JP2014130056A - Infrared sensor - Google Patents
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Description
本発明は、赤外線を検知する赤外線センサに関する。 The present invention relates to an infrared sensor that detects infrared rays.
格子状に配列された受光素子が設けられたセンサチップと、赤外線をセンサチップに結像するレンズとを備える赤外線センサが知られている(特許文献1参照)。このような赤外線センサにおいて、視野の光軸は、センサチップとレンズとの相対位置関係により決定される。一般的な赤外線センサは、視野の光軸がセンサチップに対して垂直になるように設計されている。水平面に対して斜め方向の視野を検知する場合、赤外線センサは、傾斜して設置されたり、赤外線センサの前方にミラーが設置されたりすることにより、視野角内の赤外線を検知する。 There is known an infrared sensor including a sensor chip provided with light receiving elements arranged in a grid and a lens that forms an infrared image on the sensor chip (see Patent Document 1). In such an infrared sensor, the optical axis of the visual field is determined by the relative positional relationship between the sensor chip and the lens. A general infrared sensor is designed so that the optical axis of the field of view is perpendicular to the sensor chip. When detecting a visual field in an oblique direction with respect to a horizontal plane, the infrared sensor detects an infrared ray within a viewing angle by being installed at an inclination or by installing a mirror in front of the infrared sensor.
赤外線センサが水平面に対して傾斜して設定される場合、視野の手前側と奥側とで、センサチップの1画素分の検知面積が異なる為、検知視野は台形状に歪んでしまう。一方、ミラーを設置する場合、別部品を外付けする必要があり、装置のサイズ及び製造コストが増大する問題がある。 When the infrared sensor is set to be inclined with respect to the horizontal plane, the detection visual field is distorted into a trapezoid because the detection area for one pixel of the sensor chip is different between the near side and the far side of the visual field. On the other hand, when installing a mirror, it is necessary to externally attach another part, and there exists a problem which the size and manufacturing cost of an apparatus increase.
本発明は、上記問題点を鑑み、簡単な構成で、視野の歪みを低減する赤外線センサを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an infrared sensor that reduces distortion of the visual field with a simple configuration.
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様は、基板と、前記基板の上面に搭載され、上面に格子状に配列された複数の受光素子を有し、前記複数の受光素子が受光した赤外線に応じた信号を出力するセンサチップと、中心が、前記複数の受光素子の中心を通る垂線から離間するように、前記複数の受光素子と平行に、前記センサチップの上方に配置され、前記複数の受光素子に赤外線を結像するレンズとを備える赤外線センサであることを要旨とする。 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a substrate and a plurality of light receiving elements mounted on the upper surface of the substrate and arranged in a lattice pattern on the upper surface. A sensor chip that outputs a signal corresponding to the received infrared light, and a center disposed above the sensor chip in parallel with the plurality of light receiving elements so as to be separated from a perpendicular passing through the centers of the plurality of light receiving elements. The gist of the present invention is an infrared sensor including a lens that forms an infrared image on the plurality of light receiving elements.
また、本発明の第1の態様に係る赤外線センサにおいては、前記基板に設置され、赤外線を前記センサチップに入射させる第1入射窓を有するケースを更に備え、前記ケースは、前記第1入射窓に前記レンズを保持することができる。 In the infrared sensor according to the first aspect of the present invention, the infrared sensor according to the first aspect of the present invention further includes a case having a first incident window that is installed on the substrate and allows infrared light to be incident on the sensor chip, and the case includes the first incident window. It is possible to hold the lens.
また、本発明の第1の態様に係る赤外線センサにおいては、前記基板の上面に搭載され、前記センサチップが出力する信号を処理する集積回路と、前記センサチップ及び前記集積回路を覆い、赤外線を前記センサチップに入射させる第2入射窓を有するシールドカバーとを更に備えることができる。 Moreover, in the infrared sensor according to the first aspect of the present invention, an integrated circuit that is mounted on the upper surface of the substrate and that processes a signal output from the sensor chip, covers the sensor chip and the integrated circuit, and transmits infrared light. And a shield cover having a second incident window that is incident on the sensor chip.
また、本発明の第1の態様に係る赤外線センサにおいては、前記レンズの中心は、前記複数の受光素子の中心を通る垂線から前記集積回路側に離間することができる。 In the infrared sensor according to the first aspect of the present invention, the center of the lens can be separated from the perpendicular passing through the centers of the plurality of light receiving elements toward the integrated circuit.
本発明によれば、簡単な構成で、視野の歪みを低減する赤外線センサを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the infrared sensor which reduces distortion of a visual field with simple structure can be provided.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings. Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is the material, shape, structure, The layout is not specified as follows. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope described in the claims.
(赤外線センサ)
本発明の実施の形態に係る赤外線センサは、図1に示すように、基板1と、センサチップ2と、集積回路(IC)3と、シールドカバー4と、レンズ5と、ケース6とを備える。本発明の実施の形態に係る赤外線センサは、赤外線を受信して、例えば温度分布や熱源の有無等を検知する。
(Infrared sensor)
As shown in FIG. 1, the infrared sensor according to the embodiment of the present invention includes a
基板1は、概略として矩形平板状であり、セラミック基板や樹脂系のプリント基板等の多層基板からなる。基板1は、センサチップ2、IC3等と接続する回路配線が形成される。基板1は、図2に示すように、上面に、接地電位に接続され、ケース6と接合される接合用電極11や、センサチップ2により検知された温度を補正する為に温度を検知するサーミスタ12等が形成される。接合用電極11は、基板1の上面を縁取るように枠状に形成される。
The
センサチップ2は、概略として矩形平板状であり、例えばダイボンディングにより基板1の上面に搭載される。センサチップ2は、上面に格子状に配列された複数の受光素子を受光面として有する。センサチップ2の複数の受光素子は、それぞれ、赤外線を受光し、受光した赤外線の強度に応じた出力信号を出力する。
The
センサチップ2の複数の受光素子は、例えば、8×8の正方格子状に配列された64画素の受光素子である。センサチップ2の複数の受光素子は、配列パターンの直交するグリッドラインのうちの一方が、基板1の長手方向に沿う方向となるように配置される。センサチップ2の複数の受光素子は、例えば、格子状に配列されたサーモパイルからなる。センサチップ2は、その他、焦電型赤外線センサ、量子型赤外線センサ等を採用することができる。センサチップ2は、例えばワイヤボンディングやフリップチップ等により、基板1の回路配線やIC3の端子に接続される。
The plurality of light receiving elements of the
IC3は、例えばダイボンディングにより基板1の上面の、センサチップ2近傍に搭載される。IC3及びセンサチップ2は、基板1の長手方向に沿って並んで配置される。IC3は、センサチップ2が出力する出力信号を処理し、センサチップ2の出力信号に基づいて、例えば温度分布、熱源の有無等の検出処理を行う。センサチップ2は、例えばワイヤボンディングやフリップチップ等により、基板1の回路配線やセンサチップ2の出力端子に接続される。
The
シールドカバー4は、赤外線を検知しようとする対象以外からセンサチップ2に入射する赤外線及びIC3に入射する赤外線を遮断する。シールドカバー4は、概略として直方体の箱状であり、下面の全面を開口する。シールドカバー4は、センサチップ2及びIC3を覆うように、側壁部の下端部が基板1に、導電性樹脂等により接合される。シールドカバー4は、例えばコバール等の金属材料から形成される。シールドカバー4は、センサチップ2の上方の、上面の一部に矩形状の入射窓40を有する。入射窓40は、赤外線に対して透明であり、例えば貫通孔である。入射窓40は、センサチップ2の受光面に赤外線を入射させる。入射窓40の中心は、平面視、センサチップ2の受光面の中心を通る垂線からIC3側に離間する。
The shield cover 4 blocks infrared rays that are incident on the
レンズ5は、概略として矩形平板状であり、片面(上面)が平坦面、他面(下面)が凸面に形成された凸レンズである。レンズ5は、中心が、センサチップ2の受光面の中心を通る垂線から離間するように、センサチップ2の上方にセンサチップ2の受光面と平行に配置される。レンズ5は、センサチップ2の受光面に赤外線を結像するように構成される。レンズ5は、センサチップ2の受光面に集光させる機能を有していればよい。例えば、レンズ5は、両面が凸面に形成されていてもよく、片面が凹面で他面がその凹面よりも曲率の大きな凸面で形成されていてもよい。レンズ5の凸面及び凹面は、放物面等の種々の曲率を有してもよい。
The
ケース6は、概略として直方体の箱状であり、下面の全面を開口する。ケース6は、金属から形成される。ケース6は、シールドカバー4を覆うように、側壁部の下端部が、基板1の接合用電極11に、導電性樹脂等により接合されることにより、基板1に設置される。ケース6は、センサチップ2の上方の、上面の一部に矩形状の入射窓60を有する。入射窓60は、赤外線に対して透明であり、例えば貫通孔である。入射窓60の中心は、平面視、センサチップ2の受光面の中心を通る垂線からIC3側に離間する。
The
入射窓60は、図3に示すように、レンズ5の上面が、ケース6の下方から入射窓60の周囲に接合可能なように、レンズ5に沿う矩形形状である。入射窓60は、周囲にレンズ5の上面が接合されることにより、レンズ5を保持する。入射窓60は、その他、円形、楕円形等であってもよい。入射窓60は、レンズ5を介してセンサチップ2の受光面に赤外線を入射させる。シールドカバー4の入射窓40の中心は、例えば、レンズ5の中心とセンサチップ2の受光面の中心との間に位置する。ケース6は、樹脂等により入射窓60の周囲にレンズ5が接合され、側壁部の下端部が基板1の接合用電極11に接合されることにより、内部を封止する。
As shown in FIG. 3, the
レンズ5は、図4に示すように、中心が、センサチップ2の受光面の中心を通る垂線に対して所定の角度θを有するように配置される。レンズ5の中心は、平面視、センサチップ2の受光面の中心を通る垂線からIC3側に離間する。本発明の実施の形態に係る赤外線センサの検知視野の視野角Aは、センサチップ2、入射窓40、レンズ5及び入射窓60の形状、配置等により決定される。本発明の実施の形態に係る赤外線センサの検知視野の光軸Bは、角度θにより決定される。すなわち、光軸Bは、レンズ5の中心とセンサチップ2の受光面の中心とを結ぶ直線上に位置し、本発明の実施の形態に係る赤外線センサに対して角度θだけ傾く。
As shown in FIG. 4, the
例えば、図5に示すように、角度θが15°であり、本発明の実施の形態に係る赤外線センサが、基板1の長手方向が垂直方向(Y軸方向)から検知方向(X軸方向)に30°傾斜された状態で、水平面(X−Z平面)Pに向けて赤外線の検知を行う場合を考える。この場合、光軸Bは、垂直方向に対して45°傾く。本発明の実施の形態に係る赤外線センサのセンサチップ2が検知する視野Qは、図6に示すように、水平面Pにおいて、台形状に形成される。
For example, as shown in FIG. 5, the angle θ is 15 °, and the infrared sensor according to the embodiment of the present invention is such that the longitudinal direction of the
図7に示すように、レンズ5の中心が、センサチップ2の受光面の中心を通る垂線上に位置するように構成された赤外線センサSを用いて、図5に示す例と同様に、光軸Bが垂直方向に対して45°傾くように、水平面Pに向けて赤外線を検知する場合を考える。なお、赤外線センサSが備えるシールドカバー4p及びケース6pの入射窓は、中心が、センサチップ2の受光面の中心を通る垂線上に位置し、赤外線センサSの光軸Bは、センサチップ2の受光面の中心を通る垂線と一致する。
As shown in FIG. 7, using the infrared sensor S configured so that the center of the
光軸Bが垂直に形成される赤外線センサSは、図8に示すように、基板1が垂直方向から検知方向に45°傾斜された状態で、水平面Pに向けて赤外線の検知を行う。赤外線センサSのセンサチップ2が検知する視野Qは、図9に示すように、水平面Pにおいて、図6に示す視野Qよりも歪みの大きい台形状に形成される。
As shown in FIG. 8, the infrared sensor S in which the optical axis B is formed vertically detects infrared rays toward the horizontal plane P in a state where the
このように、本発明の実施の形態に係る赤外線センサは、レンズ5の中心が、センサチップ2の受光面の中心を通る垂線上に位置するように構成された赤外線センサSと比べて、角画素の視野の重なりが大きく、視野Qの歪みが小さい。また、本発明の実施の形態に係る赤外線センサは、赤外線センサSと同様に、視野角Aを有する。
As described above, the infrared sensor according to the embodiment of the present invention has a corner angle that is greater than that of the infrared sensor S configured such that the center of the
本発明の実施の形態に係る赤外線センサによれば、レンズ5の中心が、センサチップ2の受光面の中心を通る垂線から離間しているため、簡単な構成で、視野の歪みを低減できる。
According to the infrared sensor according to the embodiment of the present invention, since the center of the
また、本発明の実施の形態に係る赤外線センサによれば、レンズ5の中心がセンサチップ2の受光面の中心を通る垂線からIC3側に離間するため、レンズ5をずらすスペースが確保することができ、サイズを増大させず、光軸Bの傾きを大きくすることができる。
Further, according to the infrared sensor according to the embodiment of the present invention, the center of the
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was described by embodiment, it should not be understood that the description and drawing which form a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、既に述べた本発明の実施の形態おいて、赤外線センサは、レンズ5がシールドカバー4の入射窓40の周囲に接合されることにより、シールドカバー4に保持されるように構成されてもよい。
For example, in the above-described embodiment of the present invention, the infrared sensor may be configured to be held by the shield cover 4 by bonding the
また、既に述べた実施の形態において、レンズ5の平面パターンは、矩形に限るものでなく、円形等であってもよい。この場合、レンズ5が接合される入射窓40又は入射窓60の平面パターンは、レンズ5の平面パターンに応じて変形させればよい。
In the embodiment already described, the planar pattern of the
この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
1 基板
2 センサチップ
3 集積回路(IC)
4 シールドカバー
5 レンズ
6 ケース
40 入射窓
60 入射窓
1
4
Claims (4)
前記基板の上面に搭載され、上面に格子状に配列された複数の受光素子を有し、前記複数の受光素子が受光した赤外線に応じた信号を出力するセンサチップと、
中心が、前記複数の受光素子の中心を通る垂線から離間するように、前記複数の受光素子と平行に、前記センサチップの上方に配置され、前記複数の受光素子に赤外線を結像するレンズと
を備えることを特徴とする赤外線センサ。 A substrate,
A sensor chip mounted on the upper surface of the substrate and having a plurality of light receiving elements arranged in a lattice pattern on the upper surface, and outputting a signal corresponding to infrared rays received by the plurality of light receiving elements;
A lens that is disposed above the sensor chip in parallel with the plurality of light receiving elements so that a center is separated from a perpendicular line passing through the centers of the plurality of light receiving elements, and that forms an infrared ray on the plurality of light receiving elements; An infrared sensor comprising:
前記ケースは、前記第1入射窓に前記レンズを保持することを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。 A case having a first incident window installed on the substrate and allowing infrared rays to be incident on the sensor chip;
The infrared sensor according to claim 1, wherein the case holds the lens in the first incident window.
前記センサチップ及び前記集積回路を覆い、赤外線を前記センサチップに入射させる第2入射窓を有するシールドカバーと
を更に備えることを特徴とする請求項2に記載の赤外線センサ。 An integrated circuit mounted on an upper surface of the substrate and processing a signal output from the sensor chip;
The infrared sensor according to claim 2, further comprising: a shield cover that covers the sensor chip and the integrated circuit and has a second incident window that allows infrared light to enter the sensor chip.
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Cited By (1)
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WO2018193825A1 (en) * | 2017-04-17 | 2018-10-25 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Pyroelectric sensor element and pyroelectric sensor using same |
-
2012
- 2012-12-28 JP JP2012287466A patent/JP2014130056A/en active Pending
Cited By (2)
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WO2018193825A1 (en) * | 2017-04-17 | 2018-10-25 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Pyroelectric sensor element and pyroelectric sensor using same |
WO2018193824A1 (en) * | 2017-04-17 | 2018-10-25 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Pyroelectric sensor element and pyroelectric sensor using same |
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