JP2019158785A - 赤外線センサ及びこれを備えた赤外線センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 実装時の向きに受光特性が影響され難く、Ｃａｎパッケージ内に収納しても視野角の方向性を少なくする又は無くすことが可能な赤外線センサ及びこれを備えた赤外線センサ装置を提供すること。【解決手段】 赤外線の受光側に上面を配する絶縁性基板２と、絶縁性基板に設けられた検出用感熱素子３Ａ及び補償用感熱素子３Ｂと、絶縁性基板２に設けられ検出用感熱素子に接続された一対の検出側配線４Ａ及び補償用感熱素子に接続された一対の補償側配線４Ｂと、絶縁性基板の上面に設けられた赤外線遮蔽部５とを備え、絶縁性基板の上面の中央部分が赤外線の受光領域とされ、検出用感熱素子が、受光領域に対向して配され、赤外線遮蔽部が、受光領域の外周に受光領域を囲んで形成され、補償用感熱素子が、赤外線遮蔽部の直下に配されている。【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物からの赤外線を検知して該測定対象物の温度等を測定する赤外線センサ及びこれを備えた赤外線センサ装置に関する。

従来、測定対象物から輻射により放射される赤外線を非接触で検知して測定対象物の温度を測定する温度センサとして、赤外線センサが使用されている。
例えば、特許文献１には、絶縁性フィルムと、該絶縁性フィルムの一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、絶縁性フィルムの一方の面に形成され第１の感熱素子に接続された導電性の第１の配線膜及び第２の感熱素子に接続された導電性の第２の配線膜と、第２の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜とを備えた赤外線センサが記載されている。この赤外線センサでは、赤外線反射膜によって赤外線の反射領域を設けており、絶縁性フィルムの他方の面が赤外線の受光領域と反射領域とに左右に分かれている。

また、このような赤外線センサを実装する際に、赤外線センサを支持して実装基板上に設置すると共に導通を図る実装部材が用いられる。例えば、特許文献２には、絶縁性フィルムに感熱素子及び複数の端子電極が形成された赤外線センサ本体を、上部に固定して基板へ実装可能な赤外線センサ実装部材が記載されている。この赤外線センサ実装部材は、樹脂製の実装部材本体と、実装部材本体に取り付けられ上端部が端子電極に接続されると共に下端部が基板への実装時に接続される導電性の複数の端子部材とを備えている。

特開２０１１−１０２７９１号公報 特開２０１４−７１０５１号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、上記従来技術の赤外線センサでは、赤外線反射膜が、絶縁性フィルムの片側に配されており、赤外線の受光領域と反射領域とが左右に分かれているため、実装時に向きが限定されてしまう不都合があった。特に、円筒形状のＣａｎパッケージ内に収納する場合などでは、視野角に方向性を無くしたいとの要望があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、実装時の向きに受光特性が影響され難く、Ｃａｎパッケージ内に収納しても視野角の方向性を少なくする又は無くすことが可能な赤外線センサ及びこれを備えた赤外線センサ装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係る赤外線センサは、赤外線の受光側に上面を配する絶縁性基板と、前記絶縁性基板に設けられた検出用感熱素子及び補償用感熱素子と、前記絶縁性基板に設けられ前記検出用感熱素子に接続された一対の検出側配線及び前記補償用感熱素子に接続された一対の補償側配線と、前記絶縁性基板の上面に設けられた赤外線遮蔽部とを備え、前記絶縁性基板の上面の中央部分が赤外線の受光領域とされ、前記検出用感熱素子が、前記受光領域に対向して配され、前記赤外線遮蔽部が、前記受光領域の外周に前記受光領域を囲んで形成され、前記補償用感熱素子が、前記赤外線遮蔽部の直下に配されていることを特徴とする。

この赤外線センサでは、絶縁性基板の上面の中央部分が赤外線の受光領域とされ、検出用感熱素子が、受光領域に対向して配され、赤外線遮蔽部が、受光領域の外周に受光領域を囲んで形成され、補償用感熱素子が、赤外線遮蔽部の直下に配されているので、絶縁性基板の中心部に受光領域があると共にその周りが赤外線の遮蔽領域となり、実装時の向きが変わっても受光特性に大きな影響を与えずにすみ、視野角の方向性も少なくできる。

第２の発明に係る赤外線センサは、第１の発明において、前記絶縁性基板の下面に前記受光領域に対向して配されていると共に前記絶縁性基板よりも熱伝導率の高い材料で形成され前記検出用感熱素子に接続された集熱部を備えていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、絶縁性基板の下面に受光領域に対向して配されていると共に絶縁性基板よりも熱伝導率の高い材料で形成され検出用感熱素子に接続された集熱部を備えているので、中央の受光領域で受光した赤外線の熱を集熱部により検出用感熱素子に効率的に伝えることができる。

第３の発明に係る赤外線センサは、第１又は第２の発明において、前記受光領域が、円形状に設けられていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、受光領域が、円形状に設けられているので、受光領域の方向性が無くなり、より実装時の向きの影響を抑制することができる。

第４の発明に係る赤外線センサは、第１から第３の発明のいずれかに記載の赤外線センサと、前記赤外線センサを上部に搭載したベース部材と、前記ベース部材を上部に搭載したステム部材と、前記ステム部材上に前記赤外線センサ及び前記ベース部材を内側に収納した状態で設置されたキャップ部材とを備え、前記キャップ部材が、赤外線を透過可能な円形状の丸窓部を備え、前記丸窓部が、前記受光領域の中心に中心軸が一致して配されていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサ装置では、キャップ部材が、赤外線を透過可能な円形状の丸窓部を備え、丸窓部が、受光領域の中心に中心軸が一致して配されているので、視野角の方向性が小さいＣａｎパッケージの赤外線センサ装置とすることができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る赤外線センサ及びこれを備えた赤外線センサ装置によれば、絶縁性基板の上面の中央部分が赤外線の受光領域とされ、検出用感熱素子が、受光領域に対向して配され、赤外線遮蔽部が、受光領域の外周に受光領域を囲んで形成され、補償用感熱素子が、赤外線遮蔽部の直下に配されているので、絶縁性基板の中心部に受光領域があると共にその周りが赤外線の遮蔽領域となり、実装時の向きが変わっても受光特性に大きな影響を与えずにすみ、視野角の方向性も少なくできる。
したがって、本発明の赤外線センサをＣａｎパッケージに収納した赤外線センサ装置では、視野角の方向性を無くすことも可能になる。

本発明に係る赤外線センサ及びこれを備えた赤外線センサ装置の一実施形態において、赤外線センサを示す平面図である。 本実施形態において、感熱素子設置前の赤外線センサを示す裏面図である。 本実施形態において、赤外線センサ装置を示す平面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 本実施形態において、赤外線センサを搭載したベース部材を示す平面図である。 図５のＢ−Ｂ線断面図である。 本実施形態において、ステム部材を示す平面図である。 本実施形態において、ベース部材を示す平面図である。

以下、本発明に係る赤外線センサ及びこれを備えた赤外線センサ装置の一実施形態を、図１から図８を参照しながら説明する。

本実施形態の赤外線センサ１は、図１及び図２に示すように、赤外線の受光側に上面を配する絶縁性基板２と、絶縁性基板２に設けられた検出用感熱素子３Ａ及び補償用感熱素子３Ｂと、絶縁性基板２に設けられ検出用感熱素子３Ａに接続された一対の検出側配線４Ａ及び補償用感熱素子３Ｂに接続された一対の補償側配線４Ｂと、絶縁性基板２の上面に設けられた赤外線遮蔽部５とを備えている。

上記絶縁性基板２の上面の中央部分は、赤外線の受光領域とされ、検出用感熱素子３Ａが、受光領域に対向して配されている。
上記赤外線遮蔽部５は、受光領域の外周に受光領域を囲んで形成され、補償用感熱素子３Ｂが、赤外線遮蔽部５に対向して配されている。
上記受光領域は、中心を絶縁性基板２の中心に合わせた円形状に設けられている。すなわち、赤外線遮蔽部５の中央に円形の受光窓５ａが空けられており、この受光窓５ａ内が赤外線が絶縁性基板２に直接入射される受光領域となっている。
本実施形態では、図１において絶縁性基板２の一端側に補償用感熱素子３Ｂが配されている。また、受光領域の中心直下には、検出用感熱素子３Ａが配されている。なお、本実施形態では、絶縁性基板２の下面に検出用感熱素子３Ａ及び補償用感熱素子３Ｂが実装されている。

また、本実施形態の赤外線センサ１は、絶縁性基板２の下面に受光領域に対向して配されていると共に絶縁性基板２よりも熱伝導率の高い材料で形成され検出用感熱素子３Ａに接続された集熱部６を一対備えている。なお、本実施形態の集熱部６は、銅箔等の金属で形成された集熱膜が採用されている。
一対の上記集熱部６は、受光窓５ａの形状に対応して互いに対向した略半円状とされている。
なお、図１において赤外線遮蔽部５には、ハッチングを施し、図２においては、集熱部６及び検出側配線４Ａ及び補償側配線４Ｂに、ハッチングを施している。

また、検出側配線４Ａ及び補償側配線４Ｂには、その一端部にそれぞれ絶縁性基板２に形成された一対の接着電極４ａが接続されていると共に、他端部にそれぞれ絶縁性基板２に形成された端子電極４ｃが接続されている。また、検出側配線４Ａ及び補償側配線４Ｂは、接着電極４ａと端子電極４ｃとを接続して延在する接続配線部４ｂをそれぞれ有している。
二対の端子電極４ｃは、絶縁性基板２の四隅近傍に配されている。

なお、上記接着電極４ａには、それぞれ対応する検出用感熱素子３Ａ及び補償用感熱素子３Ｂの端子部が半田や導電性接着剤で接着されている。
上記集熱部６は、接続配線部４ｂと接着電極４ａとに接続されており、接続配線部４ｂは、端子電極４ｃよりも細くかつ長く延在して形成されており、熱が集熱部６から端子電極４ｃ側に伝わり難く設定されている。

上記絶縁性基板２は、ポリイミド樹脂シート等の絶縁性フィルムで略長方形状又は略正方形状に形成され、赤外線遮蔽部５，集熱部６，検出側配線４Ａ及び補償側配線４Ｂが銅箔で形成されている。すなわち、これらは、絶縁性基板２とされるポリイミド基板の両面に、赤外線遮蔽部５，集熱部６，検出側配線４Ａ及び補償側配線４Ｂとされる銅箔のフロート電極がパターン形成された両面フレキシブル基板によって作製されたものである。

上記赤外線遮蔽部５は、絶縁性基板２よりも高い赤外線反射率を有する材料で形成された赤外線反射膜であり、本実施形態では銅箔上に金メッキ膜が施されてパターン形成されている。
なお、金メッキ膜の他に、例えば鏡面のアルミニウム蒸着膜やアルミニウム箔等で形成しても構わない。

上記検出用感熱素子３Ａ及び補償用感熱素子３Ｂは、両端部に端子部が形成されたチップサーミスタである。このサーミスタとしては、ＮＴＣ型、ＰＴＣ型、ＣＴＲ型等のサーミスタがあるが、本実施形態では、検出用感熱素子３Ａ及び補償用感熱素子３Ｂとして、例えばＮＴＣ型サーミスタを採用している。このサーミスタは、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料等のサーミスタ材料で形成されている。

また、本実施形態の赤外線センサ装置１０は、図３及び図４に示すように、上記赤外線センサ１と、赤外線センサ１を上部に搭載したベース部材１１と、ベース部材１１を上部に搭載したステム部材１５と、ステム部材１５上に赤外線センサ１及びベース部材１１を内側に収納した状態で設置されたキャップ部材１６とを備えている。
上記キャップ部材１６が、赤外線を透過可能な円形状の丸窓部１６ａを備え、丸窓部１６ａが、受光領域の中心に中心軸が一致して配されている。

上記ステム部材１５は、図７に示すように、円盤状のステム本体１５ａに４本の導電性の棒状端子であるリードピンＰが互いに絶縁されて上下に貫通して設けられている。
上記キャップ部材１６は、円筒状に形成され、上部に設けられた丸窓部１６ａが、赤外線が透過可能な材料で形成された窓部材１７で閉塞されている。
上記ベース部材１１は、図６及び図８に示すように、樹脂等で成形された絶縁性のベース本体１２と、ベース本体１２に取り付けられ上端部が端子電極４ｃにはんだ付け等で接続されると共に側面がステム部材１５のリードピンＰにはんだ付け等で接続される導電性の複数の端子部材１３とを備えている。

上記端子部材１３は、ベース本体１２より熱伝導性の高い金属等の材料で形成されていると共に、側方に突出した端子ピン部１３ａを有している。
上記ベース本体１２は、側部に形成され端子ピン部１３ａが差し込み固定される端子部材用穴部１２ａと、上部に形成され検出用感熱素子３Ａの直下に配された素子収納用穴部１２ｃと、上部に形成され補償用感熱素子３Ｂの直下に配された素子収納用凹部１２ｄとを有している。
長く突出した端子ピン部１３ａは、長孔形状の端子部材用穴部１２ａに差し込まれて嵌め込まれることで固定される。

本実施形態では、ベース本体１２が平面視で略長方形状又は略正方形状に形成された薄板状のブロック形状であり、４つの端子部材１３が４つの角部の近傍に設置され、対向する両側にそれぞれ２つずつ端子部材１３が配されている。すなわち、ベース本体１２の両側にそれぞれ赤外線センサ１を支持する部分が２つずつ互いに間隔を空けて設けられ、全部で４箇所で赤外線センサ１が支持、固定される。

なお、赤外線センサ１は、ベース本体１２との間に隙間を設けて支持されている。すなわち、上記端子部材１３は、その上部がベース本体１２の上面から一定量だけ突出しており、上端部にはんだ付け等で接続された赤外線センサ１をベース本体１２から浮かせた状態で支持している。

端子部材１３は、端子ピン部１３ａの下に該端子ピン部１３ａの突出方向と逆に延在した端子スリット部１３ｂを有し、ベース本体１２は、端子スリット部１３ｂに差し込まれる端子用差し込み部１２ｂを有している。
端子部材１３の上端部は、はんだ付け用に平坦部とされている。
なお、上記端子部材１３は、金属板から型抜き加工、エッチング加工又はレーザ加工によって形成された板状である。

端子部材１３の側面には、対応するリードピンＰの上部がはんだ付け等で接着されている。
上記４本のリードピンＰは、ベース本体１２の四隅の裏面側に形成された切り欠き部分に挿入された状態で対応する端子部材１３に接合されている。各リードピンＰの内側の面で端子部材１３の外側の面に接合されており、４本のリードピンＰによってベース部材１１が挟まれていると共に位置決めされた状態となっている。

このように本実施形態の赤外線センサ１では、絶縁性基板２の上面の中央部分が赤外線の受光領域とされ、検出用感熱素子３Ａが、受光領域に対向して配され、赤外線遮蔽部５が、受光領域の外周に受光領域を囲んで形成され、補償用感熱素子３Ｂが、赤外線遮蔽部５の直下に配されているので、絶縁性基板２の中心部に受光領域があると共にその周りが赤外線の遮蔽領域となり、実装時の向きが変わっても受光特性に大きな影響を与えずにすみ、視野角の方向性も少なくできる。

特に、受光領域が、円形状に設けられているので、受光領域の方向性が無くなり、より実装時の向きの影響を抑制することができる。
また、絶縁性基板２の下面に受光領域に対向して配されていると共に絶縁性基板２よりも熱伝導率の高い材料で形成され検出用感熱素子３Ａに接続された集熱部６を備えているので、中央の受光領域で受光した赤外線の熱を集熱部６により検出用感熱素子３Ａに効率的に伝えることができる。

したがって、本実施形態の赤外線センサ装置１０では、キャップ部材１６が、赤外線を透過可能な円形状の丸窓部１６ａを備え、丸窓部１６ａが、受光領域の中心に中心軸が一致して配されているので、視野角の方向性が小さいＣａｎパッケージの赤外線センサ装置とすることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、チップサーミスタの感熱素子を採用しているが、薄膜サーミスタで形成された感熱素子を採用しても構わない。
なお、感熱素子としては、上述したように薄膜サーミスタやチップサーミスタが用いられるが、サーミスタ以外に焦電素子等も採用可能である。

１…赤外線センサ、２…絶縁性基板、３Ａ…検出用感熱素子、３Ｂ…補償用感熱素子、４Ａ…検出側配線、４Ｂ…補償側配線、５…赤外線遮蔽部、６…集熱部、１０…赤外線センサ装置、１１…ベース部材、１５…ステム部材、１６…キャップ部材、１６ａ…丸窓部

Claims (4)

1. 赤外線の受光側に上面を配する絶縁性基板と、
   前記絶縁性基板に設けられた検出用感熱素子及び補償用感熱素子と、
   前記絶縁性基板に設けられ前記検出用感熱素子に接続された一対の検出側配線及び前記補償用感熱素子に接続された一対の補償側配線と、
   前記絶縁性基板の上面に設けられた赤外線遮蔽部とを備え、
   前記絶縁性基板の上面の中央部分が赤外線の受光領域とされ、
   前記検出用感熱素子が、前記受光領域に対向して配され、
   前記赤外線遮蔽部が、前記受光領域の外周に前記受光領域を囲んで形成され、
   前記補償用感熱素子が、前記赤外線遮蔽部の直下に配されていることを特徴とする赤外線センサ。
2. 請求項１に記載の赤外線センサにおいて、
   前記絶縁性基板の下面に前記受光領域に対向して配されていると共に前記絶縁性基板よりも熱伝導率の高い材料で形成され前記検出用感熱素子に接続された集熱部を備えていることを特徴とする赤外線センサ。
3. 請求項１又は２に記載の赤外線センサにおいて、
   前記受光領域が、円形状に設けられていることを特徴とする赤外線センサ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の赤外線センサと、
   前記赤外線センサを上部に搭載したベース部材と、
   前記ベース部材を上部に搭載したステム部材と、
   前記ステム部材上に前記赤外線センサ及び前記ベース部材を内側に収納した状態で設置されたキャップ部材とを備え、
   前記キャップ部材が、赤外線を透過可能な円形状の丸窓部を備え、
   前記丸窓部が、前記受光領域の中心に中心軸が一致して配されていることを特徴とする赤外線センサ装置。

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