JP2014169968A - 赤外線センサ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の赤外線センサから見た視野が重複する領域を低減しつつ、赤外線センサ装置全体の面積の増大を招来せず、かつ、検出可能な空間領域を狭くしないことが可能な赤外線センサ装置を提供すること。
【解決手段】赤外線センサ装置１０は、被検出体から発せられた赤外線を受光した赤外線検出信号に基づいて、被検出体の位置及び動作を判定する。複数の赤外線センサ２０ａ，２０ｂは、入射される赤外線に応じた電気信号を出力する。視野制限部３０は、複数の赤外線センサ２０ａ，２０ｂのそれぞれの視野と外部空間とを光学的に接続された開口部３１ａ，３１ｂが設けられた凸型形状部３２を有する。開口部３１ａ，３１ｂは、凸型形状部３２の斜面部３３ａ，３３ｂに設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、赤外線センサ装置及びその製造方法に関し、より詳細には、複数の赤外線センサを備えた赤外線センサ装置及びその製造方法に関する。

近年、省エネルギー化や環境センサの観点から、赤外線センサが注目されている。人体が発する赤外線を検知する人感センサは、照明やエアコンなどに搭載され、省エネルギー化に貢献している。また、赤外線センサは、測定対象物から入射する赤外線のエネルギー量を定量し、温度を検出する、非接触式温度計としても期待されている。
赤外線センサは、測定対象物から入射する赤外線エネルギーを精度良く検出するために、赤外線検出部に入射する赤外線の視野角を制限して、検出対象物以外の背景から放射される赤外線などの外乱光を除去する必要がある。このため、赤外線検出部の前面には、視野角を制限するために、開口部を備えた視野角制限部が配置される。

例えば、特許文献１には、複数の赤外線センサのそれぞれが、視野制限部を通過して入射される赤外線に応じて信号を出力し、この出力に基づいて被検出体の位置及び動作を判定する手段を備えた赤外線センサ装置が開示されている。
図１は、従来の赤外線センサ装置を説明するための断面構成図である。図中符号１は赤外線センサ装置、１１ａ，１１ｂは赤外線センサ、１２はセンサ基板、１３ａ，１３ｂは視野制限部、１４ａ，１４ｂは開口部、Ａは視野重複領域を示している。

従来の赤外線センサ装置１は、被検出体から発せられた赤外線を受光し、判定した被検出体の動作を示す信号を出力する赤外線検出部を有している。この赤外線検出部は、視野制限体１３ａ，１３ｂと、受光した赤外線の強度を示す赤外線検出信号を出力する２個の赤外線センサ１１ａ，１１ｂを有している。

特開２０１２−１１２７３１号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示されているような視野制限部を備える赤外線センサ装置では、図１に示すように、複数の赤外線センサから見た視野が重複する領域Ａが多く存在する。この重複する領域Ａに被検出体が存在すると、複数の赤外線センサ１１ａ，１１ｂの出力差が小さくなるため、被検出体の位置や動作を判定することが難しくなる。

この課題の解決手段としては、複数の赤外線センサの距離を広くする方法が挙げられる。しかし、複数の赤外線センサの距離を広くすると、赤外線センサ装置全体の大きさが大きくなってしまうという別の問題が生じる。
他の解決手段としては、複数の赤外線センサの視野角を狭くする方法も挙げられる。しかし、赤外線センサの視野角が狭くなると検出可能な空間領域が狭くなってしまうため、出力信号の低下に伴い測定精度が低下する。また、赤外線センサ装置近傍での検出しか行えなくなってしまう。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複数の赤外線センサから見た視野が重複する領域を低減しつつ、赤外線センサ装置全体の面積の増大を招来せず、かつ、検出可能な空間領域を狭くしないことが可能な赤外線センサ装置及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、被検出体から発せられた赤外線を受光した赤外線検出信号に基づいて、前記被検出体の位置及び動作を判定する赤外線センサ装置（１０）において、入射される前記赤外線に応じた電気信号を出力する複数の赤外線センサ（２０ａ，２０ｂ）と、該複数の赤外線センサ（２０ａ，２０ｂ）のそれぞれの視野と外部空間とを光学的に接続された開口部（３１ａ，３１ｂ）が設けられた凸型形状部（３２）を有する視野制限部（３０）とを備え、前記開口部（３１ａ，３１ｂ）が、前記凸型形状部（３２）の前記斜面部（３３ａ，３３ｂ）に設けられていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記複数の赤外線センサ（２０ａ，２０ｂ）が配置されているセンサ基板（２１）の基板面（２１ａ）と、前記斜面部（３３ａ，３３ｂ）の斜面とのなす角が、１０度以上６０度以下であることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記赤外線検出信号に基づいて所望の演算が可能な演算部（４０）を備えていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記複数の赤外線センサ（２０ａ，２０ｂ）が、前記演算部（４０）の周囲に配置され、赤外線センサ装置（１０）を平面視したときに、前記演算部（４０）の少なくとも一部は、前記凸型形状部（３２）の前記斜面部（３３ａ，３３ｂ）以外の領域で覆われていることを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、被検出体から発せられた赤外線を受光した赤外線検出信号に基づいて、前記被検出体の位置及び動作を判定する赤外線センサ装置（１０）の製造方法において、まず、入射される前記赤外線に応じた電気信号を出力する複数の赤外線センサ（２０ａ，２０ｂ）とリードフレーム（５０）をワイヤボンディングする工程と、次に、ワイヤボンディングされた赤外線センサ（２０ａ，２０ｂ）及びリードフレーム（５０）を第１のモールディング材（７０）でモールディングしてセンサ基板（２１）を形成するする工程と、次に、前記センサ基板（２１）上に、開口部（３１ａ，３１ｂ）が凸型形状部（３２）の斜面部（３３ａ，３３ｂ）に形成される視野制限部（３０）を接着する工程とを有することを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記センサ基板（２１）を形成するする工程の次に、前記センサ基板（２１）上に、演算部（４０）をダイボンディングし、リードフレーム（５０）にワイヤボンディングする工程を有することを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記演算部（４０）をダイボンディングし、リードフレーム（５０）にワイヤボンディングする工程の次に、前記演算部（４０）を第２のモールディング材（８０）でモールディングする工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、複数の赤外線センサから見た視野が重複する領域を低減しつつ、赤外線センサ装置全体の面積の増大を招来せず、かつ、検出可能な空間領域を狭くしないことが可能な赤外線センサ装置及びその製造方法を実現することが可能になる。

従来の赤外線センサ装置を説明するための断面構成図である。 本発明に係る赤外線センサ装置を説明するための断面構成図である。 図２の平面図である。 （ａ）乃至（ｇ）は、本発明に係る赤外線センサ装置の製造方法を説明するための工程図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図２は、本発明に係る赤外線センサ装置を説明するための断面構成図で、図３のＡ−Ａ線断面図である。図３は図２の平面図である。図中符号１０は赤外線センサ装置、２０ａ，２０ｂ（２０ｃ，２０ｄ）は赤外線センサ、２１はセンサ基板、２１ａは基板面、３０は視野制限部、３１ａ，３１ｂは開口部、３２は凸型形状部、３３ａ，３３ｂは斜面部、４０は演算部を示している。

本発明の赤外線センサ装置１０は、被検出体から発せられた赤外線を受光した赤外線検出信号に基づいて、被検出体の位置及び動作を判定するものである。また、複数の赤外線センサ２０ａ乃至２０ｄは、入射される赤外線に応じた電気信号を出力するものである。
この赤外線センサ２０ａ，２０ｂは、入射される赤外線に応じた電気信号を出力するセンサであれば特に制限されない。例えば、フォトダイオードやフォトコンダクタなど、光電変換によって信号を出力する「量子型センサ」や、サーモパイルや焦電型センサなど、赤外線吸収による温度変化を電気信号に変換する「熱型センサ」を用いることができる。また、例えば、赤外線センサ装置を平面視したときに、上下左右の４か所にそれぞれ配置することにより、被検出体の位置や動作を適切に判断することが可能になる。

また、視野制限部３０は、複数の赤外線センサ２０ａ，２０ｂのそれぞれの視野と外部空間とを光学的に接続された開口部３１ａ，３１ｂが設けられた凸型形状部３２を有している。
この視野制限部３０は、赤外線センサ２０ａ，２０ｂの視野と赤外線センサ装置１０から見た外部空間とを光学的に接続された開口部３１ａ，３１ｂと、凸型形状部３２を有し、この開口部３１ａ，３１ｂは、凸型形状部３２の斜面部３３ａ，３３ｂに形成されていれば特に制限されない。

しかし、特に制限されないが、各赤外線センサの視野の重複を低減し、かつ、各素子の視野角を所望の広さに保つ観点から、赤外線センサ２０ａ，２０ｂが配置されるセンサ基板２１の基板面２１ａと、凸型形状部３２の斜面とのなす角は、１０度以上６０度以下であることが好ましい。
また、視野制限部３０の材質としては、外乱光を効率よく除去する観点から、赤外線の透過率が低い材料であることが好ましい。赤外線の透過率が低い材料としては、例えば、金属、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂などが挙げられるが、これに限定されるものではない。

また、開口部３１ａ，３１ｂに所望の波長の赤外線を透過させることが可能な光学フィルタや光学レンズなどの窓材を備えていてもよい。
また、演算部４０は、赤外線検出信号に基づいて所望の演算が可能である。また、赤外線センサ２０ａ，２０ｂの面積の増大を招来せずに演算部４０を搭載する観点から、複数の赤外線センサ（２０ａ，２０ｂ）は、演算部４０の周囲に配置され、赤外線センサ装置１０を平面視したときに、演算部４０の少なくとも一部は、凸型形状部３２の斜面部３３ａ，３３ｂ以外の領域で覆われている。

また、演算部４０は、入力された信号に基づいて所望の演算が可能なものであれば特に制限されない。この演算部４０を備えた赤外線センサ装置１０は、所望の演算（例えば、動作判定演算や温度演算等）結果を出力することが可能であるため、キャリブレーションなどが容易になる。演算部の具体例としては、アナログ集積回路やデジタル集積回路が挙げられる。

このように、本発明の赤外線センサ装置は、図１に示した従来の赤外線センサ装置と比較して、検出可能な空間領域（断面視したときの視野角）及び赤外線センサ装置全体の大きさは保ったまま、２つの赤外線センサの視野が重複する領域（断面視したときの２つの赤外線センサの視野の端部がなす角α）を低減できていることが理解される。
さらに、演算部の少なくとも一部は、凸型形状部の斜面部以外の領域で覆われる位置に配置することにより、赤外線センサ装置の面積を保ったまま、演算部を更に搭載することが可能になっていることが理解される。

図４（ａ）乃至（ｇ）は、本発明に係る赤外線センサ装置の製造方法を説明するための工程図である。赤外線センサ装置１０の製造方法は、被検出体から発せられた赤外線を受光した赤外線検出信号に基づいて、被検出体の位置及び動作を判定する赤外線センサ装置１０の製造方法である。
まず、入射される赤外線に応じた電気信号を出力する複数の赤外線センサ２０ａ，２０ｂとリードフレーム５０をワイヤボンディングする工程（図４（ａ））と、次に、ワイヤボンディングされた赤外線センサ２０ａ，２０ｂ及びリードフレーム５０を第１のモールディング材７０でモールディングしてセンサ基板２１を形成するする工程（図４（ｂ））と、次に、センサ基板２１上に、開口部３１ａ，３１ｂが凸型形状部３２の斜面部３３ａ，３３ｂに形成される視野制限部３０を接着する工程（図４（ｃ））とを有している。これにより、演算部４０を備えていない赤外線センサ装置１０が製造される。

また、センサ基板２１を形成するする工程（図４（ｂ））の次に、センサ基板２１上に、演算部４０をダイボンディングし、リードフレーム５０にワイヤボンディングする工程（図４（ｄ））を有することにより、演算部４０を備えた赤外線センサ装置１０が製造される（図４（ｅ））。
また、演算部４０をダイボンディングし、リードフレーム５０にワイヤボンディングする工程（図４（ｄ））の次に、演算部４０を第２のモールディング材８０でモールディングする工程（図４（ｆ））を有することにより、演算部４０を備えるとともに、この演算部４０を第２のモールディング材８０でモールディングした赤外線センサ装置１０が製造される（図４（ｇ））。

以下、図４（ａ）乃至（ｇ）に沿って、本発明の赤外線センサ装置の製造方法を具体的に説明する。まず、図４（ａ）に示すように、キャリアテープ６０上に赤外線センサ２０ａ，２０ｂ及びリードフレーム５０をダイボンディングし、赤外線センサ２０ａ，２０ｂとリードフレーム５０をワイヤボンディングする。
次に、図４（ｂ）に示すように、ワイヤボンディングされた赤外線センサ２０ａ，２０ｂ及びリードフレーム５０をエポキシ樹脂などの第１のモールディング材７０（２１）によりモールディングする。

本実施例の赤外線センサ装置１０が演算部を有さない場合は、図４（ｃ）に示すように、キャリアテープ６０を剥離してセンサ基板２１を形成し、このセンサ基板２１上に所望の形状に形成された視野制限部３０を接着することにより、演算部を有さない本実施例の赤外線センサ装置１０を得ることができる。
また、演算部４０を備える場合は、図４（ｄ）に示すように、キャリアテープ６０を剥離してセンサ基板２１を形成し、このセンサ基板２１上に演算部４０をダイボンディングし、リードフレーム５０にワイヤボンディングする。

そして、図４（ｅ）に示すように、所望の形状に形成された視野制限部３０を接着することにより、本実施例の赤外線センサ装置１０を得ることができる。
また、図４（ｆ）に示すように、演算部４０をエポキシ樹脂などの第２のモールディング材８０によりモールディングし、図４（ｇ）に示すように、所望の形状に形成された視野制限部３０を接着することにより、本実施例の赤外線センサ装置１０を得ることができる。図４（ｇ）で得られた赤外線センサ装置１０は、視野制限部３０の凸型形状部３２が演算部４０のモールディング材７０により支持されることが可能であり、耐衝撃性の高い赤外線センサ装置１０を得ることが可能になる。さらに、対応する開口部３１ａ，３１ｂ以外から入射された赤外線が、赤外線センサ２０ａ，２０ｂに入射することを防止することも可能であり有益である。

本発明は、複数の赤外線センサから見た視野が重複する領域を低減しつつ、赤外線センサ装置全体の面積の増大を招来せず、かつ、検出可能な空間領域を狭くしないことが可能な赤外線センサ装置に関し、測光装置やモーションセンサ、非接触温度計として用いられる赤外線センサ装置として好適である。

１，１０ 赤外線センサ装置
１１ａ，１１ｂ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ 赤外線センサ
１２，２１ センサ基板
１３ａ，１３ｂ，３０ 視野制限部
１４ａ，１４ｂ，３１ａ，３１ｂ 開口部
２１ａ 基板面
３２ 凸型形状部
３３ａ，３３ｂ 斜面部
４０ 演算部
６０ キャリアテープ
５０ リードフレーム
７０ 第１のモールディング材
８０ 第２のモールディング材

Claims (7)

1. 被検出体から発せられた赤外線を受光した赤外線検出信号に基づいて、前記被検出体の位置及び動作を判定する赤外線センサ装置において、
   入射される前記赤外線に応じた電気信号を出力する複数の赤外線センサと、
   該複数の赤外線センサのそれぞれの視野と外部空間とを光学的に接続された開口部が設けられた凸型形状部を有する視野制限部とを備え、
   前記開口部が、前記凸型形状部の前記斜面部に設けられていることを特徴とする赤外線センサ装置。
2. 前記複数の赤外線センサが配置されているセンサ基板の基板面と、前記斜面部の斜面とのなす角が、１０度以上６０度以下であることを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサ装置。
3. 前記赤外線検出信号に基づいて所望の演算が可能な演算部を備えてい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装置。
4. 前記複数の赤外線センサが、前記演算部の周囲に配置され、赤外線センサ装置を平面視したときに、前記演算部の少なくとも一部は、前記凸型形状部の前記斜面部以外の領域で覆われていることを特徴とする請求項３に記載の赤外線センサ装置。
5. 被検出体から発せられた赤外線を受光した赤外線検出信号に基づいて、前記被検出体の位置及び動作を判定する赤外線センサ装置の製造方法において、
   まず、入射される前記赤外線に応じた電気信号を出力する複数の赤外線センサとリードフレームをワイヤボンディングする工程と、
   次に、ワイヤボンディングされた赤外線センサ及びリードフレームを第１のモールディング材でモールディングしてセンサ基板を形成するする工程と、
   次に、前記センサ基板上に、開口部が凸型形状部の斜面部に形成される視野制限部を接着する工程と
   を有することを特徴とする赤外線センサ装置の製造方法。
6. 前記センサ基板を形成するする工程の次に、前記センサ基板上に、演算部をダイボンディングし、リードフレームにワイヤボンディングする工程を有することを特徴とする請求項５に記載の赤外線センサ装置の製造方法。
7. 前記演算部をダイボンディングし、リードフレームにワイヤボンディングする工程の次に、前記演算部を第２のモールディング材でモールディングする工程を有することを特徴とする請求項６に記載の赤外線センサ装置の製造方法。

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