JPH102791A - Pyroelectric infrared sensor - Google Patents

Pyroelectric infrared sensor

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Publication number
JPH102791A
JPH102791A JP8155134A JP15513496A JPH102791A JP H102791 A JPH102791 A JP H102791A JP 8155134 A JP8155134 A JP 8155134A JP 15513496 A JP15513496 A JP 15513496A JP H102791 A JPH102791 A JP H102791A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pyroelectric
diffractive optical
infrared
infrared sensor
sealing body
Prior art date
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Pending
Application number
JP8155134A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Fujikawa
和彦 藤川
Koichi Hirakawa
剛一 平川
Koji Nomura
幸治 野村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPH102791A publication Critical patent/JPH102791A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small and inexpensive pyroelectric infrared sensor having a long service life and a wide view, which is employed in a home appliance, e.g. a lighting fixture or an air-conditioner. SOLUTION: The pyroelectric infrared sensor comprises an optical system, having more than one diffraction optical element 6 and more than one pyroelectric 1, located at the focal point of the diffraction optical element 6. This arrangement requires no drive motor for turning the sensor section for scanning a detection area, in order to locate an object, thus realizing a small and inexpensive pyroelectric infrared sensor with a long service life.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】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に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pyroelectric infrared sensor for detecting infrared rays with a pyroelectric body.

【0002】[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活かして、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、あるい
は自動ドア、警報装置での人体検知等に利用されてお
り、今後その利用範囲は拡大していくと見られる。
2. Description of the Related Art In recent years, pyroelectric infrared sensors take advantage of the fact that they can detect objects and detect temperatures in a non-contact manner. It is used for human body detection and the like, and the range of use is expected to expand in the future.

【0003】焦電型赤外線センサは、LiTaO3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しているが、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
壊れて変化する。この時表面に発生する電荷を検出し、
赤外線入射量を測定するのが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出しており、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
度を検知できる。
A pyroelectric infrared sensor uses a pyroelectric effect of LiTaO 3 crystal or the like. The pyroelectric body has spontaneous polarization and constantly generates a surface charge. However, in a steady state in the atmosphere, the pyroelectric body is electrically neutral with the charge in the atmosphere. When infrared rays are incident thereon, the temperature of the pyroelectric body changes, and the charge state on the surface also changes due to the neutral state being broken. At this time, the charge generated on the surface is detected,
An infrared sensor measures the amount of incident infrared light. Generally, an object emits infrared rays according to its temperature, and the use of this pyroelectric infrared sensor can detect the presence and temperature of the object.

【0004】図9は従来の焦電型赤外線センサの概略を
示すものである。従来、焦電型赤外線センサは特開昭6
2−222128号公報に記載されたものが知られてい
る。赤外線を検知する例えばセラミックを材料とする焦
電体14と、焦電体14を外乱光および電磁ノイズから
保護する封止缶15と、この封止缶15の開口部16に
取り付けられた赤外線フィルタ17と、封止缶15の外
側に位置し検知領域内に侵入または検知領域内で移動す
る検知対象物より放射された赤外線19を焦電体14に
結像させる外部レンズ18とにより構成されている。
FIG. 9 schematically shows a conventional pyroelectric infrared sensor. Conventionally, a pyroelectric infrared sensor is disclosed in
What is described in JP-A-2-222128 is known. A pyroelectric body 14 made of, for example, ceramic, which detects infrared rays, a sealing can 15 for protecting the pyroelectric body 14 from disturbance light and electromagnetic noise, and an infrared filter attached to an opening 16 of the sealing can 15 17 and an external lens 18 which forms an image on the pyroelectric body 14 of infrared rays 19 radiated from a detection target which is located outside the sealing can 15 and penetrates or moves in the detection area. I have.

【0005】前記外部レンズ18は広範囲に赤外線19
を検出するため複数のレンズにより構成され、各々のレ
ンズの光軸は例えば図に示すように検知領域を一定間隔
に各々のレンズが視野を有するように分散している。ま
た、前記外部レンズ18はポリエチレンを材料とし、光
の屈折作用を利用した屈折型のフレネルレンズアレイが
用いられている。1つのフレネルレンズでは外周に行く
に従って溝の深さを大きくすることによって溝の傾斜角
を大きくし、その溝の間隔および溝の深さは波長の数百
から数千倍のオーダであり形状も大きいものである。ま
た前記外部レンズ18の各々のレンズは光軸がレンズ面
と垂直になるように形成されているため外部レンズ18
の形状がドーム型となり、立体的で大きくなる。また検
出としては検知対象物が検知エリアに侵入した場合に反
応をするが、位置の特定をすることができない。
The external lens 18 covers a wide range of infrared rays 19.
The optical axis of each lens is distributed so that each lens has a field of view at regular intervals in the detection area as shown in the figure, for example. The outer lens 18 is made of polyethylene and uses a refraction type Fresnel lens array utilizing the refraction of light. In one Fresnel lens, the inclination angle of the groove is increased by increasing the depth of the groove toward the outer periphery, and the interval between the grooves and the depth of the groove are on the order of several hundred to several thousand times the wavelength, and the shape is also large. It is big. Further, since each lens of the external lens 18 is formed so that the optical axis is perpendicular to the lens surface,
Becomes dome-shaped, and becomes three-dimensional and large. As a detection, it reacts when the detection target enters the detection area, but cannot specify the position.

【0006】また検知対象物の位置を特定する例とし
て、従来焦電型赤外線センサは特開平1−147241
号公報に記載されたものが知られている。図10に従来
の焦電型赤外線センサの構造を示しており、人体及び壁
面等から放射される主として6〜15μm程度の波長の
赤外線25をレンズ20を通して赤外線センサ21に入
力し、電気的な信号に変換する。駆動部はセンサ部22
を回転走査させるための駆動モータ23を有しており、
このセンサ部22の走査角は、回転検出器24により逐
次検出され、人体の位置を検出する。
As an example of specifying the position of a detection target, a conventional pyroelectric infrared sensor is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-147241.
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. H10-264, pp. 157-334 is known. FIG. 10 shows the structure of a conventional pyroelectric infrared sensor. An infrared ray 25 having a wavelength of about 6 to 15 μm mainly emitted from a human body and a wall is input to an infrared sensor 21 through a lens 20 and an electrical signal is output. Convert to The drive unit is the sensor unit 22
Has a drive motor 23 for rotating scanning of
The scanning angle of the sensor unit 22 is sequentially detected by the rotation detector 24 to detect the position of the human body.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】この焦電型赤外線セン
サにおいては、照明や空調機器等の家庭商品に用いられ
るため小型化、低コスト化、長寿命化が強く求められて
いるが十分満足できるものではなかった。
Since this pyroelectric infrared sensor is used for household products such as lighting and air conditioning equipment, miniaturization, cost reduction and long life are strongly demanded, but it can be sufficiently satisfied. It was not something.

【0008】本発明はこのような家庭商品に用いられる
ように小型、低コスト、長寿命な焦電型赤外線センサを
提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a pyroelectric infrared sensor having a small size, a low cost, and a long service life so as to be used for such household goods.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、少なくとも2個以上の回折光学素子を有す
る光学系と、封止体に内蔵され上記回折光学素子の結像
点に位置する少なくとも2個以上の焦電体を有する構成
としたものである。
According to the present invention, there is provided an optical system having at least two diffractive optical elements, and an optical system which is built in a sealing body and located at an image forming point of the diffractive optical elements. And at least two or more pyroelectric bodies.

【0010】この構成によれば家庭商品に用いられるよ
うに小型、低コスト、長寿命な焦電型赤外線センサを提
供することができる。
According to this configuration, it is possible to provide a pyroelectric infrared sensor having a small size, a low cost, and a long life as used for household products.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、開口部を有する封止体と、上記封止体の開口部に封
着された赤外線入射窓と、上記赤外線入射窓の前方に位
置し少なくとも2個以上の回折光学素子を有する光学系
と、上記封止体に内蔵され上記回折光学素子の結像点に
位置する少なくとも2個以上の焦電体より構成され、セ
ンサ部を回転走査させるための駆動モータの必要がなく
小型、低コスト、長寿命になると言う作用を有する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention according to claim 1 of the present invention is directed to a sealing body having an opening, an infrared incident window sealed at the opening of the sealing body, and an infrared incident window. An optical system having at least two or more diffractive optical elements positioned at the front, and at least two or more pyroelectric elements built in the sealing body and positioned at an image forming point of the diffractive optical element, and a sensor unit There is no need for a drive motor for rotating and scanning, and there is an effect that the size, cost, and life are increased.

【0012】本発明の請求項2に記載の発明は、開口部
を有する封止体と、上記封止体の開口部に封着された赤
外線入射窓と、上記赤外線入射窓の前方に位置し少なく
とも2個以上の回折光学素子を有する光学系と、上記封
止体に内蔵され上記回折光学素子の結像点に位置する少
なくとも2個以上の焦電体と、上記焦電体間に衝立を有
する構成であり、上記衝立により他の回折光学素子によ
るクロストークの影響を遮断することができS/Nの向
上が図られ、誤動作の無い検知が可能という作用を有す
る。
[0012] According to a second aspect of the present invention, there is provided a sealing body having an opening, an infrared incident window sealed at the opening of the sealing body, and an infrared incident window located in front of the infrared incident window. An optical system having at least two or more diffractive optical elements, at least two or more pyroelectric elements built in the sealing body and located at the image forming point of the diffractive optical element, and a screen between the pyroelectric elements. The effect of cross-talk caused by other diffractive optical elements can be cut off by the screen, S / N can be improved, and detection without malfunction can be performed.

【0013】本発明の請求項3に記載の発明は、開口部
を有する封止体と、上記封止体の開口部に封着された赤
外線入射窓と、上記赤外線入射窓の前方に位置し少なく
とも2個以上の回折光学素子を有し、それぞれの主点が
一致している光学系と、上記封止体に内蔵され上記回折
光学素子の結像点に位置する少なくとも2個以上の焦電
体を有する構成であり、主点を一致させることにより、
出力の重ね合わせが行われるため、低コスト化、小型
化、広角視野化が可能と言う作用を有する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a sealed body having an opening, an infrared ray incident window sealed at the opening of the sealed body, and a front side of the infrared ray incident window. An optical system having at least two or more diffractive optical elements, the principal points of which coincide with each other; and at least two or more pyroelectric elements built in the sealing body and located at the image forming point of the diffractive optical element It is a configuration with a body, by matching the main points,
Since the outputs are superimposed, there is an effect that the cost can be reduced, the size can be reduced, and the field of view can be widened.

【0014】本発明の請求項4に記載の発明は、請求項
1〜3の構成において少なくとも2個以上の回折光学素
子を有する光学系を赤外線入射窓に直接設けたものであ
り、回折光学素子と赤外線入射窓が共用されるため低コ
スト化、高出力化が可能となり、かつ空間的に小型化が
可能となると言う作用を有する。
According to a fourth aspect of the present invention, an optical system having at least two or more diffractive optical elements is provided directly on the infrared incident window in the structure of the first to third aspects. And an infrared incident window are shared, so that the cost and the output can be reduced, and the space can be reduced in size.

【0015】本発明の請求項5に記載の発明は、請求項
1〜4の構成において回折光学素子として回折光学レン
ズを用い、上記回折光学レンズは位相変調量に応じた凹
凸を有するものであり、高効率に集光可能となり、小
型、高出力化が可能となると言う作用を有する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the constitution of the first to fourth aspects, a diffractive optical lens is used as a diffractive optical element, and the diffractive optical lens has irregularities corresponding to a phase modulation amount. This has the effect that the light can be collected with high efficiency and the size and output can be increased.

【0016】本発明の請求項6に記載の発明は、請求項
5の構成において凹凸の形状が階段状としたものであ
り、エッチングにより容易にかつ高精度な加工が可能と
なり、高出力化、低コスト化が可能となると言う作用を
有する。
According to a sixth aspect of the present invention, in the configuration of the fifth aspect, the shape of the unevenness is stepped, and the processing can be performed easily and with high precision by etching. It has the effect of enabling cost reduction.

【0017】以下本発明の実施の形態について図1から
図8を用いて説明する。 (実施の形態1)以下本発明の第1の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の第1
の実施の形態における焦電型赤外線センサの概略を示す
ものである。内蔵された焦電体1および回路2を外乱光
および電磁ノイズから保護する開口部3を有する封止体
4と、上記封止体4の開口部3に封着された例えばSi
を材料とした赤外線入射窓5と、上記赤外線入射窓5の
前方に位置し検知領域内に侵入または検知領域内で移動
する検知対象物より放射された赤外線8を焦電体1に結
像させる少なくとも2個以上の回折光学素子6を有する
光学系と、上記封止体4に内蔵され上記回折光学素子6
の結像点に位置する例えば薄膜で形成された少なくとも
2個以上の焦電体1と、上記封止体4に内蔵され例えば
高抵抗、FETで構成され、上記焦電体1にて発生した
電荷を信号として外部に取り出す少なくとも2個以上の
回路2と、上記焦電体1および回路2が実装された固定
台7より構成されている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. (Embodiment 1) Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the first embodiment of the present invention.
1 schematically shows a pyroelectric infrared sensor according to the first embodiment. A sealing body 4 having an opening 3 for protecting the built-in pyroelectric body 1 and the circuit 2 from disturbance light and electromagnetic noise, and, for example, Si sealed in the opening 3 of the sealing body 4
And an infrared ray 8 radiated from an object to be detected which is located in front of the infrared ray incident window 5 and intrudes into the detection area or moves in the detection area. An optical system having at least two or more diffractive optical elements 6, and the diffractive optical element 6 built in the sealing body 4
And at least two or more pyroelectric elements 1 formed of, for example, a thin film, which are located at the image forming point, and a high-resistance, FET built in the sealing body 4 and generated by the pyroelectric element 1, for example. It is composed of at least two or more circuits 2 for extracting electric charges as signals to the outside, and a fixed base 7 on which the pyroelectric body 1 and the circuit 2 are mounted.

【0018】この時上記回折光学素子6と上記焦電体1
により形成される検知視野は少なくとも上記回折光学素
子6の数だけ存在し(例えば焦電体がN個に分割されて
いる場合は、回折光学素子の数×N存在する)、図2
(a),(b)に示すように各焦電体1は各々の視野が
互いに干渉しないような間隔で位置しており、また回折
光学素子6の配置も各々の視野が互いに干渉しないよう
になされている。また上記焦電体1は各々上記回路2を
有するため、制御系の構成によりどの検知視野に検知対
象物が侵入または移動したかを特定することができる。
At this time, the diffractive optical element 6 and the pyroelectric body 1
There are at least as many detection fields as the number of diffractive optical elements 6 (for example, when the pyroelectric element is divided into N, the number of diffractive optical elements × N exists), and FIG.
As shown in (a) and (b), the pyroelectric elements 1 are positioned at intervals such that their fields of view do not interfere with each other, and the arrangement of the diffractive optical element 6 is set so that the fields of view do not interfere with each other. It has been done. Further, since each of the pyroelectric bodies 1 has the circuit 2, it is possible to specify which detection visual field the detection target object has entered or moved by the configuration of the control system.

【0019】以上のように構成された焦電型赤外線セン
サについて、その動作を説明する。まず、回折光学素子
6と焦電体1より形成される検知視野に検知対象物が侵
入または移動する場合、その検知対象物より放出された
赤外線8は回折光学素子6により集光され焦電体1に結
像する。このとき焦電体1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壊れて変化する。このとき
に表面に発生する電荷を回路2により信号として検出
し、検知対象物の存在を検知する。この時、どの焦電体
1からの情報かによって検知エリア内の検知対象物の位
置を確認できることになる。
The operation of the pyroelectric infrared sensor configured as described above will be described. First, when a detection target enters or moves into a detection field formed by the diffractive optical element 6 and the pyroelectric element 1, the infrared rays 8 emitted from the detection target are collected by the diffractive optical element 6 and collected by the pyroelectric element. 1 is imaged. At this time, the temperature of the pyroelectric body 1 changes, and accordingly, the charge state of the surface also changes because the neutral state is broken. At this time, the electric charge generated on the surface is detected as a signal by the circuit 2, and the presence of the detection target is detected. At this time, the position of the detection target in the detection area can be confirmed based on the information from which pyroelectric body 1.

【0020】この構成によって、検知エリア内の検知対
象物の位置を確認するためにセンサ部を回転走査させる
ための駆動モータの必要がなく小型、低コストで長寿命
である焦電型赤外線センサを構成することが可能とな
る。
With this configuration, a pyroelectric infrared sensor that is small in size, low in cost, and has a long life without the need for a drive motor for rotating and scanning the sensor unit to confirm the position of the detection target in the detection area is provided. It becomes possible to configure.

【0021】また、焦電体1の分割数N(例えばN=
4)を多くすることにより検知対象物の微動により出力
信号を検出することが可能となり、検知対象物が検知エ
リア内のどの位置に存在し続けるかを確認できることに
なる。
The number of divisions N of the pyroelectric body 1 (for example, N =
By increasing 4), it is possible to detect an output signal due to slight movement of the detection target, and it is possible to confirm at which position in the detection area the detection target continues.

【0022】なお、回折光学素子6の前方、または回折
光学素子6と赤外線入射窓5の間に入射赤外線を断続す
るチョッピング機構を設けることにより、入射赤外線を
量として検出することができ、これにより検知エリア内
の温度分布を測定できることになる。
By providing a chopping mechanism for interrupting incident infrared rays in front of the diffractive optical element 6 or between the diffractive optical element 6 and the infrared incident window 5, incident infrared rays can be detected as a quantity. The temperature distribution in the detection area can be measured.

【0023】(実施の形態2)以下本発明の第2の実施
の形態について、図面を参照しながら説明する。図3は
本発明の第2の実施の形態における焦電型赤外線センサ
の概略を示すものである。内蔵された焦電体1および回
路2を外乱光および電磁ノイズから保護する開口部3を
有する封止体4と、上記封止体4の開口部3に封着され
た例えばSiを材料とした赤外線入射窓5と、上記赤外
線入射窓5の前方に位置し検知領域内に侵入または検知
領域内で移動する検知対象物より放射された赤外線8を
焦電体1に結像させる少なくとも2個以上の回折光学素
子6を有する光学系と、上記封止体4に内蔵され上記回
折光学素子6の結像点に位置する例えば薄膜で形成され
た少なくとも2個以上の焦電体1と、上記焦電体1間に
設置された衝立9と、上記封止体4に内蔵され例えば高
抵抗、FETで構成され、上記焦電体1にて発生した電
荷を信号として外部に取り出す少なくとも2個以上の回
路2と、上記焦電体1および回路2が実装された固定台
7より構成されている。
(Embodiment 2) Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 schematically shows a pyroelectric infrared sensor according to the second embodiment of the present invention. A sealing body 4 having an opening 3 for protecting the built-in pyroelectric body 1 and the circuit 2 from disturbance light and electromagnetic noise, and a material such as Si sealed in the opening 3 of the sealing body 4 is used. An infrared incident window 5, and at least two or more infrared rays 8 radiated from a detection target that is located in front of the infrared incident window 5 and that penetrates or moves in the detection area, and forms an image on the pyroelectric body 1. An optical system having a diffractive optical element 6, at least two or more pyroelectric bodies 1 formed of, for example, a thin film, which are built in the sealing body 4 and located at the image forming point of the diffractive optical element 6, At least two or more screens 9, which are provided between the electric elements 1 and which are built in the sealing body 4 and are made of, for example, a high-resistance, FET, and take out charges generated in the pyroelectric element 1 as signals. The circuit 2, the pyroelectric body 1 and the circuit 2 are mounted. It is formed of a fixed base 7.

【0024】この時上記回折光学素子6と上記焦電体1
により形成される検知視野は少なくとも上記回折光学素
子6の数だけ存在する(例えば焦電体1がN個に分割さ
れている場合は、回折光学素子6の数×N存在する)。
また上記焦電体1は各々上記回路2を有するため、制御
系の構成によりどの検知視野に検知対象物が侵入または
移動したかを特定することができる。
At this time, the diffractive optical element 6 and the pyroelectric body 1
Are present by at least the number of the diffractive optical elements 6 (for example, when the pyroelectric body 1 is divided into N pieces, the number of the diffractive optical elements 6 × N exists).
Further, since each of the pyroelectric bodies 1 has the circuit 2, it is possible to specify which detection visual field the detection target object has entered or moved by the configuration of the control system.

【0025】以上のように構成された焦電型赤外線セン
サについて、その動作を説明する。まず、回折光学素子
6と焦電体1より形成される検知視野に検知対象物が侵
入または移動する場合、その検知対象物より放出された
赤外線8は回折光学素子6により集光され焦電体1に結
像する。ここで他の回折光学素子6からのクロストーク
は衝立9により遮断される。このとき焦電体1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壊れて
変化する。このときに表面に発生する電荷を回路2によ
り信号として検知し、検知対象物の存在を検知する。こ
の時、どの焦電体1からの情報かによって検知エリア内
の検知対象物の位置を確認できることになる。
The operation of the pyroelectric infrared sensor configured as described above will be described. First, when a detection target enters or moves into a detection field formed by the diffractive optical element 6 and the pyroelectric element 1, the infrared rays 8 emitted from the detection target are collected by the diffractive optical element 6 and collected by the pyroelectric element. 1 is imaged. Here, crosstalk from another diffractive optical element 6 is cut off by the partition 9. At this time, the temperature of the pyroelectric body 1 changes, and accordingly, the charge state of the surface also changes because the neutral state is broken. At this time, the electric charge generated on the surface is detected as a signal by the circuit 2, and the presence of the detection target is detected. At this time, the position of the detection target in the detection area can be confirmed based on the information from which pyroelectric body 1.

【0026】この構成によって、衝立9により他の回折
光学素子6によるクロストークの影響を遮断することが
できS/Nの向上が図られ、結果誤動作の無い検知が可
能でかつ焦電体1の間隔を狭くできるため小型化が可能
な焦電型赤外線センサを構成することが可能となる。
With this configuration, the influence of crosstalk caused by the other diffractive optical element 6 can be cut off by the partition 9 to improve the S / N ratio. As a result, detection without malfunction can be performed, and the pyroelectric body 1 can be detected. Since the distance can be reduced, a pyroelectric infrared sensor that can be reduced in size can be configured.

【0027】また、焦電体1の分割数N(例えばN=
4)を多くすることにより検知対象物の微動により出力
信号を検出することが可能となり、検知対象物が検知エ
リア内のどの位置に存在し続けるかを確認できることに
なる。
The number of divisions N of the pyroelectric body 1 (for example, N =
By increasing 4), it is possible to detect an output signal due to slight movement of the detection target, and it is possible to confirm at which position in the detection area the detection target continues.

【0028】なお、回折光学素子6の前方、または回折
光学素子6と赤外線入射窓5の間に入射赤外線を断続す
るチョッピング機構を設けることにより、入射赤外線を
量として検出することができ、これにより検知エリア内
の温度分布を測定できることになる。
By providing a chopping mechanism for interrupting incident infrared light in front of the diffractive optical element 6 or between the diffractive optical element 6 and the infrared incident window 5, incident infrared light can be detected as a quantity. The temperature distribution in the detection area can be measured.

【0029】(実施の形態3)以下本発明の第3の実施
の形態について、図面を参照しながら説明する。図4
(a),(b)は本発明の第3の実施の形態における焦
電型赤外線センサの概略を示すものである。内蔵された
焦電体1および回路2を外乱光および電磁ノイズから保
護する開口部3を有する封止体4と、上記封止体4の開
口部3に封着された例えばSiを材料とした赤外線入射
窓5と、上記赤外線入射窓5の前方に位置し検知領域内
に侵入または検知領域内で移動する検知対象物より放射
された赤外線8を焦電体1に結像させる少なくとも2個
以上の回折光学素子6を有し、それぞれの主点が一致し
た光学系と、上記封止体4に内蔵され上記回折光学素子
6の結像点に位置する例えば薄膜で形成された少なくと
も2個以上の焦電体1と、上記封止体4に内蔵され例え
ば高抵抗、FETで構成され、上記焦電体1にて発生し
た電荷を信号として外部に取り出す少なくとも2個以上
の回路2と、上記焦電体1および回路2が実装された固
定台7より構成されている。上記回折光学素子6と上記
焦電体1により検知視野が形成され、上記焦電体1は各
々上記回路2を有するため、制御系の構成によりどの検
知視野に検知対象物が侵入または移動したかを特定する
ことができる。
Embodiment 3 Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG.
7A and 7B schematically show a pyroelectric infrared sensor according to a third embodiment of the present invention. A sealing body 4 having an opening 3 for protecting the built-in pyroelectric body 1 and the circuit 2 from disturbance light and electromagnetic noise, and a material such as Si sealed in the opening 3 of the sealing body 4 is used. An infrared incident window 5, and at least two or more infrared rays 8 radiated from a detection target that is located in front of the infrared incident window 5 and that penetrates or moves in the detection area, and forms an image on the pyroelectric body 1. And an optical system whose principal points coincide with each other, and at least two or more thin films formed of, for example, thin films which are built in the sealing body 4 and located at the image forming point of the diffractive optical element 6 A pyroelectric body 1 and at least two or more circuits 2 which are built in the sealing body 4 and are made of, for example, a high-resistance FET, and take out charges generated in the pyroelectric body 1 as signals, Fixed base 7 on which pyroelectric body 1 and circuit 2 are mounted It is configured Ri. Since the detection field is formed by the diffractive optical element 6 and the pyroelectric element 1 and each of the pyroelectric elements 1 has the circuit 2, which detection field the detection target object has entered or moved by the configuration of the control system. Can be specified.

【0030】以上のように構成された焦電型赤外線セン
サについて、その動作を説明する。まず、回折光学素子
6と焦電体1より形成される検知視野に検知対象物が侵
入または移動する場合、その検知対象物より放出された
赤外線8は回折光学素子6により集光され焦電体1に結
像する。このとき焦電体1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壊れて変化する。ここで回
折光学素子6の主点が一致していると図5(a),
(b)に示すように例えば60degと−60degは出力の
重ね合わせによりお互いに増幅される。このときに表面
に発生する電荷を回路2により信号として検出し、検知
対象物の存在を検知する。この時、どの焦電体1からの
情報かによって検知エリア内の検知対象物の位置を確認
できることになる。
The operation of the pyroelectric infrared sensor configured as described above will be described. First, when a detection target enters or moves into a detection field formed by the diffractive optical element 6 and the pyroelectric element 1, the infrared rays 8 emitted from the detection target are collected by the diffractive optical element 6 and collected by the pyroelectric element. 1 is imaged. At this time, the temperature of the pyroelectric body 1 changes, and accordingly, the charge state of the surface also changes because the neutral state is broken. Here, if the principal points of the diffractive optical element 6 coincide, FIG.
As shown in (b), for example, 60 deg and -60 deg are mutually amplified by superimposing outputs. At this time, the electric charge generated on the surface is detected as a signal by the circuit 2, and the presence of the detection target is detected. At this time, the position of the detection target in the detection area can be confirmed based on the information from which pyroelectric body 1.

【0031】この構成によって、出力の重ね合せができ
高出力化、回折光学素子6の小型化が可能となる。特に
従来入射角の大きい回折光学素子6の出力は小さく問題
であったがこの構成により高出力化でき視野領域の広角
化が可能となる。結果、低コストで小型でかつ広角視野
領域を有する焦電型赤外線センサを構成することが可能
となる。
With this configuration, it is possible to superimpose the outputs, increase the output, and reduce the size of the diffractive optical element 6. In particular, the output of the diffractive optical element 6 having a large incident angle has been a problem in the past, but this configuration can increase the output and widen the viewing field. As a result, it is possible to configure a low-cost, small-sized pyroelectric infrared sensor having a wide-angle viewing area.

【0032】また、焦電体1の分割数N(例えばN=
4)を多くすることにより検知対象物の微動により出力
信号を検出することが可能となり、検知対象物が検知エ
リア内のどの位置に存在し続けるかを測定できることに
なる。
The number of divisions N of the pyroelectric body 1 (for example, N =
By increasing 4), it is possible to detect an output signal due to slight movement of the detection target, and it is possible to measure at which position in the detection area the detection target continues.

【0033】なお、回折光学素子6の前方、または回折
光学素子6と赤外線入射窓5の間に入射赤外線を断続す
るチョッピング機構を設けることにより、入射赤外線を
量として検出することができ、これにより検知エリア内
の温度分布を確認できることになる。
By providing a chopping mechanism for interrupting incident infrared rays in front of the diffractive optical element 6 or between the diffractive optical element 6 and the infrared incident window 5, incident infrared rays can be detected as a quantity. The temperature distribution in the detection area can be confirmed.

【0034】さらに、回折光学素子6として主点が一致
しているものと一致していないものが混在する構成とし
ても良いことは言うまでもない。
Further, it goes without saying that the diffractive optical element 6 may have a configuration in which elements whose principal points coincide with each other and elements which do not coincide with each other are mixed.

【0035】(実施の形態4)以下本発明の第4の実施
の形態について、図面を参照しながら説明する。図6は
本発明の第4の実施の形態における焦電型赤外線センサ
の概略を示すものである。実施の形態1と異なる点は、
少なくとも2個以上の回折光学素子10を有する光学系
を赤外線入射窓5に直接設けたことである。
(Embodiment 4) Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 schematically shows a pyroelectric infrared sensor according to a fourth embodiment of the present invention. The difference from Embodiment 1 is that
That is, an optical system having at least two or more diffractive optical elements 10 is provided directly on the infrared incident window 5.

【0036】この構成によって、回折光学素子10と赤
外線入射窓5が共用されるため低コスト化が可能とな
り、また赤外線のトータル透過率も回折光学素子10と
赤外線入射窓5の一体化により向上する。かつ一体化に
より空間的に小型化が可能となる。結果、低コスト、高
出力化、小型化が可能な焦電型赤外線センサを構成する
ことが可能となる。
With this configuration, the diffractive optical element 10 and the infrared incident window 5 are used in common, so that the cost can be reduced, and the total transmittance of infrared rays is improved by integrating the diffractive optical element 10 and the infrared incident window 5. . In addition, the integration enables spatial miniaturization. As a result, a pyroelectric infrared sensor that can be manufactured at low cost, with high output, and with a small size can be configured.

【0037】なお、実施の形態2、3に対して、少なく
とも2個以上の回折光学素子6を有する光学系を赤外線
入射窓5に直接設けても同様の効果が得られることは言
うまでもない。
It is needless to say that the same effect can be obtained by providing an optical system having at least two or more diffractive optical elements 6 directly in the infrared incident window 5 with respect to the second and third embodiments.

【0038】(実施の形態5)以下本発明の第5の実施
の形態について、図面を参照しながら説明する。図7は
本発明の第5の実施の形態における焦電型赤外線センサ
の概略を示すものである。実施の形態1と異なる点は、
回折光学素子として回折光学レンズ11を用い、上記回
折光学レンズ11は位相変調量に応じた凹凸を有するも
のとしたことである。
Embodiment 5 Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 schematically shows a pyroelectric infrared sensor according to a fifth embodiment of the present invention. The difference from Embodiment 1 is that
A diffractive optical lens 11 is used as a diffractive optical element, and the diffractive optical lens 11 has irregularities corresponding to the amount of phase modulation.

【0039】この構成によって、回折効率は100%で
あるため高効率に集光可能となり、結果小型、高出力化
が可能な焦電型赤外線センサを構成することが可能とな
る。
With this configuration, since the diffraction efficiency is 100%, light can be condensed with high efficiency, and as a result, a pyroelectric infrared sensor that can be reduced in size and output can be configured.

【0040】なお、実施の形態2、3、4に対して、回
折光学素子として回折光学レンズを用い、上記回折光学
レンズは位相変調量に応じた凹凸を有するものとしても
同様の効果が得られることは言うまでもない。
It should be noted that the same effects can be obtained by using a diffractive optical lens as the diffractive optical element in the second, third, and fourth embodiments, and using the diffractive optical lens having irregularities corresponding to the amount of phase modulation. Needless to say.

【0041】(実施の形態6)以下本発明の第6の実施
の形態について、図面を参照しながら説明する。図8は
本発明の第6の実施の形態における回折光学レンズの断
面を示すものである。実施の形態5と異なる点は、回折
光学レンズの断面形状をその位相変調量に応じた凹凸1
2に内接するようにm段(例えばm=8)の階段13に
近似したところである。
(Embodiment 6) Hereinafter, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 shows a cross section of a diffractive optical lens according to the sixth embodiment of the present invention. The difference from the fifth embodiment is that the cross-sectional shape of the diffractive optical lens is changed by the unevenness 1 according to the phase modulation amount.
2 is approximated to m steps (for example, m = 8) of steps 13 so as to be inscribed in 2.

【0042】この構成によって、例えば8段の階段状に
近似した場合の回折効率は95%と高効率に集光可能と
なり、またエッチングにより容易にかつ高精度な加工が
可能となり、また一度に大量生産が可能となる。結果高
出力化、低コスト化が可能な焦電型赤外線センサを構成
することが可能となる。
With this configuration, the diffraction efficiency can be converged with a high efficiency of 95%, for example, in the case of approximating in eight steps, and the processing can be easily and accurately performed by etching. Production becomes possible. As a result, it is possible to configure a pyroelectric infrared sensor capable of increasing the output and reducing the cost.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、少なくと
も2個以上の回折光学素子を有する光学系と、回折光学
素子の結像点に位置する少なくとも2個以上の焦電体を
有する構成とすることにより、検知エリア内の検知対象
物の位置を確認するためにセンサ部を回転走査させるた
めの駆動モータの必要がなく小型、低コスト、長寿命な
焦電型赤外線センサを提供することができる。
As described above, according to the present invention, an optical system having at least two or more diffractive optical elements and at least two or more pyroelectric elements located at the imaging point of the diffractive optical elements are provided. Accordingly, there is provided a pyroelectric infrared sensor that is compact, low-cost, and has a long life without the need for a drive motor for rotating and scanning the sensor unit in order to confirm the position of the detection target in the detection area. Can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態における焦電型赤外
線センサの概略断面図
FIG. 1 is a schematic sectional view of a pyroelectric infrared sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a),(b)本発明の第1の実施の形態にお
ける焦電体の配置図および回折光学素子の配置図
FIGS. 2A and 2B are a layout diagram of a pyroelectric body and a layout diagram of a diffractive optical element according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施の形態における焦電型赤外
線センサの概略断面図
FIG. 3 is a schematic sectional view of a pyroelectric infrared sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図4】(a),(b)本発明の第3の実施の形態にお
ける焦電型赤外線センサの上面図と概略断面図
FIGS. 4A and 4B are a top view and a schematic cross-sectional view of a pyroelectric infrared sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図5】(a),(b)本発明の第3の実施の形態にお
ける出力重ね合わせの概念図
FIGS. 5A and 5B are conceptual diagrams of output superposition according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施の形態における焦電型赤外
線センサの概略断面図
FIG. 6 is a schematic sectional view of a pyroelectric infrared sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5の実施の形態における焦電型赤外
線センサの概略断面図
FIG. 7 is a schematic sectional view of a pyroelectric infrared sensor according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第6の実施の形態における焦電型赤外
線センサに用いる回折光学レンズの概略断面図
FIG. 8 is a schematic sectional view of a diffractive optical lens used for a pyroelectric infrared sensor according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】従来の焦電型赤外線センサの概略断面図FIG. 9 is a schematic sectional view of a conventional pyroelectric infrared sensor.

【図10】従来の焦電型赤外線センサの概略断面図FIG. 10 is a schematic sectional view of a conventional pyroelectric infrared sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 焦電体 2 回路 3 開口部 4 封止体 5 赤外線入射窓 6 回折光学素子 7 固定台 8 赤外線 9 衝立 10 回折光学素子 11 回折光学レンズ 12 位相変調量に応じた凹凸 13 階段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pyroelectric body 2 Circuit 3 Opening 4 Sealing body 5 Infrared entrance window 6 Diffractive optical element 7 Fixing stand 8 Infrared 9 Screen 10 Diffractive optical element 11 Diffractive optical lens 12 Irregularity according to phase modulation amount 13 Step

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 開口部を有する封止体と、上記封止体の
開口部に封着された赤外線入射窓と、上記赤外線入射窓
の前方に位置し少なくとも2個以上の回折光学素子を有
する光学系と、上記封止体に内蔵され上記回折光学素子
の結像点に位置する少なくとも2個以上の焦電体を有す
ることを特徴とする焦電型赤外線センサ。
1. A sealing body having an opening, an infrared incident window sealed in the opening of the sealing body, and at least two or more diffractive optical elements located in front of the infrared incident window. A pyroelectric infrared sensor, comprising: an optical system; and at least two pyroelectric elements built in the sealing body and located at the image forming point of the diffractive optical element.
【請求項2】 開口部を有する封止体と、上記封止体の
開口部に封着された赤外線入射窓と、上記赤外線入射窓
の前方に位置し少なくとも2個以上の回折光学素子を有
する光学系と、上記封止体に内蔵され上記回折光学素子
の結像点に位置する少なくとも2個以上の焦電体と、上
記焦電体間に衝立を有することを特徴とする焦電型赤外
線センサ。
2. A sealing body having an opening, an infrared incident window sealed at the opening of the sealing body, and at least two or more diffractive optical elements located in front of the infrared incident window. An optical system, at least two or more pyroelectric elements built in the sealing body and located at the image forming point of the diffractive optical element, and a screen between the pyroelectric elements, and a pyroelectric infrared ray. Sensor.
【請求項3】 開口部を有する封止体と、上記封止体の
開口部に封着された赤外線入射窓と、上記赤外線入射窓
の前方に位置し少なくとも2個以上の回折光学素子を有
し、それぞれの主点が一致している光学系と、上記封止
体に内蔵され上記回折光学素子の結像点に位置する少な
くとも2個以上の焦電体を有することを特徴とする焦電
型赤外線センサ。
3. A sealing body having an opening, an infrared incident window sealed in the opening of the sealing body, and at least two or more diffractive optical elements located in front of the infrared incident window. And an optical system having respective principal points coincident with each other, and at least two or more pyroelectric bodies built in the sealing body and located at the image forming point of the diffractive optical element. Type infrared sensor.
【請求項4】 少なくとも2個以上の回折光学素子を有
する光学系を赤外線入射窓に直接設けたことを特徴とす
る請求項1、2または3に記載の焦電型赤外線センサ。
4. The pyroelectric infrared sensor according to claim 1, wherein an optical system having at least two or more diffractive optical elements is provided directly on the infrared incident window.
【請求項5】 回折光学素子として回折光学レンズを用
い、上記回折光学レンズは位相変調量に応じた凹凸を有
することを特徴とする請求項1、2、3または4に記載
の焦電型赤外線センサ。
5. The pyroelectric infrared ray according to claim 1, wherein a diffractive optical lens is used as the diffractive optical element, and the diffractive optical lens has irregularities according to a phase modulation amount. Sensor.
【請求項6】 凹凸の形状が階段状であることを特徴と
する請求項5に記載の焦電型赤外線センサ。
6. The pyroelectric infrared sensor according to claim 5, wherein the unevenness has a stepped shape.
JP8155134A 1996-06-17 1996-06-17 Pyroelectric infrared sensor Pending JPH102791A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2000062267A1 (en) * 1999-04-09 2000-10-19 Texecom Limited Diffractive focusing lens for infrared detector
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