JPH05118917A

JPH05118917A - 赤外線検出器

Info

Publication number: JPH05118917A
Application number: JP3309661A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ito; 聡伊藤; Mitsuhiro Murata; 充弘村田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1991-10-29
Filing date: 1991-10-29
Publication date: 1993-05-14

Abstract

(57)【要約】【目的】装置構成が簡易で組み立て製造の容易な赤外
線検出器を安価に提供する。【構成】焦電セラミック基板16の表裏両面に電極17を
形成し、赤外線透過窓25方向の電極上に黒化膜18を形成
して赤外線感知素子11と成し、この焦電セラミック基板
16の回路パターン上に接合型ＦＥＴ８等の回路素子を接
続して赤外線検出回路を構成する。赤外線感知素子11お
よび回路を含む領域を赤外線透過高分子材料23によって
被覆し、さらに赤外線透過高分子材料23の外側を赤外線
非透過性の外皮層24によって被覆する。この外皮層24を
切断線26に沿ってカットし、黒化膜18の対向位置に赤外
線透過高分子材料23を露出し、この露出部を赤外線透過
窓25として構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人体等の移動体から発
せられる赤外線を感知する赤外線検出器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、人間の室内侵入を検出する装置と
して焦電型の赤外線検出器が広く使用されている。この
焦電型の赤外線検出器は、人体から発せられる赤外線を
感知する赤外線感知素子を備えており、この赤外線感知
素子から出力される赤外線検出信号を利用して防犯等の
管理が行われている。

【０００３】図５にはこの種の一般的な赤外線検出器の
構造が示されており、また、図４には赤外線検出器の等
価回路が示されている。これらの図において、ステム１
の上側に基板６が固定されており、このステム１には、
アース端子３と、出力端子４と、電源端子５とが挿通固
定されており、アース端子３と出力端子４と電源端子５
の先端側には基板６が挿通固定されている。この基板６
の上端面は左右両端縁側から中央側に向かうにつれて低
下する凹面となっており、さらに凹面の中央に接合型Ｆ
ＥＴ（電解効果トランジスタ）８を収納固定できる穴が
空いている。この基板６の凹面中央平坦底部にはリーク
抵抗が固定されており、接合型ＦＥＴ８が凹面の中央の
穴に収納固定されている。

【０００４】前記基板６の左右両端縁には電極10を介し
て赤外線感知素子11が配置固定され、ステム１上に図４
に示す等価回路が形成されている。この赤外線感知素子
11は焦電体の基板上に赤外線を吸収する一対の黒化膜12
を配設することによって形成されている。

【０００５】前記ステム１には金属のカバー13が被せら
れており、このカバー13の基端側とステム１との接触面
はハーメチックシール等により気密に接続されている。

【０００６】カバー13の中央部には開口14が形成されて
おり、この開口14はシリコンやゲルマニウム等の光学フ
ィルタ15によって気密に閉鎖されている。

【０００７】この種の赤外線検出器において、人体等の
移動体から赤外線が光学フィルタ15を通して黒化膜12に
入射すると、赤外線感知素子の分極状態が変化し、この
分極状態の変化に応じた電流が発生し、この電流は前記
等価回路によりインピーダンス変換されて出力端子４か
ら赤外線検出信号として取り出され、防犯等の管理に供
されるのである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
赤外線検出器は、センサの回路構成部分をステム１とカ
バー13で覆う構成であるため、この組み立てを行う装置
構成が複雑化し、装置も大型化するという問題がある。

【０００９】また、赤外線感知素子の信号を取り出す際
に、カバー13で覆われる内部空間が湿気を帯びると、赤
外線感知素子のインピーダンスが変化し、センサから取
り出される検出信号がばらつく等して信頼性が損なわれ
るという問題が生じる。このような問題を解消するため
には、カバー13の内部空間に湿気を帯びないように、例
えば、窒素ガスや不活性ガスを封入し、このガス封入状
態でカバー13とステム１とをハーメチックシールで接合
しなければならず、その作業工程が非常に複雑化し、装
置組み込みの作業性が悪くなり、必然的に生産性も悪く
なるという問題があった。

【００１０】さらに、赤外線を導入する光学フィルタ15
を材料コストの高いゲルマニウムやシリコンで構成して
いるため、装置コストが高価になるという問題があっ
た。

【００１１】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、装置構成が簡易で装
置組み立ての容易化と生産性アップを図ることができ、
その上、安価に提供することができる赤外線検出器を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、赤外線感知量に対応した赤外線検出信号を出力
する焦電体の赤外線感知素子を含む赤外線検出器におい
て、前記赤外線感知素子は赤外線透過高分子材料によっ
て被覆されるとともに、この赤外線透過高分子材料の外
側は赤外線非透過性の外皮層によって被覆されており、
この外皮層は前記赤外線感知素子との対向部位が局部的
に除去され、この外皮層の局部除去部位は赤外線透過窓
となっていることを特徴として構成されている。

【００１３】

【作用】上記構成の本発明において、人体から発せられ
る赤外線は赤外線透過窓から赤外線透過高分子材料を通
って赤外線感知素子に導かれる。

【００１４】この赤外線感知素子は赤外線を受けて分極
状態を変化し、従来例と同様に赤外線量の大きさ、つま
り、分極状態の変化の大きさに応じた電流を発生し、こ
の電流はインピーダンス変換され、赤外線検出信号とし
て外部へ出力される。

【００１５】この赤外線検出に際し、赤外線感知素子は
赤外線透過高分子材料によって被覆封止されているの
で、赤外線感知素子が湿気の影響を受けてインピーダン
スが変動するということがなくなり、赤外線の安定した
検出信号が出力されることとなる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１および図２には本発明に係る赤外線検出器の
一実施例の構成が示されている。これらの図において、
焦電セラミック基板16は、良好な焦電特性と、ハンダ付
けに充分耐え得るキュリー点と、１〜５×10¹¹Ωの絶縁
抵抗を有するように構成され、この実施例では第３成分
にマンガンニオブ酸鉛を構成するチタン酸ジルコン酸鉛
Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ₃−Ｐｂ（ＭｎＮｂ）Ｏ₃を使用
し、キュリー点320 ℃，絶縁抵抗を基板厚み100 μｍで
２×10¹¹Ω，焦電係数4.15×10^-8ｃ／cm²°Ｋ，比誘電
率460 の焦電セラミック基板16と成し、この基板16の両
面にＡｇが蒸着によって成膜された後、電圧印加によっ
て２〜４Ｋｖ／ｍで分極処理されている。そして、Ａｇ
の成膜上に回路のパターニングが行われた後、この焦電
セラミック基板16の上下両側の同位置に電極17が形成さ
れており、下側の電極17上に赤外線吸収体として、一対
の黒化膜18が形成されている。そして、焦電セラミック
基板16の回路パターン20上に接合型ＦＥＴ８が載置固定
され、図４に示すような等価回路が形成されている。こ
の実施例では、焦電セラミック基板16自体が分極されて
おり、電極17と黒化膜18と一体化することで、赤外線感
知素子11として機能している。また、この焦電セラミッ
ク基板16自体の抵抗を、図４の等価回路Ａ−Ｂ間のリー
ク抵抗７として構成している。そして、回路パターン20
の各端子ランド22ａ，22ｂ，22ｃの対応位置にはアース
端子３と出力端子４と電源端子５とがそれぞれ接続固定
されている。

【００１７】これら、電極17，黒化膜18と回路パターン
20と接合型ＦＥＴ８とのセンサ等価回路が形成された焦
電セラミック基板16の全体は赤外線透過高分子材料23に
よってほぼ0.5 mmの厚さで覆われている。この赤外線透
過高分子材料23は赤外線の波長領域に透過帯を持ち、低
密度で熱伝導率の低い例えば、平均炭素数20〜50程度の
鎖状炭化水素やナフテン系炭化水素を主成分とする飽和
炭化水素の混合物等によって構成されており、この実施
例ではその分子量を900 以下にしている。

【００１８】この赤外線透過高分子材料23の外側は赤外
線非透過性のエポキシ樹脂等の外皮層24によって被覆さ
れている。そして、この外皮層24は、前記赤外線感知素
子11の表裏一方側と対向する位置、この実施例では黒化
膜18側と対向する位置で局部的に切断によって除去さ
れ、この局部切断面で、前記赤外線透過高分子材料23が
露出し、この露出部が赤外線透過窓25となっている。

【００１９】次に、本実施例の赤外線検出器の製造方法
の一例を説明する。まず、焦電セラミック基板16の表裏
両面のラッピング研摩が行われ、セラミック基板はほぼ
0.7mm厚から約0.15mmの薄板平坦面に仕上げられる。そ
して、焦電セラミック基板16の表裏両面の全域に亘り銀
等の導体膜が蒸着等により形成され、然る後に、焦電セ
ラミック基板16の表裏両側から電圧が印加されて分極が
行われる。次に、焦電セラミック基板16の銀蒸着表面に
レジスト印刷とエッチング処理を行うことにより回路パ
ターン20が形成される。そして、この回路パターン20の
所定の位置に黒化膜18が印刷され、焦電セラミック基板
16自体が赤外線感知素子11として構成される。

【００２０】次に、接合型ＦＥＴ８とアース端子３と出
力端子４と電源端子５とがハンダ付け等により回路パタ
ーン20に接続されて赤外線の検出等価回路が焦電セラミ
ック基板16上に形成される。この実施例では、前記した
如く、図４に示す等価回路中のリーク抵抗体７は焦電セ
ラミック基板16自体の抵抗を利用しているので、リーク
抵抗器は外付けされていない。

【００２１】前記焦電セラミック基板16に図４に示すよ
うな等価回路が形成された後、赤外線透過高分子材料中
に浸漬することで、焦電セラミック基板16は前記等価回
路とともに赤外線透過高分子材料23によって被覆され
る。そして必要に応じ、黒化膜18側に赤外線透過高分子
材料23をさらに点滴して黒化膜18の上側（図２では下
側）に赤外線透過高分子材料23を盛り上げ形成する。

【００２２】次に、赤外線透過高分子材料23を乾燥硬化
した後、焦電セラミック基板16を不透明な顔料入りのエ
ポキシ樹脂中にディッピングして赤外線透過高分子材料
23の外側に外皮層24を形成する。次に、前記赤外線透過
高分子材料23の盛り上げ部の先端側で外皮層24を切断線
26に沿ってカットすることにより、黒化膜18に対向する
局部部位に赤外線透過高分子材料23が露出し、赤外線透
過窓25が形成され、目的とする赤外線検出器が作製され
るのである。この作製された赤外線検出器の特性を測定
したところ、赤外線感知素子11の受光面積２×１mmで感
度Ｒｎ（500 °Ｋ，１Hz）＝860 Ｖ／Ｗ，等価雑音パワ
ーＮＥＰ＝5.2 ×10^-8Ｗと従来のガス封止タイプの赤外
線検出器と同等の特性が得られた。なお、外部ノイズを
より低減するには、外皮層24の外側に金属メッキを施す
ことが望ましい。

【００２３】この実施例の赤外線検出器によれば、焦電
セラミック基板16に形成される等価回路は封止剤として
優れた赤外線透過高分子材料23により被覆されるので、
赤外線感知素子11等の回路部分が湿気の影響を受けるこ
とがないので、湿気によってインピーダンスが変動する
ということがなく、また、本実施例の赤外線透過高分子
材料23は熱伝導率が低いので、直接赤外線感知素子11上
にコーティングしても大量の熱が逃げたりすることがな
いから、赤外線センサとしての性能を損なうことがな
く、従来例の窒素ガスや不活性ガスを密閉したタイプの
赤外線検出器と遜色のない赤外分光透過特性を得ること
ができる。この効果を確かめるために、発明者等は赤外
線透過高分子材料23として分子量400 ，700 ，900 ，10
00，2000，4000の材料を用いたそれぞれの赤外線検出器
を作製し、その赤外線の分光透過特性を求めたところ、
いずれも図３に示すような良好な結果が得られた。通
常、赤外線検出器は波数が1000の近辺で使用されるが、
この波数の領域における赤外線の透過率はほぼ一定とな
っており、従来例のガス密閉タイプの赤外線検出器と同
等の特性が得られることを実証することができた。

【００２４】また、本発明者は前記赤外線の分光透過特
性とともに赤外線透過高分子材料の密着性についても調
べてみた。この結果、赤外線透過高分子材料23をディッ
ピングして乾燥硬化したときの密着性は分子量が900 以
下の材料で極めて良い濡れ性と密着性を示したが、分子
量が1000以上の場合には赤外線透過高分子材料23の収縮
が大きくなり、密着せずに剥がれてしまうものも生じ、
これらのことから、特に、分子量900 以下の赤外線透過
高分子材料を用いることにより前記赤外線の分光透過特
性と密着性をともに満足する好適な赤外線検出器を得る
ことができることがわかった。

【００２５】さらに、本実施例の赤外線検出器によれ
ば、赤外線透過高分子材料23として従来例の赤外線透過
窓に使用するゲルマニウムやシリコン等の高価な材料を
使う必要がなく、価格の安い鎖状炭化水素やナフテン系
炭化水素を主成分とする飽和炭化水素の混合物によって
形成することができるので、装置コストの大幅な低減化
を図ることができる。

【００２６】さらに、その製造も、等価回路が形成され
た焦電セラミック基板16を赤外線透過高分子材料23中に
ディッピングし、引き続き、エポキシ樹脂中にディッピ
ングする簡単な作業を行うだけでよいので、装置製造の
容易化と作業効率を飛躍的に高めることが可能となる。

【００２７】さらに、この実施例では焦電セラミック基
板16自体を赤外線感知素子11として機能させ、しかも、
図４に示す等価回路中のリーク抵抗器を焦電セラミック
基板16自体の抵抗値を利用しているので、部品点数も少
なくすることができ、併せて、装置構成の大幅な簡易化
が達成できることとなる。

【００２８】さらに、本実施例の赤外線検出器は、実際
の製造組立に際しては、フープ状のリード端子に、順
に、焦電セラミック基板16の取り付け、接合型ＦＥＴ８
の取り付け、赤外線透過高分子材料23のディッピングと
点滴、外皮層21のディッピング形成、開口面カットによ
る赤外線透過窓25の形成等の各工程を自動機を用いて組
み立てることができ、量産を行う上で非常に有利であ
る。

【００２９】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では焦電セラミック基板16自体を赤外線感知素子
11として構成したが、この焦電セラミック基板16を通常
の絶縁基板によって形成し、この絶縁基板とは別個に焦
電性能を有するエレメント基板を設け、このエレメント
基板に黒化膜18を形成して赤外線感知素子として構成
し、この赤外線感知素子を赤外線透過高分子材料23によ
って被覆するようにしてもよい。

【００３０】また、上記実施例では赤外線透過高分子材
料23を飽和炭化水素の混合物によって構成したが、それ
以外にも、変性ポリエチレン等の他の赤外線透過高分子
材料を用いて構成することができる。

【００３１】さらに、外皮層24もエポキシ樹脂以外の様
々な赤外線非透過性の材料を用いて形成することができ
る。

【００３２】さらに、上記実施例では赤外線吸収体（熱
変換膜）を黒化膜によって形成したが、それ以外の例え
ばＮｉＣｒの薄膜等によって形成してもよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、赤外線感知素子を赤外線透過
高分子材料によって被覆する構成としたものであるか
ら、従来例のように窒素ガスや不活性ガスを使用すると
いうことなく湿気防止を図ることができ、ガス封止タイ
プの従来例のものと遜色のない優れた赤外分光透過特性
を持つ赤外線検出器を提供することができる。

【００３４】また、本発明の赤外線検出器は前記赤外線
透過高分子材料をディッピングや点滴により形成し、そ
の外側に赤外線非透過性の外皮層をディッピング等によ
り形成できる構造であるので、装置構成が非常に簡易化
され、装置の小型化を図ることができるとともに、装置
製造の作業効率を高めることが可能となる。

【００３５】さらに、高価なゲルマニウムやシリコンを
用いて赤外線透過窓を形成する必要がなく、安価な赤外
線高分子材料を窓材として機能させることができるの
で、装置コストの低減化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る赤外線検出器の一実施例を平面側
から見た模式構成図である。

【図２】図１のＡ−Ａ模式断面図である。

【図３】同実施例装置の赤外線の分光透過特性のグラフ
である。

【図４】赤外線検出器の等価回路図である。

【図５】従来の赤外線検出器の断面構造の説明図であ
る。

【符号の説明】

11 赤外線感知素子 18 黒化膜 23 赤外線透過高分子材料 24 外皮層 25 赤外線透過窓

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】赤外線感知量に対応した赤外線検出信号
を出力する焦電体の赤外線感知素子を含む赤外線検出器
において、前記赤外線感知素子は赤外線透過高分子材料
によって被覆されるとともに、この赤外線透過高分子材
料の外側は赤外線非透過性の外皮層によって被覆されて
おり、この外皮層は前記赤外線感知素子との対向部位が
局部的に除去され、この外皮層の局部除去部位は赤外線
透過窓となっていることを特徴とする赤外線検出器。