CN104508437A - 遮光罩结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于双系统型热释电传感器的遮光罩结构，该热释电传感器在2个热释电元件的排列方向及相对于排列方向垂直的方向上，能够高精度地检测运动物体的运动。为了提高运动物体的检测灵敏度，盖在双系统型热释电传感器的检测面上的遮光罩结构包括：用于挡住红外线的薄片部；以及由形成在该薄片部上的贯通孔构成的开口图案。设检测面上的热释电传感器的2个热释电元件的配设方向为x方向，检测面上的垂直于x方向的方向为y方向，开口图案形成为使得对2个热释电元件的红外线照射范围比例针对x方向及y方向各个方向上的运动物体的运动而发生变化。

Description

遮光罩结构

技术领域

本发明涉及盖在热释电传感器(pyroelectric sensor)上的遮光罩结构。尤其是涉及为了提高运动物体的检测灵敏度而套在双系统型(dual type)热释电传感器的检测面上的遮光罩结构。

背景技术

作为在热释电传感器上套上遮光罩的现有技术，已知的有专利文献1。在专利文献1中，通过在热释电传感器镜头上套上遮光罩来设定调节检测区域。

热释电传感器利用如强电介质陶瓷那样的称作热释电体的元件(以下称作“热释电元件”)的热释电效应。所谓热释电效应是指通过动作或人体等(下面简单称作“人体等”)所发射的红外线那样的微弱热能变化，在热释电体的表面诱发电荷，且生成电动势的现象。此外，所谓运动物体包括发射红外线的人体等。

利用图1及图2对热释电元件91的动作原理进行说明。如图1所示，实施了极化处理的热释电元件91的极化在一定温度T℃下稳定。在该状态下，通过静电性质，在各极化(负极面及正极面)中分别吸引正极及负极浮游电荷，在热释电元件91的上面和下面之间没有电位差。

在热释电元件91的入射红外线的一侧具有未图示的黑化膜，当入射红外线时，通过黑化膜将该红外线能量变换为热能，使热释电元件91产生温度变化ΔT℃。热释电元件91的极化具有温度依赖性，如图2所示，随着温度变化，热释电元件91内部极化大小发生变化。此时，基于浮游电荷的表面电荷不能够如极化变化那样快速应对温度变化，在元件表面存在对应于临时极化变化量的电荷。通过该电荷引起的电动势，流过电流。

接着，对双系统型(dual type)热释电传感器90进行说明。图3表示双系统型热释电传感器90的电路图。双系统型热释电传感器90的检测面上配置了不同极性的2个热释电元件91R、91L。2个热释电元件91R、91L的极性相反、且串联连接。设2个热释电元件91R、91L的输出差分为热释电传感器90的输出。因此，具有如下特征。(1)若运动物体在横穿2个热释电元件91R、91L的方向(配设方向)上移动，则依次在+、-方向上生成交流电压变化。由此，传感器电路的输出电压较大。(2)在太阳光等外光同时输入2个热释电元件91R、91L时，由于连接在相反极性上，因此极性相互抵消而不产生输出。因此，能够防止误动作。(3)此外，对振动或温度等周围环境变化适应性强。

这种双系统型热释电传感器90一般与聚光性高的菲涅耳透镜组合使用。但是，在较近距离检测中，已有代替菲涅耳透镜而组合遮光罩来实现小型化的产品，所述遮光罩具有穿孔金属板那样的开口图案。

图4表示安装在液晶显示器下部的遮光罩93的外观图，图5表示遮光罩93的开口图案的示意图，图6表示运动物体81横穿热释电传感器80时的非感应区82(遮光罩的阴影部分)的变化，图7A表示运动物体8位于热释电传感器正面时的非感应区82和2个热释电元件91R、91L之间的位置关系，图7B表示运动物体81相对于热释电传感器80向x方向(左方向)移动时的非感应区82和2个热释电元件91R、91L之间的位置关系，图7C表示由图7A到图7B的非感应区的移动引起的输出图。在图6、图7A及图7B中，为了简化，将开口图案及照射部分不是以圆形表示，而是作为存在开口图案及照射部分的区域表示。

如上，用遮光罩任意制作红外线不射入2个热释电元件91R、91L上的非感应区82，能够提高对运动物体81的运动的检测灵敏度。若为了便于理解设各热释电元件91R、91L的面积共计为90％，则在图7B中，热释电元件91R的照射范围增加30％，热释电元件91L的照射范围减少30％，其差分成为60％。通过利用其差分，能够提高检测灵敏度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开平10-162256号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，在现有技术中，当运动物体在y方向上移动时，如图7D所示，照射到2个热释电元件91R、91L上的红外线的量不发生变化，因此检测不到运动物体的运动。即，虽然在2个热释电元件91R、91L的排列方向(x方向)上能够检测到运动物体的运动，但是检测不到相对于排列方向垂直的方向(y方向)上的运动物体的运动。

例如，液晶显示器有时用于景观格局(长边水平、短边垂直的状态)，有时用于肖像画格局(短边水平，长边垂直的状态)。若想要在任何一种状态下使用液晶显示器都能够高精度地检测到使用者的运动，则需要安装2个热释电传感器(景观格局用的热释电传感器和肖像画格局用的热释电传感器)，或者需要安装用于将热释电传感器机械地旋转90度的机构等。

本发明的目的在于提供一种遮光罩结构，该遮光罩结构可在2个热释电元件的排列方向及相对于排列方向垂直的方向上都能够高精度地检测运动物体的运动。

解决技术问题的方案

为了解决上述课题，根据本发明的第一方式，为提高运动物体的检测灵敏度而套在双系统型热释电传感器的检测面上的遮光罩结构，包括：薄片部，用于挡住红外线；以及开口图案，由形成在该薄片部上的贯通孔构成。设上述检测面上的上述热释电传感器的2个热释电元件的配设方向为x方向，上述检测面上的与x方向垂直的方向为y方向，上述开口图案形成为对2个热释电元件的红外线照射范围比例针对x方向及y方向各方向上的运动物体的运动而发生变化。

发明效果

若使用本发明的遮光罩结构，则得到用双系统型热释电传感器可在2个热释电元件的排列方向及相对于排列方向垂直的方向上都能够高精度地检测运动物体的运动的效果。

附图说明

图1是表示一定温度T℃下的热释电元件的状态的图。

图2是表示热释电元件内部的极化大小因温度变化而发生了变化的状态的图。

图3是双系统型热释电传感器的电路图。

图4是安装在液晶显示器下部的遮光罩的外观图。

图5是遮光罩的开口图案的概略图。

图6是表示运动物体横穿热释电传感器时的非感应区的变化的图。

图7中，图7A表示运动物体位于热释电传感器的正面时的非感应区和2个热释电元件之间的位置关系，图7B表示运动物体相对于热释电传感器向x方向(左方向)移动时的非感应区和2个热释电元件之间的位置关系，图7C表示从图7A到图7B的非感应区的移动引起的输出图，图7D表示运动物体相对于热释电传感器向y方向(上方向)移动时的非感应区和2个热释电元件之间的位置关系。

图8中，图8A是表示第一实施方式的遮光罩的外观图，图8B是表示遮光罩的开口图案的尺寸例的图。

图9是包括第一实施方式的遮光罩的开口图案的结构的概略图。

图10中，图10A表示运动物体位于热释电传感器正面时的第一实施方式的遮光罩的开口图案的非感应区和2个热释电元件之间的位置关系，图10B表示运动物体相对于热释电传感器向x方向(左方向)移动时的第一实施方式的遮光罩的开口图案的非感应区和2个热释电元件之间的位置关系，图10C表示运动物体相对于热释电传感器向y方向(上方向)时的第一实施方式的遮光罩的开口图案的非感应区和2个热释电元件之间位置关系的图。

图11是表示伴随各开口图案中的运动物体的移动的照射范围的变化的图。

图12是表示包含开口图案112A的结构的示意图的图。

图13中，图13A表示运动物体位于热释电传感器正面时的开口图案112A的非感应区和2个热释电元件之间的位置关系，图13B表示运动物体相对于热释电传感器向x方向(左方向)移动时的开口图案112A的非感应区和2个热释电元件之间位置关系，图13C表示运动物体相对于热释电传感器向y方向(上方向)移动时的开口图案112A的非感应区和2个热释电元件之间的位置关系。

图14表示包含开口图案112B的结构的示意图。

图15中，图15A表示运动物体位于热释电传感器正面时的开口图案112B的非感应区和2个热释电元件之间的位置关系，图15B表示运动物体相对于热释电传感器向x方向(左方向)移动时的开口图案112B的非感应区和2个热释电元件之间的位置关系，图15C表示运动物体相对于热释电传感器向y方向(上方向)移动时的开口图案112B的非感应区和2个热释电元件之间的位置关系。

图16表示包含开口图案112C的结构的示意图。

图17中，图17A表示运动物体位于热释电传感器正面时的开口图案112C的非感应区和2个热释电元件之间的位置关系，图17B表示运动物体相对于热释电传感器向x方向(左方向)移动时的开口图案112C的非感应区和2个热释电元件之间的位置关系，图17C表示运动物体相对于热释电传感器向y方向(上方向)移动时的开口图案112C的非感应区和2个热释电元件之间的位置关系。

图18表示包含开口图案112D的结构的示意图。

图19中，图19A表示运动物体位于热释电传感器正面时的开口图案112D的非感应区和2个热释电元件之间的位置关系，图19B表示运动物体相对于热释电传感器向x方向(左方向)移动时的开口图案112D的非感应区和2个热释电元件之间的位置关系，图19C表示运动物体相对于热释电传感器向y方向(上方向)移动时的开口图案112D的非感应区和2个热释电元件之间的位置关系。

图20中，图20A及图20B表示形成开口图案的多个贯通孔不为圆形状时的变形例，图20C及图20D表示形成开口图案的多个贯通孔不为4个以上，而是对应于2个热释电元件时的变形例，图20E及图20F表示形成开口图案的多个贯通孔相对于热释电传感器中心不为点对称时的变形例，图20G表示形成开口图案的贯通孔为1个时的变形例。

具体实施方式

下面，说明本发明的实施方式。此外，在下面的说明中使用的附图中，对具有相同功能的结构部标注了相同的标记，省略重复说明。

<第一实施方式>

对第一实施方式的含遮光罩110的结构的热释电传感器进行说明。

图8A表示遮光罩110的外观图，图8B表示遮光罩110的开口图案112的尺寸例。

遮光罩110包括：用于挡住红外线的薄片部111；由形成在该薄片部111的多个贯通孔构成的开口图案112；以及安装部113。遮光罩结构包括薄片部111和开口图案112。

例如，通过对金属板进行冲压加工来成型遮光罩110(穿孔金属板)。

在热释电传感器的检测面上，设热释电传感器的2个热释电元件的配设方向为x方向，设在检测面上垂直于x方向的方向为y方向。开口图案112相对于现有技术的开口图案充分倾斜设置，形成为2个热释电元件91R、91L的照射范围比例针对x方向及y方向各方向的运动物体的运动而发生变化。

在开口图案相对于通过热释电传感器中心的x方向轴及y方向轴对称时，有时2个热释电元件91R，91L的照射范围比例不针对x方向或y方向的运动物体的运动而发生变化。在此，所谓“热释电传感器中心”是指配置在检测面上的热释电元件91R和热释电元件91L形成点对称的点，“开口图案关于通过热释电传感器中心的x方向轴及y方向轴对称”是指“设垂直于x方向及y方向的方向为z方向，开口图案相对于x’轴及y’轴线对称，该x’轴及y’轴为将通过热释电传感器中心的x方向及y方向的轴线分别沿z方向上移到开口图案形成面的轴线”。例如，在遮光罩93的开口图案中，2个热释电元件91R、91L的照射范围比例相对于y方向的运动物体的运动不发生变化。因此，开口图案112形成为关于通过热释电传感器中心的x方向轴及y方向轴非对称。此外，开口图案形成为：被x方向轴(x’轴)分为二的开口图案的面积比及y方向轴(y’轴)一分为二的开口图案的面积比皆为1∶1。

例如，开口图案相对于热释电传感器的中心点对称。在此，所谓“相对于热释电传感器的中心点对称”是指“相对于点o’点对称，该点o’是将热释电传感器的中心在z方向上延长(slide)到开口图案形成面的点”。

在本实施方式中，开口图案112由8个贯通孔112-1～112-8构成。

3个贯通孔112-1～112-3构成在y方向上延伸的第一贯通孔列，3个贯通孔112-5～112-7构成在y方向上延伸的第二贯通孔列。贯通孔112-4配置在第一贯通孔列的没有第二贯通孔列的一侧。贯通孔112-8配置在第二贯通孔列的没有第一贯通孔列的一侧。2个贯通孔112-2及112-7形成在x方向上延伸的列，2个贯通孔112-3及112-6形成在x方向上延伸的列。3个贯通孔112-4、112-1及112-2配置在正三角形的顶点位置。3个贯通孔112-8、112-5及112-6配置在正三角形的顶点位置。

换言之，3个贯通孔112-1～112-3依次等间隔排列，构成了在y方向上延伸的第一贯通孔列。3个贯通孔112-5～112-7形成为分别相对于热释电传感器的中心，3个贯通孔112-1～112-3形成点对称，构成了第二贯通孔列。贯通孔112-2及112-7在x方向上相邻，贯通孔112-3及112-6在x方向上相邻。从热释电传感器的中心观察，贯通孔112-4形成在第一贯通孔列的外侧。此外，3个贯通孔112-4、112-1及112-2配置在正三角形的顶点位置。贯通孔112-8形成为相对于热释电传感器的中心与贯通孔112-4构成点对称。

例如，第一贯通孔列和第二贯通孔列之间的x方向上的距离为0.5mm，各贯通孔的直径为0.5mm，构成正三角形的顶点的贯通孔的中心间距离为0.9mm。这些距离和/或直径，只要通过薄片部111和热释电元件之间的距离(例如，1.1mm)、热释电元件的位置、大小等来适当设定就可以。此外，作为热释电元件，有PZT(lead zirconate titanate：锆钛酸铅)系热释电体陶瓷等。PZT系热释电体陶瓷是成为钛酸铅(PbTiO3)和锆酸铅(PbZrO3)的固溶体的陶瓷。

图9表示包含开口图案112的结构的示意图。图10表示由开口图案112生成的非感应区102的位置，图10A表示运动物体位于热释电传感器正面时的非感应区102和2个热释电元件91R、91L之间的位置关系，图10B表示运动物体相对于热释电传感器向x方向(左方向)移动时的非感应区102和2个热释电元件91R、91L之间的位置关系，图10C表示运动物体相对于热释电传感器向y方向(上方向)移动时的非感应区102和2个热释电元件91R、91L之间的位置关系。为了简化，照射部分不表示为圆形状，而是表示为存在照射部分的区域。

通过在遮光罩110的开口图案112上设置上述形状，如图11所示，2个热释电元件91R、91L的照射范围比例针对x方向及y方向各个方向的运动物体的移动发生变化。在图10B中，热释电元件91R的照射范围增加22.5％，热释电元件91L的照射范围减少30％，其差分成为52.5％。此外，在图10C中，热释电元件91R的照射范围增加30％，热释电元件91L的照射范围减少30％，其差分成为60％。能够实现相对现有技术大体不变的x方向检测灵敏度，并且能够实现在现有技术中没能实现的y方向的检测。

此外，图11的数值是如图10和/或后述的图13、图15、图17及图19所示非感应区按理想形状发生变化、且运动物体以理想距离运动时的数值，是为了示意性地说明开口图案及其非感应区之间的关系而示例的值，不一定与实际照射范围比例一致。因此，图8B所示尺寸不一定是图11的数值。此外，在实际遮光罩结构设计中，假设非感应区发生理想的变化，且运动物体移动，以符合所要求规格的方式设计了如图9和/或后述的图12、图14、图16及图18所示那样的开口图案。例如，在要求x方向和y方向灵敏度平衡良好时，设计如图9所示的开口图案。

<効果>

若利用这种结构的遮光罩结构，可以用双系统型热释电传感器在x方向及y方向上高精度地检测运动物体的运动。

<其他变形例>

本发明不限定于上述实施方式及变形例。例如，开口图案不限定于上述开口图案112，通过相对于现有技术的开口图案倾斜设置，由此将开口图案形成为使得2个热释电元件91R、91L的照射范围比例针对x方向及y方向各个方向的运动物体的移动而发生变化，由此只要能够检测x方向及y方向的运动物体的运动就可以。例如，只要关于通过热释电传感器中心的x方向轴及y方向轴不对称，而是相对于热释电传感器的中心点对称就可以。

图12、图14、图16及图18示出分别包括遮光罩110的开口图案112A、112B、112C及112D的结构的示意图。

图13、图15、图17及图19表示相对于各个运动物体位置的非感应区102A、102B、102C及102D的位置。此外，非感应区102A、102B、102C及102D分别由开口图案112A、112B、112C及112D产生。图13A、图15A、图17A及图19A分别表示运动物体位于热释电传感器的正面时非感应区102A、102B、102C及102D和2个热释电元件91R、91L之间的位置关系。图13B、图15B、图17B及图19B分别表示运动物体相对于热释电传感器向x方向(左方向)移动时的非感应区102A、102B、102C及102D和2个热释电元件91R、91L之间的位置关系。图13C、图15C、图17C及图19C分别表示运动物体相对于热释电传感器向y方向(上方向)移动时的非感应区102A、102B、102C及102D和2个热释电元件91R、91L之间的位置关系。

通过图11、图13、图15、图17及图19可知，若使用开口图案112A、112B、112C及112D，则不管在什么情况下，热释电传感器都能够检测x方向及y方向的运动物体的运动。尤其是在想要提高y方向检测灵敏度时，开口图案112C有效。此外，在关于x方向的运动物体的运动，想要维持与现有技术同等程度的检测灵敏度时，使用开口图案112D。若综合对双方向的检测灵敏度，则开口图案112最优。

此外，形成开口图案的多个贯通孔不一定是圆形状，只要适当变更就可以。例如，图20A、图20B表示变形例。

此外，形成开口图案的多个贯通孔不一定是4个以上，只要与2个热释电元件对应就可以，只要适当变更就可以。例如，在图20C、图20D示出变形例。

此外，形成开口图案的多个贯通孔不一定要相对于热释电传感器的中心点对称，只要适当变更就可以。例如，图20E、图20F示出变形例。

此外，形成开口图案的不一定是由多个贯通孔构成，可以由1个贯通孔构成，只要适当变更就可以。例如，图20G示出变形例。总之，开口图案形成为使得对2个热释电元件的红外线照射范围比例针对x方向及y方向各个方向的运动物体的运动而发生变化就可以。

此外，形成开口图案的贯通孔贯通薄片部111，只要是通过红外线就可以，不一定要连通遮光罩110的内侧(配置2个热释电元件的一侧)和外侧。例如，可以将透过红外线的薄膜等贴合在薄片部来堵住贯通孔。

此外，在本实施方式中，通过对金属板实施冲压加工来成型了遮光罩110，但是也可以在透过红外线的薄膜等上，以形成由贯通孔构成的开口图案的方式印刷用于挡住红外线的薄片部。

此外，也可以在不脱离本发明的宗旨的范围内适当进行变更。

附图标记说明

110  遮光罩

111  薄片部

112，112A，112B，112C，112D  开口图案

112-1～112-8  贯通孔

113  安装部

Claims (5)

1.一种遮光罩结构，为提高运动物体的检测灵敏度而盖在双系统型热释电传感器的检测面上，其特征在于，

包括：薄片部，用于挡住红外线；以及开口图案，由形成在该薄片部上的贯通孔所构成，

将上述检测面上的上述热释电传感器的2个热释电元件的配设方向设为x方向，将上述检测面上的与x方向垂直的方向设为y方向，上述开口图案形成为：对2个热释电元件的红外线照射范围比例，针对x方向及y方向各方向上的运动物体的运动而发生变化。

2.根据权利要求1所述的遮光罩结构，其特征在于，

就通过上述热释电传感器中心的x方向轴而言，上述开口图案非对称，被x方向轴一分为二的开口图案的面积比为1∶1。

3.根据权利要求1或2所述的遮光罩结构，其特征在于，

就通过上述热释电传感器中心的y方向轴而言，上述开口图案非对称，被y方向轴一分为二的开口图案的面积比为1_∶1。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的遮光罩结构，其特征在于，

上述开口图案相对于上述热释电传感器中心呈点对称。

5.根据权利要求4所述的遮光罩结构，其特征在于，

上述开口图案包括：

构成y方向上延伸的第一贯通孔列的第一贯通孔、第二贯通孔及第三贯通孔；

构成y方向上延伸的第二贯通孔列的第五贯通孔、第六贯通孔及第七贯通孔；

配置在上述第一贯通孔列的没有上述第二贯通孔列的一侧的第四贯通孔；以及

配置在上述第二贯通孔列的没有上述第一贯通孔列的一侧的第八贯通孔；并且，

上述第二贯通孔及第七贯通孔构成x方向上延伸的列，

上述第三贯通孔及第六贯通孔构成x方向上延伸的列，

上述第四贯通孔、上述第一贯通孔及上述第二贯通孔配置在正三角形的顶点位置，

上述第八贯通孔、上述第五贯通孔及上述第六贯通孔配置在正三角形的顶点位置。