KR910005245B1

KR910005245B1 - 적외선 검지기

Info

Publication number: KR910005245B1
Application number: KR1019880013762A
Authority: KR
Inventors: 게이지 다까마쯔; 유끼토시 다무라
Original assignee: 스미또모 낀조꾸 고우잔 가부시끼가이샤; 시노자끼 아끼히꼬
Priority date: 1987-10-29
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1991-07-24
Also published as: KR890007203A; JPH01116419A; US4882491A; JPH0535977B2

Abstract

내용 없음.

Description

적외선 검지기

제1도는 종래의 적외선 검지기의 등가회로를 나타낸 도면.

제2도는 종래의 적외선 검지기를 이용한 이동방향 검지회로의 블록도.

제3a도 및 제3b도는 종래의 적외선 검지기에 있어서 통과방향의 차이에 대응하는 응답 파형도.

제4a도 및 제4b도는 각각 본 발명에 의한 적외선 검지기의 한 실시예를 나타낸 분해 사시도 및 제4a도의 B-B선을 따라 취한 단면도.

제5도는 제4도에 나타낸 실시예의 등가 회로도.

제6a도 및 제6b도는 각각 제4도에 나타낸 실시예를 벽에 고정한 상태의 수평단면도 및 제6a도의 B-B선을 따라 본 평면도.

제7도는 제4도에 나타낸 실시예의 신호처리회로의 블록도.

제8도는 차광벽이 제4도와는 다른 한 예를 나타낸 분해사시도.

제9도는 입사창이 제4도 및 제8도와는 다른 한 예를 나타낸 단면도.

제10도는 등가회로가 제5도와는 다른 한 예를 나타낸 도면.

제11a도 및 제11b도는 각각 집광기를 이용한 경우의 수평단면도 및 제11도의 B-B선을 따라 본 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

13, 14 : 수광 소자 15 : 보상 소자

16 : FET 17 : 리이크용 초고저항

18 : 전원입력단자 19, 20 : 신호출력단자

21 : 접지단자 22 : 금속케이스

23, 24 : 입사창 25 : 차광벽

26 : 초전소자판 27 : 검지대상물체

28 : 앰프필터 회로 29 : 비교회로

30 : 판정회로 31 : 방향표시회로

32 : 차광부분 33, 34 : 전원단자

35 : 보호용 다이오드 36 : 저항

37, 38 : 렌즈부 39 : 렌즈

본 발명은 이동하는 인체 등으로부터 방사되는 적외선을 검지하여 그 방사체의 이동방향을 검지하는 적외선 검지기에 관한 것이다.

초전형 적외선 검지기를 이용하여 침입자를 검지하기도 하고 사람의 존재를 검지하는 일은 널리 행하여지고 있지만, 그 대부분의 경우 제1도에 나타나 있는 바와 같이 분극방향이 다른 초전소자(1)(2)를 분극방향을 대향시켜 직력 혹은 병렬(제1도에는 직렬의 경우를 나타내고 있다)로 결합하여된 검지기가 사용되고 있다. 이것은 초전소자(1)(2)에 사용되고 있는 초전체가 통상 압전성을 가지기 때문에 검지기에 진동이 가해진 경우 피에조(Piezo) 효과에 의한 노이즈가 발생하므로 그것들을 상쇄하기 때문이다.

또, 그 외에 주위온도가 급변하는 경우에 창으로부터 적외선의 입사에 으하하지 않고서 발생하는 노이즈를 상쇄하기 때문이기도 하다. 이와 같은 검지기에 있어서, 초전소자(1)(2)의 수광전극은 대부분의 경우 장방형을 하고 있다. 실제로 사용할 때에는 검지대상물체로부터의 적외광은 렌즈, 거울 등의 집광기에 의해 그 중 하나의 전극에만 집광되도록 설계된다. 따라서 검지대상물체가 두 개의 전극을 횡단하도록 이동할 경우 집광된 비임은 두 개의 전극에 교대로 조사되고, 동시에 조사되는 일은 없다. 다시 말하면 어느 쪽이든지 한쪽이 반드시 보상전극의 역할을 하고 있다. 또한 번호(3)은 초전소자(1)의 전극에 게이트 G가 접속된 임피던스 변환용의 FET, 번호(4)는 FET (3)의 게이트 G와 초전소자(2)의 전극에 접속되는 어어드와의 사이에 접속되어 있어 과대입력이 있을 경우 FET(3)의 게이트가 포화하는 것을 막는 리이크저항, 번호(5)(6)은 출력단자를 나타낸다.

그런데 종래의 검지기의 사용 목적의 대부분은 적외 방사체의 침입 혹은 존재를 검지하는 것이었다. 그렇지만 최근 이러한 종류의 검지기가 보급되면서 더욱 고도의 사용방법이 요구되어 왔다. 이것은 예를 들면 침입을 검지하는 것만이 아니고 침입하는 방향도 알고자 하는 요구이다. 구체적으로는 손님의 통과방향을 검지하여 가장 적절한 메시지 음성 합성장치로 방송하기도 하고 화장실의 출입을 검지하여 조명 및 환풍기의 시동을 행하는 것 등이다.

그래서 상기 목적에 대하여 종래의 적외선 검지기를 이용하여 이동방향을 검지하는 방법으로 두 가지가 고안되었다.

그 중 하나는 전술한 종래형 적외선 검지기를 두 개 사용하는 것이다. 제2도에 나타낸 바와 같이 두 개의 검지기 (7)(8)와 이들 각각에 접속된 신호처리계(9)(10)에 의해 얻어진 검지신호를 판정회로(11)에서 비교하여 어느 검지기의 신호가 빨랐던가를 식별하여 표시회로(12)를 작동시킨다. 이때 광학적으로는 두 개의 검지기(7)(8)의 사이에 적외광을 차단하는 물체(통상판형상 물체)가 필요하다. 이것은 침입방향에서 가까운 검지기에 반드시 먼저 침입물로부터의 적외선이 입사되고 침입방향에서 먼 검지기에는 그 후에 시간적으로 나중에 입사되도록 하기 위한 것이다. 이 방식의 것은 간단하기 때문에 그 기능이 확실하다. 그렇지만 이 경우 검지기(검지용 초전소자와 보상용 초전소자를 각 한 개 포함한다)가 두 개 필요하기 때문에 부품수가 많게 되고 장치전체의 용적이 꽤 크게 되는, 즉 대형으로 된다고 하는 결점이 있다.

또 하나의 방법은 한 개의 검지기의 출력신호의 위상을 식별하여 통과방향을 검지하는 것이다. 그 상태가 제3도에 나타나 있다. 제1도에 나타난 내부회로를 가지고 있는 검지기에 있어서, 검지대상물체가 A방향으로 이동하면서 검지 영역에 침입하였다고 한다면 축력단자(6)로부터는 제3a도에 나타나 있는 바와 같이 출력파형을 얻을 수 있다. 한편 검지대상물체가 B방향으로 이동하여 검지영역에 침입하면 출력파형은 제3b도에 나타낸 바와 같이 된다. 이 양자를 비교하면 정부를 반전시킨 파형이라는 것을 알 수 있다. 즉, 이것은 신호 출력의 위상을 검출하면 이동방향을 판별할 수 있다고 하는 가능성을 나타내고 있다. 만약 이것이 가능하다면 검지기와 증폭기의 한조와 위상판별회로만으로 방향검지기를 구성할 수 있다고 생각된다. 그렇지만 실제로 이것을 시험하였더니 큰 결함이 존재한다는 것이 명백해 졌다. 즉 이 방식으로는 배경온도가, 예를 들면 계절 변화 등에 의해 검지대상물체의 표면온도가 오르거나 내리면 이동방향이 일정하여도 출력 파형이 반전하여버리게 된다. 그 결과 인체의 이동방향을 검지하는 경우 여름과 겨울에는 판정 결과가 반대로 된다. 또 그외의 결점으로 출력파형이 정현파와 같은 규칙적 파형이 아니고 제3도에 나타난 바와 같은 불규칙 파형이기 때문에 위상의 정확한 판정이 곤란하며 그 결과 신뢰성이 떨어지고 실용성이 부족하였다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 검지대상물체의 통과방향을 정확하게 검지할 수 있음과 동시에 장치전체가 소형인 적외선 검지기를 제공하려고 한 것이다.

본 발명에 의한 적외선 검지기는 분극방향이 대향하도록 하여 직렬로 접속된 두 개의 수광 소자와, 이 두 개의 수광 소자와 극성이 반대이고 진동 및 온도 변화의 각각에 의한 출력감도가 이 두 개의 수광 소자의 진동 및 온도변화의 각각에 의한 출력감도의 합과 같은 값인 하나의 보상 소자를 내장하고 있고 상기 두 개의 수광 소자에 각각 대응하는 두 개의 입사창을 설치하며 또한 이 두 개의 입사창 사이의 부분에 차광벽을 설치함과 동시에 상기 보상 소자를 입사광이 조사되지 않는 위치에 설치하여 둠으로써 종래의 두 개의 검지기의 기능을 하나의 검지기만으로 발휘할 수 있도록 하고 더구나 전체의 구성소자수가 종래보다도 적게 되도록 한 것이다.

이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 자세히 설명하기로 한다.

제4a도 및 제4b도는 각각 본 발명에 의한 적외선 검지기의 한 실시예의 분해사시도 및 제4a도의 B-B선을 따라 취한 단면도이며 제5도는 상기 실시예의 등가회로이다.

번호(13)(14)는 분극방향이 대향하도록 하고 직렬로 접속된 두 개의 수광 소자(초전소자), 번호(15)는 두 개의 수광 소자(13)(14)의 수광전극 면적의 합과 동등한 전극면적과 수광 소자(13)(14)의 두께와 같은 두께를 가지고 있고 두 개의 수광 소자(13)(14)와 분극방향이 대향하도록 하고 두 개의 수광소자(13)(14)의 접속점에 접속된 하나의 보상 소자(초전소자), 번호(16)(16)은 각각 수광 소자(13)(14)에 게이트 G가 접속된 임피던스 변환용의 두 개의 FET, 번호 (17)(17)은 각각 FET(16)(16)의 각 게이트 G와 보상 소자(15)와의 사이에 접속된 FET(16)(16)의 게이트 포화방지용의 두 개의 리이크용 초고저항, 번호(18)은 두 개의 FET(16)(16)의 드레인(drain) D,D에 접속된 전원 입력단자, 번호(19)(20)은 두 개의 FET(16)(16)의 소오스 S, S에 각각 접속된 신호출력단자, 번호(21)은 보상소자(15)와 두 개의 리이크용 초고저항(17)(17)의 접속점에 접속된 접지단자를 나타낸다.

번호(22)는 상기 전소자를 내장하고 광학적, 전자기적으로 차폐하는 금속케이스, 번호(23)(24)는 두 개의 수광 소자(13)(14)에 각각 대응하도록 하여 금속케이스(22)에 설치된 두 개의 입사창, 번호(25)는 금속케이스(22)의 외면의 두 개의 입사창(23)(24)사이에 설치된 차광벽이다. 그래서 보상 소자(15)는 입사광이 조사되지 않는 위치에 설치되어 있다.

수광 소자(13)(14) 및 보상 소자(15)는 각각 분리된 개별적인 소자이어도 되지만 제4a도 및 제4b도에 나타낸 바와 같이 한 장의 초전소자판(26)상에 전극을 세조 설치하는 것으로 형성하여도 좋다. 제4b도는 초전소자판(26)의 단면을 모식적으로 나타낸 것이지만, 일정한 분극방향을 가진 소자판(26)에 제4a도와 같은 전극을 형성하면 두 개의 수광소자(13)(14)의 분극방향과 보상 소자(15)의 분극방향을 서로 대향하여 결합 할 수 있다는 것을 알 수 있다. 보상 소자(15)의 역할은 말할 것도 없이 수광 소자(13)(14)와 공통하는 진동 온도변화로 발생하는노이즈를 상쇄하는 것이다. 그러기 위해서는 보상 소자 (15)는 수광 소자(13)(14)와 극성이 반대이고 진동 및 온도변화의 각각에 의한 출력담도가 수광소자(13)(14)의 진동 및 온도변화의 각각에 의한 출력감도의 합과 같은 값이어야 한다. 이것을 간단하게 실현하기 위해서는 수광 소자(13)(14)의 정전용량의 합과 같은 정전용량을 가지도록 하는, 예를 들면 상술한 바와 같이 수광소자(13)(14)의 전극면적의 합과 같은 수광면적과 수광 소자(13)(14)의 두께와 같은 두께를 가지고 있는 것이 바람직하다.

다음에 제6도에 의해 검지대상물의 이동방향을 검지하는 원리에 대하여 설명하기로 한다.

제6a도는 상기 실시예를 벽에 고정한 상태의 수평 단면도이다. 제일 실시예인 적외선 검지기는 전극면이 바닥면 F에 대하여 수직이 되도록, 또 차광벽(25)은 바닥면, 전극면의 양자에 대하여 수직이 되도록 설치된다. 제6b도는 제6a도의 B-B선을 따라 취한 도면이다. 검지기의 중심을 통과하고 또 바닥면 F에 수직인 절단면을 X-X, 지면을 향하여 좌측 공간을 Ⅰ, 우측 공간을 Ⅱ로 한다. 검지대상물체(27)는 검지기의 수광 소자(13)(14)의 전극면에 대하여 평행하게 이동하는 것으로 한다. 여기서 검지대상물체(27)가 존재하는 공간의 시간적 순서를 알면 이동방향을 검지할 수있다. 이 적외선 검지기는 검지대상물체(27)가 공간 Ⅰ에 있는 경우에는 좌측의 수광소자(13)에서, 공간 Ⅱ에 있는 경우에는 우측의 수광 소자(14)에서 각각 별개로 방사 적외선을 검지하는 것이다. 이때 공간 Ⅰ에서 나오는 광은 좌측 수광 소자(13)의 윗면에 있는 창(23)을 통하여, 그리고 공간 Ⅱ에서 나오는 광은 우측 수광 소자(14)의 윗면에 있는 창(24)을 통하여 각각 각 전극면에 조사된다. 즉, 검지대상물체(27)가 존재하는 공간마다 검지소자를 대응시켜 기능시키는 것이 특징으로 되어 있다. 또한 바꾸어 말하자면 검지대상물체(27)가 공간 Ⅰ에 있을 때 그 광은 우측의 수광 소자(14)에 조사되어서는 아니되며 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 그 때문에 차광벽(25)은 대응하는 공간과 수광 소자(예를 들면 공간 Ⅰ과 좌측의 수광 소자(13)의 조합을 확실하게 실현시키기 위해 설치되어 있다.

다음에 본 실시예의 신호처리방법에 대하여 설명하기로 한다.

제7도에서 지면의 위에서 아래로 검지대상물체(27)가 이동하였다고 한다면 먼저 최초로 수광 소자(13)에 적외광이 입사하여 미약한 검출신호가 발생하고, 앰프필터회로(28)에서 증폭된 후 비교회로(29)에서 신호를 판단하여 검지대상물체가 이동하였다는 신호라고 판정되면 펄스신호를 발생한다.

다음에 짧은 시간차(0.01-10초)로 수광 소자(14)에도 적외선이 입사하여 마찬가지로 미약한 검출신호가 발생하고 위와같은 처리를 하여 검지대상물체가 이동하였다는 신호로 판정되면 여기에서도 펄스신호를 발생한다. 판정회로(30)는 이 두 개의 펄스신호 중 어느 것이 빨리 발생하였는가를 판정하고 그 판정신호를 방향표시회로(31)로 보낸다.

이상 본 발명에 따른 적외선 검지기에 의한 검지대상물체의 이동방향의 검지원리에 대하여 설명하였지만 본 발명에 따른 적외선 검지기는 하나의 패키지에 설치된 대단히 소형인 것임에도 불구하고 검지기를 두 개 사용한 경우와 완전히 같은 정확한 방향 검지능력을 가지고 있다. 게다가 소형화된 사실로부터 두 개의 수광 소자의 중간에 설치되는 차광벽의 형상도 작은 것으로 할 수 있다. 또 보상 소자가 한 개로 해결되므로 전체의 구성소자의 수가 줄어들고 부품수가 감소한다. 따라서 장치 전체가 한층 더 소형화된다.

또한 상기 실시예에서 차광벽(25)의 형상, 칫수는 검지대상물체(27)의 크기, 검지기로부터의 거리집광기의 조건에 의해 변화할 수 있지만 상기와 같은 역할을 하는 것이라면 반드시 판 형상물체일 필요는 없고 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 이것은 제4a도에 나타낸 바와 같이 금속케이스(22)와 일체로 하여도 좋고 제8도에 나타낸 바와 같이 분리된 부재이며 사용할 때에 소정의 위치에 설치하여 사용하는 것이어도 좋다.

또 적외광이 입사하는 창(23)(24)은 검지대상물체(27)가 인체인 경우는 6.5-7㎛의 커트온 필터가 증착된 실리콘 또는 게르마늄판이다. 이동물체가 인체가 아니고 예를 들어 100℃이상의 열물체일 때에는 거기에 따른 필터를 설치한 창으로 한다. 창부의 형상은 두 개의 창(23)(24)이 제4a도와 같이 개별적으로 나누어져 있지 않아도 제9도에 나타난 바와 같이 요구되는 바의 특성을 가진 한 장의 광투과판의 표면 또는 이면에 차광부분(32)을 설치한 것도 상관없다. 이 차광부분(32)은 금속 또는 합성수지제의 차광 테이프를 붙이거나 금속을 진공증착하기도 하고 혹은 금속 페이스트(paste)를 두꺼운 막으로 인쇄, 소성하여 형성할 수도 있다. 초전소자(13)(14)로부터 발생한 전기 신호는 제5도에 나타낸 바와 같이 FEF(16)으로 된 소오스 팔로우어회로에서 임피던스 변환되어 출력단자(19)(20)에서 나오는 것이 보통이다. 그러나 임피던스 변환방식은 이것에 한정되지 않고 제10도에 나타낸 바와 같이 전원단자(33)(34)로부터 출력하는 방식이어도 좋다. 이때 FET(16)에 예를 들면 보호용 다이오드(35)를 내장한 것을 사용하면 이것이 리이크용 초고저항(17)의 대용물로 되며 내부회로가 간단하게 된다. 이 방식의 잇점은 입출력단자가 세 개의 단자로 해결되므로 내부회로의 조립이 아주 간단하게 되는 점과 전원단자(33)(34)에 직렬로 삽입된 저항(36)(36)의 값을 적당히 선택하므로써 증폭된 출력을 얻을 수 있다는 것이다.

이상의 예에서는 특히 집광기를 사용하지 않은 경우에 대하여 설명하였지만 집광기를 이용하면 더욱 효과적인 이동방향의 검지가 가능하다. 제11도는 집광기로 폴리에틸렌제 프레넬(fresnel)렌즈를 이용한 예를 나타내고 있다. 한장의 폴리에틸렌 판에 두 개의 렌즈부(37)(38)가 형성된 렌즈(39)를 검지기 앞에 설치한다. 이때 렌즈(37)(38)의 초점거리는 렌즈면과 수광 소자면과의 사이의 거리가 되도록 조정한다. 이와 같은 광학계로는 공간 I의 광은 거의 확실히 수광 소자(13)에, 공간 Ⅱ의 광은 수광소자(14)에 각각 입사한다. 따라서 차광벽(25)은 없더라도 혹은 높이가 낮더라도 실용상 문제가 없는 경우도 있고 사용조건이 완화된다. 또 당연히 검지 가능한 거리도 훨씬 길어진다.

이상 본발명의 개념을 초전형 적외선 검지기를 예로 설명하였지만, 다른 열형 적외선 검지기(열전기 파일, 터어미스터 볼로미터)등에 대하여 적용하여도 완전히 같은 효과를 기대할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 적외선 검지기는 검지대상물체의 통과방향을 정확하게 검지할 수 있음과 동시에 장치 전체가 소형이라고 하는 실용상 극히 중요한 잇점을 가지고 있다.

Claims

분극방향이 대향하도록 배치되어 있고 직렬로 접속된 두 개의 수광 소자와 이 두 개의 수광소자에 대하여 각각 분극방향이 대향하도록 배치되어 있고 진동 및 온도변화의 각각에 의한 출력감도가 이 두 개의 수광 소자의 진동 및 온도변화의 각각에 의한 출력감도의 합과 실질상 같은 값인 하나의 보상 소자와, 이 두 개의 수광소자에 광을 입사시키기 위해 이 두 개의 수광 소자에 각각 대응하여 설치된 두 개의 입사창과, 하나의 물체로부터의 광이 이 두 개의 수광 소자로 동시에 입사하지 않도록 하기 위해 이 두 개의 입사창 사이에 설치된 차광벽을 구비하고 상기 보상소자는 입사광에 의해 조사되지 않는 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 검지기.
분극방향이 대향하도록 배치되어 있고 직렬로 접속된 한쌍의 수광 소자와, 이 한 쌍의 수광 소자에 대하여 각각 분극방향이 대향하도록 배치되어 있고 이 한 쌍의 수광 소자의 각 수광 전극면적의 합과 실질상 같은 전극면적과 이 수광 소자의 두께와 실질상 같은 두께를 갖는 하나의 보상 소자와, 이 한쌍의 수광 소자에 광을 입사시키기 위해 이 한쌍의 수광 소자에 각각 대응하여 설치된 한쌍의 입사창과, 하나의 물체로 부터의 광이 이 한쌍의 수광 소자에 동시에 입사하지 않도록 하기 위해 이 한 쌍의 입사창 사이에 설치된 차광벽을 구비하고 상기 보상 조사는 입사광에 의해 조사되지 않는 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 검지기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수광 소자와 보상 소자는 이들을 광학적 또는 전자기적으로 차폐하는 케이스에 수납되어 있고, 상기 입사창과 차광벽은 이 케이스에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 검지기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수광 소자와 보상 소자는 이들을 광학적 또한 전자기적으로 차폐하는 원통모양의 케이스에 수납되어 있고, 상기 입사창은 상기 케이스에 설치되어 있고, 또한 차광벽은 상기 케이스에 분리가능하게 끼워진 링부재에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 검지기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수광 소자 및 보상 소자는 한장의 초전소자 판 위에 세 개의 전극을 형성함으로써 이루어진 것을 특징으로 하는 적외선 검지기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 입사창은 6.5-7㎛의 커트온 필타가 증착된 실리콘 또는 게르마늄 판으로 덮혀 있는 것을 특징으로 하는 적외선 검지기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 입사창은 광투과 판을 차광장치로 부분적으로 덮어서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 검지기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수광 소자에 각각 집광시키기 위해 상기 입사창의 앞에 각각 배치된 두 개의 렌즈를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 적외선 검지기.
제1항 또는 제2항에 있어서 각 게이트가 상기 수광 소자에 각각 접속된 두 개의 FET와 이 각 게이트와 상기 보상 소자와의 사이에 각각 접속된 두 개의 저항과, 이 두 개의 FET의 각 드레인에 공통으로 접속된 전원단자와, 상기 보상 소자와 두 개의 저항에 공통으로 접속된 접지단자와, 이 두 개의 FET의 각소오스에 각각 접속된 두 개의 신호출력단자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 적외선 검지기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 각 게이트가 상기 수광 소자에 각각 접속된 두 개의 FET와, 이 게이트와 상기 보상 소자와의 사이에 각각 접속된 두 개의 다이오드와, 이 두 개의 FET의 각 드레인에 각각 접속된 두 개의 전원단자와, 상기 보상 소자와 두 개의 다이오드와 이 두 개의 FET의 각 소오스에 공통으로 접속된 접지단자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 적외선 검지기.