JPH0791950A - 受光センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】受光センサーを小型で視野角を拡大せしむるこ
すが主な目的である。 【構成】密度の異なる媒質の境界面に生ずる光の屈折を
利用したもので、スリット２を通って空間から入射した
光は媒質の境界面で法線方向に屈折する。媒質の持つ全
反射の臨界角の内側に受光素子を配置することにより、
小型で視野角が１８０度近い受光センサーを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】空間を移動する光源を追尾する目
的等に使用される受光センサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽光は地球上の総ての生物を育くむ根
源的な光源である。従って此の太陽光を屋内に安定して
取り入れたいという願望は、古今東西を通じて著しいも
のがあった。太陽光は人工の光に対して格段に大きく、
又紫外線から赤外線に至るまで総ての光の波長を含んで
おり、しかもそのエネルギーには費用がかからない。一
般に太陽光を有効に利用するためには、天空を移動する
光源では利用上都合が悪い。例えば屋内に太陽光を取り
入れて照明に利用するとか太陽光に含まれる紫外線等を
利用する実験室、又は健康照明、そ菜類の屋内栽培など
に対しては太陽光を完全に静止せしめた状態にしておく
必要がある。太陽は地球の自転によって地上から見ると
天空を東から西へ１時間に１５度の割合で移動する光源
である。又季節によって一日の最高高度も毎日変化す
る。従って太陽光を追尾するには太陽の位置を水平方向
の方位角と高さ方向の仰角とに分解して、それぞれを感
知器で感知させる必要がある。そして一日中太陽と感知
器を対面させておく必要があり、此の目的に使用される
ものが受光センサーである。

【０００３】従来の受光センサーの断面斜視図を図１、
に示しその作用を説明する。遮光物で閉じられた空間の
上面に開けられたスリット２、から入斜した光はスリッ
トの反対側、即ち函体の底面に並べて設けられた複数の
受光素子３、の一点に太陽光があたりその部分の受光素
子に起電力、又は電気抵抗の変化等の信号を与える。こ
の信号は信号処理回路を経て受光センサーの方向を制御
する駆動装置を作動させてその方向を修正する。

【０００４】ところが、このような従来からの受光セン
サーは遮光物で閉じられた函体の中は空間であり、光に
対して外部と同じ媒質であるためにスリット２、を通し
て光は直進する。 そのために内部の底部に一列に設け
られた受光素子の端から端までの限られた長さを底辺と
し、上面のスリット２を頂点とする二等辺三角形の頂角
の角度が入射光の動作範囲、即ち視野角であり、これは
構造上あまり大きくとることができない。 この角度を
越えるとセンサーは作動しなくなる、という問題を有し
ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが受光センサー
の方向に対して全く違った方向にある太陽光を追尾する
場合とか、夜間の空間に現れた光源を捕捉する場合など
には、できるだけ視野角の広い受光センサーが望まれる
ところである。

【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、受光センサーの作動範囲、即ち視野角を飛躍的に拡
大し、更に高精度な受光センサーを提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は光が異なる媒質に侵入するときに進行方向を
変えて屈折する現象を利用して、小型で視野角の飛躍的
に拡大された受光センサーを提供することができた。

【０００８】その代表的なものを図２に示す。１は媒質
で例えば透明ガラス、透明樹脂などである。形は直方六
面体で上面の中央にスリット２を作り、底面にはその中
央、即ちスリット２の面の法線の延長点を中心にスリッ
ト２に対して直角方向の前後にそれぞれ受光素子３を配
する、受光素子は例えばＣＤＳ、フォトトランジスタ
ー、撮像素子などである。更に受光素子３の相互間の影
響をできるだけ少なくするためにこの中間に細い切込み
４を一定の深さまで作り、これに黒色膜などを挿入して
光の遮光壁を設ける。この結果、受光センサーの表面の
スリット２と一定の間隔を置いて設けられた遮光壁４と
受光素子３相互の境界とは、スリット２の面の法線の延
長上に配置されたことになる。この受光センサーはスリ
ット２以外は遮光物５によって全体が完全に遮光されて
いる。

【０００９】

【作用】この受光センサーの作用について述べる。直線
上の広い範囲、又は二次元の空間の広い範囲に点在する
光源、例えば太陽光などを検知した複数の受光素子の出
力電気信号は信号処理回路１５に供給されて受光センサ
ーの方向を光源に対して真正面に対面せしむる位置へ駆
動動力を作動させるものであるその構造は前述のように
図２にしめすとおりである。媒質１は空間ではなくガラ
ス、樹脂などの素材で空間に対して高密度の透明物質で
ある。媒質１の表面の中央にスリット２が開けられてい
るが、フォトトランジスター等の受光素子が小さい場合
にはスリットではなくピンホールも用いられる。媒質１
の底面の中央を境界として前後に２個の受光素子３が媒
質１に密接して取り付けられている。更に媒質１は上記
スリット２以外を完全に遮光物で密閉されている。

【０００１０】以上のような構造をもっているので、い
まスリットの法線方向から光線、例えば太陽光が入射し
た場合には媒質内で曲げられることなく直進し、対抗面
に設けられた２個の受光素子３の相互の中間を照射し、
どちらの受光素子にも検出信号を与えないか、若しくは
同数値の出力で其の差が生じない。従ってその合成出力
は零である。これは受光センサーが正しく光源に対面し
ている状態である。スリットえの入射光が法線に対して
傾いている場合は空間に対して密度の高い媒質１に進入
すると屈折の法則に従って光は内側、即ち法線側に屈折
する。入射角が次第に大きくなり遂に９０度近くになる
と、これはスリットに対して前後に１８０度近い視野角
であり、 入射して来る光は媒質１の境界面で屈折する
が、媒質１の持つ全反射の臨界角以上には広がることは
ない。従ってこの臨界角の範囲内に受光素子を配置して
おけば、光源からの入射光はセンサーの前面の１８０度
近くをカバーすることができる。つまり視野角が１８０
度近くまで広げることが可能であり、これは著しい効果
である。実際にはスリットの構造上、縁の厚みがあるた
めに、僅かではあるが視野角が阻害される。さらにスリ
ットの法線上で受光素子相互の中間にスリットから一定
の間隔をおいて細い切込みをつくり、遮光幕を挿入して
遮光壁をつくれば受光素子相互の光の漏洩を減少させる
効果がある。

【０００１１】

【実施例】本発明の実施例を図２、図３、図５、図６、
図９、図１０、図１１、などにしめす。図２、は透明な
樹脂の媒質１を用いたもので加工し易く安価である。作
用効果については前段に於いて述べたとおりであるが、
更に補足して説明する。スリット２から進入した入射光
６は媒質１の境界面で法線側に図のごとく屈折し、媒質
１の底部に密接して配設した受光素子３の片方に達す
る。光を受けた側の受光素子は電気信号を出力する。こ
こで此の電気信号は信号処理回路１５を経て、これに連
結された駆動用モーターを作動させて受光センサーの法
線が光源に向くように修正する。なお信号処理回路の内
部構造は省略する。入射光が法線に対して反対側から入
射した場合は前者とは逆でもう一方の受光素子に電気信
号を誘起する。これは同じように信号処理回路を経て連
結された駆動モーターを前者とは逆方向に作動させて、
やはり受光センサーの法線が光源と同一線上になるよう
に修正する。受光センサーの法線が光源と同一直線上に
なると光源からの入射光はスリットから屈折せずに直進
して進入し受光素子の境界に作られた遮光壁の頂部のみ
を照射するか、又は遮光壁の厚みがスリット２の巾に対
して狭い場合は遮光壁を跨いで両側の受光素子３に等量
の電気信号を発生させる。これは信号処理回路で合成さ
れて信号が零となり駆動モーターはどちらにも回転しな
い。このようにして光源の動きを常に追尾することによ
り、受光センサーの方向は常に光源に対して真正面に対
面する位置を保つことができる。

【０００１２】図３の実施例について説明する。一体の
媒質の中央に一定の深さに切込みをいれて遮光壁を作る
ことは、工作の途中で破損し易く、また遮光壁の切込み
も充分に狭く作ることは工作上で少し難点がある。又、
媒質が樹脂の場合は比較的柔らかいから、入射光窓のス
リットが外部に露出しているために傷つき易い。又スリ
ットを設置する場合、極めて薄い金属板にスリットを形
成したものを張り合わせて作る場合などは、接着剤が入
ってスリットを汚濁してしまう危険性もある。又、金属
熔射技術などでスリットを形成する場合にも媒質が樹脂
の場合には作業温度の関係などで不都合がある。図３に
示すものは此の点を考慮して作られたものである。切断
された２個の媒質１とガラスから成る媒質１０とをそれ
ぞれ図のように接着して一体としたものである。これは
樹脂媒質１、の相互の接着面に遮光膜を挟むことができ
るから、充分薄い遮光壁が形成できる。 表面に形成す
るスリットもガラス面だから傷がつきにくく、汚濁して
も容易に清掃することができる。又金属熔射技術などで
充分に細いスリットも形成することができるから、薄い
遮光壁４と相待って非常に敏感な受光センサーを得るこ
とができる。

【０００１３】図５に示すものは図３の媒質１を直方体
ではなく、外側へ傾斜せしめたものである。スリット２
からの入射光の入射角が大きくなると、スリット２の境
界面から反射する成分が増してくるために、屈折する成
分は次第に弱くなるけれども、此のように傾斜をさせる
ことによりスリット２から受光素子３までの距離が縮ま
って、減衰した分を補うことができる。

【０００１４】図６は媒質１を４個組み合わせたもの
で、直交したスリットを持っている。媒質１のそれぞれ
の境界面には、前記までの各例と同様に遮光膜を挟んで
受光素子相互間を光学的に絶縁している。これは空間の
光源、例えば太陽光を追尾する場合などに方位角と仰角
とを此の受光センサー１個で追尾することができる。

【０００１５】図９に示すものは図６と同じ構造をもっ
ているが、媒質１を外側に傾斜させて入射角の大きい場
合の屈折光の減衰を補っている。図１０に示すものは媒
質１の中にフォトトランジスターを埋め込んで作ったも
ので極めて小型に作ることができる。図１１に示すもの
は図２、図３、図５、等にしめしたものをスリットの幅
の中央から二つに切り離したものであり、スリットはそ
れぞれ片側のみに対称的にもうける。これは２個を一組
として玩具の目に使うなどの利用方法がある。

【０００１６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明では、密度の
異なる媒質の境界面に生ずる光の屈折を利用して、受光
センサーの視野角を飛躍的に拡大することができた。
又、入射光の光路が空間ではなく媒質の中であるため
に、此の部分の結露の心配が無い。更に全体を非常に小
型に作ることができるなど数多くの特徴を発揮する。ス
リットの外側に、スリットにつくごみなどを防ぐために
薄いガラス等で保護した場合も、その性能には何等影響
されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の受光センサーの側面断面図である。

【図２】本発明の側面断面図である。

【図３】本発明の他の例の側面断面図である。

【図４】本発明のスリットを示す平面図である。

【図５】本発明の他の例の側面断面図である。

【図６】本発明の他の例の媒質部分のみの斜視図をしめ
す。

【図７】図６のスリットを示す平面図である。

【図８】図６のスリットの他の例を示す平面図である。

【素９】図６に示した本発明の変形で斜視図をしめす。

【図１０】本発明の他の例の側面断面図である。

【図１１】本発明の他の例の側面断面図である。

【図１２】図１１のスリットを示す平面図である。

【符号の説明】

１ 媒質 ２ スリット ３ 受光素子 ４ 遮光壁 ５ 遮光物 ６ 入射光 ７ 入射角 ８ 法線 １０ 硬質透明体 ガラス等の媒質 １５ 信号処理回路 １６ 空間

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【手続補正書】

【提出日】平成６年７月１２日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の受光センサーの側面断面図である。

【図２】本発明の側面断面図である。

【図３】本発明の他の例の側面断面図である。

【図４】本発明のスリットを示す平面図である。

【図５】本発明の他の例の側面断面図である。

【図６】本発明の他の例の斜視図一部透視図である。

【図７】図６のスリットを示す平面図である。

【図８】図６のスリットの他の例を示す平面図である。

【図９】図６に示した本発明の変形で斜視図をしめす。

【図１０】本発明の他の例の側面断面図である。

【図１１】本発明の他の例の側面断面図である。

【図１２】図１１のスリットを示す平面図である。

【符号の説明】 １は 媒質 ２は スリット ３は 受光素子 ４は 遮光壁 ５は 遮光物 ６は 入射光 ７は 入射角 ８は 法線 １０は 硬質透明体 ガラス等 １５は 信号処理回路 １６は 空間

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密度の異なる媒質の境界面に生ずる光の
   屈折を利用した受光センサー