JPS61129537A - 焦電型検出器 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は焦電性結晶か有しているｊＱ電現象を利用して
赤外線等を検出する焦電型検出器に関する。

（従来技術） 一般に、赤外線を検出する赤外線センサは、半導体の光
電効果を利用した里子型き、熱電動！Ｉ！ｚ’ｖ焦電効
果を利用した熱望の二種類に大別される。

量子型は、非常に高感度であるが応答波長θ１域か狭く
、赤外の検知のためには冷却を必要と干ろため、限定さ
れた使用にとどまっているう一方、熱望は検知感度は低
いか安価であり、常温で動作して波長依存性がないなど
の特徴を有している。このため、最近では、熱望の赤外
線センナ、特に、用型型赤外線セッサか各種の分野で使
用されている。

焦電型赤外線センサは、焦電性結晶に温度変化を与えた
とき、イハ電性結晶表面に自発分極の変化によって電荷
が発生するという、イハ電効果を利用して温度を検出す
る一種の温度セッサてあり、人体検知、炎検知および温
度検知等に使用されている。

この種の焦電型検出器は、第７図（ａ）に示すように、
焦電性結晶基板１の対向する主表面に夫々電極２および
３が形成されるととらに、電極２の上には、発熱源から
の熱を吸収する黒化膜と呼ばれる熱吸収膜４か形成され
た基本構成を有する。

二の熱吸収膜４は発熱源から入射した赤外線等を吸収し
て熱に変換する。この熱によ−て素子１ＡｉＬ　Ｉ庭か
変化し、焦電効果にらとづいてイハ電性拮晶括仮ｌの表
面に電荷が発生する。

このような焦電型検出器は、容量性の高インピーダンス
をａするので、電極２．３から直接、電荷を取り出すこ
とはできない。そこで、第７図（ｂ）に示すように、焦
電型検出器５を電界効果トランジスタ６．ソース抵抗Ｒ
ｓおよびゲート抵抗Ｒｇからなるノースフォロワ回路に
接続し、イノビーダンス変換を行っている。この第７図
（ｂ）において、端子７は電源に、躊子８はアースに夫
々接続され、焦電型検出器５の出力は電界効果トランジ
スタ６のソースに接続された端子９と上記端子８との間
から取り出される。

ところで、この種の焦電型検出器５を使用して、移動物
体の移動方向や移動速度等を検出するため、従来より、
第８図（ａ）および第８図（ｂ）に示すような電極構成
を有する焦電型リニアアレイセンサが提案されている。

この焦電型リニアアレイセッサは、一定幅を存する長方
影状の焦電性結晶基板１１の一つの主表面に、この焦電
性結晶基板ＩＩの長手方向に一定間隔をおいて電極１２
．１２・・・を形成し、これらＩＥｔｆｉ１２．Ｉ２・
・・の上に熱吸収膜１３゜１３・・・を形成する一方、
上記焦電性結晶基板１１のいま一つの主表面には、上記
電極１２．１２・・に夫々対向して電極１４．１４・・
・を形成したものである。上記電極１２．１２・・は、
焦電性結晶基板ＩＩの一つの主表面の長手方向の一辺に
沿って形成された引出電極１５．１５　　に夫々引き出
され、また、上記電極１４．１４・・・は、焦電性結晶
基板１１のいま一つの主表面の長手方向の一辺に沿って
形成された共通引出電極１６に夫々接続されている。上
記電極１２．１４とその間に位置する焦電性結晶基板Ｉ
Ｉお上び熱吸収膜Ｉ３により一組の焦電型検出ユニット
１７が構成され、隣接する焦電型検出ユニット１７．１
７は、その間に形成された切込み１８により熱的な干渉
が防止されている。

ところで、上記のように、一枚の焦電性結晶基板！１に
、その長手方向に一列に焦電型検出ユニット１７．１７
・・を形成した焦電型リニアアレイセンサでは、焦電型
検出ユニット１７．１７・・・の配列方向に一次元的に
移動する物体の移動方向や移動速度を検出することはで
きるが、任私方向に２次元的に移動する物体の移動方向
や移動速度を検出したり、回転物体の回転方向や回転速
度を検出することはてきなかった。

そこで、上記のような焦電型リニアアレイセッサを平面
状に多段に配列し、各焦電型リニアアレイセンサの焦電
型検出ユニット１７．１７・・をマトリックス状に配置
することにより、２次元的な運動の検出を行うことら考
えられるが、各焦電型リニアアレイセンサ間に特性のば
らつきか存在し、検出精度にばらつきか生じるうえ、セ
ンサか大形化し、各焦電型検出ユニット１７からの引出
用の電極の構造が複雑になり、駆動方式ら複雑となると
いう問題がある。

（発明の目的） 本発明は焦電型リニアアレイセンザにおけろ一１―記問
題点に鑑みてなされたしのであって、（壬０の方向に移
動する移動物体や回転体等の移動方向や速度を検出する
ことかてきろｈ１産か容易て安ｆ＋ｌｌｉな焦電型検出
器を提供することを目的としている。

（発明の構成） このため、本発明は、相互に分離された複数の電極およ
びこれら電極に夫々対向する共通電極を一枚の焦電性結
晶基板の両生表面に夫々放射状に形成する。この焦電性
結晶基板の一方の主表面に形成された電極の上には夫々
熱吸収膜か形成される。焦電性結晶基板には放射状に複
数の焦電型検出ユニットが配置された構成となり、個々
の検出ユニットの出力やタイミング等から任意方向に移
動する物体の移動方向や移動速度および回転体の回転方
向や回転速度等を簡単な構成で検出することができる。

（発明の効果） 本発明によれば、一枚の焦電性結晶基板に；９敗の焦電
型検出ユニットか２次元配置されるので、焦電型検出ユ
ニット間におけろ特性のばらつきをなくすことかでき、
焦電型検出ユニットから夫々出力する信号およびその出
力のタイミングか転任αの方向に移動する物体の浮動方
向や移動速度等を比較的簡単な構成で精度よく検出する
ことができろ。また、焦電型検出ユニットが一枚の焦電
性結晶基板に放射状に形成されているためにとり、わけ
育効であり、さらにレーザビーム等の光ヒームを使用す
る各種計測分野等において、先ビームの中心の検出や各
種機器の芯出し等を精度よく簡単に行うことらできる。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図（ａ）および第１図（ｂ）において、円板状に形
成された焦電性結晶基板２１は、チタノ酸鉛（ＰｂＴｉ
Ｏｓ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やポリフッ化
ヒニリデン（ｐｖｐｔ）等の焦電型材料により構成され
ている。

この焦電性結晶基板２Ｉの主表面には、第１図（ａ）に
示すように、その中心点Ｐを取り四Ａで、４つの扇形の
電極２２が形成されている。これら電極２２は、いずれ
も焦電性結晶基板２１の上記主表面の周縁部に夫々引き
出すための引出電極２２ａを有する。４つの上記電極２
２の上には、その各引出電極２２ａを除いて、熱吸収膜
２３か夫々印刷等により形成されている。

一方、上記焦電性結晶基板２！のいま−っの主面には、
上記電極２２に対向して、・１つの扇形の共通電極２４
か形成されている。これら４つの共通電極２４は上記焦
電性結晶基板２Ｉの中心点Ｐを通る接続電極２５により
相互に接続されている。

焦電性結晶基板２１の一つの主表面に形成された上記各
電極２２．その上に印刷等により形成された上記各熱吸
収膜２３．各共通電極２４およびこれら各電極２２と各
共通電極２４との間の＠電性結晶基板２１により、この
焦電性結晶基板２１の中心点Ｐのまわりに４組の焦電型
検出ユニット２６が構成される。

上記焦電性結晶基板２Ｉには、隣接する焦電型検出ユニ
ット２６の間の熱的および容里性結合にらとつく電気的
な干渉によるいわゆるクロスト−りを防止するために、
その周縁から中心点Ｐの近傍に達する切り込み２７を形
成している。

以上に説明した構成を育する焦電型検出器２８は、たと
えば第１図（Ｃ）に示すように、この焦電型検出器２８
の出力を取り出すためのインピーダンス変換用の電界効
果トランジスタ３０とと乙に、ベース３Ｉとキャップ３
２とからなるハーメチックノールケース３３内に収容さ
れる。

上記焦電型検出器２８は、その焦電性結晶基板２Ｉの共
通電極２４形成側の主表面の周縁部の４箇所にて、支柱
３４によりハーメチックノールケース３３のベース３１
上に支持されている。焦電型検出器２８の支持位置を第
１図（ｂ）において点線で示す。

上記焦電型検出器２８を構成する各ｆξ電型検出ユニッ
ト２６の電極２２の引出電極２２ａは電界効果トランジ
スタ３０にワイヤホップ、インク等によりそれぞれ接続
され、共通電極２１１はベース３１にアース接続される
。

ハーメチックノールケース３３のギャップ３２には、焦
電型検出器２８に外部から赤外線等を入射させるための
窓３２ａが形成されている。この窓３２ａには入射する
赤外線等のフィルタとじて機能するノリコン等のウィン
ド材３６か嵌め込まれ、キャップ３２の窓３２ａの周縁
に接着剤により接着されている。

上記のように、焦電性結晶基板２Ｉの中心点Ｐのまわり
に放射状に４組の焦電型検出ユニット２６を構成するよ
うにすると、焦電型検出ユニット２６が中心点Ｐのまわ
りに放射状に配置され、４組の焦電型検出ユニット２６
から出力する信号の出力のタイミングから、移動物体の
￥１ｆｌｌＪ方向および移動速度を検出することかでき
る。同様に、４組の４１Ａ電型検出器ニツト２６から出
力する信号の出力のタイミングから、回転物体の回転方
向および回転速度を検出することもてきる。

次に、本発明の他の実施例を第２図（ａ）、第２図（ｂ
）、第３図（ａ）、第３図（ｂ）、および第４図（ａ）
。

第４図（ｂ）に示す。

第２図（ａ）および第２図（ｂ）に示す焦電型検出器２
８は、第１図（ａ）および第１図（ｂ）の焦電型検出器
２８において、焦電性結晶基板２！に支持用突起２１ａ
を形成ずろととらに、ｆｆ？電性拮晶基板２１の中心部
に切込み２７の先端間の距離より乙小さい径を有する円
孔２１ｂを形成したしのてめろ。

焦電型検出器２８は」−記した支持用突起２１ａにて支
柱３４により支柱されろ。

このようにすれば、焦電型検出ユニット２６から支柱３
４へ逃げる熟ｍか少なくなり、検出感度が向上する。ま
た、上記円孔２１ｂにより、４組の焦電型検出ユニット
２６間での熱の移動や電気的な結合か少なくなり、ｊｊ
ｆｉ電型検出ユニット２６間のクロストークを少なくす
ることかできる。

また、第３図（ａ）および第３図（ｂ）に示す焦電型検
出器２８は、第１図（ａ）および第１図（ｂ）の焦電型
検出器２８において、隣接する焦電型検出ユニット２６
間に夫々２本の切込み２７ａ、２７ｂを形成するととも
に、焦電性結晶基板２Ｉの中心部に上記と同様の円孔２
１ｂを形成したらのである。

このような構成とすれば、２本の切込み２７ａ。

２７ｂにより、焦電型検出ユニット２６相互間の熱移動
か小さくなるとと乙に電気的な干渉かなくなり、第２図
（ａ）および第２図（ｂ）の焦電型検出器２８よりらさ
らにクロストークか小さくなる。また図中Ａの個所で支
柱３４と固定するので、焦電型検出ユニット２６から支
柱３４へ逃げる熱量かより一層少なくなり、検出感度か
向上する。

さらに、第４図（ａ）および第４図（ｂ）に示す焦電型
検出器２８は、第１図（ａ）および第１図（ｂ）の焦電
型検出器２８において、焦電性結晶基板２１の中心部に
上記と同様の円孔２１ｂを形成し、この円孔２１ｂの外
周部に各電極２２の引出電極２２ａを引き出したもので
、焦電型検出器２８の支持は、上記円孔２１ｂに図示し
ない支持柱を嵌太し、上記円孔２１ｂの周縁部をこの支
持柱に接着剤により接着することにより行なわれる。

このようにすれば、各電極２２の引出電極２２ａが長く
なり、これら引出電極２２ａからホンディングワイヤ（
図示せず。）を通して失われる熱量か小さくなり、検出
感度が向上する。

第５図は駆−動回路の一例であり、焦電型検出器２８の
電１ｉｊｉ２２の引出電極２２ａ（出力（則）はＦＥＴ
のゲート電極Ｇに接続されている。ドレイン電極りから
直流電圧＋Ｖｃｃか印加されており、熱吸収膜２３（第
５図には便宜上図示せず。）に光か照射されると、この
熱吸収膜２３直下の電極２２とアース側のノ（通電極２
４間の焦電性結晶Ｆ＆仮２１に周囲温度との温度差に基
ついて電荷か発生し、この電荷により抵抗Ｒｇに電流か
流れ、抵抗１ｔｇに電圧か発生ずる。この電圧はＦＥＴ
のソースフォロア回路によりインピーダンス変換６Ｊ１
、抵抗＋ＩＳの両端の電圧変化として、直流バイアス電
圧に重畳して交流出力信号かソースＳより取り出される
。そしてチャネルＣｈｌに出力信号か現れろ。従って、
ｊＱ電型検出器２８の全領域に光か照射されれば各チャ
ネルｃｈ、、ｃｈ、、・Ｃｈｌに出力信号か現れる。ま
Ｌ焦電型検出器２８の一１事に光か０６射されれば、そ
の照射された部分に対応４−るチャネルに出力信号か現
れろ。らし光を放射する物体か静止物体であれば焦電型
検出器２８Ｑ）ｋ面側つまり電極２２に対向する位置に
チョッパを配置することになる。このとき、周囲温度と
対象物体の温度差を測定するｆこめ温度ｈｌｉ正素子を
用いろ。一方、光を放射する物体か移動するしのあるい
は熱変化するしのであればチョッパは不要となる。

第６図は駆動回路の他の例であり、焦電型検出器２８を
時系列に駆動させる乙のである。焦電型検出器２８の電
極２２側の引出電極２２ａ（出ツノ側）はスイッチＳ、
、Ｓ、、・・８％を介してＦＥ’ｌ”のケート電極Ｇに
接続されている。ドレイン電極りから直流電圧＋Ｖｃｃ
か印加されており、熱吸収膜２３（第６図には便宜上図
示せず。）に光か照射されると、この熱吸収膜２３直下
の電極２２とアース側共通電極２４間の焦電性結晶基板
２１に周囲温度との温度差に基ついて電荷が発生ずる。

スイツチＳ　＋、　Ｓ　ｒ、・・Ｓｘを順次閉から閑に
すると、この電荷により抵抗ｔｔｇに電流か流れ、抵抗
Ｒｇ１．：電圧が発生ずる。この電圧はＦＥＴのソース
フォロア回路によりインピーダンス変換され、時系列に
発生しｌ二重圧は抵抗Ｒｓの両端の電圧変化として、直
流バイアス電圧に重畳して交流信弓かソース重両Ｓより
順次取り出される。この焦電型検出器２８の受光１′Ａ
≦の一部に光が照射されれば、照射されｆこ受光部に対
応しん出力信号か現れる。らし光を放射する物体が静止
物体で□あれば、焦電型検出器２８の表面側、つまり電
極２２に対向する位置にチョッパを配置する。この場合
、スイッチＳ、、Ｓ２．・。

Ｓ１％を開閉する周期、スキャノの速度はチョッパによ
りチョッピングより数倍速く作動させろことが好ましい
。一方、光を放射する物体が移動する乙のあるいは熱変
化するものであれば、対象物体の移動速度あるいは熱変
化速度よりらスキャンの速度を数倍速く作動させること
か好ましい。

以上のように、本発明の実施例によれば、−４のｊ＠電
性結晶基板２１の中心点Ｐを取り囲むように放射状に複
数の焦電型検出ユニット２６か形成されるので、これら
焦電型検出ユニット２６の特性のばらつきが少なく焦電
型検出ユニット２６出力する信号の出力のタイミングに
より、移動物体の２次元的な移動方向や移動速度および
回転体の１　　　　　　　　　　　　　　回転方向や回
転速度を精度よく容易に検出することができる。また、
焦電性結晶基板２！の中心に円孔２１ｂを形成した実施
例では、この円孔２１ｂをレー。ザヒームか通過するよ
うに４−れば、その中心の検出や芯出しを高精度で行う
ことかできろ。

なお、以上の実施例において、焦電性結晶基板２１の杉
状は円板状に限らず、焦電型検出器２８の使用目的に応
じて、三角形状や任窃の多角形状とすることができる。

また、焦電型検出ユニット２６についても、少なくとも
３組以上の組合わせとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および第１図（ｂ）は夫々本発明に係る焦
電型検出器の上面図および下面図、第１図（ｃ）は第１
図（ａ）および第１図（ｂ）の焦電型検出器を／％−メ
チツクノールケース内に収容した状態を示す縦断面図で
あり、第１図（ｃ）の焦電型検出器の断面は第１図（ａ
）の■−■線に沿う断面を示す。第２図（ａ）および第
２図（ｂ）は夫々本発明に係る焦電型検出器のいま一つ
の実施例の上面図および下面図、第３図（ａ）および第
３図（ｂ）は夫々本発明に係る焦電型検出器のさらにい
ま一つの実施例の上面図および下面図、第４図（ａ）お
よび第４図（ｂ）は夫々本発明に係る焦電型検出器のさ
らにいま一つの実施例の上面図および下面図である。第
５図は駆動回路の一例を示す回路図、第６図は駆動回路
のもう一つの例を示す回路図、第７図（ａ）は焦電型検
出器の動作原理を説明するための説明図、第７図（ｂ）
は焦電型検出器からの信号取出のための回路図であり、
第８図（ａ）および第８図（ｂ）は夫々従来の焦電型検
出器の上面図および下面図てある。 ２１　・焦電性結晶基板、２２・・・電極、２３・・熱
吸収膜、　　　　２４・・共通電極、２６　焦電型検出
ユニット、 ２７．２７ａ、２７ｂ＝−切込み、 ２８　・焦電型検出器、　Ｐ・・中心点。 特許出願人　法式会社　村　１）製　作　所代理人　　
弁理士　青　山　　葆　ほか２名４１図　　　　　　第
１図 （０）　　　　　　　　ｌ）） 第４図 第４図 （ｂ） 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）焦電性結晶基板の一方の主表面に複数の電極が放
   射状にかつ電気的に分離されて形成されるとともに各電
   極上に熱吸収膜が夫々形成されており、上記焦電性結晶
   基板のいま一方の主表面には上記複数の電極に夫々対向
   して共通電極が形成されていることを特徴とする焦電型
   検出器。