JPS5860226A - 焦電型赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は防犯用、防火用に供される焦電型赤外線検出装
置に関し、特に検出感度の高い焦電型赤外線検出装置を
提案するものである。

以下未発明をその実施例を示す図面に基いて具体的に説
明する。

第１１２３は本発明に係る焦電型赤外線検出装置の模式
的断面構造図であり、赤外線検出素子１０．２０及び圧
電振動板３０４１Ｆは金属製のステム３１に取付けられ
ており、これＫ１１ｉ嵌したキャップ３２にて密封され
た空間内にある。金属キャップ３２の上面部（ステム３
１と対向する部分）には過大の窓３２ｇが開設されてお
り、この窓３２ａは赤外線透過性素材よりなる窓板３３
にて封じられている。

この窓３２鳳は監視対象空間から金属キャップ３２内部
へ赤外線を入射させるためのものであシ、この装置を部
屋の天井に取付ける場合は窓３２ａ側が例えば下側にな
る。窓板３３としては０．８〜１５、＃−の波長の赤外
線を効率よく透過させる厚さ数百７鯛の９ｉ、Ｇｅ板が
適当である。

赤外線検出素子１Ｇ及び２０け、ＬｉＴａ０．　（タン
タル酸すチクム）等の焦電体薄板４１の一側半分の＠斌
４１１及び他側半分の領域４１２夫々の麦而に適長離隔
させて各別の電極層１２．２２を、また裏面に画素子共
通の電極層４２をいずれもＮ　ｉ　（：　ｒ蒸着の方法
にて５００〜１００ｏλの厚さに形成してなるものであ
って、裏面電極層４２をステム３１の上面に固着した例
えば銅！！！（絶縁材料でもよい）の支持台３４にエポ
キシ樹脂等の絶縁層３５を介して固定しである。

第２図は火炎（Φ）及び人体（＠）夫々の赤外線スペク
トルを示しているが、前者Ｉｆｉｏ、　ｓ〜７メ鯛程度
の範囲に、また後者は５声調以上に分布している。これ
らを識別検知すべく光学フィルタ１３゜２３が設けられ
る。即ち窓板３３における、赤外線検出素子１０．２０
夫々の上方の＠域、即ち表面電極層１２．２２と対向す
る＠域には、ＰｂＴｃ、ＺｎＳ等を多層蒸着してなる光
学フィルタ１３．２３が表面電極層１２．２２＠榎うよ
うにして設けられている。これらの光学フィルタ１３．
２３は透過波長を異にしており、光学フィルタ１３は人
体検知用と　・して５声−以上の波長の赤外線を選択的
に透過させ、それよりも短い波長の赤外線を実質的にカ
ットするローカット（バイパス）フィルタ、光学フィル
タ２３＃ｉ火災検知用として０．８〜７声−の範囲の波
長の赤外線を選択的に透過させ、この範囲外の波長の赤
外線を実質的にカットするバントパスフィルタである。

両光学フィルタ１３．２３の面積及び位置は赤外線検出
素子１０．２０の夫々が光学フィルタ１３．２３夫々を
透過し九赤外線を選択的に捉え、窓板３３のみを透過し
た赤外線等を可及的に捉えないように定められる。

画素子１０．２０の表面電極層１２．２２は金線等を用
いてなるリード線１４．２４夫々の一端に接続されてい
る。ステム３１上には接合型のＦＥＴ　（電界効果トク
ンジスク）３６が設けられており、前記リード線１４の
他端はとのＦＥＴ　３６のゲー）Ｋ接続されている。ま
たリード線２４の他端はステム３１に接続されている。

ＦＥＴ３６のドレイン、ソースはステム３１と絶縁した
リード線３７．３８に連なっており、もう一本のリード
線３９Ｆｉステム３１と同電位としである。これらのリ
ード線は外部回路との接線のためのものである。

ステム３１上にはこれと垂直になるようにバイモルフｔ
Ｍ（ユニモルフ型でもよい）の圧電振動板３゜が立設さ
れており、その上部には圧電振動板３゜と垂直になるよ
うに、即ちステム３１又は表面電４ｆｉ層１２，２２．
フィルタ１３．２３等と平行になるようにチョツパ板５
１が取付けてあり、表面電極層１２．２２とフィルタ１
３．２３との間隙に位置せしめである。チョツパ板５１
はＳｉ等よりなる透明板であり、その上面に＃ｉ１！又
はＡｕ等の金属を縞状に被着してなる、赤外線を遮るた
めの遮光体５２が形成されている。遮光体５２は平行な
事故の条からなり、条の幅と条間間隔を略々等しくしで
ある。一方フィルタ１３．２３の下面には同じ＜　Ａ／
又はＡｕ等の金属を縞状に被着してなる、赤外線を遮る
ための遮光体５３が遮光体５２と平行になるように形成
されており、この遮光体５３も、その条の幅と条間間隔
を略々等しくしである。

チョッパ５０はこれらチョッパ板５１．遮光体５２゜５
３及び圧電振動板３０にて構成され、ステム３１を通し
て引き出されたリード線３０ａ、　３０ｂを介して圧電
振動板３０ＫｌＯ〜２０Ｈｚの電気信号を与えてこれを
振動させるととｋよシ、チョツパ板５１を揺動させる。

この揺＃によって遮光体５２は条並設方向に往復移動す
る。このため遮光体５２０条闇闇腑と固定の遮光体５３
０条とが整合したときには赤外線検出素子１０．２０の
赤外線受光が遮られ、この状態かも遮光体５２の位置が
ずれるに従って赤外線受光量が増すことＫなる。

第３図は本発明装置の電気回路図でるり、上述のステム
３１．　　リード線３９を接地レベルとし、ＦＥＴ３６
のドレイン又はリード線３７には正の電位ＶＤＤを与え
、そのソース又はリード線３８から出力ＶＯｕｔを得る
ようＫしてｂる。ＦＥＴ　３６のゲート及びソースと接
地レベルのステム３１又はリード線３９との闇ＫＦｉ、
１０１〜ＩＯ”ｎのオーダのゲート抵抗４３及び１０ｋ
ｆｌ程度のソース抵抗４４を夫々接続して自己バイアス
をかけである−０なおゲート抵抗４３＃ｉキヤツプ３２
内にＦＥＴ３６走共に配してあり、ソース抵抗４４は外
付は抵抗としている。本発明装置では画素子１０．２０
が焦電休薄根４１を共用しており、ま九裏面電極層４２
を共通にしているので画素子は分極方向が逆になるよう
に直列接続されていることになる。

所かる構成の本発明装置の動作は次のとおりである。即
ち窓板３３を介して人体が放出する赤外線が装置内圧入
ると、この赤外線の殆んどＩ／ｉフィルタ１３のみを透
過し、素子１００表面電極層１２側に負電荷が生じ、出
力Ｖ。ＵｔＦｉ常態時の、５．、より低下することにな
る。また火災が発生して例えば炎からの赤外線が窓板３
３を介して装置内に入ると、この赤外線の殆んどはフィ
ルタ２３のみを透過し、素子２００表面電極層２２側に
負電荷が生じその結果出力Ｖｏｕｔ　Ｆｉ常急時のレベ
ルより上昇することになる。このような出力Ｖ。ｕｔの
レベル変化はリード線３８に接続されるべき回路により
遠隔報知、Ｓ報等に利用される。

而して本発明装置においては出力Ｖｏｕｔのレベル変化
はチョッパ５０の働きＫよって例えば人体検知の場合第
４・図り）に示す如き断続的なものとなる。

このように出力ＶＯｕｔを断続するチョッパ５０の効果
は次のとおりである。いまチョッパ５０が無いものとす
ると、監視空間へ侵入した人体の移動が緩慢であった場
合には、出力ＶＯｕ（ｔｉ第４図（→に２点鎖線で示す
如く極めて緩やかな変化を示す。そうするとこのＶＯｕ
ｔを与えるべき後段の回路、例えば微分回路等ではこの
緩やかな変化を捉え得ないことを生じる可能性があり、
これＫより侵入者検出ミスを招来する可能性がある。と
ころがチョツノ（５０の働きにより第４図＠ＶＣ実線で
示す如く反復的にレベル変化する出力ＶＯｕｔが得られ
るから、その急峻なレベル変化により後段の回路がａｌ
英にこのレベル変化を検出するところとなり、侵入者の
移動が緩慢であったり、文士ったりする場合であっても
この侵入者を確実に検出する。そして火災の場合であっ
てもチョッパ５０の働きによって、比較的広い面積が徐
々に過熱状ＩＩＫなっていくような状況を検出すること
ができる。

而して暖房等による雰囲気温度の変化があった場合に＃
ｉ焦電体薄板４１の両領域４１１．４１２は共にその影
響を受けて焦電効果を示すが、この装置では両者の分極
方向を逆にして夫々を含む素子を直列接続してあり、し
かも両者Ｆｉ等面積としであるので、この直列回路内で
その帯電効果が相殺され、ＦＥＴ出力の変化は殆んでな
い。また焦電体は公知のように圧電効果も示すので、こ
の装置を取付けた密閉性に優れた部屋の扉を急激に閉め
たような場合には画素子１０．２０に圧電効果が現れる
が、これも分極方向が逆であるので上記同様に相殺され
その影響がない。なお画素子の受光面積は厳密に等しい
必要はなく回路動作に悪影響を及ぼさない範囲の受光面
積の差異は許容できる。そして遮光体５２．５３の存在
により画素子１０．２０の実効受光面積が若干相違する
点も特には支障がない。更に、固足例の遮光体を表面電
極層上に設けてもよい。

なお上述の実施例では焦電体薄板４１及び裏面電極層４
２を画素子に共通として２つの素子を分極方向が逆にな
るように直列接続したが、２つの素子を独立に構成して
両者の分極方向が逆になるように並列接続する構成とし
ても上述した雰囲気温度・圧力変化の影響を相殺する効
果が得られる。

＠Ｓ図は本発明装置の他の実施例を示す＃部の断面構造
図、第６図＃ｉ第５図のＷ−Ｗ線での部分平面図である
。この実施例は人体検出用に設けた素子１０’と火災検
出用に設は九素子２０’とを一組とする検出ユニツ）Ｓ
Ｕを複数個規則的に配してなるものである。平面視で長
方形の基板６１の表面には２行６列に平面視で正方形の
表面電極層１２゜２２が適長離隔させて蒸着形成されて
おシ、その裏面には１組の表面電極層１２．２２に対向
する部分に整合させるようＫして裏面電極層６２が形成
され、これらｋよって裏面電極層６２と同数、っまシロ
個の検出ユニットＳＵが形成されてシシ、一つの表面電
極層１２と、これに対向する裏面電極層６２部分と、そ
の間に挾まれる焦電体基板６１の＠域とで１つの素子１
０’が、また前記表面電極層１２４Ｃ相隣し、上記し良
さころと同一の裏面電極層６２に対向する表面電極層２
２と、この裏面電極層６２とその間に挾まれる焦電体基
板６１の領域とでもう１つの素子２０′が形成されてい
て、これらの画素子１０’、２０’で１つの検出ユニツ
）　ＳＵが形成される。焦電体基板６１の表面には各検
出ユニットＳＵを区画する部分、即ち裏面電極層６２が
形成されていない周隙部分に対向する表面側の位１１Ｋ
ｔ′ｉ溝６１ａが凹設しである。この溝６１ａｔｉ検出
ユニットＳＵ相互間の熱的影響を低減する上で有効であ
るが必ずしも設ける必要はない。

以上のように焦電体基板６１の表裏に電極層を形成した
ものを支持台６３上にエポキシ樹脂等の絶縁層６４を介
して固定しである。キャップ３２の窓穴３２２を封じる
窓板３３の下面には各素子１０’、２０’の表面電極層
１２．２２に対面させるようにした前同様の透Ｍ波長域
を夫々に有する光学フィルタ１３．２３が被着形成しで
ある。

光学フィルタ１３，２３には前同様の固定側の遮光体５
３が被着形成しである。そして光学フィルタ１３．２３
と表面電極層１２．２２との闇には基板６１全体を覆う
大きさのチョツパ板５１が設けてあり、このチョツパ板
５１の上面に前同様の遮光体５２が形成されている。そ
してチョツパ板５１の一端はステム３１に立設した圧電
振動板３ｏに連結されており、ステム３１を貫通させて
引き出しであるリード線３０ｍ　、　３０ｂ　Ｋ　１０
〜２０Ｈｚの電気信号を与えてチョツパ板５１を揺動さ
せるように構成してアク、このチョッパ５ｏＦｉ前述し
たものと大きさが異るだけである。

その他３６Ｆｉ検出ユニットＳＵ毎に備見られたＦＥＴ
であって表面電極層１２をそのグー）Ｋ接続し、また他
方の表面電極層２２はリード線３９に連なるようにして
いる等、前述の実施例と同様の電気的接続が行われてい
る。

所かる複数の検出ユニットＳＵをマトリックス状に並設
してなるものは各検出ユニットＳＵのＦＥＴ　３６のソ
ースの出力変化を経時的に捉えることによって人体のｆ
Ｉ＃前方向又は火炎の移動方向が検出でき、侵入経路或
は火元の特定が可能になる。

そしてこの場合においてもチョッパ５０の働きにより上
記ソース出力が断続されること釦より、侵入者等の移動
速度か緩やかであっても急峻な信号変化が得られ検出ミ
スがなくなる。

以上詳述したように本発明に係る焦電型赤外線検出装置
は焦電体を用い九２つの赤外線検出素子の犬々に透過波
長域が相異る光学フィルタを配してあり、更にこれらの
赤外線検出素子に検出させるべき赤外線を周期的に断続
するチョッパを設けたものであるので、移動又は状態の
変化が緩やかな人体、火災等もａ１実に検知できる高感
度の赤外線検出装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであって、第１図は要
部の断面構造図、第２図は火炎及び人体夫々の赤外線ス
ペクトル、第３図は本発明装置の電気回路図、第４図ば
）、（→は出方信号波形図、第５図は本発明の他の実施
例を示す要部の断面構造図、第６図は第５図の■−■線
での部分平面図である。 １０．２０・・・赤外線検出素子　１２．２２・・・表
面電極層　１３．２３・・・フィルタ　３ｏ・・・圧電
振動板３６・・・ＦＥＴ４１・・・焦電体薄板　４２・
・・裏面電極層　５０・・・チョッ／＜　　５２．５３
・・・遮光体　６１・・・焦′（体基板　ＳＵ・・・検
出ユニット第　１　図 ５１０ 波長（μｍ） 第　３１Ｄ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、焦電体を用いた２つの赤外線検出素子の夫々に透過
   波長域が相違する一光学フイルタを配してあり、更にこ
   れらの赤外線検出素子に検出させるべき赤外線を周期的
   に断続するチョッパを設けたことを特徴とする焦電型赤
   外線検出装置。 ２、　前記チョッパは光学フィルタ又は赤外線検出素子
   に固定した遮光体と、赤外線検出素子の前方に配した可
   動の遮光体とを備えている特許請求の範囲第１項記載の
   焦電型赤外線検出装置。 ３、前記可動の遮光体は圧電振動子にて駆動される特許
   請求の範囲第２項記載の焦電型赤外線検出装置。