JP3422619B2 - Pyroelectric infrared sensor and device - Google Patents
Pyroelectric infrared sensor and deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、温度分布測定、人
体検知、非接触の熱物体検知などに使用する焦電型赤外
線センサに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pyroelectric infrared sensor used for temperature distribution measurement, human body detection, non-contact thermal object detection and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、赤外線を用いた空間の温度分布を
測定する装置には２種類がある。その１つは２次元の量
子型固体撮像赤外線センサを用いて温度分布を求める方
法である。もう１つは、焦電センサを用いて空間温度分
布を求める方法であって、例えば特開昭６４−８８３９
１、特開平２−１８３７５等に記載の如く、単一の焦電
センサを用いて、機構的に縦方向、及び横方向に走査さ
せて温度分布を求める方法である。2. Description of the Related Art Conventionally, there are two types of devices for measuring the temperature distribution in space using infrared rays. One is a method of obtaining a temperature distribution using a two-dimensional quantum solid-state imaging infrared sensor. The other is a method of obtaining a spatial temperature distribution using a pyroelectric sensor, which is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 64-8839.
1. As described in JP-A-2-18375 and the like, it is a method of obtaining a temperature distribution by mechanically scanning in a vertical direction and a horizontal direction using a single pyroelectric sensor.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】量子型固体撮像赤外線
センサは、解像度は高いが、センサ部の冷却が必要なた
め、装置が大きくなりかつ高価になるという問題があっ
た。Although the quantum solid-state imaging infrared sensor has a high resolution, it has a problem that the device becomes large and expensive because the sensor part needs to be cooled.
【０００４】焦電センサを用いたものは、センサ感度が
低く空間分解能及び温度分解能が低いという課題があっ
た。The one using the pyroelectric sensor has a problem that the sensor sensitivity is low and the spatial resolution and the temperature resolution are low.
【０００５】本発明は、このような従来のセンサの課題
を考慮し、低コストで高感度の焦電型赤外線センサ及び
装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems of the conventional sensor, and an object of the present invention is to provide a pyroelectric infrared sensor and a device with low cost and high sensitivity.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、複数個の焦電
素子がアレイ状に設けられた焦電型赤外線センサにおい
て、それらの複数個の焦電素子の受光面積が、各焦電素
子が担当する領域の背景面積に基づいて決定され、異な
った面積の焦電素子に関しては、その異なる程度に応じ
て、それらの焦電素子の出力をそれぞれ増幅する各増幅
信号処理回路における帰還抵抗を変更することによっ
て、それぞれの増幅率を互いに変更することを特徴とす
る焦電型赤外線センサである。According to the present invention, in a pyroelectric infrared sensor having a plurality of pyroelectric elements provided in an array, the light receiving area of each of the plurality of pyroelectric elements is equal to that of each pyroelectric element. Is determined based on the background area of the area in charge of, and for pyroelectric elements with different areas, the feedback resistance in each amplified signal processing circuit that amplifies the output of those pyroelectric elements according to the different degree The pyroelectric infrared sensor is characterized in that the respective amplification factors are mutually changed by changing them .
【０００７】このような構成によって、本発明は次のよ
うな作用効果を奏する。With this structure, the present invention has the following operational effects.
【０００８】複数の面積の異なる焦電素子を設けること
により、空間分解能を向上させ、さらに、増幅信号処理
回路に於てオペアンプと組み合わせる帰還抵抗を調節す
ることにより、素子のＳ／Ｎを向上させ、かつ後の増幅
処理を簡易にすることにより高感度かつ低コストの素子
を提供できる。By providing a plurality of pyroelectric elements having different areas, the spatial resolution is improved, and further, the feedback resistance combined with the operational amplifier in the amplified signal processing circuit is adjusted to improve the S / N of the element. In addition, a device with high sensitivity and low cost can be provided by simplifying the subsequent amplification process.
【０００９】また、本発明では、赤外線センサに入射す
る赤外線を断続的に遮断するためのチョッピング部を設
けることにより、温度測定がより感度良く実現できる。
更に、赤外線センサを回転させることにより、広範囲の
視野を得ることができる。Further, according to the present invention, the temperature measurement can be realized with higher sensitivity by providing the chopping section for intermittently blocking the infrared rays incident on the infrared sensor.
Further, by rotating the infrared sensor, a wide field of view can be obtained.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１１】図１は本発明の一実施形態に用いられる温
度分布測定装置の概略構成を示すものであって、複数の
受光部（焦電素子）をライン状に設けた焦電型赤外線ア
レイセンサ１と、そのアレイセンサ１の前面に集光する
ための赤外線レンズ２と、それらセンサ１とレンズ２と
を保持し回転させる回転フレーム３１が設けられてい
る。また、赤外線レンズ２に入射する赤外線を断続的に
遮断するためのチョッパ用開口部４を有する円錐台形状
のチョッパ５が赤外線レンズ２の外側で回転可能に配置
されている。５１はその回転軸である。アレイセンサ１
とレンズ２と回転フレーム３１とでセンサ回転部３を構
成している。そのセンサ回転部３の内アレイセンサ１と
レンズ２とは垂直方向に対して４０度傾けて設置されて
いる。さらに、センサ回転部３のアレイセンサ１の上端
に、チョッピング状態を検知するためのフォトカプラ６
を有するアーム６１が設けられている。このフォトカプ
ラ６はフォトダイオードとフォトトランジスタ等の発光
素子と受光素子で構成されている。このフォトカプラ６
の発光素子と受光素子と間を上記チョッパ５の先端を横
切らすことによってチョッピング状態を検知するように
なっている。チョッパ５は、図２に示すように、その斜
面部５２がアレイセンサ１に平行になっており、開口部
４を等間隔に設けている。この開口部４の数ｎにより、
一回転でｎ回のチョッピングが可能となる。チョッパ５
およびセンサ回転部３は変速機７を介して回転機動部８
に機械的に接続している。FIG. 1 shows a schematic structure of a temperature distribution measuring apparatus used in an embodiment of the present invention. A pyroelectric infrared array sensor having a plurality of light receiving portions (pyroelectric elements) provided in a line. 1, an infrared lens 2 for collecting light on the front surface of the array sensor 1, and a rotating frame 31 for holding and rotating the sensor 1 and the lens 2. Further, a truncated cone-shaped chopper 5 having a chopper opening 4 for intermittently blocking infrared rays incident on the infrared lens 2 is rotatably arranged outside the infrared lens 2. Reference numeral 51 is its rotation axis. Array sensor 1
The lens 2 and the rotating frame 31 constitute the sensor rotating unit 3. The array sensor 1 and the lens 2 in the sensor rotation unit 3 are installed at an angle of 40 degrees with respect to the vertical direction. Further, a photocoupler 6 for detecting a chopping state is provided on the upper end of the array sensor 1 of the sensor rotation unit 3.
An arm 61 having is provided. The photocoupler 6 is composed of a light emitting element such as a photodiode and a phototransistor and a light receiving element. This photo coupler 6
The chopping state is detected by crossing the tip of the chopper 5 between the light emitting element and the light receiving element. As shown in FIG. 2, the chopper 5 has its slope portion 52 parallel to the array sensor 1 and the openings 4 are provided at equal intervals. By the number n of the openings 4,
It is possible to chop n times with one rotation. Chopper 5
And the sensor rotating unit 3 is connected to the rotating unit moving unit 8 via the transmission 7.
Mechanically connected to.
【００１２】前記赤外線センサ１が一次元のアレイ状で
あって、その長軸方向を斜め縦方向に設置した状態で、
回転機動部８を駆動すると、チョッパ５が連続的に回転
し、赤外線レンズ２に入射する赤外線を断続的に遮断す
るため、レンズ２が面している方向の縦列の輻射熱量の
分布がセンサの数に分割されて測定できる。たとえば、
センサの数を８個にすれば、８分割された温度分布が得
られる。測定できる空間範囲は、レンズ２の画角とセン
ササイズによるものである。With the infrared sensor 1 in the form of a one-dimensional array and the major axis direction of which is installed in an obliquely vertical direction,
When the rotating mobile unit 8 is driven, the chopper 5 continuously rotates and intermittently blocks the infrared rays incident on the infrared lens 2. Therefore, the radiant heat quantity distribution in the column in the direction in which the lens 2 faces the sensor It can be measured by dividing it into numbers. For example,
If the number of sensors is 8, the temperature distribution divided into 8 can be obtained. The measurable spatial range depends on the angle of view of the lens 2 and the sensor size.
【００１３】同時に、変速機７により、センサ回転部３
も一定の回転角速度で連続回転させる。これにより、そ
れぞれの位置で測定した縦方向の輻射熱量の分布すなわ
ち縦方向の温度分布をつなぎあわせることにより、３６
０度の視野における温度分布の測定が可能となる。最終
対面方向の測定が終了後、モータを逆回転させ、次の測
定にはいる。このようにして１回転に要する時間毎に３
６０度周囲の温度分布が測定できる。部屋の天井に本装
置を設置しておけば、１０ｍ×１０ｍの範囲の温度分布
が測定でき、人や熱源の位置、人の動きなどが検知でき
るため、照明や空調の制御に有効なデータが得られる。At the same time, the transmission 7 causes the sensor rotating portion 3 to rotate.
Is continuously rotated at a constant angular velocity. As a result, by combining the distributions of the radiant heat quantity in the vertical direction measured at the respective positions, that is, the temperature distributions in the vertical direction,
It is possible to measure the temperature distribution in the field of view of 0 degree. After the measurement in the final facing direction is completed, the motor is rotated in the reverse direction and the next measurement is started. In this way, 3 for each time required for one rotation
The temperature distribution around 60 degrees can be measured. If this device is installed on the ceiling of the room, the temperature distribution in the range of 10m x 10m can be measured, and the position of people and heat sources, the movement of people, etc. can be detected, so effective data for controlling lighting and air conditioning can be obtained. can get.
【００１４】ところで、このようなセンサは、各焦電素
子が担当する視野内の平均輻射温度を測定しているた
め、視野が広い場合は、測定しようとする物体の出力レ
ベルが背景の温度の影響を大きく受けてしまう。いま上
記複数個の焦電素子が互いに同じ面積を有し、斜め縦に
アレイ状になっていると考えると、図３（ｂ）に示すよ
うに上方に位置する焦電素子ａ、ｂ等の方が下方に位置
する焦電素子ｃ、ｄ等より視野が大きく、結局それぞれ
が臨む背景、つまり担当する床の面積が異なってしま
す。その結果、上述したように、背景の温度の悪影響の
程度がそれぞれ異なってしまう。そこで、図３（ｂ）に
示すように視野を等分し、焦電素子のアレイの傾斜状態
を考えると（設置角θは、アレイの水平方向に対する角
度である）、図３（ａ）に示すようなａ：ｂ：ｃ：ｄの
異なる比で、各受光部の焦電素子９の電極を作製すれ
ば、遠方の視野が広がり空間分解能が低下するような不
都合を防ぐことができる。もっともそのようにすると、
各センサの出力レベルが面積に応じて異なってしまうの
で、そのレベルを合わせるため、電極面積の比率に応じ
て、増幅率を変える必要が生じる。例えば、電極面積の
比が、１：０．４：０．２：０．１であれば、増幅率の
比は、１：２．５：５：１０となる。しかし、そのよう
にするとノイズもこの比率で増幅されるので、そのた
め、増幅率が１０倍になる上方のセンサの出力にノイズ
の影響が大きくなるという問題がさらにおきる。By the way, since such a sensor measures the average radiation temperature in the visual field which each pyroelectric element is in charge of, the output level of the object to be measured is the background temperature when the visual field is wide. It will be greatly affected. Considering now that the plurality of pyroelectric elements have the same area and are diagonally arranged in an array in the vertical direction, as shown in FIG. The field of view is larger than the pyroelectric elements c, d, etc. located below, and in the end the background they face, that is, the area of the floor in charge is different. As a result, as described above, the degree of adverse effect of the background temperature is different. Therefore, considering the tilted state of the array of pyroelectric elements by equally dividing the field of view as shown in FIG. 3B (the installation angle θ is the angle with respect to the horizontal direction of the array), FIG. If the electrodes of the pyroelectric element 9 of each light receiving portion are manufactured with different ratios of a: b: c: d as shown, it is possible to prevent the disadvantage that the distant visual field is widened and the spatial resolution is lowered. If you do so,
Since the output level of each sensor varies depending on the area, it is necessary to change the amplification factor according to the ratio of the electrode area in order to match the level. For example, if the electrode area ratio is 1: 0.4: 0.2: 0.1, the amplification factor ratio is 1: 2.5: 5: 10. However, in this case, the noise is also amplified at this ratio, so that there is a further problem that the influence of the noise becomes large on the output of the upper sensor where the amplification factor is 10 times.
【００１５】そこで、各焦電素子において、図４に示す
ように焦電素子９、オペアンプ１０および帰還抵抗１１
を接続する際、焦電素子９の面積に応じて帰還抵抗１１
の値を異ならせて、チョッピング速度の周波数における
各素子の出力を合わせた。Therefore, in each pyroelectric element, as shown in FIG. 4, the pyroelectric element 9, the operational amplifier 10 and the feedback resistor 11 are provided.
, The feedback resistor 11 depending on the area of the pyroelectric element 9.
The output of each element at the frequency of the chopping speed was adjusted by changing the value of.
【００１６】これにより、各素子からの出力を後で操作
する必要がなくなり、かつ空間分解能が向上した。さら
に、帰還抵抗１１の値を高くしたところ、増幅率は高く
なったが、ノイズは大きく変わらず、ｓ／ｎが向上し
た。This eliminates the need to manipulate the output from each element later and improves the spatial resolution. Further, when the value of the feedback resistor 11 was increased, the amplification factor was increased, but the noise was not significantly changed and the s / n was improved.
【００１７】帰還抵抗１１は、アルミナにシリコンを主
成分とする酸化物からなる薄膜を真空蒸着し、これをカ
ーボン粉末中で還元した。得られた抵抗をトリミングに
より調整した。今回は、２５℃において１０ＧΩから１
００ＧΩに調整したものを用いた。For the feedback resistor 11, a thin film made of an oxide containing silicon as a main component was vacuum-deposited on alumina, and this was reduced in carbon powder. The obtained resistance was adjusted by trimming. This time, 10 GΩ to 1 at 25 ° C
The one adjusted to 00 GΩ was used.
【００１８】また、本発明の赤外線検出部は、回転する
ものに限らず、２次元アレイ等固定式のものなどでもよ
い。Further, the infrared detector of the present invention is not limited to a rotating one, but may be a fixed one such as a two-dimensional array.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明の焦電型赤外線センサによれば、空間分解能が高
く、遠方でも精度良く検知することが可能となる。As is apparent from the above description,
According to the pyroelectric infrared sensor of the present invention, the spatial resolution is high, and it is possible to detect accurately even at a distance.
【００２０】また、帰還抵抗値を上げることで、ノイズ
の悪影響も回避できる。Further, the adverse effect of noise can be avoided by increasing the feedback resistance value.
【００２１】また、赤外線センサを回転させることによ
り、広範囲の視野を得ることができる。By rotating the infrared sensor, a wide field of view can be obtained.
【００２２】また、チョッピングをすることにより、出
入り口の人の通過状態をリアルに監視することなどに応
用できる。Further, chopping can be applied to realistically monitor the passing state of a person at the entrance / exit.
【図１】本発明の一実施形態における焦電型赤外線セン
サ装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a pyroelectric infrared sensor device according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施形態における焦電型赤外線セン
サ装置のチョッパの概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a chopper of a pyroelectric infrared sensor device according to an embodiment of the present invention.
【図３】（ａ）は本発明の一実施形態における焦電型赤
外線センサの各素子の配列図であり、（ｂ）はそれらの
視野状態を示す側面図である。FIG. 3A is an array diagram of each element of the pyroelectric infrared sensor according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a side view showing a state of their visual fields.
【図４】本発明の一実施形態における焦電型赤外線セン
サの結線図である。FIG. 4 is a wiring diagram of a pyroelectric infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
１ 焦電型赤外線アレイセンサ ２ 赤外線レンズ ３ センサ回転部 ３１ 回転フレーム ４ チョッパ用開口部 ５ チョッパ ５１ 回転軸 ５２ 斜面部 ６ フォトカプラ ６１ アーム ７ 変速機 ８ 回転機動部 ９ 焦電素子 １０ オペアンプ １１ 帰還抵抗 1 Pyroelectric infrared array sensor 2 infrared lens 3 Sensor rotation part 31 rotating frame 4 Chopper opening 5 chopper 51 rotation axis 52 Slope 6 Photo coupler 61 arm 7 transmission 8 rotating mobile parts 9 Pyroelectric element 10 operational amplifier 11 Feedback resistor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 和彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 鶴田 智広 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 松枝 聖 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 森仲 克也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 河井 哲也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−249712（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−94535（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−198479（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 5/00 - 5/62 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Kazuhiko Hashimoto 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Tomohiro Tsuruta, 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Satoshi Matsueda 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Katsuya Morinaka 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Invention Person Tetsuya Kawai 1006, Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) Reference JP-A-6-249712 (JP, A) JP-A-6-94535 (JP, A) JP-A-7- 198479 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01J 5/00-5/62
Claims (2)
焦電型赤外線センサにおいて、 それらの複数個の焦電素子の受光面積が、各焦電素子が
担当する領域の背景面積に基づいて決定され、異なった
面積の焦電素子に関しては、その異なる程度に応じて、
それらの焦電素子の出力をそれぞれ増幅する各増幅信号
処理回路における帰還抵抗を変更することによって、そ
れぞれの増幅率を互いに変更することを特徴とする焦電
型赤外線センサ。1. A pyroelectric infrared sensor having a plurality of pyroelectric elements arranged in an array, wherein the light receiving area of the plurality of pyroelectric elements is the background area of a region in which each pyroelectric element is in charge. For pyroelectric elements of different areas, based on their different degrees,
By changing the feedback resistor in the amplifier signal processing circuit for amplifying their output of the pyroelectric element, respectively, its
A pyroelectric infrared sensor characterized in that the respective amplification factors are mutually changed .
その焦電型赤外線センサに入射される赤外線光を断続的
にチョッピングするためのチョッピング手段と、それら
焦電型赤外線センサとチョッピング手段とを回転させる
回転手段とを備えた焦電型赤外線センサ装置。2. A pyroelectric infrared sensor according to claim 1,
A pyroelectric infrared sensor device comprising chopping means for intermittently chopping infrared light incident on the pyroelectric infrared sensor, and rotating means for rotating the pyroelectric infrared sensor and the chopping means.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04935996A JP3422619B2 (en) | 1996-03-06 | 1996-03-06 | Pyroelectric infrared sensor and device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04935996A JP3422619B2 (en) | 1996-03-06 | 1996-03-06 | Pyroelectric infrared sensor and device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09243458A JPH09243458A (en) | 1997-09-19 |
| JP3422619B2 true JP3422619B2 (en) | 2003-06-30 |
Family
ID=12828835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04935996A Expired - Lifetime JP3422619B2 (en) | 1996-03-06 | 1996-03-06 | Pyroelectric infrared sensor and device |
Country Status (1)
| Country | Link |
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4943496B2 (en) * | 2009-12-22 | 2012-05-30 | 三菱電機株式会社 | Air conditioner |
-
1996
- 1996-03-06 JP JP04935996A patent/JP3422619B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09243458A (en) | 1997-09-19 |
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