サーモパイル型赤外線検出装置

【課題】スポットエリア検出用サーモパイル型赤外線検出装置於いて、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズは、フレネルレンズの構造上、赤外線受光素子への集光率を向上させる為、集光角度を調整する為のプリズム形状を複数設ける際に、段差が発生し、この段差壁面より、検出対象領域外からの放射赤外線が入射してしまい、赤外線受光素子が受光してしまう事で、検出領域が拡大すると云う課題がある。
【解決手段】迷光を防止し、スポットエリア検出を行うにあたり、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズとサーモパイル型赤外線検出器の間に、2つの樹脂成形分割パーツを溶着接合し、且つ、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズへ圧入し、一体化させたアパチャ内蔵高密度ポリエチレン集光レンズを設置・具備させた事を特徴とするサーモパイル型赤外線検出装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系として、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズ、ミラーを用いたスポットエリア検出用サーモパイル型赤外線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられている一般的なスポットエリア検出用サーモパイル型赤外線検出装置は、サーモパイル型赤外線検出器内部に配置された赤外線受光素子へ検出対象領域内からの放射赤外線を集光させる光学レンズを、サーモパイル型赤外線検出器内部に配置された赤外線受光素子サイズ及び検出対象領域からなる焦点距離を考慮した光学設計の位置に配置され使用されている。
【０００３】
サーモパイル型赤外線検出器内部に配置された赤外線受光素子へ検出対象領域内からの放射赤外線を集光させる光学レンズには、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズが使用されており、サーモパイル型赤外線検出器の前面に設置・具備される事で、焦点距離を長く設ける事が可能となり、それに伴い、検出対象領域をスポット化する事が可能な構成としている。
【特許文献１】特願２００８−２８５５３９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の手法ではサーモパイル型赤外線検出器内部に配置された赤外線受光素子へ検出対象領域内からの放射赤外線を集光させる光学レンズを、サーモパイル型赤外線検出器内部に配置された赤外線受光素子サイズ及び検出対象領域からなる焦点距離を考慮した光学設計の位置に配置する必要がある。検出対象領域をスポットとしたい場合、サーモパイル型赤外線検出器内部に配置された赤外線受光素子サイズの小型化あるいは放射赤外線を集光させる光学レンズの焦点距離を大きくする必要がある。
サーモパイル型赤外線検出器内部に配置された赤外線受光素子サイズの小型化は放射赤外線の受光効率が低下する為、多くの場合に於いて、放射赤外線を集光させる光学レンズの焦点距離を長くする設計にて構成されている。
但し、放射赤外線を集光させる光学レンズの焦点距離を大きくする事、つまりは、放射赤外線を集光させる光学レンズとサーモパイル型赤外線検出器内部に配置された赤外線受光素子との距離を長く設定する必要がある。
高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズは、サーモパイル赤外線検出器内部に配置された赤外線受光素子へ検出対象領域内からの放射赤外線を導く設計を行っているが、フレネルレンズの構造上、赤外線受光素子への集光率を向上させる為、任意のピッチにて集光角度を調整する為、プリズム形状を複数設けている。このプリズム形状を複数設ける際に、段差が発生する。この為、この段差部壁面より、検出対象領域外からの放射赤外線が入射(以下、迷光と呼ぶ)してしまい、赤外線受光素子が受光してしまう事で、検出領域が拡大してしまうと云う課題がある。図６に高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズに於ける、迷光のイメージ図を示す。
【０００５】
又、サーモパイル型赤外線検出器は、内部に配置された赤外線受光素子へ検出対象領域内からの放射赤外線を導く為、赤外線透過フィルターを具備した金属製缶ケース開口部を有しており、この開口サイズによりサーモパイル型検出器自体の視野角が形成される。
この為、光学レンズと一体形状となった高密度ポリエチレンにて形成された内壁部分を検出する事となり、光学レンズにて集光された放射赤外線以外の内壁部分も検出する事となる。
スポット検出目的としたサーモパイル型赤外線検出器は、焦点距離を長く設ける必要がある事から、図７の様に、サーモパイル型赤外線検出器の視野として、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズ部以外の内壁を検出する面積が大きくなり、内壁検出の際に反射を繰り返し、最終的に集光レンズ部により設計された検出領域以外からの放射赤外線を検出してしまい、検出領域が拡大してしまうと云う課題もある。
【０００６】
又、上記、迷光・内壁検出に於ける反射繰り返しによる検出領域拡大に伴い、対象物を検出するにあたり、検出対象物までの距離が可変した場合に、検出温度が変動すると云う課題もある。これは、サーモパイル型赤外線検出装置として、温度キャリブレーションを行った条件（熱源サイズ、検出距離等）が変化した際に発生し、使用する上で、サーモパイル型赤外線検出装置から対象物までの距離を一定に保つ必要がある。
図５は、一般的な高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズを用いたスポットエリア検出用サーモパイル型赤外線検出装置の側面概要構成図を示す。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を顧みてなされたものであり、スポット検出エリアを形成するにあたり、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズとサーモパイル型赤外線検出器間に迷光防止用のアパチャを設置・具備した事を特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、スポット検出エリアを形成するにあたり、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズとサーモパイル型赤外線検出器間にアパチャを設置する事で、迷光を防止する事が可能である。
又、アパチャ構成を2つの樹脂成形分割パーツを溶着接合し、且つ、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズへ圧入する事で、構造を簡素化し、且つ、樹脂成形パーツを使用する事から、コスト削減が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、スポットエリア温度検出を行うサーモパイル型赤外線検出装置に於いて、光学系として、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズとサーモパイル型赤外線検出器との光路(焦点距離)の間に、アパチャを設置した形状にて提供される。本発明のサーモパイル型赤外線検出装置として図１に側面概要構成図を示す。
【実施例１】
【００１０】
以下実施例により本発明を詳細に説明する。図１は、本発明のもっとも基本的な実施例であり、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズとサーモパイル型赤外線検出器との光路(焦点距離)の間に、迷光防止アパチャを具備させたサーモパイル型赤外線検出装置を示すものである。
【００１１】
本実施例では、赤外線を受光することにより対象物の放射赤外線量を測定し対象物の温度を検出する事を可能にするサーモパイルチップへの赤外線入射量を対象物投影エリアより規定した赤外線検出領域を光学設計により導く高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズを使用し、赤外線透過窓を有する金属製缶ケース、サーモパイルチップを電気的接続したリード端子を備えたヘッダーと共に外来からの環境的変化や電磁障害を防止するためにハーメチックシールとした一般的な構造であるサーモパイルセンサの赤外線透過窓部へ赤外線透過領域の選択性を有した蒸着コーティング平面フィルターをエポキシ系接着剤により金属製缶ケースへ接着固定した構造となっている。
【００１２】
高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズとサーモパイル型赤外線検出器との光路(焦点距離)の間に、アパチャを設置・具備させているが、このアパチャは、図３の通り、2つの樹脂成形分割パーツを溶着接合し、且つ、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズへ圧入する事で一体化させた構造となっている。
【００１３】
又、本実施例では赤外線透過領域の選択性を有する５μｍカットオン蒸着コーティング平面フィルターとして赤外線透過領域を選択させているが、例えば、５．５μｍカットオン蒸着コーティング平面フィルター、６．５μｍカットオン蒸着コーティング平面フィルター、８〜１４μｍバンドパス蒸着コーティング平面フィルターでもかまわない。
又、本実施例に於いては、赤外線透過領域の選択性を有する５μｍカットオン蒸着コーティング平面フィルターの形状は正方形となっているが、これは、対象物投影エリアより規定した赤外線検出領域を光学設計により導く高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズの光学設計を妨げない平面フィルターであれば、円形、長方形、六角形でもかまわない。
【００１４】
図１の様に、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズとサーモパイル型赤外線検出器の間にアパチャを設置する事で、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズ部以外の内壁検出時の反射を防止し、迷光を遮断する事が可能となる。
これにより、従来のアパチャを設置・具備しないサーモパイル型赤外線検出装置に於ける視野角：4度（ピーク信号出力に対する、１０％出力比を検出領域と定義）に対し、本発明のアパチャ設置・具備サーモパイル型赤外線検出装置の視野角は、１。０度と１／４の視野角となり、設計検出領域以外の拡大検出領域を大幅に抑制している事を確認した。その結果を図２に示す。
【００１５】
又、前記結果より、迷光・内壁検出に於ける反射抑制に伴い、検出領域がスポット化となった事から、検出距離可変時の検出温度を確認。確認条件としては、熱源温度：５０度、環境温度：２５度、検出距離：１００mmにて温度キャリブレーションを実施したサンプルを準備し、検出距離：５０〜３００mmまでを５０ｍｍ間隔で移動させ、その際の熱源検出温度を確認。結果、従来のアパチャを設置・具備しないサーモパイル型赤外線検出装置の距離依存性能に対し、本発明のアパチャ設置・具備サーモパイル型赤外線検出装置の距離依存性能は、約１／２程度まで抑制された事を確認した。その結果を図４に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズとサーモパイル型赤外線検出器の間にアパチャを設置・具備させたサーモパイル型赤外線検出装置の側面概要構成図である。
【図２】図１、及び、図４の構成図に於ける対象物投影エリア出力分布図である。
【図３】図１のアパチャに於ける概要構成図である。
【図４】本発明のアパチャを設置・具備させたサーモパイル型赤外線検出装置と従来のさせたサーモパイル型赤外線検出装置の距離依存特性図である。
【図５】従来の一般的なサーモパイルの光学設計構造図の側面概要構成図である。
【図６】高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズに於ける集光角度を調整する為、プリズム形状部の段差部分からの迷光を示したイメージ図である。
【図７】従来の一般的なサーモパイル型赤外線検出装置に於ける、集光レンズ部以外の内壁検出時の反射光を示したイメージ図である。
【符号の説明】
【００１７】
１金属缶ケース
２ヘッダー
３サーモパイルチップ
４５μｍカットオン蒸着コーティング平面フィルター
５リード
６エポキシ系接着剤
７高密度ポリエチレン製フレネル形状体の集光レンズ部
８迷光防止用アパチャ
９迷光
１０反射光
１１放射赤外線

【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポットエリア検出用サーモパイル型赤外線検出装置に於いて、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズとサーモパイル型赤外線検出器の間にアパチャを設けた事を特徴とするサーモパイル型赤外線検出装置。
【請求項２】
高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズとサーモパイル型赤外線検出器の間に設けるアパチャに於いて、2つの樹脂成形分割パーツを溶着接合し、且つ、高密度ポリエチレンからなる凸形状、及び、フレネル形状体の集光レンズへ圧入し、一体化させた事を特徴とする、請求項1のサーモパイル型赤外線検出装置。

【図１】