JPH02248820A - 焦電型赤外線検知装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は焦電型赤外線検知装置に関する。

従来の技術 近年、侵入者の検知や火災の発見などの防犯・防災の目
的のために、赤外線センサを用いて赤外線源の位置を検
知する装置が使われるようになった。赤外線のセンサと
しては化合物半導体を用いた量子型のものと焦電素子や
サーミスタなどを用いた熱型のものがあり、量子型の赤
外線センサは液体窒素などで冷却する必要があるため、
防犯・防災などの目的には熱型の赤外線センサが用いら
れる。特に焦電型のセンサは他の熱型のセンサに比べて
感度が高（、赤外線源の位置検知装置に最適である。

焦電センサは赤外線受光量の変化によるセンサの温度変
化を電圧の変化として検出するものである。このため、
回転式の光学チョッパーを用いて断続した赤外線を、縦
横二次元に配列した焦電センサアレイに照射し、各焦電
センサの出力をインピーダンス変換し交流信号として増
幅・フィルター処理した後に各センサの出力を比較し、
赤外線源を検出する方法が用いられている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来例において位置検知の分解能を高め
る場合、配列する焦電素子数が多くなる。

それにしたがって焦電素子のインピーダンス変換や交流
増幅器などの処理回路の数が増加する。また、焦電素子
数が増加すると各焦電素子と処理回路間の配線数も増加
し、配線の引き回しが煩雑になる。特に二次元に配列し
ているため、素子数や処理回路数は分解能の自乗に比例
して増加し、焦電素子と処理回路間の配線が困難となる
。さらに、画像情報をマイクロプロセッサなどで処理し
ようとすると、各焦電素子からの信号を時系列信号に変
換してから読み込む必要があり、全焦電素子を順次走査
する回路を付加しなくてはならない。

また、縦横二次元の焦電素子アレイを用いているため、
回転式の光学チョッパの面積は焦電素子アレイの面積の
少なくとも４倍は必要になり、回転式でない光学チョッ
パは機構が複雑で高価なものになる。

このように、従来例においては装置が大型化し、同時に
生産コストも増大する。

本発明は、このような従来技術の課題を解決することを
目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は、焦電素子アレイと回転式光学チョッパとを有
し、前記焦電素子が前記光学チョッパの回転中心を中心
とした同心円上に配置され、かつ同一円周上の焦電素子
が隣同士の焦電素子の極性が逆になるように直列に接続
され、前記チョッパが回転することによって前記焦電素
子への赤外線を断続し、前記焦電素子の両端に発生する
起電力の変化から受光した赤外線量を検出する装置であ
る。

作用 本発明は、同一円周上の焦電素子を直列に配線し両端の
信号を処理するため、処理回路が一列あたり１系統で済
み、焦電素子と処理回路間の配線の煩雑さがな（高分解
能でしかも小型化することができる。

また、スリットによって焦電素子アレイを光学的に順次
走査することにより容易に各焦電素子の出力を時系列信
号として取り出すことができ、マイクロプロセッサなど
への読み込みが容易である。

このスリットは、従来例における光学チョッパの機能を
兼ねているため、特別な機構を付加する必要がない。

さらに、回転式の光学チョッパの回転中心を中心とした
同心円上に焦電素子を配置しているため、焦電素子アレ
イとチョッパはほぼ同じ面積にすることができる。また
、チョッパが回転式であるため、駆動系が安価で小型に
することができる。

実施例 以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の焦電型赤外線検知装置の一実施例の部
分切欠き平面図である。焦電薄膜１の両面に裏面電極２
、表面電極３を形成し、各焦電素子を構成している。焦
電素子のうち、同一円周上の２ｎ個の焦電素子は等角度
θ毎に（θ＝３６０／２ｎ）配置されており、隣同士間
が電極２，３のパターンによって交互に配線され、−周
の焦電素子が直列になっている。この焦電素子アレイを
同心円上に複数列配し、二次元の焦電素子アレイを構成
している。次に、角度θの扇型のスリットを設けた円盤
型チョッパ４を焦電素子アレイの中心を中心として回転
するように設置している。ある同一円周上の焦電素子の
一周にわたる断面を展開して示したのが第２図（ａ）で
、その等価回路が同（ｂ、）である。チョッパ４を回転
させることによって、焦電素子アレイに入射する赤外線
像５を走査し、各円周の両端の電極６．７の間に発生す
る電圧を出力として信号処理回路に接続している。ここ
である焦電素子８の信号に注目すると、他の焦電素子は
コンデンサーを直列に配線したのと等価であるため、十
分高い入力インピーダンスの信号処理回路を接続した場
合、焦電素子８に発生する電圧と出力信号とが等しくな
る。つまり、出力電圧は各焦電素子の出力の和となる。

第２図、第３図を用いて本実施例の動作を説明する。あ
る一つの焦電素子８に照射する赤外線量はスリットの移
動に伴って第３図のａの様に変化する。焦電素子８の出
力電圧の変化は素子の温度変化に比例し、素子の温度変
化は吸収した赤外線量に比例するため、熱拡散などによ
る熱量のロスが十分小へいとすると、出力電圧は照射し
た赤外線量の積分値に比例し、ｂの様な波形となる。隣
の焦電素子９は焦電素子８とは極性が逆方向に接続され
ているため、焦電素子８とは逆極性で時間が遅れ、Ｃに
示す波形となる。同様に他のそれぞれの焦電素子の出力
波形を求め、足し合わせたものが出力端子に生ずる電圧
となり、ｄの様な波形となる。この出力波形のうちｔ　
”　ｔ　Ｉの出力とｔ＝ｔ２の出力の差が焦電素子８の
出力、ｔ＝ｔ２の出力とｔ　”　ｔ　ａの出力の差・が
焦電素子９の出力、というように各焦電素子に照射した
赤外線量に比例した電圧が順次出力される。

本発明において、１周の全焦電素子アレイの出力がすで
に時系列信号に変換されており、素子の極性を交互に変
えて出力電圧が一定周波数の交流信号となるようにして
いることから次のようなメリ　ッ　トがある。

（１）素子と処理回路間の配線が１列あたり一本で済む
。

（２）処理回路が１列あたり一っで済む。

（３）バンドパスフィルターなどによりＳ／Ｈの向上が
容易である。

（４）光チョッパを走査手段に有効利用できる。

（５）一方の走査回路を省略でき、マイクロプロセッサ
などへの取り込みが容易である。

（６）周囲温度の変化、ある種の圧電ノイズなどを隣接
素子間で打ち消し合う。

上記実施例では、円の全周に焦電素子を設けているが、
円の一部に扇型に焦電素子を配置しても同様の効果が得
られる。

また本発明では、焦電素子を直列に接続してぃるため、
素子数の増加にともない全体の静電容量が小さくなり、
信号処理回路の入力インピーダンスを高くしないと信号
電圧の低下を招く。本実施例では、焦電体に薄膜を用い
ているため各焦電素子の容量が大きく、上記問題点にお
いて有利である。さらに焦電薄膜の材料には、成膜と同
時に分極軸の揃う材料（ＰｂＬａＴＩＯｚ系）があり、
これを用いることにより、全焦電素子の分極を揃える分
極処理をする必要がなく作製が容易になった。

第４図に本発明の他の実施例の例を示す。各円周上に配
置する素子数を中心に近づくにしたがって少なくなるよ
うに配置し、スリット４も素子数に合わせたパターンを
形成している。素子数を少なくすると１素子分の開口時
間が長くなり、感度を高くすることができる。つまりこ
の構成の場合、中心近傍の素子が高感度になり、ひとつ
のデバイス内に赤外線の位置検出部と高感度な測定部を
設けたことになる。このデバイスを赤外線カメラに応用
して、低感度である外周の素子で熱源の位置を知り、熱
源の方向にカメラを向け、高感度である中心近傍の素子
で熱源の温度を正確に測定するという被写体追尾型の装
置を構成できる。さらに、外周の素子で熱源の大きさを
知り、熱源がちょうど良い大きさに見えるようにズーミ
ングすることもできる。

また、中心部だけを第５図に示す構成にすることによっ
ても中心部を高感度にすることができる。

ここで第５図の構成の動作を簡単に説明する。同一円周
上に２ｎ個の焦電素子が角度θ毎に（θ＝３８０／２　
ｎ）配置されており、隣同士間が電極２．３のパターン
によって交互に配線され、−周の焦電素子が直列になっ
ている。この焦電素子上で２θ毎に角度θのスリットを
設けたチョッパ４を回転している。チＨ７バ４の回転に
より、各焦電素子の両端には一定周波数の交流信号が発
生する。焦電素子のうち奇数番目に照射する赤外線の変
化と偶数番目に照射する赤外線の変化は位相が半周期ず
れている。ところが、隣同士が逆相になるように直列に
配線されているため、−周の焦電素子の両端に生ずる電
圧は全焦電素子の和の交流信号になる。つまり、１個の
焦電素子に比べて２ｎ倍の感度が得られたことになる。

これは、−点の赤外線毒を検出する焦電型の赤外線セン
サと置き換えて高感度にする目的にも応用できる。

以上に示した実施例は回転型チョッパの全周を使用し、
安価で小型の焦電型赤外線検知装置を実現するものであ
るが、中心部分で赤外線検出しようとすると従来の回転
式チョッパでは回転軸がじゃまになる。この問題は、円
盤型のスリットを外周で支持および駆動するチョッパを
用ることで解決される。このチョッパの一例を第６図と
第７図に示す。第６図は、円環型のモーター６１に円盤
型のスリット６２を接着し、モーター６１によってスリ
ット６２を支持し駆動するものである。第７図は、円盤
型のスリット７１の外周に設けた３個のローラー７２に
よって３点支持し、ローラーのうちの１個にモーター７
３を設けてローラー７２を回転させて円盤型スリット７
１を駆動している。どちらの例においても、回転式のモ
ーターを用いており安価で小型のチョッパを実現できる
。

発明の効果 本発明により、位置分解能の性能が高く、焦電素子アレ
イと処理回路の配線が簡単で処理回路数が少なく小型で
、容易にマイクロプロセッサ−で位置情報の処理がおこ
なえる焦電型赤外線検知装置を低コストで作製できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、は本発明の１実施例における焦電型赤外線検知
装置を示す平面図、第２図（ａ）は同装置の断面図、第
２図（ｂ）は同装置の等価回路図、第３図はその駆動方
法の一実施例を説明するための断面図と時間変化を模式
的に示す波形図、第４図及び第５図は本発明の他の実施
例の焦電型赤外線検知装置を示す平面図、第６図および
第７図は本発明における光学チョッパの駆動方法を示す
斜視図である。 １・・・焦電薄膜、２・・・裏面電極、３・・・表面電
極、４・・・円盤型チョッパ。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝はか１名第 第 図 図 ｌ 時間を 第 図 第 図 嬉 図 （ごＺ、ン ５λ艮ダト線像 （ｂ）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）焦電素子アレイと回転式光学チョッパとを有し、
   前記焦電素子が前記光学チョッパの回転中心を中心とし
   た円周上に配置され、かつ円周上の焦電素子が隣同士の
   焦電素子の極性が逆になるように直列に接続され、前記
   チョッパが回転することによって前記焦電素子への赤外
   線を断続し、前記焦電素子の両端に発生する起電力の変
   化から受光した赤外線量を検出することを特徴とする焦
   電型赤外線検知装置。
2. （２）同一円周上の焦電素子が等角度に配置され、チョ
   ッパが前記同一円周上の焦電素子のうち１個に赤外線が
   照射するようなスリットにより構成され、前記チョッパ
   の回転によって前記焦電素子に照射する赤外線を順次走
   査し、前記焦電素子の両端電圧の時間変化から円周上の
   赤外線分布を検出する請求項１記載の焦電型赤外線検知
   装置。
3. （３）同一円周上の焦電素子が等角度θ毎に配置され、
   チョッパの開口部が前記焦電素子と同一円周上に角度２
   θ毎に配置されている請求項１記載の焦電型赤外線検知
   装置。
4. （４）同一円周上の焦電素子が焦電薄膜とその両面の電
   極により構成され、互いに隣接する前記焦電素子の電極
   が同一面内でかつ片面ずつ交互に接続されることによっ
   て前記焦電素子が電気的に直列で隣あう焦電素子の極性
   が逆になるように配線されている請求項１記載の焦電型
   赤外線検知装置。
5. （５）光学チョッパを外周で支持および駆動をおこなっ
   ている請求項１記載の焦電型赤外線検知装置。
6. （６）光学チョッパが円盤型スリットおよび円環型のモ
   ータを備え、前記円盤型スリットがその外周において前
   記円環型モータに接続されている請求項１記載の焦電型
   赤外線検知装置。
7. （７）光学チョッパが少なくとも３個以上のローラーと
   円盤型スリットを備え、前記ローラーが均等に前記円盤
   型スリットの外周を支持し、前記ローラーのうち少なく
   ともひとつがモーターによって回転し前記円盤型スリッ
   トに回転を伝えている請求項１記載の焦電型赤外線検知
   装置。
8. （８）焦電素子アレイと光学チョッパを有し、前記光学
   チョッパによって前記焦電素子アレイに照射する赤外線
   を断続し、前記赤外線を検知する焦電型赤外線検知装置
   において、前記焦電素子のうちの一部が高感度、他の部
   分が低感度であることを特徴とする焦電型赤外線検知装
   置。
9. （９）焦電素子アレイの中心部分の感度が周辺部分より
   も高く、中心部分を赤外線量の情報の検出に、周辺部分
   を熱源の画像情報の検出に使用することを特徴とする焦
   電型赤外線検知装置。
10. （１０）焦電素子アレイと光学系と信号処理系と駆動系
    を有し、前記駆動系によって前記焦電素子アレイが検出
    できる方向を変えることができ、前記焦電素子のうち周
    辺部分が低感度で中心部分が高感度であり、前記焦電素
    子の周辺部分により注目する熱源の位置を検知し、前記
    駆動系によって前記焦電素子の中心部が前記熱源を検出
    できるように方向を変え、前記焦電素子の中心部で熱源
    からの赤外線量の情報を検出する請求項９記載の焦電型
    赤外線検知装置。