KR200238887Y1

KR200238887Y1 - 적외선 필터 기능을 가지는 렌즈가 장착된 적외선 센서패키지

Info

Publication number: KR200238887Y1
Application number: KR2020000029136U
Authority: KR
Inventors: 유양욱; 전민석; 강희만
Original assignee: 주식회사 메타텍
Priority date: 2000-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2001-10-25

Abstract

본 고안은 물체 검지에 응용되는 적외선 센서의 패키지에 관한 것으로, 적외선을 검출하는 감지소자(20); 상기 감지소자(20)가 안치고정되어 있는 베이스(21); 필터 일체형 렌즈(22); 상기 필터 일체형 렌즈(22)가 장착된 캡(23)를 베이스(21)에 용접하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 종래 적외선 센서 패키지에 비해 감지소자(20)에 입사되는 적외선의 손실을 상당히 줄일 수 있으므로 적외선 센서의 검출 능력을 향상시킬 수 있음과 동시에 렌즈의 적외선 집광시 에러를 제거할 수 있다.

Description

적외선 필터 기능을 가지는 렌즈가 장착된 적외선 센서 패키지{Package for IR Sensor Mounting a IR Filter Coated Lens}

본 고안은 물체로부터 방사되는 적외선을 검출하여 정보를 얻는 적외선 센서에 관한 것으로, 구체적으로 적외선 센서의 광학계로 사용되는 렌즈와 필터를 일체화시켜 적외선 손실을 최소화하고 적외선 집광시 에러를 제거할 수 있는 적외선 센서 패키지에 관한 것이다.

적외선 센서를 응용하고자 할 때에는 적외선을 감지하는 적외선 센서외에 물체로부터 방사되는 적외선을 집광시키는 렌즈 그리고 원하는 파장대의 적외선만을 투과시키는 필터 등의 광학계가 필요하다. 도1은 종래 기술에 의한 적외선 센서 패키지의 구성도로서 필터가 코팅된 윈도우(10)가 금속제 캡(11)에 장착되어 있고 상기 캡(11)은 감지소자(12)가 안치고정된 베이스(13)에 용접되어 적외선 센서 패키지를 일부 구성하고 별도의 지지대(14)에 렌즈(15)를 장착하므로서 패키지가 구성된다.

도1과 같은 종래의 기술에서의 적외선 센서 패키지에서, 물체에서 방사된 적외선은 적외선 센서 전방에 구성되어 있는 렌즈(15)에 의해 집속되고 필터가 코팅된 윈도우(10)를 통해 감지소자(12)로 전달되었다. 즉, 적외선 집광부와 필터부가 따로 사용되므로서 물체로부터 방사된 적외선이 감지소자(12)에 도달하기 전에 이중으로 손실이 발생하게 된다. 적외선을 집광시켜주는 렌즈(15)는 값이 저렴한 폴리계의 프라스틱 재질이 사용되고 있다. 이러한 렌즈(15)의 적외선 투과율은 약 70%이다. 일반적으로 사용되고 있는 윈도우(10)는 다층의 필터막이 코팅된 단결정 실리콘이며 적외선 투과율을 약 60%정도이다. 즉, 물체로부터 방사된 적외선의 약 40%는 윈도우(10)에서 손실된다. 따라서, 물체로부터 방사된 적외선은 렌즈(15)와 윈도우(10)를 통과하면서 약 58%의 손실이 발생하게 되어 센서의 검출 능력이 저하된다.

또한, 이러한 구성의 광학계를 사용할 때에는 초점거리를 정밀하게 조절하여야만 그 기능을 제대로 발휘할 수가 있는데 종래의 적외선 센서 패키지에서는 초점거리를 맞추기 위해, 즉 렌즈(15)를 통하여 전달되는 적외선이 감지소자(12)의 유효면적에 최대한 집속시키기 위해, 적외선 센서 전방에 렌즈(15)를 일정하게 안치고정할 수 있는 별도의 지지대(14)를 부가적으로 사용하고 있다.

이러한 종래 적외선 센서 패키지에서는 적외선 센서의 리드핀(16)을 PCB 기판(17)에 납땜을 하여 고정시키고 렌즈(15)는 지지대(14)의 홈에 끼워 넣는 방식으로 제작되었다. 이때, 리드핀(16) 고정시 작업자의 오류로 정확한 위치에 고정시키기지 못하는 경우가 빈번히 발생하고 있으며 또한 렌즈(15)가 단순히 지지대(14)의 홈에 끼워져 있으므로 생산시 패키지마다 서로 다른 위치를 가질 수 있게 된다. 따라서, 입사되는 적외선이 감지소자(12)의 유효 감지면적내에 완전히 집광되지 못하고 그 외 부분에 집광될 수 가 있다. 즉, 집광 효율이 현저히 감소하게 되어 생산되는 적외선 센서 패키지마다 검출 능력이 서로 다르고 검출 방향성에서의 차이 또한 커지게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 고안은 필터 기능을 가지는 렌즈를 사용하므로서 물체로부터 방사되는 적외선의 손실을 줄이고 초점거리를 정밀하게 조절하여 적외선 집광시 에러를 제거하여 제작할 수 있는 적외선 센서 패키지를 제공함을 목적으로 하고 있다.

도1은 종래 기술의 적외선 센서 패키지의 개략 구성도.

도2는 본 고안 적외선 필터 기능을 가지는 렌즈가 장착된 적외선 센서 패키지의 개략 구성도.

도3a는 본 고안에서 적용되는 필터 일체형 렌즈의 집광 렌즈 중 구면 렌즈의 단면도.

도3b는 본 고안에서 적용되는 필터 일체형 렌즈의 집광 렌즈 중 프레즈넬 렌즈의 단면도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 감지소자 21 : 베이스

22 : 필터 일체형 렌즈 23 : 캡

이와 같은 본 고안의 목적을 달성하기 위한 적외선 센서 패키지는 적외선을 검출하는 감지소자(20); 상기 감지소자(20)가 안치고정되어 있는 베이스(21); 필터 일체형 렌즈(22); 상기 필터 일체형 렌즈(22)가 장착된 캡(23)를 베이스(21)에 용접하여 구성하는 것을 특징으로 하고 있다.

이하 첨부 도면을 근거하여 본 고안의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도2는 본 고안의 적외선 센서 패키지를 모식적으로 나타낸 것이고, 도3a와 도3b는 각각 본 고안의 적외선 센서 패키지에 적용되는 필터 일체형 렌즈(22)의 집광 렌즈 중 구면 렌즈(31) 및 프레즈넬 렌즈(32)의 단면도이다.

본 고안 실시예에서 사용된 필터 일체형 렌즈(22)는 필터막(30)과 집광 렌즈로 구성되어 있으며 집광 렌즈는 형태에 따라 구면 렌즈(31) 또는 프레즈넬 렌즈(32)를 사용한다. 도3a의 구면 렌즈(31)는 단결정 실리콘을 사용하며 표면 및 측면을 기계 가공하여 원하는 곡률을 가지는 곡면을 형성시킨다. 본 고안 실시예에서 구면 렌즈(31)는 두 표면중 한 쪽은 볼록한 곡면 및 다른 쪽은 오록한 곡면을 형성시켜 구성할 수 있다. 따라서, 양쪽으로 볼록한 렌즈에 비해 두께를 줄여 적외선 손실을 감소시킬 수 있므며 또한 초점거리도 더 짧게 하여 패키지를 더욱 소형화할 수 있다. 구면 렌즈(31) 곡면의 곡률 반경 및 곡률은 감지소자(20)의 유효 감지면적과 캡(23)의 높이를 고려하여 조정하므로서 필터 일체형 렌즈(22)로 입사되는 적외선이 감지소자(20)에 최대한 집광되도록 할 수 있다. 또한, 구면렌즈(31)의 곡면의 곡률 반경 및 곡률이 정해져 있더라도 캡(23)의 높이를 조정하므로서 초점거리를 용이하게 맞출 수 있게 된다.

도3b의 프레즈널 렌즈(32)는 단결정 실리콘 웨이퍼를 마이크로 머시닝을 이용하며 일정 모양의 패턴을 단결정 실리콘 웨이퍼 표면에 형성시키고 부분적으로 에칭을 하므로서 요구되는 초점거리와 투과율를 만족하는 렌즈를 제작한다.

상기와 같이 제작된 구면 렌즈(31) 및 프레즈넬 렌즈(32)의 상하부중 적어도 한쪽의 표면에 필터막(30)을 코팅하므로서 필터 일체형 렌즈(22)가 완성된다. 이러한 필터막(30)은 황화아연(ZnS)과 게르마늄으로 구성되어 있으며 실리콘 표면에 진공 증착법을 이용하여 두 물질을 교대로 코팅시킨다. 코팅 물질 각각의 두께와 층수를 달리하므로서 필터막(30)의 투과 파장 범위와 투과율을 결정할 수 있게 된다.

집광렌즈의 한쪽 표면에 필터막(30)을 코팅할 때 도3a의 구면 렌즈(31)의 경우는 볼록한 부분에 그리고 도3b의 프레즈넬 렌즈(32)의 경우는 평활한 부분에 코팅을 한다. 필터막(30)이 코팅된 구면 렌즈(31) 및 프레즈넬 렌즈(32)는 필터막(30)이 입사되는 적외선과 대향되도록 캡(23)에 안치고정된다.

상기와 같이, 종래 기술에서 사용되던 렌즈(15)를 사용하지 않으므로서 물체로부터 방사된 적외선의 손실을 필터 일체형 렌즈(22), 즉 필터막과 실리콘에서만 제한시킬 수 있게 된다. 결과적으로, 종래의 적외선 센서 패키지에서 사용되던 폴리계의 플라스틱 재질의 렌즈(15)에서 발생되는 적외선의 손실을 제거하므로서 적외선의 손실을 58%에서 40%로 감소시킬 수 있다.

상기와 같이 제작된 필터 일체형 렌즈(22)를 캡(23)에 형성되어 있는 장착홈에 에폭시를 이용하여 상기 필터 일체형 렌즈(22)의 광축(Optical Axis)이 캡의 중심에 일치하도록 안치고정한다. 감지소자(20)는 베이스(21)에 동심으로 배치되도록 한다. 감지소자(20)가 장착되어 있는 베이스(21)에 캡(23)을 용접하므로서 필터 일체형 렌즈(22)의 광축이 감지소자(20)의 중심과 일치하게 된다. 따라서, 렌즈(15)의 위치 오차 및 리드핀(16) 납땜시의 오차를 제거할 수 있으며 캡(23)의 높이 조절만으로 필터 일체형 렌즈(22)의 초점을 감지소자(20)의 소정 영역에 용이하게 일치시켜 정밀하게 적외선 집광을 구현할 수 있다.

상기 감지소자(20)는 초전형 소자, 써모파일 또는 볼로미터 중 하나이거나 이들의 조합으로 구성될 수 있다.

이상과 같이 본 고안의 필터 일체형 렌즈(22)를 적외선 센서 패키지에 적용하는 경우, 종래 적외선 센서 패키지에 비해 센서소자(20)에 입사되는 적외선의 손실을 상당히 줄일 수 있으므로 적외선 센서의 검출 능력을 향상시킬 수 있음과 동시에 렌즈의 초점거리를 용이하게 조절하여 적외선 집광시의 에러를 제거할 수 있다.

Claims

적외선 센서의 응용에서, 적외선을 검출하는 감지소자(20); 상기 감지소자(20)가 안치고정되며 감지소자(20)와 동심을 가지는 베이스(21); 필터 일체형 렌즈(22); 상기 필터 일체형 렌즈(22)의 광축이 상기 감지소자(20)의 중심에서 수직이 되도록 필터 일체형 렌즈(22)가 장착된 캡(23)을 베이스(21)에 용접하여 구성하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서 패키지.
제1항에 있어서, 상기 감지소자(20)는 초전형 소자, 써모파일 또는 볼로미터 중 하나이거나 이들의 조합으로 구성된 것을 특징으로 하는 적외선 센서 패키지.
제1항에 있어서, 상기 필터 일체형 렌즈(22)의 집광렌즈는 구면 렌즈(31) 또는 프레즈넬 렌즈(32)인 것을 특징으로 하는 적외선 센서 패키지.