JPS63139223A

JPS63139223A - 焦電形赤外線センサ

Info

Publication number: JPS63139223A
Application number: JP61287364A
Authority: JP
Inventors: Noboru Masuda; 昇増田; Kenji Tomaki; 健治戸蒔; Tetsuo Osawa; 大沢　哲夫
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1986-12-02
Filing date: 1986-12-02
Publication date: 1988-06-11
Also published as: JPH0455259B2

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、例えば人体から放射される熱線、すなわち赤
外線を検出するために用いる焦電形赤外線センサに関す
る。

く従来の技術〉近年、焦電形赤外線センサが各種の分野で使用されてい
る。焦電形赤外線センサは、焦電性結晶に温度変化を与
えたとき、焦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焦電効果を利用したものである。

従来の焦電形赤外線センサは、第７図に示す構造となっ
ている。すなわち、焦電形赤外線センサ１０１はケース
１０２を構成する円板状の底部１０３に貫通したビン１
０４と、そのビン１０４に支持されるＦＥＴ回ｖＰ１０
５及び焦電形赤外線素子１０６ａ、１０６ｂを形成した
基板１０７とをケース１０２の中央部に配置している。

そして、ケース１０２を構成する円筒状のカバー１０８
の端部に開口部１０９を設け、その開口部１０９を赤外
線を透過させる部材から成る光学フィルタ１１０で覆う
、そして、カバー１０８を底部１０３の周辺部と合わせ
、内部に窒素ガス（Ｎ２　）等の不活性ガスを封入して
、溶接している。

そして、この焦電形赤外線センサ１０１の焦電形赤外線
検出素子１０６ａ、１０６ｂは、第８図に示す回路図の
よう°に同極の分＃ｌ端が直列に接続され、その差分出
力が電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によるエミッタホ
ロワのインピーダンス変挽回路から出力される。なお、
Ｒ１，Ｒ２は抵抗である。第８図では焦電形赤外線検出
素子１０６ａ、１０６ｂの同種同士が直列に接続されて
いるが、異分極端を並列接続した構成でも良い。

ところで、焦電形赤外線センサは、焦電性結晶表面に発
生する電荷により温度変化を検出するという上記動作原
理からも明らかなように、インピーダンスが高く、外来
雑音の影響を受けやすいという欠点を有している。そこ
で、この種の焦電形赤外線センサを利用するため、焦電
形赤外線センサに対向して凹面状の集光ミラーを配置し
て、赤外線の発生源から発せられる赤外線を焦電形赤外
線センサに集光し、Ｓ／Ｎ比を高くするように構成して
いた。

ところが、上記のように、焦電形赤外線センサを集光ミ
ラーに対向させていたために、装置全体が大型になり、
また集光ミラーとするためミラーを凹曲反射面に形成し
なければならず製作が容易でなかった。

このため、本発明者は、ミラー片１１４を、第９図に示
すように、筐体１１１の上面１１２の開口１１３に位置
する焦電形赤外線センサ１０１の焦電形赤外線検出素子
１０１ａ、１０１ｂに反射光が投影するように、前記筐
体１１１の上面１１２に垂直にかつ焦電形赤外線検出素
子１０１ａと１０１ｂの間を通る平面の位置に取り付け
た焦電形赤外線検出装置１２０′Ｉｉ：提案した。

この様な構成における動作を第１０図の動作説明図及び
第１１図（ａ）の焦電形赤外線検出素子１０６ａ、１０
６ｂの出力波形図、第１１図（ｂ）のＦＥＴの出力波形
図を用いて説明する。熱線すなわち赤外線を放射してい
る被検出体が、比較的遠方から領域（１）に到来すると
、第１の焦電形赤外線検出素子１０６ａとそれと間隔Ｇ
をおいて配置されている第２の焦電形赤外線検出素子１
０６ｂの両方に赤外線が入射するので、その差出力は殆
ど無視できる０次に、被検８体が領域（２）すなわち遮
蔽及び反射による第１の検出ゾーンにおいて、ミラー片
１１４は第１の焦電形赤外線検出素子１０６ａに対して
は、赤外線の直接入射分に加算して赤外線を反射し投影
させて入射させ、第２の焦電形赤外線検出素子１０６ｂ
に対しては赤外線を遮蔽する作用をして、大きい出力を
得る。

領域（３）では、ミラー片１１４の影響を受けずに、第
１、第２の焦電形赤外線検出素子１０６ａ、１０６ｂに
赤外線が入射するが、ＦＥＴには差動出力は現れない、
さらに、第２の検出ゾーンとしての領域（４）ではミラ
ー片１１４は、第１の焦電形赤外線検出素子１０６ａに
対しては、赤外線を遮蔽し、第２の焦電形赤外線検出素
子１０６ａに対しては、直接入射分の赤外線に加算して
赤外線を反射し投影させて入射させる作用をして、大き
い差動出力を得る。領域（５）では、第１、第２の焦電
形赤外線検出素子１０６ａ’、１０６ｂの両方に赤外線
が入射するため、ＦＥＴには差動出力が現れない。

以上の説明は、赤外線が一点から放射しているように説
明し、また赤外線が距離の２乗に反比例して減衰するこ
とを無視して説明したが、実際の被検出体はある程度の
幅を有しており、その幅及び第１、第２の焦電形赤外線
検出素子１０６ａ、１０６ｂから被検出体までの距離差
を考慮に入れて扱うことが必要な場合もあることに留意
しなければならない０例えば、領域（１）では第１の焦
電形赤外線検出素子１０６ａの方に若干大きい出力が出
て、領域（１）から領域（２）に移るときには、徐々に
差動出力が増加することになる。

この様にして得たＦＥＴの出力は図示しない帯域通過濾
波器、レベル検出器等に導かれて、例えば警報機に接続
されて警報機を作動させる。

〈発明が解決しようとする問題点〉このように、焦電形赤外線センサは、ミラー片を取り付
けることにより顕著な利点を有するが、ミラー片を焦電
形赤外線センサと離して外部に取り付けていたため、焦
電形赤外線センサを組込んだ焦電形赤外線検出装置の大
きさは、ミラー片のサイズによって規定され、装置その
ものを小形化することは困難であった。

〈問題点を解決するための手段〉本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
開口部を赤外線が透過する部材で覆ったケース内に、一
対の焦電形赤外線検出素子を前記開口部に向けて配設し
た基板を収容した焦電形赤外線センサにおいて、前記ケ
ース内にミラー片を備え、ミラー片による反射光を焦電
形赤外線検出素子に入射し投影するように配置したこと
を特徴とする焦電形赤外線センサである。

〈実施例１〉以下、本発明の焦電形赤外線センサの実施例を図面を用
いて詳細に説明する。

第１図（ａ）は、本発明の一実施例を示す正面断面図、
同（ｂ）は平面図である。焦電形赤外線センサ１はケー
ス２の一部を構成する円板状の底板３に貫通したビン４
と、ＦＥＴ回路５及び焦電形赤外線検出素子（３ａ、５
ｂを形成した基板７を前記ビン４で支持してケース２の
中央部に配置している。また、底板３には、焦電形赤外
線検出素子６ａ、６ｂの形成面と垂直なミラー片８を固
定しである。ミラー片８は下辺中央部を略半円形状に切
欠した矩形状の部材であり、焦電形赤外線検出素子６ａ
と６ｂの間を通る平面に位置するように配置している。

そして、表面を例えばアルミニュウム（ＡＩ）メッキ、
アルミニュウム蒸着、クローム（Ｃｒ）メッキ等の手段
により、反射率が１に近くなるように鏡面加工してあり
、第１の反射面８ａ”？反射した赤外線は第１の焦電形
赤外線検出素子６ａに入射し、第２の反射面８ｂで反射
した赤外線は第２の焦電形赤外線検出素子６ｂに入射す
るようにする。また、焦電形赤外線センサ１はケース２
の一部を構成する円筒状のカバー９を有し、そのカバー
９は端面部に開口部１０を設け、その開口部１０を赤外
線を透過させる部材からなる光学フィルタ１１で覆い密
封する。また、カバー９の底部に底板３を合わせ、内部
に窒素ガス（Ｎ２　）等の不活性ガスを封入し、溶接に
より封止する。

この構成における動作を第２図の動作説明図及び第３図
（ａ）の焦電形赤外線検出素子６ａ１６ｂの出力波形図
、第３図（ｂ）のＦＥＴの出力波形図を用いて説明する
。熱線すなわち赤外線な放射している被検出体が、領域
（イ）にいる問は、赤外線はケース２のカバー９により
遮蔽され焦電形赤外線検出素子６ａ、６ｂに入射しない
、被検出体が領域（ロ）に来ると、第１の焦電形赤外線
検出素子６ａ方向の赤外線はカバー９により遮蔽される
が、第２の焦電形赤外線検出素子６ｂへは赤外線が入射
するので、ＦＥＴに差動出力が現れる。さらに領域（ハ
）に進むと、赤外線は第１、第２の焦電形赤外線検出素
子６ａ、６ｂの両方に入射するので、ＦＥＴに差動出力
が現れない、そして、遮蔽及び反射による第１の検出ゾ
ーンとしての領域（ニ）において、ミラー片８は第１の
焦電形赤外線検出素子６ａに対しては赤外線を反射し投
影させて直接入射分に加算させ、第２の焦電形赤外線検
出素子６ｂに対しては赤外線を遮蔽する作用をして、大
きい差動出力を得る。また領域（ホ）ではミラー片８の
影響を受けずに第１、第２の焦電形赤外線検出素子６ａ
、６ｂに赤外線が入射するが、ＦＥＴには差動出力は現
れない、さらに、第２の検出ゾーンとしての領域（へ）
ではミラー片８は、第１の焦電形赤外線検出素子６ａに
対しては赤外線を遮蔽し、第２の焦電形赤外線検出素子
６ｂに対しては赤外線を反射し投影させて直接に入射す
る赤外線に加算させる作用をして、大きい差動出力を得
る。領域（ト）では赤外線は第１、第２の焦電形赤外線
検出素子６ａ、６ｂの両方に入射するので、ＦＥＴに差
動出力は現れない、領域（チ）に進むと、第１の焦電形
赤外線検出素子６ａには赤外線が入射するが、第２の焦
電形赤外線検出素子６ｂに対してはカバー９が赤外線を
遮蔽するので、ＦＥＴに差動出力が現れる。

そして、領域（す）ではカバー９により第１、第２の焦
電形赤外線検出素子６ａ、６ｂへの赤外線が遮蔽され入
射しない。この様に得たＦＥＴの出力は図示しない帯域
通過濾波器、レベル検出器等に導かれて例えば警報機に
接続されて警報機を作動させる。

〈実施例２〉第４図は第２の実施例の焦電形赤外線センサであり、６
枚のミラー片８１を焦電形赤外線検出素子６ａ、６ｂの
周囲に等間隔（６０度）で配設したもので、ミラー片８
１の間隔を狭くして、検出の領域数を多くしている。

第５図は、本発明の焦電形赤外線センサの応用例であり
、数個の凹面鏡Ｍ１〜Ｍ３及び図示しない凹面鏡を略球
面上に配列し、略中央に焦電形赤外線センサ１を配設し
たものであり、各凹面鏡によるそれぞれの検出ゾーンの
中に焦電形赤外線センサ１のミラー片による検出ゾーン
が現れる。

第６図は他の応用例であり、放物面鏡６１の焦点に焦電
形赤外線センサ１を配置したものであり、放物面鏡の開
口径と同寸法の円形ゾーン内にミラー片による検出ゾー
ンが重さなり、円形ゾーン内の彼検出体を感度良く検出
することができる。

〈発明の効果〉本発明の焦電形赤外線センサは以上詳細に述べた通りで
あり、以下に示す効果を生じる。

（１）ミラー片をケース内部に収容しであるので、従来
焦電形赤外線センサ及びミラー片で組み立てていた装置
例えば、焦電形赤外線検出装置と同様のものを構成する
ことができ、外部の加工が必要なくなり、焦電形赤外線
センサのケース自体の大きさに小形化することができる
。

（２）ミラー片は反射率が１に近い鏡面処理を施すので
あるが、ミラー片を収容するケース内には不活性ガス又
は窒素ガス等と共に封止することができるため、汚れや
腐蝕による反射率の低下が生じ難くなり、長期的に安定
した焦電形センサを得ることができる。

（３）集光ミラーに対向させて焦電形赤外線センサを配
置していた従来の焦電形赤外線検出装置において、従来
の焦電形赤外線センサを本発明のものと交換することに
より、従来の装置でも検出ゾーンを細分化し、大きな差
動出力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明焦電形赤外線センサの一実施例の
正面断面図、同（ｂ）は平面図、第２図は本発明センサ
の動作説明図、第３図（ａ）は焦電形赤外線検出素子の
出力波形図、第３図（ｂ）はＦＥＴ出力波形図、第４図
は本発明センサの第２の実施例を示す斜視図、第５図及
び第６図は本発明センサの応用例を示す概略的に示す斜
視図、第７図は従来の焦電形赤外線センサの正面断面図
、第８図は焦電形赤外線センサに適用する回路図、第９
図（ａ）、ｃｂ＞は焦電形赤外線検出装置の平面図およ
び正面断面図、第１０図は動作説明図、第１１図（ａ）
は焦電形赤外線素子の出力波形図、同（ｂ）はＦＥＴの
出力波形図である。１・・・焦電形赤外線センサ、２・・・ケース、３・・
・底板、４・・・ビン、５・・・ＦＥＴ回路、６・・・
焦電形赤外線検出素子、７・・・基板、８，８１・・・
ミラー片、８ａ、８ｂ・・・反射面、９・・・カバー、
１０・・・開口部、１１・・・光学フィルタ。特許出願人　　株式会社　村田製作所第３図第１（ａ）第２図図（ｂ）「■ 第４図第９図

Claims

【特許請求の範囲】開口部を赤外線が透過する部材で覆ったケース内に、一
対の焦電形赤外線検出素子を前記開口部に向けて配設し
た基板を収容した焦電形赤外線センサにおいて、前記ケース内に入射する赤外線を反射して前記焦電形赤
外線検出素子に入射させるミラー片を前記ケース内に備
えたことを特徴とする焦電形赤外線センサ。