JP2013124906A - 赤外線センサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることのできる赤外線センサモジュールを得る。
【解決手段】赤外線センサモジュール１は、赤外線を受信する赤外線センサ４と、当該赤外線センサ４の出力信号を処理する信号処理部５と、赤外線センサ４と所定距離を隔てて対向して対象物体１０からの赤外線を入射する入射部３と、を備えている。また、信号処理部５は、赤外線センサ４の出力信号を処理する回路部５ａと、赤外線を透過させる透過部５ｂと、を備えている。そして、信号処理部５を、赤外線センサ４と入射部３との間に、透過部５ｂ内に対象物体１０と赤外線センサ４との間の光学経路が形成されるように配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線センサモジュールに関する。

従来、赤外線センサモジュールとして、基板に実装した赤外線センサの外側を入射孔が形成されたケースで覆い、入射孔から入射した対象物体の赤外線を赤外線センサで受信するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１では、基板の赤外線センサが実装された部位の近傍に、赤外線センサの出力信号を処理する信号処理部を並設することで、信号処理部が対象物体と赤外線センサとの間の光学経路を阻害してしまわないようにしている。

特表２００７−５０３５８６号公報

しかしながら、上記従来の赤外線センサモジュールのように、基板の赤外線センサが実装された部位の近傍に信号処理部を並設すると、その分だけ赤外線センサモジュールの大きさが大きくなってしまうため、赤外線センサモジュールの小型化が図り難かった。

そこで、本発明は、小型化を図ることのできる赤外線センサモジュールを得ることを目的とする。

本発明の第１の特徴は、赤外線を受信する赤外線センサと、当該赤外線センサの出力信号を処理する信号処理部と、前記赤外線センサと所定距離を隔てて対向して対象物体からの赤外線を入射する入射部と、を備える赤外線センサモジュールであって、前記信号処理部は、前記赤外線センサの出力信号を処理する回路部と、赤外線を透過させる透過部と、を備えており、前記信号処理部は、前記赤外線センサと前記入射部との間で、前記透過部内に対象物体と前記赤外線センサとの間の光学経路が形成されるように配置されていることを要旨とする。

本発明の第２の特徴は、前記信号処理部が前記入射部に取り付けられていることを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、前記信号処理部が前記赤外線センサの上面近傍に設けられていることを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、前記透過部が前記信号処理部に形成された貫通孔であることを要旨とする。

本発明によれば、信号処理部を赤外線センサと入射部との間に配置している。このとき、信号処理部の透過部内に対象物体と赤外線センサとの間の光学経路が形成されるようにしている。このように信号処理部を配置することで、対象物体と赤外線センサとの間の光学経路を阻害することなく信号処理部を配置することができる上、信号処理部と赤外線センサとを基板に並設する必要がなくなるため、赤外線センサモジュールの小型化を図ることができる。

本発明の第１実施形態にかかる赤外線センサモジュールを模式的に示す断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる赤外線センサモジュールを模式的に示す断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる赤外線センサモジュールを模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
本実施形態にかかる赤外線センサモジュール１は、図１に示すように、赤外線を受信する赤外線センサ４と、赤外線センサ４の出力信号を信号処理するＩＣ素子（信号処理部）５と、を備えており、赤外線センサ４およびＩＣ素子５がケース２に収容されている。この赤外線センサモジュール１は、赤外線を受信して、例えば、温度分布や熱源の有無などを検出するものである。

ケース２は、例えば、赤外線センサ４が実装される基板と、基板に設置され、赤外線センサ４を覆うように蓋をする金属製の蓋部材等で構成することができる。

このとき、赤外線センサ４が実装される基板としては、樹脂系のプリント基板やセラミック基板などの多層基板として形成された矩形の平板形状のものを用いることが可能である。

そして、本実施形態では、ケース２に、赤外線センサ４と所定距離を隔てて対向して対象物体１０からの赤外線を入射する入射部３が形成されている。この入射部３は、例えば、金属製の蓋部材の天壁部分に、測定しようとする対象物体１０の赤外線を赤外線センサ４に入射させる窓部（開口部）を形成し、当該窓部にレンズを取り付けることで形成することができる。このとき、入射部（例えば、レンズ）３は、窓部を通過する赤外線を赤外線センサ４に結像させることができるように、赤外線センサ４の受光面との間に所定距離をおいて対向配置されている。

赤外線センサ４としては、例えば、ゼーベック効果を利用して赤外線を電圧として検知できるサーモパイル型赤外線センサを用いることができる。このサーモパイル型赤外線センサは、受光した赤外線を赤外線吸収膜で熱に変換し、この熱を直列に多数個接続した熱電対に印加し、発生した温接点部の温度変化を熱電対により電圧として出力するものである。

また、ＩＣ素子５は、本体部５ｂに赤外線センサ４の出力信号を処理する回路部５ａを設けることで形成されている。本実施形態では、ＩＣ素子５は、ＡＳＩＣ（Application Specific IC）であり、シリコン基板を用いて形成されている。すなわち、ＩＣ素子５の本体部５ｂがシリコンで形成されている。このシリコンは赤外線を透過させる機能を有する物質である。したがって、本実施形態におけるＩＣ素子５の本体部５ｂは、赤外線を透過させる透過部としての機能を有している。

かかる構成の赤外線センサモジュール１を用いると、まず、検知の対象となる対象物体１０が赤外線センサモジュール１の入射部３を通過する際や、入射部３近傍に存在する場合に、検知の対象となる対象物体１０から放射される赤外線が入射部３から赤外線センサモジュール１内に入射され、赤外線センサ４にて結像することとなる。そして、赤外線センサ４が入射した赤外線に応じた電圧を出力し、この出力信号をＩＣ素子５の回路部５ａが処理することで、対象物体１０の温度が検知されることとなる。

ここで、本実施形態では、ＩＣ素子５を赤外線センサ４と入射部３との間に配置している。このとき、ＩＣ素子５の本体部（透過部）５ｂ内に対象物体１０と赤外線センサ４との間の光学経路が形成されるようにしている。具体的には、対象物体１０から入射部３を介して入射される赤外線がＩＣ素子５の本体部（透過部）５ｂ内を透過して赤外線センサ４にて結像されるように、ＩＣ素子５を配置している。すなわち、予め設定した検知領域に存在する対象物体１０から放射された赤外線が、赤外線センサ４に至るまでの経路（光学経路）に、ＩＣ素子５の回路部５ａが存在しないようにＩＣ素子５を配置している。

さらに、本実施形態では、ＩＣ素子５を入射部３の内面側に取り付けている。例えば、窓部にレンズを取り付けることで形成された入射部３の場合、ＩＣ素子５の周縁部に回路部５ａを形成し、当該回路部５ａが、赤外線センサモジュール１の平面視で窓部から露出しないように、レンズの内面側に取り付けるようにすればよい。こうすれば、予め設定した検知領域に存在する対象物体１０から放射された赤外線を、ＩＣ素子５の回路部５ａに邪魔されることなく赤外線センサ４に到達させることができる。

以上説明したように、本実施形態では、ＩＣ素子（信号処理部）５を赤外線センサ４と入射部３との間に配置している。このとき、ＩＣ素子５の本体部（透過部）５ｂ内に対象物体１０と赤外線センサ４との間の光学経路が形成されるようにしている。このようにＩＣ素子５を配置することで、対象物体１０と赤外線センサ４との間の光学経路を阻害することなくＩＣ素子５を配置することができるようになる。さらに、ＩＣ素子５を赤外線センサ４と入射部３との間に配置することで、ＩＣ素子５を赤外線センサ４近傍の基板に並設する必要がなくなるため、その分、赤外線センサモジュール１の小型化を図ることができるようになる。

また、本実施形態では、ＩＣ素子５を入射部３に取り付けているため、ＩＣ素子５の回路部５ａを対象物体１０と赤外線センサ４との間の光学経路外により確実に配置させることができるようになる。

（第２実施形態）
本実施形態にかかる赤外線センサモジュール１Ａは、基本的に上記第１実施形態の赤外線センサモジュール１と同様の構成をしている。

すなわち、赤外線センサモジュール１Ａは、赤外線を受信する赤外線センサ４と、赤外線センサ４の出力信号を信号処理するＩＣ素子（信号処理部）５と、を備えている。

また、ＩＣ素子５を赤外線センサ４と入射部３との間に配置し、ＩＣ素子５の本体部（透過部）５ｂ内に対象物体１０と赤外線センサ４との間の光学経路が形成されるようにしている。

ここで、本実施形態にかかる赤外線センサモジュール１Ａが、上記第１実施形態と主に異なる点は、ＩＣ素子５が赤外線センサ４の上面近傍に設けられている点にある。

具体的には、図２に示すように、基板（ケース２の下壁部分）の赤外線センサ４の周囲に、ＩＣ素子支持部６を形成し、当該ＩＣ素子支持部６上にＩＣ素子５を載置することで、ＩＣ素子５を赤外線センサ４の上面近傍に設けている。

このＩＣ素子支持部６は、赤外線センサ４よりも厚さが若干厚くなるように形成されており、赤外線センサ４の全周に亘って形成されている。なお、赤外線センサ４の全周に亘って設けず、赤外線センサ４の周囲に複数のＩＣ素子支持部６を形成し、当該複数のＩＣ素子支持部６上にＩＣ素子５を載置するようにしてもよい。

以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

また、本実施形態によれば、ＩＣ素子（信号処理部）５を赤外線センサ４の上面近傍に設けているため、ＩＣ素子５近傍における対象物体１０と赤外線センサ４との間の光学経路の領域が小さくなる。その結果、ＩＣ素子５の回路部形成可能領域を大きくすることができ、ＩＣ素子５の回路性能を損なうことなく、ＩＣ素子５を形成することができる。また、ＩＣ素子５の回路部形成可能領域が大きくなるため、ＩＣ素子５をより容易に製造することができるようになるという利点もある。

（第３実施形態）
本実施形態にかかる赤外線センサモジュール１Ｂは、基本的に上記第２実施形態の赤外線センサモジュール１Ａと同様の構成をしている。

すなわち、赤外線センサモジュール１Ｂは、赤外線を受信する赤外線センサ４と、赤外線センサ４の出力信号を信号処理するＩＣ素子（信号処理部）５と、を備えている。

また、ＩＣ素子５を赤外線センサ４と入射部３との間に配置している。

そして、基板（ケース２の下壁部分）の赤外線センサ４の周囲に、ＩＣ素子支持部６を形成し、当該ＩＣ素子支持部６上にＩＣ素子５を載置することで、ＩＣ素子５を赤外線センサ４の上面近傍に設けている。

ここで、本実施形態にかかる赤外線センサモジュール１Ｂが、上記第２実施形態と主に異なる点は、ＩＣ素子５に貫通孔５ｃを形成することで透過部を設けた点にある。

すなわち、図３に示すように、ＩＣ素子５の周縁部に回路部５ａを形成し、当該回路部５ａが形成されていない本体部５ｂの中央部分に厚さ方向に貫通する貫通孔５ｃを形成することで、ＩＣ素子５に赤外線を透過させる透過部を設けている。

そして、貫通孔５ｃが形成された部分に、対象物体１０と赤外線センサ４との間の光学経路の領域が存在するように、ＩＣ素子５をＩＣ素子支持部６上に載置することで、ＩＣ素子５の透過部内に対象物体１０と赤外線センサ４との間の光学経路が形成されるようにしている。

以上の本実施形態によっても、上記第２実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

また、本実施形態では、ＩＣ素子（信号処理部）５に貫通孔５ｃを形成することで透過部を設けている。そのため、赤外線を透過しない材料で形成したＩＣ素子（信号処理部）を用いた場合であっても、ＩＣ素子５を赤外線センサ４と入射部３との間に配置させることができるようになる。

なお、上記第１実施形態に示すように、ＩＣ素子（信号処理部）を入射部の内面側に取り付けた場合であっても、本実施形態を適用することができる。この場合、入射部に形成された窓部と同様もしくは若干大きめの貫通孔を設けるようにするのが好ましい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、赤外線センサや入射部、その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）を適宜変更することが可能である。

１，１Ａ，１Ｂ 赤外線センサモジュール
３ 入射部
４ 赤外線センサ
５ ＩＣ素子（信号処理部）
５ａ 回路部
５ｂ 本体部（透過部）
５ｃ 貫通孔（透過部）

Claims (4)

1. 赤外線を受信する赤外線センサと、当該赤外線センサの出力信号を処理する信号処理部と、前記赤外線センサと所定距離を隔てて対向して対象物体からの赤外線を入射する入射部と、を備える赤外線センサモジュールであって、
   前記信号処理部は、前記赤外線センサの出力信号を処理する回路部と、赤外線を透過させる透過部と、を備えており、
   前記信号処理部は、前記赤外線センサと前記入射部との間で、前記透過部内に対象物体と前記赤外線センサとの間の光学経路が形成されるように配置されていることを特徴とする赤外線センサモジュール。
2. 前記信号処理部が前記入射部に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサモジュール。
3. 前記信号処理部が前記赤外線センサの上面近傍に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサモジュール。
4. 前記透過部が前記信号処理部に形成された貫通孔であることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の赤外線センサモジュール。

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