(57)【要約】【課題】消費電力量の低減、および小型化を図りつつ、検出精度を十分に高める。【解決手段】赤外線を透過可能な支持基板１１と、支持基板１１における一方の面側に形成されたフィルタ部１２と、支持基板１１における他方の面側に形成されたセンサ部１３とが一体的に構成されて、フィルタ部１２および支持基板１１を透過した測定光ＩＲをセンサ部１３によって検出可能に構成され、フィルタ部１２は、透過波長固定型の第１光学フィルタ２１と、第１波長から第２波長まで透過波長を変化可能な透過波長可変型の第２光学フィルタ２２とを備え、第１光学フィルタ２１は、測定光ＩＲの透過を規制する透過規制波長領域と、測定光ＩＲの透過を許容する透過許容波長領域とが第１波長から第２波長までの間に規定されて構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を透過可能な支持基板と、当該支持基板における一方の面側に形成されたフィルタ部と、前記支持基板における他方の面側に形成された薄膜赤外線センサ部とが一体的に構成されて、前記フィルタ部および前記支持基板を透過した測定光を前記薄膜赤外線センサ部によって検出可能に構成され、
前記フィルタ部は、透過波長固定型の第１光学フィルタと、第１波長から第２波長まで透過波長を変化可能な透過波長可変型の第２光学フィルタとを備え、
前記第１光学フィルタは、前記測定光の透過を規制する透過規制波長領域と、当該測定光の透過を許容する透過許容波長領域とが前記第１波長から前記第２波長までの間に規定されて構成されている赤外線分光測定装置。
【請求項２】
前記フィルタ部は、前記第１光学フィルタおよび前記第２光学フィルタが前記支持基板の側からこの順で形成されて構成されている請求項１記載の赤外線分光測定装置。
【請求項３】
前記第１光学フィルタが前記支持基板における前記一方の面に接し、かつ、前記薄膜赤外線センサ部が当該支持基板における前記他方の面に接するように形成されている請求項２記載の赤外線分光測定装置。
【請求項４】
支持基板と、当該支持基板における一方の面側に形成された薄膜赤外線センサ部と、当該薄膜赤外線センサ部における前記支持基板との対向面の裏面側に形成されたフィルタ部とが一体的に構成されて、前記フィルタ部を透過した測定光を前記薄膜赤外線センサ部によって検出可能に構成され、
前記フィルタ部は、透過波長固定型の第１光学フィルタと、第１波長から第２波長まで透過波長を変化可能な透過波長可変型の第２光学フィルタとを備え、
前記第１光学フィルタは、前記測定光の透過を規制する透過規制波長領域と、当該測定光の透過を許容する透過許容波長領域とが前記第１波長から前記第２波長までの間に規定されて構成されている赤外線分光測定装置。
【請求項５】
前記フィルタ部は、前記第１光学フィルタおよび前記第２光学フィルタが前記薄膜赤外線センサ部の側からこの順で形成されて構成されている請求項４記載の赤外線分光測定装置。
【請求項６】
前記薄膜赤外線センサ部が前記支持基板における前記一方の面に接し、かつ、前記第１光学フィルタが当該薄膜赤外線センサ部における前記裏面に接するように形成されている請求項５記載の赤外線分光測定装置。
【請求項７】
赤外線を透過可能な支持基板と、当該支持基板における一方の面側に形成されたフィルタ部と、当該フィルタ部における前記支持基板との対向面の裏面側に形成された薄膜赤外線センサ部とが一体的に構成されて、前記支持基板および前記フィルタ部を透過した測定光を前記薄膜赤外線センサ部によって検出可能に構成され、
前記フィルタ部は、透過波長固定型の第１光学フィルタと、第１波長から第２波長まで透過波長を変化可能な透過波長可変型の第２光学フィルタとを備え、
前記第１光学フィルタは、前記測定光の透過を規制する透過規制波長領域と、当該測定光の透過を許容する透過許容波長領域とが前記第１波長から前記第２波長までの間に規定されて構成されている赤外線分光測定装置。
【請求項８】
前記第１光学フィルタは、前記第１波長から前記第２波長までの間に不連続の複数の前記透過許容波長領域が規定された多波長光学フィルタで構成されている請求項１から７のいずれかに記載の赤外線分光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定光としての赤外線を検出可能に構成された赤外線分光測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の赤外線分光測定装置として、人体から発せられる赤外線を検出することで血糖値を測定可能に構成された放射分光濃度計が特開２００７−１５１６４１号公報に開示されている。この放射分光濃度計は、放射赤外線を伝達するための赤外線導波管が中心部に設けられて外耳道に挿入可能に構成された挿入ガイドと、モータによって回転させられる回転板を有する赤外線チョッパーと、赤外線を検出する赤外線センサとを備えている。この場合、上記の赤外線チョッパーは、アルミニウム、銅およびステンレスなどの金属材料で形成された回転板に４つの開口が設けられると共に、透過波長が互いに相違する４つの分光フィルタが各開口部にそれぞれ取り付けられて構成されている。また、各分光フィルタは、一例として、Ｓｉ、ＧｅおよびＺｎＳｅなどで構成された基板上に屈折率の異なる複数の材料を蒸着またはスパッタ法によって積層した狭帯域フィルタで構成されている。
【０００３】
この放射分光濃度計によって血糖値を測定する際には、まず、挿入ガイドの先端部を外耳道に挿入すると共に、赤外線チョッパーの回転板をモータによって回転させる。この場合、挿入ガイド内に設けられた赤外線導波管の先に存在する鼓膜は、その温度に応じた赤外線を放射する赤外線放射体であり、血液中のグルコースの濃度（血糖値）に関する情報を有する放射スペクトル（赤外線）を放射する。一方、鼓膜から放射されて赤外線導波管を通過した赤外線は、赤外線チョッパーに到達する。この際に、モータによって回転板が回転させられているため、赤外線導波管の延在方向に回転板の開口が位置しているときにだけ、その開口に取り付けられている分光フィルタを透過して、特定波長の赤外線だけが赤外線センサに到達する。これにより、赤外線チョッパーにおいて、鼓膜から発せられた赤外線のチョッピング、および赤外線センサに入射させる波長の選択の２つの処理が同時に実行される。この後、赤外線センサが、入射した赤外線（放射スペクトル）の強度に応じた電気信号を出力し、この電気信号の信号レベルに基づいて血糖値が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５１６４１号公報（第４−１０頁、第１−９図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の放射分光濃度計には、以下の問題点が存在する。すなわち、従来の放射分光濃度計では、透過波長が互いに相違する分光フィルタが取り付けられた複数の開口を有する回転板を挿入ガイド（赤外線導波管）と赤外線センサとの間においてモータによって回転させることで、赤外線センサに入射させる赤外線をチョッピングする構成が採用されている。この場合、挿入ガイド（赤外線導波管）と赤外線センサとの間において回転板を回転させるには、挿入ガイドや赤外線センサに対する回転板の接触を回避するために、挿入ガイド（赤外線導波管）と回転板との間、および赤外線センサと回転板との間の双方に、ある程度大きな隙間を設ける必要がある。このため、従来の放射分光濃度計には、上記の隙間の存在に起因して、小型化が困難となっているという問題点がある。
【０００６】
また、従来の放射分光濃度計における赤外線チョッパーでは、モータによって回転板を回転させる構成が採用されている。このため、従来の放射分光濃度計では、回転板を回転させるためにモータによって消費される電力量が多く、例えば濃度計をバッテリ駆動タイプとするときに、使用可能時間を長時間化するのが困難となるという問題点がある。さらに、従来の放射分光濃度計では、モータや、モータによって回転させられる回転板に生じる振動に起因して、赤外線センサから出力される電気信号にノイズが混入することがあり、赤外線の検出精度が低下しているという問題点もある。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、消費電力量の低減、および小型化を図りつつ、赤外線の検出精度を十分に高めることが可能な赤外線分光測定装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成すべく請求項１記載の赤外線分光測定装置は、赤外線を透過可能な支持基板と、当該支持基板における一方の面側に形成されたフィルタ部と、前記支持基板における他方の面側に形成された薄膜赤外線センサ部とが一体的に構成されて、前記フィルタ部および前記支持基板を透過した測定光を前記薄膜赤外線センサ部によって検出可能に構成され、前記フィルタ部は、透過波長固定型の第１光学フィルタと、第１波長から第２波長まで透過波長を変化可能な透過波長可変型の第２光学フィルタとを備え、前記第１光学フィルタは、前記測定光の透過を規制する透過規制波長領域と、当該測定光の透過を許容する透過許容波長領域とが前記第１波長から前記第２波長までの間に規定されて構成されている。
【０００９】
また、請求項２記載の赤外線分光測定装置は、請求項１記載の赤外線分光測定装置において、前記フィルタ部は、前記第１光学フィルタおよび前記第２光学フィルタが前記支持基板の側からこの順で形成されて構成されている。
【００１０】
さらに、請求項３記載の赤外線分光測定装置は、請求項２記載の赤外線分光測定装置において、前記第１光学フィルタが前記支持基板における前記一方の面に接し、かつ、前記薄膜赤外線センサ部が当該支持基板における前記他方の面に接するように形成されている。
【００１１】
また、請求項４記載の赤外線分光測定装置は、支持基板と、当該支持基板における一方の面側に形成された薄膜赤外線センサ部と、当該薄膜赤外線センサ部における前記支持基板との対向面の裏面側に形成されたフィルタ部とが一体的に構成されて、前記フィルタ部を透過した測定光を前記薄膜赤外線センサ部によって検出可能に構成され、前記フィルタ部は、透過波長固定型の第１光学フィルタと、第１波長から第２波長まで透過波長を変化可能な透過波長可変型の第２光学フィルタとを備え、前記第１光学フィルタは、前記測定光の透過を規制する透過規制波長領域と、当該測定光の透過を許容する透過許容波長領域とが前記第１波長から前記第２波長までの間に規定されて構成されている。
【００１２】
また、請求項５記載の赤外線分光測定装置は、請求項４記載の赤外線分光測定装置において、前記フィルタ部は、前記第１光学フィルタおよび前記第２光学フィルタが前記薄膜赤外線センサ部の側からこの順で形成されて構成されている。
【００１３】
さらに、請求項６記載の赤外線分光測定装置は、請求項５記載の赤外線分光測定装置において、前記薄膜赤外線センサ部が前記支持基板における前記一方の面に接し、かつ、前記第１光学フィルタが当該薄膜赤外線センサ部における前記裏面に接するように形成されている。
【００１４】
また、請求項７記載の赤外線分光測定装置は、赤外線を透過可能な支持基板と、当該支持基板における一方の面側に形成されたフィルタ部と、当該フィルタ部における前記支持基板との対向面の裏面側に形成された薄膜赤外線センサ部とが一体的に構成されて、前記支持基板および前記フィルタ部を透過した測定光を前記薄膜赤外線センサ部によって検出可能に構成され、前記フィルタ部は、透過波長固定型の第１光学フィルタと、第１波長から第２波長まで透過波長を変化可能な透過波長可変型の第２光学フィルタとを備え、前記第１光学フィルタは、前記測定光の透過を規制する透過規制波長領域と、当該測定光の透過を許容する透過許容波長領域とが前記第１波長から前記第２波長までの間に規定されて構成されている。
【００１５】
また、請求項８記載の赤外線分光測定装置は、前記第１光学フィルタは、前記第１波長から前記第２波長までの間に不連続の複数の前記透過許容波長領域が規定された多波長光学フィルタで構成されている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の赤外線分光測定装置では、測定光の透過を規制する透過規制波長領域、および測定光の透過を許容する透過許容波長領域が第１波長から第２波長までの間に規定された透過波長固定型の第１光学フィルタと、第１波長から第２波長まで透過波長を変化可能な透過波長可変型の第２光学フィルタとを備えてフィルタ部が構成されると共に、赤外線を透過可能な支持基板における一方の面側にフィルタ部を形成され、かつ、支持基板における他方の面側に薄膜赤外線センサ部を形成されて、支持基板、フィルタ部および薄膜赤外線センサ部が一体的に構成されている。
【００１７】
また、請求項４記載の赤外線分光測定装置では、測定光の透過を規制する透過規制波長領域、および測定光の透過を許容する透過許容波長領域が第１波長から第２波長までの間に規定された透過波長固定型の第１光学フィルタと、第１波長から第２波長まで透過波長を変化可能な透過波長可変型の第２光学フィルタとを備えてフィルタ部が構成されると共に、支持基板における一方の面側に薄膜赤外線センサ部が形成され、かつ、薄膜赤外線センサ部における支持基板との対向面の裏面側にフィルタ部が形成されて、支持基板、フィルタ部および薄膜赤外線センサ部が一体的に構成されている。
【００１８】
さらに、請求項７記載の赤外線分光測定装置では、測定光の透過を規制する透過規制波長領域、および測定光の透過を許容する透過許容波長領域が第１波長から第２波長までの間に規定された透過波長固定型の第１光学フィルタと、第１波長から第２波長まで透過波長を変化可能な透過波長可変型の第２光学フィルタとを備えてフィルタ部が構成されると共に、赤外線を透過可能な支持基板における一方の面側にフィルタ部が形成され、かつ、フィルタ部における支持基板との対向面の裏面側に薄膜赤外線センサ部が形成されて、支持基板、フィルタ部および薄膜赤外線センサ部が一体的に構成されている。
【００１９】
したがって、請求項１，４，７記載の赤外線分光測定装置によれば、モータによって回転板を回転させることで、赤外線をチョッピングする構成の赤外線チョッパーを備えた従来の放射分光濃度計とは異なり、第２光学フィルタを構成する各層の間に電圧を印加して各層を接離させることによって第２光学フィルタの透過波長領域を変化させるだけで、測定光をチョッピングすることができるため、その消費電力を十分に低減することができる。また、挿入ガイド（赤外線導波管）と回転板との間、および赤外線センサと回転板との間の双方に大きな隙間を設ける必要のある従来の放射分光濃度計とは異なり、チョッピング機構としてのフィルタ部の破損を招くことなく、フィルタ部を支持基板や薄膜赤外線センサ部に対して十分に接近させる（または、密着させる）ことができる結果、十分に小型化することができる。さらに、モータによって回転板を回転させる構成の従来の従来の放射分光濃度計とは異なり、モータや回転板に生じる振動に起因するノイズが薄膜赤外線センサ部から出力される電気信号に混入することがないため、測定光の検出精度を十分に高めることができる。
【００２０】
また、請求項２記載の赤外線分光測定装置では、第１光学フィルタおよび第２光学フィルタが支持基板の側からこの順で形成されてフィルタ部が構成されている。さらに、請求項５記載の赤外線分光測定装置では、第１光学フィルタおよび第２光学フィルタが薄膜赤外線センサ部の側からこの順で形成されてフィルタ部が構成されている。したがって、請求項２，５記載の赤外線分光測定装置によれば、第２光学フィルタを構成する各層のうちの一方が、支持基板、薄膜赤外線センサ部および他の層に密着していないため、第２光学フィルタの透過波長を変化させる際に、この一方の層を小さな力で確実かつ容易に移動させる（第２光学フィルタを構成する各層を接離させる）ことができる結果、その消費電力を一層低減することができる。また、第２光学フィルタの透過波長を正確に変化させることができる結果、測定光の検出精度を一層高めることができる。
【００２１】
また、請求項３記載の赤外線分光測定装置では、第１光学フィルタが支持基板における一方の面に接し、かつ、薄膜赤外線センサ部が支持基板における他方の面に接するように形成されている。さらに、請求項６記載の赤外線分光測定装置では、薄膜赤外線センサ部が支持基板における一方の面に接し、かつ、第１光学フィルタが薄膜赤外線センサ部における裏面に接するように形成されている。したがって、請求項３，６記載の赤外線分光測定装置によれば、フィルタ部と支持基板との間や、薄膜赤外線センサ部と支持基板との間に極く小さな隙間が生じるように支持基板、フィルタ部および薄膜赤外線センサ部を一体化した構成と比較して、赤外線分光測定装置全体としての厚みを十分に薄厚にすることができるだけでなく、赤外線分光測定装置体としての物理的強度を十分に高めることができる。
【００２２】
さらに、請求項８記載の赤外線分光測定装置によれば、第１波長から第２波長までの間に不連続の複数の透過許容波長領域が規定された多波長光学フィルタで第１光学フィルタを構成したことにより、第２光学フィルタの透過波長領域を第１波長から第２波長まで（または、第２波長から第１波長まで）変化させることで、第１光学フィルタに規定されている複数の透過許容波長領域の測定光を薄膜赤外線センサ部に順次入射させて、波長が相違する複数種類の測定光を薄膜赤外線センサ部に検出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】赤外線分光測定装置１の構成を示す断面図である。
【図２】赤外線分光測定装置１，１Ａ，１Ｂの動作原理について説明するための説明図である。
【図３】赤外線分光測定装置１Ａの構成を示す断面図である。
【図４】赤外線分光測定装置１Ｂの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る赤外線分光器および赤外線分光測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２５】
図１に示す赤外線分光測定装置１は、液体や気体等の試料に含まれる測定対象成分の濃度を測定する濃度測定装置や、未知の試料に検出対象の物質(成分)が含まれているかを判定する定性測定装置（定性分析装置）などの各種装置に搭載されて、波長２μｍ〜２０μｍの範囲内の予め規定された波長の測定光（赤外線）ＩＲを検出し、その検出レベルに応じた検出信号を出力可能に構成されている。この赤外線分光測定装置１は、支持基板１１、フィルタ部１２およびセンサ部１３を備えて、これらが一体化されて１枚の平板状に構成されると共に、フィルタ部１２やセンサ部１３が図示しない処理部に接続されている。
【００２６】
支持基板１１は、一例としてＳｉによって厚み５００μｍ程度の平板状に形成されて、この赤外線分光測定装置１の検出対象である上記の波長領域を含む十分に広い波長領域の測定光ＩＲを透過可能に構成されている。この場合、支持基板１１を形成する材料はＳｉに限定されず、センサ部１３による検出対象の波長領域の測定光ＩＲを透過可能であれば、任意の材料を使用することができる。具体的には、一例として、Ｇｅ、Ｓｉ、ＺｎＳおよびＡｌ２Ｏ３等によって形成することができる。また、支持基板１１の厚みは、赤外線分光測定装置１全体としての物理的な強度を確保できる範囲内において任意に変更することができる。
【００２７】
フィルタ部１２は、いわゆる「赤外線分光器」として機能する光学部品であって、この赤外線分光測定装置１では、測定光ＩＲのチョッピング、およびセンサ部１３に入射させる測定光ＩＲの波長の選択の２つの処理をフィルタ部１２において実行する構成が採用されている。このフィルタ部１２は、支持基板１１における一方の面側（同図における上面側）に第１光学フィルタ２１および第２光学フィルタ２２がこの順で形成されて構成されている。なお、この赤外線分光測定装置１では、フィルタ部１２の第１光学フィルタ２１が支持基板１１における一方の面に接し、かつ、フィルタ部１２の第２光学フィルタ２２が第１光学フィルタ２１における支持基板１１側の面の裏面に接するようにフィルタ部１２が形成されている。
【００２８】
第１光学フィルタ２１は、透過波長固定型の光学フィルタであって、図２に実線で示すように、波長Ｗａを中心とする波長領域、および波長Ｗｂを中心とする波長領域の２つの波長領域の光の透過を許容し、その他の波長の光の透過を規制する光学特性（実線で示す透過率特性）を有する多波長光学フィルタで構成されている。なお、上記の波長Ｗａ，Ｗｂは、赤外線分光測定装置１を搭載した測定装置において濃度等を測定する測定対象成分の赤外線透過特性に応じて規定された波長であって、この波長Ｗａ，Ｗｂの測定光ＩＲの検出量に基づき、測定対象成分の濃度等が測定される。
【００２９】
この第１光学フィルタ２１は、一例として、ＧｅやＳｉ等の高屈折率材料の層と、ＺｎＳやＺｎＳｅ等の低屈折率材料の層とを交互に積層した積層体で構成されて、支持基板１１に対して密着するように配設されている。この場合、高屈折率材料の層および低屈折率材料の層の積層数や、第１光学フィルタ２１全体としての厚みについては、第１光学フィルタ２１に求められる光学的特性に応じて適宜規定される。なお、「第１光学フィルタ」については、支持基板１１に密着した状態に形成されたものに限定されず、支持基板１１との間に極く小さな隙間が生じるように配置する構成を採用することもできる。
【００３０】
この第１光学フィルタ２１では、「波長Ｗａを中心とする波長領域」および「波長Ｗｂを中心とする波長領域」の２つの波長領域が「不連続の複数の透過許容波長領域」に相当すると共に、「波長Ｗａを中心とする透過許容波長領域と、波長Ｗｂを中心とする透過許容波長領域との間の領域（波長Ｗｃを中心とする波長領域）」、「波長Ｗａを中心とする透過許容波長領域よりも長い波長の領域」および「波長Ｗｂを中心とする透過許容波長領域よりも短い波長の領域」の３つの波長領域が「透過規制波長領域」に相当する。この場合、「第１光学フィルタ」については、例えば、上記の第１光学フィルタ２１における「波長Ｗａを中心とする透過許容波長領域よりも長い波長の領域」および「波長Ｗｂを中心とする透過許容波長領域よりも短い波長の領域」のいずれか、または双方を透過規制波長領域とすることもできる（「透過規制波長領域」が２つ以下の構成の例）。
【００３１】
一方、第２光学フィルタ２２は、透過波長可変型の光学フィルタであって、一例として、ファブリペロ光学フィルタで構成されて、後述するように、処理部の制御に従い、図２に示す波長Ｗ１を中心とする波長領域（第１波長の一例）から波長Ｗ２を中心とする波長領域（第２波長の一例）までの間において透過許容波長領域を変化させる。具体的には、図１に示すように、第２光学フィルタ２２は、ＧｅやＳｉ等の高屈折率材料の層と、ＺｎＳやＺｎＳｅ等の低屈折率材料の層とを交互に積層してそれぞれ形成した積層体２２ａ，２２ｂを備え、この第２光学フィルタ２２では、積層体２２ａが第１光学フィルタ２１の表面に密着させられている。この場合、高屈折率材料の層および低屈折率材料の層の積層数や、各積層体２２ａ，２２ｂの厚みについては、第２光学フィルタ２２に求められる光学的特性に応じて適宜規定される。なお、積層体２２ａ（第２光学フィルタ２２）と第１光学フィルタ２１との間に極く小さな隙間が生じるように配置する構成を採用することもできる。
【００３２】
この第２光学フィルタ２２は、常態（処理部によって電圧が印加されていない状態）において両積層体２２ａ，２２ｂの間に厚み方向で隙間Ｓが生じるように互いに離間させられている。また、第２光学フィルタ２２は、処理部によって両積層体２２ａ，２２ｂ間に電圧が印加されることで静電引力によって積層体２２ｂが積層体２２ａ側に引き寄せられて（隙間Ｓが小さくなるように積層体２２ｂが積層体２２ａに接近させられて）透過波長領域を変化させる構成が採用されている。なお、この第２光学フィルタ２２では、図外の両端部において積層体２２ａ，２２ｂの間にスペーサ層（支持層：一例として、Ｓｉの層や有機膜（有機高分子化合物の膜））が設けられ、このスペーサ層によって積層体２２ａ，２２ｂが支持されて、常態において互いに離間させられている。この場合、上記の第２光学フィルタ２２における両積層体２２ａ，２２ｂを常態において極く近距離に接近させる（または、互いに接した状態にする）と共に、両積層体２２ａ，２２ｂの間に電圧を印加することで、両積層体２２ａ，２２ｂを互いに離間させる構成を採用することもできる。
【００３３】
センサ部１３は、「薄膜赤外線センサ部」に相当し、支持基板１１における他方の面側（同図における下面側）に配設されて、フィルタ部１２およびセンサ部１３を透過した測定光ＩＲを受光して（検出して）、その受光レベル（検出レベル）に応じた検出信号を出力する。この場合、この赤外線分光測定装置１では、一例として、支持基板１１の表面に、カーボン、ポリイミドおよびアルミニウム等の各種材料によって、表面平滑性がある程度低下するように形成した極く薄厚の発熱膜（赤外線吸収膜）が設けられると共に、この発熱膜を覆うようにしてＰＺＴやＴｉＢＡ等の強誘電体材料の層を形成することで「焦電型赤外線センサ」の一例であるセンサ部１３が支持基板１１に対して接した状態（密着した状態）で形成されている。このセンサ部１３は、フィルタ部１２および支持基板１１を透過した測定光ＩＲが上記の発熱膜に照射されることにより、照射された測定光ＩＲの強度に応じて発熱膜が発熱し、この熱によって強誘電体材料の層が加熱されることで、発熱膜に生じた熱量、すなわち、測定光ＩＲの受光量に応じた電圧の検出信号が出力される。
【００３４】
なお、上記の発熱膜については、一例として、真空蒸着法、めっき法、およびスピンコーティング法などの公知の成膜方法に従って形成することができる。また、上記の強誘電体材料の層については、一例として、スパッタ法、ゾルゲル法、およびＭＯ−ＣＶＤ法などの公知の成膜方法に従って形成することができる。さらに、支持基板１１に対して発熱膜および強誘電体材料の層をこの順で形成する製法に限定されず、支持基板１１とは別体に形成したセンサ部１３を支持基板１１の表面に貼り付けて一体化する（支持基板１１に密着させる）こともできる。また、「薄膜赤外線センサ部」については、支持基板１１に密着した状態に形成されたものに限定されず、支持基板１１とは別体に形成したものを、支持基板１１との間に極く小さな隙間が生じるように支持基板１１に対して離間して配置することもできる。
【００３５】
この赤外線分光測定装置１の製造に際しては、公知の半導体製造方法と同様の製法に従ってフィルタ部１２やセンサ部１３を形成する。具体的には、一例として、支持基板１１における一方の面に第１光学フィルタ２１を構成する各層を形成する。この際に、第１光学フィルタ２１において支持基板１１に接する層（以下、「最下層」ともいう）の屈折率と、支持基板１１の屈折率とが大きく相違する場合には、支持基板１１と第１光学フィルタ２１との界面において測定光ＩＲが反射する事態を回避するために、その屈折率が、支持基板１１の屈折率と、第１光学フィルタ２１における最下層の屈折率との間の範囲内で、測定光ＩＲの透過が可能な任意の材料を用いて、支持基板１１と第１光学フィルタ２１との間に反射防止層を設けることが好ましい。
【００３６】
次いで、第１光学フィルタ２１の表面に第２光学フィルタ２２における積層体２２ａを形成する。この際に、第１光学フィルタ２１において第２光学フィルタ２２（積層体２２ａ）に接する層（以下、「最上層」ともいう）の屈折率と、積層体２２ａの屈折率とが大きく相違する場合には、第１光学フィルタ２１と第２光学フィルタ２２（積層体２２ａ）との界面において測定光ＩＲが反射する事態を回避するために、その屈折率が、第１光学フィルタ２１における最上層の屈折率と、積層体２２ａの屈折率との間の範囲内で、測定光ＩＲの透過が可能な任意の材料を用いて、第１光学フィルタ２１と第２光学フィルタ２２（積層体２２ａ）との間に反射防止層を設けることが好ましい。
【００３７】
続いて、積層体２２ａ，２２ｂの間に隙間Ｓを生じさせるための犠牲層（その一部が前述したスペーサ層として機能する層：図示せず）を形成する。この際に、積層体２２ａと犠牲層との間に極く薄厚の保護層を設けることで、完成状態の赤外線分光測定装置１における積層体２２ａ，２２ｂの接触に起因する積層体２２ａの傷付きや、酸化を防止することができる。次いで、犠牲層の表面に積層体２２ｂを形成する。この際にも、犠牲層と積層体２２ｂとの間に極く薄厚の保護層を設けることで、完成状態の赤外線分光測定装置１における積層体２２ａ，２２ｂの接触に起因する積層体２２ｂの傷付きや、酸化を防止することができる。また、積層体２２ｂにおける犠牲層側とは反対側にも極く薄厚の保護層を設けることで、完成状態の赤外線分光測定装置１における積層体２２ｂの酸化を防止することができる。
【００３８】
次いで、支持基板１１における他方の面に、上記の発熱膜および強誘電体材料の層をこの順で形成することでセンサ部１３を形成する。この際には、センサ部１３（強誘電体材料の層）における支持基板１１側とは反対側に極く薄厚の保護層を設けることで、完成状態の赤外線分光測定装置１におけるセンサ部１３の傷付きや酸化を防止することができる。この後、エッチング用ガスを用いたドライエッチング処理を実行することにより、前述したスペーサ層として残すべき部位を除いて、積層体２２ａ，２２ｂの間の犠牲層を除去する。これにより、支持基板１１、フィルタ部１２およびセンサ部１３が一体化した状態で赤外線分光測定装置１が完成する。
【００３９】
この赤外線分光測定装置１を用いて、例えば液体中の測定対象成分の濃度を測定する際には、図示しない光源（赤外線波長領域の光を出射するランプ等）と、赤外線分光測定装置１との間に、測定対象成分が含まれた液体を配置する。次いで、光源を点灯させた状態において、赤外線分光測定装置１による赤外線の検出処理を実行する。この場合、この赤外線分光測定装置１では、図１に示すように、フィルタ部１２から支持基板１１に向かう向きで測定光ＩＲを入射させると共に、入射させた測定光ＩＲを第２光学フィルタ２２において反射または透過させることで、測定光ＩＲのチョッピング、およびセンサ部１３に入射させる波長の選択を実行する構成が採用されている。
【００４０】
具体的には、この赤外線分光測定装置１では、フィルタ部１２における第２光学フィルタ２２の両積層体２２ａ，２２ｂが電極として機能するように図示しない処理部に接続されている。また、処理部は、両積層体２２ａ，２２ｂの間に電圧を印加することにより、積層体２２ａ，２２ｂの間に静電引力を生じさせて隙間Ｓを変化させる。これにより、第２光学フィルタ２２の透過波長領域が、「第１波長（この例では、図２に示す波長Ｗ１を中心とする一点鎖線の波長領域）」から「第２波長（この例では、図２に示す波長Ｗ２を中心とする二点鎖線の波長領域）」まで変化する。この際に、この赤外線分光測定装置１では、２つの透過波長領域（この例では、図２に示す波長Ｗａを中心とする波長領域、および波長Ｗｂを中心とする波長領域）以外の波長領域において測定光ＩＲの透過を規制するように構成されている。
【００４１】
したがって、第２光学フィルタ２２の透過波長領域が「第１波長」から「第２波長」に向かって変化させられているときに、第２光学フィルタ２２の透過波長領域が第１光学フィルタ２１の透過波長領域と一致したときにだけ（この例では、第１光学フィルタ２１の透過波長領域が、波長Ｗａを中心とする波長領域となったとき、および波長Ｗｂを中心とする波長領域となったときの２回）、測定光ＩＲがフィルタ部１２を透過する。この結果、波長Ｗａを中心とする波長領域、および波長Ｗｂを中心とする波長領域以外の測定光ＩＲがフィルタ部１２において反射され、波長Ｗａを中心とする波長領域、および波長Ｗｂを中心とする波長領域の測定光ＩＲだけがセンサ部１３に入射される。なお、第２光学フィルタ２２の透過波長領域を、波長Ｗａを中心とする波長領域から波長Ｗｂを中心とする波長領域に向かって変化させる構成（方法）について説明したが、波長Ｗｂを中心とする波長領域を「第１の波長」とし、波長Ｗａを中心とする波長領域を「第２の波長」として、第２光学フィルタ２２の透過波長領域を、波長Ｗｂを中心とする波長領域から波長Ｗａを中心とする波長領域に向かって変化させる構成（方法）を採用することもできる。
【００４２】
また、波長Ｗａを中心とする波長領域の測定光ＩＲ、および波長Ｗｂを中心とする波長領域の測定光ＩＲがセンサ部１３に入射したときには、その入射レベルに応じてセンサ部１３の発熱膜が発熱し、この熱によって強誘電体材料の層が加熱されることで、発熱膜に生じた熱量、すなわち、測定光ＩＲの受光量に応じた電圧の検出信号が強誘電体材料の層から処理部に出力される。これに応じて、処理部は、検出信号と、測定用基準データとに基づき、液体中の測定対象成分の濃度を演算する。これにより、処理部による演算結果（測定された濃度）が図示しない表示部に表示される。
【００４３】
このように、この赤外線分光測定装置１では、測定光ＩＲの透過を規制する透過規制波長領域（この例では、「波長Ｗａを中心とする透過許容波長領域と、波長Ｗｂを中心とする透過許容波長領域との間の領域」、「波長Ｗａを中心とする透過許容波長領域よりも長い波長の領域」および「波長Ｗｂを中心とする透過許容波長領域よりも短い波長の領域」の３つの波長領域）、および測定光ＩＲの透過を許容する透過許容波長領域（この例では、波長Ｗａを中心とする波長領域」および「波長Ｗｂを中心とする波長領域」の２つの波長領域）が第１波長（この例では、波長Ｗ１を中心とする波長領域）から第２波長（この例では、波長Ｗ２を中心とする波長領域）までの間に規定された透過波長固定型の第１光学フィルタ２１と、第１波長から第２波長まで透過波長を変化可能な透過波長可変型の第２光学フィルタ２２とを備えてフィルタ部１２が構成されると共に、赤外線を透過可能な支持基板１１における一方の面側にフィルタ部１２が形成され、かつ、支持基板１１における他方の面側にセンサ部１３が形成されて、支持基板１１、フィルタ部１２およびセンサ部１３が一体的に構成されている。
【００４４】
したがって、この赤外線分光測定装置１によれば、モータによって回転板を回転させることで、赤外線をチョッピングする構成の赤外線チョッパーを備えた従来の放射分光濃度計とは異なり、第２光学フィルタ２２を構成する各積層体２２ａ，２２ｂの間に電圧を印加して各積層体２２ａ，２２ｂを接離させることによって第２光学フィルタ２２の透過波長領域を変化させるだけで、測定光ＩＲをチョッピングすることができるため、その消費電力を十分に低減することができる。また、挿入ガイド（赤外線導波管）と回転板との間、および赤外線センサと回転板との間の双方に大きな隙間を設ける必要のある従来の放射分光濃度計とは異なり、チョッピング機構としてのフィルタ部１２の破損を招くことなく、フィルタ部１２を支持基板１１に対して十分に接近させる（この例では、フィルタ部１２を支持基板１１に密着させる）ことができる結果、十分に小型化することができる。さらに、モータによって回転板を回転させる構成の従来の従来の放射分光濃度計とは異なり、モータや回転板に生じる振動に起因するノイズがセンサ部１３から出力される電気信号に混入することがないため、測定光ＩＲの検出精度を十分に高めることができる。
【００４５】
また、この赤外線分光測定装置１によれば、第１光学フィルタ２１および第２光学フィルタ２２を支持基板１１の側からこの順で形成してフィルタ部１２を構成したことにより、第２光学フィルタ２２を構成する各積層体２２ａ，２２ｂのうちの一方（この例では、積層体２２ｂ）が、支持基板１１、センサ部１３および他方の層（この例では、積層体２２ａ）に密着していないため、第２光学フィルタ２２の透過波長を変化させる際に、この積層体２２ｂを小さな力で確実かつ容易に移動させる（積層体２２ａに対して接離させる）ことができる結果、その消費電力を一層低減することができる。また、第２光学フィルタ２２の透過波長を正確に変化させることができる結果、測定光ＩＲの検出精度を一層高めることができる。
【００４６】
さらに、この赤外線分光測定装置１によれば、フィルタ部１２における第１光学フィルタ２１が支持基板１１における一方の面に接し、かつ、センサ部１３が支持基板１１における他方の面に接するように形成したことにより、フィルタ部１２と支持基板１１との間や、センサ部１３と支持基板１１との間に極く小さな隙間が生じるように支持基板１１、フィルタ部１２およびセンサ部１３を一体化した構成と比較して、赤外線分光測定装置１全体としての厚みを十分に薄厚にすることができるだけでなく、赤外線分光測定装置１体としての物理的強度を十分に高めることができる。
【００４７】
また、この赤外線分光測定装置１によれば、第１波長から第２波長までの間に不連続の複数の透過許容波長領域（この例では、波長Ｗａを中心とする波長領域」および「波長Ｗｂを中心とする波長領域」の２つの波長領域）が規定された多波長光学フィルタで第１光学フィルタ２１を構成したことにより、第２光学フィルタ２２の透過波長領域を第１波長から第２波長まで（または、第２波長から第１波長まで）変化させることで、第１光学フィルタ２１に規定されている複数の透過許容波長領域の測定光ＩＲをセンサ部１３に順次入射させて、波長が相違する複数種類の測定光ＩＲをセンサ部１３に検出させることができる。
【００４８】
なお、「赤外線分光測定装置」の構成は、上記の赤外線分光測定装置１の構成に限定されない。例えば、支持基板１１の一方の面（この例では、図１における上面）に第１光学フィルタ２１および第２光学フィルタ２２をこの順で形成した赤外線分光測定装置１を例に挙げて説明したが、支持基板１１の一方の面に第２光学フィルタ２２および第１光学フィルタ２１をこの順で形成してもよい（図示せず）。このような構成を採用した赤外線分光測定装置においても、前述した赤外線分光測定装置１と同様にして、その消費電力を十分に低減することができると共に、十分に小型化することができ、かつ、測定光ＩＲの検出精度を十分に高めることができる。
【００４９】
また、支持基板１１の一方の面側にフィルタ部１２を形成すると共に、支持基板１１の他方の面側にセンサ部１３を形成した赤外線分光測定装置１を例に挙げて説明したが、「支持基板」に対する「フィルタ部」および「薄膜赤外線センサ部」の位置関係は、赤外線分光測定装置１における支持基板１１に対するフィルタ部１２およびセンサ部１３の位置関係に限定されない。例えば、図３に示す赤外線分光測定装置１Ａのように、支持基板１１の一方の面側（この例では、同図における上面側）にセンサ部１３およびフィルタ部１２をこの順で形成して、フィルタ部１２を透過させた測定光ＩＲをセンサ部１３によって検出する構成を採用することもできる。なお、この赤外線分光測定装置１Ａ、および後述する赤外線分光測定装置１Ｂ（図４参照）において、前述した赤外線分光測定装置１と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。この赤外線分光測定装置１Ａは、フィルタ部１２の形成に先立って支持基板１１の一方の面側にセンサ部１３を形成する点を除き、前述した赤外線分光測定装置１と同様の製造方法に従って製造される。なお、この赤外線分光測定装置１Ａにおける「支持基板」については、上記の支持基板１１とは異なり、測定光ＩＲの透過率が低い材料で形成することもできる。
【００５０】
この赤外線分光測定装置１Ａでは、支持基板１１における一方の面側にセンサ部１３が形成され、かつ、センサ部１３における支持基板１１との対向面の裏面側にフィルタ部１２が形成されて、支持基板１１、フィルタ部１２およびセンサ部１３が一体的に構成されている。したがって、この赤外線分光測定装置１Ａによれば、前述した赤外線分光測定装置１と同様にして、第２光学フィルタ２２を構成する各積層体２２ａ，２２ｂの間に電圧を印加して各積層体２２ａ，２２ｂを接離させることによって第２光学フィルタ２２の透過波長領域を変化させるだけで、測定光ＩＲをチョッピングすることができるため、その消費電力を十分に低減することができる。また、挿入ガイド（赤外線導波管）と回転板との間、および赤外線センサと回転板との間の双方に大きな隙間を設ける必要のある従来の放射分光濃度計とは異なり、チョッピング機構としてのフィルタ部１２の破損を招くことなく、フィルタ部１２をセンサ部１３に対して十分に接近させる（この例では、フィルタ部１２をセンサ部１３に密着させる）ことができる結果、十分に小型化することができる。さらに、モータによって回転板を回転させる構成の従来の従来の放射分光濃度計とは異なり、モータや回転板に生じる振動に起因するノイズがセンサ部１３から出力される電気信号に混入することがないため、測定光ＩＲの検出精度を十分に高めることができる。
【００５１】
また、この赤外線分光測定装置１Ａによれば、第１光学フィルタ２１および第２光学フィルタ２２をセンサ部１３の側からこの順で形成してフィルタ部１２を構成したことにより、前述した赤外線分光測定装置１と同様にして、第２光学フィルタ２２を構成する各積層体２２ａ，２２ｂのうちの一方（この例では、積層体２２ｂ）が、支持基板１１、センサ部１３および他方の層（この例では、積層体２２ａ）に密着していないため、第２光学フィルタ２２の透過波長を変化させる際に、積層体２２ｂを小さな力で確実かつ容易に移動させる（積層体２２ａに対して接離させる）ことができる結果、その消費電力を一層低減することができる。また、第２光学フィルタ２２の透過波長を正確に変化させることができる結果、測定光ＩＲの検出精度を一層高めることができる。
【００５２】
さらに、この赤外線分光測定装置１Ａによれば、薄膜赤外線センサ部が支持基板１１における一方の面に接し、かつ、第１光学フィルタ２１が薄膜赤外線センサ部における裏面に接するように形成したことにより、前述した赤外線分光測定装置１と同様にして、フィルタ部１２と支持基板１１との間や、センサ部１３と支持基板１１との間に極く小さな隙間が生じるように支持基板１１、フィルタ部１２およびセンサ部１３を一体化した構成と比較して、赤外線分光測定装置１全体としての厚みを十分に薄厚にすることができるだけでなく、赤外線分光測定装置１体としての物理的強度を十分に高めることができる。
【００５３】
また、この赤外線分光測定装置１Ａによれば、第１波長から第２波長までの間に不連続の複数の透過許容波長領域が規定された多波長光学フィルタで第１光学フィルタ２１を構成したことにより、前述した赤外線分光測定装置１と同様にして、第２光学フィルタ２２の透過波長領域を第１波長から第２波長まで（または、第２波長から第１波長まで）変化させることで、第１光学フィルタ２１に規定されている複数の透過許容波長領域の測定光ＩＲをセンサ部１３に順次入射させて、波長が相違する複数種類の測定光ＩＲをセンサ部１３に検出させることができる。
【００５４】
また、図４に示す赤外線分光測定装置１Ｂのように、支持基板１１の一方の面側（この例では、同図における下面側）にフィルタ部１２およびセンサ部１３をこの順で形成して、支持基板１１およびフィルタ部１２を透過させた測定光ＩＲをセンサ部１３によって検出する構成を採用することもできる。この赤外線分光測定装置１Ｂは、フィルタ部１２を構成する第１光学フィルタ２１および第２光学フィルタ２２の形成順序や、センサ部１３の形成位置が相違する点を除き、前述した赤外線分光測定装置１と同様の製造方法に従って製造される。
【００５５】
この赤外線分光測定装置１Ｂでは、赤外線を透過可能な支持基板１１における一方の面側にフィルタ部１２が形成され、かつ、フィルタ部１２における支持基板１１との対向面の裏面側にセンサ部１３が形成されて、支持基板１１、フィルタ部１２およびセンサ部１３が一体的に構成されている。したがって、この赤外線分光測定装置１Ｂによれば、前述した赤外線分光測定装置１，１Ａと同様にして、第２光学フィルタ２２を構成する各積層体２２ａ，２２ｂの間に電圧を印加して各積層体２２ａ，２２ｂを接離させることによって第２光学フィルタ２２の透過波長領域を変化させるだけで、測定光ＩＲをチョッピングすることができるため、その消費電力を十分に低減することができる。また、挿入ガイド（赤外線導波管）と回転板との間、および赤外線センサと回転板との間の双方に大きな隙間を設ける必要のある従来の放射分光濃度計とは異なり、チョッピング機構としてのフィルタ部１２の破損を招くことなく、フィルタ部１２を支持基板１１やセンサ部１３に対して十分に接近させる（この例では、フィルタ部１２を支持基板１１やセンサ部１３に密着させる）ことができる結果、十分に小型化することができる。さらに、モータによって回転板を回転させる構成の従来の従来の放射分光濃度計とは異なり、モータや回転板に生じる振動に起因するノイズがセンサ部１３から出力される電気信号に混入することがないため、測定光ＩＲの検出精度を十分に高めることができる。
【００５６】
また、この赤外線分光測定装置１Ｂによれば、第１波長から第２波長までの間に不連続の複数の透過許容波長領域が規定された多波長光学フィルタで第１光学フィルタ２１を構成したことにより、前述した赤外線分光測定装置１，１Ａと同様にして、第２光学フィルタ２２の透過波長領域を第１波長から第２波長まで（または、第２波長から第１波長まで）変化させることで、第１光学フィルタ２１に規定されている複数の透過許容波長領域の測定光ＩＲをセンサ部１３に順次入射させて、波長が相違する複数種類の測定光ＩＲをセンサ部１３に検出させることができる。
【００５７】
また、多波長光学フィルタで構成した第１光学フィルタ２１を有するフィルタ部１２を備えた赤外線分光測定装置１，１Ａ，１Ｂを例に挙げて説明したが、「透過波長固定型の第１光学フィルタ」については、「透過波長可変型の第２光学フィルタ」が「測定光」を変化させる「第１波長」から「第２波長」までの間に少なくとも１つの「透過規制波長領域」と、少なくとも１つの「透過許容波長領域」とが規定されていればよい。例えば、「第１波長」から「第２波長」までの間に「透過規制波長領域」および「透過許容波長領域」がそれぞれ１つずつ規定された「第１光学フィルタ」を採用した場合においても、「第２光学フィルタ」の透過波長を「第１波長」から「第２波長」の範囲内で変化させることで、「第２光学フィルタ」の透過波長が「第１光学フィルタ」の「透過規制波長領域」の範囲内の波長となったときに測定光の透過が規制され、「第２光学フィルタ」の透過波長が「第１光学フィルタ」の「透過許容波長領域」の範囲内の波長となったときに測定光の透過が許容されるため、測定光を確実にチョッピングすることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１，１Ａ，１Ｂ  赤外線分光測定装置
１１  支持基板
１２  フィルタ部
１３  センサ部
２１  第１光学フィルタ
２２  第２光学フィルタ
２２ａ，２２ｂ  積層体
ＩＲ  測定光
Ｓ  隙間
Ｗ１，Ｗ２，Ｗａ〜Ｗｃ  波長
【図１】
2012063239.tif 000003
【図２】
2012063239.tif 000004
【図３】
2012063239.tif 000005
【図４】
2012063239.tif 000006