JPH05332829A - 焦電型赤外線センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 組み立て製造が容易で安価な焦電型赤外線セ
ンサを提供する。 【構成】 赤外線センサの回路を形成してなる回路基板
10の上面にダミー用のチップコンデンサ12と赤外線セン
サの回路素子として機能する電界効果トランジスタ17を
台座として配設固定する。そして、このチップコンデン
サ12と電界効果トランジスタ17の両チップに掛け渡して
焦電素子５の両端側をチップコンデンサ12および電界効
果トランジスタ17に接続固定し、焦電素子５を回路基板
10から浮いた状態で実装する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人体等から放射される
赤外線を検出する焦電型赤外線センサに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】人体等の被検出体から放出される赤外線
を検出する焦電型赤外線センサが自動ドア等のシステム
に広く採用されている。この種の焦電型赤外線センサ
は、図５に示すような基本回路を備えている。この基本
回路は焦電素子５とインピーダンス変換回路22を有して
構成され、焦電素子５はエレメント基板15の上に一対の
焦電体16ａ，16ｂを配設したものからなり、この焦電体
16ａ，16ｂは直列に接続されて、その一端側はグランド
（ＧＮＤ）に接続されており、他端側は電界効果トラン
ジスタ17のゲートに接続されている。焦電素子５にはリ
ーク抵抗体20が並列に接続されている。この種の焦電型
赤外線センサにおいては、被検出体から赤外線が放射さ
れて焦電素子５に入射すると、焦電体16ａ，16ｂは入射
熱量に応じて分極し、その分極量に応じた焦電電流を発
生する。この焦電電流はリーク抵抗体20により電圧値に
変換され、その電圧信号は電界効果トランジスタ17のゲ
ートに加えられる。電界効果トランジスタ17のドレイン
端子21には電源電圧が加えられており、電界効果トラン
ジスタ17は前記リーク抵抗体20側からの電圧の大きさに
応じた、すなわち、焦電素子５に入射する赤外線の熱量
に応じた電圧をソース端子25から赤外線検出信号として
出力する。

【０００３】この種の焦電型赤外線センサの感度を高め
るためには、被検出体から赤外線を受けたとき、その赤
外線の熱エネルギが焦電素子５から逃げないようにし、
また、被検出体から赤外線の入射がなくなったときに
は、それまでに入射した赤外線の熱エネルギの自然放熱
を妨げないようにすることが望ましい。かかる観点に着
目し、センサの感度を高めるための様々な工夫が提案さ
れている。この提案の一例が図２〜図４に示されてい
る。

【０００４】図２に示すものは、ステム１に搭載された
低熱伝導性のセラミック基台２の中央部分を凹部３に形
成し、このセラミック基台２に回路基板としての機能を
兼備させて図５のインピーダンス変換回路22を形成する
とともに、セラミック基台２の両端部を支持面４として
焦電素子５を掛け渡して配設固定したものである。この
ように、焦電素子５を低熱伝導性の部材で支持すること
により、焦電素子５が赤外線を受けたときに、その熱量
が速やかにセラミック基台２側に逃げるのを防止しよう
としたものである。

【０００５】また、図３に示すものは、ステム１上にア
ルミナ等の回路基板６を配設し、その回路基板６の例え
ば四隅に導電ペーストを盛り上げて断面積の小さい凸部
７を形成し、この凸部７の上側に焦電素子（図示せず）
を載置固定し、焦電素子を回路基板６から浮かした状態
で配設し、焦電素子の支持面積を小さくすることで、支
持部の伝熱量と熱容量を小さくし、焦電素子から回路基
板６への迅速な熱の逃げを防止し、さらに、焦電素子の
自然放熱を妨げないように工夫したものである。

【０００６】さらに、図４に示すものは、ステム１上に
搭載したセラミックやアルミナの回路基板６上に低熱伝
導性のセラミック等の一対の枕８を四角柱体に形成して
これを横に倒して配設固定し、この枕８の上側に焦電素
子（図示せず）を載置固定して焦電素子を回路基板６か
ら浮かした状態で配設したものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記図
２に示すものは、セラミック基台２に凹部３を設ける構
成であるため、セラミック材料を金型を用いて図に示す
ような形状に焼結する際に、凹部の角部等から割れが生
じ易く、このため、凹部３の形状が非常に簡易なものに
制約されるばかりか、良品の歩留まりが悪くなり、より
複雑化した凹部形状のものを作るのが困難になるという
問題があった。また、焦電素子５はセラミック基台２に
直接当接されるため、焦電素子５の支持部の熱容量を小
さくすることが困難であり、センサの感度がそれほど改
善されず、さらに、セラミック基台２は成型によって作
製されるものであるため、価格が高くつくという問題が
あった。

【０００８】また、図３に示すものは、四隅に形成する
凸部７の導電ペーストを用いて形成する際に、その各部
の大きさにばらつきが生じ易く、この大きさのばらつき
により、焦電素子の熱バランスが不均一になるという問
題が生じる。このような問題を避けるために、前記導電
ペーストを盛り上げて凸部７を形成する作業を手作業で
行わなければならず、生産効率が悪い上に、生産コスト
が高くなるという問題が生じる。

【０００９】さらに、図４に示すものは、焦電素子を支
持する専用の枕８を専用の金型を用いて成型によって作
らなければならないために、これも、製造コストが高く
つくという問題があった。

【００１０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、製造が容易であって安価で
あり、その上、性能に優れた焦電型赤外線センサを提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明の焦電型赤外線センサは、回路基板上に台座として
機能する少なくとも２個の電子部品チップが間隔を介し
て配設され、この電子部品チップ間に掛け渡されて焦電
素子が回路基板から浮いた状態で前記電子部品チップ上
に固定されており、この台座として機能する電子部品チ
ップの少なくとも１個は赤外線センサの回路素子として
機能している電子部品チップにより構成されていること
を特徴として構成されている。

【００１２】

【作用】上記構成の本発明において、赤外線センサの回
路が形成されている回路基板上に例えば一対の電子部品
チップがはんだ付け等によって配設固定され、この一対
の電子部品チップを台座としてその上側に焦電素子が掛
け渡されて固定され、焦電素子は回路基板から浮いた状
態で実装される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一の
名称部品には同一の符号を付し、その重複説明は省略す
る。図１には本発明に係る焦電型赤外線センサの一実施
例の断面構成が示されている。同図において、ステム１
の上面側にはガラエポあるいはセラミック等の回路基板
10が搭載固定されており、この回路基板10上には図５に
示すインピーダンス変換回路22が形成されている。この
回路基板10およびステム１には端子11がステム１に対し
て絶縁材を介して挿通固定されており、この端子11を利
用してセンサ回路の駆動と、検出信号の取り出しが行わ
れている。

【００１４】前記回路基板10上には電子部品チップとし
ての電界効果トランジスタ17とチップコンデンサ12が間
隔を介してはんだ付け等により配設固定されている。本
実施例では、このチップコンデンサ12は直方体状をし
た、誘電率が小さく、かつ、熱伝導率が小さい温度補償
型のものが使用されている。このチップコンデンサ12の
外面には導電ペーストが全面に亙って塗布されて、コン
デンサとしての機能が失われており、台座としてのみ機
能させている。

【００１５】一方、電界効果トランジスタ17もチップ形
状を呈しており、前記チップコンデンサ12と同一の大き
さとなっており、この電界効果トランジスタ17は端子23
を介して回路基板10上の回路パターンに接続されてい
る。

【００１６】そして、電界効果トランジスタ17とチップ
コンデンサ12間に焦電素子５が掛け渡され、その両端部
は電界効果トランジスタ17およびチップコンデンサ12上
にはんだ等により接続固定されており、焦電素子５と回
路基板10の回路は電界効果トランジスタ17およびチップ
コンデンサ12の表面に形成した導電層を介して導通接続
されている。

【００１７】前記回路基板10および焦電素子５は金属製
のキャップ14に覆われ、このキャップ14の基端側はステ
ム１に嵌合し、この嵌合状態で、ハーメチックシール等
により気密に固定されており、キャップ14の内部空間は
真空にされるか、あるいは不活性ガスが封入されてい
る。キャップ14の頂壁の中央部分は透孔19が形成されて
おり、この透孔19はシリコン等の赤外線透過用のフィル
タ24によって気密に閉鎖されている。

【００１８】この実施例の焦電型赤外線センサは、従来
例と同様に、被検出体から放射される赤外線がフィルタ
24を通って焦電素子５に達すると、焦電体16ａ，16ｂは
この熱を受けて分極し、この分極の程度に応じた焦電電
流が台座として機能しているチップコンデンサ12および
電界効果トランジスタ17の導体層を通って回路基板10上
のインピーダンス変換回路22に加えられ、ここで、イン
ピーダンス変換により電圧信号に変換され、赤外線の入
射量に応じた検出信号が信号取り出し側の端子（電界効
果トランジスタ17のソース端子）11を通して出力され
る。

【００１９】この実施例によれば、焦電素子５はチップ
コンデンサ12と電界効果トランジスタ17を台座として回
路基板10上に固定されるものであるから、焦電素子５は
回路基板10に対して浮いた状態で実装され、焦電素子５
に赤外線が入射されたときに、その赤外線の入射熱が回
路基板10側に迅速に逃げ去るということがなく、また、
焦電素子５はその両端側の小さい面積部分でチップコン
デンサ12と電界効果トランジスタ17に支持されるので、
焦電素子５を支持する部分の熱容量も小さくなり、した
がって、赤外線が焦電素子に入射していた状態で、赤外
線の入射が跡絶えたときに、焦電素子５に蓄積されてい
た熱の自然放熱が妨げられることがないので、感度の良
い焦電型赤外線センサを提供することができる。

【００２０】また、焦電素子５を支持するチップコンデ
ンサ12や電界効果トランジスタ17は様々な分野の回路に
使用される電子部品として量産されているので、非常に
安価であり、したがって、これらのチップコンデンサ12
および電界効果トランジスタ17を用いることにより、焦
電素子の台座を非常に安価に形成することができる。し
かも、電界効果トランジスタ17は赤外線センサの回路の
回路素子として機能するとともに、焦電素子５の台座と
しての機能を果たしているので、その分、部品点数を減
らすことができ、非常に好都合である。

【００２１】しかも、これらの電子部品チップは寸法形
状が非常に安定しており、その上、チップコンデンサ12
や電界効果トランジスタ17は回路基板10の所定位置に自
動マウント機を用いて表面実装することができるので、
本実施例の焦電型赤外線センサの組み立てを全自動化に
よって行うことができ、これにより、製造の省力化およ
びスピードアップが図れ、良品の歩留まり率も大幅に高
められることとなり、低コストで性能の良い焦電型赤外
線センサを作製することができる。

【００２２】さらに、電界効果トランジスタ17のゲート
は焦電素子５に近接配置されるので、周囲の電波ノイズ
を受けにくくなり、赤外線検出の信頼性を高めることが
できる。

【００２３】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では、焦電素子５を支持するチップコンデンサ12
として、誘電率が低く、かつ、熱伝導率が小さい温度補
償型のチップコンデンサを用いたが、高誘電率タイプの
より安価なチップコンデンサを用いてもよい。

【００２４】また、上記実施例では２個の台座のうち、
その１つを赤外線センサの回路の回路素子として機能し
ている電界効果トランジスタ17を用い、他の１つを赤外
線センサの回路素子として機能していないダミーのチッ
プコンデンサ12を用いたが、両方の台座を共に赤外線セ
ンサの回路素子として機能している電子部品チップを用
いてもよく、例えば、台座の一方を電界効果トランジス
タ17によって構成し、他方の台座をリーク抵抗体20のチ
ップ部品によって構成してもよく、あるいは、一方の台
座をチップコンデンサ等のダミーの電子部品で構成し、
他方の台座をセンサ回路の回路素子として機能している
リーク抵抗体20のチップ部品によって構成してもよい。
台座の両方を回路素子として機能している電子部品チッ
プにより構成すれば、部品点数をよりいっそう削減する
ことができ、大幅なコスト低減を図ることができる。

【００２５】さらに、焦電素子５の台座として用いる電
子部品チップの数は特に限定されることはないが、焦電
素子５の支持部の熱容量と伝熱量を小さくしてセンサの
感度を上げる観点からは、本実施例の如く２個の方が望
ましい。

【００２６】

【発明の効果】本発明は回路基板上に実装する焦電素子
の台座として電子部品チップを用い、しかも、その電子
部品チップの少なくとも１個は赤外線センサ回路の回路
素子として機能している電子部品チップを用いるもので
あるから、この台座をセラミック等の材料を用いて別個
に作製する場合に比べ、非常に安価となり、しかも、回
路素子として機能している電子部品チップを台座として
用いることにより、部品点数を削減することができる。
さらに加えて、電子部品チップは寸法形状が安定してお
り、自動マウント機を用いて表面実装することができる
ので、焦電型赤外線センサの全自動化による組み立てが
可能となり、これにより、製造組み立ての省力化が図れ
るとともに、良品の歩留まり率が向上し、信頼性の高い
焦電型赤外線センサを安価に提供することが可能とな
る。

【００２７】また、台座として使用する前記電子部品チ
ップを低熱伝導性のものにすることにより、焦電型赤外
線センサの感度をより高めることができ、また、焦電素
子の熱バランスもよくなり、焦電型赤外線センサの高性
能化を図ることができるとともに、回路基板として低熱
伝導材料のものを使用しなくてよいという利点が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る焦電型赤外線センサの一実施例を
示す断面構成図である。

【図２】焦電型赤外線センサの提案例の説明図である。

【図３】焦電型赤外線センサの他の提案例の説明図であ
る。

【図４】焦電型赤外線センサのさらに他の提案例の説明
図である。

【図５】焦電型赤外線センサの回路図である。

【符号の説明】

１ ステム ５ 焦電素子 10 回路基板 12 チップコンデンサ 17 電界効果トランジスタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路基板上に台座として機能する少なく
   とも２個の電子部品チップが間隔を介して配設され、こ
   の電子部品チップ間に掛け渡されて焦電素子が回路基板
   から浮いた状態で前記電子部品チップ上に固定されてお
   り、この台座として機能する電子部品チップの少なくと
   も１個は赤外線センサの回路素子として機能している電
   子部品チップにより構成されている焦電型赤外線セン
   サ。