(57)【要約】  集積温度センシングを備えた赤外線検出器アセンブリ（10）を製造する方法は、基板（16）上に少なくとも１つの感ＩＲ素子（12,14）を形成することと、前記基板上に、（ａ）少なくとも１つの感ＩＲ素子及び（ｂ）少なくとも１つのサーミスタ（34）のための導電電極パッド（22,24,26,28,30,32）を形成することとを有する。導電電極パッド及び感ＩＲ素子は、一緒に見て導電電極パッド及び感ＩＲ素子が赤外線検出器アセンブリの面内の少なくとも１つの軸（36,38）に対して中心線対称である中心線対称構成にあり、この中心線対称構成は、温度過渡状態において、前記少なくとも１つのサーミスタの温度と感ＩＲ素子の温度との間の熱遅延時間を短縮するように機能する。第１及び第２のサーミスタ導電電極パッド（30,32）の各々が、互いから離間されて熱損失低減部材を有するパッド中間部（44）を介してつなげられた２つのパッド端部（40,42）を有する。
2020536236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積温度センシングを備えた赤外線検出器アセンブリを製造する方法であって、
基板上に少なくとも１つの感赤外線素子すなわち感ＩＲ素子を形成し、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、前記基板に熱的に結合され、
前記基板上に、（ａ）前記少なくとも１つの感ＩＲ素子及び（ｂ）少なくとも１つのサーミスタのための導電電極パッドを形成し、前記導電電極パッドは、前記基板に熱的に結合され、前記導電電極パッド及び前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、一緒に見て前記導電電極パッド及び前記少なくとも１つの感ＩＲ素子が前記赤外線検出器アセンブリの面内の少なくとも１つの軸に対して中心線対称である中心線対称構成にあり、前記中心線対称構成は、前記赤外線検出器アセンブリの温度過渡状態において、前記少なくとも１つのサーミスタの温度と前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の温度との間の熱遅延時間を短縮するように機能し、前記導電電極パッドを形成することは、前記基板を覆って導電性材料を堆積させて、該導電性材料を、
（ｉ）前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の各々用の、前記基板上の少なくとも一対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッドであり、各対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッドが、それぞれの少なくとも１つの感ＩＲ素子に、該対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッドのそれぞれのパッド各々の縁部によって重なられる前記それぞれの少なくとも１つの感ＩＲ素子の縁部を介して電気的に結合される、少なくとも一対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッドと、
（ｉｉ）前記少なくとも１つのサーミスタの各々用の、前記基板上の第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドであり、当該第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの各々が、それぞれのサーミスタ導電電極パッドの長さ寸法に沿って離間された２つのパッド端部を含む平面図幾何学形状を持ち、前記２つのパッド端部は、長さ寸法及び幅寸法を持つとともに、パッド中間部を介してつなげられ、前記パッド中間部は、長さ寸法よりも小さい幅寸法を持つ熱損失低減部材を有し、さらに、前記パッド中間部の前記幅寸法は、前記２つのパッド端部の各々のそれぞれの幅寸法よりも小さく、さらに、当該第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの各々が、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子に直接隣接して、且つ前記少なくとも１つの感ＩＲ素子から熱結合分離間隔だけ離隔されて、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の前記長さ寸法に平行な直線に沿って一列に延在する、第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドと、
にパターニングすることを有し、且つ
以下からなる群から選択された１つ、すなわち、
（ｉ）前記基板上に、堆積された抵抗性サーミスタ化学物質によって前記少なくとも１つのサーミスタを形成し、前記少なくとも１つのサーミスタの各々が、（ａ）基板に熱的に結合され、且つ（ｂ）それぞれの対の前記第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの互いに最も近い対向するパッド端部の間に電気的に結合され、前記それぞれの対の前記第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの前記互いに最も近い対向するパッド端部は、互いから、前記少なくとも１つのサーミスタのサーミスタ素子堆積配置距離だけ離間され、そして、前記導電電極パッドと、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子と、前記少なくとも１つのサーミスタとを備えた前記基板を、少なくとも１つの個々の赤外線検出器アセンブリへとダイシングする、及び
（ｉｉ）前記導電電極パッドと、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子とを備えた前記基板を、少なくとも１つの個々の不完全赤外線検出器アセンブリへとダイシングし、そして、個々のダイシングされた基板上に、表面実装可能な抵抗性サーミスタチップによって前記少なくとも１つのサーミスタを置くことによって、前記少なくとも１つの個々の不完全赤外線検出器アセンブリを完成させ、前記少なくとも１つのサーミスタの各々が、（ａ）前記個々のダイシングされた基板に熱的に結合され、且つ（ｂ）それぞれの対の前記第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの互いに最も近い対向するパッド端部の間に電気的に結合され、前記それぞれの対の前記第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの前記互いに最も近い対向するパッド端部は、互いから、前記少なくとも１つのサーミスタの表面実装サーミスタ配置距離だけ離間される、
からなる群から選択された１つを実行する、
ことを有する方法。
【請求項２】
前記基板は、０．５０ｍｍから０．７０ｍｍの範囲内の厚さを持つ石英基板を有し、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、セレン化鉛膜素子を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱結合分離間隔は、０．１０ｍｍから０．３０ｍｍの範囲内である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
（ｉ）前記少なくとも一対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッド、及び（ｉｉ）前記少なくとも１つのサーミスタの前記第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドは、単一の導電性材料、又は各々が少なくとも９０％から１００％一致した熱伝導率のものである２つ以上の導電性材料を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記導電電極パッド及び前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の前記中心線対称構成は、前記赤外線検出器アセンブリの温度過渡状態において、前記少なくとも１つのサーミスタの温度と前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の温度との間の前記熱遅延時間を１秒以下に短縮するように機能する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記導電電極パッドは、金及び白金のうちの少なくとも一方を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、（ｉ）単一の感ＩＲ素子、（ｉｉ）２つの感ＩＲ素子、及び（ｉｉｉ）複数の感ＩＲ素子からなる群から選択される１つを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、２つ以上の感ＩＲ素子を有し、前記導電電極パッド及び前記２つ以上の感ＩＲ素子は、前記導電電極パッド及び前記２つ以上の感ＩＲ素子が前記赤外線検出器アセンブリの前記面内の、第１の軸、及び該第１の軸に垂直な第２の軸、に対して中心線対称である中心線対称構成にある、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つのサーミスタは、２つ以上のサーミスタを有し、前記導電電極パッド及び前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、前記導電電極パッド及び前記少なくとも１つの感ＩＲ素子が前記赤外線検出器アセンブリの前記面内の、第１の軸、及び該第１の軸に垂直な第２の軸、に対して中心線対称である中心線対称構成にある、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、１つ以上の感ＩＲ素子を有し、
前記少なくとも１つのサーミスタは、複数のサーミスタを有し、且つ
前記少なくとも１つのサーミスタの各々が、前記１つ以上の感ＩＲ素子のうちの少なくとも１つに隣接して配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
集積温度センシングを備えた赤外線検出器アセンブリであって、
基板上に形成された少なくとも１つの感赤外線素子すなわち感ＩＲ素子であり、前記基板に熱的に結合される少なくとも１つの感ＩＲ素子と、
前記基板上に形成された、（ａ）前記少なくとも１つの感ＩＲ素子及び（ｂ）少なくとも１つのサーミスタのための導電電極パッドであり、当該導電電極パッドは、前記基板に熱的に結合され、当該導電電極パッド及び前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、一緒に見て当該導電電極パッド及び前記少なくとも１つの感ＩＲ素子が当該赤外線検出器アセンブリの面内の少なくとも１つの軸に対して中心線対称である中心線対称構成にあり、前記中心線対称構成は、当該赤外線検出器アセンブリの温度過渡状態において、前記少なくとも１つのサーミスタの温度と前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の温度との間の熱遅延時間を短縮するように機能し、当該導電電極パッドは、
（ｉ）前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の各々用の、前記基板上の少なくとも一対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッドであり、各対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッドが、それぞれの少なくとも１つの感ＩＲ素子に、該対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッドのそれぞれのパッド各々の縁部によって重なられる前記それぞれの少なくとも１つの感ＩＲ素子の縁部を介して電気的に結合される、少なくとも一対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッドと、
（ｉｉ）前記少なくとも１つのサーミスタの各々用の、前記基板上の第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドであり、当該第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの各々が、それぞれのサーミスタ導電電極パッドの長さ寸法に沿って離間された２つのパッド端部を含む平面図幾何学形状を持ち、前記２つのパッド端部は、長さ寸法及び幅寸法を持つとともに、パッド中間部を介してつなげられ、前記パッド中間部は、長さ寸法よりも小さい幅寸法を持つ熱損失低減部材を有し、さらに、前記パッド中間部の前記幅寸法は、前記２つのパッド端部の各々のそれぞれの幅寸法よりも小さく、さらに、当該第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの各々が、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子に直接隣接して、且つ前記少なくとも１つの感ＩＲ素子から熱結合分離間隔だけ離隔されて、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の前記長さ寸法に平行な直線に沿って一列に延在する、第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドと、
を有する、導電電極パッドと、
以下からなる群から選択された少なくとも１つのサーミスタ、すなわち、
（ｉ）堆積された抵抗性サーミスタ化学物質によって前記基板上に形成された少なくとも１つのサーミスタであり、当該少なくとも１つのサーミスタの各々が、（ａ）基板に熱的に結合され、且つ（ｂ）それぞれの対の前記第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの互いに最も近い対向するパッド端部の間に電気的に結合され、前記それぞれの対の前記第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの前記互いに最も近い対向するパッド端部は、互いから、当該少なくとも１つのサーミスタのサーミスタ素子堆積配置距離だけ離間されている、少なくとも１つのサーミスタ、及び
（ｉｉ）前記基板上にマウントされた、表面実装可能な抵抗性サーミスタチップを有する少なくとも１つのサーミスタであり、当該少なくとも１つのサーミスタの各々が、（ａ）前記基板に熱的に結合され、且つ（ｂ）それぞれの対の前記第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの互いに最も近い対向するパッド端部の間に電気的に結合され、前記それぞれの対の前記第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの前記互いに最も近い対向するパッド端部は、互いから、当該少なくとも１つのサーミスタの表面実装サーミスタ配置距離だけ離間されている、少なくとも１つサーミスタ、
からなる群から選択された少なくとも１つのサーミスタと、
を有する赤外線検出器アセンブリ。
【請求項１２】
前記基板は、０．５０ｍｍから０．７０ｍｍの範囲内の厚さを持つ石英基板を有し、
前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、セレン化鉛膜素子を有し、
前記熱結合分離間隔は、０．１０ｍｍから０．３０ｍｍの範囲内であり、
（ｉ）前記少なくとも一対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッド、及び（ｉｉ）前記少なくとも１つのサーミスタの前記第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドは、単一の導電性材料、又は各々が少なくとも９０％から１００％一致した熱伝導率のものである２つ以上の導電性材料を有し、且つ
前記導電電極パッド及び前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の前記中心線対称構成は、当該赤外線検出器アセンブリの温度過渡状態において、前記少なくとも１つのサーミスタの温度と前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の温度との間の前記熱遅延時間を１秒以下に短縮するように機能する、
請求項１１に記載の赤外線検出器アセンブリ。
【請求項１３】
前記導電電極パッドは、金及び白金のうちの少なくとも一方を有する、請求項１１に記載の赤外線検出器アセンブリ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、（ｉ）単一の感ＩＲ素子、（ｉｉ）２つの感ＩＲ素子、及び（ｉｉｉ）複数の感ＩＲ素子からなる群から選択される１つを有する、請求項１１に記載の赤外線検出器アセンブリ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、２つ以上の感ＩＲ素子を有し、前記導電電極パッド及び前記２つ以上の感ＩＲ素子は、前記導電電極パッド及び前記２つ以上の感ＩＲ素子が当該赤外線検出器アセンブリの前記面内の、第１の軸、及び該第１の軸に垂直な第２の軸、に対して中心線対称である中心線対称構成にある、請求項１１に記載の赤外線検出器アセンブリ。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのサーミスタは、２つ以上のサーミスタを有し、前記導電電極パッド及び前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、前記導電電極パッド及び前記少なくとも１つの感ＩＲ素子が当該赤外線検出器アセンブリの前記面内の、第１の軸、及び該第１の軸に垂直な第２の軸、に対して中心線対称である中心線対称構成にある、請求項１１に記載の赤外線検出器アセンブリ。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、１つ以上の感ＩＲ素子を有し、
前記少なくとも１つのサーミスタは、複数のサーミスタを有し、且つ
前記少なくとも１つのサーミスタの各々が、前記１つ以上の感ＩＲ素子のうちの少なくとも１つに隣接して配置される、請求項１１に記載の赤外線検出器アセンブリ。
【請求項１８】
請求項１１に記載の赤外線検出器アセンブリを有する二酸化炭素ガス測定装置であって、
前記赤外線検出器アセンブリに結合され、（ｉ）前記少なくとも１つのサーミスタから温度測定の出力を取得し、且つ（ｉｉ）前記取得した温度測定に基づいて温度補償された二酸化炭素ガス測定出力信号を提供するように構成された回路であり、当該回路は、前記取得した温度測定に応答して、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の出力信号を、それぞれの前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の温度ドリフトに関して補償する、回路、
を更に有する二酸化炭素ガス測定装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、２つの感ＩＲ素子を有し、前記導電電極パッド及び前記２つの感ＩＲ素子は、前記導電電極パッド及び前記２つの感ＩＲ素子が前記赤外線検出器アセンブリの前記面内の、第１の軸、及び該第１の軸に垂直な第２の軸、に対して中心線対称である中心線対称構成にあり、
前記２つの感ＩＲ素子のうちの一方が、ＩＲ基準信号を出力するように構成され、前記２つの感ＩＲ素子のうちの他方が、二酸化炭素ガス測定信号を出力するように構成され、前記基準信号及び前記二酸化炭素ガス測定信号の双方が、前記取得した温度測定に応答して、それぞれの感ＩＲ素子各々の温度ドリフトに関して温度補償される、
請求項１８に記載の二酸化炭素ガス測定装置。
【請求項２０】
ガス濃度を測定する方法であって、
請求項１１に記載の赤外線検出器アセンブリを用意することと、
前記赤外線検出器アセンブリに結合された回路により、前記少なくとも１つのサーミスタからの温度測定出力を取得することと、
前記回路により、前記取得した温度測定に基づいて温度補償された二酸化炭素ガス測定出力信号を提供することであり、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の出力信号が、前記取得した温度測定に応答して、前記回路により、それぞれの少なくとも１つの感ＩＲ素子の温度ドリフトに関して補償される、提供することと、
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、概して赤外線検出器に関し、より具体的には、集積温度センシングを備えた赤外線検出器、それを有するガス測定装置、ガス濃度を測定する方法、及びそれを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミッドレンジの赤外線エネルギーを検出するために使用されるセレン化鉛検出器は、周囲温度の変化に影響されやすい。検出器の周囲温度がドリフトするにつれて、検出器の応答性もドリフトする。結果として、セレン化鉛検出器を使用する用途は、熱調節されるか、あるいは感度のドリフトに対して数学的に補償されるかしなければならない。これを行う方法は、セレン化鉛検出器の基板との密接な熱結合を必要とし、典型的には、セレン化鉛検出器の外部に取り付けられたサーミスタを用いて行われる。しかしながら、そのような方法は、不利なことに、検出器の外部での測定に基づいてセレン化鉛の温度を不利に推定するものであり、検出器それ自体の温度を直接的に測定するものではない。
【０００３】
多くのカプノグラフィシステムが、例えばセレン化鉛検出器などの２つの赤外線検出器を使用している。一方の検出器は、サンプルガス吸収波長を検出するためのものであり、他方の検出器は、基準波長を検出するものである。２つの検出器間での温度の小さな変化について、双方の検出器を注意深く監視しなければならない。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”と題された米国特許出願公開第２０１３／０２９２５７０号に記載されており、それをここに援用する。
【０００４】
例えば提示した例などの従来技術のカプノグラフィシステムも、典型的に、検出器ボディもマウントされる基板表面の上に、間に中間層を置いてマウントして、セレン化プレート鉛検出器の近傍に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検知する。残念ながら、この構成は、セレン化鉛プレート検出器の膜温度とサーミスタセンサとの間に、大きい熱勾配及び付随する大きい熱遅延時間をもたらす。そのような大きい熱勾配及び大きい熱遅延時間が生じるのは、その上に膜が堆積される基板が、劣った熱伝導体である溶融石英からなっているため、及び１つ以上の中間層の乏しい熱伝導率のためである。
【０００５】
従って、必要とされるのは、特に温度変化の影響に関して、従来技術によって提示される問題を回避するような、セレン化鉛プレート検出器のいっそう正確で高速な応答検出である。当該技術分野におけるこれらの問題を解消するための改良された方法及び装置が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０２９２５７０号
【発明の概要】
【０００７】
一態様によれば、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）検出器アセンブリの基板上に直接的に、セレン化鉛検出器素子に最も近い可能な位置で、サーミスタを集積することによって、当該技術分野における問題を有利に解消する装置及び方法が開示される。結果として、セレン化鉛検出器素子の温度を、より正確に測定することができる。さらに、数学的アルゴリズム又は熱調節による温度補償がいっそう正確になり、従って、検出器温度の変化による検出器ドリフトを有利に排除し得る。
【０００８】
他の一態様によれば、赤外線検出器は、（ｉ）サーミスタ、又は（ｉｉ）サーミスタ化学物質のうちの少なくとも一方の、セレン化鉛検出器素子と同じ基板の直上での付加を含み、単一の検出器素子又は複数の検出器素子のいずれかが、単一又は複数のサーミスタ素子によってモニタされる。
【０００９】
本開示の実施形態は、もはやセレン化鉛の温度変化をより正確に測定することができ、セレン化鉛の温度変化の問題を有利に解決する。さらに、数学的アルゴリズム又は熱調節による温度補償がいっそう正確になり、従って、検出器素子温度の変化による検出器ドリフトを有利に排除し得る。
【００１０】
本開示の実施形態は、特に、二酸化炭素ガスの検出及び測定、並びに中間赤外スペクトルバンド内に吸収波長を持つ任意の他のガスの検出及び測定に有用である。本発明者は、感ＩＲ検出器膜に対する温度センサ用の導電電極パッドの巧妙且つ新規な配置を発見した。そのような温度センサは、マイクロ小型チップサーミスタ又は抵抗性サーミスタ化学堆積物を有することができる。さらに、ここでの開示からより十分に理解されるように、２つのＩＲ検出器の各々に直接隣接させて、且つＩＲ検出器から熱結合分離間隔だけ離隔させて、マウントされたチップサーミスタ又は抵抗性サーミスタ化学堆積物を用いることで、２つの検出器間の小さい差分温度が検出されて、カプノグラフィシステムＣＯ２精度を維持するようにアルゴリズム的に補償され得る。本開示の実施形態に従った方法は、検出器センシング材料に近接して導電パッド端子が存在する任意の他の検出器材料又はアセンブリに使用され得る。
【００１１】
一実施形態において、例えばセレン化鉛（ＰｂＳｅ）プレート検出器などの検出器の温度測定及び温度追跡精度を高めるための本発明アプローチはまた、セレン化鉛膜と接触することなくセレン化鉛検出器に直接隣接した金めっき電極上にマイクロ小型チップサーミスタをマウントすることも含む。チップサーミスタは、溶融石英基板上への感ＩＲ膜の堆積に続いて感ＩＲ膜用の金めっき電極と同時に堆積されるものである２つの金めっき電極上に表面実装され得る。このような構成は、検出器膜の電極端部が電気的及び熱的の双方で伝導性であるという認識から生じたものである。セレン化鉛膜に直接隣接させての例えばサーミスタといった温度センサの取り付けは、温度センサをセレン化鉛膜に対して、該膜に対する熱伝導損失を最小化して熱遅延時間を最小化すると同時に、センサ電気通信のための電気接合を提供する位置に置く。回路の低減されたコスト及び低減されたスペース要求も有利に実現される。
【００１２】
一実施形態によれば、集積温度センシングを備えた赤外線検出器アセンブリを製造する方法は、基板上に直接、少なくとも１つの感赤外線素子すなわち感ＩＲ素子を形成することを有し、該少なくとも１つの感ＩＲ素子は、基板に熱的に結合される。当該方法は更に、前記基板上に直接、（ａ）少なくとも１つの感ＩＲ素子及び（ｂ）少なくとも１つのサーミスタのための導電電極パッドを形成することを有し、導電電極パッドは、基板に熱的に結合される。導電電極パッド及び前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、一緒に見て導電電極パッド及び上記少なくとも１つの感ＩＲ素子が赤外線検出器アセンブリの面内の少なくとも１つの軸に対して中心線対称である中心線対称構成にある。この中心線対称構成は、赤外線検出器アセンブリの温度過渡状態において、前記少なくとも１つのサーミスタの温度と前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の温度との間の熱遅延時間を短縮するように機能する。
【００１３】
導電電極パッドを形成することは、基板を覆って導電性材料を堆積させて、該導電性材料を、（ｉ）少なくとも１つの感ＩＲ素子の各々用の、基板の直上の少なくとも一対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッドと、（ｉｉ）上記少なくとも１つのサーミスタの各々用の、基板の直上の第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドとにパターニングすることを有する。各対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッドが、それぞれの少なくとも１つの感ＩＲ素子に、該対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッドのそれぞれのパッド各々の縁部によって重なられるそれぞれの少なくとも１つの感ＩＲ素子の縁部を介して電気的に結合される。第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの各々が、それぞれのサーミスタ導電電極パッドの長さ寸法に沿って離間された２つのパッド端部を含む平面図幾何学形状を持ち、２つのパッド端部は、長さ寸法及び幅寸法を持つとともに、パッド中間部を介してつなげられる。パッド中間部は、長さ寸法よりも小さい幅寸法を持つ熱損失低減部材を有する。パッド中間部の幅寸法は、２つのパッド端部の各々のそれぞれの幅寸法よりも小さい。さらに、第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの各々が、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子に直接隣接して、且つ前記少なくとも１つの感ＩＲ素子から熱結合分離間隔だけ離隔されて、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の長さ寸法に平行な直線に沿って一列に延在する。
【００１４】
当該方法は更に、以下からなる群から選択された１つ、すなわち、（ｉ）前記基板上に直接、堆積された抵抗性サーミスタ化学物質によって前記少なくとも１つのサーミスタを形成し、そして、導電電極パッドと、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子と、前記少なくとも１つのサーミスタとを備えた基板を、少なくとも１つの個々の赤外線検出器アセンブリへとダイシングすること、及び（ｉｉ）導電電極パッドと、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子とを備えた基板を、少なくとも１つの個々の不完全赤外線検出器アセンブリへとダイシングし、そして、個々のダイシングされた基板上に直接、表面実装可能な抵抗性サーミスタチップによって前記少なくとも１つのサーミスタを置くことによって、前記少なくとも１つの個々の不完全赤外線検出器アセンブリを完成させること、からなる群から選択された１つを実行することを有する。
【００１５】
基板上に直接、堆積された抵抗性サーミスタ化学物質によって前記少なくとも１つのサーミスタを形成することに関して、前記少なくとも１つのサーミスタの各々が、（ａ）基板に熱的に結合され、且つ（ｂ）それぞれの対の第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの互いに最も近い対向するパッド端部の間に電気的に結合される。それぞれの対の第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの互いに最も近い対向するパッド端部は、互いから、前記少なくとも１つのサーミスタのサーミスタ素子堆積配置距離だけ離間される。
【００１６】
導電電極パッドと、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子とを備えた基板を、少なくとも１つの個々の不完全赤外線検出器アセンブリへとダイシングし、そして、個々のダイシングされた基板上に直接、前記少なくとも１つのサーミスタを置くことに関して、前記少なくとも１つのサーミスタの各々が、（ａ）個々のダイシングされた基板に熱的に結合され、且つ（ｂ）それぞれの対の第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの互いに最も近い対向するパッド端部の間に電気的に結合される。それぞれの対の第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの互いに最も近い対向するパッド端部は、互いから、少なくとも１つのサーミスタの表面実装サーミスタ配置距離だけ離間される。
【００１７】
他の一実施形態によれば、当該方法は、前記基板が０．５０ｍｍから０．７０ｍｍの範囲内の厚さを持つ石英基板を有し、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子がセレン化鉛膜素子を有することを含む。さらに、熱結合分離間隔は、０．１０ｍｍから０．３０ｍｍの範囲内である。
【００１８】
他の一実施形態において、当該方法は更に、（ｉ）前記少なくとも一対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッド、及び（ｉｉ）前記少なくとも１つのサーミスタの第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドが、単一の導電性材料、又は各々が少なくとも９０％から１００％一致した熱伝導率のものである２つ以上の導電性材料を有することを含む。更なる一実施形態において、導電電極パッドは、金及び白金のうちの少なくとも一方を有する。
【００１９】
他の一実施形態によれば、当該方法は、導電電極パッド及び前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の中心線対称構成が、赤外線検出器アセンブリの温度過渡状態において、前記少なくとも１つのサーミスタの温度と前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の温度との間の熱遅延時間を１秒以下に短縮するように機能することを含む。
【００２０】
更なる一実施形態において、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、（ｉ）単一の感ＩＲ素子、（ｉｉ）２つの感ＩＲ素子、及び（ｉｉｉ）複数の感ＩＲ素子からなる群から選択される１つを有する。例えば、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、２つ以上の感ＩＲ素子を有することができ、導電電極パッド及び前記２つ以上の感ＩＲ素子は、導電電極パッド及び前記２つ以上の感ＩＲ素子が赤外線検出器アセンブリの面内の、第１の軸、及び該第１の軸に垂直な第２の軸、に対して中心線対称である中心線対称構成にある。
【００２１】
他の一実施形態において、前記少なくとも１つのサーミスタは、２つ以上のサーミスタを有し、導電電極パッド及び前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、導電電極パッド及び前記少なくとも１つの感ＩＲ素子が赤外線検出器アセンブリの面内の、第１の軸、及び該第１の軸に垂直な第２の軸、に対して中心線対称である中心線対称構成にある。更なる他の一実施形態において、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、１つ以上の感ＩＲ素子を有し、前記少なくとも１つのサーミスタは、複数のサーミスタを有し、且つ前記少なくとも１つのサーミスタの各々が、前記１つ以上の感ＩＲ素子のうちの少なくとも１つに隣接して配置される。
【００２２】
他の一実施形態によれば、集積温度センシングを備えた赤外線検出器アセンブリは、基板上に直接形成された少なくとも１つの感赤外線素子すなわち感ＩＲ素子を有し、該少なくとも１つの感ＩＲ素子は、基板に熱的に結合される。当該アセンブリは更に、前記基板上に直接形成された、（ａ）少なくとも１つの感ＩＲ素子及び（ｂ）前記少なくとも１つのサーミスタのための導電電極パッドを有する。導電電極パッドは、基板に熱的に結合される。導電電極パッド及び前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、一緒に見て導電電極パッド及び前記少なくとも１つの感ＩＲ素子が当該赤外線検出器アセンブリの面内の少なくとも１つの軸に対して中心線対称である中心線対称構成にある。この中心線対称構成は、当該赤外線検出器アセンブリの温度過渡状態において、前記少なくとも１つのサーミスタの温度と前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の温度との間の熱遅延時間を短縮するように機能する。
【００２３】
導電電極パッドは、（ｉ）前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の各々用の、基板の直上の少なくとも一対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッドを有し、各対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッドが、それぞれの少なくとも１つの感ＩＲ素子に、該対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッドのそれぞれのパッド各々の縁部によって重なられるそれぞれの少なくとも１つの感ＩＲ素子の縁部を介して電気的に結合される。導電電極パッドは更に、（ｉｉ）前記少なくとも１つのサーミスタの各々用の、基板の直上の第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドを有する。第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの各々が、それぞれのサーミスタ導電電極パッドの長さ寸法に沿って離間された２つのパッド端部を含む平面図幾何学形状を持ち、２つのパッド端部は、長さ寸法及び幅寸法を持つとともに、パッド中間部を介してつなげられる。パッド中間部は、長さ寸法よりも小さい幅寸法を持つ熱損失低減部材を有する。パッド中間部の幅寸法は、２つのパッド端部の各々のそれぞれの幅寸法よりも小さい。さらに、第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの各々が、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子に直接隣接して、且つ前記少なくとも１つの感ＩＲ素子から熱結合分離間隔だけ離隔されて、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の長さ寸法に平行な直線に沿って一列に延在する。
【００２４】
集積温度センシングを備えた赤外線検出器アセンブリは更に、以下からなる群から選択された少なくとも１つのサーミスタ、すなわち、（ｉ）堆積された抵抗性サーミスタ化学物質によって基板上に直接形成された少なくとも１つのサーミスタ、及び（ｉｉ）基板上に直接マウントされた、表面実装可能な抵抗性サーミスタチップを有する少なくとも１つのサーミスタ、  からなる群から選択された少なくとも１つのサーミスタを有する。
【００２５】
堆積された抵抗性サーミスタ化学物質に関して、前記少なくとも１つのサーミスタの各々が、（ａ）基板に熱的に結合され、且つ（ｂ）それぞれの対の第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの互いに最も近い対向するパッド端部の間に電気的に結合される。さらに、それぞれの対の第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの互いに最も近い対向するパッド端部は、互いから、前記少なくとも１つのサーミスタのサーミスタ素子堆積配置距離だけ離間される。
【００２６】
表面実装可能な抵抗性サーミスタチップに関して、前記少なくとも１つのサーミスタの各々が、（ａ）基板に熱的に結合され、且つ（ｂ）それぞれの対の第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの互いに最も近い対向するパッド端部の間に電気的に結合される。さらに、それぞれの対の第１及び第２のサーミスタ導電電極パッドの互いに最も近い対向するパッド端部は、互いから、前記少なくとも１つのサーミスタの表面実装サーミスタ配置距離だけ離間される。
【００２７】
更なる一実施形態によれば、二酸化炭素ガス測定装置は、ここで説明される赤外線検出器アセンブリを有する。当該二酸化炭素ガス測定装置は更に、赤外線検出器アセンブリに結合され、（ｉ）少なくとも１つのサーミスタから温度測定の出力を取得し、且つ（ｉｉ）取得した温度測定に基づいて温度補償された二酸化炭素ガス測定出力信号を提供するように構成された回路を有し、該回路は、取得した温度測定に応答して、少なくとも１つの感ＩＲ素子の出力信号を、それぞれの少なくとも１つの感ＩＲ素子の温度ドリフトに関して補償する。
【００２８】
一実施形態において、二酸化炭素ガス測定装置の前記少なくとも１つの感ＩＲ素子は、２つの感ＩＲ素子を有する。この実施形態において、導電電極パッド及び２つの感ＩＲ素子は、導電電極パッド及び２つの感ＩＲ素子が赤外線検出器アセンブリの面内の、第１の軸、及び該第１の軸に垂直な第２の軸、に対して中心線対称である中心線対称構成にある。さらに、２つの感ＩＲ素子のうちの一方が、ＩＲ基準信号を出力するように構成され、２つの感ＩＲ素子のうちの他方が、二酸化炭素ガス測定信号を出力するように構成され、基準信号及び二酸化炭素ガス測定信号の双方が、取得した温度測定に応答して、それぞれの感ＩＲ素子各々の温度ドリフトに関して温度補償される。
【００２９】
より更なる一実施形態によれば、ガス濃度を測定する方法は、ここで説明される赤外線検出器アセンブリを用意し、赤外線検出器アセンブリに結合された回路により、前記少なくとも１つのサーミスタからの温度測定出力を取得し、そして、前記回路により、取得した温度測定に基づいて温度補償された二酸化炭素ガス測定出力信号を提供することを有し、前記少なくとも１つの感ＩＲ素子の出力信号が、取得した温度測定に応答して、前記回路により、それぞれの少なくとも１つの感ＩＲ素子の温度ドリフトに関して補償される。
【００３０】
以下の詳細な説明を読んで理解した当業者には、より更なる利点及び利益が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本開示の実施形態は、様々な構成要素及びその配置、並びに様々なステップ及びその編成の形態を取り得る。従って、図面は、様々な実施形態を例示するためのものであり、実施形態を限定するものとして解釈されるべきではない。図面の図において、似通った参照符号が同様の要素を表す。また、留意されたいことには、図は縮尺通りに描かれていないことがある。
【図１】本開示の一実施形態に従った、基板上の基準及びサンプルチャネルとして使用される２つのセレン化鉛検出器素子と共に表面実装チップサーミスタを集積したＩＲ検出器アセンブリの上面図及び側面図である。
【図２】本開示の一実施形態に従った、単一のサーミスタ素子（Ｒｔｈｅｒｍ°Ｃ）と２つのセレン化鉛検出器素子（Ｃｈ＿１  Ｒｄｅｔ及びＣｈ＿２  Ｒｄｅｔ）とを有するデュアルチャネルＩＲ検出器アセンブリと共に使用される検出回路の電気回路図である。
【図３】本開示の一実施形態に従った、基板上の基準及びサンプルチャネルとして使用される２つのセレン化鉛検出器素子と共に２つの表面実装チップサーミスタを集積したＩＲ検出器アセンブリの上面図及び側面図である。
【図４】本開示の一実施形態に従った、基板上の基準又はサンプルチャネルの一方として使用される単一のセレン化鉛検出器素子と共に２つの表面実装チップサーミスタを集積したＩＲ検出器アセンブリの上面図である。
【図５】本開示の一実施形態に従った、基板上の基準又はサンプルチャネルの一方として使用される単一のセレン化鉛検出器素子と共に単一の表面実装チップサーミスタを集積したＩＲ検出器アセンブリの上面図である。
【図６】本開示の一実施形態に従った、２つのＩＲ検出器素子と集積温度センサとを有するＩＲ検出器アセンブリを含む改良カプノグラフィシステムを例示している。
【図７】本開示の他の一実施形態に従ったガス濃度を測定する方法を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本開示の実施形態並びにその様々な機構及び有利な細部を、図中に記述且つ／或いは例示されて以下の説明にて詳述される非限定的な例を参照して、より十分に説明する。なお、図中に例示される機構は、必ずしも縮尺通りに描かれておらず、また、ここに明示的に述べられなくても、１つの実施形態の機構が、当業者が認識するであろう他の実施形態とともに使用され得る。本開示の実施形態をいたずらに不明瞭にしないよう、周知の構成要素及び処理技術の説明は省略することがある。ここで使用される例は、単に、本開示の実施形態が実施され得る手法の理解を容易にすること、そして更には、当業者がそれを実施することを可能にすることを意図したものである。従って、ここでの例は、本開示の実施形態の範囲を限定するものとして解釈されるべきでなく、本開示の実施形態の範囲は、添付の請求項と適用可能な法律とによってのみ定められるものである。
【００３３】
理解されることには、ここに記載される特定の方法、プロトコル、装置、機器、材料、用途などは様々に変わり得るものであり、本開示の実施形態はそれらに限定されるものではない。これまた理解されるべきことには、ここで使用される用語は、単に特定の実施形態を記述するためのものであり、特許請求に係る実施形態の範囲を限定することを意図したものではない。留意されなければならないことには、ここで使用されるとき、また、添付の請求項において、単数形の“ａ”、“ａｎ”及び“ｔｈｅ”は、文脈が別のことを明瞭に述べていない限り、複数参照を含む。
【００３４】
別の定めがない限り、ここで使用される全ての技術用語及び科学用語は、本開示の実施形態が属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を持つ。好適な方法、装置、及び材料が記載されるが、ここに記載されるものと同様又は均等な如何なる方法及び材料も、これらの実施形態を実施あるいは検査する際に使用され得る。
【００３５】
一実施形態によれば、石英ウエハは、セレン化鉛検出器素子の直接堆積及びパターニングと、それに続く金の導電パッド素子の堆積及びパターニングのための基板として、石英ウエハが使用される。金の導電パッド素子は、１つ以上のサーミスタ素子に加えてセレン化鉛検出器素子に電気接続する手段を提供する。セレン化鉛は、ミッドレンジの赤外線に対して感度があり、呼気患者ガスのミッドレンジＩＲ顕微分光法に使用されている。導電電極パッド（例えば、金の導電パッド）に特別な形状及び幾何学配置を提供し、切断パターンを用いて石英ウエハをセレン化鉛検出器素子（例えば、単一の検出器、検出器の対（ペア）など）に分離することにより、（ｉ）商業的に入手可能なサーミスタをマウントするため、又は（ｉｉ）温度変化に比例して抵抗を変化させる抵抗性化学物質を堆積させるため、のいずれかのための位置をアセンブリ上に設けることができる。一実施形態において、サーミスタ位置は、２つの検出器素子のちょうど間に設けられ、ここで更に説明するように、２つのセレン化鉛検出器素子の間の中央空間に単一チャネルのサーミスタ測定を備えた２チャネルの検出器を与える。他の実施形態は、更にここで説明するように、温度モニタリングのための単一又は複数のサーミスタ素子を備えた複数の検出器素子を有することができる。
【００３６】
次に図１を参照するに、集積温度センシングを備えた赤外線検出器アセンブリ１０を製造する方法は、少なくとも１つの感赤外線素子（参照符号１２又は１４によって指し示されている）すなわち感ＩＲ素子を基板１６上に直接（例えば、介在層なしで）形成することを有する。基板１６は、電気部品を形成するのに好適な基板材料のものであり、例えば、０．５０ｍｍから０．７０ｍｍの範囲内の厚さ（参照符号１１によって指し示されている）を持つ溶融石英材料のものである。図１の例示では、２つの感ＩＲ素子１２及び１４が形成されており、これは、ここで更に説明するように、第１の検出器チャネル１８及び第２の検出器チャネル２０を含むデュアルチャネル検出器アセンブリを提供する。図１の赤外線検出器アセンブリ１０は、それぞれ参照符号１３及び１５によって指し示されるサイズにおいて小さく、例えば、４．６ｍｍ×５．６ｍｍ程度であり、又はそれよりも小さい。他の小さいサイズの寸法も可能である。
【００３７】
少なくとも１つの感ＩＲ素子（１２、１４）は、基板１６に熱的に結合される。少なくとも１つの感ＩＲ素子（１２、１４）の各々は、当該技術分野で知られる好適な技術を用いて形成又は接着することによって基板１６の表面上に置かれてパターニングされた感赤外線材料の膜層（film  layer）を有することができる。好適な感ＩＲ材料はセレン化鉛（ＰｂＳｅ）を含む。セレン化鉛材料は、当該材料に入射するミッドレンジＩＲエネルギーの量の関数である抵抗率を持ち、それ故に、ＩＲ放射を測定するのに適していることがよく知られており。この膜層は、２つの端部を持つように整形され、ここで更に説明するように、これら２つの端部の間に、所望の特性を測定するための電圧が置かれる。
【００３８】
この方法は更に、（ａ）少なくとも１つの感ＩＲ素子（１２、１４）及び（ｂ）少なくとも１つのサーミスタ３４のための導電電極パッド（参照符号２２、２４、２６、２８、３０及び３２によって指し示されている）を、基板１６上に直接形成することを有する（例えば、介在層なしであり、ここで更に後述するように、サーミスタ３４がやがて形成又はマウントされることになる）。導電電極パッド（２２、２４、２６、２８、３０及び３２）は、基板に熱的に結合される。導電電極パッド（２２、２４、２６、２８、３０及び３２）及び少なくとも１つの感ＩＲ素子（１２、１４）は、一緒に見て当該導電電極パッド及び当該少なくとも１つの感ＩＲ素子が赤外線検出器アセンブリ１０の面内の少なくとも１つの軸（参照符号３６又は３８によって指し示されている）に対して中心線対称である中心線対称構成にある。
【００３９】
一実施形態において、少なくとも一対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッド（（２２，２４）、（２６，２８））並びに少なくとも１つのサーミスタ３４の第１及び第２のサーミスタ導電電極パッド（３０，３２）は、単一の導電性且つ熱伝導性の材料を有する。他の一実施形態において、電極パッドは、２種以上の導電性且つ熱伝導性の材料を有し、これら２種以上の導電性且つ熱伝導性の材料の各々が、少なくとも９０％から１００％一致した熱伝導率のものである。例えば、導電電極パッドは、金及び白金のうちの少なくとも一方を有する。
【００４０】
図１の実施形態では、少なくとも１つの感ＩＲ素子は、２つの感ＩＲ素子１２及び１４を有しており、導電電極パッド（２２、２４、２６、２８、３０及び３２）並びに２つの感ＩＲ素子１２及び１４は、当該導電電極パッド及び当該２つの感ＩＲ素子が赤外線検出器アセンブリ１０の面内の第１の軸３６及び該第１の軸に垂直な第２の軸３８に対して中心線対称である中心線対称構成にある。この中心線対称構成と、（ここで更に後述するように）各サーミスタ導電電極パッドの熱損失低減部材を有するサーミスタ導電電極パッドのパッド中間部とが、赤外線検出器アセンブリ１０の（例えば、（１つ以上の）感ＩＲ素子の）温度過渡状態において、少なくとも１つのサーミスタ３４の温度と少なくとも１つの感ＩＲ素子（１２、１４）の温度との間の熱遅延時間を有利に短縮するように機能する。特に、中心線対称構成は好ましくは、赤外線検出器アセンブリの温度過渡状態において、少なくとも１つのサーミスタの温度と少なくとも１つの感ＩＲ素子の温度との間の熱遅延時間を１秒以下に短縮するように機能する。
【００４１】
なおも図１を参照するに、導電電極パッド（２２、２４、２６、２８、３０及び３２）の形成は、基板１６を覆って導電性材料を堆積させて、該導電性材料を、（ｉ）少なくとも１つの感ＩＲ素子（１２、１４）の各々用の、基板１６の直上の、少なくとも一対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッド（例えば、第１の対（２２，２４）及び第２の対（２６，２８））と、（ｉｉ）少なくとも１つのサーミスタ３４（やがて形成又はマウントされることになる）の各々用の、基板の直上の、第１及び第２のサーミスタ導電電極パッド（参照符号３０及び３２によって指し示されている）と、にパターニングすることを有する。導電性材料の堆積及びパターニングは、当該技術分野で知られる好適な技術を用いて達成されることができる。
【００４２】
各対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッド（例えば、第１の対（２２，２４）及び第２の対（２６，２８））が、それぞれの少なくとも１つの感ＩＲ素子（例えば、それぞれ、第１の感ＩＲ素子１２及び第２の感ＩＲ素子１４）に電気的に結合される。電気的な結合は、該対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッドのそれぞれのパッド各々の縁部によって重なられるそれぞれの少なくとも１つの感ＩＲ素子の縁部を介して行われる。これは、適宜に破線を用いて図１に示されている。さらに、各対の第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッドの各パッドの反対側の端部（すなわち、感ＩＲ素子と重なり合う部分とは反対側の端部）が有利なことに、それぞれの感ＩＲ素子の、赤外線信号リード（図示せず）を介した、外部駆動・測定エレクトロニクス（図示せず）への、電気結合を提供し得るものであるワイヤボンド又は他の好適なボンドを提供する（ここで更に説明される）。一実施形態において、第１及び第２の感ＩＲ素子導電電極パッドは、楕円化された長方形、すなわち、丸められた角を有する長方形の形状である。
【００４３】
なおも図１を参照するに、第１のサーミスタ導電電極パッド３０及び第２のサーミスタ導電電極パッド３２の各々は、それぞれのサーミスタ導電電極パッドの長さ寸法に沿って離間された２つのパッド端部（参照符号４０及び４２によって指し示されている）を含む平面図幾何学形状を持ち、２つのパッド端部４０及び４２は、長さ寸法及び幅寸法を持つとともに、パッド中間部（参照符号４４によって指し示されている）を介してつなげられている。パッド中間部４４は、その長さ寸法よりも小さい幅寸法を持つ熱損失低減部材を有する。パッド中間部４４の幅寸法は、２つのパッド端部４０及び４２の各々のそれぞれの幅寸法よりも小さい。一実施形態において、２つのパッド端部の各々は、楕円化された正方形、すなわち、丸みられた角を有する正方形の形状である。
【００４４】
パッド中間部４４は、それぞれの導電電極パッドの長さに沿った、その一端から他端への望ましくない熱損失の可能性を有利に低減するように、その長さに沿って、２つのパッド端部４０及び４２よりも幅が狭い。さらに、このパッド中間部の寸法と（ここで説明される）中心線対称の特徴との組合せは、熱損失を相乗的に有利に最小化し、ＩＲ検出器アセンブリにわたる熱勾配を低減する。装置にわたってバランスのとれた熱特性を有利に達成するために、ＩＲセンシング素子及びサーミスタにわたる温度勾配が、１秒未満の熱遅延時間で一貫性あるもの、すなわち、均一なものに保たれる。さらに、導電電極パッド及び感ＩＲ素子が、介在層なしで基板１６上に直接配置されるので、熱遅延が有利に更に最小化される。
【００４５】
一実施形態において、サーミスタ導電電極パッドは、“バーベル”型の形状を持つ。本発明者は、サーミスタ導電電極パッドのただ長方形の形状は、該ただ長方形の導電電極パッドによって、望ましくない熱損失に関する問題を呈することを発見した。アセンブリコンポーネントの小さい寸法に起因して、それにサーミスタを電気的且つ熱的に結合するためにある一定量の基板リアルエステートが必要とされるが、それはまた、制御回路又は測定回路への電気接続が行われるところである各サーミスタ導電パッドの反対側のパッド端部（例えば、ボンディングパッドとしての役割を果たす）に伝達される熱の量を制限する（例えば、熱損失）。換言すれば、パッド中間部４４は、ＩＲ検出器プレート素子から望ましくなく引き離される熱の量を最小化する。ＩＲ検出器プレート素子から望ましくなく熱が引き離される状況は、ＩＲ検出器素子とＩＲ検出器アセンブリの残りの部分との間に望ましくない温度差（ΔＴ）を生じさせることになる。
【００４６】
アセンブリの外側又は外部へと行く接続が存在するＩＲ検出器アセンブリ上の場所では、熱損失及びコンポーネント間の温度差の可能性が存在する。アセンブリにわたって温度勾配が存在する場合、第１のチャネルのＰｂＳｅ感ＩＲ素子と第２のチャネルのＰｂＳｅ感ＩＲ素子との間に望ましくない温度差が発生し得る。本開示の実施形態は、アセンブリにわたる望ましくない温度勾配を有利に最小化する。
【００４７】
さらに、第１及び第２のサーミスタ導電電極パッド３０及び３２の各々は、少なくとも１つの感ＩＲ素子に直接隣接して、且つ少なくとも１つの感ＩＲ素子から熱結合分離間隔（すなわち、参照符号４５によって指し示されている）だけ離隔されて、少なくとも１つの感ＩＲ素子１２又は１４の長さ寸法に平行な直線に沿って一列に延在している。一実施形態において、熱結合分離間隔４５は、０．１０ｍｍから０．３０ｍｍの範囲内である。このような構成は、サーミスタ又は温度センシング素子３４を、少なくとも１つのＩＲ検出器素子１２及び１４の可能な限り近くに、これら少なくとも１つのＩＲ検出器素子に接触することなく置く。少なくとも１つのＩＲ検出器素子１２及び１４の膜層抵抗は、ＩＲ放射に加えて温度とともに変化するので、ＩＲ測定を補償するためには、膜層の温度が正確な精度でよくわかることが重要である。
【００４８】
当該方法は更に、以下からなる群から選択された１つ、すなわち、（ｉ）基板１６上に直接、堆積された抵抗性サーミスタ化学物質によって少なくとも１つのサーミスタ３４を形成し、そして、（ａ）導電電極パッドと、（ｂ）少なくとも１つの感ＩＲ素子と、（ｃ）少なくとも１つのサーミスタとを備えた基板を、少なくとも１つの個々の赤外線検出器アセンブリ１０へとダイシングすること、及び（ｉｉ）（ａ）導電電極パッドと、（ｂ）少なくとも１つの感ＩＲ素子とを備えた基板１６を、少なくとも１つの個々の不完全赤外線検出器アセンブリ（図示せず）へとダイシングし、そして、個々のダイシングされた基板上に直接、表面実装可能な抵抗性サーミスタチップによって少なくとも１つのサーミスタ３４を置くことによって、上記少なくとも１つの個々の不完全赤外線検出器アセンブリ（図示せず）を完成させること、からなる群から選択された１つを実行することを有する。
【００４９】
基板１６上に直接、堆積された抵抗性サーミスタ化学物質によって少なくとも１つのサーミスタ３４を形成することに関して、少なくとも１つのサーミスタ３４の各々が、（ａ）基板１６に熱的に結合され、且つ（ｂ）それぞれの対の第１及び第２のサーミスタ導電電極パッド３０及び３２の互いに最も近い対向するパッド端部（例えば、端部４２）の間に電気的に結合される。それぞれの対の第１及び第２のサーミスタ導電電極パッド３０及び３２の互いに最も近い対向するパッド端部（例えば、端部４２）は、互いから、少なくとも１つのサーミスタ３４のサーミスタ素子堆積配置距離（すなわち、参照符号４７によって指し示されている）だけ離間される。抵抗性サーミスタ化学物質を基板上に堆積させる技術は、当該技術分野において一般に知られており、故に、ここで更に詳細に説明することはしない。
【００５０】
上に既に導電電極パッドと少なくとも１つの感ＩＲ素子とが形成された基板１６を、少なくとも１つの個々の不完全赤外線検出器アセンブリ（図示せず）へとダイシングし、そして、個々のダイシングされた基板上に直接、少なくとも１つのサーミスタ３４を置くという第２の処理に関して、少なくとも１つのサーミスタ３４の各々が、（ａ）個々のダイシングされた基板に熱的に結合され、且つ（ｂ）それぞれの対の第１及び第２のサーミスタ導電電極パッド３０及び３２の互いに最も近い対向するパッド端部（例えば、端部４２）の間に電気的に結合される。例えば、サーミスタ３４は、導電電極パッド３０及び３２に、銀を充填したエポキシを介して接合されることができ、それが導電性及び熱伝導性のどちらでもある接合を作り出す。それぞれの対の第１及び第２のサーミスタ導電電極パッド３０及び３２の互いに最も近い対向するパッド端部（例えば、端部４２）は、互いから、少なくとも１つのサーミスタ３４の表面実装サーミスタ配置距離（これも参照符号４７によって示されている）だけ離間される。さらに、第１及び第２のサーミスタ導電電極パッド３０及び３２の端部４０は、有利には、サーミスタの、温度信号リード（図示せず）を介した、外部駆動・測定エレクトロニクス（図示せず）への、電気結合を提供し得るものであるワイヤボンド又は他の好適なボンドを提供する（ここで更に説明される）。ウエハをダイシングする技術、及び、ワイヤボンディング又は同様のボンディング技術に加えての基板上への例えば表面実装サーミスタチップなどのコンポーネントの表面実装の技術は、当該技術分野において一般的に知られており、故に、ここで更に詳細に説明することはしない。
【００５１】
本開示の更なる実施形態によれば、少なくとも１つの感ＩＲ素子（１２、１４）は、（ｉ）単一の感ＩＲ素子、（ｉｉ）２つの感ＩＲ素子、及び（ｉｉｉ）複数の感ＩＲ素子からなる群から選択される１つを有することができる。例えば、少なくとも１つの感ＩＲ素子は、２つ以上の感ＩＲ素子を有することができ、導電電極パッド及び２つ以上の感ＩＲ素子は、導電電極パッド及び２つ以上の感ＩＲ素子が赤外線検出器アセンブリの面内の第１の軸３６及び該第１の軸に垂直な第２の軸３８に対して中心線対称である中心線対称構成にある。また、他の一実施形態において、少なくとも１つのサーミスタ３４は、２つ以上のサーミスタを有することができ、導電電極パッド及び少なくとも１つの感ＩＲ素子は、導電電極パッド及び少なくとも１つの感ＩＲ素子が赤外線検出器アセンブリの面内の第１の軸３６及び該第１の軸に垂直な第２の軸３８に対して中心線対称である中心線対称構成にある。更なる他の一実施形態において、少なくとも１つの感ＩＲ素子（１２、１４）は、１つ以上の感ＩＲ素子を有し、少なくとも１つのサーミスタ３４は、複数のサーミスタを有し、且つ少なくとも１つのサーミスタの各々が、１つ以上の感ＩＲ素子のうちの少なくとも１つに隣接して配置される。
【００５２】
ここでの方法は、ＩＲ検出器アセンブリを製造できること、及び更に、ＩＲ検出器アセンブリにわたる温度過渡イベントに応答しての熱遅延時間などで、従来技術のデバイスよりも好ましい熱特性を有するデバイスを得ることができることを提供する。例えば、ＩＲ検出器アセンブリ当たり一度に２つの感ＩＲ素子のダイシングは、例えば熱伝導率特性やＶｓｔａｒｔ動作特性などといった特性の一致に関しての、別途の、スクリーニング及び／又はダイシングされた個々の感ＩＲ素子の対のマッチングの追加製造工程を行う必要を有利に排除する。換言すれば、一度に一対の感ＩＲ素子のダイシングは、感ＩＲ素子に密接に結合されるサーミスタの付加のためのマウント配設とともに、例えば一致するセットとしてダイシングされての一致する特性に関してなどの利点及び利点を提供する。
【００５３】
例えば、図１に示すような２つのＩＲ検出器素子を有するシステムにおいて、一方のＩＲ検出器センシング素子１２が、ガスをサンプリングするように構成され、他方のＩＲ検出器センシング素子１４が基準として使用される。各ＩＲ検出器センシング素子は、その温度が少なくとも１つのサーミスタ又は温度センサ３４によって検知されることを含む。
【００５４】
更なる一実施形態において、図１のＩＲ検出器素子１２及び１４の双方、サーミスタ３４、並びに基板１６は追加的に、基板１６を加熱及び冷却するためのオプション手段（図１には示さず）に取り付けられてもよい。そのようなオプションの加熱及び冷却手段については、以下にて、図６を参照して、共通のヒートスプレッダに関して図示及び説明する。この後での構成によって、双方の検出器素子のセレン化鉛膜温度を非常に正確に測定及び追跡することができる。セレン化鉛膜温度データはまた、（ｉ）サーミスタ３４による温度測定を使用することによる、基板１６を加熱又は冷却する追加オプション手段（図６、ヒートスプレッダ１５２参照）の温度制御のため、及び（ｉｉ）広範囲の周囲温度にわたっての、例えばカプノグラフィシステムといった、全体的なガスセンシングシステムの精度を維持するための検出器温度補償アルゴリズムのためにも使用されることができる。
【００５５】
オプションの加熱及び冷却手段は、例えば基板の下に配置されて外部コントローラによって駆動される電気ニクロム（登録商標）加熱フィラメント、ペルチェ冷却／加熱、一体化された金属熱拡散面を有する抵抗加熱素子を用いた受動制御式の加熱（例えば、表面実装電力抵抗器）、検出器基板へ／から熱が流れることを可能にする中間金属ヒートスプレッダ（例えば、金属ヒートシンク）を備えた加熱器／冷却器、及びこれらに類するものなどの、幾つもある加熱及び冷却技術のいずれを有していてもよい。好ましくは、温度信号は、温度信号リードを介して温度制御回路（図６、コントローラ２１０参照）に提供され、それが代わって、加熱／冷却手段（図６、ヒートスプレッダ１５２）に戻す加熱又は冷却制御入力を、所望の基板温度を維持するのに十分な値に決定する。
【００５６】
次に図２を参照するに、本開示の一実施形態に従った、単一のサーミスタ素子３４（Ｒｔｈｅｒｍ）と２つのセレン化鉛検出器素子１２及び１４（Ｃｈ＿１  Ｒｄｅｔ及びＣｈ＿２  Ｒｄｅｔ）とを有するデュアルチャネル検出器アセンブリ１０と共に使用される検出回路５０の電気回路図が示されている。
【００５７】
温度センサと集積されたＩＲ検出器素子（例えば、説明したような、熱的に接続されたチップサーミスタ３４及びセレン化鉛感ＩＲ素子１２、１４）の赤外線検出器アセンブリ１０は、ガス濃度測定システムの演算回路５０に接続され得る。特に、図２の回路５０は、温度補償されたＩＲ信号を生成する回路の一実施形態である。回路５０の１つの特徴は、温度検出器（Ｒｔｈｅｒｍ°Ｃ）とＩＲ検出器素子（Ｃｈ＿１  Ｒｄｅｔ及びＣｈ＿２  Ｒｄｅｔ）の各々のグランド接続によって共有される共通グランドリード線５２である。
【００５８】
バイアス電圧又は電流の１つが抵抗分圧器に通され、セレン化鉛ＩＲ検出器素子（Ｃｈ＿１  Ｒｄｅｔ及びＣｈ＿２  Ｒｄｅｔ）の各々にエネルギー供給する。図２の実施形態では、そのソースは電圧源５４である。第１のチャネルでは、抵抗分圧器は、バイアス抵抗Ｃｈ＿１  Ｒｂｉａｓと、グランド５２につながるＩＲ検出器抵抗Ｃｈ＿１  Ｒｄｅｔとからなり、Ｃｈ＿１  Ｒｂｉａｓは所望の出力レンジに従って選択される。第２のチャネルでは、抵抗分圧器は、バイアス抵抗Ｃｈ＿２  Ｒｂｉａｓと、グランド５２につながるＩＲ検出器抵抗Ｃｈ＿２  Ｒｄｅｔとからなり、Ｃｈ＿２  Ｒｂｉａｓは所望の出力レンジに従って選択される。得られたＣｈ＿１検出器ＩＲ信号及びＣｈ＿２検出器ＩＲ信号は、それぞれ、参照符号５６及び５８によって指し示されており、それぞれ、ＩＲ信号リード６０及び６２にてそれぞれの分圧器から出力される。ＩＲ信号５６及び５８は、オプションで検出器増幅器６４及び６６を通じて増幅されてもよいし、あるいは、それぞれ増幅されたＩＲ検出器信号５６ａ及び５８ａとして更に出力されることになるように、同じままでもよい。そして、ＩＲ検出器信号が、後述するガス検出器システムによって更に使用されて、システム制御機能が提供され、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／又はディスプレイなどに出力情報が提供され得る。
【００５９】
別の抵抗分圧器を介して別個のバイアス電圧又は電流が与えられて、温度センサ又はサーミスタＲｔｈｅｒｍ℃にエネルギー供給する。図２の実施形態では、そのソースは電流源６８である。この回路構成は、サーミスタＲｔｈｅｒｍ℃を通るバイアス電流が、５０μＡ未満に、小さく保たれることを可能にする。小さいバイアス電流は、存在する場合に望ましくない温度測定誤差を導入してしまうものであるサーミスタの自己加熱を防止する助けとなる。
【００６０】
温度センサ３４の抵抗分圧器回路は、別のバイアス抵抗Ｒｂｉａｓと、グランド５２につながる温度センサ検出器抵抗Ｒｔｈｅｒｍ℃とからなり、このＲｂｉａｓも所望の出力レンジに従って選択される。得られた温度信号７０は、温度信号リード７２にて分圧器から出力される。温度信号７０は、オプションでサーミスタ増幅器７４を通じて増幅されてもよいし、あるいは、増幅された温度７０ａとして更に出力されることになるように、同じままでもよい。そして、温度検出器信号が、後述するガス検出器システムによって更に使用されて、システム制御機能が提供され、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／又はディスプレイなどに出力情報が提供され得る。温度検出器信号はまた、基板及びＩＲ検出器を所望の温度に維持するために基板温度制御信号として使用され得る。
【００６１】
上述の構成は、測定誤差の更なる低減を可能にする。この構成により、実際のセレン化鉛感ＩＲ膜温度が、０．０１℃よりも良好な精度で有利に測定される。従って、０．０１℃よりも良好な精度は、有利なことに更に、下流のカプノグラフィ測定において、カプノグラフィシステムが曝露される可能性があり得る広範囲の周囲温度にわたっての、二酸化炭素（ＣＯ２）精度のために、改良された温度補償アルゴリズムが実行されることを可能にする。
【００６２】
加えて、図１及び２に関してここに記載された、デュアルチャネルセレン化鉛検出器素子（例えば、サンプルチャネル及び基準チャネル）を含んだＩＲ検出器アセンブリの実施形態は、温度補償されたＩＲ信号の並列出力信号を有利に提供する。このような構成は、ガス流のＩＲ吸収特性を複数の異なる周波数で同時に検出するために基準検出器及びサンプル検出器の双方を使用するガス検出器アセンブリにとって有利である。数多くのカプノグラフィシステムが、そのような基準検出器及びサンプル検出器の構成を使用している。
【００６３】
ここでの様々な実施形態にて記述されるような、セレン化鉛検出器素子及びサーミスタ設計へのアプローチは、セレン化鉛検出器素子温度を測定することの精度を大幅に向上させる。加えて、本開示のセレン化鉛検出器素子及びサーミスタ設計へのアプローチは、サンプルチャネル及び基準チャネルの間でセレン化鉛プレート検出器の温度における小さい動的変化を測定することの応答時間を有利に向上させる。特に、ＩＲ検出器アセンブリの中心線対称構成は、赤外線検出器アセンブリの温度過渡状態において、少なくとも１つのサーミスタの温度と少なくとも１つの感ＩＲ素子の温度との間の熱遅延時間を１秒以下に有利に短縮する。
【００６４】
次に図３を参照するに、他の一実施形態に従った集積温度センシングを備えた赤外線検出器アセンブリ１０が示されており、基準チャネル及びサンプルチャネルとして使用される２つのセレン化鉛検出器素子１２及び１４と共に基板１６上に集積された２つの表面実装チップサーミスタ３４及び８０の主要コンポーネントの上面図及び側面図を含んでいる。図３の実施形態は、図１の実施形態のものと同様であるが、以下の違いを有する。少なくとも１つの感ＩＲ素子が、２つの感ＩＲ素子１２及び１４を有している。導電電極パッド（２２、２４、２６、２８、３０、３２、７６及び７８）並びに２つの感ＩＲ素子１２及び１４が、これら導電電極パッド及び２つの感ＩＲ素子が赤外線検出器アセンブリ１０の面内の第１の軸３６及び該第１の軸に対して垂直な第２の軸３８に対して中心線対称である中心線対称構成にある。さらに、少なくとも１つのサーミスタが、参照符号３４及び８０によって指し示されている２つのサーミスタを有している。導電電極パッド、２つのサーミスタ、及び少なくとも１つの感ＩＲ素子が、これら導電電極パッド及び少なくとも１つの感ＩＲ素子が赤外線検出器アセンブリの面内の第１の軸及び該第１の軸に垂直な第２の軸に対して中心線対称である中心線対称構成にある。図３の実施形態は、デュアルサーミスタを備えたデュアルチャネルＩＲ検出器アセンブリ（すなわち、感ＩＲ素子当たり１つのサーミスタ）を有利に提供する。
【００６５】
次に図４を参照するに、他の一実施形態に従った集積温度センシングを備えた赤外線検出器アセンブリ１０が示されており、基準チャネル又はサンプルチャネルとして使用される単一のセレン化鉛検出器素子１２と共に基板１６上に集積された２つの表面実装チップサーミスタ３４及び８０の主要コンポーネントの上面図を含んでいる。図４の実施形態は、図１の実施形態のものと同様であるが、以下の違いを有する。少なくとも１つの感ＩＲ素子が、１つの感ＩＲ素子１２を有している。導電電極パッド（２２、２４、３０、３２、７６及び７８）及び１つの感ＩＲ素子１２が、これら導電電極パッド及び単一の感ＩＲ素子が赤外線検出器アセンブリ１０の面内の第１の軸３６及び該第１の軸に対して垂直な第２の軸３８に対して中心線対称である中心線対称構成にある。さらに、少なくとも１つのサーミスタが、参照符号３４及び８０によって指し示されている２つのサーミスタを有している。導電電極パッド、２つのサーミスタ、及び少なくとも１つの感ＩＲ素子が、これら導電電極パッド及び少なくとも１つの感ＩＲ素子が赤外線検出器アセンブリの面内の第１の軸及び該第１の軸に垂直な第２の軸に対して中心線対称である中心線対称構成にある。図４の実施形態は、デュアルサーミスタを備えたシングルチャネルＩＲ検出器アセンブリ（すなわち、単一チャネルの感ＩＲ素子の両側の各々に１つのサーミスタ）を有利に提供する。
【００６６】
次に図５を参照するに、他の一実施形態に従った集積温度センシングを備えた赤外線検出器アセンブリ１０が示されており、基準チャネル又はサンプルチャネルとして使用される単一のセレン化鉛検出器素子１２と共に基板１６上に集積された単一の表面実装チップサーミスタ３４の主要コンポーネントの上面図を含んでいる。図５の実施形態は、図１の実施形態のものと同様であるが、以下の違いを有する。少なくとも１つの感ＩＲ素子が、１つの感ＩＲ素子１２を有している。導電電極パッド（２２、２４、３０及び３２）及び１つの感ＩＲ素子１２が、これら導電電極パッド及び単一の感ＩＲ素子が赤外線検出器アセンブリ１０の面内の第１の軸３６に対して中心線対称である中心線対称構成にある。さらに、少なくとも１つのサーミスタが、参照符号３４によって指し示されている１つのサーミスタを有している。導電電極パッド、単一のサーミスタ、及び少なくとも１つの感ＩＲ素子が、これら導電電極パッド及び少なくとも１つの感ＩＲ素子が赤外線検出器アセンブリの面内の第１の軸に対して中心線対称である中心線対称構成にある。図５の実施形態は、単一のサーミスタを備えたシングルチャネルＩＲ検出器アセンブリ（すなわち、単一チャネルの感ＩＲ素子の片側に１つのサーミスタ）を有利に提供する。
【００６７】
次に図６を参照するに、本開示の一実施形態に従った、２つのＩＲ検出器を集積温度センサと共に有するＩＲ検出器アセンブリ１０を含む改良されたカプノグラフィ又は二酸化炭素ガス検出器システム１００が示されている。二酸化炭素ガス検出器システム１００は、改良されたＩＲ検出器アセンブリ１０をそのアセンブリに集積している。改良された検出器１０を除いた全体的なシステムは、“System  and  method  for  performing  heater-less  lead  selenide-based  capnometry  and/or  capnography”と題された米国特許出願公開第２０１３／０２９２５７０号（先の特許文献１）に記載されたアセンブリと幾分類似しており、それをここに援用する。ある塊のガス内の二酸化炭素のレベルを検出するように、センサアセンブリ１１０が構成される。センサアセンブリ１１０は、図１の２つのＩＲ検出器素子及び集積温度センサを備えた前述の赤外線検出器アセンブリ１０を採用している。図６の実施形態では、赤外線検出器素子１２が、ＩＲ信号をキャプチャするように構成され、赤外線検出器１４が、ＩＲ基準信号をキャプチャするように構成されている。検出器１２／１４は、セレン化鉛検出器とし得る。先述のように、温度センサ又はサーミスタ３４を介して、センサ装置１１０の測定結果が、ＩＲ検出器アセンブリ１０における温度の変動に関して補償される。これは、従来のセンサ装置に対して、コストを低減させ、安定性を高め、耐久性を高め、製造を向上させ、且つ／或いは他の利点を提供し得る。
【００６８】
一実施形態において、センサ装置１１０は、ソースアセンブリ１１２、中空気道アセンブリ１１４、検出器アセンブリ１１６、及び／又は他のコンポーネントを囲む“Ｕ”字形のハウジング１２８を含む。“Ｕ”字形ハウジング１２８の２つの両側の脚部が、それらの間のギャップの対向する側面を画成し、ソースアセンブリ１１２が、ギャップの一方側（ソース側）の１つの脚部内に配置され、検出器アセンブリ１１６が、ギャップの反対側（検出器側）の対向する脚部内に配置される。センサ装置１１０は、ハウジング１２８内に配置された内臓エレクトロニクス（図６に示さず）を含み得る。
【００６９】
気道アセンブリ１１４は、両側に窓（ウィンドウ）１２６を持ち、気道１１４の一方側の窓１２６を介して気道に入る赤外線が、気道１１４内のサンプルガス（患者の呼吸）を通り抜けて、反対側の窓１２６を介して出て行くようにされる。気道アセンブリ１１４は、“Ｕ”字形ハウジングのギャップ内に取り外し可能に留まる（クリップする）使い捨てユニット又は再利用可能ユニットのいずれかとすることができ、ソースアセンブリ１１２及び検出器アセンブリ１１６は概して、ソースアセンブリから発する赤外線が、ギャップを横切って気道アセンブリ１１４内のガスサンプルを通るように向けられ、そして、検出器アセンブリ１１６に突き当たるように配置される。気道窓１２６は、プラスチックフィルム（使い捨てバージョン）、サファイア（再利用可能バージョン）、及び／又は他の材料で形成され得る。
【００７０】
ソースアセンブリ１１２は、放射線源１１８、光学系１２０、及び／又は他のコンポーネントを含む。エミッタ１１８は、パルス化された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放射を生成し得る。光学系１２０は、サファイア半球レンズ１２２、サファイアウィンドウ１２４、及び／又は他の光学コンポーネントを含み得る。放射線源１１８は、“ＭＷＩＲ”（ミッドレンジ赤外線）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と３００μｍとの間の光スペクトル内の波長帯域を占める放射線を指す。“ＭＷＩＲ”は、一般に、３μｍと８μｍとの間の、赤外線帯域のうち中間波長のサブセットを指す。放射線源１１８によって放たれるＭＷＩＲ放射は、基準波長及び二酸化炭素波長（それぞれ、λＲＥＦ及びλＣＯ２）を含む。放射線源１１８は、約１０ミリ秒の周期で周期的に変化するＭＷＩＲ信号を生成するように、約１００Ｈｚでパルス化され得る。サファイア半球レンズ１２２は、放たれた放射線を集めてコリメートし、それを、サファイアウィンドウ１２４を介して、ギャップを横切って気道アセンブリ１１４を通して、検出器アセンブリ１１６に向けて導く。
【００７１】
検出器アセンブリ１１６は、光学システム１３０、集積温度センサ３４を備えた２つのＩＲ検出器素子（１２及び１４）を有するＩＲ検出器アセンブリ１０、及び／又は他のコンポーネントを含む。光学システム１３０は、レンズアセンブリ１３８、ビームスプリッタアセンブリ１４０、及び／又は他の光学コンポーネントを有する。レンズアセンブリ１３８は、一実施形態ではＡＲコーティングされた（反射防止コーティングされた）シリコン平凸レンズを含むものであり、ソースアセンブリ１１２からそれに到達するＭＷＩＲ放射を集光し、その電磁放射線を、ビームスプリッタアセンブリ１４０を介して第１のＩＲ放射検出器素子１２及び第２のＩＲ放射検出器１４に向かうように方向付ける。ビームスプリッタアセンブリ１４０内で、ダイクロイックビームスプリッタ１４４が、二酸化炭素波長λＣＯ２を含むＩＲ放射を、第１のＩＲ検出器素子１２に向けて反射し、且つ基準波長λＲＥＦを含むＩＲ放射を、回転ミラー１４６を介して第２のＩＲ検出器素子１４に向けて通すように位置付けられる。λＣＯ２を通す狭帯域の第１の光学フィルタ１４８が、第１のＩＲ検出器素子１２の前に位置付けられる。λＲＥＦを通す狭帯域の第２の光学フィルタ１５０が、第２のＩＲ検出器素子１４の前に位置付けられる。
【００７２】
図２の説明に関連して先述したように、第１及び第２のＩＲ検出器素子１２、１４は基板１６上に配置されており、基板１６は、さらに、共通のヒートスプレッダ１５２上に配置され得る。すなわち、デュアルチャネルの２つのＩＲ検出器素子を含んだＩＲ検出器アセンブリ１０が、オプションでヒートスプレッダ１５２に取り付けられ得る。ＩＲ検出器アセンブリは、能動的に加熱又は冷却される基板のヒートスプレッダ上に、熱伝導性接着剤を用いて接合され得る。ヒートスプレッダ１５２は、先述のように、基板１６を加熱及び／又は冷却する手段を提供する。一実施形態において、ヒートスプレッダは、表面実装電力抵抗器を含んで、周囲よりも高い何らかの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が、温度制御又はコントローラ回路２１０の制御下で、外部電源から温度制御入力２５０を介して供給される。制御回路２１０への制御入力が、電気的な温度信号リード２３４から受信され得る。そして、基板１６の温度を制御するための制御回路２１０からの出力を用いて、温度制御入力２５０における加熱電力入力が駆動される。温度制御ループが生じる。
【００７３】
例えば２つのサーミスタ又はデュアルサーミスタといった２つ以上のサーミスタを有するＩＲ検出器アセンブリの一実施形態では、２つのサーミスタのうちのいずれかを、検出器温度を測定するために使用することができ、また、例えば所望の一定の基板温度を維持するために、温度制御ループのフィードバック変数項として使用することもできる。あるいは、双方のチップサーミスタからの平均温度を、温度制御ループにおけるフィードバック温度値に使用してもよい。
【００７４】
温度補償されるＩＲ検出アセンブリの検出器素子１２及び１４（例えば、チップサーミスタ及びセレン化鉛検出器素子）が共通の基板１６に取り付けられるとしても、基板は、例えば基板加熱器又は冷却器といったヒートスプレッダ１５２を横切って、ある程度の温度差勾配を経験することになる。広い周囲動作範囲にわたって全体的なカプノメータシステム精度を維持するために、それらの温度勾配が対処されてもよく、測定コントローラ回路においてリアルタイムに、アルゴリズム的に補償されることができる。ＩＲ検出器の膜堆積層に対して可能な限り近くでのチップサーミスタの実装は、２つの検出器の各々について０．０１℃よりも良い精度で膜温度が測定されることを可能にする。２つの検出器間での温度の不一致又はドリフトが、この構成によって正確に測定され、下流の処理回路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。
【００７５】
なおも図６を参照するに、ＩＲ信号リード２１２、２１４からのＩＲ信号出力は、それぞれ、所望のＩＲ検出信号及びＩＲ基準信号をガス検出器コントローラ回路２１０に提供する。温度信号リード２３４から出力される温度信号は、同様に、ＩＲ検出器からの（例えば、サーミスタ３４によって検知された）温度信号をコントローラ回路２１０に提供する。コントローラ２１０は、信号２１２、２１４、及び２３４を処理して、光路によって横断されたサンプルガスからの、温度補償されたＩＲ信号、及び対応する温度補償された二酸化炭素ガス濃度値を得る。コントローラ２１０は更に、二酸化炭素値を、視覚的なディスプレイとし得るものである出力２２０へと出力する。
【００７６】
コントローラ２１０は、オプションで、ＩＲ検出器アセンブリ１０の温度を所望の値に維持するために、温度信号２３４の関数である温度制御出力を提供し得る。温度制御出力は、ヒートスプレッダ１５２の温度制御入力２５０への入力２３０としてＩＲ検出器アセンブリ１０によって受けられる。温度制御アルゴリズムは、ここに記載されたもの、等価なもの、又は当該技術分野で知られたもののいずれであってもよい。
【００７７】
また、本発明の原理に従って、セレン化鉛プレート検出器温度を測定するために、上でまとめた装置を組み込み、そして、改善された、より迅速な温度測定をもたらす方法を説明する。本開示の実施形態は、１５秒から６０秒以内で、より好ましくは３０秒未満で、周囲温度（又は室温）から５０℃までの、ＩＲ検出器アセンブリにわたる完全な熱安定化を有利に可能にする。このような特性は、熱がＩＲ検出器アセンブリを横切るときの熱遅延に関するデバイス熱安定化特性と呼ぶことができる。温度変化を迅速に検出することができ、それによってＩＲ検出能力の向上された精度を提供することができるように、システムにおける最小の熱遅延が望まれる。
【００７８】
次に図７を参照するに、本開示の他の一実施形態に従ったガス濃度を測定する方法３００を例示するフローチャートが示されている。この方法に関し、図６のコントローラ２１０は好ましくは、ガス濃度を測定する方法３００に関与する機能及びステップを提供する回路（図２に示されるような）を含む。方法３００は、図１及び／又は図３−図５に関して先述したように、集積温度センサを備えたＩＲ検出器素子を有する赤外線検出器アセンブリを用意する第１のステップ３０２で開始する。次いで、コントローラ２１０は、温度センサのうち１つ以上に（１つ以上の）温度信号リードを介して定電流源を入力するステップ３０４と、ＩＲ検出器素子膜層のうち１つ以上に（１つ以上の）ＩＲ検出器信号リードを介して電圧源を入力するステップ３０６とを提供する。デュアルチャネルＩＲ検出器素子を有するＩＲ検出器アセンブリ１０が、応答して、温度信号及びＩＲ信号の出力をそれぞれリード（２３４）及びリード（２１２、２１４）から提供する。これらの出力を、コントローラ２１０が、温度信号リードから温度信号を取得する取得ステップ３０８、及びＩＲ検出器信号リードからＩＲ信号を受信する受信ステップ３１０にて受信する。取得ステップ３０８は更に、温度信号を増幅するステップを含んでもよく、また、受信ステップ３１０は更に、ＩＲ検出器信号を増幅するステップを含んでもよく、これら双方の増幅は、それぞれ、増幅回路（７４）及び（６４、６６）（図２を参照）による。
【００７９】
コントローラ２１０は更に、取得ステップ３０８からの信号に基づいて、受信ステップ３１０からのＩＲ信号のドリフトに関して補償するステップ３１２を実行する。コントローラ２１０は、次いで、補償ステップ及び受信ステップに基づいて、ガス濃度の測定結果を、好ましくは出力２２０（図６）に出力するステップ３１６を提供する。
【００８０】
コントローラ２１０は、オプションで、取得ステップ３０８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３１４を実行する。先述のように、コントローラ２１０は、１つ以上の温度入力７０（図２）、２３４（図６）を使用して、共通のヒートスプレッダ１５２の温度制御入力２５０に制御信号２３０を提供することができ、制御信号２３０は、制御された所望の温度に基板１６を維持するように、ヒートスプレッダ１５２の加熱又は冷却エネルギーを制御する。
【００８１】
（ここで説明したように、可能な限りセレン化鉛検出器素子の近に少なくとも１つのサーミスタを位置付けること、及び中心線対称性に加えての）基板１６の温度を制御できることの１つの利益は、有利なことに、能動的な温度補償のためにＰｂＳｅの温度をいっそう正確に表すものを取得できることである。これは更に、有利なことに、ＩＲ検出器アセンブリが検出器素子のレンジ外で動作されることを可能にする。換言すれば、その特定の設定温度を超えるとデバイスが調整を外れることになる、すなわち、システムがドリフトし得ることになる特定の設定温度まで、デバイスが能動的に加熱され得る。ここで説明したようなサーミスタ及び導電パッドによってＩＲ検出器素子の温度を正確にモニタすることにより、ＩＲ検出器アセンブリは、それが調整される温度の外側に、高められた動作温度レンジまで動作されることができ、例えば有利なことに、動作レンジ内に、それが調整される温度を超える更なる１５℃を得ることができる。
【００８２】
数個の例示的な実施形態のみを詳細に上述したが、当業者が直ちに理解するように、これら例示的な実施形態には、本開示の実施形態の新規な教示及び利点を実質的に逸脱することなく、数多くの変更が可能である。例えば、本開示の実施形態、及び説明した実施形態の目的を果たす温度検出用のサーミスタの様々な構成は、カプノグラフィ、ガス分光法、セレン化鉛検出器、ミッドレンジ赤外分光法において、例えば呼気患者ガスを測定することに関して有利に使用され得る。従って、全てのそのような変更は、以下の請求項にて定められる本開示の実施形態の範囲内に含まれるものである。請求項において、ミーンズ・プラス・ファンクション節は、記載される機能を実行するとしてここに記載される構造に及ぶとともに、構造的均等物だけでなく均等構造にも及ぶものである。
【００８３】
また、１つ以上の請求項中の括弧内に置かれた如何なる参照符号も、請求項を限定するものとして解されるべきでない。単語“有している”及び“有する”並びにこれらに有するものは、請求項又は明細書の全体に列挙されたもの以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素の単数での参照は、その要素の複数での参照を排除するものではなく、その逆もまた然りである。これらの実施形態のうちの１つ以上は、複数の区別可能な要素を有するハードウェアによって実装され、及び／又は好適にプログラムされたコンピュータによって実装され得る。複数の手段を列挙するデバイスクレームにおいて、それらの手段のうちの幾つかが同一のハードウェア品目によって具現化されてもよい。特定の複数の手段が相互に異なる従属項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組合せが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。
【図１】
2020536236.tif 000003
【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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【国際調査報告】
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2020536236.tif 000011