JP2016080556A

JP2016080556A - 赤外線センサ

Info

Publication number: JP2016080556A
Application number: JP2014213310A
Authority: JP
Inventors: 芳幸宮山; Yoshiyuki Miyayama
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2016-05-16

Abstract

【課題】赤外線を広視野角で集光することができる赤外線センサを実現する。
【解決手段】赤外線を受光する受光面20ａを有するセンサ素子20と、下端から上端に向かって拡開し、内面が反射面と成された４個の円錐状筒12ｂを有する第１の集光器12を備えた第１の赤外線センサ10であって、上記第１の集光器12の複数の円錐状筒12ｂは、センサ素子20の受光面20ａに対して所定角度で外方に向かって傾斜させた状態で配置されると共に、径小の下端部が、センサ素子20の受光面20ａの異なる領域上にそれぞれ配置される。
【選択図】図１

Description

この発明は赤外線センサに係り、特に、赤外線を広視野角で集光することができる赤外線センサに関する。

図３７は従来の赤外線センサの一例を示すものであり、該赤外線センサ70は、ケース72内の支持部材74上に載置した回路基板76の表面に配置したセンサ素子78と、ケース72の天板72ａに形成した孔を閉塞するようにして天板72ａの外側に取り付けられ、上記センサ素子78の上方に配置される集光レンズ80を備えている。

上記センサ素子78は、ＭＥＭＳ（micro electromechanical systems）製造技術を利用して製造された薄膜型の赤外線検出用素子であり、表面に赤外線を受光する受光面78ａを有し、受光した赤外線量に対応した検出信号を出力するものである。
尚、ＭＥＭＳ製造技術を利用したセンサ素子78としては、例えば、受光した赤外線量に対応して起電力を生じるサーモパイル型、受光した赤外線量に対応して自発分極を起こす焦電型、受光した赤外線量に対応して熱抵抗の変化を生じる抵抗ボロメータ型が知られている。

上記集光レンズ80は、例えば、赤外線透過率の高いゲルマニウム（Ｇｅ）やシリコン（Ｓｉ）等より成る球面平凸レンズで構成されており、人間等の熱源から放射される赤外線を集光して、上記センサ素子78の受光面78ａに照射するものである。

尚、この種従来構造の赤外線センサは、例えば特開２０１４−１３００５６号公報（特許文献１）に開示されている。

特開２０１４−１３００５６号公報

上記の通り、従来の赤外線センサ70は、集光レンズ80によって赤外線を集光してセンサ素子78の受光面78ａに照射していたが、集光レンズ80は最大視野角が約４０度強と非常に狭いものであった。
このため、例えば、３ｍ前後の高さを有する一般的な構造の部屋の天井中央に上記赤外線センサ70を設置した場合、該赤外線センサ70真下近傍の狭いエリアから放射される赤外線しか検知することができなかった。

この発明は、従来の上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、赤外線を広視野角で集光することができる赤外線センサを実現することにある。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の赤外線センサは、
赤外線を受光する受光面を有するセンサ素子と、下端から上端に向かって拡開し、内面が反射面と成された複数の筒状体を有する集光器を備えた赤外線センサであって、
上記集光器の複数の筒状体は、センサ素子の受光面に対して所定角度で外方に向かって傾斜させた状態で配置されると共に、径小の下端部が、センサ素子の受光面の異なる領域上にそれぞれ配置されることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の赤外線センサは、
赤外線を受光する受光面を有するセンサ素子と、下端から上端に向かって拡開し、内面が反射面と成された複数の筒状体を有する集光器を備えた赤外線センサであって、
上記集光器の複数の筒状体は、その長手方向の中心線がセンサ素子の受光面に対して垂直となるように配置される筒状体と、センサ素子の受光面に対して所定角度で外方に向かって傾斜させた状態で配置される筒状体とから成り、径小の下端部が、センサ素子の受光面の異なる領域上にそれぞれ配置されることを特徴とする赤外線センサ。

本発明の請求項３に記載の赤外線センサは、請求項１又は２に記載の赤外線センサにおいて、
上記筒状体が、円錐状筒又は角錐状筒であることを特徴とする。

本発明に係る請求項１に記載の赤外線センサは、集光器を構成する複数の筒状体を、センサ素子の受光面に対して所定角度で外方に向かって傾斜させた状態で配置したので、上記複数の円錐状筒の傾斜角度を適宜設定することにより、広視野角な赤外線センサを実現することができる。

また、請求項２に記載の赤外線センサの如く、センサ素子の受光面に対して所定角度で外方に向かって傾斜配置した複数の筒状体に加え、その長手方向の中心線がセンサ素子の受光面に対して垂直となるように配置される筒状体を設けた場合には、センサ素子の受光面に対して垂直方向に放射される赤外線も効率良く集光することができる。

以下、添付図面に基づいて、本発明に係る赤外線センサを説明する。
図１は本発明に係る第１の赤外線センサ10の一部を破断させて示す拡大概略斜視図、図２は第１の赤外線センサ10を模式的に示す概略断面図、図３は第１の赤外線センサ10を構成する第１の集光器12を示す平面側斜視図、図４は同背面側斜視図、図５は同正面図、図６は同平面図、図７は同底面図、図８は同右側面図、図９は図６のＡ−Ａ’断面図である。

本発明に係る第１の赤外線センサ10は、上端が開口した略直方体状のケース14内に配置した支持部材16上に回路基板18を載置すると共に、該回路基板18の表面にセンサ素子20を配置して成る。

上記センサ素子20は、例えば、ＭＥＭＳ（micro electromechanical systems）製造技術を利用して製造された略矩形状の薄膜型の赤外線検出用素子であり、表面に赤外線を受光する受光面20ａを有し、受光した赤外線量に対応した検出信号を出力するものである。
ＭＥＭＳ製造技術を利用した上記センサ素子20としては、例えば、受光した赤外線量に対応して起電力を生じるサーモパイル型のセンサ素子、受光した赤外線量に対応して自発分極を起こす焦電型のセンサ素子、受光した赤外線量に対応して熱抵抗の変化を生じる抵抗ボロメータ型のセンサ素子が該当する。

上記ケース14の上端開口は、第１の集光器12で閉塞されており、該第１の集光器12は、略矩形状の基板12ａに、下端から上端に向かって拡開する４個の同一形状を有する円錐状筒12ｂを設けて成る。

上記円錐状筒12ｂの内面は反射面と成されており、例えば、樹脂で構成した円錐状筒12ｂの内面にアルミニウム等の光反射率の高い材料を蒸着したり、或いは、アルミニウム等の光反射率の高い材料で円錐状筒12ｂを構成することにより、円錐状筒12ｂの内面に反射面を形成することができる。

上記第１の集光器12は、３Ｄプリンタを用いて基板12ａ及び円錐状筒12ｂを一体的に樹脂成形した後、円錐状筒12ｂ内面にアルミニウム等の高光反射率材料を蒸着して形成したり、或いは、型を起こして基板12ａ及び円錐状筒12ｂを一体的に樹脂成形した後、円錐状筒12ｂ内面にアルミニウム等の高光反射率材料を蒸着して形成することができる。
また、アルミニウム等の高光反射率材料で形成した円錐状筒12ｂと、４個の孔を形成した樹脂や金属等の適宜材料より成る基板12ａを別々に形成しておき、上記円錐状筒12ｂを基板12ａの孔に取付けることにより第１の集光器12を形成しても良い。

図１及び図２に示すように、上記第１の集光器12を構成する４個の円錐状筒12ｂは、センサ素子20の受光面20ａに対して所定角度で外方に向かって傾斜させた状態で配置されると共に、径小の下端部が、センサ素子20の受光面20ａの異なる領域上にそれぞれ配置されている。

尚、第１の集光器12を構成する円錐状筒12ｂの傾斜角度は、実現したい視野角に応じて適宜設定されるものであり、センサ素子20の受光面20ａに対する円錐状筒12ｂの外方への傾斜角度が小さい程、広視野角を実現することができる。

上記第１の赤外線センサ10にあっては、人間等の熱源から放射される赤外線が第１の集光器12を構成する４個の円錐状筒12ｂ内に入射し、内面の反射面で繰り返し反射しつつ、センサ素子20の受光面20ａに照射され、この結果、センサ素子20から受光した赤外線量に対応した検出信号が出力されるものである。

本発明に係る第１の赤外線センサ10は、第１の集光器12を構成する４個の円錐状筒12ｂを、センサ素子20の受光面20ａに対して所定角度で外方に向かって傾斜させた状態で配置したので、上記４個の円錐状筒12ｂの傾斜角度を適宜設定することにより、広視野角な赤外線センサを実現することができる。

図１０は本発明に係る第２の赤外線センサ30の一部を破断させて示す拡大概略斜視図、図１１は第２の赤外線センサ30を模式的に示す概略断面図、図１２は第２の赤外線センサ30を構成する第２の集光器32を示す平面側斜視図、図１３は同背面側斜視図、図１４は同正面図、図１５は同平面図、図１６は同底面図、図１７は同右側面図、図１８は図１５のＢ−Ｂ’断面図である。

第２の赤外線センサ30は、ケース14の上端開口を閉塞する第２の集光器32が、略矩形状の基板32ａに、下端から上端に向かって拡開する５個の円錐状筒32ｂを設けて成る点に特徴を有するものである。各円錐状筒32ｂの内面は反射面と成されている。
すなわち、図１２、図１３及び図１５等に示すように、基板32ａの略中央に設けた円錐状筒32ｂの周囲を、４個の同一形状の円錐状筒32ｂが周方向に９０度間隔で囲繞するように設けられている。

図１０及び図１１に示すように、上記第２の集光器32における基板32ａの略中央に設けた１個の円錐状筒32ｂは、その長手方向の中心線（図示省略）がセンサ素子20の受光面20ａに対して垂直となるように配置されると共に、該円錐状筒32ｂを囲繞する４個の円錐状筒32ｂは、センサ素子20の受光面20ａに対して所定角度で外方に向かって傾斜させた状態で配置され、さらに、５個の円錐状筒32ｂは、径小の下端部が、センサ素子20の受光面20ａの異なる領域上にそれぞれ配置されている。

而して、第２の赤外線センサ30にあっては、センサ素子20の受光面20ａに対して所定角度で外方に向かって傾斜配置した４個の円錐状筒32ｂに加え、その長手方向の中心線がセンサ素子20の受光面20ａに対して垂直となるように配置される円錐状筒32ｂを設けたので、センサ素子20の受光面20に対して垂直方向に放射される赤外線も効率良く集光することができる。

図１９は本発明に係る第３の赤外線センサ40の一部を破断させて示す拡大概略斜視図、図２０は第３の赤外線センサ40を模式的に示す概略断面図、図２１は第３の赤外線センサ40を構成する第３の集光器42を示す平面側斜視図、図２２は同背面側斜視図、図２３は同正面図、図２４は同平面図、図２５は同底面図、図２６は同右側面図、図２７は図２４のＣ−Ｃ’断面図である。

第３の赤外線センサ40は、ケース14の上端開口を閉塞する第３の集光器42が、下端から上端に向かって拡開する同一形状を有する４個の角錐状筒42ａを連接して成る点に特徴を有するものである。各角錐状筒42ａの内面は反射面と成されている。

図１９及び図２０に示すように、上記第３の集光器42を構成する４個の角錐状筒42ａは、センサ素子20の受光面20ａに対して所定角度で外方に向かって傾斜させた状態で配置されると共に、径小の下端部が、センサ素子20の受光面20ａの異なる領域上にそれぞれ配置されている。

上記第３の赤外線センサ40にあっては、人間等の熱源から放射される赤外線が第３の集光器42を構成する４個の角錐状筒42ａ内に入射し、内面の反射面で繰り返し反射しつつ、センサ素子20の受光面20ａに照射され、この結果、センサ素子20から受光した赤外線量に対応した検出信号が出力されるものである。

本発明に係る第３の赤外線センサ40は、第３の集光器42を構成する４個の角錐状筒42ａを、センサ素子20の受光面20ａに対して所定角度で外方に向かって傾斜させた状態で配置したので、上記４個の角錐状筒42ａの傾斜角度を適宜設定することにより、広視野角な赤外線センサを実現することができる。

図２８は本発明に係る第４の赤外線センサ50の一部を破断させて示す拡大概略斜視図、図２９は第４の赤外線センサ50を模式的に示す概略断面図、図３０は第４の赤外線センサ50を構成する第４の集光器52を示す平面側斜視図、図３１は同背面側斜視図、図３２は同正面図、図３３は同平面図、図３４は同底面図、図３５は同右側面図、図３６は図３３のＤ−Ｄ’断面図である。

第４の赤外線センサ50は、ケース14の上端開口を閉塞する第４の集光器52が、下端から上端に向かって拡開する５個の角錐状筒52ａを連接して成る点に特徴を有するものである。各角錐状筒52ａの内面は反射面と成されている。
すなわち、図３０、図３３等に示すように、中央に配置された角錐状筒52ａの周囲を、４個の同一形状の角錐状筒52ａが囲繞するように設けられている。

図２９に示すように、上記第４の集光器52の中央に配置された角錐状筒52ａは、その長手方向の中心線（図示省略）がセンサ素子20の受光面20ａに対して垂直となるように配置されると共に、該角錐状筒52ａを囲繞する４個の角錐状筒52ａは、センサ素子20の受光面20ａに対して所定角度で外方に向かって傾斜させた状態で配置され、さらに、５個の角錐状筒52ａは、径小の下端部が、センサ素子20の受光面20ａの異なる領域上にそれぞれ配置されている。

而して、第４の赤外線センサ50にあっては、センサ素子20の受光面20ａに対して所定角度で外方に向かって傾斜配置した４個の角錐状筒52ａに加え、その長手方向の中心線がセンサ素子20の受光面20ａに対して垂直となるように配置される角錐状筒52ａを設けたので、センサ素子20の受光面20に対して垂直方向に放射される赤外線も効率良く集光することができる。

上記においては、円錐状筒12ｂ，32ｂ又は角錐状筒42ａ，52ａを例示して説明したが、これに限定されるものではなく、下端から上端に向かって拡開する筒状体であれば良い。また、円錐状筒12ｂ，32ｂ又は角錐状筒42ａ，52ａの数も上記で説明した４個又は５個に限定されるものではなく、複数個あれば良い。

また、上記においては、センサ素子20として、ＭＥＭＳ（micro electromechanical systems）製造技術を利用して製造された略矩形状と成された薄膜型の単一の赤外線検出用素子を用いた場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、受光面を有する複数個の単位センサ素子の集合体から成るセンサ素子を構成し、斯かるセンサ素子を構成する単位センサ素子の数と同数の下端から上端に向かって拡開する筒状体を設け、各単位センサ素子毎に１個の筒状体を、受光面に対して所定角度で外方に向かって傾斜させた状態で配置させても良い。

本発明に係る第１の赤外線センサの一部を破断させて示す拡大概略斜視図である。本発明に係る第１の赤外線センサを模式的に示す概略断面図である。本発明に係る第１の赤外線センサを構成する第１の集光器を示す平面側斜視図である。本発明に係る第１の赤外線センサを構成する第１の集光器を示す背面側斜視図である。本発明に係る第１の赤外線センサを構成する第１の集光器を示す正面図である。本発明に係る第１の赤外線センサを構成する第１の集光器を示す平面図である。本発明に係る第１の赤外線センサを構成する第１の集光器を示す底面図である。本発明に係る第１の赤外線センサを構成する第１の集光器を示す右側面図である。図６のＡ−Ａ’断面図である。本発明に係る第２の赤外線センサの一部を破断させて示す拡大概略斜視図である。本発明に係る第２の赤外線センサを模式的に示す概略断面図である。本発明に係る第２の赤外線センサを構成する第２の集光器を示す平面側斜視図である。本発明に係る第２の赤外線センサを構成する第２の集光器を示す背面側斜視図である。本発明に係る第２の赤外線センサを構成する第２の集光器を示す正面図である。本発明に係る第２の赤外線センサを構成する第２の集光器を示す平面図である。本発明に係る第２の赤外線センサを構成する第２の集光器を示す底面図である。本発明に係る第２の赤外線センサを構成する第２の集光器を示す右側面図である。図１５のＢ−Ｂ’断面図である。本発明に係る第３の赤外線センサの一部を破断させて示す拡大概略斜視図である。本発明に係る第３の赤外線センサを模式的に示す概略断面図である。本発明に係る第３の赤外線センサを構成する第３の集光器を示す平面側斜視図である。本発明に係る第３の赤外線センサを構成する第３の集光器を示す背面側斜視図である。本発明に係る第３の赤外線センサを構成する第３の集光器を示す正面図である。本発明に係る第３の赤外線センサを構成する第３の集光器を示す平面図である。本発明に係る第３の赤外線センサを構成する第３の集光器を示す底面図である。本発明に係る第３の赤外線センサを構成する第３の集光器を示す右側面図である。図２４のＣ−Ｃ’断面図である。本発明に係る第４の赤外線センサの一部を破断させて示す拡大概略斜視図である。本発明に係る第４の赤外線センサを模式的に示す概略断面図である。本発明に係る第４の赤外線センサを構成する第２の集光器を示す平面側斜視図である。本発明に係る第４の赤外線センサを構成する第４の集光器を示す背面側斜視図である。本発明に係る第４の赤外線センサを構成する第４の集光器を示す正面図である。本発明に係る第４の赤外線センサを構成する第４の集光器を示す平面図である。本発明に係る第４の赤外線センサを構成する第４の集光器を示す底面図である。本発明に係る第４の赤外線センサを構成する第４の集光器を示す右側面図である。図３３のＤ−Ｄ’断面図である。従来の赤外線センサを模式的に示す概略断面図

10 第１の赤外線センサ
12 第１の集光器
12ａ第１の集光器の基板
12ｂ第１の集光器の円錐状筒
14 ケース
16 支持部材
18 回路基板
20 センサ素子
20ａセンサ素子の受光面
30 第２の赤外線センサ
32 第２の集光器
32ａ第２の集光器の基板
32ｂ第２の集光器の円錐状筒
40 第３の赤外線センサ
42 第３の集光器
42ａ第３の集光器の角錐状筒
50 第４の赤外線センサ
52 第４の集光器
52ａ第４の集光器の角錐状筒

Claims

赤外線を受光する受光面を有するセンサ素子と、下端から上端に向かって拡開し、内面が反射面と成された複数の筒状体を有する集光器を備えた赤外線センサであって、
上記集光器の複数の筒状体は、センサ素子の受光面に対して所定角度で外方に向かって傾斜させた状態で配置されると共に、径小の下端部が、センサ素子の受光面の異なる領域上にそれぞれ配置されることを特徴とする赤外線センサ。
赤外線を受光する受光面を有するセンサ素子と、下端から上端に向かって拡開し、内面が反射面と成された複数の筒状体を有する集光器を備えた赤外線センサであって、
上記集光器の複数の筒状体は、その長手方向の中心線がセンサ素子の受光面に対して垂直となるように配置される筒状体と、センサ素子の受光面に対して所定角度で外方に向かって傾斜させた状態で配置される筒状体とから成り、径小の下端部が、センサ素子の受光面の異なる領域上にそれぞれ配置されることを特徴とする赤外線センサ。
上記筒状体が、円錐状筒又は角錐状筒であることを特徴とする請求項１又は２に赤外線センサ。