(57)【要約】【課題】熱ノイズを低減し、高精度で信頼性の高い赤外線検出を行うことが可能な赤外線センサモジュールを提供する。【解決手段】本発明の赤外線センサモジュールは、基板１０上に配置され、赤外線信号を受信する赤外線センサ素子３０と、前記赤外線センサ素子３０の出力を処理する信号処理回路素子４０と、前記赤外線センサ素子３０から所定の距離を隔てて設けられ、外部の赤外線信号を前記赤外線センサ素子３０に結像するための光学系（レンズ２２）を備えた入射窓を有し、前記赤外線センサ素子３０および前記信号処理回路素子４０と、前記基板１０とを収容する金属製のケース２０とを具備し、前記ケース２０は、内壁面に沿って反射防止部材としての内装ケース６０を具備したことを特徴とする。【選択図】図１
2011128066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置され、赤外線信号を受信する赤外線センサ素子と、
前記赤外線センサ素子の出力を処理する信号処理回路素子と、
前記赤外線センサ素子から所定の距離を隔てて設けられ、外部の赤外線信号を前記赤外線センサ素子に結像するための光学系を備えた入射窓を有し、前記赤外線センサ素子および前記信号処理回路素子と、前記基板とを収容する金属製のケースとを具備し、
前記ケースは、その内壁面に沿って反射防止部材を具備した赤外線センサモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の赤外線センサモジュールであって、
前記反射防止部材は、樹脂製の内装ケースである赤外線センサモジュール。
【請求項３】
請求項１に記載の赤外線センサモジュールであって、
前記反射防止部材は、前記金属製のケースの内側に設けられた黒色の金属めっき層である赤外線センサモジュール。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の赤外線センサモジュールであって、
前記赤外線センサ素子は面実装によって前記基板に搭載された赤外線センサモジュール。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載の赤外線センサモジュールであって、
前記ケースは前記基板表面で外側に折り曲げられ前記基板に当接する鍔部を形成した赤外線センサモジュール。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の赤外線センサモジュールであって、
前記赤外線センサ素子と前記信号処理回路素子との間の接続は、前記基板に形成された内部配線を介して実現された赤外線センサモジュール。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の赤外線センサモジュールであって、
前記赤外線センサ素子と前記ケースとの間の、前記基板上に熱遮断部を形成した赤外線センサモジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の赤外線センサモジュールであって、
前記熱遮断部は、リング状の溝部である赤外線センサモジュール。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の赤外線センサモジュールであって、
前記基板は、前記信号処理回路素子の搭載領域で、肉薄領域を構成した赤外線センサモジュール。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の赤外線センサモジュールであって、
前記基板はセラミック基板であり、前記ケースの当接する領域に配線導体層が形成された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係り、特に、その熱ノイズ低減のための実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、赤外線センサ素子は、非接触で温度検出を図ることができることから、人の存在を検出し、人の動きに追随して、点灯制御を行うようにした自動点灯システムや、電子レンジの庫内温度の検出、被調理物の温度分布の検出などに、広く用いられている。赤外線センサ素子は、内蔵のセンサチップに受光した赤外線量に応じた電圧を出力するデバイスである。
【０００３】
この赤外線センサ素子の検知視野角は仕様で定められているが、実際は図６に示すように視野角領域Ｒ外からの不要な赤外線も光学系１２２を介してデバイス内に入光し、その赤外線がパッケージ１２０内部での反射内よりセンサチップ１３０に入射した場合は、熱ノイズとなり、検知精度の劣化を招いてしまうという問題があった。１４０は信号処理回路素子、１１０は実装基板である。
【０００４】
このような赤外線センサ素子の一例としては、例えば、多数個の抵抗（単素子）をマトリクス状に平面配置し赤外線が投射されたときに生じる温度上昇に伴う抵抗値の変化を信号として取り出し、この信号に基づいて画像信号を作成し出力するものがある。このような赤外線センサ素子では、抵抗変化を信号として取り出すために所定バイアス電流を供給する必要があり、このバイアス電流によるジュール熱によって赤外線センサ素子の温度上昇が発生することがある。このため、このジュール熱による温度上昇によって赤外線センサ素子から新たな信号が発生され、この信号が赤外線センサ素子における雑音として出力されることになる。
【０００５】
このようなバイアス電流による雑音を防止するために、サーモパイルセンサの缶の内壁に、ポリカーボネート製の筒を圧入し、二次ふく射熱を抑制する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００６】
また、特許文献２においても、複眼式サーモパイル赤外線センサにおいて赤外線入光を遮蔽する機構を備えたものも提案されている。
【０００７】
さらにまた、アパーチャの開口部周辺に黒色ニッケルめっきを形成し、開口部内壁における迷光を抑制した赤外線検知器も提案されている（特許文献３）。しかしながら、アパーチャの開口部内壁にのみ黒色めっき層が設けられているだけであり、アパーチャの赤外線センサに対向する面がすべて黒色めっき層で覆われているわけではない。
【０００８】
ところで、近年、信号の増幅処理のためにＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのＩＣチップを内蔵した実装構造が提案されている。この構成によれば、配線の引き回しを低減することができ、理論的には、検出精度のさらなる向上をはかることができる。しかしながら、このようにＩＣチップをハウジング内に内蔵する場合は、電気ノイズ対策として金属ハウジングを用いる必要がある。この場合は特に、金属の光反射率が高いために内部反射が起こりやすくなり、熱ノイズがさらに発生しやすい構造となっている。また、信号の増幅処理のためのＩＣチップへの熱ノイズの影響も無視できない大きさとなることがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−０５８２２８号公報
【特許文献２】特開２００６−３３７３４５号公報
【特許文献３】特開平０６−０２６９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように信号処理回路素子を内蔵した赤外線センサモジュールにおいては、電気ノイズ対策として金属ハウジングを用いる必要があり、この場合は特に、金属の光反射率が高いために内部反射が起こりやすくなるという問題があった。さらに、信号処理回路素子の発熱による熱ノイズの問題もあり、熱ノイズがさらに発生しやすい構造となっている。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、熱ノイズを低減し、高精度で信頼性の高い赤外線検出を行うことが可能な赤外線センサモジュール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】
【００１１】
そこで本発明の赤外線センサモジュールは、基板上に配置され、赤外線信号を受信する赤外線センサ素子と、前記赤外線センサ素子の出力を処理する信号処理回路素子と、前記赤外線センサ素子から所定の距離を隔てて設けられ、外部の赤外線信号を前記赤外線センサ素子に結像するための光学系を備えた入射窓を有し、前記赤外線センサ素子および前記信号処理回路素子と、前記基板とを収容する金属製のケースとを具備し、前記ケースは、内壁面に沿って反射防止部材を具備したことを特徴とする。
この構成によれば、金属製のケースの内壁面に沿って反射防止部材を設けるようにしているため、ケースに入射したノイズとなる赤外線信号が確実に除去され、対象物だけの赤外線信号を検知することができるので、測定精度が向上する。
【００１２】
そこで本発明は、上記赤外線センサモジュールにおいて、前記反射防止部材は、樹脂ケースであることを特徴とする。
この構成によれば、装着が容易である。
【００１３】
そこで本発明は、上記赤外線センサモジュールにおいて、前記反射防止部材は、前記金属製のケースの内側に設けられた黒色の金属めっき層であることを特徴とする。
この構成によれば、反射防止部材が黒色の金属メッキ層で構成されているため、電気的シールドを確実に発揮しつつ、赤外線ノイズを低減することができる。
【００１４】
そこで本発明は、上記赤外線センサモジュールにおいて、前記赤外線センサ素子が面実装によって前記基板に搭載されたことを特徴とする。
この構成によれば、特に赤外線センサ素子自体の熱変化も信号処理回路素子に大きな影響を与えることになるため、信号処理回路素子への赤外線センサ素子からの輻射による熱ノイズを防ぐことができる。
【００１５】
また本発明は、上記赤外線センサモジュールにおいて、前記ケースは前記基板表面で外側に折り曲げられ前記基板に当接する鍔部を形成したことを特徴とする。
この構成によれば、シール性を高めるとともに、電気的なシールド性を高めることが可能となる。
【００１６】
また本発明は、上記赤外線センサモジュールにおいて、前記赤外線センサ素子と前記信号処理回路素子との間の接続は、前記基板に形成された内部配線を介して実現されたことを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、上記赤外線センサモジュールにおいて、前記赤外線センサ素子と前記ケースとの間の、前記基板上に熱遮断部を形成したことを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、上記赤外線センサモジュールにおいて、前記熱遮断部は、リング状の溝部であることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、上記赤外線センサモジュールにおいて、前記基板は、前記信号処理回路素子の搭載領域で、肉薄領域を構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る赤外線センサモジュールによれば、ケースの内壁面に沿って設けられた反射防止部材によって、ケースで反射されて入射する、視野角外からの赤外線ノイズを防止するとともに、ケースの加熱による輻射熱発生による赤外線ノイズの影響を低減し、検出精度の向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１の赤外線センサモジュールを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はケースと内装ケースを外した状態を示す上面図、（ｃ）は側断面図
【図２】同赤外線センサモジュールを示す分解斜視図
【図３】本発明の実施の形態１の赤外線センサモジュールの要部断面図
【図４】本発明の実施の形態２の赤外線センサモジュールを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はケースと内装ケースを外した状態を示す上面図、（ｃ）は側断面図
【図５】本発明の実施の形態３の赤外線センサモジュールを示す図であり，（ａ）は断面図、（ｂ）はケースを外した状態を示す上面図、（ｃ）は側断面図
【図６】従来例の赤外線センサモジュールを示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態の赤外線センサモジュールについて図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２３】
(実施の形態１)
図１は本発明の実施の形態１の赤外線センサモジュールを示す図であり，（ａ）は断面図、（ｂ）はケースと内装ケースを外した状態を示す上面図、（ｃ）は側断面図である。また図２はこの赤外線センサモジュールを示す分解斜視図、図３は断面図である。
本発明の実施の形態１の赤外線センサモジュールは、電気ノイズ対策として設けられている金属製のケース２０の内壁に黒色のエポキシ樹脂製の内装ケース６０を配設し、このケースによる内部反射に起因した熱ノイズを防止するようにしたことを特徴とするものである。
【００２４】
他部については通例のものと同様に形成されており、基板１０上に配置され、赤外線信号を受信する赤外線センサ素子３０と、前記赤外線センサ素子３０の出力を処理する信号処理回路素子４０と、前記赤外線センサ素子３０から所定の距離を隔てて設けられ、外部の赤外線信号を前記赤外線センサ素子３０に結像するための光学系としてのレンズ２２を備えた入射窓を有し、前記赤外線センサ素子３０および前記信号処理回路素子４０を収容する金属製のケース２０と、を具備したことを特徴とする。基板１０は表面に図示しない配線パターンを有する
【００２５】
なおここで用いられる赤外線センサ素子は、面実装によって基板１０に搭載されたサーモパイル型センサである。そしてワイヤボンディングによって基板１０に電気的に接続されている。３２はボンディングワイヤである。サーモパイル型センサは、ここでは図示しないが、ポリシリコンのマイクロマシニングによって形成した熱電対において、赤外線による熱によりこれら接合点間に温度差を生じさせ、この温度差により接点間に電位差を発生させる熱起電力効果（ゼーベック効果）を利用して、赤外線を電圧として検知するように構成したものである。このサーモパイル型赤外線センサは、受光した赤外線を赤外線吸収膜で熱に変換し、この熱を、直列に多数個接続された熱電対に加え、発生した温接点部の温度変化を、熱電対により電圧として出力する。このサーモパイルにおいて、赤外線を吸収する赤外線吸収膜の材料としては、赤外線吸収率の高い金黒膜やカーボン膜などが用いられている。
【００２６】
そして内装ケース６０は、ケース２０内に圧入されており、センサ周囲で熱が部分的にこもることがないようにすることができる。
【００２７】
また、基板１０の赤外線センサ素子搭載領域Ｒｔおよび信号処理回路素子搭載領域Ｒｓを囲む領域に帯状の金属リング１３が載置され、この金属リング１３はケース２０の基板側端部に設けられた鍔部２３と当接し、シール部２４を構成している。
【００２８】
ここで１１は基板表面に形成された配線導体層であり、ボンディングワイヤ３２を介して赤外線センサ素子３０と電気的に接続されている。また赤外線センサ素子３０と信号処理回路素子４０との間の電気的接続もボンディングワイヤ３２を介してなされている。
【００２９】
また、ケース２０の開口に光学系としてのレンズ２２が装着されている。
【００３０】
この構成によれば、赤外線センサ素子３０が、金属製のケース２０の内壁に沿って圧入された内装ケース６０によって保護されており、赤外線センサ素子だけでなく、信号処理回路素子への輻射による熱ノイズを防ぐことができ、非対象物体からの赤外線信号ＩＲ０が金属ケースを経て入射する輻射線ＩＲ２、金属ケースからの反射による輻射線ＩＲ３による赤外線信号がこの内装ケース６０によって除去され、対象物だけの赤外線信号ＩＲ１を検知することができるので、測定精度が向上する。
【００３１】
なお、前記実施の形態では、内装ケースは黒色のエポキシ樹脂で構成したが、このほかポリイミド樹脂など耐熱性の高い樹脂を用いるようにしてもよい。また、内装ケースを黒色のニッケルめっき層で構成するなど、導電性材料で基板に接続することにより、シールド面と電気的に接続することができ、電磁シールド性を高めることができる。
【００３２】
また基板の赤外線センサ素子搭載領域を囲む領域に形成された帯状の金属リングがケースの基板側端部に設けられた鍔部と当接し、シール部を構成しているため、気密シール性を高めるとともに、電気的なシールド性を高めることが可能となる。また、この帯状の金属リングは熱遮断部としての役割も有する。また熱遮断部としては、リング状の溝部を構成してもよい。
【００３３】
さらに、基板として窒化アルミニウムなどの放熱性の高いセラミック基板を用いるとともに、センサカバーの当接する領域に配線導体層が形成されるようにすることで、より放熱性を高めることができる。
【００３４】
なお、前記実施の形態では、赤外線センサ素子３０と信号処理回路素子４０とをボンディングワイヤ３２を介して電気的に接続したが、基板として多層配線基板を用いることで、内層でスルーホールを介して電気的に接続することができる。
【００３５】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２について説明する。
【００３６】
図４は本発明の実施の形態２の赤外線センサモジュールを示す図であり，（ａ）は断面図、（ｂ）はケースと内装ケースを外した状態を示す上面図、（ｃ）は側断面図である。前記実施の形態１では、赤外線センサ素子３０はワイヤボンディングにより基板１０に接続したが、本実施の形態では、図４に示すように、赤外線センサ素子３０と信号処理回路素子４０とをバンプ３１を介して直接基板に接続したことを特徴とするものである。ここでも、内装ケース６０は、ケース２０の内壁に圧入され、赤外線センサ素子３０の周囲を、確実に囲むように配置されている。また、赤外線センサ素子３０と信号処理回路素子４０との接続は、基板１０上に形成された配線導体層によって接続される。他の部分については前記実施の形態１と同様に形成されているため、ここでは説明を省略する。
従って、この場合も、赤外線センサ素子３０はより効率的に熱シールドおよび電気的シールドがなされているため、輻射熱発生による熱ノイズの発生も抑制することができる。
なお、この場合も、実施の形態１と同様、基板として多層配線基板を用いるようにすれば、内層でスルーホールを介して赤外線センサ素子３０と信号処理回路素子４０とを、電気的に接続することができる。
【００３７】
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３について説明する。
図５は本発明の実施の形態３の赤外線センサモジュールを示す図であり，（ａ）は断面図、（ｂ）はケースを外した状態を示す上面図、（ｃ）は側断面図である。
本発明の実施の形態３の赤外線センサモジュールは、前記実施の形態１の赤外線センサモジュールの内装ケース６０に代えて、ケース２０の内壁に黒色ニッケルめっき層２６を形成したことを特徴とするものである。このとき、黒色ニッケルめっき層２６はシール部にも形成されている。他は前記実施の形態１で示した赤外線センサモジュールと同様に形成されている。ここでは同一部位には同一符号を付し、説明を省略する。
この構成により、前記実施の形態１の効果に加え、さらなる熱ノイズの抑制を達成することが可能となる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  基板
１１  配線導体層
１３  金属リング
２０  ケース
２２  レンズ
２３  鍔部
２４  シール部
２６  黒色ニッケルめっき層
３０  赤外線センサ素子
３１  バンプ
３２  ボンディングワイヤ
４０  信号処理回路素子
６０  内装ケース
ＩＲ０  非対象物からの赤外線信号
ＩＲ１  対象物からの赤外線信号
ＩＲ２  非対象物からの輻射線
ＩＲ３  非対象物からの輻射線
【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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