JPS6139605B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は焦電型リニヤアレイ光検出器に関す
る。焦電型光検出素子は、熱型の光検出素子で、
常温動作の赤外線検出素子としては、比較的応答
速度が速く、高感度であるという特徴を有してお
り単一素子として使用されるだけでなく、複数の
素子群が直線状にならんだ状態の焦電型リニヤア
レイ赤外線検出素子が考案されている。

この焦電型光検出素子は、素子自体の温度変化
に比例した電気出力を発生するものであり、なん
らかの方法で入射光を変調しないと光検出ができ
ない。このため、一般に光を断続するセクターを
用いたり、反射ミラーを振つて、検出器の視野を
変動する方法が使われているが、これらの方法で
は装置が大型になるという欠点があり、光学系が
複雑で高価になる。

本発明の目的は、上記のような観点からリニヤ
アレイ素子自体を往復微小変位させることによ
り、何ら光学的変調装置を付加することなく、直
線状の光分布を検出できる焦電型リニヤアレイ光
検出器を提供することにある。

リニヤアレイ光検出器は、光学レンズと組み合
せて、一次元の光分布を観測することを目的とし
て使われるわけであるから、往復微小変位は、リ
ニヤアレイ素子群の素子間の間隔に近い値である
と好都合である。

微小変位が、素子間隔と同じであれば、各素子
から得られる出力信号は、リニヤアレイ光検出素
子群に投映された一次元光分布の微分値に相当す
るところの相隣る素子間の光強度差に比例してい
る。

従つて、この場合容易に、一次元の相対的光分
布を得ることができる。

もし微小変位が、素子間隔の1/10であれば、各
素子の出力信号は、前記の1/10相当になる。従つ
て、微小変位量は大きい方が出力信号が大きくな
り、一般に微小変位量は大きい方が好ましい。し
かし、この微小変位量が、観測したい一次元光強
度分布の空間周波数領域の上限の周波数に相当す
る空間周期より大きくなるともはや正確に元の分
布を再現することができなくなるので、微小変位
量は素子間隔の２倍が上限となる。というのは例
えば素子間隔をａとすると、このリニヤアレイ光
検出器の最小空間分解能は略２ａであるから、少
くとも、２ａより微細な光分布は分解し得ないの
で、もともと２ａより微細な空間周期の分布は観
測することは期待していないからである。従つ
て、微小変位量は２ａまで許されることになる。

一方、微小変位量の下限は出力信号の大きさか
ら素子間隔の1/10程度であり、素子間隔の1/10〜
２倍が微小変位量の好適範囲といえる。たとえ
ば、0.1mm間隔のリニヤアレイであれば、0.01mm
〜0.2mm程度の往復変位が一定の周波数で連続し
てくりかえされることが望ましい。

以下本発明の一実施例を詳細に説明する。

第１図はリニヤアレイ焦電素子１３を圧電性保
持板１６，１６′で保持した焦電型リニヤアレイ
光検出器の実施例である。図において、１３はリ
ニヤアレイ焦電素子で、一方の面上に出力信号取
出用電極群１２が形成されている。この電極群１
２は光吸収機能も兼ねている。他方の面には接地
電極１４が形成されている。リニヤアレイ焦電素
子１３は基板１５に接着剤で固定され、基板１５
の両端は圧電性保持板１６，１６′を介して固定
板１９，１９′に固定される。

焦電素子１３の厚さは0.2mmから0.003mmの間
で、素子間隔0.01〜0.05mm、巾0.05〜0.1mm、長さ
0.1〜１mmである。素子数は100個なので、基板１
５の寸法は約（６mm〜15mm）×（0.1〜１mm）であ
る。圧電性保持板１６，１６′を構成する圧電材
料には、チタン酸鉛セラミツク又はチタン酸ジル
コン酸鉛セラミツクを用い、10V／μｍの交流電
場を加える。交流電場の周波数は１Hz〜300Hzが
適当である。

圧電性保持板１６，１６′はリニヤアレイ状に
ならんだ電極群１２の並んだ向きＡと同一方向に
伸縮するようにそれぞれに設けた電極１７と１
８，１７′と１８′に一定周波数の交流電場が印加
できるようになつている。左右の圧電性保持板１
６，１６′の伸縮運動は同期されていて、左が伸
びれば右が縮むようにする。これは、第２図に示
すように内側の電極１７，１７′を同極に、外側
の電極１８，１８′が同極になるように結線し、
かつ各圧電性保持板１６，１６′を交流電源２０
に対して並列に接続することにより達成される。

各素子からの出力は、微細金属線群１１から取
り出すことができ、第１図には記していない信号
読出し装置に結線されている。従つて、焦電素子
群の微小変動は微細金属線群１１で吸収して、信
号読み出し装置には伝わらないように構成されて
いる。微細金属線１１は、例えばアルミニウム細
線、金細線などを用いる。出力は、温度分布の微
分値に比例しており、駆動部によりリニヤアレイ
素子の信号を時間順次で読み出すことができる。
読み出す速度は素子の微小変位の振動周波数より
100倍以上速くするとよい。たとえば100Hzで微小
変位させる場合、信号読みとり周波数は10〜20K
Hz以上にする。

なお、第１図において、圧電性保持板１６，１
６′の一方をゴムなどのような伸縮可能な材料の
保持板に置換えてもよい。この場合、ゴムに電極
を形成しないことはいうまでもない。

第３図は本発明の他の実施例を示す。この実施
例は第１図の圧電性保持板のかわりに圧電性保持
台を使用した実施例である。図において、第１図
と同一部分には同一符号を付して説明を省略す
る。

図において、リニヤアレイ焦電素子１３を固定
する基板１５を、２枚の圧電板２１，２２を極性
を逆にして貼り合せた圧電性保持台２３で保持
し、電極２４，２５に一定周期の交流電場を印加
することにより、保持台２３をＡ方向に折れ曲が
り運動させることのできるような構造にすること
ができる。

焦電素子１３を固定する基板１５の両端を保持
する２個の圧電性保持台２３には、同期した交流
電場を加えて、Ａ方向について、同一の動きをす
るようにして、リニヤアレイ焦電素子群１３のＡ
方向の往復微小変位を可能にする。

この実施例においても圧電性保持台２３の一方
をゴムなどのような伸縮可能な材料で作成した保
持台に置換えてもよい。

以上のように、本発明の焦電型リニヤアレイ光
検出器は、圧電性保持板などで、リニヤアレイ光
検出素子群を、その直線上に並んだ方向に往復微
小変動ができるようにすることにより、一次元光
強度分布を、何らの光変調器を付加することなし
に測定でき、この焦電型リニヤアレイ光検出器を
用いることにより小型の一次元光強度分布測定装
置を実現することができる。

特に熱赤外線検出器として用いることにより、
一次元の相対的温度分布を測定することが可能で
ある。

例えば、第４図に示すような一次元温度分布
を、赤外線光学レンズと組み合せて、観測すれ
ば、各位置から放射される赤外線強度は、放射率
が同一であれば、ほぼ温度に比例しているので、
第５図に示すように、一次元温度分布を微分した
出力信号が得られ、この信号を、信号処理して相
対的な一次元温度分布は容易に得ることができ
る。また信号処理をしなくても、第５図のままの
信号で、温度変化の一番大きな位置の確認がで
き、例えば温度変化の大きい端部の位置確認に利
用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における焦電型リニ
ヤアレイ光検出器の構成を示す斜視図、第２図は
第１図の光検出器における交流電場印加状態を説
明する断面図、第３図は本発明による焦電型リニ
ヤアレイ光検出器の他の実施例の構成を示す斜視
図、第４図は一次元温度分布の一例を示す図、第
５図は第４図の一次元温度分布を、光学レンズと
本発明による焦電型リニヤアレイ光検出器と組合
せて観測した場合の出力信号分布を示す図であ
る。 １１……微細金属線群、１２……出力信号取出
用電極群、１３……焦電素子、１４……接地電
極、１５……基板、１６，１６′……圧電性保持
板、１７，１７′，１８，１８′……圧電性保持板
用電極、１９，１９′……固定板、２０……交流
電源、２１，２２……圧電板、２３……圧電性保
持台、２４，２５……電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の焦電型素子を直線状に配列した焦電型
   リニヤアレイ光検出素子群と、この焦電型リニヤ
   アレイ光検出素子群をリニヤアレイのならんだ方
   向に往復微小変位させる手段とを具備したことを
   特徴とする焦電型リニヤアレイ光検出器。 ２ 往復微小変位量が各焦電型素子の配列間隔の
   1/10〜２倍の範囲である特許請求の範囲第１項記
   載の焦電型リニヤアレイ光検出器。 ３ 往復微小変位させる手段がリニヤアレイ光検
   出素子群の基板の少なくとも一端に配された圧電
   性保持装置とこの圧電性保持装置を駆動する交流
   電場印加手段とから成る特許請求の範囲第１項記
   載の焦電型リニヤアレイ光検出器。