JP2891029B2 - 受動型赤外線検出装置 - Google Patents
受動型赤外線検出装置Info
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- thermistors
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、人体や炎などから輻射
される赤外線を検出する受動型赤外線検出装置に関する
ものである。
される赤外線を検出する受動型赤外線検出装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】人体や炎などから輻射される赤外線を検
出する従来の受動型赤外線検出装置の検出素子として
は、焦電素子を使用する場合が大半である。また、受動
型赤外線検出装置の種類としては天井付け型、壁付け
型、据え置き型などがあるが、防犯用としては工事性や
外観上の点から天井付け型で３６０°警戒できるものが
主流となってきている。また、反射板あるいはフレネル
レンズなどの一つの光学系を用いて３６０°警戒するた
めには、全方向の人体通過に対して同一感度の出力信号
が増幅部に入力されるのが信号処理上好ましく、一つの
光学系を用いて３６０°警戒可能な無方向性に近い焦電
素子が開発されてきている。
出する従来の受動型赤外線検出装置の検出素子として
は、焦電素子を使用する場合が大半である。また、受動
型赤外線検出装置の種類としては天井付け型、壁付け
型、据え置き型などがあるが、防犯用としては工事性や
外観上の点から天井付け型で３６０°警戒できるものが
主流となってきている。また、反射板あるいはフレネル
レンズなどの一つの光学系を用いて３６０°警戒するた
めには、全方向の人体通過に対して同一感度の出力信号
が増幅部に入力されるのが信号処理上好ましく、一つの
光学系を用いて３６０°警戒可能な無方向性に近い焦電
素子が開発されてきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、焦電素
子は周囲の温度変化があると、焦電素子自体が熱膨張あ
るいは収縮を起こしてポップコーンノイズを発生するの
で原理的にノイズを零とすることができない。すなわ
ち、焦電素子を使用した受動型赤外線検出装置にあって
は、原理的にＳ／Ｎ比が悪くノイズによる誤報の恐れが
ある。従って、焦電素子を使用した受動型赤外線検出装
置にあっては、誤報防止のためにポップコーンノイズの
少ない焦電素子を全数選別したり、誤報防止回路を別途
付加したりすることが必要で、大幅なコストアップ要因
に成っていた。また、検出素子からの出力自体のＳ／Ｎ
比が悪いことから、検出素子からの出力を高増幅率で増
幅して感度を向上して警戒範囲を拡大しようとしても難
しいと言う問題点があった。
子は周囲の温度変化があると、焦電素子自体が熱膨張あ
るいは収縮を起こしてポップコーンノイズを発生するの
で原理的にノイズを零とすることができない。すなわ
ち、焦電素子を使用した受動型赤外線検出装置にあって
は、原理的にＳ／Ｎ比が悪くノイズによる誤報の恐れが
ある。従って、焦電素子を使用した受動型赤外線検出装
置にあっては、誤報防止のためにポップコーンノイズの
少ない焦電素子を全数選別したり、誤報防止回路を別途
付加したりすることが必要で、大幅なコストアップ要因
に成っていた。また、検出素子からの出力自体のＳ／Ｎ
比が悪いことから、検出素子からの出力を高増幅率で増
幅して感度を向上して警戒範囲を拡大しようとしても難
しいと言う問題点があった。
【０００４】本発明は、上記の問題点を改善するために
成されたもので、その目的とするところは、安価で且つ
感度向上と警戒範囲の拡大の図れる受動型赤外線検出装
置を提供することにある。
成されたもので、その目的とするところは、安価で且つ
感度向上と警戒範囲の拡大の図れる受動型赤外線検出装
置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決するため、請求項１記載の発明にあっては、半導体
基板上の熱絶縁薄膜上に形成した少なくとも４個のサー
ミスタを以てサーミスタブリッジ回路を構成し、輻射し
てくる赤外線を検出する受動型赤外線検出装置であっ
て、前記サーミスタブリッジ回路の向かい合う辺同志を
組とする一方の組のサーミスタを検出用サーミスタとす
ると共に他方の組のサーミスタを補償用サーミスタと成
し、前記検出用サーミスタの直下の半導体基板は熱絶縁
薄膜を残して除去してあることを特徴とする。
解決するため、請求項１記載の発明にあっては、半導体
基板上の熱絶縁薄膜上に形成した少なくとも４個のサー
ミスタを以てサーミスタブリッジ回路を構成し、輻射し
てくる赤外線を検出する受動型赤外線検出装置であっ
て、前記サーミスタブリッジ回路の向かい合う辺同志を
組とする一方の組のサーミスタを検出用サーミスタとす
ると共に他方の組のサーミスタを補償用サーミスタと成
し、前記検出用サーミスタの直下の半導体基板は熱絶縁
薄膜を残して除去してあることを特徴とする。
【０００６】請求項２記載の発明にあっては、前記各サ
ーミスタの抵抗値および特性はそれぞれ略同一にされて
おり、前記サーミスタブリッジ回路は定常状態には平衡
していることを特徴とする。
ーミスタの抵抗値および特性はそれぞれ略同一にされて
おり、前記サーミスタブリッジ回路は定常状態には平衡
していることを特徴とする。
【０００７】請求項３記載の発明にあっては、前記それ
ぞれのサーミスタは前記熱絶縁薄膜上に下部電極とサー
ミスタ薄膜と上部電極と赤外線吸収膜とを順次積重して
形成したものであることを特徴とする。
ぞれのサーミスタは前記熱絶縁薄膜上に下部電極とサー
ミスタ薄膜と上部電極と赤外線吸収膜とを順次積重して
形成したものであることを特徴とする。
【０００８】請求項４記載の発明にあっては、前記検出
用サーミスタは少なくとも４個であり、該それぞれの検
出用サーミスタは同一円周上に略等間隔に配設したもの
であることを特徴とする。
用サーミスタは少なくとも４個であり、該それぞれの検
出用サーミスタは同一円周上に略等間隔に配設したもの
であることを特徴とする。
【０００９】請求項５記載の発明にあっては、前記補償
用サーミスタは前記同一円周上に略等間隔に配設された
検出用サーミスタの外側に配設したものであることを特
徴とする。
用サーミスタは前記同一円周上に略等間隔に配設された
検出用サーミスタの外側に配設したものであることを特
徴とする。
【００１０】
【作用】上記のように構成したことにより、請求項１記
載の発明にあっては、サーミスタの抵抗変化を以て赤外
線を検出するので、焦電素子のようなポップコーンノイ
ズなどが無くＳ／Ｎ比の向上が図れ、検出素子からの出
力の増幅率を高めて高感度にしても誤報の恐れが無く、
警戒範囲を拡大できる。また、サーミスタブリッジ回路
を構成して、ブリッジ回路の向かい合う辺同志を組とす
る一方の組のサーミスタを検出用サーミスタとすると共
に他方の組のサーミスタを補償用サーミスタと成し、し
かも、検出用サーミスタの直下の半導体基板は熱絶縁薄
膜を残して除去してある。従って、赤外線が前記サーミ
スタを照射したとすると、検出用サーミスタにあっては
熱は半導体基板へ逃げ難いので急峻なレスポンスで温度
変化（抵抗変化）を示すものの、補償用サーミスタにあ
っては熱は半導体基板へ逃げ易いので緩慢なレスポンス
で温度変化（抵抗変化）を示す。すると、赤外線の変化
に応じた電圧変化がブリッジ回路の出力部に高感度で出
力される。
載の発明にあっては、サーミスタの抵抗変化を以て赤外
線を検出するので、焦電素子のようなポップコーンノイ
ズなどが無くＳ／Ｎ比の向上が図れ、検出素子からの出
力の増幅率を高めて高感度にしても誤報の恐れが無く、
警戒範囲を拡大できる。また、サーミスタブリッジ回路
を構成して、ブリッジ回路の向かい合う辺同志を組とす
る一方の組のサーミスタを検出用サーミスタとすると共
に他方の組のサーミスタを補償用サーミスタと成し、し
かも、検出用サーミスタの直下の半導体基板は熱絶縁薄
膜を残して除去してある。従って、赤外線が前記サーミ
スタを照射したとすると、検出用サーミスタにあっては
熱は半導体基板へ逃げ難いので急峻なレスポンスで温度
変化（抵抗変化）を示すものの、補償用サーミスタにあ
っては熱は半導体基板へ逃げ易いので緩慢なレスポンス
で温度変化（抵抗変化）を示す。すると、赤外線の変化
に応じた電圧変化がブリッジ回路の出力部に高感度で出
力される。
【００１１】請求項２記載の発明にあっては、赤外線に
変化が無く、全てのサーミスタが同一の温度である場合
（定常状態）にはブリッジ回路は平衡していて出力は略
零であり、赤外線に変化があった場合にはブリッジ回路
は不平衡になって赤外線の変化に応じたブリッジ回路の
出力が発生するので、出力信号の処理が容易になるので
ある。
変化が無く、全てのサーミスタが同一の温度である場合
（定常状態）にはブリッジ回路は平衡していて出力は略
零であり、赤外線に変化があった場合にはブリッジ回路
は不平衡になって赤外線の変化に応じたブリッジ回路の
出力が発生するので、出力信号の処理が容易になるので
ある。
【００１２】請求項３記載の発明にあっては、それぞれ
のサーミスタは熱絶縁薄膜上に下部電極とサーミスタ薄
膜と上部電極と赤外線吸収膜とを順次積重して形成する
ので、簡単にサーミスタを半導体基板上に形成できるの
である。
のサーミスタは熱絶縁薄膜上に下部電極とサーミスタ薄
膜と上部電極と赤外線吸収膜とを順次積重して形成する
ので、簡単にサーミスタを半導体基板上に形成できるの
である。
【００１３】請求項４記載の発明にあっては、少なくと
も４個の検出用サーミスタが同一円周上に略等間隔に配
設されるので、感度の無方向性を実現できるのである。
も４個の検出用サーミスタが同一円周上に略等間隔に配
設されるので、感度の無方向性を実現できるのである。
【００１４】請求項５記載の発明にあっては、赤外線集
光光学系の焦点近傍に検出用サーミスタのみを集めるこ
とができるので、赤外線集光光学系の集光した赤外線が
補償用サーミスタを照射しないようにすることが可能
で、赤外線により補償用サーミスタの抵抗値が変化する
のを防止できるのである。
光光学系の焦点近傍に検出用サーミスタのみを集めるこ
とができるので、赤外線集光光学系の集光した赤外線が
補償用サーミスタを照射しないようにすることが可能
で、赤外線により補償用サーミスタの抵抗値が変化する
のを防止できるのである。
【００１５】
【実施例】以下、本発明に係る受動型赤外線検出装置の
一実施例を図１〜図５に基づいて、他の実施例を図６お
よび図７に基づいてそれぞれ詳細に説明する。
一実施例を図１〜図５に基づいて、他の実施例を図６お
よび図７に基づいてそれぞれ詳細に説明する。
【００１６】図１は受動型赤外線検出装置の検出素子を
示す構成図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は
断面図である。図２は上記素子の構成を示す説明図であ
り、図２（ａ）は上部電極を示す平面図、図２（ｂ）は
サーミスタ薄膜を示す平面図、図２（ｃ）は下部電極を
示す平面図である。図３は上記素子の等価回路を示す回
路図である。図４は上記素子を外装ケースへ実装した状
態を示す断面図である。図５は上記素子の感度を説明す
るための平面図である。
示す構成図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は
断面図である。図２は上記素子の構成を示す説明図であ
り、図２（ａ）は上部電極を示す平面図、図２（ｂ）は
サーミスタ薄膜を示す平面図、図２（ｃ）は下部電極を
示す平面図である。図３は上記素子の等価回路を示す回
路図である。図４は上記素子を外装ケースへ実装した状
態を示す断面図である。図５は上記素子の感度を説明す
るための平面図である。
【００１７】図６は他の検出素子の等価回路を示す回路
図である。図７は上記検出素子の感度の説明図であり、
図７（ａ）は検出用サーミスタの配置を示す平面図、図
７（ｂ）はＸ軸方向に侵入者が移動する場合の説明図、
図７（ｃ）はＹ軸方向に侵入者が移動する場合の説明図
である。
図である。図７は上記検出素子の感度の説明図であり、
図７（ａ）は検出用サーミスタの配置を示す平面図、図
７（ｂ）はＸ軸方向に侵入者が移動する場合の説明図、
図７（ｃ）はＹ軸方向に侵入者が移動する場合の説明図
である。
【００１８】図１において、１００は受動型赤外線検出
装置の検出素子である。該検出素子１００は、単結晶シ
リコンから切り出した半導体基板１０１と、半導体基板
１０１の上面に形成した熱絶縁薄膜１０２と、熱絶縁薄
膜１０２の上面に形成した８個のサーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ
1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 とから構成されている。前述の
サーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 は、熱絶
縁薄膜１０２の上面に下部電極１０３とサーミスタ薄膜
１０４と上部電極１０５と赤外線吸収膜１０６とを順次
積重することによってそれぞれ形成されている。
装置の検出素子である。該検出素子１００は、単結晶シ
リコンから切り出した半導体基板１０１と、半導体基板
１０１の上面に形成した熱絶縁薄膜１０２と、熱絶縁薄
膜１０２の上面に形成した８個のサーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ
1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 とから構成されている。前述の
サーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 は、熱絶
縁薄膜１０２の上面に下部電極１０３とサーミスタ薄膜
１０４と上部電極１０５と赤外線吸収膜１０６とを順次
積重することによってそれぞれ形成されている。
【００１９】サーミスタＡ1,Ａ2,Ｄ1,Ｄ2 は補償用サー
ミスタであり、それぞれ平面視略く字状でそれぞれ同じ
大きさにされている。サーミスタＢ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2 は検
出用サーミスタであり、それぞれ平面視略正方形でそれ
ぞれ同じ大きさにされている。図５に示すように、検出
用サーミスタＢ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2 は直交座標Ｘ，Ｙ軸の交
点０からそれぞれ等距離の位置で、検出用サーミスタＢ
1,Ｂ2 はＸ軸上に、検出用サーミスタＣ1,Ｃ2 はＹ軸上
にそれぞれ形成されている。また、補償用サーミスタＡ
1,Ａ2,Ｄ1,Ｄ2 は、検出用サーミスタＢ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2
の直交座標Ｘ，Ｙ軸の交点０に対して遠い側の周縁に沿
って離隔した位置に、それぞれ平面視略く字状に形成さ
れている。
ミスタであり、それぞれ平面視略く字状でそれぞれ同じ
大きさにされている。サーミスタＢ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2 は検
出用サーミスタであり、それぞれ平面視略正方形でそれ
ぞれ同じ大きさにされている。図５に示すように、検出
用サーミスタＢ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2 は直交座標Ｘ，Ｙ軸の交
点０からそれぞれ等距離の位置で、検出用サーミスタＢ
1,Ｂ2 はＸ軸上に、検出用サーミスタＣ1,Ｃ2 はＹ軸上
にそれぞれ形成されている。また、補償用サーミスタＡ
1,Ａ2,Ｄ1,Ｄ2 は、検出用サーミスタＢ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2
の直交座標Ｘ，Ｙ軸の交点０に対して遠い側の周縁に沿
って離隔した位置に、それぞれ平面視略く字状に形成さ
れている。
【００２０】なお、形状は異なるものの、平面視におけ
るサーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 のそれ
ぞれの面積は等しくされている。これは、それぞれのサ
ーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 の抵抗値や
温度特性（温度変化に対する抵抗値変化の割合）を一致
させるためである。また、検出用サーミスタＢ1,Ｂ2,Ｃ
1,Ｃ2 の直下の半導体基板１０１には、熱絶縁薄膜１０
２を残して半導体基板１０１を除去した凹部１０７が設
けられている。該凹部１０７は平面視で検出用サーミス
タＢ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2 より僅かに大きい凹部であり、通常
はエッチング加工などで設けられている。これは、赤外
線が赤外線吸収膜１０６に吸収されて熱に変換された場
合、その熱が半導体基板１０１に伝導して逃げないよう
にして、検出用サーミスタＢ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2 に急峻なレ
スポンスで温度変化（抵抗変化）をさせるためである。
るサーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 のそれ
ぞれの面積は等しくされている。これは、それぞれのサ
ーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 の抵抗値や
温度特性（温度変化に対する抵抗値変化の割合）を一致
させるためである。また、検出用サーミスタＢ1,Ｂ2,Ｃ
1,Ｃ2 の直下の半導体基板１０１には、熱絶縁薄膜１０
２を残して半導体基板１０１を除去した凹部１０７が設
けられている。該凹部１０７は平面視で検出用サーミス
タＢ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2 より僅かに大きい凹部であり、通常
はエッチング加工などで設けられている。これは、赤外
線が赤外線吸収膜１０６に吸収されて熱に変換された場
合、その熱が半導体基板１０１に伝導して逃げないよう
にして、検出用サーミスタＢ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2 に急峻なレ
スポンスで温度変化（抵抗変化）をさせるためである。
【００２１】次に図２を用いて、下部電極１０３とサー
ミスタ薄膜１０４と上部電極１０５と赤外線吸収膜１０
６とのそれぞれの形状と配置と接続関係とを説明する。
熱絶縁薄膜１０２の上面に形成される下部電極１０３
は、サーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ 2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 の最
下層を構成する薄い導電膜で、図１を用いて説明したサ
ーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 を平面視し
たパターンと同様の形状に形成されている。図２（ｃ）
において、Ａ1c, Ａ2c, Ｂ1c, Ｂ2c, Ｃ1c, Ｃ2c , Ｄ
1c, Ｄ2cはそれぞれのサーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,
Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 に対応する下部電極である。なお、下部電
極Ａ1cは下部電極Ａ2cに、下部電極Ｂ1cは下部電極Ｂ2c
に、下部電極Ｃ1cは下部電極Ｃ2cに、下部電極Ｄ1cは下
部電極Ｄ2cにそれぞれ電気的に接続されている。
ミスタ薄膜１０４と上部電極１０５と赤外線吸収膜１０
６とのそれぞれの形状と配置と接続関係とを説明する。
熱絶縁薄膜１０２の上面に形成される下部電極１０３
は、サーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ 2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 の最
下層を構成する薄い導電膜で、図１を用いて説明したサ
ーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 を平面視し
たパターンと同様の形状に形成されている。図２（ｃ）
において、Ａ1c, Ａ2c, Ｂ1c, Ｂ2c, Ｃ1c, Ｃ2c , Ｄ
1c, Ｄ2cはそれぞれのサーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,
Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 に対応する下部電極である。なお、下部電
極Ａ1cは下部電極Ａ2cに、下部電極Ｂ1cは下部電極Ｂ2c
に、下部電極Ｃ1cは下部電極Ｃ2cに、下部電極Ｄ1cは下
部電極Ｄ2cにそれぞれ電気的に接続されている。
【００２２】サーミスタ薄膜１０４は、下部電極Ａ1c,
Ａ2c, Ｂ1c, Ｂ2c, Ｃ1c, Ｃ2c, Ｄ 1c, Ｄ2cの上面に重
ねて形成したアモルファス（非晶質）のサーミスタ薄膜
である。図２（ｂ）において、Ａ1b, Ａ2b, Ｂ1b, Ｂ
2b, Ｃ1b, Ｃ2b, Ｄ1b, Ｄ2bはそれぞれのサーミスタＡ
1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 に対応するサーミスタ
薄膜である。
Ａ2c, Ｂ1c, Ｂ2c, Ｃ1c, Ｃ2c, Ｄ 1c, Ｄ2cの上面に重
ねて形成したアモルファス（非晶質）のサーミスタ薄膜
である。図２（ｂ）において、Ａ1b, Ａ2b, Ｂ1b, Ｂ
2b, Ｃ1b, Ｃ2b, Ｄ1b, Ｄ2bはそれぞれのサーミスタＡ
1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 に対応するサーミスタ
薄膜である。
【００２３】上部電極１０５は、サーミスタ薄膜Ａ1b,
Ａ2b, Ｂ1b, Ｂ2b, Ｃ1b, Ｃ2b, Ｄ 1b, Ｄ2bの上面に重
ねて形成した薄い導電膜である。図２（ａ）において、
Ａ1a , Ａ2a, Ｂ1a, Ｂ2a, Ｃ1a, Ｃ2a, Ｄ1a, Ｄ2aはそ
れぞれのサーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2
に対応する上部電極である。上部電極Ａ1a, Ａ2a, Ｂ
1a, Ｂ2a, Ｃ1a, Ｃ2a, Ｄ1a, Ｄ2aの上面には、赤外線
を効率的に吸収する赤外線吸収膜１０６がそれぞれ形成
されている。なお、上部電極Ａ1aは上部電極Ｃ1aに、上
部電極Ａ2aは上部電極Ｂ1aに、上部電極Ｄ1aは上部電極
Ｃ2aに、上部電極Ｄ2aは上部電極Ｂ2aにそれぞれ電気的
に接続されている。
Ａ2b, Ｂ1b, Ｂ2b, Ｃ1b, Ｃ2b, Ｄ 1b, Ｄ2bの上面に重
ねて形成した薄い導電膜である。図２（ａ）において、
Ａ1a , Ａ2a, Ｂ1a, Ｂ2a, Ｃ1a, Ｃ2a, Ｄ1a, Ｄ2aはそ
れぞれのサーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2
に対応する上部電極である。上部電極Ａ1a, Ａ2a, Ｂ
1a, Ｂ2a, Ｃ1a, Ｃ2a, Ｄ1a, Ｄ2aの上面には、赤外線
を効率的に吸収する赤外線吸収膜１０６がそれぞれ形成
されている。なお、上部電極Ａ1aは上部電極Ｃ1aに、上
部電極Ａ2aは上部電極Ｂ1aに、上部電極Ｄ1aは上部電極
Ｃ2aに、上部電極Ｄ2aは上部電極Ｂ2aにそれぞれ電気的
に接続されている。
【００２４】上述のようにして構成した検出素子１００
は、例えば図４に示すように、外装ケースＥに実装して
受動型赤外線検出装置とされる。外装ケースＥの天部に
は略正方形の赤外線透過フィルタＥ1 が設けられ、外装
ケースＥの底部からは４本のリードＥ2,Ｅ3,Ｅ4,Ｅ5 が
引き出されている。なお、リードＥ2 は上部電極Ａ
1aに、リードＥ3 は上部電極Ｄ2aに、リードＥ4 は上部
電極Ｄ1aに、リードＥ5 は上部電極Ａ2aにそれぞれ電気
的に接続されている。
は、例えば図４に示すように、外装ケースＥに実装して
受動型赤外線検出装置とされる。外装ケースＥの天部に
は略正方形の赤外線透過フィルタＥ1 が設けられ、外装
ケースＥの底部からは４本のリードＥ2,Ｅ3,Ｅ4,Ｅ5 が
引き出されている。なお、リードＥ2 は上部電極Ａ
1aに、リードＥ3 は上部電極Ｄ2aに、リードＥ4 は上部
電極Ｄ1aに、リードＥ5 は上部電極Ａ2aにそれぞれ電気
的に接続されている。
【００２５】上述のように構成した検出素子１００の等
価回路は図３に示すようなブリッジ回路に成る。図３に
おいて、ＲA1, ＲA2, ＲB1, ＲB2, ＲC1, ＲC2, ＲD1,
ＲD2はサーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 に
対応するそれぞれの抵抗を示し、Ｅ2,Ｅ3,Ｅ4,Ｅ5 は前
述の４本のリードを示している。
価回路は図３に示すようなブリッジ回路に成る。図３に
おいて、ＲA1, ＲA2, ＲB1, ＲB2, ＲC1, ＲC2, ＲD1,
ＲD2はサーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 に
対応するそれぞれの抵抗を示し、Ｅ2,Ｅ3,Ｅ4,Ｅ5 は前
述の４本のリードを示している。
【００２６】ところで、サーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ
1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 の温度が全て等しい定常状態にあって
は、抵抗ＲA1, ＲA2, ＲB1, ＲB2, ＲC1, ＲC2, ＲD1,
ＲD2のそれぞれの抵抗値は等しく成るようにされてい
る。しかも、温度特性（温度変化に対する抵抗値変化の
割合）もそれぞれ等しくされている。従って、リードＥ
2,Ｅ3 間に入力電圧を印加しても、輻射して来る赤外線
に変化が無くサーミスタＡ 1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,
Ｄ2 の温度が全て等しい定常状態にあっては、ブリッジ
回路は平衡していて、リードＥ4,Ｅ5 間の電圧出力は零
となる。つまり、受動型赤外線検出装置の周囲温度が変
化したような場合は、検出素子１００の全体が略均一に
温度変化するので、リードＥ4,Ｅ5 間の電圧出力は略零
のままである。
1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 の温度が全て等しい定常状態にあって
は、抵抗ＲA1, ＲA2, ＲB1, ＲB2, ＲC1, ＲC2, ＲD1,
ＲD2のそれぞれの抵抗値は等しく成るようにされてい
る。しかも、温度特性（温度変化に対する抵抗値変化の
割合）もそれぞれ等しくされている。従って、リードＥ
2,Ｅ3 間に入力電圧を印加しても、輻射して来る赤外線
に変化が無くサーミスタＡ 1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,
Ｄ2 の温度が全て等しい定常状態にあっては、ブリッジ
回路は平衡していて、リードＥ4,Ｅ5 間の電圧出力は零
となる。つまり、受動型赤外線検出装置の周囲温度が変
化したような場合は、検出素子１００の全体が略均一に
温度変化するので、リードＥ4,Ｅ5 間の電圧出力は略零
のままである。
【００２７】一方、赤外線透過フィルタＥ1 を透過した
赤外線が赤外線吸収膜１０６に吸収され熱に変換される
と、サーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 はそ
れぞれ加熱される。ところで、検出用サーミスタＢ1,Ｂ
2,Ｃ1,Ｃ2 にあっては伝導による熱の流出は少なく、補
償用サーミスタＡ1,Ａ2,Ｄ1,Ｄ2 にあっては伝導による
熱の流出は多い。従って、検出用サーミスタＢ1,Ｂ2,Ｃ
1,Ｃ2 の温度上昇は速いが、補償用サーミスタＡ1,Ａ2,
Ｄ1,Ｄ2 の温度上昇は遅い。つまり、赤外線を受光する
と、過渡的にブリッジ回路の平衡が崩れて、リードＥ4,
Ｅ5 間に電圧出力が発生する。
赤外線が赤外線吸収膜１０６に吸収され熱に変換される
と、サーミスタＡ1,Ａ2,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2,Ｄ1,Ｄ2 はそ
れぞれ加熱される。ところで、検出用サーミスタＢ1,Ｂ
2,Ｃ1,Ｃ2 にあっては伝導による熱の流出は少なく、補
償用サーミスタＡ1,Ａ2,Ｄ1,Ｄ2 にあっては伝導による
熱の流出は多い。従って、検出用サーミスタＢ1,Ｂ2,Ｃ
1,Ｃ2 の温度上昇は速いが、補償用サーミスタＡ1,Ａ2,
Ｄ1,Ｄ2 の温度上昇は遅い。つまり、赤外線を受光する
と、過渡的にブリッジ回路の平衡が崩れて、リードＥ4,
Ｅ5 間に電圧出力が発生する。
【００２８】しかも、ブリッジ回路の向かい合う辺同志
を組とする一方の組のサーミスタとして検出用サーミス
タＢ1,Ｂ2 と検出用サーミスタＣ1,Ｃ2 とを割り当て、
他方の組のサーミスタとして補償用サーミスタＡ1,Ａ2
と補償用サーミスタＤ1,Ｄ2とを割り当てたので、赤外
線を検出した場合のブリッジ回路の平衡の崩れ方は急激
で、非常に高感度の電圧出力がリードＥ4,Ｅ5 間に得ら
れる。しかも、略田字状に配設された検出用サーミスタ
Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2 の中の１つでも赤外線を受光して温度
変化を生ずればリードＥ4,Ｅ5 間に電圧出力が得られ、
図５からも明かのようにＸ軸方向に対してもＹ軸方向に
対しても感度は等しく成り、３６０°警戒可能な無方向
性に近い受動型赤外線検出装置とすることができる。
を組とする一方の組のサーミスタとして検出用サーミス
タＢ1,Ｂ2 と検出用サーミスタＣ1,Ｃ2 とを割り当て、
他方の組のサーミスタとして補償用サーミスタＡ1,Ａ2
と補償用サーミスタＤ1,Ｄ2とを割り当てたので、赤外
線を検出した場合のブリッジ回路の平衡の崩れ方は急激
で、非常に高感度の電圧出力がリードＥ4,Ｅ5 間に得ら
れる。しかも、略田字状に配設された検出用サーミスタ
Ｂ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2 の中の１つでも赤外線を受光して温度
変化を生ずればリードＥ4,Ｅ5 間に電圧出力が得られ、
図５からも明かのようにＸ軸方向に対してもＹ軸方向に
対しても感度は等しく成り、３６０°警戒可能な無方向
性に近い受動型赤外線検出装置とすることができる。
【００２９】また、補償用サーミスタＡ1,Ａ2,Ｄ1,Ｄ2
は、直交座標Ｘ，Ｙ軸の交点０に対して検出用サーミス
タＢ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2 の遠い側の周縁に沿って離隔した位
置にそれぞれ形成されているので、図４に示す略正方形
の赤外線透過フィルタＥ1 を小さくして、赤外線は検出
用サーミスタＢ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2 に入射するものの、補償
用サーミスタＡ1,Ａ2,Ｄ1,Ｄ2 には入射しないようにす
ることが可能で、このようにすれば補償用サーミスタＡ
1,Ａ2,Ｄ1,Ｄ2 は赤外線の入射による温度上昇は無く成
り、リードＥ4,Ｅ5 間に得られる電圧出力は更に高感度
にすることが可能と成る。
は、直交座標Ｘ，Ｙ軸の交点０に対して検出用サーミス
タＢ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2 の遠い側の周縁に沿って離隔した位
置にそれぞれ形成されているので、図４に示す略正方形
の赤外線透過フィルタＥ1 を小さくして、赤外線は検出
用サーミスタＢ1,Ｂ2,Ｃ1,Ｃ2 に入射するものの、補償
用サーミスタＡ1,Ａ2,Ｄ1,Ｄ2 には入射しないようにす
ることが可能で、このようにすれば補償用サーミスタＡ
1,Ａ2,Ｄ1,Ｄ2 は赤外線の入射による温度上昇は無く成
り、リードＥ4,Ｅ5 間に得られる電圧出力は更に高感度
にすることが可能と成る。
【００３０】なお、上記実施例にあっては、４個の検出
用サーミスタと４個の補償用サーミスタとの合計８個の
サーミスタを半導体基板上に形成し、ブリッジ回路の一
方の向かい合う辺にそれぞれ２個づつ検出用サーミスタ
を配設すると共に他方の向かい合う辺にそれぞれ２個づ
つ補償用サーミスタを配設しているものであったが、２
個の検出用サーミスタＧ1,Ｇ2 と２個の補償用サーミス
タＨ1,Ｈ2 との合計４個のサーミスタを半導体基板上に
前述と同様のプロセスで形成し、図６に示すようにブリ
ッジ回路の一方の向かい合う辺にそれぞれ１個づつ検出
用サーミスタを配設すると共に他方の向かい合う辺にそ
れぞれ１個づつ補償用サーミスタを配設しても、赤外線
を検出することは可能であることは言うまでもない。
用サーミスタと４個の補償用サーミスタとの合計８個の
サーミスタを半導体基板上に形成し、ブリッジ回路の一
方の向かい合う辺にそれぞれ２個づつ検出用サーミスタ
を配設すると共に他方の向かい合う辺にそれぞれ２個づ
つ補償用サーミスタを配設しているものであったが、２
個の検出用サーミスタＧ1,Ｇ2 と２個の補償用サーミス
タＨ1,Ｈ2 との合計４個のサーミスタを半導体基板上に
前述と同様のプロセスで形成し、図６に示すようにブリ
ッジ回路の一方の向かい合う辺にそれぞれ１個づつ検出
用サーミスタを配設すると共に他方の向かい合う辺にそ
れぞれ１個づつ補償用サーミスタを配設しても、赤外線
を検出することは可能であることは言うまでもない。
【００３１】しかしながら、検出用サーミスタを２個と
すると検出用サーミスタＧ1,Ｇ2 の配置は図７（ａ）に
示すようになる。従って、図７（ｂ）に示すように、侵
入者ＭがＸ軸方向に移動する場合は先ず検出用サーミス
タＧ1 の抵抗値ＲG1が変化した後、検出用サーミスタＧ
2 の抵抗値ＲG2が変化する。また、侵入者ＭがＹ軸方向
に移動する場合は２個の検出用サーミスタＧ1,Ｇ2 の抵
抗値ＲG1, ＲG2は同時に変化する。すなわち、侵入者Ｍ
の移動する方向によって感度が異なり、無方向性とは言
えないものと成る。
すると検出用サーミスタＧ1,Ｇ2 の配置は図７（ａ）に
示すようになる。従って、図７（ｂ）に示すように、侵
入者ＭがＸ軸方向に移動する場合は先ず検出用サーミス
タＧ1 の抵抗値ＲG1が変化した後、検出用サーミスタＧ
2 の抵抗値ＲG2が変化する。また、侵入者ＭがＹ軸方向
に移動する場合は２個の検出用サーミスタＧ1,Ｇ2 の抵
抗値ＲG1, ＲG2は同時に変化する。すなわち、侵入者Ｍ
の移動する方向によって感度が異なり、無方向性とは言
えないものと成る。
【００３２】
【発明の効果】本発明の受動型赤外線検出装置は上記の
ように構成したものであるから、請求項１記載の発明に
あっては、ポップコーンノイズが無いと共に赤外線を検
出した場合のブリッジ回路の平衡の崩れ方は急激で非常
に高感度且つ高Ｓ／Ｎ比の検出出力が得られ、検出範囲
（警戒範囲）を拡大しても誤報の恐れが無く、請求項２
記載の発明にあっては、上記効果に加えて、定常状態に
はブリッジ回路の出力は零であり赤外線を検出した場合
にのみブリッジ回路の検出出力が発生するので出力信号
の処理が容易であり、請求項３記載の発明にあっては、
上記効果に加えて、半導体基板上に簡単にサーミスタを
形成でき、請求項４記載の発明にあっては、上記効果に
加えて、感度の無方向性を実現でき、請求項５記載の発
明にあっては、上記効果に加えて、更に感度を高くする
ことのできる、優れた受動型赤外線検出装置が提供でき
ると言う効果を奏する。
ように構成したものであるから、請求項１記載の発明に
あっては、ポップコーンノイズが無いと共に赤外線を検
出した場合のブリッジ回路の平衡の崩れ方は急激で非常
に高感度且つ高Ｓ／Ｎ比の検出出力が得られ、検出範囲
（警戒範囲）を拡大しても誤報の恐れが無く、請求項２
記載の発明にあっては、上記効果に加えて、定常状態に
はブリッジ回路の出力は零であり赤外線を検出した場合
にのみブリッジ回路の検出出力が発生するので出力信号
の処理が容易であり、請求項３記載の発明にあっては、
上記効果に加えて、半導体基板上に簡単にサーミスタを
形成でき、請求項４記載の発明にあっては、上記効果に
加えて、感度の無方向性を実現でき、請求項５記載の発
明にあっては、上記効果に加えて、更に感度を高くする
ことのできる、優れた受動型赤外線検出装置が提供でき
ると言う効果を奏する。
【図１】本発明に係る受動型赤外線検出装置の検出素子
の一実施例を示す構成図である。
の一実施例を示す構成図である。
【図２】上記検出素子の構成を示す説明図である。
【図３】上記検出素子の等価回路を示す回路図である。
【図４】上記検出素子を外装ケースに実装した状態を示
す断面図である。
す断面図である。
【図５】上記検出素子の感度を説明するための平面図で
ある。
ある。
【図６】他の検出素子の等価回路を示す回路図である。
【図７】上記検出素子の感度を説明するための説明図で
ある。
ある。
１０１ 半導体基板 １０２ 熱絶縁薄膜 １０３ 下部電極 １０４ サーミスタ薄膜 １０５ 上部電極 １０６ 赤外線吸収膜 Ａn 補償用サーミスタ（但しｎは１，２） Ｂn 検出用サーミスタ（但しｎは１，２） Ｃn 検出用サーミスタ（但しｎは１，２） Ｄn 補償用サーミスタ（但しｎは１，２）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 姫澤 秀和 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−201229（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−52659（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−109492（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−146829（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−57827（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01V 8/10 G01J 1/02 G01J 5/24
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板上の熱絶縁薄膜上に形成した
少なくとも４個のサーミスタを以てサーミスタブリッジ
回路を構成し、輻射してくる赤外線を検出する受動型赤
外線検出装置であって、前記サーミスタブリッジ回路の
向かい合う辺同志を組とする一方の組のサーミスタを検
出用サーミスタとすると共に他方の組のサーミスタを補
償用サーミスタと成し、前記検出用サーミスタの直下の
半導体基板は熱絶縁薄膜を残して除去してあることを特
徴とする受動型赤外線検出装置。 - 【請求項２】 前記各サーミスタの抵抗値および特性は
それぞれ略同一にされており、前記サーミスタブリッジ
回路は定常状態には平衡していることを特徴とする請求
項１記載の受動型赤外線検出装置。 - 【請求項３】 前記それぞれのサーミスタは前記熱絶縁
薄膜上に下部電極とサーミスタ薄膜と上部電極と赤外線
吸収膜とを順次積重して形成したものであることを特徴
とする請求項１記載または請求項２記載の受動型赤外線
検出装置。 - 【請求項４】 前記検出用サーミスタは少なくとも４個
であり、該それぞれの検出用サーミスタは同一円周上に
略等間隔に配設したものであることを特徴とする請求項
１記載または請求項２記載または請求項３記載の受動型
赤外線検出装置。 - 【請求項５】 前記補償用サーミスタは前記同一円周上
に略等間隔に配設された検出用サーミスタの外側に配設
したものであることを特徴とする請求項４記載の受動型
赤外線検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6870993A JP2891029B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 受動型赤外線検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6870993A JP2891029B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 受動型赤外線検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06281750A JPH06281750A (ja) | 1994-10-07 |
| JP2891029B2 true JP2891029B2 (ja) | 1999-05-17 |
Family
ID=13381586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6870993A Expired - Lifetime JP2891029B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 受動型赤外線検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2891029B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1114449A (ja) * | 1997-06-20 | 1999-01-22 | Terumo Corp | 赤外線センサ |
| JP6388113B2 (ja) * | 2014-07-03 | 2018-09-12 | Tdk株式会社 | センサ回路 |
-
1993
- 1993-03-26 JP JP6870993A patent/JP2891029B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06281750A (ja) | 1994-10-07 |
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