(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、該シリコン基板にマイクロブリッジにより形成されるフィラメントと、該フィラメントに電流を流すための電極とを備えた赤外線光源において、放射させようとする赤外線の波長をλとした際、前記フィラメント下方のシリコン基板にλ／４の整数倍径の微小孔を複数施すようにしたことを特徴とする赤外線光源。
【請求項２】
前記フィラメント上部に赤外線を反射する反射膜を設けるようにしたことを特徴とする請求項１記載の赤外線光源。
【請求項３】
前記フィラメントと前記反射膜との間にλ／４の整数倍の膜厚を有する薄膜を介在させるようにしたことを特徴とする請求項２記載の赤外線光源。
【請求項４】
前記フィラメント下方と前記多層反射膜との間隔がλ／４の整数倍となるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の赤外線光源。
【請求項５】
濃度を検出したいガスを封入するガス封入部と、封入されたガスに吸収されやすい波長を有する第１の赤外線と吸収されにくい波長を有する第２の赤外線とを照射する検出用赤外線光源と、封入されたガスを透過した第１の赤外線の出力と第２の赤外線の出力との比から封入されたガスの濃度を検出する検出部とからなるガス濃度検出器において、前記検出用赤外線光源として請求項１記載の赤外線光源を用いるようにしたことを特徴とするガス濃度検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン基板上にマイクロブリッジ形状のフィラメントを有する赤外線光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の赤外線光源の上面図及びＡ−Ａ断面図を図９に示す。１はシリコン基板であり、基板面上にフィラメント２と、フィラメント２を設置する台座３と、フィラメント２に電流を流すための電極４と、掘込み孔５とが形成されている。台座３及び掘込み孔５の形成には、シリコン基板１表面もしくは裏面からウエットエッチングにより台座３を選択的に残すようにして掘込み孔５を掘抜き形成する。なお、台座３に形成されたフィラメント２は、シリコン単結晶、ポリシリコン及び金属膜などの抵抗体が用いられる。
【０００３】
このような赤外線光源では、２つの電極４間に電流を流し、フィラメント２を発熱させることにより赤外線を放射させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のような構成の赤外線光源では、赤外線出力は黒体放射のみであるため、放射される赤外線の波長は１μｍから１０数μｍまで広がっているが、その広がりを制御するためには高価な赤外線フィルタを用いる必要があった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、高価な赤外線フィルタを用いることなく、放射される赤外線に対して必要とする波長を選択的に取り出す波長選択性を有する赤外線光源を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、シリコン基板と、該シリコン基板にマイクロブリッジにより形成されるフィラメントと、該フィラメントに電流を流すための電極とを備えた赤外線光源において、放射させようとする赤外線の波長をλとした際、前記フィラメント下方のシリコン基板にλ／４の整数倍径の微小孔を複数施すようにしたものである。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の赤外線光源において、前記フィラメント上部に赤外線を反射する反射膜を設けるようにしたものである。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の赤外線光源において、前記フィラメントと前記反射膜との間にλ／４の整数倍の膜厚を有する薄膜を介在させるようにしたものである。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の赤外線光源において、前記フィラメント下方と前記多層反射膜との間隔がλ／４の整数倍となるようにしたものである。
【００１３】
請求項5記載の発明は、濃度を検出したいガスを封入するガス封入部と、封入されたガスに吸収されやすい波長を有する第１の赤外線と吸収されにくい波長を有する第２の赤外線とを照射する検出用赤外線光源と、封入されたガスを透過した第１の赤外線の出力と第２の赤外線の出力との比から封入されたガスの濃度を検出する検出部とからなるガス濃度検出器において、前記検出用赤外線光源として請求項１記載の赤外線光源を用いるようにしたことを特徴とするガス濃度検出器を用いるようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づき説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る赤外線光源の断面図である。
【００１５】
１はシリコン基板であり、基板面上にフィラメント２と、フィラメント２を設置する台座３と、フィラメント２に電流を流すための電極４と、掘込み孔５とが形成されている。台座３及び掘込み孔５の形成には、シリコン基板１表面もしくは裏面からウエットエッチングにより台座３を選択的に残すようにして掘込み孔５を掘抜き形成する。なお、台座３に形成されたフィラメント２には、シリコン単結晶、ポリシリコン及び金属膜などの抵抗体を用いる。
【００１６】
エッチングにより施された掘込み孔５の下方には多層反射膜６が付加されている。本実施形態における多層反射膜６とは、放射させたい赤外線の波長をλとしたとき、λ／４の整数倍の膜厚を有する高屈折率材と低屈折率材とを少なくとも一層ずつ交互に積層したものである。膜材としては、低屈折率材にＳｉＯ2等を用い、高屈折率材にＧｅ等を用いる。また、低屈折率材に代えてλ／４の整数倍の厚みを有する空間を設けるようにしてもよい。
【００１７】
なお、多層反射膜６をフィラメント２に付設するようにしてもよい。
次に、本実施形態の動作を説明する。電極４に電流が流れるとフィラメント２が加熱され、フィラメント２の温度に対応した赤外線が放射される。ここで、フィラメント２からは、赤外線が放出されることになるが、多層反射膜６に入射した赤外線は、λ／４の整数倍の膜厚を有する高屈折率材及び低屈折率材内において反射・干渉しあい、赤外線光源下部から所望の波長λを有する赤外線を選択的に放射することが可能となる。
【００１８】
本実施形態によれば、多層反射膜６に入射する赤外線を反射・干渉させることにより所望の波長を有する赤外線を放射させることが可能となるので、高価な赤外線フィルタを用いることなく、放射される赤外線に対して必要とする波長を選択的に放射させることが可能となる。
【００１９】
図２は、本発明の他の実施形態に係る赤外線光源の断面図である。本実施形態では、図２に示した赤外線光源において、多層反射膜６の形状をフィラメント２に対して凹状に加工している。
【００２０】
多層反射膜６の形状を凹状に加工する方法として、多層反射膜６を堆積する前に予めシリコン基板１裏面を凸状にドライエッチング等により加工しておく。そして、多層反射膜６を堆積させ、シリコン基板１表面からエッチングにより掘込み孔５を形成する際に凸状に形成したシリコン基板１を除去することでフィラメント２に対して凹状の多層反射膜６を形成する。
【００２１】
本実施形態によれば、凹状の多層反射膜６を透過する赤外線を偏向させ平行光とすることが可能となるので、フィラメント２からシリコン基板１裏面側に放射された赤外線はほぼ平行光としてシリコン基板１から放射させることができる。
【００２２】
図３は、本発明の他の実施形態に係る赤外線光源の断面図である。本実施形態では、図１で示した赤外線光源の多層反射膜６にレンズ７を付加し、レンズ７によってシリコン基板１の裏面に放射される赤外線を偏光させる。なお、レンズ７としてフレネルレンズを用いることで、レンズ７の厚みを薄くすることができ、赤外線光源のサイズをコンパクトにすることが可能となる。
【００２３】
本実施形態によれば、レンズ７の焦点距離を制御することにより、シリコン基板１下面に放射される赤外線を平行光として放射させたり、集光させることで高出力の赤外線を得ることが可能となる。
【００２４】
図４は、本発明の他の実施形態に係る赤外線光源の断面図である。本実施形態では、図１で示した赤外線光源の多層反射膜６に代えて、シリコン基板１の下方にλ／４の整数倍の径を有する微小孔８を複数個形成した構成となっている。
【００２５】
本実施形態によれば、λ／４径の微小孔８をフィラメント２下方に複数個形成することにより、微小孔８を通り抜ける赤外線が互いに干渉するため、フィルタ機能により赤外線光源下部より波長λの赤外線を出力させることが可能となる。
【００２６】
図５は、本発明の他の実施形態に係る赤外線光源の断面図である。本実施形態では、図１に示した赤外線光源のフィラメント２上部に赤外線を反射する反射膜９を付加した構成となっている。なお、反射膜９の部材としては、金等の赤外線を反射するものであればよい。
【００２７】
本実施形態によれば、赤外線を反射する反射膜９をフィラメント２上部に付加することにより、フィラメント２上方に放射されていた赤外線がフィラメント２下方に反射されるようになるので、多層反射膜６に入射する赤外線の量を増加させることが可能となる。
【００２８】
図６は、本発明の他の実施形態に係る赤外線光源の断面図である。本実施形態では、図５に示した赤外線光源のフィラメント２と反射膜９との間にλ／４の整数倍の膜厚を有する薄膜１０を付加したものである。ここで用いる薄膜１０の部材としては、酸化膜や窒化膜、酸化窒化膜等が考えられる。なお、フィラメント２と反射膜９との間にλ／４の整数倍の膜厚を有する空間を設けるようにしてもよい。
【００２９】
本実施形態によれば、フィラメント２上方に放射されていた赤外線がフィラメント２下方に反射される際、λ／４の整数倍の膜厚を有する薄膜１０を透過するので、フィラメント２の上部から放射される赤外線に対しても波長選択性を導入することができ、より狭い帯域を持った赤外線光源を赤外線光源下部から放射することが可能となる。
【００３０】
図７は、本発明の他の実施形態に係る赤外線光源の断面図である。本実施形態では、図６に示した赤外線光源において、フィラメント２下部と多層反射膜６との間隔がλ／４の整数倍となるようにしている。
【００３１】
本実施形態によれば、多層反射膜６と反射膜９との間隔をλ／４の整数倍とすることで共振構造を得ることができ、所望の波長λのみが特に強められ、狭帯域の赤外線を得ることができる。
【００３２】
図８は、本発明の赤外線光源を用いたガス濃度検出器の概略構成図である。１１はガス封入部であり、濃度を検出したいガスを封入するものである。１２は検出用赤外線光源であり、上述の波長選択性を有する赤外線光源を用いて、ガス封入部１１に封入されたガスに吸収されやすい波長を有する第１の赤外線と吸収されにくい波長を有する第２の赤外線とを照射する。１３は検出部であり、封入されたガスを透過した第１の赤外線の出力と第２の赤外線の出力との比から封入されたガスの濃度を検出する。
【００３３】
なお、検出用赤外線光源１２を２つ用意し、一方から第１の赤外線を、もう一方から第２の赤外線を出力するようにしてもよい。
【００３４】
次に、本実施形態の動作について説明する。まず、ガス封入部１１に対し、検出用赤外線光源１２から交互に第１の赤外線及び第２の赤外線を放射する。そして、放射された赤外線を検出部１３において検出し、第１の赤外線の出力と第２の赤外線の出力との比から赤外線がどの程度吸収されているかを調べ、これにより封入されているガスの濃度を出力する。
【００３５】
本実施形態のような構成のガス濃度検出器では、第１の赤外線の出力と第２の赤外線の出力との比からガス濃度を計測するので、時間の経過とともに発生する赤外線の特性変化や放射部における汚れによる出力変化等の経時変化に伴う誤差を小さくすることが可能となる。
【００３６】
本実施形態によれば、高価な赤外線フィルタを用いることなく、封入したガスに所望の波長を有する赤外線を放射することができるので、安価なガス濃度検出器を構成することが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明にあっては、シリコン基板と、シリコン基板にマイクロブリッジにより形成されるフィラメントと、フィラメントに電流を流すための電極とを備えた赤外線光源において、放射させようとする赤外線の波長をλとした際、フィラメント下方のシリコン基板にλ／４の整数倍径の微小孔を複数施すようにしたので、微小孔を通り抜ける赤外線が互いに干渉し、所望の波長λ付近の波長を有する赤外線のみが微小孔を通り抜けるため、高価な性外線フィルムを用いることなく、赤外線光源下部より波長λの赤外線を出力させることが可能となる。
【００４１】
請求項２記載の発明にあっては、請求項１記載の発明において、フィラメント上部に赤外線を反射する反射膜を設けるようにしたので、フィラメント上方に放射されていた赤外線がフィラメント下方に反射されるようになり、多層反射膜に入射する赤外線の量を増加させることが可能となる。
【００４２】
請求項３記載の発明にあっては、請求項２記載の発明において、フィラメントと反射膜との間にλ／４の整数倍の膜厚を有する薄膜を介在させるようにしたので、フィラメント上方に放射されていた赤外線がフィラメント下方に反射される際、λ／４の整数倍の膜厚を有する薄膜を透過するため、フィラメントの上部から放射される赤外線に対しても波長選択性を導入することができ、より狭い帯域を持った赤外線光源を赤外線光源下部から放射することが可能となる。
【００４３】
請求項４記載の発明にあっては、請求項１又は請求項２記載の発明において、フィラメント下方と多層反射膜との間隔がλ／４の整数倍となるようにしたので、多層反射膜と反射膜との間に共振構造を得ることができ、所望の波長λのみが特に強められ、狭帯域の赤外線を得ることができる。
【００４４】
請求項５記載の発明にあっては、濃度を検出したいガスを封入するガス封入部と、封入されたガスに吸収されやすい波長を有する第１の赤外線と吸収されにくい波長を有する第２の赤外線とを照射する検出用赤外線光源と、封入されたガスを透過した第１の赤外線の出力と第２の赤外線の出力との比から封入されたガスの濃度を検出する検出部とからなるガス濃度検出器において、前記検出用赤外線光源として請求項１記載の赤外線光源を用いるようにしたので、放射させようとする赤外線の波長をλとした際、フィラメント下方のシリコン基板にλ／４の整数倍径の微小孔を複数施すことで、微小孔を通り抜ける赤外線が互いに干渉し、所望の波長λ付近の波長を有する赤外線のみが微小孔を通り抜けるので、赤外線光源下部より波長λの赤外線を出力させることが可能となるために、高価な赤外線フィルタを用いることがないため、安価なガス濃度検出器を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る赤外線光源の断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る赤外線光源の断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る赤外線光源の断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る赤外線光源の断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る赤外線光源の断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る赤外線光源の断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る赤外線光源の断面図である。
【図８】本発明の赤外線光源を用いたガス濃度検出器の概略構成図である。
【図９】従来の赤外線光源の上面図及びＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１  シリコン基板
２  フィラメント
３  台座
４  電極
５  掘込み孔
６  多層反射膜
７  レンズ
８  微小孔
９  反射膜
１０  薄膜
１１  ガス封入部
１２  検出用赤外線光源
１３  検出部
【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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