JP6095856B2 - 電磁波検出器、及びガス分析装置 - Google Patents
電磁波検出器、及びガス分析装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6095856B2 JP6095856B2 JP2016524157A JP2016524157A JP6095856B2 JP 6095856 B2 JP6095856 B2 JP 6095856B2 JP 2016524157 A JP2016524157 A JP 2016524157A JP 2016524157 A JP2016524157 A JP 2016524157A JP 6095856 B2 JP6095856 B2 JP 6095856B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electromagnetic wave
- wave sensor
- sensor
- output
- support leg
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 81
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 61
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 15
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 14
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 15
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/0225—Shape of the cavity itself or of elements contained in or suspended over the cavity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/08—Optical arrangements
- G01J5/0801—Means for wavelength selection or discrimination
- G01J5/0802—Optical filters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/21—Polarisation-affecting properties
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/497—Physical analysis of biological material of gaseous biological material, e.g. breath
- G01N33/4972—Determining alcohol content
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Hematology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
本発明は、特定の波長帯の電磁波を熱に変換して検出する電磁波検出器、及びこの電磁波検出器を備えたガス分析装置に関する。
家電製品などで、省エネルギーかつ快適空間を実現するために、人体の位置や室内の温度分布を検知する高感度で簡便な電磁波検出器が必要とされる。このような電磁波検出器として、従来から、サーモパイルを画素に用いた電磁波センサが使用されている。この電磁波センサでは、熱電対の温接点がキャビティ上に、冷接点が枠体上にそれぞれ配置され、温接点と冷接点との温度差に応じて発生する熱起電力から温接点の温度を知ることができる。また、温接点の熱容量の低減、温接点から冷接点への熱伝導性の抑制、電磁波吸収膜の吸収を高めることなどにより、高感度化がなされている（特許文献１参照）。
従来の様な電磁波検出器において、検出する電磁波の波長を選択する場合、受光部（温度センサ部）に所定の波長域の電磁波を吸収する電磁波吸収膜を形成することにより、電磁波のセンサ感度に波長選択性を持たせることができる。しかしながら、電磁波吸収部がサーモパイルの場合、熱電対の温接点での電磁波吸収以外に、受光部を中空保持する支持脚部（例えば、配線や熱電対）でも電磁波吸収が生じる。この支持脚部での電磁波吸収によるセンサ出力が電磁波感度の波長選択性を悪化させる。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電磁波感度の波長選択性が向上した電磁波検出器を備えたガス分析装置を提供することを目的とする。
この発明に係る電磁波検出器は、基板と、支持脚で基板上に中空保持された受光部を有する第１電磁波センサと、第１電磁波センサの支持脚と同一構造の支持脚で基板上に中空保持された受光部を有し、第１電磁波センサに隣接して設けられた第２電磁波センサとを備えた電磁波検出器であって、第１電磁波センサの受光部は、平坦な全面反射膜を有し、第２電磁波センサの受光部は、所定の波長域または所定の偏光の光を検出する電磁波吸収体を有し、第２電磁波センサの出力と第１電磁波センサの出力との差分を出力することを特徴とする。
この発明に係る電磁波検出器は、上記のように構成したことにより、受光部を中空保持する支持脚部での電磁波吸収によるセンサ出力を引きさることができるので、電磁波感度の波長選択性が向上する。
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態では、電磁波検出器として、可視光または赤外光の検出器を用いた場合について説明するが、本発明はこれらの検出器に加えて、例えば紫外光、近赤外光、テラヘルツ（ＴＨｚ）波、マイクロ波などの電波領域の検出器を用いても有効である。なお、本発明の実施に形態においては、これらの光や電波を総称して電磁波とも記載する。
本発明の実施の形態では、電磁波検出器として、可視光または赤外光の検出器を用いた場合について説明するが、本発明はこれらの検出器に加えて、例えば紫外光、近赤外光、テラヘルツ（ＴＨｚ）波、マイクロ波などの電波領域の検出器を用いても有効である。なお、本発明の実施に形態においては、これらの光や電波を総称して電磁波とも記載する。
以下、本発明の実施の形態による電磁波検出器について、図を参照して説明する。各実施の形態において、同一の構成には同一の符号を付して、説明を省略する。
まず初めに、前提技術として、本発明の電磁波検出器を構成する電磁波センサについて説明する。図１は、本発明の前提技術となる電磁波センサ１１０の上面図である。図２は、電磁波センサ１１０の断面図であり、図２（ａ）は、図１のＩ−Ｉ線における断面図、図２（ｂ）は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。なお、図１では、理解を容易にするために基板１上の絶縁膜２の記載を省略し、温接点４の上に設けた電磁波吸収体３を透視した状態で示している。
図１，２に示すように、電磁波センサ１１０は、シリコン等の基板１と、電磁波を熱に変換して検出する受光部１８と、基板１上に受光部（温度センサ部）１８を中空保持する支持脚（例えば配線や熱電対）１９とにより構成される。基板１の表面には、例えばＳｉＯ２やＳｉＮからなる絶縁膜２が設けられている。絶縁膜２の上には、複数の熱電対からなるサーモパイル（熱電堆：多数の熱電対を直列に接続して出力電圧を高くしたもの）７が設けられている。絶縁膜２とその内部のサーモパイル７（熱電対）とを含めたものを支持脚１９と呼ぶ。この支持脚１９は受光部１８を中空に保持して浮かせることによって、熱的に絶縁する効果も有する。
図２に示すように、熱電対は、熱電対材料ａ１２と熱電対材料ｂ１３との対からなり、例えば、熱電対材料ａ１２としてアルミニウム膜、熱電対材料ｂ１３としてポリシリコン膜を用いることができる。熱電対材料ａ１２と熱電対材料ｂ１３とは、中心軸５０に沿って対称に配置されており、熱電対材料ａ１２と熱電対材料ｂ１３の一方の端部は、中心軸５０の近傍で接続されて温接点４を形成する。温接点４の上、つまり電磁波の入射側には、所定の波長帯の電磁波を吸収する電磁波吸収体３を備えた受光部１８が設けられている。電磁波吸収体３は、温接点４を覆うように配置される。絶縁膜２とその上部の電磁波吸収体３とを含めたものを受光部１８と呼ぶ。なお、支持脚１９の上には電磁波吸収体３が設けられていないため、支持脚９の表面は電磁波に対して露出した状態となる。
受光部１８の下部の基板１は除去されており、キャビティ６が形成されている。言い換えると、電磁波センサ１１０は、支持脚１９でキャビティ６の上側に受光部１８を保持する中空構造となっている。このように、受光部１８の下部にキャビティ６を設けることで、電磁波吸収体３やサーモパイル７から基板１に熱が逃げるのを防止している。
一方、熱電対材料ａ１２と熱電対材料ｂ１３の他方の端部は、キャビティ６の外方の基板１の上で接続されて冷接点５を形成する。つまり、冷接点５は、基板１上のキャビティ６が形成されていない領域に配置される。
基板１上の離れた位置に形成された熱電対は、配線１０で接続される。
電磁波センサ１１０では、電磁波吸収体３が電磁波を吸収することにより、温接点４の温度が上昇し、温接点４と冷接点５との間に温度差ができ、ゼーベック効果により起電力が発生する。この起電力を配線１０を介して出力パッド１１から検出することにより、電磁波吸収体３に入射した所定の波長の電磁波を検出することができる。
次に、本発明の実施の形態１の電磁波検出器１００の構成について説明する。電磁波検出器１００は、前提技術として説明した電磁波センサを２つ備える。２つの電磁波センサ１１１，１１２は、受光部１８の構成が異なる。図３は、本発明の実施の形態１にかかる電磁波検出器１００の上面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。また、図５は、図３のＶ−Ｖ線における断面図である。図３でも図１と同様、理解を容易にするため、基板１上の絶縁膜２の記載を省略し、温接点４の上に設けた電磁波吸収体８及び反射膜９を透視した状態で示している。
電磁波検出器１００は、基板１上に隣接して配置された第１電磁波センサ１１１と第２電磁波センサ１１２とを有する。第１電磁波センサ１１１と第２電磁波センサ１１２とは、配線１４で接続される。
第１電磁波センサ１１１の受光部１８は反射膜９を有し、この反射膜９は絶縁膜２の上に設けられた熱電対の温接点４を覆うように配置されている。また、第２電磁波センサ１１２の受光部１８は所定の波長域の光を検出する電磁波吸収体８を有し、この電磁波吸収体８は温接点４を覆うように配置されている。第１電磁波センサ１１１及び第２電磁波センサ１１２のその他の構造は、図１，２を用いて説明した、前提となる電磁波センサ１１０と同様である。また、第１電磁波センサ１１１と第２電磁波センサ１１２の支持脚１９は同一の構造である。
図４に示すように、第２電磁波センサ１１２の電磁波吸収体８は、特定波長の入射光を表面に結合させる表面プラズモンを誘起するように、表面にアレイ状に配置された周期構造を有し、特定波長の入射光の吸収量が特定波長以外の入射光の吸収量より大きくなるように構成される。第２電磁波センサ１１２の電磁波吸収体８は、例えばＡｕ、Ａｇなどの金属からなる。金属の厚さは入射した電磁波が金属を透過しない厚さであれば良い。目安としては、対象とする波長における表皮厚さの二倍以上であれば良い。電磁波波長域では、膜厚は数十ｎｍ程度から数百ｎｍ程度である。電磁波吸収体８の構造は、表面プラズモンを生じる金属で表面がおおわれ、周期的な凹凸が１次元または２次元に配置された構造でも良い。この場合、凹凸の周期によって吸収波長が決定される。また、電磁波吸収体８の構造は、平坦な金属の上に酸化シリコンなどの絶縁層が成膜され、その上に周期的な孤立金属パターンが１次元または２次元に配置された構造でも良い。この場合、孤立金属パターンの大きさによって吸収波長が決定される。
電磁波の検出に表面プラズモンを利用する場合は、電磁波吸収体８の金属材料としてＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等を用いることが好ましい。本発明では、表面プラズモン、疑似表面プラズモン、あるいはメタマテリアルと呼ばれる効果は、金属の周期構造による波長選択効果という観点からは同じであることから、総称して「表面プラズモン」と呼ぶ。
また、電磁波吸収体８は、金属膜の単層構造、金属膜と誘電体との多層膜構造、または誘電体の多層膜によって吸収波長を制御した構造でも良いし、電磁波吸収体８に用いる材料を変えることで吸収波長を制御した構造でも良い。
反射膜９は、表面が平坦で、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなど電磁波波長域で高い反射率を有する金属からなる。
配線１４は、第１電磁波センサ１１１の熱電対材料ａ１２の冷接点５と、第２電磁波センサ１１２の熱電対材料ａ１２の冷接点５との間を接続する。以下では、このように接続した場合の動作について説明する。
ここでは簡単のために、図６に示す熱電対で説明する。図６（ａ）は、熱電対の原理を示す模式図である。図６（ｂ）は、本実施の形態の電磁波検出器１００と同様に２つの熱電対を接続した状態を示す模式図である。図６（ａ）に示すように、熱電対では、温接点４と冷接点５の温度差によって起電力Ｖが生じる。次に、図６（ｂ）のように、同じ熱電対材料ａ１２同士を配線１４で接続した場合を考える。この場合、左右それぞれの熱電対の電圧が逆向きに生じているため、両者を接続した状態で、左右それぞれの熱電対の熱電対材料ｂ１３間の電圧を計測すると、両熱電対の差分が演算され、出力される。温接点４と冷接点５とが同じ温度の場合は、差分出力はゼロとなる。本実施の形態の電磁波検出器１００のように、複数の熱電対材料ａ１２及び熱電対材料ｂ１３が直列に接続されている場合であっても、差分を出力するための接続方法は、基本的には図６（ｂ）と同じである。第１電磁波センサ１１１の出力と第２電磁波センサ１１２の出力とを図６（ｂ）のように接続することで、両センサの差分が出力として得られる。つまり、第２電磁波センサ１１２の出力から第１電磁波センサ１１１の出力を差し引いた値が出力として得られる。
次に、本発明の実施の形態１の電磁波検出器１００の効果について説明する。図７（ａ）は、所定の波長域の光を吸収する電磁波吸収体８を形成することにより、感度に波長選択性を持たせた電磁波センサにおける、理想的な吸収特性を示す。図７（ｂ）は、実施の形態１にかかる電磁波検出器１００の第２電磁波センサ１１２の吸収特性を示す。
図７（ａ）に示すように、波長帯Ｗ２の電磁波を吸収する電磁波吸収体８を備えた電磁波センサの場合、電磁波吸収体８による吸収α２のみからセンサ出力が得られることが理想的である。しかしながら、実際のセンサでは、図７（ｂ）に示すように、波長帯Ｗ２における電磁波吸収体８による吸収α２と、波長帯ＷＬにおける支持脚１９の吸収αＬとをあわせた吸収が、全体の吸収αとなる。つまり、実際のセンサ出力には、波長帯ＷＬにおける支持脚１９の吸収αＬによる出力が含まれる。例えば、絶縁膜２がＳｉＯ２やＳｉＮからなる場合、材料自体が１０μｍ付近の光を吸収し、この吸収がセンサの出力に反映されてしまう。従来のサーモパイルでは、支持脚自体の吸収が問題とされることはなかった。しかしながら、本発明のように波長選択性を有する検出器を実現する上では、支持脚自体の材料のもつ固有の吸収は、波長選択性を悪化させ大きな問題となることが今回明らかとなった。
これに対して、本実施の形態の電磁波検出器１００は、温接点４上に反射膜９を設けた第１電磁波センサ１１１と、温接点４上に所定の波長帯の光を吸収する電磁波吸収体８を設けた第２電磁波センサ１１２とを備え、第２電磁波センサ１１２のセンサ出力（熱起電力）から、第１電磁波センサ１１１のセンサ出力（熱起電力）が引き算されるよう電気的に接続し、出力パッド１１から信号が読み出されるように構成した。これにより、支持脚１９における電磁波の吸収を含まない理想的なセンサ出力の電磁波検出器１００を実現することができる。
特に、本実施の形態の電磁波検出器１００においては、第１電磁波センサ１１１と第２電磁波センサ１１２の支持脚が同一構造なので、第２電磁波センサ１１２のセンサ出力から第１電磁波センサ１１１のセンサ出力を差し引くことで、支持脚１９で吸収した電磁波がセンサ出力に与える影響を除去することができる。
以上のように、本実施の形態の電磁波検出器１００は、支持脚１９で基板１上に中空保持された受光部１８を有する第１電磁波センサ１１１と、第１電磁波センサ１１１の支持脚１９と同一構造の支持脚１９で基板１上に中空保持された受光部１８を有し、第１電磁波センサ１１１に隣接して設けられた第２電磁波センサ１１２とを備え、第１電磁波センサ１１１の受光部１８は、反射膜９を有し、第２電磁波センサ１１２の受光部１８は、所定の波長域または所定の偏光の光を検出する電磁波吸収体８を有し、第２電磁波センサ１１２の出力と第１電磁波センサ１１１の出力との差分を出力するように構成される。
これにより、第２電磁波センサ１１２の出力から、受光部１８を中空保持する支持脚部１９での電磁波吸収によるセンサ出力を引きさることができるので、電磁波感度の波長選択性が向上する。
＜実施の形態２＞
図８は、本発明の実施の形態２にかかる電磁波検出器２００の構成を示す図で、図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中の破線の丸Ｐで示した部分の拡大図である。図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線における断面図である。図８においても図１と同様、理解を容易にするため、基板１上の絶縁膜２の記載を省略し、温接点４の上に設けた電磁波吸収体８，１５，１６及び反射膜９を透視した状態で示している。本実施の形態の電磁波検出器２００は、実施の形態１の電磁波検出器１００と比較して、所定の波長帯の光を検出する第３電磁波センサ２０３及び第４電磁波センサ２０４をさらに備えた点が異なる。その他の構成は実施の形態１と共通なので、以下では、本形態に特有の構成を中心に説明する。なお、本実施の形態の支持脚１９の構造は、実施の形態１の支持脚１９の構造とは異なるが、差分をとる電磁波センサの支持脚の構造が同一であればよく、その構造は特に限定されない。また、構造が同一とは、図８に示す第１電磁波センサ２０１と第２電磁波センサ２０２のように、線対称に配置した場合も含む。
図８は、本発明の実施の形態２にかかる電磁波検出器２００の構成を示す図で、図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中の破線の丸Ｐで示した部分の拡大図である。図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線における断面図である。図８においても図１と同様、理解を容易にするため、基板１上の絶縁膜２の記載を省略し、温接点４の上に設けた電磁波吸収体８，１５，１６及び反射膜９を透視した状態で示している。本実施の形態の電磁波検出器２００は、実施の形態１の電磁波検出器１００と比較して、所定の波長帯の光を検出する第３電磁波センサ２０３及び第４電磁波センサ２０４をさらに備えた点が異なる。その他の構成は実施の形態１と共通なので、以下では、本形態に特有の構成を中心に説明する。なお、本実施の形態の支持脚１９の構造は、実施の形態１の支持脚１９の構造とは異なるが、差分をとる電磁波センサの支持脚の構造が同一であればよく、その構造は特に限定されない。また、構造が同一とは、図８に示す第１電磁波センサ２０１と第２電磁波センサ２０２のように、線対称に配置した場合も含む。
まず、本実施の形態の電磁波検出器２００の構造を説明する。図に示すように、反射膜９を備えた第１電磁波センサ２０１、所定の波長帯の光を検出する第２電磁波センサ２０２、第３電磁波センサ２０３、第４電磁波センサ２０４は、基板１上に互いに隣接して複数個配置されている。
第１電磁波センサ２０１の受光部１８は反射膜９を有し、この反射膜９は温接点４を覆うように配置される。第２電磁波センサ２０２の受光部１８は検知波長帯λ１の電磁波吸収体８を有し、この電磁波吸収体８は温接点４を覆うように配置される。第３電磁波センサ２０３の受光部１８は検知波長帯λ２の電磁波吸収体１５を有し、この電磁波吸収体１５は温接点４を覆うように配置される。第４電磁波センサ２０４の受光部１８は検知波長帯λ３の電磁波吸収体１６を有し、この電磁波吸収体１６は温接点４を覆うように配置される。
電磁波吸収体８，１５，１６には、例えば、アレイ状に凹部が設けられる。凹部は等間隔に配置され、その周期（ピッチ）は検出したい電磁波の波長（特定波長）と同程度とする。また、凹部の深さは、例えば、検出したい波長である特定波長の４分の１程度が好ましい。
例えば、検出したい特定波長が５μｍの場合、凹部の形状は、一辺が３μｍの正方形（平面）で、深さは１．５μｍ、凹部の間隔は５μｍとするのが好ましい。この場合、凹部の周期（ピッチ）は検知波長と同じ５μｍとなる。凹部の平面形状は円形でも良い。
温接点４上に反射膜９を設けた第１電磁波センサ２０１と、温接点４上に所定の波長帯の光を吸収する電磁波吸収体８，１５，１６を設けた第２、第３、第４電磁波センサ２０２，２０３，２０４とは、第２、第３、第４電磁波センサ２０２，２０３，２０４のセンサ出力（熱起電力）から第１電磁波センサ２０１のセンサ出力（熱起電力）が引き算されるよう、配線１７でそれぞれ電気的に接続される。また、第１電磁波センサ２０１と第２、第３、第４電磁波センサ２０２，２０３，２０４との接続部は共通化されており、第１電磁波センサ２０１の出力と第２、第３、第４電磁波センサ２０２，２０３，２０４のセンサ出力とがそれぞれ演算され、検知波長帯λ１、λ２、λ３に応じた信号が出力パッドから出力される。
以上のように、本実施の形態の電磁波検出器２００は、支持脚１９で基板１上に中空保持された受光部１８を有する第１電磁波センサ２０１と、第１電磁波センサ２０１の支持脚１９と同一構造の支持脚１９で基板１上に中空保持された受光部１８を有し、第１電磁波センサ２０１に隣接して設けられた第２電磁波センサ２０２と、第１電磁波センサ２０１の支持脚１９と同一構造の支持脚１９で基板１上に中空保持された受光部１８を有し、第２電磁波センサ２０２に隣接して設けられた第３電磁波センサ２０３と、第１電磁波センサ２０１の支持脚１９と同一構造の支持脚１９で基板１上に中空保持された受光部１８を有し、第３電磁波センサ２０３に隣接して設けられた第４電磁波センサ２０４とを備え、第１電磁波センサ２０１の受光部１８は、反射膜９を有し、第２電磁波センサ２０２、第３電磁波センサ２０３、第４電磁波センサ２０４の受光部１８は、それぞれ異なる所定の波長域または所定の偏光の光を検出する電磁波吸収体８，１５，１６を有し、第２電磁波センサ２０２、第３電磁波センサ２０３、第４電磁波センサ２０４の出力と第１電磁波センサ２０１の出力との差分を出力するように構成される。
これにより、第２電磁波センサ２０２、第３電磁波センサ２０３、第４電磁波センサ２０４の出力から、受光部１８を中空保持する支持脚１９での電磁波吸収によるセンサ出力の引きさりが可能となり、複数の電磁波センサによる所定の波長域での電磁波感度の波長選択性が向上する。また、配線１７の接続部を共通化することで、電磁波検出器２００の小型化が可能になる。なお、本実施の形態では、検知波長帯λ１、λ２、λ３に対応した３つの電磁波センサを有する構成について説明したが、所定の波長域の光を検出する電磁波吸収体８を備えた電磁波センサを複数有する構成であればよく、電磁波センサの数はこれに限定されない。
＜実施の形態３＞
実施の形態１，２においては、電磁波吸収体８が特定の波長域の光のみを検出する場合について説明したが、電磁波吸収体８が特定の偏光のみを検知する場合においても同等の効果を有する。つまり、電磁波吸収体８自体は特定の偏光のみを吸収して検知しても、支持脚１９で特定の偏光のみ吸収することは不可能である。その理由は、受光部１８から基板１へ逃げる熱を小さくするため、熱抵抗が大きくなるよう細く長く形成される支持脚１９上に、電磁波吸収体８を設けることができないからである。よって、特定の波長域の光のみを検出する電磁波吸収体８を有する電磁波センサにおいても、電磁波吸収体８の吸収と支持脚１９の吸収を合わせた出力となり、偏光選択性が悪化する。このように、特定の偏光を検知する場合でも、支持脚１９部分の吸収を差分によって消去する方法は、偏光選択性を高めるためにも有効である。
実施の形態１，２においては、電磁波吸収体８が特定の波長域の光のみを検出する場合について説明したが、電磁波吸収体８が特定の偏光のみを検知する場合においても同等の効果を有する。つまり、電磁波吸収体８自体は特定の偏光のみを吸収して検知しても、支持脚１９で特定の偏光のみ吸収することは不可能である。その理由は、受光部１８から基板１へ逃げる熱を小さくするため、熱抵抗が大きくなるよう細く長く形成される支持脚１９上に、電磁波吸収体８を設けることができないからである。よって、特定の波長域の光のみを検出する電磁波吸収体８を有する電磁波センサにおいても、電磁波吸収体８の吸収と支持脚１９の吸収を合わせた出力となり、偏光選択性が悪化する。このように、特定の偏光を検知する場合でも、支持脚１９部分の吸収を差分によって消去する方法は、偏光選択性を高めるためにも有効である。
特定の偏光を検知する電磁波吸収体８の構造は、実施の形態１で述べた表面プラズモンを用いた受光部１８において、周期的に配置された凹凸の形状を楕円や長方形などに変えることによって実現できる。また、１次元周期的に配置された溝としても良い。入射面に金属パターンが周期的に配置される場合は、金属パターンの形状が、長方形、楕円などの非対称性の高い形状であれば良い。
あるいは、電磁波吸収体８が誘電体多層膜の場合は、誘電体の多層膜を一次元的に周期的に形成された凹凸構造とすれば、偏光選択性が実現できる。
＜実施の形態４＞
図１０は、本発明の実施の形態４にかかる電磁波検出器３００の構成を示す図である。実施の形態２では、検知波長帯λ１、λ２、λ３それぞれに対応した電磁波吸収体８、１５、１６で温接点４が覆われ、所定の波長帯の光を検出する第２、第３、第４電磁波センサ２０２，２０３，２０４が、図８に示すように１次元方向に隣接して複数個配置される構成について説明した。本実施の形態の電磁波検出器３００では、特定の波長帯の光を検出する第２、第３、第４電磁波センサ３０２，３０３，３０４が、図１０に示すように、温接点４上に反射膜９を設けた第１電磁波センサ３０１にそれぞれ接するように配置される。つまり、実施の形態２では、第２電磁波センサ２０２のみ第１電磁波センサ２０１に隣接して配置したが、本実施の形態のように、複数の電磁波センサ３０２，３０３，３０４を第１電磁波センサ３０１に隣接して配置しても良い。
図１０は、本発明の実施の形態４にかかる電磁波検出器３００の構成を示す図である。実施の形態２では、検知波長帯λ１、λ２、λ３それぞれに対応した電磁波吸収体８、１５、１６で温接点４が覆われ、所定の波長帯の光を検出する第２、第３、第４電磁波センサ２０２，２０３，２０４が、図８に示すように１次元方向に隣接して複数個配置される構成について説明した。本実施の形態の電磁波検出器３００では、特定の波長帯の光を検出する第２、第３、第４電磁波センサ３０２，３０３，３０４が、図１０に示すように、温接点４上に反射膜９を設けた第１電磁波センサ３０１にそれぞれ接するように配置される。つまり、実施の形態２では、第２電磁波センサ２０２のみ第１電磁波センサ２０１に隣接して配置したが、本実施の形態のように、複数の電磁波センサ３０２，３０３，３０４を第１電磁波センサ３０１に隣接して配置しても良い。
これにより、受光部１８を中空保持する支持脚１９での電磁波吸収によるセンサ出力の引き去りが隣接する電磁波センサ同士で可能となるので、第１電磁波センサ３０１の出力と他の電磁波センサの出力とを接続する配線１７が短くなる。その結果、複数の電磁波センサによる任意の波長域での電磁波感度の波長選択性が向上するとともに、本構成の電磁波検出器３００を２次元アレイ状に配置した場合に、電磁波センサ３０２，３０３，３０４それぞれを等ピッチに配置することが可能となる。
＜実施の形態５＞
本発明の実施の形態５にかかる電磁波検出器の構成について説明する。本実施の形態は、第１電磁波センサの温接点上に設ける反射膜９の特性が実施の形態１と異なる。
本発明の実施の形態５にかかる電磁波検出器の構成について説明する。本実施の形態は、第１電磁波センサの温接点上に設ける反射膜９の特性が実施の形態１と異なる。
実施の形態１の電磁波検出器１００では、第１電磁波センサ１１１の温接点４上に反射膜９を設けた。一方、本実施の形態の電磁波検出器では、第２電磁波センサ１１２の電磁波吸収体８で検出される光の波長域Ｗ２に含まれる特定波長域Ｗ１以外の波長の光を反射する反射膜９が、温接点４上に設けられる。言い換えると、反射膜９は、第２電磁波センサ１１２の電磁波吸収体８で検出される光の波長域Ｗ２に含まれる特定波長Ｗ１の光を吸収し、それ以外の波長の光を反射する。よって、第１電磁波センサ１１１のセンサ出力には、特定波長域を吸収することによるセンサ出力（熱起電力）が含まれる。特定波長域Ｗ１以外の光を反射する反射膜９を備えた第１電磁波センサ１１１と、特定の波長帯Ｗ２の光を吸収する電磁波吸収体８を備えた第２電磁波センサ１１２とは、第２電磁波センサ１１２のセンサ出力（熱起電力）から第１電磁波センサ１１１のセンサ出力（熱起電力）が引き算されるよう電気的に接続される。引き算されたセンサ出力は、出力パッド１１から信号として読み出される。
次に、実施の形態４の電磁波検出器の動作を説明する。図１１は、実施の形態４の電磁波検出器の吸収特性を示す図である。図１１（ａ）は第１電磁波センサ１１１の吸収特性、図１１（ｂ）は第２電磁波センサ１１２の吸収特性、図１１（ｃ）は、電磁波検出器の吸収特性を示す。
図１１（ａ）に示すように、波長帯Ｗ１の電磁波を検出する反射膜９を備えた第１電磁波センサ１１１においては、波長帯Ｗ１における電磁波吸収体８の吸収α２と、波長帯ＷＬにおける支持脚１９の吸収αＬが生じる。
また、図１１（ｂ）に示すように、波長帯Ｗ２の電磁波を検出する電磁波吸収体８を備えた第２電磁波センサ１１２においては、波長帯Ｗ２における電磁波吸収体８の吸収α２と、波長帯ＷＬにおける支持脚１９の吸収αＬが生じる。なお、波長帯Ｗ１は、波長帯Ｗ２の範囲に含まれる。
この時、第１電磁波センサ１１１と第２電磁波センサ１１２との差動を出力すると、支持脚１９の吸収αＬによる影響はキャンセルされ、最終的な出力は、第２電磁波センサ１１２の電磁波吸収体８の吸収α２によるセンサ出力と、第１電磁波センサ１１１の反射膜９の吸収α１によるセンサ出力との差になる。
ここで、吸収α１と吸収α２の半値幅が異なる場合、本実施の形態の電磁波検出器の出力は、図１１（ｃ）に示すように、２つの異なる波長Ｗ２１，Ｗ２２における吸収α２１，α２２から得られる。つまり、本実施の形態の電磁波検出器は、２つの波長Ｗ２１，Ｗ２２に対する感度をもつことに相当する。
半値幅の異なる波長選択型の電磁波吸収体８としては、以下の構造が考えられる。例えば、二次元周期的に凹凸が配置された構造の場合、凹凸の配置周期と凹部の大きさの比を変えると、共鳴波長の単色性が変化することから、吸収波長の半値幅を変えることができる。また、金属材料を変えることで、半値幅を制御することも可能である。例えば、金や銀に比べて、ニッケルなどは損失が大きいため、半値幅は大きくなる。
以上のように、異なる検知波長およびその半値幅を有する複数の電磁波センサを差動動作させることで、支持脚の吸収を除去すると同時に、選択する波長域、波長などを操作することができる。この効果は、複数の吸収波長を有するガスの分析などにおいて、特定の吸収波長を分離するために必要な機能である。この効果によって、対象物の吸収波長を正確に特定することが可能となる。
以上のように電磁波検出器を構成することで、受光部１８を中空保持する支持脚１９での電磁波吸収によるセンサ出力や、不要な波長領域の光情報のセンサ出力を引きさることができるので、電磁波感度の波長選択性が向上する。
＜実施の形態６＞
図１２を用いて、本発明の実施の形態６におけるガス分析装置４００について説明する。図１２は、ガス分析装置４００の構成の概略を示す図である。
図１２を用いて、本発明の実施の形態６におけるガス分析装置４００について説明する。図１２は、ガス分析装置４００の構成の概略を示す図である。
一般的に、気体は赤外波長域を中心として複数の波長で吸収ピークをもつ。つまり、あるガスに対して、その吸収ピークを同定することができれば、そのガスの種類が判別できる。本実施の形態のガス分析装置４００は、この性質を利用してガスの種類を判別するものであり、電磁波（本実施の形態では赤外線とする）を放射する光源２０と、分析するガスを導入するガス導入機構３０と、本発明の実施の形態１から５で示した電磁波検出器（以下、差動型赤外線センサアレイとも呼ぶ）４０とで構成される。
光源２０、ガス導入機構３０、差動型赤外線センサアレイ４０は、光源２０から放射された電磁波Ｌ１がガス導入機構３０の内部にあるガスを通過し、ガスを通過した後の電磁波Ｌ２が差動型赤外線センサアレイ４０に入射するように配置される。差動型赤外線センサアレイ４０は、分析するガスを透過した電磁波Ｌ２に含まれる特定波長の電磁波の強度を検出する。
ガス導入機構３０は、分析する対象となるガスを封じこめる容器である。図１２に示すように、光源２０、ガス導入機構３０、差動型赤外線センサアレイ４０をこの順に配置する場合、ガス導入機構３０には、光源２０から放射された電磁波Ｌ１が通過して差動型赤外線センサアレイ４０に入射するような窓が設置される。あるいは、ガス導入機構３０内に光源２０と差動型赤外線センサアレイ４０が設置されていても良い。
電磁波Ｌ１がガス導入機構３０内に封入されたガスを通過すると、ガスの吸収波長における電磁波の強度がガスの濃度に応じて減衰する。よって、差動型赤外線センサアレイ４０で検知可能な波長を複数設定することで、差動型赤外線センサアレイ４０の出力からガスの吸収波長、つまりガスの種類が特定できる。
本実施の形態のガス分析装置４００は、例えば、分析対象のガスから二酸化炭素や、酒気帯びを判別するアルコールなどを検知する装置に応用できる。これらのガス分析装置４００の差動型赤外線センサアレイ４０として非冷却赤外線センサを用いる場合、支持脚の吸収が出力されるため、正確な分析が困難であったが、本実施の形態によって正確な波長分析が可能になる。
また、１つの素子にガス種に応じた検知波長を有するセンサを複数個搭載する事も可能でありガス分析装置自体が小型で簡便な構成とすることが可能である。
また、１つの素子にガス種に応じた検知波長を有するセンサを複数個搭載する事も可能でありガス分析装置自体が小型で簡便な構成とすることが可能である。
以上述べた、支持脚の吸収によるセンサ出力を除外する電磁波検出器及びガス分析装置は、他の熱型電磁波センサ、例えばボロメータ、焦電型、ＳＯＩダイオード型などを用いても同様に有効である。
＜実施の形態７＞
図１３は、本発明の実施の形態７にかかる電磁波検出器１２０の上面図である。各電磁波センサは、シリコン等の基板１と、電磁波を熱に変換して検出する受光部１８と、基板１上に受光部（温度センサ部）１８を中空保持する支持脚（例えば配線や熱電対）１９とにより構成される。基板１の表面には、例えばＳｉＯ２やＳｉＮからなる絶縁膜２が設けられている。絶縁膜２の上には、複数の熱電対からなるサーモパイル（熱電堆：多数の熱電対を直列に接続して出力電圧を高くしたもの）７が設けられている。この熱電対の対数が多いほど出力電圧は高くなる。しかしながら、熱電対の対数が多いほど温接点４領域から基板１への熱の逃げも容易になってしまう。ここで、絶縁膜２とその内部のサーモパイル７（熱電対）とを含めたものを支持脚１９と呼ぶ。この支持脚１９は受光部１８を中空に保持して浮かせることによって、熱的に絶縁する効果も有する。熱電対の対数を減らし、この支持脚１９を細く、長くすることにより温接点４領域から基板１への熱の逃げを抑制することができ、電磁波検出器１２０を高感度化することが可能となる。
図１３は、本発明の実施の形態７にかかる電磁波検出器１２０の上面図である。各電磁波センサは、シリコン等の基板１と、電磁波を熱に変換して検出する受光部１８と、基板１上に受光部（温度センサ部）１８を中空保持する支持脚（例えば配線や熱電対）１９とにより構成される。基板１の表面には、例えばＳｉＯ２やＳｉＮからなる絶縁膜２が設けられている。絶縁膜２の上には、複数の熱電対からなるサーモパイル（熱電堆：多数の熱電対を直列に接続して出力電圧を高くしたもの）７が設けられている。この熱電対の対数が多いほど出力電圧は高くなる。しかしながら、熱電対の対数が多いほど温接点４領域から基板１への熱の逃げも容易になってしまう。ここで、絶縁膜２とその内部のサーモパイル７（熱電対）とを含めたものを支持脚１９と呼ぶ。この支持脚１９は受光部１８を中空に保持して浮かせることによって、熱的に絶縁する効果も有する。熱電対の対数を減らし、この支持脚１９を細く、長くすることにより温接点４領域から基板１への熱の逃げを抑制することができ、電磁波検出器１２０を高感度化することが可能となる。
本発明の実施の形態７の電磁波検出器１２０の構成について説明する。電磁波検出器１２０は、前提技術として説明した電磁波センサを２つ備える。２つの電磁波センサ１１３，１１４は、受光部１８の構成が異なる。図１３は、本発明の実施の形態７にかかる電磁波検出器１２０の上面図である。
図１４は、図１３のＡ−Ａ線における断面図である。また、図１５は、図１３のＢ−Ｂ線における断面図である。図１３でも図１と同様、理解を容易にするため、基板１上の絶縁膜２の記載を省略し、温接点４の上に設けた電磁波吸収体８及び反射膜９を透視した状態で示している。
電磁波検出器１２０は、基板１上に隣接して配置された第１電磁波センサ１１３と第２電磁波センサ１１４とを有する。第１電磁波センサ１１３と第２電磁波センサ１１４とは、配線１４で接続される。
第１電磁波センサ１１３の受光部１８は反射膜９を有し、この反射膜９は絶縁膜２の上に設けられた熱電対の温接点４を覆うように配置されている。また、第２電磁波センサ１１４の受光部１８は所定の波長域の光を検出する電磁波吸収体８を有し、この電磁波吸収体８は温接点４を覆うように配置されている。第１電磁波センサ１１３及び第２電磁波センサ１１４のその他の構造は、図１，２を用いて説明した、前提となる電磁波センサ１１０と同様である。また、第１電磁波センサ１１３と第２電磁波センサ１１４の支持脚１９は同一の構造である。
本実施の形態の電磁波検出器１２０は、温接点４上に反射膜９を設けた第１電磁波センサ１１３と、温接点４上に所定の波長帯の光を吸収する電磁波吸収体８を設けた第２電磁波センサ１１４とを備え、第２電磁波センサ１１４のセンサ出力（熱起電力）から、第１電磁波センサ１１３のセンサ出力（熱起電力）が引き算されるよう電気的に接続し、出力パッド１１から信号が読み出されるように構成した。これにより、支持脚１９における電磁波の吸収を含まない理想的なセンサ出力の電磁波検出器１２０を実現することができる。
特に、本実施の形態の電磁波検出器１２０においては、第１電磁波センサ１１３と第２電磁波センサ１１４の支持脚が同一構造なので、第２電磁波センサ１１４のセンサ出力から第１電磁波センサ１１３のセンサ出力を差し引くことで、支持脚１９で吸収した電磁波がセンサ出力に与える影響を除去することができる。
第１電磁波センサ１１３のセンサ出力は、支持脚１９での吸収のみ必要である為、図１６に示すように、受光部１８が無い第５電磁波センサ１１５と所定の波長帯の光を吸収する電磁波吸収体８を設けた第２電磁波センサ１１６とを備えた電磁波検出器１３０でも、支持脚１９における電磁波の吸収を含まない理想的なセンサ出力の電磁波検出器１３０を実現することができる。これにより電磁波検出器を小面積化することが可能となる。
以上のように、本実施の形態の電磁波検出器１３０は、支持脚１９が基板１上に中空保持された第５電磁波センサ１１５の支持脚１９と同一構造の支持脚１９で基板１上に中空保持された受光部１８を有し、第５電磁波センサ１１５に隣接して設けられた第２電磁波センサ１１６とを備え、第５電磁波センサ１１５に受光部１８は無く、図１７の図１６におけるＣ−Ｃ線の断面図に示すように、熱電対の温接点４は、絶縁膜２で構成される温接点領域２１で熱的に接続されており、第２電磁波センサ１１６の受光部１８は、所定の波長域または所定の偏光の光を検出する電磁波吸収体８を有し、第２電磁波センサ１１６の出力と第５電磁波センサ１１５の出力との差分を出力するように構成される。ここで、温接点領域２１の絶縁膜２は、無くても良い。
また、図１８に示す図１６におけるＣ−Ｃ線の断面図のように、支持脚１９での電磁波吸収による支持脚１９の温度分布を調整する為に、比熱の大きい材料の反射膜２２を温接点領域２１に形成しても良い。
これらにより、第２電磁波センサ１１６の出力から、受光部１８を中空保持する支持脚部１９での電磁波吸収によるセンサ出力を引きさることができるので、電磁波感度の波長選択性が向上する。
＜実施の形態８＞
図１９は、本発明の実施の形態８にかかる電磁波検出器１４０の上面図である。図２０は、図１９のＤ−Ｄ線における断面図である。また、図２１は、図１９のＥ−Ｅ線における断面図である。図１９でも図１と同様、理解を容易にするため、基板１上の絶縁膜２の記載を省略し、温接点４の上に設けた電磁波吸収体８を透視した状態で示している。
図１９は、本発明の実施の形態８にかかる電磁波検出器１４０の上面図である。図２０は、図１９のＤ−Ｄ線における断面図である。また、図２１は、図１９のＥ−Ｅ線における断面図である。図１９でも図１と同様、理解を容易にするため、基板１上の絶縁膜２の記載を省略し、温接点４の上に設けた電磁波吸収体８を透視した状態で示している。
実施の形態７と異なる点は、基板１上に隣接して配置された第５電磁波センサ１１７と第２電磁波センサ１１８の絶縁膜２の上には、複数の熱電対からなるサーモパイル（熱電堆：多数の熱電対を直列に接続して出力電圧を高くしたもの）７が設けられている点である。この熱電対の対数が多いほど出力電圧は高くなる。
＜実施の形態９＞
図２２は、本発明の実施の形態９にかかる電磁波検出器２１０の構成を示す図で、図２２においても図１と同様、理解を容易にするため、基板１上の絶縁膜２の記載を省略し、温接点４の上に設けた電磁波吸収体８，１５及び１６を透視した状態で示している。本実施の形態の電磁波検出器２１０は、実施の形態７の電磁波検出器１２０と比較して、所定の波長帯の光を検出する第３電磁波センサ２０７及び第４電磁波センサ２０８をさらに備えた点が異なる。その他の構成は実施の形態７と共通なので、以下では、本形態に特有の構成を中心に説明する。
図２２は、本発明の実施の形態９にかかる電磁波検出器２１０の構成を示す図で、図２２においても図１と同様、理解を容易にするため、基板１上の絶縁膜２の記載を省略し、温接点４の上に設けた電磁波吸収体８，１５及び１６を透視した状態で示している。本実施の形態の電磁波検出器２１０は、実施の形態７の電磁波検出器１２０と比較して、所定の波長帯の光を検出する第３電磁波センサ２０７及び第４電磁波センサ２０８をさらに備えた点が異なる。その他の構成は実施の形態７と共通なので、以下では、本形態に特有の構成を中心に説明する。
なお、本実施の形態の支持脚１９の構造は、実施の形態７の支持脚１９の構造とは異なるが、差分をとる電磁波センサの支持脚の構造、幅、長さが同一であればよく、その構造は特に限定されない。
まず、本実施の形態の電磁波検出器２１０の構造を説明する。図に示すように、受光部１８が無い第５電磁波センサ２０５、所定の波長帯の光を検出する第２電磁波センサ２０６、第３電磁波センサ２０７、第４電磁波センサ２０８、基板１上に互いに隣接して複数個配置されている。
第５電磁波センサ２０５は受光部１８を有さない。第２電磁波センサ２０６の受光部１８は検知波長帯λ１の電磁波吸収体８を有し、この電磁波吸収体８は温接点４を覆うように配置される。第３電磁波センサ２０７の受光部１８は検知波長帯λ２の電磁波吸収体１５を有し、この電磁波吸収体１５は温接点４を覆うように配置される。第４電磁波センサ２０８の受光部１８は検知波長帯λ３の電磁波吸収体１６を有し、この電磁波吸収体１６は温接点４を覆うように配置される。
本実施の形態の電磁波検出器２１０は、支持脚１９のみで構成される第５電磁波センサ２０５と、第５電磁波センサ２０５の支持脚１９と同一構造の支持脚１９で基板１上に中空保持された受光部１８を有し、第５電磁波センサ２０５に隣接して設けられた第２電磁波センサ２０６と、第５電磁波センサ２０５の支持脚１９と同一構造の支持脚１９で基板１上に中空保持された受光部１８を有し、第２電磁波センサ２０６に隣接して設けられた第３電磁波センサ２０７と、第５電磁波センサ２０５の支持脚１９と同一構造の支持脚１９で基板１上に中空保持された受光部１８を有し、第３電磁波センサ２０７に隣接して設けられた第４電磁波センサ２０８とを備え、第２電磁波センサ２０６、第３電磁波センサ２０７、第４電磁波センサ２０８の受光部１８は、それぞれ異なる所定の波長域または所定の偏光の光を検出する電磁波吸収体８，１５，１６を有し、第２電磁波センサ２０６、第３電磁波センサ２０７、第４電磁波センサ２０８の出力と第５電磁波センサ２０５の出力との差分を出力するように構成される。
これにより、第２電磁波センサ２０６、第３電磁波センサ２０７、第４電磁波センサ２０８の出力から、支持脚１９での電磁波吸収によるセンサ出力の引きさりが可能となり、複数の電磁波センサによる所定の波長域での電磁波感度の波長選択性が向上する。また、配線１７の接続部を共通化することで、電磁波検出器２１０の小型化が可能になる。なお、本実施の形態では、検知波長帯λ１、λ２、λ３に対応した３つの電磁波センサを有する構成について説明したが、所定の波長域の光を検出する電磁波吸収体８を備えた電磁波センサを複数有する構成であればよく、電磁波センサの数はこれに限定されない。
１ 基板
２ 絶縁膜
３ 電磁波吸収体
４ 温接点
５ 冷接点
６ キャビティ
７ サーモパイル
８ 電磁波吸収体
９ 反射膜
１０ 配線
１１ 出力パッド
１２ 熱電対材料ａ
１３ 熱電対材料ｂ
１４ 配線
１５ 電磁波吸収体
１６ 電磁波吸収体
１７ 配線
１８ 受光部
１９ 支持脚
２０ 光源
２１ 温接点領域
２２ 反射膜
３０ ガス導入機構
４０ 差動型赤外線センサアレイ
１００ 電磁波検出器
１１０ 電磁波センサ
１１１ 第１電磁波センサ
１１２ 第２電磁波センサ
１１３ 第１電磁波センサ
１１４ 第２電磁波センサ
１１５ 第５電磁波センサ
１１６ 第２電磁波センサ
１１７ 第５電磁波センサ
１１８ 第２電磁波センサ
１２０ 電磁波検出器
１３０ 電磁波検出器
１４０ 電磁波検出器
２００ 電磁波検出器
２０１ 第１電磁波センサ
２０２ 第２電磁波センサ
２０３ 第３電磁波センサ
２０４ 第４電磁波センサ
２０５ 第５電磁波センサ
２０６ 第２電磁波センサ
２０７ 第３電磁波センサ
２０８ 第４電磁波センサ
２１０ 電磁波検出器
３００ 電磁波検出器
３０１ 第１電磁波センサ
３０２ 第２電磁波センサ
３０３ 第３電磁波センサ
３０４ 第４電磁波センサ
４００ ガス分析装置
２ 絶縁膜
３ 電磁波吸収体
４ 温接点
５ 冷接点
６ キャビティ
７ サーモパイル
８ 電磁波吸収体
９ 反射膜
１０ 配線
１１ 出力パッド
１２ 熱電対材料ａ
１３ 熱電対材料ｂ
１４ 配線
１５ 電磁波吸収体
１６ 電磁波吸収体
１７ 配線
１８ 受光部
１９ 支持脚
２０ 光源
２１ 温接点領域
２２ 反射膜
３０ ガス導入機構
４０ 差動型赤外線センサアレイ
１００ 電磁波検出器
１１０ 電磁波センサ
１１１ 第１電磁波センサ
１１２ 第２電磁波センサ
１１３ 第１電磁波センサ
１１４ 第２電磁波センサ
１１５ 第５電磁波センサ
１１６ 第２電磁波センサ
１１７ 第５電磁波センサ
１１８ 第２電磁波センサ
１２０ 電磁波検出器
１３０ 電磁波検出器
１４０ 電磁波検出器
２００ 電磁波検出器
２０１ 第１電磁波センサ
２０２ 第２電磁波センサ
２０３ 第３電磁波センサ
２０４ 第４電磁波センサ
２０５ 第５電磁波センサ
２０６ 第２電磁波センサ
２０７ 第３電磁波センサ
２０８ 第４電磁波センサ
２１０ 電磁波検出器
３００ 電磁波検出器
３０１ 第１電磁波センサ
３０２ 第２電磁波センサ
３０３ 第３電磁波センサ
３０４ 第４電磁波センサ
４００ ガス分析装置
Claims (15)
- 基板と、
支持脚で前記基板上に中空保持された受光部を有する第１電磁波センサと、
前記第１電磁波センサの支持脚と同一構造の支持脚で前記基板上に中空保持された受光部を有し、前記第１電磁波センサに隣接して設けられた第２電磁波センサとを備えた電磁波検出器であって、
前記第１電磁波センサの受光部は、支持脚と同一平面上にあり、平坦な全面反射膜を有し、
前記第２電磁波センサの受光部は、支持脚と同一平面上にあり、所定の波長域または所定の偏光の光を検出する電磁波吸収体を有し、
前記第１電磁波センサは、反射膜を含む受光部と、電磁波が直接入射する支持脚とを有し、前記第２電磁波センサの受光部以外の領域で吸収された電磁波によるセンサ出力と等しい出力を生じ、
前記第２電磁波センサの出力と前記第１電磁波センサの出力との差分を出力することを特徴とする電磁波検出器。 - 基板と、
前記基板上に中空保持された支持脚を有する第５電磁波センサと、
前記第５電磁波センサの支持脚と同一構造の支持脚で前記基板上に中空保持された受光部を有し、前記第５電磁波センサに隣接して設けられた第２電磁波センサとを備えた電磁波検出器であって、
前記第５電磁波センサは、中空保持された電磁波が直接入射する支持脚構造のみで構成され、支持脚構造は、支持脚に設けられた熱電対の温接点を熱的に接続する温接点領域にのみ、支持脚と同一平面上にある反射膜を有し、
前記第２電磁波センサの受光部は、所定の波長域または所定の偏光の光を検出する電磁
波吸収体を有し、
前記第２電磁波センサの出力と前記第５電磁波センサの出力との差分を出力することを
特徴とする電磁波検出器。 - 第１電磁波センサの支持脚及び第２電磁波センサの支持脚は、表面が露出していることを特徴とする請求項１に記載の電磁波検出器。
- 第５電磁波センサの支持脚及び第２電磁波センサの支持脚は、表面が露出していることを特徴とする請求項２に記載の電磁波検出器。
- 第１電磁波センサの支持脚と同一構造の支持脚で前記基板上に中空保持された受光部を有し、前記第１電磁波センサまたは第２電磁波センサに隣接して設けられた第３電磁波センサをさらに備え、
前記第３電磁波センサの受光部は、前記第２電磁波センサの電磁波吸収体が検出する光の波長域または偏光と異なる波長域または偏光の光を検出する電磁波吸収体を有し、前記第３電磁波センサの出力と前記第１電磁波センサの出力との差分を出力することを特徴とする請求項１または３に記載の電磁波検出器。 - 第５電磁波センサの支持脚と同一構造の支持脚で前記基板上に中空保持された受光部を有し、前記第５電磁波センサまたは第２電磁波センサに隣接して設けられた第３電磁波センサをさらに備え、
前記第５電磁波センサは受光部を有せず、
前記第３電磁波センサの受光部は、前記第２電磁波センサの電磁波吸収体が検出する光の波長域または偏光と異なる波長域または偏光の光を検出する電磁波吸収体を有し、前記第３電磁波センサの出力と前記第５電磁波センサの出力との差分を出力することを特徴とする請求項２または４に記載の電磁波検出器。 - 支持脚が熱電対からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
- 第１電磁波センサの出力と第２電磁波センサの出力とは、前記第２電磁波センサの出力から前記第１電磁波センサの出力が引き算されるよう電気的に接続され、
前記第１電磁波センサの出力と第３電磁波センサの出力とは、前記第３電磁波センサの出力から前記第１電磁波センサの出力が引き算されるよう電気的に接続され、
前記第１電磁波センサと前記第２電磁波センサとの接続部及び前記第１電磁波センサと前記第３電磁波センサとの接続部は、共通化されていることを特徴とする請求項５に記載の電磁波検出器。 - 第５電磁波センサの出力と第２電磁波センサの出力とは、前記第２電磁波センサの出力から前記第５電磁波センサの出力が引き算されるよう電気的に接続され、
前記第５電磁波センサの出力と第３電磁波センサの出力とは、前記第３電磁波センサの出力から前記第５電磁波センサの出力が引き算されるよう電気的に接続され、
前記第５電磁波センサと前記第２電磁波センサとの接続部及び前記第５電磁波センサと前記第３電磁波センサとの接続部は、共通化されていることを特徴とする請求項６に記載の電磁波検出器。 - 電磁波吸収体は、金属膜の単層構造または金属膜及び誘電体の多層膜構造であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
- 電磁波吸収体は、特定波長を表面に結合させる表面プラズモンを誘起するように表面にアレイ状に配置された周期構造を有し、特定波長の入射光の吸収量を前記特定波長以外の入射光の吸収量より大きくしたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
- 第１電磁波センサの反射膜は、第２電磁波センサの電磁波吸収体で検出される光の波長域に含まれる特定波長以外の波長の光を反射することを特徴とする請求項１、３、５または８のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
- 第１電磁波センサの反射膜は、比熱の大きい材料であることを特徴とする請求項１、３、５または８のいずれか１項に記載の電磁波検出器。
- 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電磁波検出器と、
分析するガスを導入するガス導入機構と、
前記分析するガスに電磁波を照射する光源とを備え、
前記分析するガスを透過した電磁波に含まれる特定波長の電磁波の強度を前記電磁波検出器で検出することを特徴とするガス分析装置。 - 電磁波検出器で検出する特定波長は、アルコールを特定する波長であることを特徴とする請求項１４に記載のガス分析装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015022886 | 2015-02-09 | ||
| JP2015022886 | 2015-02-09 | ||
| PCT/JP2016/050027 WO2016129293A1 (ja) | 2015-02-09 | 2016-01-04 | 電磁波検出器、及びガス分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP6095856B2 true JP6095856B2 (ja) | 2017-03-15 |
| JPWO2016129293A1 JPWO2016129293A1 (ja) | 2017-04-27 |
Family
ID=56614557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016524157A Active JP6095856B2 (ja) | 2015-02-09 | 2016-01-04 | 電磁波検出器、及びガス分析装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10309895B2 (ja) |
| JP (1) | JP6095856B2 (ja) |
| CN (1) | CN107209057B (ja) |
| DE (1) | DE112016000672T5 (ja) |
| WO (1) | WO2016129293A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022224879A1 (ja) | 2021-04-19 | 2022-10-27 | 国立大学法人東京大学 | センサ素子及びセンサ装置 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3144663B1 (en) | 2016-11-18 | 2020-06-17 | Sensirion AG | Gas sensor module |
| CN110462377A (zh) * | 2016-12-09 | 2019-11-15 | 新加坡国立大学 | 气体传感器mems结构及其制造方法 |
| EP3421947B1 (en) | 2017-06-30 | 2019-08-07 | Sensirion AG | Operation method for flow sensor device |
| CN109799202B (zh) * | 2019-01-16 | 2023-11-24 | 黄文佳 | 一种利用电磁波反射成像图进行物质分析的装置及方法 |
| CN112577612B (zh) * | 2020-12-09 | 2022-04-08 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 黑硅等离激元辅助吸收的热电堆芯片及其制作方法 |
| JP2022127448A (ja) * | 2021-02-19 | 2022-08-31 | 国立大学法人横浜国立大学 | 赤外線検出器および赤外線検出器を備えたガスセンサ |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11191644A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-07-13 | Nissan Motor Co Ltd | 赤外線検知素子 |
| JPH11258040A (ja) * | 1998-03-12 | 1999-09-24 | Omron Corp | サーモパイル型赤外線センサ |
| JP2013195148A (ja) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Ricoh Co Ltd | 赤外線センサー装置 |
| JP2014032088A (ja) * | 2012-08-02 | 2014-02-20 | Mitsubishi Electric Corp | 電磁波センサ及び電磁波センサ装置 |
| JP2014081261A (ja) * | 2012-10-16 | 2014-05-08 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガス濃度検出装置 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2898800A (en) * | 1954-07-23 | 1959-08-11 | Bergson Gustav | Gas analyzing system of the radiant energy absorption type |
| JP3409848B2 (ja) | 2000-08-29 | 2003-05-26 | 日本電気株式会社 | 熱型赤外線検出器 |
| JP4241360B2 (ja) | 2003-12-15 | 2009-03-18 | 株式会社デンソー | 赤外線センサの製造方法 |
| JP2005249764A (ja) * | 2004-03-02 | 2005-09-15 | Katsumi Mori | 物体色測定方式 |
| CN1619295A (zh) * | 2004-12-10 | 2005-05-25 | 南京农业大学 | 猪肉颜色分级仪 |
| US7692148B2 (en) | 2005-01-26 | 2010-04-06 | Analog Devices, Inc. | Thermal sensor with thermal barrier |
| DE102007013124A1 (de) | 2006-10-20 | 2008-04-24 | Johnson Controls Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Bedienung eines Kraftfahrzeuges |
| JP2010127739A (ja) * | 2008-11-27 | 2010-06-10 | Toppan Printing Co Ltd | 分光感度特性測定装置および分光感度特性測定方法 |
| JP5374297B2 (ja) | 2009-06-25 | 2013-12-25 | パナソニック株式会社 | 赤外線式ガス検知器および赤外線式ガス計測装置 |
| CN102575983A (zh) | 2009-06-25 | 2012-07-11 | 松下电器产业株式会社 | 红外线式气体检测器以及红外线式气体测量装置 |
| CN201534392U (zh) * | 2009-07-16 | 2010-07-28 | 上海理工大学 | 药片冲压设备高精度检测系统 |
| JP4964935B2 (ja) | 2009-10-30 | 2012-07-04 | 三菱電機株式会社 | 半導体光素子および半導体光装置 |
| JP5425127B2 (ja) | 2011-03-09 | 2014-02-26 | 株式会社東芝 | 固体撮像素子 |
| JP2014032068A (ja) | 2012-08-02 | 2014-02-20 | Koptic Inc | ガス濃度測定装置 |
| JP2014163674A (ja) | 2013-02-21 | 2014-09-08 | Seiko Epson Corp | テラヘルツ波検出装置、カメラ、イメージング装置、および計測装置 |
-
2016
- 2016-01-04 CN CN201680007199.8A patent/CN107209057B/zh active Active
- 2016-01-04 DE DE112016000672.1T patent/DE112016000672T5/de active Pending
- 2016-01-04 JP JP2016524157A patent/JP6095856B2/ja active Active
- 2016-01-04 US US15/543,421 patent/US10309895B2/en active Active
- 2016-01-04 WO PCT/JP2016/050027 patent/WO2016129293A1/ja active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11191644A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-07-13 | Nissan Motor Co Ltd | 赤外線検知素子 |
| JPH11258040A (ja) * | 1998-03-12 | 1999-09-24 | Omron Corp | サーモパイル型赤外線センサ |
| JP2013195148A (ja) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Ricoh Co Ltd | 赤外線センサー装置 |
| JP2014032088A (ja) * | 2012-08-02 | 2014-02-20 | Mitsubishi Electric Corp | 電磁波センサ及び電磁波センサ装置 |
| JP2014081261A (ja) * | 2012-10-16 | 2014-05-08 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガス濃度検出装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022224879A1 (ja) | 2021-04-19 | 2022-10-27 | 国立大学法人東京大学 | センサ素子及びセンサ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10309895B2 (en) | 2019-06-04 |
| CN107209057B (zh) | 2019-08-13 |
| DE112016000672T5 (de) | 2017-11-09 |
| JPWO2016129293A1 (ja) | 2017-04-27 |
| CN107209057A (zh) | 2017-09-26 |
| WO2016129293A1 (ja) | 2016-08-18 |
| US20180003622A1 (en) | 2018-01-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6095856B2 (ja) | 電磁波検出器、及びガス分析装置 | |
| US10234379B2 (en) | Electromagnetic wave detector, electromagnetic wave detector array, and gas analyzing apparatus | |
| KR101910573B1 (ko) | 광대역 광 흡수체를 포함하는 적외선 검출기 | |
| US8629398B2 (en) | Detection beyond the standard radiation noise limit using spectrally selective absorption | |
| US9171885B2 (en) | Infrared detector and infrared image sensor including the same | |
| EP3368871B1 (en) | Infrared device | |
| KR102040149B1 (ko) | 적외선 검출기 | |
| US8598528B2 (en) | Infrared detector based on suspended bolometric micro-plates | |
| KR101922119B1 (ko) | 적외선 검출기 및 이를 사용하는 적외선 검출 방법 | |
| US7622717B2 (en) | Pixel structure having an umbrella type absorber with one or more recesses or channels sized to increase radiation absorption | |
| US9494469B2 (en) | Infrared detection device | |
| US10151638B2 (en) | Bolometer, method of fabricating the same, and bolometric method | |
| JP5283825B2 (ja) | 熱型赤外線検出器 | |
| Dem’yanenko et al. | Application of uncooled microbolometer detector arrays for recording radiation of the terahertz spectral range | |
| JP6548838B2 (ja) | 生体物質測定装置 | |
| JP2014190783A (ja) | 電磁波検出器およびそれを備えた撮像装置 | |
| RU2606516C2 (ru) | Пироэлектрический детектор миллиметрового излучения (варианты) | |
| KR101935016B1 (ko) | 다중 내부 반사를 이용한 광학적 가스 센서 | |
| Khan | Plasmonically Enhanced Infrared Radiation Detector | |
| KR102040151B1 (ko) | 열 복사 센서 및 이를 포함하는 열상 촬영 장치 | |
| JP5456810B2 (ja) | 熱型赤外線検出器 | |
| JP5757254B2 (ja) | 半導体光素子および半導体光装置 | |
| JP2013253896A (ja) | 光検出素子、カメラおよび電子機器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170117 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170214 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6095856 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |