JPS62278419A - 焦電形検出器 - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ この発明は焦電形検出器、特に運動選択検出及び方向選
択検出に適する焦電形検出器に関する。

［従来の技術］ 周囲と異なる温度を有する物体の検出を目的として、主
として一平面上で広角特性を有し、大円を有する凹面鏡
を備え、この凹面鏡の中に焦電性のフィルム上に配置さ
れたセンサが設けられ、このセンサが凹面鏡の大円に関
して同心の円弧上に配置され、この円弧が方向選択性の
平面に一致し、またこのセンサの電気コネクタを備えた
焦電形検出器が知られている。

アメリカ合衆国特許第４２２５７８８号明細書から赤外
線検出器が知られており、この検出器は球面鏡とセンサ
とを有し、このセンサは円弧状に広がって構成され熱絶
縁性の支持体上に設けられている。センサの円弧は、こ
の球面鏡の鏡表面から焦点距離ＣＦ）の間隔を有し球面
鏡に対し同軸の円弧である。このセンサの一実施例は中
央に配置されたセンサ要素と、その両側に配置された別
の各１個のセンサ要素とを有し、これらの別のセンサ要
素は並列に接続されて、中央に配置されたセンサ要素に
対しブリッジに接続されている。そのほかの実施例とし
てこのアメリカ合衆国特許明細書に記載のセンサは、こ
の円弧を越えて広がる単一のセンサ要素である９球面鏡
の中のこの円弧状のセンサはこの公知の検出器の受信方
向特性を決定し、この方向特性は円弧の平面に関して広
角性であり、一方この面に垂直な方向ではこれに反して
広角性は僅かにすぎない、センサに対して例えば焦電特
性を有するポリフッ化ビニリデンフィルムが用いられる
。フィルムの材料の温度が変化したとき、フィルム上に
相互に向かい合ってフィルム両面に配置された二つの電
極の間では、温度変化の尺度に対する信号である電圧を
測ることができる。実際の焦電形検出器ではフィルム又
は両電極の少なくとも一方は熱放射に対する吸収面とし
て利用され、その際電極で３１１足された信号は吸収さ
れた熱に対する尺度である。

アメリカ合衆国特許第４４０４４６８号明細書から鋭い
方向特性を有する焦電形検出器が知られている。この焦
電形検出器は放物線鏡を有し、この放物線鏡の中にその
機能に応じて異なる二つのセンサが配置されている。一
つのセンサは放物線鏡の焦点に芒かれて対象物の放射の
検出を行う、温度補償器として働く他のセンサは、設定
された方向から入射する放射のために鏡のそれぞれの焦
点の外に配置されている。それによりこの焦電形検出器
は、検出すべき対象物のそれぞれ受信すべき信号すなわ
ち熱放射を検出するために、単一の焦点検出器を有する
。

この公知の焦電形検出器のセンサは、既に述べた意味で
信号受は入れのために用いられ電極を取り付けたポリフ
ッ化ビニリデンフィルムである。

この平らなセンサは、放物線鏡の中で反射する放射が均
等にフィルムの両表面に当たるように、焦電形検出器の
中に配置されており、その際センサの平面は放物線鏡の
中実軸！ａ（この軸線はこの検出器の唯一の受信方向の
軸線でもある）に一致する。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は、非常に性脂の良い広角焦電形検出器に対し
てそれにもかかわらず簡単な構造を提供することを目的
とする。更にこの発明の目的は、かかる焦電形検出器が
（主として一平面上で−）選択により方向選択的に検出
できるようにすることにある。

［問題点を解決するための手段］ この目的はこの発明に基づき、凹面鏡が球形ないし回転
放物線形を有し、センサのフィルムが少なくともそのセ
ンサ機能の範囲で自立するように保持され、センサが設
けられているフィルムが凹面鏡の中に平らに配置され、
センサの円弧がフィルムの平面上に置かれ、フィルムが
その平面に関してフィルムのこの平面が凹面鏡の大円の
平面に一致し、凹面鏡の光学軸がフィルムのこの平面上
にあるように、凹面鏡の中に整列されていることにより
達成される。

この発明の実施態様は特許請求の範囲第２項以下に記載
されている。

この発明に基づく焦電形検出器は鏡の中に配置されて新
しい種類のセンサを有する。一実施態様は（はぼアメリ
カ合衆国特許第４２２５７８８号明細書に記載の焦電形
検出器のように）球面鏡を有する。比較的性能の高い他
の実施態様では、回転放物線鏡と定義されているような
鏡が用いられる。

この凹面鏡は、放物線を定められた回転軸線を中心とし
て＋９０°及び−９００（従って合計１８０’）までの
角度だけ回動ないし傾動させたときに、創成面として生
じる反射面を有する。この回転軸線は、傾動すべき放物
線の平面上にあり、かつ放物線の対称軸線に直交し、か
つ放物線の頂点からこの放物線の焦点距離の２倍に等し
い間隔を置いて延びる軸線として定義されている。

鏡の前記の特殊な二つの実施態様を別として、個々の場
合に対しては中間形も有利なことがあり、これについて
は後述する。

この発明に基づく焦電形検出器では、センサの各部分が
僅かな陰影しか作らないように、センサが鏡の中に配置
されている。

この発明の一実施態様に基づく検出器では、このセンサ
は（アメリカ合衆国特許第４２２５７８８号明細書に記
載の検出器と対照的に）フィルム上に配置された成る数
の個々のセンサ要素を含む真のアレーである。この発明
ではセンサアレーのこのフィルムは球面鏡又は回転放物
線鏡の中に平らに整列して配置されている。この装置は
、非選択的広角受信が計画されているかどうか、又は相
応に広い角度範囲における方向選択受信が望まれている
かどうかには無関係に、各方向から受信すべき放射に対
して最小の陰影しか存在しないように。

単一のセンサ要素ばかりでなくセンサのアレー全体も球
面鏡又は回転放物線鏡の中に配置できるという長所を有
する。

アレーのセンサ要素はこの発明の場合にも、円弧上にし
かしここでは一平面上に配置されている。

この発明では円弧すなわちセンサ要素のこの平面は、こ
の発明に基づく焦電形検出器の受信選択性つまり方向選
択性の平面に一致する。この平面上にそれぞれの鏡の対
称軸線も存在する。球面鏡の場合にはこの鏡はこの発明
では球面方形であるのが有利であり、その長い方の辺ａ
は方向選択性の平面に平行である。鏡のこの平面に直交
する他の辺すは、これに反してより小さく寸法を選ばれ
るのが有利である。球面方形の辺の長さａは、＋９０°
まで、すなわち鏡の球形の半円の大きさまでとするのが
有意義である。それにより＋６０°までの広角感度が得
られる。ａの大きさを小さくすると感度のこの角度が減
少する。

±９０’を超える角度では陰影が出来始めるに至る。方
向選択性の平面上にはこの発明に基づく焦電形検出器、
従って方向選択性検出器として用いることができる広角
検出器が存在する。長さｂに対しては約±４０°の大き
さが最適である。寸法が更に小さければ感度が相応に減
少するに至る。

寸法が更に大きければ増大する収差誤差のためにむしろ
欠点が生じる。

［実施例］ 次にこの発明に基づく焦電形検出器の複数の実施例を示
す図面により、この発明の詳細な説明する。

第１図に示す検出器りは球面鏡ｌを有し、この球面鏡は
球中心Ｍを有する球面の切片である。この切片は球面方
形である。符号２によりアレーを形成するセンサ要素を
備えたセンサを示す、このセンサ２は平らな平面形を有
する。センサは相応の平面で球面鏡を例えば第１図に示
すように貫通する。センサの後側端部４は接続要素とし
て構成されている。

球面ｆ２１の球面方形で、７レ一つまりセンサ２の平面
に平行な寸法ａは寸法すより大きい。この寸法すはセン
サ２の平面に直角に（面の法線ベクトルに平行に）向い
ている０寸法ａの大きさに対応して検出器りは、センサ
アレー２の面に関して受信感度の著しい広角特性を有す
る。この面に対し直角な方向では検出器りの感度を決め
る開口の角度は著しく小さい。ただ適宜に第１図には放
射ローブ５ｏないし５６が示され、その際原理的に受信
ローブ５ｏはセンサ要素３０　　（第２図参照）に屈し
、受信ローブ５Ｉはセンサ要素３１に居する、などであ
る（第２図及び第３図参照）。

第２図には球面鏡が断面で示され、その際切断面はセン
サ２の第１図における上側の表面上にある。センサ２つ
まりアレー２はセンサ要Ｚ　３　ｏ　ないし３６を有す
る。符号６は第１図及び第２図に示す装設の対称軸線を
示す。

第２図は、検出すべき対象物から送られ対称軸線６に対
し例えば３０’の角度で入射する放射Ｓｔが、センサ要
素３３の箇所に集束する状態を示す。それより外側で入
射し破線で示された放射はセンサ要素３３上に相対的に
不正確に集束し、そのためこの放射は受信信号にはあま
り寄与しない。その他の方向つまり受信ロープ５ｏ、５
＋　　・・・に対してはセンサ要素３０＋３１　・・・
の場所での集束が生じる。これらのセンサ要素３０ない
し３６は１球面鏡１の円弧に同心である既に述べた円弧
上に存在する。センサ要素のこの円弧及び球面鏡の曲率
中心は符号Ｍで示され対称軸［６上にある。

第３図は更に詳細にわたってセンサ要素３０ないし３６
を有するセンサ２の構成を示す。センサ要素は、焦電性
の支持フィルム例えばボリフ７化ビニリデンフィルム又
は焦電性セラミックから成るフィルムの一部である。こ
の支持フィルムはさもなくば、焦電性材料を塗布した例
えばシリコン、アルミニウムなどから成る薄いフィルム
とすることもできる。かかる実施例では支持フィルムを
個々のセンサ要素の範囲でエツチングして除去する可能
性が存在するので、個々のセンサ要素はそのとさ片持ち
で固定されている。

センサ要素３０ないし３６は通常０．５ないし５ｍＩｎ
２の面を有し、その際隣接する二つのセンサ要素間の間
隔は１ｍｍ以下とすることができる。

センナ要素２は支持部品として例えばプラスチックから
成る小板１１を有する。この小板１１の鏡１の内部に位
置する前端部は、内側の孔１３により枠１２に構成され
ている。この枠１２つまりこの孔１３を越えてポリフッ
化ビニリデンフィルムが張り渡され、このフィルムはそ
の縁を枠１２上に固定され孔１３を覆っている。センサ
要素３Ｇないし３６はそれぞれ電極対により構成され、
これらの電極対のうち第３図にはそれぞれ上側にある電
極１４が示されている。対向電極は個別電極の配置とし
て構成でき、これらの個別電極は個々に各電極１４とほ
ぼ合同に配置されている。すべての電極１４に合同な一
つの全体電極を設けることもできる（第４図の符号１５
参照）。

１６は電極１４への各接続導線を示す、接続導線１７は
対向電極１５に付属している。接続導線１６は、これら
の接続導線１６間の容量が最小となるように配置するの
が有利である。それによりかかるセンサ要素３は実際上
それぞれ、相互に向かい合った電極１４と１５の範囲に
焦電性の感度を有する。センサ要素３０ないし３６の配
置に対応して、電極１４は（従ってまた電極１５も）中
心点をＭとした図示の円ｉＫ上に配置されている。

第４図は第３図における断面■−ＩＶを示す。

第４図から個々のセンサ要素３の電極１４と１５の位置
が分かる。これらの電極１４と１５の間には、第４図に
断面が見えるフィルム２０が設けられている。全センサ
要、素２は、フィルム２０が鏡ｌの大円、しかも広角感
度の平面（第２図の紙面）上に存在する大円の平面上に
存在するように、鏡１の中に配置されている。

センサ２の偏々のセンサ要素３０ないし３６は接続ビン
４１を介して別々に接続可能である。各センサ要素に対
して別々の前置増幅器４２を設けるのが有利である。

この発明に基づく焦電形検出器は１個々のセンサ要素が
時間的にシリアルに走査されるように駆動することがで
き、それにより広角受信特性全体が個々の角度範囲に関
して走査できる。しかしまたこの発明に基づく焦電形検
出器では、センサ７レーのすべてのセンサ要素３０ない
し３６を同時に走査することもできる。

第３図及び第４図に示す構成により、個々のセンサ要素
３０ないし３６が支持部を経て最小の熱伝導性しか持た
ないので、センサ要素は誤差なく実際の放射線入射を記
録できることが保証される。第１図に基づき計画された
鏡１を有するセンサ２の配置により、入射する検出すべ
き放射の陰影が最小であることが保証される。

更に第３図は、支持フィルムの表面上にしかも枠１２の
孔１３の内側に設けられた別の補助的な電極１１４を示
す、支持フィルムの裏面には（第４図参照）単一の対向
電極又は相応の数の個々の対向電極が設けられている。

なお前記の補助電極は第４図の断面図には示されていな
い。

電極１１４は（その対向電極と共に）、原理に基づいて
前記アメリカ合衆国特許第４４０４４８８号明細書に記
載のように、補償センサを形成する。この補償センサは
、センサ２の全般的な温度影響つまり全般的な温度変化
を消去するために主として働く、この補償センサ要素つ
まりその電極１１４はあらゆる場合に、この電極１１４
が入射する検出すべき放射線の焦点の外側に在るような
、支持フィルム２０の表面の箇所に配こされている。方
向性の無い受信に対しては、すなわセンサ３のすべての
電極１４が並列に接続されているときには、対応する電
極１１４の補償センサ要素も並列に接続されている。方
向選択性の受信に対しては、センサ要素例えば３３と電
極１１４３の補償センサ要素との間で補償が行われる。

電極１４の面と電極１１４の面とは同じ大きさに寸法が
選ばれ、それにより従属するセンサ要素が同じ感度を有
するのが有利である。異なる面積比に対しては相応の電
子的な修正が行われる。第３図からも分かるように、感
度は主として面の大きさだけに依存し面の形状には依存
しない。

第３図は、補償センサ要素の電極１１４が中心Ｍに関し
て円弧形の線上にかつ焦点の円弧にの外側にあることを
示す。原理的にはこれらの電極１１４は円弧にの内側に
配置することもできる。

電極１１４に対する有利な場所は１点Ｍを中心として円
弧にの半径の約２倍に等しい半径を有する円弧である。

第５図は、ここに示されていない補償センサ要素は別と
して、円弧上の単一のセンサ要素３ａを有するセンサ２
を断面で示す。この図の詳細は同じ趣旨で第３図及び第
４図に対する説明に対応する。

第６ａ図ないし第６ｃ図により別の鏡影状を説明する。

第６ａ図では符号６１は放物線を示す。

その対称軸線は符号６２により示されている。放物線６
１に対する既に述べた回転軸線である別の直線は符号６
３で示されている。放物線の頂点は符号Ｓで、その焦点
は符号Ｆで示されている。頂点Ｓから回転軸線６３まで
の距離ｄは焦点距ｆａｆの２倍に等しい。第６ａ図はこ
の発明の一実施例の回転放物線鏡の側面図を示す。第６
ｂ図は第６ａ図に示した検出器の正面図を示し、すなわ
ち第６ａ図の放物線６１を第６ａ図の紙面に対して回転
軸線６３を中心として＋９０’及び−９０°だけ回動し
たときに、この正面図が生じる。放物線６１，６１ａ及
び６１ｂの破線の部分はこの放物線の想像上の延長部で
あり、第６ａ図ないし第６Ｃ図により示された回転放物
線鏡１０１の具体的に存在する部分ではない。第６ｂ図
の点Ａは第６ａ図の点Ａと同一である。第６ｂ図の点Ａ
の後には、放物線６１従って鏡１０１の焦点Ｆと頂点Ｓ
とが存在する。最後に第６ｃ図は鏡１０１つまり第６ａ
図の平面図を示す。放物線６１の±９０°の回動（放物
線６１ａと６．ｌｂ）に応じて、鏡ｌｏｔの半円の断面
すなわち大円が生じる。鏡１０１のこの大円Ｇは同時に
、センサ要素３を有するセンサ２が取り付けられている
平面である。第６Ｃ図のセンサ２は鏡１０１の第６ａ図
に示す上半部６１により覆われているので、第６Ｃ図の
センサ２は相応に破線で示されている。第６ａ図のセン
サ２の図に対して同じことが当てはまり、そこではこの
センサ２が第３図の一長手側面により覆われて見える。

第６ｂ図ではセンサ２が実際に見え、すなわち第４図に
相当している。

回転放物線鏡はこの発明に基づく焦電形検出器の特に大
きい感度をもたらす。この鏡１０１は（鏡１と同様に）
大円Ｇの平面上に大きい広角感度を有する。第６ａ図及
び第６ｂ図の紙面に垂直で軸線６２が載っていない水平
面上では、鏡１０１も比較的非常に小さい広角受信特性
しか持っていない、これに関連して鏡１０１の放物線に
基づく反射特性のために、ここでは実際上最大の鏡開口
（第６ｂ図で両放物線６１ａと６１ｂとの間の面）がほ
ぼ完全に利用できる。

第１図に準拠して、第６ａ図と第６Ｃ図には相応の受信
ローブ５又は５ｏ　　、５５　．５６が記入されている
。

第６ａ図及び第６ｂ図には、球面鏡の形状も符号１６１
により示され一点鎖線で記入されている。更にこの発明
に対して同様に問題となる中間形状の一つが破線２６２
により示され、この中間形状は放物線形６１と球形１６
１との間でそれ相応に有効な入射する放射の集束性を有
し、しかも検出選択性つまり方向感度の高さに関して、
すなわち第６ａ図及び第６ｂ図における垂直方向に関し
てそうである。

検出すべき放射の十分に大きい吸収をセンサ２又はその
センサ要素３０ないし３６の中で生ぜしめるために、複
数の効果を利用できる。

前記のポリフッ化ビニリデンフィルムはここで重要な検
出すべき赤外線に対して吸収性がある。

電Ｊ−ｉ１４，１１４又はフィルムの表面にザポンラッ
カーから成る保護膜をかぶせることがｍ奨される。この
ラッカーは放射に対する補助的な吸収作用を有し、セン
サ効果を高める。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に基づく焦電形検出器の一実施例の斜
視図、第２図は第１図に示す検出器のセンサアレーの上
面における水平断面図、第３図は第１図に示すセンサア
レーの拡大平面図、第４図は第３図に示すセンサアレー
の切断線ＴＶ−ＩＶによる断面図、第５図はセンサの別
の実施例の第４図と同様の断面図、第６ａ図ないし第６
Ｃ図はそれぞれ検出器の回転放物線鏡を用いた別の実施
例の側面図、正面図及び平面図である。 １．１６１・・・球面鏡、　　　２・番・センサ（セン
サアレー）、　　３Ｇないし３６．１４１−・・センサ
要素、　　６，６２・・・光学軸（対称軸線）、　　１
１・・・支持部、　　１２・・・枠。 １４．１５，１１４，１１５・・・電極、　　１６φ・
−ＩＪ−）”ｆｆ１．　　２０−−−フィルム、６１・
・・放物線、　　６３・・・軸線、　　　１０１・・・
回転放物線鏡、　　２６１・・・中間形の鏡。 Ａ・・・点、　　Ｆ・・・焦点、　Ｋ・・・円弧。 Ｓ・・・頂点。 ・Ｔｔｌ＋８３　ｔｔｆｆｊ人９ＦＦ”＝１＝　７；Ｔ
村　潔　−ＦＩＧ６ａ ７′盲 ’　　ｒ　　　　　　　ＦＩＧ６ｃ ６３／ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）周囲と異なる温度を有する物体を検出するため、主
   として一平面上で広角特性を有し、大円を有する凹面鏡
   を備え、この凹面鏡の中に焦電性のフィルム上に配置さ
   れたセンサが設けられ、このセンサが鏡の大円に関して
   同心の円弧上に配置され、この円弧が方向選択性の平面
   に一致し、またこのセンサの電気コネクタを備えた焦電
   形検出器において、凹面鏡が球形ないし回転放物線形（
   １、２６２、１０１）を有し、センサ（２）のフィルム （２０）が少なくともそのセンサ機能（３＿０ないし３
   ＿６、１１４）の範囲で自立するように保持され、セン
   サ（２）が設けられて いるフィルム（２０）が鏡（１、２６２、 １０１）の中に平らに配置され、センサ （２）の円弧（Ｋ）がフィルム（２０）の平面上に置か
   れ、フィルム（２０）がその平面に関して、フィルムの
   この平面が鏡（１、 １０１）の大円の平面に一致し、鏡（１、 １０１）の光学軸（６、６２）がフィルム （２０）のこの平面上にあるように、鏡 （１、２６２、１０１）の中に整列されていることを特
   徴とする焦電形検出器。 ２）センサが、個々に接続された多数のセンサ要素（３
   ないし３＿６）を備えたセンサアレー（２）であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の検出器。 ３）フィルム（２０）がセンサ（２）の枠 （１２）上に張られていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項又は第２項記載の検出器。 ４）フィルム（２０）がポリフッ化ビニリデンフィルム
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
   ３項のいずれか１項に記載の検出器。 ５）フィルムがシリコンから成る基板であり、この基板
   の少なくともセンサ機能（３＿０ないし３＿６；１１４
   ）の範囲がチタン酸鉛で被覆されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の検出器。 ６）凹面鏡が球面鏡であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ないし第５項のいずれか１項に記載の検出器
   。 ７）凹面鏡（１）が球面方形の輪郭を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第６項記載の検出器。 ８）凹面鏡が回転放物線鏡（１０１）であ り、その表面は放物線（６１）を或る軸線 （６３）を中心として回動することにより 生じた面であり、その際この軸線（６３） は放物線（６１）の平面上にあり、放物線 （６１）の対称軸線（６２）に直交し、放 物線（６１）の頂点（Ｓ）から見て放物線 （６１）の焦点（Ｆ）の向こう側にある点 （Ａ）でこの対称軸線（６２）と交わることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし 第５項のいずれか１項に記載の検出器。 ９）凹面鏡が回転放物線鏡（１０１）と球面鏡（１）と
   の間の中間形（２６２）を有することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか１項に記載の
   検出器。 １０）センサ（２）が支持部（１１）を有し、センサ（
   ２）がこの支持部により鏡軸線 （６；６２）の方向に鏡（１、１０１、 ２６２）を貫通することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第９項のいずれか１項に記載の検出器。 １１）鏡（１、１０１、２６２）の中に入射する検出す
   べき放射がセンサ（２）の両表面 に当たるように、センサ（２）が鏡（１、 ２６２、１０１）の中に配置されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし 第１０項のいずれか１項に記載の検出器。 １２）センサ要素（３＿０ないし３＿６）が電気的に個
   々に接続されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項ないし第１１項のいずれか１項に記載の検出器。 １３）各センサ要素（３＿０ないし３＿６）が少なくと
   も一つのそれぞれ固有のリード線 （１６）を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   ２項記載の検出器。 １４）センサ（２）の各センサ要素（３＿０ないし３＿
   ６）に対して別々の前置増幅器が設けられていることを
   特徴とする特許請求の範囲 第２項ないし第１３項のいずれか１項に記載の検出器。 １５）センサ（２）又はセンサ要素（３＿０ないし３＿
   ６）に対して補償センサのための電極（１１４、１１５
   ）が設けられ、これらの電極がフィルムの表面上に隣接
   して、凹面鏡 （１、１０１、２６２）の焦点の外側の箇所に配置され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
   １４項のいずれか１項に記載の検出器。 １６）両方の電極（１４、１１４）が共に検出すべき放
   射を吸収するように作られていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第１５項のいずれか１項に記載
   の検出器。 １７）電極（１４、１１４）がザポンラッカーから成る
   層により覆われていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１６項記載の検出器。