JP2001066186A

JP2001066186A - 焦電検出型赤外計測装置

Info

Publication number: JP2001066186A
Application number: JP24385799A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Tomita; 勝彦冨田; Kazuaki Sawada; 和明澤田
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2001-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】チョッパを用いることなく連続信号を高速で
得ることができ、高感度で測定が可能な焦電検出型赤外
計測装置を提供すること。【解決手段】焦電型赤外センサ１のメモリ回路５に初
期値を入力しておき、その後任意の時間に入力される赤
外線エネルギーに基づく差分信号を、前記初期値に追加
するようにして、連続信号を得るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、焦電検出型赤外
計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】焦電検出器は、強誘電体材料の内部電荷
蓄積量である自発分極がなくなる温度（キュリー点）ま
で電荷量が減少していく温度勾配（焦電係数）を基本原
理とし、単一分極化した薄膜エレメントにして赤外線検
出器として広く用いられているが、温度変化が生じない
と信号が出力されない特徴がある。

【０００３】赤外線検出器による画像装置には、常温で
動作が可能で高感度が期待される焦電型検出器が最も有
望であるが、この焦電型検出器は、図７に示すように、
差動動作である。すなわち、温度一定のときは、同図
（Ａ）に示すように、強誘電体よりなる焦電体７０は分
極しており、その両面の電極７１，７２において電荷が
整然と配列されている。そして、同図（Ｂ）に示すよう
に、赤外線７３が電極７１に入射して焦電体７０の温度
が上昇すると、その温度変化した分だけの電荷が外部に
発電し、前記変化分に見合う電流が流れる。図８は、焦
電型検出器に赤外線が入射したときにおける出力波形の
時間的変化を示すもので、同図上段における符号８１は
入射赤外線を、同図中段における符号８２は電流信号波
形を、同図下段の符号８３は電圧信号波形をそれぞれ示
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、赤外線
検出器は、温度変化がないと信号が発生しないので、連
続信号を得ることができない。赤外線検出器を用いた自
動ドアの開閉機構や侵入検出器においては、通常は温度
変化がない状態で突発的に変動する瞬間を検出するの
で、連続信号が不要であり、センサだけを使用すればよ
い。

【０００５】しかし、連続信号が必要な場合には、一般
的には、標準温度との差分信号を捉えるため、センサは
標準温度面と測定対象面とを交互に見る必要があるとこ
ろから、例えば図９に示すように、標準測定面をセンサ
面において回転させるチョッパ機能を組み込んでいる。
図９において、９１は赤外センサ、９２は赤外センサ９
１の赤外光入射側に設けられるチョッパで、赤外線透過
部９２ａと赤外線遮断部９２ｂとを備えている。９３は
赤外センサ９１の出力を増幅したりＡＤ変換する回路、
９４はＡＤ変換後の赤外センサ９１の出力を処理するコ
ンピュータである。

【０００６】上記チョッパ９２は、例えばモータによっ
て駆動されるが、センサが多数の赤外線検出素子からな
り、例えば二次元的に配列して赤外画像を計測するよう
な場合、チョッパ９２それ自体がセンサにおいて余分な
部材となり、光学系の設計上の配慮や、大きさ、価格な
どで非常に不利な状況になってきている。

【０００７】そこで、最近の赤外センサにおいては、チ
ョッパ無しのセンシング構造が種々検討されている。焦
電検出器は、上述したように、強誘電体の温度変化分に
相当する内部に蓄積された電荷を発生する電荷を発生す
る現象を利用しているが、例えば室温付近にキュリー点
を持つ強誘電体は、室温付近で誘電率が急激に変化す
る。また、前記温度近傍では、誘電率の温度変化も急激
に変化する。この温度変化の急変を温度センサとして利
用することも可能である。この場合、外部電源は必要で
あるが、基礎物性である誘電率温度特性は、一次的に温
度に依存しているので、サーミスタ特性と同じであり、
チョッパ無しで動作する。もっとも、センサそのものの
温度を一定にするために、ペルチェ素子などで一定温度
に保ち、動作させないと、実用上は高感度なものとする
ことはできない。

【０００８】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、チョッパを用いることなく連続
信号を高速で得ることができ、高感度で測定が可能な焦
電検出型赤外計測装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の焦電検出型赤外計測装置は、焦電型赤外
センサのメモリ回路に初期値を入力しておき、その後任
意の時間に入力される赤外線エネルギーに基づく差分信
号を、前記初期値に追加するようにして、連続信号を得
るようにしている（請求項１）。

【００１０】そして、前記焦電検出型赤外計測装置にお
いて、焦電型赤外センサが単一の赤外線検出素子からな
るものであってもよく（請求項２）、また、焦電型赤外
センサが複数の赤外線検出素子を一次元的（直線的）ま
たは二次元的（平面的）に配置してあってもよい（請求
項３）。

【００１１】また、差分信号の追加処理を、各赤外線検
出素子に対応するように設けたメモリ回路において行う
ようにしてもよく（請求項４）、また、差分信号の追加
処理を赤外線検出素子外部のメモリ回路において行うよ
うにしてもよい（請求項５）。

【００１２】さらに、初期値としては任意の値でよい
が、この入力を、電源入力時または測定開始時または長
時間計測の場合における任意時間にワンショットシャッ
タで全ての赤外線検出素子に対して行うようにしてもよ
い（請求項６）。

【００１３】この発明の基本的な考え方は、焦電センサ
から連続信号を得るために、従来のようにチョッパを使
用するのではなく、焦電センサの基本特性である差分出
力をそのまま利用し、信号を蓄積して記憶し、ある一定
時間経過後に新たな差分信号が入力されたときに変化分
を記憶信号に追加し、温度変化がない場合には記憶され
た信号量のままとして、そのまま連続出力とするのであ
る。

【００１４】そして、この発明の焦電検出型赤外計測装
置において、初期値を真値に近くするには、スイッチを
オンしたとき、全ての情報が入るということが前提とな
る。最初、全画素を情報で埋めることが肝要で、例えば
センサにキャップを被せておき、使用者が使用する際、
全ての画素において信号が変化するように、キャップを
外したときがシャッタと同じ機能をさせるようにしても
よいし、カメラの受光部全面で手をかざしたり、カメラ
を大きく振るなどしてもよい。

【００１５】最も妥当な方式は、最初の入力値は、適当
なデフォルト値を入れておいてもよいが、例えば電源入
力時、計測開始時にワンショットシャッタを起動させる
ことである。また、長時間計測の場合には、任意の時間
でワンショットシャッタを起動させて、温度校正をする
ことも考えられる。

【００１６】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、図面を
参照しながら説明する。図１〜図４は、この発明の第１
の実施の形態を示している。まず、図１は、この発明の
焦電検出型赤外計測装置の全体構成を概略的に示す図
で、この図において、１は焦電型赤外センサで、この実
施の形態においては二次元センサに構成されている。す
なわち、この焦電型赤外センサ１のケース２の内部に
は、図２に示すように、例えば３×３個の赤外線検出素
子（焦電エレメント）３が二次元的に配置されるととも
に、複数のＭＯＳＦＥＴ型スイッチ４および赤外線検出
素子３にそれぞれ対応する複数（この例では９個）の例
えば積分回路からなるメモリ回路５が設けられている。
そして、６はケース２の前面、つまり、赤外線入射側
（赤外線検出素子３側）に設けられるシャッタで、例え
ばマイクロマシニングによって形成される。なお、図２
において、７は出力端子、８は電流信号を電圧信号とし
て取り出すための抵抗、９はスイッチングゲート電圧電
源である。

【００１７】さらに、図１において、１０は前記焦電型
赤外センサ１の出力（ディジタル信号）が入力されるコ
ンピュータで、各種の演算機能や画像処理機能を備えて
おり、１１は例えばカラーディスプレイよりなる表示装
置である。

【００１８】上記構成の焦電検出型赤外計測装置におい
ては、例えば電源入力時にシャッタ６をワンショットシ
ャットさせることにより、図３（Ａ）に示すように、初
期値を入力する。この初期値は、焦電型赤外センサ１の
各赤外線検出素子３に対応して設けられているメモリ回
路５に記憶される。そして、この初期値入力の時点から
適宜の時間が経過されると、同図（Ｂ）に示すように、
差分値が入力され、この差分値は、前記メモリ回路５に
記憶されている初期値に追加演算され、連続信号が得ら
れる。

【００１９】図４は、図１に示した人物１２を焦電型赤
外センサ１によって観察したときにおける差分画像を示
すもので、同図（Ａ）はシャッタ６を動作させたときに
得られる初期設定画面を示し、同図（Ｂ）は一定時間経
過したときに得られる画面を示している。図（Ａ），
（Ｂ）において、濃淡の度合いは温度を示し（濃いもの
ほど温度が高い）、これによって、人１２の移動状況や
動きの状態を把握することができる。なお、前記図４に
おいては、焦電型赤外センサ１は、８×８の赤外線検出
素子３から構成されている。

【００２０】図５は、センサの入力段の構成を例示する
もので、同図（Ａ）は、ＭＯＳ型画素方式を示し、これ
は焦電型赤外センサ１が単一の赤外線検出素子３からな
るときに有用である。そして、同図（Ｂ）はＣＣＤ型画
素方式を示すもので、これは上記実施の形態のように、
焦電型赤外センサ１が複数の赤外線検出素子３を二次元
的（平面的）に配置してなるときや、一次元的（直線
的）に配置されているときに有用である。そして、この
図において、１３はポテンシャル井戸である。また、同
図（Ｃ）は、微小電子源型画素方式を示すもので、この
図において、１４は微小電子源である。なお、複数の赤
外線検出素子３が二次元的に配置されているとき、ＭＯ
Ｓスイッチ切替式としてもよい。

【００２１】図６は、この発明の他の実施の形態を示す
もので、この実施の形態においては、メモリ回路５を焦
電型赤外センサ１の内部ではなく、外部に設けている。
すなわち、この図において、符号５Ａは外部メモリを示
している。このように構成した焦電検出型赤外計測装置
の動作は、前記図１に示したものと同じであるので、そ
の説明は省略する。また、この実施の形態においても、
図５に示したセンサの入力段を適用できることはいうま
でもない。

【００２２】この発明は、上述の実施の形態に限られる
ものではなく、例えば、メモリ回路５（または５Ａ）へ
の初期値の入力は、測定開始時であってもよく、さら
に、長時間計測の場合における任意時間にワンショット
シャッタで全ての赤外線検出素子に対して付与するよう
にしてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の焦電検
出型赤外計測装置においては、焦電型赤外センサにモー
タなどによって連続的に駆動されるチョッパを設ける必
要がなく、焦電型赤外センサが小型・コンパクト化され
るとともに、省エネ効果が大きいため、ランニングコス
トが低減される。そして、基本的に、差分信号だけを検
出するので、高速で連続信号を得ることができ、また、
信号を高感度に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の焦電検出型赤外計測装置の構成の一
例を概略的に示す図である。

【図２】前記装置における赤外線検出素子の配置および
電気的接続関係の一例を概略的に示す図である。

【図３】前記装置の動作説明図である。

【図４】前記装置によって人物を観察したときに得られ
る画像の一例を示す図である。

【図５】センサの入力段の構成を概略的に示す図であ
る。

【図６】この発明の焦電検出型赤外計測装置の構成の他
の例を概略的に示す図である。

【図７】焦電検出器の動作を説明するための図である。

【図８】焦電型検出器に赤外線が入射したときにおける
出力波形の時間的変化を示す図である。

【図９】従来の焦電検出型赤外計測装置の構成を概略的
に示す図である。

【符号の説明】

１…焦電型赤外センサ、３…赤外線検出素子、５，５Ａ
…メモリ回路、６…シャッタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焦電型赤外センサのメモリ回路に初期値
を入力しておき、その後任意の時間に入力される赤外線
エネルギーに基づく差分信号を、前記初期値に追加する
ようにして、連続信号を得るようにしたことを特徴とす
る焦電検出型赤外計測装置。
【請求項２】焦電型赤外センサが単一の赤外線検出素
子からなる請求項１に記載の焦電検出型赤外計測装置。
【請求項３】焦電型赤外センサが複数の赤外線検出素
子を一次元的または二次元的に配置してなる請求項１に
記載の焦電検出型赤外計測装置。
【請求項４】差分信号の追加処理を各赤外線検出素子
に対応するように設けたメモリ回路において行うように
した請求項２または３のいずれかに記載の焦電検出型赤
外計測装置。
【請求項５】差分信号の追加処理を赤外線検出素子外
部のメモリ回路において行うようにした請求項２または
３のいずれかに記載の焦電検出型赤外計測装置。
【請求項６】初期値を、電源入力時または測定開始時
または長時間計測の場合における任意時間にワンショッ
トシャッタで全ての赤外線検出素子に対して付与するよ
うにした請求項１〜５のいずれかに記載の焦電検出型赤
外計測装置。