JPH0455259B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、例えば人体から放射される熱線、す
なわち赤外線を検出するために用いる焦電形赤外
線センサに関する。

〈従来の技術〉 近年、焦電形赤外線センサが各種の分野で使用
されている。焦電形赤外線センサは、焦電性結晶
に温度変化を与えたとき、焦電性結晶表面に自発
分極の変化によつて電荷が発生するという焦電効
果を利用したものである。

従来の焦電形赤外線センサは、第７図に示す構
造となつている。すなわち、焦電形赤外線センサ
１０１はケース１０２を構成する円板状の底部１
０３に貫通したピン１０４と、そのピン１０４に
支持されるFET回路１０５及び焦電形赤外線検
出素子１０６ａ，１０６ｂを形成した基板１０７
とをケース１０２の中央部に配置している。そし
て、ケース１０２を構成する円筒状のカバー１０
８の端部に開口部１０９を設け、その開口部１０
９を赤外線を透過させる部材から成る光学フイル
タ１１０で覆う。そして、カバー１０８を底部１
０３の周辺部と合わせ、内部に窒素ガス（N₂）
等の不活性ガスを封入して、溶接している。

そして、この焦電形赤外線センサ１０１の焦電
形赤外線検出素子１０６ａ，１０６ｂは、第８図
に示す回路図のように同極の分極端が直列に接続
され、その差分出力が電界効果トランジスタ
（FET）によるエミツタホロワのインピーダンス
変換回路から出力される。なお、Ｒ１，Ｒ２は抵
抗である。第８図では焦電形赤外線検出素子１０
６ａ，１０６ｂの同極同士が直列に接続されてい
るが、異分極端を並列接続した構成でも良い。

ところで、焦電形赤外線センサは、焦電性結晶
表面に発生する電荷により温度変化を検出すると
いう上記動作原理からも明らかなように、インピ
ーダンスが高く、外来雑音の影響を受けやすいと
いう欠点を有している。そこで、この種の焦電形
赤外線センサを利用するため、焦電形赤外線セン
サに対向して凹面状の集光ミラーを配置して、赤
外線の発生源から発せられる赤外線を焦電形赤外
線センサに集光し、Ｓ／Ｎ比を高くするように構
成していた。

ところが、上記のように、焦電形赤外線センサ
を集光ミラーに対向させていたために、装置全体
が大型になり、また集光ミラーとするためミラー
を凹曲反射面に形成しなければならず製作が容易
でなかつた。

このため、本発明者は、ミラー片１１４を、第
９図に示すように、筐体１１１の上面１１２の開
口１１３に位置する焦電形赤外線センサ１０１の
焦電形赤外線検出素子１０１ａ，１０１ｂに反射
光が投影するように、前記筐体１１１の上面１１
２に垂直にかつ焦電形赤外線検出素子１０１ａと
１０１ｂの間を通る平面の位置に取り付けた焦電
形赤外線検出装置１２０を提案した。

この様な構成における動作を第１０図の動作説
明図及び第１１図ａの焦電形赤外線検出素子１０
６ａ，１０６ｂの出力波形図、第１１図ｂの
FETの出力波形図を用いて説明する。熱線すな
わち赤外線を放射している被検出体が、比較的遠
方から領域(1)に到来すると、第１の焦電形赤外線
検出素子１０６ａとそれと間隔Ｇをおいて配置さ
れている第２の焦電形赤外線検出素子１０６ｂの
両方に赤外線が入射するので、その差出力は殆ど
無視できる。次に、被検出体が領域(2)すなわち遮
蔽及び反射による第１の検出ゾーンにおいて、ミ
ラー片１１４は第１の焦電形赤外線検出素子１０
６ａに対しては、赤外線の直接入射分に加算して
赤外線を反射し投影させて入射させ、第２の焦電
形赤外線検出素子１０６ｂに対しては赤外線を遮
蔽する作用をして、大きい出力を得る。領域(3)で
は、ミラー片１１４の影響を受けずに、第１、第
２の焦電形赤外線検出素子１０６ａ，１０６ｂに
赤外線が入射するが、FETには差動出力は現れ
ない。さらに、第２の検出ゾーンとしての領域(4)
ではミラー片１１４は、第１の焦電形赤外線検出
素子１０６ａに対しては、赤外線を遮蔽し、第２
の焦電形赤外線検出素子１０６ａに対しては、直
接入射分の赤外線に加算して赤外線を反射し投影
させて入射させる作用をして、大きい差動出力を
得る。領域(5)では、第１、第２の焦電形赤外線検
出素子１０６ａ，１０６ｂの両方に赤外線が入射
するため、FETには差動出力が現れない。

以上の説明は、赤外線が一点から放射している
ように説明し、また赤外線が距離の２乗に反比例
して減衰することを無視して説明したが、実際の
被検出体はある程度の幅を有しており、その幅及
び第１、第２の焦電形赤外線検出素子１０６ａ，
１０６ｂから被検出体までの距離差を考慮に入れ
て扱うことが必要な場合もあることに留意しなけ
ればならない。例えば、領域(1)では第１の焦電形
赤外線検出素子１０６ａの方に若干大きい出力が
出て、領域(1)から領域(2)に移るときには、徐々に
差動出力が増加することになる。

この様にして得たFETの出力は図示しない帯
域通過濾波器、レベル検出器等に導かれて、例え
ば警報機に接続されて警報機を作動させる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 このように、焦電形赤外線センサは、ミラー片
を取り付けることにより顕著な利点を有するが、
ミラー片を焦電形赤外線センサと離して外部に取
り付けていたため、焦電形赤外線センサを組込ん
だ焦電形赤外線検出装置の大きさは、ミラー片の
サイズによつて規定され、装置そのものを小形化
することは困難であつた。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は上記問題点を解決するためになされた
もので、開口部を赤外線が透過する部材で覆つた
ケース内に、一対の焦電形赤外線検出素子を前記
開口部に向けて配設した基板を収容した焦電形赤
外線センサにおいて、前記ケース内にミラー片を
備え、ミラー片による反射光を焦電形赤外線検出
素子に入射し投影するように配置したことを特徴
とする焦電形赤外線センサである。

〈実施例１〉 以下、本発明の焦電形赤外線センサの実施例を
図面を用いて詳細に説明する。

第１図ａは、本発明の一実施例を示す正面断面
図、同ｂは平面図である。焦電形赤外線センサ１
はケース２の一部を構成する円板状の底板３に貫
通したピン４と、FET回路５及び焦電形赤外線
検出素子６ａ，６ｂを形成した基板７を前記ピン
４で支持してケース２の中央部に配置している。
また、底板３には、焦電形赤外線検出素子６ａ，
６ｂの形成面と垂直なミラー片８を固定してあ
る。ミラー片８は下辺中央部を略半円形状に切欠
した矩形状の部材であり、焦電形赤外線検出素子
６ａと６ｂの間を通る平面に位置するように配置
している。そして、表面を例えばアルミニユウム
（Al）メツキ、アルミニユウム蒸着、クローム
（Cr）メツキ等の手段により、反射率が１に近く
なるように鏡面加工してあり、第１の反射面８ａ
で反射した赤外線は第１の焦電形赤外線検出素子
６ａに入射し、第２の反射面８ｂで反射した赤外
線は第２の焦電形赤外線検出素子６ｂに入射する
ようにする。また、焦電形赤外線センサ１はケー
ス２の一部を構成する円筒状のカバー９を有し、
そのカバー９は端面部に開口部１０を設け、その
開口部１０を赤外線を透過させる部材からなる光
学フイルタ１１で覆い密封する。また、カバー９
の底部に底板３を合わせ、内部に窒素ガス（N₂）
等の不活性ガスを封入し、溶接により封止する。

この構成における動作を第２図の動作説明図及
び第３図ａの焦電形赤外線検出素子６ａ，６ｂの
出力波形図、第３図ｂのFETの出力波形図を用
いて説明する。熱線すなわち赤外線を放射してい
る被検出体が、領域（イ）にいる間は、赤外線は
ケース２のカバー９により遮蔽され焦電形赤外線
検出素子６ａ，６ｂに入射しない。被検出体が領
域（ロ）に来ると、第１の焦電形赤外線検出素子
６ａ方向の赤外線はカバー９により遮蔽される
が、第２の焦電形赤外線検出素子６ｂへは赤外線
は入射するので、FETに差動出力が現れる。さ
らに領域（ハ）に進むと、赤外線は第１、第２の
焦電形赤外線検出素子６ａ，６ｂの両方に入射す
るので、FETに差動出力が現れない。そして、
遮蔽及び反射による第１の検出ゾーンとしての領
域（ニ）において、ミラー片８は第１の焦電形赤
外線検出素子６ａに対しては赤外線を反射し投影
させて直接入射分に加算させ、第２の焦電形赤外
線検出素子６ｂに対しては赤外線を遮蔽する作用
をして、大きい差動出力を得る。また領域（ホ）
ではミラー片８の影響を受けずに第１、第２の焦
電形赤外線検出素子６ａ，６ｂに赤外線が入射す
るが、FETには差動出力は現れない。さらに、
第２の検出ゾーンとしての領域（ヘ）ではミラー
片８は、第１の焦電形赤外線検出素子６ａに対し
ては赤外線を遮蔽し、第２の焦電形赤外線検出素
子６ｂに対しては赤外線を反射し投影させて直接
に入射する赤外線に加算させる作用をして、大き
い差動出力を得る。領域（ト）では赤外線は第
１、第２の焦電形赤外線検出素子６ａ，６ｂの両
方に入射するので、FETに差動出力は現れない。
領域（チ）に進むと、第１の焦電形赤外線検出素
子６ａには赤外線が入射するが、第２の焦電形赤
外線検出素子６ｂに対してはカバー９が赤外線を
遮蔽するので、FETに差動出力が現れる。そし
て、領域（リ）ではカバー９により第１、第２の
焦電形赤外線検出素子６ａ，６ｂへの赤外線が遮
蔽され入射しない。この様に得たFETの出力は
図示しない帯域通過濾波器、レベル検出器等に導
かれて例えば警報機に接続されて警報機を作動さ
せる。

〈実施例２〉 第４図は第２の実施例の焦電形赤外線センサで
あり、６枚のミラー片８１を焦電形赤外線検出素
子６ａ，６ｂの周囲に等間隔（60度）で配設した
もので、ミラー片８１の間隔を狭くして、検出の
領域数を多くしている。

第５図は、本発明の焦電形赤外線センサの応用
例であり、数個の凹面鏡Ｍ１〜Ｍ３及び図示しな
い凹面鏡を略球面上に配列し、略中央に焦電形赤
外線センサ１を配設したものであり、各凹面鏡に
よるそれぞれの検出ゾーンの中に焦電形赤外線セ
ンサ１のミラー片により検出ゾーンが現れる。

第６図は他の応用例であり、放物面鏡６１の焦
点に焦電形赤外線センサ１を配置したものであ
り、放物面鏡の開口径と同寸法の円形ゾーン内に
ミラー片による検出ゾーンが重さなり、円形ゾー
ン内の被検出体を感度良く検出することができ
る。

〈発明の効果〉 本発明の焦電形赤外線センサは以上詳細に述べ
た通りであり、以下に示す効果を生じる。

(1) ミラー片をケース内部に収容してあるので、
従来焦電形赤外線センサ及びミラー片で組み立
てていた装置例えば、焦電形赤外線検出装置と
同様のものを構成することができ、外部の加工
が必要なくなり、焦電形赤外線センサのケース
自体の大きさに小形化することができる。

(2) ミラー片は反射率が１に近い鏡面処理を施す
のであるが、ミラー片を収容するケース内には
不活性ガス又は窒素ガス等と共に封止すること
ができるため、汚れや腐食による反射率の低下
が生じ難くなり、長期的に安定した焦電形セン
サを得ることができる。

(3) 集光ミラーに対向させて焦電形赤外線センサ
を配置していた従来の焦電形赤外線検出装置に
おいて、従来の焦電形赤外線センサを本発明の
ものと交換することにより、従来の装置でも検
出ゾーンを細分化し、大きな差動出力を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明焦電形赤外線センサの一実施
例の正面断面図、同ｂは平面図、第２図は本発明
センサの動作説明図、第３図ａは焦電形赤外線検
出素子の出力波形図、第３図ｂはFET出力波形
図、第４図は本発明センサの第２の実施例を示す
斜視図、第５図及び第６図は本発明センサの応用
例を示す概略的に示す斜視図、第７図は従来の焦
電形赤外線センサの正面断面図、第８図は焦電形
赤外線センサに適用する回路図、第９図ａ，ｂは
焦電形赤外線検出装置の平面図および正面断面
図、第１０図は動作説明図、第１１図ａは焦電形
赤外線素子の出力波形図、同ｂはFETの出力波
形図である。 １……焦電形赤外線センサ、２……ケース、３
……底板、４……ピン、５……FET回路、６…
…焦電形赤外線検出素子、７……基板、８，８１
……ミラー片、８ａ，８ｂ……反射面、９……カ
バー、１０……開口部、１１……光学フイルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 開口部を赤外線が透過する部材で覆つたケー
   ス内に、一対の焦電形赤外線検出素子を前記開口
   部に向けて配設した基板を収容した焦電形赤外線
   センサにおいて、 前記ケース内に入射する赤外線を反射して前記
   焦電形赤外線検出素子に入射させるミラー片を前
   記ケース内に備えたことを特徴とする焦電形赤外
   線センサ。