WO1984000812A1

WO1984000812A1 - Infrared detector

Info

Publication number: WO1984000812A1
Application number: PCT/JP1983/000259
Authority: WO
Inventors: Yukio Kasahara; Ritsuo Inaba
Original assignee: Matsushita Electric Ind Co Ltd
Priority date: 1982-08-10
Filing date: 1983-08-10
Publication date: 1984-03-01
Also published as: EP0118563A4; EP0118563B1; US4602159A; EP0118563A1; DE3380794D1

Description

明細 '書

発明の名称 '

赤外線検出装置

技術分野

5 本発明は赤外線検出装置に関するものである。

背景技術

従来、赤外線検出装置として、熱型，光量子型のものが用いられている。これらのうち、生活空間温度の測定には、 5 τη 以上の波長領域で、比較的感度が高く、また低価格である熱型 i o の検出装置が使用されている。熱型の検出装置として代表的るものに、電子レンジ，防犯用などの用途に用いられる焦電型素子がある。その他にも、サ一ミスタボロメータ，サーモパイノレ等がある ₀ しかし、これらの装置あるいは素子は、いずれもァナログ出力を得るものであ、耐雑音性の面から難点があり、

1 5 デジタル出力を有する赤外線検出装置の出現が望まれていた。

さらに一方では、マイクロコンピュータの発達によ、直接デジタル信号をマイクロコンピュータに入力できるよう ¾素子の出現が要望されている。

発明の開示

0 本発明は、これらの要求を満足す-る、デジタル出力信号を有

し、しかも高感度で低価格な熱型の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。

本発明の赤外線検出装置は、弾性表面波発振装置において、その弾性表面波伝搬要素の弾性表面波伝搬路に赤外線を照射す

5 ると、赤外線の強度に応'じて発振周波数が変化することを応用

O ?L-

■¾。 _j . したものである。

図面の簡単な説明 ~

第 1 図は本発明にかかる赤外線検出装置に用いられる赤外線検出部の概略構成図、第 2図は第 1 図に示す赤外線検出部にお

5 いてシャツタを開閉したときの発振周波数の変化を示す図、第 3図は本発明に示す赤外線検出部においてシャッタ開閉とクロックパルスの計数のタィミングを説明する図、第 4図は第 1 図 'に示す赤.外線検出部からの信号を処理するためのプロック図、第 5図は本発明の高感度赤外線検出装置によ j9得られた、被検 l O 出 #J温度とク α ックパルス計数値の関係を示す図であるつ

第 6図は本発明にかかる赤外線検出装置の原理を説明するための図、第了図よび第 8図は本発明の赤外線検出装置の具体例の構成を示すプロック図、第 9図はその被潮定対象の温度と出力との関係の一例を示す図、第 1 ο図は本発明になる赤外線 1 5 検出装置の他の具体例を示すブ口ック図、第 1 1 図は第 1 0図に示した例の動作を説明するための図、第 1 2図は本発明のさらに他の具体例を示す図、第 1 3図は第 1 2図に示した例によ. る観測実施例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

20 まず、本発明の赤外線検出装置ついて、その原理から説明する。第 1 図は本発明の赤外線検出装置に用いられる赤外線検出部の構成を示している。図におて、 1 はニォブ漦リチウム等よ！）なる圧電性基板であ、 2、 3はそれぞれ圧電性基板 1 の研磨表面に蒸着等の方法によ D形成された彈性波送波用ィン 25 ターディジタル電極，弾性波受波用ィンターディジタル電極である。弾性波送波用ィンタ一ディジタル電極 2および弾性波受波用ィンターディジタル電極 3の一端はァースされ、他端はそれぞれ増巾器 4の出力側および入力側に接続されている。 5はコンデ'ンサ ⁶を介して増巾器⁴の出力側と接続された出力端子である。

以上のようにして帰還型の発振器ァが構成されている。

8は赤外光を発生する被検出体であ！）、 9は被検出体 8と発振器 7の間に設けられたシャツタである。シャツタ 9は、たとえばソレノィド等の駆動手段（図示せず）によ ])矢印 A ， B方向に移動可能に設けられてお ]? 、点線に示す位置にあるときには被検出体 8からの赤外光が発振器ァへ到達するのを遮ぎる役目を持つつシャツタ 9が矢印 B方向へ移動し、圧電性基板' ¹ の弾性波伝^表面上に赤外光が照射されると、圧電性基板 ¹ の温度が上昇する。たとえば圧電性基板 ¹ の表面から了 ^離れたァ O °Cの被検出体 ⁸から出た赤外光による圧電性基板 ¹ の温度上昇分は約 i Z¹〇oo °C程度である。この ¹ノ¹ ooo °cの微少温度上昇分は、通常の熱膨張測定などでは測定困難な量である。

本発明は、この微少温度上昇を、圧電性基板 ¹ の弾性定数の変化によ高感度に検出しょうとするものである。すわち、この温度上昇分によ 9、圧電性基板-¹ の表面を伝搬する彈性波の速度が変化し、この弹性波の速度変化によ、弾性波送波用および受波用のィンタ —ディジタル電極 ² ， ³の間で伝搬する彈性波の弹性受波用ィンタ一ディジタル電極³に到達するときの位相が変化する。その位相変化分だけ、発振器 ⁷からの出力周波数が変化することに、そめ周波数を、コンデンサ ⁶を , 介して、出力端子 5 よ ]?取出そうとするものである。このときの周波数の変化分は、たとえば上記のようァ 0 °Cの被検出体 8を発振器 7から T O?離して置き、かつ発振器 7の出力周波数を 1 了 1 MH z に設定した場合におて、約了 O O H z であ

5 つた。この周波数変化分は、発振器了の周波数が高い程、また圧電性基板 1 の温度係数が大きい程大きく変化し、計算によると次式で与えられる。すなわち周波数変化分は、

Δ _f = — a 小 -±- ( l O である：ここでは圧電性基板 1 の温度係数、 f は発振器 7 の凳振周痰数、 Kは圧電性基板 1 の熱伝導率、は弾性波送疚および受浚 ^ィンタ —デジタル電 2 ， 3間の距離の半分、

Qは圧電性基板 1 に与えられる赤外光 Ο エネルギーを表わす (¹)式によると α ν， Q，が大きく、 Κの小さい圧電性基板 1

1 5 を用いた構成にすると、赤外光照射による周波数変化が大きく ¾る。このとき、圧電性基板 1 へ赤外光を照射する被検出体 8 の温度が高ければ高い程、周波数変化は大きくる。逆に、圧電性基板 1 と同程度の温度の被検出体 Sからの赤外光エネルギ

-は小さく、周波数変化は小さく ¾ D、周波数変化の検出がむ

20 ずかしくなる。これは例えば、室温-- (約 ^{2 5}で）において、人体温（釣 3 Οで）を検出したい場合などに相当する。

本発明は、このように、温度差（検出器の圧電性基板 ¹ の温度と、被検出体 8の温度差）が小さく、出力周波数変化の小さいときでも、感度よく赤外光を検出できるものである。

25 第 2図は、第 ¹ 図に示す赤外線検出装置において、赤外光を

Ο ΡΙ IPO シャツタ 9の開閉に応じて照射した！）、照射しなかった ]) したときの周波数変化の様子を示している。図におて、曲線 1 1， 1 3はシャッタ 9を開けたときの発振周波数の変化を示し、曲線 1 .² , 1 4はシャッタを閉じたときの周波数の変化を示す o /_Q はシャツタ ⁹が閉じられた状態における発振器 7の発振周波数であ ]?、 /_nはシャツタ 9を開けた状態において発振周波数が変化（低下）したときの最小値を示す。す ¾わち、時間を t とした場合 t < 0では発振器了は /〇なる周波数で発振してお ]9、シャツタを t = oで開けると、圧電性基板 1 は赤外光の照射を受け、圧'電性基板 1 の温度がそれに応じて上昇するため、弾性定数の変化によ発振周波数は次第に低下していき、 ^_nに達するつこのときの周波数の減少の様子が ffi籙 1 1 に示されているつそこで、シャツタ 9を再び閉じると、 £電性基板 1 には赤外光は照射され ¾く ¾ 、圧電性基板 1 の温度は低下し、弾性定数の変化によ ]9発振周波数は Ο に戻る o この過程が曲線 1 2 に示される。同様にして、曲線 1 3 ， 1 4が繰 ]?返される。このとき、発振器ァからの出力の波形の波頭を計算し、この波頭の数が一定の数に達したとき、シャツタ ⁹を開あるいは閉状態にあることにすると、シャツタ 9の開時には、発振器ァの発振周波数は閉時に比べて微少量低下す-るため、シャッタ ⁹の開時間と閉時間とでは、開時間の方が閉時間よ微少時間だけ長くるる。たとえば、実験によると、圧電性基板 ¹ の表面よ 7 cm 離れた位置に 1 O Oでの物体を設置すると、シャツタ ⁹の閉時において /o = 1 7 1 MH z の発振周波数であったもの力；、シ -ャッタ 9 の開時においては 3 0 0 Hz 減少レた o したがって、

OMPI シャツタ 9の開時間は閉時間よ f₀/f_n = T1000000 /- ' 1 T0999700 倍だけ長くなる。そこで、次にこのシャツタ開時間およびシャッタ閉時間をそれぞれ開ゲート時間，閉ゲート時間とし、別に設けたクロックパルス信号発生手段からのパルス信号を開ゲ— 卜時間，閉ゲ一ト時間内に計数する。前述の例でいえば、発振波形の波頭値を 3 4 2 X 1 O⁶ 個に設定した場合、シャツタ 9の閉時間は、 3 4 2 X 1 Ο^ό/ ΐ 7 1 Χ 1 0^ό = 2秒と ]?、開時間は 3 4 2 X 1 0°/ l 了 0, 9997 X 1 Ο^ό =

² 。 00000 秒と ¾る ₀ したがって、クロックパルスとして、 5 O O MHz のクコックパルスを用いると、開時間と閉時間との時間差 4 X 1 O— ⁰秒に計数されるパルスは 5 O O X 1 Ο^όΧ 4 _{Χ 1} 〇—。 = 2000 と i) 、 2 O OO カウントが計数値として求められる。このように、本癸明によれば、赤外光の照射によるシャツタ開時間と、照射のない閉時間とのわずかの時間差で大きいカウント数を得ることができ、感度を飛躍的に増大させることができるものである。

さらに、上記の発振器了からの発振信号を、他の発振器（同じ構成による参照用発振器でもよいし、他の型の発振器でもよい ) からの発振信号との差信号（たとえば発振器ァが 1ァ 1MH_Z の場合、他の発振器を 1 70 MH_Z -とすると、その差信号は 1 MHz とる）を、上記シャッタ開閉用の出力信号に用いると、赤外光の照射時と非照射時の周波数の差 ³ O O Hzはそのままの値であるので、シャッタ開閉時間の比は 1 MH_z ( 1 MHz -

3 O O Hz ) = 1 O⁶ / 999了 OOとな、前述の 1 7 1 X 1 Ο^ό / ΎΟ .999了 X 1 Ο^ό よ比の値が大きくな、よ検出感

O PI WIPO 度が増大することに ¾る。このとき、上述の他の発振器として、第 1 図のものと同じ構成で赤外光を照射し ¾いだけの参照用発振器を用いると、同じ構成であるために、発振器 7 との発振周波数差はよ小さくな ])、上述のように検出感度の向上をよはかることができ、その上さらに発振器の周囲温度の変化によ生じる発振周波数の変化分は、発振器ァも参照用発振器も同じであるので、差し引かれて周囲温度の影響がない構成のものができることになる。つま温度ドリ 7 卜の ¾い赤外線検出器を檮成することができる。

第 3図は、上述のシャツタ開閉時間と _、クロックパルス計数ゲート時間をある時間だけずらせた場合の例について説明する図である。横軸は時間を、縦軸は周波数を示すつ前述の洌では、シャッタ 9が開くと、出力波形（発振器ァのみでもよいし、前述のように参照用発振器との差周波数の出力でもよい。むしろ後者の方がよい）の波頭の計数を行い、一定の計数値と ¾ ってとなると、シャツタは閉じ、再び計数を行 ¾ つた。次にここで述べる例では、シャッタは、前述のように t =◦から t = までは開き、 t = から t = t ₂ までは閉じ、 t = t ₂ から t = t ₃ までは開くようにしておき、クロックパルス発生手段から発生するク α ックパルスを計数するタイミングを、第 3図に示すように t〇だけずらせるつすなわち、 t = t〇から t = t ₁ + t₀ までの期間をシャッタ開時のクロックパルス計数期間とし、 t = t + t〇力ら t = t ₂ + t₀ までをシャツタ閉時のクロックパルス計数期間とする。このようにすると、刻々変化する発振器出力（発振器 ⁷の出力または、参照用発： • 差出力）によ ]?生ずるクロックパルス計数時間の差がよ大と

¾ 、その結果、検出感度が増大する。実験の結果、検出器の構造にもよるが、ほぼ O · 05秒力ら 0,7秒程度タイミングをず . らせることによ -り、感度がもっとも増大した。この実験では、圧電性基板 1 としてニオブ黢リチウムを用い、発振周波数¹了¹ MHz 、弾性波送波用および受波用のィンターディジタル電極 2 , ³の間隔が約 ²。⁵ mm、第 ³図に示す時間 t が 1 〜 ²秒であつ 7^13

第 4図は、上記の機能を実施するための具体的 ¾ブ口ック図の一'列を示すものである：）第 1 図の凳振器ァは符号 4 1 で示され、また同時に、室温ドリフ卜の影譽をと ]?除くため、赤外光を照射し ¾い参照用 O発振器 4 2 を兗振器 4 1 の近傍に §£しているこ発振器 ^{4 1} ， ^{4 2}からの出'力は、それぞれバッファ回络 4 3 , ⁴ 4を介して混合器 4 5に入力され、発振器 ^{4 1} および5 発振器 4 2のそれぞれの発振周波数の差の周波数が混合器 4 5 から出力される。混合器 4 5からの出力を分周器 4 6に入力しクロックパルス計数のためのタイミング時間を規定するつ分周器 4 6からの出力はシャッタを開閉するタイミングを作るための移相器 4 了に人力され、前述のように位相を O 05 〜 O。ァ0 秒進ませた信号をシャツタドライプ-回路 ⁴ 8に人れ、その出力でシャツタ 4 9を駆動する。一方、クロック信号発生器 ⁵ Oを設け、分周器 46からの信号によ働く、アップ Zダウンカウンタ 5 1 に入れ、分周器 4 6からの信号、すなわちタイミングをずらせたシャツタ開閉信号によ ]9、クロックパルス計数を行5 う。アップ Zダウンカウンタ ^{5 1} の出力をディスプレイ ^{5 2}

OMPI - - _r によ表示する。この表示が、赤外検出出力を表わすものである O

第 5図には、第 4図に示すプロツク図の構成によって得られた被検出体の温度とク口ックパルス計数値の関係の一例を示すものである。第 3図において、クロックパルス計数値は室温を基準にとっている.つこの図によれば、感度は約 4 0 カウント Z ¾と ¾ ] 、単に第 1 図に示した検出器 7そのもののみによ j?得られた結果に比べ、約 ¹ O倍の惑 ¾と ¾つた,つ勿論、本発明に、光学系、たとえばレンズ系、あるいはカセグレンなどの反射系を用いて赤外光を集束すれぱ、感度をよ向上させることができる o

第 6図はシャッタを用いて、赤外線の照射を靳続させたときの周波数変化の様子を示しているつ図において、曲線 61 , 63 はシャッタを開いたときの発振周波数の変化を示し、曲線 6 2 はシャッタを閉じたときの周波数の変化を示す。 /₀ は ¹ ァ ¹

MHz であ、 /_n はシャツタを開いたときに発振周波数が変化（低下）したときの最小値であ ?、またはシャツタ開閉の時間間隔を示す。す ¾わち、第¹ 図の発振器ァは t <oでは O すわち ¹ ァ ¹ MHz の周波数で発振している。 t = 0でシャツタを開ぐと、圧電体基板 1 は-赤外 ·線の照射を受け、次第に発振器 5の発振周波数が低下して行く。そして、 t = では発振周波数は最初から（ー f_n ) だけ変化する。このときの発振周波数の減衰の状態が曲線 ^{6 1} に示されているわけである 0 t = t₁ につたときに、シャツタを閉じると、圧電体基板 1 には赤外線が照-射されるく ]？、発振周波数は再び /o =

OMPI 1 ァ 1 MHz に上昇する。この状態を曲線 6 2 で示す。 t = 2 t₁ で再びシャツタを開くと、前述と同様にし t、発振周波数が低下し、曲線 6 3をたどる。これをく！）返す。このとき、シャッタを閉じる時刻から時間 t ₂だけさかのぼった時刻⁶⁴ と時刻 t ·5 との期間のみの発振器 7からの発振出力信号をパルス化した信号と、一方、シャッタを開ける時刻 2 t" から、同じく時間 t_{1 2} だけさかのぼった時刻 6 5 との期間のみの同凳振出力信号をパルス化した信号との差とを、アップ.ダウンカウンタで計測する .：）この時のカウン卜信号（上記二つのパルス信号の差）は、赤外線を輻射する対象 ¾の温袤によ 9，変化する逆にこのカウント信号を計測すると、測定したい対象物の温度を劉定することができるつ

第 7図は本発 ¾にかかる赤外線续出装置の構或の一例を示している。図において、 7 1 は第 1 図で示した彈性表面波発振器 ( 赤外線検出器）マを示す。発振器ァ ¹ の出力はパルス化回路了 2に導かれパルス化される。一方、発振器（赤外検出器）ァ¹ の前方から、測定されるべき対象物からの輻射赤外光が入射され、その途中にシャツタ ^{7 3}を設けてあるつシャツタァ ³は、シャツタ開閉.鬆動回珞 7 4によつて駆動されるつパルス化回路了 2の出力は、アップダウンカウ -タァ ⁵に入力され、シャツタ開閉暴動回珞了 ⁴からのタイミング信号（第 ⁶図における、 t _{1 1} , 21 ^ , 31 ^ , 6 4 ， 6 5など）に応じて、パルス化回铬 3 2力ゝらの出力パルスを力ゥントするようになつている。こ ©アップダウンカウンタァ ⁵によつて、第⁶図に示した、⁶⁵ から 2 t までの時間におけるパルス信号（閉時間出力パルス数）と、 6 4からまでの時間におけるパルス信号（開時間出力パルス数）との差を計測する。この計測出力は、マイクロコンピュータ 7 6に導かれ、表示器 7 7によ！）表示される。マイク口コンビュ ― タ ^{7 6}には、シャツタ開閉駆動回路 7 4から

5 のタイミング信号を入力してもよく、このタイミング信号を入力すれば、アップダウンカウンタ ^{7 5}の出力計測パルス数の時間変化を、マイクロコンピュータァ ⁶ で記憶し、各種制御に用いることができる。例えば食品加熱調理器等に用いると、食品の温度を検出器 7 1 で検出し、出力パルス数の時間変化をマイ i o ク □ コンピュータで計測していて、一定のパルス数に到達したら、加熟を停止させる等の用途に用いられる。

第 8図は上述の装置において、. 検出器自身の温度上昇による発振出力周波数の変化を生じさせないよう 'に改良した赤外線 (温度）検出装置の構成を示す。第 8図において、 8 1 は赤外

1 5 線検出器を示し、 8 2は同一の構成でできた発振器（共に第 1 図 ⁷ と同構成のもの）を示す。赤外線は、シャッタ ^{8 3}を介して、検出器 S 1 に入射し、発振器 8 2は検出器周辺温度の変動をくすために用いられる。検出器 8 1 と発振器 8 2からの出力信号はそれぞれバッファアンプ 8 4 , 8 ⁵を介して、ミキサ 0 8 6に入力される。バッファアンフニ S 4 , 8 5は必ずしも必要でい。ミキサ 8 6では、検出器 8 1 、発振器 S 2からの出力信号の周波数差信号がと ] 出される。検出器 8 1 と発振器 8 2 とは、その基本的 ¾構成が同一であるので、ほぼ同じ周波数信号である。そのため、ミキサ S 6の出力信号周波数は、検出器 5 8 1 と発振器 8 2の出力周波数よもか ¾ J 低い周波数と ¾る。実験で^ ^、検出器 8 1 と発振器 8 2の出力周波数が約 17¹MHz であ、 —ミキサ 8 6出力は約 1 3 0 KHz であった。ミキサ 86 の出力はパルス化回路 8 了によって、パルス信号になる。一方シャッタ 8 3は、シャッタ開閉駆動回路 8 8によつて, 動される。同時に、駆動回路 8 8からのタイミング信号（前記の ^ャ 2t^ , 3 t_{1 1} , 6 4， 6 5 ど）に応じて、パルス化回路 8 了からのパルス信号を力ゥントするアップダウンカウンタを含む、マイクロコンピュータ 8 9によつて、パルス化回路 8 了の ¾力を監視する。逆にマイクロコンピュータ 8 9からの指令によ、駆動回路 S Sが制御されるようにしてもよいマイクロコンビユータ 8 9による計数パルス数を表示器 9 Οによ ])表示する。あるいは、前記のよう、加熱調理器の钶のように、マイクロコンピュータによ、加熱擾溝を ί御することができる ό

なお、第ァ図，第 8図の実験では、第 6図における t" として約 2秒、 6 4〜 t"間、 6 5〜 2 t" 間の時間を約 1 秒とした。

第 9図は計数パルス数の、測定対象物の温度変化に対する変化の様子を示したものである。

第 1 O図は本発明の赤外線検出装置の他の例の構成を示す。図の 1 O 1 ， 1 0 2は圧電性基板示しているこれらの基板 1 O 1 , 1 0 2の表面には、第 1 図の 2および 3で示したようィンタディジタル電極（例えば 1 o ³ ) が設けられている。これらのインタディジタル電極は、増巾器 ¹ 0 4 ， 1 0 5に接続され、第 1 図に示したよう赤外線検出装置 ^{1 1} O ， ^{1 1 1} を構成している。圧電性基板 ¹ 0 ¹ ， ¹ 〇 ²の前面には、それぞれシャッタ 1 O 6 ， 1 O 7が設けられてお ) 、赤外線（矢印で示す）の入射に対して開閉するようになっている。第 1 O図には赤外線検出装置が 2個の場合を示してあ jp 、シャツタ 1 OS, 1 0 了は開閉位相が互いに 1 8 0。と ¾つている。つま、シャッタ 1 0 6 ， 1 0 7は開閉が互いに逆につている。これらの赤外線検出装置 1 1 0 , 1 1 1 の出力 1 0 8 , 1 0 9は、波形整形器 1 1 2 , 1 1 3に入力され、出力端子 1 1 4 , 1 1 5 に出力される。波形整形された出力波形はパルス波形となって出力 1 1 4 ， 1 1 5から出力される。検出装置 1 1 0 ， 1 1 1 からの出力周波数の変化に応じて、出力 1 1 4 , ¹ 1 5のパルス数も変化する。そのため、出力周波数の波頭をパルスとしてよい o

第 1 1 図は、第 1 〇図の赤外線検出装置 1 ¹ O , ^{1 1 1} の出力 ¹ 0 8 ， 1 O 9における周波数の変化を示したものである。曲線 1 2 1 ， 1 2 2はそれぞれ ¹ O S ， 1 O S の周波数変化を示す。時間が Oから t の間はシャッタ ¹ O ⁶が開き、シャッタ 1 O 7が閉じる期間である。シャツタ ¹ O ⁶が開くと、赤外線は基板 ¹ 〇 ¹ に入射し、検出器 ^{1 1} Oの出力周波数が下降する。この時の下降曲.線は、ほぼエキスポネンシャルの曲線である o 同様にこの期間は、シャツタ ¹ マが閉じるため、素子 ¹〇² には赤外線が入射せず、検出器^{1 1 1} の出力周波数は上昇する。この上昇曲線もほぼエキスポネンシャル曲線である。以下、から t₂ までは反対に、シャツタ ¹ 〇 ⁶が閉じシャツタ ¹ 〇 7 が開くため図のよう曲線と、から t₃、 t₃から t₄ と同様にくり返す。この時、対象物（図示-せず）からの赤外線ェネルギーを測定し ^うとすると、すなわち対象物の温度を測定しょうとすると、対-象物温度が高いほど、赤外線放射エネルギ一が高いため、シャツタの開閉による周波数変化量が大きぐなる。す ¾わち、第 1 1 図にける曲線の縦軸の高さが大きぐな ]5、曲線 1 2 1 , 1 2 2がそれぞれ曲線 1 2 3 ， 1 2 4となる。それに伴って、第 ¹ O図の出力端 ¹ 1 , 1 1 5からのパルス数の変化量も大きぐなる。したがって、シャツタの閉時の周波数（パルス数 ) と、シャツタ開時の周波数（パルス数 ) の差を求めると、対象物の温变（赤外線量）が求められる。

この時、もし、赤外線検 S装置が 1 儲のみ（例えば 1 1 O ) であると、一回の測定にシャッタの閉時から開時まで（第 1 1 図の ^ から t₃まで）〇時間を必要とする ₃ これを苐 3 ¾ i 示すように、列えば渙 s器で溝或するとシャツタ O開閉が交互に行なえるため、一回の測定に要する時間が半分とる i9 j ですむようになる。したがって応答速度が速ぐるるこの時、測定の方法として、第^{1 1} 図の曲線 1 2 ¹ にいて、 oから t₂， t₂ から t₄の間に測定し、同時に曲線 ^{1 2} 2において、から t₃， t₃ から t₅ と測定する方法と同時に、曲線 1 2 1 , 1 2 2 を同時に用いて、 Oから t で測定、 ^ から t₂ で測定するというように測定する方法がある ₃ ま—た、第 1 O図にける出力端子 1 1 4 ， 1 1 5からのパルス出力をマイクロコンピュ —タに入力し、シャツタ開閉時刻に同期させて加減させることによ、デジタル信号として処理することができる。

第 1 2図は、本発明の tsの例の構成を示す。図にて、

1 0 1 から 1 0 9は、第 1 O図にけるものと全ぐ同じである。また検出装置 ¹ 1 ο , 1 1 1 の番号も同じである。第 ^{1 2}図では新たに、参照用検出装置 ¹ 3 0を設けてある。参照用検出装置 1 3 0は赤外線検出装置 1 1 Οあるいは 1 ^{1 1} とほとんど同じ構造であるカ、赤外線が入射し ¾い構造になっている。すなわち、圧電性素子 ^{1 3 1} の表面にインタディジタル電極 ¹ 3 2 を設け、增巾器 1 3 3に接続され、帰還型発振器を構成している。素子 1 3 1 には外部からの赤外線が入射し ¾いようにふた 1 3 4が設けられていて、一定の周波数をもつ出力が出力端 1 3 5に出力される。三つの素子 1 0 1 ， 1 〇 2 ， 1 3 1 は互に熱的に接続されていて、周囲温度変化に対して同じように影響をうけるように ¾ つている。出力端 ¹ O S ， 1 O Sの出力信号は、ミキサ ^{1 3 6} ， ³ァで出力端^{1 3 5}からの信号と混合され、それぞれ出力端 1 3 8 ， 1 3 9に導かれるつ出力端 1 3 8 ， '1 3 9の出力信号はそれぞれ、検出器 1 1 Οと 1 3 Ο および 1 1 1 と 1 3 0の出力周波数の差の周波数となつている。つま出力端 1 ^{3 8}の信号は、検出器 ^{1 1} Οと検出器 ¹ 3 0の出力信号の周波数の差の周波数の信号となっている。さらに、出力端 1 3 8 ， 1 3 9の信号は、周囲温度に対して補償されて、極めて安定 ¾周波数とるる.つさらにまたこの出力信号は、通常のマイコンで扱える程度の低い周波-数とすることができる利点がある。さらに図示はるいが、出力端 ^{1 3 8} ， 3 9などに'おいて、ダブルへテロダイン方式を用いると、周波数をよ低下させることができ、低価格，低速度マイコン使用に有利にるることは勿論である。

第 1 3図は、第 1 2図の出力端 1 3 8の出力波形の実測例を — 10— -

, '示す。測定対象物温度は 6 0_°C ，室温 ² 5でであつた。

産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明にかかる赤外線検出器は、弾性波素子を用いた帰還型発振器の、前記^性波素子に、シャツタ

5 を用いて赤外光を断続的に照射するとともに、この帰還型発振器の発振出力波形の頭数が所定値に達する期間をシャッタの開閉時間に設定し、クロック信号発生器からのクロックパルス数をシャッタ開，シャツタ閉の期間計数し、その計数信の差の (直で、前記赤外光のエネルギーを検知するものであるため、きわ l O めて感度が高いだけでく、検知精度も高く、またデジタル岀力が得られるという特長を有するものである。

¾ 、シャツタは璣钱的ものを. いてお、可動コイル形、可動鉄片形ど o シャツタ機構のものを^いたつ池にも磁気によ作動するシャッタも用いた。

1 5 またさらに本発明にかかる赤外線検出装置は、弾性波素子と増巾器とで帰還型発振器を構成し、この弹性波素子に照射される赤外線を、シャツタで断続するとともに、このシャツタの開閉時刻よ一定時間さかのぼった時刻から開閉時刻までの時間におけるそれぞれの信号の周波数に応じたパルス数すなわち開

20 時間出力パルス数と閉時間出力パル-ス数との差を計測するこどによ ]?、測定対象物温度を測定できるようにした赤外線検出装置であ ]) 、その検出感度が非常に高いという特長を有し、その上に、出力がパルスであるため、耐雑音性が非常に良好である特長を有する。そして、周波数変化が赤外線エネルギーに対応

25 することから、被測定対象物に接触することなく、その温度を測定することができる。またシャツタの開閉によるパルス計数時間を、弾性波素子の熱時定数にあわせて適当 ¾値にすることによ 1? よ高感度にすることができる。

また、本発明にかかる赤外線検出器は、弹性表面波素子を用いた少なくとも 2個以上の帰還型発振器の、前記彈性表面波素子に赤外光を照射し素子の微小温度変化を発振器の発振周波数の変化として出力し、素子に入射される赤外光を素子前方に設けたシャッタの開閉によ断铳的に入射し、前記 2個以上の素子に入射する赤外光を前記シャッタの開閉位相をずらせて行わせ、前記発振器からの出力波形の波頭（パルス）を計数し、前記シャッタの開時間と閉時間におけるパルス数の差を求めることによ j?赤外線エネルギーを違続して検知するようにしたもの. であるつ勿論、本発明に光学系、たとえばレンズ系，あるいはカセグレン ¾どの皮射系を用て赤外光を集束すれば、感度をよ ])向上させることができる。

Claims

, 請求の範 Β_

1 . 弾性表面波素子ならびに增巾器で榛成された帰還型発振器を有する赤外線検出器、前記彈性表面波素子に照射されるべき赤外線を新続するシャツタ、および、前記シャツタの開時刻あるいは閉時刻よ一定時間さかのぼった時刻から、前記開時刻までの時間における前記赤外線検出器からの開時間出力パルス数と、前記閉時刻までの時間における前記赤外線検出器からの ¾時間出力パルス数とをそれぞれ計数する計数器をそ ¾え、前記計数器によ前記開時間出力パルス数と前記閉時間出力パルス数との差を計数することによ、前記彈性表面波素子に照射される赤外線もしくは赤外線を放射する物体の温度を測定検出することを特徵とする赤外篛検岀装量 c

2 . 請求の範 ¾第 1 項において、弹牲表面莰素子 ¾らびに増 i巾器で構成された帰還型発振器とシャッタとを少なくともニセット有し、赤外線検出器として働く一方の帰還型発振器の出力周波数の温度を他方の帰還型発振器の発振周波数で補償することを特徴とする赤外線検出器。

3 . 請求の範囲第²項において、少なくとも二つの帰還型発振器のそれぞれに設けられたシャツタを一方が開の状態のとき他方が閉の状態にるるよう開閉させ^-ことを特徵とする赤外線検出装置。