(57)【要約】【課題】受光素子での光検知の空間分解能を向上させることが可能な検知装置を提供する。【解決手段】検知装置は、複数の受光素子１と、各受光素子１と協働する回路部品２と、各受光素子１が収納されたパッケージ３とを備えている。検知装置は、回路部品２もパッケージ３に収納されている。検知装置は、パッケージ３内において各受光素子１が互いに離間して配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光素子と、前記各受光素子と協働する回路部品と、少なくとも前記各受光素子が収納されたパッケージとを備え、前記パッケージ内において前記各受光素子が互いに離間して配置されてなることを特徴とする検知装置。
【請求項２】
前記受光素子は、赤外線検出素子であることを特徴とする請求項１記載の検知装置。
【請求項３】
前記赤外線検出素子は、ＭＥＭＳ赤外線センサであることを特徴とする請求項２記載の検知装置。
【請求項４】
前記ＭＥＭＳ赤外線センサは、焦電型であることを特徴とする請求項３記載の検知装置。
【請求項５】
前記回路部品が、前記パッケージ内に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の検知装置。
【請求項６】
前記各受光素子は、前記回路部品から等距離となるように配置されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の検知装置。
【請求項７】
前記各受光素子は、前記パッケージの平面視において前記パッケージの中心よりも前記パッケージの外周線に近づけて配置されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の検知装置。
【請求項８】
前記各受光素子は、各々の受光面が、前記パッケージの厚み方向に直交する仮想平面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の検知装置。
【請求項９】
前記受光素子の数が４つであり、前記パッケージの平面視における外周線が正方形状であり、前記各受光素子は、前記外周線よりも内側の仮想正方形の角に位置し、且つ、前記仮想正方形の対角線と前記正方形状の対角線とのなす角度を４５度とするように配置されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の検知装置。
【請求項１０】
前記受光素子と同じ構造のリファレンス素子を備え、前記リファレンス素子が前記パッケージ内に収納されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の検知装置。
【請求項１１】
前記パッケージは、前記各受光素子が実装されたパッケージ本体と、前記各受光素子での受光対象の光を透過する機能を有し前記パッケージ本体に接合されたパッケージ蓋を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の検知装置。
【請求項１２】
前記パッケージ蓋は、前記光を透過するレンズを備えることを特徴とする請求項１１記載の検知装置。
【請求項１３】
前記パッケージ蓋は、前記光を透過する平板状の窓材を備えることを特徴とする請求項１１記載の検知装置。
【請求項１４】
前記パッケージ蓋は、前記受光素子の検知エリアを規定する開孔部が形成されてなり、前記開孔部が前記光を透過する部材により閉塞されてなることを特徴とする請求項１１記載の検知装置。
【請求項１５】
前記パッケージ本体は、導電性材料により形成されたシールド部を備え、前記パッケージ蓋は、前記シールド部に電気的に接続されてなることを特徴とする請求項１１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の検知装置。
【請求項１６】
前記受光素子は、一対の電極のうちの一方の電極が前記シールド部と電気的に接続されてなることを特徴とする請求項１５記載の検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光素子を備えた検知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、赤外線を受光する複数の受光部を備えた焦電素子を用いた赤外線検出器が知られている（特許文献１）。
【０００３】
ここで、特許文献１には、図１９に示す構成の赤外線検知器が記載されている。この赤外線検知器は、焦電素子１３０、信号処理ＩＣ（図示せず）、外付けの電子部品（チップコンデンサＣ１）などを同時成形体１１０に実装して同時成形ブロックとし、この同時成形ブロックを金属製ベース１９４上に実装し、金属製キャップ１９５を金属製ベース１９４に接合してある。要するに、赤外線検出器は、金属製ベース１９４と金属製キャップ１９５とで構成される金属製パッケージ内に同時成形ブロックを収納している。
【０００４】
また、特許文献１では、焦電素子１３０として、図２０に示すように、４つの受光部１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄを備えてクワッドタイプあるいは４エレメントタイプと呼ばれているものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１１７２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された赤外線検出器では、４つの受光部１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄが１つの焦電素子１３０において並設されているので、受光部１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ間でクロストーク（熱的な相互干渉）が発生して光検知の空間分解能が低下してしまう懸念がある。また、上述の焦電素子１３０では、受光部１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄにおいて発生した電荷だけでなく、受光部１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ以外で発生した電荷も、信号処理ＩＣへ出力されるので、光検知の空間分解能が低下してしまう懸念がある。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、受光素子での光検知の空間分解能を向上させることが可能な検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の検知装置は、複数の受光素子と、前記各受光素子と協働する回路部品と、少なくとも前記各受光素子が収納されたパッケージとを備え、前記パッケージ内において前記各受光素子が互いに離間して配置されてなることを特徴とする。
【０００９】
この検知装置において、前記受光素子は、赤外線検出素子であることが好ましい。
【００１０】
この検知装置において、前記赤外線検出素子は、ＭＥＭＳ赤外線センサであることが好ましい。
【００１１】
この検知装置において、前記ＭＥＭＳ赤外線センサは、焦電型であることが好ましい。
【００１２】
この検知装置において、前記回路部品が、前記パッケージ内に配置されていることが好ましい。
【００１３】
この検知装置において、前記各受光素子は、前記回路部品から等距離となるように配置されてなることが好ましい。
【００１４】
この検知装置において、前記各受光素子は、前記パッケージの平面視において前記パッケージの中心よりも前記パッケージの外周線に近づけて配置されてなることが好ましい。
【００１５】
この検知装置において、前記各受光素子は、各々の受光面が、前記パッケージの厚み方向に直交する仮想平面に対して傾斜していることが好ましい。
【００１６】
この検知装置において、前記受光素子の数が４つであり、前記パッケージの平面視における外周線が正方形状であり、前記各受光素子は、前記外周線よりも内側の仮想正方形の角に位置し、且つ、前記仮想正方形の対角線と前記正方形状の対角線とのなす角度を４５度とするように配置されてなることが好ましい。
【００１７】
この検知装置において、前記受光素子と同じ構造のリファレンス素子を備え、前記リファレンス素子が前記パッケージ内に収納されてなることが好ましい。
【００１８】
この検知装置において、前記パッケージは、前記各受光素子が実装されたパッケージ本体と、前記各受光素子での受光対象の光を透過する機能を有し前記パッケージ本体に接合されたパッケージ蓋を備えることが好ましい。
【００１９】
この検知装置において、前記パッケージ蓋は、前記光を透過するレンズを備えることが好ましい。
【００２０】
この検知装置において、前記パッケージ蓋は、前記光を透過する平板状の窓材を備えることが好ましい。
【００２１】
この検知装置において、前記パッケージ蓋は、前記受光素子の検知エリアを規定する開孔部が形成されてなり、前記開孔部が前記光を透過する部材により閉塞されてなることが好ましい。
【００２２】
この検知装置において、前記パッケージ本体は、導電性材料により形成されたシールド部を備え、前記パッケージ蓋は、前記シールド部に電気的に接続されてなることが好ましい。
【００２３】
この検知装置において、前記受光素子は、一対の電極のうちの一方の電極が前記シールド部と電気的に接続されてなることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の検知装置においては、受光素子での光検知の空間分解能を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態１の検知装置を示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）はパッケージ蓋を取り外した状態の概略平面図である。
【図２】実施形態１の検知装置の概略断面図である。
【図３】実施形態１の検知装置の他の構成例の概略断面図である。
【図４】実施形態１の検知装置に用いるＭＥＭＳ赤外線センサの概略断面図である。
【図５】実施形態１の検知装置をジェスチャーセンサとして用いる場合の検知原理の説明図である。
【図６】実施形態１の検知装置をジェスチャーセンサとして用いる場合の検知原理の説明図である。
【図７】実施形態１の検知装置の更に他の構成例における要部概略断面図である。
【図８】実施形態１の検知装置の別の構成例における要部概略断面図である。
【図９】実施形態２の検知装置を示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）はパッケージ蓋を取り外した状態の概略平面図である。
【図１０】実施形態３の検知装置を示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）はパッケージ蓋を取り外した状態の概略平面図である。
【図１１】実施形態３の検知装置の他の構成例においてパッケージ蓋を取り外した状態の概略平面図である。
【図１２】実施形態４の検知装置の概略断面図である。
【図１３】実施形態５の検知装置を示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）はパッケージ蓋を取り外した状態の概略平面図である。
【図１４】実施形態６の検知装置を示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）はパッケージ蓋を取り外した状態の概略平面図である。
【図１５】実施形態７の検知装置を示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）はパッケージ蓋を取り外した状態の概略平面図である。
【図１６】実施形態８の検知装置の要部概略断面図である。
【図１７】実施形態８の検知装置の他の構成例の要部概略断面図である。
【図１８】実施形態８の検知装置の別の構成例の要部概略断面図である。
【図１９】従来例の赤外線検出器の分解斜視図である。
【図２０】従来例の赤外線検出器における焦電素子を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（実施形態１）
本実施形態の検知装置は、図１および図２に示すように、複数の受光素子１と、各受光素子１と協働する回路部品２と、各受光素子１が収納されたパッケージ３とを備えている。ここで、検知装置は、パッケージ３内において各受光素子１が互いに離間して配置されている。また、検知装置は、回路部品２もパッケージ３内に配置されていることが好ましい。これにより、検知装置は、パッケージ３によって回路部品２を保護することができ、また、機器などへ搭載する場合に、機器への搭載が容易になる。ただし、検知装置は、少なくとも各受光素子１がパッケージ３に収納されていればよい。
【００２７】
パッケージ３は、パッケージ本体４と、パッケージ本体４との間に各受光素子１および回路部品２を囲む形でパッケージ本体４に気密的に接合されたパッケージ蓋５とを有している。これにより、検知装置は、各受光素子１を保護することができ、また、動作安定性を高めることが可能となる。パッケージ本体４は、絶縁材料（セラミックス）からなる基体４１に金属材料からなる回路配線（図示せず）および複数の外部接続用電極（図示せず）が形成されている。パッケージ蓋５は、受光素子１での受光対象の光を透過する機能を有している。なお、パッケージ３は、表面実装型パッケージであることが好ましい。
【００２８】
また、パッケージ本体４には、導電性材料により形成されたシールド部４３（図２参照）を備えていることが好ましい。これにより、検知装置は、各受光素子１と回路部品２と上記回路配線とを含んで構成される電気回路への外来の電磁ノイズの影響を低減することが可能となり、外来の電磁ノイズに起因したＳ／Ｎ比の低下を抑制することが可能となる。また、パッケージ蓋５は、パッケージ本体４のシールド部４３に電気的に接続されていることが好ましい。これにより、検知装置は、上記電気回路への外来の電磁ノイズの影響を、より低減することが可能となる。
【００２９】
図１および図２に示した構成の検知装置におけるパッケージ蓋５は、パッケージ本体４側の一面が開放された箱状に形成されパッケージ本体４に対向する部位に開孔部５２が形成された蓋本体５１と、蓋本体５１の開孔部５２を閉塞するように蓋本体５１に接合された平板状の窓材６とを備えている。ここで、パッケージ蓋５は、窓材６が受光素子１での受光対象の光を透過する機能を有し、且つ、窓材６が導電性を有している。本実施形態では、窓材６を平板状の形状としてあることにより、検知装置全体の薄型化を図ることが可能となる。
【００３０】
また、パッケージ蓋５は、図２に示すように、蓋本体５１の外壁面に、シールド部４３と電気的に接続されるシールド層５３を形成してあるが、これに限らず、例えば、図３に示すように、パッケージ５の内壁面に、シールド部４３と電気的に接続されるシールド層５３を形成してもよい。シールド層５３は、例えば、電気めっき法や蒸着法などによって形成すればよい。シールド層５３と窓材６とは、例えば、半田や導電性接着剤などを利用して電気的に接続すればよい。また、シールド部４３とシールド層５３とは、例えば、導電性接着剤や導電層などを利用して電気的に接続すればよい。パッケージ蓋５は、蓋本体５１を金属により形成してもよく、この場合、蓋本体５１がシールド層５３を兼ねるようにしてもよいし、蓋本体５１とは別途にシールド層５３を設けてもよい。また、パッケージ蓋５とパッケージ本体４との接合方法としては、例えば、シーム溶接法や、表面活性化接合法や、樹脂接合法などを採用することができるが、特に限定するものではなく、パッケージ蓋５およびパッケージ本体４それぞれの材料などに基づいて適宜の接合方法を適用すればよい。
【００３１】
なお、パッケージ本体４およびパッケージ蓋５の外周形状は矩形状としてあるが、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。
【００３２】
本実施形態の検知装置では、パッケージ本体４とパッケージ蓋５とで囲まれた気密空間を不活性ガス雰囲気（ドライ窒素ガス雰囲気）としてある。不活性ガスは、ドライ窒素ガスに限らず、例えば、アルゴンガスなどでもよい。また、検知装置は、パッケージ本体４とパッケージ蓋５とで囲まれた気密空間を真空雰囲気や空気雰囲気とすることも可能である。
【００３３】
本実施形態の検知装置は、上記電気回路からアナログあるいはディジタルの検知信号を出力するパッシブ型のセンサである。
【００３４】
回路部品２としては、例えば、ＩＣ素子（ＡＳＩＣ（：Applicationspecific IC）など）、抵抗、コンデンサ、マイクロコンピュータなどを用いることができる。回路部品２を用いて実現する機能回路としては、例えば、バンドパスフィルタ、増幅回路、Ａ／Ｄ変換回路などを含んで受光素子１の出力信号を信号処理する信号処理回路などが挙げられる。なお、検知装置は、必ずしも、回路部品２が受光素子１の出力信号を信号処理する機能を有している必要はなく、受光素子１のアナログの出力信号を出力するようにしてもよい。また、検知装置において、パッケージ本体４の外部接続電極から出力する電気信号は、ディジタルでもアナログでもよい。
【００３５】
検知装置では、回路部品２をパッケージ３内に収納する場合、検知装置全体の小型化および低コスト化などの観点から、回路部品２としてチップ部品を用いることが好ましい。
【００３６】
検知装置は、図１（ｂ）に示すように、４つの受光素子１が、２×２のアレイ状に配置されている。ここで、検知装置は、パッケージ本体４の平面視における外周線が正方形状であり、各受光素子１が、当該外周線よりも内側の仮想正方形の角に位置している。また、各受光素子１は、平面視形状が矩形状（図１（ｂ）の例では、正方形状）であるが、必ずしも矩形状である必要はない。
【００３７】
また、各受光素子１は、回路部品２から等距離となるように配置されていることが好ましい。これにより、検知装置は、各受光素子１と回路部品２との熱的な相互干渉が各受光素子１ごとにばらつくのを抑制することが可能となり、各受光素子１の特性ばらつきを抑制することが可能となる。また、検知装置は、各受光素子１と回路部品２との間の配線長を揃えることが可能となる。
【００３８】
また、各受光素子１は、パッケージ本体４の平面視においてパッケージ本体４の中心よりもパッケージ本体４の外周線に近づけて配置されていることが好ましい。これにより、検知装置は、各受光素子１がパッケージ本体４の中心に近づけて配置されている場合に比べて、受光素子１での光検知の空間分解能を向上させることが可能となる。
【００３９】
受光素子１としては、例えば、赤外線検出素子、フォトダイオード素子などを用いることができる。ここで、検知装置は、受光素子１として赤外線検出素子を用いた場合、人体や物体の存否、人体の動作（例えば、ジェスチャーなど）、検知エリアの温度分布などを検知することが可能となる。また、赤外線検出素子としては、焦電体基板の厚み方向の両面に形成され互いに対向する２つ１組の電極と焦電体基板において２つ１組の電極に挟まれた部分とで構成される受光部を備えた焦電素子を用いることも可能であるが、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）製造技術を利用して製造された赤外線センサであるＭＥＭＳ赤外線センサを用いることが好ましい。ＭＥＭＳ製造技術としては、バルクマイクロマシニング技術、表面マイクロマシニング技術などがある。要するに、ＭＥＭＳ赤外線センサは、上述の焦電素子のようなバルク型の赤外線センサではなく、薄膜型の赤外線センサである。ＭＥＭＳ赤外線センサは、焦電型、サーモパイル型、抵抗ボロメータ型のいずれでもよいが、焦電型であることが好ましい。なお、焦電体基板の材料としては、例えば、ＰｂＴｉＯ3、ＰＺＴ（：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ＰＺＴ−ＰＭＮ（：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3−Ｐｂ（Ｍｎ，Ｎｂ）Ｏ3）などのセラミック材料、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂＯ3などの単結晶材料や、ＰＶＦ2などの高分子材料、などの焦電材料を採用することができる。また、各電極の材料としては、例えば、ＮｉＣｒ、Ｎｉ、金黒などの導電性を有する赤外線吸収材料を採用することができる。
【００４０】
以下、受光素子１として用いることが可能な焦電型のＭＥＭＳ赤外線センサの一例について図４に基づいて説明する。
【００４１】
ＭＥＭＳ赤外線センサは、基板１０と、基板１０の一表面側に形成された第１電極（下部電極）１４ａと、第１電極１４ａにおける基板１０側とは反対側に形成された焦電体膜１４ｂと、焦電体膜１４ｂにおける第１電極１４ａ側とは反対側に形成された第２電極（上部電極）１４ｃとを備えている。ここで、基板１０としては、上記一表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板を用いているが、これに限らず、例えば、多結晶のシリコン基板、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板、酸化マグネシウム基板、ガラス基板などを用いることもできる。
【００４２】
また、ＭＥＭＳ赤外線センサは、必要に応じて、第１電極１４ａの直下に、基板１０の材料に比べて焦電体膜１４ｂとの格子整合性の良い材料からなる緩衝層１４ｄを設けることが好ましい。ここにおいて、ＭＥＭＳ赤外線センサは、基板１０の上記一表面側および他表面側それぞれにシリコン酸化膜からなる絶縁膜１９ａ，１９ｂ（以下、第１絶縁膜１９ａ、第２絶縁膜１９ｂと称する）が形成され、基板１０の上記一表面側（ここでは、第１絶縁膜１９ａの表面側）に緩衝層１４ｄが形成されている。なお、基板１０として酸化マグネシウム基板やガラス基板などの絶縁性基板を用いる場合には、第１絶縁膜１９ａおよび第２絶縁膜１９ｂを形成する必要はない。
【００４３】
ＭＥＭＳ赤外線センサは、焦電体膜１４ｂの焦電材料として、鉛系の酸化物強誘電体の一種であるＰＺＴを採用しているが、鉛系の酸化物強誘電体は、ＰＺＴに限らず、例えば、ＰＺＴ−ＰＬＴ、ＰＬＴやＰＺＴ−ＰＭＮなどやその他の不純物を添加したＰＺＴ系強誘電体などを採用してもよい。緩衝層１４ｄの材料としては、ＳｒＲｕＯ3を採用しているが、これに限らず、例えば、（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3やＰｂＴｉＯ3、ＭｇＯ、ＬａＮｉＯ3などを採用してもよい。また、緩衝層１４ｄは、例えば、Ｐｔ膜とＳｒＲｕＯ3膜との積層膜により構成してもよい。
【００４４】
また、ＭＥＭＳ赤外線センサでは、第１電極１４ａと焦電体膜１４ｂと第２電極１４ｃとで受光部（センシングエレメント）１４を構成している。ここにおいて、ＭＥＭＳ赤外線センサでは、第１電極１４ａの材料として、Ｐｔを採用し、第２電極１４ｃの材料として、ＮｉＣｒなどの導電性を有する赤外線吸収材料を採用しているが、これらの材料は特に限定するものではない。第１電極１４ａの材料としては、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕなどを採用してもよい。また、第２電極１４ｃの材料としては、Ｎｉ、金黒などの導電性を有する赤外線吸収材料を採用してもよい。ＭＥＭＳ赤外線センサでは、第２電極１４ｃの材料として、導電性を有する赤外線吸収材料を採用した場合、第２電極１４ｃが赤外線吸収膜を兼ねることとなる。また、ＭＥＭＳ赤外線センサは、基板１０に、受光部１４と基板１０との熱絶縁用の空洞１０ａが形成されている。ところで、受光素子１は、出力用の一対の電極を有しているものであり、一方の電極をシールド部４３と電気的に接続して用いることが好ましい。これにより、検知装置は、上記電気回路への外来の電磁ノイズの影響を、より低減することが可能となる。ＭＥＭＳ赤外線センサでは、第１電極１４ａと第２電極１４ｃとで一対の電極を構成しており、第１電極１４ａをシールド部４３と電気的に接続して用いることが好ましい。
なお、図４では、基板１０の上記一表面側に空洞１０ａを形成してあるが、空洞１０ａは基板１０の厚み方向に貫通するように形成してもよい。
【００４５】
以下、上述のＭＥＭＳ赤外線センサの製造方法について簡単に説明する。
【００４６】
まず、基板１０の上記一表面側および上記他表面側それぞれの全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜１９ａ，１９ｂを熱酸化法により形成する。その後、基板１０の上記一表面側（ここでは、第１絶縁膜１９ａ上）の全面に、緩衝層１４ｄをスパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法などにより成膜する。続いて、緩衝層１４ｄにおける基板１０側とは反対側の全面に第１電極１４ａをスパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法などにより成膜し、第１電極１４ａにおける緩衝層１４ｄ側とは反対側の全面に焦電体膜１４ｂをスパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法などにより成膜する。
【００４７】
焦電体膜１４ｂを成膜した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して焦電体膜１４ｂをパターニングし、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第１電極１４ａをパターニングする。
【００４８】
その後、基板１０の上記一表面側に所定形状の第２電極１４ｃをスパッタ法やＣＶＤ法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術を利用して形成する。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して基板１０に空洞１０ａを形成する。
【００４９】
上述の空洞１０ａを形成する工程が終了するまでをウェハレベルで行ってから、ダイシング工程を行うことで個々のＭＥＭＳ赤外線センサに分割する。
【００５０】
受光素子１は、受光部１４の平面視形状を正方形状としてあり、上述の仮想正方形の角に受光部１４の中心が位置するように配置されている。したがって、回路部品２が各受光素子１へ与える熱の影響を均一化することが可能となる。なお、ＭＥＭＳ赤外線センサの構造は図４の構造に限定するものではない。
【００５１】
ところで、検知装置では、パッケージ本体４の基体４１の絶縁材料としてセラミックスやガラスなどの無機材料を採用することが好ましい。これにより、検知装置は、上記絶縁材料としてエポキシ樹脂などの有機材料を採用する場合に比べて、パッケージ本体４の吸湿による上記回路配線間の絶縁抵抗の低下を防ぐことが可能となるとともに、耐熱性を向上させることが可能となる。ここで、上記無機材料として、アルミナを採用すれば、上記無機材料として窒化アルミニウムや炭化珪素などを採用する場合に比べて、上記絶縁材料の熱伝導率が小さくなる。これにより、検知装置は、例えば、受光素子１として焦電型のＭＥＭＳ赤外線センサや焦電素子を用いている場合などに、外部の熱のゆらぎに起因した受光素子１の感度の低下を抑制することが可能となる。
【００５２】
また、パッケージ蓋５における窓材６は、厚み方向に一表面側（図１の下面側）にフィルタ部（図示せず）を形成してあり、光学フィルタを構成している。ここにおいて、フィルタ部は、所定の波長域の光を透過し当該波長域以外の光を反射する光学多層膜（多層干渉フィルタ膜）により構成されている。したがって、本実施形態の検知装置では、パッケージ蓋５が、所望の波長域以外の不要な波長域の光をフィルタ部によりカットすることが可能となり、太陽光などによるノイズの発生を防止することができ、高感度化を図れる。なお、窓材６は、厚み方向の上記一表面側に限らず、他表面側にフィルタ部を形成してもよく、少なくとも一方にフィルタ部を形成してあることが好ましい。また、上記一表面側に形成するフィルタ部と上記他表面側に形成するフィルタ部とは、互いのフィルタ特性が同じでもよいが、互いのフィルタ特性を異ならせることによって、より効果的に不要な光をカットすることが可能となる。
【００５３】
受光素子１として赤外線検出素子を用いる場合、窓材６は、所望の波長域の赤外線を透過すればよい。ここで、受光素子１での受光対象の光として、例えば人体から放射される赤外線を想定している場合、窓材６は、例えば、導電性を有し且つ赤外線を透過する基材の一種であるシリコン基板を用いて形成することができる。この場合、フィルタ部は、所定の波長域の赤外線を透過し当該波長域以外の赤外線を反射する光学多層膜（多層干渉フィルタ膜）により構成すればよい。これにより、本実施形態の検知装置では、パッケージ蓋５が、所望の波長域以外の不要な波長域の赤外線や可視光をフィルタ部によりカットすることが可能となり、太陽光などによるノイズの発生を防止することができ、高感度化を図れる。なお、受光素子１での受光対象の光が赤外線の場合、窓材６の基礎となる基材の材料は、シリコンに限らず、例えば、ゲルマニウム、ガリウム砒素、亜鉛化硫黄などでもよい。
【００５４】
以上説明した本実施形態の検知装置は、複数の受光素子１と、各受光素子１と協働する回路部品２と、各受光素子１が収納されたパッケージ３とを備え、パッケージ３内において各受光素子１が互いに離間して配置されているので、受光素子１での光検知の空間分解能を向上させることが可能となる。
【００５５】
本実施形態の検知装置は、例えば、各受光素子１として焦電型のＭＥＭＳ赤外線センサを用い、回路部品２として各受光素子１の出力信号に基づいてジェスチャーを検知する適宜のプログラムを搭載したＡＳＩＣ或いはマイクロコンピュータを用いることにより、ジェスチャーセンサとして用いることが可能である。この場合、ジェスチャーセンサは、各受光素子１の出力信号に基づいて人の特性部位（例えば、ユーザの手など）での所定のジェスチャーを認識するジェスチャー認識部と、ジェスチャー認識部により認識されたジェスチャーに予め対応付けられた制御出力を制御対象機器へ与える制御部とを備えることが好ましく、ジェスチャー認識部および制御部を、上述のＡＳＩＣやマイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより、実現すればよい。
【００５６】
検知装置をジェスチャーセンサとして用いる場合、人の特性部位のような物体の移動方向、物体の移動速度、物体の有無、物体の形状などに基づいてジェスチャーを検知するようにすることが可能である。
【００５７】
ここで、物体の移動方向および移動速度それぞれを検知する原理について図５に基づいて説明する。
【００５８】
焦電型のＭＥＭＳ赤外線センサは微分型センサであるから、物体１００が、図５（ａ）における矢印の向きに検知装置の前方を横切った場合、図５（ａ）における左側の受光素子１の出力は、図５（ｂ）に示すように正弦波状の波形となり、図５（ａ）における右側の受光素子１の出力は、図５（ｃ）に示すような正弦波状の波形となる。したがって、ジェスチャー認識部が、検知出力を発生する受光素子１の相対的な位置関係に基づいて物体１００の移動方向を特定する移動方向特定手段を備えていれば、物体１００の移動方向を特定することが可能となる。また、ジェスチャー認識部が、左側の受光素子１に検知出力が発生した時刻と右側の受光素子１に検知出力が発生した時刻との時間差ｔと、左側の受波素子１と右側の受波素子１との距離とに基づいて、物体１００の移動速度を求める移動速度演算手段を備えていれば、物体１００の移動速度を求めることが可能となる。
【００５９】
次に、物体の有無を検知する原理について図６に基づいて説明する。
【００６０】
例えば、物体１００が人の手であり、図６（ａ）における左側の受光素子１の前方（図６（ａ）においては上方）で指を閉じた状態から開いた状態に動かした場合、左側の受光素子１の出力は、図６（ｂ）に示すような正弦波状の波形となる。また、図６（ａ）における右側の受光素子１の前方で手を右側の受光素子１の光軸方向に動かした場合、右側の受光素子１の出力は、図６（ｃ）に示すような正弦波状の波形となる。また、図６（ａ）における右側の受光素子１の前方で手を傾けた場合も、右側の受光素子１の出力は、図６（ｃ）に示すような正弦波状の波形となる。したがって、ジェスチャー認識部が、各受光素子１の各々の出力に基づいて各受光素子１の各々の検知エリア内の物体１００の有無を判断する物体検知手段を備えていれば、物体１００の有無を判断することが可能となる。図６（ｂ），（ｃ）は、図６（ａ）における左側の受光素子１の前方で指を動かすのと略同時に、図６（ａ）における右側の受光素子１の前方で手を動かした場合の各受光素子１の波形を例示しているが、指の動きと手の動きとが時系列で行われれば、その時系列の順序で受光素子１の出力が正弦波状の波形として現れる。なお、ジェスチャー認識部の移動方向特定手段、移動速度演算手段および物体検知手段は、上述のマイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現可能である。
【００６１】
上述の制御部は、ジェスチャーと制御出力とをあらかじめ対応付けたテーブルを記憶したメモリ（図示せず）を備えており、ジェスチャー認識部にて認識されたジェスチャーに対応する制御出力を制御対象機器へ与えるようになっている。
【００６２】
なお、ジェスチャーセンサは、ジェスチャー認識部により認識されたジェスチャーを、制御対象機器の操作の動きとして利用してもよい。
【００６３】
また、検知装置を人体検知センサの用途に用いる場合には、受光素子１の数は４つに限らず、例えば、２つでもよく、２つの受光素子１を１×２のアレイ状に配置してもよい。また、受光素子１の数が４つの場合でも、２×２のアレイ状に限らず、１×４のアレイ状に配置してもよい。また、検知装置は、受光素子１の各々の出力に基づいて人体検知を行うようにしてもよい。
【００６４】
また、上述の検知装置では、各受光素子１を平板状のパッケージ本体４の一表面上に配置してあり、各受光素子１の各々の受光面が、パッケージ本体４の上記一表面および窓材６と略平行となっているが、これに限らず、例えば、図７や図８それぞれに示すように、各受光素子１の各々の受光面が、パッケージ本体４の厚み方向に直交する仮想平面（図示せず）に対して傾斜している構成としてもよい。
【００６５】
ここで、図７では、パッケージ本体４の上記一表面の中央部に、錐台状の突台部４５が突設されており、突台部４５の側面に各受光素子１を配置してある。また、図８では、パッケージ本体４の上記一表面の周部に、上記一表面から離れるにつれて徐々に開口面積が大きくなる枠部４６が突設されており、枠部４６の内側面に各受光素子１を配置してある。図７や図８の構成では、パッケージ本体４および窓材６の厚み方向に交差する所望の角度方向からの光の受光量を増加させ、所望の角度方向からの光に対する受光素子１の感度を向上させることが可能となる。
【００６６】
（実施形態２）
本実施形態の検知装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図９に示すように、パッケージ蓋５の構成が相違するのみである。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６７】
本実施形態におけるパッケージ蓋５は、蓋本体５１が開孔部５２を有する平板状に形成されており、蓋本体５１の周部とパッケージ本体４の周部との間に介在する枠状（ここでは、矩形枠状）のフレーム部５４を備えている。本実施形態の検知装置においても、実施形態１で説明した図２や図３のシールド部４３およびシールド層５３を備えていることが好ましい。なお、本実施形態では、蓋本体５１とフレーム部５４とに跨ってシールド層５３を形成してもよいし、蓋本体５１とフレーム部５４との各々を導電性材料により形成して、蓋本体５１とフレーム部５４とでシールド層５３を兼ねるようにしてもよい。また、蓋本体５１とフレーム部５４との一方を導電性材料、他方を絶縁性材料により形成して、絶縁性材料により形成した方に、シールド層５３を設けるようにしてもよい。
【００６８】
本実施形態の検知装置では、フレーム部５４の高さ寸法（図９における上下方向の寸法）を変えることにより、各受光素子１と窓材６との距離を変えることが可能となる。
【００６９】
なお、本実施形態の検知装置においても、上述の図７や図８それぞれに示したように、各受光素子１の各々の受光面が、パッケージ本体４の厚み方向に直交する仮想平面（図示せず）に対して傾斜している構成としてもよい。
【００７０】
（実施形態３）
本実施形態の検知装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図１０に示すように、受光素子１の配置が相違するのみである。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７１】
本実施形態の検知装置では、実施形態１と同様に、受光素子１の数が４つであり、パッケージ３の平面視における外周線が正方形状であるが、各受光素子１が、パッケージ３の平面視における外周線よりも内側の仮想正方形の角に位置し、且つ、当該仮想正方形の対角線と上記正方形状の対角線とのなす角度を４５度とするように配置されている点が相違する。
【００７２】
ここにおいて、パッケージ３の平面視における外周線と、パッケージ本体４の平面視における外周線とは、同じ正方形状である。したがって、４つの受光素子１は、図１０（ｂ）に示すように、パッケージ本体４の上記一表面側（図１０（ａ）の上面側）で、パッケージ本体４の外周線よりも内側の上記仮想正方形の角に位置し、且つ、上記仮想正方形の対角線とパッケージ本体４の外周線からなる正方形状の対角線とのなす角度を４５度とするように配置されている。なお、受光素子１は、実施形態１と同様、受光部１４の平面視形状を正方形状としてあり、上述の仮想正方形の角に受光部１４の中心が位置するように配置されている。
【００７３】
しかして、本実施形態の検知装置では、実施形態１に比べて、平面視において回路部品２の両側に配置された受光素子１間の距離を短くすることが可能となる。また、本実施形態の検知装置では、各受光素子１と回路部品２とを図示しないワイヤ（ボンディングワイヤ）により電気的に接続するような場合に、各受光素子１と回路部品２との間のワイヤによる配線長を短くすることが可能となり、また、各受光素子１と回路部品２との接続が容易になる。
【００７４】
また、検知装置は、図１１に示すように、図１０（ｂ）のパッケージ本体４をパッケージ本体４の厚み方向に沿った中心線を中心軸として４５度回転させ、角を面取りした形状としてもよい。
【００７５】
本実施形態の検知装置においても、上述の図７や図８それぞれに示したように、各受光素子１の各々の受光面が、パッケージ本体４の厚み方向に直交する仮想平面（図示せず）に対して傾斜している構成としてもよい。
【００７６】
（実施形態４）
図１２に示す本実施形態の検知装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、実施形態１で説明した窓材６（図１（ａ）および図２参照）の代わりに、レンズ７を備えている点のみ相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。また、図１２では、実施形態１において説明した図２や図３中のシールド部４３およびシールド層５３の図示を省略してある。
【００７７】
レンズ７は、中央部が平凸型のレンズ部７１を構成し、周部７２が、蓋本体５１に取り付けるためのフランジ部を構成している。受光素子１が赤外線検出素子の場合には、レンズ７の材料としてシリコンやゲルマニウムなどを採用することが好ましい。シリコン製やゲルマニウム製のレンズ７は、陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法によって製造することが好ましい。この製造方法については、例えば、特許第３８９７０５５号公報、特許第３８９７０５６号公報に記載されている半導体レンズの製造方法を適用することができる。これにより、本実施形態の検知装置では、レンズ部７１を、球面レンズよりも短焦点で且つ開口径が大きく収差が小さな非球面レンズとすることができるので、レンズ部７１が球面レンズの場合に比べて、短焦点化を図れ、検知装置全体の薄型化を図れる。
【００７８】
本実施形態の検知装置では、パッケージ蓋５が、各受光素子１の受光対象の光を透過するレンズ７を備えているので、受光素子１の検知エリアを広げたり、高感度化を図ることが可能となる。
【００７９】
また、本実施形態の検知装置では、レンズ部７１の凸曲面部７１ａがパッケージ本体４側に位置し且つ平面部７１ｂがパッケージ本体４側とは反対側に位置するようにレンズ７を配置してある。これにより、検知装置は、レンズ部７１に傷が付きにくくなる。また、レンズ部７１には、実施形態１で説明したフィルタ部を設けることが好ましい。
【００８０】
本実施形態の検知装置においても、上述の図７や図８それぞれに示したように、各受光素子１の各々の受光面が、パッケージ本体４の厚み方向に直交する仮想平面（図示せず）に対して傾斜している構成としてもよい。
【００８１】
また、実施形態２や実施形態３の検知装置における窓材６に代えて、本実施形態と同様のレンズ７を設けてもよい。
【００８２】
（実施形態５）
図１３に示す本実施形態の検知装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、受光素子と同じ構造のリファレンス素子１１を備え、リファレンス素子１１がパッケージ３内に収納されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８３】
本実施形態の検知装置では、受光素子１の受光対象の光がリファレンス素子１１の受光面へ入射しないように、パッケージ３内に遮光部材８を配置してある。遮光部材８は、パッケージ本体４とは別体であり、パッケージ本体４に接合されている。
【００８４】
本実施形態の検知装置では、実施形態１において説明した電気回路において、各受光素子１の各々の出力とリファレンス素子１１の出力との差分を求めることにより、電磁ノイズや外乱ノイズの影響を低減することが可能となり、各受光素子１の出力のＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【００８５】
ところで、遮光部材８は、図１３（ａ）に示すように、リファレンス素子１１の前方に位置する前壁部８２と、リファレンス素子１１の側方に位置する側壁部８１とを備えており、側壁部８１をパッケージ本体４に対して、接着剤（例えば、エポキシ樹脂など）により接合してある。しかして、本実施形態の検知装置では、遮光部材８をパッケージ本体４とは別体としてあることにより、遮光部材８をパッケージ本体４に一体成形する場合に比べて、遮光部材８の材料および形状の自由度が高くなるとともに、パッケージ本体４へのリファレンス素子１１の実装が容易になる。
【００８６】
ここで、遮光部材８の材料としては、ステンレス鋼を採用しているが、これに限らず、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、黒色のプラスチックなどを採用してもよい。
【００８７】
本実施形態の検知装置では、各受光素子１およびリファレンス素子１１として赤外線検出素子を用いる場合、遮光部材８が、各受光素子１から放射される赤外線がリファレンス素子１１へ到達するのを阻止する機能も有している。これにより、検知装置は、リファレンス素子１１と他の受光素子１との熱的な相互緩衝を抑制することが可能となる。
【００８８】
本実施形態の検知装置では、受光素子１と同じ構造のリファレンス素子１１を備え、リファレンス素子がパッケージ３内に収納されているので、検知精度の向上を図ることが可能となる。
【００８９】
（実施形態６）
図１４に示す本実施形態の検知装置の基本構成は実施形態５と略同じであり、遮光部材８の形状などが相違する。なお、実施形態５と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００９０】
本実施形態の検知装置では、遮光部材８を平板状の形状としてあり、パッケージ本体４の上記一表面側に、リファレンス素子１１を囲み且つ遮光部材８を支持する支持部４５が突設されている。
【００９１】
本実施形態の検知装置では、実施形態５と同様、受光素子１と同じ構造のリファレンス素子１１を備え、リファレンス素子１１がパッケージ３内に収納されているので、検知精度の向上を図ることが可能となる。
【００９２】
本実施形態の検知装置では、実施形態１において説明した回路部品２（図１参照）をパッケージ３の外に備えている（図１４では、図示していない）が、実施形態１と同様に、回路部品２をパッケージ３内に配置してもよい。
【００９３】
実施形態５，６の各々の検知装置では、実施形態１の検知装置における４つの受光素子１のうちの１つをリファレンス素子１１として用いているが、これに限らず、４つの受光素子１とは別にリファレンス素子１１を配置するようにしてもよい。
【００９４】
また、実施形態５，６の各々の検知装置においても、上述の図７や図８それぞれに示したように、各受光素子１の各々の受光面が、パッケージ本体４の厚み方向に直交する仮想平面（図示せず）に対して傾斜している構成としてもよい。
【００９５】
また、実施形態５，６の各々の検知装置においても、窓材６に代えて、本実施形態４で説明したレンズ７（図１２参照）を設けてもよい。
【００９６】
（実施形態７）
図１５に示す本実施形態の検知装置の基本構成は実施形態５と略同じであり、各受光素子１の各々が他の受光素子１に対するリファレンス素子１１を兼ねている点が相違する。なお、実施形態５と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００９７】
本実施形態の検知装置では、予め受光素子１を２つ１組として組をなす受光素子１の対応関係を、回路部品２を構成するＡＳＩＣやマイクロコンピュータの記憶部に記憶させておき、組をなす２つの受光素子１で同時に出力が発生した場合には、検知信号を発生せず、組をなす２つの受光素子１で規定時間内に出力が発生した場合にのみ、検知信号を発生するようにしている。
【００９８】
（実施形態８）
図１６に示す本実施形態の検知装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、パッケージ蓋５における開孔部５２が、受光素子１の検知エリア９を規定するように形成されている点が相違する。本実施形態の検知装置では、開孔部５２の開口形状、開口サイズ、受光素子１の受光面との相対的な位置関係などにより、受光素子１の検知エリア９および受光角が規定される。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００９９】
本実施形態の検知装置では、パッケージ蓋５に、受光素子１の検知エリアを規定する開孔部５２が形成されてなり、開孔部５２が受光素子１の受光対象の光を透過する部材である窓材６により閉塞されているので、検知対象を精度良く検知することが可能となる。要するに、本実施形態の検知装置では、検知対象に対する検知分解能を向上させることが可能となる。
【０１００】
図１６に示した構成の検知装置では、パッケージ蓋５において、各受光素子１の各々の前方に、受光素子１の受光面と同程度の開口サイズの開孔部５２を形成してあるが、開孔部５２の開口サイズや位置は、これに限らない。例えば、図１７に示すように、各受光素子１の斜め前方に、受光素子１の受光面と同程度の開口サイズの開孔部５２を形成してもよいし、図１８に示すように、各受光素子１の前方に、受光素子１の受光面よりも小さな開口サイズの開孔部５２を形成し、且つ、各受光素子１の斜め前方に、受光素子１の受光面と同程度の開口サイズの開孔部５２を形成してもよい。
【０１０１】
なお、開孔部５２を閉塞し受光素子１の受光対象の光を透過する部材は、窓材６に限らず、例えば、開孔部５２に埋め込まれたものでもよい。例えば、受光素子１が赤外線検出素子の場合、このような部材の材料としては、例えば、ポリエチレンを採用することが可能である。また、受光素子１がフォトダイオード素子の場合、このような部材の材料としては、例えば、ガラス、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂などを採用することが可能である。
【０１０２】
本実施形態の検知装置においても、上述の図７や図８それぞれに示したように、各受光素子１の各々の受光面が、パッケージ本体４の厚み方向に直交する仮想平面（図示せず）に対して傾斜している構成としてもよい。
【０１０３】
ところで、各実施形態の検知装置は、受光素子１の数や配置、回路部品２の機能などを適宜設定することにより、ジェスチャーセンサや、人体検知センサなどに限らず、例えば、受光素子１の出力の有無により入力の有無を特定する非接触入力センサや、各受光素子１の出力の組み合わせにより物体の形状を認識する形状認識センサや、各受光素子１の出力の組み合わせにより温度分布を認識する温度分布センサなどにも応用することが可能である。また、各実施形態では、受光素子１が４つの場合について説明したが、受光素子１の数は複数であればよく、４つに限定するものではない。
【符号の説明】
【０１０４】
１  受光素子（リファレンス素子）
２  回路部品
３  パッケージ
４  パッケージ本体
５  パッケージ蓋
６  窓材（部材）
７  レンズ
１１  リファレンス素子
１４ａ  第１電極（電極）
１４ｃ  第２電極（電極）
４３  シールド部
５２  開孔部
【図１】
2012220419.tif 000003
【図２】
2012220419.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012220419.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2012220419.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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