置き、入力端子１０より電圧を印加しＭＯ
ＳＦＥＴ３，４を導通状態にする。次に入力端子９より
ＭＯＳＦＥＴ２のサブスレショルド領域に対応する電圧
をサーモパイル１を通してＭＯＳＦＥＴ２のゲートに印
加する。
【００１５】これにより予めキャパシタ７に充電されて
いた電荷がＭＯＳＦＥＴ２を通じてグランド１７へ放電
され始める。放電開始から所定の時間が経過した後に、
ＭＯＳＦＥＴ３，４を非導通状態にするとキャパシタ７
には電荷が残留する。このキャパシタ７に残留している
残留電荷を出力端子８より出力電圧として読み出す。こ
こでサーモパイル１に赤外光が入射している場合には、
前記出力電圧に赤外光による変化分が加算された出力電
圧が読み出される。
いた電荷がＭＯＳＦＥＴ２を通じてグランド１７へ放電
され始める。放電開始から所定の時間が経過した後に、
ＭＯＳＦＥＴ３，４を非導通状態にするとキャパシタ７
には電荷が残留する。このキャパシタ７に残留している
残留電荷を出力端子８より出力電圧として読み出す。こ
こでサーモパイル１に赤外光が入射している場合には、
前記出力電圧に赤外光による変化分が加算された出力電
圧が読み出される。
【００１６】図１，図２を参照して、サーモパイル１の
動作を説明する。ＭＯＳＦＥＴ３，４が非導通状態にな
った後に入力端子１２より電圧を印加しＭＯＳＦＥＴ
５，６を導通状態にして、入力端子１１から出力端子１
３へ電流を流す。従ってサーモパイルにおいて冷接点電
極２２ａから２２ｃの方向に電流が流れる。このときｐ
型半導体のゼーベック係数がｎ型半導体のゼーベック係
数よりも大きい場合には、各サーモカップルの温接点電
極２１ａ，２１ｂ側はペルチェ効果により冷却され温接
点電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ側は加熱される。
動作を説明する。ＭＯＳＦＥＴ３，４が非導通状態にな
った後に入力端子１２より電圧を印加しＭＯＳＦＥＴ
５，６を導通状態にして、入力端子１１から出力端子１
３へ電流を流す。従ってサーモパイルにおいて冷接点電
極２２ａから２２ｃの方向に電流が流れる。このときｐ
型半導体のゼーベック係数がｎ型半導体のゼーベック係
数よりも大きい場合には、各サーモカップルの温接点電
極２１ａ，２１ｂ側はペルチェ効果により冷却され温接
点電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ側は加熱される。
【００１７】サーモパイルに流す電流は温接点が赤外光
入射前の温度に戻る程度にＭＯＳＦＥＴ５，６のゲート
電圧により調整する。温接点側はダイアフラム構造で熱
容量が小さいために急速に冷却されるが冷接点側は半導
体基板に接触しているために熱容量が大きく熱が逃げ易
いために温度変化は無視できる程度である。
入射前の温度に戻る程度にＭＯＳＦＥＴ５，６のゲート
電圧により調整する。温接点側はダイアフラム構造で熱
容量が小さいために急速に冷却されるが冷接点側は半導
体基板に接触しているために熱容量が大きく熱が逃げ易
いために温度変化は無視できる程度である。
【００１８】このような構造にすることによりサーモパ
イル型赤外線検知器は常に同条件で赤外光を受けること
ができるので高感度、高速動作で信頼性の高いサーモパ
イル型赤外線検知器が提供される。
イル型赤外線検知器は常に同条件で赤外光を受けること
ができるので高感度、高速動作で信頼性の高いサーモパ
イル型赤外線検知器が提供される。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、出
力電圧を読み出している時間内にサーモパイルの構成要
素であるｎ型半導体とｐ型半導体に電流を流しペルチェ
効果を利用することにより温接点の温度を強制的に赤外
光入射前の温度まで戻すことができ、サーモパイル型赤
外線検知器の感度が向上し高速動作が可能になる。
力電圧を読み出している時間内にサーモパイルの構成要
素であるｎ型半導体とｐ型半導体に電流を流しペルチェ
効果を利用することにより温接点の温度を強制的に赤外
光入射前の温度まで戻すことができ、サーモパイル型赤
外線検知器の感度が向上し高速動作が可能になる。
【００２０】さらに本発明のサーモパイル型赤外線検知
器は従来の半導体プロセスにより製作されるため小型化
が容易であり２次元アレイ構造の検知器にも適用でき
る。
器は従来の半導体プロセスにより製作されるため小型化
が容易であり２次元アレイ構造の検知器にも適用でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサーモパイル型赤外線検知器の構成を
示す図である。
示す図である。
【図２】サーモパイル型赤外線検知器のサーモパイル部
の構造を示す図である。
の構造を示す図である。
【図３】従来のサーモパイル型赤外線検知器の構成を示
す図である。
す図である。
１ サーモパイル ２，３，４，５，６ ＭＯＳＦＥＴ ７ キャパシタ ８，９，１０，１１，１２，１３ 入出力端子 １４，１５ グランド １９ ｐ型半導体 ２０ ｎ型半導体 ２１ａ，２１ｂ 温接点電極 ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 冷接点電極
Claims (1)
- 【請求項１】 入射された赤外光に対応した熱起電力が
発生し、温接点電極と冷接点電極を備えているサーモパ
イルと、サーモパイルの両端に発生した前記熱起電力の
変化に対応して変化する残留電荷を出力電圧として取り
出すキャパシタを設けてなる赤外線探知器において、前
記冷接点電極から前記温接点電極に電流を送出し、前記
サーモパイルの温度を下げるための電流送出手段を備
え、該電流送出手段は、前記サーモパイルの両端に設け
られている前記冷接点電極の一方にドレーンが接続され
ている第１のトランジスタと、前記冷接点電極の他方に
ソースが接続されている第２のトランジスタと、前記冷
接点電極の他方にソースが接続され、赤外線を検知する
際に余分な信号値が入り込まないようにするための第３
のトランジスタで構成され、前記出力電圧を読み出して
いる時間内に前記サーモパイルの構成要素であるｎ型半
導体とｐ型半導体に電流を流しペルチェ効果を利用して
温接点の温度を強制的に赤外光入射前の温度まで戻すこ
とを特徴とする赤外線検知器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3239960A JP2725494B2 (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 赤外線検知器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3239960A JP2725494B2 (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 赤外線検知器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0579906A JPH0579906A (ja) | 1993-03-30 |
| JP2725494B2 true JP2725494B2 (ja) | 1998-03-11 |
Family
ID=17052395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3239960A Expired - Lifetime JP2725494B2 (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 赤外線検知器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2725494B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2742203B2 (ja) * | 1993-11-10 | 1998-04-22 | 防衛庁技術研究本部長 | 赤外線センサ |
| JP7232978B2 (ja) | 2017-12-11 | 2023-03-06 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 赤外線センサおよび赤外線センサのボロメータ赤外線受光部を冷却する方法 |
-
1991
- 1991-09-19 JP JP3239960A patent/JP2725494B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0579906A (ja) | 1993-03-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19971104 |