JPS62187277A - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明はプーアル構造の焦電形赤外線センサを使用した
焦電形赤外線検出装置に関する。

〈従来の技術〉 近年、発光受光形赤外線装置（ＬＥＤ）にかわって人体
等から放射される低レベルの熱線を感知する焦電形の赤
外線検出装置が多用される傾向にある。このような装置
に使用される赤外線センサは、２個の赤外線素子から構
成され、熱的外来雑音の到来や周囲の温度変化による誤
出力の発生を防いでいる。即ち、２個の赤外線素子は分
極方向を逆にして直列或は並列に接続された所謂デュア
ル構造であり、２個の赤外線素子に同時に熱線が入射し
たとき画素子の出力は互に打ち消し合い赤外線センサか
ら出力が発生しない構成である。

〈発明が解決しようとする間顆点〉 しかし、現在多用されている赤外線検出装置は、焦電形
赤外線センサの入力感度が低いので、大きな面積の凹面
状集光ミラーを用いその焦点附近に赤外線センサを配置
し、赤外線センサに対する入射熱線量を増大させて８／
Ｎ比を改善して１いる。

従って、８７Ｈの良い赤外線検出装置は必然的に大型に
なる欠点を有している。

また、赤外線検出装置は、人体などの被検出体が各方面
から接近するのを感知するため集光ミラーを多分割し多
焦点集光ミラーを有するものがある。しかし、この場合
においても、赤外線センサの出力のＳ／Ｎを良好に維持
する必要があるため、分割された各ミラー片自体が大き
くなり、結局、赤外線検出装置全体が大型となって、そ
の設置場所が著しく制限されるものであった。

更に、赤外線検出装置は、主に人体の移動を感知するこ
とを目的としており、人体の移動に伴う赤外線センサの
出力の周波数は０１Ｈｚから１０Ｈｚ程度となる。この
ような低い周波数の信号を処理する回路は、必然的にフ
ィルタ回路のコンデンサの容量が大きくなり、その収容
空間を確保する上からも赤外線検出装置を小型化するこ
とは困難であった。

藺も顎 ＜侮啜を解決するための手段〉 本発明は上述のような欠点を解決した焦電型赤外線検出
装置を提供することを目的とするものである。

本発明装置の原理を第１図を参照して述べると、赤外線
センサ１０は１枚の焦電板１０Ｃの上に２個の赤外線素
子１０ａ、１０ｂを配設した所謂デ島アル構造となって
いる。赤外線センサ１０の受光面側には少＜ＩＰＩの集
光ミラー片１１が直立する如く配置されている。集光ミ
ラー片１１は両表面が反射面となっており、被検出体か
らの熱線（遠赤外線）を反射して赤外線素子１０ａまた
は１０ｂに入射する構成となっている。

く作　用〉 被検出体が赤外線センサ１０の受光面側を等速度で平行
に矢印方向へ移動すると仮定すると、第２図に示すよう
に、赤外線センサ１０から離れた地点（Ａ）では被検出
体１２からの熱線１３が直接赤外線素子１０ａ、１０ｂ
に入射する。しかし、被検出体１２が、赤外線センサに
近接したＸ地点に於て、被検出体１２からの熱線は、赤
外線素子１０ａに対しては直接入射分１４ａに集光１ミ
ラ一片１１からの反射分ｊ４ｂが加算されて入射し、一
方、赤外線素子１０ｂに対しては熱線の入射が制限され
或は遮断される。被検出体１２が（Ｂ）地点にあるとき
は、両岸外線素子１０ａ、１０ｂに直接的に熱線が入射
するようになる。

このときの赤外線素子１０ａ、１０ｂの出力を第３図に
概念的に示すと、出力レベルａは熱線が直接入射した場
合の出力を、出力レベルｂは赤外線素子１０ａに集光ミ
ラー片１１により反射された熱線１４ｂが加算されて入
射した場合の出力を示す。従って、赤外線センサからの
差動出力、即ち極性反対に接続された赤外線素子１０ａ
、１０ｂの加算出力は、第４図のようになり、集光ミラ
ー片からの反射分が重畳されたときの出力信号すものと
なる。出力信号すの波高値は集光ミラー片１１の反射係
数により定まる。また、出力信号すのパルス幅は、第１
′図に示すように、受光面からの集光ミラー片の高さｈ
１集光ミラー片１１の幅Ｗおよび赤外線素子ｔｅａと１
０ｂの間ｇ４ｓにより定まる。通常は、間１９ｉｓは一
定であるから、高さｈと幅Ｗが設計のとき適宜に定めら
れる。集光ミラー片のｌｌ１ｗは赤外線素子１０ａ、１
０ｂに入射する熱線を一時的に制限し、好ましくは遮断
する幅があればよく、集光ミラー片は小さい形状で十分
である。なお、第３図の点線ａ、、ｄ、は赤外線素子１
０ａ、１０ｂに入射する熱線が間隔Ｓによる位相差が生
ずる場合の出力で、差動出力は第４図の点線ａ、ｂで示
される。また、２点破線１５は２個の赤外線素子１０ａ
、１０ｂを分ける平面を示す。被検出体１２が破線１５
を超えて地点（Ｙ］に移動すると赤外線素子１０ｂには
直接入射分１６ａに反射分１６ｂが重畳して入射し、こ
の結果、第３図および第４図から明らかなように、出力
は点Ｂに対し対称ｃ、ｄとなることが理解できる。

〈実施例〉 以下本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図および第５図に於て、プーアル構造の赤外線セン
サ１０は、１枚の焦電板１０ｃの上に２個の赤外線素子
１０ａ、１０ｂを配置して構成されている。この赤外線
センサ１０は、同面には示していないが、セラミック基
板の上に電極を介して焦電板１０ｃの背面が固定され、
入光窓を有するケース１７の内部に収容されている。赤
外線センサ１０の受光面側１８には、２個の赤外線素子
１０ａ、１０ｂを２分する平面であって受光面の上を横
断する如くＵ形の集光ミラー片１９を設ける。この集光
ミラー片１９は両面が光学的反射面となっており、その
厚味は約０．５篩、受光面と垂直方向の長さ１幅ンは６
〜７謔程度の形状寸法である。ケース１７はプラスチッ
クから作られているが、この中にはＦｇＴやフィルタ回
路等が収納されている。２０は端子である。

第２図および第６図を参照して動作を示す。人体１２が
赤外線素子１０ａ側から接近すると、人体１２から放射
される熱ｌ１１１３は両岸外線素子１０ａ、１０ｂに入
射し各赤外線素子には、第６図に出力電圧ａ、、ｂ、で
示すようなゆるやかに上昇する出力電圧が現われる。人
体１２が更に接近しくＸ）地点に到達すると、人体１２
から放出される熱線は赤外線素子１０ｂに対して遮蔽板
として作用し始め人体１２が矢印方向に進むにつれてそ
の度合が増し、やがて完全に遮蔽され、その出力電圧は
零す、　となる。一方、赤外線素子１０ａに対しては、
人体１２から直接入射される熱Ｍ１４ａに加えて人体１
２の＋Ｘ）地点近傍到達からは集光ミラー片１１から反
射された熱線１４ｂが加算され、入射される合計の熱ｓ
ｉｔは直接入射の場合のほぼ２倍となる。従って、赤外
線素子１０ａに現われる出力電圧は第６図にａ、で示す
ように急激に増大したものとなる。更に人体１２が矢印
方向に進むと赤外線素子１０ａに対する集光ミラー片１
１による反射が終り直接入射分のみとなる。第６図の破
線２１は人体１２が集光ミラー片１１の真上に位置した
場合で、赤外線素子１０ｂにも直接熱線が入射する状態
となる。

人体１２が更に進むと今度は赤外線素子、１０ａが集光
ミラー片によって遮蔽される状態となり、その出力は第
６図のａｌ　の如く急早に低下し、この後は集光ミラー
片１１の影響領域を脱して再び人体からの熱線を直接入
射するようになる。一方、赤外線素子ｉｏｂは人体の移
動に伴って集光ミラー片からの反射された熱１１６ｂを
加え、その出力は第３図り、の如く一時的に大きくなる
。

従って、赤外線センサから得られる出力は赤外線素子１
０ａ、１０ｂの差動出力となって現われるから、第７図
に示す如く波高値の高いパルス状の出力ａ、ｂが得られ
る。この出力は、人体１２の移動速度に対し集光ミラー
片１１が短時間影響するから赤外線素子に熱線が直接に
入射する場合の出力Ｖａ、Ｖｂに比較し周波数の高いも
のとなる。

第８図は本発明装置に使用され、ケース１７に収納され
る増幅回路の一例を示している。赤外線素子１０ａ、１
０ｂは極性反対の直列に接続され、その出力は電界効果
トランジスタ（ＦＢ’ｌ”）からなるインピーダンス変
換回路を通って増幅器（ＡＭＰ）に与えられる。増幅器
の入力側にはコンデンサＣと抵抗Ｒからなるフィルタ回
路が接続され、また増幅器の負帰還回路は、コンデンサ
ＣＩ　　と抵抗Ｒ＋　から構成されている。即ち、増幅
器は、第９図に示す如く、赤外線センサから得られた信
号に対する帯域幅を設けられている。帯域幅の下限の周
波数ｆ、　はコンデンサＣと抵抗Ｒにより定められ、ま
た上限の周波数ｆ、はＣＩ　　とＲ，により定められる
。

本発明装置においては、赤外線センサの出力の周波数は
、従来の１Ｈｚと比較し１０Ｈｚ程度と高くすることが
できるので、例えば下限の周波数ｔ１　　を決定するコ
ンデンサＣの値を体積比で約１７１３と小型にすること
ができ装置全体を著しく小型に作ることができる。

第１０図および第１１図は集光ミラー片１９を設けた本
発明装置の感知領域を示す。第５図に示す如＜Ｘ、Ｙ、
Ｚの座標を定めたとき、Ｘ軸とＸ軸の平面における感知
領域は、集光ミラー片１９の平面方向、即ちＸ軸方向に
広く、集光ミラー片１９の平面と直角方向、即ちＹ軸方
向に狭いものとなる。また、Ｙ軸と２軸の平面における
感知領域は、受光面１８に対し垂直な方向、即ちＺ軸方
向に突出した伸びとなっている。上述のように、集光ミ
ラー片を設けることにより感知領域に方向性を持つもの
となる。この特徴を利用して本発明装置を、例えば廊下
の天井に設置すれば、廊下を横断する監視空間を設ける
ことができる。

く他の実施例〉 上記実施例においては、赤外線センサの受光面側に受光
制限板を設けない場合について説明したが、第１２図に
示すように受光面側に受光制限板２２を設けても良い。

このように構成すると、熱線が赤外線素子１０ａ、１０
ｂに入射する際に、赤外線素子１０ａとｉｏｂの間隔で
決る位相差が生ずる。例えば、第１２図において被検出
体が矢印方向に移動すると、赤外線素子１０ｂには素子
１０ａより位相遅れの出力が現われ、赤外線センサ１０
からの差動出力は、第１３図の如く、波高値が低く且つ
周波数の低い信号ｃ、　　ｄと波高値が高く且つ周波数
の高い信号ａ、ｂの混在した出力となる。低い周波数の
信号は第８図の如き帯域フィルタで除去され高い周波数
の信号が赤外線検出装置の出力となる。

く効果〉 本発明装置は、上述の如き構成であるから次の効果を有
する。

＋１１、従来に比較し集光ミラー片が著しく小形である
にも拘わらず高い８／Ｎ比の出力が得られ、また装置全
体を極めて小さく構成することができ、装置を設置する
際にその取付場所の制限を受けない利点がある。

（２１、被検出体の移動速度が０１〜１Ｈｚ程度と極め
て遅い場合であっても集光ミラー片自体が赤外線センサ
に差動的に熱線を入射させ且つ熱線反射作用を有するか
ら、赤外線の出力信号の周波数を著しく高め且つ高い波
高値の出力が得られる。このため帯域フィルタに使用す
るコンデンサの値を１／１０程度と小さくでき、結局コ
ンデンサ形状寸法が極めて小さくて良いので、装置に組
込む回路の占有空間が狭くて良く、装置全体を極めて小
型に構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の原理を説明するための基本構成図
、第２図は本発明装置の動作説明図、第３図は本発明装
置に係る赤外線素子の出力の概略説明図、第４図は本発
明装置の赤外線センサの出力の概略説明図、第５図は本
発明装置の実施例を示す斜視図、第６図は第５図の装置
における各赤外線素子の出力特性図、第７図は第５図の
装置における赤外線センサの出力特性図、第８図は第５
図の装置に使用する増幅回路の一例を示す結線図、図、
第１２図は本発明の他の実施例を示す概略構成図、第１
３図は第１２図の装置における赤外線センサの出力の概
略説明図である。 図中の１０は赤外線センサ、１０ａ、１０ｂは赤外線素
子、１１．２３は集光ミラー片、１２は被検出体、２２
は受光制限板、Ｃ，Ｃ，はコンデンサ、Ｒ，Ｒ，は抵抗
である。 特許出願人　　株式会社　村田製作所 第３図　　　　　第４図 ｆｌ　　　　　　　↑２　　　−ｆ 第１２図 第１３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２個の赤外線素子を有する構造の焦電型赤外線セン
   サを用いた焦電型赤外線検出装置において、前記赤外線
   センサの受光面側に少くとも１個の集光ミラー片を設け
   たことを特徴とする焦電型赤外線検出装置。 ２、集光ミラー片を２個の赤外線素子を分ける平面上に
   配置して構成したことを特徴とす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、集光ミラー片は板状の形状をなし、その両表面を反
   射面として構成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の焦電型赤外線検出装置。