(57)【要約】【課題】Ｓ／Ｎ比の向上を図ることが可能な赤外線検出器を提供する。【解決手段】赤外線検出器２は、１つの焦電体基板２１に受光用の第１焦電素子２２と温度補償用の第２焦電素子２３とが並んで形成された赤外線検出素子２０ａと、赤外線検出素子２０ａが収納されたパッケージ２９と、を備える。赤外線検出素子２０ａは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３とが逆直列に接続されている。パッケージ２９は、台座２９ａと、キャップ２９ｂと、キャップ２９ｂにおける天板部２９ｂａに形成された窓孔２９ｃと、窓孔２９ｃをキャップ２９ｂの内側から塞ぐように配置され、赤外線を透過可能な窓材２９ｗと、天板部２９ｂａにおける赤外線検出素子２０ａ側の下面２９ｂｄに形成された樹脂層３３と、を備える。樹脂層３３は、下面２９ｂｄのうち窓材２９ｗが重なっていない領域の全域を覆うように形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの焦電体基板に受光用の第１焦電素子と温度補償用の第２焦電素子とが並んで形成された赤外線検出素子と、前記赤外線検出素子が収納されたパッケージと、を備え、
前記第１焦電素子は、前記焦電体基板の表面に形成された第１表面電極と、前記焦電体基板の裏面に形成されて前記第１表面電極に対向した第１裏面電極と、前記焦電体基板において前記第１表面電極と前記第１裏面電極とで挟まれた第１部分と、を備え、
前記第２焦電素子は、前記焦電体基板の前記表面に形成された第２表面電極と、前記焦電体基板の前記裏面に形成されて前記第２表面電極に対向した第２裏面電極と、前記焦電体基板において前記第２表面電極と前記第２裏面電極とで挟まれた第２部分と、を備え、
前記赤外線検出素子は、前記第１焦電素子と前記第２焦電素子とが逆直列もしくは逆並列に接続され、
前記パッケージは、台座と、前記赤外線検出素子を覆うように前記台座に固着されたキャップと、前記キャップにおける天板部に形成された窓孔と、前記窓孔を前記キャップの内側から塞ぐように配置され、赤外線を透過可能な窓材と、前記天板部における前記赤外線検出素子側の下面に形成された樹脂層と、を備え、
前記樹脂層は、前記下面のうち前記窓材が重なっていない領域の全域を覆うように形成されていることを特徴とする赤外線検出器。
【請求項２】
前記パッケージは、前記窓孔の前記赤外線検出素子への垂直投影領域内に前記第１焦電素子が位置し且つ前記垂直投影領域外に前記第２焦電素子が位置するように、前記窓孔が形成されていることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出器。
【請求項３】
前記赤外線検出素子は、前記第１表面電極上に、赤外線を吸収する赤外線吸収層が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の赤外線検出器。
【請求項４】
前記第１表面電極及び前記第２表面電極は、赤外線を反射する赤外線反射層として機能するようにそれぞれのシート抵抗が設定されていることを特徴とする請求項３記載の赤外線検出器。
【請求項５】
前記第１表面電極のシート抵抗と前記第２表面電極のシート抵抗とが同じであることを特徴とする請求項４記載の赤外線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦電効果によって赤外線を検出する焦電型の赤外線検出素子を備えた赤外線検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
赤外線検出器としては、ガス分析計、放射温度計、炎検出器、侵入者警報器等に組み込まれる焦電型赤外線検出器が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１には、図１５に示す構成の焦電型赤外線検出器２００が記載されている。焦電型赤外線検出器２００は、ケース２０１と、赤外線透過窓２０２と、ステム２０３と、回路基板２０４と、焦電部材２０５と、スペーサ２０６と、を備え、焦電部材２０５の上下両面に電極部を形成した二つの電極２０７、２０８が設けられている。
【０００４】
焦電型赤外線検出器２００は、デュアルタイプの焦電型赤外線検出器であり、二つの電極２０７、２０８が互いに逆極性となるように直列に接続されている。
【０００５】
焦電型赤外線検出器２００は、二つの電極２０７、２０８のうち一方の電極２０７のみが赤外線透過窓２０２に臨み、赤外線透過窓２０２を経た赤外光２１３が一方の電極２０７に入射し、他方の電極２０８には赤外光が入射しないように構成されている。以下では、一方の電極２０７を受光用電極２０７と称し、他方の電極２０８を温度補償用電極２０８と称する。
【０００６】
焦電型赤外線検出器２００は、温度補償用電極２０８の厚みを受光用電極２０７の厚みよりも大きくすることにより、温度補償用電極２０８の赤外線領域における光の吸収係数を受光用電極２０７のそれより小さくしてある。例えば、焦電型赤外線検出器２００は、受光用電極２０７の厚みを１００Åとし、温度補償用電極２０８の厚みを１０００Åとしてある。これにより、焦電型赤外線検出器２００は、温度補償用電極２０８の赤外線領域における光の吸収係数が受光用電極２０７のそれに比べて２分の１となる。これにより、焦電型赤外線検出器２００は、仮に、温度補償用電極２０８にクロストークによって赤外光が入射しても、温度補償用電極２０８からは信号がほとんど出力されないから、感度が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３２４７８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
焦電型赤外線検出器２００においては、迷光の影響によりＳ／Ｎ比が低下してしまう懸念がある。
【０００９】
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、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることが可能な赤外線検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の赤外線検出器は、１つの焦電体基板に受光用の第１焦電素子と温度補償用の第２焦電素子とが並んで形成された赤外線検出素子と、前記赤外線検出素子が収納されたパッケージと、を備え、前記第１焦電素子は、前記焦電体基板の表面に形成された第１表面電極と、前記焦電体基板の裏面に形成されて前記第１表面電極に対向した第１裏面電極と、前記焦電体基板において前記第１表面電極と前記第１裏面電極とで挟まれた第１部分と、を備え、前記第２焦電素子は、前記焦電体基板の前記表面に形成された第２表面電極と、前記焦電体基板の前記裏面に形成されて前記第２表面電極に対向した第２裏面電極と、前記焦電体基板において前記第２表面電極と前記第２裏面電極とで挟まれた第２部分と、を備え、前記赤外線検出素子は、前記第１焦電素子と前記第２焦電素子とが逆直列もしくは逆並列に接続され、前記パッケージは、台座と、前記赤外線検出素子を覆うように前記台座に固着されたキャップと、前記キャップにおける天板部に形成された窓孔と、前記窓孔を前記キャップの内側から塞ぐように配置され、赤外線を透過可能な窓材と、前記天板部における前記赤外線検出素子側の下面に形成された樹脂層と、を備え、前記樹脂層は、前記下面のうち前記窓材が重なっていない領域の全域を覆うように形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この赤外線検出器において、前記パッケージは、前記窓孔の前記赤外線検出素子への垂直投影領域内に前記第１焦電素子が位置し且つ前記垂直投影領域外に前記第２焦電素子が位置するように、前記窓孔が形成されているのが好ましい。
【００１２】
この赤外線検出器において、前記赤外線検出素子は、前記第１表面電極上に、赤外線を吸収する赤外線吸収層が形成されているのが好ましい。
【００１３】
この赤外線検出器において、前記第１表面電極及び前記第２表面電極は、赤外線を反射する赤外線反射層として機能するようにそれぞれのシート抵抗が設定されているのが好ましい。
【００１４】
この赤外線検出器において、前記第１表面電極のシート抵抗と前記第２表面電極のシート抵抗とが同じであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の赤外線検出器においては、前記赤外線検出素子の前記第１焦電素子と前記第２焦電素子とが逆直列もしくは逆並列に接続され、前記天板部における前記赤外線検出素子側の下面に形成された樹脂層が、前記天板部の前記下面のうち前記窓材が重なっていない領域の全域を覆っているので、前記パッケージ内に入った赤外線が散乱や反射等されて発生した迷光の一部を前記樹脂層で吸収することが可能となる。これにより、本発明の赤外線検出器は、迷光となった赤外線が前記第２焦電素子に入射するのを抑制することが可能となり、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施形態の赤外線検出器の概略断面図である。
【図２】図２は、実施形態の赤外線検出器の概略分解斜視図である。
【図３】図３は、実施形態の赤外線検出器の概略斜視図である。
【図４】図４（ａ）は、実施形態の赤外線検出器における赤外線検出素子の概略平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＸ−Ｘ概略断面図である。図４（ｃ）は、実施形態の赤外線検出器における赤外線検出素子の概略下面図である。
【図５】図５は、実施形態の赤外線検出器における赤外線検出素子の回路図である。
【図６】図６は、シート抵抗と反射率及び吸収率との関係説明図である。
【図７】図７は、実施形態の赤外線検出器における光学フィルタの概略断面図である。
【図８】図８は、実施形態における赤外線式ガスセンサの概略構成図である。
【図９】図９は、実施形態における赤外線式ガスセンサの要部概略構成図である。
【図１０】図１０（ａ）は、実施形態における赤外線式ガスセンサの赤外線放射素子の概略平面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＸ−Ｘ概略断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、実施形態の赤外線検出器における赤外線検出素子の第１変形例の概略平面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＸ−Ｘ概略断面図である。図１１（ｃ）は、実施形態の赤外線検出器における赤外線検出素子の第１変形例の概略下面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、実施形態の赤外線検出器における赤外線検出素子の第２変形例の概略平面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＸ−Ｘ概略断面図である。図１２（ｃ）は、実施形態の赤外線検出器における赤外線検出素子の第２変形例の概略下面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、実施形態の赤外線検出器における赤外線検出素子の第３変形例の概略平面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＸ−Ｘ概略断面図である。図１３（ｃ）は、実施形態の赤外線検出器における赤外線検出素子の第３変形例の概略下面図である。
【図１４】図１４は、実施形態の赤外線検出器における赤外線検出素子の第３変形例の回路図である。
【図１５】図１５は、従来例の焦電型赤外線検出器の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本実施形態の赤外線検出器２について図１〜７に基づいて説明する。
【００１８】
赤外線検出器２は、１つの焦電体基板２１に受光用の第１焦電素子２２と温度補償用の第２焦電素子２３とが並んで形成された赤外線検出素子２０ａと、赤外線検出素子２０ａが収納されたパッケージ２９と、を備える。第１焦電素子２２は、焦電体基板２１の表面２１ａに形成された第１表面電極２２ａと、焦電体基板２１の裏面２１ｂに形成されて第１表面電極２２ａに対向した第１裏面電極２２ｂと、焦電体基板２１において第１表面電極２２ａと第１裏面電極２２ｂとで挟まれた第１部分２２ｃと、を備える。第２焦電素子２３は、焦電体基板２１の表面２１ａに形成された第２表面電極２３ａと、焦電体基板２１の裏面２１ｂに形成されて第２表面電極２３ａに対向した第２裏面電極２３ｂと、焦電体基板２１において第２表面電極２３ａと第２裏面電極２３ｂとで挟まれた第２部分２３ｃと、を備える。赤外線検出素子２０ａは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３とが逆直列に接続されている。パッケージ２９は、台座２９ａと、赤外線検出素子２０ａを覆うように台座２９ａに固着されたキャップ２９ｂと、を備える。また、パッケージ２９は、キャップ２９ｂにおける天板部２９ｂａに形成された窓孔２９ｃと、窓孔２９ｃをキャップ２９ｂの内側から塞ぐように配置され、赤外線を透過可能な窓材２９ｗと、を備える。また、パッケージ２９は、天板部２９ｂａにおける赤外線検出素子２０ａ側の下面２９ｂｄに形成された樹脂層３３を備える。樹脂層３３は、下面２９ｂｄのうち窓材２９ｗが重なっていない領域の全域を覆うように形成されている。赤外線検出器２は、樹脂層３３が、天板部２９ｂａの下面２９ｂｄのうち窓材２９ｗが重なっていない領域の全域を覆っているので、パッケージ２９内に入った赤外線が散乱や反射等されて発生した迷光の一部を樹脂層３３で吸収することが可能となる。これにより、赤外線検出器２は、迷光となった赤外線が第２焦電素子２３に入射するのを抑制することが可能となり、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることが可能となる。迷光とは、パッケージ２９内に入った赤外線のうちパッケージ２９内での内面反射等によって生じる赤外線（赤外光）であって、第２焦電素子２３に入射するのが望ましくない赤外線を意味する。
【００１９】
赤外線検出器２の各構成要素については、以下に詳細に説明する。
【００２０】
受光用の第１焦電素子２２とは、赤外線検出素子２０ａの検出対象の赤外線を検出するための焦電素子を意味し、赤外線検出素子２０ａの検出対象の赤外線が入射される焦電素子である。温度補償用の第２焦電素子２３とは、赤外線検出素子２０ａの周囲温度の変化による出力信号の変動を少なくするための焦電素子を意味し、理想的には、赤外線検出素子２０ａの検出対象の赤外線が入射されない焦電素子である。言い換えれば、温度補償用の第２焦電素子２３とは、第１焦電素子２２の出力信号から周囲温度に起因した成分を取り除くための焦電素子を意味する。このため、赤外線検出素子２０ａは、検出対象の赤外線が、第１焦電素子２２に入射する一方で、第２焦電素子２３に入射しないようにして使用する。
【００２１】
赤外線検出素子２０ａは、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、焦電体基板２１の表面２１ａに、第１表面電極２２ａ、第２表面電極２３ａにそれぞれ電気的に接続された第１表面配線２４ａ、第２表面配線２５ａが形成されている。また、赤外線検出素子２０ａは、焦電体基板２１の裏面２１ｂに、第１裏面電極２２ｂ、第２裏面電極２３ｂにそれぞれ電気的に接続された第１裏面配線２４ｂ、第２裏面配線２５ｂが形成されている。赤外線検出素子２０ａは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３との組を、２組備えている。図４（ａ）では、焦電体基板２１における左半分側で並んで形成された第１焦電素子２２と第２焦電素子２３とが１つの組をなし、焦電体基板２１における右半分側で並んで形成された第１焦電素子２２と第２焦電素子２３とが１つの組をなしている。赤外線検出素子２０ａは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３との組ごとに、第１表面配線２４ａと第２表面配線２５ａとが電気的に接続されている。これにより、赤外線検出素子２０ａは、組をなす第１焦電素子２２と第２焦電素子２３とが、逆直列に接続されている（図５参照）。逆直列に接続されているとは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３とが、互いに逆極性になるように接続されていることを意味する。
【００２２】
焦電体基板２１は、焦電性を有する基板である。焦電体基板２１は、単結晶のＬｉＴａＯ３基板により構成されている。焦電体基板２１の材料である焦電材料としては、ＬｉＴａＯ３を採用しているが、これに限らず、例えば、ＬｉＮｂＯ3、ＰｂＴｉＯ３、ＰＺＴ（：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ＰＺＴ−ＰＭＮ（：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3−Ｐｂ（Ｍｎ，Ｎｂ）Ｏ3）等を採用してもよい。
【００２３】
焦電体基板２１の自発分極の方向は、この焦電体基板２１の厚み方向に沿った一方向である。図４（ｂ）で見れば、焦電体基板２１の自発分極の方向は、上方向である。
【００２４】
焦電体基板２１は、平面視形状を矩形状としてある。焦電体基板２１の平面視形状は、特に限定するものではない。図５では、上述の焦電体基板２１の自発分極の方向を矢印で示してある。
【００２５】
焦電体基板２１の厚さは、５０μｍに設定してあるが、この値に限定するものではない。焦電体基板２１の厚さは、例えば、薄いほうが赤外線検出素子２０ａの感度を向上させる観点から好ましい。このため、焦電体基板２１の厚さは、３０μｍ〜１５０μｍ程度の範囲で設定するのが好ましい。赤外線検出素子２０ａは、焦電体基板２１の厚さが３０μｍよりも薄いと脆弱性による焦電体基板２１の破損の懸念があり、１５０μｍよりも厚いと赤外線検出素子２０ａの感度が低下してしまう懸念がある。
【００２６】
第１表面電極２２ａ、第１裏面電極２２ｂ、第２表面電極２３ａ及び第２裏面電極２３ｂは、検出対象の赤外線を吸収可能で且つ導電性を有する導電膜により構成されている。導電膜は、Ｎｉ膜により構成されている。導電膜は、Ｎｉ膜に限らず、例えば、ＮｉＣｒ膜や金黒膜等でもよい。導電膜は、膜厚が厚いほうが、電気抵抗が小さくなる一方、膜厚が薄いほうが、赤外線の吸収量を高めることが可能となる。このため、第１焦電素子２２、第２焦電素子２３は、第１表面電極２２ａ、第２表面電極２３ａの厚さを、第１裏面電極２２ｂ、第２裏面電極２３ｂの厚さよりも、それぞれ薄くしてもよい。また、第１焦電素子２２、第２焦電素子２３は、第１表面電極２２ａ、第２表面電極２３ａの厚さと、第１裏面電極２２ｂ、第２裏面電極２３ｂの厚さと、をそれぞれ同じとしてもよい。
【００２７】
赤外線検出素子２０ａは、第１表面電極２２ａの厚さと、第２表面電極２３ａの厚さと、を同じに設定してある。また、赤外線検出素子２０ａは、第１裏面電極２２ｂの厚さと、第２裏面電極２３ｂの厚さと、を同じに設定してある。
【００２８】
第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａの厚さは、３０ｎｍに設定してあるが、この値に限定するものではない。第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａの厚さは、例えば、１００ｎｍ以下が好ましく、４０ｎｍ以下がより好ましい。第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａは、例えば、蒸着法やスパッタ法等により形成することができる。
【００２９】
第１裏面電極２２ｂ及び第２裏面電極２３ｂの厚さは、１００ｎｍに設定してあるが、この値に限定するものではない。第１裏面電極２２ｂ及び第２裏面電極２３ｂの厚さは、４０ｎｍ以上が好ましく、１００ｎｍ以上がより好ましい。第１裏面電極２２ｂ及び第２裏面電極２３ｂは、例えば、蒸着法やスパッタ法等により形成することができる。
【００３０】
赤外線検出素子２０ａは、第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａの厚さと、第１裏面電極２２ｂ及び第２裏面電極２３ｂの厚さと、を同じとする場合、これらの厚さを、例えば、４０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の範囲で設定すればよい。
【００３１】
第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａは、シート抵抗の値によって赤外線吸収率が変化する。第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａの赤外線吸収率は、例えば、２０％〜５０％の範囲で設定するのが好ましい。第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａの赤外線吸収率の理論的な最大値は、５０％である。第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａの赤外線吸収率が５０％となる第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａのシート抵抗は、１８９Ω／□（１８９Ω／sq.）である。つまり、赤外線検出素子２０ａは、第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａのシート抵抗を１８９Ω／□とすれば、第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａの赤外線吸収率を最大とすることが可能となる。赤外線検出素子２０ａは、第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａにおいて例えば４０％以上の赤外線吸収率を確保することが好ましい。このため、赤外線検出素子２０ａは、第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａのシート抵抗を７３〜４９３Ω／□の範囲で設定するのが好ましい。図６は、シート抵抗と、赤外線の反射率、吸収率それぞれとの関係を模式的に示している。図６は、横軸がシート抵抗、縦軸が反射率、吸収率それぞれの比率である。
【００３２】
第１焦電素子２２及び第２焦電素子２３の平面視形状は、長方形状としてある。赤外線検出素子２０ａは、第１焦電素子２２の平面サイズと第２焦電素子２３の平面サイズと、を同じに設定してあるのが好ましい。要するに、赤外線検出素子２０ａは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３と、を同じ構成としてあるのが好ましい。第１焦電素子２２及び第２焦電素子２３の平面視形状は、長方形状に限らず、例えば、正方形状や、円形状、半円形状、楕円形状、半楕円形状、矩形以外の多角形状等でもよい。また、赤外線検出素子２０ａは、第１焦電素子２２の平面視形状と第２焦電素子２３の平面視形状とが異なる場合、平面視における面積が同じであるのが好ましい。
【００３３】
第１焦電素子２２は、第１表面電極２２ａと、第１裏面電極２２ｂと、が同じ形状であり、第１裏面電極２２ｂが、第１表面電極２２ａの垂直投影領域に一致するように配置されているのが好ましい。第１表面電極２２ａの垂直投影領域とは、第１表面電極２２ａの厚さ方向への投影領域を意味する。このため、第１焦電素子２２の平面視形状は、第１表面電極２２ａの平面視形状により決まる。要するに、第１焦電素子２２の平面視形状は、第１表面電極２２ａの平面視形状と同じである。第１焦電素子２２は、第１表面電極２２ａと第１裏面電極２２ｂと、で大きさが異なってもよい。
【００３４】
第２焦電素子２３は、第２表面電極２３ａと、第２裏面電極２３ｂと、が同じ形状であり、第２裏面電極２３ｂが、第２表面電極２３ａの垂直投影領域に一致するように配置されているのが好ましい。第２表面電極２３ａの垂直投影領域とは、第２表面電極２３ａの厚さ方向への投影領域を意味する。このため、第２焦電素子２３の平面視形状は、第２表面電極２３ａの平面視形状により決まる。要するに、第２焦電素子２３の平面視形状は、第２表面電極２３ａの平面視形状と同じである。第２焦電素子２３は、第２表面電極２３ａと第２裏面電極２３ｂと、で大きさが異なってもよい。
【００３５】
第１焦電素子２２及び第２焦電素子２３は、それぞれ、赤外線を受光して光電変換した出力信号を発生することができる。
【００３６】
第１表面配線２４ａ及び第２表面配線２５ａは、材料、厚さそれぞれを第１表面電極２２２ａ及び第２表面電極２３ａと同じとしてあるのが好ましい。これにより、赤外線検出素子２０ａの形成にあたっては、第１表面配線２４ａ及び第２表面配線２５ａを、第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａと同時に形成することが可能となる。また、赤外線検出素子２０ａは、第１表面配線２４ａと第１表面電極２２ａとを連続膜として形成でき、且つ、第２表面配線２５ａと第２表面電極２３ａとを連続膜として形成できる。
【００３７】
第１裏面配線２４ｂ及び第２裏面配線２５ｂは、材料、厚さそれぞれを第１裏面電極２２２ｂ及び第２裏面電極２３ｂと同じとしてあるのが好ましい。これにより、赤外線検出素子２０ａの形成にあたっては、第２裏面配線２４ｂ及び第２裏面配線２５ａを、第２裏面電極２２ｂ及び第２裏面電極２３ｂと同時に形成することが可能となる。また、赤外線検出素子２０ａは、第１裏面配線２４ｂと第２裏面電極２２ｂとを連続膜として形成でき、且つ、第２裏面配線２５ｂと第２裏面電極２３ｂとを連続膜として形成できる。
【００３８】
赤外線検出素子２０ａは、第１裏面配線２４ｂにおける第２裏面電極２２ｂ側とは反対側の端部が、出力用の端子部２４ｂｂを構成している。また、赤外線検出素子２０ａは、第２裏面配線２５ｂにおける第２裏面電極２３ｂ側とは反対側の端部が、出力用の端子部２５ｂｂを構成している。要するに、赤外線検出素子２０ａは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３との組ごとに、端子部２４ｂｂと、端子部２５ｂｂと、を備えており、端子部２４ｂｂが一方の出力端子２８ｃを構成し、端子部２５ｂｂが他方の出力端子２８ｄを構成している。
【００３９】
赤外線検出素子２０ａは、２つのチャネル（channel）をもつ構成であり、各チャネルが、第１焦電素子２２、第２焦電素子２３、第１表面配線２４ａ、第１裏面配線２４ｂ、第２表面配線２５ａ及び第２裏面配線２５ｂを備える検出エレメントＤＥ、ＤＥにより構成されている。以下では、説明の便宜上、図４（ａ）における左側の検出エレメントＤＥを、第１検出エレメントＤＥ１と称し。図４（ａ）における右側の検出エレメントＤＥを、第２検出エレメントＤＥ２と称する。よって、第１検出エレメントＤＥ１及び第２検出エレメントＤＥ２は、受光用の第１焦電素子２２と温度補償用の第２焦電素子２３との組を備えている。以下では、説明の便宜上、第１検出エレメントＤＥ１の第１焦電素子２２、第２焦電素子２３を、それぞれ、第１受光素子２２1、第１温度補償素子２３1と称し、第２検出エレメントＤＥ２の第１焦電素子２２、第２焦電素子２３を、それぞれ、第２受光素子２２2、第２温度補償素子２３2と称することもある。
【００４０】
赤外線検出器２は、赤外線検出素子２０ａの検出対象の波長領域の赤外線を透過させる光学フィルタ３１、３２を備えている。光学フィルタ３１、３２は、赤外線検出素子２０ａの前方に配置されている。また、赤外線検出器２は、赤外線検出素子２０ｄの出力信号を信号処理するＩＣ素子４１、４２を備えている。また、赤外線検出器２は、赤外線検出素子２０ａ及びＩＣ素子４１、４２が実装された基板４３を備えている。赤外線検出器２は、パッケージ２９内に、赤外線検出素子２０ａ、光学フィルタ３１、３２、ＩＣ素子４１、４２及び基板４３が収納されている。
【００４１】
また、赤外線検出器２は、２つの光学フィルタ３１、３２のうち、一方の光学フィルタ３１が、第１受光素子２２1の前方に配置され、他方の光学フィルタ３２が、第２受光素子２２2の前方に配置されている。
【００４２】
赤外線検出器２は、光学フィルタ３１、３２がパッケージ２９内に収納されていることで、光学フィルタ３１、３２が外気に曝されるのを抑制することが可能となり、フィルタ特性の経時変化を抑制することが可能となる。以下では、説明の便宜上、光学フィルタ３１を第１光学フィルタ３１と称し、光学フィルタ３２を第２光学フィルタ３２と称することもある。
【００４３】
第１光学フィルタ３１及び第２光学フィルタ３２は、赤外線検出器２の用途に必要とされる光学特性を有するようにフィルタ特性を設計すればよい。
【００４４】
第１光学フィルタ３１は、例えば、図７に示すように、基板３１ｓと、第１フィルタ部３１ａと、第２フィルタ部３１ｂと、を備えている。また、第２光学フィルタ３２は、例えば、図７に示すように、基板３２ｓと、第３フィルタ部３２ａと、第４フィルタ部３２ｂと、を備えている。基板３１ｓ、３２ｓは、赤外線を透過可能なものである。基板３１ｓ、３２ｓとしては、例えば、シリコン基板、ゲルマニウム基板、サファイア基板、酸化マグネシウム基板等を採用することができる。赤外線検出器２は、第２フィルタ部３１ｂと第４フィルタ部３２ｂとを同じ構成とすることができる。これにより、赤外線検出器２は、第２フィルタ部３１ｂの分光特性と第４フィルタ部３２ｂの分光特性とを略同じとすることが可能となる。
【００４５】
第１フィルタ部３１ａは、例えば、λ／４多層膜３４と、波長選択層３５と、λ／４多層膜３６とで構成されるバンドパスフィルタとすることができる。λ／４多層膜３４は、屈折率が異なり且つ光学膜厚が等しい２種類の薄膜３１ａａ、３１ａｂが交互に積層された多層膜である。光学膜厚は、設計波長λの１／４に設定されている。λ／４多層膜３６は、２種類の薄膜３１ａａ、３１ａｂが交互に積層された多層膜である。波長選択層３５は、λ／４多層膜３４とλ／４多層膜３６との間に介在する。波長選択層３５は、選択波長に応じて光学膜厚を各薄膜３１ａａ、３１ａｂの光学膜厚とは異ならせてある。λ／４多層膜３４及びλ／４多層膜３６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。薄膜の材料としては、例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯｘ、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＮｘ等を採用することができる。ＳｉＯｘは、ＳｉＯやＳｉＯ２である。ＳｉＮｘ等は、ＳｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４等である。
【００４６】
第３フィルタ部３２ａは、例えば、λ／４多層膜３７と、波長選択層３８と、λ／４多層膜３９とで構成されるバンドパスフィルタとすることができる。λ／４多層膜３７は、屈折率が異なり且つ光学膜厚が等しい２種類の薄膜３２ａａ、３２ａｂが交互に積層された多層膜である。λ／４多層膜３９は、２種類の薄膜３２ａａ、３２ａｂが交互に積層された多層膜である。波長選択層３８は、λ／４多層膜３７とλ／４多層膜３９との間に介在する。波長選択層３８は、選択波長に応じて光学膜厚を各薄膜３２ａａ、３２ａｂの光学膜厚とは異ならせてある。λ／４多層膜３７及びλ／４多層膜３９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。薄膜の材料としては、例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯｘ、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＮｘ等を採用することができる。
【００４７】
第１フィルタ部３１ａの薄膜３１ａａ、３１ａｂと第３フィルタ部３２ａの薄膜３２ａａ、３２ａｂとはそれぞれ同じ材料を採用することができる。
【００４８】
第１フィルタ部３１ａ、第３フィルタ部３２ａは、屈折率周期構造の中に光学膜厚の異なる波長選択層３５、３８を設けて屈折率周期構造に局所的な乱れを導入することにより、反射帯域の中に反射帯域幅に比べてスペクトル幅の狭い透過帯域を局在させることができる。第１フィルタ部３１ａ、第３フィルタ部３２ａは、波長選択層３５、３８の光学膜厚を適宜変化させることによって、透過波長域の透過ピーク波長を変化させることができる。
【００４９】
第１フィルタ部３１ａの選択波長は、第１フィルタ部３１ａの透過波長域の中心波長λ１である。また、第３フィルタ部３２ａの選択波長は、第３フィルタ部３２ａの透過波長域の中心波長λ２である。
【００５０】
第２フィルタ部３１ｂは、屈折率が異なり且つ光学膜厚が等しい２種類の薄膜３１ｂａ、３１ｂｂが交互に積層された多層膜である。第２フィルタ部３１ｂは、相対的に屈折率の高い薄膜の材料として、例えば、Ｇｅ、Ｓｉ等を採用することができ、相対的に屈折率の低い薄膜の材料として、例えば、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯｘ、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＮｘ等を採用することができる。ＳｉＯｘは、ＳｉＯやＳｉＯ２である。ＳｉＮｘ等は、ＳｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４等である。
【００５１】
第４フィルタ部３２ｂは、屈折率が異なり且つ光学膜厚が等しい２種類の薄膜３２ｂａ、３２ｂｂが交互に積層された多層膜である。第４フィルタ部３２ｂは、相対的に屈折率の高い薄膜の材料として、例えば、Ｇｅ、Ｓｉ等を採用することができ、相対的に屈折率の低い薄膜の材料として、例えば、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯｘ、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＮｘ等を採用することができる。
【００５２】
赤外線検出器２は、後述の赤外線式ガスセンサ１００（図８参照）に適用することを想定している。赤外線式ガスセンサ１００は、検知対象のガスの種類によって赤外線の吸収波長が異なるので、ガスの識別性を高めることが可能となる。吸収波長は、例えば、メタン（ＣＨ４）が３．３μｍ、二酸化炭素（ＣＯ２）が４．３μｍ、一酸化炭素（ＣＯ）が４．７μｍ、一酸化窒素（ＮＯ）が５．３μｍである。
【００５３】
赤外線検出器２は、赤外線式ガスセンサ（以下、「ガスセンサ」という。）１００に適用する場合、例えば、第１フィルタ部３１ａの中心波長λ１を検知対象のガスの吸収波長に設定し、第３フィルタ部３２ａの中心波長λ２を参照波長に設定すればよい。参照波長とは、検知対象のガス及び他のガスでの吸収のない波長を意味する。検知対象のガスとして、ＣＯ２を想定している場合、他のガスとしては、例えば、Ｈ２Ｏ、ＣＨ４、ＣＯ、ＮＯ等が挙げられる。
【００５４】
第１フィルタ部３１ａ及び第３フィルタ部３２ａとしては、透過スペクトルの半値全幅が狭いバンドパスフィルタが好ましい。また、赤外線検出器２は、第１フィルタ部３１ａの中心波長λ１と第２フィルタ部３２ａの中心波長λ２との差が小さい方が好ましい。これにより、赤外線検出器２は、検知対象のガスが存在しないときの第１フィルタ部３１ａを透過する赤外線の光量と第３フィルタ部３２ａを透過する赤外線の光量との差を少なくすることが可能となる。赤外線検出器２は、ガスセンサ１００の検知対象のガスが例えばＣＯ２の場合、第１フィルタ部３１ａの中心波長λ１を４．３μｍに設定し、第３フィルタ部３２ａの中心波長λ２を例えば３．９μｍに設定することができる。
【００５５】
赤外線検出器２は、第１光学フィルタ３１と第２光学フィルタ３２とが、１チップ化されているが、別体に形成されたものでもよい。
【００５６】
ＩＣ素子４１、４２の各々は、例えば、電流電圧変換回路（図示せず）と、増幅回路（図示せず）と、を備えた構成とすることができる。電流電圧変換回路は、赤外線検出素子２０ａの出力信号である電流信号を電流−電圧変換して出力する回路である。増幅回路は、電流電圧変換回路の出力信号を増幅する回路である。赤外線検出素子２０ａの出力信号とは、検出エレメントＤＥの出力信号である。したがって、電流電圧変換回路は、この電流電圧変換回路の入力側に接続されている検出エレメントＤＥの出力信号である電流信号を電流−電圧変換する。赤外線検出器２は、ＩＣ素子４１の回路構成とＩＣ素子４２の回路構成とが、同じであるのが好ましい。
【００５７】
基板４３は、例えば、ＭＩＤ（Molded Interconnect Devices）基板により構成することができる。ＭＩＤ基板は、樹脂成形品により形成された絶縁性基材４３ａに、２つ１組のリード端子４３ｊ、４３ｋの組が、２組、形成されている。絶縁性基材４３ａは、電気絶縁性を有する。なお、基板４３は、ＭＩＤ基板に限らず、部品内蔵基板、セラミック基板、プリント基板等により構成することができる。
【００５８】
赤外線検出器２は、第１検出エレメントＤＥ１の出力端子２８ｃ、２８ｄと、図２における左側のリード端子４３ｊ、４３ｋと、が導電性接着剤によりそれぞれ接合され電気的に接続されている。また、赤外線検出器２は、第２検出エレメントＤＥ２の出力端子２８ｃ、２８ｄと、図２における右側のリード端子４３ｊ、４３ｋと、が導電性接着剤によりそれぞれ接合され電気的に接続されている。導電性接着剤は、例えば、Ａｇ粉末又はＡｕ粉末を含んだエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂の接着剤を採用することができる。導電性接着剤としては、例えば、導電ペーストを用いることができる。導電ペーストは、例えば、銀ペースト、金ペースト、銅ペースト等を採用することができる。導電性接着剤としては、有機樹脂系の導電性接着剤を採用するのが好ましい。これにより、赤外線検出器２は、基板４３から赤外線検出素子２０ａへの熱伝導を抑制することが可能となる。
【００５９】
絶縁性基材４３ａは、赤外線検出素子２０ａを位置決めする２つの突起４３ｃが形成されている。各突起４３ｃは、絶縁性基材４３ａにおける赤外線検出素子２０ａの搭載予定領域の外側に形成されている。各突起４３ｃの各々は、組をなすリード端子４３ｊとリード端子４３ｋとの間で、リード端子４３ｊ、４３ｋよりも突出するように形成されている。
【００６０】
赤外線検出器２は、赤外線検出素子２０ａを２つの突起４３ｃにより位置決めでき、赤外線検出素子２０ａの位置精度を高めることが可能となる。これにより、赤外線検出器２は、赤外線検出素子２０ａの位置精度に起因する冗長設計が不要となり、小型化及び感度の向上を図ることが可能となる。
【００６１】
絶縁性基材４３ａは、各第１焦電素子２２及び各第２焦電素子２３の垂直投影領域を含む大きさの穴４３ｂが形成されているのが好ましい。穴４３ｂは、各第１焦電素子２２及び各第２焦電素子２３と絶縁性基材４３ａとの間の熱絶縁性を高める目的で、熱絶縁用の穴として形成されている。これにより、赤外線検出器２は、各第１焦電素子２２及び各第２焦電素子２３それぞれの感度の向上を図ることが可能となる。穴４３ｂは、各第１焦電素子２２及び各第２焦電素子２３それぞれに対して１つずつ形成してもよい。
【００６２】
また、赤外線検出器２は、第１光学フィルタ３１及び第２光学フィルタ３２を位置決めする２つ位置決め部４３ｄが形成されている。これにより、赤外線検出器２は、基板４３において光学フィルタ３１、３２を位置決めすることが可能となる。よって、赤外線検出器２は、光学フィルタ３１、３２と第１受光素子２２1、第２受光素子２２2との相対的な位置精度を高めることが可能となり、高感度化を図ることが可能となる。
【００６３】
位置決め部４３ｄは、平面視で光学フィルタ３１、３２の並ぶ方向における光学フィルタ３１、３２の位置を規定する壁部４３ｅと、光学フィルタ３１、３２を支持する支持部４３ｆと、を備えることが好ましい。
【００６４】
光学フィルタ３１、３２は、例えば、壁部４３ｅ、４３ｅに対して接着剤により固定することが好ましい。これにより、赤外線検出器２は、光学フィルタ３１、３２を支持部４３ｆ、４３ｆに対して接着剤により固定する場合に比べて、赤外線検出素子２０ａと光学フィルタ３１、３２との距離の精度を高めることが可能となる。赤外線検出器２は、赤外線検出素子２０ａの厚み方向において光学フィルタ３１、３２と赤外線検出素子２０ａとの間に間隙が形成されている。これにより、赤外線検出器２は、光学フィルタ３１、３２と赤外線検出素子２０ａとを熱絶縁することが可能となり、赤外線検出素子２０ａの高感度化を図ることが可能となる。赤外線検出器２は、例えば、支持部４３ｆの突出寸法を赤外線検出素子２０ａの厚み寸法よりも大きくすることで、光学フィルタ３１、３２と赤外線検出素子２０ａとの間に間隙が形成される。
【００６５】
赤外線検出器２は、基板４３の厚み方向の一面側に赤外線検出素子２０ａが配置され、基板４３の厚み方向の他面側にＩＣ素子４１、４２が配置されているのが好ましい。これにより、赤外線検出器２は、基板４３の厚み方向の一面側において赤外線検出素子２０ａの側方にＩＣ素子４１、４２が配置されている場合に比べて、小型化を図ることが可能となる。また、赤外線検出器２は、ＩＣ素子４１、４２それぞれで発生した熱が赤外線検出素子２０ａへ伝熱されることを、より抑制することが可能となる。
【００６６】
ＩＣ素子４１、４２の各々は、ベアチップであり、基板４３の他面側に設けた凹部４３ｙの内底面に、ダイボンド材により固定されている。ダイボンド材としては、例えば、エポキシ樹脂を用いることができる。なお、基板４３には、ＩＣ素子４１、４２が電気的に接続される複数の導体部がパターン形成されている。ＩＣ素子４１、４２は、封止材料（例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等）により形成された封止部（図示せず）で覆われているのが好ましい。
【００６７】
パッケージ２９は、上述のように、台座２９ａと、キャップ２９ｂと、窓孔２９ｃと、窓材２９ｗと、樹脂層３３と、を備えている。
【００６８】
台座２９ａは、金属製である。台座２９ａは、円板状に形成されている。キャップ２９ｂは、金属製である。キャップ２９ｂは、円筒状の部位の一端側に、円板状の天板部２９ｂａが形成されている。キャップ２９ｂは、天板部２９ｂａの中央部に窓孔２９ｃが形成されている。
【００６９】
パッケージ２９は、４本のリードピン２９ｄを備えている。４本のリードピン２９ｄはは、台座２９ａに保持されている。４本のリードピン２９ｄは、台座２９ａに対して、台座２９ａの厚み方向に貫通して設けられている。各リードピン２９ｄは、基板４３に結合されている。４本のリードピン２９ｄは、給電用、グラウンド用、ＩＣ素子４１の出力信号の取り出し用、及びＩＣ素子４２の出力信号の取り出し用それぞれに、１本ずつ利用される。グラウンド用のリードピン２９ｄは、台座２９ａに対して導電性の封止材で固定されており、台座２９ａと電気的に接続されている。それ以外のリードピン２９ｄは、台座２９ａに対して電気絶縁性の封止材（ガラス）で固定されており、台座２９ａと電気的に絶縁されている。なお、赤外線検出器２は、基板４３に、グラウンド用のリードピン２９ｄが電気的に接続されるシールド板やシールド層を設けてもよい。
【００７０】
台座２９ａは、平面視形状が円形状であるが、これに限らず、例えば、多角形状でもよい。また、キャップ２９ｂの形状は、台座２９ａの形状に応じて適宜変更すればよい。例えば、台座２９ａの平面視形状が矩形状の場合、キャップ２９ｂの平面視形状は、円形状でもよいし、矩形状でもよい。
【００７１】
窓孔２９ｃは、第１受光素子２２1と第２受光素子２２2とを併せたサイズよりもやや大きな開口サイズとしてある。窓孔２９ｃの開口形状は、矩形状であるが、これに限らず、例えば、円形状や矩形以外の多角形状等でもよい。
【００７２】
窓孔２９ｃを塞ぐ窓材２９ｗは、赤外線を透過する機能を備えている。窓材２９ｗは、平板状のシリコン基板により構成してある。窓材２９ｗは、窓孔２９ｃの開口サイズよりもやや大きな矩形板状に形成されている。窓材２９ｗは、導電性材料（例えば、半田、導電性接着剤等）によりキャップ２９ｂに接合されているのが好ましい。これにより、赤外線検出器２は、窓材２９ｗをキャップ２９ｂと略同電位とすることが可能となり、外来の電磁ノイズの影響を受けにくくなるという利点がある。窓材２９ｗは、シリコン基板に限らず、例えば、ゲルマニウム基板や硫化亜鉛基板等でもよいが、シリコン基板を用いたほうが低コスト化の点で有利である。
【００７３】
パッケージ２９は、窓孔２９ｃの赤外線検出素子２ｄへの垂直投影領域内に第１焦電素子２２、２２が位置し且つ垂直投影領域外に第２焦電素子２３、２３が位置するように、窓孔２９ｃが形成されているのが好ましい。これにより、赤外線検出器２は、パッケージ２９により、第２焦電素子２３、２３への検出対象の赤外線の入射を抑制することが可能となり、部品点数の削減による低コスト化を図ることが可能となる。
【００７４】
樹脂層３３の材料は、例えば、エポキシ樹脂等を採用することができる。樹脂層３３は、キャップ２９ｂと窓材２９ｗとを接合している接合部を、補強するように形成してある。赤外線検出器２は、キャップ２９ｂと窓材２９ｗとを接合するように形成してもよい。
【００７５】
赤外線検出器２は、樹脂層３３が、天板部２９ｂａの下面２９ｂｄのうち窓材２９ｗが重なっていない領域の全域を覆っているので、パッケージ２９内に入った赤外線が散乱や反射等されて発生した迷光の一部を樹脂層３３で吸収することが可能となる。これにより、赤外線検出器２は、迷光となった赤外線が第２焦電素子２３、２３に入射するのを抑制することが可能となり、検出エレメントＤＥ１、ＤＥ２それぞれの出力信号のＳ／Ｎ比の向上を図ることが可能となる。よって、赤外線検出器２は、ＩＣ素子４１、４２それぞれの出力信号のＳ／Ｎ比の向上を図ることが可能となる。
【００７６】
以下では、赤外線検出器２を備えたガスセンサ１００について図８〜１０に基づいて説明する。
【００７７】
ガスセンサ１００は、検知対象のガスの種類によって赤外線の吸収波長が異なることを利用して、ガスを検知するので、ガスの識別性を高めることが可能となる。
【００７８】
ガスセンサ１００は、赤外光源１と、赤外線検出器２と、赤外光源１と赤外線検出器２との間に配置され検知対象ガスの出入りが可能な試料セル６（図９参照）と、を備える。また、ガスセンサ１００は、赤外光源１に間欠的に通電する駆動回路５と、駆動回路５を制御する制御部５１と、ＩＣ素子４１、４２の出力信号を信号処理して検知対象のガスの濃度を求める信号処理回路４と、を備える。ガスセンサ１００は、赤外線検出器２を備え、赤外線検出器２が赤外線検出素子２０ａを備えているので、高精度化を図ることが可能となる。
【００７９】
光学フィルタ３１は、測定対象のガスの吸収波長の赤外線を透過するように第１透過波長域が設定されている。第１透過波長域は、上述の第１フィルタ部３１ａ（図７参照）の透過波長域である。
【００８０】
赤外線検出器２における光学フィルタ３２は、測定対象のガスに吸収されない参照波長の赤外線を透過し第１透過波長域に重複しない第２透過波長域が設定されている。第２透過波長域は、上述の第３フィルタ部３２ａ（図７参照）の透過波長域である。
【００８１】
信号処理回路４は、ＩＣ素子４１の出力信号とＩＣ素子４２の出力信号との比に基づいて検知対象のガスの濃度を求め、この濃度に相当する出力信号を発生するように構成されている。ＩＣ素子４１の出力信号は、第１検出エレメントＤＥ１の出力信号を電流電圧変換回路で電流−電圧変換してから、増幅回路で増幅して出力されるアナログの電圧信号である。ＩＣ素子４２の出力信号は、第２検出エレメントＤＥ２の出力信号を電流電圧変換回路で電流−電圧変換してから、増幅回路で増幅して出力されるアナログの電圧信号である。信号処理回路４は、ＩＣ素子４１の出力信号とＩＣ素子４２の出力信号との差分に基づいて検知対象のガスの濃度を求める、この濃度に相当する出力を発生するようにしてもよい。
【００８２】
ガスセンサ１００の各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。
【００８３】
赤外光源１は、熱放射により赤外線を放射するように構成されている。赤外光源１は、熱放射により赤外線を放射するように構成されているから、赤外発光ダイオードに比べて広い波長域の赤外線を放射することができる。赤外光源１は、第１透過波長域の中心波長及び第２透過波長域の中心波長を含む広帯域の赤外線を放射することができる。要するに、赤外光源１は、光学フィルタ３１の第１透過波長域と光学フィルタ３２の第２透過波長域とを包含する波長域の赤外線を放射することができる。
【００８４】
赤外光源１は、熱放射により赤外線を放射する赤外線放射素子１０と、赤外線放射素子１０を収納したパッケージ１９と、を備えている。なお、図９中の矢印付きの線は、ガスセンサ１００において赤外光源１から放射された赤外線の進行経路を模式的に示したものである。
【００８５】
赤外線放射素子１０は、図１０に示すように、半導体基板１１と、半導体基板１１の一面１１１側に形成された薄膜部１２と、半導体基板１１に形成され薄膜部１２における半導体基板１１側の第１面１２１の一部を露出させる開口部１１ａと、を備える。また、赤外線放射素子１０は、薄膜部１２の第２面１２２に形成され、通電されることによる熱放射により赤外線を放射する赤外線放射層１３を備える。赤外線放射層１３は、駆動回路５から通電されることによって、熱放射により赤外線を放射する。赤外光源１は、熱放射により赤外線を放射するものであるから、赤外発光ダイオードに比べて広い波長域の赤外線を放射することができる。
【００８６】
赤外線放射素子１０は、保護層１４と、赤外線放射層１３に電気的に接続された複数の端子部１６と、を備えている。保護層１４は、薄膜部１２の第２面１２２側で赤外線放射層１３を覆うように形成されている。保護層１４は、赤外線放射層１３から放射される赤外線を透過可能な材料により形成されている。赤外線放射層１３と各端子部１６とは、配線１５を介して電気的に接続されている。
【００８７】
赤外線放射素子１０は、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）の製造技術等を利用して製造することができる。
【００８８】
赤外線放射素子１０は、赤外線放射層１３への通電により赤外線放射層１３が発熱し、赤外線放射層１３から熱放射により赤外線が放射される。赤外線放射素子１０の赤外線放射層１３は、赤外光源１における発熱体を構成している。
【００８９】
半導体基板１１としては、単結晶のシリコン基板を採用している。半導体基板１１は、単結晶のシリコン基板に限らず、例えば、多結晶のシリコン基板等を採用することができる。
【００９０】
薄膜部１２は、例えば、半導体基板１１側のシリコン酸化膜１２ａと、シリコン酸化膜１２ａにおける半導体基板１１側とは反対側に積層されたシリコン窒化膜１２ｂとの積層膜により構成することができる。薄膜部１２は、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜の単層構造でもよい。
【００９１】
赤外線放射層１３の材料は、窒化タンタルを採用している。つまり、赤外線放射層１３は、窒化タンタル層により構成されている。赤外線放射層１３の材料は、窒化タンタルに限らず、例えば、窒化チタン、ニッケルクロム、タングステン、チタン、トリウム、白金、ジルコニウム、クロム、バナジウム、ロジウム、ハフニウム、ルテニウム、ボロン、イリジウム、ニオブ、モリブデン、タンタル、オスミウム、レニウム、ニッケル、ホルミウム、コバルト、エルビウム、イットリウム、鉄、スカンジウム、ツリウム、パラジウム、ルテチウムを採用してもよい。また、赤外線放射層１３の材料は、導電性ポリシリコンを採用してもよい。つまり、赤外線放射層１３は、導電性ポリシリコン層により構成してもよい。赤外線放射層１３について、高温で化学的に安定であり、且つ、シート抵抗の設計容易性という観点からは、窒化タンタル層、窒化チタン層、導電性ポリシリコン層等を採用することが好ましい。窒化タンタル層及び窒化チタン層の各々は、その組成を変えることにより、シート抵抗を変えることが可能である。導電性ポリシリコン層は、不純物濃度を変えることにより、シート抵抗を変えることが可能である。
【００９２】
開口部１１ａは、半導体基板１１の厚み方向に貫通した孔により形成されているが、これに限らず、半導体基板１１の一面１１１に形成された穴により形成されていてもよい。
【００９３】
保護層１４は、シリコン窒化膜により構成してある。保護層１４は、シリコン窒化膜に限らず、例えば、シリコン酸化膜により構成してもよいし、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層構造を有していてもよい。保護層１４は、耐湿性等の信頼性を確保するためのパッシベーション膜である。保護層１４は、赤外線放射層１３への通電時に赤外線放射層１３から放射される所望の波長域の赤外線に対する透過率が高いほうが好ましいが、透過率が１００％であることを必須とするものではない。
【００９４】
赤外線放射層１３の厚さは、赤外線放射層１３の低熱容量化を図るという観点から０．２μｍ以下とするのが好ましい。
【００９５】
薄膜部１２の厚さと赤外線放射層１３の厚さと保護層１４の厚さとの合計厚さは、薄膜部１２と赤外線放射層１３と保護層１４との積層構造の低熱容量化を図るという観点から、例えば、０．１μｍ〜１μｍ程度の範囲で設定することが好ましく、０．７μｍ以下とするのがより好ましい。
【００９６】
配線１５の材料としては、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｓｉ）を採用している。配線１５の材料は、特に限定するものではなく、例えば、金、銅等を採用してもよい。また、配線１５は、赤外線放射層１３と接する部分が赤外線放射層１３とオーミック接触が可能な材料により形成されていればよく、単層構造に限らず、多層構造でもよい。例えば、配線１５は、その厚さ方向において、赤外線放射層１３側から順に、第１層、第２層、第３層が積層された３層構造として、赤外線放射層１３に接する第１層の材料を高融点金属（例えば、クロム等）とし、第２層の材料をニッケルとし、第３層の材料を金としてもよい。
【００９７】
端子部１６は、パッド電極を構成している。端子部１６の材料としては、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｓｉ）を採用している。端子部１６の材料は、配線１５と同じ材料を採用しているが、端子部１６の材料と異なる材料でもよい。
【００９８】
ガスセンサ１００は、駆動回路５から赤外線放射素子１０の一対の端子部１６間に与える入力電力を調整することにより、赤外線放射層１３に発生するジュール熱を変化させることができ、赤外線放射層１３の温度を変化させることができる。よって、赤外線放射素子１０は、赤外線放射層１３の温度を変化させることで赤外線放射層１３から放射される赤外線のピーク波長を変化させることができる。
【００９９】
パッケージ１９は、赤外線放射素子１０が実装される台座１９ａと、赤外線放射素子１０を覆うように台座１９ａに固着されるキャップ１９ｂと、を備える。パッケージ１９は、キャップ１９ｂにおける赤外線放射素子１０の前方に形成された窓孔１９ｒと、窓孔１９ｒを塞ぐように配置され、赤外線を透過可能な窓材１９ｗと、を備える。
【０１００】
台座１９ａは、金属製である。台座１９ａは、円板状に形成されている。キャップ１９ｂは、金属製である。キャップ１９ｂは、円筒状の部位の一端側に、円板状の天板部が形成されており、天板部の中央部に窓孔１９ｃが形成されている。
【０１０１】
台座１９ａは、平面視形状が円形状であるが、これに限らず、例えば、多角形状でもよい。また、キャップ１９ｂの形状は、台座１９ａの形状に応じて適宜変更すればよい。例えば、台座１９ａの平面視形状が矩形状の場合、キャップ１９ｂの平面視形状は、円形状でもよいし、矩形状でもよい。
【０１０２】
パッケージ１９は、赤外線放射素子１０への給電用の端子として、２本のリードピン１９ｄを備えている。赤外線放射素子１０の端子部１６とリードピン１９ｄとは、金属細線（図示せず）を介して電気的に接続されている。
【０１０３】
２本のリードピン１９ｄは、台座１９ａに保持されている。２本のリードピン１９ｄは、台座１９ａに対して、台座１９ａの厚み方向に貫通して設けられている。２本のリードピン１９ｄは、台座１９ａに対して電気絶縁性の封止材（ガラス）で固定されており、台座１９ａと電気的に絶縁されている。
【０１０４】
窓材１９ｗは、赤外線を透過する機能を有する。窓材１９ｗは、平板状のシリコン基板により構成してある。窓材１９ｗは、シリコン基板に限らず、例えば、ゲルマニウム基板や硫化亜鉛基板等でもよいが、シリコン基板を用いたほうが低コスト化の点で有利である。また、窓材１９ｗとしては、レンズを採用することもできる。
【０１０５】
ガスセンサ１００は、駆動回路５から赤外線放射素子１０の赤外線放射層１３へ与える入力電力を調整することにより、赤外線放射層１３に発生するジュール熱を変化させることができ、赤外線放射層１３の温度を変化させることができる。よって、ガスセンサ１００では、赤外線放射層１３の温度を変化させることで赤外線放射層１３から放射される赤外線のピーク波長を変化させることができる。
【０１０６】
駆動回路５は、赤外光源１を間欠的に駆動する。駆動回路５は、赤外光源１に対して、所定パルス幅の電圧（以下、「パルス電圧」ともいう。）を一定の時間間隔で印加する。したがって、ガスセンサ１００は、駆動回路５から赤外光源１へ、パルス電圧が周期的に印加される。
【０１０７】
駆動回路５は、制御部５１からの制御信号を昇圧してパルス電圧を生成するように構成されている。駆動回路５は、制御信号として与えられる入力電圧を昇圧する昇圧機能を有している。制御信号は、所定パルス幅を指示する信号である。
【０１０８】
試料セル６は、筒状に形成されている。試料セル６は、その内部空間と外部とを連通させる複数の通気孔６９が、試料セル６の軸方向に直交する方向に貫通して形成されているのが好ましい。試料セル６が、円筒状に形成されている場合、通気孔６９は、試料セル６の径方向に貫通して形成されているのが好ましい。試料セル６は、通気孔６９を通して外部からの気体が導入されたり、内部空間の空気が導出されたりする。
【０１０９】
ガスセンサ１００は、試料セル６の軸方向の一端部側に赤外光源１が配置され、試料セル６の軸方向の他端部側に赤外線検出器２が配置されている。ガスセンサ１００は、通気孔６９を通って試料セル６の内部空間に、例えば、外部からの検知対象のガス、あるいは検知対象のガスを含む気体が導入される。ガスセンサ１００は、試料セル６の内部空間にある検知対象のガスの濃度が増加すると、赤外線検出器２へ入射する赤外線の光量が低下し、試料セル６の内部空間にある検知対象のガスの濃度が低下すると、赤外線検出器２へ入射する赤外線の光量が増加する。
【０１１０】
ガスセンサ１００では、検知対象のガスの種類によって赤外線の吸収波長が異なるので、ガスの識別性を高めることが可能となる。吸収波長は、例えば、ＣＨ４（メタン）が３．３μｍ、ＣＯ２（二酸化炭素）が４．３μｍ、ＣＯ（一酸化炭素）が４．７μｍ、ＮＯ（一酸化窒素）が５．３μｍである。このため、赤外線検出器２は、例えば、第１フィルタ部３１ａ（図７参照）の中心波長λ１を検知対象のガスの吸収波長に設定し、第３フィルタ部３２ａの中心波長λ２を検知対象のガス及び他のガス（Ｈ２Ｏ、ＣＨ４、ＣＯ、ＮＯ等）での吸収のない波長に設定すればよい。第１フィルタ部３１ａ及び第３フィルタ部３２ａとしては、透過スペクトルの半値全幅が狭いバンドパスフィルタが好ましい。また、ガスセンサ１００は、第１フィルタ部３１ａの中心波長λ１と第２フィルタ部３２ａの中心波長λ２との差が小さい方が好ましい。これにより、ガスセンサ１００は、検知対象のガスが存在しないときの第１フィルタ部３１ａを透過する赤外線の光量と第３フィルタ部３２ａを透過する赤外線の光量との差を少なくすることが可能となる。ガスセンサ１００は、検知対象のガスが例えば二酸化炭素の場合、第１フィルタ部３１ａの中心波長λ１を４．３μｍに設定し、第３フィルタ部３２ａの中心波長λ２を例えば３．９μｍに設定することができる。
【０１１１】
試料セル６は、赤外光源１から放射された赤外線を赤外線検出器２側へ反射する光学要素を兼ねているのが好ましい。試料セル６は、例えば、合成樹脂により形成されている場合、内面側に、赤外線を反射する反射層を備えた構成とするのが好ましい。試料セル６の材料は、合成樹脂に限らず、例えば、金属を採用してもよい。
【０１１２】
要するに、試料セル６は、筒状であり、その内面が、赤外光源１から放射された赤外線を反射する反射面を構成するのが好ましい。上述の反射層を備えている場合には、この反射層の表面が反射面を構成することができる。
【０１１３】
ところで、試料セル６の反射面は、試料セル６の中心軸上に規定した長軸を回転軸とする回転楕円体の長軸方向の両端部それぞれを長軸に直交する２つの平面によりカットした形状としてある。よって、試料セル６は、回転楕円体（長楕円体）の一部に対応する内部空間が形成されている。
【０１１４】
ガスセンサ１００は、赤外光源１を、試料セル６の中心軸上において、回転楕円体の一方の焦点に配置し、赤外線検出器２を、試料セル６の中心軸上において、回転楕円体の他方の焦点よりも赤外光源１に近い側に配置するのが好ましい。
【０１１５】
なお、ガスセンサ１００は、赤外光源１と赤外線検出器２との間に配置される部材（試料セル６等）の形状や数、配置等を特に限定するものではない。
【０１１６】
信号処理回路４は、Ａ／Ｄ変換回路４５ａと、濃度演算部４５ｂと、を備える。Ａ／Ｄ変換回路４５ａは、ＩＣ素子４１の出力信号（以下、「第１出力信号」ともいう。）、ＩＣ素子４２の出力信号（以下、「第２出力信号」ともいう。）それぞれをアナログ−ディジタル変換して出力するように構成されている。濃度演算部４５ｂは、Ａ／Ｄ変換回路４５ａにてそれぞれディジタル化された第１出力信号と第２出力信号との比に基づいて測定対象のガスの濃度を演算するように構成されている。
【０１１７】
濃度演算部４５ｂは、ＩＣ素子４１の第１出力信号とＩＣ素子４２の第２出力信号との比から、濃度を演算するように構成されている。濃度演算部４５ｂでは、〔ＩＣ素子４１の第１出力信号〕／〔ＩＣ素子４２の第２出力信号〕の値が大きいほど、濃度が高くなる。
【０１１８】
濃度演算部４５ｂは、Ａ／Ｄ変換回路４５ａにてそれぞれディジタル化された第１出力信号と第２出力信号との差分に基づいて測定対象のガスの濃度を演算するように構成してもよい。この場合、濃度演算部４５ｂでは、｜〔第１増幅回路４１にて増幅された第１出力信号〕−〔第２増幅回路４２にて増幅された第２出力信号〕｜の値が大きいほど、濃度が高くなる。
【０１１９】
ガスセンサ１００は、制御部５１と濃度演算部４５ｂとを備える演算部が、マイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより構成されている。演算部は、例えば、カスタムＩＣ等により構成してもよい。
【０１２０】
ガスセンサ１００は、濃度演算部４５ｂでの演算により求めた濃度を表示させる表示部８を備えていてもよい。表示部８は、例えば、液晶表示装置や、有機ＥＬ表示装置や、発光ダイオードを用いた表示装置等により構成することができる。
【０１２１】
図１１は、赤外線検出器２（図１〜３参照）における赤外線検出素子２０ａの第１変形例の赤外線検出素子２０ｂを示している。赤外線検出素子２０ｂは、赤外線検出素子２０ａと基本構成が略同じである。赤外線検出素子２０ｂは、第１表面電極２２ａ上に、赤外線を吸収する赤外線吸収層２７が形成されている点が、赤外線検出素子２０ｂと相違するだけである。なお、赤外線検出素子２０ｂは、赤外線検出素子２０ａと同様の構成要素について同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【０１２２】
赤外線検出素子２０ｂは、赤外線吸収層２７を設けたことにより、赤外線吸収率を高めることが可能となり、高感度化を図ることが可能となる。
【０１２３】
赤外線吸収層２７は、例えば、樹脂と導電性微粉末との混合体により形成されているのが好ましい。この場合、赤外線吸収層２７は、樹脂に、導電性微粉末が分散されている。導電性微粉末は、導電性を有する微粉末である。導電性微粉末としては、カーボン系微粉末、金属系微粉末、金属酸化物系微粉末の群から選択される少なくとも１種の導電性微粉末を採用することが好ましい。赤外線吸収層２７における導電性微粉末の体積濃度は、１７％に設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではない。導電性微粉末の体積濃度は、例えば、１〜３０％程度の範囲内で設定することができる。
【０１２４】
赤外線吸収層２７は、樹脂に導電性微粉末を分散させ有機溶剤を混合させたペースト（印刷インク）を、例えば、スクリーン印刷法、グラビア印刷法等により印刷してから、ベークすることで硬化させることによって形成することができる。赤外線吸収層２７の形成にあたっては、例えば、ペーストにおける導電性微粉末の組成を８．５％とすれば、赤外線吸収層２７における導電性微粉末の体積濃度を１７％程度とすることが可能である。
【０１２５】
赤外線吸収層２７は、より広い温度範囲で化学的及び物理的に安定していることが望ましい。このため、赤外線吸収層２７の樹脂としては、熱硬化性樹脂が望ましい。
【０１２６】
熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。赤外線検出素子２０ｂは、これらの熱硬化性樹脂のうち、赤外線検出素子２０ｂの検出対象の赤外線の吸収率がより高い熱硬化性樹脂を採用することが好ましい。これにより、赤外線検出素子２０ｂは、赤外線吸収層２７の厚みを薄くすることが可能となり、感度をより高めることが可能となる。検出対象の赤外線を吸収可能な樹脂は、検出対象の赤外線に対する吸収率が３０％以上であるのが好ましく、５０％以上であるのがより好ましい。
【０１２７】
赤外線検出素子２０ｂをガスの検知等の用途に用い、検出対象の赤外線の波長が３〜８μｍ、特に３〜５μｍの範囲内にある場合、赤外線吸収層２７の樹脂としては、水酸基を含む樹脂が好ましい。水酸基を含む樹脂は、多分子間で水素結合しているため、３μｍ付近から長波長側にかけて赤外線を吸収する特性を有している。この種の樹脂としては、フェノール系樹脂が挙げられる。フェノール系樹脂としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、シクロペンタジエン、フェノール重合体、ナフタレン型フェノール樹脂、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等が挙げられる。これらは、単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【０１２８】
また、赤外線検出素子２０ｂを人体の検知等の用途に用い、検出対象の赤外線の波長が８〜１３μｍの範囲内にある場合、赤外線吸収層２７の樹脂としては、芳香族系の樹脂が好ましい。この種の樹脂としては、例えば、フェノール系樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。
【０１２９】
ガスの検知、人体の検知の両方への適用を考慮した場合、赤外線吸収層２７の樹脂としては、水酸基を持つ芳香族系の樹脂が好ましく、例えば、フェノール系樹脂を挙げることができる。
【０１３０】
カーボン系微粉末としては、固体炭素材料で赤外線吸収率が高く、樹脂中に分散できる微粉末が適している。この種のカーボン系微粉末としては、例えば、非晶質（微結晶）炭素として分類される、カーボンブラック、カーボンファイバー、黒鉛等や、ナノカーボンとして分類される、フラーレン、ナノチューブ、グラフェン等が挙げられる。特に、カーボンブラックは、粒子径が小さく、化学的にも安定しており、好ましい。
【０１３１】
金属系微粉末に関しては、粒子径が０．１μｍ程度以下の金属系微粉末が、赤外線を吸収する性質があり、幅広い赤外波長域で吸収率が高いという特徴を有している。そして、この特徴は、金属の種類に依存しない。このため、金属系微粉末の材料としては、化学的に安定なＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ等の貴金属や、耐熱性の高いＷ、Ｍｏ等の高融点金属や、微粉末の作りやすいＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｎや、それらの２種以上の合金等、が挙げられる。
【０１３２】
金属酸化物系微粉末は、遠赤外線を効率よく吸収し、また、化学的にも安定しているため、赤外線検出素子２０ｂを人体の検知等の用途に適用する場合等に好適に採用することができる。金属酸化物系微粉末の材料としては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＡＺＯ（ＡｌドープＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）等が挙げられる。
【０１３３】
赤外線検出素子２０ｂは、赤外線吸収層２７を付加することによって、第１焦電素子２２の赤外線吸収率を高めることができて感度を高めることが可能であるが、その一方で、第１焦電素子２２の熱容量が増大し、第１焦電素子２２で受光した赤外線による第１焦電素子２２の温度上昇が小さくなって感度が低くなる傾向にある。
【０１３４】
第１焦電素子２２は、放熱性が変化しないと仮定すると、感度が熱容量に反比例する。また、第１焦電素子２２の感度は、赤外線吸収率に比例する。したがって、赤外線吸収層２７を付加したことによる感度の変化率は、〔感度の変化率〕＝〔赤外線吸収率の変化率〕／〔熱容量の変化率〕で表すことができる。ここで、感度を向上させるためには、感度の変化率を１よりも大きくする必要がある。また、単位面積当りの熱容量で考えた場合には、厚さと体積熱容量との積により、感度の変化率を議論できる。
【０１３５】
ここでは、第１表面電極２２ａ上の赤外線吸収層２７の厚さをＡd〔μｍ〕、赤外線吸収層２７の体積熱容量をＡρ〔Ｊ／Ｋ〕、焦電体基板２１の厚さをＳd〔μｍ〕、焦電体基板２１の体積熱容量をＳρ〔Ｊ／Ｋ〕とする。この場合には、赤外線吸収層２７を設けることで第１焦電素子２２の単位面積当りの熱容量がＳd×Ｓρから、Ｓd×Ｓρ＋Ａd×Ａρに変化する。よって、この場合には、赤外線吸収率が２０％から４０％に上昇したとすると、感度が向上するための条件を、下記の式（１）で表すことができる。
１＜（０．４／０．２）／｛（Ｓd×Ｓρ＋Ａd×Ａρ）／（Ｓd×Ｓρ）｝・・・式（１）
式（１）は、整理すると、下記の式（２）で表すことができる。
０．２／（Ｓd×Ｓρ）＜０．４／（Ｓd×Ｓρ＋Ａd×Ａρ）・・・式（２）
式（２）は、更に整理すると、下記の式（３）で表すことができる。
Ａd＜（Ｓd×Ｓρ）／Ａρ・・・式（３）
また、赤外線吸収層２７を付加したことによる感度の変化がない場合は、不等号が等号となるから、式（３）を下記の式（４）で表すことができる。
Ａd＝（Ｓd×Ｓρ）／Ａρ・・・式（４）
式（３）、（４）は、赤外線吸収層２７の厚さＡdが、（Ｓd×Ｓρ）／Ａρのときには感度の変化がないことを意味し、（Ｓd×Ｓρ）／Ａρよりも薄ければ感度が向上することを意味している。ここで、赤外線吸収層２７の厚さＡdの規格化厚さをＮＡd＝（Ｓd×Ｓρ）／Ａρ、規格化厚さＮＡd＝１のときの感度を１とする相対的な感度を規格化感度と定義する。赤外線検出素子２０ｂは、赤外線吸収層２７の規格化厚さＮＡdを１よりも小さくすることにより、規格化感度を１よりも大きくすることが可能となる。
【０１３６】
赤外線検出素子２０ｂは、検出対象の赤外線の波長に対する赤外線吸収層２７の屈折率をＡn、第１表面電極２２ａ上の赤外線吸収層２７の厚さをＡd〔μｍ〕、検出対象の赤外線の波長をλt〔μｍ〕とするとき、下記の式（５）の関係を満たすのが好ましい。
（Ａn×Ａd）＞（λt／４）・・・式（５）
赤外線検出素子２０ｂは、式（５）の関係を満たすことにより、赤外線吸収層２７の赤外線吸収率を高めることが可能となる。
【０１３７】
赤外線検出素子２０ｂにおける第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａは、赤外線を反射する赤外線反射層として機能するようにそれぞれのシート抵抗が設定されているのが好ましい。これにより、赤外線検出素子２０ｂは、赤外線吸収層２７で吸収されずに第１表面電極２２ａの表面に入射した赤外線を第１表面電極２２ａでより効率良く反射することが可能となり、赤外線吸収層２７での赤外線吸収率の向上を図ることが可能となる。よって、赤外線検出素子２０ｂは、Ｓ／Ｎ比の向上及び感度の向上を図ることが可能となる。
【０１３８】
ところで、赤外線検出素子２０ａは、赤外線が入射する入射面側に空間が存在した状態で使用されるので、赤外線のクロストーク（crosstalk）により、第２焦電素子２３から信号が出力される。赤外線検出素子２０ａにおいて赤外線が入射する入射面とは、第１表面電極２２ａの表面及び第２表面電極２３ａの表面を意味する。赤外線のクロストークとは、第１焦電素子２２へ赤外線を入射させるための窓材２９ｗを透過した赤外線が第２焦電素子２３における第２表面電極２３ａの表面へ斜め方向から入射することを意味する。言い換えれば、赤外線のクロストークとは、第１焦電素子２２での検出対象の赤外線が、赤外線の入射が阻止されることを意図した第２焦電素子２３における第２表面電極２３ａへ斜め方向から入射することを意味する。
【０１３９】
赤外線検出素子２０ｂは、赤外線のクロストークにより第２焦電素子２３へ入射した赤外線を第２表面電極２３ａでより効率良く反射することが可能となり、赤外線のクロストークの影響を更に軽減することが可能となり、Ｓ／Ｎ比の向上及び感度の向上を図ることが可能となる。
【０１４０】
シート抵抗と、赤外線の反射率、吸収率それぞれとの関係は、上述の図６に示されている。赤外線検出素子２０ｂは、第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａのシート抵抗を、５０Ω／□以下とするのが好ましく、２０Ω／□以下とするのが更に好ましい。赤外線検出素子２０ｂは、第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａのシート抵抗を５０Ω／□以下とすることにより、反射率を吸収率の２倍よりも大きな値とすることが可能となる。また、赤外線検出素子２０ｂは、第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａのシート抵抗を２０Ω／□以下とすることにより、反射率を８０％よりも高くすることが可能となる。
【０１４１】
第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａは、その厚さや材料等を変えることにより、シート抵抗を変えることができる。
【０１４２】
また、赤外線検出素子２０ｂは、第１表面電極２２ａのシート抵抗と第２表面電極２３ａのシート抵抗とが同じであるのが更に好ましい。これにより、赤外線検出素子２０ｂは、製造時に、第１表面電極２２ａと第２表面電極２３ａとを同時に形成することが可能となり、製造コストの低コスト化を図ることが可能となる。第１表面電極２２ａのシート抵抗と第２表面電極２３ａのシート抵抗とが同じとは、完全に同じである場合に限らず、製造時のばらつき程度の誤差があってもよい。
【０１４３】
図１２は、赤外線検出器２（図１〜３参照）における赤外線検出素子２０ａの第２変形例の赤外線検出素子２０ｃを示している。赤外線検出素子２０ｃは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３との組が１組だけである点等が、赤外線検出素子２０ａと相違する。なお、赤外線検出素子２０ｃについては、赤外線検出素子２０ａと同様の構成要素に同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【０１４４】
赤外線検出素子２０ｃは、端子部２４ｂｂと端子部２５ｂｂとが、焦電体基板２１の裏面２１ｂにおいて、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３との並んでいる方向に直交する方向の両端部に配置されている。赤外線検出素子２０ｃを赤外線検出器２に適用する場合、光学フィルタ３１、３２については、いずれか一方を設ければよい。また、赤外線検出素子２０ｃを赤外線検出器２に適用する場合、ＩＣ素子４１、４２については、いずれか一方を設ければよい。ただし、光学フィルタ３１、３２やＩＣ素子４１、４２は、必ずしも備えていなくてもよい。
【０１４５】
赤外線検出素子２０ｃは、赤外線検出素子２０ｂ（図１１参照）と同様に、第１表面電極２２ａ上に赤外線吸収層２７（図１１参照）を設けるのが好ましく、赤外線検出素子２０ｂの第１表面電極２２ａ及び第２表面電極２３ａのシート抵抗を赤外線検出素子２０ｂと同様に設定するのが好ましい。
【０１４６】
図１３は、赤外線検出器２（図１〜３参照）における赤外線検出素子２０ａの第３変形例の赤外線検出素子２０ｄを示している。赤外線検出素子２０ｄは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３とが逆並列に接続して使用される点、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３との組が１組だけである点等が、赤外線検出素子２０ｂと相違する。なお、赤外線検出素子２０ｄについては、赤外線検出素子２０ｂと同様の構成要素に同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【０１４７】
赤外線検出素子２０ｄは、第１表面配線２４ａにおける第１表面電極２２ａ側とは反対側の端部が、出力用の端子部２４ａａを構成している。また、赤外線検出素子２０ｄは、第１裏面配線２４ｂにおける第２裏面電極２２ｂ側とは反対側の端部が、出力用の端子部２４ｂｂを構成している。また、赤外線検出素子２０ｄは、第２表面配線２５ａにおける第２表面電極２３ａ側とは反対側の端部が、出力用の端子部２５ａａを構成している。また、赤外線検出素子２０ｄは、第２裏面配線２５ｂにおける第２裏面電極２３ｂ側とは反対側の端部が、出力用の端子部２５ｂｂを構成している。
【０１４８】
赤外線検出素子２０ｄは、第１焦電素子２２の第１表面電極２２ａに電気的に接続された端子部２４ａａと、第２焦電素子２３の第２裏面電極２３ｂに電気的に接続された端子部２５ｂｂと、が焦電体基板２１の厚み方向において重なるように配置されている。また、赤外線検出素子２０ｄは、第１焦電素子２２の第１裏面電極２２ｂに電気的に接続された端子部２４ｂｂと、第２焦電素子２３の第２表面電極２３ａに電気的に接続された端子部２５ａａと、が焦電体基板２１の厚み方向において重なるように配置されている。赤外線検出素子２０ｄは、平面視において第１焦電素子２２と第２焦電素子２３との並ぶ方向と、焦電体基板２１の厚み方向と、に直交する方向の一端部に、端子部２４ａａ、２５ｂｂが形成され、他端部に、端子部２４ｂｂ、２５ａａが形成されている。
【０１４９】
赤外線検出素子２０ｄは、端子部２４ａａと端子部２５ｂｂとを電気的に接続し、且つ、端子部２４ｂｂと端子部２５ａａとを電気的に接続することにより、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３とを逆並列に接続した構成とすることができる。図１４は、赤外線検出素子２０ｄにおいて、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３とを逆並列に接続した場合の等価回路図である。
【０１５０】
図１４の等価回路図では、赤外線検出素子２０ｄが、一対の出力端子２８ｃ、２８ｄを備えている。この場合、赤外線検出素子２０ｄは、端子部２４ｂｂと端子部２５ａａとを電気的に接続する接続部（図示せず）が一方の出力端子２８ｃを構成し、端子部２４ａａと端子部２５ｂｂとを電気的に接続する接続部（図示せず）が他方の出力端子２８ｄを構成している。出力端子２８ｃを第１出力端子２８ｃ、出力端子２８ｄを第２出力端子２８ｄともいう。
【０１５１】
端子部２４ａａと端子部２５ｂｂとを電気的に接続する接続部は、例えば、導電ペーストにより形成することができる。端子部２４ｂｂと端子部２５ａａとを電気的に接続する接続部は、例えば、導電ペーストにより形成することができる。導電ペーストとしては、例えば、銀ペースト、金ペースト、銅ペースト等を採用することができる。
【０１５２】
赤外線検出素子２０ｄを赤外線検出器２に適用する場合、光学フィルタ３１、３２については、いずれか一方を設ければよい。また、赤外線検出素子２０ｄを赤外線検出器２に適用する場合、ＩＣ素子４１、４２については、いずれか一方を設ければよい。ただし、光学フィルタ３１、３２やＩＣ素子４１、４２は、必ずしも備えていなくてもよい。
【０１５３】
赤外線検出器２（図１〜３参照）において、赤外線検出素子２０ａの代わりに赤外線検出素子２０ｄを用いた場合、赤外線検出器２は、１つの焦電体基板２１に受光用の第１焦電素子２２と温度補償用の第２焦電素子２３とが並んで形成された赤外線検出素子２０ｄと、赤外線検出素子２０ｄが収納されたパッケージ２９と、を備える。第１焦電素子２２は、焦電体基板２１の表面２１ａに形成された第１表面電極２２ａと、焦電体基板２１の裏面２１ｂに形成されて第１表面電極２２ａに対向した第１裏面電極２２ｂと、焦電体基板２１において第１表面電極２２ａと第１裏面電極２２ｂとで挟まれた第１部分２２ｃと、を備える。第２焦電素子２３は、焦電体基板２１の表面２１ａに形成された第２表面電極２３ａと、焦電体基板２１の裏面２１ｂに形成されて第２表面電極２３ａに対向した第２裏面電極２３ｂと、焦電体基板２１において第２表面電極２３ａと第２裏面電極２３ｂとで挟まれた第２部分２３ｃと、を備える。赤外線検出素子２０ｄは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３とが逆並列に接続されている。パッケージ２９は、台座２９ａと、赤外線検出素子２０ｄを覆うように台座２９ａに固着されたキャップ２９ｂと、を備える。また、パッケージ２９は、キャップ２９ｂにおける天板部２９ｂａに形成された窓孔２９ｃと、窓孔２９ｃをキャップ２９ｂの内側から塞ぐように配置され、赤外線を透過可能な窓材２９ｗと、を備える。また、パッケージ２９は、天板部２９ｂａにおける赤外線検出素子２０ｄ側の下面２９ｂｄに形成された樹脂層３３を備える。樹脂層３３は、下面２９ｂｄのうち窓材２９ｗが重なっていない領域の全域を覆うように形成されている。赤外線検出器２は、樹脂層３３が、天板部２９ｂａの下面２９ｂｄのうち窓材２９ｗが重なっていない領域の全域を覆っているので、パッケージ２９内に入った赤外線が散乱や反射等されて発生した迷光の一部を樹脂層３３で吸収することが可能となる。これにより、赤外線検出器２は、迷光となった赤外線が第２焦電素子２３に入射するのを抑制することが可能となり、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることが可能となる。
【０１５４】
上述の実施形態等において説明した各図は、模式的なものであり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際のものの寸法比を反映しているとは限らない。また、実施形態等に記載した材料、数値等は、好ましいものを例示しているだけであり、それに限定するものではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【０１５５】
２  赤外線検出器
２０ａ  赤外線検出素子
２１  焦電体基板
２１ａ  表面
２１ｂ  裏面
２２  第１焦電素子
２２ａ  第１表面電極
２２ｂ  第１裏面電極
２２ｃ  第１部分
２３  第２焦電素子
２３ａ  第１表面電極
２３ｂ  第２裏面電極
２３ｃ  第２部分
２７  赤外線吸収層
２９  パッケージ
２９ａ  台座
２９ｂ  キャップ
２９ｂａ  天板部
２９ｂｄ  下面
２９ｃ  窓孔
２９ｗ  窓材
３３  樹脂層
【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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