JP2987543B2 - サーミスタ薄膜素子及びこれを用いた人体熱検知器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、たとえば、人体等か
ら発せられる赤外線（熱線）を検知して人体の検知をお
こなうサーミスタ薄膜素子及びこれを用いた人体熱検知
器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、人体熱検知器は人体等が
発する赤外線を赤外線検知素子によって検知できるよう
に構成されており、このような赤外線検知素子として
は、これまでは、焦電体素子が用いられることが多かっ
た。この焦電体素子では、周囲に温度変化があると、焦
電体素子自体が熱膨張あるいは収縮を起こしてポップコ
ーンノイズを発生するので、原理的にノイズを零とする
ことができず、この焦電体素子を用いた人体熱検知器に
あっては、原理的にＳ／Ｎ比が悪く、ノイズによる誤報
のおそれがあった。

【０００３】そこで、この焦電体素子に代わり、このポ
ップコーンノイズを解消する赤外線検知素子として、た
とえば、薄膜サーミスタを応用した人体検知用素子が開
発されている。この薄膜サーミスタを応用した人体検知
用素子は、最近の薄膜技術の向上によって可能となった
ものであるが、焦電体のプロセスとは異なり、シリコン
を基板とした半導体プロセスで製造されるものである。

【０００４】ここで、この薄膜サーミスタを応用した従
来の人体熱検知器を図１０により説明すると、従来の焦
電体素子と同様に、Ｔθ５系列の外装ケースに実装され
たものであって、薄膜サーミスタを備えたセンサエレメ
ントＢを下面側にリード線を備えたベースＣ上に固着
し、しかるのち、このセンサエレメントＢを、開口部に
干渉フィルタ２８を備えた外装ケースＤで覆った基本構
造となっている。

【０００５】上記センサエレメントＢは、具体的には、
シリコン基板２１と、この上に設けられた熱絶縁膜２２
（ＳｉＯ2 よりなる）と、該熱絶縁膜２２の上にクロム
電極２３を介して設けられたサーミスタ薄膜２４と、上
記サーミスタ薄膜２４の上にクロム電極２５を介して設
けられた赤外線吸収膜２６（ＳｉＯ2 よりなる）とから
構成され、このセンサエレメントＢの各電極２３，２５
と、上記ベースＣのリード線２７，２７とを電気的に接
続することにより構成されている。

【０００６】このような構成にかかる人体検知用素子に
よれば、外装ケースＤの天面部の開口に設けた干渉フィ
ルタ２８から検知エリアＲをもって入ってくる赤外線を
サーミスタ薄膜２４の抵抗変化をもって検出し、これに
より、人体熱を検知できるようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た人体検知用素子では、干渉フィルタ２８を透過して入
ってくる一方向からの赤外線（検知エリア：Ｒ）しか検
知することができない。つまり、赤外線を検知できる検
知エリアＲが上記干渉フィルタ２８を設けた側にしか存
在しないことから、この干渉フィルタ２８とは１８０°
反対の方向（つまり、ベースＣ側）から入射する赤外線
を検知することはできないという課題があった。この発
明は、検知エリアを一方向側のみならず、上記検知エリ
アとは１８０°正反対の方向側をも検知エリアとできる
ように、その検知エリアを大幅に拡大させることのでき
るサーミスタ薄膜素子及びこれを用いた人体熱検知器を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、請求項１の発明にかかるサーミスタ薄膜素子で
は、シリコン基板とこの基板上に形成される熱絶縁膜と
この熱絶縁膜上に下部電極とサーミスタ薄膜と上部電極
及び赤外線吸収膜とを順次積層してなるセンサエレメン
トと、このセンサエレメントを機械的及び電気的に固定
するベースＩとを備え、上記センサエレメントのシリコ
ン基板にサーミスタの検知エレメント部に該当する部位
に開口を設けるとともに、上記ベースＩの中央部に上記
開口と連通する開口を形成した構成としている。

【０００９】また、請求項２の発明にかかる人体熱検知
器では、請求項１に記載のサーミスタ薄膜素子と、該サ
ーミスタ薄膜素子のサーミスタ薄膜がベースIIの中央垂
線に位置するようにサーミスタ薄膜素子のベースＩを９
０°の角度に立設して固着し、かつ上記サーミスタ薄膜
素子を外部に対して電気的に接続するためのリード線と
を備えたベースIIと、該ベースII上に固着され、上記サ
ーミスタ薄膜素子を覆う外装ケースとを備え、上記外装
ケースの、サーミスタ薄膜素子のベースＩの中央部に設
けた開口及び赤外線吸収膜に対応する正反対にあたる位
置に各々、一対の開口部を設けるとともに該各開口部に
干渉フィルタを設け、その内壁面にベースＩの両端縁部
をスライド状態で支持するためのガイド溝を設けた構成
としている。

【００１０】

【作用】上記のように構成したことにより、請求項１の
発明にあっては、本来の検知エリアである赤外線吸収膜
側から入射してくる赤外線の検知についてはいうまでも
なく、上記赤外線吸収膜側とは１８０°正反対となる面
側、つまり、シリコン基板の、サーミスタの検知エレメ
ント部に該当する部位にも、あらたに開口を設けている
ので、この開口から入射してくる赤外線についてもこれ
を検知することができる。したがって、これまでの検知
素子のように、一方向側の検知のみではなく、これとは
１８０°正反対となる方向側の検知も可能であって、一
方向側であると、これと１８０°正反対となる方向側で
あるとを問わず、赤外線の検知が可能であって、その検
知エリアが飛躍的に拡大する。

【００１１】請求項２の発明にあっては、一方向側であ
ると、これと１８０°正反対となる方向側であるとを問
わず、いずれの側から入射する赤外線であっても、その
検知を可能とするサーミスタ薄膜素子を用いており、し
かも、このサーミスタ薄膜素子のサーミスタ薄膜がベー
スIIの中央垂線に位置するようにサーミスタ薄膜素子の
ベースＩを、上記ベースIIに対して９０°の角度に立て
た状態で固着しているので、一方向側と、これと１８０
°正反対となる方向側のいずれの側の検知エリアもほぼ
等分・等距離となり、外装ケースの干渉フィルタを透過
して入射してくる赤外線に対する検知精度もほぼ同程度
のものが得られる。しかも、上記サーミスタ薄膜素子の
ベースＩを外装ケースに実装する際には、ベースＩの両
端縁が外装ケースのガイド溝にてスライド状態で支持さ
れているので、使用時、振動等でベースＩが外装ケース
内で動いたり、脱落するおそれがなく、安定した検知動
作が期待できる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面により説明
する。図１はこの発明の一実施例である赤外線検知器を
分解して示す断面図、図２はこの赤外線検知器を構成す
る外装ケースを横方向からみた場合の一部破断図、図３
はサーミスタ薄膜素子をベースIIに対して９０°の角度
で立てて固着した状態を示す正面図、図４は外装ケース
を上方向からみた場合の一部破断図、図５は図３のベー
スIIを下方向からみた場合の底面図、図６はサーミスタ
薄膜素子のセンサエレメント部分を拡大して示す断面
図、図７は図１の赤外線検知器の各構成部分を組み立て
完成品とした場合の斜視図である。

【００１３】図１において、Ａは赤外線検知器を示し、
この赤外線検知器Ａは、サーミスタ薄膜素子３と該サー
ミスタ薄膜素子３のベースＩ４を９０°の角度に立てた
状態で固着したベースII５とからなるアセンブリ１と、
これを上から覆って実装するための外装ケース２とから
構成されており、その完成品は図７に示すような外観形
状となっている。

【００１４】ここで、上記アセンブリ１を構成するサー
ミスタ薄膜素子３について説明すると、このサーミスタ
薄膜素子３は、図６で示すセンサエレメント６と、中央
部分に開口４ａを有するベースＩ４との組み合わせによ
り構成されており、具体的には、ベースII５の中央垂線
Ｈに上記センサエレメント６のサーミスタ薄膜２４の中
心線が位置するように、ベースＩ４をベースII５の所定
位置に９０°の角度に立てた状態で固着している。この
際、ベースＩ４を所定位置に立設させやすくするため、
ベースII５には上記ベースＩ４の下端縁を嵌入支持する
ための溝７が形成され、この溝７にベースＩ４の下端縁
を嵌入支持させた後、外装ケース２を上方から覆うよう
にしている。また、２７は外装ケース２に設けられてい
るリード線であって、少なくとも４本以上設けられ（図
５を参照）、これらリード線２７は溶接又は樹脂等で電
気的に接続１５されている。なお、上記センサエレメン
ト６は、図１０で示す人体熱検知器を構成するたセンサ
エレメントＢと実質的に同様の構成のもので、開口２１
ａを有するシリコン基板２１と、この上に設けられた熱
絶縁膜２２（ＳｉＯ2 よりなる）と、該熱絶縁膜２２の
上にクロム電極２３を介して設けられたサーミスタ薄膜
２４と、上記サーミスタ薄膜２４の上にクロム電極２５
を介して設けられた赤外線吸収膜２６（ＳｉＯ2 よりな
る）とから構成されているものとする。

【００１５】また、上記アセンブリ１には、図３で示す
ように、ベースＩ４に複数のパターン１３が形成され、
このパターン１３とセンサエレメント部６の所定の電極
とがそれぞれ、ボンディングワイヤ１４で接続され、か
つ上記パターン１３の端部とリード線２７の端部とが電
気的に接続１５されている。

【００１６】一方、上記アセンブリ１を上から覆って実
装するための外装ケース２は、図４で示すように、断面
四角形状の有底筒体によって形成されており、その相対
向する側面どうしには、一対の開口部９が形成され、こ
の開口部９には、その内側（もしくは外側）から該開口
部９よりも寸法の大きい干渉フィルタ１０が接着材１２
などで取り付けられている。さらに、この外装ケース２
には、その中央垂線Ｈより若干、ずれた位置、つまり、
上記アセンブリ１を実装する際、ベースＩ４の両端縁を
スライド状態で嵌合支持するためのガイド溝１１がそれ
ぞれ、相対向する内壁面に形成されている。

【００１７】なお、上記赤外線検知器Ａは、アセンブリ
１を外装ケース２に実装する際、外装ケース２内を真空
にしておくか、キセノン等のガスを内部に封入しておく
ものとする。

【００１８】つぎに、上記実施例にかかる人体熱検知器
の使用時の動作例について説明すると、集合住宅やオフ
ィスのようなセキュリティが必要となる場所において、
たとえば、図８で示すように、隣接する各部屋の出入口
Ｆと出入口Ｇとの間に図７で示すような人体熱検知器Ａ
を設置する。このとき、人体熱検知器Ａには、その左右
両側にそれぞれ、一対の干渉フィルタ１０が設けられて
いるので、左側の干渉フィルタ１０では検知エリアＥ２
を、右側の干渉フィルタ１０では検知エリアＥ１をそれ
ぞれ、検知するように検知動作するように機能する。こ
のように、上記実施例にかかる人体熱検知器によれば、
一方向側のみならず、これとは１８０°反対側に当たる
方向側にも赤外線検知が可能となって、その検知エリア
を拡大できるという効果がある。そして、上記実施例に
かかる人体熱検知器は上述のように、既存のサーミスタ
薄膜素子を用い、これにベースＩやベースII及び外装ケ
ースを上記構成のように組み合わせるだけで構成するこ
とができるので、その製造が簡単でかつ安価に提供でき
るという効果がある。

【００１９】また、図９（Ａ）で示すように、上記実施
例にかかる人体熱検知器の天井部分Ｔに警戒エリアの中
央部位に設置すると、１８０°反対方向をも検知するこ
とができるので、検知距離は、たとえば、左右にＬ１と
Ｌ２となって検知距離が短くてすむ。この場合、検知エ
リアはＫ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４及びＫ５となる。これに
対して、従来の人体熱検知器では一方向側にしか検知エ
リアを有しないので、図９（Ｂ）で示すように、検知エ
リアＫ６，Ｋ７及びＫ８を完全にカバーできるように、
図示右側の天井部分Ｔに設置しなければならず、その検
知距離はＬ３（＝Ｌ１＋Ｌ２）と長くなり、いわゆる長
距離タイプの人体熱検知器が必要となる。このため、従
来の場合には、光学系が大型化し、アンプゲインの増加
によりシールド板が必要となり、したがって、その大型
化に伴って取扱性等が不便となるという不具合があっ
た。この点、上記実施例にかかる人体熱検知器では、光
学系の小型化やアンプゲインの低減によるシールド板を
削除できることから、商品の小型化を容易に達成できる
という効果がある。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、シリコン基板とこの基板上に形成された熱絶縁
膜とこの熱絶縁膜上に下部電極とサーミスタ薄膜と上部
電極及び赤外線吸収膜とを順次積層してなる既存のセン
サエレメントと、このセンサエレメントを機械的及び電
気的に固定するベースＩとを備え、上記センサエレメン
トのシリコン基板にサーミスタの検知エレメント部に該
当する部位に開口を設けるとともに、上記ベースＩの中
央部に開口を形成し、上記熱絶縁膜と赤外線吸収膜とが
同じＳｉＯ2 で形成されていることを利用する構成とし
た。このことにより、人体等から発する赤外線が一方の
方向側から発生し、赤外線吸収膜側からこれを検知でき
ることはいうまでもなく、これとは１８０°反対側の方
向側で発される場合であっても、上記赤外線吸収膜側と
は反対側に当たるベースＩの中央部に形成した開口側か
ら上記赤外線が入射し、この赤外線をサーミスタ薄膜の
抵抗変化をもって検出し、これを検知できる。したがっ
て、１８０°正反対のいずれの方向側をも検知エリアと
することができ、検知エリアの拡大をはかることができ
るという効果がある。

【００２１】また、請求項２の発明によれば、請求項１
に記載のサーミスタ薄膜素子と、該サーミスタ薄膜素子
のサーミスタ薄膜が中央垂線部に位置するようにサーミ
スタ薄膜素子のベースＩを９０°の角度に立てて固着
し、かつ上記サーミスタ薄膜素子を外部に対して電気的
に接続するためのリード線とを備えたベースIIと、該ベ
ースII上に固着され、上記サーミスタ薄膜素子を覆う外
装ケースとを備え、上記外装ケースには、サーミスタ薄
膜素子のベースＩの中央部に設けた開口及び赤外線吸収
膜に対応する左右正反対の位置にそれぞれ、一対の開口
部を設けるとともに、該各開口部に干渉フィルタを設
け、その内壁面にベースＩの両端縁部をスライド状態で
支持するためのガイド溝を設けるという構成を採用し
た。このことにより、人体熱検知器とする場合には、光
学系に工夫により、左右正反対の位置にある開口部に設
けた一対の干渉フィルタから１８０°正反対の方向から
入射する赤外線を検知することができ、検知エリアを倍
増させることができる。しかも、サーミスタ薄膜を用い
ているため、ポップコーンノイズの発生もなく、検知精
度の向上もはかることができるという効果がある。さら
に、屋内用人体熱検知器として用いる場合にも、警戒エ
リアの中央位置に取り付けることにより、１８０°反対
方向をも検知できるため、従来の長距離タイプの人体熱
検知器に比べ、その検知距離を半分とすることができ、
光学系の小型化、アンプゲインの低減によるシールド板
の削減等が可能となって、商品の小型化を容易に達成で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である赤外線検知器を分解
して示す断面図である。

【図２】図１の赤外線検知器を構成する外装ケースを横
方向からみた場合の一部破断図である。

【図３】サーミスタ薄膜素子をベースIIに対して９０°
の角度で立てて固着した状態を示す正面図である。

【図４】図１の赤外線検知器を構成する外装ケースを上
方向からみた場合の一部破断図である。

【図５】図３のベースIIを下方向からみた場合の底面図
である。

【図６】サーミスタ薄膜素子のセンサエレメント部を拡
大して示す断面図である。

【図７】図１の赤外線検知器を組み立て完成品とした場
合の斜視図である。

【図８】図７にかかる赤外線検知器をセキュリティに実
使用した場合の検知エリアを示す説明図である。

【図９】検知エリアを説明するための図であって、
（Ａ）はこの発明にかかる赤外線検知器を用いた場合の
検知エリア説明図、（Ｂ）は従来の赤外線検知器を用い
た場合の検知エリア説明図である。

【図１０】従来の人体熱検知器の断面図である。

【符号の説明】

Ａ 人体熱検知器 １ アセンブリ ２ 外装ケース ３ サーミスタ薄膜素子 ４ ベースＩ ４ａ 開口 ５ ベースII ６ センサエレメント ９ 開口部 １０ 干渉フィルタ １１ ガイド溝 ２１ シリコン基板 ２１ａ 開口 ２２ 熱絶縁膜 ２３，２５ クロム電極 ２４ サーミスタ薄膜 ２６ 赤外線吸収膜 ２７ リード線

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基板とこの基板上に形成される
   熱絶縁膜とこの熱絶縁膜上に下部電極とサーミスタ薄膜
   と上部電極及び赤外線吸収膜とを順次積層してなるセン
   サエレメントと、このセンサエレメントを機械的及び電
   気的に固定するベースＩとを備え、 上記センサエレメントのシリコン基板にサーミスタの検
   知エレメント部に該当する部位に開口を設けるととも
   に、上記ベースＩの中央部に上記開口と連通する開口を
   形成していることを特徴とするサーミスタ薄膜素子。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のサーミスタ薄膜素子
   と、該サーミスタ薄膜素子のサーミスタ薄膜がベースII
   の中央垂線に位置するようにサーミスタ薄膜素子のベー
   スＩを９０°の角度に立設して固着し、かつ上記サーミ
   スタ薄膜素子を外部に対して電気的に接続するためのリ
   ード線とを備えたベースIIと、該ベースII上に固着さ
   れ、上記サーミスタ薄膜素子を覆う外装ケースとを備
   え、 上記外装ケースには、サーミスタ薄膜素子のベースＩの
   中央部に設けた開口及び赤外線吸収膜に対応し、相互に
   正反対にあたる位置に、一対の開口部が設けられている
   とともに該各開口部に干渉フィルタが設けられ、その内
   壁面にベースＩの両端縁部をスライド状態で支持するた
   めのガイド溝が設けられていることを特徴とする人体熱
   検知器。