JPH07128142A - 焦電型赤外線アレイセンサ - Google Patents

焦電型赤外線アレイセンサ

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JPH07128142A
JPH07128142A JP27221993A JP27221993A JPH07128142A JP H07128142 A JPH07128142 A JP H07128142A JP 27221993 A JP27221993 A JP 27221993A JP 27221993 A JP27221993 A JP 27221993A JP H07128142 A JPH07128142 A JP H07128142A
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Kenji Hori
憲治 堀
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 一対の対向する電極よりなる検知部が複数
形成された焦電素子において、赤外線入射によって生じ
た各検知部の熱の逃げやすさが異なり、それに起因して
生じていた各検知部の電圧感度バラツキを低減する。 【構成】 相互に接続された複数の検知部より形成さ
れた焦電素子を基板に接続固定する際、焦電素子受光面
の端部に隣接して形成された検知部の電極から引き出さ
れたリード線と基板を導電ペーストを用いて接続固定す
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
赤外線を検知して警報等を発する焦電型赤外線アレイセ
ンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】焦電型赤外線センサは、PZT(チタン
酸ジルコン酸鉛)等の焦電効果を有する材料を感知素子
として利用するセンサである。焦電効果とは素子に赤外
線が入射すると素子表面の温度が変化し、これに伴い今
まで安定であった電荷の中和状態が崩れ電気的に不平衡
となり、電荷を発生する特性をいう。この時発生する電
荷はインピーダンス変換により電圧として取り出され
る。
【0003】焦電型赤外線センサの等価回路例を図3に
示す。焦電素子上に形成された検知部1は、高抵抗チッ
プ2と並列に接続され、その並列回路の一方端がFET
(電界効果トランジスタ)3のゲート端子と接続され、
他方端がアースされる。FET3のドレイン端子とつな
がるドレイン端子ピン4に正電圧を加えると、検知部1
に赤外線が入射したとき発生する電荷はFET3のソー
ス端子とつながるソース端子ピン5から電圧出力として
取り出せる。
【0004】この特性を利用して、複数の検知部を一列
に並べた焦電型赤外線リニアアレイセンサや二次元に配
列した焦電型赤外線二次元アレイセンサが知られてお
り、人間等の移動方向や存在位置等の検知をするのに用
いられる。
【0005】図4は、焦電型赤外線アレイセンサの分解
斜視図で、端子ピン6は、絶縁筒片7を介して金属ヘッ
ダー8を貫通して植設される。アース端子ピン(図示せ
ず)は、任意の端子ピンの絶縁筒片7上に導電ペースト
を塗布して金属ヘッダー8と端子ピン6をショートさせ
ることにより作成される。
【0006】金属ヘッダー8の上に突出した端子ピン6
は、基板9に開けた開口部10に挿入後、その開口部1
0周辺に設けた基板9の回路(図示せず)に接続するラ
ンド(図示せず)と接続固定される。
【0007】基板9表面には焦電素子11が、また表面
および裏面には複数の検知部に対応した数の高抵抗チッ
プ2およびFET3が実装される。
【0008】キャンケース12には、焦電素子11と向
かい合う部分に開口部13が設けられ、その開口部13
には開口部13を塞ぐ赤外線フィルター14が取り付け
てある。
【0009】金属ヘッダー8とキャンケース12は電気
溶接等され、導通状態にある。
【0010】焦電素子11はあらかじめ片面が正、他面
が負となるように分極しておき、焦電素子11の受光面
は焦電素子11の分極軸と垂直の方向にある赤外線フィ
ルター14と対向する。図5に示すように、焦電素子1
1の受光面には電極15Aが、裏面には電極15Aと対
向する電極15Bがそれぞれ複数個設けられ、対向する
電極を一対とする複数の検知部が形成される。また、各
検知部の電極15Aは接続線15Cで相互に接続され、
さらに相互に接続された電極15Aと基板9の回路を接
続するためのリード線15Dが形成される。電極15A
と15B、接続線15C、リード線15Dは、NiC
r、Ag、Ag−Cu等の蒸着によって形成される。電
極15A、15BがAg、Ag−Cuによって形成され
た場合は、電極15A上面に熱を効率良く吸収するため
の黒色の膜が設けられる。
【0011】焦電素子11は、焦電素子11の検知部で
発生した熱が基板9に逃げるのを防ぐため基板9から浮
かした状態で、電極15Bを介して基板9の回路上に設
けられた半田バンプ16と導電ペースト17を用いて接
続固定される。さらに電極15Bは、基板9の回路を介
して高抵抗チップ2の一端およびFET3のゲート端子
とに接続される。また接続線15Cで相互に接続された
電極15Aはリード線15Dを介して基板9の回路上に
設けられた半田バンプ16等の導体部と導電ペースト1
7を用いて接続固定され、さらにアース端子ピンおよび
高抵抗チップ2の他端と接続される。FET3のドレイ
ン端子とソース端子はそれぞれ所定の端子ピン6に接続
される。
【0012】焦電素子11の複数の検知部で発生した電
荷は、高抵抗チップ2およびFET3による複数のイン
ピーダンス変換回路により電圧として取り出され、複数
の検知部の出力差によって人間等の移動方向や存在位置
等を把握できる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】図6に例示するような
4×4個の検知部18乃至33からなる焦電型赤外線二
次元アレイセンサの場合、焦電素子11の4隅に位置す
る検知部18、21、30、33は焦電素子11の二辺
に隣接することから熱抵抗が大きく、赤外線入射によっ
て発生した熱が拡散しにくい。また焦電素子11の各辺
に位置する検知部19、20、22、25、26、2
9、31、32は、焦電素子11の一辺に隣接すること
から二番目に熱が拡散しにくい。そのため、検知部1
8、21、30、33の感度が最も高く、検知部19、
20、22、25、26、29、31、32が二番目に
高くなる。
【0014】しかしながら、焦電型赤外線二次元アレイ
センサ自体ではこの感度バラツキの対策をとることがで
きず、焦電型赤外線二次元アレイセンサを使用する際の
増幅回路での増幅率を個々の検知部に対応して調整する
ことが行われていた。このため、増幅回路での調整処理
を一つ一つ行うため工数がかかり、コスト的に高くなる
という欠点があった。
【0015】また、図7に例示するような複数の検知部
を一次元に配列した焦電型赤外線リニアアレイセンサの
場合も、焦電型赤外線二次元アレイセンサと同様の理由
により焦電素子11の両端に隣接する検知部の感度が一
番高く、内側になるほど感度が低くなる傾向がある。
【0016】このため、焦電素子11の両端に隣接する
検知部をダミーとしたり、焦電素子11の両端から離し
て設ける等の工夫をしていたため、焦電素子11が大き
くなり、焦電型赤外線リニアアレイセンサを小型化する
ことができないという欠点があった。
【0017】そこで本発明は上記の点に鑑み、焦電型赤
外線アレイセンサの複数の検知部の感度バラツキを低減
した焦電型赤外線アレイセンサを提供するものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため次のように構成されている。すなわち、入
射赤外線によって生ずる熱に応じて電荷を発生する一対
の対向する電極よりなる検知部が複数形成された焦電素
子と、焦電素子を接続固定するための基板を備えた焦電
形赤外線センサにおいて、焦電素子受光面には複数の検
知部の電極を相互に接続する接続線および焦電素子受光
面の端部に隣接して形成された検知部の電極から引き出
されるリード線が設けられ、このリード線と基板が導電
ペーストで接続固定されたものである。
【0019】
【作用】焦電素子11に形成した検知部を基板9に接続
固定する際に用いる導電ペースト17をヒートシンクお
よび熱伝導経路として利用することにより、赤外線入射
によって発生する検知部での熱拡散を促進し、また基板
9への熱伝導を増大して、各検知部での発生電荷量を均
一化することができる
【0020】
【実施例1】図1は本発明を用いた16個の検知部から
なる焦電型赤外線二次元アレイセンサの実施例を示す。
基板9と焦電素子11以外は従来例と同じなため説明お
よび図面を省略し、また焦電素子11内の検知部の番号
は従来例と同じ番号を使用する。
【0021】図1に示すように、16個の検知部18乃
至33からなる焦電型赤外線二次元アレイセンサの場
合、焦電素子11表面には16個の電極15Aが縦4個
横4個等間隔に二次元に配列され、裏面にはそれに対向
して電極15Bが設けられる。四辺形の焦電素子11の
対角方向に配列されている検知部18,23,28、3
3と、21,24,27,30の電極15Aは接続線1
5Cでそれぞれ対角方向に直列に接続され、19,22
と、20,25と、26,31と、29,32の電極1
5Aは、対角方向に設けられた接続線15Cと交差する
接続線15Cで相互に接続され、更にこれら接続線15
Cは交差する位置で相互に接続されている。また、焦電
素子11の四隅に位置する検知部18、21、30、3
3の各電極15Aから、焦電素子11の四隅付近にリー
ド線15Dが設けられる。電極15Aと15B、接続線
15C、リード線15Dは、NiCr、Ag、Ag−C
u等の蒸着によって形成される。電極15A、15Bが
Ag、Ag−Cuによって形成された場合は、電極15
A上面に熱を効率良く吸収するための黒色の膜が設けら
れる。
【0022】リード線15Dは、焦電素子11の四隅付
近で、ほぼ同量の導電ペースト17を用いて基板9の回
路(図示せず)上に設けられた半田バンプ16等の導体
部と接続固定される。
【0023】また検知部18乃至33の電極15Bを、
基板9の回路上に設けた半田バンプ16と導電ペースト
17を用いて接続固定する。この場合、検知部18、2
1、30、33の電極15Bの接続固定では導電ペース
ト17量を多く、検知部19、20、22、25、2
6、29、31、32の場合には、二番目に多く使用す
る。
【0024】導電ペースト17は、赤外線入射によって
検知部18乃至33で発生した熱のヒートシンクおよび
基板9への熱伝導路の役割を果たし、従来熱抵抗が大き
く熱拡散しにくかった検知部18、21、30、33か
らの熱の逃げを良くし、検知部19、20、22、2
5、26、29、31、32からの熱の逃げを二番目に
良くすることができる。これにより、焦電素子11に形
成した検知部18乃至33で発生する電荷量が均一とな
り、検知部13乃至33の感度バラツキが低減できる。
【0025】導電ペースト17は、導電性シリコン、導
電性エポキシ樹脂、導電性フェノール樹脂等の導電性の
ものであればいずれでもよい。
【0026】
【実施例2】図2に本発明を用いた焦電型赤外線リニア
アレイセンサの実施例を示す。基板9と焦電素子11以
外は従来例と同じなため説明及び図面を省略し、また焦
電素子11内の検知部の番号は従来例と同じ番号を使用
する。
【0027】図2に示すように、複数個の検知部からな
る焦電型赤外線リニアアレイセンサの場合、焦電素子1
1表面には電極15Aが等間隔に二次元に配列され、裏
面にはそれに対向して電極15Bが設けられる。焦電素
子11表面の電極15Aは、接続線15Cで相互に接続
される。また、焦電素子11の端部に隣接して形成され
た検知部の電極15Aから、焦電素子11の端辺にリー
ド線15Dが設けられる。電極15Aと15B、接続線
15C、リード線15Dは、NiCr、Ag、Ag−C
u等の蒸着により形成される。電極15A、15BがA
g、Ag−Cuによって形成された場合は、電極15A
上面に熱を効率良く吸収するための黒色の膜が設けられ
る。
【0028】リード線15Dは焦電素子11の端部で、
ほぼ同量の導電ペースト17を用いて基板9の回路(図
示せず)上に設けられた半田バンプ16等の導体部と接
続固定される。
【0029】また各検知部の電極15Bは、基板9の回
路上に設けたバンプと導電ペーストを用いて接続固定さ
れる。焦電素子11の両端部に隣接して形成された検知
部の電極15Bの接続固定では導電ペースト17量を多
くし、焦電素子11の中心部に位置する検知部に向うに
つれて導電ペースト17量を減らしていくことによっ
て、焦電素子11の端部に形成した検知部からの熱の逃
げを更に良くすることができる。
【0030】導電ペースト17は、赤外線入射によって
各検知部で発生した熱のヒートシンクおよび基板9への
熱伝導路の役割を果たし、従来熱抵抗が大きく熱拡散が
しにくかった焦電素子11の端部に隣接して形成された
検知部からの熱の逃げを良くすることができる。これに
より、焦電素子11に形成した検知部で発生する電荷量
が均一となり、複数の検知部の感度バラツキが低減でき
る。
【0031】導電ペースト17は、導電性シリコン、導
電性エポキシ樹脂、導電性フェノール樹脂等の導電性の
ものであればいずれでもよい。
【0032】
【発明の効果】本発明は上述のように構成したので下記
の効果を有する。対向する一対の電極よりなる複数の検
知部を形成した焦電素子において、焦電素子を基板に導
電ペーストを用いて接続固定する際、従来入射赤外線に
よって発生する熱が拡散しにくかった検知部から、導電
ペーストをヒートシンクおよび基板への熱伝導路として
利用することにより、熱の逃げを良くすることができ、
複数の検知部での発生電荷量を均一化、すなわち複数の
検知部の感度のバラツキが低減できる。
【0033】また、焦電型赤外線2次元アレイセンサの
場合、従来行っていた増幅回路での各検知部の感度に対
応した増幅率の調整が不要となり、工数削減ひいてはコ
スト削減を図ることができる。
【0034】更にまた、焦電型赤外線リニアアレイセン
サの場合には、ダミーとなる検知部が必要なくなるの
で、焦電素子を小さくすることができ、その結果焦電型
赤外線リニアアレイセンサを小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の焦電型赤外線2次元アレイセンサで、
(a)は焦電素子を基板に実装した斜視図、(b)は焦
電素子を基板に実装した断面図である。
【図2】本発明の焦電型赤外線リニアアレイセンサで、
(a)は焦電素子を基板に実装した斜視図、(b)は焦
電素子を基板に実装した断面図である。
【図3】焦電型赤外線センサの一般的な等価回路図であ
る。
【図4】従来の焦電型赤外線アレイセンサの分解斜視図
である。
【図5】従来の焦電型赤外線アレイセンサの焦電素子を
基板に接続固定した実装断面図である。
【図6】従来の焦電型赤外線2次元アレイセンサの焦電
素子で、(a)は表面図、(b)は裏面図である。
【図7】従来の焦電型赤外線リニアアレイセンサの焦電
素子で、(a)は表面図、(b)は裏面図である。
【符号の説明】
18乃至33 検知部 2 高抵抗チップ 3 FET(電界効果トランジスタ) 6 端子ピン 9 基板 11 焦電素子 12 キャンケース 14 赤外線フィルター 15A、15B 電極 15C 接続線 15D リード線 16 半田バンプ 17 導電ペースト

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射赤外線によって生ずる熱に応じて電
    荷を発生する一対の対向する電極よりなる検知部が複数
    形成された焦電素子と、焦電素子を接続固定するための
    基板を備えた焦電形赤外線センサにおいて、焦電素子受
    光面には複数の検知部の電極を相互に接続する接続線お
    よび焦電素子受光面の端部に隣接して形成された検知部
    の電極から引き出されるリード線が設けられ、このリー
    ド線と基板が導電ペーストで接続固定されたことを特徴
    とする焦電形赤外線アレイセンサ。
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