JP5901533B2 - 焦電センサアレイ及び焦電型赤外線検出装置 - Google Patents

焦電センサアレイ及び焦電型赤外線検出装置 Download PDF

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Description

本発明は、焦電体に入射した赤外線を、焦電体表面に誘起された電位により検出する焦電センサアレイ及び焦電型赤外線検出装置に関する。
このようなタイプの焦電型赤外線検出装置は、一般的に、回路基板と、回路基板に搭載された焦電センサアレイとを備えている。焦電センサアレイは、焦電体板と、焦電体板に形成された複数の焦電センサ(焦電素子)とから構成される。このように構成された焦電型赤外線検出装置においては、焦電素子の配置に起因して、焦電素子の赤外線検出感度(検出感度)がばらつくことがある。
例えば、特許文献1によれば、焦電体板の中央付近に配置された赤外線センサ素子(焦電素子)は、焦電体板の端部付近に配置された赤外線センサ素子に比べて、赤外線によって生じた熱が逃げ易く(即ち、熱抵抗が小さくなりやすく)、これにより赤外線センサ素子の検出感度がばらつく。特許文献1によれば、赤外線センサ素子と回路基板とを接続する半田バンプの横断面の大きさを、焦電体板の端部付近と中央付近とで異なるようにすることで熱抵抗のばらつきを調整することができ、これによって検出感度のばらつきを小さくすることができる。
実開平7−34334号公報
しかしながら、特許文献1に開示された焦電型赤外線検出装置は、焦電体板と回路基板との熱絶縁を損なうことで、検出感度のばらつきを小さくしている。より具体的には、焦電体板に生じた熱を主として端部付近から回路基板に逃がすことによって、検出感度のばらつきを小さくしている。従って、焦電体板全体の検出感度は低下する。
また、焦電素子の検出感度は、回路基板における静電容量によっても大きな影響を受ける。詳しくは、回路基板は、焦電体板の外側に形成された電位検出回路と、焦電素子の接続電極と電位検出回路とを夫々接続する導体パターンとを備えている。焦電体板の中央付近の焦電素子と電位検出回路とを接続する中央部の導体パターンの長さは、焦電体板の端部付近の焦電素子と電位検出回路を接続する端部の導体パターンの長さよりも長くなる。このため、中央部の導体パターンに生じる静電容量は、端部の導体パターンに生じる静電容量よりも大きい。換言すれば、焦電体板の端部付近の焦電素子と中央付近の焦電素子には互いに異なる静電容量が生じ、これにより焦電素子の検出感度がばらつく。
更に、上述した静電容量のばらつきにより、焦電素子の接続電極の電位が定常状態に達するまでの時間応答特性もばらつく。電位検出回路の増幅率を個別に設定するような複雑な操作により上述した検出感度のばらつきを調整したとしても、時間応答特性を調整することはできない。
本発明の目的は、焦電体板と回路基板との熱絶縁を損なうことなく、焦電体板における焦電素子の配置に起因した検出感度及び時間応答特性のばらつきを小さくすることが可能な焦電センサアレイ及び焦電型赤外線検出装置を提供することにある。
本発明の一の側面は、
回路基板に取り付け可能であり、焦電体板と、前記焦電体板に形成された複数の焦電素子とを備える焦電センサアレイであって、
前記焦電体板は、前記回路基板の上に置かれる接続面を有しており、
前記複数の焦電素子は、所定の配置方向において前記焦電体板の縁部に配置された縁部焦電素子と前記焦電体板の中央部に配置された中央部焦電素子とからなり、前記複数の焦電素子の夫々は、前記接続面上に形成された隣り合う2つの接続電極を備えており、
前記縁部焦電素子の前記2つの接続電極間の静電容量は、前記中央部焦電素子の前記2つの接続電極間の静電容量よりも大きい
焦電センサアレイを提供する。
また、本発明の他の側面によれば、
前記焦電センサアレイと、前記焦電センサアレイが取り付けられる回路基板とを備える焦電型赤外線検出装置であって、
前記回路基板は、前記焦電センサアレイの前記接続面が置かれる搭載部と、前記搭載部の外側に設けられた複数の電位検出回路と、接地部と、複数の導体パターンと、複数の接地導体パターンとを備えており、
前記導体パターンは、前記2つの接続電極のうちの一方と前記電位検出回路とを電気的に接続しており、前記接地導体パターンは、前記2つの接続電極のうちの他方と前記接地部とを電気的に接続している
焦電型赤外線検出装置が得られる。
本発明によれば、焦電体板の縁部に配置された焦電素子の2つの接続電極間の静電容量を、焦電体板の中央部に配置された焦電素子の2つの接続電極間の静電容量よりも大きくすることによって、焦電体板と回路基板との熱絶縁を損なうことなく、焦電素子の検出感度及び時間応答特性のばらつきを小さくすることができる。
添付の図面を参照しながら下記の最良の実施の形態の説明を検討することにより、本発明の目的が正しく理解され、且つその構成についてより完全に理解されるであろう。
本発明の第1の実施の形態による焦電型赤外線検出装置を示す分解斜視図である。なお、焦電センサアレイが搭載される回路基板の搭載部を2点鎖線で表示している。 図1の焦電センサアレイの受光面を示す平面図である。 図1の焦電センサアレイの接続面を示す平面図である。 本発明の第2の実施の形態による焦電センサアレイの接続面を示す平面図である。 本発明の第3の実施の形態による焦電センサアレイの受光面を示す平面図である。 図5の焦電センサアレイの接続面を示す平面図である。 図5の焦電センサアレイの電極と回路基板の電極との対応を示す模式図である。 図7に模式的に示される焦電型赤外線検出装置の縁部に配置された焦電素子に関する回路図である。 本発明の第4の実施の形態による焦電センサアレイの接続面を示す平面図である。 本発明の第5の実施の形態による回路基板を示す上面図である。なお、回路基板に搭載される焦電センサアレイの外形を2点鎖線で示している。 本発明の第6の実施の形態による焦電センサアレイの接続面を示す平面図である。 図11の接続面の一部を示す拡大平面図である。図12(a)には、中央部(図11の破線Aの部分)に配置された接続電極群が示されている。図12(b)には、縁部(図11の破線Bの部分)に配置された接続電極群が示されている。
本発明については多様な変形や様々な形態にて実現することが可能であるが、その一例として、図面に示すような特定の実施の形態について、以下に詳細に説明する。図面及び実施の形態は、本発明をここに開示した特定の形態に限定するものではなく、添付の請求の範囲に明示されている範囲内においてなされる全ての変形例、均等物、代替例をその対象に含むものとする。
(第1の実施の形態)
図1に示されるように、本発明の第1の実施の形態による焦電型赤外線検出装置は、焦電センサアレイ1と、焦電センサアレイ1が取り付けられる回路基板4とを備えている。換言すれば、焦電センサアレイ1は、回路基板4に取り付け可能に構成されている。
図1乃至図3に示されるように、焦電センサアレイ1は、焦電体からなる焦電体板10と、焦電体板10に形成された複数の縁部焦電素子(焦電素子)20及び複数の中央部焦電素子(焦電素子)30とを備えている。
本実施の形態による焦電体板10は、互いに直交する2方向(第1方向及び第2方向)に延びる平板状に形成されている。詳しくは、焦電体板10は、赤外線を受光する矩形状の受光面11と、回路基板4の上に置かれる矩形状の接続面12とを有しており、受光面11と接続面12とは、第1方向及び第2方向に沿って互いに平行に延びている。本実施の形態による焦電体板10は、図2及び図3の上下方向(第2方向)における両端に端部13を有している。
図1に示されるように、本実施の形態によれば、焦電素子20は、第2方向(配置方向)における端部13近傍に配置されており、焦電素子30は、配置方向における中間部分に配置されている。換言すれば、所定の配置方向(第2方向)において、焦電素子20は焦電体板10の縁部に配置されており、焦電素子30は焦電体板10の中央部に配置されている。本実施の形態によれば、各端部13の近傍に2つの焦電素子20が形成されており、2つの端部13の中間部分に4つの焦電素子30が形成されている。
図1乃至図3に示されるように、焦電素子20及び焦電素子30の夫々は、焦電体板10の受光面11に形成された受光電極群25と、接続面12に形成された接続電極群21と、受光電極群25と接続電極群21とによって挟まれた焦電体板10の一部とから形成されており、これによって焦電センサとして機能する。
図2に示されるように、本実施の形態による受光電極群25は、2つの矩形状の受光電極26と、導体からなり2つの受光電極26を互いに接続する接続パターン28とを備えている。換言すれば、受光電極群25の2つの受光電極26は、接続パターン28によって電気的に接続されている。
図3に示されるように、接続電極群21は、矩形状の第1接続電極(接続電極)22と、矩形状の第2接続電極(接続電極)23とを備えている。本実施の形態によれば、接続電極22と接続電極23とは、接続面12と平行な第1方向(図3の左右方向)において対向している。詳しくは、接続電極22と接続電極23とは、第2方向に沿って延びる対向辺221と対向辺231とを夫々有しており、対向辺221と対向辺231とは、第1方向において互いに対向している。換言すれば、焦電素子20及び焦電素子30の夫々は、接続面12上に形成された隣り合う接続電極22及び23(即ち、2つの接続電極)を備えている。
図1乃至図3から理解されるように、接続電極22と受光電極26とは、焦電体板10を挟んで向かい合うように形成されている。同様に、接続電極23と受光電極26とは、焦電体板10を挟んで向かい合うように形成されている。上記の説明から理解されるように、本実施の形態による焦電素子20及び30の夫々は、所謂デュアル型の焦電センサとして機能する。従って、受光電極26の1つに赤外線が照射されると、接続電極22と接続電極23との間に電位が生じる。このとき、対向辺221と対向辺231とは、接続電極22と接続電極23との間のキャパシタとして機能する。換言すれば、対向辺221及び231は、接続電極22及び23(即ち、2つの接続電極)において静電容量を生じさせる部位である。
図3に示されるように、焦電素子20の接続電極22及び23(即ち、縁部の接続電極)の面積は、焦電素子30の接続電極22及び23(即ち、中央部の接続電極)の面積よりも大きい。より具体的には、本実施の形態によれば、焦電素子20の対向辺221(又は対向辺231)の長さは、焦電素子30の対向辺221(又は対向辺231)の長さよりも長い。換言すれば、第1方向と直交し接続面12と平行な第2方向において、焦電素子20の接続電極22及び23の長さは、焦電素子30の接続電極22及び23の長さよりも長い。従って、焦電素子20の接続電極22と接続電極23との間の静電容量は、焦電素子30の接続電極22と接続電極23との間の静電容量よりも大きい。
図1に示されるように、回路基板4は、焦電センサアレイ1の接続面12と対向する基板側接続面42を備えている。基板側接続面42には、接続面12が置かれる搭載部44が設けられている。回路基板4は、更に、複数の電位検出回路80と、接地部(図示せず)と、複数の回路側第1電極(回路側電極)52と、複数の回路側第2電極(回路側電極)56と、複数の導体パターン60と、複数の接地導体パターン62とを備えている。
電位検出回路80は、焦電素子20及び30の夫々に生じた電位を検出するための回路であり、搭載部44の外側に設けられている。焦電センサアレイ1が電位検出回路80に実装されると、電位検出回路80は、焦電センサアレイ1の外側に位置する。本実施の形態によれば、焦電センサアレイ1の2つの端部13の夫々の近傍に、4つの電位検出回路80が配置されている。
図1及び図3から理解されるように、回路側電極52及び56は、接続面12の接続電極22及び23と夫々対応する位置に形成されている。より具体的には、本実施の形態によれば、回路側電極52と回路側電極56とからなる回路側電極群(電極対)50が8つ形成されており、電極対50の夫々は、焦電素子20又は焦電素子30と対応している。接続面12が搭載部44に置かれたとき、接続電極22は、対応する回路側電極52の上に位置し、接続電極23は、対応する回路側電極56の上に位置する。
図1から理解されるように、導体パターン60は、回路側電極52と電位検出回路80とを電気的に接続しており、接地導体パターン62は、回路側電極56と接地部(図示せず)とを電気的に接続している。回路基板4の中央部に位置する(即ち、焦電素子30と対応する)回路側電極52に接続されている導体パターン60は、回路基板4の電位検出回路80近傍に位置する(即ち、焦電素子20と対応する)回路側電極52に接続されている導体パターン60よりもよりも長く引き回されている。
以上のように構成された焦電センサアレイ1を回路基板4に取り付ける際、回路側電極52及び56の上に、接着剤(例えば、半田ペースト、又は、主として導電粉末と結合材とを含有する導電接着剤)を塗布する。次に、接続面12が搭載部44と所定の間隔をあけつつ平行に延びるようにして、接続面12を搭載部44の上に置く。詳しくは、接続電極22及び23が、対応する回路側電極52及び56の真上に位置するように位置決めして仮固定する。次に、接続電極22及び23を、対応する回路側電極52及び56と電気的に接続・固定する。例えば、接着剤として半田ペーストを使用する場合は、リフローにより接続・固定することができる。接着剤として導電接着剤を使用する場合は、例えば硬化処理により接続・固定することができる。以上のような操作により、焦電センサアレイ1と回路基板4とが電気的に接続される。
図1及び図3から理解されるように、焦電センサアレイ1と回路基板4とが電気的に接続された接続状態において、導体パターン60は、接続電極22(即ち、接続電極22及び23のうちの一方)と電位検出回路80とを電気的に接続しており、接地導体パターン62は、接続電極23(即ち、接続電極22及び23のうちの他方)と接地部(図示せず)とを電気的に接続している。このため、焦電素子20(又は焦電素子30)の受光電極26に赤外線が照射されたとき、導体パターン60と接地導体パターン62とがキャパシタとして機能し、回路側電極52と回路側電極56との間に、導体パターン60と接地導体パターン62とに起因する第1の静電容量が生じる。換言すれば、回路側電極52と回路側電極56とからなる電極対50は、接続状態において、第1の静電容量を有する。
焦電素子20の接続電極22と電位検出回路80とを電気的に接続する導体パターン60の長さは、焦電素子30の接続電極22と電位検出回路80とを電気的に接続する導体パターン60の長さよりも短い。従って、焦電素子20に対応する電極対50の第1の静電容量は、焦電素子30に対応する電極対50の第1の静電容量よりも小さい。即ち、第1の静電容量は、ばらつく。
上述したように、接続電極22と接続電極23との間にも静電容量が生じる。従って、接続状態において、回路側電極52と回路側電極56との間に、接続電極22と接続電極23とに起因する第2の静電容量が生じる。
以上の説明から理解されるように、接続状態において、電極対50は、第1の静電容量及び第2の静電容量の双方による合計静電容量を有している。第2の静電容量を調整することによって、第1の静電容量のばらつきを相殺することができる。より具体的には、本実施の形態によれば、焦電素子30の対向辺221及び231の長さを短くする(即ち、接続電極22及び23の面積を小さくする)ことにより、電極対50の合計静電容量のばらつきを軽減または相殺することができ、これによって焦電素子20及び30の赤外線検出感度(検出感度)及び時間応答特性のばらつきを小さくすることができる。
更に、焦電素子20及び30の熱抵抗の相違に起因する検出感度のばらつきが無視できないほど大きい場合は、合計静電容量を意図的にばらつかせることで検出感度を平準化することができる。より具体的には、接続状態において、焦電素子20に対応する電極対50の合計静電容量が焦電素子30に対応する電極対50の合計静電容量よりも大きくなるように調整すればよい。但し、このように調整する場合、時間応答特性への影響を考慮する必要がある。
更に、接続電極22及び23と回路側電極52及び56とを導電接着剤で接続することにより、焦電センサアレイ1と回路基板4との熱絶縁性を高めることができる。従って、検出感度を更に向上させることができる。
(第2の実施の形態)
図4から理解されるように、本発明の第2の実施の形態による焦電型赤外線検出装置は、第1の実施の形態による回路基板4と同様に構成された回路基板(図示せず)と、回路基板に搭載される焦電センサアレイ1aとを備えている。
本実施の形態による焦電センサアレイ1aは、焦電センサアレイ1と同様に平板状に形成されている。詳しくは、焦電センサアレイ1aは、第1の実施の形態と同様に構成された焦電体板10を備えている。
焦電体板10には、8つの縁部焦電素子(焦電素子)20aと、4つの中央部焦電素子(焦電素子)30aとが形成されており、焦電素子20a及び30aは、所定の配置方向(第2方向)に沿って配置されている。詳しくは、焦電素子20aは、配置方向において焦電体板10の端部13近傍(即ち、焦電体板10の縁部)に配置されており、焦電素子30aは、配置方向において焦電素子20aの間(即ち、焦電体板10の中央部)に配置されている。
焦電素子20a及び30aの夫々は、第1の実施の形態による焦電素子20及び30と同様に、受光面11に形成された受光電極群(図示せず)と、接続面12に形成された接続電極群21aとによって焦電体板10の一部を挟むようにして形成されている。
接続電極群21aは、第1方向において対向する第1接続電極(接続電極)22aと第2接続電極(接続電極)23aとを有している。詳しくは、接続電極22aと接続電極23aとは、第2方向に沿って互いに平行に延びる対向辺221aと対向辺231aとを夫々有している。接続電極22aは、焦電センサアレイ1aと回路基板(図示せず)とが接続された接続状態において、回路基板に形成された電位検出回路(図示せず)と電気的に接続される部位であり、接続電極23aは、接続状態において、回路基板に形成された接地部(図示せず)と電気的に接続される部位である。以上の説明から理解されるように、接続状態において、対向辺221aと対向辺231aとの間に静電容量が生じる。
本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、焦電素子20の対向辺221a(対向辺231a)は、焦電素子30の対向辺221a(対向辺231a)よりも長い。更に、焦電素子20の対向辺221aと対向辺231aとの間の距離(D20a)は、焦電素子30の対向辺221aと対向辺231aとの間の距離(D30a)よりも短い。換言すれば、第1方向において、焦電体板10の縁部近傍における接続電極22aと接続電極23aとの距離(間隔)は、焦電体板10の中央部における接続電極22aと接続電極23aとの距離(間隔)よりも短い。接続電極22a及び23aの間隔が小さくなると静電容量は大きくなる。従って、焦電体板10の縁部近傍に配置された焦電素子20aに生じる静電容量は、焦電体板10の中央部に配置された焦電素子30aに生じる静電容量よりも大きい。以上の説明から理解されるように、焦電素子20a及び30aの接続電極22a及び23aにおいて静電容量を生じさせる部位(対向辺221a及び231a)の間の距離を調整することにより、第1の実施の形態と同様に、合計静電容量のばらつきを軽減または相殺することができる。
(第3の実施の形態)
図5乃至図7に示されるように、本発明の第3の実施の形態による焦電型赤外線検出装置は、回路基板4bと、回路基板4bに搭載される焦電センサアレイ1bとを備えている。焦電センサアレイ1bは、焦電センサアレイ1及び1aと同様に、平板状に形成されている。
焦電体板10には、4つの縁部焦電素子(焦電素子)20bと、2つの中央部焦電素子(焦電素子)30bとが形成されている。焦電素子20b及び30bは、所定の配置方向(第2方向)に沿って配置されている。詳しくは、本実施の形態によれば、焦電体板10の配置方向における端部13付近に、2つの焦電素子20bが第1方向において隣り合うようにして配置されており、焦電体板10の配置方向における中央部に、2つの焦電素子30bが第1方向において隣り合うようにして配置されている。
焦電素子20b及び30bの夫々は、受光面11に形成された受光電極群25bと、接続面12に形成された接続電極群21bと、受光電極群25bと接続電極群21bとの間に挟まれた焦電体板10の一部とによって構成されている。
図5に示されるように、本実施の形態による受光電極群25bは、仮想的な矩形の4隅に夫々位置する4つの受光電極26と、導体からなる4つの接続パターン28とを備えている。接続パターン28は、隣り合う2つの受光電極26を互いに接続している。換言すれば、受光電極群25の4つの受光電極26は、接続パターン28によって電気的に接続されている。
図6に示されるように、本実施の形態による接続電極群21bは、2つの第1接続電極(接続電極)22bと、2つの第2接続電極(接続電極)23bとを有している。接続電極22bは、焦電センサアレイ1bと回路基板4bとが接続された接続状態において、回路基板4bに形成された電位検出回路(図示せず)と電気的に接続される部位であり、接続電極23bは、接続状態において、回路基板4bに形成された接地部(図示せず)と電気的に接続される部位である。接続電極22b及び23bの夫々は、焦電体板10を介して受光電極26と向かい合うように配置されており、接続電極22bと接続電極23bとは、接続面12と平行な第2方向において対向している。詳しくは、接続電極22bと接続電極23bとは、第1方向に沿って互いに平行に延びる対向辺221bと対向辺231bとを夫々有している。
焦電素子20bの接続電極22bは、対向辺221bから第2方向に沿って延びる櫛歯パターン222bを備えている。同様に、焦電素子20bの接続電極23bは、対向辺231bから第2方向に沿って延びる櫛歯パターン232bを備えている。換言すれば、焦電素子20bの接続電極22b及び23bの夫々は、対向する接続電極23b又は22bに向かって第2方向に沿って延びる櫛歯パターン222b又は232bを備えている。一方、焦電素子30bの接続電極22b及び23bには、櫛歯パターン222b及び232bが設けられていない。
本実施の形態による櫛歯パターン222b及び232bの夫々は、3本の導体パターン(櫛歯)によって形成されており、櫛歯パターン222bと櫛歯パターン232bとは、一方の櫛歯の間に他方の櫛歯を入り込ませるようにして組み合わされている。換言すれば、接続電極22bの(即ち、2つの接続電極22b及び23bの一方の)櫛歯パターン222bと、接続電極23bの(即ち、2つの接続電極22b及び23bの他方の)櫛歯パターン232bとは、第2方向と直交し接続面12と平行な第1方向において対向している。
以上の説明から理解されるように、接続状態において、対向辺221bと対向辺231bとの間に静電容量が生じると共に、櫛歯パターン222bと櫛歯パターン232bとの間に、より大きな静電容量が生じる。櫛歯パターン222bと櫛歯パターン232bとは、接続電極22b及び接続電極23bにおいて最も近接する部位である。従って、櫛歯パターン222bと櫛歯パターン232bとによって規定される領域を大きくすることにより、静電容量を更に大きくすることができる。より具体的には、例えば、櫛歯の本数を増やすことにより、又は櫛歯の長さを長くすることにより、静電容量を更に大きくすることができる。上述したように、焦電素子20bのみに櫛歯パターン222b及び232bを設けることにより、第1の実施の形態と同様に、合計静電容量のばらつきを軽減または相殺することができる。
図5乃至図7から理解されるように、本実施の形態による回路基板4bには、焦電素子20b及び30bの夫々と対応する回路側電極群50bが形成されている。回路側電極群50bは、2つの回路側第1電極(回路側電極)52及び53と、2つの回路側第2電極(回路側電極)56及び57とを備えている。回路側電極52及び53は、2つの電位検出回路(図示せず)と電気的に夫々接続されており、接続状態において、2つの接続電極22bと電気的に夫々接続される。一方、回路側電極56及び57は、接地部(図示せず)と電気的に接続されており、接続状態において、2つの接続電極23bと電気的に夫々接続される。以上の説明から理解されるように、本実施の形態によれば、焦電素子20b及び30bにより、所謂クアッド型の焦電センサが夫々形成されている。
具体的には、例えば焦電素子20bについて、図8(a)に示されるように、回路側電極52及び53は、高抵抗R1の一端、及びFET(Field effect transistor:電界効果トランジスタ)からなるFET1のゲートと接続され、回路側電極56及び57は、高抵抗R1の他端、及び接地部と接続されている。更に、焦電素子20bの回路側電極52と回路側電極56との間には、主として櫛歯パターン222bと櫛歯パターン232bとの間の間隙に応じた大きな静電容量C1が生じる。同様に、焦電素子20bの回路側電極53と回路側電極57との間にも、静電容量C1が生じる。上記の回路配置により、焦電素子20は、受光電極26において電気的に接続された2つのデュアル型焦電センサとして機能する。このように回路配置した場合、4つの受光電極26のいずれか一つに赤外線が入射すれば、FET1によって検出することができる。
図8(b)に示される回路は、図8(a)の回路に、高抵抗R2とFET2とを追加したものである。回路側電極57は高抵抗R2の一端及びFET2のゲートと接続されており、高抵抗R2の他端は回路側電極56と接続されている。更に、回路側電極56と回路側電極57との間には静電容量C2が生じる(図7の配置参照)。このように回路配置した場合、赤外線入射範囲を広くすることができる。より具体的には、例えば回路側電極53に対応する受光電極26と、回路側電極57に対応する受光電極26との双方に同時に赤外線が入射した場合でも、FET2によって検出することができる。
更に、図5に示された受光電極群25bの構成を多少変更することで(詳しくは、第1方向において隣り合う2つの受光電極26を接続する接続パターン28を切断することで)、図8(c)に示される回路を構成することができる。図8(c)に示される回路は、図8(a)の回路に、高抵抗R3とFET3とを追加したものである。回路側電極53は高抵抗R3の一端及びFET3のゲートと接続されており、高抵抗R3の他端は回路側電極56と接続されている。更に、回路側電極53と回路側電極56との間には静電容量C3が生じる。このように回路配置した場合、赤外線入射範囲を広くすることができる。より具体的には、例えば回路側電極53に対応する受光電極26と、回路側電極56に対応する受光電極26との双方に同時に赤外線が入射した場合でも、FET3によって検出することができる。
図8(a)〜(c)のいずれの回路においても、FET以外の電子部品を使用して焦電センサの電位を検出することができる。例えば、OPアンプを用いた高入力インピーダンスの電位検出素子を使用して電位を検出することができる。
(第4の実施の形態)
図9から理解されるように、本発明の第4の実施の形態による焦電型赤外線検出装置は、既に説明した実施の形態による焦電型赤外線検出装置と同様に構成されている。より具体的には、第4の実施の形態による焦電型赤外線検出装置は、平板状の焦電センサアレイ1cと、焦電センサアレイ1cが搭載される回路基板(図示せず)とを備えている。第4の実施の形態による焦電体板10は、図9の仮想線(IL)を境界線とする第1領域と第2領域とを有している。
図9に示されるように、焦電体板10の第1領域には、2つの縁部焦電素子(焦電素子)20cと、1つの中央部焦電素子(焦電素子)30cとが形成されており、焦電素子30cは、所定の配置方向(第2方向)において、2つの焦電素子20cの間に配置されている。焦電素子20c及び30cの夫々は、既に説明した実施の形態と同様に、受光面11に形成された受光電極群(図示せず)と、接続面12に形成された接続電極群21cとを備えている。
接続電極群21cは、第3の実施の形態と同様に、第1接続電極(接続電極)22cと第2接続電極(接続電極)23cとの対を2つ有している。接続電極22cと接続電極23cとは、第1及び第2の実施の形態と同様に、接続面12と平行な第1方向において対向している。接続電極22cは、焦電センサアレイ1cと回路基板(図示せず)とが接続された接続状態において、回路基板に形成された電位検出回路(図示せず)と電気的に接続される部位であり、接続電極23cは、接続状態において、回路基板に形成された接地部(図示せず)と電気的に接続される部位である。
接続電極22c及び23cは、延長パターン223c及び233cを夫々備えている。延長パターン223c(延長パターン233c)は、接続電極22c(接続電極23c)から導出され、接続電極22c(接続電極23c)の外周に沿って延びており、これによって第1方向において近接した位置を互いに平行に延びる対向部224c(対向部234c)が形成されている。換言すれば、延長パターン223c(延長パターン233c)は、接続電極22c(接続電極23c)から接続電極22c(接続電極23c)を周回するようにして延びており、第1方向において部分的に対向している。以上の説明から理解されるように、接続状態において、延長パターン223cの対向部224cと延長パターン233cの対向部234cとの間に静電容量が生じる。
焦電素子20cの(即ち、焦電体板10の端部13の近傍に形成された)接続電極22c(接続電極23c)の延長パターン223c(延長パターン233c)は、接続電極22c(接続電極23c)の外周に沿って折り返すように延びている。一方、焦電素子30cの(即ち、焦電体板10の中央部に形成された)接続電極22c(接続電極23c)の延長パターン223c(延長パターン233c)は、接続電極22c(接続電極23c)の外周に沿って折り返すように延びる導体パターンを途中で切り離すことにより形成されている。これにより、焦電素子30cの延長パターン223c(延長パターン233c)の近傍に、切断片225c(切断片235c)が形成されている。
図9から理解されるように、焦電素子20cの延長パターン223c及び233cの面積は、焦電素子30cの延長パターン223c及び233cの面積よりも広い。詳しくは、焦電素子20cの対向部224c及び234cの長さは、焦電素子30cの対向部224c及び234cの長さよりも長い。換言すれば、焦電素子20cの延長パターン223c及び233cにおける対向する部分の長さは、焦電素子30cの延長パターン223c及び233cにおける対向する部分の長さよりも長い。更に、焦電素子20cの接続電極22cと接続電極23cとの間の距離は、焦電素子30cの接続電極22cと接続電極23cとの間の距離よりも小さい。詳しくは、焦電素子20の対向部224cと対向部234cとの間の距離(D20c)は、焦電素子30の対向部224cと対向部234cとの間の距離(D30c)よりも短い。換言すれば、第1方向において、焦電素子20の延長パターン223c及び233cにおける対向する部分の間の距離は、焦電素子30の延長パターン223c及び233cにおける対向する部分の間の距離よりも短い。従って、焦電体板10の縁部近傍に配置された焦電素子20cに生じる静電容量を、焦電体板10の中央部に配置された焦電素子30cに生じる静電容量よりも大きくすることができる。以上の説明から理解されるように、本実施の形態によっても、第1乃至第3の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
更に、本実施の形態によれば、焦電素子30cの接続電極22c及び23cにおける相互の電界干渉が、いずれの接続電極22c及び23cとも絶縁された切断片225c及び235cによりシールドされ、これによって電位の相互干渉(電位干渉)が抑制される。
本実施の形態による切断片225c及び235cは、焦電素子30cの接続電極22c(接続電極23c)に、焦電素子20cの延長パターン223c(延長パターン233c)と同様な長い導体パターンを形成し、その先端部分を、例えばレーザートリミングによって切り離すことで形成することができる。上述のように形成することで、焦電素子30cの延長パターン223c(延長パターン233c)と切断片225c(切断片235c)とを同時に形成することができる。
長い導体パターンの先端部分を切り離す際、まず、接続電極22c及び23cの夫々について、焦電体板10全体を均一に温度変化させた際に受光電極(図示せず)との間に発生する電位差を得る。次に、取得した電位差に基づき、焦電体板10に配置された焦電素子20c及び30cの検出感度分布(即ち、焦電体板10自体の検出感度分布)を得る。次に、焦電型赤外線検出装置全体の検出感度のばらつきが小さくなる切り離し位置を得る。より具体的には、回路基板(図示せず)における静電容量を考慮しつつ、焦電体板10自体の材料特性分布(即ち、検出感度分布)を調整することで切り離し位置を得る。
切断片225c及び235cは、導体パターンを部分的に切り離す以外の方法で形成してもよい。例えば、延長パターン223c、延長パターン233c、切断片225c及び切断片235cの夫々を分離したパターンとして形成してもよい。このようにすることで、より単純な工程により切断片225c及び235cを形成することができる。但し、導体パターンを部分的に切り離す方法で形成した方が検出感度分布をより均一にすることができる。
図9から理解されるように、焦電体板10の第2領域には、第1領域と同様に形成された2つの縁部焦電素子(焦電素子)と、1つの中央部焦電素子(焦電素子)とが配置されている。接続面12の第2領域には、上記の3つの焦電素子と対応する3つの接続電極群21dが形成されている。
図9に示されるように、接続電極群21dは、接続電極群21cと同様に構成されている。より具体的には、接続電極群21dは、第1方向において対向する2つの第1接続電極(接続電極)22dと2つの第2接続電極(接続電極)23dとを備えている。接続電極22d及び23dは、接続電極22d及び23dを周回するように導出された延長パターン223d及び233dを夫々備えている。また、焦電体板10の配置方向(第2方向)における中央部に形成された接続電極22d及び23dの近傍には、延長パターン223d及び233dから夫々切り離された切断片225d及び235dが形成されている。
図9から理解されるように、焦電体板10の端部13近傍に形成された延長パターン223d及び233dの面積は、焦電体板10の中央部に形成された延長パターン223d及び233dの面積よりも広い。詳しくは、焦電体板10の端部13近傍に形成された延長パターン223d及び233dの対向する部位の長さは、焦電体板10の中央部に形成された延長パターン223d及び233dの対向する部位の長さよりも長い。更に、焦電体板10の端部13近傍に形成された接続電極22dと接続電極23dとの間の距離は、焦電体板10の中央部に形成された接続電極22dと接続電極23dとの間の距離よりも小さい。以上の説明から理解されるように、第2領域の構成によって、第1領域の構成と同様の効果を得ることができる。
図9に示されるように接続電極22dと接続電極23dとの間には、シールドパターン(電界シールド)16dが設けられている。電界シールド16dは、接続電極22d及び接続電極23dの夫々を周回するように形成されている。詳しくは、電界シールド16dは、延長パターン223d及び233dの外側(即ち、接続電極群21dの外側)を周回する部位と、延長パターン223dと延長パターン233dとの間を延びる部位と、2つの延長パターン223d(延長パターン233d)の間を延びる部位とを備えている。上述した電界シールド16dを形成することで、切断片225c及び235cを形成する場合と同様に、接続電極22dと接続電極23dとの間、及び2つの接続電極22d(接続電極23d)の間に生じる電位干渉を抑制することができる。
接続面12には、例えば回路基板の接地部(図示せず)と接続される接地電極14dが形成されている。電界シールド16dと接地電極14dとを接続することで電界シールド16dが接地され、これにより外部電界による接続電極22d及び23dのノイズを防ぐことができる。
本実施の形態においては、接続面12の第1領域と第2領域とに互いに異なる導体パターンが形成されている。しかしながら、第1領域と第2領域とを同様に形成してもよい。
(第5の実施の形態)
図10から理解されるように、本発明の第5の実施の形態による焦電型赤外線検出装置は、焦電体板10を備える焦電センサアレイ(図示せず)と、焦電センサアレイが搭載される回路基板4cとを備えている。
図10に示されるように、本実施の形態による回路基板4cは、焦電体板10が搭載される搭載部44と、12の電位検出回路80と、接地部(図示せず)と、8つの回路側第1電極(回路側電極)52と、4つの回路側第1電極(回路側電極)52cと、8つの回路側第2電極(回路側電極)56と、4つの回路側第2電極(回路側電極)56cと、8本の導体パターン60と、4本の導体パターン60cと、1本の接地導体パターン62とを備えている。本実施の形態による回路基板4cは、接地導体パターン62に対して鏡対象に構成されている。
図10から理解されるように、回路側電極52,52c,56及び56cは、焦電体板10の接続面に形成された接続電極(図示せず)と夫々対応する位置に形成されており、焦電センサアレイと回路基板4cとの接続状態において、対応する接続電極と電気的に接続される。本実施の形態によれば、回路側電極52と回路側電極56とからなる8つの電極対が形成されている。この電極対は、焦電体板10の端部13近傍に形成された焦電素子(図示せず)に対応している。また、回路側電極52cと回路側電極56cとからなる4つの電極対が形成されている。この電極対は、焦電体板10の中央部に形成された焦電素子(図示せず)に対応している。
回路側電極52及び52cは、導体パターン60及び60cによって、対応する電位検出回路80と電気的に夫々接続されている。詳しくは、導体パターン60cは、焦電体板10の中央部焦電素子(図示せず)の接続電極(図示せず)と、電位検出回路80とを電気的に接続しており、導体パターン60は、焦電体板10の縁部焦電素子(図示せず)の接続電極(図示せず)と、電位検出回路80とを電気的に接続している。一方、回路側電極56及び56cは、接地導体パターン62によって、接地部(図示せず)と電気的に接続されている。
図10に示されるように、1つの導体パターン60cから他の導体パターン60c、導体パターン60及び接地導体パターン62までの間の距離は、1つの導体パターン60から他の導体パターン60、導体パターン60c及び接地導体パターン62までの間の距離よりも長い。詳しくは、本実施の形態によれば、矩形状の回路基板の4隅の夫々に、3つの電位検出回路80が配置されており、1本の導体パターン60cと、2本の導体パターン60とが、3つの電位検出回路80に向かって並ぶようにして夫々延びている。本実施の形態によれば、上述の導体パターン60cは、回路基板4cの縁部近傍を延びており、隣り合う導体パターン60との間の距離が長くなるように設計されている。より具体的には、互いに隣り合う2本の導体パターン60の間の距離を狭めることにより、導体パターン60cと導体パターン60との間の距離を広くしている。
上述のように構成することで、接続状態において回路側電極52cに生じる静電容量を小さくすることができる。既に説明したように、焦電センサの静電容量は、焦電体板10の接続電極によってだけでなく、回路基板4cの導体パターン60及び60cが長く引きまわされることによっても生じる。焦電体板10の中央部における接続電極(図示せず)と電気的に接続される導体パターン60cを回路基板4c上の他の導体から離すことで静電容量を小さくすることができる。
図10に示されるように、接地導体パターン62に接続された8つの回路側電極56のうち4つの回路側電極56は、回路側シールドパターン66cを有している。回路側シールドパターン66cは、回路側電極56から導出されており、1本の回路側シールドパターン66cが導体パターン60cと導体パターン60との間に位置し、他の1本の回路側シールドパターン66cが2本の導体パターン60の間に位置している。上述した回路側シールドパターン66cを備えることで、導体パターン60及び60cの相互の電位干渉を防ぐことができる。
(第6の実施の形態)
図11から理解されるように、本発明の第6の実施の形態による焦電型赤外線検出装置は、ドーム状に形成された焦電センサアレイ1eと、焦電センサアレイ1eが搭載される回路基板(図示せず)とを備えている。
図11に示されるように、焦電センサアレイ1eは、焦電体からなる焦電体板10eと、焦電体板10eに形成された複数の縁部焦電素子(焦電素子)20e及び複数の中央部焦電素子(焦電素子)30eとを備えている。
本実施の形態による焦電体板10eは、中央部が盛り上がったドーム状に形成されている。詳しくは、焦電体板10は、赤外線を受光する例えば凸面状の受光面11eと、受光面11eの反対側の面であり回路基板(図示せず)の上に置かれる接続面12eとを有している。焦電体板10eは、径方向における周縁に端部(周縁部)13eを有している。
焦電素子20eは、径方向における端部13e近傍に配置されており、焦電素子30eは、径方向における中心部近傍に配置されている。換言すれば、本実施の形態によれば、焦電素子20e及び30eの配置方向は、焦電体板10eの径方向である。
図11及び図12から理解されるように、本実施の形態による焦電素子20e及び30eの夫々は、接続電極群21eを備えている。接続電極群21eは、接続面12と実質的に平行な第1方向において対向する第1接続電極(接続電極)22eと第2接続電極(接続電極)23eとの対を2つ有している。既に説明した実施の形態と同様に、接続電極22eは、焦電センサアレイ1eと回路基板(図示せず)とが接続された接続状態において、回路基板に形成された電位検出回路(図示せず)と電気的に接続される部位であり、接続電極23eは、接続状態において、回路基板に形成された接地部(図示せず)と電気的に接続される部位である。
接続電極22e及び23eには、延長パターン223e及び233eが夫々形成されている。焦電体板10eの周縁部の接続電極群21eに形成された延長パターン223e及び233eの長さは、焦電体板10eの中央部の接続電極群21eに形成された延長パターン223e及び233eの長さよりも長い。従って、焦電体板10eの周縁部に配置された接続電極群21eの静電容量を、焦電体板10eの中央部に配置された接続電極群21eの静電容量よりも大きくすることができる。
以上の説明から理解されるように、本実施の形態によれば、既に説明した実施の形態と同様に、焦電センサアレイ1eと回路基板(図示せず)との間の熱絶縁を損なうことなく、静電容量のばらつきを軽減または相殺することができ、これによって焦電素子20e及び30eの赤外線検出感度(検出感度)及び時間応答特性のばらつきを小さくすることができる。
本発明は2010年10月25日に日本国特許庁に提出された日本特許出願第2010−238221号に基づいており、その内容は参照することにより本明細書の一部をなす。
本発明の最良の実施の形態について説明したが、当業者には明らかなように、本発明の精神を逸脱しない範囲で実施の形態を変形することが可能であり、そのような実施の形態は本発明の範囲に属するものである。
1,1a,1b,1c,1e 焦電センサアレイ
10,10e 焦電体板
11,11e 受光面
12,12e 接続面
13 端部
13e 端部(周縁部)
14d 接地電極
16d シールドパターン(電界シールド)
20,20a,20b,20c,20e 縁部焦電素子(焦電素子)
21,21a,21b,21c,21d,21e 接続電極群
22,22a,22b,22c,22d,22e 第1接続電極(接続電極)
23,23a,23b,23c,23d,23e 第2接続電極(接続電極)
221,221a,221b (第1接続電極の)対向辺
231,231a,231b (第2接続電極の)対向辺
222b,232b 櫛歯パターン
223c,223d,223e (第1接続電極の)延長パターン
233c,233d,233e (第2接続電極の)延長パターン
224c,234c 対向部
225c,225d,235c,235d 切断片
25,25b 受光電極群
26 受光電極
28 接続パターン
30,30a,30b,30c,30e 中央部焦電素子(焦電素子)
4,4b,4c 回路基板
42 基板側接続面
44 搭載部
50 回路側電極群(電極対)
50b 回路側電極群
52,52c,53 回路側第1電極(回路側電極)
56,56c,57 回路側第2電極(回路側電極)
60,60c 導体パターン
62 接地導体パターン
66c 回路側シールドパターン
80 電位検出回路

Claims (15)

  1. 複数の電位検出回路を備える回路基板に取り付け可能であり、焦電体板と、前記焦電体板に形成された複数の焦電素子とを備える焦電センサアレイであって、
    前記焦電体板は、前記回路基板の上に置かれる接続面を有しており、
    前記複数の焦電素子は、所定の配置方向において前記焦電体板の縁部に配置された縁部焦電素子と前記焦電体板の中央部に配置された中央部焦電素子とからなり、前記複数の焦電素子の夫々は、前記接続面上に形成された隣り合う2つの接続電極を備えており、
    前記縁部焦電素子の前記2つの接続電極間の静電容量は、前記中央部焦電素子の前記2つの接続電極間の静電容量よりも大きく、
    前記焦電センサアレイは、前記縁部焦電素子の前記接続電極と前記電位検出回路とを電気的に接続する導体パターンの長さが、前記中央部焦電素子の前記接続電極と前記電位検出回路とを電気的に接続する導体パターンの長さよりも短くなるようにして、前記回路基板に取り付け可能な
    焦電センサアレイ。
  2. 請求項1記載の焦電センサアレイであって、
    前記縁部焦電素子の前記接続電極の面積は、前記中央部焦電素子の前記接続電極の面積よりも大きい
    焦電センサアレイ。
  3. 請求項1又は請求項2記載の焦電センサアレイであって、
    前記縁部焦電素子の前記2つの接続電極において前記静電容量を生じさせる部位の長さは、前記中央部焦電素子の前記2つの接続電極において前記静電容量を生じさせる部位の長さよりも長い
    焦電センサアレイ。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の焦電センサアレイであって、
    前記縁部焦電素子の前記2つの接続電極において前記静電容量を生じさせる部位の間の距離は、前記中央部焦電素子の前記2つの接続電極において前記静電容量を生じさせる部位の間の距離よりも短い
    焦電センサアレイ。
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の焦電センサアレイであって、
    前記2つの接続電極は、前記接続面と平行な第1方向において対向しており、
    前記第1方向と直交し前記接続面と平行な第2方向において、前記縁部焦電素子の前記2つの接続電極の長さは、前記中央部焦電素子の前記2つの接続電極の長さよりも長い
    焦電センサアレイ。
  6. 請求項5記載の焦電センサアレイであって、
    前記第1方向において、前記縁部焦電素子の前記2つの接続電極の距離は、前記中央部焦電素子の前記2つの接続電極の距離よりも短い
    焦電センサアレイ。
  7. 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の焦電センサアレイであって、
    前記2つの接続電極は、前記接続面と平行な第2方向において対向しており、
    前記縁部焦電素子の前記2つの接続電極の夫々は、対向する接続電極に向かって前記第2方向に沿って延びる櫛歯パターンを備えており、前記2つの接続電極の一方の櫛歯パターンと前記2つの接続電極の他方の櫛歯パターンとは、前記第2方向と直交し前記接続面と平行な第1方向において対向している
    焦電センサアレイ。
  8. 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の焦電センサアレイであって、
    前記2つの接続電極は、前記接続面と平行な第1方向において対向しており、
    前記2つの接続電極は、前記接続電極から前記接続電極を周回するようにして延び前記第1方向において部分的に対向する延長パターンを夫々備えており、
    前記縁部焦電素子の前記延長パターンにおける対向する部分の長さは、前記中央部焦電素子の前記延長パターンにおける対向する部分の長さよりも長い
    焦電センサアレイ。
  9. 請求項8記載の焦電センサアレイであって、
    前記第1方向において、前記縁部焦電素子の前記延長パターンにおける対向する部分の間の距離は、前記中央部焦電素子の前記延長パターンにおける対向する部分の間の距離よりも短い
    焦電センサアレイ。
  10. 請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の焦電センサアレイであって、
    前記2つの接続電極の間に電界シールドが設けられている
    焦電センサアレイ。
  11. 請求項10記載の焦電センサアレイであって、
    前記電界シールドは、前記2つの接続電極の夫々を周回するように形成されている
    焦電センサアレイ。
  12. 請求項1乃至請求項11のいずれかに記載の焦電センサアレイであって、
    前記焦電体板は、互いに直交する2方向に延びる平板状に形成されており、
    前記配置方向は、前記2方向のうちの一方であり、
    前記縁部焦電素子は、前記配置方向における端部近傍に配置されており、前記中央部焦電素子は、前記配置方向における中間部近傍に配置されている
    焦電センサアレイ。
  13. 請求項1乃至請求項11のいずれかに記載の焦電センサアレイであって、
    前記焦電体板は、ドーム状に形成されており、
    前記配置方向は、前記焦電体板の径方向であり、
    前記縁部焦電素子は、前記配置方向における周縁部近傍に配置されており、前記中央部焦電素子は、前記配置方向における中心部近傍に配置されている
    焦電センサアレイ。
  14. 請求項1乃至請求項13のいずれかに記載の焦電センサアレイと、前記焦電センサアレイが取り付けられる回路基板とを備える焦電型赤外線検出装置であって、
    前記回路基板は、前記焦電センサアレイの前記接続面が置かれる搭載部と、前記搭載部の外側に設けられた複数の電位検出回路と、接地部と、複数の導体パターンと、複数の接地導体パターンとを備えており、
    前記導体パターンは、前記2つの接続電極のうちの一方と前記電位検出回路とを電気的に接続しており、前記接地導体パターンは、前記2つの接続電極のうちの他方と前記接地部とを電気的に接続しており、
    前記縁部焦電素子の前記接続電極と前記電位検出回路とを電気的に接続する前記導体パターンの長さは、前記中央部焦電素子の前記接続電極と前記電位検出回路とを電気的に接続する前記導体パターンの長さよりも短い
    焦電型赤外線検出装置。
  15. 請求項14記載の焦電型赤外線検出装置であって、
    前記中央部焦電素子の前記接続電極と前記電位検出回路とを電気的に接続する前記導体パターンから、他の前記導体パターン及び前記接地導体パターンまでの間の距離は、前記縁部焦電素子の前記接続電極と前記電位検出回路とを電気的に接続する前記導体パターンから、他の前記導体パターン及び前記接地導体パターンまでの間の距離よりも長い
    焦電型赤外線検出装置。
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