JPH037890B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は、例えば被検出体の温度を被検出体の
放射する赤外線に基づいて検出するための赤外線
検出装置に関する。

(ロ) 従来技術 近時の例えば被検出体の温度を検出するための
赤外線検出装置では、その赤外線検出部に例えば
焦電型の赤外線検出体が内蔵されている。

斯る赤外線検出体は入射赤外線の変化量に基づ
いた交流信号を発生する特性を有し、又上記赤外
線検出体の検出精度は入射赤外線量の変化が周期
的である程向上し、従つて上記赤外線検出体に入
射する赤外線を周期的に断続する必要があり、こ
のために第１図ａ及びｂに示す如く赤外線検出器
１の前方にはモータ２によつて周期的に回転駆動
される金属板チヨツパ３が配置されている。斯る
構成は特公昭53−10467号公報にも示されている。

しかし乍ら、斯るチヨツパ３は形状が大きくス
ペース上の問題があり、且つ上記モータ２は回転
むらを生じて必ずしもチヨツパ３を周期的に回転
駆動しないため検出精度の低下を招いてしまう。

更に、上記赤外線検出器１の出力する交流信号
は、特公昭53−10467号公報に見られる如く、或
いは後述の説明から理解できると思うが、上記赤
外線検出器１に入射する赤外線の断続周期に同期
して同期検波する必要がある。即ち、そのために
上記モータ２の回転に基づいて同期パルスを発生
する同期パルス発生器を別途設ける必要がある。

ここに、この様な同期パルス発生器の設置にあ
たつては、赤外線検出装置の構成が複雑化すると
云う欠点がある。

(ハ) 発明の目的 本発明の目的は、赤外線検出装置の小型化、簡
素化を図り、且つ高精度の下での赤外線検出を可
能とすることにある。

(ニ) 発明の構成 本発明の構成は、上記目的を達成すべく、入射
赤外線変化量に応じた交流信号を発生する赤外線
検出体、変位方向に対して直交する方向に交互に
延設された複数の線状の赤外線通過部及び赤外線
非通過部を有し、被検出体からの赤外線が上記検
出体に入射すべく通過する領域に位置する一対の
対向体、該一対の対向対の赤外線通過部どうし及
び赤外線非通過部どうしが略重畳する状態と、一
方の対向体の赤外線通過部及び赤外線非通過部と
他方の対向体の赤外線非通過部及び赤外線通過部
とが夫々略重畳する状態と、を周期的に繰返せし
めるべく振動する振動体、該振動体を振動せしめ
るための周期的なパルス状信号を発生するパルス
状信号発生器、該発生器の発生する上記パルス状
信号を入力し、該信号に基づいて上記赤外線検出
体からの交流信号の同期検波するための同期検波
器、を備えたことを特徴とする。

(ホ) 実施例 以下本発明実施例の赤外線検出装置を説明す
る。

第２図は該装置の赤外線検出器４を示し、５は
タンタル酸リチウム（LiTaO₃）単結晶から成り
入射赤外線変化量に応じた交流信号を発生する焦
電型の赤外線検出体、６及び７は夫々該赤外線検
出体の表、裏面にニクロム蒸着膜にて形成された
表、裏面電極、８は銅、燐青銅などからなる金属
性支持台で、該支持台上には、上記裏面電極７を
支持台８上面に対向するようにして、上記赤外線
検出体５が銀ペーストなどの導電性接着剤９にて
固着されている。

１０はアルミナ基板、１１は該基板上に配置さ
れ、上記赤外線検出体５が高抵抗であるが故に斯
る高抵抗を低抵抗に変換するためのインピーダン
ス変換回路、１２は金属性のキヤツプ１３及びヘ
ツダ１４からなる収納体で、該収納体内の上記ヘ
ツダ１４上には上記検出体５が固定された支持台
８及び上記インピーダンス変換回路１１が配置さ
れた基板１０が固定されている。１５は上記ヘツ
ダ１４に直接植設されたアース端子で、該端子は
上記支持台８及び接着剤９を介して上記裏面電極
７に電気的に接続されている。１６及び１７は
夫々上記ヘツダ１４に絶縁材１８，１９を介して
植設された第１、第２リード端子、２０は上記表
面電極６とインピーダンス変換回路１１とを結線
するリード線、２１，２２は上記インピーダンス
変換回路１１と第１、第２リード端子１６，１７
とを結線するリード線である。

２３は上記赤外線検出体５に表面電極６側から
赤外線を入射せしめるべく上記キヤツプ１３に穿
設された開口で、該開口は直径８mmの円形、８mm
平方の正方形又は長方形を有している。２４は上
記開口２３と同形状を有し斯る開口２３を閉塞す
る第１赤外線透過体で、該透過体は成長２〜5μ
ｍの赤外線に対する透過率が高い厚さ数100μｍ
のシリコン又はゲルマニウム板からなつている。
尚、上記第１赤外線透過体２４と赤外線検出体５
との間隔Ｔは500μｍ〜３cmとなつている。２５
はアルミニウム、金、銀などの赤外線非通過材料
からなり、上記第１赤外線透過体２４の下面にて
紙面に垂直方向に延設された線状の複数の第１赤
外線非通過体で、該非通過体の幅Ｗは1μｍ〜２
mm、厚さＤは0.1〜100μｍとなつている。更に上
記第１赤外線非通過体２５は互いに所定寸法ｔを
有して離間しており、その寸法ｔは上記幅Ｗの寸
法と同一である。そして、斯る寸法ｔに対応する
部分は複数の第１赤外線通過部となつている。

２６は上記収納体１２内において間隔ｄ（＝
0.1μｍ〜１cm）を有して上記第１赤外線透過体２
４に近接対向する第２赤外線透過体で、該透過体
は上記第１赤外線透過体２４と同様に上記開口２
３と同形状を有し且つ波長２〜15μｍの赤外線に
対する透過率が高い厚さ数100μｍのシリコン又
はゲルマニウム板からなつている。２７は上記第
２赤外線透過体２６の上面にて上記第１赤外線透
過体２５と同一方向（紙面に垂直な方向）に延設
された線状の複数の第２赤外線非通過体で、該非
通過体は上記第１赤外線非通過体２５と同様にア
ルミニウム、金、銀などの赤外線非通過材料から
なり、第２赤外線非通過体２７の幅W′は1μｍ〜
２mm、厚さD′は0.1〜100μｍとなつている。更に、
上記第２赤外線非通過体２７は互いに所定寸法
t′を有して離間しており、その寸法t′は上記幅
W′の寸法と同一である。そして、斯る寸法t′に対
応する部分は複数の第２赤外線通過部となつてい
る。

２８は２枚の圧電板を張り合わせて形成された
振動体、即ちバイモルフで、該バイモルフは下端
にて上記ヘツダ１４に設けられた絶縁台２９に固
定され、上端には上記第２赤外線透過体２６が取
着されている。上記バイモルフ２８の形状は直方
体であり、その高さｈは１〜３mm、厚みａは50μ
ｍ〜５mm、幅（紙面に垂直方向の寸法）は0.5〜
15mmである。そして、上記バイモルフ２８は水
晶、ロツシエル塩、酒石酸エチレン、ジアミン、
酒石酸カリ、第一リン酸カリ、第一リン酸アンモ
ン、硫酸リチウム、チタン酸バリウム、硫酸グリ
シンなどの単結晶や、チタン酸バリウム系磁器、
ジルコン酸・チタン酸鉛系磁器、ニオブ酸系磁器
などの磁器材料からなつている。３０及び３１は
夫々更に上記ヘツダ１４に絶縁材３２，３３を介
して植設された第３、第４リード端子で、該リー
ド端子は夫々上記バイモルフ２８の両面に形成さ
れた電極パツド３４，３５に結線されている。

而して、斯る電極パツド３４，３５間に第３、
第４リード端子３０，３１を介して所定振幅、所
定周波数の交流駆動信号を印加すると、上記バイ
モルフ２８は斯る交流駆動信号の周波数に応じて
撓み第２赤外線透過体２６を矢印Ａ方向に周期的
に振動せしめ、これにより上記第１、第２赤外線
非通過体２５，２７どうし及び第１、第２赤外線
通過部どうしが重畳する状態（第２図の状態）
と、第１赤外線通過部及び第１赤外線非通過体２
５と第２赤外線非通過体２７及び第２赤外線通過
部とが夫々重畳する状態と、が周期的に繰返され
る。

この時、上記赤外線検出体５には赤外線検出器
４外部の被検出体からの赤外線が周期的に入射
し、即ち赤外線検出体５に入射する赤外線が周期
的に変化し、従つて上記赤外線検出体５は斯る変
化量に応じた交流信号を発生する。更に詳しく
は、斯る検出体５が出力する交流信号としては、
被検出体の温度と室温との温度差に基づいた振幅
を有し且つ上記バイモルフ２８に印加される交流
駆動信号と同一の周波数を有するものとなつてい
る。

第３図は他の赤外線検出器４ｓを示し、該検出
器では、第２赤外線透過体２６ｓが上記収納体１
２外において第１赤外線透過体２４に近接対向し
ている。尚、同図において、第１図と同一物には
同一番号を記すと共に第１図と同様のものには同
一番号に添字ｓが記されている。

第４図は上記赤外線検出器４又は４ｓを含む赤
外線検出装置の回路を示し、赤外線検出器４又は
４ｓ内のインピーダンス変換回路１１は10¹⁰〜
10¹¹Ωの高入力抵抗３６、FET（電界効果トラン
ジスタ）３７及び約10kΩの出力抵抗３８にて形
成されている。

そして、上記赤外線検出器４又は４ｓは第１リ
ード端子１６にて直流電圧が供給され、第２リー
ド端子１７から被検出体の温度と室温との温度差
に応じた振幅を有し且つ上記バイモルフ２８に印
加される駆動信号と同一の周波数を有する交流信
号が出力される。３９は室温測定を行なうダイオ
ード、４０は無安定マルチバイブレータからなり
周期的パルスを発振するパルス発振器、４１は上
記パルスに基づいて上記バイモルフ２８又は２８
ｓを振動せしめる（撓ませる）ための上記交流信
号（上記パルスと同一周波数）を出力する駆動回
路、４２，４３，４４は直流増幅器、４５はフイ
ルタ増幅器、４６は同期検波器、４７は合成回
路、４８は出力端子である。

而して、これら直流増幅器４２，４３，４４、
フイルタ増幅器４５、同期検波器４６、合成回路
４７の動作は特公昭53−10467号公報に見られる
回路の動作と同様であるが、特に上記同期検波器
４６及び合成回路４７の動作を詳述するに、上記
同期検波器４６は、上記発振器４０からのパルス
を入力し、該パルスに基づいて上記フイルタ増幅
器４５を通つた検出体５からの交流信号を同期検
波すべく動作する。即ち、この場合、上記同期検
波器４６においては、発振器４０からのパルスは
上記検出体５からの交流信号の正側又は負側の半
サイクルに一致するようになつており、更に詳し
くは、被検出体の温度の方が室温より高い場合に
は上記パルスは検出体５からの交流信号の正側半
サイクルに一致し、室温の方が被検出体の温度よ
り高い場合には上記パルスは検出体５からの交流
信号の負側半サイクルと一致するようになつてい
る。而して、上記同期検波器４６は、前者の場合
には上記交流信号の振幅値に応じた正の直流信号
（該信号は被検出体の温度と室温との差を表わし
且つ被検出体の温度の方が高いことを表わしてい
る）を出力し、後者の場合には上記交流信号の振
幅値に応じた負の直流信号（該信号は同様の温度
差を表わし且つ被検出体の温度の方が低いことを
表わしている）を出力する。

次に、上記合成回路４７は上記ダイオード３９
からの直流信号（該信号は室温を表わしている）
に基づいて上記同期検波器４６の出力を室温補正
すべく動作する。即ち、被検出体の温度の方が室
温より高い場合は、被検出体の温度と室温との差
に応じた同期検波器４６からの正の直流信号に、
室温に応じたダイオード３９からの直流信号が加
えられ、これにより上記合成回路４７から被検出
体の実際の温度に応じた直流信号が出力される。
又、被検出体の温度の方が室温より低い場合は、
被検出体の温度と室温との差に応じた同期検波器
４６からの負の直流信号に、同様にダイオード３
９からの直流信号が加えられ、換言すれば、室温
を表わす直流信号から上記温度差を表わす直流信
号が減じられ、これにより上記合成回路４７から
被検出体の実際の温度に応じた直流信号が出力さ
れる。そして、斯る合成回路４７から出力される
実際の温度に応じた直流信号は出力端子４８より
所望回路へ導出される。

尚、上記各検出器４，４ｓを若干変更し、第５
図及び第６図に示す如き赤外線検出器４９，５０
としても良い。即ち、第５図における赤外線検出
器４９では、第１赤外線非通過体２５，２５…を
一体に設けた枠体５１がスペーサ５２，５２を介
して第１赤外線透過体２４に設けられている。第
６図における赤外線検出器５０では、第２赤外線
透過体２６が収納体１２に設けられた別の固定台
（図示しない）に固定されていると共に、バイモ
ルフ２８には上記枠体５１が取着されている。

(ヘ) 発明の効果 本発明赤外線検出装置によれば、入射赤外線変
化量に応じた交流信号を発生する赤外線検出体、
変位方向に対して直交する方向に交互に延設され
た複数の線状の赤外線通過部及び赤外線非通過部
を有し、被検出体からの赤外線が上記検出体に入
射すべく通過する領域に位置する一対の対向体、
該一対の対向体の赤外線通過部どうし及び赤外線
非通過部どうしが略重畳する状態と、一方の対向
体の赤外線通過部及び赤外線非通過部と他方の対
向体の赤外線非通過部及び赤外線通過部とが夫々
略重畳する状態と、を周期的に繰返せしめるべく
振動する振動体、該振動体を振動せしめるための
周期的なパルス状信号を発生するパルス状信号発
生器、該発生器の発生する上記パルス状信号を入
力し、該信号に基づいて上記赤外線検出体からの
交流信号を同期検波するための同期検波器、を備
えたから、赤外線検出体に入射する赤外線を変化
せしめるためのチヨツパ及びモータ等が不要とな
り、よつて赤外線検出装置自体を小型化できると
共に、赤外線検出体に入射する赤外線はむらなく
周期的に変化するため高精度の下に赤外線検出を
行なうことができる。また、複数の線状の赤外線
通過部及び赤外線非通過部は、変位方向に対し
て、直交する方向に交互に延設されているので、
一対の対向体の赤外線透過部どうしが重畳する面
積が非常に大きく、赤外線検出体に入射させる赤
外線量が非常に多くなり、赤外線検出体からの検
出出力が大きくなり検出精度が向上する。また、
赤外線通過部及び赤外線非通過部を交互に複数個
設けることにより、赤外線通過部及び赤外線非通
過部の変位方向の幅を小さくしても、両対向体の
赤外線通過部どうしの重畳面積が小さくなること
がないので、この変位方向の幅を小さくすること
によつて、対向体の変位量を小さくすることがで
きる。これにより、振動体の印加電圧を小さくす
ることができ、且つ振動体の形状を小さくするこ
とが可能となる。更に、上記振動体を振動せしめ
るための周期的なパルス状信号を兼用して上記赤
外線検出体からの交流信号の同期検波を行なうこ
とができ、よつて従来の如きモータの回転に基づ
いて同期パルスを発生するための同期パルス発生
器を別途専用に設ける必要がなく、これにより赤
外線検出装置の簡素化をも図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ及びｂは夫々従来の赤外線検出機構の
側面図及び平面図、第２図は本発明実施例赤外線
検出装置の赤外線検出器の断面図、第３図は同装
置の他の赤外線検出器の断面図、第４図は第２図
及び第３図の同装置の回路図、第５図及び第６図
は夫々同装置の更に他の赤外線検出器の断面図で
ある。 ５……赤外線検出体、１２……収納体、２３…
…開口、２４……第１赤外線通過体、２５，２５
ｓ……第１赤外線非通過体、２６，２６ｓ……第
２赤外線透過体、２７，２７ｓ……第２赤外線非
通過体、２８及び２８ｓ……バイモルフ、４０…
…パルス発振器、４６……同期検波器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入射赤外線変化量に応じた交流信号を発生す
   る赤外線検出体、変位方向に対して直交する方向
   に交互に延設された複数の線状の赤外線通過部及
   び赤外線非通過部を有し、被検出体からの赤外線
   が上記検出体に入射すべく通過する領域に位置す
   る一対の対向体、該一対の対向体の赤外線通過部
   どうし及び赤外線非通過部どうしが略重畳する状
   態と、一方の対向体の赤外線通過部及び赤外線非
   通過部と他方の対向体の赤外線非通過部及び赤外
   線通過部とが夫々略重畳する状態と、を周期的に
   繰返せしめるべく振動する振動体、該振動体を振
   動せしめるための周期的なパルス状信号を発生す
   るパルス状信号発生器、該発生器の発生する上記
   パルス状信号を入力し、該信号に基づいて上記赤
   外線検出体からの交流信号を同期検波するための
   同期検波器、を備えたことを特徴とする赤外線検
   出装置。