(57)【要約】【課題】高感度化を図ることが可能な赤外線検出素子、赤外線検出器及び赤外線式ガスセンサを提供する。【解決手段】赤外線検出素子２０ａは、１つの焦電体基板２１に第１焦電素子２２と第２焦電素子２３とが並んで形成されている。第１焦電素子２２は、第１表面電極２２ａと、第１裏面電極２２ｂと、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、第２表面電極２３ａと、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。焦電体基板２１は、第１焦電素子２２を囲む周辺部に、第１焦電素子２２の外周に沿った形状のスリット２６が、第１表面配線２４ａ及び第１裏面配線２４ｂを避けて形成され、第２焦電素子２３を囲む周辺部が、第２部分２３ｃの全周に亘って連続している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの焦電体基板に第１焦電素子と第２焦電素子とが並んで形成された赤外線検出素子であって、
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、
前記焦電体基板の前記表面には、前記第１表面電極、前記第２表面電極にそれぞれ電気的に接続された第１表面配線、第２表面配線が形成され、
前記焦電体基板の前記裏面には、前記第１裏面電極、前記第２裏面電極にそれぞれ電気的に接続された第１裏面配線、第２裏面配線が形成され、
前記焦電体基板は、前記第１焦電素子を囲む周辺部に、前記第１焦電素子の外周に沿った形状のスリットが、前記第１表面配線及び前記第１裏面配線を避けて形成され、前記第２焦電素子を囲む周辺部が、前記第２部分の全周に亘って連続していることを特徴とする赤外線検出素子。
【請求項２】
前記焦電体基板は、前記スリットが、少なくとも、前記第１焦電素子の前記第２焦電素子側に形成されていることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出素子。
【請求項３】
前記第１焦電素子と前記第２焦電素子との組を複数組、備え、前記焦電体基板は、隣り合う２つの前記第１焦電素子それぞれの他方の前記第１焦電素子側に、前記スリットが形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の赤外線検出素子。
【請求項４】
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乃至３のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
【請求項５】
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４記載の赤外線検出素子。
【請求項６】
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５記載の赤外線検出素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の赤外線検出素子と、前記赤外線検出素子の前方に配置され、前記赤外線検出素子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と、前記赤外線検出素子の出力信号を信号処理するＩＣ素子と、前記赤外線検出素子及び前記ＩＣ素子が実装された基板と、前記赤外線検出素子、前記光学フィルタ、前記ＩＣ素子及び前記基板が収納されたパッケージと、を備え、
前記パッケージは、前記基板を支持する台座と、前記赤外線検出素子及び前記光学フィルタを覆うように前記台座に固着された金属製のキャップと、前記キャップにおける天板部に形成された窓孔と、前記窓孔を塞ぐように配置され、赤外線を透過可能な窓材と、を備えることを特徴とする赤外線検出器。
【請求項８】
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７記載の赤外線検出器。
【請求項９】
前記窓材が前記キャップの内側から前記窓孔を塞ぐように配置され、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請求項７又は８記載の赤外線検出器。
【請求項１０】
赤外光源と、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の赤外線検出器と、前記赤外光源と前記赤外線検出器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と、前記赤外光源に間欠的に通電する駆動回路と、前記駆動回路を制御する制御部と、前記ＩＣ素子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と、を備えることを特徴とする赤外線式ガスセンサ。
【請求項１１】
前記赤外光源は、半導体基板と、前記半導体基板の一面側に形成された薄膜部と、前記半導体基板に形成され前記薄膜部における前記半導体基板側の第１面の一部を露出させる開口部と、前記薄膜部の第２面に形成され、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と、を備え、前記赤外線放射層への通電がオフされてから次に通電が開始されるまでの非通電期間においても赤外線を放射し、
前記ＩＣ素子は、前記赤外線検出素子の出力信号である電流信号を電流−電圧変換する電流電圧変換回路を備え、前記電流電圧変換回路は、前記非通電期間において前記赤外光源が放射する赤外線量の時間変化の周波数成分に対するゲインが、当該周波数成分より高い周波数領域に対するゲインより大きいことを特徴とする赤外線式ガスセンサ。
【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、赤外線検出器及び赤外線式ガスセンサ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２４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】
焦電型の赤外線検出素子、赤外線検出器及び赤外線式ガスセンサの各分野においては、感度のより一層の向上が望まれている。
【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、高感度化を図ることが可能な赤外線検出素子、赤外線検出器及び赤外線式ガスセンサ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素子は、１つの焦電体基板に第１焦電素子と第２焦電素子とが並んで形成された赤外線検出素子であって、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、前記焦電体基板の前記表面には、前記第１表面電極、前記第２表面電極にそれぞれ電気的に接続された第１表面配線、第２表面配線が形成され、前記焦電体基板の前記裏面には、前記第１裏面電極、前記第２裏面電極にそれぞれ電気的に接続された第１裏面配線、第２裏面配線が形成され、前記焦電体基板は、前記第１焦電素子を囲む周辺部に、前記第１焦電素子の外周に沿った形状のスリットが、前記第１表面配線及び前記第１裏面配線を避けて形成され、前記第２焦電素子を囲む周辺部が、前記第２部分の全周に亘って連続していることを特徴とする。
【００１１】
この赤外線検出素子において、前記焦電体基板は、前記スリットが、少なくとも、前記第１焦電素子の前記第２焦電素子側に形成されているのが好ましい。
【００１２】
この赤外線検出素子において、前記第１焦電素子と前記第２焦電素子との組を複数組、備え、前記焦電体基板は、隣り合う２つの前記第１焦電素子それぞれの他方の前記第１焦電素子側に、前記スリットが形成されているのが好ましい。
【００１３】
この赤外線検出素子において、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。
【００１４】
この赤外線検出素子において、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。
【００１５】
この赤外線検出素子において、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。
【００１６】
本発明の赤外線検出器は、前記赤外線検出素子と、前記赤外線検出素子の前方に配置され、前記赤外線検出素子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と、前記赤外線検出素子の出力信号を信号処理するＩＣ素子と、前記赤外線検出素子及び前記ＩＣ素子が実装された基板と、前記赤外線検出素子、前記光学フィルタ、前記ＩＣ素子及び前記基板が収納されたパッケージと、を備え、前記パッケージは、前記基板を支持する台座と、前記赤外線検出素子及び前記光学フィルタを覆うように前記台座に固着された金属製のキャップと、前記キャップにおける天板部に形成された窓孔と、前記窓孔を塞ぐように配置され、赤外線を透過可能な窓材と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
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。
【００１８】
この赤外線検出器において、前記窓材が前記キャップの内側から前記窓孔を塞ぐように配置され、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のが好ましい。
【００１９】
本発明の赤外線式ガスセンサは、赤外光源と、前記赤外線検出器と、前記赤外光源と前記赤外線検出器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と、前記赤外光源に間欠的に通電する駆動回路と、前記駆動回路を制御する制御部と、前記ＩＣ素子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と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
この赤外線式ガスセンサにおいて、前記赤外光源は、半導体基板と、前記半導体基板の一面側に形成された薄膜部と、前記半導体基板に形成され前記薄膜部における前記半導体基板側の第１面の一部を露出させる開口部と、前記薄膜部の第２面に形成され、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と、を備え、前記赤外線放射層への通電がオフされてから次に通電が開始されるまでの非通電期間においても赤外線を放射し、前記ＩＣ素子は、前記赤外線検出素子の出力信号である電流信号を電流−電圧変換する電流電圧変換回路を備え、前記電流電圧変換回路は、前記非通電期間において前記赤外光源が放射する赤外線量の時間変化の周波数成分に対するゲインが、当該周波数成分より高い周波数領域に対するゲインより大きいのが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の赤外線検出素子においては、前記焦電体基板は、前記第１焦電素子を囲む周辺部に、前記第１焦電素子の外周に沿った形状のスリットが、前記第１表面配線及び前記第１裏面配線を避けて形成され、前記第２焦電素子を囲む周辺部が、前記第２部分の全周に亘って連続しているので、前記第１焦電素子と前記第２焦電素子とで、赤外線が入射したときの熱時定数に差が生じる。これにより、赤外線検出素子においては、第１焦電素子と第２焦電素子を逆並列もしくは逆直列に接続し、第１焦電素子を受光用の焦電素子とし、第２焦電素子を温度補償用の焦電素子として利用することにより、赤外線のクロストークによる影響を軽減することが可能となり、高感度化を図ることが可能となる。
【００２２】
本発明の赤外線検出器においては、前記赤外線検出素子を備えているので、高感度化を図ることが可能となる。
【００２３】
本発明の赤外線式ガスセンサにおいては、前記赤外線検出素子を備えているので、高感度化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１（ａ）は、実施形態１の赤外線検出素子を示す概略平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ概略断面図である。図１（ｃ）は、実施形態１の赤外線検出素子を示す概略下面図である。
【図２】図２は、実施形態１の赤外線検出素子の使用形態における等価回路図である。
【図３】図３は、実施形態１の赤外線検出素子の特性の模式的な説明図である。
【図４】図４（ａ）は、実施形態１の赤外線検出素子の第１変形例を示す概略平面図である。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１の赤外線検出素子の第１変形例を示す概略下面図である。
【図５】図５は、実施形態１の赤外線検出素子の第１変形例の等価回路図である。
【図６】図６（ａ）は、実施形態１の赤外線検出素子の第２変形例を示す概略平面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＸ−Ｘ概略断面図である。図６（ｃ）は、実施形態１の赤外線検出素子の第２変形例を示す概略下面図である。
【図７】図７は、電極の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８】図８（ａ）は、実施形態１の赤外線検出素子の第３変形例を示す概略平面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＸ−Ｘ概略断面図である。図８（ｃ）は、実施形態１の赤外線検出素子の第３変形例を示す概略下面図である。
【図９】図９は、実施形態２の赤外線検出器を示す概略分解斜視図である。
【図１０】図１０は、実施形態２の赤外線検出器を示す概略斜視図である。
【図１１】図１１は、実施形態２の赤外線検出器を示す概略断面図である。
【図１２】図１２は、実施形態２の赤外線検出器の動作説明図である。
【図１３】図１３は、実施形態２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１４】図１４は、実施形態２の赤外線検出器における要部回路構成図である。
【図１５】図１５は、実施形態２の赤外線検出器の変形例を示す概略断面図である。
【図１６】図１６は、実施形態３の赤外線式ガスセンサの概略構成図である。
【図１７】図１７は、実施形態３の赤外線式ガスセンサの要部概略構成図である。
【図１８】図１８は、実施形態３の赤外線式ガスセンサの要部概略分解斜視図である。
【図１９】図１９は、実施形態３の赤外線式ガスセンサの要部概略斜視図である。
【図２０】図２０は、実施形態３の赤外線式ガスセンサの一部破断した要部概略斜視図である。
【図２１】図２１（ａ）は、実施形態３の赤外線式ガスセンサにおける赤外線放射素子の概略平面図である。図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のＸ−Ｘ概略断面図である。
【図２２】図２２は、実施形態３の赤外線式ガスセンサにおける赤外線放射素子の動作説明図である。
【図２３】図２３は、実施形態３の赤外線式ガスセンサにおけるＩＣ素子の特性の模式的な説明図である。
【図２４】図２４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】
【００２５】
（実施形態１）
以下では、本実施形態の赤外線検出素子２０ａについて図１に基づいて説明する。
【００２６】
赤外線検出素子２０ａは、１つの焦電体基板２１に第１焦電素子２２と第２焦電素子２３とが並んで形成されている。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。焦電体基板２１の表面２１ａには、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。焦電体基板２１の裏面２１ｂには、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。焦電体基板２１は、第１焦電素子２２を囲む周辺部に、第１焦電素子２２の外周に沿った形状のスリット２６が、第１表面配線２４ａ及び第１裏面配線２４ｂを避けて形成され、第２焦電素子２３を囲む周辺部が、第２部分２３ｃの全周に亘って連続している。これにより、赤外線検出素子２０ａは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３を逆並列もしくは逆直列に接続し、第１焦電素子２２を受光用の焦電素子とし、第２焦電素子２３を温度補償用の焦電素子として利用することにより、赤外線のクロストークによる影響を軽減することが可能となり、高感度化を図ることが可能となる。
【００２７】
赤外線検出素子２０ａの各構成要素については、以下に詳細に説明する。
【００２８】
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。
【００２９】
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１（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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
赤外線検出素子２０ａは、焦電体基板２１の表面２１ａに、第１表面配線２４ａ及び第２表面配線２５ａが形成され、焦電体基板２１の裏面２１ｂに、第１裏面配線２４ｂ及び第２裏面配線２５ｂが形成されている。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
赤外線検出素子２０ａ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。
【００４５】
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。
【００４６】
赤外線検出素子２０ａ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２０ａ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２０ａ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。
【００４７】
赤外線検出素子２０ａ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とを逆並列接続した構成とすることができる。図２は、赤外線検出素子２０ａにおいて、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３とを逆並列接続した場合の等価回路図である。図２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。
【００４８】
図２の等価回路図では、赤外線検出素子２０ａ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２０ａ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。
【００４９】
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。
【００５０】
スリット２６は、焦電体基板２１の厚み方向に貫通して形成された孔を意味する。スリット２６は、第１焦電素子２２の周辺部において第１表面配線２４ａ及び第１裏面配線２４ｂを避けた位置に形成されている。スリット２６は、第１焦電素子２２の外周に沿った形状に形成されている。赤外線検出素子２０ａは、スリット２６を、第１焦電素子２２を囲む周辺部のみに形成し、第２焦電素子２３の周辺部には形成していない。よって、赤外線検出素子２０ａは、第１焦電素子２２を囲む周辺部に、第１焦電素子２２の外周に沿った形状のスリット２６が形成されている一方で、第２焦電素子２３を囲む周辺部が、第２部分２３ｃの全周に亘って連続している。
【００５１】
赤外線検出素子２０ａは、第１焦電素子２２を赤外線の受光用の焦電素子とし、第２焦電素子２３を温度補償用の焦電素子として利用することを想定している。受光用の焦電素子とは、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。温度補償用の焦電素子とは、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、温度補償用の焦電素子とは、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。例えば、赤外線検出素子２０ａをパッケージに収納して使用する場合、検出対象の赤外線が第２焦電素子２３に入射しないようにするための手段としては、例えば、パッケージの一部を、赤外線を遮光する遮光部とすることが考えられる。この場合には、パッケージのうち検出対象の赤外線を透過する窓材の垂直投影領域外に第２焦電素子２３が位置するように、窓材の配置を規定することで、パッケージのうち窓材を保持している遮光性の部材の一部を、遮光部として兼用することができる。遮光部は、これに限らず、例えば、赤外線カットフィルタや金属製の遮光板等により構成することも考えられる。
【００５２】
しかしながら、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やフィルタ等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。
【００５３】
赤外線検出素子２０ａは、検出対象の赤外線が入射することによる第１焦電素子２２の温度変化や、赤外線のクロストークによる第２焦電素子２３の温度変化に比べて、環境温度の変化に伴う第１焦電素子２２や第２焦電素子２３の温度変化が非常に緩やかである。環境温度は、赤外線検出素子２０ａの周囲の温度を意味し、赤外線検出素子２０ａをパッケージに収納して使用する場合、パッケージの周囲の温度を意味する。パッケージの周囲の温度は、外気の温度である。
【００５４】
赤外線検出素子２０ａは、第１焦電素子２２への検出対象の赤外線の入射に対して、基本的に第１焦電素子２２のみが暖められるので、熱容量が小さく、熱時定数が小さい。また、赤外線検出素子２０ａは、環境温度の上昇により、赤外線検出素子２０ａ全体が暖められるので、熱容量が大きく、熱時定数が大きい。特に、赤外線検出素子２０ａは、パッケージに収納して使用される場合、環境温度の上昇により、パッケージ及び赤外線検出素子２０ａが暖められるので、更に熱容量が大きくなり、熱時定数が大きくなる。
【００５５】
熱容量に関しては、環境温度の変化に対する第１焦電素子２２の熱容量をＨ１、検出対象の赤外線の入射に対する第１焦電素子２２の熱容量をＨ２とすると、Ｈ１＞Ｈ２となる。
【００５６】
また、熱コンダクタンスに関しては、環境温度の変化に対する第１焦電素子２２の熱コンダクタンスをＧ１、検出対象の赤外線の入射に対する第１焦電素子２２の熱コンダクタンスをＧ２とすると、Ｇ２＞Ｇ１となる。
【００５７】
また、熱時定数に関しては、熱時定数＝〔熱容量〕／〔熱コンダクタンス〕であるため、環境温度の変化に対する第１焦電素子２２の熱時定数をτ１、検出対象の赤外線の入射に対する第１焦電素子２２の熱時定数をτ２とすると、τ１＞τ２となる。
【００５８】
赤外線検出素子２０ａは、第１焦電素子２２の周辺部のみにスリット２６が形成されていることにより、検出対象の赤外線の入射による第１焦電素子２２と第２焦電素子２３との熱時定数の差に基づく感度差を生じさせることが可能となる。よって、赤外線検出素子２０ａは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３とを逆並列に接続し、第１焦電素子２２、第２焦電素子２３をそれぞれ、受光用、温度補償用の焦電素子として使用することで、赤外線のクロストークによる影響を軽減することが可能となる。これにより、赤外線検出素子２０ａは、高感度化を図ることが可能となる。
【００５９】
図３は、実施形態１の赤外線検出素子２０ａの特性の模式的な説明図である。図３は、横軸が赤外線の周波数、縦軸が感度（電流感度）である。図３では、検出対象の赤外線の入射に対する第１焦電素子２２の感度を実線Ａ１で示し、環境温度の変化に対する第１焦電素子２２及び第２焦電素子２３の感度を実線Ａ２で示してある。更に、図３では、第１焦電素子２２の熱コンダクタンスの低下により、第１焦電素子２２の感度が、低周波域において破線Ａ３で示すように高くなり、低周波域で第１焦電素子２２の感度と第２焦電素子２３の感度との差が大きくなることを模式的に表わしている。図３から、赤外線検出素子２０ａは、低周波数域での感度が重視される場合、焦電体基板２１における第１焦電素子２２の周辺部のみにスリット２６を設けることで、第１焦電素子２２の熱コンダクタンスを低下させるのが好ましいことが分かる。
【００６０】
焦電体基板２１は、スリット２６が、少なくとも、第１焦電素子２２の第２焦電素子２３側に形成されているのが好ましい。これにより、赤外線検出素子２０ａは、第２焦電素子２３に比べて第１焦電素子２２の感度を、低周波域で高めることが可能となるだけでなく、熱のクロストークを抑制することが可能となり、第１焦電素子２２の感度の更なる向上を図ることが可能となる。熱のクロストークとは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３との間で焦電体基板２１を介して熱が伝達することを意味する。
【００６１】
赤外線検出素子２０ａは、スリット２６が、第１焦電素子２２の外周に沿って形成されていればよく、スリット２６の数を特に限定するものではない。赤外線検出素子２０ａは、第１焦電素子２２の周辺部において、複数のスリット２６を、第１焦電素子２２の外周に沿った方向において離して形成することにより、機械的強度を向上させることが可能となる。複数のスリット２６は、第１焦電素子２２の外周に沿った方向において等間隔で形成されているのが好ましい。
【００６２】
赤外線検出素子２０ａでは、第１表面電極２２ａの外周縁がスリット２６の第１表面電極２２ａ側の開孔縁から離れた構成としてもよい。これにより、赤外線検出素子２０ａは、高感度化を図りながらも、第１表面電極２２ａと第１裏面電極２２ｂとの短絡をより確実に抑制することが可能となる。
【００６３】
また、赤外線検出素子２０ａは、第１裏面電極２２ｂの外周縁がスリット２６の第１裏面電極２２ｂ側の開孔縁から離れているのが好ましい。これにより、赤外線検出素子２０ａは、第１表面電極２２ａと第１裏面電極２２ｂとの短絡をより確実に抑制することが可能となり、電気的安定性の低下を抑制することが可能となる。
【００６４】
図４は、赤外線検出素子２０ａの第１変形例の赤外線検出素子２０ｂを示す。赤外線検出素子２０ｂ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点が、赤外線検出素子２０ａと相違する。なお、赤外線検出素子２０ｂ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。
【００６５】
赤外線検出素子２０ｂは、第１焦電素子２２の第１表面電極２２ａと第２焦電素子２３の第２表面電極２３ａとが第１表面配線２４ａ及び第２表面配線２５ａを介して電気的に接続されている。これにより、赤外線検出素子２０ｂ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。図５は、第１変形例の赤外線検出素子２０ｂの等価回路図である。赤外線検出素子２０ｂは、一対の出力端子２８ｃ、２８ｄを備えている。赤外線検出素子２０ｂは、端子部２４ｂｂが、一方の出力端子２８ｃ（第１出力端子２８ｃ）を構成し、端子部２５ｂｂが、他方の出力端子２８ｄ（第２出力端子２８ｄ）を構成している。
【００６６】
赤外線検出素子２０ｂは、第１焦電素子２２を受光用の焦電素子として使用し、第２焦電素子２３を温度補償用の焦電素子として使用することで、赤外線のクロストークによる影響を軽減することが可能となる。これにより、赤外線検出素子２０ｂは、高感度化を図ることが可能となる。
【００６７】
図６は、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、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２０ｃ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２０ａと相違するだけである。なお、赤外線検出素子２０ｃ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。
【００６８】
赤外線検出素子２０ｃ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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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２０ｃは、これらの熱硬化性樹脂のうち、赤外線検出素子２０ｃ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２０ｃ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。
【００７３】
赤外線検出素子２０ｃ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。
【００７４】
また、赤外線検出素子２０ｃ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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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２０ｃ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。
【００７９】
赤外線検出素子２０ｃ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。
【００８０】
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、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。
【００８１】
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２０ｃ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。
【００８２】
赤外線検出素子２０ｃ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２０ｃ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。
【００８３】
赤外線検出素子２０ｃ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２０ｃ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２０ｃは、感度の更なる向上を図ることが可能となる。また、赤外線検出素子２０ｃ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、感度の向上を図ることが可能となる。
【００８４】
図７は、第１表面電極２２ａのシート抵抗と、第１表面電極２２ａにおける赤外線の反射率、吸収率それぞれとの関係を模式的に示している。図７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。赤外線検出素子２０ｃは、第１表面電極２２ａ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２０ｃは、第１表面電極２２ａ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２０ｃは、第１表面電極２２ａ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。
【００８５】
また、赤外線検出素子２０ｃ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２０ｃ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。
【００８６】
図８は、本実施形態の赤外線検出素子２０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変形例の赤外線検出素子２０ｂと基本構成が略同じである。赤外線検出素子２０ｄは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３との組を複数組、備え、焦電体基板２１は、隣り合う２つの第１焦電素子２２それぞれの他方の第１焦電素子２２側に、スリット２６が形成されている。なお、赤外線検出素子２０ｄは、赤外線検出素子２０ｂ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。
【００８７】
赤外線検出素子２０ｄは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３との組を２組、備えている場合、２チャネルをもつ構成することができ、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３との各組それぞれを１つのチャネル（channel）とする赤外線検出素子として用いることができる。言い換えれば、赤外線検出素子２０ｄは、２つのチャネルをもつ構成であり、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６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６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。
【００８８】
赤外線検出素子２０ｄでは、例えば、赤外線式ガスセンサ等に用いる場合に、検出対象の赤外線の波長を、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３との組の数だけ設定することが可能となる。検出対象の赤外線の波長は、例えば、光学フィルタ等によって設定することができる。赤外線検出素子２０ｄを備えた赤外線式ガスセンサでは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３との組の数に対応する複数のチャネル（channel）を有する赤外線式ガスセンサを構成することが可能となる。
【００８９】
赤外線検出素子２０ｄは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３との組を２組、備える場合、各組ごとに、第１焦電素子２２を受光用焦電素子とし、第２焦電素子２３を温度補償用焦電素子として利用することが可能となる。よって、赤外線検出素子２０ｄは、赤外線式ガスセンサ等に用いる場合に、受光用焦電素子ごとに、検出対象の赤外線の波長を設定することが可能となる。
【００９０】
赤外線検出素子２０ｄは、上述のように、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。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。
【００９１】
赤外線検出素子２０ｄは、隣り合う２つの第１焦電素子２２それぞれの他方の第１焦電素子２２側に、スリット２６が形成されているので、隣り合う２つの第１焦電素子２２間での熱伝達を抑制することが可能となる。これにより、赤外線検出素子２０ｄは、第１検出エレメントＤＥ１及び第２検出エレメントＤＥ２それぞれの感度の低下を抑制することが可能となる。
【００９２】
赤外線検出素子２０ｄは、第１焦電素子２２の第１表面電極２２ａ上に、赤外線検出素子２０ｃ（図６参照）と同様の赤外線吸収層２７を設けた構成としてもよい。
【００９３】
また、赤外線検出素子２０ｄは、各チャネルごとに、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３とを逆並列に接続して用いるようにしてもよく、更に、第１表面電極２２ａ上に、赤外線検出素子２０ｃ（図６参照）と同様の赤外線吸収層２７を設けた構成としてもよい。
【００９４】
（実施形態２）
以下では、本実施形態の赤外線検出器２ａについて図９〜１２に基づいて説明する。なお、赤外線検出器２ａのうち、実施形態１の第３変形例の赤外線検出素子２０ｄと同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００９５】
赤外線検出器２ａは、赤外線検出素子２０ｄと、赤外線検出素子２０ｄの前方に配置され、赤外線検出素子２０ｄ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と、を備える。また、赤外線検出器２ａ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を備える。また、赤外線検出器２ａは、赤外線検出素子２０ｄ及びＩＣ素子４１、４２が実装された基板４３と、赤外線検出素子２０ｄ、光学フィルタ３１、３２、ＩＣ素子４１、４２及び基板４３が収納されたパッケージ２９と、を備える。パッケージ２９は、基板４３を支持する台座２９ａと、赤外線検出素子２０ｄ及び光学フィルタ３１、３２を覆うように台座２９ａに固着された金属製のキャップ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。赤外線検出器２ａは、赤外線検出素子２０ｄを備えているので、高感度化を図ることが可能となる。
【００９６】
赤外線検出器２ａの各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。
【００９７】
赤外線検出素子２０ｄは、上述のように、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。
【００９８】
また、赤外線検出器２ａは、２つの光学フィルタ３１、３２を備えており、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。
【００９９】
赤外線検出器２ａ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。
【０１００】
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２ａ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。
【０１０１】
第１光学フィルタ３１は、例えば、図１３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１３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２ａ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２ａ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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
赤外線検出器２ａは、赤外線式ガスセンサに適用することを想定している。赤外線式ガスセンサは、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。
【０１１０】
赤外線検出器２ａは、赤外線式ガスセンサに適用する場合、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。
【０１１１】
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２ａ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２ａ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２ａは、赤外線式ガスセンサ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。
【０１１２】
赤外線検出器２ａ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。
【０１１３】
この場合、ＩＣ素子４１、４２は、例えば、図１４に示すように、電流電圧変換回路４１ａ、４２ａと、増幅回路４１ｂ、４２ｂと、を備えた構成とすることができる。電流電圧変換回路４１ａ、４２ａは、赤外線検出素子２０ｄ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４１ｂ、４２ｂは、電流電圧変換回路４１ａ、４２ａの出力信号をそれぞれ増幅する回路である。赤外線検出素子２０ｄ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４１ａは、この電流電圧変換回路４１ａの入力側に接続されている第１検出エレメントＤＥ１の出力信号である電流信号を電流−電圧変換する。電流電圧変換回路４２ａは、この電流電圧変換回路４２ａの入力側に接続されている第２検出エレメントＤＥ１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２ａ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。なお、赤外線検出器２ａは、電流電圧変換回路４１ａと電流電圧変換回路４２ａと増幅回路４１ｂと増幅回路４２ｂと、を集積化して１チップのＩＣ素子としてもよい。
【０１１４】
電流電圧変換回路４１ａは、オペアンプＯＰ１と、コンデンサＣｆと、を備える。第１検出エレメントＤＥ１は、２つの出力端子２８ｃ、２８ｄのうちの一方が基準電圧源Ｅ１を介して接地され、他方がオペアンプＯＰ１の反転入力端子に接続されている。電流電圧変換回路４１ａは、オペアンプＯＰ１の出力端子と反転入力端子との間に、コンデンサＣｆが接続されている。電流電圧変換回路４１ａは、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に、オペアンプＯＰ１の動作点を所定レベルに設定するための基準電圧源Ｅ２が接続されている。電流電圧変換回路４１ａは、オペアンプＯＰ１の出力端子が増幅回路４１ｂに接続される。
【０１１５】
電流電圧変換回路４２ａは、オペアンプＯＰ１と、コンデンサＣｆと、を備える。第１検出エレメントＤＥ２は、２つの出力端子２８ｃ、２８ｄのうちの一方が基準電圧源Ｅ１を介して接地され、他方がオペアンプＯＰ１の反転入力端子に接続されている。電流電圧変換回路４２ａは、オペアンプＯＰ１の出力端子と反転入力端子との間に、コンデンサＣｆが接続されている。電流電圧変換回路４２ａは、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に、オペアンプＯＰ１の動作点を所定レベルに設定するための基準電圧源Ｅ２が接続されている。電流電圧変換回路４２ａは、オペアンプＯＰ１の出力端子が増幅回路４２ｂに接続される。
【０１１６】
電流電圧変換回路４１ａ、４２ａの回路構成は、図１４の構成以外でもよい。
【０１１７】
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。
【０１１８】
赤外線検出器２ａは、第１検出エレメントＤＥ１の出力端子２８ｃ、２８ｄと、図９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２ａは、第２検出エレメントＤＥ２の出力端子２８ｃ、２８ｄと、図９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２ａは、基板４３から赤外線検出素子２０ｄへの熱伝導を抑制することが可能となる。
【０１１９】
絶縁性基材４３ａは、赤外線検出素子２０ｄ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２０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。
【０１２０】
赤外線検出器２ａは、赤外線検出素子２０ｄを２つの突起４３ｃにより位置決めでき、赤外線検出素子２０ｄ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２ａは、赤外線検出素子２０ｄ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。
【０１２１】
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２ａ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。
【０１２２】
また、赤外線検出器２ａ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２ａ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２ａ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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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２ａ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２０ｄ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２ａは、赤外線検出素子２０ｄ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２０ｄ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２ａは、光学フィルタ３１、３２と赤外線検出素子２０ｄとを熱絶縁することが可能となり、赤外線検出素子２０ｄの高感度化を図ることが可能となる。赤外線検出器２ａは、例えば、支持部４３ｆの突出寸法を赤外線検出素子２０ｄ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２０ｄとの間に間隙が形成される。
【０１２５】
赤外線検出器２ａは、基板４３の厚み方向の一面側に赤外線検出素子２０ｄ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２ａは、基板４３の厚み方向の一面側において赤外線検出素子２０ｄ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２ａは、ＩＣ素子４１、４２それぞれで発生した熱が赤外線検出素子２０ｄへ伝熱されることを、より抑制することが可能となる。
【０１２６】
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（図１１参照）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。
【０１２７】
パッケージ２９は、上述のように、台座２９ａと、キャップ２９ｂと、窓材２９ｗと、を備えている。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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２ａ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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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に固着されているのが好ましい。これにより、赤外線検出器２ａ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。
【０１３３】
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２ａ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。図１２中の矢印は、窓孔２９ｃを通して入射する赤外線の進行方向を模式的に示している。また、赤外線検出器２ａは、パッケージ２９の内側や外側に配置する導光ミラーにより第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場合に比べて、感度のばらつきを抑制することが可能となる。
【０１３４】
図１５は、赤外線検出器２ａの変形例の赤外線検出器２ｂを示している。赤外線検出器２ｂは、赤外線検出器２ａと基本構成が略同じである。赤外線検出器２ｂは、天板部２９ｂａにおける赤外線検出素子２ｄ側の下面２９ｂｄに形成された樹脂層３３を備え、樹脂層３３が、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点が、赤外線検出器２ａと相違する。なお、赤外線検出器２ｂは、赤外線検出器２ａ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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
赤外線検出器２ｂ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２ｂ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、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることが可能となる。
【０１３７】
赤外線検出器２ａ、２ｂは、赤外線検出素子２０ｄの代わりに、赤外線検出素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃのいずれかを１つ乃至複数、備えた構成としてもよい。
【０１３８】
（実施形態３）
以下では、本実施形態の赤外線式ガスセンサ１００について図１６〜２３に基づいて説明する。なお、赤外線式ガスセンサ１００のうち、実施形態２の赤外線検出器２ａと同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【０１３９】
赤外線式ガスセンサ１００（以下、「ガスセンサ１００」ともいう。）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。
【０１４０】
ガスセンサ１００は、赤外光源１と、赤外線検出器２ａ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１７〜２０参照）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。これにより、ガスセンサ１００は、上述の赤外線検出器２ａを備え、赤外線検出器２ａが赤外線検出素子２０ｄを備えているので、赤外線のクロストークによる影響を軽減することが可能となり、高感度化を図ることが可能となる。
【０１４１】
赤外線検出器２ａにおける光学フィルタ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１３参照）の透過波長域である。
【０１４２】
赤外線検出器２ａ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１３参照）の透過波長域である。
【０１４３】
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４１ａで電流−電圧変換してから、増幅回路４１ｂ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４２ａで電流−電圧変換してから、増幅回路４２ｂ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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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１７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。
【０１４７】
赤外線放射素子１０は、図２１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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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であればよく、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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。赤外光源１は、パルス電圧が印加されている期間が通電期間となり、パルス電圧が印加されていない期間が非通電期間となる。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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２ａ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２ａ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２ａへ入射する赤外線の光量が増加する。
【０１７１】
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２ａは、例えば、第１フィルタ部３１ａ（図１３参照）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。
【０１７２】
試料セル６は、この試料セル６の中心軸を含む平面で分割された対になる半割体６４、６５（図１８〜２０参照）を結合することにより形成されている。半割体６４と半割体６５とは、例えば、嵌め合い、超音波溶着、接着等から選択される技術により結合することができる。
【０１７３】
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２ａ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。
【０１７４】
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６６（図１８、２０参照）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６６を構成することができる。
【０１７５】
ガスセンサ１００は、赤外光源１を保持する保持部材７０（図１８〜２０参照）を備え、この保持部材７０が試料セル６に取り付けられている。また、ガスセンサ１００は、赤外線検出器２ａを保持する保持部材８０を備え、この保持部材８０が試料セル６に取り付けられている。
【０１７６】
保持部材７０は、キャップ部７１と、押さえ板７２と、を備えている。キャップ部７１は、円盤状であって、試料セル６側の端面に、試料セル６の一端部が挿入される凹部７１ａが設けられ、凹部７１ａの底部の中央に、赤外光源１が挿入される貫通孔７１ｂが形成されている。押さえ板７２は、キャップ部７１に対して光源１を押さえるためのものである。
【０１７７】
保持部材７０は、押さえ板７２の孔７２ｂ及びキャップ部７１の孔７１ｄに通された複数のねじ（図示せず）が、試料セル６の一端部のめねじ部６４ｄ、６５ｄにねじ込まれることによって、試料セル６に取り付けられている。
【０１７８】
保持部材８０は、キャップ部８１と、押さえ板８２と、を備えている。キャップ部８１は、円盤状であって、試料セル６側の端面に、試料セル６の他端部が挿入される凹部８１ａが設けられ、凹部８１ａの底部の中央に、赤外線受光ユニット２が挿入される貫通孔８１ｂが形成されている。押さえ板８２は、キャップ部８１に対して赤外線検出器２ａを押さえるためのものである。
【０１７９】
保持部材８０は、押さえ板８２の孔８２ｂ及びキャップ部８１の孔８１ｃに通されたねじ（図示せず）が、試料セル６の他端部のめねじ部（図示せず）にねじ込まれることによって、試料セル６に取り付けられている。
【０１８０】
なお、保持部材７０，８０それぞれの構造は、特に限定するものではない。また、試料セル６への保持部材７０，８０それぞれの取付構造も特に限定するものではない。
【０１８１】
ところで、試料セル６の反射面６６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。
【０１８２】
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、上記回転楕円体の一方の焦点に配置し、赤外線検出器２ａを、試料セル６の中心軸上において、上記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。
【０１８３】
なお、ガスセンサ１００は、赤外光源１と赤外線検出器２ａ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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
ガスセンサ１００は、制御部５１に、赤外光源１の抵抗値を設定する設定部５２が接続されている。制御部５１は、設定部５２により設定された抵抗値に基づいて、駆動回路５から赤外光源１への投入電力が規定値となるように所定パルス幅を決定するように構成されている。
【０１９０】
赤外光源１の抵抗の測定値とは、室温（例えば、２５℃）下において赤外光源１に電圧を印加したときに赤外光源１に流れる電流を測定し、オームの法則から求めた値である。赤外光源１の抵抗は、ガスセンサ１００の製造段階或いはガスセンサ１００の製造前に、予め測定すればよい。赤外光源１の抵抗の測定値は、赤外線放射素子１０の赤外線放射層１３の抵抗と、パッケージ１９のリードピン１９と赤外線放射層１３との間の電路の抵抗と、の合成抵抗の値である。赤外光源１は、赤外線放射層１３で発生するジュール熱を大きくし、赤外線放射層１３から効率良く赤外線を放射させるという観点から、赤外線放射層１３の抵抗値が、電路の抵抗値よりも十分に大きいのが好ましい。言い換えれば、赤外光源１は、赤外光源１の抵抗の測定値が、赤外線放射層１３の抵抗値とみなせる程度に電路の抵抗値が小さいのが好ましい。
【０１９１】
駆動回路５は、制御部５１にて決定された所定パルス幅の電圧を赤外光源１へ供給するように構成されている。これにより、ガスセンサ１００は、赤外光源１の製造ばらつき等に起因して赤外光源１の抵抗値がばらついていても、製造時に、予め測定した赤外光源１の抵抗の測定値を設定部５２により抵抗値として設定することにより、赤外光源１への投入電力のばらつきを抑制することが可能となり、測定精度の高精度化を図ることが可能となる。
【０１９２】
ところで、ガスセンサ１００は、駆動回路５から赤外線放射層１３へ供給する電圧の所定パルス幅を、第１焦電素子２２、２２が受光した赤外線量の時間変化に応じて電流を出力する応答時間に比べて短い時間に設定してある。
【０１９３】
図２２は、赤外線放射層１３に印加されるパルス電圧の波形と、赤外線放射層１３が放射する赤外線量との関係を模式的に示している。赤外線放射素子１３は、パルス電圧が印加されている期間のみ通電され、パルス電圧が印加されていない期間には通電が停止（オフ）されている。図２２では、赤外線放射層１３に通電されている通電期間をＴ１、赤外線放射層１３への通電がオフされてから次に通電が開始されるまでの非通電期間をＴ２としてある。
【０１９４】
赤外光源１は、赤外線放射素子１０の開口部１１ａ内に存在する気体が気体層を構成している。気体層を構成する気体としては、不活性ガスが好ましい。不活性ガスとしては、例えば、Ｎ２ガス、Ａｒガス等を採用することができる。
【０１９５】
赤外光源１は、気体層を備えていることにより、通電期間Ｔ１に赤外線放射層１３を効率的に昇温させることが可能であり、所定パルス幅の短縮化を図りながらも所望の赤外線量を確保することが可能となる。また、赤外光源１は、気体層を備えていることにより、非通電期間Ｔ２においても、通電期間Ｔ１よりも長い期間にわたって赤外線を放射させることが可能となる。ガスセンサ１００は、所定パルス幅の短縮化により、低消費電力化を図ることが可能となる。
【０１９６】
赤外線放射層１３は、通電が開始されると時間が経過するにつれて、温度が上昇する。赤外線放射層１３は、温度が上昇するにつれて、赤外線量が曲線的に増加する。赤外線放射層１３は、通電がオフされると、温度が下降する。赤外線放射層１３は、温度が下降するにつれて、赤外線量が緩やかに減少する。非通電期間Ｔ２において赤外線放射層１３が放射する赤外線量の時間変化の周波数成分は、気体層１ｃを有する赤外光源１の構造的な熱時定数によって決定される。非通電期間Ｔ２は、通電期間Ｔ１に比べて十分に長い時間に時間に設定してある。例えば、ガスセンサ１００は、例えば、通電期間Ｔ１を５ｍｓ〜３０ｍｓ程度の範囲内で設定し、非通電期間Ｔ２を５ｓ〜３０ｓ程度の範囲内で設定することができる。なお、非通電期間Ｔ２における赤外線量の時間変化の周波数成分は、通電期間Ｔ１における赤外線量の時間変化の周波数成分に比べて、低周波数となる。ガスセンサ１００は、非通電期間Ｔ２においても、通電期間Ｔ１よりも長い期間にわたって赤外線を放射させることが可能なので、非通電期間Ｔ２に低周波数で減少する赤外線を利用した低周波応答が可能となる。
【０１９７】
電流電圧変換回路４１ａでは、容量性素子であるコンデンサＣｆのインピーダンスを用いて第１検出エレメントＤＥ１の出力信号である電流信号に対して電流−電圧変換を行う。第１検出エレメントＤＥ１からみたインピーダンス（以下、「変換インピーダンス」は、下記の式（６）で表すことができる。
Ｚ＝１／（２・π・ｆ・Ｃ）・・・式（６）
式（６）では、変換インピーダンスをＺ〔Ω〕、周波数をｆ〔Ｈｚ〕、コンデンサＣｆのキャパシタンスをＣ〔Ｆ〕としてある。
【０１９８】
図２３は、変換インピーダンスＺの周波数特性を模式的に示している。図２３は、片対数グラフであり、縦軸を対数目盛としてある。図２３では、縦軸及び横軸それぞれの目盛を省略してある。変換インピーダンスＺは、図２３に示すように、周波数が低くなるにつれて、線形に増加する傾向にある。
【０１９９】
ガスセンサ１００は、赤外光源１が気体層を備えていない場合に比べて、赤外光源１の非通電期間Ｔ２に赤外光源１から放射される赤外線量の時間変化の周波数成分が、低周波数である。このため、電流電圧変換回路４１ａは、第１検出エレメントＤＥ１が出力する低周波数の電流信号に対して、変換インピーダンスＺ（ゲイン）の高い領域で動作し、出力信号のＳ／Ｎ比の向上を図ることが可能となる。したがって、ＩＣ素子４１は、電流電圧変換回路４１ａの出力信号を増幅する増幅回路４１ｂの出力信号のＳ／Ｎ比の向上を図ることが可能となる。
【０２００】
ＩＣ素子４２は、電流電圧変換回路４２ａの回路構成が電流電圧変換回路４１ａと同じあり、増幅回路４２ｂの回路構成が増幅回路４１ｂと同じなので、ＩＣ素子４１と同様に、出力信号のＳ／Ｎ比の向上を図ることが可能となる。
【０２０１】
上述したように、赤外光源１は、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、赤外光源１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、赤外線放射層１３への通電がオフされてから次に通電が開始されるまでの非通電期間においても赤外線を放射する。また、ＩＣ素子４１、４２は、赤外線検出素子２０ｄの出力信号である電流信号を電流−電圧変換する電流電圧変換回路４１ａ、４２ａを備えている。電流電圧変換回路４１ａ、４２ａは、赤外光源１の非通電期間において赤外光源１が放射する赤外線量の時間変化の周波数成分に対するゲインが、当該周波数成分より高い周波数領域に対するゲインより大きいのが好ましい。電流電圧変換回路４１ａ、４２ａのゲインとは、上述の変換インピーダンスＺを意味する。ガスセンサ１００は、赤外線放射層１３への通電期間の短縮化により、赤外光源１の駆動電力の低減を図ることが可能となる。また、ガスセンサ１００は、赤外光源１の非通電期間において赤外光源１が放射する赤外線量の時間変化の周波数成分に対するゲインが、当該周波数成分より高い周波数領域に対するゲインより大きいことにより、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることが可能となる。
【０２０２】
電流電圧変換回路４１ａ、４２ａは、コンデンサＣｆの電荷を定期的に放電させるリセット動作を可能とするために、コンデンサＣｆに、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチ素子を並列接続した構成としてもよい。この場合、電流電圧変換回路４１ａ、４２ａは、スイッチ素子を定期的に所定時間だけオンさせることで、コンデンサＣｆの電荷を定期的に放電させることが可能となる。これにより、ガスセンサ１００は、電流電圧変換回路４１ａ、４２ａの出力信号が飽和するのを抑制することが可能となる。
【０２０３】
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。
【０２０４】
ガスセンサ１００は、駆動回路５から赤外光源１へ供給するパルス電圧が同じでも、赤外光源１の抵抗値の違いによって、赤外線放射層１３の温度が異なる。
【０２０５】
そこで、ガスセンサ１００は、制御部５１が、設定部５２により設定された抵抗値に基づいて、駆動回路５から赤外光源１への投入電力が規定値となるように所定パルス幅を決定するように構成されている。設定部５２は、例えば、不揮発性記憶素子により構成することができる。設定部５２は、例えば、ガスセンサ１００の出荷検査時等に、別途に測定した赤外光源１の抵抗の測定値を、赤外光源１の抵抗値として記憶させることで設定するものである。制御部５１は、所定パルス幅を決定する際、設定部５２から赤外光源１の抵抗値を読み出し、所定の演算式に当該抵抗値を代入して演算を行うことで所定パルス幅を決定する。更に、ガスセンサ１００は、駆動回路５が、制御部５１にて決定された所定パルス幅のパルス電圧を赤外光源１へ間欠的に供給するように構成されている。これにより、ガスセンサ１００は、赤外光源１の製造ばらつき等に起因して光源１の抵抗値がばらついていても、製造時に、予め測定した赤外光源１の抵抗の測定値を設定部５２により抵抗値として設定することにより、赤外光源１への投入電力のばらつきを抑制することが可能となり、測定精度の高精度化を図ることが可能となる。要するに、ガスセンサ１００は、製造時に所定パルス幅を赤外光源１の抵抗の測定値に基づいて初期調整する機能を有しており、測定精度の高精度化を図ることが可能となる。
【０２０６】
ガスセンサ１００は、赤外線検出器２ａの代わりに、実施形態２において説明した変形例の赤外線検出器２ｂを用いてもよい。また、ガスセンサ１００は、赤外線検出器２ａにおける赤外線検出素子２０ｄの代わりに、実施形態１において説明した赤外線検出素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃを２つずつ用いてもよい。
【０２０７】
ガスセンサ１００は、第１検出エレメントＤＥ１と第２検出エレメントＤＥ２との組を、１組だけ備えているが、これに限らず、第１検出エレメントＤＥ１と第２検出エレメントＤＥ２との組を、複数組、備えていてもよい。これにより、ガスセンサ１００は、第１検出エレメントＤＥ１と第２検出エレメントＤＥ２との組の数に１対１で対応する種類、のガスの濃度を測定することが可能となる。つまり、ガスセンサ１００は、測定対象のガスの種類を１種類だけに限らず、複数種類とすることもできる。
【０２０８】
なお、赤外光源１は、赤外線放射素子１０とパッケージ１９とを備えた構成に限らず、例えば、ハロゲンランプ等を採用することもできる。
【符号の説明】
【０２０９】
１  赤外光源
２ａ、２ｂ  赤外線検出器
４  信号処理回路
５  駆動回路
６  試料セル
１１半導体基板
１１ａ  開口部
１２  保持層
１３  赤外線放射層
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ  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
２４ａ  第１表面配線
２４ｂ  第１裏面配線
２５ａ  第２表面配線
２５ｂ  第２裏面配線
２６  スリット
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
３１、３２  光学フィルタ
３３  樹脂層
４１、４２  ＩＣ素子
４３  基板
５１  制御部
１００  赤外線式ガスセンサ
１１１  一面
１２１  第１面
１２２  第２面
【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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