KR20090015003A - 서모파일형 적외선 검출 장치 - Google Patents

Abstract

탈막 실리콘 평볼록 렌즈에 의한 광학 설계가 시행된 서모파일형 적외선 검출 장치에, 외래 노이즈 대책으로서 탈막 실리콘 평볼록 렌즈 표면으로의 적외선 투과 영역의 선택성을 가지는 증착 코팅을 시행할 필요가 있다.

그러나, 상기 증착 코팅을 시행하는 공정은 렌즈 개별에서의 증착 코팅이 필요하고, 공정수의 UP, 및 렌즈 곡면의 증착 코팅으로 득률에 영향을 받아, 비용 면에서 높게 상승하게 된다는 과제가 있었다.

본 발명은 탈막 실리콘 평볼록 렌즈에 의한 광학 설계가 시행된 서모파일형 적외선 검출 장치에, 적외선 투과 영역의 선택성을 가지는 평면 필터를 조합하는 것으로 구성하고 있다.

또, 본 발명은 탈막 실리콘 평볼록 렌즈가 아닌 별개체로서 조합하는 평면 필터를 웨이퍼 상태에서 전체를 증착 코팅하는 것으로 효율 좋은 임의의 사이즈로 잘라내는 것이 가능하다.

적외선 검출 장치, 평볼록 렌즈, 적외선 투과 영역, 서모파일

Description

서모파일형 적외선 검출 장치{THERMOPILE INFRARED RAY DETECTION DEVICE}

본 발명은, 적외선 투과 영역의 선택성을 가진 서모파일형 적외선 검출 장치에 관한 것이다.

종래 이용되고 있는 일반적인 서모파일형 적외선 검출 장치는, 적외선 투과 영역의 선택성을 갖지 않는 실리콘 등의 기재(基材) 만의 탈막(Uncoating) 실리콘으로 구성되는 광학 구조의 것이나, 혹은 실리콘 기재 표면으로의 증착 등의 기술에 의해 증착 코팅을 시행한 적외선 투과 영역의 선택성을 가진 광학 구조에 의해 제공되고 있다.

하지만, 서모파일형 적외선 검출 장치에 의해 검출 온도를 요구할 때, 대상물 검출을 실시 함에 있어 검출 소자 및 광학계의 설계가 필요하게 되어, 일반적인 실리콘 등의 평면 필터에서의 광학 설계에서는 만족하지 않는 경우가 있다.

여기서, 실리콘 등의 적외선을 투과하는 기재를 평볼록한 모양으로 가공하고, 렌즈로서 광학 성능을 가진 광학계를 선택 함으로써, 평면 필터에서는 만족할 수 없었던 광학 설계가 가능하다.

더욱이 용도에 따라서는, 상기 서모파일형 적외선 검출 장치에서 온도 검출 을 실시할 때, 태양광 등의 외란광, 차의 헤드라이트 등의 강력한 가시광선 에너지에 의한 오류 검출을 방지하기 위해, 인체가 방사하는 원적외선의 파장 대역의 에너지를 선택하여 투과 시킬 필요가 있다.

이러한 대책으로서, 일반적으로 적외선 투과 영역의 에너지를 선택적으로 서모파일 센서 내부에 도입하기 위해, 평면 필터, 평볼록 렌즈에 증착 등의 기술에 의해 증착 코팅을 시행하고 있다.

적외선을 투과 시키는 파장으로서는, 5㎛ 컷 온 특성이나 8 ∼ 14㎛ 밴드 패스 특성이 넓게 이용되고 있다.

- 특허문헌 1 : 일본특허문헌 2004-345060

종래의 방법에서는 탈막 실리콘 평볼록 렌즈에 의한 광학 설계가 시행된 서모파일형 적외선 검출 장치에, 태양광 등의 외란광, 자동차의 헤드라이트 등의 강력한 가시광선 에너지 등, 외래 노이즈에 대한 대책으로서 적외선 투과 영역의 선택성을 추가하기 위해, 탈막 실리콘 평볼록 렌즈 표면으로 적외선 투과 영역의 선택성을 갖는 증착 코팅을 시행할 필요가 있었다.

그러나, 이러한 탈막 실리콘 평볼록 렌즈 표면으로 적외선 투과 영역의 선택성을 갖는 증착 코팅을 시행하는 공정은, 평면 필터는 증착 등의 기술에 의해 웨이퍼 상태로 증착 코팅이 가능하지만, 실리콘 평볼록 렌즈는 형상 형성 후, 표면에 증착 코팅을 시행하기 때문에 탈막 실리콘 평볼록 렌즈 형상에 맞춘 증착용의 공정 전용의 치구에 탈막 실리콘 평볼록 렌즈를 한 개씩 세트할 필요가 있다.

이 때문에 공정수의 상승(UP), 증착 가마로의 실리콘 평볼록 렌즈의 설치 대수의 제약, 및 렌즈 곡면의 증착 코팅으로 득률에 영향을 받아, 비용 면에서 높게 상승하게 된다는 과제가 있었다.

도 3은 종래의 탈막 실리콘 평볼록 렌즈의 표면에 적외선 투과역의 선택성을 갖는 증착 코팅을 시행한 5㎛ 컷 온 증착 코팅 실리콘 평볼록 렌즈를, 광학 설계에 의해 구비한 서모파일형 적외선 검출 장치의 사시 방향 개략도를 도시한다.

도 4에서는 내부 단면 구조 개략도를 도시한다.

본 발명은, 실리콘 평볼록 렌즈측으로의 증착 코팅을 하지 않고, 탈막 실리콘 평면 필터에 증착 코팅을 시행하여, 증착 코팅 평면 필터와 탈막 실리콘 평볼록 렌즈를 조합하는 것으로, 적외선 투과 영역의 선택성을 보유하게 하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 탈막 실리콘 평볼록 렌즈가 아닌 별개체로서 조합하는 평면 필터에, 5㎛ 컷 온 특성이나 8 ~ 14㎛ 밴드 패스 특성을 증착 등의 기술에 의해 증착 코팅을 시행하는 것으로, 예를 들면 4 인치 웨이퍼 상태에서, 임의의 사이즈로 잘라내어 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명은, 탈막 실리콘 평볼록 렌즈에 증착 코팅 평면 필터를 조합하는 것으로, 증착 코팅 실리콘 평볼록 렌즈와 동등한 검출 에리어(area)를 얻을 수가 있다.

또한, 태양광 등의 외란광, 자동차의 헤드라이트 등의 강력한 가시광선 에너지 등의 외래 노이즈에 대해 블로킹이 가능하고, 탈막 실리콘 평볼록 렌즈와 증착 코팅 평면 필터의 조합으로, 증착 코팅 실리콘 평볼록 렌즈와 동등한 효과를 얻을 수가 있다.

또, 탈막 실리콘 평볼록 렌즈로의 증착 코팅이 아니고, 예를 들면 4 인치 웨이퍼 상태의 실리콘 평면 필터에 증착 등의 기술에 의한 증착 코팅을 시행하는 것으로, 실리콘 평볼록 렌즈와 같이 1개씩 세트할 필요가 없고, 증착 등의 공정에 웨이퍼 상태에서 세트가 가능하게 됨으로써 공정수의 DOWN, 및 증착 가마내의 스페 이스가 불필요하게 사용되는 것을 감소시킬 수가 있다.

또, 웨이퍼 상태에서 전면에 증착 코팅되기 때문에, 효율좋은 임의의 사이즈로 절출(切出)이 가능하고 코스트를 저감할 수가 있다.

본 발명은 실리콘 평볼록 렌즈(planoconvex lens)를 구비하는 서모파일(thermopile)형 적외선 검출 장치에 있어서, 실리콘 평볼록 렌즈는 적외선 투과 영역의 선택성을 구비하지 않는 탈막(Uncoating) 실리콘 평볼록 렌즈이고, 이와 별도로 적어도 하나 이상의 적외선 투과 영역을 증착 코팅 함으로써 선택성을 갖게 하는 증착 코팅 실리콘 평면 필터를 구비한다.

서모파일형 적외선 검출 장치로서 도 1에 사시 방향 개요도, 도 2에 내부 단면 구조 개요도를 도시한다.

실시예 1

이하, 실시예에 의해 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명의 가장 기본적인 실시예이며, 서모파일 센서형 적외선 검출 장치의 광학 설계 부분인 탈막 실리콘 평볼록 렌즈, 및 증착 코팅 평면 필터 장착의 형태를 나타내는 것이다.

도 2에 내부 단면 구조 개략도를 도시한다.

본 실시예에서는, 적외선을 수광 함으로써 대상물의 방사 적외선 량을 측정하여 대상물의 온도를 검출하는 일을 가능하게 하는 서모파일 칩으로의 적외선 입 사량을 대상물 투영 에리어로부터 규정한 적외선 검출 영역을 광학 설계에 의해 유도하는 실리콘 등으로 이루어진 평볼록 렌즈를 사용하고, 적외선 투과창을 갖는 금속제 CAN 케이스, 서모파일 칩을 전기적으로 접속한 리드 단자를 구비한 헤더와 함께 외부로부터의 환경적 변화나 전자 장해를 방지하기 위해서 허메틱실링(hermetic sealing)한 일반적인 구조인 서모파일 센서의 앞부분으로, 적외선 투과 영역의 선택성을 갖는 증착 코팅 평면 필터를 액상 접착제에 의해 금속제 CAN 케이스에 접착 고정한 구조가 된다.

또, 본 실시예에서는 적외선 투과 영역의 선택성을 갖는 5㎛ 컷 온 증착 코팅 평면 필터로서 적외선 투과 영역을 선택시키고 있지만, 예를 들면, 5.5㎛ 컷 온 증착 코팅 평면 필터, 6.5㎛ 컷 온 증착 코팅 평면 필터, 8 ~ 14㎛ 밴드 패스 증착 코팅 평면 필터이더라도 무방하다.

또, 도 1의 실시예에서는, 적외선 투과 영역의 선택성을 갖는 5㎛ 컷 온 증착 코팅 평면 필터의 형상은 정방형이 되고 있지만, 이것은 대상물 투영 에리어로부터 규정한 적외선 검출 영역을 광학 설계에 의해 유도하는 실리콘 평볼록 렌즈의 광학 설계를 방해하지 않는 평면 필터이면, 원형, 직사각형, 육각형이더라도 무방하다.

서모파일형 적외선 검출 장치가 온도계측기기에 포함되는 경우, 통상 각 용도에 따라 측정 대상면으로부터 소정 높이 위치에, 대상면을 바라보는 규정된 각도로 유지되어 사용된다.

도 5는, 어떠한 규정 설치 위치로부터 2개의 적외선 검출 영역을 가지며, 투영되는 검출 영역이 되는 위치에 광학 설계 배열된 서모파일 칩을 설치한 2 에리어 검출의 서모파일형 적외선 검출 장치를, 원하는 적외선 검출 영역 측정면에서 투영되는 검출역 분포를 도시한 개략도이다.

또, 서모파일형 적외선 검출 장치로서 대상물의 방사 적외선 량을 측정하여 대상물의 온도를 검출하는 것을 가능하게 하는 상기 2 에리어 검출의 서모파일 칩 뿐만 아니라, 적외선 수광부를 1 소자 갖는 싱글형 서모파일형 적외선 검출 장치, 적외선 수광부를 라인 형상으로 배열한 인 라인형의 서모파일 어레이형 적외선 검출 장치, 적외선 수광부를 매트릭스 형상으로 배열한 매트릭스 형의 서모파일 매트릭스형 적외선 검출 장치의 온도 검출기와 같이 적외선 수광부를 1 ~ 16 소자 가지는 다소자형 서모파일형 적외선 검출 장치에서도, 본 발명과 같이 투영되는 각 검출 영역의 분포를 유지하면서, 적외선 투과 영역의 선택성을 구비하는 것이 가능하다.

도 14는, 평면 필터를 구비하였을 경우와 구비하지 않는 경우, 각각의 광선도이다.

대상물 투영 에리어에서 규정되는 광학 설계를 실시할 때, 평면 필터를 전면에 구비하지 않는 경우의 광선과 평면 필터를 전면에 구비하는 경우의 굴절한 광선과의 차이를 고려한 광학 설계가 필요하다.

실시예 2

도 6은, 실시예 1에서 이용한 탈막 실리콘 평볼록 렌즈의 평면측과 볼록면 측을 역설치 구조로 하는 서모파일형 적외선 검출 장치의 광학 설계부분인 탈막 실리콘 평볼록 렌즈 및 5㎛ 컷 온 증착 코팅 평면 필터 장착의 형태를 나타내는 것이다.

도 7에 내부 단면 구조 개략도를 나타낸다.

본 실시예에서도 실시예 1의 도 5와 같은 적외선 투과 영역을 얻는 것이 가능하다.

실시예 3

도 8은, 실시예 1에서 이용한 탈막 실리콘 평볼록 렌즈와 5㎛ 컷 온 증착 코팅 평면 필터를 전후 역설치 구조로 하는 서모파일형 적외선 검출 장치의 광학 설계부분인 탈막 실리콘 평볼록 렌즈 및 5㎛ 컷 온 증착 코팅 평면 필터 장착의 형태를 나타내는 것이다.

도 9에 내부 단면 구조 개략도를 나타낸다.

본 실시예에서도 실시예 1의 도 5와 같은 적외선 투과 영역을 얻는 것이 가능하다.

실시예 4

도 10은, 실시예 1에 이용된 탈막 실리콘 평볼록 렌즈와 5㎛ 컷 온 증착 코팅 평면 필터를 전후 역설치 구조로 하고, 또한 탈막 실리콘 평볼록 렌즈의 평면측과 볼록면측을 역설치 구조로 하는 서모파일형 적외선 검출 장치의 광학 설계부분 인 탈막 실리콘 평볼록 렌즈 및 5㎛ 컷 온 증착 코팅 평면 필터 장착의 형태를 나타내는 것이다.

도 11에 내부 단면 구조 개략도를 나타낸다.

본 실시예에서도 실시예 1의 도 5와 같은 적외선 투과 영역을 얻는 것이 가능하다.

실시예 5

실시예 1 내지 4에서는 금속제 CAN 케이스에 탈막 실리콘 평볼록 렌즈 및 5㎛ 컷 온 증착 코팅 평면 필터를 공히 액상 접착제로 접착 고정하고 있는 것에 대해, 도 12는, 5㎛ 컷 온 증착 코팅 평면 필터를 수지 홀더에 액상 접착제로 접착하고, 탈막 실리콘 평볼록 렌즈로 광학 설계된 서모파일형 적외선 검출 장치에 덮어씌우는 양태로 5㎛ 컷 온 증착 코팅 평면 필터 첨부 수지 홀더를 설치한 형태를 나타내는 것이다.

도 13에 내부 단면 구조 개략도를 나타낸다.

본 실시예에서도 실시예 1의 도 5와 같은 적외선 투과 영역을 얻는 것이 가능하다.

또, 본 실시예에서는 수지 홀더에 5㎛ 컷 온 증착 코팅 평면 필터를 장착하고 있지만, 예를 들면, 알루미늄 등의 금속제 홀더이더라도 무방하다.

또, 수지 홀더에 탈막 실리콘 평볼록 렌즈를 액상 접착제 고정 장착하고, 금속제 CAN 케이스에 5㎛ 컷 온 증착 코팅 평면 필터를 액상 접착제로 접착 고정으 로 구성되는 구조에서도 실시예 1의 도 5와 같은 적외선 투과 영역을 얻는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 의한 가장 기본적인 실시예인, 적외선 투과 영역의 선택성을 가진 서모파일의 광학 설계 구성도의 사시 방향 개략도이다.

도 2는 도 1의 내부 구조 단면도이다.

도 3은 종래의 일반적인 서모파일의 광학 설계 구조도의 사시 방향 개략도이다.

도 4는 도 3의 내부 구조 단면도이다.

도 5는 서모파일형 적외선 검출기에서의 투영되는 검출 영역 분포를 도시한 개략도이다.

도 6은 본 발명에 의한 다른 실시예에서 적외선 투과 영역의 선택성을 가진 서모파일의 광학 설계별 구조 구성의 사시 방향 개략도이다.

도 7은 도 6의 내부 구조 개략도이다.

도 8은 본 발명에 의한 다른 실시예에서 적외선 투과 영역의 선택성을 가진 서모파일의 광학 설계별 구조 구성의 사시 방향 개략도이다.

도 9는 도 8의 내부 구조 개략도이다.

도 10은 본 발명에 의한 다른 실시예에서 적외선 투과 영역의 선택성을 가진 서모파일의 광학 설계별 구조 구성의 사시 방향 개략도이다.

도 11은 도 10의 내부 구조 개략도이다.

도 12는 본 발명에 의한 다른 실시예에서 적외선 투과 영역의 선택성을 가진 서모파일의 광학 설계별 구조 구성의 사시 방향 개략도이다.

도 13은 도 12의 내부 구조 개략도이다.

도 14는 평면 필터를 구비하는 것에 의한 적외선 굴절 개략도이다.

<부호의 설명>

1 : 5㎛ 컷 온 증착 코팅 평면 필터

2 : 탈막 실리콘 평볼록 렌즈

3 : 적외선 투과창

4 : 서모파일 칩

5 : 금속 CAN 케이스

6 : 헤더

7 : 리드

8 : 액상 접착제

9 : 5㎛ 컷 온 증착 코팅 실리콘 평볼록 렌즈

10 : 2 에리어 검출의 서모파일형 적외선 검출 장치

11 : 투영되는 검출 영역

12 : 수지 홀더 적외선 투과창

13 : 수지 홀더

14 : 평면 필터 없음의 광선

15 : 평면 필터 있음의 광선

Claims (1)

1. 실리콘 평볼록 렌즈(planoconvex lens)를 구비하는 서모파일(thermopile)형 적외선 검출 장치에 있어서,

   실리콘 평볼록 렌즈는 적외선 투과 영역의 선택성을 구비하지 않는 탈막(Uncoating) 실리콘 평볼록 렌즈이고,

   이와 별도로 적어도 하나 이상의 적외선 투과 영역을 증착 코팅 함으로써 선택성을 갖게 하는 실리콘 평면 필터

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 서모파일형 적외선 검출 장치.

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