DE69112136T2 - Pyroelektrischer Infrarotdetektor. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Position oder Temperatur eines Gegenstandes, wobei ein Infrarotmeßfühler vom pyroelektrischen Typ verwendet wird.
• Als Infraroterfassungsvorrichtung vom pyroelektrischen Typ ist bisher eine Einrichtung bekannt geworden, bei der ein Gegenstand mechanisch mit einem reflektierenden Abtastspiegel abgetastet wird, wobei ein Punktmeßfühler oder eine lineare Meßfühleranordnung oder eine Einrichtung verwendet wird, bei der der gesamte Gegenstandsbereich von einer zweidimensionalen Mehrmeßfühleranordnung überdeckt ist. Jedoch haben diese Einrichtungen solche Nachteile, daß die erstere, die einen reflektierenden Abtastspiegel verwendet, eine große Größe aufweist und wegen ihrer komplizierten Konstruktion bei den Kosten teuer ist, und die letztere, die eine zweidimensionale Mehrmeßfühlereinrichtung verwendet, um einen weiten Gesichtsfeldbereich zu erreichen, eine Weitwinkelinfrarotlinse verlangt, die schwierig herzustellen und somit teuer ist. Insbesondere erhält eine Einrichtung, mit der die Temperatur eines Gegenstandes gemessen wird, wobei ein pyroelektrischer Meßfühler verwendet wird, eine größere Abmessung, da die Messung durch einen unterbrochenen, einfallenden Infrarotstrahl unter Verwendung eines optischen Unterbrechers durchgeführt werden muß, um den Unterschied zwischen dem Wert, wenn der Unterbrecher geöffnet ist, und demjenigen, wenn er geschlossen ist, zu bestimmen.
• Kürzlich ist eine Infraroterfassungseinrichtung vom pyroelektrischen Typ vom Abtasttyp als eine industrielle Meßeinrichtung untersucht worden, wie eine Zeilenabtastvorrichtung oder ein Meßfühler zum Erfassen eines Innenraumzustands zur Verbrechensverhinderung, zur Unglücksverhinderung oder zur Klimatisierung und ähnlichem. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist in der japanischen, ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 53-41279/1978 geoffenbart.
• Nachfolgend wird ein Beispiel einer herkömmlichen Infraroterfassungseinrichtung vom pyroelektrischen Typ unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
• Fig. 7 zeigt eine herkömmliche, berührungsfreie Temperaturmeßvorrichtung vom Abtasttyp. In Fig. 7 ist 21 ein Motor, der sich mit einer konstanten Drehzahl dreht, 22 ist eine Drehachse des Motors, 23 ist eine sich drehende Scheibe, 24 ist ein Stift, 25 ist ein Abtastreflexionsspiegel, 26 ist eine Haltewelle, 27 ist ein Verbindungsarm, 28 ist ein zu messender Gegenstand, 29 ist ein Reflexionsspiegel, 30 ist ein Reflexionsspiegel, 31 ist ein sich drehender Ausschnitt für den unterbrochenen Infrarotstrahl, 32 ist eine Linse zum Lichtsammeln und 33 ist eine Infrarotstrahlerfassungseinrichtung.
• In bezug auf die berührungsfreie Temperaturmeßvorrichtung vom Abtasttyp, die, wie oben gebildet ist, wird die Arbeitsweise der Vorrichtung unten erläutert.
• Die Drehbewegung des Motors 21 wird auf den reflektierenden Abtastspiegel 25 durch den Verbindungsarm 27 übertragen, um eine hin- und hergehende Bewegung des reflektierenden Abtastspiegels 25 zu bewirken. Der Infrarotstrahl, der von jedem Punkt des zu messenden Gegenstandes ausgesendet wird, der durch die hin- und hergehende Bewegung des reflektierenden Abtastspiegels 25 abgetastet wird, wird an den Reflexionsspiegeln 29, 30 reflektiert, durch die Sammellinse 32 gesammelt und auf die Infraroterfassungseinrichtung 32 geschickt. Der Drehausschnitt 31, der vor der Infrarotstrahlerfassungseinrichtung 33 vorgesehen ist, wird durch den Motor 21 gedreht, und die Temperatur kann gemessen werden, da eine Nut gebildet ist, damit der Infrarotstrahl auf einem Weg des reflektierenden Abtastspiegels übertragen wird.
• Jedoch weist die obengenannte Konstruktion, bei der der reflektierende Abtastspiegel 25 vor der Sammellinse 32 angeordnet ist, Nachteile dahingehend auf, daß es schwierig ist, die Vorrichtung einzubauen oder sie mit kleiner Baugröße wegen der komplizierten Konstruktion des Antriebssystems herzustellen, oder daß, während der Gesichtsfeldwinkel der Sammellinse in der Drehrichtung weit gemacht werden kann, derjenige in Richtung der Drehachse verglichen mit dem der Linse beträchtlich begrenzt ist.
• Die japanische Patentanmeldung JP-A-58180918 offenbart eine Infrarotstrahlüberwachungsvorrichtung, die ein optisches System, in das Infrarotstrahlen eingegeben werden, aufweist, und umfaßt ein fokussierendes, optisches System, eine vertikale Abtastvorrichtung, eine horizontale Abtastvorrichtung, eine Kondensorlinse, Infrarotstrahlerfassungseinrichtungen, die in einem linearen Zustand angeordnet sind. Das optische System ist auf einer Drehbefestigung vorgesehen. Die Abtastvorrichtungen werden durch eine Signalverarbeitungseinrichtung gesteuert, und es ist angegeben, daß, indem die vertikale Abtastung, die horizontale Abtastung und die Drehabtastung kombiniert werden, ein breites Gesichtsfeld mit einer hoher Erfassungswahrscheinlichkeit aber geringen Fehlererfassungswahrscheinlichkeit überwacht werden kann.
• Es ist eine Zielsetzung der Erfindung, die obengenannten Nachteile zu lösen und eine Infraroterfassungsvorrichtung vom pyroelektrischen Typ zu schaffen, die eine einfache Struktur, eine geringe Größe und einen weiten Gesichtsfeldbereich aufweist.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung, wird eine Infraroterfassungsvorrichtung geschaffen, umfassend: eine Meßfühlermehrfachanordnung, die eine Mehrfachanordnung von Bildelementen hat, die in einer Richtung angeordnet sind, wobei jedes Bildelement wenigstens ein Infrarotmeßfühlerelement vom pyroelektrischen Typ aufweist; und wenigstens eine Linse zum Sammeln von einfallenden Infrarotstrahlen auf der genannten Meßfühlermehrfachanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner umfaßt eine Antriebseinrichtung zum Drehen der genannten Linse um die genannte Mehrfachmeßfühleranordnung um eine Drehachse parallel zu der Richtung der Anordnung der genannten Bildelemente herum, um die genannten einfallenden Infrarotstrahlen in einer Richtung der Drehung um die genannte Drehachse herum abzutasten.
• Unter Verwendung einer Ausführungsform der Erfindung, um die obengenannte Zielsetzung zu erreichen, wird ein Infrarotstrahl von einem Gegenstand abgetastet, indem sich die Linse zum Sammeln des einfallenden Infrarotstrahls auf einer Erfassungseinrichtung um die Erfassungseinrichtung herum drehen kann. Somit schafft die Erfindung eine Infrarotstrahlerfassungsvorrichtung mit verringerten, bewegbaren Teilen, einer kompakten Größe und verringerten Kosten, während ein weiter Gesichtsfeldbereich in der Drehrichtung der Linse und ein weiter Gesichtsfeldbereich in der Richtung der Drehachse der Linse, der demjenigen der Linse äquivalent ist, vorliegt.
• Ferner kann gemäß der Erfindung die notwendige Anzahl von Bildelementen des Meßfühlers verringert werden, indem eine Vielzahl von Linsen vorgesehen wird und der Gesichtsfeldbereich in Richtung der Drehachse durch die Zeitdauer dividiert wird, wodurch sich ein Gesichtsfeldbereich ergibt, der größer als der Gesichtsfeldbereich jeder Linse ist.
• Ferner ist es möglich, die Temperatur eines Gegenstandes zu erfassen, ohne eine optische Unterbrechervorrichtung zu verwenden, indem mit der Linse abgetastet wird, um die Meßergebnisse eines Gegenstandes und eines Körpers einer Standardtemperatur zu beobachten und zu vergleichen, der an einem Teil des Gesichtsfeldwinkels der Linse in ihrer Drehrichtung vorgesehen ist.
• Ferner kann die Temperaturmessung eines Gegenstandes über einen gesamten Meßbereich durchgeführt werden, ohne irgendeinen Bereich zu lassen, indem die Messung unmöglich ist, in dem die folgende Bedingung erfüllt wird:
• In der a (mm) ein effektiver Radius der Linse in der Umfangsrichtung ist, f (mm) die Brennweite der Linse ist, w (mm) die effektive Weite eines Infrarotmeßfühlers in der Abtastrichtung und θ (Grad) ein Winkel zwischen dem äußersten Ende des Meßbereiches und der Mitte des Meßbereiches ist.
• Ferner kann die Temperaturmessung eines Gegenstandes ohne optische Unterbrechervorrichtung durchgeführt werden, in dem ein unterbrochener Infrarotstrahl unter Verwendung einer Kombination aus einer bewegbaren Schlitzeinheit verwendet wird, die sich zusammen mit der Linse dreht, und eine ortsfeste Schlitzeinheit, die nahe der bewegbaren Schlitzeinheit angeordnet ist.
• Fig. 1a ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Konstruktion einer Infraroterfassungsvorrichtung vom pyroelektrischen Typ gemäß Beispiel 1 der Erfindung zeigt.
• Fig. 1b ist eine schematische Darstellung einer Ausbildung eines Mehrfachmeßfühlers und eines Signalverarbeitungssystems desselben Beispiels.
• Fig. 2a ist eine schematische Darstellung, die eine Konstruktion einer Elektrode eines Mehrfachmeßfühlers bei der Infraroterfassungsvorrichtung vom pyroelektrischen Typ des Beispiels 2 der Erfindung zeigt,
• Fig. 2b ist eine Wellenformkurve, die die Intensität des Infrarotstrahls und das Ausgangspotential zeigt, wenn das Beispiel in Betrieb ist,
• Fig. 3 ist eine Draufsicht, die eine schematische Konstruktion einer pyroelektrischen Infraroterfassungsvorrichtung des Beispiels 3 der Erfindung zeigt,
• Fig. 4 ist eine Wellenformkurve, die die Intensität des Infrarotstrahls, die Temperatur des Mehrfachmeßfühlers und das Ausgangsbeispiel zeigt, wenn dasselbe Beispiel in Betrieb ist,
• Fig. 5 ist eine Draufsicht, die die Arbeitsweise des Beispiels 4 darstellt,
• Fig. 6 ist eine Draufsicht, die eine schematische Konstruktion einer pyroelektrischen Infraroterfassungsvorrichtung des Beispiels 4 der Erfindung zeigt, und
• Fig. 7 ist ein perspektivisches Diagramm, daß eine schematische Konstruktion einer herkömmlichen Infraroterfassungsvorrichtung vorn pyroelektrischen Typ zeigt.
Beispiel 1
• Nachfolgend wird das erste Beispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Wie in Fig. 1a gezeigt ist, wird der einfallende Infrarotstrahl 1 durch Linsen 2a, 2b auf einem Mehrfachmeßfühler 3 gesammelt, der eine Vielzahl von Infrarotmeßfühlerelementen vom pyroelektrischen Typ umfaßt, die in einer Richtung angeordnet sind. Der Mehrfachmeßfühler 3 ist an einer Einstellplatte 301 angebracht, die an einer ortsfesten Grundplatte 302 befestigt ist. Die Linsen 2a und 2b sind auf der äußeren Oberflache eines Zylinders 4 angeordnet, der um eine Drehachse gedreht wird, die parallel zu der Richtung der Anordnung der Meßfühlerelemente des Mehrfachmeßfühlers 3 angeordnet ist. Die Linsen 2a und 2b werden durch Drehen des Zylinders 4 gedreht, wobei eine Drehantriebsvorrichtung 6 verwendet wird, wie ein Motor, der durch eine Steuerschaltung 5 gesteuert wird, um den Gesichtsfeldbereich des Mehrfachmeßfühlers sequentiell in Richtung der Drehung des Zylinders 4 abzutasten. Wie es in Fig. 2a gezeigt ist, ist jedes der Bildelemente des Mehrfachmeßfühlers 3 mit einer Vorderelektrode 8 und einer Rückelektrode 9 ausgebildet, die auf den beiden Oberflächen einer pyroelektrischen Materialplatte 7 angeordnet sind, und die elektromotorische Kraft, die in jedem Bildelement erzeugt wird, wird in einem Impedanzumwandler 10 verarbeitet und dann in einem Signalprozessor verarbeitet, um Informationen zu erhalten, die sich auf die Position oder die Temperatur des Gegenstandes beziehen, der eine Wärmequelle ist.
• Bei der Infraroterfassungsvorrichtung vom pyroelektrischen Typ der Erfindung beanspruchen das optische System und das mechanische System nur das Volumen eines Zylinders 4, der einen Durchmesser gleich der Brennweite der Linsen 2a, 2b hat, und einer Drehantriebseinrichtung. Deshalb liefert die Erfindung eine Vorrichtung einfacherer Struktur und geringerer Größe verglichen mit dem herkömmlichen System, das einen Punktmeßfühler und ein Reflexionsspiegel vom Abtasttyp verwendet. Ferner liefert, selbst wenn eine Linse mit einem schmalen Gesichtsfeld für die Linsen 2a, 2b verwendet wird, die Vorrichtung der Erfindung ein ausreichend weites Gesichtsfeld in Richtung der Drehung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Linse 2a bzw. 2b auf der Vorder- und Rückseite des Zylinders 4 angeordnet, und ihr Einstellwinkel in Richtung der Drehachse wird so eingestellt, daß die Linse 2a ein nach oben gerichtetes Gesichtsfeld und die Linse 2b ein nach unten gerichtetes Gesichtsfeld aufweist, wodurch das Gesichtsfeld in getrennte Halbfelder unterteilt wird, während sich der Zylinder 4 mit einer Drehung dreht. Durch diese Anordnung kann jede der Linsen einen halben Gesichtsfeldwinkel besitzen, und der Mehrfachmeßfühler kann eine halbe Anzahl von pyroelektrischen Elementen aufweisen. In dem Fall der Fig. 1a weist die Vorrichtung einen Mehrfachmeßfühler aus 3 Bildelementen und 2 Linsen 2a und 2b auf, und das Gesichtsfeld ist in sechs Bereiche unterteilt. Somit hat die Vorrichtung einen Gesichtsfeldwinkel von 60º, wenn ein Bereich ein Gesichtsfeld von 10º hat. Eine verbesserte Wirkung wird erreicht, wenn die Anzahl der Linsen erhöht wird und der Gesichtsfeldwinkel in mehr als zwei unterteilt wird.
Beispiel 2
• Wenn die Position einer Wärmequelle, die einen kleineren Bereich als ein Bildelement des Mehrfachmeßfühlers aufweist, erfaßt werden soll, wird die Erfassungsempfindlichkeit verringert, da das Verhältnis der Fläche, der von dem Bild der Wwärmequelle eingenommen wird, zu derjenigen eines Bildelements klein wird. Andererseits wird diese Schwierigkeit in dem Fall einer Wärmequelle mit einer großen Fläche nicht hervorgerufen. Deshalb wird es schwierig, eine kleinere Wärmequelle zu erfassen. Nachfolgend wird Beispiel 2, das diese Schwierigkeit überwindet, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 2a zeigt die Ausbildung eines Bildelements eines Mehrfachmeßfühlers 3 des Beispiels, bei dem ein Bildelement aus einer Vielzahl von pyroelektrischen Elementen 12 zusammengesetzt ist, die mit Elektroden 8, 9 auf ihren beiden Seiten verbunden sind. Die Ausbildung unterscheidet sich von der der Fig. 1b, bei der ein Bildelement aus einem pyroelektrischen Element gebildet ist. Die pyroelektrischen Elemente sind in zwei Reihen als Seite 12a und Seite 12b angeordnet. Wenn X der Richtung zugeordnet wird, die 12a und 12b verbindet, und Y der Richtung der Anordnung der pyroelektrischen Elemente jeder Reihe zugeordnet wird, sind die pyroelektrischen Elemente, die nebeneinander in der Richtung X angeordnet sind, mit einer Rückelektrode 9, wie 12a und 12b verbunden, und die pyroelektrischen Elementen, die nahe den pyroelektrischen Elementen in der Richtung Y angeordnet sind, wobei letztere mit einer Rückelektrode verbunden sind, nämlich pyroelektrische Elemente, die in der Diagonalrichtung angeordnet sind, wie 12a und 12c sind mit einer Vorderelektrode 8 verbunden, und alle pyroelektrischen Elemente sind in Reihe, wie es in der Zeichnung gezeigt ist. Wenn ein Signal von einer Vorderelektrode 8 eines pyroelektrischen Elements 12b abgenommen wird, wird die Polarität aller pyroelektrischer Elemente der Seite 12b positiv und die Polarität aller pyroelektrischer Elemente der Seite 12a wird negativ. Die anderen Bildelemente des Mehrfachmeßfühlers 3 sind in der Y-Richtung angeordnet, und das Bild des Infrarotstrahls, der durch die Linse 2 gesammelt wird, wird durch Drehung der Linse in der X-Richtung abgetastet.
• Bezugnehmend auf Fig. 2b wird eine Wellenform eines Ausgangspotentials, das erzeugt wird, wenn die Linse 2 dieser Vorrichtung zum Abtasten gedreht wird, unten erläutert. A zeigt eine Wellenform des Infrarotstrahls, der in ein Bildelement durch Abtasten der Linse 2 gelangt, a ist ein Bild des Gegenstands, der eine größere Weite als diejenige des Bildelements hat, und b entspricht einem Bild eines Gegenstands, das eine Weite ähnlich derjenigen des pyroelektrischen Elements 12a hat.
• B ist eine Wellenform eines Ausgangssignals, wenn ein pyroelektrisches Element aus einem Bildelement aufgebaut ist, wobei die Temperatur des pyroelektrischen Elements erhöht wird, wenn es Infrarotstrahlen von dem Gegenstand empfängt, um die Ausgangsspannung zu erhöhen, so daß die Position des Gegenstands durch die Spannungsänderung erfaßt wird. In dem Fall eines Gegenstands, der eine größere Abmessung als die Weite des Bildelements hat, wird eine große Spannungsänderung, wie c erzeugt, da die Menge an empfangenem Licht groß ist und die Zeit, die Infrarotstrahlung zu empfangen, lang ist, wobei aber nur eine geringe Spannungsänderung, wie d, in dem Fall eines kleinen Gegenstandes erzeugt wird, da ein Bildelement eine kleine Lichtempfangsfläche aufweist, so daß die Menge an empfangenem Licht klein ist und die Lichtempfangszeit kurz ist.
• Andererseits wird bei der Ausgestaltung des Beispiels, wie es durch C gezeigt ist, die Spannung angehoben, wie es durch e gezeigt ist, wenn das pyroelektrische Element 12b Licht empfängt, und mit dem Fortschreiten des Abtastens durch die Linse 2 wird eine entgegengesetzte, elektromotorische Kraft erzeugt, wenn das pyroelektrische Element 12a beginnt, Licht zu empfangen, um den Zustand f zu erreichen, indem die elektromotorische Kraft ausgeglichen wird, die fortfährt anzusteigen, wie es durch die unterbrochene Linie angegeben ist. Im Laufe des Abtastens wird, wenn das Element 12a alleine Licht empfängt, die Spannung auf den Pegel abgesenkt, bevor Licht empfangen wird. In dem Fall eines kleinen Gegenstandes wird der flache Teil, wie es in dem Fall eines großen Gegenstandes gezeigt ist, verringert, und die Spannung wird unmittelbar abgesenkt, nachdem sie angestiegen ist, wie es durch i und j gezeigt ist. Somit wird die Vorrichtung vorteilhafter Weise zum Erfassen einer kleinen Wärmequelle verwendet, da die Impulshöhe nicht von der Größe des Gegenstandes abhangt, um eine Information über die Größe der Wärmequelle aus der Information der Impulsamplitude zu erhalten.
Beispiel 3
• Die herkömmliche Vorrichtung erhält eine große Abmessung, weil die Information über die Temperatur eines Gegenstandes aus der Amplitude eines Wechselstromsignals bestimmt wird, das durch Unterbrechen des Infrarotstrahls mit einer Unterbrechervorrichtung erzeugt wird.
• Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wird das dritte Beispiel der Erfindung unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
• Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Ausbildung der Vorrichtung dieses Beispiels unterschiedlich von derjenigen der Fig. 1 dahingehend, daß eine Abschirmplatte 13, die das Gesichtsfeld des Mehrfachmeßfühlers 3 begrenzt, an einer position nahe der Linse 3 innerhalb eines Bereiches des Abtastgesichtsfeldes der Linse 2 vorgesehen ist, und die Temperatur der Abschirmplatte 3 wird durch einen Temperaturüberwachungsteil 14 gemessen, um eine Standardtemperatur zu bestimmen. Die Information über die Temperatur eines Gegenstandes kann ohne eine Unterbrechervorrichtung erhalten werden, indem abwechselnd die Abschirmplatte und der Gegenstand beobachtet wird, während die Drehung der Linse 2 über eine Steuereinrichtung 5 gesteuert wird.
• Die Linse 2 kann fortlaufend gedreht werden, wodurch das von dem Mehrfachmeßfühler 3 ausgegebene Signal in einem Impedanzumwandler 10 verarbeitet und dann einer Differenzierung durch eine Differenzierschaltung 15 unterworfen wird. In dem Frequenzbereich, der niedriger als die Abschneidefrequenz der Differenzierschaltung 15 ist, wird die Differenzierung näherungsweise, weil das Signal in der ersten Ordnung in bezug auf die Frequenz abgeschwächt ist.
• Der Ausgang von einem Infrarotmeßfühler vom pyroelektrischen Typ wird als ein integrierter Typ entsprechend der einfallenden Infrarotenergie in einer Zeitdauer erhalten, die kürzer als die Temperaturzeitkonstante ist, und deshalb wird eine relative Verteilung der Infrarotintensität erhalten, indem ein Signalprozessor vom Differenziertyp verwendet wird. Jedoch ist es schwierig, die Verteilung der Infrarotintensität genau während einer längeren Zeitdauer zu erhalten, da der erzeugte Ausgang nach der Zeitdauer der Temperaturzeitkonstanten aufgrund der thermischen Diffussion von dem pyroelektrischen Element abgeschwächt wird. Es ist möglich, fortlaufend die Temperaturverteilung eines Gegenstands auf der Grundlage eines Standardtemperaturkörpers nach dem Messen der Temperatur des Körpers zu bestimmen, indem die Drehung der Linse 2 durch die Steuereinrichtung 5 so gesteuert wird, daß Infrarotstrahlung, die von dem Standardtemperaturkörper ausgesendet wird, periodisch innerhalb einer Zeit angewendet wird, die kürzer als die Temperaturzeitkonstante ist.
• Fig. 4 zeigt Wellenformkurven von jedem Teil, die erzeugt werden, wenn die Linse 2 gedreht wird. A zeigt die Intensität des auf den Meßfühler 2 einfallenden Infrarotstrahls, wobei a ein Zustand ist, wenn der Infrarotstrahl nur von der Abschirmplatte 13 hereinkommt, b ein Zustand ist, wenn der Infrarotstrahl von einem Gegenstand hereinkommt, und c ein Zustand ist, wenn wieder der Infrarotstrahl nur von der Abschirmplatte kommt. Ein solches Muster einer Zustandsänderung wird wiederholt. B zeigt eine Wellenform des Temperaturmehrfachmeßfühlers, der eine Wellenform aufweist, die durch Integration der einfallenden Infrarotstrahlung erhalten wird. Die elektromotorische Kraft des Mehrfachmeßfühlers wird proportional zu der Temperaturänderung des Mehrfachmeßfühlers geändert. C zeigt ein Ausgangssignal, das durch Differenzierung erhalten worden ist und sich auf das Signal mit der Differenzierschaltung 15 bezieht. Die Wellenform des Ausgangssignals C nimmt die gleiche Form wie diejenige der Verteilung der einfallenden Infrarotstrahlung an. Jedoch kann die Temperaturverteilung eines Gegenstandes erhalten werden, indem die Ausgangsspannung des Zustandes a als ein Standard für jeden Zyklus verwendet wird, da, wie es oben erwähnt worden ist, die Ausgangsspannung des Zustandes a, der Infrarotstrahl nur von der Abschirmplatte kommt, nicht immer konstant bei jedem Zyklus ist. Mit diesem System ist es möglich, die Information der Temperaturverteilung ohne Ändern der Ausgestaltung der Vorrichtung zu erhalten und eine Vorrichtung kleiner Baugröße herzustellen.
• Dann ist es auch möglich, eine Temperaturinformation eines Gegenstandes zu erhalten, indem eine Mehrzahl von Abschirmplatten 13 in dem Weg des Gesichtsfeldes vorgesehen werden, das durch die Linse 2 abgetastet wird, und indem die Linse 2 in der festen Richtung gedreht wird, um abwechselnd die Abschirmplatte und den Gegenstand zu beobachten.
Beispiel 4
• Wenn beim Beispiel 3 die Messung ausgeführt wird, indem eine Mehrzahl von Abschirmplatten 13 in dem durch die Linse 2 abgetasteten Gesichtsfeld vorgesehen wird, um das Gesichtsfeld in eine Mehrzahl von Bereichen zu unterteilen, die getrennt im Laufe der Zeitdauer gemessen werden, kann manchmal ein Bereich gefunden werden, wo die Messung nicht durchgeführt werden kann. Beispiel 4 erfüllt die Bedingungen, diese Schwierigkeit zu überwinden, und kann die Messung sequentiell mit der Zeitdauer über den gesamten Meßbereich ausführen, ohne irgendeinen toten Bereich zu lassen.
• Nachfolgend wird Beispiel 4 unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 5 zeigt eine Draufsicht, bei der a ein effektiver Durchmesser der Linse in der Abtastrichtung ist, f die Brennweite der Linse ist, w eine effektive Weite des pyroelektrischen Meßfühlers in der Abtastrichtung ist und 6 ein Winkel ist, der zwischen dem äußersten Ende des gesamten Meßbereiches und der Mitte des gesamten Meßbreiches gebildet wird. Wenn jeder der Parameter die folgende Formel erfüllt, kann die Messung sequentiell im Laufe der Zeitdauer über den gesamten Meßbereich durchgeführt werden, ohne irgendeinen toten Bereich zu lassen.
• Beispiele von Werten, die praktisch erhalten worden sind, sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Beispiel 5
• Beispiel 5 der Erfindung wird unter der Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Dieses Beispiel, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 3 darin, daß eine Vielzahl von länglichen Schlitzen 16 an dem äußeren Umfang des Zylinders 4 entlang seiner Drehachse in Richtung des Umfangs mit konstanten Intervallen vorgesehen sind, wobei die genannten Schlitze mit dem Zylinder gedreht werden, und daß eine Schlitzplatte 17 vorgesehen ist, die mit einer Vielzahl von Schlitzen bei den gleichen Intervallen wie die Schlitze 16 auf einem Kreis versehen ist, der zu dem Zylinder aber etwas zu dessen äußerer Seite konzentrisch ist. Die Intensität des Infrarotstrahls 1 wird bestimmt, indem die Schlitze 16 zusammen mit dem Zylinder 4 gedreht werden und die Schlitzplatte 17 ortsfest gehalten wird, um unterbrochen den einfallenden Infrarotstrahl zu empfangen, wodurch die Amplitude des Ausgangswechselsignals gemessen wird. Dieses Verfahren ergibt eine beträchtlich einfache Struktur, die das Abtasten entlang der optischen Achse ausführen und den Infrarotstrahl mit einem einfachen Antriebsmechanismus unterbrechen kann. Die Schlitze 16 und die Schlitzplatte 17 können in einem Zylinder vorgesehen sein, der den gleichen Durchmesser wie die Brennweite der Linse aufweist, oder auf seinem äußeren Umfang, und deshalb schafft die Ausgestaltung die Möglichkeit eines unterbrochenen Infrarotstrahls, ohne den Vorteil zu verlieren, daß die Vorrichtung eine kleine Baugröße aufweist.
• Obgleich eine Reihe eines Mehrfachmeßfühlers bei diesem Beispiel verwendet wird, kann die gleiche Wirkung erhalten werden, indem Mehrfachmeßfühler mit mehr als einer Reihe verwendet werden. Bei der Verwendung eines Mehrfachmeßfühlers mit zwei Reihen kann der sogenannte tote Winkel, nämlich eine Richtung, in der die Messung mit einem Mehrfachmeßfühler mit einer Reihe nicht ausgeführt werden kann, wenn die Schlitze 16 geschlossen sind, durch zusätzliche Verwendung einer weiteren Reihe gemessen werden.
• Ferner können die Schlitze 17, die auf dem Außenumfang des Zylinders vorgesehen sind, auf seiner Innenseite vorgesehen werden.
• In den Beispielen 2 und 3 werden die gleichen Wirkungen erhalten, wenn die Linse 2 und der Mehrfachmeßfühler 3 angetrieben werden, sich zu drehen, indem die Linse und der Mehrfachmeßfühler festgelegt werden. Deshalb kann eine stabilerere Empfindlichkeit erhalten werden, da der Einfallswinkel des Infrarotstrahls auf den Meßfühler konstant wird.

Claims (7)

1. Eine Infraroterfassungsvorrichtung umfassend:

eine Meßfühlermehrfachanordnung (3), die eine Mehrfachanordnung von Bildelementen (7) hat, die in einer Richtung angeordnet sind, wobei jedes Bildelement wenigstens ein Infrarotmeßfühlerelement vom pyroelektrischen Typ (12a, 12b, 12c) aufweist; und

wenigstens eine Linse (2, 2a, 2b) zum Sammeln von einfallenden Infrarotstrahlen auf der genannten Meßfühlermehrfachanordnung,

dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner umfaßt eine Antriebseinrichtung (6) zum Drehen der genannten Linse (2, 2a, 2b) um die genannte Mehrfachmeßfühleranordnung (3) um eine Drehachse parallel zu der Richtung der Anordnung der genannten Bildelemente herum, um die genannten einfallenden Infrarotstrahlen in einer Richtung der Drehung um die genannte Drehachse herum abzutasten.

2. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, in der eine Vielzahl von Linsen (2a, 2b) als die genannte wenigstens eine Linse derart angeordnet sind, daß jede der Vielzahl von Linsen mit einem Befestigungswinkel angeordnet ist, die voneinander in der Richtung der Drehachse unterschiedlich sind, um ein Gesichtsfeld zu erhalten, das unterschiedlich von einem anderen in Richtung der Drehachse ist.

3. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, in der jedes Bildelement (7) der genannten Meßfühlermehrfachanordnung aus einer Vielzahl von Infrarotmeßfühlerelementen (12a, 12b, 12c) zusammengesetzt ist, die in Reihe verbunden sind, wobei die genannten Elemente in zwei Reihen jeweils in der gleichen Richtung wie die Richtung der angeordneten Bildelemente angeordnet sind, so daß die Ausgänge von den genannten Bildelementen eine unterschiedliche Polarität aufweisen, wenn die genannten Elemente einer Reihe den genannten Infrarotstrahl empfangen, gegenüber derjenigen, wenn die genannten Elemente der anderen Reihe den genannten Infrarotstrahl empfangen.

4. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend:

einen Standardtemperaturkörper (13, 16, 17), der nahe der genannten Linse in einem Teil des Gesichtsfeldes angeordnet ist, der von der genannten Linse abgetastet wird; und

einen Signalprozessor (11, 15), der mit der genannten Meßfühlermehrfachanordnung zum Messen einer Temperatur eines Gegenstandes gekoppelt ist, in dem ein Ausgang von der genannten Meßfühlermehrfachanordnung, wenn ein Infrarotstrahl von dem genannten Gegenstand erhalten wird, mit einem Ausgang von der genannten Meßfühlermehrfachanordnung verglichen wird, wenn ein Infrarotstrahl von dem genannten Standardtemperaturkörper erhalten wird.

5. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 4, in der der genannte Standardtemperaturkörper (13, 16, 17) in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt ist, die periodisch in der Abtastrichtung angeordnet sind, und in der die genannte Meßfühlermehrfachanordnung (3), die genannte Linse (2, 2a, 2b) und der genannte Standardtemperaturkörper (13) angeordnet sind, daß sie die folgene Bedingung erfüllen:

worin a ein effektiver Durchmesser der genannten Linse in der Abtastrichtung ist, f eine Brennweite der genannten Linse ist, w eine effektive Weite des genannten Bildelements in der Abtastrichtung ist, und θ ein Winkel ist, der zwischen dem äußersten Ende eines Meßbereiches und einer Mitte des Meßbereiches gebildet ist.

6. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 4, in der die genannte Antriebsvorrichtung (6) die genannte Linse (2, 2a, 2b) antreibt, derart abzutasten, daß der Infrarotstrahl von dem genannten Standardtemperaturkörper (13, 16, 17) periodisch auf die genannte Linse auffällt, und der genannte Signalprozessor (11, 15) eine Differenzierschaltung (15) zum Differenzieren des Ausgangs des genannten Mehrfachmeßfühlers einschließt.

7. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 4, in der der genannte Standardtemperaturkörper (16, 17) umfaßt:

ortsfeste Schlitze (17), die in konstanten Abständen auf einer zylindrischen Ebene vorgesehen sind, deren Mittelachse die gleiche wie die genannte Drehachse ist, und auf einem optischen Weg angeordnet sind, auf dem die genannte Linse (2, 2a, 2b) abgetastet wird; und

bewegbare Schlitze (16), die in den gleichen Abständen wie die genannten ortsfesten Schlitze und parallel zu den genannten ortsfesten Schlitzen auf dem genannten optischen Weg der genannten Linse angeordnet sind, wobei die genannten bewegbaren Schlitze zusammen mit der genannten Linse gedreht werden, um unterbrechend den genannten einfallenden Infrarotstrahl hindurchzulassen.