WO2021095081A1 - 焦電型赤外線検出器 - Google Patents

焦電型赤外線検出器 Download PDF

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WO2021095081A1
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electrode
infrared detector
positive electrode
negative electrode
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英機 藤原
邦泰 榎木
洋一 村田
ゆかり 杉井
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日本セラミック株式会社
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    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00—Prospecting or detecting by optical means
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    • G01V8/12—Detecting, e.g. by using light barriers using one transmitter and one receiver
    • G—PHYSICS
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    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
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    • G08B13/189—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems
    • G08B13/19—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using infrared-radiation detection systems
    • G08B13/191—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using infrared-radiation detection systems using pyroelectric sensor means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N15/00—Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect
    • H10N15/10—Thermoelectric devices using thermal change of the dielectric constant, e.g. working above and below the Curie point

Definitions

  • the present invention relates to a pyroelectric infrared detector, and more particularly to a pyroelectric infrared detector which is mainly installed on the ceiling and used for intruder warning and lighting control.
  • the pyroelectric infrared detector receives infrared rays emitted by the human body with a pyroelectric photoelectric conversion element, and outputs a signal corresponding to the received infrared rays.
  • the pyroelectric photoelectric conversion element has electrodes arranged on both surfaces of a plate-shaped pyroelectric body, and the temperature of the pyroelectric body changes by receiving infrared rays emitted by the human body, and the temperature change causes the pyroelectric body to become charged. It utilizes the phenomenon of generating an electric charge on the surface of an electric body. Pyroelectric infrared detectors are widely used as human body detection sensors, intruder detection for crime prevention, and automatic lighting for lighting.
  • the pyroelectric infrared detector used for human body detection uses a pyroelectric photoelectric conversion element in which the same number of positive and negative electrodes are arranged on the surface of the pyroelectric body so as not to erroneously detect due to changes in ambient temperature. ing. On the back surface of the pyroelectric body, back electrode is provided corresponding to the positive electrode and the negative electrode.
  • a pyroelectric photoelectric conversion element in which the same number of positive electrodes and negative electrodes are arranged a difference occurs in the voltage generated at both electrodes due to the movement of the human body, and a signal is generated. Therefore, this signal is detected to detect the human body. be able to.
  • the pyroelectric infrared detector installed on the ceiling of a building can detect the movement of the human body in all directions of 360 ° in the horizontal plane, and the detection performance should not be biased depending on the direction. Is required.
  • two positive electrodes and two negative electrodes are provided on the surface of the pyroelectric body. It is known that a total of four electrodes are arranged one by one.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of electrode arrangement in a pyroelectric photoelectric conversion element 51 used in a prior art pyroelectric infrared detector, and is a diagram of a pyroelectric body 10 included in the pyroelectric photoelectric conversion element 51. It is a plan view which looked at the surface.
  • the electrodes and the like formed on the front surface of the pyroelectric body 10 are shown by solid lines, and the electrodes and the like formed on the back surface of the pyroelectric body 10 are shown by broken lines.
  • FIG. 2 shows the connection between the electrodes in the pyroelectric photoelectric conversion element 51 shown in FIG.
  • the positive electrodes 2a and 2b and the negative electrodes 3a and 3b provided on the surface of the pyroelectric body 10 have the same shape, for example, a rectangle.
  • these electrodes are arranged at positions that are symmetrical with respect to the X axis and are also symmetrical with respect to the Y axis.
  • the positive electrodes 2a and 2b are arranged diagonally to each other, and the negative electrodes 3a and 3b are also arranged diagonally to each other.
  • back surface electrodes 4 are provided corresponding to the positive electrodes 2a and 2b and the negative electrodes 3a and 3b, respectively.
  • the negative electrode 3b and the positive electrode 2a are electrically connected
  • the negative electrode 3a and the positive electrode 2b are electrically connected
  • the electrode 2a as a whole is connected.
  • 2b, 3a, 3b, 4 are configured to be connected in series with the pyroelectric body 10 interposed therebetween.
  • a signal is generated at the electrode not only by a change in the amount of infrared rays incident due to the movement of the human body but also by a change in the ambient temperature, so that there is a risk of erroneous detection depending on the degree of the ambient temperature change.
  • signals of the same level may be generated at the same time on the positive electrode and the negative electrode depending on the moving direction of the human body. , The signals generated at these electrodes may be canceled out, resulting in a significant decrease in detection sensitivity. Further, since the four electrodes are arranged, the total area of the gaps between the electrodes is increased, and the area of the electrodes is reduced by that amount, so that the signal output is reduced and the noise level is increased.
  • the present invention is for solving the above-mentioned problems, does not cause false detection when the ambient temperature changes, does not significantly reduce the detection sensitivity depending on the moving direction of the human body, and does not cause a significant decrease in detection sensitivity.
  • An object of the present invention is to provide a pyroelectric infrared detector having a high signal output and low noise.
  • the pyroelectric infrared detector of the present invention is a pyroelectric infrared detector in which a pyroelectric photoelectric conversion element is used as a light receiving element, and the pyroelectric photoelectric conversion element is formed on the pyroelectric body and the surface of the pyroelectric body. It has a positive electrode and a negative electrode, and a back electrode provided corresponding to each of the positive electrode and the negative electrode on the back surface of the pyroelectric body, and the gap between the positive electrode and the negative electrode is a broken line. , A curved line, and a shape obtained by combining a folding line and a curved line.
  • the pyroelectric photoelectric conversion element is provided with two positive electrodes and two negative electrodes.
  • the pyroelectric infrared detector based on the present invention only one positive electrode and one negative electrode need to be provided on the surface of the pyroelectric body, and the area of the gap between the electrodes can be reduced.
  • the electrode area as a whole can be increased, and a high-level signal can be output with low noise.
  • erroneous detection does not occur when the ambient temperature changes, the detection sensitivity does not significantly decrease depending on the moving direction of the human body, and pyroelectricity has a high signal output and low noise.
  • a type infrared detector can be obtained.
  • FIG. 3 shows a pyroelectric photoelectric conversion element used in the pyroelectric infrared detector according to the embodiment of the present invention.
  • the electrodes and the like formed on the front surface of the pyroelectric body 10 are shown by solid lines, and the electrodes and the like formed on the back surface of the pyroelectric body 10 are shown by broken lines.
  • the pyroelectric type photoelectric conversion element 1 shown in FIG. 3 is provided with a positive electrode 2 and a negative electrode 3 on the surface of the pyroelectric body 10.
  • a pair of back surface electrodes 4 are provided corresponding to the positive electrode 2 and the negative electrode 3.
  • the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are arranged in the X direction via the gap 11 on the surface of the photoelectric body 10, and the gap is formed.
  • Reference numeral 11 is formed in any of a non-linear shape, that is, a polygonal line, a curved line, and a shape in which the polygonal line and the curved line are combined.
  • the intersection of the X-axis and the Y-axis is set to the midpoint M of the center line of the gap 11.
  • the shape of the gap 11 is an S-shaped curve, but the shape is not limited to this, and may be a Z-shaped curve or the like, and is a curve or a polygonal line other than the S-shaped curve and the Z-shaped curve. You may.
  • the shape of the gap 11 including the S-shaped curve or the Z-shaped curve is, for example, that the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are arranged in the X direction via the gap 11 on the surface of the pyroelectric body 10, and the shape of the gap 11 is the center line of the gap 11.
  • the positive electrode 2 projects in the X direction on one side of the midpoint M
  • the negative electrode 3 projects in the ⁇ X direction on the other side of the midpoint M. Can be expressed as being.
  • the positive electrode 2 is related to the movement of the human body in all directions. And the signal output generated at the negative electrode 3 becomes unbalanced. Therefore, the signal outputs generated in the positive electrode 2 and the negative electrode 3 when the human body moves are not canceled out.
  • the pyroelectric infrared detector of the present embodiment there is no direction in which the detection sensitivity is significantly lowered, and it can be made omnidirectional.
  • the gap 11 between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 is formed non-linearly, but the non-linearity is defined as indicating the degree of non-linearity.
  • the non-linearity is determined for the positive electrode 2 and the negative electrode 3 with respect to the sides 12 and 13 along the gap 11 of the electrodes. If the width of the gap 11 is constant, the non-linearity calculated for each of the sides 12 and 13 is equal.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the non-linearity with respect to the side 12 of the positive electrode 2, but the non-linearity is similarly determined with respect to the side 13 of the negative electrode 3. Let P and Q be the start point and the end point of the side 12 along the gap 11 of the positive electrode 2, respectively.
  • the non-linearity of both the positive electrode 2 and the negative electrode 3 is preferably 0.1 or more and 1 or less.
  • the non-linearity is less than 0.1, the direction dependence of the detection sensitivity of the pyroelectric infrared detector becomes large.
  • the non-linearity exceeds 1, the manufacturing process of the pyroelectric photoelectric conversion element becomes complicated.
  • the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are generally formed by depositing an electrode material on the surface of the pyroelectric body 10.
  • reference numeral d indicates the width of the gap 11.
  • the width d of the gap 11 is preferably 0.2 mm or more and 1 mm or less.
  • the pyroelectric photoelectric conversion element is compared with the conventional one. It is possible to increase the electrode area in the above, and it is possible to obtain a pyroelectric infrared detector having a larger signal output and a lower noise output.
  • FIG. 5 shows a circuit configuration and the like in the pyroelectric infrared detector of the present embodiment.
  • the pyroelectric infrared detector of the present embodiment is installed on the ceiling of a building or the like and is suitable for detecting a human body moving on the floor.
  • the pyroelectric infrared detector is described above so that the infrared rays transmitted through the infrared transmission window 6 are incident on the pyroelectric photoelectric conversion element 10 in the metal case 5 having the infrared transmission window 6 that transmits infrared rays.
  • a pyroelectric type photoelectric conversion element 10 is enclosed.
  • the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are connected so that the signals generated in the positive electrode 2 and the negative electrode 3 can be canceled when the ambient temperature changes, and a pair of back electrode 4 Is a pair of output terminals of the pyroelectric photoelectric conversion element 10.
  • a connecting portion 15 formed so as to short-circuit both sides of the gap 11 is provided in order to electrically connect the positive electrode 2 and the negative electrode 3.
  • the connecting portion 15 is formed by thin-film deposition when the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are formed by thin-film deposition.
  • an impedance conversion circuit including a field effect transistor 7 is provided in order to output the detection signal of the pyroelectric photoelectric conversion element 10 to the outside.
  • One back electrode 4 of the pyroelectric photoelectric conversion element 10 is connected to the gate G of the field effect transistor 7, and the other back electrode 4 is electrically connected to the metal case 5.
  • a resistor 8 having a high resistance value is connected in parallel to a pair of back surface electrodes 4.
  • the right end side of the metal case 5 in the drawing is the bottom surface of the metal case 5, and three lead wires 18 extend from the bottom surface.
  • One of the lead wires 18 is electrically connected to the metal case 5 itself as a ground terminal GND, and the other two lead wires 18 are connected to the source S and the drain D of the field effect transistor 7, respectively. ..
  • FIG. 6 shows the direction dependence of the detection sensitivity in the pyroelectric infrared detector of the present embodiment shown in FIGS. 3 and 5.
  • a pyroelectric infrared detector is installed on the ceiling of the room, how much the direction dependence of the detection sensitivity of the human body moving on the floor of the room in the horizontal plane is from the position directly under the detector. It is indicated by the ability to detect a person at a distance.
  • FIG. 7 shows the direction dependence of the detection sensitivity in the prior art pyroelectric infrared detector for ceiling installation described with reference to FIGS. 1 and 2. Comparing FIGS.
  • the angles corresponding to the ⁇ X and ⁇ Y directions in FIG. 1 are 0 °, 90 °, 180 ° and 270 °, respectively.
  • the detectable distance when the human body moves is short, and the person cannot be detected unless the human body approaches immediately below the detector. This is because the signal output generated at the positive electrodes 2a and 2b and the signal output generated at the negative electrodes 3a and 3b cancel each other out.
  • the detection sensitivity does not decrease significantly, and the detection sensitivity is improved as compared with the conventional pyroelectric infrared detector for ceiling installation, and the detection sensitivity is farther away. It is possible to detect the human body.
  • Patent Document 2 discloses a pyroelectric infrared detector that is claimed to have no directional dependence of detection sensitivity.
  • the positive electrode, the negative electrode and the positive electrode are arranged in the first line, and the negative electrode, the positive electrode and the negative electrode are arranged in the second line. Electrodes are arranged in 2 rows and 3 columns on the surface of the electric body.
  • the outputs of the respective electrodes cancel each other out, resulting in a significant decrease in sensitivity.
  • the area of the light receiving electrode as a whole becomes small, the signal output becomes small, and the noise output becomes large.
  • the pyroelectric infrared detector of the present embodiment the direction dependence of the detection sensitivity is reduced, and the effective electrode area is increased by providing only two electrodes, so that the signal output can be increased. It is large and the noise output is small.
  • the pyroelectric photoelectric conversion element 10 used in the pyroelectric infrared detector based on the present invention is not limited to the one shown in FIG. 3, and various shapes can be considered as the shape of the gap 11 as described above.
  • FIG. 8 shows a Z-shaped gap 11 when the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are formed on the surface of the pyroelectric body 10. Also in FIG. 8, the electrodes and the like formed on the front surface of the pyroelectric body 10 are shown by solid lines, and the electrodes and the like formed on the back surface are shown by broken lines.

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Abstract

天井などへの設置に適した焦電型赤外線検出器は、受光素子として焦電型光電変換素子を有する。焦電型光電変換素子は、焦電体と、焦電体の表面に形成された正電極及び負電極と、焦電体の裏面において正電極及び負電極のそれぞれに対応して設けられた裏面電極と、を有する。正電極と負電極との間の隙間は、折れ線、曲線、及び、折れ線と曲線を組み合わせた形状のいずれかに形成されている。

Description

焦電型赤外線検出器
　本発明は、焦電型赤外線検出器に関し、特に、主として天井に設置されて侵入者警戒や照明制御などのために用いられる焦電型赤外線検出器に関する。
　焦電型赤外線検出器は、人体が発する赤外線を焦電型光電変換素子で受光し、受光した赤外線に応じた信号を出力するものである。焦電型光電変換素子は、板状の焦電体の両方の面に電極を配置したものであり、人体が発する赤外線を受光することによって焦電体の温度が変化し、その温度変化によって焦電体の表面に電荷を生じるという現象を利用したものである。焦電型赤外線検出器は、人体検出センサとして、防犯用途として侵入者検知、また照明用途として照明の自動点灯などに広く使用されている。
　人体検出の用途に使用される焦電型赤外線検出器では、周囲温度の変化により誤検知しないよう、焦電体の表面に正電極と負電極を同数配置した焦電型光電変換素子を使用している。焦電体の裏面には、正電極及び負電極に対応して裏面電極が設けられている。正電極と負電極とを同数配置した焦電型光電変換素子では人体が動くことにより両方の電極に発生する電圧に差が生じて信号が発生するので、この信号を検出して人体を検出することができる。建物において天井に設置される焦電型赤外線検出器では、水平面内での３６０°あらゆる方向での人体の動きを検知することができ、かつ、方向によって検知性能の偏りが生じないようにすることが求められる。方向による検知性能の偏りが生じないようにするために、例えば特許文献１などに記載されるように、焦電型光電変換素子において、焦電体の表面に正電極と負電極とをそれぞれ２個ずつ合計で４個の電極を配置することが知られている。
　図１は、従来技術の焦電型赤外線検出器において用いられる焦電型光電変換素子５１における電極配置の一例を示す図であって、焦電型光電変換素子５１に含まれる焦電体１０の表面を見た平面図である。図１において、焦電体１０の表面に形成される電極などは実線で示され、焦電体１０の裏面に形成される電極などは破線で示されている。図２は、図１に示す焦電型光電変換素子５１における電極間の接続を示している。焦電型光電変換素子５１において、焦電体１０の表面に設けられる正電極２ａ，２ｂ及び負電極３ａ，３ｂは同一形状であって、例えば長方形である。焦電体１０の表面の例えば中心を原点としてＸＹ座標を考えたとき、これらの電極は、Ｘ軸に関して対称であり、かつＹ軸に関しても対象である位置に配置される。このとき正電極２ａ，２ｂが相互に対角方向に配置し、負電極３ａ，３ｂも相互に対角方向に配置する。焦電体１０の裏面には、正電極２ａ，２ｂ及び負電極３ａ，３ｂの各々に対応して裏面電極４が設けられている。そして焦電型光電変換素子５１は、図２に示すように、負電極３ｂと正電極２ａが電気的に接続し、負電極３ａと正電極２ｂが電気的に接続し、かつ全体として電極２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４が焦電体１０を挟んで直列に接続するように構成されている。焦電型光電変換素子５１では人体の移動による赤外線入射量の変化だけでなく周囲の温度変化によっても電極に信号が発生するので、周囲の温度変化の程度によっては誤検知のおそれもあるが、図２に示すように電極を接続することにより、周囲の温度が変化したときに正電極２ａ，２ｂと負電極３ａ，３ｂに発生する信号を相殺でき、これにより誤検知の発生を防止できるようになる。
特開平６－１６０１９４号公報 特開平８－２１９８７７号公報
　図１に示す従来技術の焦電型光電変換素子を用いる焦電型赤外線検出器では、人体の移動方向によっては正電極と負電極とに同時に同レベルの信号が発生することがあり、その場合、これらの電極に発生する信号が相殺され、結果として検知感度が著しく低下することがある。また、４個の電極を配置するために電極間の隙間の総面積が大きくなり、その分、電極の面積が小さくなるので、信号出力が低下し、雑音レベルが高くなる。
　本発明は上記のような問題点を解決するためのものであり、周囲温度が変化した場合において誤検知を起こすことがなく、人体の移動方向によって検知感度が著しく低下することもなく、かつ、高い信号出力であって低雑音である焦電型赤外線検出器を提供することにある。
　本発明の焦電型赤外線検出器は、焦電型光電変換素子を受光素子とする焦電型赤外線検出器において、焦電型光電変換素子が、焦電体と、焦電体の表面に形成された正電極及び負電極と、焦電体の裏面において正電極及び負電極のそれぞれに対応して設けられた裏面電極と、を有し、正電極と負電極との間の隙間が、折れ線、曲線、及び、折れ線と曲線を組み合わせた形状のいずれかに形成されていることを特徴とする。
　本発明によれば、正電極と負電極との間の隙間の形状を非直線、すなわち折れ線、曲線、及び、折れ線と曲線を組み合わせた形状のいずれかに形成することにより、人体がどの方向に動いたとしても正電極と負電極が発生する信号出力は異なることとなるのでこれらが相殺されることはなく、方向に応じて検知感度が著しく低下することを防ぐことができる。また、従来技術の天井設置用の焦電型赤外線検出器では、図１に示したように、焦電型光電変換素子に正電極と負電極とを２つずつ設けている。これに対し本発明に基づく焦電型赤外線検出器では、焦電体の表面には１つの正電極と１つの負電極のみを設ければよく、電極間の隙間の面積を減らすことができるので全体としての電極面積を大きくすることができ、高いレベルの信号を低雑音で出力することが可能になる。
　本発明によれば、周囲温度が変化した場合において誤検知を起こすことがなく、人体の移動方向によって検知感度が著しく低下することもなく、かつ、高い信号出力であって低雑音である焦電型赤外線検出器を得ることができる。
従来技術の焦電型光電変換素子における電極配置を示す平面図である。 図１に示す焦電型光電変換素子における電極間の接続を示す図である。 本発明の実施の一形態の焦電型赤外線検出器において用いられる焦電型光電変換素子における正電極と負電極の電極形状を示す平面図である。 非直線性及び隙間の定義を説明する平面図である。 実施の一形態の焦電型赤外線検出器を説明する図である。 実施の一形態の焦電型赤外線検出器の検知感度特性を示すグラフである。 従来技術の焦電型赤外線検出器の検知感度特性を示すグラフである。 焦電型光電変換素子における正電極と負電極の電極形状の別の例を示す平面図である。
　次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図３は、本発明の実施の一形態の焦電型赤外線検出器に用いられる焦電型光電変換素子を示している。図３において焦電体１０の表面に形成される電極などは実線で示され、焦電体１０の裏面に形成される電極などは破線で示されている。
　図３に示す焦電型光電変換素子１は、焦電体１０の表面に正電極２と負電極３とを設けたものである。焦電体１０の裏面には、正電極２及び負電極３に対応して１対の裏面電極４が設けられている。焦電体１０の表面に図示するようにＸＹ直交座標系を設定すると、焦電体１０の表面において、正電極２と負電極３とは隙間１１を介してＸ方向に配列しており、隙間１１は非直線の形状、すなわち、折れ線、曲線、及び、折れ線と曲線とを組み合わせた形状のいずれかに形成されている。図において、Ｘ軸とＹ軸との交点は、隙間１１の中心線の中点Ｍに設定されている。ここで示す例では、隙間１１の形状がＳ字曲線となっているが、これに限られるものではなくＺ字曲線などであってよく、Ｓ字曲線、Ｚ字曲線以外の曲線や折れ線であってもよい。Ｓ字曲線またはＺ字曲線を含む隙間１１の形状は、例えば、焦電体１０の表面において正電極２と負電極３とが隙間１１を介してＸ方向に配列し、隙間１１の中心線の中点Ｍを通ってＹ方向に延びる直線に関し、中点Ｍよりも一方の側で正電極２がＸ方向に張り出し、中点Ｍよりも他方の側で負電極３が－Ｘ方向に張り出していると表現することができる。
　本実施形態では、隙間１１を挟んで相対する正電極２と負電極３のそれぞれの辺１２，１３を曲線あるいは折れ線の形状に形成することで、あらゆる方向への人体の移動に関し、正電極２と負電極３とに発生する信号出力が不均衡となる。そのため、人体が動いたときに正電極２と負電極３に発生する信号出力が相殺されることがなくなる。本実施形態の焦電型赤外線検出器では、検知感度が著しく低下する方向がなくなり、無指向性とすることができる。
　本実施形態では正電極２と負電極３との間の隙間１１を非直線に形成するが、非直線の度合いを示すものとして、非直線性を定義する。非直線性は、正電極２及び負電極３について、当該電極の隙間１１に沿う辺１２，１３のそれぞれに関して定められる。隙間１１の幅が一定であれば、辺１２，１３の各々について算出される非直線性は等しくなる。図４は正電極２の辺１２に関して非直線性を説明する図であるが、負電極３の辺１３に関しても同様に非直線性が定められる。正電極２の隙間１１に沿う辺１２の始点と終点とをそれぞれＰ，Ｑとする。ＰＱ間の距離をＬとする。そして、正電極２の隙間１１に沿う辺から線分ＰＱに下した垂線の長さの最大値をｘとする。すると非直線性はｘ／Ｌで定められる。正電極２及び負電極３のいずれについても、非直線性は、０．１以上１以下であることが好ましい。非直線性が０．１未満であるときは、焦電型赤外線検出器の検出感度における方向依存性が大きくなる。一方、非直線性が１を超えるときは、焦電型光電変換素子の製造工程が複雑なものとなる。
　正電極２及び負電極３は、一般に、焦電体１０の表面に対して電極材料の蒸着を行うことによって形成される。検知感度の向上のためには、正電極２及び負電極３の形成に用いる蒸着装置の解像度も考慮しながら、隙間１１の幅を極力狭くすることが好ましい。図４において符号ｄは隙間１１の幅を示している。正電極２及び負電極３の製造の容易さと検知感度の向上との観点から、隙間１１の幅ｄは０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることが好ましい。正電極２と負電極３との間における非電極部分を狭くし、焦電体１０上に電極を配置できる有効スペースを最大限利用することで、従来のものに比べて焦電型光電変換素子における電極面積を大きくすることが可能となり、信号出力がより大きく、雑音出力がより低い焦電型赤外線検出器を得ることが可能になる。
　図５は、本実施形態の焦電型赤外線検出器における回路構成などを示している。本実施形態の焦電型赤外線検出器は、建物の天井などに設置されて、床上を移動する人体の検出に適したものである。焦電型赤外線検出器は、赤外線を透過する赤外透過窓６を有する金属ケース５内に、赤外透過窓６を透過した赤外線が焦電型光電変換素子１０に入射するように、上述した焦電型光電変換素子１０を封入したものである。周囲温度が変化したときに正電極２と負電極３に発生する信号を相殺できるように、焦電型光電変換素子１０では正電極２と負電極３とを接続し、１対の裏面電極４を焦電型光電変換素子１０の１対の出力端子としている。図３に示すように、焦電体１０の表面には、正電極２と負電極３とを電気的に接続するために、隙間１１の両側を短絡するように形成された接続部１５が設けられている。接続部１５は、正電極２及び負電極３を蒸着で形成するときに、同時に蒸着によって形成される。さらに金属ケース５内には、焦電型光電変換素子１０での検出信号を外部に出力するために、電界効果トランジスタ７からなるインピーダンス変換回路が設けられている。電界効果トランジスタ７のゲートＧには、焦電型光電変換素子１０の一方の裏面電極４が接続し、他方の裏面電極４は金属ケース５に電気的に接続されている。１対の裏面電極４に対し、高い抵抗値を有する抵抗８が並列に接続されている。金属ケース５の図示右端の辺は金属ケース５の底面であり、この底面からは３本のリード線１８が延びている。リード線１８の１本は、接地端子ＧＮＤとして金属ケース５自体に電気的に接続し、他の２本のリード線１８は、それぞれ、電界効果トランジスタ７のソースＳ及びドレインＤに接続している。
　図６は、図３及び図５に示す本実施形態の焦電型赤外線検出器における検知感度の方向依存性を示している。ここでは、部屋の天井に焦電型赤外線検出器が設けられているとして、その部屋の床上を移動する人体の検出感度の水平面内での方向依存性が、検出器直下の位置からどれだけの距離を離れた人物を検出できたかによって示されている。一方、図７は、図１及び図２を用いて説明した従来技術の天井設置用の焦電型赤外線検出器における検知感度の方向依存性を示している。図６及び図７を比べると、従来技術の焦電型赤外線検出器では、図１における±Ｘ方向及び±Ｙ方向に相当する角度である０°、９０°、１８０°及び２７０°の各方向において、人体が移動したときの検出可能距離が短く、検出器直下まで人体が接近しないとその人物を検出できない。これは正電極２ａ，２ｂに発生する信号出力と負電極３ａ，３ｂに発生する信号出力が相殺されるためである。これに対し本実施形態の焦電型赤外線検出器では、検知感度が著しく低下する方向がなく、しかも従来の天井設置用の焦電型赤外線検出器に比べ検知感度が向上し、より遠方にいる人体を検出することが可能である。
　特許文献２には、検知感度の方向依存性がないと主張される焦電型赤外線検出器が開示されている。特許文献２に記載された焦電型赤外線検出器では、１行目において正電極、負電極及び正電極と配置され、２行目において負電極、正電極及び負電極と配置されるように焦電体の表面に２行３列で電極が配置されている。しかしながら特許文献２に記載されたものでは、行方向に人体が移動したときに各電極の出力が相殺されることとなって、著しく感度が低下する。また、焦電体の表面に６個もの電極を配置しているため、全体としての受光電極の面積が小さくなって、信号出力が小さくなり、その一方で雑音出力は大きくなる。これに対して本実施形態の焦電型赤外線検出器では、検知感度の方向依存性が小さくなるとともに、電極を２つしか設けずに実効的な電極面積を大きくしているので、信号出力が大きく、かつ雑音出力は小さい。
　本発明に基づく焦電型赤外線検出器に用いられる焦電型光電変換素子１０は図３に示されるものに限定されず、上述したように隙間１１の形状として種々の形状が考えられる。図８は、焦電体１０の表面に正電極２及び負電極３を形成するときに、隙間１１の形状をＺ字形状としたものを示している。図８においても、焦電体１０の表面に形成される電極などは実線で示され、裏面に形成される電極などは破線で示されている。
　　１，５１　焦電型光電変換素子
　　２，２ａ，２ｂ　正電極
　　３，３ａ，３ｂ　負電極
　　４　裏面電極
　　５　金属ケース
　　６　赤外透過窓
　　７　電界効果トランジスタ
　１０　焦電体
　１１　溝
　１５　接続部

Claims (6)

  1. 　焦電型光電変換素子を受光素子とする焦電型赤外線検出器において、
    　前記焦電型光電変換素子は、焦電体と、前記焦電体の表面に形成された正電極及び負電極と、前記焦電体の裏面において前記正電極及び前記負電極のそれぞれに対応して設けられた裏面電極と、を有し、
    　前記正電極と前記負電極との間の隙間は、折れ線、曲線、及び、折れ線と曲線を組み合わせた形状のいずれかに形成されていることを特徴とする、焦電型赤外線検出器。
  2. 　前記正電極及び前記負電極の各々について、当該電極の前記隙間に沿う辺の始点と終点との距離をＬとし、当該電極の辺から前記始点と前記終点とを結ぶ線分に下した垂線の長さの最大値をｘとして、０．１≦ｘ／Ｌ≦１である、請求項１に記載の焦電型赤外線検出器。
  3. 　前記隙間の幅が０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の焦電型赤外線検出器。
  4. 　前記焦電体の前記表面において前記正電極と前記負電極とは前記隙間を介して第１の方向に配列し、
    　前記隙間の中心線の中点を通って前記第１の方向に垂直な直線に関し、前記中点よりも一方の側で前記正電極が前記第１の方向に張り出し、前記中点よりも他方の側で前記負電極が前記第１の方向とは反対方向に張り出している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦電型赤外線検出器。
  5. 　前記焦電体の前記表面において前記隙間を両側を短絡するように形成された接続部によって前記正電極と前記負電極とが電気的に接続している、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焦電型赤外線検出器。
  6. 　赤外透過窓を備えて前記焦電型光電変換素子を収容する金属ケースと、
    　前記金属ケース内に設けられ、前記裏面電極に発生した信号電圧を検出するためのインピーダンス変換回路と、
    　をさらに有する、請求項５に記載の焦電型赤外線検出器。
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