JP5988638B2 - 赤外線検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、赤外線を検出して、温度の測定、人・物の検出、ガス濃度の検出等をする赤外線検出装置に関する。

一般に、赤外線検出装置は、赤外線を検出して、温度の測定、人・物の検出、ガス濃度の検出等を行うことができる。そして、携帯電話やノートブックパソコン等の電子機器においては、人体検知のためにこの赤外線検出装置を備えることが一般的となっている。
この携帯電話やノートブックパソコン等の電子機器が有する赤外線検出装置として、従来、例えば、図６に示すものが知られている。図６は、従来の赤外線検出装置の一例の断面図である。

図６に示す赤外線検出装置１０１は、回路を印刷した基板１０２と、基板１０２上に実装された赤外線センサ１０３と、赤外線センサ１０３に赤外線を入射する開口部１０７ａを有する筐体（携帯電話などの筐体）１０７とを備えている。
ここで、赤外線センサ１０３は、センサ素子１０４の受光面１０４ａが露出するようにセンサ素子１０４が樹脂パッケージ１０５で包み込まれてなる。センサ素子１０４及び樹脂パッケージ１０５は、上方（図６における上方）から見て正方形または長方形に形成される。そして、樹脂パッケージ１０５の上面には、視野角制限部としての機能を果たす視野角制限用開口１０６ａを有する、樹脂パッケージ１０５とは別体の視野角制限部１０６が設けられている。視野角制限部１０６はその視野角制限用開口１０６ａがセンサ素子１０４の受光面１０４ａの周囲を取り囲むように樹脂パッケージ１０５上に固定されている。視野角制限用開口１０６ａは、視野角制限部１０６を上下方向に貫通している。

そして、赤外線センサ１０３は、筐体１０７の開口部１０７ａと赤外線センサ１０３の受光面１０４ａとが位置合わせされるように、筐体１０７の下側に設置される。視野角制限部１０６は、筐体１０７に接するかあるいは所定間隔隔てるように配置され、この視野角制限部１０６の視野角制限用開口１０６ａの直径及び深さ（視野角制限部１０６の厚さ）の寸法によって、センサ素子１０４の視野角は所定の角度θに制限されるようになっている。視野角制限用開口１０６ａの外形は、センサ素子１０４の外形よりも大きく、筐体１０７の開口部１０７ａの外形は、視野角制限用開口１０６ａの外形よりも大きくなっている。

そして、 また、従来の赤外線センサとして、例えば、図７に示すもの（特許文献１参照）も知られている。図７は、従来の赤外線センサの他の例を示す断面図である。
図７に示す赤外線センサ２０１は、外部からの赤外線を受光する赤外線センサ素子２０２と、温度センサ素子２０３と、赤外線センサ素子２０２及び温度センサ素子２０３を包み込む樹脂パッケージ２０４とを備えている。そして、樹脂パッケージ２０４には、視野角制限部としての機能を果たす視野角制限用開口２０４ａが形成されている。視野角制限用開口２０４ａは、外部と赤外線センサ素子２０２とが連通するように形成されている。

更に、従来の赤外線検出装置として、例えば、図８に示すもの（特許文献２参照）も知られている。図８は、従来の赤外線検出装置のもう一つ他の例を示す断面図である。
図８に示す赤外線検出装置３０１は、筐体３０３内の固定座３０３ａ上に固定された赤外線センサ３０２を備えている。そして、筐体３０３の表面３０３ｂであって赤外線センサ３０２の上方には、赤外線取込窓３０４が形成されている。赤外線取込窓３０４は、筐体３０３の表面３０３ｂから赤外線センサ３０２側に凹む有底円筒形状の収容部３０４ａと、収容部３０４ａの底部中央に設けられた赤外線透過部３０４ｂとを備えている。

そして、赤外線取込窓３０４の収容部３０４ａ内には、赤外線センサ３０２の視野角を制限する機能を果たす制限アダプタピース３０５が収容されている。制限アダプタピース３０５は、収容部３０４ａの深さと同程度の長さの円筒形状に形成されている。

特開２０１１−９５１４３号公報 特開２００３−３２３６８１号公報

しかしながら、これら従来の図６に示した赤外線検出装置１０１、図７に示した赤外線センサ２０１、及び図８に示した赤外線検出装置３０１にあっては、以下の問題点があった。
即ち、図６に示した赤外線検出装置１０１の場合、赤外線センサ１０３において、センサ素子１０４の視野角を制限する機能を果たす視野角制限部１０６を、樹脂パッケージ１０５とは別個に用意し、その樹脂パッケージ１０５に固定する必要があるため、部品点数が多く、また、視野角制限部１０６のセンサ素子１０４に対する位置決めなどの手間がかかり製造が複雑で赤外線センサ自体の製造コストが高くなるという問題があった。

また、図７に示した赤外線センサ２０１の場合、赤外線センサ素子２０２の視野角を制限する機能を果たす視野角制限部を、樹脂パッケージ２０４とは別個に用意する必要はなく、部品点数は多くはないが、樹脂パッケージ２０４に視野角制限用開口２０４ａを加工する必要があり、赤外線センサ２０１自体のコストが高くなってしまうという問題点があった。

更に、図８に示した赤外線検出装置３０１の場合、赤外線センサ３０２の視野角を制限する機能を果たす制限アダプタピース３０５を、赤外線センサ３０２及び筐体３０３とはとは別個に用意し、赤外線取込窓３０４の収容部３０４ａ内に収容する必要があるため、部品点数が多く、また、赤外線センサ３０２及び筐体３０３を含めた赤外線検出装置３０１の製造コストが高くなってしまうという問題があった。

従って、本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、赤外線センサ自体に視野角制限部材を設けず、かつ赤外線センサ及び筐体以外に視野角制限部材を設けないで簡易かつ低コストで赤外線センサの視野角を制限することができる赤外線検出装置を提供することにある。

本発明のうち請求項１に係る赤外線検出装置は、基板と、該基板上に実装され、センサ素子の受光面が露出するように前記センサ素子が樹脂パッケージで包み込まれてなる赤外線センサと、該赤外線センサの前記センサ素子に赤外線を入射する開口部を有し、前記受光面に平行な方向に対して平坦な形状を有する電子機器の筐体とを備え、前記赤外線センサは、前記センサ素子の受光面が、前記筐体の前記開口部における、前記赤外線センサ側の開口面と同一面上あるいは所定の間隔を隔てて配置されるように、設置されることを特徴としている。

この請求項１に係る赤外線検出装置によれば、赤外線センサは、センサ素子の受光面が、筐体の開口部における、赤外線センサ側の開口面と同一面上あるいは所定の間隙を隔てて配置されるように、設置されるので、赤外線センサのセンサ素子の視野角が、筐体に設けられた赤外線をセンサ素子の受光面に入射させる開口部の形状及び大きさに依存して所定の角度に制限されることになる。このため、筐体に設けられる赤外線を入射させるための開口部を利用してセンサ素子の視野角を制限できるので、赤外線センサ自体に視野角制限部材を設けず、かつ赤外線センサ及び筐体以外に視野角制限部材を設けないで簡易かつ低コストで赤外線センサの視野角を制限することができる。

また、本発明のうち請求項２に係る赤外線検出装置は、請求項１記載の赤外線検出装置において、前記赤外線センサの受光面を内接または一致する円の直径を前記筐体の厚みで除算した値、または、前記赤外線センサの受光面を内接または一致する円の直径に、前記筐体の開口部を内接または一致する円の直径から前記赤外線センサの受光面を内接または一致する円の直径の差を２で割った値を加えた値を、前記筐体の厚みで除算した値が０．０９以上１．７３以下であることを特徴としている。

この請求項２に係る赤外線検出装置によれば、視野角を１０度以上１２０度以下に制限することができ、赤外線センサの十分な信号レベルを確保しながら、測定対象のみを測定することができるようになる。
また、本発明のうち請求項３に係る赤外線検出装置は、請求項１又は２記載の赤外線検出装置において、前記筐体の開口部が、外部から前記開口部内に異物が侵入するのを防止するための赤外線が透過可能な板材によって塞がれていることを特徴としている。

この請求項３に係る赤外線検出装置によれば、開口部に設けられた板材によって外部から開口部内に異物が侵入するのを阻止でき、赤外線センサのセンサ素子の受光面に異物が付着するのを阻止できる。また、板材は、赤外線の透過が可能な材質で構成されているため、赤外線が外部から開口部を通ってセンサ素子の受光面に入射されるのに支障はない。
更に、本発明のうち請求項４に係る赤外線検出装置は、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の赤外線検出装置において、前記筐体の開口部に、特定の波長範囲の赤外線だけを透過する光学フィルターを設けたことを特徴としている。

この請求項４に係る赤外線検出装置によれば、開口部を通って赤外線センサのセンサ素子に入射する赤外線のうち特定の波長範囲の赤外線だけが光学フィルターを透過し、その特定の波長範囲以外の赤外線がセンサ素子に入射するのを阻止することができる。

本発明に係る赤外線検出装置によれば、赤外線センサ自体に視野角制限部材を設けず、かつ赤外線センサ及び筐体以外に視野角制限部材を設けないで簡易かつ低コストで赤外線センサの視野角を制限することができる。

本発明に係る赤外線検出装置の第１実施形態の平面図である。 図１における２−２線に沿う断面図である。 本発明に係る赤外線検出装置の第２実施形態の断面図である。 本発明に係る赤外線検出装置の第３実施形態の断面図である。 本発明に係る赤外線検出装置の第４実施形態の断面図である。 従来の赤外線検出装置の一例の断面図である。 従来の赤外線センサの他の例を示す断面図である。 従来の赤外線検出装置のもう一つ他の例を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る赤外線検出装置の第１実施形態の平面図である。図２は、図１における２−２線に沿う断面図である。
図１及び図２に示す赤外線検出装置１は、携帯電話やノートブックパソコン等の電子機器に、人体検知のために使用されるものであって、回路を表面（図２における上面）に印刷したリジッド基板２と、リジッド基板２上に実装された赤外線センサ３と、赤外線センサ３に赤外線を入射する開口部６ａを有する筐体（携帯電話などの筐体）６とを備えている。

ここで、赤外線センサ３は、センサ素子４の受光面４ａが露出するようにセンサ素子４が樹脂パッケージ５で包み込まれてなる。センサ素子４及び樹脂パッケージ５は、図１に示すように、上方（図２における上方）から見て正方形または長方形に形成され、図２に示すように、センサ素子４の受光面４ａ及び樹脂パッケージ５の上面は、同一平面状に形成されている。センサ素子４の受光面４ａは、上方から見て正方形または長方形をなしている。

また、筐体６は、図２に示すように、上面及び下面を平面状にした硬質プラスチック製の平板部材であり、赤外線センサ３に赤外線を入射する、上下方向に貫通する上方から見て円形の開口部６ａを有する。
そして、リジッド基板２上に実装された赤外線センサ３は、図２に示すように、センサ素子４の受光面４ａが、筐体６の開口部６ａにおける、赤外線センサ３側（下側）の開口面６ｄと同一面上に配置されるように、設置される。赤外線センサ３は、図示しない位置決め手段によって、センサ素子４の受光面４ａの中心と筐体６の開口部６ａとが位置合わせされるように、設置される。赤外線センサ３の樹脂パッケージ５の上面は、筐体６の下面に接している。

このように、赤外線センサ３は、センサ素子４の受光面４ａが、筐体６の開口部６ａにおける、赤外線センサ３側の開口面６ｄと同一面上に配置されるように、設置されるので、図２に示すように、赤外線センサ３のセンサ素子４の視野角は、筐体６に設けられた開口部６ａの形状及び大きさに依存して所定の角度θに制限されることになる。具体的に述べると、赤外線センサ３のセンサ素子４の視野角は、開口部６ａの直径Ｄと開口部６ａの深さ（筐体６の厚み）Ｈによって所定の角度θに制限される。

このため、筐体６に設けられる赤外線を入射させるための開口部６ａを利用してセンサ素子４の視野角を制限できるので、赤外線センサ３自体に視野角制限部材を設けず、かつ赤外線センサ３及び筐体６以外に視野角制限部材を設けないで簡易かつ低コストで赤外線センサ３のセンサ素子４の視野角を制限することができる。
なお、赤外線センサ３の受光面４ａを内接する円の直径を筐体６の厚みで除算した値、または、赤外線センサ３の受光面４ａを内接する円の直径に、筐体６の開口部６ａに一致する円の直径から赤外線センサ３の受光面４ａを内接する円の直径の差を２で割った値を加えた値を、筐体６の厚みで除算した値が０．０９以上１．７３以下であることが好ましい。

このようにすることにより、視野角を１０度以上１２０度以下に制限することができ、赤外線センサ３の十分な信号レベルを確保しながら、測定対象のみを測定することができるようになる。
また、赤外線センサ３の受光面４ａを上方から見て円形とした場合には、赤外線センサ３の受光面４ａに一致する円の直径を筐体６の厚みで除算した値、または、赤外線センサ３の受光面４ａに一致する円の直径に、筐体６の開口部６ａに一致する円の直径から赤外線センサ３の受光面４ａに一致する円の直径の差を２で割った値を加えた値を、筐体６の厚みで除算した値が０．０９以上１．７３以下であることが好ましい。

このようにすることにより、視野角を１０度以上１２０度以下に制限することができ、赤外線センサ３の十分な信号レベルを確保しながら、測定対象のみを測定することができる。
更に、開口部６ａを上方から見て多角形状にした場合には、赤外線センサ３の受光面４ａに内接する円の直径を筐体６の厚みで除算した値、または、赤外線センサ３の受光面４ａに内接する円の直径に、筐体６の開口部６ａに内接する円の直径から赤外線センサ３の受光面４ａに内接する円の直径の差を２で割った値を加えた値を、筐体６の厚みで除算した値が０．０９以上１．７３以下であることが好ましい。

次に、本発明に係る赤外線検出装置の第２実施形態を図３を参照して説明する。図３は、本発明に係る赤外線検出装置の第２実施形態の断面図である。図３において、図１及び図２と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図３に示す赤外線検出装置１は、基本構成は図１及び図２に示す赤外線検出装置１と同様であるが、筐体６の開口部６ａを板材７で塞いだ点が相違している。

具体的に述べると、図３に示す赤外線検出装置１において、筐体６の赤外線センサ３側と反対側の面（上面）であって、筐体６の開口部６ａの周囲には、円形の凹部６ｂが形成されている。そして、この凹部６ｂには、外部（上部）から開口部６ａ内に異物が侵入するのを防止するための円形の板材７が設置されている。板材７は、赤外線が透過可能なポリエチレン製で、凹部６ｂに接着剤により固定されている。

このように、筐体６の開口部６ａが、外部から開口部６ａ内に異物が侵入するのを防止するための赤外線が透過可能な板材７によって塞がれているので、図１及び図２に示した赤外線検出装置１の効果に加えて、開口部６ａに設けられた板材７によって外部から開口部６ａ内に異物が侵入するのを阻止でき、赤外線センサ３のセンサ素子４の受光面４ａに異物が付着するのを阻止できるという効果を奏する。また、板材７は、赤外線の透過が可能な材質で構成されているため、赤外線が外部から開口部６ａを通ってセンサ素子４の受光面４ａに入射されるのに支障はない。

次に、本発明に係る赤外線検出装置の第３実施形態を図４を参照して説明する。図４は、本発明に係る赤外線検出装置の第３実施形態の断面図である。図４において、図１乃至図３と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図４に示す赤外線検出装置１は、基本構成は図３に示す赤外線検出装置１と同様であるが、筐体６の開口部６ａに、特定の波長範囲の赤外線だけを透過する光学フィルター８を設けた点で相違している。

具体的に述べると、図４に示す赤外線検出装置１において、筐体６の赤外線センサ３側の面（下面）であって、筐体６の開口部６ａの周囲には、円形の凹部６ｃが形成されている。そして、この凹部６ｃには、特定の波長範囲の赤外線だけを透過する円形の光学フィルター８が設置されている。光学フィルター８は、凹部６ｃに接着剤により固定されている。ここで、光学式フィルター８は、Ｓｉ基板の片面または両面にＺｎＳやＺｎＳｅの多層膜が形成されているものである。

このように、筐体６の開口部６ａに、特定の波長範囲の赤外線だけを透過する光学フィルター８を設けたので、図３に示す赤外線検出装置１の効果に加えて、開口部６ａを通って赤外線センサ３のセンサ素子４に入射する赤外線のうち特定の波長範囲の赤外線だけが光学フィルター８を透過し、その特定の波長範囲以外の赤外線がセンサ素子４に入射するのを阻止することができるという効果を奏する。

更に、本発明に係る赤外線検出装置の第４実施形態を図５を参照して説明する。図５は、本発明に係る赤外線検出装置の第４実施形態の断面図である。図５において、図１乃至図３と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図５に示す赤外線検出装置１は、基本構成は図３に示す赤外線検出装置１と同様であるが、図３に示す赤外線検出装置１においては、赤外線センサ３は、センサ素子４の受光面４ａが、筐体６の開口部６ａにおける、赤外線センサ３側の開口面６ｄと同一面上に配置されるように、設置さているのに対し、図５に示す赤外線検出装置１においては、赤外線センサ３は、センサ素子４の受光面４ａが、筐体６の開口部６ａにおける、赤外線センサ３側の開口面６ｄと所定の隙間δを隔てて配置されるように、設置されている点で相違している。

このように、赤外線センサ３は、センサ素子４の受光面４ａが、筐体６の開口部６ａにおける、赤外線センサ３側の開口面６ｄと所定の隙間δを隔てて配置されるように、設置されていても、赤外線センサ３のセンサ素子４の視野角は、筐体６に設けられた開口部６ａの形状及び大きさに依存して所定の角度に制限されることになる。具体的に述べると、赤外線センサ３のセンサ素子４の視野角は、開口部６ａの直径と開口部６ａの深さ（筐体６の厚み）と開口部６ａの深さと前記所定の隙間δとによって所定の角度に制限される。

このため、筐体６に設けられる赤外線を入射させるための開口部６ａを利用してセンサ素子４の視野角を制限できるので、赤外線センサ３自体に視野角制限部材を設けず、かつ赤外線センサ３及び筐体６以外に視野角制限部材を設けないで簡易かつ低コストで赤外線センサ３のセンサ素子４の視野角を制限することができる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。

例えば、赤外線検出装置１は、携帯電話やノートブックパソコン等の電子機器に、人体検知のために使用される場合に限らず、赤外線を検出して、温度の測定、物の検出、ガス濃度の検出等をする用途に用いても良い。
また、赤外線センサ３が実装される基板は、リジッド基板のみならず、フレキシブル回路基板（ＦＰＣ）などの他の回路を実装した基板であってもよい。

また、開口部６ａは、上方から見て円形状に形成される場合のみならず、多角形状であってもよい。
また、赤外線センサ３のセンサ素子４及び樹脂パッケージ５は、上方から見て正方形状または長方形状に形成される場合のみならず、他の例えば円形状または多角形状であってもよい。

更に、赤外線センサ３は、センサ素子４の受光面４ａが、筐体６の開口部６ａにおける、赤外線センサ３側の開口面６ｄと同一面上あるいは所定の隙間を隔てて配置されるように、設置されていればよく、樹脂パッケージ５と筐体６との間は隙間があっても隙間がなくてもよい。樹脂パッケージ５の上面と筐体６の上下面は必ずしも平面でなくてもよい。
また、図３に示すように筐体６の開口部６ａに板材７を設ける場合、筐体６の赤外線センサ３側と反対側の面（上面）に設ける場合に限らず、開口部６ａを塞ぐことが可能であれば、開口部６ａの深さ方向のいずれの位置に設けても良い。

更に、筐体６の開口部６ａに、特定の波長範囲の赤外線だけを透過する光学フィルター８を設ける場合、図４に示すように筐体６の赤外線センサ３側の面（下面）に設ける場合に限らず、開口部６ａの深さ方向のいずれの位置に設けても良い。但し、図３及び図４に示すように筐体６の開口部６ａに板材７を設ける場合には、開口部６ａにおいて板材７よりも赤外線センサ３側に設けることが好ましい。

１ 赤外線検出装置
２ リジッド基板（基板）
３ 赤外線センサ
４ センサ素子
４ａ 受光面
５ 樹脂パケージ
６ 筐体
６ａ 開口部
６ｂ 凹部
６ｃ 凹部
６ｄ 開口面
７ 板材
８ 光学フィルター
δ 隙間

Claims (4)

1. 基板と、
   該基板上に実装され、センサ素子の受光面が露出するように前記センサ素子が樹脂パッケージで包み込まれてなる赤外線センサと、
   該赤外線センサの前記センサ素子に赤外線を入射する開口部を有し、前記受光面に平行な方向に対して平坦な形状を有する電子機器の筐体とを備え、
   前記赤外線センサは、前記センサ素子の受光面が、前記筐体の前記開口部における、前記赤外線センサ側の開口面と同一面上あるいは所定の間隔を隔てて配置されるように、設置されることを特徴とする赤外線検出装置。
2. 前記赤外線センサの受光面を内接または一致する円の直径を前記筐体の厚みで除算した値、または、前記赤外線センサの受光面を内接または一致する円の直径に、前記筐体の開口部を内接または一致する円の直径から前記赤外線センサの受光面を内接または一致する円の直径の差を２で割った値を加えた値を、前記筐体の厚みで除算した値が０．０９以上１．７３以下であることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出装置。
3. 前記筐体の開口部が、外部から前記開口部内に異物が侵入するのを防止するための赤外線が透過可能な板材によって塞がれていることを特徴とする請求項１又は２記載の赤外線検出装置。
4. 前記筐体の開口部に、特定の波長範囲の赤外線だけを透過する光学フィルターを設けたことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の赤外線検出装置。

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