(57)【要約】【課題】測定精度の長期安定性を向上させることが可能な赤外線式ガスセンサを提供する。【解決手段】光学系３は、赤外線放射素子１０と赤外線検出素子２０ａとの間に配置されている。光学系３は、検知対象のガスによる赤外線の吸収波長を含む第１透過波長域と、第１透過波長域よりも長波長側に設定された第２透過波長域と、のそれぞれで赤外線の透過率が設定され、第２透過波長域の平均透過率が第１透過波長域の透過率よりも小さい。制御部５１は、赤外線放射素子１０の放射エネルギ分布のピーク波長を互いに異ならせる第１駆動条件と第２駆動条件とのそれぞれで駆動回路５が赤外線放射素子１０をパルス駆動するように駆動回路５を時系列で制御する。信号処理部４は、第１駆動条件のときの赤外線検出素子２０ａの第１出力信号と第２駆動条件のときの赤外線検出素子２０ａの第２出力信号との比を利用して検知対象のガスの濃度を推定する。【選択図】図１
2015137863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線放射素子と、赤外線検出素子と、光学系と、駆動回路と、制御部と、信号処理部と、を備え、
前記赤外線放射素子は、熱放射により赤外線を放射するように構成され、
前記赤外線検出素子は、前記赤外線放射素子からの赤外線を受光して電気信号に変換するように構成され、
前記光学系は、前記赤外線放射素子と前記赤外線検出素子との間に配置され、
前記光学系は、検知対象のガスによる赤外線の吸収波長を含む第１透過波長域と、前記第１透過波長域よりも長波長側に設定された第２透過波長域と、のそれぞれで赤外線の透過率が設定され、前記第２透過波長域の平均透過率が前記第１透過波長域の透過率よりも小さく、
前記駆動回路は、前記赤外線放射素子をパルス駆動するように構成され、
前記制御部は、前記赤外線放射素子の放射エネルギ分布のピーク波長を互いに異ならせる第１駆動条件と第２駆動条件とのそれぞれで前記駆動回路が前記赤外線放射素子をパルス駆動するように前記駆動回路を制御し、
前記信号処理部は、前記第１駆動条件のときの前記赤外線検出素子の第１出力信号と前記第２駆動条件のときの前記赤外線検出素子の第２出力信号との比を利用して検知対象のガスの濃度を推定するように構成されている、
ことを特徴とする赤外線式ガスセンサ。
【請求項２】
前記第１駆動条件は、前記第２駆動条件よりもピーク波長が短波長となる駆動条件であり、
前記信号処理部は、下記の（１）式の濃度換算式により検知対象のガスの濃度を推定する濃度推定部を備え、
【数１】
2015137863.tif 000014
Ｃｏｎ１は、検知対象のガスの濃度であり、Ｒ１は、前記第１出力信号を前記第２出力信号で除した値Ｒについて、検知対象のガスの濃度が０ｐｐｍのときの値を１として正規化した値であり、Ａ１、Ｂ１及びＣ１は、それぞれ係数である、
ことを特徴とする請求項１記載の赤外線式ガスセンサ。
【請求項３】
前記第１駆動条件は、前記第２駆動条件よりもピーク波長が短波長となる駆動条件であり、
前記信号処理部は、下記の（２）式の濃度換算式により検知対象のガスの濃度を推定する濃度推定部を備え、
【数２】
2015137863.tif 000015
Ｃｏｎ２は、検知対象のガスの濃度であり、Ｘは、前記第１出力信号を基準値で除した値であり、Ａ２、Ｂ２及びＣ２は、それぞれ係数であり、前記基準値は、前記第１出力信号を前記第２出力信号で除した値と、Ｃｏｎ１と、から推定した、前記検知対象のガスの濃度が０ｐｐｍで且つ前記赤外線放射素子が前記第１駆動条件でパルス駆動されたと仮定したときの前記赤外線検出素子の出力信号の推定値である、
ことを特徴とする請求項２記載の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、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】
赤外線式ガスセンサとしては、例えば、図１３に示す構成のＣＯセンサ１２１が知られている（特許文献１）。
【０００３】
ＣＯセンサ１２１は、赤外線（「赤外光」ともいう。）を発生する光源１０５と、光源１０５からの赤外線を検出する２つの検出器１０６ａ、１０６ｂと、２つのフィルタ１０７ａ、１０７ｂとを備えている。また、ＣＯセンサ１２１は、２つの検出器１０６ａ、１０６ｂの差動出力からＣＯの濃度に関係する出力を発生する検出値処理手段（図示せず）を備えている。
【０００４】
ＣＯセンサ１２１は、光源１０５としてタングステンランプが用いられている。また、ＣＯセンサ１２１は、検出器１０６ａ、１０６ｂの各々が、例えば、サーモパイル、ボロメータ、焦電素子等の受光素子により構成されている。フィルタ１０７ａの透過の窓は、ＣＯの吸収波長帯域である４．６μｍ波長帯域に設定されている。フィルタ１０７ｂの透過の窓は、ＣＯの吸収波長帯域及び対象環境に含まれる赤外吸収波長帯域以外である４．０μｍ波長帯域に設定されている。
【０００５】
また、赤外線式ガスセンサとしては、例えば、図１４に示す構成の赤外線ガス分析計が知られている（特許文献２）。
【０００６】
この赤外線ガス分析計は、光源２０１と、試料セル２０５と、多層膜フィルタ２１６及び多層膜フィルタ２１６を固定し、周期的に一定角度間を移動させる移動機構２１７と、検出器２０７と、信号変換器２０８と、受信器２０９と、から構成されている。
【０００７】
この赤外線ガス分析計は、ＣＯ2濃度を分析する場合、多層膜フィルタ２１６が角度θ１にあるとき、波長が４．２５μｍの赤外線が多層膜フィルタ２１６を透過し、検出器２０７で電気信号に変換される。また、赤外線式ガス分析計は、多層膜フィルタ２１６が角度θ２にあるとき、波長が３．７μｍの赤外線が多層膜フィルタ２１６を透過し、検出器２０７で電気信号に変換される。
【０００８】
この赤外線ガス分析計は、試料ガス中の測定成分ガスに吸収される赤外線と試料ガスに吸収されない赤外線を周期的に検出し、測定成分ガスに吸収される赤外線の検出値を吸収されない赤外線の検出値で補正することにより、測定濃度を補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２３９６１１号公報
【特許文献２】特開２００１−２７６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＣＯセンサ１２１では、光源１０５の経時的な特性変化に起因して、光源１０５の出力が変化し、測定精度が低下してしまう懸念がある。また、ＣＯセンサ１２１では、フィルタ１０７ａ及びフィルタ１０７ｂそれぞれの経時的な特性変化や汚れ等に起因してフィルタ特性が変化した場合、測定精度が低下してしまう懸念がある。
【００１１】
また、特許文献２には、赤外線ガス分析計においては、光源２０１の光強度が変化したときに、検出器２０７の２つのピーク出力値の誤差率の大きさがほぼ等しくなる旨が記載されている。しかしながら、上述の赤外線ガス分析計では、２つのピーク出力値の誤差率が完全に一致するとは限らず、光源２０１の経時的な特性変化に起因して、測定精度が低下してしまう懸念がある。また、上述の赤外線ガス分析計では、多層膜フィルタ２１６及び多層膜フィルタ２１６それぞれの経時的な特性変化や汚れ、光軸の変化等に起因してフィルタ特性が変化した場合、測定精度が低下してしまう懸念がある。
【００１２】
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、測定精度の長期安定性を向上させることが可能な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】
【００１３】
本発明の赤外線式ガスセンサは、赤外線放射素子と、赤外線検出素子と、光学系と、駆動回路と、制御部と、信号処理部と、を備える。前記赤外線放射素子は、熱放射により赤外線を放射するように構成されている。前記赤外線検出素子は、前記赤外線放射素子からの赤外線を受光して電気信号に変換するように構成されている。前記光学系は、前記赤外線放射素子と前記赤外線検出素子との間に配置されている。前記光学系は、本発明の赤外線式ガスセンサの検知対象のガスによる赤外線の吸収波長を含む第１透過波長域と、前記第１透過波長域よりも長波長側に設定された第２透過波長域と、のそれぞれで赤外線の透過率が設定されている。前記光学系は、前記第２透過波長域の平均透過率が前記第１透過波長域の透過率よりも小さい。前記駆動回路は、前記赤外線放射素子をパルス駆動するように構成されている。前記制御部は、前記赤外線放射素子の放射エネルギ分布のピーク波長を互いに異ならせる第１駆動条件と第２駆動条件とのそれぞれで前記駆動回路が前記赤外線放射素子をパルス駆動するように前記駆動回路を時系列で制御する。前記信号処理部は、前記第１駆動条件のときの前記赤外線検出素子の第１出力信号と前記第２駆動条件のときの前記赤外線検出素子の第２出力信号との比を利用して検知対象のガスの濃度を推定するように構成されている。
【００１４】
この赤外線式ガスセンサにおいて、前記第１駆動条件は、前記第２駆動条件よりもピーク波長が短波長となる駆動条件であり、前記信号処理部は、下記の（１）式の濃度換算式により検知対象のガスの濃度を推定する濃度推定部を備え、
【００１５】
【数１】
2015137863.tif 000003
Ｃｏｎ１は、検知対象のガスの濃度であり、Ｒ１は、前記第１出力信号を前記第２出力信号で除した値Ｒについて、検知対象のガスの濃度が０ｐｐｍのときの値を１として正規化した値であり、Ａ１、Ｂ１及びＣ１は、それぞれ係数であることが好ましい。
【００１６】
さらには、この赤外線式ガスセンサにおいて、前記第１駆動条件は、前記第２駆動条件よりもピーク波長が短波長となる駆動条件であり、前記信号処理部は、下記の（２）式の濃度換算式により検知対象のガスの濃度を推定する濃度推定部を備え、
【００１７】
【数２】
2015137863.tif 000004
Ｃｏｎ２は、検知対象のガスの濃度であり、Ｘは、前記第１出力信号を基準値で除した値であり、Ａ２、Ｂ２及びＣ２は、それぞれ係数であり、前記基準値は、前記第１出力信号を前記第２出力信号で除した値と、Ｃｏｎ１と、から推定した、前記検知対象のガスの濃度が０ｐｐｍで且つ前記赤外線放射素子が前記第１駆動条件でパルス駆動されたと仮定したときの前記赤外線検出素子の出力信号の推定値であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の赤外線式ガスセンサにおいては、測定精度の長期安定性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施形態の赤外線式ガスセンサの概略構成図である。
【図２】図２は、実施形態の赤外線式ガスセンサの特性の模式的な説明図である。
【図３】図３は、実施形態の赤外線式ガスセンサの動作説明図である。
【図４】図４は、実施形態の赤外線式ガスセンサの要部概略分解斜視図である。
【図５】図５は、実施形態の赤外線式ガスセンサの要部概略斜視図である。
【図６】図６は、実施形態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７】図７（ａ）は、実施形態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７（ｂ）は、図７（ａ）のＸ−Ｘ概略断面図である。
【図８】図８は、実施形態の赤外線式ガスセンサにおける光学フィルタの概略断面図である。
【図９】図９（ａ）は、実施形態の赤外線式ガスセンサにおける赤外線検出素子の概略平面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＸ−Ｘ概略断面図である。図９（ｃ）は、実施形態の赤外線式ガスセンサにおける赤外線検出素子の概略下面図である。
【図１０】図１０は、実施形態の赤外線式ガスセンサにおける赤外線検出素子の使用形態での等価回路図である。
【図１１】図１１は、実施形態の赤外線式ガスセンサの動作説明図である。
【図１２】図１２は、実施形態の赤外線式ガスセンサの第１変形例の動作説明図である。
【図１３】図１３は、従来例を示すＣＯセンサの構成を模式的に説明する図である。
【図１４】図１４は、他の従来例を示す赤外線ガス分析計の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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１〜１１に基づいて説明する。
【００２１】
赤外線式ガスセンサ１００は、赤外線放射素子１０と、赤外線検出素子２０ａと、光学系３と、駆動回路５と、制御部５１と、信号処理部４と、を備える。赤外線放射素子１０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。赤外線検出素子２０ａは、赤外線放射素子１０からの赤外線を受光して電気信号に変換するように構成されている。光学系３は、赤外線放射素子１０と赤外線検出素子２０ａとの間に配置されている。光学系３は、検知対象のガスによる赤外線の吸収波長λｇ（図２参照）を含む第１透過波長域λａ〜λｂ（図２参照）と、第１透過波長域λａ〜λｂよりも長波長側に設定された第２透過波長域λｃ〜λｄ（図２参照）と、のそれぞれで赤外線の透過率が設定されている。光学系３は、第２透過波長域λｃ〜λｄの平均透過率が第１透過波長域λａ〜λｂの透過率よりも小さい。駆動回路５は、赤外線放射素子１０をパルス駆動するように構成されている。制御部５１は、赤外線放射素子１０の放射エネルギ分布のピーク波長を互いに異ならせる第１駆動条件と第２駆動条件とのそれぞれで駆動回路５が赤外線放射素子１０をパルス駆動するように駆動回路５を時系列で制御する。信号処理部４は、第１駆動条件のときの赤外線検出素子２０ａの第１出力信号と第２駆動条件のときの赤外線検出素子２０ａの第２出力信号との比を利用して検知対象のガスの濃度を推定するように構成されている。よって、赤外線式ガスセンサ１００は、赤外線放射素子１０の特性の経時変化等があっても、第１出力信号と第２出力信号とが同じ比率で変化するので、測定精度の長期安定性を向上させることが可能となる。また、赤外線式ガスセンサ１００は、光軸の異なる複数の光学系を備えている場合に比べて、部品点数の削減による低コスト化を図ることも可能となる。制御部５１は、プランクの放射則に基づいて赤外線放射素子１０の温度を、第１駆動条件と第２駆動条件のときとで異ならせることで、赤外線放射素子１０の放射エネルギ分布のピーク波長を互いに異ならせる。
【００２２】
また、赤外線式ガスセンサ１００は、赤外線放射素子１０をパッケージ１９（以下、「第１パッケージ１９」ともいう。）に収納した赤外光源１と、赤外線検出素子２０ａをパッケージ２９（以下、「第２パッケージ２９」ともいう。）に収納した赤外線検出器２と、を備える。赤外線検出器２は、赤外線検出素子２０ａにおける赤外光源１側に配置され第１透過波長域λａ〜λｂ及び第２透過波長域λｃ〜λｄそれぞれの赤外線の透過率を調整する光学フィルタ３０を備える。第１パッケージ１９は、赤外線放射素子１０から放射された赤外線を透過する窓材１９ｗ（以下、「第１窓材１９ｗ」ともいう。）を備える。第２パッケージ２９は、赤外線放射素子１０から放射された赤外線を透過する窓材２９ｗ（以下、「第２窓材２９ｗ」ともいう。）を備える。光学系３は、第１窓材１９ｗと、第２窓材２９ｗと、光学フィルタ３０と、を含むのが好ましい。これにより、赤外線式ガスセンサ１００は、赤外線放射素子１０の経時劣化を抑制することが可能となり、また、赤外光源１の第１窓材１９ｗの汚れや、赤外線検出器２の第２窓材２９ｗの汚れ等があっても、第１出力信号と第２出力信号とが同じ比率で変化するので、測定精度の長期安定性を向上させることが可能となる。なお、赤外線放射素子１０をパルス駆動することは、赤外光源１をパルス駆動することと同じ意味である。
【００２３】
赤外線式ガスセンサ１００は、赤外光源１と赤外線検出器２との間に配置され検知対象ガスの出入りが可能な試料セル６を備えているのが好ましい。試料セル６は、筒状の形状である。赤外線式ガスセンサ１００は、試料セル６の内面が、赤外線放射素子１０から放射された赤外線を反射する反射面６６を構成するのが好ましい。光学系３は、反射面６６を更に含む。この場合、赤外線式ガスセンサ１００は、試料セル６の変形による光軸の経時変化等があっても、第１出力信号と第２出力信号とが同じ比率で変化するので、測定精度の長期安定性を向上させることが可能となる。なお、図１中の矢印付きの線は、赤外線放射素子１０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。
【００２４】
試料セル６は、検知対象のガスを含む気体もしくは検知対象のガスが導入されるセルである。赤外線式ガスセンサ１００は、ガスの種類によって赤外線の吸収波長λｇが異なることを利用してガスを検知する。吸収波長λｇ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それぞれの付近に存在する。
【００２５】
赤外線式ガスセンサ１００（以下、「ガスセンサ１００」ともいう。）の各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。
【００２６】
赤外線放射素子１０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。赤外線放射素子１０は、第１透過波長域λａ〜λｂと第２透過波長域λｃ〜λｄとを含む広帯域の赤外線を放射することができる。
【００２７】
赤外光源１としては、例えば、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、を備えたものを用いることができる。
【００２８】
赤外線放射素子１０は、例えば、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す構成を採用することができる。赤外線放射素子１０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１２ｃ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１２ｄ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。
【００２９】
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１２ｄ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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。薄膜部１２は、誘電体層を構成する。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、設定するのが好ましい。このため、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、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。
【００３９】
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。高融点金属としては、例えば、クロム等を採用することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、円筒状の筒部１９ｂｂの一端側に、円板状の天板部１９ｂａが形成されており、天板部１９ｂａの中央部に窓孔１９ｒが形成されている。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
ガスセンサ１００は、赤外光源１が赤外線放射素子１０を採用している場合、ハロゲンランプを用いる場合に比べて、発熱体の熱容量を小さくすることが可能となり、低消費電力化や、赤外光源１への同程度の入力電力でＳ／Ｎ比の向上を図ることが可能となる。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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４〜６参照）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。
【００５１】
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。
【００５２】
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４、６参照）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。
【００５３】
ガスセンサ１００は、赤外光源１を保持する保持部材７０（図４〜６参照）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２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。
【００５４】
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（図６参照）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に対して赤外光源１を押さえるためのものである。
【００５５】
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。
【００５６】
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、赤外線検出器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２を押さえるためのものである。
【００５７】
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。
【００５８】
なお、２つの保持部材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２つの保持部材７０、８０それぞれの取付構造も特に限定するものではない。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
光学系３は、赤外線放射素子１０から放射された赤外線が赤外線検出素子２０ａに入射するまでの伝搬経路に関与するものである。
【００６３】
光学系３としては、例えば、図８に示すような光学フィルタ３０を備えるのが好ましい。ガスセンサ１００における光学系３は、光学フィルタ３０の他に、赤外光源１の窓孔１９ｒと、赤外光源１の窓材１９ｗと、試料セル６の反射面６６と、赤外線検出器２の窓孔２９ｃと、赤外線検出器２の窓材２９ｗと、を含む。
【００６４】
光学フィルタ３０は、例えば、基板３１ｓと、第１フィルタ部３１ａと、第２フィルタ部３１ｂと、を備えた構成とすることができる。基板３１ｓは、赤外線を透過可能なものである。基板３１ｓ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。
【００６５】
第１フィルタ部３１ａは、光学系３の第１透過波長域λａ〜λｂを規定するようにフィルタ特性を設計してある。第２フィルタ部３１ｂは、光学フィルタ３０の第２透過波長域λｃ〜λｄにおける赤外線の透過率を、第１フィルタ部３１ａだけの場合よりも小さくするように設計してある。第２フィルタ部３１ｂは、第２透過波長域λｃ〜λｄの赤外線を吸収する機能と反射する機能とを組み合わせることで赤外線の遮断率を調整しているフィルタである。
【００６６】
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。
【００６７】
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。λ／４多層膜３４における２種類の薄膜３１ａａ、３１ａｂの光学膜厚は、λ／４多層膜３４の設定波長λの１／４に設定されている。
【００６８】
λ／４多層膜３６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。λ／４多層膜３６における２種類の薄膜３１ａａ、３１ａｂの光学膜厚は、λ／４多層膜３６の設定波長λの１／４に設定されている。
【００６９】
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の光学膜厚は、波長選択層３５の選択波長に応じて決めてあり、各薄膜３１ａａ、３１ａｂの光学膜厚とは異ならせてある。波長選択層３５の選択波長は、吸収波長λｇである。第１フィルタ部３１ａは、吸収波長λｇの赤外線に対する透過率が５０％以上であるのが、好ましく、７０％以上であるのがより好ましく、９０％以上であるのが更に好ましい。
【００７０】
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。
【００７１】
第１フィルタ部３１ａは、λ／４多層膜３４とλ／４多層膜３６との間に波長選択層３５を備えることにより、反射帯域の中に、この反射帯域の幅に比べて透過スペクトル幅の狭い第１透過波長域λａ〜λｂを局在させることができる。
【００７２】
屈折率が異なり且つ光学膜厚が等しい２種類の薄膜を積層することにより形成される光学多層膜の反射帯域の幅は、下記の（３）式で近似的に求められる（参考文献：小檜山光信著，「光学薄膜フィルター」，株式会社オプトロニクス社，ｐ．１０２−１０６）。
【００７３】
【数３】
2015137863.tif 000005
ここで、λは、各薄膜に共通する光学膜厚の４倍に相当する設定波長である。Δλは、反射帯域の幅である。ｎＨは、２種類の薄膜のうち相対的に屈折率の高い材料の屈折率である。ｎＬは、２種類の薄膜のうち相対的に屈折率の低い材料の屈折率である。
【００７４】
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。
【００７５】
光学フィルタ３０は、第１フィルタ部３１ａの中心波長を、検知対象のガスの吸収波長λｇに設定するのが好ましい。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、吸収波長λｇを４．３μｍに設定するのが好ましい。
【００７６】
第２透過波長域λｃ〜λｄは、赤外線放射素子１０の放射スペクトルと、光学系３の光学フィルタ３０の設計上の分光透過特性等に起因して赤外線の漏れを生じさせる波長領域と、に基づいて適宜設定するのが好ましい。所定波長域λｃ〜λｄは、例えば、１０μｍ〜２５μｍの範囲とすることができる。
【００７７】
光学系３は、第２透過波長域λｃ〜λｄにおける平均透過率が、第１透過波長域λａ〜λｂにおける透過率よりも小さい。
【００７８】
平均透過率とは、光学系３の第２透過波長域λｃ〜λｄにおける透過率の平均値である。平均透過率は、Ｓ２／Ｓ１の計算式により求めた値である。Ｓ１は、赤外線波長域のうち第２透過波長域λｃ〜λｄの最短波長λｃから最長波長λｄの間における、透過率が１００％となる仮想透過スペクトルを積分した面積である。要するに、Ｓ１は、仮想透過スペクトルと当該仮想透過スペクトルの横軸（波長軸）とで囲まれた領域の面積である。例えば、最短波長λｃを１０μｍ、最長波長λｄを２５μｍとした場合には、Ｓ１＝１００×（２５−１０）となる。Ｓ２は、分光器等により実測した、光学系３の透過スペクトルを積分した面積である。要するに、Ｓ２は、実測した透過スペクトルと当該透過スペクトルの横軸（波長軸）とで囲まれた領域の面積である。
【００７９】
平均透過率は、例えば、光学フィルタ３０の第２フィルタ部３１ｂにおける２種類の薄膜３１ｂａ、３１ｂｂの積層数、光学膜厚、材料の組み合わせ等を変更することにより変えることが可能である。
【００８０】
赤外線検出素子２０ａは、光学フィルタ３０における赤外光源１側とは反対側に配置されている。
【００８１】
赤外線検出素子２０ａは、例えば、図９（ａ）、９（ｂ）及び９（ｃ）に示す構成とすることができる。
【００８２】
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。
【００８３】
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１裏面電極２２ｂは、第１表面電極２２ａに対向している。
【００８４】
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。第２裏面電極２３ｂは、第２表面電極２３ａに対向している。
【００８５】
焦電体基板２１の表面２１ａには、第１表面電極２２ａに電気的に接続された第１表面配線２４ａが形成されている。また、焦電体基板２１の表面２１ａには、第２表面電極２３ａに電気的に接続された第２表面配線２５ａが形成されている。
【００８６】
焦電体基板２１の裏面２１ｂには、第１裏面電極２２ｂに電気的に接続された第１裏面配線２４ｂが形成されている。また、焦電体基板２１の裏面２１ｂには、第２裏面電極２３ｂに電気的に接続された第２裏面配線２５ｂが形成されている。
【００８７】
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。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が可能となる。これにより、赤外線検出素子２０ａは、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。
【００８８】
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。
【００８９】
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９（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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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、検知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、厚さが厚いほうが、電気抵抗が小さくなる一方、厚さが薄いほうが、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は、第１表面電極２２ａの厚さを、第１裏面電極２２ｂの厚さよりも薄くしてもよい。同様に、第２焦電素子２３は、第２表面電極２３ａの厚さを、第２裏面電極２３ｂの厚さよりも薄くしてもよい。また、第１焦電素子２２は、第１表面電極２２ａの厚さと、第１裏面電極２２ｂの厚さと、を同じとしてもよい。また、第２焦電素子２３は、第２表面電極２３ａの厚さと、第２裏面電極２３ｂの厚さと、を同じとしてもよい。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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２２ａ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。
【０１０２】
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２２ｂ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１裏面配線２４ｂ及び第２裏面配線２５ｂを、第１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１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。
【０１０３】
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１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。
【０１０４】
第１焦電素子２２及び第２焦電素子２３は、それぞれ、赤外線を受光して電気信号である出力信号を発生することができる。
【０１０５】
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の厚さ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の厚さ方向において重なるように配置されている。本明細書では、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３との並ぶ方向を第１方向と称し、焦電体基板２１の厚さ方向を第２方向と称し、第１方向と第２方向とに直交する方向を第３方向と称する。赤外線検出素子２０ａは、第３方向の一端部に、端子部２４ａａ、２５ｂｂが形成され、第３方向の他端部に、端子部２４ｂｂ、２５ａａが形成されている。
【０１０６】
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１０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１０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。図１０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。本明細書では、出力端子２８ｃを第１出力端子２８ｃともいう。また、本明細書では、出力端子２８ｄを第２出力端子２８ｄともいう。
【０１０７】
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。
【０１０８】
スリット２６は、焦電体基板２１の厚さ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。
【０１０９】
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。赤外線検出器２では、パッケージ２９のうち検出対象の赤外線を透過する窓材２９ｗ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２９ｗの配置を規定してある。これにより、赤外線検出器２は、パッケージ２９のうち窓材２９ｗを保持している遮光性のキャップ２９ｂの一部を、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により構成してもよいし、金属製の遮光板等により構成してもよい。
【０１１０】
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ことがある。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や光学フィルタ３０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。
【０１１１】
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、パッケージ２９の周囲の温度を意味する。パッケージ２９の周囲の温度は、外気の温度である。
【０１１２】
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、環境温度の上昇により、パッケージ２９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。
【０１１３】
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。これは、熱容量Ｈ１が、緩やかな温度変化で第１焦電素子２２の周辺部も含めて暖めるのに必要な熱容量であることによる。
【０１１４】
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。これは、熱コンダクタンスＧ２が、パッケージ２９の表面に対する第１焦電素子２２の熱コンダクタンスとなり、非常に小さな値となるからである。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
赤外線検出素子２０ａは、第１焦電素子２２と第２焦電素子２３とを備えたもの以外でもよい。例えば、赤外線検出素子２０ａは、第２焦電素子２３を備えずに、第１焦電素子２２のみを備えたものでもよい。また、赤外線検出素子２０ａは、赤外線を吸収して電気信号に変換する受光素子であればよく、例えば、サーモパイル、抵抗ボロメータ等を採用してもよい。
【０１２２】
赤外線検出器２のパッケージ２９は、台座２９ａと、台座２９ａに固着されるキャップ２９ｂと、を備える。パッケージ２９は、キャップ２９ｂにおける赤外線検出素子２０ａの前方に窓孔２９ｃが形成されている。赤外線検出器２は、パッケージ２９が、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。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。
【０１２３】
赤外線検出器２は、光学フィルタ３０がパッケージ２９内に収納され、パッケージ２９の外側の外気に曝されないようになっている。これにより、赤外線検出器２は、光学フィルタ３０が外気に曝されるのを抑制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３０のフィルタ特性の経時変化を抑制することが可能となる。
【０１２４】
信号処理部４は、赤外線検出素子２０ａの出力信号を信号処理するＩＣ素子４０を備えている。ＩＣ素子４０は、赤外線検出器２のパッケージ２９内に収納されているのが好ましい。この場合、赤外線検出器２は、例えば、赤外線検出素子２０ａとＩＣ素子４０とが実装された基板４３が、パッケージ２９内に収納されているのが好ましい。
【０１２５】
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。基板４３は、ＭＩＤ基板に限らず、例えば、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。
【０１２６】
赤外線検出器２は、基板４３の第１面１４３側に赤外線検出素子２０ａが配置され、基板４３の第２面１４４側にＩＣ素子４０が配置されているのが好ましい。
【０１２７】
ＩＣ素子４０は、ベアチップであり、基板４３の第２面１４４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。
【０１２８】
台座２９ａには、３本のリードピン２９ｄが、この台座２９ａの厚さ方向に貫通して設けられる。３本のリードピン２９ｄは、１本のリードピン２９ｄが、ＩＣ素子４０のグラウンド端子として利用され、他の１本のリードピン２９ｄが、ＩＣ素子４０へ動作電圧を与えるための電源端子として利用され、残りの１本のリードピン２９ｄが、ＩＣ素子４０の出力信号を取り出すための端子に利用される。
【０１２９】
ＩＣ素子４０は、例えば、電流電圧変換回路と、増幅回路と、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、電流電圧変換回路で電流−電圧変換された出力信号を増幅して出力する回路である。
【０１３０】
信号処理部４は、ＩＣ素子４０にて増幅された出力信号に基づく出力を発生する信号処理回路４５を備えている。信号処理回路４５は、第１駆動条件のときの赤外線検出素子２０ａの第１出力信号と第２駆動条件のときの赤外線検出素子２０ａの第２出力信号との比を利用して検知対象のガスの濃度を推定し、この濃度に相当する出力を発生する。
【０１３１】
信号処理回路４５は、Ａ／Ｄ変換回路４５ａと、濃度推定部４５ｂと、を備えた構成とすることができる。Ａ／Ｄ変換回路４５ａは、ＩＣ素子４０の出力信号をアナログ−ディジタル変換して出力する。
【０１３２】
なお、信号処理部４は、この信号処理部４の全部を赤外線検出器２のパッケージ２９内に設けてもよい。また、信号処理部４は、電流電圧変換回路と増幅回路と信号処理回路４５とを集積化して１チップのＩＣ素子とし、パッケージ２９内に設けてもよい。また、信号処理部４は、複数のディスクリート部品を適宜接続して構成してもよい。また、信号処理部４は、この信号処理部４の全部を赤外線検出器２とは別に設けてもよい。
【０１３３】
ガスセンサ１００は、濃度推定部４５ｂで推定し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。
【０１３４】
ところで、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の放射エネルギ分布のピーク波長を変化させることができる。
【０１３５】
駆動回路５は、赤外線放射素子１０に所定パルス幅の電圧（以下、「パルス電圧」ともいう。）を印加することにより、赤外線放射素子１０をパルス駆動する。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。赤外線放射素子１０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。
【０１３６】
駆動回路５は、例えば、パルス電圧を駆動電圧として赤外線放射素子１０をパルス駆動する場合、赤外線放射素子１０に対して、駆動電圧を間欠的に印加する。
【０１３７】
駆動回路５は、赤外線放射素子１０を第１駆動条件、第２駆動条件それぞれで駆動するように構成されている。第１駆動条件は、例えば、赤外線放射素子１０が第１温度で発熱して赤外線を放射するように設定することができる。第２駆動条件は、例えば、赤外線放射素子１０が第２温度で発熱して赤外線を放射するように設定することができる。第１温度と第２温度とは、互いに異なる温度である。ガスセンサ１００では、第２温度を、第１温度よりも低い温度に設定してある。ガスセンサ１００では、第１温度を７００Ｋに設定し、第２温度を５００Ｋに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではい。
【０１３８】
駆動回路５は、第１駆動条件における駆動電圧を、第１パルス電圧ＰＶ１（図３参照）とし、第２駆動条件における駆動電圧を、第２パルス電圧ＰＶ２（図３参照）としてある。第１パルス電圧ＰＶ１は、最大値がＶ１で、所定パルス幅がＷ１のパルス電圧である。第２パルス電圧ＰＶ２は、最大値がＶ２で、所定パルス幅がＷ２のパルス電圧としてある。
【０１３９】
図２では、駆動回路５が第１駆動条件で赤外線放射素子１０をパルス駆動したときの赤外線放射素子１０の放射スペクトルＳＬ１を破線で示してある。また、図２では、駆動回路５が第２駆動条件で赤外線放射素子１０をパルス駆動したときの赤外線放射素子１０の放射スペクトルＳＬ２を破線で示してある。また、図２には、光学系３の透過スペクトル（透過率の波長依存性）を実線で示してある。図２から、赤外線放射素子１０の放射エネルギ分布が変化した場合、第１透過波長域λａ〜λｂの赤外線に基づく赤外線検出素子２０ａの出力信号が変化することが分かる。
【０１４０】
ＩＣ素子４０の出力信号としては、駆動回路５が第１駆動条件で赤外線放射素子１０をパルス駆動したときのＩＣ素子４０の出力信号（以下、「第１出力信号」ともいう。）と、駆動回路５が第２駆動条件で赤外線放射素子１０をパルス駆動したときのＩＣ素子４０の出力信号（以下、「第２出力信号」ともいう。）と、がある。ＩＣ素子４０の出力信号は、赤外線検出素子２０ａの出力信号を電流−電圧変換して増幅した信号である。
【０１４１】
図３は、赤外線放射素子１０に印加する駆動電圧の波形と、ＩＣ素子４０の出力信号との関係を模式的に示している。図３では、赤外線放射素子１０が第１パルス電圧ＰＶ１でパルス駆動されたときの第１パルス電圧ＰＶ１とＩＣ素子４０の第１出力信号と、の関係を模式的に示してある。また、図３では、赤外線放射素子１０が第２パルス電圧ＰＶ２で駆動されたときの第２パルス電圧ＰＶ２とＩＣ素子４０の第２出力信号と、の関係を模式的に示してある。
【０１４２】
ガスセンサ１００は、ＩＣ素子４０の増幅回路が可変増幅回路であり、ガスの濃度が０ｐｐｍの状態での第１出力信号と第２出力信号との差を小さくするように、駆動回路５の第１駆動条件のときと第２駆動条件のときとで可変増幅回路の増幅率を変化させる。制御部５１は、駆動回路５に赤外線放射素子１０を第１駆動条件で駆動させるときの可変増幅回路の増幅率を第１増幅率とし、駆動回路５に赤外線放射素子１０を第２駆動条件で駆動させるときの可変増幅回路の増幅率を第２増幅率とする。第２増幅率は、第１増幅率よりも大きな値である。第２増幅率は、第１増幅率の４倍の値に設定してあるが、これに限らない。
【０１４３】
ガスセンサ１００は、赤外線放射素子１０が第１駆動条件でパルス駆動されたときの第１増幅率と、赤外線放射素子１０が第２駆動条件でパルス駆動されたときの第２増幅率と、が制御部５１によって制御される。これにより、ガスセンサ１００は、Ａ／Ｄ変換回路４５ａの入力値の分解能が低下するのを抑制することが可能となる。
【０１４４】
濃度推定部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検知対象のガスの濃度を推定するように構成されている。信号処理回路４５のＡ／Ｄ変換回路４５ａ及び濃度推定部４５ｂそれぞれの動作タイミングは、制御部５１によって制御されるのが好ましい。この場合、ガスセンサ１００は、例えば、制御部５１と信号処理回路４５とが、１つの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のが好ましい。
【０１４５】
ガスセンサ１００は、第１パルス電圧ＰＶ１のパルス幅Ｗ１、第２パルス電圧ＰＶ２のパルス幅Ｗ２それぞれを、赤外線検出素子２０ａが受光した赤外線量の時間変化に応じて赤外線検出素子２０ａが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。赤外線放射素子１０は、駆動電圧が印加されている期間のみ通電され、駆動電圧が印加されていない期間には通電が停止されている。
【０１４６】
赤外線放射素子１０及び赤外光源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。赤外線放射素子１０及び赤外光源１は、気体層を備えていることにより、通電期間に赤外線放射層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、赤外線放射素子１０及び赤外光源１は、気体層を備えていることにより、非通電期間においても、通電期間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。
【０１４７】
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。赤外線放射素子１０の非通電期間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。赤外線放射素子１０の非通電期間は、赤外線放射素子１０の通電期間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、通電期間を５ｍｓ〜３０ｍｓ程度の範囲内で設定し、非通電期間を５ｓ〜３０ｓ程度の範囲内で設定することができる。なお、赤外線放射素子１０の非通電期間における赤外線量の時間変化の周波数成分は、通電期間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、非通電期間においても、通電期間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。
【０１４８】
ガスセンサ１００において、第１駆動条件は、第２駆動条件よりもピーク波長が短波長となる駆動条件である。信号処理部４の濃度推定部４５ｂは、下記の（１）式の濃度換算式により検知対象のガスの濃度を推定するのが好ましい。
【０１４９】
【数４】
2015137863.tif 000006
（１）式において、Ｃｏｎ１は、検知対象のガスの濃度〔ｐｐｍ〕である。Ｒ１は、第１出力信号を第２出力信号で除した値Ｒについて、検知対象のガスの濃度が０ｐｐｍのときの値を１として正規化した値である。Ａ１、Ｂ１及びＣ１は、それぞれ係数である。係数Ａ１、Ｂ１及びＣ１の一例を下記表１に示す。表１は、検知対象のガスをＣＯ２、第１温度を７００Ｋ、第２温度を５００Ｋとした場合の係数Ａ１、Ｂ１及びＣ１の一例を示す。
【０１５０】
【表１】
2015137863.tif 000007
ガスセンサ１００は、（１）式の濃度換算式により検知対象のガスの濃度を推定する濃度推定部４５ｂを備えていることにより、測定精度の長期安定性を向上させることが可能となる。
【０１５１】
ガスセンサ１００は、ＩＣ素子４０の第１出力信号をＳｇ１、第２出力信号をＳｇ２について、ランベルト・ベールの法則により、検知対象のガスの吸光係数をα、ガスの濃度をＣ、赤外線の光路長をＬとすると、下記の（４）式、（５）式で表すことができる。
【０１５２】
【数５】
2015137863.tif 000008
（４）式では、赤外線放射素子１０が第１温度となる第１駆動条件でパルス駆動されたときの赤外線検出素子２０ａの受光パワーのうち、第１透過波長域λａ〜λｂの赤外線の受光パワーをＰ１１とし、第２透過波長域λｃ〜λｄの赤外線の受光パワーをＰ１２としてある。
【０１５３】
【数６】
2015137863.tif 000009
（５）式では、赤外線放射素子１０が第２温度となる第２駆動条件でパルス駆動されたときの赤外線検出素子２０ａの受光パワーのうち、第１透過波長域λａ〜λｂの赤外線の受光パワーをＰ２１とし、第２透過波長域の赤外線の受光パワーをＰ２２としてある。
【０１５４】
第１出力信号を第２出力信号で除した値Ｒは、下記の（６）式で表すことができる。
【０１５５】
【数７】
2015137863.tif 000010
（６）式において、Ｓｇ１＝Ｓｇ２の場合には、第１出力信号を第２出力信号で除した値Ｒを下記の（７）式で表すことができる。
【０１５６】
【数８】
2015137863.tif 000011
したがって、ガスセンサ１００では、（Ｐ１１−Ｐ２１）の変化分によって、検知対象のガスの濃度を推定することが可能となる。
【０１５７】
ところで、ガスセンサ１００は、ＩＣ素子４０の増幅回路として増幅率が一定のものを採用することもできる。この場合、ガスセンサ１００は、例えば、図１２に示すように、第１パルス電圧ＰＶ１のパルス幅Ｗ１に比べて、第２パルス電圧ＰＶ２のパルス幅Ｗ２を長くすることにより、Ａ／Ｄ変換回路４５ａの入力値の分解能が低下するのを抑制することが可能となる。
【０１５８】
図１２は、駆動回路５から赤外線放射素子１０に印加する駆動電圧の波形と、ＩＣ素子４０の出力信号との関係を模式的に示している。図１２では、赤外線放射素子１０が第１パルス電圧ＰＶ１でパルス駆動されたときの第１パルス電圧ＰＶ１とＩＣ素子４０の第１出力信号と、の関係を模式的に示してある。また、図１２では、赤外線放射素子１０が第２パルス電圧ＰＶ２で駆動されたときの第２パルス電圧ＰＶ２とＩＣ素子４０の第２出力信号と、の関係を模式的に示してある。
【０１５９】
ガスセンサ１００は、濃度推定部４５ｂが下記の（２）式の濃度換算式により検知対象のガスの濃度を推定するように構成されていてもよい。
【０１６０】
【数９】
2015137863.tif 000012
（２）式において、Ｃｏｎ２は、検知対象のガスの濃度である。Ｘは、第１出力信号を基準値で除した値である。Ａ２、Ｂ２及びＣ２は、それぞれ係数である。基準値は、第１出力信号を第２出力信号で除した値と、Ｃｏｎ１と、から推定した、検知対象のガスの濃度が０ｐｐｍで且つ赤外線放射素子１０が第１駆動条件でパルス駆動されたと仮定したときの赤外線検出素子２０ａの出力信号の推定値である。係数Ａ２、Ｂ２及びＣ２の一例を下記表２に示す。表２は、検知対象のガスをＣＯ２、第１温度を７００Ｋ、第２温度を５００Ｋとした場合の係数Ａ２、Ｂ２及びＣ２の一例を示す。
【０１６１】
【表２】
2015137863.tif 000013
ガスセンサ１００は、検知対象のガスの濃度によりＰ１１の減衰する比率が大きいので、（２）式の濃度換算式により検知対象のガスの濃度を推定する濃度推定部４５ｂを備えていることにより、測定精度のばらつきを小さくすることが可能となる。
【０１６２】
ガスセンサ１００は、第１駆動条件での赤外線放射素子１０のパルス駆動と、第２駆動条件での赤外線放射素子１０のパルス駆動とを交互に行うものに限らない。例えば、ガスセンサ１００は、赤外線放射素子１０を第１駆動条件でパルス駆動する回数に比べて第２駆動条件でパルス駆動する回数を少なくしてもよい。これにより、ガスセンサ１００は、消費電力を、より抑制することが可能となる。この場合、ガスセンサ１００は、基準値を推定するために、第２駆動条件でパルス駆動を行った際の第２出力信号と、この第２駆動条件でのパルス駆動の直近の、第１駆動条件でパルス駆動を行った際の第１出力信号と、Ｃｏｎ１と、を利用するようにすればよい。
【０１６３】
ガスセンサ１００は、複数の第１出力信号の平均化処理を行って得た値を、第１出力信号として利用することにより、測定精度の長期安定性をより向上させることが可能となる。
【０１６４】
なお、ガスセンサ１００は、赤外光源１の窓材１９ｗを、例えば、第２透過波長域λｃ〜λｄの赤外線の遮断率を調整する光学フィルタ（以下、「第２光学フィルタ」という。）により構成してもよい。第２光学フィルタは、第１透過波長域λａ〜λｂの赤外線の反射率を低減する反射防止膜を第３基板にコーティングした無反射コートフィルタとすることもできる。第２光学フィルタは、例えば、吸収波長λｇの赤外線の反射率を略０％にすることが可能となり、第２透過波長域λｃ〜λｄの赤外線の反射率を４０〜８０％とすることが可能となる。第３基板としては、例えば、シリコン基板、ゲルマニウム基板、サファイア基板などを採用することができる。ガスセンサ１００は、赤外光源１の窓材１９ｗが第２光学フィルタにより構成されている場合、第２光学フィルタが、光学系３の一部を構成するため、第１透過波長域λａ〜λｂ及び第２透過波長域λｃ〜λｄの透過率の調整が容易になる。
【０１６５】
なお、ガスセンサ１００において、駆動回路５は、赤外光源１を、パルス電圧で駆動する構成に限らず、パルス電流でパルス駆動するように構成してもよい。
【０１６６】
また、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。この場合は、ハロゲンランプのフィラメントが、赤外線放射素子を構成する。
【０１６７】
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】
【０１６８】
１  赤外光源
３  光学系
４  信号処理部
５  駆動回路
１０  赤外線放射素子
２０ａ  赤外線検出素子
５１  制御部
１００  赤外線式ガスセンサ
【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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