JP2015194400A - 赤外線センサ - Google Patents

Abstract

【課題】収差を抑制することが可能な赤外線センサを提供する。
【解決手段】赤外線センサ１は、赤外線検知素子２と、レンズアレイ３と、光学部材４と、を備える。レンズアレイ３は、一列に並んだ複数の第１レンズ３１を備える。レンズアレイ３は、複数の第１レンズ３１それぞれの第１レンズ面３１ａの一群を含む第１面３ａと、複数の第１レンズ３１それぞれの第２レンズ面の一群を含む第２面３ｂと、を備える。光学部材４は、複数の第１レンズ３１のうち両端に位置する一対の第１レンズ３１以外の第１レンズ３１を通る赤外線を通すように構成され、一対の第１レンズ３１を通して受光面２ａに直接入射しない赤外線を受光面２ａ側に反射する一対のミラー面４４を備える。一対のミラー面４４は、一対の第１レンズ３１それぞれを通して受光面２ａに直接入射しない赤外線を受光面２ａに集光させる曲面である。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線センサに関し、より詳細には、レンズアレイと赤外線検知素子とを備えた赤外線センサに関する。

この種の赤外線センサとしては、例えば、図１５に示す構成の赤外線式人体検知器が知られている（特許文献１）。

図１５に示す構成の赤外線式人体検知器は、焦電型赤外線センサ１０１と、焦電型赤外線センサ１０１に被せられるミラー１０３と、ミラー１０３の前方に配置されるレンズ本体１０２と、を備える。

焦電型赤外線センサ１０１は、素子エレメント１１６を備えている。

レンズ本体１０２は、５個のレンズ１２１を備えている。各レンズ１２１は、球面の一部（４分の１程度）を形成するドーム部１２２に沿って配列されている。これにより、ドーム部１２２の外側面は、ほぼ滑らかに連続した曲面となっている。また、ドーム部１２２の内側面は、各レンズ１２１に対応する部位が突出しており、凹凸面になっている。

赤外線式人体検知器は、ミラー１０３と、レンズ本体１０２と、により光学系を構成している。赤外線式人体検知器は、焦電型赤外線センサ１０１への赤外線の入射経路に光学系を配置することによって、１つの焦電型赤外線センサ１０１に対して、７本の検知ビームを設定してある。特許文献１では、焦電型赤外線センサ１０１への赤外線の入射量がピーク付近になる小範囲を検知ビームと呼んでいる。

特許文献１では、７本の検知ビームについて、水平面内での検知ビームの角度の違いにより、角度の小さい検知ビームから順に、ビームＡ１３、ビームＢ１３、ビームＣ１３、ビームＤ１３と呼んでいる。水平面内での検知ビームの角度は、正面方向を０度としている。

上述の赤外線式人体検知器は、５個のレンズ１２１のうち左右両端の各レンズ１２１をビームＣ１３及びビームＤ１３に共用させている。ビームＣ１３は、レンズ１２１を通って焦電型赤外線センサ１０１の受光面に直接入射する。ビームＤ１３は、レンズ１２１を通ってミラー１０３で反射されて焦電型赤外線センサ１０１の受光面に入射する。

また、特許文献１には、図１６に示す構成の赤外線式人体検知器も提案されている。この赤外線式人体検知器は、図１５の赤外線式人体検知器と略同じ構成を有する。

特許第３６１７３５９号公報

図１５の赤外線式人体検知器では、５個のレンズ１２１のうち左右両端の各レンズ１２１を、ビームＣ１３とビームＤ１３とに共用させているので、ビームＣ１３、ビームＣ１４それぞれの収差を小さくするのが難しい。

本発明の目的は、収差を抑制することが可能な赤外線センサを提供することにある。

本発明の赤外線センサは、赤外線検知素子と、レンズアレイと、光学部材と、を備える。前記レンズアレイは、一列に並んだ複数の第１レンズを備え、前記赤外線検知素子の受光面に赤外線を集光する機能を有する。前記複数の第１レンズそれぞれの第１レンズ面の一群を含む第１面と、前記複数の第１レンズそれぞれの第２レンズ面の一群を含む第２面と、を備える。前記光学部材は、前記レンズアレイと前記赤外線検知素子との間に配置され前記赤外線検知素子の視野を制御する機能を有する。前記光学部材は、前記複数の第１レンズのうち両端に位置する一対の第１レンズ以外の第１レンズを通る赤外線を通すように構成され、前記一対の第１レンズを通して前記受光面に直接入射しない赤外線を前記受光面側に反射する一対のミラー面を備える。前記一対のミラー面は、前記一対の第１レンズそれぞれを通して前記受光面に直接入射しない赤外線を前記受光面に集光させる曲面である。

この赤外線センサにおいて、前記レンズアレイが一体に形成されたカバーを備え、前記一対の第１レンズの各々は、前記第２レンズ面の中心と前記受光面の中心とを結ぶ直線と、前記一対の第１レンズの各々に対する開口絞りの中心を通る前記第１レンズ面の法線と、が非平行であるのが好ましい。

この赤外線センサにおいて、前記一対の第１レンズの各々は、前記第２レンズ面の中心軸が、前記開口絞りの中心と前記一対のミラー面のうち前記第２レンズ面が臨むミラー面の中心とを結ぶ直線と平行であるのが好ましい。

この赤外線センサにおいて、前記一対の第１レンズの各々は、前記第２レンズ面の中心軸が、前記開口絞りの中心と前記受光面の中心とを結ぶ直線と平行であるのが好ましい。

この赤外線センサにおいて、前記一対の第１レンズの各々は、前記開口絞りの中心と前記一対のミラー面の各々の中心とを結ぶ直線と、前記開口絞りの中心と前記受光面の中心とを結ぶ直線と、のなす角の二等分線と平行であるのが好ましい。

この赤外線センサにおいて、前記光学部材は、前記一対のミラー面を有する反射片と、前記反射片を支持する支持部と、を備え、前記反射片の中央部に、前記複数の第１レンズのうち前記一対の第１レンズ以外の第１レンズを通る赤外線を通す第１スリットが形成されており、前記反射片の輪郭が前記第１スリットから離れる向きに凸となる曲線状であるのが好ましい。

この赤外線センサにおいて、前記反射片は、前記第１スリットの内側面が、前記複数の第１レンズのうち真ん中の第１レンズに近づくほど、前記真ん中の第１レンズの中心線と前記第１スリットの中心線とを含む平面との距離が長くなる傾斜面であるのが好ましい。

この赤外線センサにおいて、前記光学部材は、前記第１スリットの内側面を粗面としてあるのが好ましい。

この赤外線センサにおいて、前記レンズアレイは、前記複数の第１レンズとは別の列に並んだ複数の第２レンズを更に備え、前記光学部材は、前記反射片に、前記複数の第２レンズを通る赤外線を通す第２スリットが形成されており、前記第２スリットの幅が、前記第１スリットの幅よりも広いのが好ましい。

この赤外線センサにおいて、前記複数の第１レンズにおいて前記一対の第１レンズを除いた第１レンズのうち、前記開口絞りの中心と前記受光面の中心とを結ぶ直線上に前記反射片のある第１レンズは、隣接する第１レンズよりも前記複数の第１レンズの並ぶ方向における幅が広いのが好ましい。

この赤外線センサにおいて、前記レンズアレイが一体に形成されたカバーと、前記赤外線検知素子と前記赤外線検知素子を収納するパッケージとを含むセンサ本体と、を備え、前記光学部材は、前記センサ本体を囲む筒状の筒体部を備え、前記筒体部の軸方向の第１端部から前記支持部が突出して形成され、前記カバーと前記光学部材とは、嵌め合わされているのが好ましい。

この赤外線センサにおいて、前記光学部材は、前記筒体部の前記軸方向の第２端部における側面から外方へ突出する突起部が形成されており、
前記カバーと前記光学部材とは、前記カバーの後端縁に形成された凹部に、前記光学部材の突起部が嵌め合わされているのが好ましい。

この赤外線センサにおいて、前記複数の第１レンズの各々は、フレネルレンズであるのが好ましい。

この赤外線センサにおいて、前記複数の第１レンズの各々及び前記複数の第２レンズの各々は、フレネルレンズであるのが好ましい。

本発明の赤外線センサは、前記光学部材が、前記複数の第１レンズのうち両端に位置する一対の第１レンズ以外の第１レンズを通る赤外線を通すように構成されている。また、本発明の赤外線センサは、前記一対の第１レンズを通して前記受光面に直接入射しない赤外線を前記受光面側に反射する一対のミラー面を備え、前記一対のミラー面が、前記一対の第１レンズそれぞれを通して前記受光面に直接入射しない赤外線を前記受光面に集光させる曲面である。よって、本発明の赤外線センサにおいては、収差を抑制することが可能となる。

図１Ａは、実施形態の赤外線センサの要部を示す概略横断面図である。図１Ｂは、実施形態の赤外線センサにおける光学部材及びレンズアレイの背面図である。 図２は、実施形態の赤外線センサの概略分解斜視図である。 図３は、実施形態の赤外線センサにおけるカバーを光学部材に取り付けた状態の概略平面図である。 図４は、実施形態の赤外線センサにおける光学部材及びレンズアレイを背面側から見た、一部省略した概略斜視図である。 図５Ａは、実施形態の赤外線センサにおける赤外線検知素子の概略平面図である。図５Ｂは、図５ＡのＧ−Ｇ概略断面図である。 図６は、実施形態の赤外線センサにおける赤外線検知素子の受光面の模式的な説明図である。 図７は、実施形態の赤外線センサによる検知ゾーンの模式的な説明図である。 図８は、第１比較例の赤外線センサによる検知ゾーンの模式的な説明図である。 図９は、実施形態の赤外線センサの回路ブロック図である。 図１０は、実施形態の赤外線センサにおける光学部材の要部側面図である。 図１１は、実施形態の赤外線センサにおける赤外線の進行経路の説明図である。 図１２は、従来例の赤外線式人体検知器において発生する迷光の説明図である 図１３は、第１変形例の赤外線センサの要部を示す概略横断面図である。 図１４Ａは、実施形態の赤外線センサにおけるフレネルレンズの模式的な説明図である。図１４Ｂは、図１４ＡのＹ−Ｙ概略断面図である。 図１５は、従来例を示す赤外線式人体検知器の要部の概略断面図である。 図１６は、他の従来例を示す赤外線式人体検知器の概略分解斜視図である。

以下では、本実施形態の赤外線センサ１について図１Ａ、１Ｂ、２〜４、５Ａ、５Ｂ、６〜１１、１４Ａ及び１４Ｂ等に基づいて説明する。なお、図１Ａは、図３における平面Ｐ４で破断した概略断面に相当する。

赤外線センサ１は、図１Ａ、１Ｂ、２〜４、５Ａ及び５Ｂに示すように、赤外線検知素子２と、レンズアレイ３と、光学部材４と、を備える。レンズアレイ３は、一列に並んだ複数の第１レンズ３１を備え、赤外線検知素子２の受光面２ａに赤外線を集光する機能を有する。レンズアレイ３は、複数の第１レンズ３１それぞれの第１レンズ面３１ａの一群を含む第１面３ａと、複数の第１レンズ３１それぞれの第２レンズ面３１ｂの一群を含む第２面３ｂと、を備える。光学部材４は、レンズアレイ３と赤外線検知素子２との間に配置され赤外線検知素子２の視野（field of view）を制御する機能を有する。光学部材４は、複数の第１レンズ３１のうち両端に位置する一対の第１レンズ３１以外の第１レンズ３１を通る赤外線を通すように構成され、一対の第１レンズ３１を通して受光面２ａに直接入射しない赤外線を受光面２ａ側に反射する一対のミラー面４４を備える。一対のミラー面４４は、一対の第１レンズ３１それぞれを通して受光面２ａに直接入射しない赤外線を受光面２ａに集光させる曲面である。これにより、赤外線センサ１は、一対のミラー面４４それぞれに、入射する赤外線を赤外線検知素子２の受光面２ａに向かって反射する機能と、収差を低減する機能と、を持たせることが可能となる。よって、赤外線センサ１においては、収差を抑制することが可能となる。赤外線センサ１は、収差が抑制されることにより、高感度化を図ることが可能となる。

赤外線センサ１は、赤外線検知素子２を有するセンサ本体２０と、レンズアレイ３が一体に形成されたカバー３０と、を備える。センサ本体２０は、赤外線検知素子２を収納したパッケージ２１を備えている。カバー３０は、センサ本体２０及び光学部材４を覆うように配置されている。赤外線センサ１は、センサ本体２０に光学部材４が取り付けられている。また、赤外線センサ１は、光学部材４にカバー３０が取り付けられている。

赤外線センサ１の各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。

パッケージ２１は、図２に示すように、台座２７と、台座２７に固着されるキャップ２８と、を備え、キャップ２８における赤外線検知素子２の前方に窓孔２８ｄが形成された構成とすることができる。窓孔２８ｄは、赤外線透過部材２９により閉塞されている。赤外線透過部材２９としては、例えば、シリコン基板やゲルマニウム基板等を用いることができる。赤外線透過部材２９は、適宜の光学フィルタ膜、反射防止膜等を備えているのが好ましい。

台座２７は、金属製であるのが好ましい。台座２７は、円板状に形成されている。キャップ２８は、金属製であるのが好ましい。キャップ２８は、筒体２８ａと、第１フランジ２８ｂと、第２フランジ２８ｃと、を備えているのが好ましい。筒体２８ａは、円筒状に形成されている。第１フランジ２８ｂは、筒体２８ａにおける台座２７に近い側の第１端部から外方へ突出している。第２フランジ２８ｃは、筒体２８ａにおける第１端部とは反対の第２端部から内方へ突出している。キャップ２８は、第２フランジ２８ｃの内周面が窓孔２８ｄの内周面を構成している。キャップ２８は、全体として、有底円筒状の形状である。

台座２７には、図示しない、第１リードピン、第２リードピン及び第３リードピンが、台座２７の厚さ方向に貫通して設けられる。台座２７は、第１リードピン、第２リードピン及び第３リードピンを保持している。第１リードピンは、赤外線センサ１の出力信号の取り出し用の端子を構成している。また、第２リードピンは、赤外線センサ１の給電用の端子を構成している。また、第３リードピンは、赤外線センサ１のグラウンド用の端子を構成している。

赤外線検知素子２は、例えば、図５Ａ、５Ｂ及び６に示すように、１枚の焦電体基板２３に４個の検出部２４が形成されたクワッドタイプ（quad-type）の焦電素子により構成することができる。

赤外線検知素子２は、１枚の焦電体基板２３に、４個の検出部２４が２×２のアレイ状に配列されている。赤外線検知素子２は、各検出部２４の平面視形状を正方形状とすることができる。赤外線検知素子２は、焦電体基板２３の中央部において焦電体基板２３の外周線２３ｄよりも内側の仮想正方形ＶＲ１（図６参照）の４つの角それぞれに検出部２４の中心が位置するように配置されている。

焦電体基板２３は、焦電性を有する基板である。焦電体基板２３は、例えば単結晶のＬｉＴａＯ_３基板により構成されている。

各検出部２４は、焦電体基板２３の表面２３ａに形成された表面電極２５と、焦電体基板２３の裏面２３ｂに形成された裏面電極２６と、焦電体基板２３において表面電極２５と裏面電極２６とで挟まれた部分２３ｃと、で構成されるコンデンサである。図５Ａでは、各検出部２４においてレンズアレイ３側に位置する表面電極２５の極性を、“＋”、“−”の符号で示してある。検出部２４の受光面２４ａは、表面電極２５の表面である。赤外線検知素子２は、４個の検出部２４のうち、仮想正方形ＶＲ１の一方の対角線上にある同極性の２個の検出部２４同士が並列接続され、他方の対角線上にある同極性の２個の検出部２４同士が並列接続されている。要するに、赤外線検知素子２は、図５Ａの左右方向に沿って並んで形成されている２個の検出部２４同士が逆並列に接続され、且つ、図５Ａの上下方向に沿って並んで形成されている２個の検出部２４同士が逆並列に接続されている。

赤外線検知素子２が複数個の検出部２４を備えている場合、赤外線検知素子２の受光面２ａは、複数の検出部２４の各々の受光面２４ａを内包する最小の凸多角形ＶＲ２（図６参照）の外周線で囲まれた領域の表面を意味する。したがって、図６の例では、最小の凸多角形ＶＲ２は、上述の仮想正方形ＶＲ１よりも大きな正方形となる。

赤外線センサ１は、仮に光学部材４を備えていないとすると、赤外線センサ１の検知エリアを、赤外線検知素子２とレンズアレイ３とで決めることができる。この場合、赤外線センサ１の検知エリアには、各第１レンズ３１ごとに、検出部２４の数の検知ゾーン（detection zone）が設定される。赤外線センサ１は、レンズアレイ３が７個の第１レンズ３１を一体に備えているので、赤外線検知素子２と７個の第１レンズ３１とで、検知エリア内に７×４＝２８個の検知ゾーンを設定することができる。検知ゾーンは、赤外線検知素子２への赤外線の入射量がピーク付近になる小範囲であって、検知対象の物体からの赤外線を検出する有効領域である。検知ゾーンは、特許文献１では、検知ビームと記載されている。

赤外線センサ１は、光学部材４を備えているので、一列に並んだ複数の第１レンズ３１のうち両端の第１レンズ３１それぞれについて、他の第１レンズ３１の２倍の検知ゾーンを設定することができる。赤外線センサ１は、第１レンズ３１の数が７個であり、赤外線検知素子２と７個の第１レンズ３１と一対のミラー面４４とで、（７−２）×４＋２×（２×４）＝３６個の検知ゾーンを設定することができる。赤外線センサ１は、図１Ｂ及び４に示すように、レンズアレイ３が、複数の第１レンズ３１とは別に複数の第２レンズ３２を備えた構成とすることができる。赤外線センサ１は、第２レンズ３２の数が３個であり、赤外線検知素子２と３個の第２レンズ３２とで、３×４＝１２個の検知ゾーンを設定することができる。なお、レンズアレイ３における第１レンズ３１及び第２レンズ３２の数は、特に限定するものではない。

図７は、赤外線センサ１の正面側において赤外線センサから離れた位置に想定した半円筒の仮想スクリーンに形成される各検知ゾーンの模式説明図である。図７は、赤外線センサ１の７個の第１レンズ３１が上段、３個の第２レンズ３２が下段となるようにして、赤外線センサ１を配置した場合である。図７の横軸は、赤外線検知素子２の受光面２ａの中心２ｂに立てた法線を含む仮想水平面上において当該法線と当該法線から傾いた直線とのなす角度である。図７の縦軸は、仮想水平面を基準平面としたときの上下方向における基準平面からの距離を示している。赤外線センサ１と仮想スクリーンとの距離は、３ｍに設定してある。図８は、図１６の赤外線式人体検知器の各検知ゾーンの模式説明図である。図７と図８とを比較すれば、赤外線センサ１では、図１６の赤外線式人体検知器に比べて、４個の検知ゾーンの群間の間隔を短くできることが分かる。これにより、赤外線センサ１は、図１６の赤外線式人体検知器に比べて、高感度化を図ることが可能となる。

センサ本体２０は、図９に示すように、赤外線検知素子２の他に、増幅回路２０１と、帯域フィルタ２０２と、比較回路２０３と、出力回路２０５と、を備えている。

センサ本体２０は、増幅回路２０１と、帯域フィルタ２０２と、比較回路２０３と、出力回路２０５と、が１つのＩＣ（Integrated Circuit）素子２０６に集積化されているのが好ましい。そして、センサ本体２０は、赤外線検知素子２とＩＣ素子２０６とが実装された基板（図示せず）が、パッケージ２１内に収納されているのが好ましい。

増幅回路２０１は、赤外線検知素子２の出力信号を増幅する回路である。増幅回路２０１は、例えば、電流電圧変換回路と、電圧増幅回路と、で構成することができる。電流電圧変換回路は、赤外線検知素子２から出力される出力信号である電流信号を電圧信号に変換して出力する回路である。電圧増幅回路は、電流電圧変換回路により変換された電圧信号のうち所定の周波数帯域の電圧信号を増幅して出力する回路である。

帯域フィルタ２０２は、増幅回路２０１で増幅された電圧信号から、雑音となる不要な周波数成分を除去するフィルタである。

比較回路２０３は、増幅回路２０１で増幅された電圧信号と予め設定された閾値とを比較し電圧信号が閾値を超えたか否かを判断する回路である。比較回路２０３は、例えば、コンパレータ等を用いて構成することができる。

出力回路２０５は、比較回路２０３において電圧信号が閾値を超えたと判断されたときに検知信号を出力信号として出す回路である。

カバー３０は、レンズアレイ３が一体に形成されている。レンズアレイ３は、赤外線検知素子２の視野内に感度むらを付与する機能を備える。要するに、レンズアレイ３は、赤外線検知素子２の視野内に存在する人の動きが微小であっても、赤外線検知素子２に入射する赤外線の変化率が比較的大きくなるように、赤外線検知素子２の視野内に感度むらを生じさせる機能を備える。

また、レンズアレイ３は、例えば、赤外線センサ１を見た人から光学部材４及びセンサ本体２０が視認されるのを抑制するように構成されているのが好ましい。このため、レンズアレイ３の材料としては、例えば、白色顔料を添加したポリエチレンを採用するのが好ましい。よって、カバー３０の材料は、白色顔料を添加したポリエチレンが好ましい。カバー３０は、例えば、成形法により形成することができる。成形法としては、例えば、射出成形法、圧縮成形法等を採用することができる。

レンズアレイ３は、半円筒状のベース部３０ａに、複数の第１レンズ３１及び複数の第２レンズ３２を一体に形成してある。

カバー３０は、センサ本体２０と光学部材４とを囲むカバー本体３００（図２及び３参照）を備えている。カバー本体３００は、矩形枠状に形成されている。カバー本体３００は、ベース部３０ａの外周方向の両端部それぞれに連続する一対の側壁３０１と、ベース部３０ａの軸方向の両端部それぞれに連続する一対の側壁３０２と、を備えている。これにより、カバー３０は、半円筒状のベース部３０ａに形成されたレンズアレイ３の形状の安定性を向上させることが可能となる。

レンズアレイ３は、集光レンズであり、第１面３ａを赤外線の入射面を構成し、第２面３ｂが赤外線の出射面を構成する。第１面３ａは、対称軸を有する単一の凸曲面としてあるのが好ましい。第１面３ａは、ベース部３０ａの外面３０ａａと面一であるのが好ましい。

レンズアレイ３は、各第１レンズ３１それぞれの赤外線検知素子２側で焦点が同一位置となるように設計してあるのが好ましい。

レンズアレイ３は、複数の第１レンズ３１が、形状の異なる４種類の第１レンズ３１を含んでいる。第１レンズ３１の種類は、４種類に限らず、例えば、５種類でもよい。また、レンズアレイ３は、複数の第２レンズ３２が、形状の異なる２種類の第２レンズ３２を含んでいる。第２レンズ３２の種類は、２種類に限らず、例えば、３種類でもよい。

以下では、説明の便宜上、図１Ａ及び１Ｂにおいて括弧書きで示したように、４種類の第１レンズ３１にそれぞれ異なる符合を付して説明することもある。また、３種類の第２レンズ３２にそれぞれ異なる符号を付して説明することもある。

図１Ａ及び１Ｂでは、赤外線検知素子２の受光面２ａの中心２ｂを通る中心線が交差する第１レンズ３１を、第１レンズ３１Ａとし、第１レンズ３１Ａに近い順に、第１レンズ３１Ｂ、第１レンズ３１Ｃ、第１レンズ３１Ｄとしてある。要するに、レンズアレイ３では、一列に並んだ７個の第１レンズ３１のうち真ん中の第１レンズ３１を第１レンズ３１Ａとし、第１レンズ３１Ａに近い順に、第１レンズ３１Ｂ、第１レンズ３１Ｃ、第１レンズ３１Ｄとしてある。レンズアレイ３では、一対の第１レンズ３１Ｄが、一列に並んだ複数の第１レンズ３１のうち両端に位置する一対の第１レンズ３１を構成している。また、本明細書では、第１レンズ３１Ａを通る検知ゾーンを検知ゾーンＡ３と称し、第１レンズ３１Ｂを通る検知ゾーンを検知ゾーンＢ３と称し、第１レンズ３１Ｃを通る検知ゾーンを検知ゾーンＣ３と称する。また、本明細書では、第１レンズ３１Ｄのみを通る検知ゾーンを検知ゾーンＤ３と称し、ミラー面４４と第１レンズ３１Ｄとを通る検知ゾーンを検知ゾーンＤ４と称する。なお、図１Ａでは、各検知ゾーンＡ３、Ｂ３、Ｃ３、Ｄ３及びＤ４それぞれの中心線を図示してある。

カバー３０は、各第１レンズ３１及び各第２レンズ３２のそれぞれに対して、開口絞りが形成されている。各第１レンズ３１に１対１で対応する各開口絞りは、対応する第１レンズ３１の赤外線透過領域を規定する。各第２レンズ３２に１対１で対応する各開口絞りは、対応する第２レンズ３２の赤外線透過領域を規定する。

本明細書における「開口絞り」とは、赤外線検知素子２の受光面２ａ上に像をつくるために使われる赤外線束を通過させる光学的開口を規定する絞りを意味する。本明細書における「光学的開口」は、赤外線束を通過させる赤外線通過領域を意味し、貫通孔のような物理的開口を含まない。ここで、第１レンズ３１に対応する開口絞りは、この第１レンズ３１の縁により赤外線通過領域を制限する。例えば、第１レンズ３１Ｄの縁は、カバー３０において第１レンズ３１Ｄに隣り合う部分と、第１レンズ３１Ｄに隣り合う第１レンズ３１Ｃと、で構成される。

第１レンズ３１Ｄの開口絞りの中心は、カバー３０において第１レンズ３１Ｄに隣り合う厚肉部分３０ｃと、第１レンズ３１Ｃと、で囲まれた領域の中心である。厚肉部分３０ｃとは、カバー３０において、第１レンズ３１の周部よりも厚さが厚く形成された部分である。厚肉部分３０ｃは、第１レンズ３１の周部よりも赤外線が透過しにくくなるように厚さを設定してあるのが好ましい。赤外線が透過しにくくなるとは、赤外線がより減衰されて透過しにくくなることを意味する。赤外線センサ１は、例えば、レンズアレイ３で制御する制御対象の赤外線として、例えば、波長が８μｍ〜１３μｍの波長域の赤外線が挙げられる。レンズアレイ３は、第１レンズ３１の厚さが１ｍｍでも、第１レンズ面３１ａの任意の点に垂直入射する制御対象の赤外線の透過率が４０％程度であり、厚さが厚いほど透過率が低下する。垂直入射するとは、第１レンズ面３１ａの任意の点に、この任意の点の法線に沿って入射することを意味する。また、レンズアレイ３は、第１レンズ３１の第１レンズ面３１ａの任意の点に斜め入射する制御対象の赤外線の光路長が、この任意の点に対応する第１レンズ３１の厚さよりも長くなって透過率が低くなりすぎる懸念がある。斜め入射するとは、第１レンズ面３１ａの任意の点に、この任意の点の法線に対して傾いた方向から入射することを意味する。

カバー３０は、各第１レンズ３１の開口絞りが、矩形状であるのが好ましい。言い換えれば、複数の第１レンズ３１は、隣り合う第１レンズ３１同士の境界が直線状であるのが好ましい。これにより、カバー３０は、複数の第１レンズ３１を一列に並べた構成において、隣り合う第１レンズ３１間の隙間を低減することが可能となる。よって、赤外線センサ１は、高感度化を図ることが可能となる。また、カバー３０は、各第２レンズ３２の開口絞りを矩形状とすることができる。複数の第２レンズ３２は、隣り合う第２レンズ３２同士の境界が直線状であるのが好ましい。これにより、カバー３０は、複数の第２レンズ３２を一列に並べた構成において、隣り合う第２レンズ３２間の隙間を低減することが可能となる。よって、赤外線センサ１は、高感度化を図ることが可能となる。

一対の第１レンズ３１の各々は、第２レンズ面３１ｂの中心と受光面２ａの中心２ｂとを結ぶ直線と、一対の第１レンズ３１の各々の開口絞りの中心を通る第１レンズ面３１ａの法線と、が非平行である構成とすることができる。これにより、赤外線センサ１は、集光機能を高めることが可能となる。

レンズアレイ３は、第１面３ａが半円柱面の一部により構成されている。

一対の第１レンズ３１の各々は、第２レンズ面３１ｂの中心軸が、開口絞りの中心と一対のミラー面４４のうち第２レンズ面３１ｂが臨むミラー面４４の中心とを結ぶ直線と平行である構成とすることができる。これにより、赤外線センサ１は、ミラー面４４を介して赤外線検知素子２の受光面２ａへ入射する赤外線の収差をより低減することが可能となる。

また、一対の第１レンズ３１の各々は、第２レンズ面３１ｂの中心軸が、開口絞りの中心と受光面２ａの中心とを結ぶ直線と平行である構成としてもよい。これにより、赤外線センサ１は、ミラー面４４を介さずに赤外線検知素子２の受光面２ａへ入射する赤外線の収差をより低減することが可能となる。

また、一対の第１レンズ３１の各々は、開口絞りの中心と一対のミラー面４４の各々の中心とを結ぶ直線と、開口絞りの中心と受光面２ａの中心２ｂとを結ぶ直線と、のなす角の二等分線と平行である構成としてもよい。これにより、赤外線センサ１は、ミラー面４４を介して赤外線検知素子２の受光面２ａへ入射する赤外線の収差と、ミラー面４４を介さずに赤外線検知素子２の受光面２ａへ入射する赤外線の収差と、のばらつきを小さくすることが可能となる。よって、赤外線センサ１は、ミラー面４４を介さない検知ゾーンＤ３と、ミラー面４４を介した検知ゾーンＤ４と、の感度の均一化を図ることが可能となる。

ミラー面４４は、例えば、球面の一部、一般非球面の一部、トロイダル面の一部等により構成することができる。トロイダル面としては、例えば、アナモフィック非球面（anamorphic aspheric surface）等を採用することができる。

光学部材４は、例えば、合成樹脂成形品の表面に、赤外線を反射する金属のめっき膜を設けた構成とすることができる。金属としては、赤外線に対する反射率の高いアルミニウム等が好ましい。

光学部材４は、一対のミラー面４４を有する反射片４３と、反射片４３を支持する支持部４２と、を備える。光学部材４は、反射片４３の中央部に、複数の第１レンズ３１のうち一対の第１レンズ３１以外の第１レンズ３１を通る赤外線を通す第１スリット４５が形成されている。光学部材４は、反射片４３の輪郭が第１スリット４５から離れる向きに凸となる曲線状であるのが好ましい。赤外線センサ１は、反射片４３に第１スリット４５が形成されていることにより、第１レンズ３１Ａを通った赤外線の、反射片４３によるけられ（eclipse）を抑制することが可能となり、けられによる感度の低下を抑制することが可能となる。「けられ」とは、第１レンズ３１を通って赤外線検知素子２の受光面２ａへ向かう赤外線が反射片４３で遮られる現象を意味する。また、赤外線センサ１は、反射片４３の輪郭が第１スリット４５から離れる向きに凸となる曲線状であることにより、第１レンズ３１Ｂを通った赤外線の、反射片４３によるけられを抑制することが可能となり、けられによる感度の低下を抑制することが可能となる。図１Ａでは、第１レンズ３１Ｂを通って赤外線検知素子２の受光面２ａの中心２ｂに集光される赤外線の進行経路のうち、第１レンズ３１Ａに最も近い進行経路と、第１レンズ３１Ａから最も遠い進行経路と、を破線で模式的に示してある。ただし、図１Ａ中に破線で示した進行経路は、図１Ａで示した断面を含む平面とは異なる平面上に形成される。

ここで、反射片４３は、図１Ｂに示すように、反射片４３において支持部４２に近い部分の幅を、第１スリット４５が形成されている部分の幅よりも狭くすることで、第１レンズ３１Ａを通った赤外線の、反射片４３によるけられを抑制することが可能となる。

反射片４３は、図１０に示すように、第１スリット４５の内側面４５ａが、複数の第１レンズ３１のうち真ん中の第１レンズ３１Ａに近づくほど、第１レンズ３１Ａの中心線と第１スリット４５の中心線とを含む平面Ｐ１との距離が長くなる傾斜面であるのが好ましい。これにより、赤外線センサ１は、図１１に示すように、第１レンズ３１Ａを通過して第１スリット４５の内側面４５ａに入射した赤外線が受光面２ａに入射しやすくなり、迷光の発生を抑制することが可能となる。図１１では、赤外線の進行経路を一点鎖線で示してある。迷光とは、光学部材４での反射によって生じる、結像に望ましくない赤外線を意味する。図１５の赤外線式検知器では、例えば、図１２に示すように、一点鎖線で進行経路を示した赤外線が迷光となってしまう。図１２では、左から２番目のレンズ１２１に対して検知ビームＣ１３の中心線と平行に、入射する赤外線の進行経路を一点鎖線で示してある。この赤外線は、レンズ１２１を通過した後にミラー１０３の第１反射部１３３で反射されて素子エレメント１１６へ入射している。これに対して、赤外線センサ１は、第１スリット４５の内側面４５ａが傾斜面となっていることにより、迷光の発生を抑制することが可能となる。

光学部材４は、第１スリット４５の内側面４５ａを粗面としてあるのが好ましい。これにより、赤外線センサ１は、迷光の発生をより抑制することが可能となる。

レンズアレイ３は、上述のように、複数の第１レンズ３１とは別の列に並んだ複数の第２レンズ３２を更に備える。また、光学部材４は、反射片４３に、複数の第２レンズ３２を通る赤外線を通す第２スリット４６が形成されている。ここで、光学部材４は、第２スリット４６の幅が、第１スリット４５の幅よりも広いのが好ましい。これにより、赤外線センサ１は、第２レンズ３２Ａを通った赤外線の、反射片４３によるけられを抑制することが可能となり、けられによる感度の低下を抑制することが可能となる。複数の第２レンズ３２は、複数の第１レンズ３１よりも数が少ない。ただし、複数の第２レンズ３２は、複数の第１レンズ３１と同じ数でもよいし、複数の第１レンズ３１よりも数が多くてもよい。

反射片４３は、図１０に示すように第２スリット４６の内側面４６ａが、複数の第２レンズ３２のうち真ん中の第２レンズ３２Ａに近づくほど、第２レンズ３２Ａの中心線と第２スリット４６の中心線とを含む平面Ｐ２との距離が長くなる傾斜面であるのが好ましい。これにより、赤外線センサ１は、迷光の発生を抑制することが可能となる。

また、光学部材４は、第２スリット４６の内側面４６ａを粗面としてあるのが好ましい。これにより、赤外線センサ１は、迷光の発生をより抑制することが可能となる。なお、赤外線センサ１は、レンズアレイ３が第２レンズ３２を備えていない場合、光学部材４が第２スリット４６を備えていなくてもよい。

複数の第１レンズ３１において一対の第１レンズ３１を除いた第１レンズ３１のうち、開口絞りの中心と受光面２ａの中心２ｂとを結ぶ直線上に反射片４３のある第１レンズ３１は、隣接する第１レンズ３１よりも複数の第１レンズ３１の並ぶ方向における幅が広いのが好ましい。詳細には、第１レンズ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ及び３１Ｄのうち、第１レンズ３１Ｄを除いた第１レンズ３１Ａ、３１Ｂ及び３１Ｃのうち、第１レンズ３１Ｂは、この第１レンズ３１Ｂに隣接する第１レンズ３１Ａ及び３１Ｃよりも、幅が広いのが好ましい。これにより、赤外線センサ１は、第１レンズ３１Ｂの面積を第１レンズ３１Ａ及び３１Ｃよりも大きくすることができる。よって、赤外線センサ１は、図１３に示すように複数の第１レンズ３１が並ぶ方向において第１レンズ３１の幅が同じ場合に比べて、第１レンズ３１Ｂを通る検知ゾーンＢ３の感度の低下を抑制することが可能となる。図１３では、反射片４３の輪郭が第１スリット４５からの距離を一定とした直線状である場合に、第１レンズ３１Ｂを通って赤外線検知素子２の受光面２ａの中心２ｂに集光される赤外線の進行経路のうち、第１レンズ３１Ａに最も近い進行経路と、第１レンズ３１Ａから最も遠い進行経路と、を破線で模式的に示してある。ただし、図１３中に破線で示した進行経路は、図１３で示した断面を含む平面とは異なる平面上に形成される。

図１Ａと図１３とでは、反射片４３における第１スリット４５から輪郭までの最大距離を同じとしてある。赤外線センサ１は、反射片４３の輪郭が第１スリット４５から離れる向きに凸となる曲線状であることにより、第１レンズ３１Ｂを通った赤外線の、反射片４３によるけられを抑制することが可能となる。

上述の複数の第１レンズ３１の各々は、フレネルレンズであるのが好ましい。これにより、赤外線センサ１は、レンズアレイ３における各第１レンズ３１それぞれの厚さを、より薄くしたり、受光面積を増大させることが可能となる。

複数の第２レンズ３２を備える場合、複数の第２レンズ３２の各々は、フレネルレンズであるのが好ましい。これにより、赤外線センサ１は、レンズアレイ３における各第２レンズ３２それぞれの厚さを、より薄くすることが可能となる。

フレネルレンズは、例えば、図１４Ａ及び１４Ｂに示す模式図のように中央レンズ部３１１と中央レンズ部３１１を囲む複数の周辺レンズ部３１２とを備えたフレネルレンズ３２０のうち、開口絞りで規定された光学的開口に相当する部分により構成することができる。

上述のように赤外線センサ１は、レンズアレイ３が一体に形成されたカバー３０と、赤外線検知素子２と赤外線検知素子２を収納するパッケージ２１とを含むセンサ本体２０と、を備える。ここで、光学部材４は、センサ本体２０を囲む筒状の筒体部４１を備える。また、光学部材４は、筒体部４１の軸方向の第１端部４１ａから支持部４２が突出して形成されている。カバー３０と光学部材４とは、嵌め合わされているのが好ましい。これにより、赤外線センサ１は、カバー３０と光学部材４との相対的な位置精度を向上させることが可能となり、レンズアレイ３と光学部材４との相対的な位置精度を向上させることが可能となる。特に、赤外線センサ１では、複数の第１レンズ３１のうち両端に位置する一対の第１レンズ３１と光学部材４における一対のミラー面４４との相対的な位置精度を向上させること可能となる。光学部材４は、例えば、筒体部４１の軸方向の第２端部４１ｂにおける側面から外方へ突出する突起部４８が形成された構成とすることができる。この場合、カバー３０と光学部材４とは、カバー３０の後端縁に形成された凹部（第１凹部）３０ｆに、光学部材４の突起部４８が嵌め合されているのが好ましい。これにより、赤外線センサ１は、光学部材４の筒体部４１の小型化を図りながらも、カバー３０と光学部材４との相対的な位置精度を向上させることが可能となる。

支持部４２及び突起部４８は、筒体部４１に一体に形成されている。支持部４２は、筒体部４１においてセンサ本体２０の赤外線透過部材２９に近い側の第１端部４１ａの一部から突出して形成されている。支持部４２は、筒体部４１に一体に形成されている。

凹部３０ｆ及び突起部４８は、２つずつであり、赤外線検知素子２の受光面２ａの中心２ｂを含み且つ赤外線検知素子２の厚さ方向に沿った中心線を含む１つの平面上にあるのが好ましい。これにより、赤外線センサ１は、カバー３０と光学部材４との相対的な位置精度をより向上させることが可能となる。

筒体部４１は、円筒状に形成されているのが好ましい。センサ本体２０は、筒体部４１に嵌め合され、筒体部４１により囲まれる。筒体部４１は、この筒体部４１の内側面に、センサ本体２０を位置決めする突起（図示せず）が形成され、筒体部４１の第２端部４１ｂにセンサ本体２０を位置決めする第２凹部（図示せず）が形成されている。

赤外線検知素子２は、上述のように、１枚の焦電体基板２３に４個の検出部２４が形成されている。ここで、赤外線検知素子２は、焦電体基板２３の中央部において焦電体基板２３の外周線よりも内側の仮想正方形ＶＲ１（図６参照）の４つの頂点それぞれに４個の検出部２４の中心が位置している。赤外線検知素子２は、仮想正方形ＶＲ１の一対の対角線のうちの一方の対角線が平面Ｐ４（図３参照）上にあり、他方の対角線が平面Ｐ４に直交しているのが好ましい。これにより、赤外線センサ１は、赤外線検知素子２と一対のミラー面４４とレンズアレイ３との相対的な位置精度を更に向上させることが可能となる。

赤外線センサ１は、例えば、横方向へ移動する熱源を検知する用途に用いることができる。熱源としては、例えば、人体、動物等が挙げられる。赤外線センサ１は、例えば、人体検知器に組み込んで使用する場合、検知対象の熱源が、人体となる。

上述の実施形態等において説明した各図は、模式的な図であり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。また、実施形態等に記載した材料、数値等は、好ましい例を示しているだけであり、それに限定する主旨ではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変第１更を加えることが可能である。

１ 赤外線センサ
２ 赤外線検知素子
２ａ 受光面
２ｂ 中心
３ レンズアレイ
３ａ 第１面
３ｂ 第２面
４ 光学部材
３１ 第１レンズ
３２ 第２レンズ
３１ａ 第１レンズ面
３１ｂ 第２レンズ面
３４ 開口絞り
４１ 筒体部
４１ａ 第１端部
４１ｂ 第２端部
４２ 支持部
４３ 反射片
４４ ミラー面
４５ 第１スリット
４５ａ 内側面
４６ 第２スリット
４６ａ 内側面

Claims (14)

1. 赤外線検知素子と、レンズアレイと、光学部材と、を備え、
   前記レンズアレイは、一列に並んだ複数の第１レンズを備え、前記赤外線検知素子の受光面に赤外線を集光する機能を有し、
   前記複数の第１レンズそれぞれの第１レンズ面の一群を含む第１面と、前記複数の第１レンズそれぞれの第２レンズ面の一群を含む第２面と、を備え、
   前記光学部材は、前記レンズアレイと前記赤外線検知素子との間に配置され前記赤外線検知素子の視野を制御する機能を有し、
   前記光学部材は、前記複数の第１レンズのうち両端に位置する一対の第１レンズ以外の第１レンズを通る赤外線を通すように構成され、前記一対の第１レンズを通して前記受光面に直接入射しない赤外線を前記受光面側に反射する一対のミラー面を備え、
   前記一対のミラー面は、前記一対の第１レンズそれぞれを通して前記受光面に直接入射しない赤外線を前記受光面に集光させる曲面である、
   ことを特徴とする赤外線センサ。
2. 前記レンズアレイが一体に形成されたカバーを備え、前記一対の第１レンズの各々は、前記第２レンズ面の中心と前記受光面の中心とを結ぶ直線と、前記一対の第１レンズの各々に対する開口絞りの中心を通る前記第１レンズ面の法線と、が非平行である、
   ことを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ。
3. 前記一対の第１レンズの各々は、前記第２レンズ面の中心軸が、前記開口絞りの中心と前記一対のミラー面のうち前記第２レンズ面が臨むミラー面の中心とを結ぶ直線と平行である、
   ことを特徴とする請求項２記載の赤外線センサ。
4. 前記一対の第１レンズの各々は、前記第２レンズ面の中心軸が、前記開口絞りの中心と前記受光面の中心とを結ぶ直線と平行である、
   ことを特徴とする請求項２記載の赤外線センサ。
5. 前記一対の第１レンズの各々は、前記開口絞りの中心と前記一対のミラー面の各々の中心とを結ぶ直線と、前記開口絞りの中心と前記受光面の中心とを結ぶ直線と、のなす角の二等分線と平行である、
   ことを特徴とする請求項２記載の赤外線センサ。
6. 前記光学部材は、前記一対のミラー面を有する反射片と、前記反射片を支持する支持部と、を備え、前記反射片の中央部に、前記複数の第１レンズのうち前記一対の第１レンズ以外の第１レンズを通る赤外線を通す第１スリットが形成されており、
   前記反射片の輪郭が前記第１スリットから離れる向きに凸となる曲線状である、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の赤外線センサ。
7. 前記反射片は、前記第１スリットの内側面が、前記複数の第１レンズのうち真ん中の第１レンズに近づくほど、前記真ん中の第１レンズの中心線と前記第１スリットの中心線とを含む平面との距離が長くなる傾斜面である、
   ことを特徴とする請求項６記載の赤外線センサ。
8. 前記光学部材は、前記第１スリットの内側面を粗面としてある、
   ことを特徴とする請求項６又は７記載の赤外線センサ。
9. 前記レンズアレイは、前記複数の第１レンズとは別の列に並んだ複数の第２レンズを更に備え、
   前記光学部材は、前記反射片に、前記複数の第２レンズを通る赤外線を通す第２スリットが形成されており、
   前記第２スリットの幅が、前記第１スリットの幅よりも広い、
   ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の赤外線センサ。
10. 前記複数の第１レンズにおいて前記一対の第１レンズを除いた第１レンズのうち、前記開口絞りの中心と前記受光面の中心とを結ぶ直線上に前記反射片のある第１レンズは、隣接する第１レンズよりも前記複数の第１レンズの並ぶ方向における幅が広い、
    ことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載の赤外線センサ。
11. 前記レンズアレイが一体に形成されたカバーと、前記赤外線検知素子と前記赤外線検知素子を収納するパッケージとを含むセンサ本体と、を備え、
    前記光学部材は、前記センサ本体を囲む筒状の筒体部を備え、前記筒体部の軸方向の第１端部から前記支持部が突出して形成され、
    前記カバーと前記光学部材とは、嵌め合わされている、
    ことを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか一項に記載の赤外線センサ。
12. 前記光学部材は、前記筒体部の前記軸方向の第２端部における側面から外方へ突出する突起部が形成されており、
    前記カバーと前記光学部材とは、前記カバーの後端縁に形成された凹部に、前記光学部材の突起部が嵌め合わされている、
    ことを特徴とする請求項１１記載の赤外線センサ。
13. 前記複数の第１レンズの各々は、フレネルレンズである、
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の赤外線センサ。
14. 前記複数の第１レンズの各々及び前記複数の第２レンズの各々は、フレネルレンズである、
    ことを特徴とする請求項９記載の赤外線センサ。

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