JPH08114500A - チョッパ式赤外線センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置の設計が制限されることなく、外部から
の振動によりチョッパが誤動作したり破損したりするこ
とのないチョッパ式赤外線センサを提供する。 【構成】 赤外受光素子基板５の表面に複数の赤外線受
光素子３を配設し、赤外線受光素子３の配設領域を覆う
チョッパ６をチョッパ固定部11により固定して図の矢印
の方向への移動が自在となるようにして設ける。チョッ
パ６は高抵抗体を有する絶縁フィルム10により形成し、
チョッパ６には赤外線受光素子３に赤外線を導く複数の
赤外線透過穴４を形成し、赤外受光素子基板５の表面側
にはチョッパ６に近接対向するようにチョッパ６のスラ
イド方向に間隔を介して複数の電極８を配設し、電極８
の静電気の切り換えによりチョッパ６の高抵抗体を動か
してチョッパを赤外受光素子基板５に対してスライド移
動させる直流３値電位切り換えのチョッパ駆動端子15を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば赤外線マイクロ
センサ等に用いられるチョッパ式赤外線センサに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図４には、従来のチョッパ式赤外線セン
サの一例の要部が平面図により示されている。同図にお
いて、赤外受光部として機能する赤外受光素子基板５の
表面には１個以上の赤外線受光素子３が配設されてお
り、赤外受光素子基板５の上部側には赤外線受光素子３
の配設領域を覆うポリシリコン等により形成した櫛歯形
状のチョッパ６が設けられており、チョッパ６には赤外
線受光素子３に赤外線を導く１個以上の赤外線透過穴４
と、櫛歯形状の周り側に導電膜を形成した電極部26が設
けられており、チョッパ６は４本の梁部27に支持された
状態でチョッパ固定部11により赤外受光部５に固定され
ている。

【０００３】チョッパ６の電極部26と対向して櫛歯形状
のチョッパ駆動電極28が設けられており、チョッパ駆動
電極28に交流電圧を印加すると、チョッパ６はチョッパ
駆動電極28の静電力により図の矢印のように左右に振動
するようになっており、このようにチョッパ６が振動す
ることによりチョッパ６に形成されている赤外線透過穴
４が同図のように赤外線受光素子３の上部側に位置し、
赤外線透過穴４を介して赤外線が赤外線受光素子３に導
かれたり、赤外線透過穴４が赤外線受光素子３の上部側
からずれて、赤外線受光素子３に入射する赤外線がチョ
ッパ６により遮断されたりするようになっており、赤外
線センサは、このような動作により赤外線受光素子３へ
の赤外線の入射および遮断を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チョッ
パ６はチョッパ固定部11により固定されているだけで、
細い梁部27により支持されて常に赤外受光素子基板５に
対して図の矢印の方向に移動可能となっているために、
チョッパ駆動機構28からの静電力が加えられていないと
きにでも、例えば外部から赤外線センサに振動が加わっ
たりしたときに、図の矢印のように振動してしまうこと
があり、そうすると上記赤外線検出素子３への赤外線の
入射および遮断の動作が適当に行われず、赤外線センサ
が誤動作してしまうといった問題があった。また、その
ように赤外線センサに外部からの振動が加わっただけで
もチョッパ６が振動してしまうために、仮に赤外線セン
サを落下させる等して赤外線センサに大きな振動が加わ
ったときには梁部27が折れてしまうといった問題もあっ
た。

【０００５】さらに、チョッパ６はチョッパ駆動電極28
の静電力により移動するように構成されているために、
チョッパ６の電極部26とチョッパ駆動電極28との間隔を
小さくし、電極部26側の櫛歯とチョッパ駆動電極28側の
櫛歯をたくさん作らないとチョッパ６の左右方向の変位
を大きくすることができないが、そのように、電極部26
とチョッパ駆動電極28との間隔を小さくし、両者の櫛歯
をたくさん作るためには非常に細長い櫛歯形状の電極部
26とチョッパ駆動電極28とを作製しなければならず、そ
のように細長い櫛歯形状の電極部26およびチョッパ駆動
電極28を作製することは非常に困難であった。そのた
め、図４に示したような赤外線センサは、チョッパ６の
左右方向の変位を大きくすることができず、そのため、
赤外線受光素子３の大きさや配設間隔等が制限され、赤
外線センサの設計が制限されていた。

【０００６】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、チョッパのスライド
方向への移動の変位を大きくすることが可能であり、赤
外線センサの設計が制限されず、しかも外部から加えら
れる振動によりチョッパが誤動作したり破損したりする
ことのないチョッパ式赤外線センサを提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のように構成されている。すなわち、本
発明は、表面に１個以上の赤外線受光素子を配設した赤
外受光部を備え、該赤外受光部には赤外線受光素子の配
設領域を覆うチョッパがスライド方向への移動が自在に
設けられており、該チョッパは高抵抗体を有する遮光体
により形成され、チョッパには赤外線受光素子に赤外線
を導く１個以上の赤外線透過穴が形成されており、前記
チョッパに近接対向する赤外受光部の表面側には複数の
電極が前記チョッパのスライド方向に間隔を介して配設
されており、該電極の静電気の切り換えにより前記高抵
抗体を動かしてチョッパを赤外受光部に対してスライド
移動させる直流３値電位切り換え駆動手段が設けられて
いることを特徴として構成されている。

【０００８】

【作用】上記構成の本発明において、高抵抗体を有し、
赤外線受光素子に赤外線を導く１個以上の赤外線透過穴
が形成されているチョッパは赤外受光部にスライド方向
への移動が自在に設けられており、チョッパに近接対向
する赤外受光部の表面側にチョッパのスライド方向に間
隔を介して配設されている複数の電極の静電気の切り換
えを直流３値電位切り換え駆動手段により行うと、その
静電気の切り換えによりチョッパの高抵抗体が動かさ
れ、チョッパが赤外受光部に対してスライド移動し、赤
外線透過穴による赤外線受光素子への赤外線の導入（入
射）および遮断が自在に行われる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一名
称部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
図１には、本発明に係るチョッパ式赤外線センサの一実
施例の要部構成の平面図が示されており、図２の（ａ）
には図１のＡ−Ａ′断面図が示されており、図２の
（ｂ）には図１のＢ−Ｂ′断面図が示されており、図２
の（ｃ）には図１のＣ−Ｃ′断面図が示されている。こ
れらの図に示すように、本実施例でも、従来例と同様
に、直方体形状の赤外受光素子基板５の表面には複数の
赤外線受光素子３がアレイ状に配設されており、赤外受
光素子基板５には赤外線受光素子３の配設領域を覆うチ
ョッパ６がチョッパ固定部11により固定され、梁部27に
より支持されてスライド方向（図１の矢印方向）への移
動が自在に設けられており、チョッパ６には複数の赤外
線透過穴４が形成されている。

【００１０】本実施例が従来例と異なる特徴的なこと
は、図３に示すように、チョッパ６は、例えば、カーボ
ン微粒子を含んだ高分子膜等の高抵抗体９を有する遮光
体により形成されており、赤外受光素子基板５の表面側
には複数の帯状の電極８がチョッパ６のスライド方向に
間隔を介して配設されていることと、電極８の電位を＋
Ｖ電位と−Ｖ電位と±０電位の直流３値電位により切り
換えて、電極８の静電気の切り換えを行い、それにより
前記高抵抗体９を動かして、図１の矢印に示すように、
チョッパ６を赤外受光素子基板５に対してスライド移動
させる直流３値電位切り換え駆動手段として機能するチ
ョッパ駆動端子15が設けられていることである。

【００１１】なお、図３に示すように、チョッパ６はポ
リイミド等の絶縁フィルム10の表面側に高抵抗体９の遮
光膜を形成して遮光体としたものであり、図１に示すよ
うに、本実施例の赤外線センサには、従来の赤外線セン
サのチョッパ６のように櫛歯形状の電極部26は設けられ
ていない。また、チョッパ式赤外線センサには赤外線受
光素子３により受光した赤外線受光信号を出力するセン
サ出力端子14が設けられている。

【００１２】本実施例は以上のように構成されており、
本実施例のチョッパ式赤外線センサを作製するときに
は、まず、赤外受光素子基板５に赤外線受光素子３を配
設し、その後、電極８をチョッパ６のスライド方向に間
隔を介して配設する。次に、絶縁フィルム10により赤外
受光素子基板５の表面側全体を覆い、チョッパ固定部11
により絶縁フィルム10を接着し、絶縁フィルム10上のチ
ョッパ６となる部分に高抵抗体９の遮光膜を形成し、こ
の反射膜をマスクとして前記絶縁フィルム10をエッチン
グすることにより図１に示したように複数の赤外線透過
穴４および梁部27を有するチョッパ６を形成してチョッ
パ式赤外線センサが作製される。

【００１３】次に、本実施例のチョッパ式赤外線センサ
の動作について説明する。例えば、図３の（ａ）に示す
ように、チョッパ駆動端子15ａにプラス（＋Ｖ）の電圧
を印加し、チョッパ駆動端子15ｂにマイナス（−Ｖ）の
電圧を印加し、チョッパ駆動端子15ｃには電圧を印加し
ない状態とすると、チョッパ駆動端子15ａに接続されて
いる電極８ａにはプラスの電荷が帯電し、このとき、こ
の電極８ａに近接対向しているチョッパ６の表面側（図
のＡの部分）には電極８に帯電している電荷とは逆のマ
イナスの電荷が帯電し、同様に、チョッパ駆動端子15ｂ
に接続されている電極８ｂにはマイナスの電荷が帯電
し、この電極８ｂと近接対向しているチョッパ６の表面
側（図のＢの部分）の高抵抗体９にはプラスの電荷が帯
電し、チョッパ駆動端子15ｃに接続されている電極８ｃ
およびこの電極８ｃに対向しているチョッパ６の高抵抗
体９表面（図のＣの部分）には電荷が帯電しない状態と
なる。

【００１４】なお、このように、本実施例では、常にチ
ョッパ駆動端子15により電極８に電圧が印加されてお
り、それにより電極８が帯電し、チョッパ６と引き合っ
てチョッパ６が受光素子基板５に密着、または、ほぼ密
着した状態となっている。

【００１５】そして、図３の（ｂ）に示すように、チョ
ッパ駆動端子15ａ〜15ｃに印加する電圧を切り換えて、
チョッパ駆動端子15ａに接続されている電極８ａには−
Ｖの電荷を印加し、チョッパ駆動端子15ｂに接続されて
いる電極８ｂには＋Ｖの電圧を印加し、チョッパ駆動端
子15ｃに接続されている電極８ｃには−Ｖの電圧を印加
すると、電極８ａ〜８ｃの静電気の切り換えが行われ、
電極８ａ〜８ｂに帯電する電荷は瞬時に入れ換わり、電
極８ａ，８ｂ，８ｃに帯電する電荷はそれぞれ−，＋，
−となるが、チョッパ９の表面側の電荷は高抵抗体９に
より妨げられ、瞬時に切り換わることはできず、元の位
置に留まる。

【００１６】そして、図３の（ｃ）に示すように、電極
８ｂに帯電しているプラスの電荷と高抵抗体９のＡの部
分に帯電しているマイナスの電荷が引き合い、電極８ｃ
に帯電しているマイナスの電荷と高抵抗体９のＢの部分
に帯電しているプラスの電荷とが引き合い、高抵抗体９
が図の矢印に示すように右側に動き、それによりチョッ
パ６が右側に移動する。

【００１７】なお、このとき、図３の（ｅ）に示すよう
に、仮に図のＢに示した部分のプラスの電荷と電極８ａ
に帯電しているマイナスの電荷とが引き合ってチョッパ
６が左側に移動したとすると、図のＡに示した部分のマ
イナスの電荷と電極８ｃに帯電しているマイナスの電荷
とが反発してしまうために、実際にはチョッパ６がこの
ように図の左側に移動することはなく、図３の（ｃ）に
示したように図の右側に移動することとなる。

【００１８】そして、図３の（ｄ）に示すように、チョ
ッパ駆動端子15ｃに＋Ｖの電圧を印加したときには、図
のＢに示した部分のプラスの電荷と電極８ａに帯電して
いるマイナスの電荷とが引き合い、高抵抗体９のＡの部
分のマイナスの電荷と電極８ｃに帯電しているプラスの
電荷とが引き合い、チョッパ６は図の矢印に示すように
図の左側にスライド移動する。そして、このようなチョ
ッパ６のスライド移動により、チョッパ６の赤外線透過
穴４から赤外線受光素子３への赤外線の導入および遮断
が行われる。

【００１９】なお、上記のように、チョッパ６を作動し
ていないときには電極８ａ，８ｂにのみ電圧を印加し、
電極８ｃには電圧を印加しない状態として電極８に対向
する高抵抗体９側にも電荷が帯電していない領域を形成
しておき、その状態でチョッパ駆動端子15の直流３値電
位切り換えを行うことによりチョッパ６の移動方向が所
望の方向に選択され、同方向への移動が繰り返されてチ
ョッパ６の変位が調整される。

【００２０】本実施例によれば、上記動作により、チョ
ッパ駆動端子15ａ〜15ｃに印加する電圧を切り換えて電
極８ａ〜８ｃの静電気の切り換えを行うことにより、高
抵抗体９を動かしてチョッパ６を所望のスライド方向に
自在に赤外受光素子基板５に対してスライド移動させる
ことが可能となり、上記のようなチョッパ駆動端子15ａ
〜15ｃの直流３値電位切り換えを繰り返し行うことによ
り、チョッパ６をスライド方向へ移動させる変位も所望
に制御することができ、従来のようにチョッパ６の変位
を大きくすることが困難であるといったことはなく、チ
ョッパ６の変位を大きくすることもできる。そのため、
本実施例の赤外線センサは、従来の赤外線センサのよう
にチョッパ６の変位を大きくすることができずに赤外線
受光素子３の大きさや配設間隔が制限されることはな
く、そのために赤外線センサの設計が制限されることも
ない。

【００２１】また、本実施例によれば、従来のチョッパ
式赤外線センサのように、チョッパ６に作製が困難な櫛
歯形状の電極部26を形成する必要がないために、チョッ
パ６の作製は非常に容易であり、しかも、チョッパ６に
は配線等も必要でないために、その分だけチョッパ６の
構造を簡略化することが可能となる。

【００２２】さらに、本実施例では、電極８はチョッパ
６に近接対向しており、チョッパ６はチョッパ駆動端子
15により印加された電圧に対応して帯電した電極８と高
抵抗体９側に帯電した電荷とが引き合った状態でチョッ
パ６と赤外受光素子基板５とが接しているために、たと
え赤外線センサの外部から赤外線センサに振動が加えら
れても、その振動によりチョッパ６が振動することはな
く、チョッパ６は、チョッパ駆動端子15の直流３値電位
切り換えが行われるときのみ電極８の静電気の切り換え
により移動するために、従来のように赤外線センサの外
部から振動が加えられたときにその振動によりチョッパ
６が振動して赤外線センサが誤動作するといったことは
なく、たとえ赤外線センサを落下したとしてもそのとき
の振動によりチョッパ６が振動し、チョッパ６を支持し
ている梁部27が破損したりするといったことを防ぐこと
ができる。

【００２３】さらに、本実施例によれば、チョッパ６と
赤外受光素子基板５とは常に密着している状態であるた
めに、赤外線透過穴４によりアレイ状に配設されている
赤外線受光素子３に導かれる赤外線は常に適切な状態で
導かれることとなり、赤外線受光素子間に導かれる赤外
線の干渉を防ぐことができる。

【００２４】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では、電極８は帯状の電極としたが、電極８は必
ずしも帯状の電極とするとは限らず、例えば円形状の電
極としてもよく、三角形状の電極としてもよく、電極８
の形状はいかなる形状でも構わない。また、電極８の配
設間隔や配設数も特に限定されるものではなく、適宜設
定されるものである。

【００２５】また、上記実施例では、赤外線受光素子３
は正方形状の素子とし、縦横３個ずつ合計９個等間隔で
配設したが、赤外線受光素子３の形状や大きさ、配設
数、配設間隔等は特に限定されるものではなく、１個以
上の赤外線受光素子３が赤外受光素子基板５に形成され
ていれば赤外線受光素子３の配設数や配設間隔等は適宜
設定されるものである。

【００２６】さらに、赤外線透過穴４の形状や大きさ、
形成数等も特に限定されるものではなく、例えば、赤外
線受光素子３に合わせる等して赤外線透過穴４の大き
さ、形状、配設数、配設間隔等は適宜設定されるもので
ある。

【００２７】さらに、上記実施例では、梁部27は４本形
成し、４本の梁部27によりチョッパ６を支持するように
構成したが、例えば、２本の梁部27によりチョッパ６を
支持するようにしてもよく、６本の梁部27によりチョッ
パ６を支持するようにしてもよく、梁部27の数等は適宜
設定されるものである。

【００２８】さらに、上記実施例では、絶縁フィルム10
の表面側に高抵抗体９を形成したが、例えば、フィルム
に絶縁膜を形成して絶縁膜の表面側に高抵抗体９を形成
してもよく、チョッパ６は高抵抗体を有する遮光体によ
り形成すれば構わない。

【００２９】さらに、上記実施例では、直方体形状の赤
外受光素子基板５を有する赤外線センサとしたが、赤外
受光素子基板５の形状は直方体形状に限定されるもので
はなく、例えば、円筒形状等の他の形状の赤外受光素子
基板としても構わない。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、高抵抗体を有し、１個
以上の赤外線透過穴を形成したチョッパが赤外受光部に
スライド方向への移動が自在に設けられており、チョッ
パに近接対向する赤外受光部の表面側にはチョッパのス
ライド方向に間隔を介して配設されている複数の電極の
静電気の切り換えを直流３値電位切り換え駆動手段によ
り行うことにより、前記高抵抗体を動かしてチョッパを
赤外受光部に対して自在にスライド移動することが可能
となり、チョッパと赤外受光部とが引き合いながら移動
するため、たとえ赤外線センサに外部から振動が加えら
れたとしてもその振動によりチョッパが振動して赤外線
センサが誤動作することはなく、チョッパの赤外線透過
穴により適切に赤外線受光素子へ赤外線を導くことがで
きる。

【００３１】また、チョッパを移動させないときにも直
流３値電位切り換え駆動手段により電極に電圧を印加
し、それにより電極側に電荷を帯電させ、チョッパ側に
も電荷を帯電させておけば、チョッパを静電力により常
に赤外受光部側に固定（密着、または、ほぼ密着）した
状態とすることができるために、たとえ赤外線センサを
落下させる等してチョッパに大きな振動が加わってもチ
ョッパが破損することを防ぐことができる。また、その
ように、チョッパと赤外受光部とが常に密着、あるいは
ほぼ密着している状態であるため、赤外線透過穴から赤
外線受光素子に導かれる赤外線は常に適切な状態で導か
れ、複数の赤外線受光素子をアレイ状に配設した場合に
も赤外線受光素間に赤外線の干渉が生じることを防止す
ることができる。

【００３２】さらに、本発明では、チョッパの移動は電
極の配設状態に対応してその変位を大きくすることも小
さくすることも可能であり、従来のようにチョッパの変
位を大きくすることが困難であるといったことはなく、
チョッパの変位を自在に制御することができるために、
赤外線受光素子の大きさや配設間隔等を所望のものとす
ることが可能となり、赤外線センサの設計が制限される
いったことはない。しかも、従来のチョッパ駆動電極に
よりチョッパを移動させる赤外線センサと異なり、本発
明ではチョッパ側には配線等が必要ではないために、装
置の構造を簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るチョッパ式赤外線センサの一実施
例の要部構成を示す平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ′断面図（ａ）、Ｂ−Ｂ′断面図
（ｂ）、Ｃ−Ｃ断面図（ｃ）である。

【図３】上記実施例の動作を示す説明図である。

【図４】従来のチョッパ式赤外線センサの一例を示す要
部説明図である。

【符号の説明】

３ 赤外線受光素子 ４ 赤外線透過穴 ５ 赤外受光素子基板 ６ チョッパ ８，８ａ，８ｂ，８ｃ 電極 ９ 高抵抗体 15，15ａ，15ｂ，15ｃ チョッパ駆動端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に１個以上の赤外線受光素子を配設
   した赤外受光部を備え、該赤外受光部には赤外線受光素
   子の配設領域を覆うチョッパがスライド方向への移動が
   自在に設けられており、該チョッパは高抵抗体を有する
   遮光体により形成され、チョッパには赤外線受光素子に
   赤外線を導く１個以上の赤外線透過穴が形成されてお
   り、前記チョッパに近接対向する赤外受光部の表面側に
   は複数の電極が前記チョッパのスライド方向に間隔を介
   して配設されており、該電極の静電気の切り換えにより
   前記高抵抗体を動かしてチョッパを赤外受光部に対して
   スライド移動させる直流３値電位切り換え駆動手段が設
   けられていることを特徴とするチョッパ式赤外線セン
   サ。