JPH09318453A - 赤外線センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確に赤外線を検知できるようにする。 【解決手段】 基板と、パルス信号によりそれぞれ駆動
されて赤外線照射及び環境変化による温度変化を検出す
るサーミスタ方式の複数の検出素子1aが基板との間に断
熱空間を有して設けられた第１の検出部と、信号により
駆動され環境変化による温度変化を検出するサーミスタ
方式の検出素子2aが設けられた第２の検出部と、を備
え、第１及び第２の検出部による検出結果に基づいて赤
外線照射のみによる温度変化を演算して赤外線を検知す
る赤外線センサにおいて、第２の検出部の検出素子2a
は、基板との間に断熱空間を有して設けられるとともに
定常信号により駆動されるよう成した構成にしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線による被加
熱状態を検出することによって、赤外線を検知する赤外
線センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の赤外線センサの第１従来例とし
て、図６乃至図８に示すものがある。このものは、赤外
線を検知するものであって、基板X と、パルス信号によ
りそれぞれ駆動されて赤外線照射及び環境変化による温
度変化を検出するサーミスタ方式の複数の検出素子A₁が
基板X との間に真空空間X₁を有して設けられた第１の検
出部A と、第１の検出部A にパルス信号を入力する第１
及び第２のスイッチB,Cと、信号により駆動されて赤外
線照射及び環境変化による温度変化を検出する検出素子
D₁が設けられた第２の検出部D と、第２の検出部D にパ
ルス信号を入力する第３のスイッチE と、第１及び第２
の検出部A,D が赤外線照射され得る状態で内方に収容さ
れる内方収容部F₁が設けられた収容部材F と、第１及び
第２の検出部A,D による検出結果に基づいて赤外線照射
のみによる温度変化を演算する演算手段G と、備えて構
成されている。

【０００３】詳しくは、第１の検出部A の検出素子A
₁は、基板X との間に真空空間X₁を有して設けられるこ
とによって、基板X との間が断熱状態となっている。検
出素子A₁は、赤外線照射及び環境変化による温度変化を
検出して、その抵抗値が変化する。

【０００４】第２の検出部D の検出素子D₁は、第１の検
出部A の検出素子A₁と同様に、基板X との間に真空空間
X₁を有して設けられることにより、基板X との間が断熱
状態となっている。従って、環境変化により加熱される
と、その熱が基板X へと伝熱しにくいから、環境変化に
追随して直ちに検出素子D₁が温度変化を検出する。この
第２の検出部D は、赤外線照射による発熱の影響を少な
くするために、その外方表面にアルミ層からなる赤外線
反射層D₂が設けられている。検出素子D₁は、第１の検出
部A の検出素子A₁と同様に、赤外線照射及び環境変化に
よる温度変化を検出して、その抵抗値が変化する。

【０００５】次に、このものによる赤外線の検知手順に
ついて説明する。第１及び第２のスイッチB,C を介して
順次入力されたパルス信号により駆動された検出素子A₁
に赤外線が照射されると、その検出素子A₁は、赤外線の
照射により温度変化が生じて、その温度変化に起因した
抵抗値の変化が発生する。なお、この第１の検出部Aの
検出素子A₁は、赤外線の照射のみならず、環境変化によ
っても温度変化が生じて、その温度変化に起因した抵抗
値の変化も発生する。また、第３のスイッチEを介して
入力されたパルス信号により駆動された第２の検出部D
の検出素子D₁は、赤外線照射及び環境変化により温度変
化が生じて、その温度変化に起因した抵抗値の変化が生
じる。そして、第１及び第２の検出部A,D の検出素子
A₁,D₁ の抵抗値の変化量は、演算手段G に入力される。

【０００６】演算手段G は、第１の検出部A の検出素子
A₁の抵抗値の変化量から第２の検出部D の検出素子D₁の
抵抗値の変化量を差し引くように演算して、環境変化に
よる温度変化を相殺することにより、つまり環境変化に
よる影響を補償して、赤外線照射のみによる第１の検出
部A の検出素子A₁の抵抗値の変化に対応した電圧変化を
出力する。

【０００７】この種の赤外線センサの第２従来例とし
て、図９及び図10に示すものがある。なお、第１従来例
と異なるところのみ説明する。第２の検出部D の検出素
子D₁は、定常信号により駆動され、赤外線照射による発
熱の影響を少なくするために、赤外線照射による熱を伝
熱し易いよう、基板X 上に直接設けられている。従っ
て、その検出素子D₁は、サーミスタ方式であるが故に自
己発熱しても、発熱と放熱とがバランスのとれた定常状
態となっているために、自己発熱による熱が蓄積して温
度上昇を続けることはない。この第２の検出部D は、第
１従来例と同様の検出手順により、赤外線を検知する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した第１従来例の
赤外線センサにあっては、第２の検出部D の検出素子D₁
は、第１の検出部A の検出素子A₁と同様に、真空空間X₁
によって基板X との間が断熱状態となっているから、環
境変化に追随して直ちに検出素子D₁が温度変化を検出
し、環境変化の補償がなされるものの、パルス信号が入
力される度に、サーミスタ方式であるが故に検出素子D₁
が発熱すると、その熱が基板X へ伝熱することなく蓄熱
されてしまって温度上昇を続けるために、環境変化に応
じて検出素子が正確に温度変化を生じなくなり、環境変
化による影響を補償することができなくなって、正確に
赤外線を検知することができなかった。

【０００９】また、上記した第１従来例にあっては、第
２の検出部D は、赤外線照射による発熱の影響を少なく
するために、その外方表面にアルミ層からなる赤外線反
射層D₂が設けられているものの、環境変化による影響を
補償するのに十分な程赤外線照射による発熱の影響が少
なくなるというわけではないから、正確に赤外線を検知
することができなかった。

【００１０】また、上記した第２従来例の赤外線センサ
にあっては、第２の検出部D は、基板X 上に直接形成さ
れて基板X へ伝熱し易やくなっているから、第１従来例
にように、温度上昇を続けることはないものの、環境変
化により加熱されても、その熱が基板X へ伝熱されてし
まって、環境変化よりも遅れて温度変化が生じるため
に、環境変化による影響を補償することができなくなっ
て、正確に赤外線を検知することができなかった。

【００１１】なお、第２の検出部が周囲温度の変化に遅
れて加熱される状態について、図10(a) 乃至(g) に基づ
いて詳しく説明する。第１の検出部A は、同図(a) に示
すように、パルス信号が入力されると、同図(b) に示す
ように、温度が上昇する。また、第２の検出部D は、同
図(c) に示すように、定常信号が入力されると、同図
(d) に示すように、温度が上昇する。ここで、同図(e)
に示すように、環境変化により周囲温度が変化すると、
第１の検出部A は、同図(f) に示すように、周囲温度の
変化に伴って温度が上昇する。しかしながら、第２の検
出部D は、同図(g) に示すように、周囲温度の変化に遅
れて温度が上昇する。

【００１２】また、上記した第２従来例にあっては、第
２の検出部D は、外方からの赤外線に照射による発熱の
影響を少なくするために、赤外線照射による熱を伝熱し
易いよう、基板X 上に直接設けられているものの、環境
変化による影響を補償するのに十分な程赤外線照射によ
る発熱の影響が少なくなるというわけではなく、正確に
赤外線を検知することができなかった。

【００１３】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、正確に赤外線を検知する
ことができる赤外線センサを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、請求項１記載のものは、基板と、パルス信号に
よりそれぞれ駆動されて赤外線照射及び環境変化による
温度変化を検出するサーミスタ方式の複数の検出素子が
基板との間に断熱空間を有して設けられた第１の検出部
と、信号により駆動され環境変化による温度変化を検出
するサーミスタ方式の検出素子が設けられた第２の検出
部と、を備え、第１及び第２の検出部による検出結果に
基づいて赤外線照射のみによる温度変化を演算して赤外
線を検知する赤外線センサにおいて、前記第２の検出部
の検出素子は、前記基板との間に断熱空間を有して設け
られるとともに定常信号により駆動されるよう成した構
成としている。

【００１５】また、請求項２記載のものは、請求項１記
載のものにおいて、前記パルス信号の信号値と前記定常
信号の信号値とを同一とした構成としている。

【００１６】また、請求項３記載のものは、基板と、パ
ルス信号によりそれぞれ駆動されて赤外線照射及び環境
変化による温度変化を検出するサーミスタ方式の複数の
検出素子が基板との間に断熱空間を有して設けられた第
１の検出部と、信号により駆動され赤外線照射及び環境
変化による温度変化を検出するサーミスタ方式の検出素
子が設けられた第２の検出部と、を備え、第１及び第２
の検出部による検出結果に基づいて赤外線照射のみによ
る温度変化を演算して赤外線を検知する赤外線センサに
おいて、前記第２の検出部の検出素子が前記基板との間
に断熱空間を有して設けられたものであって、前記信号
は自己発熱による前記第２の検出部の温度変化が赤外線
照射による前記第２の検出部の温度変化よりも１００倍
以上大きくなるよう成した構成としている。

【００１７】また、請求項４記載のものは、請求項１又
は３記載のいずれかのものにおいて、前記第１及び第２
の検出部をそれぞれの検出素子が赤外線照射され得る状
態で収容する内方収容部を有した収容部材が設けられた
ものであって、その内方収容部の内面に赤外線を吸収す
る赤外線吸収層が設けられた構成としている。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態を図１乃至
図４に基づいて以下に説明する。この赤外線センサは、
第１の検出部1 、第２の検出部2 、基板3 、第１のスイ
ッチ4 、第２のスイッチ5 、演算手段6 、パッケージ
（収容部材）7 を備えて構成されている。

【００１９】第１の検出部1 は、サーミスタ方式の検出
素子1a及びその検出素子1aを支持する支持部1bをそれぞ
れ備えた複数の検出ブロック1cからなる。この検出素子
1aは、第１及び第２のスイッチ4,5 を介して、パルス信
号によりそれぞれ駆動されると、サーミスタ方式あるが
故に自己発熱するとともに、赤外線照射及び環境変化に
よる温度変化を検出して、その抵抗値が変化する。支持
部1bは、中央部及びその中央部に連設された脚部によ
り、断面略コ字型に形成され、その中央部の内部に前述
した検出素子1aが設けられている。この第１の検出部1
は、支持部1bの脚部が基板3 に接合されることにより、
基板3 上に設けられる。詳しくは、第１の検出部1 は、
その検出素子1aが基板3 との間に真空空間（断熱空間）
1dを有することにより基板3 とは断熱状態で設けられて
いる。

【００２０】第２の検出部2 は、第１の検出部1 と同様
に、サーミスタ方式の検出素子2a及びその検出素子2aを
支持する支持部2bを備え、第１の検出部1 と略同一の熱
時定数を有している。この第２の検出部2 は、この支持
部2bの外方表面にアルミ層からなる赤外線反射層2cが設
けられている。この検出素子2aは、第１の検出部1 の検
出素子1aに入力されたパルス信号の信号値と同一信号値
を有した定常信号が定電圧入力されて駆動されると、サ
ーミスタ方式あるが故に自己発熱するとともに、赤外線
照射及び環境変化による温度変化を検出して、その抵抗
値が変化する。但し、この第２の検出部2 は、上記した
ように、その支持部2bの外方表面に赤外線反射層2cが設
けられているから、赤外線照射による加熱の影響が小さ
くなっている。第２の検出部2 は、第１の検出部1 に隣
接して基板3 上に設けられている。詳しくは、第２の検
出部2 は、その検出素子2aが基板3 との間に真空空間
（断熱空間）2dを有することにより基板3 とは断熱状態
で設けられている。

【００２１】演算手段6 は、反転増幅器6a及びその反転
増幅器6aに接続された直流増幅器6bを備えている。この
演算手段6 は、環境変化による影響を補償して、赤外線
照射のみによる第１の検出部1 の検出素子1aの抵抗値の
変化に対応した電圧変化を出力する。なお、この演算手
順については、詳しく後述する。

【００２２】パッケージ（収容部材）7 は、赤外線が透
過するよう一方に開口部7aを有した略箱状に形成され、
その内部が基板3 に設けられた第１及び第２の検出部1,
2 を収容する内方収容部7bとなっている。この内方収容
部7bは、その内面に金属黒やスプレーによる赤外線吸収
膜からなる赤外線吸収層7cが設けられている。

【００２３】次に、このものの演算手順を図１(a) 乃至
(g) に基づいて説明する。第１の検知部1 の検出素子1a
は、同図(a) に示すようにパルス信号が入力されると、
同図(b) に示すように、サーミスタ方式あるが故に自己
発熱して温度変化が生じる。また、第２の検知部2 の検
出素子2aは、同図(c) に示すように定常信号が入力され
ると、同図(d) に示すように、サーミスタ方式あるが故
に自己発熱して温度変化が生じる。ここで、環境変化に
より周囲温度が同図(e) に示すように変化すると、第１
の検知部1 の検出素子1aは、同図(f) に示すように温度
変化が生じて、その抵抗値が変化する。また、第２の検
知部2 の検出素子2aも、同図(g) に示すように温度変化
が生じて、その抵抗値が変化する。そして、演算手段6
が、第１の検出部1 の検出素子1aの抵抗値の変化量から
第２の検出部2 の検出素子2aの抵抗値の変化量を差し引
くように演算して、環境変化による温度変化を相殺する
ことにより、つまり環境変化による影響を補償して、赤
外線照射のみによる第１の検出部1 の検出素子1aの抵抗
値の変化に対応した電圧変化を出力する。

【００２４】かかる赤外線センサにあっては、第２の検
出部の検出素子は、定常信号により駆動されるから、サ
ーミスタ方式あるが故に自己発熱しても、発熱と放熱と
がバランスのとれた定常状態となっているために、第１
従来例のように温度上昇が生じることはなく、第２従来
例とは異なって基板3 との間に真空空間2dを有して断熱
状態で設けられているから、環境変化に追随して直ちに
温度変化を検出して、正確に赤外線を検知することがで
きる。

【００２５】また、信号値を同一にして第１及び第２の
検出部1,2 の検出素子1a,2a にそれぞれ入力されたパル
ス信号及び定常信号により、駆動される際の自己発熱が
同一となるから、例えば演算中に、信号値を互いに逆符
号とすることにより、自己発熱量を相殺することがで
き、より一段と正確に、赤外線を検知するものとなって
いる。

【００２６】また、第１及び第２の検出部1,2 の自己発
熱による赤外線が内方収容部7bの内面に向かって放射さ
れても、その赤外線は、赤外線吸収層7cにより吸収され
るから、その第１の検出部1 に検出されるようなことは
なくなって、より一段と正確に、赤外線を検知するもの
となっている。

【００２７】次に、本発明の第２実施形態を図５に基づ
いて以下に説明する。なお、第１実施形態と異なるとこ
ろのみ記す。第１実施例では、第２の検出部2 の支持部
2bは、その外方表面に赤外線反射層2cが設けられていた
のに対し、本実施形態では、赤外線反射層2cが設けられ
ていない構成となっており、さらに、第２の検出部2の
検出素子2aに入力される定常信号が、自己発熱による第
２の検出部2 の温度変化が赤外線照射による第２の検出
部2 の温度変化よりも１００倍以上大きくなるようにし
ている。望ましくは、自己発熱による第２の検出部の温
度変化は、赤外線照射による第２の検出部の温度変化の
１０００倍以上である。

【００２８】次に、このものの演算手順を図５(a) 乃至
(g) に基づいて説明する。第１の検知部1 の検出素子1a
は、同図(a) に示すようにパルス信号が入力されると、
同図(b) に示すように自己発熱して温度変化する。ま
た、第２の検知部2 の検出素子2aは、同図(c) に示すよ
うに定常信号が入力されると、同図(d) に示すように自
己発熱して温度変化する。ここで、赤外線が同図(e) に
示すように照射されると、第１の検知部1 の検出素子1a
は、同図(f) に示すように温度変化が生じて、その抵抗
値が変化する。しかしながら、第２の検出部2 は、自己
発熱量が大きいために、赤外線照射による加熱の影響が
相対的に極めて小さいものとなっているから、同図(g)
に示すように、その温度が実際上変化しないものとなっ
ている。なお、環境変化による影響の補償は、第１実施
形態と同様の演算手順により行われるので、ここでは説
明を省略する。

【００２９】かかる赤外線センサにあっては、自己発熱
による第２の検出部2 の温度変化は、赤外線照射による
第２の検出部2 の温度変化よりも１００倍以上大きいた
めに、実際上、赤外線照射による発熱の影響が無くなっ
て、環境変化のみにより検出素子2aが温度変化し、環境
温度の変化による影響を補償することができるから、第
１実施形態よりも一段と正確に、赤外線を検知すること
ができる。

【００３０】なお、第１実施形態では、第１及び第２の
検出部1 の検出素子1a,2a にそれぞれ入力されるパルス
信号及び定常信号の信号値を同一としているが、例え
ば、自己発熱量を信号値に応じて適宜計算して相殺する
ときは、このような構成にしなくてもよく、そのときは
設計自由度を高くすることができる。

【００３１】また、第１及び第２実施形態ではいずれ
も、収容部材7 の内面に赤外線吸収層7cが設けられてい
るが、例えば、動作時間が比較的短くて、第１及び第２
の検出部1 の検出素子1a,2a の自己発熱による赤外線の
放射量が少ないときは、赤外線吸収層7cが設けられなく
てもよく、そのときは赤外線吸収層7cを設ける手間を省
けて、作業性がより良くなる。

【００３２】また、第１及び第２実施形態ではいずれ
も、第１及び第２の検出部1,2 は、真空空間1d,2d が設
けられることにより、検出素子1a,2a と基板3 との間を
断熱しているが、検出素子1a,2a と基板3 との間に断熱
材を充填した断熱空間が設けられることにより断熱する
ようにしてもよい。

【００３３】

【発明の効果】請求項１記載のものは、第２の検出部の
検出素子は、定常信号により駆動されるから、サーミス
タ方式であるが故に自己発熱しても、発熱と放熱とがバ
ランスのとれた定常状態となっているために、第１従来
例のように温度上昇することはなく、第２従来例とは異
なって基板との間に断熱空間を有しているから、周囲温
度の変化に追随して直ちに被加熱状態を検出して、正確
に赤外線を検知することができる。

【００３４】請求項２記載のものは、信号値が同一のパ
ルス信号及び定常信号により、駆動される際の自己発熱
量が同一となるから、例えば信号値を互いに逆符号とす
ることにより、自己発熱量を相殺することができ、請求
項１記載のものよりも、一段と正確に、赤外線を検知す
ることができる。

【００３５】請求項３記載のものは、自己発熱による第
２の検出部の温度変化は、赤外線照射による第２の検出
部の温度変化よりも１００倍以上大きいために、実際
上、赤外線照射による発熱の影響が無くなって、環境変
化のみにより検出素子が温度変化し、環境変化による影
響を補償することができるから、正確に赤外線を検知す
ることができる。

【００３６】請求項４記載のものは、第１及び第２の検
出部の自己発熱による赤外線が内方収容部の内面に向か
って放射されても、その赤外線は、赤外線吸収層により
吸収されるから、第１の検出部に検出されるようなこと
はなくなって、請求項１又は３記載のいずれかのものの
よりも、一段と正確に赤外線を検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の動作説明図である。

【図２】同上の回路図である。

【図３】同上の収容部材の断面図である。

【図４】同上の第１の検出部が基板上に設けられた状態
を示す断面図である。

【図５】本発明の第２実施形態の動作説明図である。

【図６】第１従来例の回路図である。

【図７】同上の収容部材の断面図である。

【図８】同上の第２の検出部が基板上に設けられた状態
を示す断面図である。

【図９】第２従来例の第２の検出部が基板上に設けられ
た状態を示す断面図である。

【図１０】同上の動作説明図である。

【符号の説明】

1 第１の検出部 1a 検出素子 1d 断熱空間（真空空間） 2 第２の検出部 2a 検出素子 2d 断熱空間（真空空間） 3 基板 7 収容部材（パッケージ） 7b 内方収容部 7c 赤外線吸収層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、パルス信号によりそれぞれ駆動
   されて赤外線照射及び環境変化による温度変化を検出す
   るサーミスタ方式の複数の検出素子が基板との間に断熱
   空間を有して設けられた第１の検出部と、信号により駆
   動され環境変化による温度変化を検出するサーミスタ方
   式の検出素子が設けられた第２の検出部と、を備え、第
   １及び第２の検出部による検出結果に基づいて赤外線照
   射のみによる温度変化を演算して赤外線を検知する赤外
   線センサにおいて、 前記第２の検出部の検出素子は、前記基板との間に断熱
   空間を有して設けられるとともに定常信号により駆動さ
   れるよう成したことを特徴とする赤外線センサ。
2. 【請求項２】 前記パルス信号の信号値と前記定常信号
   の信号値とを同一としたことを特徴とする請求項１記載
   の赤外線センサ。
3. 【請求項３】 基板と、パルス信号によりそれぞれ駆動
   されて赤外線照射及び環境変化による温度変化を検出す
   るサーミスタ方式の複数の検出素子が基板との間に断熱
   空間を有して設けられた第１の検出部と、信号により駆
   動され赤外線照射及び環境変化による温度変化を検出す
   るサーミスタ方式の検出素子が設けられた第２の検出部
   と、を備え、第１及び第２の検出部による検出結果に基
   づいて赤外線照射のみによる温度変化を演算して赤外線
   を検知する赤外線センサにおいて、 前記第２の検出部の検出素子が前記基板との間に断熱空
   間を有して設けられたものであって、前記信号は自己発
   熱による前記第２の検出部の温度変化が赤外線照射によ
   る前記第２の検出部の温度変化よりも１００倍以上大き
   くなるよう成したことを特徴とする赤外線センサ。
4. 【請求項４】 前記第１及び第２の検出部をそれぞれの
   検出素子が赤外線照射され得る状態で収容する内方収容
   部を有した収容部材が設けられたものであって、その内
   方収容部の内面に赤外線を吸収する赤外線吸収層が設け
   られたことを特徴とする請求項１又は２記載のいずれか
   の赤外線センサ。