JPH0238893B2

JPH0238893B2 -

Info

Publication number: JPH0238893B2
Application number: JP58218235A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakada
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1983-11-18
Filing date: 1983-11-18
Publication date: 1990-09-03
Also published as: GB2149912A; JPS60108719A; US4631406A; GB2149912B; GB8429021D0

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野本発明は例えば被検知部の温度を赤外線にて検
知するための赤外線検出器に関する。

(ロ) 従来技術第１図ａ及びｂにおいて、近時の赤外線検出器
１では、例えば焦電型の赤外線検出体が内蔵され
ている。斯る赤外線検出体は入射赤外線の変化量
に基づいて電荷を発生する特性を有し、又上記赤
外線検出体の検出精度は入射赤外線量の変化が周
期的である程向上し、従つて上記赤外線検出体に
入射する赤外線を周期的に変化せしめる必要があ
り、このために赤外線検出器１の前方には同期モ
ータ２によつて周期的に回転駆動される金属チヨ
ツパ３が配置されている。而して、斯るチヨツパ
３の回動にて、上記赤外線検出体に被検知部から
の赤外線とチヨツパ３からの赤外線とが交互に周
期的に入射すると、赤外線検出体は入射赤外線量
が周期的に変化して電荷を発生する。斯る電荷は
被検知部の温度測定用として利用される。

しかし乍ら、上記構成においては、上記モータ
２及びチヨツパ３はかなり大きな形状を有し、ス
ペース上の問題などがある。

そこで、第２図に示す如き赤外線検出器４が考
え出されている。斯る赤外線検出器４は、外形寸
法として長さ、幅、高さが夫々約24、15、15mmの
小型の直方体形状をなし、そして新規なチヨツパ
機構が内蔵されており、よつて上述の如きモータ
２及びチヨツパ３が不要となり、スペース上の問
題が解決されている。

以下、第２図において、その赤外線検出器４の
具体的構造を説明する。金属製のヘツダ５及び赤
外線透過部６を有するキヤツプ７からなる外ケー
ス８の内部には、入射赤外線変化量に基づいて電
荷を発生する焦電型の赤外線検出体９と、該検出
体に入射する赤外線を変化せしめるチヨツパ機構
とが設けられている。該チヨツパ機構は、第３図
にも示すが、一対の圧電振動体１０，１１及び該
振動体の各々の端部に固定された一体の対向体１
２，１３からなつている。斯る対向体１２，１３
には各々赤外線を通過せしめる複数の同形状、同
寸法のスリツト１４，１４…が形成されている。

而して、上記振動体１０，１１は互いに逆方向
（Ａ又はＢ方向）に周期的に振動し、これにより
上記対向体１２，１３は相対的位置関係が周期的
に変化し、上記対向体１２，１３の各々のスリツ
ト１４，１４…が重畳し合つて最も、即ち完全に
開放する状態と各々のスリツト１４，１４が重畳
し合わず最も、即ち全く閉塞する状態とが繰返さ
れる。すると、上記重畳する状態においては被検
知部からの赤外線がケース８の赤外線透過部６及
び両対向体１２，１３のスリツト１４，１４…を
経て上記赤外線検出体９に入射し、一方上記重畳
しない状態においては対向体１２，１３からの赤
外線のみが上記赤外線検出体９に入射し、よつて
赤外線検出体９は入射赤外線量が周期的に変化し
例えば被検知部の温度測定用としての電荷を発生
する。

さて、上記赤外線検出器４において、上記振動
体１０，１１は周囲温度の影響を受け、周囲温度
の変化に基づいてＡ又はＢ方向への撓みを生じ
る。そして、斯る撓みにより定常時、即ち非振動
時における両対向体１２，１３の相対的位置関係
が変化すると、振動時において上述の如き、スリ
ツト１４，１４…が完全に重畳する状態と全く重
畳しない状態との繰返しが行なわれなくなり、赤
外線検出体９に入射する赤外線の変化量が減少
し、よつて周囲温度の変化に基づいて赤外線検出
体９から発生する電荷の量が減少し、正確な温度
測定が行なえなくなる。

そこで、周囲温度に変化が生じても非振動時に
おける両対向体１２，１３の相対的位置関係が変
化しないようにする必要がある。そのための方法
として２つある。

第１の方法としては、両振動体１０，１１が周
囲温度の変化に対してＡ、Ｂいずれの方向に撓む
のかを予め調べ同一方向への撓みが生じるように
両振動体１０，１１を配置し、更に両振動体１
０，１１としては、同一構成をなし、且つ個々に
温度係数が微妙に変化する中であつてほぼ同じ温
度係数を有するものを選択することである。する
と、周囲温度の変化に対しては両振動体１０，１
１は同一方向にほぼ同一量だけ撓み、従つて両対
向体１２，１３の相対的位置関係は実質的に変化
しないのである。

次に、第２の方法としては、各振動体１０，１
１に、その周囲温度変化にて生じ得る撓みとは逆
方向且つ同量だけの撓みを与えるべく、各振動体
１０，１１に対し最適なバイアス信号を印加する
ことである。これにより、各振動体１０，１１は
周囲温度変化にて生じ得る撓みが相殺され、よつ
て両対向体１２，１３の相対的位置関係は何ら変
化しないのである。

しかるに、前者の場合は両振動体１０，１１と
してほぼ同じ温度係数を有するものを選択するの
にかなりの困難さを伴い、又後者の場合には最適
なバイアス信号を見出すのにかなりの困難さを伴
うと云う欠点がある。

(ハ) 発明の目的本発明の目的は、周囲温度の変化により一対の
対向体の相対的位置関係が変化するのを防止する
対策を講じなくとも、正確な温度測定等を行なえ
る赤外線検出器を得ることにある。

(ニ) 発明の構成本発明の構成的特徴は、上記目的を達成すべ
く、入射赤外線変化量に応じて電荷を発生する赤
外線検出体、該検出体への赤外線の入射域に配置
され、複数の赤外線通過部と赤外線非通過部とを
有する一対の対向体、駆動信号が印加され、上記
両対向体の相対的位置関係を周期的に変位せしめ
るべく少なくとも一方の対向体を振動せしめる振
動体を備え、該振動体に印加される上記駆動信号
としては、上記両対向体の相対的位置関係の変位
において、上記両対向体の赤外線通過部が重畳し
合つて最も開放する状態と、一方の対向体の赤外
線通過部と他方の対向体の赤外線非通過部とが重
畳し合つて両対向体の赤外線通過部が最も閉塞す
る状態とが周期的に繰返される場合の振幅値に対
し、小さい振幅値を選択したことにある。

(ホ) 実施例第４図及び第５図は本発明実施例の赤外線検出
器１５を示し、該検出器は第２図の赤外線検出器
４と同様に小型化されている。

金属製のヘツダ１６と赤外線透過フイルタ１７
にて閉塞された赤外線入射口１８を有するキヤツ
プ１９とからなる外ケース２０の内部には、赤外
線検出部２１とチヨツパ機構部２２とが配置され
ている。

上記赤外線検出部２１において、表、裏面電極
２３，２４を有し、入射赤外線変化量に応じて電
荷を発生するタンタル酸リチウム（LiTaO₃）単
結晶からなる焦電型赤外線検出体２５が設けら
れ、該検出体は燐青銅などからなる金属製支持台
２６上に導電性接着剤２７にて接着固定されてい
る。そして、上記赤外線検出体２５は赤外線入射
口２８を有するシールド体２９により外来ノイズ
に対してシールドされている。更に、上記表面電
極２３は上記ヘツダ１６に絶縁材を介して植設さ
れた信号端子３０にインピーダンス変換回路（後
述する）を通して電気的に連なり、上記裏面電極
２４は接着剤２７支持台２６及びヘツダ１６を介
してアース端子３１に電気的に連なつている。

次に、上記チヨツパ機構部２２において、上記
検出体２５への赤外線の入射域、即ち上記検出体
２５と開口１８との間には互いに平行状態に配置
された平面状の一対の第１、第２対向体３２，３
３が位置している。該第１、第２対向体は夫々第
６図ａ及びｂに示す如く、アルミニウムなどの赤
外線非透過材料からなり、扇形線状に延設された
複数のスリツトとしての赤外線通過部３４及び３
５が形成され、該通過部の各々の間には夫々赤外
線非通過部３６及び３７が位置している。上記通
過部３４，３５と非通過部３６，３７は共に同一
寸法、形状を有し、幅W₁、W₂は夫々100μｍ、
200μｍである。

そして、上記第１、第２対向体３２，３３は
夫々第１、第２振動体３８，３９の右端に固定さ
れている。該第１、第２振動体の構成は第７図に
詳細に示す。即ち、燐青銅などからなる中央電極
４０，４１が存し、該中央電極の各々の両側に
は、チタン酸バリウム、ジルコン酸チタン酸鉛な
どからなり単一方向（矢印ｐ）に分極された圧電
体４２，４３が、その分極方向が同一となるよう
に設けられ、そして上記各圧電体４２，４３の外
側表面には銀などからなる表面電極４４，４５が
形成されている。

上記第１、第２振動体３８，３９は上記ヘツダ
１６上に絶縁層４７を介して固定された金属製の
第１、第２固定台４８，４９にて挾持固定されて
いる。この場合、上記第１、第２固定台４８，４
９には表面電極４４，４５が電気的に接触する。
そして、上記第１振動体３８の中央電極４０及び
上記第２固定台４９は上記ヘツダ１６に絶縁材を
介して植設された第１振動端子５０に接続され、
又上記第２振動体３９の中央電極４１及び上記第
１固定台４８は上記ヘツダ１６に絶縁材を介して
同様に植設された第２振動端子５１に接続されて
いる。

而して、上記第１、第２振動端子５０，５１間
の電位差としては、＋Ｖボルト（第１振動端子５
０の方が第２振動端子５１より電圧が高い）と−
Ｖボルト（第２振動端子５１の方が第１振動端子
５０より電圧が高い）とが周期的（周波数３Hz）
に交互に繰返される。後者の電位差の場合、上記
第１振動体３８においては下側（第７図）の圧電
体４２が縮むと共に上側の圧電体４２が伸び、従
つて第１振動体３８は矢印Ａ方向に撓む。又、上
記第２振動体３９においては下側の圧電体４３が
伸びると共に上側の圧電体４３が縮み、従つて第
２振動体３９はＢ方向に撓む。一方、前者の電位
差の場合、第１、第２振動体３８，３９は夫々上
述とは逆にＢ、Ａ方向に撓む。

これにより、上記第１、第２振動体３８，３９
は互いに逆方向に周期的に振動し、斯る振動に基
づいて上記第１、第２対向体３２，３３は相対的
位置関係が変位し、両対向体３２，３３の赤外線
通過部３４，３５どうしが重畳する状態と、第１
対向体３２の赤外線通過部３４と第２対向体３３
の赤外線非通過部３７とが重畳する状態（第１対
向体３２の赤外線非通過部３６と第２対向体３３
の赤外線通過部３５とが重畳する状態でもある）
と、が周期的に繰返される。すると、上記赤外線
検出体２５は、フイルタ１７を透過して外ケース
２０内に入つてくる被検知物からの赤外線と対向
体３２，３３からの赤外線とに基づいて、入射赤
外線量が変化し、よつて被検知物の温度に応じた
電荷、更に詳しくは被検知物と対向体３２，３３
との温度差に対応した信号を出力する。

上記外ケース２０には、更に対向体３２，３３
の温度を検知するための測温ダイオード５２が内
蔵されている。該ダイオードのアノードは上記ヘ
ツダ１６に絶縁材を介して植設されたダイオード
端子５３に接続され、カソードは接地されてい
る。

第８図は上記赤外線検出器１５を含む回路を示
す。上記赤外線検出体２５の表面電極２３は赤外
線検出体２５と共にシールド体２９内に配置され
たインピーダンス変換回路５４に接続されてい
る。該変換回路は10¹⁰〜10¹¹Ωの高入力抵抗５５
と、FET５６と、約10kΩの出力抵抗５７とから
なり、FET５６のソースが上記信号端子３０に
接続され、又ドレインは直流電圧印加端子５８に
接続されている。

而して、上記第１、第２振動端子５０，５１間
には、発振器５９からの出力が増幅回路６０を介
して増幅され、上記±Ｖボルトの電位差が第９図
ａの如く交互に発生するようになつている。これ
により、上記第１、第２振動体５０，５１は上述
の如く振動し、斯る振動時には、被検知物と対向
体３２，３３との温度差に応じた信号が上記イン
ピーダンス変換回路５４を通して上記信号端子３
０より検出器１５外部へ導出される。斯る信号は
実際は第９図ｂの如き交流ｅをなし、その振幅が
上記温度差に応じたものとなつている。そして、
上記信号端子３０からの信号はフイルタ増幅器６
１を介して同期検波器６２に入力される。

斯る検波器６２は、上記交流信号ｅと上記発振
器５９の出力との同期をとり、被検知物の温度が
対向体３２，３３の温度より高い場合はその温度
差に応じた正の直流信号を検波出力し、被検知物
の温度が対向体３２，３３の温度より低い場合は
その温度差に応じた負の直流信号を検波出力す
る。即ち、上記交流信号ｅとしては、被検知物の
温度が対向体３２，３３の温度より高いと正側半
サイクルｅ＋が発振器５９出力の電位差＋Ｖボル
トに相当する部分と一致し、被検知物の温度が対
向体３２，３３の温度より低いと負側半サイクル
ｅ−が発振器５９出力の電位差＋Ｖボルトに相当
する部分と一致する。そして、上記検波器６２か
らは、前者の一致がとれると被検知物と対向体３
２，３３との温度差に応じた正の直流信号が出力
され、後者の一致がとれると斯る温度差に応じた
負の直流信号が出力される。

而して、上記検波器６２からの出力は直流増幅
器６８を介して合成回路６４に入力される。該合
成回路には更に上記測温ダイオード５２からの出
力、即ち対向体３２，３３の温度に応じた信号が
直流増幅器６５を介して入力される。そして、上
記合成回路６４はこれら２つの入力を加算し実際
の被検知物の温度に応じた信号を出力する。斯る
出力は直流増幅器６６を介して所望回路へ出力す
るための出力端子６７に導かれる。

さて、上記第１、第２振動体３８，３９として
は、周囲温度変化が生じると同一方向へ撓むよう
に配置されているが、ほぼ同じ温度係数を有する
ものを敢えて選択してはいない。よつて、周囲温
度変化に対しては両振動体３８，３９の撓み量に
差が生じる。

ここで、今、上記第１、第２振動端子５０，５
１間の電位差±Ｖボルトの具体的な値を±60ボル
トとする。この場合、周囲温度変化がなく、それ
による撓みが両振動体３８，３９に生じていない
とすると、第１、第２対向体３２，３３の相対的
位置関係としては、両対向体３２，３３の赤外線
通過部３４，３５が重畳し合つて最も、即ち完全
に開放する状態と、第１対向体３２の赤外線通過
部３４と第２対向体３３の赤外線非通過部３７と
が重畳し合つて両対向体３２，３３の赤外線通過
部３４，３５が最も、即ち完全に閉塞する状態
と、が周期的に繰返されるものとする。

斯る状態において、周囲温度変化による撓みが
両振動体３８，３９に生じると、両振動体３８，
３９間の撓み量に差が生じ、従来の如く上記赤外
線通過部３４，３５が完全に開放する状態と完全
に閉塞する状態との繰返しが実行されなくなり、
正確な温度測定が行なえなくなる。

而して、被検知物の温度を150℃とし周囲温度
変化に対する出力端子６７の出力電圧値の特性を
具体的に表わすと第１０図の曲線ａのようにな
る。同曲線ａにおいて、周囲温度変化による撓み
が生じない場合、出力電圧はピーク値、５ボルト
となり、正確な温度150℃が測定される。そして、
周囲温度変化による撓みが生じると、出力電圧は
ピークからずれ、例えば周囲温度が０℃〜70℃の
範囲において変化する場合は800ミリボルトの誤
差が生じ正確な温度測定が行なえないのである。

ここに、異なつた条件で、更に周囲温度変化に
対する出力端子６７の出力電圧値の特性を考察す
るに、上記電位差±Ｖボルトの値を例えば±40ボ
ルトとすると第１０図の曲線ｂの如き特性とな
る。この場合、周囲温度変化による撓みが生じな
い状態のピーク値は3.9ボルト（この値にて正確
な温度150℃が測定できる）となり周囲温度が０
℃〜70℃の範囲において変化する状態では誤差が
250ミリボルトまで減少している。又、上記電位
差±Ｖボルトの値を例えば±30ボルトとすると第
１０図の曲線ｃの如き特性となる。この場合は、
ピーク値は2.6ボルト（同様にこの値にて正確な
温度150℃が測定できる）となり誤差は更に50ミ
リボルトまで減少している。

斯る結果において、上記第１、第２振動端子５
０，５１間の電位差±Ｖボルト、即ち第１、第２
振動体３８，３９を振動せしめるための駆動信号
の振幅値2Vボルト（第９図ａ）が、赤外線通過
部３４，３５を完全に開放する状態と完全に閉塞
する状態とを繰返せしめるための振幅値120（＝２
×60）ボルトに較べて小さな振幅値80（＝２×
40）、60（２×30）ボルトになるに従つて、誤差が
小さくなつていることが分る。

次に斯る点について詳細に説明するに、今、周
囲温度変化による撓みが両振動体３８，３９に生
じていない状態で且つ振動が行なわれていない場
合、両対向体３２，３３の相対的位置関係は第１
１図ａの如く赤外線通過部３４，３５が半分ずつ
重畳開放する位置にあるものとする。尚、以降の
図において、斯る開放部分には斜線を施してい
る。そして、斯る位置関係を基準とし、まず上記
振幅値120ボルトにて第１、第２振動体３８，３
９を振動すると、赤外線通過部３４，３５は、第
１１図ｂの如く赤外線通過部３４，３５が完全に
開放する状態と、第１１図ｃの如く赤外線通過部
３４，３５が完全に閉塞する状態とが繰返され、
赤外線変化量は最大となる。

而して、振動が行なわれない状態で且つ両振動
体３８，３９に周囲温度変化による撓みが生じた
場合、両対向体３２，３３の相対的位置関係は第
１２図ａの如きであり、第１１図ａの位置関係か
らずれる。そして、斯る位置関係を基準とし、上
記振幅値120ボルトにて第１、第２振動体３８，
３９を振動すると、赤外線通過部３４，３５は第
１２図ｂ及びｃの間で開閉状態が変化し、この場
合赤外線通過部３４，３５は途中全開放されるが
完全閉塞されることはなく、開閉度の差は上記完
全な開閉の時と較べてかなり減少し、よつて赤外
線変化量がかなり減少するから、上述の如き800
ミリボルトの誤差を生じる。

一方、周囲温度変化による撓みが両振動体３
８，３９に生じていない状態で上記振幅値60ボル
トにて両振動体３８，３９を振動すると、赤外線
通過部３４，３５は第１１図ａの位置関係を基準
として第１３図ａ及びｂの間で開閉状態が変化す
る。而して、周囲温度変化による撓みが両振動体
３８，３９に生じた状態で上記振幅値60ボルトに
て両振動体３８，３９を振動すると、赤外線通過
部３４，３５は第１２図ａの位置関係を基準とし
て第１４図ａ及びｂの間で開閉状態が変化する。
ここに、赤外線通過部３４，３５の第１３図ａ，
ｂ間での開閉度の差は第１４図ａ，ｂ間での開閉
度の差と殆ど等しく、よつて上述の如き50ミリボ
ルトまで誤差が抑えられている。

さて、上記考察の基に、上記両振動端子５０，
５１間の電位差±Ｖボルト、即ち両振動体３８，
３９を振動せしめるための駆動信号の振幅値2V
ボルトとして、赤外線通過部３４，３５が完全に
開放する状態と完全に閉塞する状態とが繰返され
る場合の振幅120ボルトに対し、小さい振幅値60
ボルトが選択出力されるように、上記増幅回路６
０は調整されている。これにより、周囲温度変化
による誤差が抑制され、正確な温度測定が行なえ
る。尚、上述のように出力端子６７の出力電圧値
のレベルも同時に低下するが、これは上記誤差抑
制による大なる効果に較べると重視されるもので
はない。

(ヘ) 発明の効果以上の説明から明らかな如く、本発明によれ
ば、周囲温度変化により一対の対向体の相対的位
置関係が変化するのを積極的に防止するための従
来の如き面倒な対策を講じなくとも、正確な温度
測定等を行なうことができ、極めて実用的な赤外
線検出器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは夫々従来の赤外線検出機構の側
面図及び平面図、第２図は改良された従来の赤外
線検出器の断面図、第３図は同検出器の要部平面
図、第４図乃至第１４図は本発明実施例赤外線検
出器を示し、第４図は斜視図、第５図は断面図、
第６図ａ，ｂは夫々第１、第２対向体の平面図、
第７図は要部平面図、第８図は回路図、第９図は
要部信号波形図、第１０図は特性曲線図、第１１
図ａ，ｂ，ｃ、第１２図ａ，ｂ，ｃ、第１３図
ａ，ｂ、第１４図ａ，ｂはいずれも第１、第２対
向体の相対的位置関係を表わす模式的平面図であ
る。２５……赤外線検出体、３２，３３……第１、
第２対向体、３４，３５……赤外線通過部、３
６，３７……赤外線非通過部、３８，３９……第
１、第２振動体、６０……増幅回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１入射赤外線変化量に応じて電荷を発生する赤
外線検出体、該検出体への赤外線の入射域に配置
され、複数の赤外線通過部と赤外線非通過部とを
有する一対の対向体、駆動信号が印加され、上記
両対向体の相対的位置関係を周期的に変位せしめ
るべく少なくとも一方の対向体を振動せしめる振
動体を備え、該振動体に印加される上記駆動信号
としては、上記両対向体の相対的位置関係の変位
において、上記両対向体の赤外線通過部が重畳し
合つて最も開放する状態と、一方の対向体の赤外
線通過部と他方の対向体の赤外線非通過部とが重
畳し合つて両対向体の赤外線通過部が最も閉塞す
る状態とが周期的に繰返される場合の振幅値に対
し、小さい振幅値を選択したことを特徴とする赤
外線検出器。