JPH04287Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案は、非接触型温度センサとして、人体検
知等、移動する赤外線源の検出分野等に使用する
のに好適な焦電形の赤外線検出器に関する。

＜従来の技術＞ 従来のこの種の赤外線検出器として、一素子型
のものと二素子型のものとが知られている。この
内、一素子型のものは、指向特性が円形状になる
ため、正面に対しては広い視野を有するが、左右
から入る赤外線に対しては応答出力電圧が低く、
左右に動く赤外線源の検出ができないこと、周囲
温度変動によつて焦電素子が加熱または冷却され
た場合も信号を発生し、温度ドリフトが大きくな
ること、しかもこの温度ドリフトは検出感度を高
める程大きくなる傾向にあることから、高感度の
赤外検出器を得ることができない。これに対して
二素子型のものは、電気的に逆直列もしくは逆並
列に接続された少なくとも２つの焦電素子を有
し、その合成出力を取り出す構成となつていて、
二方向の指向性を有するため、二方向に移動する
赤外線源の検出が可能であること、２つの焦電素
子における温度ドリフトが互いに逆極性となり、
互いに打消し合うため、温度ドリフトが非常に小
さくなる利点がある。このため、移動物体を検出
するための高感度の赤外線検出器を構成する場合
には、一般に、二素子型のものが使用される。

従来の二素子型の焦電形赤外線検出器は、第１
図に示す如く、一枚の平板状の焦電素体１を共用
し、その一面上に、一方の焦電素子１１の電極１
１１及び他方の焦電素子１２の電極１２１を、間
隔ｇ１をおいて被着形成すると共に、素体１の他
面側に、焦電素子１１の電極１１２及び焦電素子
１２の電極１２２を、一面側に設けた電極１１１
及び１２１と各別に対向するようにして、間隔ｇ
２をおいて独立させた状態で被着形成した構造と
なつている。受光側電極となる電極１１１及び１
２１は、共に、赤外線放射係数の大きな電極材
料、例えNi−Cr等によつて構成する。

この二素子型の焦電素子を利用して赤外線検出
器を構成するには、例えば第２図に示す如く、焦
電素子１１及び１２を電気的に逆直列に接続する
か、或いは第３図に示す如く、逆並列に接続す
る。第２図及び第３図において、２はインピーダ
ンス変換用高抵抗、３は電界効果トランジスタ等
の増幅素子である。これらの焦電素子１１，１
２、抵抗２及び増幅素子３は、外装ケース４の内
部に組込まれている。ａは信号出力端子、ｂは電
源入力端子、Ｅはアース端子である。

外装ケース４に対する焦電素子の組込みに当つ
ては、第４図に示す如く、外装ケース４の略中央
部に予め赤外線入射窓４１を形成しておき、該赤
外線入射窓４１に焦電素子１１及び焦電素子１２
が対面するようにして組込む。

＜考案が解決しようとする課題＞ ところが上述の従来の二素子型赤外線検出器に
おいては、外装ケース４と焦電素子１１，１２と
の位置関係から決まる二方向の指向特性を示し、
最大出力電圧を示す二方向での赤外線量は、正
面、即ち入射窓４１の面法線イ方向からの赤外線
量をとし、面法線イからの角度をθとすると、
cos θとなる。このため、赤外線入射角度が前
記角度θを超えて大きくなる程、赤外線応答出力
電圧が小さくなつてしまうという難点がある。次
に第４図を参照してこれを更に詳しく説明する。

第４図において、赤外線入射方向が、入射窓４
１の面法線イから、焦電素子１１または１２の外
側端縁と入射窓４１の端縁とを見込む線分ロの領
域にある場合は、焦電素子１１及び１２に対して
ほぼ等しい量の赤外線が入射するため、出力が得
られない。赤外線の入射角度が前記線分ロで示さ
れる角度を超え、焦電素子１１または１２の内側
端縁と入射窓４１の内端縁を見込む線分ハで示さ
れる角度θに達すると、焦電素子１１または１２
の何れか一方に対する赤外線入射がなくなるか
ら、焦電素子１１及び１２の受光量が不平衡にな
り、出力が取出される。赤外線の入射角度が前記
角度θよりも大きくなると、焦電素子１２に対す
る赤外線入射量も減少するので、出力レベルが低
下する。即ち赤外線入射角度θで最大出力が得ら
れ、入射角度がこの角度θより大きくなるにつれ
て出力が低下してゆく。

ここで、入射窓４１の面法線イ方向からの入射
赤外線量をＩとすると、前記最大出力電圧を与え
る角度θでの入射赤外線量Ioは、 Io＝Ｉ cos θ となる。この場合の赤外線応答電圧Voutは、感
度をRvとして、 Vout＝Rv・Io ＝Rv・Ｉ cos θ ……(1) となる。つまり角度θでの赤外線応答電圧Vout
は、正面からの入射赤外線量Ｉに対してcos θを
乗じた値Ｉ cos θに比例し、cosθ倍だけ小さく
なつてしまうのである。例えば実際的な数値とし
て、θ＝70°とするとcos θ＝0.34、即ち0.34倍だ
け小さくなるのである。

そこで、本考案の課題は、上述する従来の欠点
を除去し、移動物体を高感度で検知し得る赤外線
検出器を提供することである。

＜課題を解決するための手段＞ 上述した課題解決のため、本考案に係る赤外線
検出器は、電気的に逆直列もしくは逆並列に接続
された少なくとも２つの焦電素子を有し、その合
成出力を取り出す赤外線検出器であつて、 前記焦電素子は、赤外線入射窓の面法線に対し
て外側斜め方向の角度をもつて、互いに異なる方
向を向くように配置されていて、同一の外装ケー
ス内に収納されていること を特徴とする。

＜作用＞ ２つの焦電素子は、電気的に逆直列もしくは逆
並列に接続され、その合成出力を取り出すように
なつているので、二方向に移動する赤外線源の検
出が可能であること、２つの焦電素子における温
度ドリフトが互いに逆極性となり、互いに打消し
合うため温度ドリフトが非常に小さくなること
等、二素子型赤外線検出器の利点が確保できる。

２つの焦電素子のうち、一方の焦電素子から他
方の焦電素子の方向に、赤外線放射源となる物体
が移動する場合を考えると、赤外線入射窓の面法
線に対する物体からの赤外線の入射角度が、一方
の焦電素子の傾斜角度と一致するときに、一方の
焦電素子の出力が最大となる。他方の焦電素子に
は、物体からの赤外線入射が殆どないので、２つ
の焦電素子の合成出力に関しては、一方の焦電素
子の出力が支配的となる。このとき、一方の焦電
素子の傾斜角度をθとすると、従来の赤外線検出
器の応答出力電圧を、１／cos θ倍した第１の応
答出力電圧が得られる。

次に、物体が他方の焦電素子の前面に移動した
場合を考えると、赤外線入射窓の面法線に対する
物体からの赤外線の入射角度が、他方の焦電素子
の傾斜角度と一致するときに、他方の焦電素子の
出力が最大となる。２つの焦電素子の合成出力に
関しては、他方の焦電素子の出力が支配的とな
る。このとき、他方の焦電素子の傾斜角度をθと
すると、従来の赤外線検出器の応答出力電圧を、
１／cos θ倍した第２の応答出力電圧が得られ
る。

従つて、一方の焦電素子に基づく第１の応答出
力と、他方の焦電素子に基づく第２の応答出力の
時間的な発生順序より、物体の移動方向が検知で
きる。第１の応答出力及び第２の応答出力は、前
述したように、従来の赤外線検出器の応答出力電
圧を、１／cosθ倍した電圧となる。このため、物
体の移動を高感度で検知することができる。

物体が焦電素子間を移動している間は、２つの
焦電素子の赤外線入射量の差が小さく、しかも、
互いの出力が相殺されるので、合成出力は極めて
小さくなる。

２つの焦電素子は、同一の外装ケース内に収納
されているので、２つの焦電素子の同一雰囲気が
同一になり、温度ドリフト等に対する補償作用が
向上する。

＜実施例＞ 第５図は本考案に係る赤外線検出器における焦
電素子の配置構造を示す平面図、第６図は同じく
正面部分断面図である。図において、第１図〜第
４図と同一の参照符号は同一性ある構成部分を示
す。この実施例では、外装ケース４の底板４２の
上に間隔をおいて支持した基板５の上面５に、三
角錐形の支持台６を設け、該支持台６の傾斜面６
１及び６２のそれぞれに、互いに独立した焦電素
子７及び８を取付けた構造となつている。焦電素
子７及び８は、焦電素子７１及び８１の表面に赤
外線吸収用電極７２及び８２をそれぞれ形成して
ある。これらの焦電素子７及び８により、第２図
及び第３図に示したような回路構成の赤外線検出
器を構成する。９は赤外線透過率の高い部材で構
成された赤外線入射窓である。

前記三角錐形の支持台６は、底角をθとし、入
射窓９の面法線イに対して底面が直角になるよう
に、基台５上に取付けられている。従つて、支持
台の傾斜面６１及び６２上の焦電素子７及び８
は、第７図にも拡大して示すように、面法線イに
対して角度θで傾斜することとなる。

上記の本考案に係る赤外線検出器において、赤
外線入射方向が、入射窓９の面法線イの方向であ
る場合は、焦電素子７及び８に対してほぼ等しい
量の赤外線が入射するため、出力が得られない
が、赤外線の入射角度が右または左方向に傾斜す
ると、焦電素子７及び８の受光量が不平衡にな
り、出力が取出されるようになる。そして、入射
窓９の面法線イに対して、その左右の方向から角
度θで入射する赤外線に対して、焦電素子７また
は８の赤外線吸収電極７２または８２が直交する
ので、この角度θで最大出力が得られる。このと
きの赤外線応答出力電圧Voutは、 Vout＝Rv・Ｉ ……(2) である。この(2)式と前掲(1)式との比較から明らか
なように、本考案に係る赤外線検出器は、第１図
〜第４図で示した従来の赤外線検出器の応答出力
電圧を、１／cos θ倍した応答出力電圧が得られ
る。例えば、実際的な数値として、角度θを70°
程度に設定した場合、 １／cos θ＝3.0 となり、従来の約３倍の応答出力電圧Voutが得
られるのである。

次に、赤外線放射源となる物体の移動方向検出
について説明する。物体が焦電素子７から焦電素
子８の方向に移動する場合を考えると、赤外線入
射窓の面法線に対する物体からの赤外線の入射角
度が、焦電素子７の傾斜角度θと一致するとき
に、焦電素子７の出力が最大となる。焦電素子８
には物体からの赤外線入射が殆どないので、２つ
の焦電素子７，８の合成出力に関しては、焦電素
子７の出力が支配的となり、従来の赤外線検出器
の応答出力電圧を、１／cos θ倍した第１の応答
出力電圧が得られる。

次に、物体が焦電素子８の前面に移動した場合
を考えると、赤外線入射窓の面法線に対する物体
からの赤外線の入射角度が、焦電素子８の傾斜角
度θと一致するときに、焦電素子８の出力が最大
となる。２つの焦電素子７，８の合成出力に関し
ては、焦電素子８の出力が支配的となり、従来の
赤外線検出器の応答出力電圧を、１／cos θ倍し
た第２の応答出力電圧が得られる。

従つて、焦電素子７に基づく第１の応答出力
と、焦電素子８に基づく第２の応答出力より、物
体の移動方向が検知できる。第１の応答出力及び
第２の応答出力は、前述したように、従来の赤外
線検出器の応答出力電圧を、１／cos θ倍した電
圧となる。このため、物体の移動を高感度で検知
することができる。

物体が焦電素子７−８間を移動している間は、
２つの焦電素子７，８の赤外線入射量の差が小さ
く、しかも両出力が互いに相殺し合うので、合成
出力は極めて小さくなる。

第８図は本考案に係る赤外線検出器の指向特性
を従来のものと比較して示す図であり、曲線Ａが
本考案に係る赤外線検出器の特性、曲線Ｂが従来
の赤外線検出器の特性である。

＜考案の効果＞ 以上述べたように、本考案によれば、次のよう
な効果が得られる。

(a) ２つの焦電素子は、電気的に逆直列もしくは
逆並列に接続され、その合成出力を取り出すよ
うになつているので、二方向に移動する赤外線
源の検出が可能であること、２つの焦電素子に
おける温度ドリフトが互いに逆極性となり、互
いに打消し合うため温度ドリフトが非常に小さ
くなること等の効果が得られる。

(b) 二素子型の赤外線検出器において、焦電素子
は、赤外線入射窓の面法線に対して外側斜め方
向の角度をもつて、互いに異なる方向を向くよ
うに配置されているので、移動物体を高感度で
検知し得る赤外線検出器を提供することができ
る。

(c) ２つの焦電素子は、同一の外装ケース内に収
納されているので、２つの焦電素子の同一雰囲
気が同一になり、温度ドリフト等に対する補償
作用の高い赤外線検出器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の二素子型焦電形赤外線検出器に
おける焦電素子の断面図、第２図及び第３図は同
じくその電気的等価回路図、第４図は同じく外装
ケースに対する焦電素子の組込み構造を示す図、
第５図は本考案に係る赤外線検出器における焦電
素子の配置構造を示す平面図、第６図は同じく正
面部分断面図、第７図は同じく要部の拡大図、第
８図は指向特性図である。 ７，８……焦電素子、７２，８２……電極、９
……赤外線入射窓、イ……面法線。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 電気的に逆直列もしくは逆並列に接続された少
   なくとも２つの焦電素子を有し、その合成出力を
   取り出す赤外線検出器であつて、 前記焦電素子は、赤外線入射窓の面法線に対し
   て外側斜め方向の角度をもつて、互いに異なる方
   向を向くように配置されていて、同一の外装ケー
   ス内に収納されていること を特徴とする赤外線検出器。