JPH0850059A - 赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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グランド電圧が変動せず、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。 【構成】 赤外線を検出する赤外線装置であって、内部
に赤外線検出素子を収納するパッケージと、パッケージ
の内部温度を調節する温度調節手段と、赤外線を受光す
る赤外線検出回路と赤外線検出素子の温度を検出する温
度検出回路とを有する赤外線検出素子とを備え、前記赤
外線検出素子が、温度検出回路のグランド構造と赤外線
検出回路のグランド構造とを電気的に分離する構造を持
つ。

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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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の各グランド構造が
互いに電気的に分離していることを特徴とする赤外線検
出装置を提案している。

【００２１】また、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、赤外線検出回路と温度検出回路
は、別々の半導体基板上に設けられているものを提案し
ている。

【００２２】更に、請求項３の発明では、請求項１の赤
外線検出装置において、赤外線検出回路と温度検出回路
は、同一の半導体基板上に設けられ、温度検出回路は、
赤外線検出回路が設けられた拡散層と逆の導電型の拡散
層に設けられていることを特徴とするものを提案してい
る。

【００２３】請求項４の発明では、請求項１〜３のいず
れか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。

【００２４】また、請求項５の発明では、請求項１〜４
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。

【００２５】更に、請求項６の発明では、請求項１〜４
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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００３１】ここで、請求項２の発明では、前記赤外線
検出回路と前記温度検出回路とを異なる基板上に設ける
ことで物理的に分離したものを挙げている。即ち、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、赤
外線検出回路を備えた半導体基板と温度検出回路を備え
た半導体基板とを配置することで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
的には各グ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。

【００３２】即ち、温度検出回路を赤外線検出回路とは
別の基板上に設けることによって温度検出回路が赤外線
検出回路とは別のグランド電位を基準に取るので電気的
に分離され、赤外線検出回路を動作した時に赤外線検出
回路のグランド電位が変動しても、温度検出回路に対し
ては何ら悪影響を及ぼすことがない。

【００３３】また、この構成は、赤外線検出素子を構成
する赤外線検出回路と温度検出回路とを別々の半導体基
板上に製造すれば良いだけであるので、簡単な製造工程
で従来のものよりも精度が向上した赤外線検出装置を得
ることができる。

【００３４】また、請求項３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たもの
を挙げている。この発明においては、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
気的には各グランド構造を互いに分離する別の構成のも
のを提案している。

【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。

【００３６】従って、先に述べた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。

【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。

【００３８】請求項４の発明では、請求項１から請求項
３のいずれか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。

【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。

【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。

【００４１】更に、請求項５の発明では、請求項１〜４
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。

【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。

【００４３】即ち、請求項５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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。また、赤外線検
出回路と温度検出回路とを物理的に分離し温度検出回路
と電流変換回路のみを同一の基板上に設けても良いし、
赤外線検出回路と温度検出回路とを電気的に分離した同
一基板に設け電流変換回路のみを別の基板に設ける構成
でもよく、特に限定はしない。

【００４９】また、請求項６の発明では、請求項１〜４
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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００５５】このように、請求項６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１〜４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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図７】従来の赤外線検出装置の概略構成図である。

【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。

【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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/58 31/10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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
   出回路との各グランド構造が互いに電気的に分離してい
   ることを特徴とする赤外線検出装置。
2. 【請求項２】 前記赤外線検出回路と前記温度検出回路
   は、別々の半導体基板上に設けられていることを特徴と
   する請求項１に記載の赤外線検出装置。
3. 【請求項３】 前記赤外線検出回路と前記温度検出回路
   は、同一の半導体基板上に設けられ、 前記温度検出回路は、前記赤外線検出回路が設けられた
   拡散層と逆の導電型の拡散層に設けられていることを特
   徴とする請求項１に記載の赤外線検出装置。
4. 【請求項４】 前記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
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の赤外
   線検出装置。
5. 【請求項５】 前記赤外線検出素子は、前記赤外線検出
   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ていることを特徴とする請求項１〜
   ４のいずれかに記載の赤外線検出装置。
6. 【請求項６】 前記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こ
   とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の赤外線
   検出装置。