JPH0649975U - 赤外線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的小さなレンズを用いることができ、こ
のレンズのアライメント及びアライメントの維持を簡単
且つ確実に行うことのできる赤外線検出器を供する。 【構成】 赤外線検出器は、密封されたハウジング
(９, 20) 内に焦電検出素子(1) を有する。前記のハウ
ジングは、ベース(9) と、孔(10)をもったカバー(20)と
を有する。例えばポリエチレンでつくられた８−14μｍ
波長範囲を通すフレネルレンズ(18)が、検出すべき放射
線を検出素子上に集光するように前記のカバーの内例で
孔に固定される。１つの例では、フレネルレンズは、孔
を取囲むフランジ(17)に対して例えば押嵌めリング(21)
によって確りと保持される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、円孔をそなえ且つ焦電検出素子を中に入れた円筒より成る密封ハウ ジングを有する赤外線検出器であって、前記の焦電検出素子は、前記の円筒の内 部で露出され且つ検出赤外線がその上に向けられる表面を有する該赤外線検出器 に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

焦電（Pyroelectric) 検出素子を有する赤外線検出器は、焦電検出器と短縮し て呼ばれることが多い。この焦電検出器は種々の目的、例えば遠隔スインチング システム、侵入者警報、および一般に運動センサ等に対して用いられる。このよ うなセンサは、人間が歩き回る時または例えば手を振ることによってその一部だ けを動かす時でも自然に赤外線の移動源となるということによつているものであ る。人間の発する放射線は焦電検出計によつて電気信号に変換され、この電気信 号は例えば警報を出させたり光を付けたりまたは消したりするのに用いられる。

【０００３】 焦電検出素子は、周囲の影響よりしや蔽するためにこれを密封ハウジングに入 れるのが普通である。このハウジングは、円孔をそなえた円筒とこの円孔をおお つた固定された窓とを有する。この窓は、赤外線に対して透明なシリコンのよう な材料よりつくられる。検出すべき放射線は、例えばハウジング外側の凹面鏡ま たは凸レンズのような集光手段によつて検出素子上に集光することができる。こ の外部の鏡やレンズは比較的大きく、離れた存在として、焦電検出器に対してア ライメントされまたアライメント状態を維持せねばならない。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の目的は、比較的小さなレンズを用いていることができ、このレンズの アライメント及びアライメントの維持を簡単且つ正確に行うことのできる赤外線 検出器を供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するために、本考案は、冒頭に記載した種類の赤外線検出器 において、検出すべき放射線を焦電検出素子表面に集光するフレネル・レンズが 、円筒内側に円孔をおおって固定され、前記の表面より離間されたことを特徴と するものである。

【０００６】 本考案の焦電検出器は、検出すべき赤外線がフレネル・レンズにより検出素子 上に集光され、このフレネル・レンズは、検出素子に対して固定され、検出器ハ ウジングの一体部分を形成するため外部の集光手段が不用となるので、従来の検 出システムにくらべると比較的コンパクトで安価であるという利点を有する。更 に、フレネル・レンズは円筒内側に円孔をおおつて固定されるので、この検出器 は明確な視野をもつ。

【０００７】 フレネル・レンズは人間より放射される波長範囲即ち8 〜14μm の波長範囲の 赤外線を通すポリエチレンのようなプラスチック材より成るのが好ましい。 フレネル・レンズは円筒に直接的または間接的に固定することができる。何れ の場合にも、円筒は、円孔の周囲に内向きのフランジを有するのが好ましい。直 接的な固定のためには、フレネル・レンズを円筒の内側で押嵌め環状部材によつ てフランジに保持するようにすることができる。間接的な固定のためには、フレ ネル・レンズを例えば接着剤で別の窓に固定し、この窓自身はフランジに固定さ れるようにすることができる。

【０００８】 フレネル・レンズは、非集光フレーム部分と一体の、中央に位置する集光部分 を有することができる。この場合集光部分は円孔をおおつて位置し、一方非集光 フレーム部分は、有効なレンズ部分をむだにすることなしにフランジに直接的か または間接的に固定することができる。集光部分を円孔に正確に位置決めし易い ように、フレネル・レンズの形状および全直径を円筒の開口と略々同じにするこ とができる。

【０００９】 検出器が十分にコンパクトであるためには、フレネル・レンズの集光部分の直 径と焦点距離は何れも最大で10mmであるのが好ましい。集光部分が略々５mmの直 径と焦点距離を有するフレネル・レンズが特に好ましく、TO-5外形を有する通常 の焦電検出器に匹敵する。

【００１０】

【実施例】

以下に本考案を添附の図面を参照して実施例により説明する。 第１図に示した焦電検出器は、ランタンおよびマンガンをドープしたジルコン 酸・チタン酸鉛のような焦電セラミック材料の焦電体２より形成された焦電検出 素子１を有する（この材料の詳細については英国特許GB 1.504.283号明細書を参 照され度い）。前記の焦電体２（長さ２mm, 幅１mmおよび厚さ150 μm のもので よい）は２つのニクロム電極4a, 4bの間に挟まれ、これ等のニクロム電極は、検 出器が反応する波長の赤外線に対して透明である。

【００１１】 上方電極4aは、例えば通常のTO-5外形を有するものでよい密封ハウジングのベ ース９の表面８にワイヤボンド７によつて接続されている。 前記のハウジングはまた開放端状の円筒20の形のカバー部材を有し、ベース９ の縁に公知の方法で固定されている。このハウジングは、排気するかまたはこの ハウジング内の検出器の成分に対して比較的不活性な乾燥窒素のようなガスを充 填するかしてもよい。

【００１２】 前記の円筒20は、直径が５mmで端面の中心に位置する円孔10を有する。端面は 前記の円孔の周囲に内向きのフランジ17を有する。ポリエチレンのフレネル・レ ンズ18が以下に更に詳しく述べるように円筒20の内側に円孔10をおおつて固定さ れる。ここでポリエチレンは８〜14μm の波長範囲の赤外線を最もよく通すとい うことに留意され度い。フレネル・レンズ18は、周縁の非集光フレーム部分18b と一体をなす中央の集光部分18a を有する。この集光部分18a は、略々5 mmの直 径と略々５mmの焦点距離を有するものでよく、検出素子１の正面はフレネル・レ ンズの後方略々５mmのところにある。フレネル・レンズ18の集光部分18a は円孔 10と正しく合わされている。この合致は、フレネル・レンズ18の全体の直径が円 筒20の開孔と略々同じなので簡単に行える。このように円筒20は組立て時にフレ ネル・レンズ18が挿入されるとその位置決めガイドとなるので、フレネル・レン ズ18がフランジ17に対して平らならば集光部分18a は円孔10と正しく合う。

【００１３】 公知のように、フレネル・レンズは同心的なプリズムの配列を有し、各プリズ ムは、普通の形の凸レンズの相当部分と同じ曲率の凸面を有するが、普通の形の 凸レンズにくらべると屈折面間の材料が少なくなる。このフレネル・レンズ18は その平面を検出器の外側に向けた平凸面タイプのものである。隣接プリズムはく ぼみまたは所謂「溝(groove)」によつて分けられている。この実施例ではフレネ ル・レンズ18は集光部分18a の全直径中に略々25の溝を有する。レンズの中心近 くではこれ等の溝の傾斜面は平面に対して略々平行である。周縁のフレーム部分 18b に行くにしたがってこれ等の傾斜面は急になる。フレネル・レンズの厚さは １mmより小さいのが好ましく、例えば略々0.25mmである。

【００１４】 フレネル・レンズ18は円筒20内側の押嵌めリング21によつてフランジ17に対し てしっかりと保持され、かくて気密封止が得られる。前記のリングのフランジ17 に向する側の尖った環状突起22がレンズのフレーム部分18b 内に食込み、堅固な 締着を保証する。見易いように第１図には突起22を大きな寸法比で示してあり、 リング21の主体はフレネル・レンズ18より離して示してある。けれども実際には 、突起は、リング21の主体がフレーム部分18b と同一面になる深さ迄フレーム部 分18b 内に押込まれる。押嵌めなので、リング21は円筒20の内壁との摩擦接触に よつてしつかりと保持される。

【００１５】 ３つの導電性リード11a, 11b, 11c がハウジングのベース９より延び、検出器 の外部電気接続を行う。リードのうちの２つ11a, 11bはベース９を通つて延長し て表面８上に突出する端子（図示せず）を形成し、一方第３のリード11c は表面 ８したがつて検出素子の上方電極4aとも導電的に接続される。

【００１６】 検出素子１は、２つの同じ高さの支柱12, 13によつてベース上方にスペースを おいて支持される。絶縁性である支柱12は、高密度アルミナのようなセラミック 製のものでよく、その上端と下端に夫々絶縁製接着剤14a, 14bを用いて検出素子 １とベース９の表面８との間に固定してもよい。導電性である支柱13は、導電材 料またはその代りに例えば金の導電被覆を有するアルミナような絶縁材料よりつ くつたものでもよい。この支柱13の上端は導電性接着剤15a によつて検出素子１ の下方電極4bに固定され、導電接続される。下端は絶縁性接着剤15b によつてベ ース９の表面８に固定される。ここで使用する導電性接着剤は米国のアブレステ イック・ラボラトリーズ(Ablestick Laboratories)より出されているAblebond 3 6/2 （商標名）でよく、また非導電性接着剤は普通のエポキシ接着剤でよい。

【００１７】 第１図に線図的に示したように、検出素子１の下方電極4bは支柱13を経て電界 効果トランジスタＴのゲートに接続されている。逆並列の２つのダイオードD1と D2がトランジスタＴのゲートと（表面８を経て）リード11c の間に接続され、ト ランジスタＴのゲート漏洩路を与える。トランジスタＴのソースとドレインは、 前述したように表面８上に突出している端子（図示せず）を経てリード11a と11 b に接続される。トランジスタＴおよびダイオードD1, D2を有する回路は例えば プラスチックカプセル封じマイクロミニチュア(micromi- niature)パッケージの ようなカプセル封じパッケージ16内に包含された単一半導体チップの形に形成す ることができる。

【００１８】 第２図の焦電検出器は、第１図とは異なる方法即ち押嵌めリングを用いないで 固定されたフレネル・レンズを示す。この検出器はその他の点については第１図 の検出器と同じなので、同じ素子には同じ符号を附してある。

【００１９】 この場合にはフレネル・レンズ18は接着剤によつてシリコン窓25のフランジ17 と反対の側に固定される。前記の窓は円筒20の円孔10をおおって固定される。略 々１μｍから15μｍの波長範囲内の放射線を通すフイルタとして働く前記のシリ コン窓自身はフレネル・レンズと同じ直径を有し、接着剤は、このシリコン窓25 とフレネル・レンズ18との間の境界面全体に亘つて施される。シリコン窓25もそ の周縁全体を接着剤によりフランジ17に固定され、かくして気密封じが得られる 。このようにフレネル・レンズ18は円孔10をおおつて円筒20に直接に固定される 。

【００２０】 以上述べた実施例は説明のためのものであつて、本考案の要旨を逸脱しない範 囲内で種々の変形があることは勿論である。例えば、第１図の実施例において押 嵌めリング21の連続した突起の代りにこれを個別の歯状の突起とし、これ等の突 起が同一の機能を果してフレネル・レンズに食込んでしつかり固定するようにし てもよい。別の例としては、第２図の実施例においてフレネル・レンズと窓を第 １図で説明した押嵌めリングを附加するかまたはこれに代えて固定することもで きる。更に本考案の焦電検出器は、唯１個の焦電検出素子の代りに、差動的に接 続された２個またはそれ以上の焦電検出素子を有し、周囲の温度変化に基く間違 った警報を大幅に除くようにすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の赤外線検出器の一実施例の一部断面側
面図である。

【図２】別の実施例の同様側面図である。

【符号の説明】

１ 焦電検出素子 ２ 焦電体 4a 上方電極 4b 下方電極 ９ ハウジングのベース 10 円孔 14a, 14b, 15b 絶縁性接着剤 15a 導電性接着剤 17 フランジ 18 フレネル・レンズ 18a 集光部分 18b 非集光フレーム部分 20 円筒 21 押嵌めリング 22 環状環状 25 窓

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 マーチン レナルズ イギリス国 サザンプトン ディブデン パーリュー ヒーザーストーン アベニュ ー 94

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 円孔をそなえ且つ焦電検出素子を中に入
   れた円筒より成る密封ハウジングを有する赤外線検出器
   であって、前記の焦電検出素子は、前記の円筒の内部で
   露出され且つ検出赤外線がその上に向けられる表面を有
   する該赤外線検出器において、検出すべき放射線を焦電
   検出素子表面に集光するフレネル・レンズが、円筒内側
   に円孔をおおって固定され、前記の表面より離間された
   ことを特徴とする赤外線検出器。
2. 【請求項２】 フレネル・レンズは、非集光フレーム部
   分と一体の、中央に位置する集光部分を有する請求項１
   記載の赤外線検出器。
3. 【請求項３】 円筒は円孔の周囲に内向きのフランジを
   有し、フレネル・レンズは前記の円筒の内側で押嵌め環
   状部材によつて前記のフランジに対してしつかりと保持
   された請求項１または２記載の赤外線検出器。
4. 【請求項４】 ハウジングは、円筒の内側に円孔をおお
   って固定された窓を有し、フレネル・レンズがこの窓に
   固定された請求項１乃至３の何れか１項記載の赤外線検
   出器。