JP6042137B2 - Infrared sensor module - Google Patents
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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。 The present invention relates to an infrared sensor module for performing infrared detection.
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。
FIG. 1 shows a configuration of a conventional infrared sensor module. As shown in FIG. 1, a conventional
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)。
When an infrared ray radiated from an object is incident on the
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。 In order to perform proximity sensing, gesture detection, living body detection, and the like in an electronic device such as a mobile phone, it is conceivable to use image processing by a camera, for example. Because of high power consumption, it has been difficult to apply to actual electronic devices such as mobile phones.
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。
On the other hand, since the
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。
However, when the
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。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to determine whether an object has entered the field of view even when the field of view of the infrared sensor module is covered with a transparent member. It is to provide an infrared sensor module capable of performing the above with high accuracy.
本発明の一態様に係る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。 An infrared sensor module according to an aspect of the present invention includes an infrared sensor including an optical member that transmits only light having a wavelength of 4.2 μm to 4.35 μm, and a transparent member that covers a field of view of the infrared sensor. And
本発明の他の態様に係る赤外線センサモジュールは、上記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。 The infrared sensor module which concerns on the other aspect of this invention is said infrared sensor module, Comprising: The said transparent member contains the material which consists of aluminosilicate glass, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の他の態様に係る赤外線センサモジュールは、上記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。 An infrared sensor module according to another aspect of the present invention is the infrared sensor module described above , wherein the infrared sensor is a quantum infrared sensor.
本発明の他の態様に係る電子機器は、上記の赤外線センサモジュールを備えることを特徴とする。 The electronic device which concerns on the other aspect of this invention is equipped with said infrared sensor module, It is characterized by the above-mentioned .
本発明の他の態様に係る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。 An infrared sensor for biological detection according to another aspect of the present invention includes an optical member that transmits only light having a wavelength of 4.2 μm to 4.35 μm.
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。 According to the present invention, since an infrared sensor is used, it is possible to determine whether or not an object has entered the field of view with low power consumption, and even when the field of view of the infrared sensor is covered with a transparent member, An infrared sensor module capable of performing the above determination and the like with high accuracy can be provided.
(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。
(Reference Example 1)
FIG. 2 shows a configuration of an infrared sensor module according to Reference Example 1. As illustrated in FIG. 2, the
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。
In the
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。
However, since the light in the wavelength band of 5 μm or less incident on the
(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。
(Reference Example 2)
FIG. 3 shows a configuration of an infrared sensor module according to Reference Example 2. As shown in FIG. 3, an
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。
In the
(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。
(Example)
FIG. 4 shows the configuration of an infrared sensor module according to the present invention. As shown in FIG. 4, an
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。
In the
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。
FIG. 5 exemplifies an infrared sensor output change when a hand (surface temperature around 34 degrees) is held over the visual field of the infrared sensor module at an environmental temperature of 28 degrees. FIG. 5A illustrates the sensor output change of the
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。
5B, a 5 μm cut long pass filter manufactured by Nippon Vacuum Optics Co., Ltd. is used as the
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。 Here, the optical characteristics of the 5 μm cut long pass filter and the 4.2 μm band pass filter used in FIG. 5 with respect to infrared rays will be described with reference to FIG. FIG. 6A shows the optical characteristics of the 5 μm cut long-pass filter with respect to infrared light, and FIG. 6B shows the optical characteristics of the 4.2 μm band-pass filter with respect to infrared light. As shown in FIG. 6 (a), it is understood that in the 5 μm cut long pass filter, the transmittance of infrared rays suddenly decreases from a wavelength shorter than 5 μm. As shown in FIG. 6B, it is understood that the transmittance of infrared light having a wavelength shorter than 4.2 μm and longer than 4.35 μm is 10% or less in the 4.2 μm bandpass filter. .
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Al0.2In0.8Sb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。 In any of the examples shown in FIG. 5, the infrared sensor includes an InSb layer formed by MBE on a semi-insulating GaAs single crystal substrate and doped with 1.0 × 10 19 atoms / cm 3 of Sn. (N-type semiconductor layer, 1.0 μm), InSb layer doped with Zn at 1 × 10 16 atoms / cm 3 (intrinsic semiconductor layer, 2.0 μm), Al 0.2 In doped with Zn at 5 × 10 18 atoms / cm 3 An infrared sensor having a semiconductor stack composed of a 0.8 Sb layer (barrier layer, 0.02 μm) and InSb (p-type semiconductor layer, 0.5 μm) doped with 5 × 10 18 atoms / cm 3 of Zn was used. In each of the examples shown in FIG. 5, the viewing angle limiter is made of polyphenylene sulfide (PPS) resin, and the window has a cylindrical shape with a diameter of 1.05 mm and a height of 0.50 mm.
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。
As shown in FIG. 5A, in the case of the
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。
Further, as shown in FIG. 5B, in the case of the
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。
On the other hand, as shown in FIG. 5C, in the case of the
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。
As described above, in the
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。 Since the infrared sensor module according to the present invention can determine with high accuracy whether or not an object has entered the field of view, it is suitable to be applied to an electronic device that performs proximity detection, gesture detection, living body detection, and the like. is there.
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
100, 200, 300
Claims (2)
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、
前記赤外線センサをモールディングするモールディング部材と、
前記赤外線センサの視野を制限するための窓を有する視野角制限体と、
前記視野角制限体上に設けられ、アルミノケイ酸塩ガラスからなる材料を含み、前記赤外線センサの視野を覆う透明部材と
を有する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。 An electrical device that performs living body detection by detecting infrared radiation radiated from a living body to be detected,
An infrared sensor including an optical member that transmits only light having a wavelength of 4.2 μm to 4.35 μm;
A molding member for molding the infrared sensor;
A viewing angle limiter having a window for limiting the field of view of the infrared sensor;
A transparent member that is provided on the viewing angle limiter and includes a material made of aluminosilicate glass and covers the field of view of the infrared sensor;
An electric device comprising an infrared sensor module having
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