(57)【要約】【課題】外囲器に形成された赤外線が入射する円形状の開口部を円形状の光学フィルタで閉塞するようにし、外囲器のリークを抑制し、赤外線の検出感度の低下を防止し、信頼性の高い赤外線センサ及び電気機器を提供すること目的とする。【解決手段】本発明は、赤外線を検出する検出素子１と、この検出素子１が収容され、赤外線が入射する円形状の開口部５が形成されるとともに、内部が減圧状態にされた外囲器２と、前記開口部５よりも直径が大きく、前記開口部５に同心円上に配置されるように取付けられて当該開口部５を閉塞する所定波長域の赤外線を透過する円形状の光学フィルタ６とを備える赤外線センサである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を検出する検出素子と；
この検出素子が収容され、赤外線が入射する円形状の開口部が形成されるとともに、内部が減圧状態にされた外囲器と；
前記開口部よりも直径が大きく、前記開口部に同心円上に配置されるように取付けられて当該開口部を閉塞する所定波長域の赤外線を透過する円形状の光学フィルタと；
を具備することを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】
前記光学フィルタは、外囲器の外側から開口部を閉塞するように取付けられていることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項３】
機器本体と；
この機器本体に設けられた請求項１又は請求項２に記載の赤外線センサと；
を具備することを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を検出する検出素子が収容された外囲器内を所定の減圧状態に保つことができる赤外線センサ及びこの赤外線センサを適用する電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種、赤外線センサとして、赤外線検出素子をパケージの封入空間によってキセノンガス等の低熱伝導性ガス雰囲気中に封入したものが知られている（特許文献１参照）。この特許文献１に示されものは、赤外線検出素子の高感度化を図る方法として、赤外線検出部の熱絶縁性を高めるため、赤外線検出部に赤外線が当たったときに赤外線検出部で発生する熱を外部にできるだけ逃がさないようにして、赤外線検出部の温度変化を大きくし、検出信号を強くするとの考え方に基づいている。
【０００３】
また、特許文献１には、赤外線検出部を真空中に封止しておけば、これと接触する周囲の空気へと熱が逃げるのを良好に防ぐことができるが、この場合は、製造直後の感度は良好であったとしても、経時とともに感度が急激に低下してしまい、真空封止構造による感度向上効果が長く続かず、寿命が短いという問題が指摘されている。
【０００４】
このような従来の構成の概略について図６を参照して説明する。図６（ａ）は、赤外線センサの上面図、図６（ｂ）は、同断面図である。赤外線センサは、赤外線検出素子１と、この赤外線検出素子１を収容する外囲器としてのパッケージ２とを備えている。パッケージ２は、略円筒状のキャップ３とステム４とから構成され、ステム４の上に赤外線検出素子１が取付けられている。そして、キャップ３の上面には四角形の開口部５０が形成されており、この開口部５０をキャップ３の内側から閉塞するように円形状の光学フィルタ６０が接着されている。
【特許文献１】特開平６−７４８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の構成において、パッケージ２内を真空状態とすると、大気圧による応力が光学フィルタ６０が接着された四角形の開口部５に加わり、この場合、四角形の形状に起因して光学フィルタ６の接着部分に加わる応力が均等とならず、接着部分において気密不良を招く可能性がある。
【０００６】
また、開口部５０が四角形であり、光学フィルタ６０が円形状であることから、開口部５０周囲の光学フィルタ６０の接着部分の面積が不均一、すなわち、開口部５０の角部に対応する接着部分の面積は狭く、開口部５０の辺に対応する接着部分の面積は広い状態となるため、面積が狭い接着部分において光学フィルタ６０が微少ながら剥離してくる虞がある。
【０００７】
さらに、光学フィルタ６０は、キャップ３の内側から開口部５０を閉塞するように接着されているので、常に、大気圧による応力が光学フィルタ６０を剥離する方向に作用するようになっており、経時的に接着部分での剥離を招来する環境下にある。
【０００８】
したがって、光学フィルタ６０の接着部分において、リークが生じ、パッケージ２内の圧力が上昇し、赤外線センサの感度が低下したり、検出不能となったりする問題が生じる可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、外囲器に形成された赤外線が入射する円形状の開口部を円形状の光学フィルタで閉塞するようにし、外囲器のリークを抑制し、赤外線の検出感度の低下を防止し、信頼性の高い赤外線センサ及びこれを用いた電気機器を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の赤外線センサは、赤外線を検出する検出素子と；この検出素子が収容され、赤外線が入射する円形状の開口部が形成されるとともに、内部が減圧状態にされた外囲器と；前記開口部よりも直径が大きく、前記開口部に同心円上に配置されるように取付けられて当該開口部を閉塞する所定波長域の赤外線を透過する円形状の光学フィルタと；を具備することを特徴とする。
【００１１】
本発明及び以下の発明において、特に指定しない限り用語の定義及び技術的意味は次による。検出素子は、例えば、焦電型センサ素子やサーモパイル型センサ素子、熱電対型センサ素子等が適用でき、また、光学フィルタは、遠赤外、中赤外あるは近赤外等を透過するものが適用でき、格別限定されるものではない。また、外囲器の開口部が円形状に形成され、この開口部を円形状の光学フィルタで閉塞するので、光学フィルタには大気圧による応力が均等に加わり、気密不良が生じることを防止することができる。
【００１２】
請求項２に記載の赤外線センサは、請求項１に記載の赤外線センサにおいて、前記光学フィルタは、外囲器の外側から開口部を閉塞するように取付けられていることを特徴とする。この外囲器の外側から開口部を閉塞する光学フィルタの取付けにあたっては、例えば、外囲器の上面に形成された凹部に開口部を形成し、この開口部の周囲に鍔部を設けて、当該鍔部に光学フィルタを取付けるようにしてもよく、また、光学フィルタの中央部に、開口部に嵌合するような突出部を形成し、この突出部の周囲を外囲器の上面に取付けるようにしてもよい。これらの場合には、光学フィルタの位置決めが容易となる。
【００１３】
請求項３に記載の電気機器は、機器本体と；この機器本体に設けられた請求項１又は請求項２に記載の赤外線センサと；を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、赤外線の検出感度の低下を防止し、信頼性の高い赤外線センサを提供できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、外囲器のリークを効果的に防止することが可能となる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、上記各請求項に記載の発明が奏する効果が得られる電気機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の第１の実施形態に係る赤外線センサについて図１及び図２を参照して説明する。図１は、赤外線センサを示す分解斜視図、図２は、同上面図及び断面図である。赤外線センサは、赤外線検出素子１と、この赤外線検出素子１を収容する外囲器としてのパッケージ２とを備えている。
【００１８】
赤外線検出素子１は、熱型のセンサ素子であり、温度変化を焦電効果で捉える焦電型センサ素子である。この赤外線検出素子１は、基板１１上にＬｉＴａＯ3やＰｂＴｉＯ3等の材料で形成された赤外線検出部１２を形成して構成されている。また、基板１１には、赤外線検出部１２の表面電荷の発生である検出信号を外部回路に取出すことができるように一対の電極がパターン形成されている。
【００１９】
パッケージ２は、金属製の略円筒状をなすキャップ３と、同様に金属製の略円盤状をなすステム４とを備えている。キャップ３は、下面側にフランジ部３１を有し、上面側には、円形状の開口部５が形成されている。この開口部５は、キャップ３の上面より一段凹んだ円形状の凹部３２に形成されており、したがって、開口部５の周囲にはリング状の鍔部３３が形成されている。
【００２０】
キャップ３に形成された開口部５には、この開口部５を外側から閉塞するように円形状の光学フィルタ６が取付けられる。また、光学フィルタ６は、開口部５より大きな直径を有し、開口部５に同心円上に配置され取付けられる。また、光学フィルタ６は、所定の波長域の赤外線を選択的に透過するもので、本実施形態では、シリコンで形成されており、遠赤外の５〜１２μｍの波長域の赤外線を透過し、例えば、人体から輻射される赤外線の領域の波長を透過するようになっている。この光学フィルタ６は、前記円形状の凹部３２に低融点ガラスを用いて接着されている。したがって、光学フィルタ６は、凹部３２に嵌合する状態で、リング状の鍔部３３との間に低融点ガラスが介在されて接着されている。この状態では、光学フィルタ６における鍔部３３との接着部分は、台座部６ａを構成し、開口部５と対向する部分は、赤外線を透過するフィルタ部６ｂを構成する。
【００２１】
ステム４の上面には、赤外線検出素子１の基板１１の裏面がＡｕ−Ｓｎはんだのような無機系材料によってボンディング接合されている。このステム４には、リード端子７が上下に貫通して取付けられており、このリード端子７と基板１１の電極がボンディングワイヤ８によって接続されている(図２（ｂ）参照)。これによって、赤外線検出素子１への駆動電源の供給や検出信号の送出がなされるようになっている。そして、ステム４の上方からキャップ３が被せられて、ステム４の外周側とキャップ３のフランジ部３１の内周側がレーザー溶接等によって溶接されてパッケージ２は、気密状態に封止される。なお、この封止方法には、抵抗溶接や冷間圧接等が適用できる。
【００２２】
前記キャップ３とステム４との溶接による封止工程は、１００〜０．１Ｐａ、好適には０．１Ｐａ以下に制御された真空雰囲気のチャンバ内で行われる。これにより、赤外線検出素子１が収容されたパッケージ２内は、所定の圧力に減圧された真空状態とすることができる。
【００２３】
因みに、この種、赤外線センサの真空度と検出感度との関係における特性を評価した結果、図３に示すように、真空圧力が１００Ｐａを超える時点で急激な感度の低下が生じ、大気圧となる１０００００Ｐａ付近では検出不能に近い状態となることが判明した。したがって、赤外線センサの製造時には、パッケージ２内の圧力を少なくとも１００Ｐａ以下、好ましくは０．１Ｐａ以下に制御し、赤外線センサの製品寿命期間中には、この製造時の減圧状態、すなわち、真空度を保持するのが望ましいとの知見を得た。なお、図３に示す縦軸の感度は、任意に定める単位である。
【００２４】
以上のように構成された赤外線センサの作用を説明する。通常の動作においては、光学フィルタ６を介して５〜１２μｍの波長域の赤外線を検出素子１が検出すると、検出素子１はその検出結果を電気信号に変換して出力する。
【００２５】
一方、パッケージ２内が減圧状態にあるため、大気圧による応力が光学フィルタ６が接着された開口部５に加わるが、開口部５は円形状であるため光学フィルタ６とリング状の鍔部３３との接着部分に均等に加わり、接着部分の一部において気密不良が生じることを防止することができる。また、開口部５及び光学フィルタ６の双方が円形状であることから、接着部分の面積が全周に亘って略均一となり部分的に剥離が生じるような不具合を防止できる。さらに、光学フィルタ６は、キャップ３の外側から開口部５を閉塞するように接着されているので、常に、大気圧による応力が光学フィルタ６を接着する方向に作用するようになっており、この部分におけるリークを効果的に防ぐことができる。
【００２６】
また、光学フィルタ６は、キャップ３の上面に形成された円形状の凹部３２に嵌合するように配置されるので、光学フィルタ６の接着に際しての位置決めが容易であり、作業効率の向上を図ることができる。加えて、光学フィルタ６は、キャップ３の上面と略面一となり、突出しないので、赤外線センサを組立工程で部品として取扱う場合等において、光学フィルタ６を損傷したり、剥離させたりするような事態を防ぐことができる。
【００２７】
さらに、パッケージ２内の圧力は、少なくとも１００Ｐａ以下、好ましくは０．１Ｐａ以下に制御されており、また、この圧力を経時的に保持することが可能であり、製品寿命期間中における赤外線の検出感度の低下を抑制することができる。
【００２８】
以上のように本実施形態によれば、パッケージ２のリークを抑制し、赤外線の検出感度の低下を防止し、信頼性の高い赤外線センサを提供することができる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る赤外線センサについて図４及び図５を参照して説明する。図４及び図５は、実施例１及び実施例２における赤外線センサを示す断面図である。なお、第１の実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３０】
（実施例１）本実施例では、第１の実施形態とは光学フィルタの形状が異なるものである。図４に示すように、光学フィルタ６１の中央部に開口部５に嵌合するような円形状の突出部６１ｃを形成したものである。したがって、この突出部６１ｃに対応する部分がフィルタ部６ｂを構成し、その周囲が台座部６ａを構成している。
【００３１】
以上のように本実施例によれば、第１の実施形態と同様な効果に加え、さらに光学フィルタ６の位置決めが容易で定位置に取付けることが可能となる。
【００３２】
（実施例２）本実施例では、平坦状に形成されたパッケージ２の上面に円形状の開口部５を形成するとともに、この開口部５に嵌合するような円形状の突出部６２ｃが形成された円形状の光学フィルタ６２を取付けたものである。したがって、光学フィルタ６２の台座部６ａは、パッケージ２の上面に接着され、突出部６２ｃに対応する部分は、フィルタ部６ｂとして構成される。
【００３３】
以上のように本実施例によれば、平坦状に形成されたパッケージ２の上面に光学フィルタ６２を取付けるようにしたので、簡単な構成で上記実施例１と同様な効果を奏することができる。
【００３４】
なお、光学フィルタ６２に突出部６２ｃを形成することが好ましいが、本発明においては、突出部６２ｃを形成することは必ずしも必要ではない。第１の実施形態と同様な平板状の光学フィルタをパッケージ２の外側から開口部５を閉塞するように取付けるようにしてもよい。
【００３５】
次に、本発明の実施形態に係る電気機器について説明する。図示は省略するが、上記各実施形態の赤外線センサは、機器本体に組込んで照明器具等の電気機器として構成できる。このような電気機器によれば、上記実施形態の赤外線センサの効果を奏する電気機器を提供することができる。
【００３６】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、赤外線検出素子は、焦電型センサ素子に限らず、サーモパイル型センサ素子や熱電対型センサ素子等が適用できる。また、光学フィルタは、遠赤外、中赤外あるは近赤外等を透過するものが適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る赤外線センサを示す分解斜視図である。
【図２】同上面図及び断面図である。
【図３】赤外線センサの真空度と検出感度との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る赤外線センサを示す断面図である（実施例１）。
【図５】同赤外線センサを示す断面図である（実施例２）。
【図６】従来の赤外線センサを示す上面図及び断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・検出素子、２・・・外囲器（パッケージ）、３・・・キャップ、
４・・・ステム、５・・・開口部、６・・・光学フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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