JP2010112828A - サーモパイル型赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サーモパイル型赤外線検出装置にて、ＳＰＯＴエリア検出、且つ、小型化の要望より、光学レンズを複数枚組み合わせる等の手法を用いているが、構造の複雑化、及び、光学レンズを複数枚使用する必要がある事から、コスト増大が問題となっていた。
【解決手段】省容積スペースにてＳＰＯＴ検出エリアを形成するにあたり、1つの光学レンズに於ける焦点距離を有したまま、光学レンズとサーモパイル赤外線検出器間の光路上に、ミラーを設置した事を特徴としている。又、使用する光学レンズをシリコン等の赤外線透過材から、高密度ポリエチレンへ変更した事を特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学系として、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズ、ミラーを用いたサーモパイル型赤外線検出装置に関する。

従来用いられている一般的なサーモパイル型赤外線検出装置は、サーモパイル型赤外線検出器内部に配置された赤外線受光素子へ検出対象領域内からの放射赤外線を集光させる光学レンズを、サーモパイル型赤外線検出器内部に配置された赤外線受光素子サイズ及び検出対象領域からなる焦点距離を考慮した光学設計の位置に配置され使用されている。

サーモパイル型赤外線検出器内部に配置された赤外線受光素子へ検出対象領域内からの放射赤外線を集光させる光学レンズは一般にシリコン等の赤外線透過材が用いた、例えば、平凸片レンズ等のものが多く使用されており、赤外線を透過させる透過窓を有した金属性缶ケースへ接着固定し、サーモパイルチップを電気的接続したリード端子を備えたヘッダーへ抵抗溶接される事で、サーモパイル型赤外線検出器を構成している。
特願２００７−３１４９９０号

従来の手法ではサーモパイル型赤外線検出器内部に配置された赤外線受光素子へ検出対象領域内からの放射赤外線を集光させる光学レンズを、サーモパイル型赤外線検出器内部に配置された赤外線受光素子サイズ及び検出対象領域からなる焦点距離を考慮した光学設計の位置に配置する必要がある。検出対象領域が小さくなると、サーモパイル型赤外線検出器内部に配置された赤外線受光素子サイズの小型化あるいは放射赤外線を集光させる光学レンズの焦点距離を大きくする必要がある。
サーモパイル型赤外線検出器内部に配置された赤外線受光素子サイズの小型化は放射赤外線の受光効率が低下する為、多くの場合に於いて、放射赤外線を集光させる光学レンズの焦点距離を長くする設計にて構成されている。
但し、放射赤外線を集光させる光学レンズの焦点距離を大きくする事、つまりは、放射赤外線を集光させる光学レンズとサーモパイル型赤外線検出器内部に配置された赤外線受光素子との距離を長く設定する必要があり、格納サイズが長くなるという課題があった。

図５は、従来のシリコン等の赤外線透過材を光学レンズに加工、光学設計により具備したサーモパイル型赤外線検出装置の側面概要構成図を示す。
又、昨今、検出対象物の温度を正確に検出したいとの要望により、よりＳＰＯＴエリアでの温度検出が求められている。
これに対し、省容積スペースでの格納も求められており、これを実現する為、シリコン等の赤外線透過材を光学レンズとして、複数枚組み合わせる事で、ＳＰＯＴ検出エリア、及び、小型化を行っている。
但し、上記の様な構成とする事で、構造の複雑化、及び、光学レンズを複数枚使用する事により、コスト増大が問題となっている。

本発明は、上記課題を顧みてなされたものであり、省容積スペースにてＳＰＯＴ検出エリアを形成するにあたり、従来技術の様に光学レンズを複数枚使用せず、1つの光学レンズに於ける焦点距離を有したまま、光学レンズとサーモパイル赤外線検出器間の光路上に、ミラーを設置した事を特徴としている。
又、使用する光学レンズをシリコン等の赤外線透過材から、高密度ポリエチレンへ変更した事を特徴としている。

本発明は、1つの光学レンズを使用し、光学レンズとサーモパイル赤外線検出器間の光路上に、ミラーを設置する事で、任意の方向へ光路変更を行い、且つ、光路(焦点距離)を維持する事で、構造を簡素化する事が可能である。
又、ミラーを用いて光路変更する事で、サーモパイル赤外線検出器を光学レンズと同一軸上では無く、任意の位置、及び、容積スペースへ設置する事が可能となる。
又、使用する光学レンズをシリコン等の赤外線透過材から、高密度ポリエチレンへ変更する事で、コスト削減が可能となる。
又、光学系を高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズとして設置する事から、サーモパイル型赤外線検出器に具備の赤外線透過材を平板形状へと変更する事か可能となり、大幅なコスト削減が可能となる。

本発明は、ＳＰＯＴエリア温度検出を行うサーモパイル型赤外線検出装置に於いて、光学系として、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズとサーモパイル型赤外線検出器との光路(焦点距離)の間に、省容積スペースに於ける格納を実現させる為の光路変更用ミラーを配置した形状にて提供される。
本発明のサーモパイル型赤外線検出装置として図１に側面概要構成図、図３に投影エリア概略図を示す。

以下実施例により本発明を詳細に説明する。図１は、本発明のもっとも基本的な実施例であり、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズとサーモパイル型赤外線検出器との光路(焦点距離)の間に、光路変更用ミラーを具備させたサーモパイル型赤外線検出装置を示すものである。図１に側面概要構成図を示す。図２に本実施例にて用いた９０°光路変更構造図を示す。

本実施例では、赤外線を受光することにより対象物の放射赤外線量を測定し対象物の温度を検出する事を可能にするサーモパイルチップへの赤外線入射量を対象物投影エリアより規定した赤外線検出領域を光学設計により導く高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズを使用し、赤外線透過窓を有する金属製缶ケース、サーモパイルチップを電気的接続したリード端子を備えたヘッダーと共に外来からの環境的変化や電磁障害を防止するためにハーメチックシールとした一般的な構造であるサーモパイルセンサの赤外線透過窓部へ赤外線透過領域の選択性を有した蒸着コーティング平面フィルターをエポキシ系接着剤により金属製缶ケースへ接着固定した構造となっている。

又、本実施例では赤外線透過領域の選択性を有する５μｍカットオン蒸着コーティング平面フィルターとして赤外線透過領域を選択させているが、例えば、５．５μｍカットオン蒸着コーティング平面フィルター、６．５μｍカットオン蒸着コーティング平面フィルター、８〜１４μｍバンドパス蒸着コーティング平面フィルターでもかまわない。
又、本実施例に於いては、赤外線透過領域の選択性を有する５μｍカットオン蒸着コーティング平面フィルターの形状は正方形となっているが、これは、対象物投影エリアより規定した赤外線検出領域を光学設計により導く高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズの光学設計を妨げない平面フィルターであれば、円形、長方形、六角形でもかまわない。

図６は、実施例１にて実施した光路変更を、ミラーを２段階に設ける事により、光路方向を1８０°曲げた構造・形態を示す側面概要構成図である。図７に本実施例にて用いた１８０°光路変更構造図を示す。本実施例に於いても、実施例１の図４と同様の検出エリアを得る事が可能である事を確認した。
上記の様に、実施例２では１８０°の光路変更を行ったが、光路変更角度については、ミラー設置角度により任意に設定可能である。

本発明による最も基本的な実施例である、ミラーによる反射を有したサーモパイル型赤外線検出装置の側面概要構成図である。 本発明による最も基本的な実施例である、ミラーによる反射を有したサーモパイル型赤外線検出装置の側面構造図である。 図１の対象物投影エリア形状概略図である。 図１の対象物投影エリア出力分布図である。 従来の一般的なサーモパイルの光学設計構造図の側面概要構成図である。 本発明による他の実施例でミラーにて１８０°反射を有したサーモパイル型赤外線検出装置の側面概要構成図である。 本発明による他の実施例でミラーにて１８０°反射を有したサーモパイル型赤外線検出装置の側面構造図である。

符号の説明

１ 金属缶ケース
２ ヘッダー
３ サーモパイルチップ
４ ５μｍカットオン蒸着コーティング平面フィルター
５ リード
６ エポキシ系接着剤
７ 高密度ポリエチレン製フレネル形状体の集光レンズ部
８ 光路変更用ミラー
９ 実施例１のサーモパイル型赤外線検出装置
１０ 投影される検出域
１１ アンコーティングシリコン平凸レンズ
１２ サーモパイル型赤外線検出器
１３ フレネルレンズ一体型光路変更用ミラー設置筐体

Claims (1)

1. サーモパイル型赤外線検出装置に於いて、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズと赤外線受光部の距離(焦点距離)をミラーによる反射を用いて光路変更を行う事で、格納容積サイズを小さくする事を特徴とするサーモパイル型赤外線検出装置。

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