(57)【要約】【課題】１つの焦電素子で対象の１軸方向の移動方向を検出可能な赤外線センサを提供する。【解決手段】赤外線センサは、基板１と、入射する赤外線に応じた信号を出力する検出素子３を備え、基板１上に搭載されたセンサチップ２と、対象から放射される赤外線を検出素子３に入射させる入射窓４０を有し、センサチップ２を覆うように基板１に接合され、検出素子３の視野を、基板１に沿う１軸方向における一方側と他方側とが非対称となるように形成するカバー部４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
入射する赤外線に応じた信号を出力する検出素子を備え、前記基板上に搭載されたセンサチップと、
対象から放射される赤外線を前記検出素子に入射させる入射窓を有し、前記センサチップを覆うように前記基板に接合され、前記検出素子の視野を、前記基板に沿う１軸方向における一方側と他方側とが非対称となるように形成するカバー部と
を備えることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】
前記入射窓は、平面視、前記１軸方向における一方側に偏って位置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】
前記カバー部は、前記入射窓の周縁部が、前記１軸方向における一方側と他方側とで異なる高さとなるように形成され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４】
前記検出素子は、焦電素子であ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、対象の移動方向を検出可能な赤外線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
焦電効果を利用した検出素子は、赤外線を放射する対象の接近及び離脱の検出に用いることができる。このような検出素子を用いた赤外線センサとして、検出素子を複数備え、複数の検出素子の出力信号を処理することにより、対象の移動方向を検出することができる赤外線センサが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２６３６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、複数の検出素子を備えるため、出力信号を処理する回路が複雑化する問題点がある。
本発明は、上記問題点を鑑み、１つの検出素子で対象の１軸方向の移動方向を検出可能な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】
【０００５】
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、入射する赤外線に応じた信号を出力する検出素子を備え、基板上に搭載されたセンサチップと、対象から放射される赤外線を検出素子に入射させる入射窓を有し、センサチップを覆うように基板に接合され、検出素子の視野を、基板に沿う１軸方向における一方側と他方側とが非対称となるように形成するカバー部とを備える赤外線センサであることを要旨とする。
【０００６】
また、本発明の第２の態様に係る赤外線センサは、第１の態様に係る赤外線センサにおいて、入射窓は、平面視、１軸方向における一方側に偏って位置することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の第３の態様に係る赤外線センサは、第１の態様に係る赤外線センサにおいて、カバー部は、入射窓の周縁部が、１軸方向における一方側と他方側とで異なる高さとなるように形成されることを特徴とする。
また、本発明の第４の態様に係る赤外線センサは、第１〜第３のいずれかの態様に係る赤外線センサにおいて、検出素子は、焦電素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、１つの焦電素子で対象の１軸方向の移動方向を検出可能な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】
【０００９】
【図１】（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る赤外線センサの基本的な構成を説明する平面図である。（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ方向から見た断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る赤外線センサが備えるセンサチップを説明する平面図である。（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ方向から見た断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る赤外線センサのｘ軸方向の視野を説明する図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る赤外線センサがｘ方向に移動する対象を検出する場合の出力を図示した一例である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る赤外線センサが−ｘ方向に移動する対象を検出する場合の出力を図示した一例である。
【図６】（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る赤外線センサの基本的な構成を説明する平面図である。（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ方向から見た断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る赤外線センサのｘ軸方向の視野を説明する図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る赤外線センサのｘ軸方向の視野を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２実施形態を説明する。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、重複する説明を省略している。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。また、以下に示す第１及び第２実施形態は、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。
【００１１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る赤外線センサは、図１に示すように、例えば矩形平板状の基板１と、基板１上に搭載されたセンサチップ２と、カバー部４とを備える。第１実施形態に係る赤外線センサは、視野内から放射される赤外線を受信することにより、視野内の対象の移動方向を検出する。
【００１２】
センサチップ２は、図２に示すように、枠状のフレーム部２１と、フレーム部２１の内側に支持されたダイヤフラム部２２と、ダイヤフラム部２２の上面に形成された検出素子３と、一対のパッド部３１，３２とを備える。センサチップ２は、検出素子３の両面側に生じる電圧を、それぞれ、一対のパッド部３１，３２から出力する。
【００１３】
フレーム部２１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）等からなる半導体基板２０１と、半導体基板２０１の上面に形成された薄膜層２０２とから構成される。薄膜層２０２は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）等からなる。ダイヤフラム部２２は、薄膜層２０２から構成される。
【００１４】
検出素子３は、平面視、ダイヤフラム部２２の中央部に配置される。検出素子３は、下層電極膜と、焦電体膜と、上層電極膜とが積層されてなる。上層電極膜及び下層電極膜は、それぞれ、帯状の配線３３，３４を介して、パッド部３１，３２に接続される。パッド部３１，３２は、フレーム部２１の上面の、対角部に配置される。検出素子３は、対象が放射する赤外線を受信し、焦電効果により自発分極し、入射する赤外線に応じた電圧を下層電極膜と上層電極膜との間に発生し、パッド部３１，３２から出力する。焦電素子は、応答周波数帯域が広く室温で使用可能であり、他の方式の赤外線センサに比べて応答速度が速い。
【００１５】
カバー部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。カバー部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、対象から放射される赤外線をセンサチップ２の検出素子３に入射させる。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。カバー部４は、例えば金属材料から形成される。カバー部４は、センサチップ２を覆うように、側壁部の下端部が基板１の上面の周縁部に接合される。
【００１６】
入射窓４０は、図３に示すように、平面視、基板１の長手方向に沿う１軸方向（ｘ軸方向）における一方側に偏って位置する。カバー部４は、入射窓４０を有することにより、検出素子３の視野を、ｘ軸方向における一方側と他方側とが非対称となるように形成する。センサチップ２の検出素子３のｘ軸方向の視野は、地点ｘ１からｘ３の範囲であり、−ｘ方向に狭く、ｘ方向に広く形成される。
【００１７】
図３に示すように、赤外線を放射する対象がｘ方向に移動する場合、検出素子３の出力は、例えば、図４に示すように、対象が地点ｘ１に到達し、検出素子３の視野内に進入した後、急峻に振幅が大きくなる。検出素子３の出力は、対象が検出素子３と最も接近する地点ｘ２に到達するときに反転し、地点ｘ３に到達するまでに緩やかに減少する。
【００１８】
一方、赤外線を放射する対象が−ｘ方向に移動する場合、検出素子３の出力は、例えば、図５に示すように、対象が地点ｘ３に到達し、検出素子３の視野内に進入した後、緩やかに振幅が大きくなる。検出素子３の出力は、対象が検出素子３と最も接近する地点ｘ２に到達するときに反転し、地点ｘ１に到達するまでに急峻に減少する。
【００１９】
第１実施形態に係る赤外線センサは、図４、図５に示すような非対称な出力波形の特徴を、振幅、立ち上がり時間及び立ち下がり時間に基づいて検出することにより、１つの検出素子３で、対象の１軸方向の移動方向を検出することができる。
【００２０】
第１実施形態に係る赤外線センサによれば、入射窓４０が、センサチップ２の上方において、一方側に偏って位置することにより、検出素子３の出力波形を非対称にすることができる。よって、１つの検出素子３で、対象の１軸方向の移動方向を検出することができるので、検出素子３の信号処理回路を単純化でき、赤外線センサを小型化できる。
【００２１】
また、第１実施形態に係る赤外線センサによれば、１つの検出素子３を用いることにより、ダイヤフラム部２２の熱分布を考慮して、検出素子３の熱絶縁を図ることが容易であり、検出素子３のサイズを大きくすることができる。よって、検出素子３の出力を向上することができ、移動方向の検出精度を向上できる。
【００２２】
また、検出素子が複数の場合、入射角にばらつきが生じる恐れがあるが、第１実施形態に係る赤外線センサによれば、１つの検出素子３を用いることにより、対象から放射される赤外線の入射角が１つに定まり、移動方向の検出精度を向上できる。
【００２３】
また、第１実施形態に係る赤外線センサによれば、検出素子３が焦電素子であることにより、応答速度が速く、入射窓４０に対応した急峻な波形を検出可能であり、分解能を向上できる。
【００２４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る赤外線センサは、図６に示すように、上面において２つの高さを有するカバー部４ａを備える点で第１実施形態と異なる。第２実施形態において説明しない他の構成、作用及び効果は、第１実施形態と実質的に同様であるので、重複する説明を省略する。
【００２５】
カバー部４ａ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。カバー部４ａ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４０ａは、対象から放射される赤外線をセンサチップ２の検出素子３に入射させる。入射窓４０ａは、赤外線に対して透明であり、例えば貫通孔である。カバー部４ａは、例えば金属材料から形成される。カバー部４ａは、センサチップ２を覆うように、側壁部の下端部が基板１の上面の周縁部に接合される。
【００２６】
入射窓４０ａは、平面視、センサチップ２に対応するように、センサチップ２より大きく開口する。入射窓４０ａの周縁部４１は、ｘ軸方向における一方側と他方側とで異なる高さとなるように形成される。カバー部４ａは、入射窓４０ａのｘ軸方向に対向する２辺のうち１辺において、高さが他所より高くなる段差部４２が設けられている。カバー部４ａは、段差部４２により、上面が２つの高さを有する。
【００２７】
カバー部４は、図７に示すように、入射窓４０ａの周縁部４１を有することにより、検出素子３の視野を、ｘ軸方向における一方側と他方側とが非対称となるように形成する。センサチップ２の検出素子３のｘ軸方向の視野は、地点ｘ１からｘ３の範囲であり、−ｘ方向に狭く、ｘ方向に広く形成される。
【００２８】
図７に示すように、赤外線を放射する対象がｘ方向に移動する場合、検出素子３の出力は、例えば、図４に示すように、対象が地点ｘ１に到達し、検出素子３の視野内に進入した後、急峻に振幅が大きくなる。検出素子３の出力は、対象が検出素子３と最も接近する地点ｘ２に到達するときに反転し、地点ｘ３に到達するまでに緩やかに減少する。
【００２９】
一方、赤外線を放射する対象が−ｘ方向に移動する場合、検出素子３の出力は、例えば、図５に示すように、対象が地点ｘ３に到達し、検出素子３の視野内に進入した後、緩やかに振幅が大きくなる。検出素子３の出力は、対象が検出素子３と最も接近する地点ｘ２に到達するときに反転し、地点ｘ１に到達するまでに急峻に減少する。
【００３０】
第２実施形態に係る赤外線センサは、図４、図５に示すような非対称な出力波形の特徴を、振幅、立ち上がり時間及び立ち下がり時間に基づいて検出することにより、１つの検出素子３で、対象の１軸方向の移動方向を検出することができる。
【００３１】
第２実施形態に係る赤外線センサによれば、入射窓４０ａの周縁部４１が、非対称に形成されることにより、検出素子３の出力波形を非対称にすることができる。よって、１つの検出素子３で、対象の１軸方向の移動方向を検出することができるので、検出素子３の信号処理回路を単純化でき、赤外線センサを小型化できる。
【００３２】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明を第１及び第２実施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形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３３】
例えば、既に述べた第１及び第２実施形態において、検出素子３は、基板１に直接搭載される場合を説明したが、図８に示すように、傾斜面１１を有するホルダ１２を介して、基板１に搭載されるようにしてもよい。検出素子３は、ホルダ１２の傾斜面１１に保持されることにより、ｘ軸方向において非対称な視野を有する。よって、１つの検出素子３で、対象の１軸方向の移動方向を検出することができるので、検出素子３の信号処理回路を単純化でき、赤外線センサを小型化できる。
【００３４】
上述の他、各実施形態を相互に応用した構成等、本発明はここでは記載していない様々な実施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】
【００３５】
１  基板
２  センサチップ
３  検出素子
４，４ａ  カバー部
４０，４０ａ  入射窓
４１  周縁部
【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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