JPH0915042A - 赤外線検出素子 - Google Patents
赤外線検出素子Info
- Publication number
- JPH0915042A JPH0915042A JP15967595A JP15967595A JPH0915042A JP H0915042 A JPH0915042 A JP H0915042A JP 15967595 A JP15967595 A JP 15967595A JP 15967595 A JP15967595 A JP 15967595A JP H0915042 A JPH0915042 A JP H0915042A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermistor
- thin film
- thermistors
- infrared
- wheatstone bridge
- Prior art date
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- Pending
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 感度の高い小型の赤外線検出素子を提供す
る。 【構成】 サーミスタ１０ａ〜１０ｄで構成されるホイ
ートストンブリッジ１３を備えた赤外線検出素子で、基
板８から熱的に略絶縁された２つの薄膜部９ａ，９ｂを
基板８上に形成し、ホイートストンブリッジ１３の対辺
に位置する関係にあるサーミスタ同士を同じ薄膜部上に
形成した。 【効果】 熱絶縁する必要のないサーミスタ同士を同一
薄膜部上に形成したので、それらのサーミスタ同士の温
度差を小さくすることができ、高感度化、小型化が図
れ、赤外線入射経路を構成する構造を簡略化でき、低コ
スト化が図れる。
る。 【構成】 サーミスタ１０ａ〜１０ｄで構成されるホイ
ートストンブリッジ１３を備えた赤外線検出素子で、基
板８から熱的に略絶縁された２つの薄膜部９ａ，９ｂを
基板８上に形成し、ホイートストンブリッジ１３の対辺
に位置する関係にあるサーミスタ同士を同じ薄膜部上に
形成した。 【効果】 熱絶縁する必要のないサーミスタ同士を同一
薄膜部上に形成したので、それらのサーミスタ同士の温
度差を小さくすることができ、高感度化、小型化が図
れ、赤外線入射経路を構成する構造を簡略化でき、低コ
スト化が図れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜上に形成したサー
ミスタホイートストンブリッジを用いた赤外線検出素子
に関するものである。
ミスタホイートストンブリッジを用いた赤外線検出素子
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３に基づいて従来の赤外線検出素子の
一例について説明する。（ａ）は平面図、（ｂ）は断面
図である。図で、１は基板、１ａ〜１ｄは基板１に形成
された空洞部、２は基板１の表面に形成された熱絶縁
膜、３ａ〜３ｄはそれぞれの空洞部１ａ〜１ｄ上の熱絶
縁膜２上に形成されたサーミスタである。４、５ａ〜５
ｄは、それぞれ、熱絶縁膜２上に形成された、配線部、
パッドである。図３に示す赤外線検出素子では、それぞ
れの空洞部１ａ〜１ｄ上の熱絶縁膜２（以下、薄膜部２
ａ〜２ｄとする）に形成されたサーミスタ３ａ〜３ｄ
は、ホイートストンブリッジ６を構成するように配線部
４によってパッド５ａ〜５ｄに接続されている。また、
独立した４つの薄膜部２ａ〜２ｄ上に形成されたサーミ
スタ３ａ〜３ｄは、それぞれ、他の部分から略熱的に絶
縁された状態となっている。
一例について説明する。（ａ）は平面図、（ｂ）は断面
図である。図で、１は基板、１ａ〜１ｄは基板１に形成
された空洞部、２は基板１の表面に形成された熱絶縁
膜、３ａ〜３ｄはそれぞれの空洞部１ａ〜１ｄ上の熱絶
縁膜２上に形成されたサーミスタである。４、５ａ〜５
ｄは、それぞれ、熱絶縁膜２上に形成された、配線部、
パッドである。図３に示す赤外線検出素子では、それぞ
れの空洞部１ａ〜１ｄ上の熱絶縁膜２（以下、薄膜部２
ａ〜２ｄとする）に形成されたサーミスタ３ａ〜３ｄ
は、ホイートストンブリッジ６を構成するように配線部
４によってパッド５ａ〜５ｄに接続されている。また、
独立した４つの薄膜部２ａ〜２ｄ上に形成されたサーミ
スタ３ａ〜３ｄは、それぞれ、他の部分から略熱的に絶
縁された状態となっている。
【０００３】図３に示した赤外線検出素子を用いた赤外
線検出回路の一例を図４に示す。図で、サーミスタ３ａ
とサーミスタ３ｃの接続点に形成されたパッド５ａは、
電源の高電位側に接続され、サーミスタ３ｂとサーミス
タ３ｄの接続点に形成されたパッド５ｃは接地されてい
る。７は差分増幅器で、その２つの入力がパッド５ｂ，
５ｄに接続されており、サーミスタ３ａとサーミスタ３
ｂの接続点と、サーミスタ３ｃとサーミスタ３ｄの接続
点間の電位差（ホイートストンブリッジ６の出力電圧V
1）を増幅するように構成されている。図４に示す例で
は、サーミスタ３ｃにのみ赤外線が入射するように構成
されており、サーミスタ３ｃに赤外線が入射することに
より、サーミスタ３ｃの温度がT からΔT だけ上昇した
場合、サーミスタ３ａ〜３ｄの温度T での抵抗値をR(T)
とすると、ホイートストンブリッジ６の出力電圧V1は次
式のように表される。
線検出回路の一例を図４に示す。図で、サーミスタ３ａ
とサーミスタ３ｃの接続点に形成されたパッド５ａは、
電源の高電位側に接続され、サーミスタ３ｂとサーミス
タ３ｄの接続点に形成されたパッド５ｃは接地されてい
る。７は差分増幅器で、その２つの入力がパッド５ｂ，
５ｄに接続されており、サーミスタ３ａとサーミスタ３
ｂの接続点と、サーミスタ３ｃとサーミスタ３ｄの接続
点間の電位差（ホイートストンブリッジ６の出力電圧V
1）を増幅するように構成されている。図４に示す例で
は、サーミスタ３ｃにのみ赤外線が入射するように構成
されており、サーミスタ３ｃに赤外線が入射することに
より、サーミスタ３ｃの温度がT からΔT だけ上昇した
場合、サーミスタ３ａ〜３ｄの温度T での抵抗値をR(T)
とすると、ホイートストンブリッジ６の出力電圧V1は次
式のように表される。
【０００４】
【数１】
【０００５】ここで、Vdd はホイートストンブリッジ６
に印加される電源電圧である。
に印加される電源電圧である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図３に示した赤外線検
出素子では、ホイートストンブリッジ６を構成する１つ
のサーミスタ（サーミスタ３ｃ）にのみ赤外線が入射す
るようにし、その赤外線のエネルギーによるサーミスタ
３ｃの温度変化をホイートストンブリッジ６の出力電圧
に変換して検出しているが、赤外線吸収によるサーミス
タ３ｃの温度変化が微小であるとき、熱的に絶縁された
薄膜部２ａ〜２ｄ間の、赤外線が入射していない状態で
の温度差（温度ばらつき）により、赤外線入射による温
度変化が正確に測定できなくなるという問題点があっ
た。また、薄膜部２ａ〜２ｄをワンチップ上に形成する
ためチップ面積が大きくなってしまい小型化が図れない
という問題点もあった。
出素子では、ホイートストンブリッジ６を構成する１つ
のサーミスタ（サーミスタ３ｃ）にのみ赤外線が入射す
るようにし、その赤外線のエネルギーによるサーミスタ
３ｃの温度変化をホイートストンブリッジ６の出力電圧
に変換して検出しているが、赤外線吸収によるサーミス
タ３ｃの温度変化が微小であるとき、熱的に絶縁された
薄膜部２ａ〜２ｄ間の、赤外線が入射していない状態で
の温度差（温度ばらつき）により、赤外線入射による温
度変化が正確に測定できなくなるという問題点があっ
た。また、薄膜部２ａ〜２ｄをワンチップ上に形成する
ためチップ面積が大きくなってしまい小型化が図れない
という問題点もあった。
【０００７】さらに、感度を向上させるためには、ホイ
ートストンブリッジ６で、サーミスタ３ｃの対辺に位置
するサーミスタ３ｂにも赤外線が入射するように構成す
ればよいが、図３に示したような、薄膜部２ａ〜２ｄが
独立した構造では、赤外線入射経路を構成する構造が複
雑になるという課題があった。
ートストンブリッジ６で、サーミスタ３ｃの対辺に位置
するサーミスタ３ｂにも赤外線が入射するように構成す
ればよいが、図３に示したような、薄膜部２ａ〜２ｄが
独立した構造では、赤外線入射経路を構成する構造が複
雑になるという課題があった。
【０００８】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、微小な赤外線を精度良く
検出することができる小型の赤外線検出素子の構造を提
供することにある。
で、その目的とするところは、微小な赤外線を精度良く
検出することができる小型の赤外線検出素子の構造を提
供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の赤外線検出素子は、４つのサーミスタで構
成されるホイートストンブリッジを備えた赤外線検出素
子において、基板から熱的に略絶縁された２つの薄膜部
を基板上に形成し、前記ホイートストンブリッジの対辺
に位置する関係にある前記サーミスタ同士を同じ前記薄
膜部上に形成したことを特徴とするものである。
め、本発明の赤外線検出素子は、４つのサーミスタで構
成されるホイートストンブリッジを備えた赤外線検出素
子において、基板から熱的に略絶縁された２つの薄膜部
を基板上に形成し、前記ホイートストンブリッジの対辺
に位置する関係にある前記サーミスタ同士を同じ前記薄
膜部上に形成したことを特徴とするものである。
【００１０】
【作用】本発明の赤外線検出素子は、ワンチップ上に形
成したサーミスタホイートストンブリッジの構造を工夫
することにより、熱絶縁する必要のないサーミスタ間の
温度ばらつきの小さい、感度の高い、低コストの赤外線
検出素子を実現したもので、基板上に熱的に略絶縁され
た２つの薄膜部を形成し、４つのサーミスタで構成され
るホイートストンブリッジの対辺に位置する関係にある
サーミスタ同士を同じ薄膜部上に形成して、一方の薄膜
部のみに赤外線が入射するように構成したことを特徴と
するものである。
成したサーミスタホイートストンブリッジの構造を工夫
することにより、熱絶縁する必要のないサーミスタ間の
温度ばらつきの小さい、感度の高い、低コストの赤外線
検出素子を実現したもので、基板上に熱的に略絶縁され
た２つの薄膜部を形成し、４つのサーミスタで構成され
るホイートストンブリッジの対辺に位置する関係にある
サーミスタ同士を同じ薄膜部上に形成して、一方の薄膜
部のみに赤外線が入射するように構成したことを特徴と
するものである。
【００１１】このように構成することによって、従来の
ように４つの独立した薄膜部上に形成したサーミスタで
ホイートストンブリッジを構成した場合よりも、ホイー
トストンブリッジの出力に対する、熱絶縁する必要のな
いサーミスタ間の温度ばらつきを小さくすることができ
る。つまり、薄膜部は熱容量が小さく薄膜部上は略同一
温度となるので、熱絶縁する必要のないサーミスタ同士
を同一の薄膜部に形成することによって、それらのサー
ミスタ間の温度差を小さくすることができる。
ように４つの独立した薄膜部上に形成したサーミスタで
ホイートストンブリッジを構成した場合よりも、ホイー
トストンブリッジの出力に対する、熱絶縁する必要のな
いサーミスタ間の温度ばらつきを小さくすることができ
る。つまり、薄膜部は熱容量が小さく薄膜部上は略同一
温度となるので、熱絶縁する必要のないサーミスタ同士
を同一の薄膜部に形成することによって、それらのサー
ミスタ間の温度差を小さくすることができる。
【００１２】また、同じ薄膜部に形成するサーミスタ同
士は熱的に絶縁する必要がないので近接した位置に配置
することができ薄膜部自体を小さくすることができる。
さらに、薄膜部の数が半分になるためチップ面積も略半
分に小型化することができる。さらに、ホイートストン
ブリッジの対辺に位置する関係にある、赤外線を入射さ
せる２つのサーミスタを同じ薄膜部上の近接した位置に
形成したので、赤外線に対する感度の向上が図れると共
に、赤外線検出素子の赤外線入射経路を構成する構造の
簡略化が図れる。
士は熱的に絶縁する必要がないので近接した位置に配置
することができ薄膜部自体を小さくすることができる。
さらに、薄膜部の数が半分になるためチップ面積も略半
分に小型化することができる。さらに、ホイートストン
ブリッジの対辺に位置する関係にある、赤外線を入射さ
せる２つのサーミスタを同じ薄膜部上の近接した位置に
形成したので、赤外線に対する感度の向上が図れると共
に、赤外線検出素子の赤外線入射経路を構成する構造の
簡略化が図れる。
【００１３】
【実施例】図１に基づいて本発明の赤外線検出素子の一
実施例について説明する。（ａ）は平面図、（ｂ）は断
面図である。図で、８は基板、８ａ，８ｂは基板８に形
成された空洞部、９は基板８の表面に形成された熱絶縁
膜である。空洞部８ａ，８ｂ上の熱絶縁膜の部分が薄膜
部９ａ，９ｂで、それぞれ、他の領域から熱的に絶縁さ
れた状態となっている。薄膜部９ａ上にはサーミスタ１
０ｂとサーミスタ１０ｃとが互いに近接した位置に形成
されていると共に、薄膜部９ｂ上にはサーミスタ１０ａ
とサーミスタ１０ｄとが互いに近接した位置に形成され
ている。また、１１は熱絶縁膜９上に形成された、サー
ミスタを接続する配線部、１２ａ〜１２ｄは配線部１１
に接続されたパッドである。図１に示す赤外線検出素子
では、薄膜部９ａ上に形成された、サーミスタ１０ｂと
サーミスタ１０ｃとが、ホイートストンブリッジ１３の
一方の対辺に位置するように接続され、薄膜部９ｂ上に
形成された、サーミスタ１０ａとサーミスタ１０ｄと
が、ホイートストンブリッジ１３の他方の対辺に位置す
るように接続されている。
実施例について説明する。（ａ）は平面図、（ｂ）は断
面図である。図で、８は基板、８ａ，８ｂは基板８に形
成された空洞部、９は基板８の表面に形成された熱絶縁
膜である。空洞部８ａ，８ｂ上の熱絶縁膜の部分が薄膜
部９ａ，９ｂで、それぞれ、他の領域から熱的に絶縁さ
れた状態となっている。薄膜部９ａ上にはサーミスタ１
０ｂとサーミスタ１０ｃとが互いに近接した位置に形成
されていると共に、薄膜部９ｂ上にはサーミスタ１０ａ
とサーミスタ１０ｄとが互いに近接した位置に形成され
ている。また、１１は熱絶縁膜９上に形成された、サー
ミスタを接続する配線部、１２ａ〜１２ｄは配線部１１
に接続されたパッドである。図１に示す赤外線検出素子
では、薄膜部９ａ上に形成された、サーミスタ１０ｂと
サーミスタ１０ｃとが、ホイートストンブリッジ１３の
一方の対辺に位置するように接続され、薄膜部９ｂ上に
形成された、サーミスタ１０ａとサーミスタ１０ｄと
が、ホイートストンブリッジ１３の他方の対辺に位置す
るように接続されている。
【００１４】図１に示した赤外線検出素子を用いた赤外
線検出回路の一実施例を図２に示す。図で、サーミスタ
１０ａとサーミスタ１０ｃの接続点に形成されたパッド
１２ａは電源の高電位側に接続され、サーミスタ１０ｂ
とサーミスタ１０ｄの接続点に形成されたパッド１２ｃ
は接地されている。１４は差分増幅器で、その２つの入
力がそれぞれパッド１２ｂ，１２ｄに接続されており、
サーミスタ１０ａとサーミスタ１０ｂの接続点と、サー
ミスタ１０ｃとサーミスタ１０ｄの接続点間の電位差
（ホイートストンブリッジ１３の出力電圧V ）を増幅す
るように構成されている。
線検出回路の一実施例を図２に示す。図で、サーミスタ
１０ａとサーミスタ１０ｃの接続点に形成されたパッド
１２ａは電源の高電位側に接続され、サーミスタ１０ｂ
とサーミスタ１０ｄの接続点に形成されたパッド１２ｃ
は接地されている。１４は差分増幅器で、その２つの入
力がそれぞれパッド１２ｂ，１２ｄに接続されており、
サーミスタ１０ａとサーミスタ１０ｂの接続点と、サー
ミスタ１０ｃとサーミスタ１０ｄの接続点間の電位差
（ホイートストンブリッジ１３の出力電圧V ）を増幅す
るように構成されている。
【００１５】また、図２に示す実施例では、赤外線検出
素子の薄膜部９ａに赤外線が入射し、薄膜部９ｂには赤
外線が入射しないように構成されている。ホイートスト
ンブリッジ１３の対辺に位置する関係にあるサーミスタ
１０ｂとサーミスタ１０ｃに赤外線が入射することによ
り、サーミスタ１０ｂ，１０ｃの温度がT からΔT だけ
上昇した場合、サーミスタ１０ａ〜１０ｄの温度T での
抵抗値をR(T)とすると、ホイートストンブリッジ１３の
出力電圧V は次式のように表される。
素子の薄膜部９ａに赤外線が入射し、薄膜部９ｂには赤
外線が入射しないように構成されている。ホイートスト
ンブリッジ１３の対辺に位置する関係にあるサーミスタ
１０ｂとサーミスタ１０ｃに赤外線が入射することによ
り、サーミスタ１０ｂ，１０ｃの温度がT からΔT だけ
上昇した場合、サーミスタ１０ａ〜１０ｄの温度T での
抵抗値をR(T)とすると、ホイートストンブリッジ１３の
出力電圧V は次式のように表される。
【００１６】
【数２】
【００１７】ここで、Vdd はホイートストンブリッジ１
３に印加する電源電圧である。上式の出力電圧V は、
（１）式に示した従来の赤外線検出素子の出力電圧V1に
比べて大きさが２倍になっており感度が向上しているこ
とがわかる。また、薄膜部９ａ，９ｂは熱容量が極めて
小さく薄膜部の領域内は略同じ温度になるので、熱絶縁
する必要のないサーミスタ同士を同一薄膜部上に形成し
薄膜部の数を少なくすることによって、熱絶縁する必要
のないサーミスタ間の温度ばらつきを小さくすることが
できる。
３に印加する電源電圧である。上式の出力電圧V は、
（１）式に示した従来の赤外線検出素子の出力電圧V1に
比べて大きさが２倍になっており感度が向上しているこ
とがわかる。また、薄膜部９ａ，９ｂは熱容量が極めて
小さく薄膜部の領域内は略同じ温度になるので、熱絶縁
する必要のないサーミスタ同士を同一薄膜部上に形成し
薄膜部の数を少なくすることによって、熱絶縁する必要
のないサーミスタ間の温度ばらつきを小さくすることが
できる。
【００１８】
【発明の効果】本発明の赤外線検出素子では、熱絶縁す
る必要のないサーミスタ同士を同一薄膜部上に形成した
ので、それらのサーミスタ同士の温度差を小さくするこ
とができるので、微小な赤外線を精度良く検出すること
ができると共に、小型化を図ることができる。また、赤
外線入射経路を構成する構造を簡略化することができる
ので低コスト化を図ることができる。
る必要のないサーミスタ同士を同一薄膜部上に形成した
ので、それらのサーミスタ同士の温度差を小さくするこ
とができるので、微小な赤外線を精度良く検出すること
ができると共に、小型化を図ることができる。また、赤
外線入射経路を構成する構造を簡略化することができる
ので低コスト化を図ることができる。
【図１】本発明の赤外線検出素子の一実施例を示す図
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の赤外線検出素子を用いた赤外線検出回
路の一実施例を示す回路図である。
路の一実施例を示す回路図である。
【図３】従来の赤外線検出素子の一例を示す図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】従来の赤外線検出素子を用いた赤外線検出回路
の一例を示す回路図である。
の一例を示す回路図である。
１０ａ〜１０ｄ サーミスタ １３ ホイートストンブリッジ ８ 基板 ９ａ，９ｂ 薄膜部
Claims (1)
- 【請求項１】 ４つのサーミスタで構成されるホイート
ストンブリッジを備えた赤外線検出素子において、基板
から熱的に略絶縁された２つの薄膜部を基板上に形成
し、前記ホイートストンブリッジの対辺に位置する関係
にある前記サーミスタ同士を同じ前記薄膜部上に形成し
たことを特徴とする赤外線検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15967595A JPH0915042A (ja) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | 赤外線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15967595A JPH0915042A (ja) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | 赤外線検出素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0915042A true JPH0915042A (ja) | 1997-01-17 |
Family
ID=15698883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15967595A Pending JPH0915042A (ja) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | 赤外線検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0915042A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009145336A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | Ulis | 抵抗型イメージングボロメータを含む電磁放射を検出するための装置、そのような装置の行列を含むシステム、及びそのようなシステムのイメージングボロメータを読み出すための方法 |
| JP2010507082A (ja) * | 2006-10-20 | 2010-03-04 | アナログ・デバイシズ・インコーポレーテッド | 断熱層を備える熱センサ |
-
1995
- 1995-06-26 JP JP15967595A patent/JPH0915042A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010507082A (ja) * | 2006-10-20 | 2010-03-04 | アナログ・デバイシズ・インコーポレーテッド | 断熱層を備える熱センサ |
| JP2009145336A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | Ulis | 抵抗型イメージングボロメータを含む電磁放射を検出するための装置、そのような装置の行列を含むシステム、及びそのようなシステムのイメージングボロメータを読み出すための方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010508 |