JP6681594B2 - Infrared detector - Google Patents
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Description
本発明は、一般に赤外線検出装置に関し、より詳細には、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。 The present invention relates generally to an infrared detection device, and more particularly to an infrared detection device including a light receiving system that receives infrared light from a detection area.
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)。 Conventionally, as an infrared detection device, for example, a heat ray type human sensor for detecting the presence or absence of a person in a predetermined detection area by detecting a heat ray (infrared ray) emitted from a human body is known (Patent Document 1). 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。
The heat ray type human sensor described in
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。 The multi-lens is formed in a hemispherical shape surrounding the light receiving surface of the sensor element. The multiple lenses in the multi-lens are arranged in a triple circle, with 4 lenses on the innermost circle, 8 lenses on the next larger circle and 12 on the outermost circle. Lens is formed.
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。 In the above-mentioned heat ray type human sensor, the heat dose incident on the sensor element through the lenses arranged on the outermost circle is the heat ray incident on the sensor element through the lenses arranged on the inner circle. Less than the amount. Therefore, in the heat ray type human sensor described above, the sensitivity in the region corresponding to the lenses arranged on the outermost circle may decrease.
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。 An object of the present invention is to provide an infrared detection device capable of suppressing variations in sensitivity within a detection area.
本発明に係る一態様の赤外線検出装置は、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、第1受光ユニットと、複数の第2受光ユニットと、を備える。前記第1受光ユニットは、第1受光素子と、第1マルチレンズと、を含む。前記第1マルチレンズは、前記第1受光素子に赤外線を集光する複数の第1レンズを有する。前記複数の第2受光ユニットの各々は、第2受光素子と、第2マルチレンズと、を含む。前記第2マルチレンズは、前記第2受光素子に赤外線を集光する複数の第2レンズを有する。赤外線検出装置では、前記検知エリアを区分した複数の小検知エリアの各々が前記第1受光ユニットと前記複数の第2受光ユニットとのいずれかに対応付けられている。赤外線検出装置では、前記第1受光ユニットの前記複数の第1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対応づけられている。赤外線検出装置では、前記複数の第2受光ユニットそれぞれの前記複数の第2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対応付けられている。前記複数の第2受光ユニットそれぞれの前記第2受光素子の光軸が、前記第1受光素子の光軸に対して互いに異なる向きに傾いている。前記複数の小検知エリアのうち前記第1受光ユニットに対応付けられている第1群の小検知エリアの数が、前記複数の小検知エリアのうち前記複数の第2受光ユニットの各々に対応づけられている第2群の小検知エリアの数よりも多い。前記複数の第2マルチレンズが、前記第1マルチレンズを囲むように前記第1マルチレンズの外周方向において並んでいる。
本発明に係る一態様の赤外線検出装置は、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、第1受光ユニットと、複数の第2受光ユニットと、を備える。前記第1受光ユニットは、第1受光素子と、第1マルチレンズと、を含む。前記第1マルチレンズは、前記第1受光素子に赤外線を集光する複数の第1レンズを有する。前記複数の第2受光ユニットの各々は、第2受光素子と、第2マルチレンズと、を含む。前記第2マルチレンズは、前記第2受光素子に赤外線を集光する複数の第2レンズを有する。赤外線検出装置では、前記検知エリアを区分した複数の小検知エリアの各々が前記第1受光ユニットと前記複数の第2受光ユニットとのいずれかに対応付けられている。赤外線検出装置では、前記第1受光ユニットの前記複数の第1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対応づけられている。赤外線検出装置では、前記複数の第2受光ユニットそれぞれの前記複数の第2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対応付けられている。前記複数の第2受光ユニットそれぞれの前記第2受光素子の光軸が、前記第1受光素子の光軸に対して互いに異なる向きに傾いている。前記複数の小検知エリアのうち前記第1受光ユニットに対応付けられている第1群の小検知エリアの数が、前記複数の小検知エリアのうち前記複数の第2受光ユニットの各々に対応づけられている第2群の小検知エリアの数よりも多い。前記複数の第1レンズが、前記第1受光素子の光軸からの距離が互いに異なる少なくとも2つの列に分けて配置されている。前記複数の第2レンズが、前記第1受光素子の光軸からの距離が互いに異なる少なくとも2つの列に分けて配置されている。前記第1受光素子と前記第2受光素子との並ぶ方向に沿った方向を規定方向とするとき、前記第2群の小検知エリアのうち前記規定方向において隣り合う2つの小検知エリアの組み合わせごとに決まる小検知エリア間の距離の平均値が、前記第1群の小検知エリアのうち前記規定方向において隣り合う2つの小検知エリアの組み合わせごとに決まる小検知エリア間の距離の平均値よりも大きい。
An infrared detection device according to one aspect of the present invention includes a light receiving system that receives infrared light from a detection area. The light receiving system includes a first light receiving unit and a plurality of second light receiving units. The first light receiving unit includes a first light receiving element and a first multi-lens. The first multi-lens has a plurality of first lenses that focus infrared rays on the first light receiving element. Each of the plurality of second light receiving units includes a second light receiving element and a second multi-lens. The second multi-lens has a plurality of second lenses that focus infrared rays on the second light receiving element. In the infrared detection device, each of the plurality of small detection areas that divide the detection area is associated with either the first light receiving unit or the plurality of second light receiving units. In the infrared detection device, one small detection area of the plurality of small detection areas is associated with each of the plurality of first lenses of the first light receiving unit. In the infrared detection device, one small detection area of the plurality of small detection areas is associated with each of the plurality of second lenses of each of the plurality of second light receiving units. The optical axis of the second light receiving element of each of the plurality of second light receiving units is inclined in different directions with respect to the optical axis of the first light receiving element. Of the plurality of small detection areas, the number of the first group of small detection areas associated with the first light receiving unit is associated with each of the plurality of second light receiving units of the plurality of small detection areas. It is larger than the number of small detection areas in the second group . The plurality of second multi-lenses are arranged in the outer peripheral direction of the first multi-lens so as to surround the first multi-lens.
An infrared detection device according to one aspect of the present invention includes a light receiving system that receives infrared light from a detection area. The light receiving system includes a first light receiving unit and a plurality of second light receiving units. The first light receiving unit includes a first light receiving element and a first multi-lens. The first multi-lens has a plurality of first lenses that focus infrared rays on the first light receiving element. Each of the plurality of second light receiving units includes a second light receiving element and a second multi-lens. The second multi-lens has a plurality of second lenses that focus infrared rays on the second light receiving element. In the infrared detection device, each of the plurality of small detection areas that divide the detection area is associated with either the first light receiving unit or the plurality of second light receiving units. In the infrared detection device, one small detection area of the plurality of small detection areas is associated with each of the plurality of first lenses of the first light receiving unit. In the infrared detection device, one small detection area of the plurality of small detection areas is associated with each of the plurality of second lenses of each of the plurality of second light receiving units. The optical axis of the second light receiving element of each of the plurality of second light receiving units is inclined in different directions with respect to the optical axis of the first light receiving element. Of the plurality of small detection areas, the number of the first group of small detection areas associated with the first light receiving unit is associated with each of the plurality of second light receiving units of the plurality of small detection areas. It is larger than the number of small detection areas in the second group. The plurality of first lenses are arranged in at least two rows that are different in distance from the optical axis of the first light receiving element. The plurality of second lenses are arranged in at least two rows that are different in distance from the optical axis of the first light receiving element. When the direction along the direction in which the first light receiving element and the second light receiving element are arranged is defined as the specified direction, for each combination of two small detection areas that are adjacent in the specified direction among the small detection areas of the second group. Is smaller than the average value of the distances between the small detection areas determined for each combination of two small detection areas adjacent to each other in the specified direction among the small detection areas of the first group. large.
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。 The infrared detection device of the present invention can suppress variations in sensitivity within the detection area.
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。 The embodiment described below is only one of the various embodiments of the present invention. The following embodiments can be modified in various ways depending on the design etc. as long as the object of the present invention can be achieved.
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。 Further, each drawing described in the following embodiments is a schematic drawing, and the ratio of the size and thickness of each component in the drawing does not always reflect the actual dimensional ratio. .
(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。
(Embodiment)
Below, the
本実施形態の赤外線検出装置100は、一例として、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、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。
The
赤外線検出装置100は、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、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、を備える。第1受光ユニット2aは、第1受光素子30a(図4及び6A参照)を有する第1赤外線センサ3aと、第1マルチレンズ5aを有する第1光学部材6aと、を含む。第1マルチレンズ5aは、第1受光素子30aに赤外線を集光する複数(30個)の第1レンズ50a(図6A及び8参照)を有する。複数の第2受光ユニット2bの各々は、第2受光素子30b(図4及び6A参照)を有する第2赤外線センサ3bと、第2マルチレンズ5bを有する第2光学部材6bと、を含む。第2マルチレンズ5bは、第2受光素子30bに赤外線を集光する複数(15個)の第2レンズ50b(図6A及び8参照)を有する。
The
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。
The
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。
The
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、第1受光素子30a及び複数の第2受光素子30bそれぞれの出力信号に基づいて検知エリア11に人が存在するか否かを判定する。信号処理部9は、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。
The
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。
Each component of the
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。第1受光素子30aと第2受光素子30bとは同じ構成なので、以下では、説明の便宜上、両者を区別しないで説明する場合には、単に受光素子30と称する。また、説明の便宜上、第1受光素子30aの光軸39aと第2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、単に光軸39と称する。また、第1赤外線センサ3aと第2赤外線センサ3bとは同じ構成なので、説明の便宜上、両者を区別しないで説明する場合には、単に赤外線センサ3と称する。
As described above, the
赤外線センサ3は、受光素子30を有する。受光素子30は、熱型赤外線検出素子である。より詳細には、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。受光素子30の光軸39は、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。
The
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、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、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。
The
赤外線センサ3は、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。
The
また、赤外線センサ3は、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。
Further, the
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。
The
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。
The
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。
The
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、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、受光素子30の光軸39が窓材333の中心を通るように受光素子30が配置されているのが好ましい。
The
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。
The three
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受光素子30aが、上記仮想正方形の中心に配置されている。
In the
第1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。
The
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。
The
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。
The
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に平行となっている。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。
The
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。
In addition, the
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。
The
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。
Further, the
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。
As shown in FIG. 1, the first
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。
As shown in FIG. 1, each of the second
第1マルチレンズ5aにおいて外部(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。
In the
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。
Each of the plurality of
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8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。
In the
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。
The
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。
The infrared rays to be controlled by each of the plurality of
第2マルチレンズ5bにおいて外部(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。
In the
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。
Each of the plurality of
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8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。
In the
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。
The
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。
The infrared ray to be controlled by each of the plurality of
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。
The material of the
赤外線検出装置100は、例えば、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。検知エリア11は、四角錐状の3次元エリアである。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。
The
赤外線検出装置100の検知エリア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、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及び7参照)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の検知エリア11を、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7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。検知エリア11は、複数(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、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7参照)を含んでいる。複数の微小検知エリア14は、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、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。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。
The solid angle of the
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。
In the
赤外線検出装置100は、第1受光素子30a及び複数の第2受光素子30bそれぞれの出力信号に基づいて検知エリア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、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。
The
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。
By the way, when the area of the incident surface of the plurality of lenses in the multi-lens is constant, the loss of the incident infrared rays becomes larger in the plurality of lenses, which has a larger angle with the optical axis of the light receiving element. There is a tendency. Therefore, in the infrared detection device that forms the detection area with only one multi-lens like the heat ray type human sensor described in
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、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。
On the other hand, in the
図4に示すように、第1受光素子30aと第2受光素子30bとの並ぶ方向に沿った方向を規定方向D1とするとき、図9では、中央エリア11aの小検知エリア13のうち規定方向D1において隣り合う2つの小検知エリア13の組み合わせごとに決まる小検知エリア13間の間隔を距離L1としてある。また、図9では、周辺エリア11bの小検知エリア13のうち規定方向D1において隣り合う2つの小検知エリア13の組み合わせごとに決まる小検知エリア13間の間隔を距離L2としてある。ここにおいて、複数(周辺エリア11b内で規定方向D1において隣り合う2つの小検知エリア13の組み合わせ数)の距離L2の平均値は、複数(中央エリア11a内で規定方向D1において隣り合う2つの小検知エリア13の組み合わせ数)の距離L1の平均値よりも大きい。
As shown in FIG. 4, when the direction along the direction in which the first
以上説明した本実施形態の赤外線検出装置100は、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、第1受光ユニット2aと、複数の第2受光ユニット2bと、を備える。第1受光ユニット2aは、第1受光素子30aと、第1マルチレンズ5aと、を含む。第1マルチレンズ5aは、第1受光素子30aに赤外線を集光する複数の第1レンズ50aを有する。複数の第2受光ユニット2bの各々は、第2受光素子30bと、第2マルチレンズ5bと、を含む。第2マルチレンズ5bは、第2受光素子30bに赤外線を集光する複数の第2レンズ50bを有する。赤外線検出装置100では、検知エリア11を区分した複数の小検知エリア13の各々が第1受光ユニット2aと複数の第2受光ユニット2bとのいずれかに対応付けられている。赤外線検出装置100では、第1受光ユニット2aの複数の第1レンズ50a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が対応づけられている。赤外線検出装置100では、複数の第2受光ユニット2bそれぞれの複数の第2レンズ50b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が対応付けられている。複数の第2受光ユニット2bそれぞれの第2受光素子30bの光軸39bが、第1受光素子30aの光軸39aに対して互いに異なる向きに傾いている。複数の小検知エリア13のうち第1受光ユニット2aに対応付けられている第1群の小検知エリア13の数が、複数の小検知エリア13のうち複数の第2受光ユニット2bの各々に対応づけられている第2群の小検知エリア13の数よりも多い。
The
以上の構成により、赤外線検出装置100は、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、上記構成により、第1受光素子30aの光軸39aに対して相対的に傾きの大きい小検知エリア13に対応する第2レンズ50bのレンズ面積を、第1受光素子30aの光軸39aに対して相対的に傾きの小さい第1レンズ50aのレンズ面積よりも大きくできる。これにより、赤外線検出装置100では、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、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。
With the above configuration, the
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検知エリアを広げた場合と比べて、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の検知エリア11の広がり角を意味する。
In addition, in the
赤外線検出装置100では、複数の第2マルチレンズ5bが、第1マルチレンズ5aを囲むように第1マルチレンズ5aの外周方向において並んでいるのが好ましい。これにより、赤外線検出装置100は、第1受光素子30aの光軸39aに直交する略全ての方向において検知エリア11をより広くすることが可能となる。
In the
赤外線検出装置100では、複数の第2受光ユニット2bは、少なくとも3つの第2受光ユニット2bであるのが好ましい。これにより、赤外線検出装置100では、例えば、検知エリア11が四角錐状のエリアであるときに、1つの第1受光ユニット2aと2つの第2受光ユニット2bとしか備えていない場合と比べて、各第2受光ユニット2bの設計が容易になる。
In the
赤外線検出装置100では、複数の第1レンズ50aが、第1受光素子30aの光軸39aからの距離が互いに異なる少なくとも2つの列に分けて配置されており、複数の第2レンズ50bが、第1受光素子30aの光軸39からの距離が互いに異なる少なくとも2つの列に分けて配置されているのが好ましい。第1受光素子30aと第2受光素子30bとの並ぶ方向に沿った方向を規定方向D1とするとき、第2群の小検知エリア13のうち規定方向D1において隣り合う2つの小検知エリア13の組み合わせごとに決まる小検知エリア13間の距離L2の平均値が、第1群の小検知エリア13のうち規定方向D1において隣り合う2つの小検知エリア13の組み合わせごとに決まる小検知エリア13間の距離L1の平均値よりも大きいのが好ましい。これにより、赤外線検出装置100は、第2受光ユニット2bの各々に対応付ける小検知エリア13の数を少なくすることで第2レンズ50bのレンズ面積をより大きくすることが可能となり、検知エリア11内の感度のばらつきを、より抑制することが可能となる。
In the
赤外線検出装置100では、第1受光素子30a及び第2受光素子30bは、いずれも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では、第1受光素子30a及び第2受光素子30b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。
In the
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、第1受光素子30a及び複数の第2受光素子30bそれぞれの出力信号に基づいて検知エリア11に人が存在するか否かを判定するのが好ましい。これにより、赤外線検出装置100では、人体検知装置として利用することが可能となる。
The
上述の第1受光素子30a及び第2受光素子30b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。
The first
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。
The
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。
The
100 赤外線検出装置
1 受光系
2a 第1受光ユニット
2b 第2受光ユニット
30a 第1受光素子
30b 第2受光素子
39a 光軸
39b 光軸
5a 第1マルチレンズ
5b 第2マルチレンズ
50a 第1レンズ
50b 第2レンズ
9 信号処理部
11 検知エリア
13 小検知エリア
D1 規定方向
L1 距離
L2 距離
100
Claims (6)
前記受光系は、第1受光ユニットと、複数の第2受光ユニットと、を備え、
前記第1受光ユニットは、第1受光素子と、前記第1受光素子に赤外線を集光する複数の第1レンズを有する第1マルチレンズと、を含み、
前記複数の第2受光ユニットの各々は、第2受光素子と、前記第2受光素子に赤外線を集光する複数の第2レンズを有する第2マルチレンズと、を含み、
前記検知エリアを区分した複数の小検知エリアの各々が前記第1受光ユニットと前記複数の第2受光ユニットとのいずれかに対応付けられており、
前記第1受光ユニットの前記複数の第1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対応づけられており、
前記複数の第2受光ユニットそれぞれの前記複数の第2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対応付けられており、
前記複数の第2受光ユニットそれぞれの前記第2受光素子の光軸が、前記第1受光素子の光軸に対して互いに異なる向きに傾いており、
前記複数の小検知エリアのうち前記第1受光ユニットに対応付けられている第1群の小検知エリアの数が、前記複数の小検知エリアのうち前記複数の第2受光ユニットの各々に対応づけられている第2群の小検知エリアの数よりも多く、
前記複数の第2マルチレンズが、前記第1マルチレンズを囲むように前記第1マルチレンズの外周方向において並んでいる
ことを特徴とする赤外線検出装置。 Equipped with a light receiving system that receives infrared rays from the detection area,
The light receiving system includes a first light receiving unit and a plurality of second light receiving units,
The first light receiving unit includes a first light receiving element, and a first multi-lens having a plurality of first lenses that focus infrared rays on the first light receiving element,
Each of the plurality of second light receiving units includes a second light receiving element, and a second multi-lens having a plurality of second lenses that focus infrared rays on the second light receiving element,
Each of a plurality of small detection areas dividing the detection area is associated with any of the first light receiving unit and the plurality of second light receiving units,
One small detection area of the plurality of small detection areas is associated with each of the plurality of first lenses of the first light receiving unit,
One small detection area of the plurality of small detection areas is associated with each of the plurality of second lenses of each of the plurality of second light receiving units,
The optical axis of the second light receiving element of each of the plurality of second light receiving units is inclined in different directions with respect to the optical axis of the first light receiving element,
Of the plurality of small detection areas, the number of the first group of small detection areas associated with the first light receiving unit is associated with each of the plurality of second light receiving units of the plurality of small detection areas. It is than the number of the small detection area of the second group are rather large,
The infrared detecting device , wherein the plurality of second multi-lenses are arranged side by side in the outer peripheral direction of the first multi-lens so as to surround the first multi-lens .
ことを特徴とする請求項1記載の赤外線検出装置。 The infrared detection device according to claim 1, wherein:
前記複数の第2レンズが、前記第1受光素子の光軸からの距離が互いに異なる少なくとも2つの列に分けて配置されており、 The plurality of second lenses are arranged in at least two rows having different distances from the optical axis of the first light receiving element,
前記第1受光素子と前記第2受光素子との並ぶ方向に沿った方向を規定方向とするとき、 When the direction along the direction in which the first light receiving element and the second light receiving element are arranged is the specified direction,
前記第2群の小検知エリアのうち前記規定方向において隣り合う2つの小検知エリアの組み合わせごとに決まる小検知エリア間の距離の平均値が、前記第1群の小検知エリアのうち前記規定方向において隣り合う2つの小検知エリアの組み合わせごとに決まる小検知エリア間の距離の平均値よりも大きい Of the small detection areas of the second group, the average value of the distances between the small detection areas determined for each combination of two small detection areas adjacent to each other in the specified direction is the specified direction of the small detection areas of the first group. Is larger than the average value of the distances between the small detection areas determined for each combination of two adjacent small detection areas in
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の赤外線検出装置。 The infrared detection device according to claim 1 or 2, characterized in that.
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。 The infrared detection device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の赤外線検出装置。 The infrared detection device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that.
前記受光系は、第1受光ユニットと、複数の第2受光ユニットと、を備え、 The light receiving system includes a first light receiving unit and a plurality of second light receiving units,
前記第1受光ユニットは、第1受光素子と、前記第1受光素子に赤外線を集光する複数の第1レンズを有する第1マルチレンズと、を含み、 The first light receiving unit includes a first light receiving element, and a first multi-lens having a plurality of first lenses that focus infrared rays on the first light receiving element,
前記複数の第2受光ユニットの各々は、第2受光素子と、前記第2受光素子に赤外線を集光する複数の第2レンズを有する第2マルチレンズと、を含み、 Each of the plurality of second light receiving units includes a second light receiving element, and a second multi-lens having a plurality of second lenses that focus infrared rays on the second light receiving element,
前記検知エリアを区分した複数の小検知エリアの各々が前記第1受光ユニットと前記複数の第2受光ユニットとのいずれかに対応付けられており、 Each of a plurality of small detection areas dividing the detection area is associated with any of the first light receiving unit and the plurality of second light receiving units,
前記第1受光ユニットの前記複数の第1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対応づけられており、 One small detection area of the plurality of small detection areas is associated with each of the plurality of first lenses of the first light receiving unit,
前記複数の第2受光ユニットそれぞれの前記複数の第2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対応付けられており、 One small detection area of the plurality of small detection areas is associated with each of the plurality of second lenses of each of the plurality of second light receiving units,
前記複数の第2受光ユニットそれぞれの前記第2受光素子の光軸が、前記第1受光素子の光軸に対して互いに異なる向きに傾いており、 The optical axis of the second light receiving element of each of the plurality of second light receiving units is inclined in different directions with respect to the optical axis of the first light receiving element,
前記複数の小検知エリアのうち前記第1受光ユニットに対応付けられている第1群の小検知エリアの数が、前記複数の小検知エリアのうち前記複数の第2受光ユニットの各々に対応づけられている第2群の小検知エリアの数よりも多く、 Of the plurality of small detection areas, the number of the first group of small detection areas associated with the first light receiving unit is associated with each of the plurality of second light receiving units of the plurality of small detection areas. More than the number of small detection areas in the second group,
前記複数の第1レンズが、前記第1受光素子の光軸からの距離が互いに異なる少なくとも2つの列に分けて配置されており、 The plurality of first lenses are arranged in at least two rows having different distances from the optical axis of the first light receiving element,
前記複数の第2レンズが、前記第1受光素子の光軸からの距離が互いに異なる少なくとも2つの列に分けて配置されており、 The plurality of second lenses are arranged in at least two rows having different distances from the optical axis of the first light receiving element,
前記第1受光素子と前記第2受光素子との並ぶ方向に沿った方向を規定方向とするとき、 When the direction along the direction in which the first light receiving element and the second light receiving element are arranged is the specified direction,
前記第2群の小検知エリアのうち前記規定方向において隣り合う2つの小検知エリアの組み合わせごとに決まる小検知エリア間の距離の平均値が、前記第1群の小検知エリアのうち前記規定方向において隣り合う2つの小検知エリアの組み合わせごとに決まる小検知エリア間の距離の平均値よりも大きい Of the small detection areas of the second group, the average value of the distances between the small detection areas determined for each combination of two small detection areas adjacent to each other in the specified direction is the specified direction of the small detection areas of the first group. Is larger than the average value of the distances between the small detection areas determined for each combination of two adjacent small detection areas in
ことを特徴とする赤外線検出装置。 An infrared detection device characterized by the above.
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