JPH0443925A - 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 本発明は物体の位置や赤外線の強度分布の検知に用いる
＃電型赤外線検知装置に関する。

従来の技術 近年、焦電型赤外線検知装置は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、人体や炎などから
の赤外線を検知するのに使われている。赤外線センサと
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る。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熟蚕の赤外線センサが用いら
れる。妙に焦電型の赤外線センサは他の熟蚕の赤外線セ
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。

以下に従来の焦電型赤外線検知装置について説明する。

第６図に示すように、焦電型のポイントセンサを用いた
方式では、入射する赤外線１をレンズ２を通してポイン
トセンサ１３上に集光し、その先軸を２軸駆動できる可
動ミラー１４によって縦横２次元に走査している。

第７図に示すように、１次元に配列した焦電型のアレイ
センサを用いた方式では、入射する赤外線１をレンズ２
を通して１次元アレイセンサ１５上に集光し、その光軸
を１軸駆動の可動ミラー１４によって１次元アレイセン
サ１５の配列に対して垂直方向に走査している。−次元
アレイセンサ１５の出力は、順次電気的に走査される。

第８図に示すように、縦横２次元に配列した焦電型のア
レイセンサを用いた方式では、入射する赤外線１をレン
ズ２を通して２次元アレイセンサ１６上に集光し、縦横
とも電気的に走査している。

いずれの場合も、赤外線分布の絶対強度を得る場合は光
路中にチョッパＩ７を設け、赤外線１を断続したときに
発生する交流信号の振幅として出力を得ている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記の従来の構成では、ポイントセンサを
用いた方式では、可動ミラーを２軸駆動させる機構が複
雑であるので、大型で高価な装置になるという問題点や
焦電センサの感度は、赤外線の照明時間に比例するため
、１素子で全エリアを走査する方式ではｌエリアあたり
の感度が小さくなってしまうのである程度の感度を得よ
うとすれば、全エリアの走査に長時間を要するという問
題点を有していた。

１次元アレイセンサを用いた方式では、レンズの前面に
可動ミラーを設けるので、大型の装置になるという問題
点やレンズと１次元アレイセンサの間に可動ミラーを設
ける構成も考えられるが、可動ミラーを設けるスペース
が限られ、１枚のレンズでは視野角が制限されるという
問題点を有していた。

２次元アレイセンサを用いた方式では、１枚のレンズで
は視野角が制限されるという問題点や焦電素子の数が増
えるほど各焦電素子がら信号を取り出すための配線が煩
雑になり、信号処理回路が比例して増加し煩雑になると
いう問題点を有していた。

また、焦電型の赤外線センサで赤外線の強度を正確に求
めるためには、チッッパによって赤外線を断続し、チッ
ッパ開のときとチッッパ閉のときの差を求めなければな
らない、チッンパと、それを回転させるための機構が必
要なのでさらに大型の装置になるという問題点を有して
いた。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、簡単な機
構で広視野角の小形の焦電型赤外線検知装置を提供する
ことを目的とする。

課題を解決するための手段 この目的を達成するために本発明の焦電型赤外線検知装
置は、焦電型の赤外線センサを縦に１行以上配列したア
レイセンサと、入射する赤外線を前記アレイセンサ上に
結像するためのレンズを備え、前記レンズを前記アレイ
センサの縦方向の中心線を軸として回転させる構成、ア
レイセンサの各焦電素子を焦電体板の両面に電極を設け
、一画素を横に２列で形成した複数の焦電素子を両面電
極により直列に配線した構成、アレイセンサの視野を制
限する遮蔽板をアレイセンサの左右両側に設は円筒と遮
蔽板を同じ温度にした構成および円筒の外周に縦方向に
長いスリットを周方向に等間隔に複数個設け、スリット
と同じ間隔の複数のスリットを形成したスリット板を円
筒に隣接した外側か内側に円筒に沿った曲面上に配設し
た構成を有している。

作用 この構成によって、レンズを１軸回転させる単純な機構
だけで済ろ、光軸自体を走査するので、周方向の視野角
を充分に取ることができる。

また、レンズを複数枚設け、縦方向の視野を時間分割す
ることによって、必要なアレイセンサの焦電素子の数を
少なくすることができる。さらにレンズとともに回転す
る円筒型のスリットと、これに隣接した同じピッチのス
リットによって赤外線を断続し、従来例におけるチぢツ
バの働きをさせることができる。

さらに標準温度物質からの赤外線が温度時定数よりも短
い時間で定期的に入射する構成とすることによって、標
準温度物質を測定してから、標準温度物質を基準として
、赤外線強度分布を得ることができる。

実施例 （実施例１） 以下本発明の第１の実施例について図面を参照しながら
説明する。第１図に示すように入射してくる赤外線１を
レンズ２ａ、２ｂを通して焦電型の赤外線センサを縦方
向に１行以上配列したアレイセンサ３上に集光している
。レンズ２ａ、２ｂは、アレイセンサ３の縦方向の中心
線を軸として回転する円筒４の外周面に配設されており
、円筒４が回転することによって、レンズ２ａ、２ｂが
回転し、アレイセンサ３の周方向の視野を順次走査して
行く、このときにアレイセンサ３に発生する起電力の時
間変化から、熱源の位置情報や、温度情報を得ることが
できる。レンズ２ａ、２ｂを１輪回転させる単純な機構
、すなわち光学系と機構系が占める容積がレンズ２ａ、
２ｂの焦点距離を半径とした円筒４とそれを回転させる
機構だけで済み、従来のポイントセンサや、可動ミラー
を用いた方式に比べ、より簡単で小型な装置とすること
ができる。また、レンズ２ａ、２ｂに視野角の狭いレン
ズを用いたとしても、レンズ２ａ。

２ｂ自体を回転しているため、両方向の視野角は充分に
得ることができる。

第１図の実施例では、円筒４の表と裏にそれぞれレンズ
２ａとレンズ２ｂを設け、レンズ２ａは上向きの視野、
レンズ２ｂは下向きの視野となるようレンズの縦方向の
角度を設定し、円筒４が１周するうちの半周ずつを上下
それぞれの視野に分割している。こうすることによって
、１枚のレンズに要求される縦方向の視野角が半分で済
み、アレイセンサ３の焦電素子の数も半分で済む、第１
図の場合アレイセンサ３が３素子、レンズ２ａ。

２ｂが２個であるので、縦方向を６エリアに分割するこ
とになり、１エリア当り１０度の視野としても６０度の
視野が得られることになる。さらに配設するレンズの数
を増やして、縦３分割以上にすれば、より効果が得られ
る。

アレイセンサ３を構成する各焦電素子の起電力は、ＦＥ
Ｔによってインピーダンス変換された後、信号処理が行
なわれる０人体などの熱源の位置を検出する場合は、バ
ンドパスフィルターによって信号処理を行って周囲から
の外乱を除去した後、レンズ２ａ、２ｂの光軸が熱源を
通過する時に発生するパルス状の信号を検出する。パル
スが発生した時間から、熱源の周方向の位置を求める。

（実施例２） アレイセンサの１画素よりも小さな面積の熱源の位置を
検出する場合は、ｌｉｊ素の面積のうちの熱源の像が占
める割合が小さくなるため、熱源の検出感度が減少して
しまう、一方、面積の大きな熱源に対してはこの問題が
注しないため、小さな熱源のみを検出するということが
困難となる。この問題に対応する本発明の第２の実施例
について以下に図面を参照しながら説明する。

第２図に示すように、第１図の構成と異なるのはアレイ
センサ３の各焦電素子を焦電体板５の両面に設けた表電
極６と裏電極７とにより構成し、その１画素を横に２列
で形成した複数の焦電素子を両面の電極６．７により直
列に配線した構成とする点である。焦電素子の配線は、
左右交互に行なわれ、左の列の焦電素子と、右の列の焦
電素子が逆起電力になっている。ここで、検出しようと
する熱源の結像後のサイズが、焦電素子のサイズにほぼ
等しい場合を考えてみる。レンズ走査により熱源の像が
左から右に移動した場合、まず正の極性の焦電素子に赤
外線ｌが照射し、正の電荷が蓄積されて行く０次に負の
極性の焦電素子に赤外線１が入射し、信号が減衰し、元
の信号レベルに戻る。また、横幅の大きな熱源の場合は
、左の列と右の列の両方に熱源からの赤外線１が入射し
ている時間があり、この間の信号は打ち消されるため、
前述した小さな熱源の場合に発生するパルスとほとんど
変わらない起電力で、横幅の広いパルス信号が得られる
。このように、パルスの高さは、あまり熱源の大きさに
依存しなくなるため、小さな熱源を検出する場合に有利
である。さらに、パルス幅の情報から、熱源のサイズの
情報をも、得ることができる。

従来の２次元のアレイセンサとしてＮＸＮ素子を用いた
場合、ＮＸ８個の信号処理回路と、ＮＸＮ本の実装配線
が必要であるが、１列のアレイセンサを用いることによ
って、Ｎ個の回路とＮ本の配線で済み、信号処理回路を
小型化でき、センサとの実装を容易に実現することがで
きる。

（実施例３） 赤外線の分布情報を得る方法として、従来例ではチッッ
パによって赤外線を断続し、出力される交流信号の振幅
から赤外線の強度を求めているので装！が大型になる。

この問題に対応する本発明の第３の実施例について以下
に図面を参照しながら説明する。

第３図に示すように、第１図の構成と異なるところは、
アレイセンサ３の視野を制限する遮蔽板８をアレイセン
サ３の左右両側に設け、円筒４と遮蔽板８が同じ温度に
なるようにし、これを標準温度とする点である。レンズ
２が完全に横を向いたときには、標準温度物質からの赤
外線のみがアレイセンサ３に入射する。インピーダンス
変換ｌｌ後のアレイセンサ３の信号を増幅し、ＣＲ回路
１２により疑似的に微分処理を行っている。

ＣＲ回路１２のカットオフ周波数よりも低周波側では、
周波数に対して１次で信号が減衰するため、疑似的な微
分となる。

温度時定数より短い時間内において、焦電型の赤外線セ
ンサの出力は、入射赤外線エネルギーに対して積分型で
得られるため、微分型の信号処理回路を用いることによ
って、相対的な赤外線強度分布が得られる。しかし、得
られる出力は、センサの温度時定数程度の時間が経過す
ると減衰してしまうため、長時間にわたり正確に赤外線
強度分布を求めることは難しい、そこで、標準温度物質
からの赤外線が温度時定数よりも短い時間で定期的に入
射する構成とすることによって、標準温度物質を測定し
てから、標準温度物質を基準として、赤外線強度分布を
得ることができる。

この装置のレンズ２を回転したときに発生する各部分の
信号波形を表わしたのが第４図である。

Ａはアレイセンサ３に入射する赤外線１の強度を示して
おり、レンズ２が完全に横を向いて、標準温度物質から
の赤外線のｂが入射している状態がａ、アレイセンサ３
の視野に、ある熱源からの赤外ｍｌが入射した状態がｂ
、再び標準温度物質からの赤外線のみの赤外線が入射し
た状態がＣ１というパターンを繰り返している。Ｂはア
レイセンサ３の温度を示しており、入射した赤外線１を
積分した波形になるが、上昇するだけでなく、アレイセ
ンサ３から周囲への熱拡散によって決まる熱時定数をも
って平衡状態になる。平衡に達した状態におけるアレイ
センサ３の温度は゛、平均温度を中心として、赤外線の
分布に従って周期的に変化する。アレイセンサ３の起電
力は、アレイセンサの温度変化に比例して変化する。こ
の信号に対して、ＣＲ回路１２によって疑似的な微分を
行なったときの出力信号をＣに示す、出力信号Ｃの波形
は入射した赤外線分布と同じ波形になるが、アレイセン
サ３の熱時定数に従って、ベースラインが変化し、平衡
状Ｊ！！ｉに落ち着く、１周期ごとに、標準温度物質か
らの赤外線のみが入射している状態ａの出力電圧を基準
にすることによって、各々の方向からの赤外線分布を得
ることができる。この方式では、装置の構成をほとんど
変えずに温度分布情報が得られ、小型の装置が可能であ
る。

（実施例４） 以下に本発明の第４の実施例について図面を参照しなが
ら説明する。第５図に示すように第３図の構成と異なる
ところは、円筒４の外周に縦方向に長いスリット９を周
方向に等間隔に複数個設け、円ｗ４と共に回転させ、か
つ円筒４と同心円上で僅かに外側に、スリット９と同じ
間隔の複数のスリットを設けたスリット板１０を配設し
た点てある０円筒４を回転することにより、スリット９
とスリット板１０の組合せで、入射する赤外線１を断続
し、出力される交流信号の振幅から赤外線１の強度を求
める。この方法は、ひとつの回転機構で光軸の走査と赤
外線の断続を実現しており機構が極めて簡単である。ス
リット９およびスリット板１０は、レンズの焦点距離を
半径とした円柱内、またはその近傍の外周に設けること
ができるため、装置が小型であるという特長を損ねずに
赤外線の断続を実現できる。

実施例では１列のアレイセンサを用いているが２列以上
のアレイセンサでも同様の効果が得られる。むしろ、２
列のアレイセンサを用いることによって、スリット９が
閉している間に１列では見ることができなかった方向、
いわゆる死角を、もう１列で補うことができる。

また、スリット板ｌＯを円筒４の外周に設けているが内
周に設けることも可能である。

発明の効果 以上の実施例の説明からも明らかなように、本発明は焦
電型の赤外線センサを縦方向に１行以上配列したアレイ
センサと、入射する赤外線を前記アレイセンサ上に結像
するためのレンズを備え、前記レンズを前記アレイセン
サの縦方向の中心線を軸として回転させる構成、アレイ
センサの一画素を横２列で形成した複数の焦電素子を両
面電極により直列に配線した構成、視野を制限する遮蔽
板を両側に設け、円筒と遮蔽板が同じ温度になるように
した構成および円筒の外周に縦方向に長いスリットを周
方向に等間隔に複数個設け、スリットと同じ間隔の複数
のスリットを形成したスリット板を円筒に隣接した外側
か内側に円筒に沿った曲面上に配設して構成したことに
より広視野角で、正確に赤外線強度分布を測定でき、機
構が簡単で小形化することができる優れた焦電型赤外線
検知装置を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の焦電型赤外線検知装置
の概略構成を示す斜視図、第２図は本発明の第２の実施
例の焦電型赤外線検知装置のアレイセンサの電極構成を
示す概略構成図、第３図は本発明の実施例の焦電型赤外
線検知装置の概略構成を示す上面図、第４図は同実施例
の動作時の赤外線強度、アレイセンサの温度および出力
信号を示す波形図、第５図は本発明の第４の実施例の焦
電型赤外線検知装置の概略構成を示す上面図、第６図、
第７図、第８図は従来の焦電型赤外線検知装置の概略構
成を示す斜視図である。 １・・・・・・赤外線、２，２ａ、２ｂ・・・・・・レ
ンズ、３・・・・・・アレイセンサ、４・・・・・・円
筒、５・・・・・・焦電体板、６・・・・・・表電極、
７・・・・・・裏電極、８・・・・・・遮蔽板、９・・
・・・・スリット、１０・・・・・・スリット板。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１２弟 房 図 図 １−−一租９卜ＭＬ ２−４）ス ３−　’ア’ＬｔｔＪプ ｌ・−−」Ｌ９￥線 ２−−−レシス ３−−−　’Ｓ’Ｌイてノ７

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）焦電型の赤外線センサを縦方向に１行以上配列し
   たアレイセンサと、入射する赤外線を前記アレイセンサ
   上に結像するためのレンズを備え、前記レンズを前記ア
   レイセンサの縦方向の中心線を軸として回転する円筒の
   外周面に配設した焦電型赤外線検知装置。
2. （２）縦方向に異なった視野を持つように縦方向の取付
   角度を変えて配設した複数個のレンズを備えた請求項（
   １）記載の焦電型赤外線検知装置。
3. （３）アレイセンサの１画素が、直列配線された焦電素
   子群からなり、前記焦電素子群は、横に２列、縦に２行
   以上で形成し、横の２列を左右交互に配線して一方の列
   の極性を全て正とし、他方の列の極性を全て負とした請
   求項（１）記載の焦電型赤外線検知装置。
4. （４）アレイセンサの視野を制限する遮蔽板を円筒の外
   側に設け、円筒と遮蔽板を同一温度とした請求項（１）
   記載の焦電型赤外線検知装置。
5. （５）円筒の外周に縦方向に長いスリットを周方向に等
   間隔に複数個設け、前記円筒のスリットと同じ間隔で複
   数のスリットを設けたスリット板を前記円筒に隣接した
   外側または内側に前記円筒に沿った曲面上に配設した請
   求項（１）記載の焦電型赤外線検知装置。