(57)【要約】【課題】金属表面の溝の幅が狭くて深いので、溝の加工が困難である従来の赤外光源に対して、加工のし易い赤外線光源、該赤外線光源を用いたセンサ及びガスセンサを提供することを目的とする。【解決手段】発熱体１５と、最表面が金属からなる放射体１４とを備えた赤外線光源１０１であって、前記放射体１４の表面には、一定方向に延びる矩形状の断面を有する溝１４が一定周期で形成されており、当該一定周期をＰ、当該溝１４の幅をＷ 、当該溝１４の深さをＤとした場合に、Ｗ ＞０.５Ｐ、Ｄ／Ｗ＜０.５である、Ｐ、Ｗ及びＤに対して、前記赤外線光源１０１から放射される赤外線の強度のピーク波長が、所望の特定波長と一致するようにＰ、Ｗ及びＤを定めたことを特徴としている。【選択図】図１
2013083478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と、最表面が金属からなる放射体とを備えた赤外線光源であって、
前記放射体の表面には、一定方向に延びる矩形状の断面を有する溝が一定周期で形成されており、
当該一定周期をＰ、当該溝の幅をＷ 、当該溝の深さをＤとした場合に、Ｗ ＞０.５Ｐ、Ｄ／Ｗ＜０.５であるＰ、Ｗ及びＤに対して、前記赤外線光源から放射される赤外線の強度のピーク波長が、所望の特定波長と一致するようにＰ、Ｗ及びＤを定めたことを特徴とする赤外線光源。
【請求項２】
前記金属が金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、タングステン、クロム、チタニウムのいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の赤外線光源。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の赤外線光源と、前記赤外線光源から放射された赤外線を受光する受光素子とを備えたことを特徴とするセンサ。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の赤外線光源と、前記赤外線光源から放射された赤外線を受光する受光素子とを備え、
前記赤外線光源は、測定ガスの吸収波長とした前記特定波長を放射することを特徴とするガスセンサ。
【請求項５】
前記赤外線光源は、前記測定ガスの吸収波長ではない波長とした他の前記特定波長を放射することを特徴とする請求項４に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線光源、該赤外線光源を用いたセンサ及びガスセンサに赤外線光源、該赤外線光源を用いたセンサ及びガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線光源は、医療分野や自動車分野等で検出器やセンサとして広く用いられており、抵抗体に通電することにより発熱して放射される放射光を赤外線光源として用いることが一般的に知られている。図９に示す特許文献１では、通電によって発熱し所定の強度の赤外線を発するフィラメントを用いた光源７１２を有する赤外線検知式ガスセンサ７１０が提案されている（従来例１）。赤外線検知式ガスセンサ７１０は、図９に示すように、被測定ガスが流入できるように設けられたケース７１１と、ケース７１１の外部に配置され赤外線を放出する光源７１２と、光源７１２により放出された赤外線の集光部材であるコリメータレンズ７１３と、赤外線の特定の波長のみを透過するバンドパスフィルタ７１４と、バンドパスフィルタ７１４を透過した特定の波長の赤外線を受光し電気信号を発生する検出素子７１５とにより構成されている。
【０００３】
また、図１０に示す特許文献２では、特許文献１の従来例１と同じようなフィラメント式の赤外線光源８０８を備えたガスセンサ８０１が提案されている（従来例２）。ガスセンサ８０１は、図１０に示すように、センサ本体８０２、ＣＰＵ８０３、メモリ８０４、Ｄ／Ａ（Digital to Analog）変換器８０５、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器８０６Ａ，８０６Ｂ、及び電圧制御回路８０７を備えており、センサ本体８０２には、筐体８１１の内部に赤外線光源８０８、赤外線検出器８０９Ａ，８０９Ｂ、及び光学フィルタ８１０Ａ，８１０Ｂを備えて構成されている。
【０００４】
しかしながら、従来例１や従来例２にように、特定波長の赤外線を用いるようなセンサ等の用途の場合、抵抗体に通電することにより発熱して放射される幅広い波長の放射光をバンドパスフィルタ７１４や光学フィルタ（８１０Ａ、８１０Ｂ）を通して、その一部を用いている。これにより、他の波長は利用されなくエネルギー効率が悪い上に、フィルタを通すことにより実際に有用な特定波長の赤外線の一部が吸収されてしまうと言う問題があった。このため、センサの出力変化を確保して十分な感度を得るために、赤外線光源から放射される特定波長の赤外線エネルギーを大きくしたいという要望があった。
【０００５】
そこで、特許文献３では、図１１に示すようなプラズモン共鳴を利用した回折格子型の赤外光源９００が提案されている（従来例３）。赤外光源９００は、特定波長の赤外線を発する赤外線光源であって、図１１に示すように、格子９０１とセラミックヒータ等の発熱体９０７とを備え、格子９０１には、金属等の負の誘電体材料部９０３と中空またはシリコンなどの半導体を用いた正の誘電体材料部９０５とから構成されている。そして、格子９０１の周期をＰ、格子９０１の深さをＤ、正の誘電体材料部９０５の幅をＴ、特定の波長をλとした場合に、０＜Ｐ＜２.０λ及びＴ＜０.５ＰであるＰ、ＴおよびＤに対して、赤外光源９００から発せられる赤外線強度のピーク波長が所望の波長と一致するようにＰ、Ｔ及びＤを定めるとしている。そして、具体的には、非特許文献１に記されているように、幅Ｔと深さＤの関係は、Ｄ＞５Ｔになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−００２２８４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３９２９９号公報
【特許文献３】特開２００７−３２４１２６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ａｐｐｌ，Ｐｈｙｓ．９２，１４１１１４（２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来例３では、金属等の負の誘電体材料部９０３と正の誘電体材料部９０５から構成される格子９０１を作製するために、金属の表面を加工しなければならないが、格子９０１の周期Ｐに対して溝の幅Ｔが狭く（Ｔ＜０.５Ｐ）、しかも溝の幅Ｔに対して深さＤが深い（Ｄ＞５Ｔ）ので、加工が困難と言う問題があった。
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するもので、加工のし易い赤外線光源、該赤外線光源を用いたセンサ及びガスセンサ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】
【００１０】
この課題を解決するために、本発明の請求項１による赤外線光源は、発熱体と、最表面が金属からなる放射体とを備えた赤外線光源であって、前記放射体の表面には、一定方向に延びる矩形状の断面を有する溝が一定周期で形成されており、当該一定周期をＰ、当該溝の幅をＷ 、当該溝の深さをＤとした場合に、Ｗ ＞０.５Ｐ、Ｄ／Ｗ＜０.５であるＰ、Ｗ及びＤに対して、前記赤外線光源から放射される赤外線の強度のピーク波長が、所望の特定波長と一致するようにＰ、Ｗ及びＤを定めたことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の請求項２による赤外線光源は、前記金属が金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、タングステン、クロム、チタニウムのいずれかを含むことを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の請求項３によるセンサは、請求項１または請求項２に記載の赤外線光源と、前記赤外線光源から放射された赤外線を受光する受光素子とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の請求項４によるガスセンサは、請求項１または請求項２に記載の赤外線光源と、前記赤外線光源から放射された赤外線を受光する受光素子とを備え、前記赤外線光源は、測定ガスの吸収波長とした前記特定波長を放射することを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の請求項５によるガスセンサは、前記赤外線光源は、前記測定ガスの吸収波長ではない波長とした他の前記特定波長を放射することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、本発明の赤外線光源は、赤外線光源から放射される赤外線の強度のピーク波長が所望の特定波長と一致するように、放射体の表面に形成された矩形状の溝の幅をＷ、深さをＤ、一定周期をＰとした場合に、Ｗ ＞０.５ＰとＤ／Ｗ＜０.５の条件で、Ｐ、Ｗ及びＤを定めた。このため、従来例３の赤外光源と比較して、溝の深さＤと溝の幅Ｗのアスペクト比を小さくすることができ、幅が広くて浅い溝を作製することになる。このことにより、最表面が金属からなる放射体の表面に形成する矩形状の溝の加工を容易に行うことができる。したがって、加工のし易い赤外線光源を提供することができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、本発明の赤外線光源は、金属の材質が金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、タングステン、クロム、チタニウムのいずれかを含むので、レアアースのような稀少金属を用いることが無く、容易に放射体を形成することができる。特に、金以外の金属を用いると、安価に作製することができる。更に、高融点金属のタングステンや金より融点が大幅に高いクロムやチタニウムを用いると、放射体をより一層高温にすることができるので、放射体から放射される赤外線の放射強度をより強くすることができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、本発明のセンサは、赤外線光源と赤外線光源から放射された赤外線を受光する受光素子とを備えているので、赤外線光源と受光素子との間に被測定物を配置するだけで、受光素子が受光する赤外線の強度が被測定物により変化する。このことにより、容易にセンサとして用いることができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、本発明のガスセンサは、測定ガスの吸収波長とした特定波長を放射する赤外線光源と赤外線光源から放射された赤外線を受光する受光素子とを備えているので、赤外線光源と受光素子との間に測定ガスを配置するだけで、受光素子が受光する赤外線の強度が測定ガスの濃度によって変化する。このことにより、容易にガスセンサとして用いることができる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、本発明のガスセンサは、赤外線光源が、測定ガスの吸収波長とした特定波長以外に、測定ガスの吸収波長ではない波長とした他の特定波長を放射するので、受光されるそれぞれの特定波長の赤外線の強度を比較することができる。このことにより、測定ガスの吸収波長ではない波長とした他の特定波長をリファレンスとして用いることができ、温度変化による受光強度の変動をキャンセルできるので、より正確な測定が行えるガスセンサが得られる。
【００２０】
したがって、本発明の赤外線光源、該赤外線光源を用いたセンサ及びガスセンサは、加工のし易い赤外線光源、該赤外線光源を用いたセンサ及びガスセンサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態の赤外線光源を説明する斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態の赤外線光源と従来例３の赤外光源９００とを比較した図であって、図２（ａ）は、図１に示すＰ部分のＹ２側から見た側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）と比較した赤外光源９００の側面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の赤外線光源のシミュレーション結果と従来例３の赤外光源９００のシミュレーション結果とを比較した波長と強度のグラフであって、図３（ａ）は、本発明の赤外線光源の構造を用いた結果であり、図３（ｂ）は、従来例３の赤外光源９００の構造を用いた結果である。
【図４】本発明の第１実施形態の赤外線光源の溝の部分における電界強度を従来例３の赤外光源９００と比較したシミュレーション結果であって、図４（ａ）は、本発明の赤外線光源の電界強度分布の模式図であり、図４（ｂ）は、非特許文献１の赤外光源９００の電界強度分布の模式図である。
【図５】本発明の第２実施形態のガスセンサを説明する構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態のセンを説明する構成図である。
【図７】本発明の第１実施形態の赤外線光源の変形例を説明する構成図であって、図７（ａ）は、図２（ａ）と比較した変形例１あって、図７（ｂ）は、放射体の溝部分を変えた変形例２の放射体の上面図である。
【図８】本発明の第２実施形態のガスセンサの変形例を説明する構成図であって、図８（ａ）は、変形例４のガスセンサであり、図８（ｂ）は、変形例５のガスセンサである。
【図９】従来例１における赤外線検知式ガスセンサの要部構成断面図である。
【図１０】従来例２におけるガスセンサの構成図である。
【図１１】従来例３における赤外光源の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の赤外線光源１０１を説明する斜視図であり、その一部分を示している。図２は、本発明の第１実施形態の赤外線光源１０１と従来例３の赤外光源９００とを比較した図であって、図２（ａ）は、図１に示すＰ部分のＹ２側から見た側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）と比較した赤外光源９００の側面図である。なお、赤外線光源１０１の凹部分の形状は、深さＤと幅Ｗとのアスペクト比が最大になっており、一方、赤外光源９００の凹部分の形状は、赤外線光源１０１の一定周期Ｐと同じにし、深さＤと幅Ｔとのアスペクト比が最小になるようにしている。
【００２４】
本発明の第１実施形態の赤外線光源１０１は、図１に示すように、発熱体１５と、最表面が金属からなる放射体１３とを備えて構成され、放射体１３の表面には、一定方向に延びる溝１４が一定周期Ｐで形成されており、溝１４は、幅Ｗ、深さＤの矩形状の断面を有する凹状の形状をしている。
【００２５】
発熱体１５は、板状の形状をしており、アルミナ等のセラミックヒータを用いている。発熱体１５は、放射体１３の裏面側に密着させて配置し、放射体１３を加熱するためのヒータである。なお、本発明の第１実施形態の赤外線光源１０１の発熱体１５に、セラミックヒータを用いたが、放射体１３を加熱できれば良く、電熱線ヒータやハロゲンヒータ等でも良い。
【００２６】
放射体１３は、金からなる金属で作製されており、最表面には、微細な溝１４が一定の周期Ｐで刻み込まれている。このため、発熱体１５による放射体１３の加熱により、溝１４の内部でプラズモン共鳴が生じ、特定の波長の赤外線ＩＲだけが放射するようになる。放射される赤外線ＩＲの強度のピーク波長は、溝１４の一定周期Ｐ、溝１４の幅Ｗ及び溝１４の深さＤを適切に選ぶことで任意に設定できる。その際には、本発明の第１実施形態の赤外線光源１０１は、図２（ａ）に示すように、Ｗ ＞０.５Ｐ、及びＤ／Ｗ＜０.５の条件を満たしている。なお、本発明の第１実施形態の赤外線光源１０１の放射体１３に、金からなる金属を用いたが、プラズモン共鳴が生じる金属として、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、タングステン、クロム、チタニウムのいずれかを含む金属を用いても良い。これにより、レアアースのような稀少金属を用いることが無く、容易に放射体１３を形成することができる。特に、金以外の金属を用いると、安価に作製することができる。更に、高融点金属のタングステンや金より融点が大幅に高いクロムやチタニウムを用いると、放射体１３をより一層高温にすることができるので、ステファン・ボルツマンの法則により、放射体１３から放射される赤外線ＩＲの放射強度より強くすることができる。
【００２７】
次に、本発明の第１実施形態の赤外線光源１０１の作製方法について説明する。先ず、発熱体１５上に真空蒸着やスパッタリング法により金を成膜し、フォトリソグラフィー法によって金膜上にレジスト膜をパターニングする。そして、ヨウ素が含まれたエッチング液でエッチング加工を行い、レジスト膜を隔離すると、表面に凹状の溝１４が形成された放射体１３を有した赤外線光源１０１が得られる。このようにして作製される本発明の第１実施形態の赤外線光源１０１は、図２に示すように、従来例３の赤外光源９００と比較して、溝１４の深さＤと溝１４の幅Ｗのアスペクト比を小さくすることができ、幅が広くて浅い溝を作製することになるので、最表面が金属からなる放射体１３の表面に形成する矩形状の溝１４の加工を容易に行うことができる。
【００２８】
また、金以外の金属を用いた場合は、エッチング液でエッチング加工（ウェットエッチング加工）する以外に、エッチングガスを用いた、所謂ドライエッチング加工が利用できる。ドライエッチング加工は、ウェットエッチング加工と比較して、加工精度がでやすいので、溝１４を所望の形状に近づけることができる。このことにより、放射される赤外線ＩＲの強度のピーク波長を所望の特定波長と一致させ易くすることができる。
【００２９】
次に、本発明の第１実施形態の赤外線光源１０１から放射される赤外線ＩＲについて検証を行うため、モデルを作成しシミュレーションを行った。本発明の第１実施形態のシミュレーションは、解析手法にＲＣＷＡ法（Rigorous Coupled Wave Analysis）を用い、解析計算モデルとして、外部から放射体に、ある波長の光を入射した際の吸収効率を求め、その結果が放射効率と等価であるとし、ある波長に対する強度とした。
【００３０】
図３は、本発明の第１実施形態の赤外線光源１０１のシミュレーション結果と従来例３の赤外光源９００のシミュレーション結果とを比較した波長と強度のグラフであって、図３（ａ）は、本発明の赤外線光源１０１の構造を用いた結果であり、図３（ｂ）は、従来例３の赤外光源９００の構造を用いた結果である。図３のグラフは、横軸が波長、縦軸が赤外線の強度を示している。また、赤外線光源１０１の溝１４の構造は、二酸化炭素ガス（ＣＯ２ガス）が吸収する波長λＣＯ２＝４.２６μｍ、一酸化炭素ガス（ＣＯガス）が吸収する波長λＣＯ＝４.６５μｍ及びＣＯ２ガス及びＣＯガスが吸収しない波長λｒｅｆ＝３.９５μｍが放射される赤外線ＩＲの強度のピーク波長になるように、赤外線光源１０１の溝１４の一定周期Ｐ、溝１４の幅Ｗ及び溝１４の深さＤを選定した。具体的には、波長λＣＯ２の場合（図３（ａ）に示すＡ）、Ｐ＝４.２μｍ、Ｗ＝２.２μｍ、Ｄ＝０.２６μｍとし、波長λＣＯの場合（図３（ａ）に示すＢ）、Ｐ＝４.６μｍ、Ｗ＝２.６μｍ、Ｄ＝０.２７μｍとし、波長λｒｅｆの場合（図３（ａ）に示すＣ）、Ｐ＝３.９５μｍ、Ｗ＝２.２６μｍ、Ｄ＝０.１９μｍとした。同様にして、特許文献１の赤外光源９００についてもシミュレーション行い、具体的には、波長λＣＯ２の場合（図３（ｂ）に示すＥ）、Ｐ＝４.０５μｍ、Ｔ＝０.１μｍ、Ｄ＝０.６６μｍとし、波長λＣＯの場合（図３（ｂ）に示すＦ）、Ｐ＝４.４μｍ、Ｔ＝０.１μｍ、Ｄ＝０.７４μｍとし、波長λｒｅｆの場合（図３（ｂ）に示すＧ）、Ｐ＝３.８μｍ、Ｗ＝０.１μｍ、Ｄ＝０.６μｍとした。ちなみに、溝１４の一定方向に延びた長さは、１００μｍ前後である。
【００３１】
図３（ａ）に示すように、赤外線光源１０１は、溝１４の一定周期Ｐ、溝１４の幅Ｗ及び溝１４の深さＤを適切に選ぶことで、赤外線光源１０１から放射される赤外線ＩＲの強度のピーク波長を所望の特定波長、具体的には波長λＣＯ２＝４.２６μｍ、波長λＣＯ＝４.６５μｍ及び波長λｒｅｆ＝３.９５μｍと一致するようにできる。また、図３（ｂ）に示す従来例３と比較して、この強度波形は、半値幅が狭く、よりピークが鋭くなっており、本発明の第１実施形態の赤外線光源１０１の方が、より良い赤外線の光源と言える。
【００３２】
また、上述したシミュレーションに用いた赤外線光源１０１の溝１４の形状は、溝１４の深さＤと溝１４の幅Ｗとのアスペクト比が約０.１５と小さく、従来例３の赤外光源９００のアスペクト比が約１０と比較して、格段に幅が広くて浅い溝１４の形状になっている。このことにより、最表面が金属からなる放射体１３の表面に形成する矩形状の溝１４の加工を容易に行うことができると言える。
【００３３】
また、溝１４の深さＤと溝１４の幅Ｗとのアスペクト比が小さいことは、幅が広くて浅い溝加工を行うことになるので、幅方向及び深さ方向の寸法の精度を良くして加工することができる。このため、設計された所望の溝１４の幅Ｗ及び溝１４の深さＤに加工された放射体１３が得られるので、放射体１３から放射される赤外線ＩＲの強度のピーク波長を所望の特定波長と一致するようにできる。
【００３４】
更に、溝１４の寸法のバラツキによる所望の特定波長への影響を検証するため、溝１４の寸法を変化させてシミュレーションを行った。比較として、従来例３の赤外光源９００についても行った。その結果をまとめて表１に示す。表１は、特定波長を波長λＣＯ２＝４.２６μｍとし、波長λＣＯ２から±０.１μｍ以内の波長を許容波長とし、そのときの中心寸法と、最小寸法及び最大寸法を示しており、溝の一定周期Ｐ、溝の幅Ｗ及び溝の深さＤ、更には凹の側壁のテーパー角度θについて各々示している。
【００３５】
【表１】
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※ここに表を挿入して下さい。
表１に示すように、赤外線光源１０１は、従来例３の赤外光源９００と比較して、溝１４の幅Ｗ、溝の深さＤ及びテーパー角度θにおいて、許容されるバラツキ寸法が大きく、加工による寸法バラツキの影響が小さくなるので、放射体１３から放射される赤外線ＩＲの強度のピーク波長を所望の特定波長と一致させ易くできる。特に、深さＤとテーパー角度θの加工による寸法バラツキの影響が小さい。
【００３６】
次に、一般にプラズモン共鳴が起きるとされている金、銀以外の金属について、同様な解析手法によりシミュレーションを行った。その結果、赤外線光源１０１は、放射体１３の最表面に、銅、アルミニウム、ニッケル、タングステン、クロム、チタニウム、ベリリウム、パラジウム、白金の金属を用いても、プラズモン共鳴が起きる。本発明においてはピークが鋭く半値幅が狭い特性が得られるため、金、銀に比べてピークがブロードになる他の金属を用いても十分な特性を得ることができる。
【００３７】
次に、放射体１３の溝１４の近傍におけるプラズモン共鳴の状態について電界解析によりシミュレーションを行った。図４は、本発明の第１実施形態の赤外線光源１０１の溝１４の部分における電界強度を従来例３の赤外光源９００と比較したシミュレーション結果であって、図４（ａ）は、本発明の赤外線光源１０１の電界強度分布の模式図であり、図４（ｂ）は、従来例３の赤外光源９００の電界強度分布の模式図である。なお、図中の破線は、強度分布を模式的に表したものである。図４（ｂ）に示す従来例３の赤外光源９００と違い、赤外線光源１０１は、図４（ａ）に示すように、深さ方向の共鳴に加え、幅方向の共鳴が起きている。このことが、溝１４の深さＤと溝１４の幅Ｗとのアスペクト比が小さくても、プラズモン共鳴が生じている一因と考えられる。
【００３８】
以上により、本発明の赤外線光源１０１は、赤外線光源１０１から放射される赤外線ＩＲの強度のピーク波長が所望の特定波長と一致するように、放射体１３の表面に形成された矩形状の溝１４の幅をＷ、深さをＤ、一定周期をＰとした場合に、Ｗ ＞０.５ＰとＤ／Ｗ＜０.５の条件で、一定周期Ｐ、幅Ｗ及び深さＤを定めた。このため、従来例３の赤外光源９００と比較して、溝１４の深さＤと溝１４の幅Ｗのアスペクト比を小さくすることができ、幅が広くて浅い溝１４を作製することになる。このことにより、最表面が金属からなる放射体１３の表面に形成する矩形状の溝１４の加工を容易に行うことができる。したがって、加工のし易い赤外線光源１０１を提供することができる。
【００３９】
また、従来例３の赤外光源９００と比較して、溝１４の深さＤと溝１４の幅Ｗとのアスペクト比が小さいので、幅が広くて浅い溝加工を行うことになるので、幅方向及び深さ方向の寸法の精度を良くして加工することができる。このことにより、設計された所望の溝１４の幅Ｗ及び溝１４の深さＤに加工された放射体１３が得られるので、放射体１３から放射される赤外線ＩＲの強度のピーク波長を所望の特定波長と一致するようにできる。
【００４０】
また、従来例３の赤外光源９００と比較して、溝１４の幅Ｗ、溝１４の深さＤ及びテーパー角度θにおいて、許容されるバラツキ寸法が大きく、加工による寸法バラツキの影響が小さくなるので、放射体１３から放射される赤外線ＩＲの強度のピーク波長を所望の特定波長と一致させ易くできる。
【００４１】
また、金属の材質が金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、タングステン、クロム、チタニウムのいずれかを含むので、レアアースのような稀少金属を用いることが無く、容易に放射体１３を形成することができる。特に、金以外の金属を用いると、安価に作製することができる。更に、高融点金属のタングステンや金より融点が大幅に高いクロムやチタニウムを用いると、放射体１３をより一層高温にすることができるので、ステファン・ボルツマンの法則により、放射体１３から放射される赤外線ＩＲの放射強度をより強くすることができる。
【００４２】
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態のガスセンサ２０１を説明する構成図である。なお、第１実施形態と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４３】
本発明の第２実施形態のガスセンサ２０１は、図５に示すように、赤外線光源１０１と、赤外線光源１０１から放射された赤外線ＩＲを受光し電気信号を発生する受光素子２６とを備えて構成され、他に、被測定ガスが流入及び排出できるように設けられた筐体１１と、赤外線光源１０１が収容されたケース１２と、受光素子２６が収容されたケース２２とが備えられている。
【００４４】
ガスセンサ２０１は、光源として、本発明の第１実施形態と同じ構成の赤外線光源１０１を用いており、測定ガス（被測定ガス中のガス種を言う）の吸収波長とした特定波長を放射する赤外線光源１０１Ａと、測定ガスの吸収波長ではない波長とした他の特定波長を放射する赤外線光源１０１Ｂとの２種類の光源を用いている。例えば、ガスセンサ２０１が測定ガスとして一酸化炭素ガス（ＣＯガス）を測定するセンサの場合、赤外線光源１０１Ａから放射される赤外線ＩＲの強度のピーク波長が、ＣＯガスが吸収する波長λＣＯ＝４.６５μｍに一致するように、溝１４の一定周期Ｐ、溝１４の幅Ｗ及び溝１４の深さＤを適切に選定している。また、赤外線光源１０１Ｂから放射される赤外線ＩＲの強度のピーク波長は、ＣＯガスが吸収しない波長λｒｅｆ＝３.９５μｍ一致するように、溝１４の一定周期Ｐ、溝１４の幅Ｗ及び溝１４の深さＤを適切に選定している。
【００４５】
また、ガスセンサ２０１は、受光素子２６として、一般に広く利用されている赤外線受光素子を用いており、赤外線光源１０１Ａから放射された赤外線ＩＲを受光する受光素子２６Ａと、赤外線光源１０１Ｂから放射された赤外線ＩＲを受光する受光素子２６Ｂとを有している。
【００４６】
筐体１１は、金属製の筒形状を有しており、図５に示すように、筐体１１には、一定量に調整された被測定ガスを導入させる導入部１１ａと排出させる排出部１１ｂが取り付けられており、所定の流量で被測定ガスが筐体１１の内部に送り込まれるとともに、排出されるようになっている。これにより、被測定ガスが順次置換されることになり、被測定ガス中の測定対象であるガス種（測定ガス）の濃度の経時な変化を連続的に分析することが可能となる。また、筐体１１には、カバー５１ａとカバー５１ｂが設けられており、赤外線光源１０１より放射された赤外線ＩＲがカバー５１ａを通して筐体１１内に入射し、被測定ガス中を透過した後、カバー５１ｂを透過して出射し、受光素子２６で受光される。なお、カバー５１ａとカバー５１ｂは、波長が２〜１５μｍ帯の赤外線ＩＲに対して透過性を有していれば良く、硫化物を主体としたガラス等を用いている。
【００４７】
このように構成されたガスセンサ２０１は、赤外線光源１０１Ａから放射された赤外線ＩＲを受光した受光素子２６Ａからの電気信号と、赤外線光源１０１Ｂから放射された赤外線ＩＲを受光した受光素子２６Ｂからの電気信号との差を比較して、被測定ガス中のガス種によって吸収された赤外線ＩＲの量から、被測定ガス中のガス種の濃度を測定することができる。これにより、赤外線光源１０１Ａと受光素子２６Ａとの間に測定ガスを配置するだけで、受光素子２６Ａが受光する赤外線ＩＲの強度がガス種の濃度によって変化し、容易にガスセンサとして用いることができる。さらに、ガスセンサ２０１は、測定ガスの吸収波長ではない波長とした他の特定波長を放射する赤外線光源１０１Ｂを有しているので、受光素子２６Ａと受光素子２６Ｂとで受光される赤外線ＩＲの強度を比較することができる。このことにより、測定ガスの吸収波長ではない波長とした他の特定波長をリファレンスとして用いることができ、温度変化による受光強度の変動をキャンセルできるので、より正確な測定が行える。
【００４８】
また、ガスセンサ２０１は、赤外線ＩＲの強度のピーク波長が所望の特定波長と一致する赤外線光源１０１を用いているので、従来例１や従来例２と比較して、バンドパスフィルタ７１４や光学フィルタ（８１０Ａ、８１０Ｂ）等のフィルタを必要としない。このことにより、ガスセンサ２０１を安く作製することができる。さらに、フィルタを通すことで実際に有用な特定波長の赤外線の一部が吸収されてしまう問題や、不要な他の波長を利用しないと言う問題を解決することができる。
【００４９】
以上により、本発明の赤外線光源１０１を用いたガスセンサ２０１は、測定ガスの吸収波長とした特定波長を放射する赤外線光源１０１Ａと赤外線光源１０１Ａから放射された赤外線ＩＲを受光する受光素子２６Ａとを備えているので、赤外線光源１０１Ａと受光素子２６Ａとの間に測定ガスを配置するだけで、受光素子２６Ａが受光する赤外線ＩＲの強度が測定ガスの濃度によって変化する。このことにより、容易にガスセンサ２０１として用いることができる。
【００５０】
また、測定ガスの吸収波長ではない波長とした他の特定波長を放射する赤外線光源１０１Ｂを有しているので、受光素子２６Ａと受光素子２６Ｂとで受光される赤外線ＩＲの強度を比較することができる。このことにより、測定ガスの吸収波長ではない波長とした他の特定波長をリファレンスとして用いることができ、温度変化による受光強度の変動をキャンセルできるので、より正確な測定が行えるガスセンサ２０１が得られる。
【００５１】
［第３実施形態］
図６は、本発明の第３実施形態のセンサ３０１を説明する構成図である。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５２】
本発明の第３実施形態のセンサ３０１は、図６に示すように、赤外線光源１０１と、赤外線光源１０１から放射された赤外線ＩＲを受光し電気信号を発生する受光素子２６とを備えて構成され、他に、赤外線光源１０１及び受光素子２６を収容し、被測定物Ｍを載置できる載置部３１ａを有した筐体３１とが備えられている。
【００５３】
センサ３０１は、光源として、本発明の第１実施形態と同じ構成の赤外線光源１０１を用いており、赤外線光源１０１は、被測定物Ｍにより吸収される帯域の波長を有している。例えば、センサ３０１が被測定物Ｍとして果物等の糖度を測定するセンサの場合、赤外線光源１０１から放射される赤外線ＩＲの強度のピーク波長が、０.８〜２.５μｍの間になるように、溝１４の一定周期Ｐ、溝１４の幅Ｗ及び溝１４の深さＤを適切に選定している。
【００５４】
筐体３１は、合成樹脂製の箱形状を有しており、図６に示すように、筐体３１には、被測定物Ｍを配置する載置部３１ａが設けられており、赤外線光源１０１より放射された赤外線ＩＲがカバー７１ａを通して被測定物Ｍに入射し、被測定物Ｍ中を透過した後、カバー７１ｂを透過して出射し、受光素子２６で受光される。なお、カバー７１ａとカバー７１ｂは、波長が０.８〜２.５μｍ帯の赤外線ＩＲに対して透過性を有していれば良く、或いは、カバー７１ａとカバー７１ｂを設けなく、赤外線ＩＲが透過できるように、筐体３１に穴がおいていても良い。
【００５５】
このように構成されたセンサ３０１は、赤外線光源１０１から放射された赤外線ＩＲが被測定物Ｍを透過し、赤外線ＩＲの一部が被測定物Ｍにより吸収され、この透過した赤外線ＩＲを受光素子２６で受光し、赤外線ＩＲの透過量若しくは吸収量から、被測定物Ｍ中の糖度を測定することができる。これにより、赤外線光源１０１と受光素子２６との間に被測定物Ｍを配置するだけで、受光素子２６が受光する赤外線ＩＲの強度が被測定物Ｍによって変化し、容易にセンサとして用いることができる。
【００５６】
また、センサ３０１は、赤外線ＩＲの強度のピーク波長が所望の特定波長と一致する赤外線光源１０１を用いているので、通常用いられているハロゲンランプと比較して、小型で低消費電力のセンサを作製することができ、熱による被測定物Ｍに与える影響も低減することができる。
【００５７】
以上により、本発明の赤外線光源１０１を用いたセンサ３０１は、赤外線光源１０１と赤外線光源１０１から放射された赤外線ＩＲを受光する受光素子２６とを備えているので、赤外線光源１０１と受光素子２６との間に被測定物Ｍを配置するだけで、受光素子２６が受光する赤外線ＩＲの強度が被測定物Ｍにより変化する。このことにより、容易にセンサとして用いることができる。
【００５８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。
【００５９】
図７は、本発明の第１実施形態の赤外線光源１０１の変形例を説明する構成図であって、図７（ａ）は、図２（ａ）と比較した変形例１であって、図７（ｂ）は、放射体Ｃ３３の溝部分を変えた変形例３の放射体Ｃ３３の上面図である。図８は、本発明の第２実施形態のガスセンサ２０１の変形例を説明する構成図であって、図８（ａ）は、変形例４のガスセンサＣ２４１であり、図８（ｂ）は、変形例５のガスセンサＣ２５１である。
【００６０】
＜変形例１＞
上記第１実施形態では、塊状の金属の最表面に微細な溝１４を形成して、放射体１３とした構成であったが、図７（ａ）に示すように、溝Ｃ１４が形成された合成樹脂からなる基体Ｃ９の表面に真空蒸着やスパッタリング法により金属膜Ｃ８を成膜し、放射体Ｃ１３とした構成であっても良い。
【００６１】
＜変形例２＞
上記第１実施形態では、放射体１３の裏面側に密着させて配置した発熱体１５を用いた構成であったが、放射体に通電することにより放射体を加熱し、発熱体１５を用いない構成であっても良い。
【００６２】
＜変形例３＞
上記第１実施形態では、一定方向に延びる溝１４を設けた放射体１３であったが、図７（ｂ）に示すように、溝１４の他に、溝１４一定方向と直交する方向にのびた溝Ｃ２４や一定周期Ｐ、幅Ｗ及び深さＤを変えた溝Ｃ３４を設けた放射体Ｃ３３であっても良い。これにより、溝Ｃ２４を設けたことで、溝１４から放射される赤外線と違った偏光を有した赤外線を新たに放射させることができ、溝Ｃ３４を設けたことで、溝１４から放射される赤外線と違ったピーク波長の赤外線を新たに放射させることができる。
【００６３】
＜変形例４＞
上記第２実施形態では、赤外線光源１０１Ａと受光素子２６Ａ、赤外線光源１０１Ｂと受光素子２６Ｂを設けた構成であったが、図８（ａ）に示すように、赤外線光源１０１Ａと受光素子２６Ａだけの構成のガスセンサＣ２４１であっても良い。その際には、受光素子２６Ａの近傍に温度センサＣＴを配置し、温度による影響をフィードバックできるようにするとより良い。また、より精度の高い測定を行うため、ノイズ除去フィルタＣＦをカバー５１ｂと受光素子２６Ａとの間に配置する構成であっても良い。
【００６４】
＜変形例５＞
上記第２実施形態では、赤外線光源１０１Ａと受光素子２６Ａ、赤外線光源１０１Ｂと受光素子２６Ｂを設けた構成であったが、図８（ｂ）に示すように、赤外線光源Ｃ１５１、受光素子２６Ａ及び受光素子２６Ｂを設けた構成であっても良い。その際には、変形例３の放射体Ｃ３３のような溝加工が施された赤外線光源Ｃ１５１を用い、赤外線光源Ｃ１５１とカバー５１ａとの間に分光フィルタＤＦ及びミラーＭＲを設けた構成にする。
【００６５】
本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１３、Ｃ１３、Ｃ３３  放射体
１４、Ｃ１４、Ｃ２４、Ｃ３４  溝
１５  発熱体
２６、２６Ａ、２６Ｂ  受光素子
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ、Ｃ１５１  赤外線光源
２０１、Ｃ２４１、Ｃ２５１  ガスセンサ
３０１  センサ
Ｐ  一定周期Ｐ
Ｗ  幅
Ｄ  深さ
【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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