光学素子及び光検出デバイス並びに物体検知システム
【課題】より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子を提供する。より広い入射角度の範囲を備えた光を検出することが可能な光検出デバイスを提供する。
【解決手段】光を集光させる光学素子において、前記光学素子は、一方の側における第一の柱面及び第二の柱面並びに他方の側における第三の柱面を有すると共に、前記第一の柱面の軸及び前記第三の柱面の軸を含む平面は、前記第二の柱面の軸及び前記第三の柱面の軸を含む平面と交差することを特徴とする、光学素子が提供される。光を検出する光検出デバイスにおいて、上記の光学素子及び前記光学素子によって集光させられた光を検出する素子を含むことを特徴とする、光検出デバイスが提供される。
【解決手段】光を集光させる光学素子において、前記光学素子は、一方の側における第一の柱面及び第二の柱面並びに他方の側における第三の柱面を有すると共に、前記第一の柱面の軸及び前記第三の柱面の軸を含む平面は、前記第二の柱面の軸及び前記第三の柱面の軸を含む平面と交差することを特徴とする、光学素子が提供される。光を検出する光検出デバイスにおいて、上記の光学素子及び前記光学素子によって集光させられた光を検出する素子を含むことを特徴とする、光検出デバイスが提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の少なくとも一つの態様は、光学素子及び光検出デバイス並びに物体検知システムの少なくとも一つに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光学素子及び光検出デバイス並びに物体検知システムの少なくとも一つに関するいくつかの技術が開示されている。
【０００３】
例えば、特開２００８−１２８９１３号公報（特許文献１）には、赤外線を検出する赤外線検出素子と、当該赤外線検出素子を収納するパッケージと、赤外線検出素子の前方に配置され赤外線検出素子へ赤外線を集光する集光用レンズと、集光用レンズの前方に配置され集光用レンズへの赤外線の入射角を微調整し集光用レンズにおいて生じる収差を補正する収差補正用光学素子とを備えてなることを特徴とする赤外線検出装置が開示されている。
【０００４】
しかしながら、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子又はより広い入射角度の範囲を備えた光を検出することが可能な光検出デバイスは、開示されていない。より広い入射角度の範囲を備えた光に基づいて物体の存在又は変位を検知することが可能な物体検知システムは、開示されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の第一の目的は、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子を提供することである。
【０００６】
本発明の第二の目的は、より広い入射角度の範囲を備えた光を検出することが可能な光検出デバイスを提供することである。
【０００７】
本発明の第三の目的は、より広い入射角度の範囲を備えた光に基づいて物体の存在又は変位を検知することが可能な物体検知システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の態様は、光を集光させる光学素子において、前記光学素子は、一方の側における第一の柱面及び第二の柱面並びに他方の側における第三の柱面を有すると共に、前記第一の柱面の軸及び前記第三の柱面の軸を含む平面は、前記第二の柱面の軸及び前記第三の柱面の軸を含む平面と交差することを特徴とする、光学素子である。
【０００９】
本発明の第二の態様は、光を検出する光検出デバイスにおいて、本発明の第一の態様である光学素子及び前記光学素子によって集光させられた光を検出する素子を含むことを特徴とする、光検出デバイスである。
【００１０】
本発明の第三の態様は、物体からの光を検出する光検出デバイス及び前記光検出デバイスによって検出された光に基づいて前記物体の存在又は変位を検知するデバイスを含む、物体検知システムにおいて、前記光検出デバイスは、本発明の第一の態様である光検出デバイスであることを特徴とする、物体検知システムである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の第一の態様によれば、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子を提供することが可能になる。
【００１２】
本発明の第二の態様によれば、より広い入射角度の範囲を備えた光を検出することが可能な光検出デバイスを提供することが可能になる。
【００１３】
本発明の第三の態様によれば、より広い入射角度の範囲を備えた光に基づいて物体の存在又は変位を検知することが可能な物体検知システムを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
次に、本発明を実施するための形態（実施形態）を図面と共に説明する。
【図１】図１は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子の一つの例を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子の別の例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例の概略的な構成を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例のより詳細な構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡の例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡の結果の例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第二の例の構成を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第三の例の構成を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光学素子に入射する光線の例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡のための光検出デバイスのモデル及びパラメータの例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子のさらに別の例を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第四の例における光線追跡のための光検出デバイスのモデル及び光線追跡の結果の例を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第三の実施形態に係る物体検知システムの概略的な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明を実施するための形態（実施形態）を図面と共に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子の一つの例を示す図である。図１（ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子の一つの例を示す斜視図である。図１（ｂ）は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子の一つの例を示す正面図である。
【００１７】
図１に示す本発明の第一の実施形態に係る光学素子の一つの例は、光を集光させる光学素子１００において、光学素子１００は、一方の側における第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂ並びに他方の側における第三の柱面１０２を有すると共に、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面は、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面と交差することを特徴とする、光学素子である。
【００１８】
光学素子１００において、例えば、第一の柱面１０１ａ、第二の柱面１０１ｂ、及び第三の柱面１０２のような、柱面は、面分の周囲から立てられた平行な母線で作られる立体面の少なくとも一部を意味する。平行は、完全な平行及び実質的に平行とみなせる程度を含む。
【００１９】
光学素子１００において、例えば、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ２、及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２のような、柱面の軸は、柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線の曲率中心の集合体を意味すると共に直線（又は線分）である。光学素子１００において、例えば、第一の柱面１０１ａの曲率中心、第二の柱面１０１ｂの曲率中心、及び第三の柱面１０２の曲率中心のような、柱面の曲率中心は、柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線の曲率中心である。光学素子１００において、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ２、及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の二つ又は三つは、同一の直線上に存在するものではない。
【００２０】
一方の側及び他方の側は、例えば、光学素子１００への光の入射側及び光学素子１００からの光の射出側である。光学素子１００は、例えば、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、光学素子１００への光の入射側に設けられると共に第三の柱面１０２が、光学素子１００からの光の射出側に設けられるように、配置されることがある。
【００２１】
光学素子１００は、一方の側における第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂ並びに他方の側における第三の柱面１０２を有すると共に、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面は、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面と交差する。
【００２２】
第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面が、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面と交差することは、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ、及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の全てが、同一の平面に存在しないことを意味する。第一の柱面１０１ａ（の軸Ｃ１ａ）及び第二の柱面１０１ｂ（の軸Ｃ１ｂ）は、第三の柱面１０２（の軸Ｃ２）に対して互いに反対の方向に並進（シフト）又は回転させられている。
【００２３】
第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、光学素子１００への光の入射側に設けられると共に第三の柱面１０２が、光学素子１００からの光の射出側に設けられる場合には、より広い入射角度の範囲を備えた光を第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂに入射させると共に第三の柱面１０２から射出させることが可能になる。より広い入射角度の範囲を備えた光を第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂ並びに第三の柱面１０２を通じてより高い分解能で分離することが可能になる。
【００２４】
本発明の第一の実施形態によれば、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。本発明の第一の実施形態によれば、より高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００２５】
光学素子１００における第一の柱面１０１ａ、第二の柱面１０１ｂ、及び第三の柱面１０２のような柱面は、柱面の形状に対応する金型を使用する成形の技術によって形成されることがある。光学素子１００の材料が、半導体の材料である場合には、光学素子１００における第一の柱面１０１ａ、第二の柱面１０１ｂ、及び第三の柱面１０２のような柱面は、半導体ウェハの一部を除去するエッチングの技術を使用することによって、形成されることがある。
【００２６】
図１に示す光学素子１００は、例えば、住宅、オフィス、又は車内における人体などのような熱源からの赤外光を検出する赤外光検出デバイスに含まれる光学素子として利用することが可能なものである。図１に示す光学素子１００は、例えば、エアコン、電磁調理装置、又はパソコンなどにおける温度制御デバイス又は省電力のためのエネルギーマネジメントデバイスに含まれる光学素子として利用することが可能なものである。
【００２７】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の間の距離は、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の間の距離と同一である。
【００２８】
同一は、完全に同一及び実質的に同一とみなせる程度を含む。
【００２９】
光学素子１００において、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の間の距離、並びに、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の間の距離のような、柱面の軸の間の距離は、一方の柱面の軸から他方の柱面の軸までの距離の平均値である。一方の柱面の軸から他方の柱面の軸までの距離は、一方の柱面の軸上の点及び一方の柱面の軸上の点における一方の柱面の軸に垂直な線と他方の柱面の軸との交点の間の距離である。光学素子１００において、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の間の距離、並びに、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の間の距離のいずれもゼロよりも大きい値である。
【００３０】
第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の間の距離が、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の間の距離と同一である場合には、第三の柱面１０２に対する第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂの配置をより容易に設計することが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に設計することが可能な且つより広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に設計することが可能な且つより高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００３１】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａの曲率半径Ｒ１ａは、第二の柱面１０１ｂの曲率半径Ｒ１ｂと同一である。
【００３２】
同一は、完全に同一及び実質的に同一とみなせる程度を含む。
【００３３】
光学素子１００において、例えば、第一の柱面１０１ａの曲率半径Ｒ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの曲率半径Ｒ１ｂのような、柱面の曲率半径は、柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線の曲率半径である。
【００３４】
第一の柱面１０１ａの曲率半径Ｒ１ａが、第二の柱面１０１ｂの曲率半径Ｒ１ｂと同一である場合には、第三の柱面１０２に対する第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂの配置をより容易に設計することが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に設計することが可能な且つより広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に設計することが可能な且つより高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００３５】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、凸面であると共に、第三の柱面１０２は、凹面である。第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂから第三の柱面１０２に向かって見るとき、凸面である。第三の柱面１０２は、第三の柱面１０２から第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂに向かって見るとき、凹面である。第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、正のパワーを有すると共に、第三の柱面１０２は、負のパワーを有する。
【００３６】
第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、凸面であると共に、第三の柱面１０２が、凹面である場合には、より広い入射角度の範囲を備えた光をより有効に集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より高い角度分解能で光をより有効に集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００３７】
光学素子１００において、好ましくは、光学素子１００は、赤外線に対して透過性の材料で形成されたものである。
【００３８】
赤外線は、近赤外線又は極近赤外線（０．７５μｍ以上２μｍ以下の波長を備えた電磁波）、普通赤外線（２μｍ以上６０μｍ以下の波長を備えた電磁波）、中赤外線（２μｍ以上２０μｍ以下の波長を備えた電磁波）、中遠赤外線（２５μｍ以上６０μｍ以下の波長を備えた電磁波）、及び遠赤外線（２５μｍ以上５０００μｍ以下の波長を備えた電磁波）を含む。
【００３９】
赤外線に対して透過性の材料としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等が挙げられる。
【００４０】
光学素子１００が、赤外線に対して透過性の材料で形成されたものである場合には、より広い入射角度の範囲を備えた赤外光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より高い角度分解能で赤外光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００４１】
光学素子１００において、好ましくは、赤外線は、遠赤外線である。光学素子１００において、赤外線が、遠赤外線である場合には、比較的低い温度における物体から放射されるより広い入射角度の範囲を備えた遠赤外線を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より高い角度分解能で比較的低い温度における物体から放射される遠赤外線を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００４２】
光学素子１００において、好ましくは、赤外線に対して透過性の材料は、半導体の材料である。
【００４３】
半導体の材料である赤外線に対して透過性の材料としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）等が挙げられる。
【００４４】
赤外線に対して透過性の材料が、半導体の材料である場合には、半導体プロセスを用いて光学素子１００をより容易に製造することが可能になる。より容易に製造することが可能な且つより広い入射角度の範囲を備えた赤外光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に製造することが可能な且つより高い角度分解能で赤外光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００４５】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、同一の形状を有する。
【００４６】
同一は、完全に同一及び実質的に同一とみなせる程度を含む。
【００４７】
第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、同一の形状を有する場合には、より容易に製造することが可能な且つより広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に製造することが可能な且つより高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００４８】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、円柱面である。
【００４９】
円柱面は、円の周囲から立てられた平行な母線で作られる立体面の少なくとも一部を意味する。
【００５０】
第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、円柱面である場合には、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００をより容易に提供することが可能になる。より高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００をより容易に提供することが可能になる。
【００５１】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、非円柱面である。
【００５２】
非円柱面は、円形を除く形状を有する面分の周囲から立てられた平行な母線で作られる立体面の少なくとも一部を意味する。非円柱面としては、例えば、柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線がガウス曲線であるような柱面等が挙げられる。
【００５３】
図２は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子の別の例を示す図である。図２に示す光学素子においては、第一の柱面２０１及び第二の柱面２０１は、非円柱面である。
【００５４】
図２に示すように、第一の柱面２０１及び第二の柱面２０１が、非円柱面である場合には、柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線の曲率中心は、柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線を最も良好に近似する円弧２０２の曲率中心Ｃである。柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線の曲率半径は、柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線を最も良好に近似する円弧２０２の曲率半径Ｒである。柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線を最も良好に近似する円弧２０２は、非円柱面である第一の柱面２０１及び第二の柱面２０１の設計値又は最小二乗法による柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線に対する円弧の近似で求めることが可能である。
【００５５】
第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、非円柱面である場合には、非円柱面である第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂの形状を調整することによって、光学素子１００によって集光させられる光の収差を低減することが可能になる。より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な且つ集光させられる光の収差を低減することが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より高い角度分解能で光を集光させることが可能な且つ集光させられる光の収差を低減することが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００５６】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに垂直なものであると共に第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面Ｖに対して、対称的な形状を有する。
【００５７】
対称は、完全な対称及び実質的に対称とみなせる程度を含む。
【００５８】
第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに垂直なものであると共に第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面Ｖに対して、対称的な形状を有する場合には、より容易に設計及び製造することが可能な且つより広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に設計及び製造することが可能な且つより高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００５９】
光学素子１００において、好ましくは、光学素子１００は、第一の柱面１０１ａが設けられた第一の平面及び第二の柱面１０１ｂが設けられた第二の平面を有すると共に、第一の平面及び第二の平面は、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに対して、傾斜した平面である。
【００６０】
第一の平面及び第二の平面のような平面は、完全な平面及び実質的に平面とみなせる曲面及び凹凸面を含む。第一の平面及び第二の平面が第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに対して傾斜した平面であることは、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに対する第一の平面及び第二の平面の角度が、０度より大きい且つ９０度より小さい角度であることを意味する。
【００６１】
光学素子１００が、第一の柱面１０１ａが設けられた第一の平面及び第二の柱面１０１ｂが設けられた第二の平面を有すると共に、第一の平面及び第二の平面が、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに対して、傾斜した平面である場合には、より容易に設計することが可能な且つより広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に設計することが可能な且つより高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００６２】
光学素子１００において、好ましくは、第一の平面及び第二の平面は、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに垂直なものであると共に第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面Ｖに対して、対称的な形状を有する。
【００６３】
対称は、完全な対称及び実質的に対称とみなせる程度を含む。
【００６４】
第一の平面及び第二の平面が、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに垂直なものであると共に第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面Ｖに対して、対称的な形状を有する場合には、より容易に製造することが可能な且つより広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に製造することが可能な且つより高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００６５】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに垂直な方向における光学素子１００の長さの最大値は、１ｍｍ以下である。
【００６６】
第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに垂直な方向における光学素子１００の長さの最大値が、１ｍｍ以下である場合は、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な且つより小型の光学素子１００を提供することが可能になる。より高い角度分解能で光を集光させることが可能な且つより小型の光学素子１００を提供することが可能になる。
【００６７】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、フレネルレンズ形状を有する。
【００６８】
フレネルレンズ形状は、連続な曲面である第一の柱面１０１ａ（又は第二の柱面１０１ｂ）を第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ（又は第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ）に平行な複数の線で分割すると共に第一の柱面１０１ａ（又は第二の柱面１０１ｂ）の反対側の表面から分割された第一の柱面１０１ａ（又は第二の柱面１０１ｂ）の部分までの距離（厚さ）を低減することによって得られる形状である。フレネルレンズ形状は、第一の柱面１０１ａ（又は第二の柱面１０１ｂ）の一部分の曲率を備えた複数の柱面を含む形状である。フレネルレンズ形状は、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ（又は第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ）に垂直な断面において、第一の柱面１０１ａ（又は第二の柱面１０１ｂ）の一部分の曲率を備えた鋸歯型の形状である。平行は、完全な平行及び実質的に平行とみなせる程度を含む。垂直は、完全な垂直及び実質的に垂直とみなせる程度を含む。
【００６９】
図１１は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子のさらに別の例を示す図である。図１１に示す光学素子１１００は、フレネルレンズ形状を有する第一の柱面又は第二の柱面１１０１を有する。図１１における実線の曲線及び曲線を連結する実線の直線で示された第一の柱面又は第二の柱面のフレネルレンズ形状は、図１１における点線の曲線で示された単一の凸の曲面の形状を有する柱面１１０２を第一の柱面又は第二の柱面の軸に平行な複数の線で分割すると共に第一の柱面又は第二の柱面の反対側の表面から分割された第一の柱面又は第二の柱面の部分までの距離（厚さ）を低減することによって得られる形状である。第一の柱面又は第二の柱面のフレネルレンズ形状は、第一の柱面又は第二の柱面の一部分の曲率を備えた複数の柱面を含む形状である。第一の柱面又は第二の柱面のフレネルレンズ形状は、第一の柱面又は第二の柱面の軸に垂直な断面において、第一の柱面又は第二の柱面の一部分の曲率を備えた鋸歯型の形状である。単一の曲面の形状を有する柱面１１０２は、図１１における縦の点線の直線で示された第三の円柱面の軸に垂直な平面に対して非対称的な非円柱面である。第一の柱面又は第二の柱面のフレネルレンズ形状は、図１１における縦の点線の直線で示された第三の円柱面の軸に垂直な平面に対して非対称的な非円柱面である。フレネルレンズ形状の厚さ（第一の円柱面の軸及び第二の円柱面の軸を含む平面に垂直な方向における第一の柱面又は第二の柱面の最大の厚さ：サグ量）は、光学素子の設計又は製造の条件によって適宜決定されるものであると共に、特に限定されるものではない。
【００７０】
光学素子１００において、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、フレネルレンズ形状を有するとき、第一の円柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の円柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面に垂直な方向における第一の柱面１０１ａ又は第二の柱面１０１ｂの最大の厚さ（サグ量）を低減することが可能になる。第一の円柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の円柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面に垂直な方向における第一の柱面１０１ａ又は第二の柱面１０１ｂの最大の厚さ（サグ量）を低減することが可能であるときには、例えば、レジストを使用するエッチングの手段によって半導体ウェハに凹凸の形状を形成するような方式で光学素子１００を製造する場合、ウェハに設けられるレジストの層の厚さを低減することが可能になる。ウェハに設けられるレジストの層の厚さを低減することが可能である場合には、レジストに生じることがある気泡若しくはクラック又はレジストの厚さのばらつきを低減することによって、光学素子１００の歩留まり又は生産性を向上させることが可能になる。
【００７１】
第一の円柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の円柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面に垂直な方向における第一の柱面１０１ａ又は第二の柱面１０１ｂの最大の厚さ（サグ量）を低減することが可能であるときには、例えば、光学素子を形成するためのウェハ及び光検出デバイスに含まれる光学素子１００によって集光させられた光を検出する素子を形成するウェハを接合するとき、加圧工程における加圧された光学素子１００の破損を低減することが可能になる。
【００７２】
光学素子１００において、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、フレネルレンズ形状を有する場合であっても、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。光学素子１００において、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、フレネルレンズ形状を有する場合であっても、より高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００７３】
図３は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例の概略的な構成を示す図である。
【００７４】
図３に示す本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例は、光を検出する光検出デバイス３００において、本発明の第一の実施形態に係る光学素子及び光学素子によって集光させられた光を検出する素子３０４を含むことを特徴とする、光検出デバイスである。
【００７５】
図３に示す光検出デバイス３００は、図１に示すような本発明の第一の実施形態に係る光学素子及び光学素子によって集光させられた光を検出する素子（光センサー）３０４を含む。
【００７６】
図３に示す光学素子は、一方の側における第一の柱面３０１ａ及び第二の柱面３０１ｂ並びに他方の側における第三の柱面３０２を有すると共に、第一の柱面３０１ａの軸及び第三の柱面３０２の軸を含む平面は、第二の柱面３０１ｂの軸及び第三の柱面３０２の軸を含む平面と交差する。図３に示す光学素子は、第一の柱面３０１ａ、第二の柱面３０１ｂ、及び第三の柱面３０２に加えて、第一の柱面３０１ａ、第二の柱面３０１ｂ、及び第三の柱面３０２を有する部分を支持する支持基板（第一の柱面３０１ａ、第二の柱面３０１ｂ、及び第三の柱面３０２を有する部分が設けられる基板）３０３をさらに含む。図３に示す光学素子において、図１に示すような第一の柱面３０１ａの軸及び第二の柱面３０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向における光学素子の長さ（の最大値）Ｙは、１ｍｍ以下である。図３に示すような光学素子においては、第一の柱面３０１ａの軸及び第二の柱面３０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向における光学素子の長さ（の最大値）Ｙは、第一の柱面３０１ａ又は第二の柱面３０１ｂの最上部の直線から回路基板３０５の側における支持基板３０３の平面までの距離である。
【００７７】
光センサー３０４は、光学素子によって集光させられた光を受けると共に受光した光を電気信号に変換することによって、光学素子によって集光させられた光を検出する。光センサー３０４は、光学素子によって集光させられた光を受ける受光面（画素）及び受光面によって受光された光を電気信号に変換する回路（センサー回路）を含む。例えば、光学素子によって集光させられる光が、赤外光である場合には、受光面は、光学素子によって集光させられた赤外光を吸収すると共に熱に変換する層（赤外線吸収層）であると共に、センサー回路は、受光面によって変換された熱を電気信号に変換する素子である。光センサー３０４は、回路基板３０５に形成された空洞構造３０６に設けられることがある。光センサー３０４は、光センサー３０４によって検出された光についての信号（電気信号）を出力する。回路基板３０５の材料としては、例えば、セラミックの基板等が挙げられる。
【００７８】
図３に示す光検出デバイス３００は、光センサー３０３から出力される信号を増幅する信号増幅回路及び信号増幅回路によって増幅された信号を処理する信号処理回路を含む回路部３０７をさらに含むことがある。回路部３０７は、回路基板３０５に設けられる。例えば、光学素子によって集光させられる光が、赤外光である場合には、回路部３０７に含まれる信号増幅回路は、光センサー３０４によって検出された赤外光についての光センサー３０４から出力された電気信号を増幅する回路であると共に、回路部３０７に含まれる信号処理回路は、信号増幅回路によって増幅された信号から光学素子に入射する赤外光の入射角度又は光学素子に入射する赤外光を発生させる熱源（光源）の有無又は方向の情報を得る回路であることがある。
【００７９】
図３に示す光検出デバイス３００において、空洞構造３０６に設けられた光センサー３０４及び回路部３０７は、回路基板３０５に隣接して設けられているため、より小型の光検出デバイス３００を提供することが可能になる。
【００８０】
本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイス３００は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子を含むため、より広い入射角度の範囲を備えた光を第一の柱面３０１ａ及び第二の柱面３０１ｂに入射させると共に第三の柱面３０２から射出させることが可能になる。より広い入射角度の範囲を備えた光を第一の柱面３０１ａ及び第二の柱面３０１ｂ並びに第三の柱面３０２を通じてより高い分解能で分離することが可能になる。
【００８１】
本発明の第二の実施形態によれば、より広い入射角度の範囲を備えた光を検出することが可能な光検出デバイス３００を提供することが可能になる。本発明の第二の実施形態によれば、より高い角度分解能で光を検出することが可能な光検出デバイス３００を提供することが可能になる。
【００８２】
図３に示す光検出デバイス３００は、例えば、住宅、オフィス、又は車内における人体などのような熱源からの赤外光を検出する赤外光検出デバイスとして利用することが可能なものである。図３に示す光学デバイス３００は、例えば、エアコン、電磁調理装置、又はパソコンなどにおける温度制御デバイス又は省電力のためのエネルギーマネジメントデバイスとして利用することが可能なものである。
【００８３】
光検出デバイス３００において、好ましくは、光学素子及び光を検出する素子３０３は、半導体の材料で形成されたものである。
【００８４】
半導体の材料としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）等が挙げられる。
【００８５】
光学素子及び光を検出する素子３０３が、半導体の材料で形成されたものである場合には、半導体プロセスを用いて光検出デバイス３００をより容易に製造することが可能になる。より容易に製造することが可能な且つより広い入射角度の範囲を備えた光を検出することが可能な光検出デバイス３００を提供することが可能になる。本発明の第二の実施形態によれば、より容易に製造することが可能な且つより高い角度分解能で光を検出することが可能な光検出デバイス３００を提供することが可能になる。
【００８６】
図４は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例のより詳細な構成を示す図である。図４（ａ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例の平面図である。図４（ｂ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例におけるＡＡ'方向に沿った断面図である。図４（ｃ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例におけるＢＢ'方向に沿った断面図である。
【００８７】
図４に示す本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例は、図３に示す本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイス３００と同様の赤外光センサー４００である。図４に示す赤外光センサー４００は、赤外光を検出する光検出デバイスであると共に、本発明の第一の実施形態に係る光学素子としての赤外線集光素子及び赤外線集光素子によって集光させられた赤外光を検出する素子としてのセンサー回路４０３を含む。センサー回路４０３は、回路基板４０４に保持されている。センサー回路４０３は、一次元的に配列された且つ赤外光を受光する複数の赤外線受光面（画素）を有すると共に赤外線受光面によって受光された赤外光を電気信号へ変換する。赤外光センサー４００は、センサー回路４０３から出力される電気信号を増幅する信号増幅回路及び信号増幅回路の出力から熱源の有無又は方向の情報を得る信号処理回路を含む。
【００８８】
赤外光センサー４００に含まれる赤外線集光素子は、赤外光を集光させる光学素子である。赤外線集光素子は、熱源より放射される赤外光を、赤外光の光線の入射角度に依存して、センサー回路４０３の赤外線受光面（画素）に集光させる。
【００８９】
赤外線集光素子は、ケイ素（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）のような赤外線に対して透過性の半導体の材料で形成されたものである。ケイ素（Ｓｉ）は、１０μｍ程度の波長を備えた赤外光に対して透明な材料である。赤外光に対して透明な材料として、好ましくは、ケイ素（Ｓｉ）が、使用される。赤外光に対して透明な材料としてケイ素（Ｓｉ）が使用される場合には、赤外線集光素子をケイ素（Ｓｉ）から形成することが可能であるのみならず、ＣＭＯＳプロセス技術を使用することによってセンサー回路４０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を形成することが可能になる。
【００９０】
赤外線集光素子は、赤外線の入射側における第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂ並びに赤外線の射出側における第三の柱面４０２を有する。第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂは、同一の形状を有する凸面の円柱面であると共に、第三の柱面４０２は、凹面の円柱面である。第一の柱面４０１ａの軸及び第三の柱面４０２の軸を含む平面は、第二の柱面４０１ｂの軸及び第三の柱面４０２の軸を含む平面と交差する。第一の柱面４０１ａの軸及び第三の柱面４０２の軸の間の距離は、第二の柱面４０１ｂの軸及び第三の柱面４０２の軸の間の距離と同一である。第一の柱面４０１ａの曲率半径は、第二の柱面４０１ｂの曲率半径と同一である。第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂは、第一の柱面４０１ａの軸及び第二の柱面４０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面４０２の軸を含む平面に対して、対称的な形状を有する。第一の柱面４０１ａ（の軸）及び第二の柱面４０１ｂ（の軸）は、第一の柱面４０１ａの軸及び第二の柱面４０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面４０２の軸を含む平面に対して、所定の量Ｚだけシフトさせられている。
【００９１】
赤外光センサー４００において、第一の円柱面４０１ａの軸及び第二の円柱面４０１ｂの軸の方向（ＢＢ'に平行な方向）は、一次元的に配列されたセンサー回路４０３の受光面（画素）の配列の方向（ＡＡ'に平行な方向）と直交する方向である。第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂは、一次元的に配列されたセンサー回路４０３の受光面（画素）の配列の方向（ＡＡ'に平行な方向）において互いにシフトさせられている。第三の柱面４０２及びセンサー回路４０３の間の距離は、センサー回路４０３の受光面に集光される赤外光のスポットのサイズを低減するように、調整される。センサー回路４０３の受光面に集光される赤外光のスポットのサイズを低減するために、第三の柱面４０２は、赤外線集光素子に彫り込まれた凹面の形状を有することがある。
【００９２】
赤外線集光素子における第一の柱面４０１ａ、第二の柱面４０１ｂ、及び第二の柱面４０２は、好ましくは、赤外光を透過させる単層膜又は多層膜による無反射コーティングが施されたものである。赤外線集光素子における第一の柱面４０１ａ、第二の柱面４０１ｂ、及び第二の柱面４０２が、赤外光を透過させる単層膜又は多層膜による無反射コーティングが施されたものである場合には、赤外線集光素子の透過する赤外光の透過率を向上させることが可能になる。赤外光センサー４００においてセンサー回路４０３によって検出される赤外光の検出感度を向上させることが可能になる。
【００９３】
熱源から放射された赤外光が、赤外光センサー４００の赤外線集光素子に入射すると、赤外光は、第一の円柱面４０１ａ又は第二の円柱面４０１ｂを透過すると共にそれぞれ第一の円柱面４０１ａ又は第二の円柱面４０１ｂによって屈折される。第一の円柱面４０１ａ又は第二の円柱面４０１ｂを透過した赤外光は、第二の円柱面４０２に入射する。第二の円柱面４０２に入射した赤外光は、第二の円柱面４０２によって屈折されると共に赤外線集光素子から射出される。赤外線集光素子から射出された赤外光は、相対的に短い距離で、センサー回路４０３における所定の受光面（画素）に集光される。
【００９４】
赤外光センサー４００のサイズは、しばしば、赤外光センサー４００から熱源までの距離と比べて十分に小さいため、赤外光センサー４００に入射する赤外光を、しばしば、赤外光の平行光線と考えることが可能である。赤外光センサー４００に含まれる赤外線集光素子に赤外光の平行光線が入射するとき、赤外線集光素子が第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂを有するために、赤外光センサー４００に含まれるセンサー回路４０３の一つの受光面（画素）において二つの異なる入射角度を備えた赤外光の平行光線を受けることが可能になる。赤外光センサー４００に含まれるセンサー回路４０３が、Ｎ個の受光面（画素）を有する場合には、赤外線集光素子が第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂを有するために、赤外光センサー４００に含まれるセンサー回路４０３のＮ個の受光面（画素）において２Ｎ個の異なる入射角度を備えた赤外光の平行光線を受けることが可能になる。
【００９５】
図４に示すような赤外光センサー４００に含まれる赤外線集光素子の構成によれば、センサー回路４０３の画素が相対的に少ない場合であっても、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な赤外線集光素子及びより広い入射角度の範囲を備えた光を検出することが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。より高い角度分解能で光を集光させることが可能な赤外線集光素子及びより高い角度分解能で光を検出することが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。より高い精度で熱源の有無又は方向の情報を得ることが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。
【００９６】
赤外線集光素子は、第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂ並びに第三の柱面４０２を有する部分を支持する支持基板４０５をさらに含む。第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂ並びに第三の柱面４０２を有する部分は、支持基板４０５に接合されている。支持基板４０５は、回路基板４０４と接合されている。
【００９７】
回路基板４０４は、センサー回路４０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を保持すると共に、第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂ並びに第三の柱面４０２を有する部分及び支持基板４０５と一緒にセンサー回路４０３、信号増幅回路、及び信号処理回路をパッケージングする。
【００９８】
赤外光センサー４００において、第一の柱面４０１ａの軸及び第二の柱面４０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向における赤外線集光素子の長さ、すなわち、第一の柱面４０１ａ又は第二の柱面４０１ｂの最上部の直線と回路基板４０４及び支持基板４０５の接合面との間の距離は、１ｍｍ以下であるため、より小型の赤外光センサー４００を提供することが可能になる。
【００９９】
赤外光センサー４００に含まれる赤外線集光素子における第一の柱面４０１ａ、第二の柱面４０１ｂ、及び第三の柱面４０２は、赤外線集光素子の形状に対応する金型を使用する成形の技術によって、形成されることがある。
【０１００】
赤外光センサー４００は、第一の半導体ウェハから赤外線集光素子を形成すること、第二の半導体ウェハからセンサー回路４０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を形成すること、赤外線集光素子が形成された第一の半導体ウェハ及びセンサー回路４０３、信号増幅回路、及び信号処理回路が形成された第二の半導体ウェハと接合すること、及び接合された第一の半導体ウェハ及び第二の半導体ウェハをカットすることを含む方法によって製造されることがある。半導体ウェハプロセスを用いることで半導体ウェハから赤外光センサー４００を製造することが可能になる。例えば、赤外線集光素子における第一の柱面４０１ａ、第二の柱面４０１ｂ、及び第三の柱面４０２は、第一の半導体ウェハの一部を除去するエッチングの技術を使用することによって形成される。センサー回路４０３、信号増幅回路、及び信号処理回路は、第二の半導体ウェハの一部を除去するエッチングの技術を使用することによって形成される。赤外光センサー４００をより低いコスト及びより高い生産性で製造することが可能になる。
【０１０１】
赤外光センサー４００は、例えば、人感センサーとして使用されることがある。
【０１０２】
図９は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光学素子に入射する光線の例を示す図である。図９（ａ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光学素子の第一の柱面に入射する光線の例を示す図である。図９（ｂ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光学素子の第二の柱面に入射する光線の例を示す図である。
【０１０３】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例は、図４に示す本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイス４００と同様の赤外光センサー９００である。
【０１０４】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す赤外光センサー９００は、赤外光を検出する光検出デバイスであると共に、本発明の第一の実施形態に係る光学素子としての赤外線集光素子及び赤外線集光素子によって集光させられた赤外光を検出する素子としてのセンサー回路を含む。
【０１０５】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、赤外線集光素子は、一方の側における第一の柱面９０１ａ及び第二の柱面９０１ｂ並びに他方の側における第三の柱面９０２を有する。第一の柱面９０１ａ及び第二の柱面９０１ｂは、同一の形状を有する凸面の円柱面であると共に、第三の柱面９０２は、凹面の円柱面である。第一の柱面９０１ａの軸及び第三の柱面９０２の軸を含む平面は、第二の柱面９０１ｂの軸及び第三の柱面９０２の軸を含む平面と交差する。第一の柱面９０１ａの軸及び第三の柱面９０２の軸の間の距離は、第二の柱面９０１ｂの軸及び第三の柱面９０２の軸の間の距離と同一である。第一の柱面９０１ａの曲率半径は、第二の柱面９０１ｂの曲率半径と同一である。第一の柱面９０１ａ及び第二の柱面９０１ｂは、第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面９０２の軸を含む平面に対して、対称的な形状を有する。第一の柱面９０１ａ（の軸）及び第二の柱面９０１ｂ（の軸）は、第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面９０２の軸を含む平面に対して、所定の量だけシフトさせられている。赤外線集光素子は、赤外線集光素子に入射する赤外線を第一の柱面９０１ａの軸、第二の柱面９０１ｂの軸、及び第三の柱面９０２の軸の少なくとも一つの方向と平行な方向に集光する。平行は、完全な平行及び実質的に平行とみなせる程度を含む。
【０１０６】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す赤外光センサー９００において、センサー回路は、第一の柱面９０１ａの軸、第二の柱面９０１ｂの軸、及び第三の柱面９０２の軸の少なくとも一つの方向と直交する方向に赤外線集光素子によって集光させられた光を受光する複数の素子としての複数の赤外線受光面（画素）９０３を含む。直交は、完全な直交及び実質的に直交とみなせる程度を含む。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す赤外光センサー９００において、複数の赤外線受光面（画素）９０３を含むセンサー回路は、一次元アレイセンサーである。
【０１０７】
図９（ａ）及び図９（ｂ）においては、無限遠方に存在すると考えられることがある熱源（光源）から放射された赤外線は、赤外光センサー９００に対して平行光線として入射すると考えられる。赤外光センサー９００に入射する赤外線は、赤外線集光素子によって集光させられると共に、集光させられた赤外線は、センサー回路に含まれる一つの赤外線受光面９０３に受光されることがある。
【０１０８】
図９（ａ）に示すように、熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対して相対的に大きい角度θ１で第一の柱面９０１ａに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を透過すると共に赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２によって屈折させられる。角度θ１で第一の柱面９０１ａに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる一方の末端における赤外線受光面（画素）９０３に集光させられる。
【０１０９】
図９（ａ）に示すように、熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対して相対的に小さい角度θ２で第一の柱面９０１ａに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を透過すると共に赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２によって屈折させられる。角度θ２で第一の柱面９０１ａに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる他方の末端における赤外線受光面（画素）９０３に集光させられる。
【０１１０】
熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対してθ２よりも大きい且つθ１よりも小さい角度で第一の柱面９０１ａに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を透過すると共に赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２によって屈折させられる。θ２よりも大きい且つθ１よりも小さい角度で第一の柱面９０１ａに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる一方の末端及び他方の末端の間における赤外線受光面（画素）９０３に集光させられる。
【０１１１】
熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対してθ２以上の且つθ１以下の角度で第二の柱面９０１ｂに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、赤外線集光素子の第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を透過すると共に赤外線集光素子の第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２によって屈折させられる。θ２以上の且つθ１以下の角度で第二の柱面９０１ｂに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる赤外線受光面（画素）９０３に集光させられない。
【０１１２】
図９（ｂ）に示すように、熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０２ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対して（角度θ１又はθ２に対して反対側に）相対的に大きい角度θ３で第二の柱面９０１ｂに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、赤外線集光素子の第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を透過すると共に赤外線集光素子の第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２によって屈折させられる。角度θ３で第二の柱面９０１ｂに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる一方の末端における赤外線受光面（画素）９０３に集光させられる。
【０１１３】
図９（ｂ）に示すように、熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対して（角度θ１又はθ２に対して反対側に）相対的に小さい角度θ４で第二の柱面９０１ｂに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、赤外線集光素子の第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を透過すると共に赤外線集光素子の第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２によって屈折させられる。角度θ４で第二の柱面９０１ｂに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる他方の末端における赤外線受光面（画素）９０３に集光させられる。
【０１１４】
熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対してθ４よりも大きい且つθ３よりも小さい角度で第二の柱面９０１ｂに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、赤外線集光素子の第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を透過すると共に赤外線集光素子の第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２によって屈折させられる。θ４よりも大きい且つθ３よりも小さい角度で第二の柱面９０１ｂに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる一方の末端及び他方の末端の間における赤外線受光面（画素）９０３に集光させられる。
【０１１５】
熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対してθ４以上の且つθ３以下の角度で第一の柱面９０１ａに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を透過すると共に赤外線集光素子の第一の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２によって屈折させられる。θ４以上の且つθ３以下の角度で第一の柱面９０１ａに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる赤外線受光面（画素）９０３に集光させられない。
【０１１６】
センサー回路が、第一の柱面９０１ａの軸、第二の柱面９０１ｂの軸、及び第三の柱面９０２の軸の少なくとも一つの方向と直交する方向に複数の赤外線受光面（画素）９０３を含むとき、センサー回路の赤外線受光面（画素）９０３の数が相対的に少ない場合であっても、より広い入射角度の範囲を備えた赤外線を検出することが可能な赤外光センサー９００を提供することが可能になる。より小型の赤外光センサー９００を提供することが可能になる。より広い角度の範囲で熱源の存在又は変位の情報を得ることが可能な赤外光センサー９００を提供することが可能になる。
【０１１７】
熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対してθ１からθ３まで（又はθ３からθ１まで）の連続的な角度で第一の柱面９０１ａ及び第二の柱面９０１ｂに入射するとき、θ１からθ２まで（又はθ２からθ１まで）の連続的な角度で第一の柱面９０１ａに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる一方の末端から他方の末端までの赤外線受光面（画素）９０３に連続的に集光させられると共に、θ４からθ３まで（又はθ３からθ４まで）の連続的な角度で第二の柱面９０１ｂに入射する赤外線は、再度、センサー回路に含まれる一方の末端から他方の末端までの赤外線受光面（画素）９０３に連続的に集光させられる。熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対してθ１からθ３まで（又はθ３からθ１まで）の連続的な角度で第一の柱面９０１ａ及び第二の柱面９０１ｂに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、センサー回路に含まれる一方の末端から他方の末端までの赤外線受光面（画素）９０３に二回集光させられる。
【０１１８】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す赤外光センサー９００において、第一の柱面９０１ａ、第二の柱面９０１ｂ、及び第三の柱面９０２、並びに複数の赤外線受光面（画素）９０３は、第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線又は第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線のいずれか一方が、複数の赤外線受光面（画素）９０３によって受光されるように、設けられたものである。
【０１１９】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す赤外光センサー９００において、第一の柱面９０１ａ、第二の柱面９０１ｂ、及び第三の柱面９０２の形状及び配置（相対的な位置）並びに複数の赤外線受光面（画素）９０３の配置（相対的な位置）は、第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線又は第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線のいずれか一方が、複数の赤外線受光面（画素）９０３によって受光されるように、決定される。
【０１２０】
第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線又は第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線のいずれか一方が、複数の赤外線受光面（画素）９０３によって受光されるとき、熱源から放射された赤外線は、センサー回路に含まれる一方の末端から他方の末端までの赤外線受光面（画素）９０３に二回集光させられるため、赤外線を検出する赤外光センサー９００の角度分解能は、実質的に、赤外線受光面（画素）９０３の数によって決定される赤外線を検出する角度分解能の二倍である。
【０１２１】
第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線又は第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線のいずれか一方が、複数の赤外線受光面（画素）９０３によって受光されるように、第一の柱面９０１ａ、第二の柱面９０１ｂ、及び第三の柱面９０２、並びに複数の赤外線受光面（画素）９０３が、設けられたものであるとき、センサー回路の赤外線受光面（画素）９０３の数が相対的に少ない場合であっても、より高い角度分解能で赤外線を検出することが可能な赤外光センサー９００を提供することが可能になる。
【０１２２】
赤外線を放射する物体の存在（有無）又は変位を検知するときには、物体の位置又は角度に関する情報は、しばしば不要であると共に、一つの物体から放射された赤外線が赤外光センサーに含まれるセンサー回路の赤外線受光面（画素）に集光されることが、単に要求されることがある。
【０１２３】
第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線又は第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線のいずれか一方が、複数の赤外線受光面（画素）９０３によって受光されるように、第一の柱面９０１ａ、第二の柱面９０１ｂ、及び第三の柱面９０２、並びに複数の赤外線受光面（画素）９０３が、設けられたものであるとき、より高い精度で熱源の存在又は変位の情報を得ることが可能な赤外光センサー９００を提供することが可能になる。
【０１２４】
図５は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡の例を示す図である。
【０１２５】
図５に示す光線追跡の例は、図４に示す赤外線センサー４００と同様の赤外線センサー５００に含まれる赤外線集光素子についての光線追跡の数値シミュレーションの結果である。図５に示す赤外線センサー５００に含まれる赤外線集光素子の第一の柱面及び第二の柱面５０１の円柱面の曲率半径を１２００μｍに設定した。図５に示す赤外線センサー５００に含まれる赤外線集光素子の第三の柱面５０２の円柱面の曲率半径を１３５０μｍに設定した。第一の円柱面又は第二の円柱面５０１及び第三の円柱面５０２の間における間隔（赤外線集光素子の厚さ）を７６０μｍに設定した。図５に示す赤外線センサー５００に含まれるセンサー回路５０３の受光面（画素）の数を８個に設定した。
【０１２６】
赤外線センサー５００に含まれるセンサー回路５０３の受光面の法線の方向に対する赤外光の平行光線の入射角度を１．８７５°及び２８．１２５°に設定したとき、赤外線センサー５００に入射する赤外光の平行光線の光線追跡の結果を図５に示す。図５に示すように、１．８７５°の入射角度を備えた赤外光の平行光線は、センサー回路５０３における右端の画素に集光された。２７．１２５°の入射角度を備えた赤外光の平行光線は、センサー回路５０３における左端の画素に集光された。
【０１２７】
赤外線センサー５００に入射する赤外光の平行光線は、赤外線センサー５００に含まれる赤外線集光素子によって赤外線センサー５００に含まれるセンサー回路５０３の受光面に集光されることを確認することができた。
【０１２８】
図１０は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡のための光検出デバイスのモデル及びパラメータの例を示す図である。
【０１２９】
本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡（数値シミュレーション）には、市販の照明設計解析ソフトウェアである"Ｌｉｇｈｔ Ｔｏｏｌｓ"を用いた。
【０１３０】
本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡のための光検出デバイスのモデルとして、図１０に示すような赤外線集光素子及びセンサー回路を含む赤外線センサーを用いた。赤外線集光素子は、一方の側における第一の柱面及び第二の柱面並びに他方の側における第三の柱面を有する。第一の柱面及び第二の柱面は、同一の形状を有する凸面の円柱面であると共に、第三の柱面は、凹面の円柱面である。第一の柱面の軸及び第三の柱面の軸を含む平面は、第二の柱面の軸及び第三の柱面の軸を含む平面と交差する。第一の柱面の軸及び第三の柱面の軸の間の距離は、第二の柱面の軸及び第三の柱面の軸の間の距離と同一である。第一の柱面の曲率半径は、第二の柱面の曲率半径と同一である。第一の柱面及び第二の柱面は、第一の柱面の軸及び第二の柱面の軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面の軸を含む平面に対して、対称的な形状を有する。第一の柱面（の軸）及び第二の柱面（の軸）は、第一の柱面の軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面の軸を含む平面に対して、所定の量だけシフトさせられている。
【０１３１】
本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡のための光検出デバイスのパラメータとして、図１０に示すような赤外線集光素子及びセンサー回路を含む赤外線センサーのパラメータを用いた。第一の柱面及び第二の柱面である凸面の円柱面の曲率半径は、１２００μｍであった。第三の柱面である凹面の円柱面の曲率半径は、１３５０μｍであった。第一の柱面の軸及び第二の柱面の軸を含む平面に垂直な方向における赤外線集光素子の厚さ（第一の柱面又は第二の柱面の中心（軸）及び第三の柱面の外周の間の距離）は、９１０μｍであった。第一の柱面の軸及び第二の柱面の軸を含む平面に垂直な方向における赤外線集光素子のレンズの厚さ（第一の柱面の中心（軸）又は第二の柱面の中心（軸）及び第三の柱面の中心（軸）の間の距離）は、８５０μｍであった。第一の柱面又は第二の柱面のレンズの厚さ（第一の柱面又は第二の柱面の中心（軸）及び第一の柱面又は第二の柱面の外周の間の距離）は、１８０μｍであった。第三の柱面のレンズの厚さ（第三の柱面及び第三の柱面の外周の間の距離）は、６０μｍであった。第一の柱面の中心（軸）又は第二の柱面の中心（軸）及び第三の柱面の中心（軸）の間における距離（偏心量）は、１０５μｍであった。
【０１３２】
図６は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡の結果の例を示す図である。
【０１３３】
図６に示す光線追跡の例は、図１０に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子についての光線追跡の数値シミュレーションの結果である。図１０に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子についての光線追跡の数値シミュレーションには、"Ｌｉｇｈｔ Ｔｏｏｌｓ"を用いた。図６は、図１０に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子に入射する赤外光の平行光線の入射角度に対する赤外線センサーに含まれるセンサー回路の受光面に集光する赤外光の光線の数を示す。赤外線センサーに含まれるセンサー回路は、８個の受光面（画素）を有すると共に、各々の受光面（画素）のサイズは、４０μｍ×５０μｍである。図６の横軸は、図５に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素に入射する赤外光の平行光線の入射角度（度）を示す。図６の縦軸は、赤外線センサーに含まれるセンサー回路の受光面に集光する赤外光の光線の数を示す。図６の縦軸の値は、赤外線集光素子の無い場合における赤外線センサーに含まれるセンサー回路の受光面に到達する赤外光の光線の数で規格化された値である。図６に示す光線追跡の例においては、第一の柱面及び第二の柱面の対称性を考慮に入れて、第一の柱面及び第三の柱面を通過する赤外光の光線についてのみ光線追跡の数値シミュレーションを行った。図６に示す光線追跡の例においては、赤外線センサーに含まれる回路基板における赤外光の光線の多重反射並びに赤外線センサーに設けられた空洞構造における赤外線の光線の反射及び屈折の効果が考慮されている。
【０１３４】
図６に示す光線追跡の結果から、赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子によって、赤外線センサーに入射する異なる入射角度を備えた赤外光の平行光線を分離することが可能であることを確認することができた。赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子の第一の柱面及び第二の柱面の構成（形状の対称性）によって、赤外線センサーに含まれるセンサー回路の一つの受光面（画素）に二つの異なる入射角度を備えた赤外光の平行光線を導入することができる（実質的に二倍の角度分解能を得ることができる）ことを確認することができた。
【０１３５】
図７は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第二の例の構成を示す図である。
【０１３６】
図７に示す本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第二の例としての赤外光センサー７００は、赤外光を検出する光検出デバイスであると共に、本発明の第一の実施形態に係る光学素子としての赤外線集光素子及び赤外線集光素子によって集光させられた赤外光を検出する素子としてのセンサー回路７０３を含む。センサー回路７０３は、回路基板７０４に保持されている。センサー回路７０３は、一次元的に配列された且つ赤外光を受光する複数の赤外線受光面（画素）を有すると共に赤外線受光面によって受光された赤外光を電気信号へ変換する。赤外光センサー７００は、センサー回路７０３から出力される電気信号を増幅する信号増幅回路及び信号増幅回路の出力から熱源の有無又は方向の情報を得る信号処理回路を含む。
【０１３７】
赤外光センサー７００に含まれる赤外線集光素子は、赤外光を集光させる光学素子である。赤外線集光素子は、熱源より放射される赤外光を、赤外光の光線の入射角度に依存して、センサー回路７０３の赤外線受光面（画素）に集光させる。
【０１３８】
赤外線集光素子は、ケイ素（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）のような赤外線に対して透過性の半導体の材料で形成されたものである。ケイ素（Ｓｉ）は、１０μｍ程度の波長を備えた赤外光に対して透明な材料である。赤外光に対して透明な材料として、好ましくは、ケイ素（Ｓｉ）が、使用される。赤外光に対して透明な材料としてケイ素（Ｓｉ）が使用される場合には、赤外線集光素子をケイ素（Ｓｉ）から形成することが可能であるのみならず、ＣＭＯＳプロセス技術を使用することによってセンサー回路７０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を形成することが可能になる。
【０１３９】
赤外線集光素子は、赤外線の入射側における第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂ並びに赤外線の射出側における第三の柱面７０２を有する。第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂは、凸面の非円柱面であると共に、第三の柱面４０２は、凹面の円柱面である。第一の柱面７０１ａの軸及び第三の柱面７０２の軸を含む平面は、第二の柱面７０１ｂの軸及び第三の柱面７０２の軸を含む平面と交差する。第一の柱面７０１ａの軸及び第三の柱面７０２の軸の間の距離は、第二の柱面７０１ｂの軸及び第三の柱面７０２の軸の間の距離と同一である。第一の柱面７０１ａの曲率半径は、第二の柱面７０１ｂの曲率半径と同一である。第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂは、第一の柱面７０１ａの軸及び第二の柱面７０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面７０２の軸を含む平面に対して、互いに対称的な形状を有する。第一の柱面７０１ａは、第一の柱面７０１ａの軸及び第二の柱面７０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面７０２の軸を含む平面に対して、非対称的な形状を有する。第一の柱面７０１ａは、第一の柱面７０１ａの軸及び第二の柱面７０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面７０２の軸を含む平面に対して、左側に相対的に高い曲率を備えた面を有すると共に右側に相対的に低い曲率を備えた面を有する。第二の柱面７０１ｂは、第一の柱面７０１ａの軸及び第二の柱面７０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面７０２の軸を含む平面に対して、非対称的な形状を有する。第二の柱面７０１ｂは、第一の柱面７０１ａの軸及び第二の柱面７０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面７０２の軸を含む平面に対して、左側に相対的に低い曲率を備えた面を有すると共に右側に相対的に高い曲率を備えた面を有する。第一の柱面７０１ａ（の軸）及び第二の柱面７０１ｂ（の軸）は、第一の柱面７０１ａの軸及び第二の柱面７０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面４０２の軸を含む平面に対して、所定の量Ｚだけシフトさせられている。
【０１４０】
赤外光センサー７００において、第一の円柱面４０１ａの軸及び第二の円柱面４０１ｂの軸の方向は、一次元的に配列されたセンサー回路７０３の受光面（画素）の配列の方向と直交する方向である。第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂは、一次元的に配列されたセンサー回路７０３の受光面（画素）の配列の方向において互いにシフトさせられている。第三の柱面７０２及びセンサー回路７０３の間の距離は、センサー回路７０３の受光面に集光される赤外光のスポットのサイズを低減するように、調整される。センサー回路７０３の受光面に集光される赤外光のスポットのサイズを低減するために、第三の柱面７０２は、赤外線集光素子に彫り込まれた凹面の形状を有することがある。
【０１４１】
赤外線集光素子における第一の柱面７０１ａ、第二の柱面７０１ｂ、及び第二の柱面７０２は、好ましくは、赤外光を透過させる単層膜又は多層膜による無反射コーティングが施されたものである。赤外線集光素子における第一の柱面７０１ａ、第二の柱面７０１ｂ、及び第二の柱面７０２が、赤外光を透過させる単層膜又は多層膜による無反射コーティングが施されたものである場合には、赤外線集光素子の透過する赤外光の透過率を向上させることが可能になる。赤外光センサー７００においてセンサー回路７０３によって検出される赤外光の検出感度を向上させることが可能になる。
【０１４２】
熱源から放射された赤外光が、赤外光センサー４００の赤外線集光素子に入射すると、赤外光は、第一の円柱面７０１ａ又は第二の円柱面７０１ｂを透過すると共にそれぞれ第一の円柱面７０１ａ又は第二の円柱面７０１ｂによって屈折される。第一の円柱面７０１ａ又は第二の円柱面７０１ｂを透過した赤外光は、第二の円柱面７０２に入射する。第二の円柱面７０２に入射した赤外光は、第二の円柱面７０２によって屈折されると共に赤外線集光素子から射出される。赤外線集光素子から射出された赤外光は、相対的に短い距離で、センサー回路７０３における所定の受光面（画素）に集光される。
【０１４３】
赤外光センサー７００のサイズは、しばしば、赤外光センサー７００から熱源までの距離と比べて十分に小さいため、赤外光センサー７００に入射する赤外光を、しばしば、赤外光の平行光線と考えることが可能である。赤外光センサー７００に含まれる赤外線集光素子に赤外光の平行光線が入射するとき、赤外線集光素子が第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂを有するために、赤外光センサー７００に含まれるセンサー回路７０３の一つの受光面（画素）において二つの異なる入射角度を備えた赤外光の平行光線を受けることが可能になる。赤外光センサー７００に含まれるセンサー回路７０３が、Ｎ個の受光面（画素）を有する場合には、赤外線集光素子が第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂを有するために、赤外光センサー７００に含まれるセンサー回路７０３のＮ個の受光面（画素）において２Ｎ個の異なる入射角度を備えた赤外光の平行光線を受けることが可能になる。
【０１４４】
図７に示すような赤外光センサー７００に含まれる赤外線集光素子の構成によれば、センサー回路７０３の画素が相対的に少ない場合であっても、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な赤外線集光素子及びより広い入射角度の範囲を備えた光を検出することが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。より高い角度分解能で光を集光させることが可能な赤外線集光素子及びより高い角度分解能で光を検出することが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。より高い精度で熱源の有無又は方向の情報を得ることが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。
【０１４５】
図７に示すように赤外光センサー７００に含まれる赤外線集光素子の第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂが、非円柱面であるため、第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂの非円柱面の形状を調整することによって、赤外線センサー７００に含まれるセンサー回路７０３の受光面（画素）に集光される赤外光の光線の収差を低減することが可能になる。センサー回路７０３の受光面（画素）に集光される赤外光の光線の収差としては、例えば、センサー回路７０３の受光面（画素）に集光される赤外光の光線の像面湾曲等が挙げられる。より低減された収差を備えた光を集光させることが可能な赤外線集光素子及びより低減された収差を備えた光を検出することが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。より高い分解能で光を集光させることが可能な赤外線集光素子及びより高い分解能で光を検出することが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。さらに高い精度で熱源の有無又は方向の情報を得ることが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。
【０１４６】
赤外線集光素子は、第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂ並びに第三の柱面７０２を有する部分を支持する支持基板７０５をさらに含む。第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂ並びに第三の柱面７０２を有する部分は、支持基板７０５に接合されている。支持基板７０５は、回路基板７０４と接合されている。
【０１４７】
回路基板７０４は、センサー回路７０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を保持すると共に、第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂ並びに第三の柱面７０２を有する部分及び支持基板７０５と一緒にセンサー回路７０３、信号増幅回路、及び信号処理回路をパッケージングする。
【０１４８】
赤外光センサー７００において、第一の柱面７０１ａの軸及び第二の柱面７０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向における赤外線集光素子の長さ、すなわち、第一の柱面７０１ａ又は第二の柱面７０１ｂの最上部の直線と回路基板７０４及び支持基板７０５の接合面との間の距離は、１ｍｍ以下であるため、より小型の赤外光センサー７００を提供することが可能になる。
【０１４９】
赤外光センサー７００に含まれる赤外線集光素子における第一の柱面７０１ａ、第二の柱面７０１ｂ、及び第三の柱面７０２は、赤外線集光素子の形状に対応する金型を使用する成形の技術によって、形成されることがある。
【０１５０】
赤外光センサー７００は、第一の半導体ウェハから赤外線集光素子を形成すること、第二の半導体ウェハからセンサー回路７０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を形成すること、赤外線集光素子が形成された第一の半導体ウェハ及びセンサー回路７０３、信号増幅回路、及び信号処理回路が形成された第二の半導体ウェハと接合すること、及び接合された第一の半導体ウェハ及び第二の半導体ウェハをカットすることを含む方法によって製造されることがある。半導体ウェハプロセスを用いることで半導体ウェハから赤外光センサー７００を製造することが可能になる。例えば、赤外線集光素子における第一の柱面７０１ａ、第二の柱面７０１ｂ、及び第三の柱面７０２は、第一の半導体ウェハの一部を除去するエッチングの技術を使用することによって形成される。センサー回路７０３、信号増幅回路、及び信号処理回路は、第二の半導体ウェハの一部を除去するエッチングの技術を使用することによって形成される。赤外光センサー７００をより低いコスト及びより高い生産性で製造することが可能になる。
【０１５１】
赤外光センサー７００は、例えば、人感センサーとして使用されることがある。
【０１５２】
図１２は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第四の例における光線追跡のための光検出デバイスのモデル及び光線追跡の結果の例を示す図である。図１２（ａ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第四の例における光線追跡のための光検出デバイスのモデルの例を示す図である。図１２（ａ）の横軸は、光検出デバイスに含まれる光学素子の第三の柱面の軸を基準とした光学素子の水平位置（μｍ）を表す。図１２（ａ）の縦軸は、光検出デバイスに含まれる光学素子の第一の柱面又は第二の柱面のサグ量（μｍ）を表す。図１２（ｂ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第四の例における光線追跡の結果の例を示す図である。
【０１５３】
図１２（ａ）に示す光線追跡のための光検出デバイスのモデルの例は、光検出デバイスに含まれる光学素子の第一の柱面及び第二の柱面を除いては、図１０に示すような赤外線集光素子及びセンサー回路を含む赤外線センサーと同様である。図１２（ａ）に示す赤外線センサーにおいては、赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子の第一の柱面及び第二の柱面は、図１１に示されるような本発明の第一の実施形態に係る光学素子の例と同様のものであると共に、フレネルレンズ形状を有する。図１２（ａ）に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子においては、フレネルレンズ形状を有すると共に凸面である第一の柱面及び第二の柱面のサグ量は、５０μｍであった。図１２（ａ）に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子においては、赤外線集光素子の第三の柱面（凹面の形状を有する）の曲率半径は、８３０μｍであった。赤外線集光素子の厚さは、７２０μｍであった。
【０１５４】
図１２（ｂ）に示す光線追跡の例は、図１２（ａ）に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子についての光線追跡の数値シミュレーションの結果である。図１２（ａ）に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子についての光線追跡の数値シミュレーションには、市販の光学設計・シミュレーションソフトウェアである"ＣＯＤＥ Ｖ"を用いた。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子に入射する赤外線の平行光線の入射角度に対する赤外線センサーに含まれるセンサー回路の受光面に集光する赤外線の光線の数を示す。図１２（ｂ）の横軸は、図１２（ａ）に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子に入射する赤外線の平行光線の入射角度（度）を示す。図１２（ｂ）の縦軸は、赤外線センサーに含まれるセンサー回路の受光面に集光する赤外線の光線の数を示す。図１２（ｂ）の縦軸の値は、赤外線集光素子の無い場合における赤外線センサーに含まれるセンサー回路の受光面に到達する赤外線の光線の数で規格化された値である。図１２（ｂ）に示す光線追跡の例においては、第一の柱面及び第二の柱面の対称性を考慮に入れて、第一の柱面及び第三の柱面を通過する赤外線の光線についてのみ光線追跡の数値シミュレーションを行った。図１２（ｂ）に示す光線追跡の例においては、赤外線センサーに含まれる回路基板における赤外線の光線の多重反射並びに赤外線センサーに設けられた空洞構造における赤外線の光線の反射及び屈折の効果は考慮されていない。
【０１５５】
図１２（ｂ）に示す光線追跡の結果から、赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子の第一の柱面及び第二の柱面がフレネルレンズ形状を有する場合であっても、赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子によって、赤外線センサーに入射する異なる入射角度を備えた赤外線の平行光線を分離することが可能であることを確認することができた。赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子の第一の柱面及び第二の柱面がフレネルレンズ形状を有する場合であっても、赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子の第一の柱面及び第二の柱面の構成（形状の対称性）によって、赤外線センサーに含まれるセンサー回路の一つの受光面（画素）に二つの異なる入射角度を備えた赤外線の平行光線を導入することができる（実質的に二倍の角度分解能を得ることができる）ことを確認することができた。赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子の第一の柱面及び第二の柱面がフレネルレンズ形状を有する場合であっても、赤外線センサーに含まれるセンサー回路の受光面（画素）によって赤外線を受光する効率は、大幅に低減されるものではないことを確認することができた。
【０１５６】
図８は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第三の例の構成を示す図である。図８（ａ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第三の例の平面図である。図８（ｂ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第三の例におけるＡＡ'方向に沿った断面図である。図８（ｃ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第三の例におけるＢＢ'方向に沿った断面図である。
【０１５７】
図８に示す本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第三の例としての赤外光センサー８００は、赤外光を検出する光検出デバイスであると共に、本発明の第一の実施形態に係る光学素子としての赤外線集光素子及び赤外線集光素子によって集光させられた赤外光を検出する素子としてのセンサー回路８０３を含む。センサー回路８０３は、回路基板８０４に保持されている。センサー回路８０３は、一次元的に配列された且つ赤外光を受光する複数の赤外線受光面（画素）を有すると共に赤外線受光面によって受光された赤外光を電気信号へ変換する。赤外光センサー８００は、センサー回路８０３から出力される電気信号を増幅する信号増幅回路及び信号増幅回路の出力から熱源の有無又は方向の情報を得る信号処理回路を含む。
【０１５８】
赤外光センサー８００に含まれる赤外線集光素子は、赤外光を集光させる光学素子である。赤外線集光素子は、熱源より放射される赤外光を、赤外光の光線の入射角度に依存して、センサー回路８０３の赤外線受光面（画素）に集光させる。
【０１５９】
赤外線集光素子は、ケイ素（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）のような赤外線に対して透過性の半導体の材料で形成されたものである。ケイ素（Ｓｉ）は、１０μｍ程度の波長を備えた赤外光に対して透明な材料である。赤外光に対して透明な材料として、好ましくは、ケイ素（Ｓｉ）が、使用される。赤外光に対して透明な材料としてケイ素（Ｓｉ）が使用される場合には、赤外線集光素子をケイ素（Ｓｉ）から形成することが可能であるのみならず、ＣＭＯＳプロセス技術を使用することによってセンサー回路８０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を形成することが可能になる。
【０１６０】
赤外線集光素子は、赤外線の入射側における第一の柱面８０１ａ及び第二の柱面８０１ｂ並びに赤外線の射出側における第三の柱面８０２を有する。赤外線集光素子は、第一の柱面８０１ａが設けられた第一の平面及び第二の柱面８０１ｂが設けられた第二の平面を有する。第一の平面及び第二の平面は、第一の柱面８０１ａの軸及び第二の柱面８０１ｂの軸を含む平面に対して、傾斜した平面である。第一の平面及び第二の平面は、第一の柱面８０１ａの軸及び第二の柱面８０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面８０２の軸を含む平面に対して、対称的な形状を有する。第一の柱面８０１ａ及び第二の柱面８０１ｂは、同一の形状を有する凸面の円柱面であると共に、第三の柱面８０２は、凹面の円柱面である。第一の柱面８０１ａの軸及び第三の柱面８０２の軸を含む平面は、第二の柱面８０１ｂの軸及び第三の柱面８０２の軸を含む平面と交差する。第一の柱面８０１ａの軸及び第三の柱面８０２の軸の間の距離は、第二の柱面８０１ｂの軸及び第三の柱面８０２の軸の間の距離と同一である。第一の柱面８０１ａの曲率半径は、第二の柱面８０１ｂの曲率半径と同一である。第一の柱面８０１ａ及び第二の柱面８０１ｂは、第一の柱面８０１ａの軸及び第二の柱面８０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面８０２の軸を含む平面に対して、対称的な形状を有する。第一の平面及び第二の平面のために、第一の柱面８０１ａ（の軸）及び第二の柱面８０１ｂ（の軸）は、第一の柱面８０１ａの軸及び第二の柱面８０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面８０２の軸を含む平面に対して、所定の量θだけ回転させられている。
【０１６１】
赤外光センサー８００において、第一の円柱面８０１ａの軸及び第二の円柱面８０１ｂの軸の方向は、一次元的に配列されたセンサー回路８０３の受光面（画素）の配列の方向と直交する方向である。第一の柱面８０１ａ及び第二の柱面８０１ｂは、一次元的に配列されたセンサー回路８０３の受光面（画素）に対して互いに傾斜させられている。第三の柱面８０２及びセンサー回路８０３の間の距離は、センサー回路８０３の受光面に集光される赤外光のスポットのサイズを低減するように、調整される。センサー回路８０３の受光面に集光される赤外光のスポットのサイズを低減するために、第三の柱面８０２は、赤外線集光素子に彫り込まれた凹面の形状を有することがある。
【０１６２】
赤外線集光素子における第一の柱面８０１ａ、第二の柱面８０１ｂ、及び第二の柱面８０２は、好ましくは、赤外光を透過させる単層膜又は多層膜による無反射コーティングが施されたものである。赤外線集光素子における第一の柱面８０１ａ、第二の柱面８０１ｂ、及び第二の柱面８０２が、赤外光を透過させる単層膜又は多層膜による無反射コーティングが施されたものである場合には、赤外線集光素子の透過する赤外光の透過率を向上させることが可能になる。赤外光センサー８００においてセンサー回路８０３によって検出される赤外光の検出感度を向上させることが可能になる。
【０１６３】
熱源から放射された赤外光が、赤外光センサー８００の赤外線集光素子に入射すると、赤外光は、第一の平面に設けられた第一の円柱面８０１ａ又は第二の平面に設けられた第二の円柱面８０１ｂを透過すると共にそれぞれ第一の平面に設けられた第一の円柱面８０１ａ又は第二の平面に設けられた第二の円柱面８０１ｂによって屈折される。第一の円柱面８０１ａ又は第二の円柱面８０１ｂを透過した赤外光は、第二の円柱面８０２に入射する。第二の円柱面８０２に入射した赤外光は、第二の円柱面８０２によって屈折されると共に赤外線集光素子から射出される。赤外線集光素子から射出された赤外光は、相対的に短い距離で、センサー回路８０３における所定の受光面（画素）に集光される。
【０１６４】
赤外光センサー８００のサイズは、しばしば、赤外光センサー８００から熱源までの距離と比べて十分に小さいため、赤外光センサー８００に入射する赤外光を、しばしば、赤外光の平行光線と考えることが可能である。赤外光センサー８００に含まれる赤外線集光素子に赤外光の平行光線が入射するとき、赤外線集光素子が第一の平面に設けられた第一の柱面８０１ａ及び第二の平面に設けられた第二の柱面８０１ｂを有するために、赤外光センサー８００に含まれるセンサー回路８０３の一つの受光面（画素）において二つの異なる入射角度を備えた赤外光の平行光線を受けることが可能になる。赤外光センサー８００に含まれるセンサー回路８０３が、Ｎ個の受光面（画素）を有する場合には、赤外線集光素子が第一の平面に設けられた第一の柱面８０１ａ及び第二の平面に設けられた第二の柱面８０１ｂを有するために、赤外光センサー８００に含まれるセンサー回路８０３のＮ個の受光面（画素）において２Ｎ個の異なる入射角度を備えた赤外光の平行光線を受けることが可能になる。
【０１６５】
図８に示すような赤外光センサー８００に含まれる赤外線集光素子の構成によれば、センサー回路８０３の画素が相対的に少ない場合であっても、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な赤外線集光素子及びより広い入射角度の範囲を備えた光を検出することが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。より高い角度分解能で光を集光させることが可能な赤外線集光素子及びより高い角度分解能で光を検出することが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。より高い精度で熱源の有無又は方向の情報を得ることが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。
【０１６６】
赤外線集光素子は、第一の平面に設けられた第一の柱面８０１ａ及び第二の平面に設けられた第二の柱面８０１ｂ並びに第三の柱面８０２を有する部分を支持する支持基板８０５をさらに含む。第一の平面に設けられた第一の柱面８０１ａ及び第二の平面に設けられた第二の柱面８０１ｂ並びに第三の柱面８０２を有する部分は、支持基板８０５に接合されている。支持基板８０５は、回路基板８０４と接合されている。
【０１６７】
回路基板８０４は、センサー回路８０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を保持すると共に、第一の平面に設けられた第一の柱面８０１ａ及び第二の平面に設けられた第二の柱面８０１ｂ並びに第三の柱面８０２を有する部分及び支持基板８０５と一緒にセンサー回路８０３、信号増幅回路、及び信号処理回路をパッケージングする。
【０１６８】
赤外光センサー８００において、第一の柱面８０１ａの軸及び第二の柱面８０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向における赤外線集光素子の長さ、すなわち、第一の平面に設けられた第一の柱面８０１ａ又は第二の平面に設けられた第二の柱面８０１ｂの最上部の直線と回路基板８０４及び支持基板８０５の接合面との間の距離は、１ｍｍ以下であるため、より小型の赤外光センサー８００を提供することが可能になる。
【０１６９】
赤外光センサー８００に含まれる赤外線集光素子における第一の平面に設けられた第一の柱面８０１ａ、第二の平面に設けられた第二の柱面８０１ｂ、及び第三の柱面８０２は、赤外線集光素子の形状に対応する金型を使用する成形の技術によって、形成されることがある。
【０１７０】
赤外光センサー８００は、第一の半導体ウェハから赤外線集光素子を形成すること、第二の半導体ウェハからセンサー回路８０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を形成すること、赤外線集光素子が形成された第一の半導体ウェハ及びセンサー回路８０３、信号増幅回路、及び信号処理回路が形成された第二の半導体ウェハと接合すること、及び接合された第一の半導体ウェハ及び第二の半導体ウェハをカットすることを含む方法によって製造されることがある。半導体ウェハプロセスを用いることで半導体ウェハから赤外光センサー８００を製造することが可能になる。例えば、赤外線集光素子における第一の平面に設けられた第一の柱面８０１ａ、第二の平面に設けられた第二の柱面８０１ｂ、及び第三の柱面８０２は、第一の半導体ウェハの一部を除去するエッチングの技術を使用することによって形成される。センサー回路８０３、信号増幅回路、及び信号処理回路は、第二の半導体ウェハの一部を除去するエッチングの技術を使用することによって形成される。赤外光センサー８００をより低いコスト及びより高い生産性で製造することが可能になる。
【０１７１】
赤外光センサー８００は、例えば、人感センサーとして使用されることがある。
【０１７２】
図１３は、本発明の第三の実施形態に係る物体検知システムの概略的な構成を示す図である。
【０１７３】
本発明の第三の実施形態に係る物体検知システム１３００は、物体からの光を検出する光検出デバイス及び光検出デバイスによって検出された光に基づいて物体の存在又は変位を検知するデバイスを含む。物体は、例えば、少なくとも赤外線を放出する熱源１３０１である。光検出デバイスは、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスとしての赤外線センサー１３０２である。赤外線センサー１３０２は、赤外線集光素子及びセンサー回路を含む。赤外線集光素子は、一方の側における第一の柱面及び第二の柱面並びに他方の側における第三の柱面を有する。
【０１７４】
図１３に示す物体検知システム１３０において、熱源１３０１から放出された赤外線は、赤外線センサー１３０２の赤外線集光素子によって赤外線センサー１３０２のセンサー回路に集光させられる。赤外線センサー１３０２の画角は、赤外線集光素子の第一の柱面の画角ω１及び赤外線集光素子の第二の柱面の画角ω２の総和である。熱源１３０１が赤外線集光素子の第一の柱面の画角ω１内の視野に存在するとき、熱源１３０１から放出された赤外線は、赤外線集光素子の第一の柱面及び第三の柱面を通過すると共にセンサー回路に集光される。熱源１３０１が赤外線集光素子の第二の柱面の画角ω２内の視野に存在するとき、熱源１３０１から放出された赤外線は、赤外線集光素子の第二の柱面及び第三の柱面を通過すると共にセンサー回路に集光させられる。センサー回路に集光させられた赤外線は、センサー回路によってパラレル出力のためのＮビットデータ又はシリアル出力のための時系列データに変換される。センサー回路によって得られたパラレル出力のためのＮビットデータ又はシリアル出力のための時系列データは、赤外線センサー１０３２に接続された信号処理デバイス１３０３に出力される。
【０１７５】
信号処理デバイス１３０３は、赤外線センサー１３０２から出力されたデータに基づいて、赤外線センサー１３０２の画角内における物体としての熱源１３０１の存在（有無）又は変位の情報を判別する。信号処理デバイス１３０３としては、例えば、信号増幅処理デバイス、微分処理デバイス、ノイズ除去処理デバイス、又は閾値判定処理デバイスなどが挙げられる。信号処理デバイス１３０３によって判別された情報は、例えば、フラグ出力又は温度データとして、信号処理デバイス１３０３に接続されたものであると共に信号処理デバイス１３０３によって制御される被制御装置１３０４に送信される。信号処理デバイス１３０３から被制御装置デバイス１３０４へ送信されたデータは、被制御装置１０３４の動作を決定する。
【０１７６】
信号処理デバイス１３０３によって制御される被制御装置１３０４としては、例えば、パソコン、テレビ、若しくはエアコンのような家電製品、オフィス機器、又はセキュリティ用途の警報機などが挙げられる。被制御装置１３０４は、例えば、節電などのようなエネルギーマネジメント又は人への注意喚起の目的で利用される。
【０１７７】
本発明の第三の態様によれば、より広い入射角度の範囲を備えた光に基づいて物体の存在又は変位を検知することが可能な物体検知システムを提供することが可能になる。本発明の第三の態様によれば、光に基づいてより高い角度分解能で物体の存在又は変位を検知することが可能な物体検知システムを提供することが可能になる。小型又は軽量の物体検知システムを提供することが可能になる。小型の電子機器に搭載することが可能な物体検知システムを提供することが可能になる。電子機器を自動制御するためのデバイスとして利用することが可能な物体検知システムを提供することが可能になる。
【０１７８】
本発明の第一の実施形態に係る光学素子、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイス、及び本発明の第三の実施形態に係る物体検知システムは、それぞれ、光又は電磁波を集光させる光学素子、光又は電磁波を検出する光検出デバイス、及び光又は電磁波に基づいた物体検知システムである。本発明の第一の実施形態に係る光学素子、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイス、及び本発明の第三の実施形態に係る物体検知システムは、それぞれ、赤外光又は赤外線を集光させる光学素子、赤外光又は赤外線を検出する光検出デバイス、及び赤外光又は赤外線に基づいた物体検知システムに限定されるものではない。例えば、対象の光又は電磁波を透過させる材料を選択することによって、対象の光又は電磁波を集光させる光学素子、対象の光又は電磁波を検出する光検出デバイス、及び対象の光又は電磁波に基づいた物体検知システムを提供することが可能になる。
【符号の説明】
【０１７９】
１００ 光学素子
１０１ａ 第一の柱面
１０１ｂ 第二の柱面
１０２ 第三の柱面
２０１ 第一の柱面，第二の柱面
２０２ 円弧
３００ 光検出デバイス
３０１ａ 第一の柱面
３０１ｂ 第二の柱面
３０２ 第三の柱面
３０３ 支持基板
３０４ 光センサー
３０５ 回路基板
３０６ 空洞構造
３０７ 回路部
４００ 赤外光センサー
４０１ａ 第一の柱面
４０１ｂ 第二の柱面
４０２ 第三の柱面
４０３ センサー回路
４０４ 回路基板
４０５ 支持基板
５００ 赤外光センサー
５０１ 第一の円柱面，第二の円柱面
５０２ 第三の円柱面
５０３ センサー回路
７００ 赤外光センサー
７０１ａ 第一の柱面
７０１ｂ 第二の柱面
７０２ 第三の柱面
７０３ センサー回路
７０４ 回路基板
７０５ 支持基板
８００ 赤外光センサー
８０１ａ 第一の柱面
８０１ｂ 第二の柱面
８０２ 第三の柱面
８０３ センサー回路
８０４ 回路基板
８０５ 支持基板
９００ 赤外光センサー
９０１ａ 第一の柱面
９０１ｂ 第二の柱面
９０２ 第三の柱面
９０３ 赤外線受光面
１１００ 光学素子
１１０１ 第一の柱面又は第二の柱面
１１０２ 柱面
１３００ 物体検知システム
１３０１ 熱源
１３０２ 赤外線センサー
１３０３ 信号処理デバイス
１３０４ 被制御装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１８０】
【特許文献１】特開２００８−１２８９１３号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明の少なくとも一つの態様は、光学素子及び光検出デバイス並びに物体検知システムの少なくとも一つに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光学素子及び光検出デバイス並びに物体検知システムの少なくとも一つに関するいくつかの技術が開示されている。
【０００３】
例えば、特開２００８−１２８９１３号公報（特許文献１）には、赤外線を検出する赤外線検出素子と、当該赤外線検出素子を収納するパッケージと、赤外線検出素子の前方に配置され赤外線検出素子へ赤外線を集光する集光用レンズと、集光用レンズの前方に配置され集光用レンズへの赤外線の入射角を微調整し集光用レンズにおいて生じる収差を補正する収差補正用光学素子とを備えてなることを特徴とする赤外線検出装置が開示されている。
【０００４】
しかしながら、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子又はより広い入射角度の範囲を備えた光を検出することが可能な光検出デバイスは、開示されていない。より広い入射角度の範囲を備えた光に基づいて物体の存在又は変位を検知することが可能な物体検知システムは、開示されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の第一の目的は、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子を提供することである。
【０００６】
本発明の第二の目的は、より広い入射角度の範囲を備えた光を検出することが可能な光検出デバイスを提供することである。
【０００７】
本発明の第三の目的は、より広い入射角度の範囲を備えた光に基づいて物体の存在又は変位を検知することが可能な物体検知システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の態様は、光を集光させる光学素子において、前記光学素子は、一方の側における第一の柱面及び第二の柱面並びに他方の側における第三の柱面を有すると共に、前記第一の柱面の軸及び前記第三の柱面の軸を含む平面は、前記第二の柱面の軸及び前記第三の柱面の軸を含む平面と交差することを特徴とする、光学素子である。
【０００９】
本発明の第二の態様は、光を検出する光検出デバイスにおいて、本発明の第一の態様である光学素子及び前記光学素子によって集光させられた光を検出する素子を含むことを特徴とする、光検出デバイスである。
【００１０】
本発明の第三の態様は、物体からの光を検出する光検出デバイス及び前記光検出デバイスによって検出された光に基づいて前記物体の存在又は変位を検知するデバイスを含む、物体検知システムにおいて、前記光検出デバイスは、本発明の第一の態様である光検出デバイスであることを特徴とする、物体検知システムである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の第一の態様によれば、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子を提供することが可能になる。
【００１２】
本発明の第二の態様によれば、より広い入射角度の範囲を備えた光を検出することが可能な光検出デバイスを提供することが可能になる。
【００１３】
本発明の第三の態様によれば、より広い入射角度の範囲を備えた光に基づいて物体の存在又は変位を検知することが可能な物体検知システムを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
次に、本発明を実施するための形態（実施形態）を図面と共に説明する。
【図１】図１は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子の一つの例を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子の別の例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例の概略的な構成を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例のより詳細な構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡の例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡の結果の例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第二の例の構成を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第三の例の構成を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光学素子に入射する光線の例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡のための光検出デバイスのモデル及びパラメータの例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子のさらに別の例を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第四の例における光線追跡のための光検出デバイスのモデル及び光線追跡の結果の例を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第三の実施形態に係る物体検知システムの概略的な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明を実施するための形態（実施形態）を図面と共に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子の一つの例を示す図である。図１（ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子の一つの例を示す斜視図である。図１（ｂ）は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子の一つの例を示す正面図である。
【００１７】
図１に示す本発明の第一の実施形態に係る光学素子の一つの例は、光を集光させる光学素子１００において、光学素子１００は、一方の側における第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂ並びに他方の側における第三の柱面１０２を有すると共に、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面は、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面と交差することを特徴とする、光学素子である。
【００１８】
光学素子１００において、例えば、第一の柱面１０１ａ、第二の柱面１０１ｂ、及び第三の柱面１０２のような、柱面は、面分の周囲から立てられた平行な母線で作られる立体面の少なくとも一部を意味する。平行は、完全な平行及び実質的に平行とみなせる程度を含む。
【００１９】
光学素子１００において、例えば、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ２、及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２のような、柱面の軸は、柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線の曲率中心の集合体を意味すると共に直線（又は線分）である。光学素子１００において、例えば、第一の柱面１０１ａの曲率中心、第二の柱面１０１ｂの曲率中心、及び第三の柱面１０２の曲率中心のような、柱面の曲率中心は、柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線の曲率中心である。光学素子１００において、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ２、及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の二つ又は三つは、同一の直線上に存在するものではない。
【００２０】
一方の側及び他方の側は、例えば、光学素子１００への光の入射側及び光学素子１００からの光の射出側である。光学素子１００は、例えば、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、光学素子１００への光の入射側に設けられると共に第三の柱面１０２が、光学素子１００からの光の射出側に設けられるように、配置されることがある。
【００２１】
光学素子１００は、一方の側における第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂ並びに他方の側における第三の柱面１０２を有すると共に、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面は、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面と交差する。
【００２２】
第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面が、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面と交差することは、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ、及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の全てが、同一の平面に存在しないことを意味する。第一の柱面１０１ａ（の軸Ｃ１ａ）及び第二の柱面１０１ｂ（の軸Ｃ１ｂ）は、第三の柱面１０２（の軸Ｃ２）に対して互いに反対の方向に並進（シフト）又は回転させられている。
【００２３】
第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、光学素子１００への光の入射側に設けられると共に第三の柱面１０２が、光学素子１００からの光の射出側に設けられる場合には、より広い入射角度の範囲を備えた光を第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂに入射させると共に第三の柱面１０２から射出させることが可能になる。より広い入射角度の範囲を備えた光を第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂ並びに第三の柱面１０２を通じてより高い分解能で分離することが可能になる。
【００２４】
本発明の第一の実施形態によれば、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。本発明の第一の実施形態によれば、より高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００２５】
光学素子１００における第一の柱面１０１ａ、第二の柱面１０１ｂ、及び第三の柱面１０２のような柱面は、柱面の形状に対応する金型を使用する成形の技術によって形成されることがある。光学素子１００の材料が、半導体の材料である場合には、光学素子１００における第一の柱面１０１ａ、第二の柱面１０１ｂ、及び第三の柱面１０２のような柱面は、半導体ウェハの一部を除去するエッチングの技術を使用することによって、形成されることがある。
【００２６】
図１に示す光学素子１００は、例えば、住宅、オフィス、又は車内における人体などのような熱源からの赤外光を検出する赤外光検出デバイスに含まれる光学素子として利用することが可能なものである。図１に示す光学素子１００は、例えば、エアコン、電磁調理装置、又はパソコンなどにおける温度制御デバイス又は省電力のためのエネルギーマネジメントデバイスに含まれる光学素子として利用することが可能なものである。
【００２７】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の間の距離は、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の間の距離と同一である。
【００２８】
同一は、完全に同一及び実質的に同一とみなせる程度を含む。
【００２９】
光学素子１００において、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の間の距離、並びに、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の間の距離のような、柱面の軸の間の距離は、一方の柱面の軸から他方の柱面の軸までの距離の平均値である。一方の柱面の軸から他方の柱面の軸までの距離は、一方の柱面の軸上の点及び一方の柱面の軸上の点における一方の柱面の軸に垂直な線と他方の柱面の軸との交点の間の距離である。光学素子１００において、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の間の距離、並びに、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の間の距離のいずれもゼロよりも大きい値である。
【００３０】
第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の間の距離が、第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ及び第三の柱面１０２の軸Ｃ２の間の距離と同一である場合には、第三の柱面１０２に対する第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂの配置をより容易に設計することが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に設計することが可能な且つより広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に設計することが可能な且つより高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００３１】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａの曲率半径Ｒ１ａは、第二の柱面１０１ｂの曲率半径Ｒ１ｂと同一である。
【００３２】
同一は、完全に同一及び実質的に同一とみなせる程度を含む。
【００３３】
光学素子１００において、例えば、第一の柱面１０１ａの曲率半径Ｒ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの曲率半径Ｒ１ｂのような、柱面の曲率半径は、柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線の曲率半径である。
【００３４】
第一の柱面１０１ａの曲率半径Ｒ１ａが、第二の柱面１０１ｂの曲率半径Ｒ１ｂと同一である場合には、第三の柱面１０２に対する第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂの配置をより容易に設計することが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に設計することが可能な且つより広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に設計することが可能な且つより高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００３５】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、凸面であると共に、第三の柱面１０２は、凹面である。第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂから第三の柱面１０２に向かって見るとき、凸面である。第三の柱面１０２は、第三の柱面１０２から第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂに向かって見るとき、凹面である。第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、正のパワーを有すると共に、第三の柱面１０２は、負のパワーを有する。
【００３６】
第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、凸面であると共に、第三の柱面１０２が、凹面である場合には、より広い入射角度の範囲を備えた光をより有効に集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より高い角度分解能で光をより有効に集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００３７】
光学素子１００において、好ましくは、光学素子１００は、赤外線に対して透過性の材料で形成されたものである。
【００３８】
赤外線は、近赤外線又は極近赤外線（０．７５μｍ以上２μｍ以下の波長を備えた電磁波）、普通赤外線（２μｍ以上６０μｍ以下の波長を備えた電磁波）、中赤外線（２μｍ以上２０μｍ以下の波長を備えた電磁波）、中遠赤外線（２５μｍ以上６０μｍ以下の波長を備えた電磁波）、及び遠赤外線（２５μｍ以上５０００μｍ以下の波長を備えた電磁波）を含む。
【００３９】
赤外線に対して透過性の材料としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等が挙げられる。
【００４０】
光学素子１００が、赤外線に対して透過性の材料で形成されたものである場合には、より広い入射角度の範囲を備えた赤外光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より高い角度分解能で赤外光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００４１】
光学素子１００において、好ましくは、赤外線は、遠赤外線である。光学素子１００において、赤外線が、遠赤外線である場合には、比較的低い温度における物体から放射されるより広い入射角度の範囲を備えた遠赤外線を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より高い角度分解能で比較的低い温度における物体から放射される遠赤外線を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００４２】
光学素子１００において、好ましくは、赤外線に対して透過性の材料は、半導体の材料である。
【００４３】
半導体の材料である赤外線に対して透過性の材料としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）等が挙げられる。
【００４４】
赤外線に対して透過性の材料が、半導体の材料である場合には、半導体プロセスを用いて光学素子１００をより容易に製造することが可能になる。より容易に製造することが可能な且つより広い入射角度の範囲を備えた赤外光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に製造することが可能な且つより高い角度分解能で赤外光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００４５】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、同一の形状を有する。
【００４６】
同一は、完全に同一及び実質的に同一とみなせる程度を含む。
【００４７】
第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、同一の形状を有する場合には、より容易に製造することが可能な且つより広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に製造することが可能な且つより高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００４８】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、円柱面である。
【００４９】
円柱面は、円の周囲から立てられた平行な母線で作られる立体面の少なくとも一部を意味する。
【００５０】
第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、円柱面である場合には、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００をより容易に提供することが可能になる。より高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００をより容易に提供することが可能になる。
【００５１】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、非円柱面である。
【００５２】
非円柱面は、円形を除く形状を有する面分の周囲から立てられた平行な母線で作られる立体面の少なくとも一部を意味する。非円柱面としては、例えば、柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線がガウス曲線であるような柱面等が挙げられる。
【００５３】
図２は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子の別の例を示す図である。図２に示す光学素子においては、第一の柱面２０１及び第二の柱面２０１は、非円柱面である。
【００５４】
図２に示すように、第一の柱面２０１及び第二の柱面２０１が、非円柱面である場合には、柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線の曲率中心は、柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線を最も良好に近似する円弧２０２の曲率中心Ｃである。柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線の曲率半径は、柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線を最も良好に近似する円弧２０２の曲率半径Ｒである。柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線を最も良好に近似する円弧２０２は、非円柱面である第一の柱面２０１及び第二の柱面２０１の設計値又は最小二乗法による柱面を有する柱体の底面に平行な平面と柱面の交線に対する円弧の近似で求めることが可能である。
【００５５】
第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、非円柱面である場合には、非円柱面である第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂの形状を調整することによって、光学素子１００によって集光させられる光の収差を低減することが可能になる。より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な且つ集光させられる光の収差を低減することが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より高い角度分解能で光を集光させることが可能な且つ集光させられる光の収差を低減することが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００５６】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに垂直なものであると共に第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面Ｖに対して、対称的な形状を有する。
【００５７】
対称は、完全な対称及び実質的に対称とみなせる程度を含む。
【００５８】
第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに垂直なものであると共に第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面Ｖに対して、対称的な形状を有する場合には、より容易に設計及び製造することが可能な且つより広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に設計及び製造することが可能な且つより高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００５９】
光学素子１００において、好ましくは、光学素子１００は、第一の柱面１０１ａが設けられた第一の平面及び第二の柱面１０１ｂが設けられた第二の平面を有すると共に、第一の平面及び第二の平面は、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに対して、傾斜した平面である。
【００６０】
第一の平面及び第二の平面のような平面は、完全な平面及び実質的に平面とみなせる曲面及び凹凸面を含む。第一の平面及び第二の平面が第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに対して傾斜した平面であることは、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに対する第一の平面及び第二の平面の角度が、０度より大きい且つ９０度より小さい角度であることを意味する。
【００６１】
光学素子１００が、第一の柱面１０１ａが設けられた第一の平面及び第二の柱面１０１ｂが設けられた第二の平面を有すると共に、第一の平面及び第二の平面が、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに対して、傾斜した平面である場合には、より容易に設計することが可能な且つより広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に設計することが可能な且つより高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００６２】
光学素子１００において、好ましくは、第一の平面及び第二の平面は、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに垂直なものであると共に第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面Ｖに対して、対称的な形状を有する。
【００６３】
対称は、完全な対称及び実質的に対称とみなせる程度を含む。
【００６４】
第一の平面及び第二の平面が、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに垂直なものであると共に第三の柱面１０２の軸Ｃ２を含む平面Ｖに対して、対称的な形状を有する場合には、より容易に製造することが可能な且つより広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。より容易に製造することが可能な且つより高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００６５】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに垂直な方向における光学素子１００の長さの最大値は、１ｍｍ以下である。
【００６６】
第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面Ｈに垂直な方向における光学素子１００の長さの最大値が、１ｍｍ以下である場合は、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な且つより小型の光学素子１００を提供することが可能になる。より高い角度分解能で光を集光させることが可能な且つより小型の光学素子１００を提供することが可能になる。
【００６７】
光学素子１００において、好ましくは、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂは、フレネルレンズ形状を有する。
【００６８】
フレネルレンズ形状は、連続な曲面である第一の柱面１０１ａ（又は第二の柱面１０１ｂ）を第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ（又は第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ）に平行な複数の線で分割すると共に第一の柱面１０１ａ（又は第二の柱面１０１ｂ）の反対側の表面から分割された第一の柱面１０１ａ（又は第二の柱面１０１ｂ）の部分までの距離（厚さ）を低減することによって得られる形状である。フレネルレンズ形状は、第一の柱面１０１ａ（又は第二の柱面１０１ｂ）の一部分の曲率を備えた複数の柱面を含む形状である。フレネルレンズ形状は、第一の柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ（又は第二の柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂ）に垂直な断面において、第一の柱面１０１ａ（又は第二の柱面１０１ｂ）の一部分の曲率を備えた鋸歯型の形状である。平行は、完全な平行及び実質的に平行とみなせる程度を含む。垂直は、完全な垂直及び実質的に垂直とみなせる程度を含む。
【００６９】
図１１は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子のさらに別の例を示す図である。図１１に示す光学素子１１００は、フレネルレンズ形状を有する第一の柱面又は第二の柱面１１０１を有する。図１１における実線の曲線及び曲線を連結する実線の直線で示された第一の柱面又は第二の柱面のフレネルレンズ形状は、図１１における点線の曲線で示された単一の凸の曲面の形状を有する柱面１１０２を第一の柱面又は第二の柱面の軸に平行な複数の線で分割すると共に第一の柱面又は第二の柱面の反対側の表面から分割された第一の柱面又は第二の柱面の部分までの距離（厚さ）を低減することによって得られる形状である。第一の柱面又は第二の柱面のフレネルレンズ形状は、第一の柱面又は第二の柱面の一部分の曲率を備えた複数の柱面を含む形状である。第一の柱面又は第二の柱面のフレネルレンズ形状は、第一の柱面又は第二の柱面の軸に垂直な断面において、第一の柱面又は第二の柱面の一部分の曲率を備えた鋸歯型の形状である。単一の曲面の形状を有する柱面１１０２は、図１１における縦の点線の直線で示された第三の円柱面の軸に垂直な平面に対して非対称的な非円柱面である。第一の柱面又は第二の柱面のフレネルレンズ形状は、図１１における縦の点線の直線で示された第三の円柱面の軸に垂直な平面に対して非対称的な非円柱面である。フレネルレンズ形状の厚さ（第一の円柱面の軸及び第二の円柱面の軸を含む平面に垂直な方向における第一の柱面又は第二の柱面の最大の厚さ：サグ量）は、光学素子の設計又は製造の条件によって適宜決定されるものであると共に、特に限定されるものではない。
【００７０】
光学素子１００において、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、フレネルレンズ形状を有するとき、第一の円柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の円柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面に垂直な方向における第一の柱面１０１ａ又は第二の柱面１０１ｂの最大の厚さ（サグ量）を低減することが可能になる。第一の円柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の円柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面に垂直な方向における第一の柱面１０１ａ又は第二の柱面１０１ｂの最大の厚さ（サグ量）を低減することが可能であるときには、例えば、レジストを使用するエッチングの手段によって半導体ウェハに凹凸の形状を形成するような方式で光学素子１００を製造する場合、ウェハに設けられるレジストの層の厚さを低減することが可能になる。ウェハに設けられるレジストの層の厚さを低減することが可能である場合には、レジストに生じることがある気泡若しくはクラック又はレジストの厚さのばらつきを低減することによって、光学素子１００の歩留まり又は生産性を向上させることが可能になる。
【００７１】
第一の円柱面１０１ａの軸Ｃ１ａ及び第二の円柱面１０１ｂの軸Ｃ１ｂを含む平面に垂直な方向における第一の柱面１０１ａ又は第二の柱面１０１ｂの最大の厚さ（サグ量）を低減することが可能であるときには、例えば、光学素子を形成するためのウェハ及び光検出デバイスに含まれる光学素子１００によって集光させられた光を検出する素子を形成するウェハを接合するとき、加圧工程における加圧された光学素子１００の破損を低減することが可能になる。
【００７２】
光学素子１００において、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、フレネルレンズ形状を有する場合であっても、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。光学素子１００において、第一の柱面１０１ａ及び第二の柱面１０１ｂが、フレネルレンズ形状を有する場合であっても、より高い角度分解能で光を集光させることが可能な光学素子１００を提供することが可能になる。
【００７３】
図３は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例の概略的な構成を示す図である。
【００７４】
図３に示す本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例は、光を検出する光検出デバイス３００において、本発明の第一の実施形態に係る光学素子及び光学素子によって集光させられた光を検出する素子３０４を含むことを特徴とする、光検出デバイスである。
【００７５】
図３に示す光検出デバイス３００は、図１に示すような本発明の第一の実施形態に係る光学素子及び光学素子によって集光させられた光を検出する素子（光センサー）３０４を含む。
【００７６】
図３に示す光学素子は、一方の側における第一の柱面３０１ａ及び第二の柱面３０１ｂ並びに他方の側における第三の柱面３０２を有すると共に、第一の柱面３０１ａの軸及び第三の柱面３０２の軸を含む平面は、第二の柱面３０１ｂの軸及び第三の柱面３０２の軸を含む平面と交差する。図３に示す光学素子は、第一の柱面３０１ａ、第二の柱面３０１ｂ、及び第三の柱面３０２に加えて、第一の柱面３０１ａ、第二の柱面３０１ｂ、及び第三の柱面３０２を有する部分を支持する支持基板（第一の柱面３０１ａ、第二の柱面３０１ｂ、及び第三の柱面３０２を有する部分が設けられる基板）３０３をさらに含む。図３に示す光学素子において、図１に示すような第一の柱面３０１ａの軸及び第二の柱面３０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向における光学素子の長さ（の最大値）Ｙは、１ｍｍ以下である。図３に示すような光学素子においては、第一の柱面３０１ａの軸及び第二の柱面３０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向における光学素子の長さ（の最大値）Ｙは、第一の柱面３０１ａ又は第二の柱面３０１ｂの最上部の直線から回路基板３０５の側における支持基板３０３の平面までの距離である。
【００７７】
光センサー３０４は、光学素子によって集光させられた光を受けると共に受光した光を電気信号に変換することによって、光学素子によって集光させられた光を検出する。光センサー３０４は、光学素子によって集光させられた光を受ける受光面（画素）及び受光面によって受光された光を電気信号に変換する回路（センサー回路）を含む。例えば、光学素子によって集光させられる光が、赤外光である場合には、受光面は、光学素子によって集光させられた赤外光を吸収すると共に熱に変換する層（赤外線吸収層）であると共に、センサー回路は、受光面によって変換された熱を電気信号に変換する素子である。光センサー３０４は、回路基板３０５に形成された空洞構造３０６に設けられることがある。光センサー３０４は、光センサー３０４によって検出された光についての信号（電気信号）を出力する。回路基板３０５の材料としては、例えば、セラミックの基板等が挙げられる。
【００７８】
図３に示す光検出デバイス３００は、光センサー３０３から出力される信号を増幅する信号増幅回路及び信号増幅回路によって増幅された信号を処理する信号処理回路を含む回路部３０７をさらに含むことがある。回路部３０７は、回路基板３０５に設けられる。例えば、光学素子によって集光させられる光が、赤外光である場合には、回路部３０７に含まれる信号増幅回路は、光センサー３０４によって検出された赤外光についての光センサー３０４から出力された電気信号を増幅する回路であると共に、回路部３０７に含まれる信号処理回路は、信号増幅回路によって増幅された信号から光学素子に入射する赤外光の入射角度又は光学素子に入射する赤外光を発生させる熱源（光源）の有無又は方向の情報を得る回路であることがある。
【００７９】
図３に示す光検出デバイス３００において、空洞構造３０６に設けられた光センサー３０４及び回路部３０７は、回路基板３０５に隣接して設けられているため、より小型の光検出デバイス３００を提供することが可能になる。
【００８０】
本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイス３００は、本発明の第一の実施形態に係る光学素子を含むため、より広い入射角度の範囲を備えた光を第一の柱面３０１ａ及び第二の柱面３０１ｂに入射させると共に第三の柱面３０２から射出させることが可能になる。より広い入射角度の範囲を備えた光を第一の柱面３０１ａ及び第二の柱面３０１ｂ並びに第三の柱面３０２を通じてより高い分解能で分離することが可能になる。
【００８１】
本発明の第二の実施形態によれば、より広い入射角度の範囲を備えた光を検出することが可能な光検出デバイス３００を提供することが可能になる。本発明の第二の実施形態によれば、より高い角度分解能で光を検出することが可能な光検出デバイス３００を提供することが可能になる。
【００８２】
図３に示す光検出デバイス３００は、例えば、住宅、オフィス、又は車内における人体などのような熱源からの赤外光を検出する赤外光検出デバイスとして利用することが可能なものである。図３に示す光学デバイス３００は、例えば、エアコン、電磁調理装置、又はパソコンなどにおける温度制御デバイス又は省電力のためのエネルギーマネジメントデバイスとして利用することが可能なものである。
【００８３】
光検出デバイス３００において、好ましくは、光学素子及び光を検出する素子３０３は、半導体の材料で形成されたものである。
【００８４】
半導体の材料としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）等が挙げられる。
【００８５】
光学素子及び光を検出する素子３０３が、半導体の材料で形成されたものである場合には、半導体プロセスを用いて光検出デバイス３００をより容易に製造することが可能になる。より容易に製造することが可能な且つより広い入射角度の範囲を備えた光を検出することが可能な光検出デバイス３００を提供することが可能になる。本発明の第二の実施形態によれば、より容易に製造することが可能な且つより高い角度分解能で光を検出することが可能な光検出デバイス３００を提供することが可能になる。
【００８６】
図４は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例のより詳細な構成を示す図である。図４（ａ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例の平面図である。図４（ｂ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例におけるＡＡ'方向に沿った断面図である。図４（ｃ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例におけるＢＢ'方向に沿った断面図である。
【００８７】
図４に示す本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例は、図３に示す本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイス３００と同様の赤外光センサー４００である。図４に示す赤外光センサー４００は、赤外光を検出する光検出デバイスであると共に、本発明の第一の実施形態に係る光学素子としての赤外線集光素子及び赤外線集光素子によって集光させられた赤外光を検出する素子としてのセンサー回路４０３を含む。センサー回路４０３は、回路基板４０４に保持されている。センサー回路４０３は、一次元的に配列された且つ赤外光を受光する複数の赤外線受光面（画素）を有すると共に赤外線受光面によって受光された赤外光を電気信号へ変換する。赤外光センサー４００は、センサー回路４０３から出力される電気信号を増幅する信号増幅回路及び信号増幅回路の出力から熱源の有無又は方向の情報を得る信号処理回路を含む。
【００８８】
赤外光センサー４００に含まれる赤外線集光素子は、赤外光を集光させる光学素子である。赤外線集光素子は、熱源より放射される赤外光を、赤外光の光線の入射角度に依存して、センサー回路４０３の赤外線受光面（画素）に集光させる。
【００８９】
赤外線集光素子は、ケイ素（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）のような赤外線に対して透過性の半導体の材料で形成されたものである。ケイ素（Ｓｉ）は、１０μｍ程度の波長を備えた赤外光に対して透明な材料である。赤外光に対して透明な材料として、好ましくは、ケイ素（Ｓｉ）が、使用される。赤外光に対して透明な材料としてケイ素（Ｓｉ）が使用される場合には、赤外線集光素子をケイ素（Ｓｉ）から形成することが可能であるのみならず、ＣＭＯＳプロセス技術を使用することによってセンサー回路４０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を形成することが可能になる。
【００９０】
赤外線集光素子は、赤外線の入射側における第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂ並びに赤外線の射出側における第三の柱面４０２を有する。第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂは、同一の形状を有する凸面の円柱面であると共に、第三の柱面４０２は、凹面の円柱面である。第一の柱面４０１ａの軸及び第三の柱面４０２の軸を含む平面は、第二の柱面４０１ｂの軸及び第三の柱面４０２の軸を含む平面と交差する。第一の柱面４０１ａの軸及び第三の柱面４０２の軸の間の距離は、第二の柱面４０１ｂの軸及び第三の柱面４０２の軸の間の距離と同一である。第一の柱面４０１ａの曲率半径は、第二の柱面４０１ｂの曲率半径と同一である。第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂは、第一の柱面４０１ａの軸及び第二の柱面４０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面４０２の軸を含む平面に対して、対称的な形状を有する。第一の柱面４０１ａ（の軸）及び第二の柱面４０１ｂ（の軸）は、第一の柱面４０１ａの軸及び第二の柱面４０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面４０２の軸を含む平面に対して、所定の量Ｚだけシフトさせられている。
【００９１】
赤外光センサー４００において、第一の円柱面４０１ａの軸及び第二の円柱面４０１ｂの軸の方向（ＢＢ'に平行な方向）は、一次元的に配列されたセンサー回路４０３の受光面（画素）の配列の方向（ＡＡ'に平行な方向）と直交する方向である。第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂは、一次元的に配列されたセンサー回路４０３の受光面（画素）の配列の方向（ＡＡ'に平行な方向）において互いにシフトさせられている。第三の柱面４０２及びセンサー回路４０３の間の距離は、センサー回路４０３の受光面に集光される赤外光のスポットのサイズを低減するように、調整される。センサー回路４０３の受光面に集光される赤外光のスポットのサイズを低減するために、第三の柱面４０２は、赤外線集光素子に彫り込まれた凹面の形状を有することがある。
【００９２】
赤外線集光素子における第一の柱面４０１ａ、第二の柱面４０１ｂ、及び第二の柱面４０２は、好ましくは、赤外光を透過させる単層膜又は多層膜による無反射コーティングが施されたものである。赤外線集光素子における第一の柱面４０１ａ、第二の柱面４０１ｂ、及び第二の柱面４０２が、赤外光を透過させる単層膜又は多層膜による無反射コーティングが施されたものである場合には、赤外線集光素子の透過する赤外光の透過率を向上させることが可能になる。赤外光センサー４００においてセンサー回路４０３によって検出される赤外光の検出感度を向上させることが可能になる。
【００９３】
熱源から放射された赤外光が、赤外光センサー４００の赤外線集光素子に入射すると、赤外光は、第一の円柱面４０１ａ又は第二の円柱面４０１ｂを透過すると共にそれぞれ第一の円柱面４０１ａ又は第二の円柱面４０１ｂによって屈折される。第一の円柱面４０１ａ又は第二の円柱面４０１ｂを透過した赤外光は、第二の円柱面４０２に入射する。第二の円柱面４０２に入射した赤外光は、第二の円柱面４０２によって屈折されると共に赤外線集光素子から射出される。赤外線集光素子から射出された赤外光は、相対的に短い距離で、センサー回路４０３における所定の受光面（画素）に集光される。
【００９４】
赤外光センサー４００のサイズは、しばしば、赤外光センサー４００から熱源までの距離と比べて十分に小さいため、赤外光センサー４００に入射する赤外光を、しばしば、赤外光の平行光線と考えることが可能である。赤外光センサー４００に含まれる赤外線集光素子に赤外光の平行光線が入射するとき、赤外線集光素子が第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂを有するために、赤外光センサー４００に含まれるセンサー回路４０３の一つの受光面（画素）において二つの異なる入射角度を備えた赤外光の平行光線を受けることが可能になる。赤外光センサー４００に含まれるセンサー回路４０３が、Ｎ個の受光面（画素）を有する場合には、赤外線集光素子が第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂを有するために、赤外光センサー４００に含まれるセンサー回路４０３のＮ個の受光面（画素）において２Ｎ個の異なる入射角度を備えた赤外光の平行光線を受けることが可能になる。
【００９５】
図４に示すような赤外光センサー４００に含まれる赤外線集光素子の構成によれば、センサー回路４０３の画素が相対的に少ない場合であっても、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な赤外線集光素子及びより広い入射角度の範囲を備えた光を検出することが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。より高い角度分解能で光を集光させることが可能な赤外線集光素子及びより高い角度分解能で光を検出することが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。より高い精度で熱源の有無又は方向の情報を得ることが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。
【００９６】
赤外線集光素子は、第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂ並びに第三の柱面４０２を有する部分を支持する支持基板４０５をさらに含む。第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂ並びに第三の柱面４０２を有する部分は、支持基板４０５に接合されている。支持基板４０５は、回路基板４０４と接合されている。
【００９７】
回路基板４０４は、センサー回路４０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を保持すると共に、第一の柱面４０１ａ及び第二の柱面４０１ｂ並びに第三の柱面４０２を有する部分及び支持基板４０５と一緒にセンサー回路４０３、信号増幅回路、及び信号処理回路をパッケージングする。
【００９８】
赤外光センサー４００において、第一の柱面４０１ａの軸及び第二の柱面４０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向における赤外線集光素子の長さ、すなわち、第一の柱面４０１ａ又は第二の柱面４０１ｂの最上部の直線と回路基板４０４及び支持基板４０５の接合面との間の距離は、１ｍｍ以下であるため、より小型の赤外光センサー４００を提供することが可能になる。
【００９９】
赤外光センサー４００に含まれる赤外線集光素子における第一の柱面４０１ａ、第二の柱面４０１ｂ、及び第三の柱面４０２は、赤外線集光素子の形状に対応する金型を使用する成形の技術によって、形成されることがある。
【０１００】
赤外光センサー４００は、第一の半導体ウェハから赤外線集光素子を形成すること、第二の半導体ウェハからセンサー回路４０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を形成すること、赤外線集光素子が形成された第一の半導体ウェハ及びセンサー回路４０３、信号増幅回路、及び信号処理回路が形成された第二の半導体ウェハと接合すること、及び接合された第一の半導体ウェハ及び第二の半導体ウェハをカットすることを含む方法によって製造されることがある。半導体ウェハプロセスを用いることで半導体ウェハから赤外光センサー４００を製造することが可能になる。例えば、赤外線集光素子における第一の柱面４０１ａ、第二の柱面４０１ｂ、及び第三の柱面４０２は、第一の半導体ウェハの一部を除去するエッチングの技術を使用することによって形成される。センサー回路４０３、信号増幅回路、及び信号処理回路は、第二の半導体ウェハの一部を除去するエッチングの技術を使用することによって形成される。赤外光センサー４００をより低いコスト及びより高い生産性で製造することが可能になる。
【０１０１】
赤外光センサー４００は、例えば、人感センサーとして使用されることがある。
【０１０２】
図９は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光学素子に入射する光線の例を示す図である。図９（ａ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光学素子の第一の柱面に入射する光線の例を示す図である。図９（ｂ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光学素子の第二の柱面に入射する光線の例を示す図である。
【０１０３】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例は、図４に示す本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイス４００と同様の赤外光センサー９００である。
【０１０４】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す赤外光センサー９００は、赤外光を検出する光検出デバイスであると共に、本発明の第一の実施形態に係る光学素子としての赤外線集光素子及び赤外線集光素子によって集光させられた赤外光を検出する素子としてのセンサー回路を含む。
【０１０５】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、赤外線集光素子は、一方の側における第一の柱面９０１ａ及び第二の柱面９０１ｂ並びに他方の側における第三の柱面９０２を有する。第一の柱面９０１ａ及び第二の柱面９０１ｂは、同一の形状を有する凸面の円柱面であると共に、第三の柱面９０２は、凹面の円柱面である。第一の柱面９０１ａの軸及び第三の柱面９０２の軸を含む平面は、第二の柱面９０１ｂの軸及び第三の柱面９０２の軸を含む平面と交差する。第一の柱面９０１ａの軸及び第三の柱面９０２の軸の間の距離は、第二の柱面９０１ｂの軸及び第三の柱面９０２の軸の間の距離と同一である。第一の柱面９０１ａの曲率半径は、第二の柱面９０１ｂの曲率半径と同一である。第一の柱面９０１ａ及び第二の柱面９０１ｂは、第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面９０２の軸を含む平面に対して、対称的な形状を有する。第一の柱面９０１ａ（の軸）及び第二の柱面９０１ｂ（の軸）は、第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面９０２の軸を含む平面に対して、所定の量だけシフトさせられている。赤外線集光素子は、赤外線集光素子に入射する赤外線を第一の柱面９０１ａの軸、第二の柱面９０１ｂの軸、及び第三の柱面９０２の軸の少なくとも一つの方向と平行な方向に集光する。平行は、完全な平行及び実質的に平行とみなせる程度を含む。
【０１０６】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す赤外光センサー９００において、センサー回路は、第一の柱面９０１ａの軸、第二の柱面９０１ｂの軸、及び第三の柱面９０２の軸の少なくとも一つの方向と直交する方向に赤外線集光素子によって集光させられた光を受光する複数の素子としての複数の赤外線受光面（画素）９０３を含む。直交は、完全な直交及び実質的に直交とみなせる程度を含む。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す赤外光センサー９００において、複数の赤外線受光面（画素）９０３を含むセンサー回路は、一次元アレイセンサーである。
【０１０７】
図９（ａ）及び図９（ｂ）においては、無限遠方に存在すると考えられることがある熱源（光源）から放射された赤外線は、赤外光センサー９００に対して平行光線として入射すると考えられる。赤外光センサー９００に入射する赤外線は、赤外線集光素子によって集光させられると共に、集光させられた赤外線は、センサー回路に含まれる一つの赤外線受光面９０３に受光されることがある。
【０１０８】
図９（ａ）に示すように、熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対して相対的に大きい角度θ１で第一の柱面９０１ａに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を透過すると共に赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２によって屈折させられる。角度θ１で第一の柱面９０１ａに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる一方の末端における赤外線受光面（画素）９０３に集光させられる。
【０１０９】
図９（ａ）に示すように、熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対して相対的に小さい角度θ２で第一の柱面９０１ａに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を透過すると共に赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２によって屈折させられる。角度θ２で第一の柱面９０１ａに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる他方の末端における赤外線受光面（画素）９０３に集光させられる。
【０１１０】
熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対してθ２よりも大きい且つθ１よりも小さい角度で第一の柱面９０１ａに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を透過すると共に赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２によって屈折させられる。θ２よりも大きい且つθ１よりも小さい角度で第一の柱面９０１ａに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる一方の末端及び他方の末端の間における赤外線受光面（画素）９０３に集光させられる。
【０１１１】
熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対してθ２以上の且つθ１以下の角度で第二の柱面９０１ｂに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、赤外線集光素子の第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を透過すると共に赤外線集光素子の第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２によって屈折させられる。θ２以上の且つθ１以下の角度で第二の柱面９０１ｂに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる赤外線受光面（画素）９０３に集光させられない。
【０１１２】
図９（ｂ）に示すように、熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０２ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対して（角度θ１又はθ２に対して反対側に）相対的に大きい角度θ３で第二の柱面９０１ｂに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、赤外線集光素子の第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を透過すると共に赤外線集光素子の第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２によって屈折させられる。角度θ３で第二の柱面９０１ｂに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる一方の末端における赤外線受光面（画素）９０３に集光させられる。
【０１１３】
図９（ｂ）に示すように、熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対して（角度θ１又はθ２に対して反対側に）相対的に小さい角度θ４で第二の柱面９０１ｂに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、赤外線集光素子の第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を透過すると共に赤外線集光素子の第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２によって屈折させられる。角度θ４で第二の柱面９０１ｂに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる他方の末端における赤外線受光面（画素）９０３に集光させられる。
【０１１４】
熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対してθ４よりも大きい且つθ３よりも小さい角度で第二の柱面９０１ｂに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、赤外線集光素子の第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を透過すると共に赤外線集光素子の第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２によって屈折させられる。θ４よりも大きい且つθ３よりも小さい角度で第二の柱面９０１ｂに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる一方の末端及び他方の末端の間における赤外線受光面（画素）９０３に集光させられる。
【０１１５】
熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対してθ４以上の且つθ３以下の角度で第一の柱面９０１ａに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を透過すると共に赤外線集光素子の第一の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２によって屈折させられる。θ４以上の且つθ３以下の角度で第一の柱面９０１ａに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる赤外線受光面（画素）９０３に集光させられない。
【０１１６】
センサー回路が、第一の柱面９０１ａの軸、第二の柱面９０１ｂの軸、及び第三の柱面９０２の軸の少なくとも一つの方向と直交する方向に複数の赤外線受光面（画素）９０３を含むとき、センサー回路の赤外線受光面（画素）９０３の数が相対的に少ない場合であっても、より広い入射角度の範囲を備えた赤外線を検出することが可能な赤外光センサー９００を提供することが可能になる。より小型の赤外光センサー９００を提供することが可能になる。より広い角度の範囲で熱源の存在又は変位の情報を得ることが可能な赤外光センサー９００を提供することが可能になる。
【０１１７】
熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対してθ１からθ３まで（又はθ３からθ１まで）の連続的な角度で第一の柱面９０１ａ及び第二の柱面９０１ｂに入射するとき、θ１からθ２まで（又はθ２からθ１まで）の連続的な角度で第一の柱面９０１ａに入射する赤外線は、センサー回路に含まれる一方の末端から他方の末端までの赤外線受光面（画素）９０３に連続的に集光させられると共に、θ４からθ３まで（又はθ３からθ４まで）の連続的な角度で第二の柱面９０１ｂに入射する赤外線は、再度、センサー回路に含まれる一方の末端から他方の末端までの赤外線受光面（画素）９０３に連続的に集光させられる。熱源から放射された赤外線が、赤外線集光素子の第一の柱面９０１ａの軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向に対してθ１からθ３まで（又はθ３からθ１まで）の連続的な角度で第一の柱面９０１ａ及び第二の柱面９０１ｂに入射するとき、熱源から放射された赤外線は、センサー回路に含まれる一方の末端から他方の末端までの赤外線受光面（画素）９０３に二回集光させられる。
【０１１８】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す赤外光センサー９００において、第一の柱面９０１ａ、第二の柱面９０１ｂ、及び第三の柱面９０２、並びに複数の赤外線受光面（画素）９０３は、第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線又は第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線のいずれか一方が、複数の赤外線受光面（画素）９０３によって受光されるように、設けられたものである。
【０１１９】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す赤外光センサー９００において、第一の柱面９０１ａ、第二の柱面９０１ｂ、及び第三の柱面９０２の形状及び配置（相対的な位置）並びに複数の赤外線受光面（画素）９０３の配置（相対的な位置）は、第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線又は第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線のいずれか一方が、複数の赤外線受光面（画素）９０３によって受光されるように、決定される。
【０１２０】
第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線又は第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線のいずれか一方が、複数の赤外線受光面（画素）９０３によって受光されるとき、熱源から放射された赤外線は、センサー回路に含まれる一方の末端から他方の末端までの赤外線受光面（画素）９０３に二回集光させられるため、赤外線を検出する赤外光センサー９００の角度分解能は、実質的に、赤外線受光面（画素）９０３の数によって決定される赤外線を検出する角度分解能の二倍である。
【０１２１】
第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線又は第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線のいずれか一方が、複数の赤外線受光面（画素）９０３によって受光されるように、第一の柱面９０１ａ、第二の柱面９０１ｂ、及び第三の柱面９０２、並びに複数の赤外線受光面（画素）９０３が、設けられたものであるとき、センサー回路の赤外線受光面（画素）９０３の数が相対的に少ない場合であっても、より高い角度分解能で赤外線を検出することが可能な赤外光センサー９００を提供することが可能になる。
【０１２２】
赤外線を放射する物体の存在（有無）又は変位を検知するときには、物体の位置又は角度に関する情報は、しばしば不要であると共に、一つの物体から放射された赤外線が赤外光センサーに含まれるセンサー回路の赤外線受光面（画素）に集光されることが、単に要求されることがある。
【０１２３】
第一の柱面９０１ａ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線又は第二の柱面９０１ｂ及び第三の柱面９０２を通過する赤外線のいずれか一方が、複数の赤外線受光面（画素）９０３によって受光されるように、第一の柱面９０１ａ、第二の柱面９０１ｂ、及び第三の柱面９０２、並びに複数の赤外線受光面（画素）９０３が、設けられたものであるとき、より高い精度で熱源の存在又は変位の情報を得ることが可能な赤外光センサー９００を提供することが可能になる。
【０１２４】
図５は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡の例を示す図である。
【０１２５】
図５に示す光線追跡の例は、図４に示す赤外線センサー４００と同様の赤外線センサー５００に含まれる赤外線集光素子についての光線追跡の数値シミュレーションの結果である。図５に示す赤外線センサー５００に含まれる赤外線集光素子の第一の柱面及び第二の柱面５０１の円柱面の曲率半径を１２００μｍに設定した。図５に示す赤外線センサー５００に含まれる赤外線集光素子の第三の柱面５０２の円柱面の曲率半径を１３５０μｍに設定した。第一の円柱面又は第二の円柱面５０１及び第三の円柱面５０２の間における間隔（赤外線集光素子の厚さ）を７６０μｍに設定した。図５に示す赤外線センサー５００に含まれるセンサー回路５０３の受光面（画素）の数を８個に設定した。
【０１２６】
赤外線センサー５００に含まれるセンサー回路５０３の受光面の法線の方向に対する赤外光の平行光線の入射角度を１．８７５°及び２８．１２５°に設定したとき、赤外線センサー５００に入射する赤外光の平行光線の光線追跡の結果を図５に示す。図５に示すように、１．８７５°の入射角度を備えた赤外光の平行光線は、センサー回路５０３における右端の画素に集光された。２７．１２５°の入射角度を備えた赤外光の平行光線は、センサー回路５０３における左端の画素に集光された。
【０１２７】
赤外線センサー５００に入射する赤外光の平行光線は、赤外線センサー５００に含まれる赤外線集光素子によって赤外線センサー５００に含まれるセンサー回路５０３の受光面に集光されることを確認することができた。
【０１２８】
図１０は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡のための光検出デバイスのモデル及びパラメータの例を示す図である。
【０１２９】
本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡（数値シミュレーション）には、市販の照明設計解析ソフトウェアである"Ｌｉｇｈｔ Ｔｏｏｌｓ"を用いた。
【０１３０】
本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡のための光検出デバイスのモデルとして、図１０に示すような赤外線集光素子及びセンサー回路を含む赤外線センサーを用いた。赤外線集光素子は、一方の側における第一の柱面及び第二の柱面並びに他方の側における第三の柱面を有する。第一の柱面及び第二の柱面は、同一の形状を有する凸面の円柱面であると共に、第三の柱面は、凹面の円柱面である。第一の柱面の軸及び第三の柱面の軸を含む平面は、第二の柱面の軸及び第三の柱面の軸を含む平面と交差する。第一の柱面の軸及び第三の柱面の軸の間の距離は、第二の柱面の軸及び第三の柱面の軸の間の距離と同一である。第一の柱面の曲率半径は、第二の柱面の曲率半径と同一である。第一の柱面及び第二の柱面は、第一の柱面の軸及び第二の柱面の軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面の軸を含む平面に対して、対称的な形状を有する。第一の柱面（の軸）及び第二の柱面（の軸）は、第一の柱面の軸及び第二の柱面９０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面の軸を含む平面に対して、所定の量だけシフトさせられている。
【０１３１】
本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡のための光検出デバイスのパラメータとして、図１０に示すような赤外線集光素子及びセンサー回路を含む赤外線センサーのパラメータを用いた。第一の柱面及び第二の柱面である凸面の円柱面の曲率半径は、１２００μｍであった。第三の柱面である凹面の円柱面の曲率半径は、１３５０μｍであった。第一の柱面の軸及び第二の柱面の軸を含む平面に垂直な方向における赤外線集光素子の厚さ（第一の柱面又は第二の柱面の中心（軸）及び第三の柱面の外周の間の距離）は、９１０μｍであった。第一の柱面の軸及び第二の柱面の軸を含む平面に垂直な方向における赤外線集光素子のレンズの厚さ（第一の柱面の中心（軸）又は第二の柱面の中心（軸）及び第三の柱面の中心（軸）の間の距離）は、８５０μｍであった。第一の柱面又は第二の柱面のレンズの厚さ（第一の柱面又は第二の柱面の中心（軸）及び第一の柱面又は第二の柱面の外周の間の距離）は、１８０μｍであった。第三の柱面のレンズの厚さ（第三の柱面及び第三の柱面の外周の間の距離）は、６０μｍであった。第一の柱面の中心（軸）又は第二の柱面の中心（軸）及び第三の柱面の中心（軸）の間における距離（偏心量）は、１０５μｍであった。
【０１３２】
図６は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第一の例における光線追跡の結果の例を示す図である。
【０１３３】
図６に示す光線追跡の例は、図１０に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子についての光線追跡の数値シミュレーションの結果である。図１０に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子についての光線追跡の数値シミュレーションには、"Ｌｉｇｈｔ Ｔｏｏｌｓ"を用いた。図６は、図１０に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子に入射する赤外光の平行光線の入射角度に対する赤外線センサーに含まれるセンサー回路の受光面に集光する赤外光の光線の数を示す。赤外線センサーに含まれるセンサー回路は、８個の受光面（画素）を有すると共に、各々の受光面（画素）のサイズは、４０μｍ×５０μｍである。図６の横軸は、図５に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素に入射する赤外光の平行光線の入射角度（度）を示す。図６の縦軸は、赤外線センサーに含まれるセンサー回路の受光面に集光する赤外光の光線の数を示す。図６の縦軸の値は、赤外線集光素子の無い場合における赤外線センサーに含まれるセンサー回路の受光面に到達する赤外光の光線の数で規格化された値である。図６に示す光線追跡の例においては、第一の柱面及び第二の柱面の対称性を考慮に入れて、第一の柱面及び第三の柱面を通過する赤外光の光線についてのみ光線追跡の数値シミュレーションを行った。図６に示す光線追跡の例においては、赤外線センサーに含まれる回路基板における赤外光の光線の多重反射並びに赤外線センサーに設けられた空洞構造における赤外線の光線の反射及び屈折の効果が考慮されている。
【０１３４】
図６に示す光線追跡の結果から、赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子によって、赤外線センサーに入射する異なる入射角度を備えた赤外光の平行光線を分離することが可能であることを確認することができた。赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子の第一の柱面及び第二の柱面の構成（形状の対称性）によって、赤外線センサーに含まれるセンサー回路の一つの受光面（画素）に二つの異なる入射角度を備えた赤外光の平行光線を導入することができる（実質的に二倍の角度分解能を得ることができる）ことを確認することができた。
【０１３５】
図７は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第二の例の構成を示す図である。
【０１３６】
図７に示す本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第二の例としての赤外光センサー７００は、赤外光を検出する光検出デバイスであると共に、本発明の第一の実施形態に係る光学素子としての赤外線集光素子及び赤外線集光素子によって集光させられた赤外光を検出する素子としてのセンサー回路７０３を含む。センサー回路７０３は、回路基板７０４に保持されている。センサー回路７０３は、一次元的に配列された且つ赤外光を受光する複数の赤外線受光面（画素）を有すると共に赤外線受光面によって受光された赤外光を電気信号へ変換する。赤外光センサー７００は、センサー回路７０３から出力される電気信号を増幅する信号増幅回路及び信号増幅回路の出力から熱源の有無又は方向の情報を得る信号処理回路を含む。
【０１３７】
赤外光センサー７００に含まれる赤外線集光素子は、赤外光を集光させる光学素子である。赤外線集光素子は、熱源より放射される赤外光を、赤外光の光線の入射角度に依存して、センサー回路７０３の赤外線受光面（画素）に集光させる。
【０１３８】
赤外線集光素子は、ケイ素（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）のような赤外線に対して透過性の半導体の材料で形成されたものである。ケイ素（Ｓｉ）は、１０μｍ程度の波長を備えた赤外光に対して透明な材料である。赤外光に対して透明な材料として、好ましくは、ケイ素（Ｓｉ）が、使用される。赤外光に対して透明な材料としてケイ素（Ｓｉ）が使用される場合には、赤外線集光素子をケイ素（Ｓｉ）から形成することが可能であるのみならず、ＣＭＯＳプロセス技術を使用することによってセンサー回路７０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を形成することが可能になる。
【０１３９】
赤外線集光素子は、赤外線の入射側における第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂ並びに赤外線の射出側における第三の柱面７０２を有する。第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂは、凸面の非円柱面であると共に、第三の柱面４０２は、凹面の円柱面である。第一の柱面７０１ａの軸及び第三の柱面７０２の軸を含む平面は、第二の柱面７０１ｂの軸及び第三の柱面７０２の軸を含む平面と交差する。第一の柱面７０１ａの軸及び第三の柱面７０２の軸の間の距離は、第二の柱面７０１ｂの軸及び第三の柱面７０２の軸の間の距離と同一である。第一の柱面７０１ａの曲率半径は、第二の柱面７０１ｂの曲率半径と同一である。第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂは、第一の柱面７０１ａの軸及び第二の柱面７０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面７０２の軸を含む平面に対して、互いに対称的な形状を有する。第一の柱面７０１ａは、第一の柱面７０１ａの軸及び第二の柱面７０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面７０２の軸を含む平面に対して、非対称的な形状を有する。第一の柱面７０１ａは、第一の柱面７０１ａの軸及び第二の柱面７０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面７０２の軸を含む平面に対して、左側に相対的に高い曲率を備えた面を有すると共に右側に相対的に低い曲率を備えた面を有する。第二の柱面７０１ｂは、第一の柱面７０１ａの軸及び第二の柱面７０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面７０２の軸を含む平面に対して、非対称的な形状を有する。第二の柱面７０１ｂは、第一の柱面７０１ａの軸及び第二の柱面７０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面７０２の軸を含む平面に対して、左側に相対的に低い曲率を備えた面を有すると共に右側に相対的に高い曲率を備えた面を有する。第一の柱面７０１ａ（の軸）及び第二の柱面７０１ｂ（の軸）は、第一の柱面７０１ａの軸及び第二の柱面７０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面４０２の軸を含む平面に対して、所定の量Ｚだけシフトさせられている。
【０１４０】
赤外光センサー７００において、第一の円柱面４０１ａの軸及び第二の円柱面４０１ｂの軸の方向は、一次元的に配列されたセンサー回路７０３の受光面（画素）の配列の方向と直交する方向である。第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂは、一次元的に配列されたセンサー回路７０３の受光面（画素）の配列の方向において互いにシフトさせられている。第三の柱面７０２及びセンサー回路７０３の間の距離は、センサー回路７０３の受光面に集光される赤外光のスポットのサイズを低減するように、調整される。センサー回路７０３の受光面に集光される赤外光のスポットのサイズを低減するために、第三の柱面７０２は、赤外線集光素子に彫り込まれた凹面の形状を有することがある。
【０１４１】
赤外線集光素子における第一の柱面７０１ａ、第二の柱面７０１ｂ、及び第二の柱面７０２は、好ましくは、赤外光を透過させる単層膜又は多層膜による無反射コーティングが施されたものである。赤外線集光素子における第一の柱面７０１ａ、第二の柱面７０１ｂ、及び第二の柱面７０２が、赤外光を透過させる単層膜又は多層膜による無反射コーティングが施されたものである場合には、赤外線集光素子の透過する赤外光の透過率を向上させることが可能になる。赤外光センサー７００においてセンサー回路７０３によって検出される赤外光の検出感度を向上させることが可能になる。
【０１４２】
熱源から放射された赤外光が、赤外光センサー４００の赤外線集光素子に入射すると、赤外光は、第一の円柱面７０１ａ又は第二の円柱面７０１ｂを透過すると共にそれぞれ第一の円柱面７０１ａ又は第二の円柱面７０１ｂによって屈折される。第一の円柱面７０１ａ又は第二の円柱面７０１ｂを透過した赤外光は、第二の円柱面７０２に入射する。第二の円柱面７０２に入射した赤外光は、第二の円柱面７０２によって屈折されると共に赤外線集光素子から射出される。赤外線集光素子から射出された赤外光は、相対的に短い距離で、センサー回路７０３における所定の受光面（画素）に集光される。
【０１４３】
赤外光センサー７００のサイズは、しばしば、赤外光センサー７００から熱源までの距離と比べて十分に小さいため、赤外光センサー７００に入射する赤外光を、しばしば、赤外光の平行光線と考えることが可能である。赤外光センサー７００に含まれる赤外線集光素子に赤外光の平行光線が入射するとき、赤外線集光素子が第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂを有するために、赤外光センサー７００に含まれるセンサー回路７０３の一つの受光面（画素）において二つの異なる入射角度を備えた赤外光の平行光線を受けることが可能になる。赤外光センサー７００に含まれるセンサー回路７０３が、Ｎ個の受光面（画素）を有する場合には、赤外線集光素子が第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂを有するために、赤外光センサー７００に含まれるセンサー回路７０３のＮ個の受光面（画素）において２Ｎ個の異なる入射角度を備えた赤外光の平行光線を受けることが可能になる。
【０１４４】
図７に示すような赤外光センサー７００に含まれる赤外線集光素子の構成によれば、センサー回路７０３の画素が相対的に少ない場合であっても、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な赤外線集光素子及びより広い入射角度の範囲を備えた光を検出することが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。より高い角度分解能で光を集光させることが可能な赤外線集光素子及びより高い角度分解能で光を検出することが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。より高い精度で熱源の有無又は方向の情報を得ることが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。
【０１４５】
図７に示すように赤外光センサー７００に含まれる赤外線集光素子の第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂが、非円柱面であるため、第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂの非円柱面の形状を調整することによって、赤外線センサー７００に含まれるセンサー回路７０３の受光面（画素）に集光される赤外光の光線の収差を低減することが可能になる。センサー回路７０３の受光面（画素）に集光される赤外光の光線の収差としては、例えば、センサー回路７０３の受光面（画素）に集光される赤外光の光線の像面湾曲等が挙げられる。より低減された収差を備えた光を集光させることが可能な赤外線集光素子及びより低減された収差を備えた光を検出することが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。より高い分解能で光を集光させることが可能な赤外線集光素子及びより高い分解能で光を検出することが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。さらに高い精度で熱源の有無又は方向の情報を得ることが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。
【０１４６】
赤外線集光素子は、第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂ並びに第三の柱面７０２を有する部分を支持する支持基板７０５をさらに含む。第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂ並びに第三の柱面７０２を有する部分は、支持基板７０５に接合されている。支持基板７０５は、回路基板７０４と接合されている。
【０１４７】
回路基板７０４は、センサー回路７０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を保持すると共に、第一の柱面７０１ａ及び第二の柱面７０１ｂ並びに第三の柱面７０２を有する部分及び支持基板７０５と一緒にセンサー回路７０３、信号増幅回路、及び信号処理回路をパッケージングする。
【０１４８】
赤外光センサー７００において、第一の柱面７０１ａの軸及び第二の柱面７０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向における赤外線集光素子の長さ、すなわち、第一の柱面７０１ａ又は第二の柱面７０１ｂの最上部の直線と回路基板７０４及び支持基板７０５の接合面との間の距離は、１ｍｍ以下であるため、より小型の赤外光センサー７００を提供することが可能になる。
【０１４９】
赤外光センサー７００に含まれる赤外線集光素子における第一の柱面７０１ａ、第二の柱面７０１ｂ、及び第三の柱面７０２は、赤外線集光素子の形状に対応する金型を使用する成形の技術によって、形成されることがある。
【０１５０】
赤外光センサー７００は、第一の半導体ウェハから赤外線集光素子を形成すること、第二の半導体ウェハからセンサー回路７０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を形成すること、赤外線集光素子が形成された第一の半導体ウェハ及びセンサー回路７０３、信号増幅回路、及び信号処理回路が形成された第二の半導体ウェハと接合すること、及び接合された第一の半導体ウェハ及び第二の半導体ウェハをカットすることを含む方法によって製造されることがある。半導体ウェハプロセスを用いることで半導体ウェハから赤外光センサー７００を製造することが可能になる。例えば、赤外線集光素子における第一の柱面７０１ａ、第二の柱面７０１ｂ、及び第三の柱面７０２は、第一の半導体ウェハの一部を除去するエッチングの技術を使用することによって形成される。センサー回路７０３、信号増幅回路、及び信号処理回路は、第二の半導体ウェハの一部を除去するエッチングの技術を使用することによって形成される。赤外光センサー７００をより低いコスト及びより高い生産性で製造することが可能になる。
【０１５１】
赤外光センサー７００は、例えば、人感センサーとして使用されることがある。
【０１５２】
図１２は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第四の例における光線追跡のための光検出デバイスのモデル及び光線追跡の結果の例を示す図である。図１２（ａ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第四の例における光線追跡のための光検出デバイスのモデルの例を示す図である。図１２（ａ）の横軸は、光検出デバイスに含まれる光学素子の第三の柱面の軸を基準とした光学素子の水平位置（μｍ）を表す。図１２（ａ）の縦軸は、光検出デバイスに含まれる光学素子の第一の柱面又は第二の柱面のサグ量（μｍ）を表す。図１２（ｂ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第四の例における光線追跡の結果の例を示す図である。
【０１５３】
図１２（ａ）に示す光線追跡のための光検出デバイスのモデルの例は、光検出デバイスに含まれる光学素子の第一の柱面及び第二の柱面を除いては、図１０に示すような赤外線集光素子及びセンサー回路を含む赤外線センサーと同様である。図１２（ａ）に示す赤外線センサーにおいては、赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子の第一の柱面及び第二の柱面は、図１１に示されるような本発明の第一の実施形態に係る光学素子の例と同様のものであると共に、フレネルレンズ形状を有する。図１２（ａ）に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子においては、フレネルレンズ形状を有すると共に凸面である第一の柱面及び第二の柱面のサグ量は、５０μｍであった。図１２（ａ）に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子においては、赤外線集光素子の第三の柱面（凹面の形状を有する）の曲率半径は、８３０μｍであった。赤外線集光素子の厚さは、７２０μｍであった。
【０１５４】
図１２（ｂ）に示す光線追跡の例は、図１２（ａ）に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子についての光線追跡の数値シミュレーションの結果である。図１２（ａ）に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子についての光線追跡の数値シミュレーションには、市販の光学設計・シミュレーションソフトウェアである"ＣＯＤＥ Ｖ"を用いた。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子に入射する赤外線の平行光線の入射角度に対する赤外線センサーに含まれるセンサー回路の受光面に集光する赤外線の光線の数を示す。図１２（ｂ）の横軸は、図１２（ａ）に示す赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子に入射する赤外線の平行光線の入射角度（度）を示す。図１２（ｂ）の縦軸は、赤外線センサーに含まれるセンサー回路の受光面に集光する赤外線の光線の数を示す。図１２（ｂ）の縦軸の値は、赤外線集光素子の無い場合における赤外線センサーに含まれるセンサー回路の受光面に到達する赤外線の光線の数で規格化された値である。図１２（ｂ）に示す光線追跡の例においては、第一の柱面及び第二の柱面の対称性を考慮に入れて、第一の柱面及び第三の柱面を通過する赤外線の光線についてのみ光線追跡の数値シミュレーションを行った。図１２（ｂ）に示す光線追跡の例においては、赤外線センサーに含まれる回路基板における赤外線の光線の多重反射並びに赤外線センサーに設けられた空洞構造における赤外線の光線の反射及び屈折の効果は考慮されていない。
【０１５５】
図１２（ｂ）に示す光線追跡の結果から、赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子の第一の柱面及び第二の柱面がフレネルレンズ形状を有する場合であっても、赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子によって、赤外線センサーに入射する異なる入射角度を備えた赤外線の平行光線を分離することが可能であることを確認することができた。赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子の第一の柱面及び第二の柱面がフレネルレンズ形状を有する場合であっても、赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子の第一の柱面及び第二の柱面の構成（形状の対称性）によって、赤外線センサーに含まれるセンサー回路の一つの受光面（画素）に二つの異なる入射角度を備えた赤外線の平行光線を導入することができる（実質的に二倍の角度分解能を得ることができる）ことを確認することができた。赤外線センサーに含まれる赤外線集光素子の第一の柱面及び第二の柱面がフレネルレンズ形状を有する場合であっても、赤外線センサーに含まれるセンサー回路の受光面（画素）によって赤外線を受光する効率は、大幅に低減されるものではないことを確認することができた。
【０１５６】
図８は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第三の例の構成を示す図である。図８（ａ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第三の例の平面図である。図８（ｂ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第三の例におけるＡＡ'方向に沿った断面図である。図８（ｃ）は、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第三の例におけるＢＢ'方向に沿った断面図である。
【０１５７】
図８に示す本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスの第三の例としての赤外光センサー８００は、赤外光を検出する光検出デバイスであると共に、本発明の第一の実施形態に係る光学素子としての赤外線集光素子及び赤外線集光素子によって集光させられた赤外光を検出する素子としてのセンサー回路８０３を含む。センサー回路８０３は、回路基板８０４に保持されている。センサー回路８０３は、一次元的に配列された且つ赤外光を受光する複数の赤外線受光面（画素）を有すると共に赤外線受光面によって受光された赤外光を電気信号へ変換する。赤外光センサー８００は、センサー回路８０３から出力される電気信号を増幅する信号増幅回路及び信号増幅回路の出力から熱源の有無又は方向の情報を得る信号処理回路を含む。
【０１５８】
赤外光センサー８００に含まれる赤外線集光素子は、赤外光を集光させる光学素子である。赤外線集光素子は、熱源より放射される赤外光を、赤外光の光線の入射角度に依存して、センサー回路８０３の赤外線受光面（画素）に集光させる。
【０１５９】
赤外線集光素子は、ケイ素（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）のような赤外線に対して透過性の半導体の材料で形成されたものである。ケイ素（Ｓｉ）は、１０μｍ程度の波長を備えた赤外光に対して透明な材料である。赤外光に対して透明な材料として、好ましくは、ケイ素（Ｓｉ）が、使用される。赤外光に対して透明な材料としてケイ素（Ｓｉ）が使用される場合には、赤外線集光素子をケイ素（Ｓｉ）から形成することが可能であるのみならず、ＣＭＯＳプロセス技術を使用することによってセンサー回路８０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を形成することが可能になる。
【０１６０】
赤外線集光素子は、赤外線の入射側における第一の柱面８０１ａ及び第二の柱面８０１ｂ並びに赤外線の射出側における第三の柱面８０２を有する。赤外線集光素子は、第一の柱面８０１ａが設けられた第一の平面及び第二の柱面８０１ｂが設けられた第二の平面を有する。第一の平面及び第二の平面は、第一の柱面８０１ａの軸及び第二の柱面８０１ｂの軸を含む平面に対して、傾斜した平面である。第一の平面及び第二の平面は、第一の柱面８０１ａの軸及び第二の柱面８０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面８０２の軸を含む平面に対して、対称的な形状を有する。第一の柱面８０１ａ及び第二の柱面８０１ｂは、同一の形状を有する凸面の円柱面であると共に、第三の柱面８０２は、凹面の円柱面である。第一の柱面８０１ａの軸及び第三の柱面８０２の軸を含む平面は、第二の柱面８０１ｂの軸及び第三の柱面８０２の軸を含む平面と交差する。第一の柱面８０１ａの軸及び第三の柱面８０２の軸の間の距離は、第二の柱面８０１ｂの軸及び第三の柱面８０２の軸の間の距離と同一である。第一の柱面８０１ａの曲率半径は、第二の柱面８０１ｂの曲率半径と同一である。第一の柱面８０１ａ及び第二の柱面８０１ｂは、第一の柱面８０１ａの軸及び第二の柱面８０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面８０２の軸を含む平面に対して、対称的な形状を有する。第一の平面及び第二の平面のために、第一の柱面８０１ａ（の軸）及び第二の柱面８０１ｂ（の軸）は、第一の柱面８０１ａの軸及び第二の柱面８０１ｂの軸を含む平面に垂直なものであると共に第三の柱面８０２の軸を含む平面に対して、所定の量θだけ回転させられている。
【０１６１】
赤外光センサー８００において、第一の円柱面８０１ａの軸及び第二の円柱面８０１ｂの軸の方向は、一次元的に配列されたセンサー回路８０３の受光面（画素）の配列の方向と直交する方向である。第一の柱面８０１ａ及び第二の柱面８０１ｂは、一次元的に配列されたセンサー回路８０３の受光面（画素）に対して互いに傾斜させられている。第三の柱面８０２及びセンサー回路８０３の間の距離は、センサー回路８０３の受光面に集光される赤外光のスポットのサイズを低減するように、調整される。センサー回路８０３の受光面に集光される赤外光のスポットのサイズを低減するために、第三の柱面８０２は、赤外線集光素子に彫り込まれた凹面の形状を有することがある。
【０１６２】
赤外線集光素子における第一の柱面８０１ａ、第二の柱面８０１ｂ、及び第二の柱面８０２は、好ましくは、赤外光を透過させる単層膜又は多層膜による無反射コーティングが施されたものである。赤外線集光素子における第一の柱面８０１ａ、第二の柱面８０１ｂ、及び第二の柱面８０２が、赤外光を透過させる単層膜又は多層膜による無反射コーティングが施されたものである場合には、赤外線集光素子の透過する赤外光の透過率を向上させることが可能になる。赤外光センサー８００においてセンサー回路８０３によって検出される赤外光の検出感度を向上させることが可能になる。
【０１６３】
熱源から放射された赤外光が、赤外光センサー８００の赤外線集光素子に入射すると、赤外光は、第一の平面に設けられた第一の円柱面８０１ａ又は第二の平面に設けられた第二の円柱面８０１ｂを透過すると共にそれぞれ第一の平面に設けられた第一の円柱面８０１ａ又は第二の平面に設けられた第二の円柱面８０１ｂによって屈折される。第一の円柱面８０１ａ又は第二の円柱面８０１ｂを透過した赤外光は、第二の円柱面８０２に入射する。第二の円柱面８０２に入射した赤外光は、第二の円柱面８０２によって屈折されると共に赤外線集光素子から射出される。赤外線集光素子から射出された赤外光は、相対的に短い距離で、センサー回路８０３における所定の受光面（画素）に集光される。
【０１６４】
赤外光センサー８００のサイズは、しばしば、赤外光センサー８００から熱源までの距離と比べて十分に小さいため、赤外光センサー８００に入射する赤外光を、しばしば、赤外光の平行光線と考えることが可能である。赤外光センサー８００に含まれる赤外線集光素子に赤外光の平行光線が入射するとき、赤外線集光素子が第一の平面に設けられた第一の柱面８０１ａ及び第二の平面に設けられた第二の柱面８０１ｂを有するために、赤外光センサー８００に含まれるセンサー回路８０３の一つの受光面（画素）において二つの異なる入射角度を備えた赤外光の平行光線を受けることが可能になる。赤外光センサー８００に含まれるセンサー回路８０３が、Ｎ個の受光面（画素）を有する場合には、赤外線集光素子が第一の平面に設けられた第一の柱面８０１ａ及び第二の平面に設けられた第二の柱面８０１ｂを有するために、赤外光センサー８００に含まれるセンサー回路８０３のＮ個の受光面（画素）において２Ｎ個の異なる入射角度を備えた赤外光の平行光線を受けることが可能になる。
【０１６５】
図８に示すような赤外光センサー８００に含まれる赤外線集光素子の構成によれば、センサー回路８０３の画素が相対的に少ない場合であっても、より広い入射角度の範囲を備えた光を集光させることが可能な赤外線集光素子及びより広い入射角度の範囲を備えた光を検出することが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。より高い角度分解能で光を集光させることが可能な赤外線集光素子及びより高い角度分解能で光を検出することが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。より高い精度で熱源の有無又は方向の情報を得ることが可能な赤外光センサーを提供することが可能になる。
【０１６６】
赤外線集光素子は、第一の平面に設けられた第一の柱面８０１ａ及び第二の平面に設けられた第二の柱面８０１ｂ並びに第三の柱面８０２を有する部分を支持する支持基板８０５をさらに含む。第一の平面に設けられた第一の柱面８０１ａ及び第二の平面に設けられた第二の柱面８０１ｂ並びに第三の柱面８０２を有する部分は、支持基板８０５に接合されている。支持基板８０５は、回路基板８０４と接合されている。
【０１６７】
回路基板８０４は、センサー回路８０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を保持すると共に、第一の平面に設けられた第一の柱面８０１ａ及び第二の平面に設けられた第二の柱面８０１ｂ並びに第三の柱面８０２を有する部分及び支持基板８０５と一緒にセンサー回路８０３、信号増幅回路、及び信号処理回路をパッケージングする。
【０１６８】
赤外光センサー８００において、第一の柱面８０１ａの軸及び第二の柱面８０１ｂの軸を含む平面に垂直な方向における赤外線集光素子の長さ、すなわち、第一の平面に設けられた第一の柱面８０１ａ又は第二の平面に設けられた第二の柱面８０１ｂの最上部の直線と回路基板８０４及び支持基板８０５の接合面との間の距離は、１ｍｍ以下であるため、より小型の赤外光センサー８００を提供することが可能になる。
【０１６９】
赤外光センサー８００に含まれる赤外線集光素子における第一の平面に設けられた第一の柱面８０１ａ、第二の平面に設けられた第二の柱面８０１ｂ、及び第三の柱面８０２は、赤外線集光素子の形状に対応する金型を使用する成形の技術によって、形成されることがある。
【０１７０】
赤外光センサー８００は、第一の半導体ウェハから赤外線集光素子を形成すること、第二の半導体ウェハからセンサー回路８０３、信号増幅回路、及び信号処理回路を形成すること、赤外線集光素子が形成された第一の半導体ウェハ及びセンサー回路８０３、信号増幅回路、及び信号処理回路が形成された第二の半導体ウェハと接合すること、及び接合された第一の半導体ウェハ及び第二の半導体ウェハをカットすることを含む方法によって製造されることがある。半導体ウェハプロセスを用いることで半導体ウェハから赤外光センサー８００を製造することが可能になる。例えば、赤外線集光素子における第一の平面に設けられた第一の柱面８０１ａ、第二の平面に設けられた第二の柱面８０１ｂ、及び第三の柱面８０２は、第一の半導体ウェハの一部を除去するエッチングの技術を使用することによって形成される。センサー回路８０３、信号増幅回路、及び信号処理回路は、第二の半導体ウェハの一部を除去するエッチングの技術を使用することによって形成される。赤外光センサー８００をより低いコスト及びより高い生産性で製造することが可能になる。
【０１７１】
赤外光センサー８００は、例えば、人感センサーとして使用されることがある。
【０１７２】
図１３は、本発明の第三の実施形態に係る物体検知システムの概略的な構成を示す図である。
【０１７３】
本発明の第三の実施形態に係る物体検知システム１３００は、物体からの光を検出する光検出デバイス及び光検出デバイスによって検出された光に基づいて物体の存在又は変位を検知するデバイスを含む。物体は、例えば、少なくとも赤外線を放出する熱源１３０１である。光検出デバイスは、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイスとしての赤外線センサー１３０２である。赤外線センサー１３０２は、赤外線集光素子及びセンサー回路を含む。赤外線集光素子は、一方の側における第一の柱面及び第二の柱面並びに他方の側における第三の柱面を有する。
【０１７４】
図１３に示す物体検知システム１３０において、熱源１３０１から放出された赤外線は、赤外線センサー１３０２の赤外線集光素子によって赤外線センサー１３０２のセンサー回路に集光させられる。赤外線センサー１３０２の画角は、赤外線集光素子の第一の柱面の画角ω１及び赤外線集光素子の第二の柱面の画角ω２の総和である。熱源１３０１が赤外線集光素子の第一の柱面の画角ω１内の視野に存在するとき、熱源１３０１から放出された赤外線は、赤外線集光素子の第一の柱面及び第三の柱面を通過すると共にセンサー回路に集光される。熱源１３０１が赤外線集光素子の第二の柱面の画角ω２内の視野に存在するとき、熱源１３０１から放出された赤外線は、赤外線集光素子の第二の柱面及び第三の柱面を通過すると共にセンサー回路に集光させられる。センサー回路に集光させられた赤外線は、センサー回路によってパラレル出力のためのＮビットデータ又はシリアル出力のための時系列データに変換される。センサー回路によって得られたパラレル出力のためのＮビットデータ又はシリアル出力のための時系列データは、赤外線センサー１０３２に接続された信号処理デバイス１３０３に出力される。
【０１７５】
信号処理デバイス１３０３は、赤外線センサー１３０２から出力されたデータに基づいて、赤外線センサー１３０２の画角内における物体としての熱源１３０１の存在（有無）又は変位の情報を判別する。信号処理デバイス１３０３としては、例えば、信号増幅処理デバイス、微分処理デバイス、ノイズ除去処理デバイス、又は閾値判定処理デバイスなどが挙げられる。信号処理デバイス１３０３によって判別された情報は、例えば、フラグ出力又は温度データとして、信号処理デバイス１３０３に接続されたものであると共に信号処理デバイス１３０３によって制御される被制御装置１３０４に送信される。信号処理デバイス１３０３から被制御装置デバイス１３０４へ送信されたデータは、被制御装置１０３４の動作を決定する。
【０１７６】
信号処理デバイス１３０３によって制御される被制御装置１３０４としては、例えば、パソコン、テレビ、若しくはエアコンのような家電製品、オフィス機器、又はセキュリティ用途の警報機などが挙げられる。被制御装置１３０４は、例えば、節電などのようなエネルギーマネジメント又は人への注意喚起の目的で利用される。
【０１７７】
本発明の第三の態様によれば、より広い入射角度の範囲を備えた光に基づいて物体の存在又は変位を検知することが可能な物体検知システムを提供することが可能になる。本発明の第三の態様によれば、光に基づいてより高い角度分解能で物体の存在又は変位を検知することが可能な物体検知システムを提供することが可能になる。小型又は軽量の物体検知システムを提供することが可能になる。小型の電子機器に搭載することが可能な物体検知システムを提供することが可能になる。電子機器を自動制御するためのデバイスとして利用することが可能な物体検知システムを提供することが可能になる。
【０１７８】
本発明の第一の実施形態に係る光学素子、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイス、及び本発明の第三の実施形態に係る物体検知システムは、それぞれ、光又は電磁波を集光させる光学素子、光又は電磁波を検出する光検出デバイス、及び光又は電磁波に基づいた物体検知システムである。本発明の第一の実施形態に係る光学素子、本発明の第二の実施形態に係る光検出デバイス、及び本発明の第三の実施形態に係る物体検知システムは、それぞれ、赤外光又は赤外線を集光させる光学素子、赤外光又は赤外線を検出する光検出デバイス、及び赤外光又は赤外線に基づいた物体検知システムに限定されるものではない。例えば、対象の光又は電磁波を透過させる材料を選択することによって、対象の光又は電磁波を集光させる光学素子、対象の光又は電磁波を検出する光検出デバイス、及び対象の光又は電磁波に基づいた物体検知システムを提供することが可能になる。
【符号の説明】
【０１７９】
１００ 光学素子
１０１ａ 第一の柱面
１０１ｂ 第二の柱面
１０２ 第三の柱面
２０１ 第一の柱面，第二の柱面
２０２ 円弧
３００ 光検出デバイス
３０１ａ 第一の柱面
３０１ｂ 第二の柱面
３０２ 第三の柱面
３０３ 支持基板
３０４ 光センサー
３０５ 回路基板
３０６ 空洞構造
３０７ 回路部
４００ 赤外光センサー
４０１ａ 第一の柱面
４０１ｂ 第二の柱面
４０２ 第三の柱面
４０３ センサー回路
４０４ 回路基板
４０５ 支持基板
５００ 赤外光センサー
５０１ 第一の円柱面，第二の円柱面
５０２ 第三の円柱面
５０３ センサー回路
７００ 赤外光センサー
７０１ａ 第一の柱面
７０１ｂ 第二の柱面
７０２ 第三の柱面
７０３ センサー回路
７０４ 回路基板
７０５ 支持基板
８００ 赤外光センサー
８０１ａ 第一の柱面
８０１ｂ 第二の柱面
８０２ 第三の柱面
８０３ センサー回路
８０４ 回路基板
８０５ 支持基板
９００ 赤外光センサー
９０１ａ 第一の柱面
９０１ｂ 第二の柱面
９０２ 第三の柱面
９０３ 赤外線受光面
１１００ 光学素子
１１０１ 第一の柱面又は第二の柱面
１１０２ 柱面
１３００ 物体検知システム
１３０１ 熱源
１３０２ 赤外線センサー
１３０３ 信号処理デバイス
１３０４ 被制御装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１８０】
【特許文献１】特開２００８−１２８９１３号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を集光させる光学素子において、
前記光学素子は、一方の側における第一の柱面及び第二の柱面並びに他方の側における第三の柱面を有すると共に、
前記第一の柱面の軸及び前記第三の柱面の軸を含む平面は、前記第二の柱面の軸及び前記第三の柱面の軸を含む平面と交差する
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子において、
前記第一の柱面の軸及び前記第三の柱面の軸の間の距離は、前記第二の柱面の軸及び前記第三の柱面の軸の間の距離と同一である
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学素子において、
前記第一の柱面の曲率半径は、前記第二の柱面の曲率半径と同一である
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれかに記載の光学素子において、
前記第一の柱面及び前記第二の柱面は、凸面であると共に、
前記第三の柱面は、凹面である
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれかに記載の光学素子において、
前記光学素子は、赤外線に対して透過性の材料で形成されたものである
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項６】
請求項５に記載の光学素子において、
前記赤外線に対して透過性の材料は、半導体の材料である
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれかに記載の光学素子において、
前記第一の柱面及び前記第二の柱面は、同一の形状を有する
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれかに記載の光学素子において、
前記第一の柱面及び前記第二の柱面は、円柱面である
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項９】
請求項１から７までのいずれかに記載の光学素子において、
前記第一の柱面及び前記第二の柱面は、非円柱面である
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項１０】
請求項１から７までのいずれかに記載の光学素子において、
前記第一の柱面及び前記第二の柱面は、前記第一の柱面の軸及び前記第二の柱面の軸を含む平面に垂直なものであると共に前記第三の柱面の軸を含む平面に対して、対称的な形状を有する
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれかに記載の光学素子において、
前記光学素子は、前記第一の柱面が設けられた第一の平面及び前記第二の柱面が設けられた第二の平面を有すると共に、
前記第一の平面及び前記第二の平面は、前記第一の柱面の軸及び前記第二の柱面の軸を含む平面に対して、傾斜した平面である
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学素子において、
前記第一の平面及び前記第二の平面は、前記第一の柱面の軸及び前記第二の柱面の軸を含む平面に垂直なものであると共に前記第三の柱面の軸を含む平面に対して、対称的な形状を有する
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれかに記載の光学素子において、
前記第一の柱面の軸及び前記第二の柱面の軸を含む平面に垂直な方向における前記光学素子の長さの最大値は、１ｍｍ以下である
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれかに記載の光学素子において、
前記第一の柱面及び前記第二の柱面は、フレネルレンズ形状を有することを特徴とする、光学素子。
【請求項１５】
光を検出する光検出デバイスにおいて、
請求項１から１４までのいずれかに記載の光学素子及び前記光学素子によって集光させられた光を検出する素子を含むことを特徴とする、光検出デバイス。
【請求項１６】
請求項１５に記載の光検出デバイスにおいて、
前記光学素子によって集光させられた光を検出する素子は、前記第一の柱面の軸、前記第二の柱面の軸、及び前記第三の柱面の軸の少なくとも一つの方向と直交する方向に前記光学素子によって集光させられた光を受光する複数の素子を含むことを特徴とする、光検出デバイス。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光検出デバイスにおいて、
前記第一の柱面、前記第二の柱面、及び前記第三の柱面、並びに前記光を受光する複数の素子は、前記第一の柱面及び前記第三の柱面を通過する光又は前記第二の柱面及び前記第三の柱面を通過する光のいずれか一方が、前記光を受光する複数の素子によって受光されるように、設けられたものであることを特徴とする、光検出デバイス。
【請求項１８】
物体からの光を検出する光検出デバイス及び前記光検出デバイスによって検出された光に基づいて前記物体の存在又は変位を検知するデバイスを含む、物体検知システムにおいて、
前記光検出デバイスは、請求項１５から１７までのいずれかに記載の光検出デバイスであることを特徴とする、物体検知システム。
【請求項１】
光を集光させる光学素子において、
前記光学素子は、一方の側における第一の柱面及び第二の柱面並びに他方の側における第三の柱面を有すると共に、
前記第一の柱面の軸及び前記第三の柱面の軸を含む平面は、前記第二の柱面の軸及び前記第三の柱面の軸を含む平面と交差する
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子において、
前記第一の柱面の軸及び前記第三の柱面の軸の間の距離は、前記第二の柱面の軸及び前記第三の柱面の軸の間の距離と同一である
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学素子において、
前記第一の柱面の曲率半径は、前記第二の柱面の曲率半径と同一である
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれかに記載の光学素子において、
前記第一の柱面及び前記第二の柱面は、凸面であると共に、
前記第三の柱面は、凹面である
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれかに記載の光学素子において、
前記光学素子は、赤外線に対して透過性の材料で形成されたものである
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項６】
請求項５に記載の光学素子において、
前記赤外線に対して透過性の材料は、半導体の材料である
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれかに記載の光学素子において、
前記第一の柱面及び前記第二の柱面は、同一の形状を有する
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれかに記載の光学素子において、
前記第一の柱面及び前記第二の柱面は、円柱面である
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項９】
請求項１から７までのいずれかに記載の光学素子において、
前記第一の柱面及び前記第二の柱面は、非円柱面である
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項１０】
請求項１から７までのいずれかに記載の光学素子において、
前記第一の柱面及び前記第二の柱面は、前記第一の柱面の軸及び前記第二の柱面の軸を含む平面に垂直なものであると共に前記第三の柱面の軸を含む平面に対して、対称的な形状を有する
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれかに記載の光学素子において、
前記光学素子は、前記第一の柱面が設けられた第一の平面及び前記第二の柱面が設けられた第二の平面を有すると共に、
前記第一の平面及び前記第二の平面は、前記第一の柱面の軸及び前記第二の柱面の軸を含む平面に対して、傾斜した平面である
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学素子において、
前記第一の平面及び前記第二の平面は、前記第一の柱面の軸及び前記第二の柱面の軸を含む平面に垂直なものであると共に前記第三の柱面の軸を含む平面に対して、対称的な形状を有する
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれかに記載の光学素子において、
前記第一の柱面の軸及び前記第二の柱面の軸を含む平面に垂直な方向における前記光学素子の長さの最大値は、１ｍｍ以下である
ことを特徴とする、光学素子。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれかに記載の光学素子において、
前記第一の柱面及び前記第二の柱面は、フレネルレンズ形状を有することを特徴とする、光学素子。
【請求項１５】
光を検出する光検出デバイスにおいて、
請求項１から１４までのいずれかに記載の光学素子及び前記光学素子によって集光させられた光を検出する素子を含むことを特徴とする、光検出デバイス。
【請求項１６】
請求項１５に記載の光検出デバイスにおいて、
前記光学素子によって集光させられた光を検出する素子は、前記第一の柱面の軸、前記第二の柱面の軸、及び前記第三の柱面の軸の少なくとも一つの方向と直交する方向に前記光学素子によって集光させられた光を受光する複数の素子を含むことを特徴とする、光検出デバイス。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光検出デバイスにおいて、
前記第一の柱面、前記第二の柱面、及び前記第三の柱面、並びに前記光を受光する複数の素子は、前記第一の柱面及び前記第三の柱面を通過する光又は前記第二の柱面及び前記第三の柱面を通過する光のいずれか一方が、前記光を受光する複数の素子によって受光されるように、設けられたものであることを特徴とする、光検出デバイス。
【請求項１８】
物体からの光を検出する光検出デバイス及び前記光検出デバイスによって検出された光に基づいて前記物体の存在又は変位を検知するデバイスを含む、物体検知システムにおいて、
前記光検出デバイスは、請求項１５から１７までのいずれかに記載の光検出デバイスであることを特徴とする、物体検知システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２１２１０８（Ｐ２０１２−２１２１０８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１５５９４（Ｐ２０１２−１５５９４）
【出願日】平成２４年１月２７日（２０１２．１．２７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月２７日（２０１２．１．２７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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