JPH0739970B2

JPH0739970B2 - 焦電型赤外線検知装置

Info

Publication number: JPH0739970B2
Application number: JP7083489A
Authority: JP
Inventors: 佳宏冨田; 久仁小川; 良一高山; 幸治野村; 純子朝山; 惇阿部
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-03-23
Filing date: 1989-03-23
Publication date: 1995-05-01
Anticipated expiration: 2010-05-01
Also published as: JPH02248820A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は焦電型赤外線検知装置に関する。

従来の技術近年、侵入者の検知や火災の発見などの防犯・防災の目
的のために、赤外線センサを用いて赤外線源の位置を検
知する装置が使われるようになった。赤外線のセンサと
しては化合物半導体を用いた量子型のものと焦電素子や
サーミスタなどを用いた熱型のものがあり、量子型の赤
外線センサは液体窒素などで冷却する必要があるため、
防犯・防災などの目的には熱型の赤外線センサが用いら
れる。特に焦電型のセンサは他の熱型のセンサに比べて
感度が高く、赤外線源の位置検知装置に最適である。

焦電センサは赤外線受光量の変化によるセンサの温度変
化を電圧の変化として検出するものである。このため、
回転式の光学チョッパーを用いて断続した赤外線を、縦
横二次元に配列した焦電センサアレイに照射し、各焦電
センサの出力をインピーダンス変換し交流信号として増
幅・フィルター処理した後に各センサの出力を比較し、
赤外線源を検出する方法が用いられている。

発明が解決しようとする課題しかしながら、従来例において位置検知の分解能を高め
る場合、配列する焦電素子数が多くなる。それにしたが
って焦電素子のインピーダンス変換や交流増幅器などの
処理回路の数が増加する。また、焦電素子数が増加する
と各焦電素子と処理回路間の配線数も増加し、配線の引
き回しが煩雑になる。特に二次元に配列しているため、
素子数や処理回路数は分解能の自乗に比例して増加し、
焦電素子と処理回路間の配線が困難となる。さらに、画
像情報をマイクロプロセッサなどで処理しようとする
と、各焦電素子からの信号を時系列信号に変換してから
読み込む必要があり、全焦電素子を順次走査する回路を
付加しなくてはならない。

また、縦横二次元の焦電素子アレイを用いているため、
回転式の光学チョッパの面積は焦電素子アレイの面積の
少なくとも４倍は必要になり、回転式でない光学チョッ
パは機構が複雑で高価なものになる。

このように、従来例においては装置が大型化し、同時に
生産コストも増大する。

本発明は、このような従来技術の課題を解決することを
目的とする。

課題を解決するための手段本発明は、焦電素子アレイと回転式光学チョッパとを有
し、前記焦電素子が前記光学チョッパの回転中心を中心
とした同心円上に配置され、かつ同一円周上の焦電素子
が隣同士の焦電素子の極性が逆になるように直列に接続
され、前記チョッパが回転することによって前記焦電素
子への赤外線を断続し、前記焦電素子の両端に発生する
起電力の変化から受光した赤外線量を検出する装置であ
る。

作用本発明は、同一円周上の焦電素子を直列に配線し両端の
信号を処理するため、処理回路が一列あたり１系統で済
み、焦電素子と処理回路間の配線の煩雑さがなく高分解
能でしかも小型化することができる。

また、スリットによって焦電素子アレイを光学的に順次
走査することにより容易に各焦電素子の出力を時系列信
号として取り出すことができ、マイクロプロセッサなど
への読み込みが容易である。このスリットは、従来例に
おける光学チョッパの機能を兼ねているため、特別な機
構を付加する必要がない。

さらに、回転式の光学チョッパの回転中心を中心とした
同心円上に焦電素子を配置しているため、焦電素子アレ
イとチョッパはほぼ同じ面積にすることができる。ま
た、チョッパが回転式であるため、駆動系が安価で小型
にすることができる。

実施例以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の焦電型赤外線検知装置の一実施例の部
分切欠き平面図である。焦電薄膜１の両面に裏面電極
２、表面電極３を形成し、各焦電素子を構成している。
焦電素子のうち、同一円周上の2n個の焦電素子は等角度
θ毎に（θ＝360/2n）配置されており、隣同士間が電極
2,3のパターンによって交互に配線され、一周の焦電素
子が直列になっている。この焦電素子アレイを同心円上
に複数列配し、二次元の焦電素子アレイを構成してい
る。次に、角度θの扇型のスリットを設けた円盤型チョ
ッパ４を焦電素子アレイの中心を中心として回転するよ
うに設置している。ある同一円周上の焦電素子の一周に
わたる断面を展開して示したのが第２図（ａ）で、その
等価回路が同（ｂ）である。チョッパ４を回転させるこ
とによって、焦電素子アレイに入射する赤外線像５を走
査し、各円周の両端の電極６、７の間に発生する電圧を
出力として信号処理回路に接続している。ここである焦
電素子８の信号に注目すると、他の焦電素子はコンデン
サーを直列に配線したのと等価であるため、十分高い入
力インピーダンスの信号処理回路を接続した場合、焦電
素子８に発生する電圧と出力信号とが等しくなる。つま
り、出力電圧は各焦電素子の出力の和となる。

第２図、第３図を用いて本実施例の動作を説明する。あ
る一つの焦電素子８に照射する赤外線量はスリットの移
動に伴って第３図のａの様に変化する。焦電素子８の出
力電圧の変化は素子の温度変化に比例し、素子の温度変
化は吸収した赤外線量に比例するため、熱拡散などによ
る熱量のロスが十分小さいとすると、出力電圧は照射し
た赤外線量の積分値に比例し、ｂの様な波形となる。隣
の焦電素子９は焦電素子８とは極性が逆方向に接続され
ているため、焦電素子８とは逆極性で時間が遅れ、ｃに
示す波形となる。同様に他のそれぞれの焦電素子の出力
波形を求め、足し合わせたものが出力端子に生ずる電圧
となり、ｄの様な波形となる。この出力波形のうちｔ＝
t₁の出力とｔ＝t₂の出力の差が焦電素子８の出力、ｔ＝
t₂の出力とｔ＝t₃の出力の差が焦電素子９の出力、とい
うように各焦電素子に照射した赤外線量に比例した電圧
が順次出力される。

本発明において、１周の全焦電素子アレイの出力がすで
に時系列信号に変換されており、素子の極性を交互に変
えて出力電圧が一定周波数の交流信号となるようにして
いることから次のようなメリットがある。

（１）素子と処理回路間の配線が１列あたり一本で済
む。

（２）処理回路が１列あたり一つで済む。

（３）バンドパスフィルターなどによりS/Nの向上が容
易である。

（４）光チョッパを走査手段に有効利用できる。

（５）一方の走査回路を省略でき、マイクロプロセッサ
などへの取り込みが容易である。

（６）周囲温度の変化、ある種の圧電ノイズなどを隣接
素子間で打ち消し合う。

上記実施例では、円の全周に焦電素子を設けているが、
円の一部に扇型に焦電素子を配置しても同様の効果が得
られる。

また本発明では、焦電素子を直列に接続しているため、
素子数の増加にともない全体の静電容量が小さくなり、
信号処理回路の入力インピーダンスを高くしないと信号
電圧の低下を招く。本実施例では、焦電体に薄膜を用い
ているため各焦電素子の容量が大きく、上記問題点にお
いて有利である。さらに焦電薄膜の材料には、成膜と同
時に分極軸の揃う材料（PbLaTiO₃系）があり、これを用
いることにより、全焦電素子の分極を揃える分極処理を
する必要がなく作製が容易になった。

第４図に本発明の他の実施例の例を示す。各円周上に配
置する素子数を中心に近づくにしたがって少なくなるよ
うに配置し、スリット４も素子数に合わせたパターンを
形成している。素子数を少なくすると１素子分の開口時
間が長くなり、感度を高くすることができる。つまりこ
の構成の場合、中心近傍の素子が高感度になり、ひとつ
のデバイス内に赤外線の位置検出部と高感度な測定部を
設けたことになる。このデバイスを赤外線カメラに応用
して、低感度である外周の素子で熱源の位置を知り、熱
源の方向にカメラを向け、高感度である中心近傍の素子
で熱源の温度を正確に測定するという被写体追尾型の装
置を構成できる。さらに、外周の素子で熱源の大きさを
知り、熱源がちょうど良い大きさに見えるようにズーミ
ングすることもできる。

また、中心部だけを第５図に示す構成にすることによっ
ても中心部を高感度にすることができる。ここで第５図
の構成の動作を簡単に説明する。同一円周上に2n個の焦
電素子が角度θ毎に（θ＝360/2n）配置されており、隣
同士間が電極2,3のパターンによって交互に配線され、
一周の焦電素子が直列になっている。この焦電素子上で
２θ毎に角度θのスリットを設けたチョッパ４を回転し
ている。チョッパ４の回転により、各焦電素子の両端に
は一定周波数の交流信号が発生する。焦電素子のうち奇
数番目に照射する赤外線の変化と偶数番目に照射する赤
外線の変化は位相が半周期ずれている。ところが、隣同
士が逆相になるように直列に配線されているため、一周
の焦電素子の両端に生ずる電圧は全焦電素子の和の交流
信号になる。つまり、１個の焦電素子に比べて2n倍の感
度が得られたことになる。これは、一点の赤外線量を検
出する焦電型の赤外線センサと置き換えて高感度にする
目的にも応用できる。

以上に示した実施例は回転型チョッパの全周を使用し、
安価で小型の焦電型赤外線検知装置を実現するものであ
るが、中心部分で赤外線検出しようとすると従来の回転
式チョッパでは回転軸がじゃまになる。この問題は、円
盤型のスリットを外周で支持および駆動するチョッパを
用ることで解決される。このチョッパの一例を第６図と
第７図に示す。第６図は、円環型のモーター61に円盤型
のスリット62を接着し、モーター61によってスリット62
を支持し駆動するものである。第７図は、円盤型のスリ
ット71の外周に設けた３個のローラー72によって３点支
持し、ローラーのうちの１個にモーター73を設けてロー
ラー72を回転させて円盤型スリット71を駆動している。
どちらの例においても、回転式のモーターを用いており
安価で小型のチョッパを実現できる。

発明の効果本発明により、位置分解能の性能が高く、焦電素子アレ
イと処理回路の配線が簡単で処理回路数が少なく小型
で、容易にマイクロプロセッサーで位置情報の処理がお
こなえる焦電型赤外線検知装置を低コストで作製でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、は本発明の１実施例における焦電型赤外線検知
装置を示す平面図、第２図（ａ）は同装置の断面図、第
２図（ｂ）は同装置の等価回路図、第３図はその駆動方
法の一実施例を説明するための断面図と時間変化を模式
的に示す波形図、第４図及び第５図は本発明の他の実施
例の焦電型赤外線検知装置を示す平面図、第６図および
第７図は本発明における光学チョッパの駆動方法を示す
斜視図である。１……焦電薄膜、２……裏面電極、３……表面電極、４
……円盤型チョッパ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野村幸治大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者朝山純子大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者阿部惇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

【特許請求の範囲】

【請求項１】焦電素子アレイと回転式光学チョッパとを
有し、前記焦電素子が前記光学チョッパの回転中心を中
心とした円周上に配置され、かつ円周上の焦電素子が隣
同士の焦電素子の極性が逆になるように直列に接続さ
れ、前記チョッパが回転することによって前記焦電素子
への赤外線を断続し、前記焦電素子の両端に発生する起
電力の変化から受光した赤外線量を検出することを特徴
とする焦電型赤外線検知装置。
【請求項２】同一円周上の焦電素子が等角度に配置さ
れ、チョッパが前記同一円周上の焦電素子のうち１個に
赤外線が照射するようなスリツトにより構成され、前記
チョッパの回転によって前記焦電素子に照射する赤外線
を順次走査し、前記焦電素子の両端電圧の時間変化から
円周上の赤外線分布を検出する請求項１記載の焦電型赤
外線検知装置。
【請求項３】同一円周上の焦電素子が等角度θ毎に配置
され、チョッパの開口部が前記焦電素子と同一円周上に
角度２θ毎に配置されている請求項１記載の焦電型赤外
線検知装置。
【請求項４】同一円周上の焦電素子が焦電薄膜とその両
面の電極により構成され、互いに隣接する前記焦電素子
の電極が同一面内でかつ片面ずつ交互に接続されること
によって前記焦電素子が電気的に直列で隣あう焦電素子
の極性が逆になるように配線されている請求項１記載の
焦電型赤外線検知装置。
【請求項５】光学チョッパを外周で支持し、かつ駆動を
おこなっている請求項１記載の焦電型赤外線検知装置。
【請求項６】光学チョッパが、円盤型のスリット板およ
び円環型のモーターを備え、前記円盤型スリット板がそ
の外周において前記円環型モーターに接続されている請
求項１記載の焦電型赤外線検知装置。
【請求項７】光学チョッパが少なくとも３個以上のロー
ラーと円盤型スリット板を備え、前記ローラーが均等に
前記円盤型スリット板の外周を支持し、前記ローラーの
うち少なくともひとつがモーターによって回転し前記円
盤型スリット板に回転を伝えている請求項１記載の焦電
型赤外線検知装置。