JP2013250203A - 液体成分センサ - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を削減するとともに、位置合わせを容易にできる液体成分センサを提供する。
【解決手段】液体成分センサ（１０）を構成する検知セル（１２）は、赤外線を透過する基板（２０ａ，２０ｂ）が２枚積層されてなる。そして。基板の対向面（２１ａ，２１ｂ）間に、液体を流通させるための通路部（２３）が形成され、通路部の少なくとも一部が液体の検知部（２３ａ）とされている。この検知セルは、基板の積層方向における両表面（２２ａ，２２ｂ）と各基板の対向面との４面のうちの少なくとも１面に、所定波長の赤外線を選択的に透過させるフィルタ部（２５）を有している。このフィルタ部は、少なくとも検知部に対応して形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、赤外線、特に中赤外光を用いて、液体の成分及び濃度の少なくとも一方を検出する液体成分センサに関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、光を用いて液体試料（液体）の成分や濃度を検出するための検出計セル（検知セル）が知られている。

この検知セルは、ガラス基板（基板）が２枚積層されてなる。そして、基板の対向面間に、液体試料を流通させるための流路（通路部）が形成されている。

特開２０００−１２１５４７号公報

ところで、ガソリン、水、エタノール等のアルコール、酢酸などの液体は、その吸収波長が中赤外（３〜１０μｍ）にある。そこで、特許文献１に記載されたような構成の検知セルを用いて、赤外線による液体成分センサを構成し、液体の成分や濃度を検出することが考えられる。

しかしながら、上記した検出セルを用いる場合、液体成分センサは、検知セル以外に、赤外線を照射する赤外線光源、赤外線を波長選択的に透過させるフィルタ、検知セルを透過した光を分光する分光器、分光された光を検出する光検出器を要する。そして、赤外線光源と光検出器との間に、フィルタ、検知セル、分光器の３つの部材を互いに位置精度よく配置しなければならない。このように、部品点数が多いという問題と、位置ずれにより検出精度が低下するという問題がある。

本発明は上記問題点に鑑み、部品点数を削減するとともに、位置ずれによる検出精度低下を抑制できる液体成分センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、赤外線光源（１１）と、赤外線を透過する材料からなる基板（２０ａ，２０ｂ）が２枚積層されてなり、基板の対向面（２１ａ，２１ｂ）間に液体を流通させるための通路部（２３）が形成され、通路部の少なくとも一部が液体の検知部（２３ａ）とされた検知セル（１２）と、検知セルを透過した光を分光する分光器（１３）と、分光された光を検出する光検出器（１４）と、を備え、検知セルは、積層の方向における両表面（２２ａ，２２ｂ）と各基板の対向面との４面のうちの少なくとも１面に、所定波長の赤外線を選択的に透過させるフィルタ部（２５）を有し、フィルタ部は、少なくとも検知部に対応して形成されていることを特徴とする。

このように本発明では、フィルタ部が、検知セルの一部として形成されている。したがって、従来の検知セルを用いる場合に較べて、液体成分センサを構成する部品点数を少なくすることができる。また、フィルタ部は検知セルの一部として形成されているため、フィルタ部（フィルタ）が検知セルと別部品とされた構成に較べて、組み付けの位置ずれを抑制し、ひいては、位置ずれによる検出精度低下を抑制することができる。換言すれば、組み付けを簡素化することができる。

また、本発明のさらなる特徴は、フィルタ部として、多数の突起（２５ａ）が所定ピッチで配列されてなるモスアイ構造部（２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８）を有することにある。

モスアイ構造部は、基板表面に、周知構成の反射防止膜を設けた構成に較べて、所定波長以上の光に対し、高い反射防止効果を発揮する。換言すれば、反射防止膜構造に較べて透過波長域を広くすることができる。また、この効果は基板の材料に依存しない。

また、本発明のさらなる特徴は、モスアイ構造部が、各基板の対向面（２１ａ，２１ｂ）の少なくとも一方に形成されていることにある。

このように、検知部を構成する対向面にモスアイ構造部（２６ａ，２６ｂ）を設けると、対向面間の干渉を抑制することができる。このため、検知セルの表面（２２ａ，２２ｂ）にモスアイ構造部（２７ａ，２７ｂ）を設ける構成に較べて、検知セル（検知部）を透過する光の干渉波形の振幅（波長による強度変化）が小さくなり、これにより、成分や濃度の検出精度を向上することができる。

また、本発明のさらなる特徴は、モスアイ構造部が、検知セルの両表面（２２ａ，２２ｂ）の少なくとも一方に形成されていることにある。

通路部に導入された液体と対向面との界面よりも、検知セルの表面と外部雰囲気との界面のほうが、反射ロスが大きい。これによれば、検知セルと外部雰囲気との界面での反射ロスを低減し、感度を向上することができる。

また、本発明のさらなる特徴は、モスアイ構造部が、４面（２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ）のそれぞれに形成されていることにある。

これによれば、４面の間での干渉を抑制し、検知セルを透過する光の干渉波形の振幅をさらに小さくすることができる。また、各面での反射ロスを抑制し、検出感度を向上することができる。

また、本発明のさらなる特徴は、モスアイ構造部として、検知部に対応して形成された内周部（２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ）とともに、検知部を取り囲む外周部分に形成された外周部（２８）を有し、内周部のピッチＰ１が、外周部のピッチＰ２よりも小さいことにある。

モスアイ構造部を構成する突起のピッチが大きいほど、赤外線の透過波長域が長波長側にシフトする。したがって、上記構成によれば、所定の波長域において、検知部に照射された赤外線のみを透過させることができる。これにより、検知部への集光を不要とできるため、検出精度の高いセンサを簡素な構成で実現できる。

本実施形態に係る液体成分センサの概略構成を示す図である。 検知セルの概略構成を示す平面図である。 図２のIII-III線に沿う断面図である。 検知セルの製造方法を示す断面図である。 モスアイ構造部形成工程を示す断面図である。 モスアイ構造部の効果を示す図である モスアイ構造部及びその配置による効果を示す図である。 熱型光源のスペクトル分布を示す図である。 高透過率となる波長とピッチとの関係を示す図である。 検知セル前後での光の変化を示す図である。 検知セルを透過した光のスペクトル分布を示す図である。 液体成分センサの第１変形例を示す図である。 液体成分センサの第２変形例を示す図である。 液体成分センサの第３変形例を示す図である。 液体成分センサの第４変形例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の各図相互において互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。

本実施形態に係る光学式の液体成分センサは、液体の成分や濃度の検出に用いられる。例えばガソリンと、エタノールなどのアルコールとの混合燃料において、ガソリン中に含まれるアルコール、水、酢酸等を検出する燃料性状センサとして用いることができる。

図１に示すように、液体成分センサ１０は、光源１１と、検知セル１２と、分光器１３と、光検出器１４と、を備えている。なお、図１に示す符号１００は、液体を示している。このうち、検知セル１２の構成に特徴がある。先ず、検知セル１２以外の構成について簡単に説明する。

光源１１は、赤外線を出力するものであり、特許請求の範囲に記載の赤外線光源に相当する。なお、「赤外線を出力するもの」とは、波長発光域として赤外を含むものであればよく、赤外のみを含むものや、赤外とともに可視も含むものなどを採用することができる。本実施形態では、光源１１として、発光波長域に可視〜中赤外を含む熱型の光源を採用している。

分光器１３は、検知セル１２を通過した光を分光するものである。この分光器１３としては、周知のもの、例えばファブリペロー型などの干渉計や、回折格子などの分光素子を採用することができる。本実施形態では、ファブリペロー干渉計を採用している。

光検出器１４は、分光された光を検出するものである。この光検出器１４としては、周知のもの、例えば熱電対などの赤外線の入射で生じる熱を検知するものを採用することができる。本実施形態では、熱電対を採用している。

次に、検知セル１２について説明する。

検知セル１２は、赤外線を透過する材料を用いて形成された２枚の基板２０ａ，２０ｂが積層されてなる。そして、基板２０ａ，２０ｂの積層方向が、光の照射方向と略一致するように配置される。これら基板２０ａ，２０ｂとしては、シリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）などの、赤外線、特に中赤外の光を透過する基板を採用することができる。

本実施形態では、基板２０ａ，２０ｂとして、シリコン基板を採用しており、これら基板２０ａ，２０ｂの外形輪郭及び大きさがほぼ一致している。第１基板２０ａの両面２１ａ，２２ａと第２基板２０ｂの両面２１ｂ，２２ｂのうち、表面２１ａ，２１ｂが互いに対向する対向面であり、表面２２ａ，２２ｂが検知セル１２の表面をなす。このため、以下において、表面２１ａ，２１ｂを対向面２１ａ，２１ｂとも示す。２つの基板２０ａ，２０ｂは、直接接合されて一体化されている。

また、検知セル１２は、液体１００を流通させるための通路２３を有している。この通路２３は、第１基板２０ａの対向面２１ａと第２基板２０ｂの対向面２１ｂを壁面として形成されている。すなわち、対向面２１ａ，２１ｂ間に通路２３が形成されている。そして、通路２３の少なくとも一部が、液体１００に対して赤外線が照射される検知部２３ａ（検知領域）となっている。

本実施形態では、第１基板２０ａにおける対向面２１ａの一部に凹部２４ａが形成され、第２基板２０ｂにおける対向面２１ｂに、凹部２４ａに対応して凹部２４ｂが形成されている。そして、対向面２１ａ，２１ｂのうち、凹部２４ａの壁面と凹部２４ｂの壁面とにより、通路２３が形成されている。通路２３は、図２に破線で示すように、積層方向に垂直な面の中心を通って一方向に延びており、両端が、平面正方形の外形輪郭を有する検知セル１２の相対する２つの端面側にそれぞれ開口している。そして、一方の端部が通路２３への液体１００の導入口とされ、他方の端部が液体１００の排出口となっている。そして、通路２３の長手方向の中央部分、具体的には、図２に示す破線で囲まれた基板２０ａ，２０ｂの中央部分が、検知部２３ａとなっている。

また、検知セル１２は、上記した４面２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂのうち、少なくとも１面に、所定波長の赤外線を選択的に透過させるフィルタ部２５を有している。このフィルタ部２５は、少なくとも検知部２３ａに対応する部分に形成されている。

本実施形態では、フィルタ部２５が、４面２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂそれぞれに形成されている。また、フィルタ部２５として、多数の錘状の突起２５ａが、所定ピッチで配列されてなるモスアイ構造部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８を採用している。モスアイ構造部２６ａは、凹部２４ａの底面のうち、検知部２３ａに対応する部分に形成されている。モスアイ構造部２６ｂは、凹部２４ｂの底面のうち、検知部２３ａに対応する部分に形成されている。モスアイ構造部２７ａは、第１基板２０ａの表面２２ａのうち、検知部２３ａに対応する部分に形成されている。詳しくは、表面２２ａに凹部２９ａが形成され、この凹部２９ａの底面のうち、検知部２３ａに対応する部分に形成されている。モスアイ構造部２７ｂは、第２基板２０ｂの表面２２ｂのうち、検知部２３ａに対応する部分に形成されている。詳しくは、表面２２ｂに凹部２９ｂが形成され、この凹部２９ｂの底面のうち、検知部２３ａに対応する部分に形成されている。検知部２３ａに対応して形成されたモスアイ構造部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂを、以下、内周部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂとも示す。一方、モスアイ構造部２８は、検知部２３ａを取り囲む外周部分に形成されているため、以下、外周部２８とも示す。本実施形態では、検知セル１２の表面２２ａ，２２ｂのうち、第１基板２０ａ側の表面２２ａにのみ、外周部２８が形成されている。詳しくは、凹部２９ａの底面のうち、検知部２３ａを除く外周部分に形成されている。

内周部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂにおいて、突起２５ａは、いずれも所定のピッチＰ１（単位：μｍ）で配列されている。一方、外周部２８において、突起２５ａは、ピッチＰ１よりも大きいピッチＰ２（単位：μｍ）で配列されている。さらに本実施形態では、ピッチＰ１が、内周部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂの形成された基板２０ａ，２０ｂの屈折率をｎとすると、３／ｎ≦Ｐ１＜１０／ｎの範囲で設定されている。一方、ピッチＰ２は、Ｐ２≧１０／ｎの範囲で設定されている。なお、シリコンの屈折率は３．４３程度、ゲルマニウムの屈折率は４．０程度である。また、上記したように、モスアイ構造部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８は、それぞれ凹部２４ａ，２４ｂ，２９ａ，２９ｂの底面に形成されている。そして、各モスアイ構造部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８の突起２５ａは、その突出先端が、基板２０ａ，２０ｂの各表面２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂにおける凹部２４ａ，２４ｂ，２９ａ，２９ｂの周辺部分に対して低い位置となっている。

次に、上記した液体成分センサ１０のうち、検知セル１２の製造方法の一例について説明する。

図４（ａ）〜（ｃ）は、第１基板２０ａの形成工程を示している。先ず、図４（ａ）に示すように、平板状の第１基板２０ａを準備する。そして、図４（ｂ）に示すように、第１基板２０ａの両表面２１ａ，２１ｂに凹部２４ａ，２９ａをそれぞれ形成する。本実施形態では、第１基板２０ａとしてシリコン基板を採用し、結晶面によるエッチング速度の差を利用して、凹部２４ａ，２９ａを形成する。

次に、図４（ｃ）に示すように、凹部２４ａ，２９ａの底面に、フィルタ部２５としてのモスアイ構造部２６ａ，２７ａ，２８をそれぞれ形成する。このフィルタ部２５は、図５（ａ）〜（ｄ）に示すようにして形成する。

先ず、図５（ａ）に示すように、凹部２４ａの底面に、所定パターンを有するマスク３０を形成する。そして、図５（ｂ）に示すように、形成したマスク３０を用いて、反応性イオンエッチングなどのドライエッチングを実施する。これにより、突起２５ａが所定ピッチＰ１を有して配列されてなるモスアイ構造部２６ａが形成される。

次いで、図５（ｃ）に示すように、凹部２９ａの底面に、所定パターンを有するマスク３１を形成する。このとき、内周部２７ａを形成する部分よりも、外周部２８を形成する部分の開口幅を広くしておく。そして、図５（ｄ）に示すように、形成したマスク３１を用いて、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチングを実施する。これにより、突起２５ａが所定ピッチＰ１を有して配列されてなるモスアイ構造部２７ａ（内周部２７ａ）が形成される。また、突起２５ａが所定ピッチＰ２を有して配列されてなるモスアイ構造部２８（外周部２８）が形成される。なお、ＲＩＥラグにより、マスク３１の開口幅の広い外周部分のほうが、深くまでエッチングされ、その分、突起高さは高くなる。

なお、モスアイ構造部２６ａ，２７ａ，２８の形成については、両表面２１ａ，２２ａのいずれを先としても良い。また、上記同様の工程を、第２基板２０ｂについても実施する。異なる点は、外周部分にモスアイ構造部２８を形成しない点だけである。

そして、図４（ｄ）に戻り、形成した基板２０ａ，２０ｂ同士を貼り合わせる。具体的には、凹部２４ａ，２４ｂが一致するように、対向面２１ａ，２１ｂ同士を向かい合わせ、直接接合する。なお、直接接合以外の方法、例えば接着により、貼り合わせても良い。以上により、上記した検知セル１２を得ることができる。

次に、上記した液体成分センサ１０の特徴部分の効果について説明する。

本実施形態では、フィルタ部２５が、検知セル１２の一部として形成されている。したがって、従来の検知セルを用いる場合に較べて、液体成分センサ１０を構成する部品点数を少なくすることができる。また、フィルタ部２５は検知セル１２の一部として形成されているため、フィルタ部２５が検知セル１２と別部品とされた構成に較べて、組み付けの位置ずれを抑制し、ひいては、位置ずれによる検出精度低下を抑制することができる。換言すれば、組み付けを簡素化することができる。

また、本実施形態では、フィルタ部２５として、多数の錘状の突起２５ａが所定ピッチで配列されてなるモスアイ構造部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８を採用している。モスアイ構造部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８は、図６に示すように、所定波長λ１以上の光に対し、高い反射防止効果を発揮する。したがって、基板２０ａ，２０ｂの表面に、光学長をλ×１／４とする反射防止膜を設けた構成に較べて、透過波長域を広くすることができる。また、上記した反射防止効果を、基板２０ａ，２０ｂの材料によらず発揮することができる。

図７は、モスアイ構造部の形成箇所の効果について、本発明者がシミュレーションした結果を示している。図７に示す実線はモスアイ構造部無し、破線は両表面２２ａ，２２ｂの一方のみにモスアイ構造部２７ａ，２７ｂを設けた場合、一点鎖線は対向面２１ａ，２１ｂの一方のみにモスアイ構造部２６ａ，２６ｂを設けた場合、二点鎖線は４面２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂにモスアイ構造部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂを設けた場合を示している。このシミュレーションでは、モスアイ構造部の配置以外のシミュレーション条件を同一とした。なお、上記したように基板２０ａ，２０ｂをシリコンとし、通路２３（検知部２３ａ）に満たされた液体１００をガソリンの主成分とした。

図７に破線で示すように、両表面２２ａ，２２ｂの一方のみにモスアイ構造部２７ａ，２７ｂを設けると、モスアイ構造部無しに較べて透過率が１５％程度高くなる。一方、干渉波形の振幅（波長による強度変化）は、モスアイ構造部無しに較べて若干大きくなる。これは、検知セル１２の表面２２ａ，２２ｂで反射ロスが低減された分、検知部２３ａへの入射量が増し、対向面２１ａ，２１ｂ間での干渉の影響が強くなるためと考えられる。

また、図７に一点鎖線で示すように、対向面２１ａ，２１ｂの一方のみにモスアイ構造部２６ａ，２６ｂを設けると、モスアイ構造部無しに較べて透過率が６％程度高くなる。さらに、干渉波形の振幅が大幅に小さくなる。これは、検知部２３ａのギャップを介して対向する対向面２１ａ，２１ｂ間での干渉が抑制されるためであると考えられる。

また、図７に二点鎖線で示すように、４面２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂにモスアイ構造部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂを設けると、モスアイ構造部無しに較べて透過率が４５％強高くなる。さらに、波形に干渉による振幅が殆ど見られなくなる。

以上の結果を受け、本実施形態では、各基板２０ａ，２０ｂの対向面２１ａ，２１ｂの少なくとも一方に、モスアイ構造部２６ａ，２６ｂが形成されている。このように、検知部２３ａ（通路２３）を構成する壁面の少なくとも一方に、モスアイ構造部２６ａ，２６ｂを設けると、対向面２１ａ，２１ｂ間の干渉を抑制することができる。このため、検知セル１２の表面２２ａ，２２ｂにモスアイ構造部２７ａ，２７ｂを設ける構成に較べて、検知セル１２（検知部２３ａ）を透過する光の干渉波形の振幅が小さくなる。そして、これにより、液体１００の成分や濃度の検出精度を向上することができる。

また、検知セル１２の両表面２２ａ，２２ｂの少なくとも一方にも、モスアイ構造部２７ａ，２７ｂが形成されている。通路２３（検知部２３ａ）に導入された液体１００と対向面２１ａ，２１ｂとの界面よりも、検知セル１２の表面２２ａ，２２ｂと外部雰囲気（例えば空気）との界面のほうが、反射ロスが大きい。これによれば、検知セル１２と外部雰囲気との界面での反射ロスを低減し、検知部２３ａに入射する光量を増し、液体成分センサ１０の感度を向上することができる。

さらに、４面２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂのそれぞれに、モスアイ構造部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂが形成されている。これによれば、４面２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂの間での干渉を抑制し、検知セル１２を透過する光の干渉波形の振幅をさらに小さくすることができる。また、各面２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂでの反射ロスを抑制し、液体成分センサ１０の感度をさらに向上することができる。

また、本実施形態では、モスアイ構造部として、検知部２３ａに対応して形成された内周部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂとともに、外周部分に形成された外周部２８を有している。そして、内周部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂにおける突起２５ａのピッチＰ１が、外周部２８における突起２５ａのピッチＰ２よりも小さくされている。突起２５ａのピッチ（周期）が大きいほど、赤外線の透過波長域は長波長側にシフトする。したがって、上記構成によれば、内周部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂと外周部２８とで、図６に示す所定波長λ１をずらし、所定の波長域において、検知部２３ａに照射された赤外線のみを透過させることができる。これにより、検知部２３ａへ到達する光が液体１００を透過したもののみとできるための、検出精度の高いセンサを簡素な構成で実現することができる。

また、本実施形態では、基板２０ａ，２０ｂがシリコンからなる。シリコンを用いると、赤外線を透過する一般的なフッ素化合物を用いた場合よりも、耐食性（耐潮解性）を向上することができる。また、硫化亜鉛（ＺｎＳ）などの化合物よりも安価であるため、製造コストを低減することができる。また、周知の半導体プロセスにより、フィルタ部２５（モスアイ構造部）を形成することができる。なお、ゲルマニウムを用いた場合もシリコン同様の効果を奏する。また、１．１μｍ以下、１０μｍ以上がシリコンの吸収域であるため、検知セル１２によっても、液体１００の分析に不要な波長の光を少なからずカットし、これにより検出精度を向上することができる。

ここで、ガソリン、エタノールなどのアルコール、水、酢酸など、液体１００の吸収スペクトルのピークは、図８中に破線間の矢印で示すように、中赤外である３μｍ〜１０μｍ程度に存在する。このため、高透過率となる波長λ１が、３μｍ〜１０μｍの範囲内となるように、内周部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂを設定することが好ましい。

本実施形態では、内周部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂのピッチＰ１（μｍ）が、３／ｎ≦Ｐ１＜１０／ｎの範囲で設定されている。上記したように、基板２０ａ，２０ｂの構成材料となるシリコンの屈折率ｎは３．４３程度、ゲルマニウムの屈折率ｎは４．０程度である。したがって、上記範囲内においてピッチＰ１を設定すると、シリコンの場合、ピッチＰ１は、０．８７〜２．９２となる。一方、ゲルマニウムの場合、ピッチＰ１は、０．７５〜２．５となる。図９は、高透過率となる波長とピッチとの関係を示している。図９の実線はピッチ０．９μｍ、破線はピッチ３μｍを示している。図９から分かるように、ピッチＰ１を上記範囲内で設定すると、内周部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂにおいて高透過率となる波長λ１を、３〜１０μｍの範囲内とすることができる。これにより、液体１００の吸収スペクトルのピークに応じた波長域の赤外線が、検知部２３ａを透過することとなる。したがって、液体１００の成分や濃度の検出に好適である。

また、本実施形態では、熱型の光源１１を用いる。図８は、光源１１が１０００℃のときの、スペクトル分布の計算値を示している。図８に示すように、１０μｍ程度では、それよりも短波長に較べて、光源１１から出力された光の強度が低くなる。したがって、透過させても実質的に検出精度にほとんど影響がない。これに対し、外周部２８のピッチＰ２は、Ｐ２≧１０／ｎの範囲で設定されている。ピッチＰ２を３μｍとすると、図９に破線で示したように、外周部２８において高透過率となる波長λ１は、１０μｍ程度となる。したがって、上記範囲でピッチＰ２を設定すると、検出精度を向上することができる。

ピッチＰ１，Ｐ２の設定により、図１０に示すように、検知セル１２を透過する光は、外周部分では、１０μｍ程度以上の光のみとなり、検知部２３ａに対応する部分では、外周部分を透過する光よりも短波長の光も含むこととなる。そして、検知セル１２を透過した光のスペクトル分布は、図１１に示すようになる。図８と比較すると、図１１では、内周部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂのフィルタ効果により、液体１００の分析に不要な波長の光がカットされている。なお、図１１では、カットされた部分を破線で示している。

また、本実施形態では、モスアイ構造部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８が、それぞれ凹部２４ａ，２４ｂ，２９ａ，２９ｂの底面に形成されている。そして、モスアイ構造部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８における突起２５ａの先端が、基板２０ａ，２０ｂの表面２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂにおける凹部２４ａ，２４ｂ，２９ａ，２９ｂの周辺部分よりも低い位置となっている。したがって、モスアイ構造部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８における突起２５ａの損傷を抑制することができる。これにより、検出精度、感度を向上することができる。また、ハンドリング性を向上することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態では、基板２０ａ，２０ｂの４面２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂそれぞれにフィルタ部２５が形成される例を示した。しかしながら、フィルタ部２５が、４面２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂのうちの一面のみに形成されても良い。

図１２に示す第１変形例では、対向面２１ａに形成された凹部２４ａの底面のみに、フィルタ部２５としてのモスアイ構造部２６ａが形成されている。対向面２１ａ，２１ｂの少なくとも一方にモスアイ構造部２６ａ，２６ｂを設けると、上記したように、検知セル１２を透過する光の干渉波形の振幅を小さくすることができる。

図１３に示す第２変形例では、図１２同様、凹部２４ａの底面にモスアイ構造部２６ａが形成されるとともに、第１基板２０ａの表面２２ａにモスアイ構造部２７ａが形成されている。基板２０ａ，２０ｂの表面２２ａ，２２ｂの少なくとも一方にモスアイ構造部２７ａ，２７ｂを設けると、上記したように、検知部２３ａを透過する光の強度を高めることができる。特に図１３に示す構成とすると、検知セル１２を透過する光の干渉波形の振幅を小さくしつつ、光の強度を高めることができる。なお、モスアイ構造部２６ａを設けず、基板２０ａ，２０ｂの表面２２ａ，２２ｂの一方のみに、モスアイ構造部２７ａ，２７ｂを設けた構成としても良い。

図１４に示す第３変形例では、上記実施形態に示した変形例に対し、外周部２８のない構成となっている。このように、４面２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂそれぞれにフィルタ部２５を有しつつ、外周部分にフィルタ部２５を有さない構成としても良い。また、上記実施形態では、第１基板２０ａの表面２２ａのみにモスアイ構造部２８を有するが、第２基板２０ｂの表面２２ｂにも有する構成としても良い。

図１５に示す第４変形例では、フィルタ部２５として、反射防止膜３２が形成されている。反射防止膜３２は、基板２０ａ，２０ｂの少なくとも一方において、その両表面２１ａ，２２ａ（２１ｂ，２２ｂ）に形成され、低屈折率膜と高屈折率膜を積層し、それぞれを所定波長λに対して光学長λ×１／４程度の膜厚とした多層膜フィルタを採用することができる。シリコンからなる基板２０ａ，２０ｂの場合、例えば基板側から二酸化シリコン膜、シリコン膜が積層されたフィルタを採用することができる。それ以外にも、単層の薄膜を、所定波長λに対して光学長λ×１／４程度の膜厚としたものを採用することができる。シリコンからなる基板２０ａ，２０ｂの場合、例えば二酸化シリコン膜を採用することができる。なお、図１５では、第１基板２０ａと、第２基板２０ｂに、フィルタ部２５がそれぞれ形成されている。

上記実施形態では、通路２３の両端が、検知セル１２の端面にそれぞれ開口する例を示した。しかしながら、通路２３として検知部２３ａのみ形成され、この検知部２３ａに連通する液体導入用の貫通孔と液体排出量の貫通孔を、基板２０ａ，２０ｂの少なくとも一方に有しても良い。

上記実施形態では、２つの基板２０ａ，２０ｂに形成された凹部２４ａ，２４ｂにより通路２３が構成される例を示したが、図１２，図１３，図１５に示すように、一方の基板２０ａに形成された凹部２４ａの壁面と、他方の基板２０ｂの平坦な対向面２１ｂとにより、通路２３が形成されても良い。

上記実施形態では、検知セル１２の表面２２ａ，２２ｂに凹部２９ａ，２９ｂを有し、凹部２９ａ，２９ｂの底面に、モスアイ構造部２７ａ，２７ｂ，２８が形成される例を示した。しかしながら、凹部２９ａ，２９ｂを有さず、平坦な表面２２ａ，２２ｂにモスアイ構造部２７ａ，２７ｂ，２８が形成された構成としても良い。また、通路２３を構成する平坦な対向面２１ｂに、モスアイ構造部２６ｂが形成された構成としても良い。

１０・・・液体成分センサ
１１・・・光源（赤外線光源）
１２・・・検知セル
１３・・・分光器
１４・・・光検出器
２３・・・通路（通路部）
２３ａ・・・検知部
２５・・・フィルタ部
２５ａ・・・突起
２６ａ，２６ｂ・・・内周部（モスアイ構造部）
２７ａ，２７ｂ・・・内周部（モスアイ構造部）
２８・・・外周部（モスアイ構造部）

Claims (11)

1. 赤外線光源（１１）と、
   赤外線を透過する材料からなる基板（２０ａ，２０ｂ）が２枚積層されてなり、前記基板の対向面（２１ａ，２１ｂ）間に液体を流通させるための通路部（２３）が形成され、前記通路部の少なくとも一部が前記液体の検知部（２３ａ）とされた検知セル（１２）と、
   前記検知セルを透過した光を分光する分光器（１３）と、
   分光された光を検出する光検出器（１４）と、を備え、
   前記検知セルは、前記積層の方向における両表面（２２ａ，２２ｂ）と各基板の対向面との４面のうちの少なくとも１面に、所定波長の赤外線を選択的に透過させるフィルタ部（２５）を有し、該フィルタ部は、少なくとも前記検知部に対応して形成されていることを特徴とする液体成分センサ。
2. 前記フィルタ部として、多数の突起（２５ａ）が所定ピッチで配列されてなるモスアイ構造部（２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８）を有することを特徴とする請求項１に記載の液体成分センサ。
3. 前記モスアイ構造部は、各基板の対向面（２１ａ，２１ｂ）の少なくとも一方に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液体成分センサ。
4. 前記モスアイ構造部は、前記両表面（２２ａ，２２ｂ）の少なくとも一方に形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の液体成分センサ。
5. 前記モスアイ構造部は、前記４面（２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ）のそれぞれに形成されていることを特徴とする請求項２〜４いずれか１項に記載の液体成分センサ。
6. 前記モスアイ構造部として、前記検知部に対応して形成された内周部（２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ）とともに、前記検知部を取り囲む外周部分に形成された外周部（２８）を有し、前記内周部のピッチＰ１が、前記外周部のピッチＰ２よりも小さいことを特徴とする請求項２〜５いずれか１項に記載の液体成分センサ。
7. 前記内周部のピッチＰ１（単位：μｍ）は、該内周部が形成された前記基板の屈折率をｎとすると、３／ｎ≦Ｐ１＜１０／ｎの範囲で設定されていることを特徴とする請求項６に記載の液体成分センサ。
8. 前記赤外線光源は熱型の光源であり、
   前記外周部のピッチＰ２は、Ｐ２≧１０／ｎの範囲で設定されていることを特徴とする請求項７に記載の液体成分センサ。
9. 前記モスアイ構造部は、前記基板（２０ａ，２０ｂ）に形成された凹部（２４ａ，２４ｂ，２９ａ，２９ｂ）の底面に形成されていることを特徴とする請求項２〜８いずれか１項に記載の液体成分センサ。
10. 前記基板は、シリコンからなることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の液体成分センサ。
11. 前記基板は、ゲルマニウムからなることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の液体成分センサ。

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