JP2005227146A - 赤外線近接センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 物体の検知領域を拡大するにあたり、検知距離を伸ばすことなく検知幅のみを拡大することが可能な赤外線近接センサを提供すること。
【解決手段】 赤外線を放射する発光部１０と、前記発光部を覆うフィルタ１１と、反射した赤外線を受光する受光部１２とを備えた赤外線近接センサ１００であって、前記フィルタに、前記発光部からの前記赤外線の中央部の光量を削減する光量削減手段が設けてある赤外線近接センサ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、赤外線の反射を利用して近距離にある物体の有無を検知する赤外線近接センサに関する。

赤外線近接センサは、比較的近距離にある物体の有無の検知に用いられるセンサである。我々の日常生活においても、赤外線近接センサの利用例がいくつか見られる。例えば、自動水栓装置、自動ドア、自動水洗トイレ等が挙げられる。

このような赤外線近接センサを利用する装置、設備においては、物体の有無を検知する検知領域（検知距離、検知幅）を正確に設定することが求められる。

図８に従来の一般的な赤外線近接センサ８００の模式断面図を示す。従来の赤外線近接センサ８００は、発光部１０からフィルタ１１を介して赤外線を発光する。ここで、赤外線近接センサ８００の検知領域に物体が存在すると、赤外線がその物体によって反射され、反射光を受光部１２が受光することによって物体の検知が行われる。発光部１０から発光される赤外線の強度は、図８の検知領域（点線の領域）で示すように中央部が最も大きく、周縁部に行くにつれて小さくなっている。すなわち、赤外線の進行方向から見ると、赤外線強度は楕円形球状（または、球状）の分布となっている。

このような赤外線近接センサ８００において、検知領域の検知幅を広げるには、例えば、発光部１０から放射される赤外線の光量を増加させる。この結果、赤外線強度分布を形成する楕円球（球）が相似的に拡大し、検知幅をある程度広げることができる。ところが、赤外線の光量を増加させると、同時に検知距離（図８のフィルタ１１から点Ｐまでの距離）も伸びることになるため、例えば、予定とする距離よりも離れた位置にある物体を検知して、センサが敏感に反応し過ぎる等の誤作動の原因となる場合がある。

従って、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、物体の検知領域を拡大するにあたり、検知距離を伸ばすことなく検知幅のみを拡大することが可能な赤外線近接センサを提供することを目的とする。

本発明に係る赤外線近接センサの特徴構成は、赤外線を放射する発光部と、前記発光部を覆うフィルタと、反射した赤外線を受光する受光部とを備えた赤外線近接センサであって、前記フィルタに、前記発光部からの前記赤外線の中央部の光量を削減する光量削減手段が設けてある点にある。

本構成の赤外線近接センサであれば、フィルタに設けた光量削減手段によって、発光部から放射される赤外線の中央部の光量を削減することができる。これにより、物体の検知領域拡大のために発光部からの赤外線の光量を増加させても、検知距離を拡大することなく検知幅のみを拡大することが可能となるので、赤外線近接センサとしての検知精度を向上させることができる。

本発明の赤外線近接センサにおいて、前記光量削減手段は、遮光手段であることも可能である。

本構成の赤外線近接センサであれば、フィルタに設けた遮光手段によって、発光部から放射される赤外線の中央部の光量を削減することができる。これにより、物体の検知領域拡大のために発光部からの赤外線の光量を増加させても、検知距離を拡大することなく検知幅のみを拡大することが可能となるので、赤外線近接センサとしての検知精度を向上させることができる。さらに、このような遮光手段は、簡単かつ安価な構成で実現可能であるという利点も有する。

本発明の赤外線近接センサにおいて、前記光量削減手段は、光拡散手段であることも可能である。

本構成の赤外線近接センサであれば、光拡散手段が発光部から放射される赤外線を屈折および拡散し、フィルタから放射される赤外線を外向きに指向することによって赤外線中央部の光量を削減することができる。これにより、物体の検知領域拡大のために発光部からの赤外線の光量を増加させても、検知距離を拡大することなく検知幅のみを拡大することが可能となるので、赤外線近接センサとしての検知精度を向上させることができる。さらに、このような光拡散手段は、遮光手段のように発光部から放射される赤外線を遮光するものではなく、拡散によって赤外線を外方向に指向させるものであるので、発光部からの赤外線のすべてを物体の検知に用いることができる。従って、遮光手段によって赤外線中央部を遮光する場合よりもエネルギー効率がよいという利点もある。

本発明の赤外線近接センサにおいて、前記光拡散手段は、前記フィルタ中に設けられた傾斜面を有する空洞部であることも可能である。

本構成の赤外線近接センサであれば、光拡散手段である空洞部を設けることによって、空洞部の傾斜面とフィルタとの境界において臨界角以上の赤外線を全反射して拡散させ、フィルタから放射される赤外線を外向きに指向することによって赤外線中央部の光量を削減することができる。その結果、物体の検知領域拡大のために発光部からの赤外線の光量を増加させても、検知距離を拡大することなく検知幅のみを拡大することが可能となるので、赤外線近接センサとしての検知精度を向上させることができる。

本発明の赤外線近接センサにおいて、前記光拡散手段に、反射手段を設けることも可能である。

本構成の赤外線近接センサであれば、光拡散手段に設けた反射手段が、発光部から放射された赤外線の中央部分を反射することができるので、赤外線がフィルタの外部に放射されるときには赤外線の中央部の光量が削減されている。従って、物体の検知領域拡大のために発光部からの赤外線の光量を増加させても、検知距離を拡大することなく検知幅のみを拡大することが可能となるので、赤外線近接センサとしての検知精度を向上させることができる。

本発明の赤外線近接センサにおいて、前記光拡散手段に、拡散方向設定手段を設けることも可能である。

本構成の赤外線近接センサであれば、光拡散手段に設けた拡散方向設定手段によって、赤外線の拡散方向を特定の方向に重点的に指向させることができる。この拡散方向の設定は、センサの使用場所、使用状態、使用目的等に応じて変更可能であるので、赤外線近接センサの適用範囲を広げることができる。

本発明の赤外線近接センサにおいて、前記受光部に、遮光部を設けることも可能である。

本構成の赤外線近接センサであれば、受光部に設けた遮光部が、遠距離にある物体からの反射光（すなわち、高角度で入射する反射光）は遮断する一方、近距離にある物体からの反射光（すなわち、低角度で入射する反射光）のみを受光部に受光させることができるので、物体の検知領域拡大のために発光部からの赤外線の光量を増加させたときの遠方にある物体からの赤外線反射光は遮断される。従って、赤外線近接センサとしての検知精度を向上させることができる。さらに、受光部に遮光部を設けるという受光部側の簡単な変更だけで検知幅の拡大ができるので、コスト面においても優れている。

本発明の赤外線近接センサにおいて、前記受光部に、集光部を設けることも可能である。

本構成の赤外線近接センサであれば、近距離にある物体からの反射光のみを得るために発光部から放射される赤外線の光量を非常に少なくした場合においても、受光部に設けた集光部が微弱な赤外線反射光を集光して受光部に効率よく伝達することができるので、物体の検知を確実に行うことができる。また、このような集光部を設けることにより発光部に強力な光源を使用する必要がなく、しかも集光部に遮光部を設けるという受光部側の簡単な変更だけで実現可能であるので、コスト面においても優れている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施の形態および図面に記載される構成に限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による赤外線近接センサ１００を示す模式断面図である。赤外線近接センサ１００は、赤外線を放射する発光部１０と、発光部１０を覆うフィルタ１１と、反射した赤外線を受光する受光部１２とを備えている。また、フィルタ１１には、光量削減手段として遮光手段１３が設けられている。検知領域内に物体が存在すると、発光部１０から放射された赤外線がその物体で反射し、反射光が受光部１２に入射する。赤外線近接センサ１００の検知領域を拡大するためには、発光部１０からの赤外線の光量を増加し、外線近接センサ１００の検知領域に対応する赤外線光量分布を相似的に拡大させる必要がある。ところが、検知領域拡大のために赤外線光量を増加させると、検知幅だけでなく検知距離も拡大してしまう。これを防止するために、本実施形態では遮光手段１３を用いている。この遮光手段１３は、赤外線検知範囲において検知距離方向の領域を遮光することができる。これにより、発光部１０からの赤外線の中央部の光量が削減され、赤外線近接センサ１００の検知領域は中央部に窪みを有する扁平球状の赤外線光量分布（図１の点線で示す領域）として形成される。このように本実施形態では、物体の検知領域拡大のために発光部１０からの赤外線の光量を増加させても、検知距離を拡大することなく検知幅のみを拡大することが可能となるので、赤外線近接センサとしての検知精度を向上させることができる。さらに、このような遮光手段１３は、簡単かつ安価な構成で実現可能であるという利点も有する。

遮光手段１３の具体的構成としては、例えば、遮蔽フィルム、金属箔、金属メッキ、塗膜等が挙げられる。

（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態による赤外線近接センサ２００を示す模式断面図である。赤外線近接センサ２００は、光量削減手段として光拡散手段２３がフィルタ１１に設けられていること以外は、第１実施形態による赤外線近接センサ１００と同様の構成である。光拡散手段２３は、発光部１０から放射される赤外線を外向きに屈折および拡散させることができる。この結果、赤外線はフィルタ１１から放射されたときには外向きに指向されて中央部の光量が低減しているので、赤外線近接センサ２００の検知距離を拡大することなく検知幅のみを拡大することが可能となり、赤外線近接センサとしての検知精度を向上させることができる。さらに、このような光拡散手段２３は、遮光手段のように発光部から放射される赤外線を遮光するものではなく、屈折および拡散によって赤外線を外方向に指向させるものであるので、発光部１０からの赤外線のすべてを物体の検知に用いることができる。従って、遮光手段によって赤外線中央部を遮光する場合よりもエネルギー効率がよいという利点もある。

光拡散手段２３の具体的構成としては、例えば、頂部を有するように凹状に窪ませた（例えば、三角錐状、円錐状に窪ませた）光透過性部材３０が挙げられる。この光透過性部材３０は、フィルタ１１と同じ材料とすることができる。これにより、赤外線を屈折および拡散することができるので、発光部１０から放射される赤外線の光量が少ない場合であっても、検知幅を効率的に拡大することが可能となる。

（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態による赤外線近接センサ３００を示す模式断面図である。赤外線近接センサ３００は、光量削減手段として光拡散手段２３が設けられ、その光拡散手段２３としてフィルタ１１中に設けられた傾斜面を有する空洞部３１であること以外は、第１実施形態による赤外線近接センサ１００と同様の構成である。空洞部３１の形状は屈折および拡散としての機能を発現するため、例えば、円錐形状、角錐形状等にすることが好ましい。赤外線近接センサ３００では、発光部１０からフィルタ１１に赤外線が入射すると、フィルタ１１中に設けられた空洞部３１の傾斜面において、臨界角以下の光は屈折し、臨界角以上の光は全反射を引き起こす。そしてこの赤外線は、フィルタ１１の外部に放射される際には外方向に指向されて中央部の光量が低減しているので、赤外線近接センサ３００の検知距離を拡大することなく検知幅のみを拡大することが可能となり、赤外線近接センサとしての検知精度を向上させることができる。さらに、このような空洞部３１は、遮光手段のように発光部から放射される赤外線を吸収するものではなく、屈折および拡散によって赤外線を外方向に指向させるものであるので、発光部１０からの赤外線のすべてを物体の検知に用いることができる。従って、遮光手段によって赤外線中央部を遮光する場合よりもエネルギー効率がよいという利点もある。

なお、空洞部３１は、真空状態であってもよいし、フィルタ材質より屈折率の小さい光透過性の任意の気体が充填してあってもよい。

（第４実施形態）
図４は、本発明の第４実施形態による赤外線近接センサ４００を示す模式断面図である。赤外線近接センサ４００は、光拡散手段２３に角度をつけた反射手段４０が設けられていること以外は、第１実施形態による赤外線近接センサ１００と同様の構成である。光拡散手段２３に設けられた反射手段４０は、発光部１０から放射された赤外線の中央部分を反射することができるので、赤外線がフィルタの外部に放射されるときには赤外線の中央部の光量が削減されている。従って、物体の検知領域拡大のために発光部１０からの赤外線の光量を増加させても、検知距離を拡大することなく検知幅のみを拡大することが可能となるので、赤外線近接センサとしての検知精度を向上させることができる。

反射手段４０の具体的構成としては、例えば、光拡散手段２３の表面に金属メッキ膜を形成したもの、金属フィルムを貼付したもの、または金属部品そのもの等が挙げられる。また、図示しないが、第３実施形態の赤外線近接センサ３００において、空洞部３１の内壁に金属メッキ膜を形成したもの、金属フィルムを貼付したもの等、さらには、フィルタ１１の外周部の側面に金属メッキ膜を形成したもの、金属フィルムを貼付したもの等を反射手段として採用することも可能である。

（第５実施形態）
図５は、本発明の第５実施形態による赤外線近接センサ５００を示す模式断面図である。赤外線近接センサ５００は、光拡散手段２３に拡散方向設定手段５０が設けられていること以外は、第３実施形態による赤外線近接センサ３００と同様の構成である。光拡散手段２３に設けられた拡散方向設定手段５０は、例えば、非対称な円錐形状または角錐形状の光透過性部材３１として構成される。この光拡散手段２３（光透過性部材３０）に赤外線が入射すると、赤外線は光透過性部材３１の形状によって決まる特定の方向に屈折および拡散される。すなわち、本実施形態では、フィルタ１１から放射される赤外線を、特定の方向に重点的に指向させることができる。このような赤外線の拡散方向の非対称性を利用すると、例えば、検知幅を発光部１０の正面だけでなく、発光部１０の正面から少しずれた側方にも設定することが可能になる。この場合、受光部１２は、発光部１０に対して当該ずれ方向に配置しておくことが好ましい。また、拡散方向の設定は、センサの使用場所、使用状態、使用目的等に応じて変更可能であるので、赤外線近接センサの適用範囲を広げることが可能となる。

なお、光拡散手段２３（光透過性部材３１）を設けたフィルタ１１を回転させると、赤外線の拡散方向をさらに変更することが可能となる。あるいは、赤外線近接センサ５００全体を回転させて赤外線の拡散方向を変更することもできる。これにより、赤外線の拡散方向をより細かく設定することができる。

このように、本実施形態の赤外線近接センサ５００は、発光部１０から放射する赤外線の向きを、光拡散手段２３（光透過性部材３１）の形状、および光拡散手段２３（光透過性部材３０）または赤外線近接センサ５００自身の回転によって、所望の方向に変更することができるので、赤外線近接センサとしての応用範囲が広い。

（第６実施形態）
図６は、本発明の第６実施形態による赤外線近接センサ６００を示す模式断面図である。赤外線近接センサ６００は、受光部１２に遮光部６０を設けたこと以外は、第３実施形態による赤外線近接センサ３００と同様の構成である。赤外線近接センサ６００の発光部１０から放射された赤外線は、フィルタ１１を通って外部に放射される。ここで、赤外線近接センサ６００の検知領域に物体が存在すると、赤外線がその物体により反射されるが、物体が発光部１０から遠い位置にある場合、反射赤外線は受光部１２に高角度で入射する。一方、物体が発光部１０から近い位置にある場合、反射赤外線は受光部１２に低角度で入射する。ここで、「高角度」とは、受光部１２に対して垂直方向に近い範囲の角度であり、「低角度」とは、受光部１２に対して比較的斜め方向の範囲の角度である。高角度および低角度の値は、遮光部６０の位置および形状、受光部１２の受光面積と遮光部６０の遮光面積との関係等から決定される。

本実施形態は、このような物体の位置の相違による反射光の性質を利用するものである。具体的には、受光部１２に遮光部６０を設けることにより、遠距離にある物体からの反射光（すなわち、図６のａに示すような高角度で入射する反射光）は遮光部６０により遮断され、近距離にある物体からの反射光（すなわち、図６のｂに示すような低角度で入射する反射光）のみを受光部１２に入射させることができる。このようにすると、本実施形態では、物体の検知領域拡大のために発光部１０からの赤外線の光量を増加させても、検知距離を拡大することなく検知幅のみを拡大することが可能となる。また、本実施形態は、発光部側の光量調整幅がやや大きく、遠方の物体を検知しがちになったような場合においても、受光部側の遮光板で物体の検知範囲を微調整することができるという点で有効である。さらに、受光部１２に遮光部６０を設けるという受光部側の簡単な変更だけで検知幅の拡大ができるので、コスト面においても優れている。

（第７実施形態）
図７は、本発明の第７実施形態による赤外線近接センサ７００を示す模式断面図である。赤外線近接センサ７００は、受光部１２に集光部７０を設けたこと以外は、第３実施形態による赤外線近接センサ３００と同様の構成である。

これまで上述してきたように赤外線近接センサでは、遠距離にある物体からの反射光は遮断し、近距離にある物体からの反射光のみを受光することが必要となる。これを実現するための一つの方法は、赤外線の光量を少なくすることである。ところが、発光部から放射する赤外線の光量が減少すると、反射光の赤外線強度がさらに弱くなるため、反射した赤外線を受光部で検知できなくなるおそれがある。そこで、本実施形態においては、集光部７０を受光部１２に設けている。この集光部７０は、微弱な赤外線反射光を集光し、それらを受光部１２に伝達するので、赤外線光量が少ない場合でも確実に物体の検知を行うことができる。このように、本実施形態の赤外線近接センサ７００では、受光部１２に微弱な反射赤外線を効率よく伝達することが可能となる。また、このような集光部７０を設けることにより発光部１０に強力な光源を使用する必要がなく、しかも受光部１２に集光部７０を設けるという受光部側の簡単な変更だけで実現可能であるので、コスト面においても優れている。

本発明の第１実施形態による赤外線近接センサを示す模式断面図 本発明の第２実施形態による赤外線近接センサを示す模式断面図 本発明の第３実施形態による赤外線近接センサを示す模式断面図 本発明の第４実施形態による赤外線近接センサを示す模式断面図 本発明の第５実施形態による赤外線近接センサを示す模式断面図 本発明の第６実施形態による赤外線近接センサを示す模式断面図 本発明の第７実施形態による赤外線近接センサを示す模式断面図 従来の一般的な赤外線近接センサの模式断面図

符号の説明

１０ 発光部
１１ フィルタ
１２ 受光部
１３ 遮光手段
１００ 赤外線近接センサ

Claims (8)

1. 赤外線を放射する発光部と、
   前記発光部を覆うフィルタと、
   反射した赤外線を受光する受光部と
   を備えた赤外線近接センサであって、
   前記フィルタに、前記発光部からの前記赤外線の中央部の光量を削減する光量削減手段が設けてある赤外線近接センサ。
2. 前記光量削減手段は、遮光手段である請求項１に記載の赤外線近接センサ。
3. 前記光量削減手段は、光拡散手段である請求項１に記載の赤外線近接センサ。
4. 前記光拡散手段は、前記フィルタ中に設けられた傾斜面を有する空洞部である請求項３に記載の赤外線近接センサ。
5. 前記光拡散手段に、反射手段を設けてある請求項３または４に記載の赤外線近接センサ。
6. 前記光拡散手段に、拡散方向設定手段を設けてある請求項３〜５のいずれか１項に記載の赤外線近接センサ。
7. 前記受光部に、遮光部を設けてある請求項１〜６のいずれか１項に記載の赤外線近接センサ。
8. 前記受光部に、集光部を設けてある請求項１〜７のいずれか１項に記載の赤外線近接センサ。

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