JPH01229918A - 焦電型赤外線センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動光スイッチングまたはセンサの近くの人
間によって放出された温度的な赤外線を検出することに
より侵入者の検知を行う赤外線センサ、特に熱源からの
赤外線を集め、且つ、収束する光学系と、赤外線を受け
て出力信号を発生する焦電型放射線検出器とを具える赤
外線センサに関するものである。

通常、かかる赤外線センサは検出器上に複数の円弧状に
配設された方向からの放射線を指向し且つ収束するレン
ズのアレイを具える。

ヨーロッパ特許出願第０．１９７．５８３　Ａ１号明細
書にはプレーナ形状に成型されたフレネルレンズのアレ
イを赤外線侵入警報に用いることが記載されている。円
弧状に配設された方向の任意のものを侵入者が横切って
通過すると設置検出器に信号を発生し、これにより関連
するレンズで集束された侵入者の像を受信するようにし
ている。各方向は検出器と関連するレンズのボールとを
結ぶラインによって規定される。方向の各々と関連する
放射線感知区域の角度幅は、関連するレンズの焦点距離
に対するこの方向からみた検出器の幅の比によって規定
される。有効な感知を行うために熱源のアウトラインを
整合させるためには検出器の形状および寸法をレンズの
焦点距離に対して明確な関係とする必要がある。代表的
な検出器の面積を２闘×１帥とする場合には焦点距離を
３０＋＋＋ｍとするのが好適である。

しかし、保護すべき個所に設置する場合にはセンサは押
出させないで壁部または天井部に凹所を設けるようにす
る必要がある。従って、センサは外観を平坦なプレート
状にする必要がある。

本発明の目的は、かかる要求を満足する赤外線センサを
提供せんとするにある。

本発明は熱源からの赤外線を集め、且つ、収束する光学
系と、赤外線を受けて出力信号を発生する焦電型放射線
検出器とを具える赤外線センサにおいて、前記光学系は
、前記熱源の放射線をアパーチュアを経て反対型放射線
空胴に供給するように配列されたレンズを具え、このレ
ンズおよび前記アパーチュアによってセンサに対する放
射線、へ応角度領域幅および方向を規定し、前記焦電型
放射線検出器は前記空胴内に焦電型プラスチック材料の
フィルムを具えることを特徴とする。

これがため、光学系の焦点距離、検出器の面積および感
知領域の角度幅間の予め必要とされる関係は解除される
。従って領域の角度幅はアパーチュアの寸法と焦点距離
との比によって規定されるようになる。既知の検出器の
面積よりも狭い面積のアパーチュアを用いることにより
焦点距離を一層短くすることができ、且つセンサの総合
深さを一層プレート状の寸法に減少させることができる
。

また、アパーチュアを小さくし得るため、アパーチュア
を経て放射線空胴から後方に消失される放射線の量をも
低減させることができる。更にフィルム状検出器材料の
区域を通常の検出器の区域よりも一層大きくすることが
でき・る。これがため、放射線の吸収を良好とすること
ができる。また、フィルムの誘電率が低いにもかかわら
ずフィルムの両側の電極間の電気容量値を充分に大きく
することができ、従って次段の増幅器におけるショント
ノイズを低減させることができる。領域の方向は、アパ
ーチュアの中心とレンズの極とを結ぶラインによって規
定されるようになる。検出器のフィルムは空胴と一体と
することができ、従って空胴の一方の壁部を構成するこ
とができる。

本発明の好適な例では前記光学系は、内部反射型の傾斜
円錐部を具え、前記レンズを前記円錐部の大径端に配置
し、前記円錐部の小径端によって前記空胴内へのアパー
チュアを形成し得ろようにする。

これがため、特に光学系を軸外れで用いる場合にはレン
ズの収差がレンズにより形成される熱源の幾何学像を広
げるようになる。この広がった放射線は反射円錐部を設
けることによってアパーチュアを経て反射し、従って放
射線の損失は放射線感知領域の角度幅を僅かだけ増大す
るだけで防止することができる。この場合には領域角度
幅はレンズ径に対するアパーチュアの幅の比によって決
まるようになる。

本発明の他の例では複数の光学系を用い、各光学系によ
って熱源からの前記放射線を個別のアパーチュアを経て
前記空胴内に供給し得るようにする。また、前記光学系
の感知方向によって方向の角度的に分散されたファンを
構成し得るようにする。これがため、侵入者がこれら領
域を順次に通過することにより検出器から交番信号出力
を発生する。

経済的に製造を行うために、本発明の他の例では前記傾
斜円錐部および空胴を或る長さの押出部として形成し、
円錐部および空胴の断面を押出部の長さ全体に亘り一定
とし、前記光学系を円筒レンズとし、レンズの円筒軸を
押出部の長さに対し平行とし、前記押出部の長さ方向の
両端部を反射材料により閉成して空胴を完成し得るよう
にする。

この場合にはレンズを細条状とし、アパーチュアを押出
長さに平行なスリットとする。また、円筒レンズはフレ
ネルレンズとし、このレンズは円錐部の大径端を閉成す
る一体の窓の一部分として押出成型することができる。

この場合にはレンズの極をラインの形態とし、レンズの
円筒軸、アパーチュアのスリットおよび極ラインによっ
て放射線感知面を画成する。

図面につき本発明を説明する。

第１図に示す本発明赤外線センサは、その本体１を、そ
の長さ全体に亘り一定の断面を有する押出体として形成
する。本例ではセンサは４つの方向２．　３．　４およ
び５の角度的に配置され−たファンを形成する４つの放
射線感知区域を有する。各感知方向には離間された位置
にある熱源（図示せず）からの赤外線を集め且つ収束す
る光学系を設ける。各方向の光学系には円筒フレネルレ
ンズ６を設け、その円筒軸を押出方向に平行とする。各
レンズは押出法で形成するか、または個別に形成して押
出体の一部分を形成する明瞭な窓７に接着することもで
きる。各レンズのすぐ下側には押出法により細条状また
はくさび状の円錐８を設ける。

円錐８の大径端を窓７により閉成し、円錐の小径端によ
ってレンズの焦点面近くにスリットの形状のアパーチュ
ア９を画成する。円錐のプレーナ壁部によって特定の反
射層Ｒを形成する。

図の平面における各光学系の放射線感知方向は関連する
レンズの中心と個別のアパーチュア９の幅の中心とを結
ぶラインによって画成する。円筒レンズの中心、即ち極
を１ラインとし、且つアパーチュアをレンズの円筒軸に
平行なスリットとするため、各レンズの感知方向は、離
れた各視野における直線性領域を決める図の面に直角な
面となる。各放射線感知領域の角度幅はレンズの直径に
より分割された図の面におけるアパーチュア幅によって
画成する。代表的な例では間隙の幅を０．２５ｍｍとし
、Ｆ／１．０のレンズの直径を６　ｍｍとし、これによ
り４２ｍｍラジアンの法線領域幅が得られるようにする
。これを、焦点距離が３０ｆｆｌｆｌ］のレンズに用い
られる感知区域の幅が２ｍｌ１１で法線領域の幅が６７
ｍｍラジアンの焦電型検出器を具える従来のセンサと比
較する。この比較から明らかなように本発明では焦点距
離を１７５に減少させることができ、センサの全体の深
さも同様に減少させることができた。

円筒形フレネルレンズは収差を有する。その理由は関連
するアパーチュアができるだけ広く、即ち、レンズＯＦ
ナンバーができるだけ小さく、代表的にはＦ／１．５以
下となるからである。これら収差は、第１図の方向２お
よび５の場合のように、レンズを軸外れで用いる場合に
は、著しくなる。収差を受けた放射線は円錐の小径端の
すぐ内側に当たり、且つ、収差を受けた放射線の大部分
はアパーチュア９を経て反射され、消失しない。円錐の
大径端の幅とアパーチュアとの比は著しく、代表的には
１０対１となる。これがため、アパーチュアから著しく
離間した任意の個所の円錐壁に当たる赤外線は円錐の対
向壁で反射するようになる。これら２つの壁部からの順
次の反射は赤外線をレンズを経て戻すようになる。これ
がため、熱源の幾何学像の比較的近くの収差を受けた放
射線のみがセーブされ、従って各放射線感知領域の角度
幅は円錐によって左程増大されなくなる。円錐の効果は
、領域の角度幅を、レンズの焦点距離よりも、レンズの
アパーチュアに対するアパーチュアの幅の比に依存せし
めるようにする。

アパーチュア９を通過する放射線は反射形成射線空胴１
０に入り、本例ではこの空胴を断面長方形とすると共に
押出体１内に形成する。従って空胴壁の全部によって反
射層Ｒを支持し、この反射層は鏡面とし得るが散乱特性
を有し、吸収特性は有さない。焦電形放射線検出器は空
胴内に収納すると共に空胴の幅狭寸法の中心を通るフレ
ーム１２によって支持された焦電形プラスチック材料の
フィルム１１を具える。このフレーム１２も反射性とす
るため、フィルム表面およびアパーチュア９が空胴内の
放射線吸収区域となり、従ってフィルム表面の面積は著
しく大きくなる。押出体ｌの２つのプレーナ端面１３を
プレーナ反射表面８（図示せず）によって閉成し、これ
により空胴１０を完成すると共に円錐部に対する反射端
壁を形成する。

フィルムの焦電プラスチック材料はポリ弗化ビニリデン
（ＰＶＤＦ）とするが、他の焦電ポリマーも既知である
。このフィルムは製造中電気的にバイアスする。フィル
ムの両面には薄い電極層を被着してこれら層に対する接
点１４および１５を設ける。これら電極層は黒色化して
放射線の吸収が増大し得るようにする。或いはまた、こ
れら電極層は半透明で、熱的赤外線に対して固有の高吸
収率を有するポリ弗化ビニリデンとすることができる。

他の焦電型検出器を用いる際には感知領域の一方または
他方からの放射線が変化すると、交番出力電圧を得るこ
とができる。代表的なセンサでは上記フィルムの厚さが
２５μｍであり、面積が２＋＋＋ｍＸ２０ｍｍ、空胴の
短い方の寸法が２碓、押出方向における空胴の長さが２
０ｍ＋＋ｎである。かかる検出器のフィルムは、フィリ
ップスＲＰＩ’１ｌＯＯ（商品名）焦電型検出器のもの
に比べ、１０　Ｈｚにおける雑音等価比（ＮＥＰ）が１
．５　ＸＩＯ’　ＷＨｚ　’・５であった。

ポリ弗化ビニデンはその誘電率が比較的低く、１２であ
った。これがため、所定の面積に対する電極層間の電気
容量は比較的小さい。その結果、使用される慣例のＪＰ
ＥＴのショット雑音が増大する。

これに対し本発明によるセンサではフィルム面積が比較
的大きく、従って、ショット雑音が問題にならない程度
の電気容量を再生することができる。

アパーチュア９の面積に対するフィルム面積を大きくす
ると検出素子における吸収が大きくなる。

空胴の壁部の反射率が理論的に可能な程度に高くならな
い場合には、放射線の損失が検出器の大きな面積のため
、或る程度オフセットするようになる。この場合にはセ
ンサは円錐部および空胴の反射表面全部を密封容器内に
収納して反射率を劣化するダストおよび凝固を排除し得
るようにする。

また、検出器フィルムは空胴の大部分の広い範囲に亘っ
て配列することができる。また、これを空胴と一体に構
成することもでき、これにより空胴の底壁を構成するこ
とができる。

センサの全厚さは、円錐部の長さと空胴の厚さとの和で
ある。本例ではこの厚さ全体を１０ｍｍ以下とし、容易
に設置し得るプレート状の厚さのセンサを得ることがで
きる。

第２図は、組立てに当たり円形コラムの頂部を中心とし
て設置し得る彎曲プレートとして形成したセンサの他の
例の断面を示す。本例において円錐部、アパーチュア、
空胴および検出器は全て第１図につき説明した所と同様
である。即ちセンサの押出体２８は円弧状に形成する。

感知領域の方向２０、２１．２２および２３はその個別
のフレネルレンズ２４、２５．２６および２７に対し直
角とする。これがため、反射損失は最小となり、レンズ
の収差は各レンズおよびその製造誤差の広いアパーチュ
アにのみ関連するものである。

本発明は上述した例にのみ限定されるものではなく、要
旨を変更しない範囲内で種々の変形を加えることができ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図はプレーナ形状の本発明赤外線センサの構成を示
す斜視図、 第２図は同じくその変形例を示す平面図である。 ■・・・センサ押出体 ２、３．４．５．２０．２１．２２．２３・・・方向６
、２４．２５．２６．２７・・・円筒形フレネルレンズ
７・・・窓 ８・・・円錐部 ９・・・アパーチュア ＩＯ・・・共振空胴 １１・・・フィルム １２・・・フレーム １３・・・プレーナ端面 １４、１５・・・接続点

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱源からの赤外線を集め、且つ、収束する光学系と
   、赤外線を受けて出力信号を発生する焦電型放射線検出
   器とを具える赤外線センサにおいて、前記光学系は、前
   記熱源の放射線をアパーチュアを経て反対型放射線空胴
   に供給するように配列されたレンズを具え、このレンズ
   および前記アパーチュアによってセンサに対する放射線
   感応角度領域幅および方向を規定し、前記焦電型放射線
   検出器は前記空胴内に焦電型プラスチック材料のフィル
   ムを具えることを特徴とする赤外線センサ。 ２、前記光学系は、内部反射型の傾斜円錐部を具え、前
   記レンズを前記円錐部の大径端に配置し、前記円錐部の
   小径端によって前記空胴内へのアパーチュアを形成する
   ようにしたことを特徴とする請求項１に記載の赤外線セ
   ンサ。 ３、　複数の光学系を用い、各光学系によって熱源から
   の前記放射線を個別のアパーチュアを経て前記空胴内に
   供給するようにしたことを特徴とする請求項１または２
   に記載の赤外線センサ。 ４、前記光学系の感知方向によって方向の角度的に分散
   されたファンを構成するようにしたことを特徴とする請
   求項３に記載の赤外線センサ。 ５、前記傾斜円錐部および空胴を或る長さの押出部とし
   て形成し、円錐部および空胴の断面を押出部の長さ全体
   に亘り一定とし、前記光学系を円筒レンズとし、レンズ
   の円筒軸を押出部の長さに対し平行とし、前記押出部の
   長さ方向の両端部を反射材料により閉成して空胴を完成
   するようにしたことを特徴とする請求項１〜４の何れか
   の項に記載の赤外線センサ。 ６、前記押出部の断面を円弧とし、各放射線感知方向を
   関連するレンズに対し直角となるようにしたことを特徴
   とする請求項５に記載の赤外線センサ。 ７、前記円筒レンズをフレネルレンズとするようにした
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の赤外線セン
   サ。