(57)【要約】【課題】レンズ等の集光部品無しに観察したい範囲の赤外線を効率良く導くとともに観察範囲外からの赤外線を遮断して、クロストーク及びゴーストの発生を防止することの可能なアレイミラー系、それを備えたアレイ光学装置，赤外線検知装置及び赤外線検知システムを提供する。【解決手段】アレイミラー系ＭＡは、物体の複数のエリアからの赤外線を複数の筒型ミラーＭｉでそれぞれ導く。各筒型ミラーＭｉは、物体側に向けて徐々に開くように傾斜した内側面を反射面Ｍｓとして有する。【選択図】図１
2015232506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の複数のエリアからの赤外線を複数のミラーでそれぞれ導くアレイミラー系であって、
前記各ミラーが、物体側に向けて徐々に開くように傾斜した内側面を反射面として有する筒型ミラーであることを特徴とするアレイミラー系。
【請求項２】
前記筒型ミラーが中空部材又は透明部材からなり、前記反射面の形状が円柱状，楕円柱状又は角柱状であることを特徴とする請求項１記載のアレイミラー系。
【請求項３】
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１又は２記載のアレイミラー系；
０＜θ≦１５  …（１）
ただし、
θ：反射面が物体側に向けた先端開き角度（°）、
である。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアレイミラー系と、センサー面上に導かれた赤外線を電気的な信号に変換するイメージセンサーと、を備え、前記センサー面の画素１個から数個に対して前記筒型ミラー１個が対応し、かつ、前記筒型ミラーの端部が前記センサー面に近接するように、前記筒型ミラーが設けられていることを特徴とするアレイ光学装置。
【請求項５】
請求項４記載のアレイ光学装置を備え、前記イメージセンサーからの出力信号を用いて前記各エリアの温度変化を検知することを特徴とする赤外線検知装置。
【請求項６】
請求項５記載の赤外線検知装置を備え、各筒型ミラーが以下の条件式（２）を満足することを特徴とする赤外線検知システム；
０＜ｔａｎθ＜Ｌ／Ｓ  …（２）
ただし、
θ：反射面が物体側に向けた先端開き角度（°）、
Ｌ：物体の最大幅、
Ｓ：センサー面から物体までの距離、
である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアレイミラー系及び赤外線検知装置に関するものである。更に詳しくは、物体の複数のエリアからの赤外線（例えば、近赤外線，中赤外線，遠赤外線）を複数のミラーで導くアレイミラー系と、そのアレイミラー系で取り込んだ各エリアからの赤外線をイメージセンサーで電気的な信号に変換して出力するアレイ光学装置と、赤外線から得られた出力信号を用いて各エリアの温度変化を検知する赤外線検知装置と、その赤外線検知装置を含めて構成される赤外線検知システムと、に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長８〜１２μｍ帯の遠赤外線領域は物質の温度を検知できる範囲であり、温度測定や暗闇での人検知やセキュリティ等、応用できるものは多い。このような遠赤外線帯のカメラの感度は、センサーの仕様とともにレンズの明るさで決まる。そして、遠赤外線レンズでは明るさを確保するため、軸外までヴィネッティングのない構成にする必要がある。しかし、広角な遠赤外線用光学系を得るのは困難である。つまり、レンズ系に対して斜入射する光束も、軸上と同様の光束幅で収差補正をする必要があるため、十分な性能の光学系を広角レンズ系で得ることは難しい。
【０００３】
また、従来の安価な人体検知装置では、センサーとして焦電センサー等が使用されている。焦電センサーは、チタン酸ジルコン酸鉛等を含むセラミックスが温度変化によって自発分極する焦電効果を利用したものであり、ほとんどの場合、単一の受光面を持つ安価な温度センサーである。人体検知の感度を上げるために、焦電センサーの受光面を２個から４個に分割することにより温度変化を検知する範囲を分けたものも知られているが、検知回路は受光面が１個の場合と同様なので、観察範囲のどこで検知しても同じ信号を発生させ、人体の位置検知までは行うことができない。このため、位置検知（人がどの方向から入ってきたか等）もできるような人体検知装置が望まれている。
【０００４】
このような問題に対応するために、結像光学系が個眼光学系として並列に複数配置された複眼光学系、いわゆるアレイ光学系を使用することが考えられる。アレイ光学系では、各個眼光学系が別々の範囲を撮影する画面分割や各個眼光学系での離散的な範囲の撮影が可能である。また、人体検知においては、対象とする人体の撮影されている範囲が画面上で１画素以上に結像していないと、周囲との温度差が検知できない（つまり、誤差範囲内の検知となる。）という問題もある。しかし、これもアレイ光学系を使用することによって、広角な観察範囲を確保することと、人体の大きさを１画素以上の大きさに撮影することと、を両立することが可能になる。
【０００５】
アレイ光学系を使用した場合には、隣同士の個眼光学系から来る光線が混じり合ってしまうという、いわゆるクロストークの問題がある。クロストークを防ぐために、個眼光学系同士の間に遮光部材を用いることがある。可視光学系では遮光に黒い材料を使うことでクロストークを防ぐことは可能である。しかし、熱線でもある遠赤外線は、その進行が黒い材料で遮断されたとしても、熱として吸収されて熱源となってしまうため、センサーに到達して、結局ゴーストの原因となる。また、遠赤外線を反射するような材料を遮光部材に使用すると、観察物体及び光学系の構造部品等、あらゆる熱源となるものからの赤外線が反射されてゴーストとなる。このように赤外線光学系としてアレイレンズ系を使うためには遮光が大きな問題となる。
【０００６】
特許文献１には、可視光について設計されたアレイレンズ系が記載されている。個眼レンズが各々異なる観察範囲を持つようにアレイ配置されており、外側の個眼レンズほど光軸を傾けて広角範囲を撮影するようにしている。また、光軸が傾くことによるセンサーへの入射角を、三角プリズムを入れることにより垂直近くになるように補正している。
【０００７】
特許文献２には、赤外線レンズに設けた可視光反射防止用のフードが記載されている。フードの奥にある赤外線用レンズ面で可視光が反射して、例えば車載用のレンズとして使用したとき、対向車に向かって照射されてしまうのを防止している。この遮光フードの内面は反射率が低く抑えられており、可視光を透過しないフィルタが内部に装着されている。
【０００８】
特許文献３には、アレイレンズとそれに対応した導光部材の配置された画像読み取り装置用光学系が記載されている。その導光部材は、平行に向かい合った内側反射面で光線を反射しながら導くものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−１５１７９８号公報
【特許文献２】特開２００３−２４１２６０号公報
【特許文献３】特開２０００−２４４７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載されているアレイレンズ系では、隣同士の個眼レンズで光束がクロストークしないような構造が必要である。個眼レンズの各々が作る画像は隣り合って結像したものなので、近接する個眼レンズから不要な光束が結像してしまう可能性がある。これを防ぐために、個眼レンズ間に遮光部材が配置されている。可視光で使用する光学系であるため、黒い材料の表面の反射率を低くしたものであれば遮光の役割を果たすことができる。しかし、赤外線はこのような黒い材料でできた遮光部材には熱として吸収され、さらに吸収した熱は赤外光として放射されるので、前述したようにゴーストとしてセンサー面に到達してしまう。
【００１１】
特許文献２に記載されている赤外線レンズには、可視光反射防止用のフードが設けられている。そのフードは、物体側に向かって開くように内面が傾斜しているが、反射率を抑えた構成になっているため赤外光も反射せず、フードの奥まで導かれるものはわずかである。また、レンズ系全体に対して設けられているフードは１個であるため、これで観察範囲の赤外物体の位置情報を取得することはできない。
【００１２】
特許文献３に記載されている画像読み取り装置では、アレイレンズによって光線が制限されるため外側から導光部材に光線が入ることはない。しかし、向かい合う反射面が平行な導光部材では、もし観察範囲外から光線が入射した場合でも光線は角度を変更することなく他端まで到達してしまう。
【００１３】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、レンズ等の集光部品無しに観察したい範囲の赤外線を効率良く導くとともに観察範囲外からの赤外線を遮断して、クロストーク及びゴーストの発生を防止することの可能なアレイミラー系、それを備えたアレイ光学装置，赤外線検知装置及び赤外線検知システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、第１の発明のアレイミラー系は、物体の複数のエリアからの赤外線を複数のミラーでそれぞれ導くアレイミラー系であって、
前記各ミラーが、物体側に向けて徐々に開くように傾斜した内側面を反射面として有する筒型ミラーであることを特徴とする。
【００１５】
第２の発明のアレイミラー系は、上記第１の発明において、前記筒型ミラーが中空部材又は透明部材からなり、前記反射面の形状が円柱状，楕円柱状又は角柱状であることを特徴とする。
【００１６】
第３の発明のアレイミラー系は、上記第１又は第２の発明において、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
０＜θ≦１５  …（１）
ただし、
θ：反射面が物体側に向けた先端開き角度（°）、
である。
【００１７】
第４の発明のアレイ光学装置は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明に係るアレイミラー系と、センサー面上に導かれた赤外線を電気的な信号に変換するイメージセンサーと、を備え、前記センサー面の画素１個から数個に対して前記筒型ミラー１個が対応し、かつ、前記筒型ミラーの端部が前記センサー面に近接するように、前記筒型ミラーが設けられていることを特徴とする。
【００１８】
第５の発明の赤外線検知装置は、上記第４の発明に係るアレイ光学装置を備え、前記イメージセンサーからの出力信号を用いて前記各エリアの温度変化を検知することを特徴とする。
【００１９】
第６の発明の赤外線検知システムは、上記第５の発明に係る赤外線検知装置を備え、各筒型ミラーが以下の条件式（２）を満足することを特徴とする。
０＜ｔａｎθ＜Ｌ／Ｓ  …（２）
ただし、
θ：反射面が物体側に向けた先端開き角度（°）、
Ｌ：物体の最大幅、
Ｓ：センサー面から物体までの距離、
である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、レンズ等の集光部品無しに観察したい範囲の赤外線を効率良く導くとともに観察範囲外からの赤外線を遮断して、クロストーク及びゴーストの発生を防止することの可能なアレイミラー系、それを備えたアレイ光学装置，赤外線検知装置及び赤外線検知システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】アレイミラー系及びアレイ光学装置の一実施の形態を模式的に示す断面図。
【図２】センサー面に対して軸の垂直な筒型ミラーを模式的に示す断面図。
【図３】センサー面に対して軸の傾いた筒型ミラーを模式的に示す断面図。
【図４】筒型ミラーの軸の傾き角度を示す断面図。
【図５】観察範囲外から筒型ミラーに入射した赤外線が反射され同一光路で元の方向に戻される様子を示す光路図。
【図６】赤外線検知システムにおけるイメージセンサーの配置と反射面の先端開き角度との関係を示す模式図。
【図７】赤外線検知装置の一実施の形態を示す模式図。
【図８】アレイミラー系のセンサー面側の端部をセンサー面に対して垂直方向から見た状態で示す模式図。
【図９】実施例１，２における筒型ミラーの軸の傾きが５°の断面を示す光路図。
【図１０】実施例１，２における筒型ミラーの軸の傾きが１５°の断面を示す光路図。
【図１１】実施例１，２における筒型ミラーの軸の傾きが４５°の断面を示す光路図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係るアレイミラー系，アレイ光学装置等を説明する。本発明に係るアレイミラー系は、物体の複数のエリアからの赤外線を複数のミラーでそれぞれ導く光学系である。そして、前記各ミラーが、物体側に向けて徐々に開くように傾斜した内側面を反射面として有する筒型ミラーであることを特徴としている。前記筒型ミラーは、例えば、中空部材又は透明部材からなり、前記反射面の形状は、例えば、円柱状，楕円柱状又は角柱状である。筒型ミラーが中空部材からなる場合、中空部材の内側面にミラーコーティングを施すことにより内側反射面が構成され、筒型ミラーが透明部材からなる場合、透明部材の外側面にミラーコーティングを施すことにより内側反射面が構成される。
【００２３】
本発明に係るアレイ光学装置は、上記アレイミラー系と、センサー面上に導かれた赤外線を電気的な信号に変換するイメージセンサーと、を備え、前記センサー面の画素１個から数個に対して前記筒型ミラー１個が対応し、かつ、前記筒型ミラーの端部が前記センサー面に近接するように、前記筒型ミラーが設けられていることを特徴としている。また、本発明に係る赤外線検知装置は、上記アレイ光学装置を備え、前記イメージセンサーからの出力信号を用いて前記各エリアの温度変化を検知することを特徴としており、その赤外線検知装置を備えることにより、測定対象となる物体との位置関係から赤外線検知システムを構成することができる。
【００２４】
一般的にアレイ光学系は複眼光学系とも言われ、それを構成する各光学系は個眼光学系又は単眼光学系とも言われる。アレイ光学系は複数の個眼光学系を１次元（１列）又は２次元（複数列）で並列に配置することにより構成され、各個眼光学系での結像により個眼光学系と同数の光学像が形成されるのが一般的である。それに対し本発明に係るアレイミラー系では、個眼光学系である筒型ミラーによる結像は行われず、各筒型ミラーが観察したい範囲の赤外線をイメージセンサーに導くにすぎない。つまり、決まった範囲の赤外線検知を決まった精度で行うのに結像は不要であり、決まった範囲からの赤外線をイメージセンサーの所定範囲に導けばよい、という考え方である。例えば、どの筒型ミラーから射出した赤外線で温度変化を検知したかにより、どのエリアに人体が位置するのかを検知することが可能である。
【００２５】
各筒型ミラーは物体側に向けて徐々に開くように傾斜した内側面を反射面として有しているため、前述したゴーストの問題を解消することができる。図５に示すように、筒型ミラーＭｉの反射面Ｍｓが物体側に向けて徐々に開くように傾斜していると、観察範囲外から反射面Ｍｓに入射した赤外線は、何回か反射されるうちに反射面Ｍｓに対する入射角度が変化してゆき、最終的には反射面Ｍｓに垂直入射して反射され、同一光路で元の方向に戻ることになる。つまり、筒型ミラーＭｉに一端から入射した赤外線のうち、物体の観察したい範囲のみから射出した赤外線を、筒型ミラーＭｉの他端から射出させることができる。したがって、レンズ等の集光部品無しに観察したい範囲の赤外線を効率良く導くとともに観察範囲外からの赤外線を遮断して、クロストーク及びゴーストの発生を防止することの可能なアレイミラー系を実現することができる。
【００２６】
そして、筒型ミラーの端部をセンサー面に近接するように配置し、センサー面の画素１個から数個に対して筒型ミラー１個を対応させれば、物体の観察したい範囲外からの赤外線はセンサー面に到達せず、筒型ミラーの内側面で反射されてイメージセンサーに到達する赤外線を、すべて観察したい範囲から射出したものとすることができる。したがって、レンズ等の集光部品を持たないにもかかわらず、観察したい範囲の赤外線を効率良くセンサー面に導き、観察範囲外からの光線を遮断してゴーストの発生を防止することができる。
【００２７】
筒型ミラーは、クロストークを防ぐための遮光部材としても機能する。このため、アレイ光学系でありながら、クロストークを防ぐための遮光部材は不要である。また、反射率の高いミラーコーティングにより反射面での熱の吸収を極限まで抑えることも可能である。したがって、筒型ミラーが熱源とならないようにすることができるため、ゴーストの発生を更に効果的に防ぐことができる。
【００２８】
さらに、観察範囲からの光線を効率良くセンサー面に導くためには、筒型ミラーＭｉの長さＭ（図２，図３）を、最も角度を持った光線（つまり、反射面Ｍｓに対する最初の入射角度が最も小さい光線）が４回以上反射する長さに設定することが好ましい。このように設定すれば、最も角度を持った光線よりも緩い角度の光線（つまり、反射面Ｍｓに対する入射角度の大きい光線）は、すべてセンサー面ＳＳに到達することになり、同時に観察範囲外からの光線を元の方向に戻すのに十分な筒型ミラーＭｉの長さＭを確保することができる。
【００２９】
以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
０＜θ≦１５  …（１）
ただし、
θ：反射面が物体側に向けた先端開き角度（°）、
である。
【００３０】
筒型ミラーは、物体側に向けて徐々に開くように傾斜した内側面を反射面として有しているが、その対向する傾斜した反射面がなす先端開き角度θ（図２，図３，図５参照。）はわずかであり、条件式（１）で規定するように１５°以下が好ましい。
【００３１】
筒型ミラーをアレイ状に配置して、例えば人体の位置検知を行う場合、赤外線検知装置は部屋の天井付近に設置するのが一般的である。図６に示すように、床から天井までの高さ（センサー面ＳＳから物体までの距離）Ｓを２０００ｍｍとし、天井から見た人体の大きさＬを５００×５００ｍｍとする。誤差にならないように人を検知するため、筒型ミラー１組で観察する範囲を人体の大きさと同じ５００×５００ｍｍとし、イメージセンサーＳＲの画素の大きさを検知範囲と比べて十分小さい（１／１００以下）ものとする。筒型ミラーの先端開き角度を、物体側に向いた先端が内部側面の平行な軸ａｘ（筒型ミラーＭｉの中心軸に対して平行な軸）よりも開いている両側の角度θとする（図２，図３参照。）。天井にある筒型ミラーＭｉの内側面の延長線が床面で５００×５００に向いていれば、この範囲を観察することになるので、ｔａｎθ＝５００／２０００，θ＝１４．０３°となる。
【００３２】
このことから、先端開き角θは通常使用する場合１５度以下であることが好ましい。また、先端開き角度θがゼロとなると、観察範囲外から入射した光線は筒型ミラーの内側面で入射角度と反射角度とが同じになるため、何回も反射するうちにセンサー面に到達してしまう。先端開き角度をゼロより少しでも大きくすれば、筒型ミラーの長さを十分取ることで、内側面での反射角が入射角よりも徐々に大きくなり、ついには反転して元来た方向に返すことができる。
【００３３】
各筒型ミラーは以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
０＜ｔａｎθ＜Ｌ／Ｓ  …（２）
ただし、
θ：反射面が物体側に向けた先端開き角度（°）、
Ｌ：物体の最大幅、
Ｓ：センサー面から物体までの距離、
である。
【００３４】
直下を向いている筒型ミラーでの検知しようとする物体の最大幅Ｌと物体までの距離Ｓとの間には、図６に示すように、二等辺三角形の角度と辺の長さで表される関係がある。アレイミラー系を使用した赤外線検知装置では、各筒型ミラーが異なる方向を向いている場合が考えられる。各筒型ミラーは物体側に向かって開いた内面傾斜を持っているので、アレイ状に配置された複数の筒型ミラーのうち外側に位置するものほど、観察範囲の広角側を向くことになる。このとき、外側に位置する筒型ミラーは、直下を向いているものよりも、検知する物体までの距離Ｓが大きくなる。このような場合、各筒型ミラーの先端開き角度θを条件式（２）を満足するようにすることで、どの筒型ミラーも同じ観察範囲とすることができ、観察範囲全面で同じ検知精度を実現することができる。
【００３５】
前述のような筒型ミラーをセンサー面の画素１個から数個に対して１組ずつ配置したアレイミラー系は、画素の大きさに比べて筒型ミラーの長さが長くなるので、光学系としては大きくなるように思える。しかし、赤外線光学系をレンズ系で構成する場合、可視光の撮影レンズと比べて明るいＦナンバーを軸外まで確保しなければならないため、レンズの方が筒型ミラーよりも大型になる場合がある。特に広角な赤外レンズ系はより大型化する傾向にある。赤外線撮影レンズが明るいＦナンバーを確保しなければならない理由は、温度を検知する場合、解像力はセンサー面に到達する光量に比例するため、解像力を上げようとすると明るい光学系が必要となるためである。つまり、筒型ミラーをアレイ状に配置した光学系を使っても赤外線検知装置としては大型化することはない。また、アレイ配置された光学系が、広い観察範囲と検知物の十分な解像度を両立することができるので、画素数の比較的少ないサーモパイル等、安価な赤外線センサーを使っても実現することが可能となり、安価で位置検出も可能な赤外線検知装置を実現することができる。
【００３６】
上述したアレイミラー系は、赤外線検知装置（例えば、暗視装置，サーモグラフィー，監視カメラ，防犯カメラ，車載カメラ等）用の光学系としての使用に適しており、これをイメージセンサー（例えば、赤外線センサー）等と組み合わせることにより、検知対象物の赤外線映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力するアレイ光学装置を構成することができる。
【００３７】
上記アレイ光学装置の一例として、図１にアレイ光学装置ＤＡの一実施の形態を模式的断面で示す。図１に示すアレイ光学装置ＤＡは、赤外線検知装置の主たる構成要素をなす光学装置であり、例えば、物体（検知対象物に相当する。）側から順に、物体の複数のエリアからの赤外線Ｌｒを複数の筒型ミラーＭｉでそれぞれ導くアレイミラー系ＭＡと、センサー面（すなわち受光面）ＳＳ上に導かれた赤外線Ｌｒを電気的な信号に変換するイメージセンサーＳＲと、を備えることにより構成される。そして、イメージセンサーＳＲのセンサー面ＳＳ上に物体の各エリアからの赤外線Ｌｒが入射するように、前述した特徴的構成を有するアレイミラー系ＭＡが配置されることにより、クロストークやゴーストの発生無しに所定エリアからの赤外線Ｌｒを検知することの可能なアレイ光学装置ＤＡを実現することができる。そして、アレイ光学装置ＤＡを備えることにより、例えば、人体の位置検知が可能な赤外線検知装置や赤外線検知システムを構成することができる。
【００３８】
上記赤外線検知装置の一例として、図７に赤外線検知装置ＤＩの一実施の形態を模式的断面で示す。図７に示す赤外線検知装置ＤＩは、アレイ光学装置ＤＡと、イメージセンサーＳＲからの出力信号を用いてモザイク状の赤外画像を構成する撮影回路１と、赤外画像から各エリアの温度変化を検知したかどうか（例えば、温度の違うものが存在するかどうか）の判定を行う判定システム２と、を備えている。アレイ光学装置ＤＡは、アレイミラー系ＭＡ，イメージセンサーＳＲ等を含む光学系及びその関連部分が、赤外線Ｌｒを透過する薄い材料（高密度ポリエチレン等）からなる半球状のカバーＣＶで覆われた構造になっている。
【００３９】
アレイミラー系ＭＡは、前述したように、物体の複数のエリアからの赤外線Ｌｒを複数の筒型ミラーＭｉでイメージセンサーＳＲの受光面ＳＳ上にそれぞれ導く構成になっている。イメージセンサーＳＲとしては、例えば複数の画素（数十〜数十万画素）を有し、７〜１０μｍ程度の波長を利用する遠赤外イメージセンサー（温度センサー等）が用いられる。アレイミラー系ＭＡは、イメージセンサーＳＲの光電変換部である受光面ＳＳ上に赤外線Ｌｒが照射されるように設けられているので、アレイミラー系ＭＡから射出した赤外線Ｌｒは、イメージセンサーＳＲによって電気的な信号に変換される。
【００４０】
赤外線検知装置ＤＩに使用される赤外線Ｌｒは、主として波長７〜１４μｍの範囲の遠赤外線である。人や動物の体温は８〜１２μｍの放射光であり、遠赤外線光学系はほとんどが８〜１２μｍで使用される。波長８〜１２μｍ帯の遠赤外線領域は物質の温度を検知できる範囲であり、温度測定や暗闇での人検知やセキュリティ等、応用できるものは多い。なお、赤外線Ｌｒとして近赤外線や中赤外線を使用する場合には、例えば、近赤外線や中赤外線で物体を照明し、その反射光を複数の筒型ミラーＭｉでイメージセンサーＳＲの受光面ＳＳ上にそれぞれ導く構成にすればよい。
【００４１】
アレイミラー系ＭＡを構成する筒型ミラーＭｉに透明部材を用いる場合、その透明部材には遠赤外線光学材料が用いられる。光学材料の屈折率は、真空に対する物質中の光の進む速度の比であり、可視領域ではｄ線（５８７ｎｍ）に対して表示される。しかし、この値は遠赤外線領域では意味を持たないので、波長１０μｍに対する屈折率を代表的に示す場合が多い。例えば、従来より用いられている遠赤外線光学材料の波長１０μｍでの屈折率は、Ｇｅ＝４．００４，Ｓｉ＝３．４１８，ＺｎＳ＝２．２００，ＺｎＳｅ＝２．４０７等である。
【００４２】
分散（色分散）の性質を表す値として、可視光線ではｄ線のアッベ数νｄが用いられる。このアッベ数は、νｄ＝（Ｎｄ−１）／（Ｎｆ−Ｎｃ）で表される（ただし、Ｎｄ：ｄ線の屈折率、ＮｆはＦ線の屈折率、ＮｃはＣ線の屈折率、である。）。しかし、この値は遠赤外線領域では意味を持たないので、ミラーコーティングが施される前記透明部材では、分散の性質を表す値として、ν＝（Ｎ１０−１）／（Ｎ８−Ｎ１２）を用いることができる（ただし、Ｎ１０：波長１０μｍでの屈折率、Ｎ８：波長８μｍでの屈折率、Ｎ１２：波長１２μｍでの屈折率、とする。）。この値が大きいほど色による屈折率の差が小さいので、分散が小さいということになる。例えば、従来より用いられている遠赤外線光学材料の分散は、Ｇｅ＝７８５，Ｓｉ＝１８６０，ＺｎＳ＝２３（色消しに使う。），ＺｎＳｅ＝５７（色消しに使う。）等である。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明を実施したアレイミラー系の構成等を、実施例１，２を挙げて更に具体的に説明する。
【００４４】
以下に挙げる実施例１，２では、イメージセンサーＳＲとしてサーモパイルを使用し、１つの画素の大きさが０．３×０．３（ｍｍ）で画素数が８×８個並んだもの、あるいは１つの画素の大きさが０．６×０．６（ｍｍ）で画素の個数が４×４個並んだものを使用する。サーモパイルは、熱を電気エネルギーに変換することのできる熱電対を直列又は並列に並べてセンサー面とした温度センサーであり、焦電センサーに次いで安価なものである。
【００４５】
サーモパイルは熱を直接電気信号に変えることができるが、２つの電極間で十分な温度差を得るためには、１画素の検知範囲にある程度の大きさを持つ必要がある。そのため、画素数としては４×４，８×８，１６×１６等、比較的少ないものとなる。例えば、８×８個のサーモパイルを使用する場合には、画素が２×２個に対して１組の筒型ミラーＭｉ（画素４個に対して筒型ミラーＭｉが１個）を配置し、画素が４×４のサーモパイルを使用する場合には、１画素に１組の筒型ミラーを配置する。つまり、筒型ミラーＭｉのイメージセンサーＳＲ側の端部は０．６×０．６（ｍｍ）の大きさを持つことになる。
【００４６】
このとき、筒型ミラーＭｉが中空の場合には、筒の構造壁の厚さは０．１ｍｍ程度とする。この壁はすぐ隣に別の筒型ミラーＭｉが並んでいる場合、隣との壁を共有できる。サーモパイルの画素と画素との間にある不感帯は０．０８ｍｍ程度であるので、構造壁によって光線を切る量はわずかである。構造壁は壁面が十分なめらかな金属で構成するか、あるいは別の材料等で作製した後、金属をメッキする等して内面がミラー面となるようにする。また、中空でなく使用波長に対して透明な筒型ミラーＭｉを用いる場合には、透明物体の外面を十分に平滑にし反射材量をコーティングすればよいので、構造壁は不要となる。
【００４７】
透明材料は、実施例１，２では遠赤外線に対して透明な材料である。例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ），シリコン（Ｓｉ），セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ），硫化亜鉛（ＺｎＳ），塩化ナトリウム（ＮａＣｌ），塩化カリウム（ＫＣｌ），臭化カリウム（ＫＢｒ）等を使用する。ＮａＣｌ，Ｋｃｌ，ＫＢｒ等は潮解性があるので、光線の入射端と射出端には反射コーティングを施さないが、吸湿防止材料は全体に塗布しておく。
【００４８】
図８に、実施例１，２におけるアレイミラー系ＭＡのイメージセンサーＳＲ側の端部を、センサー面ＳＳに対して垂直方向から見た状態で示す。アレイミラー系ＭＡは、４種類の筒型ミラーＭｉ（ｉ＝１，２，３，４）が直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、Ｘ，Ｙ方向に４×４個並列に配置された構成になっている。なお、Ｚ方向はセンサー面ＳＳの法線方向である。
【００４９】
以下の表１に、実施例１，２における軸の傾き角度α（°）と先端開き角度θ（°）をＸ，Ｙ方向について示し、センサー面ＳＳから筒型ミラーＭｉの物体側端部までの距離Ｍ（図２，図３）を示す。なお、軸の傾き角度αは、図４に示すように、センサー面ＳＳの法線に対する筒型ミラーＭｉの軸ａｘの傾き角度である。
【００５０】
【表１】
2015232506.tif 000003
【００５１】
図９に、筒型ミラーＭｉの軸ａｘの傾きが５°の断面での光路（実施例２の筒型ミラーＭ１，Ｍ２のＹＺ断面；筒型ミラーＭ１のＸＺ断面；筒型ミラーＭ３のＸＺ断面）を示す。図１０に、筒型ミラーＭｉの軸ａｘの傾きが１５°の断面での光路（実施例２の筒型ミラーＭ２，Ｍ４のＸＺ断面；筒型ミラーＭ３，Ｍ４のＹＺ断面；実施例１の筒型ミラーＭ１，Ｍ２のＹＺ断面；筒型ミラーＭ１のＸＺ断面；筒型ミラーＭ３のＸＺ断面）を示す。図１１に、筒型ミラーＭｉの軸ａｘの傾きが４５°の断面での光路（実施例１の筒型ミラーＭ２，Ｍ４のＸＺ断面；筒型ミラーＭ３，Ｍ４のＹＺ断面）を示す。なお、図９〜図１１の光路図は、すべて左端がセンサー面ＳＳである。
【００５２】
実施例１におけるアレイミラー系ＭＡは、表１に示すように、以下の４種類の筒型ミラーＭｉが４×４個並列に配置された構成になっている（図２〜図４参照。）。
・筒型ミラーＭ１：筒型ミラーＭｉの軸ａｘの傾き角度αは、センサー面ＳＳに対して垂直な法線からＸ方向に１５°、Ｙ方向に１５°傾いた軸ａｘに沿った四角柱である。先端開き角度θは、Ｘ方向，Ｙ方向ともに８°である。センサー面ＳＳから筒型ミラーＭ１の他端までの距離Ｍは、１６．５２５ｍｍ（センサー面ＳＳに垂直方向の距離）である。
・筒型ミラーＭ２：筒型ミラーＭｉの軸ａｘの傾き角度αは、センサー面ＳＳに対して垂直な法線からＸ方向に４５°、Ｙ方向に１５°傾いた軸ａｘに沿った四角柱である。先端開き角度θは、Ｘ方向に６°、Ｙ方向に８°である。センサー面ＳＳから筒型ミラーＭ２の他端までの距離Ｍは、２０．９９１ｍｍである。
・筒型ミラーＭ３：筒型ミラーＭｉの軸ａｘの傾き角度αは、センサー面ＳＳに対して垂直な法線からＹ方向に４５°、Ｘ方向に１５°傾いた軸ａｘに沿った四角柱である。先端開き角度θは、Ｙ方向に６°、Ｘ方向に８°である。センサー面ＳＳから筒型ミラーＭ３の他端までの距離Ｍは、２０．９９１ｍｍである。
・筒型ミラーＭ４：筒型ミラーＭｉの軸ａｘの傾き角度αは、センサー面ＳＳに対して垂直な法線からＸ方向に４５°、Ｙ方向に４５°傾いた軸ａｘに沿った四角柱である。先端開き角θは、Ｘ方向，Ｙ方向ともに６°である。センサー面ＳＳから筒型ミラーＭ４の他端までの距離Ｍは、２０．９９１ｍｍである。
【００５３】
これらの筒型ミラーＭｉは、４種類ともセンサー面ＳＳ側の端面の開口形状が０．６×０．６ｍｍ（構造壁の厚さを含む。）である。これら４種類の筒型ミラーＭｉを、傾きが少ないものをセンサー面ＳＳの中心付近に配置し、傾きの大きいものをセンサー面ＳＳの外側に配置する。配置はＸ軸及びＹ軸に対して対称になるようにする（図８を参照。）。この構成では、赤外線検知装置ＤＩを天井に設置した場合（図６）、２０００ｍｍ下の床面で５００×５００ｍｍの範囲が１組の筒型ミラーＭｉによってセンサー面ＳＳに導かれる。
【００５４】
実施例２におけるアレイミラー系ＭＡは、表１に示すように、以下の４種類の筒型ミラーＭｉが４×４個並列に配置された構成になっている（図２〜図４参照。）。
・筒型ミラーＭ１：筒型ミラーＭｉの軸ａｘの傾き角度αは、センサー面ＳＳに対して垂直な法線からＸ方向に５°、Ｙ方向に５°傾いた軸ａｘに沿った四角柱である。先端開き角度θは、Ｘ方向，Ｙ方向ともに１０°である。センサー面ＳＳから筒型ミラーＭ１の他端までの距離Ｍは、１２．０２７ｍｍ（センサー面ＳＳに垂直方向の距離）である。
・筒型ミラーＭ２：筒型ミラーＭｉの軸ａｘの傾き角度αは、センサー面ＳＳに対して垂直な法線からＸ方向に１５°、Ｙ方向に５°傾いた軸ａｘに沿った四角柱である。先端開き角度θは、Ｘ方向に８°、Ｙ方向に１０°である。センサー面ＳＳから筒型ミラーＭ２の他端までの距離Ｍは、１６．５２５ｍｍである。
・筒型ミラーＭ３：筒型ミラーＭｉの軸ａｘの傾き角度αは、センサー面ＳＳに対して垂直な法線からＹ方向に１５°、Ｘ方向に５°傾いた軸ａｘに沿った四角柱である。先端開き角度θはＹ方向に８°、Ｘ方向に１０°である。センサー面ＳＳから筒型ミラーＭ３の他端までの距離Ｍは、１６．５２５ｍｍである。
・筒型ミラーＭ４：筒型ミラーＭｉの軸ａｘの傾き角度αは、センサー面ＳＳに対して垂直な法線からＸ方向に１５°、Ｙ方向に１５°傾いた軸ａｘに沿った四角柱である。先端開き角度θは、Ｘ方向，Ｙ方向ともに８°である。センサー面ＳＳから筒型ミラーＭ４の他端までの距離Ｍは、１６．５２５ｍｍである。
【００５５】
これらの筒型ミラーＭｉは、４種類ともセンサー面ＳＳ側の端面の開口形状が０．６×０．６ｍｍ（構造壁の厚さを含む。）である。これら４種類の筒型ミラーＭｉを、傾きが少ないものをセンサー面ＳＳの中心付近に配置し、傾きの大きいものをセンサー面ＳＳの外側に配置する。配置はＸ軸及びＹ軸に対して対称になるようにする（図８を参照。）。この構成では、赤外線検知装置ＤＩを天井に設置した場合（図６）、２０００ｍｍ下の床面で５００×５００ｍｍの範囲が１組の筒型ミラーＭｉによってセンサー面ＳＳに導かれる。
【００５６】
これらの実施例１，２では、長さの異なる筒型ミラーＭｉを配置しているが、筒型ミラーＭｉの長さを最も長いものに合わせることにより、製造が容易になるようにしてもよい。そのようにしても、観察範囲からの光束を導く光学的な機能は変化しない。実施例１，２における筒型ミラーＭｉの長さは、光束を導き不要光を元に戻すための最小の長さであり、この長さ以下にならなければ光学的な作用は同じである。
【００５７】
これらの実施例１，２では、波長８〜１２μｍの遠赤外線帯で使用することを前提にしているが、筒型ミラーＭｉが中空の場合には、ほかの波長帯に対してもそのまま使用することができる。また、透明材料を使用した筒型ミラーでも、使用波長帯に対して透明な材料を用いれば、ほぼそのままの形状で使用することができる。
【００５８】
これらの実施例１，２に使用している光学材料の、波長１０μｍに対する屈折率Ｎ１０と、波長８〜１２μｍに対する分散ν＝（Ｎ１０−１）／（Ｎ８−Ｎ１２）と、を以下に示す。
ＺｎＳ（硫化亜鉛）  …  Ｎ１０＝２．２００１７  ν＝２２．８３
ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）  …  Ｎ１０＝２．４０６５１  ν＝５７．３９
Ｇｅ（ゲルマニウム）  …  Ｎ１０＝４．００４３１２  ν＝７８４．５４
Ｓｉ（シリコン）  …  Ｎ１０＝３．４１７８  ν＝１８５９．８
ＮａＣｌ（塩化ナトリウム）  …  Ｎ１０＝１．４９４７  ν＝２０．１１０
ＫＣｌ（塩化カリウム）  …  Ｎ１０＝１．４５６５３９  ν＝２９．９９
ＫＢｒ（臭化カリウム）  …  Ｎ１０＝１．５２４２  ν＝６４．７２
【００５９】
実施例１，２では、画素が４×４又は８×８で配列されたサーモパイルをイメージセンサーＳＲとして用いているが、これ以外のイメージセンサーＳＲを使用することも可能である。例えば、焦電センサーをアレイ化したものを使用することもできる。また、マイクロボロメーター等、画素数が多く１個１個の画素サイズの小さいイメージセンサーでも、１組の筒型ミラーＭｉに１０×１０個の画素等が対応するようにすれば、個々の筒型ミラーＭｉは作製可能な大きさとなるため、同様の構成で実現することができる。マイクロボロメーターは、アモルファスシリコンや酸化バナジウム等の感熱材料を、微細加工技術によって２次元配列にした受光面を持ち、温度上昇によって抵抗値が変化することを検知する温度センサーである。現在使用されている一般的なマイクロボロメーターは、画素数が８０×８０，３２０×２４０，６４０×４８０等である。同様の考え方で、可視光に対するＣＣＤセンサーやＣＭＯＳセンサーでも１つの筒型ミラーに多数の画素を対応させれば、同様の光学系を構成することができる。
【００６０】
実施例１，２では、画素が正方形のイメージセンサーＳＲ（図８）を用いているが、画素は必ずしも正方形でなくてもよい。画素が長方形の場合、対応させる筒型ミラーＭｉは長方形柱形状にすればよい。
【００６１】
実施例１，２では、四角柱形状の筒型ミラーＭｉを用いているが、四角柱に内接する円柱形状や楕円柱形状の筒型ミラーを用いても同様の効果を得ることができる。また、四角柱以外の角柱形状（三角柱，六角柱，八角柱等）を用いてもよい。これらの形状の筒型ミラーＭｉを用いた場合、光線の一部がケラレてしまう可能性があるが、必要光量に達していれば問題はない。
【００６２】
また、セキュリティ分野で人体検知を行う場合、人体の位置や人数等は把握したいが個人が特定される顔形状は撮影して欲しくない、という要望がある。このような場合、筒型ミラーＭｉを、数個以上の画素に対して１組配置する構成とすれば、得られた画像はモザイク状となり、このような要望に応えることができる。
【符号の説明】
【００６３】
ＳＩ    赤外線検知システム
ＤＩ    赤外線検知装置
ＤＡ    アレイ光学装置
ＭＡ    アレイミラー系
Ｍｉ，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４    筒型ミラー
Ｍｓ    反射面
ＳＲ    イメージセンサー
ＳＳ    センサー面
ＣＶ    カバー
ａｘ    軸
Ｌｒ    赤外線
１    撮影回路
２    判定システム
【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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【図１０】
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【図１１】
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