JP2020506377A - セレン化鉛検出器及び集積されるバンドパスフィルタを備えるカプノグラフィー - Google Patents

Abstract

カプノメーター１０は、基板４０、基板上に配されるセレン化亜鉛（ＰｂＳｅ）層４２又は他の赤外線吸収層、及び基板上に配されるバンドパスフィルタ層５０を有する集積デバイスを含む。温度センサは、前記デバイスの温度を追跡する。二酸化炭素測定セル２０は、セレン化亜鉛層又は他の赤外線吸収層に到達するために、流路Ｆ、次いでバンドパスフィルタ層を通過する光Ｌを放射するために配される光源を持つ。セレン化亜鉛層又は他の赤外線吸収層と接続される電子機器は、光伝導信号を測定する。電子機器は、光伝導信号を二酸化炭素の分圧又は濃度値に変換するための信号処理回路を含む。電子機器は、前記デバイスの正確及び迅速な温度制御、並びに温度変化に対する瞬間的な温度補償を可能にするための温度センサも含む。

Description

以下のことは一般に、カプノグラフィー技術、医療観察技術、赤外線検出器技術及び関連する技術に関する。

カプノメーターは、呼吸ガスにおける二酸化炭素（ＣＯ_２）の濃度又は分圧を測定する。ＣＯ_２の波形は、機械的な換気の有効性を評価するために、呼吸障害を抱える患者を評価するときに有用な生命兆候である、例えば呼気終末ＣＯ_２（ｅｔＣＯ_２）のような情報等を提供することができる。

標準的なカプノメーターの設計において、呼吸ガスのフローは、ＣＯ_２測定セルが（例えば機械的な換気の空気流回路における）呼吸回路と一直線であるメインストリーム構造と、又はポンプを使用してメインのフローから呼吸ガスが引き出されるサイドストリーム構造の何れかにおいて入手される。赤外線は、呼吸ガスのフローを通り伝送される。ＣＯ_２は、約４．２６ミクロンの吸収ピークで赤外線にかなり吸収される。標準的な光検出構成において、３−５．５ミクロンの範囲内の通過帯域を持つバンドパスフィルタは、ＣＯ_２感受性の赤外線スペクトル範囲を分離するのに使用され、水晶基板上に堆積されるセレン化亜鉛（ＰｂＳｅ）の薄膜から作られるセレン化亜鉛検出器は、伝送される赤外線の強度を検出するのに使用される。ＰｂＳｅ膜は、３から５．５ミクロンの波長範囲にある赤外線に対する光伝導性を示す。ＰｂＳｅ層の光伝導性及びバンドパスフィルタの通過帯域の中心波長は共に、温度と共に変化するので、ＰｂＳｅ検出器及びバンドパスフィルタの両方の温度は通例、熱電温度計又は他の温度センサにより正確に監視される。これらのセンサは、ＰｂＳｅ検出器及びフィルタを指定した動作温度に維持するためのフィードバック制御、又はスペクトル較正及びアルゴリズムを介した周囲温度変化の補償を提供する。

以下のことは、上に参照される問題等に対処している新しい及び改善されるシステム並びに方法を開示する。

１つの開示される態様において、カプノメーターが開示される。集積デバイスは、基板、この基板上に配されるセレン化鉛（ＰｂＳｅ）層又は他の赤外線吸収層、及びこの基板上に配されるバンドパスフィルタ層を有する。光源は、集積デバイスのＰｂＳｅ層又は他の赤外線吸収層に到達するために、集積デバイスのバンドパスフィルタを通過する光を放射するように配される。電子機器は、ＰｂＳｅ層又は他の赤外線吸収層の光伝導信号を測定するために、集積デバイスのＰｂＳｅ層又は他の赤外線吸収層と接続されている。電子機器は、この光伝導信号を二酸化炭素の分圧又は濃度値に変換するための信号処理回路を含む。

もう１つの開示される態様において、赤外線検出器は、基板、この基板上に配されるセレン化鉛（ＰｂＳｅ）層、この基板上に配され、ＰｂＳｅ層と電気接続される電極、及びこの基板上に配される、４．２６ミクロンを含む通過帯域を持つバンドパスフィルタ層を有する。

１つの利点は、よりコンパクトな赤外線検出を提供することにある。

もう１つの利点は、よりコンパクトなカプノメーターを提供することにある。

もう１つの利点は、構成要素が減った（すなわち数個の部品を持つ）カプノメーターを提供することにある。

もう１つの利点は、反射損が減った赤外線検出器を提供することにある。

もう１つの利点は、感度が向上したカプノメーターを提供することにある。

もう１つの利点は、改善される温度制御及び／又は周囲温度の変化の補償を用いて、ＩＲ検知要素（ＰｂＳｅ）及びＩＲ選択要素（狭いバンドパスフィルタ）の両方の温度のより正確な、一貫性のある及び相関性のある測定を提供することにある。

所与の実施例が上記利点のどれも提供しない、１つ、２つ、より多く又は全てを提供してもよいし、及び／又は本開示を読み、理解すると、当業者には明らかとなるように、他の利点が提供されてもよい。

本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配列、並びに様々なステップ及びステップの配列で形成されてよい。図面は単に好ましい実施例を例示することを目的とし、本発明を限定するとは考えるべきではない。
カプノメーターを概略的に例示する。 図１のカプノメーターの集積されるＰｂＳｅ検出器及びバンドパスフィルタの構成要素の側断面図を概略的に例示する。 図１のカプノメーターの集積されるＰｂＳｅ検出器及びバンドパスフィルタの構成要素の代替実施例の側断面図を概略的に例示する。 図１のカプノメーターの集積されるＰｂＳｅ検出器及びバンドパスフィルタの構成要素の代替実施例の側断面図を概略的に例示する。

図１を参照すると、例示的なカプノメーター１０が、例えば例示的な例において鼻カニューレのような適切な患者アクセサリー１４により、又は機械的な換気に使用される気管内チューブと接続している気道アダプターにより等で、患者１２と接続されている。患者アクセサリー１４は、例えばエアーフィルター又はウォータートラップ等のような１つ以上の補助構成要素（図示せず）を任意に含んでよい。この例示的なカプノメーター１０において、呼吸空気は、空気ポンプ２２により、患者アクセサリー１４からカプノグラフ吸気口１６に引き込まれ、二酸化炭素（ＣＯ_２）測定セル２０を通る。この呼吸空気は次いで、カプノメーター１０の排気口２４を介して大気に放出されるか、又は例示的な実施例にあるように、大気に放出される前に、吸入した麻酔薬又は他の吸入した薬剤を取り除くために、排気口２４を通り掃気システム２６内に放出される。

例示的なカプノメーターの構成は、ポンプ２２を用いてカプノメーター１０に呼吸空気が引き込まれ、ＣＯ_２測定セル２０がこのカプノメーター１０の内部に置かれているサイドストリーム構造を持つ。このサイドストリーム構造は、自発呼吸をする患者、すなわち機械的な換気の補助を受けずに自分自身で呼吸をしている患者に適切に使用される。メインストリーム構造（図示せず）として知られる代替の構造において、ＣＯ_２測定セルは、患者の"本流（メインストリーム）"である気道のフロー内に挿入されるＣＯ_２測定セルの患者アクセサリーとして、カプノメーター装置のハウジングの外部に置かれる。そのようなメインストリーム構造は例えば、機械的に換気される患者と共に用いられてよく、その場合、ＣＯ_２測定セルの患者アクセサリーは、換気装置ユニットのアクセサリー容器内に接続するように設計されるか、又は換気装置に供給している気道ホース上に取り付けられる。

ＣＯ_２測定セルは、患者アクセサセリー１４から引き出された呼吸空気にある二酸化炭素が光学的に検出される赤外線における吸収を生じさせる赤外線光吸収セルを有する。ＣＯ_２は、約４．２６ミクロンで吸収ピークを持ち、幾つかの実施例において、測定は、３−５．５ミクロンの範囲内、又はその範囲の何らかの（好ましくは、４．２６ミクロンを含む）部分的範囲内で行われる。この目的のために、光源２８は、所望する測定帯域（例えば３−５．５ミクロン、又はその範囲の何らかの好ましくは４．２６ミクロンを含む部分的範囲）を含むスペクトルにわたる光Ｌを放射する。光Ｌは以下に説明されるようにフィルタリングされるので、光Ｌは、検出スペクトル範囲を超えてスペクトル的に広がる。幾つかの実施例において、光源２８は、放射される光Ｌを光のパルスとして送出するために、光チョッパー又はパルス電源等を含んでもよい。放射される光Ｌは、呼吸ガスが沿って流れる流路Ｆを通り伝送する。流路Ｆは、プラスチック、ガラス、サファイア又は関心範囲にわたり（例えば３−５．５ミクロンにわたり）透過(トランスペアレント)である他の材料から作られる壁を持つキュベット(cuvette)を規定するチューブ又は他の導管により規定される。サイドストリーム構造において、ポンプ２２が流路Ｆに呼吸ガスのフローを積極的に運ばれる、メインストリーム構造において、前記フローは、患者の機械的な換気により及び／又は患者の能動的な呼吸により運ばれる。

光検出器層及びバンドパスフィルタの両方を含む集積デバイス３０は、ある通過帯域、例えば３−５．５ミクロン又はその帯域の（好ましくは４．２６ミクロンを含む）部分的範囲にある光を通過させ、例えばセレン化鉛（ＰｂＳｅ）層を用いてバンドパスフィルタを通過する光を検出するために、光Ｌを共にフィルタリングするように動作する。カプノメーターの電子機器３２は、集積デバイス３０の検出器層の電気バイアスを供給し、この検出器層からの検出器信号（例えば電圧、電流、抵抗）を測定する。例えば、電子機器３２は、一定の電流をセレン化鉛層に運び、電圧信号（又は代わりに、Ｖ／Ｉとして計算される抵抗信号、ここでＶは測定される電圧及びＩは流れる電流）を出力するために電圧を測定する。その代わりに、電子機器３２は、ＰｂＳｅ層にわたり一定の電圧を加え、電流信号（又は代わりに、Ｖ／Ｉとして計算される抵抗信号、ここでＶは印加される電圧、Ｉは測定される電流）を出力するために電流が測定される。加えられる及び測定される信号は一般に、Ｄ．Ｃ若しくはＡ．Ｃ．又は何らかの組み合わせ（例えば、Ｄ．Ｃ．バイアスを付加したＡ．Ｃ．信号）である。電子機器３２は、検出した信号を、例えば呼吸ガスのフローにおけるＣＯ_２の濃度又は分圧のようなカプノグラフィー信号に変換する、及び任意で、例えば呼吸間隔(breath interval)及び／又は呼気終末ＣＯ_２レベル（ｅｔＣＯ_２レベル）を検出するような他の処理を行うのに適したアナログ信号処理回路及び／又はデジタル信号処理（ＤＳＰ）も任意で含む。ＣＯ_２レベルへの変換は、適切な経験的測定を用いることができ、一般的にフローＦにおけるＣＯ_２の濃度又は分圧が高いほど、より多くの吸収及び減少したカプノグラフィー信号の電圧を生じる。経験的測定は、例えば流量若しくは圧力のような他の因子、及び／又は例えば従来知られるような、赤外線吸収特性に影響を及ぼす酸素又は亜酸化窒素のような他のガスの影響を考慮する、並びにルックアップテーブル、数学的方程式、非線形オペアンプ回路等として適切にプログラムされることができる。ＤＳＰにより少なくとも部分的に実施されるカプノメーターの電子機器３２の場合、そのようなＤＳＰは、マイクロ制御器又はマイクロ処理器、若しくはＲＯＭ(read only memory)、ＥＰＲＯＭ(electrically programmable read-only memory)、ＣＭＯＳメモリ、フラッシュメモリ、又はデジタル信号処理器を行うために前記マイクロ制御器若しくはマイクロ処理器等により読み取り可能及び実行可能である他の電子、磁気、光学若しくは非一時的な記憶媒体に記憶される命令によりプログラムされるものにより実施される。ＤＳＰ処理のために、フロントエンドＡ／Ｄ(analog-to-digital)変換回路が通例、検出器信号をデジタル化するために設けられる。出力構成要素３４は、カプノメーターの電子機器３２により生成されるカプノメーター信号又はデジタルデータを出力するために設けられる。例示的な出力構成要素は、ディスプレイ３４、例えばＬＣＤディスプレイ等である。例示的なディスプレイ３４は、時間に対するＣＯ_２の濃度又は分圧をトレンドラインとしてプロットしている。それに加えて又はその代わりに、ディスプレイは、例えばｅｔＣＯ_２の数値を示してよい。出力構成要素は、それに加えて又はその代わりに、他の形式をとってよく、例えばそれを介してカプノメーターのデータが読み取られるＵＳＢポート又は他のデータポートでもよいし、或いは（場合によってディスプレイ３４に加えて）含んでもよい。その上、カプノメーターの電子機器３２は、追加の機能、例えば集積デバイス３０の動作温度を測定する熱電温度計、温度ダイオード又は他の温度センサ３６を監視することを行ってよい。集積デバイス３０の温度の大幅な変化は、バンドパスフィルタの通過帯域及び／又は検出器の感度において望まないシフトを生じ得るので、これは有用である。幾つかの実施例において、集積デバイス３０は、ペルチェ(Peltier)装置又は他の熱電冷却装置（図示せず）に取り付けられる若しくはそれらと熱的に接触をしている、及び電子機器３２は、集積デバイス３０を設計基準動作温度に維持するために、温度センサ３６からの温度を使用して、フィードバック制御モードで熱電冷却装置を操作する。カプノメーター１０は、図１の簡略図には例示されていない多数の他の構成要素、例えば呼吸ガスのフローを監視するための圧力計及び／又は流量計、キーパッド及び／又は他のユーザー入力構成要素等を含んでもよい。

ここで図２を参照すると、集積デバイス３０の第１の実施例が示される。この実施例において、集積デバイスは、基板４０、例えば限定ではない例示的な例として水晶基板を含む。この基板は好ましくは平面であり、例えば２つの平坦な向かい合う主面を持つウエハー又は相対的に薄いチップである。セレン化鉛（ＰｂＳｅ）層４２が基板４０の一方の側に配されている。このＰｂＳｅ層４２は、目標範囲、例えば幾つかの実施例において、３−５．５ミクロンにある又は他の実施例において、４．２６ミクロンを含むより小さなスペクトル範囲にある殆どの光を吸収するのに十分な厚さである。幾つかのレジ的な実施例において、ＰｂＳｅ層４２は、０．５ミクロンから２．５ミクロンの間にある厚さを持つ。ＰｂＳｅ層４２は例えば、化学浴析出法（ＣＢＤ:chemical bath deposition）又は気相堆積法（ＶＰＤ:vapor phase deposition）により堆積される。一般的に、より早く簡単に達成可能な堆積速度を理由に、ＣＢＤが好まれる。堆積したＰｂＳｅ層４２は通常、多結晶膜である。電極４４も基板４０に配され、ＰｂＳｅ層４２の光伝導信号、例えばＰｂＳｅ層４２にわたる抵抗、電流及び電圧の１つから成る光伝導信号の測定を可能にするために、ＰｂＳｅ層４２と電気接続されている。電極４４は例えば、ＰｂＳｅ層４２の端部にわたり配される、又はＰｂＳｅ層４２の端部に隣接する基板４０の上に直に配される金又は銀パッドでもよい。電極４４は任意で、前記金又は銀パッド層をＰｂＳｅ及び／又は基板材料に接着するのを促すための接着層及び／又は拡散障壁層を含んでもよい。この接着及び／又は拡散障壁層は例えば、クロム、チタン、チタン−タングステン又はニッケル等の１つ以上の層を有してよい。

引き続き図２を参照すると、集積デバイス３０はさらに、バンドパスフィルタ層５０を含み、図２の実施例において、このバンドパスフィルタ層５０は、ＰｂＳｅ層４２の頂部に配されている。図２に示されるように、光源２８（図１参照）により生成される光Ｌは、ＰｂＳｅ層４２に到達するために、バンドパスフィルタ層５０を通過する、故に、光ＬによりＰｂＳｅ層４２において誘発される光伝導は、バンドパスフィルタ層５０の通過帯域内にある光Ｌのスペクトル部分に制限される。バンドパスフィルタ層５０は、例えば幾つかの実施例において比較的に広い通過帯域、例えば３−３．５ミクロンの通過帯域を規定するために、バルク吸収及び／又は光学干渉により動作する単一の層又は複数の層を有する広帯域フィルタでもよい。その代わりに、バンドパスフィルタ層５０は、狭い通過帯域を持つ狭帯域フィルタでもよい。この方法において、バンドパスフィルタ層５０は、干渉フィルタを規定する多層スタックを有する。そのような干渉フィルタは、光線追跡法又は他の光学フィルタ設計技術を用いて、通過帯域と周囲の"阻止"帯域との間に狭い通過帯域に合わせた推移を持つように設計される。従って、例えば４．２６ミクロンの波長の狭伝送帯域（ＣＯ_２の主要な吸収線）を含むが、例えば酸素又は亜酸化窒素のような他のガスの吸収線を含まない狭い通過帯域を持つ干渉フィルタを規定する多層スタックとしてバンドパスフィルタ層５０を設計することが考えられる。そのような方法は、ＰｂＳｅ層４２に対し測定された光伝導信号をＣＯ_２の濃度又は分圧に変換するとき、これらの干渉するガスに対する補正を減らす又は取り除くことにより、電子機器３２（図１参照）の単一の処理回路（例えばＤＳＰ又はアナログ信号処理回路）の設計を簡単にすることができる。

ＰｂＳｅ層４２の頂部にバンドパスフィルタ層５０を配することは、さらなる利点、すなわち屈折率整合を提供する。ＰｂＳｅは、４．２６ミクロンの波長に対し約ｎ＝４．９の屈折率を持つ。むき出しのＰｂＳｅの表面に赤外線が当たるとき、赤外線のＰｂＳｅ層内への伝送は、空気（ｎ＝１．０）からＰｂＳｅ層（ｎ＝４．９）への大きな屈折率ステップで反射することにより大きく減少する。ある推定によれば、むき出しのＰｂＳｅの表面において、光の４４％が反射され、残りの５６％の光だけがＰｂＳｅ内に浸透する。図２の集積デバイス３０において、ＰｂＳｅ層４２をバンドパスフィルタ層５０でコーティングすることにより、屈折率ステップは減少し、従って、むき出しのＰｂＳｅの表面と比べて、光の反射損を減らす。反射損を減らすために、バンドパスフィルタ層５０は、空気のｎ＝１．０とＰｂＳｅのｎ＝４．９との中間である屈折率を持つ材料を含むべきである。幾つかの適切な材料は、非限定の例として、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、氷晶石、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化鉛（ＰｂＦ_２）、フッ化カドミウム（ＣｄＦ_２）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ケイ素、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、ゲルマニウム、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ_２）、テルル化鉛、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、フッ化トリウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、硫化カドミウム、フッ化アンチモン、フッ化イットリウム、又は（例えば干渉フィルタを規定するための）それらの様々な多層の組み合わせを含む。

図２の集積デバイス３０が抱える１つの潜在的な困難は、例えばＣＢＤ又はＣＶＤにより堆積されるＰｂＳｅ層４２は通例、かなり高い表面粗さを持つ多結晶層であることである。バンドパスフィルタ層５０がＰｂＳｅ層４２の上に堆積されるとき、結果生じるバンドパスフィルタ層５０は、下層にある多結晶ＰｂＳｅ層４２の表面粗さと同程度である粗さ又は側面変化を呈する。例えば狭帯域の干渉フィルタのような幾つかのバンドパスフィルタの設計に対し、そのような粗さ又は側面変化は、多層スタックの完全に平坦な層が光通過帯域を規定する弱め合う干渉及び相殺的干渉を協力して生じさせる"理想的な"フィルタ設計を阻害する。この状況を改善するための１つの方法は、図２の実施例におけるバンドパスフィルタ層５０の堆積の前に、ＰｂＳｅ層４２の表面の機械的又は化学機械的な研磨を用いることである。

図３及び図４を参照すると、代替実施例の集積デバイス３０Ａ、３０Ｂが示される。図３及び図４において、図２の集積デバイス３０の構成要素に対応する構成要素（すなわち、基板４０、ＰｂＳｅ層４２、電極４４及びバンドパスフィルタ層５０）は、対応する参照番号で標識される。図３の集積デバイス３０Ａ又は図４の集積デバイス３０Ｂの何れか一方が図１の集積デバイス３０と置き替えられ、光源２８からの光Ｌは、夫々の図３及び４に示されるように配向される。特に、集積デバイス３０Ａ、３０Ｂは共に、光Ｌは、ＰｂＳｅ層４２が置かれる側とは反対の基板４０の側に当たる背面照射形状を持つ。夫々の図３及び４の代替実施例の集積デバイス３０Ａ、３０Ｂは、以下に順番に説明される。

図３を特に参照すると、光ＬがＰｂＳｅ層４２に到達するためにバンドパスフィルタ層５０を通過することを保証するために、図３の構成において、バンドパスフィルタ層５０は、ＰｂＳｅ層４２が配される側とは反対側の基板４０の側に配される。すなわち、バンドパスフィルタ層５０は、光Ｌが最初に当たる側に配されている。別の言い方では、図３の集積デバイス３０Ａは、バンドパスフィルタ層５０は、ＰｂＳｅ層４２の上に堆積されている状態から、ＰｂＳｅ層４２が堆積されている側とは反対側の基板４０の側に堆積されている状態に移動しているという点で、図２の集積デバイス３０とは異なる。図３のバンドパスフィルタ層５０は、多結晶ＰｂＳｅ層４２の粗い可能性のある表面上に配されるのではなく、比較的に滑らかであると予想される基板４０の（背面の）表面上に配されるという点で、図３の配列は、２図の配列に対する潜在的な利点を持つ。従って、バンドパスフィルタ層５０が狭い通過帯域を規定する正確な薄層の厚さを持つ多層スタックとして設計される場合、製造の観点から集積デバイスの実施例３０Ａが好ましい。集積デバイス３０Ａは、むき出しのＰｂＳｅの表面からの高反射の問題に対する代替の解決法も示している。図３の実施例３０Ａにおいて、光は基板４０を通過しＰｂＳｅ層４２内に入るので、発生する屈折率ステップは、基板４０の屈折率と、ＰｂＳｅ層４２の屈折率との間である。基板４０が空気の屈折率（ｎ＝１．０）とＰｂＳｅの屈折率（ｎ＝４．９）との中間である屈折率を持つ限り、この構造は、反射損を減らすだろう。図３の集積デバイス３０Ａに対する他の設計制約は、基板４０がバンドパスフィルタ層５０の通過帯域に対し透過であるべきである、又は幾つかの実施例において、少なくとも４．２６ミクロンの赤外線に対して透過であるべきことである。幾つかの非限定の実施例として、集積デバイス３０Ａの幾つかの実施例において、４．２６ミクロンの赤外線に対し透過である基板は、ケイ素、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、サファイア、酸化チタン、氷晶石、フッ化マグネシウム、ジルコニア、硫化亜鉛、フッ化鉛、フッ化カドミウム、硫化カドミウム、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化ニオブ、フッ化アンチモン又はゼロデュアを有する。

図４を特に参照すると、集積デバイス３０Ｂにおいて、バンドパスフィルタ層５０は、（図２の実施例と同じ）ＰｂＳｅ層４２と同じ基板４０の側にあるが、図４の集積デバイス３０Ｂにおいて、バンドパスフィルタ層５０は、基板４０とＰｂＳｅ層４２との間に配されている。この配列は再び、（背面側に当たる）光Ｌは、ＰｂＳｅ層４２に到達するためにバンドパスフィルタ層５０を通過するので、バンドパスフィルタ層５０の通過帯域内にある光Ｌの部分だけがＰｂＳｅ層に到達する。図３の実施例と同様に、図４の実施例は、多結晶ＰｂＳｅ層４２の粗い可能性のある表面上に配されるのではなく、比較的に滑らかであると予想される基板４０の（前面の）表面上に配されるという点で、図２の配列に対する潜在的な利点を持つ。従って、再び、バンドパスフィルタ層５０が狭い通過帯域を規定する正確な薄層の厚さを持つ多層スタックとして設計される場合、設計の観点から集積デバイスの実施例３０Ｂが好ましい。集積デバイス３０Ｂにおいて、むき出しのＰｂＳｅの表面からの高反射の問題は、バンドパスフィルタ層５０とＰｂＳｅ層４２との間におけるより小さい屈折率ステップに遭遇する光Ｌ及び／又はその後に続く相殺的干渉効果により対処される。バンドパスフィルタ５０の材料が空気の屈折率（ｎ＝１．０）とＰｂＳｅの屈折率（ｎ＝４．９）との中間である屈折率を持つ限り、この構造は、反射損を減らすだろう。

ＰｂＳｅ層４２との境界面における反射損がこのように、図４の集積デバイス３０Ｂにおいて対処されたとしても、基板４０の"背面側"、すなわち光Ｌが当たる側に反射損の可能性がある。この反射損を減らすために、反射防止（ＡＲ）コーティング層５６が基板４０の"背面側"、すなわちＰｂＳｅ４２及びバンドパスフィルタ層５０が配されている基板４０の側とは反対側にある側上に任意で配される。ＡＲコーティング層５６は、空気の屈折率（ｎ＝１．０）と基板４０の屈折率との中間である屈折率を持つ如何なる適切な材料である。その代わりに、ＡＲコーティング層５６は、バンドパスフィルタ５０の通過帯域と（少なくとも大体）合っている通過帯域を持つ干渉フィルタを規定する多層スタックでもよい。

図３の実施例と同様に、図４の集積デバイス３０Ｂに対する他の設計制約は、基板４０がバンドパスフィルタ層５０の通過帯域に対し透過であること、又は幾つかの実施例において、少なくとも４．２６ミクロンの赤外線に対して透過であることである。非限定の例として、集積デバイス３０Ｂの幾つかの実施例において、４．２６ミクロンの赤外線に対し透過である基板は、ケイ素、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、サファイア又はゼロデュアを有する。

図４の実施例３０Ｂにおいて、ＰｂＳｅ層４２は、バンドパスフィルタ層５０上に堆積される。これは、バンドパスフィルタ層５０がＰｂＳｅ層４２の化学溶析出法（ＣＢＤ）において使用される湿式化学浴(wet chemical bath)に対し不浸透性であることが必要である、又はその代わりに、ＰｂＳｅ層４２を堆積するのに気相堆積法（ＶＰＤ）が使用される場合、バンドパスフィルタ層５０は、気相化学(gas-phase chemistry)に対し不浸透性であることが必要である。バンドパスフィルタ層５０の材料がこの湿式化学又は気相化学に耐えることができない場合、このとき、ＰｂＳｅ層４２のＣＢＤ又はＶＰＤ堆積の前に、バンドパスフィルタ層５０の上に薄い保護層(passivation layer)を堆積することが考えられる。

図３の実施例３０Ａにおいて、ＰｂＳｅ層４２は、バンドパスフィルタ層５０の堆積前又は堆積後の何れかで堆積されてよい。ＰｂＳｅ層４２がバンドパスフィルタ層５０の後に堆積される場合、このとき、バンドパスフィルタ層５０は、ＣＢＤ又はＶＰＤ堆積化学に対し不浸透性であるか、又はバンドパスフィルタ層５０は、恒久的な薄い保護層により、或いはＰｂＳｅ層４２の堆積後、取り除かれることができる一時的な保護マスク層（例えばフォトレジスト層）により保護されるかの何れか一方である。

例示的な実施例において、ＰｂＳｅは、赤外線吸収層４２として使用される。より一般的に、ＰｂＳｅ層は、例えば水銀カドミウムテルル層又はアンチモン化インジウム層のようなもう１つの赤外線吸収層と置き替えられることも考えられる。すなわち、集積デバイス３０、３０Ａ、３０Ｂの例示的な実施例の何れにおいても、例示的なＰｂＳｅ層４２は、水銀カドミウムテルル層、アンチモン化インジウム層、又はＣＯ_２に対する４．２６ミクロンの吸収線を含むスペクトル範囲にある赤外線による照射に応じて、光伝導性を示す他の赤外線吸収層と置き替えられることも考えられる。

本発明は好ましい実施例を参照して説明される。先行する詳細な説明を読み、理解すると、他の人に変更案及び代替案が思い付くことができる。そのような変更案及び代替案が付随する請求項又はそれと同等のものの範囲内にある限り、本発明はそのような変更案及び代替案の全てを含んでいることを意図される。

Claims (23)

1. 基板、前記基板上に配される赤外線吸収層、及び前記基板上に配されるバンドパスフィルタ層を有する集積デバイス、
   前記集積デバイスの前記赤外線吸収層に到達するために、前記集積デバイスの前記バンドパスフィルタ層を通過する光を放射するように配される光源、並びに
   前記赤外線吸収層の光伝導信号を測定するために、前記集積デバイスの前記赤外線吸収層と接続され、前記光伝導信号を二酸化炭素の分圧又は濃度値に変換するための信号処理回路を含む電子機器
   を有するカプノメーター。
2. 前記集積デバイスの前記バンドパスフィルタ層及び前記赤外線吸収層は、前記基板の同じ側に配され、前記赤外線吸収層は、前記基板と前記バンドパスフィルタ層との間に配されている、請求項１に記載のカプノメーター。
3. 前記集積デバイスの前記バンドパスフィルタ層及び前記赤外線吸収層は、前記基板の同じ側に配され、前記バンドパスフィルタ層は、前記基板と前記赤外線吸収層との間に配されている、並びに前記集積デバイスの前記基板は、少なくとも前記集積デバイスのバンドパスフィルタ層の通過帯域にわたり前記光源により放射された光に対し透過である、請求項１に記載のカプノメーター。
4. 前記集積デバイスはさらに、
   前記赤外線吸収層及び前記バンドパスフィルタ層が配される側とは反対側にある前記基板の側に配される反射防止（ＡＲ）コーティング層
   を有する請求項３に記載のカプノメーター。
5. 前記集積デバイスの前記バンドパスフィルタ層及び前記赤外線吸収層は、前記基板を挟んで配される、並びに前記基板は、少なくとも前記集積デバイスの前記バンドパスフィルタ層の通過帯域にわたり前記光源により放射された光に対し透過である、請求項１に記載カプノメーター。
6. 前記集積デバイスの前記バンドパスフィルタ層の通過帯域は、４．２６ミクロンを含む、請求項１乃至５の何れか一項に記載のカプノメーター。
7. 前記電子機器は、前記赤外線吸収層にわたる抵抗、電流及び電圧の１つから成る前記赤外線吸収層の前記光伝導信号を測定するために、前記集積デバイスの前記赤外線吸収層と接続されている、請求項１乃至６の何れか一項に記載のカプノメーター。
8. 前記集積デバイスと熱的に接続される温度センサをさらに有し、前記電子機器は、前記集積デバイスの温度を監視するために前記温度センサと接続されている、請求項１乃至７の何れか一項に記載のカプノメーター。
9. 呼吸ガスが流れる流路を含む二酸化炭素（ＣＯ_２）測定セルをさらに有し、前記光源は、前記集積デバイスの前記バンドパスフィルタ層に到達する前に、前記二酸化炭素測定セルの前記流路を通過する光を放射するように配される、請求項１乃至８の何れか一項に記載のカプノメーター。
10. 前記集積デバイスの前記赤外線吸収層は、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）層である、請求項１乃至９の何れか一項に記載のカプノメーター。
11. 基板、
    前記基板上に配されるセレン化鉛（ＰｂＳｅ）層、
    前記基板上に配される、及び前記セレン化亜鉛層と電気接続される電極、並びに
    前記基板上に配される、４．２６ミクロンを含む通過帯域を持つバンドパスフィルタ層
    を有する赤外線検出器。
12. 前記バンドパスフィルタ層及び前記セレン化鉛層は、前記基板の同じ側に配され、前記セレン化鉛層は、前記基板と前記バンドパスフィルタ層との間に配されている、請求項１１に記載の赤外線検出器。
13. 前記バンドパスフィルタ層及び前記セレン化鉛層は、前記基板の同じ側に配され、前記バンドパスフィルタ層は、前記基板と前記セレン化鉛層との間に配されている、並びに前記基板は、４．２６ミクロンの赤外線に対し透過である、請求項１１に記載の赤外線検出器。
14. 前記バンドパスフィルタ層は、干渉フィルタを規定する多層スタックを有する、請求項１３に記載の赤外線検出器。
15. 前記基板上に配される反射防止（ＡＲ）コーティング層をさらに有し、前記反射防振コーティング層は、前記セレン化鉛層及び前記バンドパスフィルタ層が配されている側とは反対側にある前記基板の側上にある、請求項１３又は１４に記載の赤外線検出器。
16. 前記バンドパスフィルタ層及び前記セレン化鉛は、前記基板を挟んで配され、前記基板は、４．２６ミクロンの赤外線に対し透過である、請求項１１に記載の赤外線検出器。
17. 前記バンドパスフィルタ層は、干渉フィルタを規定する多層スタックを有する、請求項１６に記載の赤外線検出器。
18. ４．２６ミクロンの赤外線に対し透過である前記基板は、ケイ素、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、サファイア、酸化チタン、氷晶石、フッ化マグネシウム、ジルコニア、硫化亜鉛、フッ化鉛、フッ化カドミウム、硫化カドミウム、硫化亜鉛、酸化タンタル、酸化ニオブ、フッ化アンチモン又はゼロデュアを有する、請求項１３乃至１７の何れか一項に記載の赤外線検出器。
19. 前記セレン化鉛層は、０．５ミクロンから２．５ミクロンまでの間の厚さを持つ、請求項１１乃至１８の何れか一項に記載の赤外線検出器。
20. 前記セレン化鉛層に到達するために、前記バンドパスフィルタ層を通過する光を放射するように配される光源、及び
    前記セレン化鉛層の光伝導信号を測定するために、前記電極と接続される電子機器
    をさらに有する、請求項１１乃至１９の何れか一項に記載の赤外線検出器。
21. 前記光伝導信号は、前記セレン化鉛層にわたる抵抗、電流及び電圧の１つである、請求項２０に記載の赤外線検出器。
22. 前記基板、前記基板上に配される前記セレン化鉛層、前記基板上に配される前記電極、及び前記基板上に配される前記バンドパスフィルタ層を有する集積されるフィルタ／検出器装置と熱的に接続される温度センサをさらに有し、前記電子機器は、前記集積されるフィルタ／検出器装置の温度を監視するために、前記温度センサと接続されている、請求項２０又は２１に記載の赤外線検出器。
23. 前記電子機器は、前記光伝導信号を二酸化炭素の分圧又は濃度値に変換するための信号処理回路を含む、請求項２０乃至２２の何れか一項に記載の赤外線検出器。

Images