JPS60144629A - 赤外線検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

（口１　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蹟に変換する
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
チョッパを必要とする。即ち光学的チョッパは、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ョッパは、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。

従って、その構造は、装置の小型化にとって不向きであ
る。

特開昭５８−１２１５１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ョッパが開示
されている。このチョッパの構造は、電気信号にて振動
するバイモルフによりシャッ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５精度よい赤外線検出金なすには
、上記シャッタの取付精度を極めて高くせねばならない
が、それは非常に固着である。

（／り　発明の目的 本発明は、光学的チョッパをバイモルフとこのバイモル
フにより駆動されるシャッタとから構成して赤外線検知
装置の小型化をｌ閃る際に、上記シャッタの取令１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。

に）１　発明の構成 本発明の赤外線検知装置は、赤外線検知器子、被αｉｌ
ｌ　菫赤外線を前記素子に断続入射させるための光学的
チョッパ、該チョッパを駆動する駆動部を４ｉｆｉえ、
上記チョッパは、バイモルフと該バイモルフに取着さ刊
、該バイモルフの変位によりチョッパ作用をなすシャッ
タ部とを含み、上記駆動部は上記バイモルフの一方の電
極端子に駆動波重圧を印加し、他方の電極端子に調−可
能な基準電圧を印加することを特徴とする。

体）実施例 ４３１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（２１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）にて磯蓋される。円孔窓（３）の直下
の基板（１１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（５１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（６ＳＬ）を経て素子（５１
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
チョッパにより断続される。このチョッパは内部シール
ドケース（６）の小孔（６１Ｌ）に接近して配されたシ
ャッタ部（７）と、このシャッタ部を動かす＠１、第２
バ（モルフ（８１Ｌ）（８ｂ）によりなる構成である。

第１．第２バイモルフ（８１１）（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。シャッタ部（７）
は複数のスリット（１（Ｉを有し。

近接対面する第１、第２のスリット＆（７ａ）（７１）
）からなる。鳩１、＠２スリット板（７ａ）（７Ｎ））
は、夫々ｆｆ１１．第２バイモルフ（８ａ）（８ｂ）の
自由端に置台され、各バイモルフの変位により互諭に平
行な市内で移ＦｌｊＪ＋する。

＠Ｓ　ｉ　スリット＆（７ａ）のスリ７）と、ｒ１４２
　スリンｌ＆（７１’）のそれとははソ重畳整列門係に
あ４）が、そのより詳細が第２図に示されている。

即ち、各スリットは全て同一ピッチＰで配列されている
が、幅１スリット板（７ａ）のスリット（１０δ）と第
２スリツト板（７℃）のスリット（ｉｏｂ）とは、弔１
、第２バイモルフ（８１（Ｂ’ｂ）の非駆動状態にて、
互いに％Ｐだけずれている。従って図において、４１ス
リツト板（７８）が右方向へ、又第２スリツト板（７ｂ
）が左方間へ夫々％Ｐだけ移動すると、ｇｉ、ｍ２スリ
ツト［７（７１５）（７１））１７）各スリット（１０
ａ）（１０ｂ）は完全に整列して、シャッタ部（７）の
全開状態となり、又夫々逆に％Ｐだけ移動することによ
り、シャッタ部（７）は全開状態となる。

シャッタ部（７）は、後述される駆動回路にて、周ｉｑ
ｊ的に「；１閉状態をくり返し、これにより、周知のＩ
Ｊｌ’ｌ　（、素子１５）％よシャッタ部（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（８’）（、ａｂ）間に置かれたダイ
オードａＩＩは、その温度特性を利用して、シャッタ部
（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からシャッタ部（
７）の温度分を差し引くために用いられる。

シャッタ部（７）における上記の如き周期的チョッパ作
用をなすために、＄１．’＠２バイモルフ（８１！’）
（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　、　＄２
ハ（−１−ルア　（８ｆＬ　）　（８ｔ’　）ｏ構造を
示し、又第６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四と、その両側
に張り付けられたＰＺＴ等の第１、第２圧電体ｃ＋ｎｏ
と、これら圧電体の表面に膜状に設けられた′ｇｉ１１
１、第２電極ａ１２４からなり、Ｉｆ！１．　第２バイ
モルフ（８Ｂ）（Ｅｌ）の中央電極圓に連なる端子ｔａ
ｔと、第１、第２電極１？３（２）に連なる端子１ｂｌ
との間に電圧を印加した際、各パイモルフ（８Ｐ＋）（
８１’）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、 なる関係がある。

こ＼に、ｔ：圧電体の厚み ｌ！：自由長 改、、：圧電定数 Ｖ：印加電圧 従って、ある圧電定数をもっ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
解くするか、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弾度が低下す
るし、製作上も困齢である。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。よって印加電圧を
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＝１０ １．２Ｆｕｌ１１−圧電定数”５１　＝２６０　Ｘ　１
０力ｍ／Ｖ、圧電体の厚みｔ　＝＝　Ｑ、０２備であり
、又、第１、＠２スリット板（７ａ）（７１’）の各ス
リットのピッチＰ＝４００μｍとして、既述の如く、シ
ャッタ部（７）が全開、全開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の振幅をもつだ印加電比（ＶＰ−Ｐ）が必要
とされる。箪４図に一定の入射赤外線量における印加電
圧ｖＰ−ア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、シャッタ部（７）が全開、全開の各状態をと
る様印加電圧Ｖ　を決めることは可能で−Ｐ 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ｖＰ−アを６０Ｖ稈川に下げ各バイモ
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。従って本実施例でも印加電圧ｖＰ−やは６
０ｖに決められている。

’：＋４３１１Ｂにボした駆動波形は、上記を考慮して
第３図Ａの端子１ｂｌに印加される電圧波形である。

尚、ｇＩＭ子（Ｂｌは基準電位としである。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、史に斯る交番方形波の正の立上り部と負の立上り部
との各層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児全な方
形波駆動の際に生じるバイモルフの異常行が無くなる。

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１．　め、それは赤外線検知素子（５）の熱
時定数τ１より４Ｓ５図に、上記赤外線検知器を組込ん
だ電子し八 ンジの回路をボす。亀諒端子ＣＸ糾１）に印加される商
用電源が電子レンジのドアスイッチＣ（り及び制御スイ
ッチ（３３１を介してマイクロ波発振回路ｔ３ｇに供給
される。マイクロ波発振回路ｔ３ａは高圧トランスＣ３
５１、倍圧整６し器Ｃ１ｖｉｌ、マグネトロンＣ（７）
からなる。又商用電隙は、同様にしてマグネ［ロンｔ３
７）の冷却ファンモータ（瀾にも供給される。

制御スイッチ□□□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１０セサ（１（１からインタ
ーフースイ４υを介して与えられる。マイクロブロセ−
ｆ　ｆｉｌは、インタフェース（４力を介して入力され
るキーボード（・１３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１＃４合は、キ
ーボートイＩ３より入力されるタイマ時間長だけ制御ス
イッチ鰻をオンになし、一方温市１【［転の場合は赤外
線検知装置ｆｆ１ｌＪを動作さぜ、赤外線検知器（５１
）に入る食品からの赤外線端により食品温度を判断し、
それが、キーボード（１１階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ッチ’：＋：’Ｑをオン
になす。

電源端子（［（３１１に、降圧トランス（＋４１１！に
：介して連なる直流電圧発生部（佃はマイクロ７０ヤザ
１１【トセ赤外線検知装置印へ夫々の動作電圧源を供給
する。

以下赤外線検知装置＋５１１１の構成並びに動作を説明
する。装置６［の駆動時、マイクロ１０セサ１１１１か
ら、インターフェース（４０を介して信号へ、４力号Ｂ
が悸えられる。信号Ａは＠６図Ａに示す如λ、３Ｈ２の
パルス列であり、これにより第１トランジスタ（５３）
が３Ｈ２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、そのエミッタ出力によ
りＤＣ−Ｄｏコンバータ（５５）が起動される。Ｄｏ−
ＤＣコンバータ（５５）ｕ−ＲｏＶ（−６０Ｖ）の直流
電圧ヲ出力する。よって第１、第２バイモルフの端子１
ａ＋にはボリューム（５６）を介して一定の基準電位−
Ｅｉ３Ｖ（約−３０ｖ）が加わり、一方端子＋１）ＩＫ
ハ第６ｋＧに示す如く、第１トランジスタ（５３）のオ
フ時、−Ｅυｖ１父、同オン時、Ｏｖが夫々加わり、こ
の結果、既述の如く、各バイモルフは５Ｈｚの周期で振
動する。

今、＠１、ｅ３２バイモルフの静電容篭を共にＯＢＭ　
とし、変流的に考えると、鳴１トランジスタ（５３）の
オフ時、弔７図Ａに示す等価回路の如く、抵抗Ｒ１，ｒ
２、Ｒ３と０１１ＭとのＯＲ時定数回路が、又用１トラ
ンジスタ（５３）のオン時、夷７図Ｂに示す等価回路の
加く、抵抗Ｒ２、ｒｌとＯＢＭとのＯＲ時定数回路が夫
々形成され、これにより、第６図Ｏ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、Ｏ
ＢＭ＝　１０ｎＦ、Ｒ＋＝５３０Ｋｎ、Ｒ２＝　Ｒ５＝
＝１００Ｋｆｌ、ｒ　＋　＋ｒ　２＝５ＱＱＫΩであり
、これにより、上記波形の立上り時定数は５〜Ｂｍｅｅ
ａとなる。尚赤外線検知素子（５）の熱時定数ｒｚは１
５〜３０−ｍｅｅｃである。

再び第５図において、端子（！Ｌ）はボリューム（５６
）に連なっており、この結果、基準電位−ｍｓｖは調整
可能である。このことは、シャッタ部（７）を構成する
ＭＫ　１　、　＠　２　スリット板（７１Ｌ）（７ｂ）
の組立時の相互配置のズレを電気的にはソ補償できるこ
とを意味し、好都合である。補償作業としては、＠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、ボリューム（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（１υの出
力は処理回路（５７）に入る。この回路では、素子（５
）の出力を変流増幅し、３Ｈ２′を中心周波数とするバ
ンドパヌフィルタを通した？Ｌ　４ｉ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０の出力に基いて補市した後、Ａ／Ｄ変換器（
５８）を経て１食品温度に対応したデジタル猜を得る。

このデジタル啼はインタフェース（４υを介してマイグ
ロブロセサｆｌ１３に入る。

ト１　発明の効果 本発明によれば、光学ロコチョツパを）（イモルフとこ
のバイモルフにより駆動されるシャッタとから構成する
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Ｖ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は同断血肉、第２図は年１、第２ス
リツト板の要部断面囚、第３図Ａは弔１、第２バイモル
フの側面内、第３図Ｂは駆動波形図、用４図は赤外線検
出出力特性１）４、第５図は電子レンジ回路図、＠６図
は信号波形内、第７ｖｊ！Ｊは等価回路図である。 （５）・・・赤外線検出素子、（７）・・・ンヤツタ部
、（８ａ）（８１））・・・＠１．第２バイモルフ。 出願人　三洋を機株式会社 代理人弁理士　佐　野　靜　夫 第２１図 第７図 ｂ

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ョツパ、該チョッパを駆動す
   る駆動部を備え、上記チョッパは、バイモルフと該バイ
   モルフにｌ１３２着され、該バイモルフの変位によりチ
   ョッパ作用をなすシャッタ部とを含み、上記駆動部は上
   記バイモルフの一方のｄ瞳、極端子に駆動波電圧を印加
   し、他方の電極端子に軸筒”Ｊ能な基準電圧を印加する
   ことを特徴とする赤外線検知装置。