JP5431694B2 - 焦電型赤外線検出器 - Google Patents
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Description
また、別の対策を施したものとして、焦電センサが組み込まれたユニット全体を、焦電センサの向きが変化するように駆動するものが知られている。これによれば、焦電センサ自体の向きを常時変化させることができるので、やはり赤外線をチョッピングでき、静止している熱源を検知し続けることができる。
まず、液晶チョッパを利用するものは、小型化が難しいうえ温度条件に性能が左右され易いものであった。即ち、液晶は反応速度が温度に依存するという特性を有している。そのため、温度条件によってチョッピング性能が左右されてしまい、結果的に性能にムラがでてしまう恐れがあった。
また、液晶チョッパを焦電センサから予め所定距離だけ離間させておく必要があった。仮に液晶チョッパが焦電センサに近接した状態である場合には、液晶チョッパで本来遮光するべき赤外線の一部が、拡散する前に焦電センサに入射してしまい、感度の低下を招いてしまう可能性が高かった。そのため、上述したように液晶チョッパと焦電センサとを予め所定距離だけ離間させておく必要がある。従って、構成上どうしても小型化を図ることが難しかった。
加えて、熱源が大きい場合には、焦電センサの向きを変化させたとしても、センサの検出可能範囲が熱源にあたったままの状態になってしまう恐れがあった。つまり、赤外線が変化する状況を擬似的に作り出すことができない恐れがあった。従って、熱源を検知することができない可能性があった。
本発明に係る焦電型赤外線検出器は、赤外線を検出して熱源を検知する焦電型赤外線検出器であって、前記赤外線を集光するレンズと、該レンズを支持すると共に該レンズで集光された赤外線を外部に射出させる開口が形成された支持体と、を有し、赤外線に対して光学的に透明な半導体材料からなる本体部と、該本体部を前記レンズの径方向にスライド可能に保持する保持体と、前記本体部と前記保持体との間に設けられ、前記開口が一定距離離間した第1の地点と第2の地点との間で周期的に往復移動するように前記本体部を前記径方向にスライド移動させる移動手段と、前記開口が前記第1の地点に移動した際に前記レンズの焦点位置に一致するように配置され、開口から射出された前記赤外線を受光すると共に、赤外線による温度変化が生じたときに検出信号を出力する焦電センサと、を備えていることを特徴とする。
以下、本発明に係る焦電型赤外線検出器の第1実施形態について、図1から図9を参照して説明する。
本実施形態の焦電型赤外線検出器1は、人体等の図示しない熱源から発せられた赤外線IRを検出することで、熱源を検知する検出器であって、図1から図4に示すように本体部2と、保持体3と、移動手段4と、焦電センサ5とで主に構成されている。
このように構成されているので、レンズ10で集光された赤外線IRは、支持体11の下面側に向けて貫通孔12内を進んだ後、開口13から射出されるようになっている。
このように構成されているので、本体部2を一対の電極18、19間、即ち径方向に沿って往復移動させることができるようになっている。なお、スイッチ20、電源21及び制御部は、電極18、19に所定のタイミングで駆動電圧を印加する印加手段22として機能する。
なお、上述した一対の電極18、19及び印加手段22は、支持体11の開口13が第1の地点と第2の地点との間で周期的に往復移動するように本体部2を径方向にスライド移動させる上記移動手段4として機能する。
なお、この焦電センサ5は、直径略150μm程度の開口13と略同じ大きさかそれより小さいサイズのものが好ましい。本実施形態では、上面視略正方形状で対角の長さが略150μm程度のサイズの焦電センサ5を図示している。
なお、初期状態として、図5及び図6に示すように支持体11の開口13が既に第1の地点に移動しているものとして説明する。つまり、一方の電極18に駆動電圧が印加されるようにスイッチ20が切り替わり、一方の電極18が静電力により本体部2を引き寄せている状態であるとして説明する。
つまり、焦電センサ5は、赤外線IRの変化により熱源が検出範囲内に侵入してきたことを検出し、検出信号V1を出力する。従って、この検出信号V1をモニタすることで、非接触で熱源を検知することができる。
しかしながら、本実施形態の焦電型赤外線検出器1によれば、熱源が静止した場合であっても検知を行うことができる。まず、移動手段4によりスライド移動可能に保持されている本体部2をレンズ10の径方向に往復移動させる。
このように、図9に示すごとく一対の電極18、19に所定のタイミングで駆動電圧を交互に印加することで、本体部2を一対の電極18、19間、即ち径方向に往復移動させることができる。これにより、支持体11の開口13は、第1の地点と第2の地点との間を往復移動する。そのため、熱源が静止したとしても、焦電センサ5に赤外線IRを周期的に入射させることができる。
なお、本体部2を往復移動させるタイミングとしては、例えば、検出範囲内に熱源が侵入し、焦電センサ5に赤外線IRが入射した時点で往復移動を開始しても構わないし、検出範囲内に熱源が侵入した後、焦電センサ5の温度変化が一定となった時点で往復移動を開始させても構わない。
次に、本発明に係る焦電型赤外線検出器の第2実施形態を、図10から図17を参照して説明する。なお、この第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では焦電センサが1つだけであったのに対し、第2実施形態では焦電センサが2つ設けられている点である。
この差動増幅回路32は、図12に示すように回路構成されており、同位相信号に関しては打ち消し合う共に、逆位相信号に関しては加算する回路となっている。
しかも、何らかの理由(例えば、電源ノイズ、振動や衝撃等によるノイズ、電磁界ノイズ等)によって2つの焦電センサ5、31からそれぞれ出力される検出信号V1、V2にノイズNが乗ってしまった場合であっても、これらノイズNは同位相であるので差動増幅により打ち消してキャンセルすることができる。従って、出力信号VoutからノイズNを消すことができるので、この点においても正確に熱源を検知することができる。
また、支持体に断面テーパー状の貫通孔を形成することで、赤外線を射出するための開口を形成したが、貫通孔は必須ではない。例えば、図18に示すように、支持体11を箱形状に形成し、底面に開口13を形成しても構わない。この場合であっても同様の作用効果を奏することができる。
このように、用途に応じたバンドパスフィルタを利用することで、検知する熱源の種類を自由に設定することができ、使い易い高品質な検出器とすることができる。
IR…赤外線
1、30、40、50…焦電型赤外線検出器
2…本体部
3…保持体
4…移動手段
5、31…焦電センサ
10…レンズ
11…支持体
13…支持体の開口
18、19、41…電極
22…印加手段
26…遮光膜
32…差動増幅回路
55…バンドパスフィルタ(波長調整手段)
Claims (4)
- 赤外線を検出して熱源を検知する焦電型赤外線検出器であって、
前記赤外線を集光するレンズと、該レンズを支持すると共に該レンズで集光された赤外線を外部に射出させる開口が形成された支持体と、を有し、赤外線に対して光学的に透明な半導体材料からなる本体部と、
該本体部を前記レンズの径方向にスライド可能に保持する保持体と、
前記本体部と前記保持体との間に設けられ、前記開口が一定距離離間した第1の地点と第2の地点との間で周期的に往復移動するように前記本体部を前記径方向にスライド移動させる移動手段と、
前記開口が前記第1の地点に移動した際に前記レンズの焦点位置に一致するように配置され、開口から射出された前記赤外線を受光すると共に、赤外線による温度変化が生じたときに検出信号を出力する焦電センサと、を備え、
前記移動手段は、駆動電圧が印加されたときに前記本体部を静電力によって引き寄せる電極と、該電極に所定のタイミングで駆動電圧を印加する印加手段と、を備え、
前記焦電センサと前記電極との間には、静電シールド膜が形成され、
前記保持体は、前記レンズの径方向に対して変位可能な弾性部材からなることを特徴とする焦電型赤外線検出器。 - 請求項1に記載の焦電型赤外線検出器において、
前記支持体には、前記赤外線が前記開口以外を経由して前記焦電センサに入射することを防止する遮光膜が形成されていることを特徴とする焦電型赤外線検出器。 - 請求項1又は2に記載の焦電型赤外線検出器において、
前記焦電センサは、前記開口が前記第2の地点に移動した際に前記レンズの焦点位置に一致するようにさらに配置されて、開口が前記2つの地点のいずれに移動してきたときにも前記赤外線を受光可能とされ、
前記第1の地点に対応した前記焦電センサから出力された検出信号と、前記第2の地点に対応した前記焦電センサから出力された検出信号とを、差動増幅する差動増幅回路を備えていることを特徴とする焦電型赤外線検出器。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の焦電型赤外線検出器において、
前記レンズに入射する前記赤外線の波長を、予め決められた範囲に調整する波長調整手段を備えていることを特徴とする焦電型赤外線検出器。
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