JP4042707B2 - 赤外線検出器 - Google Patents

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Description

本発明は、パッケージ化された小型の赤外線検出器に関する。
パッケージ化された小型の赤外線検出器が、例えば、特開２００３−２７００４７号公報（特許文献１）に開示されている。
図９は、特許文献１に開示された赤外線検出器の模式的な断面図である。
図９に示す赤外線検出器９０は、赤外線を感知するセンサ素子９１と、センサ素子９１の出力信号を処理する信号処理回路が形成された回路基板９２とが、別体として形成されている。センサ素子９１は、薄肉部として形成されたメンブレン部９１ａと厚肉部９１ｂからなり、熱電対（図示省略）の温接点がメンブレン部９１ａ上に配置され、熱電対の冷接点が厚肉部９１ｂ上に配置されている。このようなメンブレン部９１ａを有するセンサ素子９１は、赤外線検出部である温接点の熱が厚肉部９１ｂ側に逃げ難く、高感度の赤外線検出が可能である。
また、赤外線検出器９０では、センサ素子９１が回路基板９２上に積層して配置され、これらがステム９３とキャップ９４およびフィルタ９５からなるケース内に収容されている。このように、センサ素子９１と回路基板９２をスタック構造とした赤外線検出器９０は、センサ素子９１と回路基板９２を並んで配置する赤外線検出器に較べて、小型化することができる。
特開２００３−２７００４７号公報
図９に示す赤外線検出器９０を用いて異なる方向から入射する赤外線を検出しようとすると、検出方向の数だけ赤外線検出器９０を準備して各方向に向けて配置するか、あるいは１個の赤外線検出器９０を各検出方向で走査させる必要がある。しかしながら、いずれの場合も、検出器全体が大型化し、検出器全体のコストが増大する。
そこで本発明は、異なる方向から入射する赤外線の検出が可能で、パッケージ化された小型で安価な赤外線検出器を提供することを目的としている。
請求項１に記載の赤外線検出器は、赤外線を透過する複数個の窓が設けられたケース内に、赤外線を感知する赤外線検出素子が形成されたセンサチップが複数個収容されてなるパッケージ化された赤外線検出器であって、前記複数個の窓が、それぞれ、前記複数個のセンサチップの上方に配置されてなり、前記複数個のセンサチップとその上方に配置された複数個の窓の間に、それぞれ、遮光板が備えられてなり、前記複数個のセンサチップのそれぞれについて、前記遮光板により、該センサチップの上方に配置された窓から入射する赤外線が遮断され、該センサチップと異なるセンサチップの上方に配置された窓から入射する赤外線が該センサチップに照射されるように、赤外線の入射方向が制御されてなり、前記複数個のセンサチップにより、それぞれ、前記複数個の窓を透過して異なる方向から入射する赤外線が検出されることを特徴としている。
当該赤外線検出器においては、ケースに設けられた複数個の窓が、それぞれ、複数個のセンサチップの上方に配置されている。また、複数個のセンサチップとその上方に配置された複数個の窓の間には、それぞれ、遮光板が備えられている。この遮光板により、複数個のセンサチップのそれぞれについて、該センサチップの上方に配置された窓から入射する赤外線が遮断され、該センサチップと異なるセンサチップの上方に配置された窓から入射する赤外線が該センサチップに照射されるようにしている。このため、検出する方向の赤外線をより確実に選択することができ、異なる方向から入射する赤外線の高精度な検出が可能となる。
当該赤外線検出器は、検出方向の数だけ赤外線検出器を準備したり、赤外線検出器を走査させたりする場合に較べて、検出器全体を小型化することができ、検出器全体のコストも低減することができる。また、遮光板は、小さな部品であり、複数個のセンサチップと共にパッケージ化することができると共に、外部に露出していないため、保守が容易である。
従って、当該赤外線検出器は、異なる方向から入射する赤外線の検出が可能で、パッケージ化された小型で安価な赤外線検出器とすることができる。
請求項２に記載のように、前記赤外線検出器は、前記センサチップの入出力制御回路が形成された回路チップを備える赤外線検出器であって、前記回路チップが前記パッケージ内に収容されてなることが好ましい。これによって、センサチップと回路チップを別パッケージとする場合に較べて、検出器全体を小型化することができ、検出器全体のコストも低減することができる。
請求項３に記載のように、前記赤外線検出器においては、前記複数個のセンサチップのそれぞれに対応する各入出力制御回路が、１個の回路チップ内に形成されてなることが好ましい。これによって、各センサチップに対応した個別の回路チップを設ける場合に較べて、検出器全体を小型化することができ、検出器全体のコストも低減することができる。
請求項４に記載のように、前記センサチップは、前記回路チップ上に積層配置されてなることが好ましい。これによって、センサチップと回路チップを並べて配置する場合に較べて、検出器全体を小型化することができ、検出器全体のコストも低減することができる。
請求項５に記載のように、前記赤外線検出器は、前記センサチップが、薄肉部として形成されたメンブレンを有する基板からなり、前記赤外線検出素子が、前記基板上に形成された熱電対と赤外線吸収膜とからなり、前記熱電対の温接点が前記メンブレン上に形成され、前記熱電対の冷接点が前記メンブレンの外側の基板上に形成され、前記赤外線吸収膜が、前記温接点を被覆するようにメンブレン上に形成され、前記赤外線検出素子が、赤外線を受光したときに前記熱電対における温接点と冷接点との間に生じる温度差によって熱電対の起電力を変化させ、その変化した起電力に基づいて赤外線を検出する赤外線検出器に好適である。
上記のようなメンブレンを有するセンサチップは、熱電対の温接点における熱が基板側に逃げ難く、高精度の赤外線検出が可能である。このような高精度のセンサチップを複数個、前記入射制御手段と共にパッケージ化することで、異なる方向から入射する赤外線を高精度で検出することが可能となる。従って、当該赤外線検出器は、パッケージ化された小型で安価な赤外線検出器であって、高精度の赤外線検出器とすることができる。
請求項６に記載のように、前記赤外線検出素子は、前記熱電対が、基板の上に異種材料の膜が交互に複数組直列に延設され、一つおきの接合部が前記温接点と冷接点となる、いわゆるサーモパイル式赤外線検出素子であることが好ましい。
サーモパイル式赤外線検出素子は、大きなセンサ出力が得られ、高感度である。このような高感度の赤外線検出素子が形成されたセンサチップを複数個、前記入射制御手段と共にパッケージ化することで、異なる方向から入射する赤外線を高感度で検出することが可能となる。従って、当該赤外線検出器は、パッケージ化された小型で安価な赤外線検出器であって、高感度の赤外線検出器とすることができる。
請求項７に記載のように、前記基板は半導体基板であり、前記赤外線検出素子は、絶縁膜を介して、前記半導体基板上に形成されることが好ましい。半導体基板を用いることで、一般的な半導体製造技術により容易にメンブレンを有する基板とすることができ、メンブレンを有するセンサチップを、低コストで製造することができる。
半導体基板におけるメンブレンの形成は、例えば請求項８に記載のように、前記半導体基板が、前記赤外線検出素子の形成される面と反対の裏面側からエッチングされて、メンブレンが形成されるようにしてもよい。また、例えば請求項９に記載のように、前記半導体基板が、前記赤外線検出素子の形成される面と同じ主面側からエッチングされて、メンブレンが形成されるようにしてもよい。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態ではないが参考とする赤外線検出器１００の模式的な断面図である。
図１に示す赤外線検出器１００は、赤外線検出素子が形成された２個のセンサチップ１０ｔ１，１０ｔ２と、赤外線検出素子の入出力を制御する制御回路が形成された２個の回路チップ２０ｔ１，２０ｔ２を有する。センサチップ１０ｔ１，１０ｔ２は、回路チップ２０ｔ１，２０ｔ２上に積層して配置され、これらがステム３０と赤外線を透過する窓であるフィルタ４０ｆａ，４０ｆｂが付いたキャップ４０からなるケース内に収容され、パッケージ化されている。尚、ステム３０とキャップ４０は溶接されており、ケース内には窒素が封入される。
図１における２個のセンサチップ１０ｔ１，１０ｔ２および２個の回路チップ２０ｔ１，２０ｔ２は、それぞれ、同じ構造のものである。
図２に、センサチップの詳細を示す。図２（ａ）は、センサチップ１０ｔの模式的な断面図であり、図２（ｂ）は、模式的な上面図である。また、図２（ｃ）は、センサチップ１０ｔに形成された赤外線検出素子１０の構成およびセンサ出力の取り出しを示す模式図である。
図２（ａ）に示すように、センサチップ１０ｔはシリコン（Ｓｉ）半導体基板１からなり、裏面からエッチングされて薄肉部として形成されたメンブレン１０ｍを有する。半導体基板１上には、赤外線検出素子１０が、絶縁膜２を介して形成されている。半導体基板１上に形成された赤外線検出素子１０は、熱電対１０ａと赤外線吸収膜１０ｂとからなる。
図２（ｂ）に示すように、熱電対１０ａは、メンブレン１０ｍを取り囲むように配置される。尚、見やすくするために、図２（ｂ）と図２（ｃ）では、赤外線吸収膜１０ｂの図示が省略されている。
図２（ｃ）に示すように、熱電対１０ａは、半導体基板１の上に異種材料１０ａｘ，１０ａｙの膜が交互に複数組直列に延設され（サーモパイル）、一つおきの接合部が温接点１０ａｈと冷接点１０ａｃとなる。異種材料１０ａｘ，１０ａｙの膜の組み合せとしては、例えば、アルミニウム膜とポリシリコン膜の組み合せが用いられる。図２（ａ），（ｃ）に示すように、熱電対１０ａの温接点１０ａｈは、熱容量の小さいメンブレン１０ｍ上に形成されている。一方、熱電対１０ａの冷接点１０ａｃは、メンブレン１０ｍの外側における熱容量の大きい厚肉部１０ｎ上に形成されている。また、図２（ａ）に示すように、赤外線検出素子１０においては、温接点１０ａｈを被覆するようにして、赤外線吸収膜１０ｂが、メンブレン１０ｍ上に形成される。
人体などから赤外線が照射されると、赤外線吸収膜１０ｂに赤外線が吸収されて、温度上昇が起こる。その結果、赤外線吸収膜１０ｂの下に配置された温接点１０ａｈの温度が上昇する。一方、冷接点１０ａｃの温度は、厚肉部１０ｎがヒートシンクとなって温度が上昇しないため、温度測定の基準点となる。このように、赤外線検出素子１０は、赤外線を受光したときの温接点１０ａｈと冷接点１０ａｃとの間に生じる温度差により熱電対１０ａの起電力を変化（ゼーペック効果）させ、その変化した起電力に基づいて赤外線を検出する。尚、図２（ｃ）に示す熱電対１０ａはサーモパイルとなっているため、各異種材料１０ａｘ，１０ａｙの組で発生する起電力の総和が、赤外線検出素子１０の出力となる。
図２（ａ）〜（ｃ）に示すメンブレン１０ｍを有するセンサチップ１０ｔは、熱電対１０ａの温接点１０ａｈにおける熱が厚肉部１０ｎに逃げ難く、高精度の赤外線検出が可能である。また、サーモパイルとなっている熱電対１０ａは、大きな起電力（センサ出力）が得られ、高感度で高精度な赤外線検出素子とすることができる。
図１に示す赤外線検出器１００では、赤外線の透過窓であるフィルタ４０ｆａ，４０ｆｂを透過して異なる方向から入射する赤外線Ｌ１，Ｌ２を検出することができる。赤外線検出器１００においては、キャップ４０に設けられたフィルタ４０ｆａ，４０ｆｂを透過して上方から入射する太い点線矢印で示した赤外線Ｌ０は、図に示すように、各センサチップ１０ｔ１，１０ｔ２に等しく照射される。一方、フィルタ４０ｆａ，４０ｆｂを透過して異なる方向から入射する太い実線矢印で示した赤外線Ｌ１，Ｌ２は、図に示すように、それぞれ対応するセンサチップ１０ｔ２，１０ｔ１の赤外線検出素子に照射されるように、フィルタ４０ｆａ，４０ｆｂとセンサチップ１０ｔ１，１０ｔ２の配置が適宜設定されている。このようにして、図１の赤外線検出器１００は、赤外線の透過窓であるフィルタ４０ｆａ，４０ｆｂを透過して異なる方向から入射する赤外線Ｌ１，Ｌ２の検出が可能な赤外線検出器となっている。
図１の赤外線検出器１００は、検出方向の数だけ赤外線検出器を準備したり、赤外線検出器を走査させたりする場合に較べて、検出器全体を小型化することができ、検出器全体のコストも低減することができる。また、図１の赤外線検出器１００は、センサチップ１０ｔ１，１０ｔ２だけでなく、センサチップ１０ｔ１，１０ｔ２の入出力制御回路が形成された回路チップ２０ｔ１，２０ｔ２も同じケース内に収容され、パッケージ化されている。これによっても、センサチップと回路チップを別パッケージとした赤外線検出器に較べて、検出器全体を小型化することができ、検出器全体のコストも低減することができる。さらに、図１の赤外線検出器１００は、センサチップ１０ｔ１，１０ｔ２と回路チップ２０ｔ１，２０ｔ２が積層配置されている。従って、センサチップと回路チップを全て並べて配置する赤外線検出器に較べても、小型化された赤外線検出器となっている。
以上のようにして、図１の赤外線検出器１００は、異なる方向から入射する赤外線Ｌ１，Ｌ２の検出が可能で、パッケージ化された小型で安価な赤外線検出器となっている。
図３も、本発明の実施形態ではないが参考とする別の赤外線検出器１０１の模式的な断面図を示す。尚、図３に示す赤外線検出器１０１において、図１の赤外線検出器１００と同様の部分については同じ符号を付した。
図３の赤外線検出器１０１においては、２個のセンサチップ１０ｔ１，１０ｔ２のそれぞれに対応する各入出力制御回路が、１個の回路チップ２０ｔ内に形成されている。これによって、各センサチップ１０ｔ１，１０ｔ２に対応する個別の回路チップ２０ｔ１，２０ｔ２が設けられた図１の赤外線検出器１００と較べて、ステム３１とキャップ４１が小さくなっており、検出器全体が小型化されている。また、１個の回路チップ２０ｔとすることで、検出器全体のコストも低減することができる。尚、図３に示す赤外線検出器１０１についても、図１に示す赤外線検出器１００と同様にして、フィルタ４０ｆａ，４０ｆｂを透過して異なる方向から入射する赤外線Ｌ１，Ｌ２を検出することができる。
図４も、本発明の実施形態ではないが参考とする別の赤外線検出器１０２の模式的な断面図を示す。尚、図４に示す赤外線検出器１０２において、図３の赤外線検出器１０１と同様の部分については同じ符号を付した。
図４の赤外線検出器１０２は、図３の赤外線検出器１０１と較べて、キャップ４２の形状と、赤外線の透過窓であるフィルタ４０ｆａ，４０ｆｂの２個のセンサチップ１０ｔ１，１０ｔ２に対する配置が異なっている。図３の赤外線検出器１０１では、上方から入射する赤外線Ｌ０に対して、側方から入射する赤外線Ｌ１，Ｌ２の割合が小さい。これに対して、図４の赤外線検出器１０２では、側方から入射する赤外線Ｌ１，Ｌ２に対してキャップ４２がより大きく開口されているため、上方から入射する赤外線Ｌ０に対する側方から入射する赤外線Ｌ１，Ｌ２の割合がより大きくなる。従って、図４の赤外線検出器１０２では、上方から入射する赤外線Ｌ０の影響が小さくなり、フィルタ４０ｆａ，４０ｆｂを透過して異なる方向から入射する赤外線Ｌ１，Ｌ２をより確実に検出することができる。
図５（ａ），（ｂ）も、本発明の実施形態ではないが参考とする赤外線検出器１０３，１０４の模式的な断面図である。
図５（ａ），（ｂ）に示す赤外線検出器１０３，１０４は、それぞれ、図１の赤外線検出器１００と図３の赤外線検出器１０１に対して、赤外線の入射方向を制御する入射制御手段として、プリズム５０ａ，５０ｂを追加した赤外線検出器である。尚、図５（ａ），（ｂ）においては、簡単化のために上方から入射する赤外線Ｌ０の図示を省略している。
プリズム５０ａ，５０ｂが設けられた赤外線検出器１０３，１０４では、図に示すように、異なる方向から入射する赤外線Ｌ３，Ｌ４がプリズム５０ａ，５０ｂで屈折されて、各センサチップ１０ｔ１，１０ｔ２に照射される。赤外線検出器１０３，１０４においては、プリズム５０ａ，５０ｂの頂角を適宜設定することで、検出する方向の赤外線Ｌ３，Ｌ４をより確実に選択することができる。これによって、異なる方向から入射する赤外線Ｌ３，Ｌ４の高精度な検出が可能となる。
尚、図５（ａ），（ｂ）の赤外線検出器１０３，１０４においては、プリズム５０ａ，５０ｂがキャップ４０，４１の外側に配置されているが、キャップ４０，４１の内側に配置して、パッケージ内に収容してもよい。この場合には、プリズム５０ａ，５０ｂが外部に露出していないため、プリズム５０ａ，５０ｂの保守が容易になる。
図６（ａ），（ｂ）は、本発明に係る赤外線検出器１０５，１０６の模式的な断面図である。
図６（ａ），（ｂ）に示す赤外線検出器１０５，１０６は、それぞれ、図１の赤外線検出器１００と図３の赤外線検出器１０１に対して、赤外線の入射方向を制御する入射制御手段として、遮光板６０ａ，６０ｂを追加した赤外線検出器である。
図６（ａ），（ｂ）の赤外線検出器１０５，１０６では、図に示すように、上方から入射する赤外線Ｌ０が、遮光板６０ａ，６０ｂに遮られて、各センサチップ１０ｔ１，１０ｔ２に照射されない。従って、赤外線検出器１０５，１０６においては、上方から入射する赤外線Ｌ０の影響をなくすことができ、検出する方向の赤外線Ｌ１，Ｌ２をより確実に選択することができる。これによって、異なる方向から入射する赤外線Ｌ１，Ｌ２の高精度な検出が可能となる。
図７（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態における別の赤外線検出器１０７〜１０９の模式的な断面図である。
図７（ａ）〜（ｃ）も、本発明の実施形態ではないが参考とする赤外線検出器１０７〜１０９の模式的な断面図である。
図１の赤外線検出器１００と図３の赤外線検出器１０１では、フィルタ４０ｆａを透過した赤外線Ｌ１がセンサチップ１０ｔ２に照射され、フィルタ４０ｆｂを透過した赤外線Ｌ２がセンサチップ１０ｔ１に照射されていた。一方、反射板７０，７１を設けた図７（ａ），（ｂ）の赤外線検出器１０７，１０８では、フィルタ４０ｆａを透過した赤外線Ｌ１がセンサチップ１０ｔ１に照射され、フィルタ４０ｆｂを透過した赤外線Ｌ２がセンサチップ１０ｔ２に照射される。
反射板７０，７１が設けられた赤外線検出器１０７，１０８においては、反射板７０，７１の面の角度を適宜設定することで、検出する方向の赤外線Ｌ１，Ｌ２をより確実に選択することができる。これによって、異なる方向から入射する赤外線Ｌ１，Ｌ２の高精度な検出が可能となる。
図７（ｃ）に示す赤外線検出器１０９は、３個のセンサチップ１０ｔ１〜１０ｔ３と、１個の回路チップ２１ｔを有する。３個のセンサチップ１０ｔ１〜１０ｔ３は、回路チップ２１ｔ上に積層して配置され、これらがステム３２と赤外線を透過する窓であるフィルタ４０ｆａ〜４０ｆｃが付いたキャップ４３からなるケース内に収容され、パッケージ化されている。図７（ｃ）の赤外線検出器１０９についても、赤外線の入射方向を制御する入射制御手段として、反射板７２，７３が設けられている。
図７（ｃ）の赤外線検出器１０９においては、図に示すように、３つの方向の異なる方向から入射する赤外線Ｌ０〜Ｌ２の検出が可能である。尚、反射板７２，７３のセンサチップ１０ｔ２側の面は、上方から入射する赤外線Ｌ０の選択を確実にするため、赤外線の反射が起きないようにコーティングされている。
図５〜図７に示した赤外線検出器１０３〜１０９は、赤外線の入射方向を制御する入射制御手段として、プリズム、遮光板もしくは反射板を備え、これらの入射制御手段を介して、複数個のセンサチップにより、それぞれ、窓を透過して異なる方向から入射する赤外線が検出される。赤外線検出器１０３〜１０９においては、入射制御手段を用いることで、検出する方向の赤外線をより確実に選択することができ、異なる方向から入射する赤外線の高精度な検出が可能となる。
また、プリズム、遮光板、反射板等の入射制御手段は、いずれも小さな部品であり、複数個のセンサチップと共にケース内に収容し、パッケージ化することができる。
以上のようにして、図５〜図７に示した赤外線検出器１０３〜１０９は、異なる方向から入射する赤外線の高精度検出が可能で、パッケージ化された小型で安価な赤外線検出器とすることができる。尚、図５〜図７に示した赤外線検出器１０３〜１０９は、プリズム、遮光板もしくは反射板を単独で用いていたが、これらを組み合わせて用いてもよい。
図１〜図７に示した赤外線検出器１００〜１０９におけるセンサチップ１０ｔ１〜１０ｔ３は、図２において詳しく示したように、半導体基板にメンブレンが形成されたセンサチップであった。また、メンブレンは、半導体基板が赤外線検出素子の形成される面と反対の裏面側からエッチングされて、形成されていた。しかしながら、図６に示した本発明に係る赤外線検出器に用いられるセンサチップはこれに限らず、メンブレンは、半導体基板が赤外線検出素子の形成される面と同じ主面側からエッチングされて、形成されてもよい。
図８（ａ）〜（ｃ）に、そのようなセンサチップ１１ｔ１，１１ｔ２が用いられた、本発明の実施形態ではないが参考とする赤外線検出器１１０，１１１と、本発明に係る赤外線検出器１１２の模式的な断面図を示す。
赤外線検出素子が形成されるセンサチップとして、半導体基板を用いた場合には、一般的な半導体製造技術により容易にメンブレンを形成することができ、低コストで製造できるため好ましい。しかしながら、赤外線検出素子が形成されるセンサチップはこれに限らず、ガラス等の任意の材料を用いた基板であってよい。高感度の赤外線検出素子とするために、基板にメンブレンを形成することが好ましいが、メンブレンを有しないセンサチップであっても効果的である。また、赤外線検出素子は、熱電対を用いたものに限らず、薄膜抵抗体の温度による抵抗値変化を利用して赤外線を検出するものであってもよい。
本発明の実施形態ではないが参考とする赤外線検出器１００の模式的な断面図である。 センサチップの詳細を示す図で、（ａ）は模式的な断面図であり、（ｂ）は模式的な上面図であり、（ｃ）は赤外線検出素子の構成およびセンサ出力の取り出しを示す模式図である。 本発明の実施形態ではないが参考とする別の赤外線検出器１０１の模式的な断面図である。 本発明の実施形態ではないが参考とする別の赤外線検出器１０２の模式的な断面図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態ではないが参考とする赤外線検出器１ ０３，１０４の模式的な断面図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明に係る赤外線検出器１０５，１０６の模式的な断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態ではないが参考とする赤外線検出器１ ０７〜１０９の模式的な断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態ではないが参考とする赤外線検出器１ １０，１１１と、本発明に係る赤外線検出器１１２の模式的な断面図である。 従来の赤外線検出器の模式的な断面図である。
符号の説明
９０，１００〜１１２ 赤外線検出器
１０ｔ，１０ｔ１〜１０ｔ３，１１ｔ１，１１ｔ２ センサチップ
１ 半導体基板
２ 絶縁膜
１０ 赤外線検出素子
１０ｍ メンブレン
１０ｎ 厚肉部
１０ａ 熱電対
１０ａｈ 温接点
１０ａｃ 冷接点
１０ｂ 赤外線吸収膜
２０ｔ，２１ｔ，２０ｔ１，２０ｔ２ 回路チップ
３０〜３２ ステム
４０〜４３ キャップ
４０ｆａ，４０ｆｂ，４０ｆｃ フィルタ
５０ａ，５０ｂ プリズム
６０ａ，６０ｂ 遮光板
７０〜７３ 反射板
Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２ 赤外線

Claims (9)

  1. 赤外線を透過する複数個の窓が設けられたケース内に、赤外線を感知する赤外線検出素子が形成されたセンサチップが複数個収容されてなるパッケージ化された赤外線検出器であって、
    前記複数個の窓が、それぞれ、前記複数個のセンサチップの上方に配置されてなり、
    前記複数個のセンサチップとその上方に配置された複数個の窓の間に、それぞれ、遮光板が備えられてなり、
    前記複数個のセンサチップのそれぞれについて、
    前記遮光板により、該センサチップの上方に配置された窓から入射する赤外線が遮断され、該センサチップと異なるセンサチップの上方に配置された窓から入射する赤外線が該センサチップに照射されるように、赤外線の入射方向が制御されてなり、
    前記複数個のセンサチップにより、それぞれ、前記複数個の窓を透過して異なる方向から入射する赤外線が検出されることを特徴とする赤外線検出器。
  2. 前記赤外線検出器が、
    前記センサチップの入出力制御回路が形成された回路チップを備える赤外線検出器であって、
    前記回路チップが前記パッケージ内に収容されてなることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出器。
  3. 前記複数個のセンサチップのそれぞれに対応する各入出力制御回路が、１個の回路チップ内に形成されてなることを特徴とする請求項２に記載の赤外線検出器。
  4. 前記センサチップが、前記回路チップ上に積層配置されてなることを特徴とする請求項２または３に記載の赤外線検出器。
  5. 前記センサチップが、薄肉部として形成されたメンブレンを有する基板からなり、
    前記赤外線検出素子が、前記基板上に形成された熱電対と赤外線吸収膜とからなり、
    前記熱電対の温接点が前記メンブレン上に形成され、前記熱電対の冷接点が前記メンブレンの外側の基板上に形成され、
    前記赤外線吸収膜が、前記温接点を被覆するようにメンブレン上に形成され、
    前記赤外線検出素子が、赤外線を受光したときに前記熱電対における温接点と冷接点との間に生じる温度差によって熱電対の起電力を変化させ、その変化した起電力に基づいて赤外線を検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の赤外線検出器。
  6. 前記熱電対が、基板の上に異種材料の膜が交互に複数組直列に延設され、一つおきの接合部が前記温接点と冷接点となることを特徴とする請求項５に記載の赤外線検出器。
  7. 前記基板が半導体基板であり、
    前記赤外線検出素子が、絶縁膜を介して、前記半導体基板上に形成されることを特徴とする請求項５または６に記載の赤外線検出器。
  8. 前記半導体基板が、前記赤外線検出素子の形成される面と反対の裏面側からエッチングされて、
    前記メンブレンが形成されてなることを特徴とする請求項７に記載の赤外線検出器。
  9. 前記半導体基板が、前記赤外線検出素子の形成される面と同じ主面側からエッチングされて、
    前記メンブレンが形成されてなることを特徴とする請求項７に記載の赤外線検出器。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5615338B2 (ja) * 2012-11-08 2014-10-29 三菱電機株式会社 コンデンサ劣化診断装置、インバータ装置、及び家電機器
DE102014220229A1 (de) 2014-10-07 2016-04-07 Robert Bosch Gmbh Optische Detektorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren
JP6685012B2 (ja) * 2016-03-22 2020-04-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 赤外線検出装置
JP7065337B2 (ja) * 2017-08-31 2022-05-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 赤外線検出装置
CN112701211B (zh) * 2020-12-29 2023-04-28 上海烨映微电子科技股份有限公司 红外热电堆封装结构及方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3958118A (en) * 1975-02-03 1976-05-18 Security Organization Supreme-Sos-Inc. Intrusion detection devices employing multiple scan zones
JPH01116419A (ja) * 1987-10-29 1989-05-09 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 赤外線検知器
JPH07104202B2 (ja) * 1991-05-24 1995-11-13 株式会社大真空 焦電型赤外線センサ
JPH05256704A (ja) * 1992-03-11 1993-10-05 Toshiba Corp 輻射熱温度センサ
US5543620A (en) * 1994-11-30 1996-08-06 Opto Tech Corporation Wide-view-angle and planarized-packing structure for IR heat sensing elements
US5929445A (en) * 1996-09-13 1999-07-27 Electro-Optic Technologies, Llc Passive infrared detector
JP3733847B2 (ja) * 2000-08-07 2006-01-11 セイコーエプソン株式会社 測温計
JP2003270047A (ja) * 2002-03-15 2003-09-25 Denso Corp 赤外線センサ
JP3743394B2 (ja) * 2002-05-31 2006-02-08 株式会社村田製作所 赤外線センサおよびそれを用いた電子装置

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