JPH08201166A

JPH08201166A - 赤外線センサ

Info

Publication number: JPH08201166A
Application number: JP7033129A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Tonami; 与之戸波
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-01-30
Filing date: 1995-01-30
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】赤外線検知感度が高く、アレイ化したときの
面積効率の高い赤外線センサを提供する。【構成】ホイートストンブリッジ回路30を備えた赤外
線センサを形成し、このホイートストンブリッジ回路30
を形成する４個の抵抗体のうち２個を感温抵抗体６，２
により形成し、この２個の感温抵抗体６，２を、ホイー
トストンブリッジ回路30にバイアス電圧を印加する２つ
の端子31ａ，31ｂに対して直列に接続する。この２個の
各感温抵抗体６，２に交互に赤外線を入射させるチョッ
パ10を設け、チョッパ10を移動させて各感温抵抗体６，
２に赤外線が交互に入射したときのホイートストンブリ
ッジ回路30の出力差を赤外線検知信号として出力する出
力手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検出体から発せられ
る赤外線を非接触状態で検出する赤外線センサに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】人体等の被検出体から発せられる赤外線
を非接触状態で検出する赤外線センサとして、赤外線の
検出熱量に応じて電荷を分極させ、この分極電荷の大き
さを電圧信号によって検出する焦電型センサや、検出熱
量を抵抗変化を利用して検出する感温抵抗式センサや、
検出熱量を熱起電力を利用して検出する熱電堆式センサ
が知られている。

【０００３】図９には、上記感温抵抗式の赤外線センサ
の例が回路図により示されており、これらの赤外線セン
サは、ホイートストンブリッジ回路30を有している。同
図の（ａ），（ｂ）に示すものは、ホイートストンブリ
ッジ回路30を形成する４個の抵抗体のうち２個を感温抵
抗体に２，６により形成し、残りの２個を抵抗体３，４
により形成しており、同図の（ａ）においては、感温抵
抗体２と６は、ホイートストンブリッジ回路30にバイア
ス電圧を印加する２つの端子31ａ，31ｂに対して直列に
接続して形成され、同様に、抵抗体３と４も端子31ａ，
31ｂに対して直列に接続されている。一方、同図の
（ｂ）においては、感温抵抗体２，６および抵抗体３，
４は前記端子31ａ，31ｂに対して並列に接続されてい
る。なお、端子31ａは信号入力端子32に接続されてお
り、端子31ｂは基準側（グランド側）に接続されてい
る。

【０００４】この２つの回路においては、感温抵抗体２
の赤外線入射側には赤外線反射体16が設けられており、
感温抵抗体２側に入射しようとする赤外線は、赤外線反
射体16により反射されるようになっている。この感温抵
抗体２と前記感温抵抗体６とは、同様の抵抗値と同様の
温度特性を有しており、感温抵抗体６は、赤外線照射に
よる発熱で抵抗値が変化する赤外線検知素子として機能
し、一方、感温抵抗体２は、感温抵抗体６の周囲温度に
よる影響を補償するための補償用素子として機能するよ
うになっている。ホイートストンブリッジ回路30の中点
には増幅器５が接続されており、ホイートストンブリッ
ジ回路の中点の差が増幅器５により増幅されて出力され
るようになっている。なお、抵抗値３と抵抗値４とは同
様の抵抗値を有している。

【０００５】このような回路においては、上記のよう
に、感温抵抗体６の抵抗値Ｒ₁と感温抵抗体２の抵抗値
Ｒ₂とがほぼ等しく、また、抵抗体３の抵抗値Ｒ₃と抵
抗体４の抵抗値Ｒ₄とがほぼ等しく形成されているため
に、感温抵抗体６，２に赤外線が照射されていないとき
は、Ｒ₁＝Ｒ₂、Ｒ₃＝Ｒ₄の関係が成り立ち、したが
って、ホイートストンブリッジ回路30の出力は零とな
る。

【０００６】そして、感温抵抗体６，２に赤外線が照射
されると、その赤外線が感温抵抗体６に入射して感温抵
抗体６の抵抗値が変化し、一方、感温抵抗体２側では赤
外線反射体16により赤外線が反射されて感温抵抗体２に
入射しないために、感温抵抗体２の抵抗値は変化しな
い。そのため、例えば、感温抵抗体１の抵抗値がΔＲ
（Ｒ₁≫ΔＲ）だけ変化したとすると、ホイートストン
ブリッジ回路30から増幅器５を介して出力される出力値
Ｖ₀は、理論的には次式（１）に示すような値となる
（式のＡは増幅器５の増幅率である）。

【０００７】Ｖ₀＝−Ａ・（Ｖ_CC／４）・（ΔＲ／Ｒ₁）・・・・・（１）

【０００８】また、図９の（ｃ）に示す回路は、ホイー
トストンブリッジ回路30を形成する４個の抵抗体を全て
感温抵抗体６，２，７，８により形成しており、これら
の感温抵抗体６，２，７，８はいずれも同様の抵抗値と
温度特性を有している。感温抵抗体２と７の赤外線入射
側には、それぞれ、赤外線反射体16，29が設けられてお
り、これらの赤外線反射体16，29により赤外線を反射し
て、感温抵抗体２，７に赤外線が入射しないようになっ
ている。そして、ホイートストンブリッジ回路30の４個
の感温抵抗体６，２，７，８のうち、対向辺の感温抵抗
体６，８が赤外線検知素子として機能し、もう一方の対
向辺の感温抵抗体２，７が周囲温度の補償用素子として
機能するようになっている。

【０００９】この回路においても、感温抵抗体６，２，
７，８の抵抗値Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄が等しく形成さ
れていることから、図９の（ａ），（ｂ）に示した回路
と同様に、感温抵抗体６，２，７，８に赤外線が照射さ
れていないときには、ホイートストンブリッジ回路30の
出力は零となる。

【００１０】また、この回路においては、感温抵抗体
６，２，７，８に赤外線が照射されたときに、感温抵抗
体２，７側では赤外線が反射されて赤外線の入射が行わ
れず、対向辺の感温抵抗体６，８に赤外線が入射するた
めに、感温抵抗体６，８の抵抗値がそれぞれΔＲ（Ｒ₁
≫ΔＲ，Ｒ₄≫ΔＲ）だけ変化したとすると、このホイ
ートストンブリッジ回路30から増幅器５を介して出力さ
れる出力値Ｖ₀は理論的には次式（２）に示す値とな
る。

【００１１】Ｖ₀＝−Ａ・（Ｖ_CC／２）・（ΔＲ／Ｒ₁）・・・・・（２）

【００１２】なお、この式（２）においても、Ａは増幅
器５の増幅率を示しており、式（１），（２）から明ら
かなように、図９の（ｃ）に示す回路においては、同図
の（ａ），（ｂ）に示す回路の２倍の出力が得られるこ
とになる。

【００１３】ところで、静止物体からの赤外線を検出す
るときには、物体検知出力の変化が小さいために、物体
検知出力と感温抵抗体６，２，７，８の抵抗値や増幅器
５の経時ドリフトによる出力の変動との分離が困難なた
めに、被検出体の有無を検出できないという問題が生じ
る。

【００１４】また、感温抵抗体６，２，７，８や抵抗体
３，４の抵抗値には、どうしても多少のばらつきが生じ
るために、赤外線センサに赤外線が入射していないとき
にもオフセット電圧Ｖ_OFFが生じ、このときの出力値Ｖ
₀＝Ｖ_OFFとなる。そして、赤外線センサに赤外線が入
射したときの出力値Ｖ₀も実際には前記式（１），
（２）の通りにはならず、出力値Ｖ₀はオフセット電圧
Ｖ_OFFを含む次式（３），（４）のようになる。

【００１５】Ｖ₀＝−Ａ・（Ｖ_CC／４）・（ΔＲ／Ｒ₁）＋Ｖ_OFF・・・・・（３）

【００１６】Ｖ₀＝−Ａ・（Ｖ_CC／２）・（ΔＲ／Ｒ₁）＋Ｖ_OFF・・・・・（４）

【００１７】このため、最近の赤外線センサでは、赤外
線の入射側前方にチョッパを設け、このチョッパによ
り、入射する赤外線を断続的に遮断して入射熱量の変化
を作り出し、これにより、被検出体が静止状態のときに
も被検出体を検出できるように工夫し、さらに、前記オ
フセット電圧の影響も受けることなく被検出体を正確に
検出できるように工夫している。

【００１８】図10には、チョッパを設けた赤外線センサ
の一例が赤外線入射方向から見た模式図により示されて
いる。この赤外線センサは、図９の（ａ）に示した回路
構成を有する赤外線センサであり、感温抵抗体６，２の
赤外線入射側にチョッパ10が回転自在に設けられてい
る。この赤外線センサにおいては、同図の（ａ）に示す
状態のときには、赤外線検知素子としての感温抵抗体６
に入射する赤外線がチョッパ10により遮られ、赤外線の
入射は行われず、このときの赤外線センサの出力値Ｖ₀
は、次式（５）に示す値となる。

【００１９】Ｖ₀＝Ｖ_OFF・・・・・（５）

【００２０】一方、同図の（ｂ）に示す状態のときに
は、感温抵抗体６への赤外線の入射が行われ、このとき
の出力値Ｖ₀は、前記式（３）に示す値となる。したが
って、式（３）の値から式（５）の値を引くことによ
り、オフセット電圧Ｖ_OFFを含まない前記式（１）に示
した出力値Ｖ₀を得ることが可能となり、正確な赤外線
検出出力が得られる。そして、チョッパ10により、感温
抵抗体６への赤外線の入射を断続的に遮断することによ
り、たとえ被検出体が静止状態のときにも被検出体を正
確に検出することができる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、人体等
からの微弱な赤外線照射による感温抵抗体６，２，７，
８の抵抗値変化ΔＲは微小であるために赤外線の検知感
度が低いといった問題があった。また、上記のような赤
外線センサにおいては、赤外線検知素子としての感温抵
抗体６や８の近傍に、感温抵抗体６，８と同様の形状の
温度補償用素子としての感温抵抗体２，７を形成する必
要があるために、赤外線センサをアレイ化したときの面
積効率（fill factor ）が悪くなるといった問題もあっ
た。

【００２２】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、赤外線検知感度が高
く、面積効率が良い感温抵抗式の赤外線センサを提供す
ることにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のように構成されている。すなわち、本
第１の発明は、ホイートストンブリッジ回路を備え、該
ホイートストンブリッジ回路を形成する４個の抵抗体の
うち少くとも２個が感温抵抗体により形成されており、
該２個の感温抵抗体はホイートストンブリッジにバイア
ス電圧を印加する２つの端子に対して直列に接続されて
おり、該２個の各感温抵抗体に交互に赤外線を入射させ
るチョッピング手段と、該チョッピング手段により各感
温抵抗体に赤外線が交互に入射したときのホイートスト
ンブリッジ回路の出力差を赤外線検知信号として出力す
る出力手段を有することを特徴として構成されている。

【００２４】また、本第２の発明は、ホイートストンブ
リッジ回路を備え、該ホイートストンブリッジ回路を形
成する４個の抵抗体のうち少くとも２個が感温抵抗体に
より形成されており、該２個の感温抵抗体はホイートス
トンブリッジにバイアス電圧を印加する２つの端子に対
して並列に接続されており、該２個の各感温抵抗体に交
互に赤外線を入射させるチョッピング手段と、該チョッ
ピング手段により各感温抵抗体に赤外線が交互に入射し
たときのホイートストンブリッジ回路の出力差を赤外線
検知信号として出力する出力手段を有することを特徴と
して構成されている。

【００２５】さらに、前記ホイートストンブリッジ回路
の４個の抵抗体は全て感温抵抗体により形成されてお
り、チョッピング手段は４個の感温抵抗体のうち対向辺
の感温抵抗体の対ごとに交互に赤外線を入射させる構成
としたことも本発明の特徴的な構成とされている。

【００２６】さらにまた、前記感温抵抗体は半導体製造
技術を用いて基板上に形成されて赤外線検出層を成して
おり、チョッピング手段は前記基板とは別個の基材に形
成されてチョッパ層が形成されており、該チョッピング
層と前記赤外線検出層とにより２層構造体と成している
こと、前記半導体製造技術を用いて基板の表面側と裏面
側のいずれか一方側に感温抵抗体が形成されており、該
基板の反対側の面の感温抵抗体に対応する位置に半導体
製造技術を用いてチョッピング手段が基板と一体的に形
成されていること、前記ホイートストンブリッジ回路を
構成する少くとも一辺にはオフセット調整機能が付加さ
れていることも本発明の特徴的な構成とされている。

【００２７】

【作用】上記構成の本発明において、ホイートストンブ
リッジにバイアス電圧を印加する２つの端子に対して直
列又は並列に接続されている２個の各感温抵抗体に対
し、チョッピング手段により赤外線が交互に入射され、
この各感温抵抗体に赤外線が交互に入射したときのホイ
ートストンブリッジ回路の出力差が赤外線検知信号とし
て出力される。そのため、例えば、同じ感度の１つの感
温抵抗体に断続的に赤外線を入射させ、このときの出力
を赤外線検知信号として出力するよりも約２倍の大きな
出力が得られることとなり、赤外線検知感度や面積効率
が得られる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一名
称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。
図１には、本発明に係る赤外線センサの第１の実施例の
要部構成が示されている。本実施例が図９の（ａ）に示
した従来例と異なる特徴的なことは、チョッパ10を、２
個の各感温抵抗体６，２に交互に赤外線を入射させるチ
ョッピング手段として機能するように形成し、このチョ
ッパ10により各感温抵抗体６，２に赤外線が交互に入射
したときのホイートストンブリッジ回路30の出力差を赤
外線検知信号として出力する出力手段としての検出回路
（図示せず）を設けたことである。また、本実施例で
は、感温抵抗体６，２の両方が赤外線検知素子として機
能するようになっている。

【００２９】本実施例は以上のように構成されており、
図１の（ａ）に示す状態のときには、感温抵抗体６には
赤外線が入射され、感温抵抗体６の抵抗値が変化し、一
方、感温抵抗体２には、チョッパ10に遮られて赤外線は
入射せず、感温抵抗体２の抵抗値は変化しない。そし
て、このとき、ホイートストンブリッジ回路30からの出
力値Ｖ₀は、増幅器５の増幅率をＡとすると、Ｒ≫ΔＲ
の条件の下で、次式（６）に示す値となる。

【００３０】Ｖ₀＝−Ａ・（Ｖ_CC／４）・（ΔＲ／Ｒ）＋Ｖ_OFF・・・・・（６）

【００３１】また、チョッパ10を矢印のように回転させ
て、同図の（ｂ）に示す状態とすると、チョッパ10によ
り、感温抵抗体６への赤外線の入射が遮られ、一方、感
温抵抗体２には赤外線が入射する。そして、このときの
ホイートストンブリッジ回路30の出力値Ｖ₀は、Ｒ₁≫
ΔＲの条件の下で、次式（７）に示すような値となる。

【００３２】Ｖ₀＝Ａ（Ｖ_CC／４）・（ΔＲ／Ｒ）＋Ｖ_OFF・・・・・（７）

【００３３】したがって、同図の（ａ）の状態における
ホイートストンブリッジ回路30の出力値と同図の（ｂ）
の状態におけるホイートストンブリッジ回路30の出力値
との差を赤外線検知信号として出力すると、次式（８）
に示すセンサ出力Ｖ_sensが得られ、図９の（ａ）に示し
た従来の赤外線センサの２倍の出力が得られる。

【００３４】Ｖ_sens＝−Ａ・（Ｖ_CC／２）・（ΔＲ／Ｒ₁）・・・・・（８）

【００３５】本実施例によれば、従来の赤外線センサと
異なり、周囲温度の補償のための補償用素子を設けなく
とも、式（８）に示したように、オフセット電圧Ｖ_OFF
を含まないセンサ出力を得ることが可能となり、しか
も、チョッパ10により、感温抵抗体６，２に交互に赤外
線を入射させ、このときのホイートストンブリッジ回路
30の出力差を赤外線検知信号として出力することによ
り、従来の赤外線センサの約２倍の大きな出力を得るこ
とが可能となるために、赤外線検知感度が高いセンサと
することができるし、補償用素子を設けなくてもよい分
だけ赤外線センサをアレイ化したときの面積効率の高い
センサとすることができる。

【００３６】図２には、本発明に係る赤外線センサの第
２の実施例の要部構成が示されている。本実施例が上記
第１の実施例と異なる特徴的なことは、感温抵抗体６，
２を、端子31ａ，31ｂに対して並列に接続したことであ
る。

【００３７】本実施例は以上のように構成されており、
同図の（ｂ）に示す状態のときには、感温抵抗体６にの
み赤外線が入射し、一方、同図の（ｂ）に示す状態のと
きには、感温抵抗体２にのみ赤外線が入射し、このよう
に、チョッパ10により、感温抵抗体６，２に赤外線が交
互に入射させられ、上記実施例と同様に、前記式（８）
に示したセンサ出力Ｖ_sensが得られる。

【００３８】そして、このセンサ出力Ｖ_sensの値は図９
の（ｂ）に示した、感温抵抗体６，２を端子31ａ，31ｂ
に対して並列に接続した赤外線センサの出力値Ｖ₀の約
２倍の値となり、本実施例も上記第１の実施例と同様
に、赤外線検知感度の向上と面積効率の向上とを達成す
ることができる。

【００３９】図３には、本発明に係る赤外線センサの第
３の実施例の要部構成が示されている。本実施例では、
ホイートストンブリッジ回路30の４個の抵抗体は全て感
温抵抗体６，２，７，８により形成されており、チョッ
パ10は、４個の感温抵抗体６，２，７，８のうち、対向
辺の感温抵抗体の対（６と８），（２と７）に交互に赤
外線を入射させる構成とされている。そして、感温抵抗
体６と２、および７と８は直列に接続されており、感温
抵抗体６，２の組みと７，８の組みは並列に接続されて
いる。なお、上記以外の構成は、上記第１、第２の実施
例と同様に構成されている。

【００４０】本実施例は以上のように構成されており、
同図の（ａ）に示す状態のときには、対向辺の対となる
感温抵抗体６と８とに赤外線が入射され、これらの感温
抵抗体６，８においては抵抗値が変化するのに対し、感
温抵抗体２，７への赤外線の入射はチョッパ10により遮
られ、したがって、感温抵抗体２，７には赤外線が入射
しない。そして、このときのホイートストンブリッジ回
路30からの出力値は前記式（４）に示す値となる。

【００４１】一方、同図の（ｂ）に示す状態のときに
は、対向辺の対となる感温抵抗体２，７にのみ赤外線が
入射し、これらの感温抵抗体２，７の抵抗値が変化し、
感温抵抗体６，８に入射する赤外線はチョッパ10に遮ら
れて、赤外線は入射しない。そして、このときのホイー
トストンブリッジ回路30の出力値は次式（９）に示す値
となる。

【００４２】Ｖ₀＝Ａ（Ｖ_CC／２）・（ΔＲ／Ｒ₁）＋Ｖ_OFF・・・・・（９）

【００４３】したがって、この式（９）と前記式（４）
との差から得られる赤外線検知信号の出力Ｖ_sensは、次
式（10）に示す値となり、図９の（ｃ）に示した従来の
赤外線センサの２倍の出力となる。

【００４４】Ｖ_sens＝−Ａ・Ｖ_CC・（ΔＲ／Ｒ₁）・・・・・（10）

【００４５】このように、本実施例においても、上記第
１、第２の実施例と同様の効果を奏することになり、赤
外線センサの赤外線検知感度の向上と面積効率の向上と
が達成される。

【００４６】図４には、図３に示した回路構成を有する
赤外線センサの素子部を半導体製造技術を用いて形成し
た第１の具体例が断面図により示されている。また、図
５には、この赤外線センサにおける感温抵抗体６，２，
７，８を備えた赤外線検出部15の配設状態が平面図によ
り示されており、同図の（ｂ）にはチョッパ10の構成が
示されている。これらの図に示すように、基板13上に形
成された絶縁膜14上に、各感温抵抗体６，２，７，８が
形成されており、図４および図５の（ａ）に示すよう
に、各感温抵抗体６，２，７，８の角部両端側からリー
ド９ａ，９ｂが引き出されており、リード９ａ，９ｂの
端末部には、パッド19が配設されてバイアス電圧印加用
の端子31ａ，31ｂ（図３）と増幅器５（図３）に導か
れ、さらに、検出回路（図示せず）に導かれるようにな
っている。

【００４７】感温抵抗体６，２，７，８とリード９ａ，
９ｂの上部側には絶縁膜44が形成されており、絶縁膜44
上に、赤外線反射領域１と赤外線吸収領域11とが交互に
配設されて赤外線検出部15ａ〜15ｄが形成されている。
赤外線反射領域１は金やアルミニウム等の膜により形成
されており、赤外線吸収領域11は、赤外線を効率良く取
り込むためのＮｉＣｒや金黒等の膜により形成されてい
る。

【００４８】赤外線検出部15の下部側および外周側には
抉り空間部18が形成されており、赤外線検出部15により
検出される赤外線の熱量が基板13側に逃げることを抑制
し、それにより赤外線センサの感度が高くなるようにな
っている。

【００４９】感温抵抗体６，２，７，８が形成されてい
る基板13を備えた赤外線検出層41の上部側（赤外線の入
射側）には、チョッパ10を備えたチョッパ層20が形成さ
れて、赤外線センサのチップ構造が２層構造体となって
いる。このチョッパ層20は、図４および図５の（ｂ）に
示すように、シリコン基材21と、このシリコン基材21と
一体的に形成されたばね23および遮蔽板22を有して構成
されており、遮蔽板22は、赤外線の非透過部24と赤外線
の透過部25とを交互に設けて形成されている。なお、非
透過部24は、遮蔽板22の表面側に、金等により形成した
赤外線反射膜を設けて構成されている。

【００５０】遮蔽板22の幅方向の両端側（図５の（ｂ）
の上下両端側）には電極突片27が形成されている。ま
た、シリコン基材21にはこれらの電極突片27と対向する
側に、電極突片27と間隔を介して互い違いに複数の駆動
電極28が配設されており、図示されていない駆動回路に
より、周知の方法で、電極突片27と駆動電極28との間に
交流電圧を印加することにより、静電力によって、遮蔽
板22とばね23からなるチョッパ10が図のＡの方向に振動
変位するようになっている。この駆動回路および電極突
片27、駆動電極28は、チョッパ10を赤外線検出部15に対
して相対移動させて赤外線検出部15の赤外線吸収領域11
と赤外線反射領域１を交互に横切るようにするチョッパ
移動機構を構成する。

【００５１】この具体例は以上のように構成されてお
り、次に、その動作について説明する。まず、図４の状
態では、チョッパ10の非透過部24が赤外線検出部15ａの
赤外線吸収領域11に対向しているので、被検出体から発
せられる赤外線は非透過部24により遮られ、赤外線吸収
領域11への入射が遮断されている。また、チョッパ10の
透過部25は赤外線検出部15ａの赤外線反射領域１に対向
しており、被検出体から発せられる赤外線は透過部25か
ら赤外線反射領域１に入射するが、赤外線反射領域１に
より反射されるために、感温抵抗体６側に届くことはな
く、したがって、被検出体からの赤外線は感温抵抗体６
により検出されることはない。

【００５２】一方、赤外線検出部15ｂ側では、チョッパ
10の非透過部24が赤外線検出部15ｂの赤外線反射領域１
と対向し、チョッパ10の透過部25が赤外線検出部15ｂの
赤外線吸収領域11に対向しているため、被検出体から発
せられる赤外線は透過部25を通って赤外線吸収領域11に
入射し、赤外線吸収領域11から感温抵抗体７により検出
される。

【００５３】そして、図４には示されていないが、図５
の（ａ）に示したように、赤外線検出部15ａと同様に赤
外線反射領域１と赤外線吸収領域11とが交互に配設され
ている赤外線検出部15ｃ側では、赤外線検出部15ａと同
様に、赤外線が感温抵抗体８に届くことはなく、また、
赤外線検出部15ｂと同様に赤外線反射領域１と赤外線吸
収領域11とが交互に配設されている赤外線検出部15ｄ側
では、赤外線検出部15ｂと同様に、赤外線が感温抵抗体
２に入射して検出される。

【００５４】この状態で、前記駆動回路（図示せず）に
より電極突片27と駆動電極28の間に交流電圧が印加され
て、チョッパ10が赤外線検出部15に対して図のＡ方向に
相対移動し、チョッパ10の非透過部24が赤外線検出部15
ａ, 15ｃの赤外線反射領域１と対向し、チョッパ10の透
過部25が赤外線検出部15ａ，15ｃの赤外線吸収領域11に
対向すると、被検出体から発せられる赤外線は透過部25
を通って赤外線吸収領域11に入射し、赤外線吸収領域11
から感温抵抗体６，８により検出される。

【００５５】一方、赤外線検出部15ｂ，15ｄ側では、チ
ョッパ10の非透過部24が赤外線検出部15ｂ，15ｄの赤外
線吸収領域11に対向しているので、被検出体から発せら
れる赤外線は非透過部24により遮られ、赤外線吸収領域
11への入射が遮断され、また、チョッパ10の透過部25が
赤外線検出部15ｂ，15ｄの赤外線反射領域１に対向し、
被検出体から発せられる赤外線は透過部25から赤外線反
射領域１に入射するが、赤外線反射領域１により反射さ
れるために、感温抵抗体７，２側に届くことはなく、し
たっがって、被検出体からの赤外線は感温抵抗体７，２
により検出されることはない。

【００５６】そして、再びチョッパ10をＡ方向に移動し
て図４の状態に戻すと、感温抵抗体６，８による赤外線
の検出は行われずに、感温抵抗体２，７による赤外線の
検出が行われるようになり、このように、チョッパ10の
透過部25と非透過部24とが赤外線検出部15の赤外線吸収
領域11と赤外線反射領域１とを交互に横切ることによ
り、感温抵抗体の対（６と８，２と７）ごとに赤外線の
検出が交互に繰り返される。

【００５７】この具体例によれば、上記動作により、ホ
イートストンブリッジ回路30を形成する対向辺の感温抵
抗体の対ごとに赤外線の検出を交互に繰り返すことが可
能となり、それにより、赤外線検知感度の向上や面積効
率の向上といった上記第３の実施例の効果を具体的に立
証することができる。そして、半導体製造技術を利用し
て赤外線センサの素子部を形成すことにより、赤外線セ
ンサを容易に、しかも小型に作製することが可能であ
り、赤外線センサの量産化を図ることが可能となり、赤
外線センサをコストが安いセンサとすることができる。

【００５８】図６には、上記第３の実施例の回路構成を
有する第２の具体例が断面図により示されている。ま
た、図７の（ａ）にはこの具体例における感温抵抗体
６，２，７，８の配設状態が平面図により示されてお
り、同図の（ｂ）にはこの具体例におけるチョッパ10の
構成が平面図により示されている。なお、図６は図７の
Ｂ−Ｂ断面図となっている。この具体例が上記第１の具
体例と異なる特徴的なことは、各感温抵抗体６，２，
７，８の上部側には赤外線吸収領域11を設けて赤外線検
出部15を形成したことと、チョッパ10の透過部25が互い
違いに形成されていることであり、それ以外の構成は上
記第１の具体例と同様に構成されている。

【００５９】この具体例は以上のように構成されてお
り、図６の状態のときには、チョッパ10の透過部25と感
温抵抗体６，８が対向しており、被検出体から発せられ
る赤外線は、透過部25から赤外線検出部15ａ，15ｃに入
射し、赤外線吸収領域11から感温抵抗体６，８に入射し
て感温抵抗体６，８の抵抗値が変化する。一方、赤外線
検出部15ｂ，15ｄ側はチョッパ10の非透過部24と対向し
ているために、赤外線検出部15ｂ，15ｄに入射する赤外
線はチョッパ10の非透過部24に遮られて入射せず、した
がって、感温抵抗体７，２の抵抗値は変化しない。

【００６０】この状態で、チョッパ10の遮蔽板22を図
６，７のＡの方向に移動させて、チョッパ10の透過部25
を赤外線検出部15ｂ，15ｄに対向させると、今度は、透
過部25から赤外線検出部15ｂ，15ｄに赤外線が入射し、
それにより、感温抵抗体７，２の抵抗値が変化する。一
方、赤外線検出部15ａ，15ｃはチョッパ10の非透過部24
と対向することになり、赤外線検出部15ａ，15ｃには赤
外線が入射せず、したがって、感温抵抗体６，８の抵抗
値は変化しないことになる。

【００６１】そして、上記のように、チョッパ10を図の
Ａ方向に交互に移動することにより、ホイートストンブ
リッジ回路30の対向辺の感温抵抗体の対（６と８，７と
２）ごとに赤外線が交互に入射することとなり、この例
においても上記第１の具体例と同様の効果を奏すること
ができる。

【００６２】図８には、本発明に係わる赤外線センサの
第３の実施例の第３の具体例が断面図により示されてい
る。この具体例が上記第２の具体例と異なる特徴的なこ
とは、赤外線検出部15が基板13の表面側に形成され、一
方、基板13の裏面側の赤外線検出部15に対応する位置に
基板13と一体的にチョッパ10が形成されていることであ
る。すなわち、赤外線検出部15が形成されている基板13
を備えた赤外線検出層とチョッパ10が形成されているチ
ョッパ層とが一体的に形成されている。

【００６３】なお、この例では、赤外線検出部15に形成
されている赤外線の受光表面は、絶縁膜14の下部側に形
成されており、チョッパ10は赤外線検出部15の下部側に
形成されており、赤外線が図の下方側から赤外線検出部
15に入射するようになっている。また、本実施例でも、
赤外線検出部15の下部側には基板13が抉られて抉り空間
部18が形成されている。

【００６４】この具体例も半導体製造技術を用いて形成
され、上記第２の具体例と同様に動作して被検出体から
の赤外線を感温抵抗体の対（６と８，２と７）ごとに交
互に検出し、同様の効果を奏することができる。

【００６５】また、この具体例では、基板13の表面側に
赤外線検出部15が形成され、基板13の裏面側にチョッパ
10が基板13と一体的に形成されており、基板材料が１枚
でよいために、上記第１、第２の具体例よりも作製工程
をより一層簡略化することが可能となる。特に、基板同
士の接合工程が不要であり、例えば両面露光器を用いて
赤外線検出部15とチョッパ10との位置合わせを容易に行
うことができるために、非常に容易に赤外線センサを作
製することが可能となる。そして、以上のように、作製
工程が非常に容易で、しかも、基板材料が１枚でよいこ
とにより材料費も安くすることが可能となり、赤外線セ
ンサのコストを非常に安いものとすることができる。

【００６６】なお、本発明は上記実施例および具体例に
限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。
例えば、上記具体例では、基板13とチョッパ層20の基材
をシリコンによって形成したが、チョッパ層20の基材を
シリコン以外の赤外線を透過する性質を有する材料によ
り形成しても構わない。

【００６７】また、上記具体例では、赤外線反射領域１
は金やアルミニウムの膜により形成し、赤外線吸収領域
11はＮｉＣｒや金黒の膜により形成したが、赤外線反射
領域１および赤外線吸収領域11を形成する材料は特に限
定されるものではなく、赤外線反射領域１は赤外線を反
射する適宜の材料により形成され、赤外線吸収領域は赤
外線を吸収する適宜の材料により形成されるものであ
る。また、赤外線反射領域１の代わりに赤外線吸収領域
11よりも赤外線の吸収率が小さい材料を設けて赤外線検
出部15を形成してもよい。

【００６８】さらに、赤外線検出部15を形成するとき
に、赤外線の受光表面に赤外線吸収率の異なる少なくと
も２種類の赤外線吸収領域を隣り合わせに配列配設して
形成し、この際、チョッパ10を赤外線検出部15に対して
相対移動させて、赤外線吸収率の異なる赤外線吸収領域
を順に横切るようにしてもよい。

【００６９】さらに、上記具体例では、チョッパ10に形
成する非透過部24を作製するために、金等により赤外線
反射膜を形成したが、赤外線反射膜を形成する材料は金
以外の材料としてもよく、赤外線を透過しない適宜の材
料が採用されるものである。

【００７０】さらに、上記第３の具体例では、基板13の
表面側に赤外線検出部15を形成し、裏面側にチョッパ10
を形成したが、その逆に、基板13の裏面側に赤外線検出
部15を形成し、表面側（赤外線検出部15の赤外線入射
側）にチョッパ10を形成しても構わない。

【００７１】さらに、上記具体例では、チョッパ10を赤
外線検出部15に対して相対移動させるチョッパ移動機構
を、電極突片27を駆動電極28との静電力を利用して行う
ように構成したが、例えば、チョッパ10を水晶やＺｎＯ
等の圧電体により形成し、圧電駆動によりチョッパ10を
動作させるように構成しても構わない。

【００７２】さらに、上記第１の実施例や第２の実施例
のように、ホイートストンブリッジ回路30の４個の抵抗
体のうち２個を感温抵抗体６，２により形成するときに
も、上記第３の実施例の具体例のように半導体製造技術
を利用して赤外線センサの素子部を形成することもでき
る。

【００７３】さらに、本発明の赤外線センサは、上記具
体例のように必ずしも半導体製造技術を利用して形成す
るとは限らず、それ以外の形成方法により素子部等を形
成して構成しても構わない。

【００７４】さらに、上記実施例では、いずれもセンサ
出力Ｖ_sensにオフセット電圧Ｖ_OFFが含まれないように
したが、例えば、図３の破線部分26に可変抵抗器を設け
る等、ホイートストンブリッジ回路30の少なくとも一辺
に可変抵抗器等のオフセット調整手段を設け、このオフ
セット調整手段によりオフセット調整機能を付加するよ
うにしても構わない。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、ホイートストンブリッ
ジ回路を形成する４個の抵抗体のうち少なくとも２個を
感温抵抗体により形成し、この各感温抵抗体に交互に赤
外線を入射させ、このときのホイートストンブリッジ回
路の出力差を赤外線検知信号として出力することによ
り、例えば、２個の感温抵抗体のうち一方のみを赤外線
検知素子として機能させ、他方を周囲温度の補償用の補
償用素子として赤外線検知素子と補償用素子との抵抗値
の差を赤外線検知信号として出力する従来の赤外線セン
サに比べ、同じ量の赤外線が入射されたときには約２倍
の出力を得ることが可能となり、したがって、赤外線検
知感度を大きくすることができる。また、従来のセンサ
と異なり、補償用素子を必要としないために、赤外線セ
ンサをアレイ化したときの面積効率も向上させることが
できる。

【００７６】また、ホイートストンブリッジ回路の４個
の抵抗体は全て感温抵抗体により形成されており、チョ
ッピング手段は４個の感温抵抗体のうち対向辺の感温２
抗体の対ごとに交互に赤外線を入射させる構成とした本
発明によれば、４個の感温抵抗体のうち２個の感温抵抗
体を赤外線検知素子として機能させ、それ以外の２個の
感温抵抗体を補償用素子として機能させるようにした従
来の赤外線センサに比べ、前記と同様に、赤外線センサ
の赤外線検知感度や面積効率を向上させることが可能と
なる。

【００７７】そして、感温抵抗体は半導体製造技術を用
いて基板上に形成されて赤外線検出層を成しており、チ
ョッピング手段は前記基板とは別個の基材に形成されて
チョッパ層が形成されており、該チョッピング層と前記
赤外線検出層とにより２層構造体と成している本発明に
よれば、例えば、半導体技術を利用して容易に作製する
ことが可能であることから、量産性を図ることができ、
しかも、小型のチップ構造とすることが可能となり、コ
ストも安くすることが可能となる。

【００７８】さらに、赤外線検出部は基板の表面側と裏
面側のいずれか一方側に形成されており、該基板の反対
側の面の赤外線検出部に対応する位置に基板と一体的に
チョッパが形成されている本発明によれば、基板の表面
側と裏面側のいずれか一方側に赤外線検出部を形成し、
その反対側の面にチョッパを基板と一体的に形成するこ
とにより、赤外線検出部を形成する基板とチョッパを形
成する基材とを別々に形成するよりも、より一層赤外線
センサの作製工程を簡略化することが可能となり、材料
費を安くすることも可能となるために、より一層量産性
を向上させ、コストの安い赤外線センサとすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る赤外線センサの第１の実施例を示
す要部構成図である。

【図２】本発明に係る赤外線センサの第２の実施例を示
す要部構成図である。

【図３】本発明に係る赤外線センサの第３の実施例を示
す要部構成図である。

【図４】上記第３の実施例の回路構成を要する第１の具
体例を示す断面構成図である。

【図５】上記第１の具体例の赤外線センサにおける赤外
線検出層41の平面構成図（ａ）とチョッパ層20の平面構
成図（ｂ）である。

【図６】上記第３の実施例の回路構成を有する赤外線セ
ンサの第２の具体例を示す断面構成図である。

【図７】上記第２の具体例の赤外線センサにおける赤外
線検出層41の平面構成図（ａ）とチョッパ層20の平面構
成図（ｂ）である。

【図８】上記第３の実施例の回路構成を有する赤外線セ
ンサの第３の具体例を示す断面構成図である。

【図９】従来の赤外線センサの例を示す説明図である。

【図10】図９の（ａ）に示した従来の赤外線センサの動
作を示す説明図である。

【符号の説明】

１赤外線反射領域２，６，７，８感温抵抗体 10 チョッパ 11 赤外線吸収領域 13 基板 30 ホイートストンブリッジ回路 41 赤外線検出層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホイートストンブリッジ回路を備え、該
ホイートストンブリッジ回路を形成する４個の抵抗体の
うち少くとも２個が感温抵抗体により形成されており、
該２個の感温抵抗体はホイートストンブリッジにバイア
ス電圧を印加する２つの端子に対して直列に接続されて
おり、該２個の各感温抵抗体に交互に赤外線を入射させ
るチョッピング手段と、該チョッピング手段により各感
温抵抗体に赤外線が交互に入射したときのホイートスト
ンブリッジ回路の出力差を赤外線検知信号として出力す
る出力手段を有することを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】ホイートストンブリッジ回路を備え、該
ホイートストンブリッジ回路を形成する４個の抵抗体の
うち少くとも２個が感温抵抗体により形成されており、
該２個の感温抵抗体はホイートストンブリッジにバイア
ス電圧を印加する２つの端子に対して並列に接続されて
おり、該２個の各感温抵抗体に交互に赤外線を入射させ
るチョッピング手段と、該チョッピング手段により各感
温抵抗体に赤外線が交互に入射したときのホイートスト
ンブリッジ回路の出力差を赤外線検知信号として出力す
る出力手段を有することを特徴とする赤外線センサ。
【請求項３】ホイートストンブリッジ回路の４個の抵
抗体は全て感温抵抗体により形成されており、チョッピ
ング手段は４個の感温抵抗体のうち対向辺の感温抵抗体
の対ごとに交互に赤外線を入射させる構成としたことを
特徴とする請求項１又は請求項２記載の赤外線センサ。
【請求項４】感温抵抗体は半導体製造技術を用いて基
板上に形成されて赤外線検出層を成しており、チョッピ
ング手段は前記基板とは別個の基材に形成されてチョッ
パ層が形成されており、該チョッピング層と前記赤外線
検出層とにより２層構造体と成していることを特徴とす
る請求項１又は請求項２又は請求項３記載の赤外線セン
サ。
【請求項５】半導体製造技術を用いて基板の表面側と
裏面側のいずれか一方側に感温抵抗体が形成されてお
り、該基板の反対側の面の感温抵抗体に対応する位置に
半導体製造技術を用いてチョッピング手段が基板と一体
的に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求
項２又は請求項３に記載の赤外線センサ。
【請求項６】ホイートストンブリッジ回路を構成する
少くとも一辺にはオフセット調整機能が付加されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つ
に記載の赤外線センサ。