JPH10142046A - 焦電形赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一般に赤外線検出装置の出力−距離特性図１
０を見ると、検出距離までの距離が遠くなれば成る程、
その検出出力は低下し、検出視野角を狭くしなければな
らないが、その特性に反して従来の赤外線検出装置は視
野角を広く而もより遠くの赤外線を検出しようとしたも
のである。 【解決手段】 本発明の焦電形赤外線検出装置は、赤外
線透過窓材２とレンズ６と赤外線検出素子７を適宜組み
合わせて一列に配列したことによって、視野角特性及び
出力−距離特性図４を大幅に改善したものである。従っ
て比較的簡単な構成で、遠距離で広範囲な赤外線の検出
が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、見本市会場のよう
なイベントホールや、一階から吹き抜けになっているホ
テルやオフィスビルのロビーに見られる、アトリウムと
呼ばれている高天井の大規模空間に設けられ、火災から
放射される赤外線を検出する焦電形赤外線検出装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、火災から放射される赤外線を検出
する装置として、焦電薄膜素子を利用した焦電形赤外線
検出装置が実用化されて来ている。また高性能が要請さ
れる特殊用途については量子形赤外線検出装置が利用さ
れていたが、この装置は非常に高価で、重量も重く、而
もメンテナンスに関しても、その作業が困難であるとい
う理由でアトリウムなどの設置には敬遠されていた。

【０００３】そこで最近になって比較的安価で、軽く、
メンテナンスも容易、而も高性能化した焦電形赤外線検
出装置が使われ始めたのである。

【０００４】ところでこの焦電形赤外線検出装置は、２
次元画像を得るための手段として、１次元の単素子の焦
電薄膜エレメントもしくは多素子の焦電薄膜エレメント
を配置した単一赤外線検出装置を回転駆動手段で回転さ
せる方式が一般的であった。図９及び図１０にその概要
を示す。

【０００５】この装置は可動筐体１５内に収納された多
素子の焦電薄膜エレメントからなる赤外線検出素子７
と、その前方の扇状の視野２３から進入してくる赤外線
を集光する集光鏡２１を備えていて、その可動筐体１５
を回転駆動手段１４で回転させることによってできるド
ーナツ状の視野範囲２２の赤外線を検出していたのであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、精々１
センチ平方メートル以内に配置できる焦電薄膜エレメン
トの素子数は限定され、単素子は元より多素子の焦電薄
膜エレメントでも広範囲に渡って視野をカバーするのは
困難である。

【０００７】つまり広角のレンズを利用して広範囲の視
野を検出しようとすれば遠距離になればなる程、それぞ
れの焦電薄膜エレメントが検出する視野面積がますます
大きくなり、その視野面積内の局部的な範囲で発生した
高エネルギの赤外線はその周囲のエネルギと平均化され
てしまうため、正確なその高エネルギの赤外線を検出す
ることは困難となる。

【０００８】即ち図１０に示すように、このような赤外
線検出装置の距離に関する出力特性（以下、出力−距離
特性と呼ぶ）を見てみると、検知しようとする熱エネル
ギ源が同量の赤外線を放出している時、赤外線検出装置
から検出位置までの距離が遠くなれば成る程、その検出
出力は著しく低下することが分かる。

【０００９】従ってある既定出力（閾値Ｘｏ）を検出す
る限界距離Ｌｏより遠いＬｂで発生している筈の出力Ｘ
ｂは、Ｘｂ＜Ｘｏのため、周囲の赤外線と識別が付かず
検出することが困難であることを示している。

【００１０】更に回転駆動手段を付加した赤外線検出装
置で、遠距離かつ広範囲のドーナツ状の視野範囲２２を
検出しようとする場合も、同様の理由で自ずと限界があ
り、特に外周付近の検出出力は内周の出力と比較して距
離の長い分だけ、その出力が低下する傾向にあることは
一目瞭然である。

【００１１】本発明は、上記欠点を解消し、アトリウム
と呼ばれる高天井の大規模空間内で、遠距離で而も広範
囲の赤外線を高精度に検出し、比較的簡単な構成により
安価で、軽量、そしてメンテナンスも容易に可能となる
赤外線検出装置を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、固定設置側本体に可動筐体を回転させる回
転駆動手段を備え、前記可動筐体の中に同一平面上一列
に而も熱検出する視野方向に向いて複数の赤外線検出手
段を配列し、それぞれの赤外線検出手段に複数の焦電薄
膜エレメントからなる赤外線検出素子と、前記赤外線検
出手段の前面に構成された前面板と、前記前面板に開口
した赤外線入射孔と、前記前面板と前記赤外線検出素子
の間に前記赤外線入射孔に対向して取り付けられた赤外
線透過窓材と、前記赤外線検出素子へ入射する赤外線の
通路を駆動モータで回転しながら開閉するチョッパと、
透過する赤外線の視野角を決定するレンズと、前記チョ
ッパ付近の温度を検出する基準室温検出手段と、前記赤
外線検出素子の出力信号と前記基準室温検出手段の出力
信号を比較処理する制御処理部とを備え、前記赤外線検
出手段の中央部付近から両端部へあるいは一方の端部か
らもう一方の端部へ行くほど、少なくとも視野角が狭い
あるいは透過率の良い前記レンズ、あるいは透過率の良
い前記赤外線透過窓、あるいは感度の良い前記赤外線検
出素子のいずれかを組み合わせて構成したものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、固定設
置側本体に可動筐体を回転させる回転駆動手段を備え、
前記可動筐体の中に同一平面上一列に而も熱検出する視
野方向に向いて複数の赤外線検出手段を配列し、それぞ
れの前記赤外線検出手段に複数の焦電薄膜エレメントか
らなる赤外線検出素子と、前記赤外線検出手段の前面に
構成された前面板と、前記前面板に開口した赤外線入射
孔と、前記前面板と前記赤外線検出素子の間に前記赤外
線入射光に対向して取り付けられた赤外線透過窓材と、
前記赤外線検出素子へ入射する赤外線の通路を駆動モー
タで回転しながら開閉するチョッパと、透過する赤外線
の視野角を決定するレンズと、前記チョッパ付近の温度
を検出する基準室温検出手段と、前記赤外線検出素子の
出力信号と前記基準室温検出手段の出力信号を比較処理
する制御処理部とを備え、前記赤外線検出手段の中央部
付近から両端部へあるいは一方の端部からもう一方の端
部へ行くほど、視野角が狭いあるいは透過率の良い前記
レンズ、あるいは透過率の良い前記赤外線透過窓材、あ
るいは感度の良い前記赤外線検出素子のいずれかを組み
合わせて構成したものである。

【００１４】この構成によれば、アトリウムのような高
天井の大規模空間内で、検出しようとする床面の視野範
囲は、比較的近距離の床面から入射する赤外線エネルギ
と遠距離の床面から入射する赤外線エネルギとができる
限り均等になるように効果的に分割構成され、広範囲の
赤外線を正確に検出することが可能となる。

【００１５】請求項２の発明は、シリコンもしくはサフ
ァイヤガラスからなる複数のレンズを組み合わせたもの
である。

【００１６】この構成によれば、比較的近距離の床面か
ら入射する赤外線には視野角が広くて透過率が低いが安
価な前記シリコン材を、遠距離の場合には視野角が狭く
て透過率の高い前記サファイヤガラスを適宜選定するこ
とができる。

【００１７】請求項３の発明は、前記赤外線透過窓材の
材質はシリコンもしくはサファイヤガラスもしくはポリ
エチレンのいずれかを組み合わせたものである。

【００１８】この構成によれば、比較的近距離の床面か
ら入射する赤外線には透過率が低いが安価な前記ポリエ
チレンもしくは前記シリコン、遠距離の場合には透過率
の高い前記サファイヤガラスを適宜選定することができ
る。

【００１９】請求項４の発明は、複数の前記赤外線検出
手段に収納されている前記赤外線検出素子の中の前記焦
電薄膜エレメントのそれぞれの素子数もしくは素子間ピ
ッチが同一あるいは複数の種類のいずれかを組み合わせ
て構成されたものである。

【００２０】この構成によれば、比較的近距離の床面か
ら入射する赤外線には少なくとも前記素子数の少ないあ
るいは前記素子間ピッチが大きい前記赤外線検出素子、
遠距離の場合には少なくとも前記素子数の多いあるいは
前記素子間ピッチが小さい前記赤外線検出素子を適宜選
定することが可能である。

【００２１】請求項５の発明は、前記可動筐体の中に少
なくとも１つの前記基準室温検出手段を備えたことを特
徴とするものである。

【００２２】この構成によれば、所定の検出精度の範囲
内で個々の前記赤外線検出手段の中に収納された前記基
準室温検出手段の設置数を大幅に削減することが可能で
ある。

【００２３】

【実施例】以下本発明の実施例に置ける焦電形赤外線検
出装置について図面を参照しながら説明する。

【００２４】図１は、本発明の一実施例の焦電形赤外線
検出装置の構成図である。可動筐体１５は固定設置側本
体１６に備えられた回転駆動手段１４によって回転軸１
３中心に回転し、その可動筐体１５の中には複数の赤外
線検出手段１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、
１２ｆが、それぞれ一列に取り付けられている。従っ
て、それぞれの赤外線検出手段１２ａ、１２ｂ、１２
ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆから検出されたデータは受
送信手段１７によって順次熱画像処理制御部１８に送ら
れ、そこで２次元の熱画像として出力される。

【００２５】図２及び図３は、それぞれの赤外線検出手
段１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆの
基本構成を示す代表的な一例で、この赤外線検出手段１
２の中には、焦電薄膜エレメント８を内包する赤外線検
出素子７が備えられていて、赤外線検出手段１２の前面
に構成された前面板３には赤外線入射孔１が開口されて
いる。

【００２６】前面板３と赤外線検出素子７の間に赤外線
入射孔１に対向して赤外線透過窓材２と、赤外線検出素
子７へ入射する赤外線の通路を駆動モータ５で回転しな
がら開閉する機構としてスリット４ａを備えたチョッパ
４と、透過する赤外線の視野角を決定するレンズ６とが
設けられているため、赤外線検出手段１２の外部から入
射する赤外線は赤外線入射孔１と、赤外線透過窓材２
と、チョッパ４のスリット４ａと、レンズ６を通り抜け
て赤外線検出素子７の中の焦電薄膜エレメント８に到達
する。

【００２７】チョッパ４の付近には、その近傍の温度を
検出検知する基準室温検出手段１１が取り付けられてい
て、この基準室温検出手段１１の出力信号と、赤外線検
出手段１２の外部から取り入れた赤外線の熱エネルギを
受けた赤外線検出素子７の出力信号とを比較処理する信
号処理部１０が組み込まれた制御処理部９が備えられて
いる。

【００２８】このような赤外線検出手段１２が可動筐体
１５の中に同一平面上に一列に、而も熱検出する視野方
向に向いて配列されていて、両端部の赤外線検出手段１
２ａ、１２ｆは少なくとも中央部付近の赤外線検出手段
１２ｂ、１２ｅ、及び更に中央部の赤外線検出手段１２
ｃ、１２ｄより視野角が狭いあるいは透過率の良いレン
ズ６、あるいは透過率の良い赤外線透過窓材２、あるい
は感度の良い赤外線検出素子７のいずれかを組み合わせ
て構成されている。

【００２９】図４はそれぞれの赤外線検出手段１２の出
力−距離特性を示すもので、上記の構成の結果、中央部
の赤外線検出手段１２ｃ（１２ｄはこの場合同等である
から省略）が出す距離Ｌｃの時の出力Ｘｃとほぼ同等の
出力を出す、中央部付近の赤外線検出手段１２ｂ（１２
ｅはこの場合同等であるから省略）であれば距離Ｌｂ、
両端部の赤外線検出手段１２ａ（１２ｆはこの場合同等
であるから省略）であれば距離ＬａとなってＬｃより距
離が伸びていることを表している。

【００３０】即ち両最外端ほど遠くの赤外線を検出して
いることになる。視野角で見ればθａ＜θｂ＜θｃの
時、Ｌａ＞Ｌｂ＞Ｌｃという関係になる。

【００３１】図５は、このような特性を持った焦電形赤
外線検出装置をある建物の天井面１９に取り付けた一例
を示している。即ち固定設置本体１６から真下の床面２
０までの比較的短い距離には中央部の赤外線検出手段１
２ｃ、１２ｄを、斜め方向の比較的長い距離には両端の
赤外線検出手段１２ａ、１２ｆを設けて広範囲に分担し
て対応している。

【００３２】図４に示す赤外線検出手段１２の出力−距
離特性は、レンズ６の材質によっても、その特性が変わ
ることを示している。シリコンの材質からなるレンズ６
を使用するよりサファイヤガラスを使用したものの方が
出力−距離特性が優れ、図５の両端の赤外線検出手段１
２ａ、１２ｆに採用されている。

【００３３】この場合は特に両端の赤外線検出手段１２
ａ、１２ｆに使われているレンズ６の視野角をθａ＝θ
ｆ＜θｃとする必要はない。

【００３４】同様に赤外線透過窓材１の材質についても
言えることで、透過率の一番良いサファイヤガラスが両
端１２ａ、１２ｆに、中央部付近から中央部に透過率が
低くなる材質が選ばれていて、そこにはシリコンやポリ
エチレンが採用されている。

【００３５】図６（ａ）、（ｂ）は、赤外線検出素子７
に内蔵されている焦電薄膜エレメント８の概略を示して
いて、（ａ）は素子２４数の少ない而も素子間ピッチＰ
１が大きい、４素子（Ｎ＝４）、（ｂ）は比較的、素子
２４数の多い而も素子間ピッチＰ２の小さい８素子（Ｎ
＝８）の千鳥配列を表している（Ｐ１＞Ｐ２）。

【００３６】赤外線検出素子７の感度の良さは、この素
子２４数と素子間ピッチに左右される。即ち、素子２４
数が多ければ多いほど、また素子間ピッチが小さければ
小さいほど感度が良いことが知られていることから、こ
の感度の良い赤外線検知素子７は図５の両端の赤外線検
知装置１２ａ、１２ｆに採用される。

【００３７】図７は、赤外線検出装置を部屋の天井面１
９に近い片隅に斜めに取り付けた第二の実施例を示して
いて、一端の赤外線検出手段１２ａが床面２０から一番
遠い距離Ｌａにあって、もう一端の赤外線検出手段１２
ｆが一番近い距離Ｌｆにある（Ｌａ＞Ｌｂ＞−−＞Ｌｅ
＞Ｌｆ）。

【００３８】この場合も上記に説明したとおり、赤外線
検出手段１２ａには視野角の狭いあるいは透過率の良い
レンズ６、あるいは透過率の良い赤外線透過窓材２、あ
るいは感度の良い赤外線検出素子７のいずれかを採用し
ている。

【００３９】図８は赤外線検出装置の第三の実施例を示
していて、個々の赤外線検出手段１２の中に設ける変わ
りに、可動筐体１５の中に、比較的チョッパ４の温度に
近い場所を選んで基準室温検出手段１１を１個設けてい
る。

【００４０】

【発明の効果】上記の実施例から明らかなように、請求
項１に記載の発明は、固定設置側本体に可動筐体を回転
させる回転駆動手段を備え、前記可動筐体の中に同一平
面上一列に而も熱検出する視野方向に向いて複数の赤外
線検出手段を配列し、それぞれの前記赤外線検出手段に
複数の焦電薄膜エレメントからなる赤外線検出素子と、
前記赤外線検出手段の前面に構成された前面板と前記前
面板に開口した赤外線入射孔と、前記前面板と前記赤外
線検出素子の間に前記赤外線入射孔に対向して取り付け
られた赤外線透過窓材と、前記赤外線検出素子へ入射す
る赤外線の通路を駆動モータで回転しながら開閉するチ
ョッパと、透過する赤外線の視野角を決定するレンズ
と、前記チョッパ付近の温度を検出する基準室温検出手
段と、前記赤外線検出素子の出力信号と前記基準室温検
出手段の出力信号を比較処理する制御処理部を備え、前
記赤外線検出手段の中央部付近から両端部へあるいは一
方の端部からもう一方の端部へ行くほど、視野角が狭い
あるいは透過率の良い前記レンズ、あるいは透過率の良
い前記赤外線透過窓材、あるいは感度の良い前記赤外線
検出素子のいずれかを組み合わせたことを特徴とするも
ので、この構成によれば遠距離かつ広範囲の赤外線検出
を高精度に行うことができ、而も比較的簡単な構成で組
み立てられているため軽量でかつ安価で、而もメンテナ
ンスも容易である。

【００４１】請求項２に記載の発明は、シリコンもしく
はサファイヤガラスからなる複数のレンズを組み合わせ
たことを特徴とするもので、この構成によれば、遠距離
用を受け持つ赤外線検出手段のレンズにのみ高価な材質
の物を選定すれば良く、高精度を維持しながら比較的安
価に製作することが可能である。

【００４２】請求項３に記載の発明は、複数の赤外線透
過窓材のそれぞれの材質はシリコンもしくはサファイヤ
ガラスもしくはポリエチレンのいずれかを組み合わせた
ことを特徴とするもので、この構成によれば上記請求項
２と同様、遠距離用を受け持つ赤外線検出手段の赤外線
透過窓材にのみ高価な材質の物を選定すれば良く、高精
度を維持しながら比較的安価に製作することが可能であ
る。

【００４３】請求項４に記載の発明は、複数の赤外線検
出素子に収納されている焦電薄膜エレメントのそれぞれ
の素子数もしくは素子間ピッチが同一あるいは複数の種
類のいずれかを組み合わせたもので、この構成によれば
上記同様、遠距離用を受け持つ赤外線検出手段の赤外線
検出素子にのみ高価な感度の良い焦電薄膜エレメントを
使用すれば良く、高精度を維持しながら比較的安価に製
作することが可能である。

【００４４】請求項５に記載の発明は、個々の赤外線検
出手段の中に設ける変わりに可動筐体の中に少なくとも
１つの基準室温検出手段を備えたもので、この構成によ
れば、高精度を維持しながら安価に組み立てることが可
能である。

【００４５】以上、本発明は、比較的簡単なシステム構
成で、イベントホールやアトリウムなどの高天井大規模
空間の高所から床面に向かって遠距離かつ広範囲の赤外
線を正確に検出することが可能であるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す焦電形赤外線検出装置
の構成図

【図２】本発明の一実施例を示す焦電形赤外線検出装置
に内蔵されている赤外線検出手段の構成図

【図３】本発明の一実施例を示す焦電形赤外線検出装置
に内蔵されている赤外線検出素子の構成図

【図４】本発明の一実施例を示す焦電形赤外線検出装置
の出力−距離特性を表すグラフ

【図５】本発明の一実施例を示す焦電形赤外線検出装置
を高天井の大規模空間の天井面に取り付けた時の視野角
の概略を示す状態図

【図６】（ａ）本発明の一実施例を示す焦電薄膜エレメ
ントの１列４素子の概略図 （ｂ）本発明の一実施例を示す焦電薄膜エレメントの千
鳥式８素子の概略図

【図７】本発明の第二の実施例を示す焦電形赤外線検出
装置を高天井の大規模空間の天井面に斜めに取り付けた
時の視野角の概略を示す状態図

【図８】本発明の第三の実施例を示す焦電形赤外線検出
装置を示す構成図

【図９】従来例における焦電形赤外線検出装置の概略図
及び検出範囲の説明図

【図１０】従来例における焦電形赤外線検出装置の出力
−距離特性を表すグラフ

【符号の説明】

１ 赤外線入射孔 １ａ 一番目の赤外線入射孔 １ｂ 二番目の赤外線入射孔 １ｃ 三番目の赤外線入射孔 １ｄ 四番目の赤外線入射孔 １ｅ 五番目の赤外線入射孔 １ｆ 六番目の赤外線入射孔 ２ 赤外線透過窓材 ３ 前面板 ４ チョッパ ４ａ スリット ５ 駆動モータ ６ レンズ ７ 赤外線検出素子 ８ 焦電薄膜エレメント ９ 制御処理部 １０ 信号処理部 １１ 基準室温検出手段 １２ 赤外線検出手段 １２ａ 一番目の赤外線検出手段 １２ｂ 二番目の赤外線検出手段 １２ｃ 三番目の赤外線検出手段 １２ｄ 四番目の赤外線検出手段 １２ｅ 五番目の赤外線検出手段 １２ｆ 六番目の赤外線検出手段 １３ 回転軸 １４ 回転駆動手段 １５ 可動筐体 １６ 固定設置側本体 １７ 受送信手段 １８ 熱画像処理制御部 １９ 天井 ２０ 床 ２１ 集光鏡 ２２ ドーナツ状の視野範囲 ２３ 扇状の視野 ２４ 素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｊ 1/42 Ｇ０１Ｊ 1/42 Ｃ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定設置側本体に可動筐体を回転させる
   回転駆動手段を備え、前記可動筐体の中に同一平面上一
   列に而も熱検出する視野方向に向いて複数の赤外線検出
   手段を配列し、それぞれの前記赤外線検出手段に複数の
   焦電薄膜エレメントからなる赤外線検出素子と、前記赤
   外線検出手段の前面に構成された前面板と、前記前面板
   に開口した赤外線入射孔と、前記前面板と前記赤外線検
   出素子の間に前記赤外線入射孔に対向して取り付けられ
   た赤外線透過窓材と、前記赤外線検出素子へ入射する赤
   外線の通路を駆動モータで回転しながら開閉するチョッ
   パと、透過する赤外線の視野角を決定するレンズと、前
   記チョッパ付近の温度を検出する基準室温検出手段と、
   前記赤外線検出素子の出力信号と前記基準室温検出手段
   の出力信号を比較処理する制御処理部を備え、前記赤外
   線検出手段の中央部付近から両端部へあるいは一方の端
   部からもう一方の端部へ行くほど、視野角が狭いあるい
   は透過率の良い前記レンズ、あるいは透過率の良い前記
   赤外線透過窓材、あるいは感度の良い前記赤外線検出素
   子のいずれかを組み合わせ配列したことを特徴とする焦
   電形赤外線検出装置。
2. 【請求項２】 シリコンもしくはサファイヤガラスから
   なる複数のレンズを組み合わせたことを特徴とする請求
   項１記載の焦電形赤外線検出装置。
3. 【請求項３】 複数の赤外線透過窓材のそれぞれの材質
   はシリコンもしくはサファイヤガラスもしくはポリエチ
   レンのいずれかを組み合わせたことを特徴とする請求項
   １記載の焦電形赤外線検出装置。
4. 【請求項４】 複数の赤外線検出素子に収納されている
   焦電薄膜エレメントのそれぞれの素子数もしくは素子間
   ピッチが同一あるいは複数の種類のいずれかを組み合わ
   せて構成された請求項１記載の焦電形赤外線検出装置。
5. 【請求項５】 可動筐体の中に少なくとも１つの基準室
   温検出手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の焦
   電形赤外線検出装置。