JPH04130231A - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、焦電物質を検知体とする赤外線センサに関し
、さらに詳述すれば、前記検知体への照射赤外線を通断
する液晶チョッパを備えてなる赤外線センサに関する。

（ロ）従来の技術 タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯｓ）等の無電物質は自
発分極を有しており、これが大気中にあるとき、電荷を
含んだ塵芥、水蒸気等が浮遊電荷としてその表面に付着
し、電気的な中和状態が保たれているが、この無電物質
が赤外線照射により加熱された場合、これに伴うわずが
な伸縮により、自発分極の大きさが変化して、表面に赤
外線の照射量に対応する電荷が観測される。従って、焦
電物質製の検知体を赤外線の照射域に配し、これの表面
電荷の変化を取り出すことにより赤外線量を検出する赤
外線センサが構成される。

ところが、焦電物質表面の電荷の変化は、赤外線照射に
伴い過渡的に観測されるものであるから、焦電物質を検
知体とする前記赤外線センサにおいては、該検知体への
照射経路の途中に、照射赤外線を通断するチョッパを配
し、過渡的な状態を継続的に生じさせる必要がある。

このようなチョッパとしては、従来から切り欠きを有す
る回転板をモータにて回転駆動し、前記切り欠きの通過
時にのみ赤外線が透過されるようにしたもの、及び相互
に貼り合わされた２枚の圧電板からなる振動子とこれの
先端に取り付けたスリット板の振動により前記透過及び
遮断を行わしめるものが用いられている。

ところが、前者においては切り欠き円板及びこれの駆動
モータの配設位置の確保が必要であり、大型化が避けら
れない上、消費電力が大きいという難点があり、また後
者においては赤外線の確実な通断を行うために、前記ス
リット板に高い取り付は精度が要求される上、経時的な
位置ズレの発生に伴う通断機能の低下が避けられないと
いう難点がある。

そこでこのような難点を解消するものとして近年、液晶
を利用する液晶チョッパが開発されており、特開昭５９
−１５８０８９号公報、特開昭６１−２５４８２５号公
報、及び特開昭６２−２３４１２４号公報に開示されて
いる。

この液晶チョッパは、その動作形態の相違により、液晶
層による偏光面の回転を利用して赤外線の通、断の切り
換えを行うＴＮＭ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃλ
１ｏｄｅ）型と、液晶内にて液晶分子を振動させ、この
振動により入射赤外線を散乱させて通断を行うＤＳＭ（
Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　Ｍｏｄｅ）型
とに大別されるが、これらはいずれも液晶層を一対の基
板間に挟持してなる簡略な構成を有し、検知体への赤外
線照射経路の中途に固設して用いることができるととも
に、駆動電圧の給断によりチョッパとして機能させ得る
ことから、赤外線センサの小型化及び検出精度の向上を
実現し得るものとして注目を浴びている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 ところが、このような液晶チョッパを備えた赤外線セン
サにおいては、液晶チョッパの駆動に伴い発生するノイ
ズが出力信号中に重畳されるという難点がある。焦電物
質を用いてなる前記検知体の出力は、本来極めて微細な
ものであるため、前記ノイズはこれが僅かなレベルであ
っても検出結果の判定に大きく影響する。

従って、この種の赤外線センサにおいては、その一部に
赤外線の透過孔を有するシールドボックスにて前記検知
体を′囲繞して、前記ノイズを遮断する等の対策が講じ
られているが、この場合、検知体への照射赤外線の一部
もまたシールドボックスにて遮断される結果、該検知体
の出力信号のレベルが低下するという新たな不都合が生
じる。

本発明はかかる事情に鑑みて成されたものであり、液晶
チョッパの駆動に伴って発生するノイズの出力信号への
重畳を軽減し、検知体において高いＳハ比を有する出力
信号を得ることが可能な赤外線センサを提供することを
目的とする。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、一対の基板間に挟持された液晶層への通電に
より赤外線を通断する液晶チョッパを、焦電物質製の検
知体への赤外線の照射経路の中途に備えてなる赤外線セ
ンサにおいて、前記一対の基板の内、前記検知体側の基
板に駆動電圧を印加するとともに、他方の基板を接地し
、且つ前記検知体をシールドボックスで覆った赤外線セ
ンサである。

そして、前記検知体、及び液晶チョッパを、開口を有す
る金属製キャン内に収納するとともに、前記他方の基板
を該キャンを介して接地することが望ましい。

（ホ）作用 本発明においては他方の基板を接地する構造とすること
により、キャンの接地が取りやすくなり、検知体側基板
によるノイズはシールドボックスに抑制されＳパ比が向
上する。

（へ）実施例 以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。第１図及び第２図はいずれも、本発明に係る赤外線セ
ンサの一例を示す模式的縦断面図である。

両図において、１はセンサ基台であり、該センサ基台１
上には、ＬｉＴａ０．等の焦電物質からなる検知体２が
固設され、またこの検知体２を囲繞する態様にて筒形を
成すキャン３が固設されている。

このキャン３の頂部には、前記検知体２と整合する位置
に赤外線導入孔３ａが貫通形成してあり、この導入孔３
ａの内側に、赤外線を通断する液晶チョッパ４が固定さ
れている。この液晶チョッパ４は、適宜の液晶材料から
なる液晶層４ａの両側を一対の基板４ｂ、　４ｃにて挟
持した構成となっており、液晶層４ａへの給電に応じて
赤外線を遮断する一方、駆動電圧の遮断に応じて赤外線
を透過する動作をなすものであり、液晶層４ａがＴＮＭ
型である場合、赤外線の通断は該液晶層４ａでの偏光面
の回転によりなされ、また液晶層４ａがＤＳＭ型である
場合、赤外線の通断は該液晶層４ａにて生じる液晶分子
の振動により入射赤外線が散乱することにより成される
。

本発明に係る赤外線センサは、このような液晶チョッパ
４の一対の基板４ｂ、　４ｃの内、キャン３の外側の基
板４ｂが該キャン３を介して接地しであることを第１の
特徴とするものであり、この接地はキャン３を接地し、
このキャン３に基板４ｂの一端を銀ペースト５を介して
接続することによりなされる。

一方の前記検知体２に面する側の基板４ｃは第１図の実
施例の場合、その検知体２に面する側に導電性のゴム６
を有し、このゴム６と前記基台１との間に導電性を有す
る金属製の針７が介挿されており、この針７によって基
板４ｃと前記基台１に取り付けられた入力端子８とが電
気的に接続され、図示しない外部電源によって液晶チョ
ッパ４に駆動電圧を与えることが可能となる。

これに対して第２図の例では前記針７の代わりに両端が
弾性を有する接触端部９１．９２とされた金属バネ９を
用い、一方の接触端部９１を基板４ｃに接触せしめ、他
方の接触端部９２を入力端子８に接触せしめることによ
って基板４ｃと入力端子８とが電気的に接続され、同じ
く図示しない外部電源によって液晶チョッパ４に駆動電
圧を与えることが可能となる。

上記構成では、基板４ｃからのノイズが前記検知体２に
入る恐れがあるため、この検知体２を液晶チョッパ４を
透過する赤外線の検知体２への到達が疎外されないよう
に、液晶チョッパ４側に十分な大きさの開口を有するシ
ールドボックス１ｏで被っている。そしてこの検知体２
の出力信号は出力端子１１を介して外部に導かれる。

更に、１２はグランド端子であり、前記キャン３に電気
的に接続されて基板４ｂをこのキャン３を介してアース
に落としている。

このように構成された本発明に係る赤外線センサは、第
１、第２図に示す如く、赤外線を出射している被測定物
７に赤外線導入孔３ａを対向させて用いられる。これに
より被測定物７から出射された赤外線は、前記導入孔３
ａ及びこれの内側に固設された液晶チョッパ４を経てキ
ャン３内に入射する。この時、キャン３内への入射赤外
線は、液晶チョッパ４の動作により通断されるから、該
キャン３内部の焦電物質製の検知体２には、この入射赤
外線が断続的に照射されることになり、該検知体２上に
照射赤外線量に相当する電荷が発生し、この電荷の外部
への取り出しにより被測定物７の出射赤外線量が得られ
、この結果から、例えば被測定物の温度が検出される。

さて本発明に係る赤外線センサにおいては、以上の如き
動作の際、液晶チョッパ４が発生するノイズは基板４ａ
側からキャン３を経てグランド端子１２に流れ出すから
検知体２の出力信号へこのノイズが重畳されることは殆
どなく、一部基板４０側から発生するノイズはシールド
ボックス１０によって遮蔽され、Ｓハ比が大きい高いレ
ベルの出力が得られる。

第１表に本発明にかかる赤外線センサのノイズ評価試験
の結果を示す。

尚、この試験には第１図の接地態様を採用した本発明品
を用い、赤外線導入孔３ａ、及びシールドボックス１０
を経ての検知体２の視野角は２２．４°であり、被測定
物７としては表面温度１００℃の黒体を用いた。更に液
晶チョッパは、液晶層４ａの液晶材料がバラアゾキシア
ニソールであるＤＭＳ型のものであり、これの駆動電圧
には、◆２５Ｖ、　ＯＶ、　−２５Ｖ、　ＯＶをこの順
に２秒周期にて繰り返す矩形波電圧を用いている。

第１表 この表中の比較例１，２は本発明にかかる赤外線センサ
との比較のために同一条件下にてノイズ評価を行った他
の赤外線センサであり、比較例１は、シールドボックス
のないもの、比較例２はシールドボックスが液晶チョッ
パに接続されて内側基板がこれを介して接地されている
ものである。第１表から、本発明品においては、比較例
２と路間等のＳパ比が得られ、比較例１に比較して出力
信号への重畳ノイズが大幅に低減されていることが明ら
かである。参考のために第３図に検知棒温度の変化に対
するノイズ量を上記本発明品（ａ）、比較例１（ｂ）、
比較例２（Ｃ）について測定した結果を示す。この図か
ら比較例工のノイズが他のもの比べて極端に高いことが
分かる。

一方第４図は検知棒温度の変化に対する上記本発明品（
ａ）、比較例１（ｂ）、比較例２（ｃ）の出力の変化を
測定した結果を示している。この図から本発明品は比較
例１と路間等の応答出力が得られるのに対し、比較例２
ではこれらに比べて得られる出力が低く、応答性が悪い
ことが分がる。

以上の結果により本発明品は、比較例１に対してはＳバ
比、及びノイズ量の点で優れており、且つ比較例２に対
しては応答出力の点で優れていると言える。

尚、以上の結果は液晶チョッパ４がＤＭＳ型である場合
のノイズ評価、及び出力試験の結果であるが、液晶チョ
ッパ４がＴＮＭ型である場合においても外側の基板４ａ
の接地により出力ノイズの大幅な軽減、及び応答出力の
増大が可能であり、本発明は、液晶チョッパの動作形態
の如何にかかわらず適用可能である。

（ト）発明の効果 以上詳述した如く本発明に係る赤外線センサにおいては
、検知体への照射赤外線を通断する液晶チョッパの一対
の基板のうち、外側の基板を接地し、内側の基板からの
ノイズをシールドボックスで遮蔽するようにしたので、
センサの組立てが容易となり、検知体の出力信号への重
畳ノイズが大幅に低減して、高いＳパ比を有する高レベ
ルの出力信号を安定的に得ることができ、又高い応答出
力が得られて検出精度の向上が図れる等、本発明は優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はいずれも本発明に係る赤外線センサ
の一例を示す模式的縦断面図、第３図は本発明品と比較
例との検知棒温度の変化に対するノイズ量を比較した図
、第４図は同じく検知棒温度に対する出力を比較した図
である。 １・・・センサ基台、 ２・・・検知体、 ３・・・キャン、 ４・・・液晶チョッパ ４ａ・・・液晶層、 ４ｂ、　４ｃ・・・基板、 １０・・・シールドボックス。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の基板間に挟持された液晶層への通電により
   赤外線を通断する液晶チョッパを、焦電物質製の検知体
   への赤外線の照射経路の中途に備えてなる赤外線センサ
   において、前記一対の基板の内、前記検知体側の基板に
   駆動電圧を印加するとともに、他方の基板を接地し、且
   つ前記検知体をシールドボックスで覆うことを特徴とす
   る赤外線センサ。
2. （２）前記検知体、及び液晶チョッパを、開口を有する
   金属製キャン内に収納するとともに、前記他方の基板を
   該キャンを介して接地したことを特徴とする請求項（１
   ）記載の赤外線センサ。