JP2008304384A - Infrared detector - Google Patents
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Abstract
【課題】 製造コストの低減及び小型化と検知範囲の設計の自由度との両立が可能な赤外光検知器を提供する。
【解決手段】 複数個の検知範囲からの赤外光をそれぞれ集光レンズ3を通じて赤外光検出部1に入射させるように屈折させるプリズム4を設けた。プリズム4は、3個の検知範囲の1個ずつに対応したそれぞれ向きの異なる3種類の屈折面41a〜41cを有する。検知範囲毎に集光レンズ3を設ける場合に比べて製造コストの低減や小型化が可能であり、回折格子を用いる場合に比べて検知範囲の設計の自由度が高い。
【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an infrared light detector capable of reducing the manufacturing cost and reducing the size and the freedom in designing the detection range.
A prism 4 that refracts infrared light from a plurality of detection ranges so as to be incident on an infrared light detection unit 1 through a condenser lens 3 is provided. The prism 4 has three types of refracting surfaces 41a to 41c having different directions corresponding to one of the three detection ranges. Compared with the case where the condensing lens 3 is provided for each detection range, the manufacturing cost can be reduced and the size can be reduced, and the degree of freedom in designing the detection range is higher than when a diffraction grating is used.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、赤外光検出器に関するものである。 The present invention relates to an infrared light detector.
従来から、入射した赤外光の光量に応じた電気信号を出力する赤外光検出部と、所定の検知範囲からの赤外光を赤外光検出部に集光する集光レンズとを備える赤外光検出器が提供され、主に人体の検出のために、照明の制御や自動扉の開閉制御や防犯装置などに用いられている。この種の赤外光検出器では、検知範囲が複数個設けられることがある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, an infrared light detection unit that outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident infrared light and a condenser lens that collects infrared light from a predetermined detection range on the infrared light detection unit are provided. Infrared light detectors are provided, and are used for lighting control, automatic door opening / closing control, security devices, etc., mainly for human detection. In this type of infrared light detector, a plurality of detection ranges may be provided (for example, see Patent Document 1).
ここで、検知範囲を複数個設ける方法としては、例えば検知範囲毎に集光レンズを設け、異なる検知範囲からの赤外光を異なる集光レンズによって赤外光検出部に集光することが考えられる。しかし、複数個の集光レンズを設けると、部品点数が増加して製造コストが増大してしまう。 Here, as a method of providing a plurality of detection ranges, for example, a condensing lens may be provided for each detection range, and infrared light from different detection ranges may be condensed on the infrared light detection unit by different condensing lenses. It is done. However, if a plurality of condensing lenses are provided, the number of parts increases and the manufacturing cost increases.
そこで、複数個の集光レンズを一体に形成することが考えられるが、このようなことは合成樹脂成型品以外では実現が困難である。しかし、合成樹脂は該して屈折率が低く、例えばポリエチレンの場合には屈折率が1.53である。従って、上記のように集光レンズを合成樹脂で形成すると、集光レンズが大型化し、集光レンズにおける赤外光の減衰量も増加してしまう。 Therefore, it is conceivable to integrally form a plurality of condensing lenses, but this is difficult to realize except for a synthetic resin molded product. However, the synthetic resin has a low refractive index. For example, in the case of polyethylene, the refractive index is 1.53. Therefore, when the condenser lens is formed of a synthetic resin as described above, the condenser lens becomes large and the amount of attenuation of infrared light in the condenser lens also increases.
そこで、図16に示すように、光学系において集光レンズ3の前段に回折格子5を配置し、この回折格子5によって各検知範囲からの赤外光をそれぞれ集光レンズ3を通じて赤外光検出部1に入射させるように回折させることが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかし、回折格子5を用いた場合、検知範囲として実際に利用できるのは、回折格子5に直交する方向すなわち回折格子5における0次の回折光が集光レンズに入射する方向(図16における上方)の検知範囲と、回折格子5における1次の回折光がそれぞれ集光レンズに入射する2方向(図16における左上方及び右上方)とに略限定されていた。つまり、0次の回折光に対応する方向と、該方向に対してそれぞれ同じ角度だけ互いに逆向きにずれた方向である1次の回折光に対応する2方向との計3方向に限定されていたのであり、例えば同一平面上の3方向にそれぞれ検知範囲を設ける場合に、中央の検知範囲の方向に対して両端の検知範囲の方向がなす角θ1,θ2をそれぞれ異ならせるといったことができず、検知範囲の設計の自由度が低かった。
However, when the
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、製造コストの低減及び小型化と検知範囲の設計の自由度との両立が可能な赤外光検知器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and an object thereof is to provide an infrared light detector capable of reducing the manufacturing cost and reducing the size and the design freedom of the detection range. It is in.
請求項1の発明は、複数個の検知範囲からの赤外光をそれぞれ検出する赤外光検出器であって、入射した赤外光の光量に応じた電気信号を出力する赤外光検出部と、赤外光を入射させるための窓部を有し赤外光検出部を収納したハウジングと、ハウジングに保持されてハウジングの窓部から入射する赤外光を赤外光検出部に集光する集光レンズと、窓部を閉塞する形でハウジングに保持されたプリズムとを備え、プリズムは、それぞれ向きが異なり検知範囲のいずれかに対応する複数種類の屈折面を有し、各検知範囲からの赤外光は、それぞれ、該検知範囲に対応する屈折面から入射又は出射した場合に、集光レンズを通じて赤外光検出部に入射することを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、集光レンズを検知範囲毎に設ける場合に比べ、製造コストの低減や小型化が可能である。また、各検知範囲からの赤外光をそれぞれ集光レンズに入射させるために回折格子を用いる場合に比べ、検知範囲の設計の自由度が高い。 According to this invention, compared with the case where a condensing lens is provided for every detection range, manufacturing cost can be reduced and the size can be reduced. In addition, the degree of freedom in designing the detection range is higher than in the case where a diffraction grating is used to cause infrared light from each detection range to enter the condenser lens.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、プリズムはポリエチレンからなることを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、プリズムの材料としてガラスやシリコンを用いる場合に比べ、製造コストが低減される。 According to this invention, the manufacturing cost is reduced as compared with the case of using glass or silicon as the material of the prism.
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2の発明において、屈折面は検知範囲毎に複数個ずつ設けられていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, a plurality of refractive surfaces are provided for each detection range.
この発明によれば、屈折面を検知範囲毎に1個ずつとする場合に比べ、集光レンズに対する屈折面の立体角を確保するために集光レンズの光軸方向についてプリズムの寸法を大きくする必要がないから、プリズムにおける赤外光の減衰の低減や小型化が可能となる。 According to the present invention, the prism size is increased in the optical axis direction of the condensing lens in order to secure the solid angle of the refracting surface with respect to the condensing lens, compared to the case where one refracting surface is provided for each detection range. Since there is no need, the attenuation of infrared light in the prism can be reduced and the size can be reduced.
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかの発明において、屈折面は集光レンズ側へ向けられて赤外光が出射する出射面であり、プリズムにおいて集光レンズの反対側へ向けられて検知範囲からの赤外光が入射する入射面は平面とされていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in any of the first to third aspects of the present invention, the refracting surface is an exit surface from which infrared light is emitted by being directed toward the condensing lens side. The incident surface on which the infrared light from the detection range that is directed is incident is a flat surface.
この発明によれば、入射面を屈折面として凹凸を形成する場合に比べ、見栄えが改善される。また、入射面に汚れが付着した場合にも、その除去が容易となる。 According to the present invention, the appearance is improved as compared with the case where irregularities are formed using the incident surface as the refractive surface. Further, even when dirt is attached to the incident surface, the removal is easy.
請求項5の発明は、請求項1又は請求項2の発明において、屈折面は集光レンズの反対側へ向けられて検知範囲からの赤外光が入射する入射面であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the refracting surface is an incident surface that is directed to the opposite side of the condensing lens and receives infrared light from the detection range. .
この発明によれば、集光レンズの光軸に直交する方向にも検知範囲を構成することができる。 According to the present invention, the detection range can also be configured in a direction orthogonal to the optical axis of the condenser lens.
請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれかの発明において、屈折面には、集光レンズの光軸に略垂直な面が含まれることを特徴とする。 A sixth aspect of the invention is characterized in that, in any of the first to fifth aspects of the invention, the refractive surface includes a surface substantially perpendicular to the optical axis of the condenser lens.
この発明によれば、集光レンズの光軸に沿った方向にも検知範囲が構成される。 According to the present invention, the detection range is also configured in the direction along the optical axis of the condenser lens.
請求項7の発明は、請求項1〜6のいずれかの発明において、赤外光検出部は、検知範囲のそれぞれ異なる位置からの赤外光が入射する複数個の受光部を備え、互いに隣接する受光部のいずれに赤外光が入射したかに応じて赤外光検出部の出力の向きが異なることを特徴とする。
The invention of claim 7 is the invention according to any one of
この発明によれば、人体等の赤外線源が、検知範囲内で、ある受光部に対応する位置から該受光部に隣接する別の受光部に対応する位置に移動したときには、赤外光検出部の出力の向きが変化することになるから、赤外光検出部の出力に基づいて検知範囲内での赤外光源の動きを検出することが可能となる。 According to this invention, when an infrared source such as a human body moves from a position corresponding to a certain light receiving unit to a position corresponding to another light receiving unit adjacent to the light receiving unit within the detection range, the infrared light detecting unit Therefore, the movement of the infrared light source within the detection range can be detected based on the output of the infrared light detection unit.
請求項8の発明は、請求項7の発明において、各屈折面は集光レンズの光軸に直交する1個の仮想直線にそれぞれ平行であって、受光部は前記仮想直線と集光レンズの光軸とにそれぞれ交叉する方向に一直線状に並べて配置されていることを特徴とする。 The invention of claim 8 is the invention of claim 7, wherein each refracting surface is parallel to one imaginary straight line orthogonal to the optical axis of the condensing lens, and the light receiving part is the imaginary straight line and the condensing lens. It is characterized by being arranged in a straight line in the direction intersecting with the optical axis.
請求項9の発明は、請求項7の発明において、各屈折面は集光レンズの光軸に直交する1個の仮想直線にそれぞれ平行であって、受光部は前記仮想直線に平行な方向に一直線状に並べて配置されていることを特徴とする。 The invention of claim 9 is the invention of claim 7, wherein each refracting surface is parallel to one imaginary straight line orthogonal to the optical axis of the condensing lens, and the light receiving part is in a direction parallel to the imaginary straight line. It is characterized by being arranged in a straight line.
請求項10の発明は、請求項1〜9のいずれかの発明において、プリズムに、赤外光の透過率が他の部位よりも低い遮光部が設けられていることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to ninth aspects, the prism is provided with a light-shielding portion having a lower infrared light transmittance than other portions.
プリズムにおいて赤外光の通過が意図されていない部位に遮光部を設けておくことにより、検知範囲以外からの赤外光が検知されるような誤動作を抑制することができる。 Providing a light-shielding portion at a portion of the prism where infrared light is not intended to pass can suppress malfunctions in which infrared light from outside the detection range is detected.
請求項11の発明は、請求項10の発明において、プリズムの表面の一部が遮光部として粗面化されていることを特徴とする。 The invention of claim 11 is characterized in that, in the invention of claim 10, a part of the surface of the prism is roughened as a light shielding portion.
請求項12の発明は、請求項10の発明において、プリズムには、赤外光に対する吸収率がプリズムの他の部位よりも高い材料からなる遮光部としての遮光層が設けられていることを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the invention of the tenth aspect, the prism is provided with a light-shielding layer as a light-shielding portion made of a material having a higher absorptance for infrared light than other parts of the prism. And
請求項13の発明は、請求項1〜12のいずれかの発明において、集光レンズは、半導体からなる凸レンズであって、扁平な半導体ウェハの一方の面に、集光レンズの光軸に相当する位置を中心とした円形状の開口を有する電極を形成する工程と、前記電極を用いた陽極酸化法により半導体ウェハの他方の面側に多孔質部を形成する工程と、多孔質部を除去する工程とを備える製造方法によって製造されたものであることを特徴とする。
The invention of claim 13 is the invention according to any one of
請求項14の発明は、請求項1〜13のいずれかの発明において、プリズムは、ハウジングよりも熱伝導率の低い材料からなり、集光レンズの光軸方向から見てハウジングを囲む筒形状の囲み部と、屈折面が設けられ囲み部の一端を閉塞する本体部とを有することを特徴とする。
The invention of claim 14 is the invention according to any one of
この発明によれば、周囲温度の変化に伴う受光素子の温度の変化を、プリズムによって抑制することができる。 According to this invention, the change in the temperature of the light receiving element accompanying the change in the ambient temperature can be suppressed by the prism.
請求項1の発明によれば、複数個の検知範囲からの赤外光をそれぞれプリズムによって共通の集光レンズに入射させるので、集光レンズを検知範囲毎に設ける場合に比べ、製造コストの低減や小型化が可能である。また、各検知範囲からの赤外光をそれぞれ集光レンズに入射させるために回折格子を用いる場合に比べ、検知範囲の設計の自由度が高い。 According to the first aspect of the present invention, infrared light from a plurality of detection ranges is incident on a common condensing lens by a prism, so that the manufacturing cost is reduced as compared with the case where a condensing lens is provided for each detection range. And miniaturization is possible. In addition, the degree of freedom in designing the detection range is higher than in the case where a diffraction grating is used to cause infrared light from each detection range to enter the condenser lens.
請求項2の発明によれば、プリズムがポリエチレンからなるので、プリズムの材料としてガラスやシリコンを用いる場合に比べ、製造コストが低減される。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、屈折面は検知範囲毎に複数個ずつ設けられているので、屈折面を検知範囲毎に1個ずつとする場合に比べ、集光レンズに対する屈折面の立体角を確保するために集光レンズの光軸方向についてプリズムの寸法を大きくする必要がないから、プリズムにおける赤外光の減衰の低減や小型化が可能となる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、プリズムにおいて、出射面を屈折面とし、入射面を平面としているので、外側の面となる入射面を屈折面として凹凸を形成する場合に比べ、見栄えが改善される。また、プリズムにおいて入射面に汚れが付着した場合にも、その除去が容易となる。
According to the invention of
請求項5の発明によれば、屈折面を入射面としたことにより、集光レンズの光軸に直交する方向にも検知範囲を構成することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the refracting surface is the incident surface, the detection range can be configured in the direction orthogonal to the optical axis of the condenser lens.
請求項6の発明によれば、集光レンズの光軸に略垂直な面が屈折面に含まれることにより、集光レンズの光軸方向に検知範囲が構成される。 According to the sixth aspect of the present invention, the detection range is configured in the optical axis direction of the condensing lens by including a surface substantially perpendicular to the optical axis of the condensing lens in the refracting surface.
請求項7の発明によれば、人体等の赤外線源が、検知範囲内で、ある受光部に対応する位置から該受光部に隣接する別の受光部に対応する位置に移動したときには、赤外光検出部の出力の向きが変化することになるから、赤外光検出部の出力に基づいて検知範囲内での赤外光源の動きを検出することが可能となる。 According to the invention of claim 7, when an infrared source such as a human body moves from a position corresponding to a certain light receiving unit to a position corresponding to another light receiving unit adjacent to the light receiving unit within the detection range, Since the direction of the output of the light detection unit changes, it is possible to detect the movement of the infrared light source within the detection range based on the output of the infrared light detection unit.
請求項10の発明によれば、プリズムにおいて赤外光の通過が意図されていない部位に遮光部を設けておくことにより、検知範囲以外からの赤外光が検知されるような誤動作を抑制することができる。 According to the tenth aspect of the present invention, by providing a light-shielding portion at a portion of the prism where infrared light is not intended to pass, it is possible to suppress malfunctions in which infrared light from outside the detection range is detected. be able to.
請求項14の発明によれば、周囲温度の変化に伴う受光素子の温度の変化を、プリズムによって抑制することができる。 According to invention of Claim 14, the change of the temperature of the light receiving element accompanying the change of ambient temperature can be suppressed by a prism.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態は、図2に示すように、入射した赤外光の光量に応じた電気信号を出力する受光素子からなる赤外光検出部1と、赤外光を入射させるための窓部20を有し赤外光検出部1を収納したハウジング2と、ハウジング2に保持されてハウジング2の窓部20から入射した赤外光を赤外光検出部1に集光する集光レンズ3とを備える。赤外光検出部1に用いられる受光素子としては、例えば、サーモパイルや、ボロメーターや、焦電素子を用いることができる。以下、図2の上下方向を前後方向と呼び、左右方向は図2を基準とし、図2の紙面に直交する方向を上下方向と呼ぶ。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, an infrared
ハウジング2は、金属からなり前後に扁平な形状のステム21と、金属からなり後面が開口した有底筒形状であって底面(前面)に窓部20が貫設されステム21によって後面が閉塞される形で例えば接着剤によりステム21に機械的に結合したキャップ22とからなる。集光レンズ3は片面が球面形状となっている凸レンズであって、球面形状の面を前方に向けて光軸方向を前後方向とし、窓部20を閉塞する形で例えば接着剤によりハウジング2のキャップ22に固着されている。ステム21には、例えば金属のような導電材料からなり赤外光検出部1の出力を引き出すための複数本の端子23がそれぞれ前後に貫通する形で保持されている。ステム21において端子23が挿通された貫通穴の内面と各端子23との間には、それぞれ例えば合成樹脂のような絶縁体の層(図示せず)が設けられている。さらに、ハウジング2には、赤外光検出部1と端子23との間に介在し赤外光検出部1の出力に対して増幅やノイズ除去などの所定の信号処理を施す処理回路(図示せず)が収納されている。
The
さらに、本実施形態は、ポリエチレンからなり3個の検知範囲からの赤外光をそれぞれ集光レンズ3を通じて赤外光検出部1に入射するように屈折させるプリズム4を備える。プリズム4はボリエチレンからなり、ハウジング2の前側に位置する前後に扁平な本体部41と、本体部41の周縁部から後方に突設された筒形状であって前方から見てハウジング2のキャップ22を囲む形で例えば接着剤によってハウジング2に固着された囲み部42とを備える。ここで、赤外光検出部1の出力は一般に温度の影響を受けるが、本実施形態においては、ハウジング2を囲むプリズム4が断熱材の役割を果たすことにより、周囲温度の変動に伴う赤外光検出部1の温度の変動が抑制されている。なお、プリズム4の材料としては、透明な材料であればシリコンやゲルマニウムを用いることもできるが、製造の容易さや上記の断熱の効果の観点から、合成樹脂を用いることが望ましく、特に赤外光の透過率が比較的に高いポリエチレンを用いることが望ましい。
Furthermore, the present embodiment includes a
以下、プリズム4が赤外光を屈折させる構成について詳しく説明する。プリズム4の本体部41の前面は集光レンズ1の光軸方向である前後方向に直交する平面となっており、本体部41の後面は、それぞれ上下方向に平行であって異なる検知範囲に対応する3通りの向きの平面である屈折面41a〜41cで構成されている。図1に示すように、屈折面41a〜41cには、本体部41の前面に略平行であって前方の検知範囲からの赤外光を赤外光検出部1に入射する向きで出射させる第1の屈折面41aと、左斜め前方(図1における左斜め上方)の検知範囲からの赤外光を赤外光検出部1に入射する向きで出射させる第2の屈折面41bと、右斜め前方(図1における右斜め上方)の検知範囲からの赤外光を赤外光検出部1に入射する向きで出射させる第3の屈折面41cとで構成されている。ここで、本実施形態では、第1の屈折面41aの左側に第2の屈折面41bを隣接させるとともに第1の屈折面41aの右側に第3の屈折面41cを隣接させることにより、第1の屈折面41aを第2の屈折面41bや第3の屈折面41cよりも後側に位置させているが、第2の屈折面41bと第3の屈折面41cとの配置を逆にすることにより、第1の屈折面41aを第2の屈折面41bや第3の屈折面41cよりも前側に位置させてもよい。ただし、本実施形態の配置のほうが、左右の検知範囲からの赤外光が第2の屈折面41bや第3の屈折面41cに入射しやすいという利点がある。
Hereinafter, the configuration in which the
上記の各屈折面41a〜41cは、左方から、第2の屈折面41b、第1の屈折面41a、第3の屈折面41cの順で、周期的に並べて複数個ずつ設けられている。これにより、各屈折面41a〜41cを1個ずつしか設けない場合に比べ、集光レンズ3に対する屈折面41a〜41cの立体角を確保しながらもプリズム4の本体部41の前後の寸法を小さくし、赤外光検出器全体の寸法を小型化することや、プリズム4における赤外光の減衰を低減することが可能となっている。ここで、回折の寄与が大きくならないように、検知範囲が並ぶ方向に平行な断面における各屈折面41a〜41cの幅寸法は、それぞれ検出の対象となる赤外光の波長(約10μm)の数倍以上とする必要がある。
A plurality of each of the
上記構成によれば、複数個の検知範囲を設けるために集光レンズを検知範囲毎に設ける場合に比べ、製造コストの低減が可能である。また、屈折面41a〜41cの向きを適宜変更することにより、検知範囲の方向同士がなす角を任意に変更することができるから、図16の従来例のように各検知範囲からの赤外光をそれぞれ集光レンズ3に入射させるために回折格子5を用いる場合に比べ、検知範囲の設計の自由度が高い。
According to the above configuration, the manufacturing cost can be reduced as compared with the case where a condensing lens is provided for each detection range in order to provide a plurality of detection ranges. Further, since the angle formed by the directions of the detection ranges can be arbitrarily changed by appropriately changing the directions of the refracting
さらに、屈折面41a〜41cによって凹凸が形成される面をプリズム4の後面とし、プリズム4の前面を平面としているから、屈折面41a〜41cをプリズム4の前面に設ける場合に比べ、見栄えが改善される上に、プリズム4の前面に付着した汚れの除去が容易となっている。
Furthermore, the surface on which the irregularities are formed by the refracting
なお、各屈折面41a〜41cをそれぞれ平面として直線状に並べる代わりに、例えば内周面と底面とがそれぞれ屈折面となった角錐台形状の凹部が、プリズム4の本体部41の後面において格子状に配列された構造としてもよく、この場合には中央の検知範囲の上下両側にもそれぞれ検知範囲が構成される。ただし、本実施形態のように、それぞれ共通の直線(上下方向に平行な直線)に平行な平面形状の屈折面41a〜41cが、前記直線に直交する方向(左右方向)に直線状に並んだ構造とすれば、成型用の型の製造や研磨を、それぞれ前記直線に沿った上下方向の直線的な動作によって容易に行うことができるという利点がある。
Instead of arranging each refracting
また、上記のように検知範囲を3個とする代わりに、図3に示すように、検知範囲及び屈折面41aをそれぞれ2個のみとしてもよい。図3の例では、前方の検知範囲に対応する屈折面41aの左端と、左斜め前方の検知範囲に対応する屈折面41bの右端との間には、右斜め前方の検知範囲に対応する屈折面41cに代え、プリズム4の前面に対して略垂直な連結面41dが設けられており、検知範囲は前方と左斜め前方のみとなっている。プリズム4を合成樹脂の成型によって製造する場合、連結面41dをプリズム4の前面に対して完全に垂直とするのは困難であるので、連結面41dとプリズム4の前面とがなす角は80°程度となる。さらに、赤外光の通過が意図されていない部位である連結面41dから赤外光が出射することによる誤動作を抑制するためには、連結面41dには赤外光の透過率を屈折面41a,41b等の他の部位よりも下げた遮光部(図示せず)を設けることが望ましい。遮光部を設ける方法としては、プリズム4の成型用の金型における該当部位の粗面化や成型後のプリズム4に対する研磨によって連結面41dを粗面化するという方法や、連結面41d上に例えばアクリル樹脂のように赤外光の吸収率が比較的に高い物質からなる遮光層を二重成型や塗布によって設けるという方法が考えられる。
Further, instead of using three detection ranges as described above, only two detection ranges and
検知範囲を2個とする方法としては、第1の屈折面41aを省いてプリズム4の本体部41の後面を第2の屈折面41bと第3の屈折面41cとで断面三角波形状とするという方法もある。また、逆に、向きの異なる屈折面を適宜追加すれば、検知範囲を4個以上とすることも可能である。
As a method of setting two detection ranges, the first refracting
または、図4に示すように、赤外光検出部1を、屈折面41a〜41cが並ぶ方向である左右方向に並びそれぞれ検知範囲の互いに異なる部位からの赤外光が入射する3個の受光部としての受光素子1a〜1cで構成してもよい。つまり、各検知範囲では、それぞれ左から、右側の受光素子1aによって赤外光が検知される範囲、中央の受光素子1bによって赤外光が検知される範囲、左側の受光素子1bによって赤外光が検知される範囲が、順に並ぶことになる。図4では、簡単のために各屈折面41a〜41cをそれぞれ1個のみ描き、屈折面41a〜41c間の位置関係も図1とは異ならせている。上記構成を採用すれば、各受光素子1a〜1cの出力を個別に監視することにより、検知範囲内での人体等の赤外光源の動作を検出することができる。
Alternatively, as shown in FIG. 4, the infrared
さらに、図5,図9,図12に示すように、赤外光検出部1を、隣り合う受光素子1p,1m間で赤外光の入射時の出力の向きが互いに逆向きとなるように、複数個の受光素子1p,1mを直列に接続して構成してもよい。
Further, as shown in FIGS. 5, 9, and 12, the infrared
図5の例では、それぞれ正方形状の受光面を有する4個の受光素子1p,1mを2行2列に配置するとともに、受光素子1p,1mが並ぶ方向を屈折面41a〜41cが並ぶ方向に対して45°傾けている。さらに、上下の2個の受光素子1pを、それぞれ赤外光の入射時の出力の向きが正となるように接続するとともに、左右の2個の受光素子1mを、それぞれ赤外光の入射時の出力の向きが負となるように接続している。これにより、図6に示すように、各検知範囲Za〜Zcでは、それぞれ、出力の向きが正となる受光素子1pに対応する範囲Zpと、出力の向きが負となる受光素子1mに対応する範囲Zmとが混在する。従って、図6に矢印A1で示すように、赤外光源たる人Mが3個の検知範囲Za〜Zcを左から右に横切った場合には、図7に示すように1個の検知範囲Za〜Zc内での移動中にも赤外光検出部1の出力が変動する。なお、屈折面41a〜41c同士がなす角を、図5に示すように検知範囲Za〜Zc同士が重ならないように選択する代わりに、図8に示すように互いに隣接する検知範囲Za〜Zcにおいて左右の受光素子1mに対応した範囲Zm同士が互いに重なるように設定することで、互いに隣接する検知範囲Za〜Zc間において赤外光検出部1の出力が負のままとなる区間を短くしてもよい。
In the example of FIG. 5, four
また、図9の例では、それぞれ上下に長い長方形状の受光面を有する複数個(図では4個)の受光素子1p,1mを、屈折面41a〜41cが並ぶ方向である左右方向に並べて設けている。また、3個の検知範囲Za〜Zcが互いに隣接するように、各屈折面41a〜41cの向きは選択されている。この構成では、図10に示すように、出力の向きが正となる受光素子1pに対応する範囲Zpと、出力の向きが負となる受光素子1mに対応する範囲Zmとが、左右方向に交互に並ぶ。従って、図10の矢印A2で示すように、赤外光源たる人Mが3個の検知範囲Za〜Zcを左から右に横切った場合には、図11に示すように赤外光検出部1の出力が細かく変動する。上記の例では、受光素子1p,1mが並ぶ方向と検知範囲Za〜Zcが並ぶ方向とが一致することにより、人Mの動作が検出される区間を長くとることができる。受光素子1p,1mの個数は4個でなくとも偶数個であれば、検知範囲Za〜Zc間に重なりを設けることなく、出力の向きが正となる受光素子1pに対応する範囲Zpと、出力の向きが負となる受光素子1mに対応する範囲Zmとを交互に並べることができる。
In the example of FIG. 9, a plurality (four in the figure) of
また、図12の例では、それぞれ左右に長い長方形状の受光面を有する複数個(図では2個)の受光素子1p,1mを、屈折面41a〜41cが並ぶ方向に直交する方向である上下方向に並べて設けている。この構成は、図13に矢印A3で示すように受光素子1p,1mの並ぶ方向すなわち検知範囲Za〜Zcが並ぶ方向に直交する方向(上記説明での上下方向であり、図13での左右方向)に検知範囲Za〜Zcを横切る人体Mの検出に適している。つまり、図9の場合に比べて人Mの動作が検出される区間が短くなる代わりに幅が広くなるから、例えば防犯用途などで幅の広い通路における人Mの通過の検出に用いることができる。
In the example of FIG. 12, a plurality (two in the figure) of
さらに、屈折面41a〜41cを上記のように後面に設けて赤外光の出射面とする代わりに、図14に示すように屈折面41e〜41gを前面に設けて赤外光の入射面としてもよい。図14の例では、左方からの赤外光を赤外光検出部1に入射させる左用屈折面41eと、右方からの赤外光を赤外光検出部1に入射させる右用屈折面41fとが1個ずつ設けられている。左用屈折面41eと右用屈折面41fとは、プリズム4の本体部41の前面に、断面三角形状の凸部を構成しており、この凸部の左右両側には、それぞれ前後方向に垂直であって前方からの赤外光を赤外光検出部1に入射させる前用屈折面41gが形成されている。この構成を採用すれば、集光レンズ3の光軸に略直交する左右方向からの赤外光を、プリズム4の他の部位よりも前方に突出する左用屈折面41e及び右用屈折面41fで屈折及び反射させて赤外光検出部1に入射させることができる。例えば屈折率1.53のポリエチレンでプリズム4を構成する場合、左右方向から入射した赤外光を後方に出射させるには、左用屈折面41e及び右用屈折面41fのそれぞれについて、前用屈折面41gを含む平面となす角を52.1°とすればよい。
Further, instead of providing the refracting
以下、図15(a)〜(e)を用いて、p形のシリコンからなる半導体ウェハ30から集光レンズ3を製造する方法の一例を、上下方向は図15(a)〜(e)を基準として説明する。実際には1個の半導体ウェハ30からは複数個の集光レンズ3が形成されるが、図15(a)〜(e)では1個の集光レンズ3に相当する範囲のみを図示している。
Hereinafter, with reference to FIGS. 15A to 15E, an example of a method for manufacturing the
まず、図15(a)に示す半導体ウェハ30の下面に、図15(b)に示すように例えばアルミニウムからなる金属膜31を例えばスパッタリングや蒸着のような周知の方法によって形成する。その後、金属膜31と半導体ウェハ30との接触がオーミック接触となるように、例えば窒素ガス及び水素ガス雰囲気中での金属膜31の熱処理を行う。
First, a
次に、図15(c)に示すように、集光レンズ3の光軸となるべき位置を中心とした円形状の開口33を金属膜31に設けることにより、電極32を形成する。開口33の形成には、周知のフォトリソグラフィー及びエッチングを用いることができる。
Next, as shown in FIG. 15C, an
次に、上記の電極32を陽極として用いた陽極酸化を行う。すなわち、電解液中で、陽極としての上記の電極32と、半導体ウェハ30の上面側に配置された陰極(図示せず)との間に通電することにより、図15(d)に示すように半導体ウェハ30の上面側に多孔質部34を形成する。電解液としては、例えば55重量%のフッ化水素水溶液とエタノールとの1:1混合溶液を用いることができる。ここで、多孔質部34の上下の寸法(厚さ寸法)は、電極32から最も離れた位置、すなわち開口33の中心の上側で最も小さくなり、そこから離れるほど大きくなる。つまり、図15(e)に示すように多孔質部34を除去すれば、半導体ウェハ30の上面が凸曲面(球面)形状となるのであり、この凸曲面形状の光軸方向は上下方向となる。
Next, anodic oxidation using the
多孔質部34の除去後、前記凸曲面形状の頂点(開口33の上側)を中心とした所定の範囲をダイシングにより分離すれば、集光レンズ3が得られる。残存した電極32は、集光レンズ3において球面形状となっていない部位を通過した赤外光の阻止に用いることができる。
After the
なお、半導体ウェハ30の材料としてはシリコンに代えて例えばゲルマニウムのような他の半導体材料を用いることもできる。また、p形でなくn形の半導体ウェハ30を用いてもよいが、その場合には陽極酸化時に半導体ウェハ30の上面に光を照射する必要がある。
As a material for the
1 赤外光検出部
1a〜1c,1p,1m 受光素子
2 ハウジング
3 集光レンズ
4 プリズム
20 窓部
41 本体部
41a〜41c,41e〜41g 屈折面
42 囲み部
DESCRIPTION OF
Claims (14)
入射した赤外光の光量に応じた電気信号を出力する赤外光検出部と、赤外光を入射させるための窓部を有し赤外光検出部を収納したハウジングと、ハウジングに保持されてハウジングの窓部から入射する赤外光を赤外光検出部に集光する集光レンズと、窓部を閉塞する形でハウジングに保持されたプリズムとを備え、
プリズムは、それぞれ向きが異なり検知範囲のいずれかに対応する複数種類の屈折面を有し、各検知範囲からの赤外光は、それぞれ、該検知範囲に対応する屈折面から入射又は出射した場合に、集光レンズを通じて赤外光検出部に入射することを特徴とする赤外光検出器。 An infrared light detector for detecting infrared light from a plurality of detection ranges,
An infrared light detection unit that outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident infrared light, a housing that has a window for allowing infrared light to enter, and that contains the infrared light detection unit, and is held by the housing A condensing lens for condensing infrared light incident from the window portion of the housing on the infrared light detection portion, and a prism held in the housing so as to close the window portion,
Each prism has a plurality of types of refracting surfaces that have different orientations and correspond to one of the detection ranges, and infrared light from each detection range is incident or emitted from a refracting surface corresponding to the detection range, respectively. And an infrared light detector that is incident on the infrared light detector through a condenser lens.
互いに隣接する受光部のいずれに赤外光が入射したかに応じて赤外光検出部の出力の向きが異な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赤外光検出器。 The infrared light detection unit includes a plurality of light receiving units on which infrared light from different positions in the detection range is incident,
The infrared light according to any one of claims 1 to 6, wherein the direction of the output of the infrared light detection unit is different depending on which of the light receiving units adjacent to each other is incident with the infrared light. Detector.
受光部は前記仮想直線と集光レンズの光軸とにそれぞれ交叉する方向に一直線状に並べて配置されていることを特徴とする請求項7記載の赤外光検出器。 Each refractive surface is parallel to one imaginary straight line orthogonal to the optical axis of the condenser lens,
8. The infrared light detector according to claim 7, wherein the light receiving portions are arranged in a straight line in a direction intersecting with the virtual straight line and the optical axis of the condenser lens.
受光部は前記仮想直線に平行な方向に一直線状に並べて配置されていることを特徴とする請求項7記載の赤外光検出器。 Each refractive surface is parallel to one imaginary straight line orthogonal to the optical axis of the condenser lens,
8. The infrared light detector according to claim 7, wherein the light receiving portions are arranged in a straight line in a direction parallel to the virtual straight line.
扁平な半導体ウェハの一方の面に、集光レンズの光軸に相当する位置を中心とした円形状の開口を有する電極を形成する工程と、前記電極を用いた陽極酸化法により半導体ウェハの他方の面側に多孔質部を形成する工程と、多孔質部を除去する工程とを備える製造方法によって製造されたものであることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の赤外光検出器。 The condenser lens is a convex lens made of a semiconductor,
A step of forming an electrode having a circular opening centered on a position corresponding to the optical axis of the condensing lens on one surface of a flat semiconductor wafer; and the other of the semiconductor wafer by an anodic oxidation method using the electrode It is manufactured by the manufacturing method provided with the process of forming a porous part in the surface side of this, and the process of removing a porous part, It is any one of Claims 1-12 characterized by the above-mentioned. Infrared light detector.
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