JP2818916B2 - 焦電検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人体などから発せられ
る赤外線を検出するための焦電検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記の焦電検出器に備えられる焦電素子
には、赤外検出用の一対の電極を強誘電体の表裏に形成
したシングルタイプのものや、赤外線検出用の第１及び
第２電極を強誘電体の一側面に且つ第３及び第４電極を
強誘電体の他側面に形成したデュアルタイプのもの等が
ある。そして、例えばアルミナ基板などの支持基板に、
アース端子とＦＥＴのゲート端子とにわたる高抵抗体に
接続される導体パターンを形成する一方、当該支持基板
の導体パターン上に焦電素子を搭載させ、かつ、シング
ルタイプの焦電素子においては表裏の電極を、デュアル
タイプの焦電素子においては裏面側の電極を、それぞれ
高抵抗体に並列接続させる状態で導体パターンに接続さ
せることによって、赤外検出用の焦電検出器が構成され
るのであって、焦電素子が赤外線（熱）を受けたときの
焦電効果によって焦電素子上の電極に電荷を生じさせ、
この電荷は焦電流として高抵抗体の両端に電圧を発生
し、これをＦＥＴがインピーダンス変換するもので、焦
電素子が受光した赤外線の変化を電圧の変化として外部
に信号で取り出すものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かゝる従来
の焦電検出器は受光量の割に出力が低く、これまでは、
焦電素子や電極の材質あるいは電極の受光面積などによ
って出力が一義的に決まるもので、いま以上に出力アッ
プを望み得ないものと観念されていた。しかし、本発明
者らは、出力ダウンの原因が他にあるものとして鋭意研
究を重ねたところ、焦電素子から支持基板への放熱が出
力ダウンの一因となっていることを知見するに至ったの
である。

【０００４】即ち、焦電検出器を構成する部品のうち、
焦電素子が受光した熱が支持基板に伝達され、これによ
る焦電素子の熱損失が大きいことから、焦電素子が受け
た熱の割に焦電効果による電圧への変換効率が低下し、
出力ダウンの原因となっていることを突き止めるに至っ
たのである。

【０００５】更に本発明者らは、焦電素子から支持基板
への熱伝達の状況について考察したところ、厚膜に作製
され且つエッチングにより形成される支持基板上の導体
パターンの厚みが３０μｍ程度しかない場合、焦電素子
と支持基板との間の空隙による断熱の効果が極めて低
く、焦電素子が受光した熱が容易に支持基板に伝達され
ていることを知見するに至ったのである。

【０００６】本発明は、かゝる実情に鑑みて成されたも
のであって、特別な構成の変更を必要としない合理的な
改良によって、大幅な出力アップを期するに至った焦電
検出器を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、アース端
子とＦＥＴのゲート端子間に高抵抗体を電気的に接続 さ
せる導体パターンを支持基板上に形成する一方、前記高
抵抗体に並列接続される表裏に電極が形成された焦電素
子の電極を前記導体パターンに電気的に接続させて成る
焦電検出器において、前記支持基板上に厚さ８０μｍ以
上の導体膜を形成し、当該導体膜のうち少なくとも焦電
素子の裏面電極に対応する膜部分をエッチングにより除
去して前記導体パターンを形成し、かつ、前記裏面電極
を、導電性の接着剤を介して前記導体パターンに電気的
に接続させる状態で、焦電素子を支持基板の前記導体パ
ターン上に搭載してある点に特徴を有する。

【０００８】

【作用】上記の特徴構成によれば、導体パターンの厚膜
化によって焦電素子と支持基板との間の空隙が大とな
り、この間における断熱の効果が高くなる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１，２は所謂デュアルタイプの焦電検出器を示
し、この焦電検出器の等価回路図を図３に示す。これら
の図において、１は金属製のケースで、上面の開口部２
に赤外線透過窓３が設けられている。４は前記ケース１
の下部開口を閉塞するステムで、アース用とソース用と
ドレイン用の端子（リードピン）５ａ〜５ｃが貫通保持
されている。６は各端子５ａ〜５ｃの上部に保持された
例えばプリント配線板からなる支持基板で、裏面側に
は、導体パターン７，８を介してソース用とドレイン用
の端子５ｂ，５ｃに電気的に接続されるＦＥＴ９と、導
体パターン１０，１１を介して前記ＦＥＴ９のゲート端
子９ａとアース端子５ａとにわたって電気的に接続され
る高抵抗体１２とが設けられている。

【００１０】１３は前記支持基板６に載置される焦電素
子で、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛系の酸化物
セラミックス）製の強誘電体１４の表面側に、第１及び
第２電極１５，１６を形成すると共に、当該第１及び第
２電極１５，１６に相対応させて第３及び第４電極１
７，１８を裏面側に形成して成り、かつ、前記第３及び
第４電極１７，１８のそれぞれには信号取り出し用のリ
ード電極ａ，ｂが形成されている。

【００１１】１９，２０はリード電極ａ，ｂを介して焦
電素子１３の第３及び第４電極１７，１８を前記高抵抗
体１２に電気的に並列接続させる導体パターンで、前記
支持基板６の表面側に次のようにして形成されている。
即ち、図４（Ａ）に示すように、前記支持基板６の表面
に厚さ８０μｍ以上の導体膜２１を形成すると共に、同
図（Ｂ）に示すように、当該導体膜２１のうち、少なく
とも焦電素子１３裏面側の第３及び第４電極１７，１８
に対応する膜部分２１ａをエッチングにより除去して、
支持基板６の表面側に部分的に導体パターン１９，２０
を形成している。

【００１２】一方、支持基板６裏面側の導体パターン
７，８，１０，１１は、図４（Ａ）に示すように、前記
高抵抗体１２やＦＥＴ９を搭載する上で必要な厚みの導
体膜２２を支持基板６の裏面側に形成すると共に、同図
（Ｂ）ならびに図２に示すように、必要とする導体パタ
ーン７，８，１０，１１を残すように、不要な膜部分を
エッチングにより除去して形成されている。

【００１３】そして同図（Ｃ）に示すように、前記焦電
素子１３の第３及び第４電極１７，１８のリード電極
ａ，ｂを、導電性の接着剤ｃを介して導体パターン１
９，２０に電気的に接続させる状態で、当該焦電素子１
３を支持基板６の導体パターン１９，２０上に搭載し、
また、導体パターン７，８，１０，１１上に高抵抗体１
２とＦＥＴ９を搭載し、かつ、これら焦電素子１３なら
びに支持基板６を覆うように、前記ステム４に金属製の
ケース１を取り付けることで、図１に示した焦電検出器
が構成される。

【００１４】かゝる構成の焦電検出器によれば、前記支
持基板６上に形成される導体パターン１９，２０の厚膜
化によって、前記焦電素子１３とこれを搭載する支持基
板６との間の空隙が大となり、この間における断熱の効
果が高くなって焦電素子１３の熱損失が小さくなること
から、焦電素子１３が受けた熱の焦電効果による電圧へ
の変換効率が高くなり、焦電検出器の特別な構成の変更
を伴わせないで当該焦電検出器の出力アップが達成され
る。

【００１５】因に、導体パターン１９，２０の厚みを、
従来通りの３０μｍと、それよりもやゝ厚い８０μｍ、
更に、５０μｍずつ厚くさせる状態で１３０μｍと１８
０μｍと２３０μｍの合計５態様の焦電素子１３を作製
して、この焦電素子１３を備えた焦電検出器の出力計測
を行ったところ、図５に示すように、導体パターンの厚
さを８０μｍにした場合は、導体パターンの厚さが３０
μｍ程度の従来の焦電検出器における出力に対して相対
感度が３０％アップし、１８０μｍにした場合は相対感
度が４０％アップすることが判明したのである。このこ
とから、前記導体パターン１９，２０の厚みを８０μｍ
以上、中でも導体膜２１の形成面と膜厚さに対する相対
感度のアツプ面から１００μｍ程度に設定することが好
ましいが、これに特定されるものではない。

【００１６】尚、実施例では、焦電検出器として所謂デ
ュアルタイプのものを示したが、一対の電極を強誘電体
１４の表裏両面に形成して、その表裏の電極を支持基板
６上の導体パターン１９，２０に電気的に接続させる所
謂シングルタイプのものを対象にして実施可能であり、
あるいは、前記支持基板６の裏面側にＦＥＴ９を設け且
つ高抵抗体１２を形成しているが、焦電素子１３に比べ
て支持基板６が大きく構成される焦電検出器を対象にす
る場合は、前記高抵抗体１２を支持基板６の表面に、か
つ、ＦＥＴ９も支持基板６の表面側に設ける形態をとる
ことが可能である。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、焦電検出
器の構成変更を一切伴わせないで、支持基板上に形成さ
れる導体パターンの厚膜化のみによって、焦電素子と支
持基板との間の空隙を大にする断熱を図ったものであっ
て、これによって焦電素子の熱損失を効果的に抑止でき
るようになり、延いては、焦電検出器の大幅な出力アッ
プが達成されるに至ったのである。特に、本発明は、焦
電素子から支持基板への熱伝導を防止するにあたり、前
記空隙を確保すべく８０μｍ以上の厚みを持った導体パ
ターンを電気的支持部材として用いているので、本発明
の前記導体パターンの代わりに、例えば、適度な厚みに
仕上げた導電ペーストで形成したパッドを焦電素子と支
持基板との電気的支持部材として用いて前記空隙の確保
を意図する場合に比して以下の利点を有する。 すなわ
ち、適度な厚みに仕上げた前記導電ペーストで形成した
パッドに焦電素子を載置する際、焦電素子搭載のために
支持基板上の例えば４箇所に前記導電ペーストで形成し
たパッドを設けるにしても前記導電ペーストで形成した
パッドの高さ（前記導電ペーストの厚み）を均等に塗布
することは難しく、また、焦電素子を載置する際の押し
圧のばらつきにより、焦電素子と支持基板との間の空隙
に個体差が発生したり、更に、焦電素子と支持基板の平
行度が失われたり、極端な場合焦電素子と支持基板との
間の空隙を前記導電ペーストが埋め尽くすという事態に
陥り、感度の不均一な焦電検出器となってしまうのに対
し、本発明では、焦電素子と支持基板との間の空隙の大
きさの個体差や支持基板内での前記空隙の大きさのばら
つきの発生を抑制でき、均一な感度で個体差が小さい焦
電検出器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】デュアルタイプの焦電検出器の断面図である。

【図２】デュアルタイプの焦電検出器の分解斜視図であ
る。

【図３】デュアルタイプの焦電検出器の回路図である。

【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は支持基板の表裏両面に対する
導体パターンを示す説明図である。

【図５】導体パターンの厚みと相対感度の相関図であ
る。

【符号の説明】

５ａ…アース端子、６…支持基板、９…ＦＥＴ、９ａ…
ゲート端子、１２…高抵抗体、１３…焦電素子、１５〜
１８…電極、１９，２０…導体パターン、２１…導体
膜、２１ａ…膜部分、ｃ…導電性の接着剤。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高田 秀次 京都府京都市南区吉祥院宮の東町２番地 株式会社堀場製作所内 (56)参考文献 実開 平３−57642（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01J 1/02 G01J 5/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アース端子とＦＥＴのゲート端子間に高
   抵抗体を電気的に接続させる導体パターンを支持基板上
   に形成する一方、前記高抵抗体に並列接続される表裏に
   電極が形成された焦電素子の電極を前記導体パターンに
   電気的に接続させて成る焦電検出器において、前記支持
   基板上に厚さ８０μｍ以上の導体膜を形成し、当該導体
   膜のうち少なくとも焦電素子の裏面電極に対応する膜部
   分をエッチングにより除去して前記導体パターンを形成
   し、かつ、前記裏面電極を、導電性の接着剤を介して前
   記導体パターンに電気的に接続させる状態で、焦電素子
   を支持基板の前記導体パターン上に搭載してあることを
   特徴とする焦電検出器。