JP5513797B2 - Pyroelectric infrared detector - Google Patents
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Description
本発明は、焦電型赤外線検出器に関するものである。 The present invention relates to a pyroelectric infrared detector.
従来から、人体検知などに用いる赤外線検出器が種々提供されており、このような赤外線検出器では、焦電効果を利用して人体より放射された赤外線の変化量を検出する焦電素子を備えた焦電型赤外線検出器がよく用いられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, various infrared detectors used for human body detection and the like have been provided. Such infrared detectors include a pyroelectric element that detects the amount of change in infrared rays emitted from the human body using the pyroelectric effect. Pyroelectric infrared detectors are often used.
この種の焦電型赤外線検出器としては、人体より放射された赤外線をレンズにより焦電素子の受光部に集光させ、赤外線の変化に応じて発生する焦電素子の分極による信号を電流電圧変換回路で電圧信号に変換した後、バンドパスアンプで所定の周波数帯域を選択的に増幅し、予め閾値を設定しているウィンドウコンパレータからHighレベルまたはLowレベルの検出信号を出力するものが提案されている。このような赤外線検出器の検出信号は、防犯用の侵入検知や、照明などの負荷制御に利用されている。 In this type of pyroelectric infrared detector, infrared rays emitted from the human body are condensed on the light receiving portion of the pyroelectric element by a lens, and a signal generated by the polarization of the pyroelectric element in response to a change in the infrared current is converted into a current voltage. After conversion to a voltage signal by a conversion circuit, a bandpass amplifier selectively amplifies a predetermined frequency band and outputs a high level or low level detection signal from a window comparator in which a threshold is set in advance. ing. The detection signal of such an infrared detector is used for intrusion detection for crime prevention and load control such as lighting.
上記焦電型赤外線検出器の一例として、外光を遮断するパッケージに窓孔を穿設し、当該パッケージ内において窓孔と対向する位置に焦電素子を収納すると共に、赤外線を透過するレンズを窓孔に設けたものがある(例えば特許文献1参照)。 As an example of the pyroelectric infrared detector, a window hole is formed in a package that blocks external light, a pyroelectric element is housed at a position facing the window hole in the package, and a lens that transmits infrared rays is provided. There is one provided in the window hole (see, for example, Patent Document 1).
上記焦電型赤外線検出器で用いられる焦電素子10は、図7(a)、(b)に示すように、焦電効果を有する略矩形板状チップ101と、当該チップ101の一面に並設される複数の一面側電極102と、チップ101の他面に並設される複数の他面側電極103とで構成されている。また、各一面側電極102と各他面側電極103とはチップ101を介して互いに対向しており、対向する一面側電極102と他面側電極103とは極性が異なっている。
As shown in FIGS. 7A and 7B, the
そして、チップ101の一端には、プラス極の検出用端子10aが設けれ、他端にはマイナス極の基準電位用端子10bが設けられて、検出用端子10aには、一面側電極102及び他面側電極103の検出用電極(プラス極)102A、103Aが接続され、基準電位用端子10bには、一面側電極102及び他面側電極103の基準電位用電極(マイナス極)102B、103Bが接続される。
A positive
また、チップ101の一面では、検出用電極102Aと基準電位用電極102Bとが交互に並設され、チップ101の他面では、検出用電極103Aと基準電位用電極103Bとが交互に並設されている。
Further, in one aspect of the
そして、各一面側電極102の長さ方向(並設方向に垂直な方向)の寸法の略中央が、幅方向(並設方向)に沿った同一の中心軸L3上に位置し、当該中心軸L3が、レンズ104の光軸L4とチップ101の一面との交点Qを通る。つまり、各一面側電極102の中心軸L3と光軸L4とが交わる。
And the approximate center of the dimension of the length direction (direction perpendicular to the juxtaposition direction) of each one-
そのため、本従来例における赤外線検出器では、図8に示すように、レンズ104の光軸L4を対称軸として検知領域E2が、一面側電極102の長さ方向において対称となっている。つまり、光軸L4の一方側の最大検知領域E21と、光軸L4の他方側の最大検知領域E22とが略等しい。なお、ここでいう最大検知領域とは、焦電型赤外線検出器の側方に障害物が無い場合の検知領域である。
Therefore, in the infrared detector in this conventional example, as shown in FIG. 8, the detection area E2 to the optical axis L4 of a
しかしながら、上記従来例における焦電型赤外線検出器は、図9に示すように、例えば壁際等に取り付けられた場合、レンズ104の光軸L4よりも壁側の検知領域が狭くなる(斜線で示す検知領域E22´となる)ため、焦電型赤外線検出器の検知能力(図8に示す検知領域E2)に対して実際の検知領域E2´が狭くなり効率の悪いものであった。
However, the pyroelectric infrared detector according to the conventional example, as shown in FIG. 9, for example when installed against a wall or the like, the detection region of the wall is narrower than the optical axis L4 of the
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、レンズの光軸に対して検知領域を特定の方向に広げることで、検知器の設置箇所に拠らず効率よく検知を行うことができる焦電型赤外線検出器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described reasons, and the purpose thereof is to widen the detection area in a specific direction with respect to the optical axis of the lens, thereby efficiently detecting regardless of the installation location of the detector. It is to provide a pyroelectric infrared detector that can be performed.
請求項1の発明は、焦電効果を有する板状のチップ、及び前記チップの一面に並設される複数の一面側電極、及び前記チップを介して前記一面側電極とそれぞれ対向して設けられて、当該対向する一面側電極と異なる極性を有する複数の他面側電極からなる焦電素子と、当該焦電素子を収納する中空箱型に形成されて窓孔が穿設され、窓孔に入射する光以外を遮光するパッケージと、当該パッケージの窓孔に設けられて前記チップの一面に対向し、赤外線を透過させるレンズとを備え、前記複数の一面側電極は、前記一面上で各一面側電極の並設方向に沿った中心軸が一直線上に位置し、当該一直線が前記レンズの光軸と交わらないように、各一面側電極の位置を、前記チップの厚み方向に沿った中心軸に対して、前記並設方向に直交する方向へ偏移させてなることを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、レンズの光軸に対して検知領域を特定の方向に広げることで、検知器の設置箇所に拠らず効率よく検知を行うことができる。 According to the present invention, the detection region can be expanded in a specific direction with respect to the optical axis of the lens, so that the detection can be performed efficiently regardless of the installation location of the detector.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記一面側電極は、チップの一面において隣り合う電極同士の極性が互いに異なるように偶数個並設され、前記他面側電極は、チップの他面において隣り合う電極同士の極性が互いに異なるように一面側電極と同数並設され、チップを介して対向する一面側電極と他面側電極とは極性が異なることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the one surface side electrode is arranged in parallel so that the polarities of adjacent electrodes on one surface of the chip are different from each other. It is characterized in that the same number of electrodes as the one-surface side electrodes are arranged so that the polarities of the electrodes adjacent to each other on the other surface are different from each other, and the polarities of the one-surface electrode and the other-surface electrode facing each other through the chip are different.
この発明によれば、隣り合う電極同士の極性が互いに異なることで、熱のゆらぎによるノイズの影響を低減することができ、検知精度を向上させることができる。 According to this invention, since the polarities of adjacent electrodes are different from each other, the influence of noise due to thermal fluctuations can be reduced, and the detection accuracy can be improved.
以上説明したように、本発明では、レンズの光軸に対して検知領域を特定の方向に広げることで、検知器の設置箇所に拠らず効率よく検知を行うことができる焦電型赤外線検出器を提供するという効果がある。 As described above, in the present invention, pyroelectric infrared detection that can efficiently perform detection regardless of the installation location of the detector by expanding the detection area in a specific direction with respect to the optical axis of the lens. There is an effect of providing a vessel.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態)
本発明の実施形態の焦電型赤外線検出器は、図1、2に示すように、焦電素子1と、当該焦電素子1に電源を供給すると共に当該焦電素子1から検出信号を受信する回路ブロック2と、焦電素子1及び回路ブロック2を収納する中空箱型のパッケージ3と、当該パッケージ3に穿設される窓孔32aに設けられるレンズ4と、回路ブロック2に接続されてパッケージ3を貫通し外部に突出する3つの端子5a〜5cとを備えている。以下、図2(a)における上下左右を前後左右方向として説明を行う。
(Embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, the pyroelectric infrared detector according to the embodiment of the present invention supplies a power to the
焦電素子1は、図4に示すように、焦電効果を有する板状のチップ11と、当該チップ11の前面に略等間隔に並設される複数の前面(一面)側電極12(12A,12B)と、チップ11の後面に並設される複数の後面(他面)側電極13(13A,13B)とから構成される。
As shown in FIG. 4, the
チップ11は、焦電材料(例えば、PZTまたはリチウムタンタレート等)により略正方形の板状に形成されており、前面には略矩形状の前面側電極12が偶数個(本実施形態では4個)略等間隔に並設されている。ここで、各前面側電極12は、それぞれ略等しいサイズに形成されて幅方向に並設されており、長さ方向(幅方向に垂直な方向)の寸法の略中央が幅方向に沿った同一の中心軸L1上に位置する。
The
また、前面側電極12は、隣り合う電極の極性が互いに異なるように、検出用(プラス)電極12Aと、基準電位用(マイナス)電極12Bとが交互に並設される。更に、チップ11の後面には、当該チップ11を介して各前面側電極12に対向する後面側電極13が配設されている。ここで、後面側電極13は、チップ11を介して対向する前面側電極12と異なる極性を有している。具体的には、チップ11を介して検出用電極12Aと対向する位置には、基準電位用(マイナス)電極13Bが配設され、基準電位用電極12Bと対向する位置には検出用(プラス)電極13Aが配設される。つまり、チップ11の後面では、検出用電極13Aと基準電位用電極13Bとが幅方向に交互に並設される。
Further, in the
そして、チップ11を検出用電極12A及び基準電位用電極13Bで挟み込むことでセンシングエレメント1aが形成され、チップ11を検出用電極13A及び基準電位用電極12Bで挟み込むことでセンシングエレメント1bが形成されている。即ち、センシングエレメント1a、1bは、幅方向に交互に並設されている。
The
また、チップ11の左端には、検出用電極12A、13Aと接続される検出用端子11aが形成され、右端には、基準電位用電極12B、13Bと接続される基準電位用端子11bが形成される。
Further, a
回路ブロック2は、略円柱状に形成されて焦電素子1を駆動する図示しない駆動回路を備えている。当該駆動回路は、焦電素子1の基準電位用電極12B,13Bに与える基準電位(例えば、2V)を生成すると共に、焦電素子1の検出出力(グランドレベルに対して正、負のいずれかの方向のレベルを持つ検出出力)を増幅する電流増幅回路と、当該電流増幅回路の出力からノイズ成分を除去するためのバンドパスフィルタと、当該バンドパスフィルタから出力される検出出力のレベルと所定の閾値とを比較することで、HighレベルまたはLowレベルの検出信号を出力するウィンドウコンパレータとで構成されている。なお、人体検知を行う場合には、一般的に1Hz位がピークの周波数応答が持たせられる。
The
そして、回路ブロック2の前面略中央には凹部2aが形成されており、焦電素子1は当該凹部2aを跨ぐ形で回路ブロック2に実装される。その際、焦電素子1の検出用端子11aと、基準電位用端子11bとは、回路ブロック2の前面に形成されるそれぞれ異なる図示しないランドを介して回路ブロック2と電気的に接続される。
And the recessed
パッケージ3は、金属材料(例えば、SPCやコバールなど)により形成され、略円盤状のステム31と、当該ステム31に覆設されるキャップ32とで構成される。
The
ステム31は、略円盤状に形成されてその前面には回路ブロック2が固定される。
The
キャップ32は、後面が開口した中空円筒型に形成され、ステム31の開口周縁に形成される段部31aにキャップ32の開口端が嵌まり込むことで、ステム31と共に回路ブロック2を収納する。また、キャップ32の前面には略矩形状の窓孔32aが形成され、当該窓孔32aはレンズ4によって閉塞される。その際、レンズ4の中心軸L2が、チップ11の中心Pを通る。
The
レンズ4は、導電性を有する材料、例えば半導体(一例としては不純物をドープした低抵抗のシリコン基板)や、導体を用いて略半球状に形成され、導電性接着剤(例えば、銀ペースト)を用いてキャップ32の前面内側に固定される。ここで、レンズ4は、特定の周波数域の赤外線だけを透過させるバンドパス型のレンズであって、本実施形態の赤外線検出器の使用用途が人体検知の場合には、おおよそ4μm以上の波長の光を透過し、それよりも波長が短い赤外線をカットするようなものを用いる。
The
また、レンズ4は、特許4007395号に記載の製造方法によって形成され、所望の曲率に設定された滑らかな曲面を有している。当該レンズ4は、高い屈折率を持つシリコンやゲルマニウム等の材料から形成されるため、単焦点化が図り易く、赤外線検出器自体のサイズを小さくすることが可能である。また、レンズ4の製作方法は上記方法に限定されず、研磨や切削等の加工により作られるものであってもよい。
The
端子5a〜5cは、導電性材料から長尺丸棒状に形成され、それぞれ、電源供給用端子5a、グランド用端子5b、検出信号出力用端子5cとして用いられる。そして、端子5a〜5cは、回路ブロック2の厚み方向に貫設される3つの貫通孔2b1〜2b3、及びステム31に貫設される3つの貫通孔31b1〜31b3にそれぞれ貫挿される。
The
ここで、グランド用端子5bが貫設される貫通孔2b2は、グランド用端子5bの外形よりもやや大きく形成されており、グランド用端子5bは貫通孔2b2に挿入された後に導電性接着剤(例えば、銀ペーストなどの導電性ペースト)によってステム31に固定されて当該ステム31と電気的に接続される。
Here, the through hole 2b 2 through which the
一方、電源供給用端子5aが挿通する貫通孔2b1、31b1、及び検出信号出力用端子5cが挿通する貫通孔2b3、31b3の外形は、貫通孔2b2、31b2よりも大きく形成されており、電源供給用端子5aと貫通孔2b1との隙間、及び検出信号出力用端子5cと貫通孔2b3との隙間には、ガラスなどの絶縁性有する図示しない封止材で封止される。
On the other hand, the outer shapes of the through holes 2b 1 and 31b 1 through which the
また、電源供給用端子5aと検出信号出力用端子5cとは、それぞれ前端が導電性接着剤によって回路ブロック2と接続されて、当該回路ブロック2と電気的に接続される。
Further, the
そして、焦電型赤外線検出器は、電源供給用端子5aとグランド用端子5bとを介して外部からの動作電源の供給を受け、検出信号出力用端子5cとグランド用端子5bとを介して外部へ検出信号を出力する。
The pyroelectric infrared detector is supplied with operating power from the outside via the
ここで、本実施形態における焦電型赤外線検出器では、図1に示すように、各前面側電極12の長さ方向の略中央を通る中心軸L1と、レンズ4の光軸L2とが交わらないように設定されている。具体的に説明すると、図5に示すように、レンズ4の光軸L2が、チップ11の前面の中心Pを通り、当該中心Pを各前面側電極12の中心軸L1が通らないように各前面側電極12が形成される。本実施形態では、各前面側電極12の中心軸L1が、チップ11の中心Pを通る中心軸L11から前面側電極12の長さ方向(図4(a)における上方向)へ偏移して設けられている。
Here, in the pyroelectric infrared detector according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the central axis L <b> 1 passing through the approximate center in the length direction of each
なお、本実施形態では、各前面側電極12の位置をチップ11の中心軸L11に対して当該前面側電極12の長さ方向へ偏移させることで、各前面側電極12の中心軸L1と光軸L2とが交わらないようにしているが、窓孔32aの位置をずらす、または、焦電素子1の実装位置を回路ブロック2の中心から左右方向、または、上下方向へずらすことで、光軸L2と各前面側電極12の中心軸L1とが交わらないようにする構成であってもよい。
In the present embodiment, the position of each
また、レンズ4が、上記記載の方法(特許4007395)によって製造された場合には、レンズ4が例えばシリコン等の高い屈折率を有した材料から構成されることで、単焦点化が可能となり、素子のわずかな偏移で検知領域を大きく変化させることができる。
In addition, when the
そして、図5に示すように、本実施形態における焦電型赤外線検出器の最大検知領域E1は、例えば、各前面側電極12の中心軸L1の位置を各前面側電極12の長さ方向においてチップ11の中心軸L11よりも一方側へ偏移させることで、光軸L2よりも他方側の最大検知領域E11が広くなり、光軸L2よりも一方側の最大検知領域E12が狭くなって、最大検知領域E1を特定の方向へ広げることができる。
As shown in FIG. 5, the maximum detection area E1 of the pyroelectric infrared detector in the present embodiment is, for example, the position of the central axis L1 of each
そのため、図6に示すように、光軸L2のいずれか一方側(図6における左側)に壁等の障害物が近接する(例えば、焦電型赤外線検出器が壁際等に設置されたり、光軸L2の一方側に照明器具等の光源が設置される)場合であっても、各前面側電極12の中心軸L1をチップ11の中心軸L11の一方側へ偏移させることで、光軸L2より一方側(障害物側)の最大検知領域E12を狭めて、光軸L2より他方側の最大検知領域E11を広げることで、実際の被検知領域に合わせた最大検知領域E1を設定することができ、効率よく赤外線検知を行うことができ、更に、照明器具等などによる外乱光の影響を小さくすることができる。
Therefore, as shown in FIG. 6, an obstacle such as a wall comes close to one side of the optical axis L2 (left side in FIG. 6 ) (for example, a pyroelectric infrared detector is installed near the wall, Even when a light source such as a lighting fixture is installed on one side of the axis L2, the optical axis is shifted by shifting the central axis L1 of each
また、本実施形態の焦電型赤外線検出器が備える焦電素子1は、前面に偶数個の前面側電極12が並設されて、後面には前面側電極12と等しい数の後面側電極13が偶数個並設されている。ここで、前面側電極12及び後面側電極13は、隣り合う電極の極性が互いに異なるように配置されている。つまり、チップ11の前面には、検出用(プラス)電極12Aと、基準電位用(マイナス)電極12Bとが交互に同数配置され、チップ11の後面には、検出用(プラス)電極13Aと、基準電位用(マイナス)電極13Bとが交互に同数配置されている。即ち、センシングエレメント1aとセンシングエレメント1bとが交互に同数個配置されている。
Further, the
ここで、焦電素子1は、各センシングエレメント1a、1bの出力の和を検出信号として出力する。例えば、焦電型赤外線検出器の検知領域E1に人が侵入した場合、人が存在する位置に対応するセンシングエレメントのみが赤外線を検知する。そのため、焦電素子1からは、当該人体を検知したセンシングエレメント1aまたはセンシングエレメント1bの出力信号のみが検知信号として出力され、人体検知が行われる。
Here, the
一方、外乱光等による熱のゆらぎが発生した場合、複数のセンシングエレメント1a、1bが反応する。しかし、センシングエレメント1aの出力信号とセンシングエレメント1bの出力信号とは極性が反対になっているため、互いに打ち消し合って熱のゆらぎによる出力信号は低減される。また、パッケージ3外の熱源からの熱が、パッケージ3を介して各センシングエレメント1a、1bに伝わって熱のゆらぎが発生した場合であっても、上記同様に互いに打ち消し合って熱のゆらぎによる出力信号は低減される。
従って、熱のゆらぎが発生した場合であっても、ノイズの影響を低減することができ、検知精度を向上させることができる。
On the other hand, when thermal fluctuation due to disturbance light or the like occurs, the plurality of
Therefore, even when thermal fluctuation occurs, the influence of noise can be reduced and detection accuracy can be improved.
1 焦電素子
2 回路ブロック
3 パッケージ
4 レンズ
11 チップ
12 前面(一面)側電極
13 後面(他面)側電極
31 ステム
32 キャップ
32a 窓孔
L1 中心軸
L2 光軸
DESCRIPTION OF
Claims (2)
当該焦電素子を収納する中空箱型に形成されて窓孔が穿設され、窓孔に入射する光以外を遮光するパッケージと、
当該パッケージの窓孔に設けられて前記チップの一面に対向し、赤外線を透過させるレンズとを備え、
前記複数の一面側電極は、
前記一面上で各一面側電極の並設方向に沿った中心軸が一直線上に位置し、当該一直線が前記レンズの光軸と交わらないように、
各一面側電極の位置を、前記チップの厚み方向に沿った中心軸に対して、前記並設方向に直交する方向へ偏移させてなる
ことを特徴とする焦電型赤外線検出器。 Plate-shaped chip having a pyroelectric effect, and one surface electrode of several that will be arranged on one side of the chip, and provided with respective opposed to the one surface side electrode through the chip, one face of the opposing a pyroelectric element composed of the other surface-side electrode of the multiple that having a polarity different from that of the side electrode,
Formed in a hollow box-type window opening for accommodating the pyroelectric is bored, and a package for blocking non-light incident on the window opening,
It provided a window hole of the package facing the one surface of the chip, and a lens that transmits infrared radiation,
One side electrode of the prior Kifuku number,
On the one surface, the central axis along the juxtaposed direction of the electrodes on the one surface side is located on a straight line , so that the straight line does not intersect the optical axis of the lens ,
A pyroelectric infrared detector , wherein the position of each one-side electrode is shifted in a direction perpendicular to the juxtaposition direction with respect to a central axis along the thickness direction of the chip .
The one surface side electrodes are arranged in parallel so that the polarities of the adjacent electrodes on one surface of the chip are different from each other, and the other surface side electrodes are so that the polarities of the adjacent electrodes on the other surface of the chip are different from each other. 2. The pyroelectric infrared detector according to claim 1, wherein the same number of electrodes as the one surface side electrode are arranged in parallel, and the polarities of the one surface side electrode and the other surface side electrode opposed via the chip are different.
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