JP3289677B2

JP3289677B2 - 赤外線センサ

Info

Publication number: JP3289677B2
Application number: JP16138698A
Authority: JP
Inventors: 藤聡伊; 宮勇若
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-05-25
Filing date: 1998-05-25
Publication date: 2002-06-10
Anticipated expiration: 2018-05-25
Also published as: CN1237000A; SG81990A1; JPH11337406A; US6580077B2; US20020175285A1; CN1147936C; DE19923960C2; DE19923960A1

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、防犯装置などに組み込まれて人間な
どを検知するために用いられる赤外線センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１４は従来の赤外線センサの一例を示
す斜視図であり、図１５はその分解斜視図である。赤外
線センサ１は、金属製のステム２を含む。ステム２に
は、アイレットとよばれる段差部２ａが形成される。さ
らに、ステム２には貫通孔が形成され、貫通孔には３つ
のリード端子３ａ，３ｂ，３ｃが挿通される。２つのリ
ード端子３ａ，３ｂは、ステム２と熱膨張係数のほぼ等
しい絶縁ガラス４で封止され、リード端子３ａ，３ｂが
固定されるとともにステム２と電気的に絶縁される。ま
た、アース用のリード端子３ｃは、半田付けや圧入など
によって、ステム２と電気的に接続されるように固定さ
れる。

【０００３】ステム２の段差部２ａの上には、回路基板
５が配置される。回路基板５は、絶縁材料で形成され、
電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）６などによって後述
の焦電素子に発生する電荷を信号に変換するための変換
回路が形成される。この変換回路は、ステム２の段差部
２ａ上に突出したリード端子３ａ，３ｂ，３ｃに接続さ
れる。さらに、回路基板５の上には、支持台７を介し
て、焦電素子８が配置される。この焦電素子８が、回路
基板５に形成された変換回路に接続される。そして、焦
電素子８を覆うようにして、金属製のキャップ９が被せ
られる。キャップ９には窓が形成され、この窓には光学
フィルタ９ａが取り付けられる。この光学フィルタ９ａ
を通して、外部の赤外線が焦電素子８に伝達される。キ
ャップ９は、電気溶接によってステム２に固着される。
これらのステム２およびキャップ９によって、電磁シー
ルドが施され、外部からのノイズによる変換回路への影
響が防止される。

【０００４】この赤外線センサ１では、キャップ９の窓
部から入力された赤外線によって、焦電素子８に電荷が
発生し、この電荷が変換回路によって信号に変換され
る。したがって、赤外線センサ１の出力信号を測定する
ことにより、人間などの動きを感知することができる。
この赤外線センサ１では、焦電素子８の焦電効果を熱
的、電磁気的に有効に利用するため、高インピーダンス
変換系の安定化を図るために、ステム２とキャップ９と
で密閉性を保つとともに、電磁シールドによって外乱ノ
イズによる影響を抑えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような赤外線セン
サに用いられるステムは、製法上、精度を要する工法で
作製されるため、高価であった。また、ステムの内側に
突き出しているリード端子が、周波数の高い外部からの
ノイズの影響でインダクタンス分となり、ノイズが高イ
ンピーダンス系に電圧として誘起され、赤外線センサと
して誤動作の原因となる。

【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、簡
単に製造することができ、外乱ノイズの影響が小さく、
高インピーダンス系の安定化を図ることができ、誤動作
の少ない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、ステムと、
ステムの一方側に配置される焦電素子と、焦電素子に生
じる電荷を信号に変換するための変換回路と、ステムの
他方側に延びるように形成され、変換回路に電気的に接
続される複数のリード端子とを含み、リード端子は、か
しめによって先端部および先端からステムの厚みだけ離
れた位置においてそれぞれ潰された部分でステムを挟む
ことによりステムに固定される、赤外線センサである。
この赤外線センサにおいて、ステムは絶縁材料で形成さ
れ、ステムの一方面上に変換回路が形成される。また、
ステムは単層あるいは多層に形成され、ステムの少なく
とも片面に電磁シールドのためのグランド電極が形成さ
れる。さらに、ステムの一方側に被せられる導電材料で
形成されたケースを含み、ケースとステムとは導電性樹
脂接着剤によって封止接着される。

【０００８】リード端子の先端部と中間部とをかしめに
よって潰し、これらの潰された部分でステムを挟むこと
によって、リード端子がステムに固定されるとともに、
ステムに形成されたリード端子挿通用の孔が封止され
る。また、リード端子をかしめることにより、ステムの
一方側においては、リード端子が延びるように形成され
ず、外乱ノイズによってステムの内側のリード端子に電
圧が発生しにくくなる。ステムを絶縁材料で形成し、そ
の一方面上に変換回路を形成することにより、別部材と
しての回路基板が不要となり、赤外線センサの小型化を
図ることができる。また、ステムにグランド電極を形成
することにより、電磁シールド効果を得ることができ、
外乱ノイズの影響を小さくすることができる。なお、グ
ランド電極は、ステムの片面または両面に形成すること
ができ、ステムを多層に形成する場合には、ステムの１
つの層または複数の層にグランド電極を形成することが
できる。さらに、ステムの一方側にケースを被せること
により、導電性樹脂接着剤でケースとステムとが封止さ
れ、しかも、かしめられたリード端子によりステムが封
止されるため、焦電素子および変換回路の密閉を確実な
ものにすることができる。そして、キャップを導電材料
で形成することにより、ステムに形成されたグランド電
極とともに、優れた電磁シールド効果を得ることができ
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実施例の詳
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る。赤外線センサ１０は、たとえ
ば四角形状のステム１２を含む。ステム１２は、たとえ
ば絶縁性セラミックやガラスエポキシ樹脂などの絶縁材
料で形成される。ステム１２には、図２および図３に示
すように、３つの貫通孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃが形成
される。さらに、ステム１２の一方面上には、後述の焦
電素子に発生する電荷を信号に変換するための変換回路
１６が形成される。変換回路１６を形成するために、ス
テム１２の一方面上に、複数の電極１８ａ，１８ｂ，１
８ｃ，１８ｄが形成される。

【００１１】電極１８ａは、ステム１２の一方面上にお
いて、ステム１２の外周部に沿って周回するように形成
され、貫通孔１４ｃ部分に延びるように形成される。さ
らに、電極１８ａは、貫通孔１４ｃ部分から２つの方向
に延びるように形成される。また、電極１８ａは、貫通
孔１４ａ，１４ｂ間において、ステム１２の中央部に向
かって突出するように形成される。電極１８ｂ，１８
ｃ，１８ｄは、ステム１２の中央部において、互いに近
接するように形成される。そして、電極１８ｂは、貫通
孔１４ａ部分に延びるように形成され、さらに電極１８
ａの突出部に対向する位置まで延びるように形成され
る。また、電極１８ｃは、貫通孔１４ｂ部分に延びるよ
うに形成され、さらに電極１８ａの突出部に対向する位
置まで延びるように形成される。また、電極１８ｄは、
貫通孔１４ｃ部分から延びた電極１８ａに対向する位置
まで延びるように形成される。さらに、ステム１２の他
方面上には、貫通孔１４ａ，１４ｂの周囲を除いて、全
面にグランド電極２０が形成される。なお、電極孔１４
ｃの内面には電極が形成され、ステム１２の一方面側の
電極１８ａと他方面側のグランド電極２０とが接続され
る。

【００１２】貫通孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃには、それ
ぞれリード端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃが挿通される。
リード端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、ステム１２の両
面において、かしめることによって固定される。この場
合、たとえばリード端子２２ａについて説明すると、図
４に示すように、リード端子２２ａが貫通孔１４ａに挿
通される。このとき、ステム１２の他方面側において、
リード端子２２ａがチャック金型２４によって保持され
る。次に、図５に示すように、ステム１２の一方面側に
おいて、パンチ金型２６によってリード端子２２ａの先
端部が潰される。さらに、図６に示すように、ステム１
２の他方面側において、リード端子２２ａは、ステム１
２の他方面から間隔を隔てた位置でチャック金型２４に
保持される。そして、図６に示すように、パンチ金型２
４で潰されたリード端子２２ａの先端部を押さえた状態
で、チャック金型２４をステム１２側に押すことによ
り、ステム１２の他方面側においてリード端子２２ａが
潰される。このようにして、リード端子２２ａはステム
１２の両面側で潰され、リード端子２２ａがステム１２
に固定されるとともに、貫通孔１４ａが封止される。

【００１３】他のリード端子２２ｂ，２２ｃについて
も、同様にして、貫通孔１４ｂ，１４ｃに固定される。
貫通孔１４ａ，１４ｂは、それぞれ電極１８ｂ，１８ｃ
形成部分にあるため、リード端子２２ａ，２２ｂは、電
極１８ｂ，１８ｃに電気的に接続される。また、貫通孔
１４ｃは電極１８ａ形成部分にあるため、リード端子２
２ｃは、電極１８ａに電気的に接続される。このとき、
電極１８ａとグランド電極２０とが接続されているた
め、リード端子２２ｃはグランド電極２０にも接続され
る。

【００１４】ステム１２の一方面側の中央部には、電界
効果型トランジスタ（ＦＥＴ）２８が取り付けられる。
ＦＥＴ２８のドレインおよびソースは、それぞれ電極１
８ｂ，１８ｃに接続され、ゲートは電極１８ｄに接続さ
れる。さらに、貫通孔１４ｃの近傍において、電極１８
ａと電極１８ｄとの間には、リーク抵抗３０が接続され
る。また、貫通孔１４ａ，１４ｂの間において、電極１
８ａ，１８ｂ間および電極１８ａ，１８ｃ間には、それ
ぞれバイパスコンデンサ３２ａ，３２ｂが接続される。
さらに、貫通孔１４ｃから延びる電極１８ａには導電材
料で形成された接続部材３４ａが形成され、電極１８ｄ
の中間部には導電材料で形成された接続部材３４ｂが形
成される。これらの接続部材３４ａ，３４ｂ間に、焦電
素子３６が取り付けられる。

【００１５】焦電素子３６は、図８に示すように、板状
の焦電体３８を含む。焦電体３８は、たとえば、チタン
酸ジルコン酸鉛などの材料で形成される。焦電体３８の
一方面上には、互いに間隔を隔てて、電極４０ａ，４０
ｂが形成される。これらの電極４０ａ，４０ｂは、細い
電極４２によって接続される。さらに、焦電体３８の他
方面上には、電極４０ａ，４０ｂに対向する位置に、電
極４４ａ，４４ｂが形成される。そして、焦電体３８の
他方面上の電極４４ａ，４４ｂが、導電性樹脂接着剤４
６によって、接続部材３４ａ，３４ｂに接着される。し
たがって、焦電素子３６が接続部材３４ａ，３４ｂに固
定されるとともに、電極４４ａ，４４ｂは接続部材３４
ａ，３４ｂに電気的に接続される。

【００１６】さらに、ステム１２の一方面側には、変換
回路１６および焦電素子３６を覆うようにして、キャッ
プ４８が被せられる。キャップ４８は、金属などの導電
材料で形成される。キャップ４８の中央部には貫通孔が
形成され、この貫通孔部分に光学フィルタ５０が取り付
けられる。光学フィルタ５０は、外部からの赤外線を透
過し、焦電素子３６に伝達するためのものである。この
キャップ４８が、導電性樹脂接着剤５２によって、ステ
ム１２の電極１８ａに接着される。この導電性樹脂接着
剤５２によって、キャップ４８がステム１２に固定され
るとともに、キャップ４８が電極１８ａおよびグランド
電極２０に電気的に接続される。

【００１７】この赤外線センサ１０は、図９に示すよう
な回路を有する。つまり、焦電素子３６は、電極４４
ａ，４４ｂからみて、互いに逆向きに分極された焦電体
が直列に接続されたデュアル型の焦電素子となる。そし
て、焦電素子３６の電極４４ａ，４４ｂの間にはリーク
抵抗３０が接続されるとともに、電極４４ａはリード端
子２２ｃに接続され、電極４４ｂはＦＥＴ２８のゲート
に接続される。また、ＦＥＴ２８のドレインおよびソー
スは、それぞれリード端子２２ａ，２２ｂに接続され
る。さらに、ＦＥＴ２８のドレインおよびソースとリー
ド端子２２ｃとの間には、バイパスコンデンサ３２ａ，
３２ｂが接続される。

【００１８】この赤外線センサ１０では、光学フィルタ
５０から赤外線が入射されると、焦電素子３６に電荷が
発生する。この電荷がリーク抵抗３０によって電圧に変
換され、この電圧がＦＥＴ２８のゲートに入力される。
ＦＥＴ２８のドレインにはリード端子２２ａを介して電
源が接続され、ゲートに入力された電圧に対応した信号
が、ソースから出力される。したがって、リード端子２
２ｂからの出力信号を測定することにより、赤外線セン
サ１０に入力された赤外線の変化を検出することができ
る。

【００１９】この赤外線センサ１０では、リード端子２
２ａ，２２ｂ，２２ｃは、ステム１２の両面でかしめる
ことによって固定され、かつステム１２の貫通孔１４
ａ，１４ｂ，１４ｃが封止されている。そのため、従来
の赤外線センサのように、リード端子を封止ガラスで固
定，封止をする場合に比べて、リード端子２２ａ，２２
ｂ，２２ｃの取り付けを簡単に行うことができる。ま
た、リード端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、かしめるこ
とによってステム１２に取り付けられているため、ステ
ム１２の一方面側においては、リード端子２２ａ，２２
ｂ，２２ｃが長く延びていない。そのため、従来の赤外
線センサのように、外乱ノイズによって、内部における
リード端子部分にインダクタンスが発生しにくくなって
おり、リード端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃに発生するイ
ンダクタンスによって赤外線センサ１０に与えられる影
響が少ない。そのため、赤外線センサ１０の誤動作を防
止することができる。

【００２０】また、リード端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ
をかしめることによりステム１２の貫通孔１４ａ，１４
ｂ，１４ｃが封止され、かつステム１２とキャップ４８
とが導電性樹脂接着剤５２で封止されているため、焦電
素子３６と変換回路１６とは密閉された状態となる。し
かも、キャップ４８は導電材料で形成され、導電性樹脂
接着剤５２によってステム１２の一方面の外周部に沿っ
て形成された電極１８ａに接続されており、さらに電極
１８ａとグランド電極２０とが接続されているため、電
磁シールド効果を得ることができる。したがって、外乱
ノイズの影響を抑えることができる。

【００２１】また、ステム１２が絶縁材料で形成され、
その一方面上に変換回路１６が形成されているため、従
来の赤外線センサのように、変換回路を形成した回路板
を組み込む必要がない。そのため、内部のスペースを小
さくすることができ、赤外線センサ１０の小型化を図る
ことができる。このように、回路基板を組み込む必要が
ないため、ステム１２の形状を精密に加工する必要がな
く、またリード端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃの取り付け
も簡単である。したがって、赤外線センサ１０の製造が
容易となり、安価に赤外線センサ１０を提供することが
できる。

【００２２】さらに、赤外線センサ１０としては、図１
０および図１１に示すような構造とすることもできる。
この赤外線センサ１０では、絶縁材料で形成されたステ
ム１２の一方面の外周に沿って、電極６０ａが形成され
る。電極６０ａは、貫通孔１４ｃ部分に延びるように形
成され、さらに貫通孔１４ｃ部分から一方向に延びるよ
うに形成される。この赤外線センサ１０においても、貫
通孔１４ｃの内面に電極が形成され、電極６０ａとグラ
ンド電極２０とが接続される。また、貫通孔１４ａ，１
４ｂの間において、電極６０ｂ，６０ｃ，６０ｄが、互
いに近接するように形成される。電極６０ｂは、貫通孔
１４ａ部分に延びるように形成され、電極６０ｃは、貫
通孔１４ｂ部分に延びるように形成される。また、電極
６０ｄは、貫通孔１４ｃ部分から延びた電極６０ａに対
向する位置まで延びるように形成される。

【００２３】この赤外線センサ１０においても、貫通孔
１４ａ，１４ｂ，１４ｃには、かしめることによってリ
ード端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃが取り付けられてい
る。貫通孔１４ａ，１４ｂの間には、ＦＥＴ２８が配置
され、電極６０ｂにドレインが接続され、電極６０ｃに
ソースが接続され、電極６０ｄにゲートが接続される。
さらに、電極６０ａ，６０ｄの対向する部分には、焦電
素子３６が取り付けられる。このとき、導電性樹脂接着
剤４６によって、ＦＥＴ２８の電極４４ａ，４４ｂがス
テム１２の電極６０ａ，６０ｄに接続される。そして、
変換回路１６および焦電素子３６を覆うようにして、キ
ャップ４８がステム１２の一方面上に被せられる。この
赤外線センサ１０では、図１２に示すような回路が得ら
れる。この赤外線センサ１０では、図２に示すような部
品としての抵抗を取り付けていないが、焦電素子３６自
体の固体抵抗をリーク抵抗として利用している。

【００２４】この赤外線センサ１０では、図２に示す赤
外線センサ１０と同様の効果を得ることができる。さら
に、ＦＥＴ２８が貫通孔１４ａ，１４ｂの間に配置さ
れ、ステム１２の中央部に配置されていないため、焦電
素子３６を中央部に配置しても、焦電素子３６とステム
１２との間にはＦＥＴ２８がない。そのため、焦電素子
３６を取り付けるための接続部材が不要であり、赤外線
センサ１０の低背化を図ることができる。

【００２５】なお、ステム１２にキャップ４８を被せる
ときに、図１３に示すように、ステム１２の側部を覆う
ようにしてもよい。この場合、導電性樹脂接着剤６２に
よって、キャップ４８とステム１２のグランド電極２０
とが電気的に接続される。このようにすることによっ
て、変換回路１６および焦電素子３６の周囲が連続した
導電材料で覆われることとなり、良好な電磁シールド効
果を得ることができる。また、ステム１２は、多層とな
るように形成してもよい。この場合、内部に１層または
複数層の電極層を形成し、これらの電極層をグランド電
極２０に接続することにより、より優れた電磁シールド
効果を得ることができる。

【００２６】

【発明の効果】この発明によれば、かしめることによっ
てリード端子がステムに固定されるため、リード端子の
取り付けが簡単である。また、リード端子をかしめるこ
とにより、ステムの貫通孔が封止され、さらにステム上
にキャップを被せて導電性樹脂接着剤などで封止するこ
とにより、内部の焦電素子および変換回路を密封するこ
とができる。また、ステムにグランド電極を形成し、キ
ャップを導電材料で形成することにより、電磁シールド
効果を得ることができ、外乱ノイズによる影響を少なく
することができる。さらに、リード端子をかしめること
により、内部においてリード端子が長く延びたりせず、
内部におけるリード端子部分にインダクタンスが発生し
にくくなり、赤外線センサの誤動作を防ぐことができ
る。また、ステムを絶縁材料で形成し、ステム上に変換
回路を形成することにより、別部材としての回路基板が
不要となり、赤外線センサの小型化を図ることができ
る。さらに、ステムの形状を精密に加工する必要がな
く、赤外線センサを安価に提供することができる。

【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平面図解
図である。

【図３】図１に示す赤外線センサの断面を示す図解図で
ある。

【図４】チャック金型で保持したリード端子をステムの
貫通孔に通した状態を示す図解図である。

【図５】図４に示すステムの一方面側においてリード端
子の先端部を潰した状態を示す図解図である。

【図６】ステムの他方面から間隔を隔てた位置におい
て、リード端子をチャック金型で保持した状態を示す図
解図である。

【図７】ステムの他方面側において、リード端子を潰し
た状態を示す図解図である。

【図８】図１ないし図３に示す赤外線センサに用いられ
る焦電素子の一例を示す平面図解図である。

【図９】図１ないし図３に示す赤外線センサの回路図で
ある。

【図１０】この発明の赤外線センサの他の例の内部を示
す平面図解図である。

【図１１】図１０に示す赤外線センサの断面を示す図解
図である。

【図１２】図１０および図１１に示す赤外線センサの回
路図である。

【図１３】キャップの被せ方の他の例を示す図解図であ
る。

【図１４】従来の赤外線センサの一例を示す斜視図であ
る。

【図１５】図１４に示す従来の赤外線センサの分解斜視
図である。

【符号の説明】

１０赤外線センサ１２ステム１４ａ，１４ｂ，１４ｃ貫通孔１６変換回路１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ電極２０グランド電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃリード端子２８ＦＥＴ３０リーク抵抗３２ａ，３２ｂバイパスコンデンサ３４ａ，３４ｂ接続部材３６焦電素子４６導電性樹脂接着剤４８キャップ５２導電性樹脂接着剤６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ電極６２導電性樹脂接着剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平９−205264（ＪＰ，Ａ) 特開平８−153844（ＪＰ，Ａ) 特開平２−129951（ＪＰ，Ａ) 特開平２−303171（ＪＰ，Ａ) 実開平５−19926（ＪＰ，Ｕ) 米国特許3757127（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 1/00 - 1/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ステム、前記ステムの一方側に配置される焦電素子、前記焦電素子に生じる電荷を信号に変換するための変換
回路、および前記ステムの他方側に延びるように形成さ
れ、前記変換回路に電気的に接続される複数のリード端
子を含み、前記リード端子は、かしめによって先端部および先端か
ら前記ステムの厚みだけ離れた位置においてそれぞれ潰
された部分で前記ステムを挟むことにより前記ステムに
固定される、赤外線センサ。
【請求項２】前記ステムは絶縁材料で形成され、前記
ステムの一方面上に前記変換回路が形成された、請求項
１に記載の赤外線センサ。
【請求項３】前記ステムは単層あるいは多層に形成さ
れ、前記ステムの少なくとも片面に電磁シールドのため
のグランド電極が形成された、請求項１または請求項２
に記載の赤外線センサ。
【請求項４】前記ステムの一方側に被せられる導電材
料で形成されたケースを含み、前記ケースと前記ステム
とは導電性樹脂接着剤によって封止接着された、請求項
１ないし請求項３のいずれかに記載の赤外線センサ。