JP5481290B2

JP5481290B2 - 焦電型赤外線センサ

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Publication number: JP5481290B2
Application number: JP2010151507A
Authority: JP
Inventors: 正博齋藤
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2030-07-02
Also published as: JP2012013584A

Description

本発明は、受光面に照射された赤外線を検知する焦電素子からなるセンサ素子を実装した焦電型赤外線センサに関し、特にセンサ素子の実装構造に特徴を有する焦電型赤外線センサに関する。

赤外線センサの一種である焦電型赤外線センサは、焦電素子を検出画素として備えている。

焦電素子は、焦電体基板の表裏に電極を設置した構造となっている。焦電体は、赤外線が照射されていない状態、すなわち温度が変化していない状態でも自発分極により表面電荷を有するが、通常は表面に周囲の浮遊電荷を引き寄せて中性状態となっている。温度変化に伴い自発分極の状態が変化すると、その際の浮遊電荷の応答が遅いことから中性状態が崩れ、この結果表面電荷を生じる。この表面電荷の変化を焦電体基板の表裏に設けた電極から取り出し、出力信号としている。焦電型赤外線センサの多くは、上記のような焦電素子を検出画素として複数個備えたセンサ素子から構成されている。

従来の焦電型赤外線センサの一例を、特許文献１を参照して説明する。図８は特許文献１に記載された従来の焦電型赤外線センサを説明するための図であり、図８（ａ）はセンサ素子の受光面側の平面図、図８（ｂ）はセンサ素子の底面図、図８（ｃ）は検出対象とセンサ素子および光学系の配置を示す図、図８（ｄ）は検出回路を示す図である。

図８（ａ）に示すように、このセンサ素子では、焦電体基板１０の受光面側に４つの焦電素子の電極２ａ、１ａ、１ｂ、２ｂが並置して配列され、焦電体基板１０の裏面には、図８（ｂ）に示すように、前記の各電極２ａ、１ａ、１ｂ、２ｂにそれぞれ対向した位置に電極４ａ、３ａ、３ｂ、４ｂと、それらの電極に接続された取り出し電極が配置されている。焦電体基板１０は受光面側とその裏面側の間で分極されており、この構造により、電極２ａと電極４ａの間、電極１ａと電極３ａの間、電極１ｂと電極３ｂの間、電極２ｂと電極４ｂの間でそれぞれひとつの焦電素子が形成され、このセンサ素子は４つの焦電素子から構成されている。

２つの焦電素子をそれらの極性を反転して直列に接続したものをデュアル素子と称しており、図８（ａ）、図８（ｂ）に示す構造では、電極１ａ、３ａで構成される焦電素子と電極１ｂ、３ｂで構成される焦電素子とで第１のデュアル素子１を形成している。また、電極２ａ、４ａで構成される焦電素子と電極２ｂ、４ｂで構成される焦電素子とで第２のデュアル素子２を形成している。

さらにこれらのデュアル素子は図８（ｄ）に示すように検出回路に接続される。電極１ａ、３ａで構成される焦電素子に対して電極１ｂ、３ｂで構成される焦電素子の極性が反転して直列に接続されていることになる。このように接続することによって、外部温度の変化等で両焦電素子に電荷が発生しても、その電荷量が同一であれば電極１ａ、３ａで構成される焦電素子と電極１ｂ、３ｂで構成される焦電素子の各々の出力は相殺されるため、受光される赤外線以外の影響が補償されるようになっている。電極２ａ、４ａで構成される焦電素子に対して電極２ｂ、４ｂで構成される焦電素子の極性が反転するように直列に接続されていることも同じ理由による。図８（ｄ）の検出回路では、第１のデュアル素子１の検出結果についてはＦＥＴ６を介して出力し、第２のデュアル素子２の検出結果についてはＦＥＴ７を介して出力する構成となっている。これらのＦＥＴは焦電素子の高い出力インピーダンスを、ＦＥＴの出力側に接続された抵抗で決まる低い出力インピーダンスに変換するものである。

次に図８（ｃ）に基づいて特許文献１に記載の焦電型赤外線センサの動作を説明する。焦電素子の電極２ａ、１ａ、１ｂ、２ｂには、それぞれ、検知領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで放射する赤外線が、レンズ５にて集光され照射される。検知領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは連続した異なる領域である。赤外線が照射されることにより、第１のデュアル素子１の電極１ａ、１ｂからの検出結果はＦＥＴ６を介して出力され、第２のデュアル素子２の電極２ａ、２ｂから検出結果はＦＥＴ７を介して出力される。いま、図８（ｃ）のように、検知対象である人が検知領域をＡからＢ、ＢからＣ、ＣからＤへと移動した場合、電極２ａ、１ａ、１ｂ、２ｂの順番で赤外線が照射される。この結果、検出回路により図８（ｃ）に示すようなＦＥＴ６の出力とＦＥＴ７の出力が得られる。このように、ＦＥＴ６、ＦＥＴ７の出力を観測することで、赤外線を放射する物体の移動を検出することができる。

上述の特許文献１に記載されたセンサも含め、一般的に、焦電型赤外線センサにおいては、センサ素子の実装される位置のわずかな誤差がセンサ全体の特性に大きく影響を及ぼす。

第一にはレンズとセンサ素子との間の距離の誤差の影響がある。図８（ｃ）からも明らかなように、レンズ５と焦電素子との間の距離が変われば、電極２ａ、１ａ、１ｂ、２ｂ上に投影される像の大きさが変わり、焦電型赤外線センサの出力特性に影響が生ずる。

第二には焦電素子と焦電素子を実装する回路基板が近接する場合のそれらの間隔の影響である。通常、センサ素子は図８（ｃ）には図示されていない回路基板上に取り付けられている。この場合、レンズを通過した赤外線が各焦電素子へ照射され、焦電素子の表面温度が上昇することで焦電素子の表面上に電荷が発生することとなるが、センサ素子とセンサ素子を実装する回路基板が設定値以上に近接している場合には、センサ素子へ照射された赤外線のエネルギーが、熱伝導によって回路基板側へ一部放出されることとなり、焦電素子からの発生電荷自体が小さくなる場合がある。また、近接しすぎたことにより、電極４ａ、３ａ、３ｂ、４ｂで発生した電荷の一部が電気的に回路基板に漏洩した場合、その漏洩した電荷は図８（ｄ）のＦＥＴ６、７のゲート動作に寄与しないのでセンサの出力が低下することも考えられる。

以上のように、センサ特性への影響を防ぐためには、センサ素子とセンサ素子を実装する回路基板との実装間隔を適切に制御することが重要な課題であり、この間隔を制御することにより感度低下を防ぐことができ、感度ばらつきを抑えることができる。

この対策の一例が特許文献２に開示されている。図９は特許文献２に記載された従来のセンサ素子と回路基板の実装構造を示す断面図である。図９において、回路基板６８は裏面にＦＥＴや抵抗などを含んだ回路が搭載された基板である。この回路基板６８と焦電素子からなるセンサ素子６１の接続を、ガラスビーズ６０を含有した導電性接着剤６９にて行っている。これにより導電性接着剤６９にてセンサ素子６１の電気的接続と固定をするとともに、スペーサとしてガラスビーズ６０を使用することで、回路基板６８とセンサ素子６１の間隔を精度よく制御している。

また、別の手段が特許文献３に開示されている。図１０は特許文献３に記載された従来のセンサ素子と回路基板の実装構造を示す斜視図である。図１０において、回路基板７８上に逆Ｌ字状板材７２を支持部材としてセンサ素子７１を搭載するものである。図示しない導電性接着剤にて各部品間の電気的接続と固定を行う。逆Ｌ字状板材７２により、回路基板７８とセンサ素子７１の間隔を精度よく制御している。

更に別の手段が特許文献４に開示されている。図１１は特許文献４に記載された従来のセンサ素子と回路基板の実装構造を示す分解斜視図である。図１１において、熱伝導の低い材料からなる複数の支持部８３と回路基板８８が一体形成されている。電極パッド８４上に支持部８３よりも高くなるように一定量の導電性接着剤８９を載せる。センサ素子８１の図示しない電極が導電性接着剤８９と接するようにセンサ素子８１を支持部８３の上面に搭載し、導電性接着剤８９を硬化させる。支持部８３により、回路基板８８とセンサ素子８１の間隔を精度よく制御している。

特開２００７−２９２４６１号公報特開平９−１８４７５６号公報特開２００１−６６１８３号公報国際公開第２００６／００９１７４号

上述の特許文献２、３及び４に記載の方法により、センサ素子が実装される位置のばらつき少なくすることは可能である。しかしながら回路基板とセンサ素子の間隔をあけ、その位置精度を高くする為に、導電性接着剤と併用して、特許文献２の方法に於いては図９のガラスビーズ６０、特許文献３の方法に於いては図１０の逆Ｌ字状板材７２、特許文献４の方法に於いては図１１の支持部８３が必要である。回路基板とセンサ素子の間隔をあけ、その精度を高くするために新たな部品を追加することは、焦電型赤外線センサのコストや生産性の面から好ましくない。

そこで本発明の課題は、新たな部品を追加することなく、回路基板とセンサ素子の間隔を高い精度で保つことができる焦電型赤外線センサを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明による焦電型赤外線センサは、焦電体基板の受光面側に設置された表面電極と前記表面電極に前記焦電体基板を挟んで対向する裏面電極とを備える焦電素子を少なくとも１個有するセンサ素子と、前記センサ素子の前記裏面電極のある側に前記センサ素子との間の空隙を介して配置された回路基板と、前記回路基板を搭載する樹脂ホルダーと、前記樹脂ホルダーの外周面を覆い前記受光面側に開口部を有するシールドケースと、前記シールドケースの前記開口部に装着された赤外線集光レンズまたは赤外線透過フィルターとを有し、前記回路基板は前記裏面電極に接続され、前記裏面電極から取り出した電荷による前記センサ素子の出力信号をインピーダンス変換して出力するための手段および出力端子とを備え、前記樹脂ホルダーは前記回路基板の搭載面から突出する少なくとも２個の支持部を有し、前記支持部は、前記回路基板に設けた貫通穴または前記回路基板の外周部に設けた切り欠き部を通過して、前記センサ素子の裏面の一部に当接することにより前記空隙の大きさを制御し、前記樹脂ホルダーは前記回路基板の搭載面から突出する少なくとも２個の凸部を有し、前記凸部は前記回路基板に設けた貫通穴または前記回路基板の外周部に設けた切り欠き部を通過して、前記センサ素子の側面の一部に近接するまたは接することにより、前記センサ素子の前記回路基板との対向面に対する水平方向の位置決めを行うことを特徴とする。

また、本発明による焦電型赤外線センサは、焦電体基板の受光面側に設置された表面電極と前記表面電極に前記焦電体基板を挟んで対向する裏面電極とを備える焦電素子を少なくとも１個有するセンサ素子と、前記センサ素子の前記裏面電極のある側に前記センサ素子との間の空隙を介して配置された回路基板と、前記回路基板を搭載する樹脂ホルダーと、前記樹脂ホルダーの外周面を覆い前記受光面側に開口部を有するシールドケースと、前記シールドケースの前記開口部に装着された赤外線集光レンズまたは赤外線透過フィルターとを有し、前記回路基板は前記裏面電極に接続され、前記裏面電極から取り出した電荷による前記センサ素子の出力信号をインピーダンス変換して出力するための手段および出力端子とを備え、前記樹脂ホルダーは前記回路基板の搭載面から突出する少なくとも２個の支持部を有し、前記支持部は、前記回路基板に設けた貫通穴または前記回路基板の外周部に設けた切り欠き部を通過して、前記センサ素子の裏面の一部に当接することにより前記空隙の大きさを制御し、先端部に第１の面と前記第１の面より前記回路基板の搭載面側に位置する第２の面とからなる段差を有し、前記第２の面が前記センサ素子の裏面の一部に当接し、前記第１の面と前記第２の面との間の段差の側面が前記センサ素子の側面の一部に近接するまたは接することにより、前記センサ素子の前記回路基板との対向面に対する水平方向の位置決めを行うことを特徴とする。

この場合、前記センサ素子は矩形状の焦電体基板上に形成され、前記支持部は前記焦電体基板の少なくとも２つの角部の裏面に当接してもよい。

また、前記樹脂ホルダーは前記回路基板を搭載する基台部分と前記回路基板および前記センサ素子を内包する筒状部分とからなり、前記支持部は前記筒状部分の内壁に沿って設けられ、前記支持部は前記センサ素子の周辺部の裏面の一部に当接してもよい。

また、前記センサ素子は周辺部に前記裏面電極と前記回路基板との接続用の電極部を有し、前記支持部は、前記接続用の電極部の周囲の近傍の少なくとも一部に前記段差を有し、前記接続用の電極部と前記電極部に対向する前記回路基板の電極パッドとの間に導電性接着剤が塗布されることにより前記回路基板が前記裏面電極に接続されてもよい。

また、前記樹脂ホルダーは２００℃以下の温度では軟化しない高耐熱樹脂により形成されていてもよい。

上記のように、本発明の焦電型赤外線センサは、センサ素子と回路基板との間隔を、樹脂ホルダーの回路基板の搭載面から上方に突出し回路基板に設けた貫通穴または外周部の切り欠き部を通してセンサ素子の裏面に当接する少なくとも２個の支持部により制御するため、センサ素子と出力信号を取り出すための回路基板との間の間隔を適切に制御し支持することができる。そのため、センサ素子へ照射された赤外線のエネルギーが熱伝導によって回路基板側へ放出されることを防止でき、センサ素子で発生する電荷の減少がないため、センサの出力の低下を防ぐことができる。同時に、センサ素子の電極で発生した電荷の一部が電気的に回路基板へ漏洩して、センサ素子の出力信号をインピーダンス変換して出力するための手段として用いられるＦＥＴのゲート動作に寄与しない漏洩電荷によってセンサの出力が低下することも抑制されることになる。さらに、本発明においては実装用の新たな部品を追加することなく、樹脂ホルダーに一体化された支持部により実装位置の精度が保たれるため、量産時の製造上のばらつきに起因するセンサ素子を装着する際の高さ方向の位置ずれや傾き等を防止することができ、個々のセンサ出力のばらつきを抑えることも可能となる。

さらには、赤外線集光レンズまたは赤外線透過フィルターとセンサ素子とが同じ樹脂ホルダーにより位置決めされて支持固定されるため、赤外線集光レンズまたは赤外線透過フィルターに対するセンサ素子の取り付け位置が一定に保たれ、特に赤外線集光レンズを装着した場合においては、検知対象物のレンズによる結像位置、および結像された像の大きさがセンサ素子の受光面において常に一定となり、製造上の実装高さおよび位置のばらつきによるセンサ出力のばらつきを抑えることができる。

また、支持部に加えて、樹脂ホルダーに回路基板の搭載面から上方に突出する少なくとも２個の凸部を設けて、この凸部によりセンサ素子の側面の位置を制御することによりセンサ素子の高さ方向に加えて水平方向の実装位置も制御できる。

また、支持部の先端部に高さの異なる第１の面と第２の面とからなる段差を設け、第２の面でセンサ素子の裏面の一部を支持し、第１の面と第２の面との間の段差の側面でセンサ素子の側面の位置を制御することで、高さ方向および水平方向の両方の実装位置を制御することができる。また、一般には赤外線を受光したセンサ素子は、電極上で電荷が発生するため、特に電極付近で受けた赤外線による受光熱を熱伝導によって回路基板側へ放出させないことが重要となる。そこでセンサ素子の電極から最も離れたセンサ素子の周辺部の位置を支持部で保持することで、センサ素子からの熱放出を最小限に抑えることが可能となる。

この場合、センサ素子が矩形状である場合は、センサ素子の角部を支持部で保持することにより、センサ素子からの熱放出を最小限に抑えることが可能となる。

また、通常センサ素子の周辺部の裏面に設けられている回路基板との接続用の電極部の近傍に前記の支持部の段差が位置し、かつ、その接続用の電極部を支持部が覆うことがないように支持部の断面形状を形成し、その段差部分でセンサ素子の高さおよび水平方向の位置を制御するような構成も可能である。さらに、センサ素子の接続用の電極部とこの電極部に対向する回路基板の電極パッドとの間に導電性接着剤を塗布して回路基板とセンサ素子を接続する場合、支持部の段差の側面によって導電性接着剤の塗布位置を固定できると共に、センサ素子が上面から装着された際の導電性接着剤の広がりを支持部の段差の側面によって抑制することが可能となる。

また、樹脂ホルダーを液晶ポリマー、エポキシ樹脂等の高耐熱樹脂を用いて形成することにより半田リフローによる面実装への対応が可能となる。

以上のように、本発明により、新たな部品を追加することなく、回路基板とセンサ素子の間隔を高い精度で保つことができる焦電型赤外線センサが得られる。

本発明による焦電型赤外線センサの第１の実施の形態の断面図。第１の実施の形態の焦電型赤外線センサのシールドケースの内部の平面図。本発明による焦電型赤外線センサの第２の実施の形態のシールドケースの内部の平面図。本発明による焦電型赤外線センサの第３の実施の形態のシールドケースの内部の平面図。本発明による焦電型赤外線センサの第４の実施の形態のシールドケースの内部の平面図。本発明による焦電型赤外線センサの第５の実施の形態のシールドケースの内部の平面図。第５の実施の形態の焦電型赤外線センサの分解斜視図。従来の焦電型赤外線センサを説明するための図であり、図８（ａ）はセンサ素子の受光面側の平面図、図８（ｂ）はセンサ素子の底面図、図８（ｃ）は検出対象とセンサ素子および光学系の配置を示す図、図８（ｄ）は検出回路を示す図。従来のセンサ素子と回路基板の実装構造を示す断面図。従来のセンサ素子と回路基板の実装構造を示す斜視図。従来のセンサ素子と回路基板の実装構造を示す分解斜視図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明による焦電型赤外線センサの第１の実施の形態の断面図であり、図２はシールドケースの内部の平面図である。図１、図２に示すように本実施の形態の焦電型赤外線センサは、焦電体基板の受光面側に設置された表面電極と前記表面電極に前記焦電体基板を挟んで対向する裏面電極とを備える焦電素子を少なくとも１個有するセンサ素子１１と、センサ素子１１の下方にセンサ素子１１との間の空隙を介して配置された回路基板８と、回路基板８を搭載する樹脂ホルダー１６と、樹脂ホルダー１６の外周面を覆い受光面側に開口部を有するシールドケース１８と、シールドケース１８の開口部に装着された赤外線集光レンズ１９とを有し、回路基板８はセンサ素子１１の裏面電極に接続され、裏面電極から取り出した電荷によるセンサ素子１１の出力信号をインピーダンス変換して出力するための手段としてのＦＥＴ６および出力端子１７とを備え、樹脂ホルダー１６は回路基板の搭載面から上方に突出する２個の支持部１３を有し、支持部１３は回路基板８に設けた貫通穴８ａを下方から上方に通過して、センサ素子１１の裏面の一部に当接して支持固定することにより前記空隙の大きさを制御している。ここで、センサ素子１１は矩形状の焦電体基板上に形成されており、受光面側に上記の焦電素子の構成要素である表面電極１５を有している。

また、樹脂ホルダー１６は、回路基板を搭載する基台部分１６ａと回路基板８およびセンサ素子１１を内包する筒状部分１６ｂとからなっている。また、導電性接着剤９でセンサ素子１１の裏面電極と回路基板の電極パッド１４とを接続している。

シールドケース１８は、センサ素子１１に対し周囲環境からの電磁ノイズが影響を与えない様に、周囲を金属材料で覆う目的で設置されている。このシールドケース１８の上面部には、赤外線を受光するための開口部が形成されており、本実施の形態ではその開口部に赤外線集光レンズ１９が設置されているが、赤外線透過フィルターを設置してもよい。

また、樹脂ホルダー１６は、外周部のシールドケース１８で受けた熱の内部への伝導を防ぐため筒状部分１６ｂを設け、センサ素子１１とシールドケース１８との間に熱伝導性の低い樹脂部分を介在させている。

回路基板８は、センサ素子１１の裏面電極に接続するための電極パッド１４を備え、また、センサ素子１１からの出力電圧をインピーダンス変換するためのＦＥＴ６が実装され、信号出力を筐体外部への引き出すための出力端子１７が接続されている。

本実施の形態においては、支持部１３の上端面を基準にセンサ素子１１の高さが規定されるため、センサ素子１１と回路基板８との間の間隔を精度良く固定できる。これにより、センサ素子１１へ照射された赤外線のエネルギーが、熱伝導によって回路基板８側へ放出するのを防止でき、センサ出力の低下を防ぐことができる。さらには量産時の製造上のばらつきに起因するセンサ素子１１の高さのずれや傾き等を防止することができるため、個々のセンサ出力のばらつきを抑えることが可能となる。

図３は、本発明による焦電型赤外線センサの第２の実施の形態のシールドケースの内部の平面図である。本実施の形態においては、樹脂ホルダー２６は、図１、２に示した第１の実施の形態の焦電型赤外線センサのセンサ素子１１の高さ方向を決める２箇所の支持部１３に加え、回路基板２８の搭載面から上方に突出する２個の凸部である位置決めピン２０を有し、この位置決めピン２０も回路基板２８に設けた貫通穴を下方から上方に通過してセンサ素子１１の側面の一部に接することにより、センサ素子１１の水平方向の位置決めを行うものである。なお、位置決めピン２０の先端はセンサ素子１１の上面よりも高くしている。本実施の形態の焦電型赤外線センサの構成は上記の位置決めピン２０を設けたこと以外は第１の実施の形態と同様である。なお、６はＦＥＴ、１７は出力端子である。

図４は、本発明による焦電型赤外線センサの第３の実施の形態のシールドケースの内部の平面図である。本実施の形態においては、樹脂ホルダー３６は回路基板３８の搭載面から上方に突出する４個の支持部３３を有し、各々の支持部３３は、先端部に第１の面と前記第１の面より下方に位置する第２の面とからなる段差を有し、この第２の面がセンサ素子１１の裏面の一部に当接し、前記第１の面と第２の面との間の段差の側面がセンサ素子１１の側面の一部に接することにより、センサ素子１１の水平方向の位置決めを行っている。また、支持部３３は矩形状のセンサ素子１１の４つの角部を支持固定している。すなわち、受光により生じた熱を熱伝導によって回路基板３８側へ放出させない工夫として、表面電極１５から最も離れたセンサ素子１１の角部の位置で支持部３３に支持固定することで、センサ素子１１からの熱放出を最小限に抑えることが可能となる。なお、６はＦＥＴ、１７は出力端子である。

図５は、本発明による焦電型赤外線センサの第４の実施の形態のシールドケースの内部の平面図である。本実施の形態においては、樹脂ホルダー４６は樹脂ホルダー４６の筒状部分の内壁に沿って設けられた支持部４３を有し、支持部４３の先端部には、センサ素子１１の対称な２つの角部の部分が段差の側面に内接するように、先端面である第１の面より低い矩形状の第２の面を有する段差を設けることで、センサ素子１１の高さ方向および水平方向の実装位置を精度良く保つことができるようにしている。また第３の実施の形態と同様に、表面電極１５から最も離れたセンサ素子１１の角部の位置で支持固定することで、センサ素子１１からの熱放出を最小限に抑えることが可能となる。ここでは、回路基板４８には支持部４３が通過できるように、その部分を切り取った形状、すなわち切り欠き部を設けている。なお、６はＦＥＴ、１７は出力端子である。

図６は、本発明による焦電型赤外線センサの第５の実施の形態のシールドケースの内部の平面図であり、図７は本実施の形態の焦電型赤外線センサの分解斜視図である。本実施の形態においては、図６、図７に示すように、樹脂ホルダー５６は回路基板５８の搭載面から上方に突出する２個の支持部５３を有し、第１の実施の形態と同様に、センサ素子１１は周辺部に裏面電極と回路基板５８との接続用の電極部を有し、支持部５３は、その電極部の周囲の近傍に段差を有し、前記電極部とこの電極部に対向する回路基板５８の電極パッド５４との間に導電性接着剤５９が塗布されることにより回路基板５８がセンサ素子１１の裏面電極に接続される。また、本実施の形態の支持部５３は、図７に示すように、上記のセンサ素子の接続用の電極部と回路基板５８の電極パッド５４とを接続する導電性接着剤５９が塗布される部分の一部を囲むような断面形状を有しており、回路基板５８にはこの支持部５３を貫通させる貫通穴が設けられている。

この支持部５３により、センサ素子１１の高さ方向および長手方向の実装位置を制御することができる。さらに、導電性接着剤５９はその周囲の一部が支持部５３に囲まれているため、導電性接着剤５９の塗布位置を固定でき、センサ素子１１が上面から装着された際の導電性接着剤５９の広がりを支持部５３により抑制することが可能となる。

上記の各々の実施の形態に使用する樹脂ホルダーの材料としては、熱可塑性の高耐熱樹脂である液晶ポリマーを使用することができる。これにより半田リフローによる面実装部品への対応が可能となる。

上述のように本発明の焦電型赤外線センサにおいては、樹脂成型により樹脂ホルダーに一体化されたセンサ素子の位置決めをする支持部を有するため、他の位置決め部品を追加する必要が無く、製造が簡略化できると共に、製造ばらつきの少ない焦電型赤外線センサを提供することが可能となる。また、本発明の焦電型赤外線センサは、樹脂ホルダー、シールドケースおよび赤外線集光レンズなどを含む構成部品の点数が少ないことから、センサの小型化に有利となり、また樹脂ホルダーの材料を高耐熱樹脂とすることにより、ＳＭＤ用のパッケージを容易に構成することが可能である。従って、本発明の焦電型赤外線センサは、人体検知が必要な小型機器を含む様々な用途に広く利用することができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではないことはいうまでもなく、目的や用途に応じて設計変更可能である。例えば、センサ素子の形状、樹脂ホルダーの形状、支持部の形状や配置、その個数なども本発明の目的の範囲内で任意に変更可能であり、回路基板についても形状の変更や他の回路機能の追加なども可能である。

１、２デュアル素子
１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ電極
５レンズ
６、７ＦＥＴ
８、２８、３８、４８、５８、６８、７８、８８回路基板
８ａ貫通穴
９、５９、６９、８９導電性接着剤
１０焦電体基板
１１、６１、７１、８１センサ素子
１３、３３、４３、５３、８３支持部
１４、５４、８４電極パッド
１５表面電極
１６、２６、３６、４６、５６樹脂ホルダー
１６ａ基台部分
１６ｂ筒状部分
１７出力端子
１８シールドケース
１９赤外線集光レンズ
２０位置決めピン
６０ガラスビーズ
７２逆Ｌ字状板材

Claims

焦電体基板の受光面側に設置された表面電極と前記表面電極に前記焦電体基板を挟んで対向する裏面電極とを備える焦電素子を少なくとも１個有するセンサ素子と、前記センサ素子の前記裏面電極のある側に前記センサ素子との間の空隙を介して配置された回路基板と、前記回路基板を搭載する樹脂ホルダーと、前記樹脂ホルダーの外周面を覆い前記受光面側に開口部を有するシールドケースと、前記シールドケースの前記開口部に装着された赤外線集光レンズまたは赤外線透過フィルターとを有し、前記回路基板は前記裏面電極に接続され、前記裏面電極から取り出した電荷による前記センサ素子の出力信号をインピーダンス変換して出力するための手段および出力端子とを備え、前記樹脂ホルダーは前記回路基板の搭載面から突出する少なくとも２個の支持部を有し、前記支持部は、前記回路基板に設けた貫通穴または前記回路基板の外周部に設けた切り欠き部を通過して、前記センサ素子の裏面の一部に当接することにより前記空隙の大きさを制御し、前記樹脂ホルダーは前記回路基板の搭載面から突出する少なくとも２個の凸部を有し、前記凸部は前記回路基板に設けた貫通穴または前記回路基板の外周部に設けた切り欠き部を通過して、前記センサ素子の側面の一部に近接するまたは接することにより、前記センサ素子の前記回路基板との対向面に対する水平方向の位置決めを行うことを特徴とする焦電型赤外線センサ。
焦電体基板の受光面側に設置された表面電極と前記表面電極に前記焦電体基板を挟んで対向する裏面電極とを備える焦電素子を少なくとも１個有するセンサ素子と、前記センサ素子の前記裏面電極のある側に前記センサ素子との間の空隙を介して配置された回路基板と、前記回路基板を搭載する樹脂ホルダーと、前記樹脂ホルダーの外周面を覆い前記受光面側に開口部を有するシールドケースと、前記シールドケースの前記開口部に装着された赤外線集光レンズまたは赤外線透過フィルターとを有し、前記回路基板は前記裏面電極に接続され、前記裏面電極から取り出した電荷による前記センサ素子の出力信号をインピーダンス変換して出力するための手段および出力端子とを備え、前記樹脂ホルダーは前記回路基板の搭載面から突出する少なくとも２個の支持部を有し、前記支持部は、前記回路基板に設けた貫通穴または前記回路基板の外周部に設けた切り欠き部を通過して、前記センサ素子の裏面の一部に当接することにより前記空隙の大きさを制御し、先端部に第１の面と前記第１の面より前記回路基板の搭載面側に位置する第２の面とからなる段差を有し、前記第２の面が前記センサ素子の裏面の一部に当接し、前記第１の面と前記第２の面との間の段差の側面が前記センサ素子の側面の一部に近接するまたは接することにより、前記センサ素子の前記回路基板との対向面に対する水平方向の位置決めを行うことを特徴とする焦電型赤外線センサ。
前記センサ素子は矩形状の焦電体基板上に形成されており、前記支持部は前記焦電体基板の少なくとも２つの角部の裏面に当接することを特徴とする請求項２に記載の焦電型赤外線センサ。
前記樹脂ホルダーは前記回路基板を搭載する基台部分と前記回路基板および前記センサ素子を内包する筒状部分とからなり、前記支持部は前記筒状部分の内壁に沿って設けられ、前記支持部は前記センサ素子の周辺部の裏面の一部に当接することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の焦電型赤外線センサ。
前記センサ素子は周辺部に前記裏面電極と前記回路基板との接続用の電極部を有し、前記支持部は、前記接続用の電極部の周囲の近傍の少なくとも一部に前記段差を有し、前記接続用の電極部と前記電極部に対向する前記回路基板の電極パッドとの間に導電性接着剤が塗布されることにより前記回路基板が前記裏面電極に接続されることを特徴とする請求項２に記載の焦電型赤外線センサ。
前記樹脂ホルダーは２００℃以下の温度では軟化しない高耐熱樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の焦電型赤外線センサ。