JP3317117B2 - 焦電型赤外線センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は焦電型赤外線セン
サに関し、特にたとえば、防犯装置などに組み込まれて
人間などを検知するために用いられる焦電型赤外線セン
サに関する。

【０００２】

【従来の技術】焦電体センサ素子の両面に電極を形成し
た焦電型赤外線センサが、人体からの赤外線エネルギー
を検出してライトを点灯するためのライトスイッチや、
警報を発する防犯装置などに用いられている。このよう
な焦電型赤外線センサでは、熱源の動きなどによる赤外
線エネルギーの変化に対応して、信号が出力される。し
かしながら、特に防犯装置などの分野において、誤動作
による警報が発せられることが問題となっている。この
ような誤報の原因としては、焦電型赤外線センサが人体
以外の赤外線エネルギーを検出し、それによって警報を
発することである。人体以外の赤外線エネルギー発生源
としては、たとえば小動物などの動く熱源、風などによ
る雰囲気温度のゆらぎ、太陽光や自動車のライトなどの
可視光の入射、温度の急激な変化などが考えられる。

【０００３】これらの原因のうち、小動物などによる誤
報については、これを解決するためのいくつかの発明が
報告されている。また、可視光の入射については、たと
えば赤外線エネルギー入射部に設けられた赤外線透過窓
材の可視光の透過率を調整し、可視光の入射を制限する
方法がある。さらに、焦電型赤外線センサに形成される
電極をデュアル構成とすることにより、赤外線エネルギ
ーの急激な変化による誤報を低減する方法がある。

【０００４】このようなデュアルタイプの焦電型赤外線
センサ１は、図９および図１０に示すように、焦電体２
の一方面上に、２つの電極３ａ，３ｂが形成され、これ
らの電極３ａ，３ｂが細い電極４で接続されている。さ
らに、焦電体２の他方面上には、電極３ａ，３ｂと対向
するようにして、電極５ａ，５ｂが形成される。これら
の電極５ａ，５ｂから、赤外線エネルギーの変化に対応
した信号が得られる。焦電体２は、たとえば電極５ａ，
５ｂ側から電極３ａ，３ｂ側に向かって分極処理され
る。したがって、電極５ａ，５ｂからみると、焦電型赤
外線センサ１は、互いに逆向きに分極された２つの焦電
型赤外線センサを直列接続した構造になっている。

【０００５】この焦電型赤外線センサ１に自動車のライ
トなどの光が入射すると、焦電体２の全面にほぼ同時に
光が照射される。そのため、電極３ａ，５ａ形成部およ
び電極３ｂ，５ｂ形成部に、ほぼ同時に電荷が発生す
る。しかしながら、この焦電型赤外線センサ１は、逆向
きに分極された２つの焦電型赤外線センサが直列接続さ
れた構造であるため、発生した電荷が相殺され、電極５
ａ，５ｂから信号が出力されない。雰囲気温度の急激な
変化についても、焦電体２の全体が同時に温度変化を受
けるため、自動車のライトなどと同様にして、電極５
ａ，５ｂから信号が出力されない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】デュアルタイプの焦電
型赤外線センサは、２対の対向電極部分に同時に赤外線
エネルギーが与えられたときに、その出力信号が相殺さ
れる。しかしながら、２対の対向電極部分に、時間差を
もって赤外線エネルギーが与えられた場合、これらの対
向電極部分に電荷が発生するのに時間差が生じ、出力信
号が相殺されない。そのため、雰囲気温度のゆらぎなど
のように、ゆっくりとした温度変化に対しては、デュア
ルタイプの焦電型赤外線センサを用いても、誤動作が発
生しやすい。

【０００７】このような誤動作を防ぐために、たとえば
出力信号が１回の場合には人体の検出とはみなさず、出
力信号が数回続いたときに人体を検出したとみなすパル
スカウント方式がある。これは、人体が動いた場合、焦
電型赤外線センサからの出力が１回だけであるというこ
とは考えにくく、１回の出力信号だけでは誤報であると
みなす方式である。

【０００８】しかしながら、このようなパルスカウント
方式では、検出対象と誤報対象との区別を出力信号の数
で判定しているため、カウント数をいくつにすべきかの
設定が難しく、確実な方式とは言いがたい。また、パル
スカウントを行うための処理回路が必要となり、回路の
開発コスト、回路部品および組立費用、消費電流の増加
によるランニングコストなどの費用がかかり、さらに回
路を追加するためのスペースを確保するために検知ユニ
ットの大型化を招くことになる。これらのことから、検
知ユニットが高価になってしまうという問題がある。

【０００９】それゆえに、この発明の主たる目的は、簡
単な構造で、雰囲気温度のゆらぎなどによる誤動作を防
ぐことができる焦電型赤外線センサを提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、外部から赤
外線エネルギーを入射するための赤外線入射窓を有する
ケースと、ケース内に収納され赤外線エネルギーを透過
する焦電体の両面に電極を形成した第１の焦電体センサ
素子と、ケース内に収納され焦電体の両面に電極を形成
した第２の焦電体センサ素子とを含み、第１の焦電体セ
ンサ素子が赤外線入射窓側に配置されるようにして第１
の焦電体センサ素子と第２の焦電体センサ素子とが積層
され、第１の焦電体センサ素子の２つの電極はいずれも
第２の焦電体センサ素子の２つの電極よりも大きく形成
されて、赤外線入射窓側からみて第２の焦電体センサ素
子の電極が第１の焦電体センサ素子の電極に隠れるよう
に配置され、かつ第１の焦電体センサ素子および第２の
焦電体センサ素子のそれぞれから出力が取り出されると
ともに、第２の焦電体センサ素子の出力信号の大きさを
しきい値として第１の焦電体センサ素子の出力信号が検
出対象であるか誤報対象であるかを判別する、焦電型赤
外線センサである。

【００１１】赤外線入射窓から入射された赤外線によっ
て、第１の焦電体センサ素子から信号が出力される。第
１の焦電体センサ素子は透過性があるため、赤外線が透
過し、第２の焦電体センサ素子に照射される。それによ
って、第２の焦電体センサ素子から信号が出力される
が、第１の焦電体センサ素子の赤外線透過率によって、
第２の焦電体センサ素子の出力信号の大きさが左右され
る。したがって、第１の焦電体センサ素子の赤外線透過
率を調整し、第１の焦電体センサ素子の出力信号と第２
の焦電体センサ素子の出力信号に差をつけておけば、雰
囲気温度のゆらぎなどのような小さい温度変化に対し
て、第２の焦電体センサ素子の出力信号を小さくするこ
とができる。それに対して、人体の動きなどによって大
きい赤外線エネルギーが入射されると、第２の焦電体セ
ンサ素子にも、あるレベル以上の赤外線エネルギーが与
えられ、比較的大きい出力信号が得られる。

【００１２】第１の焦電体センサ素子と第２の焦電体セ
ンサ素子の出力信号に差をつけるために、第１の焦電体
センサ素子に形成される電極の大きさを調整することが
できる。そして、第２の焦電体センサ素子の電極形成部
分に、直接赤外線エネルギーが入射しないように、第２
の焦電体センサ素子の２つの電極が第１の焦電体センサ
素子の２つの電極に隠れるように配置される。また、第
１の焦電体センサ素子の厚みを調整したり、第１の焦電
体センサ素子の電極膜厚を調整したり、第１の焦電体セ
ンサ素子と第２の焦電体センサ素子との間の間隔を調整
してもよい。

【００１３】このような構成とすることにより、第１の
焦電体センサ素子の電極によって、赤外線入射窓から入
射した赤外線の透過量が制限される。そのため、第２の
焦電体センサ素子に発生する電荷は、第１の焦電体セン
サ素子に発生する電荷より小さくなる。そして、第１の
焦電体センサ素子および第２の焦電体センサ素子のそれ
ぞれから出力を取り出すために、ＦＥＴを用いたソース
フォロア回路を組み込み、そのゲートに第１の焦電体セ
ンサ素子および第２の焦電体センサ素子の出力信号を入
力することにより、入射した赤外線エネルギーの変化に
対応した信号がＦＥＴから出力される。

【００１４】

【発明の効果】この発明によれば、雰囲気温度のゆらぎ
などに対して、第２の焦電体センサ素子からの出力信号
を非常に小さくすることができる。それに対して、人体
などを検出したときには、第２の焦電体センサ素子から
あるレベルの信号を出力させることができる。したがっ
て、第２の焦電体センサ素子の出力信号をしきい値信号
として利用し、誤報を防ぐことができる。この焦電体赤
外線センサでは、それ自体に検出対象と誤報対象とを比
較するためのしきい値信号を出力する機能を有するた
め、外部からのしきい値信号を用いる比較回路を必要と
しない。そのため、安価に焦電型赤外線センサを使用す
ることができる。

【００１５】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の焦電型赤外線セ
ンサの一例を示す斜視図であり、図２はその内部を示す
図解図である。焦電型赤外線センサ１０は、ハーメチッ
クシールタイプのケース１２を含む。ケース１２内に
は、検出回路部１４およびセンサ部１６が納められる。
また、ケース１２の上部には赤外線入射窓１８が形成さ
れ、この赤外線入射窓１８には窓部材２０が取り付けら
れる。窓部材２０は、たとえばシリコンやゲルマニウム
などの赤外線透過材料で形成される。さらに、ケース１
２の下部には、複数の外部端子２２が延びるように形成
される。

【００１７】センサ部１６は、図３に示すように、第１
の焦電体センサ素子２４と第２の焦電体センサ素子２６
とを含む。第１の焦電体センサ素子２４は、たとえば矩
形板状の焦電体２８を含む。焦電体２８の両面には、対
向する電極３０，３２が形成される。焦電体２８は、赤
外線エネルギーを透過する強誘電性フィルムなどを用い
て形成される。このような強誘電性フィルムとしては、
たとえばポリフッ化ビニリデンやフッ化ビニリデン−３
フッ化エチレン共重合体などが用いられる。また、電極
３０，３２の材料としては、たとえばニッケル−クロム
合金などが用いられる。

【００１８】第２の焦電体センサ素子２６は、たとえば
矩形板状の焦電体３４を含む。焦電体３４の両面には、
対向する電極３６，３８が形成される。焦電体３４は、
たとえばチタン酸ジルコン酸鉛などの、赤外線エネルギ
ーをほとんど透過しない材料を用いて形成される。もち
ろん、焦電体３４の材料としては、チタン酸ジルコン酸
鉛などのセラミックに限らず、焦電体センサ素子２４と
同様の強誘電性フィルムを用いることができる。電極３
６，３８の材料としては、第１の焦電体センサ素子２４
と同様に、ニッケル−クロム合金などが用いられる。

【００１９】第１の焦電体センサ素子２４と第２の焦電
体センサ素子２６とは、積層するように配置される。そ
して、図４に示すように、第１の焦電体センサ素子２４
が、赤外線入射窓１８側に配置される。第１の焦電体セ
ンサ素子２４の電極３０，３２間には、抵抗４０が接続
される。さらに、電極３０はＦＥＴ４２のゲートに接続
され、電極３２は接地される。また、第２の焦電体セン
サ素子２６の電極３６，３８間には、抵抗４４が接続さ
れる。さらに、電極３６はＦＥＴ４６のゲートに接続さ
れ、電極３８は接地される。これらのＦＥＴ４２，４６
は、ソースフォロア回路として用いられる。これらの抵
抗４０，４４およびＦＥＴ４２，４６は、検出回路部１
４に形成され、ＦＥＴ４２，４６の各端子は外部端子２
２に接続される。

【００２０】この焦電型赤外線センサ１０では、赤外線
入射窓１８の窓部材２０を通して、赤外線が入射され
る。そして、その赤外線エネルギーによって、第１の焦
電体センサ素子２４に電荷が発生し、この電荷によって
ＦＥＴ４２から信号が出力される。赤外線の一部は第１
の焦電体センサ素子２４を透過し、第２の焦電体センサ
素子２６に達する。それによって、第２の焦電体センサ
素子２６に電荷が発生し、この電荷によってＦＥＴ４６
から信号が出力される。

【００２１】第１の焦電体センサ素子２４と第２の焦電
体センサ素子２６の出力信号を調整するため、たとえば
焦電体２８に形成された電極３０，３２の大きさが、焦
電体３４に形成された電極３６，３８より大きくなるよ
うに形成される。そして、赤外線入射窓１８側からみ
て、電極３６，３８が電極３０，３２に隠れるように配
置される。したがって、赤外線入射窓１８から入射した
赤外線は、第１の焦電体センサ素子２４の電極３０，３
２を通して、第２の焦電体センサ素子２６の電極３６，
３８形成部分に与えられる。

【００２２】第１の焦電体センサ素子２４の電極３０，
３２によって、赤外線入射窓１８から入射した赤外線の
透過量が制限されるため、第２の焦電体センサ素子２６
に発生する電荷は、第１の焦電体センサ素子２４に発生
する電荷より少ない。そのため、ＦＥＴ４６の出力信号
は、ＦＥＴ４２の出力信号より小さい。雰囲気温度のゆ
らぎなどのように小さい温度変化の場合、図５に示すよ
うに、第１の焦電体センサ素子２４には電荷が発生し、
ＦＥＴ４２から出力信号が得られる。しかしながら、第
２の焦電体センサ素子２６に与えられる赤外線エネルギ
ーは小さく、ＦＥＴ４６からはほとんど信号が出力され
ないか、出力されても非常に小さい信号である。

【００２３】それに対して、人体の動きなどのような大
きい赤外線エネルギーが入射された場合、図６に示すよ
うに、第１の焦電体センサ素子２４を透過して第２の焦
電体センサ素子２６に達する赤外線エネルギーも大きく
なり、ＦＥＴ４６から比較的大きい信号が出力される。
したがって、ＦＥＴ４６の出力信号の大きさをしきい値
として、検出対象であるか誤報対象であるかを判別する
ことができる。しかも、第１の焦電体センサ素子２４の
赤外線透過量を調整することによって、判別レベルを調
整することができる。

【００２４】このように、この発明の焦電型赤外線セン
サ１０は、それ自体で一定エネルギーの入射判別機能を
もっている。そのため、この焦電型赤外線センサ１０を
防犯装置などに組み込む場合、一般的な信号処理回路で
行うような比較処理のように、外部からしきい値信号を
入力する必要がなく外部からのしきい値信号を用いる従
来の比較回路部分をなくすことができる。したがって、
この焦電型赤外線センサ１０を用いれば、小型で低価格
の防犯装置を得ることができる。

【００２５】なお、第１の焦電体センサ素子２４の赤外
線透過率を調整するための方法として、たとえば第１の
焦電体センサ素子２４の焦電体２８の厚みを調整する方
法がある。焦電体２８を厚くするほど赤外線透過率は小
さくなる。しかしながら、焦電体２８が厚すぎると、焦
電センサとしての性能が悪くなるので、適当な範囲内で
厚みがコントロールされる。

【００２６】また、第１の焦電体センサ素子２４の電極
３０，３２の厚みを調整してもよい。赤外線入射窓１８
から入射された赤外線は、電極３０，３２を透過して第
２の焦電体センサ素子２６に達するため、電極３０，３
２の厚みを調整することにより、赤外線透過率を調整す
ることができる。この場合も、電極３０，３２の厚みは
感度に影響するので、感度に影響のない範囲で電極厚が
調整される。さらに、第２の焦電体センサ素子２６の焦
電体３４や電極３６，３８の厚みを調整し、その感度を
抑えるようにしてもよい。

【００２７】さらに、第１の焦電体センサ素子２４と第
２の焦電体センサ素子２６の間隔を調整してもよい。赤
外線エネルギーの放射は、逆２乗の法則に従うことが知
られている。したがって、第１の焦電体センサ素子２４
と第２の焦電体センサ素子２６の間隔を広げることによ
り、逆２乗の法則にしたがって第２の焦電体センサ素子
２６の感度が低くなる。そのため、この間隔を調整する
ことにより、第２の焦電体センサ素子２６の出力を適当
な値に調整することができる。

【００２８】なお、上述のように、第１の焦電体センサ
素子２４および第２の焦電体センサ素子２６として、焦
電体の両面に１対の電極を形成したものを使用した場
合、雰囲気温度のゆらぎなどに対しては、誤報を防ぐこ
とができるが、太陽光や自動車のライトなどの可視光に
対する誤報については防ぐことができない。このような
誤報を防ぐためには、図７に示すように、第１の焦電体
センサ素子２４および第２の焦電体センサ素子２６とし
て、デュアルタイプのものを用いればよい。このような
デュアルタイプの焦電体センサ素子を用いた場合におい
ても、２つの焦電体センサ素子を積層することによっ
て、雰囲気温度のゆらぎなどによる誤報を防ぐことがで
きる。

【００２９】さらに、図８に示すように、第１の焦電体
センサ素子２４および第２の焦電体センサ素子２６とし
て、１つの焦電体に３対以上の電極を形成した焦電体セ
ンサ素子を用いることもできる。このような焦電体セン
サ素子を使用しても、可視光による誤報および雰囲気温
度のゆらぎなどによる誤報を防ぐことができる。これら
のデュアルタイプや複数対の電極を形成した焦電体セン
サ素子を使用する場合にも、第１の焦電体センサ素子２
４および第２の焦電体センサ素子２６は重なり合うよう
に配置され、それらの電極形成部分も互いに重なりあう
ように配置される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の焦電型赤外線センサの一例を示す斜
視図である。

【図２】図１に示す焦電型赤外線センサの内部を示す図
解図である。

【図３】図１に示す焦電型赤外線センサのセンサ部を示
す図解図である。

【図４】図１に示す焦電型赤外線センサのセンサ部およ
び検出回路部の構成を示す図解図である。

【図５】雰囲気温度のゆらぎなどによる焦電型赤外線セ
ンサの出力信号を示す波形図である。

【図６】人体などを検出したときの焦電型赤外線センサ
の出力信号を示す波形図である。

【図７】デュアルタイプの焦電体センサ素子を使用した
例を示す図解図である。

【図８】複数対の電極を形成した焦電体センサ素子を使
用した例を示す図解図である。

【図９】従来の焦電型赤外線センサの一例としてのデュ
アルタイプ焦電体センサ素子を示す表面図である。

【図１０】図９に示す従来の焦電型赤外線センサの裏面
図である。

【符号の説明】

１０ 焦電型赤外線センサ １２ ケース １４ 検出回路部 １６ センサ部 １８ 赤外線入射窓 ２４ 第１の焦電体センサ素子 ２６ 第２の焦電体センサ素子 ４２ ＦＥＴ ４６ ＦＥＴ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−190855（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−271333（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−323913（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−131029（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−101325（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 1/02 G01J 1/42 - 1/44 G01J 5/02 G01J 5/12 G01V 9/04 G08B 13/189 - 13/191 H01L 31/00 - 31/02 H01L 31/08 H01L 37/00 - 37/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部から赤外線エネルギーを入射するた
   めの赤外線入射窓を有するケース、 前記ケース内に収納され、赤外線エネルギーを透過する
   焦電体の両面に電極を形成した第１の焦電体センサ素
   子、および 前記ケース内に収納され、焦電体の両面に電極を形成し
   た第２の焦電体センサ素子を含み、 前記第１の焦電体センサ素子が前記赤外線入射窓側に配
   置されるようにして前記第１の焦電体センサ素子と前記
   第２の焦電体センサ素子とが積層され、 前記第１の焦電体センサ素子の２つの電極はいずれも前
   記第２の焦電体センサ素子の２つの電極よりも大きく形
   成されて、前記赤外線入射窓側からみて前記第２の焦電
   体センサ素子の電極が前記第１の焦電体センサ素子の電
   極に隠れるように配置され、かつ 前記第１の焦電体センサ素子および前記第２の焦電体セ
   ンサ素子のそれぞれから出力が取り出されるとともに、
   前記第２の焦電体センサ素子の出力信号の大きさをしき
   い値として前記第１の焦電体センサ素子の出力信号が検
   出対象であるか誤報対象であるかを判別する、焦電型赤
   外線センサ。