JPH0524880A

JPH0524880A - 赤外線透過性レンズおよびそれを用いた人体検知センサー装置

Info

Publication number: JPH0524880A
Application number: JP3184462A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Mizuno; 康男水野; Masakatsu Sugai; 正克菅井; Masaki Ikeda; 正樹池田; Akihiko Yoshida; 昭彦吉田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-07-24
Filing date: 1991-07-24
Publication date: 1993-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】人体から出る8〜12μmの赤外線を透過し、毒
性がなく、結晶化しにくく、プレス成形によるレンズ製
作が容易な赤外線透過材料を用いてレンズを作製する。【構成】ゲルマニウムとセレンを主体とするガラスを
用いて赤外透過性レンズを作製し、このレンズと焦電型
赤外センサにより人体検知センサ装置を構成する。この
構成により赤外線の透過性に優れ、毒性がなく結晶化し
にくいガラスが得られ、このガラスを熱プレスしてレン
ズを作製する。このレンズと焦電型赤外センサと組み合
わせて走査型人体検出センサ装置が得られる。また、走
査型人体検出センサ装置を用いることにより複数の人体
を同時に検知することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカルコゲナイド系ガラス
から形成した赤外線透過性レンズと、このレンズと焦電
型赤外センサを備えた人体検知センサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】焦電型赤外センサを用いた人体検知セン
サ装置は家電製品分野や産業機器分野において広く利用
されている。例えばドアーの開閉、便器の給水栓、エア
コンの作動などのセンサとして用いられている。一般
に、赤外線センサの前には人体から出る8〜12μmの赤外
線を効率よく集めるため、赤外光のみを透過するフィル
タが設けられている。このフィルタ材料としては従来シ
リコン、ゲルマニウムや金属ハロゲン化物などが使用さ
れていた。

【０００３】図１に従来の人体検知センサ装置の構成の
一例を示す。図に示すように、横にならべられた複数の
焦電型赤外センサ１（ここでは簡単のため１個のセンサ
で代表させている）の前方にはレンズ２が設けられ、レ
ンズ２を左右に動かして焦電型赤外センサに像を送る。
レンズ移動のためのレンズドライバはレンズと垂直の方
向にあるため図示していない。焦電型赤外センサ１の両
側には発生した電圧を取り出すための電極３があり、赤
外センサ１の前方には赤外線を強度変調するためのチョ
ッパ４が設けられ、チョッパ４はチョッパ用ドライバ５
により一定速度で回転している。また赤外センサ１は支
持棒６により支持され、出力はリ−ド線７により外に引
き出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしシリコンやゲル
マニウムでは波長8〜12μmの赤外線の透過率が低いこと
やコストが高いという問題があった。例えば2mm厚のシ
リコンの波長10μmにおける透過率は45%であり、金属ハ
ロゲン化物の一つである塩化銀の透過率75%よりかなり
低くセンサの誤作動の一因であった。またゲルマニウム
のコストは高純度シリコンの約３倍（キロあたり約25万
円）であり広範な応用展開には支障があった。さらにゲ
ルマニウムは水蒸気により容易に酸化され、赤外線透過
率が低下するという問題があった。

【０００５】一方、金属ハロゲン化物は赤外線透過率が
高いものの、耐光性や毒性に問題がある。例えば塩化銀
は透明領域が0.4〜28μmとほぼ可視光から赤外光全域を
透過するが、0.4μm以下の紫外光に感光し、メタリック
銀が析出して速やかに黒化し、赤外線の透過率も低下す
る。これを防止するためには硫化アンチモンなどの遮蔽
膜を表面に設けねばならず、高価なものになった。ま
た、よく知られているＫＲＳ−５（臭化タリウムとヨウ
化タリウムの混合物）は透明領域が0.5〜40μmとほぼ可
視光から赤外光全域を透過するが、タリウムがきわめて
毒性が強いという問題があった。

【０００６】さらに近年は、焦電型赤外センサの前に赤
外光のみを透過する材料でレンズを作り、人体の有無だ
けでなく人数や体温までも測ろうとすることが試みられ
ているが、上記のガラス材料ではレンズ化が困難であっ
た。

【０００７】そのため、レンズ化が容易な赤外透過性ガ
ラスとしてカルコゲナイドガラスが注目されている。カ
ルコゲナイドガラスはカルコゲン元素（イオウ、セレ
ン、テルル）を主成分とするガラスであり、実用的に
は、ヒ素−イオウ、ゲルマニウム−ヒ素−セレン、ゲル
マニウム−セレン−テルル、ゲルマニウム−セレン−ア
ンチモンなどがおもに研究開発されている（例えば第31
回ガラス討論会講演要旨集、p.71-74(1990)）。しかし
前２者のガラスはヒ素を含有しており、毒性に問題があ
った。また後２者は再加熱時に結晶化しやすいので、プ
レス成形によるレンズの製作が困難であった。

【０００８】本発明はこのような課題を解決するもの
で、レンズの製作が容易な赤外透過性材料で、人体から
出る8〜12μmの赤外線を透過し、毒性がなく、結晶化し
にくくプレス成形によるレンズの製作が容易であり、化
学耐久性が良いガラスを用いて赤外線透過性レンズを形
成し、このレンズと焦電形センサを用いた人体検出セン
サ装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、出発物質が非酸化物で、ゲルマニウムとセ
レンを主体とする非酸化物ガラスから赤外線透過性レン
ズを形成したものである。

【００１０】また、ゲルマニウム5〜22.5原子％とセレ
ン77.5〜95原子％を主体とするガラスから赤外線透過性
レンズを形成したものである。

【００１１】また、ゲルマニウム5〜22.5原子％、セレ
ン35〜95原子％、ヨウ素0〜45原子％を主体とするガラ
スからレンズを形成したものである。

【００１２】また上記の赤外線透過性レンズと、焦電型
赤外センサを用いて人体検知センサ装置を構成したもの
である。

【００１３】

【作用】カルコゲナイドガラスの主要元素はイオウ、セ
レン、テルル、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモンであ
る。このうち毒物に指定されているのはヒ素、セレンで
あるが、特に毒性の強いのはヒ素である。セレンはトマ
トジュースに多く含まれ、また家畜の必須栄養素である
ことからそれ自体の毒性は弱い。ヒ素を除いた元素で構
成し、さらに8〜12μmの赤外線を透過し得ることを条件
に入れると、ゲルマニウム、セレンが主成分となる。ゲ
ルマニウム、イオウを主成分とした場合は11μmまでし
か透過しないので望ましくない。

【００１４】また、ゲルマニウムとセレンを主体とする
ガラスから形成したレンズを使用した焦電型赤外センサ
を用いて人体検知センサ装置を構成した。

【００１５】またガラスにはゲルマニウム、セレンに加
えて、ガラスとしての安定性の向上のためヨウ素を含有
させてもよい。さらに赤外透過域の拡大にアンチモン、
テルル、セレンなど、熱膨張係数の適正化のため少量の
リチウム、ナトリウム、銅、銀、ホウ素、ガリウム、イ
ンジウム、シリコン、スズ、鉛、ビスマス、リン、臭素
を含有させてもよい。

【００１６】組成を限定した理由は以下の通りである。
ゲルマニウム−セレン系（Ge-Se系、以下系を元素記号
で示す）ではゲルマニウムが5〜22.5％以外、セレンが7
7.5〜95％以外ではガラス化しない。Ge-Se-I系ではゲル
マニウム5〜22.5％、セレン35〜95％、ヨウ素0〜45％以
外ではガラス化しない。ヨウ素が45％を越えると12μm
まで透過しない。

【００１７】このガラスは8〜12μmの赤外線を透過し、
毒性が無く、結晶化しにくいのでプレス成形によるレン
ズ化が容易となる。

【００１８】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００１９】（実施例１）（表１）に示す組成で、原子
％でゲルマニウムが5〜22.5％、セレンが77.5〜95％の
比でゲルマニウムとセレンを秤量混合し、石英アンプル
に入れ真空封止した。これを電気炉中で900℃で12時間
溶融してガラスを得た。得られたガラスは肉眼では灰色
で、2mm厚の場合（以下同じ）12.5μmまでの光に対し50
％以上の透過率を有していた。またゲルマニウムが5％
より少ないか、22.5％より多いとガラス化しなかった。

【００２０】

【表１】

【００２１】（実施例２）Ge-Se-I系ガラスの一例とし
て、（表２）に示すように原子％でGe:Se:I＝20:35〜7
5:5〜45の比でゲルマニウムとイオウとヨウ素を秤量混
合し、石英アンプルに入れ真空封止した。これを電気炉
中で900℃で12時間溶融してガラスを得た。得られたガ
ラスは灰色で、12μmまでの光に対し50％以上の透過率
を有していた。

【００２２】

【表２】

【００２３】（実施例３）（表１）の試料１〜５のガラ
スを70℃の湯に１時間浸漬した結果、表面の変質は全く
見られず、化学耐久性に優れていることが確認できた。

【００２４】（実施例４）（表１）の試料６のガラスを
255℃でレンズにプレス成形した。レンズの厚みは約2mm
でＦナンバーは1.0、焦点距離は８mmとした。レンズの
両面にはフッ化鉛を1.4μｍ蒸着して反射防止膜とし
た。このレンズを、横に10個並べた焦電型赤外センサア
レイの前に設置し、図１に示す人体検知センサ装置を構
成した。レンズは水平方向左右120゜に可動するように
した。センサの正面に男性２人を50cm離れて立たせて、
レンズを動かしながら、センサ出力電圧を調べたとこ
ろ、人体を検知したところで焦電型赤外センサの電圧が
約350mV発生し、センサとしての性能を確認できた。

【００２５】また（表１）の試料２〜７および（表２）
のガラスでも同様にレンズを成形してセンサの性能試験
を行ったが、同様な結果が得られた。

【００２６】なお、本発明のガラスにはゲルマニウム、
セレンに加えて、ガラスとしての安定性を向上させるた
めヨウ素を含有させてもよい。さらに赤外透過域を拡大
するためにアンチモン、テルル、セレンなどを、熱膨張
係数の適正化のため少量のリチウム、ナトリウム、銅、
銀、ホウ素、ガリウム、インジウム、シリコン、スズ、
鉛、ビスマス、リン、臭素を含有させてもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明の人体検知センサ装置は、人体か
ら出る8〜12μmの赤外線を透過し、毒性のないカルコゲ
ナイドガラスを使用しているので、容易にレンズをプレ
ス成形で作製でき、しかも民生器具、産業機器に安心し
て組み込むことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の人体検知センサ装置の構成図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田昭彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】出発物質が非酸化物で、ゲルマニウムと
セレンを主体とする非酸化物ガラスから形成した赤外線
透過性レンズ。
【請求項２】ゲルマニウム5〜22.5原子％とセレン77.
5〜95原子％を主体とするガラスから形成した請求項１
記載の赤外線透過性レンズ。
【請求項３】ゲルマニウム5〜22.5原子％、セレン35
〜95原子％、ヨウ素0〜45原子％を主体とするガラスか
ら形成した請求項１記載の赤外線透過性レンズ。
【請求項４】請求項１〜３記載の赤外線透過性レンズ
と、焦電型赤外センサを備えた人体検知センサ装置。