(57)【要約】【課題】検知性能の低下を抑制しつつより容易に製造することのできる赤外線センサモジュールを得る。【解決手段】基板４０上に配置した赤外線センサ２０の上方に、シールドカバー５０が赤外線センサ２０の周囲を覆うように配置されている。このシールドカバー５０は、レンズ６０を取り付ける開口部５１ａが形成された天壁５１と、赤外線センサ２０の周囲を覆う側壁５２とを有しており、基板４０上に搭載されている。また、レンズ６０およびシールドカバー５０の外側を全体的に覆う金属ケース７０を設け、当該金属ケース７０と基板４０とを接合することで、赤外線センサ２０が金属ケース７０内に中空封止されている。そして、金属ケース７０の開口部７１ａにシリコン窓８０を取り付けるとともに、シールドカバー５０の開口部５１ａにレンズ６０を取り付けた。【選択図】図２
2014055819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に配置されて赤外線を受信する赤外線センサと、
前記赤外線センサの上方に配置され、外部から入射する赤外線を前記赤外線センサに結像させるレンズと、
前記赤外線が通過する開口部が形成された天壁と前記赤外線センサの周囲を覆う側壁とを有し、前記開口部が前記赤外線センサと前記レンズとの間に位置するように前記基板に搭載されるシールドカバーと、
前記赤外線を入射させる開口部を有し、当該開口部が前記レンズの位置に合うように前記基板に搭載され、前記赤外線センサおよび前記シールドカバーを収納する金属ケースと、
を備え、
前記金属ケースと前記基板とがそれぞれ接合されて前記赤外線センサが前記金属ケース内に中空封止される赤外線センサモジュールであって、
前記金属ケースの開口部にシリコン窓が取り付けられるとともに、前記シールドカバーの開口部に前記レンズが取り付けられていることを特徴とする赤外線センサモジュール。
【請求項２】
前記シリコン窓が前記金属ケースの内側に取り付けられるとともに、前記レンズが前記シールドカバーの外側に取り付けられており、
前記シリコン窓と前記レンズとが隙間を設けて対向配置されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサモジュール。
【請求項３】
前記金属ケースが絞り加工により形成されており、前記シールドカバーが折り曲げ加工により形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の赤外線センサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤外線センサモジュールとして、基板に配置されて赤外線を受信する赤外線センサと、外部から入射する赤外線を赤外線センサに結像させるレンズと、基板に接合されて赤外線センサを収納する金属ケースと、を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１では、赤外線センサを金属ケースと基板とで囲まれた空間内に収納し、赤外線センサを金属ケース内に中空封止することで、耐ノイズ性の向上を図っている。
【０００４】
さらに、特許文献１では、赤外線センサの周囲を覆うようにシールドカバーを金属ケース内に配置することで、センサの耐ノイズ性をより一層高めるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０６９６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術では、レンズを金属ケースに実装するとともに、赤外線センサを基板に実装している。そして、レンズが実装された金属ケースと赤外線センサが実装された基板とを溶接することで、赤外線センサを金属ケース内に中空封止している。
【０００７】
ところで、レンズと赤外線センサとの相対位置関係は設計的に最適値が決まっており、相対位置のずれはセンサの検知性能を低下させる要因となる。そのため、赤外センサモジュールの組み付け時には、レンズと赤外センサとの位置合わせを高精度に行う必要がある。したがって、上記従来技術では、金属ケースと基板との接合を高精度に行う必要があった。
【０００８】
また、シールドカバーの金属ケース内への配置も、耐ノイズ性を向上させるために高精度に行う必要があった。
【０００９】
このように、上記従来技術では、金属ケースと基板との接合およびシールドカバーの金属ケース内への配置を高精度に行う必要があり、製造に手間がかかってしまうという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、検知性能の低下を抑制しつつより容易に製造することのできる赤外線センサモジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の特徴は、基板に配置されて赤外線を受信する赤外線センサと、前記赤外線センサの上方に配置され、外部から入射する赤外線を前記赤外線センサに結像させるレンズと、前記赤外線が通過する開口部が形成された天壁と前記赤外線センサの周囲を覆う側壁とを有し、前記開口部が前記赤外線センサと前記レンズとの間に位置するように前記基板に搭載されるシールドカバーと、前記赤外線を入射させる開口部を有し、当該開口部が前記レンズの位置に合うように前記基板に搭載され、前記赤外線センサおよび前記シールドカバーを収納する金属ケースと、を備え、前記金属ケースと前記基板とがそれぞれ接合されて前記赤外線センサが前記金属ケース内に中空封止される赤外線センサモジュールであって、前記金属ケースの開口部にシリコン窓が取り付けられるとともに、前記シールドカバーの開口部に前記レンズが取り付けられていることを要旨とする。
【００１２】
本発明の第２の特徴は、前記シリコン窓が前記金属ケースの内側に取り付けられるとともに、前記レンズが前記シールドカバーの外側に取り付けられており、前記シリコン窓と前記レンズとが隙間を設けて対向配置されていることを要旨とする。
【００１３】
本発明の第３の特徴は、前記金属ケースが絞り加工により形成されており、前記シールドカバーが折り曲げ加工により形成されていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、金属ケースの開口部にシリコン窓を取り付けるとともに、シールドカバーの開口部にレンズを取り付けている。そのため、シールドカバーを基板に搭載するだけで、レンズと赤外センサとの位置合わせおよび赤外センサのシールドが行われ、金属ケースと基板との接合をあまり高精度に行う必要がなくなる。したがって、赤外線センサモジュールの検知性能の低下を抑制しつつより容易に赤外線センサモジュールを製造することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる赤外線センサモジュールの平面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる赤外線センサモジュールの正面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる赤外線センサモジュールの分解斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる赤外線センサモジュールの金属ケースにシリコン窓を接合した状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる赤外線センサモジュールの回路基板に赤外線センサおよび処理回路を実装した状態を示す斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる赤外線センサモジュールのシールドカバーにレンズを接合した状態を示す斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態の第１変形例にかかる赤外線センサモジュールのレンズ部分を拡大して示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態の第２変形例にかかる赤外線センサモジュールのレンズ部分を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１７】
本実施形態にかかる赤外線モジュール１０は、赤外線センサ２０、処理回路（ＩＣ搭載部）３０、レンズ６０、シールドカバー５０および金属ケース７０などを備えており、回路基板（基板）４０に実装されている。この赤外線モジュール１０は、赤外線を受信して、例えば温度分布や熱源の有無などを検出するものである。
【００１８】
赤外線センサ２０は、測定しようとする対象物体の赤外線を受信するようになっており、この赤外線センサ２０で受信した赤外線がＩＣを用いた処理回路３０で処理される。レンズ６０は、入射する赤外線を赤外線センサ２０に結像させるようになっており、このレンズ６０はシールドカバー５０に取り付けられて保持されている。そして、赤外線センサ２０、シールドカバー５０および処理回路３０は、金属ケース７０に収納されるようになっている。
【００１９】
基板４０は、ほぼ矩形の平板形状をなしており、樹脂系のプリント基板やセラミック基板などの多層基板として形成されている。そして、基板４０の内層には回路パターン（グランドパターンや電気回路配線）４１が形成されている。グランドパターンはベタグランドパターンであり、基板４０内を通って図示せぬ外部端子によってグランドに接続される。なお、符号４２はサーミスタ、符号４３は抵抗である。
【００２０】
赤外線センサ２０および処理回路３０は、基板４０の上面に配置されており、ワイヤ９０によってワイヤボンド等を行うことで基板４０上に実装されている。
【００２１】
赤外線センサ２０は、多数の受光素子がアレイ（格子）状に配列されており、受光素子毎に赤外線信号を受光して受光強度に対応する出力信号を出力するようになっている。処理回路３０は、赤外線センサ２０の出力信号を処理し、赤外線センサ２０の出力信号に基づいて、例えば温度分布や熱源の有無などの検出処理を行うものである。
【００２２】
レンズ６０は、赤外線センサ２０の受光面との間に所定距離をおいて保持されており、赤外線センサ２０に赤外線を結像させるようにしている。また、レンズ６０は、赤外線センサ２０と対向するように赤外線センサ２０の上方に配置されている。
【００２３】
また、レンズ６０には、赤外線透過率の良いＳｉなどにより赤外線の集光機能を司るレンズ母体が形成されており、このレンズ母体の表面に赤外線周辺波長を選択的に透過させる光学多層膜からなるバンドパスフィルタが形成されている。
【００２４】
さらに、レンズ６０は、図３に示すように、矩形状に形成されており、片面（上面）６０ａが平坦面、他面（下面）６０ｂが凸面となる凸レンズとして形成されている。なお、レンズ６０は、両面が凸面に形成されていてもよく、また、片面が凹面で他面がその凹面よりも曲率の大きな凸面で形成されていてもよい。すなわち、レンズ６０は赤外線を赤外線センサ２０に集光させる機能を有していればよい。また、凸面や凹面が放物面であってもよい。
【００２５】
シールドカバー５０は、赤外線を検知しようとする対象物体以外からの赤外線を遮断する機能を有するものである。
【００２６】
本実施形態では、シールドカバー５０はコバール等の金属材料で形成されており、平面視で矩形状となるように形成されている。具体的には、シールドカバー５０は、赤外線センサ２０の対向部分（上方部分）を覆い、赤外線が通過する開口部５１ａが設けられた矩形状の天壁５１と、当該天壁５１の各辺から下方に延設されて赤外線センサ２０の周囲を覆う４つの側壁５２と、を有している。
【００２７】
開口部５１ａは矩形状に形成されている。本実施形態では、この開口部５１ａは、レンズ６０の外側形状に沿った矩形状に形成されている。なお、開口部５１ａの形状が略円形となるようにしてもよい。
【００２８】
そして、開口部５１ａの内側寸法は、レンズ６０の外側寸法よりも若干小さく形成されており、シールドカバー５０における開口部５１ａの外周縁部でレンズ６０の下面６０ｂの周縁部を支持できるようにしている。本実施形態では、レンズ６０の下面６０ｂは、中央部に形成された下に凸のＲ面６０ｃとＲ面６０ｃの外周部に形成された平坦面６０ｄとを備えている。そして、平坦面６０ｄをシールドカバー５０における開口部５１ａの外周縁部に当接させることで、レンズ６０をシールドカバー５０に支持させている。
【００２９】
そして、シールドカバー５０は、開口部５１ａが赤外線センサ２０の対向方向（真上）に配置されるようにした状態で、赤外線センサ２０とレンズ６０との間に位置するように基板４０の上面に配置されている。本実施形態では、開口部５１ａを外側から覆うようにレンズ６０を天壁５１に取り付けることで、赤外線センサ２０とレンズ６０との間にシールドカバー５０が位置するようにしている。具体的には、シールドカバー５０の開口部５１ａの外周縁部とレンズ６０の内周縁部とを封止樹脂１１０によって接合することで、レンズ６０を天壁５１に実装している。この封止樹脂１１０としては、エポキシ樹脂に加えてＡｇペーストなどの導電性樹脂を用いることができる。このとき、処理回路３０の上面もシールドカバー５０により覆われるようにしている。
【００３０】
また、長手方向両端の側壁５２の下端にはフランジ部５２ａが形成されており、当該フランジ部５２ａを回路パターン（グランドパターンや電気回路配線）４１に接合することで、シールドカバー５０を基板４０に実装（搭載）している。本実施形態では、シールドカバー５０は、折り曲げ加工により形成されている。具体的には、板状の金属材料の外周部分を一方側に折り曲げ加工することで、天壁５１と４つの側壁５２を形成し、長手方向両端の側壁５２の下端を外側に折り曲げ加工することで、フランジ部５２ａを形成している。
【００３１】
金属ケース７０は、矩形状の天壁７１と、この天壁７１の四辺から垂設して赤外線センサ２０を囲繞する側壁７２と、によってほぼ直方体の箱状に形成されている。天壁７１には赤外線を入射させるための開口部７１ａが、赤外線センサ２０に対応する部位に形成されている。そして、シリコン窓８０が開口部７１ａを覆うように天壁７１に取り付けられている。具体的には、金属ケース７０の開口部７１ａの内周縁部とシリコン窓８０の外周縁部とを封止樹脂１１０によって接合することで、シリコン窓８０を天壁７１に実装している。この封止樹脂１１０としては、エポキシ樹脂に加えてＡｇペーストなどの導電性樹脂を用いることができる。
【００３２】
また、周方向に配置される４面の側壁７２の下端には、それぞれフランジ部７２ａが形成されている。本実施形態では、フランジ部７２ａは、金属ケース７０の全周にわたって形成されている。この金属ケース７０は、１枚の板状部材を絞り加工することで形成されている。
【００３３】
そして、金属ケース７０のフランジ部７２ａの全周が、基板４０の上面の外周部に設けた接合用電極１００に接合される。こうして、金属ケース７０とシリコン窓８０と基板４０とにより囲まれた空間が気密封止されるようにしている。そして、赤外線センサ２０および処理回路３０が気密封止された内方に中空封止されるようにしている。この接合用電極１００は、基板４０のグランドパターンと電気的に接続された導電部材により形成することができる。
【００３４】
ここで、本実施形態では、金属ケース７０の開口部７１ａにシリコン窓８０を取り付けるとともに、シールドカバー５０の開口部５１ａにレンズ６０を取り付けている。
【００３５】
具体的には、シリコン窓８０およびレンズ６０をそれぞれ独立して金属ケース７０およびシールドカバー５０に取り付けている。すなわち、シリコン窓８０およびレンズ６０をそれぞれ別の部材に取り付け、金属ケース７０にレンズ６０を取り付けないようにしている。
【００３６】
さらに、本実施形態では、シリコン窓８０を金属ケース７０の内側に取り付けるとともに、レンズ６０をシールドカバー５０の外側に取り付けている。このとき、図２に示すように、シリコン窓８０とレンズ６０とが隙間を設けて対向配置するようにしている。
【００３７】
次に、赤外線センサモジュール１０の製造方法の一例について説明する。
【００３８】
なお、赤外線センサモジュール１０を製造する際には、赤外線センサ２０とレンズ６０との相互の位置合せ（レンズ６０の光軸合わせと焦点距離合わせ）が重要となる。
【００３９】
まず、図６に示すように、作業者等は、基板４０に設けたアライメントマーク４４（図１参照）を見ながら、赤外線センサ２０を基板４０上にワイヤボンドして搭載する。このとき、処理回路３０も基板４０上にワイヤボンドする。ワイヤボンドはワイヤ９０によって行われる。
【００４０】
次に、シールドカバー５０の天壁５１に設けられた開口部５１ａが赤外線センサ２０の対向位置（真上）となるように、シールドカバー５０を基板４０上に搭載する。このとき、赤外線センサ２０は、その周囲がシールドカバー５０の側壁５２で覆われることとなる。
【００４１】
次に、図７に示すように、作業者等は、レンズ６０をアライメントマーク４４を見ながら開口部５１ａに一致するようにしてシールドカバー５０に外側から搭載する。このレンズ６０の搭載は、レンズ６０を開口部５１ａに一致させた状態で封止樹脂１１０（図２参照）によって接合することで行われる。
【００４２】
また、シリコン窓８０を開口部７１ａに一致するようにして金属ケース７０に内側から搭載する。このシリコン窓８０の搭載も、シリコン窓８０を開口部７１ａに一致させた状態で封止樹脂１１０（図２参照）によって接合することで行われる。
【００４３】
次に、シリコン窓８０を搭載した金属ケース７０を基板４０の接合用電極１００に接触させた状態で仮り固定する。
【００４４】
次に、仮り固定された金属ケース７０と基板４０の接合用電極１００とを、それらの周囲を金属接合することで封止する。本実施形態では、金属ケース７０と基板４０の接合用電極１００とを金属溶接することで封止している。
【００４５】
こうして、赤外線センサモジュール１０が製造される。なお、上述した製造方法は一例に過ぎず、他の方法によって赤外線センサモジュール１０を製造することも可能である。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態では、赤外線が通過する開口部５１ａが形成され、開口部５１ａが赤外線センサ２０とレンズ６０との間に位置するように基板４０に搭載されて赤外線センサ２０を覆うシールドカバー５０を備えている。そのため、赤外線センサ２０をシールドカバー５０によって覆うことができ、赤外線を検知しようとする対象物体以外からの赤外線をシールドカバー５０によって遮断することができる。
【００４７】
ところで、赤外線センサモジュール１０は、本来は視野角内に位置する対象物体からの赤外線をレンズ６０を通して赤外線センサ２０に結像させるものである。ところが、赤外線センサモジュール１０にシールドカバーが存在しない場合、視野角外に有る対象物体以外からの赤外線が、大きな傾斜角度をもってレンズ６０から入射し、金属ケース７０の内面に反射して赤外線センサ２０に入射してしまう場合がある。また、視野角外に有る対象物体以外からの赤外線によって金属ケース７０が加熱され、加熱された金属ケース７０の輻射熱による赤外線が直接または間接に赤外線センサ２０に入射する場合がある。
【００４８】
このように、赤外線センサモジュール１０にシールドカバーが存在しない場合、視野角外に有る対象物体以外からの赤外線が直接または間接に赤外線センサ２０に入射されてノイズ原因となる。
【００４９】
これに対して本実施形態では、視野角外に有る対象物体以外からの赤外線をシールドカバー５０の天壁５１や側壁５２で遮断することができる。したがって、本実施形態では、視野角外に有る対象物体以外からの赤外線が赤外線センサ２０に影響するのをシールドカバー５０によって抑制することができ、赤外線センサ２０による測定精度を向上させることができる。このように、本実施形態によれば、本来測定しようとする対象物体の赤外線の測定精度が低下してしまうのを抑制することができる。
【００５０】
そして、本実施形態では、金属ケース７０の開口部７１ａにシリコン窓８０を取り付けるとともに、シールドカバー５０の開口部５１ａにレンズ６０を取り付けている。そのため、シールドカバー５０を基板４０に搭載するだけで、レンズ６０と赤外センサ２０との位置合わせおよび赤外センサ２０のシールドが行われ、金属ケース７０と基板４０との接合をあまり高精度に行う必要がなくなる。したがって、赤外線センサモジュール１０の検知性能の低下を抑制しつつより容易に赤外線センサモジュール１０を製造することができるようになる。
【００５１】
また、本実施形態では、シリコン窓８０が金属ケース７０の内側に取り付けられるとともに、レンズ６０がシールドカバー５０の外側に取り付けられている。そして、シリコン窓８０とレンズ６０とが隙間を設けて対向配置するようにしている。すなわち、シリコン窓８０およびレンズ６０がそれぞれ独立して金属ケース７０およびシールドカバー５０に取り付けられている。このように、シリコン窓８０およびレンズ６０を別の部材に取り付けるようにすることで、より容易に赤外線センサモジュール１０を製造することができるようになる。また、シリコン窓８０とレンズ６０とを、金属ケース７０とシールドカバー５０との間で対向配置させることで、シリコン窓８０とレンズ６０とを、両者の距離をあまり大きくすることなく独立して取り付けることができるようになる。その結果、シリコン窓８０を透過した赤外線が散乱してレンズ６０に照射されなくなってしまうのを抑制することができる。すなわち、レンズ６０による集光効率が低下してしまうのを抑制することができる。
【００５２】
また、本実施形態によれば、金属ケース７０が絞り加工により形成されており、シールドカバー５０が折り曲げ加工により形成されている。したがって、本実施形態では、折り曲げ加工により形成したシールドカバー５０にレンズ６０を取り付けている。すなわち、絞り加工よりも容易に高さ寸法の精度を高めることが可能な折り曲げ加工により形成したシールドカバー５０にレンズ６０を取り付けるようにしている。その結果、レンズ６０と赤外センサ２０との高さ位置をより容易かつ高精度に合わせることができるようになり、赤外線センサモジュール１０の検知性能の低下をより容易かつより確実に抑制することができるようになる。また、金属ケース７０にレンズ６０を取り付けないようにすることで、金属ケース７０の高さ寸法精度をあまり高める必要がなくなるため、金属ケース７０の加工工程への負担をより軽減することができるようになる。
【００５３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
【００５４】
例えば、上記実施形態では、平坦面６０ｄをシールドカバー５０における開口部５１ａの外周縁部に当接させることで、レンズ６０をシールドカバー５０に支持させたものを例示したが、これに限られるものではない。
【００５５】
具体的には、図８に示すように、Ｒ面６０ｃと平坦面６０ｄとの境界線Ｌが開口部５１ａの周縁に接するようにしてもよい。図８では、境界線Ｌおよび平坦面６０ｄをシールドカバー５０における開口部５１ａの外周縁部に当接させた状態で、レンズ６０とシールドカバー５０とを封止樹脂１１０によって接合している。
【００５６】
また、図９に示すように、Ｒ面６０ｃが開口部５１ａの周縁に接するようにし、かかる状態で、レンズ６０とシールドカバー５０とを封止樹脂１１０によって接合するようにしてもよい。
【００５７】
また、基板やレンズ、その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）を適宜に変更することも可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  赤外線センサモジュール
２０  赤外線センサ
４０  回路基板（基板）
５０  シールドカバー
５１  天壁
５１ａ  開口部
５２  側壁
６０  レンズ
７０  金属カバー
７１ａ  開口部
８０  シリコン窓
【図１】
2014055819.tif 000003
【図２】
2014055819.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2014055819.tif 000011