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    公开号:WO1984000812A1
    申请号:PCT/JP1983/000259
    申请日:1983-08-10
    公开日:1984-03-01
    发明作者:Yukio Kasahara；Ritsuo Inaba
    申请人:Matsushita Electric Ind Co Ltd；
    IPC主号:G01J5-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 '書
    [0002] 発明の名称 '
    [0003] 赤外線検出装置
    [0004] 技術分野
    [0005] 5 本発明は赤外線検出装置に関するものである。
    [0006] 背景技術
    [0007] 従来、 赤外線検出装置として、 熱型 ， 光量子型のものが用い られている。 これらのう ち、 生活空間温度の測定には、 5 τη 以上の波長領域で、 比較的感度が高く、 また低価格である熱型 i o の検出装置が使用されている。 熱型の検出装置と して代表的る ものに、 電子レンジ ， 防犯用などの用途に用いられる焦電型素 子がある。 その他にも、 サ一 ミ スタボロ メータ ， サー モパイノレ 等がある 0 しかし、 これらの装置あるいは素子は、 いずれもァ ナロ グ出力を得るものであ 、 耐雑音性の面から難点があり、
    [0008] 1 5 デジタル出力を有する赤外線検出装置の出現が望まれていた。
    [0009] さらに一方では、 マイク ロ コ ン ピュ ータの発達によ 、 直接 デジタル信号をマイ ク ロ コ ン ピュ ータ に入力でき る よ う ¾素子 の出現が要望されている。
    [0010] 発明の開示
    [0011] 0 本発明は、 これらの要求を満足す-る、 デジタル出力信号を有
    [0012] し、 しかも高感度で低価格な熱型の赤外線検出装置を提供する ことを目的とするものである。
    [0013] 本発明の赤外線検出装置は、 弾性表面波発振装置において、 その弾性表面波伝搬要素の弾性表面波伝搬路に赤外線を照射す
    [0014] 5 ると、 赤外線の強度に応'じて発振周波数が変化することを応用
    [0015] O L-
    [0016] ■¾。 _j . したものである。
    [0017] 図面の簡単な説明 ~
    [0018] 第 1 図は本発明にかかる赤外線検出装置に用いられる赤外線 検出部の概略構成図、 第 2図は第 1 図に示す赤外線検出部にお
    [0019] 5 いてシ ャ ツタを開閉したときの発振周波数の変化を示す図、 第 3図は本発明に示す赤外線検出部においてシ ャ ッ タ開閉とクロ ックパルスの計数のタィ ミ ングを説明する図、 第 4図は第 1 図 'に示す赤.外線検出部からの信号を処理するためのプロ ック図、 第 5図は本発明の高感度赤外線検出装置によ j9得られた、 被検 l O 出 #J温度とク α ックパル ス計数値の関係を示す図であるつ
    [0020] 第 6図は本発明にかかる赤外線検出装置の原理を説明するた めの図、 第了図 よび第 8図は本発明の赤外線検出装置の具体 例の構成を示すプロ ック図、 第 9図はその被潮定対象の温度と 出力との関係の一例を示す図、 第 1 ο図は本発明になる赤外線 1 5 検出装置の他の具体例を示すブ口 ック図、 第 1 1 図は第 1 0図 に示した例の動作を説明するための図、 第 1 2図は本発明のさ らに他の具体例を示す図、 第 1 3図は第 1 2図に示した例によ. る観測実施例を示す図である。
    [0021] 発明を実施するための最良の形態
    [0022] 20 まず、 本発明の赤外線検出装置 ついて、 その原理から説明 する。 第 1 図は本発明の赤外線検出装置に用いられる赤外線検 出部の構成を示している。 図にお て、 1 はニォブ漦リ チウ ム 等よ！）なる圧電性基板であ 、 2、 3はそれぞれ圧電性基板 1 の研磨表面に蒸着等の方法によ D形成された彈性波送波用ィン 25 タ ーディ ジタル電極 ，弾性波受波用ィ ンタ ーディ ジタ ル電極で ある。 弾性波送波用ィ ン タ 一ディ ジタル電極 2および弾性波受 波用ィ ンターディ ジタル電極 3の一端はァー スされ、 他端はそ れぞれ増巾器 4の出力側および入力側に接続されている。 5は コ ンデ'ンサ 6を介して増巾器4の出力側と接続された出力端子 である。
    [0023] 以上のよ うにして帰還型の発振器ァが構成されている。
    [0024] 8は赤外光を発生する被検出体であ！）、 9は被検出体 8と発 振器 7の間に設けられたシ ャ ツ タである。 シ ャ ツタ 9は、 たと えばソ レノ ィ ド等の駆動手段 （ 図示せず ） によ ])矢印 A ， B方 向に移動可能に設けられてお ] 、 点線に示す位置にあるときに は被検出体 8からの赤外光が発振器ァへ到達するのを遮ぎる役 目を持つつ シ ャ ツ タ 9が矢印 B方向へ移動し、 圧電性基板' 1 の 弾性波伝^表面上に赤外光が照射されると 、 圧電性基板 1 の温 度が上昇する。 たとえば圧電性基板 1 の表面から了 ^離れた ァ O °Cの被検出体 8から出た赤外光による圧電性基板 1 の温度 上昇分は約 i Z1〇oo °C程度である。 この 1ノ1 ooo °cの微少 温度上昇分は、 通常の熱膨張測定などでは測定困難な量である。
    [0025] 本発明は、 この微少温度上昇を、 圧電性基板 1 の弾性定数の 変化によ 高感度に検出しょ う とするものである。 す わち、 この温度上昇分によ 9、 圧電性基板-1 の表面を伝搬する彈性波 の速度が変化し、 この弹性波の速度変化によ 、 弾性波送波用 および受波用のィ ン タ —ディ ジタ ル電極 2 ， 3の間で伝搬する 彈性波の弹性受波用ィ ンタ 一ディ ジタ ル電極3に到達するとき の位相が変化する。 その位相変化分だけ、 発振器 7からの出力 周波数が変化する ことに 、 そめ周波数を、 コ ン デンサ 6を , 介して、 出力端子 5 よ ] 取 出そう とするものである。 このと きの周波数の変化分は、 たとえば上記のよ う ァ 0 °Cの被検出 体 8を発振器 7から T O 離して置き、 かつ発振器 7の出力周波 数を 1 了 1 MH z に設定した場合にお て、 約了 O O H z であ
    [0026] 5 つた。 この周波数変化分は、 発振器了の周波数が高い程、 また 圧電性基板 1 の温度係数が大きい程大き く変化し、 計算による と次式で与えられる。 すなわち周波数変化分 は、
    [0027] Δ f = — a 小 -±- ( l O である： ここで は圧電性基板 1 の温度係数、 f は発振器 7 の凳振周痰数、 Kは圧電性基板 1 の熱伝導率、 は弾性波送疚 および受浚 ^ィ ン タ —デ ジタ ル電 2 ， 3間の距離の半分、
    [0028] Qは圧電性基板 1 に与えられる赤外光 Ο エネ ル ギ ーを表わす (1)式によると α ν， Q， が大き く、 Κの小さい圧電性基板 1
    [0029] 1 5 を用いた構成にすると、 赤外光照射による周波数変化が大き く ¾る。 このとき、 圧電性基板 1 へ赤外光を照射する被検出体 8 の温度が高ければ高い程、 周波数変化は大き く る。 逆に、 圧 電性基板 1 と同程度の温度の被検出体 Sからの赤外光エネルギ
    [0030] -は小さく 、 周波数変化は小さ く ¾ D、 周波数変化の検出がむ
    [0031] 20 ずかしく なる。 これは例えば、 室温-- (約 2 5で ） において、 人 体温（ 釣 3 Οで ） を検出 したい場合などに相当する。
    [0032] 本発明は、 このよ うに、 温度差 （検出器の圧電性基板 1 の温 度と、 被検出体 8の温度差） が小さく、 出力周波数変化の小さ いときでも、 感度よ く赤外光を検出できるものである。
    [0033] 25 第 2図は、 第 1 図に示す赤外線検出装置において、 赤外光を
    [0034] Ο ΡΙ IPO シ ャ ツ タ 9の開閉に応じて照射した！）、 照射しなかった ]) した ときの周波数変化の様子を示している。 図にお て、 曲線 1 1， 1 3はシャ ッタ 9を開けたと きの発振周波数の変化を示し、 曲 線 1 .2 , 1 4はシ ャ ッ タを閉じたときの周波数の変化を示す o /Q はシ ャ ツ タ 9が閉 じられた状態における発振器 7の発振周波数 であ ] 、 /nはシ ャ ツタ 9を開けた状態において発振周波数が変 化 （低下 ） したと きの最小値を示す。 す ¾わち、 時間を t と し た場合 t < 0では発振器了は /〇 なる周波数で発振してお ]9、 シ ャ ツ タを t = oで開けると、 圧電性基板 1 は赤外光の照射を 受け、 圧'電性基板 1 の温度がそれに応じて上昇するため、 弾性 定数の変化によ 発振周波数は次第に低下していき、 ^nに達す るつ このと きの周波数の減少の様子が ffi籙 1 1 に示されているつ そこで、 シ ャ ツタ 9を再び閉じると、 £電性基板 1 には赤外光 は照射され ¾く ¾ 、 圧電性基板 1 の温度は低下し、 弾性定数 の変化によ ]9発振周波数は Ο に戻る o この過程が曲線 1 2 に示される。 同様にして、 曲線 1 3 ， 1 4が繰 ] 返される。 こ のと き、 発振器ァからの出力の波形の波頭を計算し、 この波頭 の数が一定の数に達したと き、 シ ャ ツ タ 9を開あるいは閉状態 にあることにすると、 シ ャ ツタ 9の開時には、 発振器ァの発振 周波数は閉時に比べて微少量低下す-るため、 シ ャ ッ タ 9の開時 間と閉時間とでは、 開時間の方が閉時間よ 微少時間だけ長く るる。 たとえば、 実験によると、 圧電性基板 1 の表面よ 7 cm 離れた位置に 1 O Oでの物体を設置すると、 シ ャ ツタ 9の閉時 において /o = 1 7 1 MH z の発振周波数であったもの力；、 シ -ャ ッ タ 9 の開時においては 3 0 0 Hz 減少レた o したがって、
    [0035] OMPI シャ ツ タ 9の開時間は閉時間よ f0/fn = T1000000 /- ' 1 T0999700 倍だけ長く なる。 そこで、 次にこのシ ャ ツ タ開 時間およびシャ ッ タ閉時間をそれぞれ開ゲー ト時間 ， 閉ゲー ト 時間と し、 別に設けたクロ ックパルス信号発生手段からのパ ル ス信号を開ゲ— 卜時間 ， 閉ゲ一 ト時間内に計数する。 前述の例 でいえば、 発振波形の波頭値を 3 4 2 X 1 O6 個に設定した場 合、 シ ャ ツ タ 9の閉時間は、 3 4 2 X 1 Οό/ ΐ 7 1 Χ 1 0ό = 2秒と ] 、 開時間は 3 4 2 X 1 0°/ l 了 0, 9997 X 1 Οό =
    [0036] 2 。 00000 秒と ¾る 0 したがって、 クロ ッ クパルス と して、 5 O O MHz のク コ ック パ ル スを用いる と、 開時間と閉時間と の時間差 4 X 1 O— 0秒に計数されるパ ル スは 5 O O X 1 ΟόΧ 4 Χ 1 〇—。 = 2000 と i) 、 2 O OO カ ウ ン ト が計数値と して 求められる。 このよ うに、 本癸明によれば、 赤外光の照射によ るシ ャ ツ タ開時間と、 照射のない閉時間とのわずかの時間差で 大きいカ ウ ン ト数を得る ことができ、 感度を飛躍的に増大させ ることができる ものである。
    [0037] さ らに、 上記の発振器了からの発振信号を、 他の発振器 （ 同 じ構成による参照用発振器でも よいし、 他の型の発振器でも よ い ) からの発振信号との差信号 （ たとえば発振器ァが 1ァ 1MHZ の場合、 他の発振器を 1 70 MHZ -とする と、 その差信号は 1 MHz と る ） を、 上記シ ャ ッ タ開閉用の出力信号に用いると、 赤外光の照射時と非照射時の周波数の差 3 O O Hzはそのまま の値であるので、 シ ャ ッ タ開閉時間の比は 1 MHz ( 1 MHz -
    [0038] 3 O O Hz ) = 1 O6 / 999了 OOと な 、 前述の 1 7 1 X 1 Οό / ΎΟ .999了 X 1 Οό よ 比の値が大き く な 、 よ 検出感
    [0039] O PI WIPO 度が増大することに ¾る。 このとき、 上述の他の発振器と して、 第 1 図のものと同 じ構成で赤外光を照射し ¾いだけの参照用発 振器を用いる と、 同じ構成であるために、 発振器 7 との発振周 波数差はよ 小さ く な ])、 上述のよ う に検出感度の向上をよ はかる こ とができ、 その上さ らに発振器の周囲温度の変化によ 生じる発振周波数の変化分は、 発振器ァ も参照用発振器も同 じであるので、 差し引かれて周囲温度の影響がない構成のもの ができる ことになる。 つま 温度 ドリ 7 卜の ¾い赤外線検出器 を檮成する ことができ る。
    [0040] 第 3図は、 上述のシ ャ ツ タ開閉時間と _、 クロ ッ クパ ルス計数 ゲー ト時間をある時間だけずらせた場合の例について説明する 図である。 横軸は時間を、 縦軸は周波数を示すつ 前述の洌では、 シ ャ ッ タ 9が開く と、 出力波形 （ 発振器ァのみでも よいし、 前 述のよ う に参照用発振器との差周波数の出力でも よい。 むしろ 後者の方がよい ） の波頭の計数を行 い、 一定の計数値と ¾ っ て となると、 シ ャ ツ タは閉 じ、 再び計数を行 ¾ つた。 次に ここで述べる例では、 シ ャ ッ タは、 前述のよ う に t =◦から t = までは開き 、 t = から t = t 2 ま では閉 じ、 t = t 2 から t = t 3 ま では開く よ うに しておき、 ク ロ ッ クパル ス発生 手段か ら発生するク α ッ クパ ルスを計数するタ イ ミ ン グを、 第 3図に示すよ うに t〇だけずらせるつ すなわち、 t = t〇 から t = t 1 + t0 までの期間を シ ャ ッ タ開時のク ロ ッ クパ ルス計数 期間と し、 t = t + t〇力 ら t = t 2 + t0 までをシ ャ ツ タ閉時 のクロ ックパルス計数期間とする。 このよ うにすると、 刻々変 化する発振器出力 （ 発振器 7の出力ま たは、 参照用発： • 差出力 ） によ ] 生ずるク ロックパルス計数時間の差がよ 大と
    [0041] ¾ 、 その結果、 検出感度が増大する。 実験の結果、 検出器の 構造にも よるが、 ほぼ O · 05秒力 ら 0,7秒程度タ イ ミ ングをず . らせることによ -り 、 感度がも っ と も増大した。 この実験では、 圧電性基板 1 と してニ オブ黢リ チ ウ ムを用い、 発振周波数1了1 MHz 、 弾性波送波用および受波用のィ ンタ ーディ ジタル電極 2 , 3の間隔が約 2。5 mm、 第 3図に示す時間 t が 1 〜 2秒で あ つ 7^13
    [0042] 第 4図は、 上記の機能を実施するための具体的 ¾ブ口 ック図 の一'列を示すものである ：） 第 1 図の凳振器ァは符号 4 1 で示さ れ、 また同時に、 室温 ドリ フ 卜 の影譽をと ] 除くため、 赤外光 を照射し ¾い参照用 O発振器 4 2 を兗振器 4 1 の近傍に §£して いるこ 発振器 4 1 ， 4 2からの出'力は、 それぞれバ ッ フ ァ回络 4 3 , 4 4を介して混合器 4 5に入力され、 発振器 4 1 および5 発振器 4 2のそれぞれの発振周波数の差の周波数が混合器 4 5 から出力される。 混合器 4 5からの出力を分周器 4 6に入力し ク ロ ッ クパルス計数のためのタ イ ミ ング時間を規定するつ 分周 器 4 6からの出力はシャ ッ タを開閉する タ イ ミ ングを作るため の移相器 4 了に人力され、 前述のよ う に位相を O 05 〜 O。ァ0 秒進ませた信号をシ ャ ツ タ ドラ イ プ-回路 4 8に人れ、 その出力 でシ ャ ツ タ 4 9を駆動する。 一方、 ク ロ ック信号発生器 5 Oを 設け、 分周器 46か らの信号によ 働く 、 アッ プ Zダウ ンカ ウ ンタ 5 1 に入れ、 分周器 4 6からの信号、 すなわちタイ ミ ング をずらせたシ ャ ツ タ開閉信号によ ]9、 ク ロ ックパルス計数を行5 う 。 ア ッ プ Zダウ ン カ ウ ンタ 5 1 の出力をデ ィ スプレイ 5 2
    [0043] OMPI - - r によ 表示する。 この表示が、 赤外検出出力を表わすも のであ る O
    [0044] 第 5図には、 第 4図に示すプロ ツク図の構成によって得られ た被検出体の温度とク 口 ッ クパルス計数値の関係の一例を示す ものである。 第 3図において、 ク ロ ッ クパルス計数値は室温を 基準にと っている.つ この図によれば、 感度は約 4 0 カウ ン ト Z ¾と ¾ ] 、 単に第 1 図に示した検出器 7その も ののみによ j 得 られた結果に比べ、 約 1 O倍の惑 ¾と ¾つた,つ 勿論、本発明に、 光学系、 たとえばレ ンズ系、 あるいはカ セグレ ン などの反射系 を用いて赤外光を集束すれぱ、 感度をよ 向上させるこ とがで きる o
    [0045] 第 6図はシ ャ ッ タを用いて、 赤外線の照射を靳続させたとき の周波数変化の様子を示しているつ 図において、 曲線 61 , 63 はシャ ッタを開いたときの発振周波数の変化を示し、 曲線 6 2 はシャ ッタを閉じたときの周波数の変化を示す。 /0 は 1 ァ 1
    [0046] MHz であ 、 /n はシ ャ ツ タを開いたと きに発振周波数が変 化 （ 低下 ） したときの最小値であ 、 また は シ ャ ツタ開閉 の時間間隔を示す。 す ¾わち、 第1 図の発振器ァは t <oでは O す わち 1 ァ 1 MHz の周波数で発振している。 t = 0で シ ャ ツ タを開ぐ と、 圧電体基板 1 は-赤外 ·線の照射を受け、 次第 に発振器 5の発振周波数が低下して行く。 そして、 t = で は発振周波数は最初から （ ー fn ) だけ変化する。 このとき の発振周波数の減衰の状態が曲線 6 1 に示されているわけであ る 0 t = t1 に つたときに、 シ ャ ツタを閉じると、 圧電体基 板 1 には赤外線が照-射される く ]？、 発振周波数は再び /o =
    [0047] OMPI 1 ァ 1 MHz に上昇する。 この状態を曲線 6 2 で示す。 t = 2 t1 で再びシ ャ ツ タを開く と、 前述と同様にし t、 発振周波数 が低下し、 曲線 6 3をたどる。 これをく ！）返す。 このと き、 シ ャ ッ タを閉 じる時刻 から時間 t 2だけさかのぼった時刻64 と時刻 t ·5 との期間のみの発振器 7からの発振出力信号をパル ス 化した信号と、 一方、 シ ャ ッ タを開ける時刻 2 t" から、同じ く時間 t1 2 だけさかのぼった時刻 6 5 との期間のみの同凳振 出力信号をパ ル ス化した信号との差とを、 アッ プ.ダウ ン カ ウ ン タで計測する .：） この時のカウン 卜信号 （ 上記二つのパ ル ス信号 の差 ） は、 赤外線を輻射する対象 ¾の温袤によ 9， 変化する 逆 にこのカ ウ ン ト信号を計測する と、 測定したい対象物の温度を 劉定する こ とができるつ
    [0048] 第 7図は本発 ¾にかかる赤外線续出装置の構或の一例を示し ている。 図において、 7 1 は第 1 図で示した彈性表面波発振器 ( 赤外線検出器 ） マを示す。 発振器ァ 1 の出力はパル ス化回路 了 2に導かれパル ス化される。 一方、 発振器 （ 赤外検出器）ァ1 の前方から、 測定されるべき対象物からの輻射赤外光が入射さ れ、 その途中にシ ャ ツ タ 7 3を設けてあるつ シ ャ ツ タ ァ 3は、 シ ャ ツ タ開閉.鬆動回珞 7 4によ つ て駆動されるつ パ ル ス化回路 了 2の出力は、 ア ッ プダウ ン カ ウ -タ ァ 5に入力され、 シ ャ ツ タ開閉暴動回珞了 4からのタ イ ミ ング信号 （ 第 6図における、 t 1 1 , 21 ^ , 31 ^ , 6 4 ， 6 5な ど ） に応じて、 パ ルス化 回铬 3 2力ゝらの出力パル スを力 ゥ ン トする よ うにな つている。 こ ©ア ッ プダウ ン カ ウ ン タ ァ 5によ つて、 第6図に示した、65 から 2 t までの時間におけるパル ス信号 （ 閉時間出力パル ス 数） と、 6 4から ま での時間におけるパ ル ス信号 （ 開時間 出力パル ス数 ） との差を計測する。 この計測出力は、 マイクロ コ ン ピュ ータ 7 6に導かれ、 表示器 7 7によ ！）表示される。 マ イ ク 口 コ ン ビュ ― タ 7 6には、 シ ャ ツ タ開閉駆動回路 7 4から
    [0049] 5 のタ イ ミ ング信号を入力しても よ く、 このタ イ ミ ング信号を入 力すれば、 ア ッ プダウ ンカ ウ ンタ 7 5の出力計測パ ル ス数の時 間変化を、 マ イ ク ロ コ ン ピュ ータ ァ 6 で記憶し、 各種制御に用 いるこ とができる。 例えば食品加熱調理器等に用いると、 食品 の温度を検出器 7 1 で検出 し、 出力パ ルス数の時間変化をマイ i o ク □ コ ン ピュ ー タ で計測していて、 一定のパ ル ス数に到達した ら、 加熟を停止させる等の用途に用いられる。
    [0050] 第 8図は上述の装置において、. 検出器自身の温度上昇による 発振出力周波数の変化を生じさせないよ う 'に改良した赤外線 (温度）検出装置の構成を示す。 第 8図において、 8 1 は赤外
    [0051] 1 5 線検出器を示し、 8 2は同一の構成でできた発振器（ 共に第 1 図 7 と同構成のもの） を示す。 赤外線は、 シ ャ ッタ 8 3を介し て、 検出器 S 1 に入射し、 発振器 8 2は検出器周辺温度の変動 を くすために用いられる。 検出器 8 1 と発振器 8 2からの出 力信号はそれぞれバ ッ フ ァ ア ン プ 8 4 , 8 5を介して、 ミ キサ 0 8 6に入力される。 バ ッ フ ァ アン フニ S 4 , 8 5は必ずしも必要 で い。 ミ キサ 8 6では、 検出器 8 1 、 発振器 S 2からの出力 信号の周波数差信号がと ] 出される。 検出器 8 1 と発振器 8 2 とは、 その基本的 ¾構成が同一であるので、 ほぼ同じ周波数信 号である。 そのため、 ミキサ S 6の出力信号周波数は、 検出器 5 8 1 と発振器 8 2の出力周波数よ もか ¾ J 低い周波数と ¾る。 実験で^ ^、 検出器 8 1 と発振器 8 2の出力周波数が約 171MHz であ 、 —ミ キサ 8 6出力は約 1 3 0 KHz であった。 ミキサ 86 の出力はパルス化回路 8 了 によ って、 パルス信号になる。 一方 シ ャ ッ タ 8 3は、 シ ャ ッタ開閉駆動回路 8 8によ つて, 動され る。 同時に、 駆動回路 8 8からのタ イ ミ ング信号（ 前記の ^ャ 2t^ , 3 t1 1 , 6 4， 6 5 ど） に応じて、 パ ルス化回路 8 了か らのパル ス信号を力 ゥ ン トするア ッ プダウ ン カ ウ ン タを含む、 マ イ ク ロ コ ン ピュ ー タ 8 9によ つ て、 パ ル ス化回路 8 了の ¾力 を監視する。 逆にマ イ ク ロ コ ン ピュータ 8 9からの指令によ 、 駆動回路 S Sが制御されるよ うにしても よい マイクロコ ン ビ ユ ー タ 8 9による計数パルス数を表示器 9 Οによ ])表示する。 あるいは、 前記のよ う 、 加熱調理器の钶のよ うに、 マ イ ク ロ コ ン ピ ュ ータ によ 、 加熱擾溝を ί御することができる ό
    [0052] なお、 第ァ図 ， 第 8図の実験では、 第 6図における t" と し て約 2秒、 6 4〜 t"間、 6 5〜 2 t" 間の時間を約 1 秒と し た。
    [0053] 第 9図は計数パルス数の、 測定対象物の温度変化に対する変 化の様子を示したものである。
    [0054] 第 1 O図は本発明の赤外線検出装置の他の例の構成を示す。 図の 1 O 1 ， 1 0 2は圧電性基板 示している これらの基板 1 O 1 , 1 0 2の表面には、 第 1 図の 2および 3で示したよ う ィ ンタディ ジタ ル電極 （例えば 1 o 3 ) が設けられている。 これらのイ ン タディ ジタル電極は、 増巾器 1 0 4 ， 1 0 5に接 続され、 第 1 図に示したよ う 赤外線検出装置 1 1 O ， 1 1 1 を構成している。 圧電性基板 1 0 1 ， 1 〇 2の前面には、 それ ぞれシャ ッ タ 1 O 6 ， 1 O 7が設けられてお ) 、 赤外線 （矢印 で示す ） の入射に対して開閉するようになっている。 第 1 O図 には赤外線検出装置が 2個の場合を示してあ jp 、 シ ャ ツタ 1 OS, 1 0 了は開閉位相が互いに 1 8 0。 と ¾つている。 つま 、 シ ャ ッタ 1 0 6 ， 1 0 7は開閉が互いに逆に つている。 これら の赤外線検出装置 1 1 0 , 1 1 1 の出力 1 0 8 , 1 0 9は、 波 形整形器 1 1 2 , 1 1 3に入力され、 出力端子 1 1 4 , 1 1 5 に出力される。 波形整形された出力波形はパルス波形となって 出力 1 1 4 ， 1 1 5から出力される。 検出装置 1 1 0 ， 1 1 1 からの出力周波数の変化に応じて、 出力 1 1 4 , 1 1 5のパル ス数 も変化する。 そのため、 出力周波数の波頭をパルス と して よ い o
    [0055] 第 1 1 図は、 第 1 〇図の赤外線検出装置 1 1 O , 1 1 1 の出 力 1 0 8 ， 1 O 9における周波数の変化を示したものである。 曲線 1 2 1 ， 1 2 2はそれぞれ 1 O S ， 1 O S の周波数変化を 示す。 時間が Oから t の間はシ ャ ッ タ 1 O 6が開き、 シャ ッ タ 1 O 7が閉じる期間である。 シ ャ ツ タ 1 O 6が開く と、 赤外 線は基板 1 〇 1 に入射し、 検出器 1 1 Oの出力周波数が下降す る。 この時の下降曲.線は、 ほぼエキスポネ ン シ ャ ルの曲線であ る o 同様にこの期間は、 シ ャ ツ タ 1 マが閉じるため、素子 1〇2 には赤外線が入射せず、 検出器1 1 1 の出力周波数は上昇する。 この上昇曲線もほぼエキスポネ ン シ ャ ル曲線である。 以下、 から t2 までは反対に、 シ ャ ツタ 1 〇 6が閉じシ ャ ツ タ 1 〇 7 が開 くため図のよ う 曲線と 、 から t3、 t3から t4 と 同様にく り返す。 この時、 対象物（ 図示-せず） からの赤外線ェ ネルギーを測定し ^う とする と、 すなわち対象物の温度を測定 しょ う とすると、 対-象物温度が高いほど、 赤外線放射エネルギ 一が高いため、 シ ャ ツ タの開閉による周波数変化量が大き ぐな る。 す ¾わち、 第 1 1 図に ける曲線の縦軸の高さが大き ぐな ]5、 曲線 1 2 1 , 1 2 2がそれぞれ曲線 1 2 3 ， 1 2 4となる。 それに伴って、 第 1 O図の出力端 1 1 , 1 1 5からのパルス 数の変化量も大き ぐな る。 したがって、 シ ャ ツ タの閉時の周波 数 （ パ ルス数 ) と 、 シ ャ ツ タ開時の周波数 （ パルス数 ) の差を 求めると、 対象物の温变 （赤外線量 ） が求め られる。
    [0056] この時、 も し、 赤外線検 S装置が 1 儲のみ （ 例えば 1 1 O ) である と、 一回の測定にシ ャ ッ タの閉時から開時まで （第 1 1 図の ^ から t3ま で ） 〇時間を必要とする 3 これを苐 3 ¾ i 示 すよ うに、 列えば 渙 s器で溝或すると シ ャ ツ タ O開閉が 交互に行なえるため、 一回の測定に要する時間が半分とる i9 j ですむよ うになる。 したがっ て応答速度が速 ぐ るる この時、 測定の方法と して、 第1 1 図の曲線 1 2 1 に いて、 oから t2， t2 から t4の間に測定 し、 同時に曲線 1 2 2において、 から t3， t3 から t5 と測定する方法と同時に、 曲線 1 2 1 , 1 2 2 を同時に用いて、 Oから t で測定、 ^ から t2 で測定すると いう よ うに測定する方法がある 3 ま—た、 第 1 O図に ける出力 端子 1 1 4 ， 1 1 5からのパルス出力をマイ ク ロ コ ン ピュ —タ に入力し、 シ ャ ツ タ開閉時刻に同期させて加減させるこ とによ 、 デジタル信号と して処理することができる。
    [0057] 第 1 2図は、 本発明の tsの例の構成を示す。 図に て、
    [0058] 1 0 1 から 1 0 9は、 第 1 O図に けるものと全ぐ同じである。 また検出装置 1 1 ο , 1 1 1 の番号も同じである。 第 1 2図で は新たに、 参照用検出装置 1 3 0を設けてある。 参照用検出装 置 1 3 0は赤外線検出装置 1 1 Οあるいは 1 1 1 とほとんど同 じ構造であるカ 、 赤外線が入射し ¾い構造にな っている。 すな わち、 圧電性素子 1 3 1 の表面にイ ン タディ ジタル電極 1 3 2 を設け、 增巾器 1 3 3に接続され、 帰還型発振器を構成してい る。 素子 1 3 1 には外部からの赤外線が入射し ¾いよう にふた 1 3 4が設けられていて、 一定の周波数をもつ出力が出力端 1 3 5に出力される。 三つの素子 1 0 1 ， 1 〇 2 ， 1 3 1 は互 に熱的に接続されていて、 周囲温度変化に対して同じよ うに 影響を うけるよ うに ¾ つている。 出力端 1 O S ， 1 O Sの出力 信号は、 ミ キサ 1 3 6 ， 3ァで出力端1 3 5からの信号と混 合され、 それぞれ出力端 1 3 8 ， 1 3 9に導かれるつ 出力端 1 3 8 ， '1 3 9の出力信号はそれぞれ、 検出器 1 1 Οと 1 3 Ο および 1 1 1 と 1 3 0の出力周波数の差の周波数となつている。 つま 出力端 1 3 8の信号は、 検出器 1 1 Οと検出器 1 3 0の 出力信号の周波数の差の周波数の信号となっている。 さ らに、 出力端 1 3 8 ， 1 3 9の信号は、 周囲温度に対して補償されて、 極めて安定 ¾周波数とるる.つ さらにま たこの出力信号は、 通常 のマイ コ ンで扱える程度の低い周波-数とするこ とができる利点 がある。 さ らに図示はるいが、 出力端 1 3 8 ， 3 9などに'お いて、 ダブルへテロダイ ン方式を用いると、 周波数をよ 低下 させることができ、 低価格 ，低速度マイ コ ン使用に有利にるる ことは勿論である。
    [0059] 第 1 3図は、 第 1 2図の出力端 1 3 8の出力波形の実測例を — 10— -
    [0060] , '示す。 測定対象物温度は 6 0_°C ，室温 2 5でであつた。
    [0061] 産業上の利用可能性
    [0062] 以上説明したよ うに、 本発明にかかる赤外線検出器は、 弾性 波素子を用いた帰還型発振器の、 前記^性波素子に、 シ ャ ツタ
    [0063] 5 を用いて赤外光を断続的に照射すると ともに、 この帰還型発振 器の発振出力波形の頭数が所定値に達する期間をシャ ッ タの開 閉時間に設定し、 クロ ック信号発生器からのクロ ックパ ル ス数 をシャ ッタ開 ， シ ャ ツ タ閉の期間計数し、 その計数信の差の (直 で、 前記赤外光のエネルギーを検知する ものであるため、 きわ l O めて感度が高いだけで く、 検知精度も高く 、 またデジタル岀 力が得られるという特長を有するものである。
    [0064] ¾ 、 シ ャ ツ タは璣钱的 ものを. いてお 、 可動コ イ ル形、 可動鉄片形 ど o シ ャ ツ タ機構のものを^いたつ 池にも磁気に よ 作動するシ ャ ッ タ も用いた。
    [0065] 1 5 またさ らに本発明にかかる赤外線検出装置は、 弾性波素子と 増巾器とで帰還型発振器を構成し、 この弹性波素子に照射され る赤外線を、 シ ャ ツ タで断続するとと もに、 この シ ャ ツタの開 閉時刻よ 一定時間さかのぼった時刻から開閉時刻までの時間 におけるそれぞれの信号の周波数に応じたパル ス数すなわち開
    [0066] 20 時間出力パル ス数と閉時間出力パル-ス数との差を計測するこど によ ] 、 測定対象物温度を測定できるよ うにした赤外線検出装 置であ ]) 、 その検出感度が非常に高いという特長を有し、 その 上に、 出力がパルスであるため、 耐雑音性が非常に良好である 特長を有する。 そして、 周波数変化が赤外線エネルギーに対応
    [0067] 25 することから、 被測定対象物に接触することなく 、 その温度を 測定することができる。 またシ ャ ツ タの開閉によるパル ス計数 時間を、 弾性波素子の熱時定数にあわせて適当 ¾値にすること によ 1 よ 高感度にすることができる。
    [0068] また、 本発明にかかる赤外線検出器は、 弹性表面波素子を用 いた少なく と も 2個以上の帰還型発振器の、 前記彈性表面波素 子に赤外光を照射し素子の微小温度変化を発振器の発振周波数 の変化と して出力し、 素子に入射される赤外光を素子前方に設 けたシ ャ ッタの開閉によ 断铳的に入射し、 前記 2個以上の素 子に入射する赤外光を前記シ ャ ッ タの開閉位相をずらせて行わ せ、 前記発振器からの出力波形の波頭 （ パ ル ス ） を計数し、 前 記シ ャ ッ タ の開時間と閉時間におけるパル ス数の差を求めるこ とによ j 赤外線エネ ルギ ーを違続して検知するよ うにしたもの. であるつ 勿論、 本発明に光学系、 たとえばレ ン ズ系 ， あるいは カセグ レ ン ¾どの皮射系を用 て赤外光を集束すれば、 感度を よ ])向上させることができる。
    权利要求:
    Claims, 請 求 の 範 Β_
    1 . 弾性表面波素子ならびに增巾器で榛成された帰還型発振器 を有する赤外線検出器、 前記彈性表面波素子に照射されるべき 赤外線を新続するシ ャ ツタ、 および、 前記シ ャ ツタの開時刻あ るいは閉時刻よ 一定時間さかのぼった時刻から、 前記開時刻 までの時間における前記赤外線検出器からの開時間出力パルス 数と、 前記閉時刻までの時間における前記赤外線検出器からの ¾時間出力パル ス数とをそれぞれ計数する計数器をそ ¾え、 前 記計数器によ 前記開時間出力パルス数と前記閉時間出力パル ス数との差を計数する ことによ 、 前記彈性表面波素子に照射 される赤外線も しくは赤外線を放射する物体の温度を測定検出 することを特徵とする赤外篛検岀装量 c
    2 . 請求の範 ¾第 1 項において、 弹牲表面莰素子 ¾らびに増 i巾 器で構成された帰還型発振器と シ ャ ッタとを少なくともニセ ッ ト有し、 赤外線検出器として働く一方の帰還型発振器の出力周 波数の温度を他方の帰還型発振器の発振周波数で補償すること を特徴とする赤外線検出器。
    3 . 請求の範囲第2項において、 少なく とも二つの帰還型発振 器のそれぞれに設けられたシ ャ ツタを一方が開の状態のとき他 方が閉の状態にるるよう開閉させ^-ことを特徵とする赤外線検 出装置。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0118563A4|1986-05-14|
    US4602159A|1986-07-22|
    EP0118563A1|1984-09-19|
    EP0118563B1|1989-11-02|
    DE3380794D1|1989-12-07|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1984-03-01| AK| Designated states|Designated state(s): US |
    1984-03-01| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): DE FR GB |
    1984-04-07| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1983902575 Country of ref document: EP |
    1984-09-19| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1983902575 Country of ref document: EP |
    1989-11-02| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1983902575 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP13941982A|JPH0353569B2|1982-08-10|1982-08-10||
    JP22387182A|JPS59114422A|1982-12-22|1982-12-22|Infrared ray detector|DE19833380794| DE3380794D1|1982-08-10|1983-08-10|Infrared detector|
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