(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体型温度センサを含む赤外線（ＩＲ）検出器であって、当該赤外線検出器は、
基板と、
該基板上に配置された赤外線感知フィルム層であって、該フィルム層は２つの端部を有する、赤外線感知フィルム層と、
該フィルム層の一端に配置された導電性電極と、
前記フィルム層の他端に配置された導電性接地電極と、
該導電性接地電極上に配置され、前記導電性接地電極と電気的且つ熱的に連通する温度センサと、
前記導電性電極と電気的に連通するように配置された電気式ＩＲ検出器用信号リード線と、
前記温度センサと電気的に連通するように配置された電気式温度信号リード線と、を有する、
赤外線検出器。
【請求項２】
前記赤外線感知フィルム層は、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）フィルム層を含む、請求項１に記載の赤外線検出器。
【請求項３】
前記温度センサと電気的に連通するように配置された電流源をさらに有しており、前記温度センサはサーミスタである、請求項１に記載の赤外線検出器。
【請求項４】
前記基板は石英である、請求項１に記載の赤外線検出器。
【請求項５】
前記導電性電極及び前記導電性接地電極は金めっきされており、さらに、前記温度センサは、前記導電性接地電極と電気的に接触するように配置された導電性パッドと、前記電気式温度信号リード線に接続される第２の導電性パッドとを有するチップ・サーミスタであり、該チップ・サーミスタは、前記導電性接地電極と前記電気式温度信号リード線との間に配置される、請求項１に記載の赤外線検出器。
【請求項６】
前記チップ・サーミスタのパッドは、銀充填エポキシを用いて前記導電性接地電極に接続される、請求項５に記載の赤外線検出器。
【請求項７】
前記基板は、前記基板及びフィルム層を加熱及び冷却するための手段を含む、請求項１に記載の赤外線検出器。
【請求項８】
前記加熱及び冷却するための手段は、前記電気式温度信号リード線からの制御入力を有する温度制御回路をさらに含む、請求項７に記載の赤外線検出器。
【請求項９】
一体型温度センサを含むデュアル赤外線（ＩＲ）検出器であって、当該デュアル赤外線検出器は、
共通の基板と、
該共通の基板上に互いに隣接して配置された２つの赤外線検出器と、と有しており、
各赤外線検出器は、
両端を有する赤外線感知フィルム層と、
該フィルム層の一端に配置された導電性電極と、
前記フィルム層の他端に配置された導電性接地電極と、
該導電性接地電極上に配置され、前記導電性接地電極と電気的且つ熱的に連通する温度センサと、
前記導電性電極と電気的に連通するように配置された電気式ＩＲ検出器用信号リード線と、
前記温度センサと電気的に連通するように配置された電気式温度信号リード線と、を含み、
前記赤外線検出器の一方が温度補償されたＩＲ基準信号を出力するように構成され、前記赤外線検出器の他方が温度補償されたＩＲ信号を供給するように構成される、
デュアル赤外線検出器。
【請求項１０】
前記共通の基板と前記赤外線検出器のそれぞれとの間で熱接触するように配置されたヒートスプレッダをさらに有する、請求項９に記載のデュアル赤外線検出器。
【請求項１１】
前記２つの赤外線検出器のそれぞれの前記電気式ＩＲ検出器用信号リード線及び前記電気式温度信号リード線から入力を受信し、該入力の関数として温度補償された炭酸ガス濃度の出力を提供する回路をさらに有する、請求項９に記載のデュアル赤外線検出器。
【請求項１２】
前記基板は、該基板を加熱及び冷却するための手段をさらに含む、請求項９に記載のデュアル赤外線検出器。
【請求項１３】
前記加熱及び冷却するための手段は、前記電気式温度信号リード線のうちの少なくとも１つからの制御入力と、前記基板の温度を制御するための出力とを有する温度制御回路をさらに有する、請求項１２に記載のデュアル赤外線検出器。
【請求項１４】
前記導電性電極及び前記導電性接地電極のそれぞれが金めっきされており、さらに、前記温度センサのそれぞれが、それぞれの前記導電性接地電極と電気的に接触するように配置された導電性パッドと、それぞれの前記電気式温度信号リード線に接続された第２の導電性パッドとを有するチップ・サーミスタであり、各チップ・サーミスタは、それぞれの前記導電性接地電極とそれぞれの前記電気式温度信号リード線との間に配置される、請求項９に記載のデュアル赤外線検出器。
【請求項１５】
ガス濃度を測定する方法であって、当該方法は、
請求項１に記載の一体型温度センサを含む赤外線検出器を提供するステップと、
前記電気式温度信号リード線を介して前記温度センサに定電流源を投入するステップと、
前記電気式ＩＲ検出器用信号リード線を介して前記フィルム層に電圧源を投入するステップと、
前記電気式温度信号リード線から温度信号を取得するステップと、
前記電気式ＩＲ検出器用信号リード線からＩＲ信号を受信するステップと、
前記取得するステップに基づいて、前記受信するステップからの前記ＩＲ信号のドリフトを補償するステップと、
該補償するステップ及び前記受信するステップに基づいて、ガス濃度の測定値を出力するステップと、を含む、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）フィルムプレート検出器等の赤外線（ＩＲ）感知検出器の本体に近接してサーミスタ等の温度感知素子を組み合わせることによって達成される、温度測定及び追跡精度における実質的な改善のための改良されたガス検出装置及び方法に関する。改良の目的は、フィルム表面自体と直接物理的に接触することなく、実際のフィルム温度のできるだけ厳密な測定を可能にすることである。装置の一実施形態は、カプノグラフィ・システムにおける炭酸ガス検出器である。
【背景技術】
【０００２】
多くのカプノグラフィ・システムは、セレン化鉛検出器等の２つのＩＲ検出器を使用する。一方の検出器がサンプルガスの吸収波長を検出するためのものであり、他方の検出器が基準波長を感知する。両方の検出器は、２つの検出器の間のわずかな温度変化について厳密に監視する必要がある。そのようなカプノグラフィ・システムの一例が、“System  and  method  for  performing  heater-less  lead  selenide-based  capnometry  and/or  capnography”と題する、同一譲受人の特許文献１に記載されており、この文献は参照により本明細書に組み込まれる。他の例の赤外線検出器は、２００９年６月４日公開された特許文献２（TINNES  SEBASTIEN（仏））、２００３年９月３０日に付与された特許文献３（KRAUS  BERNHARD（独））、及び２０１３年６月２０日に公開された特許文献４（PYREOS  LTD（英））に教示される。
【０００３】
提供される例等の従来技術のカプノグラフィ・システムはまた、（典型的には検出器の本体が取り付けられる基板表面上に取り付けられる）セレン化鉛プレート検出器に近接してサーミスタを配置することによって、検出器における温度を感知する。残念ながら、この構成は、フィルムが堆積される基板が溶融石英、貧弱な熱伝導体で作製されているので、サーミスタセンサとセレン化鉛プレート検出器のフィルム温度との間に大きな熱勾配及び関連する大きな熱的遅れ時間をもたらす。
【０００４】
こうして、特に温度変化の影響に関して、セレン化鉛プレート検出器のより正確でより速い応答検出が必要とされ、これは、先行技術によって提示される問題を回避する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０２９２５７０号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０１４０１４９号
【特許文献３】米国特許第６，６２６，８３５号
【特許文献４】独国特許出願公開第１０  ２０１１  ０５６６１０号
【発明の概要】
【０００６】
本明細書に記載の発明は、特に、炭酸ガスの検出及び測定、並びに中波長の赤外スペクトル帯域に吸収波長を有する他の任意のガスの検出及び測定に有用性を有する。本発明者らは、ＩＲ感知検出器のフィルムに関して温度センサの独創的且つ新規な構成を発見した。そのような温度センサは、超小型チップ・サーミスタとすることができる。また、チップ・サーミスタを２つの検出器のそれぞれに取り付けて、２つの検出器の間のあらゆる小さな温度差を検出し、カプノグラフィ・システムのＣＯ２の精度を維持するためにアルゴリズム的に補償することができる。この技術は、２つの電気端子が検出器の感知材料に近接して存在する他のあらゆる検出器材料又はアセンブリにも使用することができる。
【０００７】
セレン化鉛（ＰｂＳｅ）プレート検出器等の検出器の温度測定及び温度追跡精度を向上させるための本発明のアプローチは、セレン化鉛フィルムに接触することなく、セレン化鉛検出器の金めっきされた電極上に小型チップ・サーミスタを取り付けることも含む。チップ・サーミスタは、２つの金めっきされた電極上に堆積させることができ、それら電極は次にそのフィルムと共に溶融石英基板上に堆積させられる。そのような配置は、検出器フィルムの電極端部が両方とも電気的にも熱的にも伝導性であるという本発明者の認識から生じたものである。温度センサ、例えばサーミスタの電極端部上への直接的な取付けは、温度センサを、フィルムとの熱伝導性が高い表面上のそのフィルムに対して最も近い位置に配置すると同時に、センサ電気通信のための電気接合部を提供する。こうして、回路コストの削減及び必要スペースの削減が実現される。
【０００８】
従来技術に対する上記の利点は、特許請求の範囲に記載された発明の目的において実現される。１つの目的は、一体型温度センサを含む赤外線検出器を説明することであり、この検出器は、赤外線感知フィルム層が配置される基板を含み、そのフィルム層は２つの端部を有する。フィルム層の一端には導電性電極が配置され、フィルム層の他端には導電性接地電極が配置される。温度センサが、導電性接地電極上に電気的且つ熱的に連通するように配置される。電気式ＩＲ検出器用信号リード線が導電性電極と電気的に連通するように配置され、電気式温度信号リード線が温度センサと電気的に連通するように配置される。赤外線感知フィルム層は、好ましくは、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）フィルム層を含む。
【０００９】
標準的な電子機器は、電流源、電圧源、及びサーミスタ温度センサ等のセンサ及びドライバとして使用され得る。赤外線検出の基板は石英でもよい。その電極及びその接地電極は金めっきされ得る。
【００１０】
温度センサは、接地電極と電気的に接触するように配置された導電性パッドと、電気式温度信号リード線に接続される第２の導電性パッドとを有するチップ・サーミスタとすることができ、チップ・サーミスタは、接地電極と電気式温度信号リード線との間に配置される。チップ・サーミスタのパッドは、銀充填エポキシを用いて電極に接続される。
【００１１】
基板は、基板及びフィルム層を加熱及び冷却するための手段も含み得る。加熱及び冷却するための手段は、電気式温度信号リード線からの制御入力を有する温度制御回路をさらに含み得る。
【００１２】
本発明の別の目的によれば、一体型温度センサを含むデュアル赤外線検出器について説明する。この検出器は、共通の基板と、この共通の基板上に互いに隣接して配置された２つの赤外線検出器とを含む。各赤外線検出器は、２つの端部を有する赤外線感知フィルム層と、フィルム層の一端に配置された導電性電極と、フィルム層の他端に配置された導電性接地電極と、導電性接地電極上に電気的且つ熱的に連通するように配置された温度センサとを含む。電気式ＩＲ検出器用信号リード線が導電性電極と電気的に連通するように配置され、電気式温度信号リード線が温度センサと電気的に連通するように配置される。好ましくは、一方の赤外線検出器が温度補償されたＩＲ基準信号を出力するように構成され、他方の赤外線検出器が温度補償されたＩＲ信号を提供するように構成される。
【００１３】
一体型温度センサを含むデュアル赤外線検出器は、共通の基板と各赤外線検出器との間で熱的に接触するように配置されたヒートスプレッダをさらに含むことができる。デュアル赤外線検出器は、２つの赤外線検出器のそれぞれのＩＲ検出器用信号リード線及び温度信号リード線から入力を受信する回路をさらに含むことができ、こうして、入力の関数として温度補償された炭酸ガス濃度の出力を提供することができる。単一の検出器の構成と同様に、基板は、基板を加熱及び冷却するための手段をさらに含むことができ、この手段は次に、電気式温度信号リード線のうちの少なくとも１つからの制御入力と、基板の温度を制御するための出力とを有する温度制御回路を含むことができる。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、ガス濃度を測定するための方法について説明しており、この方法は、前述したように一体型温度センサを含む赤外線検出器を提供するステップを含む。ステップは、温度信号リード線を介して温度センサに定電流源を投入するステップと、ＩＲ検出器用信号リード線を介してフィルム層に電圧源を投入するステップと、続いて温度信号リード線から温度信号を取得するステップと、ＩＲ検出器用信号リード線からＩＲ信号を受信するステップとを含む。これらの信号はＩＲ信号のドリフトを補償するために使用される。この方法は、補償するステップと受信するステップとに基づいて、ガス濃度の測定値を出力する。この方法は、オプションで、温度信号及びＩＲ検出器の信号を増幅するステップを含む。
【００１５】
本方法は、取得するステップからの温度信号に基づいて、基板の温度を制御するステップをさらに含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ＩＲ検出器上に一体化された温度センサの構成要素を含む本発明の一実施形態を示す。
【図２】ＩＲ検出器上に一体化されたデュアル温度センサの構成要素を含む本発明の一実施形態を示す。
【図３】温度センサ（Ｒｔｈｅｒｍ  Ｃ）及びＩＲ検出器（Ｒｄｅｔ）アセンブリの電気回路図の一実施形態を示す。
【図４】一体型温度センサを含むデュアルＩＲ検出器を含む改良されたカプノグラフィ・システムの実施形態を示す。
【図５】本発明の方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下で説明する本発明の装置の実施形態は、概して、以下の主な要素を含む。
・サンプリングされたガスの成分を温度補償された方式で感知するための、チップ・サーミスタ等の温度センサと、セレン化鉛プレート検出器等のＩＲ放射検出器との組合せ機能；
・低い熱質量を有するチップ・サーミスタ等の小型の温度センサ。チップ・サーミスタは、検出器のフィルム温度を厳密に測定するために、プレート検出器の電極に電気的且つ熱的に結合される；
・共通の接地における温度センサの端子とＩＲ検出器の端子との間の共通の電気的結合；
・３つのワイヤボンドを含む完成したアセンブリ。第１のワイヤボンドが、セレン化鉛プレート検出器のバイアス及び測定値を出力するために使用され、第２のワイヤボンドが、チップ・サーミスタのバイアス及び測定値を出力するために使用され、第３のワイヤボンドが、チップ・サーミスタとセレン化鉛検出器との両方の共通の接地のために使用される。
【００１８】
以下で図２に示されるように、２つのＩＲ検出器を含むシステムでは、一方のＩＲ検出器がガスをサンプリングするように配置され、他方のＩＲ検出器が基準として使用される。各ＩＲ検出器はそれ自体の温度センサを含む。各ＩＲ検出器は、共通の（オプションで）加熱又は冷却基板上にも取り付けられる。この構成により、各検出器のセレン化鉛フィルム温度を非常に正確に測定し追跡することができる。このフィルム温度データは、一方の検出器の温度測定値又は他方の検出器の温度測定値又はこれら２つの平均値のいずれかを使用することによって共通の基板の温度制御のために使用することができ、且つ広範な周囲温度に亘ってガス感知システム、例えばカプノグラフィ・システム全体の精度を維持するために検出器の温度補償アルゴリズムに使用することができる。
【００１９】
以下のチップ・サーミスタ／セレン化鉛プレート検出器の設計へのアプローチは、セレン化鉛プレート検出器のフィルム温度の測定精度を大幅に改善し、且つサンプルとセレン化鉛プレート検出器の基準チャネルとの間の温度の小さな動的変化を測定する応答時間を改善する。
【００２０】
次に図を参照すると、図１は、一体型温度センサを含む赤外線（ＩＲ）検出器１００の実施形態を示している。検出器１００の構成要素が、概して基板１０２上に配置される。基板１０２が溶融石英材料等の電気部品を形成するために適した基板材料から構成される。検出器１００全体は、２．６×４．６ｍｍ以下の小さいサイズであり得る。
【００２１】
赤外線感知材料を含むフィルム層１０４が、形成又は接着によって基板表面のうちの１つに配置され得る。好ましいＩＲ感知材料は、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）である。セレン化鉛材料は、この材料に入射する中間範囲のＩＲエネルギーの量の関数である抵抗率を有することでよく知られており、こうしてＩＲ放射を測定するのに適している。フィルム層１０４は両端を有するように成形されており、その両端に測定用の電圧が印加される。
【００２２】
電極が基板１０２上に適切な方法で形成され、各電極はフィルム層１０４の一端と電気的に接触している。両方の電極は導電性であり、一方の電極が導電性接地電極１０６として示され、他方の電極が導電性接地電極１０６として示される。電極は、電気的にも熱的にも高度に導電性を示す材料で形成することが好ましい。金又は金めっきされた電極材料は１つの好ましい例である。
【００２３】
図１は、検出器１００の重要な特徴も示す。具体的には、温度センサ１１０は、電極のうちの１つ、好ましくは図示されるような接地電極１０６の表面上で、接地電極と電気的に及び熱的に連通するように直接的に配置される。そのような配置は、フィルムに触れることなく、温度センサ１１０をフィルム層１０４に可能な限り近くに配置する。フィルム層１０４の抵抗がＩＲに加えて温度と共に変化するので、フィルム層における温度は、ＩＲ測定を補償するために、精密な程度まで周知であることが重要である。
【００２４】
温度センサ１１０の好ましい実施形態はサーミスタである。サイズを小さく保つために、小型のチップ・サーミスタが使用され得る。チップ・サーミスタは２つの金めっきされた電気端子又はパッドを有する。一方の導電性パッド１１８が導電性接地電極１０６と電気的に接触するように配置される。パッド１１８と接地電極１０６との間の接合は、銀充填エポキシを用いてもよく、これは電気的且つ熱的に導電性の接合を形成する。サーミスタの上部の第２の導電性パッド１１９は、電気的な温度信号接続を駆動電子機器及び測定電子機器に形成するために、ワイヤボンドを用いて温度信号リード線１１４に配置される。こうして、全体の構成は、接地電極１０６と温度信号リード線１１４との間に挟まれた温度センサ１１０から構成される。
【００２５】
図１には示されていないが、以下の図２及び図４に示される基板１０２及びフィルム層１０４を加熱及び冷却するための手段が同様に考えられる。この手段は、検出器の基板への／からの熱流を可能にする等のために、基板上に配置され且つ外部制御装置によって駆動される電気式ニッケル−クロム加熱フィラメント、ペルチェ冷却／加熱、一体型の金属熱拡散面を含む抵抗加熱素子（例えば、表面実装型電力抵抗器）を使用する受動制御加熱、中間金属ヒートスプレッダ（例えば、金属ヒートシンク）を含む加熱器／冷却器等の多数の加熱及び冷却技術のいずれかを含み得る。好ましくは、温度信号は、温度信号リード線を介して外部の温度制御回路に提供され、次に所望の基板温度を維持するのに十分な値で基板への加熱又は冷却入力を決定する。あるいはまた、温度制御回路は、アセンブリサイズを最小化するために基板上に完全に存在してもよい。
【００２６】
図３を参照すると、一体型温度センサを含む複合ＩＲ検出器１００（例えば、チップ・サーミスタ及びセレン化鉛プレート検出器の電気的／熱的接続）は、ガス濃度測定システム内の動作回路３００に接続することができる。特に、そこで示される回路３００は、温度補償されたＩＲ信号を生成するための回路３００の一実施形態である。回路３００の注目すべき特徴は、温度検出器（Ｒｔｈｅｒｍ  ｄｅｇ  Ｃ）及びＩＲ検出器のフィルム接地（Ｒｄｅｔ）によって共有される共通の接地リード線１１７であり、これは、温度検出器の導電性パッド１１８をセンサ１００の接地電極１０６上に直接的に取り付けることによって可能になる。
【００２７】
バイアス電圧及び電流のうちの一方は、抵抗分圧器を通過して、セレン化鉛ＩＲ検出器Ｒｄｅｔにエネルギーを与える。図３の実施形態では、供給源は電圧源３１２である。抵抗分圧器は、接地１１７までのバイアス抵抗器Ｒｂｉａｓ及びＩＲ検出器の抵抗Ｒｄｅｔから構成され、ここでＲｂｉａｓは所望の出力範囲に従って選択される。結果として得られるＩＲ信号３２２は、ＩＲ信号リード線１１２において分割器から出力される。ＩＲ信号３２２は、オプションで、検出器の増幅器３２８又は同等物を介して増幅され、ＩＲ検出器の増幅された信号３２２ａとしてさらに出力され得る。ＩＲ検出器の信号は、その後、後述するガス検出器システムによってさらに使用されて、システム制御機能を提供し、更なる信号処理のために他のデータと組み合わされ、及び／又は表示等の出力情報を提供することができる。
【００２８】
別のバイアス電圧又は電流が、別の分圧器を介して印加されて、温度センサのチップ・サーミスタＲｔｈｅｒｍ  Ｃにエネルギーを与する。図３の実施形態では、供給源は電流源３１４である。回路構成は、チップ・サーミスタＲｔｈｅｒｍ  Ｃを通るバイアス電流を、５０μＡ未満に小さく保つことを可能にする。バイアス電流が小さいと、温度測定誤差を招くようなセンサの自己発熱を防ぐのに役立つ。
【００２９】
温度センサ１１０用の抵抗分圧回路は、接地１１７までの別のバイアス抵抗器Ｒｂｉａｓ及び温度センサ検出器の抵抗Ｒｔｈｅｒｍ  Ｃとから構成され、このＲｂｉａｓも所望の出力範囲に従って選択される。得られた温度信号３２４は、温度信号リード線１１４において分割器から出力される。温度信号３２４は、オプションで、サーミスタの増幅器３２６又は同等物を介して増幅されて、増幅された温度信号３２４ａとしてさらに出力され得る。その後、温度検出器の信号は、後述するガス検出器システムによってさらに使用されて、システム制御機能を提供し、更なる信号処理のために他のデータと組み合わされ、及び／又は表示等の出力情報を提供することができる。温度検出器の信号は、基板１０２及びＩＲ検出器１００を所望の温度に維持するために、基板の温度制御信号３３０としても使用され得る。
【００３０】
温度センサが検出器の電極自体に直接的に取り付けられる上述した構成は、測定誤差の更なる低減を可能にする。実際のセレン化鉛ＩＲフィルムの温度は、この構成によって０．０１℃以上の精度で測定され得るため、（カプノグラフィ・システムが曝露される）広範囲の周囲温度に亘って炭酸ガス（ＣＯ２）精度の下流カプノグラフィ測定で改良された温度補償アルゴリズムを実行できる。
【００３１】
図２は、２つの前述したＩＲ検出器１００（ＩＲ感知フィルムリード線上に集積された温度センサのチップ・サーミスタの重要な構成要素）を共通の基板上に集積した一体型温度センサ２００を含むデュアルＩＲ検出器の一実施形態を示す。こうして、デュアル・セレン化鉛検出器（基準及びサンプルチャネル）は、温度補償されたＩＲ信号の並列出力信号を提供する。
【００３２】
図２は、共通の基板上に嵌合された２つの検出器アセンブリを含むデュアルＩＲ検出器２００を示す。この構成は、基準検出器とサンプル検出器との両方を使用して異なる周波数でガス流のＩＲ吸収特性を同時に検出するガス検出器アセンブリにとって有利である。多くのカプノグラフィ・システムはそのような構成を使用している。
【００３３】
共通の基板２０２上に互いに隣接して配置されるように示されている２つの温度補償型ＩＲ検出器アセンブリはそれぞれ、図１からの前述したＩＲ検出器１００と同様に構成される。各アセンブリは、ＩＲ感知フィルム層１０４に略対応するＩＲ放射感知フィルム層２０４、２２４を含む。同様に、各アセンブリは、導電性接地電極２０６、２２６、導電性電極２０８、２２８、ＩＲ信号リード線２１２、２３２、及び接地リード線２１７、２３７を有する。
【００３４】
デュアルセンサ２００の各アセンブリは、温度センサ２１０、２３０も含み、各センサは導電性パッド２１８、２３８と、第２の導電性パッド２１９、２３９とを有する。温度センサ２１０、２３０のそれぞれは、（好ましくは）それぞれのパッド２１８、２３８を介してそれぞれの接地電極２０６、２２６と電気的且つ熱的に直接的に接触するように配置される。電気式温度信号リード線２１４、２３４が、それぞれの温度センサの第２の導電性パッド２１９、２３９と電気的に連通するように配置される。電極及び接地電極の実施形態は金めっきされた電極を含む。
【００３５】
温度センサの一実施形態は、２つの導電性パッドを有するチップ・サーミスタを含み、チップ・サーミスタは、それぞれの接地電極とそれぞれの電気式温度信号リード線との間に配置される。導電性パッド２１８、２３８は、銀充填エポキシを用いてそれぞれの接地電極２０６、２２６に接続することができる。
【００３６】
デュアルＩＲ検出器２００の２つの検出器アセンブリは、オプションで、共通の基板２０２の表面上に配置されるヒートスプレッダ２５２に取り付けることができる。アセンブリは、熱伝導性接着剤を使用して、積極的に加熱又は冷却される基板のヒートスプレッダ上に接着することができる。
【００３７】
基板２０２を加熱及び／又は冷却するための手段は、上記の基板１０２を加熱又は冷却するために使用される手段と同じであり得る。一実施形態では、表面実装型電力抵抗器が共通の基板２０２（又は、単一基板１０２）として採用されて、周囲温度を超えるある温度までの加熱のみを提供する。この実施形態における加熱のための電力は、温度制御又は制御回路４１０の制御下で外部電源から基板の２つの温度制御入力２５０ａ、２５０ｂを介して供給される。制御回路４１０への制御入力は、電気式温度信号リード線２１４、２３４の一方又は両方から受け取ることができる。基板２０２の温度を制御するための制御回路４１０からの出力は、入力２５０ａ、２５０ｂで加熱電力入力を駆動するために使用される。温度制御ループが結果として生じる。
【００３８】
いずれかのサーミスタを使用して検出器温度を測定し、それを温度制御ループのためのフィードバック項として使用して一定の基板２０２温度を維持することができる。あるいはまた、両方のチップ・サーミスタからの平均温度を温度制御ループのフィードバック温度値に使用することもできる。
【００３９】
共通の基板２０２に取り付けられた両方の温度補償型ＩＲ検出器２０４／２１０、２２４／２３０（例えば、チップ・サーミスタ／セレン化鉛検出器）を用いても、基板は、取付け基板の加熱器又は冷却器に亘ってある程度の異なる温度勾配を経験することになる。これらの温度勾配は、測定及び制御システムにおいてリアルタイムで説明され、且つアルゴリズム的に補償されて、広い周囲環境の動作範囲に亘ってカプノメータシステム全体の精度を維持することができる。チップ・サーミスタを検出器のフィルム堆積層にできるだけ近くに取り付けることにより、２つの検出器のそれぞれについてフィルム温度を０．０１℃よりも高い精度で測定することが可能になる。２つの検出器の間の温度の不一致又はドリフトはこの構成によって正確に測定され、下流の処理及び制御回路が非常に正確な温度補正をＩＲ信号に適用することを可能にする。
【００４０】
温度補償されたＩＲ信号３００を生成するための図３の電気制御回路について前述した。そのような回路は、デュアルＩＲ検出器２００内のＩＲ検出器アセンブリのそれぞれに対して容易に使用され得る。
【００４１】
図４は、改良されたＩＲ検出器２００をそのアセンブリに一体化した炭酸ガス検出器システム４００を示す。改良された検出器２００を除くシステム全体は、“System  and  method  for  performing  heater-less  lead  selenide-based  capnometry  and/or  capnography”と題する、同一譲受人の特許文献１に記載されるアセンブリと幾分類似しており、この文献は参照により本明細書に組み込まれる。センサアセンブリ１０は、気体中の炭酸ガスのレベルを検出するように構成される。センサアセンブリ１０は、一体型温度センサ２００を含む前述したデュアルＩＲ検出器を使用する。この実施形態では、赤外線検出器２０４はＩＲ信号を捕捉するように配置され、赤外線検出器２２４はＩＲ基準信号を捕捉するように配置される。検出器２０４／２２４は、セレン化鉛検出器とすることができる。センサ装置１０の測定値は、前述したように温度センサ２１０及び２３０の一方又は両方を介して検出器２００における温度の変動に関して補償される。これにより、コストを削減し、安定性を高め、耐久性を高め、生産性を高め、及び／又は従来のセンサ装置よりも優れた他の利点を提供することができる。
【００４２】
一実施形態では、センサ装置１０は、線源アセンブリ１２、中空気道アセンブリ１４、検出器アセンブリ１６、及び／又は他の構成要素を取り囲む「Ｕ」字形のハウジング２８を含む。「Ｕ」字形ハウジング２８の２つの対向する脚部が、それらの間のギャップの両側を規定し、線源アセンブリ１２はギャップの一方の側（線源側）で一方の脚に配置され、検出器アセンブリ１６はギャップの反対側（検出器側）で対向する脚に配置される。センサ装置１０は、ハウジング２８内に配置された内蔵型電子機器（図４には図示せず）を含むことができる。
【００４３】
気道アセンブリ１４は、気道１４の一方の側の窓２６を介して気道に入る赤外線が気道１４内のサンプルガス（患者の呼吸）を通過し、反対側の窓２６を介して出るように、両側に配置された窓２６を有する。気道アセンブリ１４は、「Ｕ」字形ハウジング内のギャップ内に取り外し可能にクリップ留めされる使い捨てユニット又は再使用可能ユニットのいずれかであり得、線源アセンブリ１２及び検出器アセンブリ１６は、概して、線源アセンブリから放射される赤外線がギャップを横切って気道アセンブリ１４内のガスサンプルを通るように向けられ、検出器アセンブリ１６に当たるように配置される。気道窓２６は、プラスチックフィルム（使い捨て型）、サファイア（再使用型）、及び／又は他の材料で形成することができる。
【００４４】
線源アセンブリ１２は、放射線源１８、光学系２０、及び／又は他の構成要素を含む。放射源１８が、パルスエネルギー源によって駆動されてパルス化された赤外線を生成することができる。光学系２０は、サファイア製ハーフボールレンズ２２、サファイア製窓２４、及び／又は他の光学部品を含み得る。放射線源１８は、「ＭＷＩＲ（Mid-Wavelength  Infra-Red:  中波長赤外線）」帯域を含む広帯域放射線を生成する。赤外線は、一般に、０．７μｍ〜３００μｍの間の光スペクトルにおける波長帯域を占める放射線を指す。「ＭＷＩＲ」は、一般に、３μｍ〜８μｍの間の赤外放射帯域の中波長サブセットを指す。放射線源１８によって放射されたＭＷＩＲ放射は、基準波長及び炭酸ガス波長（それぞれλＲＥＦ及びλＣＯ２）を含む。放射線源１８は、約１０ミリ秒の周期で周期的に変化するＭＷＩＲ信号を生成するために約１００Ｈｚでパルス化され得る。サファイア製ハーフボールレンズ２２は、放出された放射線を集めてコリメートし、そのコリメートされた放射線をサファイア製窓２４を介してギャップを横切って気道アセンブリ１４を通って検出器アセンブリ１６に向けて方向付ける。
【００４５】
検出器アセンブリ１６は、光学系３０、一体型温度センサ２００を含むデュアルＩＲ検出器、及び／又は他の構成要素を含む。光学系３０は、レンズアセンブリ３８、ビームスプリッタアセンブリ４０、及び／又は他の光学部品を含む。一実施形態ではＡＲコーティング（反射防止コーティング）シリコン平凸レンズを含むレンズアセンブリ３８は、線源アセンブリ１２から到達するＭＷＩＲ放射線を集束し、電磁放射線をビームスプリッタアセンブリ４０を介して第１のＩＲ放射検出器２０４及び第２のＩＲ放射検出器２２４に向けて方向付ける。ビームスプリッタアセンブリ４０では、ダイクロイック・ビームスプリッタ４４が、炭酸ガスの波長λＣＯ２を含むＩＲ放射線を第１のＩＲ検出器２０４に向けて反射し、且つ基準波長λＲＥＦを含むＩＲ放射線を調整ミラー４６を介して第２のＩＲ検出器２２４に向けて通過させるように位置付けされる。λＣＯ２を通過させる狭帯域の第１の光学フィルタ４８が、第１のＩＲ検出器２０４の前方に位置付けされる。λＲＥＦを通過させる狭帯域の第２の光学フィルタ５０が、第２のＩＲ検出器２２４の前方に位置付けされる。
【００４６】
前述したように、第１及び第２のＩＲ検出器２０４、２２４は共通の基板２０２に取り付けられ、共通の基板２０２は共通のヒートスプレッダ２５２（図２に示す）をさらに有することができる。
【００４７】
ＩＲ信号リード線２１２、２３２からのＩＲ信号出力は、それぞれＩＲ信号及びＩＲ基準信号をガス検出器の制御回路４１０に供給する。温度信号リード線２１４、２３４からの温度信号出力は、各ＩＲ検出器からの温度信号を制御装置４１０に同様に供給する。制御装置４１０は、信号２１２、２３２、２１４、及び２３４を処理して、光路を横切ったサンプルガスから温度補償されたＩＲ信号及び対応する温度補償された炭酸ガスのガス濃度値を得る。制御装置４１０は、炭酸ガス値を出力４２０にさらに出力し、出力４２０は視覚的表示であり得る。
【００４８】
制御装置４１０は、オプションで、検出器２００の温度を所望の値に維持するために、信号２１４及び２３４の関数である温度制御出力を提供してもよい。温度制御出力は、温度制御入力２５０ａ、２５０ｂ（図２）に対する入力４３０として検出器２００によって経験される。温度制御アルゴリズムは、本明細書に記載されたもの、同等物、又は当技術分野において公知のもののいずれかであり得る。
【００４９】
また、本発明の原理に従って、セレン化鉛プレート検出器の温度を測定するために上記の要約された装置を組み入れ、そして改善されたより迅速な温度測定をもたらす方法が記載される。
【００５０】
制御装置４１０は、ガス濃度測定するために、図３に示されるような回路を含み、図５に示される方法５００に含まれる機能及びステップを提供することが好ましい。この方法は、図１及び／又は図２に関して先に説明したように、一体型温度センサを含む赤外線センサを提供する第１のステップ５０２から始まる。次に、制御装置４１０は、温度信号リード線を介して１つ又は複数の温度センサに定電流源５０４を投入するステップと、ＩＲ検出器の信号リード線を介して１つ又は複数のフィルム層に電圧源５０６を投入するステップとを提供する。検出器１００又はデュアル検出器２００は、それに応答して、リード線１１４、２０４、２３４、及び１１２、２１２、２３２からそれぞれ温度及びＩＲ信号の出力を提供する。制御装置４１０は、温度信号リード線から温度信号５０８を取得する取得するステップと、ＩＲ検出器用信号リード線からＩＲ信号５１０を受信する受信ステップとにおける出力を受信する。取得するステップは温度信号を増幅するステップをさらに含むことができ、受信するステップはＩＲ検出器の信号を増幅するステップをさらに含むことができ、両方とも増幅回路３２６、３２８（図３）によって増幅される。
【００５１】
制御装置４１０は、取得するステップに基づいて、受信するステップからのＩＲ信号５１２のドリフトを補償するステップをさらに実行する。次に、制御装置４１０は、補償するステップ及び受信するステップに基づいて、ガス濃度の測定値５１６を好ましくは出力４２０に出力するステップを提供する。
【００５２】
制御装置４１０は、オプションで、取得するステップからの温度信号に基づいて、基板５１４の温度を制御するステップを実行する。前述したように、制御装置４１０は、１つ又は複数の温度入力１１４、２１４、２３４を使用して制御入力４３０を基板に供給することができ、ここで入力４３０は、基板を制御された所望の温度に維持するために加熱又は冷却エネルギーを供給する。
【００５３】
上述したような装置、方法、及び表示に対する修正は、本発明の範囲内に包含される。例えば、記載される発明の目的を満たす温度検出器の様々な構成は特許請求の範囲内に入る。また、装置の特定の外観及び配置、並びに様々な回路素子及びセンサの位置及び配置も異なり得る。
【符号の説明】
【００５４】
１００    一体型温度センサを含むＩＲ検出器
１０２    基板
１０４    ＩＲ感知フィルム層
１０６    導電性接地電極
１０８    導電性電極
１１０    温度センサ
１１２    ＩＲ信号リード線
１１４    温度信号リード線
１１７    接地リード線
１１８    導電性パッド
１１９    第２の導電性パッド
２００    一体型温度センサを含むデュアルＩＲ検出器
２０２    共通の基板
２０４    赤外線検出器
２０６    導電性接地電極
２０８    導電性電極
２１０    温度センサ
２１２    ＩＲ信号リード線
２１４    温度信号リード線
２１７    接地リード線
２１８    導電性パッド
２１９    第２の導電性パッド
２２４    赤外線検出器
２２６    導電性接地電極
２２８    導電性電極
２３０    温度センサ
２３２    ＩＲ信号リード線
２３４    温度信号リード線
２３７    接地リード線
２３８    導電性パッド
２３９    第２の導電性パッド
２５０ａ  基板の温度制御入力
２５０ｂ  基板の第２の温度制御入力
２５２    ヒートスプレッダ
３００    温度補償されたＩＲ信号を生成するための回路
３１２    電圧源
３１４    電流源
３２２    ＩＲ信号
３２２ａ  増幅されたＩＲ信号
３２４    温度信号
３２４ａ  増幅された温度信号
３２６    サーミスタの増幅器
３２８    検出器の増幅器
３３０    基板の温度制御信号
４００    ガス検出器
４１０    ガス検出器の制御回路
４２０    ガス検出器の出力
４３０    ガス検出器の温度制御入力
５００    ガス濃度測定方法
５０２    一体型温度センサを含むＩＲ放射検出器を提供するステップ
５０４    温度センサに定電流源を投入するステップ
５０６    フィルム層に電圧源を投入するステップ
５０８    温度信号を取得するステップ
５１０    ＩＲ信号を受信するステップ
５１２    ＩＲ信号のドリフトを補償するステップ
５１４    温度信号に基づいて基板の温度を制御するステップ
５１６    ガス濃度の測定値を出力するステップ
【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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