JP2001304958A - 赤外線センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部からの電磁波による影響が少なく、感度
が良好で、小型の赤外線センサを得る。 【解決手段】 赤外線センサ１０は、焦電体基板１４を
挟んで対向する２対の電極対１６，１８が形成されたセ
ンサ素子１２を含む。電極対１６，１８の電極１６ａ，
１８ａを接続電極２０で接続し、電極１６ｂを焦電体基
板１４の中央付近まで延ばす。光学フィルタ２２の中央
付近にＦＥＴ３４を取り付け、電極パターン２８，３０
にドレインＤとソースＳを接続する。焦電体基板１４の
中央付近まで延びた電極１６ｂとＦＥＴ３４のゲートＧ
とを導電ペースト３６で接続する。また、電極１８ｂと
電極パターン３２とをリード線３８で接続する。金属キ
ャップ４０に光学フィルタ２２を固定し、電極パターン
２８，３０，３２に端子４４を取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は赤外線センサに関
し、特にたとえば、光学フィルタを透過した赤外線をセ
ンサ素子で検出する赤外線センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、従来の赤外線センサの一例を
示す図解図である。赤外線センサ１は、センサ素子２を
含む。センサ素子２は、図１１に矢印で示すように、厚
み方向に向かって分極された焦電体基板３を含み、焦電
体基板３を挟むようにして、２対の電極対４ａ，４ｂが
形成される。これらの電極対４ａ，４ｂは、焦電体基板
３の長さ方向の両側に形成される。そして、焦電体基板
３の一方面側において、それぞれの電極対４ａ，４ｂを
構成する電極が細い電極で接続される。センサ素子２
は、回路基板５上に取り付けられ、回路基板５の両面に
は、ＦＥＴ６およびコンデンサ７が取り付けられる。回
路基板５はステム上に配置され、ＦＥＴ６やコンデンサ
７などで形成される回路に接続される端子８が引き出さ
れる。さらに、センサ素子２を覆うようにして金属キャ
ップが被せられ、金属キャップに取り付けられた光学フ
ィルタ９により外部からの赤外線が透過される。

【０００３】この赤外線センサ１は、図１２に示すよう
な回路を有する。センサ素子２は、厚み方向に分極され
た焦電体基板３を挟むようにして２対の電極対４ａ，４
ｂが形成されているため、電気的には、逆向きに分極さ
れた焦電素子が直列に接続された回路となる。そして、
センサ素子２の一端がＦＥＴ６のゲートＧに接続され、
他端がグランドＧＮＤに接続される。また、センサ素子
２の一端側と他端側の間には、センサ素子２自体の絶縁
抵抗Ｒが接続された形になる。さらに、ＦＥＴ６のドレ
インＤとグランドＧＮＤとの間およびソースＳとグラン
ドＧＮＤとの間には、バイパス用としてコンデンサ７が
接続される。このような回路において、ＦＥＴ６のドレ
インＤには、バイアス電圧が印加される。このようなＦ
ＥＴ６のソースフォロア回路によって、インピーダンス
変換回路が形成される。

【０００４】このような赤外線センサ１では、光学フィ
ルタ９を透過して赤外線がセンサ素子２に入射すると、
焦電特性によって電荷が発生する。この電荷が抵抗Ｒに
よって電圧に変換され、ＦＥＴ６のゲートＧに入力され
る。この入力信号に応じて、ＦＥＴ６のソースＳから出
力信号を得ることができる。このような２つの電極対４
ａ，４ｂが形成されたデュアル型のセンサ素子２を用い
た赤外線センサ１の外部において、電極対４ａ側から電
極対４ｂ側に向かって物体が移動したとき、物体からの
赤外線はまず電極対４ａ形成部分に多く入射し、移動す
るにともなって電極対４ｂ形成部分に多く入射するよう
になる。この赤外線センサ１の回路では、逆向きに分極
された焦電素子が直列接続された状態となっているた
め、図１３に示すように、物体の移動にともなって極性
の異なる信号が出力される。したがって、ＦＥＴ６の出
力信号を測定することにより、動く物体を検出すること
ができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな赤外線センサでは、ＦＥＴによって高インピーダン
スを変換するソースフォロア回路が形成されるため、回
路基板に回路パターンの引き回しが生じる。そのため、
このような高インピーダンス系の線路において、外部か
らの電磁波の影響を受け、誤動作が生じるという問題が
ある。また、回路を形成するための回路基板が必要であ
るため、赤外線センサが大型化してしまう。さらに、物
体が一方の電極対側にあるときでも、他方の電極対形成
部分に物体からの赤外線がいくらかは入射するため、こ
の部分にも電荷が発生する。ところが、センサ素子は互
いに逆向きに分極された焦電素子が直列接続された構造
であるため、２対の電極対形成部分に同時に赤外線が入
射すると、これらの部分に発生する電荷は互いに打ち消
し合うように働く。そのため、図１４に示すように、Ｆ
ＥＴから出力される信号は小さくなる。そのため、赤外
線センサの感度が悪くなるという問題があった。

【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、外
部からの電磁波による影響が少なく、感度が良好で、小
型の赤外線センサを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、焦電体を挟
んで対向する電極対が間隔を隔てて２対形成されたセン
サ素子と、外部からの赤外線を透過してセンサ素子に入
射させるための光学フィルタと、センサ素子の出力を得
るためにインピーダンス変換をするためのＦＥＴとを含
み、ＦＥＴは２対の電極対の中間部分に対応する位置に
おいて光学フィルタに形成される、赤外線センサであ
る。このような赤外線センサにおいて、電極対を構成す
る１つの電極が焦電体の中央付近まで延びるように形成
され、焦電体の中央付近において１つの電極とＦＥＴの
ゲートとが導電材料で接続されることが好ましい。

【０００８】２対の電極対の中間部分に対応する位置に
おいて光学フィルタにＦＥＴを形成することにより、赤
外線センサの外部において、一方の電極対側に物体があ
るとき、物体からの赤外線が一方の電極対形成部分に入
射するが、ＦＥＴによって他方の電極対形成部分に向か
う赤外線が遮断される。そのため、２対の電極対形成部
分において、互いに打ち消し合うような電荷がほとんど
発生せず、大きい出力信号を得ることができる。また、
焦電体の中央付近において、その部分まで延びるように
形成された電極とＦＥＴのゲートとを接続することによ
り、回路パターンの引き回しを防止することができる。
そのため、高インピーダンス系の回路における外部から
の電磁波の影響がなくなり、バイパス用コンデンサが不
要となる。そのため、回路を形成するための回路基板を
省略することができる。

【０００９】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の赤外線センサの
一例を示す斜視図であり、図２はその内部を示す図解図
である。赤外線センサ１０は、センサ素子１２を含む。
センサ素子１２は、図３および図４に示すように、焦電
体基板１４を含む。焦電体基板１４は、図３および図４
に矢印で示すように、厚み方向に分極される。焦電体基
板１４の両面には、２対の電極対１６，１８が形成され
る。一方の電極対１６は、焦電体基板１４の長さ方向の
一方側において、焦電体基板１４を挟むようにして形成
される２つの電極１６ａ，１６ｂで構成される。また、
他方の電極対１８は、焦電体基板１４の長さ方向の他方
側において、焦電体基板１４を挟むようにして形成され
る２つの電極１８ａ，１８ｂで構成される。そして、焦
電体基板１４の一方面側において、電極１６ａと電極１
８ａとが、細い接続電極２０で接続される。さらに、焦
電体基板１４の他方面側において、一方の電極対１６の
電極１６ｂが、焦電体基板１４の中央付近まで延びるよ
うに形成される。

【００１１】さらに、赤外線センサ１０は、光学フィル
タ２２を含む。光学フィルタ２２は、図５に示すよう
に、たとえばＳｉ基板２４の両面に干渉膜２６を形成し
たものである。この光学フィルタ２２上には、図６に示
すように、蒸着などの方法で２つの電極パターン２８，
３０が形成される。電極パターン２８，３０は、光学フ
ィルタ２２の中央部よりやや電極対１８寄りの部分か
ら、光学フィルタ２２の端部に引き出されるように形成
される。これらの電極パターン２８，３０は、光学フィ
ルタ２２の端部において、互いに間隔を隔てた部分に引
き出される。さらに、これらの電極パターン２８，３０
の引き出し部の中間部分には、グランド用の電極パター
ン３２が形成される。

【００１２】光学フィルタ２２の電極パターン２８，３
０，３２形成面には、ＦＥＴ３４が取り付けられる。Ｆ
ＥＴ３４は、光学フィルタ２２の中央付近に取り付けら
れ、ドレインＤが電極パターン２８に接続され、ソース
Ｓが電極パターン３０に接続される。さらに、ＦＥＴ３
４上には、図７に示すように、センサ素子１２が取り付
けられる。そして、ＦＥＴ３４のゲートＧと電極対１６
の電極１６ｂとが、導電ペースト３６などによって接続
される。このとき、光学フィルタ２２の中央付近まで形
成された電極１６ｂの延長部分に、ＦＥＴ３４のゲート
Ｇが接続される。さらに、センサ素子１２の電極対１８
の電極１８ｂが、光学フィルタ２２に形成されたグラン
ド用の電極パターン３２に、リード線３８などによって
接続される。

【００１３】このようなセンサ素子１２、光学フィルタ
２２、ＦＥＴ３４の組合されたものが、図２に示すよう
に、金属キャップ４０に嵌め込まれる。このとき、金属
キャップ４０には、絶縁材４２を介して３つの端子４４
が取り付けられ、それぞれの端子４４は、導電接着剤４
６などを用いて、光学フィルタ２２に形成された電極パ
ターン２８，３０，３２に接続される。また、光学フィ
ルタ２２は、導電接着剤４８などによって金属キャップ
３８に固定され、センサ素子１２部分の気密化が行われ
る。

【００１４】この赤外線センサ１０は、図８に示すよう
な回路を有する。この赤外線センサ１０では、厚み方向
に分極された焦電体基板１４に２つの電極対１６，１８
が形成され、これらの電極対を構成する電極１６ａ，１
８ａが接続電極２０で接続されているため、電気的に
は、互いに逆向きに分極された２つの焦電素子が直列に
接続された回路となる。また、これらの焦電素子の直列
回路の端子間には、焦電体基板１４自体の絶縁抵抗Ｒが
接続される。さらに、焦電素子の直列回路の一方端はＦ
ＥＴ３４のゲートＧに接続され、他方端はグランド用の
電極パターン３２に接続される。また、ＦＥＴ３４のド
レインＤには、バイアス電圧が印加される。このような
ＦＥＴ３４のソースフォロア回路によって、高インピー
ダンスのセンサ素子１２のインピーダンス変換が行わ
れ、センサ素子１２で受けた赤外線に対応した出力信号
が得られる。

【００１５】このような赤外線センサ１０の外部におい
て、物体が電極対１６側から電極対１８側に移動すると
き、物体からの赤外線が光学フィルタ２２を透過し、セ
ンサ素子１２に入射する。この場合、物体が一方の電極
対１６側にあるとき、赤外線はセンサ素子１２の電極対
１６形成部分に入射し、焦電特性によって焦電体基板１
４の電極対１６形成部分に電荷が発生する。また、物体
が他方の電極対１８側にあるとき、赤外線は電極対１８
形成部分に赤外線が入射し、この部分に電荷が発生す
る。このように、センサ素子１２に発生した電荷が抵抗
Ｒで電圧に変換され、ＦＥＴ３４のゲートＧに入力され
る。したがって、ＦＥＴ３４のソースＳから、センサ素
子１２に発生した電荷に対応した信号が出力される。こ
のＦＥＴ３４の出力信号を測定することにより、物体を
検出することができる。

【００１６】この赤外線センサ１０では、逆向きに分極
した焦電素子が直列接続された回路を有しているため、
焦電体基板１４の電極対１６形成部分に赤外線が入射し
たときと、電極対１８形成部分に赤外線が入射したとき
では、互いに逆極性の電荷が発生する。そのため、図９
に示すように、物体が電極対１６側から電極対１８側に
移動するにしたがって、ＦＥＴ３４の出力信号の極性も
変化する。このとき、電極対１６形成部分と電極対１８
形成部分に同時に赤外線が入射した場合、発生する電荷
は互いに逆極性であるため、発生した電荷が打ち消し合
い、ＦＥＴ３４の出力信号は小さくなる。

【００１７】しかしながら、この赤外線センサ１０で
は、ＦＥＴ３４が電極対１６形成部分と電極対１８形成
部分の中間部に対応する位置において光学フィルタ２２
に形成されているため、物体が電極対１６側にあると
き、ＦＥＴ３４で遮られて電極対１８形成部分に赤外線
が入射しない。同様に、物体が電極対１８側にあると
き、電極対１６形成部分に赤外線が入射しない。そのた
め、焦電体基板１４に発生した電荷が打ち消し合うこと
がなく、ＦＥＴ３４から大きい出力信号を得ることがで
きる。したがって、赤外線センサ１０の感度を良好にす
ることができる。

【００１８】また、この赤外線センサ１０では、電極対
１６を構成する電極１６ｂが焦電体基板１４のほぼ中央
部まで延びるように形成され、光学フィルタ２２のほぼ
中央部に配置されたＦＥＴ３４のゲートＧに接続されて
いるため、これらが最短距離で接続されている。そのた
め、センサ素子１２とＦＥＴ３４のゲートＧとの接続部
分において、外部からの電磁波の影響を防止することが
できる。さらに、外部からの電磁波の影響を防止するこ
とができるため、ＦＥＴ３４のドレインＤおよびソース
Ｓにバイパスコンデンサを接続する必要がない。このよ
うに、ＦＥＴ３４は光学フィルタ２２に取り付けられ、
バイパスコンデンサも不要であるため、回路基板が不要
となり、従来の赤外線センサに比べて小型化が可能であ
る。また、回路基板やバイパスコンデンサが不要となる
ため、安価に赤外線センサ１０を作製することができ
る。

【００１９】

【発明の効果】この発明によれば、物体からの赤外線に
よる出力信号が大きく、感度の良好な赤外線センサを得
ることができる。また、外部からの赤外線の影響を防止
することができ、回路基板やバイパスコンデンサを省略
することができるため、小型の赤外線センサを得ること
ができる。さらに、回路基板やバイパスコンデンサの省
略が可能であるため、安価に赤外線センサを作製するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の赤外線センサの一例を示す斜視図で
ある。

【図２】図１に示す赤外線センサの内部を示す図解図で
ある。

【図３】図１および図２に示す赤外線センサに用いられ
るセンサ素子を一方面側からみた斜視図である。

【図４】図３に示すセンサ素子を他方面側からみた斜視
図である。

【図５】図１および図２に示す赤外線センサに用いられ
る光学フィルタとＦＥＴとを示す側面図である。

【図６】図５に示す光学フィルタとＦＥＴとを上からみ
た平面図である。

【図７】図５に示すＦＥＴの上にセンサ素子を取り付け
た状態を示す側面図である。

【図８】図１および図２に示す赤外線センサの等価回路
図である。

【図９】図１および図２に示す赤外線センサの出力を示
す波形図である。

【図１０】従来の赤外線センサの一例を示す図解図であ
る。

【図１１】図１０に示す従来の赤外線センサに用いられ
るセンサ素子を示す斜視図である。

【図１２】図１０に示す従来の赤外線センサの等価回路
図である。

【図１３】赤外線センサの出力を説明するための波形図
である。

【図１４】図１０に示す従来の赤外線センサの出力を示
す波形図である。

【符号の説明】

１０ 赤外線センサ １２ センサ素子 １４ 焦電体基板 １６，１８ 電極対 ２０ 接続電極 ２２ 光学フィルタ ３４ ＦＥＴ ３６ 導電ペースト ４０ 金属キャップ ４４ 端子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焦電体を挟んで対向する電極対が間隔を
   隔てて２対形成されたセンサ素子、 外部からの赤外線を透過して前記センサ素子に入射させ
   るための光学フィルタ、および前記センサ素子の出力を
   得るためにインピーダンス変換をするためのＦＥＴを含
   み、 前記ＦＥＴは２対の前記電極対の中間部分に対応する位
   置において前記光学フィルタに形成される、赤外線セン
   サ。
2. 【請求項２】 前記電極対を構成する１つの電極が前記
   焦電体の中央付近まで延びるように形成され、前記焦電
   体の中央付近において前記１つの電極と前記ＦＥＴのゲ
   ートとが導電材料で接続される、請求項１に記載の赤外
   線センサ。