TWI729375B - 紅外線檢測裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明的課題在於提供一種紅外線檢測裝置，其能達成偵測區的廣角化且抑制靈敏度的下降。彎月透鏡(4)係圓頂狀。彎月透鏡(4)具有：透鏡陣列(3)側的第1面(41)；及紅外線檢測元件(2)側的第2面(42)。彎月透鏡(4)具有中央部(5)及周邊部(6)。中央部(5)包含頂點(C4)，其係彎月透鏡(4)的光軸(A4)與第1面(41)的交點。周邊部(6)包含彎月透鏡(4)的第1面(41)的端緣(E4)。針對彎月透鏡(4)的中央部(5)，第1面(41)的齊明點位於透鏡陣列(3)的焦點(F3)。針對彎月透鏡(4)的周邊部(6)，第2面(42)的齊明點位於透鏡陣列(3)的焦點(F3)。
Description
本發明一般而言係關於紅外線檢測裝置，詳言之，係關於具備透鏡陣列及紅外線檢測元件的紅外線檢測裝置。
習知的紅外線感測器(紅外線檢測裝置)，具備：紅外線偵測元件(紅外線檢測元件)；透鏡陣列；及光學構件(日本國專利申請公開號碼2015－194400)。
光學構件包含：具有一對鏡面的反射片：及支撐反射片的支撐部。
於專利文獻1所記載的紅外線感測器中，通過透鏡陣列直接向朝向紅外線檢測元件的紅外線的一部分被反射片遮蔽，使得靈敏度下降。
本發明的目的在於提供一種紅外線檢測裝置，其能達成偵測區的廣角化且抑制靈敏度的下降。
本發明的一態樣之紅外線檢測裝置具備：紅外線檢測元件；透鏡陣列；及彎月透鏡。該透鏡陣列包含複數之透鏡。該透鏡陣列以與該紅外線檢測元件的光軸交叉的方式配置。該透鏡陣列於該紅外線檢測元件側具有焦點。該彎月透鏡係圓頂狀，並配置於該透鏡陣列與該紅外線檢測元件之間。該彎月透鏡具有：該透鏡陣列側的第1面；及該紅外線檢測元件側的第2面。該彎月透鏡具有中央部及周邊部。該中央部包含：該彎月透鏡的光軸與該第1面之交點亦即頂點、和該彎月透鏡的該光軸與該第2面之交點。該周邊部包含該彎月透鏡的該第1面的端緣和該第2面的端緣。針對該彎月透鏡的該中央部，該第1面的齊明點位於該透鏡陣列的該焦點。針對該彎月透鏡的該周邊部，該第2面的齊明點位於該透鏡陣列的該焦點。
(實施形態1)
(1)紅外線檢測裝置的整體構成
以下，參考圖式，說明實施形態1的紅外線檢測裝置1。
如圖1～7所示，紅外線檢測裝置1具備：紅外線檢測元件2；透鏡陣列3；及彎月透鏡4。透鏡陣列3具有複數(例如，53個)透鏡30。包含透鏡陣列3與彎月透鏡4的光學系，將紅外線聚光於紅外線檢測元件2。又，圖7中，以細線表示紅外線的行進路徑的模擬結果。
又，紅外線檢測裝置1更具備訊號處理部7(參考圖8)。訊號處理部7構成為：根據紅外線檢測元件2的輸出訊號將人體檢測訊號往外部裝置(外部電路)輸出。「人體偵測訊號」的一例為：僅於固定時間成為高位準的脈衝訊號。
又，如圖1所示，紅外線檢測裝置1更具備安裝基板8。於安裝基板8，安裝有紅外線檢測元件2及訊號處理部7。安裝基板8例如為成型基板。又，紅外線檢測裝置1更具備：收納紅外線檢測元件2的封裝體9。封裝體9包含使紅外線穿透的窗材93。封裝體9亦收納訊號處理部7及安裝基板8。
又，紅外線檢測裝置1具備：包含透鏡陣列3的第1構件11；及包含彎月透鏡4的第2構件12，第1構件11與第2構件12成一體化。
(2)紅外線檢測裝置的各構成要件
其次，參考圖式，說明紅外線檢測裝置1的各構成要件。
(2.1)紅外線檢測元件
紅外線檢測元件2係焦電元件。詳言之，例如，如圖6A及6B所示，紅外線檢測元件2係於1片焦電體基板23形成4個檢測部24之四個1組式(quad type)的焦電元件。
紅外線檢測元件2中，於1片焦電體基板23，將4個檢測部24排成2×2的矩陣狀(陣列狀)。
焦電體基板23的俯視形狀為正方形。焦電體基板23係具有焦電性的基板。焦電體基板23由例如單結晶的LiTaO3
基板所構成。
複數之檢測部24各自的俯視形狀為正方形。紅外線檢測元件2係配置成：檢測部24各自的中心，係位於焦電體基板23的中央部之較焦電體基板23的外周線230更為內側的假想正方形的4個角。
複數之檢測部24各自的俯視形狀為正方形。複數之檢測部24各自為電容器，具備：形成於焦電體基板23的表面231之表面電極25；形成於焦電體基板23的背面232之背面電極26；及焦電體基板23中之夾於表面電極25與背面電極26的部分233。表面電極25由吸收紅外線的導電膜(例如，NiCr膜)所構成。圖6A中，於複數之檢測部24中，各自以“＋”、“－”符號表示位於透鏡陣列3側的表面電極25的極性。複數之檢測部24各自的受光面24a，係表面電極25的表面。表面電極25的表面，係表面電極25中之與焦電體基板23側為相反側的主面。
如上所述，紅外線檢測元件2係具備4個檢測部24的四個1組式的焦電元件，該4個檢測部24係排成2×2的矩陣狀以作為複數之檢測部24。在此，紅外線檢測元件2中，於2個對角線方向分別並排的2個檢測部24彼此為並聯，於行方向(圖6A的左右方向)並排的2個檢測部24彼此為反向並聯，於列方向(圖6A的上下方向)並排的2個檢測部24彼此為反向並聯。因此，紅外線檢測元件2中，於2個對角線方向分別並排的2個檢測部24，其各自的表面電極25的極性相同。又，紅外線檢測元件2中，於行方向並排的2個檢測部24之各自的表面電極25的極性相異。又，紅外線檢測元件2中，於列方向並排的2個檢測部24之各自的表面電極25的極性相異。
紅外線檢測元件2的光軸A2，係直立於包含複數之檢測部24各自的受光面24a的正方形的中心的法線。
(2.2)封裝體
如圖1～4所示，封裝體9包含：封裝體本體90；及窗材93。封裝體9係所謂的罐型封裝(Can Package)，包含複數(3個)引線端子95。封裝體本體90收納紅外線檢測元件2並固持窗材93。封裝體本體90包含台座91及罩蓋92。
台座91具有導電性。在此，台座91係金屬製。台座91係圓盤狀，於台座91的厚度方向的一面側，支撐安裝基板8。
罩蓋92具有導電性。在此，罩蓋92係金屬製。罩蓋92係有底圓筒狀，以覆蓋安裝基板8、訊號處理部7及紅外線檢測元件2的方式固接於台座91。
窗材93係使紅外線穿透的紅外線穿透構件。窗材93具有導電性。在此，窗材93包含例如矽基板。窗材93除了矽基板外，還包含疊層於此矽基板的紅外線濾光片。紅外線濾光片，係使紅外線檢測裝置1的檢測對象的波段的紅外線穿透的光學多層膜。
窗材93以將形成於罩蓋92的前壁的窗孔921封閉的方式配置。窗材93藉由導電性材料接合於罩蓋92，而與罩蓋92電性連接。窗材93配置於紅外線檢測元件2的受光面的前方。紅外線檢測元件2的受光面，包含複數之檢測部24各自的受光面24a。紅外線檢測裝置1中，紅外線檢測元件2以該光軸A2通過窗材93的中心的方式配置。因此，窗材93與紅外線檢測元件2的光軸A2交叉(在此為垂直)。從沿著紅外線檢測元件2的光軸A2的方向觀察，窗材93大於紅外線檢測元件2。
又，封裝體9包含突部903(參考圖2～4)。突部903從封裝體本體90中之與窗材93側為相反側的端部，往與紅外線檢測元件2的光軸A2交叉的方向突出。
3個引線端子95固持於台座91。3個引線端子95各自為接腳狀。3個引線端子95各自於台座91的厚度方向貫穿台座91。3個引線端子95係供電用引線端子、訊號輸出用引線端子及接地用引線端子。
(2.3)訊號處理部
訊號處理部7(參考圖8)例如由單晶片的IC(Integrated Circuit：積體電路)元件所構成。
例如，如圖8所示，訊號處理部7包含電流電壓轉換電路71、電壓放大電路72、判斷電路73及輸出電路74。
電流電壓轉換電路71係將從紅外線檢測元件2所輸出的輸出訊號亦即電流訊號轉換成電壓訊號而輸出的電路。電流電壓轉換電路71可使用例如運算放大器及電容器等而構成。
電壓放大電路72係將從電流電壓轉換電路71所輸出的電壓訊號中既定頻段(例如，0.1Hz～10Hz)的電壓訊號放大而輸出的電路。電壓放大電路72具有作為帶通濾波器的功能。作為帶通濾波器的功能，係使從電流電壓轉換電路71所輸出的電壓訊號中之上述既定頻段的成分通過，並且將成為雜訊的不需要的頻率成分去除的功能。
判斷電路73，係比較從電壓放大電路72所輸出的電壓訊號與事先設定的閾值以判斷電壓訊號是否超過閾值的電路。判斷電路73可使用例如比較器等而構成。詳言之，判斷電路73例如為窗型比較器，其構成為：於電壓訊號的位準超過第1閾值時(高於時)或超過小於第1閾值的第2閾值時(低於時)，輸出訊號成為L位準，而於未超過第1閾值及第2閾值之任一者時，輸出訊號成為H位準。
輸出電路74，係於判斷電路73判斷為電壓訊號已超過閾值時送出人體偵測訊號作為輸出訊號的電路。輸出電路例如可使用場效電晶體及2個電阻等而構成。場效電晶體例如為p通道的增強型MOSFET。
(2.4)透鏡陣列
透鏡陣列3係包含複數(例如，53個)透鏡30的多透鏡。
透鏡陣列3中來自外部的紅外線射入的第1面31，係由複數之透鏡30各自的入射面的群組所構成。透鏡陣列3中紅外線射出的第2面32，係由複數之透鏡30各自的射出面的群組所構成。
透鏡陣列3配置於紅外線檢測元件2的前方。「紅外線檢測元件2的前方」意指，沿著紅外線檢測元件2的光軸A2的方向中之紅外線檢測元件2的受光面側。透鏡陣列3配置成與紅外線檢測元件2的光軸A2交叉。透鏡陣列3於紅外線檢測元件2側具有焦點F3。
複數之透鏡30各自係用以將紅外線聚光至紅外線檢測元件2的聚光透鏡，由凸透鏡所構成。各自構成複數之透鏡30的凸透鏡，係非球面透鏡，但不限於此，亦可為例如球面透鏡。
透鏡陣列3設計成複數之透鏡30各自於紅外線檢測元件2側的焦點為相同位置。因此，透鏡陣列3的焦點F3與複數之透鏡30各自於紅外線檢測元件2側的焦點一致。藉由複數之透鏡30各自控制的控制對象的紅外線，例如，係5μm～25μm波段的紅外線。
透鏡陣列3的材料，例如含有聚乙烯。詳言之，透鏡陣列3的材料，係添加白色顏料或黑色顏料的聚乙烯。作為白色顏料，例如宜採用氧化鈦等無機顏料。作為黑色顏料，例如宜採用碳黑等微粒子。透鏡陣列3，例如可藉由成型法形成。作為成型法，例如可採用射出成型法、壓縮成型法等。
(2.5)彎月透鏡
彎月透鏡4係圓頂狀，配置於透鏡陣列3與紅外線檢測元件2之間。彎月透鏡4具有：透鏡陣列3側的第1面41；及紅外線檢測元件2側的第2面42。彎月透鏡4具有中央部5及周邊部6。中央部5包含頂點C4，頂點C4係彎月透鏡4的光軸A4與第1面41的交點。周邊部6包含彎月透鏡4的第1面41的端緣E4。
彎月透鏡4係齊明彎月透鏡(aplanatic meniscus lens)。齊明彎月透鏡，係彎月透鏡的一種。「齊明彎月透鏡」意指，具有彼此共軛的一組齊明點(aplanatic point)的彎月透鏡。「齊明點」意指，於旋轉對稱的光學成像系統中，理論上光軸上的物點形成沒有像差的成像時的共軛點。
在此，於說明實施形態1的紅外線檢測裝置1中的彎月透鏡4的詳細內容前，先參考圖11A～11E說明彎月透鏡的原理。又，圖11A～11E中，以細線表示紅外線的行進路徑的模擬結果。
圖11A所示的第1例的彎月透鏡4r中，第1面41及第2面42分別由球面的一部分所構成。於第1例的彎月透鏡4r中，對應於第1面41的球面中心(齊明點410)與對應於第2面42的球面中心(齊明點420)相同。於第1例的彎月透鏡4r中，垂直入射至第1面41的紅外線，於第1面41及第2面42中皆未折射而聚光於聚光位置P2。聚光位置P2，係與齊明點410及齊明點420相同的位置。
圖11B所示的第2例的彎月透鏡4s中，第1面41及第2面42分別由球面的一部分所構成。於第2例的彎月透鏡4s中，對應於第1面41的球面中心(齊明點410)與對應於第2面42的球面中心(齊明點420)相異，於沿著彎月透鏡4s的光軸的方向(圖11B的上下方向)中，齊明點420較齊明點410更遠離第2面42。於第2例的彎月透鏡4s中，垂直入射至第1面41的紅外線，於第1面41不折射而於第2面42折射，且聚光於聚光位置P2。聚光位置P2，係於沿著彎月透鏡4s的光軸的方向中從齊明點410往第2面42側偏移的位置。
圖11C所示的第3例的彎月透鏡4t中，第1面41及第2面42分別由球面的一部分所構成。於第3例的彎月透鏡4t中，對應於第1面41的球面中心(齊明點410)與對應於第2面42的球面中心(齊明點420)相異，於沿著彎月透鏡4t的光軸的方向(圖11C的上下方向)中，齊明點420較齊明點410更接近第2面42。於第3例的彎月透鏡4t中，垂直入射至第1面41的紅外線，於第1面41不折射而於第2面42折射，且聚光於聚光位置P2。聚光位置P2，係於沿著彎月透鏡4t的光軸的方向中從齊明點410往第2面42側的相反側偏離的位置。
圖11D所示的第4例的彎月透鏡4u中，第1面41及第2面42分別由球面的一部分所構成。於第4例的彎月透鏡4u中，對應於第1面41的球面中心(齊明點410)與對應於第2面42的球面中心(齊明點420)相異，於沿著彎月透鏡4u的光軸的方向(圖11D的上下方向)中，齊明點410較齊明點420更遠離第2面42。於第4例的彎月透鏡4u中，垂直入射至第1面41的紅外線，於第1面41不折射而於第2面42折射，且聚光於聚光位置P2。聚光位置P2，係於沿著彎月透鏡4u的光軸的方向中從齊明點420往第2面42側的相反側偏離的位置。
圖11E所示的第5例的彎月透鏡4v中，第1面41及第2面42分別由球面的一部分所構成。於第5例的彎月透鏡4v中，對應於第1面41的球面中心(齊明點410)與對應於第2面42的球面中心(齊明點420)相異，於沿著彎月透鏡4v的光軸的方向(圖11E的上下方向)中，齊明點410較齊明點420更位於第2面42側。於第5例的彎月透鏡4v中，垂直入射至第1面41的紅外線，於第1面41不折射而於第2面42折射，且聚光於聚光位置P2。聚光位置P2，係於沿著彎月透鏡4v的光軸的方向中從齊明點410往第2面42側的相反側偏離的位置，係齊明點410與齊明點420的中間的位置。
從第1例～第5例可知，為了達成具備如圖1般配置於彎月透鏡4中之與透鏡陣列3側為相反側(圖1的下側)的紅外線檢測元件2的紅外線檢測裝置1的偵測區的廣角化，必須如第3例及第4例般，使第1面41的中心(齊明點410)較第2面42的中心(齊明點420)更位於下側。
然而，於第3例的彎月透鏡4t(圖11C及12A)中，因第2面42大於半球面，故於予以菲涅耳化時，即使可將其薄化但會變成如圖12B所示形狀的彎月透鏡4w，成為以射出成型無法脫模的形狀。又，圖12A及12B中，以細線表示紅外線的行進路徑的模擬結果。
又，於將第4例的彎月透鏡4u(圖11D)予以菲涅耳化時，成為圖13所示形狀的彎月透鏡4x，雖為以射出成型可脫模的形狀，但因於第1面41與第2面42兩者產生折射，故產生像差。又，圖13中，以細線表示紅外線的行進路徑的模擬結果。
相對於此，針對實施形態1的紅外線檢測裝置1中的彎月透鏡4的中央部5，如圖10A所示，第1面41的齊明點410位於透鏡陣列3的焦點F3。又，針對彎月透鏡4的周邊部6，如圖10B所示，第2面42的齊明點420位於透鏡陣列3的焦點F3。第1面41的齊明點410及第2面42的齊明點420，位於彎月透鏡4的光軸A4(參考圖1及7)上。亦即，於彎月透鏡4的中央部5，利用第3例的原理(原理3)，而於彎月透鏡4的周邊部，則利用第4例的原理(原理4)。因此，藉由實施形態1的紅外線檢測裝置1，可為以射出成型可脫模的形狀，且可抑制像差的產生。又，於圖10A及10B中，以細線表示紅外線的行進路徑的模擬結果。
彎月透鏡4的材料，例如含有聚乙烯。詳言之，彎月透鏡4的材料，係添加白色顏料或黑色顏料的聚乙烯。作為白色顏料，例如宜採用氧化鈦等無機顏料。作為黑色顏料，例如宜採用碳黑等微粒子。彎月透鏡4，例如可藉由成型法形成。作為成型法，例如可採用射出成型法、壓縮成型法等。
藉由彎月透鏡4控制的控制對象的紅外線，例如，為5μm～25μm波段的紅外線。彎月透鏡4的壁厚越厚，則控制對象的紅外線的穿透率越下降。當彎月透鏡4的壁厚增加0.1mm，則垂直入射的控制對象的紅外線的穿透率大約下降10％左右。所謂「垂直入射」意指，對於彎月透鏡4的第1面41的任意點，沿著此任意點的法線而入射。
於實施形態1的紅外線檢測裝置1中，彎月透鏡4係菲涅耳透鏡。藉此，實施形態1的紅外線檢測裝置1，可使彎月透鏡4的壁厚變薄，而可達成高靈敏度化。又，於實施形態1的紅外線檢測裝置1中，如圖5A及7所示，彎月透鏡4具有1個中心透鏡43及複數(11個)帶狀透鏡44。
(2.6)第1構件及第2構件
紅外線檢測裝置1中，如上所述，包含透鏡陣列3的第1構件11與包含彎月透鏡4的第2構件12成一體化(參考圖1)。第1構件11係包含透鏡陣列3的樹脂成型體。第2構件12係包含彎月透鏡4的樹脂成型體。
紅外線檢測裝置1中，第1構件11與第2構件12其中一者(在此，為第1構件11)具有複數(2個)掛鉤13，而其中另一者(在此，為第2構件12)具有與複數(2個)掛鉤13成一對一對應的複數(2個)孔14。紅外線檢測裝置1中，複數之掛鉤13通過複數之孔14中所對應的孔14而勾掛於所對應的孔14的周邊(在此，為第2構件12中的孔14的周邊)，藉此使第1構件11與第2構件12成一體化。亦即，紅外線檢測裝置1中，藉由使彼此相異的構件，亦即第1構件11與第2構件12相結合而一體化。
第2構件12包含：筒部120及複數之肋條1201(參考圖5A及5B)。筒部120包圍封裝體9。複數之肋條1201於筒部120的周向彼此分隔，並從筒部120的內周面1200突出。紅外線檢測裝置1中，複數之肋條1201與封裝體9的側面(封裝體9中的罩蓋92的側面)接觸。筒部120係圓筒狀。第2構件12中，筒部120的壁厚較彎月透鏡4的壁厚為厚。藉此，紅外線檢測裝置1中，可抑制來自外部的紅外線穿透筒部120而到達封裝體9的側面。
第2構件12具有定位凸起1204(參考圖3及5A)。定位凸起1204從筒部120的內周面1200突出。定位凸起1204從彎月透鏡4側的相反側抵接於封裝體9。詳言之，第2構件12的定位凸起1204抵接於封裝體本體90的台座91的背面。第2構件12具備複數(2個)定位凸起1204。複數之定位凸起1204於筒部120的周向分離配置。
又，第2構件12的筒部120於與彎月透鏡4側為相反側的端面1202，具有供突部903嵌入的溝1203(參考圖2～4)。
(2.7)紅外線檢測裝置的偵測區
實施形態1的紅外線檢測裝置1，例如用於偵測區內的熱源的偵測。熱源例如為人。偵測區實際上看不見。實施形態1的紅外線檢測裝置1中，偵測區係半球狀。如圖9所示，紅外線檢測裝置1例如裝載於配置在辦公室等的會議室201的桌子202上的負載控制設備200。此情形時，紅外線檢測裝置1配置成紅外線檢測元件2的受光面朝鉛直上方而使用。負載控制設備200，例如係根據會議室201內坐於複數之椅子203的人的偵測結果，控制會議室201內的負載(例如，照明負載、空調、拍攝裝置等)的設備。在此，負載控制設備200具備根據來自紅外線檢測裝置1的人體偵測訊號控制負載的控制部。控制部，例如由包含CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)及記憶體的電腦所構成。
紅外線檢測裝置1中，偵測區由包含紅外線檢測元件2、透鏡陣列3及彎月透鏡4的受光單元所決定。受光單元亦包含窗材93。偵測區亦與封裝體9(參考圖1及4)的窗材93的大小及形狀、罩蓋92的窗孔921的開口形狀等相關。
(3)效果
實施形態1的紅外線檢測裝置1具備：紅外線檢測元件2、透鏡陣列3、彎月透鏡4。透鏡陣列3包含複數之透鏡30。透鏡陣列3以與紅外線檢測元件2的光軸A2交叉的方式配置。透鏡陣列3於紅外線檢測元件2側具有焦點F3。彎月透鏡4係圓頂狀，配置於透鏡陣列3與紅外線檢測元件2之間。彎月透鏡4具有：透鏡陣列3側的第1面41與紅外線檢測元件2側的第2面42。彎月透鏡4具有中央部5及周邊部6。中央部5包含彎月透鏡4的光軸A4與第1面41的交點，亦即頂點C4。周邊部6包含彎月透鏡4的第1面41的端緣E4。針對彎月透鏡4的中央部5，第1面41的齊明點410位於透鏡陣列3的焦點F3。針對彎月透鏡4的周邊部6，第2面42的齊明點420位於透鏡陣列3的焦點F3。
藉此，實施形態1的紅外線檢測裝置1中，能達成偵測區的廣角化(例如，實現150度以上的偵測角)且抑制靈敏度的下降。又，於實施形態1的紅外線檢測裝置1中，因於透鏡陣列3與窗材93之間並未配置具備反射片的光學構件，故不會產生如紅外線被反射片遮蔽的問題。
又，於實施形態1的紅外線檢測裝置1中，彎月透鏡4係菲涅耳透鏡，其於第2面42中具有以彎月透鏡4的光軸A4為中心之同心的複數之透鏡面421(參考圖1、5A及7)。第1面41中，周邊部6的曲率半徑大於中央部5的曲率半徑。複數之透鏡面421，各自於與彎月透鏡4的光軸A4平行的方向以隨著距頂點C4越遠而與光軸A4的距離變越長的方式傾斜、或與彎月透鏡4的光軸A4平行。
藉此，藉由實施形態1的紅外線檢測裝置1，可以成型法形成彎月透鏡4，且可抑制像差的產生。
(實施形態2)
實施形態2的紅外線檢測裝置1a中，如圖14A及14B所示，彎月透鏡4a的形狀與實施形態1的紅外線檢測裝置1中的彎月透鏡4的形狀相異。關於實施形態2的紅外線檢測裝置，因其他構成與實施形態1的紅外線檢測裝置1相同，故省略圖示及說明。
實施形態2的紅外線檢測裝置1a中的彎月透鏡4a，如圖14A所示，於中央部5中於第2面42，具有以彎月透鏡4a的光軸A4為中心之同心的複數之透鏡面421，如圖14B所示，於周邊部6中於第1面41，具有以彎月透鏡4a的光軸A4為中心之同心的複數之透鏡面411。第2面42中的複數之透鏡面421，於與彎月透鏡4a的光軸A4平行的方向以隨著距頂點C4越遠而與光軸A4的距離變越長的方式傾斜、或與彎月透鏡4a的光軸A4平行。第1面41中的複數之透鏡面411，於與彎月透鏡4a的光軸A4平行的方向以隨著距頂點C4越遠而與光軸A4的距離變越長的方式傾斜。
藉由實施形態2的紅外線檢測裝置1a，可以成型法形成彎月透鏡4a，且可抑制像差的產生。又，圖14A及14B中，以細線表示紅外線的行進路徑的模擬結果。
(變形例)
上述的實施形態1、2僅為本發明的各種實施形態之其一。只要能達成本發明的目的，上述實施形態1、2可依設計等而進行各種改變。
例如，紅外線檢測元件2不限於四個1組式的焦電元件，亦可為兩個1組式的焦電元件、單個1組式的焦電元件等。又，紅外線檢測元件2中之檢測部24的形狀、排列等亦無特別限定。
又，紅外線檢測元件2，係用於電流檢測模式並輸出電流訊號作為輸出訊號的焦電元件，但不限於此。例如，紅外線檢測元件2，亦可係用於電壓檢測模式並輸出電壓訊號作為輸出訊號的焦電元件。此情形時，則不需要上述訊號處理部7中的電流電壓轉換電路71。
又，紅外線檢測元件2不限於具備焦電體基板23的構成，例如，亦可為於矽基板表面上的電氣絕緣膜上，形成依背面電極、焦電體薄膜及表面電極的順序排列而構成的檢測部的晶片。
又，紅外線檢測裝置1、1a中，亦可採用熱電堆、電阻熱輻射計等取代焦電元件以作為紅外線檢測元件。
又，透鏡陣列3中，複數之透鏡30亦可各自為菲涅耳透鏡。
又，封裝體9中的窗材93，亦可為矽透鏡等半導體透鏡。又，亦可利用以矽作為材料的窗材93構成彎月透鏡，來取代設置彎月透鏡4、4a。此情形時，因矽相較於聚乙烯，其紅外線的穿透率為高，故即使無法將彎月透鏡予以菲涅耳化，亦可抑制靈敏度的下降。構成彎月透鏡的窗材93，例如可利用陽極氧化技術而形成。
又，紅外線檢測裝置1、1a中，第1構件11具有複數之掛鉤13而第2構件12具有複數之孔14，但不限於此，例如，亦可第2構件12具有複數之掛鉤13而第1構件11具有複數之孔14，並使第1構件11與第2構件12成一體化。
又，紅外線檢測裝置1、1a，不限於將訊號處理部7的構成組件收納於封裝體9內的例子，亦可為將訊號處理部7的構成組件的部分或全部安裝於封裝體9外部(例如，印刷基板等)的構成。又，訊號處理部7並非為紅外線檢測裝置1、1a的必要構成要件。
紅外線檢測裝置1、1a中，即使透鏡陣列3的形狀改變，亦可抑制像差的產生而使紅外線聚光。因此，於偵測區改變之際，可不改變彎月透鏡4、4a的設計而僅以透鏡陣列3的形狀的設計改變來因應。藉此，紅外線檢測裝置1、1a不必依設置於室內的牆壁、室內的天花板、走廊的天花板等各種場所的用途而分別改變彎月透鏡4、4a的設計，故可達到低成本化。
(結論)
從以上所述之實施形態等，揭示下述態樣。
第1態樣的紅外線檢測裝置(1；1a)具備：紅外線檢測元件(2)；透鏡陣列(3)；及彎月透鏡(4；4a)。透鏡陣列(3)包含複數之透鏡(30)。透鏡陣列(3)以與紅外線檢測元件(2)的光軸(A2)交叉的方式配置。透鏡陣列(3)於紅外線檢測元件(2)側具有焦點(F3)。彎月透鏡(4；4a)係圓頂狀，並配置於透鏡陣列(3)與紅外線檢測元件(2)之間。彎月透鏡(4)具有：透鏡陣列(3)側的第1面(41)；及紅外線檢測元件(2)側的第2面(42)。彎月透鏡(4；4a)具有中央部(5)及周邊部(6)。中央部(5)包含頂點(C4)，其係彎月透鏡(4；4a)的光軸(A4)與第1面(41)的交點。周邊部(6)包含彎月透鏡(4；4a)的第1面(41)的端緣(E4)。針對彎月透鏡(4；4a)的中央部(5)，第1面(41)的齊明點(410)位於透鏡陣列(3)的焦點(F3)。針對彎月透鏡(4；4a)的周邊部(6)，第2面(42)的齊明點(420)位於透鏡陣列(3)的焦點(F3)。
藉由第1態樣的紅外線檢測裝置(1；1a)，可達到偵測區的廣角化並抑制靈敏度的下降。
第2態樣的紅外線檢測裝置(1)中，於第1態樣，彎月透鏡(4)係菲涅耳透鏡，其於第2面(42)具有以彎月透鏡(4)的光軸(A4)為中心之同心的複數之透鏡面(421)。第1面(41)中，周邊部(6)的曲率半徑大於中央部(5)的曲率半徑。複數之透鏡面(421)，各自於與彎月透鏡(4)的光軸(A4)平行的方向以隨著距頂點(C4)越遠而與光軸(A4)的距離變越長的方式傾斜、或與彎月透鏡(4)的光軸(A4)平行。
藉由第2態樣的紅外線檢測裝置(1)，可以成型法形成彎月透鏡(4)，且可抑制像差的產生。
第3態樣的紅外線檢測裝置(1a)中，於第1態樣，彎月透鏡(4a)在中央部(5)中於第2面(42)，具有以彎月透鏡(4a)的光軸(A4)為中心之同心的複數之透鏡面(421)，在周邊部(6)中於第1面(41)，具有以彎月透鏡(4a)的光軸(A4)為中心之同心的複數之透鏡面(411)。第2面(42)中的複數之透鏡面(421)，於與彎月透鏡(4a)的光軸(A4)平行的方向以隨著距頂點(C4)越遠而與光軸(A4)的距離變越長的方式傾斜、或與彎月透鏡(4a)的光軸(A4)平行。第1面(41)中的複數之透鏡面(411)，於與彎月透鏡(4a)的光軸(A4)平行的方向以隨著距頂點(C4)越遠而與光軸(A4)的距離變越長的方式傾斜。
藉由第3態樣的紅外線檢測裝置(1a)，可以成型法形成彎月透鏡(4a)，且可抑制像差的產生。
第4態樣的紅外線檢測裝置(1；1a)中，於第1～3態樣的任一態樣，透鏡陣列(3)的材料含有聚乙烯。彎月透鏡(4)的材料含有聚乙烯。
藉由第4態樣的紅外線檢測裝置(1；1a)，可達成低成本化。
第5態樣的紅外線檢測裝置(1；1a)於第1～4態樣的任一態樣，具備：包含透鏡陣列(3)的第1構件(11)；及包含彎月透鏡(4；4a)的第2構件(12)。第1構件(11)與第2構件(12)成一體化。
藉由第5態樣的紅外線檢測裝置(1；1a)，可提高透鏡陣列(3)與彎月透鏡(4；4a)的相對的位置精確度。
第6態樣的紅外線檢測裝置(1；1a)中，於第5態樣，第1構件(11)與第2構件(12)的一者具有複數之掛鉤(13)，且另一者具有與複數之掛鉤(13)成一對一對應的複數之孔(14)。複數之掛鉤(13)通過複數之孔(14)中所對應的孔(14)而勾掛於所對應的孔(14)的周邊，藉此使第1構件(11)與第2構件(12)成一體化。
藉由第6態樣的紅外線檢測裝置(1；1a)，可使第1構件(11)與第2構件(12)容易一體化。
第7態樣的紅外線檢測裝置(1；1a)於第6態樣，更具備收納紅外線檢測元件(2)的封裝體(9)。封裝體(9)包含窗材(93)。窗材(93)與紅外線檢測元件(2)的光軸(A2)交叉。窗材(93)使紅外線穿透。第2構件(12)具有：筒部(120)，包圍封裝體(9)；及複數之肋條(1201)，於筒部(120)的周向彼此分隔，並從筒部(120)的內周面(1200)突出。複數之肋條(1201)與封裝體(9)的側面接觸。
藉由第7態樣的紅外線檢測裝置(1；1a)，可提高紅外線檢測元件(2)、窗材(93)與彎月透鏡(4；4a)的相對的位置精確度。
於第8態樣的紅外線檢測裝置(1；1a)中，於第7態樣，第2構件(12)具有定位凸起(1204)。定位凸起(1204)從筒部(120)的內周面(1200)突出。定位凸起(1204)從彎月透鏡(4；4a)側的相反側抵接於封裝體(9)。
藉由第8態樣的紅外線檢測裝置(1；1a)，可提高紅外線檢測元件(2)、窗材(93)與彎月透鏡(4；4a)的相對的位置精確度。
第9態樣的紅外線檢測裝置(1；1a)中，於第7或8的態樣，封裝體(9)包含封裝體本體(90)及突部(903)。封裝體本體(90)收納紅外線檢測元件(2)並固持窗材(93)。突部(903)從封裝體本體(90)中之與窗材(93)側為相反側的端部，往與紅外線檢測元件(2)的光軸(A2)交叉的方向突出。第2構件(12)的筒部(120)於與彎月透鏡(4；4a)側為相反側的端面(1202)，具有供突部(903)嵌入的溝(1203)。
藉由第9態樣的紅外線檢測裝置(1；1a)，可提高紅外線檢測元件(2)、窗材(93)與彎月透鏡(4；4a)的相對的位置精確度。
於第10態樣的紅外線檢測裝置(1；1a)中，於第1～9態樣的任一態樣，紅外線檢測元件(2)係焦電元件。
1、1a‧‧‧紅外線檢測裝置
11‧‧‧第1構件
12‧‧‧第2構件
120‧‧‧筒部
1200‧‧‧內周面
1201‧‧‧肋條
1202‧‧‧端面
1203‧‧‧溝
1204‧‧‧定位凸起
13‧‧‧掛鉤
14‧‧‧孔
2‧‧‧紅外線檢測元件
200‧‧‧負載控制設備
201‧‧‧會議室
202‧‧‧桌子
203‧‧‧椅子
23‧‧‧焦電體基板
230‧‧‧外周線
231‧‧‧表面
232‧‧‧背面
233‧‧‧焦電體基板23中之夾於表面電極25與背面電極26的部分
24‧‧‧檢測部
24a‧‧‧受光面
25‧‧‧表面電極
26‧‧‧背面電極
3‧‧‧透鏡陣列
30‧‧‧透鏡
31‧‧‧第1面
32‧‧‧第2面
4、4a、4r、4s、4t、4u、4v、4w、4x‧‧‧彎月透鏡
41‧‧‧第1面
410‧‧‧齊明點
411‧‧‧透鏡面
42‧‧‧第2面
420‧‧‧齊明點
421‧‧‧透鏡面
43‧‧‧中心透鏡
44‧‧‧帶狀透鏡
5‧‧‧中央部
6‧‧‧周邊部
7‧‧‧訊號處理部
71‧‧‧電流電壓轉換電路
72‧‧‧電壓放大電路
73‧‧‧判斷電路
74‧‧‧輸出電路
8‧‧‧安裝基板
9‧‧‧封裝體
90‧‧‧封裝體本體
903‧‧‧突部
91‧‧‧台座
92‧‧‧罩蓋
921‧‧‧窗孔
93‧‧‧窗材
95‧‧‧引線端子
A2、A4‧‧‧光軸
C4‧‧‧頂點
E4‧‧‧端緣
F3‧‧‧焦點
P2‧‧‧聚光位置
【圖1】圖1係本發明的實施形態1的紅外線檢測裝置的縱剖面圖。
【圖2】圖2係同上之紅外線檢測裝置的立體圖。
【圖3】圖3係同上之紅外線檢測裝置的仰視圖。
【圖4】圖4係同上之紅外線檢測裝置的分解立體圖。
【圖5】圖5A關於同上之紅外線檢測裝置，係包含彎月透鏡的第2構件的仰視圖。圖5B係同上之紅外線檢測裝置的橫剖面圖。
【圖6】圖6A係同上之紅外線檢測裝置中的紅外線檢測元件的俯視圖。圖6B係關於同上之紅外線檢測裝置中的紅外線檢測元件，係圖6A的G－G線剖面圖。
【圖7】圖7係同上之紅外線檢測裝置中的來自外部的紅外線的行進路徑的說明圖。
【圖8】圖8係同上之紅外線檢測裝置的電路方塊圖。
【圖9】圖9係同上之紅外線檢測裝置的使用例的一例的立體圖。
【圖10】圖10A係同上之紅外線檢測裝置中的彎月透鏡的中央部的說明圖。圖10B係同上之紅外線檢測裝置中的彎月透鏡的周邊部的說明圖。
【圖11】圖11A係原理1的彎月透鏡的聚光點的說明圖。圖11B係原理2的彎月透鏡的聚光點的說明圖。圖11C係原理3的彎月透鏡的聚光點的說明圖。圖11D係原理4的彎月透鏡的聚光點的說明圖。圖11E係原理5的彎月透鏡的聚光點的說明圖。
【圖12】圖12A係原理3的彎月透鏡的聚光點的說明圖。圖12B係將圖12A的彎月透鏡予以菲涅耳化後的彎月透鏡的聚光點的說明圖。
【圖13】圖13係將原理4的彎月透鏡予以菲涅耳化後的彎月透鏡的聚光點的說明圖。
【圖14】圖14A係本發明的實施形態2的紅外線檢測裝置中的彎月透鏡的中央部的說明圖。圖14B係同上之紅外線檢測裝置中的彎月透鏡的周邊部的說明圖。
2‧‧‧紅外線檢測元件
3‧‧‧透鏡陣列
30‧‧‧透鏡
31‧‧‧第1面
32‧‧‧第2面
4‧‧‧彎月透鏡
41‧‧‧第1面
42‧‧‧第2面
421‧‧‧透鏡面
43‧‧‧中心透鏡
44‧‧‧帶狀透鏡
5‧‧‧中央部
6‧‧‧周邊部
93‧‧‧窗材
A2、A4‧‧‧光軸
C4‧‧‧頂點
E4‧‧‧端緣
F3‧‧‧焦點
Claims (10)
- 一種紅外線檢測裝置，包含： 紅外線檢測元件； 透鏡陣列，包含複數之透鏡，以與該紅外線檢測元件的光軸交叉的方式配置，於該紅外線檢測元件側具有焦點；及 圓頂狀的彎月透鏡，配置於該透鏡陣列與該紅外線檢測元件之間，具有該透鏡陣列側的第1面與該紅外線檢測元件側的第2面； 該彎月透鏡具有： 中央部，包含該彎月透鏡的光軸與該第1面的交點亦即頂點、和該彎月透鏡的該光軸與該第2面的交點；及 周邊部，包含該彎月透鏡的該第1面的端緣和該第2面的端緣； 該彎月透鏡的該中央部中，該第1面的齊明點位於該透鏡陣列的該焦點； 該彎月透鏡的該周邊部中，該第2面的齊明點位於該透鏡陣列的該焦點。
- 如申請專利範圍第1項之紅外線檢測裝置，其中， 該彎月透鏡係菲涅耳透鏡，其於該第2面具有以該彎月透鏡的該光軸為中心之同心的複數之透鏡面； 該第1面中，該周邊部的曲率半徑大於該中央部的曲率半徑； 該複數之透鏡面，各自在與該彎月透鏡的該光軸平行的方向以距離該頂點越遠而與該光軸的距離越長的方式傾斜、或與該彎月透鏡的該光軸平行。
- 如申請專利範圍第1項之紅外線檢測裝置，其中， 該彎月透鏡中，在該中央部中於該第2面，具有以該彎月透鏡的該光軸為中心之同心的複數之透鏡面；在該周邊部中於該第1面，具有以該彎月透鏡的該光軸為中心之同心的複數之透鏡面； 該第2面中之該複數之透鏡面，在與該彎月透鏡的該光軸平行的方向以距離該頂點越遠而與該光軸的距離越長的方式傾斜、或與該彎月透鏡的該光軸平行； 該第1面中之該複數之透鏡面，在與該彎月透鏡的該光軸平行的方向以距離該頂點越遠而與該光軸的距離越長的方式傾斜。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之紅外線檢測裝置，其中， 該透鏡陣列的材料含有聚乙烯， 該彎月透鏡的材料含有聚乙烯。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之紅外線檢測裝置，包含： 具有該透鏡陣列的第1構件；及 具有該彎月透鏡的第2構件； 且該第1構件與該第2構件成一體化。
- 如申請專利範圍第5項之紅外線檢測裝置，其中， 該第1構件與該第2構件其中之一者具有複數之掛鉤，且其中之另一者具有與該複數之掛鉤成一對一對應的複數之孔， 該複數之掛鉤通過該複數之孔中所對應的孔而勾掛於該對應的孔之周邊，藉此使該第1構件與該第2構件成一體化。
- 如申請專利範圍第6項之紅外線檢測裝置，其中， 更包含收納該紅外線檢測元件之封裝體； 該封裝體具有：窗材，與該紅外線檢測元件的光軸交叉，並使紅外線穿透； 該第2構件具有：筒部，包圍該封裝體；及複數之肋條，於該筒部的周向彼此分隔，並從該筒部的內周面突出； 該複數之肋條與該封裝體的側面接觸。
- 如申請專利範圍第7項之紅外線檢測裝置，其中， 該第2構件更具有：定位凸起，從該筒部的內周面突出，從該彎月透鏡側的相反側抵接於該封裝體。
- 如申請專利範圍第7項之紅外線檢測裝置，其中， 該封裝體更包含： 封裝體本體，收納該紅外線檢測元件並固持該窗材；及 突部，從該封裝體本體中之與該窗材側為相反側的端部，往與該紅外線檢測元件的該光軸交叉的方向突出； 該第2構件的該筒部，在與該彎月透鏡側為相反側的端面，具有供該突部嵌入的溝。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之紅外線檢測裝置，其中， 該紅外線檢測元件係焦電元件。
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