JPH0495730A - 焦電型赤外線センサ及びその装置 - 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〕 この発明は、焦電型赤外線センサに関し、特に静止した
被検出恒温物体の検出も行なうことのできる焦電型赤外
線センサに関する。

〔従来の技術〕

従来の焦電型赤外線センサ１は、第１３図で示すように
、ケースＣの窓部３に光学フィルタ４が取り付けられ、
内部に感知素子５とバッファ回路６が設けられている。

光学フィルタ４は、窓部３に入射するさまざまな波長の
赤外線Ｒから、例えば人体検出用のものであれば、７〜
１０−の遠赤外線だけを選択透過し、内部の感知素子５
面の表面温度を上昇させる。

この感知素子５は、安定時、即ち、素子５の表面温度が
変化しない時には、第１２図（ａ）に示すように、素子
５表面に現れる十と−の電荷は空気中の逆のｔ？Ｉをも
つ浮遊イオンと結びつき、電気的に中和され平衡を保っ
ている。

一方、窓部３前方に例えば、人が立った場合等のように
、感知素子５表面に入射する赤外線量に変化があると、
第１２図（ｂ）のように、素子５０表面温度の変化に応
じて素子５の分極の大きさが変化し、安定時の電荷の平
衡状態が崩れ、素子５表面の電荷と吸着浮遊イオン電荷
の緩和時間が異なるため、不平＃電荷を一時的に生ずる
。前記赤外線センサ１では、この不平ｌｉ！荷をバッフ
ァ回路６より出力して検出出力としている。

ところで焦電型赤外線センサ１は、上記のように、背景
温度（雰囲気温度）と被検出恒温物体（以下被検出体と
称する）との温度差（エネルギー差）を捕らえて出力す
る微分型センサのため、定常温度のもの、徐々に移動す
るもの、また静止したもの等、背景温度に融は込んだ温
度変化の少ないものからの出力は小さくなり、検出する
ことが非常に困難である。

したがって、従来では、第１０図に示すように、前記セ
ンサ１の窓部３に、例えば羽根車等の回転体７を取り付
け、この回転体７をステッピングモータや圧電パイモフ
ィル等で回転させるチッッパ機構８を設け、窓部３を一
定間隔で遮蔽して強制的に温度変化（エネルギー）を作
り出し、第１１図に示すように、この際検出される背景
温度と被検出体の温度差出力を、事前に設定した背景温
度出力と比較することにより、静止した被検出体の検出
を行なうことが考えられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のものでは、チクツバ機構として、
羽根車やモータ等のものが必要となるので、サイズや重
量も大きくなり、小型化に限度がある。

さらに、チゴッパ機構は機械機構であるため、連続使用
するには寿命が短く、定期的な保守作業も必要で、製造
コストも高いものとなる問題がある。

そこで、この発明の課題は上記の問題を解決し、静止し
た被検出体も検出できる焦電型赤外線センサを提供する
ことにある。

〔Ｒ題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するため、この発明にあっては、焦電
型センサの、「背景温度と温度差が無い物のように背景
温度に融は込んで温度変化の少ない物からの出力振幅は
小さ（なる」という性質に着目し、これを逆に利用して
、従来の焦電型センサに、被検出体が放射するのとほぼ
同じ赤外線を前記感知素子表面に放射する赤外線放射器
と、前記放射器を一定周期で駆動する駆動回路とを備え
た構成としたのである。

また、上記焦電型赤外線センサに赤外線を上記感知素子
表面に反射する光学系を設けた構成とすることもできる
。

さらに、上記焦電型センサ装置をケース内に設けた構成
とすることもできる。

一方、従来の焦電型センサに、前記感知素子表面の前方
に、印加電圧によって前記感知素子表面に入射する赤外
線を透過または散乱する液晶シャッターパネルを設ける
と共に、この液晶シャッターパネルに一定周期で電圧を
印加する駆動回路を備えた構成とすることもできる。

また、上記液晶シャッターを光学フィルタに形成した構
成とすることもできる。

さらに、上記焦電型赤外線センサをケース内に設けた構
成とすることもできる。

〔作用〕

このように構成される焦電型赤外線センサは、前記セン
サの感知素子面に、駆動回路により、駆動される赤外線
放射器から、一定周期で被検出体とほぼ同じ波長の赤外
線が放射されており、感知素子表面に強制的に温度変化
を与えている。この視野角内に被検出体が無い場合は、
センサから、背景温度と放射器温度との差に対応した比
較的大きな振幅の出力が得られる。

一方、センサ視野内に被検出体が有る場合は、放射器の
駆動時と被駆動時のいずれの場合も、センサに入力され
る赤外線のエネルギーに大差は無く、即ち、背景温度に
融は込んだ被検出体が有る場合と同様にセンサ出力振幅
は、非常に小さくなる。

したがって、被検出体が視野角内に無い場合には、放射
器の駆動、被駆動に同期した大きな振幅の出力が得られ
、有る場合には、放射器の駆動、被駆動に関係なく、小
さな振幅の出力となる。

また前記センサに赤外線を反射する光学系を設けた時は
、その光学系を調整し、放射器及びセンサ視野内から入
射する赤外線を反射させて感知素子表面に達するように
調整する。

さらに、前記焦電型センサと光学系とをケース内に設け
ると、光学系の位置関係を固定することができる。

また一方、光学フィルタ前方の液晶シャッターパネルを
一定間隔で駆動すると、光学フィルタを介して感知素子
表面へ入射する赤外ｖＡを一定周期で遮蔽して素子表面
に強制的に温度変化を与える。

また、光学フィルタに液晶シャッターを形成する場合は
、光学フィルタとガラス板との間に液晶を封入し液晶シ
ャッターパネルを形成する。

さらに、上記液晶シャッターパネルを用いたものをケー
ス内に設けた場合は、このケースを被検出恒温物体に向
けて検出を行なう。

〔実施例１〕 以下この発明による静止人体検出センサの実施例を第１
図から第４図に基づいて説明する。

第１図に示す焦電型赤外線センサ装置Ａは、感知素子（
以下センサ素子と称す）５の前方にハーフミラ−Ｍを介
し、人体検出用の光学フィルタ４が設けられており、セ
ンサ視野内から入射した赤外１ｉＡＲは、人の体温と同
し７〜］Ｏｍの赤外線のみが透過され、ハーフミラ−Ｍ
を通ってセンサ素子５面へ到達する。前記フィルタ４は
、検出目的が人であるため、人が放射する赤外線を選択
し、弁別して透過するものが用いられているが、検出対
象が異なる場合には、目的とする対象物が放射する赤外
線の波長を透過するものを選定する。

また、このセンサー面へは、センサ素子５近傍の°赤外
線放射器７から放射される前記体温と同じ７〜１０＃ｍ
の赤外線を、ハーフミラ−Ｍに反射させて、前記視野内
の赤外線と共に入射させている。

この前記放射器７も前記フィルタ４と同様、検出対象の
放射する赤外線を放射するものが選ばれる。

この時、前記両赤外線のセンサ素子５への入射調整は、
ハーフミラ−Ｍを動かして容易に行なうことができる。

また、前記放射器７には、例えばセラミックス素子を用
いた小型のヒータ等が考えられ、さらに、前記ハーフミ
ラ−Ｍはプリズム等でもよく、前記と逆にセンサー視野
内から入射した赤外線Ｒを反射し、赤外線放射器７から
の赤外線を透過するようにしてもよい。

前記赤外線放射器７には、駆動回路８が接続されており
、前記放射器７を第２図ａのように１）ｆｚ程度のパル
ス信号で駆動し、センサ素子５表面に強制的に温度変化
を与え、その際出力される信号の振幅の大小を判定する
ことにより、視野内の静止した被検出体の検出も行なえ
るようになっている。前記駆動回路８の周波数は、セン
サ素子５の周波数特性に合せて調整する。

一方、前記センサ素子５には、増幅検波器９及び振幅弁
別回路１０が接続されており、センサ素子５からの出力
信号を帯域増幅し、レベル比較して出力する。

このように、このセンサ装置Ａは可動部品を用いること
なく構成されており、サイズ、重量とも小さくでき、さ
らに長寿命とすることがでるので、連続使用にも適した
ものである。

この実施例は、以上のように構成されており、いま、セ
ンサ素子５のセンサ面に、駆動回路８に駆動された赤外
線放射器７よりハーフミラ−Ｍに反射されたパルス状の
赤外線が放射され、増幅検波器９からは第２図すのよう
に、前記放射器７の作動に同期した背景温度と放射器７
の温度との差に対応した出力信号が出力されている。

このセンサ装置Ａの視野角に人が立ち入ったり、静止し
ている人があると、人体からの放射エネルギーは、セン
サー素子５面に到達するが、この時、放射器７の温度は
人の体温とほぼ等しくしてあり、放射器７の駆動時のセ
ンサ表面に到達するエネルギーは非駆動時の場合と大差
がないため、センサ素子５の出力振幅は非常に小さくな
る。このため、出力信号は第２図す、ｃに示すように、
センサ装置Ａの視野内の人の有無によって出力波形に顕
著な相違が生ずることとなり、この信号出力を振幅弁別
回路１０によって弁別すると簡単に人の有無を検出する
ことができる。

このように、このセンサ装置ｆＡは、人の静止、移動に
関係なくその検出を行なえるが、ただし、センサ装置Ａ
の視野角内を人が移動する場合に、振幅弁別回路１０出
力に乱れが発生する場合があり、その際には、前記弁別
回路１０出力を積分回路、又はローパスフィルター等を
使用し、出力の乱れを除去し検出する。

また、このセンサ装置Ａは、放射器７の駆動、非駆動に
係らず、常に背景温度を検出しているので、雰囲気温度
が変わっても、その出力波形に変化は起きず、したがっ
て、センサ装置Ａの設置場所が変わって雰囲気温度が変
化しても、検出レベルの調整は必要ない。

なお、このセンサ装置Ａは、第３図に示すように、ケー
スＣ内にセンサ素子５と反射鏡Ｍ及び赤外線放射器７を
組み込むこともできる。このようにすると、前記反射鏡
Ｍの位置を精密に固定することができるため、全体の光
学系の調整が不要になり、量産化に適したものとなる。

一方、第１図に示すように光学フィルタ４の前方に集光
装置り例えば、フレネルレンズ等を設置すると、センサ
ー装置Ａの視野角の大きさを任意に設定することができ
、センサー装置Ａの感度調節も行なうことができる。

また、ケースＣには、前記のもの以外にも光学フィルタ
４、駆動回路８、増幅検波器９、振幅弁別回路１０の全
部、若しくは、一部を組み込んだものでもよい。

さらに、第４図（ａ）、（ロ）に示すように、赤外線放
射器７は、光学フィルタ４の前方からフィルタ４を介し
てセンサ素子５面へ赤外線を放射するようにしてもよく
、その際、光学フィルタ４により、被検出体と同じ赤外
線が選択透過されるので、前記放射器７は、前記赤外線
を含む赤外線を放射するものでもよい。

〔実施例２〕 また、この発明の他の実施例を第５図から第９図に基づ
いて説明する。

第５図に示す焦電型赤外線センサＢは、センサ素子５前
方に設けられた光学フィルタ４のさらに、その前方に液
晶シャッターパネル（以下液晶シャッターと称する）１
２が設けられている。

この液晶シャッター１２は第６図に示すように、２枚の
透明ガラス２０の内側に透明電極２１を蒸着しその間に
液晶２２を封入したもので、厚さ３−以下のガラス厚と
同程度の軽量極薄状のものとなっている。また、この液
晶シャッター１２は、第５図のように駆動回路１１によ
り、リフレッシュされながら、１上程度の周期で直流電
圧が印加されている。

このため、液晶シャッター１２は例えば、第６図のよう
に電界が加えられた場合は、液晶２２の結晶配列が乱れ
て入射する赤外線Ｒを散乱し、液晶シャッター１２が閉
じた状態となってセンサ素子５表面への赤外線Ｒの通過
を遮断する。一方、電界が加えられない場合には、結晶
配列は整然と並んだ状態となって赤外＊Ｒを透過し、液
晶シャッター１２が開いた状態となってセンサ素子５面
へ赤外線Ｒを通過させる。

このように液晶シャッター１２は、センサ素子５面へ入
射する赤外線Ｒを駆動回路１１の駆動周期で遮蔽し、セ
ンサ素子５面に強制的な温度変化を作り出す、このため
、この液晶パネル１２は従来の機械チッッパと同様に作
用し、センサ素子５からは第１１図に示す従来例のもの
と同様の電圧波形が出力される。

この出力は、増幅器９により増幅し、検波回路を含むフ
ィルタ部１３により直流出力に変換して、この直流出力
に混合器１５によって温度補正回路１４からの周囲温度
の補正値を加えて温度補正した出力を、背景温度レベル
と比較することにより、静止した被検出体の検出を行な
う。

この実施例は以上のように構成されており、いま、液晶
シャッター１２に駆動回路１１から駆動信号が加えられ
、この信号によって液晶シャッター１２が開閉して光学
フィルタ４を介し、センサ素子５面へ到達する赤外線Ｒ
を一定周期で遮蔽して素子５表面に温度変化を与えてお
り、そのセンサ５出力は、第９図に示す［非検出時］の
ようにシャッター１２の開閉に同期したものとなってい
る。

このセンサＢの視野角に人が立ち入ったり、静止した人
があると、センサ５の出力信号は同図に示す「検出時」
のように、その出力振幅は上昇し、フィルタ１３出力電
圧も上昇するため、この検出電圧のレベル差によって人
の有無を検出する。

このように、このセンサＢは、チョッパ機構として従来
のように機械的な機構部品を用いないで液晶シャッター
１２を採用したことにより、装置Ｂは小型軽量なものと
なっており、連続使用に際しても保守作業も不必要とな
っている。

さらに、液晶シャッター１２は、低消費電力素子である
ため、前記の小型軽量と相まって携帯用機器に組み込む
事も可能である。

また、第５図に示すように、液晶シャッター１２′は、
センサ素子５と光フィルタ４との間に設けても、前記で
述べたと同様、センサ素子５への赤外線Ｒを一定周期で
遮蔽して静止被検出体の検出を行なえる。

一方、この液晶シャッター１２は、第７図に示すように
、光フィルタ４を一方の透明ガラス板２０に兼用し、他
方のガラス板２０との間に液晶２２を封入して、光フィ
ルタ４に液晶シャッター１２を形成することもできる。

このようにすると、さらに、装置ｌＢの小型化が計れ、
組み立て工数の削減も計れる。

さらに、この装置Ｂは、液晶シャッター１２のサイズを
軽薄短小に自由に形成することができるので、この装置
Ｂを例えば第８図（ａ）、（ロ）、（Ｃ）のように、従
来の焦電型センサー１のケースＣ内に収めて、簡単にオ
ールインワンタイプの静止被検出恒温物体センサを構成
することができる。なお、同図（Ｃ）の４′は光学フィ
ルタ４に液晶シャッターを形成したものである。

このため、第８図に示したものは、従来の焦電型赤外線
センサー１を使用した移動体検出センサ装置や機器にそ
のまま使用でき、このセンサ装置Ｂが組み込まれたもの
は、そのままで静止恒温物体検出も行なえるようになる
。

なお、このセンサ装置Ｂは、検出出力がリニアとなるた
め、温度センサとしても使用できる。

〔効果〕

この発明は、上記のように構成したので、人体のような
被検出恒温物体、例えば人の移動、静止を問わず、焦電
型赤外線センサの視野内に存在するか否かを確実に検出
することができる。しかもセンサ装置は、機械的可動部
分がないため、小型軽量で寿命も長く、安価なコストで
実施でき、保守も不要である。

また、前記センサに、赤外線を反射する光学系を設ける
と、赤外線放射器及びセンサ視野内からのセンサ素子表
面への赤外線の入射を、容易に調整することができる。

さらに、ケース内に前記センサと光学系を設けると、光
学系を固定して調整を不要とすることができるので、量
産に適したものとなる６一方、液晶シャッターを光学フ
ィルタに形成したものは、形状も小さくなり、センサー
装置組み立ての際の組み立て工程数も削減できる。

また、ケース内に液晶シャッターと駆動回路を設けたも
のは、このケースを従来の焦電型赤外線センサのケース
とすることもできるので、このセンサーが使用されてい
た従来装置にそのまま組み込んで、使用でき、また、移
動物体しか検出できなかった前記装置を、何等手を加え
ることなく、静止物体も検出できる装置とすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第９図は、この発明に係る焦電型赤外線セン
サの実施例を示し、第１図は模式図、第２図は作用図、
第３図、第４図（ａ）、（ロ）は第１図の他の実施例の
模式図、第５図は他の実施例の模式図、第６図は液晶シ
ャッターパネルの作用図、第７図は他の液晶シャッター
パネルの概略図、第８図は他の実施例の断面図、第９図
は第５図の作用図、第１０図は従来例のブロック図、第
１１図、第１２図は従来例の作用図、第１３図は従来例
の断面図面である。 Ａ・・・・・・焦電型赤外線センサ装置、Ｃ・・・・・
・ケース、　　　Ｍ・・・・・・光学系、７・・・・・
・赤外線放射器、４・・・・・・光学フィルタ、５・・
・・・・感知素子、　　８・・・・・・駆動回路、１１
・・・・・・駆動回路、 １２．１２′・・・・・・液晶シャッターパネル。 第１図 第３図 Δ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検出恒温物体の放射する赤外線を透過する光学
   フィルタと、このフィルタを介して前記赤外線を感知す
   る感知素子からなる焦電型赤外線センサにおいて、被検
   出体が放射するのとほぼ同じ赤外線を前記感知素子表面
   に放射する赤外線放射器と、前記放射器を一定周期で駆
   動する駆動回路とを備えたことを特徴とする焦電型赤外
   線センサ。
2. （２）被検出恒温物体の放射する赤外線を透過する光学
   フィルタと、このフィルタを介して前記赤外線を感知す
   る感知素子からなる焦電型赤外線センサにおいて、前記
   感知素子表面の前方に、印加電圧によって前記感知素子
   表面に入射する赤外線を透過または散乱する液晶シャッ
   ターパネルを設けると共に、この液晶シャッターパネル
   に一定周期で電圧を印加する駆動回路を備えたことを特
   徴とする焦電型赤外線センサ。
3. （３）上記請求項（２）記載の焦電型赤外線センサにお
   いて、上記液晶シャッターを光学フィルタに形成したこ
   とを特徴とする焦電型赤外線センサ。
4. （４）上記請求項（２）または（３）記載の焦電型赤外
   線センサをケース内に設けたことを特徴とする焦電型赤
   外線センサ装置。
5. （５）上記請求項（１）記載の焦電型赤外線センサにお
   いて、赤外線を上記感知素子表面に反射する光学系を設
   けたことを特徴とする焦電型赤外線センサ装置。
6. （６）上記請求項（５）記載の焦電型センサ装置をケー
   ス内に設けたことを特徴とする焦電型赤外線センサ装置
   。