JPH11237280A

JPH11237280A - 赤外線検出器

Info

Publication number: JPH11237280A
Application number: JP5441598A
Authority: JP
Inventors: Koji Tominaga; 浩二富永; Kazutaka Okamoto; 一隆岡本; Hideji Takada; 秀次高田
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 1999-08-31

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】精度がよく、安価で、しかも広範囲の視野角
を実現できる赤外線検出器を提供する。【解決手段】容器２のほぼ中央に、赤外線透過性の窓
材５で閉塞される開口部を有し、前記窓材５に、赤外線
光Ａが入射する光透過部１４を受光電極１８よりも大き
な面積を有する状態で形成し、光透過部１４の内側の焦
電素材１６の中央部に光透過部の中心Ｐと受光電極の中
心Ｐを一致させた状態で受光電極１８を位置させるとと
もに、光透過部１４を平面視において実質的に点対称の
形状とし、かつ、受光電極１８を平面視において実質的
に点対称の形状とし、光透過部１４より外側の焦電素材
１６の周辺部に温度補償用電極１９，１９を位置させて
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、防災システムに
利用される火災感知器や防犯システムに利用される侵入
者警報器などに組み込まれる赤外線検出器に関し、特
に、焦電素材に受光電極と温度補償用電極とを設けた温
度補償機能を有する焦電型の赤外線検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、火災感知器は広範囲に監視する
必要からこれに組み込まれる赤外線検出器は広い視野角
を有することが要求されている。

【０００３】図１４に一般的な赤外線検出器を示す。図
１４において、７３は、焦電素材７１上に受光電極７２
が形成されている赤外線検出素子で、容器７４内に配置
されている。７５は赤外線透過性の窓材で、容器７４に
形成された開口部７６を覆うように容器７４の上面部７
４ａに固定されている。７７は、赤外入射光（窓材７５
に入射する赤外線光のことで、以下、赤外光という）Ａ
の入射経路である光透過用の開口部で、前記窓材７５に
形成されている。ところで、理論的に赤外線検出素子７
３の感度Ｒ_tは、赤外光Ａの入射角θによって変化し、
その値は余弦に比例する。その関係を（１）式に示す。Ｒ_t＝Ｒ₀×ｃｏｓθ … （１）（Ｒ₀は、赤外光Ａが受光電極７２の受光面Ｓに対して
垂直に入射するθ＝０のときの感度である。）前記（１）式において、視野角を、Ｒ_tがＲ₀の５０％
になる角度であると定義すると、理論的な最大視野角は
±６０°、つまり、１２０°となる。

【０００４】この場合、前記入射角θが広くなると赤外
入射光Ａは容器７４の上面部７４ａなどに入射経路を遮
られ、感度Ｒ_tは激減してしまう。つまり、視野角は１
２０°よりはるかに小さくなってしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような事態を解消
するため、実際にはレンズなどの集光系を用いて広範囲
の視野角を実現させている。しかし、この方法では、レ
ンズなどを使用するから、その分高価になってしまう。

【０００６】また、赤外線検出素子の焦電素材自体を立
体的に加工して、広範囲の視野角を実現させている焦電
型赤外線検出器（特開平５−３４６３４６号公報参照）
が提案されているけれども、焦電素材を立体的に加工す
ることは非常に難しく、技術的課題が懸念される。

【０００７】そこで、窓材の近傍に赤外線検出素子を配
置して最大視野角を±５５°、つまり、１１０°に設定
できる焦電型赤外線検出器（特開平９−２３６４８６号
公報参照）が提案されているけれども、１１０°よりは
大きくできない上に、温度補償用電極を持たないから、
赤外線検出素子自体の温度変化までも出力として検出し
てしまい、精度のよい検出を行うことができない。

【０００８】更に、焦電素材を上下二段に配置し、上側
の焦電素材に受光電極を設ける一方、下側の焦電素材に
温度補償用電極を設けて、温度補償用電極に赤外入射光
が入らないように構成した焦電型赤外線検出器（実開昭
５８−９３８３５号公報参照）が提案されているけれど
も、部品点数の増加（工数大）と焦電素材を二つに分け
たことによる技術的課題が懸念される。

【０００９】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、精度がよく、安価で、しかも広
範囲の視野角を実現できる赤外線検出器を提供すること
を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、焦電素材の同一平面上に温度補償用電
極および受光電極が形成されてなる赤外線検出素子を収
容した容器の上面部のほぼ中央に、赤外線透過性の窓材
で閉塞される開口部を有し、前記窓材に、赤外線光が入
射する光透過部を受光電極よりも大きな面積を有する状
態で形成し、更に、前記光透過部の内側の焦電素材の中
央部に前記光透過部の中心と受光電極の中心を一致させ
た状態で受光電極を位置させるとともに、前記光透過部
を平面視において実質的に点対称の形状とし、かつ、前
記受光電極を平面視において実質的に点対称の形状と
し、前記光透過部より外側の焦電素材の周辺部に前記温
度補償用電極を位置させて構成されている赤外線検出器
において、受光電極上面および前記窓材下面間の長さ
を、前記光透過部および受光電極の中心から任意の全て
の同一方向において、前記光透過部の中心から前記光透
過部の端までの長さと前記受光電極の中心から前記受光
電極の端までの長さとの差を√３で割った値以下に設定
し、更に、前記光透過部および受光電極の中心から温度
補償用電極へと向かう同一方向において、前記光透過部
の中心から前記光透過部の端までの長さと前記受光電極
の中心から前記受光電極の端までの長さとの差の２倍以
上の長さだけ前記受光電極の端から離れた位置に前記温
度補償用電極を位置させた点に特徴を有する（第１発
明）。

【００１１】この第１発明において、光透過部と受光電
極が平面視において実質的に点対称の形状であるとは、
該形状として、円形、内接円を持つ正方形、内接円を持
つ正六角形等の正多角形、内接円を持たない長方形を含
むのみならず、例えば、図１０および図１１に示すよう
な点対称の形状に若干の改変を加えた形状をも含むこと
を意味する。

【００１２】すなわち、図１０（Ａ）は円形内に小さな
穴４０を持つ図形４１を示し、図１０（Ｂ）は円形の円
周部の一部分が例えば小さな半円４２で切り取られた図
形４３を示し、これとは反対に図１０（Ｃ）は円形の円
周部の一部分から例えば小さな半円４４が突出した図形
４５を示し、図１０（Ｄ）は円形の円周部の一部分から
小さな半円の代わりに例えば小さな矩形４６が突出した
図形４７を示し、図１０（Ｅ）は円形の一部分が短い円
弧４８で切り取られた図形４９を示すというふうに、こ
れらの図形４１，４３，４５，４７，４９は、第１発明
では円形に類似する図形として「実質的に点対称の形
状」に含まれる。

【００１３】図１０は円形について示したが、同様のこ
とが正方形、長方形、正多角形等の点対称の形状にも当
てはまる。

【００１４】更に、例えば図１１に示す図形も第１発明
では「実質的に点対称の形状」に含まれる。

【００１５】すなわち、図１１（Ａ）は長方形の１つの
頂点の部分を例えば三角形５０に切り欠いた図形５１を
示し、図１１（Ｂ）は正方形の１つの頂点の部分を例え
ば三角形５２に切り欠いた図形５３を示す。また、図１
１（Ｃ）は長方形の１つの頂点の部分から例えば小さな
矩形５４が突出した図形５５を示し、図１１（Ｄ）は正
方形の１つの頂点の部分から例えば小さな矩形５６が突
出した図形５７を示す。図１１（Ｅ）は長方形の長辺の
部分を例えば小さな矩形５８に切り欠いた図形５９を示
し、図１１（Ｆ）は正方形の一辺の部分を例えば小さな
矩形６０に切り欠いた図形６１を示す。図１１（Ｇ）は
長方形の長辺の部分が例えば円弧６２で切り取られた図
形６３を示し、図１１（Ｈ）は正方形の一辺の部分が例
えば円弧６４で切り取られた図形６５を示す。図１１
（Ｉ）は長方形の長辺の部分を例えば円弧６６で膨らし
た図形６７を示し、図１１（Ｊ）は正方形の一辺の部分
を例えば円弧６８で膨らした図形６９を示す。図１１
（Ｋ）は長方形あるいは正方形に近い台形８０を示す。

【００１６】また、この発明は別の観点から、焦電素材
の同一平面上に温度補償用電極および受光電極が形成さ
れてなる赤外線検出素子を収容した容器の上面部のほぼ
中央に、赤外線透過性の窓材で閉塞される開口部を有
し、前記窓材に赤外線光が入射する光透過部を形成し、
更に、前記光透過部の内側の焦電素材の中央部に受光電
極を位置させるとともに、前記光透過部より外側の焦電
素材の周辺部に前記温度補償用電極を位置させて構成さ
れている赤外線検出器において、受光電極上面および前
記窓材下面間の長さを、平面視において前記受光電極、
光透過部および温度補償用電極を通る任意の直線におけ
る線分のうち、前記光透過部の端と前記受光電極の端を
結ぶ線分の最小長さを√３で割った値以下に設定し、同
じく平面視において前記受光電極、光透過部および温度
補償用電極を通る任意の直線における線分のうち、前記
光透過部の端と前記受光電極の端を結ぶ線分の最大長さ
以上の長さだけ、前記光透過部の端から離れた位置に前
記温度補償用電極を位置させた点に特徴を有する（第２
発明）。

【００１７】この第２発明において、受光電極、光透過
部および温度補償用電極を通る任意の直線とは、例え
ば、図１２および図１３に示すように、焦電素材１６上
に例えば平面視三角形の受光電極１８と例えば平面視長
方形の一対の温度補償用電極１９，１９を設け、光透過
部１４が例えば平面視正方形である場合、図１２におい
て例えば符号Ｇ₁で示す直線を意味する。

【００１８】この第２発明では、図１２および図１３に
おいて、符号ｉを、平面視において光透過部１４の１つ
の端１４ａと直線Ｇ₁の交差する点とし、符号ｂを、平
面視において受光電極１８の１つの端１８ａと直線Ｇの
交差する点とし、符号ｒを、平面視において受光電極１
８のもう１つの端１８’ａと直線Ｇ₁の交差する点と
し、符号ｄを、平面視において光透過部１４のもう１つ
の端１４’ａと直線Ｇ₁の交差する点とし、符号ｆを、
平面視において温度補償用電極１９の端１９ａと直線Ｇ
₁の交差する点とすると、光透過部の端１４ａ，１４’
ａと受光電極の端１８ａ，１８’ａを結ぶ線分とは、直
線Ｇ₁における点ｉおよび点ｂ間の線分（長さがｇ₁ ）
と、直線Ｇ₁における点ｒおよび点ｄ間の線分（長さが
ｇ₂ ）を意味する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を、図
面に基づいて説明する。図１〜図３は、第１発明の第１
の実施形態を示し、図１〜図３において、１は焦電型赤
外線検出器で、次のように構成されている。すなわち、
２は鉄やニッケルあるいはコバールなどの金属よりなる
下部側が開放された筒状の容器で、その上面部３のほぼ
中央には赤外線透過性の窓材５で閉塞される開口部４が
形成されている。

【００２０】前記赤外線透過性の窓材５は、シリコン、
ゲルマニウムなどの半導体を母材６とし、この母材６の
両面に波長選択性多層膜７Ａ，７Ｂを形成してなり、そ
の上面ａが容器２の上面部３の表面ｂと同じ高さ（面
一）となるように設けられている。すなわち、窓材５が
容器２の開口部４内に収まるように設けられている。そ
して、この窓材５における母材６の上下両面に形成され
る前記波長選択性多層膜７Ａ，７Ｂによって挟まれる切
断部分の全周にハンダ付け可能な金属層８が形成される
とともに、下側の波長選択性多層膜７Ｂの光透過部とな
る部分１４（後述する）を除く波長選択性多層膜７Ｂの
表面（下面）ｃには、ハンダ付け可能な金属層９が形成
されている。この実施形態では、波長選択性多層膜７
Ａ，７Ｂのそれぞれの厚みは、例えば１０μｍである。

【００２１】１０はハンダ部で、ハンダ付け可能な表面
状態に表面処理が施された容器２の接合予定部分１１と
窓材５の前記金属層８，９とにわたって施されている。
以下、このハンダ部１０のうち、窓材５を容器２に接合
するハンダ部を符号１２で表し、前記金属層９の表面に
施され、遮光部として機能するハンダ部を符号１３で示
す。したがって、前記窓材５においては、ハンダ部１３
以外の部分１４が光透過部として機能し、この光透過部
１４を通してのみ、赤外線光（以下、赤外光という）Ａ
が容器２内部に到達する。

【００２２】すなわち、前記ハンダ部１３は遮光部とし
て機能するが、このハンダ部１３は、窓材５の平面部分
（波長選択性多層膜７Ｂ）に形成された金属膜９の表面
に形成され、このハンダ部１３を除く窓材５の他の部分
が光透過部１４として形成されている。そして、この実
施形態では、図２に示すように、光透過部１４が、前記
金属層９およびハンダ部１３に囲まれる形で平面視円形
に形成されている。Ｄ₁は光透過部１４の半径である。

【００２３】１５は例えばセラミックよりなる回路基板
で、その上面にはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛系セラ
ミックス）素子などの焦電素材１６が適宜のスペーサ１
７を介して保持されている。更に、焦電素材１６の上下
両面に電極部を形成した二種類の電極、すなわち、受光
電極１８および一対の温度補償用電極１９，１９が設け
られている。そして、前記焦電素材１６、受光電極１８
および温度補償用電極１９，１９などから赤外線検出素
子３０が形成されている。

【００２４】また、受光電極１８は平面視円形に形成さ
れており、受光電極１８の半径ｄ₁は光透過部１４の半
径Ｄ₁より小に設定されている。つまり、図２に示すよ
うに、光透過部１４の方が受光電極１８よりも大きな面
積を有する状態で形成されている。そして、光透過部１
９の内側の焦電素材１６の中央部に光透過部１４と受光
電極１８の中心Ｐを一致させた状態で受光電極１８を位
置させるとともに、光透過部１４より外側の焦電素材１
６の周辺部に温度補償用電極１９，１９を位置させてい
る。温度補償用電極１９，１９は、円弧状で中心Ｐに対
して点対称に配置されている。つまり、各温度補償用電
極１９は、中心角αが９０°で半径がＹの扇形図形か
ら、中心角αが９０°で半径がＸ（＜Ｙ）の扇形図形を
削除してなる形状をなしている。

【００２５】すなわち、赤外線検出素子３０は、窓材５
に対して受光電極１８および温度補償用電極１９，１９
を臨ませ、かつ、受光電極１８のみを前記窓材５の光透
過部１４に臨ませるようにして容器２内に収容されてい
る。つまり、受光電極１８のみが前記光透過部１４に臨
む一方、温度補償用電極１９，１９は前記ハンダ部１３
によって遮光状態となるように構成されており、光透過
部１４を経た赤外光Ａが受光電極１８に入射し、温度補
償用電極１９，１９には赤外光Ａが極力入射しないよう
に構成されている。

【００２６】なお、受光電極１８の厚みは、例えば１０
０Åで、温度補償用電極１９，１９の厚みは、例えば１
０００Åで、受光電極１８および温度補償用電極１９，
１９は、図４に示す等価回路のように接続されている。
図４において、Ｖ_DDは電源端子で、Ｅはアース端子、Ｖ
_Sは出力端子であり、２４は絶縁抵抗である。そして、
受光電極１８および温度補償用電極１９，１９は、それ
らの電極が互いに逆極性（出力の極性が互いに逆）とな
るように直列に接続されている。すなわち、赤外光Ａを
受けた場合、焦電流に基づく信号が出力されるが、周囲
温度に変化が生じた場合には、赤外光Ａを受光したとき
と同様に、受光電極１８および温度補償用電極１９，１
９の温度が変化し、これによる焦電流が受光電極１８お
よび温度補償用電極１９，１９においてそれぞれ発生す
るが、上述のように、受光電極１８と温度補償用電極１
９，１９とが互いに逆極性となるように直列接続されて
いるので、焦電流同士が打ち消し合い、周囲温度の変化
に対しても均衡を保ち、外乱に対しては赤外線検出素子
３０として出力することがない。つまり、周囲温度の変
化に影響されないのである。受光電極１８はインピーダ
ンス変換用の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２０のゲ
ートに接続され、温度補償用電極１９，１９が前記アー
ス端子Ｅに接続されている。２１は焦電流を電圧に変換
し、かつ、電気的時定数を設定するためのゲートリーク
抵抗、２２は、電源供給用や信号取り出し用の複数のリ
ードピンで、回路基板１５の下面側に突設しており、か
つ、容器２の下部開放側を閉塞するステム２３を貫通し
て容器２の外部に延設されている。

【００２７】以下、この発明の特徴的構成について説明
する。本発明者は、入射角θによっては、赤外光Ａが容
器２の上面部３で遮られたり、窓材５の光透過部１４以
外で遮られたりすることと、温度補償用電極１９，１９
に赤外光Ａが入射すること等を考慮した上で、広範囲の
視野角を実現するために、赤外線検出素子３０の感度Ｒ
と入射角θの関係式を下記の（２）式のごとく導き出し
た。Ｒ＝Ｒ₀×ｃｏｓθ−Φ×Ｒ₀−φ×Ｒ₀×Ｈ×ｃｏｓθ … （２）ここで、Ｒ₀：赤外光Ａが受光電極１８の受光面Ｓ₁に対して垂
直に入射するθ＝０のときの感度、 Φ ：容器２の上面部３および窓材５の光透過部１４以
外で遮られた赤外光Ａの面積比率、 φ ：温度補償用電極１９，１９に入射する赤外光Ａの
面積比率、Ｈ：温度補償用電極１９，１９の赤外光吸収比率で
ある。

【００２８】そして、第１発明では、焦電素材１６と赤
外線透過窓材５との長さ、すなわち、受光電極上面（受
光面）Ｓ₁および赤外線透過窓材下面（波長選択性多層
膜７Ｂの表面）ｃ間の長さＬを、Ｌ≦〔１／√３〕×（Ｄ₁−ｄ₁）… （３）に設定し、更に、受光電極１８および温度補償用電極１
９間の長さ、すなわち、受光電極１８の端１８ａおよび
温度補償用電極の端１９ａ間の長さ（最短距離）Ｍを、Ｍ≧２×（Ｄ₁−ｄ₁） … （４）に設定することにより、広範囲の１２０°の視野角を確
保できた。

【００２９】なお、この第１の実施形態では、光透過部
１４の中心Ｐから光透過部１４の端１４ａまでの長さＤ
₁と受光電極１８の中心Ｐから受光電極１８の端１８ａ
までの長さｄ₁との差が、前記（３）式と（４）式とで
同じ値であるが、これは、光透過部１４が半径Ｄ₁の平
面視円形で、受光電極１８も半径ｄ₁の平面視円形であ
るからである。

【００３０】同様のことが、後述する第２の実施形態
（図６参照）および第４の実施形態（図８参照）ならび
に第３の実施形態（図７参照）の場合に当てはまる。第
２、第４の各実施形態では平面視円形の光透過部１４と
平面視円形の受光電極１８を用いているからである。ま
た、第３の実施形態では、平面視正方形の光透過部１４
と平面正方形の受光電極１８を用いているが、正方形は
内接円を持つので、図７に示すように光透過部１４の中
心Ｐから光透過部１４の端１４ｂまでの長さＤ₂とし
て、光透過部１４の内接円Ｅの半径を用いることができ
るとともに、受光電極１８の中心Ｐから受光電極１８の
端１８ｂまでの長さｄ₂として、受光電極１８の内接円
Ｗの半径を用いることができるからである。

【００３１】更に、第１発明では、内接円を持たない長
方形等も点対称の形状に含まれることも考慮している。
例えば平面視長方形の受光電極と平面視円形の光透過部
の場合は、受光電極および温度補償用電極間の長さを決
定するにあたり、平面視長方形の受光電極の中心から受
光電極の端までの長さを、上述した温度補償用電極に入
射する赤外光の面積比率φ、温度補償用電極の赤外光吸
収比率Ｈを考慮して求める必要があり、図９に示す第５
の実施形態で詳述する。

【００３２】前記第１の実施形態では、例えば、受光電
極１８の直径（＝２ｄ₁）を２ｍｍ、光透過部１４の直
径（＝２Ｄ₁）を３ｍｍに設定した場合は、（３）式よ
り、Ｌ＝（１．５ｍｍ−１．０ｍｍ）×（１／√３）＝
０．２９ｍｍとなる。つまり、受光電極上面（受光面）
Ｓ₁および赤外線透過窓材下面（波長選択性多層膜７Ｂ
の表面）ｃ間の長さＬが０．２９ｍｍ以下になるよう
に、焦電素材１６を配置する。

【００３３】また、（４）式より、Ｍ＝（１．５ｍｍ−
１．０ｍｍ）×２＝１．０ｍｍとなる。つまり、受光電
極１８の端１８ａおよび温度補償用電極１９の端１９ａ
間の長さＭ（最短距離）が１．０ｍｍ以上になるよう
に、受光電極および温度補償用電極１９を焦電素材１６
に配置する。

【００３４】このような構成とすることにより、前記
（２）式から、図５に示すグラフＧが得られた。このグ
ラフＧから、前記（２）式から導き出された視野角は、
±６０°、つまり、１２０°であることが判る。

【００３５】図６は、中心角αが９０°の扇型の温度補
償用電極１９，１９を中心Ｐを通る対称軸Ｊに対して線
対称に配置した第１発明の第２の実施形態を示す。な
お、図６において、図１〜図４に示した符号と同一のも
のは、同一または相当物とみなす。

【００３６】この場合、受光電極１８の端１８ａおよび
温度補償用電極１９の端１９ａ間の長さ（最短距離）Ｍ
は、受光電極１８の中心Ｐと温度補償用電極１８の中心
Ｐ’を結ぶ線上での長さである。

【００３７】図７は矩形の温度補償用電極１９，１９を
中心Ｐを通る対称軸Ｊに対して線対称に配置するととも
に、正方形の光透過部１４と正方形の受光電極１８を持
つ第１発明の第３の実施形態を示す。図１〜図４および
図６に示した符号と同一のものは、同一または相当物と
みなす。

【００３８】この場合、光透過部１４は平面視正方形に
形成されている。また、受光電極１８も平面視正方形に
形成されている。そして、光透過部１４の内接円Ｅと受
光電極１８の内接円Ｗの中心Ｐを一致させた状態で、焦
電素材１６上に受光電極１８が配置されている。

【００３９】この実施形態では、受光電極上面（受光
面）Ｓ₁および赤外線透過窓材下面（波長選択性多層膜
７Ｂの表面）ｃ間の長さＬを、Ｌ≦〔１／√３〕×（Ｄ₂−ｄ₂）に設定してある。ここで、Ｄ₂は、光透過部１４の内接
円Ｅの半径で、ｄ₂（＜Ｄ₂）は、受光電極１８の内接
円Ｗの半径である。また、受光電極１８の端１８ａおよ
び温度補償用電極１９の端１９ａ間の長さ（最短距離）
Ｍを、Ｍ≧２×（Ｄ₂−ｄ₂）に設定している。

【００４０】なお、上記各実施形態では、赤外線透過性
の窓材５として、シリコン、ゲルマニウムなどの半導体
を母材６とし、この母材６の両面に波長選択性多層膜７
Ａ，７Ｂを形成してなるフィルタを用いたものを示した
が、この発明では、窓材として、ＣａＦ₂などの赤外線
透過性材料のみで構成されたものを用いてもよい。

【００４１】また、図２に示したように、焦電素材１６
上に点対称に配置された一対の温度補償用電極１９，１
９を用いる代わりに、第１発明の第４の実施形態を示す
図８のように、受光電極１８の全体を略覆うように、か
つ、対称軸Ｊに対して対称形になるよう形成された略リ
ング状の１個の温度補償用電極１９’を用いてもよい。

【００４２】更に、第１発明では、平面視円形の受光電
極と平面視正方形の光透過部を組み合わせたものでも、
平面視正方形の受光電極と平面視円形の光透過部を組み
合わせたものでも適用できるのみならず、図９に示すよ
うに、平面視円形の光透過部１４と平面視長方形（長辺
ｑ、短辺ｒ’）の受光電極１８の場合等にも適用でき
る。

【００４３】要は、第１発明における光透過部および受
光電極は、両者とも平面視において点対称の形状を有す
るものであれば良く、これに含まれる平面視形状とし
て、円形、正方形、長方形以外に正多角形等を挙げるこ
とができる。よって、第１発明では、特定の平面視形状
を有する光透過部および受光電極の組み合わせ数は、円
形、正方形、長方形、正多角形等を組み合わせた数に相
当するだけのものにのぼる。

【００４４】そこで、図９に示した第１発明の第５の実
施形態を用いて、第１発明の必須構成要件について説明
する。この実施形態では、上述したように、受光電極１
８は平面視長方形（長辺がｑで、短辺がｒ’）で、光透
過部１４は平面視円形である。

【００４５】なお、温度補償用電極１９，１９は、上記
第１の実施形態のものを用いている。つまり、各温度補
償用電極１９は、中心角αが９０°で半径がＹの扇形図
形から、中心角αが９０°で半径がＸ（＜Ｙ）の扇形図
形を削除してなる形状をなしている。

【００４６】図９において、上記各実施形態と同様に光
透過部１４の中心Ｐと受光電極１８の中心Ｐは一致して
いる。

【００４７】そして、受光電極上面Ｓ₁および赤外線透
過窓材下面ｃ間の長さＬを、光透過部１４および受光電
極１８の中心Ｐから任意の全ての同一方向において、前
記中心Ｐから光透過部１４の端１４ａまでの長さＤ₃と
前記中心Ｐから受光電極１８の端１８ａまでの長さｄ₃
との差を√３で割った値以下に設定する。すなわち、Ｌ≦〔１／√３〕×（Ｄ₃−ｄ₃）… （５）とする。

【００４８】この場合、長さＤ₃は光透過部１４の半径
である。

【００４９】ところで、前記中心Ｐから３６０°にわた
り放射状に直線を引いた場合を考えると、前記中心角α
の範囲内では、時計方向の回りに順に、長方形の長辺ｑ
を通る場合、長方形の頂点ｅ’を通る場合、長方形の短
辺ｒ’を通る場合がある。また、前記中心角αの範囲外
でも、同様の場合がある。

【００５０】そこで、上記（５）式において長さＬの上
限値を最大にする長さｄ₃として、中心Ｐから長方形の
長辺ｑに下ろした垂線ｔの長さを用いる。

【００５１】一方、受光電極１８および温度補償用電極
１９間の長さ、すなわち、受光電極１８の端１８ａおよ
び温度補償用電極の端１９ａ間の長さ（最短距離）Ｍ
を、前記中心Ｐから温度補償用電極１９へと向かう同一
方向において、前記中心Ｐから光透過部１４の端１４ａ
までの長さＤ₃と前記中心Ｐから受光電極１８の端１８
ａまでの長さｄ₃との差の２倍以上の長さに設定する。
すなわち、Ｍ≧２×（Ｄ₃−ｄ₃） … （６）とする。

【００５２】この場合も、長さＤ₃は光透過部１４の半
径である。

【００５３】ところで、第１発明では、温度補償用電極
１９は、前記中心Ｐから見て前記中心角αの範囲内の方
向に位置しており、前記中心角αの範囲外の方向には位
置していないことを考慮して、上記（６）式における長
さｄ₃を決める必要がある。

【００５４】つまり、上記（２）式における温度補償用
電極１９，１９に入射する赤外光Ａの面積比率φ、温度
補償用電極１９，１９の赤外光吸収比率Ｈを考慮する必
要がある。この実施形態の場合は、上記（６）式におい
て長さＭの下限値を最小にする長さｄ₃として、中心Ｐ
から長方形の頂点ｅ’に至る直線Ｔの長さを用いるが、
点線で示したような位置にある中心角が９０°の扇形の
温度補償用電極１９’，１９’の場合には、長さｄ₃と
して、中心Ｐから長方形の長辺ｑに至る線分ｑ’の長さ
を用いる必要がある。

【００５５】平面視円形の受光電極と平面視長方形の光
透過部の場合も同様で、それ以外の特定の平面視形状を
有する光透過部および受光電極の組み合わせのものにつ
いても広範囲の１２０°の視野角を確保できる、受光電
極上面（受光面）および赤外線透過窓材下面間の長さ
と、受光電極端および温度補償用電極端間の長さ（最短
距離）を設定することができる。

【００５６】なお、この第１発明では、平面視の形状が
上述した図１０、図１１で示したような図形の光透過部
および受光電極を適用できることは言うまでもない。

【００５７】図１２、図１３は、第２発明の一実施形態
を示す。なお、図１３は、図１２におけるＺ−Ｚ’線矢
視図である。図１２、図１３において、この実施形態で
は、焦電素材１６上に例えば平面視三角形の受光電極１
８と例えば平面視長方形の一対の温度補償用電極１９，
１９を設け、平面視正方形に光透過部１４が形成されて
いる。そして、平面視において、受光電極１８、光透過
部１４および温度補償用電極１９を通る任意の直線
Ｇ₁，Ｇ₂，Ｇ₃…のうち、例えば図１２に示した直線
Ｇ₁上の線分としては、光透過部の端１４ａと受光電極の端１８ａを結ぶ線
分、つまり点ｉと点ｂを結ぶ線分（長さはｇ₁ ）、受光電極の端１８ａ，１８’ａを結ぶ線分、つま
り、点ｂと点ｒを結ぶ線分、受光電極の端１８’ａと光透過部の端１４’ａとを
結ぶ線分、つまり、点ｒと点ｄを結ぶ線分（長さはｇ
₂ ）、光透過部の端１４’ａと温度補償用電極１９の端１
９ａとを結ぶ線分、つまり、点ｄと点ｆを結ぶ線分（長
さはＭ₀）等を挙げることができる。ところで、これら線分のうち、光透過部の端１４ａ，１
４’ａと受光電極の端１８ａ，１８’ａを結ぶ線分に着
目した場合、上記の直線Ｇ₁では長さがｇ₁の線分と長
さがｇ₂の線分がそれに相当するが、直線Ｇ₁以外に、
他の直線Ｇ₂，Ｇ₃…でも光透過部の端と受光電極の端
を結ぶ線分（線分の長さを例えばｇ₃ ，ｇ₄ …とする）
を多数挙げることができる。そこで、第２発明では、受
光電極上面Ｓ₁および窓材下面ｃ間の長さＬを、以下の
（７）式を満たすように設定している。Ｌ≦／〔ｇ_M／√３〕… （７）ここで、ｇ_Mは、前記長さｇ₁ ，ｇ₂ ，ｇ₃ ，ｇ₄ …の
うち最小の長さである。

【００５８】また、上記の直線Ｇ₁では光透過部の端１
４’ａと温度補償用電極１９の端１９ａを結ぶ線分は、
長さがＭ₀の線分に相当するが、第２発明では、光透過
部の端１４’ａおよび温度補償用電極１９の端１９ａ間
の長さＭ₀を、以下の（８）式を満たすように設定して
いる。Ｍ₀≧ｇ_L … （８）ここで、ｇ_Lは、前記長さｇ₁ ，ｇ₂ ，ｇ₃ ，ｇ₄ …の
うち最大の長さである。

【００５９】この第２発明でも、第１発明と同様、広範
囲の１２０°の視野角を確保できる。また、温度補償用
電極に赤外線光が入射するのを防止できるので、温度補
償を確実に行って温度影響を除去した精度のよい検出を
行える。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明では、広範
囲の１２０°の視野角を確保できる。また、温度補償用
電極に赤外線光が入射するのを防止できるので、赤外線
検出素子自体の温度変化までも出力として検出すること
はなく、温度補償を確実に行って温度影響を除去した精
度のよい検出を行える。また、焦電素材の同一平面上に
温度補償用電極および受光電極を形成することによって
単純な構造で、かつ、安価な赤外線検出器を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１発明の第１の実施形態を示す要部構成説明
図である。

【図２】前記実施形態における構成説明図である。

【図３】前記実施形態における全体構成説明図である。

【図４】前記実施形態における回路図である。

【図５】前記実施形態において得られた視野角特性を示
す図である。

【図６】第１発明の第２の実施形態を示す構成説明図で
ある。

【図７】第１発明の第３の実施形態を示す構成説明図で
ある。

【図８】第１発明の第４の実施形態を示す構成説明図で
ある。

【図９】第１発明の第５の実施形態を示す構成説明図で
ある。

【図１０】第１発明に適用できる光透過部と受光電極の
平面視の形状を示す図である。

【図１１】第１発明に適用できる光透過部と受光電極の
別の平面視の形状を示す図である。

【図１２】第２発明の一実施形態を示す要部構成説明図
である。

【図１３】同じく第２発明の前記一実施形態を示す要部
構成説明図である。

【図１４】一般的な赤外線検出器を示す図である。

【符号の説明】２…容器、４…開口部、５…赤外線透過性の窓材、１４
…光透過部、１６…焦電素材、１８…受光電極、１９，
１９…温度補償用電極、３０…赤外線検出素子、Ａ…赤
外線光、θ…赤外線光の入射角。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焦電素材の同一平面上に温度補償用電極
および受光電極が形成されてなる赤外線検出素子を収容
した容器の上面部のほぼ中央に、赤外線透過性の窓材で
閉塞される開口部を有し、前記窓材に、赤外線光が入射
する光透過部を受光電極よりも大きな面積を有する状態
で形成し、更に、前記光透過部の内側の焦電素材の中央
部に前記光透過部の中心と受光電極の中心を一致させた
状態で受光電極を位置させるとともに、前記光透過部を
平面視において実質的に点対称の形状とし、かつ、前記
受光電極を平面視において実質的に点対称の形状とし、
前記光透過部より外側の焦電素材の周辺部に前記温度補
償用電極を位置させて構成されている赤外線検出器にお
いて、受光電極上面および前記窓材下面間の長さを、前
記光透過部および受光電極の中心から任意の全ての同一
方向において、前記光透過部の中心から前記光透過部の
端までの長さと前記受光電極の中心から前記受光電極の
端までの長さとの差を√３で割った値以下に設定し、更
に、前記光透過部および受光電極の中心から温度補償用
電極へと向かう同一方向において、前記光透過部の中心
から前記光透過部の端までの長さと前記受光電極の中心
から前記受光電極の端までの長さとの差の２倍以上の長
さだけ前記受光電極の端から離れた位置に前記温度補償
用電極を位置させることを特徴とする赤外線検出器。
【請求項２】焦電素材の同一平面上に温度補償用電極
および受光電極が形成されてなる赤外線検出素子を収容
した容器の上面部のほぼ中央に、赤外線透過性の窓材で
閉塞される開口部を有し、前記窓材に赤外線光が入射す
る光透過部を形成し、更に、前記光透過部の内側の焦電
素材の中央部に受光電極を位置させるとともに、前記光
透過部より外側の焦電素材の周辺部に前記温度補償用電
極を位置させて構成されている赤外線検出器において、
受光電極上面および前記窓材下面間の長さを、平面視に
おいて前記受光電極、光透過部および温度補償用電極を
通る任意の直線における線分のうち、前記光透過部の端
と前記受光電極の端を結ぶ線分の最小長さを√３で割っ
た値以下に設定し、同じく平面視において前記受光電
極、光透過部および温度補償用電極を通る任意の直線に
おける線分のうち、前記光透過部の端と前記受光電極の
端を結ぶ線分の最大長さ以上の長さだけ、前記光透過部
の端から離れた位置に前記温度補償用電極を位置させる
ことを特徴とする赤外線検出器。