JP2011169644A - 光検出器 - Google Patents
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Abstract
【課題】個々の受光素子間での固有のバラツキを低減し、測定環境が変動しても、受光素子による検出値の比較を精度良く行うことができ、各受光素子間の光のクロストークを低減した光検出器を提供する。
【解決手段】参照光受光素子31側の領域と信号光受光素子32側の領域とを内側キャップ仕切り板37cによって分割する。よって、受光素子31,32間での光のクロストークが低減され、異なる光路上の光を精度良く検出することができる。受光素子チップ34上に隣接して形成された受光素子31,32を用いる。このため、受光素子31,32間での固有のバラツキを低減することができる。よって、測定環境が変動しても、受光素子31,32間での検出値の変動が同じ変化特性となり、これらの検出値の変動の相殺を容易に行うことができる。従って、受光素子31,32による検出値の比較を精度良く行うことができる。
【選択図】図2
【解決手段】参照光受光素子31側の領域と信号光受光素子32側の領域とを内側キャップ仕切り板37cによって分割する。よって、受光素子31,32間での光のクロストークが低減され、異なる光路上の光を精度良く検出することができる。受光素子チップ34上に隣接して形成された受光素子31,32を用いる。このため、受光素子31,32間での固有のバラツキを低減することができる。よって、測定環境が変動しても、受光素子31,32間での検出値の変動が同じ変化特性となり、これらの検出値の変動の相殺を容易に行うことができる。従って、受光素子31,32による検出値の比較を精度良く行うことができる。
【選択図】図2
Description
本発明は、異なる光路上の光を検出する光検出器に関するものである。
従来、例えば、光検出器の検出結果に基づいて二酸化炭素などのガスの濃度を算出するガス濃度算出装置が空調システムの分野などで導入されている。このガス濃度算出装置での算出結果に基づいて換気のON/OFFなどを制御することにより、空調システムを効率よく作動させ、消費電力の低減を図ることが行われている。このようなガス濃度算出装置にはNDIR(Non−dispersive Infrared:非分散型赤外線吸収)法が用いられており、NDIR(非分散型赤外線吸収)法とは、赤外光が対象ガス中を通る際の減衰に基づいてガスの濃度を算出する手法である。
NDIR(非分散型赤外線吸収)法を用いたガス濃度算出装置として、例えば、特許文献1に記載されたものがある。このガス濃度算出装置は、単一光源からの光をガスセル内に照射し、ガスセル内を通った光を第1の光検出器と第2の光検出器によって検出している。第1の光検出器は、被測定ガス領域と、測定ガス室内に封入された不活性ガス領域と、からなる光路を通過した光を検出している。第2の光検出器は、被測定ガス領域と、比較ガス室内に封入された被測定ガスと同種のガス領域と、からなる光路を通過した光を検出している。また、照射光量の増減を第2の光検出器で検出し、第1の光検出器の出力を校正することが開示されている。
しかしながら、引用文献1に記載されたガス濃度算出装置では、不活性ガス領域を通る光と、比較ガス室を通る光とを、それぞれ個別の光検出器内の受光素子によって検出し、検出値の比較を行っている。そのため、2つの受光素子の間に存在する固有のバラツキや、環境変化があった場合において2つの受光素子が受ける影響の違いなどにより、検出値の比較を正確に行うことはできないといった問題がある。
そこで本発明は、個々の受光素子間での固有のバラツキを低減し、測定環境が変動しても、受光素子による検出値の比較を精度良く行うことができると共に、各受光素子間の光のクロストークを低減した光検出器を提供することを目的とする。
本発明に係る光検出器は、異なる光路上の光をそれぞれ受光する複数の受光素子を備えた光検出器であって、1つの前記受光素子が受光する光と他の前記受光素子が受光する光とを遮蔽する遮蔽手段、を備え、前記複数の受光素子は、1つの受光素子チップ上に隣接して形成されたものである、ことを特徴とする。
また、本発明に係る光検出器は、対象ガスを通る異なる光路上の光を検出して前記対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出装置における光検出器であって、前記光検出器は、前記異なる光路上の光をそれぞれ受光する複数の受光素子と、1つの前記受光素子が受光する光と他の前記受光素子が受光する光とを遮蔽する遮蔽手段と、を備え、前記複数の受光素子は、1つの受光素子チップ上に隣接して形成されたものである、ことを特徴とする。
この発明では、遮蔽手段を備えることにより、1つの受光素子に入射する光が、他の受光素子に入射することが防止される。従って、各受光素子間の光のクロストークを低減することができる。このため、異なる光路上の光を、精度良く検出することができる。
また、1つの受光素子チップ上に隣接して形成された受光素子を用いることにより、隣接して形成された受光素子はほぼ同じ特性を有するため、個々の受光素子間での固有のバラツキを低減することができる。このため、測定環境が変動しても、各受光素子間での検出値の変動が同じ変化特性となり、これらの検出値の変動の相殺を容易に行うことができる。従って、各受光素子による検出値の比較を精度良く行うことができる。
また、前記受光素子は、前記受光素子が載置されるパッケージ基板と、前記受光素子と対向する位置にパッケージキャップ開口部が形成されたものであって前記パッケージ基板から延びて前記受光素子を覆うパッケージキャップと、によって囲まれ、前記遮蔽手段は、前記パッケージキャップと前記受光素子との間に配置され、前記受光素子と対向する位置に内側キャップ開口部が形成されたものであって前記パッケージ基板から延びて前記受光素子を覆う内側キャップと、前記内側キャップにおける前記受光素子と対向する面から前記複数の受光素子の間の領域に延びる内側キャップ仕切り板と、によって構成されている、ことが好ましい。
この発明では、内側キャップと、内側キャップ仕切り板とを備えることによって、1つの受光素子に入射する光が、他の受光素子に入射することが防止される。この様に、内側キャップ仕切り板と内側キャップという簡素な構成により、光のクロストークを低減できるという効果が奏される。
また、前記受光素子は、前記受光素子が載置されるパッケージ基板と、前記受光素子と対向する位置にパッケージキャップ開口部が形成されたものであって前記パッケージ基板から延びて前記受光素子を覆うパッケージキャップと、によって囲まれ、前記遮蔽手段は、前記パッケージキャップにおける前記受光素子と対向する面から、前記複数の受光素子の間の領域に延びる仕切り板によって構成されている、ことが好ましい。
この発明では、受光素子の間の領域に延びる仕切り板をパッケージキャップに設けることによって、1つの受光素子に入射する光が、他の受光素子に入射することが防止される。この様に、パッケージキャップに仕切り板を設けるという簡素な構成により、光のクロストークを低減できるという効果が奏される。
また、前記受光素子は、前記受光素子が載置されるパッケージ基板と、前記受光素子と対向する位置にパッケージキャップ開口部が形成されたものであって前記パッケージ基板から延びて前記受光素子を覆うパッケージキャップと、によって囲まれ、前記遮蔽手段は、前記パッケージキャップと前記受光素子との間に配置され、前記受光素子上に載置された筒状キャップによって構成されている、ことが好ましい。
この発明では、受光素子上に筒状キャップを配置することによって、1つの受光素子に入射する光が、他の受光素子に入射することが防止される。この様に、筒状キャップという簡素な構成により、光のクロストークを低減できるという効果が奏される。
また、所定波長の光のみを通過させるものであって、前記パッケージキャップ開口部を覆うバンドパスフィルタを更に備えることが好ましい。
この発明では、バンドパスフィルタにより各受光素子がそれぞれ受光する光を同一波長とすることができ、各受光素子がそれぞれ受光する光の波長が異なることによる光検出精度の低下を防止できる。
本発明によれば、個々の受光素子間での固有のバラツキを低減し、測定環境が変動しても、受光素子による検出値の比較を精度良く行うことができると共に、各受光素子間の光のクロストークを低減することができる。
以下、図面を参照しつつ本発明に係る光検出器の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
以下の各実施形態では、本発明に係る光検出器を、サンプルガスを通る異なる光路上の光を検出して、サンプルガス中の対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出装置に用いられる光検出器に適用した場合について説明する。
[第1の実施形態]
(ガス濃度算出装置1の全体構成)
まず、第1の実施形態に係るガス濃度算出装置1の全体構成について説明する。図1は、ガス濃度算出装置を示す断面図である。ガス濃度算出装置1は、赤外光源21が放射した赤外光を受光し、そのエネルギーを測定する受光モジュール2と、受光モジュール2による測定結果に基づいてガス濃度を算出する算出回路3と、を含んで構成され、対象ガスの濃度を算出するものである。算出回路3によって算出されたガス濃度は、図示しない制御装置などに出力され、例えば空調システムなどの制御に利用される。なお、第1の実施形態では、受光モジュール2に導入されるサンプルガス中の二酸化炭素を濃度算出の対象ガスとした場合の例について説明する。
(ガス濃度算出装置1の全体構成)
まず、第1の実施形態に係るガス濃度算出装置1の全体構成について説明する。図1は、ガス濃度算出装置を示す断面図である。ガス濃度算出装置1は、赤外光源21が放射した赤外光を受光し、そのエネルギーを測定する受光モジュール2と、受光モジュール2による測定結果に基づいてガス濃度を算出する算出回路3と、を含んで構成され、対象ガスの濃度を算出するものである。算出回路3によって算出されたガス濃度は、図示しない制御装置などに出力され、例えば空調システムなどの制御に利用される。なお、第1の実施形態では、受光モジュール2に導入されるサンプルガス中の二酸化炭素を濃度算出の対象ガスとした場合の例について説明する。
受光モジュール2は、内部にサンプルガス50が導入される導入空間11を形成するガスセル10と、ガスセル10内の一端に配置された光源部20と、ガスセル10内の他端に配置された比較ガス室41および測定ガス室42と、ガスセル10の他端に接続されて光源部20の赤外光源21から放射された光を受光する受光部30(特許請求の範囲の「光検出器」に相当)と、を含んで構成される。
ガスセル10は、導入空間11内にサンプルガス50を導入するためのガス導入部12が設けられ、更に、導入空間11内のサンプルガス50を外部へ排出するためのガス排出部13が設けられている。
光源部20は、赤外光を放射する赤外光源21と、赤外光源21から放射された赤外光を導入空間11内に向けて反射させる反射部材22と、赤外線に対して高い透過性を示す材料よりなる窓部材23とより構成されている。
比較ガス室41は、対象ガスと同種のガスが封入されている。また、測定ガス室42は、赤外光に対して不活性なガスが封入されている。
受光部30は、参照光受光素子31(特許請求の範囲の「受光素子」に相当)と、信号光受光素子32(特許請求の範囲の「受光素子」に相当)と、を含んで構成される。信号光受光素子32は、赤外光源21から放射されたものであって、光路L1上を進んで測定ガス室42を通った赤外光を受光する。また、参照光受光素子31は、赤外光源21から放射されたものであって、光路L2を進んで比較ガス室41を通った赤外光を受光する。受光部30は、参照光受光素子31および信号光受光素子32が受光した赤外光のエネルギー値を、算出回路3へ出力する。
以上の構成により、参照光受光素子31および信号光受光素子32は、通過するガス室(比較ガス室41,測定ガス室42)が異なることによりエネルギー値の異なる赤外光を受光する。算出回路3は、参照光受光素子31で受光されたエネルギー値に基づいて放射光量の増減を算出し、信号光受光素子32で検出された検出値を校正することにより、サンプルガス50中の二酸化炭素の濃度を算出することができる。なお、ガス濃度算出装置1のうち、受光部30の構成以外の構成については、上記で説明した特許文献1に記載された技術と同じであり、詳細な説明を省略する。また、2つのエネルギー値に基づいてガス濃度を算出する手順についても、例えば特許文献1に開示されているように、従来から知られたガス相関法を用いて算出することができるものであり、詳細な説明を省略する。
(受光部30の詳細構造)
次に、受光部30の詳細な構造について説明する。図2に、受光部30の詳細構造を示す。受光部30は、参照光受光素子31および信号光受光素子32が形成された受光素子チップ34が載置されるパッケージ基板35と、パッケージ基板35から延びて参照光受光素子31および信号光受光素子32を覆うパッケージキャップ36と、を含んで構成される。また、パッケージキャップ36は、参照光受光素子31と対向する位置にパッケージキャップ開口部36aが形成され、信号光受光素子32と対向する位置にパッケージキャップ開口部36bが形成されている。また、受光部30は、パッケージキャップ開口部36a,36bを覆うバンドパスフィルタ38、を更に含んで構成される。
次に、受光部30の詳細な構造について説明する。図2に、受光部30の詳細構造を示す。受光部30は、参照光受光素子31および信号光受光素子32が形成された受光素子チップ34が載置されるパッケージ基板35と、パッケージ基板35から延びて参照光受光素子31および信号光受光素子32を覆うパッケージキャップ36と、を含んで構成される。また、パッケージキャップ36は、参照光受光素子31と対向する位置にパッケージキャップ開口部36aが形成され、信号光受光素子32と対向する位置にパッケージキャップ開口部36bが形成されている。また、受光部30は、パッケージキャップ開口部36a,36bを覆うバンドパスフィルタ38、を更に含んで構成される。
バンドパスフィルタ38は、所定波長の光のみを通過させるものである。また、バンドパスフィルタ38は、パッケージキャップ36に固定される構成であってもよく、パッケージキャップ36と内側キャップ37(詳しくは後述する)とで挟み込まれて固定される構成であってもよい。
また、受光部30は、パッケージキャップ36の内側において、パッケージ基板35から延びて参照光受光素子31および信号光受光素子32を覆う内側キャップ37を、更に含んで構成される。内側キャップ37は、参照光受光素子31と対向する位置に内側キャップ開口部37aが形成され、信号光受光素子32と対向する位置に内側キャップ開口部37bが形成されている。また、内側キャップ37は、参照光受光素子31および信号光受光素子32と対向する面から、参照光受光素子31と信号光受光素子32の間の領域Aに延びる内側キャップ仕切り板37cを有している。なお、内側キャップ37および内側キャップ仕切り板37cが、特許請求の範囲の「遮蔽手段」に相当する。
参照光受光素子31および信号光受光素子32は、受光素子の製造工程において1つの受光素子チップ上に複数個形成される受光素子のうち、隣接して形成されたものを用いる。また、参照光受光素子31および信号光受光素子32は、製造工程において互いに切り離されることなく、チップ基板33上に形成されたままの状態のものを用いる。また、参照光受光素子31と信号光受光素子32の間の領域Aは、溝加工によって形成することができる。
なお、赤外光を受光する参照光受光素子31および信号光受光素子32の材料として、溝加工によって領域Aを形成する場合には、例えば、PbSe、InSb、InAsSb、MCTなどの量子型素子や、サーモパイル、サーミスタ、焦電素子などの熱型素子を用いることができる。なお、熱型素子を用いる場合には、受光素子を冷却するための冷却器は不要となる。また、量子型素子を用いる場合には、受光素子を冷却するための冷却器を適宜設けることが好ましい。
なお、内側キャップ仕切り板37cは、内側キャップ37における参照光受光素子31および信号光受光素子32と対向する面から、チップ基板33まで延びている。これにより、内側キャップ37とパッケージ基板35で囲まれる領域が、内側キャップ仕切り板37cによって、参照光受光素子31が配置される側の領域と、信号光受光素子32が配置される側の領域と、に分割される。
また、パッケージキャップ36、内側キャップ37、内側キャップ仕切り板37cは、赤外線を遮蔽する材料によって構成されている。
(第1の実施形態の作用・効果)
第1の実施形態は以上の構成とすることにより、内側キャップ37の内側において、参照光受光素子31側の領域と信号光受光素子32側の領域とを内側キャップ仕切り板37cによって分割することができる。従って、赤外光源21から光路L1を通って信号光受光素子32に入射すべき赤外光が、内側キャップ37の内側に進入した後で参照光受光素子31に入射することが無い。また、信号光受光素子32の表面で反射等した赤外光についても、参照光受光素子31に入射することが無い。同様に、赤外光源21から光路L2を通って参照光受光素子31に入射すべき赤外光、および参照光受光素子31の表面で反射等した赤外光が、信号光受光素子32に入射することが無い。
第1の実施形態は以上の構成とすることにより、内側キャップ37の内側において、参照光受光素子31側の領域と信号光受光素子32側の領域とを内側キャップ仕切り板37cによって分割することができる。従って、赤外光源21から光路L1を通って信号光受光素子32に入射すべき赤外光が、内側キャップ37の内側に進入した後で参照光受光素子31に入射することが無い。また、信号光受光素子32の表面で反射等した赤外光についても、参照光受光素子31に入射することが無い。同様に、赤外光源21から光路L2を通って参照光受光素子31に入射すべき赤外光、および参照光受光素子31の表面で反射等した赤外光が、信号光受光素子32に入射することが無い。
このため、参照光受光素子31および信号光受光素子32間での光のクロストークを低減することができ、異なる光路上の光を、受光部30によって精度良く検出することができる。
また、受光素子チップ34上に隣接して形成された参照光受光素子31および信号光受光素子32を用いることにより、隣接して形成された受光素子はほぼ同じ特性を有するため、参照光受光素子31および信号光受光素子32間での固有のバラツキを低減することができる。このため、測定環境が変動しても、参照光受光素子31および信号光受光素子32間での検出値の変動が同じ変化特性となり、これらの検出値の変動の相殺を容易に行うことができる。従って、参照光受光素子31および信号光受光素子32による検出値の比較を精度良く行うことができる。
また、内側キャップ仕切り板37cと内側キャップ37によって、参照光受光素子31と信号光受光素子32との間での光のクロストークが低減される。この様に、内側キャップ仕切り板37cと内側キャップ37という簡素な構成により、光のクロストークを低減できるという効果が奏される。
なお、図示はしないが、パッケージキャップ36のパッケージキャップ開口部36a,36bに段差を形成し、その段差を利用して、ガスセル10と受光部30とを接続することができる。この場合には、例えば、ガスセル10から受光部30へ光を導く導光管を段差部分に嵌め込んだり、光ファイバなどを嵌め込むことができる。これにより、ガスセル10から受光部30へ、より確実に赤外光を導くことができる。
[第2の実施形態]
第2の実施形態は、第1の実施形態におけるガス濃度算出装置1の受光部30を、構成の異なる受光部30A(特許請求の範囲の「光検出器」に相当)に置き換えたものであり、受光部30A以外の構成については説明を省略する。また、第2の実施形態における受光部30Aについて、第1の実施形態における受光部30と同一構成要素については、同一番号を付して説明を省略する。
第2の実施形態は、第1の実施形態におけるガス濃度算出装置1の受光部30を、構成の異なる受光部30A(特許請求の範囲の「光検出器」に相当)に置き換えたものであり、受光部30A以外の構成については説明を省略する。また、第2の実施形態における受光部30Aについて、第1の実施形態における受光部30と同一構成要素については、同一番号を付して説明を省略する。
(受光部30Aの詳細構造)
受光部30Aの詳細な構造について説明する。図3に、受光部30Aの詳細構造を示す。受光部30Aは、参照光受光素子31(特許請求の範囲の「受光素子」に相当)および信号光受光素子32(特許請求の範囲の「受光素子」に相当)が形成された受光素子チップ34が載置されるパッケージ基板35と、パッケージ基板35から延びて参照光受光素子31および信号光受光素子32を覆うパッケージキャップ36Aと、を含んで構成される。また、パッケージキャップ36Aは、参照光受光素子31と対向する位置にパッケージキャップ開口部36aが形成され、信号光受光素子32と対向する位置にパッケージキャップ開口部36bが形成されている。また、受光部30Aは、パッケージキャップ開口部36a,36bを覆うバンドパスフィルタ38、を更に含んで構成される。なお、バンドパスフィルタ38は、パッケージキャップ36Aに固定されている。
受光部30Aの詳細な構造について説明する。図3に、受光部30Aの詳細構造を示す。受光部30Aは、参照光受光素子31(特許請求の範囲の「受光素子」に相当)および信号光受光素子32(特許請求の範囲の「受光素子」に相当)が形成された受光素子チップ34が載置されるパッケージ基板35と、パッケージ基板35から延びて参照光受光素子31および信号光受光素子32を覆うパッケージキャップ36Aと、を含んで構成される。また、パッケージキャップ36Aは、参照光受光素子31と対向する位置にパッケージキャップ開口部36aが形成され、信号光受光素子32と対向する位置にパッケージキャップ開口部36bが形成されている。また、受光部30Aは、パッケージキャップ開口部36a,36bを覆うバンドパスフィルタ38、を更に含んで構成される。なお、バンドパスフィルタ38は、パッケージキャップ36Aに固定されている。
また、パッケージキャップ36Aは、参照光受光素子31および信号光受光素子32と対向する面から参照光受光素子31と信号光受光素子32の間の領域Aに延びる仕切り板37d(特許請求の範囲の「遮蔽手段」に相当)を有している。
参照光受光素子31および信号光受光素子32は、受光素子の製造工程において1つの受光素子チップ上に複数個形成される受光素子のうち、隣接して形成されたものを用いる。また、参照光受光素子31および信号光受光素子32は、製造工程において互いに切り離されることなく、チップ基板33上に形成されたままの状態のものを用いる。また、参照光受光素子31と信号光受光素子32の間の領域Aは、溝加工によって形成することができる。
これにより、パッケージキャップ36Aとパッケージ基板35とで囲まれる領域が、仕切り板37dを挟んで、参照光受光素子31が配置される側の領域と、信号光受光素子32が配置される側の領域と、に分割される。
また、パッケージキャップ36A、仕切り板37dは、赤外線を遮蔽する材料によって構成されている。
(第2の実施形態の作用・効果)
第2の実施形態は以上の構成とすることにより、パッケージキャップ36Aの内側において、参照光受光素子31側の領域と信号光受光素子32側の領域とを仕切り板37dによって分割することができる。従って、赤外光源21から光路L1を通って信号光受光素子32に入射すべき赤外光が、パッケージキャップ36Aの内側に進入した後で参照光受光素子31に入射することが無い。また、信号光受光素子32の表面で反射等した赤外光についても、参照光受光素子31に入射することが無い。同様に、赤外光源21から光路L2を通って参照光受光素子31に入射すべき赤外光、および参照光受光素子31の表面で反射等した赤外光が、信号光受光素子32に入射することが無い。
第2の実施形態は以上の構成とすることにより、パッケージキャップ36Aの内側において、参照光受光素子31側の領域と信号光受光素子32側の領域とを仕切り板37dによって分割することができる。従って、赤外光源21から光路L1を通って信号光受光素子32に入射すべき赤外光が、パッケージキャップ36Aの内側に進入した後で参照光受光素子31に入射することが無い。また、信号光受光素子32の表面で反射等した赤外光についても、参照光受光素子31に入射することが無い。同様に、赤外光源21から光路L2を通って参照光受光素子31に入射すべき赤外光、および参照光受光素子31の表面で反射等した赤外光が、信号光受光素子32に入射することが無い。
このため、参照光受光素子31および信号光受光素子32間での光のクロストークを低減することができ、異なる光路上の光を、受光部30Aによって精度良く検出することができる。
また、受光素子チップ34上に隣接して形成された参照光受光素子31および信号光受光素子32を用いることにより、隣接して形成された受光素子はほぼ同じ特性を有するため、参照光受光素子31および信号光受光素子32間での固有のバラツキを低減することができる。このため、測定環境が変動しても、参照光受光素子31および信号光受光素子32間での検出値の変動が同じ変化特性となり、これらの検出値の変動の相殺を容易に行うことができる。従って、参照光受光素子31および信号光受光素子32による検出値の比較を精度良く行うことができる。
また、仕切り板37dを備えるパッケージキャップ36Aによって、参照光受光素子31と信号光受光素子32との間での光のクロストークが低減される。この様に、パッケージキャップ36Aの内側に仕切り板37dを設けるという簡素な構成により、光のクロストークを低減できるという効果が奏される。
[第3の実施形態]
第3の実施形態は、第1の実施形態におけるガス濃度算出装置1の受光部30を、構成の異なる受光部30B(特許請求の範囲の「光検出器」に相当)に置き換えたものであり、受光部30B以外の構成については説明を省略する。また、第3の実施形態における受光部30Bについて、第1の実施形態における受光部30と同一構成要素については、同一番号を付して説明を省略する。
第3の実施形態は、第1の実施形態におけるガス濃度算出装置1の受光部30を、構成の異なる受光部30B(特許請求の範囲の「光検出器」に相当)に置き換えたものであり、受光部30B以外の構成については説明を省略する。また、第3の実施形態における受光部30Bについて、第1の実施形態における受光部30と同一構成要素については、同一番号を付して説明を省略する。
(受光部30Bの詳細構造)
受光部30Bの詳細な構造について説明する。図4に、受光部30Bの詳細構造を示す。受光部30Bは、参照光受光素子31B(特許請求の範囲の「受光素子」に相当)および信号光受光素子32B(特許請求の範囲の「受光素子」に相当)が形成された受光素子チップ34Bと、受光素子チップ34Bが載置されるパッケージ基板35と、パッケージ基板35から延びて受光素子チップ34Bを覆うパッケージキャップ36と、を含んで構成される。また、パッケージキャップ36は、参照光受光素子31Bと対向する位置にパッケージキャップ開口部36aが形成され、信号光受光素子32Bと対向する位置にパッケージキャップ開口部36bが形成されている。また、受光部30Bは、パッケージキャップ開口部36a,36bを覆うバンドパスフィルタ38、を更に含んで構成される。なお、バンドパスフィルタ38は、パッケージキャップ36に固定されている。
受光部30Bの詳細な構造について説明する。図4に、受光部30Bの詳細構造を示す。受光部30Bは、参照光受光素子31B(特許請求の範囲の「受光素子」に相当)および信号光受光素子32B(特許請求の範囲の「受光素子」に相当)が形成された受光素子チップ34Bと、受光素子チップ34Bが載置されるパッケージ基板35と、パッケージ基板35から延びて受光素子チップ34Bを覆うパッケージキャップ36と、を含んで構成される。また、パッケージキャップ36は、参照光受光素子31Bと対向する位置にパッケージキャップ開口部36aが形成され、信号光受光素子32Bと対向する位置にパッケージキャップ開口部36bが形成されている。また、受光部30Bは、パッケージキャップ開口部36a,36bを覆うバンドパスフィルタ38、を更に含んで構成される。なお、バンドパスフィルタ38は、パッケージキャップ36に固定されている。
また、受光部30Bは、受光素子チップ34B上において参照光受光素子31Bと対応する位置に載置された筒状の筒状キャップ39A(特許請求の範囲の「遮蔽手段」に相当)と、信号光受光素子32Bと対応する位置に載置された筒状の筒状キャップ39B(特許請求の範囲の「遮蔽手段」に相当)と、を更に含んで構成される。筒状キャップ39Aは、パッケージキャップ開口部36aからパッケージキャップ36の内側に進入した赤外光を参照光受光素子31Bに導くものである。また、筒状キャップ39Bは、パッケージキャップ開口部36bからパッケージキャップ36の内側に進入した赤外光を信号光受光素子32Bに導くものである。なお、筒状キャップ39A,39Bは、赤外線を遮蔽する材料によって構成されている。
参照光受光素子31Bおよび信号光受光素子32Bは、受光素子の製造工程において1つの受光素子チップ34B上に複数個形成される受光素子のうち、隣接して形成されたものを用いる。
(第3の実施形態の作用・効果)
第3の実施形態は以上の構成とすることにより、受光部30Bのパッケージキャップ開口部36aからパッケージキャップ36の内側に進入した赤外光は、筒状キャップ39Aによって参照光受光素子31Bに導かれる。また、パッケージキャップ開口部36bからパッケージキャップ36の内側に進入した赤外光は、筒状キャップ39Bによって信号光受光素子32Bに導かれる。従って、赤外光源21から光路L1を通って信号光受光素子32Bに入射すべき赤外光が、パッケージキャップ36の内側に進入した後で参照光受光素子31Bに入射することが無い。また、信号光受光素子32Bの表面で反射等した赤外光についても、参照光受光素子31Bに入射することが無い。同様に、赤外光源21から光路L2を通って参照光受光素子31Bに入射すべき赤外光、および参照光受光素子31Bの表面で反射等した赤外光が、信号光受光素子32Bに入射することが無い。
第3の実施形態は以上の構成とすることにより、受光部30Bのパッケージキャップ開口部36aからパッケージキャップ36の内側に進入した赤外光は、筒状キャップ39Aによって参照光受光素子31Bに導かれる。また、パッケージキャップ開口部36bからパッケージキャップ36の内側に進入した赤外光は、筒状キャップ39Bによって信号光受光素子32Bに導かれる。従って、赤外光源21から光路L1を通って信号光受光素子32Bに入射すべき赤外光が、パッケージキャップ36の内側に進入した後で参照光受光素子31Bに入射することが無い。また、信号光受光素子32Bの表面で反射等した赤外光についても、参照光受光素子31Bに入射することが無い。同様に、赤外光源21から光路L2を通って参照光受光素子31Bに入射すべき赤外光、および参照光受光素子31Bの表面で反射等した赤外光が、信号光受光素子32Bに入射することが無い。
このため、参照光受光素子31Bおよび信号光受光素子32B間での光のクロストークを低減することができ、異なる光路上の光を、受光部30Bによって精度良く検出することができる。
また、受光素子チップ34B上に筒状キャップ39A,39Bを載置することにより、参照光受光素子31Bと信号光受光素子32Bとの間での光のクロストークが低減される。この様に、筒状キャップ39A,39Bという簡素な構成により、光のクロストークを低減できるという効果が奏される。
また、受光素子チップ34B上に隣接して形成された参照光受光素子31Bおよび信号光受光素子32Bを用いることにより、隣接して形成された受光素子はほぼ同じ特性を有するため、参照光受光素子31Bおよび信号光受光素子32B間での固有のバラツキを低減することができる。このため、測定環境が変動しても、参照光受光素子31Bおよび信号光受光素子32B間での検出値の変動が同じ変化特性となり、これらの検出値の変動の相殺を容易に行うことができる。従って、参照光受光素子31Bおよび信号光受光素子32Bによる検出値の比較を精度良く行うことができる。
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではない。
例えば、受光部30,30A,30Bで用いたバンドパスフィルタ38を、光を透過させる窓部材に置き換えることもできる。この場合には、赤外光源21から受光部30,30A,30Bまでの間の光路L1,L2上の所定の位置に、バンドパスフィルタを設ける。
また、受光部30,30A,30Bでは、それぞれ2つの受光素子(31,32、31B,32B)を備えた場合について説明したが、受光素子の数はこれに限定されるものではなく、3つ以上であってもよい。
なお、上記各実施形態では、ガス濃度算出装置1によって二酸化炭素の濃度を算出する場合について説明したが、これ以外のガスの濃度を算出可能であることは言うまでもない。
また、光源として赤外線を放射する赤外光源21を用いるものとしたが、他の波長域の光を放射するものであってもよい。この場合には、光源が放射する光の波長域を受光可能な参照光受光素子31,31Bおよび信号光受光素子32,32Bを用いる。
また、上記各実施形態において、ガス濃度を算出するガス濃度算出装置として、比較ガス室41および測定ガス室42を備えたガス濃度算出装置1を例に説明したが、ガス濃度を算出する装置構成についてはこれに限定されるものではない。
また、上記各実施形態では、本発明に係る光検出器を、ガス濃度算出装置に用いられる光検出器に適用した場合を例に説明したが、異なる光路上の光を受光するものであれば、本発明に係る光検出器を他の様々な装置に適用可能である。
1…ガス濃度算出装置、30,30A,30B…受光部、31,31B…参照光受光素子、32,32B…信号光受光素子、34,34B…受光素子チップ、35…パッケージ基板、36,36A…パッケージキャップ、36a,36b…パッケージキャップ開口部、37…内側キャップ、37a,37b…内側キャップ開口部、37c…内側キャップ仕切り板、37d…仕切り板、38…バンドパスフィルタ、39A,39B…筒状キャップ、A…領域。
Claims (6)
- 異なる光路上の光をそれぞれ受光する複数の受光素子を備えた光検出器であって、
1つの前記受光素子が受光する光と他の前記受光素子が受光する光とを遮蔽する遮蔽手段、
を備え、
前記複数の受光素子は、1つの受光素子チップ上に隣接して形成されたものである、
ことを特徴とする光検出器。 - 前記受光素子は、前記受光素子が載置されるパッケージ基板と、前記受光素子と対向する位置にパッケージキャップ開口部が形成されたものであって前記パッケージ基板から延びて前記受光素子を覆うパッケージキャップと、によって囲まれ、
前記遮蔽手段は、前記パッケージキャップと前記受光素子との間に配置され、
前記受光素子と対向する位置に内側キャップ開口部が形成されたものであって前記パッケージ基板から延びて前記受光素子を覆う内側キャップと、
前記内側キャップにおける前記受光素子と対向する面から前記複数の受光素子の間の領域に延びる内側キャップ仕切り板と、によって構成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の光検出器。 - 前記受光素子は、前記受光素子が載置されるパッケージ基板と、前記受光素子と対向する位置にパッケージキャップ開口部が形成されたものであって前記パッケージ基板から延びて前記受光素子を覆うパッケージキャップと、によって囲まれ、
前記遮蔽手段は、前記パッケージキャップにおける前記受光素子と対向する面から、前記複数の受光素子の間の領域に延びる仕切り板によって構成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の光検出器。 - 前記受光素子は、前記受光素子が載置されるパッケージ基板と、前記受光素子と対向する位置にパッケージキャップ開口部が形成されたものであって前記パッケージ基板から延びて前記受光素子を覆うパッケージキャップと、によって囲まれ、
前記遮蔽手段は、前記パッケージキャップと前記受光素子との間に配置され、
前記受光素子上に載置された筒状キャップによって構成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の光検出器。 - 所定波長の光のみを通過させるものであって、前記パッケージキャップ開口部を覆うバンドパスフィルタを更に備えることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の光検出器。
- 対象ガスを通る異なる光路上の光を検出して前記対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出装置における光検出器であって、
前記光検出器は、
前記異なる光路上の光をそれぞれ受光する複数の受光素子と、
1つの前記受光素子が受光する光と他の前記受光素子が受光する光とを遮蔽する遮蔽手段と、
を備え、
前記複数の受光素子は、1つの受光素子チップ上に隣接して形成されたものである、
ことを特徴とする光検出器。
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