(57)【要約】【課題】所定検知エリアをより広くすることが可能であり、かつ、所定検知エリアの最外周側での感度を向上させることが可能な赤外線検出装置を提供する。【解決手段】赤外線検出装置は、所定検知エリアからの赤外線を受光する受光系を備える。受光系は、複数の受光ユニットを備える。複数の受光ユニットの各々は、赤外線受光素子と、マルチレンズ５と、を含む。所定検知エリアは、複数の受光ユニットに一対一に対応する複数の検知エリア１２の合成検知エリアである。マルチレンズ５は、複数の検知エリア１２のうち対応する検知エリア１２が所定検知エリアの中心側と最外周側とで非対称となるように複数のレンズ５０が複数の列に分けて配置されている。複数の受光ユニットは、複数の検知エリア１２のうち任意の１つの検知エリア１２の不足領域１５を他の検知エリア１２で補うように配置されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定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、各々が赤外線受光素子と前記赤外線受光素子に赤外線を集光する複数のレンズを有するマルチレンズとを含む複数の受光ユニットを備え、
前記所定検知エリアは、前記複数の受光ユニットに一対一に対応する複数の検知エリアの合成検知エリアであり、
前記マルチレンズは、前記複数の検知エリアのうち対応する検知エリアが前記所定検知エリアの中心側と最外周側とで非対称となるように前記複数のレンズが複数の列に分けて配置されており、
前記複数の受光ユニットは、前記複数の検知エリアのうち任意の１つの検知エリアの不足領域を前記任意の１つの検知エリアの他の検知エリアで補うように配置されている
ことを特徴とする赤外線検出装置。
【請求項２】
前記複数の列が少なくとも３つの列であり、
前記マルチレンズは、前記複数のレンズが、少なくとも３つの同心状の円弧上に分けて配置されており、
前記少なくとも３つの同心状の円弧のうち、最も半径の大きな第１円弧と２番目に半径の大きな第２円弧とが前記第１円弧の両端をつなぐ仮想直線を基準として同じ側にあり、前記第１円弧と前記第２円弧とを除く少なくとも１つの円弧が前記第１円弧及び前記第２円弧とは異なる側にある
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】
前記複数の受光ユニットの各々における前記赤外線受光素子は、前記赤外線受光素子の光軸が前記所定検知エリアの中心線から前記複数のレンズのうち前記第１円弧の真ん中のレンズ側に傾くように配置されている
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】
前記複数の受光ユニットは、ｎ個（ｎは、２以上の整数）の受光ユニットであり、
前記複数の受光ユニットが、前記所定検知エリアの中心線を中心としてｎ回回転対称性を有するように配置されている
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】
前記複数の受光ユニットは、２個の受光ユニットである
ことを特徴とする請求項４記載の赤外線検出装置。
【請求項６】
前記赤外線受光素子は、焦電素子である
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。
【請求項７】
前記複数の赤外線受光素子それぞれの出力信号に基づいて前記所定検知エリアに人が存在するか否かを判定する信号処理部を更に備える
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の赤外線検出装置。
【請求項８】
前記複数のマルチレンズの各々は、相対的に半径の大きな第１半円と半径の小さな第２半円との弦同士を重ね合わせ前記第１半円の弦を基準として非対称な形状であり、前記複数のレンズが、前記第１半円の弦の中点を中心とする複数の同心状の円弧上に分けて配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至７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、赤外線受光素子に赤外線を集光するマルチレンズ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、所定検知エリアをより広くすることが可能であり、かつ、所定検知エリアの最外周側での感度を向上させ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、所定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、複数の受光ユニットを備える。前記複数の受光ユニットの各々は、赤外線受光素子と、マルチレンズと、を含む。前記マルチレンズは、各々が前記赤外線受光素子に赤外線を集光する複数のレンズを有する。前記所定検知エリアは、前記複数の受光ユニットに一対一に対応する複数の検知エリアの合成検知エリアである。前記マルチレンズは、前記複数の検知エリアのうち対応する検知エリアが前記所定検知エリアの中心側と最外周側とで非対称となるように前記複数のレンズが複数の列に分けて配置されている。前記複数の受光ユニットは、前記複数の検知エリアのうち任意の１つの検知エリアの不足領域を前記任意の１つの検知エリアの他の検知エリアで補うように配置されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の赤外線検出装置は、所定検知エリアをより広くすることが可能であり、かつ、所定検知エリアの最外周側での感度を向上させ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２は、同上の赤外線検出装置の斜視図である。
【図３】図３Ａは、同上の赤外線検出装置における受光系の平面図である。図３Ｂは、同上の赤外線検出装置における受光系の下面図である。
【図４】図４は、同上の赤外線検出装置に関し、図２のＸ−Ｘ線断面に対応する要部断面図である。
【図５】図５は、同上の赤外線検出装置における赤外線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マルチレンズの平面図である。図６Ｂは、同上の赤外線検出装置における受光ユニット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における受光ユニットの検知エリアの小検知領域の説明図である。
【図８】図８は、同上の赤外線検出装置における２つの受光ユニットの検知エリアの合成エリアの説明図である。
【図９】図９は、同上の赤外線検出装置の所定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】
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。
【００１２】
（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。
【００１３】
本実施形態の赤外線検出装置１００は、一例として、所定検知エリア１１（図４、８及び９参照）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、所定検知エリア１１内の人体検知を行う赤外線式人体検知装置である。
【００１４】
赤外線検出装置１００は、所定検知エリア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、複数（４個）の受光ユニット２を備える。複数の受光ユニット２の各々は、赤外線受光素子３０（図３Ｂ及び４参照）を有する赤外線センサ３と、マルチレンズ５を有する光学部材６と、を含む。したがって、赤外線検出装置１００は、複数（４個）の赤外線センサ３と、複数（４個）の光学部材６と、を備えている。マルチレンズ５は、各々が赤外線受光素子３０に赤外線を集光する複数（７５個）のレンズ５０（図６Ａ参照）を有する。所定検知エリア１１は、複数の受光ユニット２に一対一に対応する複数の検知エリア１２（図４及び６Ｂ参照）の合成検知エリアである。ここにおいて、合成検知エリアとは、複数の検知エリア１２を重ね合わせたエリアである。
【００１５】
複数の受光ユニット２は、複数の検知エリア１２のうち任意の１つの検知エリア１２の不足領域１５（図６Ｂ参照）を当該任意の１つの検知エリア１２の他の検知エリア１２で補うように配置されている。不足領域１５は、実体を伴うわけではなく、説明のために表記しているにすぎない。
【００１６】
また、赤外線検出装置１００は、複数の赤外線センサ３が実装される回路基板７を更に備える。ここにおいて、複数の赤外線センサ３の各々は、赤外線受光素子３０の光軸３９（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。複数の赤外線センサ３は、互いに異なる向きに傾いている。複数の光学部材６の各々は、有底筒状であり、底壁６１にマルチレンズ５が形成されている。赤外線検出装置１００は、複数の赤外線センサ３と回路基板７との間に介在するスペーサ部８１を含む台座８を更に備えている。
【００１７】
また、赤外線検出装置１００は、複数の受光ユニット２と回路基板７と台座８とを収納するハウジング９を更に備えている。
【００１８】
また、赤外線検出装置１００は、複数の赤外線受光素子３０それぞれの出力信号に基づいて所定検知エリア１１に人が存在するか否かを判定する信号処理部１０（図４参照）を更に備える。信号処理部１０は、所定検知エリア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、複数の赤外線センサ３と、複数のマルチレンズ５と、回路基板７と、台座８と、信号処理部１０と、ハウジング９と、を備える。
【００２１】
赤外線センサ３は、赤外線受光素子３０を有する。赤外線受光素子３０は、熱型赤外線検出素子である。より詳細には、赤外線受光素子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。赤外線受光素子３０の光軸３９は、赤外線受光素子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】
赤外線受光素子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、赤外線受光素子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素子（Integrated Circuit）を備えている。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、赤外線受光素子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、電流電圧変換回路から出力された電圧信号から、雑音となる不要な周波数成分を除去するバンドパスフィルタとしての機能を有する。
【００２３】
赤外線センサ３は、赤外線受光素子３０及びＩＣ素子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。実装基板は、成形基板に限らず、例えば、ＭＩＤ（Molded Interconnect Devices）基板、セラミック基板、プリント基板等でもよい。
【００２４】
また、赤外線センサ３は、赤外線受光素子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３４を備えている。パッケージ３４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３４は、パッケージ本体３３０と、複数（３つ）のリード端子３３４と、を備える。パッケージ本体３３０は、台座３３１と、キャップ３３２と、窓材３３３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、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、赤外線受光素子３０の受光面の前方に配置される。赤外線センサ３では、赤外線受光素子３０の光軸３９が窓材３３３の中心を通るように赤外線受光素子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は、複数の赤外線センサ３が実装される回路基板７（図１及び４参照）を更に備える。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。複数の赤外線受光素子３０は、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ている。複数の赤外線受光素子３０の各々における光軸３９は、回路基板７の第１面７１に斜交している。複数の赤外線センサ３は、上述の仮想円の中心に立てた法線と赤外線受光素子３０の光軸３９とのなす角度が同じである。また、複数の赤外線センサ３は、上述の仮想円の中心に立てた法線に対して赤外線受光素子３０それぞれの光軸３９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。
【００３１】
回路基板７には、複数（４つ）の赤外線センサ３の各々における複数（３つ）のリード端子３３４を１つずつ通す複数（３つ）のピン挿通孔７４（図４参照）が複数組（４組）設けられている。回路基板７は、複数（４つ）の赤外線センサ３の各々におけるパッケージ本体３３０の一部を収容する複数（４つ）の貫通孔７３（図４参照）が形成されている。
【００３２】
赤外線検出装置１００は、複数の赤外線センサ３と回路基板７との間に介在するスペーサ部８１を含む台座８（図１及び４参照）を備えている。台座８は、電気絶縁性を有する。台座８の材質は、例えば、合成樹脂である。
【００３３】
台座８は、複数（４つ）のスペーサ部８１と、ベース部８２と、壁部８３と、を備える。複数のスペーサ部８１の各々は、赤外線センサ３のパッケージ本体３３０と回路基板７との間に介在する。複数のスペーサ部８１の各々では、パッケージ本体３３０に対向する表面８１１（台座３３１が接する表面）が、赤外線受光素子３０の光軸３９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。ベース部８２は、平板状であり、複数のスペーサ部８１を連結している。壁部８３は、ベース部８２において複数の光学部材６に対向する部位から各光学部材６に向かって突出している。
【００３４】
スペーサ部８１には、表面８１１に直交する方向に赤外線センサ３の複数（３つ）のリード端子３３４の各々を一つずつ通す複数（３つ）の孔８１４（図４参照）が形成されている。
【００３５】
赤外線検出装置１００は、各々がマルチレンズ５を有する複数（４つ）の光学部材６を備えている。複数の光学部材６は、台座８の壁部８３に取り付けられている。光学部材６は、第１端にマルチレンズ５を含む底壁６１を有し、かつ第２端に開口部を有した有底筒状の光学部材本体６０と、光学部材本体６０の第２端から全周に亘って外方へ突出したフランジ６２と、を備える。
【００３６】
マルチレンズ５において外部（検知エリア１２）からの赤外線が入射する第１面５０１（図４参照）は、複数のレンズ５０それぞれの入射面の一群により構成されている。マルチレンズ５において赤外線が出射する第２面５０２（図４参照）は、複数のレンズ５０それぞれの出射面の一群により構成されている。光学部材６は、フランジ６２が台座８の壁部８３の先端面に重なるように配置される。フランジ６２には、台座８の壁部８３の先端面から突出した２つの円柱状の突起８４の各々が挿通される２つの孔６４が形成されている。これにより、赤外線検出装置１００では、赤外線センサ３における赤外線受光素子３０とマルチレンズ５との相対的な位置精度を向上させることが可能となる。
【００３７】
マルチレンズ５における複数のレンズ５０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、複数のレンズ５０の各々を構成する凸レンズは、非球面レンズである。複数のレンズ５０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。
【００３８】
マルチレンズ５は、複数のレンズ５０それぞれの赤外線受光素子３０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。マルチレンズ５は、複数のレンズ５０の各々を透過した赤外線が赤外線センサ３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。
【００３９】
マルチレンズ５における複数のレンズ５０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。
【００４０】
マルチレンズ５の材料は、例えば、ポリエチレンである。より詳細には、マルチレンズ５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、二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。マルチレンズ５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。
【００４１】
上述のように、受光ユニット２は、マルチレンズ５と、赤外線受光素子３０と、を備える。受光ユニット２における検知エリア１２（図４及び６参照）は、マルチレンズ５及び赤外線受光素子３０（図３Ｂ及び４参照）等により決まる。ここにおいて、検知エリア１２は、各々が複数（７５個）のレンズ５０のうちの１つのレンズ５０と赤外線受光素子３０とで規定される複数（７５個）の小検知領域１３（図６Ｂ参照）を含んでいる。図６Ｂは、赤外線受光素子３０と図６Ａのマルチレンズ５とを含む受光ユニット２の検知エリア１２を、所定検知エリア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。検知エリア１２は、マルチレンズ５の複数（７５個）のレンズ５０に一対一に対応する複数（７５個）の小検知領域１３を含んでいる。
【００４２】
検知エリア１２における複数の小検知領域１３は、赤外線受光素子３０（図３Ｂ及び４参照）とマルチレンズ５とで略決めることが可能であるが、赤外線センサ３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。複数の小検知領域１３は、赤外線受光素子３０から見てそれぞれ異なる方向にある。複数の小検知領域１３は、斜四角錐状である。複数の小検知領域１３の立体角は、検知エリア１２の立体角よりも小さい。言い換えれば、小検知領域１３は、検知エリア１２よりも狭い。検知エリア１２には、図６Ｂに示すように、複数（６９個）の不足領域１５がある。不足領域１５は、白抜きの四角形で模式的に示してあるが、実体を有するものではない。検知エリア１２における複数（６９個）の不足領域１５の各々は、小検知領域１３を間引いた領域である。マルチレンズ５のレンズ５０の数、形状、配置等を適宜設計することにより、検知エリア１２における小検知領域１３を間引くことができる。
【００４３】
複数（７５個）の小検知領域１３の各々は、赤外線受光素子３０の複数（４つ）の検出部に一対一に対応する複数（４つ）の微小検知領域１４（図７参照）を含んでいる。複数の微小検知領域１４は、赤外線受光素子３０から見てそれぞれ異なる方向にある。複数の微小検知領域１４は、斜四角錐状である。複数の微小検知領域１４の立体角は、小検知領域１３の立体角よりも小さい。言い換えれば、微小検知領域１４は、小検知領域１３よりも狭い。微小検知領域１４は、レンズ５０を通して赤外線受光素子３０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、微小検知領域１４は、赤外線受光素子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。微小検知領域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。複数の微小検知領域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１２、各小検知領域１３及び各微小検知領域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。
【００４４】
赤外線検出装置１００は、図１及び４に示すように、複数の受光ユニット２、回路基板７及び台座８を収納するハウジング９を備えている。ハウジング９は、ボディ９１と、ボディ９１に結合されるカバー９２と、を備える。
【００４５】
ボディ９１は、第１端に底壁９１１１を有し、かつ第２端に開口部９１１２を有した有底筒状のボディ本体９１１と、ボディ本体９１１の第２端から全周に亘って外方へ突出したフランジ９１２と、を備える。フランジ９１２の外周形状は、円形状である。ボディ９１は、電気絶縁性を有する。ボディ９１は、例えば、合成樹脂により形成されている。赤外線検出装置１００では、回路基板７が複数の螺子等によりボディ９１のフランジ９１２に固定されている。回路基板７の外周線は、フランジ９１２の外周線の内側にある。
【００４６】
カバー９２は、第１端に開口部９２１１を有し、かつ第２端に底壁９２１２を有した有底円筒状のカバー本体９２１を備える。カバー本体９２１の底壁９２１２には、複数の光学部材６の各々においてマルチレンズ５を含む底壁６１を露出させる複数の窓孔９２１５が形成されている。カバー９２は、電気絶縁性を有する。カバー９２は、例えば、合成樹脂により形成されている。
【００４７】
赤外線検出装置１００は、複数の赤外線受光素子３０それぞれの出力信号に基づいて所定検知エリア１１に人が存在するか否かを判定する信号処理部１０を備える（図４参照）。信号処理部１０は、例えば、複数の赤外線受光素子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、所定検知エリア１１に人が存在するか否かを判定する。信号処理部１０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１０の構成部品は、回路基板７に実装されている。信号処理部１０の構成部品は、回路基板７の第２面７２（図４参照）側に配置されている。信号処理部１０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。
【００４８】
赤外線検出装置１００は、例えば、所定検知エリア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。所定検知エリア１１は、円錐状の３次元エリアである。所定検知エリア１１は、中心線１１０に直交する水平面内では円形状である。
【００４９】
赤外線検出装置１００は、上述のように所定検知エリア１１からの赤外線を受光する受光系１を備える。ここにおいて、所定検知エリア１１は、複数の受光ユニット２に一対一に対応する複数の検知エリア１２の合成検知エリアである。複数の検知エリア１２の各々は、赤外線受光素子３０とマルチレンズ５とで略規定される。４つの受光ユニット２は、所定検知エリア１１の中心線１１０を中心として４回回転対称性を有するように配置されている（図３Ａ及び３Ｂ参照）。
【００５０】
マルチレンズ５は、図６Ａに示すように、複数（７５個）のレンズ５０が複数（６つ）の列に分けて配置されている。ここにおいて、マルチレンズ５は、複数（７５個）のレンズ５０が複数（６つ）の仮想円Ｂ０それぞれの円弧Ｃ０上に分けて配置されている。複数の仮想円Ｂ０については、半径が大きい順に、第１仮想円Ｂ１、第２仮想円Ｂ２、第３仮想円Ｂ３、第４仮想円Ｂ４、第５仮想円Ｂ５及び第６仮想円Ｂ６と称する。また、複数の仮想円Ｂ０それぞれの円弧Ｃ０については、半径が大きい順に、第１円弧Ｃ１、第２円弧Ｃ２、第３円弧Ｃ３、第４円弧Ｃ４、第５円弧Ｃ５及び第６円弧Ｃ６と称する。第１円弧Ｃ１、第２円弧Ｃ２、第３円弧Ｃ３、第４円弧Ｃ４、第５円弧Ｃ５及び第６円弧Ｃ６の長さは、それぞれ、第１仮想円Ｂ１、第２仮想円Ｂ２、第３仮想円Ｂ３、第４仮想円Ｂ４、第５仮想円Ｂ５及び第６仮想円Ｂ６の円周の長さの２分の１である。
【００５１】
マルチレンズ５は、最も半径の大きな第１仮想円Ｂ１の円弧Ｃ１上に２１個のレンズ５０（５１）が配列されている。また、マルチレンズ５は、２番目に半径の大きな第２仮想円Ｂ２の円弧Ｃ２上に１６個のレンズ５０（５２）が配列されている。また、マルチレンズ５は、３番目に半径の大きな第３仮想円Ｂ３の円弧Ｃ３上に１５個のレンズ５０（５３）が配列されている。また、マルチレンズ５は、４番目に半径の大きな第４仮想円Ｂ４の円弧Ｃ４上に１２個のレンズ５０（５４）が配列されている。また、マルチレンズ５は、５番目に半径の大きな第５仮想円Ｂ５の円弧Ｃ５上に７個のレンズ５０（５５）が配列されている。また、マルチレンズ５は、６番目に半径の大きな第６仮想円Ｂ６の円弧Ｃ６上に４個のレンズ５０（５６）が配列されている。
【００５２】
上述のマルチレンズ５は、当該マルチレンズ５を含む受光ユニット２の検知エリア１２が所定検知エリア１１の中心側と最外周側とで非対称となるように複数（７５個）のレンズ５０が複数（６つ）の列に分けて配置されている。一例として、マルチレンズ５では、第１円弧Ｃ１の両端Ｐ１、Ｐ２をつなぐ直線Ｌ１を基準として、第１円弧Ｃ１、第２円弧Ｃ２、第３円弧Ｃ３及び第５円弧Ｃ５が同じ側（図６Ａでは直線Ｌ１の右側）にある。また、マルチレンズ５では、直線Ｌ１を基準として、第４円弧Ｃ４及び第６円弧Ｃ６が第１円弧Ｃ１及び第２円弧Ｃ２とは異なる側（図６Ａでは直線Ｌ１の左側）にある。
【００５３】
図６Ｂに示すように、検知エリア１２における複数（７５個）の小検知領域１３は、複数のレンズ５０と同様、複数（６つ）の仮想大円Ｄ０の円弧Ｅ０上に分けて形成される。複数の仮想大円Ｄ０については、半径が大きい順に、第１仮想大円Ｄ１、第２仮想大円Ｄ２、第３仮想大円Ｄ３、第４仮想大円Ｄ４、第５仮想大円Ｄ５及び第６仮想大円Ｄ６と称する。第１仮想大円Ｄ１、第２仮想大円Ｄ２、第３仮想大円Ｄ３、第４仮想大円Ｄ４、第５仮想大円Ｄ５及び第６仮想大円Ｄ６の半径は、それぞれ、第１仮想円Ｂ１、第２仮想円Ｂ２、第３仮想円Ｂ３、第４仮想円Ｂ４、第５仮想円Ｂ５及び第６仮想円Ｂ６よりも大きい。また、第１仮想大円Ｄ１、第２仮想大円Ｄ２、第３仮想大円Ｄ３、第４仮想大円Ｄ４、第５仮想大円Ｄ５及び第６仮想大円Ｄ６の半径は、受光ユニット２から仮想平面１２０までの距離が長くなるほど、大きくなる。また、複数の仮想大円Ｄ０それぞれの円弧Ｅ０については、半径が大きい順に、第１円弧Ｅ１、第２円弧Ｅ２、第３円弧Ｅ３、第４円弧Ｅ４、第５円弧Ｅ５及び第６円弧Ｅ６と称する。第１円弧Ｅ１、第２円弧Ｅ２、第３円弧Ｅ３、第４円弧Ｅ４、第５円弧ＥＥ５及び第６円弧Ｅ６の長さは、それぞれ、第１仮想大円Ｄ１、第２仮想大円Ｄ２、第３仮想大円Ｄ３、第４仮想大円Ｄ４、第５仮想大円Ｄ５及び第６仮想大円Ｄ６の円周の長さの２分の１である。
【００５４】
検知エリア１２では、最も半径の大きな第１仮想大円Ｄ１の円弧Ｅ１上に２１個の小検知領域１３が配列されている。また、検知エリア１２では、２番目に半径の大きな第２仮想大円Ｄ２の円弧Ｅ２上に１６個の小検知領域１３が配列されている。また、検知エリア１２では、３番目に半径の大きな第３仮想大円Ｄ３の円弧Ｅ３上に１５個の小検知領域１３が配列されている。また、検知エリア１２では、４番目に半径の大きな第４仮想大円Ｄ４の円弧Ｅ４上に１２個の小検知領域１３が配列されている。また、検知エリア１２では、５番目に半径の大きな第５仮想大円Ｄ５の円弧Ｅ５上に７個の小検知領域１３が配列されている。また、検知エリア１２では、６番目に半径の大きな第６仮想大円Ｄ６の円弧Ｅ６上に４個の小検知領域１３が配列されている。
【００５５】
また、検知エリア１２では、第１仮想大円Ｄ１上において円弧Ｅ１を避けて１９個の不足領域１５が配列されている。また、検知エリア１２では、第２仮想大円Ｄ２上において円弧Ｅ２を避けて１６個の不足領域１５が配列されている。また、検知エリア１２では、第３仮想大円Ｄ３上において円弧Ｅ３を避けて１３個の不足領域１５が配列されている。また、検知エリア１２では、第４仮想大円Ｄ４上において円弧Ｅ４を避けて１２個の不足領域１５が配列されている。また、検知エリア１２では、第５仮想大円Ｄ５上において円弧Ｅ５を避けて５個の不足領域１５が配列されている。また、検知エリア１２では、第６仮想大円Ｄ６上において円弧Ｅ６を避けて４個の不足領域１５が配列されている。
【００５６】
検知エリア１２は、第１仮想大円Ｄ１の円弧Ｅ１の両端をつなぐ直線Ｌ１１を基準として非対称である。また、検知エリア１２では、複数（７５個）の小検知領域１３のうち直線Ｌ１１上の７個の小検知領域１３以外の小検知領域１３それぞれに対して、直線Ｌ１１を基準として線対称な位置に不足領域１５がある。
【００５７】
複数（４つ）の受光ユニット２は、複数の検知エリア１２のうち任意の１つの検知エリア１２の不足領域１５を当該任意の１つの検知エリア１２の他の検知エリア１２で補うように配置されている。ここで、以下の説明では、４つの受光ユニット２を区別するために、４つの受光ユニット２を、受光ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ及び２Ｄと称することもある。また、以下の説明では、４つの検知エリア１２を区別するために、４つの検知エリア１２を、検知エリア１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ及び１２Ｄと称することもある。４つの検知エリア１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ及び１２Ｄは、４つの受光ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ及び２Ｄそれぞれの検知エリア１２である。図６Ａは、受光ユニット２Ａにおけるマルチレンズ５の平面図である。また、図６Ｂは、受光ユニット２Ａの検知エリア１２である。
【００５８】
複数の検知エリア１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ及び１２Ｄの形状は、略同じである。ここにおいて、受光系１では、検知エリア１２Ｂ、１２Ｃ及び１２Ｄが、所定検知エリア１１の中心線１１０を回転中心軸として検知エリア１２Ａを時計回り方向に、それぞれ、９０度、１８０度、２７０度回転させた位置に形成されるように、複数の受光ユニット２が配置されている。
【００５９】
赤外線検出装置１００では、検知エリア１２Ａの不足領域１５は、検知エリア１２Ｂ、１２Ｃ及び１２Ｄのうちの少なくとも１つの検知エリア１２の小検知領域１３により補われる。同様に、検知エリア１２Ｂの不足領域１５は、検知エリア１２Ａ、１２Ｃ及び１２Ｄのうち少なくとも１つの検知エリア１２の小検知領域１３により補われる。同様に、検知エリア１２Ｃの不足領域は、検知エリア１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｄのうちの少なくとも１つの検知エリア１２の小検知領域１３により補われる。同様に、検知エリア１２Ｄの不足領域１５は、検知エリア１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃのうちの少なくとも１つの検知エリア１２の小検知領域１３により補われる。
【００６０】
図８は、受光ユニット２Ａの検知エリア１２Ａと受光ユニット２Ｃの検知エリア１２Ｃとの合成検知エリア１６を模式的に示した図である。図８では、検知エリア１２Ａの小検知領域１３（１３Ａ）と検知エリア１２Ｃの小検知領域１３（１３Ｂ）とを区別するために、小検知領域１３Ａには右下がりのハッチングを付し、小検知領域１３Ｂには左下がりのハッチングを付し、小検知領域１３Ａと小検知領域１３Ｂとが重なっている箇所にはクロスハッチングを付してある。ただし、これらのハッチングは、断面を表すものではなく、説明を簡単にするために付してあるにすぎない。赤外線検出装置１００では、検知エリア１２Ａの６９個の不足領域１５を検知エリア１２Ｃの７５個の小検知領域１３のうち６９個の小検知領域１３で補うことができる。また、赤外線検出装置１００では、検知エリア１２Ｃの６９個の不足領域１５を検知エリア１２Ａの７５個の小検知領域１３のうち６９個の小検知領域１３で補うことができる。赤外線検出装置１００では、２回回転対称性を有するように配置された２つの受光ユニット２により、所定検知エリア１１を構成する合成検知エリアと同じ合成検知エリア１６を規定することが可能である。言い換えれば、赤外線検出装置１００では、２回回転対称性を有するように配置された２つの受光ユニット２により、所定検知エリア１１を規定することが可能である。
【００６１】
図９は、４つの受光ユニット２の検知エリア１２の合成検知エリアを模式的に示した図である。図９では、検知エリア１２Ａの小検知領域１３と検知エリア１２Ｂの小検知領域１３と検知エリア１２Ｃの小検知領域１３と検知エリア１２Ｄの小検知領域１３との重なる組み合わせを区別するために、小検知領域１３を示す四角形の中に、検知エリア１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄそれぞれの小検知領域１３であることを表すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの記号を表記してある。ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの表記は、符号ではない。例えば、「ＡＢ」が表記された四角形は、検知エリア１２Ａの小検知領域１３と検知エリア１２Ｂの小検知領域１３とが重なっていることを表している。同様に、例えば、「ＡＣＤ」が表記された四角形は、検知エリア１２Ａの小検知領域１３と検知エリア１２Ｃの小検知領域１３と検知エリア１２Ｄの小検知領域１３とが重なっていることを表している。
【００６２】
一般的に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、赤外線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、１つのマルチレンズのみで所定検知エリアを形成する場合、所定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。
【００６３】
これに対して、赤外線検出装置１００では、検知エリア１２が非対称となるように、マルチレンズ５における複数（７５個）のレンズ５０が複数（６つ）の列に分けて配置されている。また、赤外線検出装置１００では、複数（４個）の受光ユニット２が、複数（４個）の検知エリア１２のうち任意の１つの検知エリア１２の不足領域１５を当該任意の１つの検知エリア１２の他の検知エリア１２で補うように配置されている。よって、赤外線検出装置１００のマルチレンズ５では、１つのマルチレンズのみで所定検知エリアを形成する場合と比べて、赤外線受光素子３０の光軸３９とのなす角度が最も大きくなるレンズ５０（第１円弧Ｂ１上の２１個のレンズ５１）の面積を大きくすることが可能である。また、赤外線検出装置１００では、複数の受光ユニット２において、マルチレンズ５の設計を同じとすることが可能となる。言い換えれば、赤外線検出装置１００では、複数のマルチレンズ５の共通化を図れる。また、赤外線検出装置１００では、複数の赤外線センサ３の共通化を図れる。
【００６４】
以上説明した本実施形態の赤外線検出装置１００は、所定検知エリア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、複数の受光ユニット２を備える。複数の受光ユニット２の各々は、赤外線受光素子３０と、マルチレンズ５と、を含む。マルチレンズ５は、各々が赤外線受光素子３０に赤外線を集光する複数のレンズ５０を有する。所定検知エリア１１は、複数の受光ユニット２に一対一に対応する複数の検知エリア１２の合成検知エリアである。マルチレンズ５は、複数の検知エリア１２のうち対応する検知エリア１２が所定検知エリア１１の中心側と最外周側とで非対称となるように複数のレンズ５０が複数（６つ）の列に分けて配置されている。複数の受光ユニット２は、複数の検知エリア１２のうち任意の１つの検知エリア１２の不足領域１５を当該任意の１つの検知エリア１２の他の検知エリア１２で補うように配置されている。
【００６５】
以上の構成により、赤外線検出装置１００は、所定検知エリア１１をより広くすることが可能であり、かつ、所定検知エリア１１の最外周側での感度を向上させることが可能となる。言い換えれば、赤外線検出装置１００は、視野角を大きくすることが可能であり、かつ、所定検知エリア１１の最外周側での感度を向上させることが可能となる。「視野角」とは、赤外線検出装置１００の所定検知エリア１１の広がり角を意味する。
【００６６】
赤外線検出装置１００では、複数（７５個）のレンズ５０を分けて配置する複数の列が少なくとも３つの列であり、マルチレンズ５は、複数のレンズ５０が、少なくとも３つの同心状の円弧Ｃ０上に分けて配置されているのが好ましい。ここにおいて、少なくとも３つの同心状の円弧Ｃ０のうち、最も半径の大きな第１円弧Ｃ１と２番目に半径の大きな第２円弧Ｃ２とが第１円弧Ｃ１の両端Ｐ１、Ｐ２をつなぐ仮想直線Ｌ１を基準として同じ側にあり、第１円弧Ｃ１と第２円弧Ｃ２とを除く少なくとも１つの円弧Ｃ０（第４円弧Ｃ４、第６円弧Ｃ６）が第１円弧Ｃ１及び第２円弧Ｃ２とは異なる側にあるのが好ましい。これにより、赤外線検出装置１００では、例えば、ユーザの希望で所定検知エリア１１を狭くしたい場合、所定検知エリア１１の形状を変更したい場合等に、第１円弧Ｃ１上のレンズ５０及び第２円弧Ｃ２上のレンズ５０を赤外線遮光部材等によって隠すことで対応することが可能となる。赤外線遮光部材は、例えば、赤外線を遮光するシール、赤外線を遮光する樹脂成形部材等である。
【００６７】
赤外線検出装置１００では、複数の受光ユニット２の各々における赤外線受光素子３０は、赤外線受光素子３０の光軸３９が所定検知エリア１１の中心線１１０から複数のレンズ５０のうち第１円弧Ｃ１の真ん中のレンズ５０側に傾くように配置されているのが好ましい。これにより、赤外線検出装置１００は、赤外線受光素子３０の光軸３９とのなす角度が最も大きくなるレンズ５０における赤外線の損失をより抑制することが可能となる。
【００６８】
赤外線検出装置１００では、複数の受光ユニット２は、ｎ個（ｎは、２以上の整数）の受光ユニット２であり、複数の受光ユニット２が、所定検知エリア１１の中心線１１０を中心としてｎ回回転対称性を有するように配置されているのが好ましい。これにより、赤外線検出装置１００は、所定検知エリア１１をより広くすることが可能となり、かつ、意匠性を向上させることが可能となる。
【００６９】
赤外線検出装置１００では、複数の受光ユニット２は、２個の受光ユニット２であるのが好ましい。これにより、赤外線検出装置１００は、複数の受光ユニット２同士をより近づけて配置することが可能となり、赤外線検出装置１００の小型化を図ることが可能となる。
【００７０】
赤外線検出装置１００では、赤外線受光素子３０は、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は、赤外線受光素子３０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。
【００７１】
赤外線検出装置１００は、複数の赤外線受光素子３０それぞれの出力信号に基づいて所定検知エリア１１に人が存在するか否かを判定する信号処理部１０を更に備えるのが好ましい。これにより、赤外線検出装置１００は、人体検知装置として利用することが可能となる。
【００７２】
赤外線検出装置１００では、複数のマルチレンズ５の各々は、図６Ａに示すように、相対的に半径の大きな第１半円４０１と半径の小さな第２半円４０２との弦４１１、４１２同士を重ね合わせ第１半円４０１の弦４１１を基準として非対称な形状である。赤外線検出装置１００では、複数のレンズ５０が、第１半円４０１の弦４１１の中点４２１を中心とする複数の同心状の円弧Ｃ０上に分けて配置されているのが好ましい。これにより、赤外線検出装置１００は、検知エリア１２を所定検知エリア１１の中心側と最外周側とで非対称とでき、かつ、受光系１のサイズを小さくすることが可能となり、赤外線検出装置１００の小型化を図ることが可能となる。
【００７３】
上述した実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論のことである。
【００７４】
例えば、赤外線受光素子３０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。また、赤外線受光素子３０は、焦電素子にかぎらず、例えば、サーモパイル、フォトダイオード等でもよい。
【００７５】
マルチレンズ５は、第１仮想円Ｂ１（図６Ａ参照）の中心に、１つのレンズが形成されていてもよい。
【００７６】
赤外線検出装置１００は、人体検知に限らず、たとえばガス検知等の他の用途で用いられてもよい。
【００７７】
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】
【００７８】
１００  赤外線検出装置
１  受光系
２  受光ユニット
３０  赤外線受光素子
３９  光軸
５  マルチレンズ
５０  レンズ
１０  信号処理部
１１  所定検知エリア
１１０  中心線
１２  検知エリア
Ｃ０  円弧
Ｃ１  第１円弧
Ｃ２  第２円弧
Ｃ３  第３円弧
Ｃ４  第４円弧
Ｃ５  第５円弧
Ｃ６  第６円弧
Ｌ１  仮想直線
４０１  第１半円
４１１  弦
４２１  中点
４０２  第２半円
４１２  弦
【図１】
2018004490.tif 000003
【図２】
2018004490.tif 000004
【図３】
2018004490.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018004490.tif 000007
【図６】
2018004490.tif 000008
【図７】
2018004490.tif 000009
【図８】
2018004490.tif 000010
【図９】
2018004490.tif 000011