JPH07286906A - 温度検知ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は焦電体により赤外線を検出する焦電
型赤外線センサを用いた温度検知ユニットに関するもの
であり、小型化が可能でかつ安価な温度検知ユニットを
提供することを目的とする。 【構成】 焦電型赤外線センサ１の前方にチョッピング
位置を持つチョッパ３と、前記チョッパ３の前方に位置
しチョッピング位置付近に焦点を有するレンズ５と、前
記チョッパ３と焦電型赤外線センサ１の間に位置し到達
した赤外線を焦電型赤外線センサ１の受光素子７に集光
または結像させるレンズ９と、チョッパ付近に位置しチ
ョッパの温度をモニターするサーミスタ１０と、それら
を熱的環境および外乱光から保護するケース１１よりな
る構成である。この構成によって、チョッパをビームウ
エスト径のみ動かすだけで済み、チョッパの小型化が可
能であり、かつチョッパに用いる材料が小さくなること
で低コスト化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は焦電体により赤外線を検
出する焦電型赤外線センサを用いた温度検知ユニットに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、焦電型赤外線センサは非接触で物
体の検知や温度検出ができる点を生かして、体温計、電
子レンジの調理物の温度測定、エアコンの室内温度制
御、等の利用分野があり、今後その利用範囲は拡大して
いくと見られる。

【０００３】焦電型赤外線センサは、ＬｉＴａＯ₃単結
晶等の焦電効果を利用したものである。焦電体は自発分
極を有しており常に表面電荷が発生するが、大気中にお
ける定常状態では大気中の電荷と結びついて、電気的に
中性を保っている。これに赤外線が入射すると焦電体の
温度が変化し、これに伴い表面の電荷状態も中性状態が
崩れて変化する。この時に表面に発生する電荷を検知
し、赤外線入射量を測定するのが焦電型赤外線センサで
ある。一般に物体はその温度に応じた赤外線を放射して
おり、この焦電型赤外線センサを用いることにより、物
体の存在や温度を検出できる。

【０００４】以下に従来の温度検知ユニットについて説
明する。図６は従来の温度検知ユニットの概略を示す断
面図である。赤外線を検知する焦電型赤外線センサ１７
と、前記焦電型赤外線センサを固定するセンサ固定台座
１８と、前記焦電型赤外線センサの前方にチョッピング
位置を持ち、そのチョッピング変位量が数ミリメートル
で、全長が約５０ミリメートルである圧電体を駆動力と
するチョッパ１９と、前記チョッパを支持するチョッパ
支持台座２０と、前記チョッパの前方に位置し、温度検
知対象物より放射される赤外線２１を前記焦電型赤外線
センサの受光素子２２に集光または結像させるレンズ２
３と、チョッパ１９近辺に位置しチョッパ１９の温度を
モニターするサーミスタ２４と、それらを熱的環境およ
び外乱光から保護するケース２５より構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記構成
では、チョッパ１９がレンズ２３により受光素子２２に
集光または結像する赤外線集光束の途中に位置するた
め、光束径以上のチョッピング変位量（数ミリメート
ル）を必要とし、そのためチョッパ長さが約５０ミリメ
ートルと大型になるため温度検知ユニットの小型化が難
しく、かつチョッパの材料コストも形状が大きいため高
いという問題点を有していた。

【０００６】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、小型でかつ安価な温度検知ユニットを提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、入射赤外線をレンズにより集光させ、最も
集光する位置でチョッピングさせる構成である。

【０００８】

【作用】この構成によって、少なくともチョッパをビー
ムウエスト径のみのわずかな距離を動かすだけで済み、
チョッパの小型化が可能であり、かつ材料が小さくなる
ことで低コスト化が可能となる。

【０００９】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について図面
を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例
における温度検知ユニットの概略を示す断面図である。
赤外線を検知する焦電型赤外線センサ１と、前記焦電型
赤外線センサを固定するセンサ固定台座２と、前記焦電
型赤外線センサの前方にチョッピング位置を持ち、その
チョッピング変位量が数十マイクロメートルで、全長が
約１０ミリメートルである圧電体を駆動力とするチョッ
パ３と、前記チョッパを支持するチョッパ支持台座４
と、前記チョッパ３のチョッピング位置付近に焦点を有
する第１レンズ５と、前記チョッパ３と焦電型赤外線セ
ンサ１の間に位置し、到達した赤外線６を前記焦電型赤
外線センサの受光素子７に焦電型赤外線センサの赤外線
透過窓８を通して集光または結像させる第２レンズ９
と、チョッパ３近辺に位置しチョッパ３の温度をモニタ
ーするサーミスタ１０と、それらを熱的環境および外乱
光から保護するケース１１より構成されている。

【００１０】以上のように構成された温度検知ユニット
について、以下その特性について説明する。温度検知対
象物より放射された赤外線６は第１レンズ５によりチョ
ッパ３のチョッピング位置付近で集光する。この時チョ
ッパ３のチョッピング変位量は集光ビームのビームウエ
スト径以上であり、実際、わずか数十マイクロメートル
である。数Hz〜数十Hzでチョッピングされた赤外線６は
ふたたび拡がるが第２レンズ９により焦電型赤外線セン
サ１内の受光素子７に再度集光または結像する。焦電型
赤外線センサは受光素子である焦電体の温度が変化した
ときに発生する表面の電荷を検知し、赤外線入射量を測
定するため、赤外線６をチョッパ３でチョッピングする
ことにより常に受光素子に温度変化を与えている。チョ
ッパ３が閉じているときは、チョッパ３より放射された
赤外線により受光素子が温度変化を受け、チョッパ３の
赤外線入射量が測定される。次にチョッパ３が開いてい
るときは、温度検知対象物より放射された赤外線６によ
り受光素子が温度変化を受け、温度検知対象物の赤外線
入射量が測定される。このときの受光素子７の温度変化
はチョッパ３の赤外線入射量と温度検知対象物の赤外線
入射量との差になる。そこで、サーミスタ１０でチョッ
パ３付近の温度をモニターすることにより、温度検知対
象物の温度を常時検知できる。

【００１１】このように第１の実施例によれば、チョッ
パの変位量は、少なくともレンズにより集光した赤外線
のビームウエスト径でよく、チョッパの全長を小さくす
ることができ、結果、温度検知ユニットの小型化が可能
となり、かつチョッパに用いる材料が小さくなることで
低コスト化できる。

【００１２】なお、チョッパ３の焦電型赤外線センサに
対向する面を黒体面とすることによって焦電型赤外線セ
ンサが正確にチョッパ温度を検知することができ検知対
象物体の温度測定精度を向上させることができる。

【００１３】また、チョッパ３の前方にあるレンズに対
向する面を熱放射率の小さい材料で構成することにより
チョッパ３の外乱光による温度変化を抑制することがで
き検知対象物体の温度測定精度を向上させることができ
る。

【００１４】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について図面を参照しながら説明する。図２は本発明の
第２の実施例における温度検知ユニットの概略を示す断
面図である。第１の実施例と異なるのは、第２レンズの
代わりに焦電型赤外線センサの赤外線透過窓８に直接レ
ンズ１２を作製した点である。

【００１５】以上のように構成された温度検知ユニット
について、以下その特性について説明する。温度検知対
象物より放射された赤外線６はレンズ５によりチョッパ
３のチョッピング位置付近で集光する。数Hz〜数十Hzで
チョッピングされた赤外線６は赤外線透過窓８に直接作
製したレンズ１２を通過後、受光素子７に集光または結
像する。

【００１６】このように第２の実施例によれば、赤外線
透過窓８に直接レンズ１２を作製することにより、光学
調整がレンズ５とレンズ１２のみとなり単純化される。
また赤外線透過窓８にレンズ１２を作製するため加工費
のみとなりコストダウンとなる。

【００１７】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
について図面を参照しながら説明する。図３は本発明の
第３の実施例における温度検知ユニットの概略を示す断
面図である。第１の実施例と異なるのは、レンズ５の焦
点付近かつチョッパ前方に少なくとも赤外線集光ビーム
のビームウエスト径（直径：数十マイクロメートル）以
上の穴１３を有する隔壁１４を設けた点である。

【００１８】以上のように構成された温度検知ユニット
について、以下その特性について説明する。温度検知対
象物より放射された赤外線６はレンズ５を通過後、焦点
付近にある隔壁１４の穴１３を通過する。このとき温度
検知対象物以外よりレンズ５に入射する外乱光をカット
する。次に隔壁１４の直後にあるチョッパ３通過後、赤
外線６はレンズ９により焦電型赤外線センサ１の受光素
子７に集光または結像する。

【００１９】このように第３の実施例によれば、隔壁１
４により温度検知対象物より放射された赤外線６以外の
外乱光をカットすることにより、温度検知対象物のみの
情報を得ることが可能となり、結果、センサ出力のＳ／
Ｎを向上させることができる。なお、隔壁をチョッパ３
の直後に設けても同様の効果が得られることは言うまで
もない。

【００２０】また、図４の断面図に示すように、チョッ
パ３に少なくとも赤外線集光ビームのビームウエスト径
（直径：数十マイクロメートル）以上の穴１５を直接設
けても同様の効果が得られる。

【００２１】（実施例４）以下、本発明の第４の実施例
について図面を参照しながら説明する。図５は本発明の
第４の実施例におけるチョッパの概略を示す斜視図であ
る。サーミスタ１６をチョッパ３に直接取りつけた構成
である。

【００２２】以上のように構成された温度検知ユニット
について、以下その特性について説明する。赤外線６を
チョッパ３でチョッピングすることにより常に受光素子
７に温度変化を与えている。チョッパ３が閉じていると
きは、チョッパ３より放射された赤外線により受光素子
７が温度変化を受け、チョッパ３の赤外線入射量が測定
される。次にチョッパ３が開いているときは、温度検知
対象物より放射された赤外線６により受光素子７が温度
変化を受け、温度検知対象物の赤外線入射量が測定され
る。このときの受光素子７の温度変化はチョッパ３の赤
外線入射量と温度検知対象物の赤外線入射量との差にな
る。そこで、直接チョッパ３に取りつけたサーミスタ１
６でチョッパ３の温度をモニターすることにより、温度
検知対象物の温度を常時検知できる。

【００２３】このように第４の実施例によれば、チョッ
パ３そのものに直接サーミスタ１６が取りつけられてい
るのでチョッパ３の温度を正確にモニターすることが可
能となり、結果、センサ出力の精度を向上させることが
できる。従来はチョッパのチョッピング変位量が大きか
った為、サーミスタを取り付けると、駆動の為に非常に
大きいエネルギーを要することや、配線が断線する等の
問題を生じ、サーミスタの取り付けは実現出来なかっ
た。

【００２４】なお、サーミスタをチョッパに印刷または
蒸着により直接作製することにより、チョッパとサーミ
スタの密着が高まるため温度モニター精度が向上し、ま
た配線がチョッパの変位に干渉することがなくなる。

【００２５】

【発明の効果】このように本発明によれば、入射赤外線
をレンズにより集光させ、集光位置でチョッピングさせ
ることによって、チョッパを少なくともビームウエスト
径のみ動かすだけで済むので、チョッパの小型化が可能
であり、かつチョッパに用いる材料が小さくなることで
低コスト化できる温度検知ユニットを提供できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における温度検知ユニッ
トの概略断面図

【図２】本発明の第２の実施例における温度検知ユニッ
トの概略断面図

【図３】本発明の第３の実施例における温度検知ユニッ
トの概略断面図

【図４】本発明の第３の実施例におけるチョッパの概略
断面図

【図５】本発明の第４の実施例におけるチョッパの概略
斜視図

【図６】従来の温度検知ユニットの概略断面図

【符号の説明】

１ 焦電型赤外線センサ ２ センサ固定台座 ３ チョッパ ４ チョッパ支持台座 ５ 第１レンズ ６ 赤外線 ７ 受光素子 ８ 赤外線透過窓 ９ 第２レンズ １０ サーミスタ １１ ケース １２ レンズ １３ 穴 １４ 隔壁 １５ 穴 １６ サーミスタ １７ 焦電型赤外線センサ １８ センサ固定台座 １９ チョッパ ２０ チョッパ支持台座 ２１ 赤外線 ２２ 受光素子 ２３ レンズ ２４ サーミスタ ２５ ケース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三木 勝政 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線を検知する焦電型赤外線センサ
   と、前記焦電型赤外線センサの前方にチョッピング位置
   を持つチョッパと、前記チョッパの前方に位置しチョッ
   ピング位置付近に焦点を有する第１のレンズと、前記チ
   ョッパと焦電型赤外線センサの間に位置し到達した赤外
   線を焦電型赤外線センサ受光素子に焦電型赤外線センサ
   の赤外線透過窓を通して集光または結像させる第２のレ
   ンズと、チョッパ近辺に位置しチョッパの温度をモニタ
   ーするサーミスタと、それらを熱的環境および外乱光か
   ら保護するケースとを備えた温度検知ユニット。
2. 【請求項２】 焦電型赤外線センサ受光素子に集光また
   は結像させる第２のレンズを焦電型赤外線センサの赤外
   線透過窓に直接作製したことを特徴とする請求項１記載
   の温度検知ユニット。
3. 【請求項３】 チョッパの焦電型赤外線センサに対向す
   る面を黒体面とすることを特徴とする請求項１または２
   記載の温度検知ユニット。
4. 【請求項４】 チョッパの前方にあるレンズに対向する
   面を熱放射率の小さい材料で構成することを特徴とする
   請求項１または２記載の温度検知ユニット。
5. 【請求項５】 第１のレンズの焦点付近に赤外線集光ビ
   ームの少なくともビームウエスト径以上の径の穴を有す
   る隔壁を有することを特徴とする請求項１記載の温度検
   知ユニット。
6. 【請求項６】 チョッパに赤外線集光ビームの少なくと
   もビームウエスト径以上の径の穴を有することを特徴と
   する請求項１または２記載の温度検知ユニット。
7. 【請求項７】 サーミスタをチョッパに取りつけたこと
   を特徴とする請求項１または２記載の温度検知ユニッ
   ト。
8. 【請求項８】 サーミスタをチョッパに印刷または蒸着
   により直接作製したことを特徴とする請求項７記載の温
   度検知ユニット。