CN103026190A - 光学式检测装置及使用该光学式检测装置的设备 - Google Patents

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Abstract

多分割透镜的各透镜是与第一面相反一侧的第二面具有多个透镜面的菲涅耳透镜。多个透镜面将多个透镜面中的至少1个由中心轴相对于第一面的法线斜交的椭圆锥的侧面的一部分构成。透镜中，第一面上的各点处的法线中的与由椭圆锥的侧面的一部分构成的透镜面交叉的任意的法线和与该任意的法线所交叉的透镜面对应的椭圆锥的中心轴不平行。

Description

光学式检测装置及使用该光学式检测装置的设备
技术领域
本发明涉及光学式检测装置及使用该光学式检测装置的设备。
背景技术
以往，作为光学式检测装置，提出了用于在规定的检测区域内检测从人体发出的红外线的变化量、并对照明器具等设备进行控制的用途的光学检测装置（例如日本国专利第3090336号公报及日本国专利第3090337号公报）。
上述2个文献所记载的光学式检测装置具备：多分割透镜（multisegment lens），在一个平面上组合有焦点位置大致相同的多片透镜；以及红外线检测元件，作为配置在上述焦点位置的受光元件。另外，上述2个文献记载有：在作为红外线检测元件而使用4个受光部（元件单元）并列的结构，作为多分割透镜而使用15个透镜以每列5个排列3列的结构的情况下，产生4×15个检测光束。
多分割透镜的各透镜的第一面是平面，第二面是具有与第一面的法线斜交的主轴的双曲面。具体地说，如图19所示，在透镜101中，使作为第二面的双曲面120的旋转轴C以与作为第一面的平面110的法线H成角度θ的方式倾斜。
在此，如果将透镜101的顶点O与红外线检测元件（未图示）的中心的距离设为L、将透镜101的焦点距离设为f，则经过透镜的顶点O而到达焦点F的入射光D与法线H所成的角度δ为：
[数1]
δ=arctan(L/f)   式(1)
此外，如果将透镜101的折射率设为n，则：
[数2]
n·sinθ=sinδ   式(2)
因此，角度θ由下式决定：
[数3]
θ=arcsin(sinδ/n)   式(3)
透镜101作为聚光光学系统而设置，经过顶点O而到达焦点F的入射光D与法线H成角度δ，并且无像差地聚光于焦点F。此外，在该透镜101中，如果增大角度θ，则无像差地聚光于焦点F的入射光D与法线H所成的角度δ也变大。
另外，在上述2个文献中记载有：作为多分割透镜的材料而采用聚乙烯，通过注塑成型来制作多分割透镜。
然而，在由聚乙烯形成的透镜101中，即使壁厚为1mm，向透镜101的平面110垂直入射的波长10μm附近的红外线的透射率也不过是40%，壁厚越厚则透射率越降低。并且，相对于透镜101的平面110从非垂直的方向入射的入射光D的光路长度度比透镜101的最大壁厚更长，透射率可能会过低。此外，在由聚乙烯形成的透镜101中，在壁厚的变化较大的情况下，由于在注塑成型的冷却、硬化过程中产生的收缩不均等，在透镜101的表面产生缩痕（sink mark），会有损于透镜101的外观。
因此，在上述2个文献中，为了抑制透射率的降低和缩痕的产生，将透镜101的最小壁厚设为注塑成型时的聚乙烯的流动性方面所允许的最小值0.3mm，将给透镜面积（有效透镜面积）的确保带来影响的透镜101的最大最小壁厚差设为确保与光学式检测装置的用途（厨房灯用）对应的规定透镜面积所需要的最小值0.5mm，从而将透镜101的最大壁厚抑制为1mm以下。
此外，在日本国专利公告7-36041号公报中，如图20所示，将聚光透镜401设为菲涅耳透镜，为了抑制轴外像差的产生，使第二面的各双曲面421、422、423所共用的旋转轴C与作为第一面的平面410斜交。在此，各双曲面421、422、423分别构成透镜面。
上述文献记载有：在图20的菲涅耳透镜401中，能够根据各双曲面421、422、423所共用的旋转轴C与平面410所成的角度，在无像差地聚光于焦点的平行光线与平面410的法线N之间具有角度。因此，在图20的菲涅耳透镜401中，能够抑制轴外像差的产生，能够将来自与平面410的法线N斜交的方向的光线高效地聚光。
然而，在构成出射面的各双曲面421、422、423的旋转轴C与作为入射面的平面410的法线N斜交的菲涅耳透镜401中，各双曲面421、422、423相对于平面410的法线N并不是旋转对称。因此，菲涅耳透镜401及用于菲涅耳透镜401的模具很难通过转盘等的旋转加工来制作。
因此，在制作菲涅耳透镜401及用于菲涅耳透镜401的模具时，使用多轴控制的加工机，如图21所示，需要通过仅使刀尖半径（也称作圆角半径）为几μm的锐利的车刀（工具）430的刃尖与工作物440点接触而以微小间距进行切削加工，来形成各双曲面421、422、423或各曲面。工作物440是用于直接形成菲涅耳透镜401的基材或用于形成模具的基材。因此，上述的制作菲涅耳透镜401及菲涅耳透镜401用模具的加工时间变长，成为菲涅耳透镜401的成本增加的重要原因。
与此相对，在菲涅耳透镜的包含作为入射面的平面的法线在内的剖面形状中，如果各透镜面的剖面形状为直线，则如图22所示，通过使车刀430相对于工作物440倾斜，而使刀刃的侧面线接触来进行切削加工，能够形成与透镜面或透镜面相对应的曲面，所以能够大幅缩短加工时间。在此，已知的是，在出射面上的各透镜面的形状以入射面的法线为旋转轴而旋转对称的菲涅耳透镜中，用圆锥台的侧面对各透镜面进行近似，从而能够使各透镜面的剖面形状为直线（美国专利第4787722号说明书）。
另外，在上述的日本国专利公告7-36041号公报所公开的菲涅耳透镜401及上述的美国专利第4787722号说明书所公开的菲涅耳透镜中，成为对象的光线为红外线，在这2个文献中，公开了作为透镜材料而使用聚乙烯。
然而，本申请发明者考虑了如下情况：在搭载光学式检测装置的设备中，多分割透镜构成设备的外观的一部分，所以为了避免损害设备的设计性，在多分割透镜的各透镜中将红外线入射的一侧的面的形状设为平面或者曲率较小的曲面。在此，在搭载光学式检测装置的设备为防犯传感器的情况下，可能会设置成不让可疑者意识到光学式检测装置的存在及防犯传感器的检测区域。而且，本申请发明者还考虑到，在作为搭载光学式检测装置的设备而考虑例如电视机、个人计算机的显示器等设备那样的、人与光学式检测装置的距离比较短的设备、或防犯传感器等设备的情况下，多分割透镜的外观很重要，优选为即便从较近处（例如以30cm左右）窥视也无法通过肉眼视觉辨认出透镜图案。因此，在上述的光学式检测装置中，可以想到将多分割透镜的各透镜101的最大最小壁厚差设为比例如上述0.5mm的值更小的值，这样虽然能够加大视觉辨认透镜图案的难度，但是另一方面，无法确保规定的透镜面积，结果导致灵敏度降低。
因此，作为能够加大视觉辨认形成于第二面侧的透镜图案的难度的透镜，有采用菲涅耳透镜的选项。然而，在出射面上的各透镜面的形状以入射面的法线为旋转轴而旋转对称的菲涅耳透镜中，在用圆锥台的侧面对各透镜面进行近似时，在利用从外界向第一面倾斜入射的入射光（例如红外线）的情况下，会产生轴外像差。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种光学式检测装置及使用该光学式检测装置的设备，通过加大从各透镜的第一面侧视觉辨认出形成于多分割透镜的各透镜的第二面侧的透镜图案的难度，能够提高多分割透镜的外观，还能够抑制利用从外界向第一面倾斜入射的入射光的透镜的轴外像差的产生，抑制灵敏度的降低，并且能够实现低成本化。
本发明的光学式检测装置具备：多分割透镜，组合有多片透镜，所述各透镜的焦点位置相同；以及红外线传感器，具有配置在所述焦点位置的红外线受光元件；所述多分割透镜的所述各透镜是与第一面相反侧的第二面具有多个透镜面的菲涅耳透镜，所述多个所述透镜面中的至少1个所述透镜面由椭圆锥的侧面的一部分构成，所述第一面上的各点的法线中的与由所述椭圆锥的侧面的一部分构成的所述透镜面交叉的任意的法线，和与该任意的法线所交叉的所述透镜面对应的所述椭圆锥的中心轴不平行。
在本发明的光学式检测装置中，能够通过从各透镜的第一面侧不容易视觉辨认出在多分割透镜的各透镜的第二面侧形成的透镜图案来提高多分割透镜的外观，还能够抑制利用从外界向第一面倾斜入射的入射光的透镜产生轴外像差而抑制灵敏度降低，而且实现了低成本化。
在该光学式检测装置中，优选的是，所述多个所述透镜面中的至少2个所述透镜面分别由所述中心轴不同的所述椭圆锥的所述侧面的所述一部分构成，越是与位于外侧的所述透镜面对应的所述椭圆锥，所述中心轴和所述法线所成的角度越大。
在该光学式检测装置中，优选的是，所述各透镜中的所述多个所述透镜面中的中央的所述透镜面，由曲率连续地变化的非球面的一部分构成，所述第一面上的各点的法线中的与由所述非球面的一部分构成的中央的所述透镜面交叉的任意的法线，和与该任意的法线所交叉的中央的所述透镜面对应的所述非球面的对称轴不平行。
在该光学式检测装置中，优选的是，所述非球面是双曲面。
在该光学式检测装置中，优选的是，所述多分割透镜设定成，在所述多片所述透镜中，越是远离所述多分割透镜的中心的所述透镜，所述第二面的透镜面积越大。
在该光学式检测装置中，优选的是，所述多分割透镜设定成，所述各透镜的最大壁厚成为相同的壁厚。
在该光学式检测装置中，优选的是，所述红外线受光元件具备形成为长方形状的多个元件单元，所述多个所述元件单元以各自的短边方向一致的方式排列。
在该光学式检测装置中，优选的是，所述红外线受光元件将形成为正方形状的4个元件单元排列为2×2的矩阵状，并将利用一直线把所述4个所述元件单元中的位于对角位置的2个所述元件单元各自的1个对角线彼此连结起来的方向作为左右方向来配置。
在该光学式检测装置中，优选的是，由所述多分割透镜的所述各透镜和所述红外线检测元件形成的多个检测光束的配置为棋盘格状配置。
在该光学式检测装置中，优选的是，所述多片所述透镜至少具备沿着一个方向以直线状排列的第一透镜群，所述红外线受光元件将形成为正方形状的4个元件单元排列为2×2的矩阵状，以使利用一直线把所述4个所述元件单元中的位于对角位置的2个所述元件单元各自的1个对角线彼此连结起来的方向与所述一个方向一致的方式来配置。
在该光学式检测装置中，优选的是，所述多片所述透镜还具备与所述第一透镜群相邻且沿着所述一个方向排列的第二透镜群，所述第二透镜群的所述透镜相对于所述第一透镜群的所述透镜配置成棋盘格状。
此外，在该光学式检测装置中，优选的是，所述多分割透镜的透镜材料是聚乙烯。
此外，在该光学式检测装置中，优选的是，所述多分割透镜的透镜材料为聚乙烯，并且所述第一面是向所述第二面侧的相反侧凸出的曲面。
本发明的设备的特征在于，具备所述光学式检测装置。
在本发明的设备中，具备如下的光学式检测装置，该光学式检测装置通过加大从各透镜的第一面侧视觉辨认出形成于多分割透镜的各透镜的第二面侧的透镜图案的难度，能够提高多分割透镜的外观，还能够抑制利用从外界向第一面倾斜入射的入射光的透镜的轴外像差的产生，抑制灵敏度的降低，并且能够实现低成本化，因此，该设备能够抑制光学式检测装置的灵敏度降低并且实现低成本化，同时提高了搭载光学式检测装置的设备整体的外观。
附图说明
更详细地描述本发明的优选的实施方式。本发明的其他特征及优点通过以下的详细描述和附图能够更好地理解。
图1A是实施方式的光学式检测装置的概略截面图。
图1B是实施方式的光学式检测装置的要部概略仰视图。
图1C是图1B的放大图。
图2是实施方式的光学式检测装置的概略结构图。
图3A是实施方式的光学式检测装置的检测区域的说明图。
图3B是实施方式的光学式检测装置的检测区域的说明图。
图4A是实施方式的光学式检测装置中的多分割透镜的要部截面图。
图4B是实施方式的光学式检测装置中的多分割透镜的红外线的行进路线的说明图。
图5是实施方式的光学式检测装置中的多分割透镜的1个透镜的俯视图。
图6A是实施方式的光学式检测装置中的红外线受光元件与检测光束之间的关系的说明图。
图6B是实施方式的光学式检测装置中的红外线受光元件与检测光束之间的关系的说明图。
图7A是实施方式的光学式检测装置的检测区域的说明图。
图7B是实施方式的光学式检测装置的检测区域的说明图。
图8是实施方式的光学式检测装置的其他结构例的要部概略仰视图。
图9A是实施方式的光学式检测装置的其他结构例的检测区域的说明图。
图9B是实施方式的光学式检测装置的其他结构例的检测区域的说明图。
图10A是实施方式的光学式检测装置的又一其他结构例的检测区域的说明图。
图10B是实施方式的光学式检测装置的又一其他结构例的检测区域的说明图。
图11是实施方式的光学式检测装置的多分割透镜中的透镜的光点图。
图12A是实施方式的光学式检测装置中的多分割透镜的其他结构例的要部截面图。
图12B是实施方式的光学式检测装置中的多分割透镜的其他结构例的红外线的行进路线的说明图。
图13是实施方式的光学式检测装置中的多分割透镜的其他结构例的要部俯视图。
图14是实施方式的光学式检测装置的多分割透镜中的其他结构例的透镜的光点图。
图15A是实施方式的光学式检测装置中的多分割透镜的又一其他结构例的要部截面图。
图15B是实施方式的光学式检测装置中的多分割透镜的又一其他结构例的红外线的行进路线的说明图。
图16是实施方式的光学式检测装置的多分割透镜中的又一其他结构例的透镜的光点图。
图17A是具备实施方式的光学式检测装置的设备的概略主视图。
图17B是具备实施方式的光学式检测装置的设备的概略俯视图。
图17C是具备实施方式的光学式检测装置的设备的概略侧面图。
图18A是具备实施方式的光学式检测装置的其他设备的概略立体图。
图18B是具备实施方式的光学式检测装置的其他设备的多分割透镜的概略说明图。
图18C是具备实施方式的光学式检测装置的其他设备的检测区域的说明图。
图19是以往例的光学式检测装置中的多分割透镜的1个透镜的说明图。
图20A是其他以往例的菲涅耳透镜的仰视图。
图20B是其他以往例的菲涅耳透镜的截面图。
图21是菲涅耳透镜的第二面侧的各透镜面为双曲面的情况下的菲涅耳透镜的制作方法的说明图。
图22是菲涅耳透镜的第二面侧的各透镜面的剖面形状为直线的情况下的菲涅耳透镜的制作方法的说明图。
具体实施方式
以下，对光学式检测装置，首先基于图1A～图6B进行说明。
光学式检测装置A具备：多分割透镜1，组合有多片透镜101，各透镜101的焦点位置F相同；以及红外线传感器2，具有配置在焦点位置（焦点）F的红外线受光元件3。也就是说，多分割透镜1构成对红外线进行聚光的聚光光学系统。另外，多片透镜101以位于同一面上的方式组合。
该光学式检测装置A对放射红外线的物体（例如人等）的运动进行检测，并输出检测信号。在此，光学式检测装置A作为红外线受光元件3，使用焦电型红外线检测元件。
红外线传感器2除了具备红外线受光元件3之外，还具备：放大部4，将红外线受光元件3的输出信号放大；判断部5，比较由放大部4放大后的电压信号和阈值，判断电压信号是否超过了阈值；以及输出部6，在判断部5中判断为电压信号超过了阈值时，发出输出。另外，在光学式检测装置A的检测对象的物体为人的情况下，作为放大部4，例如优选构成为，对与人的运动接近的频率成分（以1Hz为中心的成分）的电压信号进行放大，例如能够使用具有与上述的日本国专利第3090336号公报及日本国专利第3090337号公报所记载的放大部同样的频率特性的放大部。此外，放大部4例如具有：电流电压变换电路，将从红外线受光元件3输出的输出信号、即焦电电流变换为电压信号；以及电压放大电路，对由该电流电压变换电路变换后的电压信号中的规定频带的电压信号进行放大。此外，判断部5能够由使用比较器等的比较电路构成。此外，输出部6例如由输出电路构成，在判断部5中判断为电压信号超过阈值时，该输出电路将检测信号作为输出来发出。
此外，红外线传感器2具备容纳红外线受光元件3、放大部4、判断部5及输出部6等的封装件7，能够安装在由印刷布线板构成的电路基板8上来使用。在此，在封装件7内，容纳有安装了红外线受光元件3等的元件保持部件（例如MID基板等）9。并且，在元件保持部件9上还安装有将放大部4、判断部5和输出部6单芯片化而成的IC元件（未图示）。
封装件7具有：圆盘状的基座（stem）71；有底圆筒状的帽72，与该基座71接合；红外线透射部件73，配置成将形成于该帽72的底部的开口部72a闭塞，具有使所需的红外线透射的功能。作为红外线透射部件73，例如优选使用硅基板、锗基板等。另外，封装件7中，基座71和帽72双方都由金属材料形成，通过导电性材料将红外线透射部件73和帽72接合。
在光学式检测装置A中，具有多分割透镜1的罩部件10以覆盖封装件7的方式配置在电路基板8的一表面侧。另外，罩部件10与封装件7之间的空间为空气层，作为隔热层发挥功能。
作为构成红外线受光元件3的焦电型红外线检测元件，例如如图6B所示，能够使用在1张焦电体基板30上形成有4个元件单元（受光部）31的方阵型（quad type）的焦电元件。图6B所示的红外线受光元件3在1张焦电体基板30上以2×2的阵列状排列有4个元件单元31。在图6B所示的例中，各元件单元31的俯视形状为正方形，在焦电体基板30的中央部以使元件单元31的中心分别位于比焦电体基板30的外周线更靠内侧的虚拟正方形的4个角的方式配置。
红外线受光元件3的各元件单元31是在一对电极（未图示）之间夹设有焦电体基板30的一部分的电容器，在图6B中，将各元件单元31的一对电极中的位于多分割透镜1侧的电极的极性用“＋”、“－”的符号来表示。在此，在红外线受光元件3中，4个元件单元31中的位于虚拟正方形的一条对角线上的同极性的2个元件单元31彼此并联连接，位于另一条对角线上的同极性的2个元件单元31彼此并联连接。也就是说，若如图6B的右侧所示的正交坐标系那样规定x轴、y轴及z轴各自的正方向，则红外线受光元件3的沿着x轴向并列形成的2个元件单元31彼此反并联连接，并且，沿着y轴向并列形成的2个元件单元31彼此反并联连接。
光学式检测装置A的检测区域200（参照图3A及3B）由红外线受光元件3和多分割透镜1决定。因此，在光学式检测装置A的检测区域200中，按照各透镜101分别设定元件单元31的数量的（图6B的例子中为4个）检测光束220。检测光束220是红外线向红外线受光元件3的入射量成为峰值范围的小范围，并且是检测来自检测对象的物体的红外线的有效领域，也称作检测区。
在图1A所示的光学式检测装置A中，多分割透镜1如图1B所示，由2×8片透镜101构成，因此，如图3所示，在检测区域200内设定16×4个检测光束220。另外，多分割透镜1中的透镜101的片数没有特别限定。
换句话说，如图1B所示，多分割透镜1具备：第一透镜群，由沿着左右方向（一方向）以直线状排列的上段的8片透镜101构成；以及第二透镜群，与第一透镜群相邻，由同样沿着左右方向（一方向）以直线状排列的下段的8片透镜101构成。
图3A及3B示出了在地面的上方配置光学式检测装置A的情况下的检测区域200，在图3B中，对于检测区域200之中设定在地面上的检测面210中的各检测光束220，分别用“＋”、“－”的符号表示该检测光束220所对应的元件单元31的极性。也就是说，检测光束220具有与元件单元31一对一地对应的极性。
检测面210上的检测光束220的形状是与对应于该检测光束220的元件单元31相似的形状。
在此，优选的是，多分割透镜1将各透镜101的最大壁厚设定为相同的壁厚。在此，光学式检测装置A通过将各透镜101的最大壁厚t设为相同的壁厚，如图6A所示，从包含红外线检测元件3的受光面（元件单元31的多分割透镜1侧的表面）的平面至各透镜101的距离d成为一定距离，因此能够使检测面210上的检测光束220的宽度W相同。因此，通过在检测面210上使检测光束220的大小成为一定，能够使检测区域200内的各处的检测能力同等。另外，如果透镜101彼此的最大壁厚t之差为100μm左右，则能够视为大致相同的壁厚。
多分割透镜1为了在光学式检测装置A中增大水平视场角，使沿着图1C中的x轴向排列的透镜101的数量多余沿着y轴向排列的透镜101的数量。在此，在图1C所示的例子中，将沿着x轴向排列的透镜101的数量设为8，将沿着y轴向排列的透镜101的数量设为2。此外，在光学式检测装置A中，以使图1C中的x轴、y轴及z轴各自的正方向与图6B中的x轴、y轴及z轴各自的正方向相一致的方式，来规定多分割透镜1与红外线受光元件3的相对位置关系。也就是说，在红外线受光元件3中，形成为正方形的4个元件单元31在俯视时排列成2×2的矩阵状，将沿着上述虚拟正方形的1边的方向配置为左右方向。
但是，红外线受光元件3的配置不限于此，例如也可以是，将用一直线连结以2×2的矩阵状排列的4个元件单元31中的、位于对角位置的2个元件单元31各自的1个对角线彼此而成的方向配置为左右方向。换句话说，也可以是，在红外线受光元件3中，将沿着上述虚拟正方形的1个对角线的方向配置为左右方向。
再换言之，也可以是，配置成用一直线来连结以2×2的矩阵状排列的4个元件单元31之中的、位于对角位置的2个元件单元31各自的1个对角线彼此而成的方向与排列有第一透镜群的透镜101的方向（一方向）相一致。
在该情况下，图6B所示的红外线受光元件3在xy平面内旋转了45°，因此，光学式检测装置A的检测区域200如图7A、B所示那样设定。因此，在该情况下，在对相邻的透镜101分别设定的各4个检测光束220之中，能够减小由相互不同的透镜101形成且相邻的2个检测光束220间的间隔，能够检测到物体的更小的运动。此外，在该情况下，降低了人从极性不同的2个检测光束220经过而使元件单元31彼此的输出相抵消的可能性。此外，如果如上述那样使图6B所示的红外线受光元件3在xy平面内旋转45°，而且将多分割透镜1的透镜101如图8所示那样设为棋盘格状的配置，则光学式检测装置A的检测区域200如图9A、9B所示那样设定，多个检测光束220的配置成为棋盘格状的配置。由此，光学式检测装置A能够检测到物体的更小的运动。
另外，图8所示的多分割透镜1具备：第一透镜群，由沿着左右方向（一方向）以直线状排列的上段的5片透镜101构成；第二透镜群，与第一透镜群相邻，由同样沿着左右方向（一方向）以直线状排列的中段的4片透镜101构成；第三透镜群；进一步与第二透镜群相邻，由同样沿着左右方向（一方向）以直线状排列的下段的5片透镜101构成。在此，第二透镜群的透镜101通过调节配置在左右两端的2个透镜101的左右方向的宽度尺寸，相对于第一及第三透镜群的透镜101配置为棋盘格状。
此外，红外线受光元件3也可以是，形成为长方形的多个元件单元31在俯视时沿元件单元31的短边方向排列，例如，长方形的元件单元31以1×4的阵列状排列。在该情况下，光学式检测装置A的检测区域200如图10A、10B所示那样设定，能够减小左右方向（水平方向）上的检测光束220的宽度、以及相邻的检测光束220间的间隔，容易检测到放射红外线的物体的运动。
在此，多分割透镜1的各透镜101为菲涅耳透镜，第一面110为平面，与第一面110相反侧的第二面120具有多个透镜面121。在此，在本实施方式中，在搭载光学式检测装置A的设备中，多分割透镜1的周边部的外观面多为平面或者曲率较小的曲面，鉴于该情况，将第一面110设为平面。由此，在设备中，能够将多分割透镜1的周边部的外观面与多分割透镜的外观面设为大致同一面（设为连续的形状）。因此，在本实施方式的光学式检测装置中，搭载多分割透镜的设备的设计性不会因多分割透镜而受到损害，能够抑制观看设备的人因多分割透镜而感到设备的外观不协调感，能够使搭载有多分割透镜的设备的外观变得美观。
透镜101如图4A所示，具有中心透镜部101a和将中心透镜部101a包围的多个（图示例中为2个）环状透镜部101b。环状透镜部101b的数量没有特别限定，也可以是3个以上。透镜101是与第一面110相反侧的第二面120具有多个透镜面121的聚光透镜，中心透镜部101a的透镜面121为凸面。也就是说，透镜101是能够使厚度比凸透镜薄的聚光透镜。
各环状透镜部101b在第二面120侧具有山部111b。山部111b具有：立起面（非透镜面）122，由中心透镜部101a侧的侧面构成；以及透镜面121，由与中心透镜部101a侧相反侧的侧面构成。因此，透镜101的第二面120具有各环状透镜部101b各自的透镜面121。此外，透镜101的第二面120还具有中心透镜部101a的透镜面121。
在此，在一般的非球面透镜中，用非球面的式子来表示透镜面时，成为（4）式。但是，在（4）式中，将与光轴正交的一个平面作为XY平面，将该XY平面与光轴的交点作为原点，将该XY平面内的与原点的距离定义为r，将光轴方向上的与XY平面的距离定义为z，将圆锥曲线常数（ConicConstant）定义为k，将透镜面与光轴的交点的曲率定义为c，a2～am是校正系数。
[数4]
z = c r 2 1 + 1 - ( k + 1 ) c 2 r 2 + a 2 r 4 + a 3 r 6 + · · · + a m r 2 m   式(4)
在（4）式中，第一项表示旋转二次曲面，在k＜－1的情况下，透镜面为双曲面。因此，如果利用（4）式，则能够设计出旋转轴相对于第一面110的法线以角度θ倾斜的双曲面125，通过将这样的双曲面125的一部分用作透镜面121，能够将以角度δ入射的红外线无像差地聚光在焦点位置F。
此外，在将透镜101的第一面110的面积设为S的情况下，如上所述，在将旋转轴相对于第一面110的法线以角度θ倾斜的双曲面125的一部分用作透镜面121的透镜101中，若将从检测面210入射的红外线的入射功率设为PW，则入射功率PW由下述（5）式来表示。其中，（5）式的K为比例常数。
[数5]
PW=K·S·cos4θ  式(5)
因此，在透镜101的第一面110的面积S为一定的情况下，角度θ越大的透镜101，红外线的入射功率越小。因此，多分割透镜1优选设定为，角度θ越大的透镜101，透镜101的第一面110的面积S越大。在该情况下，越远离多分割透镜1的中心的透镜101，第一面110的面积S越大，越远离多分割透镜1的中心的透镜101，第二面120的面积越大。
在多分割透镜1中，作为透镜材料而使用聚乙烯，该聚乙烯是使红外线透射的树脂。但是，多分割透镜1通过将各透镜101分别设为菲涅耳透镜，能够实现各透镜101的第二面120的透镜面积的增大，且减小最大最小壁厚差Δt（参照图4B）。于是，多分割透镜1能够缩短从与第一面110的法线斜交的方向（与第一面110不垂直的方向）入射的红外线的光路长度，能够提高透射率。
另外，作为使红外线透射的材料，有硅和锗等，但是很难由这些结晶材料来量产性良好地制作出复杂形状的多分割透镜1。另一方面，聚乙烯是使红外线透射的材料，能够通过注塑成型来转印模具的复杂形状，因此，能够量产性良好地制作多分割透镜1。
然而，在透镜面121由双曲面125的一部分构成，双曲面125的旋转轴相对于第一面110的法线斜交的情况下，各透镜面121相对于第一面110的法线不是旋转对称。因此，很难通过转盘等的旋转加工来制作多分割透镜1及用于该多分割透镜1的模具。
与此相对，本实施方式的多分割透镜1的各透镜101例如图4A、4B及图5所示，透镜101的各透镜面121分别由椭圆锥130的侧面的一部分构成，第一面110上的各点处的法线中的与由椭圆锥130的侧面的一部分构成的透镜面121交叉的任意的法线、和与该任意的法线所交叉的透镜面121对应的椭圆锥130的中心轴是非平行的（即倾斜）。在此，各椭圆锥130的顶点P位于第二面120侧，并且底面（未图示）位于第一面110侧。此外，在图4A、4B及图5所示结构的多分割透镜1的透镜10中，第一面110为平面，因此，椭圆锥130的中心轴与第一面110上的各点法线分别斜交。此外，将连结第一面110上的点和该点处的法线与透镜面121交叉的交点而成的方向规定为透镜厚度方向的情况下，如果第一面110为平面，则沿着第一面110上的各点处的法线的方向为透镜厚度方向。因此，在图4A、4B中，上下方向为透镜厚度方向。因此，优选的是，透镜101的各透镜面121分别由下述的椭圆锥130的侧面的一部分构成，该椭圆锥130的顶点P位于第二面120侧，且底面（未图示）位于第一面110侧，而且中心轴（未图示）与透镜厚度方向斜交。另外，在包含第一面110的法线的剖面形状中，与第一面110平行的面和各透镜面121所成的角度为钝角，与第一面110平行的面和各立起面122所成的角度为大致直角。
以下，如图4A、4B及图5所示，说明各透镜面121由上述的椭圆锥130的侧面的一部分构成的透镜101。
本申请发明者为了解决“提供一种光学式检测装置，能够提高多分割透镜1的外观，并且抑制利用从外界向第一面110倾斜入射的入射光（红外线）的透镜101所产生的轴外像差，从而抑制灵敏度降低，而且能够实现低成本化”这样的课题，是如下这样考虑的。也就是说，首先，对于由旋转轴（主轴）与第一面110的法线斜交的多个双曲面（二个双曲面的一个双曲面）125各自的一部分构成第二面120的基准构造，在包含第一面110的法线的剖面形状中，将多个双曲面125各自的上述一部分用直线来近似。
在此，双曲面125的与该双曲面125的旋转轴正交的剖面上的各点处的切线的集合为圆锥。因此，在出射面上的各透镜面的形状以入射面的法线为旋转轴而旋转对称的菲涅耳透镜中，能够通过圆锥的侧面的一部分来近似各透镜面。
然而，在以任意平面的中心为原点、该任意平面上规定相互正交的x轴和y轴、并规定了与该任意平面正交的z轴的正交坐标系中，将圆锥的任意点的坐标设为（x，y，z），将b、c作为系数，圆锥的方程式以下述的标准形式表示。在此，系数c是与z无关的常数。
[数6]
x 2 + y 2 b 2 - z 2 c 2 = 0 ( b , c > 0 )   式(6)
在用与xy平面平行的2个面来对该圆锥进行截取而得到的圆锥台中，无法对上述基准构造中的各双曲面125各自的上述一部分进行近似。
另一方面，双曲面125的与该双曲面125的旋转轴不垂直的剖面上的各点处的切线140的集合为椭圆锥。在此，本申请发明者着眼于以下的点：能够将上述的图4A的构造中的双曲面125，在与双曲面125的主轴斜交的平面和双曲面125的交线上的各点处，用与双曲面125相切的椭圆锥130进行近似。并且，本申请发明者考虑到了，通过椭圆锥130的侧面的一部分来构成各透镜面121，该椭圆锥130的顶点P位于第二面120侧，且底面（未图示）位于第一面110侧，而且中心轴（未图示）与第一面110的法线斜交。
在图4A、4B及图5所示的多分割透镜1的透镜101中，如果着眼于分别由椭圆锥130的一部分构成的透镜面121，则椭圆锥130具有与该椭圆锥130内切的双曲面125，在椭圆锥130与双曲面125的交线上的各点，两者的切线的倾斜是一致的，因此，穿过椭圆锥130与双曲面125的交线上的各点的光线被聚光在双曲面125的旋转轴上的一点。在该透镜101中，通过将多个透镜面121中的至少1个透镜面121设为以包含有椭圆锥130与双曲面125的交线的方式将椭圆锥130的一部分截取后的形状，在利用从外界向第一面110倾斜入射的入射光的情况下，能够抑制轴外像差的产生，而且能够实现低成本化。在此，在透镜101中，若山部111b的高度越低，则穿过该山部111b的光线越容易聚光到一点，所以优选椭圆锥130与内切于椭圆锥130的双曲面125的交线和山部111b相交。
各山部111b的高度及相邻的山部111b的顶点间的间隔，需要设定为在透镜101中成为聚光对象的电磁波的波长以上的值。例如，在将波长为10μm的红外线作为聚光对象的情况下，需要将各山部111b的高度及相邻的山部111b的顶点间的间隔设为10μm以上。另一方面，可以想到如下课题：在透镜101中，若各山部111b的高度及相邻的山部111b的顶点间的间隔变大，则轴外像差变大，能够从第一面110侧视觉辨认透镜图案。因此，在将轴外像差的允许值（目标值）例如设为配置在焦点F的红外线受光元件3的大小、即0.6×0.6mm以下的情况下，透镜101优选将山部111的最大高度设为150μm以下。此外，在要求从与第一面110距离30cm的地方无意识地观察时，不能够视觉辨认出第二面120侧的透镜图案的情况下，透镜101优选将相邻的山部111b间的间隔设为0.3mm以下。另一方面，相邻的山部111b间的间隔越小，则山部111b的数量越增加，因此相邻的山部111b间的间隔更优选在例如0.1～0.3mm的范围内设定。
在本实施方式的透镜101中，在平面115上存在椭圆锥130与内切于椭圆锥130的双曲面125的交线，该平面115与透镜厚度方向正交（即与由平面构成的第一面110平行），且环状透镜部101b中的山部111b与谷底之间的高度为山部111b的最大高度的1/2。因此，在该透镜101中，如图4B所示，将从透镜面121与平面115的交点上经过的红外线（光线）聚光至焦点F。
在以任意平面的中心为原点、在该任意平面上规定相互正交的x轴和y轴、并规定了与该任意平面正交的z轴的正交坐标系中，将椭圆锥的任意点的坐标设为（x，y，z），将a、b、c设为系数，一般的椭圆锥的方程式用下述的（7）式的标准形式表示。在此，系数c是与z无关的常数。
[数7]
x 2 z 2 + y 2 b 2 - z 2 c 2 = 0 ( a ≠ banda , b , c > 0 )   式(7)
以下，为了便于说明，在图4A的透镜101中，对3个椭圆锥130分别赋予不同附图标记来进行说明。在此，将与中央的透镜面121对应的椭圆锥设为椭圆锥1300，将与最接近中央的透镜面121的作为第一环的透镜面121对应的椭圆锥设为椭圆锥1301，将与第2接近中央的透镜面121的作为第二环的透镜面121对应的椭圆锥设为椭圆锥1302。也就是说，在除了与中央的透镜面121对应的椭圆锥130之外的椭圆锥130中，从接近中央的透镜面121的一侧开始计数，将与第m个（m≥1）的作为第m环的透镜面121对应的椭圆锥设为椭圆锥130m。此外，在此将各椭圆锥1300、1301、1302各自的顶点P、P、P设为顶点P0、P1、P2，将各椭圆锥1300、1301、1302各自的中心轴设为CA0、CA1、CA2。也就是说，在此，将与作为第m环的透镜面121对应的椭圆锥130m的顶点设为Pm，将该椭圆锥130m的中心轴设为CAm。并且，对于各椭圆锥1300、1301、1302，分别定义了以顶点P0、P1、P2为原点、以中心轴CA0、CA1、CA2为z轴、在与z轴正交的剖面上沿着椭圆的长径方向规定x轴、沿着短径方向规定y轴的正交坐标系。于是，各椭圆锥1300、1301、1302的式子在各正交坐标系中，能够由上述的（7）式来表示。另外，在图4A中，将与椭圆锥1300、1301、1302内切的双曲面125、125、125分别设为双曲面1250、1251、1252。
作为菲涅耳透镜的透镜101的一例，例示了分别具备由椭圆锥130的侧面的一部分构成的6个透镜面121的透镜。在该透镜101中，在6个椭圆锥130之中，将与中央的透镜面121对应的椭圆锥设为椭圆锥1300，将与分别作为第一环～第五环的透镜面121对应的椭圆锥设为椭圆锥1301～1305。在该一例的透镜101中，在将由各山部111b以外的部分构成的基底部分的厚度t设为0.5mm、将各环状透镜部101b中与焦点F最近的点处的山部111b的高度（透镜阶梯差）Δt设为0.05mm、将透镜材料设为折射率为1.53的聚乙烯的情况下，（7）式中的系数a、b、c成为表1所示的值。其中，表1所示的系数a、b、c是以将平行于透镜101的第一面110的像面I到第一面110的距离设为5.5mm、使以45°的入射角入射的红外线（光线）聚光在焦点F为前提条件而求出的值。
[表1]
透镜面 系数a 系数b 系数c
椭圆锥1300 46.28 32.81 1.71
椭圆锥1301 19.29 13.83 1.72
椭圆锥1302 12.67 9.24 1.73
椭圆锥1303 10.11 7.49 1.74
椭圆锥1304 8.66 6.50 1.75
椭圆锥1305 7.68 5.85 1.76
此外，相对于第一面110上的各点处的法线，其法线所相交的第二面120的透镜面121的中心轴倾斜。以下，为了便于说明，在图4A的透镜101中，将第一面110的点A1、A2、B1、B2、C1、C2的法线与第二面120的交点设为A11、A22、B11、B22、C11、C22，将第一面110的点A1、A2、B1、B2、C1、C2的法线称作A1-A11、A2-A22、B1-B11、B2-B22、C1-C11、C2-C22。在此，将与中央的透镜面121交叉的法线A1-A11、A2-A22和椭圆锥1300的中心轴CA0所成的角度设为θ0，将与距离中央的透镜面121最近的成为第一环的透镜面121交叉的法线B1-B11、B2-B22和椭圆锥1301的中心轴CA1所成的角度设为θ1、将与第2接近于中央的透镜面121的作为第二环的透镜面121交叉的法线C1-C11、C2-C22和椭圆锥1302的中心轴CA2所成的角度设为θ2。同样，将与作为第三环的透镜面121交叉的法线和椭圆锥1303的中心轴CA3所成的角度设为θ3，将与作为第四环的透镜面121交叉的法线和椭圆锥1304的中心轴CA4所成的角度设为θ4，将与作为第五环的透镜面121交叉的法线和椭圆锥1305的中心轴CA5所成的角度设为θ5时，θ0～θ5为下述的表2所示的值。
[表2]
θ0 0.15°
θ1 0.84°
θ2 1.89°
θ3 2.89°
θ4 3.84°
θ5 4.75°
根据表2可知，在透镜101中，越是靠外侧的环状透镜部101b，第一面110上的各点处的法线和该法线所相交的第二面120的各透镜面121的中心轴所成的角度越大。
图11中示出了该透镜101的焦点F处的光点图（spot diagram）。在该图11中，示出了以焦点F为中心的2×2mm范围的光点图。聚光光点的大小只要是与透镜101的焦点F相对应地配置的红外线受光元件3的大小以下（在此为0.6×0.6mm以下）即可。
在图4A、4B及图5所示的透镜101中，在包含第一面110的法线的剖面形状中，各透镜面121为直线，因此，如图22所示，通过将车刀430相对于工作物（用于形成模具的基材）440倾斜而使刀刃的侧面线接触来进行切削加工，能够形成与透镜面121相对应的曲面。因此，在本实施方式中，在制作多分割透镜1用的模具时，能够缩短车刀430对工作物的加工时间。另外，模具的材料没有特别限定，例如能够采用磷青铜等。
本实施方式的光学式检测装置A如上述那样，具备：多分割透镜1，组合有多片透镜101，各透镜101的焦点位置F相同；以及红外线传感器2，具有配置在焦点位置F的红外线受光元件3。并且，在本实施方式的光学式检测装置A中，多分割透镜1的各透镜101如图4A所例示那样，第一面110为平面，第二面120具有多个透镜面121，各透镜面121分别由椭圆锥130的侧面的一部分构成，该椭圆锥130的顶点P位于第二面120侧，且底面位于第一面110侧，而且中心轴相对于第一面110的法线斜交。在此，本实施方式中的透镜101中，第一面110上的各点处的法线中的与由椭圆锥130的侧面的一部分构成的透镜面121交叉的任意的法线、和与该任意的法线所交叉的透镜面121对应的椭圆锥130的中心轴不平行。因而，在本实施方式的透镜101中，在利用从外界向第一面110倾斜入射的入射光的情况下，能够抑制轴外像差的产生，而且能够实现低成本化。因而，本实施方式的光学式检测装置A难以从各透镜101的第一面110侧视觉辨认到在多分割透镜1的各透镜101的第二面120侧形成的透镜图案，从而提高多分割透镜1的外观，并且能够抑制利用从外界向第一面110倾斜入射的入射光的透镜101产生轴外像差，从而抑制灵敏度降低，而且能够实现低成本化。
如上述那样，多分割透镜1能够通过椭圆锥130的一部分构成透镜101的多个透镜面121的全部。然而，在通过椭圆锥130的一部分构成透镜101的多个透镜面121的全部的情况下，中心透镜部101a的透镜面121包含椭圆锥130的顶点P，在该顶点P处曲面不连续，因此，经过顶点P的红外线不被聚光至焦点位置F。
因此，在多分割透镜1的各透镜101中的多个透镜面121之中，将位于中央的透镜面121、即中心透镜部101a的透镜面121，例如优选采用对称轴与第一面110的法线斜交且曲率连续地变化的非球面的一部分，如图12A、12B及图13所示，更优选采用旋转轴OP1与第一面110的法线斜交的双曲面125的一部分。由此，与多分割透镜1的中央透镜部101a的透镜面121由椭圆锥130的侧面的一部分构成的情况相比，能够提高聚光性能。也就是说，优选的是，多分割透镜1的各透镜101中，将多个透镜面121之中的中央的透镜面121设为曲率连续地变化的非球面的一部分，第一面110上的各点处的法线之中的与由非球面的一部分构成的中央的透镜面121交叉的任意的法线、和与该任意的法线所交叉的中央的透镜面121对应的非球面的对称轴（非球面为双曲面125的情况下，为双曲面125的旋转轴OP1）不平行（即倾斜），由此，能够提高聚光性能。在此，多分割透镜1的各透镜101为，只要该非球面的对称轴和将中央的透镜面121向与第一面110的中心轴平行的方向投影时的第一面110上的投影区域内的各点处的法线不平行即可。在此，在由双曲面125的一部分构成中心透镜部101a的透镜面121的情况下，具有设计容易且加工容易的优点，是更优选的。另外，在中心透镜部101a的透镜面121是双曲面125的一部分的情况下，在制作用于多分割透镜1的模具时，能够一边使车刀430（参照图21、图22）的前倾面以相对于与透镜面121对应的曲面垂直的方式倾斜，一边往复运动来进行加工。在该情况下，只要车刀430的刀尖半径比双曲面125的曲率半径小就能够进行加工，因此，即使中央透镜部101a的透镜面121是双曲面125的一部分，也能够缩短加工时间。
图12A、12B及图13所示例的透镜101与图4A、4B及图5所示例的透镜101同样，优选椭圆锥130与内切于椭圆锥130的双曲面125的交线和山部111b相交。在图12A、12B及图13的透镜101中，在平面115上存在椭圆锥130与内切于椭圆锥130的双曲面125的交线，该平面115与透镜厚度方向正交（即与由平面构成的第一面110平行），并且该平面115与环状透镜部101b的山部111b的谷底之间的高度为山部111b的最大高度的1/2。因此，在该透镜101中，如图12B所示，将从透镜面121与平面115的交点上经过的红外线（光线）聚光到焦点F。
在图12A、12B的透镜101中，若定义了以焦点F为原点、以双曲面125的旋转轴OP1为z轴、并且具有与z轴分别正交的x轴、y轴的正交坐标系，则中心透镜部101a的作为透镜面121的双曲面125用下述的（8）式来表示。
[数8]
( z - c ) 2 a 2 - x 2 + y 2 b 2 = 1   式(8)
其中，（8）式的a、b、c，是将透镜材料的折射率设为n、将中央透镜部101a的后焦点设为f，并根据（9）式、（10）式、（11）式分别求出的。
[数9]
a = f n + 1   式(9)
b = n - 1 n + 1 f   式(10)
c = n n + 1 f   式(11)
上述的（8）式若变形为z＝g（x，y）（g为任意的函数）这样的显函数的式子，则与上述（4）式的第一项一致。即，（8）式若与（4）式的情况相同地作为r2＝x2＋y2而进行变量置换，重新整理成z与r的关系，则能够变形成与上述（4）式中的r2的项（（4）式的右边的第一项）相当的式子。因此，（4）式的r2的项和（8）式显然表示实质上相同的关系。
此外，若定义了以顶点P1、P为原点、以中心轴CA1、CA2为z轴、在与z轴正交的剖面上沿着椭圆的长径方向规定x轴、沿着短径方向规定y轴这样的正交坐标系，则各椭圆锥1301、1302分别能够通过上述（7）式来表示。
作为菲涅耳透镜即透镜101的一例，例示了具备由双曲面125的一部分构成的中央的透镜面121和分别由椭圆锥130的侧面的一部分构成的5个透镜面121的情况。在该一例的透镜101中，将5个椭圆锥130中的与分别作为第一环～第五环的各个透镜面121对应的椭圆锥设为椭圆锥1301～1305。在该一例的透镜101中，将由各山部111b以外的部分构成的基底部分的厚度t设为0.5mm、将在各环状透镜部101b中与焦点F最近的点的山部111b的高度（透镜阶梯差）Δt设为0.05mm、将透镜材料设为折射率为1.53的聚乙烯的情况下，（8）式或（7）式中的系数a、b、c成为表3所示的值。关于透镜阶梯差Δt，值越小则越能够抑制聚乙烯硬化时的缩痕的产生，也就是说能够抑制第一面110侧凹陷，作为其结果，能够防止缩痕所引起的透镜101的聚光性能降低，并且能够使第一面110侧的外观客观地看起来不扭曲变形，因此，作为各种研究过的值中的一例，列举出0.05mm。在表3中，针对双曲面125记载了（8）式中的a、b、c的值，针对椭圆锥1301～1305记载了（7）式中的a、b、c的值。其中，表3所示的系数a、b、c是以将平行于透镜101的第一面110的像面I到第一面110的距离设为5.5mm、将入射角45°入射的红外线（光线）聚光至焦点F为前提条件而求出的值。
[表3]
透镜面 系数a 系数b 系数c
双曲面125 2.40 2.78 3.67
椭圆锥1301 13.53 9.83 1.73
椭圆锥1302 10.54 7.78 1.74
椭圆锥1303 8.92 6.68 1.75
椭圆锥1304 7.87 5.97 1.76
椭圆锥1305 7.11 5.47 1.77
在将以45°入射角入射至第一面110的红外线（光线）聚光至焦点F的情况下，根据斯涅尔定律，中心透镜部101a的双曲面125的旋转轴OP1与第一面110的法线所成的角度设为27.5°即可。即，旋转轴OP1相对于第一面110的法线倾斜27.5°即可。此外，相对于第一面110上的各点处的法线，该法线所相交的第二面120的透镜面121的中心轴倾斜。将与最接近于中央的透镜面121的作为第一环的透镜面121交叉的法线B1-B11、B2-B22和椭圆锥1301的中心轴CA1所成的角度设为θ1，将与第2接近于中央的透镜面121的作为第二环的透镜面121交叉的法线C1-C11、C2-C22和椭圆锥1302的中心轴CA2所成的角度设为θ2。同样，将与作为第三环的透镜面121交叉的法线和椭圆锥1303的中心轴CA3所成的角度设为θ3，将与作为第四环的透镜面121交叉的法线和椭圆锥1304的中心轴CA4所成的角度设为θ4，将与作为第五环的透镜面121交叉的法线和椭圆锥1305的中心轴CA5所成的角度设为θ5时，θ0～θ5为下述的表4所示的值。
[表4]
θ1 1.67°
θ2 2.68°
θ3 3.64°
θ4 4.56°
θ5 5.43°
根据表4可知，多分割透镜1的透镜101中，越是靠外侧的环状透镜部101b，第一面110上的各点处的法线和该法线所相交的第二面120的各透镜面121的中心轴所成的角度越大。
图14示出了该透镜101的焦点F处的光点图。在该图14中，示出了以焦点F为中心的2×2mm范围的光点图。聚光光点的大小只要是与透镜101的焦点F相应地配置的红外线受光元件3的大小以下（在此为0.6×0.6mm以下）即可。比较图11和图14可知，在图12A、12B的透镜101中，相比于图4A、4B的透镜101，能够减小像差。
多分割透镜1的各透镜101由椭圆锥130的侧面的一部分构成多个环状透镜部101b中的至少1个环状透镜部101b的透镜面121，由此，在利用从外界向第一面110倾斜入射的入射光的情况下，能够抑制轴外像差的产生，并且能够实现低成本化。
关于多分割透镜1的透镜101，与上述图12A、12B及图13所示的例子大致相同，如图15A、15B所示，也能够使用第一面110向第二面120侧的相反侧凸出的曲面。另外，在图15A、15B中，第一面110由曲率半径较大的球面的一部分构成，但不限定于球面的一部分。
在此，在多分割透镜1的透镜101具备图12A、12B及图13所示的透镜101的多分割透镜1中，在作为透镜材料而采用了聚乙烯的情况下，由于第一面110为平面，会因注塑成型的冷却、硬化过程中产生的收缩不均等产生缩痕或起伏，可能会有损于外观。此外，在将光学式检测装置A搭载在电视机、空调或防犯传感器等设备中的情况下，多分割透镜1构成设备的外观的一部分，因此，为了不损害设备的设计性，优选将第一面110形成为与设备的表面上的第一面110的周边处于大致同一平面的形状。
因此，在作为透镜材料而采用聚乙烯、并通过注塑成型进行制作的情况下，多分割透镜1的透镜101如图15A、15B所示，优选将第一面110形成为曲率半径较大的曲面（曲率小的曲面）。在该情况下，透镜厚度方向为第一面110上的各点处的法线方向。在该多分割透镜1中，通过将第一面110设为向第二面120侧的相反侧凸出的曲面，能够将起伏的方向抑制为一个方向，能够防止损害外观。另外，透镜101优选为，将第一面110设为与由作为非球面的双曲面125的一部分构成的中央的透镜面121相比曲率半径更大并且向双曲面125的相反侧凸出的平缓的曲面。
在本实施方式的多分割透镜1中，如果在轴外像差不超过允许值的范围（红外线受光元件3的大小以下）内设计第一面110的曲率，则作为透镜材料而能够采用聚乙烯，能够抑制轴外像差的产生，抑制缩痕、起伏的产生。
在图15A、15B所示的例子中，与图12A、12B所示的例子同样，中心透镜部1a的透镜面121由双曲面125的一部分构成，然而，在与图12A、12B的例子同样地使双曲面125的旋转轴OP1倾斜27.5°的情况下，对于以45°的入射角入射的光线，轴外像差变大。因此，在如图15A、15B所示的例子那样，第一面110由球面的一部分构成的情况下，进一步使双曲面125的旋转轴OP1在对该双曲面125定义的正交坐标系的xz面内绕着双曲面125的顶点Px旋转而倾斜，由此能够减小轴外像差。
图15A、15B所示的透镜101与图12A、12B所示的透镜101同样，优选椭圆锥130和内切于椭圆锥130的双曲面125的交线与山部111b相交。在图15A、15B的透镜101中，在环状透镜部101b的山部111b与谷底之间的高度为山部111b的最大高度的1/2的平面115上，存在椭圆锥130和内切于椭圆锥130的双曲面125的交线。因此，在该透镜101中，如图15B所示，将从透镜面121和平面115的交点经过的红外线（光线）聚光至焦点F。
在图15A、15B的透镜101中，若定义了以双曲面125的焦点为原点、以旋转轴OP1为z轴、并具有与z轴分别正交的x轴、y轴的正交坐标系，则中心透镜部101a的双曲面125能够通过上述的（8）式来表示。此外，若定义了以顶点P1、P2为原点、以中心轴CA1、CA2为z轴、在与z轴正交的剖面上沿着椭圆的长径方向规定x轴、沿着短径方向规定y轴的正交坐标系，则各椭圆锥1301、1302分别能够通过上述的（7）式来表示。
在此，作为透镜101的一例，示例了具备由双曲面125的一部分构成的中央的透镜面121和分别由椭圆锥130的侧面的一部分构成的5个透镜面121的情况。在该一例的透镜101中，将5个椭圆锥130中的与分别作为第一环～第五环的各个透镜面121对应的椭圆锥设为椭圆锥1301～1305。在该一例的透镜101中，在将第一面110设为曲率半径为100mm的球面的一部分、将由山部111b以外的部分构成的基底部分的最小高度t设为0.5mm，将在各环状透镜部101b中最接近于焦点F的点的山部111b的高度（透镜阶梯差）Δt设为0.05mm，将透镜材料设为折射率为1.53的聚乙烯的情况下，（8）式或（7）式中的系数a、b、c成为表5所示的值。在此，表5中，对于双曲面125记载了（8）式中的a、b、c的值，对于椭圆锥1301～1305记载了（7）式中的a、b、c的值。其中，表5所示的系数a、b、c，是以将从透镜101的像面I到平行于像面I且与第一面110相接的平面的距离设为5.5mm、将以45°入射角入射的红外线（光线）聚光至焦点F为前提条件而求出的值。
[表5]
透镜面 系数a 系数b 系数c
双曲面125 2.38 2.76 3.65
椭圆锥1301 13.24 9.74 1.74
椭圆锥1302 10.36 7.74 1.75
椭圆锥1303 8.78 6.66 1.76
椭圆锥1304 7.75 5.96 1.77
椭圆锥1305 7.01 5.6 1.78
在此，在透镜101中，对于与中心透镜部101a的透镜面121对应的双曲面125，使图12A、12B所示的透镜101的中心透镜部101a的双曲面125的旋转轴OP1在上述的xz面内绕着双曲面125的顶点Px旋转2.5°而倾斜，由此能够减小轴外像差。此外，第一面110上的各点处的法线朝向第一面110的曲率中心，相对于与该法线相交的第二面120的各透镜面121的中心轴CA1、CA2倾斜。将像面I的法线和与作为第一环的透镜面121对应的椭圆锥1301的中心轴CA1所成的角度设为θ1，将像面I和与作为第二环的透镜面121对应的椭圆锥1302的中心轴CA2所成的角度设为θ2。同样，将像面I的法线和与作为第三环的透镜面121对应的椭圆锥1303的中心轴CA3所成的角度设为θ3，将像面I的法线和与作为第四环的透镜面121对应的椭圆锥1304的中心轴CA4所成的角度设为θ4，将像面I的法线和与作为第五环的透镜面121对应的椭圆锥1305的中心轴CA5所成的角度设为θ5时，θ0～θ5为下述的表6所示的值。
[表6]
θ0 4.55°
θ1 5.57°
θ2 6.54°
θ3 7.47°
θ4 8.36°
根据表6可知，多分割透镜1的透镜101中，越是靠外侧的环状透镜部101b，第一面110上的各点处的法线和该法线所相交的第二面120的各透镜面121的中心轴所成的角度越大。
图16示出了该透镜101的焦点F处的光点图。该图16示出了以焦点F为中心的2×2mm范围的光点图。聚光光点的大小只要是与透镜101的焦点F相应地配置的红外线受光元件3的大小以下（在此为0.6×0.6mm以下）即可。比较图14和图16可知，在图16的透镜101中，形成了与图14的透镜101同等的像差。
在具备上述光学式检测装置A的设备300中，例如如图17A、17B、17C及图18A所示，通过将设备300的设备主体301的前表面和多分割透镜1的各透镜101的第一面110设为大致同一面，能够在设备主体301的前方设定检测区域200（参照图18A），并且，能够不有损于设备300的外观地配置光学式检测装置A，能够提高设备300的外观。在此，在搭载光学式检测装置A的设备300中，多数情况下，设备主体301中的作为应该感测人体一侧的前表面通常形成为大致平面状，因此，为了自然地融入这样的设备主体301的外观设计中，将多分割透镜1的各透镜101的第一面110与设备主体301的前面设为大致同一面。在本实施方式的设备300中，所具备的光学式检测装置A难以从各透镜101的第一面110侧视觉辨认出在多分割透镜1的各透镜101的第二面120侧形成的透镜图案，从而提高了多分割透镜1的外观，还能够抑制利用从外界向第一面110倾斜入射的入射光的透镜101产生轴外像差，从而抑制灵敏度降低，而且能够实现低成本化，因此，能够抑制光学式检测装置A的灵敏度的降低并实现低成本化，同时能够提高搭载光学式检测装置A的设备300整体的外观。此外，在搭载光学式检测装置A的设备300为防犯传感器的情况下，能够构成无法用肉眼视觉辨认到缩痕或透镜图案，并能够使可疑者不会意识到防犯传感器的检测区域。由此，能够抑制观看设备300的人对多分割透镜1的透镜图案感到不协调感，能够避免被可疑者等恶意破坏。
图17A～17C所示的设备300为薄型的电视机，例如在电源接通的状态下，在人从光学式检测装置A的检测区域内离开的情况下设为休止状态，实现节能化，在人返回至检测区域内的情况下立即设为在画面上显示图像的状态，由此能够实现节能化。在此，设备300中，如果多分割透镜1在水平方向上具有较大的视场角、即以水平视场角较大的方式设计多分割透镜1，则从倾斜方向观看画面的人的运动也能被学式检测装置A检测到。
另外，在将光学式检测装置A搭载在电视机或个人计算机的显示器的情况下，对检测区域要求较大的水平视场角，但是对垂直视场角不需要水平视场角那么大的视场角。这是因为，人在观看电视机或个人计算机的显示器等时，多数情况下坐在椅子上观看画面，因此几乎不产生垂直方向的运动。因此，在搭载于电视机或个人计算机的显示器等的光学式检测装置A中，从检测水平方向的人的微小运动的观点出发，相比于形成图3B那样的检测区域200，更优选形成图10B那样的检测区域200。
此外，在如图3B那样设定光学式检测装置A的检测区域200的情况下，可以想到，在人沿着图3B的左右方向从检测区域200经过时，从极性不同的2个检测光束220经过，红外线受光元件3的2个元件单元31的输出相互抵消，因此，有时相比于图3B那样的检测区域200，图6B、图10B、图9B或图18C那样的检测区域200更优选。如果是图6B、图10B、图9B、图18C那样的检测区域200，则相邻的检测光束220间的间隔变小，并且如图18A所示，在人M沿左右方向E移动时，从极性不同的2个检测光束220经过而红外线受光元件3的2个元件单元31的输出相互抵消的可能性变小。
此外，图18A所示的设备300为复印机，例如，在电源接通的状态下，在人M从光学式检测装置A的检测区域200内离开的情况下，设为休止状态而实现节能化，在人M进入了检测区域200内的情况下，立刻解除休止状态而成为可操作的状态，由此，能够实现节能化。在此，设备300不限于复印机，例如为传真机、打印机、复合机等办公设备的情况下，同样能够实现节能化。此外，在设备300中，在将光学式检测装置A的多分割透镜1的各透镜101配置成仅形成斜向下或者斜向上的检测光束220的情况下，能够防止检测到从远离设备300之处经过的人M的运动，能够实现进一步的节能化。
此外，搭载光学式检测装置A的设备例如也可以是自动贩卖机、售票机、现金自动存取机（ATM）、现金自动支付机（Cash Dispenser：CD）等，在接近设备的人进入检测区域200内时解除设备的休止状态，在设备前有人站立时立即设为能够操作的状态。在这些设备中搭载光学式检测装置A的情况下，若将多分割透镜1的各透镜101配置成仅形成向下或者向上的检测光束220，则从远离设备之处经过的人的运动不会被检测，能够实现节能化。此外，在这些设备中，在将光学式检测装置A的多分割透镜1的各透镜101配置成仅产生斜向下或斜向上的检测光束220的情况下，能够防止检测到从远离设备之处经过的人的运动，能够实现进一步的节能化。
此外，搭载光学式检测装置A的设备例如也可以是安装于墙壁的照明器具或空调等。在这种设备的情况下，垂直方向的人的运动的检测也很重要，因此，相比于形成图3B那样的检测区域200，更优选形成图10B那样的检测区域200。
此外，在搭载有光学式检测装置A的设备为壁装的照明器具的情况下，优选形成斜向下的检测光束220。在这种情况下，在人接近照明器具时点亮，在没有人时熄灭，由此能够实现节能化。
此外，在将光学式检测装置A搭载在空调等空调控制用设备中的情况下，优选多分割透镜1斜向下地形成检测光束220。这是因为，空调等设置在房间顶棚附近的壁面上，因此，通过向斜下方形成检测光束220，能够检测到在房间中的人的运动。此外，在将光学式检测装置A搭载在空调等的空调控制用设备中的情况下，通过对有人的活动的场所集中地进行制冷或制暖，能够实现高效的运转。
此外，在将光学式检测装置A搭载在安装于房间入口附近的墙壁上而控制照明器具的控制器等设备中的情况下，在人进入房间时立刻使照明器具点亮，在没有人时使照明器具熄灭，由此能够实现节能化。
另外，红外线受光元件3不限于焦电型红外线检测元件，例如也可以是光电二极管等受光元件。
对本发明描述了几个优选的实施方式，但在本领域技术人员能够在不脱离本发明的本来精神及范围、即权利要求的范围的情况下进行各种修改及变形。

Claims (14)

1.一种光学式检测装置，其特征在于，具备：
多分割透镜，组合有多片透镜，所述各透镜的焦点位置相同；以及
红外线传感器，具有配置在所述焦点位置的红外线受光元件；
所述多分割透镜的所述各透镜是与第一面相反侧的第二面具有多个透镜面的菲涅耳透镜，所述多个所述透镜面中的至少1个所述透镜面由椭圆锥的侧面的一部分构成，所述第一面上的各点的法线中的与由所述椭圆锥的侧面的一部分构成的所述透镜面交叉的任意的法线，和与该任意的法线所交叉的所述透镜面对应的所述椭圆锥的中心轴不平行。
2.如权利要求1所述的光学式检测装置，其特征在于，
所述多个所述透镜面中的至少2个所述透镜面分别由所述中心轴不同的所述椭圆锥的所述侧面的所述一部分构成，越是与位于外侧的所述透镜面对应的所述椭圆锥，所述中心轴和所述法线所成的角度越大。
3.如权利要求1或2所述的光学式检测装置，其特征在于，
所述各透镜中的所述多个所述透镜面中的中央的所述透镜面，由曲率连续地变化的非球面的一部分构成，所述第一面上的各点的法线中的与由所述非球面的一部分构成的中央的所述透镜面交叉的任意的法线，和与该任意的法线所交叉的中央的所述透镜面对应的所述非球面的对称轴不平行。
4.如权利要求3所述的光学式检测装置，其特征在于，
所述非球面是双曲面。
5.如权利要求1～4中任一项所述的光学式检测装置，其特征在于，
所述多分割透镜设定成，在所述多片所述透镜中，越是远离所述多分割透镜的中心的所述透镜，所述第二面的透镜面积越大。
6.如权利要求1～5中任一项所述的光学式检测装置，其特征在于，
所述多分割透镜设定成，所述各透镜的最大壁厚成为相同的壁厚。
7.如权利要求1～6中任一项所述的光学式检测装置，其特征在于，
所述红外线受光元件具备形成为长方形状的多个元件单元，所述多个所述元件单元以各自的短边方向一致的方式排列。
8.如权利要求1～6中任一项所述的光学式检测装置，其特征在于，
所述红外线受光元件将形成为正方形状的4个元件单元排列为2×2的矩阵状，并将利用一直线把所述4个所述元件单元中的位于对角位置的2个所述元件单元各自的1个对角线彼此连结起来的方向作为左右方向来配置。
9.如权利要求8所述的光学式检测装置，其特征在于，
由所述多分割透镜的所述各透镜和所述红外线检测元件形成的多个检测光束的配置是棋盘格状配置。
10.如权利要求1～6中任一项所述的光学式检测装置，其特征在于，
所述多片所述透镜至少具备沿着一个方向以直线状排列的第一透镜群，所述红外线受光元件将形成为正方形状的4个元件单元排列为2×2的矩阵状，以使利用一直线把所述4个所述元件单元中的位于对角位置的2个所述元件单元各自的1个对角线彼此连结起来的方向与所述一个方向一致的方式来配置。
11.如权利要求10所述的光学式检测装置，其特征在于，
所述多片所述透镜还具备与所述第一透镜群相邻且沿着所述一个方向排列的第二透镜群，所述第二透镜群的所述透镜相对于所述第一透镜群的所述透镜配置成棋盘格状。
12.如权利要求1～11中任一项所述的光学式检测装置，其特征在于，
所述多分割透镜的透镜材料是聚乙烯。
13.如权利要求1～11中任一项所述的光学式检测装置，其特征在于，
所述多分割透镜的透镜材料为聚乙烯，并且所述第一面是向所述第二面侧的相反侧凸出的曲面。
14.一种设备，其特征在于，
具备权利要求1～13中任一项所述的光学式检测装置。
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