(57)【要約】【課題】構成部品自体の容積サイズの関係及び、回路構成用実装部品点数も多くなる事より、基板の実装スペースを大きく設ける必要があるため、縮小化には限界がある。また、増幅回路の周波数特性の変更、アンプ増幅ゲインの変更及び、コンパレーター回路のしきい値の変更を行うにあたり、実装部品の変更等が容易に出来ず、汎用性に限界がある。【解決手段】内部配線を形成した基板の片面側に、焦電素子３と、ＦＥＴ８及び抵抗７と、オペアンプＩＣ６を搭載し、もう片面側にコンデンサ４点１０を実装した前記基板を、ＴＯ−５型パッケージに格納し、且つオペアンプＩＣ６と内部配線を形成した基板９のＡＵワイヤー１３によるワイヤー配線方法により、アンプ増幅ゲインの変更及び、コンパレーターしきい値の選択が可能な構造とした事を特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦電型赤外線検出器内部に熱アブソーバーとなる部材を配置し、内部部材体積・熱容量を増加させ、赤外線透過材を具備した金属缶ケースと、ヘッダーにより、ＴＯ−５型パッケージに格納した事を特徴とする焦電型赤外線検出装置。
【請求項２】
請求項１の焦電型赤外線検出装置に於いて、熱アブソーバーとなる部材を、内部配線を形成した薄型基板の片面側に焦電素子、焦電素子を支える支持台、ＦＥＴ、抵抗と、レギュレーター回路、増幅回路、コンパレーター回路一体化させたオペアンプＩＣを搭載し、もう片面側にコンデンサを実装した薄型基板とした事を特徴とする焦電型赤外線検出装置。
【請求項３】
請求項１並びに請求項２の焦電型赤外線検出装置に於いて、オペアンプＩＣにレギュレーターを内蔵し、ＦＥＴへの電圧供給及び、増幅回路のオフセット電圧供給を形成する事を特徴とする焦電型赤外線検出装置。
【請求項４】
請求項１並びに請求項２並びに請求項３の焦電型赤外線検出装置に於いて、電気的接続のワイヤー結線の組み合わせにより、アンプ増幅利得や、コンパレーターしきい値を任意に選択できる事を特徴とする焦電型赤外線検出装置。
【請求項５】
請求項１並びに請求項２並びに請求項３並びに請求項４の焦電型赤外線検出装置に於いて、アンプ増幅後のアナログ信号端子とコンパレーター出力回路語のデジタル処理信号端子を具備する事を特徴とする焦電型赤外線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来の焦電型赤外線検出装置は、図５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、焦電素子より生じた電荷を電圧に変換するＦＥＴ及び抵抗が、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型焦電型赤外線検出器と、インピーダンス変換された前述焦電素子の出力信号を増幅する増幅回路及び、前記増幅回路より出力され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構成する部品を実装した外付け接続用基板とを接続した構成が従来技術として知られている。
【０００３】
また、図４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、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フラットパック型にパッケージされた焦電型赤外線検出装置も存在する。
【０００４】
さらに、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、オペアンプＩＣ、抵抗及びコンデンサからなる増幅回路と前記増幅回路より出力され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焦電型赤外線検出装置も存在する。
【０００５】
しかし、前記増幅回路より出力された信号と、前記増幅回路より出力され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出力は、どちらか一方の信号出力を選択し外部へ出力しており、一つの焦電型赤外線検出装置より同時に外部へ出力する構成でない。
【０００６】
また、従来の焦電型赤外線検出装置は、電源電圧が変動した場合、増幅回路からの出力が変動してしまうという課題がある。
【０００７】
また、従来の焦電型赤外線検出装置には、アンプ増幅ゲインの選択性及び、コンパレーターしきい値の選択性が無く固定回路となっており、使用条件が限定されてしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２７９１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
また、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、焦電素子より生じた電荷を電圧に変換するＦＥＴと、オペアンプＩＣ、抵抗及びコンデンサからなる増幅回路と前記増幅回路より出力され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する場合、前記構成部品自体の容積サイズの関係及び、回路構成用実装部品点数も多くなる事より、基板の実装スペースを大きく設ける必要があるため、縮小化には限界がある。
【００１０】
また、前記従来のケースパッケージでは、前記増幅回路より出力された信号及び、前記増幅回路より出力され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信号を、後回路にて制御等をする必要がある為、前記増幅回路の周波数特性の変更、アンプ増幅ゲインの変更及び、前記コンパレーター回路のしきい値の変更を行うにあたり、実装部品の変更等が容易に出来ず、汎用性に限界がある。
【００１１】
その他にも、従来の焦電型赤外線検出装置は、前記増幅回路より出力された信号と、前記増幅回路より出力され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出力は、どちらか一方の信号出力を選択し外部へ出力する構成となっている為、使用条件毎に、前記増幅回路までパッケージされた焦電型赤外線検出装置又は、前記コンパレーター回路までパッケージされた焦電型赤外線検出装置を準備する必要があった。
【００１２】
また、従来の焦電型赤外線検出装置は、電源電圧が変動した際に増幅回路より出力された信号が変動していた。従って、焦電型赤外線検出装置に電圧印加する場合は、外部に安定化電源装置を設ける必要があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために本発明は、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、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、もう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点を実装した前記基板を、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した事を特徴としている。
【００１４】
また、前記増幅回路の増幅率の変更を実現する為に、前記基板と前記レギュレーター回路、前記増幅回路及び、前記コンパレーター回路を１パッケージとしたオペアンプＩＣ上にてワイヤーボンディング結線により接続切り替えする事で、９段階のアンプ増幅ゲイン切り替えが可能である。また、前記コンパレーター回路のしきい値の変更についても、オペアンプＩＣ上にて、ワイヤーボンディング結線により接続切り替えする事で、３段階のしきい値切り替えが可能である。これにより、アンプ増幅ゲイン９種×コンパレーターしきい値３種の計２７通りの回路構成が可能である事を特徴としている。
【００１５】
さらには、前記増幅回路を構成し、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点のコンデンサ容量を変更する事により、増幅部の周波数特性も変更する事が可能である事を特徴としている。
【００１６】
また、記焦電素子より生じた電荷を電圧に変換するＦＥＴと前記増幅回路及び、前記コンパレーター回路に供給される電圧を安定化する事の出来るレギュレーター回路を搭載する事で、前記増幅回路より出力される信号を安定させる事が可能である事を特徴としている。
【００１７】
前記増幅回路より出力された信号と、前記コンパレーター回路より出力された信号を、一つの焦電型赤外線検出装置より信号が同時に外部へ接続する事を実現する為に、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のリード端子数を4本へする事により、前記増幅回路より出力された信号と、前記コンパレーター回路より出力された信号を、一つの焦電型赤外線検出装置より出力可能な事を特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
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、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、もう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点を実装した前記基板を、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、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。
また、本発明の焦電型赤外線検出装置は、焦電型赤外線検出器の内部に前記各部材を格納する事により、製造工程を簡素化する事が可能である。
【００１９】
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、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となる。さらには、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、小型化への一助となる。
【００２０】
さらに、本発明の焦電型赤外線検出装置は、前記基板と前記レギュレーター回路、前記増幅回路及び、前記コンパレーター回路を１パッケージとしたＩＣを電気的接続する事により、9段階のアンプ増幅ゲイン切り替え及び、３段階のコンパレーターしきい値切り替えが可能な、合計２７段階の設定が可能である事、また、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点のコンデンサ容量を変更する事により、増幅部の周波数特性も変更する事が可能である事、更には、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のリード端子数を4本へする事による、前記増幅回路より出力された信号と、前記コンパレーター回路より出力された信号を、一つの焦電型赤外線検出装置より信号が同時に外部へ出力可能である事より、設計自由度が格段にアップ出来る。また、既存製品の性能を１種類の焦電型赤外線検出装置にて網羅出来る為、焦電型赤外線検出装置を使用することによる設計自由度及び、低コスト化への一助と共に、少量・多品種化への対応も容易である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１の焦電型赤外線検出装置を示す分解外観図である。
【図２】本発明の実施例１の焦電型赤外線検出装置の外観図である。
【図３】本発明の実施例１の焦電型赤外線検出装置の内部回路ブロック図である。
【図４】本発明の実施例１及び、従来の焦電型赤外線検出装置の電源電圧変動モニタ結果である。
【図５】従来のフラットパック型パッケージ赤外線検出装置を用いた赤外線検出回路を示す。
【図６】従来のＴＯ−５型パッケージ赤外線検出装置を用いた赤外線検出回路を示す。
【図７】本発明の実施例１の焦電型赤外線検出装置、及び、従来の赤外線検出装置の急激な周囲温度変化時の出力変化を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、ＦＥＴ８、抵抗７、オペアンプＩＣ６、コンデンサ１０を搭載した基板９、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。
【００２３】
基板９は、内部配線（図１では、配線が複雑な為、開示せず）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９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。また、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となる。基板９のもう片面側は、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。
【００２４】
上記焦電素子３、焦電素子３を支える支持台５、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、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、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点は、基板９に搭載構成され、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可能な為、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。
【００２５】
また、焦電素子３を支える支持台５、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、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、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、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は、ＡＵワイヤー１３により電気的接続を行う。９段階のアンプ増幅ゲインの切り替え及び３段階のコンパレーターしきい値切り替えは、前記オペアンプＩＣ６と前記基板９のＡＵワイヤー１３によるワイヤー配線方法により切り替えが可能な構造となっている。
【００２６】
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については、リード本数を４本とする事で、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より取り出し可能な、増幅信号及びコンパレーター出力信号を１種類の焦電型赤外線検出装置にて取り出し可能である。また、前記ヘッダーの表面処理は、パッケージ内部構造上、電気的接続はＡＵワイヤー１３にて接続している為、電解Ａｕメッキとしている。その為、本焦電型赤外線検出装置を後回路にて制御等を行う接続基板に実装する際のはんだ濡れ性も向上する構造となっている。
【００２７】
前記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、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のドライブ能力は２．８Ｖであり、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もそれに準じている為、本焦電型赤外線検出装置自体のドライブ能力は３〜５．５Ｖと、低消費電圧化及び、低消費電流化が可能な構造となっている。
【実施例１】
【００２８】
図２は、本実施例に関わる焦電型赤外線検出装置の外観形状図である。図３は、本実施例に関わる焦電型赤外線検出装置の内部回路ブロック図である。図２に示すように、一般的なＴＯ−５型パッケージに格納した構造としている。
図７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７に見られるように、本発明による焦電型赤外線検出装置において、環境温度変化時の出力信号のドリフトが大幅に改善されている事を確認した。
【００２９】
図４は、本実施例に関わる電源電圧変動時の増幅回路より出力される信号をモニタしたもので、改善されていることを確認した。
【００３０】
一般的な焦電素子の出力信号を増幅する増幅回路は、オペアンプ、抵抗、コンデンサにより所定のバンドパス信号のみを通過させており、２段式増幅回路構成を用いている。２段目の増幅回路より出力される信号は、処理が容易な検知信号となっており、一般的な人体検知用途の場合は、１Ｈｚ程度を中心としたバンドパス増幅回路として用いられている。
【００３１】
また、人体検知用途としての本実施例の焦電型赤外線検出装置の動作は、人体の移動により焦電素子３の赤外線受光電極２エリア内の赤外線入射量が変動し、温度変化に応じて赤外線受光電極４から出力信号が生じ、前記ＦＥＴ８及び前記オペアンプＩＣ６から成る増幅回路部または、コンパレーター回路を通して増幅出力信号または、コンパレーター信号が検出される。前記出力信号は、前記ヘッダー１１より直接出力信号の取り出しを行う事が出来る為、本焦電型赤外線検出装置を用いる事で、増幅出力信号または、コンパレーター信号が検出され、容易に構成が可能である。
【００３２】
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。
【符号の説明】
【００３３】
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    ＴＯ−５型焦電型赤外線検出器
１５    外付け接続用基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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