(57)【要約】【課題】本発明は、赤外線検出器に関するもので、検出感度を高めることを目的とするものである。【解決手段】そして、この目的を達成するために、本発明は、上面２に光の入射口３を有する本体ケース１と、この本体ケース１内において、前記入射口３に対向して設けたフィルタ６、７と、このフィルタ６、７の下方に配置した受光素子８とを備え、前記受光素子８は、焦電基板９と、この焦電基板９の上面側に設けた上面電極１０、１１と、前記焦電基板９の下面側に設けた下面電極１２、１３とを有し、前記上面電極１０、１１に対応する焦電基板９の上面部分には、下方に向けて窪んだ凹部１４、１５を設け、この凹部１４、１５の外周部分は、下方から上方に向けて、外方に向けて広がる傾斜面１４ａ、１５ａとし、前記上面電極１０、１１は、この凹部１４、１５の底面および前記傾斜面１４ａ、１５ａに連続的に形成した。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に光の入射口を有する本体ケースと、この本体ケース内において、前記入射口に対向して設けたフィルタと、このフィルタの下方に配置した受光素子とを備え、
前記受光素子は、焦電基板と、この焦電基板の上面側に設けた上面電極と、前記焦電基板の下面側に設けた下面電極とを有し、前記上面電極に対応する焦電基板の上面部分には、下方に向けて窪んだ凹部を設け、この凹部の外周部分は、下方から上方に向けて、外方に向けて広がる傾斜面とし、前記上面電極は、この凹部の底面および前記傾斜面に連続的に形成した赤外線受光器。
【請求項２】
前記フィルタは、第１波長を通過させる第１フィルタ部と、第２波長を通過させる第２フィルタ部が、左右に設けられた構成とし、
前記焦電基板は、前記第１フィルタ部に対応する部分に第１の凹部、前記第２フィルタ部に対応する部分に第２の凹部、を有する構成とし、これらの第１、第２の凹部内に、それぞれ、第１、第２の上面電極を設けた請求項１に記載の赤外線受光器。
【請求項３】
前記焦電基板の下面側で第１の上面電極に対応する部分に、第１の下面電極を設けるとともに、前記焦電基板の下面側で第２の上面電極に対応する部分に、第２の下面電極を設けた請求項２に記載の赤外線受光器。
【請求項４】
前記上面電極は、傾斜面の厚みを、凹部の底面部より厚くした請求項１〜３のいずれか一つに記載の赤外線受光器。
【請求項５】
前記上面電極は、前記凹部底面部と、複数層の前記傾斜面を有し、前記傾斜面の上層は、下層よりも反射率の高い材料によって形成した請求項１〜３のいずれか一つに記載の赤外線受光器。
【請求項６】
前記上面電極の凹部の底面部には、黒色処理を行った請求項１〜５のいずれか一つに記載の赤外線受光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、光源から赤外線を発光し、その赤外線の減衰を検知することによって二酸化炭素などの濃度などを検出する赤外線式ガスセンサの赤外線受光器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の赤外線受光器は、上面に光の入射口を有する本体ケースと、この本体ケース内において、前記入射口に対向して設けたフィルタと、このフィルタの下方に配置した受光素子とを備え、前記受光素子は、焦電基板と、この焦電基板の上面側に設けた上面電極と、前記焦電基板の下面側に設けた下面電極とを有し、前記上面電極に対応する焦電基板の上面部分には、下方に向けて窪んだ凹部を設け、この凹部の底面に上面電極を形成した構成となっていた（これに類似する先行文献としては、下記特許文献１が存在する）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１２２９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来例においては、焦電基板の上面に凹部を設け、この凹部の底面に上面電極を設けた構成となっているので、この上面電極と焦電基板の下面に設けた下面電極間の厚みが薄くなり、つまり、熱容量が小さくなって同じ赤外線入射量であっても従来に比べて温度上昇が大きくなり、その結果として、検出感度が高くなっている。
【０００５】
しかしながら、このような構成において、赤外線式ガスセンサをより低消費とするためには、光源の出力を抑えても十分な検出が行えるように、さらなる検出感度の向上が求められている。
【０００６】
そこで本発明は、検出感度をさらに高めることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そして、この目的を達成するために、本発明は、上面に光の入射口を有する本体ケースと、この本体ケース内において、前記入射口に対向して設けたフィルタと、このフィルタの下方に配置した受光素子とを備え、前記受光素子は、焦電基板と、この焦電基板の上面側に設けた上面電極と、前記焦電基板の下面側に設けた下面電極とを有し、前記上面電極に対応する焦電基板の上面部分には、下方に向けて窪んだ凹部を設け、この凹部の外周部分は、下方から上方に向けて、外方に向けて広がる傾斜面とし、前記上面電極は、この凹部の底面および前記傾斜面に連続的に形成している。本発明は、これにより、所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本発明は、上面に光の入射口を有する本体ケースと、この本体ケース内において、前記入射口に対向して設けたフィルタと、このフィルタの下方に配置した受光素子とを備え、前記受光素子は、焦電基板と、この焦電基板の上面側に設けた上面電極と、前記焦電基板の下面側に設けた下面電極とを有し、前記上面電極に対応する焦電基板の上面部分には、下方に向けて窪んだ凹部を設け、この凹部の外周部分は、下方から上方に
向けて、外方に向けて広がる傾斜面とし、前記上面電極は、この凹部の底面および前記傾斜面に連続的に形成したので、検出感度を高めることができる。
【０００９】
すなわち、本発明においては、焦電基板の上面部分に凹部を設けるとともに、この凹部の底面部分に上面電極を設けたので、上面電極と下面電極間の距離が小さくなり、熱容量が小さくなり、その結果として、検出感度を高めることができる。
【００１０】
また、本発明においては、凹部の外周部分は、下方から上方に向けて、外方に向けて広がる傾斜面とし、前記上面電極は、この凹部の底面および前記傾斜面に連続的に形成したので、フィルタを通過した後に上面電極の傾斜面部分に到達した光は、受光電極方向へと反射し、その結果として、凹部の底面部に設けた上面電極へと到達する光の量が増加することとなり、これにより、検出感度をさらに高めることができる。
【００１１】
さらに、本発明においては、凹部の外周部分は、下方から上方に向けて、外方に向けて広がる傾斜面とし、前記上面電極は、この凹部の底面および前記傾斜面に連続的に形成したので、凹部を加工する際に形成される傾斜面も上面電極で覆われることとなり、その結果として、傾斜面における加工痕も上面電極で覆われることとなり、これにより、加工痕の影響が抑制されて焦電基板の形状が安定化し、長期間安定したものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態を適用する赤外線式ガスセンサの断面斜視図
【図２】本発明の一実施形態を示す斜視図
【図３】同一部分を取り除いた斜視図
【図４】同一部分を取り除いた斜視図
【図５】同一部分を取り除いた斜視図
【図６】同断面図
【図７】同焦電基板部分の上面図
【図８】同焦電基板部分の下面図
【図９】図７におけるＡ−Ａ断面での断面図
【図１０】図７におけるＢ−Ｂ断面での模式断面図
【図１１】本発明の一実施形態の他の例における焦電基板部分の上面図
【図１２】図１１におけるＣ−Ｃ断面での模式断面図
【図１３】図１１におけるＣ−Ｃ断面での模式断面図
【図１４】図１１におけるＣ−Ｃ断面での模式断面図
【図１５】図１１におけるＣ−Ｃ断面での模式断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施の形態）
図１は、本発明の一実施形態を、二酸化炭素を検出する赤外線式ガスセンサに適用した例である。図１に示すように、赤外線式ガスセンサは、光源１００と、赤外線受光器２００と、所定の気体の状態を判定するための検出空間３００と、光源１００から放射された光を検出空間３００経由で赤外線受光器２００へと導く導光体４００と、を備える。検出空間３００に二酸化炭素の気体が存在すると、特定の波長の赤外線が二酸化炭素気体により吸収されるので、赤外線受光器２００によって検出される赤外線の強度をもとに濃度を測定できる。
【００１４】
図２は、本発明の一実施形態を、上述の二酸化炭素を検出するものに適用した赤外線受光器２００の例であり、１は円筒状の本体ケースで、その上面２には、四角形の入射口３が設けられている。また、図３に示すごとく、本体ケース１内の上方には、前記入射口３
に嵌合させられる四角形のカバー４が設けられ、このカバー４の下方にはフィルタ５が設けられている。このフィルタ５は、例えば、３μｍ〜５μｍの波長の光が反射されることを防止する反射防止フィルタとなっている。つまり、この場合、フィルタ５は、３μｍ〜５μｍの波長の光を透過させる。なお、カバー４とフィルタ５とは一体として形成されていてもよい。また、フィルタ５がカバー４を兼ねる構成としてもよい。
【００１５】
また、図４に示すごとく、フィルタ５の下方には、フィルタ６、７が左右に分けた状態で配置されている。このうち、フィルタ６は３．９μｍの光を通過させるためのもの、フィルタ７は４．２μｍの光を通過させるためのものである。
【００１６】
なお、カバー４とフィルタ５は、図６に示すごとく、上下方向において当接した状態となっており、また、フィルタ５とフィルタ６、７は、上下方向において、隙間を設けた状態で配置されている。
【００１７】
このような構成のフィルタ６、７の下方には、図５、図６に示すごとく、受光素子８が、これらのフィルタ６、７とは隙間を設けた状態で配置されている。
【００１８】
前記受光素子８は、図７に示すように、例えば、リチウムタンタレートよりなる焦電基板９と、この焦電基板９の上面側に設けた、例えばニッケルの上面電極１０、１１と、図８に示すように、前記焦電基板９の下面側に設けた、例えばニッケルの下面電極１２、１３とを有している。上面電極１０、１１のニッケルは１００Å〜３００Åほどの厚みで、下面電極１２、１３のニッケルは１０００Å〜１５００Åほどの厚みである。上面電極１０、１１のニッケル膜厚を薄くすることで、上面電極１０、１１を透過して焦電基板９に到達し吸収される赤外光量を増やし、下面電極１２、１３のニッケル膜厚を厚くすることで、上面電極１０、１１と焦電基板９とを透過した赤外光を下面電極１２、１３で反射させやすくなる。
【００１９】
また、この焦電基板９は、焦電基板９まで到達した赤外光の反射を防止し、またこの赤外光の吸収率を高めるために、表面の粗さは平坦度１７０ｎｍ程度に荒らされている。
【００２０】
前記上面電極１０、１１に対応する焦電基板９の上面部分には、図９に示すごとく、下方に向けて窪んだ凹部１４、１５を設けている。そして、この凹部１４には上面電極１０、凹部１５には上面電極１１が設けられている。
【００２１】
本実施形態における特徴は、前記凹部１４、１５の双方が、図９からも理解されるように、外周部分は、下方から上方に向けて、外方に向けて広がる傾斜面１４ａ、１５ａとし、前記上面電極１０、１１は、この凹部１４、１５の底面および前記傾斜面１４ａ、１５ａに連続的に形成したことである。
【００２２】
つまり、焦電基板９の上面で、前記凹部１４、１５に対応する部分以外にマスクを設け、その状態で、例えば、サンドブラスト処理を行うことで、この凹部１４、１５およびその外周の傾斜面１４ａ、１５ａを形成し、その後、前記マスクをつけたままの状態で、ニッケルを蒸着させ、これにより、上面電極１０、１１を形成しているのである。
【００２３】
また、焦電基板９の下面側の下面電極１２、１３も、それ以外の部分にマスクを設け、その後、ニッケルを蒸着させることで形成している。
【００２４】
このような構成とした場合、上面電極１０と下面電極１２、上面電極１１と下面電極１３が対向することとなる。
【００２５】
以上の構成において、本実施形態の赤外線受光器２００を用いて、二酸化炭素濃度を測定する場合、光源１００から光を照射し、その光を赤外線受光器２００で受光する構成となる。このとき、光源１００から照射された光のうち、波長が４．２μｍの光は、二酸化炭素に吸収されて減衰するので、この減衰量を測定すれば、二酸化炭素濃度を算出することができる。
【００２６】
具体的には、光源１００からの光は、図２に示す入射口３からカバー４を介して入射し、次に、フィルタ５を３μｍ〜５μｍの光だけが透過し、それぞれフィルタ６、７へと進むことになる。このとき、フィルタ６は、比較値をとるために、３．９μｍの光を透過させるものとなっている。３．９μｍの光は二酸化炭素に吸収されないので、比較の基準となる。これに対して、フィルタ７は、４．２μｍの光を透過させるもので、二酸化炭素に吸収された後に４．２μｍの光がどの程度存在するかが検出されることになる。そして、上記フィルタ６を通過した光は、上面電極１０に到達し、それにより、上面電極１０と下面電極１２との間で発生する焦電電流が内部回路で電圧変換されて基準電圧となる。また、フィルタ７を通過した光は、上面電極１１に到達し、それにより、上面電極１１と下面電極１３との間で発生する焦電電流が内部回路で電圧変換されて比較電圧となる。そして、これらの基準電圧と比較電圧を比較することで、二酸化炭素の濃度が算出されることになる。
【００２７】
以上の構成において、特徴的なのは、凹部１４、１５の外周部分は、下方から上方に向けて、外方に向けて広がる傾斜面１４ａ、１５ａとし、前記上面電極１０、１１は、この凹部１４、１５の底面および前記傾斜面１４ａ、１５ａに連続的に形成したので、フィルタ６、７を通過した後に上面電極１０、１１の傾斜面１４ａ、１５ａ部分に到達した光は、上面電極１０、１１の底面の方向へと反射し、その結果として、凹部１４、１５の底面部に設けた上面電極１０、１１へと到達する光の量が増加することとなり、これにより、検出感度をさらに高めることができる。また、フィルタ６、７を通過した後に上面電極１０、１１の傾斜面１４ａ、１５ａ部分に到達した光は、角度によっては上方のフィルタ６、７へと反射し、次に、このフィルタ６、７で下方へと反射し、その結果として、凹部１４、１５の底面部に設けた上面電極１０、１１へと到達する光の量が増加することとなり、これにより、検出感度をさらに高めることができる。
【００２８】
さらに、本実施形態においては、凹部１４、１５の外周部分は、下方から上方に向けて、外方に向けて広がる傾斜面１４ａ、１５ａとし、前記上面電極１０、１１は、この凹部１４、１５の底面および前記傾斜面１４ａ、１５ａに連続的に形成したので、凹部１４、１５を加工する際に形成される傾斜面１４ａ、１５ａも上面電極１０、１１で覆われることとなる。その結果として、傾斜面１４ａ、１５ａにおける加工痕も上面電極１０、１１で覆われることとなり、これにより、焦電基板９の形状が安定化し、長期間安定したものとすることができる。また、傾斜面１４ａ、１５ａにおける加工痕も上面電極１０、１１で覆われることにより、加工痕に起因するノイズの発生が抑制され、性能が長期間安定したものとすることができる。
【００２９】
なお、図７、図８に示すように、前記受光素子８は、焦電基板９の上面側に設けた、例えばニッケルの上面取り出し電極１６、１７、上面接続電極１８、１９と、前記焦電基板９の下面側に設けた、例えばニッケルの下面取り出し電極２０、２１、下面接続電極２２、２３とを有している。ただし、上面取り出し電極１６と下面取り出し電極２０、上面取り出し電極１７と下面取り出し電極２１、上面接続電極１８と下面接続電極２２、上面接続電極１９と下面接続電極２３、は、それぞれ対向しない位置に形成されている。また、上面電極１０と上面取り出し電極１６は上面接続電極１８で、上面電極１１と上面取り出し電極１７は上面接続電極１９で、下面電極１２と下面取り出し電極２０は下面接続電極２２で、下面電極１３と下面取り出し電極２１は下面接続電極２３で、それぞれ接続され
ており、図１０に示すように、これらの上面取り出し電極１６、１７、上面接続電極１８、１９部分の焦電基板９にも凹部がサンドブラストにより形成されている。これにより、上面電極１０、１１、上面取り出し電極１６、１７、上面接続電極１８、１９が同じ高さに形成されることになり、段切れの防止が期待できる。なお、この上面取り出し電極１６、１７、上面接続電極１８、１９部分の焦電基板９については、図１１、図１２に示すように、凹部が設けられていなくてもよい。
【００３０】
図１３に示すように、上面電極１０、１１は、傾斜面１４ａ、１５ａ上のニッケルの厚みを凹部１４、１５の底面部より厚くしてもよい。これにより、傾斜面１４ａ、１５ａに当たった光がより上面電極１０、１１側へと反射するようになり、赤外光吸収量が増加し、検知感度を向上させることができる。傾斜面１４ａ、１５ａ上の電極厚みを凹部１４、１５の底面部より厚くするにあたっては、上面電極１０、１１を形成したのち、傾斜面１４ａ、１５ａに対応する部分以外にマスクを設け、その状態で例えばニッケル蒸着などによってさらに厚みを増加させればよい。
【００３１】
また、図１４に示すように、上面電極１０、１１の傾斜面１４ａ、１５ａ上の電極部分は、例えば、ニッケルにより凹部１４、１５底面部と傾斜面１４ａ、１５ａを連続的に形成した後に、前記傾斜面１４ａ、１５ａについては、前記ニッケル層の上に、このニッケルよりも反射率の高いアルミニウム層を形成してもよい。つまり、傾斜面１４ａ、１５ａについては、下層と上層の複数層により形成し、このうち、上層は、下層よりも反射率の高い材料によって形成しているのである。これにより、傾斜面１４ａ、１５ａに当たった光が上面電極１０、１１側へとより一層反射するようになり、赤外光吸収量が増加し、検知感度を向上させることができる。
【００３２】
さらに、図１５に示すように、上面電極１０、１１は、例えば，炭素を付着させることで、凹部１４、１５の底面部の黒色処理を行ってもよい。これにより、上面電極１０、１１に直接到達した光、および、傾斜面１４ａ、１５ａで反射して上面電極１０、１１に到達した光の吸収率が上がり、検知感度を向上させることができる。なお、このような凹部１４、１５の底面部の黒色処理は、図１３、図１４に示すものに実行してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明においては、焦電基板の上面部分に凹部を設けるとともに、この凹部の底面部分に上面電極を設けたので、上面電極と下面電極間の距離が小さくなり、熱容量が小さくなり、その結果として、検出感度を高めることができる。
【００３４】
また、本発明においては、凹部の外周部分は、下方から上方に向けて、外方に向けて広がる傾斜面とし、前記上面電極は、この凹部の底面および前記傾斜面に連続的に形成したので、フィルタを通過した後に上面電極の傾斜面部分に到達した光は、上方のフィルタへと反射し、次に、このフィルタで下方へと反射し、その結果として、凹部の底面部に設けた上面電極へと到達する光の量が増加することとなり、これにより、検出感度をさらに高めることができる。
【００３５】
さらに、本発明においては、凹部の外周部分は、下方から上方に向けて、外方に向けて広がる傾斜面とし、前記上面電極は、この凹部の底面および前記傾斜面に連続的に形成したので、凹部を加工する際に形成される傾斜面も上面電極で覆われることとなり、その結果として、傾斜面における加工痕も上面電極で覆われることとなり、これにより、焦電基板の形状が安定化し、長期間安定したものとすることができる。
【００３６】
したがって、例えば、二酸化炭素の濃度を検出する赤外線検出器としての活用が期待される。
【符号の説明】
【００３７】
１  本体ケース
２  上面
３  入射口
４  カバー
５、６、７  フィルタ
８  受光素子
９  焦電基板
１０、１１  上面電極
１２、１３  下面電極
１４、１５  凹部
１４ａ、１５ａ  傾斜面
１６、１７  上面取り出し電極
１８、１９  上面接続電極
２０、２１  下面取り出し電極
２２、２３  下面接続電極
【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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