KR20140042633A

KR20140042633A - 적외선센서모듈

Info

Publication number: KR20140042633A
Application number: KR1020130031592A
Authority: KR
Inventors: 장학현; 김정조; 최용문
Original assignee: (주)아이엠
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2014-04-07

Abstract

본 발명은 적외선센서모듈에 관한 것이다. 본 발명에 따른 적외선센서모듈은 적외선센서소자에 외부 적외선신호를 용이하게 집광할 수 있도록 서로 마주보는 두 개의 반소소자를 구비한 반사형 광학계를 적용함으로써, 적외선센서모듈의 두께를 초점거리 이하로 반감할 수 있어 스마트폰과 같은 모바일기기에 용이하게 적용 가능하며, 또한 부품 수의 절감 및 단순화로 인해 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

적외선센서모듈{INFRARED SENSOR MODULE}

본 발명은 적외선센서모듈에 관한 것이다.

적외선센서모듈에 대해서는 (특허문헌 1)에서 개시하고 있다. 상기 (특허문헌 1)에 따르면, 적외선센서는 내장의 센서 칩에 수광한 적외선 량에 따른 전압을 출력하는 디바이스(Device)로, 비접촉으로 온도검출을 도모할 수 있기 때문에 사람의 존재를 검출하고, 사람의 움직임에 추종하여, 점등 제어를 행하도록 한 자동 점등 시스템이나, 전자 레인지의 내부 온도의 검출, 피조리물의 온도 분포의 검출 등에 널리 이용되는 것으로 개시하고 있다.

또한 상기 적외선센서의 검지 시야각은 사양에서 정해져 있지만, 실제로는 시야각 외로부터의 불필요한 적외선도 입광하고, 그 적외선이 패키지 내부에서의 반사에 의해 센서 칩에 입사한 경우에는 열 노이즈로 되어 검지 정밀도의 열화를 초래하는 문제점이 있음을 개시하고 있다.

따라서 이를 해결하기 위해 (특허문헌 1)은 적외선신호를 수신하는 적외선센서소자와 신호처리회로소자를 일체화한 센서소자를 기판상에 배치하고, 외부의 적외선 신호를 상기 적외선센서소자에 결상하기 위한 광학계로서 적외선렌즈를 금속제의 케이스에 구성하고, 그 사이에 적외선신호가 투광하여 적외선센서소자에 도달할 수 있도록 투광부를 갖는 센서 커버를 구비하고 있다.

이러한 (특허문헌 1)에 따른 적외선센서모듈에 따르면, 센서 커버에 의해 케이스에서 반사되어서 입사하는 시야각 외로부터의 적외선 노이즈를 방지함과 함께 케이스의 가열에 의한 복사열 발생에 의한 적외선 노이즈의 영향을 저감하여 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있는 것으로 개시하고 있다.

그러나 상기 (특허문헌 1)을 포함하여 종래기술에 따른 적외선센서모듈의 구성상의 적외선렌즈는 투과율이 좋고 굴절률이 높은 예컨대, Ge, SiF 등의 가격이 높고, 깨지기 쉬운 가공 상에 있어서 문제점이 있어 대체 광학계의 필요성이 대두되고 있다.

또한 종래기술에 따른 적외선센서모듈은 소정의 유효경에 대해 광학계 렌즈 초점거리 이상의 두께를 유지해야 함으로써, 예컨대 스마트폰 등의 모바일기기 채용시 필요한 박형, 소형화의 구현에 어려움이 발생하는 문제점이 있다.

KR

2012-0089342

A

따라서 본 발명은 적외선렌즈를 사용하지 않고 광학계를 구성함으로써, 상기 (특허문헌 1)을 포함하여 종래기술에 따른 적외선센서모듈을 용이하게 개선하기 위한 것이다.

본 발명의 관점은, 반사형 광학계를 적용하여 초점거리 이하로 두께를 용이하게 단축할 수 있도록 한 적외선센서모듈을 제공하는 데 있다.

상기 관점을 달성하기 위해,

본 발명의 실시 예에 따른 적외선센서모듈은 기판;

상기 기판상에 배치되며, 신호처리회로소자가 일체화된 적외선센서소자;

상기 적외선센서소자를 내부에 수용하도록 내부공간이 형성되며, 상기 내부공간을 외부 노출하는 개구부가 형성된 케이스;

상기 개구부에 구비되어 외부 적외선신호가 투과되는 커버 글라스;

상기 커버 글라스를 투과한 외부 적외선신호를 적외선센서소자에 집광할 수 있도록 서로 마주보는 제1,2 반사소자를 구비한 반사형 광학계;

를 포함한다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 적외선센서모듈에 있어서, 상기 적외선센서소자는 기판에 칩 온 보드 형태로 배치될 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 적외선센서모듈에 있어서, 상기 제1 반사소자는 커버 글라스의 중앙부에 일체로 구비되고, 제2 반사소자는 내부공간상에 배치될 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 적외선센서모듈에 있어서, 상기 제2 반사소자는 오목경 형태의 구면 또는 비구면으로 형성될 수 있다.

한편 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선센서모듈은 기판;

상기 개구부에 구비되어 외부 적외선신호가 투과되며, 상기 외부 적외선신호를 굴절하는 요철부가 형성된 커버 글라스;

상기 커버 글라스를 굴절투과한 외부 적외선신호를 적외선센서소자에 집광할 수 있도록 서로 마주보는 제1,2 반사소자를 구비한 반사형 광학계;

를 포함한다.

또한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선센서모듈에 있어서, 상기 적외선센서소자는 기판에 칩 온 보드 형태로 배치될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선센서모듈에 있어서, 상기 제1 반사소자는 커버 글라스의 중앙부에 일체로 구비되고, 상기 커버 글라스의 주변부에 회절형 광학렌즈를 일체화하여 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선센서모듈에 있어서, 상기 제2 반사소자는 오목경 형태의 구면 또는 비구면으로 형성될 수 있다.

이러한 해결 수단들은 첨부된 도면에 의거한 다음의 발명의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 적외선센서모듈의 두께를 초점거리 이하로 반감함으로써, 스마트폰과 같은 모바일기기에 용이하게 적용 가능하며, 또한 부품 수의 절감 및 단순화로 인해 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

한편 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 적외선센서모듈의 두께를 초점거리 이하로 반감할 수 있을 뿐만 아니라 요철부에 의한 수차보정 등의 효과와 또한 고해상도의 열 화상 광학계를 구성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 적외선센서모듈을 나타내 보인 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 적외선센서모듈의 외부 적외선신호의 집광과정을 나타내 보인 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선센서모듈을 나타내 보인 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선센서모듈의 외부 적외선신호의 집광과정을 나타내 보인 단면도.

본 발명의 특이한 관점, 특정한 기술적 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어 지는 이하의 구체적인 내용과 실시 예로부터 더욱 명백해 질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한 "제1", "제2", "일면", "타면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 적외선센서모듈은 통상의 기판(PCB), 상기 기판상에 배치되는 적외선센서소자(Infrared sensor device), 상기 적외선센서소자를 내부공간에 수용하는 케이스(Case), 상기 케이스에 구비되어 외부 적외선신호가 투과되는 커버 글라스(Cover glass) 및 상기 커버 글라스를 통해 투과한 외부 적외선신호를 적외선센서소자에 집광할 수 있도록 서로 마주보는 두 개의 반사소자를 구비한 반사형 광학계를 포함한다.

다른 한편으로 상기 적외선센서모듈은 외부 적외선신호를 굴절하기 위한 요철부가 형성된 커버 글라스를 포함할 수 있다.

상기 적외선센서소자(Infrared sensor device)는 신호처리회로소자가 일체화된 구성으로, 통상의 서모파일형 센서(Thermopile type sensor) 또는 볼로미터형 센서(Bolometer type sensor) 등이 사용될 수 있고, 픽셀이 여러 개 구성되어 단일 신호에서 열 화상 신호까지도 얻을 수 있다.

이러한 적외선센서소자는 와이어 본딩(Wire Bonding)에 의해 기판의 상부에 칩 온 보드(Chip On Board: COB) 형태로 전기적으로 접속될 수 있다. 다만 이는 일례로써, 기판에 적외선센서소자를 내장한 후 전기적으로 접속하는 형태로의 구현도 가능하므로, 반드시 칩 온 보드(COB) 형태로 한정하는 것은 아님을 사전에 밝혀둔다.

여기서 상기 서모파일형 센서(Thermopile type sensor)에 대해 설명하면, 서모파일형 센서는 통상 폴리실리콘의 마이크로 머시닝에 의해 형성한 열전쌍에 있어서, 적외선에 의한 열에 의해 이들 접점간에 온도차를 발생시키고, 이 온도차에 의해 접점 간에 전위차를 발생시키는 열기전력 효과를 이용하여 적외선을 전압으로서 검지하도록 구성되고 있으며, 웨이퍼레벨 진공패키지 등으로 이루어져 고성능을 얻을 수도 있다. 다만 이러한 서모파일형 센서를 포함하여 적외선센서소자는 이 기술분야에서 널리 알려져 있어 용이하게 실시 가능하므로, 이하 생략함을 밝혀둔다.

상기 커버 글라스(Cover glass)는 통상 적외선 투과율이 좋은 실리콘(Silicon: Si) 등의 평판소재를 사용하게 되며, 표면에 무반사 처리(Anti-reflection: AR)코팅을 하여 외부 적외선신호의 투과율을 더욱 높여 사용할 수도 있다.

또한 이러한 커버 글라스는 제1 반사소자를 일체로 구비할 수 있는데, 즉 상기 커버 글라스의 중앙부에 알루미늄(Al) 등을 코팅하여 상기 제1 반사소자를 일체화 구성하게 된다.

상기 반사형 광학계를 구성하는 제1,2 반사소자는 통상의 글라스(Glass) 또는 플라스틱(Plastic)을 사용하여 형성하게 되며, 적외선 반사율이 좋은 알루미늄(Al) 코팅 등으로 구현하게 된다.

여기서 상기 제2 반사소자는 오목경(Concave mirror) 형태의 구면(Spherical surface) 또는 비구면(Aspherical surface)으로 형성되어 광학적 파워를 설계하여 외부 적외선신호를 적외선센서소자에 집광하여 결상(Image formation)토록 하게 된다.

이러한 상기 제2 반사소자는 원형으로 형성되어 케이스의 내부공간에 배치된다. 이때 상기 커버 글라스의 중앙부에 제1 반사소자가 배치되어 있을 경우에는 원형의 가운데에 홀(Hole)을 뚫어 내부공간에 배치하게 된다. 즉 커버 글라스의 중앙부에 제1 반사소자가 배치됨에 따라 상기 커버 글라스의 주변부를 통해 외부 적외선신호가 투과될 경우 이를 내부공간에 배치된 제2 반사소자가 반사한 후 가운데에 형성된 홀을 통해 외부 적외선신호를 적외선센서소자에 집광하게 된다.

한편 요철부가 형성된 커버 글라스는 커버 글라스 주변부에 회절형(Diffractive optical element: DOE) 광학렌즈를 일체화 구성함으로써, 용이하게 실시 가능하다. 즉 상기 회절형 광학렌즈면은 회절 형태의 요철로서, 에칭이나 직접가공 리스그라피 등의 전형적인 제작방법을 사용하여 형성하게 된다.

따라서 이러한 커버 글라스는 광학면의 설계자유도가 추가됨으로써, 수차보정 등의 효과와 함께 회절형(DOE) 광학렌즈의 일체화 구성으로 부품 수 절감, 박형화 효과와 또한 고해상도의 열 화상 광학계를 구성할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 보듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선센서모듈(100)은 기판(110)상에 신호처리회로소자가 일체화된 적외선센서소자(120)를 실장하여 배치하게 된다. 즉 상기 기판(110)의 상부에 와이어(111)를 통해 적외선센서소자(120)를 본딩(Bonding)하여 칩 온 보드(COB) 형태로 실장하여 배치하게 된다.

이와 같이 적외선센서소자(120)가 실장된 기판(110)의 상부에는 케이스(130)를 결합하여 상기 케이스(130)의 내부공간(131)에 상기 적외선센서소자(120)를 수용하게 된다. 이때 상기 케이스(130)는 상부에 내부공간(131)을 외부 노출하는 개구부(132)가 형성되어 상기 개구부(132) 상에 커버 글라스(140)를 결합하게 된다.

상기 커버 글라스(140)는 실리콘(Si) 등의 평판소재에 알루미늄(Al) 등을 코팅하여 반사형 광학계로써, 제1 반사소자(150)를 중앙부에 일체화한 구성을 채택한 후 케이스(130)에 결합하여 사용하게 된다. 상기 제1 반사소자(150)는 반사면(151)이 내부공간(131)을 향하도록 형성되어 외부 적외선신호(170)를 적외선센서소자(120)에 집광하게 된다.

한편 상기 케이스(130)의 내측에는 반사형 광학계로써, 오목경 형태의 구면으로 형성되고, 가운데에 홀(160a)이 형성된 제2 반사소자(160)를 결합함으로써, 내부공간(131)에 제2 반사소자(160)가 배치되도록 하게 된다. 여기서 상기 제2 반사소자(160)는 광학면(161)이 제1 반사소자(150)의 반사면(151)과 마주보도록 케이스(130)에 결합하게 된다.

도 2에서 보듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선센서모듈(100)은 외부 적외선신호(170)가 커버 글라스(140)를 투과하여 내부공간(131)으로 입사 후 제2 반사소자(160)의 광학면(161)에 반사되어 상기 커버 글라스(140)를 향해 되돌아오게 되며, 경로 상 제1 반사소자(150)의 반사면(151)에 되반사되고, 상기 제2 반사소자(160)의 홀(160a)을 통해 적외선센서소자(120)에 집광하게 된다.

이하, 본 발명의 다른 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3에서 보듯이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선센서모듈(200)은 기판(210)상에 신호처리회로소자가 일체화된 적외선센서소자(220)를 실장하여 배치하게 된다. 즉 상기 기판(210)의 상부에 와이어(211)를 통해 적외선센서소자(220)를 본딩(Bonding)하여 칩 온 보드(COB) 형태로 실장하여 배치하게 된다.

이와 같이 적외선센서소자(220)가 실장된 기판(210)의 상부에는 케이스(230)를 결합하여 상기 케이스(230)의 내부공간(131)에 상기 적외선센서소자(220)를 수용하게 된다. 이때 상기 케이스(230)는 상부에 내부공간(231)을 외부 노출하는 개구부(232)가 형성되어 상기 개구부(232) 상에 커버 글라스(240)를 결합하게 된다.

상기 커버 글라스(240)는 실리콘(Si) 등의 평판소재에 알루미늄(Al) 등을 코팅하여 반사형 광학계로써, 제1 반사소자(250)를 중앙부에 일체화하고, 주변부에 회절형(DOE) 광학렌즈를 일체화하여 요철부(241)를 형성한 구성을 채택한 후 케이스(230)에 결합하여 사용하게 된다. 상기 제1 반사소자(250)는 반사면(251)이 내부공간(231)을 향하도록 형성되어 외부 적외선신호(270)를 적외선센서소자(220)에 집광하게 된다.

한편 상기 케이스(230)의 내측에는 반사형 광학계로써, 오목경 형태의 구면으로 형성되고, 가운데에 홀(260a)이 형성된 제2 반사소자(260)를 결합함으로써, 내부공간(231)에 제2 반사소자(260)가 배치되도록 하게 된다. 여기서 상기 제2 반사소자(260)는 광학면(261)이 제1 반사소자(250)는 반사면(251)과 마주보도록 케이스(230)에 결합하게 된다.

도 4에서 보듯이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선센서모듈(200)은 외부 적외선신호(270)가 커버 글라스(240)의 요철부(241)에서 굴절되면서 내부공간(231)으로 입사 후 제2 반사소자(260)의 광학면(261)에 반사되어 상기 커버 글라스(240)를 향해 되돌아오게 되며, 경로 상 제1 반사소자(250)의 반사면(251)에 되반사되고, 상기 제2 반사소자(260)의 홀(260a)을 통해 적외선센서소자(120)에 집광하게 된다.

이상 본 발명을 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 적외선센서모듈은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100, 200 - 적외선센서모듈 110, 210 - 기판
111, 211 - 와이어 120, 220 - 적외선센서소자
130, 230 - 케이스 131, 231 - 내부공간
132, 232 - 개구부 140, 240 - 커버 글라스
150, 250 - 제1 반사소자 151, 251 - 반사면
160, 260 - 제2 반사소자 160, 260a - 홀
161, 261 - 광학면 241 - 요철부

Claims

기판(PCB);
상기 기판상에 배치되며, 신호처리회로소자가 일체화된 적외선센서소자(Infrared sensor device);
상기 적외선센서소자를 내부에 수용하도록 내부공간이 형성되며, 상기 내부공간을 외부 노출하는 개구부가 형성된 케이스(Case);
상기 개구부에 구비되어 외부 적외선신호가 투과되는 커버 글라스(cover glass); 및
상기 커버 글라스를 투과한 외부 적외선신호를 적외선센서소자에 집광할 수 있도록 서로 마주보는 제1,2 반사소자를 구비한 반사형 광학계;
를 포함하는 적외선센서모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 적외선센서소자는 기판에 칩 온 보드(COB) 형태로 배치된 것을 특징으로 하는 적외선센서모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 반사소자는 커버 글라스의 중앙부에 일체로 구비되고, 제2 반사소자는 내부공간상에 배치된 것을 특징으로 하는 적외선센서모듈.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 반사소자는 오목경 형태의 구면(Spherical surface) 또는 비구면(Aspherical surface)으로 형성된 것을 특징으로 하는 적외선센서모듈.
기판(PCB);
상기 기판상에 배치되며, 신호처리회로소자가 일체화된 적외선센서소자(Infrared sensor device);
상기 적외선센서소자를 내부에 수용하도록 내부공간이 형성되며, 상기 내부공간을 외부 노출하는 개구부가 형성된 케이스(Case);
상기 개구부에 구비되어 외부 적외선신호가 투과되며, 상기 외부 적외선신호를 굴절하는 요철부가 형성된 커버 글라스(Cover glass); 및
상기 커버 글라스를 굴절투과한 외부 적외선신호를 적외선센서소자에 집광할 수 있도록 서로 마주보는 제1,2 반사소자를 구비한 반사형 광학계;
를 포함하는 적외선센서모듈.
청구항 5에 있어서,
상기 적외선센서소자는 기판에 칩 온 보드(COB) 형태로 배치된 것을 특징으로 하는 적외선센서모듈.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 반사소자는 커버 글라스의 중앙부에 일체로 구비되고, 상기 커버 글라스의 주변부에 회절형(Diffractive optical element) 광학렌즈를 일체화하여 구성된 것을 특징으로 하는 적외선센서모듈.
청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 반사소자는 오목경 형태의 구면(Spherical surface) 또는 비구면(Aspherical surface)으로 형성된 것을 특징으로 하는 적외선센서모듈.