KR101518744B1

KR101518744B1 - 광학식 검지 장치 및 이것을 이용한 기기

Info

Publication number: KR101518744B1
Application number: KR1020137002477A
Authority: KR
Inventors: 가나 오이; 다카유키 니시카와
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: JP2012145562A; EP2657666A1; SG187003A1; US20130126739A1; CN103026190A; KR20130037708A; TW201243297A; US9000378B2; JP5919530B2; TWI480598B; WO2012086665A1; CN103026190B; EP2657666A4

Abstract

다분할 렌즈의 각 렌즈는 제1 면과는 반대측의 제2 면이 복수의 렌즈면을 가지는 프레넬 렌즈이다. 복수의 렌즈면은, 복수의 렌즈면 중 적어도 1개를, 중심축이 제1 면의 법선에 대하여 경사 교차하는 타원뿔의 측면의 일부분에 의해 구성한다. 렌즈는, 제1 면 상의 각각의 점의 법선 중 타원뿔의 측면의 일부분으로 이루어지는 렌즈면에 교차하는 임의의 법선과, 이 임의의 법선이 교차하는 렌즈면에 대응하는 타원뿔의 중심축이, 평행을 이루지 않는다.

Description

광학식 검지 장치 및 이것을 이용한 기기{OPTICAL DETECTION DEVICE, AND APPARATUS USING SAME}

본 발명은 광학식 검지 장치 및 이것을 이용한 기기에 관한 것이다.

종래부터, 광학식 검지 장치로서, 소정의 검지 영역 내에서 인체로부터 나오는 적외선의 변화량을 검출하여 조명 기구 등의 기기를 제어하는 용도로 사용되는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특허 제3090336호 공보 및 일본 특허 제3090337호 공보를 참조).

상기한 2개의 문헌에 기재된 광학식 검지 장치는, 초점 위치를 대략 동일한 것으로 하는 복수 개의 렌즈가 하나의 평면 상에서 조합된 다분할 렌즈(multi-segment lens)와, 이 초점 위치에 배치된 수광 소자인 적외선 검지 소자를 구비하고 있다. 그리고, 상기한 2개의 문헌에는, 적외선 검지 소자로서 4개의 수광부(소자 엘레먼트)가 배열된 것을 사용하고, 다분할 렌즈로서 15개의 렌즈가 5개씩 3열로 배열된 것을 사용한 경우, 4×15개의 검지 빔이 발생하는 것이 기재되어 있다.

다분할 렌즈의 각각의 렌즈는, 제1 면이 평면이고, 제2 면이 제1 면의 법선에 대하여 경사 교차하는 주축을 갖는 쌍곡면이다. 구체적으로 설명하면, 도 19에 나타낸 바와 같이, 렌즈(101)는 제2 면인 쌍곡면(120)의 회전축 C를 제1 면인 평면(110)의 법선 H와 각도 θ를 이루도록 경사져 있다.

여기서, 렌즈(101)의 정점 O와 적외선 검지 소자(도시하지 않음)의 중심과의 거리를 L로 하고, 렌즈(101)의 초점 거리를 f로 하면, 렌즈의 정점 O를 통하여 초점 F에 이르는 입사광 D가 법선 H에 대하여 이루는 각도 δ는,

(수식 1)

로 된다. 또한, 렌즈(101)의 굴절률을 n으로 하면,

(수식 2)

이므로, 각도 θ는,

(수식 3)

로 정해진다.

렌즈(101)는 집광 광학계로서 설치된 것이며, 정점 O를 통하여 초점 F에 이르는 입사광 D가 법선 H에 대하여 각도 δ를 이루는 동시에, 무수차(無收差)로 초점 F에 집광된다. 또한, 이 렌즈(101)에서는, 각도 θ를 크게 하면, 초점 F에 무수차로 집광되는 입사광 D가 법선 H와 이루는 각도 δ가 커진다.

그런데, 상기한 2개의 문헌에는, 다분할 렌즈의 재료로서 폴리에틸렌을 채용하고, 다분할 렌즈를 사출 성형에 의해 제작하는 것이 기재되어 있다.

그러나, 폴리에틸렌에 의해 형성된 렌즈(101)에서는, 두께가 1mm에서도, 렌즈(101)의 평면(110)에 수직 입사하는 파장 10㎛ 부근의 적외선의 투과율이 40%이며, 두께가 두꺼워질수록 투과율이 저하된다. 그리고, 렌즈(101)의 평면(110)에 대하여 수직이 아닌 방향으로부터 입사하는 입사광 D는, 렌즈(101)의 최대 두께보다 광로 길이가 길어져 투과율이 너무 낮아질 우려가 있다. 또한, 폴리에틸렌에 의해 형성된 렌즈(101)에서는, 두께의 변화가 큰 경우, 사출 성형의 냉각, 고화 과정에서 발생하는 수축 얼룩 등에 의해, 렌즈(101)의 표면에 싱크 마크(sink mark)가 발생하고, 렌즈(101)의 외관이 손상된다.

그래서, 상기한 2개의 문헌에는, 투과율의 저하와 싱크 마크의 발생을 억제하기 위해, 렌즈(101)의 최소 두께를, 사출 성형시의 폴리에틸렌의 유동성의 면에서 허용되는 최소한의 값인 0.3mm로 하고, 렌즈 면적(유효 렌즈 면적)의 확보에 영향을 주는 렌즈(101)의 최대 최소 두께차를, 광학식 검지 장치의 용도(주방 조명용)에 따른 소정의 렌즈 면적의 확보에 필요한 최소한의 값인 0.5mm로 하여서, 렌즈(101)의 최대 두께를 1mm 이하로 억제하는 것이 기재되어 있다.

또한, 일본 특허 공고 7-36041호 공보에는, 도 20에 나타낸 바와 같이, 집광 렌즈(401)를 프레넬 렌즈(Fresnel lens)로 하고, 축외 수차의 발생을 억제하기 위해, 제2 면의 각각의 쌍곡면(421, 422, 423)이 공유하는 회전축 C를, 제1 면인 평면(410)에 대하여 경사 교차시킨 것이 제안되어 있다. 여기에서, 각각의 쌍곡면(421, 422, 423)이 렌즈면을 구성하고 있다.

상기한 문헌에는, 도 20의 프레넬 렌즈(401)로는, 각각의 쌍곡면(421, 422, 423)이 공유하는 회전축 C와 평면(410)이 이루는 각도에 따라, 초점에 무수차로 집광하는 평행 광선과 평면(410)의 법선 N과의 사이에 각도를 갖게 할 수 있는 것이 기재되어 있다. 따라서, 도 20의 프레넬 렌즈(401)에서는, 축외 수차의 발생을 억제할 수 있고, 평면(410)의 법선 N에 경사 교차하는 방향으로부터의 광선을 효율적으로 집광하는 것이 가능해진다.

그러나, 출사면을 구성하는 각각의 쌍곡면(421, 422, 423)의 회전축 C가 입사면인 평면(410)의 법선 N에 대하여 경사 교차하는 프레넬 렌즈(401)는, 각각의 쌍곡면(421, 422, 423)이 평면(410)의 법선 N에 대하여 회전 대칭은 아니다. 그러므로, 프레넬 렌즈(401) 또는 프레넬 렌즈(401)용의 금형은 선반 등에 의한 회전 가공으로 제작하는 것이 곤란하다.

그래서, 프레넬 렌즈(401) 또는 프레넬 렌즈(401)용의 금형의 제작시에는, 다축 제어의 가공기를 사용하고, 도 21에 나타낸 바와 같이 노즈(nose) 반경(코너 반경이라고도 함)이 수 ㎛인 예리한 바이트(공구)(430)의 날끝 만을 공작물(440)에 점접촉시켜 미소 피치로 절삭 가공을 행함으로써 각각의 쌍곡면(421, 422, 423) 또는 각각의 곡면을 형성할 필요가 있다. 공작물(440)은 프레넬 렌즈(401)를 직접 형성하기 위한 기재(基材) 또는 금형을 형성하기 위한 기재이다. 그러므로, 전술한 프레넬 렌즈(401) 또는 프레넬 렌즈(401)용의 금형의 제작에서의 가공 시간이 길어져, 프레넬 렌즈(401)의 비용 상승의 요인이 된다.

이에 대하여, 프레넬 렌즈의 입사면인 평면의 법선을 포함하는 단면 형상에 있어서 각각의 렌즈면의 단면 형상이 직선이면, 도 22에 나타낸 바와 같이 바이트(430)를 공작물(440)에 대하여 경사지게 날의 측면을 선접촉시켜 절삭 가공을 행함으로써, 렌즈면 또는 렌즈면에 따른 곡면의 형성이 가능하므로, 가공 시간을 대폭 단축하는 것이 가능해진다. 여기서, 출사면에서의 각각의 렌즈면의 형상이 입사면의 법선을 회전축으로 하여 회전 대칭이 되는 프레넬 렌즈에 있어서는, 각각의 렌즈면을 원뿔대(圓錐臺)의 측면에 보다 근사(近似)시킴으로써, 각각의 렌즈면의 단면 형상을 직선으로 할 수 있는 것이 알려져 있다(미국 특허 제4787722호 명세서).

그리고, 상기한 일본 특허 공고 7-36041호 공보에 개시된 프레넬 렌즈(401) 및 상기한 미국 특허 제4787722호 명세서에 개시된 프레넬 렌즈는, 대상으로 하는 광선이 적외선이며, 이들 2개의 문헌에는 렌즈 재료로서 폴리에틸렌을 사용하는 것이 개시되어 있다.

그런데, 본 발명의 발명자들은, 광학식 검지 장치를 탑재하는 기기에서 다분할 렌즈가 기기의 외관의 일부분을 이루므로, 기기의 디자인성을 손상시키지 않기 위해, 다분할 렌즈의 각각의 렌즈에서 적외선이 입사하는 측의 면의 형상을 평면 또는 곡률이 작은 곡면으로 하는 것을 생각하였다. 여기서, 광학식 검지 장치를 탑재하는 기기가 방범 센서인 경우에는, 의심자에게 광학식 검지 장치의 존재 또는 방범 센서의 검지 영역을 눈치채이지 않도록 하는 것이 가능해진다고 생각하였다. 또한, 본 발명의 발명자들은, 광학식 검지 장치를 탑재하는 기기로서, 예를 들면, 텔레비전 또는 퍼스널 컴퓨터의 디스플레이 등의 기기와 같이 사람과 광학식 검지 장치와의 거리가 비교적 짧은 기기 또는 방범 센서 등의 기기를 고려한 경우, 다분할 렌즈의 외관이 중요하게 되어, 비교적 근처(예를 들면, 30cm 정도)로부터 들여다 보아도 육안 관찰에 의해 렌즈 모양을 인지할 수 없도록 하는 것이 바람직한 것으로 생각하였다. 그래서, 전술한 광학식 검지 장치에서는, 다분할 렌즈의 각각의 렌즈(101)의 최대 최소 두께차를 예를 들면 전술한 0.5mm로 되는 값보다 더 작게 하는 것을 생각할 수 있지만, 렌즈 모양이 육안으로 볼 수 있게 되는 것을 어렵게 할 수 있는 한편으로는, 소정의 렌즈 면적을 확보할 수 없게 되어, 결과적으로 감도가 저하된다.

그러므로, 제2 면측에 형성된 렌즈 모양을 육안으로 확인하는 것을 어렵게 할 수 있는 렌즈로서 프레넬 렌즈를 채용하는 선택사항이 고려되었다. 그러나, 출사면에서의 각각의 렌즈면의 형상이 입사면의 법선을 회전축으로 하여 회전 대칭이 되는 프레넬 렌즈에 있어서, 각각의 렌즈면을 원뿔대의 측면에 보다 근사한 것에서는, 외계로부터 제1 면에 경사 입사하는 입사광(예를 들면, 적외선)을 이용하는 경우에 축외 수차가 발생한다.

그래서, 본 발명의 목적은, 다분할 렌즈의 각각의 렌즈의 제2 면측에 형성된 렌즈 모양을 각각의 렌즈의 제1 면측으로부터 육안 관찰하기 어렵게 함으로써 다분할 렌즈의 외관을 향상시키면서도, 외계로부터 제1 면에 경사 입사하는 입사광을 이용하는 렌즈의 축외 수차의 발생을 억제하여 감도의 저하를 억제하는 것이 가능하고, 또한 저비용화가 가능한 광학식 검지 장치 및 이것을 이용한 기기를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 광학식 검지 장치는, 복수 개의 렌즈가 조합되고 각각의 상기 렌즈의 초점 위치가 동일한 다분할 렌즈와, 상기 초점 위치에 배치된 적외선 수광 소자를 가지는 적외선 센서를 포함하며, 상기 다분할 렌즈의 각각의 상기 렌즈는 제1 면과는 반대측의 제2 면이 복수의 렌즈면을 갖는 프레넬 렌즈이며, 상기 복수의 렌즈면 중 적어도 1개의 렌즈면이 타원뿔(elliptical cone)의 측면의 일부분으로 이루어지고, 상기 제1 면 상의 각각의 점(point)의 법선 중 상기 타원뿔의 측면의 일부분으로 이루어지는 상기 렌즈면에 교차하는 임의의 법선과, 상기 임의의 법선이 교차하는 상기 렌즈면에 대응하는 상기 타원뿔의 중심축이, 평행하지 않다.

본 발명의 광학식 검지 장치에서는, 다분할 렌즈의 각각의 렌즈의 제2 면측에 형성된 렌즈 모양을 각각의 렌즈의 제1 면측으로부터 육안으로 보기 어렵게 함으로써 다분할 렌즈의 외관을 향상시키면서도, 외계로부터 제1 면에 경사 입사하는 입사광을 이용하는 렌즈의 축외 수차의 발생을 억제하여 감도의 저하를 억제하는 것이 가능하고, 또한 저비용화가 가능해진다.

이 광학식 검지 장치에 있어서, 상기 복수의 렌즈면 중 적어도 2개의 상기 렌즈면이, 각각 상기 중심축이 상이한 상기 타원뿔의 상기 측면의 상기 일부분으로 이루어지고, 외측에 위치하는 상기 렌즈면에 대응하는 상기 타원뿔일수록, 상기 중심축과 상기 법선이 이루는 각도가 큰 것이 바람직하다.

이 광학식 검지 장치에 있어서, 각각의 상기 렌즈에서의 상기 복수의 렌즈면 중 중앙의 렌즈면은, 곡률이 연속적으로 변화하는 비구면(非球面)의 일부분으로 이루어지고, 상기 제1 면의 각각의 점의 법선 중 상기 비구면의 일부분으로 이루어지는 중앙의 상기 렌즈면에 교차하는 임의의 법선과, 상기 임의의 법선이 교차하는 중앙의 상기 렌즈면에 대응하는 상기 비구면의 대칭축이, 평행하지 않은 것이 바람직하다.

이 광학식 검지 장치에 있어서, 상기 비구면은 쌍곡면인 것이 바람직하다.

이 광학식 검지 장치에 있어서, 상기 다분할 렌즈는, 상기 복수 개의 렌즈 중 상기 다분할 렌즈의 중심으로부터 이격된 렌즈일수록 상기 제2 면의 렌즈 면적이 커지게 되도록 설정되어 있는 것이 바람직하다.

이 광학식 검지 장치에 있어서, 상기 다분할 렌즈는 각각의 상기 렌즈의 최대 두께가 동일한 두께가 되도록 설정되어 있는 것이 바람직하다.

이 광학식 검지 장치에 있어서, 상기 적외선 수광 소자는, 직사각형으로 형성된 복수 개의 소자 엘레먼트를 포함하며, 상기 복수 개의 소자 엘레먼트는 각각의 폭 방향이 일치하도록 정렬되어 있는 것이 바람직하다.

이 광학식 검지 장치에 있어서, 상기 적외선 수광 소자는 정사각 형상으로 형성된 4개의 소자 엘레먼트가 2×2의 매트릭스형으로 배열되어 이루어지고, 4개의 상기 소자 엘레먼트 중 대각 위치에 있는 2개의 상기 소자 엘레먼트 각각의 1개의 대각선끼리를 일직선으로 연결하는 방향을 좌우 방향으로 하여 배치되어 이루어지는 것이 바람직하다.

이 광학식 검지 장치에 있어서, 상기 다분할 렌즈의 상기 각각의 렌즈와 상기 적외선 검출 소자에 의해 형성되는 복수의 검지 빔의 배치가 지그재그형의 배치인 것이 바람직하다.

이 광학식 검지 장치에 있어서, 상기 복수 개의 렌즈는 적어도 일방향을 따라 직선형으로 배열된 제1 렌즈군을 포함하고, 상기 적외선 수광 소자는 정사각 형상으로 형성된 4개의 소자 엘레먼트가 2×2의 매트릭스형으로 배열되어 이루어지고, 4개의 상기 소자 엘레먼트 중 대각 위치에 있는 2개의 상기 소자 엘레먼트 각각의 1개의 대각선끼리를 일직선으로 연결하는 방향을 상기 일방향에 일치하도록 배치되어 이루어지는 것이 바람직하다.

이 광학식 검지 장치에 있어서, 상기 복수 개의 렌즈는 또한 상기 제1 렌즈군과 인접하여 상기 일방향을 따라 배열되는 제2 렌즈군을 포함하고, 상기 제2 렌즈군의 렌즈는 상기 제1 렌즈군의 렌즈에 대하여 지그재그형으로 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 광학식 검지 장치에 있어서, 상기 다분할 렌즈는 렌즈 재료가 폴리에틸렌인 것이 바람직하다.

또한, 광학식 검지 장치에 있어서, 상기 다분할 렌즈는 렌즈 재료가 폴리에틸렌이며, 또한 상기 제1 면이 상기 제2 면측과는 반대측에 볼록하게 되어 있는 곡면인 것이 바람직하다.

본 발명의 기기는, 상기 광학식 검지 장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기기에서는, 다분할 렌즈의 각각의 렌즈의 제2 면측에 형성된 렌즈 모양을 각각의 렌즈의 제1 면측으로부터 육안으로 보기 어렵게 함으로써 다분할 렌즈의 외관을 향상시키면서도, 외계로부터 제1 면에 경사 입사하는 입사광을 이용하는 렌즈의 축외 수차의 발생을 억제하여 감도의 저하를 억제하는 것이 가능하고, 또한 저비용화가 가능한 광학식 검지 장치를 구비하고 있으므로, 광학식 검지 장치의 감도의 저하를 억제하고 또한 저비용화를 도모하면서도 광학식 검지 장치를 탑재하는 기기 전체의 외관을 향상시키는 것이 가능해진다.

본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 기술한다. 본 발명의 다른 특징 및 장점은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면에 관련하여 한층 더 용이하게 이해될 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치의 개략 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치의 주요부 개략 저면도이다.
도 1c는 도 1b의 확대도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치의 검지 영역의 설명도이다.
도 3b는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치의 검지 영역의 설명도이다.
도 4a는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치에서의 다분할 렌즈의 주요부 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치에서의 다분할 렌즈의 적외선의 진행 경로의 설명도이다.
도 5는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치에서의 다분할 렌즈의 하나의 렌즈의 평면도이다.
도 6a는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치에서의 적외선 수광 소자와 검지 빔과의 관계에 대한 설명도이다.
도 6b는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치에서의 적외선 수광 소자와 검지 빔과의 관계에 대한 설명도이다.
도 7a는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치의 검지 영역의 설명도이다.
도 7b는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치의 검지 영역의 설명도이다.
도 8은 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치의 다른 구성예의 주요부 개략 저면도이다.
도 9a는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치의 다른 구성예의 검지 영역의 설명도이다.
도 9b는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치의 다른 구성예의 검지 영역의 설명도이다.
도 10a는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치의 다른 구성예의 검지 영역의 설명도이다.
도 10b는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치의 다른 구성예의 검지 영역의 설명도이다.
도 11은 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치의 다분할 렌즈에서의 렌즈의 스폿 다이아그램이다.
도 12a는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치에서의 다분할 렌즈의 다른 구성예의 주요부 단면도이다.
도 12b는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치에서의 다분할 렌즈의 다른 구성예의 적외선의 진행 경로의 설명도이다.
도 13은 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치에서의 다분할 렌즈의 다른 구성예의 주요부 평면도이다.
도 14는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치의 다분할 렌즈에서의 다른 구성예의 렌즈의 스폿 다이아그램이다.
도 15a는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치에서의 다분할 렌즈의 다른 구성예의 주요부 단면도이다.
도 15b는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치에서의 다분할 렌즈의 다른 구성예의 적외선의 진행 경로의 설명도이다.
도 16은 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치의 다분할 렌즈에서의 다른 구성예의 렌즈의 스폿 다이아그램이다.
도 17a는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치를 구비한 기기의 개략 정면도이다.
도 17b는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치를 구비한 기기의 개략 상면도이다.
도 17c는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치를 구비한 기기의 개략 측면도이다.
도 18a는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치를 구비한 다른 기기의 개략 사시도이다.
도 18b는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치를 구비한 다른 기기의 다분할 렌즈의 개략 설명도이다.
도 18c는 본 발명의 실시예의 광학식 검지 장치를 구비한 다른 기기의 검지 영역의 설명도이다.
도 19는 종래예의 광학식 검지 장치에서의 다분할 렌즈의 하나의 렌즈의 설명도이다.
도 20a는 다른 종래예의 프레넬 렌즈의 저면도이다.
도 20b는 다른 종래예의 프레넬 렌즈의 단면도이다.
도 21은 프레넬 렌즈의 제2 면측의 각각의 렌즈면이 쌍곡면인 경우의 프레넬 렌즈의 제작 방법의 설명도이다.
도 22는 프레넬 렌즈의 제2 면측의 각각의 렌즈면의 단면 형상이 직선인 경우의 프레넬 렌즈의 제작 방법의 설명도이다.

이하에서는, 광학식 검지 장치에 대하여 먼저 도 1a 내지 도 6b에 기초하여 설명한다.

광학식 검지 장치 A는, 복수 개의 렌즈(101)가 조합되고 각각의 렌즈(101)의 초점 위치 F가 동일한 다분할 렌즈(1)와, 초점 위치(초점) F에 배치된 적외선 수광 소자(3)를 갖는 적외선 센서(2)를 구비하고 있다. 요컨대, 다분할 렌즈(1)는 적외선을 집광하는 집광 광학계를 구성하고 있다. 그리고, 복수 개의 렌즈(101)는 일면 상에 조합되어 있다.

이 광학식 검지 장치 A는 적외선을 방사하는 물체(예를 들면, 사람 등)의 움직임을 검지하여 검지 신호를 출력하는 것이다. 여기서, 광학식 검지 장치 A는 적외선 수광 소자(3)로서 초전형(焦電型) 적외선 검지 소자를 사용하고 있다.

적외선 센서(2)는, 적외선 수광 소자(3) 외에, 적외선 수광 소자(3)의 출력 신호를 증폭하는 증폭부(4)와, 증폭부(4)에서 증폭된 전압 신호와 임계값을 비교하여 전압 신호가 임계값을 초과하는지의 여부를 판단하는 판단부(5)와, 판단부(5)에서 전압 신호가 임계값을 초과한 것으로 판단된 때에 출력을 내는 출력부(6)를 구비하고 있다. 그리고, 광학식 검지 장치 A의 검지 대상의 물체가 사람인 경우, 증폭부(4)로서는, 예를 들면, 사람의 움직임에 가까운 주파수 성분(1Hz를 중심으로 하는 성분)의 전압 신호를 증폭하도록 구성하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 전술한 일본 특허 제3090336호 공보 및 일본 특허 제3090337호 공보에 기재된 증폭부와 마찬가지의 주파수 특성을 가지는 것을 사용할 수 있다. 또한, 증폭부(4)는, 예를 들면, 적외선 수광 소자(3)로부터 출력되는 출력 신호인 초전 전류를 전압 신호로 변환하는 전류 전압 변환 회로와, 이 전류 전압 변환 회로에 의해 변환된 전압 신호 중 소정의 주파수 대역의 전압 신호를 증폭하는 전압 증폭 회로로 구성할 수 있다. 또한, 판단부(5)는 비교기 등을 이용한 비교 회로로 구성할 수 있다. 또한, 출력부(6)는 예를 들면 판단부(5)에서 전압 신호가 임계값을 초과한 것으로 판단한 때에 검지 신호를 출력으로서 내는 출력 회로에 의해 구성할 수 있다.

또한, 적외선 센서(2)는, 적외선 수광 소자(3), 증폭부(4), 판단부(5) 및 출력부(6) 등을 수용하는 패키지(7)를 구비하고 있고, 프린트 배선판으로 이루어지는 회로 기판(8)에 실장하여 사용할 수 있다. 여기에서, 패키지(7) 내에는 적외선 수광 소자(3) 등을 실장한 소자 지지 부재(예를 들면, MID 기판 등)(9)가 수용되어 있다. 그리고, 소자 지지 부재(9)에는 증폭부(4)와 판단부(5)와 출력부(6)를 단일칩화한 IC 소자(도시하지 않음)도 실장되어 있다.

패키지(7)는, 원반형의 스템(71)과, 이 스템(71)에 접합되는 바닥이 있는 원통형의 캡(72)과, 이 캡(72)의 바닥부에 형성된 개구부(72a)를 폐색하도록 배치되고 원하는 적외선을 투과하는 기능을 가지는 적외선 투과 부재(73)로 구성되어 있다. 적외선 투과 부재(73)로서는, 예를 들면, 실리콘 기판 또는 게르마늄 기판 등을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 패키지(7)는, 스템(71)과 캡(72)이 양쪽 모두 금속 재료에 의해 형성되어 있고, 적외선 투과 부재(73)와 캡(72)을 도전성 재료에 의해 접합하고 있다.

광학식 검지 장치 A는, 다분할 렌즈(1)를 갖는 커버 부재(10)가 패키지(7)를 덮도록 회로 기판(8)의 일표면측에 배치되어 있다. 그리고, 커버 부재(10)와 패키지(7) 사이의 공간은 공기층이며, 단열층으로서 기능한다.

적외선 수광 소자(3)를 구성하는 초전형 적외선 검지 소자로서는, 예를 들면, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 1개의 초전체 기판(30)에 4개의 소자 엘레먼트(수광부)(31)가 형성된 쿼드 타입(quad type)의 초전 소자를 사용할 수 있다. 도 6b에 나타낸 적외선 수광 소자(3)는 1개의 초전체 기판(30)에 4개의 소자 엘레먼트(31)가 2×2의 어레이형으로 배열되어 있다. 도 6b에 나타낸 예에서는, 각각의 소자 엘레먼트(31)의 평면에서 볼 때 형상이 정사각형이며, 초전체 기판(30)의 중앙부에서 초전체 기판(30)의 외주선보다 내측의 가상의 정사각형의 4개의 각(角)의 각각에 소자 엘레먼트(31)의 중심이 위치하도록 배치되어 있다.

적외선 수광 소자(3)의 각각의 소자 엘레먼트(31)는, 한 쌍의 전극(도시하지 않음)의 사이에 초전체 기판(30)의 일부가 개재하는 컨덴서이며, 도 6b에는 각각의 소자 엘레먼트(31)의 한 쌍의 전극 중 다분할 렌즈(1)측에 위치하는 전극의 극성을 "＋", "―"의 부호로 나타내고 있다. 여기에서, 적외선 수광 소자(3)는, 4개의 소자 엘레먼트(31) 중, 가상의 정사각형의 한쪽의 대각선 상에 있는 동일 극성의 2개의 소자 엘레먼트(31)끼리가 병렬 접속되고, 다른 쪽의 대각선 상에 있는 동일 극성의 2개의 소자 엘레먼트(31)끼리가 병렬 접속되어 있다. 요컨대, 적외선 수광 소자(3)는, 도 6b의 우측에 나타낸 직교 좌표계와 같이, x축, y축 및 z축 각각의 정방향을 규정하면, x축 방향을 따라 나란히 형성되어 있는 2개의 소자 엘레먼트(31)끼리가 역병렬로 접속되고, 또한 y축 방향을 따라 나란히 형성되어 있는 2개의 소자 엘레먼트(31)끼리가 역병렬로 접속되어 있다.

광학식 검지 장치 A의 검지 영역(200)(도 3a 및 도 3b를 참조)은 적외선 수광 소자(3)와 다분할 렌즈(1)에 의해 정해진다. 따라서, 광학식 검지 장치 A의 검지 영역(200)에서는, 각각의 렌즈(101)마다에, 소자 엘레먼트(31)의 수(도 6b의 예에서는 4개)의 검지 빔(220)이 설정된다. 검지 빔(220)은, 적외선 수광 소자(3)로의 적외선의 입사량이 피크 범위가 되는 작은 범위이며, 검지 대상의 물체로부터의 적외선을 검출하는 유효 영역이고, 검출 영역이라고도 한다.

도 1a에 나타낸 광학식 검지 장치 A에서는, 다분할 렌즈(1)가 도 1b에 나타낸 바와 같이 2×8개의 렌즈(101)에 의해 구성되어 있으므로, 도 3b에 나타낸 바와 같이 검지 영역(200) 내에 16×4개의 검지 빔(220)이 설정된다. 그리고, 다분할 렌즈(1)에서의 렌즈(101)의 개수는 특별히 한정되지 않는다.

즉, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 다분할 렌즈(1)는, 좌우 방향(일방향)을 따라 직선형으로 배열된 상단의 8개의 렌즈(101)로 이루어지는 제1 렌즈군과, 제1 렌즈군에 인접하여 동일하게 좌우 방향(일방향)을 따라 직선형으로 배열된 하단의 8개의 렌즈(101)로 이루어지는 제2 렌즈군을 구비한다.

도 3a 및 도 3b는 바닥면의 위쪽에 광학식 검지 장치 A를 배치한 경우의 검지 영역(200)을 나타내고, 도 3b에서는 검지 영역(200) 중 바닥면 상에 설정되는 검지면(210)에서의 각각의 검지 빔(220)에, 그 검지 빔(220)이 대응하는 소자 엘레먼트(31)의 극성을 "＋", "―"의 부호로 나타내고 있다. 요컨대, 검지 빔(220)에는 소자 엘레먼트(31)에 1대1로 대응하는 극성이 있다.

검지면(210)에서의 검지 빔(220)의 형상은 그 검지 빔(220)에 대응하는 소자 엘레먼트(31)와 상사형이다.

그런데, 다분할 렌즈(1)는 각각의 렌즈(101)의 최대 두께를 동일한 두께로 설정하고 있는 것이 바람직하다. 여기서, 광학식 검지 장치 A는 각각의 렌즈(101)의 최대 두께 t를 동일한 두께로 함으로써, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 적외선 검지 소자(3)의 수광면(소자 엘레먼트(31)에서의 다분할 렌즈(1)측의 표면)을 포함하는 평면으로부터 각각의 렌즈(101)까지의 거리 d가 일정 거리로 되므로, 검지면(210) 상에서의 검지 빔(220)의 폭 W를 동일하게 하는 것이 가능해진다. 따라서, 검지면(210) 상에서 검지 빔(220)의 크기가 일정해지는 것에 의해, 검지 영역(200) 내의 각각의 곳에서의 검출 능력을 동등하게 할 수 있다. 그리고, 렌즈(101) 간의 최대 두께 t의 차이가 100㎛ 정도이면, 대략 동일한 두께로 간주할 수 있다.

다분할 렌즈(1)는, 광학식 검지 장치 A에서 수평 화각을 크게 하기 위해, 도 1c에서의 x축 방향을 따라 배열되는 렌즈(101)의 수를 y축 방향을 따라 배열되는 렌즈(101)의 수보다 많게 되어 있다. 여기에서, 도 1c에 나타낸 예에서는, x축 방향을 따라 배열되는 렌즈(101)의 수를 8개로 하고, y축 방향을 따라 배열되는 렌즈(101)의 수를 2개로 하고 있다. 또한, 광학식 검지 장치 A는, 도 1c에서의 x축, y축 및 z축 각각의 정방향과 도 6b에서의 x축, y축 및 z축 각각의 정방향이 맞추어지도록, 다분할 렌즈(1)와 적외선 수광 소자(3)의 상대적인 위치 관계를 규정하고 있다. 요컨대, 적외선 수광 소자(3)는, 정사각 형상으로 형성된 4개의 소자 엘레먼트(31)가 평면에서 볼 때 2×2의 매트릭스형으로 배열되어 있고, 전술한 가상의 정사각형의 한 변을 따르는 방향을 좌우 방향으로 하여 배치되어 있다.

단, 적외선 수광 소자(3)의 배치는 이에 한정되지 않고, 예를 들면 2×2의 매트릭스형으로 배열된 4개의 소자 엘레먼트(31) 중 대각 위치에 있는 2개의 소자 엘레먼트(31) 각각의 1개의 대각선끼리를 일직선으로 연결하는 방향을 좌우 방향으로 하여 배치해도 된다. 즉, 적외선 수광 소자(3)는 전술한 가상의 정사각형의 하나의 대각선을 따른 방향을 좌우 방향으로 하여 배치해도 된다.

또한, 바꾸어 말하면, 2×2의 매트릭스형으로 배열된 4개의 소자 엘레먼트(31) 중 대각 위치에 있는 2개의 소자 엘레먼트(31) 각각의 1개의 대각선끼리를 일직선으로 연결하는 방향을, 제1 렌즈군의 렌즈(101)가 배열되는 방향(일방향)에 일치하도록 배치해도 된다.

이 경우, 도 6b에 나타낸 적외선 수광 소자(3)를 xy 평면 내에서 45°만큼 회전시킨 것으로 되므로, 광학식 검지 장치 A의 검지 영역(200)은 도 7a 및 도 7b에 나타낸 바와 같이 설정되게 된다. 따라서, 이 경우에는, 인접하는 렌즈(101) 각각에 대하여 설정되는 4개씩의 검지 빔(220) 중 서로 다른 렌즈(101)에 의해 형성되어 인접하는 2개의 검지 빔(220) 사이의 간격을 작게 하는 것이 가능해지고, 물체의 보다 작은 움직임을 검지하는 것이 가능해진다. 또한, 이 경우에는, 사람이 극성의 상이한 2개의 검지 빔(220)을 통과하여 소자 엘레먼트(31)끼리의 출력이 상쇄될 가능성이 낮아진다. 또한, 전술한 바와 같이 도 6b에 나타낸 적외선 수광 소자(3)를 xy 평면 내에서 45°만큼 회전시키고, 또한 다분할 렌즈(1)의 렌즈(101)를 도 8에 나타낸 바와 같이 지그재그형의 배치로 하면, 광학식 검지 장치 A의 검지 영역(200)은 도 9a 및 도 9b에 나타낸 바와 같이 설정되고, 복수의 검지 빔(220)의 배치가 지그재그형의 배치로 된다. 이로써, 광학식 검지 장치 A는 물체의 보다 작은 움직임을 검지하는 것이 가능해진다.

그리고, 도 8에 나타내는 다분할 렌즈(1)는, 좌우 방향(일방향)을 따라 직선형으로 배열된 상단의 5개의 렌즈(101)로 이루어지는 제1 렌즈군과, 제1 렌즈군에 인접하여 동일하게 좌우 방향(일방향)을 따라 직선형으로 배열된 중단의 4개의 렌즈(101)로 이루어지는 제2 렌즈군과, 제2 렌즈군에 인접하여 동일하게 좌우 방향(일방향)을 따라 직선형으로 배열된 하단의 5개의 렌즈(101)로 이루어지는 제3 렌즈군을 구비한다. 여기서, 제2 렌즈군의 렌즈(101)는 좌우 양단에 배치되는 2개의 렌즈(101)의 좌우 방향의 폭 치수를 조절함으로써 제1 및 제3 렌즈군의 렌즈(101)에 대하여 지그재그형으로 배치되게 된다.

또한, 적외선 수광 소자(3)는 직사각형으로 형성된 복수 개의 소자 엘레먼트(31)가 평면에서 볼 때 소자 엘레먼트(31)의 폭 방향으로 정렬되어 있는 것이어도 되며, 예를 들면 직사각형상의 소자 엘레먼트(31)가 1×4의 어레이형으로 배열된 것이어도 된다. 이 경우, 광학식 검지 장치 A의 검지 영역(200)은, 도 10a 및 도 10b에 나타낸 바와 같이 설정됨으로써, 좌우 방향(수평 방향)에서의 검지 빔(220)의 폭, 인접하는 검지 빔(220) 사이의 간격을 작게 하는 것이 가능해지고, 적외선을 방사하는 물체의 움직임을 검지하기가 용이하게 된다.

그런데, 다분할 렌즈(1)의 각각의 렌즈(101)는 프레넬 렌즈이며, 제1 면(110)이 평면이며, 제1 면(110)과는 반대측의 제2 면(120)이 복수의 렌즈면(121)을 가지고 있다. 여기서, 본 실시예에서는, 광학식 검지 장치 A를 탑재하는 기기에서 다분할 렌즈(1)의 주변부의 외관면(外觀面)이 평면 또는 곡률이 작은 곡면인 경우가 많은 것을 근거로 하여, 제1 면(110)을 평면으로 하고 있다. 이로써, 기기에 있어서 다분할 렌즈(1)의 주변부의 외관면과 다분할 렌즈의 외관면을 대략 공통 평면으로 하는(연속적인 형상으로 하는) 것이 가능해진다. 따라서, 본 실시예의 광학식 검지 장치에서는, 다분할 렌즈를 탑재하는 기기의 디자인성이 다분할 렌즈에 의해 손상되거나, 기기를 본 사람이 다분할 렌즈에 기인하여 기기의 외관에 위화감을 느끼는 것을 억제하는 것이 가능해지고, 다분할 렌즈를 탑재한 기기의 외관을 미려한 것으로 하는 것이 가능해진다.

렌즈(101)는, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 중심 렌즈부(101a)와, 중심 렌즈부(101a)를 에워싸는 복수(도시한 예에서는 2개)의 환형 밴드 형상 렌즈부(101b)를 가지고 있다. 환형 밴드 형상 렌즈부(101b)의 개수는 특별히 한정되지 않고, 3개 이상이어도 된다. 렌즈(101)는 제1 면(110)과는 반대측의 제2 면(120)이 복수의 렌즈면(121)을 가지는 집광 렌즈이며, 중심 렌즈부(101a)의 렌즈면(121)이 볼록면으로 되어 있다. 요컨대, 렌즈(101)는 볼록 렌즈에 비해 두께를 얇게 할 수 있는 집광 렌즈이다.

각각의 환형 밴드 형상 렌즈부(101b)는 제2 면(120)측에 산부(山部)(111b)를 가지고 있다. 산부(111b)는, 중심 렌즈부(101a)측의 측면으로 이루어지는 상승 면(비렌즈면)(122)과, 중심 렌즈부(101a)측과는 반대측의 측면으로 이루어지는 렌즈면(121)을 가지고 있다. 따라서, 렌즈(101)의 제2 면(120)은 각각의 환형 밴드 형상 렌즈부(101b) 각각에서의 렌즈면(121)을 가지고 있다. 또한, 렌즈(101)의 제2 면(120)은 중심 렌즈부(101a)에서의 렌즈면(121)도 가지고 있다.

그런데, 일반적인 비구면 렌즈에 있어서, 렌즈면을 비구면의 수식으로 나타내면, 수식 4와 같이 된다. 단, 수식 4에서는, 광축에 직교하는 1개의 평면을 XY 평면으로 하고, 이 XY 평면과 광축과의 교점을 원점으로 하고, 이 XY 평면 내에서의 원점으로부터의 거리를 r로 하고, 광축 방향에서의 XY 평면으로부터의 거리를 z로 하고, 코닉 상수(Conic Constant)를 k로 하고, 렌즈면과 광축과의 교점의 곡률을 c로 정의하고 있으며, a₂∼a_m은 보정 계수이다.

(수식 4)

수식 4에서는, 제1 항이 회전 2차 곡면을 나타내고, k<-1의 경우에 렌즈면이 쌍곡면이 된다. 따라서, 수식 4를 이용하면, 회전축이 제1 면(110)의 법선에 대하여 각도 θ만큼 경사진 쌍곡면(125)을 설계할 수 있고, 이와 같은 쌍곡면(125)의 일부를 렌즈면(121)으로 함으로써, 각도 δ로 입사하는 적외선을 초점 위치 F에 무수차로 집광시키는 것이 가능해진다.

또한, 렌즈(101)의 제1 면(110)의 면적을 S로 한 경우, 전술한 바와 같이 회전축이 제1 면(110)의 법선에 대하여 각도 θ만큼 경사진 쌍곡면(125)의 일부를 렌즈면(121)으로 하는 렌즈(101)에서는, 검지면(210)으로부터 입사하는 적외선의 입사 파워를 PW로 하면, 입사 파워 PW는 아래의 수식 5에 의해 표현된다. 단, 수식 5의 K는 비례 상수이다.

(수식 5)

따라서, 렌즈(101)의 제1 면(110)의 면적 S가 일정한 경우에는, 각도 θ가 큰 렌즈(101)일수록 적외선의 입사 파워가 작아진다. 따라서, 다분할 렌즈(1)는, 각도 θ가 큰 렌즈(101)일수록, 렌즈(101)의 제1 면(110)의 면적 S가 커지도록 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 다분할 렌즈(1)의 중심으로부터 이격된 렌즈(101)일수록 제1 면(110)의 면적 S가 커지고, 다분할 렌즈(1)의 중심으로부터 이격된 렌즈(101)일수록 제2 면(120)의 면적이 커진다.

다분할 렌즈(1)는 렌즈 재료로서 적외선을 투과하는 수지인 폴리에틸렌을 채용하고 있다. 그러나, 다분할 렌즈(1)는, 렌즈(101) 각각을 프레넬 렌즈로 함으로써, 각각의 렌즈(101)의 제2 면(120)의 렌즈 면적의 증대를 도모하면서도 최대 최소 두께차 Δt(도 4b를 참조)를 작게 할 수 있다. 따라서, 다분할 렌즈(1)는 제1 면(110)의 법선에 경사 교차하는 방향(제1 면(110)에 수직이 아닌 방향)으로부터 입사하는 적외선의 광로 길이를 짧게 할 수 있어 투과율을 향상시킬 수 있다.

그리고, 적외선을 투과하는 재료로서 실리콘이나 게르마늄 등이 있지만, 이들 결정 재료로부터 복잡한 형상의 다분할 렌즈(1)를 양산성이 좋게 제작하는 것은 어렵다. 한편, 폴리에틸렌은 적외선을 투과하는 재료이며, 사출 성형에 의하여 금형의 복잡한 형상을 전사시킬 수 있으므로, 다분할 렌즈(1)를 양산성 좋게 제작하는 것이 가능해진다.

그러나, 렌즈면(121)이 쌍곡면(125)의 일부분에 의해 구성되며, 쌍곡면(125)의 회전축이 제1 면(110)의 법선에 대하여 경사 교차하고 있는 경우에는, 각각의 렌즈면(121)이 제1 면(110)의 법선에 대하여 회전 대칭이 아니다. 그러므로, 다분할 렌즈(1) 또는 이 다분할 렌즈(1)용의 금형을 선반 등에 의한 회전 가공으로 제작하는 것이 곤란하다.

이에 대하여, 본 실시예에서의 다분할 렌즈(1)의 각각의 렌즈(101)는, 예를 들면 도 4a, 도 4b 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 렌즈(101)의 렌즈면(121) 각각이 타원뿔(130)의 측면의 일부분으로 이루어지고, 제1 면(110) 상의 각각의 점의 법선 중 타원뿔(130)의 측면의 일부분으로 이루어지는 렌즈면(121)에 교차하는 임의의 법선과 이 임의의 법선이 교차하는 렌즈면(121)에 대응하는 타원뿔(130)의 중심축이, 평행하지 않다(즉, 경사져 있다). 여기에서, 각각의 타원뿔(130)은 제2 면(120)측에 정점 P가 위치하고, 또한 제1 면(110)측에 바닥면(도시하지 않음)이 위치하고 있다. 또한, 도 4a, 도 4b 및 도 5에 나타낸 구성의 다분할 렌즈(1)의 렌즈(101)에서는 제1 면(110)이 평면이므로, 타원뿔(130)의 중심축은 제1 면(110) 상의 각각의 점에서의 법선에 대하여 경사 교차한다. 또한, 제1 면(110) 상의 점과 그 점에서의 법선이 렌즈면(121)에 교차하는 교점을 연결하는 방향을 렌즈 두께 방향으로 규정한 경우, 제1 면(110)이 평면이면, 제1 면(110) 상의 각각의 점에서의 법선을 따른 방향이 렌즈 두께 방향으로 된다. 따라서, 도 4a 및 도 4b의 각각에서는, 상하 방향이 렌즈 두께 방향으로 된다. 따라서, 렌즈(101)는, 렌즈면(121) 각각이, 제2 면(120)측에 정점 P가 위치하고, 또한 제1 면(110)측에 바닥면(도시하지 않음)이 위치하고 또한 중심축(도시하지 않음)이 렌즈 두께 방향에 대하여 경사 교차하는 타원뿔(130)의 측면의 일부분에 의해 구성된 것으로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 제1 면(110)의 법선을 포함하는 단면 형상에 있어서, 제1 면(110)에 평행한 면과 각각의 렌즈면(121)이 이루는 각도는 둔각이며, 제1 면(110)에 평행한 면과 각각의 상승면(122)이 이루는 각도는 대략 직각이다.

이하, 도 4a, 도 4b 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 각각의 렌즈면(121)이 전술한 타원뿔(130)의 측면의 일부분에 의해 구성된 렌즈(101)에 대하여 설명한다.

본 발명의 발명자들은, 다분할 렌즈(1)의 외관을 향상시키면서도, 외계로부터 제1 면(110)에 경사 입사하는 입사광(적외선)을 이용하는 렌즈(101)의 축외 수차의 발생을 억제하여 감도의 저하를 억제하는 것이 가능하고, 또한 저비용화가 가능한 광학식 검지 장치를 제공하고자 하는 과제를 해결하기 위해, 다음과 같이 생각하였다. 즉, 먼저, 제2 면(120)을 회전축(주축)이 제1 면(110)의 법선에 대하여 경사 교차하는 복수의 쌍곡면(이엽 쌍곡면의 한쪽의 쌍곡면)(125) 각각의 일부분에 의해 구성한 기준 구조에 관하여, 제1 면(110)의 법선을 포함하는 단면 형상에 있어서 복수의 쌍곡면(125) 각각의 상기 일부분을 직선으로 근사시키는 것을 생각하였다.

여기서, 쌍곡면(125)은 이 쌍곡면(125)의 회전축에 직교하는 단면 위의 각각의 점에서의 접선의 집합이 원추(圓錐)로 된다. 따라서, 출사면에서의 각각의 렌즈면의 형상이 입사면의 법선을 회전축으로 하여 회전 대칭이 되는 프레넬 렌즈에 있어서는, 각각의 렌즈면을 원추의 측면의 일부분에 의해 근사할 수 있다.

그런데, 임의의 평면의 중심을 원점으로 하고, 이 임의의 평면에서 서로 직교하는 x축과 y축을 규정하고, 이 임의의 평면에 직교하는 z축을 규정한 직교 좌표계에서는, 원추의 임의의 점의 좌표를 (x, y, z)으로 하고, b, c를 계수로 하여, 원추의 방정식이 하기의 표준형에 의해 표현된다. 여기서, 계수 c는 z에 관계없는 정수이다.

(수식 6)

이 원추를 xy 평면에 평행한 2개의 면으로 잘라낸 원뿔대에서는, 전술한 기준 구조에서의 각각의 쌍곡면(125)의 상기 일부분을 근사시키는 것은 가능하지 않다.

한편, 쌍곡면(125)은 상기 쌍곡면(125)의 회전축에 수직이 아닌 단면 위의 각각의 점에서의 접선(140)의 집합이 타원뿔이 된다. 여기서, 본 발명의 발명자들은, 전술한 도 4a의 구조에서의 쌍곡면(125)을, 쌍곡면(125)의 주축에 경사 교차하는 평면과 쌍곡면(125)과의 교선(交線) 상의 각각의 점에서, 쌍곡면(125)과 접하는 타원뿔(130)로 근사할 수 있다는 점에 주목하였다. 그리고, 본 발명의 발명자들은, 각각의 렌즈면(121)을, 제2 면(120)측에 정점 P가 위치하는 동시에 제1 면(110) 측에 바닥면(도시하지 않음)이 위치하고 또한 중심축(도시하지 않음)이 제1 면(110)의 법선에 대하여 경사 교차하는 타원뿔(130)의 측면의 일부분에 의해 구성하는 것을 생각하였다.

도 4a, 도 4b 및 도 5에 나타낸 다분할 렌즈(1)의 렌즈(101)에서, 각각 타원뿔(130)의 일부분에 의해 구성되는 렌즈면(121)에 주목하면, 타원뿔(130)이 그 타원뿔(130)에 내접하는 쌍곡면(125)을 가지고, 타원뿔(130)과 쌍곡면(125)의 교선 상의 각각의 점에서는 양자의 접선의 경사가 일치하므로, 타원뿔(130)과 쌍곡면(125)의 교선 상의 각각의 점을 통과하는 광선은, 쌍곡면(125)의 회전축 위의 한 점에 집광된다. 이 렌즈(101)에서는, 복수의 렌즈면(121) 중 적어도 1개의 렌즈면(121)을, 타원뿔(130)과 쌍곡면(125)의 교선을 포함하도록 타원뿔(130)의 일부를 잘라낸 형상으로 함으로써, 외계로부터 제1 면(110)에 경사 입사하는 입사광을 이용하는 경우에 축외 수차의 발생을 억제하는 것이 가능해지고, 또한 저비용화가 가능해진다. 여기에서, 렌즈(101)는, 산부(111b)의 높이가 낮을수록, 이 산부(111b)를 통과하는 광선을 한 점에 집광하기가 쉬워지므로, 타원뿔(130)과 타원뿔(130)에 내접하는 쌍곡면(125)의 교선이 산부(111b)와 교차하는 것이 바람직하다.

각각의 산부(111b)의 높이 및 인접하는 산부(111b)의 정점 사이의 간격은, 렌즈(101)에서 집광 대상으로 하는 전자파의 파장 이상의 값으로 설정할 필요가 있다. 예를 들면, 파장 10㎛의 적외선을 집광 대상으로 하는 경우에는, 각각의 산부(111b)의 높이 및 인접하는 산부(111b)의 정점 사이의 간격을 10㎛ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 렌즈(101)에서는, 각각의 산부(111b)의 높이 및 인접하는 산부(111b)의 정점 사이의 간격이 커지면, 축외 수차가 커지는 문제, 및 제1 면(110)측으로부터 렌즈 모양이 육안 관찰 가능하게 되는 문제가 발생할 것으로 생각된다. 그래서, 렌즈(101)는, 축외 수차의 허용값(목표값)을 예를 들면 초점 F에 배치하는 적외선 수광 소자(3)의 크기인 0.6×0.6mm 이하로 하는 경우, 산부(111)의 최대 높이를 150㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 렌즈(101)는 제1 면(110)으로부터 30cm만큼 이격된 곳으로부터 의식하지 않고 바라보았을 경우에 제2 면(120)측의 렌즈 모양을 육안으로 볼 수 없도록 요구되는 경우, 인접하는 산부(111b) 사이의 간격을 0.3mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 인접하는 산부(111b) 사이의 간격을 작게 할수록 산부(111b)의 수가 증가하므로, 인접하는 산부(111b) 사이의 간격은 예를 들면 0.1∼0.3mm의 범위로 설정하는 것이 보다 바람직하다.

본 실시예의 렌즈(101)에서는, 렌즈 두께 방향에 직교하고(즉, 평면으로 이루어지는 제1 면(110)에 평행하게) 또한 환형 밴드 형상 렌즈부(101b)에서의 산부(111b)의 골로부터의 높이가 산부(111b)의 최대 높이의 1/2이 되는 평면(115) 상에, 타원뿔(130)과 타원뿔(130)에 내접하는 쌍곡면(125)과의 교선이 존재한다. 따라서, 이 렌즈(101)에서는, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 렌즈면(121)과 평면(115)의 교점 위를 지나는 적외선(광선)을 초점 F에 집광한다.

일반적인 타원뿔의 방정식은, 임의의 평면의 중심을 원점으로 하고, 이 임의의 평면에서 서로 직교하는 x축과 y축을 규정하고, 이 임의의 평면에 직교하는 z축을 규정한 직교 좌표계에서, 타원뿔의 임의의 점의 좌표를 (x, y, z)로 하고, a, b, c를 계수로 하여, 하기의 수식 7의 표준형에 의해 표현된다. 여기서, 계수 c는 z에 관계없는 상수이다.

(수식 7)

이하에서는, 설명의 편의상, 도 4a의 렌즈(101)에서, 3개의 타원뿔(130)에 각각 상이한 부호를 부여하여 설명한다. 여기서는, 중앙의 렌즈면(121)에 대응하는 것을 타원뿔 130₀으로 하고, 중앙의 렌즈면(121)에 가장 가까운 제1 환형 밴드로 되는 렌즈면(121)에 대응하는 것을 타원뿔 130₁으로 하고, 중앙의 렌즈면(121)에 2번째로 가까운 제2 환형 밴드로 되는 렌즈면(121)에 대응하는 것을 타원뿔 130₂로 한다. 요컨대, 중앙의 렌즈면(121)에 대응하는 타원뿔(130)을 제외한 타원뿔(130) 중, 중앙의 렌즈면(121)에 가까운 측으로부터의 순서로 세어서 m(m≥1) 번째의 제m 환형 밴드가 되는 렌즈면(121)에 대응하는 것을 타원뿔 130_m으로 한다. 또한, 여기서는, 각각의 타원뿔(130₀, 130₁, 130₂)의 정점 P, P, P를 정점 P₀, P₁, P₂로 하고, 각각의 타원뿔(130₀, 130₁, 130₂)의 중심축을 CA₀, CA₁, CA₂로 한다. 요컨대, 여기서는, 제m 환형 밴드가 되는 렌즈면(121)에 대응하는 타원뿔 130_m의 정점을 P_m으로 하고, 그 타원뿔 130_m의 중심축을 CA_m로 한다. 그리고, 각각의 타원뿔(130₀, 130₁, 130₂)에 대하여, 정점 P₀, P₁, P₂를 원점으로 하고, 중심축 CA₀, CA₁, CA₂를 z축으로 하여, z축에 직교하는 단면에서의 타원의 긴 직경 방향을 따라 x축, 짧은 직경 방향을 따라 y축을 규정한 직교 좌표계를 정의한다. 그러면, 각각의 타원뿔(130₀, 130₁, 130₂)의 식은 각각의 직교 좌표계에서 전술한 수식 7로 나타내는 것이 가능하다. 그리고, 도 4a에서는, 타원뿔(130₀, 130₁, 130₂)에 내접하는 쌍곡면(125, 125, 125)을 각각 쌍곡면 125₀, 125₁, 125₂로 하고 있다.

프레넬 렌즈인 렌즈(101)의 일례로서, 각각 타원뿔(130)의 측면의 일부분으로 이루어지는 6개의 렌즈면(121)을 구비한 것을 예시한다. 이 렌즈(101)에서, 6개의 타원뿔(130) 중 중앙의 렌즈면(121)에 대응하는 것을 타원뿔 130₀으로 하고, 제1 환형 밴드 내지 제5 환형 밴드 각각으로 되는 렌즈면(121)에 대응하는 것을 타원뿔 130₁ 내지 130₅로 한다. 이 일례의 렌즈(101)에서는, 각각의 산부(111b) 이외의 부분으로 이루어지는 베이스 부분의 두께 t를 0.5mm로 하고, 각각의 환형 밴드 형상 렌즈부(101b)에서 초점 F에 가장 가까운 점에서의 산부(111b)의 높이(렌즈 단차) Δt를 0.05mm로 하고, 렌즈 재료를 굴절률이 1.53인 폴리에틸렌으로 한 경우, 수식 7에서의 계수 a, b, c가 표 1에 나타낸 값으로 된다. 단, 표 1에 나타낸 계수 a, b, c는, 렌즈(101)의 제1 면(110)에 평행한 결상면 I로부터 제1 면(110)까지의 거리를 5.5mm으로 하고, 입사각이 45°로 입사하는 적외선(광선)을 초점 F에 집광시키는 것을 전제 조건으로 하여 구한 값이다.

(표 1)

또한, 제1 면(110) 상의 각각의 점에서의 법선에 대하여, 그 법선이 교차하는 제2 면(120)의 렌즈면(121)의 중심축은 경사져 있다. 이하에서는, 설명의 편의 상, 도 4a의 렌즈(101)에서, 제1 면(110)의 점 A1, A2, B1, B2, C1, C2 각각에서의 법선과 제2 면(120)의 교점을 A11, A22, B11, B22, C11, C22으로 하고, 제1 면(110)의 점 A1, A2, B1, B2, C1, C2 각각에서의 법선을 A1-A11, A2-A22, B1-B11, B2-B22, C1-C11, C2-C22 이라고 한다. 여기에서, 중앙의 렌즈면(121)에 교차하는 법선 A1-A11 및 A2-A22와 타원뿔 130₀의 중심축 CA₀이 이루는 각도를 θ₀로 하고, 중앙의 렌즈면(121)에 가장 가까운 제1 환형 밴드로 되는 렌즈면(121)에 교차하는 법선 B1-B11 및 B2-B22와 타원뿔 130₁의 중심축 CA₁이 이루는 각도를 θ₁으로 하고, 중앙의 렌즈면(121)에 두 번째로 가까운 제2 환형 밴드로 되는 렌즈면(121)에 교차하는 법선 C1-C11 및 C2-C22와 타원뿔 130₂의 중심축 CA₂가 이루는 각도를 θ₂로 한다. 마찬가지로, 제3 환형 밴드로 되는 렌즈면(121)에 교차하는 법선과 타원뿔 130₃의 중심축 CA₃이 이루는 각도를 θ₃으로 하고, 제4 환형 밴드로 되는 렌즈면(121)에 교차하는 법선과 타원뿔 130₄의 중심축 CA₄가 이루는 각도를 θ₄로 하고, 제5 환형 밴드로 되는 렌즈면(121)에 교차하는 법선과 타원뿔 130₅의 중심축 CA₅가 이루는 각도를 θ₅로 하면, θ₀∼θ₅는 하기의 표 2에 나타낸 값으로 된다.

(표 2)

표 2로부터, 렌즈(101)는 제1 면(110) 상의 각각의 점에서의 법선과 그 법선이 교차하는 제2 면(120)의 각각의 렌즈면(121)의 중심축이 이루는 각도가 외측의 환형 밴드 형상 렌즈부(101b)일수록 커지는 것을 알 수 있다.

이 렌즈(101)의 초점 F에서의 스폿 다이아그램을 도 11에 나타낸다. 이 도 11에는, 초점 F를 중심으로 한 2×2mm의 범위의 스폿 다이아그램을 나타내고 있다. 집광 스폿의 크기는, 렌즈(101)의 초점 F에 맞추어 배치하는 적외선 수광 소자(3)의 크기 이하(여기서는, 0.6×0.6mm 이하)이면 된다.

도 4a, 도 4b 및 도 5에 나타낸 렌즈(101)에서는, 제1 면(110)의 법선을 포함하는 단면 형상에서 각각의 렌즈면(121)이 직선이므로, 도 22에 나타낸 바와 같이 바이트(430)를 공작물(금형을 형성하기 위한 기재)(440)에 대하여 경사지게 날의 측면을 선접촉시켜 절삭 가공을 행함으로써, 렌즈면(121)에 따른 곡면의 형성이 가능해진다. 따라서, 본 실시예에서는, 다분할 렌즈(1)용의 금형의 제작시에 있어서 바이트(430)에 의한 공작물의 가공 시간을 단축하는 것이 가능해진다. 그리고, 금형의 재료는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면 인청동(phosphor bronze) 등을 채용할 수 있다.

본 실시예의 광학식 검지 장치 A는, 전술한 바와 같이 복수 개의 렌즈(101)가 조합되고 각각의 렌즈(101)의 초점 위치 F가 동일한 다분할 렌즈(1)와, 초점 위치 F에 배치된 적외선 수광 소자(3)를 가지는 적외선 센서(2)를 구비하고 있다. 그리고, 본 실시예의 광학식 검지 장치 A는, 다분할 렌즈(1)의 각각의 렌즈(101)에 있어서, 도 4a에 예시한 것처럼, 제1 면(110)이 평면이며, 제2 면(120)이 복수의 렌즈면(121)을 가지는 것이며, 각각의 렌즈면(121)이, 제2 면(120)측에 정점 P가 위치하는 동시에 제1 면(110)측에 바닥면이 위치하고, 또한 중심축이 제1 면(110)의 법선에 대하여 경사 교차하는 타원뿔(130)의 측면의 일부분에 의해 구성되어 있다. 여기서, 본 실시예에서의 렌즈(101)는, 제1 면(110) 상의 각각의 점의 법선 중 타원뿔(130)의 측면의 일부분으로 이루어지는 렌즈면(121)에 교차하는 임의의 법선과, 이 임의의 법선이 교차하는 렌즈면(121)에 대응하는 타원뿔(130)의 중심축이, 평행하지 않다. 따라서, 본 실시예의 렌즈(101)에서는, 외계로부터 제1 면(110)에 경사 입사하는 입사광을 이용하는 경우에 축외 수차의 발생을 억제하는 것이 가능하고, 또한 저비용화가 가능해진다. 따라서, 본 실시예의 광학식 검지 장치 A는, 다분할 렌즈(1)의 각각의 렌즈(101)의 제2 면(120)측에 형성된 렌즈 모양을 각각의 렌즈(101)의 제1 면(110)측으로부터 육안 관찰하기 어렵게 함으로써 다분할 렌즈(1)의 외관을 향상시키면서도, 외계로부터 제1 면(110)에 경사 입사하는 입사광을 이용하는 렌즈(101)의 축외 수차의 발생을 억제하여 감도의 저하를 억제하는 것이 가능하고, 또한 저비용화가 가능해진다.

전술한 바와 같이, 다분할 렌즈(1)는, 렌즈(101)의 복수의 렌즈면(121)의 모두를 타원뿔(130)의 일부분에 의해 구성할 수 있다. 그러나, 렌즈(101)의 복수의 렌즈면(121)의 모두를 타원뿔(130)의 일부분에 의해 구성한 경우에는, 중심 렌즈부(101a)의 렌즈면(121)이 타원뿔(130)의 정점 P를 포함하여서, 이 정점 P에서 곡면이 불연속으로 되므로, 정점 P를 통과하는 적외선이 초점 위치 F에 집광되지 않는다.

그래서, 다분할 렌즈(1)의 각각의 렌즈(101)에서의 복수의 렌즈면(121) 중 중앙의 렌즈면(121), 바꾸어 말하면, 중심 렌즈부(101a)의 렌즈면(121)은, 예를 들면, 대칭축이 제1 면(110)의 법선에 대하여 경사 교차하고 또한 곡률이 연속적으로 변화하는 비구면의 일부분으로 하는 것이 바람직하고, 도 12a, 도 12b 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 회전축 OP1가 제1 면(110)의 법선에 대하여 경사 교차하는 쌍곡면(125)의 일부분으로 하는 것이 보다 바람직하다. 이로써, 다분할 렌즈(1)는, 중앙 렌즈부(101a)의 렌즈면(121)이 타원뿔(130)의 측면의 일부분에 의해 구성되어 있는 경우와 비교하여, 집광 성능을 향상시키는 것이 가능해진다. 요컨대, 다분할 렌즈(1)의 각각의 렌즈(101)는, 복수의 렌즈면(121) 중 중앙의 렌즈면(121)을 곡률이 연속적으로 변화하는 비구면의 일부분으로 하고, 제1 면(110) 상의 각각의 점의 법선 중 비구면의 일부분으로 이루어지는 중앙의 렌즈면(121)에 교차하는 임의의 법선과, 이 임의의 법선이 교차하는 중앙의 렌즈면(121)에 대응하는 비구면의 대칭축(비구면이 쌍곡면(125)인 경우에는 쌍곡면(125)의 회전축 OP1)이, 평행하지 않은(즉, 경사져 있는) 것이 바람직하고, 이로써, 집광 성능을 향상시키는 것이 가능해진다. 여기에서, 다분할 렌즈(1)의 각각의 렌즈(101)는, 이 비구면에서의 대칭축과, 중앙의 렌즈면(121)을 제1 면(110)의 중심축에 평행한 방향으로 투영했을 때의 제1 면(110)에서의 투영 영역에서의 각각의 점의 법선이, 평행하지 않으면 된다. 여기서, 중심 렌즈부(101a)의 렌즈면(121)을 쌍곡면(125)의 일부분에 의해 구성하는 경우에는, 설계가 용이하고 또한 가공하기 쉽다는 장점이 있어, 보다 바람직하다. 그리고, 중심 렌즈부(101a)의 렌즈면(121)이 쌍곡면(125)의 일부분인 경우, 다분할 렌즈(1)용의 금형의 제작에 있어서는, 바이트(430)(도 21 및 도 22를 참조)의 절삭면을 렌즈면(121)에 따른 곡면에 대하여 수직으로 되도록 기울이면서 왕복 운동시킴으로써 가공할 수 있다. 이 경우에는, 바이트(430)의 노즈 반경이 쌍곡면(125)의 곡률 반경보다 작으면 가공할 수 있으므로, 중앙 렌즈부(101a)의 렌즈면(121)이 쌍곡면(125)의 일부분이어도 가공 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

도 12a, 도 12b 및 도 13에 나타낸 예의 렌즈(101)는, 도 4a, 도 4b 및 도 5에 나타낸 예의 렌즈(101)와 마찬가지로, 타원뿔(130)과 타원뿔(130)에 내접하는 쌍곡면(125)의 교선이 산부(111b)와 교차하는 것이 바람직하다. 도 12a, 도 12b 및 도 13의 렌즈(101)에서는, 렌즈 두께 방향에 직교하고(즉, 평면으로 이루어지는 제1 면(110)에 평행하게) 또한 환형 밴드 형상 렌즈부(101b)에서의 산부(111b)의 골로부터의 높이가 산부(111b)의 최대 높이의 1/2로 되는 평면(115) 상에, 타원뿔(130)과 타원뿔(130)에 내접하는 쌍곡면(125)의 교선이 존재한다. 따라서, 이 렌즈(101)에서는, 도 12b에 나타낸 바와 같이, 렌즈면(121)과 평면(115)의 교점 상을 지나는 적외선(광선)을 초점 F에 집광한다.

도 12a 및 도 12b의 렌즈(101)에서, 중심 렌즈부(101a)의 렌즈면(121)이 되는 쌍곡면(125)은, 초점 F를 원점으로 하고, 쌍곡면(125)의 회전축 OP1를 z축으로 하여, z축에 각각 직교하는 x축, y축을 가지는 직교 좌표계를 정의하면, 하기의 수식 8에 의해 표현된다.

(수식 8)

단, 수식 8의 a, b, c는, 렌즈 재료의 굴절률을 n으로 하고, 중앙 렌즈부(101a)의 백포커스(back focus)를 f로 하면, 수식 9, 10 및 11에서 각각 제공된다.

(수식 9)

(수식 10)

(수식 11)

전술한 수식 8은, z=g(x, y)(g는 임의의 함수)라는 양함수의 수식으로 변형되면, 전술한 수식 4의 제1 항과 일치한다. 즉, 수식 8은, 수식 4의 경우와 동일하게, r²=x²＋y²로서 변수 치환하여, z와 r의 관계를 정리하여 고치면, 전술한 수식 4 중 r²의 항(수식 4의 우변의 제1 항)에 상당하는 식으로 변형시킬 수 있다. 따라서, 수식 4식의 r²의 항과 수식 8이 실질적으로 동일한 관계를 나타내고 있는 것은 분명하다.

또한, 각각의 타원뿔(130₁, 130₂)은, 각각 정점 P₁, P₂를 원점으로 하고, 중심축 CA₁, CA₂를 z축으로 하여, z축에 직교하는 단면에서의 타원의 긴 직경 방향을 따라 x축, 짧은 직경 방향을 따라 y축을 규정한 직교 좌표계를 정의하면, 전술한 수식 7로 나타내는 것이 가능하다.

프레넬 렌즈인 렌즈(101)의 일례로서, 쌍곡면(125)의 일부분으로 이루어지는 중앙의 렌즈면(121)과, 각각 타원뿔(130)의 측면의 일부으로 이루어지는 5개의 렌즈면(121)을 구비한 것을 예시한다. 이 일례의 렌즈(101)에서, 5개의 타원뿔(130) 중 제1 환형 밴드 내지 제5 환형 밴드 각각으로 되는 렌즈면(121)에 대응하는 것을 타원뿔(130₁∼130₅)로 한다. 이 일례의 렌즈(101)에서는, 각각의 산부(111b) 이외의 부분으로 이루어지는 베이스 분분의 두께 t를 0.5mm로 하고, 각각의 환형 밴드 형상 렌즈부(101b)에서 초점 F에 가장 가까운 점에서의 산부(111b)의 높이(렌즈 단 차) Δt를 0.05mm로 하고, 렌즈 재료를 굴절률이 1.53인 폴리에틸렌으로 한 경우, 수식 8 또는 수식 7에서의 계수 a, b, c가 표 3에 나타낸 값으로 된다. 렌즈 단차 Δt에 대해서는, 값이 작을수록, 폴리에틸렌의 경화 시의 싱크 마크의 발생을 억제하는 것이 가능해지고, 즉 제1 면(110)측이 오목하게 되는 것을 억제하는 것이 가능해지고, 그 결과로 싱크 마크에 기인한 렌즈(101)의 집광 성능의 저하를 방지하는 것이 가능해지고, 또한 제1 면(110)측의 외관이 객관적으로 오목하게 보이지 않으므로, 여러 가지 검토한 값 중의 일례로서 0.05mm를 들고 있다. 표 3은 쌍곡면(125)에 대하여 수식 8에서의 a, b, c의 값을 기재하고 있어, 타원뿔(130₁∼130₅)에 대하여 수식 7에서의 a, b, c의 값을 기재하고 있다. 단, 표 3에 나타낸 계수 a, b, c는 렌즈(101)의 제1 면(110)에 평행한 결상면 I로부터 제1 면(110)까지의 거리를 5.5mm으로 하고, 입사각이 45°로 입사하는 적외선(광선)을 초점 F에 집광시키는 것을 전제 조건으로 하여 구한 값이다.

(표 3)

제1 면(110)에 대하여 입사각이 45°로 입사하는 적외선(광선)을 초점 F에 집광시키는 경우, 중심 렌즈부(101a)의 쌍곡면(125)의 회전축 OP1와 제1 면(110)의 법선이 이루는 각도는 스넬의 법칙에 의해 27.5°만큼 경사지면 된다. 즉, 회전축 OP1는 제1 면(110)의 법선에 대하여 27.5°만큼 경사지면 된다. 또한, 제1 면(110) 상의 각각의 점에서의 법선에 대하여, 그 법선이 교차하는 제2 면(120)의 렌즈면(121)의 중심축은 경사져 있다. 중앙의 렌즈면(121)에 가장 가까운 제1 환형 밴드로 되는 렌즈면(121)에 교차하는 법선 B1-B11, B2-B22와 타원뿔 130₁의 중심축 CA₁가 이루는 각도를 θ₁으로 하고, 중앙의 렌즈면(121)에 두 번째로 가까운 제2 환형 밴드로 되는 렌즈면(121)에 교차하는 법선 C1-C11, C2-C22와 타원뿔 130₂의 중심축 CA₂가 이루는 각도를 θ₂로 한다. 마찬가지로, 제3 환형 밴드로 되는 렌즈면(121)에 교차하는 법선과 타원뿔 130₃의 중심축 CA₃가 이루는 각도를 θ₃로 하고, 제4 환형 밴드로 되는 렌즈면(121)에 교차하는 법선과 타원뿔 130₄의 중심축 CA₄가 이루는 각도를 θ₄로 하고, 제5 환형 밴드로 되는 렌즈면(121)에 교차하는 법선과 타원뿔 130₅의 중심축 CA₅가 이루는 각도를 θ₅로 하면, θ₀∼θ₅는 하기의 표 4에 나타낸 값으로 된다.

(표 4)

표 4로부터, 다분할 렌즈(1)의 렌즈(101)는, 제1 면(110) 상의 각각의 점에서의 법선과 그 법선이 교차하는 제2 면(120)의 각각의 렌즈면(121)의 중심축이 이루는 각도가, 외측의 환형 밴드 형상 렌즈부(101b)일수록 커지는 것을 알 수 있다.

이 렌즈(101)의 초점 F에서의 스폿 다이아그램을 도 14에 나타낸다. 이 도 14에는, 초점 F를 중심으로 한 2×2mm의 범위의 스폿 다이아그램을 나타내고 있다. 집광 스폿의 크기는, 렌즈(101)의 초점 F에 맞추어 배치하는 적외선 수광 소자(3)의 크기 이하(여기서는, 0.6×0.6mm 이하)이면 된다. 도 11과 도 14를 비교하면, 도 12a 및 도 12b의 렌즈(101)에서는, 도 4a 및 도 4b의 렌즈(101)에 비해 수차를 작게 할 수 있다는 것을 알 수 있다.

다분할 렌즈(1)의 각각의 렌즈(101)는, 복수의 환형 밴드 형상 렌즈부(101b) 중 적어도 1개의 환형 밴드 형상 렌즈부(101b)의 렌즈면(121)을 타원뿔(130)의 측면의 일부분에 의해 구성함으로써, 외계로부터 제1 면(110)에 경사 입사하는 입사광을 이용하는 경우에 축외 수차의 발생을 억제하는 것이 가능하고, 또한 저비용화가 가능해진다.

다분할 렌즈(1)의 렌즈(101)에 대해서는, 전술한 도 12a, 도 12b 및 도 13에 나타낸 예와 대략 동일하며, 도 15a 및 도 15b에 나타낸 바와 같이, 제1 면(110)이 제2 면(120)측과는 반대측에 볼록하게 되는 곡면인 것을 사용할 수도 있다. 그리고, 도 15a 및 도 15b에서는, 제1 면(110)이 곡률 반경이 큰 구면의 일부분으로 이루어지지만, 구면의 일부분으로 한정하는 것은 아니다.

그런데, 다분할 렌즈(1)의 렌즈(101)가 도 12a, 도 12b 및 도 13에 나타낸 렌즈(101)를 구비한 다분할 렌즈(1)에서는, 렌즈 재료로서 폴리에틸렌을 채용한 경우, 제1 면(110)이 평면이므로, 사출 성형의 냉각, 고화 과정에서 생기는 수축 얼룩 등에 의해, 싱크 마크 또는 물결 무늬가 발생하고, 외관이 훼손될 염려가 있다. 또한, 광학식 검지 장치 A를 텔레비전, 에어컨 또는 방범 센서 등의 기기에 탑재하는 경우, 다분할 렌즈(1)는 기기의 외관의 일부를 이루므로, 기기의 디자인성을 손상시키지 않기 위해서는, 제1 면(110)을 기기의 표면에서의 제1 면(110)의 주변부와 대략 공통 평면으로 되는 형상으로 하는 것이 바람직하다.

그래서, 렌즈 재료로서 폴리에틸렌을 채용하고 사출 성형에 의해 제작하는 경우, 다분할 렌즈(1)의 렌즈(101)는, 도 15a 및 도 15b에 나타낸 바와 같이, 제1 면(110)을 곡률 반경이 큰 곡면(곡률이 작은 곡면)으로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 렌즈 두께 방향은 제1 면(110) 상의 각각의 점에서 법선 방향이다. 이 다분할 렌즈(1)에서는, 제1 면(110)을 제2 면(120) 측과는 반대측에 볼록하게 되는 곡면으로 함으로써, 물결 무늬의 방향을 한 방향으로 억제하는 것이 가능해지고, 외관이 손상되는 것을 방지하는 것이 가능해진다. 그리고, 렌즈(101)는, 제1 면(110)을, 비구면인 쌍곡면(125)의 일부분으로 이루어지는 중앙의 렌즈면(121)보다 곡률 반경이 크게 또한 쌍곡면(125)과는 반대측에 볼록하게 되는 완만한 곡면으로 하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서의 다분할 렌즈(1)에서는, 축외 수차가 허용값을 넘지 않는 범위(적외선 수광 소자(3)의 크기 이하)로 제1 면(110)의 곡률을 설계하면, 렌즈 재료로서 폴리에틸렌을 채용하여, 축외 수차의 발생을 억제하면서, 싱크 마크 또는 물결의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.

도 15a 및 도 15b에 나타낸 예에서는, 도 12a 및 도 12b에 나타낸 예와 마찬가지로, 중심 렌즈부(1a)의 렌즈면(121)이 쌍곡면(125)의 일부분에 의해 구성되어 있지만, 도 12a 및 도 12b의 예와 마찬가지로 쌍곡면(125)의 회전축 OP1를 27.5°만큼 경사진 경우, 45°의 입사각으로 입사하는 광선에 대하여 축외 수차가 커진다. 그래서, 도 15a 및 도 15b에 나타낸 예와 같이, 제1 면(110)이 구면의 일부분으로 이루어지는 경우에는, 또한 쌍곡면(125)의 회전축 OP1를, 이 쌍곡면(125)에 관하여 정의한 직교 좌표계의 xz면 내에서 쌍곡면(125)의 정점 Px의 주위에 회전하여 경사지게 함에 의해, 축외 수차를 작게 하는 것이 가능해진다.

도 15a 및 도 15b에 나타낸 렌즈(101)는, 도 12a 및 도 12b에 나타낸 렌즈(101)와 마찬가지로, 타원뿔(130)과 타원뿔(130)에 내접하는 쌍곡면(125)의 교선이 산부(111b)와 교차하는 것이 바람직하다. 도 15a 및 도 15b의 렌즈(101)에서는, 환형 밴드 형상 렌즈부(101b)에서의 산부(111b)의 골로부터의 높이가 산부(111b)의 최대 높이의 1/2이 되는 평면(115) 상에, 타원뿔(130)과 타원뿔(130)에 내접하는 쌍곡면(125)의 교선이 존재한다. 따라서, 이 렌즈(101)에서는, 도 15b에 나타낸 바와 같이, 렌즈면(121)과 평면(115)의 교점 위를 지나는 적외선(광선)을 초점 F에 집광한다.

도 15a 및 도 15b의 렌즈(101)에 있어서, 중심 렌즈부(101a)의 쌍곡면(125)은, 쌍곡면(125)의 초점을 원점으로 하고, 회전축 OP1를 z축으로 하여, z축에 각각 직교하는 x축, y축을 가지는 직교 좌표계를 정의하면, 전술한 수식 8에 의해 표현된다. 또한, 각각의 타원뿔 130₁과 130₂는, 각각 정점 P₁과 P₂를 원점으로 하고, 중심축 CA₁과 CA₂를 z축으로 하여, z축에 직교하는 단면에서의 타원의 긴 직경 방향을 따라 x축, 짧은 직경 방향을 따라 y축을 규정한 직교 좌표계를 정의하면, 전술한 수식 7로 나타내는 것이 가능하다.

여기서, 렌즈(101)의 일례로서, 쌍곡면(125)의 일부분으로 이루어지는 중앙의 렌즈면(121)과, 각각 타원뿔(130)의 측면의 일부분으로 이루어지는 5개의 렌즈면(121)을 구비한 것을 예시한다. 이 일례의 렌즈(101)에 있어서, 5개의 타원뿔(130) 중 제1 환형 밴드 내지 제5 환형 밴드 각각으로 되는 렌즈면(121)에 대응하는 것을 타원뿔 130₁∼130₅로 한다. 이 일례의 렌즈(101)에서는, 제1 면(110)을 곡률 반경이 100mm인 구면의 일부분으로 하고, 산부(111b) 이외의 부분으로 이루어지는 베이스 부분의 최소 높이 t를 0.5mm로 하고, 각각의 환형 밴드 형상 렌즈부(101b)에 있어서 초점 F에 가장 가까운 점에서의 산부(111b)의 높이(렌즈 단차)를 0.05mm로 하고, 렌즈 재료를 굴절률이 1.53인 폴리에틸렌으로 한 경우, 수식 8 또는 수식 7에서의 계수 a, b, c가 표 5에 나타낸 값으로 된다. 여기서, 표 5는, 쌍곡면(125)에 대하여, 수식 8에서의 a, b, c의 값을 기재하고 있고, 타원뿔(130₁∼130₅)에 대하여, 수식 7에서의 a, b, c의 값을 기재하고 있다. 단, 표 5에 나타낸 계수 a, b, c는, 렌즈(101)의 결상면 I로부터 결상면 I에 평행하게 제1 면(110)에 접하는 평면까지의 거리를 5.5mm로 하고, 입사각이 45°로 입사하는 적외선(광선)을 초점 F에 집광시키는 것을 전제 조건으로 하여 구한 값이다.

(표 5)

여기에서, 렌즈(101)는, 중심 렌즈부(101a)의 렌즈면(121)에 대응하는 쌍곡면(125)에 관하여, 도 12a 및 도 12b에 나타낸 렌즈(101)의 중심 렌즈부(101a)의 쌍곡면(125)의 회전축 OP1을 전술한 xz면 내에서 쌍곡면(125)의 정점 Px의 주위에 2.5°만큼 회전하여 경사지게 함에 의해 축외 수차를 작게 할 수 있다. 또한, 제1 면(110) 상의 각각의 점에서의 법선은, 제1 면(110)의 곡률 중심을 향하고 있고, 그 법선이 교차하는 제2 면(120)의 각각의 렌즈면(121)의 중심축 CA₁ 및 CA₂와는 경사져 있다. 결상면 I의 법선과 제1 환형 밴드가 되는 렌즈면(121)에 대응하는 타원뿔 130₁의 중심축 CA₁과 이루는 각도를 θ₁으로 하고, 결상면 I와 제2 환형 밴드가 되는 렌즈면(121)에 대응하는 타원뿔 130₂의 중심축 CA₂가 이루는 각도를 θ₂로 한다. 마찬가지로, 결상면 I의 법선과 제3 환형 밴드가 되는 렌즈면(121)에 대응하는 타원뿔 130₃의 중심축 CA₃가 이루는 각도를 θ₃으로 하고, 결상면 I의 법선과 제4 환형 밴드가 되는 렌즈면(121)에 대응하는 타원뿔 130₄의 중심축 CA₄가 이루는 각도를 θ₄로 하고, 결상면 I의 법선과 제5 환형 밴드가 되는 렌즈면(121)에 대응하는 타원뿔 130₅의 중심축 CA₅가 이루는 각도를 θ₅로 하면, θ₀∼θ₅는 하기의 표 6에 나타낸 값으로 된다.

(표 6)

표 6으로부터, 다분할 렌즈(1)의 렌즈(101)는, 제1 면(110) 상의 각각의 점에서의 법선과 그 법선이 교차하는 제2 면(120)의 각각의 렌즈면(121)의 중심축이 이루는 각도가, 외측의 환형 밴드 형상 렌즈부(101b)일수록 커지는 것을 알 수 있다.

이 렌즈(101)의 초점 F에서의 스폿 다이아그램을 도 16에 나타낸다. 이 도 16에는, 초점 F를 중심으로 한 2×2mm 범위의 스폿 다이아그램을 나타내고 있다. 집광 스폿의 크기는, 렌즈(101)의 초점 F에 맞추어 배치하는 적외선 수광 소자(3)의 크기 이하(여기서는, 0.6×0.6mm 이하)이면 된다. 도 14와 도 16을 비교하면, 도 16의 렌즈(101)에서는 도 14의 렌즈(101)와 동등한 수차인 것을 알 수 있다.

전술한 광학식 검지 장치 A를 구비한 기기(300)에서는, 예를 들면, 도 17a, 도 17b, 도 17c 또는 도 18a에 나타낸 바와 같이, 기기(300)의 기기 본체(301)에서의 전면(前面)과 다분할 렌즈(1)에서의 각각의 렌즈(101)의 제1 면(110)을 대략 공통 평면으로 함으로써, 기기 본체(301)의 전방에 검지 영역(200)(도 18a를 참조)을 설정할 수 있는 동시에, 기기(300)의 외관을 손상시키지 않고 광학식 검지 장치 A를 배치하는 것이 가능해지고, 기기(300)의 외관을 향상시키는 것이 가능해진다. 여기서, 광학식 검지 장치 A를 탑재하는 기기(300)에 있어서는, 기기 본체(301) 중 인체를 감지해야 할 측에 있는 전면이 일반적으로 대략 평면형으로 형성되어 있는 것이 많기 때문에, 그와 같은 기기 본체(301)의 디자인에 친숙해지도록, 다분할 렌즈(1)에서의 각각의 렌즈(101)의 제1 면(110)을 기기 본체(301)의 전면과 대략 공통 평면으로 하고 있다. 본 실시예의 기기(300)에서는, 다분할 렌즈(1)의 각각의 렌즈(101)의 제2 면(120)측에 형성된 렌즈 모양을 각각의 렌즈(101)의 제1 면(110) 측으로부터 육안 관찰하기 어렵게 함으로써 다분할 렌즈(1)의 외관을 향상시키면서도, 외계로부터 제1 면(110)에 경사 입사하는 입사광을 이용하는 렌즈(101)의 축외 수차의 발생을 억제하여 감도의 저하를 억제하는 것이 가능하고, 또한 저비용화가 가능한 광학식 검지 장치 A를 구비하고 있으므로, 광학식 검지 장치 A의 감도의 저하를 억제하고 또한 저비용화를 도모하면서도 광학식 검지 장치 A를 탑재하는 기기(300) 전체의 외관을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 광학식 검지 장치 A를 탑재하는 기기(300)가 방범 센서인 경우에는, 육안 관찰에 의해, 싱크 마크 또는 렌즈 모양을 육안으로 볼 수 없도록 하는 것이 가능해지고, 의심자에게 방범 센서의 검지 영역을 눈치채이지 않도록 하는 것이 가능해진다. 이로써, 기기(300)를 본 사람이 다분할 렌즈(1)의 렌즈 모양에 위화감을 느끼는 것을 억제하는 것과 의심자 등에 의해 못된 장난이 가해지는 것을 방지하는 것이 가능해질 것으로 미루어 짐작된다.

도 17a∼도 17c에 나타낸 기기(300)는 박형의 텔레비전이며, 예를 들면, 전원이 온인 상태에서 사람이 광학식 검지 장치 A의 검지 영역 내로부터 나왔을 경우에는 유휴 상태로 되어 에너지 절약을 도모하고, 사람이 검지 영역 내에 들어왔을 경우에 바로 화면에 화상이 표시되는 상태로 함으로써 에너지 절약을 도모하는 것이 가능해진다. 여기서, 기기(300)는 다분할 렌즈(1)가 수평 방향으로 넓은 화각을 갖도록, 즉 수평 화각이 커지도록 다분할 렌즈(1)를 설계하여 두면, 경사 방향으로부터 화면을 보고 있는 사람의 움직임도 광학식 검지 장치 A에 의해 검지할 수 있다.

그리고, 광학식 검지 장치 A를 텔레비전 또는 퍼스널 컴퓨터의 디스플레이에 탑재하는 경우에는, 검지 영역에 관하여 큰 수평 화각이 요구되는 한편 수직 화각에 대해서는 수평 화각만큼 큰 화각을 필요로 하지 않는다. 이것은, 사람이 텔레비전 또는 퍼스널 컴퓨터의 디스플레이 등을 볼 때에는, 의자에 앉아 화면을 보는 경우가 많아서, 수직 방향의 움직임이 거의 발생하지 않기 때문이다. 따라서, 텔레비전 또는 퍼스널 컴퓨터의 디스플레이 등에 탑재하는 광학식 검지 장치 A에서는, 수평 방향의 사람의 작은 움직임을 검지한다는 관점에서, 도 3b와 같은 검지 영역(200)이 형성되는 것보다도 도 10b와 같은 검지 영역(200)이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 광학식 검지 장치 A의 검지 영역(200)이 도 3b와 같이 설정되어 있는 경우에, 사람이 검지 영역(200)을 도 3b의 좌우 방향을 따라 통과할 때, 극성이 상이한 2개의 검지 빔(220)을 통과하고, 적외선 수광 소자(3)의 2개의 소자 엘레먼트(31)의 출력이 상쇄되는 것이 고려되므로, 도 3b와 같은 검지 영역(200)보다도 도 6b, 도 10b, 도 9b 또는 도 18c와 같은 검지 영역(200)이 바람직한 경우도 있다. 도 6b, 도 10b, 도 9b 또는 도 18c와 같은 검지 영역(200)이면, 인접하는 검지 빔(220) 사이의 간격이 작아지는 것과 동시에, 도 18a와 같이 사람 M이 좌우 방향 E로 이동할 때 극성이 상이한 2개의 검지 빔(220)을 통과하여 적외선 수광 소자(3)의 2개의 소자 엘레먼트(31)의 출력이 상쇄될 가능성이 작아진다.

또한, 도 18a에 나타낸 기기(300)는 복사기이며, 예를 들면, 전원이 온인 상태에서 사람 M이 광학식 검지 장치 A의 검지 영역(200) 내에서 나왔을 경우에는 유휴 상태로 하여 에너지 절약을 도모하고, 사람 M이 검지 영역(200) 내에 들어갔을 경우에 바로 유휴 상태를 해제하여 조작 가능한 상태로 함으로써 에너지 절약을 도모하는 것이 가능해진다. 여기서, 기기(300)가 복사기로 한정되지 않고, 예를 들면, 팩시밀리(facsimile: FAX), 프린터, 복합기 등의 사무기기인 경우에는 마찬가지로 에너지 절약을 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 기기(300)에서, 광학식 검지 장치 A의 다분할 렌즈(1)의 각각의 렌즈(101)를 경사 하방향 또는 경사 상방향의 검지 빔(220)만이 형성되도록 배치한 경우에는, 기기(300)로부터 이격된 곳을 통과하는 사람 M의 움직임이 검출되는 것을 방지하는 것이 가능해지고, 더욱 많은 에너지 절약을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 광학식 검지 장치 A를 탑재하는 기기는, 예를 들면, 자판기, 매표기, 현금 자동 입출금기(Automatic Tellers Machine: ATM), 현금자동지급기(CashDispenser: CD) 등이어도 되고, 기기에 근접하여 온 사람이 검지 영역(200) 내에 들어갔을 때 기기의 유휴 상태를 해제하고, 기기의 앞에 사람이 섰을 때에는 바로 조작이 가능한 상태로 하는 것이 가능해진다. 이들 기기에 광학식 검지 장치 A를 탑재하는 경우에는, 다분할 렌즈(1)의 각각의 렌즈(101)를 하방향 또는 상방향의 검지 빔(220)만이 형성되도록 배치하면, 기기로부터 이격된 곳을 통과하는 사람의 움직임은 검출되지 않고, 에너지 절약을 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 이들 기기에서, 광학식 검지 장치 A의 다분할 렌즈(1)의 각각의 렌즈(101)를 경사 하방향 또는 경사 상방향의 검지 빔(220)만이 형성되도록 배치한 경우에는, 기기로부터 이격된 곳을 통과하는 사람의 움직임이 검출되는 것을 방지하는 것이 가능해지고, 더욱 많은 에너지 절약을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 광학식 검지 장치 A를 탑재하는 기기는 예를 들면 벽에 장착하는 조명 기구 또는 에어컨 등이어도 된다. 이와 같은 기기의 경우에도 수직 방향의 사람의 움직임의 검지는 중요하지 않으므로, 도 3b와 같은 검지 영역(200)이 형성되는 것보다도 도 10b와 같은 검지 영역(200)이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 광학식 검지 장치 A가 탑재되어 있는 기기가 벽부의 조명 기구인 경우에는, 경사 하방향의 검지 빔(220)이 형성되도록 하는 것이 좋다. 이와 같은 경우에는, 사람이 조명 기구에 근접할 때 점등하고, 사람이 있지 않을 시에는 소등함으로써 에너지 절약을 도모할 수 있다.

또한, 광학식 검지 장치 A를 에어컨 등의 공조 제어용의 기기에 탑재하는 경우, 다분할 렌즈(1)는 경사 하방향으로 검지 빔(220)이 형성되도록 하는 것이 좋다. 이것은, 에어컨 등이 룸의 천정에 가까운 벽면에 설치되므로, 검지 빔(220)을 경사 아래쪽에 형성함으로써 룸 내에 있는 사람의 움직임을 검출할 수 있기 때문이다. 또한, 광학식 검지 장치 A를 에어컨 등의 공조 제어용의 기기에 탑재한 경우에는, 사람의 움직임이 있는 장소를 집중적으로 차갑게 하거나 따뜻하게 하거나 함으로써 효율적인 운전이 가능해진다.

또한, 광학식 검지 장치 A를, 룸의 입구 부근의 벽에 장착되어 조명 기구를 제어하는 컨트롤러 등의 기기에 탑재한 경우에는, 사람이 룸에 들어갔을 때 바로 조명 기구를 점등시키고, 사람이 있지 않을 시에는 조명 기구를 소등시키는 것에 의해, 에너지 절약을 도모하는 것이 가능해진다.

그리고, 적외선 수광 소자(3)는 초전형 적외선 검지 소자에 한정되지 않고, 예를 들면 포토다이오드 등의 수광 소자이어도 된다.

본 발명을 몇몇의 바람직한 실시예에 대하여 기술하였지만, 본 발명의 본래의 정신 및 범위, 즉 청구의 범위를 일탈하지 않고 당업자에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

Claims

복수 개의 렌즈가 조합되고 각각의 상기 렌즈의 초점 위치가 동일한 다분할 렌즈와, 상기 초점 위치에 배치된 적외선 수광 소자를 가지는 적외선 센서를 포함하고,
상기 다분할 렌즈의 각각의 상기 렌즈는 제1 면과는 반대측의 제2 면이 복수의 렌즈면을 갖는 프레넬 렌즈(Fresnel lens)이며, 상기 복수의 렌즈면 중 1개 이상의 렌즈면이 타원뿔(elliptical cone)의 측면의 일부분으로 이루어지고, 상기 제1 면 상의 각각의 점(point)의 법선 중 상기 타원뿔의 측면의 일부분으로 이루어지는 상기 렌즈면에 교차하는 임의의 법선과, 상기 임의의 법선이 교차하는 상기 렌즈면에 대응하는 상기 타원뿔의 중심축이, 평행하지 않고,
상기 복수의 렌즈면 중 2개 이상의 상기 렌즈면이, 각각 상기 중심축이 상이한 상기 타원뿔의 상기 측면의 상기 일부분으로 이루어지고, 외측에 위치하는 상기 렌즈면에 대응하는 상기 타원뿔일수록, 상기 중심축과 상기 법선이 이루는 각도가 큰 것을 특징으로 하는 광학식 검지 장치.
삭제
제1항에 있어서,
각각의 상기 렌즈에서의 상기 복수의 렌즈면 중 중앙의 렌즈면은, 곡률이 연속적으로 변화하는 비구면(非球面)의 일부분으로 이루어지고, 상기 제1 면 상의 각각의 점의 법선 중 상기 비구면의 일부분으로 이루어지는 중앙의 상기 렌즈면에 교차하는 임의의 법선과, 상기 임의의 법선이 교차하는 중앙의 상기 렌즈면에 대응하는 상기 비구면의 대칭축이, 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 광학식 검지 장치.
제1항에 있어서,
각각의 상기 렌즈에서의 상기 복수의 렌즈면 중 중앙의 렌즈면은, 곡률이 연속적으로 변화하는 비구면의 일부분으로 이루어지고, 상기 제1 면 상의 각각의 점의 법선 중 상기 비구면의 일부분으로 이루어지는 중앙의 상기 렌즈면에 교차하는 임의의 법선과, 상기 임의의 법선이 교차하는 중앙의 상기 렌즈면에 대응하는 상기 비구면의 대칭축이, 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 광학식 검지 장치.
제3항에 있어서,
상기 비구면은 쌍곡면인 것을 특징으로 하는 광학식 검지 장치.
제4항에 있어서,
상기 비구면은 쌍곡면인 것을 특징으로 하는 광학식 검지 장치.
제1항 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다분할 렌즈는, 상기 복수 개의 렌즈 중 상기 다분할 렌즈의 중심으로부터 이격된 렌즈일수록 상기 제2 면의 렌즈 면적이 커지게 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 검지 장치.
제1항 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다분할 렌즈는 각각의 상기 렌즈의 최대 두께가 동일한 두께가 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 검지 장치.
제1항 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적외선 수광 소자는 직사각형으로 형성된 복수 개의 소자 엘레먼트를 포함하며, 상기 복수 개의 소자 엘레먼트는 각각의 폭 방향이 일치하도록 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 검지 장치.
제1항 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적외선 수광 소자는 정사각 형상으로 형성된 4개의 소자 엘레먼트가 2×2의 매트릭스형으로 배열되어 이루어지고, 4개의 상기 소자 엘레먼트 중 대각 위치에 있는 2개의 상기 소자 엘레먼트 각각의 1개의 대각선끼리를 일직선으로 연결하는 방향을 좌우 방향으로 하여 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학식 검지 장치.
제10항에 있어서,
상기 다분할 렌즈의 각각의 상기 렌즈와 상기 적외선 수광 소자에 의해 형성되는 복수의 검지 빔의 배치가 지그재그형의 배치인 것을 특징으로 하는 광학식 검지 장치.
제1항 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수 개의 렌즈는 적어도 일방향을 따라 직선형으로 배열된 제1 렌즈군을 포함하고, 상기 적외선 수광 소자는 정사각 형상으로 형성된 4개의 소자 엘레먼트가 2×2의 매트릭스형으로 배열되어 이루어지고, 4개의 상기 소자 엘레먼트 중 대각 위치에 있는 2개의 상기 소자 엘레먼트 각각의 1개의 대각선끼리를 일직선으로 연결하는 방향을 상기 일방향에 일치하도록 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학식 검지 장치.
제12항에 있어서,
상기 복수 개의 렌즈는 또한 상기 제1 렌즈군에 인접하여 상기 일방향을 따라 배열되는 제2 렌즈군을 포함하고, 상기 제2 렌즈군의 렌즈는 상기 제1 렌즈군의 렌즈에 대하여 지그재그형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 광학식 검지 장치.
제1항 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다분할 렌즈는 렌즈 재료가 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 광학식 검지 장치.
제1항 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다분할 렌즈는 렌즈 재료가 폴리에틸렌이며, 또한 상기 제1 면이 상기 제2 면측과는 반대측에 볼록하게 되어 있는 곡면인 것을 특징으로 하는 광학식 검지 장치.
제1항 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 기재된 광학식 검지 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 기기.