JPH0594733U - 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の上面に一対のチップコンデンサ12ａ，12ｂを配設固
定する。このチップコンデンサ12ａ，12ｂは表面に導電
ペーストを塗布してコンデンサとしての機能を失わせ、
台座としてのみ機能させる。このチップコンデンサ12
ａ，12ｂに掛け渡して焦電素子５の両端側をチップコン
デンサ12ａ，12ｂ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

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、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、被検 出体から放出される赤外線の熱量を受けて焦電素子の自発分極が変化し、その変 化に対応する焦電電流を高抵抗（焦電素子自身の高抵抗を利用してもよい）を介 して電圧信号に変換し、この電圧信号をインピーダンス変換回路を介して被検出 体の検出信号として出力するものである。

【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 させてインピーダンス変換回路等のセンサとしての回路パターンを形成するとと 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の上側に焦電素子を載置固定し、焦電素子５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】

【考案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を形成する作業は手作業 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】 本考案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】

本考案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、 本考案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】

上記構成の本考案において、赤外線センサの回路パターンが形成されている回 路基板上に電子部品チップとしての例えば一対のチップコンデンサがはんだ付け 等によって配設固定され、この一対のチップコンデンサ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、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。図１には本考案に係る焦電 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 の上面側にはアルミナ、ガラエポ等樹脂基板、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上にはインピーダンス変換回路等の赤 外線センサの回路が形成されている。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一対のチップコンデンサ12ａ， 12ｂ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12ａ，12ｂは長さ1.6 mm、幅が0.8 mmの大きさを持った直方 体状で、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12ａ，12ｂ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】 そして、このチップコンデンサ12ａ，12ｂ間に焦電素子５が掛け渡され、その 両端部はチップコンデンサ12ａ，12ｂ上に例えば導電ペーストにより接続固定さ れている。焦電素子５は素子基板13の中央部に一対の焦電体14ａ，14ｂを配設し 、この焦電体14ａ，14ｂを直列に接続したものからなる。焦電体14ａ，14ｂの直 列接続体の両端側はチップコンデンサ12ａ，12ｂの外周面に形成したメッキ等の 金属導電体を介して回路基板10上の所定の回路位置に導通接続されている。

【００１６】 前記回路基板10および焦電素子５は金属製のキャップ15に覆われ、このキャッ プ15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15の内部空間は真空にされるか、あるいは不 活性ガスおよびＮ₂ ガスが封入されている。キャップ15の頂壁の中央部分は透孔 17が形成されており、この透孔17はシリコン等の赤外線透過用のフィルタ18によ って気密に閉鎖されている。

【００１７】 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18を通って焦電素子５に達すると、焦電体14ａ，14ｂはこの 熱を受けてその自発分極が変化し、その変化の程度に応じた焦電電流がチップコ ンデンサ12ａ，12ｂの導電ペーストを通って回路基板10上の高抵抗に流れ、電圧 信号に変換され、さらにインピーダンス変換回路を介して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11を通して出力される。

【００１８】 この実施例によれば、焦電素子５はチップコンデンサ12ａ，12ｂ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12ａ，12ｂ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。

【００１９】 また、焦電素子５を支持するチップコンデンサ12ａ，12ｂ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、このチップコンデンサ12ａ，12ｂ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。

【００２０】 しかも、チップコンデンサ12ａ，12ｂ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12ａ，12ｂ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。

【００２１】 なお、本考案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12ａ， 12ｂ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 。

【００２２】 また、焦電素子５を支持する電子部品チップとして、チップコンデンサ以外の 、例えば半導体チップ、抵抗体チップ等の他の電子部品チップを用いてもよい。 この場合も、台座として使用する電子部品チップはその表面に導電ペースト等の 導電層を形成し、電子部品としての本来の機能を失わせ、台座としてのみ機能さ せて使用することになる。

【００２３】 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。

【００２４】

【考案の効果】

本考案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た 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、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。

【００２５】 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、焦電型赤外線セン サの高性能化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案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。

【符号の説明】

１ ステム ５ 焦電素子 10 回路基板 12ａ，12ｂ チップコンデンサ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
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い
   る焦電型赤外線センサ。