JPH07234160A

JPH07234160A - 赤外線検出装置

Info

Publication number: JPH07234160A
Application number: JP2567594A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yanagida; 博明柳田; Norihisa Mori; 憲寿森; Taku Nagasuga; 卓長須賀; Norio Muto; 範雄武藤
Original assignee: Sohgo Security Services Co Ltd
Current assignee: Sohgo Security Services Co Ltd
Priority date: 1994-02-23
Filing date: 1994-02-23
Publication date: 1995-09-05

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体繊維を使用する赤外線検出装置をコン
パクトでかつ高感度なものとする。【構成】温度により電気抵抗が変化する半導体繊維１
とこの半導体繊維上に間隔をおいて互いに対向するよう
に形成された一対の導電体７ａ，７ｂにより赤外線検出
用のハイブリッド繊維９が構成され、基板２上の電極３
に取り付けられる。ハイブリッド繊維９の長手方向に沿
って繊維状の電気的絶縁体１０が受熱手段としてハイブ
リッド繊維９に隣接して配置される。この構成により、
ハイブリッド繊維の本数を増やすことなく高感度でかつ
コンパクトな赤外線検出装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、物体から放射される
赤外線を電気信号に変換する赤外線検出装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱型赤外線検出素子としては焦電
効果を利用した焦電素子や、熱電対を多数集積したサー
モパイル、温度変化により電気抵抗が変化する半導体繊
維等が知られている。

【０００３】ここで、図４に上記半導体繊維を用いた赤
外線検出装置の構造を示す。図４の赤外線検出装置にお
いて、１，１’は長さＬ、断面積Ｓの半導体繊維であ
り、この半導体繊維１，１’の両端は、開口部を設けた
基板２上の電極３に、導電性ペースト４を介して接着さ
れる。５は電極３と図５に示す赤外線検出回路を接続す
るリード線である。６は赤外線を遮蔽するための遮蔽板
である。また、図５に示す赤外線検出回路は、赤外線検
出装置２０と抵抗２１，２２とによりホイートストンブ
リッジ回路を構成したものであり、室温変動の影響を受
けず、赤外線受光による温度変化のみを感度よく検出で
きるものである。

【０００４】ところで、上記赤外線検出装置の赤外線検
出感度は、半導体繊維のサーミスタ定数に依存する。サ
ーミスタ定数とは温度変化に対する抵抗変化の大きさを
表す定数であり、その値が大きいほど高感度といえる。
またサーミスタ定数は、半導体繊維の抵抗率に比例して
大きくなる特性を有しており、高抵抗率の半導体繊維ほ
ど高い値を示す。従って、赤外線検出感度を大きくする
ためには、高抵抗率の半導体繊維を用いればよいが、抵
抗率の増加に伴い赤外線検出装置の抵抗値も増大し、熱
雑音の増加、耐雑音性の低下、および信号処理回路の複
雑化等の問題が生じた。

【０００５】そこで、抵抗率の大きな半導体繊維を低抵
抗で用いる方法が考えられ、図６に示される構成の半導
体繊維、いわゆるハイブリッド繊維を使用した赤外線検
出素子が提案された。

【０００６】図６において、赤外線検出装置は、長さ
Ｌ、断面積Ｓの半導体繊維１上に間隔ｄをおいて長さｈ
で互いに対向するよう一対の導体からなる電導部７ａ，
７ｂを形成する。この図示の装置において、半導体繊維
１の抵抗値は、一対の電導部７ａ，７ｂの間隔ｄ、及び
長さｈで決まる。従って、赤外線検出装置の感度を上げ
るために半導体繊維１の抵抗率を大きくしても、電導部
７ａ，７ｂの間隔ｄを小さくし、長さｈを大きくすれば
抵抗値を小さくすることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
繊維のサーミスタ定数をある程度以上大きくすると、室
温の変化に対してもその抵抗値が大きく変化する。例え
ば−１０℃で数十ＭΩ以上高抵抗化する場合もあり、−
１０℃〜５０℃程度の環境温度化に対して使用が難しい
場合があった。そのため使用用途によってはサーミスタ
定数を大きくして高感度化を図る方法にもある程度限界
があった。

【０００８】また、赤外線受光量を拡大するために、複
数本の赤外線検出用ハイブリッド繊維が必要となるが、
これに付随して温度補償用のハイブリッド繊維も、抵抗
値を揃えるため同数本を要するので、小型化が困難であ
った。さらに、複数本ものハイブリッド繊維を製作し、
また上記抵抗値を精度よくそろえるのは大変手間のかか
るという問題があった。

【０００９】この発明は上記のような問題を解決するた
めに成されたものであり、高サーミスタ定数の半導体繊
維を用いた、コンパクトかつ高感度な赤外線検出装置を
得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明においては、赤外
線検出装置を、温度により電気抵抗が変化する半導体繊
維とこの半導体繊維上に間隔をおいて互いに対向するよ
うに形成された一対の導電体からなる電導部とで構成さ
れた少なくとも１本以上のハイブリッド繊維であり、赤
外線検出用と温度補償用のハイブリッド繊維をそれぞれ
配設することにより構成する。そして、電気的絶縁体
からなる受熱手段を、前記赤外線検出用ハイブリッド繊
維の長手方向に沿って隣接または接触するように設けた
ことを特徴とする。

【００１１】また、前記構成の赤外線検出装置におい
て、前記受熱手段を、繊維状の電気的絶縁体とすること
により感度をより高めることができる。

【００１２】また、前記受熱手段を、薄膜状の電気的絶
縁体で構成することにより受光面積をより効果的に大き
くすることができる。

【００１３】さらにまた、前記受熱手段を、赤外線検出
用ハイブリッド繊維が中心に位置するように配設するこ
とにより感度を高めることができる。

【００１４】

【作用】本発明の赤外線検出装置は、赤外線検出用のハ
イブリッド繊維に隣接して受熱手段を備えたことによ
り、赤外線の受光面積が大きくなり感度の高い赤外線検
出装置とすることができる。また、赤外線の受光面積が
大きくなっても受光手段は電気的絶縁体であるため、赤
外線検出装置の抵抗値はハイブリッド繊維によって決定
されることとなり、抵抗値を低く抑えることができる。
したがって、温度補償用素子の繊維本数を少なくするこ
とができ赤外線検出装置を大きくすることなく高感度化
を図ることができる。

【００１５】また、受熱手段を繊維状の電気絶縁体とす
ることにより、熱容量を小さくし、熱に対する応答が速
くなり応答速度を高めることができる。

【００１６】また、受熱手段を薄膜状の電気的絶縁体と
することにより赤外線の受光面積を効果的に高めること
ができる。

【００１７】さらにまた、ハイブリッド繊維を受熱手
段の中心付近に配置することにより、受熱手段が持つ温
度分布の一番高い部分の温度を検出することができる。
そのため感度を向上することが可能となる。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面と共に説明す
る。

【００１９】図１は本発明による一実施例の構成図であ
る。図１において、９，９’はハイブリッド繊維であ
り、ＳｉＣ繊維、Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ繊維、炭素繊維等
からなる長さＬ、断面積Ｓの半導体繊維１，１’上に、
長さｈで互いに対向するよう一対の電導部７ａ，７ｂを
形成したものである。このハイブリッド繊維は、それぞ
れアルミナ等の開口部を有する基板２上に形成された
金、銅等の良導体からなる電極３上に導電性ペースト４
により接着され、赤外線検出用素子１１、及び室温補償
用素子１１’を構成する。室温補償用素子１１’の前面
には赤外線遮蔽用の遮蔽板６が設けられている。

【００２０】基板２には、また、有機繊維、耐炎化処理
繊維等の電気的絶縁繊維１０が赤外線検出素子１１のハ
イブリッド繊維９に隣接して長手方向に沿って複数本配
列されて設けられており、これにより受熱手段を構成し
ている。電気的絶縁繊維１０は基板２に対してハイブリ
ッド繊維９と同様に導電性ペースト４により接着保持さ
れる。なお、この場合、電気的絶縁繊維１０については
必ずしも導電性のペーストである必要はない。

【００２１】上記構成の赤外線検出装置において、赤外
線検出素子、温度補償用素子の抵抗値は、図６に示す通
り、各々の半導体繊維上に形成された電導部の長さｈに
よって制御できる。すなわち、ハイブリッド繊維の抵抗
値Ｒは、半導体繊維の抵抗率ρ、導電部の間隔ｄ、対向
している電導部の面積ｓ’によって決まり、Ｒ＝ρ・ｄ
／ｓ’で表される。対向している電導部の面積ｓ’は、
電導部の長さｈと幅ｘを乗じた値であるため抵抗値Ｒ
は、Ｒ＝ρ・ｄ／ｈ・ｘとなり、電導部の長さｈを可変
することで抵抗値Ｒを高精度で制御できる。また、ハイ
ブリッド繊維を用いたために、温度補償用素子の繊維本
数を少なくすることができる。

【００２２】図３は、複数本配列した繊維に赤外線を照
射した場合の温度分布を示すもので、この図からわかる
ように、中心部が最も高温で、端部に近づくほど温度が
低くなる。従って、本実施例のごとく電気的絶縁繊維を
複数本配列し、その中心部に温度を検出するためのハイ
ブリッド繊維を設けるようにしている。

【００２３】上記構成により、赤外線検出素子１１に入
射する赤外線はハイブリッド繊維９で受光されると共に
受熱手段である電気的絶縁繊維１０によっても受光され
る。

【００２４】電気的絶縁繊維１０はその熱容量が小さい
ためそれが得た熱は直ちに放射され、ハイブリッド繊維
９の温度上昇に寄与することとなる。この結果、赤外線
検出装置として抵抗値を大きくすることなく受光面積を
増すことができ、応答速度の高くまた高感度の赤外線検
出装置とすることが可能となる。

【００２５】次に、上記構成の赤外線検出装置の具体例
について説明する。

【００２６】半導体繊維としては、長さ３ｍｍ、繊維径
５０μｍ、常温抵抗率約１０⁵ΩｃｍのＰＡＮ（Poly-A
crylo-Nitrile)系炭素繊維を用い、その表面上に長さ約
２ｍｍの電導部を形成したハイブリッド繊維を製作し
た。ハイブリッド繊維の製作にあたっては、赤外線検出
用素子、及び温度補償用素子の抵抗値を揃えるため、電
導部の長さを微妙に調整した。

【００２７】また、赤外線検出用素子の受熱手段として
は、ＰＡＮ系炭素繊維プレカーサ（precursor:前駆体）
を低温で熱処理した、長さ３ｍｍ、繊維径約５０μｍの
耐炎化処理繊維を用い、ハイブリッド繊維に並行して約
５０μｍ間隔で１６本配列した。その結果、赤外線検出
用素子、温度補償用素子の抵抗差を０〜５％の精度で揃
えることができた。また、赤外線検出特性においては、
上記構成で受熱手段を設けない場合の赤外線検出装置と
比較し、約５倍の感度向上が確認された。

【００２８】図２は本発明の他の実施例を示す。本実施
例に於いては受熱手段として、図１の実施例の電気的絶
縁繊維に替えて薄膜状の電気的絶縁体を使用するもので
ある。

【００２９】赤外線検出素子１１は、開口部を有する基
板２上の電極３に導電性ペースト４により固定されたハ
イブリッド繊維９とハイブリッド繊維９の直下に微小間
隔を置いて配設した受熱手段としての電気的絶縁体薄膜
１２により構成される。

【００３０】電気的絶縁体薄膜１２はその隅部に足部１
２’を有しており、その足部１２’により基板２にペー
スト等により接着固定され、これにより電気的絶縁体薄
膜１２’で受ける熱が基板２に伝導するのを防止してい
る。

【００３１】上記構成において、赤外線検出素子１１に
入射した赤外線はハイブリッド繊維９と共に電気的絶縁
体薄膜１２でも受光され、電気的絶縁体薄膜１２が得た
熱はハイブリッド繊維９の温度を高めることに寄与する
こととなって赤外線検出素子１１の受光面積が増し、そ
の結果、感度が向上する。

【００３２】本実施例においても、図１の実施例と同様
に、赤外線検出素子１１のハイブリッド繊維９は受熱手
段である電気的絶縁体薄膜１２の最も温度が高くなる中
央部に位置するように配置され感度が高められる。ま
た、受熱手段として電気的絶縁薄膜を使用することによ
り、電気的絶縁繊維と同様に受熱手段としての熱容量を
小さくすることができ、応答速度を高めることができ
る。なお、受熱手段として電気的絶縁薄膜を使用した場
合も、電気的絶縁繊維を使用したものと同様に受熱手段
を設けない場合の赤外線検出装置と比較して約５倍の感
度向上が確認された。

【００３３】以上のように、図１及び図２により説明し
た本発明の実施例においては、赤外線検出用ハイブリッ
ド繊維は一本を使用するものを示したが、ハイブリッド
繊維は必ずしも一本である必要はなく、複数本を使用す
ることも可能である。また、ハイブリッド繊維と受熱手
段とは必ずしも間隔を置く必要はなく、両者を接触する
ように配設することも可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、赤
外線検出用のハイブリッド繊維に隣接あるいは接触させ
て電気的絶縁体からなる受熱手段を設けたことにより、
赤外線検出用のハイブリッド繊維が１〜数本ですみ、温
度補償用のハイブリッド繊維も同本で足りるので、赤外
線検出装置をコンパクトかつ高感度にすることが可能で
あるばかりか、赤外線検出用および温度補償用ハイブリ
ッド繊維の抵抗値を精度よくそろえることが容易にな
る。

【００３５】また、受熱手段を繊維状または薄膜状の電
気的絶縁体とすることにより赤外線検出装置としての応
答速度を高めることができる。

【００３６】また、受熱手段を赤外線検出用ハイブリッ
ド繊維が中心に位置するように配設することにより感度
をより高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による赤外線検出装置の一実施例を示す
図である。

【図２】本発明による赤外線検出装置の他の実施例を示
す図である。

【図３】複数本配列した絶縁繊維における温度分布を示
す図である。

【図４】半導体繊維を用いた従来の赤外線検出装置を示
す図である。

【図５】半導体繊維を用いた赤外線検出装置の回路図を
示す図である。

【図６】ハイブリッド繊維の構成を示す図である。

【符号の説明】

１、１’ 半導体繊維２基板３電極４導電性ペースト６赤外線遮蔽板７ａ，７ｂ電導部９、９’ ハイブリッド繊維１０電気絶縁体繊維１１赤外線検出用素子１１’ 温度補償用素子１２電気絶縁体薄膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 31/09 (72)発明者長須賀卓東京都港区元赤坂１丁目６番６号綜合警備保障株式会社内 (72)発明者武藤範雄東京都港区元赤坂１丁目６番６号綜合警備保障株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】温度により電気抵抗が変化する半導体繊
維とこの半導体繊維上に間隔をおいて互いに対向するよ
うに形成された一対の導電体からなる電導部とで構成さ
れた少なくとも１本以上のハイブリッド繊維であり、赤
外線検出用と温度補償用のハイブリッド繊維がそれぞれ
配設された赤外線検出装置において、電気的絶縁体からなる受熱手段を、前記赤外線検出用ハ
イブリッド繊維の長手方向に沿って隣接または接触する
ように設けたことを特徴とする赤外線検出装置。
【請求項２】上記受熱手段は、繊維状の電気的絶縁体
であることを特徴とする特許請求の範囲請求項１記載の
赤外線検出装置。
【請求項３】上記受熱手段は、薄膜状の電気的絶縁体
であることを特徴とする特許請求の範囲請求項１記載の
赤外線検出装置。
【請求項４】上記受熱手段は、赤外線検出用ハイブリ
ッド繊維が中心に位置するように配設したことを特徴と
する特許請求の範囲請求項１〜３記載の赤外線検出装
置。