JPH0736041B2 - 赤外線式検知装置用集光レンズ - Google Patents
赤外線式検知装置用集光レンズInfo
- Publication number
- JPH0736041B2 JPH0736041B2 JP1326373A JP32637389A JPH0736041B2 JP H0736041 B2 JPH0736041 B2 JP H0736041B2 JP 1326373 A JP1326373 A JP 1326373A JP 32637389 A JP32637389 A JP 32637389A JP H0736041 B2 JPH0736041 B2 JP H0736041B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plane
- lens
- hyperboloid
- angle
- condenser lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
本発明は赤外線式検知装置、殊に所定検知領域から発せ
られる赤外線を受光検出することによって人体の有無を
検知する受動型検知装置における集光レンズに関するも
のである。
られる赤外線を受光検出することによって人体の有無を
検知する受動型検知装置における集光レンズに関するも
のである。
赤外線式検知装置では、一般に集光レンズの焦点面全面
に赤外線検知素子を配置するのではなく、集光レンズの
焦点位置に赤外線検知素子を配設することから、赤外線
検知素子によって検出される赤外線は集光レンズの光軸
と平行に入射するものだけであり、光軸に対して角度を
もった斜め入射光は焦点位置に集光しないために、検知
領域を広げるには、異なる方向に光軸を備える複数の集
光レンズを組み合わせることになる。この時、各集光レ
ンズとして、その焦点位置が一致するようにした場合に
は、レンズ全体が半球状となり、曲率が小さくなって製
作が困難となることから、通常、集光レンズにある方向
から斜め入射した光線が赤外線検知素子が配された位置
に焦点を結ぶようにすることで、レンズ全体の曲率を大
きくとることができるようにしている。一例を第７図に
示す。各集光レンズ１はフレネルレンズとして形成され
て、これらが組み合わされている。
に赤外線検知素子を配置するのではなく、集光レンズの
焦点位置に赤外線検知素子を配設することから、赤外線
検知素子によって検出される赤外線は集光レンズの光軸
と平行に入射するものだけであり、光軸に対して角度を
もった斜め入射光は焦点位置に集光しないために、検知
領域を広げるには、異なる方向に光軸を備える複数の集
光レンズを組み合わせることになる。この時、各集光レ
ンズとして、その焦点位置が一致するようにした場合に
は、レンズ全体が半球状となり、曲率が小さくなって製
作が困難となることから、通常、集光レンズにある方向
から斜め入射した光線が赤外線検知素子が配された位置
に焦点を結ぶようにすることで、レンズ全体の曲率を大
きくとることができるようにしている。一例を第７図に
示す。各集光レンズ１はフレネルレンズとして形成され
て、これらが組み合わされている。
ところが、上述のように光軸に対して角度をもった斜め
入射光を利用する場合には、集光レンズがもつ収差によ
る「ぼけ」の問題点がつきまとう。これはフレネルレン
ズを用いた場合には、特に顕著となってしまうものであ
り、そして「ぼけ」によって検知ビームが所定の大きさ
以上に広がった場合、赤外線検出素子に入射する赤外線
量が低下するために、感度の低下を招くほか、耐環境性
及び耐外乱性の向上のために赤外線検知素子として２個
のエレメントによる差動出力を用いるツイン素子が使用
されている場合には、２個のエレメントにより生じる２
検知ビームに重なり合う部分で出力が打ち消し合ってし
まうために、感度の低下が更に顕著にあらわれることに
なる。 この点を嫌って集光用光学系として放物面ミラーを組み
合わせた多分割ミラーを用いたものがあるが、この場
合、「ぼけ」による影響は小さく、また反射率が通常90
％以上であるために効率良く集光することができるもの
の、光学系が大きくなってしまうという問題を有してい
る。 本発明はこのような点に鑑み為されたものであり、その
目的とするところは小型で集光効率に優れた赤外線式検
知装置用集光レンズを提供するにある。
入射光を利用する場合には、集光レンズがもつ収差によ
る「ぼけ」の問題点がつきまとう。これはフレネルレン
ズを用いた場合には、特に顕著となってしまうものであ
り、そして「ぼけ」によって検知ビームが所定の大きさ
以上に広がった場合、赤外線検出素子に入射する赤外線
量が低下するために、感度の低下を招くほか、耐環境性
及び耐外乱性の向上のために赤外線検知素子として２個
のエレメントによる差動出力を用いるツイン素子が使用
されている場合には、２個のエレメントにより生じる２
検知ビームに重なり合う部分で出力が打ち消し合ってし
まうために、感度の低下が更に顕著にあらわれることに
なる。 この点を嫌って集光用光学系として放物面ミラーを組み
合わせた多分割ミラーを用いたものがあるが、この場
合、「ぼけ」による影響は小さく、また反射率が通常90
％以上であるために効率良く集光することができるもの
の、光学系が大きくなってしまうという問題を有してい
る。 本発明はこのような点に鑑み為されたものであり、その
目的とするところは小型で集光効率に優れた赤外線式検
知装置用集光レンズを提供するにある。
しかして本発明は、第一面が平面、第二面が双曲面が組
み合わされたフレネル面であり、第二面のフレネル面の
各双曲面が共有する回転軸が第一面の平面に対して斜交
していることに特徴を有している。 ［作用］ 本発明によれば、フレネル面の各双曲面が共有する回転
軸と平面とがなす角度に応じて、焦点に無収差で集光す
る平行光と平面の法線方向との間に角度を持たせること
ができるために、必要とする方向にレンズを向けなくと
も、この方向からの赤外線の集光を効率よく行うことが
できる。 すなわち、第６図は第一面が平面10、第二面が双曲面20
として形成されているとともに、双曲面20の回転軸Ｃが
第一面の平面10の法線Ｈ方向と一致している通常の無収
差単レンズであり、光軸（この場合、双曲面の回転軸及
び平面の法線と一致）と平行な入射光は無収差で焦点Ｆ
に集光される。このような双曲面20を有する集光レンズ
１において、第５図に示すように、第一面の平面10の法
線Ｈと第二面の双曲面20の回転軸Ｃとが角度θをなすよ
うに第一面の平面10を傾けると、回転軸Ｃに対してある
角度δで入射して集光レンズ１内で双曲面の回転軸Ｃと
平行となる光線が焦点Ｆに無収差で集光することにな
る。尚、ここにおける角度δは、集光レンズ１の屈折率
をＮとする時、スネルの法則 sin（θ＋δ）＝Nsinθ を満足する角度である。 第１図は第一面の平面10を基準に考えた場合を示してお
り、第一面の平面10の法線Ｈに対して角度（θ＋δ）で
入射する平行光が無収差で焦点Ｆに集光する。 角度θを大きくすれば、焦点Ｆに無収差で集光する平行
光が第一面の平面10の法線Ｈとする角度（θ＋δ）も大
きくなるものであり、そしてある検知領域を設定するに
あたり、第一面の平面10をその検知領域に向けなくと
も、検知領域から出る赤外線を集光レンズ１は無収差で
焦点Ｆ位置に置かれる赤外線検知素子に集光させること
ができるものであり、この双曲面20側をフレネル面とす
ることによって、薄型で大面積の集光レンズ１を得るこ
とができる。 ［実施例］ 以下本発明を図示の実施例に基づいて詳述すると、第２
図は本発明の基本となる集光レンズ１の実施例を示して
おり、第一面の平面10の法線Ｈと、第二面の双曲面20の
回転軸Ｃがなす角度θが24.842°、屈折率が1.53、焦点
距離を14.5mm、最大肉厚0.8mmの集光レンズ１を示して
いる。この場合、焦点Ｆに無収差で集光する平行光が第
一面の平面10の法線Ｈとなす角度は40°となる。 そして、このような集光レンズ１の双曲面20側をフレネ
ル面としたものを第３図に示す。ここでは第二面の双曲
面20を中央部の第１輪体21とこれを取り囲む第２輪体2
2、第２輪体22を更に取り囲む第３輪体23からなるもの
とするとともに、各輪体21,22,23における回転軸が同じ
で且つ回転軸との交点における曲率半径が少しずつ異な
っている各双曲面を、夫々最大肉厚が0.8mm、最小肉厚
が0.3mmとなるようにして、第一面の平面10の法線Ｈ方
向に重ね合わせている。このために、各輪体21,22,23は
楕円形となっている。 この種のレンズ素材として一般に用いられるポリエチレ
ンは、安価で加工性が良いものの、厚みが増えると吸収
のために透過率が低くなるので、集光レンズ１の厚みを
できるだけ薄くする必要があるが、フレネルレンズとす
ることで、レンズ面積を小さくすることなく、薄型化を
図ることができるわけである。 第４図は、第一面の平面10の法線Ｈと、焦点Ｆに無収差
で集光する平行光線とのなす角度がα1である４つのフ
レネルタイプの集光レンズ１を環状に並べるとともに、
これらの外周に上記角度がα2（α2＞α1）である８つ
のフレネルタイプの集光レンズ１を環状に並べてフラッ
ト型多分割レンズを構成した場合を示している。尚、各
集光レンズ１の焦点Ｆが同一位置であり且つこの位置に
赤外線検知素子３を配していることはもちろんである。
み合わされたフレネル面であり、第二面のフレネル面の
各双曲面が共有する回転軸が第一面の平面に対して斜交
していることに特徴を有している。 ［作用］ 本発明によれば、フレネル面の各双曲面が共有する回転
軸と平面とがなす角度に応じて、焦点に無収差で集光す
る平行光と平面の法線方向との間に角度を持たせること
ができるために、必要とする方向にレンズを向けなくと
も、この方向からの赤外線の集光を効率よく行うことが
できる。 すなわち、第６図は第一面が平面10、第二面が双曲面20
として形成されているとともに、双曲面20の回転軸Ｃが
第一面の平面10の法線Ｈ方向と一致している通常の無収
差単レンズであり、光軸（この場合、双曲面の回転軸及
び平面の法線と一致）と平行な入射光は無収差で焦点Ｆ
に集光される。このような双曲面20を有する集光レンズ
１において、第５図に示すように、第一面の平面10の法
線Ｈと第二面の双曲面20の回転軸Ｃとが角度θをなすよ
うに第一面の平面10を傾けると、回転軸Ｃに対してある
角度δで入射して集光レンズ１内で双曲面の回転軸Ｃと
平行となる光線が焦点Ｆに無収差で集光することにな
る。尚、ここにおける角度δは、集光レンズ１の屈折率
をＮとする時、スネルの法則 sin（θ＋δ）＝Nsinθ を満足する角度である。 第１図は第一面の平面10を基準に考えた場合を示してお
り、第一面の平面10の法線Ｈに対して角度（θ＋δ）で
入射する平行光が無収差で焦点Ｆに集光する。 角度θを大きくすれば、焦点Ｆに無収差で集光する平行
光が第一面の平面10の法線Ｈとする角度（θ＋δ）も大
きくなるものであり、そしてある検知領域を設定するに
あたり、第一面の平面10をその検知領域に向けなくと
も、検知領域から出る赤外線を集光レンズ１は無収差で
焦点Ｆ位置に置かれる赤外線検知素子に集光させること
ができるものであり、この双曲面20側をフレネル面とす
ることによって、薄型で大面積の集光レンズ１を得るこ
とができる。 ［実施例］ 以下本発明を図示の実施例に基づいて詳述すると、第２
図は本発明の基本となる集光レンズ１の実施例を示して
おり、第一面の平面10の法線Ｈと、第二面の双曲面20の
回転軸Ｃがなす角度θが24.842°、屈折率が1.53、焦点
距離を14.5mm、最大肉厚0.8mmの集光レンズ１を示して
いる。この場合、焦点Ｆに無収差で集光する平行光が第
一面の平面10の法線Ｈとなす角度は40°となる。 そして、このような集光レンズ１の双曲面20側をフレネ
ル面としたものを第３図に示す。ここでは第二面の双曲
面20を中央部の第１輪体21とこれを取り囲む第２輪体2
2、第２輪体22を更に取り囲む第３輪体23からなるもの
とするとともに、各輪体21,22,23における回転軸が同じ
で且つ回転軸との交点における曲率半径が少しずつ異な
っている各双曲面を、夫々最大肉厚が0.8mm、最小肉厚
が0.3mmとなるようにして、第一面の平面10の法線Ｈ方
向に重ね合わせている。このために、各輪体21,22,23は
楕円形となっている。 この種のレンズ素材として一般に用いられるポリエチレ
ンは、安価で加工性が良いものの、厚みが増えると吸収
のために透過率が低くなるので、集光レンズ１の厚みを
できるだけ薄くする必要があるが、フレネルレンズとす
ることで、レンズ面積を小さくすることなく、薄型化を
図ることができるわけである。 第４図は、第一面の平面10の法線Ｈと、焦点Ｆに無収差
で集光する平行光線とのなす角度がα1である４つのフ
レネルタイプの集光レンズ１を環状に並べるとともに、
これらの外周に上記角度がα2（α2＞α1）である８つ
のフレネルタイプの集光レンズ１を環状に並べてフラッ
ト型多分割レンズを構成した場合を示している。尚、各
集光レンズ１の焦点Ｆが同一位置であり且つこの位置に
赤外線検知素子３を配していることはもちろんである。
以上のように本発明においては、双曲面の回転軸と平面
とがなす角度に応じて、焦点に無収差で集光する平行光
と平面の法線方向とに間に角度を持たせることができる
ために、必要とする方向にレンズを向けなくとも、この
方向からの赤外線の集光を効率よく行うことができるも
のであり、そして双曲面側をフレネル面としているため
に、小型且つ薄型で大面積のものを得ることができ、集
光効率に優れたものとすることができる。
とがなす角度に応じて、焦点に無収差で集光する平行光
と平面の法線方向とに間に角度を持たせることができる
ために、必要とする方向にレンズを向けなくとも、この
方向からの赤外線の集光を効率よく行うことができるも
のであり、そして双曲面側をフレネル面としているため
に、小型且つ薄型で大面積のものを得ることができ、集
光効率に優れたものとすることができる。
第１図及び第２図は本発明に係る集光レンズの基本形の
断面図、第３図（ａ）（ｂ）は本発明一実施例の正面図
と断面図、第４図（ａ）（ｂ）は多分割レンズとした場
合の正面図と側面図、第５図は本発明を説明する断面
図、第６図は通常の双曲面レンズの断面図，第７図は従
来例の斜視図であって、１は集光レンズ、10は平面、20
は双曲面、Ｈは平面の法線、Ｃは双曲面の回転軸を示
す。
断面図、第３図（ａ）（ｂ）は本発明一実施例の正面図
と断面図、第４図（ａ）（ｂ）は多分割レンズとした場
合の正面図と側面図、第５図は本発明を説明する断面
図、第６図は通常の双曲面レンズの断面図，第７図は従
来例の斜視図であって、１は集光レンズ、10は平面、20
は双曲面、Ｈは平面の法線、Ｃは双曲面の回転軸を示
す。
Claims (1)
- 【請求項１】第一面が平面、第二面が双曲面が組み合わ
されたフレネル面であり、第二面のフレネル面の各双曲
面が共有する回転軸が第一面の平面に対して斜交してい
ることを特徴とする赤外線式検知装置用集光レンズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1326373A JPH0736041B2 (ja) | 1989-12-15 | 1989-12-15 | 赤外線式検知装置用集光レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1326373A JPH0736041B2 (ja) | 1989-12-15 | 1989-12-15 | 赤外線式検知装置用集光レンズ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03186802A JPH03186802A (ja) | 1991-08-14 |
| JPH0736041B2 true JPH0736041B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=18187077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1326373A Expired - Lifetime JPH0736041B2 (ja) | 1989-12-15 | 1989-12-15 | 赤外線式検知装置用集光レンズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0736041B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012043471A1 (ja) | 2010-09-27 | 2012-04-05 | パナソニック株式会社 | フレネルレンズ |
| WO2012086665A1 (ja) | 2010-12-21 | 2012-06-28 | パナソニック株式会社 | 光学式検知装置およびそれを用いた機器 |
| WO2012118108A1 (ja) | 2011-03-01 | 2012-09-07 | パナソニック株式会社 | 集光レンズおよび多分割レンズ |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013200367A (ja) * | 2012-03-23 | 2013-10-03 | Panasonic Corp | フレネルレンズおよび光学検出器 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0638128B2 (ja) * | 1985-10-07 | 1994-05-18 | 沖電気工業株式会社 | 光結合用レンズ |
| JPH0617944B2 (ja) * | 1985-10-28 | 1994-03-09 | 東京電子工業株式会社 | 管内検査用テレビカメラ装置 |
| JP2672492B2 (ja) * | 1985-12-06 | 1997-11-05 | オムロン株式会社 | 光電スイッチ |
-
1989
- 1989-12-15 JP JP1326373A patent/JPH0736041B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012043471A1 (ja) | 2010-09-27 | 2012-04-05 | パナソニック株式会社 | フレネルレンズ |
| WO2012086665A1 (ja) | 2010-12-21 | 2012-06-28 | パナソニック株式会社 | 光学式検知装置およびそれを用いた機器 |
| WO2012118108A1 (ja) | 2011-03-01 | 2012-09-07 | パナソニック株式会社 | 集光レンズおよび多分割レンズ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03186802A (ja) | 1991-08-14 |
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