JP3211074B2 - 赤外線検出器 - Google Patents
赤外線検出器Info
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Description
る赤外線を焦電素子で検出するようにした赤外線検出器
の改良に関する。
る素子には、焦電素子と呼ばれるものが多く使用されて
いる。このような焦電素子を用いた赤外線検知器は、防
犯用の侵入検知器の他、照明等の負荷の自動制御用とし
て急速に普及しつつある。図14は、この種の赤外線検
出器の内部構成を示すものである。
は、フレネルレンズ等の集光器100によって焦電素子
101の受光部に集光させ、更にバンドパスアンプ10
2によって、所望の周波数帯域の信号のみを増幅する。
そして、コンパレータ103では、バンドパスアンプ1
02によって増幅された出力と、予め設定された閾値と
を比較し、出力が閾値よりも大きい場合に検知信号を出
力する。このようにして、コンパレータ103から検知
信号が出力されると、タイマー104により予め設定さ
れた一定の遅延時間(オフディレイタイム)の間、出力
回路105は照明等の負荷を作動する。
に示したような基本構造となっており、プリント基板
P’上には、焦電素子を内蔵したCANパッケージ10
1の他、コンデンサや抵抗などの電子部品D’及びIC
チップC’などの外付け電子部品が実装され、最後にカ
バー100が被せられ、図14に示したバンドパスアン
プ102、コンパレータ103、タイマー104、出力
回路105が構成されており、出力回路105の出力で
リレー等の負荷制御装置を駆動して、照明等の負荷の制
御を行っている。
る。このような赤外線検出器では、PbTiO3 、PZ
Tなどのセラミックや、LiTaO3 などの単結晶、P
VF2 などの高分子などの焦電効果を有する材料を用い
て焦電素子101が構成される。ここに、焦電効果と
は、赤外線が分極している受光部101aに入射すると
熱に変換され、その温度変化により今まで空気中のイオ
ンと平衡であった状態がバランスを崩し、これにより電
荷を発生する特性を言うが、通常は、図16に示したよ
うに、発生した電荷をFETと高抵抗Rによってインピ
ーダンス変換し、電圧として取り出す構成となってい
る。
赤外線検出器では、赤外線検出素子である焦電素子、F
ET、高抵抗はCANパッケージ内に内蔵され、その他
のバンドパスアンプ、コンパレータ、タイマー等は、プ
リント基板上に実装されているため小型化を図ることが
できなかった。
あり、小型でローコストな赤外線検出器を提供すること
を目的としている。
検出器は、上記課題を解決するために提案され、赤外線
検出器のパッケージ内部に、樹脂成形品などで製される
3次元回路ブロックを収容させて回路部を構成してお
り、特にこの3次元回路ブロックを、表立面と裏立面と
を形成した縦方向に起立する縦長ブロック体としてい
る。ここに、3次元回路ブロックとしてはMID基板が
使用される。
などの信号処理回路を実装させ、裏立面にはコンデン
サ、抵抗素子などの外付け電子部品を実装させている。
本発明では、このような3次元回路ブロック構造を用い
ることによって、赤外線検出素子を構成する焦電素子の
みならず、従来は、平面状に広がるプリント基板に外付
け部品として実装されていた電子部品(ICチップ及び
外付け電子部品)を垂直方向に実装させるため構造が簡
単であり、ローコストで大幅な小型化が可能となる。
な処理を実現するためには、当然に電子部品の点数も増
え、サイズも大きくなるが、本発明によれば、このよう
な場合にも、縦長のブロック体の表立面と裏立面に電子
部品を実装するので、検出器は、上部から見た寸法は大
きくなることなく、縦方向に大きくする(高さを高くす
る)だけで、パッケージ内部に多くの電子部品を収める
ことができる。
は、ブロック体の上部には、焦電素子の両端部のみを支
持する支持受け部を設けた構造にしているので、その支
持受け部に、上記焦電素子を橋渡し実装できる。請求項
2に記載の赤外線検出器では、信号処理回路をICチッ
プとして構成しているので、より一層小型化が図れ、実
装も容易となる。
て構成する場合、信号処理回路を、電流増幅回路、バン
ドパスアンプ、ウインドコンパレータの組合せで構成
し、IC回路化を図れば、大型のコンデンサを使用する
ことがないので、一層小型化が図れる。請求項3に記載
の赤外線検出器では、縦長ブロック体の表立面、裏立面
の少なくとも一方を凹凸が存在しない平担面として形成
しているので、その面には、信号処理回路を構成するI
Cチップや、抵抗素子、コンデンサなどの電子部品が、
容易に連続して実装できる。したがって、1つの樹脂成
形体から複数の縦長ブロック体を切断して製造する場
合、縦長ブロック体の平坦面となる面に、通常のプリン
ト基板と同様の方法で電子部品を容易に実装出来るの
で、生産性も向上する。
ブロック体の表立面と裏立面とを連通させる両側壁に
は、複数の溝条を形成し、その溝条の溝底には、表立面
から裏立面に通じる導電パターンが形成されている。こ
のような溝条は、表立面の導電パターンと裏立面の導電
パターンとを接続するスルーホールのように作用し、こ
れによって、電子部品を表立面と裏立面に別々に実装で
きる。このため、すべての電子部品を同一面内に配置す
ることがなく、大幅な小型化を図ることができる。
スタの試験棒や、オシロスコープのプローブなどを接触
させて回路動作チェックができるので、品質チェック用
のテストランドを別に設ける必要もなくなり、構造も簡
易化できる。更に、請求項5に記載の赤外線検出器で
は、縦長ブロック体の基部にはパッケージのベース部に
設けたピン端子を取り付ける穴部を形成した脚部を有し
た構造となっているので、その脚部の穴部にベース部に
設けたピン端子をはめ込めば、ベース部への位置決めを
正確に行って容易確実に固定でき、作業性の向上が図れ
るうえに、各検出器によって赤外線の検出にばらつきが
生じることがなく、信頼性の向上にもつながる。
の上面には、導電パターンを形成した傾斜上面を有した
構造となっているので、脚部にベース部のピン端子をは
め込んで、縦長ブロック体とベース部とを電気的に強固
に接続出来る。この場合、脚部に形成された傾斜上面に
は、導電パターンを形成しているので、導電性接着剤な
どを用いることによって、ベース部の端子と縦長ブロッ
ク体との接続面を十分にとることができるので、ブロッ
ク体の底面積が小さいものであっても、ベース部への電
気的接続を確実に行うことができる。
ブロック板の上面には、焦点素子を架け渡し支持するた
めの支持受け部を設け、この支持受け部には、赤外線検
出素子に接続されるべき電極パターンを形成しているの
で、焦電素子を実装する際、熱的なアイソレーションを
十分にとれるだけでなく、電気的接続もより確実に行う
ことができる。
実施の形態について、図面とともに説明する。図1の
(a),(b)は、ICチップ、電子部品を実装した縦
長ブロック体の外観図、図2の(a),(b)は縦長ブ
ロック体の外観図である。
脂で一体成形されており、その上面1Eには、焦電素子
Bを橋渡し支持するための支持受け部11,11を段状
に形成しており、表立面1Aや裏立面1Bには、信号処
理回路を内蔵させたICチップCや、コンデンサ、抵抗
などのチップ部品Dなどの電子部品を実装している。ま
た、表立面1Aと裏立面1Bを連通する両側壁面1C,
1Cには、複数の溝条13が平行に設けられており、こ
れらの溝条13の底面には、表立面1A、裏立面1Bに
形成される導電パターン31,34に接続される導通パ
ターン32が形成されている。なお、図中、38はIC
チップCと導電パターン34の電極部34aとを接続す
るためのワイヤ、36は赤外線検出素子Bを縦長ブロッ
ク体Aに接続するための導電性接着剤である。
成される4つの面のうち、信号処理回路を内蔵したIC
チップCを実装する面を表立面1Aとし、これと対向す
る面を裏立面1Bとして、コンデンサ、抵抗などのチッ
プ部品Dを実装している。なお、ここでは、裏立面1B
のみを平坦に形成しているが、表立面1Aを平坦面に形
成してもよい。
の各面の形状と、導電パターンを示している。(a)は
平面図、(b)は表立面、(c)は底面、(d)は右側
面、(e)は裏立面を示しており、黒く塗りつぶした部
分は、金、銀などの良導電材料で形成された導電パター
ン32,33,37を示しており、34a,37aは電
極部を示している。表立面1Aの中央に形成した凹所1
0には、グランドパターン31が形成されており、この
グランドパターン31は、底面1Dに形成された1条の
グランドパターン39に接続されている。縦長ブロック
体Aの基部に設けた2本の脚部12,12の傾斜上面に
形成された導電パターン33,33は、いずれも、後述
するように、それぞれの脚部12,12の穴部12a,
12aに嵌入される接続ピンに導電性接着剤によって接
続されるようになっている。また、裏立面1Bは平坦面
になっており、実装すべき電子部品に応じた多数の導電
パターン37と電極部37aが形成されている。
aが形成され、この凹所11aの両側には一対の支持受
け部11a,11aを段状に形成しており、この支持受
け部11a,11aには更に電極パターン11b,11
bを形成し、赤外線検出素子Bの両端のみを橋渡し支持
した状態で、縦長ブロック体Aに実装出来るようにして
いる。したがって、赤外線検出素子Bのチップを縦長ブ
ロック体Aに実装する際に、両者の電気的接続をより確
実に行うことができ、また、この構造では、赤外線検出
素子Bは、その中央部を浮かせるように縦長ブロック体
Aに実装されているので、両者の接触面も小さくなり、
縦長ブロック体Aとの熱的アイソレーションも良好にで
き、不平衡電圧によるノイズの発生も防げる。なお、図
4は、縦長ブロック体に電子部品を実装する要領を説明
する図である。
明する。図5は、信号処理回路をIC回路化した内部回
路の構成を示す図であり、赤外線検出素子Bの出力を電
流増幅回路31で増幅した後、バンドパスアンプ32で
所定周波数の信号を取り出し、予めしきい値を設定した
ウインドコンパレータ33からH,Lレベルの信号を出
力するタイプを示している。
が、信号処理回路としてICチップに内蔵されている部
分である。このような電流増幅回路31、バンドパスパ
イプ32をウインドコンパレータ33をICチップとし
て構成した場合には、電流増幅回路31は、集光器30
で集光した赤外線を赤外線検出素子Bで検出した結果、
実際のコンデンサの容量を増幅した値が、見かけ上の容
量となるので、アルミ電解コンデンサやタンタルコンデ
ンサ等の比較的大きなコンデンサを必要とせず、チップ
セラミックコンデンサのような容量の小さい、小さなコ
ンデンサでも同等の作用を得ることができる。
を、電流増幅回路31、バンドパスアンプ32及びウィ
ンドコンパレータ33までとしているが、更にタイマー
34を加えてIC回路化してもよい。また、信号処理回
路を電流増幅によらずに、従来のFETと高抵抗を用い
てインピーダンス変換するようにしてもよく、この場
合、縦長ブロック体Aの表立面1Aには、バンドパスア
ンプ32とウインドコンパレータ33とをIC回路化し
たICチップを実装し、裏立面1Bには、FETと高抵
抗(不図示)を実装するようにすればよい。
プ32の部分のみをIC回路化して、パッケージ(CA
N)のベース部の出力端子からは、アナログ信号が出力
できる構成してもよい。このようにして、信号処理回路
は、その使用目的に応じてIC回路化を図ることがで
き、それによって、パッケージから取り出される信号出
力のパターンも種々に変更できる。
て説明する。図6〜図8は、赤外線検出素子Bと電子部
品を実装した縦長ブロック体Aを、3本脚の接続ピンを
有した金属製(SPC、コバール等)のベース部Eに固
定し、筒状のパッケージカバー(CAN)に収容させた
ものである。このベース部Eからは、3本の端子41〜
43が突出しているが、そのうちの1本の端子43はG
ND(グランド用)であり、縦長ブロック体Aを取付け
る底板40の内側には、この端子は突出しておらず、直
接ベース部Eに取り付けている。縦長ブロック体Aの底
面1Eに形成された導電パターン39は、この底蓋40
に導電性接着剤を塗布することにより接着される。
0に固着するには、縦長ブロック体Aの2本の脚部1
2,12に形成した穴部12a,12aに、底蓋40の
上面に突出した2本のピン端子41,42を嵌め込んで
から、図7に示したように導電性接着剤36を使用し
て、脚部12,12をベース部Eの底蓋40に固着す
る。この場合、脚部12,12には、導電パターン3
3,33の形成された傾斜上面が形成されているので、
ピン41,42と脚部とを、導電性接着剤や半田36で
固着する場合の接続面積を十分に大きくとれるので、電
気導電性に優れ、強固に固着できる。
縦長ブロック体Aを固着した後は、底蓋40に、上面に
赤外線透過する赤外線フィルタ44aを設けた筒状のパ
ッケージカバー44を被せ、熔接すれば、パッケージ
(CAN)が完成される。図9は、赤外線検出器の他例
を示しており、更に複雑な信号処理機能を持たせたIC
部品を実装させたり、外付けのチップ部品の点数を増し
た場合に適用される。このような場合でも、電子部品の
実装面を縦長ブロック体Aの垂直方向に規定しているの
で、図示するように縦長ブロック体Aを縦方向に大きく
し、パッケージのカバーを高くするだけで、同じ径のパ
ッケージに収めることができる。
いて説明する。縦長ブロック体Aは、1個の樹脂成形ブ
ロックを成形する際に、凹凸、孔部、切込みを形成し、
更に必要な導電パターンやスルーホールを形成すること
によって、複数の縦長ブロック体Aをマトリクス状に配
列させて形成した後、ダイシング加工によって切断し
て、個々の独立したブロック体として製造できる。
面を示しており、図11は裏面を示している。樹脂成形
ブロックSには、水平、垂直に切断面Lx・・・,Ly
・・・が規定されているので、必要な電子部品やICチ
ップを実装した後、これらの切断面Lx・・・,Ly・
・・をダイシング加工して切断すれば、個々の縦長ブロ
ック体A・・・が取り出される。
1A、裏立面1Bの少なくとも一方の立面を平坦面に形
成した場合、その平坦面には、通常のプリント基板のよ
うに、ICチップや電子部品を容易に実装できる。この
例では、1個の樹脂成形ブロックSに、縦長ブロック体
Aを縦6個、横9個だけマトリクス状に配列して、規定
した切断面Lx・・・,Ly・・・を切断することによ
って、54個の縦長ブロック体Aを製造している。
面1Aの導電パターンと裏立面1Bの導電パターンとを
接続しており、縦長ブロック体Aの切断形成時に、左右
対称に切断されると、図1,図2,図3に示したよう
に、溝底に導電パターン33の形成された複数の溝条1
3が形成されることになる。図12〜図13(a),
(b)に、赤外線検出器の別例を示す。この例では、赤
外線検出素子B’は、4つの電極35を設けた4エレメ
ントタイプになっており、基板P’上にマウントされ、
この基板P’の両端は、縦長ブロック体Aの上面に形成
した支持受け部11に載せて橋渡しされるように取り付
けされ、更に、予め形成された電極パターン11bに導
電性接着剤36によって電気的接続がなされるようにな
っている。
発明の赤外線検出器の基板構造によれば、以下の効果を
奏する。請求項1によれば、ICチップや電子部品など
を実装する面を、縦長ブロック体の垂直方向に規定して
いるので、複雑な信号処理が必要となって、電子部品の
サイズが大きくなり、また、部品の点数が多くなったと
しても、この縦長ブロック体を縦方向に大きくし、パッ
ケージのキャップの高さを高くすれば、従来の径のパッ
ケージ内に収めることができ、小型化が図れる。
は、ブロック体の上部には、焦電素子の両端部のみを支
持する支持受け部を設けた構造にしているので、その支
持受け部に、上記焦電素子を橋渡し実装すれば、焦電素
子と縦長ブロック体との熱的アイソレーションを十分に
保持でき、熱的ノイズの影響を少なく出来る。請求項2
に記載の赤外線検出器では、信号処理回路をICチップ
として構成しているので、小型化が図れ、実装も容易と
なる。
ブロック体の表立面、裏立面の少なくとも一方を凹凸が
存在しない平担面として形成しているので、その面に
は、信号処理回路を構成するICチップや、抵抗素子、
コンデンサなどの電子部品が、容易に連続して実装でき
る。したがって、1つの樹脂成形体から複数の縦長ブロ
ック体を切断して製造する場合、縦長ブロック体の平坦
面となる面に、通常のプリント基板と同様の方法で電子
部品を容易に実装出来るので、生産性も向上する。
ブロック体の表立面と裏立面とを連通させる両側壁に
は、複数の溝条を形成し、その溝条の溝底には、表立面
から裏立面に通じる導電パターンを形成しているので、
電子部品を表立面と裏立面に別々に実装できる。このた
め、すべての電子部品を同一面内に配置することがな
く、大幅な小型化を図ることができる。
スタの試験棒や、オシロスコープのプローブなどを接触
させて回路動作チェックができるので、品質チェック用
のテストランドを別に設ける必要もなくなり、構造も簡
易化できる。更に、請求項5に記載の赤外線検出器で
は、縦長ブロック体は、パッケージのベース部に設けた
ピン端子を取り付ける穴部を形成した脚部を有した構造
となっているので、その脚部の穴部にベース部に設けた
ピン端子をはめ込めば、ベース部への位置決めを正確に
行って容易かつ、確実に電気的に固着でき、作業性の向
上が図れる。
の上面には、導電パターンを形成した傾斜上面を有した
構造となっているので、脚部にベース部のピン端子をは
め込んで、縦長ブロック体とベース部とを電気的に強固
に接続出来る。この場合、脚部に形成された傾斜上面
は、導電性接着剤などを用いることによって、ベース部
の端子と縦長ブロック体との接続面を十分にとることが
できるので、ブロック体の底面積が小さいものであって
も、ベース部への電気的接続を確実に行うことができ
る。
ブロック板の上面には、焦点素子を架け渡し支持するた
めの支持受け部を設け、この支持受け部には、赤外線検
出素子に接続されるべき電極パターンを形成しているの
で、焦電素子を実装する際、熱的なアイソレーションを
十分にとれるだけでなく、電気的接続もより確実にかつ
容易に行うことができる。
の外観図である。
る。
成された導電パターンの説明図である。
である。
ロック図である。
(縦長ブロック体とベース部)。
(縦長ブロック体を取り付けたベース部とパッケージカ
バー)。
了)。
ロックの表面図である。
ロックの裏面図である。
ク体の別例の外観図である。
ブロック図である。
図である。
ある。
ン 35・・・電極部(赤外線検出素子) 34a,37a・・・電極部 36・・・導電性接着剤 S・・・樹脂成形ブロック
Claims (7)
- 【請求項1】焦電素子、外付け電子部品、信号処理回路
を実装した3次元回路ブロックをパッケージ内部に収容
した構造の赤外線検出器であって、 前記3次元回路ブロックは、表立面と裏立面とを形成し
た縦方向に起立する縦長ブロック体を備え、 前記縦長ブロック体は、その上部に凹所を有し、前記凹
部の両側には、前記焦電素子を支持する一対の支持受け
部が設けられており、 前記一対の支持受け部には、前記焦電素子がその両端部
のみを支持するように、橋渡し実装し、 前記縦長ブロック体の表立面に、前記信号処理回路を実
装し、 前記縦長ブロック体の裏立面に、前記外付け電子部品を
実装させた、 赤外線検出器。 - 【請求項2】 前記信号処理回路が、ICチップとして構
成されている、請求項1に記載の赤外線検出器。 - 【請求項3】 前記縦長ブロック体の表立面、裏立面の少
なくとも一方を平坦面に形成している、請求項1又は請
求項2に記載の赤外線検出器。 - 【請求項4】 前記縦長ブロック体の両側壁には、複数の
溝条が形成されており、 前記複数の溝条の各々の溝底には、前記縦長ブロック体
の表立面に形成される導電パターンと前記縦長ブロック
体の裏立面に形成される導電パターンとを接続する導電
パターンが形成されている、請求項1〜3 のいずれかに
記載の赤外線検出器。 - 【請求項5】前記縦長ブロック体は、前記パッケージを
構成するベース部の底蓋上に固着されるようになってお
り、 前記縦長ブロック体は、その下部に、前記縦長ブロック
体を前記ベース部の底蓋に固着するための脚部を有し、 前記脚部には、前記パッケージのベース部に設けたピン
端子を取り付ける穴部が形成されている、請求項1〜4
のいずれかに記載の赤外線検出器。 - 【請求項6】前記脚部は、傾斜上面を備え、 前記傾斜上面には、導電パターンが形成されており、且
つ、 前記パッケージを構成するベース部の底蓋上に前記縦長
ブロック体を固着する際に、前記縦長ブロック体の下部
に設けた脚部に形成されている穴部内に前記パッケージ
のベース部に設けたピン端子を取り付け、 前記脚部と、前記ピン端子とを、導電性接着剤又は半田
で固着した、請求項5 に記載の赤外線検出器。 - 【請求項7】 前記縦長ブロック体の一対の支持受け部
に、前記焦電素子に接続されるべき電極パターンを予め
形成している、請求項1〜6のいずれかに記載の赤外線
検出器。
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