JP3422619B2 - 焦電型赤外線センサ及び装置 - Google Patents
焦電型赤外線センサ及び装置Info
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- JP3422619B2 JP3422619B2 JP04935996A JP4935996A JP3422619B2 JP 3422619 B2 JP3422619 B2 JP 3422619B2 JP 04935996 A JP04935996 A JP 04935996A JP 4935996 A JP4935996 A JP 4935996A JP 3422619 B2 JP3422619 B2 JP 3422619B2
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- pyroelectric
- infrared sensor
- sensor
- pyroelectric infrared
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
うな作用効果を奏する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
て図面を参照して説明する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
の悪影響も回避できる。
【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。
り、広範囲の視野を得ることができる。
【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。
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。
【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。
サ装置の概略図である。
【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。
サ装置のチョッパの概略図である。
【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。
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。
【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。
サの結線図である。
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
─────────────────────────────────────────────────────
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
Claims (2)
- 【請求項１】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。 - 【請求項２】 請求項１記載の焦電型赤外線センサと、
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04935996A JP3422619B2 (ja) | 1996-03-06 | 1996-03-06 | 焦電型赤外線センサ及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04935996A JP3422619B2 (ja) | 1996-03-06 | 1996-03-06 | 焦電型赤外線センサ及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09243458A JPH09243458A (ja) | 1997-09-19 |
| JP3422619B2 true JP3422619B2 (ja) | 2003-06-30 |
Family
ID=12828835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04935996A Expired - Lifetime JP3422619B2 (ja) | 1996-03-06 | 1996-03-06 | 焦電型赤外線センサ及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3422619B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4943496B2 (ja) * | 2009-12-22 | 2012-05-30 | 三菱電機株式会社 | 空気調和機 |
-
1996
- 1996-03-06 JP JP04935996A patent/JP3422619B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09243458A (ja) | 1997-09-19 |
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Legal Events
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