JPS6140523A - 熱電堆型赤外検出素子 - Google Patents
熱電堆型赤外検出素子Info
- Publication number
- JPS6140523A JPS6140523A JP16182784A JP16182784A JPS6140523A JP S6140523 A JPS6140523 A JP S6140523A JP 16182784 A JP16182784 A JP 16182784A JP 16182784 A JP16182784 A JP 16182784A JP S6140523 A JPS6140523 A JP S6140523A
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- Japan
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- temp
- sensitive
- detection element
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- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
- H10N10/81—Structural details of the junction
- H10N10/817—Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、熱赤外線計測において、熱赤外発生部の面積
を熱赤外量で検知することにより、熱赤外発生部の位置
情報を得るだめの赤外検出素子に関するものである。
を熱赤外量で検知することにより、熱赤外発生部の位置
情報を得るだめの赤外検出素子に関するものである。
従来例の構成とキの問題点
従来の熱電堆型赤外検出素子の構成を第１図に示す。基
板薄膜４の上に二種類の金属薄層１，２が図の様に交互
にジグザグ状に配置されている。
板薄膜４の上に二種類の金属薄層１，２が図の様に交互
にジグザグ状に配置されている。
感温接合部６の上に赤外吸収層３が配置されている。基
準接合部７は、左右の支持台６の上部の基板薄膜４上に
配置されていて、赤外線が入射しても昇温しないように
なっている。赤外吸収層３に赤外線が照射されると感温
接合部６は昇温し、基準接合部７との温度差に相当した
起電力が、ゼーベック効果により信号取出電極８に発生
する。ここで、赤外吸収層３の一部に微少面積の点状赤
外線を照射すると、その照射位置によって発生する起電
力が異なる。即ち、感温接合部６に近い位置では発生起
電力は高くなる。
準接合部７は、左右の支持台６の上部の基板薄膜４上に
配置されていて、赤外線が入射しても昇温しないように
なっている。赤外吸収層３に赤外線が照射されると感温
接合部６は昇温し、基準接合部７との温度差に相当した
起電力が、ゼーベック効果により信号取出電極８に発生
する。ここで、赤外吸収層３の一部に微少面積の点状赤
外線を照射すると、その照射位置によって発生する起電
力が異なる。即ち、感温接合部６に近い位置では発生起
電力は高くなる。
従−て、従来の熱電堆型赤外検出素子は面内感度の不均
一性が大きいという欠点を有している。
一性が大きいという欠点を有している。
そのため、赤外照射面積計測型検出器として使用する場
合は、その感温接合部６をなるべく一点に集中配置する
ような円型構造とし、これに赤外集光器としてオプチカ
ルコーンを組合せて使用する方法などが採用されている
。
合は、その感温接合部６をなるべく一点に集中配置する
ような円型構造とし、これに赤外集光器としてオプチカ
ルコーンを組合せて使用する方法などが採用されている
。
第２図がその構成の一例であるが、入射赤外線はオプチ
カルコーン２２の入口部の仮想面上で像を結ぶようにし
てあシ、この仮想面で赤外発生部の面積に対応した赤外
線を受は入れることになる。
カルコーン２２の入口部の仮想面上で像を結ぶようにし
てあシ、この仮想面で赤外発生部の面積に対応した赤外
線を受は入れることになる。
入射した赤外線は、オプチカルコーン２２の内部鏡面で
反射されて、全て最終的には熱電堆２０の感温接合部を
覆っている赤外吸収層２１に到達する。
反射されて、全て最終的には熱電堆２０の感温接合部を
覆っている赤外吸収層２１に到達する。
このような構成にすれば、赤外吸収層２１での赤外線は
ほぼ均一に分布するので、面内不均一の欠点を解決する
ことができる。
ほぼ均一に分布するので、面内不均一の欠点を解決する
ことができる。
しかし、余分なオプチカルコーン２２を採用しなければ
ならず、これは検出部の寸法増大につながる。更に赤外
結像面が大きくなるので、光学設計にも大きな影響を与
える。即ち、同一分解能を達成しようとすれば、結像面
が大きいほど焦点距離の長い光学系が必要となり、同一
の明るさを達成しようとすれば、口径の大きな集光系が
必要となる。
ならず、これは検出部の寸法増大につながる。更に赤外
結像面が大きくなるので、光学設計にも大きな影響を与
える。即ち、同一分解能を達成しようとすれば、結像面
が大きいほど焦点距離の長い光学系が必要となり、同一
の明るさを達成しようとすれば、口径の大きな集光系が
必要となる。
発明の目的
本発明は、熱電堆型赤外検出素子における面内感度不均
一性を解消し、オプチカルコーン等の光学設計上の制約
となるような構成をとらずに、赤外照射面積計測が可能
々熱電堆型赤外検出素子を実現することを目的としてい
る。
一性を解消し、オプチカルコーン等の光学設計上の制約
となるような構成をとらずに、赤外照射面積計測が可能
々熱電堆型赤外検出素子を実現することを目的としてい
る。
発明の構成
上記目的を達成するために、本発明による赤外検出素子
は基板薄膜の一方の面上にゼーベック効果を有する２種
類の金属薄層が交互に先端部が重なるように直列かジグ
ザグ状に接合されて配され、各接合部が１つおきに感温
接合部と基準接合部に分離されており、基板薄板の反対
面の前記感温接合部に対応する部分に赤外吸収層が形成
されるように構成される。
は基板薄膜の一方の面上にゼーベック効果を有する２種
類の金属薄層が交互に先端部が重なるように直列かジグ
ザグ状に接合されて配され、各接合部が１つおきに感温
接合部と基準接合部に分離されており、基板薄板の反対
面の前記感温接合部に対応する部分に赤外吸収層が形成
されるように構成される。
実施例の説明
以下本発明の実施例について図面とともに詳細に説明す
る。
る。
本発明による熱電堆型赤外検出素子の構成を第３図に示
す。同図ａは底面図、ｂは同図ａのＡ −Ａ′線断面図
である。ゼーベック効果を有する二種類の金属薄層３１
．３２は基板薄膜３４の赤外入射面の反対側に配置され
−Ｃいる。
す。同図ａは底面図、ｂは同図ａのＡ −Ａ′線断面図
である。ゼーベック効果を有する二種類の金属薄層３１
．３２は基板薄膜３４の赤外入射面の反対側に配置され
−Ｃいる。
一方赤外吸収層３３は、赤外入射側の基板薄膜上に配置
されているので、直接金属薄層３１．３２と接触し々い
。従って、金属性の熱伝導度の良い材料を採用できる。
されているので、直接金属薄層３１．３２と接触し々い
。従って、金属性の熱伝導度の良い材料を採用できる。
即ち、電気伝導度が高くてもさしつかえない。第１図の
構成であれば、電気的絶縁性材料でないと、感温接合部
が互に導通状態６・−ノ 又赤外吸収層３３での熱吸収による昇温現象は、基板薄
膜３４を介して感温接合部３６に伝わるので、すでに赤
外吸収層３３面内で熱拡散した状態となり少なくとも感
温接合部３６の１ピッチ分゛に相当する部分が均一に昇
温することになる。従って、このような均一昇温作用に
より、感温接合部３６の不連続性を補って面内感度が均
一となる。
構成であれば、電気的絶縁性材料でないと、感温接合部
が互に導通状態６・−ノ 又赤外吸収層３３での熱吸収による昇温現象は、基板薄
膜３４を介して感温接合部３６に伝わるので、すでに赤
外吸収層３３面内で熱拡散した状態となり少なくとも感
温接合部３６の１ピッチ分゛に相当する部分が均一に昇
温することになる。従って、このような均一昇温作用に
より、感温接合部３６の不連続性を補って面内感度が均
一となる。
次に具体的実施例について説明する。
二種類の金属薄層３１．３２はビスマスとアンチモンと
し、基板薄膜３４は厚さ５〜５０μｍの耐熱性有機フィ
ルム、たとえば厚さ２０μｍのカプトンフィルムとし、
支持台３５は銅ブロック、信号取出電極３日は金蒸着膜
とする。
し、基板薄膜３４は厚さ５〜５０μｍの耐熱性有機フィ
ルム、たとえば厚さ２０μｍのカプトンフィルムとし、
支持台３５は銅ブロック、信号取出電極３日は金蒸着膜
とする。
ビスマス、アンチモンは蒸着膜で薄層を形成し、感温接
合部３６の寸法は８０μｍＸ８０μｍ、隣接する感温接
合部との間隔は２０μｍとする。従って、感温接合部は
０．１ ｍｍに１ケの割合で並び、その個数は３０個で
ある。感温接合部３６と基準接合部３７の間隔は１ ｍ
ｍで、基準接合部の寸法は１８０μｍ×１８０μｍ と
する。
合部３６の寸法は８０μｍＸ８０μｍ、隣接する感温接
合部との間隔は２０μｍとする。従って、感温接合部は
０．１ ｍｍに１ケの割合で並び、その個数は３０個で
ある。感温接合部３６と基準接合部３７の間隔は１ ｍ
ｍで、基準接合部の寸法は１８０μｍ×１８０μｍ と
する。
ゼーベック効果特性の良いビスマス／アンチモン蒸着層
を得るには、蒸着時に基板薄膜３４の温度を２００℃以
上に昇温することが必要であり、そのために耐熱性の有
機フィルムを基板薄膜３４として用いる。
を得るには、蒸着時に基板薄膜３４の温度を２００℃以
上に昇温することが必要であり、そのために耐熱性の有
機フィルムを基板薄膜３４として用いる。
以上は全て、基板薄膜の赤外入射面の反対側に蒸着され
ているが、赤外吸収層３３だけは赤外入射面側に蒸着さ
れる。寸法は０．１ ｍｍ Ｘ ３．Ｏｍｍとし、本実
施例では、赤外吸収層３３として二重層構成を採用した
。即ち基板薄膜３４に接する薄層を１μｍ厚の金蒸着膜
とし、その上に連続して全黒膜を１μｍ厚に蒸着する。
ているが、赤外吸収層３３だけは赤外入射面側に蒸着さ
れる。寸法は０．１ ｍｍ Ｘ ３．Ｏｍｍとし、本実
施例では、赤外吸収層３３として二重層構成を採用した
。即ち基板薄膜３４に接する薄層を１μｍ厚の金蒸着膜
とし、その上に連続して全黒膜を１μｍ厚に蒸着する。
このような蒸着法は何ら特殊な技術を要さないで実施で
きる。
きる。
具体的に説明すると、はじめ１０’Ｔｏｒｒ より高真
空の状態で金を蒸着し次に窒素ガス９０％ 。
空の状態で金を蒸着し次に窒素ガス９０％ 。
水素ガス１０チの混合ガスを１〜数Ｔｏｒｒ蒸着槽の内
部に導入して全黒膜を蒸着すればよい。
部に導入して全黒膜を蒸着すればよい。
このようにして製作された熱電堆型赤外検出素子は、入
射赤外線を全黒膜で効率良く吸収し、その熱吸収によっ
て赤外照射部分は昇温する。次に金蒸着膜により赤外吸
収熱は横方向に熱伝導で拡がると同時に、基板薄板方向
にも同様に熱伝導で拡カリビスマス／アンチモンの感温
接合部の温度を上昇させることになる。
射赤外線を全黒膜で効率良く吸収し、その熱吸収によっ
て赤外照射部分は昇温する。次に金蒸着膜により赤外吸
収熱は横方向に熱伝導で拡がると同時に、基板薄板方向
にも同様に熱伝導で拡カリビスマス／アンチモンの感温
接合部の温度を上昇させることになる。
ここで、横方向の熱伝導と厚さ方向の熱伝導の熱時定数
を見積ると次のようになる。
を見積ると次のようになる。
τ１−Ｈρ４２／λ”” ｏ−２’ ｍ５ｅｃ
（１）ここで、 比熱 Ｈ＝ ０．２ ｃａｌ／（ｇｆ−ｄｅｇ）
熱伝導率 λ”” １５０ ｃａｌ ／ （ｍｍ ’
Ｈｒ ’ ｄｅｇ ）密度 ｐ ＝ ０．０２
ｇｆ／ｍｍ３拡散距離 １−０．０５ｍｍ とした。
（１）ここで、 比熱 Ｈ＝ ０．２ ｃａｌ／（ｇｆ−ｄｅｇ）
熱伝導率 λ”” １５０ ｃａｌ ／ （ｍｍ ’
Ｈｒ ’ ｄｅｇ ）密度 ｐ ＝ ０．０２
ｇｆ／ｍｍ３拡散距離 １−０．０５ｍｍ とした。
拡散距離ｌは感温接合部３６の並びのくりかえし間隔（
Ｊｌｍｍの捧とした。即ち、赤外照射部から両方向へ熱
が拡がる（ ｏ、ｏ ５ｍｍｘ ２方向）現象に関する
熱時定数を求めた。
１七 厚さ方向の熱伝導については、はとんど基板薄膜３４の
熱伝導で決まるので、次のように計算できる。
Ｊｌｍｍの捧とした。即ち、赤外照射部から両方向へ熱
が拡がる（ ｏ、ｏ ５ｍｍｘ ２方向）現象に関する
熱時定数を求めた。
１七 厚さ方向の熱伝導については、はとんど基板薄膜３４の
熱伝導で決まるので、次のように計算できる。
τ２＝＝Ｈρ１２／λ＝ １．４４ ｍｇｅｃ（２）こ
こで、 Ｈ＝ ０．２ ｃａｌ ／ （ｇｆ−ｄｅｇ）λ＝ ０
．２ ｃａｌ ／ （ｍｍ ＃ Ｈｒ ａ ｄｅｇ）ｐ
＝ Ｉ Ｘ １０−３ｇｆ／ｍｍ３１ ＝ ０．０２
ｍｍ とした。
こで、 Ｈ＝ ０．２ ｃａｌ ／ （ｇｆ−ｄｅｇ）λ＝ ０
．２ ｃａｌ ／ （ｍｍ ＃ Ｈｒ ａ ｄｅｇ）ｐ
＝ Ｉ Ｘ １０−３ｇｆ／ｍｍ３１ ＝ ０．０２
ｍｍ とした。
拡散距離ｌは、基板薄膜３４の厚さとした。即ちカプト
ンフィルムを通して、赤外吸収熱が高温接合部に達する
現象における熱時定数を算出したことになる。
ンフィルムを通して、赤外吸収熱が高温接合部に達する
現象における熱時定数を算出したことになる。
両者を比較すると、横方向への熱拡散が厚さ方向の熱時
定数の尻であり、それだけ短時間に、赤外吸収熱が均一
化することがわかる。
定数の尻であり、それだけ短時間に、赤外吸収熱が均一
化することがわかる。
ここで、基板薄膜３４の厚さを増せば、均一性は良くな
るが、それは赤外検出器としての熱時定数を太きくし、
かつ熱容量も増大するだめ赤外感度低下を招くので、赤
外検出器の特性を総合的に考慮して、５μｍ〜５０μｍ
が適切な条件である。
るが、それは赤外検出器としての熱時定数を太きくし、
かつ熱容量も増大するだめ赤外感度低下を招くので、赤
外検出器の特性を総合的に考慮して、５μｍ〜５０μｍ
が適切な条件である。
、本実施例は、この条件に適合している。
横方向への均一化という点では、感温接合部３６が密に
配列していれば、（１）式のｌが小さくなり、熱時定数
が短縮される。従って、本発明の目的を達成するに必要
な条件として、実施例で説明した０、１ｍｍピッチがそ
の限界条件で、これより間隔が粗くなると、面内感度均
一性に直接影響が現われてくる。
配列していれば、（１）式のｌが小さくなり、熱時定数
が短縮される。従って、本発明の目的を達成するに必要
な条件として、実施例で説明した０、１ｍｍピッチがそ
の限界条件で、これより間隔が粗くなると、面内感度均
一性に直接影響が現われてくる。
赤外吸収層における熱伝導性については、金。
アルハニウム蒸着膜で容易に得られる熱伝導率１５０
ｃａｌ／ｍｍ−Ｈｒ ＠ ４６ｇを設計基準としており
、製作技術上、困難のないような設計に々っている。
ｃａｌ／ｍｍ−Ｈｒ ＠ ４６ｇを設計基準としており
、製作技術上、困難のないような設計に々っている。
発明の効果
以上のように本発明は基板薄膜の一方の面上に２種類の
金属薄層が交互に、両端が重なるように直列に接合され
、各金属薄層の接合部が１つおきに感温接合部と基準接
合部に分離されており、基板薄膜の反対側の面に赤外吸
収層が形成された赤外検出素子で、熱電堆型赤外検出素
子の面内感度を均一にする効果があシ、実施例では、感
度のバラツキは±０．１チであった。
金属薄層が交互に、両端が重なるように直列に接合され
、各金属薄層の接合部が１つおきに感温接合部と基準接
合部に分離されており、基板薄膜の反対側の面に赤外吸
収層が形成された赤外検出素子で、熱電堆型赤外検出素
子の面内感度を均一にする効果があシ、実施例では、感
度のバラツキは±０．１チであった。
これにより、オプチカルコーンのような集光器は不要と
なり、結像寸法も３ｍｍにおさえることができ、小型の
光学系設計が可能となる。
なり、結像寸法も３ｍｍにおさえることができ、小型の
光学系設計が可能となる。
第１図ａ、ｂは従来の熱電堆型赤外検出素子の一例を示
す平面図およびそのＡ−Ａ’断面図、第２図は、従来の
熱電堆型赤外検出素子の使用例を示す概略断面図、第３
図ａ、ｂは、本発明による熱電堆型赤外検出素子の実施
例を示す底面図およびそのＡ−Ａ’断面図である。 １．３１・・・・・金属薄層、２，３２・・・・・・金
属薄層、３．２１．３３ ・・・・赤外吸収層、４，
３４・・・・・・基板薄膜、５，３５・・・・・・基板
薄膜支持台、６，３６・・・・・・感温接合部、７，３
７・・・・・・基準接合部、８゜３８・・・・・・信号
取出し電極。
す平面図およびそのＡ−Ａ’断面図、第２図は、従来の
熱電堆型赤外検出素子の使用例を示す概略断面図、第３
図ａ、ｂは、本発明による熱電堆型赤外検出素子の実施
例を示す底面図およびそのＡ−Ａ’断面図である。 １．３１・・・・・金属薄層、２，３２・・・・・・金
属薄層、３．２１．３３ ・・・・赤外吸収層、４，
３４・・・・・・基板薄膜、５，３５・・・・・・基板
薄膜支持台、６，３６・・・・・・感温接合部、７，３
７・・・・・・基準接合部、８゜３８・・・・・・信号
取出し電極。
Claims (4)
- （１）基板薄膜の一方の面上に２種類の金属薄層が交互
にかつその両端部が重なるように直列に配置され、前記
２種類の金属薄層の接合部が一つおきに感温接合部と基
準接合部に分離配置され、前記基板薄膜の他方の面上の
前記感温接合部に対応する部分に赤外吸収層が形成され
たことを特徴とする熱電堆型赤外検出素子。 - （２）感温接合部が０．１ｍｍ以下のピッチ間隔で配さ
れている特許請求の範囲第１項記載の熱電堆型赤外検出
素子。 - （３）赤外吸収層を二層構成とし、基板薄膜に接する層
を熱伝導性が１５０（Ｋｃａｌ／ｍ・Ｈｒ・ｄｅｇ）以
上の材質とし、その上の層は赤外吸収機能を有する材質
とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱
電堆型赤外検出素子。 - （４）基板薄膜が耐熱性有機フィルムで、厚さが５μｍ
〜５０μｍであることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の熱電堆型赤外検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16182784A JPS6140523A (ja) | 1984-08-01 | 1984-08-01 | 熱電堆型赤外検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16182784A JPS6140523A (ja) | 1984-08-01 | 1984-08-01 | 熱電堆型赤外検出素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6140523A true JPS6140523A (ja) | 1986-02-26 |
Family
ID=15742665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16182784A Pending JPS6140523A (ja) | 1984-08-01 | 1984-08-01 | 熱電堆型赤外検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6140523A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62114633A (ja) * | 1985-11-12 | 1987-05-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ハニカム形状体 |
| JPH02221821A (ja) * | 1989-02-22 | 1990-09-04 | Murata Mfg Co Ltd | 薄膜熱電素子 |
| JPH04105202U (ja) * | 1991-02-15 | 1992-09-10 | 川崎重工業株式会社 | 油圧装置の流量制御装置 |
| CN107068635A (zh) * | 2010-03-30 | 2017-08-18 | 德克萨斯仪器股份有限公司 | 半导体热电偶和传感器 |
-
1984
- 1984-08-01 JP JP16182784A patent/JPS6140523A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62114633A (ja) * | 1985-11-12 | 1987-05-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ハニカム形状体 |
| JPH02221821A (ja) * | 1989-02-22 | 1990-09-04 | Murata Mfg Co Ltd | 薄膜熱電素子 |
| JPH04105202U (ja) * | 1991-02-15 | 1992-09-10 | 川崎重工業株式会社 | 油圧装置の流量制御装置 |
| CN107068635A (zh) * | 2010-03-30 | 2017-08-18 | 德克萨斯仪器股份有限公司 | 半导体热电偶和传感器 |
| CN107068635B (zh) * | 2010-03-30 | 2020-05-05 | 德克萨斯仪器股份有限公司 | 半导体热电偶和传感器 |
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