JP4849003B2

JP4849003B2 - 赤外線センサ

Info

Publication number: JP4849003B2
Application number: JP2007112737A
Authority: JP
Inventors: 忠村上; 寿一川島; 成夫五島
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2027-04-23
Also published as: JP2008268052A

Description

本発明は、検知エリアの異なる複数の赤外線検出部を持つ多出力型の赤外線センサに関する。

複数の赤外線検出部を持ち、各赤外線検出部が異なった検知エリアからの赤外線を検出して検知エリア別に人間等の対象物が存在するか否かを検知する赤外線センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の赤外線センサでは、赤外線センサが壁面に取付けられて上下に区分された検知エリアを有し、各検知エリアにおける対象物の検知状況の組合せによって人間と犬等の小動物とを区別して検知できるように構成されている。

上下に区分された検知エリアを有する赤外線センサにおいて、大きさの異なる対象物を検知する原理について、図１１を参照して説明する。赤外線センサ１００の検知エリアは、赤外線センサ１００が備える集光レンズの配光特性によって規定され、各検知エリアＡ、Ｂに進入した対象物から発せられた赤外線Ｒａ、Ｒｂは、赤外線センサ１００内の別々の赤外線検出部Ｓａ、Ｓｂに入射して、各検知エリアＡ、Ｂに進入した対象物が区別して検知される。赤外線センサ１００が検知エリアＡ、Ｂの両方のエリアで対象物を検知した場合には、所定位置に比較的大きい対象物（人間Ｐ）が居ることが検知され、赤外線センサ１００が検知エリアＢでのみ対象物を検知した場合には、所定位置に比較的小さい対象物（犬Ｄ等の小動物）が居ることが検知される。

一方、カメラの自動調光制御装置において、閃光発光器による閃光が受光素子に直接入射しないように受光素子の入射側に遮光マスクが配置されたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平６−２６９２８号公報実開平５−８５４６号公報

上記のように複数の検知エリアを持つ赤外線センサ１００においては、各検知エリアＡ、Ｂに存在する対象物から発せられた赤外線Ｒａ、Ｒｂが集光レンズにより赤外線センサ１００内に集光されて、別々の赤外線検出部Ｓａ、Ｓｂに入射することによって検知エリアＡ、Ｂ毎に区別した対象物の検知が行われるが、実際には赤外線センサ１００内に入射した赤外線の進行方向は一律ではなく、一部の赤外線は赤外線センサ１００内に入射した後に不適正な方向へ進行することから（一般的に回り込みと言われる現象）、検知エリアＡ、Ｂ毎に整然と区別した対象物の検知を行うことは難しいという問題がある。

例えば、図１１に示された例では、検知エリアＢに犬Ｄが存在する場合に犬Ｄから発せられた赤外線Ｒｂが赤外線センサ１００の赤外線検出部Ｓｂに入射すると共に、赤外線Ｒｂの一部が回り込み現象によって赤外線検出部Ｓａにも入射し、両方の赤外線検出部Ｓａ、Ｓｂから検出出力が生じて、実際には犬Ｄが存在するにも係わらず人間Ｐが存在するとして誤検知する不具合が生じる虞がある。

なお、特許文献２に記載されたカメラの自動調光制御装置では、迷光が適正ではない受光素子に入らないように受光素子の入射側に遮光マスクが配置されているが、自動調光制御装置が取付けられるのはカメラであって赤外線センサではない上に、遮光マスクが塗料又はフィルムによって形成されていることから機械的強度が低いという欠点を有している。

そこで、本発明は、検知エリアの異なる複数の赤外線検出部を持つ多出力型の赤外線センサにおいて、所定の検知エリアから赤外線センサ内に入射した赤外線が回り込み現象によって適正な赤外線検出部以外の赤外線検出部に入射することを防止することによって高い精度で検知エリア毎に区別して対象物を検知することができ、かつ機械的強度が高い赤外線センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、検知エリアの異なる２つの赤外線検出部を持つ多出力型の赤外線センサにおいて、前記赤外線検出部に光を集光する集光レンズと、前記赤外線検出部を覆い、前記集光レンズに向いた面に窓部が形成され、かつ前記赤外線検出部と集光レンズとの位置関係を規定するケース体と、を備え、前記集光レンズは、前記ケース体の窓部から外方に向けて突出し、内部に空間を有するキャップ部材の上部に形成され、前記ケース体と前記集光レンズとの間には、前記キャップ部材の内部の空間に隙間なく密着して収納され、かつ、表面が光を反射することなく吸収するように加工され、前記集光レンズから入射した光の前記ケース体の窓部にまで至る光路を形成するスリーブ状部材が装入され、前記スリーブ状部材は、前記集光レンズに近接した位置から前記ケース体の窓部まで直線状に延びて、該スリーブ状部材内の光路を２分割する仕切り板部を有することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、個々の赤外線検出部同士を区切る赤外線遮蔽部材を設けたので、赤外線センサ内に入射した赤外線が回り込み現象によって適正ではない赤外線検出部に入射することを防ぐことができ、従って、高い精度で検知エリア毎に区別して対象物を検知することができる。また、機械的強度が高い赤外線センサが得られる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る赤外線センサについて、図１乃至図５を参照して説明する。本実施形態の赤外線センサ１は、図１に示されるように、検知エリアＡ、Ｂからの赤外線Ｒａ、Ｒｂが入射する２つの赤外線検出部としての焦電素子２ａ、２ｂを内部に有するケース体３と、２つの焦電素子２ａ、２ｂに赤外線を集光する２つのレンズ部６ａ、６ｂ（集光レンズ）を有するキャップレンズ４と、を備える。なお、図２（ａ）、（ｂ）は、キャップレンズ４とケース体３が組み立てられる前の個別の態様を示すものである。また、検知エリアＡ、Ｂは、例えば、赤外線センサ１が図１１に示されるように、壁面に横向きに取付けられる場合には上下に分かれて形成され、比較的大きな対象物（例えば、人間）は、検知エリアＡ、Ｂの両方において検知され、比較的小さな対象物（例えば、犬等の小動物）は、いずれか一方の検知エリアにおいて検知されるように設定される。

ケース体３は円筒形状であり、上面には２つの焦電素子２ａ、２ｂに対向する位置に長方形の窓部３ａ、３ｂが開けられ（図３参照）、窓部３ａ、３ｂの下方に赤外線透過フィルタ５が設けられている。本実施形態では、窓部３ａ、３ｂ同士の間のブリッジ部分３ｃ自体が赤外線遮蔽部材を構成する。ケース体３は、例えばカーボンブラック等の顔料をアクリル樹脂やＡＢＳ樹脂に分散させたものの表面をサンドブラスト処理することによって形成されており、赤外線がケース体３の表面で反射しない材質によって形成されている。ケース体３の材質は、黒色に着色されたプラスチックであって、表面につやが生じないように粗面処理されたものであってもよい。

２つの焦電素子２ａ、２ｂは、ケース体３の底面から出力端子１２を下方へ突出するようにして固定され、図４に示されるように、それぞれ極性の異なる２つの素子部２ａａ、２ａｂ、２ｂａ、２ｂｂを有している。各素子部２ａａ、２ａｂ、２ｂａ、２ｂｂは、図５に示されるように、電界効果トランジスタ１３、１４、及びゲート抵抗１５、１６に接続されている。

キャップレンズ４は、ドーム状の上部４ａが光透過性の樹脂材料から構成され、ケース体３の外周に嵌合する円筒形状の下部４ｂが光不透過性の樹脂材料から構成されており、ドーム状の上部４ａに所定の配光特性を有するレンズ部６ａ、６ｂが形成されている。

次に、本実施形態の赤外線センサ１の検知動作について、図１を参照して説明する。検知エリアＡ、Ｂからの赤外線Ｒａ、Ｒｂは、それぞれレンズ部６ａ、６ｂによって集光され、キャップレンズ４の内部空間Ｓ、窓部３ａ、３ｂ、及び赤外線透過フィルタ５を通って各焦電素子２ａ、２ｂへ入射する。従って、焦電素子２ａから検知出力が発生するときには、検知エリアＡに赤外線を放出する対象物が存在することが検出され、焦電素子２ｂから検知出力が発生するときには、検知エリアＢに赤外線を放出する対象物が存在することが検出される。

一方、検知エリアＢからドーム状の上部４ａを透過してキャップレンズ４内に進入した赤外線のうち一部の赤外線Ｒｒは、適正に対応する焦電素子２ｂの方向へは進行せず、焦電素子２ａの方向へ進行するが、この赤外線Ｒｒは、窓部３ａ、３ｂ同士の間のブリッジ部分３ｃ（赤外線遮蔽部材）によって反射することなく吸収され、焦電素子２ａへは到達しない。同様に、検知エリアＡからキャップレンズ４内に進入した赤外線のうち進行方向が適正ではなく焦電素子２ｂの方向へ進行する赤外線も窓部３ａ、３ｂ同士の間のブリッジ部分３ｃ（赤外線遮蔽部材）によって反射することなく吸収され、焦電素子２ａへは到達しない。従って、キャップレンズ４内に入射した赤外線の一部が適正ではない方の焦電素子２ａ、２ｂに入射することが防止され、高い精度で検知エリアＡ、Ｂ別の対象物の存在を検知することができる。また、赤外線遮蔽部３ｃがケース体３自体によって構成されるので、フィルムや塗料によって形成される場合に比べて機械的強度が高い。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る赤外線センサについて、図６及び図７を参照して説明する。第２の実施形態に係る赤外線センサ１は、第１の実施形態に係る赤外線センサ１とほぼ同一の構造であり、異なるところは、赤外線遮蔽部材が、第１の実施形態ではケース体３のブリッジ部分３ｃによって構成されていたが、第２の実施形態ではケース体３とは別部材の板状部材によって構成されている点である。第１の実施形態の赤外線センサ１と同一部分については、同一の番号を付して説明を省略する。

第２の実施形態の赤外線センサ１におけるケース体３の上面には、平面視において２つの焦電素子２ａ、２ｂを共に臨む１つの窓部３ｄが開けられ（図７参照）、この窓部３ｄの中央に、窓部３ｄを両側２つの窓部３ｅ、３ｆに画成するようにして板状部材２１（赤外線遮蔽部材）が固定されている。板状部材２１は、板状部材２１の下面が赤外線透過フィルタ５に接着剤によって固定されてもよいし、板状部材２１の両端が窓部３ｄの縁部に接着剤によって固定されてもよい。

また、板状部材２１の材質は、第１の実施形態におけるケース体３と同様に、例えばカーボンブラック等の顔料をアクリル樹脂やＡＢＳ樹脂に分散させたものの表面をサンドブラスト処理することによって形成されたものであり、黒色に着色されたプラスチックであって、表面につやが生じないように粗面処理されたものであってもよい。

本実施形態の赤外線センサ１による検知動作は、第１の実施形態の赤外線センサ１と同様である。具体的には、検知エリアＡ、Ｂからキャップレンズ４内に進入した赤外線のうち進行方向が適正な焦電素子２ａ、２ｂの方向へ進行しない一部の赤外線Ｒｒは、窓部３ｄの中央に固定された板状部材２１（赤外線遮蔽部材）によって反射することなく吸収され、焦電素子２ａ、２ｂへは到達しない。従って、本実施形態の赤外線センサ１においても、高い精度で検知エリアＡ、Ｂ別に対象物の存在を検知することができる。また、接着剤等によってケース体３に固定された板状部材２１（赤外線遮蔽部材）は、フィルムや塗料によって形成される場合に比べて機械的強度が高い。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る赤外線センサについて、図８乃至図１０を参照して説明する。第３の実施形態に係る赤外線センサ１は、第１の実施形態に係る赤外線センサ１とほぼ同一の構造であり、異なるところは、赤外線遮蔽部材が、第１の実施形態ではケース体３のブリッジ部分３ｃによって構成されていたが、第３の実施形態ではケース体３の上方であってケース体３とキャップレンズ４との間に装入されたスリーブ状部材７（図８）によって構成されている点である。第１の実施形態の赤外線センサ１と同一部分については、同一の番号を付して説明を省略する。

スリーブ状部材７（赤外線遮蔽部材）は、図９（ａ）、（ｂ）に示されるように、外径ｄ１がキャップレンズ４の円筒形状下部４ｂの内径ｄ２と同一であり、高さｈ１が、キャップレンズ４の円筒形状下部４ｂの高さｈ２より僅かに大きい寸法に形成されており、スリーブ内を横方向に２分割する仕切り板部７ｂを有している。換言すると、組み立て時にスリーブ状部材７がキャップレンズ４内に挿入されたとき、スリーブ状部材７の外周とキャップレンズ４の間に隙間が生じず、スリーブ状部材７の下端とケース体３の上面との間にも隙間が生じないように構成されている。スリーブ状部材７の上端開口縁は、上方へ向かって先細りになるように斜めに裁断されており、裁断された斜面部７ａがキャップレンズ４のドーム状上部４ａの曲面に略沿うようになっている。

仕切り板部７ｂは、各レンズ部６ａ、６ｂによって集光された赤外線Ｒａ、Ｒｂが各焦電素子２ａ、２ｂへ入射する光路を遮らないように、平面視において各焦電素子２ａ、２ｂの中間の位置に設けられ（図１０）、仕切り板部７ｂの厚さｓ１は、各焦電素子２ａ、２ｂの離間距離ｓ２とほぼ同一に設定されている。また、スリーブ状部材７は、第１の実施形態におけるケース体３と同様に、例えばカーボンブラック等の顔料をアクリル樹脂やＡＢＳ樹脂に分散させたものの表面をサンドブラスト処理することによって形成されている。なお、ケース体３の上面には、第２の実施形態におけるケース体３と同様に１つの窓部３ｄが開けられている。

本実施形態の赤外線センサ１による検知動作も、第１の実施形態の赤外線センサ１と同様である。具体的には、検知エリアＡ、Ｂからキャップレンズ４内に進入した赤外線のうち進行方向が適正な焦電素子２ａ、２ｂの方向へ進行しない一部の赤外線Ｒｒは、スリーブ状部材７（赤外線遮蔽部材）の仕切り板部７ｂによって反射することなく吸収され、焦電素子２ａ、２ｂへは到達しない。従って、本実施形態の赤外線センサ１においても、高い精度で検知エリアＡ、Ｂ別に対象物の存在を検知することができる。また、スリーブ状部材７（赤外線遮蔽部材）は、フィルムや塗料によって形成される場合に比べて機械的強度が高い。

以上のように、赤外線遮蔽部材は、第１の実施形態では、ケース体３自体のブリッジ部分３ｃによって構成され、第２の実施形態では、ケース体３の窓部３ｄに固定された板状部材２１によって構成され、第３の実施形態では、ケース体３の上面とキャップレンズ４との間に挿入されたスリーブ状部材７によって構成されるが、いずれの実施形態においても、赤外線遮蔽部材は、キャップレンズ４の内部に進入した赤外線のうち適正ではない方向に向かう一部の赤外線を吸収して、赤外線検出部（焦電素子２ａ、２ｂ）へ到達することを防止するので、赤外線検出部からの検知出力に基づいて高い精度で検知エリアＡ、Ｂ別に対象物の存在を検知することができる。

本発明の第１の実施形態に係る赤外線センサを示す側断面図。（ａ）は同赤外線センサのキャップレンズの側断面図、（ｂ）は同赤外線センサの赤外線検出部を収納するケース体の側断面図。同赤外線センサにおけるケース体の平面図。同赤外線センサにおける赤外線検出部の配置を示す平面図。同赤外線センサにおける赤外線検出部の回路を示す図。本発明の第２の実施形態に係る赤外線センサを示す側断面図。同赤外線センサにおけるケース体の平面図。本発明の第３の実施形態に係る赤外線センサを示す側断面図。（ａ）は同赤外線センサのキャップレンズの側断面図、（ｂ）は同赤外線センサのスリーブ状部材の側面図、（ｃ）は同赤外線センサの赤外線検出部を収納するケース体の側断面図。同赤外線センサにおけるケース体の平面図。従来の赤外線センサによって人間と犬等の小動物とを区別して検知する原理を示す説明図。

符号の説明

１赤外線センサ
２ａ、２ｂ焦電素子（赤外線検出部）
３ケース体
３ｃブリッジ部（赤外線遮蔽部材）
６ａ、６ｂレンズ部（集光レンズ）
７スリーブ状部材（赤外線遮蔽部材）
２１板状部材（赤外線遮蔽部材）
Ａ、Ｂ検知エリア

Claims

検知エリアの異なる２つの赤外線検出部を持つ多出力型の赤外線センサにおいて、
前記赤外線検出部に光を集光する集光レンズと、
前記赤外線検出部を覆い、前記集光レンズに向いた面に窓部が形成され、かつ前記赤外線検出部と集光レンズとの位置関係を規定するケース体と、を備え、
前記集光レンズは、前記ケース体の窓部から外方に向けて突出し、内部に空間を有するキャップ部材の上部に形成され、
前記ケース体と前記集光レンズとの間には、前記キャップ部材の内部の空間に隙間なく密着して収納され、かつ、表面が光を反射することなく吸収するように加工され、前記集光レンズから入射した光の前記ケース体の窓部にまで至る光路を形成するスリーブ状部材が装入され、
前記スリーブ状部材は、前記集光レンズに近接した位置から前記ケース体の窓部まで直線状に延びて、該スリーブ状部材内の光路を２分割する仕切り板部を有することを特徴とする赤外線センサ。