JPH0448509Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0448509Y2 JPH0448509Y2 JP11787686U JP11787686U JPH0448509Y2 JP H0448509 Y2 JPH0448509 Y2 JP H0448509Y2 JP 11787686 U JP11787686 U JP 11787686U JP 11787686 U JP11787686 U JP 11787686U JP H0448509 Y2 JPH0448509 Y2 JP H0448509Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pyroelectric
- detector
- infrared
- gas
- mixed gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Burglar Alarm Systems (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本考案は、侵入警報器、自動ドア用人体スイツ
チ、放射温度計などに使用される焦電型赤外線検
知器に関する。 〔従来の技術及び考案が解決しようとする問題
点〕 焦電型赤外線検知器（以下、焦電検知器とい
う）の電圧感度Rvは次式で表わされる（文献；
E.H.Putley，Semiconductors and Semimetals
（edited by Willadson）５，Academic Press
（1970））。 但し、η；放射率、ω；チヨツピング角周波数
（＝2πf，ｆ；チヨツピング周波数（Hz），Ａ；素
子受光電極面積（cm2），Ｇ；熱放射能（Ｊ／sec.
K），dPs／dT；素子の焦電係数（Ｃ／cm2．Ｋ），Ｈ； 素子熱容量（Ｊ／Ｋ），τr；時定数（sec）（＝
Ｈ／Ｇ），τE；電気時定数（sec）（＝Ｃ，Ｒ，
Ｃ；検知器の等価入力容量（Ｆ），Ｒ；検知器の
等価入力抵抗（Ω））である。 (1)式はRvを入射赤外線の変調角周波数ωの関
数として表わしている。(1)式をωについてプロツ
トすると、第２図に示した如く台形状のグラフが
得られる。台形状グラフの左右の斜辺は夫々の傾
きが−１、＋１となる。斜辺がなだらかになる屈
曲点は、ω＝１／τE或は１／τTで決まる。１／
τE，１／τTの何れか小さい方がａ点となり、他方
がｂ点となる。実際の焦電型赤外線検知器では何
れの場合も存在し得るが、人体検知用の場合で
PZT（チタン酸ジルコン酸鉛）系セラミツクスが
焦電素子として使われる時には、τE＞τTとなる例
が多い。従つて、ａ点は１／τE，ｂ点は１／τrで
決まる。 次に、人体検知器の場合、検知器が実際に動作
する周波数範囲は広く見ても0.01〜10Hzの領域で
あることが知られている。これは、人の動きがこ
の周波数領域にあることからきている。この周波
数領域で焦電検知器の感度を高めるための構造を
(1)式を用いて検討する。 (1)式を書き変えて熱的因子と電気的因子による
項に分けて見ると、 τE》τrの場合電気的項は無視できるから、(1)′
式は近似的に となる。 Rvが大きくなるためには、η，Ａ，dPs／dTが大 きくなければならないことは言うまでも無いが、
放射率ηは通常使用されるものでは0.95が限度で
ある。受光電面積Ａは用途を限定した場合ある値
に定められてしまう。焦電係数dPs／dTは焦電体の 材料定数であつて、なるべく大きいものを使うべ
きであるが、本考案では材料以外の要因を最適化
するのが目的であるので、材料についてはある一
定の値のものを使用すると考える。 (2)式はωについて見れば、 この式(2)、では、赤外線変調周波数ωが十分大
きい場合は素子容量ＨがRvの支配的要因となる。
しかし、ωが小さい場合は熱放射能Ｇの大きさが
無視できない。焦電検知器で人体の検知を行なう
のは正にこの周波数領域である。 第３図は、Ｇをパラメータとし、Ｇ以外の定数
を適当に仮定して得た(1)式を示すグラフである。
定数としてη＝0.95，Ａ＝0.02（cm2），dPs／dT＝4.4
× 10-8（Ｃ／cm2・Ｋ），τE＝20sec，Ｈ＝2.9×10-3
（Ｊ／Ｋ）を用いた。第３図から判るようにｆ＝
10Hz付近ではＧの大小による影響は小さいが低周
波数になる程その影響が大きくなる。この結果か
ら、0.01〜10Hzを検知領域とする場合、感度Rvを
大きくするにはＧを小さくしなければならないこ
とが明らかである。 熱放射能Ｇは赤外照射により加熱された焦電子
からの熱の放散し易さの度合を示す。焦電素子か
らの熱の放散は細かく検討すると次のように考え
られる。 Ｇ＝g1＋g2＋g3＋g4 ……(3) 但しg1；焦電体支持体からの伝導による熱放
散、g2；焦電体を取巻く雰囲気を媒体とする伝導
による熱放散、g3；焦電体を取巻く雰囲気を媒体
とする対流による熱放散、g4；焦電体表面からの
赤外放射である。以上４項のうち、従来からg1に
よる寄与が大きいことが知られ、それを低減させ
るための種々の構造が提案されてきた。しかしな
がら、g2，g3，g4については殆ど考慮の対象とな
ることがなかつた。本考案はこの点について検討
を加え、g2について重要な事実を見出すに至つ
た。 これまでの焦電検知器のパツケージ内には大気
圧の乾燥窒素ガスが封入されるのが普通であつ
た。これは、焦電素子チツプ上に蒸着された電極
の酸化防止や内蔵されている高抵抗の湿度による
劣化防止が目的であつた。ところが、上記の焦電
素子からの熱放散という観点から、この封入ガス
の性質が重要な意味を持つはずである。 本考案は、上記の点に鑑み、焦電素子からの雰
囲気を媒体とする熱伝導による熱放散を小さくす
ることにより特に赤外線周波数が低い領域におけ
る感度を高めた焦電検知器を提供することを目的
とする。 〔問題点を解決するための手段及び作用〕 本考案による焦電検知器は、該検知器のパツケ
ージ内に窒素よりも熱伝導率の低い不活性ガス具
体的にはアルゴン、キセノン、クリプトンの中の
一種類から成る単体ガス又は二種類以上から成る
混合ガス又は該単体ガスもしくは混合ガスと窒素
とから成る混合ガスを封入したものである。下記
に、幾つかのガスの熱伝導率の値を示す。
チ、放射温度計などに使用される焦電型赤外線検
知器に関する。 〔従来の技術及び考案が解決しようとする問題
点〕 焦電型赤外線検知器（以下、焦電検知器とい
う）の電圧感度Rvは次式で表わされる（文献；
E.H.Putley，Semiconductors and Semimetals
（edited by Willadson）５，Academic Press
（1970））。 但し、η；放射率、ω；チヨツピング角周波数
（＝2πf，ｆ；チヨツピング周波数（Hz），Ａ；素
子受光電極面積（cm2），Ｇ；熱放射能（Ｊ／sec.
K），dPs／dT；素子の焦電係数（Ｃ／cm2．Ｋ），Ｈ； 素子熱容量（Ｊ／Ｋ），τr；時定数（sec）（＝
Ｈ／Ｇ），τE；電気時定数（sec）（＝Ｃ，Ｒ，
Ｃ；検知器の等価入力容量（Ｆ），Ｒ；検知器の
等価入力抵抗（Ω））である。 (1)式はRvを入射赤外線の変調角周波数ωの関
数として表わしている。(1)式をωについてプロツ
トすると、第２図に示した如く台形状のグラフが
得られる。台形状グラフの左右の斜辺は夫々の傾
きが−１、＋１となる。斜辺がなだらかになる屈
曲点は、ω＝１／τE或は１／τTで決まる。１／
τE，１／τTの何れか小さい方がａ点となり、他方
がｂ点となる。実際の焦電型赤外線検知器では何
れの場合も存在し得るが、人体検知用の場合で
PZT（チタン酸ジルコン酸鉛）系セラミツクスが
焦電素子として使われる時には、τE＞τTとなる例
が多い。従つて、ａ点は１／τE，ｂ点は１／τrで
決まる。 次に、人体検知器の場合、検知器が実際に動作
する周波数範囲は広く見ても0.01〜10Hzの領域で
あることが知られている。これは、人の動きがこ
の周波数領域にあることからきている。この周波
数領域で焦電検知器の感度を高めるための構造を
(1)式を用いて検討する。 (1)式を書き変えて熱的因子と電気的因子による
項に分けて見ると、 τE》τrの場合電気的項は無視できるから、(1)′
式は近似的に となる。 Rvが大きくなるためには、η，Ａ，dPs／dTが大 きくなければならないことは言うまでも無いが、
放射率ηは通常使用されるものでは0.95が限度で
ある。受光電面積Ａは用途を限定した場合ある値
に定められてしまう。焦電係数dPs／dTは焦電体の 材料定数であつて、なるべく大きいものを使うべ
きであるが、本考案では材料以外の要因を最適化
するのが目的であるので、材料についてはある一
定の値のものを使用すると考える。 (2)式はωについて見れば、 この式(2)、では、赤外線変調周波数ωが十分大
きい場合は素子容量ＨがRvの支配的要因となる。
しかし、ωが小さい場合は熱放射能Ｇの大きさが
無視できない。焦電検知器で人体の検知を行なう
のは正にこの周波数領域である。 第３図は、Ｇをパラメータとし、Ｇ以外の定数
を適当に仮定して得た(1)式を示すグラフである。
定数としてη＝0.95，Ａ＝0.02（cm2），dPs／dT＝4.4
× 10-8（Ｃ／cm2・Ｋ），τE＝20sec，Ｈ＝2.9×10-3
（Ｊ／Ｋ）を用いた。第３図から判るようにｆ＝
10Hz付近ではＧの大小による影響は小さいが低周
波数になる程その影響が大きくなる。この結果か
ら、0.01〜10Hzを検知領域とする場合、感度Rvを
大きくするにはＧを小さくしなければならないこ
とが明らかである。 熱放射能Ｇは赤外照射により加熱された焦電子
からの熱の放散し易さの度合を示す。焦電素子か
らの熱の放散は細かく検討すると次のように考え
られる。 Ｇ＝g1＋g2＋g3＋g4 ……(3) 但しg1；焦電体支持体からの伝導による熱放
散、g2；焦電体を取巻く雰囲気を媒体とする伝導
による熱放散、g3；焦電体を取巻く雰囲気を媒体
とする対流による熱放散、g4；焦電体表面からの
赤外放射である。以上４項のうち、従来からg1に
よる寄与が大きいことが知られ、それを低減させ
るための種々の構造が提案されてきた。しかしな
がら、g2，g3，g4については殆ど考慮の対象とな
ることがなかつた。本考案はこの点について検討
を加え、g2について重要な事実を見出すに至つ
た。 これまでの焦電検知器のパツケージ内には大気
圧の乾燥窒素ガスが封入されるのが普通であつ
た。これは、焦電素子チツプ上に蒸着された電極
の酸化防止や内蔵されている高抵抗の湿度による
劣化防止が目的であつた。ところが、上記の焦電
素子からの熱放散という観点から、この封入ガス
の性質が重要な意味を持つはずである。 本考案は、上記の点に鑑み、焦電素子からの雰
囲気を媒体とする熱伝導による熱放散を小さくす
ることにより特に赤外線周波数が低い領域におけ
る感度を高めた焦電検知器を提供することを目的
とする。 〔問題点を解決するための手段及び作用〕 本考案による焦電検知器は、該検知器のパツケ
ージ内に窒素よりも熱伝導率の低い不活性ガス具
体的にはアルゴン、キセノン、クリプトンの中の
一種類から成る単体ガス又は二種類以上から成る
混合ガス又は該単体ガスもしくは混合ガスと窒素
とから成る混合ガスを封入したものである。下記
に、幾つかのガスの熱伝導率の値を示す。
以下、図示した実施例を用いて本考案を詳細に
説明する。第１図は侵入警報器に用いられる焦電
検知器の断面図を示しており、焦電素子チツプ１
はTO−５ステム２を貫通し固定された複数本の
リードピン３の上端に固着されたアルミナ基板４
上にガラス又は樹脂製の複数個の支持体５を介し
て接着剤で固定されている。尚、支持体５と焦電
体１の接触面積は必要最小限にとどめられてお
り、これにより支持体５を介する熱伝導によつて
放散される熱量は最小の状態となつている。６は
焦電素子チツプ１を包囲するようにしてステム２
に固着されたキヤツプであつて、その頂部には、
人体の発する赤外光領域のみを透過する7μmカツ
トオンバンドパスフイルタが蒸着された窓材７が
取付けられている。 以上のような構造の焦電検知器において、まず
キヤツプ６を取付けない状態の該検知器の信号出
力を測定しておき、次にキヤツプ６を取付けた後
キヤツプ６内の空間８に種々のガスを封入した場
合の信号出力と比較した。測定チヨツピング周波
数は0.1Hzと１Hzの二点とした。封入ガスはアル
ゴン、キセノン、クリプトン、アルゴン＋キセノ
ン（１：１）の混合ガス、窒素＋キセノン（１＋
１）及び比較用の窒素の６種類であつた。その結
果を下記表１に示す。
説明する。第１図は侵入警報器に用いられる焦電
検知器の断面図を示しており、焦電素子チツプ１
はTO−５ステム２を貫通し固定された複数本の
リードピン３の上端に固着されたアルミナ基板４
上にガラス又は樹脂製の複数個の支持体５を介し
て接着剤で固定されている。尚、支持体５と焦電
体１の接触面積は必要最小限にとどめられてお
り、これにより支持体５を介する熱伝導によつて
放散される熱量は最小の状態となつている。６は
焦電素子チツプ１を包囲するようにしてステム２
に固着されたキヤツプであつて、その頂部には、
人体の発する赤外光領域のみを透過する7μmカツ
トオンバンドパスフイルタが蒸着された窓材７が
取付けられている。 以上のような構造の焦電検知器において、まず
キヤツプ６を取付けない状態の該検知器の信号出
力を測定しておき、次にキヤツプ６を取付けた後
キヤツプ６内の空間８に種々のガスを封入した場
合の信号出力と比較した。測定チヨツピング周波
数は0.1Hzと１Hzの二点とした。封入ガスはアル
ゴン、キセノン、クリプトン、アルゴン＋キセノ
ン（１：１）の混合ガス、窒素＋キセノン（１＋
１）及び比較用の窒素の６種類であつた。その結
果を下記表１に示す。
【表】
上述の如く、本考案による焦電検知器は、赤外
線周波数が低い領域における感度が向上すると共
に、環境温度の変動による誤動作が少なくなると
いう重要な利点を有している。
線周波数が低い領域における感度が向上すると共
に、環境温度の変動による誤動作が少なくなると
いう重要な利点を有している。
第１図は本考案による焦電検知器の一実施例の
断面図、第２図は焦電検知器の電圧感度を入射赤
外線の変調周波数の関数として表わした場合のグ
ラフ、第３図は上記電圧感度を熱放射能をパラメ
ータとし、それ以外の定数を適当に仮定して表わ
した場合のグラフである。 １……焦電素子チツプ、２……TO−５ステ
ム、３……リードピン、４……アルミナ基板、５
……支持体、６……キヤツプ、７……窓材、８…
…空間。
断面図、第２図は焦電検知器の電圧感度を入射赤
外線の変調周波数の関数として表わした場合のグ
ラフ、第３図は上記電圧感度を熱放射能をパラメ
ータとし、それ以外の定数を適当に仮定して表わ
した場合のグラフである。 １……焦電素子チツプ、２……TO−５ステ
ム、３……リードピン、４……アルミナ基板、５
……支持体、６……キヤツプ、７……窓材、８…
…空間。
Claims (1)
- 焦電素子を中空パツケージに封入して成る焦電
型赤外線検知器において、前記パツケージ内の空
間がアルゴン，キセノン，クリプトンの中の一種
類から成る単体ガス又は二種類以上から成る混合
ガス又は該単体ガスもしくは混合ガスと窒素とか
ら成る混合ガスで満たされていることを特徴とす
る焦電型赤外線検知器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11787686U JPH0448509Y2 (ja) | 1986-07-31 | 1986-07-31 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11787686U JPH0448509Y2 (ja) | 1986-07-31 | 1986-07-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6325336U JPS6325336U (ja) | 1988-02-19 |
| JPH0448509Y2 true JPH0448509Y2 (ja) | 1992-11-16 |
Family
ID=31003801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11787686U Expired JPH0448509Y2 (ja) | 1986-07-31 | 1986-07-31 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0448509Y2 (ja) |
-
1986
- 1986-07-31 JP JP11787686U patent/JPH0448509Y2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6325336U (ja) | 1988-02-19 |
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