JPH0512656B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、非接触型温度センサとして、調理、
防犯または防災等の分野に使用される赤外線検出
器に関する。

赤外線検出器としてはは、光子形赤外線検出器
と熱形赤外線検出器が広く知られている。光子形
赤外線検出器は赤外線の光子エネルギーを直接電
気変換する方式に係り、PbSまたはHgCdTe等に
よつて構成される。一方、熱形赤外線検出器は赤
外線を熱源として利用し、その発熱作用による素
子の温度変化を検出する方式であり、ボロメータ
やGolayセル等がその代表例である。本発明は後
者の熱形赤外線検出器に属する焦電形赤外線検出
器の改良に関するものである。

＜従来の技術＞ 焦電形赤外線検出器は、入射赤外線により焦電
体素子を加熱或いは冷却し、その結果信号を出す
ものであるから、入射赤外線をいかに効率良く信
号発生のための熱エネルギーに変換するかが重要
な技術ポイトになる。焦電形赤外線検出器の感度
は一般に焦電体素子の板厚に反比例するから、感
度を上げるためには、焦電体素子の板厚をできる
だけ薄くする必要があり、従来より例えば２×２
×0.05（ｍ／ｍ）程度の極く薄い焦電体素子が使
用されている。このため、焦電体素子は、機械的
強度が非常に低く簡単に破損してしまうから、支
持台上に固定して機械的強度を補強し、動作の安
定性を確保する必要がある。この場合、入射赤外
線の熱作用で焦電体素子に発生した熱が支持台を
通して放散してしまうと、素子に対する熱作用が
有効に働かず、結果として検出感度が低下してし
まうこと、支持台の熱容量が焦電体素子に比べて
大き過ぎると、支持台の放熱作用及び蓄熱作用に
より、赤外線の急激な断続変動に対する焦電体素
子の応答が鈍くなり、検出器の応答時間特性が低
下すること等の問題点を生じる。これらの問題点
を解決する技術的手段として、従来は第１図乃至
第３図に示すような支持構造を取つていた。

まず、第１図に示す従来例では、焦電体素子１
の一面にワイヤ２を接続固定し、このワイヤ２の
一端を底板３に植設したリード端子４に絡げて半
田付け固定することにより、焦電体素子１を放熱
及び蓄熱作用の大きな底板３から浮かした構造と
なつている。焦電体素子１の両面に設けた電極１
ａ，１ｂの内、表側の電極１ａはリード線５によ
つてリード端子６に導通接続させ、電極１ｂは前
記ワイヤ２をリード線としてリード端子４に導通
接続させてある。また、底板３を金属板材等で構
成した場合は、電極１ａを導通接続するリード端
子６は絶縁ガラス等の絶縁物７を会して底板３を
植設する。なお、８は底板３と共に外装ケースを
構成する蓋体であり、その中央部に赤外線入射窓
９を設けてある。

次に第２図に示す従来例では、底板３上に石英
等で成る絶縁ベース１０を接着等の手段によつて
固着し、この絶縁ベース１０上に焦電体素子１の
一面側を接着固定した構造となつている。

次に第３図に示す従来例は、最近、最もよく用
いられている一般的な構造であつて、アルミナ磁
器等で成る比較的薄い絶縁基板１１の中央部に穴
１２を形成すると共に、該絶縁基板１１を、底板
３から浮かした状態で、リード端子４，６上に支
持し、この絶縁基板１１上に焦電体素子１の一面
側を接着固定した構造となつている。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、上述した従来技術には、次のよ
うな問題点がある。

(イ) 第１図に示した従来技術の問題点 50μｍ程度の極薄に加工した焦電体素子１を
ワイヤ２上に一枚づつ固定するという煩雑かつ
面倒な工程を必要とするため、組立作業が困難
で、量産性に欠け、コスト高になる欠点があ
る。また、焦電体素子１の支持面が小さく、支
持強度不足や焦電体素子１の傾斜等を招き、支
持が不安定になり易いこと、機械的強度が低
く、振動、衝撃等によつて焦電体素子１がワイ
ヤ２から脱落する等の事故を生じ易いこと等の
欠点もあつた。

(ロ) 第２図に示した従来技術の問題点 焦電体素子１の支持安定性が高く、機械的強
度が大である等の利点はあるが、焦電体素子１
の一方の電極１ｂが絶縁ベース１０上に対接し
て固着されるため、電極１ｂの導出が困難にな
ること、絶縁ベース１０の断熱作用が充分でな
い上に、熱容量が大きいため、感度及び応答性
が良くないこと、絶縁ベース１０が硬い石英等
で構成されているため、リード端子４，６及び
底板３を通して与えられる振動が直接焦電体素
子１に伝わり、これが原因となつてノイズを発
生すること等の欠点がある。

(ハ) 第３図に示した従来技術の問題点 穴１２による断熱作用により、感度を上げ、
応答性を向上させ得るという利点はあるが、前
記穴１２の分だけ絶縁基板１１の平面積が小さ
くなるため、インピーダンス変換用高抵抗及び
電界効果トランジスタ（以下FETと称する）
等の実装スペースが確保できなくなり、部品配
置に無理を生じるという難点がある。即ち焦電
体素子１は高抵抗素子であり、ノイズが乗り易
いという一面を有する。そこで、このノイズ防
止のため、焦電体素子１に接近した絶縁基板１
１の裏側に、インピーダンス変換用高抵抗及び
FET等で構成された増幅器を配置する必要が
ある。ところが、前記穴１２による断熱効果を
得るためには、その穴径を例えば7φの絶縁基
板１１に対して2φ程度にする必要があるため、
その平面積が前記高抵抗及びFETを配置する
のに充分なスペースが確保できなくなり、部品
配置に無理を生じてしまうのである。

そこで本発明の課題は、上述する従来の欠点を
除去し、焦電体素子に対する断熱作用が高く、感
度及び応答特性が良好で、しかもインピーダンス
変換用高抵抗器や増幅器等を実装するのに充分な
スペースを確保することができる赤外線検出器を
提供することである。

＜課題を解決するための手段＞ 上述する課題を解決するため、本発明は、基板
の上に部分的に突出する断熱パターンを形成し、
該断熱パターンの上に焦電体素子を取付けた赤外
線検出器であつて、前記断熱パターンはチクソト
ロピツク性の高い樹脂によつて50μｍ以上の一定
の高さとなるように形成された硬化物でなり、こ
の断熱パターンの上に前記焦電体素子を接着剤に
よつて接着したことを特徴とする。

＜作用＞ 基板の上に部分的に突出する断熱パターンを形
成し、この断熱パターンの上に焦電体素子を取付
けると、焦電体素子に対する断熱作用が高くな
る。

また、断熱パターンはチクソトロピツク性の高
い樹脂によつて形成された硬化物でなるので、断
熱パターンの上に焦電体素子を接着剤によつて接
着する場合、断熱パターンの変形が少なくて済
む。しかも、断熱パターンは50μｍ以上の一定の
高さとなるように形成されているので、焦電体素
子に対する充分な断熱作用を確保することができ
る。

更に、断熱パターンをチクソトロピツク性の高
い樹脂によつて形成し、この断熱パターンの上に
焦電体素子を接着剤によつて接着したので、断熱
パターンに対する焦電体素子の接着強度が大にな
る。

＜実施例＞ 第４図は本発明に係る赤外線検出器の正面断面
図である。図において、第１図乃至第３図と同一
の参照富豪は同一性ある構成部分を示している。
この実施例では、アルミナ磁器等を用いて平板状
に形成した絶縁基板１１の一面上に、部分的に突
出する断熱パターン１３，１３を形成し、該断熱
パターン１３，１３の上に焦電体素子１を接着剤
によつて接着してある。従つて、焦電体素子１
は、絶縁基板１１から前記断熱パターン１３，１
３の高さＨだけ浮いた状態で支持されることとな
る。前記高さＨは通常の赤外線検出器では50μｍ
以上の値が適当である。

上述のように、断熱パターン１３，１３によつ
てその高さＨだけ絶縁基板１１から浮かした状態
で焦電体素子１を支持する構造であると、焦電体
素子１の下面と絶縁基板１１の上面との間に前記
断熱パターン１３の高さＨに応じた空隙１４が形
成され、該空隙１４が断熱層として作用するの
で、焦電体素子１の感度及び応答時間特性が向上
する。しかも、第３図に示した従来例と異なつ
て、絶縁基板１１の下面の全面をインピーダンス
変換用高抵抗及びFET等の部品の実装スペース
として活用することができるから、これらの部品
実装に無理を生じることがない。

前記断熱パターン１３は、チクソトロピツク性
の高い樹脂の硬化物によつて構成する。チクソト
ロピツク性の高い樹脂の例としてはエポキシ樹脂
がある。導電性樹脂、非導電性樹脂の何れでもよ
く、用途に応じて使い分ける。チクソトロピツク
性の高い樹脂の硬化物によつて断熱パターン１３
を形成すると、焦電体素子１を接着した場合の沈
み込み等による断熱パターン１３の変形が少なく
て済み、焦電体素子１の高さＨを、実質的に、断
熱パターン１３の初期精度によつて定まる高精度
の寸法に設定でき、感度バラツキの少ない赤外線
検出器を量産できる。また、断熱パターン１３は
例えばエポキシ樹脂等のチクソトロピツク性の高
い樹脂によつて形成されるので、これに対し、エ
ポキシ樹脂系接着剤を用いて焦電体素子１を接着
固定することにより、接着強度が大で、落下、衝
撃及び振動等に強く、信頼性に優れた赤外線検出
器を得ることができる。また、断熱パターン１３
は例えば第５図に示すような円環状のパターン、
第６図に示すように適当な間隔をおいて部分的に
点在させたパターン或いは第７図に示すような矩
形状のパターン等、任意のパターンをとることが
できる。なお、絶縁基板１１の形状も円形または
矩形等の任意の形状でよい。

次に実測データを上げて本発明の効果を更に具
体的に説明する。まず、第４図の構造において、
絶縁基板１１の下面側にインピーダンス変換用高
抵抗Rg及びFETを実装し、これらを所定の回路
構成となるように焦電体素子１の電極に導通させ
る。焦電体素子１は３×３mmの大きさとし、受光
径２mmφとした。第８図はその電気的等価回路図
である。

次に第９図に示すように、当該赤外線検出器Ａ
に対して黒体炉Ｂを対向して配置し、両者の間に
チヨツパＣの挿入して黒体炉Ｂからの赤外線を該
チヨツパＣによつて断続し、その断続出力を赤外
線検出器Ａによつて検出した。ここで、黒体炉Ｂ
は500〓とし、またチヨツパＣのチヨツピング周
波数は１Hzとした。

一方、本発明の比較例として、本発明に係る検
出器Ａに代えて、第３図に示した従来構造の赤外
検出器を使用し、同様の測定条件で断続赤外線を
検出した。

第１０図にその測定データを示す。曲線Ｌ１は
断熱パターン１３の高さＨ＝０、即ち断熱パター
ン１３を持たない場合の特性、曲線Ｌ２は断熱パ
ターン１３の高さＨを50μｍとした場合の特性、
曲線Ｌ３は断熱パターン１３の高さＨを100μｍ
とした場合の特性、曲線Ｌ４は断熱パターン１３
の高さＨを200μｍとした場合の特性、曲線Ｌ５
は断熱パターン１３の高さＨを400μｍとした場
合の特性、曲線Ｌ６は比較例の特性である。

第１０図の測定データから明らかなように、本
発明に係る赤外線検出器は、断熱パターン１３の
高さＨを50μｍ以上とした場合には、第３図に示
した従来例より勝るとも劣らない高い検出感度を
有していることが分る。

＜発明の効果＞ 以上述べたように、本発明によれば、次のよう
な効果が得られる。

(a) 基板の上に部分的に突出する断熱パターンを
形成し、該断熱パターンの上に焦電体素子を取
付けたから、焦電体素子に対する断熱作用が高
く、感度及び応答性が良好で、しかもインピー
ダンス変換用高抵抗器や増幅器等を実装するの
に充分なスペースを確保し得る赤外線検出器を
提供できる。

(b) 断熱パターンをチクソトロピツク性の高い樹
脂の硬化物によつて形成し、この断熱パターン
の上に焦電体素子を接着剤によつて接着したか
ら、焦電体素子接着時の断熱パターンの変形が
少なくて済み、焦電体素子の高さを、断熱パタ
ーンの初期精度によつて定まる高精度の寸法に
設定でき、感度バラツキの少ない赤外線検出器
を量産できる。しかも、断熱パターンは50μｍ
以上の一定の高さとなるように形成されている
ので、焦電体素子に対する充分な断熱作用を確
保することができる。

(c) 断熱パターンをチクソトロピツク性の高い樹
脂の硬化物によつて形成し、この断熱パターン
の上に焦電体素子を接着剤によつて接着したか
ら、断熱パターンに対する焦電体素子の接着強
度が大で、落下、衝撃及び振動等に強く、信頼
性に優れた赤外線検出器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の赤外線検出器の正面部分断面
図、第２図は同じく別の従来例の正面部分断面
図、第３図は同じく更に別の従来例の正面部分断
面図、第４図は本発明に係る赤外線検出器の正面
部分断面図、第５図は本発明に係る赤外線検出器
の絶縁基板の拡大平面図、第６図は同じく別の実
施例における拡大平面図、第７図は同じく更に別
の実施例における拡大平面図、第８図は本発明に
係る赤外線検出器の電気的等価回路図、第９図は
特性測定のための測定条件を示す図、第１０図は
測定データを示す図である。 １……焦電体素子、１１……基板、１３……断
熱パターン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基板の上に部分的に突出する断熱パターンを
   形成し、該断熱パターンの上に焦電体素子を取付
   けた赤外線検出器であつて、前記断熱パターンは
   チクソトロピツク性の高い樹脂によつて50μｍ以
   上の一定の高さとなるように形成された硬化物で
   なり、この断熱パターンの上に前記焦電体素子を
   接着剤によつて接着したことを特徴とする赤外線
   検出器。