JPH0477860B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は赤外線検知装置に関する。

(ロ) 従来技術 赤外線検知装置は、被測定物体の温度を測定す
るために、上記物体より放射される赤外線量を電
気量に変換する手段としてしばしば用いられる。
そして、良く知られている様に赤外線検知装置は
光学的チヨツパを必要とする。即ち光学的チヨツ
パは、結晶等からなる赤外線検知素子に被測定赤
外線を断続入射して、赤外線強度に応じた熱パル
スを与えるものである。

従来技術に従うこの種の光学的チヨツパは、特
開昭55−97612号公報に見られる如く、孔等の切
欠部を有する円板を赤外線検知素子の前方にお
き、これをモータで定速回転するものである。従
つて、その構造は、装置の小型化にとつて不向き
である。

特開昭58−32131号公報には、赤外線検知装置
の小型化を目的とした新しい形態の光学的チヨツ
パが開示されている。このチヨツパの構造は、電
気信号にて振動するバイモルフによりシヤツタを
振動させ入射赤外線を断続するものである。

この様な装置において、精度よい赤外線検出を
なすには、上記シヤツタの取付精度を極めて高く
せねばならないが、それは非常に困難である。

(ハ) 発明の目的 本発明は、光学的チヨツパをバイモルフとこの
バイモルフにより駆動されるシヤツタとから構成
して赤外線検知装置の小型化を図る際に、上記シ
ヤツタの取付精度を極めて高くすることなく、精
度よい赤外線検出をなし得る装置を提供するもの
である。

(ニ) 発明の構成 本発明の赤外線検知装置は、赤外線検出素子、
被測定赤外線を前記素子に断続入射させるための
光学的チヨツパ、該チヨツパを駆動する駆動部を
備え、上記チヨツパは、バイモルフと該バイモル
フに取着され、該バイモルフの変位によりチヨツ
パ作用をなす、スリツトを備えたシヤツタ部とを
含み、上記駆動部は上記バイモルフの一方の電極
端子に上記バイモルフを変位させる駆動電圧を印
加し、また他方の電極端子に上記駆動電圧を印加
したとき上記被測定赤外線の通過量が所定量とな
る位置に上記シヤツタ部の位置を調節するために
基準電圧を印加したことを特徴とする。

(ホ) 実施例 第１図に、本実施例装置に用いられる赤外線検
知器を示す。この検知器の外装は基板１とこの基
板に嵌着された外部シールドケース２により構成
されており、外部シールドケース２の上面に設け
た円孔窓３より被測定赤外線が入射する。円孔窓
３は通常、シリコン板４にて覆蓋される。円孔窓
３の直下の基板１上にはタンタル酸リチウム結晶
からなる焦電型赤外線検出素子５が配され、かつ
この素子を内部シールドケース６が包囲してい
る。円孔窓３より入射した赤外線は内部シールド
ケース６の上面に設けた小孔６ａを経て素子５に
達する。

この様な赤外線入射経路は、ケース２内にて光
学的チヨツパにより断続される。このチヨツパ
は、内部シールドケース６の小孔６ａに接近して
配されたシヤツタ部７と、このシヤツタ部を動か
す第１、第２バイモルフ８ａ，８ｂによりなる構
成である。第１、第２バイモルフ８ａ，８ｂは、
基板１に固着された絶縁性支持体９にて、その基
端が固定され、互いに平行に対面している。シヤ
ツタ部７は複数のスリツト１０を有し、近接対面
する第１、第２のスリツト板７ａ，７ｂからな
る。第１、第２スリツト板７ａ，７ｂは、夫々第
１、第２バイモルフ８ａ，８ｂの自由端に固着さ
れ、各バイモルフの変位により互いに平行な面内
で移動する。

第１スリツト板７ａのスリツトと、第２スリツ
ト板７ｂのそれとはほゞ重畳整列関係にあるが、
そのより該細が第２図に示されている。即ち、各
スリツトは全て同一ピツチＰで配列されている
が、第１スリツト板７ａのスリツト１０ａと第２
スリツト板７ｂのスリツト１０ｂとは、第１、第
２バイモルフ８ａ，８ｂの非駆動状態にて、互い
に1/4Ｐだけずれている。従つて図において、第
１スリツト板７ａが右方向へ、又第２スリツト板
７ｂが左方向へ夫々1/8Ｐだけ移動すると、第１、
第２スリツト板７ａ，７ｂの各スリツト１０ａ，
１０ｂは完全に整列して、シヤツタ部７の全開状
態となり、又夫々逆に1/8Ｐだけ移動することに
より、シヤツタ部７は全閉状態となる。

シヤツタ部７は、後述される駆動回路にて、周
期的に開閉状態をくり返し、これにより、周知の
如く、素子５はシヤツタ部７と被測定物との相対
的温度差に対応した信号を出力する。第１、第２
バイモルフ８ａ，８ｂ間に置かれたダイオード１
１は、その温度特性を利用して、シヤツタ部７の
温度を近似的に検出する。この検出温度は、素子
５の出力する上記相対的温度差を補正するために
用いられる。

シヤツタ部７における上記の如き周期的チヨツ
パ作用をなすために、第１、第２バイモルフ８
ａ，８ｂはそれに適した構造を有し、かつ適した
信号波形で駆動されねばならない。第３図Ａに第
１、第２バイモルフ８ａ，８ｂの構造を示し、又
第３図Ｂにそれらを駆動する信号波形を示す。各
バイモルフは共に同一構造を有し、コバールやリ
ン青銅等の薄い金属支持板からなる中央電極２０
と、その両側に張り付けられたPZT等の第１、
第２圧電体２１，２２と、これら圧電体の表面に
膜状に設けられた第１、第２電極２３，２４から
なり、第１、第２バイモルフ８ａ，８ｂの中央電
極２０に連なる端子ａと、第１、第２電極２３，
２４に連なる端子ｂとの間に電圧を印加した際、
各バイモルフ８ａ，８ｂは夫々相反方向に屈曲す
る様分極されている。

バイモルフの印加電圧に対する変位量をｙとす
れば、 ｙ＝３・l²／（2t）²・d₃₁・Ｖ なる関係がある。

こゝに、 ｔ：圧電体の厚み ｌ：自由長 d₃₁：圧電定数 Ｖ：印加電圧 従つて、ある圧電定数をもつたバイモルフで大
きな変位量を得ようとすれば、自由長を大きくす
るか、圧電体を薄くするか、あるいは印加電圧を
大きくとるかに限られる。圧電体を極端に薄くす
ることは機械的強度が低下するし、製作上も困難
である。又自由長を大きくとると大型になるので
小型化の目標に反する。よつて印加電圧を大きく
とらざるを得ない。

本実施例において、バイモルフの自由長ｌ＝
1.25cm、圧電定数d₃₁＝260×10^-10cm／Ｖ、圧電体
の厚みｔ＝0.02cmであり、又、第１、第２スリツ
ト板７ａ，７ｂの各スリツトのピツチＰ＝400μ
ｍとして、既述の如く、シヤツタ部７が全開、全
閉の各状態をとるために各バイモルフの自由端が
片側で50μｍ、即ち、両側で計、100μｍの振幅で
変位しなければならないとすると、約130Vの振
幅をもつた印加電圧（V_P-P）が必要とされる。
第４図に一定の入射赤外線量における印加電圧
V_P-Pと赤外線検知出力電圧との関係を実測値に
て示す。尚、この場合のバイモルフの駆動周波数
は３Hzである。

この様に、シヤツタ部７が全開、全閉の各状態
をとる様印加電圧V_P-Pを決めることは可能であ
るが、各バイモルフの温度による変形誤差を考慮
に入れると、印加電圧V_P-Pを60V程度に下げ各バ
イモルフを比較的小振幅で振動させるのが好まし
い。尚この理由の詳細は特願昭58−218235号の発
明に記載されている。従つて本実施例でも印加電
圧V_P-Pは60Vに決められている。

第３図Ｂに示した駆動波形は、上記を考慮して
第３図Ａの端子ｂに印加される電圧波形である。
尚、端子ａは基準電位としてある。同図に示す如
く、駆動波形は交番的な方形波であるが、本実施
例では、更に斯る交番方形波の正の立上り部と負
の立上り部との各肩が丸味をもつ様配慮されてい
る。この立上り波形を採用した結果、従来、図中
点線で示す如き完全な方形波駆動の際に生じるバ
イモルフの異常音が無くなる。上記立上り波形の
時定数が余り長いと赤外線検出出力が低下するた
め、それは赤外線検知素子５の熱時定数τ_tより短
く設定されるのが良い。

第５図に、上記赤外線検知器を組込んだ本実施
例電子レンジの回路を示す。電源端子３０，３１
に印加される商用電源が電子レンジのドアスイツ
チ３２及び制御スイツチ３３を介してマイクロ波
発振回路３４に供給される。マイクロ波発振回路
３４は高圧トランス３５、倍圧整流器３６、マグ
ネトロン３７からなる。又商用電源は、同様にし
てマグネトロン３７の冷却フアンモータ３８にも
供給される。

制御スイツチ３３は双方向性サイリスタで構成
され、そのゲート信号はマイクロプロセサ４０か
らインタフエース４１を介して与えられる。マイ
クロプロセサ４０は、インタフエース４２を介し
て入力されるキーボード４３からの指令でタイマ
運転動作や温度運転動作をなす。即ち、タイマ運
転の場合は、キーボード４３より入力されるタイ
マ時間長だけ制御スイツチ３３をオンになし、一
方温度運転の場合は赤外線検知装置５０を動作さ
せ、赤外線検知器５１に入る食品からの赤外線量
により食品温度を判断し、それが、キーボード４
３より予め入力されている仕上り温度に達するま
で制御スイツチ３３をオンになす。

電源端子３０，３１に、降圧トランス４４を介
して連なる直流電圧発生部４５はマイクロプロセ
サ４０や赤外線検知装置５０へ夫々の動作電圧源
を供給する。

以下赤外線検知装置５０の構成並びに動作を説
明する。装置５０の駆動時、マイクロプロセサ４
０から、インターフエース４１を介して信号Ａ、
信号Ｂが与えられる。信号Ａは第６図Ａに示す如
き、３Hzのパルス列であり、これにより第１トラ
ンジスタ５３が３Hzでオン、オフをくり返す。信
号Ｂは第６図Ｂに示す如き一定レベルのものであ
り、これにより第２トランジスタ５４が連続オン
し、そのエミツタ出力によりDC−DCコンバータ
５５が起動される。DC−DCコンバータ５５は−
E₀V（−60V）の直流電圧を出力する。よつて第
１、第２バイモルフの端子ａにはボリユーム５６
を介して一定の基準電位−ESV（約−30V）が加
わり、一方端子ｂには、第６図ｃに示す如く、第
１トランジスタ５３のオフ時、−E₀V、又、同オ
ン時、0Vが夫々加わり、この結果、既述の如く、
各バイモルフは３Hzの周期で振動する。

今、第１、第２バイモルフの静電容量を共に
C_BMとし、交流的に考えると、第１トランジスタ
５３のオフ時、第７図Ａに示す等価回路の如く、
抵抗Ｒ１，ｒ２，Ｒ３とC_BMとのCR時定数回路
が、又第１トランジスタ５３のオン時、第７図Ｂ
に示す等価回路の如く、抵抗Ｒ２，ｒ１とC_BMと
のCR時定数回路が夫々形成され、これにより、
第６図Ｃに示す如く、駆動波形の正、負各立上り
部の肩に丸味がつく。本実施例において、C_BM＝
10nF、Ｒ１＝330KΩ、Ｒ２＝Ｒ３＝100KΩ、ｒ
１＋ｒ２＝500KΩであり、これにより、上記波
形の立上り時定数は５〜8msecとなる。尚赤外線
検知素子５の熱時定数τ_tは15〜30msecである。

再び第５図において、端子ａはボリユーム５６
に連なつており、この結果、基準電位−EsVは調
整可能である。このことは、シヤツタ部７を構成
する第１、第２スリツト板７ａ，７ｂの組立時の
相互配置のズレを電気的にほゞ補償できることを
意味し、好都合である。補償作業としては、第４
図に示す如き測定をしつつ、赤外線検出出力が最
大になる様、ボリユーム５６を調整すればよい。

赤外線検知素子５の出力及びダイオード１１の
出力は処理回路５７に入る。この回路では、素子
５の出力を交流増幅し、３Hzを中心周波数とする
バンドパスフイルタを通した後、信号Ａで同期整
流し、次いで直流増幅することにより直流値を
得、これをダイオード１１の出力に基いて補正し
た後、Ａ／Ｄ変換器５８を経て、食品温度に対応
したデジタル量を得る。このデジタル量はインタ
フエース４１を介してマイクロプロセサ４０に入
る。

(ヘ) 発明の効果 本発明によれば、光学的チヨツパをバイモルフ
とこのバイモルフにより駆動されるシヤツタとか
ら構成するものであるから、赤外線検知装置の小
型化を図れ、しかも、上記シヤツタの取付精度を
電気的に補償できるため、赤外線検出精度を簡単
に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明実施例を示し、第１図Ａは赤外線検
知器の分解斜視図、第１図Ｂは同断面図、第２図
は第１、第２スリツト板の要部断面図、第３図Ａ
は第１、第２バイモルフの側面図、第３図Ｂは駆
動波形図、第４図は赤外線検出出力特性図、第５
図は電子レンジ回路図、第６図は信号波形図、第
７図は等価回路図である。 ５…赤外線検出素子、７…シヤツタ部、８ａ，
８ｂ…第１、第２バイモルフ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 赤外線検出素子、被測定赤外線を前記素子に
   断続入射させるための光学的チヨツパ、該チヨツ
   パを駆動する駆動部を備え、上記チヨツパは、バ
   イモルフと該バイモルフに取着され、該バイモル
   フの変位によりチヨツパ作用をなす、スリツトを
   備えたシヤツタ部とを含み、上記駆動部は上記バ
   イモルフの一方の電極端子に上記バイモルフを変
   位させる駆動電圧を印加し、また他方の電極端子
   に上記駆動電圧を印加したとき上記被測定赤外線
   の通過量が所定量となる位置に上記シヤツタ部の
   位置を調節するために基準電圧を印加したことを
   特徴とする赤外線検知装置。