(57)【要約】【課題】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。【解決手段】赤外線検出装置では、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、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の光軸が、第１受光ユニット２ａの第１受光素子３０ａの光軸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。【選択図】図６
2018091664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知エリアからの赤外線を受光する受光系を備え、
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い
ことを特徴とする赤外線検出装置。
【請求項２】
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
ことを特徴とする請求項１記載の赤外線検出装置。
【請求項３】
前記複数の第２受光ユニットは、少なくとも３つの第２受光ユニットである
ことを特徴とする請求項２記載の赤外線検出装置。
【請求項４】
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、
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、
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
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。
【請求項５】
前記第１受光素子及び前記第２受光素子は、いずれも焦電素子である
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。
【請求項６】
信号処理部を更に備え、前記信号処理部は、前記第１受光素子及び複数の前記第２受光素子それぞれの出力信号に基づいて前記検知エリアに人が存在するか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の赤外線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３１１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る赤外線検出装置の分解斜視図である。
【図２】図２Ａは、同上の赤外線検出装置の上側から見た斜視図である。図２Ｂは、同上の赤外線検出装置の下側から見た斜視図である。
【図３】図３Ａは、同上の赤外線検出装置における受光系の下面図である。図３Ｂは、同上の赤外線検出装置における受光系に関し、左半分を透視した下面図である。
【図４】図４は、同上の赤外線検出装置の断面図である。
【図５】図５は、同上の赤外線検出装置における受光素子を含む赤外線センサの斜視図である。
【図６】図６Ａは、同上の赤外線検出装置における受光系の平面図である。図６Ｂは、同上の赤外線検出装置の検知エリアの説明図である。
【図７】図７は、同上の赤外線検出装置の検知エリアにおける小検知エリアの説明図である。
【図８】図８は、同上の赤外線検出装置における第１マルチレンズ及び第２マルチレンズの説明図である。
【図９】図９は、同上の赤外線検出装置の検知エリアの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
（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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【符号の説明】
【００６９】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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