(57)【要約】【課題】ファブリペローフィルタのギャップばらつきを低減乃至無くすことができる赤外線式ガス検出器を提供する。【解決手段】赤外線を波長選択的に透過させるファブリペローフィルタ１３０と、ファブリペローフィルタ１３０を透過した赤外線を受光し、赤外線吸収量に応じた検出信号を出力する検出部１２０と、赤外線を透過させる窓部１４５を有し、検出部１２０及びファブリペローフィルタ１３０を内部空間１４４に収容する缶パッケージ部１４０と、を備える赤外線式ガス検出器１００であって、缶パッケージ部１４０に、内部空間１４４と缶外部との間で気体を流通させる通気部１４６を少なくとも１つ設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を波長選択的に透過させるファブリペローフィルタと、
前記ファブリペローフィルタを透過した赤外線を受光し、赤外線吸収量に応じた検出信号を出力する検出部と、
赤外線を透過させる窓部を有し、前記検出部及び前記ファブリペローフィルタを内部空間に収容する缶パッケージ部と、を備える赤外線式ガス検出器であって、
前記缶パッケージ部には、前記内部空間と缶外部とに亘って連通する通気部が少なくとも１つ設けられていることを特徴とする赤外線式ガス検出器。
【請求項２】
赤外線を放射する光源部を備え、
前記光源部と前記検出部との間の光路上に、前記ファブリペローフィルタが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線式ガス検出器。
【請求項３】
複数の前記通気部が、互いに離間されて前記缶パッケージ部に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の赤外線式ガス検出器。
【請求項４】
前記缶パッケージ部は、前記検出部が配置される台座と、前記窓部を有し、前記検出部及び前記ファブリペローフィルタを収容するように前記台座に組み付けられるキャップと、を含むことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の赤外線式ガス検出器。
【請求項５】
前記通気部として、前記台座及び前記キャップの少なくとも一方に設けられた貫通孔を含むことを特徴とする請求項４に記載の赤外線式ガス検出器。
【請求項６】
前記通気部として、前記台座と前記キャップの対向面間の一部に構成された隙間を含むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の赤外線式ガス検出器。
【請求項７】
前記通気部の少なくとも１つが、地面に対する垂直方向において、前記ファブリペローフィルタよりも下方に設けられていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の赤外線式ガス検出器。
【請求項８】
前記通気部の少なくとも１つが、地面に対する垂直方向において、前記キャップの上面に設けられていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の赤外線式ガス検出器。
【請求項９】
赤外線を波長選択的に透過させるファブリペローフィルタと、
前記ファブリペローフィルタを透過した赤外線を受光し、赤外線吸収量に応じた検出信号を出力する検出部と、
赤外線を透過させる窓部を有し、気密に封止された内部空間に前記検出部及び前記ファブリペローフィルタを収容する缶パッケージ部と、を備える赤外線式ガス検出器であって、
前記内部空間は、大気圧よりも減圧状態とされていることを特徴とする赤外線式ガス検出器。
【請求項１０】
前記内部空間は真空状態とされていることを特徴とする請求項９に記載の赤外線式ガス検出器。
【請求項１１】
前記内部空間には、空気よりも粘性の低いガスが充填されていることを特徴とする請求項９に記載の赤外線式ガス検出器。
【請求項１２】
赤外線を放射する光源部を備え、
前記光源部と前記検出部との間の光路上に、前記ファブリペローフィルタが配置されていることを特徴とする請求項９〜１１いずれか１項に記載の赤外線式ガス検出器。
【請求項１３】
固定鏡と当該固定鏡に対して所定のギャップを有して対向配置された可動鏡とを有し、前記固定鏡に設けられた固定電極と前記可動鏡に設けられた可動電極との間に所定の電圧を印加することにより、前記可動鏡を変位させて前記ギャップを変化させ、前記ギャップに対応する所望波長の赤外線を選択的に透過させるファブリペローフィルタと、
前記ファブリペローフィルタを透過した赤外線を受光し、赤外線吸収量に応じた検出信号を出力する検出部と、
赤外線を透過させる窓部を有し、気密に封止された内部空間に前記検出部及び前記ファブリペローフィルタを収容する缶パッケージ部と、
前記缶パッケージ部に収容され、前記内部空間の温度及び前記内部空間の圧力の少なくとも一方を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記固定電極と前記可動鏡電極との間に印加される印加電圧を補正制御する制御手段と、を備えることを特徴とする赤外線式ガス検出器。
【請求項１４】
前記印加電圧と、前記内部空間の温度及び圧力の少なくとも一方と、前記ギャップとの対応関係が予め格納された記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記検出手段による検出結果と前記記憶手段に格納された対応関係に基づいて、前記印加電圧を制御することを特徴とする請求項１３に記載の赤外線式ガス検出器。
【請求項１５】
薄肉部としてのメンブレンが設けられた基板を備え、
同一の前記メンブレンに対して、前記検出部としての受光素子及び前記内部空間の圧力を検出する検出手段としての歪ゲージが設けられていることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の赤外線式ガス検出器。
【請求項１６】
赤外線を放射する光源部を備え、
前記光源部と前記検出部との間の光路上に、前記ファブリペローフィルタが配置されていることを特徴とする請求項１３〜１５いずれか１項に記載の赤外線式ガス検出器。
【請求項１７】
前記制御手段は、前記光源部の点消灯を制御し、
前記検出部は、前記光源部が点灯されている間において、赤外線吸収量に応じた検出信号を出力し、前記光源部が消灯されている間において、前記内部空間の温度に応じた検出信号を出力することを特徴とする請求項１６に記載の赤外線式ガス検出器。
【請求項１８】
前記内部空間には、空気よりも粘性の低いガスが充填されていることを特徴とする請求項１３〜１７いずれか１項に記載の赤外線式ガス検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線式ガス検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定ガスに固有な赤外線吸収波長の赤外線吸収量により、被測定ガスの濃度を検出する赤外線式ガス検出器において、例えば特許文献１，２に示されるようにファブルペローフィルタを備えるものが知られている。
【０００３】
ファブリペローフィルタは、固定鏡と当該固定鏡に対して所定のギャップを有して対向配置された可動鏡とを有し、固定鏡に設けられた固定電極と可動鏡に設けられた可動電極との間に所定の電圧を印加することにより可動鏡を変位させ、それに伴って変化したギャップに対応する所望波長の赤外線を選択的に透過させるものである。したがって、ファブルペローフィルタを備える赤外線式ガス検出器においては、１つの赤外線受光素子で、複数の波長帯域の赤外線を検出することができる。
【０００４】
また、例えば特許文献３に示される構成のごとく、ファブルペローフィルタを備える赤外線式ガス検出器においては、赤外線受光素子とファブリペローフィルタが缶パッケージされており、これらは気密に封止された缶の内部空間に収容されている。
【特許文献１】特開平７−２８６８０９号公報
【特許文献２】特開２００１−２２８３２６号公報
【特許文献３】特開平１１−１４２２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、赤外線受光素子とファブリペローフィルタが缶パッケージされた構成においては、赤外線による缶パッケージの加熱や内部空間に配置された駆動素子（例えばファブリペローフィルタ駆動用）の発熱により、内部空間の温度が上昇して圧力が上昇する。すなわち、同じ印加電圧であっても、内部空間の圧力変化（気体による抵抗の変化）によって、ファブリペローフィルタのギャップがばらつくという問題が生じる。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑み、ファブリペローフィルタのギャップばらつきを低減乃至無くすことができる赤外線式ガス検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する為に請求項１に記載の赤外線式ガス検出器は、赤外線を波長選択的に透過させるファブリペローフィルタと、ファブリペローフィルタを透過した赤外線を受光し、赤外線吸収量に応じた検出信号を出力する検出部と、赤外線を透過させる窓部を有し、検出部及びファブリペローフィルタを内部空間に収容する缶パッケージ部と、を備えるものである。そして、缶パッケージ部に、内部空間と缶外部とに亘って連通する通気部が少なくとも１つ設けられていることを特徴とする。
【０００８】
このように本発明によれば、缶パッケージ部に、内部空間と缶外部において気体の流通路となる通気部を設けているので、温度変化に伴う缶パッケージ部の内部空間の圧力変動を従来よりも低減乃至無くすことができる。すなわち、ファブリペローフィルタのギャップばらつきを低減乃至無くすことができる。
【０００９】
請求項２に記載のように、赤外線を放射する光源部を備え、光源部と検出部との間の光路上に、ファブリペローフィルタが配置された構成とすることが好ましい。このように光源部と検出部が赤外線式ガス検出器として一体化された構成とすると、光源部、検出部、及びファブリペローフィルタが互いに好ましい位置関係となるように固定されるので、被測定ガスの濃度を精度良く検出することができる。しかしながら、光源部は赤外線式ガス検出器として検出部と一体化されていなくとも良い。
【００１０】
請求項３に記載のように、複数の通気部が、互いに離間されて缶パッケージ部に設けられた構成とすると良い。これによれば、１つの通気部が缶パッケージ部に設けられる構成よりも、内部空間と缶外部において気体が流通しやすくなる。したがって、ファブリペローフィルタのギャップばらつきをより低減乃至無くすことができる。
【００１１】
缶パッケージ部としては、例えば請求項４に記載のように、検出部が配置される台座と、窓部を有し、検出部及びファブリペローフィルタを収容するように台座に組み付けられるキャップと、を含む構成を採用することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明において、通気部として、例えば請求項５に記載のように、台座及びキャップの少なくとも一方に設けられた貫通孔を含む構成としても良い。また、請求項６に記載のように、台座とキャップの対向面間の一部に構成された隙間を含む構成としても良い。いずれの場合も、内部空間と缶外部において気体を流通させることができる。なお、請求項５に記載の構成によれば、請求項６に記載の構成よりも、台座とキャップの接続面積を大きくすることができる。
【００１３】
請求項５又は請求項６に記載の発明において、例えば請求項７に記載のように、通気部の少なくとも１つが、地面に対する垂直方向において、ファブリペローフィルタよりも下方に設けられた構成としても良い。また、請求項８に記載のように、通気部の少なくとも１つが、地面に対する垂直方向において、キャップの上面に設けられた構成としても良い。請求項７に記載の構成によれば、通気部を介して異物が缶パッケージ部の内部空間に仮に侵入したとしても、異物によるファブリペローフィルタの故障を防ぐことができる。また、請求項８に記載の構成によれば、例えば下面に設けられた構成に比べて、内部空間に封入されて熱せられた気体が、通気部を介して缶外部へ逃げやすくなる。
【００１４】
次に、請求項９に記載の赤外線式ガス検出器は、赤外線を波長選択的に透過させるファブリペローフィルタと、ファブリペローフィルタを透過した赤外線を受光し、赤外線吸収量に応じた検出信号を出力する検出部と、赤外線を透過させる窓部を有し、気密に封止された内部空間に検出部及びファブリペローフィルタを収容する缶パッケージ部と、を備えるものである。そして、内部空間が、大気圧よりも減圧状態とされていることを特徴とする。
【００１５】
このように本発明によれば、缶パッケージ部の内部空間が大気圧よりも減圧状態とされているので、温度変化に伴う缶パッケージ部の内部空間の圧力変動を従来よりも低減乃至無くすことができる。すなわち、ファブリペローフィルタのギャップばらつきを低減乃至無くすことができる。
【００１６】
請求項１０に記載のように、内部空間が真空状態とされた構成とすると、気体による抵抗がなくなるので、ファブリペローフィルタのギャップばらつきを無くすことができる。また、真空状態でなくとも、請求項１１に記載のように、内部空間に、空気よりも粘性の低いガスが充填された減圧状態とすることで、空気による減圧状態よりもファブリペローフィルタ駆動時の抵抗を小さくすることができる。すなわち、ファブリペローフィルタのギャップばらつきをより低減することができる。
【００１７】
なお、請求項１２に記載の発明の作用効果は、請求項２に記載の発明の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。
【００１８】
次に、請求項１３に記載の赤外線式ガス検出器は、固定鏡と当該固定鏡に対して所定のギャップを有して対向配置された可動鏡とを有し、固定鏡に設けられた固定電極と可動鏡に設けられた可動電極との間に所定の電圧を印加することにより、可動鏡を変位させてギャップを変化させ、ギャップに対応する所望波長の赤外線を選択的に透過させるファブリペローフィルタと、ファブリペローフィルタを透過した赤外線を受光し、赤外線吸収量に応じた検出信号を出力する検出部と、赤外線を透過させる窓部を有し、気密に封止された内部空間に検出部及びファブリペローフィルタを収容する缶パッケージ部と、缶パッケージ部に収容され、内部空間の温度及び内部空間の圧力の少なくとも一方を検出する検出手段と、検出手段による検出結果に基づいて、固定電極と可動鏡電極との間に印加される印加電圧を補正制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
このように本発明によれば、検出手段によりファブリペローフィルタのギャップばらつきの原因である内部空間の温度変化及び温度変化に伴う圧力変化の少なくとも一方を検出することができる。また、制御手段により、検出手段による検出結果に基づいて、内部空間の温度変化（圧力変化）に係わらずファブリペローフィルタのギャップが一定となるように、固定電極と可動鏡電極との間に印加される印加電圧を補正制御することができる。したがって、ファブリペローフィルタのギャップばらつきを低減乃至無くすことができる。
【００２０】
例えば請求項１４に記載のように、印加電圧と、内部空間の温度及び圧力の少なくとも一方と、ギャップとの対応関係が予め格納された記憶手段を備え、制御手段は、検出手段による検出結果と記憶手段に格納された対応関係に基づいて、印加電圧を制御する構成とすることができる。なお、検出手段による検出結果に基づく制御手段の補正制御は上記例に限定されるものではない。それ以外にも、例えば検出手段による検出結果が所定値を超えた場合に、制御手段が印加電圧を変更するように補正制御する構成とすることもできる。
【００２１】
請求項１３又は請求項１４に記載の発明において、請求項１５に記載のように、薄肉部としてのメンブレンが設けられた基板を備え、同一のメンブレンに対して、検出部としての受光素子及び内部空間の圧力を検出する検出手段としての歪ゲージが設けられた構成としても良い。このように、検出手段として内部空間の圧力を検出する圧力センサを、検出部を構成する基板の同一のメンブレンに対して構成すると、圧力センサを検出部と別の基板に設ける構成や同一の基板であっても異なるメンブレンに設ける構成と比べて、検出器の体格を小型化することができる。
【００２２】
なお、請求項１６に記載の発明の作用効果は、請求項２に記載の発明の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。
【００２３】
また、請求項１７に記載のように、制御手段は、光源部の点消灯を制御し、検出部は、光源部が点灯されている間において、赤外線吸収量に応じた検出信号を出力し、光源部が消灯されている間において、内部空間の温度に応じた検出信号を出力する構成としても良い。このように、検出部が検出手段として内部空間の温度を検出する温度センサを兼ねる構成とすると、温度センサを検出部とは別に設ける構成に比べて、検出器の体格を小型化することができる。
【００２４】
請求項１８に記載のように、内部空間に、空気よりも粘性の低いガスが充填された構成としても良い。これによれば、空気が充填された状態よりもファブリペローフィルタ駆動時の抵抗を小さくすることができる。すなわち、ファブリペローフィルタのギャップばらつきをより低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る赤外線式ガス検出器の概略構成を示す断面図である。図２は、赤外線式ガス検出器のうち、ファブリペローフィルタの概略構成を示す断面図である。図３は、赤外線式ガス検出器のうち、パッケージ部周辺の概略構成を示す断面図である。
【００２６】
図１に示すように、赤外線式ガス検出器１００は、要部として、赤外線を放射する光源部１１０、赤外線を検出する検出部１２０、光源部１１０から検出部１２０に到る赤外線の光路上に配置され、所定波長の赤外線を選択的に透過するファブリペローフィルタ１３０、検出部１２０とファブリペローフィルタ１３０が収容された缶パッケージ部１４０、及びこれら１１０〜１４０を収容するハウジング１５０とにより構成されている。
【００２７】
光源部１１０としては、所定の波長域を含む赤外線を放射するものであれば採用することができる。具体的には、白熱電球や、基板に構成された薄肉部としてのメンブレンに抵抗体を形成してなるものなどを採用することができ、本実施形態においては、波長域２μｍ〜１０μｍを含む赤外線を放射する白熱電球を採用している。
【００２８】
検出部１２０は、赤外線を受光し、赤外線吸収量（強度）に応じた検出信号を出力するものであれば採用することができる。具体的には、熱電対を備えるサーモパイル型の検出素子、抵抗体を備えるボロメータ型の検出素子、焦電体を備える焦電型の検出素子などを採用することができる。本実施形態においては、熱電対を備えるサーモパイル型の検出素子を採用している。
【００２９】
ファブリペローフィルタ１３０は、可変式の波長選択フィルタであり、公知の構成を採用することができる。具体的には、図２に示すように、要部として、基板１３１と、当該基板１３１上に形成された固定鏡１３４と、固定鏡１３４との間に所定のギャップを有するように対向配置された可動鏡１３６とを含んでいる。
【００３０】
基板１３１は、シリコンからなる半導体基板であり、下面に反射防止膜１３２（酸化シリコン膜）が形成されている。また、基板１３１の上面には、反射防止膜としての効果を有しつつ、固定鏡１３４を基板１３１から絶縁する絶縁膜１３３（酸化シリコン膜）が形成されている。基板１３１の上面には、絶縁膜１３３を介して、多結晶シリコン膜からなる固定鏡１３４が形成されている。なお、図示しないが、固定鏡１３４は、その端部に高濃度の不純物が注入された電極としてのパッド部を有している。
【００３１】
また、固定鏡１３４上には、一部がエッチングにより除去された酸化シリコン膜１３５が形成されており、当該酸化シリコン膜１３５及びその除去領域上に多結晶シリコン膜からなる可動鏡１３６が形成されている。従って、可動鏡１３６は、酸化シリコン膜１３５の除去領域である空洞部１３７を介して、固定鏡１３４に対向配置されており、電圧印加時に空洞部１３７上の可動鏡１３６が固定鏡１３４に対して変位（変形）可能な構成となっている。なお、図示しないが、可動鏡１３６も、その端部に高濃度の不純物が注入された電極としてのパッド部を有している。また、図２に示す符号１３８は、空洞部１３７を形成するためのマスクとしての窒化シリコン膜１３８であり、符号１３９は、窒化シリコン膜１３８及び可動鏡１３６を貫通するエッチングホール１３９である。
【００３２】
このように構成されるファブリペローフィルタ１３０は、固定鏡１３４と可動鏡１３６に設けられた各パッド部間に所定の電圧を印加すると、固定鏡１３４と可動鏡１３６との間に静電引力が生じ、空洞部１３７上の可動鏡１３６が固定鏡１３４に対して変位する。そして、固定鏡１３４と可動鏡１３６との間の距離（空洞部１３７のギャップＧ）に応じて、干渉により透過される赤外線（波長）が選択される。具体的には空洞部１３７のギャップＧの２倍の波長λを有する赤外線を選択的に透過することとなる。本実施形態においては、ＣＯ２ガスの濃度を検出するものとし、可動鏡１３６の変位前の状態で、空洞部１３７の初期状態のギャップＧが、所定波長λ（中心波長４．２６μｍ）を有する赤外線を透過させるために所定波長λの略１／２に設定されている。そして、ギャップＧを変化させることにより、所定波長λ以外の波長（例えば４μｍ）を有する赤外線をリファレンスとして検出するようにしている。
【００３３】
缶パッケージ部１４０は、その内部空間に、検出部１２０及びファブリペローフィルタ１３０を収容し、保護するものであり、要部として、鉄等の金属からなる台座１４１とキャップ１４２とを含んでいる。具体的には、図３に示すように、台座１４１上に検出部１２０としてのセンサチップが赤外線の受光面の裏面を対向面として固定（例えば接着固定）され、当該検出部１２０上にファブリペローフィルタ１３０がスタック実装（例えば接着固定）されている。台座１４１には、上下に貫通し、貫通部がハーメチックシールされた端子１４３が設けられており、端子１４３と検出部１２０及びファブリペローフィルタ１３０の電極との間がボンディングワイヤ（図示略）により電気的に接続されている。そして、この状態で、キャップ１４２が台座１４１との間に形成する空間内に検出部１２０及びファブリペローフィルタ１３０を収納するように、キャップ１４２が台座１４１に組み付けられている（例えば溶接、接着固定されている）。また、台座１４１とキャップ１４２によって構成される内部空間１４４には、気体（本実施形態においては空気）が充填されている。
【００３４】
キャップ１４２は、例えば円筒形状を有しており、台座１４１と対向する上面に、検出部１２０に対応して、赤外線を透過する窓部１４５が設けられている。また、缶パッケージ部１４０の内部空間１４４と缶外部との間で気体の流通路となる通気部として、キャップ１４２の側面に１つの通気孔１４６が設けられている。通気部（通気孔１４６）の配置、大きさ、個数は特に限定されるものではない。本実施形態においては、キャップ１４２に対し、地面に対する垂直方向において、ファブリペローフィルタ１３０の最下部（図３に示す二点鎖線）よりも下方に１つの通気孔１４６が設けられている。このような配置とすると、通気部（通気孔１４６）を介して異物が缶パッケージ部１４０の内部空間１４４に仮に侵入したとしても、異物によるファブリペローフィルタ１３０の故障を防ぐことができる。より好ましくは、重力方向において（すなわち、車両に搭載される場合には、傾斜（例えば登坂）した状態でも）、ファブリペローフィルタ１３０よりも下方に通気部（通気孔１４６）が設けられた構成とすると良い。これによれば、異物によるファブリペローフィルタ１３０の故障をより効果的に防ぐことができる。
【００３５】
ハウジング１５０は、光源部１１０、検出部１２０、ファブリペローフィルタ１３０、及び缶パッケージ部１４０を所定の位置関係となるように保持するとともに保護するための筐体である。具体的には、図１に示すように、両端が閉じた円筒状のハウジング１５０を採用しており、ハウジング１５０の内部１５１の長手側一端に光源部１１０が配置され、対向する他端に検出部１２０が配置されている。また、ハウジング１５０には、ガス導入孔１５２が設けられており、このガス導入孔１５２によって、ハウジング１５０の内部１５１（光源部１１０、検出部１２０、及びファブリペローフィルタ１３０からなる測定系内）に被測定ガス（本実施形態においてはＣＯ２ガス）が導入可能となっている。なお、図１に示す符号１５３は、ガス導入孔１５２に設けられた防塵フィルムである。この防塵フィルム１５３は、被測定ガスを透過し、ごみ等の異物の侵入を防止するように構成されており、ガス導入孔１５２の開口面を塞ぐように配置されている。
【００３６】
また、図１に示す符号１６０は、光源部１１０及びファブリペローフィルタ１３０へ通電するための電源部、通電状態を制御するための制御部、検出部１２０からの検出信号を処理（例えば増幅）する処理部、及び検出信号に基づいて、被測定ガスの濃度を算出する演算部等が構成された回路チップである。この回路チップ１６０は、ハウジング１５０に固定され、上述した端子１４３を介して、検出部１２０及びファブリペローフィルタ１３０と電気的に接続されている。また、光源部１１０とも電気的に接続されている。さらには、外部出力端子１６１とも電気的に接続されており、本実施形態においては、外部出力端子１６１を介して演算結果を外部に出力するように構成されている。
【００３７】
このように構成される赤外線式ガス検出器１００においては、回路チップ１６０からの信号によって光源部１１０が通電されると、検出部１２０側に向けて光源部１１０から所定波長域を含む赤外線が照射（図１中の白抜き矢印方向）される。このとき、検出対象である被測定ガスがガス導入孔１５２を通じてハウジング１５０の内部１５１に導入されていると、被測定ガス中を通過する間に、照射された赤外線のうち、特定波長（被測定ガスの吸収波長）をもつ赤外線の一部が被測定ガスによって吸収される。測定モードにおいては、当該特定波長をもつ赤外線を含む赤外線が缶パッケージ部１４０の窓部１４５を介してファブリペローフィルタ１３０に到達すると、ファブリペローフィルタ１３０は特定波長の赤外線のみを選択的に透過し、当該赤外線を検出部１２０が受光する。このとき、被測定ガスの濃度に応じて、検出部１２０に到達する特定波長を有する赤外線の強度が変わるので、それに応じて検出部１２０の出力が変化する。したがって、検出部１２０の検出信号に基づいて、被測定ガスの濃度を測定することができる。なお、本実施形態においては、被測定ガスの赤外線吸収量の温度依存性や、光源部１１０の劣化による赤外線量の変化の影響を除くため、測定モードとともに、被測定ガスの波長とは異なる波長をもつ赤外線をリファレンスとして検出する参照モードを有している。具体的には、回路チップ１６０からの信号によって、ファブリペローフィルタ１３０のギャップＧをリファレンスの赤外線波長に応じたギャップとする参照モードに切り替えることができる。
【００３８】
本実施形態に係る赤外線式ガス検出器１００によれば、缶パッケージ部１４０に、内部空間１４４と缶外部との間で気体の流通路となる通気部（通気孔１４６）を設けている。したがって、例えば赤外線による缶パッケージ部１４０（キャップ１４２）の加熱等により内部空間１４４の温度が上昇しても、膨張した内部空間１４４の空気を缶外部に逃がすことができる。すなわち、温度変化に伴う内部空間１４４の圧力変動を従来よりも低減乃至無くす（換言すれば圧力変動を抑制する）ことができる。内部空間１４４の気体（本実施形態においては空気）は、可動鏡１３６が変位する際の抵抗となるため、内部空間１４４の圧力が変動すると、印加電圧が同じでもファブリペローフィルタ１３０のギャップＧにばらつきが生じることとなるが、上述した構成によれば、可動鏡１３６が変位する際の気体圧力の抵抗によるばらつきを従来よりも低減乃至無くすことができるので、ファブリペローフィルタ１３０のギャップＧのばらつきを低減乃至無くすことができる。
【００３９】
なお、本実施形態においては、赤外線式ガス検出器１００が、要部として、光源部１１０、検出部１２０、ファブリペローフィルタ１３０、缶パッケージ部１４０、及びハウジング１５０を含む例を示した。このような構成とすると、ハウジング１５０に対して、光源部１１０、検出部１２０、及びファブリペローフィルタ１３０を、互いに好ましい位置関係となるように固定することができる。また、缶パッケージ部１４０の内部空間１４４に、検出部１２０とファブリペローフィルタ１３０を収容しているので、ハウジング１５０に配置する際の作業性を向上（例えばワイヤの断線等を防止）することができる。しかしながら、赤外線式ガス検出器１００として、少なくとも検出部１２０とファブリペローフィルタ１３０を含み、検出部１２０とファブリペローフィルタ１３０が缶パッケージ部１４０に収容された構成であれば良い。このような構成であっても、赤外線を受光できる環境下であれば被測定ガスの濃度を検出することができる。
【００４０】
また、本実施形態においては、１種類の被測定ガスについて、濃度を検出する例を示した。しかしながら、ファブリペローフィルタ１３０への印加電圧を異なるものとすることで、同様の構成で、複数の被測定ガスの濃度をそれぞれ検出することもできる。
【００４１】
また、本実施形態においては、通気部（通気孔１４６）が、地面に対する垂直方向において、ファブリペローフィルタ１３０よりも下方に設けられた例を示した。しかしながら、図４に示すように、地面に対する垂直方向において、キャップ１４２の上面に設けられた構成としても良い。このような構成とすると、例えば下面に設けられた構成に比べて、内部空間１４４に封入されて熱せられた気体を、通気部（通気孔１４６）を介して缶外部へ逃がしやすくなる。なお、図４はパッケージ部１４０の変形例を示す断面図である。図４においては、検出部１２０の検出軸が地面に対する水平方向に沿うように配置される例を示し、この配置で上面となるキャップ１４２の側面に通気部（通気孔１４６）を設けている。これに対し、図３に示したように、検出部１２０の検出軸が地面に対する垂直方向に沿うように配置される例においては、窓部１４５の形成面を上面として通気部（通気孔１４６）を設けると、同様の効果を期待することができる。
【００４２】
また、本実施形態においては、缶パッケージ部１４０に、１つの通気部（通気孔１４６）が設けられる例を示した。しかしながら、例えば図４に示すように、複数の通気部（通気孔１４６）が、互いに離間されて缶パッケージ部１４０に設けられた構成としても良い。これによれば、１つの１つの通気部（通気孔１４６）が缶パッケージ部１４０に設けられる構成よりも、内部空間１４４と缶外部との間で気体が流通しやすくなる。したがって、ファブリペローフィルタ１３０のギャップＧのばらつきをより低減乃至無くすことができる。なお、図４に示す構成においては、上面となるキャップ１４２の側面と下面（上面の対向面）となる側面にそれぞれ通気部（通気孔１４６）が設けられている。したがって、地面に対して垂直方向の気体の流れができるので、内部空間１４４に対して効率よく気体を流入出させることができる。
【００４３】
また、本実施形態においては、缶パッケージ部１４０のキャップ１４２に、通気部としての通気孔１４６が設けられる例を示した。しかしながら、通気部は、缶パッケージ部１４０であって、缶外部との間で気体を流通させることができる部位であれば設けることができる。例えば、通気部として、図５に示すように、台座１４１とキャップ１４２の対向面（接続面）間の一部に構成された隙間１４７を含む構成としても良い。図５は、パッケージ部１４０の変形例を示す断面図である。また、通気孔１４６と隙間１４７の両方をもつ構成としても良い。通気孔１４６と隙間１４７とでは、通気孔１４６のほうが、台座１４１とキャップ１４２の接続面積を大きくすることができる。さらには、特に光源部１１０が一体化されない構成において、台座１４１に通気孔１４６を設けても良い。
【００４４】
また、通気部に対して、図１に示す防塵フィルム１５３と同様の機能（気体を透過し、異物の侵入を防止）を有するフィルタを配置しても良いし、通気孔１４６を多孔状としても良い。このような構成とすると、通気部の配置や防塵フィルム１５３を有するハウジング１５０の有無に係わらず、異物によるファブリペローフィルタ１３０の破損を抑制することができる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図６に基づいて説明する。図６は、第２実施形態に係る赤外線式ガス検出器１００の概略構成を示す断面図である。
【００４６】
第２実施形態に係る赤外線式ガス検出器１００は、第１実施形態に示した赤外線式ガス検出器１００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
【００４７】
第１実施形態においては、検出部１２０及びファブリペローフィルタ１３０が収容された缶パッケージ部１４０に通気部（通気孔１４６、隙間１４７）を設けることで、ファブリペローフィルタ１３０のギャップＧのばらつきを低減乃至無くす例を示した。これに対し、本実施形態においては、図６に示すように、缶パッケージ部１４０の内部空間１４４が気密に封止され、大気圧よりも減圧状態とされていることを特徴とする。より具体的には、真空状態とされている。
【００４８】
このように本実施形態に係る赤外線式ガス検出器１００によれば、缶パッケージ部１４０の内部空間１４４を大気圧よりも減圧状態（希薄化された状態）としているので、温度変化に伴う内部空間１４４の圧力変動（気体による抵抗のばらつき）が従来（内部空間１４４が大気圧と略等しい状態）よりも小さくなる。したがって、ファブリペローフィルタ１３０のギャップＧのばらつきを低減乃至無くすことができる。特に本実施形態においては、内部空間１４４を真空状態としており、気体による抵抗がないので、ファブリペローフィルタ１３０のギャップＧのばらつきを無くすことができる。
【００４９】
なお、本実施形態においては、好ましい減圧状態として内部空間１４４を真空状態とする例を示した。それ以外にも、内部空間１４４を、空気よりも粘性の低いガス（好ましくは水素ガスかヘリウムガス）が充填された減圧状態としても良い。このような構成とすると、空気による減圧状態よりも可動鏡１３６が変位する際の気体の抵抗を小さくすることができる。すなわち、ファブリペローフィルタ１３０のギャップＧのばらつきをより低減することができる。
【００５０】
また、本実施形態においても、図６に示すように、赤外線式ガス検出器１００が、要部として、光源部１１０、検出部１２０、ファブリペローフィルタ１３０、缶パッケージ部１４０、及びハウジング１５０を含む例を示した。しかしながら、赤外線式ガス検出器１００として、少なくとも検出部１２０とファブリペローフィルタ１３０を含み、検出部１２０とファブリペローフィルタ１３０が缶パッケージ部１４０に収容された構成であれば良い。
【００５１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図７に基づいて説明する。図７は、第３実施形態に係る赤外線式ガス検出器１００の概略構成を示す断面図である。
【００５２】
第３実施形態に係る赤外線式ガス検出器１００は、第２実施形態に示した赤外線式ガス検出器１００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
【００５３】
ファブリペローフィルタ１３０のギャップＧのばらつきを低減乃至無くすために、第２実施形態においては、気密に封止される内部空間１４４を、大気圧よりも減圧状態とする例を示した。これに対し、本実施形態においては、気密に封止される内部空間１４４の圧力状態には特に言及せず、缶パッケージ部１４０の内部空間１４４に、内部空間１４４の温度及び内部空間１４４の圧力の少なくとも一方を検出する検出手段が配置され、この検出手段による検出結果に基づいて、制御手段がファブリペローフィルタ１３０に印加される印加電圧を補正制御するように構成されている点を特徴とする。
【００５４】
具体的には、図７に示すように、気密に封止される缶パッケージ部１４０の内部空間１４４に、検出手段として圧力センサ１７０を配置した。圧力センサ１７０としては、温度変化に伴う内部空間１４４の圧力変化を検出することのできるものであれば採用が可能である。本実施形態においては、基板の薄肉部に歪ゲージを形成してなる半導体式の圧力センサを採用している。この圧力センサ１７０は、検出部１２０同様、台座１４１上に歪ゲージの形成面の裏面を対向面として固定（例えば接着固定）され、端子１４３との間がボンディングワイヤ（図示略）により電気的に接続されている。また、端子１４３を介して圧力センサ１７０と電気的に接続された回路チップ１６０には、ファブリペローフィルタ１３０への印加電圧と、内部空間１４４の圧力と、ファブリペローフィルタ１３０のギャップＧとの対応関係が予め格納された記憶手段としてのメモリが構成されている。また、圧力センサ１７０の検出信号とメモリに格納された対応関係に基づいて、ファブリペローフィルタ１３０のギャップＧを一定に保つように、通電状態を制御するための制御部に印加電圧を補正する信号を出力する補正制御部が構成されている。
【００５５】
例えば従来の構成においては、温度上昇に伴って内部空間１４４の圧力が上昇しても、印加電圧は同じであるので、可動鏡１３６の変位量が減少し、ギャップＧが所望の間隔よりも広くなってしまう。これに対し、本実施形態に示す構成によれば、圧力センサ１７０の検出信号に基づいて内部空間１４４の圧力変化をキャッチし、当該圧力下においてギャップＧが所望の間隔となるように、圧力上昇前よりも大きな印加電圧をファブリペローフィルタ１３０に与えることができる。
【００５６】
このように本実施形態に係る赤外線式ガス検出器１００によれば、検出手段としての圧力センサ１７０により、内部空間１４４の温度変化に伴う圧力変化を検出することができる。また、制御手段としての補正制御部が構成された回路チップ１６０により、圧力センサ１７０の検出信号に基づいて、内部空間１４４の圧力変化（温度変化）に係わらずファブリペローフィルタ１３０のギャップＧが一定となるように、印加電圧を補正制御することができる。したがって、ファブリペローフィルタ１３０のギャップＧのばらつきを低減乃至無くすことができる。
【００５７】
なお、本実施形態においては、検出部１２０と圧力センサ１７０が異なる基板に構成される例を示した。しかしながら、検出部１２０と圧力センサ１７０を同一の基板に構成しても良い。このような構成とすると、赤外線式ガス検出器１００の体格を小型化することができる。より好ましくは、図８（ａ），（ｂ）に示すように、薄肉部としてのメンブレン２１０が設けられた基板２００を備え、同一のメンブレン２１０に対して、検出部１２０及び内部空間１４４の圧力を検出する圧力センサ１７０が設けられた構成としても良い。このような構成とすると、赤外線式ガス検出器１００の体格をより小型化することができる。図８は、赤外線式ガス検出器１００の変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００５８】
なお、図８（ａ），（ｂ）に示す符号２００は、例えばシリコンからなる基板、符号２０１は、基板２００の下面に設けられたマスクとしての窒化シリコン膜、符号２０２は、基板２００の上面に設けられたエッチングストッパとしての絶縁膜（例えば窒化シリコン膜）、符号２０３は絶縁膜２０２上に設けられた酸化シリコン膜である。符号２０４は、酸化シリコン膜２０３上において、メンブレン２１０からメンブレン２１０外の所定範囲の基板２００の厚肉部位に設けられた多結晶シリコン膜である。この多結晶シリコン膜２０４には、層間絶縁膜２０５（例えばＢＰＳＧ）を介して、例えばアルミニウムからなる配線部２０６が接続されている。配線部２０６は層間絶縁膜２０５に形成されたコンタクトホールを介して、隣接する多結晶シリコン膜２０４の端部間を接続し、多結晶シリコン膜２０４とともに検出部１２０としての熱電対を構成する。すなわち、検出部１２０としての熱電対は、図８（ａ）に示すように、異種材料の多結晶シリコン膜２０４と配線部２０６が交互に複数組直列に延設され（サーモパイル）て構成され、一つおきの接合部が、熱容量の小さいメンブレン２１０上に形成されている温接点と、メンブレン２１０の外側における熱容量の大きい基板２００上に形成されている冷接点となっている。また、符号２０７は、配線部２０６の端部に構成された電極としてのパッド部２０７、符号２０８は、パッド部２０７を除いた配線部２０６上に設けられた保護膜（例えば窒化シリコン膜）、符号２０９は、メンブレン２１０の形成領域内における保護膜２０８上であって、熱電対の少なくとも一部を被覆するように設けられた赤外線吸収膜である。なお、図８（ａ）においては、便宜上、赤外線吸収膜２０９の形成領域を一点鎖線で図示している。このように、図８（ａ），（ｂ）においては、検出部１２０として、サーモパイル型の素子を示している。また、符号２２０は、メンブレン２１０の端部付近にピエゾ抵抗体となるように導体部分を形成してなり、平面矩形状のメンブレン２１０の４つの辺にそれぞれ設けられた歪ゲージ、符号２２１は、歪ゲージ２２０にそれぞれ接続された配線のパッド部である。このように、図８（ａ），（ｂ）においては、半導体歪ゲージを用いた圧力センサ１７０を示している。
【００５９】
また、本実施形態においては、検出手段として圧力センサ１７０を備える例を示した。しかしながら、検出手段として、缶パッケージ部１４０の内部空間１４４の温度を検出する温度センサを備え、補正制御部が温度センサの検出信号に基づいて、ファブリペローフィルタ１３０に印加される印加電圧を補正制御する構成としても良い。また、このような構成において、光源部１１０の点消灯が制御され、検出部１２０は、光源部１１０が点灯されている間において赤外線吸収量に応じた検出信号を出力し、光源部１１０が消灯されている間において内部空間１４４の温度に応じた検出信号を出力する構成（すなわち、図６に示した構成において、内部空間１４４の圧力状態には言及せず、検出部１２０が内部空間１４４の温度を検出する温度センサを兼ねた構成）としても良い。具体的には、車両の配置され、エンジンが始動された状態で、光源部１１０の点消灯が回路チップ１６０に構成された制御部によって所定のタイミングで点消灯が切り替えられる。図９に示すように、先ず光源部１１０が点灯しているか否かが判定（Ｓ１０）され、点灯している場合には、検出部１２０によって赤外線が検出される（Ｓ２０）。そして、検出部１２０の検出信号に基づいて、ガス濃度が算出（Ｓ３０）され、算出された結果が外部へ出力される（Ｓ４０）。また、Ｓ１０にて光源部１１０が消灯されていると判定された場合には、検出部１２０によって缶パッケージ部１４０（内部空間１４４）の温度が検出される（Ｓ５０）。そして、検出部１２０の検出信号に基づいて、温度変化に基づく印加電圧の補正量が算出（Ｓ６０）され、算出された結果がファブリペローフィルタ１３０に出力されて、ギャップＧが補正される（Ｓ７０）。なお、光源部１１０の点消灯は、回路チップ１６０に構成された制御部によって定期的に切り替えられる。したがって、定期的にファブリペローフィルタ１３０のギャップＧが補正されるので、温度変化に係わらず、ファブリペローフィルタ１３０は所望波長をもつ赤外線を透過することができ、赤外線式ガス検出器１００の検出感度を向上することができる。また、このような構成を採用すると、検出手段としての温度センサを検出部とは別に設ける構成に比べて、赤外線式ガス検出器１００の体格を小型化することができる。図９は、変形例を示すフローチャートである。
【００６０】
なお、検出手段による検出結果に基づく、補正制御の方法は上記例に限定されるものではない。それ以外にも、例えば検出手段による検出結果が所定値を超えた場合に、制御手段が印加電圧を変更するように補正制御する構成とすることもできる。
【００６１】
また、本実施形態においては、気密に封止される内部空間１４４の圧力状態には特に言及しなかった。しかしながら、第２実施形態に示したように、内部空間１４４に、空気よりも粘性の低いガスが充填された構成としても良い。このような構成とすると、空気による減圧状態よりも可動鏡１３６が変位する際の気体の抵抗を小さくすることができる。すなわち、ファブリペローフィルタ１３０のギャップＧのばらつきをより低減することができる。
【００６２】
また、本実施形態においても、図７に示すように、赤外線式ガス検出器１００が、要部として、光源部１１０、検出部１２０、ファブリペローフィルタ１３０、缶パッケージ部１４０、及びハウジング１５０を含む例を示した。しかしながら、光源部１１０の点消灯が制御される（検出部１２０が温度センサを兼ねる）構成以外において、赤外線式ガス検出器１００として、少なくとも検出部１２０とファブリペローフィルタ１３０を含み、検出部１２０とファブリペローフィルタ１３０が缶パッケージ部１４０に収容された構成であれば良い。
【００６３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００６４】
本実施形態においては、回路チップ１６０が、検出部１２０とは別に設けられる例を示した。しかしながら、回路チップ１６０に構成された制御部等の回路が、検出部１２０とともに同一の基板に設けられた構成としても良い。この場合、回路を構成する駆動素子（例えばパワートランジスタ）の発熱によっても缶パッケージ部１４０の温度が変化することとなるが、上述した構成によれば、ファブリペローフィルタ１３０のギャップＧのばらつきを低減乃至無くすことができる。さらには、回路チップ１６０が赤外線式ガス検出器１００とは別に設けられた構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１実施形態に係る赤外線式ガス検出器の概略構成を示す断面図である。
【図２】赤外線式ガス検出器のうち、ファブリペローフィルタの概略構成を示す断面図である。
【図３】赤外線式ガス検出器のうち、パッケージ部周辺の概略構成を示す断面図である。
【図４】パッケージ部の変形例を示す断面図である。
【図５】パッケージ部の変形例を示す断面図である。
【図６】第２実施形態に係る赤外線式ガス検出器の概略構成を示す断面図である。
【図７】第３実施形態に係る赤外線式ガス検出器の概略構成を示す断面図である。
【図８】赤外線式ガス検出器の変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図９】変形例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１００・・・赤外線式ガス検出器
１１０・・・光源部
１２０・・・検出部
１３０・・・ファブリペローフィルタ
１４０・・・缶パッケージ部
１４１・・・台座
１４２・・・キャップ
１４４・・・内部空間
１４６・・・通気孔（通気部）
１５０・・・ハウジング
【図１】
2008070163.tif 000003
【図２】
2008070163.tif 000004
【図３】
2008070163.tif 000005
【図４】
2008070163.tif 000006
【図５】
2008070163.tif 000007
【図６】
2008070163.tif 000008
【図７】
2008070163.tif 000009
【図８】
2008070163.tif 000010
【図９】
2008070163.tif 000011