(57)【要約】【課題】  構造が簡易で、消費電力が小さく、安全な、光透過部材に対する結露防止手段を備えた光学装置を提供する。【解決手段】  ケース１と、ケース１に取付けられた光学フィルタ３（光透過部材）と、光学フィルタ３の近傍に配置されたヒーターと、ヒーターに電力を供給する電源と、を備え、ヒーターの発熱体が、正特性サーミスタ素子９からなるものとした。正特性サーミスタ素子９は、樹脂封止正特性サーミスタ８の内部にモールドされている。【選択図】  図１
2018072484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
前記ケースに取付けられた光透過部材と、
前記光透過部材の近傍に配置されたヒーターと、
前記ヒーターに電力を供給する電源と、を備えた光学装置であって、
前記ヒーターの発熱体が、正特性サーミスタ素子からなる光学装置。
【請求項２】
前記光透過部材が、レンズ、光学フィルタ、または、光学カバーである、請求項１に記載された光学装置。
【請求項３】
前記正特性サーミスタ素子が、封止樹脂内にモールドされている、請求項１または２に記載された光学装置。
【請求項４】
前記正特性サーミスタ素子が、短冊状の可撓性ケーブルに実装され、
前記可撓性ケーブルの前記正特性サーミスタ素子が実装された部分の背面が、熱伝導性両面テープ、または、熱伝導性接着剤によって、前記ケースに取付けられている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項５】
前記ケースが金属製である、請求項１ないし４のいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項６】
前記正特性サーミスタ素子の近傍に配置された、負特性サーミスタ素子と、
前記負特性サーミスタ素子の温度に基づいて、前記電源から前記正特性サーミスタ素子に印加される電力を制御する制御回路と、を更に備えた、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された光学装置。
【請求項７】
前記制御回路が、
スイッチング素子と、コンパレータ素子と、複数の抵抗素子と、を備え、
前記正特性サーミスタ素子を、予め定められた設定温度または前記設定温度近傍の温度で発熱させるものであって、
前記スイッチング素子は、前記電源と前記正特性サーミスタ素子との間に挿入され、
前記コンパレータ素子は前記スイッチング素子のオンとオフとを制御し、
前記負特性サーミスタ素子は、前記正特性サーミスタ素子の近傍に配置されて前記正特性サーミスタ素子と同じ温度に近づくように前記正特性サーミスタ素子と熱的に結合され、前記設定温度における抵抗値を閾値抵抗値として備え、
前記負特性サーミスタ素子と、少なくとも１つの前記抵抗素子とが直列に接続され、かつ一定の電圧が印加されて、温度検出用分圧回路が形成され、
前記温度検出用分圧回路の前記負特性サーミスタ素子と前記抵抗素子との接続点から、温度検出用電圧が出力され、
少なくとも２つの前記抵抗素子が直列に接続され、かつ一定の電圧が印加されて、比較用分圧回路が形成され、
前記比較用分圧回路の１つの前記抵抗素子ともう１つの前記抵抗素子との接続点から、比較用電圧が出力され、
前記温度検出用分圧回路の前記抵抗素子および前記比較用分圧回路の前記抵抗素子のそれぞれの抵抗値、および、前記温度検出用分圧回路および前記比較用分圧回路にそれぞれ印加される前記電圧は、前記負特性サーミスタ素子の温度が前記設定温度で、前記負特性サーミスタ素子の抵抗値が前記閾値抵抗値のときに、前記温度検出用電圧＝前記比較用電圧となるように設定され、
前記負特性サーミスタ素子の温度が前記設定温度よりも低く、前記負特性サーミスタ素子の抵抗値が前記閾値抵抗値よりも大きいときに、前記温度検出用電圧＞前記比較用電圧であり、前記負特性サーミスタ素子の温度が前記設定温度よりも高く、前記負特性サーミスタ素子の抵抗値が前記閾値抵抗値よりも小さいときに、前記温度検出用電圧＜前記比較用電圧であるか、または、前記負特性サーミスタ素子の温度が前記設定温度よりも低く、前記負特性サーミスタ素子の抵抗値が前記閾値抵抗値よりも大きいときに、前記温度検出用電圧＜前記比較用電圧であり、前記負特性サーミスタ素子の温度が前記設定温度よりも高く、前記負特性サーミスタ素子の抵抗値が前記閾値抵抗値よりも小さいときに、前記温度検出用電圧＞前記比較用電圧であり、
前記コンパレータ素子は、前記温度検出用電圧と前記比較用電圧とを比較し、前記負特性サーミスタ素子の温度が前記設定温度よりも低く、前記負特性サーミスタ素子の抵抗値が前記閾値抵抗値よりも大きいときに、前記スイッチング素子をオンにし、前記負特性サーミスタ素子の温度が前記設定温度よりも高く、前記負特性サーミスタ素子の抵抗値が前記閾値抵抗値よりも小さいときに、前記スイッチング素子をオフにする、請求項６に記載された光学装置。
【請求項８】
前記負特性サーミスタ素子が、封止樹脂内にモールドされている、請求項６または７に記載された光学装置。
【請求項９】
前記正特性サーミスタ素子と前記負特性サーミスタ素子とが、同一の封止樹脂内にモールドされている、請求項８に記載された光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光透過部材を備えた光学装置に関し、更に詳しくは、構造が簡易で、消費電力が小さく、安全な、光透過部材に対する結露防止手段を備えた光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ、光学フィルタ、光学カバーなどの光透過部材を備えた光学装置においては、寒冷環境において使用しても、光透過部材に結露が発生しないように、光透過部材に対して結露防止手段を設けることが必要である。
【０００３】
特許文献１（特開２０１２-３９１９３号公報）に、光透過部材に対する結露防止手段が設けられた光学装置（ドーム型カメラ）が開示されている。図９に、特許文献１に開示された光学装置１０００を示す。
【０００４】
光学装置（ドーム型カメラ）１０００は、レンズ部１０１と、レンズ部１０１を覆うドームカバー１０２とを備える。また、光学装置１０００は、空気流を発生させるファン１０３と、空気流の向きを変更するエアガイド１０４とを備える。更に、光学装置１０００には、ファン１０３の前方に、ファン１０３の発生させた空気流を熱するヒーター１０５が設けられている。
【０００５】
光学装置１０００は、ファン１０３によって発生された空気流をヒーター１０５によって熱し、熱せられた空気流を光学装置１０００の内部に循環させることによって、光透過部材であるドームカバー１０２の内面に結露が発生するのを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２-３９１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された光学装置１０００は、複雑な機構によって、光学装置１０００の内部に熱せられた空気流を循環させ、ドームカバー１０２の内面に結露が発生するのを防止しているため、大型化する、部品点数が多くなる、製造が煩雑になる、高価になるといった問題があった。
【０００８】
また、光学装置１０００は、光学装置１０００の内部の空気全体を温めるものであるため、消費電力が大きいという問題や、結露防止効果が発現するまでに時間がかかるといった問題があった。
【０００９】
また、光学装置１０００は、ヒーター１０５に対して何らかの安全装置を設けなければ、誤作動した際に、異常過熱、発煙、発火の虞があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光学装置は、上述した従来の問題を解決するためになされたものであり、その手段として本発明の光学装置は、ケースと、ケースに取付けられた光透過部材と、光透過部材の近傍に配置されたヒーターと、ヒーターに電力を供給する電源と、を備え、ヒーターの発熱体が、正特性サーミスタ素子からなるものとした。
【００１１】
光透過部材は、たとえば、レンズ、光学フィルタ、または、光学カバーである。本発明の光学装置は、正特性サーミスタ素子によって、レンズ、光学フィルタ、光学カバーなどの光透過部材を熱し、光透過部材に結露が発生するのを防止する。なお、光学カバーとは、光は透過させるが、特定の波長を選択して透過させるものではないものをいう。
【００１２】
正特性サーミスタ素子は、封止樹脂内にモールドされていることが好ましい。この場合には、正特性サーミスタ素子の耐湿性が向上するため、高湿度条件下においても、安全に光学装置を使用することができる。
【００１３】
正特性サーミスタ素子が、短冊状の可撓性ケーブルに実装され、可撓性ケーブルの正特性サーミスタ素子が実装された部分の背面が、熱伝導性両面テープ、または、熱伝導性接着剤によって、ケースに取付けられていることが好ましい。この場合には、正特性サーミスタで発生した熱を、小さな熱損失で、ケースに伝導させることができる。また、正特性サーミスタ素子を、容易にケースに取付けることができる。なお、熱伝導性両面テープとは、一般的な両面テープよりも熱伝導性の高い材質で作製された両面テープである。熱伝導性接着剤とは、熱伝導性を向上させるための物資が添加された接着剤である。
【００１４】
ケースが金属製であることが好ましい。この場合には、正特性サーミスタ素子で発生した熱を、熱伝導率の高い金属からなるケースを経由して、小さな熱損失で、光透過部材に伝導させることができ、光透過部材の結露防止効果が向上する。また、正特性サーミスタの設定温度を低く設定することができるため、消費電力を小さくすることができる。また、正特性サーミスタ素子が発熱を開始してから、結露防止効果が発現するまでの時間が短くなる。
【００１５】
正特性サーミスタの近傍に配置された、負特性サーミスタ素子と、負特性サーミスタ素子の温度に基づいて、電源から正特性サーミスタ素子に印加される電力を制御する制御回路と、を更に備えたものであることが好ましい。この場合には、光透過部材に結露が発生するのを、低消費電力で、安全に、確実に防止することができる。
【００１６】
制御回路は、たとえば、スイッチング素子と、コンパレータ素子と、複数の抵抗素子と、を備え、正特性サーミスタ素子を、予め定められた設定温度または設定温度近傍の温度で発熱させるものであって、スイッチング素子は、電源と正特性サーミスタ素子との間に挿入され、コンパレータ素子はスイッチング素子のオンとオフとを制御し、負特性サーミスタ素子は、正特性サーミスタ素子の近傍に配置されて正特性サーミスタ素子と同じ温度に近づくように正特性サーミスタ素子と熱的に結合され、設定温度における抵抗値を閾値抵抗値として備え、負特性サーミスタ素子と、少なくとも１つの抵抗素子とが直列に接続され、かつ一定の電圧が印加されて、温度検出用分圧回路が形成され、温度検出用分圧回路の負特性サーミスタ素子と抵抗素子との接続点から、温度検出用電圧が出力され、少なくとも２つの抵抗素子が直列に接続され、かつ一定の電圧が印加されて、比較用分圧回路が形成され、比較用分圧回路の１つの抵抗素子ともう１つの抵抗素子との接続点から、比較用電圧が出力され、温度検出用分圧回路の抵抗素子および比較用分圧回路の抵抗素子のそれぞれの抵抗値、および、温度検出用分圧回路および比較用分圧回路にそれぞれ印加される電圧は、負特性サーミスタ素子の温度が設定温度で、負特性サーミスタ素子の抵抗値が閾値抵抗値のときに、温度検出用電圧＝比較用電圧となるように設定され、負特性サーミスタ素子の温度が設定温度よりも低く、負特性サーミスタ素子の抵抗値が閾値抵抗値よりも大きいときに、温度検出用電圧＞比較用電圧であり、負特性サーミスタ素子の温度が設定温度よりも高く、負特性サーミスタ素子の抵抗値が閾値抵抗値よりも小さいときに、温度検出用電圧＜比較用電圧であるか、または、負特性サーミスタ素子の温度が設定温度よりも低く、負特性サーミスタ素子の抵抗値が閾値抵抗値よりも大きいときに、温度検出用電圧＜比較用電圧であり、負特性サーミスタ素子の温度が設定温度よりも高く、負特性サーミスタ素子の抵抗値が閾値抵抗値よりも小さいときに、温度検出用電圧＞比較用電圧であり、コンパレータ素子は、温度検出用電圧と比較用電圧とを比較し、負特性サーミスタ素子の温度が設定温度よりも低く、負特性サーミスタ素子の抵抗値が閾値抵抗値よりも大きいときに、スイッチング素子をオンにし、負特性サーミスタ素子の温度が設定温度よりも高く、負特性サーミスタ素子の抵抗値が閾値抵抗値よりも小さいときに、スイッチング素子をオフにするものとすることができる。上記の制御回路を設ければ、光透過部材に結露が発生するのを、低消費電力で、安全に、確実に防止することができる。
【００１７】
負特性サーミスタ素子が、封止樹脂内にモールドされていることが好ましい。この場合には、負特性サーミスタ素子の耐湿性が向上するため、高湿度条件下においても、安全に光学装置を使用することができる。なお、正特性サーミスタ素子と負特性サーミスタ素子とを、同一の封止樹脂内にモールドしても良い。この場合には、正特性サーミスタ素子と負特性サーミスタ素子とをコンパクトに１つに複合化させることができ、ケースなどへの取付けスペースを小さくすることができる。また、正特性サーミスタ素子と負特性サーミスタ素子との熱的結合の度合いが高まり、制御回路をより高い精度で動作させることができる。また、光学装置の製造が容易になる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の光学装置は、ケース内部の空気を全体的に熱するのではなく、正特性サーミスタ素子で光透過部材を局部的に熱して、光透過部材の結露を防止するものであるため、消費電力が小さい。
【００１９】
また、本発明の光学装置は、ヒーターの発熱体に、温度が上昇すると抵抗値が上昇する正特性サーミスタ素子を使用しているため、万一、誤作動しても、温度は一定以上には上昇せず、異常過熱、発煙、発火の虞がない。
【００２０】
また、本発明の光学装置は、正特性サーミスタ素子を、たとえばケースなどの光透過部材の近傍部分に取付けるだけで、光透過部材の結露の発生を防止できるため、製造が容易である。
【００２１】
また、本発明の光学装置は、ヒーターの発熱体に、電力が供給されると短時間で温度が上昇する正特性サーミスタ素子を使用しているため、結露防止手段を起動させてから、結露防止効果が発現するまでの時間が短い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態にかかる光学装置１００の断面図である。
【図２】図２（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、光学装置１００に使用した樹脂封止正特性サーミスタ８を示し、図２（Ａ）は天面側から見た斜視図、図２（Ｂ）は天面側から見た透視斜視図、図２（Ｃ）は底面側から見た斜視図である。
【図３】光学装置１００に使用した樹脂封止正特性サーミスタ８および可撓性ケーブル１２を示す分解斜視図である。
【図４】図４（Ａ）は、第２実施形態にかかる光学装置２００の断面図である。また、図４（Ｂ）も光学装置２００の断面図であり、図４（Ａ）のＸ-Ｘ部分を示している。
【図５】第３実施形態にかかる光学装置３００の断面図である。
【図６】図６（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、光学装置３００に使用した樹脂封止複合サーミスタ１８を示し、図６（Ａ）は内部を透視した平面図、図６（Ｂ）は底面側から見た斜視図である。
【図７】光学装置３００の結露防止に関する部分の等価回路図である。
【図８】第４実施形態にかかる光学装置４００の結露防止に関する部分の等価回路図である。
【図９】特許文献１に記載された光学装置１０００を示す斜視図である。図９では、部分的に光学装置１０００の断面を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面とともに、本発明を実施するための形態について説明する。
【００２４】
なお、各実施形態は、本発明の実施の形態を例示的に示したものであり、本発明が実施形態の内容に限定されることはない。また、異なる実施形態に記載された内容を組合せて実施することも可能であり、その場合の実施内容も本発明に含まれる。また、図面は、実施形態の理解を助けるためのものであり、必ずしも厳密に描画されていない場合がある。たとえば、描画された構成要素ないし構成要素間の寸法の比率が、明細書に記載されたそれらの寸法の比率と一致していない場合がある。また、明細書に記載されている構成要素が、図面において省略されている場合や、個数を省略して描画されている場合などがある。
【００２５】
［第１実施形態］
図１に、第１実施形態にかかる光学装置１００を示す。ただし、図１は光学装置１００の断面図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、光学装置１００に使用した樹脂封止正特性サーミスタ８を示し、図２（Ａ）は天面側から見た斜視図、図２（Ｂ）は天面側から見た透視斜視図、図２（Ｃ）は底面側から見た斜視図である。また、図３は、光学装置１００に使用した樹脂封止正特性サーミスタ８および可撓性ケーブル１２を示す分解斜視図である。なお、図に示す樹脂封止正特性サーミスタ８は、正特性サーミスタ素子９を封止樹脂１１の内部にモールドしたものである。
【００２６】
光学装置１００は、赤外線センサである。なお、光学装置の種類は任意であり、赤外線センサには限定されず、カメラなど、他の種類の光学装置であっても良い。
【００２７】
光学装置１００は、ケース１を備える。ケース１は、たとえば、ステンレスなどの金属により作製されている。ケース１は、円筒形状からなり、天面を有している。ケース１の天面には、開口２が形成されている。
【００２８】
ケース１の開口２に、光透過部材として、光学フィルタ３が取付けられている。光学フィルタ３は、ケース１の内側に、たとえば、接着剤によって取付けられている。光学フィルタ３は、特定の波長の光のみを透過させるためのものである。なお、本実施形態においては、光透過部材として光学フィルタ３を使用したが、光透過部材の種類は任意であり、レンズ、光学カバーなど、他の種類の光透過部材であっても良い。
【００２９】
光学装置１００は、基板４を備える。基板４は、たとえば、セラミックや樹脂によって作製されている。
【００３０】
基板４に、光学素子として、焦電素子５が実装されている。
【００３１】
基板４に、２本のリード端子６ａ、６ｂが取付けられている。金属ワイヤー７ａ、７ｂによって、焦電素子５の電極（図示せず）と、リード端子６ａ、６ｂとが接続されている。なお、本実施形態においては、基板４に２本のリード端子６ａ、６ｂが取付けられているが、たとえば、光学装置１００に、焦電素子５だけではなく、トランジスタなどの他の部品も内蔵させたような場合には、取付けられるリード端子の本数が２本よりも多くなる場合がある。
【００３２】
ケース１の内壁に、樹脂封止正特性サーミスタ８が取付けられている。取付け状態の詳細については、後述する。
【００３３】
樹脂封止正特性サーミスタ８は、図２（Ｂ）に示すように、両端に外部電極９ａ、９ｂが形成された正特性サーミスタ素子９を、端子電極１０ａ、１０ｂにはんだ付けによって接続したうえで、封止樹脂１１の内部にモールドしたものである。図２（Ｃ）に示すように、樹脂封止正特性サーミスタ８においては、端子電極１０ａ、１０ｂが、封止樹脂１１の底面に露出されている。樹脂封止正特性サーミスタ８は、正特性サーミスタ素子９を封止樹脂１１の内部にモールドしているため、正特性サーミスタ素子９よりも耐湿性が向上している。
【００３４】
樹脂封止正特性サーミスタ８は、図３に示すように、可撓性ケーブル１２に実装されている。可撓性ケーブル１２は、たとえば、ポリイミド樹脂などからなる薄い短冊状の下側フィルム１２ａの表面に、銅やニッケルなどからなる極めて薄い１対の導体配線１３、１４が形成され、更に導体配線１３、１４上が、同じくポリイミド樹脂などからなる薄い短冊状の上側フィルム１２ｂで被覆されたものからなる。ただし、導体配線１３、１４の一端は、上側フィルム１２ｂによって被覆されず、その部分に導体配線１３、１４と繋がった１対のランド電極１３ａ、１４ａが形成されている。そして、ランド電極１３ａ、１４ａに、樹脂封止正特性サーミスタ８の端子電極１０ａ、１０ｂ（図３においては図示されていない）がはんだ付けされている。
【００３５】
図１に示すように、可撓性ケーブル１２の樹脂封止正特性サーミスタ８が実装された部分の背面が、熱伝導性両面テープ１５によって、ケース１の内壁に取付けられている。なお、熱伝導性両面テープ１５の代わりに、熱伝導性接着剤を使用しても良い。
【００３６】
内壁に樹脂封止正特性サーミスタ８が取付けられたケース１が、焦電素子５が実装された基板４に、接着剤などによって取付けられている。なお、可撓性ケーブル１２は、基板４の両主面間を貫通して形成された貫通孔を経由して、基板４とケース１とで形成される空間の外部に導出されている。
【００３７】
光学装置１００は、図示しないが、電源を備える。電源は、可撓性ケーブル１２を経由して、正特性サーミスタ素子９（樹脂封止正特性サーミスタ８）に電力を供給するためのものである。電源には、通常、直流電源または電池が使用される。
【００３８】
以上の構造からなる、第１実施形態にかかる光学装置１００は、電源から正特性サーミスタ素子９に電力を供給すると、正特性サーミスタ素子９がヒーターの発熱体として発熱する。そして、正特性サーミスタ素子９で発生した熱が、可撓性ケーブル１２、熱伝導性両面テープ１５、ケース１を経由して、光学フィルタ３に伝導される。光学装置１００は、光学フィルタ３が正特性サーミスタ素子９によって熱せられるため、寒冷環境などにおいて使用しても、光学フィルタ３に結露が発生しない。
【００３９】
第１実施形態にかかる光学装置１００は、次のような特長を備えている。
【００４０】
光学装置１００は、ケース１の内部の空気を全体的に熱するのではなく、光学フィルタ３を局部的に熱して、光学フィルタ３の結露を防止するものであるため、消費電力が小さい。なお、ヒーターの発熱体である正特性サーミスタ素子９は、温度が上昇すると抵抗値が上昇する正の抵抗温度特性を備えており、温度が上昇し過ぎると抵抗値が上昇して発熱を抑制するため、自己制御されて定温で発熱し、必要以上に熱を発生させない。そのため、ヒーターの発熱体に正特性サーミスタ素子９を使用したことも、消費電力を小さくするのに寄与している。
【００４１】
また、光学装置１００は、ヒーターの発熱体に、温度が上昇すると抵抗値が上昇する正特性サーミスタ素子９を使用しているため、安全である。すなわち、万一、誤作動しても、正特性サーミスタ素子９は、一定以上の温度には上昇しないため、異常過熱、発煙、発火などをまねく虞がない。
【００４２】
また、光学装置１００は、樹脂封止正特性サーミスタ８（正特性サーミスタ素子９）を、ケース１の光学フィルタ３の近傍部分に取付けるだけで、光学フィルタ３の結露の発生を防止できるため、製造が容易である。
【００４３】
［第２実施形態］
図４（Ａ）、（Ｂ）に、第２実施形態にかかる光学装置２００を示す。ただし、図４（Ａ）は、光学装置２００の断面図である。また、図４（Ｂ）も光学装置２００の断面図であり、図４（Ａ）のＸ-Ｘ部分を示している。
【００４４】
第２実施形態にかかる光学装置２００は、第１実施形態にかかる光学装置１００の構成に変更を加えた。具体的には、光学装置１００では、ケース１の内壁に、１個の樹脂封止正特性サーミスタ８（正特性サーミスタ素子９）が取付けられていた。光学装置２００は、樹脂封止正特性サーミスタ８の個数を増やし、４個をケース１の内壁に取付けた。４個の樹脂封止正特性サーミスタ８は、等しい間隔を開けて、ケース１の内壁に取付けられている。光学装置２００の他の構成は、光学装置１００と同じにした。
【００４５】
第２実施形態にかかる光学装置２００は、樹脂封止正特性サーミスタ８の個数を増やしたため、光学フィルタ３に対する結露防止効果が、光学装置１００よりも向上している。また、光学装置２００は、光学フィルタ３を均質に熱することができる。
【００４６】
［第３実施形態］
図５〜図７に、第３実施形態にかかる光学装置３００を示す。ただし、図５は、光学装置３００の断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、光学装置３００に使用した樹脂封止複合サーミスタ１８を示し、図６（Ａ）は内部を透視した平面図、図６（Ｂ）は底面側から見た斜視図である。図７は、光学装置３００の結露防止に関する部分の等価回路図である。
【００４７】
第３実施形態にかかる光学装置３００は、第１実施形態にかかる光学装置１００の構成に変更を加えた。具体的には、光学装置１００では、ケース１に、正特性サーミスタ素子９を封止樹脂１１の内部にモールドした樹脂封止正特性サーミスタ８を取付けていた。光学装置３００では、これに変更を加え、図５に示すように、ケース１に、樹脂封止複合サーミスタ１８を取付けた。また、光学装置３００には、光学装置１００が備えていなかった、図７に示す制御回路３０を新たに追加した。
【００４８】
光学装置３００において、ケース１に取付けた樹脂封止複合サーミスタ１８は、図６（Ａ）に示すように、封止樹脂２１の内部に、２個の正特性サーミスタ素子１９、２９と、１個の負特性サーミスタ素子３９とがモールドされたものである。封止樹脂２１の内部に、正特性サーミスタ素子１９と、負特性サーミスタ素子３９と、正特性サーミスタ素子２９とが、この順番に並べられてモールドされている。正特性サーミスタ素子１９、２９は、ヒーターの発熱体として設けられたものである。負特性サーミスタ素子３９は、温度センサとして設けられたものである。負特性サーミスタ素子３９は、正特性サーミスタ素子１９、２９の間に配置されているため、正特性サーミスタ素子１９、２９と熱的に結合されており、正特性サーミスタ素子１９、２９の温度変化に追随して自己の温度を変化させる。
【００４９】
図６（Ｂ）に示すように、樹脂封止複合サーミスタ１８の底面には、４個の端子電極２０ａ〜２０ｄが形成されている。端子電極２０ａは、正特性サーミスタ素子１９の一方の外部電極と接続されている。端子電極２０ｂは、負特性サーミスタ素子３９の一方の外部電極と接続されている。端子電極２０ｃは、正特性サーミスタ素子２９の一方の外部電極と接続されている。端子電極２０ｄは、正特性サーミスタ素子１９の他方の外部電極、負特性サーミスタ素子３９の他方の外部電極、正特性サーミスタ素子２９の他方の外部電極と、それぞれ接続されている。
【００５０】
樹脂封止複合サーミスタ１８は、正特性サーミスタ素子１９、２９、負特性サーミスタ素子３９を、封止樹脂２１の内部にモールドしているため、正特性サーミスタ素子１９、２９、負特性サーミスタ素子３９よりも耐湿性が向上している。
【００５１】
樹脂封止複合サーミスタ１８は、図５に示すように、可撓性ケーブル２２に実装されている。なお、図示しないが、可撓性ケーブル２２には、樹脂封止複合サーミスタ１８の端子電極２０ａ〜２０ｄを接続するためのランド電極と、必要な導体配線が形成されている。そして、可撓性ケーブル２２の樹脂封止複合サーミスタ１８が実装された部分の背面が、熱伝導性両面テープ１５によって、ケース１の内壁に取付けられている。
【００５２】
光学装置３００は、上述したとおり、制御回路３０を備えている。以下、図７を参照して、光学装置３００の結露防止に関する部分の等価回路について説明する。
【００５３】
光学装置３００は、電源Ｖｃｃを備える。本実施形態においては、電源Ｖｃｃを直流６Ｖとした。電源Ｖｃｃには、電源スイッチとしてスイッチＳＷ１が接続されている。
【００５４】
また、光学装置３００は、ヒーターの発熱体として、２つの正特性サーミスタ素子１９、２９を備える。なお、図７の等価回路図においては、正特性サーミスタ素子１９を「ＰＴＣ１９」と表記し、正特性サーミスタ素子２９を「ＰＴＣ２９」と表記している。上述したとおり、正特性サーミスタ素子１９、２９は、樹脂封止複合サーミスタ１８の封止樹脂２１の内部にモールドされている。正特性サーミスタ素子１９、２９は、電源Ｖｃｃの電力により発熱する。
【００５５】
スイッチＳＷ１と正特性サーミスタ素子１９、２９との間に、スイッチング素子Ｑ１が挿入されている。スイッチング素子Ｑ１は、電源Ｖｃｃから正特性サーミスタ素子１９、２９への送電をオン・オフする。本実施形態においては、スイッチング素子Ｑ１としてＰＮＰトランジスタを使用した。
【００５６】
制御回路３０は、抵抗素子Ｒ１を備えている。抵抗素子Ｒ１は、負特性サーミスタ素子３９と直列に接続されて、温度検出用分圧回路を構成している。なお、図７の等価回路図においては、負特性サーミスタ素子３９を「ＮＴＣ３９」と表記している。上述したとおり、負特性サーミスタ素子３９は、正特性サーミスタ素子１９、２９とともに、樹脂封止複合サーミスタ１８の封止樹脂２１の内部にモールドされている。
【００５７】
温度検出用分圧回路は、抵抗素子Ｒ１側の端部がスイッチＳＷ１の負荷側（電源Ｖｃｃと反対の側）に接続され、負特性サーミスタ素子３９側の端部がグランドに接続されている。温度検出用分圧回路は、抵抗素子Ｒ１と負特性サーミスタ素子３９との接続点から、温度検出用電圧を出力する。
【００５８】
制御回路３０は、抵抗素子Ｒ２と抵抗素子Ｒ３とが直列に接続された比較用分圧回路を備える。比較用分圧回路は、抵抗素子Ｒ２側の端部がスイッチＳＷ１の負荷側に接続され、抵抗素子Ｒ３側の端部がグランドに接続されている。比較用分圧回路は、抵抗素子Ｒ２と抵抗素子Ｒ３との接続点から、比較用電圧を出力する。
【００５９】
制御回路３０は、コンパレータ素子Ｃｍｐ１を備える。
【００６０】
コンパレータ素子Ｃｍｐ１の反転入力端子−に、温度検出用分圧回路の抵抗素子Ｒ１と負特性サーミスタ素子３９との接続点が接続されている。
【００６１】
コンパレータ素子Ｃｍｐ１の非反転入力端子＋に、比較用分圧回路の抵抗素子Ｒ２と抵抗素子Ｒ３との接続点が接続されている。
【００６２】
コンパレータ素子Ｃｍｐ１の正側の電源端子が、スイッチＳＷ１の負荷側に接続されている。
【００６３】
コンパレータ素子Ｃｍｐ１の負側の電源端子が、グランドに接続されている。
【００６４】
コンパレータ素子Ｃｍｐ１の出力端子が、抵抗素子Ｒ４を介して、スイッチング素子Ｑ１の制御端子に接続されている。
【００６５】
なお、抵抗素子Ｒ４とスイッチング素子Ｑ１との接続点が、別途、抵抗素子Ｒ５を介して、スイッチＳＷ１の負荷側に接続されている。
【００６６】
各素子の抵抗値を表１に示す。
【００６７】
【表１】
2018072484.tif 000003
【００６８】
上述したとおり、負特性サーミスタ素子３９は、樹脂封止複合サーミスタ１８の内部において、正特性サーミスタ素子１９、２９と同じ温度に近づくように、熱的に結合されている。
【００６９】
光学装置３００は、たとえば、設定温度が４０℃に設定される。負特性サーミスタ素子３９は、負の抵抗温度係数を備え、設定温度である４０℃のときの抵抗値を、閾値抵抗値として備える。本実施形態においては、表１に示すように、負特性サーミスタ素子３９に、４０℃において５．６ｋΩの抵抗値を示す素子を使用したため、負特性サーミスタ素子３９の閾値抵抗値は５．６ｋΩである。
【００７０】
負特性サーミスタ素子３９は、自身の温度が４０℃（正特性サーミスタ素子１９、２９の温度が略４０℃）のときに、閾値抵抗値である５．６ｋΩの抵抗値を示す。また、負特性サーミスタ素子３９は、自身の温度が４０℃（正特性サーミスタ素子１９、２９の温度が略４０℃）を下回るときに、閾値抵抗値である５．６ｋΩよりも高い抵抗値を示す。また、負特性サーミスタ素子３９は、自身の温度が４０℃（正特性サーミスタ素子１９、２９の温度が略４０℃）を超えるときに、閾値抵抗値である５．６ｋΩよりも低い抵抗値を示す。
【００７１】
上述した温度検出用分圧回路の抵抗素子Ｒ１、比較用分圧回路の抵抗素子Ｒ２、Ｒ３の抵抗値、および、温度検出用分圧回路および比較用分圧回路にそれぞれ印加される電圧は、負特性サーミスタ素子３９の温度が設定温度４０℃であり、負特性サーミスタ素子３９の抵抗値が閾値抵抗値である５．６Ωのときに、温度検出用電圧と比較用電圧とが等しく（温度検出用電圧＝比較用電圧）なるように設定されている。
【００７２】
具体的には、表１に示すように、抵抗素子Ｒ１は４．７ｋΩに、抵抗素子Ｒ２は４．７ｋΩに、抵抗素子Ｒ３は５．６ｋΩに、それぞれ設定されている。
【００７３】
また、上述したとおり、温度検出用分圧回路および比較用分圧回路の一端は、それぞれ、スイッチＳＷ１の負荷側に接続されているため、電源スイッチであるスイッチＳＷ１がオンの場合には、温度検出用分圧回路および比較用分圧回路に、それぞれ、電源Ｖｃｃの直流６Ｖが印加される。
【００７４】
この結果、比較用電圧は、常時、約３．２６Ｖである。
【００７５】
また、温度検出用電圧は、負特性サーミスタ素子３９の温度が設定温度の４０℃（正特性サーミスタ素子１９、２９の温度が略４０℃）で、負特性サーミスタ素子３９の抵抗値が閾値抵抗値である５．６Ωのときに、約３．２６Ｖである。
【００７６】
比較用電圧の算出式と、負特性サーミスタ素子３９の温度が４０℃であるときの温度検出用電圧の算出式とを表１に示す。
【００７７】
温度検出用電圧は、負特性サーミスタ素子３９の温度が４０℃であるとき約３．２６Ｖであるが、負特性サーミスタ素子３９の温度が４０℃よりも低くなると、負特性サーミスタ素子３９の抵抗値が５．６ｋΩよりも大きくなるため、温度検出用電圧は３．２６Ｖよりも大きくなる。
【００７８】
反対に、負特性サーミスタ素子３９の温度が４０℃を上回ると、負特性サーミスタ素子３９の抵抗値が５．６ｋΩよりも小さくなるため、温度検出用電圧は３．２６Ｖよりも小さくなる。
【００７９】
制御回路３０においては、比較用電圧と温度検出用電圧との大小を、コンパレータ素子Ｃｍｐ１で比較し、負特性サーミスタ素子３９の温度（正特性サーミスタ素子１９、２９の温度）を検出して、スイッチング素子Ｑ１のオンとオフとを制御する。
【００８０】
具体的には、負特性サーミスタ素子３９の抵抗値が閾値抵抗値５．６ｋΩよりも大きく、温度検出用電圧が比較用電圧よりも大きい（温度検出用電圧＞比較用電圧）場合に、負特性サーミスタ素子３９の温度（正特性サーミスタ素子１９、２９の温度）が設定温度である４０℃よりも低いと判断し、コンパレータ素子Ｃｍｐ１の出力端子から負の最大電圧を出力してスイッチング素子Ｑ１をオンにし、電源Ｖｃｃから正特性サーミスタ素子１９、２９に電力を供給する。
【００８１】
逆に、負特性サーミスタ素子３９の抵抗値が閾値抵抗値５．６ｋΩよりも小さく、温度検出用電圧が比較用電圧よりも小さい（温度検出用電圧＜比較用電圧）場合に、負特性サーミスタ素子３９の温度（正特性サーミスタ素子１９、２９の温度）が設定温度である４０℃よりも高いと判断し、コンパレータ素子Ｃｍｐ１の出力端子から正の最大電圧を出力してスイッチング素子Ｑ１をオフにし、電源Ｖｃｃから正特性サーミスタ素子１９、２９への電力の供給を停止する。
【００８２】
以上の構成からなる光学装置３００（制御回路３０）の結露防止に関する動きについて、再度、整理して説明する。
【００８３】
電源スイッチであるＳＷ１をオンにすることにより、電源Ｖｃｃから、抵抗素子Ｒ１と負特性サーミスタ素子３９とで構成される温度検出用分圧回路、および、抵抗素子Ｒ２と抵抗素子Ｒ３とで構成される比較用分圧回路に電力が供給される。この時点においては、負特性サーミスタ素子３９の温度は設定温度である４０℃よりも低いため、負特性サーミスタ素子３９の抵抗値は閾値抵抗値５．６ｋΩよりも大きく、温度検出用電圧が比較用電圧よりも大きく、コンパレータ素子Ｃｍｐ１の出力端子から負の最大電圧が出力されるため、スイッチング素子Ｑ１はオンになる。この結果、電源Ｖｃｃから、スイッチング素子Ｑ１を経由して、正特性サーミスタ素子１９、２９にも電力が供給される。
【００８４】
電力の供給を受けた正特性サーミスタ素子１９、２９は、発熱を開始する。
【００８５】
更に電力の供給が続き、正特性サーミスタ素子１９、２９の温度が設定温度である４０℃を超え、更に負特性サーミスタ素子３９の温度が設定温度である４０℃を超えると、負特性サーミスタ素子３９の抵抗値が閾値抵抗値５．６ｋΩよりも小さくなり、温度検出用電圧が比較用電圧よりも小さくなり、コンパレータ素子Ｃｍｐ１の出力端子から正の最大電圧が出力され、スイッチング素子Ｑ１をオフにする。この結果、正特性サーミスタ素子１９、２９への電力の供給は停止され、正特性サーミスタ素子１９、２９は発熱を停止する。
【００８６】
そして、正特性サーミスタ素子１９、２９の温度が下がり、更に負特性サーミスタ素子３９の温度が下がり、設定温度である４０℃を下回り、負特性サーミスタ素子３９の抵抗値が閾値抵抗値５．６ｋΩよりも大きくなり、温度検出用電圧が比較用電圧よりも大きくなると、コンパレータ素子Ｃｍｐ１の出力端子から再び負の最大電圧が出力され、スイッチング素子Ｑ１をオンにする。この結果、正特性サーミスタ素子１９、２９への電力の供給が再開され、正特性サーミスタ素子１９、２９は発熱を再開する。
【００８７】
光学装置３００は、以上のように、樹脂封止複合サーミスタ１８の内部にモールドされた正特性サーミスタ素子１９、２９が、発熱の停止と再開を繰り返し、設定温度である４０℃近傍の温度で発熱する。
【００８８】
本実施形態にかかる光学装置３００は、制御回路３０を備えているため、正特性サーミスタ素子１９、２９が、第１実施形態にかかる光学装置１００の正特性サーミスタ素子９よりも、更に高い精度で温度制御されて発熱する。光学装置３００は、正特性サーミスタ素子１９、２９によって光学フィルタ３が熱せられ、光学フィルタ３の結露の発生が確実に防止されている。
【００８９】
［第４実施形態］
図８に、第４実施形態にかかる光学装置４００の結露防止に関する部分の等価回路図を示す。
【００９０】
第４実施形態にかかる光学装置４００は、第３実施形態にかかる光学装置３００の構成に変更を加えた。具体的には、光学装置４００は、光学装置３００から制御回路３０を削除し、代わりに、制御回路３０と異なる回路構成からなる制御回路４０を追加した。
【００９１】
光学装置４００は、負特性サーミスタ素子３９と、制御回路４０の抵抗素子Ｒ１１とを直列に接続して温度検出用分圧回路を構成し、負特性サーミスタ素子３９側の端部をスイッチＳＷ１の負荷側（電源Ｖｃｃと反対の側）に接続し、抵抗素子Ｒ１１の端部をグランドに接続している。そして、温度検出用分圧回路の負特性サーミスタ素子３９と抵抗素子Ｒ１１との接続点を、光学装置３００とは異なり、コンパレータ素子Ｃｍｐ１の非反転入力端子＋に接続している。
【００９２】
また、制御回路４０は、抵抗素子Ｒ１２と抵抗素子Ｒ１３とを直列に接続して比較用分圧回路を構成し、抵抗素子Ｒ１２側の端部をスイッチＳＷ１の負荷側に接続し、抵抗素子Ｒ１３側の端部をグランドに接続している。そして、比較用分圧回路の抵抗素子Ｒ１２と抵抗素子Ｒ１３との接続点を、光学装置３００とは異なり、コンパレータ素子Ｃｍｐ１の反転入力端子−に接続している。
【００９３】
光学装置４００の各素子の抵抗値を表２に示す。
【００９４】
【表２】
2018072484.tif 000004
【００９５】
光学装置４００も、光学装置３００と同様に、設定温度が４０℃に設定されている。
【００９６】
負特性サーミスタ素子３９にも、光学装置３００と同様に、４０℃のときに５．６ｋΩの抵抗値を示す素子を使用しており、負特性サーミスタ素子３９の閾値抵抗値は５．６ｋΩである。
【００９７】
負特性サーミスタ素子３９は、自身の温度が４０℃のときに、閾値抵抗値である５．６ｋΩの抵抗値を示す。また、自身の温度が４０℃を下回るときに、閾値抵抗値である５．６ｋΩよりも高い抵抗値を示す。また、自身の温度が４０℃を超えるときに、閾値抵抗値である５．６ｋΩよりも低い抵抗値を示す。
【００９８】
表２に示すように、光学装置４００において、抵抗素子Ｒ１１は４．７ｋΩに、抵抗素子Ｒ１２は５．６ｋΩに、抵抗素子Ｒ１３は４．７ｋΩに、それぞれ設定されている。
【００９９】
光学装置４００においては、比較用電圧は、常時、約２．７４Ｖである。
【０１００】
また、温度検出用電圧は、負特性サーミスタ素子３９の温度が設定温度の４０℃で、負特性サーミスタ素子３９の抵抗値が閾値抵抗値である５．６Ωのときに、約２．７４Ｖである。
【０１０１】
比較用電圧の算出式と、負特性サーミスタ素子３９の温度が４０℃であるときの温度検出用電圧の算出式とを表２に示す。
【０１０２】
温度検出用電圧は、負特性サーミスタ素子３９の温度が４０℃であるとき約２．７４Ｖであるが、負特性サーミスタ素子３９の温度が４０℃よりも低くなると、負特性サーミスタ素子３９の抵抗値が５．６ｋΩよりも大きくなるため、温度検出用電圧は２．７４Ｖよりも小さくなる。なお、この挙動は、温度検出用分圧回路の構成、配線が異なっているため、第３実施形態の光学装置３００の制御回路３０の挙動と逆になっている。
【０１０３】
そして、反対に、負特性サーミスタ素子３９の温度が４０℃を上回ると、負特性サーミスタ素子３９の抵抗値が５．６ｋΩよりも小さくなるため、温度検出用電圧は２．７４Ｖよりも大きくなる。この挙動も、温度検出用分圧回路の構成、配線が異なっているため、第３実施形態の光学装置３００の制御回路３０の挙動と逆になっている。
【０１０４】
制御回路４０においても、比較用電圧と温度検出用電圧との大小を、コンパレータ素子Ｃｍｐ１で比較し、負特性サーミスタ素子３９の温度を検出して、スイッチング素子Ｑ１のオンとオフとを制御する。
【０１０５】
具体的には、負特性サーミスタ素子３９の抵抗値が閾値抵抗値５．６ｋΩよりも大きく、温度検出用電圧が比較用電圧よりも小さい（温度検出用電圧＜比較用電圧）場合に、負特性サーミスタ素子３９の温度が設定温度である４０℃よりも低いと判断し、コンパレータ素子Ｃｍｐ１の出力端子から負の最大電圧を出力してスイッチング素子Ｑ１をオンにし、電源Ｖｃｃから正特性サーミスタ素子１９、２９に電力を供給する。
【０１０６】
逆に、負特性サーミスタ素子３９の抵抗値が閾値抵抗値５．６ｋΩよりも小さく、温度検出用電圧が比較用電圧よりも大きい（温度検出用電圧＞比較用電圧）場合に、負特性サーミスタ素子３９の温度が設定温度である４０℃よりも高いと判断し、コンパレータ素子Ｃｍｐ１の出力端子から正の最大電圧を出力してスイッチング素子Ｑ１をオフにし、電源Ｖｃｃから正特性サーミスタ素子１９、２９への電力の供給を停止する。
【０１０７】
光学装置４００は、光学装置３００とは異なる制御回路４０を備えるが、光学装置３００と同様に、正特性サーミスタ素子１９、２９が、高い精度で温度制御されて発熱する。光学装置４００も、光学フィルタ３の結露の発生を確実に防止することができる。
【０１０８】
以上、第１実施形態〜第４実施形態にかかる光学装置１００〜４００について説明した。しかしながら、本発明が上述した内容に限定されることはなく、発明の趣旨に沿って、種々の変更をなすことができる。
【０１０９】
たとえば、光学装置１００〜４００は、いずれも、赤外線センサであるが、光学装置の種類は任意であり、赤外線センサには限定されず、カメラなど、他の種類の光学装置であっても良い。なお、光学装置１００〜４００では、光学素子として焦電素子５が使用されているが、光学装置の種類が変更されるのにともなって、使用される光学素子も異なった種類のものに変更される。
【０１１０】
また、光学装置１００〜４００では、ケース１に、光透過部材として光学フィルタ３を取付けたが、光透過部材の種類は任意であり、光学フィルタ３には限定されず、レンズ、光学カバーなど、他の種類の光透過部材であっても良い。
【０１１１】
また、光学装置１００、２００では、正特性サーミスタ素子９を封止樹脂１１にモールドして樹脂封止正特性サーミスタ８を構成し、光学装置３００、４００では、正特性サーミスタ素子１９、２９、負特性サーミスタ素子３９を封止樹脂２１にモールドして樹脂封止複合サーミスタ１８を構成した。しかしながら、正特性サーミスタ素子９、１９、２９、負特性サーミスタ素子３９は、それぞれ、封止樹脂１１、２１にモールドする必要はなく、素子のままケース１に取付けても良い。
【０１１２】
また、光学装置１００、２００では、樹脂封止正特性サーミスタ８を可撓性ケーブル１２に実装し、光学装置３００、４００では、樹脂封止複合サーミスタ１８を可撓性ケーブル２２に実装したうえで、可撓性ケーブル１２、２２の背面をケース１に取付けた。しかしながら、可撓性ケーブル１２、２２は、本発明において必須の構成ではなく、可撓性ケーブル１２、２２を介さずに、樹脂封止正特性サーミスタ８、樹脂封止複合サーミスタ１８を、他の方法によってケース１に取付けても良い。
【０１１３】
また、光学装置１００〜４００では、金属製のケース１を使用したが、ケースの材質は任意であり、たとえば樹脂によって作製されていても良い。
【符号の説明】
【０１１４】
１・・・ケース
２・・・開口
３・・・光学フィルタ（光透過部材）
４・・・基板
５・・・焦電素子（光学素子）
６ａ、６ｂ・・・リード端子
７ａ、７ｂ・・・金属ワイヤー
８・・・樹脂封止正特性サーミスタ
９・・・正特性サーミスタ素子（ＰＴＣ）
９ａ、９ｂ・・・外部電極
１０ａ、１０ｂ・・・端子電極
１１・・・封止樹脂
１２、２２・・・可撓性ケーブル
１２ａ・・・下側フィルム
１２ｂ・・・上側フィルム
１３、１４・・・導体配線
１３ａ、１４ａ・・・ランド電極
１５・・・熱伝導性両面テープ
１８・・・樹脂封止複合サーミスタ
１９、２９・・・正特性サーミスタ素子（ＰＴＣ）
３９・・・負特性サーミスタ素子（ＮＴＣ）
Ｖｃｃ・・・電源
ＳＷ１・・・スイッチ
Ｃｍｐ１・・・コンパレータ素子
Ｑ１・・・スイッチング素子
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３・・・抵抗素子
１００、２００、３００、４００・・・光学装置（赤外線センサ）
【図１】
2018072484.tif 000005
【図２】
2018072484.tif 000006
【図３】
2018072484.tif 000007
【図４】
2018072484.tif 000008
【図５】
2018072484.tif 000009
【図６】
2018072484.tif 000010
【図７】
2018072484.tif 000011
【図８】
2018072484.tif 000012
【図９】
2018072484.tif 000013