JP6709984B2 - 赤外線検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に赤外線検出装置に関し、より詳細には、所定検知エリアからの赤外線を受光する受光系を備える赤外線検出装置に関する。

従来、赤外線検出装置としては、例えば、人体から放射される熱線（赤外線）を検出することにより、所定の検知エリア内の人の存否を検出する熱線式人感センサが知られている（特許文献１）。

特許文献１に記載された熱線式人感センサは、センサ素子と、受光レンズ（以下、「マルチレンズ」という）と、を備える。センサ素子は、人体から放射される熱線を検出するとともに入射する熱線量の時間変化に応じた出力を発生する。マルチレンズは、検知エリア内の各領域ごとの熱線をセンサ素子に収束させる多数個のレンズ小体（以下、「レンズ」という）の集合体からなる。

マルチレンズは、センサ素子の受光面を囲む半球状に形成されている。マルチレンズにおける多数個のレンズは、３重円状に配列され、最も内側の円上には４個のレンズ、次に大きい円上には８個のレンズ、最も外側の円上には１２個のレンズが形成されている。

特開２０００−１３１１３６号公報

上述の熱線式人感センサでは、最も外側の円上に配列されたレンズを通ってセンサ素子に入射する熱線量が、その内側の円上に配列されたレンズを通ってセンサ素子に入射する熱線量よりも少なくなる。そのため、上述の熱線式人感センサでは、最も外側の円上に配列されたレンズに対応する領域での感度が低下してしまうことがある。

本発明の目的は、検知エリア内の感度のばらつきを抑制することが可能な赤外線検出装置を提供することにある。

本発明に係る一態様の赤外線検出装置は、所定検知エリアからの赤外線を受光する受光系を備える。前記受光系は、複数の受光ユニットを備える。前記複数の受光ユニットの各々は、赤外線受光素子と、マルチレンズと、を含む。前記マルチレンズは、前記赤外線受光素子に赤外線を集光する複数のレンズを有する。前記所定検知エリアは、複数の検知エリアの合成検知エリアである。前記複数の検知エリアの各々は、複数の小検知エリアの合成小検知エリアである。前記複数の受光ユニットそれぞれの前記複数のレンズの各々について、前記複数の小検知エリアのうちの１つの小検知エリアが一対一に対応している。前記複数の検知エリアのうち少なくとも２つの検知エリアには、前記複数の受光ユニットのうち隣り合う２つの受光ユニットそれぞれの小検知エリアが混在している。前記複数の受光ユニットのうち隣り合う２つの受光ユニットの各々における前記複数のレンズが前記複数の検知エリアのうち少なくとも２つの検知エリアに分けて対応している。

本発明の赤外線検出装置は、検知エリア内の感度のばらつきを抑制することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る赤外線検出装置の分解斜視図である。 図２Ａは、同上の赤外線検出装置の上側から見た斜視図である。図２Ｂは、同上の赤外線検出装置の下側から見た斜視図である。 図３Ａは、同上の赤外線検出装置における受光系の下面図である。図３Ｂは、同上の赤外線検出装置における受光系に関し、左半分を透視した下面図である。 図４は、同上の赤外線検出装置の断面図である。 図５は、同上の赤外線検出装置における赤外線受光素子を含む赤外線センサの斜視図である。 図６Ａは、同上の赤外線検出装置における受光系の平面図である。図６Ｂは、同上の赤外線検出装置の検知エリアの説明図である。 図７Ａは、同上の赤外線検出装置における受光系のレンズの説明図である。図７Ｂは、同上の赤外線検出装置の検知エリアの説明図である。 図８は、同上の赤外線検出装置の検知エリアにおける小検知エリアの説明図である。 図９は、同上の赤外線検出装置におけるレンズの配置を説明するための平面図である。 図１０Ａは、同上の赤外線検出装置における受光系のレンズの説明図である。図１０Ｂは、同上の赤外線検出装置の検知エリアにおける小検知エリアと受光系のレンズとの対応関係の説明図である。

以下に説明する実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。下記の実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

また、下記の実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、図中の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。

（実施形態）
以下では、本実施形態の赤外線検出装置１００について、図１〜９に基づいて説明する。

本実施形態の赤外線検出装置１００は、一例として、所定検知エリア１１（図４及び６Ｂ参照）内の人（検知対象）の存否を検知する人体検知に用いられる。つまり、赤外線検出装置１００は、所定検知エリア１１内の人体検知を行う赤外線式人体検知装置である。

赤外線検出装置１００は、所定検知エリア１１からの赤外線を受光する受光系１を備える。受光系１は、複数（５個）の受光ユニット２を備える。複数の受光ユニット２は、１個の第１受光ユニット２ａ及び複数（４個）の第２受光ユニット２ｂである。受光ユニット２は、赤外線受光素子３０（図４及び６Ａ参照）を有する赤外線センサ３と、マルチレンズ５を有する光学部材６と、を含む。マルチレンズ５は、赤外線受光素子３０に赤外線を集光する複数のレンズ５０を有する。所定検知エリア１１は、複数（５個）の受光ユニット２と同数の複数（５個）の検知エリア１２（図４及び６Ｂ参照）の合成検知エリアである。ここにおいて、複数の検知エリア１２の各々は、複数の小検知エリア１３（図６Ｂ、７Ｂ及び８参照）の合成小検知エリアである。本実施形態の赤外線検出装置１００では、中心線１１０に直交する面内において、複数のマルチレンズ５それぞれの形状に対応する複数の検知エリア１２がある。

第１受光ユニット２ａにおけるマルチレンズ５は、複数（３０個）のレンズ５０（図６Ａ、７Ａ及び９参照）を有する。また、複数の第２受光ユニット２ｂの各々は、複数（１５個）のレンズ５０を有する。以下、第１受光ユニット２ａにおけるマルチレンズ５を第１マルチレンズ５ａと称し、第１受光ユニット２ａにおけるレンズ５０を第１レンズ５０ａと称することもある。また、第２受光ユニット２ｂにおけるマルチレンズ５を第２マルチレンズ５ｂと称し、第２受光ユニット２ｂにおけるレンズ５０を第２レンズ５０ｂと称することもある。また、第１マルチレンズ５ａを含む光学部材６を第１光学部材６ａと称し、第２マルチレンズ５ｂを含む光学部材６を第２光学部材６ｂと称することもある。また、第１受光ユニット２ａの赤外線受光素子３０及び赤外線センサ３を、それぞれ、第１赤外線受光素子３０ａ及び第１赤外線センサ３ａと称することもある。また、第２受光ユニット２ｂの赤外線受光素子３０及び赤外線センサ３を、それぞれ、第２赤外線受光素子３０ｂ及び第２赤外線センサ３ｂと称することもある。

また、赤外線検出装置１００は、回路基板７を更に備える。赤外線検出装置１００では、回路基板７に、第１赤外線センサ３ａ及び複数の第２赤外線センサ３ｂが実装されている。ここにおいて、第１赤外線センサ３ａは、第１赤外線受光素子３０ａの光軸３９ａ（図４参照）が回路基板７の厚さ方向と略平行となるように、回路基板７に実装されている。また、複数（４個）の第２赤外線センサ３ｂの各々は、第２赤外線受光素子３０ｂの光軸３９ｂ（図４参照）が回路基板７の厚さ方向に対して傾くように、回路基板７に実装されている。複数の第２赤外線センサ３ｂは、互いに異なる向きに傾いている。

また、赤外線検出装置１００は、ベース８を更に備える。ベース８は、第１受光ユニット２ａと複数の第２受光ユニット２ｂと回路基板７とを保持する。これにより、赤外線検出装置１００では、回路基板７に実装されている第１赤外線センサ３ａの第１赤外線受光素子３０ａと第１マルチレンズ５ａとの相対的な位置が決まる。また、赤外線検出装置１００では、回路基板７に実装されている複数の第２赤外線センサ３ｂそれぞれの第２赤外線受光素子３０ｂと複数の第２マルチレンズ５ｂのうち一対一に対応する第２マルチレンズ５ｂとの相対的な位置が決まる。

また、赤外線検出装置１００は、信号処理部９を更に備える。信号処理部９は、複数の赤外線受光素子３０の出力信号に基づいて所定検知エリア１１に人が存在するか否かを判定する。信号処理部９は、所定検知エリア１１に人が存在するか否かの判定結果を外部装置（外部回路）へ出力するように構成されている。

赤外線検出装置１００の各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。

赤外線検出装置１００は、上述のように、第１赤外線センサ３ａと、複数の第２赤外線センサ３ｂと、第１マルチレンズ５ａと、複数の第２マルチレンズ５ｂと、回路基板７と、ベース８と、信号処理部９と、を備える。以下では、説明の便宜上、第１赤外線受光素子３０ａの光軸３９ａと第２赤外線受光素子３０ｂの光軸３９ｂとを区別しないで説明する場合には、単に赤外線受光素子３０の光軸３９と称する。

赤外線センサ３は、赤外線受光素子３０を有する。赤外線受光素子３０は、熱型赤外線検出素子である。より詳細には、赤外線受光素子３０は、クワッドタイプの焦電素子であり、１枚の焦電体基板において４個の検出部が２×２のアレイ状（マトリクス状）に配列されている。４個の検出部の各々は、焦電体基板の第１面上に配置された第１電極と、第１面とは反対側の第２面上に配置された第２電極と、焦電体基板のうち第１電極と第２電極との間の部分と、を含むコンデンサである。第１電極は、赤外線を吸収する導電膜（例えば、ＮｉＣｒ膜）により構成されている。赤外線受光素子３０の光軸３９は、赤外線受光素子３０を厚さ方向の一方向から見て４個の検出部それぞれの受光面を包含する多角形（例えば、正方形）の中心に立てた法線である。

赤外線受光素子３０は、赤外線を受光し、受光した赤外線量の変化に応じて電流信号を出力する。ここで、赤外線センサ３は、赤外線受光素子３０から出力される電流信号を電圧信号に変換する変換回路を含むＩＣ（Integrated Circuit）素子を備える。変換回路は、例えば、電流電圧変換回路と、電圧増幅回路と、を有する。電流電圧変換回路は、赤外線受光素子３０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（例えば、０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚ）の電圧信号を増幅して出力する回路である。電圧増幅回路は、バンドパスフィルタとしての機能を有する。バンドパスフィルタとしての機能は、電流電圧変換回路から出力された電圧信号のうち上記所定の周波数帯域の成分を通過させ、かつ雑音となる不要な周波数成分を除去する機能である。

赤外線センサ３は、赤外線受光素子３０とＩＣ素子とが実装される実装基板を備えている。実装基板は、例えば、成形基板である。

また、赤外線センサ３は、赤外線受光素子３０とＩＣ素子と実装基板とを含む回路モジュールを収納するパッケージ３３（図５参照）を備えている。パッケージ３３は、所謂キャンパッケージ（can package）である。キャンパッケージは、メタルパッケージ（metal package）とも呼ばれている。パッケージ３３は、図５に示すように、台座３３１と、キャップ３３２と、窓材３３３と、３つのリード端子３３４と、を備える。

台座３３１は、導電性を有する。ここにおいて、台座３３１は、金属製である。台座３３１は、円盤状であり、厚さ方向の一面側において実装基板を支持する。

キャップ３３２は、導電性を有する。ここにおいて、キャップ３３２は、金属製である。キャップ３３２は、有底円筒状であり、回路モジュールを覆うように台座３３１に固着される。

窓材３３３は、赤外線を透過する赤外線透過部材である。窓材３３３は、導電性を有するのが好ましい。ここにおいて、窓材３３３は、例えば、シリコン基板を含む。窓材３３３は、シリコン基板に加えて、このシリコン基板に積層された赤外線光学フィルタを備えるのが好ましい。赤外線光学フィルタは、赤外線検出装置１００の検出対象の波長領域の赤外線を透過させる光学多層膜である。

窓材３３３は、キャップ３３２の前壁３３２１に形成された窓孔３３２２を塞ぐように配置される。窓材３３３は、キャップ３３２に対して導電性材料により接合されており、キャップ３３２と電気的に接続されている。窓材３３３は、赤外線受光素子３０の受光面の前方に配置される。赤外線センサ３では、赤外線受光素子３０の光軸３９が窓材３３３の中心を通るように赤外線受光素子３０が配置されているのが好ましい。

３つのリード端子３３４は、台座３３１に保持されている。３つのリード端子３３４の各々は、ピン状である。３つのリード端子３３４の各々は、台座３３１の厚さ方向において台座３３１を貫通している。３つのリード端子３３４は、給電用リード端子、信号出力用リード端子及びグラウンド用リード端子である。

赤外線検出装置１００では、５個の赤外線センサ３は、矩形板状の回路基板７に実装されている。回路基板７は、例えば、プリント基板である。回路基板７は、厚さ方向に交差する第１面７１と、第１面７１とは反対側の第２面７２と、を有する。赤外線検出装置１００では、４個の第２赤外線受光素子３０ｂが、回路基板７の第１面７１側において、１つの仮想円上に略等間隔で並ぶように配置され、第１赤外線受光素子３０ａが、上記仮想円の中心に配置されている。見方を変えれば、赤外線検出装置１００では、４個の第２赤外線受光素子３０ｂが、回路基板７の第１面７１側において、仮想正方形の４つの角に１つずつ配置され、第１赤外線受光素子３０ａが、上記仮想正方形の中心に配置されている。

第１赤外線受光素子３０ａの光軸３９ａ（図４参照）は、回路基板７の第１面７１に直交する。複数の第２赤外線受光素子３０ｂの各々における光軸３９ｂ（図４参照）は、回路基板７の第１面７１に斜交する。複数の第２赤外線センサ３ｂは、上記仮想円の中心に立てた法線と第２赤外線受光素子３０ｂの光軸３９ｂとのなす角度が同じである。また、複数の第２赤外線センサ３ｂは、上記仮想円の中心に立てた法線に対して第２赤外線受光素子３０ｂそれぞれの光軸３９ｂが傾く方向が異なるように、回路基板７に実装されている。

回路基板７には、複数（５個）の赤外線センサ３の各々における３つのリード端子３３４を１つずつ通す３つのピン挿通孔７４（図１及び４参照）が複数組（５組）設けられている。

回路基板７は、円盤状のベース８において上方に膨らんだ中央部８０１の上面に配置され、ベース８に保持される。ここにおいて、回路基板７に実装される複数の赤外線センサ３は、ベース８の中央部８０１の下面側に配置される。ベース８は、電気絶縁性を有する。ベース８の材質は、例えば、合成樹脂である。

ベース８は、第１赤外線センサ３ａと回路基板７との間に介在する第１スペーサ部８１ａと、複数の第２赤外線センサ３ｂの各々の台座３３１と回路基板７との間に介在する複数の第２スペーサ部８１ｂと、を備えている。第１スペーサ部８１ａには、第１赤外線センサ３ａの３つのリード端子３３４の各々を一つずつ通す複数の孔８２ａが形成されている。また、複数の第２スペーサ部８１ｂそれぞれには、第２赤外線センサ３ｂの３つのリード端子３３４の各々を一つずつ通す複数の孔８２ｂが形成されている。第１スペーサ部８１ａでは、赤外線センサ３の台座３３１に対向する表面８１１ａが、第１赤外線受光素子３０ａの光軸３９ａに直交し、かつ、回路基板７の第１面７１に平行になっている。複数の第２スペーサ部８１ｂの各々では、赤外線センサ３の台座３３１に対向する表面８１１ｂが、第２赤外線受光素子３０ｂの光軸３９ｂに直交し、かつ、回路基板７の第１面７１に対して傾いている。

また、赤外線検出装置１００は、複数（４個）の遮光壁８３（図４参照）を更に備えるのが好ましい。複数の遮光壁８３の各々は、半円筒状である。複数の遮光壁８３の各々は、複数の第２赤外線センサ３ｂのうち一対一に対応する第２赤外線センサ３ｂの台座３３１及びキャップ３３２の略半周を囲むように第２赤外線センサ３ｂと第１赤外線センサ３ａとの間に配置されている。複数の遮光壁８３は、ベース８と一体に形成されていてもよいし、別体に形成されてベース８に固定されていてもよい。

ベース８は、その中央部８０１の下面側に、第１光学部材６ａが配置される４つの第１壁８４を備える。４つの第１壁８４の各々は、ベース８の下面側から見て、円弧状であり、第１光学部材６ａの周方向において略等間隔で配置されている。赤外線検出装置１００では、第１光学部材６ａは、２つの第１螺子（図示せず）によってベース８の４つの第１壁８４のうちの２つの第１壁８４に固定されている。

また、ベース８は、その周部８０２の下面側に、複数の第２光学部材６ｂの各々が配置される４つの第２壁８５を備える。４つの第２壁８５の各々は、ベース８の下面側から見て、第１光学部材６ａ側が開放されたＣ字状である。赤外線検出装置１００では、複数の第２光学部材６ｂの各々が、２つの第２螺子（図示せず）によってベース８の第２壁８５に固定されている。

第１光学部材６ａは、図１に示すように、有底円筒状の第１光学部材本体６０ａと、第１光学部材本体６０ａの上端から全周に亘って外方へ突出した第１フランジ６２ａと、を備える。第１光学部材６ａでは、第１光学部材本体６０ａの下端の底壁６１ａに第１マルチレンズ５ａが形成されている。第１光学部材６ａは、第１フランジ６２ａがベース８の４つの第１壁８４の下端面に重なるように配置されている。

第２光学部材６ｂの各々は、図１に示すように、有底箱状の第２光学部材本体６０ｂと、第２光学部材本体６０ｂの上端から外方へ突出した第２フランジ６２ｂと、を備える。第２光学部材本体６０ｂの周壁は、ベース８側から見て、第１光学部材６ａ側が開放されたＣ字状である。第２光学部材６ｂでは、第２光学部材本体６０ｂの下端の底壁６１ｂに第２マルチレンズ５ｂが形成されている。第２光学部材６ｂは、第２フランジ６２ｂがベース８の第２壁８５の下端面に重なるように配置されている。

第１マルチレンズ５ａにおいて外部（所定検知エリア１１）からの赤外線が入射する第１面５０１ａ（図４参照）は、複数の第１レンズ５０ａそれぞれの入射面の一群により構成されている。第１マルチレンズ５ａにおいて赤外線が出射する第２面５０２ａ（図４参照）は、複数の第１レンズ５０ａそれぞれの出射面の一群により構成されている。

第１マルチレンズ５ａにおける複数の第１レンズ５０ａの各々は、集光レンズであり、凸レンズにより構成されている。ここで、複数の第１レンズ５０ａの各々を構成する凸レンズは、収差をより小さくする観点から、非球面レンズであるのが好ましい。

第１マルチレンズ５ａでは、複数（３０個）の第１レンズ５０ａが、第１赤外線受光素子３０ａの光軸３９ａからの距離が互いに異なる複数（３つ）の列に分けて配置されている。ここにおいて、第１マルチレンズ５ａでは、図９に示すように、複数（３０個）の第１レンズ５０ａが互いに半径の異なる第１仮想円Ｃ１、第２仮想円Ｃ２及び第３仮想円Ｃ３上に分けて配置されている。第１仮想円Ｃ１、第２仮想円Ｃ２及び第３仮想円Ｃ３は、この順に半径が大きくなる。第１マルチレンズ５ａでは、第１仮想円Ｃ１上に４個の第１レンズ５０ａが配列され、第２仮想円Ｃ２上に１０個の第１レンズ５０ａが配列され、第３仮想円Ｃ３上に１６個の第１レンズ５０ａが配列されている。

第１マルチレンズ５ａは、複数の第１レンズ５０ａそれぞれの第１赤外線受光素子３０ａ側での焦点が同じ位置となるように設計されているのが好ましい。第１マルチレンズ５ａは、複数の第１レンズ５０ａの各々を透過した赤外線が第１赤外線センサ３ａの窓材３３３に直接入射するように構成されているのが好ましい。

第１マルチレンズ５ａにおける複数の第１レンズ５０ａの各々で制御する制御対象の赤外線は、例えば、５μｍ〜２５μｍの波長域の赤外線である。

第２マルチレンズ５ｂにおいて外部（所定検知エリア１１）からの赤外線が入射する第１面５０１ｂ（図４参照）は、複数の第２レンズ５０ｂそれぞれの入射面の一群により構成されている。第２マルチレンズ５ｂにおいて赤外線が出射する第２面５０２ｂ（図４参照）は、複数の第２レンズ５０ｂそれぞれの出射面の一群により構成されている。

第２マルチレンズ５ｂにおける複数の第２レンズ５０ｂの各々は、集光レンズであり、凸レンズにより構成されている。ここで、複数の第２レンズ５０ｂの各々を構成する凸レンズは、非球面レンズである。複数の第２レンズ５０ｂの各々は、肉厚を薄くする観点から、フレネルレンズであるのが好ましい。

第２マルチレンズ５ｂでは、複数（１５個）の第２レンズ５０ｂが、第１赤外線受光素子３０ａの光軸３９ａからの距離が互いに異なる複数（３つ）の列に分けて配置されている。ここにおいて、第２マルチレンズ５ｂでは、図９に示すように、複数（１５個）の第２レンズ５０ｂが互いに半径の異なる第４仮想円Ｃ４、第５仮想円Ｃ５及び第６仮想円Ｃ６上に分けて配置されている。第４仮想円Ｃ４、第５仮想円Ｃ５及び第６仮想円Ｃ６は、この順に半径が大きくなる。第４仮想円Ｃ４の半径は、第３仮想円Ｃ３の半径よりも大きい。第１仮想円Ｃ１〜第６仮想円Ｃ６の中心は同じである。第２マルチレンズ５ｂでは、第４仮想円Ｃ４上に５個の第２レンズ５０ｂが配列され、第５仮想円Ｃ５上に７個の第２レンズ５０ｂが配列され、第６仮想円Ｃ６上に３個の第２レンズ５０ｂが配列されている。第２マルチレンズ５ｂでは、第１仮想円Ｃ１〜第６仮想円Ｃ６に共通する一径方向において並んでいる２乃至３個の第２レンズ５０ｂについて見れば、第１仮想円Ｃ１〜第６仮想円Ｃ６に共通の中心から離れた第２レンズ５０ｂほどレンズ面積が大きい。

第２マルチレンズ５ｂは、複数の第２レンズ５０ｂそれぞれの第２赤外線受光素子３０ｂ側での焦点が同じ位置となるように設計されているのが好ましい。第２マルチレンズ５ｂは、複数の第２レンズ５０ｂの各々を透過した赤外線が第２赤外線センサ３ｂの窓材３３３に直接入射するように構成されているのが好ましい。

第２マルチレンズ５ｂにおける複数の第２レンズ５０ｂの各々で制御する制御対象の赤外線は、例えば、５μｍ〜２５μｍの波長域の赤外線である。

第１マルチレンズ５ａ及び第２マルチレンズ５ｂの材料は、例えば、ポリエチレンである。より詳細には、第１マルチレンズ５ａの材料は、白色顔料又は黒色顔料が添加されたポリエチレンである。白色顔料としては、例えば、酸化チタン等の無機顔料を採用するのが好ましい。黒色顔料としては、例えば、カーボンブラック等の微粒子を採用するのが好ましい。第１マルチレンズ５ａ及び第２マルチレンズ５ｂ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。

赤外線検出装置１００は、例えば、所定検知エリア１１の中心線１１０（図４参照）が鉛直下方に向くように天井等に配置して使用されることを想定している。所定検知エリア１１は、四角錐状の３次元エリアである。所定検知エリア１１は、中心線１１０に直交する水平面内では正方形状である。

赤外線検出装置１００の所定検知エリア１１の立体角は、第１受光ユニット２ａと複数の第２受光ユニット２ｂとにより規定される。赤外線検出装置１００では、所定検知エリア１１を区分した複数（９０個）の小検知エリア１３（図６Ｂ、７Ｂ及び８参照）の各々が第１受光ユニット２ａと複数（４個）の第２受光ユニット２ｂとのいずれかに対応付けられている。図６Ｂは、赤外線検出装置１００の所定検知エリア１１を、所定検知エリア１１の中心線１１０に直交する仮想平面１２０（例えば、床面）において模式的に表した図である。また、図８は、赤外線検出装置１００の複数の小検知エリア１３のうちの１つの小検知エリア１３を仮想平面１２０（例えば、床面）において模式的に表した図である。所定検知エリア１１は、９０個の小検知エリア１３を含んでいる。複数（９０個）の小検知エリア１３の各々は、赤外線受光素子３０の複数（４つ）の検出部に一対一に対応する複数（４つ）の微小検知エリア１４（図８参照）を含んでいる。複数の微小検知エリア１４は、赤外線受光素子３０から見てそれぞれ異なる方向にある。複数の微小検知エリア１４の各々は、斜四角錐状である。複数の微小検知エリア１４の各々の立体角は、小検知エリア１３の立体角よりも小さい。言い換えれば、微小検知エリア１４は、小検知エリア１３よりも狭い。微小検知エリア１４は、第１レンズ５０ａを通して第１赤外線受光素子３０ａの検出部に入射する赤外線束を赤外線の進む方向と反対の方向に延長したときに形成される３次元領域、又は第２レンズ５０ｂを通して第２赤外線受光素子３０ｂの検出部に入射する赤外線束を赤外線の進む方向と反対の方向に延長したときに形成される３次元領域である。言い換えれば、微小検知エリア１４は、赤外線受光素子３０の検出部の受光面上に像をつくるために使われる赤外線束が通ることができる３次元領域である。微小検知エリア１４は、例えば、光線追跡解析ソフトを用いたシミュレーションの結果により推定することが可能である。複数の微小検知エリア１４のそれぞれには、検出部の第１電極に一対一で対応した極性があるとみなすことができる。所定検知エリア１１、各小検知エリア１３及び各微小検知エリア１４は、光学的に規定される３次元領域であり、実際に目に見える３次元領域ではない。小検知エリア１３は、赤外線センサ３（図５参照）の窓材３３３の大きさ及び形状、窓孔３３２２の開口形状等にも依存することがある。

赤外線検出装置１００では、第１受光ユニット２ａの複数（３０個）の第１レンズ５０ａの各々について、複数（９０個）の小検知エリア１３のうちの１つの小検知エリア１３が対応づけられている。言い換えれば、第１受光ユニット２ａには、９０個の小検知エリア１３のうち３０個の小検知エリア１３が対応付けられている。また、赤外線検出装置１００では、複数（４個）の第２受光ユニット２ｂそれぞれの複数（１５個）の第２レンズ５０ｂの各々について、複数（９０個）の小検知エリア１３のうちの１つの小検知エリア１３が対応付けられている。言い換えれば、４個の第２受光ユニット２ｂの各々には、９０個の小検知エリア１３のうち１５個の小検知エリア１３が対応付けられている。つまり、赤外線検出装置１００では、第１受光ユニット２ａに対応付けられている小検知エリア１３の数（３０個）が、複数の第２受光ユニット２ｂの各々に対応付けられている小検知エリア１３の数（１５個）よりも多い。

赤外線検出装置１００は、複数の赤外線受光素子３０それぞれの出力信号に基づいて所定検知エリア１１に人が存在するか否かを判定する信号処理部９を備える。信号処理部９は、例えば、複数の赤外線受光素子３０それぞれの出力信号の同期成分を抽出する同期検波を行い、同期検波の結果に基づいて、所定検知エリア１１に人が存在するか否かを判定する。信号処理部９は、例えば、同期検波を行うための乗算器、コンパレータ等を用いて構成することができる。ここにおいて、信号処理部９の構成部品は、回路基板７に実装されている。信号処理部９の構成部品は、回路基板７の第２面７２側に配置されている。信号処理部９は、上述の複数の赤外線センサ３の各々におけるＩＣ素子を含んでいてもよい。

ところで、マルチレンズにおける複数のレンズの入射面の面積が一定の場合には、複数のレンズのうち受光素子の光軸とのなす角度の大きな光軸のレンズほど、入射した赤外線の損失が大きくなる傾向にある。そのため、特許文献１に記載された熱線式人感センサのように１つのマルチレンズのみで検知エリアを形成する赤外線検出装置では、検知エリアの最外周側での感度が低下してしまう傾向にある。

これに対して、本実施形態の赤外線検出装置１００では、図４及び６Ｂに示すように、所定検知エリア１１が、中央エリア１１ａと、周辺エリア１１ｂと、に区分されている。中央エリア１１ａは、第１受光ユニット２ａに対応しており、９０個の小検知エリア１３のうち３０個の小検知エリア１３を含んでいる。周辺エリア１１ｂは、複数の第２受光ユニット２ｂに対応しており、９０個の小検知エリア１３のうち６０個の小検知エリア１３を含んでいる。中央エリア１１ａは、図６Ｂに示すように仮想平面１２０上において円形状のエリアとなる。周辺エリア１１ｂは、図６Ｂに示すように、仮想平面１２０上において中央エリア１１ａを内包する正方形のエリアから中央エリア１１ａを除いたエリア（外周が正方形で内周が円形である枠状のエリア）となる。赤外線検出装置１００では、中央エリア１１ａに含まれる各小検知エリア１３に対応する第１レンズ５０ａのレンズ面積よりも、周辺エリア１１ｂに含まれる各小検知エリア１３に対応する第２レンズ５０ｂのレンズ面積が大きい。

４つの第２受光ユニット２ｂは、所定検知エリア１１の中心線１１０を中心として４回回転対称性を有するように配置されている（図３Ａ及び３Ｂ参照）。

所定検知エリア１１は、複数（５個）の検知エリア１２（図６Ｂ及び７Ｂ参照）の合成検知エリアである。複数（５個）の検知エリア１２の各々は、複数の小検知エリア１３の合成小検知エリアである。ここにおいて、複数（５個）の検知エリア１２としては、１個の第１検知エリア１２ａと、複数（４個）の第２検知エリア１２ｂと、がある。第１検知エリア１２ａは、中央エリア１１ａと同じエリアである。複数の第２検知エリア１２ｂの各々は、中央エリア１１ａの外周方向において周辺エリア１１ｂを第２受光ユニット２ｂの数で略等分した複数のエリアの１つである。つまり、４個の第２検知エリア１２ｂの各々は、周辺エリア１１ｂを略４等分した複数のエリアの１つである。複数の第２検知エリア１２ｂの形状は、略同じである。

赤外線検出装置１００では、複数の受光ユニット２それぞれの複数のレンズ５０の各々について、複数の小検知エリア１３のうちの１つの小検知エリア１３が一対一に対応している。５つの検知エリア１２のうち４つの検知エリア１２（第２検知エリア１２ｂ）には、複数の受光ユニット２のうち隣り合う２つの受光ユニット２（第２受光ユニット２ｂ）それぞれの小検知エリア１３が混在している。この点について図７を用いて補足説明する。図７では、隣り合う２つ第２受光ユニット２ｂの各々における第２マルチレンズ５ｂの１５個の第２レンズ５０ｂと、隣り合う２つの第２検知エリア１２ｂの各々における１５個の小検知エリア１３と、の対応関係を説明するために、２つの第２マルチレンズ５ｂの各第２レンズ５０ｂについてのみ、一対一に対応する第２レンズ５０ｂと小検知エリア１３とに同一の記号（Ａ１１〜Ａ１５、Ａ２１〜Ａ２７、Ａ３１〜Ａ３３、Ｂ１１〜Ｂ１５、Ｂ２１〜Ｂ２５、Ｂ３１〜Ｂ３３）を表記してある。ただし、Ａ１１〜Ａ１５、Ａ２１〜Ａ２７、Ａ３１〜Ａ３３、Ｂ１１〜Ｂ１５、Ｂ２１〜Ｂ２５、Ｂ３１〜Ｂ３３の表記は、符号ではない。図７Ｂに示すように、右上の第２検知エリア１２ｂには、Ａ１１〜Ａ１４、Ａ２２〜Ａ２６、Ａ３１〜Ａ３３と、Ｂ１５、Ｂ２７と、がある。また、図７Ｂに示すように、右下の第２検知エリア１２ｂには、Ｂ１１〜Ｂ１４、Ｂ２２〜Ｂ２６、Ｂ３１〜Ｂ３３と、Ａ２１と、がある。赤外線検出装置１００では、所定検知エリア１１の周方向において２つの受光ユニット２それぞれの小検知エリア１３が交互に並んでいる。例えば、図７Ｂでは、所定検知エリア１１の周方向においてＡ３１，Ｂ２７、Ａ２２、Ｂ２６、Ａ２１及びＢ２５が、この順に並んでいる。

赤外線検出装置１００では、５つの検知エリア１２のうち４つの第２検知エリア１２ｂには、複数の受光ユニット２のうち隣り合う２つの第２受光ユニット２ｂそれぞれの小検知エリア１３が混在している。言い換えれば、赤外線検出装置１００では、４つの第２受光ユニット２ｂの各々における１５個の第２レンズ５０ｂの全部が、１つの第２検知エリア１２ｂのみに対応しているのではなく、少なくとも２つの第２検知エリア１２ｂに分けて対応している。赤外線検出装置１００の設計においては、マルチレンズ５のレンズ５０の数、形状、配置等を適宜設計することにより、検知エリア１２における小検知エリア１３の数及び配置を変えることができる。したがって、赤外線検出装置１００では、複数の第２検知エリア１２ｂの各々において１つの第２受光ユニット２ｂに対応する小検知エリア１３の数を低減できる。これにより、赤外線検出装置１００では、第２受光ユニット２ｂの第２レンズ５０ｂのレンズ面積を大きくしながらも、隣り合う小検知エリア１３間の間隔が大きくなるのを抑制することが可能となる。よって、赤外線検出装置１００では、所定検知エリア１１内の感度のばらつきを抑制することが可能となる。

赤外線検出装置１００では、４個の第２検知エリア１２ｂの各々には、単独検知エリア１２１がある。単独検知エリア１２１は、所定検知エリア１１の中心線１１０に直交する面内において検知エリア１２よりも小さい。ここにおいて、単独検知エリア１２１は、第２検知エリア１２ｂにおける１５個の小検知エリア１３のうちの１つの小検知エリア１３よりも大きく、１５個未満の小検知エリア１３を含んでいる。単独検知エリア１２１は、複数の受光ユニット２のうち隣り合う２つの受光ユニット２における一方の受光ユニット２の小検知エリア１３のみを含み他方の受光ユニット２の小検知エリア１３を含まない。赤外線検出装置１００では、所定検知エリア１１が四角錐状のエリアである。ここで、赤外線検出装置１００では、所定検知エリア１１の中心線１１０に直交する面内において所定検知エリア１１の四隅それぞれに単独検知エリア１２１がある。例えば、図７Ｂにおける右上の第２検知エリア１２ｂの単独検知エリア１２１は、Ａ１２〜Ａ１４、Ａ２３〜Ａ２５及びＡ３１〜Ａ３３に対応する９個の小検知エリア１３を含んでいる。例えば、図７Ｂにおける右下の第２検知エリア１２ｂの単独検知エリア１２１は、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ２３〜Ｂ２５及びＢ３１〜Ｂ３３に対応する８個の小検知エリア１３を含んでいる。

隣り合う２つの受光ユニット２それぞれの小検知エリア１３が混在する検知エリア１２の数は、４つに限らず、少なくとも２つであればよい。また、隣り合う第１受光ユニット２ａと第２受光ユニット２ｂそれぞれの小検知エリア１３が、第１検知エリア１２ａ及び第２検知エリア１２ｂの各々において混在してもよい。

また、赤外線検出装置１００では、所定検知エリア１１の中心線１１０のまわりに第１受光ユニット２ａを囲むように４つの第２受光ユニット２ｂが配置されているが、これに限らず、少なくとも３つの第２受光ユニット２ｂが第１受光ユニット２ａを囲むように配置されているのが好ましい。また、赤外線検出装置１００では、第１受光ユニット２ａを備えていることは必須ではなく、例えば、第１受光ユニット２ａを設けずに複数の第２受光ユニット２ｂの各々の第２検知エリア１２ｂを所定検知エリア１１の中心線１１０側へ広くしてもよい。

以上説明した赤外線検出装置１００は、所定検知エリア１１からの赤外線を受光する受光系１を備える。受光系１は、複数の受光ユニット２を備える。複数の受光ユニット２の各々は、赤外線受光素子３０と、マルチレンズ５と、を含む。マルチレンズ５は、赤外線受光素子３０に赤外線を集光する複数のレンズ５０を有する。所定検知エリア１１は、複数の検知エリア１２の合成検知エリアである。複数の検知エリア１２の各々は、複数の小検知エリア１３の合成小検知エリアである。複数の受光ユニット２それぞれの複数のレンズ５０の各々について、複数の小検知エリア１３のうちの１つの小検知エリア１３が一対一に対応している。複数の検知エリア１２のうち少なくとも２つの検知エリア１２には、複数の受光ユニット２のうち隣り合う２つの受光ユニット２それぞれの小検知エリア１３が混在している。

以上の構成により、赤外線検出装置１００は、所定検知エリア１１内の感度のばらつきを抑制することが可能となる。ここにおいて、赤外線検出装置１００では、複数の検知エリア１２のうち少なくとも２つの検知エリア１２には、複数の受光ユニット２のうち隣り合う２つの受光ユニット２それぞれの小検知エリア１３が混在しているので、当該隣り合う２つの受光ユニット２それぞれの複数のレンズ５０のうち所定検知エリア１１の中心線１１０から相対的に遠いレンズ５０のレンズ面積をより大きくすることができ、所定検知エリア１１内において隣り合う小検知エリア１３間の距離をより短くすることが可能となる。これにより、赤外線検出装置１００では、所定検知エリア１１内の感度のばらつきを抑制することが可能となる。要するに、赤外線検出装置１００では、所定検知エリア１１内の感度の均一化を図ることが可能となる。

また、赤外線検出装置１００は、上記の熱線式人感センサにおいて半球状のマルチレンズの直径を大きくしてレンズを配列する列数を増やすことで所定検知エリアを広げた場合と比べて、所定検知エリア１１の最外周側での感度の低下を抑制することが可能となる。言い換えれば、赤外線検出装置１００は、視野角を大きくしながらも所定検知エリア１１の最外周側での感度の低下を抑制することが可能となり、視野角を大きくしながらも所定検知エリア１１内の感度のばらつきを抑制することが可能となる。「視野角」とは、赤外線検出装置１００の所定検知エリア１１の広がり角を意味する。

赤外線検出装置１００では、所定検知エリア１１の周方向において２つの受光ユニット２それぞれの小検知エリア１３が交互に並んでいるのが好ましい。これにより、赤外線検出装置１００では、所定検知エリア１１の中心線１１０から相対的に遠いレンズ５０の、所定検知エリア１１の周方向に沿った方向の幅を広げてレンズ面積を大きくすることが可能となり、赤外線検出装置１００の小型化を図ることが可能となる。ここにおいて、所定検知エリア１１の中心線１１０から相対的に遠いレンズ５０は、例えば、上述の図９を参照して説明した第５仮想円Ｃ５上に配列される複数のレンズ５０、第６仮想円Ｃ６上に配列される複数のレンズ５０等である。第５仮想円Ｃ５上に配列される複数のレンズ５０は、第５仮想円Ｃ５の周方向における幅を広くすることが可能となる。また、第６仮想円Ｃ６上に配列される複数のレンズ５０は、第６仮想円Ｃ６の周方向における幅を広くすることが可能となる。

赤外線検出装置１００では、複数の受光ユニット２は、所定検知エリア１１の中心線１１０のまわりに配置された少なくとも３つの受光ユニット２を含むのが好ましい。ここで、少なくとも３つの受光ユニット２が、２以上の整数ｎを用いた場合に所定検知エリア１１の中心線１１０を中心としてｎ回回転対称性を有するように配置されているのが好ましい。これにより、赤外線検出装置１００は、赤外線検出装置１００は、所定検知エリア１１をより広くすることが可能となる。

赤外線検出装置１００では、検知エリア１２には、所定検知エリア１１の中心線１１０に直交する面内において検知エリア１２よりも小さくかつ複数の小検知エリア１３のうちの１つの小検知エリア１３よりも大きい単独検知エリア１２１があるのが好ましい。ここにおいて、単独検知エリア１２１は、複数の受光ユニット２のうち隣り合う２つの受光ユニット２における一方の受光ユニット２の小検知エリア１３のみを含み他方の受光ユニット２の小検知エリア１３を含まない。これにより、赤外線検出装置１００では、例えば、ユーザの希望で所定検知エリア１１を狭くしたい場合、所定検知エリア１１の形状を変更したい場合等に、単独検知エリア１２１に含まれる一群の小検知エリア１３に一対一に対応する一群のレンズ５０を赤外線遮光部材等によって隠すことで対応することが可能となる。赤外線遮光部材は、例えば、赤外線を遮光するシール、赤外線を遮光する樹脂成形部材等である。

赤外線検出装置１００では、所定検知エリア１１が四角錐状のエリアであり、所定検知エリア１１の中心線１１０に直交する面内において所定検知エリア１１の四隅の各々に単独検知エリア１２１があるのが好ましい。これにより、赤外線検出装置１００では、例えば、赤外線検出装置１００の所定検知エリア１１の形状を容易に変更することが可能となる。一例として、ユーザが、所定検知エリア１１の中心線１１０に直交する面内において所定検知エリア１１の四隅に１つずつ４つの単独検知エリア１２１のうち隣り合う２つの単独検知エリア１２１と、当該隣り合う２つの単独検知エリア１２１の間にある複数の小検知エリア１３の全部と、を含む帯状のエリアを非検知エリアとしたい場合について説明する。この例では、上記非検知エリアに沿った方向を長手方向とする帯状の赤外線遮光部材によって、隣り合う２つの第２受光ユニット２ｂの各々の外周側の複数の第２レンズ５０ｂを隠すことで所定検知エリア１１の形状を変更することが可能となる。図１０Ａでは、マルチレンズ５を含む光学部材６において赤外線遮光部材によって隠される領域に、ドットのハッチングを付してあり、図１０Ｂでは、この赤外線遮光部材が設けられたことにより所定検知エリア１１のうち非検知エリアとなる領域に、ドットのハッチングを付してある。これらのハッチングは、断面を表すものではなく、説明を簡単にするために付してあるにすぎない。

赤外線検出装置１００では、赤外線受光素子３０は、焦電素子であるのが好ましい。これにより、赤外線検出装置１００は、赤外線受光素子３０がサーモパイル、抵抗ボロメータ等である場合に比べて、赤外線を放射する物体（例えば、人体）の動きを検知しやすくなる。

赤外線検出装置１００は、信号処理部９を更に備えるのが好ましい。信号処理部９は、複数の赤外線受光素子３０それぞれの出力信号に基づいて所定検知エリア１１に人が存在するか否かを判定する。これにより、赤外線検出装置１００は、人体検知装置として利用することが可能となる。

上述の赤外線受光素子３０は、クワッドタイプの焦電素子に限らず、例えば、デュアルタイプの焦電素子、シングルタイプの焦電素子等でもよい。また、焦電素子における検出部の形状、配列等も特に限定されない。例えば、焦電素子は、１枚の焦電体基板に、４個の検出部が１×４のアレイ状に配列された構成でもよい。この場合、４つの検出部の各々の平面視形状は、長方形である。また、隣り合う検出部どうしが逆並列に接続されている。また、焦電素子は、焦電体基板を備えた構成に限らず、例えば、シリコン基板の表面上の電気絶縁膜上に、裏面電極、焦電体薄膜及び表面電極がこの順に並んで構成される検出部が形成されたチップでもよい。このようなチップは、例えば、マイクロマシニング技術及び焦電体薄膜の形成技術等を利用して形成することができる。

赤外線検出装置１００は、人体検知に限らず、例えばガス検知等の他の用途で用いられてもよい。

赤外線検出装置１００は、例えば、配線器具、機器等に利用することができる。機器としては、例えば、照明器具、照明装置、テレビ、パーソナルコンピュータ、空気調和機、加湿器、冷蔵庫、コピー機、デジタルサイネージ、デジタルフォトフレーム、小便器、自販機、券売機、現金自動預け払い機、ガスセンサ、ガス分析装置等がある。

１００ 赤外線検出装置
１ 受光系
２ 受光ユニット
３０ 赤外線受光素子
５ マルチレンズ
５０ レンズ
９ 信号処理部
１１ 所定検知エリア
１１０ 中心線
１２ 検知エリア
１２１ 単独検知エリア
１３ 小検知エリア

Claims (7)

1. 所定検知エリアからの赤外線を受光する受光系を備え、
   前記受光系は、各々が赤外線受光素子と前記赤外線受光素子に赤外線を集光する複数のレンズを有するマルチレンズとを含む複数の受光ユニットを備え、
   前記所定検知エリアは、複数の検知エリアの合成検知エリアであり、
   前記複数の検知エリアの各々は、複数の小検知エリアの合成小検知エリアであり、
   前記複数の受光ユニットそれぞれの前記複数のレンズの各々について、前記複数の小検知エリアのうちの１つの小検知エリアが一対一に対応し、
   前記複数の検知エリアのうち少なくとも２つの検知エリアには、前記複数の受光ユニットのうち隣り合う２つの受光ユニットそれぞれの小検知エリアが混在しており、
   前記複数の受光ユニットのうち隣り合う２つの受光ユニットの各々における前記複数のレンズが前記複数の検知エリアのうち少なくとも２つの検知エリアに分けて対応している、
   ことを特徴とする赤外線検出装置。
2. 前記所定検知エリアの周方向において前記２つの受光ユニットそれぞれの小検知エリアが交互に並んでいる
   ことを特徴とする請求項１記載の赤外線検出装置。
3. 前記複数の受光ユニットは、前記所定検知エリアの中心線のまわりに配置された少なくとも３つの受光ユニットを含み、
   前記少なくとも３つの受光ユニットが、２以上の整数ｎを用いた場合に前記所定検知エリアの中心線を中心としてｎ回回転対称性を有するように配置されている
   ことを特徴とする請求項２記載の赤外線検出装置。
4. 前記検知エリアには、前記所定検知エリアの中心線に直交する面内において前記検知エリアよりも小さくかつ前記複数の小検知エリアのうちの１つの小検知エリアよりも大きい単独検知エリアがあり、
   前記単独検知エリアは、前記複数の受光ユニットのうち隣り合う２つの受光ユニットにおける一方の受光ユニットの小検知エリアのみを含み他方の受光ユニットの小検知エリアを含まない
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の赤外線検出装置。
5. 前記所定検知エリアが四角錐状のエリアであり、
   前記所定検知エリアの中心線に直交する面内において前記所定検知エリアの四隅の各々に前記単独検知エリアがある
   ことを特徴とする請求項４記載の赤外線検出装置。
6. 前記赤外線受光素子は、焦電素子である
   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検出装置。
7. 信号処理部を更に備え、前記信号処理部は、前記複数の赤外線受光素子それぞれの出力信号に基づいて前記所定検知エリアに人が存在するか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の赤外線検出装置。

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