JP3297514B2 - 焦電型赤外線センサ用チョッパ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体から放出される赤
外線を非接触で検知する焦電型赤外線センサの赤外線を
入射あるいは遮断するチョッパに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、焦電型赤外線センサは、電子レン
ジにおける調理物の温度測定や、エアコンにおける人体
の位置検出などの幅広い分野で利用されている。焦電型
赤外線センサは、ＬiＴaＯ₃単結晶等の焦電体による焦
電効果を利用したものである。焦電体は自発分極を有し
ており、常に表面電荷を発生しているが、大気中におけ
る定常状態では大気中の電荷と結びついて電気的に中性
を保っている。この焦電体に赤外線が入射すると焦電体
の温度が変化し、これにともない表面の電荷状態も中性
状態が壊れて変化する。この表面に発生する電荷を検知
して、赤外線入射量を測定するのが焦電型赤外線センサ
である。

【０００３】ところで、物体はその温度に応じた赤外線
を放射しており、このセンサを用いることにより物体の
位置や温度を検出できる。焦電効果は赤外線の入射量の
変化に起因するものであり、焦電型赤外線センサとして
物体の温度を検出する場合には赤外線入射量を変化させ
る必要がある。この手段として用いられるのがチョッパ
であり、入射する赤外線を強制的に断続し検出物体の温
度を検出する。従来のチョッパとしては、電磁モータお
よび圧電アクチュエータ等が主に用いられていた。

【０００４】図12は従来の焦電型赤外線センサの一例の
斜視図を示し、これは弾性体平板に圧電体を接着したア
クチュエータをチョッパとして用いた場合である。金属
等の弾性体平板に圧電体を接着して貼合わせ素子を構成
して片端を保持固定し、圧電体に電圧を印加したときの
歪により屈曲運動を発生させるアクチュエータは、一般
には弾性体平板の両面に圧電体を接着したものはバイモ
ルフ型、片面にのみ接着したものはユニモルフ型と呼ば
れており、また弾性体平板はシムと呼ばれており、以下
各部材をそのように呼ぶ。

【０００５】図12はバイモルフ型素子を焦電型赤外線セ
ンサのチョッパとして用いたものであり、121はシム、1
22a，122bは圧電体、123は遮蔽板、124は台座、125は固
定具、126はシム用配線、127a，127bは圧電体用配線、1
28は赤外線検出部、129はスリット、120は赤外線であ
る。このシム121の両面には、圧電体122a，122bがそれ
ぞれ接着され、バイモルフ型素子が構成されている。

【０００６】圧電体122a，122bは表面に電極が形成さ
れ、また厚さ方向に分極処理が施されており、圧電体12
2a，122bそれぞれの分極の方向は、シム121から取り出
されたシム用配線126と圧電体122a，122bから取り出さ
れた配線127a，127bによりシム121と圧電体122a，122b
のそれぞれの間に加えられる電界の向きにより異なる
が、圧電体122a，122bが常に互いに逆の方向に歪を発生
するように決められる。すなわち、圧電体122a，122bの
片方が伸びる方向で歪むとき、もう一方は縮むように印
加電界の方向と分極方向が決められる。

【０００７】バイモルフ型素子は台座124と固定具125と
により、シム121の部分と圧電体122a，122bの部分が同
時に挟み込まれることにより保持されている。シム121
の圧電体122a，122bが接着されていない部分にはシム用
配線126が取り付けられ、また圧電体122a，122b表面に
は圧電体用配線127a，127bが取り付けられている。バイ
モルフ型素子の自由端の先端部分には遮蔽板123が取り
付けられ、遮蔽板123にはスリット129が設けられてい
る。遮蔽板123の近傍には赤外線検出部128が遮蔽板123
およびバイモルフ型素子に接触しないように配置され
る。シム用配線126および圧電体用配線127a，127bによ
りシム121と圧電体122a，122bの間にそれぞれ電界が印
加されると、バイモルフ型素子は片端固定の屈曲運動を
発生し、先端に取り付けられた遮蔽板123およびスリッ
ト129は電界の印加方向の変化に応じて往復運動(矢印Ａ
−Ｂの移動方向)を行う。このスリット129の往復運動に
より赤外線検出部128に入射する赤外線120を断続する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構成のバイモルフ型チョッパは、赤外線を断続するのに
十分な移動距離を得るために、固定部から先端の移動部
までの寸法を大きくする必要があり、また非常に高い駆
動電圧を必要とした。加えて、大きな変位を得るために
固定端近傍での応力集中が起こり、圧電体が脆性破壊す
るなどの課題もあった。その結果、焦電型赤外線センサ
自体の小型化，低価格化，高信頼性化への大きな妨げと
なっていた。

【０００９】本発明は上記問題点を解決するもので、圧
電方式を用いたバイモルフ型チョッパの小型化と移動距
離の増加によって、焦電型赤外線センサの小型化と高信
頼性化を行い、より汎用性の高い焦電型赤外線センサを
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、バイモルフ型素子あるいはユニモルフ型素
子の先端移動部分に荷重負荷を設けて共振周波数を低下
させ、固定をシム部分のみで行うことにより圧電体が脆
性破壊することを防止し、更に必要に応じて固定部近傍
のシムに切り欠きを設けるなどの手段により、共振周波
数をさらに低下させて低電圧駆動で大きな変位を得る。

【００１１】

【作用】本発明によれば、チョッパの先端移動部分に荷
重負荷を設けて、または固定部近傍のシムに切り欠きを
設けるなどの手段により共振周波数を低下させて低電圧
駆動で大きな変位を得る。また、固定をシム部分のみで
行うことにより圧電体が脆性破壊することを防止する。
これらにより、チョッパの小型化ができ、更に加える電
圧も低くすることができる。また共振周波数を低下させ
ることで駆動する周波数を低くし、焦電型赤外線センサ
の赤外線検出部の感度が高い周波数で駆動することがで
きる。

【００１２】

【実施例】以下、各図に従って本発明の各実施例につい
て説明する。

【００１３】図１は本発明の実施例を説明するための参
考例における焦電型赤外線センサ用チョッパの構成を示
す斜視図である。これはユニモルフ型素子の先端に重り
を取り付け、シム部分を固定した場合である。図１にお
いて、11a，11bはシム，12a，12bは圧電体、13a，13bは
重り、14はセンサ台座、15a，15bはユニモルフ型素子固
定具、16a，16bはシム用配線、17a，17bは圧電体用配
線、18は赤外線検出部、19a，19bおよび図に表されてい
ない19c，19dはユニモルフ型素子固定ネジ、10は赤外線
である。

【００１４】前記シム11a，11bは一端をセンサ台座14と
ユニモルフ型素子固定具15a，15bによって挟まれ、更に
ユニモルフ型素子固定ネジ19a，19b，19c，19dによりそ
れぞれ片端固定され、互いに平行に向かい合うように配
置されている。また、シム11a，11bのそれぞれ向かい合
う面には圧電体12a，12bが、センサ台座14やユニモルフ
型素子固定具15a，15bおよびシム11a，11b先端の遮蔽部
に接触しない位置で接着されてユニモルフ型素子を構成
している。

【００１５】赤外線検出部18はセンサ台座14上にてユニ
モルフ型素子の自由端近傍にて配され、赤外線10の入射
あるいは遮断を受ける。この赤外線10を断続する遮蔽部
はシム11a，11bの固定する側と反対側の端部を折り曲げ
て構成され、この部分の平面部分に重り13a，13bがそれ
ぞれ接着されている。シム11a，11bにはシム用配線16
a，16b、圧電体12a，12bには圧電体用配線17a，17bが、
それぞれユニモルフ型素子の固定部に近い位置で取り付
けられており、シム用配線16a，16bおよび圧電体用配線
17a，17bによりシム11aと圧電体12a、シム11bと圧電体1
2bの間に電界を加えるとユニモルフ型素子は曲げを起こ
し、先端の遮蔽部が移動する。２つのユニモルフ型素子
を同一周波数にて反対方向に駆動することにより赤外線
10を断続する。

【００１６】以上の構成のように、シム11a，11bの部分
のみでユニモルフ型素子を固定すれば、重り13a，13bと
ユニモルフ型素子自身の両方の重さが起因して、ユニモ
ルフ型素子の共振周波数は通常のユニモルフ型素子に比
べて大幅に低下し、低い周波数にて駆動しても大きな変
位を得ることができる。また、変位時の応力集中はシム
11a，11bの部分で起こるので圧電体12a，12bが脆性破壊
することを防止することができる。焦電型赤外線センサ
の赤外線検出部18は、チョッパにより赤外線を断続する
周波数が高すぎると感度が低下し、センサによって最適
な周波数は異なるが、通常100Hz以下を要求されること
が多く、上記の構成によりユニモルフ型素子は形状を大
型にすることなく容易に共振周波数を100Hz以下とする
ことができ、低電圧で大きな変位を得ることができる。

【００１７】ユニモルフ型素子を構成するシム11a，11b
と、圧電体12a，12bの形状、および取り付ける重り13
a，13bの重さと取り付け位置により、ユニモルフ型素子
の共振特性や変位量は異なるが、良好な使用が可能な目
安として、圧電体12a，12bとシム11a，11bの厚みの比
が、圧電体の厚さ／シムの厚さ＝0.4〜２程度で、例え
ば圧電体の厚さ0.07mm，シムの厚さ0.05mmの場合、圧電
体の厚さ／シムの厚さ＝1.4となる。また、重り13a，13
bの重量のアクチュエータ全体(固定部は含めない)の重
量への比としては、重量が大きすぎた場合には変位姿勢
が変化するので、変位姿勢を保ちつつ共振周波数を低下
できるように、重りの重量／(重り＋ユニモルフ型素子
の重量)＝0.10〜0.92程度に設定する。

【００１８】一例として、可動部分の寸法が11mm×２mm
×0.05mmのリン青銅製のシム11a，11bに、寸法が10mm×
２mm×0.07mmの圧電体12a，12bを接着した場合のユニモ
ルフ型素子に対し、0.05ｇの重り13a，13bを先端に取り
付けた場合、重りの重量／(重り＋ユニモルフ型素子の
重量)＝約0.71となる。また、ユニモルフ型素子の可動
部分のうち、圧電体12a，12bを接着していない部分の長
さが増えれば、より共振周波数は低下し、疲労に対する
強度も増すが、ユニモルフ型素子全体の寸法の大型化や
圧電体12a，12bの小型化により出力の低下が起こるの
で、目安として圧電体非接着部の長さ／ユニモルフ型素
子の可動部全体の長さ＝0.1〜0.2とし、例えば圧電体非
接着部の長さが1.5mmに対し、ユニモルフ型素子の可動
部全体の長さは12.5mmとして、圧電体非接着部の長さ／
ユニモルフ型素子の可動部全体の長さ＝0.12とする。

【００１９】ユニモルフ型素子を固定するセンサ台座14
とユニモルフ型素子固定具15a，15bは材質としてプラス
チック，銅，アルミ，ステンレス等様々であり、材質に
よりユニモルフ型素子の駆動特性が変化する。プラスチ
ック系の材料を使用すると、絶縁の処理が容易であり、
金属材料と比べ軟らかいので固定端において若干の変位
がみられ、先端部分の変位も増す。ステンレス等の金属
材料を用いた場合、変位，共振特性が安定しやすい。

【００２０】図２(a)，(b)は前記ユニモルフ型素子の固
定端を表す側面図であり、21はシム、22は圧電体、23は
重り、24a，24bは固定具、25a，25bは固定端Ｒである。
シム21は先端を曲げられてＬ字の形状を有し、折り曲げ
た部分に重り23が接着され遮蔽部をなし、もう一端は固
定具24a，24bにより挟み込まれて固定されている。また
固定端から離れた位置のシム21上に圧電体22が接着され
ている。

【００２１】図２(a)においては固定端位置での固定部
の形状は直角であり、図２(b)においては固定端Ｒ25a，
25bのように固定端部分にＲ加工が施されて真の固定端
は更に固定具より中にあり、ユニモルフ型素子の可動部
分の長さは図２(a)におけるものよりも長くなってお
り、より先端部分での変位を大きくすることができる。
また、図２(b)の固定では図２(a)の場合よりも固定端で
の応力集中を緩和することができるので信頼性の向上を
実現することができる。特に、ステンレス等の硬い材料
を固定具の材料として用いる場合には固定端部分にＲを
設けたり、面取り加工を行えば、全体の寸法を増やすこ
となくユニモルフ型素子の可動部分の長さをより大きく
でき、変位を拡大でき、共振周波数を下げることができ
る。

【００２２】駆動方法としては、大きくは次の２種類が
考えられる。１つはユニモルフ型素子の共振近傍で駆動
をして小さい駆動電圧で大きな変位を得る方法、もう１
つは共振周波数から離れた周波数にて駆動電圧を高めに
設定して駆動する方法である。いずれの場合も交流信号
を印加するが、圧電体の分極方向と逆の方向に高い電界
を加えると、圧電体内の分極が破壊されてしまうので、
これを防ぐために分極方向とは逆の方向の電圧をカット
したり、バイアス電圧を加えて交流信号の中心電圧を圧
電体が分極される方向に移動させるといった手段が有効
である。

【００２３】図３は参考例におけるユニモルフ型素子の
共振特性の一例を示す特性図であり、縦軸は変位、横軸
は駆動周波数である。共振特性の曲線でピークを示して
いるときの駆動周波数が、すなわち共振周波数ｆrであ
り、この周波数にてユニモルフ型素子を駆動すれば低い
印加電圧で大きな変位が得られ、よってユニモルフ型素
子の形状も小型化できる。共振周波数は周りの温度条件
等により同一のユニモルフ型素子によっても変化するの
で、共振周波数を追尾するための回路がよく用いられ
る。

【００２４】図４は参考例におけるユニモルフ型素子用
の共振周波数追尾用駆動回路の一例図であり、41はユニ
モルフ型素子、42は抵抗、43はバンドパスフィルター
(ＢＰＦ)、44は移相回路、45はリミッタ、46はアンプ
(ＡＭＰ)である。ユニモルフ型素子41に流れる電流を抵
抗42にて電圧に変換し、バンドパスフィルター43にて波
形を整形した後、移相回路44で共振点を判別してアンプ
46で信号を増幅してユニモルフ型素子41に帰還する。共
振点を追尾することで常に共振周波数での駆動が行え、
ユニモルフ型素子の加工ばらつきや、固定位置ばらつき
による共振周波数のばらつきに対しての調整が不要とな
る。

【００２５】また、前記図３において斜線が施されてあ
る部分は、共振周波数以外の周波数にて駆動する場合の
領域の一例を示したものであり、共振周波数近傍よりも
変位の安定した周波数にて駆動を行うもので、昇圧回路
を用いて共振周波数で駆動する場合よりも高い電圧にて
駆動する必要があるが、共振周波数近傍よりも周波数変
化に対する変位量の変化が小さく、ユニモルフ型素子の
寸法誤差による個体間の共振周波数変化に対しても変位
量は変化が少なく、すなわち個体間による変位量に差、
および周りの温度変化等に対する変位量の差は少ない。

【００２６】ユニモルフ型素子を上記の構成として共振
周波数を下げて駆動周波数と近づけることで、より多く
の変位量を得られる。なお、駆動周波数が共振周波数よ
りも高い場合でも赤外線検出部の感度を低下させなけれ
ば、共振周波数よりも高い駆動周波数を用いてもよい。

【００２７】ユニモルフ型素子先端の遮蔽部について
は、本参考例ではシム11a，11bの一部を折り曲げて、こ
の部分に重り13a，13bを取り付けて負荷としたが、この
部分は別に作成した後にユニモルフ型素子先端あるいは
先端近傍に取り付けてもよい。また、重り13a，13bは赤
外線10を遮蔽する部分において取り付けたが、こうする
ことで遮蔽部の体積が大きくなり、よって周りからの影
響による遮蔽部の温度変化が減る。焦電型赤外線センサ
は測定対象物とチョッパの遮蔽部との温度差を検出して
更に遮蔽部の絶対温度を測定し、測定対象物の絶対温度
を測定する場合が多く、チョッパの遮蔽部の体積を大き
くして温度変化を少なくすることで、より精度の高い温
度測定が行える。

【００２８】また、本参考例においてはユニモルフ型素
子先端の遮蔽部が折り曲げられた方のシム上の面に圧電
体が接着されているが、逆の面に圧電体を接着した場合
も同様の効果が得られることは言うまでもない。本参考
例のように遮蔽部の折り曲げられた側のシム面に圧電体
を接着する場合、遮蔽部はシムの一部であるので圧電体
がこれに接触すると短絡を起こすことが考えられ、これ
を防ぐために圧電体と遮蔽部はある程度距離をおくか、
あるいは遮蔽部の少なくとも圧電体と接触する可能性の
ある場所にポリイミドの絶縁層を設けるといった絶縁処
理を行うことで、前記のような短絡はなくなる。のみな
らず、シムの整形後に圧電体を接着する場合、絶縁層を
設けてこれに圧電体を接触させて位置決めを行えば、組
立が容易になる。

【００２９】なお、以上挙げたような効果はユニモルフ
型素子のみならず、バイモルフ型素子においても同様に
得られることは言うまでもない。

【００３０】図５は本発明の第１の実施例における焦電
型赤外線用チョッパの構成を示す斜視図である。これは
ユニモルフ型素子の先端に重りを付け、シム部分の一部
に切り欠きを設け、この部分を固定した場合である。図
５において、51a，51bはシム、52a，52bは圧電体、53
a，53bは重り、54はセンサ台座、55a，55bはユニモルフ
型素子固定具、56a，56bはシム用配線、57a，57bは圧電
体用配線、58は赤外線検出部、59a，59bおよび図に表さ
れていない59c，59dはユニモルフ型素子固定ネジ、50は
赤外線である。

【００３１】また、図６は図５のシム51a，51bの詳細な
形状を示す斜視図であり、図６において、61は遮蔽部、
62は圧電体接着部、63は切り欠き部、64は位置決め部、
65a，65bは固定用穴である。遮蔽部61と圧電体接着部62
は折り曲げによって直角をなし、圧電体接着部62から位
置決め部64に至る間に幅が圧電体接着部62よりも小さく
なるように成形された切り欠き部63を設け、位置決め部
64の両端には固定用穴65a，65bが設けられている。

【００３２】図５に示すシム51a，51bは、図６に示すよ
うに幅が細い切り欠き部63が設けられ、この切り欠き部
63において、図５に示すセンサ台座54とユニモルフ型素
子固定具55a，55bによって挟まれ、更にユニモルフ型素
子固定ネジ59a，59b(および59c，59d)をそれぞれ固定用
穴65a，65b(および他方のシムの固定用穴65c，65d)に挿
入して位置決めおよび片端固定され、互いに平行に向か
い合うように配置されている。またシム51a，51bのそれ
ぞれ向かい合う面、すなわち圧電体接着部62には図５に
示す圧電体52a，52bが、センサ台座54やユニモルフ型素
子固定具55a，55bおよびシム51a，51b先端の遮蔽部、加
えて切り欠き部63に接触しない位置で接着されてユニモ
ルフ型圧電アクチュエータを構成している。

【００３３】赤外線検出部58はセンサ台座54上にてユニ
モルフ型素子の自由端近傍にて配され、赤外線50の入射
あるいは遮断を受ける。赤外線50を断続する遮蔽部はシ
ム51a，51bの固定する側と反対側の端部を折り曲げて構
成され、この部分の平面部分に重り53a，53bがそれぞれ
接着されている。シム51a，51bの可動部以外の１箇所、
すなわち図６に示す位置決め部64の１箇所にはシム用配
線56a，56bが、圧電体52a，52bには圧電体用配線57a，5
7bがそれぞれユニモルフ型素子の固定部に近い位置で取
り付けられており、シム用配線56a，56bおよび圧電体用
配線57a，57bによりシム51aと圧電体52a、シム51bと圧
電体52bの間に電界を加えるとユニモルフ型素子は曲げ
を起こし、先端の遮蔽部が移動する。２つのユニモルフ
型素子を同一周波数にて反対方向に駆動し、赤外線50を
断続する。

【００３４】圧電体52a，52bとユニモルフ型素子の固定
部の間のシム51a，51b部に切り欠き部63を設けること
で、同一寸法で切り欠き部を設けないユニモルフ型素子
に比べて、より共振周波数を低下させることができるの
で、更にチョッパの小型化と低周波数駆動時の変位量の
増大が図れる。シムにおける切り欠き部と圧電体接着部
との幅の比の目安としては切り欠き部の幅／圧電体接着
部の幅＝0.25〜0.75程度であり、0.25以下であるとユニ
モルフ型素子の姿勢が不安定で、１では切り欠き部は存
在しないので効果がない。例として切り欠き部63の幅が
0.8mm、圧電体接着部幅２mmを用いた場合、0.4となる。

【００３５】なお、シムに切り欠き部を設けてこの部分
を固定し、共振周波数の低下を図るという点では、切り
欠き部の形状にはよらず、シムの一端に突起を設けてこ
れを固定したり、穴加工を施して固定部分の面積を減ら
すようにすれば、効果は同様でよりシムの加工が容易に
なる。さらに突起や切り欠き部の形状は、直線ではなく
任意の曲線であっても差し支えないのは言うまでもな
い。シムの固定部近傍の幅を変化させる代わりに厚みを
変えたり、シムと一体ではなく別に細い部材を接着等に
より取り付けてこれを固定しても、同様の効果が得られ
る。

【００３６】また、２つのユニモルフ型素子を用いるこ
とでチョッパの開閉面積は１つに比べて大きく、さらに
２つのユニモルフ型素子を平行に配置し、常に反対方向
に同一周波数で振動させれば、ユニモルフ型素子の振動
により発生するセンサ全体の不要な振動を互いに打ち消
し合い、軽減できる。

【００３７】また、図７は本発明の第２の実施例におけ
る焦電型赤外線センサの構成を示す斜視図である。これ
はチョッパとしてユニモルフ型素子を１つだけ用いた場
合である。図７において、71はシム、72は圧電体、73は
重り、74はセンサ台座、75はユニモルフ型素子固定具、
76はシム用配線、77は圧電体用配線、78は赤外線検出
部、79a，79bはユニモルフ型素子固定ネジ、70は赤外
線、71aはスリットである。シム71の形状としては、前
記図６のシムの構造において、遮蔽部61の一部にスリッ
ト71aを設けたものである。また遮蔽部61に取り付ける
重り73にもスリット71aが施され、遮蔽部61のスリット
に合わせた位置にて両者は接着されている。全体の構造
は上述した焦電型赤外線センサと同様であり、シム71は
図６に示すように幅が細い切り欠き部63が設けられ、こ
の切り欠き部63において、図７に示すセンサ台座74とユ
ニモルフ型素子固定具75によって挟まれ、更にユニモル
フ型素子固定ネジ79a，79bをそれぞれ図６に示す固定用
穴65a，65bに挿入して位置決めおよび片端固定されてい
る。

【００３８】また、シム71の圧電体接着面62には圧電体
72が、センサ台座74やユニモルフ型素子固定具75および
シム71先端の遮蔽部、加えて切り欠き部63に接触しない
位置で接着されてユニモルフ型圧電アクチュエータを構
成している。赤外線検出部78はセンサ台座74上にてユニ
モルフ型素子の自由端近傍にて配され、赤外線70の入射
あるいは遮断を受ける。この赤外線70を断続する遮蔽部
はシム71の固定する側と反対側の端部を折り曲げて構成
され、この部分の平面部分に重り73が接着されている。
シム71の可動部以外の１箇所、すなわち位置決め部64の
１箇所にはシム用配線76が、圧電体72には圧電体用配線
77がユニモルフ型素子固定部に近い位置で取り付けられ
ており、シム用配線76および圧電体用配線77によりシム
71と圧電体72の間に電界を加えるとユニモルフ型素子は
曲げを起こし、先端の遮蔽部に設けられたスリット71a
を移動させて、赤外線70を断続する。

【００３９】遮蔽部にスリットを設けることで赤外線が
入射および遮断される範囲をより限定でき、完全な開閉
ができる。またユニモルフ型素子を１つにすれば２つに
比べて安価であり、組立も容易である。

【００４０】図８は本発明の第３の実施例における焦電
型赤外線センサ用チョッパの構成を示す斜視図である。
これはチョッパのユニモルフ型素子の外形にテーパをも
たせて成形し、幅の細い部分にて固定を行った場合であ
る。図８において、81a，81bはシム、82a，82bは圧電
体、83a，83bは重り、84はセンサ台座、85a，85bはユニ
モルフ型素子固定具、86a，86bはシム用配線、87a，87b
は圧電体用配線、88は赤外線検出部、89a，89bおよび図
に表されていない89c，89dはユニモルフ型素子固定ネ
ジ、80は赤外線である。

【００４１】シム81a，81bは全体として台形の形状を有
し、２つの平行辺のうち長い方の側において、折り曲げ
によって直角をなす遮蔽部が形成され、この遮蔽部にお
いて重り83a，83bがそれぞれ接着されており、また短い
側の辺の近傍にてセンサ台座84とユニモルフ型素子固定
具85a，85bによって挟まれ、更にユニモルフ型素子固定
ネジ89a，89bおよび89c，89dによってネジ止めされ片端
固定がなされ、平面部分が互いに平行に向かい合うよう
に配置されている。また、シム81a，81bのそれぞれ平行
に向かい合う面には、シム81a，81bの形状に沿った形状
を有する圧電体82a，82bが、センサ台座84やユニモルフ
型素子固定具85a，85bおよびシム81a，81b先端の遮蔽部
に接触しない位置で接着されてユニモルフ型圧電アクチ
ュエータを構成している。

【００４２】赤外線検出部88はセンサ台座84上にてユニ
モルフ型素子の自由端近傍にて配され、赤外線80の入射
あるいは遮断を受ける。この赤外線80を断続する遮蔽部
は前述のようにシム81a，81bの固定する側と反対側の端
部を折り曲げて構成され、この部分の平面部分に重り83
a，83bがそれぞれ接着されている。シム81a，81bにはシ
ム用配線86a，86bが、圧電体82a，82bには圧電体用配線
87a，87bがそれぞれユニモルフ型素子の固定部に近い位
置で取り付けられており、シム用配線86a，86bおよび圧
電体用配線87a，87bによりシム81aと圧電体82a、シム81
bと圧電体82bの間に電界を加えるとユニモルフ型素子は
曲げを起こし、先端の遮蔽部が移動する。２つのユニモ
ルフ型素子を同一周波数にて反対方向に駆動し、赤外線
80を断続する。

【００４３】本構成にすることにより、ユニモルフ型素
子の固定端から離れるほどユニモルフ型素子の幅が広く
なるので、全体の重心がより先端部に近づき、さらに負
荷となる重量が大きくなるので、大きな重りを用いない
場合でも共振周波数を大幅に低下させることができる。
また、ユニモルフ型素子製造の際、たとえばシムと圧電
体とを接着した後、外周部分に沿って切削して台形を形
成すればよく、シムの一部に改めて切り欠き等の加工を
行う必要がなく、製造が容易である。

【００４４】なお、本実施例においてはユニモルフ型素
子の形状を台形としたが、代わりに三角形としたり、そ
の他の多辺形の頂角の部分を固定しても、効果は同じで
あることは言うまでもなく、更に曲線においてユニモル
フ型素子の幅を変化させれば、応力集中の防止や、直線
で形成するよりも負荷重量の増大が図れ、共振周波数を
更に低下させることができる。

【００４５】図９は本発明の実施例を説明するための他
の参考例における焦電型赤外線センサ用チョッパの構成
を示す斜視図である。これは、複数のユニモルフ型素子
を音叉形状として一体とした場合である。図９におい
て、91a，91bはシム，92a，92bは圧電体、93a，93bは重
り、94はセンサ台座、95はユニモルフ型素子固定具、96
はシム用配線、97a，97bは圧電体用配線、98は赤外線検
出部、90は赤外線である。

【００４６】また、図10は図９のシムの詳細な形状を示
す斜視図である。図10において、101a，101bは遮蔽板
部、102a，102bは圧電体接着部、103a，103bは切り欠き
部、104は固定部、105は固定用穴である。

【００４７】図９に示すシム91a，91bは、図10に示すよ
うに１枚の平板形状のものを２箇所で直角に折り曲げる
ことで音叉形状とし、平行に向かい合う部分をつなぐ中
間部材である固定部104の中央部には、固定および位置
決めのための固定用穴105が設けられている。平行に向
かい合う部分の圧電体接着部102a，102bと固定部104の
間には、他の場所に比べて幅が細くなるよう加工された
切り欠き部103a，103bが設けられている。圧電体接着部
102a，102bの先端部分には更に折り曲げによって遮蔽板
部101a，101bが設けられ、この遮蔽板部101a，101bは駆
動時の互いの接触を防ぐために異なった角度をもって折
り曲げられている。

【００４８】図９に示すシム91a，91bは、図10に示す固
定部104の部分にてセンサ台座94とユニモルフ型素子固
定具95により挟み込まれて固定され、ユニモルフ型素子
のシムとしての機能を果たす。シム91a，91bは、図10に
示す圧電体接着部102a，102bにてそれぞれ圧電体92a，9
2bが接着されている。また、一体であるシム部材の固定
端部分の近傍の１箇所にはシム用配線96が、圧電体92
a，92b表面の図10に示す切り欠き部103a，103bに近い部
分にて圧電体用配線97a，97bがそれぞれ取り付けられて
いる。シム91a，91b先端の遮蔽板部101a，101b上に重り
93a，93bが取り付けられており、ユニモルフ型素子に対
して負荷を与える。センサ台座94上には赤外線検出部98
が取り付けられ、ユニモルフ型素子先端近傍に配されて
いる。

【００４９】シム用配線96および圧電体用配線97a，97b
により交流電界を加え、シム91a，91bと圧電体92a，92b
の間に電位差を生じさせることで、ユニモルフ型素子は
屈曲運動を起こして先端の遮蔽板部101a，101bを移動さ
せて、赤外線検出部98に入射する赤外線90を断続する。
２つのユニモルフ型素子を同一周波数にて反対方向に駆
動し、赤外線90を断続する。

【００５０】２つのシムを音叉型の形状として一体とす
ることで、取り付けが容易になり、シム用の配線も１本
にでき、組立が簡素化される。なお、センサ台座とシム
の間に防振材を介せば、赤外線検出部に及ぼす振動の影
響を減少できる。

【００５１】図11は本発明の第４の実施例における焦電
型赤外線センサ用チョッパの構成を示す斜視図である。
これは音叉形状のシムの結合部分において圧電体を接着
したアクチュエータを用いた場合である。図11におい
て、111はシム、112は圧電体、113a，113bは重り、114
はセンサ台座、115はユニモルフ型素子固定具、116はシ
ム用配線、117は圧電体用配線、118は赤外線検出部、11
0は赤外線である。

【００５２】シム111は前記図10と同様の折り曲げによ
る遮蔽板部および音叉形状を有するが、図10における固
定用穴105が存在せず、この固定部104において圧電体11
2を接着し、固定部104の片方の辺の中央より平面状の突
起を設けて、この突起にて固定を行える形状を有し、更
に切り欠き部103a，103bが幅方向の両側２箇所からの加
工ではなく１箇所からのみ行われ、幅方向の中央ではな
く片側に広い幅を持つように形成されている。シム111
は前記突起においてセンサ台座114とユニモルフ型素子
固定具115により挟み込まれて固定され、シム111の両先
端部分の遮蔽板部に重り113a，113bがそれぞれ取り付け
られている。センサ台座114上には赤外線検出部118が置
かれ、シム111先端の遮蔽板部近傍にて配置されてい
る。このシム111にはシム用配線116が、圧電体112には
圧電体用配線117がそれぞれ取り付けられ、シム用配線1
16と圧電体用配線117によりシム111と圧電体112の間に
交流にて電位差を発生させると、シム111の圧電体を接
着した部分において、固定された中央の突起の部分を中
心とした撓み振動を起こし、振動は圧電体を接着した部
分の両端の折り曲げられた部材に伝わり、前記部材の先
端部分の遮蔽板部を移動させ、赤外線検出部118に入射
する赤外線110を断続する。圧電体接着部分の撓み振動
の振動数を両端部材の共振周波数、あるいはその近傍に
合わせることにより、遮蔽板部における変位は大幅に拡
大される。

【００５３】上記構成は遮蔽板部近傍の可動部の平板部
分に圧電体を接着しないので、可動部の厚みは小さくな
り、共振周波数は圧電体を接着した場合に比べてさらに
低下させることができる。また、可動部の固定端近傍の
切り欠き部分の位置を板幅方向で中央からずらすこと
で、可動部先端に取り付けられた重り可動部の固定端か
らの距離が増し、共振周波数を低下させる効果が大きく
なる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の焦電型赤
外線センサ用チョッパは、ユニモルフ型素子あるいはバ
イモルフ型素子のシム部分でのみを固定し、先端部分に
重りを取り付けて共振周波数を低下させることで、共振
周波数を焦電型赤外線センサの赤外線検出部の感度が良
好なチョッパの開閉周波数に合わせることができる。ま
た、共振周波数あるいはその近傍の周波数にてユニモル
フ型素子およびバイモルフ型素子の駆動を行えば、先端
部分の変位は大幅に拡大され、使用する電圧の値を下
げ、構造的にも小型化が図れる。

【００５５】また、ユニモルフ型素子およびバイモルフ
型素子の固定部近傍のシムの幅や厚みを少なくすること
で、前述のような共振周波数の低下をより大きくでき
る。加えて、圧電ユニモルフ型およびバイモルフ型の圧
電アクチュエータは広く使用されている電磁方式のアク
チュエータなどと比較して消費する電力が少なく、よっ
て発熱が少ないので温度上昇が少なく温度変化が少なく
できるので、焦電型赤外線センサとしてより精度良く温
度を測定できる。

【００５６】また、遮蔽部に重りを取り付けて体積を大
きくすることで、より温度変化を抑制できる。さらに磁
気を直接は用いないアクチュエータであるので、他の部
材への吸着や、磁気による他部品の特性への影響を配慮
する必要がなく、より小さい空間にて部品を配置できる
のでセンサ全体の小型化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を説明するための参考例におけ
る焦電型赤外線センサ用チョッパの構成を示す斜視図で
ある。

【図２】本発明の図１に示す参考例におけるユニモルフ
型素子を固定する部材の固定部における形状を直角とし
た場合の一例を示す側面図(a)とＲを加工した場合の一
例を示す側面図(b)である。

【図３】本発明の図１に示す参考例におけるユニモルフ
型素子の共振特性の一例を示す特性図である。

【図４】本発明の図１に示す参考例におけるユニモルフ
型素子を共振周波数追尾用駆動回路の一例図である。

【図５】本発明の第１の実施例における焦電型赤外線セ
ンサ用チョッパの構成を示す視図である。

【図６】図５のユニモルフ型素子のシムの詳細な形状を
示す斜視図である。

【図７】本発明の第２の実施例における焦電型赤外線セ
ンサ用チョッパの構成を示す斜視図である。

【図８】本発明の第３の実施例における焦電型赤外線セ
ンサ用チョッパの構成を示す斜視図である。

【図９】本発明の実施例を説明するための他の参考例に
おける焦電型赤外線センサ用チョッパの構成を示す斜視
図である。

【図１０】図９のシムの詳細な形状を示す斜視図であ
る。

【図１１】本発明の第４の実施例における焦電型赤外線
センサ用チョッパの構成を示す斜視図である。

【図１２】従来の焦電型赤外線センサの一例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

11a，11b，21，51a，51b，71，81a，81b，91a，91b，11
1，121…シム、 12a，12b，22，52a，52b，72，82a，8
2b，92a，92b，112，122a，122b…圧電体、 13a，13
b，23，53a，53b，73，83a，83b，93a，93b，113a，113
b…重り、 18，58，78，88，98，118，128…赤外線検
出部、 61，123…遮蔽板、 63，103a，103b…切り欠
き部、 64…位置決め部、 65a，65b，105…固定用
穴、 71a，129…スリット、 101a，101b…遮蔽板部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今田 勝巳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 藤川 和彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 野村 幸治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−82333（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−21424（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−114974（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−179874（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−115324（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−73238（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−110131（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−139439（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 1/00 - 1/60 G01J 5/00 - 5/62 G01R 15/00 - 17/22 G01R 29/00 - 29/26

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体から放出される赤外線を焦電センサ
   部に入射させて、非接触にて物体を検出する焦電型赤外
   線センサの赤外線を入射／遮断するチョッパにおいて、
   弾性体平板の一部に幅の狭い部分を有し、前記弾性体平
   板の片面あるいは両面に圧電体を接着して貼合わせ素子
   を構成し、弾性体平板部分のみが固定部材により固定さ
   れ、かつ弾性体平板部分の幅の狭い部分に固定端が位置
   するよう固定され、前記貼合わせ素子の他端近傍に前記
   赤外線を入射／遮断する部材、もしくは前記赤外線を入
   射／遮断する部材と重りを取り付けたことを特徴とする
   焦電型赤外線センサ用チョッパ。
2. 【請求項２】 物体から放出される赤外線を焦電センサ
   部に入射させて、非接触にて物体を検出する焦電型赤外
   線センサの赤外線を入射／遮断するチョッパにおいて、
   弾性体平板と平板形状を有する圧電体とを有し、前記弾
   性体平板が長手方向にテーパ形状を有して幅が変化して
   いるよう成形され、前記弾性体平板の片面あるいは両面
   に前記圧電体を接着して構成された部材の、弾性体平板
   部分の幅の細い側の一端の弾性体部分のみが固定部材に
   より固定され、前記貼合わせ素子の他端近傍に前記赤外
   線を入射／遮断する部材、もしくは前記赤外線を入射／
   遮断する部材と重りを取り付けたことを特徴とする焦電
   型赤外線センサ用チョッパ。
3. 【請求項３】 物体から放出される赤外線を焦電センサ
   部に入射させて、非接触にて物体を検出する焦電型赤外
   線センサの赤外線を入射／遮断するチョッパにおいて、
   弾性体平板の片面あるいは両面に圧電体を接着して構成
   された部材の、一端の弾性体部分において穴加工が施さ
   れ、前記穴加工部分を介して弾性体部分のみが固定部材
   により固定されて、前記貼合わせ素子の他端近傍に前記
   赤外線を入射／遮断する部材と重りを取り付けたことを
   特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載の焦電型
   赤外線センサ用チョッパ。
4. 【請求項４】 物体から放出される赤外線を焦電センサ
   部に入射させて、非接触にて物体を検出する焦電型赤外
   線センサの赤外線を入射／遮断するチョッパにおいて、
   弾性体板はコの字型の音叉形状を有し、前記弾性体板の
   結合部分の片面あるいは両面に前記圧電体をそれぞれ接
   着して構成された部材の、弾性体部分のみが固定部材に
   より固定されて前記部材の前記圧電体が接着された前記
   結合部分に突起を設けて前記突起を介して固定がなさ
   れ、前記貼合わせ素子の他端近傍に前記赤外線を入射／
   遮断する部材、もしくは前記赤外線を入射／遮断する部
   材と重りを取り付けたことを特徴とする焦電型赤外線セ
   ンサ用チョッパ。
5. 【請求項５】 物体から放出される赤外線を焦電センサ
   部に入射させて、非接触にて物体を検出する焦電型赤外
   線センサの赤外線を入射／遮断するチョッパにおいて、
   平板状弾性体に圧電体を接着して貼合わせ素子を構成
   し、赤外線を断続する遮蔽部分が前記貼合わせ素子の先
   端近傍に固定され、前記遮蔽部分の少なくとも圧電体と
   接触する部分において絶縁処理が施され、前記平板状弾
   性体と前記圧電体との間の導通が防止されていることを
   特徴とする請求項１ないし２、または４のいずれかに記
   載の焦電型赤外線センサ用チョッパ。