赤外線センサ

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【発明の名称】	赤外線センサ
【発明者】	【氏名】伊藤聡【氏名】若宮勇
【要約】	【課題】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得る。【解決手段】赤外線センサ１０は、絶縁材料で形成されたステム１２を含む。ステムの貫通孔にリード端子２２ａ～２２ｃを挿通し、かしめることによってステム１２に固定する。リード端子２２ａ～２２ｃは、ステム１２の一方面上に形成された変換回路に接続し、１つのリード端子２２ｃはグランド電極２０にも接続する。ステム１２の一方面上に焦電素子３６を配置し、焦電素子３６を変換回路に接続する。金属製のキャップ４８で焦電素子３６および変換回路を覆い、導電性樹脂接着剤５２でステム１２に封止接着する。キャップ４８に、赤外線を入射させるための光学フィルタ５０を取り付ける。

【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る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。

【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る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】リード端子を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，１８ｃ，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，１８ｃ，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１４ｃ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１２の他方面側において、リード端子２２ａは、ステム１２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２４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２２ｃ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１８ｂ，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１８ａ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１８ａ，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，４０ｂ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４６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３４ａ，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４４ａ，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２２ｂ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２２ａ，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１４ａ，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，２２ｂ，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，２２ｂ，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，１４ｂ，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１０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，１４ｂ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。

【出願人】	【識別番号】０００００６２３１【氏名又は名称】株式会社村田製作所
【出願日】	平成１０年（１９９８）５月２５日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】岡田全啓
【公開番号】	特開平１１－３３７４０６
【公開日】	平成１１年（１９９９）１２月１０日
【出願番号】	特願平１０－１６１３８６