JPH06160177A - 赤外線検出器 - Google Patents
赤外線検出器Info
- Publication number
- JPH06160177A JPH06160177A JP4335415A JP33541592A JPH06160177A JP H06160177 A JPH06160177 A JP H06160177A JP 4335415 A JP4335415 A JP 4335415A JP 33541592 A JP33541592 A JP 33541592A JP H06160177 A JPH06160177 A JP H06160177A
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- JP
- Japan
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- infrared
- temperature compensating
- detecting element
- infrared detecting
- compensating element
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Abstract
(57)【要約】
【目的】検知感度を向上させることができ、小型化が容
易に達成できる赤外線検出器を提供する。 【構成】赤外線検出素子5及び温度補償素子6を平板状
に形成し、赤外線検出素子5と温度補償素子6との間
に、両素子に対して非接触に熱的、電気的絶縁基板7を
介在させる。赤外線検出素子5及び温度補償素子6をリ
ード線10a〜10cにより支持させてキャップ2とス
テム3で囲まれた内空部に浮かせて収容する。
易に達成できる赤外線検出器を提供する。 【構成】赤外線検出素子5及び温度補償素子6を平板状
に形成し、赤外線検出素子5と温度補償素子6との間
に、両素子に対して非接触に熱的、電気的絶縁基板7を
介在させる。赤外線検出素子5及び温度補償素子6をリ
ード線10a〜10cにより支持させてキャップ2とス
テム3で囲まれた内空部に浮かせて収容する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非接触型温度検知、人
体検知等に使用される熱型赤外線検出器に関する。
体検知等に使用される熱型赤外線検出器に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】熱型
赤外線検出器は、赤外線を熱源として利用し、その発熱
作用による赤外線検出素子の温度変化を検出する方式の
ものであり、赤外線検出素子としては、一般的には焦電
素子が利用されている。焦電素子を用いた焦電型赤外線
検出器は、焦電素子が高抵抗であるため、その出力側に
インピーダンス変換回路が必要であり、FETを始めと
する複数の部品を必要とし、しかもできるだけそれらを
コンパクトに実装する必要性があった。また、焦電型赤
外線検出器は、焦電効果を利用しているため、赤外線を
断続するためのチョッパー機構が必要であり、コスト高
になるという欠点がある。
赤外線検出器は、赤外線を熱源として利用し、その発熱
作用による赤外線検出素子の温度変化を検出する方式の
ものであり、赤外線検出素子としては、一般的には焦電
素子が利用されている。焦電素子を用いた焦電型赤外線
検出器は、焦電素子が高抵抗であるため、その出力側に
インピーダンス変換回路が必要であり、FETを始めと
する複数の部品を必要とし、しかもできるだけそれらを
コンパクトに実装する必要性があった。また、焦電型赤
外線検出器は、焦電効果を利用しているため、赤外線を
断続するためのチョッパー機構が必要であり、コスト高
になるという欠点がある。
【0003】赤外線検出素子として焦電素子の代わりに
サーミスタを使用すれば、前記チョッパー機構やFET
を始めとする部品は必要とならないから、焦電素子に比
べれば小型化の要求に比較的応え易い。このように、サ
ーミスタを使用した赤外線検出器として、特開昭58−
162072号公報または実開昭60−11042号公
報に記載のように、支持体または熱的、電気的絶縁体の
表裏面に赤外線検出用のサーミスタと温度補償用のサー
ミスタを一体に設けたものがある。
サーミスタを使用すれば、前記チョッパー機構やFET
を始めとする部品は必要とならないから、焦電素子に比
べれば小型化の要求に比較的応え易い。このように、サ
ーミスタを使用した赤外線検出器として、特開昭58−
162072号公報または実開昭60−11042号公
報に記載のように、支持体または熱的、電気的絶縁体の
表裏面に赤外線検出用のサーミスタと温度補償用のサー
ミスタを一体に設けたものがある。
【0004】しかし、このように支持体あるいは絶縁体
の表裏面にサーミスタを用いた構成とすれば、熱放散が
大きくなり、このことが検出感度を低下させ、より小型
化しようとする要求に応えることが困難である。
の表裏面にサーミスタを用いた構成とすれば、熱放散が
大きくなり、このことが検出感度を低下させ、より小型
化しようとする要求に応えることが困難である。
【0005】本発明は上記の問題点に鑑み、検知感度を
向上させることができ、小型化が容易に達成できる赤外
線検出器を提供することを目的とする。
向上させることができ、小型化が容易に達成できる赤外
線検出器を提供することを目的とする。
【0006】
【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、赤外線フィルタを有するキャップと、該キ
ャップを封止するステムと、前記キャップとステムとで
囲まれた内空部に収容されたサーミスタでなる赤外線検
出素子及び温度補償素子とを有する赤外線検出器におい
て、前記赤外線検出素子及び温度補償素子を平板状に形
成し、該赤外線検出素子と温度補償素子との間に、両素
子に対して非接触に熱的、電気的絶縁基板を介在させる
と共に、前記赤外線検出素子及び温度補償素子をリード
線により支持させて前記内空部に浮かせて収容したこと
を特徴とする。
成するため、赤外線フィルタを有するキャップと、該キ
ャップを封止するステムと、前記キャップとステムとで
囲まれた内空部に収容されたサーミスタでなる赤外線検
出素子及び温度補償素子とを有する赤外線検出器におい
て、前記赤外線検出素子及び温度補償素子を平板状に形
成し、該赤外線検出素子と温度補償素子との間に、両素
子に対して非接触に熱的、電気的絶縁基板を介在させる
と共に、前記赤外線検出素子及び温度補償素子をリード
線により支持させて前記内空部に浮かせて収容したこと
を特徴とする。
【0007】
【作用】本発明においては、赤外線検出素子及び温度補
償素子が熱的、電気的絶縁基板を介して対向し、しかも
絶縁基板と両素子間に空間が介在し、接着剤等による結
合がないので、両素子間が断熱され、しかも両素子は内
空部に浮かせて設けられているので、熱放散定数が小さ
く、断熱効果が大きいので、検出感度が増大する。
償素子が熱的、電気的絶縁基板を介して対向し、しかも
絶縁基板と両素子間に空間が介在し、接着剤等による結
合がないので、両素子間が断熱され、しかも両素子は内
空部に浮かせて設けられているので、熱放散定数が小さ
く、断熱効果が大きいので、検出感度が増大する。
【0008】
【実施例】図1は本発明による赤外線検出器の一実施例
を示す縦断面図、図2は横断面図である。図1、図2に
おいて、1は円筒形のキャップ2の一端の開口部に接着
剤等により取付けられた赤外線フィルタ、3は該キャッ
プ2の他端の開口部に接着剤等によって取付けることに
より封止したステム、4a〜4cはステム3に貫通しか
つ気密封止して設けられたハーメチックリード端子であ
る。5はサーミスタでなる赤外線検出素子、6は温度補
償素子、7はガラスまたはセラミック材でなる熱的、電
気的絶縁基板である。
を示す縦断面図、図2は横断面図である。図1、図2に
おいて、1は円筒形のキャップ2の一端の開口部に接着
剤等により取付けられた赤外線フィルタ、3は該キャッ
プ2の他端の開口部に接着剤等によって取付けることに
より封止したステム、4a〜4cはステム3に貫通しか
つ気密封止して設けられたハーメチックリード端子であ
る。5はサーミスタでなる赤外線検出素子、6は温度補
償素子、7はガラスまたはセラミック材でなる熱的、電
気的絶縁基板である。
【0009】前記赤外線検出素子5及び温度補償素子6
は、遷移金属酸化物であるところのMn3O4、NiO、
CoO、Fe3O4等を一般的なセラミックプロセスによ
り粉末材料として得、その粉末材料をドクターブレード
法、あるいは乾式成形法により成形してサーミスタ基板
を得、基板焼成は加圧焼成及び常圧焼成を行い、複合酸
化物固溶体でなるスピネル形結晶構造のもので構成し
た。そしてこの基板素材を所定寸法厚み(数十μm)に
研磨して基材5a、6aとしたものに、Ag、Pt、A
u、Pd、Cuのいずれかでなる薄膜電極8を膜厚10
00Å程度に形成し、さらに金黒等の黒化膜9を表面に
形成して数mm角にチップ化してNTC特性のサーミスタ
を作製し、これにより、PTCあるいはCTR特性のも
のに比較し、温度変化に対する出力電圧がリニアに変化
する範囲の広いものを得た。
は、遷移金属酸化物であるところのMn3O4、NiO、
CoO、Fe3O4等を一般的なセラミックプロセスによ
り粉末材料として得、その粉末材料をドクターブレード
法、あるいは乾式成形法により成形してサーミスタ基板
を得、基板焼成は加圧焼成及び常圧焼成を行い、複合酸
化物固溶体でなるスピネル形結晶構造のもので構成し
た。そしてこの基板素材を所定寸法厚み(数十μm)に
研磨して基材5a、6aとしたものに、Ag、Pt、A
u、Pd、Cuのいずれかでなる薄膜電極8を膜厚10
00Å程度に形成し、さらに金黒等の黒化膜9を表面に
形成して数mm角にチップ化してNTC特性のサーミスタ
を作製し、これにより、PTCあるいはCTR特性のも
のに比較し、温度変化に対する出力電圧がリニアに変化
する範囲の広いものを得た。
【0010】前記絶縁基板7は前記リード端子4a、4
cに接着剤により固定して取付け、赤外線検出素子5
は、前記赤外線フィルタ1に対面するように、リード線
10a、10bにより支持して絶縁基板7からキャップ
2とステム3との間の内空部に浮かせて取付ける。これ
らのリード線10a、10bは、前記リード端子4a、
4cと素子5の両面の電極8、8にそれぞれ導電性接着
剤によって接続固定される。温度補償素子6は、該素子
6と前記赤外線検出素子5との間に絶縁基板7が介在す
るように、前記内空部に浮かせて取付ける。すなわち、
片面の電極8をグランド端子となるリード端子4bに導
電性接着剤により接着し、かつ他面の電極8に導電性接
着剤により接続するリード線10cを接続固定し、該リ
ード線10cの他端をリード端子4cに導電性接着剤に
より接続固定することにより支持して取付ける。なお、
キャップ2の赤外線窓部には、赤外線フィルタ1として
のシリコン膜を導電性接着剤で張り付け、ステム3とキ
ャップ2とは窒素ガス雰囲気中で電気溶接封止を行う。
cに接着剤により固定して取付け、赤外線検出素子5
は、前記赤外線フィルタ1に対面するように、リード線
10a、10bにより支持して絶縁基板7からキャップ
2とステム3との間の内空部に浮かせて取付ける。これ
らのリード線10a、10bは、前記リード端子4a、
4cと素子5の両面の電極8、8にそれぞれ導電性接着
剤によって接続固定される。温度補償素子6は、該素子
6と前記赤外線検出素子5との間に絶縁基板7が介在す
るように、前記内空部に浮かせて取付ける。すなわち、
片面の電極8をグランド端子となるリード端子4bに導
電性接着剤により接着し、かつ他面の電極8に導電性接
着剤により接続するリード線10cを接続固定し、該リ
ード線10cの他端をリード端子4cに導電性接着剤に
より接続固定することにより支持して取付ける。なお、
キャップ2の赤外線窓部には、赤外線フィルタ1として
のシリコン膜を導電性接着剤で張り付け、ステム3とキ
ャップ2とは窒素ガス雰囲気中で電気溶接封止を行う。
【0011】図3の回路図に例示するように、このよう
に構成される素子5、6と、ゼロ点調整用の抵抗11、
12とによりブリッジ回路を組んで端子13、14より
出力信号を得る赤外線検出回路を構成する。上記のよう
に素子5、6をキャップ2とステム3とで囲まれた内空
部に浮かせて取付けた場合の出力特性について以下に述
べる。 (1)ブリッジ回路による出力電圧 図3のブリッジ回路による出力電圧VOUTは、電源電圧
をE、赤外線検出素子5、温度補償素子6の抵抗値をそ
れぞれRT1、RT2とすると、式で表現される。なお、
ゼロ調整用抵抗11、12の抵抗値R11、R12は等しい
ものとし、また赤外線検出素子5と温度補償素子6は同
様に構成されているので同温度であれば抵抗値は等し
く、温度変化があればその温度変化分同様に抵抗値も変
化するものである。
に構成される素子5、6と、ゼロ点調整用の抵抗11、
12とによりブリッジ回路を組んで端子13、14より
出力信号を得る赤外線検出回路を構成する。上記のよう
に素子5、6をキャップ2とステム3とで囲まれた内空
部に浮かせて取付けた場合の出力特性について以下に述
べる。 (1)ブリッジ回路による出力電圧 図3のブリッジ回路による出力電圧VOUTは、電源電圧
をE、赤外線検出素子5、温度補償素子6の抵抗値をそ
れぞれRT1、RT2とすると、式で表現される。なお、
ゼロ調整用抵抗11、12の抵抗値R11、R12は等しい
ものとし、また赤外線検出素子5と温度補償素子6は同
様に構成されているので同温度であれば抵抗値は等し
く、温度変化があればその温度変化分同様に抵抗値も変
化するものである。
【0012】 VOUT ={(RT2−RT1)/2(RT1+RT2)}・E … ここで、赤外線入射エネルギーにより、赤外線検出素子
5にΔTの温度上昇が生じたとすると、式が成立す
る。
5にΔTの温度上昇が生じたとすると、式が成立す
る。
【0013】RT1=RT2(1−αΔT) … ただしα=B/T2(Bはサーミスタの材質によって決
定されるB定数)であり、これらの関係式から、式は
式のように表現できる。
定されるB定数)であり、これらの関係式から、式は
式のように表現できる。
【0014】 VOUT≒(αΔT/4)・E=(BΔT/4T2)・E … 式において、B定数はサーミスタ材質によって一義的
に決定されるから、サーミスタの材料を特定した場合、
出力電圧VOUT は、赤外線検出素子5の温度補償素子6
に対する温度上昇に対応して発生した分の値となる。
に決定されるから、サーミスタの材料を特定した場合、
出力電圧VOUT は、赤外線検出素子5の温度補償素子6
に対する温度上昇に対応して発生した分の値となる。
【0015】(2)素子形状(受光面積、熱放散係数)
が及ぼす出力電圧VOUTへの影響 赤外線エネルギー入射時の熱状態変化は、式のように
表される。 WAdt=Hdt+KΔTdt … ただし、W:赤外線放射エネルギー、A:受光面積、d
t:時間、H:熱容量、K:熱放散係数であり、定常状
態(熱平衡)になると、dT/dt=0となるため、W
A=KΔT、ΔT=WA/Kとなり、これらと式とか
ら、
が及ぼす出力電圧VOUTへの影響 赤外線エネルギー入射時の熱状態変化は、式のように
表される。 WAdt=Hdt+KΔTdt … ただし、W:赤外線放射エネルギー、A:受光面積、d
t:時間、H:熱容量、K:熱放散係数であり、定常状
態(熱平衡)になると、dT/dt=0となるため、W
A=KΔT、ΔT=WA/Kとなり、これらと式とか
ら、
【0016】 VOUT=(BΔT/4T2)・E=(BWA/4KT2)・E … 黒体炉からの赤外線放射エネルギーWは、ステファン−
ボルツマンの四乗則から、 W=(T4−T4 0)σA0/πL2 … ただし、T:赤外光源の温度、T0:周囲温度、σ:ス
テファン−ボルツマン定数、A0:赤外光線の照射面
積、L:光源−検知素子間距離式に式のWを代入す
ると、 VOUT=(σA0A/4KπL2)・{(T4−T4 0)/T2}・BE… このように、出力電圧VOUTは熱放散係数Kが小さい程
高くなり、受光面積Aが大きい程高くなる。換言すれ
ば、受光面積Aが狭くても、熱放散係数Kが小さければ
出力電圧が高くなる。
ボルツマンの四乗則から、 W=(T4−T4 0)σA0/πL2 … ただし、T:赤外光源の温度、T0:周囲温度、σ:ス
テファン−ボルツマン定数、A0:赤外光線の照射面
積、L:光源−検知素子間距離式に式のWを代入す
ると、 VOUT=(σA0A/4KπL2)・{(T4−T4 0)/T2}・BE… このように、出力電圧VOUTは熱放散係数Kが小さい程
高くなり、受光面積Aが大きい程高くなる。換言すれ
ば、受光面積Aが狭くても、熱放散係数Kが小さければ
出力電圧が高くなる。
【0017】(3)検知感度Rvは Rv=VOUT/WA であり、前記のように、出力電圧VOUTは熱放散係数K
が小さい程高くなる。
が小さい程高くなる。
【0018】絶縁基板7に赤外線検出素子5を実装した
場合、浮かせた場合に比べて熱放散係数Kが数倍〜数十
倍程度大きくなるから、出力電圧(検知感度)は熱放散
係数Kに反比例して小さくなる。
場合、浮かせた場合に比べて熱放散係数Kが数倍〜数十
倍程度大きくなるから、出力電圧(検知感度)は熱放散
係数Kに反比例して小さくなる。
【0019】図4は絶縁基板7に赤外線検出素子5を付
けた場合と浮かせた場合について、黒体炉とブリッジ出
力電圧VOUTとの関係を対比して示すものであり、赤外
線検出素子5を浮かせて取付けることにより、出力電圧
(検知感度)が著るしく向上する。
けた場合と浮かせた場合について、黒体炉とブリッジ出
力電圧VOUTとの関係を対比して示すものであり、赤外
線検出素子5を浮かせて取付けることにより、出力電圧
(検知感度)が著るしく向上する。
【0020】なお本発明は、素子5、6がバルク素子で
ある場合に限定されず、薄膜構造で構成されるものでも
適用可能である。また本発明は、表面実装型の赤外線検
出器にも適用できる。
ある場合に限定されず、薄膜構造で構成されるものでも
適用可能である。また本発明は、表面実装型の赤外線検
出器にも適用できる。
【0021】
【発明の効果】請求項1によれば、赤外線検出素子を内
空部に浮かせて収容すると共に、赤外線検出素子と温度
補償素子の間に絶縁基板を介在させ、かつ両素子と絶縁
基板とが非接触であるように、両素子をリード線で支持
したので、両素子間の断熱効果が大きくなり、検知感度
を向上させることができ、またこれにより、受光面積を
狭くしても従来の検知感度を確保できるので、小型化が
達成できる。
空部に浮かせて収容すると共に、赤外線検出素子と温度
補償素子の間に絶縁基板を介在させ、かつ両素子と絶縁
基板とが非接触であるように、両素子をリード線で支持
したので、両素子間の断熱効果が大きくなり、検知感度
を向上させることができ、またこれにより、受光面積を
狭くしても従来の検知感度を確保できるので、小型化が
達成できる。
【0022】請求項2によれば、素子の電極を薄膜で形
成することにより、印刷法やシート法による厚膜に比較
して、フリットによる悪影響がなく、高感度、高応答性
の良好な素地特性が得られる。
成することにより、印刷法やシート法による厚膜に比較
して、フリットによる悪影響がなく、高感度、高応答性
の良好な素地特性が得られる。
【0023】請求項3によれば、広い温度範囲にわたっ
て温度−抵抗特性が一定のNTCサーミスタが得られ、
広い用途に使用可能となる。
て温度−抵抗特性が一定のNTCサーミスタが得られ、
広い用途に使用可能となる。
【図1】本発明による赤外線検出器の一実施例を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図2】本実施例の横断面図である。
【図3】本実施例の素子を用いて構成される赤外線検出
器の検出回路の一例図である。
器の検出回路の一例図である。
【図4】本発明のように赤外線検出素子を浮かした場合
と絶縁基板に実装した場合とを比較して示す出力電圧と
黒体炉温度との関係図である。
と絶縁基板に実装した場合とを比較して示す出力電圧と
黒体炉温度との関係図である。
1 赤外線フィルタ 2 キャップ 3 ステム 4a〜4c リード端子 5 赤外線検出素子 6 温度補償素子 7 絶縁基板 8 電極 9 黒化膜 10a〜10c リード線
Claims (3)
- 【請求項1】赤外線フィルタを有するキャップと、該キ
ャップを封止するステムと、前記キャップとステムとで
囲まれた内空部に収容されたサーミスタでなる赤外線検
出素子及び温度補償素子とを有する赤外線検出器におい
て、前記赤外線検出素子及び温度補償素子を平板状に形
成し、該赤外線検出素子と温度補償素子との間に、両素
子に対して非接触に熱的、電気的絶縁基板を介在させる
と共に、前記赤外線検出素子及び温度補償素子をリード
線により支持させて前記内空部に浮かせて収容したこと
を特徴とする赤外線検出器。 - 【請求項2】請求項1において、前記赤外線検出素子と
温度補償素子の電極を薄膜電極で形成し、該電極をP
t、Au、Ag、Pd、Cuのいずれかにより構成した
ことを特徴とする赤外線検出器。 - 【請求項3】請求項1または2において、前記赤外線検
出素子と温度補償素子は、遷移金属酸化物を主原料とし
た複合酸化物固溶体でなるスピネル形結晶構造のもので
構成したことを特徴とする赤外線検出器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4335415A JPH06160177A (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 赤外線検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4335415A JPH06160177A (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 赤外線検出器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06160177A true JPH06160177A (ja) | 1994-06-07 |
Family
ID=18288299
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4335415A Withdrawn JPH06160177A (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 赤外線検出器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06160177A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007129547A1 (ja) * | 2006-05-10 | 2007-11-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 赤外線センサおよびその製造方法 |
WO2009008258A1 (ja) * | 2007-07-09 | 2009-01-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | センサ装置及びその製造方法 |
JP2010043930A (ja) * | 2008-08-12 | 2010-02-25 | Tateyama Kagaku Kogyo Kk | 非接触温度センサ |
WO2010044438A1 (ja) * | 2008-10-15 | 2010-04-22 | 株式会社村田製作所 | 熱センサ、非接触温度計装置、及び非接触温度測定方法 |
JP2012053011A (ja) * | 2010-09-03 | 2012-03-15 | Mitsubishi Materials Corp | 赤外線センサおよび温度センサ装置 |
WO2018168673A1 (ja) * | 2017-03-14 | 2018-09-20 | 三菱マテリアル株式会社 | 赤外線センサ |
WO2018168663A1 (ja) * | 2017-03-15 | 2018-09-20 | 三菱マテリアル株式会社 | 赤外線センサ |
-
1992
- 1992-11-20 JP JP4335415A patent/JPH06160177A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
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US7663106B2 (en) | 2006-05-10 | 2010-02-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Infrared sensor and method for producing same |
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