JPH06120570A - 赤外線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、検出視野角が広く、外乱ノイズの
無い、低コストで検出感度の良好な赤外線検出器を提供
することを目的とする。 【構成】 本発明の赤外線検出器１０Ａは、赤外線選択
透過フィルター２を片面に持つ赤外線透過基板１と、そ
の基板上に形成された、焦電効果により赤外線を検出す
る赤外線検出単位素子１１を複数個近接して配列し、各
赤外線検出単位素子を電気的に並列接続し、かつ並列接
続する配線路にトリミング領域１３を設けることによっ
て形成された赤外線検出素子１０を、複数個用いて構成
したものである。 この構成により、視野角が広く、周
辺温度変化による外乱ノイズの無い、生産性が良く高感
度な赤外線検出器１０Ａを提供することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、赤外線検出器に関し、
より詳しくは、工場、店舗、家屋等防犯の必要な箇所に
用いられ、人体検地等を目的とする焦電効果を利用した
赤外線検出器に関する

【０００２】

【従来技術の説明】従来、焦電効果を利用した熱型赤外
線検出素子は、図６に示すように、セラミックス焦電材
料や、単結晶焦電材料等のバルク材料を薄く加工した焦
電素子２５の表裏に分割電極２８Ａ，２８Ｂ及び共通電
極２７を形成した検出素子２０を接着剤２２により基板
２１から浮かした状態で支持し、分割電極２８Ａ，２８
Ｂから電気信号を取り出すデュアル型の構成としている
（実開昭５７−８４４４７号）。

【０００３】このようにすれば、周囲の温度変化に対し
て焦電素子２５の分割電極２８Ａ、２８Ｂに現れる出力
電圧が打ち消し合い出力されないため、移動する熱源の
みを検出することが可能となる。

【０００４】この様に構成された赤外線検出素子を、例
えば人体検知等の目的に利用する赤外線検出器とするた
めには、人体から放出される赤外線のみに反応するよう
に、赤外線検出素子の前面に、目的とする人体から放出
される赤外線波長のみを透過し、他の波長の赤外線を吸
収もしくは反射する、選択透過赤外線フィルター２９を
配置して気密性容器３０に封入し、赤外線検出器として
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の赤外線検出器の場合、以下に述べる２点の問題
があった。

【０００６】まず第１に、赤外線検出素子と赤外線選択
透過フィルターを組み合わせて構成するため、組立工数
が多く掛かり生産コスト増につながる。

【０００７】第２に、赤外線検出素子と赤外線選択透過
フィルターを組み合わせるため、検出器の検出視野角が
制限されてしまう。 検出視野角を大きくするために
は、赤外線検出素子と赤外線選択透過フィルターを接近
させれば良いのであるが、組合せの行程上、また、周囲
の温度変化等による外乱の影響を避けるため、一定の距
離を離す必要があった。 このため、十分な視野角を得
るためには赤外線選択透過フィルターの面積を大きくせ
ねばならず、コスト増になった。

【０００８】この様な問題を解決するために、赤外線透
過基板の片面に、赤外線検出部を形成し、組合せ構造の
欠点を改善する構造が提案されている（特許出願公開平
３−２８７０２２）。

【０００９】しかしながら、この様な構造でも、以下に
述べるような問題点から、デュアル型等の実用的な赤外
線検出器を作成することは困難が多かった。

【００１０】即ち、焦電型赤外線検出器は、原理的に、
赤外線検出部の温度変化に対して出力を発生するため、
被検知対象物からの赤外線による検出部の温度変化と、
検出器周囲の温度変化とを識別することが出来ない。
このため赤外線検出器は周辺温度が変化すると、出力を
発生し、人体検出器としては誤動作してしまう。

【００１１】この様な誤動作を避けるため、通常、焦電
型赤外線検出器は、デュアル型と称される、一対の、同
一特性を持つ焦電型検出部を、それぞれの出力が打ち消
し合うように直列接続する。

【００１２】この場合、直列接続された対となる焦電型
検出部は、周辺温度変化に対しては、お互いに出力を打
ち消し合うため、全体として出力信号を発生しない。検
出対象の人体等に対しては、検出対象が検出視野内で移
動するにつれて、対になる焦電検出部の片側にのみ検出
対象からの赤外線が入射するように、赤外線集光光学系
を構成することで、対になった焦電型検出部からの出力
が打ち消し合わないようにすることが出来る。

【００１３】ところが、現実には、対となる焦電検出部
の特性を完全に同一にすることは、赤外線検出素子の加
工精度等の問題から、きわめて困難であり、焦電検出部
の周辺温度変化は外乱として信号出力されてしまってい
た。

【００１４】以上のような、周辺温度変化による外乱の
問題があるため、従来の赤外線検出素子と赤外線選択透
過フィルターを組み合わせた検出器の場合、検出視野角
を大きくするために赤外線検出素子を赤外線選択透過フ
ィルターに近接させると、外部と接しているために周辺
温度変化に影響され易い赤外線選択透過フィルターの温
度変化が赤外線検出部にも大きく影響してしまい、検出
器としてはノイズが大きく実用性の高いものが作成でき
なかった。

【００１５】同様に、既に提案されているような、検出
視野角を大きくする目的で赤外線検出素子を赤外線選択
透過フィルター上に形成する構造の場合も、実際にデュ
アル型の構成を取ると、対になる焦電検出部の特性が完
全に同一に出来ないため、焦電検出部が周辺温度変化の
影響を受け易い赤外線選択透過フィルター上に位置する
検出素子が、周辺温度変化を外乱として出力してしま
い、検出器としてはノイズが大きく実用性の高いものを
得ることが難しかった。

【００１６】そこで、本発明は、上述した問題点を解決
し、低コストで周辺温度変化による外乱ノイズの少な
い、検出感度の良好な赤外線検出器を提供することを目
的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】このような発明の目的
は、下記（１）〜（３）の発明により達成される。

【００１８】（１）赤外線選択透過機能を有する基板
と、前記基板上に形成された、焦電効果により赤外線を
検出する赤外線検出単位素子を複数個近接して配列し、
各赤外線検出単位素子を電気的に並列接続し、かつ並列
接続する配線路にトリミング領域を設けた赤外線検出素
子を、複数個用いて構成した赤外線検出器。

【００１９】（２）前記赤外線検出単位素子は、上部電
極、焦電効果を有する薄膜素子、下部電極及び機械的支
持絶縁性薄膜の積層体からなる赤外線検出部と、さらに
前記赤外線検出部を熱的に基板から分離する熱分離空間
によって構成した上記（１）に記載の赤外線検出器。

【００２０】（３）前記上部電極は赤外線吸収能、もし
くは赤外線反射能を有する上記（２）に記載の赤外線検
出器

【００２１】

【作用】本発明の赤外線検出器は、赤外線選択透過機能
を有する基板と、その基板上に形成された、焦電効果に
より赤外線を検出する赤外線検出単位素子を複数個近接
して配列し、各赤外線検出単位素子を電気的に並列接続
し、かつ並列接続する配線路にトリミング領域を設ける
事によって形成された赤外線検出素子を、複数個用いて
構成したものである。

【００２２】赤外線検出単位素子は、赤外線選択透過機
能を有する基板上に形成されるため、赤外線検出素子と
赤外線選択透過フィルターとの組合せに要する煩雑な生
産行程を省くことができ、また、十分な検出視野角を得
ることが出来る。

【００２３】さらに、これら赤外線検出単位素子は、複
数個近接して配列され、各素子が電気的に並列に接続さ
れて、一個の赤外線検出素子を構成している。 この赤
外線検出素子は、各単位素子を並列接続する配線路にト
リミング領域を持つ。

【００２４】従って、この赤外線検出素子を複数個用い
た、いわゆるデュアル型の構成を持つ赤外線検出器を構
成する際、各、対とする赤外線検出素子間の特性を、各
赤外線検出素子が備えるトリミング領域をトリミングす
ることにより調整することで、実用上問題にならないほ
ど高い精度で一致させることが可能となる。

【００２５】従って、赤外線検出素子が、周辺温度変化
の影響を受け易い赤外線選択透過フィルター上に形成さ
れているにも関わらず、デュアル型の構成を取る、対と
なる素子間の特性差が高い精度で一致しているため、完
全に周辺温度変化の影響を補償することが可能となり、
外乱ノイズの無い実用的な赤外線検出器を得ることが出
来る。

【００２６】更に、赤外線検出素子を構成する赤外線検
出単位素子は、上部電極、焦電効果を有する薄膜素子、
下部電極及び機械的支持絶縁性薄膜の積層体からなる赤
外線検出部と、さらにその赤外線検出部を熱的に基板か
ら分離する熱分離空間によって構成される。 この熱分
離空間によって、赤外線単位素子は、赤外線選択透過機
能を持つ基板を通過して来る赤外線信号を応答性良く検
知することが出来、この赤外線検出単位素子で構成され
る赤外線検出器の応答性を向上させる。

【００２７】また、赤外線検出単位素子の上部電極は、
赤外線吸収層もしくは赤外線反射層として機能する構成
とすることで、赤外線検出単位素子の赤外線に対する実
効感度を向上させることが出来る。

【００２８】

【実施例】以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。

【００２９】図１に示す赤外線検出器１０は、赤外線選
択透過機能を有する多層薄膜を一面に持つ、比抵抗１０
Ωｃｍのシリコン単結晶基板からなる基板１の赤外線選
択透過機能を有する多層薄膜２を持たない他の一面上に
形成した、空隙３を持つ橋梁構造を呈したＳｉＮ絶縁層
４とその上に赤外線吸収能を有する上部電極７，焦電効
果を有する薄膜素子６及び赤外線吸収能もしくは赤外線
透過能を有する下部電極５の積層体からなる赤外線検出
単位素子１１を、前記基板１上に縦５素子、横１０素子
のマトリックス上にそれぞれ縦約１０μｍ、横約３０μ
ｍの間隔をおいて近接して配列し、各赤外線検出単位素
子１１の上部電極７、下部電極５を並列接続したもので
ある。

【００３０】前記赤外線検出単位素子１１の下部電極５
は、列（縦方向）毎に形成した共通電極８に接続され、
各列毎の共通電極８はさらに赤外線検出単位素子１１の
マトリックス外部にある行（横方向）に沿った共通電極
９ａに接続され、赤外線検出器１０の一方の出力として
いる。

【００３１】また赤外線検出単位素子１１の上部電極７
は、前記共通電極９と反対側の上部電極７用の共通電極
９ｂに、それぞれ個別の配線でもって接続され、赤外線
検出器１０の他方の出力としている。 赤外線検出器１
０の特性を調整するときには、この共通電極９ｂへの接
続部１３をレーザー光で焼き切ることにより行う。

【００３２】即ち、接続部１３は、トリミング領域とし
て機能するようになっている。

【００３３】図２、図３は、前記赤外線検出単位素子１
１の構造を示すものである。

【００３４】この赤外線検出単位素子１１の製造工程を
以下に説明する。

【００３５】まず、シリコン単結晶の基板１の表面に、
ＺｎＯ膜をスパッタ法により、約３μｍの厚さに形成
し、橋梁型構造の空隙３に相当する面積約３０μｍ×３
０μｍの部分を残してエッチングにより除去した。 こ
の後、ＣＶＤ法により橋梁型構造の基体となるＳｉ₃Ｎ₄
膜を約１μｍの厚さに形成した。

【００３６】次に赤外線吸収層を兼ねるＮｉＣｒ膜から
なる下部電極５を約５００オングストロームの厚さにス
パッタ法で形成し、エッチングにより所定の電極構造に
パターニングした。 この下部電極５の上に、チタン酸
ジルコン酸鉛薄膜をスパッタ法により約２μｍの厚さに
形成し、下部電極５を覆う部分を残してエッチングで除
去し、これを焦電効果を有する薄膜素子６とした。 こ
の後、赤外線吸収層を兼ねる上部電極７としてスパッタ
法によりＮｉＣｒ薄膜を約２００オングストロームの厚
さに形成し、所定の形状にパターニングした。

【００３７】この後、前記Ｓｉ₃Ｎ₄膜４を橋梁型構造を
形成するようにドライエッチングによりパターニング
し、その後、空隙３に相当するＺｎＯ膜をエッチングに
より除去した。

【００３８】最後に、基板１の赤外線検出単位素子１１
を形成しない他の一面に、ＺｎＳとＧｅの多層膜からな
る赤外線選択透過膜２を電子ビーム蒸着法によって形成
した。

【００３９】以上の工程により、図２、図３に示す赤外
線検出単位素子１１を得た。

【００４０】図４に、前記赤外線検出素子１０を用い
た、本発明の赤外線検出器１０Ａを示す。

【００４１】この赤外線検出器１０Ａは、前記赤外線検
出単位素子１１を図１に示すように、基板１上に縦５素
子、横１０素子のマトリックス状にそれぞれ縦約１０μ
ｍ、横約３０μｍの間隔をおいて近接して配列し、各赤
外線検出素子１１の上部電極７、下部電極５を並列接続
することで、赤外線検出素子１０を構成し、この赤外線
検出素子１０を更に５個並列に接続した素子１０Ｂを、
左右に配置し、左右の素子１０Ｂにおける素子群の分極
方位が打ち消し合うようにこれらを直列に接続して、図
示しないインピーダンス変換用ＦＥＴに出力するように
したものである。 この赤外線検出器１０Ａの等価回路
を図５に示す。

【００４２】以上の構成による赤外線検出器１０Ａは、
左右の赤外線検出素子１０Ｂの特性を、各１０Ｂ中の素
子１０内に構成されているトリミング領域１３をレーザ
ー光でトリミングすることにより、極めて高い精度で一
致させることが出来る。 このため、赤外線検出部が検
出器周辺温度に影響され易い赤外線選択透過フィルター
上に形成されているにもかかわらず、周辺温度変化によ
る外乱ノイズが極めて少なく、実用性の高い赤外線検出
器が構成可能である。

【００４３】また、前記トリミング領域１３は、赤外線
検出素子１０を構成する赤外線検出単位素子１１の中の
不良素子を赤外線検出素子１０から分離する目的にも使
用が可能であり、赤外線検出器１０Ａの製造歩留まりの
向上にも寄与することが出来る。

【００４４】さらにこの赤外線検出器１０Ａは、各赤外
線検出単位素子１１が薄膜構造にて形成されているた
め、極めて応答性が良く、高感度が得られる。

【００４５】また、赤外線検出単位素子１１の上部電極
７を赤外線反射膜もしくは赤外線吸収膜として機能させ
ることで、赤外線検出単位素子１１の赤外線に対する実
効感度を向上させることが出来る。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、赤外線選
択透過基板上に形成された、トリミング領域を持つ赤外
線単位検出素子の集合体からなる赤外線検出素子を複数
組み合わせることによって形成される赤外線検出器が、
トリミング領域をトリミングすることにより赤外線検出
器を構成する各素子の特性を高精度で一致させることが
出来るため、周辺温度変化による外乱ノイズの無い、従
来実用が困難であった、視野角が広く生産性の良い赤外
線検出器を提供することが出来る。

【００４７】また、赤外線検出素子を構成する赤外線検
出単位素子が薄膜構造にて形成されているため、きわめ
て応答性が良く、高感度が得られる。

【００４８】更に、赤外線検出単位素子の上部電極を赤
外線反射膜もしくは赤外線吸収膜として機能させること
で、赤外線検出単位素子の赤外線に対する実効感度を向
上させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の赤外線検出素子の実施例を示す回路
図

【図２】 本実施例における赤外線検出単位素子の構造
を示す断面図

【図３】 本実施例における赤外線検出単位素子の構造
を示す平面図

【図４】 本実施例における赤外線検出素子を用いたデ
ュアル型赤外線検出器の構成図

【図５】 図４に示すデュアル型赤外線検出器の等価回
路図

【図６】 従来の赤外線検出器の断面図

【図７】 本発明の赤外線検出器の検出視野角を示す図

【符号の説明】

１ 基板 ２ 赤外線選択透過用多層膜フィルター ３ 熱分離空間 ４ 絶縁膜 ５ 下部電極 ６ 薄膜赤外線検出素子 ７ 上部電極 １０ 赤外線検出素子 １１ 赤外線検出単位素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線選択透過機能を有する基板と、前
   記基板上に形成された、焦電効果により赤外線を検出す
   る赤外線検出単位素子を複数個近接して配列し、各赤外
   線検出単位素子を電気的に並列接続し、かつ並列接続す
   る配線路にトリミング領域を設けた赤外線検出素子を、
   複数個用いて構成した赤外線検出器。
2. 【請求項２】 前記赤外線検出単位素子は、上部電極、
   焦電効果を有する薄膜素子、下部電極及び機械的支持絶
   縁性薄膜の積層体からなる赤外線検出部と、さらに前記
   赤外線検出部を熱的に基板から分離する熱分離空間によ
   って構成した請求項１に記載の赤外線検出器。
3. 【請求項３】 前記上部電極は赤外線吸収能、もしくは
   赤外線反射能を有する請求項２に記載の赤外線検出器