JP3129052U - 赤外線検出器 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。
実願平１１−８９９６号

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本考案に於ける赤外線検出器の赤外線検出部の概要を示した図である。 本考案に於ける赤外線検出器の赤外線検出部断面を示した図である。 実施例に於ける検出領域を示した図である。 複数の焦電型赤外線検出素子を同一パッケージに格納した焦電型赤外線検出素子の外観、内部構造を示した図である。 図４の焦電型赤外線検出素子の内部回路を示した図である。 一般的な焦電素子の外観・受光電極配置を示した図である。 一般的な焦電素子を用いた赤外線検出器の赤外線検出部の概要を示した図である。 一般的な赤外線検出器の検出領域を示した図である。 図４の焦電型赤外線検出器を用いた赤外線検出器の検出領域を示した図である。 ４回路入りの焦電型赤外線検出素子の外観、内部構造を示した図である。 本考案において４回路入り焦電型赤外線検出素子を用いた場合の赤外線検出器の赤外線検出部の概略を示した図である。 本考案において４回路入り焦電型赤外線検出素子を用いた場合の赤外線検出器の赤外線検出部断面を示した図である。 ４回路入り焦電型赤外線検出素子を用いた場合の検出領域を示す図である。

符号の説明

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

Claims (1)

1. 人体が放射する赤外線を光学系を介して受光し、その変化により信号出力を発する焦電型赤外線検出素子を組み合わせた赤外線検出器に於いて、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、複数の焦電型赤外線検出素子がそれぞれ独立した検出領域を有し、その信号出力から赤外線を放射する人体が存在する領域を識別することを特徴とする赤外線検出器。

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