DE10256997A1

DE10256997A1 - Infrared radiation sensor for a thermometer has electrical or electronic components that can be regulated to maintain a constant temperature and thus decouple a thermally isolated area from a sensor element

Info

Publication number: DE10256997A1
Application number: DE10256997A
Authority: DE
Inventors: Alexander Kloes; Horst Mannebach
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2003-12-11

Abstract

Infrared radiation sensor has at least one infrared sensor element (2), a mounting substrate (4) for said element and an area (1) that is thermally isolated from the mounting. The sensor additionally comprises electrical or electronic component (5) that can be regulated so that it maintains a constant temperature. Said component is arranged between the thermally isolated area and the mounting, ensuring the thermally isolated area is thermally decoupled from the substrate.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Infrarot-Strahlungssensor mit mindestens einem Infrarot-Sensorelement, einer Halterung für das Infrarot-Sensorelement und einem von der Halterung thermisch isolierten Bereich, wobei das(die) Infrarot-Sensorelement(e) in dem thermisch isolierten Bereich angeordnet ist(sind), sowie ein Infrarot-Thermometer, insbesondere ein Infrarot-Ohrthermometer, mit einem derartigen Infrarot-Strahlungssensor. The present invention relates to an infrared radiation sensor with at least one Infrared sensor element, a holder for the infrared sensor element and one of the holder thermally insulated area, the (the) infrared sensor element (s) in the thermally insulated area is arranged, as well as an infrared thermometer, in particular an infrared ear thermometer, with such Infrared radiation sensor.

Aus der DE 197 10 946 A1 sind ein Infrarot-Strahlungssensor und ein Infrarot-Ohrthermometer zur Fiebermessung bekannt. Das Ohrthermometer ist mit einer Meßspitze versehen, die in den Ohrkanal eingeführt werden kann und die dort vorhandene Infrarot- Strahlung mit dem Infrarot-Strahlungssensor aufnimmt. Der Strahlungssensor besitzt eine Thermosäule (Thermopile), d. h. eine Reihenschaltung mehrerer Thermoelemente. Die Warm- und die Kaltstellen des Thermopile befinden sich auf einer dünnen Membran, die aus einem schlecht wärmeleitenden Material besteht und die an einem Rahmen befestigt ist. From DE 197 10 946 A1 an infrared radiation sensor and a Infrared ear thermometer known for fever measurement. The ear thermometer is with a measuring tip provided that can be inserted into the ear canal and the infrared Absorbs radiation with the infrared radiation sensor. The radiation sensor has a thermopile, d. H. a series connection of several thermocouples. The hot and cold spots of the Thermopile are on a thin membrane, which consists of a poorly heat-conducting material and which on a frame is attached.

Dieser Infrarot-Strahlungssensor ist empfindlich gegenüber einer ungleichmäßigen Erwärmung der Membran. Diese kann beispielsweise durch die Wärmeabgabe einer elektronischen Signalverarbeitungsschaltung erfolgen, die auf dem Rahmen, also in unmittelbarer Nähe der Membran angeordnet ist. Im Falle des Infrarot-Ohrthermometers kann außerdem das Einführen der Meßspitze in den Gehörgang zu einer unerwünschten Erwärmung des Strahlungssensors während des Meßvorgangs führen, und die Meßgenauigkeit beeinträchtigen. This infrared radiation sensor is sensitive to an uneven Heating of the membrane. This can be achieved, for example, by giving off heat electronic signal processing circuit, which are on the frame, ie in is arranged in the immediate vicinity of the membrane. In the case of the infrared ear thermometer can also insert the probe into the ear canal to an undesirable Heat the radiation sensor during the measurement process, and the Affect measurement accuracy.

In der Publikation "An ultrasensitive uncooled heat-balancing infrared detector" in Proceedings IEDM 1996, (c) IEEE 1996, von C. C. Liu und C. H. Mastrangelo ist ein Infrarot-Strahlungssensor beschrieben, bei dem aktive Bolometer in Form von MOS- Transistoren auf einer Membran geringer Wärmekapazität und geringer Wärmeleitfähigkeit angeordnet sind, die gegenüber einem Substrat thermisch isoliert ist. Die MOS- Transistoren werden vom Strom einer Konstantstromquelle durchflossen und heizen dadurch die Membran geringfügig gegenüber dem Substrat auf. Trifft nun Infrarot- Strahlung auf die MOS-Transistoren, erwärmen sich diese entsprechend. Dadurch verringert sich aber der Spannungsabfall an den MOS-Transistoren und dadurch auch deren Heizleistung. Insgesamt bleibt damit die Temperatur der Membran mit den MOS- Transistoren praktisch konstant. Die auftreffende Infrarot-Strahlungsleistung kann durch Messung des Spannungsabfalls bestimmt werden. In the publication "An ultrasensitive uncooled heat-balancing infrared detector" in Proceedings IEDM 1996 , (c) IEEE 1996 , by CC Liu and CH Mastrangelo, an infrared radiation sensor is described in which active bolometers in the form of MOS transistors on a membrane low heat capacity and low thermal conductivity are arranged, which is thermally insulated from a substrate. The current from a constant current source flows through the MOS transistors, thereby heating the membrane slightly compared to the substrate. If infrared radiation hits the MOS transistors, they heat up accordingly. However, this reduces the voltage drop across the MOS transistors and thereby also their heating power. Overall, the temperature of the membrane with the MOS transistors remains practically constant. The incident infrared radiation power can be determined by measuring the voltage drop.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Infrarot-Strahlungssensor anzugeben, der gegenüber Temperaturschwankungen besonders unempfindlich ist. It is an object of the present invention to provide an infrared radiation sensor which is particularly insensitive to temperature fluctuations.

Ein erfindungsgemäßer Infrarot-Strahlungssensor weist einen vom Rest des Infrarot- Strahlungssensors thermisch isolierten Bereich auf, in dem sich mindestens ein Infrarot- Sensorelement zur Messung der einfallenden Infrarot-Strahlung befindet. Mindestens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement, dessen Temperatur konstant gehalten werden kann, schirmt den thermisch isolierten Bereich vom Rest des Infrarot-Strahlungssensors thermisch ab, d. h. ist vorzugsweise zwischen dem thermisch isolierten Bereich und dem Rest des Infrarot-Strahlungssensors angeordnet. An infrared radiation sensor according to the invention has one of the rest of the infrared Radiation sensor thermally insulated area in which at least one infrared Sensor element for measuring the incident infrared radiation is located. At least one electrical and / or electronic component, the temperature of which is kept constant shields the thermally insulated area from the rest of the Infrared radiation sensor thermally, i. H. is preferably between the thermally insulated area and the rest of the infrared radiation sensor.

Bei einer bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Infrarot-Strahlungssensors besteht der thermisch isolierte Bereich aus einer Membran, die nur an ihrem Rand mit einer rahmenförmigen Halterung, beispielsweise einem Halbleitersubstrat, verbunden ist. Das Infrarot-Sensorelement zur Messung der einfallenden Infrarot-Strahlung befindet sich vorzugsweise in der Mitte der Membran. Mindestens ein elektrisches oder elektronisches Bauelement, dessen Temperatur konstant gehalten werden kann, ist zwischen dem Infrarot-Sensorelement und dem Rand der Membran angeordnet. Vorzugsweise sind mehrere elektrische oder elektronische Bauelemente längs des Randes der Membran angeordnet, sodaß das Infrarot-Sensorelement möglichst vollständig von den elektrischen oder elektronischen Bauelementen umgeben und somit von der Halterung der Membran thermisch abgeschirmt ist. Zwischen den elektrischen oder elektronischen Bauelementen können dann die Zuleitungen verlaufen, die das Infrarot-Sensorelement mit einer Signalverarbeitungsschaltung verbinden. In a preferred embodiment of an infrared radiation sensor according to the invention The thermally insulated area consists of a membrane that is only on its edge a frame-shaped holder, for example a semiconductor substrate. The infrared sensor element for measuring the incident infrared radiation is located preferably in the middle of the membrane. At least one electrical or electronic component, the temperature of which can be kept constant, is between the infrared sensor element and the edge of the membrane. Are preferred several electrical or electronic components along the edge of the membrane arranged so that the infrared sensor element as completely as possible from the surrounded electrical or electronic components and thus by the holder of the Membrane is thermally shielded. Between the electrical or electronic Components can then run the leads that the infrared sensor element connect to a signal processing circuit.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Infrarot-Strahlungssensors ist die Membran nur über Verbindungsstege mit ihrer Halterung verbunden. Bei einer im wesentlichen rechteckigen Membran verlaufen die Verbindungsstege vorteilhaft in an sich bekannter Weise jeweils hakenförmig und parallel zur jeweiligen Seite der Membran bis zur Halterung. Vorzugsweise ist auf den Verbindungsstegen je ein elektrisches oder elektronisches Bauelement angeordnet, dessen Temperatur konstant gehalten werden kann. Es kann aber auch in diesem Fall mindestens ein elektrisches oder elektronisches Bauelement, dessen Temperatur konstant gehalten werden kann, am Rand der Membran angeordnet sein. Die Zuleitungen, die das Infrarot-Sensorelement mit einer Signalverarbeitungsschaltung verbinden, verlaufen längs der Verbindungsstege und ggfs. über oder unter dem jeweiligen elektrischen oder elektronischen Bauelement. In another advantageous embodiment of an inventive Infrared radiation sensor, the membrane is only connected to its holder via connecting webs. at a substantially rectangular membrane, the connecting webs advantageously run in a known manner in each case hook-shaped and parallel to the respective side of the Membrane up to the bracket. There is preferably one each on the connecting webs arranged electrical or electronic component, the temperature of which is constant can be held. But in this case too there can be at least one electrical one or electronic component whose temperature can be kept constant on Edge of the membrane can be arranged. The leads that the infrared sensor element with connect a signal processing circuit, run along the connecting webs and if necessary, above or below the respective electrical or electronic component.

Ein geeignetes elektrisches Bauelement ist beispielsweise ein NTC- oder PTC-Widerstand, der mit einer Regelschaltung verbunden ist, die einen durch diesen Widerstand fließenden Strom oder eine an diesem Widerstand anliegende Spannung so regelt, daß dessen Widerstand und somit dessen Temperatur konstant bleibt. Die Regelung kann so ausgelegt werden, daß der Rückgang der im Widerstand erzeugten Verlustleistung genau der von außen zugeführten Wärmemenge entspricht, so daß die Temperatur des Widerstands konstant bleibt. A suitable electrical component is, for example, an NTC or PTC resistor, which is connected to a control circuit, the one through this resistor flowing current or a voltage across this resistor controls so that whose resistance and thus its temperature remains constant. The scheme can do so be interpreted that the decrease in the power loss generated in the resistor is accurate corresponds to the amount of heat supplied from the outside, so that the temperature of the Resistance remains constant.

Vorzugsweise wird aber durch eine Regelschaltung in an sich bekannter Weise die Temperatur eines vom Strom einer Konstantstromquelle durchflossenen MOS-Transistors konstant gehalten. Eine von außen dem MOS-Transistor zugeführte Wärmemenge bewirkt eine Absenkung seiner Schwellspannung. Eine im Durchlaßzustand eines MOS- Transistors abgesenkte Schwellspannung würde normalerweise einen erhöhten Strom durch den MOS-Transistor bewirken, jedoch ist der Strom durch die Konstantstromquelle fest vorgegeben. Daher erfolgt statt dessen durch Verkleinerung der über dem MOS- Transistor abfallenden Spannung eine Verringerung der im MOS-Transistor erzeugten Verlustleistung. Diese Reduzierung entspricht dann bei einem geeignet ausgewählten MOS-Transistor genau der von außen zugeführten Wärmemenge. Die Temperatur des MOS-Transistors bleibt somit konstant. However, the control circuit is preferably used in a manner known per se Temperature of a current through which a constant current source flows MOS transistor kept constant. An amount of heat supplied to the outside of the MOS transistor causes its threshold voltage to decrease. One in the on state of a MOS Transistor's lowered threshold voltage would normally result in an increased current through the MOS transistor, however, the current through the Constant current source predefined. Therefore, by reducing the size of the MOS- Transistor dropping voltage a reduction in the generated in the MOS transistor Power dissipation. This reduction then corresponds to a suitably selected one MOS transistor exactly the amount of heat supplied from the outside. The temperature of the MOS transistor thus remains constant.

Bei erfindungsgemäßen Infrarot-Strahlungssensoren besteht die Membran ggfs. mit ihren Verbindungsstegen vorzugsweise aus einem Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium. Bei besonders vorteilhaften Ausführungen besteht auch die Halterung aus demselben Halbleitermaterial wie die Membran und deren Verbindungsstege. Die elektrischen oder elektronischen Bauelemente können dann auf der Membran bzw. den Verbindungsstegen integriert sein. Die Halterung kann dann auch als Substrat für weitere elektronische Bauelemente dienen, insbesondere für die Regelschaltung oder die Konstantstromquelle oder eine Signalverarbeitungsschaltung für die vom Infrarot-Sensorelement abgegebenen Signale. In the case of infrared radiation sensors according to the invention, the membrane may exist with its Connection webs preferably made of a semiconductor material, for example silicon. In particularly advantageous designs, the holder also consists of the same Semiconductor material such as the membrane and its connecting webs. The electrical or Electronic components can then on the membrane or the connecting webs be integrated. The holder can then also be used as a substrate for further electronic Components are used, in particular for the control circuit or the constant current source or a signal processing circuit for those emitted by the infrared sensor element Signals.

Wenn die Temperatur des/der elektrischen oder elektronischen Bauelemente konstant gehalten wird, ist der Bereich der Membran, in dem das(die) Infrarot-Sensorelement(e) angeordnet ist(sind), thermisch von der Halterung der Membran und damit vom Rest des Infrarot-Strahlungssensors isoliert, d. h. vor Temperaturschwankungen und -gradienten geschützt. Dies gilt sowohl für einen Wärmefluß, der während einer Temperaturmessung von außen über das Gehäuse eines Thermometers bis zum Infrarot-Strahlungssensor vordringt, als auch für einen Wärmefluß, der von einer im Substrat des Infrarot-Strahlungssensors integrierten elektronischen Schaltung verursacht wird. When the temperature of the electrical or electronic components is constant is held is the area of the membrane in which the infrared sensor element (s) is (are) arranged thermally from the support of the membrane and thus from the rest of the Infrared radiation sensor isolated, d. H. against temperature fluctuations and gradients protected. This applies both to a heat flow that occurs during a temperature measurement from the outside via the housing of a thermometer to the infrared radiation sensor penetrates, as well as for a heat flow from one in the substrate of the Infrared radiation sensor integrated electronic circuit is caused.

Als Infrarot-Sensorelement kann beispielsweise ein im thermisch isolierten Bereich des Infrarot-Strahlungssensors angeordnetes Thermopile-Sensorelement verwendet werden. Das Sensorelement kann in an sich bekannter Weise so beschaffen sein, daß in einem ersten Teil des isolierten Bereichs die Kaltstellen und in einem zweiten Teil des isolierten Bereichs die Warmstellen angeordnet sind. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Anordnung, bei der die Kaltstellen des Thermopile-Sensorelements am Rande des thermisch isolierten Bereichs und in unmittelbarer Nähe der elektrischen oder elektronischen Bauelemente liegen, und daher durch diese auf konstanter Temperatur gehalten werden können. Die Warmstellen des Thermopile-Sensorelements befinden sich dann vorzugsweise in der Mitte des thermisch isolierten Bereichs. For example, an infrared sensor element in the thermally insulated region of the Infrared radiation sensor arranged thermopile sensor element can be used. The sensor element can be designed in a manner known per se so that in one first part of the isolated area the cold spots and in a second part of the isolated Area the hot spots are arranged. However, one is particularly advantageous Arrangement in which the cold spots of the thermopile sensor element on the edge of the thermal isolated area and in the immediate vicinity of electrical or electronic Components lie, and are therefore kept at a constant temperature by this can. The warming points of the thermopile sensor element are then located preferably in the middle of the thermally insulated area.

Statt eines Thermopile-Sensorelements können auch Bolometerelemente, pyroelektrische Sensorelemente, Thermoelemente, Thermistoren oder dergleichen verwendet werden. Instead of a thermopile sensor element, bolometer elements, pyroelectric Sensor elements, thermocouples, thermistors or the like can be used.

Bei allen oben beschriebenen Ausführungen erfindungsgemäßer Infrarot-Strahlungssensoren können auch mehrere Infrarot-Sensorelemente im thermisch isolierten Bereich der Membran, vorzugsweise matrixförmig nebeneinander, angeordnet sein, die gemeinsam durch am Rand der Membran oder an den Verbindungsstegen angeordnete elektrische oder elektronische Bauelemente thermisch gegenüber der Halterung der Membran isoliert sind. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn jedes Infrarot-Sensorelement individuell durch elektrische oder elektronische Bauelemente, die auf konstanter Temperatur gehalten werden können, vom Rest der Membran, d. h. auch von den anderen Infrarot-Sensorelementen, thermisch isoliert ist. Eine solche Anordnung kann insbesondere zur Abbildung einer Temperaturverteilung verwendet werden. In all the embodiments described above according to the invention Infrared radiation sensors can also use several infrared sensor elements in the thermally insulated area the membrane, preferably arranged in a matrix next to one another, the together by arranged on the edge of the membrane or on the connecting webs electrical or electronic components thermally opposite the holder of the membrane are isolated. However, it is particularly advantageous if each infrared sensor element individually by means of electrical or electronic components based on constant Temperature can be maintained from the rest of the membrane, i.e. H. also from the others Infrared sensor elements, is thermally insulated. Such an arrangement can can be used in particular to map a temperature distribution.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert, die in den Figuren dargestellt sind. Es zeigen: The invention is explained below on the basis of several exemplary embodiments which are shown in the figures are shown. Show it:

Fig. 1 schematisch einen ersten erfindungsgemäßen Infrarot-Strahlungssensor in einer Querschnittsansicht (a) und einer Draufsicht (b); Fig. 1 shows schematically a first infrared radiation sensor according to the invention in a cross-sectional view (a) and a plan view (b);

Fig. 2 schematisch einen zweiten erfindungsgemäßen Infrarot-Strahlungssensor mit einer matrixförmigen Anordnung mehrerer Sensorelemente; Fig. 2 shows schematically a second inventive infrared radiation sensor having a matrix-shaped arrangement of multiple sensor elements;

Fig. 3 schematisch einen dritten erfindungsgemäßen Infrarot-Strahlungssensor in Draufsicht. Fig. 3 schematically shows a third infrared radiation sensor according to the invention in plan view.

Ein erfindungsgemäßer Infrarot-Strahlungssensor ist in Fig. 1a im Querschnitt entlang einer Ebene dargestellt, die in Fig. 1b mit einer strichpunktierten Linie angedeutet ist. Er weist ein Substrat 4 mit einer Vertiefung 4a auf, die von einer Membran überspannt wird, die aus einem zentralen Bereich 1 und vier Verbindungsstegen 3 besteht. Die Vertiefung 4a und die Membran können in an sich bekannter Weise hergestellt sein. Der zentrale Bereich 1 ist im wesentlichen rechteckförmig, und ist auf einem wesentlichen Teil seiner Fläche mit einer infrarot-absorbierenden Schicht 2 bedeckt. Die Verbindungsstege 3 umgeben den zentralen Bereich 1 hakenförmig und verbinden ihn mit dem Substrat 4. Auf jedem Verbindungssteg 3 befindet sich ein elektrisches oder elektronisches Bauelement 5, dessen Temperatur konstant gehalten werden kann. Neben der Membran befindet sich auf dem Substrat 4 eine elektronische Schaltung 6. An infrared radiation sensor according to the invention is shown in cross-section along a plane in FIG. 1a, which is indicated in FIG. 1b with a dash-dotted line. It has a substrate 4 with a recess 4 a, which is spanned by a membrane consisting of a central region 1 and four connecting webs 3 . The recess 4 a and the membrane can be produced in a manner known per se. The central region 1 is essentially rectangular, and is covered with an infrared-absorbing layer 2 on a substantial part of its surface. The connecting webs 3 surround the central region 1 in a hook-like manner and connect it to the substrate 4 . On each connecting web 3 there is an electrical or electronic component 5 , the temperature of which can be kept constant. An electronic circuit 6 is located on the substrate 4 next to the membrane.

Das Substrat 4 und die Membran bestehen vorzugsweise aus einem Halbleitermaterial wie beispielsweise Silizium. Daher können die elektronische Schaltung 6 und die elektrischen oder elektronischen Bauelemente 5 direkt auf dem Substrat 4 bzw. den Verbindungsstegen 3 integriert sein. Vorzugsweise bestehen die Bauelemente 5 aus MOS- Transistoren, die so beschaffen und so elektrisch beschaltet sind, daß ihre Verlustleistung mit steigender Temperatur abnimmt, und die zugeführte Wärmemenge durch die niedrigere Verlustleistung gerade kompensiert wird. Auf diese Weise bleibt die Temperatur der elektronischen Bauelemente 5 konstant. Dadurch wird eine thermische Isolierung des zentralen Bereichs 1 vom Substrat 4 bewirkt. The substrate 4 and the membrane preferably consist of a semiconductor material such as silicon. The electronic circuit 6 and the electrical or electronic components 5 can therefore be integrated directly on the substrate 4 or the connecting webs 3 . The components 5 preferably consist of MOS transistors which are designed and electrically connected such that their power loss decreases with increasing temperature, and the amount of heat supplied is just compensated for by the lower power loss. In this way, the temperature of the electronic components 5 remains constant. This causes thermal insulation of the central region 1 from the substrate 4 .

Auf den zentralen Bereich 1 der Membran auftreffende Infrarot-Strahlung führt zu einer Temperaturerhöhung, die durch ein Infrarot-Sensorelement (in Fig. 1 nicht dargestellt) erfaßt wird. Das Infrarot-Sensorelement besteht beispielsweise aus einem Thermopile, dessen Warmstellen unter der infrarot-absorbierenden Schicht 2 angeordnet sind. Die Kaltstellen des Thermopile sind ebenfalls auf der Membran aber nicht unter der infrarotabsorbierenden Schicht 2 angeordnet. Die Kaltstellen können vorzugsweise in der Nähe der Bauelemente 5 positioniert sein, so daß sie von den Bauelementen 5 auf konstanter Temperatur gehalten werden. Auf mindestens einem der Verbindungsstege 3 verlaufende Zuleitungen, die das Infrarot-Sensorelement bzw. die elektrischen oder elektronischen Bauelemente 5 mit der elektronischen Schaltung 6 verbinden, sind ebenfalls nicht dargestellt. Die Zuleitungen sind beispielsweise in die Membran integriert oder auf die Membran aufgedampft oder aufgedruckt. Infrared radiation impinging on the central region 1 of the membrane leads to an increase in temperature which is detected by an infrared sensor element (not shown in FIG. 1). The infrared sensor element consists, for example, of a thermopile, the warming points of which are arranged under the infrared-absorbing layer 2 . The cold spots of the thermopile are also arranged on the membrane but not under the infrared absorbing layer 2 . The cold spots can preferably be positioned in the vicinity of the components 5 , so that the components 5 keep them at a constant temperature. Lead lines running on at least one of the connecting webs 3 and connecting the infrared sensor element or the electrical or electronic components 5 to the electronic circuit 6 are also not shown. The supply lines are, for example, integrated into the membrane or vapor-deposited or printed onto the membrane.

Die elektronische Schaltung 6 enthält vorzugsweise eine Regelschaltung für die elektrischen oder elektronischen Bauelemente 5, um diese auf konstante Temperatur zu regeln, und/oder eine Signalverarbeitungsschaltung zur Verarbeitung der vom Infrarot- Sensorelement gelieferten Signale. The electronic circuit 6 preferably contains a control circuit for the electrical or electronic components 5 in order to control them at a constant temperature and / or a signal processing circuit for processing the signals supplied by the infrared sensor element.

In Fig. 2 ist schematisch eine matrixförmige Anordnung von neun voneinander thermisch isolierten Bereichen dargestellt, die auf einer gemeinsamen Membran angeordnet sind, wobei sich in jedem thermisch isolierten Bereich ein Infrarot-Sensorelement befindet. Auf diese Weise ist jedes Infrarot-Sensorelement individuell durch elektrische oder elektronische Bauelemente, die auf konstanter Temperatur gehalten werden können, vom Rest der Membran, d. h. auch von den anderen Infrarot-Sensorelementen, thermisch isoliert. Auch bei dieser Ausführungsform dienen die in den Verbindungsstegen der einzelnen isolierten Bereiche integrierten elektrischen oder elektronischen Bauelemente der Konstanthaltung der Temperatur der Membran im Bereich jedes einzelnen Infrarot- Sensorelements. Die erfindungsgemäße Temperaturkonstanthaltung ist gerade bei einer derartigen Mehrfachanordnung von Infrarot-Sensorelementen besonders vorteilhaft, da die thermischen Widerstände zwischen den einzelnen Infrarot-Sensorelementen und dem gemeinsamen Substrat unterschiedlich sind, und von der jeweiligen Position des Infrarot- Sensorelements auf der Membran abhängen. Temperaturgradienten im Substrat könnten ohne Temperaturkonstanthaltung zu einem Temperaturgradienten auf der Membran führen, und das Abbild einer Temperaturverteilung im Blickfeld des Infrarot-Strahlungssensors verfälschen. FIG. 2 schematically shows a matrix-like arrangement of nine regions which are thermally insulated from one another and which are arranged on a common membrane, an infrared sensor element being located in each thermally insulated region. In this way, each infrared sensor element is individually thermally insulated from the rest of the membrane, ie also from the other infrared sensor elements, by electrical or electronic components that can be kept at a constant temperature. In this embodiment too, the electrical or electronic components integrated in the connecting webs of the individual insulated regions serve to keep the temperature of the membrane constant in the region of each individual infrared sensor element. Keeping the temperature constant according to the invention is particularly advantageous in such a multiple arrangement of infrared sensor elements, since the thermal resistances between the individual infrared sensor elements and the common substrate are different and depend on the respective position of the infrared sensor element on the membrane. Temperature gradients in the substrate could lead to a temperature gradient on the membrane without keeping the temperature constant, and falsify the image of a temperature distribution in the field of view of the infrared radiation sensor.

In Fig. 3 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführung eines Infrarot-Strahlungssensors dargestellt. Bei dieser Ausführungsform bestehen die elektronischen Bauelemente 5 aus MOS-Transistoren, die nicht auf den Verbindungsstegen 3 sondern auf dem zentralen, rechteckigen Bereich 1 der Membran angeordnet sind. In Fig. 3 ist zusätzlich ein Thermopile als Infrarot-Sensorelement dargestellt, dessen Zuführungsdrähte über einen der Verbindungsstege 3 in den zentralen Bereich 1 geführt werden. Die MOS-Transistoren 5 dienen bei diesem Ausführungsbeispiel dazu, möglichst großflächige Bereiche konstanter Temperatur zu bilden, an denen die Kaltstellen des Thermopiles angeordnet werden können. Die Kaltstellen weisen damit eine hohe Temperaturkonstanz auf. Die Warmstellen des Thermopiles sind unter der infrarot-absorbierenden Schicht 2 angeordnet, die sich in der Mitte des zentralen Bereichs 1 der Membran befindet. In Fig. 3 a further embodiment of the present invention is an infrared radiation sensor shown. In this embodiment, the electronic components 5 consist of MOS transistors, which are not arranged on the connecting webs 3 but on the central, rectangular area 1 of the membrane. In Fig. 3 is a thermopile as the infrared sensor element is shown in addition, the feed wires are guided through one of the connecting webs 3 in the central region 1. In this exemplary embodiment, the MOS transistors 5 serve to form areas of constant temperature that are as large as possible, at which the cold spots of the thermopile can be arranged. The cold spots therefore have a high temperature consistency. The hot spots of the thermopile are arranged under the infrared-absorbing layer 2 , which is located in the middle of the central region 1 of the membrane.

Die MOS-Transistoren können auch an den Übergangsstellen zwischen dem zentralen Bereich 1 der Membran und den Verbindungsstegen 3 angeordnet werden, so daß sie gleichzeitig für eine besonders gute thermische Abkopplung des zentralen Bereichs 1 der Membran von den Verbindungsstegen 3, dem Substrat 4 und der elektronischen Schaltung 6 sorgen. The MOS transistors can also be arranged at the transition points between the central region 1 of the membrane and the connecting webs 3 , so that at the same time they ensure a particularly good thermal decoupling of the central region 1 of the membrane from the connecting webs 3 , the substrate 4 and the electronic Provide circuit 6 .

Die in der Fig. 3 dargestellten MOS-Transistoren 5 bilden großflächige Inseln relativ hoher Wärmeleitfähigkeit, wenn sie im wesentlichen aus Silizium bestehen. Die thermische Abkopplung der Kaltstellen von den Warmstellen ergibt sich durch die geringe Wärmeleitfähigkeit des zentralen Bereichs 1 der Membran, der beispielsweise aus SiN oder SiO₂ besteht. The MOS transistors 5 shown in FIG. 3 form large-area islands of relatively high thermal conductivity if they consist essentially of silicon. The thermal decoupling of the cold spots from the hot spots results from the low thermal conductivity of the central region 1 of the membrane, which consists for example of SiN or SiO ₂ .

Claims

1. Infrared radiation sensor with at least one infrared sensor element, a holder for the infrared sensor element and a thermally insulated area from the holder, characterized in that it further comprises at least one electrical and / or electronic component ( 5 ) which is constant Temperature can be regulated, and which is arranged between the thermally insulated region ( 1 ) and the holder ( 4 ).

2. Infrared radiation sensor according to claim 1, characterized in that the component ( 5 ) consists of an NTC or PTC resistor or a transistor, and that a control circuit is present which can keep the temperature of the component ( 5 ) constant.

3. Infrared radiation sensor according to claim 1, characterized in that the component ( 5 ) consists of a MOSFET, and that a constant current source is present, the constant current of which can flow through the MOSFET.

4. Infrared radiation sensor according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the thermally insulated region ( 1 ) is connected by connecting webs ( 3 ) to the substrate ( 4 ), and on each connecting web ( 3 ) a component ( 5 ) is arranged.

5. infrared radiation sensor according to claim 1, 2, or 3, characterized in that the infrared sensor element is a thermocouple, a thermopile Bolometer or a pyroelectric element.

6. Infrared radiation sensor according to claim 5, characterized in that the / the components ( 5 ) simultaneously serves / serve as a temperature reference for the / the infrared sensor elements.

7. Infrared radiation sensor according to claim 5, characterized in that the cold junction (s) of the / the thermocouple (s) or the / the thermopile in the vicinity of the / the component (s) ( 5 ) is / are.

8. Infrared radiation sensor according to one of the preceding claims, characterized in that it has several infrared sensor elements.

9. Infrared radiation sensor according to claim 8, characterized in that it comprises a plurality of regions ( 1 ) which are thermally insulated from one another by electrical or electronic components ( 5 ) and which can be kept at a constant temperature, and in that each thermally insulated region ( 1 ) at least one infrared sensor element is located.

10. Infrared thermometer, especially infrared ear thermometer, with one Infrared radiation sensor according to one of the preceding claims.