CN109328295B - 红外线检测装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种红外线检测元件及红外线检测装置。提供可靠地检测多个种类的检测对象且为小型的热释电型红外线检测元件。红外线检测元件(10)具备热释电体(101)、受光电极(110)、受光电极(120)及黑化膜(131、132)。受光电极(110)形成于热释电体(101)的表面，且接受来自第一区域的红外线。受光电极(120)形成于热释电体(101)的表面，且接受来自第二区域的红外线。黑化膜(131、132)配置于受光电极(110)的表面，未配置于受光电极(120)的表面。由此，红外线的受光灵敏度在受光电极(110)与受光电极(120)不同。

Description

红外线检测装置
技术领域
本发明涉及在热释电体形成有受光电极的热释电型的红外线检测元件。
背景技术
在专利文献1记载有双重双型的热释电型红外线检测元件。专利文献1所记载的热释电型红外线检测元件具备两个H型的受光电极。两个受光电极分别与独立的检测电路连接。两个受光电极的红外线的检测对象的区域不同。具体而言，第一受光电极的检测对象的区域是不能够检测狗等小动物或移动的热源体(自走式吸尘器等)的红外线而能够检测人的红外线的区域。第二受光电极的检测对象的区域是主要能够检测小动物或移动的热源体的红外线的区域。
专利文献1所记载的热释电型红外线检测元件通过独立使用两个检测电路的输出从而对人的检测与小动物的检测进行区别。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-292551号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1所记载的热释电型红外线检测元件中，需要按照各受光电极而具备检测电路。因此，热释电型红外线检测元件的构造变得复杂，热释电型红外线检测元件的形状会变大。
因此，本发明的目的在于，提供一种可靠地检测多个种类的检测对象且为小型的热释电型红外线检测元件。
用于解决课题的手段
本发明的红外线检测元件具备热释电体、第一受光电极、第二受光电极及受光灵敏度调整构件。第一受光电极形成于热释电体的表面，且接受来自第一区域的红外线。第二受光电极形成于热释电体的表面，且接受来自第二区域的红外线。受光灵敏度调整构件使红外线的受光灵敏度在第一受光电极与第二受光电极不同。
在该结构中，针对第一区域的红外线的检测灵敏度与针对第二区域的红外线的检测灵敏度不同。
另外，在本发明的红外线检测元件中，优选的是，受光灵敏度调整构件是仅配置于第一受光电极的表面的红外线吸收膜。
在该结构中，针对第一区域的红外线的检测灵敏度与针对第二区域的红外线的检测灵敏度之差变大。
另外，在本发明的红外线检测元件中也可以为如下的结构。受光灵敏度调整构件是配置于第一受光电极的表面的第一红外线吸收膜、以及配置于第二受光电极的表面的第二红外线吸收膜。第一红外线吸收膜的红外线吸收率高于第二红外线吸收膜的红外线吸收率。
在该结构中，通过红外线吸收率之差来调整针对第一区域的红外线的检测灵敏度与针对第二区域的红外线的检测灵敏度之差。
另外，在本发明的红外线检测元件中，也可以为，基于第一红外线吸收膜实现的第一受光电极的被覆率高于基于第二红外线吸收膜实现的第二受光电极的被覆率。
在该结构中，通过被覆率来调整针对第一区域的红外线的检测灵敏度与针对第二区域的红外线的检测灵敏度之差。
另外，在本发明的红外线检测元件中，也可以为，第一受光电极的红外线吸收率高于第二受光电极的红外线吸收率。
在该结构中，通过电极的材料来实现红外线吸收率之差。
另外，在本发明的红外线检测元件中也可以为如下的结构。热释电体的厚度在配置有第一受光电极的第一区域与配置有第二受光电极的第二区域不同。第一区域的热释电体的厚度小于第二区域的热释电体的厚度。
在该结构中，通过热释电体的构造来实现检测信号相对于红外线的灵敏度差。
另外，本发明的红外线检测装置具备第一要素、第二要素、连接部、阻抗转换元件及判定部。第一要素具有第一受光电极和热释电体。第二要素具有第二受光电极和热释电体。连接部将第一要素与第二要素连接。阻抗转换元件经由连接部，根据第一要素和第二要素的电荷而生成检测信号。判定部通过检测信号来进行红外线的检测判定。
在该结构中，由一个阻抗转换元件及判定部实现第一区域的红外线的检测和第二区域的红外线的检测。
发明效果
根据本发明，能够小型地实现可靠地检测多个种类的检测对象的热释电型红外线检测元件。
附图说明
图1(A)是本发明的第一实施方式的红外线检测元件的俯视图，图1(B)是图1(A)的A-A剖视图。
图2是本发明的第一实施方式的红外线检测装置的电路结构图。
图3是示出本发明的红外线检测装置的应用例的图。
图4是示出本发明的第二实施方式的红外线检测元件的结构的俯视图。
图5是示出本发明的第三实施方式的红外线检测元件的结构的俯视图。
图6是示出本发明的第四实施方式的红外线检测元件的结构的侧视剖视图。
图7是示出本发明的第五实施方式的红外线检测元件的结构的侧视剖视图。
图8是示出本发明的第六实施方式的红外线检测元件的结构的侧视剖视图。
图9是本发明的实施方式的红外线检测装置的另一方式的电路结构图。
具体实施方式
参照附图对本发明的第一实施方式的红外线检测元件及红外线检测装置进行说明。图1(A)是本发明的第一实施方式的红外线检测元件的俯视图。图1(B)是图1(A)的A-A剖视图。
如图1(A)以及图1(B)所示，红外线检测元件10具备热释电体101、受光电极110、受光电极120、黑化膜131、黑化膜132、连接用电极141、142。受光电极110对应于本发明的“第一受光电极”，受光电极120对应于本发明的“第二受光电极”。黑化膜131对应于本发明的“第一黑化膜”，黑化膜132对应于本发明的“第二黑化膜”。
热释电体101由产生热释电效应的材料构成。热释电体101例如由铁电体材料构成。热释电体101是平板。
受光电极110及受光电极120形成于热释电体101的表面。
受光电极110具备检测用电极111、112和布线电极113。检测用电极111、112在俯视下呈矩形。检测用电极111、112沿着第一方向隔开间隔地配置。布线电极113是沿着第一方向延伸的线状电极。布线电极113将检测用电极111与检测用电极112连接。布线电极113的沿着第二方向的长度比检测用电极111的沿着第二方向的长度及检测用电极112的沿着第二方向的长度短。这样，受光电极110是在俯视下呈H型的电极。检测用电极111与检测用电极112优选为相同的形状。通过使检测用电极111与检测用电极112为相同的形状，从而相互取得平衡，相对于外部气温的变动而稳定，因此，红外线的检测精度提高。
受光电极120具备检测用电极121、122和布线电极123。检测用电极121、122在俯视下呈矩形。检测用电极121、122沿着第一方向隔开间隔地配置。布线电极123是沿着第一方向延伸的线状电极。布线电极123将检测用电极121与检测用电极122连接。布线电极123的沿着第二方向的长度比检测用电极121的沿着第二方向的长度及检测用电极122的沿着第二方向的长度短。这样，受光电极120是在俯视下呈H型的电极。检测用电极121与检测用电极122优选为相同的形状。通过使检测用电极121与检测用电极122为相同的形状，从而红外线的检测精度提高。
受光电极110与受光电极120沿着第二方向配置。受光电极110与受光电极120分离。
黑化膜131配置于受光电极110中的检测用电极111的表面的整个面。黑化膜132配置于受光电极110中的检测用电极112的表面的整个面。即，黑化膜131、132仅配置于受光电极110中的检测用电极111、112的表面。黑化膜131、132对应于本发明的“红外线吸收膜”。
通过采用这样的结构，受光电极110的红外线的受光灵敏度高于受光电极120的红外线的受光灵敏度。这样，黑化膜131、132对应于本发明的“受光灵敏度调整构件”。
因此，由受光电极110检测的红外线的检测灵敏度高于由受光电极120检测的红外线的检测灵敏度。由此，针对分配给受光电极110的第一红外线检测区域(对应于本发明的“第一区域”)的红外线的检测灵敏度与针对分配给受光电极120的第二红外线检测区域(对应于本发明的“第二区域”)的红外线的检测灵敏度不同。而且，通过使用红外线检测元件10的结构，能够利用简单的结构来实现可进行检测灵敏度不同的针对多个区域的红外线的检测的结构。由此，能够实现红外线检测元件10的小型化。
连接用电极141、142形成于热释电体101的背面。连接用电极141夹着热释电体101而与受光电极110的检测用电极111及受光电极120的检测用电极121对置。连接用电极142夹着热释电体101而与受光电极110的检测用电极112及受光电极120的检测用电极122对置。
由这种结构构成的红外线检测元件10用于图2所示的红外线检测装置。图2是本发明的第一实施方式的红外线检测装置的电路结构图。
如图2所示，红外线检测装置30具备红外线检测元件10、阻抗转换元件21及判定部31。红外线检测元件10与阻抗转换元件21形成红外线传感器20。红外线传感器20具备接地端子PG、驱动电压输入端子PD及输出端子PO。
红外线检测元件10具有上述的图1(A)以及图1(B)的构造。红外线检测元件10具备：具有受光电极110和热释电体101的第一要素E1；以及具有受光电极120和热释电体101的第二要素E2。第一要素E1与第二要素E2通过连接用电极141和连接用电极142而并联连接。
红外线检测元件10经由连接用电极141而与阻抗转换元件21连接。连接用电极141对应于本发明的“连接部”。红外线检测元件10经由连接用电极142而与接地端子PG连接。接地端子PG被接地。
阻抗转换元件21例如由n型FET构成。n型FET的栅极G与连接用电极141连接。n型FET的漏极与驱动电压输入端子PD连接。n型FET的源极与输出端子PO连接。
判定部31由微型计算机等构成。判定部31与红外线传感器20的输出端子PO连接。
当红外线检测元件10检测红外线时，向作为阻抗转换元件21的n型FET的栅极施加基于检测电荷的电压。在阻抗转换元件21经由驱动电压输入端子PD而施加有驱动电压VDD。阻抗转换元件21输出与栅极电压相应的大小的源极电压。该源极电压信号对应于本发明的“检测信号”。
判定部31基于源极电压信号的大小来执行红外线的检测。
这里，红外线检测元件10的红外线的检测灵敏度在具有受光电极110的第一要素E1与具有受光电极120的第二要素E2不同。因此，在成为第一要素E1的检测对象的第一红外线检测区域与成为第二要素E2的检测对象的第二红外线检测区域，红外线的检测时的产生电荷不同。由此，从阻抗转换元件21输出的检测信号的大小(振幅)也不同。
判定部31通过对检测信号的大小进行检测，能够容易地判定在第一红外线检测区域检测到红外线的情况和在第二红外线检测区域检测到红外线的情况。
另外，判定部31预先存储针对检测信号的大小的阈值，并比较检测信号与阈值。判定部31根据该比较结果，在检测信号的大小为阈值以上的情况下判定为检测到红外线。由此，红外线检测装置30能够实现限定了(划定了)检测对象的红外线的检测。
图3是示出本发明的红外线检测装置的应用例的图。在图3的例子中，在红外线检测装置30具备光学元件OE。红外线检测装置中，第一红外线检测区域TGR1被设定为人进入区域内、而狗等小动物或移动的低高度的热源体不进入区域内。第二红外线检测区域TGR2将区域设定为小动物或移动的低高度的热源体成为主要的检测对象，并且第二红外线检测区域TGR2被设定为允许人的一部分也进入区域内。
通过这样的设定，红外线检测元件10及红外线检测装置30能够提高针对以人为对象而不以小动物为对象的区域的检测灵敏度，并能够降低针对以小动物为对象的区域的检测灵敏度。由此，能够实现可靠地对人进行检测且可靠地不对小动物进行检测的红外线检测元件10及红外线检测装置30。另外，红外线检测装置30无需按照各要素、即无需按照各检测对象的区域而具备检测电路。因此，能够以简单的结构小型地实现红外线检测装置30。
接下来，参照附图对本发明的第二实施方式的红外线检测元件进行说明。图4是示出本发明的第二实施方式的红外线检测元件的结构的俯视图。
如图4所示，第二实施方式的红外线检测元件10A相对于第一实施方式的红外线检测元件10，在追加了黑化膜151、152这点上不同。红外线检测元件10A的其他结构与红外线检测元件10相同，省略相同的地方的说明。
红外线检测元件10A具备黑化膜151、152。黑化膜151、152对应于本发明的“受光灵敏度调整构件”。黑化膜151形成于受光电极120的检测用电极121的表面。黑化膜151覆盖检测用电极121的一部分。更具体而言，黑化膜151沿着检测用电极121的边而形成。在检测用电极121的中央部未配置黑化膜151。黑化膜152形成于受光电极120的检测用电极122的表面。黑化膜152覆盖检测用电极122的一部分。更具体而言，黑化膜152沿着检测用电极122的边而形成。在检测用电极122的中央部未配置黑化膜152。
通过采用这样的结构，能够使黑化膜131、132相对于受光电极110的表面的被覆率与黑化膜151、152相对于受光电极120的表面的被覆率不同。由此，能够使受光电极110的受光灵敏度与受光电极120的受光灵敏度不同。另外，在该结构中，通过调整黑化膜151、152相对于受光电极120的表面的被覆率，能够调整受光电极110的受光灵敏度与受光电极120的受光灵敏度的灵敏度差。
接下来，参照附图对本发明的第三实施方式的红外线检测元件进行说明。图5是示出本发明的第三实施方式的红外线检测元件的结构的俯视图。
如图5所示，第三实施方式的红外线检测元件10B相对于第一实施方式的红外线检测元件10，在追加了黑化膜151B、152B这点上不同。红外线检测元件10B的其他结构与红外线检测元件10相同，省略相同的地方的说明。
红外线检测元件10B具备黑化膜151B、152B。黑化膜151B、152B对应于本发明的“受光灵敏度调整构件”。黑化膜151B形成于受光电极120的检测用电极121的表面的整个面。黑化膜152B形成于受光电极120的检测用电极122的表面的整个面。
黑化膜151B、152B的红外线吸收率低于黑化膜131、132的红外线吸收率。
即便为这样的结构，也能够使受光电极110的受光灵敏度与受光电极120的受光灵敏度不同。另外，在该结构中，通过调整黑化膜131、132的红外线吸收率与黑化膜151B、152B的红外线吸收率之差，能够调整受光电极110的受光灵敏度与受光电极120的受光灵敏度的灵敏度差。
接下来，参照附图对本发明的第四实施方式的红外线检测元件进行说明。图6是示出本发明的第四实施方式的红外线检测元件的结构的侧视剖视图。
如图6所示，第四实施方式的红外线检测元件10C相对于第一实施方式的红外线检测元件10，在具备受光电极120C代替受光电极120这点上不同。红外线检测元件10C的其他结构与红外线检测元件10相同，省略相同的地方的说明。
红外线检测元件10C具备受光电极120C。受光电极120C的形状与第一实施方式的受光电极120相同。受光电极120C(图6的包含检测用电极122C的电极)的红外线吸收率低于受光电极110(图6的包含检测用电极112的电极)的红外线吸收率。
即便为这样的结构，也能够使受光电极110的受光灵敏度与受光电极120C的受光灵敏度不同。此外，在红外线检测元件10C的结构中，通过由黑化膜131、132引起的受光电极110与受光电极120的受光灵敏度之差以及受光电极110与受光电极120C的因材料引起的受光灵敏度之差的协同效应，能够进一步增大第一要素E1与第二要素E2的红外线检测灵敏度之差。
另外，在该结构中，通过调整受光电极110的红外线吸收率与受光电极120C的红外线吸收率之差，能够调整受光电极110的受光灵敏度与受光电极120C的受光灵敏度的灵敏度差。
接下来，参照附图对本发明的第五实施方式的红外线检测元件进行说明。图7是示出本发明的第五实施方式的红外线检测元件的结构的侧视剖视图。
如图7所示，第五实施方式的红外线检测元件10D相对于第一实施方式的红外线检测元件10，在热释电体101D的结构上不同。红外线检测元件10D的其他结构与第一实施方式的红外线检测元件10相同，省略相同的地方的说明。
红外线检测元件10D具备热释电体101D。热释电体101D具备第一区域1011、第二区域1012。第一区域1011与第二区域1012沿着第二方向并排。第一区域1011的极化度高于第二区域1012的极化度。受光电极110形成于第一区域1011的表面。受光电极120形成于第二区域1012的表面。
通过采用这样的结构，能够增大第一要素E1与第二要素E2的红外线检测灵敏度之差。此外，在红外线检测元件10D的结构中，通过由黑化膜131、132引起的受光电极110与受光电极120的受光灵敏度之差以及热释电体101D的第一区域1011与第二区域1012的极化度之差的协同效应，能够进一步增大第一要素E1与第二要素E2的红外线检测灵敏度之差。
接下来，参照附图对本发明的第六实施方式的红外线检测元件进行说明。图8是示出本发明的第六实施方式的红外线检测元件的结构的侧视剖视图。
如图8所示，第六实施方式的红外线检测元件10E相对于第一实施方式的红外线检测元件10，在热释电体101E的结构上不同。红外线检测元件10E的其他结构与第一实施方式的红外线检测元件10相同，省略相同的地方的说明。
红外线检测元件10E具备热释电体101E。热释电体101E具备第一区域1011、第二区域1013。第一区域1011与第二区域1013沿着第二方向并排。第一区域1011的厚度小于第二区域1013的厚度。受光电极110形成于第一区域1011的表面。受光电极120形成于第二区域1013的表面。根据这样的结构，在第一区域1011中形成于受光电极110与连接用电极141、142之间的静电电容大于在第二区域1013中形成于受光电极120与连接用电极141、142之间的静电电容。
通过采用这样的结构，能够增大第一要素E1与第二要素E2的红外线检测灵敏度之差。此外，在红外线检测元件10E的结构中，通过由黑化膜131、132引起的受光电极110与受光电极120的受光灵敏度之差以及热释电体101E的第一区域1011与第二区域1013的厚度之差的协同效应，能够进一步增大第一要素E1与第二要素E2的红外线检测灵敏度之差。
需要说明的是，上述的各实施方式的结构能够适当组合。由此，能够获得与结构的组合相应的作用效果。
另外，在上述的第一实施方式中，示出了将第一要素E1与第二要素E2并联连接的结构。然而，也可以使用图9所示的结构。图9是本发明的实施方式的红外线检测装置的另一方式的电路结构图。
如图9所示，在红外线检测元件10F中，第一要素E1与第二要素E2串联连接。在红外线检测装置30F中，该串联电路连接在阻抗转换元件21与接地端子PG之间。
即便为这样的结构，也能够获得与图2所示的第一实施方式的红外线检测元件10及红外线检测装置30同样的作用效果。
需要说明的是，在上述的说明中，示出了检测用电极为矩形的方式，但检测用电极也可以为多边形、圆形。
附图标记说明：
10、10A、10B、10C、10D、10E、10F：红外线检测元件；
20：红外线传感器；
21：阻抗转换元件；
30、30F：红外线检测装置；
31：判定部；
101、101D、101E：热释电体；
110：受光电极；
111、112：检测用电极；
113、123：布线电极；
120、120C：受光电极；
121、122、122C：检测用电极；
131、132、151、151B、152、152B：黑化膜；
141、142：连接用电极；
1011：第一区域；
1012、1013：第二区域；
E1：第一要素；
E2：第二要素；
OE：光学元件；
PD：驱动电压输入端子；
PG：接地端子；
PO：输出端子；
TGR1：第一红外线检测区域；
TGR2：第二红外线检测区域；
VDD：驱动电压。

Claims (8)

1.一种红外线检测装置，具备红外线检测元件的结构，所述红外线检测元件具备：
热释电体；
第一受光电极，其形成于所述热释电体的表面，且接受来自第一区域的红外线；
第二受光电极，其形成于所述热释电体的表面，且接受来自第二区域的红外线；以及
受光灵敏度调整构件，其使红外线的受光灵敏度在所述第一受光电极与所述第二受光电极不同，
所述红外线检测装置具备：
第一要素，其具有所述第一受光电极和所述热释电体；
第二要素，其具有所述第二受光电极和所述热释电体；
连接部，其将所述第一要素与所述第二要素连接；以及
阻抗转换元件，其经由所述连接部，根据所述第一要素和所述第二要素的电荷而生成检测信号，
在所述第一区域和所述第二区域，从所述阻抗转换元件输出的所述检测信号的大小不同。
2.根据权利要求1所述的红外线检测装置，其中，
所述受光灵敏度调整构件是仅配置于所述第一受光电极的表面的红外线吸收膜。
3.根据权利要求1所述的红外线检测装置，其中，
所述受光灵敏度调整构件是配置于所述第一受光电极的表面的第一红外线吸收膜以及配置于所述第二受光电极的表面的第二红外线吸收膜，
所述第一红外线吸收膜的红外线吸收率高于所述第二红外线吸收膜的红外线吸收率。
4.根据权利要求3所述的红外线检测装置，其中，
所述第一红外线吸收膜相对于所述第一受光电极的表面的被覆率高于所述第二红外线吸收膜相对于所述第二受光电极的表面的被覆率。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的红外线检测装置，其中，
所述第一受光电极的红外线吸收率高于所述第二受光电极的红外线吸收率。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的红外线检测装置，其中，
所述热释电体的极化度在所述第一受光电极形成于表面的第一区域与所述第二受光电极形成于表面的第二区域不同，
所述第一区域的极化度高于所述第二区域的极化度。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的红外线检测装置，其中，
所述热释电体的厚度在所述第一受光电极形成于表面的第一区域与所述第二受光电极形成于表面的第二区域不同，
所述第一区域的所述热释电体的厚度小于所述第二区域的所述热释电体的厚度。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的红外线检测装置，其中，
所述红外线检测装置还具备：判定部，其通过所述检测信号来进行红外线的检测的判定。
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