JP3129052U - Infrared detector - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の焦電型赤外線検出素子と複数の光学素子を有する光学系を組み合わせる赤外線検出器に於いて、それぞれの焦電型赤外線検出素子が独立した検出領域を持つことを可能にする。
【解決手段】複数の焦電型赤外線検出素子を同一のパッケージに格納した焦電型赤外線検出素子と用い、複数の光学素子を有する光学系を組み合わせ、更に焦電型赤外線検出素子と光学系の間に赤外線遮蔽板を設置することで、複数の焦電型赤外線検出素子がそれぞれ異なる光学素子と組み合わせられ、それぞれ独立した検出領域を実現する。
【選択図】図1In an infrared detector that combines a plurality of pyroelectric infrared detection elements and an optical system having a plurality of optical elements, each pyroelectric infrared detection element can have an independent detection region.
A plurality of pyroelectric infrared detection elements are used together with a pyroelectric infrared detection element stored in the same package, an optical system having a plurality of optical elements is combined, and the pyroelectric infrared detection element and the optical system are combined. By installing an infrared shielding plate in between, a plurality of pyroelectric infrared detection elements are combined with different optical elements to realize independent detection regions.
[Selection] Figure 1
Description
本考案は、赤外線を放射する人体が存在する領域の識別が可能な赤外線検出器に関する物である。 The present invention relates to an infrared detector capable of identifying an area where a human body emitting infrared rays exists.
従来、人体検出する手段として、物体から放射される赤外線を検出し、その赤外線エネルギーの変化を電気信号の変化として出力する焦電型赤外線検出素子が用いられる。人体を検出する赤外線検出器の構成としては、図6に示すようにデュアル型またはクワッド型の赤外線受光部を有する焦電型赤外線検出素子と、複数の光学素子を有するフレネルレンズ等の光学系1つを組み合わる方法が用いられる。この構成による赤外線検出器における検出領域は、焦電型赤外線検出素子の受光電極の大きさ及び形状と、光学系との焦点距離により赤外線検出領域が決められる。
Conventionally, as a means for detecting a human body, a pyroelectric infrared detection element that detects infrared radiation emitted from an object and outputs a change in the infrared energy as a change in an electrical signal is used. As shown in FIG. 6, the infrared detector for detecting the human body includes a pyroelectric infrared detector having a dual or quad infrared receiver and an
赤外線検出領域に存在する人体から放射される赤外線は、光学系を通して焦電型赤外線検出素子内部の受光電極へ集光させ、赤外線検出素子は赤外線エネルギーの変化に応じて電気信号を出力する。周知の事だが、焦電型赤外線検出素子は温度変化を検出するものである。この為、検出領域における人体の移動が無い場合、或いは動作が非常に微少または緩やかである場合、信号出力が得られなくなる。従って、組み合わせられる光学系は検出領域を細分化し、微少な動作を検出するために、複数の光学素子を有する光学系を組み合わせる手法が用いられる。この手法により、人体から放射される赤外線エネルギーの変化を電気信号として出力し、以降のオペアンプ等の電気信号増幅手段、コンパレータ等による電気信号比較手段を用いて、その電気信号の変化が人体によるものであるか否かを判断し、人体の存在有無を検出信号として出力する。 Infrared rays radiated from the human body existing in the infrared detection region are condensed on a light receiving electrode inside the pyroelectric infrared detection element through the optical system, and the infrared detection element outputs an electrical signal in accordance with a change in infrared energy. As is well known, the pyroelectric infrared detecting element detects a temperature change. For this reason, when there is no movement of the human body in the detection region, or when the operation is very small or slow, no signal output can be obtained. Therefore, in order to subdivide the detection region and detect a minute operation, a method of combining optical systems having a plurality of optical elements is used. By this method, the change of the infrared energy emitted from the human body is output as an electric signal, and the change of the electric signal is caused by the human body using the electric signal amplifying means such as an operational amplifier and the electric signal comparing means such as a comparator. Whether or not the human body exists is output as a detection signal.
図7に示すように、1つの焦電型赤外線検出素子と複数の光学素子を有する光学系を組み合わせ図8のような検出領域を実現すれば、その検出領域内における人体の存在検知が可能である。 As shown in FIG. 7, if a detection area as shown in FIG. 8 is realized by combining an optical system having one pyroelectric infrared detection element and a plurality of optical elements, the presence of a human body in the detection area can be detected. is there.
しかし、人体の存在領域の識別は不可能である検出領域内において、人体が存在する領域を識別する場合、複数の焦電型赤外線検出素子を用いて、検出信号を出力した焦電型赤外線検出素子及びその焦電型赤外線検出素子に於ける検出領域により識別する必要がある。 However, in the detection area where it is impossible to identify the existence area of the human body, when identifying the area where the human body exists, pyroelectric infrared detection using a plurality of pyroelectric infrared detection elements and outputting detection signals It is necessary to identify the element and the detection area in the pyroelectric infrared detection element.
一方、焦電型赤外線検出素子を複数用いて、それぞれに独立した光学系を組み合わせる事で前述の人体が存在する領域の識別は可能であるが、各焦電型赤外線検出素子に対し独立した光学系を組み合わせる場合、各光学系の焦点距離、サイズにより実装面積が拡大してしまうこと、また部品点数の増加など非経済的な解決手段となってしまう。 On the other hand, it is possible to identify the region where the human body exists by combining a plurality of pyroelectric infrared detection elements and combining independent optical systems with each other. However, an independent optical system is provided for each pyroelectric infrared detection element. When the systems are combined, the mounting area increases depending on the focal length and size of each optical system, and it becomes an uneconomic solution means such as an increase in the number of components.
そのためコスト・実装面積・光学系の焦点距離との絡みから、図4に示すような複数の焦電型赤外線検出素子を1つのパッケージに収めた焦電型赤外線検出素子を用いて、複数の光学素子を有する光学系1つと組み合わせる方法が一般的である。
しかしながら、この場合、それぞれの焦電型赤外線検出素子の受光電極は同一のパッケージ内に配置されるため、非常に隣接した配置を取らざるを得ない。
そのため、それぞれの焦電型赤外線検出素子は光学系の有する複数の光学素子を全て共有することになり、図9に示す様な検出領域となり、検出領域の全域にそれぞれの焦電型赤外線検出素子による検出領域が混在するため、人体存在領域の識別という目的を満足することは出来なくなってしまうという問題点があった。
However, in this case, since the light receiving electrodes of the respective pyroelectric infrared detecting elements are arranged in the same package, they must be arranged very adjacent to each other.
Therefore, each pyroelectric infrared detection element shares all of the plurality of optical elements of the optical system, resulting in a detection area as shown in FIG. 9, and each pyroelectric infrared detection element in the entire detection area. Since the detection areas due to the above are mixed, there is a problem that the purpose of identifying the human body existence area cannot be satisfied.
解決しようとする問題点は、複数の焦電型赤外線検出素子と複数の光学素子を有する光学系を組み合わせる場合において、それぞれの焦電型赤外線検出素子が独立した光学素子を組み合わせられ、独立した検出領域を持つことを実現できない点である。 The problem to be solved is that when a plurality of pyroelectric infrared detection elements and an optical system having a plurality of optical elements are combined, each pyroelectric infrared detection element can be combined with an independent optical element, and independent detection is performed. It is a point that cannot have realm.
本考案は、図4に示す様な複数の焦電型赤外線検出素子を1つのパッケージ内に収めた焦電型赤外線検出素子と複数の光学素子を有する光学系を組み合わせ、焦電型赤外線検出素子と光学系の間に赤外線遮蔽板を設置し、複数の焦電型赤外線検出素子がそれぞれ異なる光学素子と組み合わせられ、それぞれ独立した検出領域を持つことを特徴とする。 The present invention combines a pyroelectric infrared detection element in which a plurality of pyroelectric infrared detection elements as shown in FIG. 4 are housed in one package and an optical system having a plurality of optical elements, to thereby provide a pyroelectric infrared detection element. And an optical shielding system, and a plurality of pyroelectric infrared detection elements are combined with different optical elements, each having an independent detection region.
本考案の赤外線検出器は、複数の焦電型赤外線検出素子を同一パッケージ内に格納した焦電型赤外線検出素子、複数の光学素子を有する光学系及び赤外線遮蔽板を組み合わせる為、コンパクト且つ安価な赤外線検出器を提供できる効果がある。 The infrared detector of the present invention is a compact and inexpensive because it combines a pyroelectric infrared detection element having a plurality of pyroelectric infrared detection elements stored in the same package, an optical system having a plurality of optical elements, and an infrared shielding plate. There is an effect that an infrared detector can be provided.
本考案は、複数の焦電型赤外線検出素子を1パッケージ内に収めた焦電型赤外線検出素子と複数の光学素子を有する光学系を組み合わせ、焦電型赤外線検出素子と光学系の間に赤外線遮蔽板を設置することで、それぞれの焦電型赤外線検出素子が異なる検出領域を持つことを実現し、検出信号を発した焦電型赤外線検出素子により、人体の存在領域の識別を可能にする。 The present invention combines a pyroelectric infrared detection element having a plurality of pyroelectric infrared detection elements contained in one package and an optical system having a plurality of optical elements, and an infrared ray between the pyroelectric infrared detection element and the optical system. By installing a shielding plate, each pyroelectric infrared detection element has a different detection area, and the pyroelectric infrared detection element that emits the detection signal enables identification of the existence area of the human body. .
図3に本考案の赤外線検出器における検出領域の概略を示す。図4には本考案に使用する焦電型赤外線検出素子の外観形状図、図5には内部回路図を示す。図1並びに図2には本考案の赤外線検出器における赤外線検出部の詳細図を示す。以下、これらの図を用いて本考案を具体的に述べる。 FIG. 3 shows an outline of the detection region in the infrared detector of the present invention. FIG. 4 shows an external shape of a pyroelectric infrared detecting element used in the present invention, and FIG. 5 shows an internal circuit diagram. FIG. 1 and FIG. 2 are detailed views of the infrared detection unit in the infrared detector of the present invention. Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to these drawings.
TO−5型パッケージの焦電型赤外線検出素子の中の、ガラスエポキシ等の配線基板の裏背面側には、ペースト状半田がスクリーン印刷にて塗布され、半田塗布部分には自動チップ実装機を用いてFET、抵抗等の部品を実装し、リフロー炉にて半田付けされ、これらの部品は機械的に固定され、電気的に接続される。また配線基板には複数の焦電型赤外線検出素子、回路を同一のパッケージ内に収めるため、複数の回路配線が必要となる。
この様な工程を経た部品実装済み配線基板は、電源供給端子、出力端子、グランド端子等の各端子を備えた金属製ステムに半田付けされ、機械的に固定され、電気的に接続される。
また、配線基板の表面には、焦電型赤外線検出素子の受光部分となる焦電セラミックが導電性接着剤にて接着固定される。焦電セラミックには真空蒸着等の技術により、セラミック表面に受光電極、背面側には焦電セラミックと配線基板を電気的に接続するための配線電極が形成される。この場合の焦電型赤外線検出素子は、1mm×1mmの受光電極2つが1mm間隔で配置され、それらが直列に接続されるデュアル型の受光電極配置を同一パッケージ内に2組有し、それぞれが1mm間隔で配置されたクワッド型の電極配置を有し、それぞれが独立して出力する2回路入りの仕様を実施例として挙げている。
この様にして組み立てられた半完成品は、物体より発せられる赤外線を透過させるシリコン等のフィルターを窓部に接着された金属製のキャップと溶接される。
Paste solder is applied by screen printing on the back and back side of the wiring board such as glass epoxy in the pyroelectric infrared detecting element of the TO-5 type package, and an automatic chip mounting machine is applied to the solder application part. The parts such as FET and resistor are mounted and soldered in a reflow furnace, and these parts are mechanically fixed and electrically connected. In addition, since a plurality of pyroelectric infrared detecting elements and circuits are housed in the same package on the wiring board, a plurality of circuit wirings are required.
The component-mounted wiring board that has undergone such a process is soldered, mechanically fixed, and electrically connected to a metal stem having terminals such as a power supply terminal, an output terminal, and a ground terminal.
In addition, pyroelectric ceramic, which is a light receiving portion of the pyroelectric infrared detecting element, is bonded and fixed to the surface of the wiring board with a conductive adhesive. The pyroelectric ceramic is formed with a light receiving electrode on the ceramic surface and a wiring electrode for electrically connecting the pyroelectric ceramic and the wiring board on the back side by a technique such as vacuum deposition. In this case, the pyroelectric infrared detection element has two 1 mm × 1 mm light receiving electrodes arranged at intervals of 1 mm, and has two sets of dual light receiving electrode arrangements in which they are connected in series in the same package. A specification with two circuits having a quad-type electrode arrangement arranged at intervals of 1 mm and outputting each independently is given as an example.
The semi-finished product assembled in this way is welded to a metal cap that is bonded to a window with a filter made of silicon or the like that transmits infrared rays emitted from an object.
TO−5型パッケージにデュアル型を2回路内蔵した焦電型赤外線検出素子は、赤外線検出器の配線基板に実装される。さらにこの焦電型赤外線検出素子を包み込むように、複数の光学素子を有する光学系を具備した光学キャップが、赤外線検出器の配線基板にフック等ではめ込み固定される。この場合、焦電型赤外線検出素子内の回路1の受光電極1と回路2の受光電極2は、それぞれ光学系1、光学系2を介して、検出領域1、検出領域2からの赤外線入射を受ける。この実施例においては、焦点距離7.5mm±0.3mmで10個の光学素子を有する光学キャップを例として挙げた。
この光学キャップの内側において、光学系1と2の間には、赤外線の光路を遮断するため赤外線遮蔽板を具備させ、光学系1を通過して受光電極2へ、光学系2を通過して受光電極1へ入射しない様に迷光防止策を具備させている。
この焦電型赤外線検出素子と光学系1と2及び赤外線遮蔽板を具備した光学キャップとの組み合わせによりえられる検出領域は、受光電極1が検出領域1、受光電極2が検出領域2という様にそれぞれ独立した検出領域を有することになる。
そして受光電極1と2は、それぞれ独立した焦電型赤外線検出回路に接続されており、それぞれ独立して出力するため、各回路から得られた信号出力により、人体の存在する領域を識別することが可能となる。
A pyroelectric infrared detection element including two dual-type circuits in a TO-5 type package is mounted on a wiring board of the infrared detector. Further, an optical cap having an optical system having a plurality of optical elements is fitted and fixed to the wiring board of the infrared detector with a hook or the like so as to enclose the pyroelectric infrared detection element. In this case, the
Inside the optical cap, an infrared shielding plate is provided between the
The detection region obtained by the combination of the pyroelectric infrared detection element, the
The light receiving
この様な手法により作られた赤外線検出器は、光学系1と2をキャップ形状とすることで一体化し、2つの焦電型赤外線検出素子回路を同一パッケージ内に格納した焦電型赤外線検出素子と組み合わせることで、本考案の様な複数の独立した検出領域を実現するために光学系とTO−5型パッケージにデュアル型受光電極を1つ入れた焦電型赤外線検出素子をそれぞれ2つずつ用いる場合よりもコンパクトとなり、焦電素子と光学系からなる赤外線検出部を組み立てる作業時間も1/2で済み、独立した検出領域を有することによる人体の存在領域識別を可能にし、なおかつコストアップを抑えた赤外線検出器の作製を可能とした。
The infrared detector manufactured by such a method is integrated by making the
実施例では、2回路入りの焦電型赤外線検出素子により、独立した2つの検出領域の場合を例として挙げたが、さらに検出領域を細分化する用途に於いても適用できる。例えば、4回路入りの焦電型赤外線検出素子を用いて、独立した4つの検出領域を検出する場合の例として、図10に4回路入り焦電型赤外線検出素子の外観形状図、図11、12に赤外線検出器の赤外線検出部及び断面図、図13に検出領域を示す。 In the embodiment, the case of two independent detection areas using a pyroelectric infrared detection element with two circuits is given as an example, but the present invention can also be applied to applications for further subdividing the detection areas. For example, as an example of detecting four independent detection areas using a pyroelectric infrared detector with four circuits, FIG. 10 shows an external shape diagram of the pyroelectric infrared detector with four circuits, FIG. Reference numeral 12 denotes an infrared detector and a cross-sectional view of the infrared detector, and FIG. 13 shows a detection region.
1 焦電型赤外線検出素子
2 光学素子
3 光学キャップ
4 受光電極
4−A 受光電極A
4−B 受光電極B
4−C 受光電極C
4−D 受光電極D
5 配線基板
6 ステム
7 金属製キャップ
8 赤外線透過フィルター
9 検出領域
9−A 受光電極Aにおける検出領域
9−B 受光電極Bにおける検出領域
9−C 受光電極Cにおける検出領域
9−D 受光電極Dにおける検出領域
10 赤外線遮蔽板
11 FET
12 負荷抵抗
13 焦電セラミック
DESCRIPTION OF
4-B Photosensitive electrode B
4-C Photosensitive electrode C
4-D Photosensitive electrode D
DESCRIPTION OF
12
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CN103261856A (en) * | 2010-12-15 | 2013-08-21 | 纳卢克斯株式会社 | Component for optical sensor |
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CN103261856A (en) * | 2010-12-15 | 2013-08-21 | 纳卢克斯株式会社 | Component for optical sensor |
JP5499257B2 (en) * | 2010-12-15 | 2014-05-21 | ナルックス株式会社 | Optical sensor component and optical sensor |
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