赤外線アレイセンサ装置
【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アレイ装置を提供する。
【解決手段】 本発明の赤外線センサアレイ装置は、基板１０上に所定の間隔でセルが２次元配列され、セル毎に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の出力を処理し、２次元平面温度として出力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に結像するためのレンズ２２などの光学系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、前記赤外線センサ素子３０と、前記ケース２０および前記信号処理回路素子４０との間に、前記光学系を介して入射する前記赤外線信号を前記赤外線センサ素子３０に導く透光部５１を有するセンサカバー５０とを具備している。
【解決手段】 本発明の赤外線センサアレイ装置は、基板１０上に所定の間隔でセルが２次元配列され、セル毎に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の出力を処理し、２次元平面温度として出力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に結像するためのレンズ２２などの光学系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、前記赤外線センサ素子３０と、前記ケース２０および前記信号処理回路素子４０との間に、前記光学系を介して入射する前記赤外線信号を前記赤外線センサ素子３０に導く透光部５１を有するセンサカバー５０とを具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線アレイセンサ装置に係り、特に、その熱ノイズ低減構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、赤外線センサは、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】
このような赤外線センサ素子をアレイ状に並べて、検出物体の温度を複数点で計測する赤外線アレイセンサ装置においては、通常、８素子×１列の形態をしたものを左右に走査することで、被検出物体の温度を２次元平面的に演算計測している。
しかしながらこの方法では、電子レンジで食品を温めようとする場合、出来上がりの温度が高温となりすぎるなどの問題が生じる。
【０００４】
例えば、照明器具の点灯装置などにおいては、追尾システムで、人の動きを検出し、部分照明を行うようにしたものも提案されているが、このような場合に、２次元平面温度を得るには、１列毎のデータを貼り合わせる演算となり、演算時間と移動速度との関係から、人体などの移動物体を認識するのが困難であった。
【０００５】
このような状況から、電子レンジの温度計測においても、移動物体の検出においても、２次元平面での温度検出を高精度に行う必要がある。
【０００６】
ところで、この赤外線センサの検知視野角は仕様で定められているが、実際は視野角外からの不要な赤外線もデバイス内に入光し、その赤外線がパッケージ内部での反射内よりセンサチップに入射した場合は、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。
【０００７】
このような赤外線センサの一例としては、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から新たな信号が発生され、この信号が赤外線センサにおける雑音として出力されることになる。
【０００８】
このようなバイアス電流による雑音を防止するために、図９に示すように、ケース２２０内にリング状のインナー２５０を固定し、ケース２２０内に外乱ノイズが入射してしまった場合であっても、外乱ノイズは、回路基板２１０上に搭載されたセンサチップ２３０に届かずに、放射され、レンズにより集光された赤外線エネルギーのみをセンサチップ２３０に導くようにした構造が提案されている（特許文献１）。
【０００９】
また、特許文献２では、図１０に示すように、パッケージ１２０上に回路基板１１０、電子冷却装置１４０、赤外線検知素子１３０を順次搭載し、かつ赤外線検知素子１３０を覆うようにシールド筒１５０を設け、このシールド筒１５０が電子冷却装置１４０により冷却されるように配設する。赤外線検知素子１３０を電子冷却装置１４０で冷却することで、バイアス電流による赤外線検知素子１３０の温度上昇を防ぎ、かつシールド筒１５０を冷却することでシールド筒１５０を通しての輻射熱による赤外線検知素子１３０の温度上昇を防ぎ、雑音を低減する。また、シールド筒１５０に開口する入射窓１５０ａを適切な開口径に形成することで、入射される赤外線が赤外線検知素子１３０の各単素子外に洩光されることがなく、雑音の発生を防止する。
【００１０】
さらにまた、図１１に示すように、サーモパイル素子（赤外線センサ素子）３３０をシールドするのではなく、ステム３１０と熱的に接続されたインナーキャップ３５０で、サーモパイル素子３３０を覆うことにより、ステム３１０の温度変動に対するサーモパイル素子３３０の冷接点の温度追随性を向上させるようにした赤外線センサアレイ装置も提案されている（特許文献３）。この構成では、サーモパイル素子とサーミスタを、インナーキャップで覆い、内部雰囲気がステムと熱的に接続されるようにし、ケース３２０やインナーキャップ３５０からの二次輻射がサーモパイル素子３３０に照射されないようにしている。
【００１１】
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チップを内蔵した赤外線センサ素子の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】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−１０１５１３号公報
【特許文献２】特開平０８−１０１０６２号公報
【特許文献３】特開２００３−３４４１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このように信号処理回路素子を内蔵した赤外線センサアレイ装置においては、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い２次元平面温度を検出することが可能な赤外線センサアレイ装置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】
【００１４】
そこで本発明の赤外線センサアレイ装置は、基板上に所定の間隔でセルが２次元配列され、セル毎に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し、２次元平面温度として出力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を収容する金属製のケースと、前記赤外線センサ素子と、前記ケースおよび前記信号処理回路素子との間に、前記光学系を介して入射する前記赤外線信号を前記赤外線センサ素子に導く透光部を有するセンサカバーとを具備したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の赤外線センサアレイ装置は、基板上に所定の間隔でセルが一列に配列され、セル毎に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を走査する走査部と、前記赤外線センサ素子の出力を処理し、２次元平面温度として出力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を収容する金属製のケースと、前記赤外線センサ素子と、前記ケースおよび前記信号処理回路素子との間に、前記光学系を介して入射する前記赤外線信号を前記赤外線センサ素子に導く透光部を有するセンサカバーとを具備したことを特徴とする。
この構成によれば、赤外線センサ素子をセンサカバーで覆うだけでなく、信号処理回路素子と赤外線センサ素子との間にもセンサカバーを設けるようにしているため、信号処理回路素子および赤外線センサ素子間の相互の輻射による熱ノイズを防ぐことができ、ノイズとなる赤外線信号が除去され、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。
【００１６】
そこで本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、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。
【００１７】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記センサカバーが、前記赤外線センサ素子の周囲を囲むように前記基板に当接せしめられた側壁部と、前記側壁部から前記赤外線センサ素子と前記光学系との間に形成され、前記透光部が開口部を構成する天面とを有することを特徴とする。
この構成によれば、センサカバーが前記赤外線センサ素子の周囲を囲むように前記基板に当接せしめられた側壁部を有しているため、センサカバーを赤外線センサ素子の周囲を可能な限り囲うように配置することで、上面だけでなく側面方向からのノイズに対しても除去が可能となる。
【００１８】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、センサカバーは金属材料で構成されたことを特徴とする。
この構成によれば、センサに向かって入射してくるノイズを金属材料からなるセンサカバーで反射して、ノイズがセンサに入るのを防ぐことができる。
【００１９】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記センサカバーは、熱伝導性材料で前記基板に接合されたことを特徴とする。
この構成によれば、センサカバーが基板との間で熱のやり取りをし易くなり、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。
【００２０】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記センサカバーは導電性材料で前記基板に接合されたことを特徴とする。
この構成によれば、センサカバーをシールド面と電気的に接続することができ、電磁シールド性を持たせることができる。
【００２１】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記基板の前記赤外線センサ素子搭載領域および信号処理回路素子搭載領域を囲む領域に帯状の金属リングが載置され、前記金属リングは前記ケースの前記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。
【００２２】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記ケースの内側には樹脂成形体からなる内装ケースを具備したことを特徴とする。
この構成によれば、ケース内に入射してくる熱ノイズを樹脂の内装ケースで吸収して、ノイズがセンサに入るのを防ぐことができる。
【００２３】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記ケースの内壁に黒色めっき層を形成してなることを特徴とする。
この構成によれば、ケース内に入射してくる熱ノイズを黒色めっき層で吸収して、ノイズがセンサに入るのを防ぐことができる。
【００２４】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記赤外線センサ素子は、前記基板にワイヤを介して接続されており、前記センサカバーは、前記ワイヤの導出領域を除く、前記赤外線センサ素子の周縁を覆うように形成されたことを特徴とする。
この構成によれば、赤外線センサ素子への熱ノイズの回避をより高めることができる。
【００２５】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記赤外線センサ素子のワイヤは、前記赤外線センサ素子の相対向する２辺から導出され、前記センサカバーは前記ワイヤの配置されない相対向する２辺で、前記基板に接合されたことを特徴とする。
この構成によれば、センサカバー固定側の辺とワイヤボンド側の辺が分離でき、赤外線センサアレイ装置のサイズを小さくすることができる。
【００２６】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記赤外線センサ素子は、前記基板にバンプを介して接続してなることを特徴とする。
この構成によれば、ワイヤを導出することなく、赤外線センサ素子を実装することができるため、赤外線センサ素子の周囲をセンサカバーで完全に囲むことができる。
【００２７】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記センサカバーは、赤外線センサ素子の周囲全体で、前記基板に当接されたことを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、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。
【００２９】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記赤外線センサ素子と前記センサカバーとの間の、前記基板上に熱遮断部を形成したことを特徴とする。
【００３０】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、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。
【００３１】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、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。
【００３２】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記基板はセラミック基板であり、前記センサカバーの当接する領域に配線導体層が形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る赤外線センサアレイ装置によれば、センサカバーによって、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、信頼性の高い２次元平面温度の検出をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１の赤外線センサアレイ装置を示す図であり，（ａ）は断面図、（ｂ）はケースとカバーを外した状態を示す上面図、（ｃ）は側断面図
【図２】同赤外線センサアレイ装置を示す分解斜視図
【図３】本発明の実施の形態２の赤外線センサアレイ装置を示す図、（ａ）は断面図、（ｂ）は要部拡大断面図
【図４】本発明の実施の形態３の赤外線センサアレイ装置を示す図
【図５】本発明の実施の形態４の赤外線センサアレイ装置を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はケースとカバーを外した状態を示す上面図、（ｃ）は側断面図
【図６】同赤外線センサアレイ装置を示す分解斜視図
【図７】本発明の実施の形態４の変形例の赤外線センサアレイ装置を示す図であり，（ａ）は断面図、（ｂ）はケースとカバーを外した状態を示す上面図、（ｃ）は側断面図
【図８】本発明の実施の形態５の赤外線センサアレイ装置を用いた加熱調理装置を示す図
【図９】従来例の赤外線センサモジュールを示す図
【図１０】従来例の赤外線センサモジュールを示す図
【図１１】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】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態の赤外線センサアレイ装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３６】
(実施の形態１)
図１は本発明の実施の形態１の赤外線センサアレイ装置を示す図であり，（ａ）は断面図、（ｂ）はケースとカバー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アレイ装置を示す分解斜視図である。
本発明の実施の形態１の赤外線センサアレイ装置は、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、前記赤外線センサ素子３０と、前記ケースおよび前記信号処理回路素子４０との間に、前記光学系を介して入射する前記赤外線信号を前記赤外線センサ素子３０に導く透光部５１を有するコバールで構成されたセンサカバー５０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
【００３７】
なおここで用いられる赤外線センサ素子は、８行×８列のセルを２次元配置して形成され、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された熱電対において、赤外線による熱によりこれら接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。
【００３８】
そしてセンサカバー５０は、銀ペースト５２などの熱伝導性材料で前記基板１０に接合されており、この銀ペーストによって、センサカバー５０が基板１０との間での熱のやり取りをし易くしており、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
また、センサカバー５０は、赤外線センサ素子３０の周囲を囲むように基板１０に当接せしめられた側壁部５０Ｓと、側壁部５０Ｓから前記赤外線センサ素子３０と前記光学系としてのレンズ２２の間に形成され、前記透光部５１が開口部を構成する天面５０Ｕとを有する。
【００４２】
このようにして形成された赤外線センサアレイ装置を用いて、温度測定を行った結果、熱ノイズもなく、高精度の温度分布を得ることができた。
この構成によれば、赤外線センサ素子３０をセンサカバー５０で覆うだけでなく、信号処理回路素子４０と赤外線センサ素子３０との間にもセンサカバー５０を設けるようにしているため、信号処理回路素子４０から赤外線センサ素子３０への輻射および信号処理回路素子４０への赤外線センサ素子３０から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。
また、この側壁部５０Ｓを有しているため、センサカバー５０を赤外線センサ素子３０の周囲を可能な限り囲うように配置することで、上面だけでなく側面方向からのノイズに対しても確実な除去が可能となる。
【００４３】
また、ここで赤外線センサ素子３０のボンディングワイヤ３２は、赤外線センサ素子の相対向する２辺から導出され、センサカバー５０はボンディングワイヤ３２の配置されない相対向する２辺で、基板に接合されている。このため、センサカバー固定側の辺とワイヤボンド側の辺が分離でき、赤外線センサアレイ装置のサイズを小さくすることができる。
【００４４】
前記実施の形態では、センサカバーはコバールで構成したが、銅、ステンレスなど他の金属を用いるようにしてもよい。また、センサカバーを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、電磁シールド性を持たせることができる。
【００４５】
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を囲む領域に形成された帯状の金属リング１３がケース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。
【００４６】
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。
【００４７】
前記実施の形態１では、２次元配置したセルを用いた赤外線センサアレイ装置について説明したが、１次元配置したセルを用いてこれを走査するようにしてもよい。
（実施の形態２）
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、図３に示すように、基板として多層配線基板１０Ｓを用いることで、内層でスルーホールｈおよび内層１０ｃを介して電気的に接続することができる。多層配線基板１０Ｓはセラミックなどの絶縁層１０ｉと内層１０ｃとしての導体層との積層体で構成される。この多層配線基板１０Ｓはグリーンシート積層体を焼成することにより、容易に所望の配線が形成可能である。信号処理回路素子４０と赤外線センサ素子３０との接続はボンディングワイヤ３２およびスルーホールｈ、内層１０ｃを介して得られる。図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の要部拡大断面図である。
これにより、センサカバー５０の側壁部５０Ｓを、多層配線基板１０Ｓに当接するように配置することが可能となる。従って、センサカバーを赤外線センサ素子の周囲を確実に囲むことで、側面方向からのノイズに対しても確実な除去が可能となる。
【００４８】
ここでも、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５０の当接する領域に配線導体層２１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。
【００４９】
（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。
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。赤外線センサ素子３０と信号処理回路素子４０との間は、前記実施の形態２と同様に、スルーホールを介して多層配線基板１０Ｓ内で接続される。従って、センサカバー５０は、赤外線センサ素子３０の周囲を、赤外線センサ素子３０に極めて近い位置で、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１１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および２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。また、近接してセンサカバーを配置することで、さらに小型化を図ることができる。
なお、前記実施の形態２と同様、この場合も、実施の形態２と同様、基板として多層配線基板１０Ｓを用いるようにすれば、内層（図示せず）でスルーホールｈ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、センサカバーをより確実に基板に密着させることができる。
【００５０】
（実施の形態４）
次に本発明の実施の形態４について説明する。
図５は本発明の実施の形態４の赤外線センサアレイ装置を示す図であり，（ａ）は断面図、（ｂ）はケースとカバーを外した状態を示す上面図、（ｃ）は側断面図である。また図６はこの赤外線センサアレイ装置を示す分解斜視図である。
本発明の実施の形態４の赤外線センサアレイ装置は、前記実施の形態１の赤外線センサアレイ装置の構成に加え、ケース２０の内側に絶縁性樹脂からなる内装ケース６０を形成したことを特徴とするものである。他は前記実施の形態１で示した赤外線センサアレイ装置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。
【００５１】
なお、内装ケースに限定されることなく、内側に反射防止部材を配することで同様の効果を得ることができる。
例えば、この反射防止部材は、図７（ａ）乃至（ｃ）に示すように、前記金属製のケース２０の内側に設けられた黒色のニッケルめっき層２６であってもよい。なおここでも実施の形態１と同一部位には同一符号を付した。
【００５２】
（実施の形態５）
次に、以上のようにして得られた赤外線センサアレイ装置を用いた温度測定装置を備えた加熱調理装置について説明する。
図８はこの加熱調理装置を示す説明図である。
加熱調理装置２００の庫内に下方に向かって配置された赤外線センサアレイ装置１００によって加熱調理装置２００内の温度分布を測定し、調理用トレイ２０１に載置された肉などの被処理物３００の温度を測定し、加熱制御をおこなうように構成される。２０２は表示パネルである。
ここでは４×４のマトリックス状に配列されたサーモパイル素子を用いており、信号処理回路素子によって信号処理して得られた出力信号を表示パネル２０２に出力するようになっている。信号処理回路素子の信号処理についてはここでは詳述しないが、通例の信号処理を行う。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 基板
１０Ｓ 多層配線基板
１０ｉ 絶縁層
１０ｃ 内層
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 黒色のニッケルめっき層
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
５０ センサカバー
５０Ｕ 天面
５０Ｓ 側壁部
５１ 透光部
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線アレイセンサ装置に係り、特に、その熱ノイズ低減構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、赤外線センサは、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】
このような赤外線センサ素子をアレイ状に並べて、検出物体の温度を複数点で計測する赤外線アレイセンサ装置においては、通常、８素子×１列の形態をしたものを左右に走査することで、被検出物体の温度を２次元平面的に演算計測している。
しかしながらこの方法では、電子レンジで食品を温めようとする場合、出来上がりの温度が高温となりすぎるなどの問題が生じる。
【０００４】
例えば、照明器具の点灯装置などにおいては、追尾システムで、人の動きを検出し、部分照明を行うようにしたものも提案されているが、このような場合に、２次元平面温度を得るには、１列毎のデータを貼り合わせる演算となり、演算時間と移動速度との関係から、人体などの移動物体を認識するのが困難であった。
【０００５】
このような状況から、電子レンジの温度計測においても、移動物体の検出においても、２次元平面での温度検出を高精度に行う必要がある。
【０００６】
ところで、この赤外線センサの検知視野角は仕様で定められているが、実際は視野角外からの不要な赤外線もデバイス内に入光し、その赤外線がパッケージ内部での反射内よりセンサチップに入射した場合は、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。
【０００７】
このような赤外線センサの一例としては、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から新たな信号が発生され、この信号が赤外線センサにおける雑音として出力されることになる。
【０００８】
このようなバイアス電流による雑音を防止するために、図９に示すように、ケース２２０内にリング状のインナー２５０を固定し、ケース２２０内に外乱ノイズが入射してしまった場合であっても、外乱ノイズは、回路基板２１０上に搭載されたセンサチップ２３０に届かずに、放射され、レンズにより集光された赤外線エネルギーのみをセンサチップ２３０に導くようにした構造が提案されている（特許文献１）。
【０００９】
また、特許文献２では、図１０に示すように、パッケージ１２０上に回路基板１１０、電子冷却装置１４０、赤外線検知素子１３０を順次搭載し、かつ赤外線検知素子１３０を覆うようにシールド筒１５０を設け、このシールド筒１５０が電子冷却装置１４０により冷却されるように配設する。赤外線検知素子１３０を電子冷却装置１４０で冷却することで、バイアス電流による赤外線検知素子１３０の温度上昇を防ぎ、かつシールド筒１５０を冷却することでシールド筒１５０を通しての輻射熱による赤外線検知素子１３０の温度上昇を防ぎ、雑音を低減する。また、シールド筒１５０に開口する入射窓１５０ａを適切な開口径に形成することで、入射される赤外線が赤外線検知素子１３０の各単素子外に洩光されることがなく、雑音の発生を防止する。
【００１０】
さらにまた、図１１に示すように、サーモパイル素子（赤外線センサ素子）３３０をシールドするのではなく、ステム３１０と熱的に接続されたインナーキャップ３５０で、サーモパイル素子３３０を覆うことにより、ステム３１０の温度変動に対するサーモパイル素子３３０の冷接点の温度追随性を向上させるようにした赤外線センサアレイ装置も提案されている（特許文献３）。この構成では、サーモパイル素子とサーミスタを、インナーキャップで覆い、内部雰囲気がステムと熱的に接続されるようにし、ケース３２０やインナーキャップ３５０からの二次輻射がサーモパイル素子３３０に照射されないようにしている。
【００１１】
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チップを内蔵した赤外線センサ素子の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】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−１０１５１３号公報
【特許文献２】特開平０８−１０１０６２号公報
【特許文献３】特開２００３−３４４１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このように信号処理回路素子を内蔵した赤外線センサアレイ装置においては、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い２次元平面温度を検出することが可能な赤外線センサアレイ装置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】
【００１４】
そこで本発明の赤外線センサアレイ装置は、基板上に所定の間隔でセルが２次元配列され、セル毎に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し、２次元平面温度として出力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を収容する金属製のケースと、前記赤外線センサ素子と、前記ケースおよび前記信号処理回路素子との間に、前記光学系を介して入射する前記赤外線信号を前記赤外線センサ素子に導く透光部を有するセンサカバーとを具備したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の赤外線センサアレイ装置は、基板上に所定の間隔でセルが一列に配列され、セル毎に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を走査する走査部と、前記赤外線センサ素子の出力を処理し、２次元平面温度として出力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を収容する金属製のケースと、前記赤外線センサ素子と、前記ケースおよび前記信号処理回路素子との間に、前記光学系を介して入射する前記赤外線信号を前記赤外線センサ素子に導く透光部を有するセンサカバーとを具備したことを特徴とする。
この構成によれば、赤外線センサ素子をセンサカバーで覆うだけでなく、信号処理回路素子と赤外線センサ素子との間にもセンサカバーを設けるようにしているため、信号処理回路素子および赤外線センサ素子間の相互の輻射による熱ノイズを防ぐことができ、ノイズとなる赤外線信号が除去され、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。
【００１６】
そこで本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、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。
【００１７】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記センサカバーが、前記赤外線センサ素子の周囲を囲むように前記基板に当接せしめられた側壁部と、前記側壁部から前記赤外線センサ素子と前記光学系との間に形成され、前記透光部が開口部を構成する天面とを有することを特徴とする。
この構成によれば、センサカバーが前記赤外線センサ素子の周囲を囲むように前記基板に当接せしめられた側壁部を有しているため、センサカバーを赤外線センサ素子の周囲を可能な限り囲うように配置することで、上面だけでなく側面方向からのノイズに対しても除去が可能となる。
【００１８】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、センサカバーは金属材料で構成されたことを特徴とする。
この構成によれば、センサに向かって入射してくるノイズを金属材料からなるセンサカバーで反射して、ノイズがセンサに入るのを防ぐことができる。
【００１９】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記センサカバーは、熱伝導性材料で前記基板に接合されたことを特徴とする。
この構成によれば、センサカバーが基板との間で熱のやり取りをし易くなり、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。
【００２０】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記センサカバーは導電性材料で前記基板に接合されたことを特徴とする。
この構成によれば、センサカバーをシールド面と電気的に接続することができ、電磁シールド性を持たせることができる。
【００２１】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記基板の前記赤外線センサ素子搭載領域および信号処理回路素子搭載領域を囲む領域に帯状の金属リングが載置され、前記金属リングは前記ケースの前記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。
【００２２】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記ケースの内側には樹脂成形体からなる内装ケースを具備したことを特徴とする。
この構成によれば、ケース内に入射してくる熱ノイズを樹脂の内装ケースで吸収して、ノイズがセンサに入るのを防ぐことができる。
【００２３】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記ケースの内壁に黒色めっき層を形成してなることを特徴とする。
この構成によれば、ケース内に入射してくる熱ノイズを黒色めっき層で吸収して、ノイズがセンサに入るのを防ぐことができる。
【００２４】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記赤外線センサ素子は、前記基板にワイヤを介して接続されており、前記センサカバーは、前記ワイヤの導出領域を除く、前記赤外線センサ素子の周縁を覆うように形成されたことを特徴とする。
この構成によれば、赤外線センサ素子への熱ノイズの回避をより高めることができる。
【００２５】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記赤外線センサ素子のワイヤは、前記赤外線センサ素子の相対向する２辺から導出され、前記センサカバーは前記ワイヤの配置されない相対向する２辺で、前記基板に接合されたことを特徴とする。
この構成によれば、センサカバー固定側の辺とワイヤボンド側の辺が分離でき、赤外線センサアレイ装置のサイズを小さくすることができる。
【００２６】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記赤外線センサ素子は、前記基板にバンプを介して接続してなることを特徴とする。
この構成によれば、ワイヤを導出することなく、赤外線センサ素子を実装することができるため、赤外線センサ素子の周囲をセンサカバーで完全に囲むことができる。
【００２７】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記センサカバーは、赤外線センサ素子の周囲全体で、前記基板に当接されたことを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、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。
【００２９】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記赤外線センサ素子と前記センサカバーとの間の、前記基板上に熱遮断部を形成したことを特徴とする。
【００３０】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、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。
【００３１】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、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。
【００３２】
また本発明は、上記赤外線センサアレイ装置において、前記基板はセラミック基板であり、前記センサカバーの当接する領域に配線導体層が形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る赤外線センサアレイ装置によれば、センサカバーによって、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、信頼性の高い２次元平面温度の検出をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１の赤外線センサアレイ装置を示す図であり，（ａ）は断面図、（ｂ）はケースとカバーを外した状態を示す上面図、（ｃ）は側断面図
【図２】同赤外線センサアレイ装置を示す分解斜視図
【図３】本発明の実施の形態２の赤外線センサアレイ装置を示す図、（ａ）は断面図、（ｂ）は要部拡大断面図
【図４】本発明の実施の形態３の赤外線センサアレイ装置を示す図
【図５】本発明の実施の形態４の赤外線センサアレイ装置を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はケースとカバーを外した状態を示す上面図、（ｃ）は側断面図
【図６】同赤外線センサアレイ装置を示す分解斜視図
【図７】本発明の実施の形態４の変形例の赤外線センサアレイ装置を示す図であり，（ａ）は断面図、（ｂ）はケースとカバーを外した状態を示す上面図、（ｃ）は側断面図
【図８】本発明の実施の形態５の赤外線センサアレイ装置を用いた加熱調理装置を示す図
【図９】従来例の赤外線センサモジュールを示す図
【図１０】従来例の赤外線センサモジュールを示す図
【図１１】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】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態の赤外線センサアレイ装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３６】
(実施の形態１)
図１は本発明の実施の形態１の赤外線センサアレイ装置を示す図であり，（ａ）は断面図、（ｂ）はケースとカバー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アレイ装置を示す分解斜視図である。
本発明の実施の形態１の赤外線センサアレイ装置は、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、前記赤外線センサ素子３０と、前記ケースおよび前記信号処理回路素子４０との間に、前記光学系を介して入射する前記赤外線信号を前記赤外線センサ素子３０に導く透光部５１を有するコバールで構成されたセンサカバー５０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
【００３７】
なおここで用いられる赤外線センサ素子は、８行×８列のセルを２次元配置して形成され、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された熱電対において、赤外線による熱によりこれら接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。
【００３８】
そしてセンサカバー５０は、銀ペースト５２などの熱伝導性材料で前記基板１０に接合されており、この銀ペーストによって、センサカバー５０が基板１０との間での熱のやり取りをし易くしており、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
また、センサカバー５０は、赤外線センサ素子３０の周囲を囲むように基板１０に当接せしめられた側壁部５０Ｓと、側壁部５０Ｓから前記赤外線センサ素子３０と前記光学系としてのレンズ２２の間に形成され、前記透光部５１が開口部を構成する天面５０Ｕとを有する。
【００４２】
このようにして形成された赤外線センサアレイ装置を用いて、温度測定を行った結果、熱ノイズもなく、高精度の温度分布を得ることができた。
この構成によれば、赤外線センサ素子３０をセンサカバー５０で覆うだけでなく、信号処理回路素子４０と赤外線センサ素子３０との間にもセンサカバー５０を設けるようにしているため、信号処理回路素子４０から赤外線センサ素子３０への輻射および信号処理回路素子４０への赤外線センサ素子３０から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。
また、この側壁部５０Ｓを有しているため、センサカバー５０を赤外線センサ素子３０の周囲を可能な限り囲うように配置することで、上面だけでなく側面方向からのノイズに対しても確実な除去が可能となる。
【００４３】
また、ここで赤外線センサ素子３０のボンディングワイヤ３２は、赤外線センサ素子の相対向する２辺から導出され、センサカバー５０はボンディングワイヤ３２の配置されない相対向する２辺で、基板に接合されている。このため、センサカバー固定側の辺とワイヤボンド側の辺が分離でき、赤外線センサアレイ装置のサイズを小さくすることができる。
【００４４】
前記実施の形態では、センサカバーはコバールで構成したが、銅、ステンレスなど他の金属を用いるようにしてもよい。また、センサカバーを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、電磁シールド性を持たせることができる。
【００４５】
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を囲む領域に形成された帯状の金属リング１３がケース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。
【００４６】
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。
【００４７】
前記実施の形態１では、２次元配置したセルを用いた赤外線センサアレイ装置について説明したが、１次元配置したセルを用いてこれを走査するようにしてもよい。
（実施の形態２）
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、図３に示すように、基板として多層配線基板１０Ｓを用いることで、内層でスルーホールｈおよび内層１０ｃを介して電気的に接続することができる。多層配線基板１０Ｓはセラミックなどの絶縁層１０ｉと内層１０ｃとしての導体層との積層体で構成される。この多層配線基板１０Ｓはグリーンシート積層体を焼成することにより、容易に所望の配線が形成可能である。信号処理回路素子４０と赤外線センサ素子３０との接続はボンディングワイヤ３２およびスルーホールｈ、内層１０ｃを介して得られる。図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の要部拡大断面図である。
これにより、センサカバー５０の側壁部５０Ｓを、多層配線基板１０Ｓに当接するように配置することが可能となる。従って、センサカバーを赤外線センサ素子の周囲を確実に囲むことで、側面方向からのノイズに対しても確実な除去が可能となる。
【００４８】
ここでも、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５０の当接する領域に配線導体層２１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。
【００４９】
（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。
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。赤外線センサ素子３０と信号処理回路素子４０との間は、前記実施の形態２と同様に、スルーホールを介して多層配線基板１０Ｓ内で接続される。従って、センサカバー５０は、赤外線センサ素子３０の周囲を、赤外線センサ素子３０に極めて近い位置で、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１１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および２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。また、近接してセンサカバーを配置することで、さらに小型化を図ることができる。
なお、前記実施の形態２と同様、この場合も、実施の形態２と同様、基板として多層配線基板１０Ｓを用いるようにすれば、内層（図示せず）でスルーホールｈ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、センサカバーをより確実に基板に密着させることができる。
【００５０】
（実施の形態４）
次に本発明の実施の形態４について説明する。
図５は本発明の実施の形態４の赤外線センサアレイ装置を示す図であり，（ａ）は断面図、（ｂ）はケースとカバーを外した状態を示す上面図、（ｃ）は側断面図である。また図６はこの赤外線センサアレイ装置を示す分解斜視図である。
本発明の実施の形態４の赤外線センサアレイ装置は、前記実施の形態１の赤外線センサアレイ装置の構成に加え、ケース２０の内側に絶縁性樹脂からなる内装ケース６０を形成したことを特徴とするものである。他は前記実施の形態１で示した赤外線センサアレイ装置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。
【００５１】
なお、内装ケースに限定されることなく、内側に反射防止部材を配することで同様の効果を得ることができる。
例えば、この反射防止部材は、図７（ａ）乃至（ｃ）に示すように、前記金属製のケース２０の内側に設けられた黒色のニッケルめっき層２６であってもよい。なおここでも実施の形態１と同一部位には同一符号を付した。
【００５２】
（実施の形態５）
次に、以上のようにして得られた赤外線センサアレイ装置を用いた温度測定装置を備えた加熱調理装置について説明する。
図８はこの加熱調理装置を示す説明図である。
加熱調理装置２００の庫内に下方に向かって配置された赤外線センサアレイ装置１００によって加熱調理装置２００内の温度分布を測定し、調理用トレイ２０１に載置された肉などの被処理物３００の温度を測定し、加熱制御をおこなうように構成される。２０２は表示パネルである。
ここでは４×４のマトリックス状に配列されたサーモパイル素子を用いており、信号処理回路素子によって信号処理して得られた出力信号を表示パネル２０２に出力するようになっている。信号処理回路素子の信号処理についてはここでは詳述しないが、通例の信号処理を行う。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 基板
１０Ｓ 多層配線基板
１０ｉ 絶縁層
１０ｃ 内層
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 黒色のニッケルめっき層
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
５０ センサカバー
５０Ｕ 天面
５０Ｓ 側壁部
５１ 透光部
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に所定の間隔でセルが２次元配列され、セル毎に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し、２次元平面温度として出力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た、赤外線センサアレイ装置であって、
前記赤外線センサ素子と、前記光学系および前記信号処理回路素子との間に、前記光学系を介して入射する前記赤外線信号を前記赤外線センサ素子に導く透光部を有するとともに赤外線遮蔽機能を有するセンサカバーを具備した赤外線センサアレイ装置。
【請求項２】
基板上に所定の間隔でセルが一列に配列され、セル毎に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を走査する走査部と、
前記赤外線センサ素子の出力を処理し、２次元平面温度として出力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た、赤外線センサアレイ装置であって、
前記赤外線センサ素子と、前記光学系および前記信号処理回路素子との間に、前記光学系を介して入射する前記赤外線信号を前記赤外線センサ素子に導く透光部を有するとともに赤外線遮蔽機能を有するセンサカバーを具備した赤外線センサアレイ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記センサカバーは、
前記赤外線センサ素子の周囲を囲むように前記基板に当接せしめられた側壁部と、
前記側壁部から前記赤外線センサ素子と前記光学系との間に形成され、前記透光部が開口部を構成する赤外線センサアレイ装置。
【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アレイ装置であって、
センサカバーは金属材料で構成された赤外線センサアレイ装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記センサカバーは、熱伝導性材料で前記基板に接合された赤外線センサアレイ装置。
【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アレイ装置であって、
前記センサカバーは、導電性材料で前記基板に接合された赤外線センサアレイ装置。
【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アレイ装置であって、
前記基板の前記赤外線センサ搭載領域を囲む領域に帯状の金属リングが載置され、前記ケースの前記基板側端部に設けられた鍔部と当接し、シール部を構成した赤外線センサアレイ装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記センサカバーは、樹脂材料からなる赤外線センサアレイ装置。
【請求項９】
請求項８に記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記センサカバーは、内壁に黒色めっき層を形成してなる樹脂成型体で構成された赤外線センサアレイ装置。
【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アレイ装置であって、
前記赤外線センサ素子は、前記基板にワイヤを介して接続されており、
前記センサカバーは、前記ワイヤの導出領域を除く、前記赤外線センサ素子の周縁を覆うように形成された赤外線センサアレイ装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記赤外線センサ素子のワイヤは、前記赤外線センサ素子の相対向する２辺から導出され、
前記センサカバーは前記ワイヤの配置されない相対向する２辺で、前記基板に接合された赤外線センサアレイ装置。
【請求項１２】
請求項１乃至９のいずれかに記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記赤外線センサ素子は、前記基板にバンプを介して接続してなる赤外線センサアレイ装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記センサカバーは、赤外線センサ素子の周囲全体で、前記基板に当接された赤外線センサアレイ装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の赤外線センサアレイ装置であって、
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アレイ装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれかに記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記赤外線センサ素子と前記センサカバーとの間の、前記基板上に熱遮断部を形成した赤外線センサアレイ装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記熱遮断部は、リング状の溝部である赤外線センサアレイ装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれかに記載の赤外線センサアレイ装置であって、
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アレイ装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれかに記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記基板はセラミック基板であり、前記センサカバー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アレイ装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれかに記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記赤外線センサ素子は面実装型素子である赤外線センサアレイ装置。
【請求項１】
基板上に所定の間隔でセルが２次元配列され、セル毎に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し、２次元平面温度として出力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た、赤外線センサアレイ装置であって、
前記赤外線センサ素子と、前記光学系および前記信号処理回路素子との間に、前記光学系を介して入射する前記赤外線信号を前記赤外線センサ素子に導く透光部を有するとともに赤外線遮蔽機能を有するセンサカバーを具備した赤外線センサアレイ装置。
【請求項２】
基板上に所定の間隔でセルが一列に配列され、セル毎に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を走査する走査部と、
前記赤外線センサ素子の出力を処理し、２次元平面温度として出力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た、赤外線センサアレイ装置であって、
前記赤外線センサ素子と、前記光学系および前記信号処理回路素子との間に、前記光学系を介して入射する前記赤外線信号を前記赤外線センサ素子に導く透光部を有するとともに赤外線遮蔽機能を有するセンサカバーを具備した赤外線センサアレイ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記センサカバーは、
前記赤外線センサ素子の周囲を囲むように前記基板に当接せしめられた側壁部と、
前記側壁部から前記赤外線センサ素子と前記光学系との間に形成され、前記透光部が開口部を構成する赤外線センサアレイ装置。
【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アレイ装置であって、
センサカバーは金属材料で構成された赤外線センサアレイ装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記センサカバーは、熱伝導性材料で前記基板に接合された赤外線センサアレイ装置。
【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アレイ装置であって、
前記センサカバーは、導電性材料で前記基板に接合された赤外線センサアレイ装置。
【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アレイ装置であって、
前記基板の前記赤外線センサ搭載領域を囲む領域に帯状の金属リングが載置され、前記ケースの前記基板側端部に設けられた鍔部と当接し、シール部を構成した赤外線センサアレイ装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記センサカバーは、樹脂材料からなる赤外線センサアレイ装置。
【請求項９】
請求項８に記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記センサカバーは、内壁に黒色めっき層を形成してなる樹脂成型体で構成された赤外線センサアレイ装置。
【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アレイ装置であって、
前記赤外線センサ素子は、前記基板にワイヤを介して接続されており、
前記センサカバーは、前記ワイヤの導出領域を除く、前記赤外線センサ素子の周縁を覆うように形成された赤外線センサアレイ装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記赤外線センサ素子のワイヤは、前記赤外線センサ素子の相対向する２辺から導出され、
前記センサカバーは前記ワイヤの配置されない相対向する２辺で、前記基板に接合された赤外線センサアレイ装置。
【請求項１２】
請求項１乃至９のいずれかに記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記赤外線センサ素子は、前記基板にバンプを介して接続してなる赤外線センサアレイ装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記センサカバーは、赤外線センサ素子の周囲全体で、前記基板に当接された赤外線センサアレイ装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の赤外線センサアレイ装置であって、
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アレイ装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれかに記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記赤外線センサ素子と前記センサカバーとの間の、前記基板上に熱遮断部を形成した赤外線センサアレイ装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記熱遮断部は、リング状の溝部である赤外線センサアレイ装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれかに記載の赤外線センサアレイ装置であって、
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アレイ装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれかに記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記基板はセラミック基板であり、前記センサカバー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アレイ装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれかに記載の赤外線センサアレイ装置であって、
前記赤外線センサ素子は面実装型素子である赤外線センサアレイ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１２８０６５（Ｐ２０１１−１２８０６５Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８８０３０（Ｐ２００９−２８８０３０）
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]