JPH0614934U - 赤外線検出センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 赤外線検出センサの窓材を、性能が良く、か
つ、安価なものにて構成し、赤外線検出精度を高める。 【構成】 ステム１上に、セラミック基台15と焦電体16
ａ，16ｂよりなる焦電素子（赤外線検出素子）５を支持
するセラミック基台２を搭載する。これらを金属製のケ
ース14にて覆い、このケース14の頂壁の中央部分に透過
穴19を形成し、この透過穴19を赤外線透過窓材25により
封鎖して赤外線検出素子５に対向させる。赤外線透過窓
材25を多結晶ゲルマニウムにて構成することにより、人
体等から放出する長波長領域の透過率が向上し、また、
検出対象外の短波長の透過を防ぐ。多結晶ゲルマニウム
は単結晶ゲルマニウムの約１／５の価格で提供できるた
め、安価で検出精度の高い赤外線検出センサを提供でき
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、人体等から発する赤外線を検出する赤外線検出センサに関するもの である。

【０００２】

【従来の技術】

人体等の被検出体から放出される赤外線を検出する赤外線検出センサが自動ド ア等のシステムに広く採用されている。この種の赤外線検出センサは、被検出体 から放出される赤外線の熱量を受けて赤外線検出素子の電気特性が変化し、その 変化に対応する電圧を被検出体の検出信号として出力するものである。

【０００３】 図４には、赤外線検出素子として焦電素子を用いた赤外線検出センサの従来の 一般的な構造が示されている。同図において、ステム１に搭載された低熱伝導性 のセラミック基台２の中央部分を凹部３に形成し、このセラミック基台２に回路 基板としての機能を兼備させてインピーダンス変換回路等の回路を形成するとと もにセラミック基台２の両端部を支持面４として焦電素子５が掛け渡して配設固 定されている。焦電素子５はエレメント基板15を台座として一対の焦電体16ａ， 16ｂを搭載したものからなる。セラミック基台２とステム１には端子11が挿通固 定されており、この端子11を利用してセンサ回路の駆動と、検出信号の取り出し が行われる。

【０００４】 セラミック基台２と焦電素子５は金属製のケース14に覆われ、このケース14の 基端側はステム１に嵌合し、この嵌合状態で、ハーメチックシール等により気密 に固定されており、ケース14の内部空間は真空にされるか、あるいは不活性ガス が封入されている。ケース14の頂壁の中央部分は透過穴19が形成されており、こ の透過穴19は赤外線透過用の窓材25によって気密に閉鎖されている。この窓材25 の表裏両面にはロングパスフィルタ26が設けられている。窓材25は接着剤により ケース14に固定され、さらに導通ペーストによりケース14と導通接続されている 。

【０００５】 この種の焦電素子を用いた赤外線検出センサの動作を以下に示す。人体等の被 検出体から放出される赤外線は赤外線透過用の窓材25を透過して焦電素子５に熱 が加えられて焦電素子５の自発分極状態が変化し、その変化に対応する焦電電流 を高抵抗で電圧として取り出し、インピーダンス変換回路を介した後、この電圧 信号を端子11より被検出体の検出信号として出力する。

【０００６】 この赤外線透過用の窓材25の材料には次のような（ａ）〜（ｅ）の性能を持つ ものが望まれる。

【０００７】 （ａ）人体等から放出される長波長側の領域における透過率が高いこと。これ により赤外線検出センサの人体検出精度を高めることができる。

【０００８】 （ｂ）検出対象ではない短波長側の領域における透過を防御すること。これに より検出対象以外のものを検出しないという赤外線検出センサのブロッキング特 性を良くすることができる。

【０００９】 （ｃ）比熱が小さく、熱伝導率が大きいこと。これにより窓材25自体に熱を蓄 積することを防ぎ、赤外線検出センサが被検出体から放出される赤外線を速やか に感知して検出信号を発し、一方、赤外線の入射がなくなると速やかに検出信号 を停止することができる。

【００１０】 （ｄ）屈折率が大きいこと。これにより赤外線検出センサの検出視野を広める ことができる。

【００１１】 （ｅ）比抵抗値が小さいこと。これにより、金属ケース14と窓材25との導通が 良くなり、耐電磁波シールドとしての機能が優れたものになる。

【００１２】 上記（ａ）〜（ｅ）の性能を全て満たす材料として単結晶ゲルマニウムが知ら れている。そこで以前はこの単結晶ゲルマニウムを窓材25として使用したが、大 変高価なものであるため、最近では、安価な単結晶シリコンが単結晶ゲルマニウ ムに代わって広く用いられている。

【００１３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、単結晶シリコンは、人体等を被検出体とする赤外線検出センサ の窓材25として前記（ａ）〜（ｅ）の性能に劣るため、改善が望まれていた。

【００１４】 本考案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、 窓材に、単結晶ゲルマニウムの特性と遜色がなく、単結晶ゲルマニウムよりも安 価な材料を使用することにより、赤外線検出精度を高め、かつ、センサコストの 安価な赤外線検出センサを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

本考案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、 本考案の赤外線検出センサは、ケース内に赤外線検出素子が収容され、この赤外 線検出素子に対向するケース側には赤外線の透過穴が設けられ、この透過穴に赤 外線透過窓材が設けられている赤外線検出センサにおいて、前記赤外線透過窓材 は多結晶ゲルマニウム材料によって形成されていることを特徴としている。

【００１６】

【作用】

被検出体から放出する赤外線を受けて赤外線検出素子へと透過させる赤外線透 過窓材をゲルマニウムの多結晶体にて形成することにより赤外線検出機能を高め 、装置コストを安価にする。

【００１７】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。図１には、本考案に係る赤 外線検出センサの一実施例が示されている。同図において、従来例との相違点は 窓材25を本実施例の特徴的な多結晶ゲルマニウムにて構成したことである。その 他の構成は従来例と同様である。

【００１８】 次に本実施例で採用している多結晶ゲルマニウムの製造方法について述べる。 この多結晶ゲルマニウムの作製は、フローティングゾーン法により単結晶ゲルマ ニウムを作製する方法と同様の過程において、ただ溶融時間を短縮させる違いの みにて行われる。すなわち、このフローティングゾーン法は、まず、ゲルマニウ ムの粉末を焼き固めてロッド状にし、これを一端側から他端側に向けて熱源を移 動して順次加熱し、溶融状態にする。このときの溶融時間を、単結晶ゲルマニウ ムを作製するときは充分な時間をかけて行うが、多結晶ゲルマニウムを作製する 場合は、単結晶ゲルマニウムの場合の約１／10以下の溶融時間で作製される。

【００１９】 したがって、作製時間が短縮され、作業効率が向上するので、単結晶ゲルマニ ウムの約１／５の価格にて多結晶ゲルマニウムを得ることができる。

【００２０】 この多結晶ゲルマニウムと単結晶シリコンとの性能の違いが図２および図３に 示されている。図２は多結晶ゲルマニウムと単結晶シリコンのそれぞれの透過率 を示しており、図３は多結晶ゲルマニウムと単結晶シリコンのそれぞれの表裏両 面に７μｍロングパスフィルタ26を形成した場合の透過率を示している。

【００２１】 図２により多結晶ゲルマニウムは人体等から放出する７μｍ〜15μｍ等の長波 長側の透過率が高く、また、一定の透過率を約15μｍまで維持しているので、検 出精度が高められる。一方、検出対象外の短波長側では単結晶シリコンが約1.2 μｍを起点として透過しているのに対し、約1.8 μｍを起点として透過するので 誤検出を防止できる。この傾向は図３に示すように多結晶ゲルマニウムと単結晶 シリコンのそれぞれに７μｍのロングパスフィルタ26を形成したときはより一層 顕著に現れる。すなわち、単結晶シリコンの場合は約10μｍ以上の長波長領域に おいて透過率が激減するのに対し、多結晶ゲルマニウムの場合は、減衰が穏やか である。したがって、窓材25に多結晶ゲルマニウムを使用した場合は、単結晶シ リコンを使用する場合に比べて検出対象である長波長側の透過率が良く、かつ、 検出対象外の短波長側の透過を防ぐことができるので、ブロッキング特性が向上 し、検出精度が高まる。

【００２２】 また、多結晶ゲルマニウムは単結晶シリコンに比べて比熱や熱伝導率が窓材25 として優れており、この窓材25自体に熱を蓄積することを防げるため、被検出体 から放出される赤外線の検出を感度良く行うことができ、応答性の良いものとな る。

【００２３】 窓材25を単結晶シリコンにて形成した従来例では、単結晶シリコンの窓材25自 体に熱を蓄積し易く、窓材25を熱源とした２次放射により、誤検出の危険があっ たので、窓材25とエレメント基板15との間隔を0.7 mmと広くとらなければならず 、装置が大型化する問題があった。しかし、本実施例では上記の如く窓材25に熱 を蓄積することはほとんどないので、窓材25とエレメント基板15との間隔を0.4 mmと短縮できるため、装置を小型化できる。また、単結晶シリコンの屈折率が3. 4 であるのに比べて、多結晶ゲルマニウムのそれは4.0 と大きいので、赤外線検 出センサの検出視野が広がり、窓材25の面積を小さくできるため、一層装置を小 型化できる。

【００２４】 さらに、多結晶ゲルマニウムの比抵抗値は単結晶シリコンのそれと比べて約１ ／10と小さいため、窓材25と金属ケース14との導通が良くなり、耐電磁波シール ドとしての機能を充分果たすことができる。

【００２５】 したがって、本実施例の赤外線検出センサによれば、検出精度の高く、応答性 の良い、小型で安価なものを提供できる。

【００２６】 なお、本考案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、赤外線検出素子５として本実施例では焦電素子を使用した場合に て説明したが、その他の赤外線検出素子、例えば、感温抵抗素子等を用いる場合 にも適用できる。

【００２７】

【考案の効果】

本考案は、赤外線検出センサの窓材として優れた性能を有する単結晶ゲルマニ ウムに遜色ない多結晶ゲルマニウムを窓材に用いたものであるから、単結晶シリ コンを窓材に用いたものよりも赤外線検出機能が優れたものとなる。

【００２８】 また、多結晶ゲルマニウムは単結晶ゲルマニウムよりも製造効率良く作製でき るため、安価に得ることができ、生産性に優れ、量産性もより優れたものとなり 、赤外線検出センサを格段に安く提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る赤外線検出センサの一実施例を示
す断面構成図である。

【図２】多結晶ゲルマニウムと単結晶シリコンの透過率
を示すグラフである。

【図３】多結晶ゲルマニウムと単結晶シリコンのそれぞ
れ表裏両面に７μｍのロングパスフィルタを配設したと
きの透過率を示すグラフである。

【図４】従来の赤外線検出センサの断面構成図である。

【符号の説明】

５ 赤外線検出素子（焦電素子） 14 ケース 19 透過穴 25 窓材

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケース内に赤外線検出素子が収容され、
   この赤外線検出素子に対向するケース側には赤外線の透
   過穴が設けられ、この透過穴に赤外線透過窓材が設けら
   れている赤外線検出センサにおいて、前記赤外線透過窓
   材は多結晶ゲルマニウム材料によって形成されているこ
   とを特徴とする赤外線検出センサ。