JP2015017827A - Infrared sensor - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an infrared sensor capable of detecting a moving direction of an object.
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）。 A detection element using the pyroelectric effect can be used to detect approaching and leaving of an object that emits infrared rays. As an infrared sensor using such a detection element, an infrared sensor that includes a plurality of detection elements and can detect the moving direction of a target by processing output signals of the plurality of detection elements has been proposed (patent) Reference 1).
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。
However, since the technique described in
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an infrared sensor capable of detecting a moving direction of an object in one axial direction with a single detection element.
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。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention includes a substrate, a detection element that outputs a signal corresponding to incident infrared rays, a sensor chip mounted on the substrate, and emitted from a target. It has an entrance window that allows infrared rays to enter the detection element, and is bonded to the substrate so as to cover the sensor chip, and the field of view of the detection element is formed so that one side and the other side in one axial direction along the substrate are asymmetric. The gist of the invention is that it is an infrared sensor provided with a cover portion.
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。 In addition, the infrared sensor according to the second aspect of the present invention is characterized in that, in the infrared sensor according to the first aspect, the incident window is located biased toward one side in the uniaxial direction in plan view.
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。
The infrared sensor according to the third aspect of the present invention is the infrared sensor according to the first aspect, wherein the cover has a height at which the peripheral edge portion of the incident window is different on one side and the other side in the uniaxial direction. It is formed so that it may become.
An infrared sensor according to a fourth aspect of the present invention is the infrared sensor according to any one of the first to third aspects, wherein the detection element is a pyroelectric element.
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the infrared sensor which can detect the moving direction of 1 axis direction of object with one pyroelectric element can be provided.
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。 Next, first and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is omitted. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Further, the following first and second embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is a material of a component, The shape, structure, arrangement, etc. are not specified below. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope described in the claims.
（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。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the infrared sensor according to the first embodiment of the present invention includes, for example, a rectangular
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
As shown in FIG. 3, the
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。
As shown in FIG. 3, when the target to emit infrared radiation is moved in the x-direction, the output of the
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。
On the other hand, when the target that emits infrared rays moves in the −x direction, the output of the
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。 The infrared sensor according to the first embodiment detects the characteristics of the asymmetric output waveform as shown in FIGS. 4 and 5 based on the amplitude, the rise time, and the fall time. The moving direction of the target in one axis direction can be detected.
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。
According to the infrared sensor according to the first embodiment, the output window of the
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。
Further, according to the infrared sensor according to the first embodiment, by using one
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。
In addition, when there are a plurality of detection elements, there is a possibility that the incident angle may vary, but according to the infrared sensor according to the first embodiment, the incidence of infrared rays radiated from the target by using one
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。
Further, according to the infrared sensor of the first embodiment, since the
（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。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 6, the infrared sensor according to the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that it includes a
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。
The
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。
The
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。
As shown in FIG. 7, the
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。
As shown in FIG. 7, when an object that emits infrared rays moves in the x direction, the output of the
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。
On the other hand, when the target that emits infrared rays moves in the −x direction, the output of the
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。 The infrared sensor according to the second embodiment detects the characteristics of the asymmetric output waveform as shown in FIGS. 4 and 5 based on the amplitude, the rise time, and the fall time. The moving direction of the target in one axis direction can be detected.
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。
According to the infrared sensor according to the second embodiment, the output waveform of the
（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。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the first and second embodiments. However, it should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
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。
For example, in the first and second embodiments already described, the case where the
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。 In addition to the above, it goes without saying that the present invention includes various embodiments and the like not described here, such as configurations in which the embodiments are applied to each other. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
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
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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。 A substrate,
A detection element that outputs a signal corresponding to incident infrared rays, and a sensor chip mounted on the substrate;
An incident window for allowing infrared rays radiated from a target to enter the detection element; and being joined to the substrate so as to cover the sensor chip; and a field of view of the detection element on one side along the substrate; An infrared sensor comprising: a cover portion formed so as to be asymmetric with respect to the other side.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013143438A JP2015017827A (en) | 2013-07-09 | 2013-07-09 | Infrared sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013143438A JP2015017827A (en) | 2013-07-09 | 2013-07-09 | Infrared sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015017827A true JP2015017827A (en) | 2015-01-29 |
Family
ID=52438965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013143438A Pending JP2015017827A (en) | 2013-07-09 | 2013-07-09 | Infrared sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2015017827A (en) |
-
2013
- 2013-07-09 JP JP2013143438A patent/JP2015017827A/en active Pending
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