JP2018159549A - 赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、流体層を赤外線センサの測定対象側に形成することで赤外線を透過するレンズに対して異物が付着することを防ぐ赤外線検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために本発明は、表面３と裏面４を有し、表面３側にレンズ２を備えた赤外線センサ５と、前記赤外線センサ５を格納し前記レンズの外側に窓穴を有した筐体６と、前記窓穴の外側に気体層を生成する流体層生成部５を有し、流体層７を形成し、異物に対してレンズ測定面の法線方向の力を与える構成とした。【選択図】図２

Description

本発明は、対象物の温度を非接触で検出する赤外線検出装置に関する。

従来、赤外線が入射するレンズに飛散する異物に対して、ポリエチレンカバーなどの赤外線透過材料でカバーをして、窓孔の取り付けられたレンズに汚れが生じること防ぐ赤外線センサが知られている。（特許文献１）

特許第５８６６５８５号公報

しかしながら、上記従来の赤外線センサでは、カバー材表面の汚れや劣化により赤外線透過量低下し、温度検出精度が悪化するという課題があった。

本発明は、上記課題を解決し、流体層によるレンズへの異物付着を防ぐ構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、表面と裏面を有し、前記表面側にレンズを備えた赤外線センサと、前記赤外線センサを格納し前記レンズの外側に窓穴を有した筐体と、前記窓穴の外側に気体層を生成する流体層生成部とを有した構造とした。

本発明の構造は、流体層によってレンズへの異物付着を防ぎ、センサの温度検出精度が悪化すること防ぐことが可能となっている。

実施の形態１の赤外線検出装置の側面図 同赤外線検出装置のＡＡ線断面図 同赤外線検出装置の底面図 実施の形態２の赤外線検出装置の側断面図 実施の形態３の赤外線検出装置の側断面図 実施の形態４の赤外線検出装置の側断面図

以下に、実施の形態に係る赤外線センサについて図面を用いて説明をする。なお、各図面において、同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。また、各実施の形態における各構成要素は矛盾のない範囲で任意に組み合わせても良い。

（実施の形態１）
以下に、実施の形態１における赤外線検出装置について図面を用いながら説明する。

図１は実施の形態１の赤外線検出装置の側面図、図２は同赤外線検出装置のＡＡ線断面図、図３は同赤外線検出装置の底面図を示している。

赤外線検出装置１は、赤外線を透過するレンズ２を備え表面３と裏面４を有した赤外線センサ５と、赤外線センサ５を格納する筐体６と、大気等の気体の流体層７を生成する流体層生成部８と外部に対して温度データを出力するためのコネクタ部９を有している。

レンズ２はシリコンまたはゲルマニウムにより形成され、表面３に反射防止処理のコーティングがなされている。レンズ２は赤外線センサ５の表面３側に設けられた開口部を覆うように赤外線センサ５に設けられている。

赤外線センサ５は感温部が埋設された熱型赤外線検出器を有しており、感温部には被検出体から放射された赤外線による熱エネルギーを電気エネルギーに変換するサーモパイルより構成される熱電変換部が用いられている。また、赤外線センサ５は、感温部および感温部の出力電圧を取り出すためのＭＯＳトランジスタを有したａ×ｂ個の画素部（非接触赤外線検知素子）が半導体基板の一表面側においてａ行ｂ列の２次元アレイ状に配置されており、実施の形態１における画素部は８×８に構成されている。画素部は８×８に限らず、赤外線センサ５の用途等に応じて適宜変更することが出来る。赤外線センサ５はセラミック等の材料で形成されたケースと金属材料で形成されたキャップ（図示せず）とをプリント基板へはんだ実装し、同じくプリント基板裏面に実装したコネクタで電気接続し、デジタル通信により温度値を出力する。なお、温度値の出力方法はこれに限らず、赤外線センサ５の使用用途に応じて適宜変更できる。センサ特性としては、視野角３５〜６０°の性能を有し、±数℃の温度精度を有する。なお、センサ特性はこれに限られず、赤外線検出装置１の用途に応じて、適宜変更しても良い。

筐体６は赤外線センサ５における温度測定のため、レンズ２の外側に窓孔１０を有している。窓孔１０にはテーパ面１１が設けられており、放射上に広がるセンサの視野角内に窓孔１０が入らないように配慮している窓孔１０の前側に測定対象があるとき、測定対象から出た赤外線が窓孔１０を通じて赤外線センサに入射する。窓孔１０は矩形状に形成され、窓孔１０の大きさは赤外線センサ５の検出視野範囲外となる寸法であり、窓孔１０とレンズ２の中心位置は一致している。窓孔１０は矩形状に限定されず、円形状等の別の形状に形成しても良い。筐体６には、赤外線センサ５の表面３側に流体層７を形成する流体層生成部８が設けられている。

流体層生成部８は、赤外線センサ５のレンズ２が設けられている表面３側に流体層７を形成する。流体層７は大気が赤外線センサ５の表面３側を流れることにより形成されるが、赤外線センサ５の用途に応じて、ガスなどの別の流体により流体層７を形成するようにしても良い。流体層生成部８にはファンが用いられている。流体層生成部８は窓孔１０の近傍に設けられている。流体層生成部８は窓孔１０の近くに配置した方が窓孔１０前方での流体層の流れが速くなり、流体層生成部８の効果が大きくなるが、流体層生成部８はファンで生成された流体層が窓孔１０に届く範囲なら配置することが出来る。流体層生成部８が筐体６の表面３側の窓孔１０近傍に窓孔１０に向かって大気が流れるように設けられている。流体層生成部８は、赤外線センサの表面３に対して流体層が平行になるように設けられている。なお、ここで言う平行とは略平行を意味し、流体層生成部８を設置するときにずれて角度が少し変化する程度の誤差は許容される。流体層生成部８により、窓孔１０の前方に流体層が出来ることで、赤外線検出装置１に向かって飛んできた塵、埃、煙、油等の異物が流体層に到達したときに大気の流れで異物が流され、異物がレンズ２に付着するのを防ぐことが出来る。これにより、レンズ２への異物の付着により赤外線センサ５の検出精度が低下するのを防止することが出来る。

（実施の形態２）
以下に、実施の形態２における赤外線検出装置について図面を用いながら説明する。

図４は実施の形態２の赤外線検出装置の側断面図を示している。

実施の形態２の赤外線検出装置２１は、赤外線を透過するレンズ２を備え表面３と裏面４を有した赤外線センサ５と、赤外線センサ５を格納する筐体６と、大気等の気体の流体層７を生成する流体層生成部８を有している。流体層生成部８にはファンが用いられている。

筐体６には斜面２３が設けられ、斜面２３に平行に流体層７が形成されるように流体層生成部８が設けられている。斜面２３は赤外線センサの表面３に対して、斜面２３とレンズの中心部分の法線Ｌとのなす角度θが、４５°≦θ＜９０°となっている。このように斜面２３に平行に流体層７が形成されることで、赤外線検出装置１に飛んできた異物に対してレンズ２から遠ざかる方向の力が加わるようになる。これにより、実施の形態１の赤外線検出装置２１よりも、より異物をレンズ２から遠ざけやすくなり、赤外線センサ５の検出精度がさらに向上する。また、角度θは４５°以上とするのが好適である。角度θを４５°以上とすることにより、異物に対してレンズ表面の法線方向に働く力を増大させることが出来る。

（実施の形態３）
以下に、実施の形態３における赤外線検出装置について図面を用いながら説明する。

図５は実施の形態３の赤外線検出装置の側断面図を示している。

実施の形態３の赤外線検出装置３１は、赤外線を透過するレンズ２を備え表面３と裏面４を有した赤外線センサ５と、赤外線センサ５を格納する筐体６と、大気等の気体の流体層を生成する第１の流体層生成部３２と第２の流体層生成部３３を有している。第１の流体層生成部３２と第２の流体層生成部３３にはファンが用いられている。第１の流体層３４と第２の流体層３５の大気の流れる速さは同じである。

筐体６には、窓孔１０を挟むように第１の流体層生成部３２と第２の流体層生成部３３が設けられており、第１の流体層生成部３２と第２の流体層生成部３３は夫々、窓孔１０に向かって流体が流れるような第１の流体層と第２の流体層を生成している。第１の流体層３４と第２の流体層３５は窓孔１０の前方でぶつかっている。これにより、窓孔１０の前方にレンズ２から遠ざかる方向に流体が流れる第３の流体層３６が形成される。赤外線検出装置３１に向かって飛んできた異物は第３の流体層３６により、レンズ２から遠ざけられるため、実施の形態１よりも異物がレンズ２に到達しにくくなり、赤外線センサ５の検出精度がさらに向上する。

なお、実施の形態２の赤外線検出装置３１では、第１の流体層生成部３２と第２の流体層生成部３３と２つの流体層生成部を設けたが、さらに多くの流体層生成部を設けても良い。流体層生成部を３つ以上設けることで、異物のレンズ２への付着をより防止しやすくなる。

（実施の形態４）
以下に、実施の形態３における赤外線検出装置について図面を用いながら説明する。

図６は実施の形態４の赤外線検出装置の側断面図を示している。

実施の形態３の赤外線検出装置４１は、赤外線を透過するレンズ２を備え表面３と裏面４を有した赤外線センサ５と、赤外線センサ５を格納する筐体６と、大気等の気体の流体
層７を生成する流体層生成部４２を有している。流体層生成部４２は、筐体６の表面３側に設けられた加熱部４３と、裏面４側に設けられた冷却部４４により構成されている。加熱部４２にはヒーター、冷却部４４にはヒートシンクが用いられる。加熱部４３はヒーターに限らず、例えば、ペルチェ等を用いても良い。冷却部４４はヒートシンクに限らず、例えば、チラー等を用いても良い。加熱部４３により、赤外線センサ５の表面３側の大気が加熱され、冷却部４４により、赤外線センサ５の裏面４側の大気が冷却される。これにより、赤外線センサ５の表面３側と裏面４側とで、気圧差が生じ、赤外線センサ５の裏面４から表面３に向かって大気が流れる流体層が形成される。赤外線センサの裏面４から表面３に向かって流れた大気は筐体６の窓孔１０から外に出た後に、レンズ２から遠ざかる方向に流れる。これにより、異物が赤外線検出装置４１に向かって飛んできても、流体層により異物がレンズ２から遠ざけられ、レンズ２への異物の付着を防止することが出来る。これにより、赤外線センサ５の検出精度が向上する。また、流体層生成部４２として加熱部４３と冷却部４４を用いることで、流体層生成部４２にファンを用いた構造に比べて赤外線検出装置４１を小型化でき、また、ファンによる騒音を避けることが出来る。

なお、実施の形態４の赤外線検出装置４１では、流体層生成部４２として加熱部４３と冷却部４４の両方を設けたが、どちらか一方だけを設ける構造としても良い。加熱部４３と冷却部４４のいずれかのみを設ける構造とすることで、赤外線検出装置４１を小型化することが出来る。

本発明は、レンズに異物が付着することを防ぐことができるため、レンジフードや電子レンジなどの調理器具の様なレンズが汚染されやすい環境での使用に特に有用である。

１、２１、３１、４１ 赤外線検出装置
２ レンズ
３ 表面
４ 裏面
５ 赤外線センサ
６ 筐体
７ 流体層
８、４２ 流体層生成部
９ コネクタ部
１０ 窓孔
１１ テーパ面
２３ 斜面
３２ 第１の流体層生成部
３３ 第２の流体層生成部
３４ 第１の流体層
３５ 第２の流体層
３６ 第３の流体層
４３ 加熱部
４４ 冷却部

Claims (7)

1. 表面と裏面を有し、前記表面側にレンズを備えた赤外線センサと、
   前記赤外線センサを格納し前記レンズの外側に窓穴を有した筐体と、
   前記窓穴の外側に気体層を生成する流体層生成部と、を有した赤外線検出装置。
2. 前記流体層生成部は大気の流れを生成する請求項１に記載の赤外線検出装置。
3. 前記流体層生成部は、ファンである請求項１または２に記載の赤外線検出装置。
4. 前記流体層生成部は、前記流体層の前記裏面側と前記表面側で気圧差を発生させ、
   前記流体層の前記裏面側の気圧は前記流体層の前記表面側の気圧よりも高い請求項１〜３のいずれかに記載の赤外線検出装置。
5. 前記流体層生成部は、
   前記赤外線センサと前記筐体の間で、前記赤外線センサから前記窓穴に向かって流れる流体層を生成する請求項１〜４のいずれかに記載の赤外線検出装置。
6. 前記流体層生成部は、２つの異なる方向に流れる第１の流体層と第２の流体層を生成し、前記第１の流体層と前記第２の流体層は前記レンズの外側で衝突する請求項１〜５のいずれかに記載の赤外線検出装置。
7. 前記流体層生成部は、前記流体層を流れる流体の流れる方向と前記レンズの中心部分の法線方向がなす角度が４５°〜９０°になるように前記流体層を生成する請求項１〜６のいずれかに記載の赤外線検出装置。