JPH05133803A - 赤外線検出素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 人体検知等に適用する場合に、所望のレンズ
を赤外線検出素子に対して外付けするような不便さを解
消して装置全体を簡易且つ小型に可能とし、しかもレン
ズによる光ロスを無くし、赤外線検出の応答性を向上さ
せることを目的とする。 【構成】 ハーメチックシールドされたケース１の上面
に赤外線透過フィルタ３が設けられ、且つ該ケース１内
には赤外線透過フィルタ３を透過した赤外線を検出する
ための赤外線受光素子４が設けられている赤外線検出素
子において、前記赤外線透過フィルタ３には、レンズＲ
が一体的に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所定の検知領域内に存
在する人体から輻射される赤外線を検出することにより
人体検知を行う赤外線検出装置への使用に好適な赤外線
検出素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、人体検知用の赤外線検出装置に使
用される赤外線検出素子としては、例えば図４に示すも
のが存在する。この従来のものは、ハーメチックシール
ドされたケース１ｅ内に、焦電素子或いはサーモパイル
等のような赤外線検出用の赤外線受光素子４ｅを設ける
と共に、ケース１ｅの上面には、一定波長の赤外線（例
えば８〜１３μｍ）以外の電磁波を遮断する赤外線透過
フィルタ３ｅを設けたものである。かかる赤外線透過フ
ィルタ３ｅを使用することによって、人体以外からの例
えば太陽光、ヘッドライト、室内照明等からの外乱光を
遮断でき、赤外線検出装置の誤動作を防止できる。とこ
ろで、従来において、上記赤外線検出素子を人体検知に
使用する場合には、これら赤外線検出素子と集光用のレ
ンズＲｅとは別々に製作され、互いの光軸を合致させて
組立てられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のように、他のレンズＲｅを用いる手段では、赤外線
検出素子にレンズＲｅを組み付ける加工が煩雑で製作コ
ストが高くなる他、レンズ装着用のスペースを確保しな
ければならない分だけ赤外線検出装置が余計に嵩張って
大型化するという難点があった。更に、重要な問題点と
して、前記従来では、レンズＲｅを光が透過する際に、
該レンズＲｅによる光ロスが発生する。即ち、一般にこ
の種レンズＲｅの材質としてはポリエチレン等が適用さ
れるが、かかるポリエチレンでは１ｍｍの肉厚で光透過
率が４０％と、その光透過率が悪く、レンズＲｅの位置
でかなりの量の赤外線が遮断される。従って、赤外線検
出素子側で受光する赤外線の光量が減少し、その光量減
少分だけ、赤外線受光素子４ｅにおける赤外線検知の応
答性が鈍くなるという難点が発生していた。

【０００４】それ故、本発明は、人体検知等を行うため
の赤外線検出装置に適用する場合に、所望のレンズを赤
外線検出素子に対して外付けするような不便さを解消し
て装置全体を簡易且つ小型なものとし、しかもレンズに
よる光ロスを無くして赤外線検出の応答性を向上させる
ことを、その目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に提案された請求項１記載の本発明に係る赤外線検出素
子は、ハーメチックシールドされたケースの上面に赤外
線透過フィルタが設けられ、且つ該ケース内には赤外線
透過フィルタを透過した赤外線を検出するための赤外線
受光素子が設けられている赤外線検出素子において、前
記赤外線透過フィルタには、レンズが一体的に形成され
た構成である。

【０００６】また、請求項２記載の本発明に係る赤外線
検出素子は、上記請求項１記載の構成において、前記レ
ンズが、赤外線透過フィルタの裏面側に複数宛形成さ
れ、且つ各々のレンズの光軸が赤外線受光素子の受光面
の中心に集束するように構成されている。

【０００７】

【作用】上記構成を特徴とする請求項１記載の本発明に
係る赤外線検出素子においては、赤外線透過フィルタを
透過する赤外線が、赤外線透過フィルタに一体的に形成
されたレンズによって集光又は分散された状態で赤外線
受光素子に吸収され、赤外線の検出がなされる。従っ
て、本発明に係る赤外線検出素子とは別個に、集光用又
は光分散用のレンズを外付けして併用する必要がなくな
る。前記レンズを集光用の凸レンズとして形成すれば、
視野角を狭めて拡大した赤外線像が得られ、逆に凹レン
ズとして形成すれば、視野角を拡大し、縮小像が得られ
る。また、レンズを個別に併用する必要がない他、レン
ズが赤外線透過フィルタに一体的に形成されていること
により、光を透過させるための部品点数の増加が回避さ
れているから、赤外線受光の光ロスを減少させることが
できる。従って、赤外線受光素子位置における赤外線受
光量の増大が図れ、赤外線検出の応答性を向上させるこ
とができる。

【０００８】請求項２記載の本発明に係る赤外線検出素
子においては、赤外線透過フィルタに形成された複数の
レンズを透過した赤外線が赤外線受光素子の受光面の中
心に集束されるから、赤外線透過フィルタを通過する赤
外線の受光効率が高まる。また、レンズを赤外線透過フ
ィルタの裏面に形成することにより、赤外線透過フィル
タの表面を平坦に形成できることとなり、赤外線透過フ
ィルタ表面への塵付着の抑制が図れ、或いは付着した塵
の除去が容易となる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１は本発明に係る赤外線検出素子の一
例を示す断面図、図２は赤外線透過フィルタの底面図で
ある。

【００１０】当該赤外線検出素子Ａは、ハーメチックシ
ールドされた、即ち、密閉状態に形成された金属製等の
ケース１、該ケース１の上部の開口部１ａの位置に装着
された赤外線透過フィルタ３、該赤外線透過フィルタ３
の下面（裏面）側に一体的に形成されたレンズＲ、ケー
ス１の内部に設けられた赤外線受光素子４から構成され
ている。ここに、赤外線透過フィルタ３は、赤外線以外
の波長の電磁波を遮断し且つ赤外線のみを透過させるも
ので、例えば赤外線の透過率が良好なシリコン基板３ａ
の表面に、赤外線以外の波長の電磁波を遮断するための
高屈折率の酸化マグネシウムと低屈折率の弗化マグネシ
ウムの多層膜３ｂを蒸着させる等して形成されるもので
ある。

【００１１】レンズＲは、多層膜３ｂが形成されていな
い赤外線透過フィルタ３の裏面側を加工して構成された
もので、本実施例では、図２に示すように、赤外線透過
フィルタ３の直径に比較してかなり小径の凸状曲面状の
集光用レンズＲが計１２箇所形成されている。これらの
レンズＲは、赤外線受光素子４の視野中心線上にある赤
外線透過フィルタ３の中心点Ｏ２を中心とする同心円上
に配されて、赤外線透過フィルタ３の略全域に亙ってス
ペース効率が良好な状態に設けられている。このうち、
内側の四つのレンズＲ１・・は赤外線受光素子４の視野
中心線に対してθ１の角度だけ傾斜し、又外側の八つの
レンズＲ２・・はθ２の角度だけ傾斜し、各レンズＲの
光軸が全て赤外線受光素子４の受光面の中心、即ち、視
野中心点Ｏ１に集束するように設けられている。尚、本
発明では、前記各レンズＲをフレネルレンズとして構成
することも可能である。この場合、フレネルレンズの形
成手段としては、赤外線透過フィルタ３のシリコン基板
３ａに、電子ビームレジストをコーティングし、電子ビ
ームリソグラフィにより所望のレンズパターンを作成し
てイオンビームエッチングを行い、電子ビームレジスト
の形を前記シリコン基板１ａの裏面側に転写させればよ
い。通常、フレネルレンズでは、斜め入射光に対し、所
謂エッジ部による蹴られ現象が発生し、当該現象が光ロ
スとなる。ところが、本実施例では、レンズＲを形成し
た赤外線透過フィルタ３の基板３ａに採用されているシ
リコンの屈折率が赤外線に対して３．４と大きいため、
ポリエチレン製のレンズ等に比較するとその光ロスをか
なり少なくできる。従って、前記エッジ部による蹴られ
現象による光ロスの悪影響は殆どなく、本発明では、加
工形成が容易なフレネルレンズとするのが実用的であ
る。

【００１２】赤外線受光素子４としては、従来の赤外線
検出素子と同様に、赤外線吸収による温度上昇に伴って
電圧が変化する焦電式や、温度上昇に伴って抵抗値が変
化するサーミスタ式等のものが適用可能であり、本発明
では如何なるタイプのものでもよい。尚、赤外線受光素
子４は適当な支持手段５で支持されてケース１内に固定
され、又ケース１の外部に導出された電極４ａ、４ａが
接続されて、赤外線受光に原因する赤外線受光素子４の
電圧、抵抗値等の変化を外部で検出可能である。

【００１３】上記構成の赤外線検出素子Ａにおいては、
赤外線透過フィルタ３内に外部から赤外線が透過する
と、当該赤外線は、赤外線透過フィルタ３の裏面側に形
成された複数のレンズＲ・・によって集光されて赤外線
受光素子４に達する。すると、該赤外線受光素子４の温
度が変化し、かかる温度変化に伴う赤外線受光素子４の
電圧値の変化、或いは抵抗値の変化等を電極４ａ、４ａ
を介して検出できることとなる。而して、赤外線受光素
子４で受光する赤外線は、レンズＲ・・によって集光さ
れたものであるから、当該赤外線検出素子Ａが受光する
赤外線が微量であっても、これを集光して検出感度を高
めることが可能となる。即ち、赤外線透過フィルタ３に
設けたレンズＲで赤外線を集光することにより、赤外線
受光素子４で受光する視野角を絞り、赤外線像を拡大し
たのと同様な作用が得られる。従って、当該赤外線検出
素子Ａでは、集光用レンズを外付けすることなく、人体
検出用途等にそのまま使用できる。特に、本実施例で
は、複数のレンズＲ・・の各光軸が赤外線受光素子４の
受光面の視野中心点Ｏ１に集束するために、これら各レ
ンズＲ・・を透過する赤外線は全て赤外線受光素４の中
心点Ｏ１に集光され、その集光効率が非常に良好とな
る。また、集光用レンズを外付けしなくてもよいから、
外付けレンズで発生する光ロスを無くすることができる
ことは勿論のこと、レンズＲが赤外線透過フィルタ３に
一体的に形成されていることによって、赤外線を透過さ
せる部品の点数も何ら増加していないため、赤外線受光
素子４に到達させる迄の赤外線の光ロスを少なくでき、
赤外線受光素子４における赤外線検出感度を一層高める
ことができる。

【００１４】尚、上記実施例では、複数のレンズＲ・・
の各光軸を赤外線受光素子４の表面の視野中心点Ｏ１に
集束させたが、請求項１記載の本発明ではかかる構成に
限定されない。例えば、図３に示すように、赤外線透過
フィルタ３の裏面全面を一つの集光用レンズＲとして形
成してもよい。かかる場合にあっても、該レンズＲをフ
レネルレンズとして形成できることは言う迄もない。但
し、様々な角度で赤外線透過フィルタ３に入射する赤外
線の集光効率を高めるためには、図３に示すものよりも
上記図１及び図２で示した構成にすることが望ましい。
また、請求項１記載の本発明では、レンズを凸レンズと
して形成するに限らず、凹レンズとして形成してもよ
い。凹レンズとして形成した場合には、受光する赤外線
を分散させることができるから、赤外線受光素子４で受
光する視野角を拡大し、赤外線像を縮小させることが可
能である。

【００１５】

【発明の効果】以上のように、請求項１及び２記載の本
発明に係る赤外線検出素子によれば、人体検知等を行う
ための赤外線検出装置に適用する場合に、所望のレンズ
を赤外線検出素子に対して外付けするような必要がなく
なって、赤外線検出装置全体を簡易且つ小型に製作で
き、しかも従来のように外付けレンズによる光ロスが発
生することも解消できて、赤外線検出の応答性を向上さ
せることができるという格別な効果がある。特に、請求
項２記載の本発明に係る赤外線検出素子によれば、赤外
線透過フィルタに形成された複数のレンズを透過した赤
外線を赤外線受光素子の受光面の中心に集束させること
ができるから、赤外線の受光効率を高め、赤外線検出の
応答性を一層高めることができる利点がある。また、赤
外線透過フィルタの裏面にレンズを形成することにより
赤外線透過フィルタの表面側を平坦に形成できるため、
赤外線透過フィルタ表面への塵の付着防止が図れ、又は
付着した塵の除去が容易となる長所もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る赤外線検出素子の一実施例を示す
断面図。

【図２】赤外線透過フィルタに形成するレンズの一例を
示す底面図。

【図３】赤外線透過フィルタに形成するレンズの他の例
を示す断面図。

【図４】従来の赤外線検出素子の一例を示す断面図。

【符号の説明】

１ ケース ３ 赤外線透過フィルタ ４ 赤外線受光素子 Ｒ レンズ Ｏ１ 受光面の中心（視野中心点）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハーメチックシールドされたケースの上面
   に赤外線透過フィルタが設けられ、且つ該ケース内には
   赤外線透過フィルタを透過した赤外線を検出するための
   赤外線受光素子が設けられている赤外線検出素子におい
   て、 前記赤外線透過フィルタには、レンズが一体的に形成さ
   れていることを特徴とする赤外線検出素子。
2. 【請求項２】請求項１において、前記レンズが、赤外線
   透過フィルタの裏面側に複数宛形成され、且つ各々のレ
   ンズの光軸が赤外線受光素子の受光面の中心に集束する
   ようになっていることを特徴とする赤外線検出素子。