JPS61175583A - 焦電型移動物体検出素子 - 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】 １胤±」 本発明は焦電型移動物体検出素子に関し、特に人間の移
動を検出するに好適な低ノイズ特性の焦電型移動物体検
出素子に関する。

Ｌ工且３ 焦電性を利用して、移動物体を検出するに当っては、ノ
イズを如何にしてなくし、鋭敏に検出するかが重要な課
題である。検出されるべき移動物体としては人間、自動
者等が例として挙げられるが、特に主として人間を移動
物体の例として、以下説明をする０人間の移動を検出し
ようとするとき、不法に侵入しようとする者は忍び足で
くるであろうし、また別の者は駆は足で過ぎ去ろうとす
ることもあろう、また通常の者は普通の歩き方で移動す
る。かように人間の移動速度は状況によって異なるが、
焦電型検出器に観測される周波数としては、０．ｌＮ１
０Ｈｚの範囲内である。したがって焦電型検出器が人間
の移動を検知しようとするときには０．１〜１０Ｈｚの
範囲に充分な感度を有するようにすると共に、その周波
数帯域を含む感度領域のノイズを避けなければならない
。

この周波数帯域のノイズとしては、例えば太陽が雲の中
に一時的に隠れたことによる温度変化、冷暖房装置によ
る温度変化、ＷＡ明器具の点滅による温度変化等のドリ
フトノイズ、に加えて人間以外の動物、例えばハエ等に
よるノイズ等が挙げられる。これらノイズのうち、ドリ
フトノイズを防ぐ方法として例えば米国特許第３８３９
６４０号明細書、特開昭５６−１０３７９２号公報等に
開示される方法が知られている。より具体的には焦電型
移動物体検出素子１を含む電気回路図の１例を第１図に
示す様に、焦電体膜２の片面に一対の受光面電極３ａ、
３ｂを、他方の面に共通裏面電極４を被着し、矢印で表
示するような一様な自発分極特性を有する１対の焦電素
子５ａ、５ｂを形成させ、その自発分極特性に起因する
電気的出力示逆方向になる様に直列に配線し、インピー
ダンス変換器としてのＦＥＴ６に入力させる方法が知ら
れている。この方法は、ドリフトノイズとなる温度変化
は各電極対に同時に同様の信号が現われるが、各電極対
の自発分極特性に起因する出力が逆向きになる様に直列
に結線されている故、出力が相殺されるのに対し５人間
の移動はいずれか一方の電極対により早く信号が現われ
る故、出力は相殺されないとの考えによるものである。

しかしながら、上記の方法によっても、例えばＦＥＴの
電流雑音、入力抵抗雑音等のホワイトノイズがなお相当
程度部められ、より一層のノイズ特性の改善が望まれて
いた。

先見立１１ 本発明の目的はドリフトノイズとインピーダンス変換器
の電流雑音、入力抵抗雑音等のホワイトノイズを一層少
なくした焦電型移動物体検出素子を提供することにある
。

先豆立ＩＪ 本発明者らの研究によれば、第１図で説明したようなド
リフトノイズ対策を採用しつつ、且つ隣接素子の与える
容量の接合方式を工夫し、特にこれを並列とすることが
上述の目的の達成のために極めて有効であることが見出
された。

本発明の焦電型移動物体検出素子は、このような知見に
基づくものであり、より詳しくは、拡がり方向に亘って
ほぼ一様な自発分極特性を有する単一の焦電体膜を挾持
して受光面電極と裏面電極とからなる電極対を設け、こ
の電極対とこれに挾持される部位の焦電体膜とにより単
位焦電素子を構成し、かかる単位焦電素子を前記焦電体
膜の拡がり方向に沿って複数個設けてなり、該複数個の
単位素子のうち、隣接する一対の単位焦電素子を構成す
る２つの電極対においては、各電極対により挾持される
焦電体部位の自発分極により生ずる電気的出力が互いに
逆方向となり、且つこれら隣接する単位焦電素子の個々
により形成される容量が互いに並列となるように結線さ
れて、焦電体膜。

全体としてドリフトノイズの出力が実質的に相殺される
ようになされていることを特徴とするものである。

以下、本発明に至る経緯ならびに本発明による作用効果
について若干付言する。

第１図に示したような回路系において、インピーダンス
変換器としてのＦＥＴによるホワイトノイズには、代表
的なものとして電流雑音および入力抵抗雑音が挙げられ
る。このうち、ＦＥＴの雑音電流ｉｎが入力抵抗Ｒ（実
質的にはゲート抵抗Ｒｇ）を流れることにより生ずるＦ
ＥＴの電流雑音は、 で表わされる。ここでωは温度変化の角周波数。

Ｃは回路（実質的には焦電素子）のキャパシタンスであ
る。他方、高入力抵抗による熱雑音である入力抵抗雑音
は で示される（Ｔは絶対温度）。

焦電素子の一般的使用条件では、ω２　Ｃ２Ｒ２）ｌの
関係が成立するので、上記した電流雑音および入力抵抗
雑音は、それぞれ、 となる。したがって、これら雑音を小さくするためには
、雑音電流ｉＨの小さいＦＥＴを選択し、且つ入力抵抗
Ｒを増大することが望ましいことはもちろんであるが、
キャパシタンスＣを増大することが更に望ましいことが
わかる。キャパシタンスＣを大きくするには、一般に、
誘電率を大きくするとか、厚さを薄くするとか、面積を
大きくする方法が知られているが、これらの方法を単純
に採用することには問題がある。すなわち、誘電率を大
きくする方法は焦電素子の材質が特定されれば特定され
てしまい、この方法は採用できない。

また厚さを薄くすることは実用の使用周波数領域におい
て感度を低下させるため、この方法も採用できない、更
に面積を広くすることも感度を低下させ、構造上からも
制約される。したがって前述の従来技術において単にキ
ャパシタンスを大きくする方法を採用するだけでは本発
明の目的を達成できない。

本発明者らはキャパシタンスの増大をはかる方法を更に
検討した結果、前述の従来技術においては、結線状態が
各素子の容量を直列に接続するようになっていることに
着眼し、これら隣接素子の容量が並列接続となるように
結線すれば、受光面積を変えることなくキャパシタンス
を増大させることが可能となり、ホワイトノイズ、特に
ＦＥＴの電流雑音、入力抵抗雑音等を低下させることが
できることを知見した。１対の単位素子において、素子
寸法を全く同じとした場合、直列接続と比較して、この
ような並列接続によりキャパシタンスは約２倍になり、
ホワイトノイズレベルは約１／３に低下する。他方、ド
リフトノイズの低減効果は前述の従来技術と全く同様に
得られる。

： 以下、本発明を実施例について図面を参照しつつ、更に
具体的に説明する。

第２図は本発明の焦電型移動物体検出素子の一実施例の
斜視図、第３図は第２図のｍ−ｍ線に沿う断面図、第４
図は分解図であり、第５図は、ＦＥＴ　（電界効果型ト
ランジスタ）１６をも含む全体回路図である。第２図、
第３図及び第４図において、素子基体１０上に、その拡
がり方向に亘ってほぼ一様な自発分極特性を有する単一
の焦電体膜１２が配設されている。この単一の焦電体膜
１２の受光面とその反対面（すなわち裏面）において相
対峙する２対のほぼ同一面積よりなる電極１３ａ、１４
ａ、１３ｂ、１４ｂが配設されている。ここで１３ａ、
１３ｂは受光面電極、１４ａ、１４ｂは裏面電極である
。

これらの電極対１３ａ−１４ａおよび１３ｂ−１４ｂに
より挾持される焦電体膜１２の部位（すなわち、素子形
成部位）１２ａ、１２ｂは第３図に矢印で示すように、
同一の自発分極特性を有する。焦電体膜１２の素子形成
部位以外は、自発分極特性を有する必要はなく、「拡が
り方向に亘ってほぼ同一な自発分極特性を有する」とは
、このことを意味する。もつとも、製造工程からは。

素子形成部以外も、一様な自発分極特性を有することが
多い、これら電極対１３ａ−１４ａおよび１３ｂ−１４
ｂと、これらに挾持される焦電体膜の部位１２ａ、１２
ｂとにより、隣接する一対の焦電素子１５ａ、１５ｂが
形成される。しかして、これら隣接する一対の焦電素子
１５ａ、１５ｂにおいては、第５図に示すように、本発
明に従い、一方の焦電素子Ｌ５ａの受光面電極１３ａと
、他方の焦電素子１５ｂの裏面電極１４ｂとが直接接続
され、且つ受光面電極１３ｂと裏面電極１４ａとが直接
接続されている。また、互いに接続された素子１５ａの
受光面電極１３ａと素子１５ｂの裏面電極１４ｂとは、
それぞれ、ＦＥＴの入力端子であるゲート端子１６ａと
接続されている。他方、互いに素子１５ｂの受光面電極
１３ｂと素子１５ａの裏面電極１４ａとはそれぞれＦＥ
Ｔ１６のアース端子１６ｂと接続されている。

このような結線の結果として、焦電体膜１２の素子形成
部位１．２ａ、１２ｂの自発分極は、素子１５ａ、１５
ｂの電気的出力が逆方向となるように作用し、且つこれ
ら素子１５ａ、１５ｂの容量は相互に並列接続状態とな
る。

一対の焦電素子１５ａ、１５ｂ間の好ましい接続状態は
、構造的には第２図〜第４図に、より良く示される。

すなわち相隣り合う電極対の一方の受光面側電極１３＆
、１３ｂのそれぞれの電極端子１７ａ、１７ｂのそれぞ
れと、他方の裏面側電極１４ｂ、１４ａのそれぞれの電
極端子１７ｂｂ、１７ａａのそれぞれとを、焦電体膜１
２の部において、例えば半田、低融点半田、導電性ペイ
ント等の導電性接合剤１８を介して接合し、同時にそれ
ぞれはＦＥＴの入力端子１６ａ、１６ｂと接続される。

入力端子１６ａ、１６ｂの固定ならびにこれらと電極端
子１７ａ、１７．ｂ　ｂあるいは１７ｂ、１７ａａとの
接合を容易とする様に基体１０には溝１０ａ、１０ｂが
設けられている。なお、同様の目的で第６図に示す様に
基体上に導電板１９ａ、１９ｂをポンディングし、それ
ぞれ裏面電極端子１７ａａ、１７ｂｂと接合される様に
したり、あるいは第７図に示す様に基体に溝１５ａ、１
５ｂを設ける代わりに、孔２０ａ、２０ｂを設ける等の
構造体が好適に採用される。

焦電体膜１２の素材としては、特に限定されず、セラミ
ックス焦電体或いは高分子焦電体となりうるちのであれ
ば任意に採用されるが、特に誘電率が小さい自発分極を
有するフッ化ビニリデン系樹脂等の高分子焦電体におい
て本発明は顕著な効果を発揮し、好適である。

１月 上述した検出素子の作用について、更に述べると、単位
焦電素子１５ａ、１５ｂの受光面側にドリフトノイズと
なる熱量変化が一様に入射したときには、これら焦電素
子１５ａ、１５ｂの個々には、同時に同様の信号が現わ
れるが、これらの出力信号は逆方向であるので、それら
の出力は相殺され、ＦＥＴ１６への実質的な入力となら
ない。

これに対し、人間の移動は、人間に対しより近い位置に
ある。一方の焦電素子により早く信号が現われ、ＦＥＴ
１６に入力し、次に他方の素子からの出力が入力するの
で、ＦＥＴ１６からは極性の異なる出力信号が連続して
現われ、移動物体の検出が行なわれる。このようなドリ
フトノイズの低減機構は基本的には第１図に示した従来
技術と同様である。

他方、隣接する焦電素子の容量が直列結合である従来技
術に比し、本発明は直列結合であるのでキャパシタンス
が大きく、ＦＥＴの電流雑音、入力抵抗雑音によるホワ
イトノイズが著しく低減される。

交」Ｌ忽 前記実施例では、２つの単位焦電素子を用いる場合につ
いて説明したが、本発明は複数の単位焦電素子゛を配列
した検出素子として構成できる０例えば単位焦電素子が
３個の場合には、中央の単位焦電素子の電極を両側のそ
れの倍とすればよい。

ただし、２個の場合に比べ、受光面積が増し感度の低下
を招くので、好適には、２あるいは２の倍数の偶゛数個
の単位焦電素子を配列した検出素子として構成される。

また移動物体として人間を例として説明したが、自動車
、コンベヤ上の物品等の移動物体であり、周囲の温度と
異なるものに対し、同様に適用されることは勿論である
。

＆」ＪＬ級」 上述したように、本発明によれば隣接する単位焦電素子
間において、その電気的出力方向を逆転させてドリフト
ノイズを低減するとともに、両者の容量を並列接続して
、受光面績を変えることなく検出素子全体のキャパシタ
ンスを増大させることによりホワイトノイズを低減し、
これらノイズの低減の総合的な結果として１人間をはじ
めとする移動物体の精度よい検出を可能とした焦電型移
動物体検出素子が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図、第５図は、それぞれ従来例および本発明の実施
例にかかる焦電型移動物体検出素子のＦＥＴを含む回路
図、第２図は、本発明の実施例にがかる焦電型移動物体
検出素子の斜視図、第３図は第２図の■−■線に沿う平
面において切断した縦断面図、第４図は同実施例の分解
斜視図、第６図、第７図はそれぞれ素子基体の別の構成
例を示す斜視図である。 １０・・・素子基体、 １２・φ焦電体膜 （１２ａ、１２ｂ・・その焦電素子構成部位）１３ａ、
１３ｂ＠−−受光面電極、 １４ａ、１４ｂ＊＋＋ｓ裏面電極、 １５ａ、１５ｂ・・Φ単位焦電素子、 １６・・・ＦＥＴ （１６ａ、１ｓｂ−−−その入力端子）。 １７ａ、１７ｂ・・・裏面電極端子。 １８・・・導電性接合剤。 手系完嗜１ｊ正書 昭和６０年２ＪＪ、’８目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、拡がり方向に亘ってほぼ一様な自発分極特性を有す
   る単一の焦電体膜を挾持して受光面電極と裏面電極とか
   らなる電極対を設け、この電極対とこれに挾持される部
   位の焦電体膜とにより単位焦電素子を構成し、かかる単
   位焦電素子を前記焦電体膜の拡がり方向に沿って複数個
   設けてなり、該複数個の単位焦電素子のうち、隣接する
   一対の単位焦電素子を構成する２つの電極対においては
   、各電極対により挾持される焦電体部位の自発分極によ
   り生ずる電気的出力が互いに逆方向となり、且つこれら
   隣接する単位焦電素子の個々により形成される容量が互
   いに並列となるように結線されて、焦電体膜全体として
   ドリフトノイズの出力が相殺されるようになされている
   ことを特徴とする焦電型移動物体検出素子。 ２、隣接する一対の単位焦電素子において、互いに一方
   の受光面電極と他方の裏面電極とを直接電気的に接続す
   ることにより、前記した逆方向電気出力特性ならびに並
   列容量関係が達成される特特許請求の範囲第１項に記載
   の焦電型移動物体検出素子。 ３、前記隣接単位焦電素子間における一方の受光面電極
   と他方の受光面電極との接続が焦電体膜の端部において
   行なわれる特許請求の範囲第２項に記載の焦電型移動物
   体検出素子。 ４、隣接する一対の単位焦電素子において、互いに接続
   された一方の受光面電極と他方の裏面電極とをそれぞれ
   インピーダンス変換器の入力端子と接続することにより
   、該一対の焦電素子のそれぞれの焦電体膜部位の自発分
   極によるインピーダンス変換器への電気的入力特性を互
   いに逆方向としている特許請求の範囲第２項または第３
   項に記載の焦電型移動物体検出素子。