JP2008304384A - 赤外光検出器 - Google Patents

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１

Description

本発明は、赤外光検出器に関するものである。

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）。

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。

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。

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）。
特開平１１−２４８５４０号公報 特開平１０−２１４５４６号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施形態における主な光路を示す説明図である。 同上を示す断面図である。 同上の別の形態における主な光路を示す説明図である。 同上の更に別の形態における主な光路を示す説明図である。 同上の別の形態の要部の構造を示す説明図である。 図５の形態の動作を示す説明図である。 図５の形態の動作を示す説明図である。 同上の更に別の形態の動作を示す説明図である。 同上の別の形態の要部の構造を示す説明図である。 図９の形態の動作を示す説明図である。 図９の形態の動作を示す説明図である。 同上の更に別の形態の要部の構造を示す説明図である。 図１２の形態の動作を示す説明図である。 同上の別の形態における主な光路を示す説明図である。 集光レンズの製造方法の例を示し、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ異なる工程を示す断面図である。 従来例を示す説明図である。

符号の説明

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

Claims (14)

1. 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赤外光検出器。
2. プリズムはポリエチレンからなることを特徴とする請求項１記載の赤外光検出器。
3. 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請求項１又は請求項２記載の赤外光検出器。
4. 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請求項１〜３のいずれか一項に記載の赤外光検出器。
5. 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請求項１または請求項２記載の赤外光検出器。
6. 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請求項１〜５のいずれか一項に記載の赤外光検出器。
7. 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請求項１〜６のいずれか一項に記載の赤外光検出器。
8. 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請求項７記載の赤外光検出器。
9. 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請求項７記載の赤外光検出器。
10. 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請求項１〜９のいずれか一項に記載の赤外光検出器。
11. 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請求項１０記載の赤外光検出器。
12. 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請求項１０記載の赤外光検出器。
13. 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請求項１〜１２のいずれか一項に記載の赤外光検出器。
14. 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請求項１〜１３のいずれか一項に記載の赤外光検出器。

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