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焦電型赤外線センサ基礎知識-赤外線センサに使われるフレネルレンズとは?-

ムラタでは、焦電型赤外線センサ用光学系部品はフレネルレンズを提供しています。

フレネルレンズとは?

フレネルレンズとは、三角形等の断面形状を持つ線上のレンズを同心円状に多数並べた平面レンズの一種です。それぞれの三角形で屈折した光が、同じ点(焦点)を通過するように設計されており、通常のレンズと同じ機能を持っています。
通常のレンズは周辺部から中心部に向かって材料の厚みが増しますが、フレネルレンズの場合は周辺部、中心部共に厚みの変化がないため、通常のレンズよりも薄型なのが特徴です。また樹脂形成により、1つの曲面上に複数のレンズを形成することができます。

通常のレンズによる集光、フレネルレンズによる集光の比較図

フレネルレンズは、下図のように同じ点(焦点)を通過するように設計されています。

フレネルレンズの焦点の図

赤外線センサには、なぜレンズが必要なのか?

焦電型赤外線センサは、フレネルレンズなどの集光系光学部品と一緒にお使いいただくことが必要です。

フレネルレンズの大きな役割は2つあります。

  1. 赤外線の集光
  2. 検知エリアの形成

人体から放射される赤外線の総エネルギーは非常に小さく、そのエネルギー密度は距離の2乗に反比例して減少するため、センサへの入射エネルギーは極めて小さいものになります。
従いまして、各セットにてセンサの動作を確実なものにするためには、フレネルレンズを代表とした光学的な増幅が必要です。
センサの前に光学系を使用しない場合、センサの指向性のイメージは下図のように、近い場所のあいまいなぼんやりとしたものになり、検出エリアは形成されません。

センサの指向性のイメージ図

そのため、レンズを用いて、赤外線を素子に集光し、センサへの入射エネルギーを増やすことが必要です。
また、レンズで集光する角度を決めることで、検知エリアを形成することができます。
その検知エリアは、センサの電極とフレネルレンズのセグメント数の組み合わせによって決まります。

入射エネルギーの図