JPH01242928A - 焦電型赤外線アレイセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、赤外線アレイセンサの構造及びその製造方法
に関するものである。

（従来の技術） 焦を型赤外線検出器は、今日防犯防災用、民生用の各分
野で人体検知センサとして広く使用されている。その使
用方法としては、例えば水呑等「焦電型赤外線センサの
応用Ｊ　　（１９８１年２月号）トランジスタ技術によ
って紹介されている。

これ等の検知方式は主に１個の検出器と、検出器に赤外
線を集光する光学系、検出器から取り出された電気信号
を増幅するＡｍｐ、及び人の侵入を判断するための信号
処理系から成っているうこのような従来の検知方式は、
単に人の侵入検知のみしか情報としては得られず、赤外
線を用いた検知方法としては最も簡単なものであった。

又現在使用されている画像処理用イメージセンサも赤外
線センサの一種である。

これは、例えば「実用域に入り始めた光センサ先端動向
Ｊ　　（１９８６年９月号）日経エレクトロニクスＰ、
６０）により紹介されている。

ここで用いられている赤外線センサは、半導体のバンド
ギャップを利用した量子型センサが用いられている。

この量子型センサは、赤外線エネルギーに対し感度の波
長依頼性を有し、ある波長域を確保するためには、検出
器を冷却する必要がある。

この量子型センサは半導体の製造技術を利用することに
より、ある程度容易にアレイ化することができる。

しかし冷却装置を必要とすること、又素子数が（ｉ４Ｘ
６４，１２８Ｘ１２８，２５８Ｘ２５８と増加の一途を
たどり、これ等の素子から出力される信号数も膨大なも
のとなり、信号処理回路が複雑となる。

従って、防犯防災用、民生用等で使用する目的からする
とかなり高価なものとなり、手軽に使用することができ
ない。

しかしアレイセンサは、従来の１個の検出器を使用した
侵入検出器では不可能な物体、又は炎等の方向検知、速
度検知が可能なりニアアレイセンサ、又簡単な形状１分
布検知等が可能な二次元アレイセンサ等、多くと６１０
０素子程度のアレイ検出器を用いることによって、信号
処理の仕方によっては多くの情報を得ることができる。

以上述べたように、物体又は炎等の方向９分布を検知す
る方法の一つとして、これまで用いられていたポイント
センサを一次元、二次元的に配列し用いることも考えら
れる。

しかしこの方法では各センサを固定する方法、例えば基
板で行う場合、センサを取り付ける際の位置精度の問題
が生じる。

又赤外線を集光するための光学系の設計において多眼レ
ンズを使用する場合、上記位置精度にバラツキがあった
場合、個々の素子のバラツキに合わせて焦点を合わせれ
ば良いが、これは不可能に近い。

従ってこれは集光率の低下（上下方向の位置精度）、集
光点のずれ（平面方向の位置精度）に繋がり、直接感度
のバラツキとして現れる。

従って各センサの、特にセンサ内のエレメントの位置が
正確に配置されている必要がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は安価で効率良く製造することができ、更に各セ
ンサの位置精度を正確に配列することが可能な、焦電型
赤外線アレイセンサを提供するものである。

（問題を解決するための手段） 上記問題点の中で各素子の位置を精度良く配置すること
が、特に光学系設計の点で重要であることを述べた。

そしてポイントセンサを並べる方法では限界があり、こ
れを解決するために本発明においては、−枚の配線基板
上にポイントセンサを並べるのではなく、基板上に直接
赤外線センサを構成することによって精度良く配置する
ことが可能となる。

第１図は本発明におけるアレイセンサの基本的な構成を
示すものである。

拡大図では１組の赤外線センサの構成要素を示している
が、それぞれの窓に対して同様の構成が成されている。

基板１はＸ方向、Ｙ方向にある間隔を持って複数の窓２
を有し、表面側に電磁シールド用導体パターンを形成し
、窓部に光学フィルター３を取り付ける。

又裏面側には赤外線感受素子及びＦＥＴ等の信号取り出
し用部品を繋ぐ配線パターンを形成し、窓部に赤外線感
受素子４を取り付け、窓部以外の部分にＦＥＴ５等の部
品を取り付ける。

なお信号取り出し用部品としてゲートバイアス用抵抗、
雑音防止用コンデンサ、或はダイオード等が含まれる。

又ＦＥＴの代わりにオペアンプ等を使用することら可能
である。

更に基板を介して表面側に取り付けた光学フィルタ、−
と共に赤外線感受素子、ＦＥＴ等の部品を密閉するよう
に、裏面側に導電性カバー６を素子１個毎に、或は複数
の素子を同時に覆うように取り付ける。

各素子から取り出された信号は信号増幅、コンパレータ
、デジタル変換、メモリ等の信号処理を行う必要がある
が、これ等の信号処理回路もセンサ構成基板と同一の基
板を用いることができる。

（作用） ポイントセンサを基板に配列する場合、基板の穴はセン
サのリードが入り易いようリード径より大きくしである
。そのため取り付けた時どちらかに片寄り中心からずれ
る。

又、たとえ中心に設置されてもセンサ内で赤外線感受素
子のずれがないとも限らない。

そこで本発明の第１の作用は、同一基板上で複数のセン
サを一体構成したことにより、赤外線感受素子を取り付
ける位置を正確に配置できたことである。

基板に設けた窓の裏面側に赤外線感受素子が取り付けら
れるが、窓の位置は基板加工上の金型精度により決まる
。

金型精度としては最大でも０．１ｍｍを超えることはな
い。これによって平面方向（ＸＹ方向）の位置ずれを防
止することができる。

又基板の裏面側に赤外線感受素子を直接取り付けている
ため、高さ方向（Ｚ方向）の位置ずれも無くすことがで
きる。

本発明の第２の作用は、製造コストの間開である。ポイ
ントセンサを用いる場合、素子数に比例してセンサの価
格も増える。

しかし本発明に−おいては、各部品を同時にホリ付けて
いくことができる。

配線パターンはプリント基板の場合、メツキ。

エツチング等によってパターン形成が容易にてき又セラ
ミック基板の場合導体のスクリーン印刷。

焼成によって容易にできる。

又部品取り付けは半田、接着剤等のスクリーン印刷、マ
ウントはロボット等によって正確に且つ迅速に作業する
ことができる。

本発明によるアレイセンサの構造はこれ等の表面実装技
術を容易に応用することが可能であり、大幅なコストダ
ウンが可能となる。

本発明の第３の作用は各素子がら取り出される信号出力
を必要とする情報に変換する信号処理回路も、センサ構
成基板と同一の基板上で行うことができる。これはアレ
イセンサユニットの小型化が可能となる。

（実施例） 以下本発明の具体的実施例について詳細に説明する。

第２図は、本発明における焦電型赤外線アレイセンサの
基本的な回路構成の１例を示したものである。ここで光
学フィルター３．赤外線感受素子４、ＦＥＴ５は、第１
図の符号と同一のものとする。

更にゲートバイアス用抵抗７．雑音防止用コンデンサ８
等が付は加えられる場合もある。

この回路において、各素子のＦＥＴのドレインライン９
は全て共通とすることができ、又グランドライン１０も
共通に取り扱うことができる。

従って各素子からの信号出力５ｉｊ（−次元アレイセン
サの場合は１のみ）＋２の信号線が取り出される。

出力された信号は増幅され、コンパレータによる比較演
算、アナログ出力のデジタル変換、信号の記憶等の信号
処理回路に導かれる。

以下上記回路を同一基板上で構成する焦電型赤外線アレ
イセンサの構造について説明する。

第３図は、導体パターンが形成された両面配線基板１を
示す。ここで基板としてはプリント基板又はセラミック
基板等が用いられる。

又導体パターンはプリント基板では銅、セラミック基板
ではＡｇ、又はＡｇ７Ｐｄ等が一般的である。もちろん
今日ではこれ等以外の多くの基板が使われるようになっ
ているが、本発明に用いる基板として充分使用すること
ができる。

（Ａ）は表面導体パターン、（Ｂ）は裏面導体パターン
を示す。

（Ｂ）のパターンにおいて第２図の回路上における各素
子のドレインライン９．グランドライン１０、信号比カ
ラインＳｉｊ、ゲートライン１１を示す。

ドレインラインは裏面側で図のように共通に接続されて
いる。

又グランドラインは表面（Ａのパターン）とスルーホー
ル１２で繋がっており、ゲートライン。

ドレインライン、信号出力ラインを囲むように配されて
いる。

信号出力ラインは各々スルーホール１２で表面１１１（
Ａのパターン）に繋がり、表面側でセンサ部から引き出
され、再びスルーホール１２を通して裏面側（Ｂのパタ
ーン）に繋がり、信号処理部１３に導かれる。

第３図のこれ等の配線パターン及び信号線の引き回し方
について様々な方法が考えられるのはもちろんのことで
ある。

又ゲートバイアス用抵抗７．雑音防止用コンデンサ８等
をこのパターンの中に取り付けることは容易なことであ
る。

更に必要に応じてレジストパターンを形成することも可
能である。

第４図は赤外線感受素子４．ＦＥＴ５を基板２の裏面に
取り付けた図である。

ここでＦＥＴ５は基板上に半田付けによって取す付けら
れている。らちろん導電接着剤による接続も可能である
。

赤外線感受素子４は導電接着剤によって取り付けられる
。基板上に半田又は導電接着剤を塗布する方法は、素子
数に関係なくスクリーン印刷によって一度に塗布するこ
とができる。

又赤外線感受素子、ＦＥＴ等の部品はロボット等により
精度良く配置することができる。

第５図は、表面側から光学フィルター３、又必要に応じ
てシールド板１４を取り付け、裏面側が１ら導電性カバ
ー６を取り付けた場合の側面図を示す。

光学フィルター３は表面側基板の窓の外周部に接着剤を
塗布し、フィルターを貼り合わせ恒温槽中で硬化させる
。

又シールド板は電磁シールド効果を持たせるためのもの
であるが、光学フィルターと同時に、又は別々に基板の
グランドパターンと導電接着剤等で電気的導通を持たせ
ながら取り付けられる。

導電性カバー６も同様に裏面側よりＦＥＴ、赤外線感受
素子を内包するように接着剤を用いて接着硬化させる。

この時基板を介して光学フィルターと導電性カバーとに
よって気密性が保持されている。

第５図では導電性カバーは各素子にそれぞれ取り付けら
れているが、複数の素子又は全ての素子をまとめて覆う
ような導電性カバーでもよい。

導電性カバーは基板全体を覆うようにすれば電磁シール
ド対策としては完全である。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明においては両面スルー
ホール基板上に窓を設け、その表面側に光学フィルター
、又裏面側に赤外線感受素子、その他の部品を直接取り
つけることによって各素子の位置精度を正確に配置する
ことが可能となる。

これによって赤外線アレイセンサの光学系設計が容易に
なると共に、信号処理回路も同一基板上で構成すること
ができるため、ユニット全体としてもコンパクトに治め
ることができる。

又各部品の取り付は方法においてはスクリーン印刷、ロ
ボット等現在の表面実装技術を応用することができ、安
価で精度良く製造することが可能となった。

更に本発明におけるアレイセンサは各素子の光学フィル
ターが独立しているため、人体検知用７〜１４μｍの波
長特性を有するフィルター、炎検知用４．１〜４．７μ
ｍの波長を有するフィルター等、その他各種の赤外線透
過バンドパスフィルターとの併用も可能であり、防犯防
災分野を初め民生用としても、これまで技術的にもコス
ト的にもある範囲内に限られていた赤外線センサーの用
途が飛躍的に増大するものと忠われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における焦電型赤外線アレイセンサの基
本的構成を示し、第２図はその電気回路図、・第３図（
Ａ）と（Ｂ）は本発明における焦電型赤外線アレイセン
サに用いる基板の表と裏の導体パターン図を示す。 又第・１図は第３図の基板に赤外線感受素子、ＦＥＴを
取り付けた裏面基板の正面図を示し、第５図は更に光学
フィルター、シールド板、導電性カバーを取り付けた焦
を型赤外線アレイセンサの側面図を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）配線パターンが形成された同一基板上で、赤外線を
   選択透過させる光学フィルターと、赤外線を受けて電気
   信号に変換する赤外線感受素子と電気信号を取り出すた
   めの電子部品、及び電磁波をシールドするための導電カ
   バーとから成る赤外線検出部が複数個１体構成されてい
   ることを特徴とする焦電型赤外線アレイセンサ。 ２）前記第一項の基板上で各赤外線検出部から取り出さ
   れた信号を処理する信号処理部が構成されていることを
   特徴とする赤外線アレイセンサ。 ３）前記第一項の焦電型赤外線アレイセンサにおいて、
   波長帯域の異なる光学フィルターが取り付けられている
   ことを特徴とする焦電型赤外線アレイセンサ。