JPH08122143A - 赤外線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 赤外線検出精度がよく、小型、かつ、安価な
赤外線検出器を提供することである。 【構成】 複数の赤外線検出素子３が二次元状に配列形
成され、検知領域内の検知対象熱源からの赤外線を集光
して対応する素子３上に導く赤外レンズを有する赤外線
検出器において、レンズの光学収差により、中央部から
離れるに従って同一熱源の赤外線像６ａ，６ｂ，６ｃ，
６ｄの形状が歪む、あるいは像の面積が小さくなる、あ
るいは像の中心が対応する素子３の中心から中央部の方
向にずれる場合に、周辺部の素子３を、対応する赤外線
像６ｂ，６ｃ，６ｄに合わせて形状を変形し、面積を小
さくし、隣り合う素子３中心間の間隔を狭くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人体等の検知対象熱源
から放射される赤外線を検出する赤外線検出器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図４には、人体等の検知対象熱源から放
射される赤外線を検出する赤外線検出器の熱型の赤外線
検出素子３の配列構成が示されている。この種の赤外線
検出素子３は、赤外線照射量に応じて熱抵抗が変化する
サーミスタボロメータや、赤外線照射量に応じて起電力
が生じるサーモパイルや、赤外線照射量に応じて自発分
極が起こる焦電体等の熱型赤外線検出素子が用いられる
が、この図４のものは、焦電体の素子基板２を、分離さ
れた２個の電極４で表裏両側から挟み込むことにより形
成されており、赤外線の照射量に応じた信号を検出出力
するものである。

【０００３】同図では、焦電体の共通の素子基板２の表
裏両面上に互いに対向させて矩形状の電極４を、横４列
縦４列の二次元アレイ状に配列形成して複数の赤外線検
出素子３が形成されている。このように、赤外線検出素
子３が二次元状に配列形成された素子の配列群を、ここ
では赤外線検出素子群８と呼ぶ。また、同図の全ての赤
外線検出素子３の受光面は形状も面積も同一で、隣り合
う赤外線検出素子３間の間隔ｄも全て同一である。ここ
では、この赤外線検出素子群８は、横５ｍ縦５ｍ高さ３
ｍの部屋の天井中央部に配置され、赤外検知領域内（室
内）の検知対象熱源（例えば人体）の赤外線を検出する
ものとする。

【０００４】また、赤外線検出器には赤外レンズ（図示
せず）が設けられており、この赤外レンズは赤外検知領
域内の検知対象熱源の赤外線を集光して赤外線検出素子
３に導く。なお、赤外検知領域は、例えば図４の素子３
の配列と同様に、横４列縦４列に区分するという如く、
赤外線検出器の赤外線検出素子３の配列に対応させて区
分され、この区分された各区分領域はその配列位置に対
応する赤外線検出素子３に１対１に対応している。した
がって、各区分領域内から放射される赤外線は、上記赤
外レンズによって、その放射熱源が位置する区分領域の
配列位置に応じて対応する赤外線検出素子３に導かれ
る。

【０００５】また、各赤外線検出素子３は、前記各素子
３の検出信号を信号処理する信号処理回路（図示せず）
に接続されており、赤外線検出器は、前記素子３の検出
信号に基づいて検知対象熱源の赤外線を検出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、赤外線検出
素子３は微小（例えば、横１mm縦１mmの大きさ）であ
り、各素子３間の間隔ｄも狭い（例えば、ｄは0.5 mm）
ことから、図４に示されるような赤外線検出素子群８
は、赤外線を検出する検知領域（例えば、横５ｍ縦５ｍ
高さ３ｍの部屋における人体の赤外線検知領域の大き
さ）に比べれば非常に微小なものである。このことか
ら、赤外線検出素子群８が赤外線検知領域内の全ての検
知対象熱源の赤外線を検出するためには、赤外線集光領
域の広い（例えば、レンズの集光角が100 °以上）赤外
レンズを設ける必要があり、ここでは、赤外レンズは１
個の広角レンズ（凸レンズ）で形成されている。

【０００７】しかしながら、上記のように広角レンズを
用いると、図５に示すように同一熱源から放射される赤
外線像６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄであるにもかかわらず、
レンズの光学収差により、熱源が検知領域の中央区分位
置から周辺の区分位置に移動するに伴い、つまり、赤外
線像が赤外線検出素子群８の中央部から周辺部へ離れる
に従って、赤外線像の形状が歪む、あるいは赤外線像の
中心が対応する赤外線検出素子３の中心から中央部の方
向にずれる、あるいは赤外線像の面積が小さくなる。

【０００８】上記のように、赤外線像の面積が縮小され
てしまうと、赤外線検出素子３の面積に占める赤外線像
の面積の占有割合が低くなり、反対に背景の占有割合が
高くなる。また、赤外線像の形状の歪みや中心のずれが
生じると、赤外線像６ｂ，６ｃ，６ｄの一部が赤外線検
出素子３以外の部分に照射されてしまい、その分素子３
で検出される熱源の赤外線量が低減し、また、赤外線検
出素子３の面積に占める赤外線像の面積の占有割合が低
くなり、反対に背景の占有割合が高くなる。以上のよう
に、レンズの光学収差に起因して周辺部の赤外線検出素
子３の検出信号には背景によるバックグラウンドノイズ
が多く含まれてしまう。

【０００９】ところで、赤外線の強度は距離の２乗に反
比例して弱くなることから、同一検知対象熱源から放射
された赤外線でも、赤外線検出素子群８の周辺部に照射
されるときの強度は中央部に照射されるときに比べて弱
くなる。この周辺部の赤外線強度を中央部の赤外線強度
に合わせる手法として、前記信号処理回路で周辺部の赤
外線検出素子３の検出信号における増幅率を中央部より
高くしている。しかし、この補正方式を採用しているた
めに、前記周辺部の赤外線検出素子３の検出信号に多く
含まれるバックグラウンドノイズも増幅され、真の検出
信号を検出するのが困難となって、検知領域の周辺部で
の赤外線を精度よく検出することができず、赤外線検出
器の赤外線検出精度が悪化してしまうという問題があ
る。

【００１０】上記レンズの光学収差による周辺部での赤
外線像の歪みや中心のずれや面積の縮小の問題を解決す
る手段として、複数のレンズを用いることが考えられる
が、各レンズにおける赤外線吸収量の総量は無視できな
いほど多くなり、赤外線検出素子３上に照射される赤外
線量が非常に微量となってしまい、検知対象熱源の赤外
線検出が困難であるという問題が生じる。さらに、赤外
線検出器が大型で高価なものになるという問題が生じ
る。

【００１１】また、上記レンズの光学収差に起因する問
題とレンズの赤外線吸収に起因する問題を解決する手段
として、赤外レンズを使用せず、複数の反射鏡を用いる
ことが考えられる。しかし、この場合には赤外線検出器
が大型で高価なものになるという問題が生じる。

【００１２】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、検知対象熱源の赤外線を
精度よく検出でき、小型、かつ、安価な赤外線検出器を
提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のように構成されている。すなわち、本
発明の赤外線検出器は、複数の赤外線検出素子が二次元
状に配列形成され、検知領域内の検知対象熱源からの赤
外線を集光して対応する赤外線検出素子に導く赤外レン
ズを有する赤外線検出器において、二次元状配列の中央
部に配置されている赤外線検出素子の面積よりも二次元
状配列の周辺部に配置されている赤外線検出素子の面積
を小さくしたことを特徴として構成されている。

【００１４】また、本発明は、二次元状に配列配置され
た互いに隣り合わせの赤外線検出素子中心間の間隔は中
央部から周辺部へ離れるに従って狭くしたこと、赤外線
検出素子はｍ×ｎの二次元状に配置され、ｍ≧３かつｎ
≧２としたこと、赤外線検出素子として熱型赤外線検出
素子を用いたことも特徴とするところである。

【００１５】

【作用】上記構成の本発明において、赤外線検出素子の
二次元状配列の中央部から周辺部へ離れるに従って、同
一検知対象熱源における該素子上の赤外線像の面積が小
さくなるが、周辺部の赤外線検出素子の面積は小さいの
で、中央部と周辺部とでの赤外線検出素子の面積に占め
る赤外線像の面積の占有割合は同じになる。

【００１６】また、中央部から周辺部へ離れるに従って
赤外線像の中心が対応する赤外線検出素子の中心から中
央部の方向にずれても、互いに隣り合う赤外線検出素子
の中心間の間隔が中央部から周辺部へ離れるに従って狭
いので、中央部でも周辺部でも赤外線像の中心と赤外線
検出素子の中心が一致し、赤外線像が赤外線検出素子か
らはみ出すことはなく、赤外線検出素子の面積に占める
赤外線像の面積の占有割合が中央部でも周辺部でも同じ
になる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一名
称部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略す
る。

【００１８】図１には、本実施例の赤外線検出器におけ
る熱型の赤外線検出素子３の配列構成が示されている。
ここでは、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ系）等で構成
されるセラミックス焦電体の素子基板２（例えば厚さ10
0 μｍ）の表裏両面上に、互いに対向させて横４列縦４
列の二次元状にニッケルクロム（ＮｉＣｒ）電極４を蒸
着等の電極形成手段で形成して複数の赤外線検出素子３
を形成している。また、本実施例の赤外線検出器には赤
外レンズとして１個のゲルマニウム製凸レンズ（例え
ば、焦点距離3.3 mm、レンズの集光角100 °以上）を使
用しており、従来例と同様に、赤外線検出素子群８は、
横５ｍ縦５ｍ高さ３ｍの部屋の天井中央部に配置されて
いる。

【００１９】本実施例では、レンズの光学収差により、
赤外線検出素子群８の中央部から周辺部へ離れるに従っ
て、同一の検知対象熱源による赤外線検出素子３上の赤
外線像が歪む、かつ、赤外線像の中心が対応する赤外線
検出素子３の中心から中央部の方向にずれる、かつ、赤
外線像の面積が小さくなるに応じて、各赤外線検出素子
３の形状、面積、形成位置を対応する区分領域の全面か
ら放射される赤外線像に合わせて形成する。つまり、図
１および図２に示すように、中央部から周辺部へ離れる
に従って、素子３の形状は矩形から菱形状に変形し、隣
り合う素子３の中心間の間隔は狭くなり、素子３の面積
は小さくなる。

【００２０】本実施例によれば、レンズの光学収差によ
る赤外線検出素子群８の周辺部での赤外線像の歪みや中
心のずれや面積の縮小に応じて、周辺部の赤外線検出素
子３を対応する赤外線像に合うように形成するので、図
２に示すように、周辺部の赤外線検出素子３の面積に占
める赤外線像の面積の占有割合が中央部と同じになり、
つまり、背景の占有割合が高くならず、周辺部の赤外線
検出素子３の検出信号におけるバックグラウンドノイズ
を低く抑えることができる。このため、周辺部でも赤外
線を精度よく検出でき、赤外線検出器の赤外線検出精度
を向上させることができる。

【００２１】また、複数のレンズや複数の反射鏡を用い
なくとも１個の凸レンズを用いて、上記のような優れた
効果を示すことができるために、小型、かつ、安価な赤
外線検出器を提供することができる。

【００２２】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では、赤外線検出素子３が、横４列縦４列の二次
元状に配列形成されたが、赤外線検出素子３がｍ×ｎ
（ただし、ｍは３以上の整数であり、ｎは２以上の整数
である）の二次元状に配列形成されたものでもよい。例
えば、図３に示すような横４列縦２列の二次元状に配列
形成される赤外線検出素子３についても上記実施例同様
に、レンズの光学収差による赤外線像に合わせて形状や
素子中心間隔等を形成して、上記実施例同様な効果を得
ることができる。このように、レンズの光学収差は中央
部から離れるに従って大きくなることから、赤外線検出
素子３が縦横列の一方側を３列以上、他方側を２列以上
に二次元状に配列形成された赤外線検出器で特に大きな
効果を顕す。

【００２３】また、上記実施例では、熱型の赤外線検出
素子３として焦電体を用いたが、サーモパイルやサーミ
スタボロメータでもよい。また、上記実施例では、共通
の素子基板２上に電極を形成して複数の赤外線検出素子
３を形成したが、素子基板２は電極４に対応させて分割
されているものでもよい。

【００２４】また、上記実施例では、赤外線検出素子３
は熱型の素子であったが、量子型でもよい。ただし、熱
型の赤外線検出素子３は、量子型に設けられるような冷
却手段が不要なために、構造が簡易であり、小型で安価
な赤外線検出器を提供できる。

【００２５】さらにまた、上記実施例では、赤外線検出
素子群８を部屋の天井中央部に設置したが、例えば、建
物の出入口の自動ドアの上方に設置したり、通信ケーブ
ル用トンネル内に設置してネズミを検知する等、赤外線
検出器は、赤外線検出素子群８を適宜な場所に設置し
て、その用途は限定されるものではない。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、レンズの光学収差に起
因して、二次元状配列の中央部から離れるに従って同一
検知対象熱源の赤外線像の面積が小さくなっても、中央
部より周辺部の赤外線検出素子の面積を小さくするの
で、周辺部の赤外線検出素子の面積に占める赤外線像の
面積の占有割合が中央部と同じになり、赤外線検出素子
の出力にバックグラウンドノイズが多く含まれることが
なくなり、周辺部でも中央部同様に赤外線を精度よく検
出でき、赤外線検出器の赤外線検出精度を向上させるこ
とができる。

【００２７】また、レンズの光学収差により、中央部か
らの距離に応じて周辺部の赤外線像の中心が対応する赤
外線検出素子の中心から中央部の方向にずれて照射され
ても、中央部から周辺部へ離れるに従って互いに隣り合
う赤外線検出素子の中心間の間隔を狭くしたので、周辺
部の赤外線像の一部が赤外線検出素子からはみ出して素
子以外の部分に照射されるこがなくなり、検出する熱源
の赤外線量が低減されず、また、周辺部の赤外線検出素
子の面積に占める赤外線像の面積の占有割合が低くなら
ない。このために、赤外線検出素子の出力にバックグラ
ウンドノイズが多く含まれることがなくなり、赤外線検
出器の赤外線検出精度を向上させることができる。

【００２８】レンズの光学収差は中央部から離れるに従
って大きくなることから、赤外線検出素子が縦横列の一
方側を３列以上、他方側を２列以上に二次元状に配列形
成する構成とすることによって、上記のように優れた効
果を得ることができる。

【００２９】さらに、赤外線検出素子は熱型でも量子型
でも上記同様の効果を得ることができるが、特に熱型の
赤外線検出素子を用いた構成にあっては、量子型の赤外
線検出素子に設けられる冷却手段が不要な分、素子の構
造が簡易であり、小型で安価な赤外線検出器を提供でき
る。

【００３０】さらにまた、複数のレンズや複数の反射鏡
を用いなくても、１個の赤外レンズで上記のように優れ
た効果を得ることができるために、小型、かつ、安価な
赤外線検出器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の赤外線検出器における赤外線検出素
子の二次元状配列およびその配列位置と素子の形状、面
積、形成位置との関係を示す説明図である。

【図２】赤外線像と赤外線検出素子の形状、面積、形成
位置との関係を示す説明図である。

【図３】本発明による他の実施例を示す説明図である。

【図４】従来例を示す説明図である。

【図５】従来の課題を示す説明図である。

【符号の説明】

３ 赤外線検出素子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の赤外線検出素子が二次元状に配列
   形成され、検知領域内の検知対象熱源からの赤外線を集
   光して対応する赤外線検出素子に導く赤外レンズを有す
   る赤外線検出器において、二次元状配列の中央部に配置
   されている赤外線検出素子の面積よりも二次元状配列の
   周辺部に配置されている赤外線検出素子の面積を小さく
   したことを特徴とする赤外線検出器。
2. 【請求項２】 二次元状に配列配置された互いに隣り合
   わせの赤外線検出素子中心間の間隔は中央部から周辺部
   へ離れるに従って狭くしたことを特徴とする請求項１記
   載の赤外線検出器。
3. 【請求項３】 赤外線検出素子はｍ×ｎの二次元状に配
   置され、ｍ≧３かつｎ≧２としたことを特徴とする請求
   項１又は請求項２記載の赤外線検出器。
4. 【請求項４】 赤外線検出素子として熱型赤外線検出素
   子を用いたことを特徴とする請求項１又は請求項２又は
   請求項３記載の赤外線検出器。