JP2011112508A - Pyroelectric infrared detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人体検知、照明器具制御等に用いられる焦電型赤外線検出装置に関するものである。 The present invention relates to a pyroelectric infrared detector used for human body detection, lighting fixture control, and the like.
従来の焦電型赤外線検出装置は、図2に示すように、赤外線を受光し、赤外線入射量の変化により電荷を生じる焦電素子と、前述焦電素子より生じた電荷を電圧に変換するFETと、抵抗、オペアンプIC、抵抗及びコンデンサからなる増幅回路が、赤外線透過材を具備した金属缶ケースと電気的接続を成すリード端子を備えたヘッダーにハーメチックされたTO−5型にパッケージされた構成が従来技術として知られている。 As shown in FIG. 2, the conventional pyroelectric infrared detecting device receives infrared rays and generates charges by changing the amount of incident infrared rays, and an FET that converts charges generated from the pyroelectric elements into voltages. And an amplifier circuit composed of a resistor, an operational amplifier IC, a resistor and a capacitor packaged in a TO-5 type hermetically mounted on a header having lead terminals that are electrically connected to a metal can case having an infrared transmitting material. Is known as the prior art.
また、従来の焦電型赤外線装置の内部構造は、片面にコンデンサ等の部品を実装し、もう片面には赤外線を受光し、赤外線入射量の変化により電荷を生じる焦電素子と、焦電素子を支える支持台と、前述焦電素子より生じた電荷を電圧に変換するFETと、抵抗、及びオペアンプICが、具備された表面に導体パターン等を形成した基板が、電気的接続を成すリード端子を備えたヘッダー上面へ機械的に設置されており、前述表面に導体パターン等を形成した基板と電気的接続を成すリード端子を備えたヘッダーとを、AUワイヤーにて電気的に接続している構造となる。 In addition, the internal structure of a conventional pyroelectric infrared device includes a pyroelectric element in which a component such as a capacitor is mounted on one side, infrared rays are received on the other side, and electric charges are generated by a change in the amount of incident infrared rays. A lead terminal that is electrically connected to a substrate on which a conductive pattern is formed on the surface on which a support base that supports the substrate, an FET that converts electric charges generated from the pyroelectric element into a voltage, a resistor, and an operational amplifier IC are provided. It is mechanically installed on the upper surface of the header provided with the AU wire and is electrically connected to the header having a lead terminal for electrical connection with the substrate on which the conductor pattern or the like is formed on the surface. It becomes a structure.
しかしながら従来技術は、焦電型赤外線検出器内部の容積に対し、実装部材が少なく、熱容量が小さい事から、急激な温度変化が加わった際に、焦電素子が受ける熱影響が大きく、温度変化に対し、出力信号がドリフトしてしまうと云う課題がある。 However, the conventional technology has fewer mounting members than the internal volume of the pyroelectric infrared detector, and the heat capacity is small. Therefore, when a sudden temperature change is applied, the pyroelectric element is greatly affected by heat, and the temperature change On the other hand, there is a problem that the output signal drifts.
図2に示す通り、従来のTO−5型パッケージ焦電型赤外線検出器内部構造は、1つの基板の片面にコンデンサ等の部品を実装し、もう片面には赤外線を受光し、赤外線入射量の変化により電荷を生じる焦電素子と、焦電素子を支える支持台と、前述焦電素子より生じた電荷を電圧に変換するFETと、抵抗、及びオペアンプICをマウントしている。図3に示す、従来のフラットパック型パッケージ焦電型赤外線検出器と比較すると、図2に示す、従来のTO−5型パッケージ焦電型赤外線検出器の急激な温度変化に対する出力信号は、大幅に改善されているが、図4に示す通り、図2に示す、従来のTO−5型パッケージ焦電型赤外線検出器に於いても急激な温度変化に対し、出力信号の安定性が不十分であった。 As shown in FIG. 2, a conventional TO-5 type package pyroelectric infrared detector has an internal structure in which components such as a capacitor are mounted on one side of one substrate, infrared rays are received on the other side, Mounted are a pyroelectric element that generates a charge by change, a support that supports the pyroelectric element, an FET that converts the charge generated by the pyroelectric element into a voltage, a resistor, and an operational amplifier IC. Compared with the conventional flat pack package pyroelectric infrared detector shown in FIG. 3, the output signal for the rapid temperature change of the conventional TO-5 package pyroelectric infrared detector shown in FIG. However, as shown in FIG. 4, the conventional TO-5 type package pyroelectric infrared detector shown in FIG. 2 has insufficient output signal stability against a sudden temperature change. Met.
上記の課題を解決するために本発明は、熱容量を大きくし、急激な温度変化が加わった際に於いても、焦電素子が受ける熱影響を小さく、温度変化に対する出力信号のドリフトを抑制するために、焦電型赤外線検出器内部へ基板を2つ内蔵した2階建て基板構造とすることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the present invention increases the heat capacity, reduces the thermal effect on the pyroelectric element even when a sudden temperature change is applied, and suppresses the drift of the output signal with respect to the temperature change. Therefore, it is characterized by a two-story substrate structure in which two substrates are built in the pyroelectric infrared detector.
本発明は、焦電型赤外線検出器内部へ、内部配線を形成した基板の片面側にアンプ増幅ゲイン周波数特性を決める為のコンデンサ4点と焦電素子より生じた電荷を電圧に変換するFET及び抵抗と、焦電型赤外線検出装置に印加する電圧を安定させる為のレギュレーター回路と、前記増幅回路及び、前記コンパレーター回路を1パッケージに格納したオペアンプICを搭載し、前述基板の上面に更にもう1つ片面側に赤外線を受光し、赤外線入射量の変化により電荷を生じる焦電素子を実装した内部配線を形成・配置した基板を、赤外線透過材を具備した金属缶ケースと、前記基板との電気的接続を成すリード端子を備えたヘッダーにてハーメチックシールする事で、焦電型赤外線検出器内部に於ける実装部材容積増加、つまりは、焦電型赤外線検出器自身の熱容量を増加させる事が可能であり、外来からの熱変動耐力を有す事で、温度ドリフト性能が向上する。 In the pyroelectric infrared detector, there are four capacitors for determining amplifier amplification gain frequency characteristics on one side of the substrate on which the internal wiring is formed, and an FET for converting the electric charge generated from the pyroelectric element into a voltage, and A resistor and a regulator circuit for stabilizing the voltage applied to the pyroelectric infrared detector, and an operational amplifier IC in which the amplifier circuit and the comparator circuit are housed in one package are mounted. A substrate formed and arranged with an internal wiring on which a pyroelectric element that receives an infrared ray on one side and generates an electric charge due to a change in the amount of incident infrared rays, a metal can case having an infrared transmitting material, and the substrate Hermetically sealing with a header with lead terminals that make electrical connections increases the volume of the mounting member inside the pyroelectric infrared detector, that is, pyroelectric red It is possible to increase the heat capacity of the line detector itself, by having a thermal fluctuation immunity from foreign, improved temperature drift performance.
また、本発明の焦電型赤外線検出装置は、一般的なTO−5型パッケージに格納可能な為、従来の焦電型赤外線検出装置と特異することなく、従来の焦電型赤外線検出装置との置き換え等も容易である。 In addition, since the pyroelectric infrared detector of the present invention can be stored in a general TO-5 type package, the conventional pyroelectric infrared detector and the conventional pyroelectric infrared detector are not different from the conventional pyroelectric infrared detector. It is easy to replace.
以下、本発明について図を参照して詳細な説明を行う。
図1は、本発明に関わる焦電型赤外線検出装置の分解外観図である。赤外線を入射透過させるフィルタ材1を具備した金属缶ケース2と、焦電素子3、焦電素子を支える支持台5を形成し、且つ、内部配線を形成した基板9a、また、前述基板9aの下面に、FET8、抵抗7、オペアンプIC6、コンデンサ10、前述基板9aを電気的・機械的に固定させる為の支柱14を搭載した内部配線を形成した基板9b、前記基板との電気的接続を成すリード端子12を備えたヘッダー11により、外来からの環境的変化や、電磁傷害を防止する為にハーメチックシールとした構成となっている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded external view of a pyroelectric infrared detection apparatus according to the present invention. A metal can case 2 having a
基板9aは、内部配線(図1では、配線が複雑な為、割愛した。)を形成されている薄型基板である。また、焦電素子3は赤外線を受光する電極4を形成しており、この基板9aの片面側には、焦電素子3を支える支持台5を備えて、支持台5上に前記焦電素子を搭載し、導電接着剤等により機械的・電気的接続を行い、赤外線を受光し温度変化により赤外線を受光する電極4から生じた電荷を取り出している。
The substrate 9a is a thin substrate on which internal wiring (in FIG. 1, the wiring is complicated and omitted). The
また、基板9bへは、電荷を電圧変換として取り出す為のインピーダンス変換用のFET8及び抵抗7を設けて、さらに、焦電型赤外線検出装置に印加する電圧を安定させる為のレギュレーター回路、インピーダンス変換された信号を増幅する為の増幅回路と、増幅回路より取り出した信号出力レベルを基に、検知・非検知を判定する為のコンパレーターを1パッケージとしたオペアンプIC6と前記増幅回路を構成し、アンプ増幅ゲインの周波数特性を決める為のコンデンサ4点10を搭載している。
Further, the substrate 9b is provided with an
尚、基板9bと基板9bへ実装されている電荷を電圧変換として取り出す為のインピーダンス変換用のFET8、抵抗7、焦電型赤外線検出装置に印加する電圧を安定させる為のレギュレーター回路、インピーダンス変換された信号を増幅する為の増幅回路と、増幅回路より取り出した信号出力レベルを基に、検知・非検知を判定する為のコンパレーターを1パッケージとしたオペアンプIC6、前記増幅回路を構成し、アンプ増幅ゲインの周波数特性を決める為のコンデンサ4点10と前記基板9bとの電気的接続を成すリード端子12を備えたヘッダー11は、AUワイヤー13によって、電気的接続を行っている。
It should be noted that the impedance conversion FET8, the
基板9bには、基板9aと基板9bとを電気的・機械的に接続及び固定するための支柱4本14が具備されている。この基板9aと基板9bとを電気的・機械的に接続及び固定するための支柱4本14の上部へ基板9aを装着することで、基板9aの実装位置・高さ・平衡を保っている。
The substrate 9b is provided with four
更には、基板9aと基板9bとを電気的・機械的に接続及び固定するための支柱4本14の内、1本は基板9bへ実装されている電荷を電圧変換として取り出す為のインピーダンス変換用のFET8及び抵抗7と、基板9aへ実装されている焦電素子3とを電気的接続を成している。尚、その他の3本は、シールド性の向上のため、グラウンドとしている。
Furthermore, among the four
上記焦電素子3、焦電素子を支える支持台5を形成し、且つ、内部配線を形成した基板9a、及び、前述基板9aの下面に、FET8、抵抗7、焦電型赤外線検出装置に印加する電圧を安定させる為のレギュレーター回路、インピーダンス変換された信号を増幅する為の増幅回路及び、増幅回路より取り出した信号出力レベルを基に、検知・非検知を判定する為のコンパレーター回路を1パッケージとしたオペアンプIC6、前記増幅回路を構成し、増幅回路の周波数特性を決める為の帰還コンデンサ4点10を搭載した内部配線を形成した基板9bは、金属缶ケース2及び、前述基板9bとの電気的接続を成すリード端子12を備えたヘッダー11にハーメチックシールされる。これらは、一般的なTO−5型パッケージに格納している為、焦電素子の受光電極部へ赤外線を集光させる光学レンズ及び、ミラーのデザイン並びに、使用自由度が格段にアップし、既存製品との置き換え等も可能な構造となる。また、後回路にて制御等を行う接続基板の縮小化にも繋がり、焦電型赤外線検出装置自体の低コスト化及び、小型化が可能な構造となる。さらには、金属缶ケース2及び、前記基板9との電気的接続を成すリード端子12を備えたヘッダー11が、焦電型赤外線検出装置のグランドと接続されており、アースへ接地されている為、外来からの環境的変化や、電磁傷害に対して、シールドされている構造となる。
The
図4は本発明の焦電型赤外線検出装置、従来の焦電型赤外線検出装置へ急激な温度変化(約4℃/min.)を与えた場合の出力変化を示したグラフである。図2に示す従来構造では、焦電型赤外線検出器内部構造は、1つの基板を使用していることに対し、図1に示す本発明の焦電型赤外線検出装置は、2つの基板を使用している為、熱容量が大きくなり、急激な温度変化が加わった際に於いても、焦電素子が受ける熱影響を小さくすることが可能となる。よって、図4に見られるように、環境温度変化時の出力信号のドリフトが1/3に改善されている事を確認した。 FIG. 4 is a graph showing an output change when a sudden temperature change (about 4 ° C./min.) Is applied to the pyroelectric infrared detector of the present invention and the conventional pyroelectric infrared detector. In the conventional structure shown in FIG. 2, the internal structure of the pyroelectric infrared detector uses one substrate, whereas the pyroelectric infrared detector of the present invention shown in FIG. 1 uses two substrates. Therefore, the heat capacity is increased, and even when a sudden temperature change is applied, the thermal effect on the pyroelectric element can be reduced. Therefore, as shown in FIG. 4, it was confirmed that the drift of the output signal at the time of environmental temperature change was improved to 1/3.
尚、本実施例の焦電型赤外線検出装置では、赤外線受光電極4を2エレメントデュアルタイプとしているが、種〃の焦電素子サイズ且つ、受光電極パターンにて、赤外線検出回路を構成する事も出来る。また、焦電素子3の受光電極4へ赤外線を集光させる光学系の具備も容易である。これらは、従来の製造技術及び、組立工程から特異することなく構成されている。
In the pyroelectric infrared detection apparatus of this embodiment, the infrared
1 フィルタ材
2 金属缶ケース
3 焦電素子
4 電極
5 支持台
6 オペアンプIC
7 抵抗
8 FET
9 基板
10 コンデンサ
11 ヘッダー
12 リード端子
13 AUワイヤー
14 支柱
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- 2009-11-26 JP JP2009269166A patent/JP2011112508A/en active Pending
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