JP2014048161A

JP2014048161A - 赤外線センサモジュール

Info

Publication number: JP2014048161A
Application number: JP2012191399A
Authority: JP
Inventors: Junichi Konno; 淳一今野
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-03-17
Anticipated expiration: 2032-08-31
Also published as: JP6042137B2

Abstract

【課題】本発明は、物体が視野に入ったか否かの判断を高精度で行うことができる赤外線センサモジュールを提供する。
【解決手段】本発明の赤外線センサモジュールは、４．２μｍ〜４．３５μｍの波長の光のみを透過する光学部材を備える赤外線センサと、前記赤外線センサの視野を覆う透明部材とを備えることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、赤外線検知を行うための赤外線センサモジュールに関する。

図１は、従来の赤外線センサモジュールの構成を示す。図１に示されるように、従来の赤外線センサモジュール１００は、赤外線センサ１０１と、赤外線センサ１０１上に設けられた光学フィルタ１０２と、赤外線センサ１０１及び光学フィルタ１０２をモールディングするためのモールディング部材１０３と、赤外線センサ１０１の受光部の視野を制限するための窓１０５を有する視野角制限体１０４とを備える。

ある物体から輻射された赤外線は、赤外線センサモジュール１００に入射する際に、視野角制限体１０４の窓１０５によって入射角が制限されながら光学フィルタ１０２に入射し、光学フィルタ１０２によって特定の波長が遮断されて赤外線センサ１０１に入射する。赤外線センサモジュール１００では、このようにして入射した光を検出することにより、物体が視野内に入ったか否か等を判別している。光学フィルタ１０２としては、例えば、長波長な赤外線を選択的に透過する光学部材を使用することができる（特許文献１参照）。

特開平１０−１８７１１６号公報

携帯電話等の電子機器において、近接感知、ジェスチャ検出、及び生体検知等を行うためには、例えばカメラによる画像処理等を使用することが考えられるが、このような画像処理等による検出方法は極めて高消費電力であるため、実際に携帯電話等の電子機器に適用することは運用上困難であった。

それに対して、図１に示されるような赤外線センサモジュール１００は低消費電力であるため、携帯電話等の電子機器における近接感知、ジェスチャ検出及び生体検知等を、赤外線センサモジュール１００を使用して行うことができれば、上記のような検出の低消費電力化を実現することができる。

しかしながら、赤外線センサモジュール１００を携帯電話等の電子機器に適用する場合、アルミノケイ酸塩ガラス等からなる透明部材で赤外線センサモジュール１００の視野を覆う必要がある。赤外線センサモジュール１００の視野を透明部材で覆う場合、光学フィルタ１０２により短波長側の波長の光を遮断することに加え、透明部材が長波長側の光を遮断してしまうため、上記検出に必要とされる程度の感度を得ることができないという問題があった。また、光学フィルタ１０２を搭載しない場合、太陽光等の外乱要因により、高精度な検出が困難となるという問題もあった。

本発明は、上記のような課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、赤外線センサモジュールの視野を透明部材で覆った場合であっても、物体が視野に入ったか否かの判定等を高精度で行うことができる赤外線センサモジュールを提供することである。

本発明の請求項１に記載の赤外線センサモジュールは、４．２μｍ〜４．３５μｍの波長の光のみを透過する光学部材を備える赤外線センサと、前記赤外線センサの視野を覆う透明部材とを備えることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の赤外線センサモジュールは、本発明の請求項１に記載の赤外線センサモジュールであって、前記透明部材は、アルミノケイ酸塩ガラスからなる材料を含むことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の赤外線センサモジュールは、本発明の請求項１又は２に記載の赤外線センサモジュールであって、前記赤外線センサは、量子型赤外線センサであることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の電子機器は、請求項１乃至３のいずれかに記載の赤外線センサモジュールを備えることを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の生体検知用赤外線センサは、４．２μｍ〜４．３５μｍの波長の光のみを透過する光学部材を備えることを特徴とする。

本発明によれば、赤外線センサを用いているため物体が視野に入ったか否かの判定等を低消費電力で行うことができ、赤外線センサの視野を透明部材で覆った場合であっても、上記判定等を高精度で行うことができる赤外線センサモジュールを提供することができる。

従来の赤外線センサモジュールの構成を示す図である。参考例１に係る赤外線センサモジュールの構成を示す図である。参考例２に係る赤外線センサモジュールの構成を示す図である。本発明の実施例に係る赤外線センサモジュールの構成を示す図である。赤外線センサモジュールの視野に物体が入った場合の赤外線センサ出力を示す図である。図５において使用される光学フィルタの赤外線に対する光学特性を説明するための図である。

（参考例１）
図２は、参考例１に係る赤外線センサモジュールの構成を示す。図２に示されるように、参考例１に係る赤外線センサモジュール２００は、赤外線センサ２０１と、赤外線センサ２０１をモールディングするためのモールディング部材２０３と、赤外線センサ２０１の受光部の視野を制限するための窓２０５を有する視野角制限体２０４と、赤外線センサモジュール２００の視野を覆うように視野角制限体２０４上に設けられた透明部材２０６とを備える。透明部材２０６としては、アルミノケイ酸塩ガラス等を含むガラス材料を使用することができる。アルミノケイ酸塩ガラス等を含む透明部材は、５μｍ以上の波長の赤外線を遮断する特性を有する。

参考例１に係る赤外線センサモジュール２００においては、透明部材２０６により５μｍ以上の波長の光が遮断され、透明部材２０６に遮断されずに透過した５μｍ以下の波長の光が赤外線センサ２０１に入射することにより赤外線検出が行われる。このように、赤外線センサモジュール２００では、透明部材２０６に遮断されずに透過した５μｍ以下の波長の光によって赤外線検出を行うため、感度の観点からは、携帯電話等の電子機器において物体が視野に入ったか否かの判定等を行うことが可能である。

しかしながら、このようにして赤外線センサ２０１に入射した５μｍ以下の波長帯の光には、太陽光等に起因する、測定環境によって変動する外乱要因を含むため、参考例１に係る赤外線センサモジュール２００では高精度な検出が困難であるという問題があった。

（参考例２）
図３は、参考例２に係る赤外線センサモジュールの構成を示す。図３に示されるように、参考例２に係る赤外線センサモジュール３００は、赤外線センサ３０１と、赤外線センサ３０１上に設けられた、５μｍ以下の波長の光を遮断する光学フィルタ３０２と、赤外線センサ３０１及び光学フィルタ３０２をモールディングするためのモールディング部材３０３と、赤外線センサ３０１の受光部の視野を制限するための窓３０５を有する視野角制限体３０４と、赤外線センサモジュール３００の視野を覆うように視野角制限体３０４上に設けられた透明部材３０６とを備える。

参考例２に係る赤外線センサモジュール３００においては、光学フィルタ３０２によって５μｍ以下の波長が遮断され、透明部材３０６により５μｍ以上の波長の光が遮断される。よって、赤外線センサにはいずれの波長の赤外線も入射されないため、物体が視野に入ったか否かの判定が不可能になる。

（実施例）
図４は、本発明に係る赤外線センサモジュールの構成を示す。図４に示されるように、本発明に係る赤外線センサモジュール４００は、赤外線センサ４０１と、赤外線センサ４０１上に設けられた、４．２μｍ〜４．３５μｍの波長の光のみを透過する光学フィルタ４０２と、赤外線センサ４０１及び光学フィルタ４０２をモールディングするためのモールディング部材４０３と、赤外線センサ４０１の受光部の視野を制限するための窓３０５を有する視野角制限体４０４と、赤外線センサモジュール４００の視野を覆うように視野角制限体４０４上に設けられた透明部材４０６とを備える。透明部材４０６としては、上記と同様に、アルミノケイ酸塩ガラス等のガラス材料を使用することができる。赤外線センサ４０１は、好ましくは量子型赤外線センサとすることができる。なお、「４．２μｍ〜４．３５μｍの波長の光のみを透過する光学フィルタ」とは、４．２μｍより短いおよび４．３５μｍより長い波長の赤外線の透過率が３０％、好ましくは２０％以下、より好ましくは１０％以下である光学部材を意味する。

実施例に係る赤外線センサモジュール４００においては、４．２μｍ〜４．３５μｍの波長の光によって赤外線検出を行うため、感度の観点から、携帯電話等の電子機器において物体が視野に入ったか否かの判定等を行うことが可能になる。さらに、４．２μｍ〜４．３５μｍの波長の光には太陽光等に起因する、測定環境によって変動する外乱要因が極めて少ないため、高精度な検出も可能になる。

図５は、環境温度２８度において、赤外線センサモジュールの視野に手（表面温度３４度前後）をかざした場合の赤外線センサ出力変化を例示する。図５（ａ）は光学フィルタを搭載しない前記参考例１に係る赤外線センサモジュール２００のセンサ出力変化を例示し、図５（ｂ）は５μｍ以下の波長の光を遮断する光学フィルタ３０２を用いた前記参考例２に係る赤外線センサモジュール３００のセンサ出力変化を例示し、図５（ｃ）は４．２μｍ〜４．３５μｍの波長の光のみを透過する光学フィルタ４０２を用いた前記実施例に係る赤外線センサモジュール４００のセンサ出力変化を例示する。

図５（ｂ）においては光学フィルタ３０２として日本真空光学株式会社製の５μｍカットロングパスフィルタを使用し、図５（ｃ）においては光学フィルタ４０２として日本真空光学株式会社製の４．２μｍバンドパスフィルタを使用した。

ここで、図６を用いて、図５において使用される、前記５μｍカットロングパスフィルタ及び前記４．２μｍバンドパスフィルタのそれぞれの赤外線に対する光学特性を説明する。図６（ａ）は前記５μｍカットロングパスフィルタの赤外線に対する光学特性を示し、図６（ｂ）は前記４．２μｍバンドパスフィルタの赤外線に対する光学特性を示す。図６（ａ）に示されるように、５μｍカットロングパスフィルタでは、５μｍより短い波長から急激に赤外線の透過率が低下していることが理解される。図６（ｂ）に示されるように、４．２μｍバンドパスフィルタでは、４．２μｍより短い波長および４．３５μｍより長い波長の赤外線の透過率が１０％以下になっていることが理解される。

なお、図５で示されるいずれの例も、赤外線センサには、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶基板上にＭＢＥ法で形成された、Ｓｎを１．０×１０¹⁹原子／ｃｍ³ドーピングしたＩｎＳｂ層（ｎ型半導体層、１．０μｍ）、Ｚｎを１×１０¹⁶原子／ｃｍ³ドーピングしたＩｎＳｂ層（真性半導体層、２．０μｍ）、Ｚｎを５×１０¹⁸原子／ｃｍ³ドーピングしたＡｌ_0.2Ｉｎ_0.8Ｓｂ層（バリア層、０．０２μｍ）、Ｚｎを５×１０¹⁸原子／ｃｍ³ドーピングしたＩｎＳｂ（ｐ型半導体層、０．５μｍ）、からなる半導体積層を有する赤外線センサを用いた。また、図５で示されるいずれの例も、視野角制限体はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂からなり、窓は直径１．０５ｍｍ、高さ０．５０ｍｍの円筒形状のものを用いた。

図５（ａ）に示されるように、光学フィルタを搭載しない赤外線センサモジュール２００の場合においては、環境温度よりも高い温度の手が視野に入ったにもかかわらず、出力が低下していることが理解される。これは、手が太陽光等に起因する外乱要因の赤外線を遮断したことにより、出力が低下したものと推察される。これではどのような状態の時に物体が視野内に入ったのか否かが判断できず、物体検出には適していないことが理解される。

また、図５（ｂ）に示されるように、５μｍ以下の波長の光を遮断する光学フィルタを用いた赤外線センサモジュール３００の場合においては、視野に物体が入ったか否かによって出力が変動せず、物体検出が出来ないことが理解される。

それに対して、図５（ｃ）に示されるように、４．２μｍ〜４．３５μｍの波長の光のみを透過する光学フィルタを用いた本発明に係る赤外線センサモジュール４００の場合は、環境温度よりも温度の高い手が視野に入ったことに起因して、出力が増加していることが理解される。よって、本発明の実施例に係る赤外線センサモジュール４００によれば、物体が視野内に入ったのか否かを、環境温度と物体の温度の関係上、正しく判断できることが理解される。

このように、本発明に係る赤外線センサモジュール４００においては、４．２μｍ〜４．３５μｍの波長の光のみを透過する光学フィルタ４０２を使用することにより、図５に示されるように、物体が視野に入ったか否かの判定等を高精度で行うことができる。

本発明に係る赤外線センサモジュールは、物体が視野に入ったか否かの判定を高精度で行うことができるため、近接感知、ジェスチャ検出、及び生体検知等を行う電子機器に適用することが好適である。

１００、２００、３００赤外線センサモジュール
１０１、２０１、３０１、４０１赤外線センサ
１０２、３０２、４０２光学フィルタ
１０３、２０３、３０３モールディング部材
１０４、２０４、３０４、４０４視野角制限体
１０５、２０５、３０５、４０５窓
２０６、３０６、４０６透明部材

Claims

４．２μｍ〜４．３５μｍの波長の光のみを透過する光学部材を備える赤外線センサと、
前記赤外線センサの視野を覆う透明部材と
を備えることを特徴とする赤外線センサモジュール。
前記透明部材は、アルミノケイ酸塩ガラスからなる材料を含む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。
前記赤外線センサは、量子型赤外線センサであることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線センサモジュール。
請求項１乃至３のいずれかに記載の赤外線センサモジュールを備えることを特徴とする電気機器。
４．２μｍ〜４．３５μｍの波長の光のみを透過する光学部材を備えることを特徴とする生体検知用赤外線センサ。