(57)【要約】      （修正有）【課題】最適なアウトプット効率と、寸法において高い正確性を備える赤外線センサーモジュールを提供する。【解決手段】赤外線センサーモジュールは、赤外線センサー２００、圧電アクチュエーター１００、振動軸１０３、遮光板１０７、オシレーターユニット３００、コントロールユニット４００を備え、赤外線センサー２００は物体の赤外線を感知し、信号をコントロールユニット４００へとアウトプットし、これによりコントロールユニット４００はオシレーターユニット３００を制御し、対応する方形波を圧電アクチュエーター１００へと発生し、こうして圧電アクチュエーター１００が連接する振動軸１０３を連動し、リニア運動を行わせ、遮光板１０７は振動軸１０３上に設置し、しかも、振動軸１０３はリニア運動を行うため、遮光板１０７は、赤外線を阻害し、或いは通過させ、赤外線センサー２００へと入射させる。【選択図】図２９
0003156594.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
赤外線センサー、圧電アクチュエーター、振動軸、移動部品、遮光板、オシレーターユニット、コントロールユニットを備え、
前記赤外線センサーは、物体の赤外線を感知し、
前記圧電アクチュエーターは、少なくとも１個のドーム型の外形を呈する圧電部品を備え、前記圧電部品は、分極方向を備え、前記分極方向は、前記圧電部品の曲面の中心へと向かい、前記圧電アクチュエーターは、インプット信号の波形に基づき、ドーム頂点端のノーマルラインの方向へと、拡張と收縮を繰り返し、
前記振動軸は、棒状の外形を呈し、前記振動軸の一端は、前記圧電アクチュエーターのドーム端に緊密に設置し、
前記移動部品は、前記振動軸に設置し、前記移動部品は、前記振動軸において軸方向の運動を呈し、
前記遮光板は、前記移動部品に緊密に設置し、前記赤外線センサー前方に位置し、前記遮光板は、交替に赤外線を前記赤外線センサーへと入射させ、或いは赤外線の前記赤外線センサーへの入射を阻害し、
前記オシレーターユニットは、インプット信号を前記圧電アクチュエーターへと発生し、前記コントロールユニットは、前記赤外線センサーのアウトプット信号に基づき、前記オシレーターユニットを制御し、前記圧電アクチュエーターを駆動することを特徴とする赤外線センサーモジュール。
【請求項２】
前記赤外線センサーモジュールは、さらにダイレクターを備え、
前記ダイレクターは、前記振動軸に設置し、前記移動部品の移動距離を制限することを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサーモジュール。
【請求項３】
前記赤外線センサーモジュールは、さらに電圧上昇ユニットを備え、
前記電圧上昇ユニットは、前記オシレーターユニットと前記圧電アクチュエーターとの間に接続し、前記電圧上昇ユニットは、前記オシレーターユニットが発生するインプット信号の電圧レベルを上げ、これにより電圧レベルは、前記圧電アクチュエーターの操作電圧レベルに対応することを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサーモジュール。
【請求項４】
前記赤外線センサーモジュールは、さらに演算拡大器を備え、
前記演算拡大器は、前記赤外線センサーのアウトプット信号を拡大することを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサーモジュール。
【請求項５】
前記赤外線センサーモジュールは、さらに弾性体を備え、
前記弾性体は、前記振動軸と前記移動部品との間に設置し、前記振動軸と前記移動部品とに接続することを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサーモジュール。
【請求項６】
前記赤外線センサーが発生するアウトプット信号値が参考値以上となった時には、前記コントロールユニットは、前記オシレーターユニットを制御し、前記圧電アクチュエーターを拡張或いは收縮させ、
これにより前記遮光板は、赤外線の前記赤外線センサーへの入射を阻害し、或いは赤外線に前記遮光板を通過させ、前記赤外線センサーへと入射させ、
前記赤外線センサーが発生するアウトプット信号値が、参考値未満である時には、前記コントロールユニットは、前記オシレーターユニットを制御し、作動していた圧電アクチュエーターは作動を停止し、
これにより前記遮光板は作動を停止し、前記赤外線センサーを遮蔽しないことを特徴とする請求項１或いは２或いは３或いは４或いは５に記載の赤外線センサーモジュール。
【請求項７】
前記赤外線センサーは、所定の周期においてはアウトプット信号を発生せず、しかも、前記コントロールユニットは、前記オシレーターユニットをオフとすることを特徴とする請求項６に記載の赤外線センサーモジュール。
【請求項８】
前記インプット信号の波形は、方形波で、
前記方形波のパルス幅が、前記オシレーターユニットの設定値以上である時には、前記圧電アクチュエーターは、ドーム頂点端のノーマルラインの方向へと拡張することを特徴とする請求項１或いは２或いは３或いは４或いは５に記載の赤外線センサーモジュール。
【請求項９】
前記圧電アクチュエーターは、ドーム頂点端のノーマルラインの方向へと拡張し、しかもある区間において拡張し、
前記区間は、方形波が上昇し、最大値を保持する期間に対応し、しかも、前記圧電アクチュエーターは、方形波が下降するもう一つの区間に対応し、外形を回復することを特徴とする請求項８に記載の赤外線センサーモジュール。
【請求項１０】
前記インプット信号の波形は、方形波で、
前記方形波のパルス幅が、前記オシレーターユニットの設定値未満である時には、前記圧電アクチュエーターは、ドーム頂点端のノーマルラインの方向へと收縮することを特徴とする請求項１或いは２或いは３或いは４或いは５に記載の赤外線センサーモジュール。
【請求項１１】
前記圧電アクチュエーターは、ドーム頂点端のノーマルラインの方向へと收縮し、しかもある区間において収縮し、
前記区間は、方形波が上昇し、最大値を保持する期間に対応し、しかも、前記圧電アクチュエーターは、方形波が下降するもう一つの区間に対応し、外形を回復することを特徴とする請求項１０に記載の赤外線センサーモジュール。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は赤外線センサーモジュールに関し、特に赤外線を交替に通過させ、或いは阻害することで、移動不能な赤外線放射体を持続的に感知する赤外線センサーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、焦電型（pyroelectric type）赤外線センサーは、焦電材料の焦電特性を利用し、赤外線を感知するもので、それは、黒体の赤外線エネルギーが導く温度変化を利用し赤外線を感知するものである。焦電型赤外線センサーは、人体が発する赤外線を感知できるため、自動照明センサーライト、自動ドア、自動給水装置、侵入警告装置など人体を感知する技術に広く応用されている。この他、焦電型赤外線センサーは、気体探知器、有毒気体警報装置、火災警報装置など多種の赤外線を吸収する装置にも応用されている。しかし、焦電型赤外線センサーは、一時的な温度変化しか感知できないため、焦電型赤外線センサーの焦電材料の温度が変化し、安定温度に転換した時には、赤外線感知結果に対応したアウトプット信号を発生することはない。すなわち、赤外線が初めて焦電型赤外線センサーに入射した後、焦電型赤外線センサーは、赤外線感知結果に対応したアウトプット信号を一度だけしか発信することができない。その後、焦電型赤外線センサーは、熱源が無変化であるため、アウトプット信号を発することはない。
【０００３】
上記から明らかなように、焦電型赤外線センサーは、安定温度下では赤外線を感知しないという焦電材料の特性の影響を受けるため、焦電型赤外線センサーの応用には限界がある。例えば、焦電型赤外線センサーを備える自動照明センサーライトは、通常は浴室、ビルのホール、地下室階段などに設置され、焦電型赤外線センサーの感知範囲内に人が出現すると、自動照明センサーライトは、一度オンになる。しかし、その後、人が焦電型赤外線センサーの感知範囲内に持続して出現しようとしなかろうと、自動照明センサーライトは、所定時間後には自動的にオフとなってしまう。このタイプの焦電型赤外線センサーの問題を解決するためには、焦電材料が受ける温度変化を持続させる必要があり、それには、周期性と交替性を用い、入射する赤外線を通過させ、及び阻害し、焦電材料が受ける温度を変化させなければならない。
【０００４】
従来の焦電型赤外線センサーの構造を示す模式図である図１に示すように、従来の焦電型赤外線センサーの製造材料は、一般的には、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)圧電セラミック材料、或いはタンタル酸リチウム（LiTaO3）などの単結晶材料から選択する。図１に示すように、シリコンウィンドウ2を蓋体6の頂点部中央に設置する。シリコンウィンドウ2は、選択的に光をろ過し、赤外線波長の光線だけにシリコンウィンドウ2を通過させる。焦電材料4は、接着剤により、導電ブラケット5の上表面に設置され、焦電材料4により、シリコンウィンドウ2を通過する赤外線を感知する。高インピーダンス部品7と電界効果トランジスタ（FET）8とは相互に連接し、下ブラケット3上に設置する。高インピーダンス部品7と電界効果トランジスタ8は、焦電材料4が発生するアウトプット信号を拡大する。ボディキャップ1は窒素充填後に密封し、同時に、導線9は下ブラケット3に設置し、信号を外部へと伝送する。
【０００５】
従来の焦電材料4の操作原理は、従来の焦電型赤外線センサーの焦電材料4操作原理の模式図である図２、図３に示す。図２、図３に示すように、焦電材料4が熱エネルギーを吸収すると、焦電材料4は自発分極（spontaneous polarization）10を変え、表面電荷11を誘発する。この他、焦電材料4の表面電荷11と自発分極10の変化は正比例し、しかも、この現象を焦電効果と呼ぶ。焦電センサーは、セラミック材料が感知できる人体から放射される微小な赤外線エネルギーにより作動する。詳細は以下に説明する。
【０００６】
図２に示すように、焦電材料4の自発分極10が、特定の方向へと誘発されると、表面電荷11は、熱平衡の温度T [K]に達し、表面電極を誘発するため、焦電材料4は電気的中性を保持する。しかし、この状態下では、熱エネルギーを備えた赤外線が、焦電材料4に入射すると、焦電材料4の温度は、T [K]から（T+ΔT）[K]へと上昇し、しかも、自発分極10の数値は、温度上昇に従い減少する(図３参照)。自発分極10の変化は迅速で、焦電材料4の表面に束縛されている表面電荷11の一部は、自由電荷12に転換する。しかも、自由電荷12は、内部自発分極10にカップリングしない。
【０００７】
上記を受け、自由電荷12は焦電材料4の表面電極に連接する導線13を流れ、しかも、導線13の中央部に設置する高インピーダンス負荷14に流れて消失する。この例では、電圧計を高インピーダンス負荷14の両端に接続すると、流動する自由電荷の数値を探知することができ、流動する自由電荷と比例する電圧を知ることができる。自由電荷12が導線13に沿って放電され、しかも、その後焦電材料4の温度に変化が生じない時には、焦電材料4は、自由電荷12を生じない。しかも、電圧計は、高インピーダンス負荷14からの電圧を測定することができないため、赤外線センサーがアウトプットする信号を探知することができない。
【０００８】
よって、連続アウトプット信号を探知するためには、焦電材料4の温度を連続で可逆変化させる必要がある。すなわち、焦電材料4に入射する赤外線を制御し、赤外線の焦電材料への入射を交替で通過或いは阻害し、焦電材料4の温度を、温度T[K]から温度（T+ΔT）[K]へと変化させる連続可逆変化を起こさせ、こうして連続アウトプット信号を探知する。この実施例においては、赤外線の導通時間と阻害時間が短すぎる時、焦電材料4は、赤外線によって加熱されない。よって、焦電材料4の温度変化が低下し、しかも、アウトプット電圧も低くなる。反対に、赤外線の導通時間と阻害時間が長すぎれば、焦電材料4の自発分極は、徐々に低下し、よって、自由電荷12の一部は、高インピーダンス負荷14を流れるため、焦電材料4は、同時に大量の自由電荷12を生じることはできない。すなわち上記のように、焦電材料4の熱に基づき、赤外線の通過時間と阻害時間を調整しなければならない。
【０００９】
図４は、従来の焦電型赤外線センサーのアウトプット対周波数の曲線図である。図に示すように、周波数が1ヘルツである時、従来の焦電型赤外線センサーのアウトプット値は最大である。つまり、赤外線の通過時間と阻害時間を1ヘルツに設定すれば、従来の焦電型赤外線センサーの最大アウトプット値を得ることができる。
【００１０】
最近開発された赤外線通過及び阻害装置は、２個の圧電バイモルフ振動器と２個のスリット板を備える。以下に、図５に対応して、圧電バイモルフ振動器の操作原理について説明する。圧電部品はある特性を備える。それは、電気エネルギーが圧電部品へとインプットされると、圧電部品が変位するというものである。この実施例では、圧電部品が発生する変位は、x=dEの方程式１に示す。
内、xは圧電部品の変位で、dは圧電係数で、Eは圧電部品に加えた電圧である。一般の圧電材料では、1センチ長の圧電材料に、1万ボルトの電圧をインプットした時には、10ミクロン（μm）の変位を生じる。図５に示すように、金属弾片22は、接着剤により、２個の圧電部品21の間に設置し、しかも、粘着設置を完成した構造の一端は、固定装置23に設置する。粘着設置を完成した構造の反対端の変位、つまり、自由端の変位は、△ｘ1=3/2*d31*12/t2*Eの方程式２により求めることができる。
内、△ｘ1は変位で、d31は圧電係数で、lは自由端の長さで、tは圧電部品21の厚みで、Eは加えた電圧である。この実施例では、圧電部品21の長さを10ミリ（mm）とし、しかも、インプットする電圧は1千ボルトである。このようにして100ミクロン（μm）の変位を生じる。これにより明らかなように、圧電バイモルフを用いた赤外線センサーは、変位を10倍に拡大することができる。
【００１１】
さらに最近開発された別種の焦電型赤外線センサーの全体構造とその操作原理は、図６に示す。図６は、従来の焦電型赤外線センサーの透視図である。従来の焦電型赤外線センサーは、圧電バイモルフとスリットを備える。シリコンウィンドウ60は、蓋体61上に設置し、選択的に赤外線62を伝送する。２個のスリット板64、64’は、圧電バイモルフ63の自由端にそれぞれ設置する。スリット板64、64’を利用して、シリコンウィンドウ60を通過した赤外線62を交替で阻害或いは通過させ、通過した赤外線62は、さらにボックス体66上の円孔67を通過し、ボックス体66中に設置する焦電部品65に照射する。この方式では、焦電型赤外線センサーは、赤外線のエネルギーと比例するアウトプット電圧を探知することができる。
【００１２】
図７、８は、図６の焦電型赤外線センサーが赤外線を交替に通過或いは阻害する方式を示す模式図である。図７に示すように、この実施例では、起点において0ボルトの電圧を、焦電型赤外線センサーの圧電バイモルフに加え、しかも、上スリット板82と下スリット板83とは開放する。よって、赤外線81はスリット板82、83を通過する。しかし、図８に示すように、特定電圧を焦電型赤外線センサーの圧電バイモルフにインプットすると、スリット板82、83は、反対方向へと移動するため、赤外線81はスリット板82、83の阻害を受ける。
【００１３】
上記した赤外線通過及び阻害装置では、その電力消費を30ミリワット（mW）まで低下させることができる。その電力消費は、モーター型の電力消費の約40分の1で、しかも、サイズも20分の1まで縮小することができる。さらに、赤外線通過及び阻害装置が使用する操作周波数を、5ヘルツまで低下させることができる。しかし、２個のスリット板は、スリットが赤外線を通過させる以外は、他の平面はすべて赤外線を阻害するため、赤外線センサーに入射する赤外線を2分の1まで減少させてしまう。これにより、赤外線センサーのアウトプット電圧も、等比率で、2分の1まで減少する。この実施例では、スリット処理の正確性が高くなければ、感知結果の変化が大きいため、スリット処理の正確性を上げて感知結果の変化を小さくしようとするなら、スリット処理のコストは上がらざるを得ない。上記従来の実施例では、実際に圧電バイモルフの各端は、弧線運動を呈し、線性運動を呈するのではない。よって、スリット処理は、より困難となる。
【００１４】
この他、２個の圧電バイモルフは、寸法と圧電特性を正確に相互に対応させなければならないため、製品外形においても難度が高い。別に、ボックス体中には赤外線センサーを設置し、しかも、ボックス体上には孔を設置し、複数のスリット板は、圧電バイモルフの各端に設置し、ボックス体上に位置する。しかし、スリット板の移動時には、気流を生じ、それによりノイズを生じるという問題もある。この問題の発生原因は、圧電バイモルフの変位が十分に大きくないことにあるが、圧電バイモルフが発生する変位を拡大するソリューションは、既に開発されている。しかし、その構造は複雑に過ぎるため、コスト高を招いており、商業用途には未だ使用されていない。
【００１５】
上記した問題を解決するため、圧電リニアモーターを使用する赤外線通過及び阻害装置が開発された。従来の圧電リニアモーターは、三角波を発生する回路を採用し、三角波を提供する。しかし、三角波を発生する回路は、比較的複雑である。よって、従来の圧電リニアモーターは、小型モーターに製造することはできない。従来の赤外線通過及び阻害装置は、駆動電圧が比較的低く、しかも、比較的大きい力を発生することができるが、従来の赤外線通過及び阻害装置は高価で、しかも、耐久性が劣る。この他、従来の圧電バイモルフを使用する赤外線通過及び阻害装置の駆動電圧は比較的高く、しかも、発生する力は比較的小さい。さらに、従来の赤外線通過及び阻害装置は、長時間の使用により、金属板と圧電部品との分離が避けられず、これにより耐久性低下という問題を生じる。
【００１６】
本考案は上記問題を解決可能な、赤外線センサーモジュールを提供する。それは、赤外線を制御し阻害し、或いは通過させ、赤外線センサーへと入射させ、これにより焦電型赤外線センサーの焦電材料の温度は、連続して変化する。こうして、連続して赤外線を感知する。しかも、多層圧電材料を備える圧電アクチュエーターを利用し、作動の変位を増加させ、こうして焦電型赤外線センサーが赤外線を連続して感知できず、また圧電部品の変位量が十分でないという問題を解決することができる。すなわち本考案は、従来の赤外線センサーモジュールの上記した欠点に鑑みてなされたものである。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１７】
本考案が解決しようとする第一の課題は、最適なアウトプット効率と高い寸法の正確性を備える赤外線センサーモジュールを提供することである。
本考案が解決しようとする第二の課題は、ドーム型圧電アクチュエーターにより、簡単な構造を構築し、しかも、あらゆる外形を製造可能な粉末射出成型法を利用し、ドーム型圧電アクチュエーターを簡単に製造する赤外線センサーモジュールを提供することである。
本考案が解決しようとする第三の課題は、低い駆動電圧で作動可能な赤外線通過及び阻害装置により、比較的大きい力を発生し、こうして赤外線を通過させ、或いは赤外線を阻害する赤外線センサーモジュールを提供することである。
本考案が解決しようとする第四の課題は、連続信号を感知可能で、さらには移動不能な赤外線放射体をも感知可能な赤外線センサーモジュールを提供することである。
本考案が解決しようとする第五の課題は、圧電アクチュエーターを、圧電リニアモーターの駆動部品とし、比較的低い操作電圧で、赤外線の遮光板を制御し、これにより赤外線の阻害或いは通過を制御する赤外線センサーモジュールを提供することである。
本考案が解決しようとする第六の課題は、多層圧電材料を備える圧電アクチュエーターを利用し、作動の変位を拡大する赤外線センサーモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、本考案は下記の赤外線センサーモジュールを提供する。
赤外線センサーモジュールは、赤外線センサー、圧電アクチュエーター、振動軸、遮光板、オシレーターユニット、コントロールユニットを備え、
該赤外線センサーは、物体の赤外線を感知し、対応してアウトプット信号を発生し、
該コントロールユニットは、該赤外線センサーのアウトプット信号に基づき、該オシレーターユニットを制御し、インプット信号を該圧電アクチュエーターへと発生し、インプット信号の波形は、方形波で、
該圧電アクチュエーターは、分極方向を備え、該分極方向は、曲面の中心へと向かい、該圧電アクチュエーターは、インプット信号の波形に基づき、ドーム頂点端のノーマルラインの方向へと、拡張と收縮を繰り返し、
該振動軸の一端は、該圧電アクチュエーターのドーム端に緊密に設置し、
移動部品は、該振動軸に接続し、該遮光板は、該移動部品に緊密に接続し、該赤外線センサー前方に位置し、
該圧電アクチュエーターは、該振動軸において、該移動部品に軸方向の運動を呈させ、これにより該遮光板は、交替に赤外線を該赤外線センサーに入射させ、及び赤外線の該赤外線センサーへの入射を阻害し、
赤外線センサーモジュールはさらに、ダイレクター、電圧上昇ユニット、演算拡大器、弾性体を備え、
該ダイレクターは、該振動軸に設置し、該移動部品の移動距離を制限し、
該電圧上昇ユニットは、該オシレーターユニットと該圧電アクチュエーターとの間に設置し、該電圧上昇ユニットは、該オシレーターユニットが発生する方形波の電圧レベルを上げ、これにより該電圧レベルは、該圧電アクチュエーターの操作電圧レベルに対応し、
該演算拡大器は、該赤外線センサーのアウトプット信号を拡大し、
該弾性体は、該振動軸と該移動部品との間に設置し、該振動軸と該移動部品とに接続し、該赤外線センサーが発生するアウトプット信号値が一旦参考値以上となった時には、該コントロールユニットは、該オシレーターユニットを制御し、該圧電アクチュエーターを拡張或いは收縮させ、
これにより該遮光板は、赤外線の該赤外線センサーへの入射を阻害し、或いは赤外線に該遮光板を通過させ、該赤外線センサーへと入射させ、
該赤外線センサーが発生するアウトプット信号値が、参考値未満である時には、該コントロールユニットは、該オシレーターユニットを制御し、該圧電アクチュエーターに作動を停止させ、こうして該遮光板は作動を停止し、該赤外線センサーを遮蔽せず、
インプット信号の波形は、方形波で、方形波のパルス幅が、該オシレーターユニットが使用する設定値以上である時には、該圧電アクチュエーターは、ドーム頂点端のノーマルラインの方向へと拡張し、
該圧電アクチュエーターは、ドーム頂点端のノーマルラインの方向へと拡張し、しかもある区間において拡張し、該区間は、方形波が上昇し、最大値を保持する期間に対応し、しかも、該圧電アクチュエーターは、方形波が下降するもう一つの区間に対応し、外形を回復し、
また、該方形波のパルス幅が、該オシレーターユニットの設定値未満である時には、該圧電アクチュエーターは、ドーム頂点端のノーマルラインの方向へと收縮し、
該圧電アクチュエーターは、ドーム頂点端のノーマルラインの方向へと收縮し、しかもある区間において収縮し、該区間は、方形波が上昇し、最大値を保持する期間に対応し、しかも、該圧電アクチュエーターは、方形波が下降するもう一つの区間に対応し、外形を回復する。
【考案の効果】
【００１９】
本考案赤外線センサーモジュールは、赤外線を交替に通過させ、或いは阻害することで、移動不能な赤外線放射体を持続的に感知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の焦電型赤外線センサーの構造を示す模式図である。
【図２】従来の焦電型赤外線センサーの焦電材料の操作原理を示す模式図である。
【図３】従来の焦電型赤外線センサーの焦電材料の操作原理を示す模式図である。
【図４】従来の焦電型赤外線センサーが発生するアウトプット信号の出力比-周波数の曲線図である。
【図５】従来の圧電バイモルフの構造と変位を示す模式図である。
【図６】従来の焦電型赤外線センサーの透視図である。
【図７】図６に示す焦電型赤外線センサーが交替に赤外線を通過させる様子を示す模式図である。
【図８】図６に示す焦電型赤外線センサーが交替に赤外線を阻害する様子を示す模式図である。
【図９】本考案圧電アクチュエーターのインプット信号の第一実施例の波形図である。
【図１０】本考案圧電アクチュエーター拡張の第一実施例を示す模式図である。
【図１１】本考案圧電アクチュエーターのインプット信号の第二実施例の波形図である。
【図１２】本考案圧電アクチュエーター收縮の第一実施例を示す模式図である。
【図１３】本考案圧電アクチュエーターが変位を生じる様子を示す第一実施例の模式図である。
【図１４】本考案圧電アクチュエーターが変位を生じる様子を示す第一実施例の模式図である。
【図１５】本考案圧電アクチュエーターのインプット信号の第三実施例の波形図である。
【図１６】本考の移動部品が生じる変位を示す第一実施例の波形図である。
【図１７】本考案圧電アクチュエーターが移動部品を連動する様子を示す第一実施例の模式図である。
【図１８】本考案圧電アクチュエーターのインプット信号の第四実施例の波形図である。
【図１９】本考案の移動部が生じる変位を示す第二実施例の波形図である。
【図２０】本考案圧電アクチュエーターが移動部品を連動する様子を示す第二実施例の模式図である。
【図２１】本考案の圧電アクチュエーター、振動軸、移動部品の組立て状態を示す模式図である。
【図２２】本考案の圧電アクチュエーター、振動軸、移動部品、遮光板の組立て状態を示す模式図である。
【図２３】本考案の圧電アクチュエーター、振動軸、移動部品、遮光板、ダイレクターの組立て状態を示す模式図である。
【図２４】本考案の赤外線センサーモジュールが赤外線を通過させる様子を示す第一実施例の模式図である。
【図２５】本考案の赤外線センサーモジュールが赤外線を阻害する様子を示す第一実施例の模式図である。
【図２６】本考案赤外線センサーのアウトプット信号の電圧-時間の波形図である。
【図２７】本考案赤外線センサーのアウトプット信号の電圧-時間の波形図である。
【図２８】本考案赤外線センサーのアウトプット信号の電圧-時間の波形図である。
【図２９】本考案赤外線センサーモジュールの第一実施例のブロックチャートである。
【考案を実施するための形態】
【００２１】
以下に図面を参照しながら本考案を実施するための最良の形態について詳細に説明する。なお、相同の部品は、異なる図中であっても相同の符合で標示し、また一般的に常用される機能或いは構造については詳述しない。
【実施例】
【００２２】
本考案赤外線センサーモジュールの第一実施例のブロックチャートである図２９に示すように、本考案の赤外線センサーモジュールは、圧電アクチュエーター100、振動軸103、移動部品105（図２１参照）、遮光板107、赤外線センサー200、オシレーターユニット300、コントロールユニット400、電圧上昇ユニット500、演算拡大器600、電源ユニット700を備える。赤外線センサー200は、対応する物体の赤外線を感知する。本実施例の赤外線センサー200は、物体の赤外線を伝送し、物体を感知する。赤外線センサー200は、赤外線ウィンドウ203を備える。赤外線は選択的に、赤外線ウィンドウ203を通過する。本実施例の赤外線センサー200は、焦電型赤外線センサーである。
【００２３】
圧電アクチュエーター100は、ドーム型の外形を呈する圧電部品である。圧電アクチュエーター100の分極方向は、自身の曲面の中心に向かい、圧電アクチュエーター100は、インプット信号の波形に基づき、ドーム頂点端のノーマルライン（normal line）の方向に向かい、拡張と收縮を繰り返す。本実施例の圧電アクチュエーター100は、最適なアウトプット効率と高い寸法の正確性を備える。圧電アクチュエーター100は、粉末射出成型法を利用し、ドーム外形、或いは他の類似の3D立体外形など任意の外形を簡単に作り出すことができる。振動軸103は、棒状の外形を呈し、振動軸103の一端は、圧電アクチュエーター100のドーム端に緊密に接続する。移動部品105（図２１参照）は、振動軸103に接続し、軸方向に移動する。遮光板107は、移動部品105に連接し、赤外線センサー200の前方に位置する。遮光板107は、赤外線の赤外線センサー200への入射を交替に阻害し、或いは赤外線を交替に通過させ、赤外線センサー200へと入射させる。交替に赤外線を阻害し、或いは赤外線を通過させ、赤外線センサー200へと入射させる機能に関連する、圧電アクチュエーター100、振動軸103、移動部品105、遮光板107などの部品の詳細は、以下に説明する。
【００２４】
コントロールユニット400は、赤外線センサー200のアウトプット信号に基づき、オシレーターユニット300を制御し、これにより圧電アクチュエーター100を駆動し、ドーム頂点端のノーマルラインの方向へと、拡張と收縮を繰り返させる。電圧上昇ユニット500は、オシレーターユニット300がアウトプットする方形波の電圧レベルを上げることができ、これによりインプット信号の電圧レベルは、圧電アクチュエーター100の作業電圧レベルに対応する。この他、本考案の赤外線センサーモジュールは、電圧上昇ユニット500を設置しなくとも良い。この場合には、オシレーターユニット300がアウトプットするインプット信号により、直接圧電アクチュエーター100を駆動する。内、インプット信号の波形は方形波である。演算拡大器600は、赤外線センサー200のアウトプット信号を拡大する。本考案の赤外線センサーモジュールはまた、演算拡大器600を設置しなくとも良い。この場合には、赤外線センサー200のアウトプット信号を直接コントロールユニット400にインプットする。電源ユニット700は、オシレーターユニット300とコントロールユニット400に電力を供給する。
【００２５】
図２１は、本考案圧電アクチュエーター、振動軸、移動部品の模式図である。図２１に示すように、圧電アクチュエーター100は、ドーム型の外形を呈する圧電部品により形成する。振動軸103は、棒状の外形を呈し、振動軸103の一端は、圧電アクチュエーター100のドーム端に緊密に接続し、移動部品105は振動軸103に接続し、軸方向に移動する。本実施例ではさらに、弾性体109を備える。弾性体109は、振動軸103と移動部品105との間に設置し、振動軸103と移動部品105とに接続する。図２２に示すように、図２１と図２２との相違は、図２２の装置にはさらに、遮光板107を弾性体109の外側に設置し、赤外線センサー200の前方に位置する点である。これにより、赤外線は通過して、赤外線センサー200に入射し、或いは赤外線は阻害される。本実施例の弾性体109は、バネで、遮光板107の一端は、弾性体109の外側に設置し、しかも、弾性体109は、移動部品105の外側に密着して設置する。しかも、遮光板107の反対側は、赤外線センサー200を遮蔽する。本実施例の遮光板107の反対側は、変形しにくい鋼板である。図２３に示すように、図２２と図２３との相違は、図２３にはさらに、ダイレクター111を設置する点である。ダイレクター111は、振動軸103上に設置し、移動部品105の移動変位を制限する。
【００２６】
圧電アクチュエーター100の、インプット電圧に基づき作動を発生する原理については、以下に図及び詳細な説明を対応させ掲示する。
【００２７】
図９〜図１２は、本考案圧電アクチュエーターの第一実施例の模式図である。図１０、図１２に示すように、矢印Aは分極方向で、参考特性Eは電場方向である。圧電アクチュエーター100の分極方向は、曲面の中心へと向かい、圧電アクチュエーター100の電極区の上表面と下表面は電圧差を備えるため、圧電アクチュエーター100インプットは信号の波形に基づき、ドーム頂点端のノーマルラインの方向へと、拡張と收縮を繰り返す。つまり、同一クロック周波数のパルスの変化に基づき、ドーム頂点端のノーマルラインの方向へと、拡張と收縮を繰り返す。
【００２８】
よって、図９に示すように、オシレーターユニット300が発生するインプット信号のパルス幅が、オシレーターユニット300の設定値以上である時には、圧電アクチュエーター100は、ドーム頂点端のノーマルラインの方向へと拡張する。その拡張方式は、図１０に示すように、拡張部100aが点線方向に向かうように圧電アクチュエーター100は拡張する。收縮時には、図１１に示すように、オシレーターユニット300が発生するインプット信号のパルス幅が、オシレーターユニット300の設定値未満である時には、圧電アクチュエーター100は、ドーム頂点端のノーマルラインの方向へと收縮する。收縮方式は、図１２に示すように、拡張部100bが点線方向に向かうように圧電アクチュエーター100は拡張し、インプット信号は方形波である。
【００２９】
圧電アクチュエーター100は、ドーム頂点端のノーマルラインの方向へと拡張する。圧電アクチュエーター100は、ある区間において拡張するが、その区間は、方形波が上昇し、最大値を保持する期間に対応し、しかも、圧電アクチュエーター100は、方形波が下降するもう一つの区間に対応し、外形を回復する。圧電アクチュエーター100は、ドーム頂点端のノーマルラインの方向へと收縮する。圧電アクチュエーター100は、ある区間において収縮するが、その区間は、方形波が上昇し、最大値を保持する期間に対応し、しかも、圧電アクチュエーター100は、方形波が下降するもう一つの区間に対応し、外形を回復する。
【００３０】
図１３、図１４は、本考案圧電アクチュエーターが変位を生じる様子を示す第一実施例の模式図で、それは有限要素法（Finite Element Method、FEM）を採用して得られた分析の模式図である。図１３は、圧電アクチュエーター100の拡張の様子を示し、圧電アクチュエーター100は、図１３が示すドーム頂点端のノーマルラインの上方に向かい拡張し、方形波のパルス幅が、オシレーターユニット300の設定値以上である時には、圧電アクチュエーター100は、図１３が示す拡張方式で作動する。図１４は、圧電アクチュエーター100の收縮の様子を示し、圧電アクチュエーター100は、図１４が示すドーム頂点端のノーマルラインの下方に向かい收縮し、方形波のパルス幅が、オシレーターユニット300の設定値未満である時には、圧電アクチュエーター100は、図１４が示す收縮方式で作動する。
【００３１】
図１５〜図２０は、本考案第一実施例の圧電アクチュエーターと移動部品の模式図で、圧電アクチュエーターと移動部品が、インプット信号の波形に基づき作動する様子を示す。図１５に示すように、圧電アクチュエーター100は、インプット信号の波形に基づき拡張し、振動軸103インプット信号の波形に基づき変位を生じる。図１６に示すように、図１５に示す方形波の最大値は、30ボルトである。図１７に示すように、図１５が示すインプット信号は方形波で、圧電アクチュエーター100は、方形波の波形がa-b-cである区間において、ドーム頂点端のノーマルラインの方向上へと拡張する。内、a-b-c区間は、方形波が上昇し、最大値を保持する期間に対応する。しかも、圧電アクチュエーター100は、方形波の波形がc-dである区間において、外形を回復する。内、c-d区間が対応する方形波は下降する。本実施例の移動部品105の作動について、以下に説明する。方形波が上昇し、最大値を保持する期間、すなわちa-b-cの区間にある時には、圧電アクチュエーター100が含む圧電部品のインピーダンスとキャパシター値が得る時間定数の影響により、充電が遅くなる。よって、圧電アクチュエーター100の連動による拡張は緩慢となる。しかも、移動部品105は、移動部品105と振動軸103との間の摩擦力により、位置（1）から位置（2）へ移動する。また、方形波が下降する期間、すなわちc-dの区間にある時には、電荷は圧電アクチュエーター100に伝送され、接地端へと迅速に放電されるため、圧電アクチュエーター100は原形を回復する。よって、移動部品105が発生する慣性は、移動部品105と振動軸103との間の摩擦力より大きい。このようにして、移動部品105は位置（2）を維持し、上記したステップを繰り返し、移動部品105は、矢印が示す方向へと連続移動を行う。
【００３２】
図１８に示すように、圧電アクチュエーター100はインプット信号の波形に基づき收縮し、振動軸103はインプット信号の波形に基づき変位を生じる。図１９に示すように、図１８の方形波の最大値は30ボルトである。図２０に示す圧電アクチュエーター100にインプットする方形波は、図１８に示す。図１８に示すように、圧電アクチュエーター100の方形波の波形がa-b-cの区間にある時には、ドーム頂点端のノーマルラインの方向上へと收縮する。内、a-b-c区間は、方形波が上昇し、最大値を保持する期間に対応する。しかも、圧電アクチュエーター100のドーム端は、方形波の波形がc-dである区間において、ノーマルラインの方向上で原状を回復する。内、c-d区間が対応する方形波は下降する。本実施例の移動部品105の作動について、以下に説明する。方形波が上昇し、最大値を保持する期間、すなわちa-b-cの区間においては、圧電アクチュエーター100が含む圧電部品のインピーダンスとキャパシター値が得る時間定数の影響により充電が遅くなるため、圧電アクチュエーター100は連動による收縮が緩慢になる。しかも、移動部品105は、移動部品105と振動軸103との間の摩擦力により、位置1から位置2へ移動する。また、方形波が下降する期間、すなわちc-dの区間にある時には、電荷は圧電アクチュエーター100に伝送され、接地端へと迅速に放電されるため、よって、圧電アクチュエーター100は外形を回復する。よって、移動部品105が発生する慣性は、移動部品105と振動軸103との間の摩擦力より大きい。このようにして、移動部品105は位置（2）を維持し、上記したステップを繰り返し、移動部品105は、矢印が示す方向へと連続移動を行う。
【００３３】
上記したように、本考案はパルス信号幅だけを調整するため、移動部品105は簡単に任意の周期において、振動軸103の右端から振動軸103の左端へと往復運動を行う。この他、遮光板107は移動部品105に設置し、赤外線を阻害し、或いは赤外線を通過させ、赤外線センサー200へと入射させる。
【００３４】
つまり、本考案のコントロールユニット400は、赤外線センサー200のアウトプット信号に基づき、オシレーターユニット300を制御し、方形波の信号幅を制御する。本実施例において、赤外線センサー200が発生するアウトプット信号値が参考値以上となった時には、コントロールユニット400はオシレーターユニット300を制御し、圧電アクチュエーター100を拡張或いは收縮させる。これにより、遮光板107は、赤外線の赤外線センサー200への入射を阻害し、或いは赤外線に遮光板107を通過させ、赤外線センサー200へと入射させる。赤外線センサー200が発生するアウトプット信号値が、参考値未満である時には、コントロールユニット400は、オシレーターユニット300を制御し、圧電アクチュエーター100に作動を停止させる。よって、遮光板107は作動を停止し、赤外線センサー200を遮蔽しない。
【００３５】
本実施例において、赤外線センサー200は、所定の周期においてはアウトプット信号を発生せず、コントロールユニット400はオシレーターユニット300の電源をオフにし、オシレーターユニット300をオフにする。
【００３６】
図２４、図２５は、本考案の赤外線センサーモジュールの実際の外観を示す模式図である。図２４では、遮光板107は赤外線センサー200の赤外線ウィンドウ203を遮蔽しておらず、図２５では、遮光板107は赤外線センサー200の赤外線ウィンドウ203を遮蔽している。本考案の赤外線センサーモジュールは、起動時には、図２４に示すように、赤外線センサー200の赤外線ウィンドウ203を開放しており、赤外線センサー200の赤外線ウィンドウ203は遮光板107に遮蔽されていない。よって、赤外線は、赤外線センサー200へと入射し、その後、赤外線センサーモジュールはコントロールユニット400において、赤外線センサー200が発生するアウトプット信号に基づき、オシレーターユニット300を駆動してインプット信号を、圧電アクチュエーター100へと発生させる。こうして、圧電アクチュエーター100は、振動軸103と移動部品105とを連動し、これにより遮光板107は移動して、赤外線ウィンドウ203を遮蔽する(図２５参照)。
【００３７】
図２６〜図２８は、本考案赤外線センサーのアウトプット信号の波形図である。図２６に示すように、その波形は赤外線センサー200が、放射物体を感知した時にアウトプットする波形で、一般的には、図２６の波形発生時には、移動不能な放射物体を感知したことを示しており、しかも、赤外線センサー200は、それ以上アウトプット信号を発生しない。しかし、本考案の圧電アクチュエーター100は遮光板107の作動を連動し、交替に赤外線を赤外線センサー200へと入射させ、また赤外線の赤外線センサー200への入射を阻害するため、赤外線センサー200は連続で操作され、移動不能な放射体を感知することができる。赤外線センサー200がアウトプット信号を連続アウトプットする波形は図２７に示す。
【００３８】
同時に、放射体が消失すると、物体は赤外線を放射しないため、図２８に示すように、赤外線センサー200のアウトプット信号は、それ以上発生しない。そのため、赤外線センサー200の赤外線ウィンドウ203は、遮光板107に交替に開放と遮蔽を行われても、本実施例のコントロールユニット400は、オシレーターユニット300を制御し、スタンバイ状態とし、しかも、圧電アクチュエーター100の操作方式は、圧電アクチュエーター100作動後に、停止状態に切り替わる。よって、遮光板107は、赤外線センサー200を遮蔽しない。
【００３９】
上記の本考案名称と内容は、本考案技術内容の説明に用いたのみで、本考案を限定するものではない。本考案の精神に基づく等価応用或いは部品（構造）の転換、置換、数量の増減はすべて、本考案の保護範囲に含むものとする。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本考案の赤外線センサーモジュールは、コントロールユニットの赤外線センサーのアウトプット信号に基づくオシレーターユニット制御を利用し、方形波を圧電アクチュエーターへと発生し、振動軸と移動部品を駆動し、これにより遮光板は赤外線を阻害し、或いは赤外線を通過させ、こうして赤外線センサーは連続して赤外線を感知する。すなわち、本考案は実用新案の要件である新規性を備え、従来の同類製品に比べ十分な進歩を有し、実用性が高く、社会のニーズに合致しており、産業上の利用価値は非常に大きい。
【符号の説明】
【００４１】
1  ボディキャップ
2  シリコンウィンドウ
3  下ブラケット
4  焦電材料
5  導電ブラケット
6  蓋体
7  高インピーダンス部品
8  電界効果トランジスタ
9  導線
10  自発分極
11  表面電荷
12  自由電荷
13  導線
14  高インピーダンス負荷
21  圧電部品
22  金属弾片
23  固定装置
60  シリコンウィンドウ
61  蓋体
62  赤外線
63  圧電バイモルフ
64  スリット板
64’  スリット板
65  焦電部品
66  ボックス体
67  円孔
81  赤外線
82  上スリット板
83  下スリット板
100  圧電アクチュエーター
100a  拡張部
100b  拡張部
103  振動軸
105  移動部品
107  遮光板
109  弾性体
111  ダイレクター
200  赤外線センサー
203  赤外線ウィンドウ
300  オシレーターユニット
400  コントロールユニット
500  電圧上昇ユニット
600  演算拡大器
700  電源ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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