JPS5942420A - 赤外線検出装置 - Google Patents
赤外線検出装置Info
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- JPS5942420A JPS5942420A JP15301482A JP15301482A JPS5942420A JP S5942420 A JPS5942420 A JP S5942420A JP 15301482 A JP15301482 A JP 15301482A JP 15301482 A JP15301482 A JP 15301482A JP S5942420 A JPS5942420 A JP S5942420A
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- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/38—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using extension or expansion of solids or fluids
- G01J5/44—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using extension or expansion of solids or fluids using change of resonant frequency, e.g. of piezoelectric crystals
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は圧電体で構成された発振素子に赤外線を照射す
ることにより発振周波数が変化することを用いた赤外線
検出装置に関するものである。
ることにより発振周波数が変化することを用いた赤外線
検出装置に関するものである。
従来例の構成とその問題点
従来から、赤外線を検出するための素子として、焦電効
果を利用する方法、熱起電力を利用する方法、電気抵抗
の変化を利用する方法などが一般的に用いられている。
果を利用する方法、熱起電力を利用する方法、電気抵抗
の変化を利用する方法などが一般的に用いられている。
一方、敏子効果を利用した光起電力の測定あるいは電気
抵抗変化で赤外線の強度を測定する方法がある。前者の
熱形素子は有効波長領域は全赤外領域にわたって使用可
能であるが、感度は比較的低く、感度を表すＤ米は１０
８程度である。一方、後者の量子形素子は用いる材料に
より有効波長領域が制限されるが、感度は熱形素子に比
べて２桁程度大きい。しかしこの量子形素子は高価であ
り、さらに測定にさいして素子を冷却しなければならな
い不便さがある。
抵抗変化で赤外線の強度を測定する方法がある。前者の
熱形素子は有効波長領域は全赤外領域にわたって使用可
能であるが、感度は比較的低く、感度を表すＤ米は１０
８程度である。一方、後者の量子形素子は用いる材料に
より有効波長領域が制限されるが、感度は熱形素子に比
べて２桁程度大きい。しかしこの量子形素子は高価であ
り、さらに測定にさいして素子を冷却しなければならな
い不便さがある。
近年、赤外線検出用のセンサの特性および計測技術の向
上によシ幅射温度の計測が日常の生活空間での使用温度
まで測定可能になった。さらに非接触で温度測定ができ
る便利さのため、電子レンジなどの家電製品を中心に侵
入警報器など日常生活の中に普及してきた。きらに工業
用としては、各種の熱管理のだめの温度検出用素子とし
て数多く用いられている。たとえば、電気製品の出荷の
際の異常個所のチェック、半導体素子の表面温度の測定
など、さまざまの応用例があけられる。
上によシ幅射温度の計測が日常の生活空間での使用温度
まで測定可能になった。さらに非接触で温度測定ができ
る便利さのため、電子レンジなどの家電製品を中心に侵
入警報器など日常生活の中に普及してきた。きらに工業
用としては、各種の熱管理のだめの温度検出用素子とし
て数多く用いられている。たとえば、電気製品の出荷の
際の異常個所のチェック、半導体素子の表面温度の測定
など、さまざまの応用例があけられる。
上述の２方式の検出方法のうち熱形の構造のものは、比
較的安価でさらに素子に特別の冷却などを必要としない
ため、今後も民生用の電子機器などを中心に各種の応用
が考えられる。
較的安価でさらに素子に特別の冷却などを必要としない
ため、今後も民生用の電子機器などを中心に各種の応用
が考えられる。
圧電体を用いた発振器の実施例として弾性表面波発振器
の構成例を以下に示す。
の構成例を以下に示す。
発明の目的
本発明は各種電子機器筺広くかつ容易に応用することの
できる赤外線検出装置を提供することを目的とする。
できる赤外線検出装置を提供することを目的とする。
発明の構成
本発明にかかる赤外線検出装置は、グリ１性表面波素子
を用いて発振装置を構成し７、かつこの弾性表面波素子
を熱形の素子として使用することにより、出力が周波数
の形で得ることかできるものである。
を用いて発振装置を構成し７、かつこの弾性表面波素子
を熱形の素子として使用することにより、出力が周波数
の形で得ることかできるものである。
実施例の説明
以下、本発明の一実施例の赤外線検出装置について説明
する。
する。
第１図は弾性表面波輻射温度検出装置の構造図である。
図において、１１は圧電体基板、１２はフィードバック
増幅器、１３はインターディジクル電極であり、これら
によって弾性表面波発振器が構成される。図に示すよう
に、圧電体基板１１の弾性表面波伝搬路上に赤外線を照
射することにより、その強度を弾性表面波発振器の発振
周波数の変化として観測することができる。
増幅器、１３はインターディジクル電極であり、これら
によって弾性表面波発振器が構成される。図に示すよう
に、圧電体基板１１の弾性表面波伝搬路上に赤外線を照
射することにより、その強度を弾性表面波発振器の発振
周波数の変化として観測することができる。
このような構成の装置について詳細に検討した結果、赤
外勝の照射による周波数変化が圧電体の厚みに大きく依
存することが判明した。
外勝の照射による周波数変化が圧電体の厚みに大きく依
存することが判明した。
第２図に応答速度および感度を求めるための構造図を示
す。圧電体基板１１の上方より単位面積当りＱのエネル
ギーを入射する。ｌｙ”’！この入射エネルギーが圧電
体基板１１内で吸収され、赤外線照射面側の温度が高く
、それとは反対側］の而の温度が低くなる。そして、熱
流は図の左、右方向へ伝搬して行く。感度と応答速度を
決定する要因として、（１）なるべく熱が逃げにくいこ
と、さらに（２）受光面積が広いこと（この図ではｅが
大きいこと）、および（３）基板１１が薄いことである
。以上の３点のうちの第（１）の条件は材料定数で決定
され、圧電材料の熱伝導率は４ Ｘ １０−”〜６×１
Ｏ−３Ｊ／α・秒・Ｋと各材料ともほぼ同等の値である
〇一方、第（２）の条件については、素子寸法の制約か
ら受光面積をあまり広くすることはできないＯしたがっ
て、もっとも重要な要因は、第（３）の条件である。一
定のエネルギーの入射に対して、加熱される部分か小さ
ければ小さい程よい０このことは薄ければ、薄い程よい
ことを意味する。い丑、第２図の構造で周波数の変化を
与える式は、で与えられる。ここでｆは発振周波数、ａ
ｖは弾性表面波発振器の発振周波数温度係数、Ｋは熱伝
導率、ｅは両端の距離、ｄは厚み、ｐは密度、Ｃは比熱
を示す。
す。圧電体基板１１の上方より単位面積当りＱのエネル
ギーを入射する。ｌｙ”’！この入射エネルギーが圧電
体基板１１内で吸収され、赤外線照射面側の温度が高く
、それとは反対側］の而の温度が低くなる。そして、熱
流は図の左、右方向へ伝搬して行く。感度と応答速度を
決定する要因として、（１）なるべく熱が逃げにくいこ
と、さらに（２）受光面積が広いこと（この図ではｅが
大きいこと）、および（３）基板１１が薄いことである
。以上の３点のうちの第（１）の条件は材料定数で決定
され、圧電材料の熱伝導率は４ Ｘ １０−”〜６×１
Ｏ−３Ｊ／α・秒・Ｋと各材料ともほぼ同等の値である
〇一方、第（２）の条件については、素子寸法の制約か
ら受光面積をあまり広くすることはできないＯしたがっ
て、もっとも重要な要因は、第（３）の条件である。一
定のエネルギーの入射に対して、加熱される部分か小さ
ければ小さい程よい０このことは薄ければ、薄い程よい
ことを意味する。い丑、第２図の構造で周波数の変化を
与える式は、で与えられる。ここでｆは発振周波数、ａ
ｖは弾性表面波発振器の発振周波数温度係数、Ｋは熱伝
導率、ｅは両端の距離、ｄは厚み、ｐは密度、Ｃは比熱
を示す。
第３図に、上式より求めた赤外線の照射時間ｔに対して
の周波数の変化を示す。図の曲線１，２゜３ 、４ 、
５ｔｄ、’ｃレソレ２ｅ／ｄノ値カ１ｏ 、 １５ 。
の周波数の変化を示す。図の曲線１，２゜３ 、４ 、
５ｔｄ、’ｃレソレ２ｅ／ｄノ値カ１ｏ 、 １５ 。
２０．２５．３０のときの特性を表わしている。
この図より明らかなように、ｄの値か小ざい、すなわち
基板１１が薄い方か望ましい。しかし、基板１１を薄く
することは技術的にむすかしくなる。技術的に１可能な
範囲でかつ適当な感度を有するための条件として、厚さ
１００μｍが選定される。圧電体としてＬｉＮｂＯ２を
用い、基板の厚さを１ｏＯｌ１ｍとし、赤外線の照射を
断続きせたときの実験例を第４図に示す。ここでは、弾
佼表面波発振器の発振周波数を１３０．５２６ＫＨｚと
し、被４川定９勿のビ晶度を７２℃とした。
基板１１が薄い方か望ましい。しかし、基板１１を薄く
することは技術的にむすかしくなる。技術的に１可能な
範囲でかつ適当な感度を有するための条件として、厚さ
１００μｍが選定される。圧電体としてＬｉＮｂＯ２を
用い、基板の厚さを１ｏＯｌ１ｍとし、赤外線の照射を
断続きせたときの実験例を第４図に示す。ここでは、弾
佼表面波発振器の発振周波数を１３０．５２６ＫＨｚと
し、被４川定９勿のビ晶度を７２℃とした。
次に、被測定物温度と周波政変化との関係を第５図に示
す。
す。
第４図、第５図の実験テークは圧電体厚みｄ−〇、１０
０ ｍｍのときのものであるが、この検出素子を用い
た赤外線検出装置としての応答速度は約２秒となる。
０ ｍｍのときのものであるが、この検出素子を用い
た赤外線検出装置としての応答速度は約２秒となる。
圧電体の厚みｄを０．１嫡以上にすることは、一つｉｉ
：第３図より明らかなように応答速度が数秒以上となり
、発振器の長期安定性との東ね合い（周囲温度の変化が
数秒程度と重なるため）で長くなりすぎるため、不適当
である。さらに他の一つは者 検出感度が低下することである。発明＾らの実験での検
出感度は３〜５Ｈｚ／℃となっているが、圧電体の厚み
の増加は感度の減少につながる。、！、Ｉ＋！在の実験
テークのＳ／Ｎ比は被測定物の温度換算として約１℃に
相当するが、赤外線検出器の感度としての望」れている
感度以下になるため、厚みｄは、０．１ｍｍを超えない
ことが望ましい。
：第３図より明らかなように応答速度が数秒以上となり
、発振器の長期安定性との東ね合い（周囲温度の変化が
数秒程度と重なるため）で長くなりすぎるため、不適当
である。さらに他の一つは者 検出感度が低下することである。発明＾らの実験での検
出感度は３〜５Ｈｚ／℃となっているが、圧電体の厚み
の増加は感度の減少につながる。、！、Ｉ＋！在の実験
テークのＳ／Ｎ比は被測定物の温度換算として約１℃に
相当するが、赤外線検出器の感度としての望」れている
感度以下になるため、厚みｄは、０．１ｍｍを超えない
ことが望ましい。
本発明における弾性表面波素子として具備すべき要件と
しては、弾性定数が適当な温度係数を有する圧電材料で
構成されているということである。
しては、弾性定数が適当な温度係数を有する圧電材料で
構成されているということである。
弾性定数の温度係数が小さいイシ料、たとえ−二水晶の
ＳＴカット而面では、赤外線の照射による周波す 政変化が小さすぎて、使えない。逆に、大きすぎる弾性
定数では、室温の変化による周波数変化が大きすぎ、こ
れもやはり使えない。一般に温度係数が９０〜３０ｐｐ
ｍの範囲の圧電材料か望ましいＯ具体的に材料を列挙す
ると、Ｌ Ｉ Ｎ ｂ Ｏ３，水晶（８丁カット以外の
カット而） 、 Ｌ Ｉ Ｔ ａ Ｏ３，チタン酸鉛や
チタン酸バリウムのセラミック、ビスマス・ゲルマニウ
ムオキザイド、シリコンのゲルマニウムオキザイド、Ｃ
ｄＳ、ＺｎＳ、Ｚｎ５ｅである。
ＳＴカット而面では、赤外線の照射による周波す 政変化が小さすぎて、使えない。逆に、大きすぎる弾性
定数では、室温の変化による周波数変化が大きすぎ、こ
れもやはり使えない。一般に温度係数が９０〜３０ｐｐ
ｍの範囲の圧電材料か望ましいＯ具体的に材料を列挙す
ると、Ｌ Ｉ Ｎ ｂ Ｏ３，水晶（８丁カット以外の
カット而） 、 Ｌ Ｉ Ｔ ａ Ｏ３，チタン酸鉛や
チタン酸バリウムのセラミック、ビスマス・ゲルマニウ
ムオキザイド、シリコンのゲルマニウムオキザイド、Ｃ
ｄＳ、ＺｎＳ、Ｚｎ５ｅである。
上記圧電材料に代えて、複合圧電材料もまた使用するこ
とができる。これは圧電材料と非圧電材料たとえばガラ
スなどを厚み方向に複合化したもので、この複合材料に
よれば任意の温度係数の弾性波表面素子を実現すること
ができる。−例としてＺｎ○−ガラスの複合圧電材料で
は、ガラス材判複合圧電材制の利点ば熱伝導度が大きい
ということである。一般に圧電材料は金属等に比較して
１桁〜２桁小さい熱伝導率を有する。熱伝導度の悪いこ
とｄｌ、素子の応答速度の遅いことにつながる。
とができる。これは圧電材料と非圧電材料たとえばガラ
スなどを厚み方向に複合化したもので、この複合材料に
よれば任意の温度係数の弾性波表面素子を実現すること
ができる。−例としてＺｎ○−ガラスの複合圧電材料で
は、ガラス材判複合圧電材制の利点ば熱伝導度が大きい
ということである。一般に圧電材料は金属等に比較して
１桁〜２桁小さい熱伝導率を有する。熱伝導度の悪いこ
とｄｌ、素子の応答速度の遅いことにつながる。
たとえは圧電利料−金属の複合化素子はこの欠点を克服
することができるもので、両者の持つ利点を生かして使
うことができる。
することができるもので、両者の持つ利点を生かして使
うことができる。
発明の効果
以上の説明から明らかなように、本発明による赤外線検
出装置の特徴は出力が周波数出力のためデフクル出力と
なり、耐ノイズ性にすぐれた検出？）；とし７て使用で
きる上に、その出力をコンピュータ入力としてそのまま
入力できることで、これはＤ’ｆｌ来の検出器の有して
いない特徴である。さらに、１１純な構造で機械的に強
固なものであり、さらに周辺の回路が簡単な構成でよい
ということも他の検出ｚ）；のイ］″シていない特徴で
ある。本発明の検出装置Ｃ上、１（、子レンジや空調機
器などの機器の確度計測装置や温度制御装置に適用でき
るのはもちろんのこと、工業的な泪′ｌ１４１］ｌ！、
！ｌ路への適用も十分可能である。
出装置の特徴は出力が周波数出力のためデフクル出力と
なり、耐ノイズ性にすぐれた検出？）；とし７て使用で
きる上に、その出力をコンピュータ入力としてそのまま
入力できることで、これはＤ’ｆｌ来の検出器の有して
いない特徴である。さらに、１１純な構造で機械的に強
固なものであり、さらに周辺の回路が簡単な構成でよい
ということも他の検出ｚ）；のイ］″シていない特徴で
ある。本発明の検出装置Ｃ上、１（、子レンジや空調機
器などの機器の確度計測装置や温度制御装置に適用でき
るのはもちろんのこと、工業的な泪′ｌ１４１］ｌ！、
！ｌ路への適用も十分可能である。
第１図は本発明の一実施例の赤外線検出装置の構成を示
すブロック図、第２図はその応答特性、感度について説
明するための図、第３図はその周波数応答特性を示す図
、第４図はその赤外線照射断続に伴う発振周波数変化を
示す図、第５図はその被測定物高度と周波数変化との関
係を示す図である。 １１・・・・・・圧電体基板、１２・・・・・・フィー
ドバック増幅器、１３・・・・・電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第２
図 Ｑ 第３図 第５図
すブロック図、第２図はその応答特性、感度について説
明するための図、第３図はその周波数応答特性を示す図
、第４図はその赤外線照射断続に伴う発振周波数変化を
示す図、第５図はその被測定物高度と周波数変化との関
係を示す図である。 １１・・・・・・圧電体基板、１２・・・・・・フィー
ドバック増幅器、１３・・・・・電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第２
図 Ｑ 第３図 第５図
Claims (3)
- （１）厚さが０．１ｍｍを超えない厚さの圧電体上に入
出力電極を設けて弾性表面波素子を構成するとともに、
これら入出力電極間にフィードバック増幅器を接続して
弾性表面波発振器とし、前記弾性表面波発振器の弾性表
面波伝搬路上に赤外線を照射して、発振周波数を変化さ
せることを特徴とする赤外線検出装置。 - （２）弾性表面波素子においてその圧電体が非圧電体と
一体化されていることを特徴とする特許Ｈ請求の範囲第
１項記載の赤外線検出装置。 - （３）圧電体がＬ Ｉ Ｎ ｂ Ｏ３、水晶（たたしＳ
Ｔカット以外の而） 、Ｌ ｉ’ｌ ａ ０３、チタ
ン酸鉛系、チタン酸バリウム系、ビスマスのゲルマニウ
ムオキサイド、シリコン−ゲルマニウムオキサイド、Ｃ
ｄＳ、ＺｎＳ。 甘たはＺｎ５ｅであることを特徴とする特許請求の範囲
第１項または第２項記載の赤外線検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15301482A JPS5942420A (ja) | 1982-09-02 | 1982-09-02 | 赤外線検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15301482A JPS5942420A (ja) | 1982-09-02 | 1982-09-02 | 赤外線検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5942420A true JPS5942420A (ja) | 1984-03-09 |
Family
ID=15553067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15301482A Pending JPS5942420A (ja) | 1982-09-02 | 1982-09-02 | 赤外線検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5942420A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11112352B2 (en) * | 2018-04-05 | 2021-09-07 | Haesung Ds Co., Ltd. | Saw based optical sensor device and package including the same |
-
1982
- 1982-09-02 JP JP15301482A patent/JPS5942420A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11112352B2 (en) * | 2018-04-05 | 2021-09-07 | Haesung Ds Co., Ltd. | Saw based optical sensor device and package including the same |
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