JP2016156782A - Pyroelectric infrared detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、焦電効果を利用して赤外線を検出する焦電型赤外線検出器に関する。 The present invention relates to a pyroelectric infrared detector that detects infrared rays using the pyroelectric effect.
焦電型赤外線検出器は、入射される赤外線のエネルギーの変化を焦電効果を利用して電気エネルギーの変化として出力する。即ち、赤外線のエネルギーによる温度変化により分極状態が変化する焦電結晶での電荷の発生を利用して、赤外線が検出される。焦電型赤外線検出器は、例えばフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）や人体を対象にした近接センサなどに利用される。 The pyroelectric infrared detector outputs a change in incident infrared energy as a change in electrical energy using the pyroelectric effect. That is, infrared rays are detected by using the generation of electric charges in a pyroelectric crystal whose polarization state changes due to temperature changes caused by infrared energy. The pyroelectric infrared detector is used in, for example, a Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR), a proximity sensor for a human body, and the like.
焦電型赤外線検出器に使用される焦電結晶として、重水素化硫酸トリグリシン（ＤＴＧＳ）単結晶や重水素化Ｌ−アラニンドープ硫酸トリグリシン（ＤＬＡＴＧＳ）単結晶などが検討されている。ＤＴＧＳは、硫酸トリグリシン（ＴＧＳ）結晶の水素原子のすべて又は一部を重水素に置換し、キュリー温度をＴＧＳ結晶よりも高くしたものである。更にＬ−α−アラニンをドープしたものが、ＤＬＡＴＧＳである。ＤＴＧＳ単結晶やＤＬＡＴＧＳ単結晶を焦電結晶に用いることにより、優れた焦電特性の焦電型赤外線検出器が得られる。 Deuterated triglycine sulfate (DTGS) single crystals, deuterated L-alanine doped triglycine sulfate (DLATGS) single crystals, and the like have been studied as pyroelectric crystals used in pyroelectric infrared detectors. In DTGS, all or part of the hydrogen atoms of triglycine sulfate (TGS) crystals are replaced with deuterium, and the Curie temperature is higher than that of TGS crystals. Further, DLATGS is doped with L-α-alanine. By using a DTGS single crystal or DLATGS single crystal as a pyroelectric crystal, a pyroelectric infrared detector having excellent pyroelectric characteristics can be obtained.
ところで、分極状態の変化によって焦電結晶が変形する。このため、焦電結晶を用いた赤外線センサでは、赤外線センサの下面（受光面とは反対側の面）の全体や複数個所を基板に固着した場合に、赤外線センサの変形が無理に抑えられることになる。その結果、焦電結晶が圧電性であるためにノイズ（以下において「圧電性ノイズ」という。）が発生したり、焦電結晶にクラックが発生したりする問題がある。特に、薄いＤＴＧＳ単結晶やＤＬＡＴＧＳ単結晶などを焦電結晶に用いた場合にこの問題は顕著である。このため、例えば赤外線センサの下面の中央の略円形領域だけを導電性ペーストで支持し、下面の他の領域と基板との間を空隙とする構造などが採用される（例えば、特許文献１参照。）。この構造により、赤外線センサの変形が可能となり、圧電性ノイズやクラックの発生が防止される。 By the way, the pyroelectric crystal is deformed by the change of the polarization state. For this reason, in an infrared sensor using a pyroelectric crystal, the deformation of the infrared sensor can be suppressed forcibly when the entire lower surface (the surface opposite to the light receiving surface) of the infrared sensor or a plurality of locations are fixed to the substrate. become. As a result, there is a problem that noise (hereinafter referred to as “piezoelectric noise”) occurs because the pyroelectric crystal is piezoelectric, and cracks occur in the pyroelectric crystal. This problem is particularly noticeable when a thin DTGS single crystal, DLATGS single crystal, or the like is used for the pyroelectric crystal. For this reason, for example, a structure in which only a substantially circular region at the center of the lower surface of the infrared sensor is supported by the conductive paste and a gap is formed between the other region of the lower surface and the substrate is employed (see, for example, Patent Document 1). .) This structure allows the infrared sensor to be deformed and prevents the occurrence of piezoelectric noise and cracks.
しかしながら、赤外線センサの下面の中央領域だけを支持する構造の場合には、熱平衡状態の変化に起因して焦電結晶の基板から浮いている部分が変形し、変形した部分が赤外線センサを搭載する基板に接触するという問題があった。基板との接触によって焦電結晶の分極状態が変化するなどしてノイズが発生し、検出精度が低下する。 However, in the case of a structure that supports only the central region of the lower surface of the infrared sensor, the floating part from the pyroelectric crystal substrate is deformed due to the change in the thermal equilibrium state, and the infrared sensor is mounted on the deformed part. There was a problem of contact with the substrate. Noise is generated due to changes in the polarization state of the pyroelectric crystal due to contact with the substrate, and the detection accuracy decreases.
上記問題点に鑑み、本発明は、赤外線センサの下面の中央領域だけを基板で支持する構造を有しつつ、検出精度の低下を抑制できる焦電型赤外線検出器を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a pyroelectric infrared detector that has a structure in which only the central region of the lower surface of an infrared sensor is supported by a substrate and can suppress a decrease in detection accuracy. .
本発明の一態様によれば、（ア）基板と、（イ）受光面と受光面に対向する下面とを連結する側面同士が交差するコーナー部が面取りされた焦電結晶、受光面に配置された上部電極、及び下面に配置された下部電極を有する赤外線センサとを備え、赤外線センサが下面の中央領域においてのみ基板に支持され、中央領域を除いた下面の他の領域では赤外線センサと基板との間に空間が設けられている焦電型赤外線検出器が提供される。 According to an aspect of the present invention, (a) a substrate, and (b) a pyroelectric crystal having chamfered corner portions where the side surfaces connecting the light receiving surface and the lower surface facing the light receiving surface intersect, are disposed on the light receiving surface. And an infrared sensor having a lower electrode disposed on the lower surface, the infrared sensor being supported by the substrate only in the central region of the lower surface, and the infrared sensor and the substrate in other regions of the lower surface except the central region A pyroelectric infrared detector is provided in which a space is provided therebetween.
本発明によれば、赤外線センサの下面の中央領域だけを基板で支持する構造を有しつつ、検出精度の低下を抑制できる焦電型赤外線検出器を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the pyroelectric infrared detector which can suppress the fall of detection accuracy can be provided, having a structure which supports only the center area | region of the lower surface of an infrared sensor with a board | substrate.
図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description.
又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention include the material, shape, structure, arrangement, etc. of components. Is not specified as follows. The embodiment of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.
本発明の実施形態に係る焦電型赤外線検出器１は、図１及び図２に示すように、基板１０と、受光面２１１と受光面２１１に対向する下面２１２とを連結する側面同士が交差するコーナー部が面取りされた焦電結晶２１を有する赤外線センサ２０とを備える。焦電結晶２１の赤外線が入射される受光面２１１には上部電極２２が配置され、焦電結晶２１の下面２１２には下部電極２３が配置されて、赤外線センサ２０が構成されている。なお、赤外線が入射する上部電極２２の表面に、熱変換効率を上げるための黒化膜２４が配置されている。 In the pyroelectric infrared detector 1 according to the embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, the side surfaces connecting the substrate 10 and the light receiving surface 211 and the lower surface 212 facing the light receiving surface 211 intersect each other. And an infrared sensor 20 having a pyroelectric crystal 21 whose corners are chamfered. The upper electrode 22 is disposed on the light receiving surface 211 on which the infrared light of the pyroelectric crystal 21 is incident, and the lower electrode 23 is disposed on the lower surface 212 of the pyroelectric crystal 21 to constitute the infrared sensor 20. A blackening film 24 for increasing the heat conversion efficiency is disposed on the surface of the upper electrode 22 on which infrared rays are incident.
図１及び図２に示すように、焦電型赤外線検出器１では、赤外線センサ２０が下面２１２の中央領域においてのみ基板１０に支持されている。つまり、中央領域を除いた下面２１２の他の領域では、赤外線センサ２０と基板１０との間に空間が設けられている。 As shown in FIGS. 1 and 2, in the pyroelectric infrared detector 1, the infrared sensor 20 is supported on the substrate 10 only in the central region of the lower surface 212. That is, a space is provided between the infrared sensor 20 and the substrate 10 in other regions of the lower surface 212 excluding the central region.
基板１０は、例えばセラミック基板である。基板１０の基板表面１０１には導電パターン１１が形成されている。基板１０の導電パターン１１と赤外線センサ２０の下部電極２３とは、導電性接着材３０を介して電気的に接続されている。焦電結晶２１の下面２１２の中央領域だけに配置された導電性接着材３０によって、赤外線センサ２０が基板１０に固着されている。このため、導電性接着材３０が配置されていない下面２１２の中央領域以外では、焦電結晶２１の下面２１２と基板１０の基板表面１０１との間に空間が生じている。導電性接着材３０の厚み、即ち焦電結晶２１と基板１０との間の空間は、例えば１０μｍ〜２０μｍ程度である。導電性接着材３０には、導電性ペーストなどが使用される。 The substrate 10 is a ceramic substrate, for example. A conductive pattern 11 is formed on the substrate surface 101 of the substrate 10. The conductive pattern 11 of the substrate 10 and the lower electrode 23 of the infrared sensor 20 are electrically connected via a conductive adhesive 30. The infrared sensor 20 is fixed to the substrate 10 by the conductive adhesive 30 disposed only in the central region of the lower surface 212 of the pyroelectric crystal 21. For this reason, there is a space between the lower surface 212 of the pyroelectric crystal 21 and the substrate surface 101 of the substrate 10 except for the central region of the lower surface 212 where the conductive adhesive 30 is not disposed. The thickness of the conductive adhesive 30, that is, the space between the pyroelectric crystal 21 and the substrate 10 is, for example, about 10 μm to 20 μm. A conductive paste or the like is used for the conductive adhesive 30.
図１に示すように、赤外線センサ２０及び基板１０は、パッケージ４０の内部に格納されている。赤外線は、パッケージ４０に設置された入射窓４１を透過して、焦電結晶２１の受光面２１１に入射する。入射窓４１には赤外線を透過する材料が使用され、例えばタリウムハライドの混晶であるＫＲＳ−５などが好適に用いられる。 As shown in FIG. 1, the infrared sensor 20 and the substrate 10 are stored inside a package 40. Infrared light passes through the incident window 41 provided in the package 40 and enters the light receiving surface 211 of the pyroelectric crystal 21. The incident window 41 is made of a material that transmits infrared rays. For example, KRS-5 that is a mixed crystal of thallium halide is preferably used.
また、基板１０には、第１電極端子５１、第２電極端子５２、第３電極端子５３が配置されている。以下において、第１電極端子５１、第２電極端子５２、第３電極端子５３を総称して「電極端子５０」という。電極端子５０は、上部が基板表面１０１上に突出した状態で基板１０に埋め込まれている。第１電極端子５１、第２電極端子５２、第３電極端子５３のそれぞれは、パッケージ４０を貫通する第１ピン６１、第２ピン６２、第３ピン６３に接続されている。 A first electrode terminal 51, a second electrode terminal 52, and a third electrode terminal 53 are disposed on the substrate 10. Hereinafter, the first electrode terminal 51, the second electrode terminal 52, and the third electrode terminal 53 are collectively referred to as an “electrode terminal 50”. The electrode terminal 50 is embedded in the substrate 10 with the upper portion protruding on the substrate surface 101. Each of the first electrode terminal 51, the second electrode terminal 52, and the third electrode terminal 53 is connected to a first pin 61, a second pin 62, and a third pin 63 that penetrate the package 40.
焦電型赤外線検出器１では、パッケージ４０の内部に格納されたＦＥＴ７０によって、赤外線センサ２０の焦電結晶２１における電荷の発生によりに生じた電気信号を増幅する。ＦＥＴ７０は、例えば図２に示すように、基板１０の基板表面１０１に配置される。なお、図１ではＦＥＴ７０の図示を省略している。 In the pyroelectric infrared detector 1, an electric signal generated by the generation of electric charge in the pyroelectric crystal 21 of the infrared sensor 20 is amplified by the FET 70 stored in the package 40. For example, as shown in FIG. 2, the FET 70 is disposed on the substrate surface 101 of the substrate 10. In addition, illustration of FET70 is abbreviate | omitted in FIG.
ＦＥＴ７０のソース端子７１は、導電パターン１１を介して基板表面１０１で第１電極端子５１と電気的に接続されている。ＦＥＴ７０のドレイン端子７２は、導電パターン１１を介して基板表面１０１で第２電極端子５２と電気的に接続されている。また、ＦＥＴ７０のゲート端子７３は、導電性接着材３０と導電パターン１１を介して、赤外線センサ２０の下部電極２３と電気的に接続されている。 The source terminal 71 of the FET 70 is electrically connected to the first electrode terminal 51 on the substrate surface 101 through the conductive pattern 11. The drain terminal 72 of the FET 70 is electrically connected to the second electrode terminal 52 on the substrate surface 101 through the conductive pattern 11. The gate terminal 73 of the FET 70 is electrically connected to the lower electrode 23 of the infrared sensor 20 through the conductive adhesive 30 and the conductive pattern 11.
一方、赤外線センサ２０の上部電極２２は、ワイヤ８０を介して第３電極端子５３と電気的に接続されている。 On the other hand, the upper electrode 22 of the infrared sensor 20 is electrically connected to the third electrode terminal 53 via a wire 80.
従来のＴＧＳ系結晶を使用した場合よりも優れた焦電特性が得られるため、ＤＴＧＳ単結晶やＤＬＡＴＧＳ単結晶が焦電結晶２１に好適に使用される。例えば、受光面２１１を２ｍｍ×２ｍｍ程度の平板状に切り出したＤＴＧＳ単結晶やＤＬＡＴＧＳ単結晶が、焦電結晶２１に使用される。 Since pyroelectric characteristics superior to those obtained when a conventional TGS-based crystal is used are obtained, a DTGS single crystal or a DLATGS single crystal is preferably used for the pyroelectric crystal 21. For example, a DTGS single crystal or a DLATGS single crystal obtained by cutting the light receiving surface 211 into a flat plate of about 2 mm × 2 mm is used for the pyroelectric crystal 21.
なお、赤外線センサ２０の感度を高くするために、焦電結晶２１に使用するＤＴＧＳ単結晶やＤＬＡＴＧＳ単結晶の厚みは１０μｍ〜２０μｍ程度に薄くする必要がある。このため、赤外線が入射されることによって生じる赤外線センサ２０の変形が大きい。したがって、例えば赤外線センサ２０の下部の全面を基板１０に固着させた場合には、赤外線センサ２０の変形が無理に抑えられる。その結果、既に述べたように、圧電性ノイズが発生したり焦電結晶にクラックが発生したりする。 In order to increase the sensitivity of the infrared sensor 20, the thickness of the DTGS single crystal or DLATGS single crystal used for the pyroelectric crystal 21 needs to be as thin as about 10 μm to 20 μm. For this reason, the deformation | transformation of the infrared sensor 20 which arises when infrared rays inject is large. Therefore, for example, when the entire lower surface of the infrared sensor 20 is fixed to the substrate 10, the deformation of the infrared sensor 20 can be suppressed forcibly. As a result, as already described, piezoelectric noise occurs or cracks occur in the pyroelectric crystal.
しかし、図１に示した焦電型赤外線検出器１では、赤外線センサ２０の下部の中央領域だけを基板１０に固着し、下部の他の領域と基板１０との間に空間が設けられている。この構造により、赤外線センサ２０の変形が可能となり、焦電結晶２１の内部のストレスが緩和される。その結果、圧電性ノイズやクラックの発生が防止される。なお、導電性接着材３０が所望の領域で赤外線センサ２０と基板１０との間で広がるように、例えば導電性接着材３０として使用される導電性ペーストの粘度やディスペンサによる導電性ペーストの塗布量などを調整する。 However, in the pyroelectric infrared detector 1 shown in FIG. 1, only the lower central region of the infrared sensor 20 is fixed to the substrate 10, and a space is provided between the other lower region and the substrate 10. . With this structure, the infrared sensor 20 can be deformed, and the stress inside the pyroelectric crystal 21 is relieved. As a result, generation of piezoelectric noise and cracks is prevented. Note that, for example, the viscosity of the conductive paste used as the conductive adhesive 30 and the amount of the conductive paste applied by a dispenser so that the conductive adhesive 30 spreads between the infrared sensor 20 and the substrate 10 in a desired region. Adjust etc.
ところで、赤外線センサ２０が下面の中央領域においてのみ基板１０に支持されているため、赤外線を受光した焦電結晶２１が膜厚方向に変形した際に、基板１０に対して浮いている焦電結晶２１の端部と基板１０とが接触する場合がある。この焦電結晶２１の膜厚方向の変形はコーナー部において最も大きいため、コーナー部が基板１０と接触する。本発明者らは、以下に説明するように、焦電結晶２１と基板１０との接触が断続的に発生することによって焦電型赤外線検出器の出力信号にノイズ（以下において「接触ノイズ」という。）が発生することを見出した。 By the way, since the infrared sensor 20 is supported by the substrate 10 only in the central region of the lower surface, the pyroelectric crystal floating with respect to the substrate 10 when the pyroelectric crystal 21 receiving infrared rays is deformed in the film thickness direction. The end portion of 21 and the substrate 10 may come into contact with each other. Since the deformation in the film thickness direction of the pyroelectric crystal 21 is greatest at the corner portion, the corner portion contacts the substrate 10. As will be described below, the present inventors intermittently generate contact between the pyroelectric crystal 21 and the substrate 10 to cause noise (hereinafter referred to as “contact noise”) in the output signal of the pyroelectric infrared detector. .) Occurred.
接触ノイズは、例えばＦＴＩＲ測定において発生する。ＦＴＩＲ測定では、アパーチャーを全開にしてゲイン調整を行った後に、アパーチャーをある程度まで閉じて実測定が行われる。このようにゲイン調整時と実測定時でのアパーチャーの開口面積が異なるため、実測定を開始する時点で熱平衡状態の変化に起因して焦電結晶２１の基板１０から浮いている部分が変形し、接触ノイズが発生する。図３（ａ）に焦電結晶２１の変形する前の状態、図３（ｂ）に焦電結晶２１の変形した後の状態の例を示す。焦電結晶２１は、厚みが２０μｍ程度のＤＬＡＴＧＳ単結晶である。焦電結晶２１と基板１０との間の空間は、２０μｍ程度である。図３（ｂ）に示すように、焦電結晶２１の変形によって、焦電結晶２１のコーナー部と基板１０とが接触する。 Contact noise occurs, for example, in FTIR measurements. In the FTIR measurement, after the aperture is fully opened and gain adjustment is performed, the aperture is closed to some extent and actual measurement is performed. As described above, since the aperture opening area at the time of gain adjustment and actual measurement is different, the portion of the pyroelectric crystal 21 floating from the substrate 10 is deformed due to the change of the thermal equilibrium state at the time of starting the actual measurement, Contact noise occurs. FIG. 3A shows an example of the state before the pyroelectric crystal 21 is deformed, and FIG. 3B shows an example of the state after the pyroelectric crystal 21 is deformed. The pyroelectric crystal 21 is a DLATGS single crystal having a thickness of about 20 μm. The space between the pyroelectric crystal 21 and the substrate 10 is about 20 μm. As shown in FIG. 3B, the deformation of the pyroelectric crystal 21 brings the corner portion of the pyroelectric crystal 21 into contact with the substrate 10.
図４に、比較例の焦電型赤外線検出器を用いたＦＴＩＲ測定の実測定開始時において発生する接触ノイズの例を示す。図４の横軸は実測定を開始してからの時間であり、縦軸は接触ノイズの大きさを表す。 FIG. 4 shows an example of contact noise generated at the start of actual measurement of FTIR measurement using the pyroelectric infrared detector of the comparative example. The horizontal axis in FIG. 4 is the time from the start of actual measurement, and the vertical axis represents the magnitude of contact noise.
図４における特性Ｓ０は、図５に示した比較例１の構造を有する焦電型赤外線検出器を使用した場合に発生する接触ノイズである。比較例１では、赤外線センサ２０の下部の全面を基板１０に固着させている。 Characteristic S0 in FIG. 4 is contact noise generated when the pyroelectric infrared detector having the structure of Comparative Example 1 shown in FIG. 5 is used. In Comparative Example 1, the entire lower surface of the infrared sensor 20 is fixed to the substrate 10.
図４における特性Ｓ１〜特性Ｓ３は、図６に示した比較例２の構造を有する焦電型赤外線検出器を使用した場合に発生する接触ノイズである。比較例２では、赤外線センサ２０の下部の中央領域のみを基板１０に固着させ、且つ、焦電結晶２１のコーナー部は面取りされていない。 Characteristics S1 to S3 in FIG. 4 are contact noises generated when the pyroelectric infrared detector having the structure of Comparative Example 2 shown in FIG. 6 is used. In Comparative Example 2, only the lower central region of the infrared sensor 20 is fixed to the substrate 10 and the corner portion of the pyroelectric crystal 21 is not chamfered.
図４の特性Ｓ０に示すように、比較例１では接触ノイズが小さい。つまり、アパーチャーを全開にした状態と遮光した状態とで焦電結晶２１と基板１０との接触状態が変化しない場合には、接触ノイズの発生が抑制される。ただし、比較例１では圧電性ノイズやクラックが発生しやすいことは既に述べた通りである。 As shown by the characteristic S0 in FIG. 4, in Comparative Example 1, the contact noise is small. That is, when the contact state between the pyroelectric crystal 21 and the substrate 10 does not change between the state where the aperture is fully opened and the state where the aperture is shielded from light, generation of contact noise is suppressed. However, as described above, in Comparative Example 1, piezoelectric noise and cracks are likely to occur.
一方、特性Ｓ１〜特性Ｓ３に示すように、比較例１に対して比較例２では接触ノイズが大きく、接触ノイズが減衰する時間が長い。 On the other hand, as shown in the characteristics S1 to S3, the contact noise is larger in the comparative example 2 than the comparative example 1, and the time for the contact noise to attenuate is longer.
以上から、焦電結晶２１と基板１０とが断続的に接触することに起因して、接触ノイズが発生することを確認できる。これは、焦電結晶２１と基板１０とが接触するたびに、焦電結晶２１の電位が変動したり、焦電結晶２１から基板１０に熱が放出されて焦電結晶２１の温度分布が変動したりするためである。その結果、焦電結晶２１の分極状態が変化し、接触ノイズが発生する。また、電位や温度分布の変動に起因して焦電結晶２１の変形量が変化し、焦電結晶２１と基板１０とが断続的に接触する。図４から、変形量は時間経過と共に減少することがわかる。なお、特性Ｓ１〜特性Ｓ３間の差異は、製造ばらつきによる導電性接着材３０の厚みの差や導電性接着材３０と焦電結晶２１との接触面積の差に起因すると考えられる。 From the above, it can be confirmed that contact noise is generated due to intermittent contact between the pyroelectric crystal 21 and the substrate 10. This is because each time the pyroelectric crystal 21 and the substrate 10 come into contact, the potential of the pyroelectric crystal 21 fluctuates, or heat is released from the pyroelectric crystal 21 to the substrate 10 to fluctuate the temperature distribution of the pyroelectric crystal 21. It is to do. As a result, the polarization state of the pyroelectric crystal 21 changes and contact noise is generated. Further, the deformation amount of the pyroelectric crystal 21 changes due to fluctuations in potential and temperature distribution, and the pyroelectric crystal 21 and the substrate 10 are intermittently contacted. It can be seen from FIG. 4 that the amount of deformation decreases with time. In addition, it is considered that the difference between the characteristics S1 to the characteristics S3 is caused by a difference in thickness of the conductive adhesive 30 due to manufacturing variation and a difference in contact area between the conductive adhesive 30 and the pyroelectric crystal 21.
接触ノイズが発生した状態でＦＴＩＲ測定を行うと測定結果の精度が低いため、実測定の開始を遅らせる必要がある。即ち、測定結果に影響を及ぼさない程度まで接触ノイズが十分に減衰した後に、測定を行うことが必要である。したがって比較例２ではＦＴＩＲ測定に要する時間が増大する。なお、図４に示すように、特性Ｓ１〜特性Ｓ３では接触ノイズの大きさや減衰時間にばらつきがある。このため、接触ノイズの大きさや減衰時間でＦＴＩＲの選別をすることも可能であるが、選別に要する時間や不良品の発生によってコストが増大する。 If the FTIR measurement is performed in a state where contact noise is generated, the accuracy of the measurement result is low, so the start of the actual measurement needs to be delayed. That is, it is necessary to perform the measurement after the contact noise is sufficiently attenuated to such an extent that the measurement result is not affected. Therefore, in Comparative Example 2, the time required for the FTIR measurement increases. In addition, as shown in FIG. 4, in the characteristics S1 to S3, the magnitude of the contact noise and the decay time vary. For this reason, although it is possible to sort FTIR by the magnitude of contact noise and decay time, the cost increases due to the time required for sorting and the occurrence of defective products.
これに対し、図１に示した焦電型赤外線検出器１では、焦電結晶２１のコーナー部を面取りすることによって、焦電結晶２１の変形に起因して焦電結晶２１と基板１０とが接触することが防止される。例えば焦電結晶２１の受光面２１１及び下面２１２が矩形状である場合は、図２に示したように焦電結晶２１の４隅が面取りされる。これにより、接触ノイズの発生を防止できる。その結果、検出精度の低下を抑制できる。例えばＦＴＩＲ測定に要する時間の増大を抑制できる。 On the other hand, in the pyroelectric infrared detector 1 shown in FIG. 1, the pyroelectric crystal 21 and the substrate 10 are caused by deformation of the pyroelectric crystal 21 by chamfering the corner portion of the pyroelectric crystal 21. Contact is prevented. For example, when the light receiving surface 211 and the lower surface 212 of the pyroelectric crystal 21 are rectangular, the four corners of the pyroelectric crystal 21 are chamfered as shown in FIG. Thereby, generation | occurrence | production of contact noise can be prevented. As a result, a decrease in detection accuracy can be suppressed. For example, an increase in time required for FTIR measurement can be suppressed.
なお、図２では矩形状の焦電結晶２１について４隅を面取りする例を示したが、４隅すべてを面取りするとは限られない。即ち、焦電結晶２１の変形に起因して焦電結晶２１と基板１０とが接触することが防止されるのであれば、すべての隅部を面取りする必要は無く、一つ或いは複数の隅部を面取りしてもよい。 In addition, although the example which chamfers four corners about the rectangular pyroelectric crystal 21 was shown in FIG. 2, not all four corners are chamfered. That is, if the pyroelectric crystal 21 and the substrate 10 are prevented from coming into contact due to deformation of the pyroelectric crystal 21, it is not necessary to chamfer all the corners, and one or more corners are required. May be chamfered.
既に述べたように、焦電結晶２１に使用するＤＴＧＳ単結晶やＤＬＡＴＧＳ単結晶は１０μｍ〜２０μｍ程度に薄いことが好ましい。このように薄い場合には、焦電結晶２１の変形量が大きい。したがって、図１に示した焦電型赤外線検出器１の構成は、焦電結晶２１にＤＴＧＳ単結晶やＤＬＡＴＧＳ単結晶を使用した場合に有効である。 As already described, the DTGS single crystal or DLATGS single crystal used for the pyroelectric crystal 21 is preferably as thin as 10 μm to 20 μm. In such a thin case, the deformation amount of the pyroelectric crystal 21 is large. Therefore, the configuration of the pyroelectric infrared detector 1 shown in FIG. 1 is effective when a DTGS single crystal or a DLATGS single crystal is used for the pyroelectric crystal 21.
また、焦電結晶２１のコーナー部を面取りすることは、焦電結晶２１のコーナー部の下方において基板１０の基板表面１０１から焦電結晶２１の下面方向に突出する凸部が形成されている場合に、特に有効である。例えば、図２に示すように、電極端子５０が焦電結晶２１のコーナー部下方に配置されている場合などである。焦電結晶２１のコーナー部を面取りすることによって、焦電結晶２１が変形した場合にも、焦電結晶２１と電極端子５０とが接触することを防止できる。 Further, the chamfering of the corner portion of the pyroelectric crystal 21 means that a convex portion protruding from the substrate surface 101 of the substrate 10 toward the lower surface of the pyroelectric crystal 21 is formed below the corner portion of the pyroelectric crystal 21. It is particularly effective. For example, as shown in FIG. 2, the electrode terminal 50 is disposed below the corner portion of the pyroelectric crystal 21. By chamfering the corner portion of the pyroelectric crystal 21, it is possible to prevent the pyroelectric crystal 21 and the electrode terminal 50 from coming into contact even when the pyroelectric crystal 21 is deformed.
なお、図７に示したように、焦電結晶２１のサイズを小さくすることによって、焦電結晶２１のコーナー部と電極端子５０とが重ならないようにすることができる。これにより、接触ノイズの発生を抑制することが可能である。しかし、受光面２１１の面積が小さくなることによって、赤外線センサ２０の発生する電気信号が小さくなり、焦電型赤外線検出器１の感度が低下する。 As shown in FIG. 7, by reducing the size of the pyroelectric crystal 21, the corner portion of the pyroelectric crystal 21 and the electrode terminal 50 can be prevented from overlapping. Thereby, it is possible to suppress generation | occurrence | production of contact noise. However, when the area of the light receiving surface 211 is reduced, the electrical signal generated by the infrared sensor 20 is reduced, and the sensitivity of the pyroelectric infrared detector 1 is reduced.
また、焦電結晶２１を厚くすることによって焦電結晶２１の変形を小さくして、接触ノイズを抑制することも考えられる。しかし、焦電結晶２１を厚くすると、焦電結晶２１の上部と下部とで温度差が生じるなどして、特性が劣化する。 It is also conceivable that the pyroelectric crystal 21 is made thick so that deformation of the pyroelectric crystal 21 is reduced and contact noise is suppressed. However, when the pyroelectric crystal 21 is thickened, a temperature difference occurs between the upper part and the lower part of the pyroelectric crystal 21, and the characteristics deteriorate.
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る焦電型赤外線検出器１によれば、焦電結晶２１のコーナー部を面取りすることによって、接触ノイズの発生を抑制することができる。その結果、赤外線センサ２０の下面の中央領域だけを基板で支持することで圧電性ノイズやクラックの発生を防止しつつ、検出精度の低下を抑制できる。 As described above, according to the pyroelectric infrared detector 1 according to the embodiment of the present invention, it is possible to suppress the generation of contact noise by chamfering the corner portion of the pyroelectric crystal 21. As a result, by supporting only the central region on the lower surface of the infrared sensor 20 with the substrate, it is possible to prevent the occurrence of piezoelectric noise and cracks, and to suppress a decrease in detection accuracy.
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was described by embodiment, it should not be understood that the description and drawing which form a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
既に述べた実施形態の説明においては、焦電結晶２１のコーナー部がＣ面取りされている例を示したが、コーナー部がＲ面取りされてもよい。また、Ｒ面取りする範囲を拡げることによって、焦電結晶２１と基板１０との接触をより効果的に防止できる。このため、例えば図８に示すように、受光面２１１が略円形状になるように焦電結晶２１を形成してもよい。 In the description of the embodiment already described, an example in which the corner portion of the pyroelectric crystal 21 is chamfered is shown, but the corner portion may be chamfered. Moreover, the contact between the pyroelectric crystal 21 and the substrate 10 can be more effectively prevented by expanding the R chamfering range. Therefore, for example, as shown in FIG. 8, the pyroelectric crystal 21 may be formed so that the light receiving surface 211 has a substantially circular shape.
また、上記では焦電結晶２１の例としてＤＴＧＳ単結晶やＤＬＡＴＧＳ単結晶を記載したが、他の結晶を焦電結晶２１に使用した場合においても同様に、焦電結晶２１のコーナー部を面取りすることによって接触ノイズの発生を抑制できる。例えば、ＴＧＳ系結晶やＬｉＴａ結晶を焦電結晶２１に使用してもよい。 In the above description, a DTGS single crystal or a DLATGS single crystal is described as an example of the pyroelectric crystal 21. However, when other crystals are used for the pyroelectric crystal 21, the corner portion of the pyroelectric crystal 21 is similarly chamfered. Therefore, the generation of contact noise can be suppressed. For example, a TGS-based crystal or a LiTa crystal may be used for the pyroelectric crystal 21.
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
１…焦電型赤外線検出器
１０…基板
１１…導電パターン
２０…赤外線センサ
２１…焦電結晶
２２…上部電極
２３…下部電極
３０…導電性接着材
５１…第１電極端子
５２…第２電極端子
５３…第３電極端子
７０…ＦＥＴ
８０…ワイヤ
１０１…基板表面
２１１…受光面
２１２…下面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pyroelectric infrared detector 10 ... Board | substrate 11 ... Conductive pattern 20 ... Infrared sensor 21 ... Pyroelectric crystal 22 ... Upper electrode 23 ... Lower electrode 30 ... Conductive adhesive material 51 ... 1st electrode terminal 52 ... 2nd electrode terminal 53 ... Third electrode terminal 70 ... FET
80 ... Wire 101 ... Substrate surface 211 ... Light receiving surface 212 ... Lower surface
Claims (5)
受光面と前記受光面に対向する下面とを連結する側面同士が交差するコーナー部が面取りされた焦電結晶、前記受光面に配置された上部電極、及び前記下面に配置された下部電極を有する赤外線センサと
を備え、
前記赤外線センサが前記下面の中央領域においてのみ前記基板に支持され、前記中央領域を除いた前記下面の他の領域では前記赤外線センサと前記基板との間に空間が設けられていることを特徴とする焦電型赤外線検出器。 A substrate,
A pyroelectric crystal having chamfered corner portions where side surfaces connecting the light receiving surface and the lower surface facing the light receiving surface are chamfered, an upper electrode disposed on the light receiving surface, and a lower electrode disposed on the lower surface An infrared sensor and
The infrared sensor is supported by the substrate only in a central region of the lower surface, and a space is provided between the infrared sensor and the substrate in other regions of the lower surface except the central region. A pyroelectric infrared detector.
5. The focal point according to claim 4, wherein a conductive pattern is formed on a surface of the substrate, and the conductive pattern and the lower electrode of the pyroelectric crystal are electrically connected by the conductive adhesive. Electric infrared detector.
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