JP5431694B2 - 焦電型赤外線検出器 - Google Patents

Description

本発明は、人体等の熱源から発せられた赤外線を検出して、非接触で熱源を検知できる焦電型赤外線検出器に関するものである。

人体等の熱源から発せられた赤外線を検出する赤外線検出器は、現在数多く提供されているが、その多くは感度性や応答性等の点から焦電型である。ところが、焦電型赤外線検出器は、赤外線の変化に応じた信号を出力する微分検出タイプであるので、一定の赤外線を受け続けてしまった場合には熱源を検出することができなかった。つまり、熱源が静止している場合には、再度動いて赤外線が変化しない限り熱源を検知することができなかった。

そこで、このような問題を解消するための対策が施されたものがいくつか知られている。その１つとして、液晶チョッパを利用して焦電センサに入射してくる赤外線を所定の周波数に変調するものが知られている。これによれば、液晶チョッパにより赤外線をチョッピングできるので、熱源が仮に静止している場合であっても該熱源を検知し続けることが可能である。
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。
特開平１０−１０４０８５号公報 特開２００７−１０１４８３号公報

しかしながら、上述した従来のものには、以下の課題がまだ残されていた。
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。

一方、焦電センサが組み込まれたユニットを駆動するものに関しても、小型化を図ることが難しいものであった。即ち、焦電センサが組み込まれたユニットを駆動する必要があるので、構成が大掛かりになり易くコンパクトな設計にし難かった。
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。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、小型化を図ることができるうえ、熱源の大きや温度等の環境条件に左右されることなく均一な性能で、静止或いは移動のどちらの状態であっても熱源を正確に検知することができる焦電型赤外線検出器を提供することである。

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
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。

この発明に係る焦電型赤外線検出器においては、熱源が検出範囲内に侵入してきた場合、熱源から発せられた赤外線がレンズに入射する。この入射した赤外線は、レンズで集光された後に開口から支持体の外部に射出される。なお、初期状態として開口が第１の地点に位置しているとして説明する。開口から射出された赤外線は、レンズの焦点位置に配置された焦電センサに入射する。すると、焦電センサは、赤外線による熱エネルギーによって温度変化するので内部で自発分極が生じる。そして焦電センサは、この自発分極が生じたときに検出信号を出力する。つまり、焦電センサは、赤外線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、検出信号を出力する。従って、この検出信号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。

ところで、熱源が検出範囲内で静止した場合には、赤外線が変化しないので、焦電センサの温度が一定してしまう。よって、焦電センサは自発分極が中和され、検出信号を出力することができない。しかしながら、本発明によれば、熱源が静止している場合であっても、検知を行うことができる。まず、移動手段はスライド可能に保持されている本体部をレンズの径方向に往復移動させる。これにより、支持体の開口は、第１の地点と該地点から一定距離離間した第２の地点との間を周期的に往復移動する。そのため、熱源が静止したとしても、焦電センサに赤外線を周期的に入射させることができる。つまり、赤外線を強制的に変化させることができ、焦電センサの温度変化を引き起こして自発分極を周期的に生じさせることができる。その結果、熱源が静止していたとしても、検出信号を周期的に出力させ続けることができ、やはり非接触で熱源を検知することができる。

このように、本発明に係る焦電型赤外線検出器によれば、熱源が静止或いは移動のどちらの状態であっても、熱源を正確に検知することができる。しかも、従来の液晶チョッパのように温度によって性能が左右されるものではなく、本体部を往復移動させるだけの構成であるので、温度等の環境条件によって性能が左右される恐れがない。また、検出範囲を超えるほど熱源が大きい場合であっても、本体部を往復移動させる構成であるので、焦電センサに入射する赤外線を確実に変化させることができる。従って、熱源の大きさに影響されることなく、正確に検知することができる。

更に、レンズ及び支持体を有する本体部は、半導体材料で形成されているので、ＭＥＭＳ技術や半導体技術を応用して容易に小型化を図ることができる。従って、全体のサイズを非常にコンパクトで小型にすることができる。しかも、レンズの設計段階で焦点距離を自在に調整できるので、レンズと焦電センサとの距離を極力接近させることが可能である。この点においても、小型化を図り易い。

また、本発明に係る焦電型赤外線検出器は、上記本発明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。

この発明に係る焦電型赤外線検出器においては、開口以外の領域が遮光膜によって遮光されているので、開口を通過する以外のルートで赤外線が焦電センサに入射してしまうことを防止することができる。開口以外を経由して焦電センサに入射する赤外線は、外乱となってしまうが、遮光膜によって外乱となってしまう赤外線を遮光することができる。よって、検出に必要な赤外線（開口を通過する赤外線）だけを焦電センサに確実に入射させることができる。従って、ノイズ等をできるだけ抑えた検出信号を出力することができ、より正確に熱源の検知を行うことができる。

また、本発明に係る焦電型赤外線検出器は、上記本発明の焦電型赤外線検出器において、前記焦電センサが、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。

この発明に係る焦電型赤外線検出器においては、焦電センサが２つ設けられているので、移動手段により第１の地点と第２の地点との間で開口を周期的に往復移動させた際に、開口がどちらの地点にあっても、焦電センサに赤外線を入射させることができる。そして、２つの焦電センサからそれぞれ出力された検出信号は、差動増幅回路に送られる。すると、差動増幅回路は、送られてきた２つの検出信号の差をとりながら増幅する。この際、２つの焦電センサから出力される検出信号は、同一周期で且つ逆位相となっている。

そのため、差動増幅回路によって２つの検出信号の差をとりながら増幅することで、信号レベルを略２倍に増幅することができる。従って、より正確に熱源を検知することができる。しかも、何らかの理由によって２つの焦電センサからそれぞれ出力される検出信号にノイズ等が乗ってしまった場合であっても、差動増幅することでノイズを打ち消してキャンセルことができる。従って、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、本発明に係る焦電型赤外線検出器は、上記本発明の焦電型赤外線検出器において、前記移動手段が、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、を備えていることを特徴とする。

この発明に係る焦電型赤外線検出器においては、本体部を移動させる場合、まず印加手段が電極に駆動電圧を印加する。すると電極は、半導体材料からなる本体部と電極との間に発生する静電力を利用して本体部を引き寄せる。これにより、本体部を確実に移動させることができる。特に、モータ等の大掛かりな構成とは違い、電極を利用するだけの容易な構成で移動手段を実現できるので、小型化を図りやすい。また、駆動電圧を印加するだけで瞬時且つ滑らかに本体部を移動させることができるので、赤外線を早い周期で正確に変化させることができる。よって、熱源の検知を安定して行うことができる。

また、本発明に係る焦電型赤外線検出器は、上記本発明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。

この発明に係る焦電型赤外線検出器においては、波長調整手段によって予め決められた範囲に収まった波長の赤外線だけをレンズに入射させることができる。そのため、例えば人体が発する赤外線を検知するといったことが可能である。このように、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。

本発明に係る焦電型赤外線検出器によれば、小型化を容易に図ることができるうえ、熱源の大きさや温度等の環境条件に左右されることなく均一な性能を確保でき、静止或いは移動のどちらの状態であっても熱源を正確に検知することができる。

（第１実施形態）
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。

本体部２は、赤外線ＩＲに対して光学的に透明な半導体材料であるＳｉを利用して一般的な半導体技術により形成されたものであって、一体的に形成されたレンズ１０と該レンズ１０を支持する支持体１１とで主に構成されている。なお、半導体材料はＳｉに限定されるものではなく、赤外線ＩＲに対して光学的に透明なものであれば、自由に選択して構わない。

レンズ１０は、球面平凸状に形成されており、入射してくる赤外線ＩＲを集光する役割を担っている。支持体１１は、上面視略正方形状に形成されており、略中心に支持体１１を貫通する貫通孔１２が形成されている。この貫通孔１２は、支持体１１の上面から下面に向かって漸次径が縮径する断面テーパー状に形成されている。そして、レンズ１０は、この貫通孔１２を塞ぐように支持体１１の上面側に一体的に形成されている。また、支持体１１の下面側には、貫通孔１２の開口１３が形成されている。この開口１３は、直径が略１５０μｍ程度のサイズであり、レンズ１０で集光された赤外線ＩＲを支持体１１の外部に射出させる開口として機能する。
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。

また、支持体１１の４つの側面のうちレンズ１０を挟んで対向する２つの側面には、外方に突出した鍔部１１ａがそれぞれ形成されている。この鍔部１１ａは、支持体１１の上部側において、レンズ１０の径方向（図１及び２に示す矢印Ｌ方向）に延在するように形成されている。このように構成された本体部２は、電気的にグランドに接続されている。

上記保持体３は、本体部２をレンズ１０の径方向にスライド可能に保持するものであって、本体部２の周囲を囲む上面視略正方形状の枠体１５と、枠体１５の底部を塞ぐ底板１６と、で主に構成されている。枠体１５の４つの側面のうち対向する２つの側面の内面には、スライド溝１７ａが形成されたガイド部１７が形成されている。そして、これらスライド溝１７ａ内に支持体１１の鍔部１１ａがそれぞれスライド自在に嵌り込んでいる。これにより、本体部２は、保持体３によって径方向にスライド可能に保持されている。なお、鍔部１１ａがスライド溝１７ａに嵌り込んでいる状態において、支持体１１の下面と底板１６との間には所定の隙間が空くように設計されている。

また、枠体１５の４つの側面のうち残りの２つの側面には、駆動電圧が印加されたときに本体部２を静電力によって引き寄せる一対の電極１８、１９がそれぞれ形成されている。これら電極１８、１９は、図示しない制御部によって制御されるスイッチ２０を介して電源２１に電気的に接続されている。よって、制御部がスイッチ２０の切り替えタイミングを制御することで、一対の電極１８、１９に対して所定のタイミングで交互に駆動電圧を印加することができ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。

また、本体部２の往復移動に伴って、支持体１１に形成された開口１３は、互いに一定距離離間した第１の地点と第２の地点との間を周期的に往復移動する。なお、第１の地点とは、本体部２が一方の電極１８による引き寄せによって移動したときに、開口１３が位置する地点であり、第２の地点とは、本体部２が他方の電極１９による引き寄せによって移動したときに、開口１３が位置する地点である。つまり、支持体１１の開口１３は、第１の地点又は第２の地点のいずれかの地点に位置するようになっている。
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、上述した保持体３及び一対の電極１８、１９を、Ｓｉ等の半導体材料を利用して一体的に形成しても構わない。この場合には、枠体１５を介して一対の電極１８、１９間が導通しないように、例えば電極１８、１９と枠体１５との間に絶縁膜を形成しておけば良い。

上記焦電センサ５は、支持体１１の底板１６上に固定されたプレート２５上に載置されている。この際、焦電センサ５は、支持体１１の開口１３が第１の地点に移動した際に、開口１３に対向し且つレンズ１０の焦点位置に一致するように配置されている。つまり、この焦電センサ５は、本体部２が一方の電極１８による引き寄せによって移動して開口１３が第１の地点に達したときに、開口１３から射出された赤外線ＩＲを受光するようになっている。また、焦電センサ５は、赤外線ＩＲによる温度変化が生じたときに検出信号（検出電圧）Ｖ₁を出力するようになっている。
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。

ところで、本実施形態の支持体１１の内面（テーパー面）には、図３及び図４に示すように、レンズ１０を介して入射してくる赤外線ＩＲを遮光するアルミ等の遮光膜２６が形成されている。これにより、赤外線ＩＲが開口１３以外を経由して焦電センサ５に入射してしまうことを防止している。なお、図１においては遮光膜２６の図示を省略している。

次に、このように構成された焦電型赤外線検出器１を利用して、熱源を検知する場合について説明する。
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。

まず、このような初期状態のもと、熱源が検出範囲内に侵入してきた場合について説明する。この場合には、熱源の侵入に伴って、熱源から発せられた赤外線ＩＲがレンズ１０に入射してくる。すると、入射した赤外線ＩＲは、レンズ１０で集光されてスポットサイズが直径１００μｍ程度に小さくなった後、開口１３から支持体１１の外部に射出される。そして、開口１３から射出された赤外線ＩＲは、レンズ１０の焦点位置に配置された焦電センサ５に入射する。すると、焦電センサ５は、赤外線ＩＲによる熱エネルギーによって温度変化するので、内部で自発分極が生じる。焦電センサ５は、この自発分極が生じたときに検出信号Ｖ₁を出力する。
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。

ところで、検出範囲内に侵入してきた熱源が静止した場合には、レンズ１０に入射してくる赤外線ＩＲが変化しないので、焦電センサ５の温度が一定してしまう。よって、焦電センサ５は、自発分極が中和され、検出信号を出力することができない。
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。

具体的には、図５及び図６に示す状態から、制御部によってスイッチ２０を切り替えて、図７及び図８に示すように、他方の電極１９に駆動電圧を印加する。すると、本体部２は、静電力によって引き寄せられ、他方の電極１９側に移動する。これにより、支持体１１の開口１３は、第２の地点に移動する。そして、移動した瞬間に再度制御部によってスイッチ２０を切り替えて一方の電極１８に駆動電圧を印加し、本体部２を一方の電極１８側に再度移動させる。
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。

上述したように、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ので、赤外線ＩＲを強制的に変化させることができ、焦電センサ５の温度変化を引き起こして自発分極を周期的に生じさせることができる。その結果、熱源が静止していたとしても、図９に示すように検出信号Ｖ₁を周期的（例えば、１Ｈｚ〜５Ｈｚの周波数で）に出力させ続けることができる。従って、やはり非接触で熱源を検知することができる。

このように本実施形態の焦電型赤外線検出器１によれば、熱源が静止状態或いは移動状態のどちらの状態であっても、熱源を正確に検知することができる。しかも、従来液晶チョッパのように温度によって性能が左右されるものではなく、本体部２を往復移動させるだけの構成であるので、温度等の環境条件によって性能が左右される恐れがない。また、検出範囲を超えるほど熱源が大きい場合であっても、本体部２を往復移動させる構成であるので、焦電センサ５に入射する赤外線ＩＲを確実に変化させることができる、従って、熱源の大きさに影響されることなく、正確に検知することができる。

しかも、支持体１１の内面には遮光膜２６が形成されているので、開口１３を通過する以外のルートで赤外線ＩＲが支持体１１を透過して焦電センサ５に入射することがない。開口１３以外を通過する以外のルートで焦電センサ５に入射する赤外線ＩＲは、外乱となってしまうが、遮光膜２６によって外乱の原因となる赤外線ＩＲを遮光できるので、検出に必要な赤外線ＩＲ（開口１３を通過する赤外線ＩＲ）だけを焦電センサ５に確実に入射させることができる。例えば、開口１３が第２の地点に移動しているときに、支持体１１を透過して赤外線ＩＲが焦電センサ５に入射することがない。従って、ノイズ等がない検出信号を出力することができ、正確に熱源の検知を行うことができる。

また、レンズ１０及び支持体１１で主に構成される本体部２は、半導体材料で形成されているので、ＭＥＭＳ技術や半導体技術を応用して容易に小型化を図ることができる。従って、全体のサイズを非常にコンパクトで小型、例えば、５ｍｍ角程度にすることができる。しかも、レンズ１０の設計段階で焦点距離を自在に調整できるので、レンズ１０と焦電センサ５との距離を極力接近させることが可能である。この点においても、小型化を図り易い。

更に、モータ等の大掛かりな構成とは違い、電極１８、１９を利用するだけの容易な構成で移動手段４を実現できるので、小型化を図り易い。また、駆動電圧を印加するだけで瞬時且つ滑らかに本体部２を移動させることができるので、赤外線ＩＲを早い周期で正確に変化させることができる。よって、熱源の検知を安定して行うことができる。

（第２実施形態）
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。

即ち、本実施形態の焦電型赤外線検出器３０は、図１０及び図１１に示すように、プレート２５上に焦電センサ５、３１が２つ並んだ状態で載置されている。詳細には、追加した焦電センサ３１は、支持体１１の開口１３が第２の地点に移動した際に、該開口１３に対向する位置で且つレンズ１０の焦点位置に一致する位置に配置されている。従って、本実施形態では、支持体１１の開口１３が第１の地点及び第２の地点のいずれに移動してきたとしても赤外線ＩＲを受光できるようになっている。

また、本実施形態の焦電型赤外線検出器３０は、第１の地点に対応した焦電センサ５から出力された検出信号Ｖ₁と、第２の地点に対応した焦電センサ３１から出力された検出信号Ｖ₂とを、差動増幅する差動増幅回路３２を備えている。
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。

このように構成された焦電型赤外線検出器３０においては、検出範囲内に熱源が侵入してきた場合の作用効果は、第１実施形態と同一である。一方、熱源が検出範囲内で静止した場合には、２つの焦電センサ５、３１を備えているので、移動手段４により支持体１１の開口１３を第１の地点と第２の地点との間で周期的に往復移動させた際に、開口１３がどちらの地点にあってもいずれかの焦電センサ５、３１に赤外線ＩＲを入射させることができる。

つまり、図１３及び図１４に示すように、一方の電極１８に駆動電圧を印加して静電力により本体部２を該電極１８側に移動させると、焦電センサ５に赤外線ＩＲが入射する。これにより、焦電センサ５は、図１５に示すように検出信号Ｖ₁を出力する。一方、図１６及び図１７に示すように、他方の電極１９に駆動電圧を印加して静電力により本体部２を該電極１９側に移動させると、焦電センサ３１に赤外線ＩＲが入射する。これにより、焦電センサ３１は、図１５に示すように検出信号Ｖ₂を出力する。この際、赤外線ＩＲは、必ずどちらか一方の焦電センサ５、３１にしか入射しないので、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は同一周期で且つ逆位相の信号となっている。

そして、これら２つの焦電センサ５、３１から出力された検出信号Ｖ₁、Ｖ₂は、差動増幅回路３２に送られる。すると、差動増幅回路３２は、送られてきた２つの検出信号Ｖ₁、Ｖ₂の差をとりながら増幅するので、図１５に示すように出力信号Ｖ_outのレベルを略２倍に増幅することができる。従って、より正確に熱源を検知することができる。
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Ｖ_out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。

なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記各実施形態では、レンズを球面平凸型のレンズとしたが、この形状に限定されるものではなく、自由に設計して構わない。また、貫通孔の内面に遮光膜を形成したが、内面に限定されるものではない。例えば、開口を除く支持体の下面に遮光膜を形成しても良い。この場合であっても、赤外線が開口以外を経由して焦電センサに入射してしまうことを防止できるので、同様の作用効果を奏することができる。
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。

また、上記各実施形態では、一対の電極で移動手段を構成したが、図１９に示すように、１つの電極４１とばね等の弾性部材４２とで移動手段４３を構成した焦電型赤外線検出器４０としても構わない。このように構成された焦電型赤外線検出器４０であっても、電極１９による静電力と、弾性部材４２の弾性力とを利用して、本体部２をやはり径方向（矢印Ｌ方向）に周期的に往復移動させることができる。従って、同様の作用効果を奏することができる。

また、上記各実施形態では、スライド溝が形成されたガイド部を利用して本体部をスライド可能に保持した構成にしたが、スライド可能に保持できればこのような構成に限定されるものではない。例えば、図２０に示すように、径方向（矢印Ｌ方向）に対して変位可能な支持体５１を利用して本体部２を支持する焦電型赤外線検出器５０としても構わない。このように構成された焦電型赤外線検出器５０であっても、同様の作用効果を奏することができる。特に、本体部２に鍔部１１ａを形成する必要がないので、本体部２の構成をより簡略化することができる。

また、上記各実施形態において、電極と焦電センサとの間に静電シールド膜を形成しても構わない。このようにすることで、焦電センサに対して電界の影響を与えてしまうことを防止できるので、より好ましい。例えば、図２１に示すように、支持体１１の側面に静電シールド５５を形成すれば良い。

更に、上記実施形態において、図２２に示すように、レンズ１０に入射する赤外線ＩＲの波長を、予め決められた範囲に調整するバンドパスフィルタ（波長調整手段）５６を設けても構わない。この場合には、バンドパスフィルタ５６が予め決められた範囲の波長の赤外線ＩＲだけを通過させるので、この範囲内に収まった波長の赤外線ＩＲだけをレンズ１０に入射させることができる。例えば、８μｍ〜１２μｍだけの波長を通過させるバンドパスフィルタ５６にすることで、人体が発する赤外線ＩＲをレンズ１０に入射させることができる。この場合には、特に人体の検知に適した検出器とすることができる。従って、防犯等のセキュリティに最適な検出器として利用することができる。
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。

本発明に係る焦電型赤外線検出器の第１実施形態を示す側面図である。 図１に示す焦電型赤外線検出器の上面図である。 図１に示す焦電型赤外線検出器のＡ−Ａ断面図である。 図１に示す焦電型赤外線検出器のＢ−Ｂ断面図である。 図１に示す焦電型赤外線検出器の作動を説明する図であって、本体部を一方の電極側に移動させたときの断面図である。 図５に示す状態の上面図である。 図５に示す状態から、本体部を他方の電極側に移動させた断面図である。 図６に示す状態の上面図である。 図１に示す焦電型赤外線検出器の作動を説明する図であって、一対の電極に駆動電圧を印加するタイミングと、焦電センサが出力する検出信号との関係を示した関係図である。 本発明に係る焦電型赤外線検出器の第２実施形態を示す断面図である。 図１０に示す焦電型赤外線検出器を構成する焦電センサの配置を示す図であって、矢印Ｃ−Ｃ方向から見た図である。 図１０に示す焦電型赤外線検出器を構成する作動増幅回路の回路構成図である。 図１０に示す焦電型赤外線検出器の作動を説明する図であって、本体部を一方の電極側に移動させたときの断面図である。 図１３に示す状態の上面図である。 一対の電極に駆動電圧を印加するタイミングと、２つの焦電センサがそれぞれ出力する検出信号との関係を示した関係図である。 図１３に示す状態から、本体部を他方の電極側に移動させた断面図である。 図１６に示す状態の上面図である。 本発明に係る焦電型赤外線検出器の変形例を示す断面図である。 本発明に係る焦電型赤外線検出器の別の変形例を示す上面図である。 本発明に係る焦電型赤外線検出器のさらに別の変形例を示す上面図である。 電極と焦電センサとの間に静電シールド膜を形成した場合の一例を示す図である。 レンズに入射する赤外線の波長を調整するバンドパスフィルタを設けた場合の一例を示す図である。

符号の説明

Ｌ…レンズの径方向
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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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