JP2014142236A - Infrared receiving unit and infrared gas sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an infrared receiving unit capable of increasing the reliability and the sensibility and an infrared gas sensor using the same.SOLUTION: An infrared receiving unit 2 includes: an infrared detection element 20; a first optical filter 31 and a second optical filter 32; a base 43; and a package 29. A first light receiving element 2a and a second light receiving element 2b have a first electrode 2h and a second electrode 2i connected to a first output terminal 2j and a second output terminal 2k respectively at the front side and the rear side of a pyroelectric substrate 2g. The first output terminal 2j and the second output terminal 2k are not overlapped with each other in a thickness direction the pyroelectric substrate 2g and are connected to a first lead terminal 43j and a second lead terminal 43k of the base 43 at a first joint 7j and a second joint 7k formed of a conductive adhesive respectively. An insulation base 43 protrudes in a thickness direction from outside of area to be mounted with the infrared detection element 20 between the first lead terminal 43j and the second lead terminal 43k and a projection 43c for positioning the infrared detection element 20 is formed.

Description

本発明は、赤外線受光ユニット及びそれを用いた赤外線式ガスセンサに関するものである。   The present invention relates to an infrared light receiving unit and an infrared gas sensor using the same.

赤外線受光ユニットとしては、例えば、図23に示す構成の赤外線受光装置91が知られている(特許文献1)。この赤外線受光装置91は、第1受光素子92及び第2受光素子93と、第1受光素子92及び第2受光素子93を収納する矩形窓94a、94bが形成されたセラミック基板94とを備えている。この赤外線受光装置91は、ベース95と、ベース95に固定された4つのリード線106〜109(図24参照)とを備え、各リード線106〜109と第1受光素子92及び第2受光素子93との間に所要の配線がなされている。   As an infrared light receiving unit, for example, an infrared light receiving device 91 configured as shown in FIG. 23 is known (Patent Document 1). The infrared light receiving device 91 includes a first light receiving element 92 and a second light receiving element 93, and a ceramic substrate 94 on which rectangular windows 94a and 94b for housing the first light receiving element 92 and the second light receiving element 93 are formed. Yes. The infrared light receiving device 91 includes a base 95 and four lead wires 106 to 109 (see FIG. 24) fixed to the base 95. Each of the lead wires 106 to 109, the first light receiving element 92, and the second light receiving element. Necessary wiring is made between the terminals 93 and 93.

また、赤外線受光装置91は、セラミック基板94の上面94cに、第1受光素子92の受光面を覆う第1赤外線フィルタ片101が接着剤により固定され、第2受光素子93の受光面を覆う第2赤外線フィルタ片102が接着剤により固定されている。   In the infrared light receiving device 91, the first infrared filter piece 101 covering the light receiving surface of the first light receiving element 92 is fixed to the upper surface 94 c of the ceramic substrate 94 with an adhesive, and the first light receiving surface of the second light receiving element 93 is covered. Two infrared filter pieces 102 are fixed by an adhesive.

また、赤外線受光装置91は、ベース95に、第1受光素子92、第2受光素子93、第1赤外線フィルタ片101及び第2赤外線フィルタ片102を収納するケース103が固定されている。   In the infrared light receiving device 91, a case 103 that houses the first light receiving element 92, the second light receiving element 93, the first infrared filter piece 101, and the second infrared filter piece 102 is fixed to the base 95.

ケース103の受光窓103bには、広帯域の赤外線フィルタであるウインドフィルタ104が設けられている。   The light receiving window 103b of the case 103 is provided with a window filter 104 that is a broadband infrared filter.

特許文献1には、第1受光素子92及び第2受光素子93として、サーモパイル型の受光素子に限らず、焦電型の受光素子を用いることができる旨が記載されている。   Patent Document 1 describes that the first light receiving element 92 and the second light receiving element 93 are not limited to the thermopile type light receiving elements, but can be pyroelectric light receiving elements.

実開平5−81667号公報Japanese Utility Model Publication No. 5-81667

ところで、赤外線受光ユニットでは、高感度化の観点から、焦電体基板の表側、裏側それぞれに第1電極、第2電極が形成された焦電素子を受光素子として用いることが考えられる。この場合、受光素子としては、焦電体基板の表側で第1電極に接続された第1出力端子と、焦電体基板の裏側で第2電極に接続された第2出力端子とを備えたものを用い、導電性接着剤によりセラミック基板94に接着することで固定することが考えられる。   By the way, in the infrared light receiving unit, it is conceivable to use, as a light receiving element, a pyroelectric element in which a first electrode and a second electrode are formed on the front side and the back side of the pyroelectric substrate from the viewpoint of increasing sensitivity. In this case, the light receiving element includes a first output terminal connected to the first electrode on the front side of the pyroelectric substrate, and a second output terminal connected to the second electrode on the back side of the pyroelectric substrate. It is conceivable to fix the ceramic substrate 94 by using a conductive adhesive.

しかし、赤外線受光装置91では、セラミック基板94の矩形窓94a、94bに第1受光素子92及び第2受光素子93を収納する構成なので、第1受光素子92及び第2受光素子93それぞれにおいて第1電極と第2電極とが短絡してしまう懸念がある。また、赤外線受光装置91では、第1電極と第2電極との間のリークに伴う浮動電荷によるノイズが発生してしまう懸念がある。   However, since the infrared light receiving device 91 has a configuration in which the first light receiving element 92 and the second light receiving element 93 are accommodated in the rectangular windows 94a and 94b of the ceramic substrate 94, the first light receiving element 92 and the second light receiving element 93 respectively include the first light receiving element 92 and the second light receiving element 93. There is a concern that the electrode and the second electrode are short-circuited. Further, in the infrared light receiving device 91, there is a concern that noise due to floating charges due to leakage between the first electrode and the second electrode may occur.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、信頼性の向上を図れ且つ高感度化を図ることが可能な赤外線受光ユニット及びそれを用いた赤外線式ガスセンサを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above reasons, and an object thereof is to provide an infrared light receiving unit capable of improving reliability and achieving high sensitivity, and an infrared gas sensor using the same. It is in.

本発明の赤外線受光ユニットは、第1受光素子及び第2受光素子を有する赤外線検出素子と、前記第1受光素子及び前記第2受光素子それぞれの受光面の前方に配置された第1光学フィルタ及び第2光学フィルタと、前記赤外線検出素子が実装された基板と、前記赤外線検出素子、前記第1光学フィルタ、前記第2光学フィルタ及び前記基板が収納されたパッケージとを備え、
前記パッケージは、前記第1光学フィルタ及び前記第2光学フィルタの光入射面側にある窓孔と、前記窓孔を塞ぎ赤外線を透過可能な窓材とを有し、
前記第1受光素子及び前記第2受光素子の各々は、焦電体基板の表側、裏側それぞれに形成され互いに対向する第1電極、第2電極及び前記焦電体基板において前記第1電極と前記第2電極とに挟まれた部分を有する受光部と、前記焦電体基板の前記表側で前記第1電極に接続された第1出力端子と、前記焦電体基板の前記裏側で前記第2電極に接続された第2出力端子とを備え、前記第1出力端子と前記第2出力端子とが、前記焦電体基板の厚み方向において重ならないように配置されており、
前記基板は、電気絶縁性を有する絶縁性基材と、前記絶縁性基材と一体に設けられ、前記第1出力端子、前記第2出力端子が導電性接着剤からなる第1接合部、第2接合部を介してそれぞれ電気的に接続される第1リード端子、第2リード端子とを備え、
前記絶縁性基材は、前記第1リード端子と前記第2リード端子との間で前記赤外線検出素子の搭載予定領域の外側から前記赤外線検出素子の厚み方向に沿った方向に突出し前記赤外線検出素子の面内方向の移動を規制する位置決め用の突起が形成されてなることを特徴とする。
An infrared receiving unit of the present invention includes an infrared detecting element having a first light receiving element and a second light receiving element, a first optical filter disposed in front of the light receiving surfaces of the first light receiving element and the second light receiving element, and A second optical filter; a substrate on which the infrared detection element is mounted; and a package in which the infrared detection element, the first optical filter, the second optical filter, and the substrate are housed.
The package has a window hole on a light incident surface side of the first optical filter and the second optical filter, and a window material that closes the window hole and transmits infrared rays.
Each of the first light receiving element and the second light receiving element is formed on each of the front side and the back side of the pyroelectric substrate and is opposed to each other in the first electrode, the second electrode, and the pyroelectric substrate. A light receiving portion having a portion sandwiched between second electrodes; a first output terminal connected to the first electrode on the front side of the pyroelectric substrate; and the second on the back side of the pyroelectric substrate. A second output terminal connected to the electrode, the first output terminal and the second output terminal are arranged so as not to overlap in the thickness direction of the pyroelectric substrate,
The substrate is provided with an insulating base material having electrical insulation, and the insulating base material, and the first output terminal and the second output terminal are made of a conductive adhesive. A first lead terminal and a second lead terminal electrically connected to each other through two joint portions;
The insulating substrate protrudes in a direction along the thickness direction of the infrared detection element from the outside of the region where the infrared detection element is to be mounted between the first lead terminal and the second lead terminal. It is characterized in that a positioning projection for restricting the movement in the in-plane direction is formed.

この赤外線受光ユニットにおいて、前記突起の突出寸法が、前記第1接合部の高さ寸法よりも大きいことが好ましい。   In the infrared light receiving unit, it is preferable that a protrusion dimension of the protrusion is larger than a height dimension of the first joint portion.

この赤外線受光ユニットにおいて、前記赤外線検出素子の前記厚み方向に沿った方向に突出し前記第1光学フィルタ及び前記第2光学フィルタを位置決めする位置決め部が形成されてなることが好ましい。   In this infrared light receiving unit, it is preferable that a positioning portion that projects in a direction along the thickness direction of the infrared detection element and positions the first optical filter and the second optical filter is formed.

この赤外線受光ユニットにおいて、前記位置決め部は、平面視で前記第1光学フィルタと前記第2光学フィルタとの並ぶ方向に直交する方向おける前記第1光学フィルタ及び前記第2光学フィルタの位置を規定する壁部と、前記第1光学フィルタ及び前記第2光学フィルタが架設される支持部とを備えることが好ましい。   In the infrared light receiving unit, the positioning unit defines positions of the first optical filter and the second optical filter in a direction orthogonal to a direction in which the first optical filter and the second optical filter are arranged in plan view. It is preferable to include a wall portion and a support portion on which the first optical filter and the second optical filter are installed.

この赤外線受光ユニットにおいて、前記支持部の突出寸法が前記赤外線検出素子の厚み寸法よりも大きく、前記赤外線検出素子の前記厚み方向において前記第1光学フィルタ及び前記第2光学フィルタと前記赤外線検出素子との間に間隙があることが好ましい。   In this infrared light receiving unit, the projecting dimension of the support portion is larger than the thickness dimension of the infrared detection element, and the first optical filter, the second optical filter, and the infrared detection element in the thickness direction of the infrared detection element, It is preferable that there is a gap between them.

この赤外線受光ユニットにおいて、前記支持部は、前記赤外線検出素子の側面との対向面に凹部が形成されてなることが好ましい。   In this infrared light receiving unit, it is preferable that the support portion has a recess formed on a surface facing the side surface of the infrared detection element.

この赤外線受光ユニットにおいて、前記壁部は、先端面及び前記第1光学フィルタ及び前記第2光学フィルタとの対向面が開放された窪み部が形成されており、前記第1光学フィルタ及び前記第2光学フィルタは、前記窪み部内の接着剤からなる接着部により前記壁部に固定されていることが好ましい。   In the infrared light receiving unit, the wall portion is formed with a recessed portion in which a front end surface and a surface facing the first optical filter and the second optical filter are opened, and the first optical filter and the second optical filter are formed. It is preferable that the optical filter is fixed to the wall portion by an adhesive portion made of an adhesive in the recess portion.

この赤外線受光ユニットにおいて、前記第1リード端子は、前記赤外線検出素子の前記搭載予定領域の外側に設けられ、前記第2リード端子は、前記赤外線検出素子の前記搭載予定領域と前記搭載予定領域の外側とに跨って設けられ、前記第1接合部は、前記赤外線検出素子の表側に設けられ、第2接合部は、前記赤外線検出素子の裏側に設けられていることが好ましい。   In the infrared light receiving unit, the first lead terminal is provided outside the planned mounting area of the infrared detection element, and the second lead terminal is provided between the planned mounting area and the planned mounting area of the infrared detection element. Preferably, the first joint is provided on the front side of the infrared detection element, and the second joint is provided on the back side of the infrared detection element.

この赤外線受光ユニットにおいて、前記第1受光素子及び前記第2受光素子の各々は、前記焦電体基板の前記裏側に、前記第2出力端子の外周面のうち前記焦電体基板の側面に沿った一面を除いて囲む電気絶縁層を備え、前記電気絶縁層は、前記焦電体基板よりも前記導電性接着剤に対する濡れ性が低い材料からなることが好ましい。   In the infrared light receiving unit, each of the first light receiving element and the second light receiving element is disposed on the back side of the pyroelectric substrate and along the side surface of the pyroelectric substrate out of the outer peripheral surface of the second output terminal. It is preferable that an electrical insulation layer is provided except for one surface, and the electrical insulation layer is made of a material having lower wettability to the conductive adhesive than the pyroelectric substrate.

この赤外線受光ユニットにおいて、前記絶縁性基材は、各前記受光部の投影領域に熱絶縁用の穴が設けられていることが好ましい。   In this infrared light receiving unit, it is preferable that the insulating base material is provided with a hole for thermal insulation in a projection region of each light receiving unit.

この赤外線受光ユニットにおいて、前記赤外線検出素子は、前記第1電極の表面が前記第1電極よりも輻射率の高い赤外線吸収層により覆われていることが好ましい。   In the infrared light receiving unit, it is preferable that the infrared detection element has a surface of the first electrode covered with an infrared absorption layer having a higher emissivity than the first electrode.

この赤外線受光ユニットにおいて、前記第1受光素子及び前記第2受光素子それぞれの出力信号を各別に増幅する第1増幅回路及び第2増幅回路を備え、前記基板は、厚み方向の一面側に前記赤外線検出素子が配置され、前記厚み方向の他面側に前記第1増幅回路及び前記第2増幅回路が配置されてなることが好ましい。   The infrared light receiving unit includes a first amplifier circuit and a second amplifier circuit that individually amplify output signals of the first light receiving element and the second light receiving element, respectively, and the substrate includes the infrared light on one surface side in the thickness direction. Preferably, a detection element is disposed, and the first amplifier circuit and the second amplifier circuit are disposed on the other surface side in the thickness direction.

本発明の赤外線式ガスセンサは、光源と、光検出器と、前記光源と前記光検出器との間に配置された試料セルと、信号処理部とを備え、前記光検出器は、前記赤外線受光ユニットからなり、前記第1光学フィルタは、検知対象のガスの吸収波長の赤外線を透過するように第1透過波長域が設定され、前記第2光学フィルタは、前記ガスに吸収されない参照波長の赤外線を透過し前記第1透過波長域に重複しない第2透過波長域が設定され、前記信号処理部は、前記第1受光素子の出力信号と前記第2受光素子の出力信号との差分もしくは比に基づいて前記ガスの濃度を求めることを特徴とする。   An infrared gas sensor according to the present invention includes a light source, a photodetector, a sample cell disposed between the light source and the photodetector, and a signal processing unit, and the photodetector detects the infrared light. A first transmission wavelength range is set so that the first optical filter transmits infrared light having an absorption wavelength of a gas to be detected, and the second optical filter has infrared light having a reference wavelength that is not absorbed by the gas. And a second transmission wavelength range that does not overlap the first transmission wavelength range is set, and the signal processing unit sets the difference or ratio between the output signal of the first light receiving element and the output signal of the second light receiving element. Based on this, the concentration of the gas is obtained.

この赤外線式ガスセンサにおいて、前記試料セルは、筒状であり、その内面が前記光源から放射された赤外線を反射する反射面であり、前記反射面は、前記試料セルの中心軸上に規定した長軸を回転軸とする回転楕円体の長軸方向の両端部それぞれを長軸に直交する2つの平面によりカットした形状であり、前記光源は、前記中心軸上において、前記回転楕円体の一方の焦点近傍に配置され、前記赤外線受光ユニットは、前記中心軸上において、前記回転楕円体の他方の焦点よりも前記光源に近い側に配置されていることが好ましい。   In this infrared type gas sensor, the sample cell has a cylindrical shape, and an inner surface thereof is a reflecting surface that reflects infrared rays radiated from the light source, and the reflecting surface has a length defined on a central axis of the sample cell. Each of both ends in the major axis direction of the spheroid having the axis as a rotation axis is cut by two planes orthogonal to the major axis, and the light source is one of the spheroids on the central axis. It is preferable that the infrared light receiving unit is disposed in the vicinity of the focal point, and the infrared light receiving unit is disposed closer to the light source than the other focal point of the spheroid on the central axis.

この赤外線式ガスセンサにおいて、前記赤外線受光ユニットは、前記第1受光素子の前記第1電極の平面形状と前記第2受光素子の前記第1電極の平面形状とを併せた形状が、前記焦電体基板の前記表と前記回転楕円体との交線に沿った形状であることが好ましい。   In this infrared gas sensor, the infrared light receiving unit has a shape obtained by combining the planar shape of the first electrode of the first light receiving element and the planar shape of the first electrode of the second light receiving element. The shape is preferably along a line of intersection between the front surface of the substrate and the spheroid.

本発明の赤外線受光ユニットは、信頼性の向上を図れ且つ高感度化を図ることが可能となる。   The infrared light receiving unit of the present invention can improve reliability and increase sensitivity.

本発明の赤外線式ガスセンサは、信頼性の向上を図れ且つ高感度化を図ることが可能となる。   The infrared gas sensor of the present invention can improve reliability and increase sensitivity.

実施形態1の赤外線受光ユニットの概略分解斜視図である。FIG. 2 is a schematic exploded perspective view of the infrared light receiving unit according to the first embodiment. 実施形態1の赤外線受光ユニットの概略斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view of the infrared light receiving unit according to the first embodiment. (a)は実施形態1の赤外線受光ユニットの概略断面図、(b)は実施形態1の赤外線受光ユニットの別の概略断面図である。(A) is a schematic sectional drawing of the infrared receiving unit of Embodiment 1, (b) is another schematic sectional drawing of the infrared receiving unit of Embodiment 1. 実施形態1の赤外線受光ユニットにおける要部の概略斜視図である。2 is a schematic perspective view of a main part of the infrared light receiving unit according to Embodiment 1. FIG. (a)は実施形態1の赤外線受光ユニットにおける要部の概略平面図、(b)は(a)のA−A’概略断面図、(c)は(a)のB−B’概略断面図である。(A) is a schematic top view of the principal part in the infrared rays light reception unit of Embodiment 1, (b) is AA 'schematic sectional drawing of (a), (c) is BB' schematic sectional drawing of (a). It is. 実施形態1の赤外線受光ユニットにおける回路ブロックの裏面側から見た概略斜視図である。It is the schematic perspective view seen from the back surface side of the circuit block in the infrared rays light reception unit of Embodiment 1. (a)は実施形態1の赤外線受光ユニットにおける赤外線受光素子の概略平面図、(b)は(a)のX−X’概略断面図、(c)は実施形態1の赤外線受光ユニットにおける赤外線受光素子の概略下面図である。(A) is a schematic plan view of the infrared light receiving element in the infrared light receiving unit of Embodiment 1, (b) is a schematic cross-sectional view of XX ′ of (a), and (c) is an infrared light receiving in the infrared light receiving unit of Embodiment 1. It is a schematic bottom view of an element. (a)は実施形態1の赤外線受光ユニットにおける第1光学フィルタの概略断面図、(b)は実施形態1の赤外線受光ユニットにおける第2光学フィルタの概略断面図である。(A) is a schematic sectional drawing of the 1st optical filter in the infrared receiving unit of Embodiment 1, (b) is a schematic sectional view of the 2nd optical filter in the infrared receiving unit of Embodiment 1. (a)は実施形態1の赤外線受光ユニットにおける赤外線受光素子の第1変形例の概略平面図、(b)は(a)のX−X’概略断面図、(c)は実施形態1の赤外線受光ユニットにおける赤外線受光素子の第1変形例の概略下面図である。(A) is a schematic plan view of a first modification of the infrared light receiving element in the infrared light receiving unit of Embodiment 1, (b) is a schematic cross-sectional view of XX ′ of (a), and (c) is the infrared light of Embodiment 1. It is a schematic bottom view of the 1st modification of the infrared rays light receiving element in a light reception unit. (a)は実施形態1の赤外線受光ユニットにおける赤外線受光素子の第2変形例の概略平面図、(b)は(a)のX−X’概略断面図、(c)は実施形態1の赤外線受光ユニットにおける赤外線受光素子の第2変形例の概略下面図である。(A) is a schematic top view of the 2nd modification of the infrared light receiving element in the infrared light receiving unit of Embodiment 1, (b) is XX 'schematic sectional drawing of (a), (c) is the infrared rays of Embodiment 1. It is a schematic bottom view of the 2nd modification of the infrared rays light receiving element in a light reception unit. 実施形態1の赤外線受光ユニットにおける第1光学フィルタ及び第2光学フィルタの他の構成例の概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of another configuration example of the first optical filter and the second optical filter in the infrared light receiving unit of Embodiment 1. FIG. 比較例の赤外線受光ユニットにおける要部の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the principal part in the infrared rays light reception unit of a comparative example. (a)は実施形態1の赤外線受光ユニットにおける要部の第3変形例の概略平面図、(b)は(a)のA−A’概略断面図、(c)は(a)のB−B’概略断面図である。(A) is a schematic top view of the 3rd modification of the principal part in the infrared rays light reception unit of Embodiment 1, (b) is AA 'schematic sectional drawing of (a), (c) is B- of (a). It is B 'schematic sectional drawing. 実施形態1の赤外線受光ユニットにおける要部の第4変形例の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the 4th modification of the principal part in the infrared rays light reception unit of Embodiment 1. 実施形態1の赤外線受光ユニットを用いた赤外線式ガスセンサの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the infrared type gas sensor using the infrared rays light reception unit of Embodiment 1. FIG. 実施形態1の赤外線受光ユニットを用いた赤外線式ガスセンサの要部概略分解斜視図である。It is a principal part schematic exploded perspective view of the infrared type gas sensor using the infrared light receiving unit of Embodiment 1. FIG. (a)は実施形態1の赤外線受光ユニットを用いた赤外線式ガスセンサの要部概略斜視図、(b)は実施形態1の赤外線受光ユニットを用いた赤外線式ガスセンサの一部破断した斜視図である。(A) is a principal part schematic perspective view of the infrared type gas sensor using the infrared light receiving unit of Embodiment 1, (b) is the perspective view which fractured | ruptured partially the infrared type gas sensor using the infrared light receiving unit of Embodiment 1. . (a)は実施形態1の赤外線受光ユニットを用いた赤外線式ガスセンサにおける赤外線放射素子の概略平面図、(b)は(a)のX−X’概略断面図である。(A) is a schematic plan view of the infrared radiation element in the infrared type gas sensor using the infrared light receiving unit of Embodiment 1, and (b) is a schematic cross-sectional view along X-X ′ of (a). 実施形態1の赤外線受光ユニットにおける第1光学フィルタ及び第2光学フィルタそれぞれのフィルタ特性の説明図である。It is explanatory drawing of the filter characteristic of each of the 1st optical filter and the 2nd optical filter in the infrared rays light reception unit of Embodiment 1. 実施形態1の赤外線受光ユニット2を用いた赤外線式ガスセンサの要部説明図である。It is principal part explanatory drawing of the infrared type gas sensor using the infrared rays light reception unit 2 of Embodiment 1. FIG. 実施形態1の赤外線受光ユニットにおける要部の変形例4の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the modification 4 of the principal part in the infrared light receiving unit of Embodiment 1. 実施形態2の人体検知センサの概略分解斜視図である。It is a schematic exploded perspective view of the human body detection sensor of Embodiment 2. 従来例の赤外線受光装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the infrared rays light receiving device of a prior art example. 従来例の赤外線受光装置における要部平面図である。It is a principal part top view in the infrared rays receiver of a prior art example.

(実施形態1)
以下では、本実施形態の赤外線受光ユニット2について図1〜図8に基づいて説明する。
(Embodiment 1)
Below, the infrared rays light reception unit 2 of this embodiment is demonstrated based on FIGS.

赤外線受光ユニット2は、赤外線検出素子20と、第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32と、基板43と、パッケージ29とを備えている。   The infrared light receiving unit 2 includes an infrared detection element 20, a first optical filter 31 and a second optical filter 32, a substrate 43, and a package 29.

赤外線検出素子20は、第1受光素子2a及び第2受光素子2bを有する。第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32は、第1受光素子2a及び第2受光素子2bそれぞれの受光面(図3(a)における上面)の前方に配置されている。基板43は、赤外線検出素子20が実装される。パッケージ29は、赤外線検出素子20、第1光学フィルタ31、第2光学フィルタ32及び基板43を収納する。   The infrared detection element 20 includes a first light receiving element 2a and a second light receiving element 2b. The 1st optical filter 31 and the 2nd optical filter 32 are arrange | positioned ahead of the light-receiving surface (upper surface in Fig.3 (a)) of each of the 1st light receiving element 2a and the 2nd light receiving element 2b. The substrate 43 is mounted with the infrared detection element 20. The package 29 houses the infrared detection element 20, the first optical filter 31, the second optical filter 32, and the substrate 43.

パッケージ29は、第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32の光入射面(図3(a)、図8における上面)側にある窓孔29cと、窓孔29cを塞ぎ赤外線を透過可能な窓材29wとを有する。これにより、赤外線受光ユニット2は、第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32がパッケージ29内に収納され外気に曝されるのを抑制することが可能となり、フィルタ特性の経時変化を抑制することが可能となる。   The package 29 has a window hole 29c on the light incident surface (the upper surface in FIG. 3A and FIG. 8) side of the first optical filter 31 and the second optical filter 32, and a window that closes the window hole 29c and transmits infrared rays. Material 29w. As a result, the infrared light receiving unit 2 can suppress the first optical filter 31 and the second optical filter 32 from being stored in the package 29 and exposed to the outside air, and suppress the change in filter characteristics over time. Is possible.

第1受光素子2a及び第2受光素子2bの各々は、例えば、図7に示すように、1つの受光部2rと、受光部2rに電気的に接続された第1出力端子2j及び第2出力端子2kとを備えた焦電素子を用いることができる。受光部2rは、焦電体基板2gの表側、裏側それぞれに形成され互いに対向する第1電極2h、第2電極2iと、この焦電体基板2gにおいて第1電極2hと第2電極2iとに挟まれた部分2ggとで構成される。第1出力端子2jは、焦電体基板2gの表側に形成されて第1電極2hと電気的に接続されている。第2出力端子2kは、焦電体基板2gの裏側に形成されて第2電極2iと電気的に接続されている。第1受光素子2a及び第2受光素子2bの各々は、第1出力端子2jと第2出力端子2kとが、焦電体基板2gの厚み方向において重ならないように配置されている。   Each of the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b includes, for example, as shown in FIG. 7, one light receiving unit 2r, a first output terminal 2j electrically connected to the light receiving unit 2r, and a second output. A pyroelectric element having a terminal 2k can be used. The light receiving unit 2r is formed on the front side and the back side of the pyroelectric substrate 2g and is opposed to each other, and the first electrode 2h and the second electrode 2i in the pyroelectric substrate 2g. It is comprised by the part 2gg pinched | interposed. The first output terminal 2j is formed on the front side of the pyroelectric substrate 2g and is electrically connected to the first electrode 2h. The second output terminal 2k is formed on the back side of the pyroelectric substrate 2g and is electrically connected to the second electrode 2i. Each of the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b is arranged such that the first output terminal 2j and the second output terminal 2k do not overlap in the thickness direction of the pyroelectric substrate 2g.

回路ブロック44の基板43は、電気絶縁性を有する絶縁性基材43aと、2つの第1リード端子43jと、2つの第2リード端子43kとを備えている。各第1リード端子43j及び各第2リード端子43kは、絶縁性基材43aと一体に設けられている。各第1リード端子43jは、第1受光素子2a及び第2受光素子2bの各々の第1出力端子2jが、導電性接着剤からなる第1接合部7j(図5参照)を介して電気的に接続される。各第2リード端子43kは、第1受光素子2a及び第2受光素子2bの各々の第2出力端子2kが、導電性接着剤からなる第2接合部7k(図5参照)を介して電気的に接続される。   The substrate 43 of the circuit block 44 includes an insulating base material 43a having electrical insulation, two first lead terminals 43j, and two second lead terminals 43k. Each first lead terminal 43j and each second lead terminal 43k are provided integrally with the insulating base material 43a. Each first lead terminal 43j is electrically connected to the first output terminal 2j of each of the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b via a first joint 7j (see FIG. 5) made of a conductive adhesive. Connected to. Each second lead terminal 43k is electrically connected to the second output terminal 2k of each of the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b via a second joint 7k (see FIG. 5) made of a conductive adhesive. Connected to.

絶縁性基材43aは、第1リード端子43jと第2リード端子43kとの間で赤外線検出素子20の搭載予定領域の外側から赤外線検出素子20の厚み方向に沿った方向に突出し赤外線検出素子20を位置決めする突起43cが形成されている。   The insulating base material 43a protrudes in the direction along the thickness direction of the infrared detection element 20 from the outside of the planned mounting area of the infrared detection element 20 between the first lead terminal 43j and the second lead terminal 43k. A protrusion 43c for positioning is formed.

これにより、赤外線受光ユニット2は、赤外線検出素子20を突起43cにより位置決めでき、赤外線検出素子20の位置精度を高めることが可能となるから、赤外線検出素子20の位置精度に起因する冗長設計が不要となり、小型化及び感度の向上を図ることが可能となる。また、赤外線受光ユニット2は、第1接合部7jと第2接合部7kとの間に突起43cが位置することで、第1電極2hと第2電極2iとの短絡の発生を抑制することが可能となり、信頼性の向上を図ることが可能となる。また、赤外線受光ユニット2は、第1電極2hと第2電極2iとの間のリークに伴う浮動電荷によるノイズの発生を抑制することが可能となり、S/N比の向上及び高感度化を図ることが可能となる。   As a result, the infrared light receiving unit 2 can position the infrared detection element 20 by the protrusion 43c, and the position accuracy of the infrared detection element 20 can be increased. Therefore, a redundant design due to the position accuracy of the infrared detection element 20 is unnecessary. Thus, it is possible to reduce the size and improve the sensitivity. Further, the infrared light receiving unit 2 suppresses the occurrence of a short circuit between the first electrode 2h and the second electrode 2i by the protrusion 43c being positioned between the first joint 7j and the second joint 7k. It becomes possible to improve the reliability. In addition, the infrared light receiving unit 2 can suppress the generation of noise due to floating charges caused by the leak between the first electrode 2h and the second electrode 2i, thereby improving the S / N ratio and increasing the sensitivity. It becomes possible.

ところで、図23の構成の赤外線受光装置91では、製造時に、ピックアップツールにより、第1受光素子92及び第2受光素子93を1個ずつピックアップし矩形窓94a、94b内に入れる必要があると考えられる。このため、赤外線受光装置91では、矩形窓94a、94bの大きさを第1受光素子92、第2受光素子93それぞれの平面サイズよりも比較的大きくする必要があり、第1赤外線フィルタ片101及び第2赤外線フィルタ片102の平面サイズが大きくなってしまう。よって、赤外線受光装置91では、第1赤外線フィルタ片101及び第2赤外線フィルタ片102のコストが高くなってしまう。   By the way, in the infrared light receiving device 91 having the configuration shown in FIG. 23, it is considered that it is necessary to pick up the first light receiving element 92 and the second light receiving element 93 one by one with the pick-up tool and put them into the rectangular windows 94a and 94b. It is done. For this reason, in the infrared light receiving device 91, it is necessary to make the size of the rectangular windows 94a and 94b relatively larger than the plane sizes of the first light receiving element 92 and the second light receiving element 93, respectively. The planar size of the 2nd infrared filter piece 102 will become large. Therefore, in the infrared light receiving device 91, the cost of the first infrared filter piece 101 and the second infrared filter piece 102 is increased.

また、赤外線受光装置91では、第1受光素子92と第1赤外線フィルタ片101との距離がばらつく懸念があり、また、第2受光素子93と第2赤外線フィルタ片102との距離がばらつく懸念がある。また、特許文献1には、各リード線106〜109と第1受光素子92及び第2受光素子93との間の配線の構造について具体的に明記されていない。   In the infrared light receiving device 91, there is a concern that the distance between the first light receiving element 92 and the first infrared filter piece 101 may vary, and there is a concern that the distance between the second light receiving element 93 and the second infrared filter piece 102 may vary. is there. Further, Patent Document 1 does not specifically describe the wiring structure between each of the lead wires 106 to 109 and the first light receiving element 92 and the second light receiving element 93.

一方、赤外線受光ユニット2は、赤外線検出素子20の厚み方向に沿った方向に突出し第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32を位置決めする位置決め部43dが形成されている。これにより、赤外線受光ユニット2は、基板43において第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32を位置決めすることが可能となる。よって、赤外線受光ユニット2は、第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32と第1受光素子2a及び第2受光素子2bとの相対的な位置精度を高めることが可能となり、第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32の小型化を図ることが可能となる。赤外線受光ユニット2は、第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32の小型化により、低コスト化が可能となる。   On the other hand, the infrared light receiving unit 2 is formed with a positioning portion 43 d that projects in the direction along the thickness direction of the infrared detection element 20 and positions the first optical filter 31 and the second optical filter 32. Accordingly, the infrared light receiving unit 2 can position the first optical filter 31 and the second optical filter 32 on the substrate 43. Therefore, the infrared light receiving unit 2 can increase the relative positional accuracy between the first optical filter 31 and the second optical filter 32 and the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b. In addition, the second optical filter 32 can be reduced in size. The infrared light receiving unit 2 can be reduced in cost by downsizing the first optical filter 31 and the second optical filter 32.

ところで、図23の赤外線受光装置91では、第1受光素子92及び第2受光素子93それぞれの出力信号がセラミック基板94の配線及びリード線106〜109を通して外部へ取り出される。しかしながら、赤外線受光装置91では、第1受光素子92及び第2受光素子93それぞれの出力信号が微弱なので、ノイズの影響を受けやすく、S/N比や感度が低下してしまう懸念がある。   23, the output signals of the first light receiving element 92 and the second light receiving element 93 are taken out through the wiring of the ceramic substrate 94 and the lead wires 106-109. However, since the output signals of the first light receiving element 92 and the second light receiving element 93 are weak in the infrared light receiving device 91, they are easily affected by noise, and there is a concern that the S / N ratio and sensitivity are lowered.

一方、赤外線受光ユニット2は、第1受光素子2a及び第2受光素子2bそれぞれの出力信号を各別に増幅する第1増幅回路41及び第2増幅回路42(図3、図6参照)が基板43に設けられている。これにより、赤外線受光ユニット2は、第1受光素子2a及び第2受光素子2bと第1増幅回路41及び第2増幅回路42との間の配線長を短くすることが可能となり、S/N比や感度の低下を抑制することが可能となる。   On the other hand, in the infrared light receiving unit 2, the first amplification circuit 41 and the second amplification circuit 42 (see FIGS. 3 and 6) that amplify the output signals of the first light receiving element 2 a and the second light receiving element 2 b separately are provided on the substrate 43. Is provided. Thereby, the infrared light receiving unit 2 can shorten the wiring length between the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b and the first amplifier circuit 41 and the second amplifier circuit 42, and the S / N ratio. It is possible to suppress a decrease in sensitivity.

赤外線受光ユニット2は、基板43、第1増幅回路41及び第2増幅回路42等により、回路ブロック44を構成している。したがって、赤外線受光ユニット2は、回路ブロック44が、パッケージ29に収納されている。   In the infrared light receiving unit 2, a circuit block 44 is constituted by the substrate 43, the first amplifier circuit 41, the second amplifier circuit 42, and the like. Therefore, in the infrared light receiving unit 2, the circuit block 44 is accommodated in the package 29.

以下では、赤外線受光ユニット2の各構成要素について、より詳細に説明する。   Hereinafter, each component of the infrared light receiving unit 2 will be described in more detail.

赤外線検出素子20は、例えば、図7に示すように、第1受光素子2aと第2受光素子2bとが、1枚の焦電体基板2gに形成されたものとすることができる。これにより、赤外線検出素子20は、容易に、第1受光素子2aの特性と第2受光素子2bの特性とを略同じとすることが可能となる。赤外線検出素子20は、第1受光素子2aと第2受光素子2bとが、別々の焦電体基板2gに形成されたものでもよい。この場合、第1受光素子2aと第2受光素子2bとは、製造時に同じ焦電体ウェハに形成され、この焦電体ウェハから切り出されたもの同士を用いるのが好ましい。そして、赤外線検出素子20は、第1受光素子2aと第2受光素子2bとの一側面同士を接着剤により接着した構成とすることが好ましい。   For example, as shown in FIG. 7, the infrared detection element 20 may include a first light receiving element 2 a and a second light receiving element 2 b formed on one pyroelectric substrate 2 g. Thereby, the infrared detecting element 20 can easily make the characteristics of the first light receiving element 2a and the characteristics of the second light receiving element 2b substantially the same. The infrared detection element 20 may be one in which the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b are formed on separate pyroelectric substrate 2g. In this case, it is preferable to use the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b which are formed on the same pyroelectric wafer at the time of manufacture and are cut out from the pyroelectric wafer. The infrared detection element 20 preferably has a configuration in which one side surfaces of the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b are bonded to each other with an adhesive.

赤外線検出素子20は、第1受光素子2aと第2受光素子2bとが、並んで配置されているのが好ましい。赤外線検出素子20は、第1受光素子2aと第2受光素子2bとの並ぶ方向の中心点を中心として点対称となるように配置されているのが好ましい。これにより、赤外線検出素子20は、第1受光素子2aの受光部2rが基板43から受ける応力と、第2受光素子2bの受光部2rが基板43から受ける応力とを略等しくすることが可能となり、第1受光素子2aの感度と第2受光素子2bの感度とを略等しくすることが可能となる。   In the infrared detection element 20, it is preferable that the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b are arranged side by side. The infrared detection element 20 is preferably arranged so as to be symmetric with respect to the center point in the direction in which the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b are arranged. Thereby, the infrared detecting element 20 can make the stress received by the light receiving portion 2r of the first light receiving element 2a from the substrate 43 substantially equal to the stress received by the light receiving portion 2r of the second light receiving element 2b from the substrate 43. The sensitivity of the first light receiving element 2a and the sensitivity of the second light receiving element 2b can be made substantially equal.

赤外線検出素子20は、第1受光素子2aにおける第2受光素子2b側とは反対側に第1出力端子2j、第2出力端子2kが配置されているのが好ましい。また、赤外線検出素子20は、第1受光素子2aにおいて第1電極2hと第1出力端子2jとを接続する第1配線2m、第2電極2iと第2出力端子2kとを接続する第2配線2nも、第1受光素子2aにおける第2受光素子2b側とは反対側に配置されているのが好ましい。同様に、赤外線検出素子20は、第2受光素子2bにおける第1受光素子2a側とは反対側に第1出力端子2j、第2出力端子2kが配置されているのが好ましい。また、赤外線検出素子20は、第2受光素子2bにおいて第1電極2hと第1出力端子2jとを接続する第1配線2m、第2電極2iと第2出力端子2kとを接続する第2配線2nも、第2受光素子2bにおける第1受光素子2a側とは反対側に配置されているのが好ましい。   In the infrared detection element 20, it is preferable that the first output terminal 2j and the second output terminal 2k are arranged on the opposite side of the first light receiving element 2a from the second light receiving element 2b side. The infrared detection element 20 includes a first wiring 2m that connects the first electrode 2h and the first output terminal 2j in the first light receiving element 2a, and a second wiring that connects the second electrode 2i and the second output terminal 2k. 2n is also preferably arranged on the side opposite to the second light receiving element 2b side in the first light receiving element 2a. Similarly, in the infrared detection element 20, it is preferable that the first output terminal 2j and the second output terminal 2k are arranged on the opposite side of the second light receiving element 2b from the first light receiving element 2a side. The infrared detection element 20 includes a first wiring 2m that connects the first electrode 2h and the first output terminal 2j in the second light receiving element 2b, and a second wiring that connects the second electrode 2i and the second output terminal 2k. 2n is also preferably arranged on the opposite side of the second light receiving element 2b from the first light receiving element 2a side.

赤外線検出素子20は、平面視において各受光部2rの各々の一部を除いて各受光部2rの各々を取り囲み厚み方向に貫通する孔2sが形成されているのが好ましい。孔2sは、上述の受光部2rの一部として第1配線2m及びその周部、第2配線2n及びその周部を避けて、受光部2rを取り囲むように形成されているのが好ましい。これにより、赤外線検出素子20は、受光部2r同士を熱絶縁することが可能となり、また、突発的なノイズであるポップコーンノイズを低減することが可能となる。   The infrared detection element 20 preferably has a hole 2s that surrounds each light receiving part 2r except for a part of each light receiving part 2r in plan view and penetrates in the thickness direction. The hole 2s is preferably formed so as to surround the light receiving part 2r while avoiding the first wiring 2m and its peripheral part, the second wiring 2n and its peripheral part as a part of the light receiving part 2r. As a result, the infrared detection element 20 can thermally insulate the light receiving parts 2r and can reduce popcorn noise, which is sudden noise.

第1受光素子2a及び第2受光素子2bの各々は、第1出力端子2jと第2出力端子2kとが、焦電体基板2gの厚み方向において重ならないように配置されている。これにより、赤外線受光素子20は、第1受光素子2a及び第2受光素子2bの各々において第1出力端子2jと第2出力端子2kとの間に寄生容量が発生するのを防止することができ、また、第1出力端子2jと第2出力端子2kとが短絡するのを抑制することが可能となる。   Each of the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b is arranged such that the first output terminal 2j and the second output terminal 2k do not overlap in the thickness direction of the pyroelectric substrate 2g. As a result, the infrared light receiving element 20 can prevent the occurrence of parasitic capacitance between the first output terminal 2j and the second output terminal 2k in each of the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b. In addition, it is possible to suppress a short circuit between the first output terminal 2j and the second output terminal 2k.

焦電体基板2gは、例えば、単結晶のLiTaO基板を採用することができる。焦電体基板2gの材料としては、LiTaOを採用しているが、これに限らず、例えば、LiNbO3、PbTiO、PZT(:Pb(Zr,Ti)O3)、PZT−PMN(:Pb(Zr,Ti)O3−Pb(Mn,Nb)O3)等を採用してもよい。 As the pyroelectric substrate 2g, for example, a single crystal LiTaO 3 substrate can be adopted. The material of the pyroelectric substrate 2g is LiTaO 3 , but is not limited to this. For example, LiNbO 3 , PbTiO 3 , PZT (: Pb (Zr, Ti) O 3 ), PZT-PMN (: Pb (Zr, Ti) O 3 —Pb (Mn, Nb) O 3 ) or the like may be employed.

焦電体基板2gの自発分極の方向は、この焦電体基板2gの厚み方向に沿った一方向であり、図7(b)の上方向である。   The direction of spontaneous polarization of the pyroelectric substrate 2g is one direction along the thickness direction of the pyroelectric substrate 2g, and is the upward direction of FIG.

焦電体基板2gの厚さは、50μmに設定してあるが、この値に限定するものではない。焦電体基板2gの厚さは、例えば、薄い方が赤外線検出素子20の感度を向上させる観点から好ましい。このため、焦電体基板2gの厚さは、30μm〜150μm程度の範囲で設定するのが好ましい。焦電体基板2gの厚さは、30μmよりも薄いと脆弱性による破損の懸念があり、150μmよりも厚いと感度が低下してしまう懸念がある。   The thickness of the pyroelectric substrate 2g is set to 50 μm, but is not limited to this value. The thickness of the pyroelectric substrate 2g is preferably thinner, for example, from the viewpoint of improving the sensitivity of the infrared detecting element 20. For this reason, it is preferable to set the thickness of the pyroelectric substrate 2g within a range of about 30 μm to 150 μm. If the thickness of the pyroelectric substrate 2g is less than 30 μm, there is a concern of breakage due to fragility, and if the thickness is more than 150 μm, there is a concern that the sensitivity is lowered.

第1電極2h及び第2電極2iは、導電性を有し且つ検知対象の赤外線を吸収可能な導電膜により構成されている。この導電膜は、NiCr膜からなる。導電膜は、NiCr膜に限らず、例えば、Ni膜や金黒膜等でもよい。また、第1出力端子2jは、第1電極2hの導電膜と同じ材料及び膜厚の導電膜により構成することができる。また、第2出力端子2kは、第2電極2iの導電膜と同じ材料及び膜厚の導電膜により構成することができる。   The 1st electrode 2h and the 2nd electrode 2i are comprised by the electrically conductive film which has electroconductivity and can absorb the infrared rays of a detection target. This conductive film is made of a NiCr film. The conductive film is not limited to the NiCr film, and may be, for example, a Ni film or a gold black film. The first output terminal 2j can be formed of a conductive film having the same material and thickness as the conductive film of the first electrode 2h. The second output terminal 2k can be formed of a conductive film having the same material and thickness as the conductive film of the second electrode 2i.

赤外線検出素子20は、図9に示す第1変形例のように、第1電極2hの表面が第1電極2hよりも輻射率の高い赤外線吸収層26により覆われている構成を採用することもできる。これにより、赤外線受光ユニット2は、第1受光素子2a及び第2受光素子2bそれぞれの赤外線吸収率が向上し、第1受光素子2a及び第2受光素子2bそれぞれの高感度化を図ることが可能となる。赤外線の輻射率と赤外線吸収率とは、同じ値である。   The infrared detection element 20 may employ a configuration in which the surface of the first electrode 2h is covered with an infrared absorption layer 26 having a higher emissivity than the first electrode 2h, as in the first modification shown in FIG. it can. Thereby, the infrared light receiving unit 2 can improve the infrared absorption rate of each of the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b, and can increase the sensitivity of each of the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b. It becomes. The infrared radiation rate and infrared absorption rate are the same value.

赤外線吸収層26は、例えば、樹脂中に、カーボン系微粉末、金属系微粉末、金属酸化物系微粉末の群から選択される少なくとも1種の導電性微粉末が分散された樹脂層からなる。導電性微粉末は、導電性を有する微粉末である。赤外線吸収層26における導電性微粉末の体積濃度は、17%に設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではない。導電性微粉末の体積濃度は、例えば、1〜30%程度の範囲内で設定することができる。これにより、赤外線吸収層26は、導電性を有するが、第1電極2hに比べて比抵抗が大きくなる。   The infrared absorption layer 26 is made of, for example, a resin layer in which at least one conductive fine powder selected from the group of carbon fine powder, metal fine powder, and metal oxide fine powder is dispersed in a resin. . The conductive fine powder is a fine powder having conductivity. The volume concentration of the conductive fine powder in the infrared absorbing layer 26 is set to 17%, but this value is an example and is not particularly limited. The volume concentration of the conductive fine powder can be set within a range of about 1 to 30%, for example. Thereby, although the infrared absorption layer 26 has conductivity, the specific resistance is larger than that of the first electrode 2h.

赤外線吸収層26は、樹脂に導電性微粉末を分散させ有機溶剤を混合させたペースト(印刷インク)を、例えば、スクリーン印刷法、グラビア印刷法等により印刷してから、ベークすることで硬化させることによって形成することができる。赤外線吸収層26の形成にあたっては、例えば、ペーストにおける導電性微粉末の組成を8.5%とすれば、赤外線吸収層26における導電性微粉末の体積濃度を17%程度とすることが可能である。   The infrared absorption layer 26 is cured by printing a paste (printing ink) obtained by dispersing conductive fine powder in a resin and mixing an organic solvent by, for example, a screen printing method or a gravure printing method, and then baking the paste. Can be formed. In forming the infrared absorption layer 26, for example, if the composition of the conductive fine powder in the paste is 8.5%, the volume concentration of the conductive fine powder in the infrared absorption layer 26 can be about 17%. is there.

赤外線吸収層26は、より広い温度範囲で化学的及び物理的に安定していることが望ましい。このため、赤外線吸収層26の樹脂としては、熱硬化性樹脂が望ましい。   The infrared absorbing layer 26 is desirably chemically and physically stable over a wider temperature range. For this reason, as the resin of the infrared absorption layer 26, a thermosetting resin is desirable.

熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。そして、赤外線検出素子20は、これらの熱硬化性樹脂のうち、赤外線検出素子20の検出対象の赤外線の吸収率がより高い熱硬化性樹脂を採用することが好ましい。これにより、赤外線検出素子20は、赤外線吸収層26の厚みを薄くすることが可能となり、感度をより高めることが可能となる。検出対象の赤外線を吸収可能な樹脂は、検出対象の赤外線に対する吸収率が30%以上であるのが好ましく、50%以上であるのがより好ましい。   Examples of the thermosetting resin include phenol resin, epoxy resin, melamine resin, urea resin, unsaturated polyester resin, alkyd resin, polyurethane resin, thermosetting polyimide resin, and the like. And it is preferable that the infrared detection element 20 employ | adopts a thermosetting resin with a higher infrared absorption factor of the detection target of the infrared detection element 20 among these thermosetting resins. Thereby, the infrared detection element 20 can reduce the thickness of the infrared absorption layer 26, and can further increase sensitivity. The resin capable of absorbing the infrared rays to be detected preferably has an absorptivity of the infrared rays to be detected of 30% or more, and more preferably 50% or more.

カーボン系微粉末としては、固体炭素材料で赤外線吸収率が高く、樹脂中に分散できる微粉末が適している。この種のカーボン系微粉末としては、例えば、非晶質(微結晶)炭素として分類される、カーボンブラック、カーボンファイバー、黒鉛等や、ナノカーボンとして分類される、フラーレン、ナノチューブ、グラフェン等が挙げられる。特に、カーボンブラックは、粒子径が小さく、化学的にも安定しており、好ましい。   As the carbon fine powder, a fine powder that is a solid carbon material and has a high infrared absorption rate and can be dispersed in a resin is suitable. Examples of this type of carbon-based fine powder include carbon black, carbon fiber, graphite and the like classified as amorphous (microcrystalline) carbon, and fullerene, nanotube, graphene and the like classified as nanocarbon. It is done. In particular, carbon black is preferable because it has a small particle size and is chemically stable.

金属系微粉末に関しては、粒子径が0.1μm程度以下の金属系微粉末が、赤外線を吸収する性質があり、幅広い赤外波長域で吸収率が高いという特徴を有している。そして、この特徴は、金属の種類に依存しない。このため、金属系微粉末の材料としては、化学的に安定なAu、Pt、Ag等の貴金属や、耐熱性の高いW、Mo等の高融点金属や、微粉末の作りやすいZn、Mg、Cd、Al、Cu、Fe、Cr、Ni、Co、Snや、それらの2種以上の合金等、が挙げられる。   Regarding the metal fine powder, the metal fine powder having a particle size of about 0.1 μm or less has a property of absorbing infrared rays and has a feature of high absorptance in a wide infrared wavelength region. This feature does not depend on the type of metal. For this reason, as the material of the metal-based fine powder, chemically stable noble metals such as Au, Pt, and Ag, refractory metals such as W, Mo having high heat resistance, Zn, Mg, Examples thereof include Cd, Al, Cu, Fe, Cr, Ni, Co, Sn, and alloys of two or more thereof.

金属酸化物系微粉末は、遠赤外線を効率よく吸収し、また、化学的にも安定しているため、赤外線検出素子20を人体の検知等の用途に適用する場合等に好適に採用することができる。金属酸化物系微粉末の材料としては、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、AZO(AlドープZnO)、GZO(GaドープZnO)等が挙げられる。   The metal oxide fine powder efficiently absorbs far infrared rays and is chemically stable, so that it is preferably used when the infrared detection element 20 is applied to uses such as human body detection. Can do. Examples of the material for the metal oxide fine powder include ITO (Indium Tin Oxide), AZO (Al-doped ZnO), and GZO (Ga-doped ZnO).

赤外線吸収層26は、上述の例に限らず、例えば、カーボンブラック層により構成してもよい。   The infrared absorption layer 26 is not limited to the above-described example, and may be constituted by, for example, a carbon black layer.

赤外線検出素子20は、図10に示す第2変形例のように、第1受光素子2a及び第2受光素子2bの各々が、焦電体基板2gの裏側に、第2出力端子2kの外周面のうち焦電体基板2gの側面に沿った一面を除いて囲む電気絶縁層2pを備えていてもよい。電気絶縁層2pは、焦電体基板2gよりも導電性接着剤に対する濡れ性が低い材料(例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等)からなる。これにより、赤外線受光ユニット2は、製造時に、導電性接着剤によって第1出力端子2jと第2出力端子2kとが短絡する不良品の発生をより抑制することが可能となり、製造コストの低コスト化を図ることが可能となる。また、赤外線受光ユニット2は、第1出力端子2jと第2出力端子2kとの間の電気絶縁性をより向上させることが可能となる。   As in the second modified example shown in FIG. 10, the infrared detection element 20 is configured such that each of the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b is on the back side of the pyroelectric substrate 2g and the outer peripheral surface of the second output terminal 2k. Among them, an electrical insulating layer 2p may be provided that surrounds the pyroelectric substrate 2g except for one surface along the side surface. The electrical insulating layer 2p is made of a material (for example, epoxy resin, acrylic resin, etc.) that has lower wettability with respect to the conductive adhesive than the pyroelectric substrate 2g. As a result, the infrared light receiving unit 2 can further suppress the occurrence of defective products in which the first output terminal 2j and the second output terminal 2k are short-circuited by the conductive adhesive at the time of manufacturing, and the manufacturing cost is low. Can be achieved. In addition, the infrared light receiving unit 2 can further improve the electrical insulation between the first output terminal 2j and the second output terminal 2k.

基板43は、例えば、MID(Molded InterconnectDevices)基板、部品内蔵基板、セラミック基板、プリント基板等により構成することができる。MID基板は、樹脂成形品からなる絶縁性基材43aの表面に第1リード端子43j、第2リード端子43kや、その他の配線を適宜形成すればよい。   The substrate 43 can be configured by, for example, an MID (Molded Interconnect Devices) substrate, a component built-in substrate, a ceramic substrate, a printed substrate, or the like. In the MID substrate, the first lead terminal 43j, the second lead terminal 43k, and other wirings may be appropriately formed on the surface of the insulating base material 43a made of a resin molded product.

また、赤外線受光ユニット2は、赤外線検出素子20が、基板43に実装されている。赤外線受光ユニット2は、第1受光素子2a及び第2受光素子2bの各々の第1出力端子2jと各第1リード端子43jとが、導電性接着剤からなる第1接合部7jを介して電気的に接続される。また、赤外線受光ユニット2は、各第2リード端子43kと、第1受光素子2a及び第2受光素子2bの各々の第2出力端子2kとが、導電性接着剤からなる第2接合部7kを介して電気的に接続される。導電性接着剤は、例えば、AgまたはAu粉末を含んだエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂の接着剤である。導電性接着剤としては、導電ペーストを用いることができる。導電ペーストは、例えば、銀ペースト、金ペースト、銅ペースト等である。   In the infrared light receiving unit 2, the infrared detection element 20 is mounted on the substrate 43. In the infrared light receiving unit 2, the first output terminal 2j and the first lead terminal 43j of each of the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b are electrically connected to each other through a first joint portion 7j made of a conductive adhesive. Connected. Further, in the infrared light receiving unit 2, each second lead terminal 43k and each second output terminal 2k of each of the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b has a second joint portion 7k made of a conductive adhesive. Electrically connected. The conductive adhesive is, for example, an epoxy resin or polyimide resin adhesive containing Ag or Au powder. A conductive paste can be used as the conductive adhesive. The conductive paste is, for example, a silver paste, a gold paste, a copper paste, or the like.

導電性接着剤としては、有機樹脂系の導電性接着剤を採用するのが好ましい。これにより、赤外線受光ユニット2は、基板43から赤外線検出素子20への熱伝導を抑制することが可能となる。   As the conductive adhesive, it is preferable to employ an organic resin-based conductive adhesive. Thereby, the infrared light receiving unit 2 can suppress heat conduction from the substrate 43 to the infrared detection element 20.

回路ブロック44は、第1受光素子2aの出力信号を増幅して出力する第1増幅回路41と、第2受光素子2bの出力信号を増幅して出力する第2増幅回路42とを備えている。   The circuit block 44 includes a first amplifier circuit 41 that amplifies and outputs the output signal of the first light receiving element 2a, and a second amplifier circuit 42 that amplifies and outputs the output signal of the second light receiving element 2b. .

なお、赤外線受光ユニット2は、第1増幅回路41と第2増幅回路42とを集積化して1チップのIC素子とし、パッケージ29内に設けてもよい。また、第1増幅回路41及び第2増幅回路42の各々は、複数のディスクリート部品を適宜接続して構成してもよい。   The infrared light receiving unit 2 may be provided in the package 29 by integrating the first amplifier circuit 41 and the second amplifier circuit 42 into a one-chip IC element. Each of the first amplifier circuit 41 and the second amplifier circuit 42 may be configured by appropriately connecting a plurality of discrete components.

赤外線受光ユニット2は、基板43の厚み方向の一面側に赤外線検出素子20が配置され、基板43の厚み方向の他面側に第1増幅回路41及び第2増幅回路42が配置されているのが好ましい。これにより、赤外線受光ユニット2は、基板43の厚み方向の一面側において赤外線検出素子20の側方に第1増幅回路41及び第2増幅回路42が配置されている場合に比べて、小型化を図ることが可能となる。また、赤外線受光ユニット2は、第1増幅回路41及び第2増幅回路42それぞれで発生した熱が赤外線検出素子20へ伝熱されることを、より抑制することが可能となる。   In the infrared light receiving unit 2, the infrared detection element 20 is disposed on one surface side in the thickness direction of the substrate 43, and the first amplifier circuit 41 and the second amplifier circuit 42 are disposed on the other surface side in the thickness direction of the substrate 43. Is preferred. As a result, the infrared light receiving unit 2 can be reduced in size as compared with the case where the first amplifier circuit 41 and the second amplifier circuit 42 are disposed on the side of the infrared detection element 20 on one side of the thickness direction of the substrate 43. It becomes possible to plan. Further, the infrared light receiving unit 2 can further suppress the heat generated in each of the first amplification circuit 41 and the second amplification circuit 42 from being transferred to the infrared detection element 20.

第1増幅回路41及び第2増幅回路42の各々は、ベアチップのIC素子により形成されており、基板43の上記他面側に設けた凹部43y(図3参照)の内底面に、エポキシ樹脂等のダイボンド材により固定されている。また、基板43には、図6に示すように、第1増幅回路41及び第2増幅回路42が導電性の金属細線(ワイヤ)45を介して電気的に接続される導電部46を備えている。金属細線45の材料としては、例えば、金、アルミニウム、銅等を採用することができる。導電部46としては、第1増幅回路41及び第2増幅回路42への給電用のリードピン29dに電気的に接続される導電部46sと、グランド用のリードピン29dに電気的に接続される導電部46gとがある。また、導電部46としては、第1増幅回路41の出力信号を取り出す第1出力用のリードピン29dに電気的に接続される導電部46aと、第2増幅回路42の出力信号を取り出す第2出力用のリードピン29dに電気的に接続される導電部46bとがある。   Each of the first amplifier circuit 41 and the second amplifier circuit 42 is formed of a bare chip IC element, and an epoxy resin or the like is formed on the inner bottom surface of the recess 43y (see FIG. 3) provided on the other surface side of the substrate 43. It is fixed with a die-bonding material. Further, as shown in FIG. 6, the substrate 43 includes a conductive portion 46 to which the first amplifier circuit 41 and the second amplifier circuit 42 are electrically connected via a conductive metal wire (wire) 45. Yes. As a material of the metal thin wire 45, for example, gold, aluminum, copper or the like can be adopted. As the conductive portion 46, a conductive portion 46s electrically connected to the lead pin 29d for feeding power to the first amplifier circuit 41 and the second amplifier circuit 42, and a conductive portion electrically connected to the lead pin 29d for ground. There is 46g. The conductive portion 46 includes a conductive portion 46a electrically connected to the first output lead pin 29d for extracting the output signal of the first amplifier circuit 41, and a second output for extracting the output signal of the second amplifier circuit 42. And a conductive portion 46b electrically connected to the lead pin 29d.

第1増幅回路41、第2増幅回路42及び各金属細線45は、封止材料(例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等)からなる封止部(図示せず)により覆われているのが好ましい。これにより、赤外線受光ユニット2は、各金属細線45の断線や各金属細線45とパッケージ29との接触を防止することが可能となる。また、赤外線受光ユニット2は、封止部を設けたことによって、第1増幅回路41及び第2増幅回路42の各々で発生した熱が赤外線検出素子20側へ伝熱されにくくなるという利点もある。   It is preferable that the first amplifier circuit 41, the second amplifier circuit 42, and the thin metal wires 45 are covered with a sealing portion (not shown) made of a sealing material (for example, epoxy resin, silicone resin, etc.). As a result, the infrared light receiving unit 2 can prevent disconnection of each metal thin wire 45 and contact between each metal thin wire 45 and the package 29. Further, the infrared light receiving unit 2 has an advantage that the heat generated in each of the first amplifier circuit 41 and the second amplifier circuit 42 is not easily transferred to the infrared detection element 20 side by providing the sealing portion. .

第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32は、赤外線受光ユニット2の用途に必要とされる光学特性を有するようにフィルタ特性を設計すればよい。   The first optical filter 31 and the second optical filter 32 may be designed with filter characteristics so as to have optical characteristics required for the application of the infrared light receiving unit 2.

第1光学フィルタ31は、例えば、図8に示すように、基板31sと、第1フィルタ部31aと、第2フィルタ部31bとを備えている。また、第2光学フィルタ32は、基板32sと、第3フィルタ部32aと、第4フィルタ部32bとを備えた構成を採用することができる。基板31s、32sは、赤外線を透過可能なものである。基板31s、32sとしては、例えば、シリコン基板、ゲルマニウム基板、サファイア基板、酸化マグネシウム基板等を採用することができる。赤外線受光ユニット2は、第2フィルタ部31bと第4フィルタ部32bとを同じ構成とすることができる。これにより、赤外線受光ユニット2は、第2フィルタ部31bの分光特性と第4フィルタ部32bの分光特性とを略同じとすることが可能となる。   For example, as shown in FIG. 8, the first optical filter 31 includes a substrate 31s, a first filter part 31a, and a second filter part 31b. Further, the second optical filter 32 can employ a configuration including a substrate 32s, a third filter portion 32a, and a fourth filter portion 32b. The substrates 31s and 32s can transmit infrared rays. As the substrates 31s and 32s, for example, a silicon substrate, a germanium substrate, a sapphire substrate, a magnesium oxide substrate, or the like can be employed. In the infrared light receiving unit 2, the second filter part 31b and the fourth filter part 32b can have the same configuration. Thereby, the infrared light receiving unit 2 can make the spectral characteristic of the second filter unit 31b and the spectral characteristic of the fourth filter unit 32b substantially the same.

第1フィルタ部31aは、例えば、λ/4多層膜34と、波長選択層35と、λ/4多層膜36とで構成されるバンドパスフィルタとすることができる。λ/4多層膜34は、屈折率が異なり且つ光学膜厚が等しい複数種類の薄膜(図示例では、2種類の薄膜31aa、31ab)が積層された多層膜である。λ/4多層膜36は、複数種類の薄膜(図示例では、2種類の薄膜31aa、31ab)が積層された多層膜である。波長選択層35は、λ/4多層膜34とλ/4多層膜36との間に介在する。波長選択層35は、選択波長に応じて光学膜厚を各薄膜31aa、31abの光学膜厚とは異ならせてある。λ/4多層膜34及びλ/4多層膜36は、屈折率周期構造を有していればよく、3種類以上の薄膜を積層したものでもよい。薄膜の材料としては、例えば、Ge、Si、MgF、Al、SiO、Ta、SiN等を採用することができる。 The first filter unit 31a can be a band-pass filter including, for example, a λ / 4 multilayer film 34, a wavelength selection layer 35, and a λ / 4 multilayer film 36. The λ / 4 multilayer film 34 is a multilayer film in which a plurality of types of thin films (in the illustrated example, two types of thin films 31aa and 31ab) having different refractive indexes and the same optical film thickness are stacked. The λ / 4 multilayer film 36 is a multilayer film in which a plurality of types of thin films (in the illustrated example, two types of thin films 31aa and 31ab) are stacked. The wavelength selection layer 35 is interposed between the λ / 4 multilayer film 34 and the λ / 4 multilayer film 36. The wavelength selection layer 35 has an optical film thickness different from the optical film thickness of each of the thin films 31aa and 31ab according to the selected wavelength. The λ / 4 multilayer film 34 and the λ / 4 multilayer film 36 may have a refractive index periodic structure and may be a laminate of three or more kinds of thin films. As the material of the thin film, for example, Ge, Si, MgF 2 , Al 2 O 3 , SiO x , Ta 2 O 5 , SiN x or the like can be employed.

第3フィルタ部32aは、例えば、λ/4多層膜37と、波長選択層38と、λ/4多層膜39とで構成されるバンドパスフィルタとすることができる。λ/4多層膜37は、屈折率が異なり且つ光学膜厚が等しい複数種類の薄膜(図示例では、2種類の薄膜32aa、32ab)が積層された多層膜である。λ/4多層膜39は、複数種類の薄膜(図示例では、2種類の薄膜32aa、32ab)が積層された多層膜である。波長選択層38は、λ/4多層膜37とλ/4多層膜39との間に介在する。波長選択層38は、選択波長に応じて光学膜厚を各薄膜32aa、32abの光学膜厚とは異ならせてある。λ/4多層膜37及びλ/4多層膜39は、屈折率周期構造を有していればよく、3種類以上の薄膜を積層したものでもよい。薄膜の材料としては、例えば、Ge、Si、MgF、Al、SiO、Ta、SiN等を採用することができる。 The third filter unit 32a can be a band-pass filter including, for example, a λ / 4 multilayer film 37, a wavelength selection layer 38, and a λ / 4 multilayer film 39. The λ / 4 multilayer film 37 is a multilayer film in which a plurality of types of thin films (in the illustrated example, two types of thin films 32aa and 32ab) having different refractive indexes and the same optical film thickness are stacked. The λ / 4 multilayer film 39 is a multilayer film in which a plurality of types of thin films (in the illustrated example, two types of thin films 32aa and 32ab) are stacked. The wavelength selection layer 38 is interposed between the λ / 4 multilayer film 37 and the λ / 4 multilayer film 39. The wavelength selection layer 38 has an optical film thickness different from the optical film thickness of each of the thin films 32aa and 32ab according to the selected wavelength. The λ / 4 multilayer film 37 and the λ / 4 multilayer film 39 need only have a refractive index periodic structure, and may be a laminate of three or more types of thin films. As the material of the thin film, for example, Ge, Si, MgF 2 , Al 2 O 3 , SiO x , Ta 2 O 5 , SiN x or the like can be employed.

第1フィルタ部31aの薄膜31aa、31abと第3フィルタ部32aの薄膜32aa、32abとはそれぞれ同じ材料を採用することができる。   The same material can be used for the thin films 31aa and 31ab of the first filter part 31a and the thin films 32aa and 32ab of the third filter part 32a.

第1フィルタ部31a、第3フィルタ部32aは、屈折率周期構造の中に光学膜厚の異なる波長選択層35、38を設けて屈折率周期構造に局所的な乱れを導入することにより、反射帯域の中に反射帯域幅に比べてスペクトル幅の狭い透過帯域を局在させることができる。第1フィルタ部31a、第3フィルタ部32aは、波長選択層35、38の光学膜厚を適宜変化させることによって、透過波長域の透過ピーク波長を変化させることができる。   The first filter unit 31a and the third filter unit 32a are provided with wavelength selective layers 35 and 38 having different optical film thicknesses in the refractive index periodic structure to introduce local disturbance in the refractive index periodic structure. A transmission band having a narrower spectral width than the reflection bandwidth can be localized in the band. The first filter unit 31a and the third filter unit 32a can change the transmission peak wavelength in the transmission wavelength region by appropriately changing the optical film thickness of the wavelength selection layers 35 and 38.

第1フィルタ部31aの選択波長は、第1フィルタ部31aの透過波長域の中心波長λである。また、第3フィルタ部32aの選択波長は、第3フィルタ部32aの透過波長域の中心波長λである。 Selected wavelength of the first filter portion 31a is a center wavelength lambda 1 of the transmission wavelength range of the first filter portion 31a. Moreover, the selected wavelength of the third filter portion 32a is a center wavelength lambda 2 of the transmission wavelength range of the third filter portion 32a.

第2フィルタ部31bは、屈折率が異なり且つ光学膜厚が等しい複数種類の薄膜(図示例では、2種類の薄膜31ba、31bb)が積層された多層膜である。第2フィルタ部31bは、相対的に屈折率の高い薄膜の材料として、例えば、Ge、Si等を採用することができ、相対的に屈折率の低い薄膜の材料として、例えば、MgF、Al、SiO、Ta、SiN等を採用することができる。SiOは、SiOやSiOである。SiN等は、SiN、Si等である。 The second filter portion 31b is a multilayer film in which a plurality of types of thin films (in the illustrated example, two types of thin films 31ba and 31bb) having different refractive indexes and the same optical film thickness are stacked. The second filter portion 31b can employ, for example, Ge, Si, etc., as a thin film material having a relatively high refractive index, and, for example, MgF 2 , Al, etc., as a thin film material, having a relatively low refractive index. 2 O 3 , SiO x , Ta 2 O 5 , SiN x and the like can be employed. SiO x is SiO or SiO 2 . SiN x and the like are SiN, Si 3 N 4 and the like.

第4フィルタ部32bは、屈折率が異なり且つ光学膜厚が等しい複数種類の薄膜(図示例では、2種類の薄膜32ba、32bb)が積層された多層膜である。第4フィルタ部32bは、相対的に屈折率の高い薄膜の材料として、例えば、Ge、Si等を採用することができ、相対的に屈折率の低い薄膜の材料として、例えば、MgF、Al、SiO、Ta、SiN等を採用することができる。 The fourth filter portion 32b is a multilayer film in which a plurality of types of thin films (in the illustrated example, two types of thin films 32ba and 32bb) having different refractive indexes and the same optical film thickness are stacked. The fourth filter portion 32b can employ, for example, Ge, Si, or the like as a thin film material having a relatively high refractive index, and examples of the thin film material having a relatively low refractive index include, for example, MgF 2 , Al 2 O 3 , SiO x , Ta 2 O 5 , SiN x and the like can be employed.

第1光学フィルタ31と第2光学フィルタ32とは、図11に示す他の構成例のように、1チップ化したものでもよい。   The first optical filter 31 and the second optical filter 32 may be integrated into one chip as in another configuration example shown in FIG.

赤外線受光ユニット2のパッケージ29としては、例えば、キャンパッケージを採用することができる。キャンパッケージは、台座(ステム)29aと、台座29aに固着されるキャップ29bとを備え、キャップ29bにおける第1受光素子2a及び第2受光素子2bの前方に1つの窓孔29cが形成された構成とすることができる。   For example, a can package can be adopted as the package 29 of the infrared light receiving unit 2. The can package includes a pedestal (stem) 29a and a cap 29b fixed to the pedestal 29a, and one window hole 29c is formed in front of the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b in the cap 29b. It can be.

台座29aは、金属製である。台座29aは、円板状に形成されている。キャップ29bは、金属製である。キャップ29bは、缶状に形成されている。   The pedestal 29a is made of metal. The pedestal 29a is formed in a disk shape. The cap 29b is made of metal. The cap 29b is formed in a can shape.

台座29aには、4本のリードピン29dが厚み方向に貫通して設けられる。台座29aは、これら4本のリードピン29dを保持している。各リードピン29dは、回路ブロック44に結合されている。4本のリードピン29dは、給電用、グラウンド用、第1増幅回路41の出力信号の取り出し用、及び第2増幅回路42の出力信号の取り出し用それぞれに、1本ずつ利用される。グラウンド用のリードピン29dは、台座29aに対して導電性の封止材で固定されており、台座29aと電気的に接続されている。それ以外のリードピン29dは、台座29aに対して電気絶縁性の封止材(ガラス)で固定されており、台座29aと電気的に絶縁されている。なお、赤外線受光ユニット2は、回路ブロック44に、グラウンド用のリードピン29dが電気的に接続されるシールド板やシールド層を設けてもよい。   The pedestal 29a is provided with four lead pins 29d penetrating in the thickness direction. The pedestal 29a holds these four lead pins 29d. Each lead pin 29 d is coupled to the circuit block 44. The four lead pins 29d are used one by one for power supply, for ground, for extracting the output signal of the first amplifier circuit 41, and for extracting the output signal of the second amplifier circuit 42, respectively. The ground lead pin 29d is fixed to the base 29a with a conductive sealing material, and is electrically connected to the base 29a. The other lead pins 29d are fixed to the pedestal 29a with an electrically insulating sealing material (glass), and are electrically insulated from the pedestal 29a. In the infrared light receiving unit 2, a shield plate or a shield layer to which the ground lead pin 29 d is electrically connected may be provided in the circuit block 44.

台座29aは、平面視形状が円形状であるが、これに限らず、例えば、多角形状でもよい。また、キャップ29bの形状は、台座29aの形状に応じて適宜変更すればよい。例えば、台座29aの平面視形状が矩形状の場合、キャップ29bの平面視形状は、円形状でもよいし、矩形状でもよい。   The pedestal 29a has a circular shape in plan view, but is not limited thereto, and may be a polygonal shape, for example. Moreover, what is necessary is just to change the shape of the cap 29b suitably according to the shape of the base 29a. For example, when the planar view shape of the pedestal 29a is rectangular, the planar view shape of the cap 29b may be circular or rectangular.

窓孔29cは、第1受光素子2aと第2受光素子2bとを併せたサイズよりもやや大きな開口サイズとしてある。窓孔29cの開口形状は、矩形状であるが、これに限らず、例えば、円形状や矩形以外の多角形状等でもよい。   The window hole 29c has an opening size that is slightly larger than the combined size of the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b. The opening shape of the window hole 29c is a rectangular shape, but is not limited thereto, and may be, for example, a circular shape or a polygonal shape other than a rectangular shape.

窓孔29cを塞ぐ窓材29wは、赤外線を透過する機能を有する。窓材29wは、平板状のシリコン基板により構成してある。窓材29wは、窓孔29cの開口サイズよりもやや大きな矩形板状に形成されている。窓材29wは、導電性材料(例えば、半田、導電性接着剤等)によりキャップ29bに固着されているのが好ましい。これにより、赤外線受光ユニット2は、窓材29wをキャップ29bと略同電位とすることが可能となり、外来の電磁ノイズの影響を受けにくくなるという利点がある。窓材29wは、シリコン基板に限らず、例えば、ゲルマニウム基板や硫化亜鉛基板等でもよいが、シリコン基板を用いたほうが低コスト化の点で有利である。また、窓材29wとしては、レンズを採用することもできる。レンズは、半導体レンズ(例えば、シリコンレンズ等)により構成することができる。   The window material 29w that closes the window hole 29c has a function of transmitting infrared rays. The window material 29w is constituted by a flat silicon substrate. The window material 29w is formed in a rectangular plate shape that is slightly larger than the opening size of the window hole 29c. The window material 29w is preferably fixed to the cap 29b with a conductive material (for example, solder, conductive adhesive, etc.). Thereby, the infrared light receiving unit 2 can make the window material 29w substantially the same potential as the cap 29b, and has an advantage that it is less susceptible to external electromagnetic noise. The window material 29w is not limited to a silicon substrate, but may be, for example, a germanium substrate or a zinc sulfide substrate. However, using a silicon substrate is advantageous in terms of cost reduction. In addition, a lens may be employed as the window material 29w. The lens can be composed of a semiconductor lens (for example, a silicon lens).

半導体レンズの製造にあたっては、例えば、半導体基板(例えば、シリコン基板等)を準備する。その後には、所望のレンズ形状に応じて半導体基板との接触パターンを設計した陽極を半導体基板の一表面側に半導体基板との接触がオーミック接触となるように形成する。その後には、半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中で半導体基板の他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部を形成する。その後には、当該多孔質部を除去することにより半導体レンズを形成する。この種の陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法については、例えば、特許第3897055号公報、特許第3897056号公報等に開示されている半導体レンズの製造方法等を適用できる。なお、上述の半導体レンズからなるレンズは、例えば、半導体基板として半導体ウェハ(例えば、シリコンウェハ)を用い、多数のレンズを形成した後に、ダイシング等によって個々のレンズに分離すればよい。   In manufacturing the semiconductor lens, for example, a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) is prepared. After that, an anode whose contact pattern with the semiconductor substrate is designed according to the desired lens shape is formed on one surface side of the semiconductor substrate so that the contact with the semiconductor substrate becomes ohmic contact. Thereafter, a porous portion serving as a removal site is formed by anodizing the other surface side of the semiconductor substrate in an electrolytic solution composed of a solution for removing oxides of constituent elements of the semiconductor substrate by etching. Thereafter, a semiconductor lens is formed by removing the porous portion. As a method for manufacturing a semiconductor lens using this type of anodization technology, for example, a method for manufacturing a semiconductor lens disclosed in Japanese Patent No. 3897055 and Japanese Patent No. 3897056 can be applied. In addition, what is necessary is just to isolate | separate the lens which consists of the above-mentioned semiconductor lens into each lens by dicing etc., after forming many lenses, using a semiconductor wafer (for example, silicon wafer) as a semiconductor substrate, for example.

レンズは、レンズ部と当該レンズ部を全周に亘って囲むフランジ部とが連続一体に形成されている半導体レンズが好ましい。これにより、赤外線受光ユニット2は、厚みが略一定で厚み方向の両面の各々が平面状であるフランジ部を備えることにより、レンズの光軸方向におけるレンズと赤外線受光素子20との距離の精度を高めることが可能となる。   The lens is preferably a semiconductor lens in which a lens part and a flange part surrounding the lens part are formed continuously and integrally. As a result, the infrared light receiving unit 2 includes flange portions whose thickness is substantially constant and both surfaces in the thickness direction are flat, thereby increasing the accuracy of the distance between the lens and the infrared light receiving element 20 in the optical axis direction of the lens. It becomes possible to raise.

基板43の絶縁性基材43aは、各受光部2rの投影領域に熱絶縁用の穴43bが設けられていることが好ましい。これにより、赤外線受光ユニット2は、受光部2rと絶縁性基材43aとの間の熱絶縁性を高めることが可能となり、第1受光素子2a及び第2受光素子2bそれぞれの感度の向上を図ることが可能となる。熱絶縁用の穴43bは、各受光部2rに対して1つずつ設けてもよいが、投影視で2つの受光部2rに跨って設けられているのが好ましい。   The insulating base material 43a of the substrate 43 is preferably provided with a hole 43b for thermal insulation in the projection region of each light receiving portion 2r. Thereby, the infrared light receiving unit 2 can improve the thermal insulation between the light receiving portion 2r and the insulating base material 43a, and the sensitivity of each of the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b is improved. It becomes possible. One heat insulating hole 43b may be provided for each light receiving part 2r, but it is preferable that the hole 43b is provided across the two light receiving parts 2r in a projected view.

絶縁性基材43aにおける赤外線検出素子20の搭載予定領域は、平面視において赤外線検出素子20が重なる領域である。赤外線検出素子20を位置決めする突起43cは、絶縁性基材43aにおいて、隣り合う第1リード端子43jと第2リード端子43kとの間で赤外線検出素子20の搭載予定領域の外側の部位から、赤外線検出素子20の厚み方向に沿った方向(図3における上方向)に突出している。よって、絶縁性基材43aには、2つの受光部2rの並ぶ方向の両側の各々において、突起43cが1つずつ形成されている。これにより、赤外線受光ユニット2は、赤外線検出素子20を2つの突起43cにより位置決めでき、2つの受光部2rの並ぶ方向における赤外線検出素子20の位置精度を高めることが可能となるから、赤外線検出素子20の位置精度に起因する冗長設計が不要となり、小型化及び感度の向上を図ることが可能となる。また、赤外線受光ユニット2は、突起43cが無い場合や例えば図12に示す比較例のように赤外線受光素子20の四隅それぞれの近傍に突起43pが位置している場合等に比べて、第1電極2hと第2電極2iとの短絡の発生を抑制することが可能となり、信頼性の向上を図ることが可能となる。また、赤外線受光ユニット2は、第1電極2hと第2電極2iとの間のリークに伴う浮動電荷によるノイズの発生を抑制することが可能となり、S/N比の向上及び高感度化を図ることが可能となる。   The region where the infrared detection element 20 is scheduled to be mounted on the insulating substrate 43a is a region where the infrared detection element 20 overlaps in plan view. The protrusion 43c for positioning the infrared detection element 20 is an infrared ray from a portion outside the planned mounting area of the infrared detection element 20 between the adjacent first lead terminal 43j and the second lead terminal 43k in the insulating base 43a. The detection element 20 protrudes in the direction along the thickness direction (upward in FIG. 3). Therefore, one protrusion 43c is formed on each side of the insulating base material 43a on both sides in the direction in which the two light receiving portions 2r are arranged. Accordingly, the infrared light receiving unit 2 can position the infrared detection element 20 by the two protrusions 43c, and can improve the positional accuracy of the infrared detection element 20 in the direction in which the two light receiving portions 2r are arranged. The redundant design resulting from the position accuracy of 20 is not required, and it is possible to reduce the size and improve the sensitivity. Further, the infrared light receiving unit 2 includes the first electrode compared to the case where the protrusion 43c is not provided or the protrusions 43p are positioned in the vicinity of the four corners of the infrared light receiving element 20 as in the comparative example illustrated in FIG. The occurrence of a short circuit between 2h and the second electrode 2i can be suppressed, and the reliability can be improved. In addition, the infrared light receiving unit 2 can suppress the generation of noise due to floating charges caused by the leak between the first electrode 2h and the second electrode 2i, thereby improving the S / N ratio and increasing the sensitivity. It becomes possible.

また、赤外線受光ユニット2は、突起43cの突出寸法が、第1接合部7jの高さ寸法よりも大きいことが好ましい。これにより、赤外線受光ユニット2は、第1出力端子2jと第2出力端子2kとが第1接合部7jを介して短絡するのをより確実に抑制することが可能となる。赤外線受光ユニット2は、突起43cの突出寸法を赤外線検出素子20の裏面から第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32までの高さ寸法よりも大きくしてもよい。これにより、赤外線受光ユニット2は、第1光学フィルタ31と第2光学フィルタ32との並ぶ方向における第1光学フィルタ31と第2光学フィルタ32とを併せた寸法が、赤外線検出素子20において第1受光素子2aと第2受光素子2bとが並ぶ方向の寸法と略等しい場合、突起43cにより赤外線検出素子20だけでなく第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32の位置決めも可能となる。   In the infrared light receiving unit 2, the protrusion dimension of the protrusion 43c is preferably larger than the height dimension of the first joint 7j. Thereby, the infrared light receiving unit 2 can more reliably suppress the first output terminal 2j and the second output terminal 2k from being short-circuited via the first joint portion 7j. In the infrared light receiving unit 2, the protrusion dimension of the protrusion 43 c may be larger than the height dimension from the back surface of the infrared detection element 20 to the first optical filter 31 and the second optical filter 32. As a result, the infrared light receiving unit 2 has a dimension in which the first optical filter 31 and the second optical filter 32 in the direction in which the first optical filter 31 and the second optical filter 32 are arranged is the first in the infrared detection element 20. When the dimensions of the light receiving element 2a and the second light receiving element 2b are approximately equal to each other, not only the infrared detecting element 20 but also the first optical filter 31 and the second optical filter 32 can be positioned by the projection 43c.

基板43は、第1リード端子43jが、赤外線検出素子20の搭載予定領域の外側に設けられ、第2リード端子43kが、赤外線検出素子20の搭載予定領域と当該搭載予定領域の外側とに跨って設けられている。そして、第1接合部7jは、赤外線検出素子20の表側に設けられている。一方、第2接合部7kは、赤外線検出素子20の裏側に設けられている。   In the substrate 43, the first lead terminal 43j is provided outside the region where the infrared detection element 20 is to be mounted, and the second lead terminal 43k extends over the region where the infrared detection element 20 is to be mounted and the outside of the region where the infrared detection element 20 is to be mounted. Is provided. The first joint portion 7j is provided on the front side of the infrared detection element 20. On the other hand, the second joint portion 7k is provided on the back side of the infrared detection element 20.

これにより、赤外線受光ユニット2は、図13に示す第3変形例のように、第1リード端子43j及び第2リード端子43kが、赤外線検出素子20の搭載予定領域と当該搭載予定領域の外側とに跨って設けられている場合に比べて、第1出力端子2jと第2出力端子2kとが短絡するのをより確実に抑制することが可能となる。   Thereby, as in the third modification shown in FIG. 13, the infrared light receiving unit 2 includes the first lead terminal 43 j and the second lead terminal 43 k so that the infrared detection element 20 is to be mounted on the outside of the planned mounting area. Compared to the case where the first output terminal 2j and the second output terminal 2k are short-circuited, it is possible to more reliably suppress the short circuit between the first output terminal 2j and the second output terminal 2k.

この赤外線受光ユニット2において、位置決め部43dは、平面視で第1光学フィルタ31と第2光学フィルタ32との並ぶ方向に直交する方向おける第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32の位置を規定する壁部43eと、第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32が架設される支持部43fとを備えることが好ましい。壁部43e及び支持部43fは、平面視で第1光学フィルタ31と第2光学フィルタ32との並ぶ方向に直交する方向おける両側の各々に形成されている。これにより、赤外線受光ユニット2は、第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32と赤外線検出素子20との相対的な位置精度を高めることが可能となる。よって、赤外線受光ユニット2は、小型化及び高感度化を図ることが可能となる。なお、支持部43fからの壁部43eの高さ寸法は、特に限定するものではなく、第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32の厚さ寸法よりも小さくてもよい。   In the infrared light receiving unit 2, the positioning unit 43d defines the positions of the first optical filter 31 and the second optical filter 32 in a direction orthogonal to the direction in which the first optical filter 31 and the second optical filter 32 are arranged in plan view. It is preferable to include a wall portion 43e that supports and a support portion 43f on which the first optical filter 31 and the second optical filter 32 are installed. The wall 43e and the support 43f are formed on both sides in a direction orthogonal to the direction in which the first optical filter 31 and the second optical filter 32 are arranged in plan view. Thereby, the infrared light receiving unit 2 can increase the relative positional accuracy of the first optical filter 31 and the second optical filter 32 and the infrared detection element 20. Therefore, the infrared light receiving unit 2 can be reduced in size and sensitivity. In addition, the height dimension of the wall part 43e from the support part 43f is not specifically limited, You may be smaller than the thickness dimension of the 1st optical filter 31 and the 2nd optical filter 32. FIG.

第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32は、例えば、壁部43eに対して接着剤により固定することが好ましい。これにより、赤外線受光ユニット2は、第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32を支持部43fに対して接着剤により固定する場合に比べて、赤外線検出素子20と第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32との距離の精度を高めることが可能となる。赤外線受光ユニット2は、支持部43fの突出寸法が赤外線検出素子20の厚み寸法よりも大きく、赤外線検出素子20の厚み方向において第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32と赤外線検出素子20との間に間隙があることが好ましい。これにより、赤外線受光ユニット2は、赤外線検出素子20と第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32とを熱絶縁することが可能となり、赤外線検出素子20の高感度化を図ることが可能となる。   For example, the first optical filter 31 and the second optical filter 32 are preferably fixed to the wall 43e with an adhesive. As a result, the infrared light receiving unit 2 includes the infrared detection element 20, the first optical filter 31, and the second optical filter as compared with the case where the first optical filter 31 and the second optical filter 32 are fixed to the support portion 43f with an adhesive. It becomes possible to improve the accuracy of the distance to the optical filter 32. In the infrared light receiving unit 2, the protrusion dimension of the support portion 43 f is larger than the thickness dimension of the infrared detection element 20, and the first optical filter 31, the second optical filter 32, and the infrared detection element 20 are arranged in the thickness direction of the infrared detection element 20. It is preferable that there is a gap between them. As a result, the infrared light receiving unit 2 can thermally insulate the infrared detection element 20 from the first optical filter 31 and the second optical filter 32, and can increase the sensitivity of the infrared detection element 20. .

赤外線受光ユニット2は、壁部43eに、先端面及び第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32との対向面が開放された窪み部43gが形成されており、第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32が、窪み部43g内の接着剤からなる接着部9により壁部43eに固定されていることが好ましい。これにより、赤外線受光ユニット2は、製造時に、接着剤の塗布量を安定させることが可能となり、生産性の向上を図ることが可能となる。窪み部43gの内側面は、滑らかに連続する面でもよいし、複数の平面の組み合わせでもよい。窪み部43gの内側面は、R面取り部やC面取り部と同様の形状とすることもできる。接着部9の接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂やアクリル樹脂などを採用することができる。接着剤としては、熱硬化型の接着剤でもよいが、紫外線硬化型の接着剤を採用するのがより好ましい。   In the infrared light receiving unit 2, the wall portion 43 e is formed with a recess 43 g in which the front end surface and the opposed surfaces of the first optical filter 31 and the second optical filter 32 are opened. It is preferable that the optical filter 32 is fixed to the wall portion 43e by an adhesive portion 9 made of an adhesive in the recess portion 43g. Thereby, the infrared light receiving unit 2 can stabilize the application amount of the adhesive at the time of manufacture, and can improve productivity. The inner side surface of the recess 43g may be a smoothly continuous surface or a combination of a plurality of planes. The inner side surface of the recessed portion 43g can have the same shape as the R chamfered portion or the C chamfered portion. For example, an epoxy resin, an acrylic resin, or the like can be used as the adhesive of the bonding portion 9. The adhesive may be a thermosetting adhesive, but more preferably an ultraviolet curable adhesive.

赤外線受光ユニット2は、例えば、図14に示す第4変形例のように、支持部43fにおける赤外線検出素子20の側面との対向面に凹部43hが形成されてなることが好ましい。これにより、赤外線受光ユニット2は、第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32から赤外線検出素子20への熱伝導をより抑制することが可能となり、赤外線検出素子20のより一層の高感度化を図ることが可能となる。   For example, as in the fourth modification shown in FIG. 14, the infrared light receiving unit 2 is preferably formed with a recess 43 h on the surface of the support portion 43 f that faces the side surface of the infrared detection element 20. As a result, the infrared light receiving unit 2 can further suppress heat conduction from the first optical filter 31 and the second optical filter 32 to the infrared detection element 20, and further increase the sensitivity of the infrared detection element 20. It becomes possible to plan.

赤外線受光ユニット2は、図1〜図8で説明した構成に対して、第1変形例〜第4変形例や他の構成例を適宜に組み合わせて適用してもよい。   The infrared light receiving unit 2 may be applied by appropriately combining the first to fourth modified examples and other configuration examples with respect to the configuration described with reference to FIGS.

以下では、赤外線受光ユニット2を備えた赤外線応用装置の一例として赤外線式ガスセンサ100について図15に基づいて説明する。   Below, the infrared type gas sensor 100 is demonstrated based on FIG. 15 as an example of the infrared application apparatus provided with the infrared light reception unit 2. FIG.

赤外線式ガスセンサ100は、光源1と、光検出器である赤外線受光ユニット2と、光源1と赤外線受光ユニット2との間に配置された試料セル6と、信号処理部4とを備える。なお、図15中の矢印付きの線は、光源1から放射された赤外線の進行経路を模式的に示したものである。   The infrared gas sensor 100 includes a light source 1, an infrared light receiving unit 2 that is a light detector, a sample cell 6 disposed between the light source 1 and the infrared light receiving unit 2, and a signal processing unit 4. In addition, the line with the arrow in FIG. 15 schematically shows the traveling path of the infrared rays emitted from the light source 1.

第1光学フィルタ31は、検知対象のガスの吸収波長の赤外線を透過するように第1透過波長域が設定されている。第2光学フィルタ32は、検知対象のガスに吸収されない参照波長の赤外線を透過し第1透過波長域に重複しない第2透過波長域が設定されている。信号処理部4は、第1受光素子2aの出力信号と第2受光素子2bの出力信号との差分もしくは比に基づいて検知対象のガスの濃度を求める。赤外線式ガスセンサ100は、光検出器として赤外線受光ユニット2を用いているので、信頼性の向上を図れ且つ高感度化を図ることが可能となる。   The first optical filter 31 has a first transmission wavelength region set so as to transmit infrared rays having an absorption wavelength of the gas to be detected. The second optical filter 32 is set with a second transmission wavelength region that transmits infrared light having a reference wavelength that is not absorbed by the gas to be detected and does not overlap the first transmission wavelength region. The signal processing unit 4 obtains the concentration of the gas to be detected based on the difference or ratio between the output signal of the first light receiving element 2a and the output signal of the second light receiving element 2b. Since the infrared gas sensor 100 uses the infrared light receiving unit 2 as a light detector, it is possible to improve the reliability and increase the sensitivity.

また、信号処理部4は、第1増幅回路41にて増幅された出力信号と第2増幅回路42にて増幅された出力信号との差分や比に基づく出力を発生する信号処理回路45を備えている。赤外線応用装置Aが赤外線式ガスセンサの場合、信号処理回路45は、第1増幅回路41にて増幅された出力信号と第2増幅回路42にて増幅された出力信号との差分や比に基づいて、検知対象のガスの濃度を求め、この濃度に相当する出力を発生する。   The signal processing unit 4 includes a signal processing circuit 45 that generates an output based on a difference or ratio between the output signal amplified by the first amplifier circuit 41 and the output signal amplified by the second amplifier circuit 42. ing. When the infrared application apparatus A is an infrared gas sensor, the signal processing circuit 45 is based on the difference or ratio between the output signal amplified by the first amplification circuit 41 and the output signal amplified by the second amplification circuit 42. Then, the concentration of the gas to be detected is obtained and an output corresponding to this concentration is generated.

光源1は、熱放射により赤外線を放射する赤外光源である。第1光学フィルタ31は、光源1と第1受光素子2aとの間に配置される第1光学系3aを構成し、第2光学フィルタ32は、光源1と第2受光素子2bとの間に配置される第2光学系3bを構成している。第1光学系3aと第2光学系3bとは、互いに透過波長域(透過帯域)が異なる。図8(a)の第1光学フィルタ31は、基板31sと、第1光学系3aの透過波長域を規定する第1フィルタ部31aと、第1フィルタ部31aの透過波長域よりも長波長側の所定波長域の赤外線の透過率を低くする第2フィルタ部31bとを備えている。また、図8(b)の第2光学フィルタ32は、基板32sと、第2光学系3bの透過波長域を規定する第3フィルタ部32aと、第3フィルタ部32aの透過波長域よりも長波長側の所定波長域の赤外線の透過率を低くする第4フィルタ部32bとを備えている。図8(a)における第2フィルタ部31bは、所定波長域の赤外線を吸収することで遮断するフィルタである。図8(b)における第4フィルタ部32bは、所定波長域の赤外線を吸収することで遮断するフィルタである。   The light source 1 is an infrared light source that emits infrared rays by thermal radiation. The first optical filter 31 constitutes a first optical system 3a disposed between the light source 1 and the first light receiving element 2a, and the second optical filter 32 is disposed between the light source 1 and the second light receiving element 2b. The 2nd optical system 3b arrange | positioned is comprised. The first optical system 3a and the second optical system 3b have different transmission wavelength ranges (transmission bands). The first optical filter 31 in FIG. 8A has a substrate 31s, a first filter part 31a that defines the transmission wavelength range of the first optical system 3a, and a longer wavelength side than the transmission wavelength range of the first filter part 31a. And a second filter portion 31b that lowers the transmittance of infrared rays in the predetermined wavelength region. Further, the second optical filter 32 in FIG. 8B is longer than the substrate 32s, the third filter part 32a that defines the transmission wavelength range of the second optical system 3b, and the transmission wavelength range of the third filter part 32a. And a fourth filter portion 32b that lowers the transmittance of infrared rays in a predetermined wavelength region on the wavelength side. The 2nd filter part 31b in Fig.8 (a) is a filter interrupted | blocked by absorbing the infrared rays of a predetermined wavelength range. The 4th filter part 32b in FIG.8 (b) is a filter interrupted | blocked by absorbing the infrared rays of a predetermined wavelength range.

図19は、第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32の透過スペクトルの模式的な説明図である。ここで、図19(c)は、図19(a)の透過スペクトルを有する第1フィルタ部31aと、図19(b)の透過スペクトルを有する第2フィルタ部31bとを備えた第1光学フィルタ31の透過スペクトルを示している。また、図19(f)は、図19(d)の透過スペクトルを有する第3フィルタ部32aと、図19(e)の透過スペクトルを有する第4フィルタ部32bとを備えた第2光学フィルタ32の透過スペクトルを示している。図19(a)〜(f)のλは、第1フィルタ部31aの透過波長域の中心波長を示している。また、図19(a)〜(f)のλは、第3フィルタ部32aの透過波長域の中心波長を示している。 FIG. 19 is a schematic explanatory diagram of transmission spectra of the first optical filter 31 and the second optical filter 32. Here, FIG. 19C shows a first optical filter including the first filter unit 31a having the transmission spectrum of FIG. 19A and the second filter unit 31b having the transmission spectrum of FIG. 19B. 31 shows the transmission spectrum. FIG. 19F shows a second optical filter 32 including the third filter unit 32a having the transmission spectrum of FIG. 19D and the fourth filter unit 32b having the transmission spectrum of FIG. The transmission spectrum of is shown. Λ 1 in FIGS. 19A to 19F indicates the center wavelength of the transmission wavelength region of the first filter unit 31a. Also, λ 2 in FIGS. 19A to 19F indicates the center wavelength of the transmission wavelength region of the third filter portion 32a.

図19からも分かるように、赤外線式ガスセンサ100は、第1光学フィルタ31が、第1フィルタ部31a及び第3フィルタ部31bを備え、第2光学フィルタ32が、第2フィルタ部32a及び第4フィルタ部32bを備えていることにより、所定波長域の赤外線の透過率を低減することが可能となり、第1受光素子2a及び第2受光素子2bそれぞれの出力信号のS/N比を向上させることが可能となる。また、赤外線式ガスセンサ100は、第2フィルタ部31b及び第4フィルタ部32bが、所定波長域の赤外線を吸収することで透過率を低くするフィルタであるので、第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32それぞれでの赤外線の反射を抑制することが可能となる。   As can be seen from FIG. 19, in the infrared gas sensor 100, the first optical filter 31 includes a first filter part 31a and a third filter part 31b, and the second optical filter 32 includes a second filter part 32a and a fourth filter part. By including the filter unit 32b, it is possible to reduce the transmittance of infrared rays in a predetermined wavelength region, and to improve the S / N ratio of the output signals of the first light receiving element 2a and the second light receiving element 2b. Is possible. In the infrared gas sensor 100, the second filter portion 31b and the fourth filter portion 32b are filters that reduce the transmittance by absorbing infrared rays in a predetermined wavelength region. It is possible to suppress the reflection of infrared rays at each filter 32.

試料セル6は、検知対象のガスを含む気体もしくは検知対象のガスが導入されるセルである。赤外線式ガスセンサ100では、検知対象のガスの種類によって赤外線の吸収波長が異なるので、ガスの識別性を高めることが可能となる。吸収波長は、例えば、CH(メタン)が3.3μm、CO(二酸化炭素)が4.3μm、CO(一酸化炭素)が4.7μm、NO(一酸化窒素)が5.3μmである。このため、赤外線受光ユニット2は、赤外線式ガスセンサ100に適用する場合、例えば、第1フィルタ部31aの中心波長λを検知対象のガスの吸収波長に設定し、第3フィルタ部32aの中心波長λを検知対象のガス及び他のガス(HO、CH、CO、NO等)での吸収のない波長に設定すればよい。第1フィルタ部31a及び第3フィルタ部32aとしては、透過スペクトルの半値全幅が狭いバンドパスフィルタが好ましい。また、赤外線式ガスセンサ100は、第1フィルタ部31aの中心波長λと第2フィルタ部32aの中心波長λとの差が小さい方が好ましい。これにより、赤外線式ガスセンサ100は、検知対象のガスが存在しないときの第1フィルタ部31aを透過する赤外線の光量と第3フィルタ部32aを透過する赤外線の光量との差を少なくすることが可能となる。赤外線式ガスセンサ100は、検知対象のガスが例えば二酸化炭素の場合、第1フィルタ部31aの中心波長λを4.3μmに設定し、第3フィルタ部32aの中心波長λを例えば3.9μmに設定することができる。 The sample cell 6 is a cell into which a gas containing a detection target gas or a detection target gas is introduced. In the infrared type gas sensor 100, since the infrared absorption wavelength differs depending on the type of gas to be detected, it becomes possible to improve the gas discrimination. The absorption wavelengths are, for example, 3.3 μm for CH 4 (methane), 4.3 μm for CO 2 (carbon dioxide), 4.7 μm for CO (carbon monoxide), and 5.3 μm for NO (nitrogen monoxide). . Therefore, the infrared light receiving unit 2, when applied to the infrared gas sensor 100, for example, a center wavelength lambda 1 of the first filter portion 31a is set to the absorption wavelength of the gas detection target, the central wavelength of the third filter portion 32a λ 2 may be set to a wavelength that does not absorb in the gas to be detected and other gases (H 2 O, CH 4 , CO, NO, etc.). As the 1st filter part 31a and the 3rd filter part 32a, the band pass filter with a narrow full width at half maximum of a transmission spectrum is preferable. The infrared gas sensor 100, it the difference between the central wavelength lambda 2 having the central wavelength lambda 1 and the second filter portion 32a of the first filter portion 31a is preferably small. Thus, the infrared gas sensor 100 can reduce the difference between the amount of infrared light transmitted through the first filter portion 31a and the amount of infrared light transmitted through the third filter portion 32a when there is no gas to be detected. It becomes. When the gas to be detected is, for example, carbon dioxide, the infrared gas sensor 100 sets the center wavelength λ 1 of the first filter part 31 a to 4.3 μm and sets the center wavelength λ 2 of the third filter part 32 a to, for example, 3.9 μm. Can be set to

赤外線式ガスセンサ100は、光源1を駆動する駆動回路5を備えている。赤外線式ガスセンサ100は、駆動回路5によって、光源1から放射される赤外線の強度を変調させる。駆動回路5は、光源1から放射される光の強度が一定周期で周期的に変化するように光源1を駆動するが、光の強度が連続的に変化するように駆動してもよいし光の強度が間欠的に変化するように駆動するようにしてもよい。   The infrared gas sensor 100 includes a drive circuit 5 that drives the light source 1. The infrared gas sensor 100 modulates the intensity of infrared rays emitted from the light source 1 by the drive circuit 5. The drive circuit 5 drives the light source 1 so that the intensity of light emitted from the light source 1 periodically changes at a constant period, but may be driven so that the intensity of light changes continuously. You may make it drive so that the intensity | strength of may change intermittently.

光源1は、熱放射により赤外線を放射するものであるから、赤外発光ダイオードに比べて広い波長域の赤外線を放射することができる。そして、光源1は、上述の第1フィルタ部31aの中心波長λ及び第3フィルタ部32aの中心波長λを含む広帯域の赤外線を放射することができる。要するに、光源1は、第1光学フィルタ31の透過波長域と第2光学フィルタ32の透過波長域とを包含する波長域の赤外線を放射することができる。 Since the light source 1 emits infrared rays by thermal radiation, it can emit infrared rays having a wider wavelength range than infrared light emitting diodes. The light source 1 can emit broadband infrared light including the center wavelength λ 1 of the first filter portion 31 a and the center wavelength λ 2 of the third filter portion 32 a. In short, the light source 1 can emit infrared rays in a wavelength range including the transmission wavelength range of the first optical filter 31 and the transmission wavelength range of the second optical filter 32.

光源1としては、例えば、赤外線を放射する赤外線放射素子10と、この赤外線放射素子10を収納したパッケージ19とを備えたものを用いることができる。パッケージ19としては、例えば、赤外線放射素子10の前方に窓孔19rを有し、窓材19wにより窓孔19rが塞がれている構成のものを用いることができる。赤外線放射素子10としては、例えば、図18に示す構成のものを用いることができる。図18に示した構成の赤外線放射素子10は、MEMS(micro electro mechanical systems)の製造技術等を利用して製造することができる。この赤外線放射素子10は、基板11と、基板11の一表面側に設けられた薄膜部12と、基板11の厚み方向に貫通した孔11aと、薄膜部12における基板11側とは反対側に設けられた赤外線放射層13とを備えている。また、赤外線放射素子10は、薄膜部12における基板11側とは反対側で赤外線放射層13を覆う保護層14と、赤外線放射層13に電気的に接続された複数のパッド16とを備えている。保護層14は、赤外線放射層13から放射される赤外線を透過可能な材料により形成されている。赤外線放射層13と各パッド16とは、配線15を介して電気的に接続されている。   As the light source 1, for example, a light source including an infrared radiation element 10 that emits infrared light and a package 19 that houses the infrared radiation element 10 can be used. As the package 19, for example, a package having a window hole 19 r in front of the infrared radiation element 10 and closed by the window material 19 w can be used. As the infrared radiation element 10, for example, the one having the configuration shown in FIG. 18 can be used. The infrared radiation element 10 having the configuration shown in FIG. 18 can be manufactured by using a manufacturing technology of MEMS (micro electro mechanical systems). The infrared radiating element 10 includes a substrate 11, a thin film portion 12 provided on one surface side of the substrate 11, a hole 11 a penetrating in the thickness direction of the substrate 11, and a side opposite to the substrate 11 side in the thin film portion 12. And an infrared radiation layer 13 provided. The infrared radiation element 10 includes a protective layer 14 that covers the infrared radiation layer 13 on the opposite side of the thin film portion 12 from the substrate 11 side, and a plurality of pads 16 that are electrically connected to the infrared radiation layer 13. Yes. The protective layer 14 is formed of a material that can transmit infrared rays emitted from the infrared radiation layer 13. The infrared radiation layer 13 and each pad 16 are electrically connected via the wiring 15.

この赤外線放射素子10は、赤外線放射層13への通電により赤外線放射層13が発熱し、赤外線放射層13から熱放射により赤外線が放射される。   In the infrared radiation element 10, the infrared radiation layer 13 generates heat when the infrared radiation layer 13 is energized, and infrared rays are emitted from the infrared radiation layer 13 by thermal radiation.

基板11は、例えば、単結晶のシリコン基板、多結晶のシリコン基板等を採用することができる。   As the substrate 11, for example, a single crystal silicon substrate, a polycrystalline silicon substrate, or the like can be adopted.

薄膜部12は、例えば、基板11側のシリコン酸化膜12aと、シリコン酸化膜12aにおける基板11側とは反対側に積層されたシリコン窒化膜12bとの積層膜により構成することができる。薄膜部12は、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜の単層構造でもよい。   The thin film portion 12 can be constituted by, for example, a laminated film of a silicon oxide film 12a on the substrate 11 side and a silicon nitride film 12b laminated on the opposite side of the silicon oxide film 12a to the substrate 11 side. The thin film portion 12 may have a single layer structure of a silicon oxide film or a silicon nitride film, for example.

赤外線放射層13の材料は、例えば、窒化タンタル、窒化チタン、ニッケルクロム、タングステン、チタン、トリウム、白金、ジルコニウム、クロム、バナジウム、ロジウム、ハフニウム、ルテニウム、ボロン、イリジウム、ニオブ、モリブデン、タンタル、オスミウム、レニウム、ニッケル、ホルミウム、コバルト、エルビウム、イットリウム、鉄、スカンジウム、ツリウム、パラジウム、ルテチウム、導電性ポリシリコン等を採用してもよい。   The material of the infrared radiation layer 13 is, for example, tantalum nitride, titanium nitride, nickel chromium, tungsten, titanium, thorium, platinum, zirconium, chromium, vanadium, rhodium, hafnium, ruthenium, boron, iridium, niobium, molybdenum, tantalum, osmium. Rhenium, nickel, holmium, cobalt, erbium, yttrium, iron, scandium, thulium, palladium, lutetium, conductive polysilicon, or the like may be employed.

赤外線放射素子10は、例えば、駆動回路5から一対のパッド16間に与える入力電力を調整することにより、赤外線放射層13に発生するジュール熱を変化させることができ、赤外線放射層13の温度を変化させることができる。よって、赤外線放射素子10は、赤外線放射層13の温度を変化させることで赤外線放射層13から放射される赤外線のピーク波長を変化させることができる。   The infrared radiation element 10 can change the Joule heat generated in the infrared radiation layer 13 by adjusting the input power applied between the pair of pads 16 from the drive circuit 5, for example, and the temperature of the infrared radiation layer 13 can be changed. Can be changed. Therefore, the infrared radiation element 10 can change the peak wavelength of the infrared radiation emitted from the infrared radiation layer 13 by changing the temperature of the infrared radiation layer 13.

パッケージ19としては、例えば、キャンパッケージを採用することができる。キャンパッケージは、赤外線放射素子10が実装される台座(ステム)19aと、赤外線放射素子10を覆うように台座19aに固着されるキャップ19bとを備え、キャップ19bにおける赤外線放射素子10の前方に窓孔19rが形成された構成とすることができる。なお、台座19aには、赤外線放射素子10への給電用の複数本のピン19dが厚み方向に貫通して設けられている。パッケージ19としては、キャンパッケージに限らず、例えば、セラミックパッケージ等を採用してもよい。   For example, a can package can be adopted as the package 19. The can package includes a pedestal (stem) 19a on which the infrared radiating element 10 is mounted and a cap 19b fixed to the pedestal 19a so as to cover the infrared radiating element 10, and a window is provided in front of the infrared radiating element 10 in the cap 19b. It can be set as the structure in which the hole 19r was formed. The pedestal 19a is provided with a plurality of pins 19d for feeding power to the infrared radiation element 10 penetrating in the thickness direction. The package 19 is not limited to a can package, and for example, a ceramic package or the like may be employed.

窓材19wは、赤外線を透過する機能を有する。窓材19wは、平板状のシリコン基板により構成してある。窓材19wは、シリコン基板に限らず、例えば、ゲルマニウム基板や硫化亜鉛基板等でもよいが、シリコン基板を用いたほうが低コスト化の点で有利である。また、窓材19wとしては、レンズを採用することもできる。レンズは、半導体レンズ(例えば、シリコンレンズ等)により構成することができる。   The window material 19w has a function of transmitting infrared rays. The window material 19w is composed of a flat silicon substrate. The window material 19w is not limited to a silicon substrate, and may be, for example, a germanium substrate or a zinc sulfide substrate. However, using a silicon substrate is advantageous in terms of cost reduction. Moreover, a lens can also be employ | adopted as the window material 19w. The lens can be composed of a semiconductor lens (for example, a silicon lens).

レンズは、レンズ部と当該レンズ部を全周に亘って囲むフランジ部とが連続一体に形成されている半導体レンズが好ましい。これにより、光源1は、厚みが略一定で厚み方向の両面の各々が平面状であるフランジ部を備えることにより、レンズの光軸方向におけるレンズと赤外線放射素子10との距離の精度を高めることが可能となる。   The lens is preferably a semiconductor lens in which a lens part and a flange part surrounding the lens part are formed continuously and integrally. Thereby, the light source 1 includes a flange portion whose thickness is substantially constant and each of both surfaces in the thickness direction is planar, thereby increasing the accuracy of the distance between the lens and the infrared radiation element 10 in the optical axis direction of the lens. Is possible.

赤外線式ガスセンサ100では、光源1の窓材19wの代わりに、所定波長域の赤外線を反射する光学フィルタを配置してもよい。光源1における光学フィルタは、第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32それぞれの透過波長域の赤外線の反射率を低減する反射防止膜を基板にコーティングした無反射コートフィルタであり、所定波長域の赤外線を反射するように光学設計されたものが好ましい。基板としては、例えば、シリコン基板、ゲルマニウム基板、サファイア基板等を採用することができる。このような場合には、光学フィルタが、第1光学系3a及び第2光学系3bそれぞれの一部を構成している。   In the infrared gas sensor 100, an optical filter that reflects infrared rays in a predetermined wavelength region may be disposed instead of the window material 19 w of the light source 1. The optical filter in the light source 1 is a non-reflective coating filter in which a substrate is coated with an antireflection film that reduces infrared reflectance in the transmission wavelength region of each of the first optical filter 31 and the second optical filter 32. Those optically designed to reflect infrared rays are preferred. As the substrate, for example, a silicon substrate, a germanium substrate, a sapphire substrate, or the like can be employed. In such a case, the optical filter constitutes a part of each of the first optical system 3a and the second optical system 3b.

光源1は、赤外線放射素子10とパッケージ19とを備えた構成に限らず、例えば、ハロゲンランプ等を採用することもできる。   The light source 1 is not limited to the configuration including the infrared radiation element 10 and the package 19, and for example, a halogen lamp can be employed.

第1光学フィルタ31は、第1フィルタ部31aの中心波長λを検知対象のガスの吸収波長に設定してあるのが好ましい。これにより、第1光学フィルタ31は、検知対象のガスの吸収波長の赤外線をより高い透過率で透過することが可能となる。第1フィルタ部31aは、中心波長λの赤外線に対する透過率が50%以上であるのが、好ましく、70%以上であるのがより好ましく、90%以上であるのが更に好ましい。第2光学フィルタ32は、第3フィルタ部32aの中心波長λを検知対象のガス及び他のガスに吸収されない波長(以下、「参照波長」ともいう。)に設定してあるのが好ましい。第3フィルタ部32aの透過波長域は、第1フィルタ部31aの透過波長域とは重複しないのが好ましい。第3フィルタ部32aは、中心波長λの赤外線に対する透過率が50%以上であるのが、好ましく、70%以上であるのがより好ましく、90%以上であるのが更に好ましい。第3フィルタ部32aの中心波長λの赤外線に対する透過率は、第1フィルタ部31aの中心波長λの赤外線に対する透過率との差が小さいほうが好ましい。 The first optical filter 31, preferably a central wavelength lambda 1 of the first filter portion 31a is set to the absorption wavelength of the gas detection target. Thereby, the 1st optical filter 31 can permeate | transmit the infrared rays of the absorption wavelength of gas to be detected with a higher transmittance. The first filter portion 31a is the transmittance for the central wavelength lambda 1 in the infrared is not less than 50%, preferably, more preferably 70% or more, still more preferably 90% or more. The second optical filter 32, the center wavelength lambda 2 and is not absorbed by the gas and other gas detection target wavelength of the third filter portion 32a (hereinafter, also referred to as "reference wavelength".) The is set to preferably. It is preferable that the transmission wavelength region of the third filter part 32a does not overlap with the transmission wavelength region of the first filter part 31a. The third filter unit 32a, the transmittance with respect to the central wavelength lambda 2 of the infrared is not less than 50%, preferably, more preferably 70% or more, still more preferably 90% or more. Transmittance with respect to the central wavelength lambda 2 of the infrared third filter portion 32a is more difference between the transmittance with respect to the central wavelength lambda 1 of the infrared of the first filter portion 31a is preferably small.

赤外線式ガスセンサ100は、第1受光素子2aの出力信号と第2受光素子2bの出力信号との差分や比が検知対象のガス(例えば、二酸化炭素)の濃度に応じた値となるから、信号処理部4において検知対象のガスの濃度を精度良く求めることが可能となる。赤外線式ガスセンサ100は、ダイナミックレンジを広くする観点から、第1受光素子2aの出力信号と第2受光素子2bの出力信号との差分に基づいてガスの濃度を求めるのが好ましい。一方、赤外線式ガスセンサ100は、経時変動を抑制する観点から、第1受光素子2aの出力信号と第2受光素子2bの出力信号との比に基づいてガスの濃度を求めるのが好ましい。   The infrared gas sensor 100 has a difference or ratio between the output signal of the first light receiving element 2a and the output signal of the second light receiving element 2b, which is a value corresponding to the concentration of the gas to be detected (for example, carbon dioxide). In the processing unit 4, the concentration of the gas to be detected can be obtained with high accuracy. From the viewpoint of widening the dynamic range, the infrared gas sensor 100 preferably obtains the gas concentration based on the difference between the output signal of the first light receiving element 2a and the output signal of the second light receiving element 2b. On the other hand, the infrared gas sensor 100 preferably obtains the gas concentration based on the ratio of the output signal of the first light receiving element 2a and the output signal of the second light receiving element 2b from the viewpoint of suppressing the temporal variation.

次に、赤外線式ガスセンサ100の試料セル6について図16、図17及び図20に基づいて説明する。   Next, the sample cell 6 of the infrared gas sensor 100 will be described with reference to FIGS. 16, 17, and 20.

試料セル6は、筒状に形成されている。試料セル6は、その内部空間と外部とを連通させる複数の通気孔69が、試料セル6の軸方向に直交する方向に貫通して形成されているのが好ましい。試料セル6が、円筒状に形成されている場合、通気孔69は、試料セル6の径方向に貫通して形成されているのが好ましい。試料セル6は、通気孔69を通して外部からの気体が導入されたり、内部空間の空気が導出されたりする。   The sample cell 6 is formed in a cylindrical shape. The sample cell 6 is preferably formed with a plurality of air holes 69 that communicate between the internal space and the outside in a direction perpendicular to the axial direction of the sample cell 6. When the sample cell 6 is formed in a cylindrical shape, the vent hole 69 is preferably formed so as to penetrate in the radial direction of the sample cell 6. In the sample cell 6, gas from the outside is introduced through the vent hole 69, or air in the internal space is led out.

赤外線式ガスセンサ100は、試料セル6の軸方向の一端部側に光源1が配置され、試料セル6の軸方向の他端部側に赤外線受光ユニット2が配置されている。赤外線式ガスセンサ100は、通気孔69を通って試料セル6の内部空間に、例えば、外部からの検知対象のガス、あるいは検知対象のガスを含む気体が導入される。このため、赤外線式ガスセンサ100では、試料セル6の内部空間にある検知対象のガスの濃度が増加すると、赤外線受光ユニット2へ入射する赤外線の光量が低下し、試料セル6の内部空間にある検知対象のガスの濃度が低下すると、赤外線受光ユニット2へ入射する赤外線の光量が増加する。   In the infrared gas sensor 100, the light source 1 is arranged on one end side in the axial direction of the sample cell 6, and the infrared light receiving unit 2 is arranged on the other end side in the axial direction of the sample cell 6. In the infrared gas sensor 100, for example, a gas to be detected from the outside or a gas containing a gas to be detected is introduced into the internal space of the sample cell 6 through the vent hole 69. For this reason, in the infrared gas sensor 100, when the concentration of the gas to be detected in the internal space of the sample cell 6 increases, the amount of infrared light incident on the infrared light receiving unit 2 decreases, and the detection in the internal space of the sample cell 6 occurs. When the concentration of the target gas decreases, the amount of infrared light incident on the infrared light receiving unit 2 increases.

試料セル6は、この試料セル6の中心軸OX(図20参照)を含む平面で分割された対になる半割体64、65(図16参照)を結合することにより形成されている。半割体64と半割体65とは、例えば、嵌め合い、超音波溶着、接着等から選択される技術により結合することができる。   The sample cell 6 is formed by joining a pair of halves 64 and 65 (see FIG. 16) divided by a plane including the central axis OX (see FIG. 20) of the sample cell 6. The half body 64 and the half body 65 can be coupled by a technique selected from fitting, ultrasonic welding, adhesion, and the like.

試料セル6は、光源1から放射された赤外線を赤外線受光ユニット2側へ反射する光学要素を兼ねているのが好ましい。ここで、試料セル6は、例えば、合成樹脂により形成されている場合、内側に、赤外線を反射する反射層を備えた構成とするのが好ましい。   It is preferable that the sample cell 6 also serves as an optical element that reflects the infrared light emitted from the light source 1 toward the infrared light receiving unit 2. Here, when the sample cell 6 is formed of, for example, a synthetic resin, it is preferable that the sample cell 6 includes a reflection layer that reflects infrared rays inside.

試料セル6の材料は、合成樹脂に限らず、例えば、金属を採用してもよい。試料セル6は、特定波長の赤外線に対する反射率が比較的高い金属により形成されている場合、反射層を別途に備えていてもよいし、備えていなくてもよい。   The material of the sample cell 6 is not limited to a synthetic resin, and may be a metal, for example. When the sample cell 6 is formed of a metal having a relatively high reflectance with respect to infrared rays having a specific wavelength, the sample cell 6 may or may not include a reflective layer separately.

要するに、試料セル6は、筒状であり、その内面が光源1から放射された赤外線を反射する反射面66であるのが好ましい。上述の反射層を備えている場合には、この反射層の表面が反射面66を構成することができる。なお、図20中の矢印付きの線は、光源1から放射された赤外線の進行経路を模式的に示したものである。   In short, it is preferable that the sample cell 6 has a cylindrical shape, and the inner surface thereof is a reflecting surface 66 that reflects infrared rays emitted from the light source 1. When the above-described reflective layer is provided, the surface of this reflective layer can constitute the reflective surface 66. In addition, the line with the arrow in FIG. 20 schematically shows the traveling path of the infrared rays emitted from the light source 1.

赤外線式ガスセンサ100は、光源1を保持する保持部材70を備え、この保持部材70が試料セル6に取り付けられている。また、赤外線式ガスセンサ100は、赤外線受光ユニット2を保持する保持部材80を備え、この保持部材80が試料セル6に取り付けられている。   The infrared gas sensor 100 includes a holding member 70 that holds the light source 1, and the holding member 70 is attached to the sample cell 6. The infrared gas sensor 100 includes a holding member 80 that holds the infrared light receiving unit 2, and the holding member 80 is attached to the sample cell 6.

保持部材70は、キャップ部71と、押さえ板72とからなる。キャップ部71は、円盤状であって、試料セル6側の端面に、試料セル6の一端部が挿入される凹部71aが設けられ、凹部71aの底部の中央に、光源1が挿入される貫通孔71bが設けられている。押さえ板72は、キャップ部71に対して光源1を押さえるためのものである。   The holding member 70 includes a cap portion 71 and a pressing plate 72. The cap part 71 is disc-shaped, and a recess 71a into which one end of the sample cell 6 is inserted is provided on the end surface on the sample cell 6 side, and the light source 1 is inserted into the center of the bottom of the recess 71a. A hole 71b is provided. The holding plate 72 is for holding the light source 1 against the cap portion 71.

保持部材70は、押さえ板72及びキャップ部71の孔72b,71dに通された取付ねじ(図示せず)が試料セル6の一端部のねじ部64d,65dにねじ込まれることによって、試料セル6に取り付けられている。   The holding member 70 is screwed into the screw portions 64d and 65d at one end of the sample cell 6 by attaching mounting screws (not shown) passed through the holding plate 72 and the holes 72b and 71d of the cap portion 71, whereby the sample cell 6 Is attached.

保持部材80は、キャップ部81と、押さえ板82とからなる。キャップ部81は、円盤状であって、試料セル6側の端面に、試料セル6の他端部が挿入される凹部81aが設けられ、凹部81aの底部の中央に、赤外線受光ユニット2が挿入される貫通孔81bが設けられている。押さえ板82は、キャップ部81に対して赤外線受光ユニット2を押さえるためのものである。   The holding member 80 includes a cap portion 81 and a pressing plate 82. The cap portion 81 has a disc shape, and is provided with a recess 81a into which the other end of the sample cell 6 is inserted on the end surface on the sample cell 6 side, and the infrared light receiving unit 2 is inserted in the center of the bottom of the recess 81a. A through hole 81b is provided. The pressing plate 82 is for pressing the infrared light receiving unit 2 against the cap portion 81.

保持部材80は、押さえ板82及びキャップ部81の孔82b,81cに通された取付ねじ(図示せず)が試料セル6の他端部のねじ部にねじ込まれることによって、試料セル6に取り付けられている。   The holding member 80 is attached to the sample cell 6 by attaching a mounting screw (not shown) passed through the holes 82 b and 81 c of the holding plate 82 and the cap portion 81 into the screw portion at the other end of the sample cell 6. It has been.

なお、保持部材70,80それぞれの構造は、特に限定するものではない。また、試料セル6への保持部材70,80それぞれの取付構造も特に限定するものではない。   Note that the structure of each of the holding members 70 and 80 is not particularly limited. Further, the attachment structure of the holding members 70 and 80 to the sample cell 6 is not particularly limited.

ところで、試料セル6の反射面66は、試料セル6の中心軸OX上に規定した長軸を回転軸とする回転楕円体の長軸方向の両端部それぞれを長軸に直交する2つの平面VP1、VP2(図20参照)によりカットした形状としてある。よって、試料セル6は、回転楕円体(長楕円体)の一部に対応する内部空間が形成されている。   By the way, the reflecting surface 66 of the sample cell 6 has two planes VP1 that are perpendicular to the major axis at both ends in the major axis direction of the spheroid whose major axis is defined on the central axis OX of the sample cell 6. , And a shape cut by VP2 (see FIG. 20). Therefore, the sample cell 6 has an internal space corresponding to a part of the spheroid (ellipsoid).

赤外線式ガスセンサ100は、光源1を、試料セル6の中心軸OX上において、上記回転楕円体の一方の焦点P1に配置し、赤外線受光ユニット2を、試料セル6の中心軸OX上において、上記回転楕円体の他方の焦点P2よりも光源1に近い側に配置するのが好ましい。   In the infrared type gas sensor 100, the light source 1 is disposed on one focal point P1 of the spheroid on the center axis OX of the sample cell 6, and the infrared light receiving unit 2 is disposed on the center axis OX of the sample cell 6. It is preferable to arrange the spheroid on the side closer to the light source 1 than the other focal point P2.

赤外線式ガスセンサ100は、光源1が、上記回転楕円体の一方の焦点P1近傍に配置されている。近傍とは、焦点P1と光源1との距離が所定値より小さい全ての点からなる部分集合であり、焦点P1の点も含む。上記所定値は、上記回転楕円体の焦点P1と焦点P2との距離によって変わる。要するに、光源1は、厳密な意味で焦点P1に配置されている必要はなく、実質的に焦点P1に配置されているとみなせる位置にあればよい。光源1から斜め方向に放射された赤外線は、反射面66によって反射されて、他方の焦点P2に集光されるように導光される。しかしながら、他方の焦点P2に赤外線受光ユニット2を配置した比較例の赤外線式ガスセンサでは、試料セル6の他端部において反射面66で反射されて第1光学フィルタ31や第2光学フィルタ32に入射する赤外線の入射角が大きくなりやすい。そして、第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32は、入射角が大きくなるほど、透過スペクトル(透過率−波長特性)が短波長側へのずれが大きくなり、選択波長を含む特定波長域の赤外線の透過率が低下してしまう。よって、比較例の赤外線式ガスセンサでは、S/N比が低下してしまう懸念がある。一方、比較例の赤外線式ガスセンサでは、試料セル6の中心軸OXに沿った方向における試料セル6と赤外線受光ユニット2との距離が長くなるほど、赤外線のロスが多くなってしまう。   In the infrared gas sensor 100, the light source 1 is arranged in the vicinity of one focal point P1 of the spheroid. The vicinity is a subset including all points whose distance between the focal point P1 and the light source 1 is smaller than a predetermined value, and includes the point of the focal point P1. The predetermined value varies depending on the distance between the focal point P1 and the focal point P2 of the spheroid. In short, the light source 1 does not need to be disposed at the focal point P1 in a strict sense, and may be at a position that can be regarded as being substantially disposed at the focal point P1. The infrared rays emitted from the light source 1 in the oblique direction are reflected by the reflecting surface 66 and guided so as to be condensed at the other focal point P2. However, in the infrared gas sensor of the comparative example in which the infrared light receiving unit 2 is disposed at the other focal point P2, the light is reflected by the reflecting surface 66 at the other end of the sample cell 6 and is incident on the first optical filter 31 and the second optical filter 32. Incidence angle of infrared rays to be increased. In the first optical filter 31 and the second optical filter 32, as the incident angle increases, the transmission spectrum (transmittance-wavelength characteristics) shifts to the short wavelength side, and infrared rays in a specific wavelength region including a selected wavelength. The transmittance of the will be reduced. Therefore, in the infrared type gas sensor of the comparative example, there is a concern that the S / N ratio is lowered. On the other hand, in the infrared gas sensor of the comparative example, as the distance between the sample cell 6 and the infrared light receiving unit 2 in the direction along the center axis OX of the sample cell 6 becomes longer, the loss of infrared rays increases.

これに対して、本実施形態の赤外線式ガスセンサ100は、赤外線受光ユニット2を、試料セル6の中心軸OX上において、反射面の他方の焦点P2よりも光源1に近い側に配置してある。つまり、赤外線受光ユニット2は、第1光学フィルタ31、第2光学フィルタ32、第1受光素子2a、第2受光素子2bが、試料セル6の中心軸OXに沿った方向において、他方の焦点P2とよりも光源1に近い側であって、試料セル6と他方の焦点P2との間に配置されている。これにより、本実施形態の赤外線式ガスセンサ100は、試料セル6の中心軸OXに沿った方向における試料セル6と赤外線受光ユニット2との距離を比較例と同じとした場合、比較例に比べて、試料セル6の他端部において反射面66で反射されて第1光学フィルタ31、第2光学フィルタ32に入射する赤外線の入射角を小さくすることが可能となる。よって、本実施形態の赤外線式ガスセンサ100は、比較例の赤外線式ガスセンサに比べて、特定波長域(第1光学フィルタ31、第2光学フィルタ32それぞれの設計上の透過波長域)の赤外線の透過率が低下するのを抑制することが可能となり、S/N比を向上させることが可能となる。また、第1光学フィルタ31、第2光学フィルタ32を透過した赤外線が、第1光学フィルタ31、第2光学フィルタ32に対向している第1受光素子2a、第2受光素子2b以外の第2受光素子2b、第1受光素子2aに入射するクロストークの発生を抑制することが可能となり、測定精度の向上を図ることが可能となる。試料セル6の中心軸OXに沿った方向における試料セル6と赤外線受光ユニット2との距離は、短い方が好ましく、零がより好ましい。   On the other hand, in the infrared type gas sensor 100 of the present embodiment, the infrared light receiving unit 2 is disposed on the side closer to the light source 1 than the other focal point P2 of the reflecting surface on the central axis OX of the sample cell 6. . That is, the infrared light receiving unit 2 includes the first optical filter 31, the second optical filter 32, the first light receiving element 2 a, and the second light receiving element 2 b in the direction along the center axis OX of the sample cell 6. And closer to the light source 1 than between the sample cell 6 and the other focal point P2. Thereby, in the infrared type gas sensor 100 of the present embodiment, when the distance between the sample cell 6 and the infrared light receiving unit 2 in the direction along the central axis OX of the sample cell 6 is the same as that of the comparative example, compared to the comparative example. It is possible to reduce the incident angle of infrared rays that are reflected by the reflecting surface 66 at the other end of the sample cell 6 and enter the first optical filter 31 and the second optical filter 32. Therefore, the infrared gas sensor 100 according to the present embodiment transmits infrared light in a specific wavelength range (designed transmission wavelength ranges of the first optical filter 31 and the second optical filter 32) as compared with the infrared gas sensor of the comparative example. It is possible to suppress a decrease in the rate, and it is possible to improve the S / N ratio. Further, the infrared light transmitted through the first optical filter 31 and the second optical filter 32 is a second light other than the first light receiving element 2 a and the second light receiving element 2 b facing the first optical filter 31 and the second optical filter 32. The occurrence of crosstalk incident on the light receiving element 2b and the first light receiving element 2a can be suppressed, and the measurement accuracy can be improved. The distance between the sample cell 6 and the infrared light receiving unit 2 in the direction along the central axis OX of the sample cell 6 is preferably short, and more preferably zero.

なお、赤外線式ガスセンサ100は、光源1と赤外線受光ユニット2との間に配置される部材(試料セル6等)の形状や数、配置等を特に限定するものではない。   The infrared gas sensor 100 does not particularly limit the shape, number, arrangement, or the like of a member (sample cell 6 or the like) disposed between the light source 1 and the infrared light receiving unit 2.

上述の赤外線式ガスセンサ100では、赤外線受光ユニット2に関して、例えば、図21に示すように、第1受光素子2aの第1電極2hの平面形状と第2受光素子2bの第1電極2hの平面形状とを併せた形状を、焦電体基板2gの表と上述の回転楕円体との交線に沿った形状とすることができる。これにより、赤外線式ガスセンサ100は、受光部2rにおいて赤外線の受光に寄与しない領域を削減することが可能となり、受光部2rの熱容量を低減することが可能となって、高感度化を図ることが可能となる。   In the above-described infrared gas sensor 100, for the infrared light receiving unit 2, as shown in FIG. 21, for example, the planar shape of the first electrode 2h of the first light receiving element 2a and the planar shape of the first electrode 2h of the second light receiving element 2b. Can be made to be a shape along the intersection of the table of pyroelectric substrate 2g and the above-mentioned spheroid. As a result, the infrared gas sensor 100 can reduce a region of the light receiving unit 2r that does not contribute to infrared light reception, can reduce the heat capacity of the light receiving unit 2r, and achieve high sensitivity. It becomes possible.

(実施形態2)
以下では、実施形態1で説明した赤外線受光ユニット2を用いた赤外線応用装置として、図22に示す構成を備えた人体検知センサBを例示する。人体検知センサBは、赤外線を放射する物体である人の動きを検知して検知信号を出力するものである。人体検知センサBは、例えば、照明負荷と電源との間に設けたスイッチ要素(スイッチング素子、リレー等)をオンオフさせる制御回路等と合わせて用いることもできる。また、人体検知センサBは、例えば、人の移動方向に関する検知信号を出力するものでもよい。
(Embodiment 2)
Below, the human body detection sensor B provided with the structure shown in FIG. 22 is illustrated as an infrared application apparatus using the infrared light reception unit 2 demonstrated in Embodiment 1. FIG. The human body detection sensor B detects the movement of a person, which is an object that emits infrared rays, and outputs a detection signal. The human body detection sensor B can be used in combination with, for example, a control circuit for turning on and off a switch element (switching element, relay, etc.) provided between the illumination load and the power source. Further, the human body detection sensor B may output a detection signal related to the movement direction of a person, for example.

人体検知センサBは、赤外線受光ユニット2と、IC素子213と、回路基板211と、カバー212とを備えている。   The human body detection sensor B includes an infrared light receiving unit 2, an IC element 213, a circuit board 211, and a cover 212.

赤外線受光ユニット2は、人体検知センサに適用する場合、第1増幅回路41及び第2増幅回路42を、例えば、人の動きに近い周波数成分(1Hzを中心とする成分)の電圧信号を増幅するバンドパスアンプで構成することが好ましい。   When the infrared light receiving unit 2 is applied to a human body detection sensor, the first amplifying circuit 41 and the second amplifying circuit 42 amplify, for example, a voltage signal having a frequency component close to human movement (a component centered on 1 Hz). It is preferable to use a band pass amplifier.

人体検知センサBでは、検知対象の赤外線の波長が8〜13μm程度であり、中心波長が10μm程度である。このため、第1光学フィルタ31及び第2光学フィルタ32は、8μmよりも短波長の所定波長(例えば、5μm)以下の波長の電磁波をカットするようにフィルタ特性が設定されているのが好ましい。   In the human body detection sensor B, the wavelength of infrared rays to be detected is about 8 to 13 μm, and the center wavelength is about 10 μm. For this reason, it is preferable that the filter characteristics of the first optical filter 31 and the second optical filter 32 are set so as to cut electromagnetic waves with a wavelength shorter than a predetermined wavelength (for example, 5 μm) shorter than 8 μm.

IC素子213は、赤外線受光ユニット2の出力信号を信号処理して検知信号を出力する信号処理回路が形成されている。   The IC element 213 is formed with a signal processing circuit that processes the output signal of the infrared light receiving unit 2 and outputs a detection signal.

赤外線受光ユニット2及びIC素子213は、回路基板211に実装される。回路基板211は、例えば、プリント配線板により構成することができる。   The infrared light receiving unit 2 and the IC element 213 are mounted on the circuit board 211. The circuit board 211 can be composed of, for example, a printed wiring board.

カバー212は、赤外線受光ユニット2のパッケージ29を覆うように回路基板211に取り付けられるのが好ましい。この場合、赤外線受光ユニット2は、台座29aと回路基板211との間に隙間が形成されるように回路基板211に実装されているのが好ましい。これにより、人体検知センサBは、カバー212とパッケージ29と回路基板211とで囲まれた空間が空気層からなる気体層を構成するから、回路基板211から台座29aへの熱伝導を抑制することが可能となり、人体検知センサBの周囲の熱のゆらぎに起因した誤検知の発生を抑制することが可能となる。カバー212は、赤外線受光ユニット2に取り付けるようにしてもよい。   The cover 212 is preferably attached to the circuit board 211 so as to cover the package 29 of the infrared light receiving unit 2. In this case, the infrared light receiving unit 2 is preferably mounted on the circuit board 211 so that a gap is formed between the pedestal 29a and the circuit board 211. Accordingly, the human body detection sensor B suppresses heat conduction from the circuit board 211 to the pedestal 29a because the space surrounded by the cover 212, the package 29, and the circuit board 211 constitutes a gas layer composed of an air layer. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of erroneous detection due to the fluctuation of the heat around the human body detection sensor B. The cover 212 may be attached to the infrared light receiving unit 2.

カバー212は、赤外線を透過可能とするために、ポリエチレン製であるのが好ましい。カバー212の形状は、例えば、ドーム状の形状とすることができる。カバー212は、パッケージ29における窓材29w側とは反対側から入射する赤外線を透過する領域が、当該反対側から入射する赤外線を赤外線検出素子20(例えば、図1参照)へ集光可能なレンズ状の形状に形成されていることが好ましい。このレンズ形状は、複数のレンズ部が組み合わされ各レンズ部の焦点位置が同じであるアレイレンズでもよいし、1つのレンズとしてもよい。   The cover 212 is preferably made of polyethylene so that infrared rays can be transmitted. The shape of the cover 212 can be, for example, a dome shape. The cover 212 is a lens in which the infrared ray incident from the side opposite to the window material 29w side of the package 29 can collect the infrared ray incident from the opposite side to the infrared detection element 20 (for example, see FIG. 1). It is preferable that it is formed in a shape. This lens shape may be an array lens in which a plurality of lens portions are combined and the focal positions of the lens portions are the same, or may be a single lens.

信号処理回路は、例えば、検知回路と、出力回路とを備えていればよい。検知回路は、例えば、第1増幅回路41、第2増幅回路42で増幅された各出力信号を適宜設定した閾値と比較し各出力信号が閾値を越えた場合に検知信号を出力する。このような検知回路は、例えば、コンパレータ等を用いた比較回路で構成することができる。出力回路は、検知回路の検知信号を所定の人体検出信号として出力する。   For example, the signal processing circuit may include a detection circuit and an output circuit. For example, the detection circuit compares each output signal amplified by the first amplification circuit 41 and the second amplification circuit 42 with a suitably set threshold value, and outputs a detection signal when each output signal exceeds the threshold value. Such a detection circuit can be constituted by a comparison circuit using a comparator or the like, for example. The output circuit outputs the detection signal of the detection circuit as a predetermined human body detection signal.

また、検知回路は、第1増幅回路41で増幅された出力信号と第2増幅回路42で増幅された出力信号との差分もしくは比を求め、その値を適宜設定した閾値と比較し閾値を越えた場合に検知信号を出力するようにしてもよい。この場合は、例えば、第1光学フィルタ31のフィルタ特性を、検知対象の赤外線を透過するように設定し、第2光学フィルタ32のフィルタ特性を、検知対象の赤外線を透過しないように設定すればよい。   The detection circuit obtains a difference or ratio between the output signal amplified by the first amplification circuit 41 and the output signal amplified by the second amplification circuit 42, compares the value with a threshold value set as appropriate, and exceeds the threshold value. In this case, a detection signal may be output. In this case, for example, the filter characteristic of the first optical filter 31 is set so as to transmit infrared rays to be detected, and the filter characteristic of the second optical filter 32 is set so as not to transmit infrared rays of the detection target. Good.

検知回路は、第1増幅回路41で増幅された出力信号が閾値を越えるタイミングと、第2増幅回路42で増幅された出力信号が閾値を越えるタイミングとに基づいて人の移動方向を判別するようにしてもよい。この場合、検知回路は、例えば、マイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現することができる。また、この場合は、第1光学フィルタ31のフィルタ特性と第2光学フィルタ32のフィルタ特性とを同じに設定するのが好ましい。   The detection circuit determines the moving direction of the person based on the timing when the output signal amplified by the first amplifier circuit 41 exceeds the threshold and the timing when the output signal amplified by the second amplifier circuit 42 exceeds the threshold. It may be. In this case, the detection circuit can be realized, for example, by installing an appropriate program in the microcomputer. In this case, the filter characteristics of the first optical filter 31 and the filter characteristics of the second optical filter 32 are preferably set to be the same.

赤外線応用装置は、赤外線式ガスセンサ100や人体検知センサBに限らない。赤外線応用装置は、赤外線を利用する装置であればよく、例えば、非分散型ガス分析計、火災時に炎の中の炭酸ガス(COガス)の共鳴放射(「CO共鳴放射」とも呼ばれている。)により発生する特定波長(4.3μm乃至4.4μm)の赤外線を検出して炎検知を行う赤外線式炎検知器等でもよい。 The infrared application device is not limited to the infrared gas sensor 100 or the human body detection sensor B. The infrared application device may be any device that uses infrared rays. For example, a non-dispersive gas analyzer, resonance radiation of carbon dioxide (CO 2 gas) in a flame in a fire (also called “CO 2 resonance radiation”). Infrared flame detectors that detect flames by detecting infrared rays having a specific wavelength (4.3 μm to 4.4 μm) generated by the

1 光源
2 赤外線受光ユニット(光検出器)
2a 第1受光素子
2b 第2受光素子
2g 焦電体基板
2p 電気絶縁層
2r 受光部
2h 第1電極
2i 第2電極
2j 第1出力端子
2k 第2出力端子
4 信号処理部
6 試料セル
7j 第1接合部
7k 第2接合部
9 接着部
20 赤外線検出素子
26 赤外線吸収層
29 パッケージ
31 第1光学フィルタ
32 第2光学フィルタ
41 第1増幅回路
42 第2増幅回路
43 基板
43a 絶縁性基材
43b 穴
43c 突起
43d 位置決め部
43e 壁部
43f 支持部
43j 第1リード端子
43k 第2リード端子
43g 窪み部
43h 凹部
44 回路ブロック
45 信号処理回路
100 赤外線式ガスセンサ
OX 中心軸
P1 焦点
P2 焦点
VP1 平面
VP2 平面
1 Light source 2 Infrared light receiving unit (photodetector)
2a First light receiving element 2b Second light receiving element 2g Pyroelectric substrate 2p Electrical insulation layer 2r Light receiving part 2h First electrode 2i Second electrode 2j First output terminal 2k Second output terminal 4 Signal processing part 6 Sample cell 7j First Bonding part 7k Second bonding part 9 Adhesion part 20 Infrared detection element 26 Infrared absorption layer 29 Package 31 First optical filter 32 Second optical filter 41 First amplification circuit 42 Second amplification circuit 43 Substrate 43a Insulating base material 43b Hole 43c Projection 43d Positioning portion 43e Wall portion 43f Support portion 43j First lead terminal 43k Second lead terminal 43g Depression portion 43h Recess 44 Circuit block 45 Signal processing circuit 100 Infrared gas sensor OX Central axis P1 focus P2 focus VP1 plane VP2 plane

Claims (15)

第1受光素子及び第2受光素子を有する赤外線検出素子と、前記第1受光素子及び前記第2受光素子それぞれの受光面の前方に配置された第1光学フィルタ及び第2光学フィルタと、前記赤外線検出素子が実装された基板と、前記赤外線検出素子、前記第1光学フィルタ、前記第2光学フィルタ及び前記基板が収納されたパッケージとを備え、
前記パッケージは、前記第1光学フィルタ及び前記第2光学フィルタの光入射面側にある窓孔と、前記窓孔を塞ぎ赤外線を透過可能な窓材とを有し、
前記第1受光素子及び前記第2受光素子の各々は、焦電体基板の表側、裏側それぞれに形成され互いに対向する第1電極、第2電極及び前記焦電体基板において前記第1電極と前記第2電極とに挟まれた部分を有する受光部と、前記焦電体基板の前記表側で前記第1電極に接続された第1出力端子と、前記焦電体基板の前記裏側で前記第2電極に接続された第2出力端子とを備え、前記第1出力端子と前記第2出力端子とが、前記焦電体基板の厚み方向において重ならないように配置されており、
前記基板は、電気絶縁性を有する絶縁性基材と、前記絶縁性基材と一体に設けられ、前記第1出力端子、前記第2出力端子が導電性接着剤からなる第1接合部、第2接合部を介してそれぞれ電気的に接続される第1リード端子、第2リード端子とを備え、
前記絶縁性基材は、前記第1リード端子と前記第2リード端子との間で前記赤外線検出素子の搭載予定領域の外側から厚み方向に突出し前記赤外線検出素子を位置決めする突起が形成されてなることを特徴とする赤外線受光ユニット。
An infrared detecting element having a first light receiving element and a second light receiving element; a first optical filter and a second optical filter disposed in front of light receiving surfaces of the first light receiving element and the second light receiving element; and the infrared light A substrate on which a detection element is mounted; and a package in which the infrared detection element, the first optical filter, the second optical filter, and the substrate are housed,
The package has a window hole on a light incident surface side of the first optical filter and the second optical filter, and a window material that closes the window hole and transmits infrared rays.
Each of the first light receiving element and the second light receiving element is formed on each of the front side and the back side of the pyroelectric substrate and is opposed to each other in the first electrode, the second electrode, and the pyroelectric substrate. A light receiving portion having a portion sandwiched between second electrodes; a first output terminal connected to the first electrode on the front side of the pyroelectric substrate; and the second on the back side of the pyroelectric substrate. A second output terminal connected to the electrode, the first output terminal and the second output terminal are arranged so as not to overlap in the thickness direction of the pyroelectric substrate,
The substrate is provided with an insulating base material having electrical insulation, and the insulating base material, and the first output terminal and the second output terminal are made of a conductive adhesive. A first lead terminal and a second lead terminal electrically connected to each other through two joint portions;
The insulating base material is formed with a protrusion between the first lead terminal and the second lead terminal that protrudes in the thickness direction from the outside of the region where the infrared detection element is to be mounted and positions the infrared detection element. An infrared receiving unit characterized by that.
前記突起の突出寸法が、前記第1接合部の高さ寸法よりも大きいことを特徴とする請求項1記載の赤外線受光ユニット。   The infrared light receiving unit according to claim 1, wherein a protrusion dimension of the protrusion is larger than a height dimension of the first joint portion. 前記赤外線検出素子の前記厚み方向に沿った方向に突出し前記第1光学フィルタ及び前記第2光学フィルタを位置決めする位置決め部が形成されてなることを特徴とする請求項1又は2記載の赤外線受光ユニット。   3. The infrared light receiving unit according to claim 1, wherein a positioning portion that projects in a direction along the thickness direction of the infrared detection element and positions the first optical filter and the second optical filter is formed. 4. . 前記位置決め部は、平面視で前記第1光学フィルタと前記第2光学フィルタとの並ぶ方向に直交する方向おける前記第1光学フィルタ及び前記第2光学フィルタの位置を規定する壁部と、前記第1光学フィルタ及び前記第2光学フィルタが架設される支持部とを備えることを特徴とする請求項3記載の赤外線受光ユニット。   The positioning portion includes a wall portion that defines positions of the first optical filter and the second optical filter in a direction orthogonal to a direction in which the first optical filter and the second optical filter are arranged in a plan view. The infrared light receiving unit according to claim 3, further comprising: a first optical filter and a support portion on which the second optical filter is installed. 前記支持部の突出寸法が前記赤外線検出素子の厚み寸法よりも大きく、前記赤外線検出素子の前記厚み方向において前記第1光学フィルタ及び前記第2光学フィルタと前記赤外線検出素子との間に間隙があることを特徴とする請求項4記載の赤外線受光ユニット。   The projecting dimension of the support portion is larger than the thickness dimension of the infrared detection element, and there is a gap between the first optical filter, the second optical filter, and the infrared detection element in the thickness direction of the infrared detection element. The infrared light receiving unit according to claim 4. 前記支持部は、前記赤外線検出素子の側面との対向面に凹部が形成されてなることを特徴とする請求項4又は5記載の赤外線受光ユニット。   6. The infrared light receiving unit according to claim 4, wherein the support part is formed with a concave portion on a surface facing the side surface of the infrared detection element. 前記壁部は、先端面及び前記第1光学フィルタ及び前記第2光学フィルタとの対向面が開放された窪み部が形成されており、前記第1光学フィルタ及び前記第2光学フィルタは、前記窪み部内の接着剤からなる接着部により前記壁部に固定されていることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載の赤外線受光ユニット。   The wall portion is formed with a recessed portion in which a front end surface and a surface facing the first optical filter and the second optical filter are opened, and the first optical filter and the second optical filter are formed in the recessed portion. The infrared light receiving unit according to any one of claims 4 to 6, wherein the infrared light receiving unit is fixed to the wall portion by an adhesive portion made of an adhesive in the portion. 前記第1リード端子は、前記赤外線検出素子の前記搭載予定領域の外側に設けられ、前記第2リード端子は、前記赤外線検出素子の前記搭載予定領域と前記搭載予定領域の外側とに跨って設けられ、前記第1接合部は、前記赤外線検出素子の表側に設けられ、第2接合部は、前記赤外線検出素子の裏側に設けられていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の赤外線受光ユニット。   The first lead terminal is provided outside the planned mounting area of the infrared detecting element, and the second lead terminal is provided across the planned mounting area of the infrared detecting element and the outside of the planned mounting area. The first joint portion is provided on the front side of the infrared detection element, and the second joint portion is provided on the back side of the infrared detection element. The infrared light receiving unit according to item. 前記第1受光素子及び前記第2受光素子の各々は、前記焦電体基板の前記裏側に、前記第2出力端子の外周面のうち前記焦電体基板の側面に沿った一面を除いて囲む電気絶縁層を備え、前記電気絶縁層は、前記焦電体基板よりも前記導電性接着剤に対する濡れ性が低い材料からなることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の赤外線受光ユニット。   Each of the first light receiving element and the second light receiving element surrounds the back side of the pyroelectric substrate except for one surface along the side surface of the pyroelectric substrate of the outer peripheral surface of the second output terminal. The electrical insulating layer is provided, and the electrical insulating layer is made of a material having lower wettability with respect to the conductive adhesive than the pyroelectric substrate. Infrared light receiving unit. 前記絶縁性基材は、各前記受光部の投影領域に熱絶縁用の穴が設けられていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の赤外線受光ユニット。   The infrared light receiving unit according to claim 1, wherein the insulating base is provided with a hole for thermal insulation in a projection region of each light receiving unit. 前記赤外線検出素子は、前記第1電極の表面が前記第1電極よりも輻射率の高い赤外線吸収層により覆われていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の赤外線受光ユニット。   11. The infrared ray according to claim 1, wherein a surface of the first electrode of the infrared detection element is covered with an infrared absorption layer having a higher emissivity than the first electrode. Light receiving unit. 前記第1受光素子及び前記第2受光素子それぞれの出力信号を各別に増幅する第1増幅回路及び第2増幅回路を備え、前記基板は、厚み方向の一面側に前記赤外線検出素子が配置され、前記厚み方向の他面側に前記第1増幅回路及び前記第2増幅回路が配置されてなることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の赤外線受光ユニット。   A first amplifying circuit and a second amplifying circuit for individually amplifying output signals of the first light receiving element and the second light receiving element, respectively, and the infrared detecting element is disposed on one surface of the substrate in the thickness direction; The infrared light receiving unit according to claim 1, wherein the first amplifier circuit and the second amplifier circuit are arranged on the other surface side in the thickness direction. 光源と、光検出器と、前記光源と前記光検出器との間に配置された試料セルと、信号処理部とを備え、前記光検出器は、請求項1乃至12のいずれか1項に記載の赤外線受光ユニットからなり、前記第1光学フィルタは、検知対象のガスの吸収波長の赤外線を透過するように第1透過波長域が設定され、前記第2光学フィルタは、前記ガスに吸収されない参照波長の赤外線を透過し前記第1透過波長域に重複しない第2透過波長域が設定され、前記信号処理部は、前記第1受光素子の出力信号と前記第2受光素子の出力信号との差分もしくは比に基づいて前記ガスの濃度を求めることを特徴とする赤外線式ガスセンサ。   A light source, a light detector, a sample cell disposed between the light source and the light detector, and a signal processing unit, the light detector according to any one of claims 1 to 12. The first optical filter has a first transmission wavelength region set so as to transmit infrared light having an absorption wavelength of a gas to be detected, and the second optical filter is not absorbed by the gas. A second transmission wavelength range that transmits infrared light of a reference wavelength and does not overlap with the first transmission wavelength range is set, and the signal processing unit outputs an output signal of the first light receiving element and an output signal of the second light receiving element. An infrared gas sensor, wherein the concentration of the gas is obtained based on a difference or a ratio. 前記試料セルは、筒状であり、その内面が前記光源から放射された赤外線を反射する反射面であり、前記反射面は、前記試料セルの中心軸上に規定した長軸を回転軸とする回転楕円体の長軸方向の両端部それぞれを長軸に直交する2つの平面によりカットした形状であり、前記光源は、前記中心軸上において、前記回転楕円体の一方の焦点近傍に配置され、前記赤外線受光ユニットは、前記中心軸上において、前記回転楕円体の他方の焦点よりも前記光源に近い側に配置されていることを特徴とする請求項13記載の赤外線式ガスセンサ。   The sample cell has a cylindrical shape, and an inner surface thereof is a reflecting surface that reflects infrared rays emitted from the light source, and the reflecting surface has a major axis defined on the central axis of the sample cell as a rotation axis. Each of the two ends of the spheroid in the major axis direction is cut by two planes orthogonal to the major axis, and the light source is disposed near one focal point of the spheroid on the central axis, The infrared gas sensor according to claim 13, wherein the infrared light receiving unit is disposed closer to the light source than the other focal point of the spheroid on the central axis. 前記赤外線受光ユニットは、前記第1受光素子の前記第1電極の平面形状と前記第2受光素子の前記第1電極の平面形状とを併せた形状が、前記焦電体基板の前記表と前記回転楕円体との交線に沿った形状であることを特徴とする請求項14記載の赤外線式ガスセンサ。   The infrared light receiving unit has a shape obtained by combining the planar shape of the first electrode of the first light receiving element and the planar shape of the first electrode of the second light receiving element with the front surface of the pyroelectric substrate and the surface of the pyroelectric substrate. The infrared gas sensor according to claim 14, wherein the infrared gas sensor has a shape along a line of intersection with the spheroid.
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