JPH08278192A

JPH08278192A - 赤外線検出器

Info

Publication number: JPH08278192A
Application number: JP7082328A
Authority: JP
Inventors: Haruyuki Endo; 治之遠藤; Takeshi Fuse; 武士布施; Hiroyuki Ishida; 浩之石田
Original assignee: ISHIZUKA DENSHI KK
Current assignee: ISHIZUKA DENSHI KK
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 1996-10-22
Also published as: US5693942A

Abstract

(57)【要約】【目的】赤外線量を効率よく受光することによって検
出感度及び検出効率が向上した赤外線検出器を提供する
ことを目的とするものである。【構成】基台２に凹部６が形成され、凹部６底面に赤
外線反射膜７が形成され、基体に中空部を形成して架橋
構造の赤外線センサ１がその中空部と凹部６が対向する
ように基台２に固着され、基台２に載置された赤外線セ
ンサ１を、フィルタ３が設けられた蓋体４で被って、蓋
体４の周囲にホーン５が設けられた構造の赤外線検出器
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、赤外線検出器に関する
ものであり、詳しくは、非接触温度センサであって、温
度による感熱素子の抵抗変化を利用した赤外線量を検出
する赤外線検出器に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、物体の表面温度を非接触で検出す
る赤外線検出器の一例として、熱型赤外線検出器が知ら
れている。熱型赤外線検出器は、非接触で高温の物体や
移動物体の表面温度を測定するセンサであり、被検知体
から放射される赤外線のエネルギによってセンサの感熱
部の温度が上昇し、その感熱部の電気抵抗の変化を温度
変化としてとらえることによって被検知体の表面温度を
測定するものである。

【０００３】一般に、赤外線センサの感熱部は温度で抵
抗値が変化する遷移金属酸化物からなるサーミスタ材料
や金属抵抗材料からなる薄膜或いは薄膜熱電対等が用い
られている。被検知体から放射される赤外線線量は一般
に微弱なため、それを受けるセンサの感熱部は熱容量が
小さいこと、高い赤外線吸収特性が良好であること、更
には高精度な素子製造技術が要求されている。このよう
な観点からシリコン基板上に形成されたサーミスタ、或
いはアモルファスＳｉ等の感熱抵抗体からなる赤外線検
出部が形成された基板に、エッチングにより中空部を形
成して、赤外線検出部を架橋構造とした赤外線センサが
ある。

【０００４】しかし、このような構造の赤外線センサで
あっても、赤外線が微弱であるために、十分な感度を得
ることができないことから、これらの欠点を改良した赤
外線検出器が提案されている。例えば、特開平６−１３
７９３５号公報には、同様な薄膜抵抗体を用いた熱型赤
外線検出器が開示されている。図４を参照して説明する
と、この赤外線検出器は基板に中空部が形成された赤外
線センサが基台２に載置され、赤外線センサは基板１０
に架橋構造で支持された絶縁膜上に、一対の電極を有す
る抵抗体層からなる赤外線検出部１１が備えられ、基板
１０裏面の絶縁層１２が接着で基台２に固着され、赤外
線検出部１１と対面する基台２部分に凹部６が設けられ
た構造を有している。また、基台２には端子８が貫通し
て設けられ、端子８はワイヤ９によって赤外線センサの
電極１３と接続されている。４は赤外線センサを覆う蓋
体であり、蓋体４にはフィルタ３が設けられている。

【０００５】この赤外線検出器は、基台２に凹部６が形
成されることによって、赤外線検出部１１とこれに対面
する基台２との間隔が凹部６の深さ分だけ隔たったもの
となっている。赤外線検出部１１と基台２間には気体が
介在するので、赤外線検出部１１と基台２間の熱伝導が
少なくなり、赤外線検出部１１の熱容量を小さなものと
して熱絶縁性を良好なものとし、赤外線センサの感度を
従来よりも向上させることができた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の赤外線センサ
は、基台表面の熱伝導率が大きい場合には、センサから
基台へ放射熱伝達（熱輻射伝達）によって移動する熱が
増加する（基台へ逃げる熱が増加する）為に赤外線セン
サの温度上昇が低くなるので、その赤外線検出部に対面
する基台の部分に凹部を設けて赤外線検出部の熱絶縁性
を高めている。しかしながら、基台と凹部の間隔を大き
くして熱絶縁性を高くしたとしても基台の材料が放射率
の大きいものであれば、基台からの輻射熱によって赤外
線検出部の出力に影響を及ぼし、正確な温度検知ができ
ない欠点があった。また、放射率の小さい材料による基
台であっても、基台からの輻射熱の影響を受けないだけ
であって、正確な温度検知が可能であっても実質的な検
出感度の向上は望めない欠点があった。

【０００７】本発明は、上記の欠点に鑑みなされたもの
であって、被検知体から放射される赤外線を効率よく受
光することによって検出感度及び検出効率を向上し得る
赤外線検出器を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、半導体基板の一面上に設けられた絶
縁膜に感熱抵抗膜から構成された赤外線検出部を形成
し、前記基板に中空部を形成して前記赤外線検出部を架
橋構造とした赤外線センサを基台に実装してなる赤外線
検出器であって、前記赤外線センサを載置した基台の前
記赤外線検出部に対面する部分に凹部が形成され、前記
凹部の少なくとも底面に赤外線反射膜を設けたことを特
徴とする赤外線検出器である。

【０００９】また、第２の発明は、半導体基板の一面上
に設けられた絶縁膜に感熱抵抗膜から構成された赤外線
検出部を形成し、前記基板に中空部を形成して前記赤外
線検出部を架橋構造とした赤外線センサを基台に実装し
てなる赤外線検出器であって、前記赤外線センサを載置
する基台の前記赤外線センサの赤外線検出部に対面する
部分に貫通孔を設け、前記貫通孔を前記基台の外側から
赤外線反射膜で封じたことを特徴とする赤外線検知器で
ある。

【００１０】また、第３の発明は、半導体基板の一面上
に設けられた絶縁膜に感熱抵抗膜から構成された赤外線
検出部を形成し、前記基板に中空部を形成して前記赤外
線検出部を架橋構造とした赤外線センサを基台に実装し
てなる赤外線検出器であって、前記赤外線センサを載置
した基台の前記赤外線検出部に対面する部分に湾曲状凹
部が形成され、該湾曲状凹部内面に赤外線反射膜を設け
たことを特徴とする赤外線検出器である。また、第４の
発明は、第２の発明において、前記反射板が赤外線反射
率の高い金属板であることを特徴とする赤外線検出器で
ある。

【００１１】

【作用】本発明の赤外線検出器は、被測定物から放射さ
れる赤外線が赤外線検出部に入射して赤外線検出部の感
熱抵抗膜の温度を上昇させるとともに、基台部分の凹部
内面に設けた赤外線反射膜によって反射した赤外線も同
様にして感熱抵抗膜の温度を上昇させることができる。
また、基台に凹部又は貫通孔を設けることによって、赤
外線検出部と基台との間隔が大きくなって赤外線検出部
と基台との熱絶縁が良好になり、赤外線検出部から熱が
逃げ難くなるために赤外線検出器の検出感度を一層向上
させることが可能としたものである。また、赤外線反射
膜を湾曲させることによって赤外線検出部に赤外線を照
射させることができるので、検出感度を向上させたもの
である。また、赤外線反射膜を赤外線反射率の高い金属
膜とすることによって検出感度を向上させるたものであ
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の赤外線検出器の実施例につい
て図を参照して説明する。図１（ａ）は赤外線検出器の
一実施例を示すその上面からみた外観図であり、図１
（ｂ）はそのＸ─Ｘ′に沿った断面図である。同図にお
いて、１は赤外線センサであり、基台２に載置されてい
る。赤外線センサ１は、赤外線センサ１の電極部がワイ
ヤ９によって端子８と接続されている。基台２に載置さ
れた赤外線センサ１は、フィルタ３が設けられた蓋体４
によって封止されている。蓋体４の周囲にはホーン５が
設けられている。

【００１３】赤外線センサ１の基板１０は、セラミック
ス、金属或いは合成樹脂等からなる基台２上に接着剤、
例えば、低融点ガラス、共晶合金（Ａｕ−Ｓｉ）、ハン
ダ等によって固着されている。基台２を貫通するように
設けられた端子８と赤外線センサの電極は、ワイヤ９に
よってボンディングワイヤされている。また、リードフ
レーム等によって配線してもよい。赤外線センサを載置
した基台２のうち、赤外線センサ１の赤外線検出部に対
面する基台２には凹部６が形成され、この凹部６内面、
特に、その底面に赤外線反射膜７が設けられている。赤
外線反射膜７としては、赤外線の放射率が小さく、反射
率の高い材料が用いられる。例えば、金やアルミニウム
が適している。凹部６の開口面積は、少なくとも赤外線
センサ１の赤外線検出部以上の大きさがあればよい。

【００１４】赤外線センサ１は、シリコンなどからなる
基板１０の表裏に形成された窒化シリコンや酸化シリコ
ンなどからなる絶縁膜１１ａ，１１ｂと、絶縁膜１１ａ
上に設けた酸化アルミニウムまたは酸化タンタルなどの
絶縁膜１２を形成し、更に、この絶縁膜１２上にタンタ
ル（Ｔａ），チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），モリブ
デン（Ｍｏ）等からなる一対の金属下地層１３と、一対
の金属下地層１３間に酸化シリコンなどの絶縁膜１４
と、絶縁膜１４上に形成した少なくとも一層の感熱抵抗
膜１５と、感熱抵抗層１５に接し、互いに対向して形成
した白金（Ｐｔ）等からなる一対の電極層１６と、感熱
抵抗膜１５上に設けた保護絶縁膜１７と、保護絶縁膜１
７上には酸化タンタルまたは酸化チタンからなる緩衝膜
１８を挟んで硼珪酸系ガラスからなるガラス層１９とを
設けることによって形成されている。この赤外線検出部
に対応する基板にはエッチングによって中空部６が形成
され、赤外線検出部は架橋構造を構成となっている。

【００１５】また、赤外線センサ１を載置固着した基台
２は、金属等からなる蓋体４を被せて封止されている。
その内部空間は、必要に応じて不活性ガスを充填するか
減圧状態で封止されている。蓋体４の上面には窓が開け
られ、この窓には光学フィルタ３が取り付けられてい
る。フィルタ３は、検出しようとする赤外線に対する透
過率が高い単結晶シリコンやガラス、または透明な合成
樹脂等が用いられる。

【００１６】蓋体４の周囲には熱伝導率が大きく、赤外
線の放射率が小さく、且つ、反射率の高いアルミニウム
からなるホーン５が取り付けられている。ホーン５の形
状は、被測定物の大きさや温度及び被測定物までの距離
等によって適宜選択されるものである。ホーン５を設け
ることによって目的とする被検知体の赤外線を精度よく
検出することができる。

【００１７】上記実施例の赤外線検出器は、黒体炉から
照射された一定エネルギの赤外線をそのフィルタ面を介
して感熱抵抗部に入射させて、そのときの温度を測定し
た。その結果、赤外線反射膜がない場合は、０．９ｍ℃
／μＷであるのに対し、実施例のように赤外線反射膜７
を形成した場合には、１．２ｍ℃／μＷであった。すな
わち、赤外線検出部において赤外線エネルギが有効に熱
エネルギに変換され、高い出力感度が得られることが実
証された。無論、この検出効率の向上は、赤外線センサ
に依存するのではなく、赤外線反射膜７による効果であ
り、従って、従来の架橋構造の赤外線センサであって
も、同様な効果が得られることは明らかである。

【００１８】次に、本発明の赤外線検出器の他の実施例
について、図２を参照して説明する。図２（ａ）は本発
明に係る赤外線検出器の他の実施例をその上方からみた
外観図であり、図２（ｂ）はそのＸ−Ｘ′に沿った断面
図である。同図において、赤外線センサ１は感熱抵抗部
が架橋構造であり、図１の赤外線センサとは異なってい
るが、同一の赤外線センサであっもよい。基台２には凹
部６が形成され、その底面が湾曲状曲面２Ａが形成さ
れ、その湾曲状曲面２Ａの内面に赤外線反射膜７Ａが設
けられている。

【００１９】このように赤外線反射膜７Ａを曲面にする
ことによって、赤外線反射膜７Ａで反射した赤外線は、
赤外線検出部２０に集束されるので、更に、高い出力感
度を得ることができる。赤外線センサ１は基板１０の裏
面に絶縁膜２１が形成され、赤外線センサ１の電極２２
はワイヤ９によって端子８に接続されている。

【００２０】なお、赤外線反射膜７Ａの曲面の曲率半径
とセンサ曲面間距離（焦点距離）は赤外線検出部２０と
赤外線反射面７Ａとの距離や赤外線検出部２０の赤外線
検出有効表面によって設定すればよい。また、図２
（Ｃ）は、赤外線検出器の基台２に湾曲状凹部２Ａが形
成され、その内面に赤外線反射面７Ａが設けたものであ
る。このような形状であっても上記と同様な効果を得る
ことができる。

【００２１】次に、本発明の赤外線検出器の他の実施例
について、図３を参照して説明する。図３（ａ）は本発
明に係る赤外線検出器の他の実施例をその上方からみた
外観図であり、図３（ｂ）はそのＸ−Ｘ′に沿った断面
図である。同図において、基台２部分に凹部を設ける代
わりに貫通部６Ａを設けて、この貫通部６Ａを基台２の
底面から赤外線反射膜７Ｂを形成した基板１４によっ
て、密封した構造である。赤外線反射膜７Ｂとしては、
前述したように金或いはアルミニウム膜が用いられてい
るが、必ずしも赤外線反射膜を用いる必要はなく、アル
ミニウム板のように板の形で用いてもよいことは勿論で
ある。また、赤外線センサ１は感熱部が架橋構造のもの
であればよく、図１の実施例で示した赤外線センサであ
る必要はない。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の赤外線検
出器は、赤外線検出部直下の基台に凹部又は湾曲状凹部
を形成し、その内面に赤外線反射率の高い赤外線反射膜
を形成した構造とし、赤外線センサの赤外線検出部を透
過した赤外線が赤外線反射膜で反射して、再度赤外線検
出部を照射するので、検出効率が高まり、出力感度を改
善することができる利点がある。また、基台の形状、特
に、その厚さに係わりなく、基台に貫通孔を設けること
によって、赤外線検出部と基台との距離を設定できるの
で、その基台底面に反射膜を形成した赤外線検出器と同
様な効果を有するものである。また、その反射面に曲面
を形成することによって、赤外線検出部を透過して、曲
面状の赤外線反射面で入射赤外線を集束させることによ
り、一層検出感度を高めることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の赤外線検出器の一実施例を示
す上方からみた外観図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ′に沿った
断面図である。

【図２】（ａ）は本発明の赤外線検出器の他の実施例を
示す上方からみた外観図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ′に沿っ
た断面図、（ｃ）は他の実施例の基台を示す断面図であ
る。

【図３】（ａ）は本発明の赤外線検出器の他の実施例を
示す上方からみた外観図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ′に沿っ
た断面図である。

【図４】従来の赤外線検出器の一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１赤外線センサ２基台２Ａ湾曲部凹部３フィルタ４蓋体５ホーン６凹部６Ａ貫通孔７，７Ａ，７Ｂ赤外線反射膜８端子９ワイヤ１０基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の一面上に設けられた絶縁膜
に感熱抵抗膜から構成された赤外線検出部を形成し、前
記基板に中空部を形成して前記赤外線検出部を架橋構造
とした赤外線センサを基台に実装してなる赤外線検出器
において、前記赤外線センサを載置した基台の前記赤外線検出部に
対面する部分に凹部が形成され、前記凹部の少なくとも
底面に赤外線反射膜を設けたことを特徴とする赤外線検
出器。
【請求項２】半導体基板の一面上に設けられた絶縁膜
に感熱抵抗膜から構成された赤外線検出部を形成し、前
記基板に中空部を形成して前記赤外線検出部を架橋構造
とした赤外線センサを基台に実装してなる赤外線検出器
において、前記赤外線センサを載置する基台の前記赤外線センサの
赤外線検出部に対面する部分に貫通孔を設け、前記貫通
孔を前記基台の外側から赤外線反射膜で封じたことを特
徴とする赤外線検知器。
【請求項３】半導体基板の一面上に設けられた絶縁膜
に感熱抵抗膜から構成された赤外線検出部を形成し、前
記基板に中空部を形成して前記赤外線検出部を架橋構造
とした赤外線センサを基台に実装してなる赤外線検出器
において、前記赤外線センサを載置した基台の前記赤外線検出部に
対面する部分に湾曲状凹部が形成され、該湾曲状凹部内
面に赤外線反射膜を設けたことを特徴とする赤外線検出
器。
【請求項４】前記反射板が赤外線反射率の高い金属板
であることを特徴とする請求項２に記載の赤外線検出
器。