(57)【要約】【課題】  赤外線検知用と温度補償用との感熱素子間で高い温度差分が得られると共に小型化が可能で、安価な構造を有している赤外線センサを提供すること。【解決手段】  絶縁性フィルム２と、該絶縁性フィルム２の一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂと、絶縁性フィルム２の一方の面に形成され第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂに別々に接続された複数対の導電性の配線膜４と、第１の感熱素子３Ａに対向して絶縁性フィルム２の他方の面に設けられた赤外線吸収膜５と、第２の感熱素子３Ｂに対向して絶縁性フィルム２の他方の面に設けられた赤外線反射膜６と、を備えている。【選択図】図１
2011013213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性フィルムと、
該絶縁性フィルムの一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、
前記絶縁性フィルムの一方の面に形成され前記第１の感熱素子及び前記第２の感熱素子に別々に接続された複数対の導電性の配線膜と、
前記第１の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線吸収膜と、
前記第２の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備えていることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の赤外線センサにおいて、
前記第１の感熱素子及び前記第２の感熱素子が、前記絶縁性フィルムの一方の面に成膜された薄膜サーミスタであることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の赤外線センサにおいて、
前記絶縁性フィルムの一方の面に固定されて該絶縁性フィルムを支持する筐体を備え、
該筐体に、前記第１の感熱素子及び前記第２の感熱素子をそれぞれ個別に収納すると共に前記絶縁性フィルムよりも熱伝導率の低い材料で覆う第１の収納部及び第２の収納部が設けられていることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の赤外線センサにおいて、
前記熱伝導率の低い材料が、発泡樹脂であることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の赤外線センサにおいて、
前記絶縁性フィルムが、赤外線透過性フィルムで形成されていることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の赤外線センサにおいて、
前記感熱素子が、Ｍｎ，ＣｏおよびＦｅの金属酸化物を含有するセラミックス焼結体で形成されたサーミスタ素子であることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項７】
請求項６に記載の赤外線センサにおいて、
前記セラミックス焼結体が、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有していることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の赤外線センサにおいて、
前記第１の感熱素子と前記第２の感熱素子とが、セラミックス焼結体で形成された同一のウエハから得たサーミスタ素子の中から所定の許容誤差内の抵抗値で選別したものであることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の赤外線センサにおいて、
前記赤外線吸収膜が、アンチモンドープ酸化錫膜であることを特徴とする赤外線センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物からの赤外線を検知して該測定対象物の温度等を測定する赤外線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物から輻射により放射される赤外線を非接触で検知して測定対象物の温度を測定する温度センサとして、赤外線センサが使用されている。
例えば、特許文献１には、保持体に設置した樹脂フィルムと、該樹脂フィルムに設けられ保持体の導光部を介して赤外線を検知する赤外線検知用感熱素子と、樹脂フィルムに遮光状態に設けられ保持体の温度を検知する温度補償用感熱素子と、を備えた赤外線センサが提案されている。この赤外線センサでは、導光部の内側面に赤外線吸収膜を形成すると共に、樹脂フィルムにカーボンブラック等の赤外線吸収材料を含有させて赤外線の吸収を高めている。また、赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子には、薄膜サーミスタが用いられている。
【０００３】
また、特許文献２には、赤外線検知用感熱素子と、温度補償用感熱素子と、これらを密着固定する樹脂フィルムと、赤外線の入射窓側に赤外線検知用感熱素子を配置すると共に赤外線を遮蔽する遮蔽部側に温度補償用感熱素子を配置した枠体を有するケースと、を備えた赤外線検出器が提案されている。この赤外線検出器では、樹脂フィルムにカーボンブラック等の赤外線吸収材料を含有させて赤外線の吸収を高めていると共に、赤外線検知用感熱素子と温度補償用感熱素子との熱勾配を無くすために熱伝導の良い材料で枠体を形成している。また、赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子には、リード線がサーミスタに接続された松葉型のサーミスタが採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１５６２８４号公報（段落番号００２６、図２）
【特許文献２】特開平７−２６０５７９号公報（特許請求の範囲、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１及び２の赤外線センサでは、樹脂フィルムにカーボンブラック等の赤外線吸収材料を含有させると共に一方の感熱素子側を温度補償用に遮光する構造が採用されているが、赤外線吸収材料を含有した樹脂フィルムの熱伝導が高く、赤外線検知用と温度補償用との感熱素子間で温度差分が生じ難いという不都合があった。また、これら感熱素子間で温度差分を大きくするためには、感熱素子間の距離を大きくする必要があり、全体形状が大きくなってしまい、小型化が困難になる問題がある。さらに、温度補償用の感熱素子を遮光する構造をケース自体に設ける必要があるため、高価になってしまう。
また、特許文献２では、熱伝導の良い枠体を採用しているため、赤外線吸収膜からの熱も放熱されてしまい感度が劣化する不都合がある。また、リード線が接続された松葉型のため、サーミスタとリード線との間で熱の空間伝導が生じてしまう。さらに、松葉型やチップ型のサーミスタの場合、スポット計測となってしまい、樹脂フィルムに温度の面内分布が生じた場合に測定誤差が生じてしまう不都合があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、赤外線検知用と温度補償用との感熱素子間で高い温度差分が得られると共に小型化が可能で、安価な構造を有している赤外線センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の赤外線センサは、絶縁性フィルムと、該絶縁性フィルムの一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、前記絶縁性フィルムの一方の面に形成され前記第１の感熱素子及び前記第２の感熱素子に別々に接続された複数対の導電性の配線膜と、前記第１の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線吸収膜と、前記第２の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
この赤外線センサでは、第１の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線吸収膜と、第２の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備えているので、赤外線吸収膜による部分的な赤外線吸収と赤外線反射膜による部分的な赤外線反射とにより、薄く熱伝導性の低い絶縁性フィルム上で第１の感熱素子と第２の感熱素子との良好な温度差分を得ることができる。
すなわち、フィルムに赤外線吸収材料等を含有させていない低熱伝導性の絶縁性フィルムでも、赤外線吸収膜によって絶縁性フィルムの第１の感熱素子の直上部分のみに赤外線吸収による熱を伝導させることができる。特に、薄い絶縁性フィルムを挟んで赤外線吸収膜の熱が伝導されるため、感度の劣化がなく、高い応答性を有している。また、赤外線吸収膜の面積を任意に設定可能であるため、測定対象物との距離に合わせた赤外線検出の視野角を面積で設定でき、高い受光効率を得ることができる。
また、赤外線反射膜によって絶縁性フィルムの第２の感熱素子の直上部分における赤外線を反射してその吸収を阻止することができる。
なお、絶縁性フィルム上に赤外線吸収膜と赤外線反射膜とを形成しているので、赤外線吸収膜と赤外線反射膜との間の熱を伝導する媒体が、空気以外にこれら膜が対向した間の絶縁性フィルムのみとなり、伝導する断面積が小さくなる。したがって、相互の感熱素子への熱が伝わり難くなり、干渉が少なくなって検出感度が向上する。
このように、低熱伝導性の絶縁性フィルム上で互いに熱の影響が抑制された第１の感熱素子と第２の感熱素子とが、それぞれ赤外線吸収膜の直下と赤外線反射膜の直下との絶縁性フィルムの部分的な温度を測定する構造を有している。したがって、赤外線検知用とされる第１の感熱素子と温度補償用とされる第２の感熱素子との良好な温度差分を得られ、高感度化を図ることができる。
【０００９】
また、第１の感熱素子と第２の感熱素子との熱結合が低いので、互いに近づけて配置することも可能になり、全体の小型化を図ることができる。さらに、枠体やケースによる遮光構造ではなく、赤外線反射膜によって赤外線の吸収を防いでいるので、安価に作製することができる。
また、赤外線吸収膜及び赤外線反射膜が導電性材料で構成されていても、絶縁性フィルムを挟んで設置された第１の感熱素子及び第２の感熱素子との絶縁が確保されているので、膜の絶縁性を問わずに効率の良い材料の選択が可能になる。
さらに、絶縁性フィルム上に薄く熱伝導性の低い配線膜を設けているので、従来のようにリード線とサーミスタとの間の空間伝導による他の箇所との熱結合を防ぐことができる。
【００１０】
また、本発明の赤外線センサは、前記第１の感熱素子及び前記第２の感熱素子が、前記絶縁性フィルムの一方の面に成膜された薄膜サーミスタであることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、第１の感熱素子及び第２の感熱素子が絶縁性フィルムの一方の面に成膜された薄膜サーミスタであるので、松葉型やチップ型のサーミスタに比べて検出面積を広くできると共に、赤外線吸収膜及び赤外線反射膜に対応した面積や形状とすることが容易で、面内分布による測定誤差が生じ難い。また、薄膜サーミスタのため、熱容量が小さく、より高い応答性が得られる。さらに、全体が、絶縁性フィルム、赤外線吸収膜、赤外線反射膜、配線膜及び薄膜サーミスタによる複数膜の積層構造であるため、機械的強度が高くなると共に重量の増加が抑制され、耐振動性を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明の赤外線センサは、前記絶縁性フィルムの一方の面に固定されて該絶縁性フィルムを支持する筐体を備え、該筐体に、前記第１の感熱素子及び前記第２の感熱素子をそれぞれ個別に収納すると共に前記絶縁性フィルムよりも熱伝導率の低い材料で覆う第１の収納部及び第２の収納部が設けられていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、第１の収納部及び第２の収納部によって、第１の感熱素子及び第２の感熱素子をそれぞれ個別に収納すると共に絶縁性フィルムよりも熱伝導率の低い材料で覆うので、第１の感熱素子と第２の感熱素子との間の熱伝導をさらに抑制することができる。
【００１２】
さらに、本発明の赤外線センサは、前記熱伝導率の低い材料が、発泡樹脂であることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、上記熱伝導率の低い材料として発泡樹脂を採用しているので、熱伝導率の低い樹脂である発泡樹脂により第１の感熱素子と第２の感熱素子とが密封され、互いの熱結合をより効果的に防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明の赤外線センサは、前記絶縁性フィルムが、赤外線透過性フィルムで形成されていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、絶縁性フィルムが、赤外線透過性フィルムで形成されているので、赤外線吸収膜及び赤外線反射膜の周囲の絶縁性フィルム自体による赤外線吸収を極力抑制して、周囲からの熱伝導による感熱素子への影響を低減することができる。
【００１４】
また、本発明の赤外線センサは、前記感熱素子が、Ｍｎ，ＣｏおよびＦｅの金属酸化物を含有するセラミックス焼結体で形成されたサーミスタ素子であることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、感熱素子が、Ｍｎ，ＣｏおよびＦｅの金属酸化物を含有するセラミックス焼結体、すなわちＭｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料で形成されたサーミスタ素子であるので、温度係数であるＢ定数が高いため、赤外線吸収膜の温度変化を感度良く検出することができる。また、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料などの他のサーミスタ材料に比べ機械的強度も高いため、耐環境に対する信頼性も高い。
【００１５】
さらに、本発明の赤外線センサは、前記セラミックス焼結体が、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有していることが望ましい。
すなわち、この赤外線センサでは、セラミックス焼結体が、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有しているので、異方性もなく、また不純物層がないので、セラミックス焼結体内で電気特性のバラツキが小さく、複数の赤外線センサを用いる際に高精度な測定が可能になる。また、安定した結晶構造のため、耐環境に対する信頼性も高い。なお、セラミックス焼結体としては、立方晶スピネル相からなる単相の結晶構造が最も望ましい。
【００１６】
また、本発明の赤外線センサは、前記第１の感熱素子と前記第２の感熱素子とが、セラミックス焼結体で形成された同一のウエハから得たサーミスタ素子の中から所定の許容誤差内の抵抗値で選別したものであることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、第１の感熱素子と第２の感熱素子とが、セラミックス焼結体で形成された同一のウエハから得たサーミスタ素子の中から所定の許容誤差内の抵抗値で選別したものであるので、対となる第１の感熱素子と第２の感熱素子とでＢ定数の相対誤差が小さくなり、同時に温度を検出する両者の温度差分を高精度に検出することができる。また、第１の感熱素子と第２の感熱素子とについて、Ｂ定数の選別作業や抵抗値の調整工程が不要になると共に組み合わせの履歴管理なども不要になり、生産性を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明の赤外線センサは、前記赤外線吸収膜が、アンチモンドープ酸化錫膜であることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、赤外線吸収膜が、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）膜であるので、カーボンブラック等に比べて赤外線の吸収率が良いと共に耐光性に優れている。特に、ＡＴＯ膜は、紫外線で硬化させるので、接着強度が強く、カーボンブラック等に比べて剥がれ難い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る赤外線センサによれば、第１の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線吸収膜と、第２の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備えているので、第１の感熱素子と第２の感熱素子との良好な温度差分を得ることができ、高感度化を図ることができると共に、小型かつ安価に作製可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る赤外線センサの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態において、赤外線センサを示す正面図である。
【図３】本発明に係る赤外線センサの第２実施形態を示す断面図である。
【図４】第２実施形態において、赤外線センサを示す分解斜視図である。
【図５】本発明に係る赤外線センサの第３実施形態を示す斜視図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線矢視断面図及びＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図７】Ｂ定数と抵抗値とにおいて補償温度と最大検出誤差温度との関係を示すグラフである。
【図８】本発明に係る赤外線センサの第４実施形態を示す斜視図である。
【図９】第４実施形態の赤外線センサを表面実装したリード型の赤外線センサ装置を示す斜視図である。
【図１０】第４実施形態の赤外線センサを表面実装したブリッジ回路型の赤外線センサ装置を示す斜視図である。
【図１１】第４実施形態の赤外線センサを表面実装した検出回路内蔵型の赤外線センサ装置を示す斜視図である。
【図１２】本発明に係る赤外線センサの第５実施形態を示す斜視図である。
【図１３】第５実施形態の他の例として、赤外線センサを表面実装したブリッジ回路型の赤外線センサ装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る赤外線センサの第１実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００２１】
本実施形態の赤外線センサ１は、図１及び図２に示すように、絶縁性フィルム２と、該絶縁性フィルム２の一方の面（下面）に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂと、絶縁性フィルム２の一方の面に銅箔等でパターン形成され第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂに別々に接続された複数対の導電性の配線膜４と、第１の感熱素子３Ａに対向して絶縁性フィルム２の他方の面（上面）に設けられた赤外線吸収膜５と、第２の感熱素子３Ｂに対向して絶縁性フィルム２の他方の面に設けられた赤外線反射膜６と、を備えている。
【００２２】
すなわち、上記赤外線吸収膜５は、第１の感熱素子３Ａの直上に配されていると共に、上記赤外線反射膜６は、第２の感熱素子３Ｂの直上に配されている。
上記絶縁性フィルム２は、赤外線透過性フィルムで形成されている。なお、本実施形態では、絶縁性フィルム２がポリイミド樹脂シートで形成されている。
【００２３】
上記第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂは、両端部に端子電極３ａが形成されたチップサーミスタである。このサーミスタとしては、ＮＴＣ型、ＰＴＣ型、ＣＴＲ型等のサーミスタがあるが、本実施形態では、第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂとして、例えばＮＴＣ型サーミスタを採用している。このサーミスタは、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料等のサーミスタ材料で形成されている。なお、これら第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂは、各端子電極３ａを配線膜４上に接合させて絶縁性フィルム２に実装されている。
【００２４】
特に、本実施形態では、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂとして、Ｍｎ，ＣｏおよびＦｅの金属酸化物を含有するセラミックス焼結体、すなわちＭｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料で形成されたサーミスタ素子を採用している。さらに、このセラミックス焼結体は、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有していることが好ましい。特に、セラミックス焼結体としては、立方晶スピネル相からなる単相の結晶構造が最も望ましい。
【００２５】
なお、通常、複数の感熱素子で同時に物体の熱を比較する場合、互いに同一の特性を持つことが検出精度を向上させるために重要であるが、異なる生産工程で作製されたサーミスタ素子の場合、互いにＢ定数や抵抗値等の特性がばらついてしまう不都合がある。特に、絶対温度の１／１００程度の温度差を検出する場合、Ｂ定数の相対誤差の影響が大きくなる。
【００２６】
例えば、抵抗値（Ｒ値）が−０．１０％、Ｂ定数が−０．１０％の誤差がある場合、抵抗値が−０．０５％、Ｂ定数が−０．１０％の誤差がある場合、また抵抗値が−０．１０％、Ｂ定数が−０．０５％の誤差がある場合のそれぞれについて、補償温度と最大検出誤差温度との関係を図７に示す。
このため、高精度な検出を得るためには、Ｂ定数の選別工程を設けたり、抵抗値の調整工程が必要となる。例えば、調整用の電極部を設けて該電極部を部分的に切断して抵抗値を調整する等の調整工程が必要である。
【００２７】
しかしながら、これらの工程を導入することで、工程が複雑化し、高コスト化を招いてしまう。また、抵抗値の調整では、Ｂ定数誤差を広範囲に補正することが難しい。
これらの対策として、本実施形態の第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとは、上記のようなセラミックス焼結体で形成された同一のウエハから得たサーミスタ素子の中から所定の許容誤差内の抵抗値で選別したものである。
【００２８】
例えば、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂを作製するには、まず上記材料のセラミックス焼結体よりなる薄板状サーミスタ素体のウエハを作製し、このウエハを短冊状に切断して角柱状サーミスタ素体とした後、該角柱状サーミスタ素体の長手方向に延在する側面にガラス層等の絶縁層を形成する。次に、この角柱状サーミスタ素体を長手方向と直交する方向に切断して複数のチップ状サーミスタ素体を製造し、さらに各チップ状サーミスタ素体の絶縁層未被覆の両端面に端子電極３ａを形成して複数のチップ型のサーミスタ素子を作製する。次に、このように同一のウエハから作製した複数のチップ型のサーミスタ素子について、それぞれ抵抗値を測定し、所定の許容誤差内のものを一対選別して、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂとする。例えば、本実施形態では、±０．０５％の許容誤差で抵抗値を選別している。
【００２９】
このように第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとが、セラミックス焼結体で形成された同一のウエハから得たサーミスタ素子の中から所定の許容誤差内の抵抗値で選別したものであるので、対となる第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３ＢとでＢ定数の相対誤差が小さくなり、同時に温度を検出する両者の温度差分を高精度に検出することができる。また、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとについて、Ｂ定数の選別作業や抵抗値の調整工程が不要になると共に組み合わせの履歴管理なども不要になり、生産性を向上させることができる。
【００３０】
上記赤外線吸収膜５は、絶縁性フィルム２よりも高い赤外線吸収率を有する材料で形成され、例えば、カーボンブラックやアンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）等の赤外線吸収材料を含むフィルムや赤外線吸収性ガラス膜（二酸化珪素を７１％含有するホーケー酸ガラス膜など）で形成されている。すなわち、この赤外線吸収膜５によって測定対象物からの輻射による赤外線を吸収する。そして、赤外線を吸収し発熱した赤外線吸収膜５から絶縁性フィルム２を介した熱伝導によって、直下の第１の感熱素子３Ａの温度が変化するようになっている。この赤外線吸収膜５は、第１の感熱素子３Ａよりも大きなサイズでこれを覆うように形成されている。
【００３１】
特に、赤外線吸収膜５は、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）膜で形成されていることが好ましい。すなわち、このＡＴＯ膜は、カーボンブラック等に比べて赤外線の吸収率が良いと共に耐光性に優れているためである。また、ＡＴＯ膜は、紫外線で硬化させるので、接着強度が強く、カーボンブラック等に比べて剥がれ難い。
【００３２】
上記赤外線反射膜６は、絶縁性フィルム２よりも高い赤外線放射率を有する材料で形成され、例えば、鏡面のアルミニウム蒸着膜やアルミニウム箔等で形成されている。この赤外線反射膜６は、第２の感熱素子３Ｂよりも大きなサイズでこれらを覆うように形成されている。
【００３３】
このように本実施形態の赤外線センサ１は、第１の感熱素子３Ａに対向して絶縁性フィルム２の他方の面に設けられた赤外線吸収膜５と、第２の感熱素子３Ｂに対向して絶縁性フィルム２の他方の面に設けられた赤外線反射膜６と、を備えているので、赤外線吸収膜５による部分的な赤外線吸収と赤外線反射膜６による部分的な赤外線反射とにより、薄く熱伝導性の低い絶縁性フィルム２上で第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの良好な温度差分を得ることができる。
【００３４】
すなわち、フィルムに赤外線吸収材料等を含有させていない低熱伝導性の絶縁性フィルム２でも、図２に示すように、赤外線吸収膜５によって絶縁性フィルム２の第１の感熱素子３Ａの直上部分のみに赤外線吸収による熱を伝導させることができる。特に、薄い絶縁性フィルム２を挟んで赤外線吸収膜５の熱が伝導されるため、感度の劣化がなく、高い応答性を有している。また、赤外線吸収膜５の面積を任意に設定可能であるため、測定対象物との距離に合わせた赤外線検出の視野角を面積で設定でき、高い受光効率を得ることができる。
【００３５】
また、赤外線反射膜６によって絶縁性フィルム２の第２の感熱素子３Ｂの直上部分における赤外線を反射してその吸収を阻止することができる。
なお、絶縁性フィルム２上に赤外線吸収膜５と赤外線反射膜６とを形成しているので、赤外線吸収膜５と赤外線反射膜６との間の熱を伝導する媒体が、空気以外にこれら膜が対向した間の絶縁性フィルム２のみとなり、伝導する断面積が小さくなる。したがって、相互の感熱素子への熱が伝わり難くなり、干渉が少なくなって検出感度が向上する。
【００３６】
このように、低熱伝導性の絶縁性フィルム２上で互いに熱の影響が抑制された第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとが、それぞれ赤外線吸収膜５の直下と赤外線反射膜６の直下との絶縁性フィルム２の部分的な温度を測定する構造を有している。したがって、赤外線検知用とされる第１の感熱素子３Ａと温度補償用とされる第２の感熱素子３Ｂとの良好な温度差分を得られ、高感度化を図ることができる。
【００３７】
また、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの熱結合が低いので、互いに近づけて配置することも可能になり、全体の小型化を図ることができる。さらに、枠体やケースによる遮光構造ではなく、赤外線反射膜６によって赤外線の吸収を防いでいるので、安価に作製することができる。
【００３８】
また、赤外線吸収膜５及び赤外線反射膜６が導電性材料で構成されていても、絶縁性フィルム２を挟んで設置された第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂとの絶縁が確保されているので、膜の絶縁性を問わずに効率の良い材料の選択が可能になる。
さらに、絶縁性フィルム２上に薄く熱伝導性の低い配線膜４を設けているので、従来のようにリード線とサーミスタとの間の空間伝導による他の箇所との熱結合を防ぐことができる。
【００３９】
また、絶縁性フィルム２が、赤外線透過性フィルムで形成されているので、赤外線吸収膜５及び赤外線反射膜６の周囲の絶縁性フィルム２自体による赤外線吸収を極力抑制して、周囲からの熱伝導による第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂへの影響を低減することができる。
【００４０】
また、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂが、Ｍｎ，ＣｏおよびＦｅの金属酸化物を含有するセラミックス焼結体、すなわちＭｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料で形成されたサーミスタ素子であるので、温度係数であるＢ定数が高いため、赤外線吸収膜の温度変化を感度良く検出することができる。また、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料などの他のサーミスタ材料に比べ機械的強度も高いため、耐環境に対する信頼性も高い。
【００４１】
さらに、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂのセラミックス焼結体が、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有しているので、異方性もなく、また不純物層がないので、セラミックス焼結体内で電気特性のバラツキが小さく、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとで高精度な測定が可能になる。また、安定した結晶構造のため、耐環境に対する信頼性も高い。
【００４２】
次に、本発明に係る赤外線センサの第２実施形態及び第３実施形態について、図３から図６を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４３】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、チップサーミスタの第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂを採用しているのに対し、第２実施形態の赤外線センサ２１は、図３及び図４に示すように、第１の感熱素子２３Ａ及び第２の感熱素子２３Ｂが薄膜サーミスタで形成されている点である。
【００４４】
また、第２実施形態の赤外線センサ２１では、絶縁性フィルム２の一方の面に固定されて該絶縁性フィルム２を支持する筐体２７を備え、該筐体２７に、第１の感熱素子２３Ａ及び第２の感熱素子２３Ｂをそれぞれ個別に収納すると共に絶縁性フィルム２よりも熱伝導率の低い空気で覆う第１の収納部２７ａ及び第２の収納部２７ｂが設けられている点で、第１実施形態と異なっている。
【００４５】
上記薄膜サーミスタは、例えばＭｎ−Ｃｏ系複合金属酸化物（例えば、Ｍｎ３Ｏ４−Ｃｏ３Ｏ４系複合金属酸化物）又はＭｎ−Ｃｏ系複合金属酸化物にＮｉ、Ｆｅ、Ｃｕの少なくとも一種類を含む複合金属酸化物（例えば、Ｍｎ３Ｏ４−Ｃｏ３Ｏ４−Ｆｅ２Ｏ３系複合金属酸化物）からなる複合金属酸化物膜（サーミスタ薄膜）２３ａと、この複合金属酸化物膜上に形成され配線膜４に接続された櫛形電極等の電気抵抗測定用の金属電極２３ｂと、を備えている。
また、この薄膜サーミスタである第１の感熱素子２３Ａ及び第２の感熱素子２３Ｂは、それぞれ対向する赤外線吸収膜５及び赤外線反射膜６に対応させた大きさ及び形状に設定されている。
【００４６】
上記筐体２７は、例えば樹脂製であり、絶縁性フィルム２の熱を必要以上に放熱しないように絶縁性フィルム２よりも熱伝導性の低い材料であることが好ましい。
また、上記第１の収納部２７ａ及び第２の収納部２７ｂは、第１の感熱素子２３Ａ及び第２の感熱素子２３Ｂの位置にそれぞれ対応して形成された断面矩形状の孔部であり、内部に空気を密封した状態で開口部が絶縁性フィルム２で閉塞されている。
【００４７】
このように第２実施形態の赤外線センサ２１では、第１の感熱素子２３Ａ及び第２の感熱素子２３Ｂが絶縁性フィルム２の一方の面に成膜された薄膜サーミスタであるので、松葉型やチップ型のサーミスタに比べて検出面積を広くできると共に、赤外線吸収膜５及び赤外線反射膜６に対応した面積や形状とすることが容易で、面内分布による測定誤差が生じ難い。また、薄膜サーミスタのため、熱容量が小さく、より高い応答性が得られる。
【００４８】
さらに、筐体２７を除く全体が、絶縁性フィルム２、赤外線吸収膜５、赤外線反射膜６、配線膜４及び薄膜サーミスタ（第１の感熱素子２３Ａ及び第２の感熱素子２３Ｂ）による複数膜の積層構造であるため、機械的強度が高くなると共に重量の増加が抑制され、耐振動性を向上させることができる。
【００４９】
また、第１の収納部２７ａ及び第２の収納部２７ｂによって、第１の感熱素子２３Ａ及び第２の感熱素子２３Ｂをそれぞれ個別に収納すると共に絶縁性フィルム２よりも熱伝導率の低い空気でこれらを覆うので、第１の感熱素子２３Ａと第２の感熱素子２３Ｂとの間の熱伝導をさらに抑制することができる。
【００５０】
次に、第３実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、第１の収納部２７ａ及び第２の収納部２７ｂ内に空気を密封しているのに対し、第３実施形態の赤外線センサ３１では、図５及び図６に示すように、第１の収納部２７ａ及び第２の収納部２７ｂ内に絶縁性フィルム２よりも熱伝導率の低い発泡樹脂３８が充填されており、該発泡樹脂３８で第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂを覆っている点である。
【００５１】
なお、第３実施形態の赤外線センサ３１では、第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂとしてそれぞれチップサーミスタを採用している点でも第２実施形態と異なる。
このように第３実施形態の赤外線センサ３１では、上記熱伝導率の低い材料として発泡樹脂３８を採用しているので、熱伝導率の低い樹脂である発泡樹脂３８により第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとが密封され、互いの熱結合をより効果的に防ぐことができる。
【００５２】
次に、本発明に係る赤外線センサの第４実施形態および第５実施形態について、図８から図１３を参照して以下に説明する。
【００５３】
第４実施形態と第３実施形態との異なる点は、第３実施形態では、外部の回路と接続するための各配線膜４の端部が側面に露出しているのに対し、第４実施形態の赤外線センサ４１は、図８に示すように、筐体２７の側面に設けられ配線膜４に上端が接続されていると共に筐体２７の底部まで延在された複数の側面電極部４４ａと、筐体２７の側面下部において側面電極部４４ａの下端に接続されて設けられ外部の回路基板上に接続させる複数の実装用外部端子４４ｂと、を備えている表面実装型である点である。
【００５４】
例えば、図９に示すように、この赤外線センサ４１を、複数の配線パターン４５が形成された実装基板４３Ａ上に載せ、実装用外部端子４４ｂを配線パターン４５の所定位置に半田等で接合することで、表面実装することができる。この実装基板４３Ａは、各配線パターン４５に一端が接続された複数のリード線４６と、これらリード線４６の他端に接続されたコネクタ４７と、を備えている。このように実装基板４３Ａ上に赤外線センサ４１を表面実装することで、リード型の赤外線センサ装置４８Ａが得られる。この赤外線センサ装置４８Ａによれば、リード線４６を備えた実装基板４３Ａに赤外線センサ４１が実装されているので、リード線４６およびコネクタ４７によって取り付けおよび接続が容易になる。
【００５５】
また、別の表面実装例としては、図１０に示すように、赤外線センサ４１を、ブリッジ回路を有する実装基板４３Ｂに表面実装したブリッジ回路型の赤外線センサ装置４８Ｂとしてもよい。この赤外線センサ装置４８Ｂでは、２つの抵抗Ｒが実装され赤外線センサ４１の第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの間でブリッジ回路を構成した実装基板４３Ｂを備えている。この赤外線センサ装置４８Ｂでは、ブリッジ回路を構成しているので、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの抵抗値を高精度に検出することができる。
【００５６】
さらに、別の表面実装例として、図１１に示すように、赤外線センサ４１を、検出回路を内蔵した実装基板４３Ｃに表面実装した検出回路内蔵型の赤外線センサ装置４８Ｃとしてもよい。この赤外線センサ装置４８Ｃでは、６つの抵抗Ｒと、１つのコンデンサＣと、差分増幅回路を構成するＯＰアンプ４９と、が実装されてこれらで検出回路を構成している実装基板４３Ｃを備えたモジュールタイプである。
【００５７】
したがって、この赤外線センサ装置４８Ｃでは、赤外線センサ４１が差分増幅回路を内蔵する実装基板４３Ｃに実装されているので、差分バランスの調整部分が１枚の実装基板４３Ｃ内で閉じており、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの温度差分を電圧出力として検出することができる。
これらの赤外線センサ装置４８Ａ〜４８Ｃは、例えばバッテリーユニット、複写機、ＩＨクッキングヒータ等における温度センサ等に採用される。
なお、実装基板４３Ｂ，４３Ｃでは、配線パターンの図示を省略している。
【００５８】
次に、第５実施形態と第４実施形態との異なる点は、第４実施形態では、赤外線吸収膜５および赤外線反射膜６がそのまま上面に露出しているが、第５実施形態の赤外線センサ５１では、図１２に示すように、筐体２７の周囲を囲むように設けられたケース５７を備えている点である。なお、各実装用外部端子４４ｂは、表面実装のためケース５７から外部に突出している。
【００５９】
このケース５７は、空気対流の影響を防ぐ風防ケースや、外部からの光干渉を防ぐ光学ケースとして機能する。なお、空気対流の影響を防ぐ風防ケースとしてのみ採用する場合は、上方を開口させたケースでも構わない。また、ケース５７は、例えば樹脂やガラス材等のうち赤外線を透過し易い材料で形成されている。なお、光学ケースとして採用する場合は、受光部にシリコンなどの赤外線の波長について選択性のある材料を使用することが好ましい。
【００６０】
また、他の例として、図１３に示すように、ブリッジ型の赤外線センサ装置４８Ｂにおいて、表面実装された赤外線センサ５１と共に実装基板４３全体を樹脂製のモールドケース６７で覆っても構わない。この場合、ブリッジ回路全体をモールドケース６７で保護するため、信頼性を向上させることができる。
【００６１】
なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００６２】
例えば、第２実施形態では、筐体で絶縁性フィルムを支持しているが、第１の感熱素子及び第２の感熱素子に薄膜サーミスタを採用しているので、筐体以外の全体が膜の積層構造によって柔軟性を有していることから、筐体で支持せずに、全体がフィルム状又はテープ状の赤外線センサとしても構わない。この場合、赤外線センサが、薄くかつ軽量であると共に柔軟性を有しているので、狭いスペースや湾曲した箇所にも容易に設置することが可能になる。
また、感熱素子としては、上述したように薄膜サーミスタやチップサーミスタが用いられるが、サーミスタ以外に焦電素子等も採用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１，２１，３１，４１，５１…赤外線センサ、２…絶縁性フィルム、３Ａ，２３Ａ…第１の感熱素子、３Ｂ，２３Ｂ…第２の感熱素子、４…配線膜、５…赤外線吸収膜、６…赤外線反射膜、２７…筐体、２７ａ…第１の収納部、２７ｂ…第２の収納部、３８…発泡樹脂、４８Ａ〜４８Ｃ…赤外線センサ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図７】
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