(57)【要約】【課題】増幅回路などの動作による発熱の影響を受けず、安定した出力を得ることができ、高精度な温度測定が可能な、アレイ構造の温度検出素子を有する赤外線センサ装置を提供する。【課題の解決手段】シリコン基板１上に、アレイ構造のサーモパイル素子からなる赤外線検出部２と、この赤外線検出部２の出力を増幅する増幅部４を備え、シリコン基板１上に設けた金属膜７を、増幅部４の下方には存在する一方、赤外線検出部２の下方には存在することなく平面視で赤外線検出部２を囲むように配置し、赤外線検出部２から金属膜７までの間隔を、増幅部４側の間隔Xが他の部分の間隔Y1,Y2,Y3よりも広くなるよう設定する。【選択図】図１
2018179628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一基板上に、アレイ構造の温度検出素子からなる赤外線検出部と、この赤外線検出部の出力を増幅する増幅部を備え、前記基板上に設けた金属膜を、前記増幅部の下方には存在する一方、前記赤外線検出部の下方には存在することなく平面視で前記赤外線検出部を囲むように配置し、前記赤外線検出部から前記金属膜までの間隔を、前記増幅部側の間隔が他の部分の間隔よりも広くなるよう設定したことを特徴とする赤外線センサ装置。
【請求項２】
同一基板上に、アレイ構造の温度検出素子からなる赤外線検出部と、この赤外線検出部の出力を増幅する増幅部を備え、前記基板内に埋設した金属膜を、前記増幅部の下方には存在する一方、前記赤外線検出部の下方には存在することなく平面視で前記赤外線検出部を囲むように配置し、前記赤外線検出部から前記金属膜までの間隔を、前記増幅部側の間隔が他の部分の間隔よりも広くなるよう設定したことを特徴とする赤外線センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度を検出する赤外線センサ装置に関し、特に、アレイ構造のサーモパイル素子などの温度検出素子と、増幅回路などの動作にともなって発熱する回路とが、同一の基板上に設けられた熱型の赤外線センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の赤外線センサ装置として、種々の構成のものが知られているが、基板における温度分布をできるだけ均一にするために、基板表面の大部分を覆うように金属層を設けた赤外線センサが知られている（特許文献１）。そして、この赤外線センサにおける金属層は、前記基板上に設けた、吸収器エレメント（赤外線吸収膜）を備えた検出器チップ、周囲温度を測定するための温度基準要素、増幅器などのシリコン回路の下方に配置されている。また、前記金属層に高反射性皮膜を設ける構成が開示されている。さらに、前記検出器チップとして、行またはマトリクス状に、複数のエレメントを含む構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００７−５０３５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の赤外線センサでは、基板における温度分布をできるだけ均一にするために設けた金属層は、シリコン回路と検出器チップの下方に配置されているので、増幅器の動作によりシリコン回路で発生した熱は、前記金属層を介して前記検出器チップに伝達される際、検出器チップの熱発生源に近いシリコン回路側をより高温化することになる。このため、上述した従来の赤外線センサは、前記検出器チップにおける温度分布が偏ってしまい、特にアレイ構造の場合には、熱発生源に近い素子と熱発生源から遠い素子とで熱の影響により出力に差が出てしまい、出力が安定しないので高精度な温度測定ができないという不都合があった。
【０００５】
本発明は、この不都合を解消して、増幅回路の動作による発熱の影響を受けず、安定した出力を得ることができ、高精度な温度測定が可能な、アレイ構造の温度検出素子を有する赤外線センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために本発明の請求項１に係る赤外線センサ装置は、同一基板上に、アレイ構造の温度検出素子からなる赤外線検出部と、この赤外線検出部の出力を増幅する増幅部を備え、前記基板上に設けた金属膜を、前記増幅部の下方には存在する一方、前記赤外線検出部の下方には存在することなく、平面視で前記赤外線検出部を囲むように配置し、前記赤外線検出部から前記金属膜までの間隔を、前記増幅部側の間隔が他の部分の間隔よりも広くなるよう設定したものである。
【０００７】
同じく前記目的を達成するために本発明の請求項２に係る赤外線センサ装置は、同一基板上に、アレイ構造の温度検出素子からなる赤外線検出部と、この赤外線検出部の出力を増幅する増幅部を備え、前記基板内に埋設した金属膜を、前記増幅部の下方には存在する一方、前記赤外線検出部の下方には存在することなく、平面視で前記赤外線検出部を囲むように配置し、前記赤外線検出部から前記金属膜までの間隔を、前記増幅部側の間隔が他の部分の間隔よりも広くなるよう設定したものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の各請求項に係る赤外線センサ装置によれば、増幅部で発生した熱は、赤外線検出部に対して、直接的にあるいは金属膜を介して間接的に伝わるが、増幅部側の温度検出素子と他の部分の温度検出素子との金属膜までの間隔を、増幅部側の間隔が他の部分の間隔よりも広くなるよう設定したので、アレイ構造の温度検出素子における温度分布はほぼ均一となり、アレイ構造の温度検出素子からなる赤外線検出部でも安定した出力が得られ、高精度な温度測定が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略的な平面図。
【図２】同じく図１のＡ−Ａ線端面図。
【図３】同じくサーモパイル素子のアレイ配列構造を示す概略的な平面図。
【図４】同じく一つのサーモパイル素子の構造を示す概略的な平面図。
【図５】本発明の他の実施形態を示す概略的な端面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明における赤外線検出装置の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、赤外線センサ装置は、シリコン基板１上に、温度検出素子たるサーモパイル素子３が、３行３列の行列状に配置されてなるアレイ構造の赤外線検出部２（図３参照）と、この赤外線検出部２の出力を増幅する増幅回路などからなる増幅部４を備えている。前記シリコン基板１は多層基板であり、前記赤外線検出部２と前記増幅部４は、各金属ワイヤ５で所定のランド６に電気的に接続され、図示していないスルーホールを介して所定の結線がなされている。
【００１１】
図４に示すように、サーモパイル素子３は公知の構成であり、異なる導電材料からなる熱電対３１が複数個直列に接続されてなり、その温接点部３２は赤外線吸収膜用絶縁膜３３に被覆されるとともに、赤外線吸収膜３４の下方に位置している。また、冷接点部３５は前記赤外線吸収膜３４の下方に位置しないように前記赤外線吸収膜用絶縁膜３３から外れた位置にある。また、図示していないが、前記赤外線吸収膜３４、前記赤外線吸収膜用絶縁膜３３及び前記熱電対３１は、メンブレン上に形成され、メンブレンは空洞上に跨がって形成されている。同じく図示していないが、基準温度となる前記冷接点部３５の温度を測定する温度検出素子が別途設けられている。
【００１２】
図１及び図２に示すように、シリコン基板１上には熱伝導性の金属膜７が設けられ、この金属膜７は、増幅部４の下方には存在する一方、赤外線検出部２の下方には存在することなく平面視で前記赤外線検出部２を囲むように配置されている。そして、前記赤外線検出部２から前記金属膜７までの間隔を、前記増幅部４側の間隔Xが他の部分の間隔Y1,Y2,Y3よりも広くなるよう設定している。各間隔Y1,Y2,Y3は、互いに異なった間隔でもよいが、等間隔が望ましい。これらの間隔X,Y1,Y2,Y3は、赤外線検出部２に増幅部４からの熱が周囲から均一に伝わるように、金属膜７や基板１の材質などの諸条件に応じて適宜決定される。
【００１３】
本実施形態は以上のように構成したので、増幅部４の動作にともなって発生した熱は、赤外線検出部２の各サーモパイル素子３に増幅部４から直接的に伝わるとともに、増幅部４の下方に配置された金属膜７を介して間接的に伝わる。この際、各サーモパイル素子３の金属膜７との間隔は、増幅部４側の間隔Xが他の部分の間隔Y1,Y2,Y3よりも広いので、各サーモパイル素子３は増幅部４で発生した熱の影響をほぼ均一に受けることになる。したがって、各サーモパイル素子３の動作における出力の偏りは生じず、安定したほぼ均一の出力が得られ、高精度な温度測定が可能になる。
【００１４】
続いて、図５に基づき、本発明の他の実施形態を説明する。本実施形態が上述の第１の実施形態と相違するのは、金属膜１７がシリコン基板１１中に、シリコン基板１１の表面とほぼ平行に埋設されていることだけであり、他の構成は第１の実施形態と同一である。このため、同一の構成については、対応する構成要素に第１の実施形態と同一の符号を付するに止め、その説明は省略する。本実施形態における金属膜１７は、シリコン基板１１中に埋設されているが、平面視における赤外線検出素子２と金属膜１７の位置関係は、第１の実施形態と同一である（図１参照）。
【００１５】
したがって、本実施形態においても、増幅部４の動作にともなって発生した熱は、赤外線検出部２の各サーモパイル素子３（図３参照）に増幅部４から直接的に伝わるとともに、増幅部４の下方に配置された金属膜１７を介して間接的に伝わる。この際、各サーモパイル素子３の金属膜１７との間隔は、増幅部４側の間隔Xが他の部分の間隔Y1,Y2,Y3よりも広い（図１参照）ので、各サーモパイル素子３は増幅部４で発生した熱の影響をほぼ均一に受けることになる。これによって、各サーモパイル素子３の動作における出力の偏りは生じず、安定したほぼ均一の出力が得られ、高精度な温度測定が可能になる。
【００１６】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、例えば、金属膜１７のシリコン基板１１中への埋設状態は、シリコン基板１１の表面とほぼ平行状態に限られるものではない。また、赤外線センサ装置は熱型であればよく、赤外線検出部２はサーモパイル素子３で構成されるほか、例えば、焦電センサ素子で構成されてもよい。
【符号の説明】
【００１７】
１，１１      シリコン基板
２      赤外線検出部
３      サーモパイル素子
４      増幅部
５      金属ワイヤ
６      ランド
７，１７      金属膜
３１      熱電対
３２      温接点部
３３      赤外線吸収膜用絶縁膜
３４      赤外線吸収膜
３５      冷接点部
【図１】
2018179628.tif 000003
【図２】
2018179628.tif 000004
【図３】
2018179628.tif 000005
【図４】
2018179628.tif 000006
【図５】
2018179628.tif 000007