JP2003130728A

JP2003130728A - 焦電型赤外線検知素子

Info

Publication number: JP2003130728A
Application number: JP2001322098A
Authority: JP
Inventors: Makoto Taniguchi; 良谷口; Motoo Igari; 素生井狩; Hideki Kawahara; 英喜河原; Atsushi Hironaka; 篤廣中
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2021-10-19
Also published as: JP3835244B2

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的遅い速度で移動する人体を、確度良く
検知することのできる焦電型赤外線検知素子を提供す
る。【解決手段】焦電効果を有した材料からなるチップを
備え、そのチップの表面に、隣接する他の電極と異なる
極性となるように複数の電極２ａ、４ａが敷設されると
共に、当該チップ裏面の電極２ａ、４ａに対応する位置
に、それぞれ電極２ａ、４ａとは異極性の３ａ、５ａが
敷設され、表裏で極性の異なる電極同士の複数の組によ
って受光部６ａ、６ｂをなした焦電素子１において、受
光部６ａと６ｂとの間隔は、受光部６ａ、６ｂの幅より
も小さく形成されていることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体から輻射され
る赤外線を検知する焦電型赤外線検知素子であって、特
に比較的遅い速度で移動する人体を、確度良く検知する
ことができる検出素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】（赤外線検知器の構成）一般に人体を赤
外線の変化量で検出する素子として、焦電素子（焦電型
赤外線検知素子）が知られており、防犯用の侵入検知器
の他、照明の点灯・消灯の制御や、便座を覆う蓋の開閉
制御など、種々の負荷の自動制御用に用いられている。
当該検知素子を用いた赤外線検知器としては、例えば図
７に示すものが一般的であって、その動作はまず、人体
の動作により発生した赤外線Ｌの変化を、フレネルレン
ズ等の集光器１４ａにより、焦電素子を含んでなる焦電
ユニット１９の受光部に集光し、この焦電ユニット１９
の出力をバンドパスアンプ２０により所望の周波数帯域
の信号を増幅する。

【０００３】次に、コンパレータ２１において、前述の
バンドパスアンプ２０により増幅された出力と、予め設
定されたスレッシュレベル（閾値）とを比較し、出力が
スレッシュレベルよりも大きい場合に検知信号を出力す
る。そして、コンパレータ２１から検知信号が出力され
ると、タイマー回路２２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２３の出
力をＯＮにして、リレー等の負荷を制御する。このよう
にすることで、少々の空気の揺らぎ等では誤動作せず、
人体の存在に応じて負荷を制御することができるのであ
る。

【０００４】（焦電ユニット１９の構成及び動作）とこ
ろで、上述の焦電ユニット１９の回路構成及び動作につ
いては、例えば、図８に示すように、当該ユニット１９
内に、ＰｂＴｉＯ₃、ＰＺＴなどのセラミックや、Ｌｉ
ＴａＯ₃などの単結晶、ＰＶＦ２などの高分子などの、
焦電効果を有した材料の表裏に電極を敷設して構成され
た焦電素子１を備えており、その焦電素子１に入射する
赤外線の変化によって、当該素子１の電極間に発生した
電荷（電流）を、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）
１９ａと、高抵抗１９ｂとによりインピーダンス変換
し、電圧信号として取り出している。

【０００５】（焦電素子１の構成）ここで、上述の焦電
素子１の構成について、より詳しく述べると、図９に示
すように、焦電効果を有した材料からなるチップの表面
には、それぞれ極性の異なる電極３ａ、５ａが敷設され
ると共に、当該チップ裏面の電極３ａ、５ａの対応する
位置に、それぞれ電極３ａ、５ａとは異極性の電極２
ａ、４ａが敷設され、電極２ａと３ａの組及び、電極４
ａと５ａの組で、それぞれ一対の受光部６ａ、６ｂをな
し、デュアルタイプの焦電素子を構成している。

【０００６】また、焦電素子１に敷設された各電極につ
いて詳しく見てみると、チップ表面の電極３ａの左側下
端部からは、チップの下側に向かって配線パターン３ｂ
が導出されており、その先端には接続電極３ｃが構成さ
れている。一方、電極３ａの下部に位置する電極５ａの
右側上端部からは、チップの上側に向かって配線パター
ン５ｂが導出され、その先端には接続電極５ｃが構成さ
れている。同様にして、チップ裏面では、電極２ａの上
端部中央から配線パターン２ｂが導出され、接続電極２
ｃと接続される一方、電極２ａの下部に位置する電極４
ａの下端部中央からは、配線パターン４ｂが導出され、
接続電極４ｃと接続されている。

【０００７】（受光部同士の間隔と周波数）ところで、
従来の焦電素子１にあっては、受光部６ａ又は受光部６
ｂの上下方向の寸法Ｄ１と、受光部同士の間隔Ｄ２と
が、一般的に、およそ１：１の割合からなっている。こ
れは、受光部をより近接させた場合には、受光部６ａに
入射した赤外線が、チップ内部を伝わって受光部６ｂに
入射（クロストーク）してしまい、これによる感度の低
下が無視できないために、所定の間隔が設けられている
のである。

【０００８】図１０（ａ）は、このようなデュアルタイ
プの焦電素子１を採用した赤外線検知器を用いて、図９
に示した受光部６ａ、６ｂの幅Ｄ１及び、受光部の間隔
Ｄ２を１ｍｍ、図７に示した集光器１４ａの焦点距離ｆ
を２０ｍｍ、検知距離を８ｍとしたときにできる検知エ
リアＡ１、Ａ２と、その検知エリアの幅Ｄ１’及びエリ
ア同士の間隔Ｄ２’とを示した図であって、図に示すよ
うに当該幅Ｄ１’及び間隔Ｄ２’は４０ｃｍとなる。こ
こで例えば、右側の検知エリアＡ１を＋、左側の検知エ
リアＡ２を−とし、検知エリア幅と同じ４０ｃｍのター
ゲット（人体）Ｔが、検知エリアＡ１を横切り、さらに
Ａ２を横切ったとすると、焦電素子１への赤外線入射量
の変化は、図１０（ｂ）のとおりとなる。

【０００９】すなわち、図１０（ａ）に示すように、タ
ーゲットＴの移動に伴って、当該ターゲットＴの検知エ
リアＡ１内に占める割合が大きくなるので、同図（ｂ）
のに示すように、＋極性への入射量Ｓ１が大きくなっ
て、ターゲットＴの幅Ｄ_Tが検知エリアＡ１の幅Ｄ１’
と一致したときに、＋極性の入射量は最大となる（同図
）。そして、ターゲットＴが検知エリアＡ１から脱し
始めると、それに伴って、＋極性への入射量は減少し
（同図）、完全に抜け出ると、当該極性への入射量は
０となる（同図）。

【００１０】一方、ターゲットＴがさらに進み、検知エ
リアＡ２にかかると、上述と同様にして、−極性への入
射量Ｓ２が大きくなって（同図）、ターゲットＴの幅
Ｄ_Tが検知エリアＡ２の幅Ｄ１’と一致したときに、−
極性の入射量は最大となり（同図）、ターゲットＴが
検知エリアＡ２から脱し始めると、−極性への入射量は
減少し（同図）、完全に抜け出ると、当該極性への入
射量は０となる（同図）。従って、検知器全体（焦電
素子１）への入射は、＋側の入射量Ｓ１と−側の入射量
Ｓ２を合成したものとなり、具体的には、同図（ｂ）の
Ｓ３に示すように、＋側のピークと−側のピークを
持った波形となる。

【００１１】ここで、＋側のピークと−側のピーク
の距離は、１／２波長に相当する８０ｃｍとなるから、
これをターゲットＴの移動速度で割ることにより、赤外
線の変化に要する時間を算出することができ、その逆数
が赤外線変化のおよその周波数ということになる。例え
ば、ターゲットＴが比較的遅い速度０．２ｍ／ｓで移動
しているとすると、１／２波長に要する時間は４秒間、
１波長では２倍の８秒間ということになり、周波数とし
ては約０．１２５Ｈｚの赤外線変化ということになる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の赤外線検知器は、上述の低い周波数の赤外線変化
でも充分な出力を得るために、図７に示した、バンドパ
スアンプ２０の低域ゲインを高くするなどの対策をして
いた。しかしながら、低域ゲインを高くすると、一般的
に言われている空気の揺らぎなどの、低い周波数領域の
誤動作源による出力も同時に増幅することになるので、
誤動作が増大し信頼性が低くなるといった問題点があっ
た。

【００１３】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、比較的遅い速度
で移動する人体を、確度良く検知することのできる焦電
型赤外線検知素子を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そこで、上述の赤外線検
知素子を提供するために、本願の発明者らは、請求項１
記載の発明として、焦電効果を有した材料からなるチッ
プを備え、そのチップの表面に、隣接する他の電極と異
なる極性となるように複数の電極が敷設されると共に、
当該チップ裏面の前記電極に対応する位置に、それぞれ
前記電極とは異極性の電極が敷設され、表裏で極性の異
なる電極同士の複数の組によって受光部をなした焦電型
赤外線検知素子において、前記受光部同士の間隔は、前
記受光部の幅よりも小さく形成されていることを特徴と
したものを提案している。

【００１５】また、請求項２記載の発明のように、焦電
効果を有した材料からなるチップを備え、そのチップの
表面に、隣接する他の電極と異なる極性となるように複
数の電極が敷設されると共に、当該チップ裏面の前記電
極に対応する位置に、それぞれ前記電極とは異極性の電
極が敷設され、表裏で極性の異なる電極同士の複数の組
によって受光部をなした焦電型赤外線検知素子におい
て、前記受光部同士の間隔の一つは、前記受光部の幅よ
りも小さいと共に、他の受光部同士の間隔は、前記幅と
同等若しくはそれよりも大きく構成されていることを特
徴とした、より好ましいものも提案している。

【００１６】さらに、請求項３記載の発明のように、請
求項１又は２記載の焦電型赤外線検知素子に対し、前記
受光部の幅と、前記受光部の幅よりも小さくした受光部
同士の間隔とを、およそ２：１の比としたことを特徴と
したものも良い。

【００１７】また、請求項４記載の発明のように、請求
項１乃至３何れか記載の焦電型赤外線検知素子に対し、
前記それぞれの受光部の周縁部に、孔を穿設したことを
特徴としたものも良いものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】[本願における基本的思想]以上に
示した各解決手段を具体的な実施形態として、下記に詳
細に説明する前に、まずその基本的思想について説明す
る。上述のように、ターゲットＴが比較的遅い速度で移
動しているとすると、それに伴って、赤外線の入射量の
変化も低周波数となることが問題であるから、本願の発
明者らは、当該ターゲットＴが遅い速度で移動していて
も、通常の高い周波数が出力されるようにすれば良いと
考えた。そして、そのために本願の発明者らは、図９に
示した受光部同士の間隔Ｄ２を狭くし、それによって発
生するクロストークの影響を回避すべく、受光部６ａ、
６ｂの周りに孔を穿設することに思い至ったものであ
る。

【００１９】[第１の実施の形態] （チップの基本的構造）まず、本実施形態の焦電素子１
の基本的な構造については、従来技術の欄で説明した焦
電素子１と実質的に同一であって、具体的には図１に示
すように、焦電効果を有した材料からなるチップの表面
に、それぞれ極性の異なる略矩形状の電極２ａ、４ａが
敷設されると共に、当該チップ裏面の電極２ａ、４ａの
対応する位置に、それぞれ電極２ａ、４ａとは異極性で
あり、略矩形状の電極３ａ、５ａが敷設され、電極２ａ
と３ａの組及び、電極４ａと５ａの組において、表裏で
重なっている部分が、それぞれ一対の受光部６ａ、６ｂ
をなし、デュアルタイプの焦電素子を構成している。

【００２０】ここで、電極３ａ、５ａの幅が、電極２
ａ、４ａの幅に比してやや大きいのは、当該電極を形成
する際に加工上の誤差によって、受光部６ａ、６ｂの面
積が減少しないようにするためである。また、チップ表
面の電極２ａの上端部中央付近からは、配線パターン２
ｂが導出され、チップの上端に敷設された略矩形状の接
続電極２ｃと接続されると共に、電極２ａの下方に位置
する電極４ａの下端部中央付近からは、配線パターン４
ｂが導出され、チップの下端に敷設された略矩形状の接
続電極４ｃと接続されている。

【００２１】一方、チップ裏面の電極３ａの上端部中央
付近からは、表面視Ｊ字を左方向に１８０度回転させた
形状の配線パターン３ｂが導出され、接続電極４ｃと略
同形状の接続電極３ｃと接続されている。また、電極３
ａの下部に位置する電極５ａの下端部中央付近からは、
表面視Ｊ字状の配線パターン５ｂが導出され、接続電極
２ｃと略同形状の接続電極５ｃが構成されている。とこ
ろで、焦電効果を有した材料への上記電極の敷設方法
は、例えば、メッキ、スパッタリング、真空蒸着、イオ
ンプレーティング、導電性ペーストの塗布等を用いて形
成されているが、同材料への敷設ができれば良く、これ
らに限定するものではない。

【００２２】（チップの特徴的構造）以上が基本的構造
であって、本実施形態の特徴的な構造の第一は、受光部
６ａ又は受光部６ｂの上下方向の寸法Ｄ１よりも、受光
部同士の間隔Ｄ２の方が小さくなっており、例えば図に
示すように、０．２メートル毎秒乃至０．３メートル毎
秒の速度で移動する人体又は物体を検知するの好適な
２：１の割合から構成されている点である。また、本実
施形態の特徴的な構造の第二は、受光部６ａと受光部６
ｂとが向き合う部分と、それぞれの受光部の両側端部と
に間隙を設けるための、略Ｈ字状の断熱孔１ａが穿設さ
れている点である。尚、断熱孔１ａの上下端部が円形状
になっているのは、応力集中を避けるためである。

【００２３】ところで、断熱孔１ａの穿設方法として
は、例えばサンドブラスト加工が用いられる。サンドブ
ラスト加工とは、具体的に述べると、まず、チップの裏
面側をガラス等の平面度の高い基板に固定し、チップの
表面上に、例えば感光性ドライフィルムレジスト等の砥
粒に対して充分に耐性のあるレジストを形成する。次
に、フォトリソグラフィーにより電極や配線パターン等
を保護して、受光部６ａ、６ｂの周辺に所望形状のレジ
ストパターンを形成し、そのレジストパターンに従っ
て、チップに微細な砥粒を一定の圧力で吹き付けて、所
望形状の断熱孔１ａを穿設するものである。

【００２４】尚、サンドブラスト加工以外にも、半導体
の製造に一般的に用いられるドライエッチング法（イオ
ンリミング、ＲＩＥ）や、ウェットエッチング法等のエ
ッチング方法を用いて形成してもよい。上述のこれらの
方法によって、２つの受光部６ａ、６ｂの間に断熱孔１
ａを穿設することができるので、当該断熱孔１ａが穿設
されていない場合と比して、熱的な絶縁効果は極めて高
い。このためクロストークに配慮することなく、２つの
受光部６ａ、６ｂを近接させる（ギャップを小さく）こ
とが可能となる。

【００２５】（特徴的構造による周波数の変化）このよ
うなチップ構成を採り、例えば、受光部６ａ、６ｂの上
下方向の幅Ｄ１を０．４ｍｍ、受光部の間隔Ｄ２を０．
２ｍｍ、後述する集光器の焦点距離ｆを８ｍｍ、検知距
離を８ｍとして、図２（ａ）に示すように、検知エリア
Ａ１、Ａ２の幅Ｄ１’を４０ｃｍ、エリア同士の間隔Ｄ
２’を２０ｃｍとし、従来技術の欄で説明したのと同様
にして、検知エリア幅Ｄ１’と同じ４０ｃｍの幅Ｄ_Tを
持つターゲット（人体）Ｔが、検知エリアＡ１を横切
り、さらにＡ２を横切ったとすると、焦電素子１への赤
外線入射量の変化は、図２（ｂ）のとおりとなる。

【００２６】すなわち、図２（ａ）に示すように、ター
ゲットＴの移動に伴って、当該ターゲットＴの検知エリ
アＡ１内に占める割合が大きくなるので、同図（ｂ）の
に示すように、＋極性への入射量Ｓ１が大きくなっ
て、ターゲットＴの幅Ｄ_Tが検知エリアＡ１の幅Ｄ１’
と一致したときに、＋極性の入射量は最大となる（同図
）。そして、ターゲットＴが検知エリアＡ１から脱し
始めると、それに伴って、＋極性への入射量は減少する
が（同図）、従来技術と異なるのは、当該極性への入
射量が０となる（同図）前に、−極性への入射量Ｓ２
が大きくなり始める点である（同図）。

【００２７】より具体的に述べると、本実施形態の設定
条件では、ターゲットＴがエリアＡ１を半分脱したとき
に、エリアＡ２に差し掛かるようになっているので、そ
の時に、−極性への入射量Ｓ２が大きくなり始めるので
ある。そして、ターゲットＴがさらに進むと、−極性へ
の入射量Ｓ２がより大きくなって（同図）、ターゲッ
トＴの幅Ｄ_Tが検知エリアＡ２の幅と一致したときに、
−極性の入射量は最大となり（同図）、ターゲットＴ
が検知エリアＡ２から脱し始めると、−極性への入射量
は減少し（同図）、完全に抜け出ると、当該極性への
入射量は０となる（同図）。

【００２８】各入射量Ｓ１、Ｓ２は以上のとおりである
が、焦電素子１への入射は、同図（ｂ）のＳ３に示すと
おりであって、ｘの傾きは、Ｓ１の〜又はＳ２の
〜間の傾きの２倍となり（数学的な和ではなく、入射
光の総和であるため）、また＋側のピークと−側のピ
ークの距離は６０ｃｍ（３／７波長に相当）となる。
そして、当該ピーク間距離６０ｃｍに、検知エリアＡ
１、Ａ２の幅Ｄ１’を倍した８０ｃｍを加算して得られ
た１４０ｃｍ（１波長）を、ターゲットＴの移動速度で
割ることにより、赤外線の変化に要する時間を算出する
ことができ、その逆数が赤外線変化のおよその周波数と
いうことになる。

【００２９】例えば、従来技術の欄で説明したのと同様
にして、ターゲットＴが比較的遅い速度０．２ｍ／ｓで
移動しているとすると、１波長に要する時間は７秒間と
いうことになり、周波数としては約０．１４３Ｈｚの赤
外線変化ということになる。つまり、従来技術の欄で説
明した焦電素子１に比して、検知エリアＡ１、Ａ２を脱
するまでに要する時間は１秒間（０．０１８Ｈｚ）短く
なるので、同じ移動速度でも、より高い周波数の赤外線
の変化として捕らえることができるのである。従って、
図７に示したバンドパスアンプ２０の低域ゲインを高く
する必要がなく、一般的に言われている空気の揺らぎな
どによる誤動作を防止することができるので、確度良く
検知することのできる赤外線検知器を提供することがで
きる。

【００３０】（マルチレンズとした場合）ところで、上
述の例に加え、集光器にマルチレンズ等を用い、図３に
示すように、受光部６ａによる検知エリアをＡ１、Ａ３
とすると共に、受光部６ｂによる検知エリアをＡ２、Ａ
４とした場合にあっては、焦電素子１への入射は、図３
（ｂ）のＳ３に示すとおりとなり、検知エリアＡ２の幅
Ｄ１’の１／４の点から、検知エリアＡ４の同様の点
までの波長は１２０ｃｍとなる。そして、上述の例と
同様にして、ターゲットＴが比較的遅い速度０．２ｍ／
ｓで移動しているとすると、１波長に要する時間は６秒
間となり、周波数としては約０．１６７Ｈｚの赤外線変
化ということになって、さらに高い周波数の赤外線の変
化として捕らえることができる。

【００３１】（赤外線検知器の構成）次に、上述の焦電
素子１を組込んだ赤外線検知器について、図４の分解斜
視図に基づいて詳細に説明する。この赤外線検知器は、
略円盤状のベース部７ａを備えた底蓋７を具備してお
り、当該ベース部７ａの側面部には、略立方体状の係合
部７ｂが突設されると共に、３本の接続ピン７ｃが、ベ
ース部７ａの表面と垂直な向きに嵌挿されている。より
詳しく述べると、接続ピン７ｃのうち何れか２本は、そ
の頭部７ｃａがベース部７ａの上側表面から突出するよ
うに嵌挿される一方、残りの接続ピン７ｃは、ベース部
７ａの上側表面からは突出せずに、当該ベース部７ａの
下側表面のみから突出している。

【００３２】上述の底蓋７の上側表面には、低熱伝導度
の樹脂で略直方体状に一体成型されたＭＩＤブロック
（３次元成形回路基板）８が載置されており、具体的に
は、当該ブロックの前面側８ａの下端部に突設された脚
部８ｂに、当該脚部に対して略垂直となるように嵌合溝
８ｂａが穿設され、その溝と接続ピン７ｃの頭部７ｃａ
とが嵌合するように載置されている。また、ＭＩＤブロ
ック８の上部には凹部８ｃが穿設され、その凹部の両端
部にそれぞれ略直方体状の係合部８ｃａ、８ｃｂが形成
されると共に、前面側８ａには凹部８ａａが穿設されて
おり、これら凹部８ａａ、脚部８ｂ、係合部８ｃａ、８
ｃｂ、裏側８ｄなどには、それぞれ配線パターン９が真
空蒸着等を用いて敷設されている（詳細なパターン説明
は省略する）。

【００３３】そして、係合部８ｃａ、８ｃｂには焦電素
子１が載架され、裏面側８ｄにはコンデンサや抵抗など
のチップ部品１０が取り付けられ、凹部８ａａにはＩＣ
チップ１１が設置され、上述した嵌合溝１８ｂａと接続
ピン７ｃの頭部７ｃａとが嵌合した部分など、これらの
部品の固定には導電性接着剤が用いられ、各部品は配線
パターン９と電気的に導通するようになっている。さら
に、当該赤外線検知器は、略筒状のパッケージカバー１
２を具備しており、その上面の開口部１２ａには、赤外
線フィルタ１３が設けられると共に、当該カバー１２の
周縁部下側には、環状の突条１２ｂが周設され、さらに
その突条１２ｂの一部には、平板状の係合部１２ｂａが
突設されている。

【００３４】次に、ＭＩＤブロック８を内装するよう
に、そのパッケージカバー１２を底蓋７に被装してパッ
ケージを構成し、そのパッケージをさらに、フレネルレ
ンズ等からなる集光器１４ａと係合孔１４ｂとを設けた
カバー１４を、その係合孔１４ｂに係合部７ｂと１２ｂ
ａとが嵌挿されるように装着することで、赤外線検知器
を構成している。このようにすることで、焦電素子１
と、図７に示したバンドパスアンプ２０、コンパレータ
２１、タイマー２２、出力回路２３の電子部品とを一体
にすることができるため、赤外線検知器の小型化、ロー
コスト化を実現することができる。

【００３５】（本実施形態の補足事項）尚、本実施形態
においては、図１に示した受光部６ａ又は受光部６ｂの
上下方向の寸法Ｄ１と、受光部同士の間隔Ｄ２との比率
を２：１としたが、より遅いターゲットＴに対しては、
間隔Ｄ２をより小さくして高い周波数とすることが望ま
しい。具体的に述べると、空気の揺らぎなどによる誤動
作を低減するためには、ターゲットＴの移動による入射
赤外線量の変化は、より高い周波数であることが望まし
いので、間隔Ｄ２をできる限り小さくすることが要求さ
れる。

【００３６】一方、極端に狭い断熱孔１ａでは熱的な絶
縁効果が薄いので、受光部６ａ又は受光部６ｂの上下方
向の寸法Ｄ１と、受光部同士の間隔Ｄ２との比率は、図
７に示したバンドパスアンプ２０の周波数特性、検知対
象であるターゲットＴの移動速度、集光器１４ａ（ミラ
ーも含む）などの焦点距離、検知距離などを総合的に考
慮して、適当な間隔とすることが望ましい。

【００３７】[第２の実施の形態] （新たな問題の提起と解決手法）上述の実施形態におい
て、本願の発明者らは、ターゲットＴが比較的遅い速度
で移動していても、図７で示したバンドパスアンプ２０
の低域ゲインを高くするなどの対策をすることがなく、
空気の揺らぎなどの影響を受けることのない確度の良い
検知器を提供できた。しかしながら、高齢者など常時遅
い速度で移動するターゲットＴのみを検知するならば良
いが、時として若者等の通常若しくはそれ以上の速度で
移動するターゲットＴも検知する必要がある場合にあっ
ては、図２に示したエリア同士の間隔Ｄ２’が狭いこと
に起因して著しく周波数が高くなるので、バンドパスア
ンプ２０の設計によっては、当該ターゲットＴを検知し
にくくなる場合があった。

【００３８】つまり、人体のみを効率良く検知しようと
すると、低周波及び高周波をカット（バンドパス）する
こととなるが、上述のように著しく高い周波数が焦電素
子１に入射すると、当該焦電素子１からの出力は、高周
波領域におけるカットオフ周波数に近づくか、カットオ
フされてしまうため、バンドパスアンプ２０から充分な
ゲインが得られない場合がある。これに対して本願の発
明者らは、図５に示すように、受光部同士の間隔Ｄ２が
第１の実施形態と同様に狭く構成された低速ターゲット
用の受光部６ａ、６ｂと、当該間隔Ｄ２が従来のものと
同様の通常ターゲット用の受光部６ｃ、６ｄを構成する
ことに思い至った。

【００３９】（チップの基本的構造）まず、本実施形態
の焦電素子１の基本的な構造について説明すると、同図
（図５）に示すように、第１の実施形態と同様にして、
焦電効果を有した材料からなるチップ表面の右側に、一
対の受光部６ａ、６ｂが、デュアルタイプの焦電素子を
形成している。また、同表面の左側には、それぞれ極性
の異なる略矩形状の電極１５ａ、１７ａが敷設されると
共に、当該チップ裏面の電極１５ａ、１７ａの対応する
位置に、それぞれ電極１５ａ、１７ａとは異極性であ
り、略矩形状の電極１６ａ、１８ａが敷設され、電極１
５ａと１６ａの組及び、電極１７ａと１８ａの組におい
て、表裏で重なっている部分が、それぞれ一対の受光部
６ｃ、６ｄをなし、デュアルタイプの焦電素子を構成し
ている。

【００４０】また、第１の実施形態と同様に、チップ表
面の電極２ａの上端部からは、配線パターン２ｂが導出
され、チップの上端に敷設された接続電極２ｃと接続さ
れると共に、電極２ａの下方に位置する電極４ａの下端
部からは、配線パターン４ｂが導出され、チップの下端
に敷設された接続電極４ｃと接続されている。一方、チ
ップ裏面の電極３ａの上端部からは、配線パターン３ｂ
が導出され、チップの上端に敷設された接続電極３ｃと
接続される一方、電極３ａの下方に位置する電極５ａの
下端部からは、配線パターン５ｂが導出され、チップの
下端に敷設された接続電極５ｃと接続されている。尚、
通常ターゲット用の受光部６ｃ、６ｄも同様の構成を有
するので、説明を省略することとする。

【００４１】（チップの特徴的構造）以上が基本的構造
であって、本実施形態の特徴的な構造の第一は、受光部
同士の間隔Ｄ２が狭く構成された低速ターゲット用の受
光部６ａ、６ｂと、当該間隔Ｄ２が従来のものと同様の
通常ターゲット用の受光部６ｃ、６ｄを構成した点であ
る。また、本実施形態の特徴的な構造の第二は、受光部
６ａと受光部６ｂとが向き合う部分及び、受光部６ｃと
受光部６ｄとが向き合う部分と、それぞれの受光部の両
側端部とに間隙を設けるための断熱孔１ａが穿設されて
いる点であって、当該断熱孔１ａは、略王の字を右方向
に９０度回転させた形状からなっている。尚、断熱孔１
ａの上下端部が円形状になっているのは、第１の実施形
態と同様にして、応力集中を避けるためである。

【００４２】このように構成することで、低速で移動す
るターゲットＴに対しては、受光部６ａ、６ｂによる一
方、通常の速度で移動するターゲットＴに対しては、受
光部６ｃ、６ｄによって、適正な高い周波数が出力され
るため、どのようなターゲットＴであっても、バンドパ
スアンプ２０の低域ゲイン及び高域ゲインを高く設定す
る必要がなく、不用なノイズによる誤作動を招くことが
ない。また、本実施形態にあっては、低速用と通常用の
２種類を構成したが、これに高速用を加えて３種類とし
ても良いし、複数の間隔を持った受光部を構成しても良
い。

【００４３】（本実施形態を用いた赤外線検知器）とこ
ろで、本実施形態を用いた赤外線検知器の構成として
は、図６に示すように、集光器１４ａによって集光され
た赤外線Ｌが、焦電素子１上の受光部６ａ、６ｂ及び、
受光部６ｃ、６ｄ（図示せず）に受光され、それぞれの
受光部の組（デュアル素子）からは、出力電流Ｉ₁、Ｉ₂
が出力される。次に、その出力電流Ｉ ₁、Ｉ₂は、Ｉ／Ｖ
変換部１９ａ、１９ｂにおいて、それぞれ電圧に変換さ
れ、それぞれの検知対象の速度に合った中心周波数を持
つバンドパスアンプ２０ａ、２０ｂによって、所望の周
波数帯域の信号に増幅される。

【００４４】そして、それぞれコンパレータ２１ａ、２
１ｂにおいて、前述のバンドパスアンプ２０ａ、２０ｂ
により増幅された出力と、予め設定されたスレッシュレ
ベル（閾値）とを比較し、出力がスレッシュレベルより
も大きい場合に検知信号を出力する。コンパレータ２１
ａ、２１ｂから検知信号が出力されると、タイマー回路
２２ａ、２２ｂ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、遅延検知信号Ｄ_S1、Ｄ_S2
を出力する。次に、出力回路２３ａでは、それぞれの信
号Ｄ_S1、Ｄ_S2の論理和を取って、その結果に従って、出
力回路２３の出力をＯＮにして、リレー等の負荷を制御
するようになっている。

【００４５】（本実施形態の補足事項）尚、複数の間隔
を持った受光部を構成し、それぞれ検知対象の速度に対
応した中心周波数を持ったバンドパスアンプを構成する
ことで、大まかな速度を計測する速度センサとしても利
用することができる。また、その他の構成は、第１の実
施形態と同様であるので説明を省略することとする。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明にあ
っては、受光部同士の間隔を、その受光部の幅よりも小
さく形成しているので、検知対象が低速であっても、高
い周波数の赤外線の変化として捕らえることができ、そ
れに伴って、例えばバンドパスアンプ等の低域ゲインを
高くする必要がなく、空気の揺らぎなどによる誤動作を
防止して、確度良く検知することができるという効果を
奏する。

【００４７】また、請求項２記載の発明にあっては、受
光部同士の間隔の一つを、その受光部の幅よりも小さく
すると共に、他の受光部同士の間隔を、前記幅と同等若
しくはそれよりも大きく構成したので、どのようなター
ゲットＴであっても、最適な高い周波数の赤外線の変化
として捕らえることができ、例えばバンドパスアンプ等
の低域ゲイン及び高域ゲインを高く設定する必要がな
く、不用なノイズによる誤作動を招くことがないので、
確度良く検知することができるという効果を奏する。

【００４８】さらに、請求項３記載の発明にあっては、
受光部の幅と受光部同士の間隔とを、およそ２：１とし
たので、０．２メートル毎秒乃至０．３メートル毎秒の
速度で移動する人体又は物体を検知するのに好適である
という効果を奏する。

【００４９】また、請求項４記載の発明にあっては、そ
れぞれの受光部の周縁部に、孔を穿設したので、クロス
トークによる影響を回避できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態における焦電素子１の構造を示
す図である。

【図２】第１の実施形態における焦電素子１の出力に関
する図である。

【図３】第１の実施形態において、集光器してマルチレ
ンズ等を用いた場合の出力に関する図である。

【図４】第１の実施形態のおける焦電素子１を用いた赤
外線検知器の分解斜視図である。

【図５】第２の実施形態における焦電素子１の構造を示
す図である。

【図６】第２の実施形態における赤外線検知器の機能ブ
ロック図である。

【図７】赤外線検知器の機能ブロック図である。

【図８】焦電ユニット１９の回路構成図である。

【図９】従来の焦電素子１の構造を示す図である。

【図１０】従来の焦電素子１の出力に関する図である。

【符号の説明】

１焦電素子２ａ電極３ａ電極４ａ電極５ａ電極６ａ受光部６ｂ受光部６ｃ受光部６ｄ受光部１５ａ電極１６ａ電極１７ａ電極１８ａ電極Ｄ１受光部の幅Ｄ２受光部同士の幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河原英喜大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者廣中篤大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 2G065 AB02 BA13 BA32 CA12 CA13 DA20 4M118 AA05 AA10 AB02 BA04 BA05 CA16 GA07 GA10 GD03 GD07 HA02 HA21 HA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焦電効果を有した材料からなるチップを
備え、そのチップの表面に、隣接する他の電極と異なる
極性となるように複数の電極が敷設されると共に、当該
チップ裏面の前記電極に対応する位置に、それぞれ前記
電極とは異極性の電極が敷設され、表裏で極性の異なる
電極同士の複数の組によって受光部をなした焦電型赤外
線検知素子において、前記受光部同士の間隔は、前記受
光部の幅よりも小さく形成されていることを特徴とする
焦電型赤外線検知素子。
【請求項２】焦電効果を有した材料からなるチップを
備え、そのチップの表面に、隣接する他の電極と異なる
極性となるように複数の電極が敷設されると共に、当該
チップ裏面の前記電極に対応する位置に、それぞれ前記
電極とは異極性の電極が敷設され、表裏で極性の異なる
電極同士の複数の組によって受光部をなした焦電型赤外
線検知素子において、前記受光部同士の間隔の一つは、
前記受光部の幅よりも小さいと共に、他の受光部同士の
間隔は、前記幅と同等若しくはそれよりも大きく構成さ
れていることを特徴とする焦電型赤外線検知素子。
【請求項３】前記受光部の幅と、前記受光部の幅より
も小さくした受光部同士の間隔とを、およそ２：１の比
としたことを特徴とする請求項１又は２記載の焦電型赤
外線検知素子。
【請求項４】前記それぞれの受光部の周縁部には、孔
が穿設されていることを特徴とする請求項１乃至３何れ
か記載の焦電型赤外線検知素子。