JPH0772014A - 焦電型赤外線センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 常に正確にセンシングが可能であることを確
認するための自己診断機能を有する焦電型赤外線センサ
を提供すること。 【構成】 焦電体基板表面３１上に形成された板状の補
償電極３４に接続された補償電極リード部３５間に所定
の一定電圧を印加することにより、補償電極３４に電流
を流し、温度をある一定値に上げ、補償電極３４から放
出される赤外線を受光電極３２で検知し、これを定期的
に行うことによって、検知量が一定である間はセンサの
作動状態は正常であると判断でき、検知量が低下してき
た時はセンサの劣化、故障等と判断できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人体などを検知するた
めの赤外線センサのうち、赤外線の吸収による温度変化
を利用した熱型センサに属する焦電型赤外線センサに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、室内にいる人間の有無や活動量を
検知することによって、セキュリティや空調制御を行お
うという要求が高まりつつ有る。すなわち、人体から放
出された赤外線を検知することにより人体を検知し、そ
の信号を空気調和機・照明器具等の環境制御機器や防犯
システム等の制御に用いる目的で、赤外線センサを用い
て赤外線発生源を検出する装置が使用されるようになっ
てきた。赤外線センサとしては、赤外線を光子としてと
らえる量子型センサと、赤外光の吸収によって素子の温
度が上昇した結果生じる素子の物性変化を利用する熱型
センサの２種類が知られているが、前者については通常
液体窒素等による冷却が必要であり、高価、取扱が煩雑
であるため、一般的には後者の熱型センサが用いられて
いる。熱型センサの中でも、特に焦電型赤外線センサは
他の赤外線センサに比べて感度が高いため赤外線発生源
検知に適している。この焦電型赤外線センサは基本的に
は赤外線の変化を検出するものであるため、静止した赤
外線発生源を検知しようとした場合、何等かの方法で赤
外線が断続的にセンサ受光部に入射するように工夫する
必要があり、通常はスリット付き円板や平板等のチョッ
パーを回転あるいは振動させることにより赤外線の断続
入射（チョッピング）を実現している。

【０００３】図８は、従来の焦電型赤外線センサの焦電
素子の電極パターンを示す概略図であり、同図（ａ）
は、焦電体基板表面側を示し、同図（ｂ）は、焦電体基
板裏面側を示す。図８の焦電型赤外線センサにおいて、
焦電体基板表面７１上には赤外線を受光するための受光
電極７２及び、その受光電極７２の１つ１つに対応して
補償電極７４が形成されており、又、焦電体基板裏面７
６上には、それら受光電極７２及び補償電極７４に対応
して対向電極７７が形成されている。焦電体基板表面７
１の受光電極７２のみに赤外線が照射されることによっ
て電位差が生じ、その電圧を検知することにより赤外線
発生源を探知することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようにして赤外線
を検知する焦電型赤外線センサは、常にセンシングが完
全に正確に行われていることが特に重要である。すなわ
ち、センサ使用中に、センサに使用している焦電体の劣
化や、センサ自身の故障等が起り、センシング不可能と
なった場合、重大な問題が生じ、早急にセンサの交換を
行わなければならないことがある。このような時は、時
間的にもロスが発生し、セキュリテイ・安全上も問題が
ある。そこで、センサの作動状態を常にチェックし、劣
化、故障の発生をいち早く調べ、素早く交換することが
必要となってくる。すなわち、センサの自己診断機能に
よって常にセンサの劣化、故障のチェックを行い、セン
シングが常に正確に行われていることを確認して、もし
行われていない時はすぐにそれを検出できるようにする
ことが必要である。

【０００５】しかしながら、従来の焦電型赤外線センサ
には、このような自己診断機能がないため、劣化、故障
の発生を調べることができず、定期的に交換をするしか
ないという課題がある。

【０００６】本発明は、従来の焦電型赤外線センサのこ
のような課題を考慮し、常に正確にセンシングが可能で
あることを確認するための自己診断機能が付与された焦
電型赤外線センサを提供することを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、基
板上に赤外線を受光する受光電極部を有する焦電素子
と、その焦電素子の近傍又は基板上に設けられ、焦電素
子の動作状態を診断するために、焦電素子を所定量加熱
する加熱手段とを備えた焦電型赤外線センサである。

【０００８】請求項６の本発明は、基板上に赤外線を受
光する受光電極部を有する焦電素子と、その焦電素子の
近傍又は基板上に設けられ、焦電素子の動作状態を診断
するために、焦電素子に赤外線を入射するための赤外線
発光素子とを備えた焦電型赤外線センサである。

【０００９】

【作用】本発明は、焦電素子の近傍又は基板上に設けら
れた加熱手段が、焦電素子の動作状態を診断するため
に、焦電素子を所定量加熱する。

【００１０】また本発明は、焦電素子の近傍又は基板上
に設けられた赤外線発光素子が、焦電素子の動作状態を
診断するために、焦電素子に赤外線を入射する。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明をその実施例を示す図面に基
づいて説明する。

【００１２】（実施例１）図１は、本発明にかかる第１
の実施例の焦電型赤外線センサの焦電素子の電極パター
ンを示す概略図であり、同図（ａ）は、その焦電体基板
表面側を示し、同図（ｂ）は、焦電体基板裏面側を示
す。すなわち、焦電型赤外線センサの焦電体基板表面３
１上には赤外線を受光するための受光電極３２と、その
受光電極３２に対応した補償電極３４とがそれぞれ形成
され、又、焦電体基板裏面３６上には、受光電極３２及
び補償電極３４に対向した対向電極３７が形成されてい
る。ここで、前述の補償電極３４は１つの板状になって
おり、この補償電極３４の両端には、補償電極リード部
３５が２本取り付けられ、この補償電極３４が加熱手段
のヒータを構成している。又、受光電極３２には受光電
極リード部３３が接続されている。

【００１３】次に、上記第１の実施例の焦電型赤外線セ
ンサの動作原理について説明する。

【００１４】まず、補償電極リード部間に所定の一定電
圧を印加することによって、補償電極３４に電流を流
し、温度を所定の一定値に上げる。そうすると、温度が
上昇した補償電極３４からは、ある一定量の赤外線が放
出され、この放出された赤外線は隣の受光電極３２で検
知することができる。これを定期的に行えば、検知量が
一定の間はセンサの作動状態は正常であると判断でき、
検知量が低下してきた時はセンサの劣化、故障等と判断
できる。従って、検知量が低下してきた時点でセンサを
交換することによって、不良センサの使用による問題を
未然に防ぐことができる。

【００１５】図２は、上記第１の実施例の焦電型赤外線
センサにおける電気回路を説明するための回路図であ
る。図２において、補償部４２を連結し、この補償部に
ある一定の電圧を印加することによって、補償部４２を
熱源として用い、この補償部４２から赤外線を発生さ
せ、この赤外線を受光部４１で検知し、検知量が変化し
てきたら、センサの劣化・故障と判断する。

【００１６】このように、補償電極３４をヒーター線と
して使用し、定期的にある一定量の赤外線を放出させ、
これを受光電極３２で検知することによって、センサ自
身の性能を容易に判断することができる。さらに、電極
をそのままヒーター線として使用するので、コンパクト
でありコスト的にも安く作製することができ、また、信
頼性も高く、高精度に自己診断を行うことが可能であ
る。

【００１７】以上のように、本実施例によれば、補償電
極３４にリード部３５を２本形成し、この間に電圧をか
けることによって、補償電極３４をヒーター線として使
用することができ、容易に、高精度、高信頼性で自己診
断することができる焦電型赤外線センサを得ることがで
きる。

【００１８】（実施例２）図３は、本発明にかかる第２
の実施例の焦電型赤外線センサの焦電素子の電極パター
ンの概略図であり、同図（ａ）は、その焦電体基板表面
側を示し、同図（ｂ）は、焦電体基板裏面側を示す。本
実施例の焦電型赤外線センサが前述の第１の実施例の焦
電型赤外線センサと異なる点は、焦電体基板表面３１上
の補償電極３４は受光電極３２に対応して形成され、一
方、受光電極３２及び補償電極３４に対向して、焦電体
基板裏面３６上に設けられた対向電極３７のうち、補償
電極３４に対向した対向電極３７が１つの板状に形成さ
れ、その対向電極３７の両端に対向電極リード部３８が
２本取り付けられ、この対向電極３７が加熱手段のヒー
タを構成している点である。

【００１９】本実施例の動作原理は、基本的には第１の
実施例と同様である。すなわち、対向電極リード部間に
所定の一定電圧を印加することによって、対向電極３７
に電流を流し、温度を所定の一定値に上げる。そうする
と、温度が上昇した対向電極３７からは、ある一定量の
赤外線が放出され、この放出された赤外線は受光電極３
２で検知することができる。これを定期的に行えば、検
知量が一定の間はセンサの作動状態は正常であると判断
でき、検知量が低下してきた時はセンサの劣化、故障等
と判断できる。従って、検知量が低下してきた時点でセ
ンサを交換することによって、不良センサの使用による
問題を未然に防ぐことができる。

【００２０】このように、対向電極３７をヒーター線と
して使用し、定期的にある一定量の赤外線を放出させ、
これを受光電極３２で検知することによって、センサ自
身の性能を容易に判断することができる。さらに、電極
をそのままヒーター線として使用するので、コンパクト
でありコスト的にも安く作製することができ、また、信
頼性も高く、高精度に自己診断を行うことが可能であ
る。

【００２１】以上のように、本実施例によれば、対向電
極３７にリード部３８を２本形成し、この間に電圧をか
けることによって、対向電極３７をヒーター線として使
用することができ、容易に、高精度、高信頼性で自己診
断することができる焦電型赤外線センサを得ることがで
きる。

【００２２】なお、上記実施例では、補償電極に対向し
た対向電極をヒーター線として使用したが、これに代え
て、受光電極に対向した対向電極を１つの板状にして、
ヒーター線として使用してもよい。

【００２３】（実施例３）図４は、本発明にかかる第３
の実施例の焦電型赤外線センサの焦電素子の電極パター
ンの概略図であり、同図（ａ）は、その焦電体基板表面
側を示し、同図（ｂ）は、焦電体基板裏面側を示す。本
実施例の焦電型赤外線センサが前述の第１や第２の実施
例の焦電型赤外線センサと異なる点は、焦電体基板表面
２１上に形成された受光電極２２及び、その受光電極２
２に対応した補償電極２５の間に、ヒーター配線２４が
形成されている点である。なお、焦電体基板裏面２７上
には、第１の実施例と同様、受光電極２２及び補償電極
２５に対向した対向電極２８が形成されている。

【００２４】本実施例では、焦電体基板表面２１に設け
られたヒーター配線２４に、所定の一定電圧を印加する
ことによって電流を流し、温度を所定の一定値に上げ
る。そうすると、温度が上昇したヒーター配線２４から
は、ある一定量の赤外線が放出され、この放出された赤
外線は受光電極２２で検知することができる。これを定
期的に行えば、検知量が一定の間はセンサの作動状態は
正常であると判断でき、検知量が低下してきた時はセン
サの劣化、故障等と判断できる。従って、検知量が低下
してきた時点でセンサを交換することによって、不良セ
ンサの使用による問題を未然に防ぐことができる。

【００２５】このように、受光電極２２の近傍にヒータ
ー配線２４を形成し、定期的に電圧をかけ、温度を上昇
させ、ある一定量の赤外線を放出させ、これを受光電極
２２で検知することによって、センサ自身の性能を容易
に判断することができる。さらに、ヒーター配線２４の
みを形成すればよいので、コンパクトでありコスト的に
も安く作製することができ、また、信頼性も高く、高精
度に自己診断を行うことが可能である。

【００２６】以上のように、本実施例によれば、基板表
面の受光電極の近傍にヒーター配線を形成することのみ
によって、容易に、高精度、高信頼性で自己診断するこ
とができる焦電型赤外線センサを得ることができる。

【００２７】（実施例４）図５は、本発明にかかる第４
の実施例の焦電型赤外線センサの焦電素子の電極パター
ンの概略図であり、同図（ａ）は、その焦電体基板表面
側を示し、同図（ｂ）は、焦電体基板裏面側を示す。本
実施例が前述の第３の実施例と異なる点は、ヒーター配
線６８が、焦電体基板裏面６６の対向電極６７の近傍に
形成されている点である。焦電体基板表面６１上に形成
された受光電極６２と補償電極６４及び、焦電体基板裏
面６６上に形成された対向電極６７は、従来の焦電体基
板の場合と同様である。

【００２８】本実施例では、焦電体基板裏面６６に設け
られたヒーター配線６８に、所定の一定電圧を印加する
ことによって電流を流し、温度を所定の一定値に上げ
る。そうすると、温度が上昇したヒーター配線６８から
は、ある一定量の赤外線が放出され、この放出された赤
外線は受光電極６２で検知することができる。これを定
期的に行えば、検知量が一定の間はセンサの作動状態は
正常であると判断でき、検知量が低下してきた時はセン
サの劣化、故障等と判断できる。従って、検知量が低下
してきた時点でセンサを交換することによって、不良セ
ンサの使用による問題を未然に防ぐことができる。

【００２９】このように、対向電極６７の近傍にヒータ
ー配線６８を形成し、定期的に電圧をかけ、温度を上昇
させ、ある一定量の赤外線を放出させ、これを受光電極
６２で検知することによって、センサ自身の性能を容易
に判断することができる。さらに、ヒーター配線６８の
みを形成すればよいので、コンパクトでありコスト的に
も安く作製することができ、また、信頼性も高く、高精
度に自己診断を行うことが可能である。

【００３０】以上のように、本実施例によれば、基板裏
面の対向電極の近傍にヒーター配線を形成することのみ
によって、容易に、高精度、高信頼性で自己診断するこ
とができる焦電型赤外線センサを得ることができる。

【００３１】（実施例５）図６は、本発明にかかる第５
の実施例の焦電型赤外線センサの略示構成図である。す
なわち、本実施例の焦電型赤外線センサは、焦電体基板
１１上に受光部を複数個マトリックス状に設けた赤外線
アレイセンサの電極パターンを形成して焦電素子とし、
この焦電素子の前面に、順に赤外線遮光板１２、網目状
のヒーター線１３、赤外線を焦電素子に集光するための
シリコン製の赤外線透過レンズ１４を設け、更に、その
赤外線透過レンズ１４の前面に、赤外線透過レンズ１４
に入射する赤外線を断続的に遮断するためのチョッパー
１５を設ける。このチョッパー１５は、例えばステッピ
ングモータに機械的に接続され回転できるようになって
いる。前述の赤外線透過レンズ１４が集光手段であり、
チョッパー１５がチョッピング手段である。

【００３２】本実施例では、焦電素子の前面に設けられ
たヒーター線１３に、定期的に所定の一定電圧を印加す
ることによって電流を流し、温度をある一定値に上げ
る。そうすると、温度が上昇したヒーター線１３から
は、ある一定量の赤外線が放出され、この放出された赤
外線は焦電素子の受光電極で検知することができる。こ
れを定期的に行えば、検知量が一定の間はセンサの作動
状態は正常であると判断でき、検知量が低下してきた時
はセンサの劣化、故障等と判断できる。従って、検知量
が低下してきた時点でセンサを交換することによって、
不良センサの使用による問題を未然に防ぐことができ
る。

【００３３】このように、焦電体基板１１と赤外線透過
レンズ１４との間にヒーター線１３を形成し、定期的に
電圧をかけ、温度を上昇させ、ある一定量の赤外線を放
出させ、これを受光電極で検知することによって、セン
サ自身の性能を容易に判断することができる。さらに、
ヒーター線１３のみを取り付ければよいので、コンパク
トでありコスト的にも安く作製することができ、また、
信頼性も高く、高精度に自己診断を行うことが可能であ
る。

【００３４】以上のように、本実施例によれば、焦電体
基板１１と赤外線透過レンズ１４との間にヒーター線１
３を設けることのみによって、容易に、高精度、高信頼
性で自己診断することができる焦電型赤外線センサを得
ることができる。

【００３５】なお、上記実施例では、焦電体基板１１と
赤外線透過レンズ１４との間にヒーター線１３を取り付
けたが、これに代えて、赤外線透過レンズ１４とチョッ
パー１５との間に取り付けてもよい。

【００３６】（実施例６）図７は、本発明にかかる第６
の実施例の焦電型赤外線センサの略示構成図である。す
なわち、本実施例の焦電型赤外線センサは、複数個のマ
トリックス状に設けた赤外線アレイセンサを形成してい
る焦電体素子８１が、キャン構造８３の中に設置されて
おり、この素子の前面にはシリコン窓材８２が設けられ
ている。更に、このキャン構造８３の中に熱源としてＬ
ＥＤ（発光ダイドード）８４がシリコン窓材８２以外の
領域に取り付けられている。ＬＥＤ８４が赤外線発光素
子である。

【００３７】本実施例では、赤外線を発射するＬＥＤ８
４を定期的に点灯させることによって、ある一定量の赤
外線を放出し、この放出された赤外線を焦電体素子８１
の受光電極で検知する。これを定期的に行えば、検知量
が一定の間はセンサの作動状態は正常であると判断で
き、検知量が低下してきた時はセンサの劣化、故障等と
判断できる。従って、検知量が低下してきた時点でセン
サを交換することによって、不良センサの使用による問
題を未然に防ぐことができる。

【００３８】このように、焦電体素子８１が入っている
キャン構造８３の中にＬＥＤ８４等の熱源を取り付け、
定期的に点灯させ、ある一定量の赤外線を放出させ、こ
れを受光電極で検知することによって、センサ自身の性
能を容易に判断することができる。さらに、ＬＥＤ８４
のみを取り付ければよいので、コンパクトでありコスト
的にも安く作製することができ、また、信頼性も高く、
高精度に自己診断を行うことが可能である。

【００３９】以上のように、本実施例によれば、焦電体
素子８１が入っているキャン構造８３の中に熱源を取り
付けることによって、容易に、高精度、高信頼性で自己
診断することができる焦電型赤外線センサを得ることが
できる。

【００４０】以上のように、自己診断可能な焦電型赤外
線センサにより、容易に即座にセンサの劣化状態や故障
等のチェックを行うことができ、特に、従来使用してい
る補償電極、または対向電極を一定量の赤外線を放出す
ることができるヒーター配線として使用することによっ
て、容易にセンサの劣化状態や故障の判断を、正確に高
信頼性に行うことができる。また、受光部の近傍に一定
量の赤外線を放出するヒーター配線を形成することによ
っても、同様にセンサの状態をモニターすることができ
る。さらに、このようなヒーター配線を形成することに
よって、センサの寿命を判断することができ、寿命がつ
きた時にセンサを交換することができるので、コスト的
にも低くすることができる。また、センサの不良状態が
即座に把握できるので、不良センサの使用による問題を
解消し、セキュリテイ・安全面でも大きな効果を有する
ものである。このように、構造も非常に簡略であり、こ
の焦電型赤外線センサを用いることによって、容易に低
コストに正確な信頼性の高い自己診断を行うことができ
る。従って、本発明を用いることによって、容易に、高
精度に、信頼性・安全性の高い自己診断が付与された焦
電型赤外線センサの製造に大きく寄与することができ
る。

【００４１】なお、上記実施例では、いずれも加熱手段
をヒータのみの構成とし、定期的な加熱を行うための加
熱制御部を別に設ける構成としたが、これに代えて、加
熱制御部をヒータと共に設けてもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、焦電素子の近傍又は基板上に設けられ、焦電素
子の動作状態を診断するために、焦電素子を所定量加熱
する加熱手段を備えているので、常に正確にセンシング
が可能であることを確認するための自己診断機能を付与
することができるという長所を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】同図（ａ）、（ｂ）は、本発明にかかる第１の
実施例の焦電型赤外線センサの焦電素子の電極パターン
を示す概略図である。

【図２】本発明にかかる第１の実施例の焦電型赤外線セ
ンサの電気回路を説明するための回路図である。

【図３】同図（ａ）、（ｂ）は、本発明にかかる第２の
実施例の焦電型赤外線センサの焦電素子の電極パターン
を示す概略図である。

【図４】同図（ａ）、（ｂ）は、本発明にかかる第３の
実施例の焦電型赤外線センサの焦電素子の電極パターン
を示す概略図である。

【図５】同図（ａ）、（ｂ）は、本発明にかかる第４の
実施例の焦電型赤外線センサの焦電素子の電極パターン
を示す概略図である。

【図６】本発明にかかる第５の実施例の焦電型赤外線セ
ンサの略示構成図である。

【図７】本発明にかかる第６の実施例の焦電型赤外線セ
ンサの略示構成図である。

【図８】同図（ａ）、（ｂ）は、従来の焦電型赤外線セ
ンサの焦電素子の電極パターンを示す概略図である。

【符号の説明】

１１ 焦電体基板 １２ 赤外線遮光板 １３ ヒーター線 １４ 赤外線透過レンズ １５ チョッパー ２２、３２、６２ 受光電極 ２４、６８ ヒーター配線 ２５、３４、６４ 補償電極 ２８、３７、６７ 対向電極 ４０ 焦電体 ４１ 受光部 ４２ 補償部 ４３ 対向部 ４４ 増幅回路 ８４ ＬＥＤ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に赤外線を受光する受光電極部を
   有する焦電素子と、その焦電素子の近傍又は前記基板上
   に設けられ、前記焦電素子の動作状態を診断するため
   に、前記焦電素子を所定量加熱する加熱手段とを備えた
   ことを特徴とする焦電型赤外線センサ。
2. 【請求項２】 加熱手段はヒータを有することを特徴と
   する請求項１記載の焦電型赤外線センサ。
3. 【請求項３】 加熱手段は、定期的に加熱を行う加熱制
   御部を有することを特徴とする請求項１、又は２記載の
   焦電型赤外線センサ。
4. 【請求項４】 焦電素子の前記基板上には、前記受光電
   極部に対応した補償電極部と、その補償電極部及び前記
   受光電極部に対向して配置された対向電極部とが設けら
   れ、前記ヒータは、それら補償電極部及び対向電極部の
   うちの一部を用いることを特徴とする請求項２記載の焦
   電型赤外線センサ。
5. 【請求項５】 焦電素子に赤外線を集光する集光手段
   と、前記焦電素子に入射する赤外線を断続的に遮断する
   ことができるチョッピング手段とを備え、前記ヒータ
   は、前記焦電素子と前記集光手段との間、又は前記集光
   手段と前記チョッピング手段との間に設けられているこ
   とを特徴とする請求項２記載の焦電型赤外線センサ。
6. 【請求項６】 基板上に赤外線を受光する受光電極部を
   有する焦電素子と、その焦電素子の近傍又は前記基板上
   に設けられ、前記焦電素子の動作状態を診断するため
   に、前記焦電素子に赤外線を入射するための赤外線発光
   素子とを備えたことを特徴とする焦電型赤外線センサ。