(57)【要約】【課題】破損を低減する。【解決手段】発光素子１は、発熱抵抗体１２を有し、水晶により構成された平板部１０と、平板部１０と一体に水晶により構成され、平板部１０を支持するビーム部１１と、ビーム部１１を介して発熱抵抗体１２と電気的に接続するとともに、平板部１０の面のうち、外部に赤外線を放射する放射面側と、当該放射面と反対の面側とが空気に接して保持されるように、ビーム部１１を支持するバンプ１５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱抵抗部を有し、水晶により構成された平板部と、
前記平板部と一体に水晶により構成され、前記平板部を支持するビーム部と、
前記ビーム部を介して前記発熱抵抗部と電気的に接続するとともに、前記平板部の面のうち、外部に赤外線を放射する放射面側と、当該放射面と反対の面側とが空気に接して保持されるように、前記ビーム部を支持する接続部材と
を備えることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記発熱抵抗部は、前記放射面に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記発熱抵抗部は、前記放射面と反対の面側に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記平板部は、温度を検出する温度検出部を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項５】
前記温度検出部は、前記平板部の面のうち、前記発熱抵抗部と同一の面側に配置されている
ことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記温度検出部は、前記平板部の面のうち、前記発熱抵抗部を有する面と反対の面側に配置されている
ことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項７】
前記接続部材は、前記ビーム部の端部を支持する
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の発光素子と、
赤外線の光量を所定の周波数で変調して前記発光素子から放射させる変調部と、
前記変調部によって前記発光素子から放射された赤外線であって、変調された赤外線が、流体を通過した通過光を受光して、受光した前記通過光に応じた受光信号を出力する受光部と、
前記受光部が出力する前記受光信号に基づいて、検出対象の流体を検出する検出部と
を備えることを特徴とする検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、及び検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非分散型赤外線分析式（ＮＤＩＲ式）ガス検知器では、赤外線を放射する光源を用いて測定対象ガスに含まれる特定ガスを検知する。このような検出装置では、多くのガスそれぞれが固有の赤外線波長を吸収する性質を利用して、試料ガスに赤外線を放射した時、どの波長がどれくらい吸収されたかを調べて、試料ガス中の成分と濃度とを検出する。また、このような検出装置では、機械式光チョッピングによりチョッピング周波数に応じた光を同期検波することでＳＮ（信号対ノイズ）比を上げ、外部環境ノイズの影響を低減している。
【０００３】
また、近年、上述のような検出装置では、機械式光チョッピングの代わりに、例えば、赤外線を放射する発光素子への注入電流のオン状態とオフ状態とを切り替えて検出する技術が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。このような機械式光チョッピングを用いない発光素子として、薄いダイヤフラム上へ発熱抵抗部を形成し、この発熱抵抗部を加熱して得られる輻射熱により赤外線を放射する素子が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６４５５０号公報
【特許文献２】特開２０１６−４５０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した発光素子では、例えば、製造時に薄いダイヤフラムが破損したり、発熱時にダイヤフラム面内の急激な熱分布の片寄りにより熱応力によって破損したりすることがあった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、破損を低減することができる発光素子、及び検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するために、本発明の一態様は、発熱抵抗部を有し、水晶により構成された平板部と、前記平板部と一体に水晶により構成され、前記平板部を支持するビーム部と、前記ビーム部を介して前記発熱抵抗部と電気的に接続するとともに、前記平板部の面のうち、外部に赤外線を放射する放射面側と、当該放射面と反対の面側とが空気に接して保持されるように、前記ビーム部を支持する接続部材とを備えることを特徴とする発光素子である。
【０００８】
また、本発明の一態様は、上記の発光素子において、前記発熱抵抗部は、前記放射面に配置されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一態様は、上記の発光素子において、前記発熱抵抗部は、前記放射面と反対の面側に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一態様は、上記の発光素子において、前記平板部は、温度を検出する温度検出部を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様は、上記の発光素子において、前記温度検出部は、前記平板部の面のうち、前記発熱抵抗部と同一の面側に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の一態様は、上記の発光素子において、前記温度検出部は、前記平板部の面のうち、前記発熱抵抗部を有する面と反対の面側に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一態様は、上記の発光素子において、前記接続部材は、前記ビーム部の端部を支持することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の一態様は、上記に記載の発光素子と、赤外線の光量を所定の周波数で変調して前記発光素子から放射させる変調部と、前記変調部によって前記発光素子から放射された赤外線であって、変調された赤外線が、流体を通過した通過光を受光して、受光した前記通過光に応じた受光信号を出力する受光部と、前記受光部が出力する前記受光信号に基づいて、検出対象の流体を検出する検出部とを備えることを特徴とする検出装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、破損を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態による発光素子の一例を示す外観図である。
【図２】第１の実施形態による発光素子の一例を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態による検出装置の一例を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態による発光素子の発熱特性の一例を示す図である。
【図５】第１の実施形態による第１の変形例の発光素子を示す外観図である。
【図６】第１の実施形態による第２の変形例の発光素子を外観図である。
【図７】第１の実施形態による第３の変形例の発光素子を示す外観図である。
【図８】第３の変形例の平板部の裏面を示す図である。
【図９】第３の変形例による発光素子の一例を示す断面図である。
【図１０】第２の実施形態による発光素子の一例を示す外観図である。
【図１１】第２の実施形態による発光素子の平板部の裏面を示す図である。
【図１２】第２の実施形態による発光素子の一例を示す断面図である。
【図１３】第２の実施形態による検出装置の一例を示すブロック図である。
【図１４】第２の実施形態による変形例の発光素子を示す外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態による発光素子及び検出装置について、図面を参照して説明する。
【００１８】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態による発光素子１の一例を示す外観図である。また、図２は、第１の実施形態による発光素子１の一例を示す断面図である。
なお、図１は、赤外線を放射する放射面Ｆ１（表面）から観察した平板部１０及びビーム部１１を示している。また、図２は、図１に示すＡＢ線における発光素子１の断面図を示している。
【００１９】
また、本実施形態では、図１及び図２に示す平板部１０及びビーム部１１を構成する基板ＳＢ１の長手方向をＸ軸方向、当該基板ＳＢ１の短手方向をＹ軸方向、当該基板ＳＢ１の厚み方向をＺ軸方向として説明する。
図１及び図２に示すように、発光素子１は、平板部１０と、ビーム部（１１−１、１１−２）と、バンプ（１５−１、１５−２）と、素子本体部１６とを備える。
【００２０】
なお、ビーム部１１−１と、ビーム部１１−２とは、発光素子１が備える任意のビーム部を示す場合、又は特に区別しない場合には、ビーム部１１として説明する。
また、バンプ１５−１と、バンプ１５−２とは、発光素子１が備える任意のバンプを示す場合、又は特に区別しない場合には、バンプ１５として説明する。
【００２１】
平板部１０は、水晶により構成された平板状の基材であり、発熱抵抗体１２を有している。ここで、平板部１０の面のうち、赤外線を放射する面を放射面Ｆ１とし、放射面Ｆ１の反対の面を反対面Ｆ２として説明する。平板部１０は、後述するバンプ１５及び素子本体部１６によって、放射面Ｆ１側、及び反対面Ｆ２側が、空気に接するように配置されている。
【００２２】
発熱抵抗体１２（発熱抵抗部の一例）は、電流を流すことにより発熱して、平板部１０の放射面Ｆ１側から外部に、例えば、赤外線を放射させる。発熱抵抗体１２は、放射面Ｆ１側に配置されている。
【００２３】
発熱抵抗体１２は、例えば、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＴａＳｉＯ（一酸化ケイ素タンタル）、ＴａＳｉＮＯ（酸化窒化ケイ素タンタル）、ＴａＳｉＣ（炭化ケイ素タンタル）、ＴｉＳｉＣＯ、ＮｂＳｉＯ（酸化ケイ素ニオブ）、ポリシリコン、ＴａＳｉＯ２（二酸化ケイ素タンタル）、ＴｉＯＮ（窒化酸化チタン）、酸化ルテニウム、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、ＮｉＣｒ（ニッケルクロム）、Ｐｔ（白金）、アモルファスシリコンの少なくとも１つの材料によって形成されている。発熱抵抗体１２は、例えば、スパッタリングにより形成される。
【００２４】
ビーム部１１は、平板部１０と一体に水晶により構成され、平板部１０を支持する支持部である。ビーム部１１は、図１に示すように、平板部１０の対角の２つの端部に接続されて、平板部１０を支持している。ここで、ビーム部１１−１は、平板部１０の紙面左上端部から平板部１０を支持し、ビーム部１１−２は、平板部１０の紙面右下端部から平板部１０を支持している。
【００２５】
また、平板部１０と、ビーム部１１とは、水晶の基板ＳＢ１に一体に形成されている。基板ＳＢ１の厚さＤ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、４０μｍ（マイクロメートル）〜１００μｍである。ここで、基板ＳＢ１の結晶の向きは、平板部１０の主面（放射面Ｆ１及び反対面Ｆ２）が、例えば、Ｚカット面になるように構成されている。また、平板部１０及びビーム部１１には、例えば、水晶振動子などの従来の加工技術が利用できる。
【００２６】
基板ＳＢ１には、配線１３及び配線１４が形成されている。配線１３及び配線１４は、発熱抵抗体１２とバンプ１５とを電気的に接続する金属層である。配線１３及び配線１４は、例えば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ−Ｓｉ（シリコン含有アルミ合金）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｔなどの金属材料によって形成されている。配線１３及び配線１４は、例えばスパッタリング、スクリーン印刷によって形成される。
【００２７】
配線１３は、発熱抵抗体１２の第１端とバンプ１５−１とを電気的に接続する。また、配線１３は、発熱抵抗体１２に接して、放射面Ｆ１側に形成されており、さらに、バンプ１５−１と接続するために、ビーム部１１−１において、反対面Ｆ２側に引き回されて形成されている。
【００２８】
配線１４は、発熱抵抗体１２の第２端とバンプ１５−２とを電気的に接続する。また、配線１４は、発熱抵抗体１２に接して、放射面Ｆ１側に形成されており、さらに、バンプ１５−２と接続するために、ビーム部１１−２において、反対面Ｆ２側に引き回されて形成されている。
【００２９】
バンプ１５（接続部材の一例）は、ビーム部１１を介して発熱抵抗体１２と電気的に接続するとともに、平板部１０の面のうち、放射面Ｆ１側と、当該放射面Ｆ１と反対の面（反対面Ｆ２）側とが空気に接して保持されるように、ビーム部１１を支持する。バンプ１５は、例えば、Ａｕ（金）、半田などで素子本体部１６に形成されており、素子本体部１６と、平板部１０及びビーム部１１を含む基板ＳＢ１とを接続する。
【００３０】
バンプ１５−１は、ビーム部１１−１の端部を支持するように、配線１３と接続されている。また、バンプ１５−２は、ビーム部１１−２の端部を支持するように、配線１４と接続されている。
【００３１】
素子本体部１６は、例えば、セラミックで形成されており、中央に凹部を有している。素子本体部１６は、この凹部により、図２に示すように、バンプ１５を介して、平板部１０を空気に接して保持する形状になっている。また、素子本体部１６は、不図示の外部電極（外部端子）を有しており、外部電極は、バンプ１５を介して配線（１３、１４）を接続されている。
【００３２】
次に、図３を参照して、本実施形態による発光素子１を備えた検出装置１００の構成について説明する。
図３は、本実施形態による検出装置１００の一例を示すブロック図である。
図３に示すように、検出装置１００は、操作部１１０と、周波数生成部１２０と、温度制御部１３０と、電源部１４０と、発光素子１と、受光素子１５０と、ロックインアンプ１６０とを備える。
【００３３】
検出装置１００は、赤外線により、気体（ガス）や液体などの試料の流体（例えば、ガスや液体の成分、濃度など）を検出する。検出装置１００は、例えば、非分散型赤外線分析式（ＮＤＩＲ式）ガス検知器であり、ピーク波長が３μｍ以上の赤外線やピーク波長が１０μｍ以上の遠赤外線を放射し、気化しているガスの成分を分光により検出する。
【００３４】
操作部１１０は、例えば、機械式スイッチ、タッチパネルセンサー等である。操作部１１０は、利用者が操作した操作結果を検出し、検出した操作結果を温度制御部１３０に供給する。
周波数生成部１２０は、赤外線の変調用の所定の周波数のクロック信号を生成し、生成したクロック信号を温度制御部１３０とロックインアンプ１６０に供給する。
【００３５】
温度制御部１３０（変調部の一例）は、赤外線の光量を所定の周波数で変調して発光素子１から放射させる制御を行う。温度制御部１３０は、操作部１１０から供給される操作結果に基づいて、電源部１４０を介して、発光素子１をオン状態とオフ状態とを切り替えて変調させる。温度制御部１３０は、例えば、電源部１４０から発光素子１に供給する電流又は電圧を制御するとともに、周波数生成部１２０から供給されるクロック信号に同期させて、発光素子１をオン状態とオフ状態とを切り替える制御を行う。
【００３６】
なお、発光素子１から放射される赤外線の波長は、発光素子１の平板部１０の温度に依存する。温度制御部１３０は、電源部１４０から発光素子１に供給する電流又は電圧を制御することで、発光素子１の平板部１０の温度を制御する。温度制御部１３０は、電源部１４０から発光素子１に供給する電流又は電圧の設定指示、及び電源部１４０から発光素子１に電流又は電圧を供給するか否かの指示を、電源部１４０に供給する。
また、温度制御部１３０は、例えば、検出対象の気体（ガス）に応じて、赤外線の波長を変更して、発光素子１から放射させる。
【００３７】
電源部１４０は、温度制御部１３０から供給される各種指示に基づいて、発光素子１に電流又は電圧を供給する。
【００３８】
受光素子１５０（受光部の一例）は、発光素子１が放射する帯域の波長を受光することができる素子である。受光素子１５０は、受光した光を電気信号に変換して、変換した電気信号をロックインアンプ１６０に出力する。すなわち、受光素子１５０は、温度制御部１３０によって発光素子１から放射された赤外線であって、変調された赤外線が、試料のガス（流体）を通過した通過光を受光して、受光した通過光に応じた受光信号を出力する。
【００３９】
ロックインアンプ１６０（検出部の一例）は、受光素子１５０が出力する受光信号に基づいて、検出対象の気体（ガス）を検出する。ロックインアンプ１６０は、例えば、同期検波の技術を利用して、参照信号と周波数が等しい電気信号を検出する。ここで、参照信号は、周波数生成部１２０から供給されたクロック信号である。ロックインアンプ１６０は、受光信号に含まれる各種の信号のうち、参照信号の周波数と等しい成分のみを直流成分を出力する。また、ロックインアンプ１６０の出力先は、例えば、画像表示装置、印刷装置等である。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態による発光素子１は、平板部１０と、ビーム部１１と、バンプ１５（接続部材）とを備える。平板部１０は、発熱抵抗体１２（発熱抵抗部）を有し、水晶により構成されている。ビーム部１１は、平板部１０と一体に水晶により構成され、平板部１０を支持する。バンプ１５は、ビーム部１１を介して発熱抵抗体１２と電気的に接続するとともに、平板部１０の面のうち、外部に赤外線を放射する放射面Ｆ１側と、当該放射面Ｆ１と反対の面（反対面Ｆ２）側とが空気に接して保持されるように、ビーム部１１を支持する。
【００４１】
これにより、本実施形態による発光素子１は、水晶により平板部１０及びビーム部１１を構成することで、従来のように薄いダイヤフラムが不要になる。また、本実施形態による発光素子１は、水晶により平板部１０を構成することで、例えば、シリコン（Ｓｉ）上にＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術などで発熱抵抗体を形成する場合に比べて、発熱抵抗体１２を有する平板部１０を厚く（例えば、４０μｍ〜１００μｍ）することができる。よって、本実施形態による発光素子１は、発熱抵抗体１２を有する平板部１０及びビーム部１１を、製造時の破損、及び、急激な熱分布の片寄りによって発生する熱応力による破損を低減することができる。
【００４２】
また、本実施形態による発光素子１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）より熱伝導率が低い水晶を平板部１０及びビーム部１１に用いるとともに、平板部１０の放射面Ｆ１側と、反対面Ｆ２側とが空気に接して平板部１０が保持される。そのため、本実施形態による発光素子１は、発熱抵抗体１２により発生した熱が熱伝導により損失することを低減することができるとともに、発熱抵抗体１２を発熱させるための消費電力を低減することができる。
【００４３】
また、図４は、本実施形態による発光素子１の発熱特性の一例を示す図である。
この図に示すグラフは、縦軸が温度［℃］であり、横軸が時間［秒］である。また、波形Ｗ１は、発光素子１に１００ｍＷ（ミリワット）の電力を供給した場合の発熱特性のシミュレーション結果を示す温度波形である。
【００４４】
本実施形態の発光素子１の平板部１０は、熱伝導率が低い水晶を平板部１０及びビーム部１１に用いることにより、平板部１０が熱し易く、冷めやすい温度特性を得ることができる。すなわち、図４の波形Ｗ１に示すように、発光素子１の平板部１０は、０．０２秒程度で温度の立ち上がり及び温度の立ち下がりが可能である。これにより、本実施形態による発光素子１は、例えば、１０Ｈｚ（ヘルツ）程度の高い周波数により、変調及び同期検波を行うことができる。
【００４５】
また、本実施形態では、発熱抵抗体１２は、放射面Ｆ１側に配置されている。
これにより、本実施形態による発光素子１は、発熱抵抗体１２により放射面Ｆ１の温度を正確に制御することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、バンプ１５は、ビーム部１１の端部を支持する。
これにより、本実施形態による発光素子１は、ビーム部１１の端部を介して、熱が素子本体部１６に伝達されるため、平板部１０の放射面Ｆ１の温度の低下をさらに抑制することができる。
【００４７】
また、本実施形態による検出装置１００は、上述した発光素子１と、温度制御部１３０（変調部）と、受光素子１５０（受光部）と、ロックインアンプ１６０（検出部）とを備える。温度制御部１３０は、赤外線の光量を所定の周波数で変調して発光素子１から放射させる。出力する受光素子１５０は、温度制御部１３０によって発光素子１から放射された赤外線であって、変調された赤外線が、流体（例えば、気体（ガス）や液体）を通過した通過光を受光して、受光した通過光に応じた受光信号を出力する。ロックインアンプ１６０は、受光素子１５０が出力する受光信号に基づいて、検出対象の流体を検出する。
これにより、本実施形態による検出装置１００は、上述した発光素子１と同様に、平板部１０における製造時の破損、及び熱応力による破損を低減することができる。また、本実施形態による検出装置１００は、例えば、１０Ｈｚ（ヘルツ）程度の高い周波数により変調できるため、検出時間を低減することができる。
【００４８】
次に、本実施形態による発光素子１の変形例について説明する。
＜第１の変形例＞
まず、図５を参照して、第１の変形例の発光素子１ａについて説明する。
図５は、本実施形態による第１の変形例の発光素子１ａを示す外観図である。
なお、図５は、赤外線を放射する放射面Ｆ１（表面）から観察した平板部１０及びビーム部１１を示している。
【００４９】
図５に示すように、発光素子１ａは、発熱抵抗体１２ａを有する平板部１０と、ビーム部（１１−１、１１−２）と、バンプ（１５−１、１５−２）と、素子本体部１６とを備える。なお、この図において、図１と同一の構成には、同一の符号を付与し、その説明を省略する。
本変形例では、発熱抵抗体１２ａの形状が、図１に示す発熱抵抗体１２と異なる。
【００５０】
発熱抵抗体１２ａ（発熱抵抗部の一例）は、上述した発熱抵抗体１２と同様に、放射面Ｆ１側に配置されており、電流を流すことにより発熱して、平板部１０の放射面Ｆ１側から外部に、例えば、赤外線を放射させる。なお、発熱抵抗体１２ａの材質は、上述した発熱抵抗体１２と同様である。発熱抵抗体１２ａは、平板部１０上に、抵抗値を高めるように、引き回して形成されている。発熱抵抗体１２ａは、図５に示すように、矩形波状（メアンダ状）の形状に形成されている。
【００５１】
このように、第１の変形例では、発熱抵抗体１２ａが、矩形波状（メアンダ状）の形状に形成されていることにより、発熱抵抗体１２ａの抵抗値を高めることができる。発熱抵抗体１２ａは、ジュール熱により発熱するため、抵抗値が高い程、発熱量を大きくすることができる。よって、第１の変形例の発光素子１ａは、発熱効率を高めることができる。
【００５２】
＜第２の変形例＞
次に、図６を参照して、第２の変形例の発光素子１ｂについて説明する。
図６は、本実施形態による第２の変形例の発光素子１ｂを示す外観図である。
なお、図６は、赤外線を放射する放射面Ｆ１（表面）から観察した平板部１０及びビーム部１１を示している。
【００５３】
図６に示すように、発光素子１ｂは、発熱抵抗体１２ｂを有する平板部１０と、ビーム部（１１−１、１１−２）と、バンプ（１５−１、１５−２）と、素子本体部１６とを備える。なお、この図において、図１と同一の構成には、同一の符号を付与し、その説明を省略する。
本変形例では、発熱抵抗体１２ｂの形状が、図１に示す発熱抵抗体１２と異なる。
【００５４】
発熱抵抗体１２ｂ（発熱抵抗部の一例）は、上述した発熱抵抗体１２と同様に、放射面Ｆ１側に配置されており、電流を流すことにより発熱して、平板部１０の放射面Ｆ１側から外部に、例えば、赤外線を放射させる。なお、発熱抵抗体１２ｂの材質は、上述した発熱抵抗体１２と同様である。発熱抵抗体１２ｂは、図６に示すように、上述した発熱抵抗体１２ａよりもさらに抵抗値を高めるように、さらに長く引き回されて形成されている。
これにより、第２の変形例の発光素子１ｂは、発熱効率をさらに高めることができる。
【００５５】
＜第３の変形例＞
次に、図７〜図９を参照して、第３の変形例の発光素子１ｃについて説明する。
第３の変形例の発光素子１ｃは、発熱抵抗体１２ｃが、放射面Ｆ１と反対の面（反対面Ｆ２）に配置されている点が、上述した発光素子１と異なる。
【００５６】
図７は、本実施形態による第３の変形例の発光素子１ｃを示す外観図である。また、図８は、第３の変形例の平板部１０の裏面を示す図である。また、図９は、本変形例による発光素子１ｃの一例を示す断面図である。
なお、図７は、赤外線を放射する放射面Ｆ１（表面）から観察した発光素子１ｃ（平板部１０及びビーム部１１）を示している。また、図８は、反対面Ｆ２（裏面）から観察した平板部１０及びビーム部１１を示している。また、図９は、図７に示すＡＢ線における発光素子１ｃの断面図を示している。
【００５７】
図７〜図９に示すように、発光素子１ｃは、発熱抵抗体１２ｃを有する平板部１０と、ビーム部（１１−１、１１−２）と、バンプ（１５−１、１５−２）と、素子本体部１６とを備える。
なお、図７〜図９において、図１及び図２と同一の構成には、同一の符号を付与し、その説明を省略する。
本変形例では、図７及び図８に示すように、平板部１０の放射面Ｆ１側には、発熱抵抗体１２ｃが配置されずに、反対面Ｆ２側に、発熱抵抗体１２ｃが配置される。
【００５８】
発熱抵抗体１２ｃ（発熱抵抗部の一例）は、放射面Ｆ１と反対の面側（反対面Ｆ２側）に配置されており、電流を流すことにより発熱して、平板部１０の放射面Ｆ１側から外部に、例えば、赤外線を放射させる。なお、発熱抵抗体１２ｃの材質は、上述した発熱抵抗体１２と同様である。
【００５９】
配線１３ａ及び配線１４ａは、発熱抵抗体１２ｃとバンプ１５とを電気的に接続する金属層である。配線１３ａ及び配線１４ａは、上述した発熱抵抗体１２と同様の金属材料によって形成されている。
配線１３ａは、発熱抵抗体１２ｃの第１端とバンプ１５−１とを電気的に接続する。また、配線１３ａは、発熱抵抗体１２ｃに接して、反対面Ｆ２側に形成されている。
配線１４ａは、発熱抵抗体１２ｃの第２端とバンプ１５−２とを電気的に接続する。また、配線１４ａは、発熱抵抗体１２ｃに接して、反対面Ｆ２側に形成されている。
【００６０】
このように、本変形例の発光素子１ｃでは、発熱抵抗体１２ｃは、放射面Ｆ１と反対の面側に配置されている。
これにより、本変形例の発光素子１ｃは、配線１３ａ及び配線１４ａを、発熱抵抗体１２ｃの配置されている面の反対側に、引き回す必要がない。そのため、本変形例の発光素子１ｃは、製造工程を簡略化することができる。
【００６１】
［第２の実施形態］
次に、図面を参照して、第２の実施形態による発光素子１ｄ及び検出装置１００ａについて説明する。本実施形態では、発光素子１ｄの温度制御をより正確に行うために、温度検出部１７を備える場合の一例について説明する。
【００６２】
図１０は、本実施形態による発光素子１ｄの一例を示す外観図である。また、図１１は、本実施形態による発光素子１ｄの平板部１０ａの裏面（反対面Ｆ２）を示す図である。また、図１２は、本実施形態による発光素子１ｄの一例を示す断面図である。
なお、図１０は、赤外線を放射する放射面Ｆ１（表面）から観察した発光素子１ｄ（平板部１０ａ及びビーム部１１ａ）を示している。また、図１１は、反対面Ｆ２（裏面）から観察した平板部１０ａ及びビーム部１１ａを示している。また、図１２は、図１１に示すＡＢ線における発光素子１ｄの断面図を示している。
【００６３】
図１０〜図１２に示すように、発光素子１ｄは、発熱抵抗体１２及び温度検出部１７を有する平板部１０ａと、ビーム部（１１ａ−１、１１ａ−２）と、バンプ（１５−１、１５−２、１５−３、１５−４）と、素子本体部１６ａとを備える。
なお、図１０〜図１２において、図１及び図２と同一の構成には、同一の符号を付与し、その説明を省略する。
【００６４】
本実施形態において、ビーム部１１ａ−１と、ビーム部１１ａ−２とは、発光素子１ｄが備える任意のビーム部を示す場合、又は特に区別しない場合には、ビーム部１１ａとして説明する。
また、バンプ１５−１と、バンプ１５−２と、バンプ１５−３と、バンプ１５−４とは、発光素子１ｄが備える任意のバンプを示す場合、又は特に区別しない場合には、バンプ１５として説明する。
【００６５】
平板部１０ａは、水晶により構成された平板状の基材であり、発熱抵抗体１２及び温度検出部１７を備えている。ここで、平板部１０ａの面のうち、赤外線を放射する面を放射面Ｆ１とし、放射面Ｆ１の反対の面を反対面Ｆ２として説明する。平板部１０ａは、後述するバンプ１５及び素子本体部１６ａによって、放射面Ｆ１側、及び反対面Ｆ２側が、空気に接するように配置されている。
【００６６】
温度検出部１７は、例えば、薄膜サーミスタであり、平板部１０ａの温度を検出する。温度検出部１７は、検出した温度情報を出力する。温度検出部１７は、平板部１０ａの面のうち、発熱抵抗体１２を有する面と反対の面側（例えば、反対面Ｆ２側）に配置されている。
【００６７】
ビーム部１１ａは、平板部１０ａと一体に水晶により構成され、平板部１０ａを支持する支持部である。ビーム部１１ａは、図１０に示すように、平板部１０ａのＹ軸方向の中央（基板ＳＢ２の短手方向の中央）の２つの端部に接続されて、平板部１０ａを支持している。ここで、ビーム部１１ａ−１は、平板部１０ａの紙面左側中央端部から平板部１０ａを支持し、ビーム部１１ａ−２は、平板部１０ａの紙面右側中央端部から平板部１０ａを支持している。
【００６８】
また、平板部１０ａと、ビーム部１１ａとは、水晶の基板ＳＢ２に一体に形成されている。基板ＳＢ２の厚さＤ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、４０μｍ（マイクロメートル）〜１００μｍである。ここで、基板ＳＢ２の結晶の向きは、平板部１０ａの主面（放射面Ｆ１及び反対面Ｆ２）が、例えば、Ｚカット面になるように構成されている。また、平板部１０ａ及びビーム部１１ａには、例えば、水晶振動子などの従来の加工技術が利用できる。
【００６９】
基板ＳＢ２には、配線１３ａ及び配線１４ａと、配線１８及び配線１９とが形成されている。
配線１３ａ及び配線１４ａは、発熱抵抗体１２とバンプ１５とを電気的に接続する金属層である。配線１３ａ及び配線１４ａの材質は、上述した第１の実施形態の配線１３及び配線１４と同様である。また、配線１８及び配線１９は、温度検出部１７とバンプ１５とを電気的に接続する金属層である。配線１８及び配線１９の材質は、上述した配線１３ａ及び配線１４ａと同様である。
【００７０】
配線１３ａは、発熱抵抗体１２の第１端とバンプ１５−１とを電気的に接続する。また、配線１３ａは、発熱抵抗体１２に接して、放射面Ｆ１側に形成されており、さらに、バンプ１５−１と接続するために、ビーム部１１ａ−１において、反対面Ｆ２側に引き回されて形成されている。
【００７１】
配線１４ａは、発熱抵抗体１２の第２端とバンプ１５−２とを電気的に接続する。また、配線１４ａは、発熱抵抗体１２に接して、放射面Ｆ１側に形成されており、さらに、バンプ１５−２と接続するために、ビーム部１１ａ−２において、反対面Ｆ２側に引き回されて形成されている。
【００７２】
配線１８は、温度検出部１７の第１端とバンプ１５−３とを電気的に接続する。また、配線１８は、温度検出部１７に接して、反対面Ｆ２側に形成されている。
配線１９は、温度検出部１７の第２端とバンプ１５−４とを電気的に接続する。また、配線１９は、温度検出部１７に接して、反対面Ｆ２側に形成されている。
【００７３】
バンプ１５（接続部材の一例）は、ビーム部１１ａを介して発熱抵抗体１２と電気的に接続するとともに、ビーム部１１ａを介して温度検出部１７と電気的に接続する。また、バンプ１５は、平板部１０ａの面のうち、放射面Ｆ１側と、当該放射面Ｆ１と反対の面（反対面Ｆ２）側とが空気に接して保持されるように、ビーム部１１ａを支持する。バンプ１５は、例えば、Ａｕ（金）、半田などで素子本体部１６ａに形成されており、素子本体部１６ａと、平板部１０ａ及びビーム部１１ａを含む基板ＳＢ２とを接続する。
【００７４】
バンプ１５−１は、ビーム部１１ａ−１の端部を支持するように、配線１３ａと接続されている。また、バンプ１５−２は、ビーム部１１ａ−２の端部を支持するように、配線１４ａと接続されている。また、バンプ１５−３は、ビーム部１１ａ−１の端部を支持するように、配線１８と接続されている。また、バンプ１５−４は、ビーム部１１ａ−２の端部を支持するように、配線１９と接続されている。
本実施形態では、４つのバンプ１５（バンプ１５−１、バンプ１５−２、バンプ１５−３、及びバンプ１５−４）が、ビーム部１１ａ−１及びビーム部１１ａ−２を介して、平板部１０ａを支持している。
【００７５】
素子本体部１６ａは、例えば、セラミックで形成されており、中央に凹部を有している。素子本体部１６ａは、この凹部により、図１２に示すように、バンプ１５を介して、平板部１０ａを空気に接して保持する形状になっている。また、素子本体部１６ａは、不図示の外部電極（外部端子）を有しており、外部電極は、バンプ１５を介して配線（１３ａ、１４ａ、１８、１９）を接続されている。
【００７６】
次に、図１３を参照して、本実施形態による発光素子１ｄを備えた検出装置１００ａの構成について説明する。
図１３は、本実施形態による検出装置１００ａの一例を示すブロック図である。
図１３に示すように、検出装置１００ａは、操作部１１０と、周波数生成部１２０と、温度制御部１３０ａと、電源部１４０と、発光素子１ｄと、受光素子１５０と、ロックインアンプ１６０とを備える。
なお、この図において、図３と同一の構成には、同一の符号を付与し、その説明を省略する。
【００７７】
温度制御部１３０ａ（変調部の一例）は、赤外線の光量を所定の周波数で変調して発光素子１から放射させる制御を行う。温度制御部１３０ａは、操作部１１０から供給される操作結果に基づいて、電源部１４０を介して、発光素子１をオン状態とオフ状態とを切り替えて変調させる。
また、温度制御部１３０ａは、発光素子１ｄの温度検出部１７によって検出された温度情報に基づいて、目的の波長の赤外線が放射される温度になるように、電源部１４０から発光素子１に供給する電流又は電圧を制御する。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態による発光素子１ｄは、平板部１０ａと、ビーム部１１ａと、バンプ１５（接続部材）とを備える。平板部１０ａは、発熱抵抗体１２（発熱抵抗部）を有し、水晶により構成されている。ビーム部１１ａは、平板部１０ａと一体に水晶により構成され、平板部１０ａを支持する。
これにより、本実施形態による発光素子１ｄは、第１の実施形態と同様の効果を奏し、発熱抵抗体１２を有する平板部１０ａ及びビーム部１１ａを、製造時の破損、及び、急激な熱分布の片寄りによって発生する熱応力による破損を低減することができる。
【００７９】
また、本実施形態では、平板部１０ａは、温度を検出する温度検出部１７を備える。
これにより、本実施形態による発光素子１ｄは、例えば、発光素子１ｄを使用した検出装置１００ａにおいて、発光素子１ｄの温度を正確に制御することが可能になる。すなわち、本実施形態による発光素子１ｄは、検出装置１００ａにおいて、発光素子１ｄの温度を正確に制御することができるため、放射する赤外線の波長（のピーク値）を正確に制御することができる。よって、本実施形態による発光素子１ｄは、検出装置１００ａにおいて、流体（例えば、気体（ガス）や液体）の検出精度を向上させることができる。
【００８０】
また、温度検出部１７は、平板部１０ａの面のうち、発熱抵抗体１２を有する面と反対の面側（例えば、反対面Ｆ２側）に配置されている。
これにより、本実施形態による発光素子１ｄは、発熱抵抗体１２と温度検出部１７とを同一の面に配置しないので、平板部１０ａにおいて、放射面Ｆ１の面積（発熱抵抗体１２の面積）を広く取ることができる。そのため、本実施形態による発光素子１ｄは、発熱効率を高めることができる。
【００８１】
また、本実施形態による検出装置１００ａは、温度を検出する温度検出部１７を備える発光素子１ｄと、温度検出部１７によって検出された温度に基づいて、発光素子１ｄの温度を制御する温度制御部１３０ａとを備える。
これにより、温度制御部１３０ａは、発光素子１ｄの温度を正確に制御することにより、発光素子１ｄが放射する赤外線の波長を正確に制御することができる。よって、本実施形態による検出装置１００ａは、検出精度を向上させることができる。
【００８２】
次に、本実施形態による発光素子１ｄの変形例について説明する。
＜第４の変形例＞
図１４は、本実施形態による変形例の発光素子１ｅを示す外観図である。
なお、図１４は、赤外線を放射する放射面Ｆ１（表面）から観察した平板部１０ａ及びビーム部１１ａを示している。
【００８３】
図１４に示すように、発光素子１ｅは、発熱抵抗体１２及び温度検出部１７を有する平板部１０ａと、ビーム部（１１ａ−１、１１ａ−２）と、バンプ（１５−１、１５−２）と、素子本体部１６ａとを備える。なお、この図において、図１０及び図１１と同一の構成には、同一の符号を付与し、その説明を省略する。
本変形例では、温度検出部１７が、平板部１０ａの面のうち、発熱抵抗体１２と同一の面側に配置されている点が、図１０に示す発光素子１ｄと異なる。
【００８４】
本変形例において、温度検出部１７は、図１４に示すように、放射面Ｆ１側に配置されており、発熱抵抗体１２と同一の面側に配置されている。
また、配線１３ｂ及び配線１４ｂは、発熱抵抗体１２とバンプ１５とを電気的に接続する金属層である。配線１３ｂ及び配線１４ｂの材質は、上述した配線１３ａ及び配線１４ａと同様である。なお、配線１３ｂ及び配線１４ｂは、基板ＳＢ２の同一面に配線１８ａ及び配線１９ａを配置するために、配線１３ａ及び配線１４ａと形状が異なる。
【００８５】
配線１３ｂは、発熱抵抗体１２の第１端とバンプ１５−１とを電気的に接続する。また、配線１３ｂは、発熱抵抗体１２に接して、放射面Ｆ１側に形成されており、さらに、バンプ１５−１と接続するために、ビーム部１１ａ−１において、反対面Ｆ２側に引き回されて形成されている。
【００８６】
配線１４ｂは、発熱抵抗体１２の第２端とバンプ１５−２とを電気的に接続する。また、配線１４ｂは、発熱抵抗体１２に接して、放射面Ｆ１側に形成されており、さらに、バンプ１５−２と接続するために、ビーム部１１ａ−２において、反対面Ｆ２側に引き回されて形成されている。
【００８７】
また、配線１８ａ及び配線１９ａは、温度検出部１７とバンプ１５とを電気的に接続する金属層である。配線１８ａ及び配線１９ａの材質は、上述した配線１３ｂ及び配線１４ｂと同様である。なお、配線１８ａ及び配線１９ａは、上述した配線１８及び配線１９とは異なり、配線１３ｂ及び配線１４ｂと同一面に形成されている。
【００８８】
配線１８ａは、温度検出部１７の第１端とバンプ１５−３とを電気的に接続する。また、配線１８ａは、温度検出部１７に接して、放射面Ｆ１側に形成されており、さらに、バンプ１５−３と接続するために、ビーム部１１ａ−１において、反対面Ｆ２側に引き回されて形成されている。
【００８９】
また、配線１９ａは、温度検出部１７の第２端とバンプ１５−４とを電気的に接続する。また、配線１９ａは、温度検出部１７に接して、反対面Ｆ２側に形成されており、さらに、バンプ１５−４と接続するために、ビーム部１１ａ−２において、反対面Ｆ２側に引き回されて形成されている。
【００９０】
以上説明したように、図１４に示す変形例では、温度検出部１７は、平板部１０ａの面のうち、発熱抵抗体１２と同一の面側に配置されている。
これにより、本変形例の発光素子１ｅは、発熱抵抗体１２と同一の面側の温度を温度検出部１７により正確に検出できるため、発光素子１ｅの温度をさらに正確に制御することが可能になる。
【００９１】
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の第２の実施形態において、上記の第１〜第３の変形例を適用するようにしてもよい。例えば、上記の第２の実施形態において、上記の第３の変形例を適用して、発熱抵抗体１２を放射面Ｆ１と反対の面側に配置するようにしてもよい。なお、発熱抵抗体１２を有する面と反対の面側に温度検出部１７を配置して、上記の第３の変形例を適用した場合には、放射面Ｆ１側に温度検出部１７が配置される。この場合、温度検出部１７は、放射面Ｆ１側の温度を検出するため、放射される赤外線の波長をさらに正確に制御することが可能になる。
【００９２】
また、上記の第１及び第２の変形例において、発熱抵抗体１２の引き回しの形状を変更して、抵抗値を高める例（発熱抵抗体１２ａ及び発熱抵抗体１２ｂ）を説明したが、発熱抵抗体１２の膜厚を薄くすることで、抵抗値を高めてもよい。また、発熱抵抗体１２の電流の流れる経路の一部に、発熱抵抗体１２が形成させないようにして、抵抗値を高めてもよい。
【００９３】
また、上記の各実施形態において、検出装置１００（１００ａ）は、１個の発光素子１（１ａ〜１ｅ）に複数の波長の赤外線を放射させる例を説明したが、これに限定されるものではない。検出装置１００（１００ａ）は、複数の発光素子１（１ａ〜１ｅ）を備えて、各発光素子１（１ａ〜１ｅ）に異なる波長の赤外線を放射させるようにしてもよい。
【００９４】
なお、上述した検出装置１００（１００ａ）が備える各構成は、内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した検出装置１００（１００ａ）が備える各構成の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより上述した検出装置１００（１００ａ）が備える各構成における処理を行ってもよい。ここで、「記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行する」とは、コンピュータシステムにプログラムをインストールすることを含む。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、インターネットやＷＡＮ、ＬＡＮ、専用回線等の通信回線を含むネットワークを介して接続された複数のコンピュータ装置を含んでもよい。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。このように、プログラムを記憶した記録媒体は、ＣＤ−ＲＯＭ等の非一過性の記録媒体であってもよい。
【００９５】
また、記録媒体には、当該プログラムを配信するために配信サーバからアクセス可能な内部又は外部に設けられた記録媒体も含まれる。なお、プログラムを複数に分割し、それぞれ異なるタイミングでダウンロードした後に検出装置１００（１００ａ）が備える各構成で合体される構成や、分割されたプログラムのそれぞれを配信する配信サーバが異なっていてもよい。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、ネットワークを介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【００９６】
また、上述した機能の一部又は全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現してもよい。上述した各機能は個別にプロセッサ化してもよいし、一部、又は全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ  発光素子
１０、１０ａ  平板部
１１、１１ａ、１１−１、１１ａ−１、１１−２、１１ａ−２  ビーム部
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  発熱抵抗体
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１８、１８ａ、１９、１９ａ  配線
１５、１５−１、１５−２、１５−３、１５−４  バンプ
１６、１６ａ  素子本体部
１７  温度検出部
１００、１００ａ  検出装置
１１０  操作部
１２０  周波数生成部
１３０、１３０ａ  温度制御部
１４０  電源部
１５０  受光素子
１６０  ロックインアンプ
Ｆ１  放射面
Ｆ２  反対面
ＳＢ１、ＳＢ２  基板
【図１】
2018115975.tif 000003
【図２】
2018115975.tif 000004
【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】
2018115975.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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