JP3835244B2

JP3835244B2 - 焦電型赤外線検知素子

Info

Publication number: JP3835244B2
Application number: JP2001322098A
Authority: JP
Inventors: 良谷口; 素生井狩; 英喜河原; 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: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2021-10-19
Also published as: JP2003130728A

Description

【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、ＬｉＴａＯ₃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２ａ、４ａが敷設され、電極２ａと３ａの組及び、電極４ａ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２ｃと接続される一方、電極２ａの下部に位置する電極４ａ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６ｂ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▲１▼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▲２▼）。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▲３▼）、完全に抜け出ると、当該極性への入射量は０となる（同図▲４▼）。
【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▲５▼）、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▲６▼）、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▲７▼）、完全に抜け出ると、当該極性への入射量は０となる（同図▲８▼）。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▲２▼と−側のピーク▲６▼を持った波形となる。
【００１１】
ここで、＋側のピーク▲２▼と−側のピーク▲６▼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、それぞれの電極からは配線パターンが導出され、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、前記配線パターンを受光部間に配設しないようにすると共に、前記受光部の周縁部には孔が穿設され、前記孔は少なくとも受光部間は全て一連に穿設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２又は３に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２ａ、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２ｂ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４ｂ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３ａ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６ｂ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１ａ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Ｄ２’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▲１▼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▲２▼）。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▲３▼）、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▲４▼）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▲５▼）。
【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▲６▼）、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▲７▼）、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▲８▼）、完全に抜け出ると、当該極性への入射量は０となる（同図▲９▼）。
【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▲３▼〜▲４▼又はＳ２の▲５▼〜▲６▼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▲２▼と−側のピーク▲７▼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Ａ１、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、Ａ４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▲１▼から、検知エリアＡ４の同様の点▲２▼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、８ｃｂ、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１２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１２ｂａ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１５ａ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１ａ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Ｉ₁、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、２１ｂ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２１ａ、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。また、それぞれの受光部の周縁部に孔を穿設し、少なくとも受光部間は全て一連に穿設するようにしたので、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。
【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、請求項１又は２の効果に加えて、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、請求項２又は３の効果に加えて、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

Claims

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、それぞれの電極からは配線パターンが導出され、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、前記配線パターンを受光部間に配設しないようにすると共に、前記受光部の周縁部には孔が穿設され、前記孔は少なくとも受光部間は全て一連に穿設されていることを特徴とする焦電型赤外線検知素子。
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。
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。
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２又は３に記載の焦電型赤外線検知素子。