JPH05333030A

JPH05333030A - 赤外線空間フィルタ素子

Info

Publication number: JPH05333030A
Application number: JP16002992A
Authority: JP
Inventors: Atsuyuki Kato; 淳之加藤
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1992-05-28
Filing date: 1992-05-28
Publication date: 1993-12-17

Abstract

(57)【要約】【目的】暗い環境下での計測を可能とするとともに周
囲温度と異なる表面温度を有する対象物体の移動を選択
的に検出可能とする。【構成】対象物体を光学的に検知する焦電体膜３が少
なくとも櫛形下部電極２と上部共通電極４との間に挟持
され、かつ櫛形下部電極２が第１の櫛形電極２₁と第２
の櫛形電極２₂ とで空間フィルタを形成し、石英ガラス
基板１上に一体構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動する対象物体の動
きを検出する赤外線空間フィルタ素子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の赤外線空間フィルタ素子
としては、例えば特公昭５６−３９４２９号公報には光
電変換素子を電気的に正方向および逆方向に結線し、正
方向および逆方向の光電変換素子が平面上で縦方向およ
び横方向に繰り返して現れるように配置し、正方向光電
変換素子の出力の和と逆方向光電変換素子の出力の和と
を差動的に結線し検出出力を得るようにした被検体の動
き検出用光電変換面が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の光電変換装置は、被検体を人に限定した場合、
以下に説明するような問題があった。光電変換素子を構成する光電変換材料としてアモルフ
ァスシリコンや単結晶シリコンを用いていたので、暗い
環境下での対象物体としての人の速度あるいは動きなど
の計測が困難であった。つまりアモルファスシリコンや
単結晶シリコンは、主に可視光の強度に比例した出力が
生じるため、低照度下では出力が極端に小さくなり、十
分なＳ／Ｎが取れなかった。周囲温度と同程度の表面温度を持った対象物体も同時
に検出されてしまうという不都合があった。つまりアモ
ルファスシリコンや単結晶シリコンを用いた素子では、
センサの視野内にある照度むらあるいはパターンの変化
に対して出力を生じるため、人以外の物体が動いてもセ
ンサが検出してしまう。対象物体の色むらにより、信号レベルが変化する（背
景色に近い色の場合、信号が小さくなる）という不都合
があった。例えば黒い壁の前を黒い服を着た人が通過し
ても照度変化が少ないので、出力信号はほとんど出力さ
れないが、白い服を着た人が同じように通過したとき
は、センサに入射する照度の変化は著しくなり、大きな
出力信号が出力される。このように同じ動きに対して全
く異なった出力信号が生じてしまう。

【０００４】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、暗
い環境下での計測を可能とするとともに周囲温度と異な
る表面温度を有する対象物体（主に人など）の移動を選
択的に検出可能とした赤外線空間フィルタ素子を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明による赤外線空間フィルタ素子は、対象
物体から放射されている赤外線を熱的に検知する焦電体
膜が少なくとも２つの対向電極間に挟持され、かつこの
対向電極の少なくとも一方が空間フィルタを形成するた
めの１組以上の電極パターンからなり、基板上に一体構
成したものである。

【０００６】

【作用】本発明においては、空間フィルタと一体化した
焦電体膜により、周囲温度と異なる表面温度を有する対
象物体の移動が検知される。

【０００７】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。（実施例１）図１は、本発明による赤外線空間フィルタ
素子の一実施例による構成を示す図であり、図１（ａ）
は断面図，図１（ｂ）はその平面図である。図１（ａ）
において、１は石英ガラス基板、２はこの石英ガラス基
板１上に形成された空間フィルタ構造を有する櫛形下部
電極、２ａ，２ｂはその電極端子である。なお、この櫛
形下部電極２は石英ガラス基板１の表面に例えばＡｌの
金属薄膜を成膜し、所定の形状にパターンニングを行っ
て形成されている。３は櫛形下部電極２が形成された石
英ガラス基板１上に形成された高分子焦電体膜、４はこ
の高分子焦電体膜３上に櫛形下部電極２に対向して形成
された例えばＮｉ−Ｃｒなどからなる上部共通電極、４
ａはその電極端子である。

【０００８】このような構成において、高分子焦電体膜
３が櫛形下部電極２と上部共通電極４との間に挟持さ
れ、空間フィルタの機能を有しかつ赤外線を検出する赤
外線検出素子５を構成している。なお、６は上部共通電
極４上に形成された例えば白金黒などからなる熱線吸収
膜である。また、７は前述した構造で構成された赤外線
空間フィルタ素子を収容するパッケージ、８ａ，８ｂは
それぞれ櫛形下部電極２の電極端子２ａ，２ｂをリード
線９を介して外部に引き出す電極端子である。また、こ
のパッケージ７の光入射側には対象物体から放射されて
いる赤外線に対応した赤外バンドパスフィルタＦが配置
されている。

【０００９】この櫛形下部電極２は、図１（ｂ）に示す
ように複数の矩形状の櫛歯を有する第１の櫛形電極２₁
と第２の櫛形電極２₂ とから構成され、これらの第１の
櫛形電極２₁ および第２の櫛形電極２₂ はその矩形状櫛
歯部分を互いに所定のピッチで対向させ組み合わせて構
成され、高分子焦電体膜３上に形成された上部共通電極
４に対して石英ガラス基板１上に対向配置される構成と
なっている。

【００１０】また、これらの第１の櫛形電極２₁ および
第２の櫛形電極２₂ は、それぞれ対応する矩形状櫛歯部
分が導体配線２ｃにより電気的に接続されて引き出さ
れ、それぞれ電極端子２ａおよび電極端子２ｂに接続さ
れている。なお、これらの導体配線２ｃの上部には前述
した上部共通電極４は配置されない構成となっている。

【００１１】このような構成において、高分子焦電体膜
３が櫛形下部電極２と対向する上部共通電極４とで挟持
されて赤外線検出素子５を構成するとともに櫛形下部電
極２が第１の櫛形電極２₁と第２の櫛形電極２₂とで空間
フィルタを構成しているので、上方から対象物体として
例えば人間が矢印で示す方向Ａに移動すると、人間の像
から放射される赤外線が赤外線検出素子５に入射され
る。このとき、櫛形下部電極２の第１の櫛形電極２₁お
よび第２の櫛形電極２₂は、移動方向Ａに沿ってピッチ
ｐで連続して配置されているので、人間の移動速度をｖ
とすると、空間フィルタを構成する櫛形下部電極２から
出力される周波数ｆは、ｆ＝ｖ／ｐとなり、この周波数
ｆを測定することにより、人間の移動速度を検出するこ
とができる。

【００１２】このような構成によると、櫛形下部電極２
と上部共通電極４との間に高分子焦電体膜３が挟持され
た赤外線検出素子３は、温度変化に対して出力を生じる
ため、視野内を背景温度と異なった温度を持つ物体が横
切ると、背景温度との温度差に比例した出力が得られ
る。したがって暗い環境下（低照度下）であっても検出
が可能となる。

【００１３】なお、前述した実施例においては、下部電
極２を櫛形状にパターンニングさせて構成した場合につ
いて説明したが、上部共通電極４を櫛形状に形成しても
良い。さらには両電極および焦電体共に櫛歯状にパター
ンニングされていても前述と同様の効果が得られかつ吸
収した熱エネルギの横方向への熱拡散を低く抑えること
ができる。

【００１４】（実施例２）図２は、本発明による赤外線
空間フィルタ素子の他の実施例による空間フィルタを形
成する対向電極の構成を示す図であり、図２（ａ）は下
部電極の平面図，図２（ｂ）は上部電極の平面図であ
る。図２（ａ）において、下部電極２Ａは、複数の矩形
状電極２₃ が互いに所定のピッチを有しかつ配列に不規
則性を持たせて適当に分散配置され、これらの分散配置
された各矩形状電極２₃ がそれぞれ導体配線２ｃにより
電気的に接続されて石英ガラス基板１上に形成配置さ
れ、空間フィルタ構造を構成している。

【００１５】また、図２（ｂ）に示すように上部電極４
Ａは、その矩形状電極４₃ が下部電極２Ａの矩形状電極
２₃ と同形で同数，同位置（Ｘ−Ｙ方向のみ）に形成さ
れ、導体配線４ｂにより全て電極端子４ａと接続され、
前述した高分子焦電体膜３上に形成されて共通電極を構
成している。

【００１６】このような構成において、空間フィルタ構
造を有する下部電極２Ａと上部電極４Ａとの間に高分子
焦電体膜３が挟持されて赤外線検出素子５が構成され
る。また、この空間フィルタの構成としては、例えば縦
方向に９個，横方向に９個配列し合計８１個配置したセ
ルＳの重み付けを、図２（ａ）示すように＋１，−１が
不規則に並ぶように乱数または疑似乱数を利用し不規則
に配列してレイアウトする。この場合、疑似乱数として
は、例えばＭ系列を使用し、これを二次元に展開して行
う。また、重み付けされたセルＳの重みの総和がほぼ零
とする。また、重みの総和が０でないときでもその絶対
値が全てのセルＳの重みの絶対値の和の１０％以内とす
る。そして空間フィルタとして機能する重みの二次元配
列の自己相関を取ったとき、ピークが１点にのみ存在
し、二次元において、不規則性が成立するように形成さ
れている。なお、前述したピークの数は最悪でも４点を
越えないようにする。

【００１７】（実施例３）図３は、本発明による赤外線
空間フィルタ素子の他の実施例による構成を示す図であ
り、図３（ａ）は斜視図，図３（ｂ）はその断面図であ
り、前述の図と同一部分には同一符号を付してある。図
３において、図１と異なる点は、石英ガラス基板１に代
えて全体の形状が曲面状に形成された例えば金属製基板
１Ａを用い、この金属製基板１Ａの表面に絶縁膜を形成
し、この絶縁膜上に赤外線検出素子５を形成し、この赤
外線検出素子５の表面側から対象物体からの赤外線を入
射させても前述と同様な効果が得られる。

【００１８】このように構成された赤外線空間フィルタ
素子は、その全体形状が曲面状に形成されるので、視野
が拡大され、赤外線の入射範囲が大幅に拡大されて広範
囲からの赤外線検知が可能となる。さらに図３（ｂ）に
示すようにこの赤外線検出素子５の表面側にフレネルレ
ンズ１０を配設することによって視野がさらに拡大さ
れ、入射角依存性がさらに小さくなる。

【００１９】図４は図１，図２，図３に示した赤外線検
出素子５の信号処理回路のブロック図を示したものであ
る。同図において、Ｃはインピーダンス変換回路、
Ｔ₁，Ｔ₂は電界効果トランジスタ、Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄
は抵抗であり、このインピーダンス変換回路Ｃは赤外線
検出素子５の高分子焦電体膜３がハイインピーダンスで
あるために図１の赤外線検出素子５と電極端子８ａ，８
ｂとの間に接続され、具体的にはリード線９間に接続さ
れることになる。また、１１は差動増幅器、１２はバン
ドパスフィルタ、１３はＡ／Ｄ変換回路、１４は演算処
理回路である。

【００２０】このような構成において、差動増幅器１１
に第１の櫛形電極２₁ ，第２の櫛形電極２₂ の出力がイ
ンピーダンス変換回路Ｃを介して電極端子８ａ，８ｂか
ら入力されると、その出力差をとり、増幅される。ここ
で赤外線検出換素子５上に投影された例えば人間像が２
×（電極幅Ｐ₁ ＋電極間幅Ｐ₂ ）分移動すると、１周期
の明暗変化を起こし、赤外線検出素子５で電気信号に変
換される。なお、この電気信号の周波数は検知する人間
の移動速度により、決定される。この信号はバンドパス
フィルタ１２に入力され、バンドパスフィルタ１２は検
知すべき移動する人間の信号周波数を通過させる。バン
ドパスフィルタ１２の出力はＡ／Ｄ変換回路１３により
Ａ／Ｄ変換されて演算処理回路１４に出力され、この演
算処理回路１４では例えば自己相関関数を演算し、移動
物体の速度を求める。実施例２の素子ではその出力信号
から移動物体の数量および平均線速度に比例した信号が
出力端子１４ａに出力される。この出力信号は例えば不
規則な動きをする人の動作モニタ信号として用いること
ができる。

【００２１】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
対象物体を光学的に検知する焦電体膜が少なくとも２つ
の対向電極間に挟持され、かつ前記対向電極の少なくと
も一方が空間フィルタを形成するための１組以上の電極
パターンからなり、基板上に一体構成したことにより、
従来のアモルファスシリコンや単結晶シリコンを用いた
空間フィルタ素子に比べて暗い環境下での対象物体の移
動あるいは動きなどの計測が可能となるなどの極めて優
れた効果が得られる。また、周囲温度と異なる表面温度
を持った対象物体の動きを選択的に検出することができ
るなどの極めて優れた効果が得られる。さらに空間フィ
ルタを不規則性を持たせて構成したことにより、視野内
の移動方向に関わらず動きが検出できるとともに例えば
視野内の異なった場所の動きがキャンセルし合うことが
少なくなり、場所の独立性を持たせることができ、対象
物体の移動の周波数信号が明瞭に得られるなどの極めて
優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による赤外線空間フィルタ素子の一実施
例による構成を示す図である。

【図２】本発明による赤外線空間フィルタ素子の他の実
施例による空間フィルタ構成を示す拡大平面図である。

【図３】本発明による赤外線空間フィルタ素子のさらに
他の実施例による構成を示す図である。

【図４】赤外線検出素子の信号処理回路を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１石英ガラス基板１Ａ金属製基板２櫛形下部電極２Ａ下部電極２₁ 第１の櫛形電極２₂ 第２の櫛形電極２₃ 矩形状電極２ａ電極端子２ｂ電極端子２ｃ導体配線３高分子焦電体膜４上部共通電極４₃ 矩形状電極４Ａ上部電極４ａ電極端子４ｂ導体配線５赤外線検出素子６熱線吸収膜７パッケージ８ａ電極端子８ｂ電極端子９リード線１０フレネルレンズ１１差動増幅器１２バンドパスフィルタ１３Ａ／Ｄ変換回路１４演算処理回路Ｆ赤外バンドパスフィルタＣインピーダンス変換回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物体から放射されている赤外線を熱
的に検知する焦電体膜が少なくとも２つの対向電極間に
挟持され、かつ前記対向電極の少なくとも一方が空間フ
ィルタを形成するための１組以上の電極パターンからな
り、基板上に一体構成されていることを特徴とする赤外
線空間フィルタ素子。