(57)【要約】【課題】検出感度のばらつきを低減することができる検出器を提供する。【解決手段】  遠赤外線センサは、受光器２１、センサ基板、パッケージ部材２３、及び集光レンズなどを有している。受光器は、Ｙ軸方向に沿って配列された複数の受光素子を有している。パッケージ部材２３は、受光素子の第１受光面を外れた入射傾斜角の絶対値が大きい遠赤外線が対応する受光素子の第２受光面で受光されるような反射面を有している。そして、反射面の形状は、Ｘ軸方向に関して、反射面上の任意の２点における法線が、受光器２１の中心線から外れた位置に交点を有するように設定されている。この場合は、ＸＺ断面に関して、受光素子に入射する遠赤外線の角度光量分布のフラットトップ化を図ることが可能であり、その結果、検出感度のばらつきを低減することができる。【選択図】図２４
2015175745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を検出するための検出器であって、
第１の方向に沿って配列された複数の受光素子を有する受光器と、
入射側または射出側の少なくとも一方の面が、少なくとも前記第１の方向に直交する第２の方向に関して曲率を有する屈折面を有し、前記物体からの光の一部を前記受光器に導く光学素子と、
前記光学素子を通過し、前記受光器から外れた光の一部を反射して前記受光器に導く反射面を有する反射部材とを備え、
前記第２の方向に関して、前記反射部材の反射面上の任意の２点における法線は、前記受光器の中心線から外れた位置に交点を有する検出器。
【請求項２】
前記反射部材は、前記第２の方向に関して、前記受光器の中心線に対し対称な反射面を有することを特徴とする請求項１に記載の検出器。
【請求項３】
前記反射面は、凹型の反射面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の検出器。
【請求項４】
前記反射部材は少なくとも２つの反射面を有し、該少なくとも２つの反射面は、傾斜角度が異なることを特徴とする請求項３に記載の検出器。
【請求項５】
前記光学素子の屈折面は、前記第２の方向に沿って設けられた、少なくとも３つの屈折面からなり、
前記反射部材は少なくとも２つの反射面を有し、該少なくとも２つの反射面の法線は、非平行であり、かつ、前記受光器に向かって間隔が狭くなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の検出器。
【請求項６】
前記少なくとも３つの屈折面はＮ個の屈折面であり、前記Ｎが奇数の場合、前記反射部材はＮ−１個の反射面を有し、前記Ｎが偶数の場合、前記反射部材はＮ個の反射面を有することを特徴とする請求項５に記載の検出器。
【請求項７】
前記受光器の各受光素子は、一側の面及び他側の面にそれぞれ受光面を有し、
前記光学素子を通過した光の一部を前記一側の面で直接受光し、前記光学素子を通過し前記反射部材で反射された光を前記他側の面で受光することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の検出器。
【請求項８】
前記一側の面に形成される光スポットの大きさと、前記他側の面に形成される光スポットの大きさとは等しいことを特徴とする請求項７に記載の検出器。
【請求項９】
前記第２の方向に関して、前記一側の面で受光される光の角度光量分布と前記他側の面で受光される光の角度光量分布とは、一部が重なり合うことを特徴とする請求項７又は８に記載の検出器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の検出器と、
前記検出器における受光器の出力に基づいて、物体情報を取得する処理部とを備えるセンシング装置。
【請求項１１】
外部からの信号によって制御される機器と、
請求項１０に記載のセンシング装置と、
前記センシング装置からの物体情報に基づいて前記機器を制御する制御装置とを備える制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出器、センシング装置及び制御システムに係り、更に詳しくは、物体を検出するための検出器、該検出器を有するセンシング装置、及び該センシング装置を備える制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネのために電子機器の電源制御が注目されている。そして、該電源制御を自動的に行うため、人体より放射される遠赤外線を受光して人の有無や位置を検出するためのセンサの開発が進められている。このセンサは、複数の受光部を有するアレイ型光検出器、及び複数の受光部に遠赤外線を導くための集光素子を有している。
【０００３】
例えば、特許文献１には、遠赤外線を集光する集光手段と、集光された遠赤外線を検出する検出手段とを含む遠赤外線検出装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、遠赤外線を受光して人の有無や位置を検出するためのセンサの検出感度に対する更なる向上が要求されている。しかしながら、特許文献１に記載の検出装置では、検出感度のばらつきが大きいという不都合があり、上記要求に応えるのは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、物体を検出するための検出器であって、第１の方向に沿って配列された複数の受光素子を有する受光器と、入射側または射出側の少なくとも一方の面が、少なくとも前記第１の方向に直交する第２の方向に関して曲率を有する屈折面を有し、前記物体からの光の一部を前記受光器に導く光学素子と、前記光学素子を通過し、前記受光器から外れた光の一部を反射して前記受光器に導く反射面を有する反射部材とを備え、前記第２の方向に関して、前記反射部材の反射面上の任意の２点における法線は、前記受光器の中心線から外れた位置に交点を有する検出器である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の検出器によれば、検出感度のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御システムとしての機器制御システム１０００の概略構成を説明するための図である。
【図２】人とセンサ装置１０Ａとの位置関係を説明するための図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、それぞれ人から発せられる遠赤外線を説明するための模式図である。
【図４】センサ装置１０Ａの構成を説明するための図である。
【図５】遠赤外線センサ２０を説明するための図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】受光器２１を説明するための図（その１）である。
【図９】受光器２１を説明するための図（その２）である。
【図１０】受光器２１のセンサ基板２２への取り付け状態を説明するための図である。
【図１１】集光レンズ２４を説明するための図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ断面図である。
【図１３】図１１のＢ−Ｂ断面図である。
【図１４】図１４（Ａ）は、上下方向の検出範囲を説明するための図であり、図１４（Ｂ）は、水平方向の検出範囲を説明するための図である。
【図１５】各受光素子で受光される光の入射傾斜角と受光光量との関係のシミュレーション結果を説明するための図である。
【図１６】入射傾斜角が−２１．８７５°の光が受光素子ＲＬ１で受光され、入射傾斜角が−３．１２５°の光が受光素子ＲＬ４で受光される様子を説明するための図である。
【図１７】パッケージ部材２３に設けられた凹面部２３０を説明するための図（その１）である。
【図１８】パッケージ部材２３に設けられた凹面部２３０を説明するための図（その２）である。
【図１９】パッケージ部材２３に設けられた凹面部２３０を説明するための図（その３）である。
【図２０】凹面部２３０にコーティングされた反射部材２５を説明するための図（その１）である。
【図２１】凹面部２３０にコーティングされた反射部材２５を説明するための図（その２）である。
【図２２】反射面Ｍ（ｉ，ｊ）を説明するための図である。
【図２３】反射面の作用を説明するための図である。
【図２４】反射面で反射された光線の交点を説明するための図である。
【図２５】角度光量分布の重なりを説明するための図である。
【図２６】ＸＺ断面に関して、受光素子に入射する遠赤外線の角度光量分布を説明するための図である。
【図２７】機器制御装置での「検知」判断を説明するための図である。
【図２８】集光レンズ２４の変形例１を説明するための図である。
【図２９】集光レンズ２４の変形例２を説明するための図である。
【図３０】図２９のＡ−Ａ断面図である。
【図３１】図２９のＢ−Ｂ断面図である。
【図３２】変形例２の集光レンズ２４に対応してパッケージ部材２３に設けられた凹面部２３０を説明するための図（その１）である。
【図３３】変形例２の集光レンズ２４に対応してパッケージ部材２３に設けられた凹面部２３０を説明するための図（その２）である。
【図３４】変形例２の集光レンズ２４に対応してパッケージ部材２３に設けられた凹面部２３０を説明するための図（その３）である。
【図３５】変形例２の集光レンズ２４に対応した反射面を説明するための図（その１）である。
【図３６】変形例２の集光レンズ２４に対応した反射面を説明するための図（その２）である。
【図３７】変形例２の集光レンズ２４に対応した反射面を説明するための図（その３）である。
【図３８】変形例２の集光レンズ２４に対応した反射面の作用を説明するための図である。
【図３９】変形例２の集光レンズ２４及び対応する反射面を用いたときの角度光量分布の重なりを説明するための図である。
【図４０】変形例２の集光レンズ２４及び対応する反射面を用いたときの、ＸＺ断面に関して、受光素子に入射する遠赤外線の角度光量分布を説明するための図である。
【図４１】変形例２の集光レンズ２４及び対応する反射面を用いた遠赤外線センサ２０を説明するための図（その１）である。
【図４２】変形例２の集光レンズ２４及び対応する反射面を用いた遠赤外線センサ２０を説明するための図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図２７に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る制御システムとしての機器制御システム１０００の概略構成が示されている。
【０００９】
この機器制御システム１０００は、４つの機器（１０１、１０２、１０３、１０４）、３つのセンサ装置（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）、及び機器制御装置２００などを有している。
【００１０】
そして、機器１０１とセンサ装置１０ＡはルームＡに設置されている。また、機器１０２と機器１０３とセンサ装置１０ＢはルームＢに設置されている。さらに、機器１０４とセンサ装置１０ＣはルームＣに設置されている。
【００１１】
各機器は、電源のオン／オフを外部からも行うことが可能な機器であり、例えば、デジタル複合機（ＭＦＰ：Ｍｕｌｔｉ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎ  Ｐｒｉｎｔｅｒ）などが考えられる。
【００１２】
各センサ装置は、所定のタイミング毎に人の有無を検知し、その検知結果（「未検知」又は「検知」）を機器制御装置２００に通知する。
【００１３】
機器制御装置２００は、各センサ装置の出力に基づいて各機器の電源を制御する。例えば、機器制御装置２００は、機器１０１の電源がオン状態のときに、センサ装置１０Ａからの通知が「未検知」であれば、機器１０１の電源をオフ状態にする。一方、機器１０１の電源がオフ状態のときに、センサ装置１０Ａからの通知が「検知」であれば、機器１０１の電源をオン状態にする。
【００１４】
また、機器制御装置２００は、機器１０２及び機器１０３の電源がオン状態のときに、センサ装置１０Ｂからの通知が「未検知」であれば、機器１０２及び機器１０３の電源をオフ状態にする。一方、機器１０２及び機器１０３の電源がオフ状態のときに、センサ装置１０Ｂからの通知が「検知」であれば、機器１０２及び機器１０３の電源をオン状態にする。
【００１５】
さらに、機器制御装置２００は、機器１０４の電源がオン状態のときに、センサ装置１０Ｃからの通知が「未検知」であれば、機器１０４の電源をオフ状態にする。一方、機器１０４の電源がオフ状態のときに、センサ装置１０Ｃからの通知が「検知」であれば、機器１０４の電源をオン状態にする。
【００１６】
ここで、各センサ装置について説明する。なお、各センサ装置は、いずれも同じ構成を有しているため、ここでは、代表として、センサ装置１０Ａについて説明する。本明細書では、一例として図２に示されるように、ＸＹＺ３次元直交座標系において、床面に直交する方向をＹ軸方向として説明する。そして、以下では、便宜上、センサ装置１０Ａは、検出対象である人Ｐの−Ｚ側であって、Ｙ軸方向に関しては人Ｐの頭の位置とほぼ同じ位置に配置されているものとする。
【００１７】
人Ｐからは、一例として図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に模式図的に示されるように、あらゆる方向に遠赤外線が放出されている。センサ装置１０Ａは、この遠赤外線を受光すると「検知」と判断する。
【００１８】
センサ装置１０Ａは、一例として図４に示されるように、遠赤外線センサ２０、増幅器５０、及び物体情報取得部６０などを有している。遠赤外線センサ２０は、人Ｐに対して十分に小さい。
【００１９】
遠赤外線センサ２０は、一例として図５〜図７に示されるように、受光器２１、センサ基板２２、パッケージ部材２３、集光レンズ２４、反射部材２５などを有している。そして、これらは、ウエハレベルパッケージ（ＷＬＰ）によって製造されている。なお、図６は、図５のＡ−Ａ断面図であり、図７は、図５のＢ−Ｂ断面図である。
【００２０】
受光器２１は、集光レンズ２４の焦点位置近傍に配置されている。受光器２１は、Ｙ軸方向に沿って配列された複数の受光素子を有している。ここでは、一例として図８に示されるように、受光器２１は、８つの受光素子を有しているものとする。
【００２１】
各受光素子は、Ｘ軸方向に関する長さＤｘが１００μｍ、Ｙ軸方向に関する長さＤｙが５０μｍである。また、Ｙ軸方向に関して、隣接する２つの受光素子の中心間距離Ｄｒは７０μｍである。なお、８つの受光素子を区別する必要があるときは、＋Ｙ方向に向かって、受光素子ＲＬ１、受光素子ＲＬ２、受光素子ＲＬ３、受光素子ＲＬ４、受光素子ＲＬ５、受光素子ＲＬ６、受光素子ＲＬ７、受光素子ＲＬ８という。
【００２２】
各受光素子は、Ｚ軸方向に直交する矩形形状の受光面を、＋Ｚ側と−Ｚ側とに有している。以下では、便宜上、図９に示されるように、＋Ｚ側の受光面を「第１受光面」ともいい、−Ｚ側の受光面を「第２受光面」ともいう。
【００２３】
この受光器２１は、一例として図１０に示されるように、梁構造体２８を介してセンサ基板２２に保持（中空保持）されている。
【００２４】
また、センサ基板２２には、信号増幅回路やノイズ除去回路などを含む電子回路群が実装されている。
【００２５】
図６に戻り、パッケージ部材２３は、センサ基板２２の−Ｚ側に設けられ、接合部材（図示省略）によって、センサ基板２２に接合されている。なお、図６における符号２７は、貫通配線である。ここでは、パッケージ部材２３として、ＴＳＶ（シリコン貫通ビア）付基板を用いている。また、パッケージ部材２３として、貫通電極付のガラス基板やＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミックス）基板の間にＴＳＶ基板を１層追加したものも用いることができる。
【００２６】
集光レンズ２４は、センサ基板２２の＋Ｚ側に設けられている。そして、集光レンズ２４とセンサ基板２２とパッケージ部材２３とによって空隙（キャビティ）が形成され、該空隙内に受光器２１が封入されている。この空隙内は、熱の影響を抑制するため、真空状態とされている。
【００２７】
集光レンズ２４の材料として、ここでは、遠赤外線を透過させるシリコン（Ｓｉ）を用いている。なお、高価ではあるがゲルマニウム（Ｇｅ）も集光レンズ２４の材料として好適である。
【００２８】
ところで、受光器２１の各受光素子は、遠赤外線を吸収し熱に変換するＳｉＯ２層を有し、その熱による回路要素の特性変化を出力する。そのため、各受光素子では熱を長く留めておく必要がある。仮に、上記空隙内に空気があると、その空気が熱を伝達し、空隙を構成する壁面や、集光レンズ２４、パッケージ部材２３に熱を逃がすおそれがある。また、逆に、遠赤外線による熱ではない外界の熱を各受光素子に伝えるおそれがある。これらは、受光器２１におけるＳ／Ｎの低下を引き起こす。
【００２９】
一例として図１１〜図１３に、集光レンズ２４の形状が示されている。なお、図１２は、図１１のＡ−Ａ断面図であり、図１３は、図１１のＢ−Ｂ断面図である。集光レンズ２４は、＋Ｚ側の面が入射側の面であり、−Ｚ側の面が射出側の面である。なお、以下では、煩雑さを避けるため、入射側の面を「入射光学面」ともいい、射出側の面を「射出光学面」ともいう。
【００３０】
入射光学面は、単一の凸型の円弧形状あるいは非球面形状である。ここでは、集光レンズ２４と受光器２１との距離が、集光レンズ２４の原材料となるウエハ基板の厚さの２倍程度と極めて短いため、入射光学面の形状は、レンズの収差を極力抑えた非球面形状が好ましい。射出光学面は、Ｚ軸方向に直交する単一の平面形状である。すなわち、集光レンズ２４はいわゆる平凸レンズである。なお、平凸レンズの平坦面を入射側に設けた構成でも、同様の集光効果を期待することができる。
【００３１】
以下では、ＹＺ断面において、集光レンズ２４の入射光学面に入射する遠赤外線の範囲θ１（図１４（Ａ）参照）を「上下方向における検出範囲」といい、ＸＺ断面において、集光レンズ２４の入射光学面に入射する遠赤外線の範囲θ２（図１４（Ｂ）参照）を「水平方向における検出範囲」という。ここでは、θ１＝θ２＝５０°としている。
【００３２】
そして、受光器２１では、８つの受光素子がＹ軸方向に沿って配置されている。すなわち、上下方向における検出範囲を８つの受光素子で監視していることとなる。そこで、１つの受光素子が監視する範囲はθ１÷８（ここでは、５０÷８＝６．２５°）である。なお、ここでは、便宜上、Ｚ軸方向に対する遠赤外線の入射方向の傾斜角を「入射傾斜角」という。
【００３３】
集光レンズ２４の入射光学面は、遠赤外線のＹＺ断面での入射傾斜角と受光器２１の第１受光面での受光光量との関係が、図１５に示されるような関係となるように、ＹＺ断面での曲率が設定されている。また、入射光学面の面形状は、集光レンズ２４の原材料となるウエハ基板の厚さで決まる焦点距離に対して、光利用効率が最大となるように、設計されている。なお、本明細書では、集光レンズ２４に入射する光線数に対する受光素子に到達する光線数の割合を光量（規格化値）としている。入射光学面の具体的な面形状は、シミュレーションによって決定することができる。
【００３４】
そして、ＹＺ断面での入射傾斜角が−２１．８７５°±３．１２５°の遠赤外線の集光位置に受光素子ＲＬ１が配置され、ＹＺ断面での入射傾斜角が−１５．６２５°±３．１２５°の遠赤外線の集光位置に受光素子ＲＬ２が配置され、ＹＺ断面での入射傾斜角が−９．３７５°±３．１２５°の遠赤外線の集光位置に受光素子ＲＬ３が配置され、ＹＺ断面での入射傾斜角が−３．１２５°±３．１２５°の遠赤外線の集光位置に受光素子ＲＬ４が配置されている。
【００３５】
また、ＹＺ断面での入射傾斜角が３．１２５°±３．１２５°の遠赤外線の集光位置に受光素子ＲＬ５が配置され、ＹＺ断面での入射傾斜角が９．３７５°±３．１２５°の遠赤外線の集光位置に受光素子ＲＬ６が配置され、ＹＺ断面での入射傾斜角が１５．６２５°±３．１２５°の遠赤外線の集光位置に受光素子ＲＬ７が配置され、ＹＺ断面での入射傾斜角が２１．８７５°±３．１２５°の遠赤外線の集光位置に受光素子ＲＬ８が配置されている。
【００３６】
図１６には、ＹＺ断面に関して、集光レンズ２４に入射する遠赤外線に含まれる入射傾斜角が−２１．８７５°の遠赤外線が受光素子ＲＬ１の第１受光面で受光され、入射傾斜角が−３．１２５°の遠赤外線が受光素子ＲＬ４の第１受光面で受光される様子が示されている。
【００３７】
このように、ＹＺ断面での入射傾斜角と受光素子とが対応していることを、以下では、「角度分離」ともいう。
【００３８】
また、Ｚ軸方向に関する射出光学面と第１受光面との距離を、集光レンズ２４と受光器２１のギャップ距離ともいう。ここでは、該ギャップ距離は４０５μｍである。
【００３９】
入射光学面及び射出光学面の少なくとも一方には、反射防止膜がコーティングされている。この場合、遠赤外線の透過率を高めることができ、遠赤外線センサの感度を向上させることができる。反射防止膜の材料としては、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などを用いることができる。
【００４０】
一例として図１７〜図１９に示されるように、パッケージ部材２３は、＋Ｚ側の面の中央部に、複数の凹面からなる凹面部２３０を有している。この凹面部２３０は、Ｙ軸方向に関して受光素子の数と同数（ここでは、８個）の凹面を有し、Ｘ軸方向に関して２つの凹面を有している。
【００４１】
そして、この凹面部２３０には、図２０及び図２１に示されるように、反射部材２５がコーティングされている。反射部材２５としては、遠赤外線を強く反射するものであれば良く、アルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）を用いることができる。なお、以下では、反射部材２５の表面を「反射面」ともいう。
【００４２】
そこで、パッケージ部材２３は、Ｙ軸方向に関して受光素子の数と同数（ここでは、８個）の反射面を有し、Ｘ軸方向に関して２つの反射面を有することとなる。そして、反射面を区別する必要があるときは、図２２に示されるように、反射面Ｍ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜８、ｊ＝１〜２）で表記する。反射部材２５の厚み（膜厚）は非常に薄いので、反射面の形状は凹面部２３０の凹面と同じである。
【００４３】
ところで、集光レンズ２４に用いることができる遠赤外線に対して透明な材料は一般的に屈折率が高い。例えば、シリコン（Ｓｉ）であれば、屈折率は３．４〜３．５である。そのため、ＹＺ断面での入射傾斜角の絶対値が大きい遠赤外線（具体的には、１７°以上の光）を第１受光面に導くのは困難である。すなわち、第１受光面での受光光量は、ＹＺ断面での入射傾斜角に依存する。
【００４４】
本実施形態では、ＸＺ断面に関しては、一例として図２３に示されるように、入射傾斜角の絶対値が小さい遠赤外線は、対応する受光素子の第１受光面に入射し、入射傾斜角の絶対値が大きくて、対応する受光素子の第１受光面から外れた遠赤外線は、反射面で反射され、対応する受光素子の第２受光面に入射する。
【００４５】
具体的には、ＹＺ断面での入射傾斜角が−２１．８７５°±３．１２５°の遠赤外線であって、受光素子ＲＬ１の第１受光面から外れた遠赤外線は、反射面Ｍ（１，１）及び反射面Ｍ（１，２）で反射され、受光素子ＲＬ１の第２受光面に向かう。
【００４６】
また、ＹＺ断面での入射傾斜角が−１５．６２５°±３．１２５°の遠赤外線であって、受光素子ＲＬ２の第１受光面から外れた遠赤外線は、反射面Ｍ（２，１）及び反射面Ｍ（２，２）で反射され、受光素子ＲＬ２の第２受光面に向かう。
【００４７】
また、ＹＺ断面での入射傾斜角が−９．３７５°±３．１２５°の遠赤外線であって、受光素子ＲＬ３の第１受光面から外れた遠赤外線は、反射面Ｍ（３，１）及び反射面Ｍ（３，２）で反射され、受光素子ＲＬ３の第２受光面に向かう。
【００４８】
また、ＹＺ断面での入射傾斜角が−３．１２５°±３．１２５°の遠赤外線であって、受光素子ＲＬ４の第１受光面から外れた遠赤外線は、反射面Ｍ（４，１）及び反射面Ｍ（４，２）で反射され、受光素子ＲＬ４の第２受光面に向かう。
【００４９】
また、ＹＺ断面での入射傾斜角が３．１２５°±３．１２５°の遠赤外線であって、受光素子ＲＬ５の第１受光面から外れた遠赤外線は、反射面Ｍ（５，１）及び反射面Ｍ（５，２）で反射され、受光素子ＲＬ５の第２受光面に向かう。
【００５０】
また、ＹＺ断面での入射傾斜角が９．３７５°±３．１２５°の遠赤外線であって、受光素子ＲＬ６の第１受光面から外れた遠赤外線は、反射面Ｍ（６，１）及び反射面Ｍ（６，２）で反射され、受光素子ＲＬ６の第２受光面に向かう。
【００５１】
また、ＹＺ断面での入射傾斜角が１５．６２５°±３．１２５°の遠赤外線であって、受光素子ＲＬ７の第１受光面から外れた遠赤外線は、反射面Ｍ（７，１）及び反射面Ｍ（７，２）で反射され、受光素子ＲＬ７の第２受光面に向かう。
【００５２】
また、ＹＺ断面での入射傾斜角が２１．８７５°±３．１２５°の遠赤外線であって、受光素子ＲＬ８の第１受光面から外れた遠赤外線は、反射面Ｍ（８，１）及び反射面Ｍ（８，２）で反射され、受光素子ＲＬ８の第２受光面に向かう。
【００５３】
そして、反射面の形状は、一例として図２４に示されるように、Ｘ軸方向に関して、反射面上の任意の２点における法線が、受光器２１の中心線から外れた位置に交点を有するように設定されている。これにより、第１受光面に直接入射する遠赤外線の角度光量分布と反射面を介して第２受光面に入射する遠赤外線の角度光量分布とは、一部が重なり合うこととなる。
【００５４】
ここでは、一例として図２５に示されるように、第１受光面に直接入射する遠赤外線の角度光量分布曲線と反射面Ｍ（ｉ，１）を介して第２受光面に入射する遠赤外線の角度光量分布曲線とが交差する入射傾斜角Ａ１での光量（規格化値）、及び第１受光面に直接入射する遠赤外線の角度光量分布曲線と反射面Ｍ（ｉ，２）を介して第２受光面に入射する遠赤外線の角度光量分布曲線とが交差する入射傾斜角Ａ２での光量（規格化値）が、最大値Ｍの半分となるように、凹面部２３０が設定されている。
【００５５】
この場合は、一例として図２６に示されるように、ＸＺ断面に関して、受光素子に入射する遠赤外線の角度光量分布はフラットトップとなる。また、ＸＺ断面での角度光量分布における裾野は、反射面が無い場合よりも急峻な形状になる。なお、光量（規格値）が最大値の１／ｅ倍となるところの裾野の幅を「裾野の大きさ」σという。
【００５６】
本実施形態では、上述したような反射面が設けられているため、ＹＺ断面での入射傾斜角の絶対値が大きい遠赤外線であっても、対応する受光素子に導くことが可能となる。この場合、ＹＺ断面での入射傾斜角の絶対値が大きくても、受光素子の出力レベルの低下が抑制される。そこで、検出対象物の相対位置に依らず検出感度をほぼ一定とすることができる。すなわち、検出感度のばらつきを低減することができる。
【００５７】
なお、凹面部２３０の具体的な面形状は、シミュレーションによって決定することができる。
【００５８】
ここで、遠赤外線センサ２０の製造方法について簡単に説明する。
【００５９】
集光レンズ２４は、入射光学面を、フォトリソグラフィとドライエッチングにより作製する。例えば、微小な開口をもつマスクパターンに拡散光を照射することによりレジストパターンの高さに階調をもたせるグレースケール露光法を用い、レンズ形状の基になるレジストパターンを形成する。その後、六フッ化硫黄（ＳＦ６）をベースとしたエッチングガスにより、レジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行う。なお、集光レンズ２４の原材料となるウエハ基板の初期厚さは８００μｍである。
【００６０】
センサ基板２２は、受光器２１及び電子回路群を同一基板上に設けたものであり、フォトリソグラフィにより作製する。受光器２１に対する熱ノイズの影響を避けるために、受光器２１が設けられた領域の外周部を掘り抜いた中空構造を細い梁で支持した構造とする必要があり、該構造は、集光レンズ２４と同様にＳＦ６をエッチングガスとしたドライエッチングにより形成される。
【００６１】
グレースケール露光法を用いて、パッケージ部材２３に凹面部２３０を形成する。そして、凹面部２３０に反射部材２５を蒸着、スパッタリングあるいはＣＶＤによってコーティングする。
【００６２】
集光レンズ２４、センサ基板２２及びパッケージ部材２３を、ガラスフリット接合法を用いて接合し、受光器２１を真空封止する構造を形成する。なお、ガラスフリット接合法とは、ペースト状のガラス剤をスクリーン印刷し、焼結、ガラス化して接合する方法である。
【００６３】
このように、集光レンズ２４、センサ基板２２及びパッケージ部材２３を、ウエハ状態のままで（個片化せずに）接合し、これを個片化（ダイシング）することで数千個／１ウエハの遠赤外線センサ２０が製造される。これは、ウエハレベルパッケージと呼ばれている。なお、センサ基板２２は、パッケージ部材２３の貫通配線を通して外部と導通がとれ（配線され）、回路基板等に実装することが可能である。
【００６４】
このようなウエハレベルパッケージでは、集光レンズ２４の最大厚さは原材料のウエハ基板の初期厚さに依存して決定される。そして、この集光レンズ２４の最大厚さにおいて、集光レンズ２４と受光器２１の上記ギャップ距離が設定される。ギャップ距離が定まると、角度分離が適切に行われるように集光レンズ２４の面形状が設定される。
【００６５】
なお、集光レンズ２４とセンサ基板の接合方法として、金（Ａｕ）などの金属による共晶結合を利用しても良い。代表的な例として、Ａｕ−Ｓｉ共晶接合を説明する。ＡｕをＳｉ上に成膜し、共晶点以上の温度に加熱すると、共晶反応によってＡｕがＳｉ内部に拡散し、合金を形成することにより、強力に接合される。この反応を２枚のＳｉ基板の間に進行させることにより、基板同士を接合することができる。実際には、一方のＳｉ基板表面に、クロム（Ｃｒ）／白金（Ｐｔ）／Ａｕなどの膜を形成する。Ｃｒは密着層として機能し、ＰｔはＡｕの拡散を止めるバリア層として機能する。そして、他方のＳｉ基板にＡｕを成膜して共晶反応を進めることにより、Ｓｉ基板同士が接合される。
【００６６】
Ａｕ−Ｓｉ共晶接合のほかにも、Ａｕ−Ｓｎ共晶接合などもある。これは、半田と同様の反応である。但し、通常の電極端子に用いる半田のような金属混合物ではなく、組成を合わせた膜を形成し、共晶反応により合金化させる。
【００６７】
また、Ｓｉ基板とガラス基板を接合するには「陽極接合」を用いることもできる。これは、ガラス基板を加熱した状態で数１００Ｖの強電界をかけることにより、ガラス基板中のＮａイオンをＳｉ側へ移動させ、静電引力により界面に共有結合が形成され、基板同士が強固に接合される。
【００６８】
図４に戻り、増幅器５０は、遠赤外線センサ２０の受光器２１の各受光素子から出力される信号をそれぞれ増幅する。なお、以下では、増幅器５０から出力される信号を「増幅信号」ともいう。
【００６９】
物体情報取得部６０は、所定のタイミング毎に、増幅器５０からの増幅信号に基づいて、人の有無を判断する。この判断結果は、機器制御装置２００に通知される。ここでは、互いに隣接する３つ以上の受光素子に対応する増幅信号のレベルが閾値を超えたときに「検知」と判断する（図２７参照）。
【００７０】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る遠赤外線センサ２０によって本発明の検出器が構成され、センサ装置によって本発明のセンシング装置が構成され、機器制御システム１０００によって本発明の制御システムが構成されている。そして、集光レンズ２４によって本発明の検出器の光学素子が構成され、パッケージ部材２３によって本発明の検出器の反射部材が構成されている。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態に係る遠赤外線センサ２０は、受光器２１、センサ基板２２、パッケージ部材２３、及び集光レンズ２４などを有している。
【００７２】
パッケージ部材２３は、受光素子の第１受光面を外れた入射傾斜角の絶対値が大きい遠赤外線が対応する受光素子の第２受光面で受光されるような反射面を有している。そして、反射面の形状は、Ｘ軸方向に関して、反射面上の任意の２点における法線が、受光器２１の中心線から外れた位置に交点を有するように設定されている。
【００７３】
この場合、ＸＺ断面に関して、第１受光面に直接入射する遠赤外線の角度光量分布と反射面を介して第２受光面に入射する遠赤外線の角度光量分布とは、一部が重なり合う。これにより、ＸＺ断面に関して、受光素子に入射する遠赤外線の角度光量分布のフラットトップ化を図ることが可能となる。そして、検出対象物の相対位置に依らず検出感度をほぼ一定とすることができる。すなわち、検出感度のばらつきを低減することができる。
【００７４】
また、受光器２１は、Ｙ軸方向に沿って配列された８つの受光素子を有し、集光レンズ２４の入射光学面は、ＹＺ断面形状が角度分離に適切な曲面形状を有している。
【００７５】
そして、各センサ装置は、遠赤外線センサ２０を有しているため、人の有無を精度良く検知することができる。
【００７６】
さらに、機器制御システム１０００は、センサ装置を備えているため、精度良く機器を制御することができる。
【００７７】
なお、上記実施形態では、集光レンズ２４の射出光学面が平面の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図２８に示されるように、射出光学面が凹面であっても良い。この場合、集光レンズ２４は、上記実施形態よりも広い範囲の入射傾斜角の遠赤外線を通過させることが可能となる。
【００７８】
また、上記実施形態では、集光レンズ２４の入射光学面が単一の凸型の円弧形状あるいは非球面形状の場合について説明したが、これに限定されることなく、集光レンズ２４の入射光学面が複数の屈折面からなっていても良い。
【００７９】
一例として、集光レンズ２４の入射光学面が３つの屈折面（Ｓｌ、Ｓｃ、Ｓｒ）からなる場合が、図２９〜図３１に示されている。なお、図３０は図２９のＡ−Ａ断面図であり、図３１は図２９のＢ−Ｂ断面図である。
【００８０】
ここでは、屈折面Ｓｌのレンズ曲率と屈折面Ｓｒのレンズ曲率とは等しく、屈折面Ｓｃのレンズ曲率と、屈折面Ｓｌ及び屈折面Ｓｒのレンズ曲率とは異なっている。また、各屈折面の頂点における法線は、互いに平行である。
【００８１】
この場合の凹面部２３０が、図３２〜図３４に示されている。そして、この凹面部２３０に反射部材２５がコーティングされ、反射面が形成される。この場合も、図３５〜図３７に示されるように、Ｙ軸方向に関して受光素子の数と同数（ここでは、８個）の反射面を有し、Ｘ軸方向に関して２つの反射面を有している。
【００８２】
反射面のＹＺ断面形状は上記実施形態と同様である。一方、反射面のＸＺ断面形状は直線である。ＸＺ断面に関して、反射面Ｍ（ｉ，１）は、Ｘ軸方向に対して時計回りに傾斜し、反射面Ｍ（ｉ，２）は、Ｘ軸方向に対して反時計回りに傾斜している。反射面Ｍ（ｉ，１）の傾斜角の絶対値と反射面Ｍ（ｉ，２）の傾斜角の絶対値とは等しい。この場合、上記実施形態よりも凹面部２３０の作製が容易である。
【００８３】
そして、ＸＺ断面に関して、屈折面Ｓｃを通過した入射傾斜角の絶対値が小さい遠赤外線は受光素子の第１受光面に入射し、屈折面Ｓｌを通過した入射傾斜角の絶対値が大きい遠赤外線は反射面Ｍ（ｉ，１）を介して第２受光面に入射し（図３８参照）、屈折面Ｓｒを通過した入射傾斜角の絶対値が大きい遠赤外線は反射面Ｍ（ｉ，２）を介して第２受光面に入射する。
【００８４】
また、屈折面Ｓｃを通過した遠赤外線の第１受光面での集光スポットの大きさが、屈折面Ｓｌ及び屈折面Ｓｒを通過した遠赤外線の第２受光面での集光スポットの大きさと同じとなるように設定されている。すなわち、ＸＺ断面に関して、屈折面Ｓｃの曲率に対して、屈折面Ｓｌ及び屈折面Ｓｒの曲率が緩やかで焦点距離が長くなるように設定されている。
【００８５】
そして、図３９に示されるように、屈折面Ｓｃを通過し受光素子の第１受光面に直接入射する遠赤外線の角度光量分布曲線と屈折面Ｓｒを通過し反射面Ｍ（ｉ，２）を介して受光素子の第２受光面に入射する遠赤外線の角度光量分布曲線とが交差する入射傾斜角Ａ１での光量（規格化値）が最大値Ｍの半分となり、屈折面Ｓｃを通過し受光素子の第１受光面に直接入射する遠赤外線の角度光量分布曲線と屈折面Ｓｌを通過し反射面Ｍ（ｉ，１）を介して受光素子の第２受光面に入射する遠赤外線の角度光量分布曲線とが交差する入射傾斜角Ａ２での光量（規格化値）が最大値Ｍの半分となるように、凹面部２３０が設定されている。
【００８６】
すなわち、第１受光面に直接入射する遠赤外線の角度光量分布と反射面を介して第２受光面に入射する遠赤外線の角度光量分布とは、一部が重なり合っている。
【００８７】
この場合は、一例として図４０に示されるように、ＸＺ断面に関して、受光素子に入射する遠赤外線の角度光量分布はフラットトップとなる。また、ＸＺ断面での角度光量分布における裾野を、反射面が無い場合よりも急峻な形状にすることができる。
【００８８】
この遠赤外線センサ２０のＹＺ断面が図４１に示され、ＸＺ断面が図４２に示されている。この遠赤外線センサ２０は、上記実施形態と同様な効果を有している。
【００８９】
なお、ＸＺ断面に関して、集光レンズ２４の入射光学面がＮ個（Ｎは３以上の整数）の屈折面からなる場合、Ｎが奇数のときは反射面の数はＮ−１個となり、Ｎが偶数のときは反射面の数はＮ個となる。
【００９０】
また、上記実施形態では、受光器２１が８つの受光素子を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【００９１】
また、上記実施形態では、「上下方向における検出範囲」が５０°の場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【００９２】
また、上記実施形態では、「水平方向における検出範囲」が５０°の場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【００９３】
また、上記実施形態では、「上下方向における検出範囲」と「水平方向における検出範囲」とが等しい場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【００９４】
また、上記実施形態において、センサ装置の遠赤外線センサ２０、増幅器５０、及び物体情報取得部６０が１チップ化されていても良い。
【００９５】
また、上記実施形態では、機器制御システム１０００が４つの機器を制御する場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【００９６】
また、上記実施形態では、機器制御システム１０００が機器の電源を制御する場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【００９７】
また、上記実施形態では、物体情報取得部６０が人の有無のみを取得する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、出力レベル量が閾値を超えた受光素子の配置位置から人の方向を取得することができる。この場合、機器制御装置２００は、機器と人との相対的な位置関係を知ることができ、該位置関係に応じて機器を制御しても良い。
【００９８】
また、上記実施形態では、制御システムとして機器制御システムの場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【００９９】
また、上記実施形態における反射面は、遠赤外線以外の光を利用するセンサにも好適である。
【符号の説明】
【０１００】
１０Ａ…センサ装置（センシング装置）、１０Ｂ…センサ装置（センシング装置）、１０Ｃ…センサ装置（センシング装置）、２０…遠赤外線センサ（検出器）、２１…受光器、２２…センサ基板、２３…パッケージ部材（反射部材）、２４…集光レンズ（光学素子）、２５…反射部材、５０…増幅器、６０…物体情報取得部、１０１…機器、１０２…機器、１０３…機器、１０４…機器、２００…機器制御装置（制御装置）、２３０…凹面部、１０００…機器制御システム（制御システム）、Ｍ（ｉ，ｊ）…反射面、Ｐ…人（物体）、ＲＬ１〜ＲＬ８…受光素子。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０１】
【特許文献１】特開２０１２−１９８１９１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３７７４４号公報
【図１】
2015175745.tif 000003
【図２】
2015175745.tif 000004
【図３】
2015175745.tif 000005
【図４】
2015175745.tif 000006
【図５】
2015175745.tif 000007
【図８】
2015175745.tif 000008
【図９】
2015175745.tif 000009
【図１０】
2015175745.tif 000010
【図１１】
2015175745.tif 000011
【図１２】
2015175745.tif 000012
【図１３】
2015175745.tif 000013
【図１４】
2015175745.tif 000014
【図１５】
2015175745.tif 000015
【図１６】
2015175745.tif 000016
【図１７】
2015175745.tif 000017
【図１８】
2015175745.tif 000018
【図１９】
2015175745.tif 000019
【図２２】
2015175745.tif 000020
【図２５】
2015175745.tif 000021
【図２６】
2015175745.tif 000022
【図２７】
2015175745.tif 000023
【図２８】
2015175745.tif 000024
【図２９】
2015175745.tif 000025
【図３０】
2015175745.tif 000026
【図３１】
2015175745.tif 000027
【図３２】
2015175745.tif 000028
【図３３】
2015175745.tif 000029
【図３４】
2015175745.tif 000030
【図３７】
2015175745.tif 000031
【図３９】
2015175745.tif 000032
【図４０】
2015175745.tif 000033
【図６】
2015175745.tif 000034
【図７】
2015175745.tif 000035
【図２０】
2015175745.tif 000036
【図２１】
2015175745.tif 000037
【図２３】
2015175745.tif 000038
【図２４】
2015175745.tif 000039
【図３５】
2015175745.tif 000040
【図３６】
2015175745.tif 000041
【図３８】
2015175745.tif 000042
【図４１】
2015175745.tif 000043
【図４２】
2015175745.tif 000044