JPH11183247A

JPH11183247A - 焦電型赤外線センサ装置

Info

Publication number: JPH11183247A
Application number: JP9352642A
Authority: JP
Inventors: Mariko Kawaguri; 真理子河栗; Hiroshi Yamazoe; 博司山添
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 1999-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】空間分解能が高く、小型で低コストの高信頼
性の焦電型赤外線センサ装置を提供することを目的とす
る。【解決手段】受光部を複数個ライン状に設けた焦電型
赤外線センサ１の前面に、入射する赤外線を断続的に変
調する光変調器２、さらにその前面に集光するための赤
外線レンズ３を備える。この光変調器２に、光を変調す
る手段として液晶パネルを用いると、電圧の印加のみで
光を変調しチョッパ機構が不要となるため、低コストで
高信頼性の赤外線センサが提供できる。そして、液晶が
赤外線を吸収する基を備えているか、液晶に赤外線を吸
収する色素が溶解されているか、または、液晶が高分子
分散型液晶であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度分布測定、人
体検知、非接触の熱物体検知などに使用する焦電型赤外
線センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、赤外線を用いた空間の温度分布を
測定する方法には２種類がある。その１つは、２次元の
量子型固体撮像赤外線センサを用いて温度分布を求める
方法であり、もう１つは、焦電センサを用いて空間温度
分布を求める方法である。後者の方法に関しては、例え
ば特開昭６４−８８３９１号公報、特開平２−１８３７
５号公報等に記載されており、単一の焦電センサを用
い、この焦電センサを機構的に縦方向、及び横方向に操
作させて温度分布を求めている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の２つの方法のう
ち、量子型固体撮像赤外線センサは、解像度は高いもの
の、センサ部の冷却が必要なため、装置が大きくなりか
つ高価になるという問題点が存在する。

【０００４】一方、焦電センサを用いたものは、センサ
感度が低く空間分解能及び温度分解能が低いという課題
がある。また、焦電センサは、赤外線の情報を交流信号
として検知するために、チョッピング機構が必要になる
が、そうするとチョッパを動かすための駆動部としての
モータや駆動機構が必要となり、結果としてコストがか
かったり、小型化ができなかったり、耐久性の課題があ
る。

【０００５】そこで本発明は、このようなセンサの課題
を考慮し、小型で低コストで高感度の焦電型赤外線セン
サを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の焦電型赤外線セ
ンサ装置は、上記目的を達成するため、複数個の焦電型
赤外線センサと、焦電型赤外線センサに入射する赤外線
を断続的に変調する光変調器を備え、光変調器が光を変
調する手段として液晶パネルを有する構成となってい
る。この構成によれば、複数の焦電素子を設けることに
より、空間分解能を向上させ、さらに、焦電素子の前面
に液晶から成る光変調器を設置することにより、チョッ
パ及び駆動装置が不要で小型でかつモータなどの稼働部
がないため、低コストで信頼性の高い焦電型赤外線セン
サを提供できる。

【０００７】上記の構成においては、液晶が赤外線を吸
収する基を備えているか、または、液晶に赤外線を吸収
する色素が溶解されていることが好ましい。

【０００８】また、液晶としては、高分子分散型液晶を
用いることが、小型化等の点で好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下では本発明
実施の形態１における焦電型赤外線センサ装置について
図面を参照しながら説明する。

【００１０】図１は本実施形態における焦電型赤外線セ
ンサ装置の構成を示す概略図であり、受光部を複数個ラ
イン状に設けた焦電型赤外線センサ１と焦電型赤外線セ
ンサ１の前面に入射する赤外線を断続的に変調する光変
調器２、さらにその前面に集光するための赤外線レンズ
３を備えている。

【００１１】以下具体的な焦電型赤外線センサ装置の構
成と、その動作について説明する。上記の焦電型赤外線
センサ１の電極部を例えば１列４個形成する。その長軸
方向を横方向に設置した場合、各電極の視野は図２に示
すように赤外線レンズ３が面している方向の横方向に４
分割した視野（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）となり、各々の視野の
平均輻射温度を測定することができる。すなわち、赤外
線センサ１の前面に設置した赤外線レンズ３により集光
された赤外線を光変調器２により断続的に変調し、それ
を焦電型赤外線センサ１が温度変化として検知するわけ
である。

【００１２】この構成により、各４視野のいずれかを人
が通過した場合、人の輻射温度が高いことに起因して、
その視野から得られる平均輻射温度が上昇するため、こ
の変化を検知することで人の通過をカウントすることが
可能となる。視野が狭い場合は電極の数が少なくてもよ
いが、広い入口の場合は、センサの数が少ないと１つあ
たりの電極が受け持つ視野が広がり人が背景（この場合
は床）の温度に影響を受けて平均輻射温度の変化が小さ
くなるため検知率が低下するので、視野に合わせた電極
の数、レンズの設計が必要となる。

【００１３】次に以下では光変調器について説明する。
光変調器２は図３に示すように、２枚のガラス基板４に
透明電極５を対向して形成しその間に液晶６を封入した
構成となっている。使用する液晶６に対して、例えばア
ルキル基（Ｃ−Ｈ結合の部分）やエーテル基（Ｏ−Ｃ結
合の部分）等の赤外線を吸収する基を付加しておくと電
極５に電圧を引加して液晶の向きを変えることにより赤
外線の吸収に変化を起こすことができる。例えば、ホモ
ジニアスに液晶を配向させておき電圧をかけると立ち上
がるようにすれば集光された赤外線の吸収が液晶の向き
により変わるため赤外線の透過率が変化し、電圧をかけ
ない状態に戻すと液晶が元のホモジニアスな状態に戻る
ため電極５に対照的なパルス波形の電圧を引加させる
と、赤外線に対する一定の変調度を得ることができる。
この変調により赤外線センサ１は温度差を検知すること
ができる。

【００１４】ガラス基板４の外側に偏光板を設置しても
同様な効果が得られるが、赤外線の透過率が５０％以下
になるため変調度が低いため、本発明のように液晶パネ
ルを使用すると赤外線の透過率を高めることができる。

【００１５】また、液晶６に赤外線を吸収する基を導入
しなくても赤外線を吸収する色素を液晶６に溶解させて
おけば、液晶の動きと共に色素の向きも変化して（いわ
ゆるゲストホスト効果）赤外線の吸収を変化させること
ができる。さらに、ある波長（人を検知する場合は１０
ミクロン）を選択的に吸収する色素や液晶を用いればフ
ィルタ効果が働き効率よく測定が可能となる。

【００１６】以上のように、液晶パネルを用いた光変調
器を用いれば、単に電極５に対照的なパルス波形の電圧
を印加させるだけで赤外線のチョッピングが可能とな
る。従来のように、チョッパーを用いて行えば、チョッ
パーの駆動部が必要で、モータなどの信頼性（使用回数
による劣化）の問題や駆動部のコスト、駆動時の雑音な
ど大きな課題が生じるが、液晶パネルの光変調器２を用
いることで、駆動部が不要な小型で、低コストで静かな
赤外線センサができる。また、従来のようにチョッパー
を用いるよりもチョッピング速度を高めることができ
る。

【００１７】（実施の形態２）以下では本発明実施の形
態２における焦電型赤外線センサ装置について図面を参
照しながら説明する。

【００１８】図４は本実施形態における焦電型赤外線セ
ンサ装置の構成を示す概略図であり、図４に示すよう
に、焦電型赤外線センサ１を並べ、各センサの前面にマ
イクロレンズ７を形成し、さらにその前面に光変調器２
を設置している。光変調器２には、実施の形態１と同様
のものでもよいが、本実施の形態では、高分子分散型の
液晶パネルを用いた。

【００１９】高分子分散型の液晶は、高分子内に誘電異
方性をもつ液晶を分散し小球状に相分離させており、電
圧を印加していない場合は、小球内の液晶がランダムに
向いているため光が散乱されるが、電圧をかけて電解方
向を揃えると散乱が抑えられる液晶パネルであり、これ
により、赤外線の透過率を変化させることができる。

【００２０】本実施の形態においても、高分子分散型液
晶という液晶パネルを用いることにより、応答速度が大
きくなり、従来の液晶ではチョッピング速度が１０ヘル
ツが限度であったのを１００ヘルツまで高めることがで
き、高速の測定が可能となった。また、本実施の形態に
よれば、２枚のポリエチレンのフィルムに対向させて導
電材料を形成したものの間に液晶と光重合開始剤を含有
した紫外線重合性樹脂を混合したものを塗布し貼り合わ
せて紫外線照射により固めるという簡易な工程で光変調
器２が作製できる。さらに、ポリエチレンは赤外線の透
過率が高いため、本実施の形態によれば、高感度の検出
が可能である。なお、他にもシリコンや石英が基板材料
として使用できる。また本実施の形態によれば、低コス
トで柔軟性のある光変調器ができるため、赤外線センサ
の表面やレンズの表面などに形成でき一体化が可能なた
め、使い勝手も向上できた。

【００２１】図４と図５のように配置した焦電型赤外線
センサ１および各センサ上にマイクロレンズ７を形成
し、さらに光変調器２を付加した２次元赤外線センサを
作製した。光変調器２は各マイクロレンズ上に形成する
こともできるし、センサの前面に作製することもでき
る。センサの前面にポリエチレンフィルムを用いて光変
調器を形成すれば、センサ内部が外側から見えないた
め、カバーの役割もかねることができる。またマイクロ
レンズ上に光変調器を形成すれば、焦電型赤外線センサ
とマイクロレンズと光変調器が１つずつマイクロセンサ
として一体化できるため、実際の使用に関して、マイク
ロセンサの数や形状の変更に柔軟に対応できる。

【００２２】実際にマイクロセンサとして１６×１６の
センサを作製し、天井に設置した。このセンサは、室内
を２５６に分割し、平均の分布を輻射温度の分布の測定
ができる。しかも、光変調器に高速応答の高分子分散型
液晶を用いているため、リアルタイムに検知することが
できる。これにより、室内の温度分布から、空調器の調
節具合いや、火災発生など温度に関する情報が得られ
る。また、人が何人いてどの位置にいるかも予測でき、
空調や照明のコントロールおよび異常事態発生時の安全
確認などセキュリティ関連に使用できる。

【００２３】以上本発明について、実施の形態とともに
説明を行ったが、実施の形態１では、焦電型赤外線セン
サの上に光変調器を設け、その上にレンズを設けた一
方、実施の形態２では、焦電型赤外線センサの上にレン
ズを設け、その上に光変調器を設けたが、本発明におい
ては、どちらの構成を採用してもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、複数の焦電素子を設け
ることにより、空間分解能を向上させ、さらに、液晶パ
ネルを有する光変調器を用いることで、チョッパおよび
駆動装置が不要となるため、小型で信頼性の高い焦電型
赤外線センサが提供できる。また、特に液晶を高分子分
散型にすることにより、簡易な工程で作製でき低コスト
化も達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における赤外線センサの
構成を示す概略図

【図２】本発明の実施の形態１における赤外線センサの
視野を示す図

【図３】本発明の実施の形態における赤外線センサの光
変調器の構成を示す断面図

【図４】本発明の実施の形態２における赤外線センサの
構成を示す概略図

【図５】本発明の実施の形態２における赤外線センサの
構成を示す概略図

【符号の説明】

１焦電型赤外線センサ２光変調器３赤外線レンズ４基板５電極６液晶７マイクロレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の焦電型赤外線センサと、前記焦電
型赤外線センサに入射する赤外線を断続的に変調する光
変調器を備え、前記光変調器が光を変調する手段として
液晶パネルを有することを特徴とする焦電型赤外線セン
サ装置。
【請求項２】液晶が赤外線を吸収する基を備えている
か、または、液晶に赤外線を吸収する色素が溶解されて
いることを特徴とする請求項１に記載の焦電型赤外線セ
ンサ装置。
【請求項３】液晶が高分子分散型液晶であることを特徴
とする請求項１に記載の焦電型赤外線センサ装置。