(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線受光素子がパッケージ内に収納され、前記パッケージにおいて前記赤外線受光素子の前方に赤外線光学フィルタが配置された赤外線式炎検知器であって、
前記パッケージは、ステムと、前記赤外線受光素子を覆うように前記ステムに固着された金属製のキャップとを備え、
前記赤外線受光素子は、互いに極性の異なる２つ１組の焦電素子が焦電素子形成用基板において並設され且つ逆直列もしくは逆並列に接続されてなり、
前記赤外線光学フィルタは、赤外線透過材料からなるフィルタ形成用基板と、前記フィルタ形成用基板の一表面側において前記各焦電素子それぞれに対応する部位に形成され、炎に起因するＣＯ２ガスの共鳴放射により発生する特定波長からなる第１の選択波長の赤外線および当該特定波長以外の参照波長である第２の選択波長の赤外線それぞれを選択的に透過させる２つ１組の狭帯域透過フィルタ部と、前記フィルタ形成用基板の他表面側に形成され、前記各狭帯域透過フィルタ部により設定される赤外線の反射帯域よりも長波長の赤外線を吸収する広帯域遮断フィルタ部とを備え、
前記２つ１組の狭帯域透過フィルタ部の各々は、屈折率が異なり且つ光学膜厚が等しい複数種類の薄膜が積層された第１のλ／４多層膜と、前記第１のλ／４多層膜における前記フィルタ形成用基板側とは反対側に形成され前記複数種類の薄膜が積層された第２のλ／４多層膜と、前記第１のλ／４多層膜と前記第２のλ／４多層膜との間に介在し前記選択波長に応じて光学膜厚を前記各薄膜の光学膜厚とは異ならせた波長選択層とを有してなり、
前記２つ１組の狭帯域透過フィルタ部のうち前記第１の選択波長の赤外線を選択的に透過させる狭帯域透過フィルタ部と、前記第２の選択波長の赤外線を選択的に透過させる狭帯域透過フィルタ部と、は、前記第１のλ／４多層膜及び前記第２のλ／４多層膜の薄膜構造が共通であり、
前記２つ１組の狭帯域透過フィルタ部の各々は、前記第１のλ／４多層膜及び前記第２のλ／４多層膜により共通の反射帯域が形成され、
前記２つ１組の狭帯域透過フィルタ部の反射帯域を決める、前記各薄膜に共通する光学膜厚の４倍に相当する設定波長をλ０とすれば、前記各薄膜の物理膜厚は、高屈折率材料の屈折率をｎＨ、低屈折率材料の屈折率をｎＬとすると、それぞれλ０／４ｎＨ、λ０／４ｎＬとなるように設定されており、
前記第１の選択波長の赤外線を選択的に透過させる狭帯域透過フィルタ部の前記波長選択層は、前記反射帯域の中に前記第１の選択波長の赤外線を選択的に透過させる狭帯域の透過帯域が局在するように光学膜厚が設定され、
前記第２の選択波長の赤外線を選択的に透過させる狭帯域透過フィルタ部の前記波長選択層は、前記反射帯域の中に前記第２の選択波長の赤外線を選択的に透過させる狭帯域の透過帯域が局在するように光学膜厚が設定され、
前記赤外線光学フィルタは、前記キャップにおける前記赤外線受光素子の前方の窓部を閉塞する形で、導電性の接合材料からなる接合部により前記パッケージに接合されていることを特徴とする赤外線式炎検知器。
【請求項２】
前記広帯域遮断フィルタ部は、屈折率が異なる複数種類の薄膜が積層された多層膜からなり、当該複数種類の薄膜のうち少なくとも１種類の薄膜が遠赤外線を吸収する遠赤外線吸収材料により形成されてなることを特徴とする請求項１記載の赤外線式炎検知器。
【請求項３】
前記フィルタ形成用基板は、Ｓｉ基板もしくはＧｅ基板であることを特徴とする請求項１記載の赤外線式炎検知器。
【請求項４】
前記フィルタ形成用基板が前記パッケージに電気的に接続されてなることを特徴とする請求項３記載の赤外線式炎検知器。
【請求項５】
前記赤外線受光素子の出力を増幅する増幅回路の構成部品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４記載の赤外線式炎検知器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線式炎検知器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、火災時に炎の中の炭酸ガス（ＣＯ２ガス）の共鳴放射（ＣＯ２共鳴放射とも呼ばれている）により発生する特定波長（４．３μｍないし４．４μｍ）の赤外線を検出して炎検知を行う赤外線式炎検知器が各所で研究開発されている（例えば、日本公開特許公報特開平３−７８８９９号公報：特許文献１）。【０００３】
ここにおいて、ＣＯ２共鳴放射により発生する赤外線は、図２３に示すように、太陽光や高温物体あるいは低温物体から放射される赤外線の相対強度スペクトル分布とは大きく異なることや、放射される赤外線量が常に変動し、変動周波数が１〜１５Ｈｚの間に集中することが広く知られている（例えば、空気調和・衛生工学会、“２．赤外線３波長式炎検知器”、〔online〕、〔平成２１年３月２１日検索〕、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.shasej.org/gakkaishi/0109/0109-koza-02.html＞：非特許文献１）。【０００４】
ところで、上記非特許文献１には、図２４に示す構成の赤外線３波長式炎検知器が開示されている。この赤外線３波長式炎検知器は、ＣＯ２共鳴放射帯域の３つの波長帯（４．０μｍ、４．４μｍ、５．０μｍ）の赤外線を選択的に透過させる３つの光学フィルタ（赤外線光学フィルタ）２２０１，２２０２，２２０３と、各光学フィルタ２２０１，２２０２，２２０３それぞれを透過した赤外線を各別に受光する３つの赤外線センサ２４０１，２４０２，２４０３とを備えている。また、この赤外線３波長式炎検知器は、各赤外線センサ２４０１，２４０２，２４０３それぞれの出力のうち１〜１０Ｈｚのちらつき周波数成分だけを通過させる電気的バンドパスフィルタを有し当該周波数成分だけを選択的に増幅する３つの信号増幅部２５０１，２５０２，２５０３を備えている。さらに、この赤外線３波長式炎検知器は、各信号増幅部２５０１，２５０２，２５０３から出力される信号値の大きさや信号値間の比率などを独自のアルゴリズムにより計算し、炎から放射されたＣＯ２共鳴放射のスペクトルピークパターンを検出した場合にのみ火災であると判断し、警報信号出力部２７０に火災信号を送出する火災判断部＆制御部２６０を備えている。上記非特許文献１には、この赤外線３波長式炎検知器は、炎に対する選択性能が非常に高く、自然光や、蛍光灯、ナトリウム灯、水銀灯などの人工照明には反応しないことが記載されている。【０００５】
しかしながら、上記非特許文献１に開示された赤外線３波長式炎検知器は、各光学フィルタ２２０１，２２０２，２２０３および各赤外線センサ２４０１，２４０２，２４０３それぞれを個別部品として備えている。このため、この赤外線３波長式炎検知器は、各光学フィルタ２２０１，２２０２，２２０３が取り付けられるとともに各赤外線センサ２４０１，２４０２，２４０３が収納される器体（図示せず）のサイズが、上記特許文献１に記載された赤外線式炎検知器のキャンパッケージに比べてかなり大きかった。【０００６】
一方、上記特許文献１に開示された赤外線式炎検知器は、図２５Ａ、図２５Ｂに示すように、４つの赤外線検出素子４０１，４０２，４０３，４０４が配置された円盤状の絶縁基板１７１と、絶縁基板１７１に結合される金属製のキャップ１７２と、キャップ１７２の前壁に形成された透光窓７ａを閉塞する形で配置され各赤外線検出素子４０１，４０２，４０３，４０４それぞれに対応する部位に互いに透過波長帯域の異なるバンドパスフィルタ部２０２１，２０２２，２０２３，２０２４を有する赤外線光学フィルタ２０’とを備えている。この赤外線炎検知器は、絶縁基板１７１とキャップ１７２とでキャンパッケージを構成している。ここにおいて、図２５Ａ、図２５Ｂに示した構成の赤外線式炎検知器では、４つのバンドパスフィルタ部２０２１，２０２２，２０２３，２０２４のうちの１つが、４．３μｍの赤外線を透過するように透過波長帯域を設定してある。また、赤外線光学フィルタ２０’は、１枚のガラス基板上に各バンドパスフィルタ部２０２１，２０２２，２０２３，２０２４それぞれの透過特性に応じて設計した多層膜を４回に分けて選択蒸着するか、あるいは４枚の扇形のバンドパスフィルタ部２０２１，２０２２，２０２３，２０２４を張り合わせることで形成されている。【０００７】
また、従来から、赤外線式ガス検知器として、図２６に示すように、２つの赤外線光学フィルタ２０１，２０２と、２つの赤外線受光素子４０１，４０２と、両赤外線光学フィルタ２０１，２０２および両赤外線受光素子４０１，４０２を収納したパッケージ７とを備え、２つの赤外線光学フィルタ２０１，２０２の透過波長域を検出対象ガスの吸収波長の赤外線と参照光の波長として設定した波長の赤外線とを各別に透過できるように設定したものが知られており、この種の赤外線式ガス検知器を赤外線炎検知器として用いることが考えられる。なお、パッケージ７は、金属製のステム７１と金属製のキャップ７２とで構成されるキャンパッケージが用いられており、各赤外線光学フィルタ２０１，２０２が、キャップ７２に設けられた２つの透光窓それぞれを閉塞する形でキャップ７２に実装されている。【０００８】
しかしながら、図２６に示した構成では、透過波長域の異なる２つの赤外線光学フィルタ２０１，２０２が個別の部品により構成されているので、部品点数が増加し、２つの赤外線光学フィルタ２０１，２０２それぞれをパッケージ７に実装する工程が各別に必要となり、コストが高くなってしまうという問題がある。また、パッケージ７において各赤外線光学フィルタ２０１，２０２ごとに接着部分ののりしろが必要となり、パッケージ７の小型化が難しい。【０００９】
これに対して、赤外線式ガス検知器のパッケージに収納して用いる赤外線受光モジュールとして、図２７に示すように、ＭｇＯ基板からなる基板３００の一表面側に２つの赤外線受光素子４００１，４００２が形成され、各赤外線受光素子４００１，４００２それぞれに互いに透過波長の異なる狭帯域透過フィルタ部２００１，２００２が積層されたものが提案されている（日本公開特許公報特開平７−７２０７８号公報：特許文献２）。ここにおいて、各赤外線受光素子４００１，４００２および各狭帯域透過フィルタ部２００１，２００２はスパッタ法などを利用して形成されている。これら各赤外線受光素子４００１，４００２は、Ｐｔ膜からなる下部電極４０１１，４０１２と、下部電極４０１１，４０１２上のＰｂＴｉＯ３膜からなる焦電体膜４０２１，４０２２と、焦電体膜４０２１，４０２２上のＮｉＣｒ膜からなる上部電極４０３１，４０３２とからなる焦電素子で構成されている。また、各狭帯域透過フィルタ部２００１，２００２となる各多層膜を構成する複数種類の薄膜の材料の組み合わせとしては、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｅ，Ｔｅ，ＬｉＦ，ＮａＦ，ＣａＦ２，ＭｇＦ２の群から選択した材料の組み合わせなどが採用されている。なお、図２７に示した構成の赤外線光学モジュールでは、２つの赤外線受光素子４００１，４００２の下部電極４０１１，４０１２同士が連続一体に形成されて電気的に接続されている。【００１０】
また、従来から、図２８Ａ、図２８Ｂに示す構成の赤外線式ガス検知器が提案されている（日本公開特許公報特開平３−２０５５２１号公報：特許文献３）。この赤外線式ガス検知器は、互いに透過波長の異なる複数個の赤外線光学フィルタ２０１，２０２，２０３，２０４を同一厚さとして当該複数個の赤外線光学フィルタ２０１，２０２，２０３，２０４の隣り合う側面同士を接着剤からなる接着層１９（図２８Ｃ参照）を介して接着することにより形成された赤外線光学フィルタモジュール５と、各赤外線光学フィルタ２０１，２０２，２０３，２０４それぞれを透過した赤外線を受光する複数個の赤外線受光素子４０１，４０２，４０３，４０４とが、パッケージ７に収納されている。このパッケージ７は、金属製のステム７１と金属製のキャップ７２とで構成されるＣＡＮパッケージからなる。また、この赤外線式ガス検知器は、キャップ７２の前壁に設けられた透光窓７ａが、サファイア基板からなる赤外線透過部材８０により閉塞され、パッケージ７内に、Ｎ２もしくは乾燥空気が封入されている。【００１１】
上記特許文献３に開示された各赤外線光学フィルタ２０１，２０２，２０３，２０４は、図２８Ｃに示すように、Ｓｉ基板からなるフィルタ形成用基板１の一表面側に、赤外線の所定の波長帯域を透過させる狭帯域透過フィルタ部２’が形成されるとともに、フィルタ形成用基板１の他表面側に、狭帯域透過フィルタ部２’での透過帯域以外のノイズ成分を除くために、赤外線の短波長帯域と長波長帯域とをカットする広帯域遮断フィルタ部３’が形成されている。そして、上記特許文献３には、狭帯域透過フィルタ部２’および広帯域遮断フィルタ部３’それぞれを、ＧｅとＳｉＯとよりなる多層膜などで形成することが記載されている。【００１２】
ところで、赤外線式炎検知器では、ＣＯ２ガスの共鳴放射により発生する４．３μｍの赤外線を選択的に透過させる狭帯域フィルタ部の中心波長を４．３μｍ、透過帯域幅を０．２μｍ程度に設定し、ライターほどの大きさの炎を１０ｍ以上の距離で検知できる必要がある。【００１３】
そこで、赤外線式炎検知器の分野においては、赤外線受光素子として、高感度の測定が可能な焦電素子やサーモパイルが用いられることが多い。焦電素子の出力を増幅する方式としては、ＦＥＴと当該ＦＥＴのゲートに接続した抵抗とを用いた電流電圧変換回路や、演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間にコンデンサを接続した電流電圧変換回路（日本公開特許公報特開平１０−２８１８６６号公報：特許文献４）などがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、上記特許文献３に開示された図２８Ａ、図２８Ｂに示す構成の赤外線式ガス検知器を赤外線炎検知器として用いることが考えられる。しかしながら、製造時に、フィルタ特性の異なる複数種の赤外線光学フィルタ２０１，２０２，２０３，２０４を互いに異なるウェハに形成してから、各ウェハそれぞれから個別の赤外線光学フィルタ２０１，２０２，２０３，２０４にダイシングした後で、フィルタ特性の異なる赤外線光学フィルタ２０１，２０２，２０３，２０４同士を接着剤１９で接着する必要がある。このため、このような赤外線炎検知器では、コストが高くなるとともに、複数個の赤外線光学素子４０１，４０２，４０３，４０４により構成される赤外線光学素子モジュールの小型化が難しく赤外線受光素子４０１，４０２，４０３，４０４の中心間距離が大きくなって、赤外線受光素子４０１，４０２，４０３，４０４において到達する赤外線の光路長の差が大きくなってしまう。つまり、このような赤外線炎検知器では、第１の選択波長である４．３μｍの赤外線からなる検出光と、当該第１の選択波長以外の第２の選択波長の赤外線からなる参照光との光路長の差が大きくなってしまう。また、このような赤外線炎検知器では、各赤外線受光素子４０１，４０２，４０３，４０４の受光効率が低下してしまう。【００１５】
また、図２８Ａ、図２８Ｂに示す構成の赤外線式ガス検知器では、キャップ７２の前壁に設けられた透光窓７ａがサファイア基板からなる赤外線透過部材８０により閉塞されているので、赤外線透過部材８０により、ノイズの原因となる太陽光や照明光などの外乱光の遠赤外線を遮断することができるが、部品点数が増加するとともに組み立て工数が増えてしまい、しかも、サファイア基板は高価であるとともにダイシングなどの加工が難しいため、コストが高くなってしまう。また、赤外線光学フィルタ２０１，２０２，２０３，２０４における多層膜の層数を増加させれば、狭帯域のバンドパスフィルタを実現しつつ遠赤外線を遮断することはできるが、コストが高くなってしまう。【００１６】
また、図２８Ａ、図２８Ｂに示す構成の赤外線式ガス検知器では、赤外線光学フィルタ２０１，２０２，２０３，２０４間で導通をとるために接着剤１９として銀ペーストなどの導電性接着剤を用いた場合には、機械的強度が低くなってしまう。また、図２５Ａ、図２５Ｂに示した構成の赤外線式炎検知器のように、１枚のガラス基板上に各バンドパスフィルタ部２０２１，２０２２，２０２３，２０２４それぞれの透過特性に応じて設計した誘電体多層膜を４回に分けて選択蒸着することで赤外線光学フィルタ２０’を形成したものでは、バンドパスフィルタ部２０２１，２０２２，２０２３，２０２４それぞれを構成する各多層膜を順次形成する必要があるので、製造コストが高くなるという問題がある。また、４枚の扇形のバンドパスフィルタ部２０２１，２０２２，２０２３，２０２４を張り合わせることで赤外線光学フィルタ２０’を形成したものでは、透過特性の異なるバンドパスフィルタ部２０２１，２０２２，２０２３，２０２４を別々に形成するとともに扇形にする必要があり、製造コストが高くなるとともに機械的強度が低くなってしまうという問題がある。【００１７】
また、図２８Ａ、図２８Ｂに示した構成では、各赤外線光学フィルタ２０１，２０２，２０３，２０４それぞれの一表面および他表面の周部が露出している。このため、この構成では、不要な赤外線が赤外線受光素子４０１，４０２，４０３，４０４に入射しないように複数個の赤外線受光素子４０１，４０２，４０３，４０４を保持するホルダ９０に複数個の収納部９０１，９０２，９０３，９０４を設け、各収納部９０１，９０２，９０３，９０４に各別に赤外線受光素子４０１，４０２，４０３，４０４を収納する必要がある。【００１８】
これに対して、上記特許文献２に開示された図２７に示す構成の赤外線光学モジュールでは、ＭｇＯ基板からなる基板３００の一表面側に２つの赤外線受光素子４００１，４００２が形成され、各赤外線受光素子４００１，４００２それぞれに互いに透過波長の異なる狭帯域透過フィルタ部２００１，２００２が積層されている。したがって、この赤外線光学モジュールでは、狭帯域透過フィルタ部２００１，２００２の中心間距離を短くできて、第１の選択波長（４．３μｍ）の赤外線と、第１の選択波長以外の第２の選択波長の赤外線（参照光）との光路長の差を小さくできるとともに、低コスト化を図れる。【００１９】
しかし、図２７に示した構成の赤外線光学モジュールでは、赤外線受光素子４００１，４００２が焦電素子などの熱型の赤外線受光素子であるにもかかわらず、赤外線受光素子４００１，４００２上に直接、狭帯域透過フィルタ部２００１，２００２が積層されている。このため、この赤外線光学モジュールでは、熱容量が大きくななるとともに熱絶縁性の確保が難しくなり、応答性や感度が低下してしまう。【００２０】
また、上記特許文献４に記載された電流電圧変換回路により構成される増幅回路では、各赤外線受光素子の出力を各別に増幅する必要があるが、各赤外線受光素子の出力には太陽光、アーク光や、蛍光灯や熱源などからの赤外線などの外乱光に起因した直流バイアス成分があるので、赤外線受光素子に入射する赤外線の強度が強すぎると、増幅回路の出力の飽和により増幅回路のゲインを高めることが制限され、Ｓ／Ｎ比の向上が制限され、赤外線式炎検知器において炎を検知できない場合が生じる恐れがある。同様に、図２４に示した赤外線３波長式炎検知器においても、赤外線センサ２４０１，２４０２，２４０３に入射する赤外線の強度が大きすぎると、信号増幅部２５０１，２５０２，２５０３での信号の飽和が起こり、Ｓ／Ｎ比の向上が制限されて感度が低下し、炎を検知できない場合が生じる恐れがある。【００２１】
また、焦電素子は、赤外線を熱エネルギとして吸収し、その結果生じる電荷量の変化（焦電効果）を検出するいわゆる微分型の検出素子であるから、赤外線の変化分しか検出することができず、０．１〜１０Ｈｚ程度という低周波の赤外線を検出する必要がある。しかし、上述の各電流電圧変換回路のインピーダンスは、１００ＧΩ〜１ＴΩと非常に大きく、高インピーダンスによる高Ｓ／Ｎ化を図ることは効果的であるが、インピーダンスが高いため、外来の輻射ノイズの影響を受けやすい。【００２２】
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、高感度化および低コスト化が可能な赤外線式炎検知器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の赤外線式炎検知器は、赤外線受光素子がパッケージ内に収納され、前記パッケージにおいて前記赤外線受光素子の前方に赤外線光学フィルタが配置された赤外線式炎検知器であって、前記パッケージは、ステムと、前記赤外線受光素子を覆うように前記ステムに固着された金属製のキャップとを備え、前記赤外線受光素子は、互いに極性の異なる２つ１組の焦電素子が焦電素子形成用基板において並設され且つ逆直列もしくは逆並列に接続されてなり、前記赤外線光学フィルタは、赤外線透過材料からなるフィルタ形成用基板と、前記フィルタ形成用基板の一表面側において前記各焦電素子それぞれに対応する部位に形成され、炎に起因するＣＯ２ガスの共鳴放射により発生する特定波長からなる第１の選択波長の赤外線および当該特定波長以外の参照波長である第２の選択波長の赤外線それぞれを選択的に透過させる２つ１組の狭帯域透過フィルタ部と、前記フィルタ形成用基板の他表面側に形成され、前記各狭帯域透過フィルタ部により設定される赤外線の反射帯域よりも長波長の赤外線を吸収する広帯域遮断フィルタ部とを備え、前記２つ１組の狭帯域透過フィルタ部の各々は、屈折率が異なり且つ光学膜厚が等しい複数種類の薄膜が積層された第１のλ／４多層膜と、前記第１のλ／４多層膜における前記フィルタ形成用基板側とは反対側に形成され前記複数種類の薄膜が積層された第２のλ／４多層膜と、前記第１のλ／４多層膜と前記第２のλ／４多層膜との間に介在し前記選択波長に応じて光学膜厚を前記各薄膜の光学膜厚とは異ならせた波長選択層とを有してなり、前記２つ１組の狭帯域透過フィルタ部のうち前記第１の選択波長の赤外線を選択的に透過させる狭帯域透過フィルタ部と、前記第２の選択波長の赤外線を選択的に透過させる狭帯域透過フィルタ部と、は、前記第１のλ／４多層膜及び前記第２のλ／４多層膜の薄膜構造が共通であり、前記２つ１組の狭帯域透過フィルタ部の各々は、前記第１のλ／４多層膜及び前記第２のλ／４多層膜により共通の反射帯域が形成され、前記２つ１組の狭帯域透過フィルタ部の反射帯域を決める、前記各薄膜に共通する光学膜厚の４倍に相当する設定波長をλ０とすれば、前記各薄膜の物理膜厚は、高屈折率材料の屈折率をｎＨ、低屈折率材料の屈折率をｎＬとすると、それぞれλ０／４ｎＨ、λ０／４ｎＬとなるように設定されており、前記第１の選択波長の赤外線を選択的に透過させる狭帯域透過フィルタ部の前記波長選択層は、前記反射帯域の中に前記第１の選択波長の赤外線を選択的に透過させる狭帯域の透過帯域が局在するように光学膜厚が設定され、前記第２の選択波長の赤外線を選択的に透過させる狭帯域透過フィルタ部の前記波長選択層は、前記反射帯域の中に前記第２の選択波長の赤外線を選択的に透過させる狭帯域の透過帯域が局在するように光学膜厚が設定され、前記赤外線光学フィルタは、前記キャップにおける前記赤外線受光素子の前方の窓部を閉塞する形で、導電性の接合材料からなる接合部により前記パッケージに接合されていることを特徴とする。
【００２４】
この赤外線式炎検知器において、前記広帯域遮断フィルタ部は、屈折率が異なる複数種類の薄膜が積層された多層膜からなり、当該複数種類の薄膜のうち少なくとも１種類の薄膜が遠赤外線を吸収する遠赤外線吸収材料により形成されてなることが好ましい。【００２５】
この赤外線式炎検知器において、前記フィルタ形成用基板は、Ｓｉ基板もしくはＧｅ基板であることが好ましい。【００２６】
この赤外線式炎検知器において、前記パッケージが金属製であり、前記フィルタ形成用基板が前記パッケージに電気的に接続されてなることが好ましい。【００２７】
この赤外線式炎検知器において、前記赤外線受光素子の出力を増幅する増幅回路の構成部品が前記パッケージ内に収納されてなることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１Ａは実施形態の赤外線式炎検知器の概略平面図、図１Ｂは赤外線式炎検知器の概略断面図である。
【図２】同上の赤外線式炎検知器の概略分解斜視図である。
【図３】図３Ａは同上の赤外線式炎検知器における赤外線受光素子の概略平面図、図３Ｂは赤外線受光素子の回路図、図３Ｃは赤外線検出素子の他の構成例の回路図である。
【図４】同上の赤外線式炎検知器における赤外線光学フィルタの概略断面図である。
【図５】同上の赤外線光学フィルタにおける設定波長と反射帯域との関係説明図である。
【図６】同上の赤外線光学フィルタの反射帯域幅を説明するための屈折率周期構造の透過スペクトル図である。
【図７】同上の屈折率周期構造における低屈折率材料の屈折率と反射帯域幅との関係説明図である。
【図８】同上の赤外線光学フィルタのフィルタ本体部の基本構成を示す概略断面図である。
【図９】同上の基本構成の特性説明図である。
【図１０】同上の基本構成の特性説明図である。
【図１１】同上の赤外線光学フィルタにおける遠赤外線吸収材料により形成した薄膜の透過スペクトル図である。
【図１２】同上の赤外線光学フィルタの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１３】同上の赤外線光学フィルタの２つの狭帯域透過フィルタ部により構成される部分の透過スペクトル図である。
【図１４】同上におけるイオンビームアシスト蒸着装置を用いて形成した薄膜の膜質をＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）により分析した結果を示す図である。
【図１５】図１５ＡはＳｉ基板上に膜厚が１μｍのＡｌ２Ｏ３膜を成膜した参考例の透過スペクトル図、図１５Ｂは図１５Ａの透過スペクトル図に基づいて算出したＡｌ２Ｏ３膜の光学パラメータ（屈折率、吸収係数）の説明図である。
【図１６】同上の赤外線光学フィルタの透過スペクトル図である。
【図１７】同上の赤外線光学フィルタの広帯域遮断フィルタ部の透過スペクトル図である。
【図１８】同上の赤外線式炎検知器を用いた赤外線式炎検知装置の概略構成図である。
【図１９】同上の比較例の赤外線式炎検知器を用いた赤外線式炎検知装置の概略構成図である。
【図２０】物体の温度と放射エネルギとの関係説明図である。
【図２１】Ｓｉの透過特性の説明図である。
【図２２】Ｇｅの透過特性の説明図である。
【図２３】赤外線発生源の強度波長分布と従来例の赤外線３波長式炎検知器の検出波長帯域との関係説明図である。
【図２４】従来例の赤外線３波長式炎検知器のブロック図である。
【図２５】図２５Ａは他の従来例の赤外線式炎検知器の概略斜視図、図２５Ｂは当該赤外線式炎検知器の要部概略斜視図である。
【図２６】従来例の赤外線式ガス検知器の概略構成図である。
【図２７】従来の赤外線受光モジュールの概略断面図である。
【図２８】図２８Ａは他の従来例の赤外線式ガス検知器の概略縦断面図、図２８Ｂは当該赤外線式ガス検知器の概略横断面図、図２８Ｃは赤外線光学フィルタの概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本実施形態の赤外線式炎検知器は、図１および図２に示すように、複数（ここでは、２つ）の焦電素子４１，４２を有する赤外線受光素子４０および赤外線受光素子４０の出力を信号処理する信号処理回路が設けられた回路ブロック６と、回路ブロック６を収納するキャンパッケージ（ここでは、ＴＯ−５）からなるパッケージ７とを備えている。
【００３０】
パッケージ７は、回路ブロック６が絶縁材料からなるスペーサ９を介して実装される金属製のステム７１と、回路ブロック６を覆うようにステム７１に固着される金属製のキャップ７２とを備え、回路ブロック６の適宜部位と電気的に接続される複数本（ここでは、３本）の端子ピン７５がステム７１を貫通する形で設けられている。ここにおいて、ステム７１は、円盤状に形成され、キャップ７２は、後面が開放された有底円筒状の形状に形成されており、後面がステム７１により閉塞されている。なお、スペーサ９と回路ブロック６およびステム７１とは接着剤により固着されている。
【００３１】
また、パッケージ７の一部を構成する上述のキャップ７２において赤外線受光素子４０の前方に位置する前壁には、矩形状（本実施形態では、正方形状）の窓部７ａが形成されており、赤外線光学フィルタ２０が窓部７ａを覆うようにキャップ７２の内側から配設されている。
【００３２】
また、ステム７１は、上述の各端子ピン７５それぞれが挿通される複数の端子用孔７１ｂが厚み方向に貫設されており、各端子ピン７５が端子用孔７１ｂに挿通された形で封止部７４により封着されている。
【００３３】
上述のキャップ７２およびステム７１は鋼板により形成されており、ステム７１の周部に形成されたフランジ部７１ｃに対して、キャップ７２の後端縁から外方に延設された外鍔部７２ｃを溶接により封着してある。
【００３４】
回路ブロック６は、上述の信号処理回路の構成要素であるＩＣ６３およびチップ状の電子部品６４が互いに異なる面に実装されたプリント配線板（例えば、コンポジット銅張積層板など）からなる第１の回路基板６２と、第１の回路基板６２における電子部品６４の実装面側に積層された樹脂層６５と、ガラスエポキシなどからなる絶縁性基材の表面に金属材料（例えば、銅など）からなる金属層（以下、シールド層と称す）が形成され樹脂層６５に積層されたシールド板６６と、赤外線受光素子４０が実装されるとともにシールド板６６に積層されたプリント配線板（例えば、コンポジット銅張積層板）からなる第２の回路基板６７とで構成されている。なお、シールド板６６の代わりに、銅箔や金属板のみでシールド層を形成してもよい。
【００３５】
第１の回路基板６２は、図２における下面側にＩＣ６３がフリップチップ実装され、図２における上面側に複数の電子部品６４が半田リフローにより実装されている。
【００３６】
上述の赤外線受光素子４０は、互いに極性の異なる２つ１組の焦電素子４１，４２が焦電材料（例えば、リチウムタンタレートなど）からなる焦電素子形成用基板４１において並設され且つ２つの焦電素子４１，４２の差動出力が得られるように逆直列に接続されたデュアル素子である（図３Ｂ参照）。ＩＣ６３は、赤外線受光素子４０の所定周波数帯域（例えば、１〜１０Ｈｚ程度）の出力を増幅する増幅回路（バンドパスアンプ）や当該増幅回路の後段のウインドウコンパレータなどが集積化されている。ここで、本実施形態における回路ブロック６では、上述のシールド板６６が設けられているので、赤外線受光素子４０と上記増幅回路との容量結合などに起因した発振現象の発生を防止することができる。また、赤外線受光素子４０は、２つ１組の焦電素子４１，４２の差動出力が得られるものであればよく、２つ１組の焦電素子４１，４２が逆直列に接続されたものに限らず、例えば、図３Ｃに示すように、逆並列に接続されたものでもよい。
【００３７】
第２の回路基板６７には、赤外線受光素子４０の焦電素子４１，４２と第２の回路基板６７とを熱絶縁するための熱絶縁用孔６７ａが厚み方向に貫設されているので、赤外線受光素子４０の焦電素子４１，４２とシールド板６６との間に空隙が形成され、感度が高くなる。なお、第２の回路基板６７に熱絶縁用孔６７ａを貫設する代わりに、第２の回路基板６７に、赤外線受光素子４０の焦電素子４１，４２と第２の回路基板６７との間に空隙が形成される形で赤外線受光素子４０を支持する支持部を突設してもよい。
【００３８】
回路ブロック６は、第１の回路基板６２、樹脂層６５、シールド板６６、第２の回路基板６７それぞれに、上述の端子ピン７５が挿通されるスルーホール６２ｂ，６５ｂ，６６ｂ，６７ｂが厚み方向に貫設されており、赤外線受光素子４０と上記信号処理回路とが端子ピン７５を介して電気的に接続されている。なお、第１の回路基板６２、樹脂層６５、シールド板６６、第２の回路基板６７を積層し、回路ブロック６の厚み方向に貫通する貫通孔を形成する１回の孔あけ加工でスルーホール６２ｂ，６５ｂ，６６ｂ，６７ｂを形成するような部品内蔵基板工法を採用すれば、製造工程の簡略化を図れるとともに回路ブロック６内の電気的な接続が容易になる。
【００３９】
上述の３本の端子ピン７５は、１本が給電用の端子ピン７５（７５ａ）、他の１本が信号出力用の端子ピン７５（７５ｂ）、残りの１本がグランド用の端子ピン７５（７５ｃ）であり、シールド板６６におけるシールド層はグランド用の端子ピン７５ｃと電気的に接続されている。ここで、端子ピン７５ａ，７５ｂを封着する封止部７４，７４（７４ａ，７４ｂ）は、絶縁性を有する封着用のガラスにより形成されており、端子ピン７５ｃを封着する封止部７４（７４ｃ）は、金属材料により形成されている。要するに、端子ピン７５ａ，７５ｂはステム７１と電気的に絶縁されているのに対し、グランド用の端子ピン７５ｃはステム７１と同電位となっている。したがって、シールド板６６の電位はグランド電位に設定されるが、シールド機能を果たすことが可能な特定の電位であれば、グランド電位以外の電位に設定してもよい。
【００４０】
本実施形態の赤外線式炎検知器の製造にあたっては、赤外線受光素子４０が搭載された回路ブロック６をステム７１にスペーサ９を介して実装した後、赤外線光学フィルタ２０が窓部７ａを閉塞する形で固着されたキャップ７２の外鍔部７２ｃとステム７１のフランジ部７１ｃとを溶接することにより、キャップ７２とステム７１とからなる金属製のパッケージ７内を封止すればよい。ここで、パッケージ７内は、湿度などの影響による赤外線受光素子４０の特性変化を防止するために、ドライ窒素が封入されている。なお、本実施形態におけるパッケージ７は、上述のようにキャンパッケージであり、外来ノイズに対するシールド効果を高めるとともに、気密性の向上による耐候性の向上を図れる。ただし、パッケージ７は、シールド効果を有するセラミックスパッケージにより構成してもよい。
【００４１】
ところで、上述の赤外線光学フィルタ２０は、後述の各狭帯域フィルタ部２１，２２および広帯域遮断フィルタ部３が形成されたフィルタ本体部２０ａと当該フィルタ本体部２０ａの周部から外方に延設されキャップ７２における窓部７ａの周部に固着されるフランジ部２０ｂとを有している。ここにおいて、赤外線光学フィルタ２０は、フィルタ部２０ａの平面視形状が矩形状（本実施形態では、正方形状）であり、フランジ部２０ｂの外周形状が矩形状（本実施形態では、正方形状）に形成されている。なお、本実施形態では、フィルタ本体部２０ａの平面形状を数ｍｍ□の正方形状としてあるが、フィルタ本体部２０ａの平面形状や寸法は特に限定するものではない。
【００４２】
赤外線光学フィルタ２０は、図４に示すように、赤外線透過材料（例えば、Ｓｉなど）からなるフィルタ形成用基板１と、当該フィルタ形成用基板１の一表面側（図４における上面側）において各焦電素子４１，４２それぞれに対応する部位に形成され、炎に起因するＣＯ２ガスの共鳴放射により発生する特定波長からなる第１の選択波長の赤外線および当該特定波長以外の参照波長である第２の選択波長の赤外線それぞれを選択的に透過させる２つ１組の狭帯域透過フィルタ部２１，２２と備えている。さらに、赤外線光学フィルタ２０は、フィルタ形成用基板１の他表面側（図４における下面側）に形成され、各狭帯域フィルタ部２１，２２により設定される赤外線の反射帯域よりも長波長の赤外線を吸収する広帯域遮断フィルタ部３を備えている。
【００４３】
上述の赤外線光学フィルタ２０は、フィルタ形成用基板１の上記一表面側で２つ１組の狭帯域透過フィルタ部２１，２２が並設されている。各狭帯域透過フィルタ部２１，２２は、屈折率が異なり且つ光学膜厚が等しい複数種類（ここでは、２種類）の薄膜２１ｂ，２１ａが積層された第１のλ／４多層膜２１と、第１のλ／４多層膜２１におけるフィルタ形成用基板１側とは反対側に形成され上記複数種類の薄膜２１ａ，２１ｂが積層された第２のλ／４多層膜２２と、第１のλ／４多層膜２１と第２のλ／４多層膜２２との間に介在し各選択波長に応じて光学膜厚を各薄膜２１ａ，２１ｂの光学膜厚とは異ならせた波長選択層２３１，２３２とを備えている。なお、２種類の薄膜２１ａ，２１ｂについての光学膜厚のばらつきの許容範囲は±１％程度であり、当該光学膜厚のばらつきに応じて物理膜厚のばらつきの許容範囲も決まる。
【００４４】
また、赤外線光学フィルタ２０は、第１のλ／４多層膜２１および第２のλ／４多層膜２２における低屈折率層である薄膜２１ｂの材料（低屈折率材料）として遠赤外線を吸収する遠赤外線吸収材料の一種であるＡｌ２Ｏ３を採用し、高屈折率層である薄膜２１ａの材料（高屈折率材料）としてＧｅを採用している。また、赤外線光学フィルタ２０は、波長選択層２３１，２３２の材料を、当該波長選択層２３１，２３２直下の第１のλ／４多層膜２１の上から２番目の薄膜２１ｂ，２１ａの材料と同じ材料とし、第２のλ／４多層膜２２のうちフィルタ形成用基板１から最も遠い薄膜２１ｂ，２１ｂが、上述の低屈折率材料により形成されている。ここで、遠赤外線吸収材料としては、Ａｌ２Ｏ３に限らず、Ａｌ２Ｏ３以外の酸化物であるＳｉＯ２や、Ｔａ２Ｏ５を採用してもよく、ＳｉＯ２の方がＡｌ２Ｏ３よりも屈折率が低いので、高屈折率材料と低屈折率材料との屈折率差を大きくできる。
【００４５】
ところで、火災時に炎の中のＣＯ２ガスの共鳴放射により発生する特定波長である第１の選択波長は、４．３μｍ（ないし４．４μｍ）であり、住宅内などで発生する可能性のある各種ガスにおける赤外線の吸収波長に関して、ＣＨ４（メタン）が３．３μｍ、ＣＯ（一酸化炭素）が４．７μｍ、ＮＯ（一酸化窒素）が５．３μｍである。そこで、本実施形態における赤外線光学フィルタ２０では、参照波長である第２の選択波長を第１の選択波長に比較的近い３．９μｍに設定してあり、第１の選択波長および第２の選択波長それぞれの赤外線を選択的に検知するために、狭帯域透過フィルタ部２１，２２が３．１μｍ〜５．５μｍ程度の赤外領域に反射帯域を有する必要があって、２．４μｍ以上の反射帯域幅Δλが必要不可欠である。なお、反射帯域は、各薄膜２１ａ，２１ｂに共通する光学膜厚の４倍に相当する設定波長をλ０とすれば、図５に示すように、入射光の波長の逆数である波数を横軸、透過率を縦軸とした透過スペクトル図において、１／λ０を中心として対称となる。
【００４６】
ここにおいて、本実施形態では、波長選択層２３１，２３２の各光学膜厚を適宜設定することによって上述の第１の選択波長の赤外線の検出が可能となるように、第１のλ／４多層膜２１および第２のλ／４多層膜２２の設定波長λ０を４．０μｍとしている。また、各薄膜２１ａ，２１ｂの物理膜厚は、薄膜２１ａの材料である高屈折率材料の屈折率をｎＨ、薄膜２１ｂの材料である低屈折率材料の屈折率ｎＬとすると、それぞれλ０／４ｎＨ、λ０／４ｎＬとなるように設定してある。具体的には、高屈折率材料がＧｅ、低屈折率材料がＡｌ２Ｏ３の場合、ｎＨ＝４．０、ｎＬ＝１．７として、高屈折率材料により形成する薄膜２１ａの物理膜厚を２５０ｎｍに設定し、低屈折率材料により形成する薄膜２１ｂの物理膜厚を５８８ｎｍに設定してある。
【００４７】
ここで、Ｓｉ基板からなるフィルタ形成用基板１の一表面側に低屈折率材料からなる薄膜２１ｂと高屈折率材料からなる薄膜２１ａとを交互に積層したλ／４多層膜（屈折率周期構造）の積層数を２１とし、各薄膜２１ａ，２１ｂでの吸収がない（つまり、各薄膜２１ａ，２１ｂの消衰係数を０）と仮定して、設定波長λ０を４μｍとした場合の透過スペクトルのシミュレーション結果を図６に示す。
【００４８】
図６は、横軸が入射光（赤外線）の波長、縦軸が透過率であり、同図中の“Ａ”は高屈折率材料をＧｅ（ｎＨ＝４．０）、低屈折率材料をＡｌ２Ｏ３（ｎＬ＝１．７）とした場合の透過スペクトルを、同図中の“Ｂ”は高屈折率材料をＧｅ（ｎＨ＝４．０）、低屈折率材料をＳｉＯ２（ｎＬ＝１．５）とした場合の透過スペクトルを、同図中の“Ｃ”は高屈折率材料をＧｅ（ｎＨ＝４．０）、低屈折率材料をＺｎＳ（ｎＬ＝２．３）とした場合の透過スペクトルを、それぞれ示している。
【００４９】
また、図７に、高屈折率材料をＧｅとして、低屈折率材料の屈折率を変化させた場合のλ／４多層膜（屈折率周期構造）の反射帯域幅Δλをシミュレーションした結果を示す。なお、図７中の“Ａ”、“Ｂ”、“Ｃ”は、それぞれ図６中の“Ａ”、“Ｂ”、“Ｃ”の点に対応している。
【００５０】
図６および図７から、高屈折率材料と低屈折率材料との屈折率差が大きくなるにつれて反射帯域幅Δλが増大することが分かり、高屈折率材料がＧｅの場合には、低屈折率材料としてＡｌ２Ｏ３もしくはＳｉＯ２を採用することにより、少なくとも３．１μｍ〜５．５μｍの赤外領域の反射帯域を確保できるとともに、反射帯域幅Δλを２．４μｍ以上とできることが分かる。
【００５１】
次に、図８に示すように、第１のλ／４多層膜２１の積層数を４、第２のλ／多層膜２２の積層数を６として、薄膜２１ａの高屈折率材料をＧｅ、薄膜２１ｂの低屈折率材料をＡｌ２Ｏ３、第１のλ／４多層膜２１と第２のλ／４多層膜２２との間に介在させる波長選択層２３の材料を低屈折率材料であるＡｌ２Ｏ３とし、当該波長選択層２３の光学膜厚を０ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲で種々変化させた場合の透過スペクトルについてシミュレーションした結果を図９および図１０に示す。ここで、図８中の矢印Ａ１は入射光、矢印Ａ２は透過光、矢印Ａ３は反射光をそれぞれ示している。また、波長選択層２３の光学膜厚は、当該波長選択層２３の材料の屈折率をｎ、当該波長選択層２３の物理膜厚をｄとすると、屈折率ｎと物理膜厚ｄとの積、つまり、ｎｄで求められる。なお、このシミュレーションにおいても、各薄膜２１ａ，２１ｂでの吸収がない（つまり、各薄膜２１ａ，２１ｂの消衰係数を０）と仮定して、設定波長λ０を４μｍ、薄膜２１ａの物理膜厚を２５０ｎｍ、薄膜２１ｂの物理膜厚を５８８ｎｍとした。
【００５２】
図９および図１０から、第１のλ／４多層膜２１および第２のλ／４多層膜２２により、３μｍ〜６μｍの赤外領域に反射帯域が形成されていることが分かるとともに、波長選択層２３の光学膜厚ｎｄを適宜設定することにより、３μｍ〜６μｍの反射帯域の中に狭帯域の透過帯域が局在していることが分かる。具体的には、波長選択層２３の光学膜厚ｎｄを０ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲で変化させることにより、透過ピーク波長を３．１μｍ〜５．５μｍの範囲で連続的に変化させることが可能であることが分かる。より具体的には、波長選択層２３の光学膜厚ｎｄを、１３９０ｎｍ、０ｎｍ、９５ｎｍ、２３５ｎｍ、４９５ｎｍと変化させれば、透過ピーク波長がそれぞれ、３．３μｍ、４．０μｍ、４．３μｍ、４．７μｍ、５．３μｍとなる。
【００５３】
したがって、第１のλ／４多層膜２１および第２のλ／４多層膜２２の設計を変えることなく波長選択層２３の光学膜厚の設計のみを適宜変えることにより、特定波長が４．３μｍの炎のセンシングに限らず、特定波長が３．３μｍのＣＨ４、特定波長が４．７μｍのＣＯ、特定波長が５．３μｍのＮＯなどの種々のガスのセンシングが可能となる。なお、光学膜厚ｎｄの０ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲は、物理膜厚ｄの０ｎｍ〜９４１ｎｍの範囲に相当する。また、波長選択層２３の光学膜厚ｎｄが０ｎｍの場合、つまり、図９において波長選択層２３がない場合の透過ピーク波長が４０００ｎｍとなるのは、第１のλ／４多層膜２１および第２のλ／４多層膜２２の設定波長λ０を４μｍ（４０００ｎｍ）に設定しているからであり、第１のλ／４多層膜２１および第２のλ／４多層膜２２の設定波長λ０を適宜変化させることにより、波長選択層２３がない場合の透過ピーク波長を変化させることができる。
【００５４】
ところで、薄膜２１ｂの低屈折率材料として、第１のλ／４多層膜２１および第２のλ／４多層膜２２により設定される赤外線の反射帯域（つまり、狭帯域透過フィルタ部２１，２２により設定される赤外線の反射帯域）よりも長波長域の赤外線を吸収する遠赤外線吸収材料であるＡｌ２Ｏ３を採用しているが、遠赤外線吸収材料としては、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯｘ、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＮｘの５種類について検討した。具体的には、ＭｇＦ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯｘ膜、Ｔａ２Ｏ５膜、ＳｉＮｘ膜それぞれについて膜厚を１μｍに設定してＳｉ基板上に成膜する際の成膜条件を下記表１のように設定し、ＭｇＦ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯｘ膜、Ｔａ２Ｏ５膜、ＳｉＮｘ膜それぞれの透過スペクトルを測定した結果を図１１に示す。ここで、ＭｇＦ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯｘ膜、Ｔａ２Ｏ５膜、ＳｉＮｘ膜の成膜装置としては、イオンビームアシスト蒸着装置を用いた。
【００５５】
【表１】
0005838347.tif 000002
【００５６】
ここにおいて、表１中の「ＩＢ条件」は、イオンビームアシスト蒸着装置で成膜する際のイオンビームアシストの条件であり、「ＩＢなし」は、イオンビームの照射なし、「酸素ＩＢ」は、酸素イオンビームの照射あり、「ＡｒＩＢ」は、アルゴンイオンビームの照射あり、を意味している。また、図１１は、横軸が波長、縦軸が透過率であり、同図中の“Ａ１”がＡｌ２Ｏ３膜、“Ａ２”がＴａ２Ｏ５膜、“Ａ３”がＳｉＯｘ膜、“Ａ４”がＳｉＮｘ膜、“Ａ５”がＭｇＦ２膜、それぞれの透過スペクトルを示している。
【００５７】
また、上述のＭｇＦ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯｘ膜、Ｔａ２Ｏ５膜、ＳｉＮｘ膜について、「光学特性：吸収」、「屈折率」、「成膜容易性」を評価項目として、検討した結果を下記表２に示す。
【００５８】
【表２】
0005838347.tif 000003
【００５９】
ここにおいて、「光学特性：吸収」の評価項目については、図１１の透過スペクトルから算出した６μｍ以上の遠赤外線の吸収率により評価した。表２では、各評価項目それぞれについて、評価の高いランクから低いランクの順に「◎」、「○」、「△」、「×」を記載してある。ここで、「光学特性：吸収」の評価項目については、遠赤外線の吸収率が高い方が評価のランクを高く、遠赤外線の吸収率が低い方を評価のランクを低くしてある。また、「屈折率」の評価項目については、高屈折率材料との屈折率差を大きくする観点から、屈折率が低い方が評価のランクを高く、屈折率が高い方が評価のランクを低くしてある。また、「成膜容易性」の評価項目については、蒸着法もしくはスパッタ法により緻密な膜の得やすい方が評価のランクを高く、緻密な膜の得にくい方が評価のランクを低くしてある。ただし、各評価項目について、ＳｉＯｘはＳｉＯ２として、ＳｉＮｘはＳｉ３Ｎ４として評価した結果である。
【００６０】
表２より、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯｘ、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＮｘの５種類に関して、「成膜容易性」の評価項目については大差がなく、「光学特性：吸収」および「屈折率」の評価項目に着目した結果、遠赤外線吸収材料としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯｘ、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＮｘのいずれかを採用することが好ましいとの結論に至った。ここにおいて、遠赤外線吸収材料としてＡｌ２Ｏ３もしくはＴ２Ｏ５を採用する場合には、遠赤外線吸収材料がＳｉＯｘやＳｉＮｘである場合に比べて、遠赤外線の吸収性を向上させることができる。ただし、高屈折率材料との屈折率差を大きくするという観点からは、Ｔ２Ｏ５よりもＡｌ２Ｏ３の方が好ましい。また、遠赤外線吸収材料としてＳｉＮｘを採用する場合には、遠赤外線吸収材料により形成される薄膜２１ｂの耐湿性を高めることができる。また、遠赤外線吸収材料としてＳｉＯｘを採用すれば、高屈折率材料との屈折率差を大きくすることができ、第１のλ／４多層膜２１および第２のλ／４多層膜２２の積層数（層数）の低減を図れる。
【００６１】
以下、赤外線光学フィルタ２０における狭帯域透過フィルタ部２１，２２の製造方法について図１２Ａ〜図１２Ｅを参照しながら説明する。
【００６２】
まず、Ｓｉ基板からなるフィルタ形成用基板１の一表面側の全面に、低屈折率材料であるＡｌ２Ｏ３からなる所定の物理膜厚（ここでは、５８８ｎｍ）の薄膜２１ｂと高屈折率材料であるＧｅからなる所定の物理膜厚（ここでは、２５０ｎｍ）の薄膜２１ａとを交互に積層することで第１のλ／４多層膜２１を形成する第１のλ／４多層膜形成工程を行う。続いて、フィルタ形成用基板１の上記一表面側（ここでは、第１のλ／４多層膜２１の表面）側の全面に、第１のλ／４多層膜２１の上から２番目に位置する薄膜２１ｂと同じ材料（ここでは、低屈折率材料であるＡｌ２Ｏ３）からなり１つの狭帯域透過フィルタ部２１の選択波長に応じて光学膜厚を設定した波長選択層２３１を成膜する波長選択層成膜工程を行うことによって、図１２Ａに示す構造を得る。なお、各薄膜２１ｂ，２１ａおよび波長選択層２３１の成膜方法としては、例えば、蒸着法やスパッタ法などを採用すれば２種類の薄膜２１ｂ，２１ａを連続的に成膜することができるが、低屈折率材料が上述のようにＡｌ２Ｏ３の場合には、イオンビームアシスト蒸着法を採用し、薄膜２１ｂの成膜時に酸素イオンビームを照射するようにして薄膜２１ｂの緻密性を高めることが好ましい。また、低屈折率材料としては、Ａｌ２Ｏ３以外の遠赤外線吸収材料であるＳｉＯｘ、Ｔ２Ｏ５、ＳｉＮｘを採用してもよい。いずれにしても、遠赤外線吸収材料からなる薄膜２１ｂの成膜にあたっては、イオンビームアシスト蒸着法により成膜することが望ましく、低屈折率材料からなる薄膜２１ｂの化学的組成を精密に制御できるとともに、薄膜２１ｂの緻密性を高めることができる。
【００６３】
上述の波長選択層成膜工程の後、狭帯域透過フィルタ部２１に対応する部位のみを覆うレジスト層３１をフォトリソグラフィ技術を利用して形成するレジスト層形成工程を行うことによって、図１２Ｂに示す構造を得る。
【００６４】
その後、レジスト層３１をマスクとし、第１のλ／４多層膜２１の一番上の薄膜２１ａをエッチングストッパ層として波長選択層２３１の不要部分を選択的にエッチングする波長選択層パターニング工程を行うことによって、図１２Ｃに示す構造を得る。ここで、波長選択層パターニング工程では、上述のように低屈折率材料が酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、高屈折率材料が半導体材料（Ｇｅ）であれば、エッチング液としてフッ酸系溶液を用いたウェットエッチングを採用することにより、ドライエッチングを採用する場合に比べて、エッチング選択比の高いエッチングが可能となる。これは、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２のような酸化物はフッ酸系溶液に溶解しやすいのに対して、Ｇｅはフッ酸系溶液に非常に溶けにくいためである。一例を挙げれば、フッ酸系溶液としてフッ酸（ＨＦ）と純水（Ｈ２Ｏ）との混合液からなる希フッ酸（例えば、フッ酸の濃度が２％の希フッ酸）を用いてウェットエッチングを行えば、Ａｌ２Ｏ３のエッチングレートが３００ｎｍ／ｍｉｎ程度で、Ａｌ２Ｏ３とＧｅとのエッチングレート比が５００：１程度であり、エッチング選択比の高いエッチングを行うことができる。
【００６５】
上述の波長選択層パターニング工程の後、レジスト層３１を除去するレジスト層除去工程を行うことによって、図１２Ｄに示す構造を得る。
【００６６】
上述のレジスト層除去工程の後、フィルタ形成用基板１の上記一表面側の全面に、高屈折率材料であるＧｅからなる所定の物理膜厚（２５０ｎｍ）の薄膜２１ａと低屈折率材料であるＡｌ２Ｏ３からなる所定の物理膜厚（５８８ｎｍ）の薄膜２１ｂとを交互に積層することで第２のλ／４多層膜２２を形成する第２のλ／４多層膜形成工程を行うことによって、図１２Ｅに示す構造を得る。ここにおいて、第２のλ／４多層膜形成工程を行うことによって、狭帯域透過フィルタ部２２に対応する領域では、第１のλ／４多層膜２１の最上層の薄膜２１ａ上に直接、第２のλ／４多層膜２２の最下層の薄膜２１ａが積層されることとなり、当該最上層の薄膜２１ａと当該最下層の薄膜２１ａとで狭帯域透過フィルタ部２２の波長選択層２３２を構成している。ただし、この狭帯域透過フィルタ部２２の透過スペクトルは、図１０のシミュレーション結果では、光学膜厚ｎｄが０ｎｍの場合に相当する。なお、各薄膜２１ａ，２１ｂの成膜方法としては、例えば、蒸着法やスパッタ法などを採用すれば２種類の薄膜２１ａ，２１ｂを連続的に成膜することができるが、低屈折率材料が上述のようにＡｌ２Ｏ３の場合には、イオンビームアシスト蒸着法を採用し、薄膜２１ｂの成膜時に酸素イオンビームを照射するようにして薄膜２１ｂの緻密性を高めることが好ましい。
【００６７】
要するに、赤外線光学フィルタ２０の狭帯域透過フィルタ部２１，２２の製造にあたっては、フィルタ形成用基板１の上記一表面側に屈折率が異なり且つ光学膜厚が等しい複数種類（ここでは、２種類）の薄膜２１ｂ，２１ａを積層する基本工程の途中で、当該途中における積層膜（ここでは、第１のλ／４多層膜２１）の上から２番目の層と同じ材料からなる波長選択層２３ｉ（ここでは、ｉ＝１）であって複数の狭帯域透過フィルタ部２１，・・・，２ｍ（ここでは、ｍ＝２）のうちの任意の１つの狭帯域透過フィルタ部２ｉ（ここでは、ｉ＝１）の選択波長に応じて光学膜厚を設定した波長選択層２３ｉを上記積層膜上に成膜する波長選択層成膜工程と、波長選択層成膜工程にて成膜した波長選択層２３ｉのうち上記任意の１つの狭帯域透過フィルタ部２ｉに対応する部分以外の不要部分を上記積層膜の１番上の層をエッチングストッパ層としてエッチングする波長選択層パターニング工程とからなる波長選択層形成工程を１回行っており、複数の狭帯域透過フィルタ部２１，２２が形成される。ここで、上述の基本工程の途中で、波長選択層形成工程を複数回行うようにすれば、１チップで、より多くの選択波長を有する赤外線光学フィルタ２０を製造することができる。
【００６８】
また、上述の製造方法においては、フィルタ形成用基板１の上記一表面側に複数種類の薄膜２１ａ，２１ｂを積層する基本工程の途中で、当該途中における積層膜（ここでは、第１のλ／４多層膜２１）の上から２番目の層と同じ材料からなる薄膜であって各フィルタ部２１，・・・，２ｍ（ここでは、ｍ＝２）のうちの任意の１つのフィルタ部２ｉ（ここでは、ｉ＝１）の選択波長に応じて光学膜厚を設定した薄膜を上記積層膜上に成膜し、上記積層膜上に成膜した薄膜のうち上記任意の１つのフィルタ部２ｉ（ここでは、ｉ＝１）に対応する部分以外の部分をエッチングすることで少なくとも１つの波長選択層２３１のパターンを形成している。しかしながら、これに限らず、基本工程の途中で、少なくとも１つの波長選択層２３１のパターンを形成すればよく、例えば、波長選択層２３２が、波長選択層２３１と同じ材料であり且つ波長選択層２３１よりも光学膜厚が小さく設定されている場合には、上記積層膜上の薄膜を途中までエッチングすることで２つの波長選択層２３１，２３２のパターンを形成するようにしてもよい。
【００６９】
また、上述の製造方法に限らず、フィルタ形成用基板１の上記一表面側に第１のλ／４多層膜２１を形成する第１のλ／４多層膜形成工程と、第１のλ／４多層膜におけるフィルタ形成用基板１側とは反対側に第２のλ／４多層膜２２を形成する第２のλ／４多層膜形成工程との間で、各フィルタ部２１，・・・，２ｍ（ここでは、ｍ＝２）に対応する各部位それぞれに、互いに光学膜厚の異なる波長選択層２３１，・・・，２３ｍ（ここでは、ｍ＝２）をマスク蒸着により形成するようにしてもよい。
【００７０】
また、上述の製造方法において、上述の２種類の薄膜２１ａ，２１ｂのうち一方の薄膜２１ｂの遠赤外線吸収材料がＳｉＯｘもしくはＳｉＮｘであり、他方の薄膜２１ａがＳｉである場合には、Ｓｉを蒸発源とするイオンビームアシスト蒸着装置を用い、Ｓｉからなる薄膜２１ａを成膜するときは真空雰囲気とし、酸化物であるＳｉＯｘからなる薄膜２１ｂを成膜するときは酸素イオンビームを照射し、窒化物であるＳｉＮｘからなる薄膜２１ｂを成膜するときは窒素イオンビームを照射するようにすることが好ましい。これにより、上述の製造方法において、２種類の薄膜２１ａ，２１ｂの蒸発源を共通化することができるので、複数の蒸発源を備えたイオンビームアシスト蒸着装置を用意する必要がなく、製造コストの低コスト化を図れる。同様に、上述の製造方法において、上述の２種類の薄膜２１ａ，２１ｂのうち一方の薄膜２１ｂの遠赤外線吸収材料がＳｉＯｘもしくはＳｉＮｘであり、他方の薄膜２１ａがＳｉである場合、Ｓｉをターゲットとするスパッタ装置を用い、Ｓｉからなる薄膜２１ａを成膜するときは真空雰囲気とし、ＳｉＯｘからなる薄膜２１ｂを成膜するときは酸素雰囲気とし、ＳｉＮｘからなる薄膜２１ｂを成膜するときは窒素雰囲気とすることが好ましい。これにより、上述の製造方法において、２種類の薄膜２１ａ，２１ｂのターゲットを共通化することができるので、複数のターゲットを備えたスパッタ装置を用意する必要がなく、製造コストの低コスト化を図れる。
【００７１】
上述の赤外線光学フィルタ２０の狭帯域透過フィルタ部２１，２２では、波長選択層２３１，２３２それぞれの光学膜厚ｎｄを適宜設定することにより、図１３に示すように、略３．９μｍと略４．３μｍとに透過ピーク波長（中心波長）を有する赤外線光学フィルタ２０を１チップで実現することができる。ここで、透過ピーク波長が略３．９μｍの透過スペクトルと、透過ピーク波長が略４．３μｍの透過スペクトルとは、両方とも半値幅（ＦＷＨＭ）が約１００ｎｍであるが、狭帯域透過フィルタ部２１，２２を適宜設計することにより、半値幅を広げたり、透過率を上げたりすることができる。
【００７２】
なお、第１のλ／４多層膜２１および第２のλ／４多層膜２２は、屈折率周期構造を有していればよく、３種類以上の薄膜を積層したものでもよい。
【００７３】
次に、赤外線光学フィルタ２０の広帯域遮断フィルタ部３について説明する。
【００７４】
広帯域遮断フィルタ部３は、屈折率が異なる複数種類（ここでは、２種類）の薄膜３ａ，３ｂが積層された多層膜により構成されている。ここにおいて、広帯域遮断フィルタ部３は、相対的に屈折率の低い低屈折率層である薄膜３ａの材料として、遠赤外線を吸収する遠赤外線吸収材料の一種であるＡｌ２Ｏ３を採用し、相対的に屈折率の高い高屈折率層である薄膜３ｂの材料としてＧｅを採用しており、薄膜３ａと薄膜３ｂとを交互に積層し積層数を１１としてあるが、この積層数は特に限定するものではない。ただし、広帯域遮断フィルタ部３は、フィルタ形成用基板１から最も遠い最上層を低屈折率層である薄膜３ａにより構成することが光学特性の安定性の観点から望ましい。ここで、遠赤外線吸収材料としては、Ａｌ２Ｏ３に限らず、Ａｌ２Ｏ３以外の酸化物であるＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５を採用してもよく、ＳｉＯ２の方がＡｌ２Ｏ３よりも屈折率が低いので、高屈折率材料と低屈折率材料との屈折率差を大きくできる。また、遠赤外線吸収材料としては、窒化物であるＳｉＮｘを採用してもよい。
【００７５】
上述のように、広帯域遮断フィルタ部３は、２種類の薄膜３ａ，３ｂのうちの１種類の薄膜３ａが遠赤外線を吸収する遠赤外線吸収材料であるＡｌ２Ｏ３により形成されているが、複数種類のうちの少なくとも１種類が遠赤外線吸収材料により形成されていればよい。例えば、３種類の薄膜としてＧｅ膜とＡｌ２Ｏ３膜とＳｉＯｘ膜とが、Ｓｉ基板よりなる半導体基板１に近い側からＧｅ膜−Ａｌ２Ｏ３膜−Ｇｅ膜−ＳｉＯｘ膜−Ｇｅ膜−Ａｌ２Ｏ３膜−Ｇｅ膜・・・の順に積層された多層膜としてもよく、この場合は、３種類の薄膜のうち２種類の薄膜が遠赤外線吸収材料により形成されることとなる。
【００７６】
ところで、上述の広帯域遮断フィルタ部３では、狭帯域透過フィルタ部２１，２２により設定される赤外線の反射帯域よりも長波長域の遠赤外線を吸収する。ここで、広帯域遮断フィルタ部３では、赤外線を吸収する遠赤外線吸収材料としてＡｌ２Ｏ３を採用しているが、上述の狭帯域透過フィルタ部２１，２２と同様、遠赤外線吸収材料としては、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯｘ、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＮｘの５種類について検討した。
【００７７】
ここにおいて、本願発明者らは、イオンビームアシストの効果を確認するために、Ｓｉ基板上にＡｌ２Ｏ３膜を成膜する時のイオンビームの照射量を種々変化させたサンプルを用意し、各サンプルのＡｌ２Ｏ３膜の膜質の違いをＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光）により分析した。図１４は、ＦＴ−ＩＲによる分析結果を示し、横軸が波数、縦軸が吸収率であり、同図中の“Ａ１”はイオンビームアシストなしの場合のサンプル、“Ａ２”、“Ａ３”、“Ａ４”、“Ａ５”、“Ａ６”はイオンビームの照射量を少ない方から多い方へ変化させた場合の各サンプルそれぞれの分析結果を示している。この図１４から、イオンビームを照射することにより、水分に起因した３４００ｃｍ−１付近の吸収率を低減でき、イオンビームの照射量を多くするほど水分に起因した３４００ｃｍ−１付近の吸収率が低下していることが分かる。要するに、イオンビームアシストによりＡｌ２Ｏ３膜の膜質を向上でき、緻密性を高めることができるものと推測される。
【００７８】
また、上述のように、遠赤外線吸収材料としてＡｌ２Ｏ３もしくはＴ２Ｏ５を採用する場合には、遠赤外線吸収材料がＳｉＯｘやＳｉＮｘである場合に比べて、遠赤外線の吸収性を向上させることができる。
【００７９】
また、本願発明者らは、Ｓｉ基板上に１μｍのＡｌ２Ｏ３膜を成膜した参考例の透過スペクトルを測定したところ図１５Ａの“Ａ１”に示すような実測値が得られ、実測値“Ａ１”が図１５Ａ中の“Ａ２”に示す計算値からずれているという知見を得て、Ａｌ２Ｏ３により形成される薄膜３ａの光学パラメータ（屈折率、吸収係数）を図１５Ａの実測値“Ａ１”からＣａｕｃｈｙの式により算出した。この算出した光学パラメータを図１５Ｂに示してある。図１５Ｂに示した新規の光学パラメータでは、屈折率および吸収係数のいずれも８００ｎｍ〜２００００ｎｍの波長域で一定という訳ではなく、波長が長くなるにつれて屈折率が徐々に低下し、また、波長が７５００ｎｍ〜１５０００ｎｍの波長域では波長が長くなるにつれて吸収係数が徐々に大きくなる。
【００８０】
上述のＡｌ２Ｏ３膜の新規の光学パラメータを用いて赤外線光学フィルタ２０として、下記表３の積層構造を有し透過ピーク波長が４．４μｍの狭帯域透過フィルタ部２１と、下記表４の積層構造を有する広帯域遮断フィルタ部３とがフィルタ形成用基板１の厚み方向において重なるように形成されている部分の透過スペクトルのシミュレーション結果を図１６の“Ａ１”に示す。また、上述のＡｌ２Ｏ３膜の新規の光学パラメータを用いずに、Ａｌ２Ｏ３膜の屈折率を一定、吸収係数を０で一定とした比較例のシミュレーション結果を図１６の“Ａ２”に示す。なお、実施例、比較例のいずれもＧｅの屈折率を４．０で一定、吸収係数を０．０で一定としてシミュレーションした。
【００８１】
【表３】
0005838347.tif 000004
【００８２】
【表４】
0005838347.tif 000005
【００８３】
上述の図１６は、横軸が入射光（赤外線）の波長、縦軸が透過率である。図１６から、Ａｌ２Ｏ３膜の新規の光学パラメータを用いていない比較例の透過スペクトル“Ａ２”では、９０００ｎｍ〜２００００ｎｍの遠赤外線が遮断されていないのに対して、Ａｌ２Ｏ３膜の新規の光学パラメータを用いた実施例の透過スペクトル“Ａ１”では９０００ｎｍ〜２００００ｎｍの遠赤外線も遮断されており、積層数が２９層の広帯域遮断フィルタ部３と積層数が１１層の狭帯域透過フィルタ部２１とで波長が８００ｎｍ〜２００００ｎｍの広帯域の赤外線を遮断でき、４．３μｍ付近のみに狭帯域の透過帯域を局在させ得ることが分かる。なお、広帯域遮断フィルタ部３の透過スペクトルは、例えば、図１７に示すようになり、図１７の例では、４μｍ以下の近赤外線と５．６μｍ以上の遠赤外線とが遮断される。
【００８４】
本実施形態の赤外線光学フィルタ２０の製造にあたっては、まず、Ｓｉ基板からなるフィルタ形成用基板１の上記他表面側に例えばＡｌ２Ｏ３膜からなる薄膜３ａと例えばＧｅ膜からなる薄膜３ｂとを交互に積層することで広帯域遮断フィルタ部３を形成する広域遮断フィルタ部形成工程を行い、その後、フィルタ形成用基板１の上記一表面側に上述のようにして狭帯域透過フィルタ部２１，２２を形成すればよい。
【００８５】
次に、本実施形態の赤外線式炎検知器を用いた赤外線式炎検知装置について図１８を参照しながら説明する。
【００８６】
図１８に示した赤外線式炎検知装置は、互いに極性の異なる２つ１組の焦電素子４１，４２が焦電素子形成用基板４１において並設され且つ逆直列に接続された赤外線受光素子４０と、広帯域遮断フィルタ部３および互いに透過波長域の異なる２つの狭帯域透過フィルタ部２１，２２を有し赤外線受光素子４０の前方に配置された赤外線光学フィルタ２０と、赤外線受光素子４０の出力（２つ１組の焦電素子４１，４２の差動出力）を増幅する増幅部（増幅回路）６３ａと、増幅部６３ａの出力信号に基づいて火災の炎の有無を判定するマイクロコンピュータなどからなる信号処理部１００とを備えている。ここにおいて、信号処理部１００は、火災の炎が有ると判断した場合には、火災検知信号を外部の通報装置へ出力するようにしてもよいし、ＬＥＤやディスプレイなどの表示装置やスピーカやブザーなどの音響装置から火災の発生を報知させるようにしてもよい。なお、増幅部６３ａは上述のＩＣ６３に設けられているが、ＩＣ６３には、増幅部６３ａだけでなく、信号処理部１００も設けてもよい。要するに、本実施形態の赤外線式炎検知器に信号処理部１００を設けてもよい。
【００８７】
ところで、図１８に示した構成の赤外線式炎検知装置の比較例として、図１９に示す構成の赤外線式炎検知装置が考えられる。
【００８８】
図１９に示す構成の赤外線式炎検知装置は、それぞれ１つの焦電素子からなる赤外線受光素子４０１，４０２と、サファイア基板を用いて形成され赤外線受光素子４０１，４０２の前方に配置された赤外線光学フィルタ３２０１，３２０２と、各赤外線受光素子４０１，４０２それぞれの出力信号を各別に増幅する２つの増幅部（増幅回路）１６３１，１６３２と、２つの増幅部１６３１，１６３２の出力信号の差分を求める減算器１６４と、減算器１６４の出力信号に基づいて火災の炎の有無を判定するマイクロコンピュータなどからなる信号処理部１００’とを備えている。なお、図１９に示す構成の赤外線式炎検知装置は、赤外線受光素子４０１，４０２と、赤外線受光素子４０１，４０２を収納したキャンパッケージ１７０１，１７０２と、赤外線光学フィルタ３２０１，３２０２とで赤外線センサ３４０１，３４０２を構成している。しかしながら、この赤外線式炎検知装置では、赤外線受光素子４０１，４０２の出力信号が微弱であり、電磁ノイズの影響を受けやすいので、２つの赤外線センサ３４０１，３４０２と２つの増幅部１６３１，１６３２と減算器１６４とを、シールド部材１８０によりシールドすることによって赤外線式炎検知器を構成しており、赤外線式炎検知器のサイズがキャンパッケージ１７０１，１７０２のサイズに比べて、かなり大型化し、赤外線式炎検知装置も大型化してしまう。
【００８９】
これに対して、図１８に示した構成の赤外線式炎検知装置は、上述の赤外線式炎検知器を用いているので、図１９に示した構成の赤外線式炎検知装置に比べて、赤外線炎検知器の劇的な小型化を図れ、赤外線式炎検知装置の劇的な小型化を図れる。
【００９０】
また、図１８に示した構成の赤外線式炎検知装置は、上述の赤外線光学フィルタ２０を備えているので、熱の放射により発生した赤外線の影響を除去できるというメリットがある。ここで、物体が黒体の場合、物体の温度と放射エネルギとの関係は図２０に示すようになり、物体から放射される赤外線の放射エネルギ分布は、物体の温度に依存する。ここにおいて、ウィーンの変位側によれば、放射エネルギ分布の極大値を与える赤外線の波長をλ〔μｍ〕、物体の絶対温度をＴ〔Ｋ〕とすれば、波長λは、λ＝２８９８／Ｔとなる。熱源から放射されるスペクトルは発光ダイオードから放射されるスペクトルに比べて非常にブロードである。このため、図１９に示した比較例の赤外線式炎検知装置では、ノイズの原因となったり、増幅部１６３１，１６３２の飽和の原因となり、感度低下の原因となってしまうが、図１８に示した構成の赤外線式炎検知装置では、増幅部６３ａの飽和を防止でき、感度の向上を図れる。
【００９１】
ところで、火災時には、炎の熱によりＣＯ２ガスの共鳴放射が起こり、４．３μｍをピーク波長とした赤外線が放射される。このＣＯ２ガスの共鳴放射により発生する赤外線の放射スペクトルは、４．３μｍをピーク波長とする狭帯域の放射スペクトルである。一方、太陽光や熱源、アーク、照明などの外乱光は、一般的に特定波長のスペクトルが放射されることは希であり、大抵は帯域の広いブロードな放射スペクトルとなる。そこで、本実施形態では、上述のように、第１の選択波長をＣＯ２ガス共鳴放射のピーク波長である４．３μｍ、第２の選択波長を４．３μｍ近傍の３．９μｍに設定してある。ここで、第２の選択波長は、外乱光の当該第２の選択波長の赤外線強度が、外乱光の４．３μｍの赤外線強度とできるだけ近くなるような波長に設定することが好ましい。
【００９２】
ここで、図１９に示した構成の赤外線式炎検知装置において、各赤外線光学フィルタ３２０１，３２０２それぞれの選択波長を４．３μｍ、３．９μｍとし、各赤外線受光素子４０１，４０２それぞれの出力信号のうち炎に起因した４．３μｍ、３．９μｍそれぞれの赤外線による信号成分をＩｓ１，Ｉｓ２、外乱光のみに起因した４．３μｍ、３．９μｍそれぞれの赤外線による直流バイアス成分をＩｄ１，Ｉｄ２とし、各増幅部１６３１，１６３２の増幅率をＧ１，Ｇ２とし、各増幅部１６３１，１６３２の出力信号をＩ１，Ｉ２とすると、
Ｉ１＝（Ｉｓ１＋Ｉｄ１）×Ｇ１
Ｉ２＝（Ｉｓ２＋Ｉｄ２）×Ｇ２
となる。したがって、減算器１６４の出力信号は、
Ｉ１−Ｉ２＝（Ｉｓ１＋Ｉｄ１）×Ｇ１−（Ｉｓ２＋Ｉｄ２）×Ｇ２
となる。しかしながら、外乱光による直流バイアス成分Ｉｄ１，Ｉｄ２が非常に大きい場合、各増幅部１６３１，１６３２の飽和が起こるので、Ｓ／Ｎ比が低下してしまう。
【００９３】
これに対して、図１８に示した構成の赤外線式炎検知装置における赤外線受光素子４０は、焦電素子形成用基板４１上で２つの焦電素子４１，４２の差動出力が得られるように両焦電素子４１，４２が図３（ｂ）のように接続されているから、焦電素子４１，４２それぞれの出力信号が上述の赤外線受光素子４０１，４０２と同じであるとし、赤外線受光素子４０の出力をＩとすると、
Ｉ＝（Ｉｓ１＋Ｉｄ１）−（Ｉｓ２＋Ｉｄ２）
となる。ここで、外乱光の放射スペクトルは一般的にはブロードなので、第１の選択波長と第２の選択波長とを、外乱光の放射強度が略同じとなる波長帯域に含まれるように選択しておけば、
Ｉｄ１＝Ｉｄ２
とみなすことができ、
Ｉ＝Ｉｓ１−Ｉｓ２
となり、太陽光などの外乱光による直流バイアス成分の影響をキャンセルすることができ（つまり、火災が発生しておらず、ＣＯ２ガスの共鳴放射に起因した赤外線の発生がない場合には、赤外線受光素子４０の出力は略ゼロとなり）、赤外線受光素子４０の出力を増幅する増幅部６３ａのゲインを大きくできてＳ／Ｎ比の向上が可能となる。
【００９４】
また、本実施形態の赤外線式炎検知器では、上述のように、赤外線光学フィルタ２０が、赤外線透過材料からなるフィルタ形成用基板１と、当該フィルタ形成用基板１の上記一表面側において各焦電素子４１，４２それぞれに対応する部位に形成され、炎に起因するＣＯ２ガスの共鳴放射により発生する特定波長（４．３μｍ）からなる第１の選択波長の赤外線および当該特定波長以外の参照波長（例えば、３．９μｍ）である第２の選択波長の赤外線それぞれを選択的に透過させる２つ１組の狭帯域透過フィルタ部２１，２２と、フィルタ形成用基板１の上記他表面側に形成され、各狭帯域透過フィルタ部２１，２２により設定される赤外線の反射帯域よりも長波長の赤外線を吸収する広帯域遮断フィルタ部３とを備えている。ここで、赤外線式炎検知器は、各狭帯域透過フィルタ部２１，２２が、屈折率が異なり且つ光学膜厚が等しい複数種類の薄膜２１ａ，２１ｂが積層された第１のλ／４多層膜２１と、第１のλ／４多層膜２１におけるフィルタ形成用基板１側とは反対側に形成され複数種類の薄膜２１ａ，２１ｂが積層された第２のλ／４多層膜２２と、第１のλ／４多層膜２１と第２のλ／４多層膜２２との間に介在し上記選択波長に応じて光学膜厚を各薄膜２１ａ，２１ｂの光学膜厚とは異ならせた波長選択層２３１，２３２とを有している。しかして、本実施形態の赤外線式炎検知器では、複数の狭帯域透過フィルタ部２１，２２を有する赤外線受光フィルタ２０の小型化による低コスト化を図れ、しかも、複数の狭帯域透過フィルタ部２１，２２の中心間距離を短くできて特定波長の赤外線と参照波長の赤外線との光路長の差を小さくすることができ、赤外線受光素子４０の各焦電素子４１，４２の受光効率の向上を図れる。
【００９５】
また、本実施形態の赤外線式炎検知器では、赤外線光学フィルタ２０の広帯域遮断フィルタ部３が、屈折率が異なる複数種類の薄膜３ａ，３ｂが積層された多層膜からなり、当該複数種類の薄膜３ａ，３ｂのうち少なくとも１種類の薄膜３ａが遠赤外線を吸収する遠赤外線吸収材料により形成されている。しかして、本実施形態の赤外線式炎検知器によれば、多層膜の層数の低減を図りながらも、広帯域遮断フィルタ部３を構成する多層膜による光の干渉効果と、当該多層膜を構成する薄膜３ａの遠赤外線吸収効果とにより、サファイア基板を用いることなく近赤外線から遠赤外線までの広帯域における赤外線遮断機能を実現することができ、低コスト化を図れる。
【００９６】
また、本実施形態の赤外線式炎検知器では、赤外線光学フィルタ２０の狭帯域透過フィルタ部２１，２２においても、第１のλ／４多層膜２１および第２のλ／４多層膜２２による光の干渉効果と、第１のλ／４多層膜２１と波長選択層２３１，２３２と第２のλ／４多層膜２２とで構成される多層膜における薄膜２１ｂの遠赤外線吸収材料での遠赤外線吸収効果とにより、近赤外線から遠赤外線までの広帯域における赤外線遮断機能を有するから、近赤外線から遠赤外線までの広帯域における赤外線遮断機能を有し、且つ、所望の選択波長の赤外線を選択的に透過させることが可能な低コストの赤外線光学フィルタ２０を実現できる。
【００９７】
また、上述の赤外線光学フィルタ２０では、遠赤外線吸収材料として、酸化物もしくは窒化物を採用しているので、遠赤外線吸収材料からなる薄膜３ａ，２１ｂが酸化して光学特性が変化するのを防止することができる。また、上述の赤外線光学フィルタ２０では、広帯域遮断フィルタ部３および各狭帯域透過フィルタ部２１，２２のいずれもフィルタ形成用基板１から最も遠い最上層が上述の酸化物もしくは窒化物により形成されているので、空気中の水分や酸素などとの反応や不純物の吸着や付着などに起因して最上層の薄膜３ａ，２１ｂの物性が変化するのを防止できてフィルタ性能の安定性が高くなるとともに、広帯域遮断フィルタ部３および各狭帯域透過フィルタ部２１，２２の表面での反射を低減でき、フィルタ性能の向上を図れる。
【００９８】
また、上述の赤外線光学フィルタ２０では、遠赤外線吸収材料により形成された薄膜３ａと、遠赤外線吸収材料よりも高屈折率材料であるＧｅにより形成された薄膜３ｂとが交互に積層されて広帯域遮断フィルタ部３の多層膜が構成されているので、高屈折率材料がＳｉやＰｂＴｅやＺｎＳである場合に比べて、高屈折率材料と低屈折率材料との屈折率差を大きくすることができ、当該多層膜の積層数を低減できる。また、高屈折率材料としてＳｉを採用した場合には、高屈折率材料がＺｎＳである場合に比べて、多層膜における高屈折率材料と低屈折率材料との屈折率差を大きくすることができ、多層膜の積層数（層数）を低減できる。また、狭帯域透過フィルタ部２１，２２に関しても、同様の理由により積層数を低減できる。
【００９９】
ところで、本実施形態では、赤外線光学フィルタ２０のフィルタ形成用基板１としてＳｉ基板を用いているが、フィルタ形成用基板１はＳｉ基板に限らず、Ｇｅ基板を用いてもよい。ＳｉおよびＧｅそれぞれの透過特性についてインターネット上で開示されているデータをそれぞれ、図２１，２２に示す（〔平成２１年２月２５日検索〕、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.spectra.co.jp/kougaku.files/k_kessho.files/ktp.htm＞）。
【０１００】
本実施形態の赤外線式炎検知器では、上述のように、フィルタ形成用基板１としてＳｉ基板もしくはＧｅ基板を用いることにより、フィルタ形成用基板１がサファイア基板やＭｇＯ基板やＺｎＳ基板である場合に比べて低コスト化を図れる。
【０１０１】
また、本実施形態の赤外線式炎検知器は、パッケージ７が金属製であり、フィルタ形成用基板１がパッケージ７のキャップ７２に対して導電性の接合材料（例えば、銀ペースト、半田など）からなる接合部５８により接合して電気的に接続されている。これにより、本実施形態の赤外線式炎検知器では、フィルタ形成用基板１とパッケージ７とで電磁シールドを行うことができ、赤外線受光素子４０への外来の輻射ノイズ（電磁ノイズ）の影響を防止でき、Ｓ／Ｎ比の向上による高感度化を図れる。
【０１０２】
また、本実施形態の赤外線式炎検知器では、キャップ７２の窓部７ａが矩形状に開口されるとともに、赤外線光学フィルタ２０に、キャップ７２における窓部７ａの内周面および周部に位置決めされる段差部２０ｃが形成されており、赤外線光学フィルタ２０における段差部２０ｃを上記接合材料からなる接合部５８を介してキャップ７２に固着してある。したがって、赤外線光学フィルタ２０と赤外線受光素子４０との平行度を高めることができ、赤外線光学フィルタ２０の各狭帯域透過フィルタ部２１，２２の光軸方向における各狭帯域透過フィルタ部２１，２２と赤外線受光素子４０の各焦電素子４１，４２との距離精度を高めることができるとともに、各狭帯域透過フィルタ部２１，２２の光軸と各焦電素子４１，４２の受光面の光軸との合わせ精度を高めることができる。
【０１０３】
また、本実施形態の赤外線式炎検知器では、赤外線受光素子４０の出力を増幅する増幅部（増幅回路）６３ａの構成部品がパッケージ７内に収納されているので、赤外線受光素子４０と増幅部６３ａとの電路を短くできるとともに、増幅部６３ａも電磁シールドされるから、Ｓ／Ｎ比のより一層の向上による高感度化を図れる。
【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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【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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