JP2989203B2 - 赤外線検出器 - Google Patents

赤外線検出器

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JP2989203B2
JP2989203B2 JP1265387A JP26538789A JP2989203B2 JP 2989203 B2 JP2989203 B2 JP 2989203B2 JP 1265387 A JP1265387 A JP 1265387A JP 26538789 A JP26538789 A JP 26538789A JP 2989203 B2 JP2989203 B2 JP 2989203B2
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infrared
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伸治 吉行
隆 山本
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、非接触型温度検知、例えば人体検知等に利
用される熱型赤外線検出器に関し、波長−透過率が赤外
線透過とは異なる赤外線透過フィルタを、赤外線入射窓
を覆うように配置することにより、外光または周囲温度
ドリフトによる雑音電圧を低減させた赤外線検出器を提
供できるようにしたものである。
<従来の技術> 熱型赤外線検出器は、赤外線を熱源として利用し、そ
の発熱作用による赤外線検出素子の温度変化を検出する
方式であり、赤外線検出素子としては、焦電素子、サー
モパイル、サーミスタ等が利用されている。第4図は従
来より周知の赤外線検出器の構造を模式的に示す図であ
る。図において、1は赤外線検出素子、2は赤外線検出
素子1を収納するケース、3は底板、4は支持基板、5
及び6は端子である。
赤外線検出素子1は、熱線のエネルギー量に応じて信
号を発生する素子であり、前述の焦電素子、サーモパイ
ル、サーミスタ等によって構成される。赤外線検出素子
1は、薄い支持基板4の上に、間隔H1を隔てて支持され
ている。支持基板4は底板3から浮かした状態で、リー
ド端子5、6上に支持されている。この種の赤外線検出
素子1は、赤外線を熱源として利用し、その発熱作用に
よる温度変化を電圧変化として検出するものであるか
ら、周囲温度による影響等を受けずに、入射赤外線によ
る温度変化をいかに感度良く検知するかが最も重要なポ
イントになる。支持基板4に対する赤外線検出素子1の
支持構造、底板3に対する支持基板4の取付構造または
各部材の材質もしくはディメンション等は、この条件に
適合するように選定され、設計される。
ケース2は、赤外線検出素子1の前面に、赤外線入射
用の窓21を有し、窓21は赤外線透過フィルタとなる赤外
線透過窓部材22を備えている。赤外線検出素子1は、原
理的には全波長範囲の光を感知する。従って、検知しよ
うする対象物が特定された場合、その対象物の発する波
長を選択的に検知するフィルタ特性を付与することが必
要になる。該赤外線透過窓部材22は、上述のフィルタ特
性を得るために備えられたもので、検出しようとする対
象物の発する波長に対する選択性を有する光学的フィル
タである。人体検知の場合には、人体から生じる波長ス
ペクトル分布が、第5図に示すように数μm以上の領域
で相対強度が著しく増大するので、数μm以上の波長を
選択的に通過させるフィルタ特性を有するものによって
構成される。具体的には、シリコン、ゲルマニウム等の
基板に、誘電体を多層に蒸着した誘電体干渉膜フィルタ
が使用される。白熱灯、蛍光灯、太陽光等は、第5図に
示すように、数μm以下の波長であるので、赤外線透過
窓部材22によって遮断される。
<発明が解決しようとする課題> しかしながら、従来の赤外線検出器は、外光が照射さ
れたときに、異常な雑音電圧を発生することがしばしば
あった。前述したように、赤外線透過窓部材22により、
特定波長外の波長を有する光は遮断されるので、このよ
うな雑音は発生しないように見える。しかし、実際に
は、赤外線透過窓部材22によって遮断される領域の波長
の光は、その光エネルギーが熱エネルギーに変化した形
で赤外線透過窓部材22に吸収されるので、赤外線透過窓
部材22の温度が上昇する。その輻射熱を赤外線検出素子
1が感知してしまうためと推測される。
そこで、本発明の課題は、上述する従来の問題点を解
決し、外光による雑音電圧を抑制できるようにした赤外
線検出器を提供することである。
<課題を解決するための手段> 上述する課題を解決するため、本発明に係る赤外線検
出器は、赤外線検出素子と、前記赤外線検出素子を収納
するケースと、フィルタとを含む。前記赤外線検出素子
は、熱線のエネルギー量に応じて信号を発生する素子で
ある。前記ケースは、前記赤外線検出素子の前面に窓を
有し、前記窓は赤外線透過窓部材を備える。
前記赤外線透過窓部材は、5μmから10μmの間の波
長領域で透過率が急激に大きくなる波長−透過率特性を
示す。前記フィルタは、少なくとも前記窓を覆うように
前記ケースの外側に配置され、約10μm付近の波長領域
で透過率が最大となり、波長が短くなるにつれて透過率
が次第に減衰して行き、1μm付近の波長領域では、透
過率が著しく小さくなる波長−透過率特性を示す。
<作用> 赤外線透過窓部材は5μmから10μmの間の波長領域
で透過率が急激に大きくなる波長−透過率特性を示し、
フィルタは、赤外線透過フィルタでなり、少なくとも窓
を覆うように配置され、約10μm付近の波長領域で透過
率が最大となり、波長が短くなるにつれて透過率が次第
に減衰して行き、1μm付近の波長領域では、透過率が
著しく小さくなる波長−透過率特性を示すので、赤外線
透過窓部材の透過波長外の領域であって、外光のエネル
ギーの強い部分を、当該フィルタによって減衰できる。
赤外線透過窓部材は、減衰された外光の入射を受けるこ
ととなるので、外光による輻射エネルギーが小さくな
り、発生する雑音電圧が著しく小さくなる。
更に詳しくは、フィルタは、太陽光、白熱灯及び蛍光
灯等の相対強度が最大となる1μm付近の波長領域で
は、透過率が著しく小さくなる。従って、太陽光、白熱
灯及び蛍光灯等に含まれる光の多くがフィルタによって
減衰を受ける。
このため、赤外線透過窓部材は、減衰された外光の入
射を受けることとなるので、赤外線透過窓部材中で熱エ
ネルギーに変換される光エネルギー量が減少し、その輻
射熱エネルギーが小さくなり、発生する雑音電圧が従来
の1/3〜1/4と著しく小さくなる。
フィルタは、ケースの外側に配置されているから、外
気と直接触れ、放熱性がよい。このため、フィルタにお
いて、光エネルギーが熱エネルギーに変化したとして
も、それによるケースの温度上昇は無視することができ
る。従って、フィルタの輻射熱を赤外線検出素子が感知
して誤った信号を出力することはない。
<実施例> 第1図は本発明に係る赤外線検出器の正面部分断面図
である。図において、第4図と同一の参照符号は同一性
ある構成部分を示している。7はフィルタである。フィ
ルタ7は、波長−透過率特性が赤外線透過窓部材22とは
異なる赤外線透過フィルタでなり、少なくとも窓21を覆
うように、ケース2の外側に配置されている。入射する
外光のうち、赤外線透過窓部材22の透過波長以外の領域
にあって、エネルギーの強い部分は、このフィルタ7に
よる減衰を受ける。
第2図はフィルタ7と赤外線透過窓部材22の波長−透
過率特性の1例を示す図で、特性L1はフィルタ7の透過
率特性、特性L2は赤外線透過窓部材22の透過率特性を示
している。図示するように、赤外線透過窓部材22は5μ
m以上の波長領域で、高い透過率を示しているが、フィ
ルタ7の透過率特性L2は約10μm付近の波長で最大とな
り、5μm以下の波長領域まで、透過率が次第に減衰し
てゆく。太陽光、白熱灯及び蛍光灯等の相対強度が最大
となる1μm付近の波長領域(第5図参照)では、透過
率が著しく小さくなっている。従って、太陽光、白熱灯
及び蛍光灯等に含まれる光の多くがフィルタ7によって
減衰を受ける。
このため、赤外線透過窓部材22は、減衰された外光の
入射を受けることとなるので、赤外線透過窓部材22中で
熱エネルギーに変換される光エネルギー量が減少し、そ
の輻射熱エネルギーが小さくなり、発生する雑音電圧が
従来の1/3〜1/4と著しく小さくなる。
しかも、フィルタ7は、ケース2の外側に配置されて
いるから、外気と直接触れ、放熱性がよい。このため、
フィルタ7において、光エネルギーが熱エネルギーに変
化したとしても、それによるケース2の温度上昇は無視
することができる。従って、フィルタ7の輻射熱を赤外
線検出素子7が感知して誤った信号を出力することはな
い。
フィルタ7は、ポリエチレン樹脂等を主成分とする樹
脂系フィルタによって構成できる。その1例として、特
開昭61−39001号公報に開示される如く、ポリエチレン
樹脂に対してある種の無機顔料を所定量含有させたもの
等をあげることができる。樹脂系フィルタ材料は、誘電
体干渉膜フィルタでなる赤外線透過窓部材22よりも、コ
スト的に有利であり、また、柔軟性及び加工性に富むと
いう利点がある。
実施例において、フィルタ7はキャップ状となってお
り、ケース2の外面を覆うように、ケース2に装着され
ている。これにより、フィルタ7が一種の断熱材として
作用するようになるので、ケース2内にある赤外線検出
素子1が、周囲温度変動による影響を受けにくくなり、
周囲温度変動による雑音電圧が小さくなる。特に、フィ
ルタ7を樹脂を主成分とする赤外線透過材によってキャ
ップ状に構成した場合には、この作用効果がきわめて顕
著である。
しかも、フィルタ7は、ケース2の外側に配置されて
いるから、外気と直接触れ、放熱性がよい。このため、
フィルタ7において、光エネルギーが熱エネルギーに変
化したとしても、それによるケース2の温度上昇は無視
することができる。従って、フィルタ7の輻射熱を赤外
線検出素子7が感知して誤った信号を出力することはな
い。
第3図のデータはエアコンデショナーのない会議室内
での温度変化及び空気対流による雑音電圧の変化を示し
ている。第3図において、横軸に時間軸をとり、縦軸に
雑音の大きさ(相対値)をとってある。特性A1は本発明
に係る赤外線検出器の特性、B1は従来(第4図参照)の
赤外線検出器の特性である。
第3図のデータに示される如く、従来の赤外線検出器
は、その周囲の温度変化(1℃以下)、風の影響によっ
て大きな雑音電圧を発生しているが、本発明に係る赤外
線検出器は、雑音電圧が著しく低減されていることが分
る。
フィルタ7をキャップ状に形成した場合には、フィル
タ7は、ケース2に対して非接着状態で装着する。こう
すると、接着剤塗布等の面倒な工程が不要になり、組立
が容易になる。
また、フィルタ7は、ケース2の筒部23を覆う部分71
の厚みをt1とし、赤外線透過用赤外線透過窓部材22を取
付けた面24を覆う部分72の厚みをt2とした場合、t1>t2
のように選定する。このような関係に設定すると、透過
赤外線に対する減衰量を小さくしながら、周囲温度に対
する断熱作用を確保できる。
<発明の効果> 以上述べたように、本発明に係る赤外線検出器は、赤
外線透過窓部材は5μmから10μmの間の波長領域で透
過率が急激に大きくなる波長−透過率特性を示し、フィ
ルタは、赤外線透過フィルタでなり、少なくとも窓を覆
うように配置され、約10μm付近の波長領域で透過率が
最大となり、波長が短くなるにつれて透過率が次第に減
衰して行き、1μm付近の波長領域では、透過率が著し
く小さくなる波長−透過率特性を示すので、赤外線透過
窓部材の透過波長外の領域であって、外光のエネルギー
の強い部分を、当該フィルタによって減衰させ、外光に
よる赤外線透過窓部材の輻射エネルギーを低減させ、雑
音電圧を著しく小さくした赤外線検出器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る赤外線検出器の正面部分断面図、
第2図は波長−透過率特性を示す図、第3図は周囲温度
変動に対する雑音電圧の変化を示すデータ、第4図は従
来の赤外線検出器の正面部分断面図、第5図は各種外光
及び人体の放射す波長スペクトル分布を示す図である。 1……赤外線検出素子 2……ケース、21……窓 22……赤外線透過窓部材 7……フィルタ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−261025(JP,A) 特開 平1−48637(JP,A) 実開 平3−51333(JP,U) 実開 平4−1419(JP,U) 実開 平2−59447(JP,U) 実開 平2−59448(JP,U) 特公 昭49−43992(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01J 1/02 - 1/04 G01J 5/02 G01V 9/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】赤外線検出素子と、前記赤外線検出素子を
    収納するケースと、フィルタとを含む赤外線検出器であ
    って、 前記赤外線検出素子は、熱線のエネルギー量に応じて信
    号を発生する素子であり、 前記ケースは、前記赤外線検出素子の前面に窓を有し、
    前記窓は赤外線透過窓部材を備えており、 前記赤外線透過窓部材は、5μmから10μmの間の波長
    領域で透過率が急激に大きくなる波長−透過率特性を示
    し、 前記フィルタは、少なくとも前記窓を覆うように、前記
    ケースの外側に配置され、約10μm付近の波長領域で透
    過率が最大となり、波長が短くなるにつれて透過率が次
    第に減衰し、1μm付近の波長領域では、透過率が著し
    く小さくなる波長−透過率特性を示す 赤外線検出器。
  2. 【請求項2】前記フィルタは、キャップ状であり、前記
    ケースの外面を覆うように前記ケースに装着されている
    こと を特徴とする請求項1に記載の赤外線検出器。
  3. 【請求項3】前記フィルタは、樹脂を主成分とすること を特徴とする請求項1または請求項2に記載の赤外線検
    出器。
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JPH04269635A (ja) * 1991-02-25 1992-09-25 Matsushita Electric Works Ltd 熱線式検知器
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