JPS62237329A - 照度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は広い照度範囲、例えば２０００００１ＬＩＸ　
　（ルクス）の範囲において照度に比例した電気的情報
を発生すべくなされた照度センサに関する。

背景技術 一般的に、照度を測定する装置は、通常、例えば、フォ
トダイオード若しくはフォトトランジスタの４口き光電
素子からなるか、若しくはこれらを用いたセンサを冑す
る。

今日においては、かかる装置を作るために該光電素子か
用いられるが、該光電素子は、しばしば、多くの欠点を
をする。かかる欠点のうちの第１の欠点は、照度の関数
として該センサによって発生せしめられる信号が非直線
性であり、該非直線性のため、該センサの下段において
比較的複雑で且つ高価な直線化回路を使用する必要があ
ることである。第２の欠点は、照度が増すと該光電素子
は極めて急速に飽和し、これによって該光電素子が７Ｉ
ｌｌｌ定できる照度範囲が限定される点である。第３の
欠点は該光電素子の開口角が極めて狭く、該開口角を拡
げることを目的として広角光学装置、あるいは光学案内
回路を用いなければならなくなる点である。

発明の目的 本発明はかかる欠点を解消すべく、極めて構造か簡単で
あり１つ低順なセンサの構造を提供することを目的とす
る。

発明の要点 本発明によるセンサは、特に、半透明材料から形成され
且つ測定さるべき光線に対して露呈される底部を釘する
スリーブと、該スリーブ内に配設され且つ該スリーブの
底部に対して連設された受光面を有する光電素子と、該
光電素子と該スリーブとを接合する手段とを有する。

該センサにおける該底部は、該半透明材料の拡散特性に
よって、入射光を該光電素子の光電的視野内における無
限遠光源に変換する役割を果す。

これによって、光電素子の開口角に関する問題点が解決
される。

従って、９０°に近い入射角を有する光線によって発生
される照度を測定することが、平坦な外周１ｍを一ｑす
る底部の場合において可能となる。

従って、凸形状例えば、円錐形若しくは球形の外側の面
を有する底部を用いることによって著しく改良された結
果が得られる。

更に、凸形状外側の而と凹形状内側の面とからなる凹凸
形状の底部を用いることによって、拡散光か該光電素子
の感光面上に集光せしめられる。

史に、該底部によって拡散された光線を捕集することに
よって該センサの性能を改良することかできる。この目
的のために、該スリーブの内壁、少なくとも該底部と該
光電素子との間の領域を光学的反射部Ｈによって被覆す
ることかできる。

該底部に配設される物質の厚みによって、入射光線に対
する該拡散光の減衰率が決定されることは重要である。

従って、該減衰率は該光電素子の飽和を防止して該光電
素子の応答が照度の関数として直線的に変化する領域に
おいて該光電素子が動作することを保証すべく配設され
るのである。

上記の理由から、本発明は底部が比較的分厚いスリーブ
を提供し、該底部の厚みは調整され且つ所望の使用法に
合うようにユーザによって機械加工される。

本発明の他の特徴に従って、該光電素子を該スリーブ内
に固定する手段は、例えば、エラストマの如き透明材料
からなる被覆から形成され、少なくとも該光電素子及び
その接続部材と該スリーブとの間の自由な容積が該被覆
によって満たされる。

該被覆は、かかる固定機能に加えて、該スリーブの底部
と、一般的に、該光電素子の感光部に対して連設される
該光電素子の窓との間の光学的連続性を提供する。

該被覆の屈折率は該窓を形成する透明材料の屈折率と略
等しくなるように選ばれるのが有利である。

実施例 第１図に示すように、フォトトランジスタ１はケース３
に囲繞された半導体２からなり、ケース３は光線に感応
する半導体素子２の受光面に対して連設された窓４を有
する。窓４はガラスをインサートして形成され、その外
側の面は凸状である。

半導体素子２は、更に、図に示した実施例においては、
正電圧源６、例えば１５Ｖに接続されたコレクタ電極５
と、例えば７２０Ωの抵抗８を介して接地されているエ
ミッタ電極７とを有する。

第２図は０から２０００００Ｉｕｘまで変化する照度に
対してフォトトランジスタ１内を流れる電流１ｃの変化
を示す曲線８′を示している。第２図から明らかなよう
に、電流Ｉｃは零から始まって直線的に急速に増加し２
５０００Ｉｕｘの照度において約１５ｍＡに達する。曲
線８′はこの値において弯曲し、次に、電流ＩＣは２１
００００１ｕｘの照度範囲まで２０ｍＡのレベルに安定
せしめられる。該電流値の安定はフォトトランジスタ１
の飽和現象によるものである。該飽和現象のために、フ
ォトトランジスタ１は限られた照度範囲、すなわち、こ
の場合には０から２５０００Ｌｕｘの範囲においてしか
直接使用することができないことが明らかである。

第３図に示す曲線９から明らかなように、該センサにお
ける電流１ｃの５０％の減衰率（δ−Ｉｃ／Ｉ頓）に対
する開口角θは極めて小さい（±１８°）。

第４図に示すセンサはこれらの３つの欠点を全て解消す
るものである。

該センサは円筒形断面を有するスリーブ内に装管された
第１図に示すタイプのフォトトランジスタ１０を有し、
該スリーブの底部１２は厚さがｅであり且つ円錐形の凸
面１３と同じく円錐形の内側四面１４とを有する。明ら
かに、スリーブ１１の大きさは用いられるフォトトラン
ジスタの大きさに依存する。従って、一般的に使用され
るフォトトランジスタ、例えばＲＴＣ社によって商品化
されたＢＰＸ３１タイプのフォトトランジスタの場合に
は、スリーブ１１の外径は３．４ｍｍであり、長さは１
０ｍｍ以下である。既に延べたように、スリーブ１１は
光線の拡散性が高い半透明物質によって形成することが
できる。スリーブ１１は該センサを機械的に保護するの
に十分な堅牢性ををする。更に、スリーブ１１は光学的
特性が変化しないぐらい腐食に対して充分強く且つ不活
性である。

更に、スリーブ１１の底部１２は受光領域を形成し、全
ての光学的部品と同様に完全に清掃されていなければな
らないが、スリーブ１１の耐腐食強度及び腐食進行度は
、底部１２の外表面の清帰剤に光学的特性が変化するこ
となく充分耐える程度でなければならない。

デュポン社によって商品化された「デルリン」という白
い半透明プラスチック材料によって極めて良好な結果が
得られる。

該センサにおいては、フォトトランジスタ１０と電気計
ｄｌ１１回路との間の電気的接続はフォトトランジスタ
１０のエミッタとコレクタに各接続された導線１５．１
６によってなされ、導線１５．１６はスリーブ１１内を
軸方向に伸長せしめられ且つ底部１２の反対側開口部１
７を介して外に出ている。

フォトトランジスタ１０はスリーブ１１内に配設された
導線１５．１６と共に透明プラスチック何科１８、例え
ばフォトトランジスタ１０の窓を形成するガラス・イン
サート２０に近い屈折率を有するエラストマによって被
覆されることによって保持される。

かかるエラストマによって被覆する目的は単に機械的機
能のためだけではない。

実際、これによって該センサの完全なシールもなされる
のである。更に、該エラストマ被覆によってフォトトラ
ンジスタ１０の受光面と底部１２間の容積が埋められて
底部１２によって拡散せしめられた光学的放射線の連続
性か確保される。特に、もし該容積の屈折率が異なる場
合（例えば譲容積が空洞である場合）には、その光学的
不連続性によってフォトトランジスタ１０のインサート
２０の表面において該光学的放射線が影響されるか、か
かる影響が上記光学的連続性によって防止される。　第
４図に示すセンサの場合、底部］２の外側の而１３にお
ける円錐形の頂角は該センサの開口角を出来るだけ大き
くすべく略２４０°になされている。

上記のセンサの特性を第５図及び第６図に示す。

第５図は電流１ｃ（曲線２２）は照度Ｅの関数として直
線間に従うことを示しており、該直線性は２０００００
　ｌ　ｕｘ以上の照度に対しても維持される。

更に、第６図から明らかなように、電流Ｉｃの５０９６
減衰に対する開口角は±６０°に増加せしめられ、一方
、有効角度は±９０°に維持され且つその場合の減衰率
（曲線２３）は７５％である。

また、スリーブ１１が円筒形であることによって、該セ
ンサの装着は極めて簡素化される。図から明らかなよう
に、スリーブ１１は、例えば担持構造２４における対応
する直径を有する孔に容易に嵌合せしめられる。

言うまでもなく、本発明は上記の形状のスリーブに限定
されるものではない。

従って、該スリーブの外側の面は第７図において実線（
参照符号２５）によって示すように平坦であってもよい
。第６図において破線にて示した曲線２６から明らかな
ように、かかる平坦な面を有するセンサにおいては、性
能は低下するけれども高入射角の場合には重要である。

更に、該スリーブの底部を比較的分厚く　（該スリーブ
の厚みの数倍程度に）してもよく、これによって、ユー
ザは口論み通りの応用方法を得ることができる。第７図
においては、かかる分厚くなれた底部が破線にて示され
ている（参照符２７）。

特に、オペレータは該底部の厚さを、例えば、破線２８
て示す厚さに調整して所望の減衰率を得ることができる
。

言うまでもなく、オペレータは担持部の前面を連続形状
とし且つ該センサが担持面から突出したり凹んたりしな
いようにすべく、該底部を調整することかできる。

従って、第７図においては破線で示された曲線２つは該
担Ｆｊｊ部（同様に、破線にて図示）の前面の３０の曲
率に適した該底部の外径を示す。

第８図に示す実施例においては、フォトトランジスタ１
０と底部１２との間に配設されたスリーブ３２の内側円
筒面３１は反射コーティング３３によって被覆され、フ
ォトトランジスタ１０の受光面−Ｌに底部１２によって
拡散された光線の一部が反射コーティング３３によって
反射される。

以上のごとく、本発明によるセンサは特に極めて厳密な
環境状態の元で使用できる点、小型であること及びその
外形形状、構造及び使用方法が簡単である点、センサ感
度が所望の照度様式に容易に適合し得る点、開口角は多
少減少せしめられるものの、許容適応範囲内に維持され
る程度に該センサの端部形状を形成し得る点において特
に有利である。

結果として、該センサは高度な技術分野においてのみな
らず、一般的な分野においても用いることかできる。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来のフォトトランジスタの組立品を示す図で
あり、第２図及び第３図は各、従来のフオドトランジス
タの応用曲線を照度の関数として示したグラフ及び減衰
率を光線の入射角の関数として示したグラフであり、第
４図は本発明によるセンサの軸方向の断面図であり、第
５図及び第６図は第４図に示したセンサの性能を示した
第２図及び第３図と同様のグラフであり、第７図及び第
８図は本発明によるセンサの構造の変形例を軸方向断面
によって示した図である。 −主要部分の符号の説明 １．１０・・・・・・フォトトランジスタ２・・・・・
・半導体素子　　　３・・・・・・ケース４・・・・・
・窓　　　　　　　５・・・・・・コレクタ電極７・・
・・・・エミッタ電極 ８・・・・・・抵抗　　　　　１１・・・・・・スリー
ブ１２・・・・・・底部　　　　　１３・・・・・・凸
表面１４・・・・・・内側凹面　　　１５．１６・・・
・・・導線１７・・・・・・開口部 １８・・・・・・透明プラスチック材料２０・・・・・
・ガラス・インサート

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　広い照度範囲に亘って照度に比例した電気的情
   報を発生すべくなされた照度センサであり、半透明材料
   から形成され且つ照度測定さるべき光線に露呈される底
   部を有するスリーブと、前記スリーブ内に配設され且つ
   前記底部に対して連設された受光面を有する光電素子と
   、前記光電素子と前記スリーブとを接合する手段とから
   なる照度センサ。 （２）　前記底部の外側の面が平坦若しくは凸形状であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセンサ
   。 （３）　前記底部の外側の面が円錐形若しくは球形であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項及び第２項の
   うちいずれか１つに記載のセンサ。（４）　前記底部の
   内側の面が凹形状であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第３項のうちのいずれか１つに記載のセ
   ンサ。 （５）　前記底部が凸形状外面と凹形状内面とからなる
   凹凸形状になされていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第４項のうちのいずれか１つに記載のセ
   ンサ。 （６）　前記底部の厚さが調整自在であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第５項のうちのいずれ
   か１つに記載のセンサ。 （７）　前記底部は前記スリーブの厚さの数倍の厚さを
   有し、ユーザが切断及び／または機械加工によって加工
   できるようになされていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ないし第６項のうちのいずれか１つに記載の
   センサ。 （８）　前記底部によって拡散された光線を捕集するた
   めの手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第７項のうちのいずれか１つに記載のセンサ。 （９）　前記拡散光捕集手段は前記スリーブ内における
   前記光電素子と前記底部との間に配設された少なくとも
   １つの光学的反射部材からなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項ないし第８項のうちのいずれか１つに記
   載のセンサ。 （１０）　前記スリーブ内に前記光電素子を固定するた
   めの前記手段は透明プラスチック材料から形成された被
   覆からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
   し第９項記載のセンサ。（１１）　前記プラスチック材
   料がエラストマであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１０項記載のセンサ。 （１２）　前記プラスチック材料は前記光電素子の透明
   な窓と略等しい屈折率を有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１０項及び第１１項のうちのいずれか１つに
   記載のセンサ。 （１３）　前記スリーブを形成する材料が半透明プラス
   チック材料であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第１２項のうちの１つに記載のセンサ。 （１４）　前記プラスチック材料が白い「デルリン」で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１３項記載のセ
   ンサ。 （１５）　前記光電素子がフォトトランジスタであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１４項の
   うちのいずれか１つに記載のセンサ。