JP3000856B2 - Infrared detector - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線検出装置に関
し、特に、冷却などの温度調節を行う必要のある赤外線
検出装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an infrared detector, and more particularly to an infrared detector which needs to control the temperature such as cooling.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の赤外線検出装置の全体構成の概略
を図７に示す。図７において、赤外線を検出する赤外線
センサと基板の温度を検出する温度センサとを備えた赤
外線検出素子７１は、セラミック製のパッケージ７３の
内部に受光面側が被測定物に対するように設けられてい
る。2. Description of the Related Art FIG. 7 schematically shows the entire structure of a conventional infrared detecting device. In FIG. 7, an infrared detecting element 71 provided with an infrared sensor for detecting infrared light and a temperature sensor for detecting a temperature of a substrate is provided inside a ceramic package 73 such that a light receiving surface side faces an object to be measured. .
【０００３】このパッケージ７３には、コールドヘッド
７４が接続されており、更に、コールドヘッド７４は、
冷却装置７５と接続されているため、冷却装置７５によ
りコールドヘッド７４が冷却されると、パッケージ７３
もまた冷却される。[0003] A cold head 74 is connected to the package 73.
When the cold head 74 is cooled by the cooling device 75, the package 73 is connected to the cooling device 75.
Is also cooled.
【０００４】更に、このパッケージ７３には、赤外線検
出素子７１を作動させる電源や駆動パルスなどを出力す
る駆動部７６と、赤外線検出素子７１内の赤外線センサ
から出力された情報を処理する信号処理部７７と、赤外
線検出素子７１内に組み込まれている温度センサからの
出力により温度を検出する温度検出部７８とが接続され
ている。Further, the package 73 includes a driving section 76 for outputting a power supply and a driving pulse for operating the infrared detecting element 71, and a signal processing section for processing information output from the infrared sensor in the infrared detecting element 71. 77 and a temperature detection unit 78 that detects a temperature based on an output from a temperature sensor incorporated in the infrared detection element 71 are connected.
【０００５】駆動部７６により駆動された赤外線検出素
子７１は、入射した赤外線ＩＲを赤外線センサにより検
出して信号処理部７７に検出情報として出力している
が、基板の温度変化を温度情報として温度検出部７８に
出力することができるように同一基板上に温度センサも
また設けられている。The infrared detecting element 71 driven by the driving section 76 detects the incident infrared IR by an infrared sensor and outputs it to the signal processing section 77 as detection information. A temperature sensor is also provided on the same substrate so that the temperature can be output to the detection unit 78.
【０００６】温度検出部７８は、入力された温度情報を
演算して、演算結果を冷却装置７５に伝えている。冷却
装置７５は、入力された情報に基づいて、コールドヘッ
ド７４を冷却し、その結果パッケージ内の赤外線検出素
子７１が冷却される。The temperature detector 78 calculates the input temperature information and transmits the calculation result to the cooling device 75. The cooling device 75 cools the cold head 74 based on the input information, so that the infrared detecting element 71 in the package is cooled.
【０００７】ここで、このような赤外線検出装置に用い
られる従来の赤外線検出素子７１の概略構成の断面図を
図８に示す。図８は、Ｐ型の半導体基板８０に赤外線セ
ンサと温度センサとを設けた場合の一構成例である。Here, FIG. 8 is a sectional view showing a schematic configuration of a conventional infrared detecting element 71 used in such an infrared detecting device. FIG. 8 shows an example of a configuration in which an infrared sensor and a temperature sensor are provided on a P-type semiconductor substrate 80.
【０００８】図８において、赤外線センサの主要部であ
る光電変換部８４は、Ｐ型半導体基板８０上の高濃度Ｐ
型拡散層８２により区切られた領域内に設けられてお
り、光電変換部８４の受光領域で受光された赤外線ＩＲ
は光電変換されてＭＯＳトランジスタ８３に伝送され
る。[0008] In FIG. 8, a photoelectric conversion section 84, which is a main part of the infrared sensor, is provided with a high-concentration P on a P-type semiconductor substrate 80.
Provided in a region delimited by the mold diffusion layer 82 and received by the light receiving region of the photoelectric conversion unit 84.
Is photoelectrically converted and transmitted to the MOS transistor 83.
【０００９】光電変換部８４からＭＯＳトランジスタ８
３に伝送された情報は、出力端子８７、８８から外部の
赤外線検出部（図示せず）に出力される。更に、半導体
基板８０には、半導体基板８０をグランド電位にするグ
ランド端子８６が設けられており、このグランド端子８
６がグランド電極と接続して基板をグランド電位として
いる。From the photoelectric conversion unit 84 to the MOS transistor 8
The information transmitted to 3 is output from output terminals 87 and 88 to an external infrared detector (not shown). Further, the semiconductor substrate 80 is provided with a ground terminal 86 for setting the semiconductor substrate 80 to a ground potential.
6 is connected to the ground electrode to set the substrate to the ground potential.
【００１０】また、赤外線センサが設けられた半導体基
板８０と同じ半導体基板８０上に、温度モニターダイオ
ード８５が設けられている。この温度モニターダイオー
ド８５は、検出した情報を出力するための出力端子８９
と半導体基板８０のグランドと同じグランドを取るため
のグランド端子９０とを有している。[0010] A temperature monitor diode 85 is provided on the same semiconductor substrate 80 on which the infrared sensor is provided. This temperature monitor diode 85 has an output terminal 89 for outputting detected information.
And a ground terminal 90 for taking the same ground as the ground of the semiconductor substrate 80.
【００１１】温度モニターダイオード８５の出力端子８
９とグランド端子９０との間にはＰＮ接合が順方向とな
る１μＡ程度の定電流源が接続され、出力端子８９が温
度変化に伴って変化する電圧情報を温度検出部（図示せ
ず）に出力している。Output terminal 8 of temperature monitor diode 85
A constant current source of about 1 μA with a PN junction in the forward direction is connected between the output terminal 9 and the ground terminal 90, and the output terminal 89 sends voltage information that changes with temperature to a temperature detector (not shown). Output.
【００１２】このように、温度変化に応じて端子の電圧
が変化することを利用し、グランド電位に対する出力端
子の電圧変化量を温度変化量に変換して半導体基板の温
度を計測している。By utilizing the fact that the voltage of the terminal changes in accordance with the temperature change, the amount of change in the voltage of the output terminal with respect to the ground potential is converted into the amount of temperature change, and the temperature of the semiconductor substrate is measured.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような赤外線検出装置において、赤外線センサと温度
センサとを同時に作動させると、赤外線センサのグラン
ド電圧が変化していないにもかかわらず、温度センサの
グランド電圧が変化してしまうという問題が起こった。However, when the infrared sensor and the temperature sensor are operated at the same time in the above-described infrared detection device, the temperature sensor does not change even if the ground voltage of the infrared sensor does not change. There was a problem that the ground voltage changed.
【００１４】例えば、７７Ｋで用いるＰｔＳｉ赤外線セ
ンサの場合、温度センサに１μＡの定電流源を接続する
と、温度センサのグランド電圧に対して出力端子の電圧
は、−１．００６Ｖ程度になる。For example, in the case of a PtSi infrared sensor used at 77K, when a constant current source of 1 μA is connected to the temperature sensor, the voltage at the output terminal is about -1.006 V with respect to the ground voltage of the temperature sensor.
【００１５】この出力端子の電圧は、温度が１Ｋ変化す
るにつき２．３ｍＶずつ変化するため、言い換えると、
温度が１Ｋ上昇すると出力端子の電圧は、２．３ｍＶ減
少し、逆に温度が１Ｋ下降すると出力端子の電圧は、
２．３ｍＶ増加するため、出力端子の電圧とグランド電
圧との差を求めこれを２．３ｍＶで割ることにより上昇
した温度を算出することができる。Since the voltage at the output terminal changes by 2.3 mV every time the temperature changes by 1 K, in other words,
When the temperature rises by 1K, the voltage at the output terminal decreases by 2.3 mV. Conversely, when the temperature falls by 1K, the voltage at the output terminal becomes:
In order to increase the temperature by 2.3 mV, the difference between the voltage of the output terminal and the ground voltage is obtained, and the difference is divided by 2.3 mV, whereby the increased temperature can be calculated.
【００１６】しかし、温度センサと赤外線センサとを同
時に動作させると、半導体基板の温度が変化していない
にもかかわらず、温度センサの出力端子の電圧は、−
１．００６Ｖから−０．９Ｖ程度まで変動してしまう。
そのため、赤外線を検出しながら同時に正確な半導体基
板の温度が計測できず、半導体基板の温度を正確に検出
するには、一旦赤外線検出動作を停止してから半導体基
板の温度を検出するという手順を取らねばならない。However, when the temperature sensor and the infrared sensor are operated at the same time, the voltage of the output terminal of the temperature sensor becomes-even though the temperature of the semiconductor substrate does not change.
It fluctuates from 1.006V to about -0.9V.
Therefore, it is not possible to measure the temperature of the semiconductor substrate accurately while detecting infrared rays.To detect the temperature of the semiconductor substrate accurately, the procedure of once stopping the infrared detection operation and then detecting the temperature of the semiconductor substrate is considered. I have to take it.
【００１７】即ち、温度を検出するために一旦赤外線検
出動作を停止しなければならないので連続的な赤外線の
検出を行うことができないだけでなく、手間もかかり、
実際の半導体基板の温度がリアルタイムで計測出来ない
ので、半導体基板が赤外線を吸収して温度が上昇した場
合に、その上昇度合いに合わせた温度調節ができないと
いう難点があった。That is, since the infrared detection operation must be temporarily stopped in order to detect the temperature, not only cannot the continuous infrared detection be performed, but also it takes time and effort.
Since the actual temperature of the semiconductor substrate cannot be measured in real time, when the semiconductor substrate absorbs infrared rays and the temperature rises, there is a problem that the temperature cannot be adjusted in accordance with the degree of the rise.
【００１８】そこで本発明は、温度検出回路と赤外線検
出回路とを同時に動作させても温度検出回路の出力端子
の電圧が変動せず、正確に半導体基板の温度を検出する
ことができる赤外線検出装置を得ることを目的とする。
また、連続的に赤外線を検出できる赤外線検出装置を得
ることを目的とする。Therefore, the present invention provides an infrared detecting device which can detect the temperature of a semiconductor substrate accurately without causing a change in the voltage of the output terminal of the temperature detecting circuit even when the temperature detecting circuit and the infrared detecting circuit are operated simultaneously. The purpose is to obtain.
It is another object of the present invention to obtain an infrared detector capable of detecting infrared rays continuously.
【００１９】更に、赤外線の吸収に伴って半導体基板の
温度が上昇しても、その上昇度合いに合わせて半導体基
板の温度が一定となるように温度調節ができる赤外線検
出装置を得ることを目的とする。It is still another object of the present invention to provide an infrared detector capable of adjusting the temperature of a semiconductor substrate so that the temperature of the semiconductor substrate becomes constant in accordance with the degree of the increase even when the temperature of the semiconductor substrate rises due to absorption of infrared rays. I do.
【００２０】[0020]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明の請求項１に係る発明では、被測定物からの赤外
線を検出する赤外線検出回路と該赤外線検出回路の温度
を電圧値として検出する温度検出回路とを備えた赤外線
検出素子と、前記赤外線検出素子を内部に収納するパッ
ケージ手段と、前記パッケージ手段の内部温度を調節す
る温度調節手段とを備え、前記赤外線検出素子の前記赤
外線検出回路と前記温度検出回路とを同一の半導体基板
上であって互いに逆の導電型の拡散層内にそれぞれ設け
ることを特徴とする赤外線検出装置を提案している。In order to achieve the above object,
In the invention according to claim 1 of the present invention, an infrared detection element including an infrared detection circuit for detecting infrared rays from an object to be measured, a temperature detection circuit for detecting a temperature of the infrared detection circuit as a voltage value, A package for accommodating the detection element therein; and a temperature adjusting means for adjusting the internal temperature of the package, wherein the infrared detection circuit and the temperature detection circuit of the infrared detection element are on the same semiconductor substrate. Infrared detectors are provided which are provided in diffusion layers of opposite conductivity types.
【００２１】[0021]
【００２２】[0022]
【００２３】請求項２の発明では、請求項１の赤外線検
出装置において、温度検出回路からの検出結果に基づい
て温度調節手段を制御する温度制御手段を更に備えたも
のを提案している。According to a second aspect of the present invention, there is provided the infrared detecting apparatus of the first aspect, further comprising a temperature control means for controlling the temperature adjusting means based on a detection result from the temperature detecting circuit.
【００２４】また、請求項３の発明では、請求項１、２
のいずれかの赤外線検出装置において、赤外線検出素子
は、赤外線検出回路から出力された電圧差を電流値とし
て出力する電流変換回路を更に備えたものを提案してい
る。According to the third aspect of the present invention, the first and second aspects of the present invention are provided.
In any of the infrared detection devices described above, the infrared detection element further includes a current conversion circuit that outputs a voltage difference output from the infrared detection circuit as a current value.
【００２５】更に、請求項４の発明では、請求項１、２
のいずれかの赤外線検出装置において、赤外線検出回路
から出力された電圧変化量を電流値に変換する電流変換
手段を更に備えたものを提案している。Further, according to the fourth aspect of the present invention,
In any of the infrared detection devices described above, there is proposed an infrared detection device further comprising current conversion means for converting a voltage change amount output from the infrared detection circuit into a current value.
【００２６】[0026]
【作用】まず、温度検出回路と赤外線検出回路とを同時
に動作させた場合に温度検出回路の出力端子の電圧が変
動する原因を調べたところ、温度検出回路と赤外線検出
回路とが電気的に接続しているためであることが解っ
た。First, when the cause of the fluctuation of the voltage at the output terminal of the temperature detection circuit when the temperature detection circuit and the infrared detection circuit are operated at the same time is examined, the temperature detection circuit and the infrared detection circuit are electrically connected. It turns out that it is.
【００２７】つまり、実際のグランド電位は、理想的な
一定値ではなく基板の抵抗等の影響で変動している値で
あるが、赤外線検出回路が動作するとある程度のノイズ
が発生し、その影響でグランド電位が更に変動するた
め、温度検出回路は変動したグランド電位を基準として
温度を検知することになるからである。In other words, the actual ground potential is not an ideal constant value but a value that fluctuates due to the resistance of the substrate, but when the infrared detection circuit operates, a certain amount of noise is generated. This is because the ground potential further fluctuates, so that the temperature detection circuit detects the temperature based on the fluctuated ground potential.
【００２８】そのため、請求項１の本発明においては、
温度検出回路と赤外線検出回路とを電気的に分離するこ
とにより、それぞれのグランド電位を変動させない構成
としている。言い換えると、赤外線検出回路と温度検出
回路が別々のグランド電位を取るように構成しているた
め、赤外線検出回路の動作によって温度検出回路のグラ
ンド電位が変動する事がない。従って、常に正確な赤外
線検出は勿論、半導体基板の温度を正確に検知すること
ができる。Therefore, in the first aspect of the present invention,
By electrically separating the temperature detection circuit and the infrared detection circuit, the respective ground potentials are not changed. In other words, since the infrared detection circuit and the temperature detection circuit are configured to have different ground potentials, the ground potential of the temperature detection circuit does not change due to the operation of the infrared detection circuit. Therefore, the temperature of the semiconductor substrate can be accurately detected, as well as the accurate infrared detection.
【００２９】また、赤外線の検出に伴って半導体基板の
温度が上昇した際にもリアルタイムで半導体基板の温度
を検知し、検知した温度の変動に合わせて温度調節手段
の出力を変え、赤外線検出素子の環境を常に一定とする
ことができるので、連続的な赤外線の正確な検出が可能
となる。Also, when the temperature of the semiconductor substrate rises due to the detection of infrared light, the temperature of the semiconductor substrate is detected in real time, and the output of the temperature control means is changed in accordance with the detected temperature change. Since the environment can be kept constant at all times, continuous accurate detection of infrared rays is possible.
【００３０】この温度調節手段は、赤外線検出素子の温
度を常に一定とするために赤外線検出素子を収納してい
るパッケージ手段の温度を変えるものであるが、一般
に、赤外線検出素子が赤外線を吸収すると素子の温度が
上昇するので、この温度調節手段は、特別な場合（例え
ば、予め定めたパッケージ手段の内部の温度が外気より
も非常に高い場合等）を除いては、冷却装置などの冷却
手段と考えて良い。This temperature adjusting means changes the temperature of the package means containing the infrared detecting element in order to keep the temperature of the infrared detecting element constant. In general, when the infrared detecting element absorbs infrared light, the temperature adjusting means changes the temperature of the package means. Since the temperature of the element increases, this temperature adjusting means is provided by a cooling means such as a cooling device except in a special case (for example, when the temperature inside the predetermined package means is much higher than the outside air). You can think.
【００３１】[0031]
【００３２】[0032]
【００３３】[0033]
【００３４】また、請求項１の発明では、赤外線検出回
路と温度検出回路とを同一の半導体基板上に設けてい
る。そして、赤外線検出回路を設ける拡散層と温度検出
回路を設ける拡散層とを、互いに逆の導電型とすること
によって、赤外線検出素子の赤外線検出回路と温度検出
回路とが熱的には分離せず、電気的には各クランド構造
を互いに分離する構成のものを提案している。In the first aspect of the present invention, the infrared detection circuit and the temperature detection circuit are provided on the same semiconductor substrate. The diffusion layer provided with the infrared detection circuit and the diffusion layer provided with the temperature detection circuit are of opposite conductivity types, so that the infrared detection circuit and the temperature detection circuit of the infrared detection element are not thermally separated. In terms of electrical structure, each of the ground structures is proposed to be separated from each other.
【００３５】この構成であると、パッケージ手段の内部
の半導体基板が設けられる位置に、一個の半導体基板を
配置するだけであるので、先に述べた別々の半導体基板
を配置した時よりも装置の組立が簡単で小型な赤外線検
出装置を得ることができる。With this configuration, only one semiconductor substrate is arranged at the position where the semiconductor substrate is provided inside the package means. It is possible to obtain a small infrared detector that is easy to assemble and small.
【００３６】従って、別々の半導体基板を配置した時よ
りも小型な赤外線検出装置を得ることができると共に、
赤外線検出回路と温度検出回路とが同一基板上に設けら
れているため、赤外線の受光に伴って上昇した温度をよ
り正確に測ることができる。Accordingly, it is possible to obtain an infrared detector smaller than when a separate semiconductor substrate is arranged, and
Since the infrared detection circuit and the temperature detection circuit are provided on the same substrate, it is possible to more accurately measure the temperature that has increased with the reception of infrared light.
【００３７】更に、赤外線の検出に伴って半導体基板の
温度が上昇した際にもリアルタイムで半導体基板の温度
を検知し、例えば、基板の温度が連続的な赤外線の受光
に伴って上昇した場合に、その上昇度合いに合わせてパ
ッケージ手段を冷却する等のように、検知した温度の変
動に合わせて温度調節手段の出力を変え、赤外線検出素
子の環境を常に一定とすることができるので、連続的な
赤外線の正確な検出が可能となる。Further, even when the temperature of the semiconductor substrate rises with the detection of infrared rays, the temperature of the semiconductor substrate is detected in real time. For example, when the temperature of the substrate rises with the continuous reception of infrared rays, Since the output of the temperature control means can be changed in accordance with the detected temperature fluctuation, such as cooling the package means in accordance with the degree of the rise, the environment of the infrared detecting element can be constantly kept constant. Accurate infrared detection is possible.
【００３８】請求項２の発明では、請求項１の赤外線検
出装置において、更に温度制御手段を設けた赤外線検出
装置を提案しており、この温度制御手段は、温度検出回
路により連続的に入力された電圧情報を基に、温度調節
手段が出力すべき値を演算し、この演算結果を温度調節
手段に出力しているため、赤外線検出素子の環境を自動
的に一定とすることが可能である。According to a second aspect of the present invention, there is provided an infrared detecting apparatus according to the first aspect, further including a temperature control means. The temperature control means is continuously input by a temperature detecting circuit. Based on the obtained voltage information, the value to be output by the temperature adjusting means is calculated, and the calculation result is output to the temperature adjusting means, so that the environment of the infrared detecting element can be automatically kept constant. .
【００３９】即ち、赤外線検出回路の受光領域に入力し
た赤外線は、ここで光電変換されて、信号処理手段に出
力されるが、この時に発生した熱が半導体基板の温度を
上昇させている。半導体基板の温度は、温度検出回路に
より常に検知されているので、この温度変化は直ちに温
度制御手段に出力される。That is, the infrared light input to the light receiving area of the infrared detection circuit is photoelectrically converted here and output to the signal processing means. The heat generated at this time raises the temperature of the semiconductor substrate. Since the temperature of the semiconductor substrate is constantly detected by the temperature detection circuit, this temperature change is immediately output to the temperature control means.
【００４０】温度制御手段は、入力された電圧情報をも
とに温度調節手段の出力制御情報を演算し、この演算結
果を温度調節手段に出力している。温度調節手段は、入
力された制御情報に基づいてパッケージ手段の温度を調
節しているので、結果として、基板の温度変化量に対応
して連続的に赤外線検出素子の基板の温度を調節してい
る。The temperature control means calculates output control information of the temperature control means based on the input voltage information, and outputs the calculation result to the temperature control means. Since the temperature adjusting means adjusts the temperature of the package means based on the input control information, as a result, the temperature of the substrate of the infrared detecting element is continuously adjusted according to the amount of temperature change of the substrate. I have.
【００４１】更に、請求項３の発明では、請求項１又は
２のいずれかの赤外線検出装置において、赤外線検出回
路から出力された電圧情報を電流情報として出力する電
流変換回路を赤外線検出素子に備えたものを提案してい
る。According to a third aspect of the present invention, in the infrared detecting device according to any one of the first and second aspects, a current conversion circuit for outputting voltage information output from the infrared detecting circuit as current information is provided in the infrared detecting element. Suggestions.
【００４２】一般に、電圧は抵抗の影響により変動しや
すく、この変動した電圧情報を検出するとノイズが加わ
った不正確な値となってしまうので、得られた情報を電
圧出力として取り出す電圧型の赤外線検出装置よりも電
流出力として取り出す電流型の赤外線検出装置の方がノ
イズの影響が少なく、精度がよい。In general, the voltage tends to fluctuate due to the influence of the resistance, and if this fluctuating voltage information is detected, the value becomes an inaccurate value to which noise has been added. A current-type infrared detection device that extracts a current output as a current output is less affected by noise and has higher accuracy than a detection device.
【００４３】即ち、請求項３の発明においては、温度検
出回路が半導体基板の温度の影響により変化する電圧情
報を温度情報として出力しているが、上述したように電
圧はノイズの影響を受けやすいため、得られた電圧情報
は、すぐに電流変換回路に入力される。電流変換回路
は、入力された電圧情報を電流情報に変換する回路であ
り、ここで電流情報に変換された温度情報は、温度制御
手段又は温度調節手段に出力される。That is, in the third aspect of the present invention, the temperature detecting circuit outputs voltage information that changes due to the influence of the temperature of the semiconductor substrate as temperature information. However, as described above, the voltage is easily affected by noise. Therefore, the obtained voltage information is immediately input to the current conversion circuit. The current conversion circuit is a circuit that converts input voltage information into current information, and the temperature information converted into current information is output to a temperature control unit or a temperature adjustment unit.
【００４４】電流変換回路が温度制御手段に出力する場
合は、温度制御手段が、入力された電流情報をもとに温
度調節手段の出力制御情報を演算し、この演算結果を温
度調節手段に出力する。温度調節手段は、入力された制
御情報に基づいてパッケージ手段の温度を調節している
ので、結果として、基板の温度変化量に対応して自動的
に赤外線検出素子の基板の温度を調節する。When the current conversion circuit outputs to the temperature control means, the temperature control means calculates output control information of the temperature control means based on the input current information, and outputs the calculation result to the temperature control means. I do. Since the temperature adjustment means adjusts the temperature of the package means based on the input control information, as a result, the temperature of the substrate of the infrared detecting element is automatically adjusted according to the amount of temperature change of the substrate.
【００４５】また、電流変換回路が直接温度調節手段に
出力する場合は、温度調節手段が入力された電流情報に
基づいて自身の入出力状態を切り替えることにより赤外
線検出素子の基板の温度を調節する。When the current conversion circuit directly outputs to the temperature control means, the temperature control means controls the temperature of the substrate of the infrared detecting element by switching its own input / output state based on the input current information. .
【００４６】勿論、電流変換回路が一旦温度モニターな
どの使用者が観察できる観察手段に出力し、使用者が観
察手段を観察しながら温度調節手段の出力を調整するよ
うな構成としても構わない。Of course, it is also possible to adopt a configuration in which the current conversion circuit once outputs to the observation means such as a temperature monitor which can be observed by the user, and the user adjusts the output of the temperature adjusting means while observing the observation means.
【００４７】このように、温度検出回路により出力され
た情報を電流情報に変換する電流変換回路を赤外線検出
素子に形成させることで、ノイズの影響を少なくし、精
度の良い赤外線検出装置とすることができる。更に、電
流情報を用いているため、温度制御手段又は温度調節手
段の配置位置がパッケージ手段の近辺に限定されないの
で、赤外線検出装置の設計の自由度が広がる。As described above, by forming the current conversion circuit for converting the information output from the temperature detection circuit into current information in the infrared detection element, the influence of noise is reduced and an infrared detection device with high accuracy is provided. Can be. Further, since the current information is used, the arrangement position of the temperature control means or the temperature adjustment means is not limited to the vicinity of the package means, so that the degree of freedom in designing the infrared detection device is increased.
【００４８】勿論、電流変換回路は、赤外線検出回路と
温度検出回路と電気的に分離された同一基板上に設けて
も良いし、別の基板上に設けてもよい。Of course, the current conversion circuit may be provided on the same substrate that is electrically separated from the infrared detection circuit and the temperature detection circuit, or may be provided on another substrate.
【００４９】また、請求項４の発明では、請求項１、２
のいずれかの赤外線検出装置において、赤外線検出回路
から出力された電圧情報を電流情報に変換するための別
の構成としてパッケージ手段の外部に電流変換手段を備
えたものを提案している。According to the fourth aspect of the present invention, the first, second and third aspects
In any one of the infrared detection devices described above, another device for converting voltage information output from the infrared detection circuit into current information and having a current conversion unit outside the package unit is proposed.
【００５０】赤外線検出回路の受光領域で受光された赤
外線は、ここで光電変換されて、信号処理手段に出力さ
れるが、この時に発生した熱が半導体基板の温度を上昇
させている。半導体基板の温度は、温度検出回路により
常に検知されているので、この温度変化は直ちにパッケ
ージ手段の外部に設けられた電流変換手段に出力され
る。The infrared light received by the light receiving area of the infrared detection circuit is photoelectrically converted here and output to the signal processing means. The heat generated at this time raises the temperature of the semiconductor substrate. Since the temperature of the semiconductor substrate is constantly detected by the temperature detection circuit, this temperature change is immediately output to the current conversion means provided outside the package means.
【００５１】この電流変換手段は、入力された電圧情報
を電流情報に変換するものであり、ここで電流情報に変
換された温度情報は、温度制御手段又は温度調節手段に
出力される。電流変換手段が温度制御手段に出力する場
合は、温度制御手段が、入力された電流情報をもとに温
度調節手段の出力制御情報を演算し、この演算結果を温
度調節手段に出力する。The current converting means converts the input voltage information into current information, and the temperature information converted into the current information is output to the temperature control means or the temperature adjusting means. When the current converter outputs to the temperature controller, the temperature controller calculates output control information of the temperature controller based on the input current information, and outputs the calculation result to the temperature controller.
【００５２】温度調節手段は、入力された制御情報に基
づいてパッケージ手段の温度を調節しているので結果と
して、基板の温度変化量に対応して連続的に赤外線検出
素子の基板の温度を調節する。Since the temperature adjusting means adjusts the temperature of the package means based on the input control information, as a result, the temperature of the substrate of the infrared detecting element is continuously adjusted according to the temperature change of the substrate. I do.
【００５３】また、電流変換手段が直接温度調節手段に
出力する場合は、温度調節手段が入力された電流情報に
基づいて自身の入出力状態を切り替えることにより赤外
線検出素子の基板の温度を調節する。When the current converting means directly outputs to the temperature adjusting means, the temperature adjusting means adjusts the temperature of the substrate of the infrared detecting element by switching its own input / output state based on the input current information. .
【００５４】勿論、電流変換手段が一旦温度モニターな
どの使用者が観察できる観察手段に出力し、使用者が観
察手段を観察しながら温度調節手段の出力を調整するよ
うな構成としても構わない。Of course, it is also possible to adopt a configuration in which the current conversion means temporarily outputs to the observation means such as a temperature monitor which can be observed by the user, and the user adjusts the output of the temperature adjustment means while observing the observation means.
【００５５】このように、請求項４の発明では、温度検
出回路により出力された情報を電流情報に変換する電流
変換手段を、上述した電圧出力型の赤外線検出装置（請
求項１、２の本発明の赤外線検出装置）の一部に設ける
ことで、赤外線検出素子の製造工程及び設計に変更を与
えずに、ノイズの影響が少ない、精度の良い赤外線検出
装置を簡単に構成させることができる。As described above, according to the fourth aspect of the present invention, the current conversion means for converting the information output by the temperature detection circuit into current information is provided by the above-mentioned voltage output type infrared detecting device (the first and second aspects of the present invention). By providing a part of the infrared detecting device of the present invention), it is possible to easily configure a high-accuracy infrared detecting device with little influence of noise without changing the manufacturing process and design of the infrared detecting element.
【００５６】また、電流変換手段をパッケージ手段近傍
に設けると、パッケージ手段から電流変換手段へまでの
伝達距離が短くなるので抵抗などによる影響が少なく好
ましい。Further, it is preferable to provide the current conversion means near the package means, since the transmission distance from the package means to the current conversion means is shortened, so that the influence of resistance or the like is small.
【００５７】[0057]
【実施例】図１は、本発明の赤外線検出装置の第一実施
例を示す概略構成図である。赤外線を検出する赤外線検
出回路である赤外センサを備えたセンサ基板１と、温度
を検出する温度検出回路である温度モニターダイオード
を備えた温度基板２とが、パッケージ手段であるセラミ
ック製のパッケージ３の内部に収納されている。FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of the infrared detecting apparatus according to the present invention. A sensor board 1 provided with an infrared sensor which is an infrared detection circuit for detecting infrared rays, and a temperature board 2 provided with a temperature monitor diode which is a temperature detection circuit for detecting a temperature are provided with a ceramic package 3 as a package means. Is housed inside.
【００５８】このパッケージ３には、センサ基板１を駆
動させる駆動部６と、センサ基板１からの検出信号を処
理する信号処理部７と、温度基板２からの温度信号を処
理する温度制御手段である温度制御部８とがワイヤボン
ディング法によってセンサ基板１又は温度基板２と接続
されている。The package 3 includes a driving unit 6 for driving the sensor substrate 1, a signal processing unit 7 for processing a detection signal from the sensor substrate 1, and a temperature control unit for processing a temperature signal from the temperature substrate 2. A certain temperature controller 8 is connected to the sensor substrate 1 or the temperature substrate 2 by a wire bonding method.
【００５９】駆動部６は、電源や駆動パルスなどを赤外
センサに入力するもので、この駆動部６により駆動され
た赤外線センサから出力された検出信号は、信号処理部
７に入力され、ここで信号処理されて赤外線信号として
検出されている。The driving section 6 inputs a power source, a driving pulse, and the like to the infrared sensor. The detection signal output from the infrared sensor driven by the driving section 6 is input to the signal processing section 7, and the detection signal is transmitted to the infrared sensor. And is detected as an infrared signal.
【００６０】更に、パッケージ３の温度を調節するため
に、コールドヘッド４がパッケージ３に密着固定されて
いる。このコールドヘッド４は、温度調節手段である冷
却装置５により冷却されており、この冷却装置５は、後
述する温度制御部８からの出力に基づいて、コールドヘ
ッド４を冷却している。Further, in order to adjust the temperature of the package 3, a cold head 4 is fixedly attached to the package 3. The cold head 4 is cooled by a cooling device 5 which is a temperature adjusting means. The cooling device 5 cools the cold head 4 based on an output from a temperature control unit 8 described later.
【００６１】また、赤外センサと同時に作動している温
度モニターダイオードは、検出した電圧情報を温度制御
部８に出力している。この温度制御部８は、入力された
電圧情報を基に演算を行いこの演算結果に基づいて冷却
装置５の出力を調整しているので、結果としてセンサ基
板１の温度の上昇度合いに合わせてパッケージ３を冷却
している。The temperature monitor diode operating simultaneously with the infrared sensor outputs the detected voltage information to the temperature control section 8. The temperature controller 8 performs a calculation based on the input voltage information and adjusts the output of the cooling device 5 based on the calculation result. As a result, the package is adjusted in accordance with the temperature rise of the sensor substrate 1. 3 is cooling.
【００６２】即ち、赤外センサの受光領域に入射した赤
外線は、ここで光電変換されて検出信号として信号処理
部７に入力され、信号処理部７により赤外線情報として
検出される。この時、赤外線の受光に伴って熱が発生
し、センサ基板１の温度が上昇する。That is, the infrared light that has entered the light receiving area of the infrared sensor is photoelectrically converted here, input to the signal processing unit 7 as a detection signal, and is detected by the signal processing unit 7 as infrared information. At this time, heat is generated with the reception of infrared light, and the temperature of the sensor substrate 1 rises.
【００６３】パッケージ３には、温度モニターダイオー
ドを備えた温度基板２もまた設けられており、これは、
赤外線センサと熱的には分離していないので、センサ基
板１の温度が上昇すると温度基板２の温度も同様に上昇
する。The package 3 is also provided with a temperature substrate 2 provided with a temperature monitor diode,
Since it is not thermally separated from the infrared sensor, when the temperature of the sensor substrate 1 rises, the temperature of the temperature substrate 2 also rises.
【００６４】赤外線の吸収に伴って上昇した基板温度
は、温度モニターダイオードにより温度モニターダイオ
ードのグランド電圧に対する出力端子の電圧として温度
制御部８に出力され、温度制御部８により冷却装置５の
出力調節量として演算されて、冷却装置５に入力されて
いる。The substrate temperature that has risen due to the absorption of infrared rays is output to the temperature control unit 8 by the temperature monitor diode as a voltage of an output terminal with respect to the ground voltage of the temperature monitor diode, and the temperature control unit 8 controls the output of the cooling device 5. The amount is calculated and input to the cooling device 5.
【００６５】例えば、７７Ｋで用いるＰｔＳｉ赤外線セ
ンサの場合、温度モニターダイオードに１μＡの定電流
源を接続すると、温度モニターダイオードのグランド電
圧に対して出力端子の電圧は、−１．００６Ｖ程度にな
る。For example, in the case of a PtSi infrared sensor used at 77K, when a constant current source of 1 μA is connected to the temperature monitor diode, the voltage of the output terminal becomes about -1.006 V with respect to the ground voltage of the temperature monitor diode.
【００６６】この出力端子の電圧は、温度が１Ｋ変化す
るにつき２．３ｍＶずつ変化する、言い換えると、温度
が１Ｋ上昇すると出力端子の電圧は、２．３ｍＶ減少
し、逆に温度が１Ｋ下降すると出力端子の電圧は、２．
３ｍＶ増加するため、温度制御部８は、温度モニターダ
イオードから入力された温度モニターダイオードのグラ
ンド電圧に対する出力端子の電圧を２．３ｍＶで割るこ
とにより温度を算出し、算出された温度情報に対応する
冷却装置５の出力調節量として冷却装置５に出力してい
る。The voltage at the output terminal changes by 2.3 mV every time the temperature changes by 1 K. In other words, when the temperature rises by 1 K, the voltage at the output terminal decreases by 2.3 mV, and conversely, when the temperature drops by 1 K The output terminal voltage is 2.
To increase by 3 mV, the temperature control unit 8 calculates the temperature by dividing the voltage of the output terminal with respect to the ground voltage of the temperature monitoring diode input from the temperature monitoring diode by 2.3 mV, and corresponds to the calculated temperature information. The output is output to the cooling device 5 as an output adjustment amount of the cooling device 5.
【００６７】ここで図２に、本第一実施例に用いる赤外
線検出素子の概略構成の断面図を示す。図２において、
赤外線センサの主要部である光電変換部１４は、第一の
Ｐ型半導体基板１０ａ上の高濃度Ｐ型拡散層１２により
区切られた領域内に設けられており、受光領域で受光さ
れた赤外線ＩＲはここで光電変換され、ＭＯＳトランジ
スタ１３に伝送される。FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of the infrared detecting element used in the first embodiment. In FIG.
The photoelectric conversion unit 14, which is a main part of the infrared sensor, is provided in a region separated by the high-concentration P-type diffusion layer 12 on the first P-type semiconductor substrate 10a, and the infrared IR received in the light-receiving region is provided. Is photoelectrically converted here and transmitted to the MOS transistor 13.
【００６８】ＭＯＳトランジスタ１３には、出力端子１
７、１８があり、光電変換部１４からの伝送情報を赤外
線検出部（図示せず）に出力している。更に、第一のＰ
型半導体基板１０ａには、基板１０ａをグランド電位に
するグランド端子１６が設けられている。The MOS transistor 13 has an output terminal 1
7 and 18 for outputting transmission information from the photoelectric conversion unit 14 to an infrared detection unit (not shown). Furthermore, the first P
The mold semiconductor substrate 10a is provided with a ground terminal 16 that sets the substrate 10a to a ground potential.
【００６９】更に、基板の温度を検出するための温度モ
ニターダイオード１５が、第二のＰ型半導体基板１０ｂ
に設けられている。この温度モニターダイオード１５
は、検出した情報を出力するための出力端子１９と、第
一のＰ型半導体基板１０ａとは別のグランド電位を取る
ためのグランド端子２０とを有し、出力端子１９とグラ
ンド端子２０との間にはＰＮ接合が順方向となる１μＡ
程度の定電流源（図示せず）が接続され、出力端子１９
からの電圧を温度制御部（図示せず）に出力している。Further, a temperature monitor diode 15 for detecting the temperature of the substrate is provided with a second P-type semiconductor substrate 10b.
It is provided in. This temperature monitor diode 15
Has an output terminal 19 for outputting detected information, and a ground terminal 20 for obtaining a different ground potential from the first P-type semiconductor substrate 10a. 1μA between which the PN junction is in the forward direction
A constant current source (not shown) is connected to the output terminal 19.
Is output to a temperature control unit (not shown).
【００７０】この第一実施例では、赤外線センサ１４と
温度モニターダイオード１５とがそれぞれ異なる基板上
に設けられているので、互いに電気的に分離されてお
り、これによりそれぞれの作動による影響を防ぎ、赤外
線検出と温度検知とを同時に行うことを可能としてい
る。In the first embodiment, since the infrared sensor 14 and the temperature monitor diode 15 are provided on different substrates, they are electrically separated from each other. Infrared detection and temperature detection can be performed simultaneously.
【００７１】本実施例に用いる赤外線センサとしては、
特に限定はしないが、例えば、ポイントセンサやライン
センサ、エリアセンサなどが挙げられる。また、このよ
うな赤外線センサの具体例として、ＰｔＳｉやＨｇＣｄ
ＴｅやＩｎＳｂ等を光電変換物質としたものが挙げられ
る。As the infrared sensor used in this embodiment,
Although not particularly limited, for example, a point sensor, a line sensor, an area sensor, and the like can be used. Further, specific examples of such an infrared sensor include PtSi and HgCd.
Examples thereof include materials using Te or InSb as a photoelectric conversion material.
【００７２】また、図３は本発明の第二実施例を示す説
明図であり、上述した図１と同様な構成の赤外線検出装
置に用いる赤外線検出素子の第二実施例の概略断面図で
ある。図３は、温度センサと温度モニターダイオードと
を電気的に分離して同一基板に設ける場合の一例を呈示
している。FIG. 3 is an explanatory view showing a second embodiment of the present invention, and is a schematic sectional view of an infrared detecting element used in an infrared detecting device having the same configuration as that of FIG. 1 described above. . FIG. 3 shows an example in which a temperature sensor and a temperature monitor diode are electrically separated and provided on the same substrate.
【００７３】図３において、赤外線センサの主要部であ
る光電変換部３４は、Ｐ型半導体基板３０ａ上の高濃度
Ｐ型拡散層３２により区切られた領域内に設けられてお
り、受光領域で受光された赤外線ＩＲはここで光電変換
され、ＭＯＳトランジスタ３３に伝送される。In FIG. 3, a photoelectric conversion section 34, which is a main part of the infrared sensor, is provided in a region separated by a high-concentration P-type diffusion layer 32 on a P-type semiconductor substrate 30a. The infrared ray IR thus obtained is photoelectrically converted and transmitted to the MOS transistor 33.
【００７４】ＭＯＳトランジスタ３３には、出力端子３
７、３８があり、光電変換部３４からの伝送情報を赤外
線検出部（図示せず）に出力している。更に、第一のＰ
型半導体基板３０ａには、基板３０ａをグランド電位に
するグランド端子３６が設けられている。更に、基板の
温度を検出するための温度モニターダイオード３５が、
Ｐ型半導体基板３０ａの一部に設けられたＮ型の低濃度
拡散層３０ｂ内に設けられている。The MOS transistor 33 has an output terminal 3
7 and 38 for transmitting transmission information from the photoelectric conversion unit 34 to an infrared detection unit (not shown). Furthermore, the first P
The mold semiconductor substrate 30a is provided with a ground terminal 36 for setting the substrate 30a to a ground potential. Furthermore, a temperature monitor diode 35 for detecting the temperature of the substrate
It is provided in an N-type low concentration diffusion layer 30b provided in a part of the P-type semiconductor substrate 30a.
【００７５】この温度モニターダイオード３５は、検出
した情報を出力するための出力端子３９と、グランド端
子２０とを有し、出力端子３９とグランド端子４０との
間にはＰＮ接合が順方向となるように１μＡ程度の定電
流源（図示せず）が接続されている。The temperature monitor diode 35 has an output terminal 39 for outputting detected information and a ground terminal 20, and a PN junction is provided between the output terminal 39 and the ground terminal 40 in the forward direction. Thus, a constant current source (not shown) of about 1 μA is connected.
【００７６】更に、グランド端子４０は、正の電圧、例
えば、＋１５Ｖと接続することで正の電位になる。この
場合も基板の温度は、温度モニターダイオード３５のグ
ランド電位に対する出力端子３９の電圧の変化量として
表され、これが温度情報として図示しない温度制御部８
に出力されている。Further, the ground terminal 40 has a positive potential when connected to a positive voltage, for example, + 15V. Also in this case, the temperature of the substrate is expressed as the amount of change in the voltage of the output terminal 39 with respect to the ground potential of the temperature monitor diode 35, and this is used as temperature information.
Is output to
【００７７】例えば、温度が７７Ｋの時にグランド端子
４０の電圧が１５Ｖとなるように調節した場合に、出力
端子３９に１μＡの定電流源を接続すると、出力端子３
９の電圧は、１６．００６Ｖとなる。ここで、出力端子
３９の電圧は、温度が１Ｋ変化するにつき２．３ｍＶず
つ変化する、言い換えると、温度が１Ｋ上昇すると出力
端子の電圧は、２．３ｍＶ減少し、逆に温度が１Ｋ下降
すると出力端子の電圧は、２．３ｍＶ増加するので、出
力端子３９の電圧は温度情報として置き換えることがで
きる。For example, when the voltage of the ground terminal 40 is adjusted to 15 V when the temperature is 77 K, if a constant current source of 1 μA is connected to the output terminal 39, the output terminal 3
The voltage of No. 9 is 16.006V. Here, the voltage at the output terminal 39 changes by 2.3 mV every time the temperature changes by 1 K. In other words, when the temperature rises by 1 K, the voltage at the output terminal decreases by 2.3 mV, and conversely, when the temperature falls by 1 K Since the voltage at the output terminal increases by 2.3 mV, the voltage at the output terminal 39 can be replaced with temperature information.
【００７８】この第二実施例では、赤外線センサ１４と
温度モニターダイオード１５とがそれぞれ同じ基板上に
設けられているが、それぞれ互いに逆の導電型の拡散層
内に設けられているため、電気的には分離している。In the second embodiment, the infrared sensor 14 and the temperature monitor diode 15 are provided on the same substrate, respectively. Is separated.
【００７９】従って、赤外線検出素子の温度をより正確
に測ることができる。更に、連続的な赤外線の検出が可
能であり、半導体基板の温度をリアルタイムで検知する
ことができるので、基板の温度が連続的な赤外線の検出
に伴って上昇した場合に、その上昇度合いに合わせてパ
ッケージ手段を冷却する等、温度の変動に合わせて温度
調節手段の出力を変え、赤外線検出素子の環境を常に一
定とすることが可能である。Therefore, the temperature of the infrared detecting element can be measured more accurately. Furthermore, continuous infrared detection is possible, and the temperature of the semiconductor substrate can be detected in real time. For example, the output of the temperature adjusting means can be changed in accordance with the temperature fluctuation, such as cooling the package means, so that the environment of the infrared detecting element can always be kept constant.
【００８０】また、本実施例に用いる赤外線センサとし
ては、特に限定はしないが、例えば、ポイントセンサや
ラインセンサ、エリアセンサなどが挙げられる。また、
このような赤外線センサの具体例として、ＰｔＳｉやＨ
ｇＣｄＴｅやＩｎＳｂ等を光電変換物質としたものが挙
げられる。The infrared sensor used in the present embodiment is not particularly limited, but examples include a point sensor, a line sensor, and an area sensor. Also,
Specific examples of such an infrared sensor include PtSi and H
Examples include those using gCdTe or InSb as a photoelectric conversion material.
【００８１】また、図４は、本発明の赤外線検出装置の
第三実施例を示す概略構成図であり、図５は、このよう
な赤外線検出装置に用いる赤外線検出素子の一例を示す
概略断面図である。FIG. 4 is a schematic structural view showing a third embodiment of the infrared detecting device of the present invention, and FIG. 5 is a schematic sectional view showing an example of an infrared detecting element used in such an infrared detecting device. It is.
【００８２】この第三実施例では、赤外線を検出する赤
外線検出回路である赤外線センサと、温度を検出する温
度検出回路である温度モニターダイオードと、温度モニ
ターダイオードからの圧力情報を電流情報に変換する電
流変換回路とを同一のＳｉ基板に設けた赤外線検出素子
を用いた赤外線検出素子の一構成例を挙げている。In the third embodiment, an infrared sensor as an infrared detection circuit for detecting infrared light, a temperature monitor diode as a temperature detection circuit for detecting temperature, and pressure information from the temperature monitor diode are converted into current information. One configuration example of an infrared detection element using an infrared detection element in which a current conversion circuit and a current conversion circuit are provided on the same Si substrate is described.
【００８３】図４において、赤外線検出素子４１は、パ
ッケージ手段であるセラミック製のパッケージ４３の内
部に収納されている。このパッケージ４３には、赤外線
センサを駆動させる駆動部４６と、赤外線センサからの
検出信号を処理する信号処理部４７と、電流変換回路か
らの電流信号を処理する温度制御手段である温度制御部
４８とがワイヤボンディング法によって赤外線検出素子
４１に接続されている。In FIG. 4, the infrared detecting element 41 is housed inside a ceramic package 43 which is a package means. The package 43 includes a driving unit 46 for driving the infrared sensor, a signal processing unit 47 for processing a detection signal from the infrared sensor, and a temperature control unit 48 as a temperature control unit for processing a current signal from the current conversion circuit. Are connected to the infrared detecting element 41 by a wire bonding method.
【００８４】駆動部４６は、電源や駆動パルスなどを赤
外線センサに入力するもので、この駆動部４６により駆
動された赤外線センサは、赤外線を受光し、受光した赤
外線を光電変換して赤外線情報として信号処理部４７に
出力している。信号処理部４７は、入力された赤外線情
報を信号処理して赤外線信号として検出している。The driving section 46 inputs a power source, a driving pulse, and the like to the infrared sensor. The infrared sensor driven by the driving section 46 receives the infrared ray, photoelectrically converts the received infrared ray to obtain infrared information. The signal is output to the signal processing unit 47. The signal processing unit 47 performs signal processing on the input infrared information and detects it as an infrared signal.
【００８５】赤外線の受光に伴って熱が発生し、赤外線
検出素子４１の温度が上昇するが、赤外線検出素子４１
には、温度モニターダイオードもまた設けられており、
これは、基板の上昇に伴って変化した温度モニターダイ
オードのグランド電圧に対する出力端子の電圧を温度情
報として電流変換回路４２に出力している。Heat is generated with the reception of infrared light, and the temperature of the infrared detection element 41 rises.
Also has a temperature monitor diode,
In this case, the voltage of the output terminal with respect to the ground voltage of the temperature monitor diode, which has changed with the rise of the substrate, is output to the current conversion circuit 42 as temperature information.
【００８６】電流変換回路４２は、入力された電圧情報
を電流情報に変換し、温度制御部４８に検出している。
温度制御部４８は、入力された温度情報を冷却装置４５
の出力調節量に演算して、その演算結果を冷却装置４５
に出力している。冷却装置４５は、温度制御部４８から
の出力に基づいて、パッケージ４３に密着固定されてい
るコールドヘッド４４を冷却してパッケージ４３内の温
度を変えている。The current conversion circuit 42 converts the input voltage information into current information and detects it by the temperature control unit 48.
The temperature control unit 48 transmits the input temperature information to the cooling device 45.
The output adjustment amount of the cooling device 45 is calculated.
Output to The cooling device 45 changes the temperature inside the package 43 by cooling the cold head 44 that is tightly fixed to the package 43 based on the output from the temperature control unit 48.
【００８７】ここで、図５に、本第三実施例に用いる赤
外線検出素子の概略構成の断面図を示す。図５では、赤
外線センサ５０ａ、温度モニターダイオード５０ｂとが
同一のＳｉ基板５０上に設けられ、電流変換回路５０ｃ
のみが別の基板上に設けられている構成を挙げている。FIG. 5 is a sectional view showing a schematic configuration of the infrared detecting element used in the third embodiment. In FIG. 5, the infrared sensor 50a and the temperature monitor diode 50b are provided on the same Si substrate 50, and the current conversion circuit 50c
Only the configuration provided on another substrate.
【００８８】赤外線センサ５０ａの主要部である光電変
換部５４は、高濃度Ｐ型拡散層５２により区切られた領
域内に設けられており、受光領域で受光された赤外線Ｉ
Ｒはここで光電変換され、ＭＯＳトランジスタ５３に伝
送される。The photoelectric conversion unit 54, which is a main part of the infrared sensor 50a, is provided in a region separated by the high-concentration P-type diffusion layer 52, and receives the infrared light I
Here, R is photoelectrically converted and transmitted to the MOS transistor 53.
【００８９】ＭＯＳトランジスタ５３には、出力端子５
７、５８があり、光電変換部５４からの伝送情報を赤外
線検出部（図示せず）に出力している。更に、赤外線セ
ンサ５０ａには、赤外線センサ５０ａをグランド電位に
するグランド端子５６が設けられている。The MOS transistor 53 has an output terminal 5
7, 58, and outputs transmission information from the photoelectric conversion unit 54 to an infrared detection unit (not shown). Further, the infrared sensor 50a is provided with a ground terminal 56 for setting the infrared sensor 50a to a ground potential.
【００９０】温度モニターダイオード５０ｂは、検出し
た情報を出力するための出力端子５９と、赤外線センサ
５０ａとは別のグランド電位を取るためのグランド端子
６０とを有し、出力端子５９とグランド端子６０との間
にはＰＮ接合が順方向となるように１μＡ程度の定電流
源（図示せず）が接続されている。The temperature monitor diode 50b has an output terminal 59 for outputting the detected information and a ground terminal 60 for obtaining a ground potential different from the infrared sensor 50a. A constant current source (not shown) of about 1 μA is connected so that the PN junction is in the forward direction.
【００９１】更に、グランド端子６０は、正の電圧、例
えば、＋１５Ｖと接続することで正の電位になる。この
場合も基板の温度は、温度モニターダイオード５５のグ
ランド電位に対する出力端子５９の電圧の変化量として
表され、これが電流変換回路５０ｃに出力されている。
電流変換回路５０ｃは、温度モニターダイオード５５か
ら入力された電圧の変化量を電流値に変換して図示しな
い温度制御部に出力している。Further, the ground terminal 60 has a positive potential when connected to a positive voltage, for example, + 15V. Also in this case, the temperature of the substrate is expressed as a change amount of the voltage of the output terminal 59 with respect to the ground potential of the temperature monitor diode 55, and this is output to the current conversion circuit 50c.
The current conversion circuit 50c converts the amount of change in the voltage input from the temperature monitor diode 55 into a current value and outputs the current value to a temperature control unit (not shown).
【００９２】この第三実施例では、赤外線センサ５０ａ
と温度モニターダイオード５０とが同一の基板上に設け
られ、電流変換回路５０ｃのみが別の基板上に設けられ
ているものを挙げているが、勿論、これに限定せず、そ
れぞれを別々の基板上に設けてもよい。また、赤外線セ
ンサ５０ａと温度モニターダイオード５０ｂとを別々の
基板に設け、温度モニターダイオード５０ｂが設けられ
ている基板上に電流変換回路５０ｃを設ける構成でも構
わない。In the third embodiment, the infrared sensor 50a
And the temperature monitor diode 50 are provided on the same substrate, and only the current conversion circuit 50c is provided on another substrate. Of course, the present invention is not limited to this. It may be provided above. Alternatively, the infrared sensor 50a and the temperature monitoring diode 50b may be provided on separate substrates, and the current conversion circuit 50c may be provided on the substrate on which the temperature monitoring diode 50b is provided.
【００９３】更に、本第三実施例に用いる赤外線センサ
としては、特に限定はしないが、例えば、ポイントセン
サやラインセンサ、エリアセンサなどが挙げられる。ま
た、このような赤外線センサの具体例として、ＰｔＳｉ
やＨｇＣｄＴｅやＩｎＳｂ等を光電変換物質としたもの
が挙げられる。Further, the infrared sensor used in the third embodiment is not particularly limited, and examples thereof include a point sensor, a line sensor, and an area sensor. As a specific example of such an infrared sensor, PtSi
And HgCdTe, InSb, and the like as a photoelectric conversion material.
【００９４】更に図６は、本発明の赤外線検出装置の第
四実施例を示す概略構成図である。この第四実施例で
は、先程第一実施例で述べたような、赤外線を検出する
赤外線検出回路である赤外線センサと、温度を検出する
温度検出回路である温度モニターダイオードとが別々の
基板に設けられている赤外線検出素子を用い、赤外線検
出素子からの電圧情報を電流に変換する電流変換部をパ
ッケージの外部に設けた場合の一構成例である。FIG. 6 is a schematic structural view showing a fourth embodiment of the infrared detecting apparatus according to the present invention. In the fourth embodiment, an infrared sensor as an infrared detection circuit for detecting infrared rays and a temperature monitor diode as a temperature detection circuit for detecting temperature are provided on separate substrates as described in the first embodiment. This is an example of a configuration in which a current converter for converting voltage information from the infrared detecting element into a current is provided outside the package using the infrared detecting element provided.
【００９５】図６において、赤外線を検出する赤外線検
出回路である赤外センサを備えたセンサ基板６１と、温
度を検出する温度検出回路である温度モニターダイオー
ドを備えた温度基板６２とが、パッケージ手段であるセ
ラミック製のパッケージ６３の内部に収納されている。In FIG. 6, a sensor board 61 provided with an infrared sensor as an infrared detecting circuit for detecting an infrared ray and a temperature board 62 provided with a temperature monitor diode as a temperature detecting circuit for detecting a temperature are packaged. Is housed inside a ceramic package 63.
【００９６】このパッケージ６３には、センサ基板６１
を駆動させる駆動部６６と、入力された電圧信号を電流
信号に変換する電流変換部６９とが、ワイヤボンディン
グ法によってセンサ基板６１及び温度基板６２と接続さ
れている。The package 63 includes a sensor substrate 61.
And a current converter 69 for converting an input voltage signal into a current signal are connected to the sensor substrate 61 and the temperature substrate 62 by a wire bonding method.
【００９７】駆動部６６は、電源や駆動パルスなどを赤
外センサに入力するもので、この駆動部６６により駆動
された赤外線センサから出力された検出信号は、電流変
換部６９を介して信号処理部６７に入力され、ここで信
号処理されて赤外線信号として検出されている。The driving section 66 inputs a power source, a driving pulse, and the like to the infrared sensor. A detection signal output from the infrared sensor driven by the driving section 66 is processed through a current conversion section 69 by a signal processing section. The signal is input to the section 67, where the signal is processed and detected as an infrared signal.
【００９８】赤外線の受光に伴って熱が発生し、赤外線
検出素子６１の温度が上昇するが、赤外線検出素子６１
には、温度モニターダイオードもまた設けられており、
これは、基板の上昇に伴って変化した温度モニターダイ
オードのグランド電圧に対する出力端子の電圧を温度情
報としてパッケージ６３の外部に設けられた電流変換部
６９に出力している。[0098] Heat is generated as the infrared ray is received, and the temperature of the infrared ray detector 61 rises.
Also has a temperature monitor diode,
In this case, the voltage of the output terminal with respect to the ground voltage of the temperature monitor diode, which has changed with the rise of the substrate, is output as temperature information to the current converter 69 provided outside the package 63.
【００９９】電流変換部６９は、入力された電圧情報を
電流情報に変換し、温度制御部６８に検出している。温
度制御部６８は、入力された温度情報を冷却装置６５の
出力調節量に演算して、その演算結果を冷却装置６５に
出力している。The current converter 69 converts the input voltage information into current information, which is detected by the temperature controller 68. The temperature control section 68 calculates the input temperature information as an output adjustment amount of the cooling device 65 and outputs the calculation result to the cooling device 65.
【０１００】冷却装置６５は、温度制御部６８からの出
力に基づいて、パッケージ６３に密着固定されているコ
ールドヘッド６４を冷却し、パッケージ６３内のの温度
を変えているので、結果としてセンサ基板６１の温度の
上昇度合いに合わせてパッケージ６３を冷却している。The cooling device 65 cools the cold head 64 closely fixed to the package 63 based on the output from the temperature control section 68 and changes the temperature inside the package 63. The package 63 is cooled in accordance with the degree of temperature rise of the package 61.
【０１０１】この第四実施例では、赤外線を検出する赤
外線検出回路である赤外線センサと、温度を検出する温
度検出回路である温度モニターダイオードとが別々の基
板に設けられているものとしているが、勿論、これに限
定せず、赤外線センサと温度モニターダイオードとが同
一の基板に設けられているものを用いても構わない。In the fourth embodiment, the infrared sensor, which is an infrared detection circuit for detecting infrared light, and the temperature monitor diode, which is a temperature detection circuit for detecting temperature, are provided on separate substrates. Of course, the present invention is not limited to this, and an infrared sensor and a temperature monitor diode provided on the same substrate may be used.
【０１０２】更に、本第四実施例に用いる赤外線センサ
としては、特に限定はしないが、例えば、ポイントセン
サやラインセンサ、エリアセンサなどが挙げられる。ま
た、このような赤外線センサの具体例として、ＰｔＳｉ
やＨｇＣｄＴｅやＩｎＳｂ等を光電変換物質としたもの
が挙げられる。Further, the infrared sensor used in the fourth embodiment is not particularly limited, but includes, for example, a point sensor, a line sensor, and an area sensor. As a specific example of such an infrared sensor, PtSi
And HgCdTe, InSb, and the like as a photoelectric conversion material.
【０１０３】[0103]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、赤外線
検出回路の動作によって温度検出回路のグランド電位が
変動せず、常に正確な赤外線を検出すると共に、半導体
基板の温度を正確に検知する赤外線検出装置を得ること
ができる。As described above, according to the present invention, the ground potential of the temperature detecting circuit does not fluctuate due to the operation of the infrared detecting circuit, so that the infrared ray is always detected accurately and the temperature of the semiconductor substrate is accurately detected. An infrared detector can be obtained.
【０１０４】また、連続的な赤外線の検出ができ、赤外
線の連続的な検出に伴って半導体基板の温度が上昇した
際にもリアルタイムで半導体基板の温度を検知すること
ができるので、温度の変動に合わせて温度調節手段の出
力を変え、赤外線検出素子の環境を常に一定とすること
が可能な赤外線検出装置を得ることができる。Further, since the infrared ray can be detected continuously and the temperature of the semiconductor substrate can be detected in real time even when the temperature of the semiconductor substrate rises due to the continuous detection of the infrared ray, the temperature fluctuation can be detected. In this case, the output of the temperature control means can be changed in accordance with the above, and an infrared detecting device capable of always keeping the environment of the infrared detecting element constant can be obtained.
【０１０５】また、温度検出回路により出力された情報
を電流情報に変換する電流変換回路を赤外線検出素子内
に形成させることで、得られた温度情報に対してノイズ
の影響を少なくし、正確な赤外線素子の温度を検知して
それを温度制御手段に出力できるので、精度の良い赤外
線検出装置を得ることができる。Further, by forming a current conversion circuit for converting the information output by the temperature detection circuit into current information in the infrared detection element, the influence of noise on the obtained temperature information can be reduced and accurate information can be obtained. Since the temperature of the infrared element can be detected and output to the temperature control means, a highly accurate infrared detector can be obtained.
【０１０６】更に、温度検出回路により出力された情報
を電流情報に変換する電流変換手段を、電圧出力型の赤
外線検出装置の一部に設けることで、赤外線検出素子の
製造工程及び設計に変更を与えずに、ノイズの影響が少
ない、精度の良い赤外線検出装置を簡単に構成させるこ
とができる。Further, by providing current conversion means for converting the information output by the temperature detection circuit into current information in a part of the voltage output type infrared detecting device, the manufacturing process and design of the infrared detecting element can be changed. Without giving it, it is possible to easily configure an accurate infrared detecting device which is less affected by noise.
【図１】本発明の赤外線検出装置の第一実施例の概略構
成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of an infrared detection device of the present invention.
【図２】第一実施例に用いる赤外線検出素子の概略構成
の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a schematic configuration of an infrared detecting element used in the first embodiment.
【図３】本発明の赤外線検出装置の第二実施例に用いる
赤外線検出素子の概略構成を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a schematic configuration of an infrared detecting element used in a second embodiment of the infrared detecting apparatus of the present invention.
【図４】本発明の赤外線検出装置の第三実施例の概略構
成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a third embodiment of the infrared detection device of the present invention.
【図５】第三実施例に用いる赤外線検出素子の概略構成
の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a schematic configuration of an infrared detecting element used in a third embodiment.
【図６】本発明の赤外線検出装置の第四実施例の概略構
成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a fourth embodiment of the infrared detection device of the present invention.
【図７】従来の赤外線検出装置の概略構成図である。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a conventional infrared detection device.
【図８】従来の赤外線検出装置に用いる赤外線検出素子
の概略構成を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a schematic configuration of an infrared detecting element used in a conventional infrared detecting device.
【符号の説明】 １、６１ センサ基板 ４１、５０ａ、７１ 赤外線検出素子 ２、６２ 温度基板 ３、４３、６３、７３ パッケージ ４、４４、６４、７４ コールドヘッド ５、４５、６５、７５ 冷却装置 ６、４６、６６、７６ 駆動回路 ７、４７、６７、７７ 信号処理回路 ８、４８、６８、７８ 温度制御回路 １０ａ 第一のＰ型半導体基板 １０ｂ 第二のＰ型半導体基板 １２、３２、５２、８２ 高濃度Ｐ型拡散層 １３、３３、５３、８３ ＭＯＳトランジスタ １４、３４、５４、８４ 光電変換部 １５、５０ｂ、８５ 温度モニターダイオード １６、２０、３６、４０、５６、６０、８６、９０
グランド端子 １７、１８、１９、３７、３８、３９ 出力端子 ５７、５８、５９、８７、８８、８９ 出力端子 ３０ａ、８０ Ｐ型半導体基板 ３０ｂ Ｎ型の低濃度拡散層 ５０ Ｓｉ基板 ４２、５０ｃ 電流変換回路 ６９ 電流変換部[Description of Signs] 1, 61 Sensor board 41, 50a, 71 Infrared detecting element 2, 62 Temperature board 3, 43, 63, 73 Package 4, 44, 64, 74 Cold head 5, 45, 65, 75 Cooling device 6 , 46, 66, 76 drive circuit 7, 47, 67, 77 signal processing circuit 8, 48, 68, 78 temperature control circuit 10a first P-type semiconductor substrate 10b second P-type semiconductor substrate 12, 32, 52, 82 High-concentration P-type diffusion layer 13, 33, 53, 83 MOS transistor 14, 34, 54, 84 Photoelectric conversion unit 15, 50b, 85 Temperature monitor diode 16, 20, 36, 40, 56, 60, 86, 90
Ground terminal 17, 18, 19, 37, 38, 39 Output terminal 57, 58, 59, 87, 88, 89 Output terminal 30a, 80 P-type semiconductor substrate 30b N-type low-concentration diffusion layer 50 Si substrate 42, 50c Current Conversion circuit 69 Current converter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−122823（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−286728（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−288737（ＪＰ，Ａ) 伊藤健一「アース回路」日刊工業新聞 社刊（昭和50．７．30）ｐ165−167 伊藤健一「アースと雑音」日刊工業新 聞社刊（昭和53．９．30）ｐ187−189 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 5/00 - 5/62 G01J 1/00 - 1/48 G01J 5/22 H01L 23/58 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-4-122823 (JP, A) JP-A-63-286728 (JP, A) JP-A-1-288737 (JP, A) Kenichi Ito “Earth Circuit "The Nikkan Kogyo Shimbun, published by The Nikkan Kogyo Shimbun (Showa 57.7.30), p. 165-167. Kenichi Ito," Earth and Noise, "published by Nikkan Kogyo Shimbun, Inc. (13.9.30, 1978), p. 187-189. (58) Cl 7, DB name) G01J 5/00 -. 5/62 G01J 1/00 - 1/48 G01J 5/22 H01L 23/58
Claims (4)
検出回路と該赤外線検出回路の温度を電圧値として検出
する温度検出回路とを備えた赤外線検出素子と、 前記赤外線検出素子を内部に収納するパッケージ手段
と、 前記パッケージ手段の内部温度を調節する温度調節手段
とを備え、 前記赤外線検出素子の前記赤外線検出回路と前記温度検
出回路とを同一の半導体基板上であって互いに逆の導電
型の拡散層内にそれぞれ設けることを特徴とする赤外線
検出装置。1. An infrared detecting element including an infrared detecting circuit for detecting infrared light from an object to be measured, a temperature detecting circuit for detecting a temperature of the infrared detecting circuit as a voltage value, and the infrared detecting element is housed inside. And a temperature control means for controlling the internal temperature of the package means, wherein the infrared detection circuit and the temperature detection circuit of the infrared detection element are on the same semiconductor substrate and have opposite conductivity types. An infrared detector is provided in each of the diffusion layers.
いて温度調節手段を制御する温度制御手段を更に備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出装置。2. The infrared detection device according to claim 1, further comprising a temperature control unit that controls a temperature adjustment unit based on a detection result from the temperature detection circuit.
回路から出力された電圧差を電流値として出力する電流
変換回路を更に備えていることを特徴とする請求項１及
び２のいずれかに記載の赤外線検出装置。3. The infrared detecting element according to claim 1, further comprising a current conversion circuit that outputs a voltage difference output from the infrared detecting circuit as a current value. Infrared detector.
変化量を電流値に変換する電流変換手段を更に備えたこ
とを特微とする請求項１及び２のいずれかに記載の赤外
線検出装置。4. The infrared detection device according to claim 1, further comprising a current conversion unit configured to convert a voltage change amount output from the infrared detection circuit into a current value.
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1994
- 1994-08-04 JP JP6201521A patent/JP3000856B2/en not_active Expired - Fee Related
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| 伊藤健一「アースと雑音」日刊工業新聞社刊（昭和５３．９．３０）ｐ１８７−１８９ |
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