JPH1068806A - 集光ミラー及びこれを用いた検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】構造が簡単で、一枚の集光ミラーで、広視野を
有するとともに、高い集光率を有する、集光ミラーを提
供する。 【解決手段】一方向から見れば、２つの焦点Ｆ１、Ｆ２
を有する楕円Ｏｖ形状の一部を切り取った形状で構成さ
れるとともに、一方向に直交する他方向から見れば、凹
曲面２ｃが連続した凹曲面群２１で構成された、光反射
面Ｓ２を有し、凹曲面群２１は、凹曲面群２１の各々の
表面で反射した光が、楕円Ｏｖ形状の一部を切り取った
形状の２つの焦点Ｆ１、Ｆ２の一方Ｆ２に集光するよう
に、その曲率が、連続的に変化するようにされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集光ミラー及び検
知装置に関し、特に、構造が簡単で、一枚の集光ミラー
で、広視野を有するとともに、高い集光率を有する、集
光ミラー、及び、これを用いた検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、人体が発する熱線（赤外線）
を受光することにより、検知エリア内への人の侵入の有
無を検出するようにした受動型熱線式人体検知装置等の
検知装置は、防犯システムや、照明制御用の検知装置と
して、幅広く利用されている。この種の検知装置は、そ
の使用目的等によって、検知エリアが異なった、種々の
ものが提案されている。

【０００３】図８は、そのような従来の検知装置で用い
られている集光ミラーと、受光素子とを中心に示す光学
系の概略的な断面図であり、図９は、この検知装置によ
り検知できる検知エリアを示す説明図である。尚、図８
中に示す矢印は、光路を模式的に示している（以下の、
図においても同じである）。この検知装置Ｃは、その検
知装置Ｃの筺体（図示せず）内に、複数の反射鏡１０
２、１０２、１０３と、受光素子としての赤外線検知素
子１０４とを備える構成になっている。

【０００４】反射鏡１０２、１０２は、各々、複数の平
面鏡部１０２ａ、１０２ｂより構成され、反射鏡１０３
は、凹面鏡で構成され、且つ、複数の反射鏡１０２、１
０２に対向配置され、また、赤外線検知素子１０４は、
反射鏡１０３の焦点Ｆ１０３の位置に設けられている。
そして、この検知装置Ｃでは、反射鏡１０２、１０２
が、人体が発する熱線（赤外線）を受けると、これが、
反射鏡１０３方向へ反射され、反射鏡１０３で集光され
た、熱線（赤外線）が、赤外線検知素子１０４で、受光
されるようになっており、また、反射鏡１０２、１０
２、１０３の配置位置や、反射鏡１０２、１０２の複数
の平面鏡部１０２ａ、１０２ｂの配置角度を調整するこ
と等により、所望の検知エリアを設けることができるよ
うになっている。

【０００５】このような集光ミラーが用いられた、従来
の検知装置Ｃでは、図９に示すように、平面鏡部１０２
ａ、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｂの数に対応するよう
に、検知エリアが、横方向には、略扇形に広がった、平
板状の検知エリアＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が、断続的に
現れる。また、この種の検知装置の他例としては、例え
ば、特公平３−５８０５０号公報に記載の検知装置が知
られている。

【０００６】図１０は、特公平３−５８０５０号公報に
記載の筺体の内部の構成を概略的に示す斜視図であり、
図１１は、この検知装置の検知エリアを概略的に示す説
明図である。この検知装置Ｄは、その筺体（図示せず）
内に、受光素子としての赤外線検知素子１０４と、円筒
形状の一部を切り出した形状の光反射面を有する反射鏡
（以下、円筒面鏡という。）１１２と、回転が可能なよ
うに設けられた放物面の一部を切り出した形状の反射鏡
（以下、回転放物面鏡という。）１１３とが収容された
構成となっている。

【０００７】回転放物面鏡１１３は、円筒面鏡１１２に
対向配置されており、回転放物面鏡１１３の焦点Ｆ１１
３の位置には、赤外線検知素子１０４が設けられてい
る。そして、この検知装置Ｄでは、円筒面鏡１１２が、
人体が発する熱線（赤外線）を受けると、これを、回転
放物面鏡１０３方向へ反射し、回転放物面鏡鏡１０３で
集光された、熱線（赤外線）が、赤外線検知素子１０４
で、受光されるようになっている。

【０００８】そして、この検知装置Ｄでは、検知装置Ｃ
の複数の平面鏡部１０２ａ、１０２ｂを有する反射鏡１
０２、１０２の代わりに、円筒面鏡１１２を用いてい
る。このため、平面鏡に比べ、曲面の反射効果により、
広い検知視野を有している。したがって、この検知装置
Ｄでは、円筒面鏡１１２の曲率を有する方向へは、曲面
の反射効果により、広い検知視野を有し、また、曲率を
有する方向に直交する方向へは、平面鏡と同様の効果し
かないので、狭い検知視野を有した、図１１に示すよう
な形状の連続した検知エリアＲ５を有する。

【０００９】また、他にも、１枚の反射鏡により、略扇
形の検知エリアを有することのできるものとして、例え
ば、特開平７−２１４７４号公報には、図１２に示す光
学系の構成を有する、検知装置が開示されている。この
検知装置Ｅでは、一方向（図１２中、紙面の表面から裏
面へ貫く方向）に見れば、所定の検知視野角度をとるよ
うな所定形状を有し、この一方向と直交する方向（図１
２中、ｘ軸の方向）に見れば、所定の位置におかれた赤
外線検知素子１０４に集光するように、放物線が、多
数、連続し、集合して構成された放物線群（以下、放物
面形状という。）で構成された光反射面Ｓ１２２を有す
る、集光ミラー１２２を備えており、これにより、一方
向へは、広い視野を有するようにされており、この一方
向へ直交する方向には、光反射面Ｓ１２２の形状によ
り、赤外線検知素子１０４に、高い、集光作用を持たせ
ている。この集光ミラー１２２が用いられた検知装置Ｅ
も、図１１に示すような略扇形の連続した検知エリアを
有している。

【００１０】この集光ミラー１２２では、赤外線検知素
子１０４に、高い、集光作用を持たせるため、光反射面
Ｓ１２２の場所ごとに、逐次計算を行って、光反射面を
構成する放物面形状を求めるようにしている。尚、上記
した集光ミラー１０２、１１２、１２２は、いずれも、
一般に、ＡＢＳ等の樹脂を所望の形状に成形し、その光
反射面を構成する表面に、クロムメッキ処理を施して作
製されており、人体検知に用いる、波長５μｍ〜１５μ
ｍの赤外線を９０％以上の高い反射率を持ち、しかも、
強度や、対環境性とも問題のないものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の検知
装置Ｃでは、反射鏡１０２、１０２として、各々、複数
の平面鏡部１０２ａ、１０２ｂを有するものを使用して
いるので、図９に示すように、検知できるエリアが、扇
型形状の平板状の検知エリアが、断続的に、間隔を隔て
て現れる、所謂、カーテン状と呼ばれる検知エリアＲ
１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４となり、検知視野が部分的に配置
されるため、様々な姿勢、位置の人体を確実には検知で
きず、信頼性の点で問題がある。

【００１２】また、上記した検知装置Ｄでは、図１１に
示すように、検知視野が連続した略扇形となっているの
で、検知装置Ｃに比べて、検知エリア内の人体をより確
実に検知することができるものの、２枚のミラーが必要
であるため、コストが割高になり、また、光学系のサイ
ズが大きくなってしまうといった問題がある。また、上
記した検知装置Ｅでは、集光ミラーを１枚とすることが
できるものの、光反射面Ｓ１２２の設計が、複雑且つ煩
雑であり、これに伴って、集光ミラー１２２の加工が、
困難になるという問題がある。

【００１３】本発明は、以上のような問題を解決するた
めになされたものであって、検知精度に優れ、集光ミラ
ーを１枚とすることができ、しかも、構造が簡単で、設
計しやすい、集光ミラー、および、これを用いた、人体
を検知するような、赤外線検知装置等の検知装置を提供
することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の集光ミ
ラーは、一方向から見れば、２つの焦点を有する楕円形
状の一部を切り取った形状で構成されるとともに、一方
向に直交する他方向から見れば、凹曲面が連続した凹曲
面群で構成された、光反射面を有し、凹曲面群は、凹曲
面群の各々の表面で反射した光が、前記楕円形状の一部
を切り取った形状の２つの焦点の一方に集光するよう
に、その曲率が、連続的に変化するようにされている。

【００１５】この集光ミラーでは、一方向から見れば、
楕円形状の一部を切り取った形状とし、一方向に直交す
る他方向から見れば、凹曲面が連続した凹曲面群で構成
された形状を備え、凹曲面群の各々の凹曲面で反射され
る光を、楕円形状により形成される２つの焦点の一方に
集光するようにしたので、楕円形状の曲面の反射効果に
より、広い検知視野を有し、且つ、凹曲面群の各々の凹
曲面で反射される光が、楕円形状により形成される２つ
の焦点の一方に集光するので、凹曲面群の各々の凹曲面
で反射される光が集光される側の焦点は、高い集光率を
有する。

【００１６】したがって、この集光ミラーの２つの焦点
の中、凹曲面群の各々の凹曲面で反射される光が集光さ
れる側の焦点位置に、受光素子を配置すれば、検知視野
が広く、且つ、高感度の検知装置を作製できる。請求項
２に記載の集光ミラーは、一方向から見れば、円形形状
の一部を切り取った形状で構成されるとともに、一方向
に直交する他方向から見れば、凹曲面が連続した凹曲面
群で構成された、光反射面を有し、凹曲面群は、凹曲面
群の各々の表面で反射した光が、前記円形形状の一部を
切り取った形状の一の焦点に集光するように、その曲率
が、連続的に変化するようにされている。

【００１７】この集光ミラーでは、集光ミラーの形状
を、楕円形状の一部を切り出した形状に代えて、円形形
状の一部を切り出した円弧形状としている。このため、
この集光ミラーでは、焦点（この場合は、焦点は、光が
概ね集光する場所程度の意味として用いている）が、複
数現れるが、このような形状としても、円形形状の曲面
の反射効果により、広い検知視野を有し、且つ、凹曲面
群の効果により、集光ミラーに入射した光は、凹曲面群
で反射され、円形形状の一部を切り取った円弧形状の焦
点の一の焦点に集光するので、請求項１に記載の集光ミ
ラーと、ほぼ、同様の効果を奏する。

【００１８】請求項３に記載の集光ミラーは、請求項１
または請求項２に記載の集光ミラーの凹曲面群の好まし
い形状を規定するものであり、請求項１または請求項２
に記載の集光ミラーの凹曲面群が、放物線が連続した放
物線群で構成されている。この集光ミラーでは、凹曲面
群の各々を構成する凹曲面を、焦点を１つ有する放物線
形状としているので、高い集光率を有する。

【００１９】請求項４に記載の集光ミラーは、請求項３
に記載の集光ミラーの放物線群を構成する放物線は、遠
方の視野を検知する放物線程、曲率半径が大きくなって
いる。この集光ミラーでは、一方向に直交する他方向の
凹曲面群の各々を構成する凹曲面は、楕円の２つの焦点
の中、光を集光する側の焦点、または、円により規定さ
れる焦点に近い側の凹曲面の焦点距離が、楕円の２つの
焦点の中、光を集光する側の焦点、または、円により規
定される焦点より遠い側の凹曲面の焦点距離に比べ、短
くなるため、楕円の２つの焦点の中、光を集光する側の
焦点、または、円により規定される焦点に近い側の凹曲
面の曲率が、楕円の２つの焦点の中、光を集光する側の
焦点、または、円により規定される焦点より遠い側の曲
率に比べ大きくなっている。

【００２０】別の規定をすれば、楕円の２つの焦点の
中、光を集光する側の焦点、または、円により規定され
る焦点に近い側の凹曲面の曲率半径が、楕円の２つの焦
点の中、光を集光する側の焦点、または、円により規定
される焦点より遠い側の曲率半径に比べ小さくなってい
る。この集光ミラーでは、放物線群を構成する放物線
は、遠方の視野を検知する放物線程、曲率半径が大きく
している（曲率を小さくしている）ので、集光ミラーの
サイズを、遠方の視野を検知する放物線として、曲率半
径の小さい（曲率の大きい）もので検知するようにした
場合に比べ、集光ミラーの大きさを小型にしても、遠方
の視野を検知する放物線として、曲率半径の小さいもの
で検知するようにした場合と同様の効果を得ることがで
きる。

【００２１】請求項５に記載の検知装置は、請求項１〜
４のいずれかに記載の集光ミラーの光反射面が、赤外線
領域の波長の光を高い反射率で反射する材料で形成され
ている。ここで、赤外線領域の波長の光を高い反射率で
反射する材料は、クロム等の従来公知の材料である。

【００２２】この集光ミラーは、光反射面の形状で、広
い検知視野と高い集光率を達成しているので、従来公知
の赤外線領域の波長の光を高い反射率で反射する材料で
光反射面を形成するだけで、広い検知視野と高い集光率
を有する赤外線検知装置用の集光ミラーを作製すること
ができる。請求項６に記載の検知装置は、請求項１に記
載の集光ミラーを備える、検知装置であって、受光素子
が、楕円形状の一部を切り取った形状の２つの焦点の
中、凹曲面群の各々の表面で反射した光が集光する側の
焦点位置に設けられている。

【００２３】この検知装置では、請求項１に記載の集光
ミラーの楕円形状の一部を切り取った形状の２つの焦点
の中、前記凹曲面群の各々の表面で反射した光が集光す
る側の焦点位置に、受光素子を設けているので、この検
知装置は、広視野で且つ検知精度が高い。請求項７に記
載の検知装置は、請求項２に記載の集光ミラーを備え
る、検知装置であって、受光素子が、凹曲面群の各々の
表面で反射した光が集光する、円形形状の一部を切り取
った形状の一の焦点位置に設けられている。

【００２４】この検知装置では、請求項２に記載の集光
ミラーの円形形状の一部を切り取った円弧形状の一の焦
点位置に、受光素子を設けているので、この検知装置
は、広視野で且つ検知精度が高い。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図を参照しながら、本発明
の実施の形態を赤外線検知装置を例にして、説明する。
図１は、本発明に係る集光ミラーを中心に、光学系を概
略的に示す斜視図であり、図２は、図１に示す集光ミラ
ーが用いられた赤外線検知装置を用いた防犯システムの
全体構成を概略的に示すブロック図である。

【００２６】この防犯システム３１は、人の侵入を検知
する赤外線検知装置Ａと、人体が侵入したときに、警報
の発令、表示、通報等を行う監視装置３２とを備える。
赤外線検知装置Ａは、図２に示すように、人体から発せ
られた赤外線を集光する、集光ミラー２と、集光ミラー
２により集光した赤外線を検知する、受光素子としての
赤外線検知素子４と、赤外線検知素子４により検出され
た信号を増幅する信号増幅部５と、赤外線検知素子４に
より検出された信号中に含まれる不要な周波数成分を除
去するための帯域フィルタ回路６と、予め定められた閾
値と、赤外線検知素子４が検出した検出値とを比較し
て、検知判断を行う比較回路７と、比較回路７から出力
された人体検知信号を監視装置３２に送るためのインタ
フェース回路８とを備える。尚、インタフェース回路８
と監視装置３２とは、ケーブルあるいは電波等で検知信
号を通信できるようになっている。また、赤外線検知素
子４としては、通常、焦電素子が用いられる。

【００２７】ここで、赤外線人体検知は、人体が、検知
エリア内を通過した場合に、検知エリア内で、背景と人
体との温度差により、人体から発せられた赤外線の変化
が、受光素子（赤外線検知素子）４で検出され、受光素
子（赤外線検知素子）４の検出値が、閾値と比較され、
人体検知信号が出力されることによって行われる。この
検知装置Ａは、特に、集光ミラーに特徴がある。

【００２８】図１を参照して説明すると、この検知装置
Ａは、検知装置Ａの筺体（図示せず）内に、１枚の集光
ミラー２と、受光素子としての赤外線検知素子４とを備
える構成になっている。集光ミラー２は、一方向（図１
中、紙面の表面から裏面へ貫く方向）へ見れば、２つの
焦点Ｆ１、Ｆ２を有する楕円形状の一部を切り取った形
状で構成されており、一方向に直交する他方向（図１
中、ｘ軸の方向）へ見れば、凹曲面２ｃが連続した凹曲
面群２１で構成された、光反射面Ｓ２を有している。そ
して、凹曲面群２１は、凹曲面群２１の各々の表面で反
射した光が、楕円形状の一部を切り取った形状の２つの
焦点Ｆ１、Ｆ２の一方（この例では、焦点Ｆ２）に集光
するように、その曲率が、連続的に変化するようにされ
ている。

【００２９】より詳しくは、この集光ミラー２は、ミラ
ー中央の曲線（Ｃ１とＣ２とを結ぶ曲線）が、楕円形状
の一部を切り取った形状となっており、この楕円Ｏｖ形
状の一部を切り取った形状の元となる楕円Ｏｖの焦点
が、Ｆ１及びＦ２であり、焦点Ｆ２に、受光素子として
の赤外線検知素子４を配置している。ここで、焦点Ｆ１
を通る、入射光線Ｒａｙ１、入射光線Ｒａｙ２の各々
は、集光ミラー２のＣ１、Ｃ２の位置（以下、ミラー反
射点Ｃ１、ミラー反射点Ｃ２という）で反射し、もう一
方の焦点Ｆ２に入射する。

【００３０】この例では、入射光線Ｒａｙ１と入射光線
Ｒａｙ２のなす角度θが、この集光ミラー２の、広い検
知視野の方向（図１中、ｘ軸方向）の検知視野角度とな
る。そして、この集光ミラー２では、一方向に見れば、
楕円形状の一部を切り取った形状で構成された形状の光
反射面を有するので、図２に示すように、光路が交差す
る部分を検知窓Ａｗ付近になるように、集光ミラー２
を、筺体Ａｃ内に配設することにより、検知窓Ａｗを小
さくできるので、検知装置Ａを小型化できる。

【００３１】また、この集光ミラー２では、凹曲面群２
１、即ち、楕円Ｏｖと直交する方向（図１中、ｘ軸の方
向）の形状は、曲率半径の異なる放物線を連ねた形状
（放物線群）とされている。また、この例では、放物線
群を構成する各々の放物線の頂点が、楕円Ｏｖ上に、楕
円Ｏｖの接線に直交するように配列されている。

【００３２】入射光線Ｒａｙ１を含む平行光線束は、ミ
ラー端部Ｄ１とＣ１とＥ１とを結ぶ曲面Δ１（この曲面
Δ１は、非常に幅が狭い曲線として規定できる）で反射
し、焦点Ｆ２に集光される。ここに、集光ミラー２の端
部Ｄ１とＣ１とＥ１とを結ぶ曲面Δ１は、楕円Ｏｖに直
交し、入射光線Ｒａｙ１を含む平面内に設けられた放物
線であり、且つ、焦点Ｆ２までの距離に対応した焦点距
離ｆ１を有する放物線とされている。

【００３３】また、入射光線Ｒａｙ２を含む平行光線束
は、ミラー端部Ｄ２とＣ２とＥ２とを結ぶ曲面Δ２（こ
の曲面Δ２は、非常に幅が狭い曲線として規定できる）
で反射し、焦点Ｆ２に集光されるが、ミラー端部Ｄ２と
Ｃ２とＤ２とを結ぶ曲面Δ２は、楕円Ｏｖに直交し、入
射光線Ｒａｙ２を含む平面内に設けられた放物線であ
り、且つ、焦点Ｆ２までの距離に対応した焦点距離ｆ２
を有する放物線とされている。

【００３４】尚、この例では、反射点Ｃ２が、反射点Ｃ
１に比べ、集点Ｆ２に近いため、放物線として規定され
る曲面Δ２の焦点距離が、放物線として規定される曲面
Δ１の焦点距離より短くなっている（この例では、ｆ１
＞ｆ２）。次に、楕円形状、楕円の一部を切り取った形
状の、光の集光特性を説明する。図３は、楕円形状の光
の集光特性を説明する説明図であり、光路が矢印を付し
た線で模式的に示されている。

【００３５】ここで、楕円形状Ｏｖの内部が光反射面Ｓ
ｏｖであるとすると、楕円形状Ｏｖの焦点Ｆ１から発し
たすべての光は、楕円形状Ｏｖの光反射面Ｓｏｖで反射
した後、もう一方の焦点Ｆ２に集光する。ここで、楕円
形状が長軸の長さをａ、短軸の長さをｂとすると、楕円
形状は、次式で示される。

【００３６】 ｘ²／ａ²＋ｙ²／ｂ²＝１ ・・・（１） また、楕円形状Ｏｖの中心Ｃｏｖから焦点Ｆ１または焦
点Ｆ２までの距離Ｌは次式で示される。 Ｌ＝√（ａ²−ｂ²） ・・・（２） そして、広い検知視野方向の端部入射光線Ｒａｙ１及び
入射光線Ｒａｙ２は、焦点Ｆ１を通り、光反射面Ｓｏｖ
で反射し、光反射面Ｓｏｖを介して焦点Ｆ２に入射する
が、所定の検知視野角度θに必要な楕円形状は、広い検
知視野方向の端部Ｃ１、Ｃ２の各々への入射光線Ｒａｙ
１及び入射光線Ｒａｙ２が、焦点Ｆ１を通り、楕円Ｏｖ
形状と交わった範囲となる。

【００３７】従って、所定の検知視野角度θを得るの
に、必要な楕円形状の一部を切り出した形状の範囲は、
このようにして、容易に求めることができることとな
る。尚、楕円Ｏｖ形状を用いた場合には、焦点Ｆ２に集
光する光は、すべて、焦点Ｆ１のラインを通過した入射
光線であるという特徴を持つが、楕円Ｏｖ形状の代わり
に、図４に示すような、円Ｃｉの一部を切り出した円弧
Ｃａ形状を用いても同様の効果を得ることができる。

【００３８】即ち、図４に示すように、楕円Ｏｖ形状の
端点Ｃ１及び端点Ｃ２の各々の法線ベクトルを延長した
方向の線を、各々、延長線Ｎ１、延長線Ｎ２と規定し、
延長線Ｎ１と延長線Ｎ２との交点Ｐを中心とし、端点Ｃ
１から交点Ｐまでを曲率半径Ｓｄとする円を、広い検知
視野方向の光反射面の形状とすれば、焦点Ｆ１付近を通
って、端部Ｃ１に入射する、広い検知視野方向の入射光
線Ｒａｙ１、及び、焦点Ｆ１付近を通って、端部Ｃ２に
入射する、広い検知視野方向の入射光線Ｒａｙ２は、各
々、楕円Ｏｖ形状の場合と同様に、円Ｃｉ形状の光反射
面Ｓｃｉの反射点Ｃ１’、及び、円Ｃｉ形状の光反射面
Ｓｃｉの反射点Ｃ２’の各々で反射され、光反射面Ｓｃ
ｉを介して楕円Ｏｖ形状の焦点Ｆ２の位置に、概ね、集
光される。

【００３９】尚、ここで言う、焦点は、厳密な焦点の意
味ではなく、光が集まる位置を意味する。この例では、
曲率半径Ｒを端点Ｃ１と交点Ｐとの間の距離に一致させ
たため、Ｃ１とＣ１’とが一致する。尚、端部Ｃ１と端
部Ｃ２との間の中間部の入射光線は、焦点Ｆ２に、概
ね、集光されるが、楕円Ｏｖ形状と異なるのは、円Ｃｉ
形状の光反射面Ｓｃｉの場合は、この集光ミラー２に入
射した入射光は、必ずしも、焦点Ｆ２に集光されるとは
限らないということである。

【００４０】光反射面が、円Ｃｉ形状の光反射面Ｓｃｉ
の場合は、楕円形状のように、２つの焦点に集光され
ず、２以上の焦点に、光が集光されることが多いが、一
方向に見た場合、楕円Ｏｖ形状の一部を切り取った形状
を有する集光ミラーの場合も、必ずしも全ての光線が、
楕円Ｏｖ形状の焦点Ｆ１のラインを通過しているとは限
らない。

【００４１】このため、一方向に見た場合に、円Ｃｉ形
状の一部を切り取った形状の光反射面Ｓｃｉを採用して
も、一方向に見た場合に、楕円Ｏｖ形状の一部を切り取
った形状の光反射面Ｓｃｉを採用した、集光ミラーに比
べ、焦点Ｆ２に集光される入射光線の光束が、極端に広
がってしまうるわけではないので、集光率については、
楕円形状の光反射面とほぼ同様である。

【００４２】尚、曲率半径Ｓｄ及び円弧Ｃａの中心Ｐ
は、設計に応じて他の点をとることができることは、言
うまでもない。次に、図５を参照しながら、この集光ミ
ラー２の、一方向（広い検知視野方向）に直交する他方
向（狭い検知視野の方向）の形状について説明する。集
光ミラー２の、一方向（広い検知視野方向、即ち、図５
（ｂ）の紙面を表面から裏面に貫く方向）に直交する他
方向（狭い検知視野の方向、即ち、図５（ｂ）中、ｘー
ρ軸の方向）の放物面形状は、光反射面Ｓｏｖで反射し
て、光反射面Ｓｏｖを介して、焦点Ｆ２へ集光する、広
い視野方向から入射して、焦点Ｆ２に入射する入射光線
Ｒａｙ５を含み、楕円Ｏｖ（または円Ｃｉ）形状に直交
する光線束Ｒａｙ４〜Ｒａｙ５〜Ｒａｙ６を、焦点Ｆ２
に集光させるような形状となっている。

【００４３】ここに、放物面は、次式で与えられる形状
であり、放物面内部を反射面とした場合、光軸に平行な
入射光線を焦点位置ｆに無収差で集光させることができ
る。 ｘ＝ρ²／（４ｆ） ・・・（３） この放物面Δ３は、入射光線Ｒａｙ５に平行で、且つ、
焦点Ｆ２を通る直線を光軸とし、反射点Ｃ３を含むよう
な放物面であり、一義的に求まる。

【００４４】そして、この放物面と入射光線束Ｒａｙ４
〜Ｒａｙ６の交わる線が、狭い視野方向の光反射面の形
状となり、この曲面（放物線）Δ３は、焦点Ｆ２に集光
する、焦点距離ｆを持つ形状となる。このように、各入
射光線に対し、逐次放物線形状を求めることにより、焦
点距離ｆが、いずれも焦点Ｆ２までの距離とされた、異
なった曲率の放物線を、連続して構成される、狭い検知
視野方向の光反射面の形状が決まる。この光反射面Ｓ２
の形状は、広い検知視野方向（図５（ｂ）中、紙面を表
面から裏面へ貫くの方向）の楕円Ｏｖ（または、円Ｃ
ｉ）形状に、異なった曲率の放物線を連ねた形状の、い
わゆるトーリック面に近い形状となる。

【００４５】尚、窓、出入り口等での人体（侵入者）の
検知を考える場合、窓もしくは出入り口を含む面の手前
前面を、検知エリアとする必要があり、受光素子の視野
角度を考慮する必要があるが、窓もしくは出入り口を含
む面の上部の端に人体検知装置を設置し、検知エリア
が、広い検知視野の方向の開き角度が９０度程度になる
ように設定するのが望ましい。

【００４６】更にまた、本発明による集光ミラーの配置
方法としては、図６（ａ）の配置方法と、図６（ｂ）に
示す配置方法の２種類の方法が考えられる。ここで、検
知装置Ａから離れた位置を通過する人体からの入射光線
は、Ｒａｙ１に近くなり、検知装置Ａに近い位置を通過
する人体からの入射光線はＲａｙ２に近くなり、また、
受光素子４の大きさをＤ、狭い検知視野方向の放物面の
焦点距離をｆ、検知装置Ａから人体までの距離をＲｔ、
人体の位置における検知視野の狭い方向の大きさ（検知
ビーム幅ともいう）をＷとすると、下記に示す式とな
る。

【００４７】 Ｗ＝Ｒｔ・Ｄ／ｆ ・・・（４） 検知装置Ａに近い人体よりも、検知装置Ａから離れた人
体の方がＲｔが大きくなるので、式（４）より明らかな
ように、検知装置Ａに近い人体よりも離れた人体の方
が、検知ビーム幅Ｗが大きくなる。検知ビーム幅Ｗが人
体の幅よりも大きくなると、入射パワーが減少し、人体
検知装置としての、感度が低下するため、人体の幅以下
の検知ビーム幅Ｗとなるようにする必要があるが、図６
（ａ）に示すような、曲率の大きい側で、遠方を険知す
る配置方法では、集光ミラー２全体が大きくなってしま
う。

【００４８】放物線の焦点距離ｆは、焦点Ｆ２に近い側
の放物線の焦点距離ｆ２の方が、焦点Ｆ２より遠い側の
放物線の焦点距離ｆ１より小さい（ｆ１＞ｆ２）ことを
考慮すれば、図６（ｂ）に示す配置のようにする方が好
ましい。即ち、図６（ｂ）に示す配置のように、曲率半
径の大きい側の光反射面部（図中、Ｃ１に近い側）を、
遠方視野とする構成を採用すれば、集光ミラー２の形状
を大きくすることなく、人体検知装置から離れた位置を
通過する人体に対し、検知ビーム幅Ｗを適当に設定でき
るので、図６（ａ）に示す配置に比べ、集光ミラー２を
小型化できることとなる。

【００４９】最後に、図７に、本発明の集光ミラーの好
ましい具体例を示す。入射光線の設定は、遠方の検知視
野を設定するＲａｙ１は、床面に平行とし、広い検知視
野の検知視野角度θを７５度した。また遠方に対応した
ミラー端部Ｃ１の焦点距離ｆ１を３０ｍｍに設定し、遠
方に対し、十分狭い検知視野を得られるようにした。さ
らに、人体検知装置の光学系の構造に無理がないよう
に、入射光線集光点と受光素子の間隔を２０ｍｍ（楕円
中心から楕円焦点までの距離は、１０ｍｍ）に設定し
た。これらの設定により、楕円形状は、長軸（ａ）が、
３０ｍｍ、短軸（ｂ）が、２８．３ｍｍとなる。また、
検知視野の広い方向におけるミラー長さは、３８ｍｍと
なる。ミラー幅は、３０ｍｍに設定し、集光能力を大き
くしている。もう一方のミラー端部Ｃ２における焦点ｆ
２は、受光素子の形状として、受光素子４が、１エレメ
ント素子のような無方向性素子の場合には、カーテン状
の検知視野が１つできる。

【００５０】また、受光素子４として、２エレメント構
成によるデュアル素子を用いる場合には、検知視野の広
い方向に素子が並列に並ぶように配置することにより、
カーテン状の検知視野が２つでき、より確実な検知を行
うことができるとともに、２エレメントの電気的極性が
正負反転しているため、周囲の温度変動等の耐環境性に
ついても優れた検知装置となる。

【００５１】また、この検知装置では、集光ミラーの形
状により、検知感度の精度を上げるようにしたので、従
来の集光ミラーと同様、ＡＢＳ等の樹脂を所定の形状に
成形し、光反射面をクロムメッキ処理をほどこすだけ
で、人体検知において用いる赤外線波長５〜１５μｍに
おいて、９０％以上の十分な反射率を持ち、強度、耐環
境性ともに問題ない集光ミラーを作製できるという効果
もある。

【００５２】

【発明の効果】請求項１に記載の集光ミラーでは、一方
向から見れば、楕円形状の一部を切り取った形状とし、
一方向に直交する他方向から見れば、凹曲面が連続した
凹曲面群で構成された形状を備え、凹曲面群の各々の凹
曲面で反射される光を、楕円形状により形成される２つ
の焦点の一方に集光するようにしたので、楕円形状の曲
面の反射効果により、広い検知視野を有し、且つ、凹曲
面群により、集光ミラーに入射した光を高い集光率で、
楕円形状により形成される２つの焦点の一方に集光する
ことができる。

【００５３】したがって、この集光ミラーの２つの焦点
の中、凹曲面群の各々の凹曲面で反射される光が集光さ
れる側の焦点位置に、受光素子を配置すれば、検知視野
が広く、且つ、高感度の検知装置を作製できる。請求項
２に記載の集光ミラーでは、集光ミラーの形状を、楕円
形状の一部を切り出した形状に代えて、円形形状の一部
を切り出した円弧形状としているが、このような形状と
しても、円形形状の曲面の反射効果により、広い検知視
野を有し、且つ、凹曲面群の効果により、集光ミラーに
入射した光が、凹曲面群で反射され、円形形状の一部を
切り取った円弧形状の焦点に集光するので、請求項１に
記載の集光ミラーと、ほぼ、同様の効果を奏する。

【００５４】請求項３に記載の集光ミラーでは、凹曲面
群の各々を構成する凹曲面を、１つの焦点を有する放物
線形状としているので、高い集光率を有する。請求項４
に記載の集光ミラーでは、放物線群を構成する放物線
は、遠方の視野を検知する放物線程、曲率半径が大きく
しているので、集光ミラーのサイズを、遠方の視野を検
知する放物線として、曲率半径の小さいもので検知する
ようにした場合に比べ、集光ミラーの大きさを小型にし
ても、遠方の視野を検知する放物線として、曲率半径の
小さいもので検知するようにした場合と同様の効果を得
ることができる。

【００５５】また、本発明に係る集光ミラーは、いずれ
も、光反射面の形状で、広い検知視野と高い集光率を達
成しているので、従来公知の赤外線領域の波長の光を高
い反射率で反射する材料で光反射面を形成するだけで、
広い検知視野と高い集光率を有する赤外線検知装置用の
集光ミラーを作製することができる。また、請求項６に
記載の検知装置では、請求項１に記載の集光ミラーの楕
円形状の一部を切り取った形状の２つの焦点の中、前記
凹曲面群の各々の表面で反射した光が集光する側の焦点
位置に、受光素子を設けているので、この検知装置は、
広視野で且つ検知精度が高い。

【００５６】請求項７に記載の検知装置では、請求項２
に記載の集光ミラーの円形形状の一部を切り取った円弧
形状の一の焦点位置に、受光素子を設けているので、こ
の検知装置は、広視野で且つ検知精度が高い。また、請
求項６または請求項７に記載の検知装置は、簡単な構成
の１枚の集光ミラーを用いて、略線形の検知エリアを得
ることができるので、安価であり、また、確実に人体を
検知することができるといういう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る集光ミラーを中心に、光学系を概
略的に示す斜視図である。

【図２】本発明に係る集光ミラーが用いられた赤外線検
知装置を用いた防犯システムの全体構成を概略的に示す
ブロック図である。

【図３】楕円形状の光の集光特性を説明する説明図であ
る。

【図４】本発明に係る集光ミラーの他例を概略的に示す
模式図である。

【図５】本発明に係る集光ミラーを、一方向に直交する
他方向の形状を説明する説明図であり、図５（ａ）に、
概略的な斜視図を、図５（ｂ）に、一方向に直交する他
方向の形状としての放物線を、各々、示す。

【図６】本発明による集光ミラーの配置方法を説明する
図であり、図６（ａ）は、焦点Ｆ２に近接する側を、検
知装置に近接する側を検知視野とした例を、図６（ｂ）
は、焦点Ｆ２に近接する側を、検知装置から遠い遠方視
野を検知視野とした例を、各々、示している。

【図７】本発明の集光ミラーの具体例を示す図であり、
図７（ａ）及び（ｂ）に一方向に見た、集光ミラーの形
状を、図７（ｃ）に、集光ミラーの平面図を、各々、示
す。

【図８】従来の検知装置で用いられている集光ミラー
と、受光素子とを中心に示す光学系の概略的な断面図で
ある。

【図９】図８に示す検知装置により検知できる検知エリ
アを示す説明図である。

【図１０】特公平３−５８０５０号公報に記載の検知装
置の筺体の内部の構成を概略的に示す斜視図である。

【図１１】図１０に示す検知装置により検知できる検知
エリアを示す説明図である。

【図１２】特開平７−２１４７４号公報に記載の筺体の
内部の構成を概略的に示す斜視図である。

【符号の説明】

Ａ 検知装置 Ｆ１、Ｆ２ 焦点 Ｓ２ 光反射面 θ 検知視野角度 ２ 集光ミラー ２ｃ 凹曲面（放物線） ４ 受光素子（赤外線検知素子） ２１ 凹曲面群（放物線群または放物面）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河原 英喜 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内 (72)発明者 森本 亮 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方向から見れば、２つの焦点を有する楕
   円形状の一部を切り取った形状で構成されるとともに、 前記一方向に直交する他方向から見れば、凹曲面が連続
   した凹曲面群で構成された、光反射面を有し、 前記凹曲面群は、前記凹曲面群の各々の表面で反射した
   光が、前記楕円形状の一部を切り取った形状の２つの焦
   点の一方に集光するように、その曲率が、連続的に変化
   するようにされている、集光ミラー。
2. 【請求項２】一方向から見れば、円形形状の一部を切り
   取った形状で構成されるとともに、 前記一方向に直交する他方向から見れば、凹曲面が連続
   した凹曲面群で構成された、光反射面を有し、 前記凹曲面群は、前記凹曲面群の各々の表面で反射した
   光が、前記円形形状の一部を切り取った形状の一の焦点
   に集光するように、その曲率が、連続的に変化するよう
   にされている、集光ミラー。
3. 【請求項３】前記凹曲面群が、放物線が連続した放物線
   群で構成されている、請求項１または請求項２に記載の
   集光ミラー。
4. 【請求項４】前記放物線群を構成する放物線は、遠方の
   視野を検知する放物線程、曲率半径が大きくなってい
   る、請求項３に記載の集光ミラー。
5. 【請求項５】前記光反射面が、赤外線領域の波長の光を
   高い反射率で反射する材料で形成されている、請求項１
   〜４のいずれかに記載の集光ミラー。
6. 【請求項６】請求項１に記載の集光ミラーを備える、検
   知装置であって、 受光素子が、前記楕円形状の一部を切り取った形状の２
   つの焦点の中、前記凹曲面群の各々の表面で反射した光
   が集光する側の焦点位置に設けられている、検知装置。
7. 【請求項７】請求項２に記載の集光ミラーを備える、検
   知装置であって、 受光素子が、前記凹曲面群の各々の表面で反射した光が
   集光する、前記円形形状の一部を切り取った形状の一の
   焦点位置に設けられている、検知装置。