KR102518601B1 - 적외선 검출 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는, 검지 에어리어의 광각화를 도모하면서 감도의 저하를 억제하는 것이 가능한 적외선 검출 장치를 제공하는 것이다. 메니스커스 렌즈(4)는 돔 형상이다. 메니스커스 렌즈(4)는 렌즈 어레이(3)측의 제 1 면(41)과, 적외선 검출 소자(2)측의 제 2 면(42)을 갖는다. 메니스커스 렌즈(4)는 중앙부(5)와, 둘레부(6)를 갖는다. 중앙부(5)는 메니스커스 렌즈(4)의 광축(A4)과 제 1 면(41)의 교점인 정점(C4)을 포함한다. 둘레부(6)는 메니스커스 렌즈(4)의 제 1 면(41)의 단부(E4)를 포함한다. 메니스커스 렌즈(4)의 중앙부(5)에 대해서는, 제 1 면(41)의 불유점이 렌즈 어레이(3)의 초점(F3)에 위치하여 있다. 메니스커스 렌즈(4)의 둘레부(6)에 대해서는, 제 2 면(42)의 불유점이 렌즈 어레이(3)의 초점(F3)에 위치하여 있다.
Description
본 발명은 일반적으로 적외선 검출 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 렌즈 어레이와 적외선 검출 소자를 구비하는 적외선 검출 장치에 관한 것이다.
종래, 적외선 검지 소자(적외선 검출 소자)와, 렌즈 어레이와, 광학 부재를 구비하는 적외선 센서(적외선 검출 장치)가 알려져 있다(특허문헌 1).
광학 부재는 한 쌍의 미러 면을 갖는 반사편과, 반사편을 지지하는 지지부를 구비한다.
특허문헌 1에 기재된 적외선 센서에서는, 렌즈 어레이를 통과하여 적외선 검출 소자로 직접 향하는 적외선의 일부가 반사편에 의해 차단되어 버려서, 감도가 저하해버린다.
본 발명의 목적은 검지 에어리어의 광각화를 도모하면서 감도의 저하를 억제하는 것이 가능한 적외선 검출 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 적외선 검출 장치는, 적외선 검출 소자와, 렌즈 어레이와, 메니스커스 렌즈(meniscus lens)를 구비한다. 상기 렌즈 어레이는 복수의 렌즈를 포함한다. 상기 렌즈 어레이는 상기 적외선 검출 소자의 광축과 교차하도록 배치되어 있다. 상기 렌즈 어레이는 상기 적외선 검출 소자측에 초점을 갖는다. 상기 메니스커스 렌즈는 돔 형상이며, 상기 렌즈 어레이와 상기 적외선 검출 소자 사이에 배치되어 있다. 상기 메니스커스 렌즈는 상기 렌즈 어레이측의 제 1 면과, 상기 적외선 검출 소자측의 제 2 면을 갖는다. 상기 메니스커스 렌즈는 중앙부와, 둘레부를 갖는다. 상기 중앙부는 상기 메니스커스 렌즈의 광축과 상기 제 1 면의 교점인 정점 및 상기 메니스커스 렌즈의 상기 광축과 상기 제 2 면의 교점을 포함한다. 상기 둘레부는 상기 메니스커스 렌즈의 상기 제 1 면의 단부 및 상기 제 2 면의 단부를 포함한다. 상기 메니스커스 렌즈의 상기 중앙부에 대해서는, 상기 제 1 면의 불유점(不游点)이 상기 렌즈 어레이의 상기 초점에 위치하여 있다. 상기 메니스커스 렌즈의 상기 둘레부에 대해서는, 상기 제 2 면의 불유점이 상기 렌즈 어레이의 상기 초점에 위치하여 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 적외선 검출 장치의 종단면도이다.
도 2는 전술의 적외선 검출 장치의 사시도이다.
도 3은 전술의 적외선 검출 장치의 하면도이다.
도 4는 전술의 적외선 검출 장치의 분해 사시도이다.
도 5의 A는 전술의 적외선 검출 장치에 관한 것이고, 메니스커스 렌즈를 포함하는 제 2 부재의 하면도이다. 도 5의 B는 전술의 적외선 검출 장치의 횡단면도이다.
도 6의 A는 전술의 적외선 검출 장치에 있어서의 적외선 검출 소자의 평면도이다. 도 6의 B는 전술의 적외선 검출 장치에 있어서의 적외선 검출 소자에 관한 것이고, 도 6의 A의 G-G선 단면도이다.
도 7은 전술의 적외선 검출 장치에 있어서의 외부로부터의 적외선의 진행 경로의 설명도이다.
도 8은 전술의 적외선 검출 장치의 회로 블럭도이다.
도 9는 전술의 적외선 검출 장치의 사용 예의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 10의 A는 전술의 적외선 검출 장치에 있어서의 메니스커스 렌즈의 중앙부의 설명도이다. 도 10의 B는 전술의 적외선 검출 장치에 있어서의 메니스커스 렌즈의 둘레부의 설명도이다.
도 11의 A는 원리 1의 메니스커스 렌즈의 집광점의 설명도이다. 도 11의 B는 원리 2의 메니스커스 렌즈의 집광점의 설명도이다. 도 11의 C는 원리 3의 메니스커스 렌즈의 집광점의 설명도이다. 도 11의 D는 원리 4의 메니스커스 렌즈의 집광점의 설명도이다. 도 11의 E는 원리 5의 메니스커스 렌즈의 집광점의 설명도이다.
도 12의 A는 원리 3의 메니스커스 렌즈의 집광점의 설명도이다. 도 12의 B는 도 12의 A의 메니스커스 렌즈를 프레넬화한 메니스커스 렌즈의 집광점의 설명도이다.
도 13은 원리 4의 메니스커스 렌즈를 프레넬화한 메니스커스 렌즈의 집광점의 설명도이다.
도 14의 A는 본 발명의 실시형태 2에 따른 적외선 검출 장치에 있어서의 메니스커스 렌즈의 중앙부의 설명도이다. 도 14의 B는 전술의 적외선 검출 장치에 있어서의 메니스커스 렌즈의 둘레부의 설명도이다.
도 2는 전술의 적외선 검출 장치의 사시도이다.
도 3은 전술의 적외선 검출 장치의 하면도이다.
도 4는 전술의 적외선 검출 장치의 분해 사시도이다.
도 5의 A는 전술의 적외선 검출 장치에 관한 것이고, 메니스커스 렌즈를 포함하는 제 2 부재의 하면도이다. 도 5의 B는 전술의 적외선 검출 장치의 횡단면도이다.
도 6의 A는 전술의 적외선 검출 장치에 있어서의 적외선 검출 소자의 평면도이다. 도 6의 B는 전술의 적외선 검출 장치에 있어서의 적외선 검출 소자에 관한 것이고, 도 6의 A의 G-G선 단면도이다.
도 7은 전술의 적외선 검출 장치에 있어서의 외부로부터의 적외선의 진행 경로의 설명도이다.
도 8은 전술의 적외선 검출 장치의 회로 블럭도이다.
도 9는 전술의 적외선 검출 장치의 사용 예의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 10의 A는 전술의 적외선 검출 장치에 있어서의 메니스커스 렌즈의 중앙부의 설명도이다. 도 10의 B는 전술의 적외선 검출 장치에 있어서의 메니스커스 렌즈의 둘레부의 설명도이다.
도 11의 A는 원리 1의 메니스커스 렌즈의 집광점의 설명도이다. 도 11의 B는 원리 2의 메니스커스 렌즈의 집광점의 설명도이다. 도 11의 C는 원리 3의 메니스커스 렌즈의 집광점의 설명도이다. 도 11의 D는 원리 4의 메니스커스 렌즈의 집광점의 설명도이다. 도 11의 E는 원리 5의 메니스커스 렌즈의 집광점의 설명도이다.
도 12의 A는 원리 3의 메니스커스 렌즈의 집광점의 설명도이다. 도 12의 B는 도 12의 A의 메니스커스 렌즈를 프레넬화한 메니스커스 렌즈의 집광점의 설명도이다.
도 13은 원리 4의 메니스커스 렌즈를 프레넬화한 메니스커스 렌즈의 집광점의 설명도이다.
도 14의 A는 본 발명의 실시형태 2에 따른 적외선 검출 장치에 있어서의 메니스커스 렌즈의 중앙부의 설명도이다. 도 14의 B는 전술의 적외선 검출 장치에 있어서의 메니스커스 렌즈의 둘레부의 설명도이다.
(실시형태 1)
(1) 적외선 검출 장치의 전체 구성
이하, 실시형태 1에 따른 적외선 검출 장치(1)에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.
적외선 검출 장치(1)는 도 1 내지 도 7에 도시되는 바와 같이, 적외선 검출 소자(2)와, 렌즈 어레이(3)와, 메니스커스 렌즈(4)를 구비한다. 렌즈 어레이(3)는 복수(예를 들면, 53개)의 렌즈(30)를 갖는다. 렌즈 어레이(3)와 메니스커스 렌즈(4)를 포함하는 광학계는 적외선 검출 소자(2)에 적외선을 집광한다. 또한, 도 7에서는, 적외선의 진행 경로의 시뮬레이션 결과를 세선(細線)으로 나타내고 있다.
또한, 적외선 검출 장치(1)는 신호 처리부(7)(도 8 참조)를 더 구비한다. 신호 처리부(7)는 적외선 검출 소자(2)의 출력 신호에 근거하여 인체 검출 신호를 외부 장치(외부 회로)에 출력하도록 구성되어 있다. 「인체 검지 신호」는, 일례로서 일정 시간만 하이 레벨이 되는 펄스 신호로 하고 있다.
또한, 적외선 검출 장치(1)는 도 1에 도시되는 바와 같이, 실장 기판(8)을 더 구비한다. 실장 기판(8)에는, 적외선 검출 소자(2)와 신호 처리부(7)가 실장되어 있다. 실장 기판(8)은 예를 들면, 성형 기판이다. 또한, 적외선 검출 장치(1)는 적외선 검출 소자(2)를 수납하고 있는 패키지(9)를 더 구비한다. 패키지(9)는 적외선을 투과하는 창재(93)를 포함한다. 패키지(9)는 신호 처리부(7) 및 실장 기판(8)도 수납하고 있다.
또한, 적외선 검출 장치(1)는 렌즈 어레이(3)를 포함하는 제 1 부재(11)와, 메니스커스 렌즈(4)를 포함하는 제 2 부재(12)를 구비하고, 제 1 부재(11)와 제 2 부재(12)가 일체화되어 있다.
(2) 적외선 검출 장치의 각 구성요소
다음에, 적외선 검출 장치(1)의 각 구성요소에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.
(2.1) 적외선 검출 소자
적외선 검출 소자(2)는 초전 소자이다. 보다 상세하게는, 적외선 검출 소자(2)는 예를 들면, 도 6의 A 및 도 6의 B에 도시되는 바와 같이, 1장의 초전체 기판(23)에 4개의 검출부(24)가 형성된 쿼드 타입의 초전 소자이다.
적외선 검출 소자(2)에서는, 1장의 초전체 기판(23)에, 4개의 검출부(24)가 2×2의 매트릭스 형상(어레이 형상)으로 배열되어 있다.
초전체 기판(23)의 평면에서 바라볼 때의 형상은 정사각형상이다. 초전체 기판(23)은 초전성을 갖는 기판이다. 초전체 기판(23)은 예를 들면, 단결정의 LiTaO3 기판에 의해 구성되어 있다.
복수의 검출부(24) 각각의 평면에서 바라볼 때의 형상은, 정사각형상이다. 적외선 검출 소자(2)는 초전체 기판(23)의 중앙부에 있어서 초전체 기판(23)의 외주선(230)보다 내측의 가상 정사각형의 4개의 코너 각각에 검출부(24)의 중심이 위치하도록 배치되어 있다.
복수의 검출부(24) 각각의 평면에서 바라볼 때의 형상은, 정사각형상이다. 복수의 검출부(24)의 각각은 초전체 기판(23)의 표면(231)에 형성된 표면 전극(25)과, 초전체 기판(23)의 이면(232)에 형성된 이면 전극(26)과, 초전체 기판(23)에 있어서 표면 전극(25)과 이면 전극(26) 사이에 개재된 부분(233)을 포함하는 콘덴서이다. 표면 전극(25)은 적외선을 흡수하는 도전막(예를 들면, NiCr막)에 의해 구성되어 있다. 도 6의 A에서는, 복수의 검출부(24) 각각에 있어서 렌즈 어레이(3)측에 위치하는 표면 전극(25)의 극성을, “+”, “-”의 부호로 나타내고 있다. 복수의 검출부(24) 각각의 수광면(24a)은, 표면 전극(25)의 표면이다. 표면 전극(25)의 표면은, 표면 전극(25)에 있어서 초전체 기판(23)측과는 반대측의 주면이다.
상술한 바와 같이, 적외선 검출 소자(2)는 복수의 검출부(24)로서 2×2의 매트릭스 형상으로 배열된 4개의 검출부(24)를 구비한 쿼드 타입의 초전 소자이다. 여기서, 적외선 검출 소자(2)는 2개의 대각선 방향의 각각에 있어서 나열하여 있는 2개의 검출부(24)끼리가 병렬 접속되고, 행 방향(도 6의 A의 좌우 방향)으로 나열되어 있는 2개의 검출부(24)끼리가 역병렬로 접속되고, 열 방향(도 6의 A의 상하 방향)으로 나열되어 있는 2개의 검출부(24)끼리가 역병렬로 접속되어 있다. 따라서, 적외선 검출 소자(2)는 2개의 대각선 방향의 각각에 있어서 나열되어 있는 2개의 검출부(24) 각각의 표면 전극(25)의 극성이 동일하다. 또한, 적외선 검출 소자(2)는 행 방향으로 나열되어 있는 2개의 검출부(24) 각각의 표면 전극(25)의 극성이 서로 상이하다. 또한, 적외선 검출 소자(2)는 열 방향으로 나열되어 있는 2개의 검출부(24) 각각의 표면 전극(25)의 극성이 서로 상이하다.
적외선 검출 소자(2)의 광축(A2)은 복수의 검출부(24) 각각의 수광면(24a)을 포함하는 정사각형의 중심에 세운 법선이다.
(2.2) 패키지
패키지(9)는 도 1 내지 도 4에 도시되는 바와 같이, 패키지 본체(90)와, 창재(93)를 포함한다. 패키지(9)는 소위 캔 패키지(Can Package)이며, 복수(3개)의 리드 단자(95)를 포함한다. 패키지 본체(90)는 적외선 검출 소자(2)를 수납하여 창재(93)를 보지하고 있다. 패키지 본체(90)는 대좌(台座)(91)와, 캡(92)을 포함한다.
대좌(91)는 도전성을 갖는다. 본 명세서에 있어서, 대좌(91)는 금속제이다. 대좌(91)는 원반 형상이며, 대좌(91)의 두께 방향의 일면측에 있어서 실장 기판(8)을 지지하여 있다.
캡(92)은 도전성을 갖는다. 본 명세서에 있어서, 캡(92)은 금속제이다. 캡(92)은 바닥을 갖는 원통형이며, 실장 기판(8)과 신호 처리부(7)와 적외선 검출 소자(2)를 덮도록 대좌(91)에 고착되어 있다.
창재(93)는 적외선을 투과하는 적외선 투과 부재이다. 창재(93)는 도전성을 갖는다. 본 명세서에 있어서, 창재(93)는 예를 들면, 실리콘 기판을 포함한다. 창재(93)는 실리콘 기판에 더하여, 이 실리콘 기판에 적층된 적외선 광학 필터를 포함하고 있다. 적외선 광학 필터는 적외선 검출 장치(1)의 검출 대상의 파장 영역의 적외선을 투과시키는 광학 다층막이다.
창재(93)는 캡(92)의 전벽(前壁)에 형성된 창 구멍(921)을 막도록 배치된다. 창재(93)는 캡(92)에 대해서 도전성 재료에 의해 접합되어 있고, 캡(92)과 전기적으로 접속되어 있다. 창재(93)는 적외선 검출 소자(2)의 수광면의 전방에 배치되어 있다. 적외선 검출 소자(2)의 수광면은 복수의 검출부(24) 각각의 수광면(24a)을 포함한다. 적외선 검출 장치(1)에서는, 적외선 검출 소자(2)는 그 광축(A2)이 창재(93)의 중심을 통과하도록 배치되어 있다. 따라서, 창재(93)는 적외선 검출 소자(2)의 광축(A2)에 교차(본 명세서에서는, 직교)하여 있다. 적외선 검출 소자(2)의 광축(A2)을 따른 방향에서 바라볼 때, 창재(93)는 적외선 검출 소자(2)보다 크다.
또한, 패키지(9)는 돌출부(903)(도 2 내지 도 4 참조)를 포함하고 있다. 돌출부(903)는 패키지 본체(90)에 있어서의 창재(93)측과는 반대측의 단부로부터 적외선 검출 소자(2)의 광축(A2)에 교차하는 방향으로 돌출하여 있다.
3개의 리드 단자(95)는 대좌(91)에 보지되어 있다. 3개의 리드 단자(95)의 각각은 핀 형상이다. 3개의 리드 단자(95)의 각각은 대좌(91)의 두께 방향에 있어서 대좌(91)를 관통하여 있다. 3개의 리드 단자(95)는 급전용 리드 단자, 신호 출력용 리드 단자 및 그라운드용 리드 단자이다.
(2.3) 신호 처리부
신호 처리부(7)(도 8 참조)는 예를 들면, 1칩의 IC 소자(IC; Integrated Circuit)에 의해 구성되어 있다.
신호 처리부(7)는 예를 들면, 도 8에 도시되는 바와 같이, 전류 전압 변환 회로(71)와, 전압 증폭 회로(72)와, 판정 회로(73)와, 출력 회로(74)를 포함하고 있다.
전류 전압 변환 회로(71)는 적외선 검출 소자(2)로부터 출력되는 출력 신호인 전류 신호를 전압 신호로 변환하여 출력하는 회로이다. 전류 전압 변환 회로(71)는 예를 들면, 연산 증폭기 및 콘덴서 등을 이용하여 구성할 수 있다.
전압 증폭 회로(72)는 전류 전압 변환 회로(71)로부터 출력된 전압 신호 중 소정의 주파수 대역(예를 들면, 0.1㎐ 내지 10㎐)의 전압 신호를 증폭하여 출력하는 회로이다. 전압 증폭 회로(72)는 밴드 패스 필터로서의 기능을 갖는다. 밴드 패스 필터로서의 기능은, 전류 전압 변환 회로(71)로부터 출력된 전압 신호 중 상기 소정의 주파수 대역의 성분을 통과시키고, 한편 잡음이 되는 불필요한 주파수 성분을 제거하는 기능이다.
판정 회로(73)는 전압 증폭 회로(72)로부터 출력되는 전압 신호와 미리 설정된 문턱 값을 비교하여 전압 신호가 문턱 값을 넘는지 여부를 판정하는 회로이다. 판정 회로(73)는 예를 들면, 컴퍼레이터(comparator) 등을 이용하여 구성할 수 있다. 보다 상세하게는, 판정 회로(73)는 예를 들면, 전압 신호의 레벨이 제 1 문턱 값을 넘었을 때(상회하였을 때) 또는 제 1 문턱 값보다 작은 제 2 문턱 값을 넘었을 때(하회하였을 때)에 출력 신호가 L레벨이 되고, 제 1 문턱 값 및 제 2 문턱 값 모두를 넘지 않을 때에 출력 신호가 H레벨이 되도록 구성된 윈도우 컴퍼레이터이다.
출력 회로(74)는 판정 회로(73)에 있어서 전압 신호가 문턱 값을 넘었다고 판정되었을 때에 인체 검지 신호를 출력 신호로서 내는 회로이다. 출력 회로는 예를 들면, 전계 효과 트랜지스터 및 2개의 저항 등을 이용하여 구성할 수 있다. 전계 효과 트랜지스터는 예를 들면, p채널의 인핸스먼트(enhancement)형 MOSFET이다.
(2.4) 렌즈 어레이
렌즈 어레이(3)는 복수(예를 들면, 53개)의 렌즈(30)를 포함하는 멀티 렌즈이다.
렌즈 어레이(3)에 있어서 외부로부터의 적외선이 입사하는 제 1 면(31)은, 복수의 렌즈(30) 각각의 입사면의 일 그룹에 의해 구성되어 있다. 렌즈 어레이(3)에 있어서 적외선이 출사하는 제 2 면(32)은, 복수의 렌즈(30) 각각의 출사면의 일 그룹에 의해 구성되어 있다.
렌즈 어레이(3)는 적외선 검출 소자(2)의 전방에 배치되어 있다. 「적외선 검출 소자(2)의 전방」이란, 적외선 검출 소자(2)의 광축(A2)을 따른 방향에 있어서의 적외선 검출 소자(2)의 수광면측을 의미한다. 렌즈 어레이(3)는 적외선 검출 소자(2)의 광축(A2)에 교차하도록 배치되어 있다. 렌즈 어레이(3)는 적외선 검출 소자(2)측에 초점(F3)을 갖는다.
복수의 렌즈(30)의 각각은, 적외선 검출 소자(2)에 적외선을 집광하기 위한 집광 렌즈이며, 볼록 렌즈에 의해 구성되어 있다. 복수의 렌즈(30)의 각각을 구성하는 볼록 렌즈는, 비구면 렌즈이지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들면, 구면 렌즈여도 좋다.
렌즈 어레이(3)는 복수의 렌즈(30) 각각의 적외선 검출 소자(2)측에서의 초점이 동일한 위치가 되도록 설계되어 있다. 따라서, 렌즈 어레이(3)의 초점(F3)은 복수의 렌즈(30) 각각의 적외선 검출 소자(2)측에서의 초점에 일치한다. 복수의 렌즈(30)의 각각으로 제어하는 제어 대상의 적외선은 예를 들면, 5㎛ 내지 25㎛의 파장역의 적외선이다.
렌즈 어레이(3)의 재료는 예를 들면, 폴리에틸렌을 포함한다. 보다 상세하게는, 렌즈 어레이(3)의 재료는 백색 안료 또는 흑색 안료가 첨가된 폴리에틸렌이다. 백색 안료로서는, 예를 들면, 산화티타늄 등의 무기 안료를 채용하는 것이 바람직하다. 흑색 안료로서는, 예를 들면, 카본 블랙 등의 미립자를 채용하는 것이 바람직하다. 렌즈 어레이(3)는 예를 들면, 성형법에 의해 형성할 수 있다. 성형법으로서는, 예를 들면, 사출 성형법, 압축 성형법 등을 채용할 수 있다.
(2.5) 메니스커스 렌즈
메니스커스 렌즈(4)는 돔 형상이며, 렌즈 어레이(3)와 적외선 검출 소자(2) 사이에 배치되어 있다. 메니스커스 렌즈(4)는 렌즈 어레이(3)측의 제 1 면(41)과, 적외선 검출 소자(2)측의 제 2 면(42)을 갖는다. 메니스커스 렌즈(4)는 중앙부(5)와, 둘레부(6)를 갖는다. 중앙부(5)는 메니스커스 렌즈(4)의 광축(A4)과 제 1 면(41)의 교점인 정점(C4)을 포함한다. 둘레부(6)는 메니스커스 렌즈(4)의 제 1 면(41)의 단부(E4)를 포함한다.
메니스커스 렌즈(4)는 불유 메니스커스 렌즈(aplanatic meniscus lens)이다. 불유 메니스커스 렌즈는 메니스커스 렌즈의 일종이다. 「불유 메니스커스 렌즈」란, 서로 공역인 1세트의 불유점(aplanatic point)을 갖는 메니스커스 렌즈를 의미한다. 「불유점」이란, 회전 대칭인 광학 결상계에 있어서, 이론적으로 광축 상의 물점이 수차가 없는 상을 만들 때의 공역점을 의미한다.
여기서, 실시형태 1에 따른 적외선 검출 장치(1)에 있어서의 메니스커스 렌즈(4)의 상세에 대하여 설명하기 전에, 메니스커스 렌즈의 원리에 대해서, 도 11의 A 내지 도 11의 E를 참조하여 설명한다. 또한, 도 11의 A 내지 도 11의 E에서는, 적외선의 진행 경로의 시뮬레이션 결과를 세선으로 나타내고 있다.
도 11의 A에 도시된 제 1 예에 따른 메니스커스 렌즈(4r)는, 제 1 면(41) 및 제 2 면(42)의 각각이 구면의 일부에 의해 구성되어 있다. 제 1 예에 따른 메니스커스 렌즈(4r)에서는, 제 1 면(41)에 대응하는 구면의 중심(불유점(410))과 제 2 면(42)에 대응하는 구면의 중심(불유점(420))이 동일하다. 제 1 예에 따른 메니스커스 렌즈(4r)에서는, 제 1 면(41)에 수직으로 입사하는 적외선은, 제 1 면(41) 및 제 2 면(42) 중 어느 하나에 있어서도 굴절하지 않고 집광 위치(P2)에 집광된다. 집광 위치(P2)는 불유점(410) 및 불유점(420)과 동일한 위치이다.
도 11의 B에 도시한 제 2 예에 따른 메니스커스 렌즈(4s)는, 제 1 면(41) 및 제 2 면(42)의 각각이 구면의 일부에 의해 구성되어 있다. 제 2 예에 따른 메니스커스 렌즈(4s)에서는, 제 1 면(41)에 대응하는 구면의 중심(불유점(410))과 제 2 면(42)에 대응하는 구면의 중심(불유점(420))이 상이하고, 메니스커스 렌즈(4s)의 광축을 따른 방향(도 11의 B의 상하 방향)에 있어서, 불유점(420)이 불유점(410)보다 제 2 면(42)으로부터 멀어져 있다. 제 2 예에 따른 메니스커스 렌즈(4s)에서는, 제 1 면(41)에 수직으로 입사하는 적외선은, 제 1 면(41)에서는 굴절되지 않고 제 2 면(42)에서 굴절되어, 집광 위치(P2)에 집광된다. 집광 위치(P2)는 메니스커스 렌즈(4s)의 광축을 따른 방향에 있어서 불유점(410)으로부터 제 2 면(42)측으로 어긋난 위치이다.
도 11의 C에 도시된 제 3 예에 따른 메니스커스 렌즈(4t)는, 제 1 면(41) 및 제 2 면(42)의 각각이 구면의 일부에 의해 구성되어 있다. 제 3 예에 따른 메니스커스 렌즈(4t)에서는, 제 1 면(41)에 대응하는 구면의 중심(불유점(410))과 제 2 면(42)에 대응하는 구면의 중심(불유점(420))이 상이하고, 메니스커스 렌즈(4t)의 광축을 따른 방향(도 11의 C의 상하 방향)에 있어서, 불유점(420)이 불유점(410)보다 제 2 면(42)에 가깝다. 제 3 예에 따른 메니스커스 렌즈(4t)에서는, 제 1 면(41)에 수직으로 입사하는 적외선은, 제 1 면(41)에서는 굴절되지 않고 제 2 면(42)에서 굴절되어, 집광 위치(P2)에 집광된다. 집광 위치(P2)는 메니스커스 렌즈(4t)의 광축을 따른 방향에 있어서 불유점(410)으로부터 제 2 면(42)측과는 반대 측으로 어긋난 위치이다.
도 11의 D에 도시된 제 4 예에 따른 메니스커스 렌즈(4u)는, 제 1 면(41) 및 제 2 면(42)의 각각이 구면의 일부에 의해 구성되어 있다. 제 4 예에 따른 메니스커스 렌즈(4u)에서는, 제 1 면(41)에 대응하는 구면의 중심(불유점(410))과 제 2 면(42)에 대응하는 구면의 중심(불유점(420))이 상이하고, 메니스커스 렌즈(4u)의 광축을 따른 방향(도 11의 D의 상하 방향)에 있어서, 불유점(410)이 불유점(420)보다 제 2 면(42)으로부터 멀다. 제 4 예에 따른 메니스커스 렌즈(4u)에서는, 제 1 면(41)에 수직으로 입사하는 적외선은, 제 1 면(41)에서는 굴절되지 않고 제 2 면(42)에서 굴절되어, 집광 위치(P2)에 집광된다. 집광 위치(P2)는 메니스커스 렌즈(4u)의 광축을 따른 방향에 있어서 불유점(420)으로부터 제 2 면(42)측과는 반대 측으로 어긋난 위치이다.
도 11의 E에 도시된 제 5 예에 따른 메니스커스 렌즈(4v)는, 제 1 면(41) 및 제 2 면(42)의 각각이 구면의 일부에 의해 구성되어 있다. 제 5 예에 따른 메니스커스 렌즈(4v)에서는, 제 1 면(41)에 대응하는 구면의 중심(불유점(410))과 제 2 면(42)에 대응하는 구면의 중심(불유점(420))이 상이하고, 메니스커스 렌즈(4v)의 광축을 따른 방향(도 11의 E의 상하 방향)에 있어서, 불유점(410)이 불유점(420)보다 제 2 면(42)측에 위치하여 있다. 제 5 예에 따른 메니스커스 렌즈(4v)에서는, 제 1 면(41)에 수직으로 입사하는 적외선은, 제 1 면(41)에서는 굴절되지 않고 제 2 면(42)에서 굴절되어, 집광 위치(P2)에 집광된다. 집광 위치(P2)는 메니스커스 렌즈(4v)의 광축을 따른 방향에 있어서 불유점(410)으로부터 제 2 면(42)측과는 반대측으로 어긋난 위치이며, 불유점(410)과 불유점(420)의 중간의 위치이다.
제 1 예 내지 제 5 예로부터, 도 1과 같이 메니스커스 렌즈(4)에 있어서의 렌즈 어레이(3)측과는 반대측(도 1의 하측)에 배치되는 적외선 검출 소자(2)를 구비한 적외선 검출 장치(1)의 검지 에어리어의 광각화를 도모하려면, 제 3 예 및 제 4 예와 같이, 제 1 면(41)의 중심(불유점(410))이 제 2 면(42)의 중심(불유점(420))보다 하측에 위치할 필요가 있다.
그렇지만, 제 3 예의 메니스커스 렌즈(4t)(도 11의 C 및 도 12의 A)에서는, 제 2 면(42)이 반구면보다 크므로, 프레넬화했을 경우, 박육화(薄肉化)는 할 수 있어도 도 12의 B에 도시되는 형상의 메니스커스 렌즈(4w)가 되어 버려서, 사출 성형에서는 이형을 할 수 없는 형상이 되어 버린다. 또한, 도 12의 A 및 도 12의 B에서는, 적외선의 진행 경로의 시뮬레이션 결과를 세선으로 나타내고 있다.
또한, 제 4 예의 메니스커스 렌즈(4u)(도 11의 D)를 프레넬화한 경우, 도 13에 도시되는 형상의 메니스커스 렌즈(4x)가 되고, 사출 성형에서 이형할 수 있는 형상이 되지만, 제 1 면(41)과 제 2 면(42)의 양방에서 굴절이 생기므로, 수차가 생겨 버린다. 또한, 도 13에서는, 적외선의 진행 경로의 시뮬레이션 결과를 세선으로 나타내고 있다.
이들에 대해서, 실시형태 1을 따른 적외선 검출 장치(1)에 있어서의 메니스커스 렌즈(4)의 중앙부(5)에 대해서는, 도 10의 A에 도시되는 바와 같이 제 1 면(41)의 불유점(410)이 렌즈 어레이(3)의 초점(F3)에 위치하여 있다. 또한, 메니스커스 렌즈(4)의 둘레부(6)에 대해서는, 도 10의 B에 도시되는 바와 같이 제 2 면(42)의 불유점(420)이 렌즈 어레이(3)의 초점(F3)에 위치하여 있다. 제 1 면(41)의 불유점(410) 및 제 2 면(42)의 불유점(420)은 메니스커스 렌즈(4)의 광축(A4)(도 1 및 도 7 참조) 상에 있다. 즉, 메니스커스 렌즈(4)의 중앙부(5)에서는, 제 3 예의 원리(원리 3)를 이용하여 있고, 메니스커스 렌즈(4)의 둘레부에서는 제 4 예의 원리(원리 4)를 이용하여 있다. 따라서, 실시형태 1에 따른 적외선 검출 장치(1)에서는, 사출 성형에서의 이형이 가능한 형상이며, 또한 수차의 발생을 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 도 10의 A 및 도 10의 B에서는, 적외선의 진행 경로의 시뮬레이션 결과를 세선으로 나타내고 있다.
메니스커스 렌즈(4)의 재료는 예를 들면, 폴리에틸렌을 포함한다. 보다 상세하게는, 메니스커스 렌즈(4)의 재료는 백색 안료 또는 흑색 안료가 첨가된 폴리에틸렌이다. 백색 안료로서는, 예를 들면, 산화티타늄 등의 무기 안료를 채용하는 것이 바람직하다. 흑색 안료로서는, 예를 들면, 카본 블랙 등의 미립자를 채용하는 것이 바람직하다. 메니스커스 렌즈(4)는 예를 들면, 성형법에 의해 형성할 수 있다. 성형법으로서는, 예를 들면, 사출 성형법, 압축 성형법 등을 채용할 수 있다.
메니스커스 렌즈(4)로 제어하는 제어 대상의 적외선은, 예를 들면, 5㎛ 내지 25㎛의 파장역의 적외선을 들 수 있다. 메니스커스 렌즈(4)는, 그 두께가 두꺼울수록 제어 대상의 적외선의 투과율이 저하한다. 메니스커스 렌즈(4)는, 그 두께가 0.1㎜ 두꺼워지면, 수직 입사하는 제어 대상의 적외선의 투과율이 대체로 10% 정도 저하한다. 수직 입사한다는 것은, 메니스커스 렌즈(4)의 제 1 면(41)의 임의의 점에, 이 임의의 점의 법선을 따라서 입사하는 것을 의미한다.
실시형태 1에 따른 적외선 검출 장치(1)에서는, 메니스커스 렌즈(4)는 프레넬 렌즈이다. 이에 의해, 실시형태 1에 따른 적외선 검출 장치(1)는 메니스커스 렌즈(4)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하게 되고, 고감도화를 도모하는 것이 가능하게 된다. 또한, 실시형태 1에 따른 적외선 검출 장치(1)에서는, 메니스커스 렌즈(4)가 도 5의 A 및 도 7에 도시되는 바와 같이, 1개의 중심 렌즈(43)와, 복수(11개)의 띠형상 렌즈(44)를 갖고 있다.
(2.6) 제 1 부재 및 제 2 부재
적외선 검출 장치(1)에서는, 상술된 바와 같이, 렌즈 어레이(3)를 포함하는 제 1 부재(11)와, 메니스커스 렌즈(4)를 포함하는 제 2 부재(12)가 일체화되어 있다(도 1 참조). 제 1 부재(11)는 렌즈 어레이(3)를 포함하는 수지 성형체이다. 제 2 부재(12)는 메니스커스 렌즈(4)를 포함하는 수지 성형체이다.
적외선 검출 장치(1)에서는, 제 1 부재(11)와 제 2 부재(12) 중 일방(본 명세서에서는, 제 1 부재(11))이 복수(2개)의 후크(13)를 갖는 동시에, 타방(본 명세서에서는, 제 2 부재(12))이 복수(2개)의 후크(13)에 일대일로 대응하는 복수(2개)의 구멍(14)을 갖는다. 적외선 검출 장치(1)에서는, 복수의 후크(13)가 복수의 구멍(14) 중 대응하는 구멍(14)을 통과하고 있고 대응하는 구멍(14)의 주변(본 명세서에서는, 제 2 부재(12)에 있어서의 구멍(14)의 주변)에 걸려 있음으로써 제 1 부재(11)와 제 2 부재(12)가 일체화되어 있다. 즉, 적외선 검출 장치(1)에서는, 서로 상이한 부재인 제 1 부재(11)와 제 2 부재(12)가 결합됨으로써 일체화되어 있다.
제 2 부재(12)는 통부(120)와, 복수의 리브(1201)(도 5의 A 및 도 5의 B 참조)를 포함한다. 통부(120)는 패키지(9)를 둘러싼다. 복수의 리브(1201)는 통부(120)의 둘레 방향에 있어서 서로 이격되어 있고, 통부(120)의 내주면(1200)으로부터 돌출하여 있다. 적외선 검출 장치(1)에서는, 복수의 리브(1201)와 패키지(9)의 측면(패키지(9)에 있어서의 캡(92)의 측면)이 접촉하여 있다. 통부(120)는 원통 형상이다. 제 2 부재(12)에서는, 통부(120)의 두께가, 메니스커스 렌즈(4)의 두께보다 두껍다. 이에 의해, 적외선 검출 장치(1)에서는, 외부로부터의 적외선이 통부(120)를 투과하여 패키지(9)의 측면에 도달하는 것을 억제할 수 있다.
제 2 부재(12)는 위치 결정 돌기(1204)(도 3 및 도 5의 A 참조)를 갖는다. 위치 결정 돌기(1204)는 통부(120)의 내주면(1200)으로부터 돌출하여 있다. 위치 결정 돌기(1204)는 패키지(9)에 메니스커스 렌즈(4)측과는 반대측으로부터 접하여 있다. 보다 상세하게는, 제 2 부재(12)의 위치 결정 돌기(1204)는 패키지 본체(90)의 대좌(91)의 이면에 접하여 있다. 제 2 부재(12)는 위치 결정 돌기(1204)를 복수(2개) 구비하고 있다. 복수의 위치 결정 돌기(1204)는 통부(120)의 둘레 방향에 있어서 이격하여 배치되어 있다.
또한, 제 2 부재(12)의 통부(120)는 메니스커스 렌즈(4)측과는 반대측의 단부면(1202)에, 돌출부(903)가 끼워져 있는 홈(1203)(도 2 내지 도 4 참조)을 갖는다.
(2.7) 적외선 검출 장치의 검지 에어리어
실시형태 1에 따른 적외선 검출 장치(1)는 예를 들면, 검지 에어리어 내의 열원의 검지에 이용된다. 열원은 예를 들면, 사람이다. 검지 에어리어는 실제로는 보이지 않는다. 실시형태 1에 따른 적외선 검출 장치(1)에서는, 검지 에어리어는 반구 형상이다. 적외선 검출 장치(1)는 일례로서, 도 9에 도시되는 바와 같이, 오피스 등의 회의실(201)의 테이블(202) 상에 배치하는 부하 제어 기기(200)에 탑재된다. 이 경우, 적외선 검출 장치(1)는 적외선 검출 소자(2)의 수광면이 연직 상방을 향하도록 배치되어서 사용된다. 부하 제어 기기(200)는 예를 들면, 회의실(201) 내의 복수의 의자(203)에 앉아 있는 사람의 검지 결과에 근거하여, 회의실(201) 내의 부하(예를 들면, 조명 부하, 에어컨(air conditioner), 촬상 장치 등)를 제어하는 기기이다. 본 명세서에 있어서, 부하 제어 기기(200)는 적외선 검출 장치(1)로부터의 인체 검지 신호에 근거하여 부하를 제어하는 제어부를 구비하고 있다. 제어부는 예를 들면, CPU(Central Processing Unit) 및 메모리를 포함하는 컴퓨터로 구성되어 있다.
적외선 검출 장치(1)에서는, 검지 에어리어는 적외선 검출 소자(2)와 렌즈 어레이(3)와 메니스커스 렌즈(4)를 포함하는 수광 유닛에 의해 정해진다. 수광 유닛은 창재(93)도 포함하여 있다. 검지 에어리어는 패키지(9)(도 1 및 도 4 참조)의 창재(93)의 크기 및 형상, 캡(92)의 창 구멍(921)의 개구 형상 등에도 의존하는 일이 있다.
(3) 효과
실시형태 1에 따른 적외선 검출 장치(1)는 적외선 검출 소자(2)와, 렌즈 어레이(3)와, 메니스커스 렌즈(4)를 구비한다. 렌즈 어레이(3)는 복수의 렌즈(30)를 포함한다. 렌즈 어레이(3)는 적외선 검출 소자(2)의 광축(A2)에 교차하도록 배치되어 있다. 렌즈 어레이(3)는 적외선 검출 소자(2)측에 초점(F3)을 갖는다. 메니스커스 렌즈(4)는 돔 형상이며, 렌즈 어레이(3)와 적외선 검출 소자(2) 사이에 배치되어 있다. 메니스커스 렌즈(4)는 렌즈 어레이(3)측의 제 1 면(41)과, 적외선 검출 소자(2)측의 제 2 면(42)을 갖는다. 메니스커스 렌즈(4)는 중앙부(5)와, 둘레부(6)를 갖는다. 중앙부(5)는 메니스커스 렌즈(4)의 광축(A4)과 제 1 면(41)의 교점인 정점(C4)을 포함한다. 둘레부(6)는 메니스커스 렌즈(4)의 제 1 면(41)의 단부(E4)를 포함한다. 메니스커스 렌즈(4)의 중앙부(5)에 대해서는, 제 1 면(41)의 불유점(410)이 렌즈 어레이(3)의 초점(F3)에 위치하여 있다. 메니스커스 렌즈(4)의 둘레부(6)에 대해서는, 제 2 면(42)의 불유점(420)이 렌즈 어레이(3)의 초점(F3)에 위치하여 있다.
이에 의해, 실시형태 1에 따른 적외선 검출 장치(1)에서는, 검지 에어리어의 광각화(예를 들면, 150도 이상의 검지각의 실현)를 도모하면서 감도의 저하를 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 실시형태 1에 따른 적외선 검출 장치(1)에서는, 렌즈 어레이(3)와 창재(93) 사이에 반사편을 구비하는 광학 부재가 배치되지 않기 때문에, 적외선이 반사편에 의해 차단된다고 하는 문제는 발생하지 않는다.
또한, 실시형태 1에 따른 적외선 검출 장치(1)에서는, 메니스커스 렌즈(4)는 제 2 면(42)에 있어서 메니스커스 렌즈(4)의 광축(A4)을 중심으로 하여 동심적인 복수의 렌즈면(421)(도 1, 도 5의 A 및 도 7 참조)을 갖는 프레넬 렌즈이다. 제 1 면(41)은 둘레부(6)에 있어서의 곡률 반경이 중앙부(5)에 있어서의 곡률 반경보다 크다. 복수의 렌즈면(421)의 각각은 메니스커스 렌즈(4)의 광축(A4)에 평행한 방향에 있어서 정점(C4)으로부터 멀어짐에 따라 광축(A4)과의 거리가 길어지도록 경사져 있거나, 또는 메니스커스 렌즈(4)의 광축(A4)에 평행이다.
이에 의해, 실시형태 1에 따른 적외선 검출 장치(1)에서는, 메니스커스 렌즈(4)를 성형에 의해 형성할 수 있는 동시에, 수차의 발생을 억제할 수 있다.
(실시형태 2)
실시형태 2에 따른 적외선 검출 장치(1a)에서는, 도 14의 A 및 도 14의 B에 도시되는 바와 같이, 메니스커스 렌즈(4a)의 형상이 실시형태 1에 따른 적외선 검출 장치(1)에 있어서의 메니스커스 렌즈(4)의 형상과는 상위하다. 실시형태 2에 따른 적외선 검출 장치에 관해서, 다른 구성은 실시형태 1에 따른 적외선 검출 장치(1)와 동일하므로, 도시 및 설명을 생략한다.
실시형태 2에 따른 적외선 검출 장치(1a)에 있어서의 메니스커스 렌즈(4a)는, 도 14의 A에 도시되는 바와 같이 중앙부(5)에서는 제 2 면(42)에, 메니스커스 렌즈(4a)의 광축(A4)을 중심으로 하여 동심적인 복수의 렌즈면(421)을 갖고, 도 14의 B에 도시되는 바와 같이 둘레부(6)에서는 제 1 면(41)에, 메니스커스 렌즈(4a)의 광축(A4)을 중심으로 하여 동심적인 복수의 렌즈면(411)을 갖는다. 제 2 면(42)에 있어서의 복수의 렌즈면(421)은, 메니스커스 렌즈(4a)의 광축(A4)에 평행한 방향에 있어서 정점(C4)으로부터 멀어짐에 따라 광축(A4)과의 거리가 길어지도록 경사져 있거나, 또는 메니스커스 렌즈(4a)의 광축(A4)에 평행이다. 제 1 면(41)에 있어서의 복수의 렌즈면(411)은 메니스커스 렌즈(4a)의 광축(A4)에 평행한 방향에 있어서 정점(C4)으로부터 멀어짐에 따라 광축(A4)과의 거리가 길어지도록 경사져 있다.
실시형태 2에 따른 적외선 검출 장치(1a)에서는, 메니스커스 렌즈(4a)를 성형에 의해 형성할 수 있는 동시에, 수차의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 도 14의 A 및 도 14의 B에서는, 적외선의 진행 경로의 시뮬레이션 결과를 세선으로 나타내고 있다.
(변형예)
상기의 실시형태 1, 2는 본 발명의 여러 가지 실시형태 중 하나에 지나지 않는다. 상기의 실시형태 1, 2는 본 발명의 목적을 달성할 수 있으면, 설계 등에 따라 여러 가지의 변경이 가능하다.
예를 들어, 적외선 검출 소자(2)는 쿼드 타입의 초전 소자에 한정하지 않고, 듀얼 타입의 초전 소자, 싱글 타입의 초전 소자 등이어도 좋다. 또한, 적외선 검출 소자(2)에 있어서의 검출부(24)의 형상, 배열 등도 특별히 한정되지 않는다.
또한, 적외선 검출 소자(2)는 전류 검출 모드로 사용되고 출력 신호로서 전류 신호를 출력하는 초전 소자이지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 적외선 검출 소자(2)는 전압 검출 모드로 사용되고 출력 신호로서 전압 신호를 출력하는 초전 소자여도 좋다. 본 경우, 상술의 신호 처리부(7)에 있어서의 전류 전압 변환 회로(71)는 불필요하다.
또한, 적외선 검출 소자(2)는 초전체 기판(23)을 구비한 구성에 한정하지 않고, 예를 들면, 실리콘 기판의 표면 상의 전기 절연막 상에, 이면 전극, 초전체 박막 및 표면 전극이 이 순서대로 나열되어 구성되는 검출부가 형성된 팁이어도 좋다.
또한, 적외선 검출 장치(1, 1a)는 적외선 검출 소자로서 초전 소자를 이용하는 대신에, 서모파일, 저항 볼로미터 등을 채용해도 좋다.
또한, 렌즈 어레이(3)에서는, 복수의 렌즈(30)의 각각이 프레넬 렌즈여도 좋다.
또한, 패키지(9)에 있어서의 창재(93)는 실리콘 렌즈 등의 반도체 렌즈여도 좋다. 또한, 메니스커스 렌즈(4, 4a)를 마련하는 대신에, 실리콘을 재료로 하는 창재(93)가 메니스커스 렌즈를 구성해도 좋다. 본 경우, 실리콘은 폴리에틸렌과 비교해서 적외선의 투과율이 높으므로, 메니스커스 렌즈를 프레넬화하지 않아도 감도의 저하를 억제할 수 있다. 메니스커스 렌즈를 구성하는 창재(93)는 예를 들면, 양극 산화 기술을 이용하여 형성할 수 있다.
또한, 적외선 검출 장치(1, 1a)에서는, 제 1 부재(11)가 복수의 후크(13)를 갖고 제 2 부재(12)가 복수의 구멍(14)을 갖고 있지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들면, 제 2 부재(12)가 복수의 후크(13)를 갖고 제 1 부재(11)가 복수의 구멍(14)을 가져서, 제 1 부재(11)와 제 2 부재(12)가 일체화되어 있어도 좋다.
또한, 적외선 검출 장치(1, 1a)는 신호 처리부(7)의 구성 부품이 패키지(9) 내에 수납된 예에 한정하지 않고, 신호 처리부(7)의 구성 부품의 일부 또는 전부가 패키지(9)의 외부(예를 들면, 프린트 기판 등)에 실장되어 있는 구성이어도 좋다. 또한, 신호 처리부(7)는 적외선 검출 장치(1, 1a)에 필수의 구성요소는 아니다.
적외선 검출 장치(1, 1a)에서는, 렌즈 어레이(3)의 형상이 바뀌어도 수차의 발생을 억제하면서 적외선을 집광할 수 있다. 따라서, 검지 에어리어가 변경될 때에는, 메니스커스 렌즈(4, 4a)의 설계를 변경하지 않고, 렌즈 어레이(3)의 형상만의 설계 변경으로 대응하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 적외선 검출 장치(1, 1a)는 실내의 벽, 실내의 천장, 복도의 천장 등, 여러 장소에 설치하는 용도마다 메니스커스 렌즈(4, 4a)의 설계를 바꿀 필요가 없으므로, 저비용화를 도모하는 것이 가능하게 된다.
(요약)
이상 설명한 실시형태 등으로부터 이하의 태양이 개시되어 있다.
제 1 태양에 따른 적외선 검출 장치(1, 1a)는 적외선 검출 소자(2)와, 렌즈 어레이(3)와, 메니스커스 렌즈(4, 4a)를 구비한다. 렌즈 어레이(3)는 복수의 렌즈(30)를 포함한다. 렌즈 어레이(3)는 적외선 검출 소자(2)의 광축(A2)에 교차하도록 배치되어 있다. 렌즈 어레이(3)는 적외선 검출 소자(2)측에 초점(F3)을 갖는다. 메니스커스 렌즈(4, 4a)는 돔 형상이며, 렌즈 어레이(3)와 적외선 검출 소자(2) 사이에 배치되어 있다. 메니스커스 렌즈(4)는 렌즈 어레이(3)측의 제 1 면(41)과, 적외선 검출 소자(2)측의 제 2 면(42)을 갖는다. 메니스커스 렌즈(4, 4a)는 중앙부(5)와, 둘레부(6)를 갖는다. 중앙부(5)는 메니스커스 렌즈(4, 4a)의 광축(A4)과 제 1 면(41)의 교점인 정점(C4)을 포함한다. 둘레부(6)는 메니스커스 렌즈(4, 4a)의 제 1 면(41)의 단부(E4)를 포함한다. 메니스커스 렌즈(4, 4a)의 중앙부(5)에 대해서는, 제 1 면(41)의 불유점(410)이 렌즈 어레이(3)의 초점(F3)에 위치하여 있다. 메니스커스 렌즈(4, 4a)의 둘레부(6)에 대해서는, 제 2 면(42)의 불유점(420)이 렌즈 어레이(3)의 초점(F3)에 위치하여 있다.
제 1 태양에 따른 적외선 검출 장치(1, 1a)는, 검지 에어리어의 광각화를 도모하면서 감도의 저하를 억제하는 것이 가능하게 된다.
제 2 태양에 따른 적외선 검출 장치(1)에서는, 제 1 태양에 있어서, 메니스커스 렌즈(4)는 제 2 면(42)에 있어서 메니스커스 렌즈(4)의 광축(A4)을 중심으로 하여 동심적인 복수의 렌즈면(421)을 갖는 프레넬 렌즈이다. 제 1 면(41)은 둘레부(6)에 있어서의 곡률 반경이 중앙부(5)에 있어서의 곡률 반경보다 크다. 복수의 렌즈면(421)의 각각은 메니스커스 렌즈(4)의 광축(A4)에 평행한 방향에 있어서 정점(C4)으로부터 멀어짐에 따라 광축(A4)과의 거리가 길어지도록 경사져 있거나, 또는 메니스커스 렌즈(4)의 광축(A4)에 평행이다.
제 2 태양에 따른 적외선 검출 장치(1)에서는, 메니스커스 렌즈(4)를 성형에 의해 형성할 수 있는 동시에, 수차의 발생을 억제할 수 있다.
제 3 태양에 따른 적외선 검출 장치(1a)에서는, 제 1 태양에 있어서, 메니스커스 렌즈(4a)는 중앙부(5)에서는 제 2 면(42)에, 메니스커스 렌즈(4a)의 광축(A4)을 중심으로 하여 동심적인 복수의 렌즈면(421)을 갖고, 둘레부(6)에서는 제 1 면(41)에, 메니스커스 렌즈(4a)의 광축(A4)을 중심으로 하여 동심적인 복수의 렌즈면(411)을 갖는다. 제 2 면(42)에 있어서의 복수의 렌즈면(421)은, 메니스커스 렌즈(4a)의 광축(A4)에 평행한 방향에 있어서 정점(C4)으로부터 멀어짐에 따라 광축(A4)과의 거리가 길어지도록 경사져 있거나, 또는 메니스커스 렌즈(4a)의 광축(A4)에 평행이다. 제 1 면(41)에 있어서의 복수의 렌즈면(411)은, 메니스커스 렌즈(4a)의 광축(A4)에 평행한 방향에 있어서 정점(C4)으로부터 멀어짐에 따라 광축(A4)과의 거리가 길어지도록 경사져 있다.
제 3 태양에 따른 적외선 검출 장치(1a)에서는, 메니스커스 렌즈(4a)를 성형에 의해 형성할 수 있는 동시에, 수차의 발생을 억제할 수 있다.
제 4 태양에 따른 적외선 검출 장치(1, 1a)에서는, 제 1 내지 제 3 태양 중 어느 하나에 있어서, 렌즈 어레이(3)의 재료는 폴리에틸렌을 포함한다. 메니스커스 렌즈(4)의 재료는 폴리에틸렌을 포함한다.
제 4 태양에 따른 적외선 검출 장치(1, 1a)에서는, 저비용화를 도모하는 것이 가능하게 된다.
제 5 태양에 따른 적외선 검출 장치(1, 1a)는 제 1 내지 제 4 태양 중 어느 하나에 있어서, 렌즈 어레이(3)를 포함하는 제 1 부재(11)와, 메니스커스 렌즈(4, 4a)를 포함하는 제 2 부재(12)를 구비한다. 제 1 부재(11)와 제 2 부재(12)가 일체화되어 있다.
제 5 태양에 따른 적외선 검출 장치(1, 1a)에서는, 렌즈 어레이(3)와 메니스커스 렌즈(4, 4a)의 상대적인 위치 정밀도를 높이는 것이 가능하게 된다.
제 6 태양에 따른 적외선 검출 장치(1, 1a)에서는, 제 5 태양에 있어서, 제 1 부재(11)와 제 2 부재(12) 중 일방이 복수의 후크(13)를 갖는 동시에, 타방이 복수의 후크(13)에 일대일로 대응하는 복수의 구멍(14)을 갖는다. 복수의 후크(13)가 복수의 구멍(14) 중 대응하는 구멍(14)을 통과하고 있고 대응하는 구멍(14)의 주변에 걸려 있음으로써 제 1 부재(11)와 제 2 부재(12)가 일체화되어 있다.
제 6 태양에 따른 적외선 검출 장치(1, 1a)에서는, 제 1 부재(11)와 제 2 부재(12)를 용이하게 일체화하는 것이 가능하게 된다.
제 7 태양에 따른 적외선 검출 장치(1, 1a)는 제 6 태양에 있어서, 적외선 검출 소자(2)가 수납된 패키지(9)를 더 구비한다. 패키지(9)는 창재(93)를 포함한다. 창재(93)는 적외선 검출 소자(2)의 광축(A2)에 교차하여 있다. 창재(93)는 적외선을 투과한다. 제 2 부재(12)는 패키지(9)를 둘러싸는 통부(120)와, 통부(120)의 둘레 방향에 있어서 서로 이격되어 있고 통부(120)의 내주면(1200)으로부터 돌출하여 있는 복수의 리브(1201)를 포함한다. 복수의 리브(1201)와 패키지(9)의 측면이 접촉하여 있다.
제 7 태양에 따른 적외선 검출 장치(1, 1a)에서는, 적외선 검출 소자(2)와 창재(93)와 메니스커스 렌즈(4, 4a)의 상대적인 위치 정밀도를 높이는 것이 가능하게 된다.
제 8 태양에 따른 적외선 검출 장치(1, 1a)에서는, 제 7 태양에 있어서, 제 2 부재(12)는 위치 결정 돌기(1204)를 갖는다. 위치 결정 돌기(1204)는 통부(120)의 내주면(1200)으로부터 돌출하여 있다. 위치 결정 돌기(1204)는 패키지(9)에 메니스커스 렌즈(4, 4a)측과는 반대측으로부터 접하여 있다.
제 8 태양에 따른 적외선 검출 장치(1, 1a)에서는, 적외선 검출 소자(2)와 창재(93)와 메니스커스 렌즈(4, 4a)의 상대적인 위치 정밀도를 높이는 것이 가능하게 된다.
제 9 태양에 따른 적외선 검출 장치(1, 1a)에서는, 제 7 또는 제 8 태양에 있어서, 패키지(9)는 패키지 본체(90)와, 돌출부(903)를 포함한다. 패키지 본체(90)는 적외선 검출 소자(2)를 수납하고 창재(93)를 보지하고 있다. 돌출부(903)는 패키지 본체(90)에 있어서의 창재(93)측과는 반대측의 단부로부터 적외선 검출 소자(2)의 광축(A2)에 교차하는 방향으로 돌출하여 있다. 제 2 부재(12)의 통부(120)는 메니스커스 렌즈(4, 4a)측과는 반대측의 단부면(1202)에 돌출부(903)가 끼워져 있는 홈(1203)을 갖는다.
제 9 태양에 따른 적외선 검출 장치(1, 1a)에서는, 적외선 검출 소자(2)와 창재(93)와 메니스커스 렌즈(4, 4a)의 상대적인 위치 정밀도를 높이는 것이 가능하게 된다.
제 10 태양에 따른 적외선 검출 장치(1, 1a)는 제 1 내지 제 9 태양 중 어느 하나에 있어서, 적외선 검출 소자(2)는 초전 소자이다.
1, 1a : 적외선 검출 장치 2 : 적외선 검출 소자
3 : 렌즈 어레이 30 : 렌즈
31 : 제 1 면 32 : 제 2 면
4, 4a : 메니스커스 렌즈 41 : 제 1 면
410 : 불유점 411 : 렌즈면
42 : 제 2 면 420 : 불유점
421 : 렌즈면 5 : 중앙부
6 : 둘레부 9 : 패키지
90 : 패키지 본체 903 : 돌출부
93 : 창재 11 : 제 1 부재
12 : 제 2 부재 120 : 통부
1200 : 내주면 1201 : 리브
1202 : 단부면 1203 : 홈
13 : 후크 14 : 구멍
A2 : 광축 A4 : 광축
C4 : 정점 E4 : 단부
3 : 렌즈 어레이 30 : 렌즈
31 : 제 1 면 32 : 제 2 면
4, 4a : 메니스커스 렌즈 41 : 제 1 면
410 : 불유점 411 : 렌즈면
42 : 제 2 면 420 : 불유점
421 : 렌즈면 5 : 중앙부
6 : 둘레부 9 : 패키지
90 : 패키지 본체 903 : 돌출부
93 : 창재 11 : 제 1 부재
12 : 제 2 부재 120 : 통부
1200 : 내주면 1201 : 리브
1202 : 단부면 1203 : 홈
13 : 후크 14 : 구멍
A2 : 광축 A4 : 광축
C4 : 정점 E4 : 단부
Claims (10)
- 적외선 검출 소자와,
복수의 렌즈를 포함하고, 상기 적외선 검출 소자의 광축에 교차하도록 배치되어 있고, 상기 적외선 검출 소자측에 초점을 갖는 렌즈 어레이와,
상기 렌즈 어레이와 상기 적외선 검출 소자 사이에 배치되어 있고, 상기 렌즈 어레이측의 제 1 면과 상기 적외선 검출 소자측의 제 2 면을 갖는 돔 형상의 메니스커스 렌즈를 구비하고,
상기 메니스커스 렌즈는,
상기 메니스커스 렌즈의 광축과 상기 제 1 면의 교점인 정점 및 상기 메니스커스 렌즈의 상기 광축과 상기 제 2 면의 교점을 포함하는 중앙부와,
상기 메니스커스 렌즈의 상기 제 1 면의 단부 및 상기 제 2 면의 단부를 포함하는 둘레부를 갖고,
상기 메니스커스 렌즈의 상기 중앙부에 대해서는, 상기 제 1 면의 불유점이 상기 렌즈 어레이의 상기 초점에 위치하여 있고,
상기 메니스커스 렌즈의 상기 둘레부에 대해서는, 상기 제 2 면의 불유점이 상기 렌즈 어레이의 상기 초점에 위치하여 있는
적외선 검출 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 메니스커스 렌즈는 상기 제 2 면에 있어서 상기 메니스커스 렌즈의 상기 광축을 중심으로 하여 동심적인 복수의 렌즈면을 갖는 프레넬 렌즈이며,
상기 제 1 면은 상기 둘레부에 있어서의 곡률 반경이 상기 중앙부에 있어서의 곡률 반경보다 크고,
상기 복수의 렌즈면 각각은 상기 메니스커스 렌즈의 상기 광축에 평행한 방향에 있어서 상기 정점으로부터 멀어짐에 따라 상기 광축과의 거리가 길어지도록 경사져 있거나, 또는 상기 메니스커스 렌즈의 상기 광축에 평행인
적외선 검출 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 메니스커스 렌즈는 상기 중앙부에서는 상기 제 2 면에, 상기 메니스커스 렌즈의 상기 광축을 중심으로 하여 동심적인 복수의 렌즈면을 갖고, 상기 둘레부에서는 상기 제 1 면에, 상기 메니스커스 렌즈의 상기 광축을 중심으로 하여 동심적인 복수의 렌즈면을 갖고,
상기 제 2 면에 있어서의 상기 복수의 렌즈면은 상기 메니스커스 렌즈의 상기 광축에 평행한 방향에 있어서 상기 정점으로부터 멀어짐에 따라 상기 광축과의 거리가 길어지도록 경사져 있거나, 또는 상기 메니스커스 렌즈의 상기 광축에 평행이며,
상기 제 1 면에 있어서의 상기 복수의 렌즈면은 상기 메니스커스 렌즈의 상기 광축에 평행한 방향에 있어서 상기 정점으로부터 멀어짐에 따라 상기 광축과의 거리가 길어지도록 경사져 있는
적외선 검출 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 렌즈 어레이의 재료는 폴리에틸렌을 포함하고,
상기 메니스커스 렌즈의 재료는 폴리에틸렌을 포함하는
적외선 검출 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 렌즈 어레이를 포함하는 제 1 부재와,
상기 메니스커스 렌즈를 포함하는 제 2 부재를 구비하고,
상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재가 일체화되어 있는
적외선 검출 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재 중 일방이 복수의 후크를 갖는 동시에, 타방이 상기 복수의 후크에 일대일로 대응하는 복수의 구멍을 갖고,
상기 복수의 후크가 상기 복수의 구멍 중 대응하는 구멍을 통과하고 있고 상기 대응하는 구멍의 주변에 걸려 있음으로써 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재가 일체화되어 있는
적외선 검출 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 적외선 검출 소자를 수납하고 있는 패키지를 더 구비하고,
상기 패키지는 상기 적외선 검출 소자의 광축에 교차하여 있고, 적외선을 투과하는 창재를 포함하고,
상기 제 2 부재는,
상기 패키지를 둘러싸는 통부와, 상기 통부의 둘레 방향에 있어서 서로 이격되어 있고 상기 통부의 내주면으로부터 돌출하여 있는 복수의 리브를 포함하고,
상기 복수의 리브와 상기 패키지의 측면이 접촉하여 있는
적외선 검출 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 2 부재는 상기 통부의 내주면으로부터 돌출하여 있고, 상기 패키지에 상기 메니스커스 렌즈측과는 반대측으로부터 접하여 있는 위치 결정 돌기를 갖는
적외선 검출 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 패키지는,
상기 적외선 검출 소자를 수납하고 상기 창재를 보지하고 있는 패키지 본체와,
상기 패키지 본체에 있어서의 상기 창재측과는 반대측의 단부로부터 상기 적외선 검출 소자의 상기 광축에 교차하는 방향으로 돌출하여 있는 돌출부를 포함하고,
상기 제 2 부재의 상기 통부는 상기 메니스커스 렌즈측과는 반대측의 단부면에 상기 돌출부가 끼워져 있는 홈을 갖는
적외선 검출 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적외선 검출 소자는 초전 소자인
적외선 검출 장치.
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