JPS60235029A - 非接触温度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、入射光線のチョッパ機構を有する非接触温度
センサに関する。

［発明の技術的背景とその問題点」 焦電形赤外線センサは、感度の波長依存性がなく、室温
動作が可能なと半導体に比べて優れた特性を持っている
、しかしながらセンサがらの出力を連続的に得るために
は入射赤外線をチョップする必要がある。通常このチョ
ッパ機構はモータと間欠部をもつ金属円板とで成り立っ
ており、高価であり、体積が大きくなるなどの問題があ
った。またモータを用いずにソレノイドによりチョッパ
ーを構成する方法もＪｓ案されている。これらのモータ
や、ソレノイドのような電磁形のアクチュエータによる
チョッパーは形状が大きいことに加えて消費′電力が大
きいことも欠点の１つとなっていた。

つマリ、小型で消費型１力の少ない非接触温度センサの
実現には小型で低消費電力のアクチェータが必要であっ
た。

一方、ＶＴＲでのオートトラッキングのためのビデオヘ
ッド偏向素子等の微小変位発生装置として、圧電板を沖
いたバイモルフ振動子を用いることが知られており、こ
れを入射光線に対して第１のスリット及び第２スリツト
を設は光チョッパーに利用することが考えられる。

しかしながら、ビデオヘッド偏向素子としてのバイモル
フ振動子は片持梁で用い、その先端にビデオヘッドを取
付けるようになっている。一般に５〜１０■と＠量なビ
デオヘッドの場合にはこれでも問題ないが、焦’ｌ’ｉ
ｉセンサの場合、代表的なもので１０−＊φ、約５１程
度の大きさ、重量があるため、片持候方式ではバイモル
フ振動子の耐久性に問題がある。またこのようなバイモ
ルフ振動子の先端に焦電センサを取付けた場合、焦電セ
ンサは偏向量とともに受光面の傾斜が大きくなる。この
ことは焦電センサ面内での光学的情報の不均一性を生じ
、結像光学系の焦点位置と受光面の間にずれを生じるた
め、十分な性能を発揮できなくなる。

「発明の目的」 本発明は上記の点に鑑みなされたもので、パイモル？振
動子により焦電センサに振動を与え、焦電センサ上に設
けたスリットとパッケージに設けたスリット板により光
チョッパを構成し全体として小型軽量化を図るととも（
−１高信頼性、高性能を発揮できるようにした非接触温
度センサを提供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明は、バイモルフ振動子を両端支持型と変位素子と
して構成し、このバイモルフ変位素子により焦電センサ
をその受光面に平行な方向に振動を与えるように構成す
る。そしてバイモルフ変位素子とこれに取付けられた焦
電センサとは、パッケージ内に封入する焦電センサの入
射光線路には２つのスリット板を設け、そのスリットの
１つは焦電センサ上に設は他の１つはパッケージ（二固
定する。この場合、バイモルフ変位素子は両端を直接パ
ッケージ本体により支持し、かつその両端支持部を介し
て電極をパッケージのリード端子に接続する構成とする
。

［発明の効果］ 本発明によれば、従来の電磁駆動型と異なり、非接触温
度センサ全体の小型、軽量化が図られる。

しかも本発明では、バイモルフ変位素子を片持梁ではな
く両端支持型とするため、耐久性、信頼性に優れたもの
が得られる。また片持梁と異なり、焦電センサの受光面
が偏向により傾斜することなく、高い平行度を保った振
動を与えることができる。特に、２個のバイモルフ変位
素子をその電極面が互に平行になるように配置して、こ
れらにまたがるように焦電センサを支持すれば、受光面
の安定な平行振動が可能である。この結果、性能面でも
優れた非接触温度センサを実現できる。

また、本発明においては、バイモルフ変位素子の両端を
パッケージ本体に設けたスリット等により直接支持し、
かつその両端支持部を介してバイモルフ変位素子の電極
をパッケージのリード端子に接続する。従って、組立て
も容易であり、また振動面の電極をワイヤにより取出す
ことをしないから、この点でも信頼性向上が図られる。

［発明の実施例］ 以下本発明の詳細な説明する。第１図は一実施例の非接
触温度センサの分解斜視図である。１０Ｕ　パッケージ
本体となるセラミック枠体、２０は底板であり、３０ａ
および３０ｂは両端支持型のバイモルフ変位素子、４０
はフレキシブルプリント配線板、５０は固定座、６０は
焦電センサ、７０は金属薄膜などによるスリット７２を
設けたＳｉＯなどによる受光板７１を取着した受光窓を
兼ねる上蓋である。フレキシブルプリント配線板４ｏに
固定座５０を取付けて、この固定座５０に焦電センサ６
０をマウントし、これらをバイモルフ変位素子３０ａ１
３０ｂの上に重ねた状態が第２図である。この状態で枠
体１０内に組込んで必要なハンダ付は等を行い、底板２
０および上蓋７０を取付けることにより、パッケージン
グされた非接触温度センサが得られること（＝なる。

各部の構造および組立て工程を更に詳しく説明する。

セラミック枠体１０には、予め多数のリード端子１１が
設けられ、また内面の相対向する二面にバイモルフ変位
素子３０ａ、３０ｂの両端を支持固定するための二対の
スリン）　１２　（１２１〜１２４がレーザ加工により
形成されている。バイモルフ変位素子ａｏａ、３０ｂは
、それぞれバイモルフ振動子３１（３１ａ、３１ｂ）の
両端ニ、両端支持構造としてしかも十分な横効果による
変位量が得られるように、スフリング作用を有する支持
具３２　（３２，〜３２４）が取付けられている。支持
具３２はバイモルフ変位素子３０ａ、３０ｂに電動を供
給する電極取出し端子をも兼ねており、スリット１２に
挿入してハンダ付は等により固定することにより、予め
セラミック枠体１０にスリット１２の部分を含めてメタ
ライズされた導体パターン１３　（１３１〜１３４）を
介してリード端子１１に電気的に接続されるようになっ
ている。

第３図（ａ）　、　（ｂ）はバイモルフ振動子３１の構
造を示す平面図と正面図である。圧電素子基板３３（３
３１，３３，）としては、ＰＺＴ系、　ＰｂＴｉ０Ｂ　
−ＰｂＺｒＯＢ　−Ｐｂ　（Ｃｏｙ２Ｗｙ＋！　）　０
３等の三成分系その他の電歪材料を用い得る。また電１
Ｆｉｉ　３４　（３４１〜３４４）は、Ｎｉ、　Ｃｕ等
のメッキ法、Ａ、ｇ、Ａｕペーストによる焼付は法、Ａ
、ｇ、　Ａ４　Ａｕ、　Ｎ　ｉ等の蒸着またはスパッタ
法等により得られる。本実施例では、ＰＺＴ系材料を用
い、霜、極３４けコンダクティブペース）　ＮＯ，４５
１０（昭栄化学工業！りを塗布乾燥後、７００℃で焼付
ける方法で形成した０ ここで注意すべきは、各圧電素子基板３３の相対向する
電給３４を、一方の工面から長手方向端面を通って他方
の主面に回し込んだ構造としていることである。この回
し込み市７棹を分離するために、スリット３８　（３８
１〜３８４）が谷基板に２個所ずつ設けられる。スリッ
ト３８の位置け、圧電素子特性を世うことがないように
、長手方向の端部近傍にくるようにする。このように回
し込み電極３４が形成された２枚の圧電基板を、間に真
ちゅう等からなるシム材３５を挿入し、接着剤３６によ
り結合して一体化することにより、バイモルフ振動子が
得られる。

なお、振動子３１の上端には固定座５０を固定するため
にシム材３５により一体形成した位置合せ用の突起３７
　（３７１〜３７２）を設けている。

このような構造とす１１ば、バイモルフ振動子に対する
電源供給を電徐主面ではなく、長手方向の両端部から行
うことが可能となる。本実施例では、このようなバイモ
ルフ振動子３１を両端支持する支持具３２自体を電源供
給端子としている。即ち、支持具３２は例えば５０μｍ
厚程暦の真ちゅう板又はコバール、ニッケル等金属薄板
を用いて形成し、これをバイモルフ振動子３１０両端に
取付けて電極取出しを行う。第４図は支持具３２を拡大
したもので、バイモルフ振動子３１の挿入部３９を設け
て、この挿入部３９でバイモルフ撮動子３１の端部を挾
持する構造としている。

なお、支持具３２け、スプリング作用をそれ程必労とせ
ずバイモルフ振動子３１の支持とＮ、極取出しを主目的
とする場合には、第５図に示すような構造としてもよい
。

フレキシブルプリント基板４０け、第６Ｍに平面パター
ンを示したように略Ｈ型に成型され導体パターン４３が
形成されたもので、これを第１図に示すように折り曲け
てバイモルフ変位素子３０ａ、３０ｂの間に挿入するよ
うになっている。

切欠部４　］　（４１ｉ＋　４１２）は、バイモルフ変
位素子３０ａ、３０ｂによる焦電センサの振動が、この
フレキシブルプリント基板４０に取付けられる固定座５
０と共に行われる斤め、できるたけ負荷を小さくする目
的で形成されている。

固定座５０Ｖｉガラスエポキシ板であって、その表面の
導体パターン（図示せず）とフレキシブルプリント基板
４０上の導体パターンとをスルーホールあるいはハンダ
付けにより接続して予めフレキシブルプリント基板４０
と一体化され、その後、この固定座５０上に焦電センサ
６０をマウントして％彫：ｌｌに示したようにワイヤボ
ンディング々どにより１号糺シする。そして隻重、セン
サ６０、固定ｎ・５０およびフレキシブルプリント基板
４０を一体化したものが、前述のバイモルフ変位素子３
０ａ、３０ｂと共にセラミック枠体１０内に収納される
。焦電センサ６０の端子は、フレキシブルプリント基板
４０の端子４２をセラミック枠体１０の外Ｌ’ｔ（ＩＪ
−ド端子１１につながる内導体１５にハンダ付けするこ
とで外部に導出される。バイモル７７位素子３ｏａ、ａ
ｏｂと、フレキシブルプリント基板４０を一体化した固
定座５ｏとの位置合せは、固定座５０に予め設けらｔ″
した孔５１（５１１，５１２）と前述したバイモルフ変
位素子３Ｑａ、３０ｂ上の突起３７とにより行っている
。

実際に試作した例の各部の形状寸法は次のとおりである
。焦電センサ６０としてｓ　８　ｘ　１０−のＬ　Ｉ　
Ｔ　ａ　ＯＢ素子を用い、固定座５０１ｄｌｌＸ１４ｔ
ｊ、厚み０．５　ｍのガラスエポキシプリント基板によ
り構成した。また焦電七ンサ上に設けたスリット板は８
ｉ０膜の上に金属蒸着膜でありフォトマスク法により金
籾過脱にスリットを加えた。１だ、上ブタの光スリット
も同様にして作成した。スリット幅は各々２００μｍで
ありピッチは４００μｍとした。

またバイモルフ変位素子３０ａ、３０ｂは長さ２３Ｍ１
幅５１１Ｊ　％厚さ０．　Ｉ　Ｍ（−秋分）であり、セ
ラミック枠体１０は、スリット１２を形成する部分を厚
み２　ｗ　％他の二面を厚み１關として、大きさ材長辺
３１Ｍ１短辺１７ｍ、緑さ１１　ａｍとした０ こうして本実施例によれば、焦電センサに偏向を与える
２個のバイモルフ変位素子と共に非常にコンパクトにパ
ッケージに封入することができた。

本実施例の効果は次のとおりである。オず本実施例では
、電磁駆動方式と異なり、焦電センサの小型、軽量とい
う特徴を十分に生かして、全体を小型にパッケージング
することができる。しかもバイモルフ変位素子は片持梁
ではなく、両端支持構造としてその電極面と直交する側
自中央部に焦電センサを取付けているため、耐久性に優
れており、また焦電センサの振動がその受光面の傾斜な
伴うことなく、従って高感度で高性能の非接融湯に検知
が可能である。井たバイモルフ変位素子の両端を支持具
を介して面接、パッケージ本体に設けたスリットに同定
しているため、２個のバイモルフ変位素子の位置合せ精
度、平行度も十分高く、これも高性能化に寄与している
。

バイモルフ変位素子の両端支持部はそのまま電極取出し
部を兼ねており、例えばワイヤを用いて電極取出しを行
う場合に比べて、振動によるワイヤの断線といった事故
がない。焦電センサの固定座とパッケージのリード端子
の間の接続も、フレキシブルプリント基板を利用してワ
イヤを用いない。これらの結果、非常に信頼性が高いも
のとなる０ また、焦電センサの固定座には軽量のガラスエポキシ基
板を用いており、フレキシブルプリント基板に切欠部を
設けたことと相まってバイモルフ変位素子の負荷が小さ
くなっているため、例えばセラミック装面定座を用いた
場合に比べて共振周波数が高いものとなる。試作例では
共振周波数３００〜４００Ｈｚが得られている。このこ
とは、焦電センサに与える振動周波数の選択範囲が広い
ことを意味するから、焦電センサの性能向上に有利であ
る。

また、セラミックパッケージ本体を吹き抜けの枠体とし
て、部品を収納して底板、上蓋を取付けるようにしてい
るため、部品の組立てが容易で作業性も高い。

本発明は上記実施例に限られない。例えはセラミック枠
体１０は第７図または第８図のような構造とすることが
できる。第７図は、相対向するセラミック板に、厚み方
向に貫通するよう仁スリット１２□′〜１２．′を形成
したものである。第１図に示す実施例ではスリン）　１
２１〜１２４は対向する七ラミック板の内壁にのみ膨軟
、シているが、このような加工は枠体を組立てる前に行
わなけれはならない。これに対し第７図のようなスリッ
ト構造は、枠体１０を組立てた後にレーザ加工により形
成することができる。このため、スリットの位置精度や
平行度、従ってバイモルフ変位素子の位置精度や平行度
をより高いものとすることが可能である。甘た第８図は
、バイモルフ変位素子を支持固定するためにスリットの
代りに突起１４．（１４１〜１４４）を設けたものであ
る。これによっても、この突起１４部分をメタライズし
ておけば、バイモルフ変位素子をハンダ付は等により直
接枠体１０に支持固定することができる。

また上記実施例では、上蓋７０の全体を透明としたが、
上蓋は焦電センサ６０の受光面に対向するｔＯ域を含む
領域に部分的に赤外光に対する透明材料からなる窓が設
けられｆｃ−４％造としてもよい。

パッケージ下ぶたを用いて信号処理回路を作成したリバ
イモルフの駆動回路を設けることでさらに５−−ｇ１＋
？、ｂ、、−成 小型化ができるｈ補可ａｎｄ靜鞠制の一体化が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１１メ１は本発明の一実施例の焦電センサを示す分解
斜視図、第２図はそのパッケージを除く部分の組立て状
態を示す図、第３図（ａ）　、　（ｂ）は同じくバイモ
ルフ振動子の構成を示す平面図と正面図、第４図は同じ
くバイモルフ振動子の支持具を示す図、第５図は支持具
の変形例を示す図、第６図はフレキシブルプリント配線
板の構成を示す図、第７図および第８図はセラミック枠
体の変形例を示す図である。 １０・・・セラミック枠体（パッケージ本体）１１・・
・リード端子 １２　（１２］〜１２４）・・・スリット１３　（１３
１〜１３４）・・導体パターン２０・・・底板 ａｏａ、３０ｂ・・・バイモルフ変位素子３１ａ、３１
ｂ・・・バイモルフ振動子３２　（３２１〜３２４）・
・・支持具４０・・・フレキシブルプリント配線板５０
・・・ガラスエポキシ［−１足座 ６０・・・年市、センサ　６１・・・スリット板７０・
・・上蓋　７１・・・スリット付窓代理人　弁理士　則
　近　憲　佑（ほか１名）第　２　図 ３２□ 第　３　図 第　４　図 第　５　図 第　６　図 ムＤ ３ 第７図 第　８　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）バイモルフ変位素子と、これにより受光面に平行
   な方向１所？８期の振動が与えられる焦電センサと、前
   記焦電センサに設けられた第１の光学的、スリット板と
   パッケージに設けられた第２のスリットと仁より構成さ
   れ入射光線を断続する光チョッパとを具備したことを特
   徴とする非接触れ用センサ。 （２）前記バイモルフ変位素子は長平方向両端がパッケ
   ージ本体に直接支持され、かつその両端支持部を介して
   電極がパッケージのリード端子に接続され、前記無知１
   ＋ンサはこのバイモルフ変位素子の中央部に支持されに
   構成としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の非接触温度センサ０ （８１前記バイモルフ変位素子は、電極面を互いに平行
   にして２細膜けられ、前記固体撮像素子は固定座を介し
   て両変位素子にまたがるように取付けられている特許請
   求の範囲第１項記載の非接触温度センサ。 （４１前記バイモルフ変位素子は、一方の主面の電極を
   担手方向端面を辿って他方の主面に回し込んだ構造のバ
   イモルフ４ＨＷｂ子を用い、その長手方向両端部に電極
   取出し帷子を兼ねた支持具を取付けて構成されている特
   許請求の範囲第１項記載の非接触温度センサ。　〜 （６）　前記支持具は、パッケージ本体に形成されたス
   リットに固定７Ｊ　ｉ′＋　、かつこのスリットを含む
   部分にメタライズされた導体パターンを介してリード端
   子に電気的に接続されている特許請求の範囲第４項記載
   の非接触温度センサ。 （６）前記焦心センサは、フレキシブルプリント配線板
   と一体化されたガラスエポキシ板からなる固定座に搭載
   さ力１、その端子は前記固定圧子の導体パターンを介し
   、前記フレキシブルプリント配線板を介してパッケージ
   のリード端子に接続されている特許請求の範囲第１項記
   載の非接触温度センサ。 （テ）前記パッケージは、セラミック製枠体を本体とし
   て、この枠体にバイモルフ変位素子と焦電センサを組込
   んで赤外線透過材料からなる窓を有する上蓋をかぶせて
   封止される特許請求の範囲第１項記載の非接触′ＩＥＡ
   ＃センサ。