TW201323841A - 紅外線感測器 - Google Patents

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Takeshi Yoshida
Takanori Sugiyama
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Abstract

紅外線感測器(1)具備：紅外線感測器元件(2)，接收紅外線(R)；訊號處理部(3)，處理該紅外線感測器元件(2)之輸出訊號；基板(4)，紅外線感測器元件(2)及訊號處理部(3)並排設置於此；及外殼(5)，具有令紅外線(R)射入紅外線感測器元件(2)之開口部(55)，且安裝於基板(4)，覆蓋紅外線感測器元件(2)及訊號處理部(3)。該紅外線感測器元件(2)及訊號處理部(3)，係介由結線部(6)而電性連接至基板(4)，該結線部(6)設置於該紅外線感測器元件(2)及訊號處理部(3)的並排設置方向之交叉方向。覆蓋紅外線感測器元件(2)及訊號處理部(3)兩者的蓋(7)，係設置於外殼(5)內，該蓋(7)係安裝於基板(4)的並排設置方向之兩端部。

Description

紅外線感測器
本發明係有關紅外線感測器。
習知，作為紅外線感測器，係配置有：具有入射窗的金屬製之外殼，其收納裝配在基板上的紅外線感測器元件及訊號處理部，且具備透鏡等光學系統；及感測器蓋，其具備開口部，在該外殼內部介由前述光學系統，使紅外線射入紅外線感測器元件(例如參照專利文獻1)。
在該專利文獻1中，令進入紅外線感測器視野內之來自對象物體的紅外線，從外殼的入射窗介由透鏡而射入紅外線感測器元件，以藉此用紅外線感測器元件偵測來自對象物體的紅外線。
此外，本紅外線感測器中，藉由外殼內部的感測器蓋，將視野外來自非對象物的紅外線當中，經金屬製外殼而射入之輻射線、或被外殼內部反射之輻射線加以除去。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-128065號公報
上述習知之紅外線感測器中，在長方形狀之基板的長邊方向，並排設置有紅外線感測器元件、與處理該紅外線感測器元件的輸出訊號之訊號處理部。又，設置感測器蓋以覆蓋紅外線感測器元件。
不過，訊號處理部會發熱，該訊號處理部所產生的熱會傳遞至基板或外殼內的氣體，使得基板或外殼內的氣體升溫。具體而言，曝露在外界空氣的外殼與發熱的訊號處理部之間會產生溫度差，故因訊號處理部發熱而產生的熱，會從訊號處理部朝外殼移動，外殼內因該熱的移動而升溫。此時，因感測器蓋僅覆蓋紅外線感測器元件，故訊號處理部的熱不易傳遞至感測器蓋內的氣體，導致距訊號處理部較近部分與較遠部分之間產生溫度差，感測器蓋內的溫度分布會發生偏差。而一旦感測器蓋內的溫度分布發生偏差，那麼形成於紅外線感測器元件表面的複數個單元(cell)之間也會產生溫度差，紅外線感測器元件表面的單元間可能產生特性不均。
像這樣，若依上述習知技術，因訊號處理部發熱所生之熱雜訊的影響，偵測精度可能有降低之虞。
是故，本發明之目的在於，獲得一種能抑制偵測精度降低之紅外線感測器。
本發明之第1特徵，其要旨為：具備：紅外線感測器元件，接收紅外線；訊號處理部，處理該紅外線感測器元 件之輸出訊號；基板，前述紅外線感測器元件及前述訊號處理部並排設置於此；及外殼，具有令紅外線射入前述紅外線感測器元件之開口部，且安裝於前述基板，覆蓋前述紅外線感測器元件及前述訊號處理部；前述紅外線感測器元件及前述訊號處理部，係介由結線部而電性連接至前述基板，該結線部設置於該紅外線感測器元件及前述訊號處理部的並排設置方向之交叉方向；覆蓋前述紅外線感測器元件及訊號處理部兩者的蓋，係設置於前述外殼內，該蓋係在前述基板的前述並排設置方向之兩端部，安裝於該基板。
本發明之第2特徵，其要旨為：前述蓋的內面係被施以防鏽處理。
本發明之第3特徵，其要旨為：在前述蓋之與前述並排設置方向交叉的方向兩側當中，於至少與前述紅外線感測器元件相向的部位設置有簷部。
本發明之第4特徵，其要旨為：前述簷部係設置成自前述基板側延伸而出。
本發明之第5特徵，其要旨為：前述蓋形成為階梯狀，對應於前述訊號處理部的部位成為下段、對應於前述紅外線感測器元件的部位成為上段。
按照本發明，覆蓋紅外線感測器元件及訊號處理部兩者的蓋，係設置於外殼內。像這樣將蓋設置於外殼內，會 使得蓋內部空間的體積(存在於內部空間的氣體量)比外殼內部空間的體積(存在於內部空間的氣體量)還來得小，空間內的部位不易產生不均，故能抑制蓋內部空間的溫度分布偏差，可使蓋內部空間溫度成為更均一之溫度。
又，本發明中，係將蓋安裝在基板的並設方向兩端部，故因訊號處理部發熱所產生的熱的一部分，會介由基板傳遞至蓋。像這樣，因訊號處理部發熱所產生的熱傳遞至蓋，蓋與發熱之訊號處理部之間的溫度差，會比發熱之訊號處理部與外殼之間的溫度差還來得小。而若熱傳遞至蓋，則熱亦會從該蓋傳遞至空間內。其結果，能進一步抑制蓋內部空間的溫度分布偏差，可使蓋內部的空間溫度成為更均一之溫度。
像這樣，按照本發明，能夠抑制形成於紅外線感測器元件表面的每個單元之間產生溫度差，進而能夠抑制紅外線感測器元件表面的單元間發生特性不均。其結果，能抑制紅外線感測器的偵測精度降低。
以下一面參照圖面，詳細說明本發明之實施形態。另，以下複數之實施形態，有相同的構成要素包含其中。因此，以下將該些相同的構成要素標記共通之符號，並省略重複說明。
(第1實施形態)
本實施形態之紅外線感測器1，具備接收紅外線R之紅外線感測器元件2、及將紅外線感測器元件2的輸出訊號加以訊號處理之IC元件(訊號處理部)3；紅外線感測器元件2及IC元件3係裝配在基板4上。該紅外線感測器1係接收紅外線，以例如檢測溫度分布或有無熱源等。
作為紅外線感測器元件2，例如可利用席貝克效應(Seebeck effect)，使用能將紅外線R當作電壓來偵測之熱電堆型紅外線感測器。該熱電堆型紅外線感測器，係以紅外線吸收膜將接收之紅外線R轉換成熱，將因該熱而產生之熱接點部的溫度變化，藉由多數個串聯連接之熱電偶，來作為電壓而輸出。
而紅外線感測器元件2及IC元件3，是於長方形狀的基板4之長邊方向(X方向：並設方向)近接而並排設置。此時，配置IC元件3的部分之基板4上係形成有凹部41，IC元件3的底部3a是以嵌入狀態裝配至該凹部41。
基板4形成為幾乎矩形之平板形狀，形成為樹脂系之印刷基板或陶瓷基板等多層基板。而基板4的內層形成有未圖示之接地圖樣或電路配線。接地圖樣是整面型接地圖樣，係通過基板4內而藉由未圖示之外部端子連接至接地。
此外，紅外線感測器元件2及IC元件3，係收納在設置於基板4上之金屬製的外殼5內。該外殼5是藉由矩形狀的頂壁51與周壁52，而形成底面部分開放之直方體 狀。而周壁52的開放側端上彎折形成有安裝用之凸緣部53，將該凸緣部53隔著金屬環54連接至基板4，藉此將外殼5設置在基板4上。
此外，外殼5的頂壁51形成有窗部(開口部)55，使欲測定之對象物體的紅外線R射入紅外線感測器元件2。接著，安裝有透鏡(光學系統)56以將窗部55從下方加以覆蓋。
像這樣，本實施形態之外殼5，藉由開口部而具有將對象物體的紅外線R射入之功能，相當於安裝在基板4上而將紅外線感測器元件2及IC元件3加以覆蓋之外殼。
另，透鏡56係與紅外線感測器元件2的受光面之間相距規定距離，而被頂壁51所保持，以便令通過窗部55的紅外線R，在紅外線感測器元件2上成像。此外，透鏡56係配置在紅外線感測器元件2的上方，而與紅外線感測器元件2相向。
此外，透鏡56形成有透鏡母體，其藉由使紅外線穿透之Si等而掌管紅外線的聚光功能；該透鏡母體的表面上形成有帶通濾波器，其由使紅外線附近波長選擇性穿透之光學多層膜所構成。
又，透鏡56如圖1所示形成為矩形狀，形成為一面(上面)為平坦面，另面(下面)為凸面之凸透鏡。另，透鏡56亦可形成為兩面均為凸面，此外，亦可形成為一面為凹面，而另面為比該凹面的曲率還大之凸面。換言之，透鏡56只要具有聚光至紅外線感測器元件2的功能即 可。此外，凸面或凹面亦可為拋物面。
此外，紅外線感測器元件2及IC元件3，係藉由打線等結線部6，而電性連接至基板4。本實施形態中，結線部6如圖4所示，係於基板4的短邊方向(Y方向：與並設方向交叉之方向)設置。
在此，本實施形態中，於外殼5的內方向係設置蓋7，覆蓋紅外線感測器元件2及IC元件3兩者。該蓋7係以科伐合金(Kovar)等金屬板形成。又，本實施形態中，蓋7的內面施有防鏽處理。
蓋7如圖2所示，藉由以基板4的長邊方向(X方向)為長邊之矩形狀的頂壁71、與設於該頂壁71的長邊方向兩端部之腳壁72，而形成為正視時呈扁平逆U字狀。此外，腳壁72的先端部向外方向彎折形成，該部分成為安裝面73。接著，將安裝面73藉由銀膠等固定至基板4，藉此，蓋7係以於X方向橫跨紅外線感測器元件2及IC元件3的狀態，安裝至基板4。此時，蓋7的頂壁71係配置成與基板4的表面(亦即紅外線感測器元件2的設置面)相距規定高度h。本實施形態中，該規定高度h係設定成，比用來使來自對象物體的紅外線R在紅外線感測器元件2上成像的距離還來得短。換言之，以透鏡56與頂壁71之間會形成間隙的方式來安裝蓋7。
此外，蓋7的頂壁71當中與紅外線感測器元件2對應之部位上，設置穿透窗74，令從外殼5的窗部55射入之紅外線R穿透至紅外線感測器元件2。本實施形態中， 穿透窗74係為單純的矩形狀開口部。
此外，本實施形態中，如圖2及圖3所示，在蓋7的基板4之短邊方向(Y方向)兩側部，係彎曲形成有朝向基板4屈曲之簷部75。像這樣，本實施形態中，簷部75係設置成自基板4側延伸而出。又，本實施形態中，該簷部75係設置成橫跨蓋7兩側部的略全長(參照圖2)，但未必非要設置成橫跨蓋7兩側部的全長，只要至少設置在與紅外線感測器元件2相向之部位即可。
接下來，說明此構造之紅外線感測器1的作用。
首先，從對象物體放射之紅外線R，會介由窗部55的透鏡56而射入紅外線感測器1內，於紅外線感測器元件2上成像。接著，輸出與射入紅外線感測器元件2的紅外線R相應之電壓，IC元件3處理該輸出訊號，藉此偵測對象物體的溫度。
此時，因IC元件(訊號處理部)3發熱所產生的熱，會介由基板4、及外殼5內的氣體，而傳遞至紅外線感測器元件2。
本實施形態中，將紅外線感測器元件2及IC元件(訊號處理部)3兩者覆蓋之蓋7，係設置於外殼5內。像這樣將蓋7設置於外殼5內，蓋7內部空間的體積(存在於內部空間的氣體量)會比外殼5內部空間的體積(存在於內部空間的氣體量)還來得小，故能抑制蓋7內部空間的溫度分布偏差，可使蓋7內部空間溫度成為更均一之溫度。
又，本實施形態中，係將蓋7安裝在基板4的X方向(長邊方向：並設方向)的兩端部，故因IC元件(訊號處理部)3發熱所產生的熱的一部分，會介由基板4傳遞至蓋7。像這樣，因IC元件(訊號處理部)3發熱所產生的熱傳遞至蓋7，蓋7與發熱之IC元件(訊號處理部)3之間的溫度差，會比曝露在外界空氣的外殼5與發熱之IC元件(訊號處理部)3之間的溫度差還來得小。而若熱傳遞至蓋7，則熱亦會從該蓋7傳遞至空間內。其結果，能進一步抑制蓋7內部空間的溫度分布偏差，可使蓋7內部的空間溫度成為更均一之溫度。特別是本實施形態中，因使用了金屬製的蓋7，故蓋7表面的溫度更容易變得均一，能進一步使蓋7內部的空間溫度成為均一之溫度。
像這樣，按照本實施形態，能夠抑制形成於紅外線感測器元件2表面的複數個單元之間產生溫度差，進而能夠抑制紅外線感測器元件2表面的元件間發生特性不均。其結果，能抑制紅外線感測器1的偵測精度降低。
此外，紅外線感測器元件2及IC元件3，是藉由於Y方向(短邊方向：與紅外線感測器元件2及IC元件3的並設方向交叉之方向)兩側設置之電極銲墊，介由打線等結線部6而電性連接至前述基板。而覆蓋紅外線感測器元件2及IC元件3的蓋7，係藉由將X方向(長邊方向：並設方向)兩端部(腳壁72的安裝面73)安裝至基板4，而裝配至基板4。藉由如此裝配，在設置蓋7時，能夠抑制將紅外線感測器元件2及IC元件3電性連接至基板 4的結線部6，與蓋7的腳壁72接觸，抑制接觸不良發生。此外，可容易地進行蓋7的裝配作業。
此外，按照本實施形態，因蓋7內面施有防鏽處理，故能抑制蓋7內面因經年劣化等腐蝕而變色。其結果，能夠抑制因腐蝕變色而使得對紅外線感測器2的受光量變化，導致測定溫度的特性變動。
此外，按照本實施形態，在蓋7的基板4的短邊方向(Y方向)兩側部，設有朝基板4屈曲之簷部75。而藉由該簷部75，能夠將紅外線感測器元件2包圍。其結果，能夠進一步抑制蓋內空間的溫度分布偏差，可進一步減低因IC元件3發熱所帶來的熱雜訊影響。
紅外線感測器1原本的作用，是令位於視野角內的來自對象物體的紅外線R通過透鏡56，而在紅外線感測器元件2上成像。不過，當紅外線感測器1不存在蓋7時，位於視野角外之來自對象物體以外的紅外線，會以很大的傾斜角度射入透鏡56，而可能在外殼5的內面反射後射入紅外線感測器元件2。此外，位於視野角外之來自對象物體以外的紅外線，會使得外殼5被加熱，被加熱之外殼5的輻射熱所產生之紅外線，可能會直接或間接射入紅外線感測器元件2。
像這樣，當紅外線感測器1不存在蓋7時，位於視野角外之來自對象物體以外的紅外線，會直接或間接射入紅外線感測器元件2，導致雜訊。
相較於此，本實施形態中，針對位於視野角外之來自 對象物體以外的紅外線，能以蓋7的頂壁71或腳壁72、簷部75加以遮蔽。是故，本實施形態中，能夠藉由蓋7來抑制位於視野角外之來自對象物體以外的紅外線對紅外線感測器元件2造成影響，以便可提升紅外線感測器元件2之測定精度。
(第2實施形態)
本實施形態之紅外線感測器1A，與上述第1實施形態主要相異處，在於將蓋7對應於紅外線感測器元件2及IC元件3的部分之間做成階梯狀。
也就是說，本實施形態中係如圖5所示，係將蓋7的頂壁71形成為階梯狀，其對應於IC元件3的部分為下段71a、對應於紅外線感測器元件2的部分為上段71b。此時，上段71b從基板4起算的高度，係設定成與上述第1實施形態的頂壁71高度同樣為h。另，本實施形態中，係示例下段71a與上段71b是藉由於垂直方向延伸之連結壁71c而連結。然而，連結壁未必需於垂直方向延伸，亦可於斜向(相對於垂直方向呈傾斜狀態)延伸。換言之，亦可將蓋7的頂壁71形成為具有傾斜壁之階梯狀。
此外，本實施形態中，蓋7同樣覆蓋紅外線感測器元件2及IC元件3兩者。
依照以上之本實施形態，同樣可發揮與上述第1實施形態相同之作用、效果。
此外，按照本實施形態，係將蓋7形成為階梯狀，以 對應於IC元件(訊號處理部)3的部分為下段71a、對應於紅外線感測器元件2的部分為上段71b。是故，若將蓋7的上段71b高度做成與上述第1實施形態的蓋7高度為同等之h時，則下段71a的位置能夠更接近IC元件3，可將蓋7內部空間的體積(存在於內部空間的氣體量)更加縮小。因此，在IC元件3發熱時，便能快速將蓋7的內部空間升溫，使蓋7內部空間的溫度(特別是紅外線感測器元件2表面附近的溫度)更快地成為均一之狀態。
以上已說明本發明之良好實施形態，但本發明並不為上述實施形態所限定，而可有各種變形。
[產業上利用之可能性]
按照本發明，可獲得一種紅外線感測器，能抑制偵測精度降低。
1‧‧‧紅外線感測器
2‧‧‧紅外線感測器元件
3‧‧‧訊號處理部(IC元件)
3a‧‧‧IC元件的底部
4‧‧‧基板
41‧‧‧凹部
5‧‧‧外殼
51‧‧‧頂壁
52‧‧‧周壁
53‧‧‧凸緣部
54‧‧‧金屬環
55‧‧‧窗部(開口部)
56‧‧‧透鏡
6‧‧‧結線部
7‧‧‧蓋
71‧‧‧頂壁
72‧‧‧腳壁
73‧‧‧安裝面
74‧‧‧穿透窗
75‧‧‧簷部
71a‧‧‧上段
71b‧‧‧下段
[圖1]本發明第1實施形態之紅外線感測器示意俯視圖。
[圖2]圖1之A-A線剖面圖。
[圖3]圖1之B-B線剖面圖。
[圖4]圖1所示之紅外線感測器的外殼卸除後之狀態示意俯視圖。
[圖5]本發明第2實施形態之紅外線感測器示意剖面圖。
1‧‧‧紅外線感測器
2‧‧‧紅外線感測器元件
3‧‧‧訊號處理部(IC元件)
3a‧‧‧IC元件的底部
4‧‧‧基板
5‧‧‧外殼
6‧‧‧結線部
7‧‧‧蓋
41‧‧‧凹部
51‧‧‧頂壁
52‧‧‧周壁
53‧‧‧凸緣部
54‧‧‧金屬環
55‧‧‧窗部(開口部)
56‧‧‧透鏡
71‧‧‧頂壁
72‧‧‧腳壁
73‧‧‧安裝面
74‧‧‧穿透窗
75‧‧‧簷部

Claims (7)

  1. 一種紅外線感測器，其特徵為：具備：紅外線感測器元件，接收紅外線；訊號處理部，處理該紅外線感測器元件之輸出訊號；基板，前述紅外線感測器元件及前述訊號處理部並排設置於此；及外殼，具有令紅外線射入前述紅外線感測器元件之開口部，且安裝於前述基板，覆蓋前述紅外線感測器元件及前述訊號處理部；前述紅外線感測器元件及前述訊號處理部，係介由結線部而電性連接至前述基板，該結線部設置於該紅外線感測器元件及前述訊號處理部的並排設置方向之交叉方向，覆蓋前述紅外線感測器元件及訊號處理部兩者的蓋，係設置於前述外殼內，該蓋係在前述基板的前述並排設置方向之兩端部，安裝於該基板。
  2. 如申請專利範圍第1項之紅外線感測器，其中，前述蓋的內面係被施以防鏽處理。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之紅外線感測器，其中，在前述蓋之與前述並排設置方向交叉的方向兩側當中，於至少與前述紅外線感測器元件相向的部位設置有簷部。
  4. 如申請專利範圍第3項之紅外線感測器，其中，前述簷部係設置成自前述基板側延伸而出。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項之紅外線感測器 ，其中，前述蓋形成為階梯狀，對應於前述訊號處理部的部位成為下段、對應於前述紅外線感測器元件的部位成為上段。
  6. 如申請專利範圍第3項之紅外線感測器，其中，前述蓋形成為階梯狀，對應於前述訊號處理部的部位成為下段、對應於前述紅外線感測器元件的部位成為上段。
  7. 如申請專利範圍第4項之紅外線感測器，其中，前述蓋形成為階梯狀，對應於前述訊號處理部的部位成為下段、對應於前述紅外線感測器元件的部位成為上段。
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