JPS6021424A - 赤外線検出器 - 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】 １１立た」 この発明は、赤外線検出器に関し、特に変調手段のｍ造
が改良された、いわゆる集電型赤外？！検出器に関する
。

ｉ豆１」已す１」 赤外線の入射」に応じて電荷を発生する、いわゆる集電
型の赤外線検出体は微分型の赤外線検出素子である。し
たがって、静止物体または極めてゆっくりと移動する物
体からの赤外線を検出するには、被測定物の発する赤外
線を一定周期で変調する手段、たとえばチョッパなどを
組み込んで赤外線検出器を構成する必要がある。

第１図は、このような変調手段を含む赤外線検出器の一
例を説明するための概略斜視図である。

ここでは赤外線放射源である被測定物１と、放射源１か
らの赤外線経路に配置される赤外線検出体２との間に、
変調手段である変調器３が設けられている。この変調器
３は、切欠き部５を有する円板状のチョッパ４と、該チ
ョッパ４を回転さゼるモータ６とにより構成されている
。チョッパ４を回転させることにより、放射源１からの
赤外線が一定周期で断続して検出体２に入射することに
なる。

しかしながら、機械的回転手段を利用するものであるた
め、装置全体の形状が大きくなること、重量が重くなる
こと、さらに取扱いが不便あることなどの欠点があった
。また、モータ６を用いるものであるため、モータ６の
回転むら、ならびにモータ６から生じる電気ノイズによ
り、検出器に悪影響を及ぼすという欠点もあった。その
ほか、モータ６を用いるものであるため電力消費量も大
きく、かつコストも高くつくという欠点もあった。

さらに、チョッパ４およびモータ６は機械的可動部品で
あるため、可動部が経時的に摩耗し寿命の点で問題があ
ること、ならびに可動部の摩耗により不要な振動・騒音
等が発生し、定期的な保全作業が必要となることなど、
様々な欠点があった。

上述のような欠点を改善するものとして、第２図に略図
的に示す変調器が提案され、′：Ｃいる。すなわち、機
械的回転部分をなくし、代わりに音叉型振動子７を放射
源１から検出体２に至る赤外ａ経路の途中に設けたもの
であるにこでは振動子７の振動片８に取付けた圧電トラ
ンスデ、、ユーサ９に電源１０からの電圧を印加し、振
動片８を励振させ、該振動片８の先端に取付けたチョッ
パ１１により放射エネルギを変調するように構成されて
いる。そのほか音叉型振動子７に代わるものとして、板
状の音片型振動子も用いられてる。しかしながら、この
種の構造では、チョツパ１１全体の移動により、赤外線
の断続を行なうものであるため、チョッパ１１の移動量
を大きくせざるを得ず、したがってかなり大きな圧電振
動子を用いる必要がある。そのため上述した機械的回転
手段を用いたものと同じく、装置全体が大型化するとい
う欠点があった。

さらに、上述の諸欠点を解消するものとして、たとえば
特開昭５８−３２１３１＠公報は、第３図に断面図で示
すような赤外線検出器を開示している。すなわち、赤外
線検出体１２の前方に、表面に同一方向に延設された複
数個の線状の第１赤外線非透過体１４を備えた第１赤外
線透過休１３を配置し、さらに第１赤外線透過休１３に
近接対向し、表面に第１赤外線非透過体１４と同一方向
に延設された複数個の線状のＷ１２赤外赤外線検出器６
をＩ＃ｉｉえる化２赤外Ｗ透過体１５を配置し、第２赤
外線透過体１５を基板１７に固定した振動体１８に取イ
リ番ノ、この第２赤外線透過体１５を周期的に振動させ
るように構成したものである。ここでは、振動体１８を
振動させ、それによって第２赤外線非透過体１６を第１
赤外線透過体１３の第１赤外線非透過休１４が存在しな
い部分に周期的に重なるように振動させる。

腎かしながら、第３図に示した従来の赤外線検出器にａ
３いては、第１赤外線透過体１３ど第２赤外線透過体１
５とを赤外線検出体１２のｎｉ’ｉ方に配’ａする構造
であるため、部品点数が増加し、その配置にも工夫が必
要であり、さらに煩雑な組立工程を実施しなければなら
ないという欠点があった。

また、第３図から明らかなように、振動体１８が基板１
７に対して直立するように配置されている。すなわち振
動体１８は、その長手方向が基板１７に対し垂直な方向
となるように配置されており、この長手方向に対して直
角の方向に振動体１８を振動させている。したがって、
第２赤外線透過体１５をより大きく移動させるためには
、振動体１８の長さを長くしなければならず、結果、検
出器全体の高さｈを高くさぜるを得なかった。もっとも
、振動体１８の長手方向の長さを短くすれば、検出器全
体の高さｈを低く抑えることができる。しかしながら、
振動体１８を短くザれば、より大きな変位を得る場合に
は駆ａｌｌ電圧を高くしなければならない。駆動電圧を
＾くすると、高圧の交流電圧が振動体１８に加わること
になる。そのため各歯性結合により赤外線検出体１２に
ノイズを発生させ、Ｓ／Ｎ比の低下に伴って感度が低下
するという欠点が生じる。それゆえに振動体１８の長手
方向の長さを短（することも好ましいものではない。

発明の目的 この発明の生たる目的は、全体の高さを低くすることが
でき、かつ簡単な構造を有する赤外Ｉｉ！検出器を提供
することにある。

及見ｏｍｇ この発明は、赤外線の入射量に応じて電荷を発生する赤
外′ＫｆＪＩ　＠出体と、表面にしま状の赤外線遮蔽体
を有し赤外線検出体の前方に配置・固定された第１の赤
外線透過体と、表面にしま状の赤外線遮蔽体を有し赤外
線検出体の前方で振動可能に配置された第２の赤外線透
過体と、第２の赤外線透過体を振動させる振動体とを備
え、振動体の振動に応じて、第１の赤外ＩＱ透過体のし
ま状の赤外線遮蔽体と、第２の赤外線透過体のしま状の
赤外線遮蔽体とが重なる状態と重ならない状態とが周期
的に現出するように構成されてなる赤外線検出体であっ
て、振動体の長手方向が赤外線検出体の前方表面に対し
て平行に位置するように振動体が配置されていることを
特徴とする赤外線検出器である。

この発明のその他の特徴は、図面を参照して行な”う以
下の実施例の説明により明らかとなろう。

友１１匹乳１ 第４図はこの発明の一実施例を示す概略側面断面図であ
る。第４図において、１０１は赤外線の入射ｍに応じて
電荷を発生する集電型の赤外線検出体を示し、たとえば
ＰＺＴ系磁器、Ｐｂ　Ｔｉ　Ｏ８系磁器、［３ａ　Ｔｉ
　Ｏｅｅ磁器およびＬ＋’ｉａ。

、単結晶などの材料のものが用いられる。この赤外線検
出体１０１の両面には電極１０２，１０３が形成されて
いる。赤外線検出体１０１は、電極１０２の側を底面に
して、たとえばアルミナなどから形成される絶縁基板１
０４の表面に、たとえば銀ペーストなどの導電性接着剤
により接着固定されている。絶縁基板１０４には貫通孔
１０５が設けられており、この貫通孔１０５は赤外″線
検出体１０１の熱時定数を考慮するために形成されてい
るものである。絶縁基板１０４の裏面にはＦＥＴ１０６
が固定されており、このＦＥＴ１０６はインピーダンス
変換を行なうためのものである。

−ヒ記赤外線検出体１０１とＦＥＴ１０６を固定した絶
縁基板１０４は、パッケージのステム１０７のピン端−
Ｊ′１０８，１０９．１１０に固定されている。

どころで、第４図に示した実施例の要部を拡大（〕て示
７［斜視図である、第５図から明らかなように、赤外線
検出体１０１の電極１０３の前方表面には第１の赤外線
透過体１１１が形成されている。

符１の赤外＃１ａ透過体１１１は、しま状の赤外Ｉ！ｉ
！遮蔽１ホ１１１ａを有している。この第１の赤外線透
過体１１１は、たとえば次のように形成されるものであ
る。すなわち、電極１０３の前方表面に、たとえば白金
黒、Ｎｉ−Ｃｒまたは有機塗膜などでしょ状の赤外１１
１７＞成体を形成したものがある。

この例によればしま状の赤外線吸収体を形成していない
領域がしま状の赤外線遮蔽体１１１ａとなる１、また電
極１０３の前方表面の全面に、たとえば白金黒、Ｎ１−
Ｑｒまたは有償塗輯などで赤外線吸収体を形成し、さら
にしま状にたとえばＡｌｌ、Ａ（１、Ａ９などを形成し
たものがある。この例によればしま状に形成したＡｍ、
ＡＵ　、Ａ（ｌなどが赤外線遮蔽体１１１ａとなる。さ
らに詳細に図示しないが、赤外線検出体１０１の片面に
指状部分と共通部分とを有するくし歯状の電極、を形成
し、指状部分の表面に白金黒、　Ｎｌ　−Ｃｒ　、有ｔ
ａ塗膜などでしま状の赤外線吸収体を形成したものがあ
る。この例によれば指状部分およびその表面に形成した
赤外線吸収体が形成されていない領域が赤外線１１Ｍ体
となる。しま状の部分の間隔は、後述する振動体の振幅
にほぼ等しく、２００から５００μｍが好ましい。

第１の赤外線透過体１１１に対向して第２の赤外線透過
体１１２が配置されている。第２の赤外線透過体１１２
もまた、表面にしま状の赤外線遮蔽体１１２ａを有する
。第２の赤外線透過体１１２は、たとえばガラス、ＰＬ
ＺＴ透明セラミクス、３ｉ単結晶およびＧｅ単単結結晶
どの赤外線透過性材料からなる透明基板の表面に赤外線
を透過しないしま状の赤外線遮蔽体１１２ａを形成する
ことにより１りられる。この赤外線遮蔽体１１２ａは、
たとえばＡｍ、Ａｕ　、Ａ（Ｊなどを透明基板上に蒸着
し、フォトエツチングにより形成することができる。

この発明においても、第３図に示した従来の赤外線検出
器と同様に、しま状に配設された赤外線遮蔽体を有する
２枚の赤外線透過体すなわち第１の赤外１１透過休１１
１と第２の赤外線透過体１１２とを、各赤外ａ遮蔽体１
１１ａ、１１２ａが周期的に重なる状態と重ならない状
態とを現出するようにして、入射赤外光の変調を果たす
ものである。ここでは、第１の赤外線透過体１１１が固
定されており、他方箱２の赤外線透過体１１２が振動さ
れる。次に、この第２の赤外線透過体１１２を振動させ
る手段につき説明する。

第４図に戻り、第２の赤外線透過体１１２は、振動体１
１３に固定されている。この振動体１１３は、支持棒１
１４を介してステム１０７に固定されている。第４図お
よび第５図から明らかなように、この実席例では振動体
１１３として、音片振動体が用いられている。音片振動
体の両面には圧電素子１１５．１１６が固着されてｃｌ
Ｊす、特に図示はしないが両圧電素子１１５．１１６の
表面には電極が形成されている。各電極は、リード線１
１７．１１８を介してビン端子１１９，１２０に電気的
に接続されている。ビン端子１１９．１２０により電圧
を印加することにより、圧電素子１１５．１１６が励振
され、振動体１１３が振動する。この指動体１１３の振
動は、振動体１１３の主表面に対し垂直な方向に生じる
。したがって、第５図において第２の赤外線透過体１１
２は矢印六方向に周期的に移動される。このようにして
、第１の赤外線透過体１１′１のしま状の赤外Ｆｉｔ遮
蔽体１１１ａに対し、第２の赤外線透過体１１２のしま
状の赤外線遮蔽体１１２ａが周期的に重なる状態と重な
らない状態どが現出されることになる。

なお、第４図において１２４はステム１０７に固着され
たキャップを示し、上面に開口部１２５を有する。開口
部１２５には、たとえばＳ１単結晶などの赤外線透過体
１２６が固定されている。

第４図および第５図、に示した実施例の特徴は、振動体
１１３の取付方向にある。プなわら、第４図および第５
図から明らかなように、振動体１１３は、その長手方向
が赤外線検出体１０１の前方表面と平行に配置されてい
る。したがって、振動体１１３の長手方向の長さにかか
わらず、赤外線検出器の高さｈを飛躍的に低めることが
可能となる。さらに、振動体１１３が、このように横方
向に配置されているため、赤外線検出器の高さｈを高く
せずとも指動体１１３の長さを長くすることができ、し
たがって駆動電圧を上げることなく大きな振幅を得るこ
とができる。そのため、第３図に示した従来の赤外線検
出器のような駆動電圧の増大に伴うノイズの発生をも効
果的に防止することができる。

さらに、第４図および第５図に示した実施例では第１の
赤外１ｍ透過体が赤外線検出体の前方表面に固着されて
いるため、第１の赤外線透過体１１１と赤外線検出体１
０１との間にスペースが存在せず、そのためより一層効
果的に赤外線検出器の高さｈを低めることが達成されて
いる。

上述の実施例では、振動体１１３として音片振動体を示
したが、第６図および第７図に概略斜視図で示すように
、音叉型の振動体１５３を用いてもよいことは吉うまで
もない。第６図および第７図に示した例では、ともに音
叉型振動体１５３の一方端部に第２の赤外線透過体１１
２が固着されている。そして各音叉型振動体１５３の直
線部分に固定された圧電素子１１５，１１６の表面に形
成された電極から電圧を印加することにより、第２の赤
外線透過体１１２が振動される。第６図に示した例と第
７図に示した例との相違は、第６図に示した例では音叉
型振動体１１３が中心部分で支持棒１１４に固定されて
いるのに対し、第７図に示した例では第２の赤外線透過
体１１２が固定されたのと逆の側の端部において支持１
１１．４に固定されていることにある。

この発明では、上述したような第４図に示した音片型振
動体、第６図および第７１ｉ２１に示した音叉型概動体
のほか、様々な形状の振動体を用いることができる。

また、第４図および第５図に示した実施例では、第１の
赤外線透過体１１１は赤外線検出体１０１の前方表面に
固着されていたが、この発明はこれに限られるものでも
ない。第８図に示すように、赤外線検出体１０１の前方
に配置される限り、赤外線検出体１０１と分離して配置
してもよい。

さらに、第９図に斜視図で示すように、第１の赤外線透
過体１１１を筒状体１５６の上面に固定し、この筒状体
１５６の下面に凹面反射鏡１５７を設け、その間に検出
面が反射ｖＡ１５７と対向するように赤外線検出体１０
１を配置した構造を用いてもにい。このような反射鏡１
５７を利用することにより、各赤外線透過体１１１．１
１２を経て伝達された赤外光の［Ｊエネルギが小さい場
合であっても、赤外光を収束ざゼることができ、したが
っで検出感痘を高めることができる。

第１０図は、この発明に係る赤外線検出器の測定回路の
一例を示す図である。ビン端子１１０は、ＦＥＴ１０６
を介して電極１０２に電気的に接続されている。ピン端
子１１０から直流電圧が印加される。周囲の温度と赤外
線検出体１０１の温度との間に温度差が生じると、赤外
線検出体１０１に電荷が発生し、電極１０２と電極１０
３との間に接続された抵抗Ｒ（＋に電流が流れ、抵抗Ｒ
ｇに電圧が発生ずる。この電圧は、ＦＥＴ’１０６のソ
ース・フォロワ回路によりインビーグンス変換され、抵
抗Ｒ８の両端の電圧変化として、直流バイアス電圧に重
畳して交流出力信号がビン端子１０９より出力される。

この出力信号が同ｗＪ整流器１３０に加えられる。他方
、発振器１２７により振動体１１３を駆動させるととも
に、発振器１２７から基準信号を取出して同期整流器１
３０に加え、赤外線検出体１０１よりの交流出力信号と
発振器１２７からのパルスとの同期を、同ｒｆＪ発振器
１３０でとる。この同期発振器１３０から赤外線検出体
１０１の温度と周囲の温度との差に応じた信号が取出さ
れ、増幅器１３１に加えられる。このとき振動体１１３
に取付けられたサーミスタなどの温度検知器１３２から
の信号が温度補正回路１３３に加えられ、温度補正回路
１３３からの。信号が同期発振器１３０からの信号と合
成されて増幅器１３１に加えられる。増幅器１３１から
の信号は出力変換器１３４により直流信号に変換され、
表示回路１３５に加えられる。このようにして、入射赤
外光変化率が検出され得る。

友」因江ｉ 以上のように、この発明によれば、振動体の長手方向が
赤外線検出体の前方表面に対し平行に位置するように振
動体が配置されているため、赤外線検出器の高さを飛躍
的に低めることが可能となり、したがって赤外線検出器
の小型化を達成することができる。特に、第１のしま状
の赤外線ｉ！＆敲体を有する赤外線透過体を赤外線検出
体の前方表面に固定した場合には、より一層赤外線検出
器の高さを低めることができる。

さらに、振動体の長手方向が赤外線検出体の前方表面に
平行に配置されているので、赤外線遮蔽体を有する２枚
の赤外線透過体をより近接させて対向させることができ
、両者の間の距離がわずかであるので、赤外線の謂れを
少なくすることができる。し、たがって入射赤外光のオ
ン、オフを確実に行なえるという動床も秦する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の赤外線検出器の−、例を示す概略斜視
図である。第２図は、従来の赤外線検出器の他の例を示
す概略斜視図である。第３図は、同じ〈従来の赤外線検
出器のさらに他の例を示す略側面断面図である。第４図
は、この発明の赤外線検出器の一実施例を示す側面断面
図である。第５図は、第４図に示した赤外線検出器の要
部を拡大して示す斜視図である。第６図および第７図は
、この発明に用いられる」辰動体の他の例を示す略図的
斜視図である。第８図および第９図は、第１の赤外線透
過体の配置の他の例を示す略図的斜視図である。第１０
１７１は、この発明の赤外線検出器の測定回路の一例を
示す回路図である。 １０１・・・赤外線検出体、１１１・・・第１の赤外線
透過体、１１１ａ・・・しま状の赤外Ｐｉ！ｍ蔽休、１
体２・・・第２の赤外線透過体、１１２ａ・・・しま状
の赤外線遮蔽体、１１３・・・振動体。 特許出願人　株式会社村田製作所 第１図 第２図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 赤外線の入ａ１ｆｆｉに応じて電荷を発生する赤外線検
   出体と、 表面にしま状の赤外線遮蔽体を有し、赤外線検出体の前
   方に配置・固定された第１の赤外線透過体と、 表面にしま状の赤外線遮蔽体を有し、赤外線検出体の前
   方で振動可能に配置された第２の赤外線透過体と、 前記第２の赤外線透過体を振動させる振動体とを備え、 前記振動体の振動に応じて、第１の赤外線透過体のしま
   状の赤外線遮蔽体と、第２の赤外線透過体のしま状の赤
   外線遮蔽体とが重なる状態と重ならない状態とが同期的
   に現出するように構成されてなる赤外線検出器において
   、 前記振動体は、その長手方向が前記赤外線検出体の前方
   表面に対して平行に位置するように配置されていること
   を特徴とする、赤外線検出器。