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JP4839977B2 - Infrared sensor device - Google Patents

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JP4839977B2
JP4839977B2 JP2006171890A JP2006171890A JP4839977B2 JP 4839977 B2 JP4839977 B2 JP 4839977B2 JP 2006171890 A JP2006171890 A JP 2006171890A JP 2006171890 A JP2006171890 A JP 2006171890A JP 4839977 B2 JP4839977 B2 JP 4839977B2
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祥文 渡部
聡 兵頭
裕司 高田
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Panasonic Corp
Matsushita Electric Works Ltd
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Description

本発明は、赤外線センサ装置に関するものである。   The present invention relates to an infrared sensor device.

従来から、赤外線センサ装置の一例として、図8に示す構成の熱型赤外線イメージセンサが提案されている(特許文献1参照)。   Conventionally, as an example of an infrared sensor device, a thermal infrared image sensor having a configuration shown in FIG. 8 has been proposed (see Patent Document 1).

図8に示す構成の熱型赤外線イメージセンサは、温度上昇に応じたアナログの電流値を出力する熱型赤外線検出素子(感熱素子)101を有する複数の画素100がマトリクス状に配列された赤外線センサIS’と、赤外線センサIS’の各列の複数の画素100が各列ごとに共通接続された複数の垂直読み出し線102と、赤外線センサIS’の各行の複数の画素100が各行ごとに共通接続された複数のクロックライン103と、各垂直読み出し線102ごとに設けられ熱型赤外線検出素子101の出力を増幅する複数のバッファ増幅器107と、各バッファ増幅器107の出力を所定時間積分する複数の積分回路110と、各積分回路110の後段側に設けられた複数の蓄積用コンデンサCTとを備えており、各蓄積用コンデンサCTの電圧を出力端子VOから時系列的に読み出すことができるようになっている。   The thermal infrared image sensor having the configuration shown in FIG. 8 is an infrared sensor in which a plurality of pixels 100 each having a thermal infrared detection element (thermal element) 101 that outputs an analog current value corresponding to a temperature rise are arranged in a matrix. IS ′ and a plurality of pixels 100 in each column of the infrared sensor IS ′ are commonly connected to each column, and a plurality of pixels 100 in each row of the infrared sensor IS ′ are commonly connected to each row. A plurality of clock lines 103, a plurality of buffer amplifiers 107 provided for each vertical readout line 102 to amplify the output of the thermal infrared detecting element 101, and a plurality of integrations for integrating the outputs of the buffer amplifiers 107 for a predetermined time. Circuit 110 and a plurality of storage capacitors CT provided on the subsequent stage side of each integration circuit 110, and each storage capacitor CT And it is capable of reading a time series a voltage from the output terminal VO.

ここにおいて、熱型赤外線検出素子101は、抵抗ボロメータ型の赤外線検出素子(例えば、特許文献2,3参照)により構成されている。また、積分回路110は、増幅器110aと、増幅器110aの入力端子・出力端子間に接続された積分用コンデンサCSと、積分用コンデンサCSの両端間にソース・ドレイン間が接続されたリセット用MOSトランジスタQSとで構成されている。   Here, the thermal-type infrared detection element 101 is configured by a resistance bolometer-type infrared detection element (for example, see Patent Documents 2 and 3). The integration circuit 110 includes an amplifier 110a, an integration capacitor CS connected between the input terminal and the output terminal of the amplifier 110a, and a reset MOS transistor in which a source and a drain are connected between both ends of the integration capacitor CS. It is composed of QS.

また、上記特許文献1に開示された熱型赤外線イメージセンサには、バッファ増幅器107のオフセットを補償するオフセット補償手段も設けられている。   The thermal infrared image sensor disclosed in Patent Document 1 is also provided with offset compensation means for compensating for the offset of the buffer amplifier 107.

なお、熱型赤外線検出素子としては、抵抗ボロメータ型の赤外線検出素子の他に、誘電体ボロメータ型の赤外線検出素子や、サーモパイル型の赤外線検出素子(上記特許文献3参照)なども広く用いられている。
特開平10−145677号公報 特開2000−97765号公報 特許第3040356号公報
In addition to the resistance bolometer-type infrared detection element, a dielectric bolometer-type infrared detection element, a thermopile-type infrared detection element (see Patent Document 3), and the like are widely used as the thermal infrared detection element. Yes.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-145679 JP 2000-97765 A Japanese Patent No. 3040356

ところで、赤外線センサIS’の出力の信号成分の周波数は0〜数10Hz程度であり、人の動きによって入射する赤外線量が変動した際の出力変動は微小であるが、上記特許文献1に開示された赤外線センサ装置では、赤外線センサIS’の出力を積分回路110において積分して増幅する際に信号成分と同じ低周波帯域にフリッカ雑音が発生し、フリッカ雑音や白色雑音(ホワイトノイズ)の影響でS/N比が低下してしまう。   By the way, the frequency of the signal component of the output of the infrared sensor IS ′ is about 0 to several tens Hz, and the output fluctuation when the amount of the incident infrared ray fluctuates due to the movement of the person is very small. In the infrared sensor device, when the output of the infrared sensor IS ′ is integrated and amplified by the integration circuit 110, flicker noise is generated in the same low frequency band as the signal component, and is affected by flicker noise and white noise (white noise). S / N ratio will fall.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、S/N比を向上させることができる赤外線センサ装置を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said reason, The objective is to provide the infrared sensor apparatus which can improve S / N ratio.

請求項1の発明は、赤外線の吸収による温度変化に応じたアナログ量の出力値を発生する赤外線センサと、赤外線センサの出力を信号成分の周波数に対して十分に高い周波数の変調信号で変調する変調器と、変調器の出力を増幅する増幅器と、増幅器の出力を前記変調信号に同期した復調信号で抽出する復調器と、復調器の後段に設けられカットオフ周波数が前記復調信号の周波数よりも低く赤外線センサの信号成分の周波数域よりも高いアナログローパスフィルタと、赤外線センサの信号成分の周波数に対して十分高いサンプリング周波数でアナログローパスフィルタの出力をアナログ−ディジタル変換するA/Dコンバータと、A/Dコンバータの後段側に設けられカットオフ周波数が赤外線センサの信号成分の周波数域よりも高くA/Dコンバータのサンプリング周波数の2分の1以下であるディジタルローパスフィルタとを備えてなり、赤外線センサが複数の熱型赤外線検出素子を有したアレイセンサであり、各熱型赤外線検出素子の出力を変調器に時系列的に入力させるための走査信号を発生する走査器と、増幅器と復調器との間に挿入され増幅器の出力を各熱型赤外線検出素子それぞれに対応した出力に分離する信号分離器とを備えてなることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, an infrared sensor that generates an analog output value corresponding to a temperature change due to infrared absorption, and the output of the infrared sensor is modulated with a modulation signal having a frequency sufficiently higher than the frequency of the signal component. A modulator, an amplifier for amplifying the output of the modulator, a demodulator for extracting the output of the amplifier with a demodulated signal synchronized with the modulated signal, and a cutoff frequency provided at a subsequent stage of the demodulator from the frequency of the demodulated signal An analog low-pass filter that is lower and higher than the frequency range of the signal component of the infrared sensor, and an A / D converter that analog-digital converts the output of the analog low-pass filter at a sufficiently high sampling frequency with respect to the frequency of the signal component of the infrared sensor; The cutoff frequency provided at the rear stage of the A / D converter is higher than the frequency range of the signal component of the infrared sensor. It and a digital low-pass filter is less than half the sampling frequency of the converter, the infrared sensor is an array sensor having a plurality of thermal type infrared sensing device, modulator the output of each thermal type infrared sensing device A scanner for generating a scanning signal to be input in time series, and a signal separator which is inserted between the amplifier and the demodulator and separates the output of the amplifier into an output corresponding to each thermal infrared detection element, and and characterized in that it comprises a.

この発明によれば、赤外線センサの出力を信号成分の周波数に対して十分に高い周波数の変調信号で変調する変調器と、変調器の出力を増幅する増幅器と、増幅器の出力を前記変調信号に同期した復調信号で抽出する復調器とを備えているので、赤外線センサの微小な出力を増幅しながらも赤外線センサの信号成分と増幅器で発生するフリッカ雑音とを分離できて、復調器の後段に設けられカットオフ周波数が前記復調信号の周波数よりも低く赤外線センサの信号成分の周波数域よりも高いアナログローパスフィルタによってフリッカ雑音を除去でき、しかも、赤外線センサの信号成分の周波数に対して十分高いサンプリング周波数でアナログローパスフィルタの出力をアナログ−ディジタル変換するA/Dコンバータと、A/Dコンバータの後段側に設けられカットオフ周波数が赤外線センサの信号成分の周波数域よりも高くA/Dコンバータのサンプリング周波数の2分の1以下であるディジタルローパスフィルタとを備えているので、サンプリング定理により、ディジタルローパスフィルタによって白色雑音を低減することができるから、フリッカ雑音および白色雑音を低減でき、S/N比を向上させることができる。   According to the present invention, the modulator that modulates the output of the infrared sensor with a modulation signal having a frequency sufficiently higher than the frequency of the signal component, the amplifier that amplifies the output of the modulator, and the output of the amplifier as the modulation signal. Since it is equipped with a demodulator that extracts with a synchronized demodulated signal, it can separate the signal component of the infrared sensor and the flicker noise generated by the amplifier while amplifying the minute output of the infrared sensor, Flicker noise can be removed by an analog low-pass filter that is provided and has a cutoff frequency lower than the frequency of the demodulated signal and higher than the frequency range of the signal component of the infrared sensor, and sampling that is sufficiently higher than the frequency of the signal component of the infrared sensor A / D converter for analog-digital conversion of analog low-pass filter output by frequency, and A / D converter A digital low-pass filter that is provided on the rear stage side and has a cutoff frequency higher than the frequency range of the signal component of the infrared sensor and less than half of the sampling frequency of the A / D converter. Since white noise can be reduced by the low-pass filter, flicker noise and white noise can be reduced, and the S / N ratio can be improved.

また、この発明によれば、赤外線センサにおける各熱型赤外線検出素子の出力を変調器に時系列的に入力させるための走査信号を発生する走査器と、増幅器と復調器との間に挿入され増幅器の出力を各熱型赤外線検出素子それぞれに対応した出力に分離する信号分離器とを備えているので、複数の熱型赤外線検出素子の出力を1個の増幅器で増幅することができ、各熱型赤外線検出素子の出力を異なる増幅器で増幅する場合に比べて、S/N比のばらつきを低減できるとともに、回路構成の簡略化および低コスト化を図れる。 Further, according to this invention, a scanner for generating a scanning signal for time-sequentially receiving the output of the thermal type infrared sensing device of the infrared sensor to modulator, demodulation unit and the amplifier since the output of the inserted amplifier and a signal separator for separating the output corresponding to each of the thermal-type infrared detection element between, the one output of the plurality of thermal type infrared sensing device As compared with the case where the output of each thermal infrared detection element is amplified by a different amplifier, variation in the S / N ratio can be reduced, and the circuit configuration can be simplified and the cost can be reduced.

請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記熱型赤外線検出素子が抵抗ボロメータ型の赤外線検出素子であり、前記走査器の走査信号と前記変調器の変調信号とを同期させることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the thermal infrared detection element is a resistance bolometer type infrared detection element, and the scanning signal of the scanner and the modulation signal of the modulator are synchronized. Features.

この発明によれば、前記各熱型赤外線検出素子の出力を前記変調器で変調するタイミングの条件を一定にでき、性能の安定化を図れる。   According to the present invention, the timing condition for modulating the output of each thermal infrared detection element by the modulator can be made constant, and the performance can be stabilized.

請求項1の発明は、フリッカ雑音および白色雑音を低減でき、S/N比を向上させることができるという効果がある。   According to the first aspect of the present invention, flicker noise and white noise can be reduced, and the S / N ratio can be improved.

(実施形態1)
本実施形態の赤外線センサ装置は、図1に示すように、赤外線の吸収による温度変化に応じたアナログ量の出力値を発生する赤外線センサISと、赤外線センサISの出力を信号成分の周波数(0〜10Hz)に対して十分に高い周波数(フリッカ雑音の振幅レベルが信号成分の振幅レベルよりも十分小さくなる周波数よりも高い周波数であり、例えば、30kHz)の変調パルスで変調する変調器3と、変調器3の出力を増幅する増幅器4と、増幅器4の出力を上記変調パルスに同期した復調パルスで抽出する復調器6と、復調器6の後段に設けられカットオフ周波数が上記復調パルスの周波数(例えば、上記復調パルスの周期を〔変調パルスの周期〕×〔後述の信号分離器5で分離する信号の数〕として決めた場合の周波数であり、変調パルスの周波数が30kHz、信号分離器5で分離する信号の数が3であれば、10kHz)よりも低く赤外線センサISの信号成分の周波数域(0〜10Hz)よりも高いアナログローパスフィルタ(アナログ低域通過フィルタ)7と、赤外線センサISの信号成分の周波数に対して十分高いサンプリング周波数(例えば、10kHz)でアナログローパスフィルタ7の出力をアナログ−ディジタル変換するA/Dコンバータ8と、A/Dコンバータ8の後段側に設けられカットオフ周波数が赤外線センサISの信号成分の周波数域よりも高くA/Dコンバータ8のサンプリング周波数の2分の1以下(例えば、20Hz)であるディジタルローパスフィルタ(ディジタル低域通過フィルタ)9とを備えている。なお、本実施形態では、上記変調パルスが変調信号を構成し、上記復調パルスが復調信号を構成している。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the infrared sensor device of the present embodiment includes an infrared sensor IS that generates an analog output value corresponding to a temperature change due to infrared absorption, and an output of the infrared sensor IS that has a frequency (0 A modulator 3 that modulates with a modulation pulse of a sufficiently high frequency (the frequency at which the amplitude level of flicker noise is sufficiently lower than the amplitude level of the signal component, for example, 30 kHz), An amplifier 4 for amplifying the output of the modulator 3, a demodulator 6 for extracting the output of the amplifier 4 with a demodulated pulse synchronized with the modulation pulse, and a cutoff frequency provided at the subsequent stage of the demodulator 6 is the frequency of the demodulated pulse. (For example, the frequency when the demodulation pulse period is determined as [modulation pulse period] × [number of signals separated by the signal separator 5 described later] If the frequency of the pulse is 30 kHz and the number of signals separated by the signal separator 5 is 3, an analog low-pass filter (analog low) that is lower than 10 kHz and higher than the frequency range (0 to 10 Hz) of the signal component of the infrared sensor IS. Band-pass filter) 7, an A / D converter 8 for analog-to-digital conversion of the output of the analog low-pass filter 7 at a sufficiently high sampling frequency (for example, 10 kHz) with respect to the frequency of the signal component of the infrared sensor IS, and A / D A digital low-pass filter (digital) that is provided on the rear stage side of the converter 8 and whose cutoff frequency is higher than the frequency range of the signal component of the infrared sensor IS and is half or less (for example, 20 Hz) of the sampling frequency of the A / D converter 8. Low-pass filter) 9. In the present embodiment, the modulation pulse constitutes a modulation signal, and the demodulation pulse constitutes a demodulation signal.

本実施形態では、アナログローパスフィルタ7のカットオフ周波数を5kHzに設定し、A/Dコンバータ8のサンプリング周波数を10kHzに設定し、ディジタルローパスフィルタ9のカットオフ周波数を20Hzに設定してあるが、これらの数値は一例である。ただし、サンプリング定理より、A/Dコンバータ8のサンプリング周波数はアナログローパスフィルタ7のカットオフ周波数の2倍以上であることが望ましい。なお、赤外線センサISの出力は、人の動きによって入射する赤外線量が変動する場合には10Hz程度の周波数成分を含むが、人が静止していて入射する赤外線量の変動がない場合には直流となる。   In this embodiment, the cutoff frequency of the analog low-pass filter 7 is set to 5 kHz, the sampling frequency of the A / D converter 8 is set to 10 kHz, and the cutoff frequency of the digital low-pass filter 9 is set to 20 Hz. These numbers are examples. However, from the sampling theorem, it is desirable that the sampling frequency of the A / D converter 8 is at least twice the cutoff frequency of the analog low-pass filter 7. The output of the infrared sensor IS includes a frequency component of about 10 Hz when the amount of incident infrared rays varies due to the movement of a person, but the direct current when there is no change in the amount of incident infrared rays when the person is stationary. It becomes.

また、本実施形態の赤外線センサ装置は、赤外線センサISが複数(本実施形態では、3つ)の熱型赤外線検出素子1(図2参照)がアレイ状に配列されたアレイセンサであり、上述の復調器6およびアナログローパスフィルタ7それぞれが複数個(本実施形態では、3個)ずつ設けられており、各熱型赤外線検出素子1の出力を変調器3に時系列的に入力させるための走査信号を発生する走査器2と、増幅器4と複数の復調器6との間に挿入され増幅器4の出力を各熱型赤外線検出素子1それぞれに対応した出力(信号)に分離する信号分離器5と、複数個のアナログローパスフィルタ7とA/Dコンバータ8との間に挿入され複数個のアナログローパスフィルタ7の出力を択一的にA/Dコンバータ8に入力するマルチプレクサ10とを備えている。   Further, the infrared sensor device of the present embodiment is an array sensor in which a plurality of infrared sensors IS (three in the present embodiment) are arranged in the form of an array of thermal infrared detection elements 1 (see FIG. 2). Each of the demodulator 6 and the analog low-pass filter 7 is provided in plural (three in this embodiment), and the output of each thermal infrared detecting element 1 is input to the modulator 3 in time series. A scanner 2 that generates a scanning signal, and a signal separator that is inserted between the amplifier 4 and the plurality of demodulators 6 and separates the output of the amplifier 4 into outputs (signals) corresponding to the thermal infrared detection elements 1 respectively. 5 and a multiplexer 10 that is inserted between the plurality of analog low-pass filters 7 and the A / D converter 8 and alternatively inputs the outputs of the plurality of analog low-pass filters 7 to the A / D converter 8. Eteiru.

ここにおいて、本実施形態では、走査器2の走査信号と変調器3の変調パルスと信号分離器5とを同期させるためのタイミング信号を走査器2および変調器3および信号分離器5へ与えるコントローラ(図示せず)を備えている。ここで、本実施形態では、走査器2の走査信号によりサイクリックに選択する熱型赤外線検出素子1の切り換え周波数は、変調器3の変調パルスの周波数(変調周波数)と同じとしてあるが、変調周波数よりも低くてもよい。ただし、変調パルスとタイミング信号とを同期させるようにすることで赤外線センサ装置の簡略化を図れる。また、信号分離器5は、増幅器4の出力を各熱型赤外線検出素子1それぞれに対応した出力に分離するための複数(本実施形態では、3つ)のスイッチ素子(図示せず)を備えており、各スイッチ素子が上記コントローラから与えられるタイミング信号によってサイクリックにオンされる。   Here, in the present embodiment, a controller that provides a timing signal for synchronizing the scanning signal of the scanner 2, the modulation pulse of the modulator 3, and the signal separator 5 to the scanner 2, the modulator 3, and the signal separator 5. (Not shown). Here, in this embodiment, the switching frequency of the thermal infrared detection element 1 that is cyclically selected by the scanning signal of the scanner 2 is the same as the frequency of the modulation pulse of the modulator 3 (modulation frequency). It may be lower than the frequency. However, the infrared sensor device can be simplified by synchronizing the modulation pulse and the timing signal. The signal separator 5 includes a plurality (three in this embodiment) of switch elements (not shown) for separating the output of the amplifier 4 into outputs corresponding to the respective thermal infrared detection elements 1. Each switch element is cyclically turned on by a timing signal provided from the controller.

なお、本実施形態では、複数の熱型赤外線検出素子1が1次元アレイ状に配列されているが、2次元アレイ状(マトリクス状)に配列されていてもよく、この場合には、水平走査用の走査器(水平走査回路)と垂直走査用の走査器(垂直走査回路)とを設け、各熱型赤外線検出素子1の出力が変調器3に時系列的に入力されるように各走査器から走査信号を発生させるようにすればよく、各熱型赤外線検出素子1それぞれを画素とする赤外線画像を得ることができる。   In the present embodiment, the plurality of thermal infrared detection elements 1 are arranged in a one-dimensional array, but may be arranged in a two-dimensional array (matrix). In this case, horizontal scanning is performed. And a scanning device for vertical scanning (vertical scanning circuit), each scanning is performed so that the output of each thermal infrared detection element 1 is input to the modulator 3 in time series. A scanning signal may be generated from the detector, and an infrared image having each thermal infrared detection element 1 as a pixel can be obtained.

熱型赤外線検出素子1は、図2(a),(b)に示すように、ベース基板11と、ベース基板11の一表面側(図2(b)の上面側)に配置され赤外線を吸収するとともに該吸収による温度変化を検知する温度検知部13と、温度検知部13がベース基板11の一表面(図1(b)における上面)から離間して配置されるように温度検知部13を支持して温度検知部13とベース基板11とを熱絶縁する断熱部14と、温度検知部13におけるベース基板11側とは反対側に積層され赤外線を吸収する赤外線吸収層15と、ベース基板11の上記一表面上に形成され赤外線吸収層15および温度検知部13および断熱部14を透過した赤外線を温度検知部13側へ反射する赤外線反射膜16とを備えている。なお、本実施形態では、赤外線センサISは複数の熱型赤外線検出素子1を備えているが、1枚のベース基板11の上記一表面側において複数の温度検知部13がアレイ状に配置され、各温度検知部13それぞれが各別の断熱部14により支持されてベース基板11と熱絶縁されている。 As shown in FIGS. 2A and 2B, the thermal infrared detecting element 1 is disposed on the base substrate 11 and one surface side of the base substrate 11 (upper surface side in FIG. 2B) and absorbs infrared rays. temperature detector 13 and the temperature detection unit 13 is temperature detection unit 13 so as to be spaced apart from the one surface of the base plate 11 (upper surface in FIG. 1 (b)) for detecting a temperature change due to the absorption while A heat insulating portion 14 that thermally insulates the temperature detecting portion 13 and the base substrate 11, an infrared absorbing layer 15 that is laminated on the opposite side of the temperature detecting portion 13 from the base substrate 11 side, and absorbs infrared rays, and a base substrate 11 and an infrared reflecting film 16 that reflects infrared rays formed on the one surface and transmitted through the infrared absorption layer 15, the temperature detection unit 13, and the heat insulation unit 14 toward the temperature detection unit 13. In the present embodiment, the infrared sensor IS includes a plurality of thermal infrared detection elements 1, but a plurality of temperature detection units 13 are arranged in an array on the one surface side of one base substrate 11, Each temperature detection unit 13 is supported by a separate heat insulation unit 14 and thermally insulated from the base substrate 11.

ここにおいて、ベース基板11は、シリコン基板11aと当該シリコン基板11aの一表面側に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁膜11bとで構成されている。なお、本実施形態における熱型赤外線検出素子1は、検出対象の赤外線として人体から放射される8μm〜13μmの波長帯の赤外線を想定しており、赤外線吸収層15の材料としてSiONを採用し、赤外線反射膜16の材料としては、Al−Siを採用している。なお、赤外線吸収層15の材料はSiONに限らず、例えばSi、SiO、金黒などを採用してもよい。 Here, the base substrate 11 includes a silicon substrate 11a and an insulating film 11b made of a silicon oxide film formed on one surface side of the silicon substrate 11a. Note that the thermal infrared detection element 1 in the present embodiment assumes infrared in the wavelength band of 8 μm to 13 μm emitted from the human body as infrared to be detected, and employs SiON as the material of the infrared absorption layer 15. As a material of the infrared reflecting film 16, Al-Si is adopted. The material of the infrared absorption layer 15 is not limited to SiON, and for example, Si 3 N 4 , SiO 2 , gold black, or the like may be employed.

また、検出対象の赤外線の中心波長をλ〔μm〕、赤外線吸収層15と赤外線反射膜16との間隔をd〔μm〕とすれば、d=λ/4に設計されており、検出対象の赤外線が人体から放射される赤外線なので、λ=10μmとして、d=2.5μmに設計されている。したがって、本実施形態における熱型赤外線検出素子1では、赤外線吸収層15に入射した赤外線の一部が赤外線吸収層15および温度検知部13で吸収され残りが透過するが、赤外線反射膜16で反射され再び赤外線吸収層15へ戻るようになり、赤外線吸収層15と赤外線反射膜16との間隔dがλ/4になっているので、検出対象の赤外線の波長に共振し吸収効率が高くなる。要するに、本実施形態では、赤外線吸収層15と赤外線反射膜16とで検出対象の赤外線の波長に共振し当該赤外線を定在させる共振器を構成している。   Further, if the center wavelength of the infrared ray to be detected is λ [μm] and the distance between the infrared absorbing layer 15 and the infrared reflecting film 16 is d [μm], d = λ / 4 is designed. Since infrared rays are emitted from the human body, λ = 10 μm and d = 2.5 μm are designed. Therefore, in the thermal infrared detection element 1 in the present embodiment, a part of the infrared light incident on the infrared absorption layer 15 is absorbed by the infrared absorption layer 15 and the temperature detection unit 13 and the rest is transmitted but reflected by the infrared reflection film 16. Then, it returns to the infrared absorption layer 15 again, and since the distance d between the infrared absorption layer 15 and the infrared reflection film 16 is λ / 4, it resonates with the wavelength of the infrared ray to be detected and the absorption efficiency increases. In short, in the present embodiment, the infrared absorbing layer 15 and the infrared reflecting film 16 constitute a resonator that resonates with the wavelength of the infrared rays to be detected and makes the infrared rays remain.

断熱部14は、ベース基板11の上記一表面から離間して配置されベース基板11側とは反対側に温度検知部13が形成される支持部41と、支持部41とベース基板11とを連結した2つの脚部42,42とを有している。   The heat insulating part 14 is arranged so as to be separated from the one surface of the base substrate 11 and the temperature detecting part 13 is formed on the side opposite to the base substrate 11 side, and the support part 41 and the base substrate 11 are connected to each other. The two leg portions 42 and 42 are provided.

これに対して、上述の温度検知部13は、断熱部14の脚部42,42に沿って形成された配線18a,18cを介してベース基板11の上記一表面上の金属膜(例えば、Al−Si膜など)からなる導体パターン12a,12cと電気的に接続されている。なお、本実施形態における赤外線センサISは、上述のように1枚のベース基板11の上記一表面側に複数の温度検知部13が配置されており、対をなす2つの導体パターン12a,12cがベース基板11の上記一表面側においてそれぞれ異なるバス配線と電気的に接続されているので、各温度検知部13の出力を各別に外部へ取り出すことが可能となっている。   On the other hand, the above-described temperature detection unit 13 includes a metal film (for example, Al) on the one surface of the base substrate 11 via the wirings 18a and 18c formed along the leg portions 42 and 42 of the heat insulating unit 14. -Electrically connected to the conductor patterns 12a, 12c made of a Si film or the like. In the infrared sensor IS according to the present embodiment, as described above, a plurality of temperature detectors 13 are arranged on the one surface side of one base substrate 11, and two conductor patterns 12a and 12c forming a pair are provided. Since the one surface side of the base substrate 11 is electrically connected to different bus wirings, the outputs of the temperature detection units 13 can be taken out to the outside separately.

本実施形態における熱型赤外線検出素子1は、抵抗ボロメータ型の赤外線検出素子であり、温度検知部13が、支持部41上に形成されたクロム膜からなる下部電極13aと、下部電極13a上に形成されたアモルファスシリコン膜からなる抵抗体層13bと、抵抗体層13b上に形成されたクロム膜からなる上部電極13cとからなるサーミスタにより構成されている。なお、本実施形態では、抵抗体層13bの材料としてアモルファスシリコンを採用しているが、抵抗体層13bの材料はアモルファスシリコンに限らず、例えば、チタン、酸化バナジウムなどを採用してもよい。   The thermal infrared detection element 1 in this embodiment is a resistance bolometer type infrared detection element, and the temperature detection unit 13 is formed on a lower electrode 13a made of a chromium film formed on a support unit 41, and on the lower electrode 13a. The thermistor includes a resistor layer 13b made of an amorphous silicon film and an upper electrode 13c made of a chromium film formed on the resistor layer 13b. In the present embodiment, amorphous silicon is used as the material of the resistor layer 13b. However, the material of the resistor layer 13b is not limited to amorphous silicon, and for example, titanium, vanadium oxide, or the like may be used.

ここにおいて、温度検知部13は、下部電極13aが一方の脚部42に沿って形成された配線18aを介して一方の導体パターン12aと電気的に接続され、上部電極13cが他方の脚部42に沿って形成された配線18cを介して他方の導体パターン12cと電気的に接続されている。また、本実施形態では、上記一方の配線18aの材料として、下部電極13aと同じクロムを採用し、上記他方の配線18cの材料として、上部電極13cと同じクロムを採用している。なお、温度検知部13は、材料を適宜選択することで一般的な薄膜形成技術を利用して形成することができる。   Here, in the temperature detection unit 13, the lower electrode 13 a is electrically connected to one conductor pattern 12 a via a wiring 18 a formed along one leg 42, and the upper electrode 13 c is connected to the other leg 42. Is electrically connected to the other conductor pattern 12c through a wiring 18c formed along the line 18c. In this embodiment, the same chromium as that of the lower electrode 13a is used as the material of the one wiring 18a, and the same chromium as that of the upper electrode 13c is used as the material of the other wiring 18c. The temperature detector 13 can be formed using a general thin film forming technique by appropriately selecting a material.

ところで、熱型赤外線検出素子1は、上述の断熱部14の脚部42,42が、ベース基板1の上記一表面側において導体パターン12a,12c上に立設された円筒状の支持ポスト部42a,42aと、支持ポスト部42a,42aの上端部と支持部41とを連結した梁部42b,42bとで構成されており、支持部41とベース基板11との間に間隙17が形成されている。ここで、各梁部42b,42bは、L字状の平面形状に形成されており、支持部41の厚み方向に沿った中心軸に対して回転対称性を有するように配置されている。なお、上述の配線18a,18cのうち脚部42,42の梁部42b,42bに沿って形成された部位の線幅は、当該配線18a,18cを通した熱伝達を抑制するために梁部42b,42bの幅寸法よりも十分に小さく設定してある。また、配線18a,18cのうち支持ポスト部42a,42aに沿って形成された部位は、支持ポスト部42a,42aの内周面の全体と導体パターン12a,12cの表面とに跨って形成されており、支持ポスト部42a,42aが配線18a,18cにより補強されている。 By the way, in the thermal infrared detecting element 1, the leg portions 42, 42 of the above-described heat insulating portion 14 are cylindrical support post portions 42a in which the one surface side of the base substrate 1 is erected on the conductor patterns 12a, 12c. , 42a, and beam portions 42b, 42b connecting the upper end portions of the support post portions 42a, 42a and the support portion 41, and a gap 17 is formed between the support portion 41 and the base substrate 11. Yes. Here, each beam part 42b and 42b is formed in the L-shaped planar shape, and is arrange | positioned so that it may have rotational symmetry with respect to the central axis along the thickness direction of the support part 41. As shown in FIG. Note that the line widths of the portions formed along the beam portions 42b and 42b of the leg portions 42 and 42 in the wirings 18a and 18c described above are beam portions in order to suppress heat transfer through the wires 18a and 18c. It is set sufficiently smaller than the width dimension of 42b, 42b. Moreover, the site | part formed along support post part 42a, 42a among wiring 18a, 18c is formed ranging over the whole inner peripheral surface of support post part 42a, 42a, and the surface of conductor pattern 12a, 12c. The support post portions 42a and 42a are reinforced by the wirings 18a and 18c.

また、熱型赤外線検出素子1は、断熱部14の脚部42,42および支持部41が多孔質材料により形成されている。ここで、断熱部14の脚部42,42および支持部41の多孔質材料として、多孔質の酸化シリコンの一種であるポーラスシリカを採用しているが、多孔質の酸化シリコン系有機ポリマーの一種であるメチル含有ポリシロキサン、多孔質の酸化シリコン系無機ポリマーの一種であるSi−H含有ポリシロキサン、シリカエアロゲルなどを採用してもよく、多孔質材料として、多孔質の酸化シリコン、多孔質の酸化シリコン系有機ポリマー、多孔質の酸化シリコン系無機ポリマーの群から選択される材料を採用すれば、断熱部4として非多孔質の酸化シリコンを採用する場合に比べて断熱性を向上できる。   Further, in the thermal infrared detecting element 1, the leg portions 42 and 42 and the support portion 41 of the heat insulating portion 14 are formed of a porous material. Here, porous silica, which is a kind of porous silicon oxide, is adopted as the porous material of the legs 42, 42 of the heat insulating part 14 and the support part 41, but a kind of porous silicon oxide organic polymer. Methyl-containing polysiloxane, Si-H-containing polysiloxane which is a kind of porous silicon oxide-based inorganic polymer, silica aerogel, etc. may be employed. As the porous material, porous silicon oxide, If a material selected from the group consisting of a silicon oxide organic polymer and a porous silicon oxide inorganic polymer is employed, the heat insulation can be improved as compared with the case where nonporous silicon oxide is employed as the heat insulating portion 4.

ここにおいて、本実施形態における断熱部14は、多孔度が60%のポーラスシリカ膜(多孔質シリコン酸化膜)により構成してあるが、多孔度が小さ過ぎると十分な断熱効果が得られず多孔度が大き過ぎると機械的強度が弱くなって構造形成が困難となるので、ポーラスシリカ膜の多孔度は例えば40%〜80%程度の範囲内で適宜設定することが望ましい。   Here, the heat insulating portion 14 in the present embodiment is constituted by a porous silica film (porous silicon oxide film) having a porosity of 60%. However, if the porosity is too small, a sufficient heat insulating effect cannot be obtained and the porous section is porous. If the degree is too high, the mechanical strength becomes weak and it becomes difficult to form a structure. Therefore, the porosity of the porous silica film is preferably set appropriately within a range of about 40% to 80%, for example.

ここで、2つの脚部42,42合計の熱コンダクタンスGは、脚部42の材料の熱伝導率をα〔W/(m・K)〕、脚部42の長さをL〔μm〕、脚部42の延長方向に直交する断面の断面積をSとすれば、G=2×α×(S/L)で求められるが、仮に、脚部42の材料がSiOの場合には、α=1.4〔W/(m・K)〕、L=50〔μm〕、S=10〔μm〕とすれば、熱コンダクタンスGは、
G=2×α×(S/L)=560×10−9〔W/K〕となる。
Here, the total thermal conductance G of the two leg portions 42 and 42 is such that the thermal conductivity of the material of the leg portion 42 is α [W / (m · K)], the length of the leg portion 42 is L [μm], If the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the extending direction of the leg portion 42 is S, it is obtained by G = 2 × α × (S / L). However, if the material of the leg portion 42 is SiO 2 , If α = 1.4 [W / (m · K)], L = 50 [μm], S = 10 [μm 2 ], the thermal conductance G is
G = 2 × α × (S / L) = 560 × 10 −9 [W / K].

これに対して、本実施形態のように、脚部42を多孔度が60%のポーラスシリカ膜により構成している場合には、α=0.05〔W/(m・K)〕、L=50〔μm〕、S=10〔μm〕とすれば、熱コンダクタンスGは、
G=2×α×(S/L)=2.0×10−8〔W/K〕
となり、熱コンダクタンスGを脚部42がシリコン酸化膜により構成される比較例の熱コンダクタンスGの10分の1よりも小さな値とすることができ、脚部42,42を通した熱伝達をより抑制することができ、高感度化を図れる。
On the other hand, when the leg portion 42 is composed of a porous silica film having a porosity of 60% as in this embodiment, α = 0.05 [W / (m · K)], L = 50 [μm] and S = 10 [μm 2 ], the thermal conductance G is
G = 2 × α × (S / L) = 2.0 × 10 −8 [W / K]
Thus, the thermal conductance G can be set to a value smaller than one tenth of the thermal conductance G of the comparative example in which the leg portion 42 is formed of a silicon oxide film, and the heat transfer through the leg portions 42 and 42 can be further improved. It can be suppressed and high sensitivity can be achieved.

また、支持部41の熱容量Cは、支持部41の体積比熱をcv、支持部41の厚み方向に直交する断面の面積をA〔μm〕、支持部41の厚さをd〔μm〕とすれば、C=cv×A×dで求められる。ここで、仮に、支持部41の材料がSiOの場合には、cv=1.8×10〔J/(m・K)〕、A=2500〔μm〕、d=0.5〔μm〕とすれば、支持部41の熱容量Cは、
C=cv×A×d=22.6×10−10〔J/K〕となる。
In addition, the heat capacity C of the support part 41 is such that the volume specific heat of the support part 41 is c v , the cross-sectional area orthogonal to the thickness direction of the support part 41 is A [μm 2 ], and the thickness of the support part 41 is d [μm]. Then, C = c v × A × d. Here, if the material of the support portion 41 is SiO 2 , c v = 1.8 × 10 6 [J / (m 3 · K)], A = 2500 [μm 2 ], d = 0. If 5 [μm], the heat capacity C of the support portion 41 is
C = c v × A × d = 22.6 × 10 −10 [J / K].

これに対して、本実施形態のように、支持部41を多孔度が60%のポーラスシリカ膜により構成している場合には、cv=0.88×10〔J/(m・K)〕、A=2500〔μm〕、d=0.5〔μm〕とすれば、支持部41の熱容量Cは、
C=cv×A×d=11.0×10−10〔J/K〕
となり、支持部41の熱容量Cを支持部41がシリコン酸化膜により構成される比較例の場合に比べて半分よりも小さな値とすることができ、時定数が小さくなって応答速度の高速化を図れる。
On the other hand, when the support portion 41 is composed of a porous silica film having a porosity of 60% as in this embodiment, c v = 0.88 × 10 6 [J / (m 3 · K)], A = 2500 [μm 2 ], and d = 0.5 [μm], the heat capacity C of the support 41 is
C = c v × A × d = 11.0 × 10 −10 [J / K]
Thus, the heat capacity C of the support portion 41 can be set to a value smaller than half that of the comparative example in which the support portion 41 is made of a silicon oxide film, and the time constant is reduced to increase the response speed. I can plan.

以下、本実施形態の赤外線センサ装置の動作例について図3および図4に基づいて説明する。   Hereinafter, an operation example of the infrared sensor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

例えば、赤外線センサISの3つの熱型赤外線検出素子1の出力波形が図3(a)の「イ」、「ロ」、「ハ」であるとすると、各熱型赤外線検出素子1の出力の周波数スペクトル分布(パワー密度スペクトル分布)は図4(a)の「イ」、「ロ」、「ハ」となり、白色雑音の周波数スペクトル分布は図4(a)中の「ニ」となる。   For example, if the output waveforms of the three thermal infrared detection elements 1 of the infrared sensor IS are “a”, “b”, and “c” in FIG. 3A, the output of each thermal infrared detection element 1 is The frequency spectrum distribution (power density spectrum distribution) is “a”, “b”, and “c” in FIG. 4A, and the frequency spectrum distribution of white noise is “d” in FIG. 4A.

ここで、変調器3の変調パルスが図3(b)に示すような波形であり、変調周波数がfc(変調パルスの周期が1/fc)であるとすると、変調器3の出力を増幅する増幅器4の出力波形は図3(c)のような波形となる。ここで、変調器3に入力される赤外線センサISの出力の周波数スペクトル分布は図4(b)のように図4(a)と同じであり、変調器3による変調後の出力の周波数スペクトル分布は図4(c)となる。つまり、熱型赤外線検出素子1の出力が変調周波数fcで交流化され、各熱型赤外線検出素子1の信号成分「イ」、「ロ」、「ハ」が変調周波数fcに移る。なお、図4(c)では、「イ」、「ロ」、「ハ」が信号成分、「ニ」が白色雑音、「ホ」がフリッカ雑音を示している。   Here, assuming that the modulation pulse of the modulator 3 has a waveform as shown in FIG. 3B and the modulation frequency is fc (the period of the modulation pulse is 1 / fc), the output of the modulator 3 is amplified. The output waveform of the amplifier 4 is as shown in FIG. Here, the frequency spectrum distribution of the output of the infrared sensor IS input to the modulator 3 is the same as that of FIG. 4A as shown in FIG. 4B, and the frequency spectrum distribution of the output after the modulation by the modulator 3 is performed. Is as shown in FIG. That is, the output of the thermal infrared detection element 1 is converted into an alternating current at the modulation frequency fc, and the signal components “I”, “B”, and “C” of each thermal infrared detection element 1 shift to the modulation frequency fc. In FIG. 4C, “i”, “b”, and “c” indicate signal components, “d” indicates white noise, and “e” indicates flicker noise.

次に、増幅器4の後段の信号分離器5から出力される各熱型赤外線検出素子1それぞれに対応した出力波形(つまり、各復調器6の入力波形)はそれぞれ図3(d−1)の「イ」、図3(d−2)の「ロ」、図3(d−3)の「ハ」のような波形となり、周波数スペクトル分布はそれぞれ図4(d−1)、図4(d−2)、図4(d−3)となる。なお、図4(d−1)〜(d−3)は、「イ」、「ロ」、「ハ」が信号成分、「ニ」が白色雑音、「ホ」がフリッカ雑音を示している。   Next, the output waveforms (that is, the input waveform of each demodulator 6) corresponding to each thermal infrared detecting element 1 output from the signal separator 5 following the amplifier 4 are shown in FIG. 3 (d-1). Waveforms such as “A”, “B” in FIG. 3D-2, and “C” in FIG. 3D-3, and the frequency spectrum distribution are shown in FIG. 4D-1 and FIG. -2) and FIG. 4 (d-3). 4D-1 to 4D-3, “I”, “B”, and “C” indicate signal components, “D” indicates white noise, and “E” indicates flicker noise.

次に、各復調器6にて復調された後で各アナログローパスフィルタ7から出力される各熱型赤外線検出素子1それぞれに対応した出力波形はそれぞれ図3(e−1)、図3(e−2)、図3(e−3)のような波形となり、周波数スペクトル分布は図4(e−1)、図4(e−2)、図4(e−3)となる。ここで、復調器6の復調パルスは、変調パルスと同じパルス幅で周期が3倍に設定されているので、復調器6を通すことにより、熱型赤外線検出素子1および増幅器4で発生する低周波域のフリッカ雑音が復調パルスの周波数(fc/3)に移り、熱型赤外線検出素子1の信号成分が元の低周波域に移る。なお、図4(e−1)、図4(e−2)、図4(e−3)は、カットオフ周波数が上記復調パルスの周波数よりも低く熱型赤外線検出素子1の信号成分の周波数域よりも高いアナログローパスフィルタ7から出力される出力波形に対応する周波数スペクトル分布なので、アナログローパスフィルタ7によりカットされた周波数スペクトル分布を破線で示してある。ここにおいて、図4(e−1)〜(e−3)は、「イ」、「ロ」、「ハ」が信号成分、「ニ」が白色雑音、「ホ」がフリッカ雑音を示しており、上述の破線で示したように白色雑音「ニ」の一部およびフリッカ雑音「ホ」がアナログローパスフィルタ7により除去されている。   Next, output waveforms corresponding to the thermal infrared detection elements 1 output from the analog low-pass filters 7 after being demodulated by the demodulator 6 are shown in FIGS. 3 (e-1) and 3 (e), respectively. -2) and the waveform as shown in FIG. 3 (e-3), and the frequency spectrum distribution is as shown in FIG. 4 (e-1), FIG. 4 (e-2), and FIG. 4 (e-3). Here, the demodulated pulse of the demodulator 6 has the same pulse width as that of the modulated pulse and the period is tripled, so that the low-frequency generated by the thermal infrared detecting element 1 and the amplifier 4 by passing through the demodulator 6 is reduced. The flicker noise in the frequency band moves to the frequency (fc / 3) of the demodulated pulse, and the signal component of the thermal infrared detecting element 1 moves to the original low frequency band. 4 (e-1), FIG. 4 (e-2), and FIG. 4 (e-3) show the frequency of the signal component of the thermal infrared detection element 1 whose cutoff frequency is lower than the frequency of the demodulation pulse. Since the frequency spectrum distribution corresponds to the output waveform output from the analog low-pass filter 7 higher than the frequency band, the frequency spectrum distribution cut by the analog low-pass filter 7 is indicated by a broken line. 4 (e-1) to (e-3), “i”, “b”, “ha” indicate signal components, “d” indicates white noise, and “e” indicates flicker noise. As shown by the broken line, part of the white noise “d” and flicker noise “e” are removed by the analog low-pass filter 7.

次に、赤外線センサISの信号成分の周波数に対して十分高いサンプリング周波数で各アナログローパスフィルタ7の出力のオーバーサンプリングを行うA/Dコンバータ8から出力される各熱型赤外線検出素子1それぞれに対応した出力はそれぞれ図3(f−1)、図3(f−2)、図3(f−3)に示すようになり、周波数スペクトルは図4(f−1)、図4(f−2)、図4(f−3)となる。なお、図4(f−1)〜(f−3)は、「イ」、「ロ」、「ハ」が信号成分、「ニ」が白色雑音を示している。   Next, each thermal infrared detection element 1 output from the A / D converter 8 that performs oversampling of the output of each analog low-pass filter 7 at a sampling frequency sufficiently higher than the frequency of the signal component of the infrared sensor IS is supported. 3 (f-1), FIG. 3 (f-2), and FIG. 3 (f-3), and the frequency spectrum is shown in FIG. 4 (f-1) and FIG. 4 (f-2). ) And FIG. 4 (f-3). 4 (f-1) to (f-3), “i”, “b”, and “c” indicate signal components, and “d” indicates white noise.

次に、カットオフ周波数が熱型赤外線検出素子1の信号成分の周波数(10Hz程度)よりも高くA/Dコンバータ8のサンプリング周波数fsの2分の1以下であるディジタルローパスフィルタ9から出力される各熱型赤外線検出素子1それぞれに対応した出力はそれぞれ図3(g−1)、図3(g−2)、図3(g−3)に示すようになり、周波数スペクトル分布は図4(g−1)、図4(g−2)、図4(g−3)となる。なお、図4(g−1)〜(g−3)は、「イ」、「ロ」、「ハ」が信号成分、「ニ」が白色雑音を示しており、図4(f−1)〜(f−3)に比べて白色雑音「ニ」が低減されている。   Next, it is output from the digital low-pass filter 9 whose cutoff frequency is higher than the frequency (about 10 Hz) of the signal component of the thermal infrared detecting element 1 and not more than half of the sampling frequency fs of the A / D converter 8. The outputs corresponding to the thermal infrared detection elements 1 are as shown in FIG. 3 (g-1), FIG. 3 (g-2), and FIG. 3 (g-3), respectively, and the frequency spectrum distribution is shown in FIG. g-1), FIG. 4G-2, and FIG. 4G-3. 4 (g-1) to (g-3), “i”, “b”, “ha” indicate signal components, and “d” indicates white noise. FIG. 4 (f-1) The white noise “d” is reduced compared to (f-3).

以上説明した赤外線センサ装置の動作例について、説明を簡単にするために、1つの熱型赤外線検出素子1の出力について着目すると、変調器3に入力される熱型赤外線検出素子1の出力の周波数スペクトル分布は図5(a)に示すようになり、信号成分「イ」と白色雑音「ニ」とが混在している。そして、変調器3により変調してから増幅器4にて増幅することで、周波数スペクトル分布は図5(b)に示すようになり、信号成分「イ」と白色雑音「ニ」と増幅器4にて発生したフリッカ雑音「ホ」とが混在するが、信号成分「イ」と増幅器4にて発生したフリッカ雑音「ホ」とを分離することができる。その後、復調器6にて復調された出力は図5(c)に示すように信号成分「イ」が元の周波数域に移る一方でフリッカ雑音「ホ」が復調パルスの周波数(fc/3)に移り、アナログローパスフィルタ7によりフリッカ雑音「ホ」が除去されて図5(d)に示すような周波数スペクトル分布となる。次に、A/Dコンバータ8でオーバーサンプリングを行うことにより、白色雑音「ニ」が図6(b)に示すように、熱型赤外線検出素子1の信号成分の周波数の2倍のナイキスト周波数(fs/2)でサンプリングを行った場合の比較例である図6(a)に比べて、パワー密度が低く高周波領域まで存在する周波数スペクトル分布となる。その後、アナログローパスフィルタに比べてカットオフ特性が急峻なディジタルローパスフィルタ9を通すことで白色雑音「ニ」が低減され、S/N比が向上する。なお、図6(a)〜(c)では、白色雑音量をAWとし、白色雑音量AWを斜線部で示してあるが、A/Dコンバータ8での量子化雑音は一定であるから、図6(a)と図6(b)とでは斜線部の面積が同じとなっている(図6(b)中のnは2以上の整数)。 In order to simplify the description of the operation example of the infrared sensor device described above, when attention is paid to the output of one thermal infrared detection element 1, the frequency of the output of the thermal infrared detection element 1 input to the modulator 3 The spectrum distribution is as shown in FIG. 5A, and the signal component “I” and the white noise “D” are mixed. Then, after more modulator to modulator 3 to amplify by the amplifier 4, the frequency spectrum distribution is as shown in FIG. 5 (b), signal components "b" and white noise "two" to the amplifier 4 The flicker noise “e” generated in this way is mixed, but the signal component “a” and the flicker noise “e” generated in the amplifier 4 can be separated. Thereafter, as shown in FIG. 5C, the output demodulated by the demodulator 6 shifts the signal component “A” to the original frequency range, while the flicker noise “E” is the frequency of the demodulated pulse (fc / 3). The flicker noise “e” is removed by the analog low-pass filter 7 to obtain a frequency spectrum distribution as shown in FIG. Next, the oversampling is performed by the A / D converter 8 so that the white noise “d” becomes a Nyquist frequency (twice the frequency of the signal component of the thermal infrared detection element 1 as shown in FIG. 6B). Compared to FIG. 6A which is a comparative example when sampling is performed at fs / 2), the power density is low and the frequency spectrum distribution exists up to the high frequency region. Thereafter, the white noise “d” is reduced by passing through the digital low-pass filter 9 having a sharper cutoff characteristic than the analog low-pass filter, and the S / N ratio is improved. In FIGS. 6A to 6C, the white noise amount is AW and the white noise amount AW is indicated by a hatched portion, but the quantization noise in the A / D converter 8 is constant. 6 (a) and FIG. 6 (b) have the same hatched area (n in FIG. 6 (b) is an integer of 2 or more).

以上説明した本実施形態の赤外線センサ装置では、赤外線センサISの出力を信号成分の周波数に対して十分に高い周波数の変調パルスで変調する変調器3と、変調器3の出力を増幅する増幅器4と、増幅器4の出力を上記変調パルスに同期した復調パルスで抽出する復調器5とを備えているので、赤外線センサISの微小な出力を増幅しながらも赤外線センサISの信号成分と増幅器4で発生するフリッカ雑音とを分離できて、復調器6の後段に設けられカットオフ周波数が上記復調パルスの周波数よりも低く赤外線センサISの信号成分の周波数域よりも高いアナログローパスフィルタ7によってフリッカ雑音を除去でき、しかも、赤外線センサISの信号成分の周波数に対して十分高いサンプリング周波数でアナログローパスフィルタ7の出力をアナログ−ディジタル変換するA/Dコンバータ8と、A/Dコンバータ8の後段側に設けられカットオフ周波数が赤外線センサISの信号成分の周波数域よりも高くA/Dコンバータ8のサンプリング周波数の2分の1以下であるディジタルローパスフィルタ9とを備えているので、ディジタルローパスフィルタ9によって白色雑音を低減することができるから、フリッカ雑音および白色雑音を低減でき、S/N比を向上させることができる。   In the infrared sensor device of the present embodiment described above, the modulator 3 that modulates the output of the infrared sensor IS with a modulation pulse having a frequency sufficiently higher than the frequency of the signal component, and the amplifier 4 that amplifies the output of the modulator 3. And the demodulator 5 for extracting the output of the amplifier 4 with a demodulated pulse synchronized with the modulation pulse, the signal component of the infrared sensor IS and the amplifier 4 are amplified while amplifying the minute output of the infrared sensor IS. The generated flicker noise can be separated, and the flicker noise is provided by the analog low-pass filter 7 which is provided at the subsequent stage of the demodulator 6 and whose cutoff frequency is lower than the frequency of the demodulated pulse and higher than the frequency range of the signal component of the infrared sensor IS. An analog low-pass filter that can be removed and that has a sampling frequency sufficiently higher than the frequency of the signal component of the infrared sensor IS A / D converter 8 for analog-to-digital conversion of the output of the A / D converter, and a sampling frequency of the A / D converter 8 provided on the rear stage side of the A / D converter 8 with a cutoff frequency higher than the frequency range of the signal component of the infrared sensor IS Because the digital low-pass filter 9 can reduce the white noise, the flicker noise and the white noise can be reduced, and the S / N ratio is improved. be able to.

また、本実施形態の赤外線センサ装置では、上述の信号分離器5を備えているので、赤外線センサISの複数の熱型赤外線検出素子1の出力を1個の増幅器4で増幅することができ、各熱型赤外線検出素子1の出力を異なる増幅器で増幅する場合に比べて、S/N比のばらつきを低減できるとともに、回路構成の簡略化および低コスト化を図れる。また、本実施形態の赤外線センサ装置では、熱型赤外線検出素子1が抵抗ボロメータ型の赤外線検出素子であり、走査器2の走査信号と変調器3の変調パルスとを上記コントローラからのタイミング信号により同期させるようにしているので、各熱型赤外線検出素子1の出力を変調器3で変調するタイミングの条件を一定にでき、性能の安定化を図れる。なお、赤外線センサISに熱型赤外線検出素子1の数は複数に限らず1つでもよく、熱型赤外線検出素子1が1つだけの場合には、上述の走査器2および信号分離器5は不要となる。   In addition, since the infrared sensor device of the present embodiment includes the signal separator 5 described above, the outputs of the plurality of thermal infrared detection elements 1 of the infrared sensor IS can be amplified by a single amplifier 4. Compared with the case where the output of each thermal infrared detecting element 1 is amplified by a different amplifier, the S / N ratio variation can be reduced, and the circuit configuration can be simplified and the cost can be reduced. Further, in the infrared sensor device of the present embodiment, the thermal infrared detection element 1 is a resistance bolometer type infrared detection element, and the scanning signal of the scanner 2 and the modulation pulse of the modulator 3 are determined by the timing signal from the controller. Since they are synchronized, the condition of timing for modulating the output of each thermal infrared detecting element 1 by the modulator 3 can be made constant, and the performance can be stabilized. The number of the thermal infrared detection elements 1 in the infrared sensor IS is not limited to a plurality, and may be one. When there is only one thermal infrared detection element 1, the above-described scanner 2 and signal separator 5 are It becomes unnecessary.

また、本実施形態では、熱型赤外線検出素子1の温度検知部13が断熱部14によりベース基板11と熱絶縁され、断熱部14が多孔質材料により形成されているので、断熱部14がSiOやSiなどの非多孔質材料により形成されている場合に比べて、断熱性が向上して感度が高くなり結果的にS/N比が向上するという利点があり、しかも、断熱部14の熱容量を小さくできて応答速度の高速化を図れる。また、断熱部14の支持部41がSiOやSiなどの非多孔質材料により形成されている場合に比べて、支持部41の熱容量を小さくできるから、各画素に占める支持部41の面積比を大きくできて各画素に占める温度検知部13の面積比(開口率)を高めることができ、温度検知部13の体積を大きくできるので、熱型赤外線検出素子1で発生する1/f雑音を低減でき、結果的に赤外線センサ装置のS/N比を向上させることができる。 Moreover, in this embodiment, since the temperature detection part 13 of the thermal type infrared detection element 1 is thermally insulated from the base substrate 11 by the heat insulating part 14 and the heat insulating part 14 is formed of a porous material, the heat insulating part 14 is made of SiO. 2 and Si 3 N 4 , there is an advantage in that the heat insulation is improved and the sensitivity is increased, resulting in an improvement in the S / N ratio. The heat capacity of the section 14 can be reduced, and the response speed can be increased. Moreover, since the heat capacity of the support part 41 can be reduced as compared with the case where the support part 41 of the heat insulating part 14 is formed of a non-porous material such as SiO 2 or Si 3 N 4 , the support part 41 occupying each pixel. The area ratio (opening ratio) of the temperature detector 13 occupying each pixel can be increased, and the volume of the temperature detector 13 can be increased. f Noise can be reduced, and as a result, the S / N ratio of the infrared sensor device can be improved.

なお、赤外線センサISは、図示しないパッケージ内を減圧雰囲気とすることで、断熱性が向上し、各温度検知部13の感度を高めることができる。   In addition, the infrared sensor IS can improve the heat insulation property and increase the sensitivity of each temperature detection unit 13 by setting the inside of a package (not shown) in a reduced pressure atmosphere.

(実施形態2)
本実施形態の赤外線センサ装置の基本構成は実施形態1と略同じであり、熱型赤外線検出素子1として、図7(a),(b)に示すようなサーモパイル型の赤外線検出素子を用いている点が相違する。他の構成は実施形態1と同じなので図示および説明を省略する。
(Embodiment 2)
The basic configuration of the infrared sensor device of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and a thermopile infrared detector as shown in FIGS. 7A and 7B is used as the thermal infrared detector 1. Is different. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, illustration and description thereof are omitted.

本実施形態における熱型赤外線検出素子1は、シリコン基板からなる半導体基板を用いて形成されたベース基板21と、ベース基板21の一表面(図7(a)における上面)に形成された凹所21aの周部の2点間に架け渡された梁部24と、ベース基板21の上記一表面からベース基板21の厚み方向に離間して配置され赤外線を吸収して熱に変換する赤外線吸収部25と、ベース基板21の上記一表面側において赤外線吸収部25の温度変化を検出する感温部30と、梁部24の中間部と赤外線吸収部25の中央部とを機械的且つ熱的に結合する結合部(接合柱)26とを備えている。なお、図7(a)は図7(b)のX−X’断面に対応している。   The thermal infrared detecting element 1 in the present embodiment includes a base substrate 21 formed using a semiconductor substrate made of a silicon substrate, and a recess formed on one surface of the base substrate 21 (upper surface in FIG. 7A). A beam portion 24 spanned between two points on the peripheral portion of 21a, and an infrared absorption portion that is disposed apart from the one surface of the base substrate 21 in the thickness direction of the base substrate 21 and absorbs infrared rays and converts them into heat 25, the temperature sensing part 30 for detecting the temperature change of the infrared absorption part 25 on the one surface side of the base substrate 21, the intermediate part of the beam part 24 and the central part of the infrared absorption part 25 are mechanically and thermally connected. A coupling portion (joining column) 26 to be coupled is provided. FIG. 7A corresponds to the X-X ′ cross section of FIG.

上述のベース基板21の一表面上には、絶縁層22が形成されており、当該絶縁層22は、ベース基板21の上記一表面上に形成されたシリコン酸化膜からなる第1の絶縁膜22aと、第1の絶縁膜22a上に積層されたシリコン酸化膜からなる第2の絶縁膜22bとで構成されている。   An insulating layer 22 is formed on one surface of the base substrate 21 described above, and the insulating layer 22 is a first insulating film 22 a made of a silicon oxide film formed on the one surface of the base substrate 21. And a second insulating film 22b made of a silicon oxide film stacked on the first insulating film 22a.

また、上述の梁部24は、ベース基板21の第1の絶縁膜22aに連続一体に形成された下部絶縁膜24aと、ベース基板21の第2の絶縁膜22bに連続一体に形成された上部絶縁膜24bとで構成されている。要するに、梁部24は、ベース基板20における凹所21aの周部の内側に配置され凹所21aの周部に連続一体に形成されている。ここにおいて、梁部24は、ベース基板21の厚み方向に直交する面内で蛇行する形状(上記面内で複数回折れ曲がったつづら折れ状の形状)に形成され、両端部がベース基板21における凹所21aの周部に連結されている。なお、第2の絶縁膜22bおよび上部絶縁膜24bは、シリコン酸化膜に限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。   In addition, the above-mentioned beam portion 24 includes a lower insulating film 24a formed integrally with the first insulating film 22a of the base substrate 21 and an upper portion formed integrally with the second insulating film 22b of the base substrate 21. It is comprised with the insulating film 24b. In short, the beam portion 24 is disposed inside the peripheral portion of the recess 21a in the base substrate 20 and is formed continuously and integrally with the peripheral portion of the recess 21a. Here, the beam portion 24 is formed in a meandering shape in a plane perpendicular to the thickness direction of the base substrate 21 (a bent shape in which a plurality of folds are bent in the plane), and both end portions are concave in the base substrate 21. It is connected with the peripheral part of the place 21a. Note that the second insulating film 22b and the upper insulating film 24b are not limited to the silicon oxide film, and may be formed of, for example, a silicon nitride film.

赤外線吸収部25は、それぞれ赤外線を吸収する赤外線吸収材料により形成された第1の赤外線吸収層25aと第2の赤外線吸収層25bとがベース基板21の厚み方向に積層されている。ここで、赤外線吸収部25は、外周形状が矩形状に形成されており、ベース基板21の上記一表面における凹所21aの矩形状の内周形状よりも外形寸法を大きく設定してある。なお、各赤外線吸収層25a,25bの赤外線吸収材料としては、SiONを採用しているが、SiONに限らず、例えば、Siでもよい。 In the infrared absorbing portion 25, a first infrared absorbing layer 25 a and a second infrared absorbing layer 25 b each formed of an infrared absorbing material that absorbs infrared rays are stacked in the thickness direction of the base substrate 21. Here, the outer peripheral shape of the infrared absorbing portion 25 is formed in a rectangular shape, and the outer dimension is set larger than the rectangular inner peripheral shape of the recess 21 a on the one surface of the base substrate 21. As the infrared absorbing material of the infrared absorption layer 25a, 25b, but employs a SiON, not limited to SiON, for example, it may be Si 3 N 4.

また、上述のように赤外線吸収部25の中央部と梁部24の中間部とを結合する結合部26は、シリコン酸化膜により構成されているが、シリコン酸化膜に限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。   Further, as described above, the coupling portion 26 that couples the central portion of the infrared absorption portion 25 and the intermediate portion of the beam portion 24 is formed of a silicon oxide film, but is not limited to a silicon oxide film, and for example, silicon nitride You may comprise by a film | membrane.

感温部30は、異種導電形の半導体エレメント31a,31bの対からなる複数(ここでは、2つ)の熱電対31が直列接続された細長のサーモパイルであって、梁部24に沿って配置されており、1つの冷接点部30Aがベース基板21における凹所21aの周部に配置されるとともに、2つの温接点部30Bが梁部24の中間部に配置されている。ここで、各熱電対31は、対となる半導体エレメント31a,31bの一方をp形ポリシリコンにより形成するとともに他方をn形ポリシリコンにより形成し、対となる半導体エレメント31a,31bの一端部同士が各半導体エレメント31a,31bそれぞれの材料に比べて熱伝導率の高い材料(例えば、アルミニウムなどの金属材料)からなる接合部31cを介して接続されており、対となる半導体エレメント31a,31bの各一端部と接合部31cとで温接点部30Bを構成している。   The temperature sensing unit 30 is an elongated thermopile in which a plurality of (here, two) thermocouples 31 made of pairs of semiconductor elements 31 a and 31 b of different conductivity types are connected in series and arranged along the beam portion 24. One cold junction part 30A is arranged in the peripheral part of the recess 21a in the base substrate 21 and two hot junction parts 30B are arranged in the middle part of the beam part 24. Here, each thermocouple 31 is formed by forming one of the paired semiconductor elements 31a and 31b with p-type polysilicon and the other with n-type polysilicon, and connecting one ends of the paired semiconductor elements 31a and 31b to each other. Are connected via a junction 31c made of a material having a higher thermal conductivity (for example, a metal material such as aluminum) than the material of each of the semiconductor elements 31a and 31b, and the pair of semiconductor elements 31a and 31b. Each one end part and the junction part 31c comprise the warm junction part 30B.

また、感温部30は、一方の熱電対31の半導体エレメント31bの他端部と他方の熱電対31の半導体エレメント31aの他端部とが金属材料からなる接合部31dを介して接続されており、上記一方の熱電対31の半導体エレメント31bの他端部と上記他方の熱電対31の半導体エレメント31aの他端部と接合部31dとで冷接点部30Aを構成している。ここにおいて、各半導体エレメント31a,31bの全長は、冷接点部30Aがベース基板21における凹所21aの周部に位置するように設定してある。なお、本実施形態の熱型赤外線検出素子1では、各半導体エレメント31a,31bが梁部24および上述の絶縁層22に埋設されているので、製造時には、第1の絶縁膜22aおよび下部絶縁膜24aを形成してから、各半導体エレメント31a,31bを形成し、その後、第2の絶縁膜22bおよび上部絶縁膜24bを形成すればよい。   In the temperature sensing unit 30, the other end of the semiconductor element 31b of one thermocouple 31 and the other end of the semiconductor element 31a of the other thermocouple 31 are connected via a joint 31d made of a metal material. The other end of the semiconductor element 31b of the one thermocouple 31, the other end of the semiconductor element 31a of the other thermocouple 31, and the junction 31d constitute a cold junction 30A. Here, the total length of each of the semiconductor elements 31 a and 31 b is set so that the cold junction portion 30 </ b> A is positioned in the peripheral portion of the recess 21 a in the base substrate 21. In the thermal infrared detecting element 1 of the present embodiment, since the semiconductor elements 31a and 31b are embedded in the beam portion 24 and the insulating layer 22, the first insulating film 22a and the lower insulating film are manufactured. After forming 24a, each of the semiconductor elements 31a and 31b is formed, and then the second insulating film 22b and the upper insulating film 24b are formed.

ところで、本実施形態の熱型赤外線検出素子1では、上述のように冷接点部30Aがベース基板21における凹所21aの周部に配置されるとともに、温接点部30Bが梁部24の中間部に配置されているが、温接点部30Bは当該温接点部30Bの一部が冷接点部30Aよりもベース基板21の厚み方向において当該ベース基板21の上記一表面から離れて位置して赤外線吸収部25と直接接している。具体的には、本実施形態の熱型赤外線検出素子では、冷接点部30Aは、絶縁層22に埋設されているのに対して、温接点部30Bにおける接合部31cが断面コ字状に形成されており、当該接合部31cの両脚片がベース基板21の厚み方向に沿って上述の上部絶縁膜24bと結合部26と第1の赤外線吸収層25aとに跨って埋設されるとともに中央片がベース基板21の厚み方向に直交する面内で赤外線吸収部25に埋設されている。   By the way, in the thermal infrared detecting element 1 of the present embodiment, the cold junction portion 30A is arranged in the peripheral portion of the recess 21a in the base substrate 21 as described above, and the hot junction portion 30B is an intermediate portion of the beam portion 24. However, the warm contact portion 30B is positioned such that a part of the warm contact portion 30B is located farther from the one surface of the base substrate 21 in the thickness direction of the base substrate 21 than the cold contact portion 30A. It is in direct contact with the part 25. Specifically, in the thermal infrared detection element of the present embodiment, the cold junction 30A is embedded in the insulating layer 22, whereas the junction 31c in the hot junction 30B is formed in a U-shaped cross section. The leg pieces of the joint portion 31c are embedded in the thickness direction of the base substrate 21 so as to straddle the upper insulating film 24b, the coupling portion 26, and the first infrared absorption layer 25a, and the central piece is The base substrate 21 is embedded in the infrared absorbing portion 25 within a plane orthogonal to the thickness direction.

以上説明した本実施形態における熱型赤外線検出素子1は、サーモパイルからなる感温部30の各温接点部30B,30Bそれぞれの一部が冷接点部30Aよりもベース基板21の厚み方向においてベース基板21の上記一表面から離れて位置して赤外線吸収部25と直接接しているので、赤外線吸収部25の熱が結合部26を通して各温接点部30B,30Bに熱伝達されるような構成に比べて、赤外線吸収部25と各温接点部30B,30Bとの温度差を低減できて感度を向上できて結果的に赤外線センサ装置のS/N比を向上させることができるとともに、応答速度を向上することができる。また、各温接点部30B,30Bの一部が各半導体エレメント31a,31bそれぞれの材料に比べて熱伝導率の高い材料により形成されているので、赤外線吸収部25と各温接点部30B,30Bとの温度差をより低減できて、より一層の高感度化を図れ赤外線センサ装置のS/N比が向上する。   In the thermal infrared detecting element 1 according to the present embodiment described above, a part of each of the hot contact portions 30B and 30B of the thermosensitive portion 30 made of a thermopile is formed in the base substrate 21 in the thickness direction of the base substrate 21 rather than the cold junction portion 30A. Since it is located away from the one surface of 21 and is in direct contact with the infrared absorbing portion 25, the heat of the infrared absorbing portion 25 is transferred to the hot junction portions 30B and 30B through the coupling portion 26. Thus, the temperature difference between the infrared absorbing part 25 and each of the hot contact parts 30B and 30B can be reduced, the sensitivity can be improved, and as a result, the S / N ratio of the infrared sensor device can be improved and the response speed can be improved. can do. Moreover, since a part of each warm junction part 30B, 30B is formed with the material whose heat conductivity is high compared with the material of each semiconductor element 31a, 31b, the infrared rays absorption part 25 and each warm junction part 30B, 30B. And the S / N ratio of the infrared sensor device can be improved.

実施形態1を示す赤外線センサ装置のブロック図である。1 is a block diagram of an infrared sensor device showing Embodiment 1. FIG. 同上における熱型赤外線検出素子を示し、(a)は概略斜視図、(b)は(a)のA−A’概略断面図である。The thermal type infrared detecting element same as the above is shown, (a) is a schematic perspective view, (b) is an A-A 'schematic sectional view of (a). 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 実施形態2における熱型赤外線検出素子を示し、(a)は概略断面図、(b)は(a)とは別の概略断面図である。The thermal infrared detection element in Embodiment 2 is shown, (a) is a schematic sectional drawing, (b) is a schematic sectional drawing different from (a). 従来例を示す概略回路図である。It is a schematic circuit diagram which shows a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

IS 赤外線センサ
1 熱型赤外線検出素子
2 走査器
3 変調器
4 増幅器
5 信号分離器
6 復調器
7 アナログローパスフィルタ
8 A/Dコンバータ
9 ディジタルローパスフィルタ
10 マルチプレクサ
IS infrared sensor 1 thermal infrared detection element 2 scanner 3 modulator 4 amplifier 5 signal separator 6 demodulator 7 analog low-pass filter 8 A / D converter 9 digital low-pass filter 10 multiplexer

Claims (2)

赤外線の吸収による温度変化に応じたアナログ量の出力値を発生する赤外線センサと、赤外線センサの出力を信号成分の周波数に対して十分に高い周波数の変調信号で変調する変調器と、変調器の出力を増幅する増幅器と、増幅器の出力を前記変調信号に同期した復調信号で抽出する復調器と、復調器の後段に設けられカットオフ周波数が前記復調信号の周波数よりも低く赤外線センサの信号成分の周波数域よりも高いアナログローパスフィルタと、赤外線センサの信号成分の周波数に対して十分高いサンプリング周波数でアナログローパスフィルタの出力をアナログ−ディジタル変換するA/Dコンバータと、A/Dコンバータの後段側に設けられカットオフ周波数が赤外線センサの信号成分の周波数域よりも高くA/Dコンバータのサンプリング周波数の2分の1以下であるディジタルローパスフィルタとを備えてなり、赤外線センサが複数の熱型赤外線検出素子を有したアレイセンサであり、各熱型赤外線検出素子の出力を変調器に時系列的に入力させるための走査信号を発生する走査器と、増幅器と復調器との間に挿入され増幅器の出力を各熱型赤外線検出素子それぞれに対応した出力に分離する信号分離器とを備えてなることを特徴とする赤外線センサ装置。 An infrared sensor that generates an output value of an analog amount corresponding to a temperature change due to infrared absorption, a modulator that modulates the output of the infrared sensor with a modulation signal having a frequency sufficiently higher than the frequency of the signal component, An amplifier for amplifying the output; a demodulator for extracting the output of the amplifier with a demodulated signal synchronized with the modulation signal; and a signal component of an infrared sensor provided at a subsequent stage of the demodulator with a cutoff frequency lower than the frequency of the demodulated signal An analog low-pass filter higher than the frequency range of the A / D converter, an A / D converter for analog-digital conversion of the output of the analog low-pass filter at a sufficiently high sampling frequency with respect to the frequency of the signal component of the infrared sensor, The cutoff frequency of the A / D converter is higher than the frequency range of the signal component of the infrared sensor. It and a digital low-pass filter is less than half of the ring frequency, infrared sensor is an array sensor having a plurality of thermal type infrared sensing device, a time in the modulator the output of each thermal type infrared sensing device A scanner for generating a scanning signal for sequential input; and a signal separator inserted between the amplifier and the demodulator for separating the output of the amplifier into an output corresponding to each thermal infrared detection element infrared sensor device characterized by comprising Te. 前記熱型赤外線検出素子が抵抗ボロメータ型の赤外線検出素子であり、前記走査器の走査信号と前記変調器の変調信号とを同期させることを特徴とする請求項1記載の赤外線センサ装置 2. The infrared sensor device according to claim 1, wherein the thermal infrared detection element is a resistance bolometer type infrared detection element and synchronizes a scanning signal of the scanner and a modulation signal of the modulator .
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