(57)【要約】【課題】簡単な構成で、視野の歪みを低減する赤外線センサを提供する。【解決手段】基板１と、基板１の上面に搭載され、上面に格子状に配列された複数の受光素子を有し、複数の受光素子が受光した赤外線に応じた信号を出力するセンサチップ２と、中心が、複数の受光素子の中心を通る垂線から離間するように、複数の受光素子と平行に、センサチップ２の上方に配置され、複数の受光素子に赤外線を結像するレンズ５とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上面に搭載され、上面に格子状に配列された複数の受光素子を有し、前記複数の受光素子が受光した赤外線に応じた信号を出力するセンサチップと、
中心が、前記複数の受光素子の中心を通る垂線から離間するように、前記複数の受光素子と平行に、前記センサチップの上方に配置され、前記複数の受光素子に赤外線を結像するレンズと
を備えることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】
前記基板に設置され、赤外線を前記センサチップに入射させる第１入射窓を有するケースを更に備え、
前記ケースは、前記第１入射窓に前記レンズを保持することを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項３】
前記基板の上面に搭載され、前記センサチップが出力する信号を処理する集積回路と、
前記センサチップ及び前記集積回路を覆い、赤外線を前記センサチップに入射させる第２入射窓を有するシールドカバーと
を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の赤外線センサ。
【請求項４】
前記レンズの中心は、前記複数の受光素子の中心を通る垂線から前記集積回路側に離間することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を検知する赤外線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
格子状に配列された受光素子が設けられたセンサチップと、赤外線をセンサチップに結像するレンズとを備える赤外線センサが知られている（特許文献１参照）。このような赤外線センサにおいて、視野の光軸は、センサチップとレンズとの相対位置関係により決定される。一般的な赤外線センサは、視野の光軸がセンサチップに対して垂直になるように設計されている。水平面に対して斜め方向の視野を検知する場合、赤外線センサは、傾斜して設置されたり、赤外線センサの前方にミラーが設置されたりすることにより、視野角内の赤外線を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１９８０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
赤外線センサが水平面に対して傾斜して設定される場合、視野の手前側と奥側とで、センサチップの１画素分の検知面積が異なる為、検知視野は台形状に歪んでしまう。一方、ミラーを設置する場合、別部品を外付けする必要があり、装置のサイズ及び製造コストが増大する問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点を鑑み、簡単な構成で、視野の歪みを低減する赤外線センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、基板と、前記基板の上面に搭載され、上面に格子状に配列された複数の受光素子を有し、前記複数の受光素子が受光した赤外線に応じた信号を出力するセンサチップと、中心が、前記複数の受光素子の中心を通る垂線から離間するように、前記複数の受光素子と平行に、前記センサチップの上方に配置され、前記複数の受光素子に赤外線を結像するレンズとを備える赤外線センサであることを要旨とする。
【０００７】
また、本発明の第１の態様に係る赤外線センサにおいては、前記基板に設置され、赤外線を前記センサチップに入射させる第１入射窓を有するケースを更に備え、前記ケースは、前記第１入射窓に前記レンズを保持することができる。
【０００８】
また、本発明の第１の態様に係る赤外線センサにおいては、前記基板の上面に搭載され、前記センサチップが出力する信号を処理する集積回路と、前記センサチップ及び前記集積回路を覆い、赤外線を前記センサチップに入射させる第２入射窓を有するシールドカバーとを更に備えることができる。
【０００９】
また、本発明の第１の態様に係る赤外線センサにおいては、前記レンズの中心は、前記複数の受光素子の中心を通る垂線から前記集積回路側に離間することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡単な構成で、視野の歪みを低減する赤外線センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る赤外線センサの基本的な構成を説明する模式的な斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る赤外線センサが備える基板、センサチップ及びＩＣを説明する模式的な斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る赤外線センサが備えるレンズ、ケースを説明する模式的な斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る赤外線センサの基本的な構成を説明する模式的な断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る赤外線センサの動作を説明する模式的な図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る赤外線センサの検知視野を図示した一例である。
【図７】垂直な光軸を有する赤外線センサの基本的な構成を説明する模式的な断面図である。
【図８】垂直な光軸を有する赤外線センサの動作を説明する模式的な図である。
【図９】垂直な光軸を有する赤外線センサの検知視野を図示した一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１３】
（赤外線センサ）
本発明の実施の形態に係る赤外線センサは、図１に示すように、基板１と、センサチップ２と、集積回路（ＩＣ）３と、シールドカバー４と、レンズ５と、ケース６とを備える。本発明の実施の形態に係る赤外線センサは、赤外線を受信して、例えば温度分布や熱源の有無等を検知する。
【００１４】
基板１は、概略として矩形平板状であり、セラミック基板や樹脂系のプリント基板等の多層基板からなる。基板１は、センサチップ２、ＩＣ３等と接続する回路配線が形成される。基板１は、図２に示すように、上面に、接地電位に接続され、ケース６と接合される接合用電極１１や、センサチップ２により検知された温度を補正する為に温度を検知するサーミスタ１２等が形成される。接合用電極１１は、基板１の上面を縁取るように枠状に形成される。
【００１５】
センサチップ２は、概略として矩形平板状であり、例えばダイボンディングにより基板１の上面に搭載される。センサチップ２は、上面に格子状に配列された複数の受光素子を受光面として有する。センサチップ２の複数の受光素子は、それぞれ、赤外線を受光し、受光した赤外線の強度に応じた出力信号を出力する。
【００１６】
センサチップ２の複数の受光素子は、例えば、８×８の正方格子状に配列された６４画素の受光素子である。センサチップ２の複数の受光素子は、配列パターンの直交するグリッドラインのうちの一方が、基板１の長手方向に沿う方向となるように配置される。センサチップ２の複数の受光素子は、例えば、格子状に配列されたサーモパイルからなる。センサチップ２は、その他、焦電型赤外線センサ、量子型赤外線センサ等を採用することができる。センサチップ２は、例えばワイヤボンディングやフリップチップ等により、基板１の回路配線やＩＣ３の端子に接続される。
【００１７】
ＩＣ３は、例えばダイボンディングにより基板１の上面の、センサチップ２近傍に搭載される。ＩＣ３及びセンサチップ２は、基板１の長手方向に沿って並んで配置される。ＩＣ３は、センサチップ２が出力する出力信号を処理し、センサチップ２の出力信号に基づいて、例えば温度分布、熱源の有無等の検出処理を行う。センサチップ２は、例えばワイヤボンディングやフリップチップ等により、基板１の回路配線やセンサチップ２の出力端子に接続される。
【００１８】
シールドカバー４は、赤外線を検知しようとする対象以外からセンサチップ２に入射する赤外線及びＩＣ３に入射する赤外線を遮断する。シールドカバー４は、概略として直方体の箱状であり、下面の全面を開口する。シールドカバー４は、センサチップ２及びＩＣ３を覆うように、側壁部の下端部が基板１に、導電性樹脂等により接合される。シールドカバー４は、例えばコバール等の金属材料から形成される。シールドカバー４は、センサチップ２の上方の、上面の一部に矩形状の入射窓４０を有する。入射窓４０は、赤外線に対して透明であり、例えば貫通孔である。入射窓４０は、センサチップ２の受光面に赤外線を入射させる。入射窓４０の中心は、平面視、センサチップ２の受光面の中心を通る垂線からＩＣ３側に離間する。
【００１９】
レンズ５は、概略として矩形平板状であり、片面（上面）が平坦面、他面（下面）が凸面に形成された凸レンズである。レンズ５は、中心が、センサチップ２の受光面の中心を通る垂線から離間するように、センサチップ２の上方にセンサチップ２の受光面と平行に配置される。レンズ５は、センサチップ２の受光面に赤外線を結像するように構成される。レンズ５は、センサチップ２の受光面に集光させる機能を有していればよい。例えば、レンズ５は、両面が凸面に形成されていてもよく、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。レンズ５の凸面及び凹面は、放物面等の種々の曲率を有してもよい。
【００２０】
ケース６は、概略として直方体の箱状であり、下面の全面を開口する。ケース６は、金属から形成される。ケース６は、シールドカバー４を覆うように、側壁部の下端部が、基板１の接合用電極１１に、導電性樹脂等により接合されることにより、基板１に設置される。ケース６は、センサチップ２の上方の、上面の一部に矩形状の入射窓６０を有する。入射窓６０は、赤外線に対して透明であり、例えば貫通孔である。入射窓６０の中心は、平面視、センサチップ２の受光面の中心を通る垂線からＩＣ３側に離間する。
【００２１】
入射窓６０は、図３に示すように、レンズ５の上面が、ケース６の下方から入射窓６０の周囲に接合可能なように、レンズ５に沿う矩形形状である。入射窓６０は、周囲にレンズ５の上面が接合されることにより、レンズ５を保持する。入射窓６０は、その他、円形、楕円形等であってもよい。入射窓６０は、レンズ５を介してセンサチップ２の受光面に赤外線を入射させる。シールドカバー４の入射窓４０の中心は、例えば、レンズ５の中心とセンサチップ２の受光面の中心との間に位置する。ケース６は、樹脂等により入射窓６０の周囲にレンズ５が接合され、側壁部の下端部が基板１の接合用電極１１に接合されることにより、内部を封止する。
【００２２】
レンズ５は、図４に示すように、中心が、センサチップ２の受光面の中心を通る垂線に対して所定の角度θを有するように配置される。レンズ５の中心は、平面視、センサチップ２の受光面の中心を通る垂線からＩＣ３側に離間する。本発明の実施の形態に係る赤外線センサの検知視野の視野角Ａは、センサチップ２、入射窓４０、レンズ５及び入射窓６０の形状、配置等により決定される。本発明の実施の形態に係る赤外線センサの検知視野の光軸Ｂは、角度θにより決定される。すなわち、光軸Ｂは、レンズ５の中心とセンサチップ２の受光面の中心とを結ぶ直線上に位置し、本発明の実施の形態に係る赤外線センサに対して角度θだけ傾く。
【００２３】
例えば、図５に示すように、角度θが１５°であり、本発明の実施の形態に係る赤外線センサが、基板１の長手方向が垂直方向（Ｙ軸方向）から検知方向（Ｘ軸方向）に３０°傾斜された状態で、水平面（Ｘ−Ｚ平面）Ｐに向けて赤外線の検知を行う場合を考える。この場合、光軸Ｂは、垂直方向に対して４５°傾く。本発明の実施の形態に係る赤外線センサのセンサチップ２が検知する視野Ｑは、図６に示すように、水平面Ｐにおいて、台形状に形成される。
【００２４】
図７に示すように、レンズ５の中心が、センサチップ２の受光面の中心を通る垂線上に位置するように構成された赤外線センサＳを用いて、図５に示す例と同様に、光軸Ｂが垂直方向に対して４５°傾くように、水平面Ｐに向けて赤外線を検知する場合を考える。なお、赤外線センサＳが備えるシールドカバー４ｐ及びケース６ｐの入射窓は、中心が、センサチップ２の受光面の中心を通る垂線上に位置し、赤外線センサＳの光軸Ｂは、センサチップ２の受光面の中心を通る垂線と一致する。
【００２５】
光軸Ｂが垂直に形成される赤外線センサＳは、図８に示すように、基板１が垂直方向から検知方向に４５°傾斜された状態で、水平面Ｐに向けて赤外線の検知を行う。赤外線センサＳのセンサチップ２が検知する視野Ｑは、図９に示すように、水平面Ｐにおいて、図６に示す視野Ｑよりも歪みの大きい台形状に形成される。
【００２６】
このように、本発明の実施の形態に係る赤外線センサは、レンズ５の中心が、センサチップ２の受光面の中心を通る垂線上に位置するように構成された赤外線センサＳと比べて、角画素の視野の重なりが大きく、視野Ｑの歪みが小さい。また、本発明の実施の形態に係る赤外線センサは、赤外線センサＳと同様に、視野角Ａを有する。
【００２７】
本発明の実施の形態に係る赤外線センサによれば、レンズ５の中心が、センサチップ２の受光面の中心を通る垂線から離間しているため、簡単な構成で、視野の歪みを低減できる。
【００２８】
また、本発明の実施の形態に係る赤外線センサによれば、レンズ５の中心がセンサチップ２の受光面の中心を通る垂線からＩＣ３側に離間するため、レンズ５をずらすスペースが確保することができ、サイズを増大させず、光軸Ｂの傾きを大きくすることができる。
【００２９】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３０】
例えば、既に述べた本発明の実施の形態おいて、赤外線センサは、レンズ５がシールドカバー４の入射窓４０の周囲に接合されることにより、シールドカバー４に保持されるように構成されてもよい。
【００３１】
また、既に述べた実施の形態において、レンズ５の平面パターンは、矩形に限るものでなく、円形等であってもよい。この場合、レンズ５が接合される入射窓４０又は入射窓６０の平面パターンは、レンズ５の平面パターンに応じて変形させればよい。
【００３２】
この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。  
【符号の説明】
【００３３】
１  基板
２  センサチップ
３  集積回路（ＩＣ）
４  シールドカバー
５  レンズ
６  ケース
４０  入射窓
６０  入射窓
【図１】
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【図２】
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【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】
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