JPH03251728A - 焦電型赤外線検知装置とその駆動方法 - 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センサを用いて物体の位置を検知
する装置に関する。

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量のものがあり、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量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量のセンサに比べて
感度が高く、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、
回転型光学チョッパーなどを用いて断続した赤外線を、
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、交流増幅した後に各センサの
出力を比較し、赤外線源の位置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 前記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た場合、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。

また、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。

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。

課題を解決するための手段 少なくとも一列以上配列した焦電素子アレイと、焦電素
子アレイに入射する赤外線像を断続するスリットとを有
し、前記焦電素子アレイの一列を構・成する各焦電素子
が電気的に直列で、かつ隣接する焦電素子同士が逆起電
力となるように配線され、前記スリットが前記焦電素子
アレイ上を列方向に移動することによって各焦電素子に
照射する赤外線像を順次走査し、前記焦電素子アレイの
両端に生ずる時系列信号から各焦電素子に照射されてい
る赤外線像を得る。

作用 焦電素子アレイの各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く高分解能
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
走査しているため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。

従来例に示すように、焦電型の赤外線センサは必ず光チ
ョッパを必要とし、本発明では光チ日ツバと焦電素子ア
レイを走査する手段を兼用しているため、スリットを設
けても特別な機構を付加することなく、装置は大型化し
ない。

実施例 第１図に本発明の焦電型赤外線検知装置の一実施例の平
面図と断面図と等価回路を示す。焦電薄膜１の両面に電
極２．３を形成し、各焦電素子を構成している。二次元
に配した焦電素子のうち、横方向の各焦電素子は隣同士
間が電極２．３のパターンによって交互に配線され、−
列に配した焦電素子が直列になっている。縦方向には前
記焦電素子アレイを複数列配し、二次元の焦電素子アレ
イを構成している。前記焦電素子アレイの前面でスリッ
ト４を横方向に移動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、各列の両端の電極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
価であることがわかるため、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２０に照射する赤外線量はスリットの
移動に伴ってａの様に変化する。焦。

型素子２０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さいとすると、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２１は焦電素子２０とは極性
が逆方向に接続されているため、焦電素子２０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＝ｔｌの出力とｔ＝ｔ２の出力の
差が焦電素子２０の出力、ｔ＝ｔ２の出力とｔ＝ｔ３の
出力の差が焦電素子２１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列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。

（＋）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列あたり一つで済む。

（３）バンドパスフィルターなどによりＳ／Ｈの向上が
容易。

（４）光チョッパを走査手段に有効利用。

（５）１方向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。

（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。

上記実施例のように順次焦電素子の信号を出力するには
、スリットの幅を焦電素子の繰り返し周期以下にしなく
ては、隣の焦電素子の信号との重なりが大きくなり、そ
れぞれが独立した信号として扱えなくなる。但し、出力
信号波形をマイクロプロセッサなどにより処理して、そ
れぞれの素子の出力を求めることが可能である。

第４図、第５図に上記以外のスリットの一例を示す。焦
電素子アレイの横方向よりも広いスリットを用い、第４
図には焦電素子４０に赤外線が照射し始めた状態を示し
ている。ａが焦電素子４０に照射する赤外線の量の時間
変化で、ｂがその出力電圧である。Ｃが次の焦電素子４
Ｉの出力電圧である。

ｄが全焦電素子の信号を足し合わせた信号であるが、こ
の信号を微分回路を用いて微分するとｅのような波形に
なり、ｔ＝ｔ１と１＝１１の出力の差が焦電素子４０の
信号、ｔ＝ｔ２とｔ＝ｔｓの出力の差が焦電素子４１の
信号となり、順次焦電素子の出力電圧を得ることができ
る。さらに、スリットが赤外線を遮断し始めたときも同
様に信号を得ることができる。

このように、スリットの形状や信号の処理方法を工夫す
ることによって各焦電素子の信号を得ることができる。

本発明では、焦電素子を直列に接続しているため、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。

また、焦電薄膜の材料には、成膜と同時に分極軸の揃う
材料（ＰｂＬａＴｉＯａ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る。

発明の効果 本発明によれば、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ａ、　　ｂ及びＣは各々、本発明の実施例におけ
る焦電型赤外線検知装置を示す平面図、断面図及び等価
回路図、第２図及び第３図は各々、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図は各々、駆動方法の他の実施
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
形図である。 １・・・焦電薄膜、２．３・・・電極、４・・・スリッ
ト。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一列以上配列した焦電素子アレイと、
   前記焦電素子アレイに入射する赤外線像を断続するスリ
   ットとを有し、前記焦電素子アレイの一列を構成する各
   焦電素子が電気的に直列で、かつ隣接する焦電素子同士
   が逆起電力となるように配線され、前記スリットが前記
   焦電素子アレイ上を列方向に移動することによって各焦
   電素子に照射する赤外線像を順次走査し、前記焦電素子
   アレイの両端に生ずる時系列信号から各焦電素子に。 照射されている赤外線像を得る焦電型赤外線検知装置。
2. （２）焦電素子アレイが、焦電薄膜とその両面に付与さ
   れた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に配線されている
   請求項１に記載の焦電型赤外線検知装置。
3. （３）スリットの開口幅が焦電素子アレイの配列周期以
   下である請求項１に記載の焦電型赤外線検知装置の駆動
   方法において、前記スリットがひとつの焦電素子上にさ
   しかかってから次の焦電素子にさしかかるまでに要する
   時間を周期Ｔとし、前記焦電素子アレイの出力電圧を前
   記スリットの移動に同期してＴ毎に読み取り、１周期前
   に読み込んだ信号との差を対応する焦電素子の信号とし
   て、順次前記焦電素子アレイの赤外線像信号を得る焦電
   型赤外線検知装置の駆動方法。
4. （４）スリットの開口幅が焦電素子アレイ全体の横方向
   よりも広い特許請求の範囲第１項記載の焦電型赤外線検
   知装置の駆動方法において、前記スリットがひとつの焦
   電素子上にさしかかってから次の焦電素子にさしかかる
   までに要する時間を周期Ｔとし、前記焦電素子アレイの
   出力電圧を微分し前記スリットの移動に同期してＴ毎に
   読み取り、１周期前に読み込んだ微分信号との差を対応
   する焦電素子の信号として、順次前記焦電素子アレイの
   赤外線像信号を得る焦電型赤外線検知装置の駆動方法。