JP6626281B2 - Gas sensor - Google Patents

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Description

本発明はガスセンサに関する。   The present invention relates to a gas sensor.

発光素子は、多くの用途に用いられており、例えば、発光素子と受光素子とを組み合わせ、発光素子と受光素子とが配置された空間内の物体を検知するガスセンサ等にも用いられている。
例えば、特許文献1に記載の赤外線ガス分析計では、赤外線光源から発生された光が、測定対象のガスが導入されるセルを通過し、その後、光学特性が異なるフィルタを通過した光が赤外線検出センサに入光することによって、赤外線検出センサの出力信号に応じて測定対象のガスの有無や濃度を検出している。
また、特許文献2に記載の赤外線ガス分析計では、光源から出射された赤外光を、光源と向かい合うように配置された凹面反射鏡で反射し、受光器に入射する。このとき、光源及び受光器と凹面反射鏡との間の空間に被測定ガスを流入させることで、ガスによる赤外光の吸収の度合いを受光器で測定している。受光器の前面には、ガスによる吸収帯域の赤外光を通過させるための光学フィルタが設けられている。
A light emitting element is used for many purposes, for example, a gas sensor that combines a light emitting element and a light receiving element and detects an object in a space where the light emitting element and the light receiving element are arranged.
For example, in the infrared gas analyzer described in Patent Document 1, light generated from an infrared light source passes through a cell into which a gas to be measured is introduced, and then light that has passed through a filter having a different optical characteristic is used for infrared detection. When light enters the sensor, the presence or absence and concentration of the gas to be measured are detected according to the output signal of the infrared detection sensor.
In the infrared gas analyzer described in Patent Document 2, infrared light emitted from a light source is reflected by a concave reflecting mirror arranged so as to face the light source, and is incident on a light receiver. At this time, the degree of absorption of infrared light by the gas is measured by the light receiver by flowing the gas to be measured into the space between the light source and the light receiver and the concave reflecting mirror. An optical filter for transmitting infrared light in a gas absorption band is provided on the front surface of the light receiver.

特開平08−75642号公報JP 08-75642 A 特開平09−184803号公報JP 09-184803 A

ところで、特許文献1に記載されているような、光学特性が異なるフィルタを通過した光を赤外線検出センサで検出することにより、測定対象のガスの有無や濃度を検出する赤外線ガス分析計にあっては、測定対象のガスが赤外線を吸収するための光路長を十分に確保する必要があるため、赤外線光源等の発光部と赤外線検出センサ等の受光部とは十分に距離を離して配置されている。このため装置が大型化するという問題がある。
また、特許文献2に記載されているような、光源及び受光器と凹面反射鏡との間の空間に非測定ガスを流入させるようにした赤外線ガス分析計にあっては、光源から出射された赤外光を反射させるための反射鏡と、受光器が特定の波長帯の赤外光のみを受光するための光学フィルタが必要となる。このため、部品点数が多くなるという問題がある。
そこでこの発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、小型化が可能であり、部品点数を削減することの可能なガスセンサを提供することを目的としている。
By the way, as described in Patent Document 1, there is an infrared gas analyzer that detects the presence or absence and concentration of a gas to be measured by detecting light passing through filters having different optical characteristics with an infrared detection sensor. Since it is necessary to ensure a sufficient optical path length for the gas to be measured to absorb infrared light, a light-emitting portion such as an infrared light source and a light-receiving portion such as an infrared detection sensor are arranged sufficiently apart from each other. I have. For this reason, there is a problem that the device becomes large.
Further, in an infrared gas analyzer described in Patent Document 2 in which a non-measurement gas is caused to flow into a space between a light source and a light receiving device and a concave reflecting mirror, the light emitted from the light source is used. A reflecting mirror for reflecting infrared light and an optical filter for allowing the light receiver to receive only infrared light in a specific wavelength band are required. For this reason, there is a problem that the number of parts increases.
Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to provide a gas sensor that can be reduced in size and that can reduce the number of parts.

本発明の一態様によるガスセンサは、第一主面に発光部を有し、当該発光部で発光された光が前記第一主面とは逆側の第二主面から出射される第一基板と、第一主面にセンサ部を有し、前記第一主面とは逆側の第二主面に入射される光を前記センサ部により検知する第二基板と、前記第一基板及び前記第二基板のそれぞれの前記第二主面側に、当該第二主面それぞれから離して配置された第一光反射部と、上面視で前記第一基板と前記第二基板との間に配置された第二光反射部と、前記発光部に電流を供給すると共に、前記センサ部からの出力信号を処理する信号処理部と、を有し、前記第一基板と前記第二基板と前記第一光反射部と前記第二光反射部とは、前記発光部で発光され前記第一基板の前記第二主面から出射された光が、少なくとも前記第一光反射部、前記第二光反射部及び前記第一光反射部の順で反射される光路を経てから、前記第二基板を通じて前記センサ部に入射されるように配置され、前記第二光反射部は、前記センサ部の感度が10%以上となる波長帯域中に、前記第二光反射部の反射率が30%以上となる第一波長帯域と、当該第一波長帯域に隣接する長波長側及び短波長側それぞれに前記反射率が30%未満となる第二波長帯域とを含む特性を有し、前記センサ部の感度が最大となる波長が前記第一波長帯域に含まれ、前記第二光反射部と前記信号処理部とは一体形成されることを特徴とする A gas sensor according to one embodiment of the present invention has a light-emitting portion on a first main surface, and light emitted from the light-emitting portion is emitted from a second main surface on a side opposite to the first main surface. And, having a sensor portion on the first main surface, the second substrate for detecting light incident on the second main surface opposite to the first main surface by the sensor portion, the first substrate and the On the second main surface side of each of the second substrates, a first light reflecting portion disposed apart from each of the second main surfaces, and disposed between the first substrate and the second substrate in a top view. The second light reflection portion, and while supplying a current to the light emitting portion, a signal processing portion for processing the output signal from the sensor portion, the first substrate and the second substrate and the second The one light reflecting portion and the second light reflecting portion are light emitted by the light emitting portion and emitted from the second main surface of the first substrate, at least. After passing through an optical path reflected in the order of the first light reflecting portion, the second light reflecting portion and the first light reflecting portion, the first light reflecting portion is arranged to be incident on the sensor portion through the second substrate, and the The two-light reflecting section includes a first wavelength band in which the reflectance of the second light reflecting section is 30% or more in a wavelength band in which the sensitivity of the sensor section is 10% or more, and a first wavelength band adjacent to the first wavelength band. And the second wavelength band in which the reflectance is less than 30% on each of the long wavelength side and the short wavelength side, and the wavelength at which the sensitivity of the sensor unit is maximum is included in the first wavelength band. The second light reflection unit and the signal processing unit are integrally formed .

本発明の一態様によれば、ガスセンサの小型化を図ることができると共に、さらに部品点数の削減も図ることができる。   According to one embodiment of the present invention, the size of the gas sensor can be reduced, and the number of components can be further reduced.

本発明の第1実施形態に係るガスセンサの基本構造を説明するための構成図の一例である。1 is an example of a configuration diagram for explaining a basic structure of a gas sensor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るガスセンサの具体的構成を示す構成図の一例である。FIG. 1 is an example of a configuration diagram illustrating a specific configuration of a gas sensor according to a first embodiment of the present invention. 光反射部の光学特性を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating optical characteristics of a light reflecting section. 本発明の第2実施形態に係るガスセンサの一例を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing an example of a gas sensor concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態に係るガスセンサの一例を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing an example of a gas sensor concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態に係るガスセンサの一例を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing an example of a gas sensor concerning a 4th embodiment of the present invention. 本発明の第5実施形態に係るガスセンサの一例を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing an example of a gas sensor concerning a 5th embodiment of the present invention. 本発明の第6実施形態に係るガスセンサの一例を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing an example of a gas sensor concerning a 6th embodiment of the present invention. 本発明の第7実施形態に係るガスセンサの一例を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing an example of a gas sensor concerning a 7th embodiment of the present invention. 本発明の第8実施形態に係るガスセンサの一例を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing an example of a gas sensor concerning an 8th embodiment of the present invention. 本発明の第8実施形態に係るガスセンサの他の例を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing another example of a gas sensor concerning an 8th embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態(以下、本実施形態という)について説明する。
なお、以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかであろう。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter, referred to as the present embodiment) will be described with reference to the drawings.
It is noted that in the following detailed description, numerous specific specific configurations are set forth in order to provide a thorough understanding of embodiments of the present invention. It will be apparent, however, that other embodiments may be practiced without limitation to such specific specific configurations. Further, the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all combinations of the features described in the embodiments are necessarily indispensable to the solution of the invention.

<第一の態様>
[ガスセンサ]
第一の態様に係るガスセンサは、第一主面に発光部を有し、発光部で発光された光が第一主面とは逆側の第二主面から出射される第一基板と、第一主面にセンサ部を有し、第一主面とは逆側の第二主面に入射される光をセンサ部により検知する第二基板と、第一基板及び第二基板のそれぞれの第二主面側に、第二主面それぞれから離して配置された光反射部と、を備え、第一基板と第二基板と光反射部とは、発光部で発光され第一基板の第二主面から出射された光が光反射部で反射され、光反射部による反射光が第二基板を通じてセンサ部に入射されるように配置され、光反射部は、センサ部の感度が10%以上となる波長帯域中に、光反射部の反射率が30%以上となる第一波長帯域と、第一波長帯域に隣接する長波長側及び短波長側それぞれに反射率が30%未満となる第二波長帯域とを含む特性を有し、センサ部の感度が最大となる波長が第一波長帯域に含まれている。
<First aspect>
[Gas sensor]
The gas sensor according to the first aspect has a light emitting portion on the first main surface, light emitted by the light emitting portion is emitted from a second main surface opposite to the first main surface, a first substrate, A second substrate that has a sensor portion on the first main surface and detects light incident on the second main surface opposite to the first main surface by the sensor portion, and each of the first substrate and the second substrate On the second main surface side, a light reflecting portion disposed apart from each of the second main surfaces, and the first substrate, the second substrate and the light reflecting portion are illuminated by the light emitting portion and the first substrate The light emitted from the two main surfaces is reflected by the light reflecting portion, and the light reflected by the light reflecting portion is arranged to be incident on the sensor portion through the second substrate. The light reflecting portion has a sensitivity of the sensor portion of 10%. In the above wavelength band, the first wavelength band in which the reflectance of the light reflecting portion is 30% or more, and the long wavelength side and the short wavelength side adjacent to the first wavelength band. It has the property of including a second wavelength band reflectance Le is less than 30%, the sensitivity of the sensor portion is the wavelength of maximum included in the first wavelength band.

そして、第一基板及び第二基板と光反射部との間の空間に被検出ガスを導入することにより、被検出ガスの影響を受けた光がセンサ部に入射されることになり、この被検出ガスの影響を受けた光をセンサ部で検出することによって、被検出ガスの存在を検出することができる。
このような構成とすることにより、ガスセンサの小型化を図ることができ、且つ部品点数を削減することができる。
ここで、センサ部の感度(%)とは、「{(ある波長でのセンサ部の感度)/(センサ部での感度の最大値)}×100」を意味する。
Then, by introducing the gas to be detected into the space between the first substrate and the second substrate and the light reflecting portion, the light affected by the gas to be detected is incident on the sensor portion. The presence of the gas to be detected can be detected by detecting the light affected by the detection gas by the sensor unit.
With such a configuration, the size of the gas sensor can be reduced, and the number of components can be reduced.
Here, the sensitivity (%) of the sensor unit means “{(sensitivity of the sensor unit at a certain wavelength) / (maximum value of the sensitivity of the sensor unit)} × 100”.

[第一基板]
第一基板は、第一主面上に発光部が形成されている。
第一基板の材料は特に制限されない。第一基板の材料として、例えばシリコンSi、ガリウム砒素GaAs、サファイア、リン化インジウムInP、インジウム砒素InAs、ゲルマニウムGe等が挙げられるがこの限りではなく、使用する波長帯に応じて選択すればよい。
第一基板として、半絶縁性基板を使用することが可能であり、大口径化が可能である観点から、一実施形態としてGaAs基板を用いることができる。また、測定感度向上の観点から、第一基板の材料は、一実施形態として、発光部から出力される光の透過性が高いものを適用することができる。また、発光部の出力変動を高精度に補償する観点から、第一基板の材料は、一実施形態として第二主面において発光部から出力された光の一部を反射する材料を適用することができる。
[First substrate]
The first substrate has a light emitting portion formed on the first main surface.
The material of the first substrate is not particularly limited. Examples of the material of the first substrate include silicon Si, gallium arsenide GaAs, sapphire, indium phosphide InP, indium arsenide InAs, and germanium Ge.
As a first substrate, a semi-insulating substrate can be used, and a GaAs substrate can be used as an embodiment from the viewpoint of increasing the diameter. Further, from the viewpoint of improving the measurement sensitivity, as the material of the first substrate, a material having high transmittance of light output from the light emitting unit can be applied as one embodiment. In addition, from the viewpoint of compensating output fluctuations of the light emitting unit with high accuracy, as the material of the first substrate, as one embodiment, a material that reflects a part of light output from the light emitting unit on the second main surface is applied. Can be.

また、第一基板は、第一主面上に、第二基板に設けられたセンサ部と同一のセンサ部をさらに備えていてもよい。第一基板の第一主面上に形成されたセンサ部は、第一基板の発光部から出射された光のうち第一基板の第二主面で反射する光を受光することができる。したがって、第一基板に形成されたセンサ部を、ガスセンサの参照用センサとして利用することが可能であり、ガス濃度の測定の精度を高めることができる。   Further, the first substrate may further include, on the first main surface, the same sensor unit as the sensor unit provided on the second substrate. The sensor unit formed on the first main surface of the first substrate can receive light reflected by the second main surface of the first substrate among light emitted from the light emitting unit of the first substrate. Therefore, the sensor portion formed on the first substrate can be used as a reference sensor of the gas sensor, and the accuracy of measuring the gas concentration can be improved.

[発光部]
発光部は第一基板の第一主面上に形成される。発光部は、被検出ガスによって吸収される波長を含む光を出力するものであれば特に制限されない。
発光部は、具体的には、第一基板の第一主面上に形成することができればどのような光源であっても適用することができる。発光部の具体的な形態としては、MEMSやLED等が挙げられる。その中で、被検出ガス以外の成分の光吸収によるノイズを低減する観点から、一実施形態として、被検出ガスの吸収が大きい波長帯の光のみを出力する発光部を用いることができる。具体的には、発光波長帯をアクティブ層(通称:活性層)のバンドギャップでコントロールすることができるという観点から、一実施形態として、LED構造の発光部を用いることができる。
[Light emitting unit]
The light emitting section is formed on the first main surface of the first substrate. The light emitting unit is not particularly limited as long as it emits light including a wavelength absorbed by the gas to be detected.
The light emitting section can be applied to any light source as long as it can be formed on the first main surface of the first substrate. Specific examples of the light emitting unit include MEMS and LED. Among them, from the viewpoint of reducing noise due to light absorption of components other than the gas to be detected, as an embodiment, a light emitting unit that outputs only light in a wavelength band where absorption of the gas to be detected is large can be used. Specifically, from the viewpoint that the emission wavelength band can be controlled by the band gap of the active layer (commonly called an active layer), a light emitting portion having an LED structure can be used as one embodiment.

一実施形態として、発光部はMBE(Molecular Beam Epitaxy)又はCVD(Chemical Vapor Deposition)のような成膜方法を用いて成膜したPN接合、又はPIN接合の積層構造部を備える。この積層構造部に電力を供給することによって、LED(Light Emitting Diode)として動作し、活性層となるI層の材料のバンドギャップに応じた波長の光を放出することができる。   In one embodiment, the light emitting unit includes a laminated structure of a PN junction or a PIN junction formed by using a film forming method such as MBE (Molecular Beam Epitaxy) or CVD (Chemical Vapor Deposition). By supplying power to the laminated structure, the laminated structure operates as an LED (Light Emitting Diode), and can emit light having a wavelength corresponding to the band gap of the material of the I layer serving as the active layer.

積層構造部は、一実施形態として、少なくともP型半導体とN型半導体の2種類の層からなるダイオード構造を含み、且つ、活性層はインジウムIn又はアンチモンSbのいずれかの材料を含む。活性層がIn又はSbを含むことにより赤外線領域の光(すなわち、赤外線)を発光させることが可能になる。具体的には、活性層にアンチモン化インジウムInSbやInAlSbやInAsSbを用いることにより、1μm以上10μm以下の波長を出力することができる。   As one embodiment, the laminated structure portion includes a diode structure including at least two types of layers, a P-type semiconductor and an N-type semiconductor, and the active layer includes any material of indium In or antimony Sb. When the active layer contains In or Sb, light in the infrared region (that is, infrared light) can be emitted. Specifically, by using indium antimonide InSb, InAlSb, or InAsSb for the active layer, a wavelength of 1 μm or more and 10 μm or less can be output.

被検出ガスが二酸化炭素の場合、二酸化炭素ガスは波長4.3μm付近に強い吸収を示すため、一実施形態として、活性層にInAlSbを利用することができる。ここで、Alの含有量を発光部(LED)の発光ピークが4.3μmになるようにチューニングすることで高感度且つ高分解能のガスセンサを実現することができる。また、数μm以上10μm以下付近に吸収のあるCO結合を持つガス(例えば、10μm付近に吸収がある気化したアルコール)であれば、活性層にInAsSbを利用することが好ましい。   When the gas to be detected is carbon dioxide, the carbon dioxide gas exhibits strong absorption near a wavelength of 4.3 μm, and therefore, as an embodiment, InAlSb can be used for the active layer. Here, a gas sensor with high sensitivity and high resolution can be realized by tuning the Al content so that the light emission peak of the light emitting portion (LED) becomes 4.3 μm. Further, it is preferable to use InAsSb for the active layer in the case of a gas having a CO bond that absorbs in the vicinity of several μm or more and 10 μm or less (for example, a vaporized alcohol that absorbs in the vicinity of 10 μm).

また後述のように第一基板の第一主面上に発光部と共にセンサ部を形成する場合に、さらに、第一基板に設けられた発光部と同様の発光部を第二基板の第一主面上に形成してもよい。これにより、第一基板の第一主面上に形成された発光部で不良が発生したような場合でも、第二基板の第一主面上に形成された発光部を代わりに光源として使用することが可能となる。また各基板に形成された発光部を一定の時間間隔で交互に駆動させることで、発光部の寿命を伸ばすことが可能となる。また一方の発光部をメインの光源として使用し、他方の発光部を校正用の光源として使用することもできる。これにより一方の光源の劣化の度合いを他方の光源の発光量等からモニタリングすることが可能となり、発光部の劣化補正が可能となる。   Further, when the sensor section is formed together with the light emitting section on the first main surface of the first substrate as described later, a light emitting section similar to the light emitting section provided on the first substrate is further provided on the first main face of the second substrate. It may be formed on a surface. Thus, even when a defect occurs in the light emitting portion formed on the first main surface of the first substrate, the light emitting portion formed on the first main surface of the second substrate is used as a light source instead. It becomes possible. In addition, by alternately driving the light emitting units formed on each substrate at regular time intervals, the life of the light emitting units can be extended. Also, one light emitting unit can be used as a main light source, and the other light emitting unit can be used as a light source for calibration. This makes it possible to monitor the degree of deterioration of one of the light sources from the amount of light emitted from the other light source or the like, and to correct the deterioration of the light emitting unit.

[第二基板]
第二基板は第一主面上にセンサ部を有していれば特に制限されない。第二主面から入射された光は、第二基板内部を通過して、センサ部に入射される。
第二基板の材料は特に制限されない。第二基板の材料として、例えばSi、GaAs、サファイア等が挙げられるがこの限りではない。一実施形態として、測定感度向上の観点から、第二基板の材料は、第二主面側から入射した光に対する透過性が高いものを適用することができる。また、量産性及び製造収率の観点から第一基板と第二基板とは、一実施形態として、同一の材料を適用することができる。
[Second substrate]
The second substrate is not particularly limited as long as it has a sensor section on the first main surface. Light incident from the second main surface passes through the inside of the second substrate and is incident on the sensor unit.
The material of the second substrate is not particularly limited. Examples of the material of the second substrate include, but are not limited to, Si, GaAs, and sapphire. In one embodiment, from the viewpoint of improving the measurement sensitivity, a material having high transparency to light incident from the second main surface side can be used as the material of the second substrate. In addition, from the viewpoint of mass productivity and production yield, the first substrate and the second substrate can use the same material as one embodiment.

また、小型化の観点から、一実施形態として、第二基板は、第一基板と互いに側面を対向させて隣り合って配置され、第一基板と第二基板との間に光遮断部を配置させることも可能である。光遮断部は、入射される光を吸収する特性を有する。
第一基板と光遮断部とはこれらどうしが接するように配置してもよく、間隔を持って配置してもよい。同様に、光遮断部と第二基板とはこれらどうしが接するように配置してもよく、間隔を持って配置してもよい。第一基板と第二基板との間に光遮断部を有することにより、発光部から出力された光が第一基板と第二基板との間に介在するモールド樹脂等の封止部に伝達され、発光部から出力された光が、発光部、第一基板、封止用の材料、第二基板、センサ部の経路でセンサ部に伝達されてしまい、ガス空間を通過せずにセンサ部に入射することを防ぐことができる。その結果、検出感度(ガス濃度変化による信号の変化)を向上させることができる。
In addition, from the viewpoint of miniaturization, as one embodiment, the second substrate is disposed adjacent to the first substrate with the side surfaces facing each other, and the light blocking unit is disposed between the first substrate and the second substrate. It is also possible to make it. The light blocking portion has a characteristic of absorbing incident light.
The first substrate and the light blocking portion may be arranged so that they are in contact with each other, or may be arranged with an interval. Similarly, the light blocking portion and the second substrate may be arranged so that they are in contact with each other, or may be arranged with an interval. By having a light blocking portion between the first substrate and the second substrate, light output from the light emitting portion is transmitted to a sealing portion such as a mold resin interposed between the first substrate and the second substrate. The light output from the light emitting unit is transmitted to the sensor unit through the light emitting unit, the first substrate, the sealing material, the second substrate, and the sensor unit, and passes through the gas space to the sensor unit. It is possible to prevent incidence. As a result, detection sensitivity (a change in signal due to a change in gas concentration) can be improved.

第二基板は、後述のように第一基板の第一主面上にもセンサ部を形成する場合に、第一基板に設けられた発光部と同様の発光部を第二基板の第一主面上に形成してもよい。これにより、第一基板の第一主面上に形成された発光部で不良が発生したような場合にも、第二基板の第一主面上に形成された発光部を代わりに光源として使用することが可能となる。また各基板に形成された発光部を一定の時間間隔で交互に駆動させることで、発光部の寿命を伸ばすことが可能となる。また一方の発光部をメインの光源として使用し、他方の発光部を校正用の光源として使用することもできる。これにより一方の光源の劣化の度合いを他方の光源の発光量などからモニタリングすることが可能となり、受光部の劣化補正が可能となる。   When a sensor section is also formed on the first main surface of the first substrate as described later, the second substrate uses a light emitting section similar to the light emitting section provided on the first substrate to the first main board of the second substrate. It may be formed on a surface. Thus, even when a defect occurs in the light emitting portion formed on the first main surface of the first substrate, the light emitting portion formed on the first main surface of the second substrate is used as a light source instead. It is possible to do. In addition, by alternately driving the light emitting units formed on each substrate at regular time intervals, the life of the light emitting units can be extended. Also, one light emitting unit can be used as a main light source, and the other light emitting unit can be used as a light source for calibration. This makes it possible to monitor the degree of deterioration of one light source from the amount of light emitted by the other light source and the like, and to correct the deterioration of the light receiving unit.

[センサ部]
センサ部は、第二基板の第一主面上に形成される。一実施形態では、センサ部は、後述するように、光反射部が選択的に反射する第一波長帯域の光に対して感度を有している。
センサ部の配置位置は、第一基板に設けられた発光部から出力された光のうち、光反射部から反射された光が入射される位置であれば特に制限されない。
信号処理の応答速度の観点から、センサ部は、PN接合、又はPIN接合のダイオード構造を有しており、インジウム又はアンチモンの何れかの材料を含んでも良い。さらに、センサ部は、被検出ガスの吸収波長に応じてGa、Al、Asからなる群より選択される少なくとも1つの材料をさらに含む混晶系の材料を含んでも良い。
[Sensor part]
The sensor section is formed on the first main surface of the second substrate. In one embodiment, as described later, the sensor unit has sensitivity to light in the first wavelength band that is selectively reflected by the light reflection unit.
The position of the sensor unit is not particularly limited as long as the light reflected from the light reflecting unit is incident on the light output from the light emitting unit provided on the first substrate.
From the viewpoint of the response speed of signal processing, the sensor unit has a diode structure of a PN junction or a PIN junction, and may include any material of indium or antimony. Further, the sensor unit may include a mixed crystal material further including at least one material selected from the group consisting of Ga, Al, and As according to the absorption wavelength of the gas to be detected.

またセンサ部は、一実施形態として、センサの感度が10%以上となる波長帯域が1μm以上12μm以下の範囲に含まれている。センサ部が二酸化炭素ガス等の環境ガスの光吸収帯に感度を持つことで、センサ部の出力を環境ガスの濃度測定のために用いることが可能となる。
また、一実施形態として、量産性の観点から、センサ部の受光素子の材料及び積層構造は、発光部の材料及び積層構造と同様のものを用いることができる。
In one embodiment, the sensor section includes a wavelength band in which the sensitivity of the sensor is 10% or more in a range of 1 μm or more and 12 μm or less. Since the sensor unit has sensitivity to the light absorption band of the environmental gas such as carbon dioxide gas, the output of the sensor unit can be used for measuring the concentration of the environmental gas.
In one embodiment, from the viewpoint of mass productivity, the material and the laminated structure of the light receiving element of the sensor unit can be the same as the material and the laminated structure of the light emitting unit.

センサ部を回路(増幅器)に接続した場合のS/N比の観点から、多数の受光素子を設けることによって、受光部全体の内部抵抗を大きくすることができるため、増幅器に接続した場合、高いS/N比が実現できる。そのため、センサ部は、一実施形態として、受光素子を複数直列接続した形態としてもよい。
また前述のようなセンサ部を第一基板の第一主面上にさらに形成してもよい。この第一基板の第一主面上に形成されたセンサ部は、発光部から出射された光のうち第一基板の第二主面で反射する光を受光することができる。このセンサ部は、ガスセンサの参照用センサとして利用することが可能であり、参照用センサの出力を利用することで、受光部が第二基板にのみ形成されている場合と比べて、ガス濃度の測定の精度を高めることができる。
From the viewpoint of the S / N ratio when the sensor unit is connected to a circuit (amplifier), the internal resistance of the entire light receiving unit can be increased by providing a large number of light receiving elements. An S / N ratio can be realized. Therefore, as an embodiment, the sensor section may have a form in which a plurality of light receiving elements are connected in series.
Further, the sensor unit as described above may be further formed on the first main surface of the first substrate. The sensor section formed on the first main surface of the first substrate can receive the light reflected by the second main surface of the first substrate out of the light emitted from the light emitting section. This sensor section can be used as a reference sensor of the gas sensor, and by using the output of the reference sensor, the gas concentration can be reduced as compared with the case where the light receiving section is formed only on the second substrate. Measurement accuracy can be improved.

[光反射部]
光反射部は、第一基板及び第二基板の第二主面側に、第一基板及び第二基板それぞれから離れた位置に配置され、センサ部の感度が10%以上となる波長帯域中に、反射率が30%以上の第1波長帯域と、第1波長帯域に隣接する長波長側及び短波長側の両方の波長帯域に、反射率が30%未満の第2波長帯域とを含む特性を有し、センサ部の感度が最大となる波長が第1波長帯域に含まれるものである。
ここで反射率とは、光反射部に略垂直に入射した特定の波長の光の強度に対する、光反射部から略垂直に反射する特定の波長の光の強度の比を意味する。
[Light reflection section]
The light reflecting portion is disposed on the second main surface side of the first substrate and the second substrate at a position apart from each of the first substrate and the second substrate, and is located in a wavelength band where the sensitivity of the sensor portion is 10% or more. A characteristic including a first wavelength band having a reflectance of 30% or more, and a second wavelength band having a reflectance of less than 30% in both the long wavelength side and the short wavelength side adjacent to the first wavelength band. And the wavelength at which the sensitivity of the sensor unit is maximized is included in the first wavelength band.
Here, the reflectance means the ratio of the intensity of light of a specific wavelength substantially perpendicularly reflected from the light reflecting portion to the intensity of light of a specific wavelength incident substantially perpendicularly on the light reflecting portion.

また光反射部は、センサ部をガスセンサの参照用センサとして利用する際にノイズを低減する観点から、一実施形態として、反射率が最大となる波長をλとしたときに、半値幅を0.5λ以下とすることができる。用途によっては、半値幅の0.2λ以下、又は半値幅の0.1λ以下が、被検出ガス濃度変化への感度(信号の変化/ガス濃度変化の信号比)向上の観点から好ましい場合がある。例えば、一実施形態として、CO検出の場合、波長4.3μm付近で、半値幅を0.3μm以下とすることで感度向上を図ることができる。光反射部での反射率が最大となる波長λを測定対象ガスによる吸収が強い波長帯域と合わせて設計することで、センサ部に入射するノイズを低減し、ガス濃度測定の精度を向上させることが可能となる。 In addition, from the viewpoint of reducing noise when the sensor unit is used as a reference sensor of a gas sensor, the light reflection unit has a half width of 0. It can be 5λ or less. Depending on the application, a half width of 0.2λ or less or a half width of 0.1λ or less may be preferable from the viewpoint of improving sensitivity to a change in the concentration of the detected gas (signal change / signal ratio of gas concentration change). . For example, as one embodiment, in the case of CO 2 detection, sensitivity can be improved by setting the half width at 0.3 μm or less around a wavelength of 4.3 μm. By designing the wavelength λ at which the reflectance at the light reflection section becomes the maximum in combination with the wavelength band where absorption by the gas to be measured is strong, noise entering the sensor section is reduced, and the accuracy of gas concentration measurement is improved. Becomes possible.

一般的には、入射角度によって反射特性は異なり、その最大値(ピーク)は光路設計によって異なる。垂直の入射角に対して、他の入射角度では反射特性のピークは短波長側にシフトするので、設計者は光路構造で決まる主な光のパスの入射/反射角度を中心にして、被検出ガスの吸収波長に合わせても良い。そうすると、僅かなガスの濃度変化に対して、信号の変化は大きくなるので、高感度且つ高精度のガスセンサを実現することができ、好ましい場合がある。   Generally, the reflection characteristics differ depending on the incident angle, and the maximum value (peak) differs depending on the optical path design. At other angles of incidence, the peak of the reflection characteristic shifts to the shorter wavelength side with respect to the normal angle of incidence, so the designer must detect the incident / reflection angle of the main light path determined by the optical path structure. It may be adjusted to the absorption wavelength of the gas. Then, a change in the signal becomes large in response to a slight change in the gas concentration, so that a highly sensitive and highly accurate gas sensor can be realized, which is preferable in some cases.

光反射部の一例として、Si基板上に積層された多層構造の光学フィルタを適用した場合の、波長と透過特性の関係を後述の図3に示す。第一波長帯域は他の波長帯と比べて光学フィルタでの反射率が高くなる。光学フィルタでの反射率が高い程、ガスセンサのS/N比は良くなるため、一実施形態として、光学フィルタの第一波長帯域のピークの反射率は50%とすることができ、また別の実施形態では60%以上とすることができ、さらに別の実施形態では80%以上とすることができる。   FIG. 3 shows the relationship between the wavelength and the transmission characteristic when an optical filter having a multilayer structure laminated on a Si substrate is applied as an example of the light reflecting portion. The first wavelength band has a higher reflectance at the optical filter than other wavelength bands. The higher the reflectivity of the optical filter, the better the S / N ratio of the gas sensor. Therefore, in one embodiment, the reflectivity of the peak of the first wavelength band of the optical filter can be set to 50%. In an embodiment, it can be 60% or more, and in still another embodiment, it can be 80% or more.

COガスの検出装置又は濃度測定装置に使われる、ガスセンサに含まれる光反射部の場合、COガスが強い吸収特性を持つ4.3μmを第一波長帯域の中心として、中心から数10nm以上500nm以下の光を反射するようにしても良い。システムの高感度化を実現するには、ガスセンサの光学設計に合わせて、光反射部の反射特性を適宜変更しても良い。例えば特定の入射角のみの光を反射させるように設計しても良い。 In the case of a light reflecting portion included in a gas sensor used for a CO 2 gas detecting device or a concentration measuring device, 4.3 μm having strong absorption characteristics of the CO 2 gas is set at 4.3 μm as the center of the first wavelength band and several tens nm or more from the center. Light of 500 nm or less may be reflected. In order to realize high sensitivity of the system, the reflection characteristics of the light reflecting portion may be appropriately changed according to the optical design of the gas sensor. For example, it may be designed to reflect light only at a specific incident angle.

光反射部は、第一基板の第二主面から出射した光のうち第一波長帯域以外の光を透過又は吸収してもよい。ここで、第一波長帯域以外の帯域を第二波長帯域と表す。第二波長帯域は発光部が発光する波長のうち、センサ部により検出されるが、測定対象の物質の検出に不要な波長帯のことを言う。光反射部は、第二波長帯域の光を透過してもよく、また、吸収してもよい。光反射部が光の吸収による輻射が発生すると外乱としてセンサ部に入ることが考えられるため、一実施形態として、第二波長帯域の光を透過させる構成とすることで、外乱を抑制することも可能である。例えば、発光部が2μm以上8μm以下付近の光を発光し、受光部が同様の波長帯を検出する能力を持ち、検出したい物質の吸収波長帯が4.2μm以上4.4μm以下付近にある場合、第二波長帯域は、2μm以上4.2μm以下付近及び4.4μm以上8μm以下付近にしても良い。この場合、一実施形態として、光反射部の第二波長帯域における透過率、又は吸収率を50%以上とすればよい。   The light reflector may transmit or absorb light other than the first wavelength band among the light emitted from the second main surface of the first substrate. Here, a band other than the first wavelength band is referred to as a second wavelength band. The second wavelength band refers to a wavelength band which is detected by the sensor unit among wavelengths emitted by the light emitting unit but is unnecessary for detection of a substance to be measured. The light reflecting section may transmit or absorb light in the second wavelength band. Since it is conceivable that the light reflecting portion emits light due to absorption of light and enters the sensor portion as disturbance, as an embodiment, it is possible to suppress the disturbance by adopting a configuration in which light in the second wavelength band is transmitted. It is possible. For example, when the light emitting unit emits light of 2 μm or more and 8 μm or less, and the light receiving unit has the ability to detect the same wavelength band, and the absorption wavelength band of the substance to be detected is in the vicinity of 4.2 μm or more and 4.4 μm or less. The second wavelength band may be in the range of 2 μm to 4.2 μm and in the vicinity of 4.4 μm to 8 μm. In this case, as one embodiment, the transmittance or absorptance of the light reflecting portion in the second wavelength band may be set to 50% or more.

光反射部は、屈折率の異なる材料が積層された多層膜からなる干渉フィルタであってもよい。光反射部の具体的な例としては透明な基板上に、屈折率の異なる材料(例えば、Ge、ZnSe、ZnS、SiO、等)を交互に積層した干渉構造を利用することができる。波長によって、入射光が干渉現象によって、強めあったり、弱めあったりし、特定の光のみ強く反射させることができる。これらの積層構造は光反射部の基板の両面に形成しても良いし、片面でも良い。この基板の具体的な例としてはGaAsやSiやサファイア等が挙げられる。 The light reflection section may be an interference filter composed of a multilayer film in which materials having different refractive indexes are stacked. As a specific example of the light reflecting portion, an interference structure in which materials having different refractive indexes (for example, Ge, ZnSe, ZnS, SiO 2 , and the like) are alternately stacked on a transparent substrate can be used. Depending on the wavelength, the incident light may be strengthened or weakened by the interference phenomenon, and only specific light may be strongly reflected. These laminated structures may be formed on both sides of the substrate of the light reflecting portion, or may be formed on one side. Specific examples of the substrate include GaAs, Si, and sapphire.

干渉フィルタの具体的な例としては、透過率の高いSi基板の両面に、Ge及びZnSの薄膜を交互に、数周期以上数十周期以下を積層した干渉フィルタが挙げられる。このような構造を利用することによって、一部の波長のみ反射率が強く(例えば80%以上)なる干渉フィルタを実現でき、その他の波長を透過するような構造を実現することができる。
また、光反射部は後述の信号処理部に使われる基板(例えばSi基板)の裏面(回路面と逆側の面)に設けても良い。この場合システムのさらなる小型化の観点から好ましい場合がある。
[信号処理部]
第1の態様に係るガスセンサは、発光部に電流を供給すると共に、センサ部からの出力信号を処理する信号処理部をさらに備えていてもよい。
As a specific example of the interference filter, there is an interference filter in which thin films of Ge and ZnS are alternately stacked on several sides of a Si substrate having a high transmittance in several cycles or more and several tens cycles or less. By using such a structure, it is possible to realize an interference filter having a high reflectance (for example, 80% or more) at only some wavelengths, and a structure that transmits other wavelengths.
Further, the light reflecting portion may be provided on the back surface (surface opposite to the circuit surface) of a substrate (for example, a Si substrate) used for a signal processing portion described later. In this case, it may be preferable from the viewpoint of further downsizing the system.
[Signal processing unit]
The gas sensor according to the first aspect may further include a signal processing unit that supplies an electric current to the light emitting unit and processes an output signal from the sensor unit.

<第2の態様>
次に、第2の態様を説明する。なお、第1の態様と同一部については説明を省略する。
[ガスセンサ]
第2の態様に係るガスセンサは、第一主面に発光部を有し、発光部で発光された光が第一主面とは逆側の第二主面から出射される第一基板と、第一主面にセンサ部を有し、第一主面とは逆側の第二主面に入射される光をセンサ部により検知する第二基板と、第一基板及び第二基板のそれぞれの第二主面側に、第二主面それぞれから離して配置された第一光反射部と、上面視で第一基板と第二基板との間に配置された第二光反射部と、を有し、第一基板と第二基板と第一光反射部と第二光反射部とは、発光部で発光され第一基板の第二主面から出射された光が、少なくとも第一光反射部、第二光反射部及び第一光反射部の順で反射される光路を経てから、第二基板を通じてセンサ部に入射されるように配置され、第二光反射部は、センサ部の感度が10%以上となる波長帯域中に、第二光反射部の反射率が30%以上となる第一波長帯域と、第一波長帯域に隣接する長波長側及び短波長側それぞれに反射率が30%未満となる第二波長帯域とを含む特性を有し、センサ部の感度が最大となる波長が第一波長帯域に含まれている。
<Second aspect>
Next, a second embodiment will be described. The description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted.
[Gas sensor]
The gas sensor according to the second aspect has a light emitting portion on the first main surface, light emitted by the light emitting portion is emitted from a second main surface opposite to the first main surface, a first substrate, A second substrate that has a sensor portion on the first main surface and detects light incident on the second main surface opposite to the first main surface by the sensor portion, and each of the first substrate and the second substrate On the second principal surface side, a first light reflection portion disposed apart from each of the second principal surfaces, and a second light reflection portion disposed between the first substrate and the second substrate in top view. Having a first substrate, a second substrate, a first light reflecting portion, and a second light reflecting portion, light emitted from the light emitting portion and emitted from the second main surface of the first substrate has at least a first light reflection. Part, the second light reflecting part, and the first light reflecting part. The light reflecting part is arranged so as to be incident on the sensor part through the second substrate after passing through the optical path. Is 10% or more in the wavelength band where the reflectance of the second light reflecting portion is 30% or more, and the reflectances are respectively on the long wavelength side and the short wavelength side adjacent to the first wavelength band. The first wavelength band has a characteristic including a second wavelength band that is less than 30%, and the wavelength at which the sensitivity of the sensor unit is maximum is included.

そして、第一基板、第二基板及び第一光反射部と、第二光反射部との間の空間に、被検出ガスを導入することにより、被検出ガスの影響を受けた光がセンサ部に入射されることになり、被検出ガスの影響を受けた光をセンサ部で検出することによって、被検出ガスの存在を検出することができる。
このような構成とすることにより、ガスセンサの小型化を図ることができ、且つ部品点数を削減することができる。その結果、小型でありながら、十分な光路長を確保することが可能となり、精度の高いガスセンサを提供することができる。
Then, by introducing the gas to be detected into the space between the first substrate, the second substrate and the first light reflecting portion, and the second light reflecting portion, the light affected by the detected gas becomes the sensor portion. Then, the presence of the gas to be detected can be detected by detecting the light affected by the gas to be detected by the sensor unit.
With such a configuration, the size of the gas sensor can be reduced, and the number of components can be reduced. As a result, it is possible to secure a sufficient optical path length while being small, and to provide a highly accurate gas sensor.

[第一光反射部]
第一光反射部は、第一基板及び第二基板の第二主面側に、これら第一基板及び第二基板それぞれから離れた位置に配置され、第一基板の第二主面から出射された光を反射する。また第一光反射部は、第一基板の第二主面から出射された光の一部が、第一光反射部及び第二光反射部で反射され、少なくとも1回、第二光反射部で反射された後に、第一光反射部によって反射されてセンサ部に入射されるように配置されている。
第一光反射部は、第二光反射部の反射面と平行な反射面を有する反射鏡であってもよく、また、入射した光の少なくとも一部を集光して反射する凹面鏡であってもよい。
[First light reflector]
The first light reflecting portion is disposed on the second main surface side of the first substrate and the second substrate, at a position apart from the first substrate and the second substrate, and is emitted from the second main surface of the first substrate. Reflects light. Also, the first light reflecting portion is configured such that a part of light emitted from the second main surface of the first substrate is reflected by the first light reflecting portion and the second light reflecting portion, and at least once, the second light reflecting portion After being reflected by the first light reflection unit, the light is reflected by the first light reflection unit and is incident on the sensor unit.
The first light reflecting portion may be a reflecting mirror having a reflecting surface parallel to the reflecting surface of the second light reflecting portion, or a concave mirror that condenses and reflects at least a part of incident light. Is also good.

[第二光反射部]
第二光反射部は、上面視で第一基板及び第二基板の間に設置され、第一光反射部で反射された光のうち第一波長帯域の光を選択的に反射する。また第二光反射部は、第一基板の第二主面から放出された光の一部が、第一光反射部及び第二光反射部で反射され、少なくとも1回第二光反射部で反射された後に、第一光反射部によって反射され、センサ部に入射されるように配置されている。
第二光反射部は、センサ部の感度が10%以上となる波長帯域中に、第二光反射部の反射率が30%以上の第一波長帯域と、この第一波長帯域に隣接する長波長側及び短波長側の波長帯域であり、第二光反射部の反射率が30%未満となる第二波長帯域と、を含む特性を有し、センサ部の感度が最大となる波長が第一波長帯域に含まれている。ここで反射率とは、光反射部に略垂直に入射した特定の波長の光の強度に対する、光反射部から略垂直に反射する特定の波長の光の強度の比を意味する。
[Second light reflector]
The second light reflecting portion is provided between the first substrate and the second substrate when viewed from above, and selectively reflects light in the first wavelength band among the light reflected by the first light reflecting portion. Further, the second light reflecting portion is configured such that part of the light emitted from the second main surface of the first substrate is reflected by the first light reflecting portion and the second light reflecting portion, and at least once by the second light reflecting portion. After being reflected, it is arranged so as to be reflected by the first light reflecting portion and to enter the sensor portion.
The second light reflecting portion has a first wavelength band in which the reflectance of the second light reflecting portion is 30% or more in a wavelength band in which the sensitivity of the sensor portion is 10% or more, and a long wavelength adjacent to the first wavelength band. A wavelength band on the wavelength side and a short wavelength side, and a second wavelength band in which the reflectivity of the second light reflecting portion is less than 30%. It is included in one wavelength band. Here, the reflectance means the ratio of the intensity of light of a specific wavelength substantially perpendicularly reflected from the light reflecting portion to the intensity of light of a specific wavelength incident substantially perpendicularly on the light reflecting portion.

また第二光反射部は、センサ部をガスセンサの参照用センサとして利用する際にノイズを低減する観点から、一実施形態として、第二光反射部の反射率が最大となる波長をλとしたときに、半値幅を0.5λ以下とすることができる。用途によっては、半値幅の0.2λ以下、又は半値幅の0.1λ以下が、被検出ガス濃度変化への感度(信号の変化/ガス濃度変化の信号比)向上の観点から好ましい場合がある。例えば、CO検出の場合、波長4.3μm付近で、半値幅を0.3μm以下とすることで感度向上を図ることができる。第二光反射部での反射率が最大となる波長λを測定対象ガスによる吸収が強い帯域と合わせて設計することで、センサ部に入射するノイズを低減し、ガス濃度測定の精度を向上させることが可能となる。
第二光反射部は、第一光反射部で反射された光のうち第一波長帯域を除く波長帯域の光を透過又は吸収してもよい。
第二光反射部は、屈折率の異なる材料が積層された多層膜からなる干渉フィルタであってもよい。
[封止部]
第一基板、第二基板、第一光反射部、及び第二光反射部は封止部によって封止されていてもよい。
In addition, the second light reflecting portion, from the viewpoint of reducing noise when the sensor portion is used as a reference sensor of the gas sensor, as one embodiment, the wavelength at which the reflectance of the second light reflecting portion is maximum is λ. Sometimes, the half width can be set to 0.5λ or less. Depending on the application, a half width of 0.2λ or less or a half width of 0.1λ or less may be preferable from the viewpoint of improving sensitivity to a change in the concentration of the detected gas (signal change / signal ratio of gas concentration change). . For example, in the case of CO 2 detection, the sensitivity can be improved by setting the half width at 0.3 μm or less near the wavelength of 4.3 μm. By designing the wavelength λ at which the reflectivity at the second light reflection part becomes the maximum in combination with the band where the absorption by the gas to be measured is strong, the noise incident on the sensor part is reduced, and the accuracy of the gas concentration measurement is improved. It becomes possible.
The second light reflector may transmit or absorb light in a wavelength band other than the first wavelength band among the lights reflected by the first light reflector.
The second light reflection section may be an interference filter formed of a multilayer film in which materials having different refractive indexes are stacked.
[Sealing part]
The first substrate, the second substrate, the first light reflecting portion, and the second light reflecting portion may be sealed by a sealing portion.

<実施形態>
次に、図面を参照して本実施形態の具体例について説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
[第1実施形態]
図1は本発明の第1実施形態に係るガスセンサ100の構成例を示す概念図であり、基本構造を示す。
測定対象のガスは、第一基板11及び第二基板21と、光反射部15との間の空間に導入される。
第一基板11の第一主面12上に形成された発光部13から出射された光は、第一基板11の、第一主面12とは逆側の第二主面14から第一基板11の外部に出射される。
第一基板11から出射された光の一部は、光反射部15に到達する。光反射部15は、後述のセンサ部24の感度が10%以上となる波長帯域中に、光反射部15の反射率が30%以上の第一波長帯域と、この第一波長帯域に隣接する長波長側及び短波長側の両方に光反射部15の反射率が30%未満となる第二波長帯域と、を含む特性を有している。また、センサ部24の感度が最大となる波長が第一波長帯域に含まれている。
<Embodiment>
Next, a specific example of the present embodiment will be described with reference to the drawings. In the drawings described below, parts having the same configuration are denoted by the same reference numerals, and a repeated description thereof will be omitted.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration example of a gas sensor 100 according to a first embodiment of the present invention, and shows a basic structure.
The gas to be measured is introduced into a space between the first substrate 11 and the second substrate 21 and the light reflection unit 15.
Light emitted from the light emitting portion 13 formed on the first main surface 12 of the first substrate 11 is transmitted from the second main surface 14 of the first substrate 11 opposite to the first main surface 12 to the first substrate 11. It is emitted to the outside of 11.
Part of the light emitted from the first substrate 11 reaches the light reflecting portion 15. The light reflecting portion 15 is adjacent to the first wavelength band in which the reflectance of the light reflecting portion 15 is 30% or more in a wavelength band in which the sensitivity of the sensor portion 24 described later is 10% or more. The second wavelength band in which the reflectance of the light reflecting portion 15 is less than 30% on both the long wavelength side and the short wavelength side. Further, the wavelength at which the sensitivity of the sensor unit 24 is maximum is included in the first wavelength band.

そのため、光反射部15に到達した、第一基板11から出射され光のうち第一波長帯域の光が選択的に反射される。
光反射部15で反射された第一波長帯域の光は、第二基板21の第二主面22に入射され、第二基板21を通って、第二基板21の第一主面23に設けられたセンサ部24に入射される。
そして、第一基板11、発光部13、第二基板21及びセンサ部24は、モールド樹脂等からなる封止部31によって封止される。
図1に示すように、第一基板11及び第二基板21は、発光部13から出射された光が光反射部15で反射され、反射された光がセンサ部24に入射されるように配置されている。また、センサ部24で受光された第一波長帯域の光は、測定対象のガスによる吸収の影響を受けているため、その強度からガス濃度を演算することができる。
Therefore, the light of the first wavelength band, which has reached the light reflecting portion 15 and is emitted from the first substrate 11, is selectively reflected.
The light of the first wavelength band reflected by the light reflecting portion 15 is incident on the second main surface 22 of the second substrate 21, passes through the second substrate 21, and is provided on the first main surface 23 of the second substrate 21. Incident on the sensor unit 24.
Then, the first substrate 11, the light emitting unit 13, the second substrate 21, and the sensor unit 24 are sealed by a sealing unit 31 made of a mold resin or the like.
As shown in FIG. 1, the first substrate 11 and the second substrate 21 are arranged such that light emitted from the light emitting unit 13 is reflected by the light reflecting unit 15 and the reflected light enters the sensor unit 24. Have been. Further, since the light in the first wavelength band received by the sensor unit 24 is affected by absorption by the gas to be measured, the gas concentration can be calculated from the intensity.

このように第1実施形態のガスセンサ100は、発光部13から出射された光を光反射部15で反射し、この反射された光を受光部としてのセンサ部24で受光するため、光路長として、発光部13と光反射部15との間の距離と、光反射部15とセンサ部24との間の距離との和相当の距離を得ることができる。したがって、発光部13及びセンサ部24と、光反射部15との間の距離よりも、より長い光路長を得ることができる。つまり、光反射部15を設けることで、発光部13及びセンサ部24と光反射部15との間の距離はそのままで、より長い光路長を得ることができ、すなわち、光反射部15を設けることで、発光部13及びセンサ部24と光反射部15との間の距離を大きくしなくとも、発光部13及びセンサ部24と、光反射部15との間の距離よりも長い光路長を確保することができる。そのため、ガスセンサの小型化を図ることができる。また、光反射部15に、センサ部24の感度が最大となる波長を含む第一波長帯域の光を反射する光学特性を持たせているため、別途光学フィルタを設ける必要がなく、従来のように反射鏡と光学フィルタの両方を必要としないため、部品点数を削減することもできる。   As described above, the gas sensor 100 of the first embodiment reflects the light emitted from the light emitting unit 13 by the light reflecting unit 15 and receives the reflected light by the sensor unit 24 as a light receiving unit. Thus, a distance equivalent to the sum of the distance between the light emitting unit 13 and the light reflecting unit 15 and the distance between the light reflecting unit 15 and the sensor unit 24 can be obtained. Therefore, an optical path length longer than the distance between the light emitting unit 13 and the sensor unit 24 and the light reflecting unit 15 can be obtained. In other words, by providing the light reflecting portion 15, a longer optical path length can be obtained while maintaining the distance between the light emitting portion 13 and the sensor portion 24 and the light reflecting portion 15, that is, the light reflecting portion 15 is provided. Thus, without increasing the distance between the light emitting unit 13 and the sensor unit 24 and the light reflecting unit 15, an optical path length longer than the distance between the light emitting unit 13 and the sensor unit 24 and the light reflecting unit 15 can be obtained. Can be secured. Therefore, the size of the gas sensor can be reduced. In addition, since the light reflecting portion 15 has an optical characteristic of reflecting light in the first wavelength band including the wavelength at which the sensitivity of the sensor portion 24 is maximized, there is no need to separately provide an optical filter, and a conventional light filter is provided. Since both a reflecting mirror and an optical filter are not required, the number of parts can be reduced.

図2は第1実施形態に係るガスセンサ100の構成をより詳細に示したものである。
図2に示すように、光反射部15は保持部32によって保持される。また、保持部32は、凹部状に形成され凹部の底に相当する位置に光反射部15が配置され、凹部の縁に相当する保持部32の開口端で囲まれる領域内に、発光部13が設けられた第一基板11の第二主面14と、センサ部24が設けられた第二基板21の第二主面22とが含まれ、これら第二主面14及び22と光反射部15とが向かい合うように位置決めし、モールド樹脂等の封止部31により固定されている。これによって、第一基板11及び第二基板21の第二主面14及び22側と光反射部15との間に、保持部32の凹部からなる空間が形成され、ここに、図示しない導入口から測定対象のガスを導入することによって、濃度測定が行われる。
また、保持部32は第一基板11から出射された光を反射し、第二基板21に効率良く入射することのできる適切な位置に、光反射部15を保持するように設計される。
また保持部32は、センサ部24に入射する外乱を減らす観点から、保持部32に到達した光を吸収するような構造を持つことが好ましい。
FIG. 2 shows the configuration of the gas sensor 100 according to the first embodiment in more detail.
As shown in FIG. 2, the light reflecting section 15 is held by the holding section 32. The holding portion 32 is formed in a concave shape, and the light reflecting portion 15 is arranged at a position corresponding to the bottom of the concave portion. Are provided, and the second main surface 22 of the second substrate 21 provided with the sensor portion 24 is included. The second main surfaces 14 and 22 and the light reflecting portion are provided. 15 and are fixed by a sealing portion 31 such as a mold resin. As a result, a space formed by the concave portion of the holding portion 32 is formed between the second main surfaces 14 and 22 of the first substrate 11 and the second substrate 21 and the light reflecting portion 15. The concentration measurement is performed by introducing the gas to be measured from.
The holding unit 32 is designed to reflect the light emitted from the first substrate 11 and hold the light reflecting unit 15 at an appropriate position where the light can be efficiently incident on the second substrate 21.
Further, it is preferable that the holding unit 32 has a structure that absorbs light reaching the holding unit 32 from the viewpoint of reducing disturbance incident on the sensor unit 24.

図3は第1実施形態に係るガスセンサ100の光反射部15の光学特性を示す図である。
図3において、横軸は波長、縦軸は光反射部15の透過率及び反射率を示す特性図である。
図3に示すように、光反射部15は、反射率が30%以上となる反射特性を第一波長帯域に有する。そして、第一波長帯域に隣接する長波長側及び短波長側の帯域それぞれに、反射率が30%未満となる第二波長帯域を有する。つまり、光反射部15は、第一波長帯域では反射特性を有し、第一波長帯域の両側の第二波長帯域では透過特性を有する。また、センサ部24の感度が最大となる波長が第一波長帯域に含まれている。つまり、光反射部15により、センサ部24の感度が最大となる波長を含む第一波長帯域の光が選択的に反射されてセンサ部24に入射されるため、発光部13から発光された光のうち、センサ部24の感度が最大となる第一波長帯域に含まれる光を、効率よくセンサ部24に入射させることができる。また、光反射部15が、第一波長帯域の光を選択的に反射し、これがセンサ部24に入射されるため、従来のように光学フィルタを設ける必要がない。
FIG. 3 is a diagram illustrating optical characteristics of the light reflection unit 15 of the gas sensor 100 according to the first embodiment.
In FIG. 3, the horizontal axis is a wavelength, and the vertical axis is a characteristic diagram showing the transmittance and the reflectance of the light reflection unit 15.
As shown in FIG. 3, the light reflecting portion 15 has a reflection characteristic in which the reflectance is 30% or more in the first wavelength band. Each of the long wavelength side band and the short wavelength side band adjacent to the first wavelength band has a second wavelength band in which the reflectance is less than 30%. That is, the light reflecting portion 15 has a reflection characteristic in the first wavelength band, and has a transmission characteristic in the second wavelength bands on both sides of the first wavelength band. Further, the wavelength at which the sensitivity of the sensor unit 24 is maximum is included in the first wavelength band. In other words, since the light in the first wavelength band including the wavelength at which the sensitivity of the sensor unit 24 is maximized is selectively reflected by the light reflecting unit 15 and is incident on the sensor unit 24, the light emitted from the light emitting unit 13 Among them, the light included in the first wavelength band in which the sensitivity of the sensor unit 24 is maximum can be efficiently incident on the sensor unit 24. Further, since the light reflecting portion 15 selectively reflects the light of the first wavelength band and the light is incident on the sensor portion 24, it is not necessary to provide an optical filter as in the related art.

なお、第1実施形態において、光反射部15は、第一基板11の第二主面14及び第二基板21の第二主面22と平行に配置されている必要はなく、発光部13で発光し第一基板11の第二主面14から出射された光を、光反射部15で反射させて第二基板21の第二主面22に入射し、第二基板21を通じでセンサ部24に入射することができれば、どのような位置関係に配置されていてもよい。   In the first embodiment, the light reflecting portion 15 does not need to be arranged in parallel with the second main surface 14 of the first substrate 11 and the second main surface 22 of the second substrate 21, The light emitted and emitted from the second main surface 14 of the first substrate 11 is reflected by the light reflecting portion 15 and is incident on the second main surface 22 of the second substrate 21, and is transmitted through the second substrate 21 to the sensor portion 24. May be arranged in any positional relationship as long as it can be incident on the surface.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
なお、第1実施形態に係るガスセンサと同一部には同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
図4は本発明の第2実施形態に係るガスセンサ200の一例を示す構成図である。
第2実施形態に係るガスセンサ200の第一光反射部41は、例えば第二光反射部42と平行な鏡面を有する反射鏡等で構成される。第一光反射部41は、図2に示す第1実施形態に係るガスセンサ100における光反射部15に比較して面積がより広く、第一光反射部41と第二光反射部42との間で、第一基板11から出射された発光部13からの光を複数回、反射可能な大きさに形成されている。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The same portions as those of the gas sensor according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an example of the gas sensor 200 according to the second embodiment of the present invention.
The first light reflection unit 41 of the gas sensor 200 according to the second embodiment is configured by, for example, a reflection mirror having a mirror surface parallel to the second light reflection unit 42. The first light reflector 41 has a larger area than the light reflector 15 in the gas sensor 100 according to the first embodiment shown in FIG. 2, and is located between the first light reflector 41 and the second light reflector 42. The light emitting portion 13 is formed to have a size capable of reflecting the light emitted from the light emitting portion 13 from the first substrate 11 a plurality of times.

第一光反射部41は、図2に示す第1実施形態に係るガスセンサ100と同様に、凹部状の保持部32により保持され、第一光反射部41と第二光反射部42とが平行となるように位置決めされて、封止部31により固定される。そして、第一基板11及び第二基板21の第二主面14及び22と第二光反射部42とを含む面と、第一光反射部41を含む保持部32で囲まれる領域との間に空間が形成され、ここに図示しない導入口から測定対象のガスを導入することによって、濃度測定が行われる。   The first light reflecting portion 41 is held by the holding portion 32 having a concave shape, similarly to the gas sensor 100 according to the first embodiment shown in FIG. 2, and the first light reflecting portion 41 and the second light reflecting portion 42 are parallel. And fixed by the sealing portion 31. Then, between a surface including the second main surfaces 14 and 22 of the first substrate 11 and the second substrate 21 and the second light reflecting portion 42 and a region surrounded by the holding portion 32 including the first light reflecting portion 41. A space is formed, and the concentration measurement is performed by introducing a gas to be measured from an inlet (not shown).

ガスセンサ200は、図4に示すように、第一基板11、第二基板21、第一光反射部41及び第二光反射部42が、第一基板11の第二主面14から出射された発光部13が発光した光の一部が、少なくとも1回、第二光反射部42で反射された後に、第一光反射部41によって反射されて、第二基板21の第二主面22から入射され、第一主面23に設けられたセンサ部24に入射されるように配置されている。つまり、発光部13が発光し第二主面14から出射された光が、少なくとも、第一光反射部41、第二光反射部42、第一光反射部41の順で反射される光路を経てから、第二基板21の第二主面22に入射されて、センサ部24に入射されるようになっている。   In the gas sensor 200, as shown in FIG. 4, the first substrate 11, the second substrate 21, the first light reflecting portion 41, and the second light reflecting portion 42 were emitted from the second main surface 14 of the first substrate 11. A part of the light emitted by the light emitting unit 13 is reflected at least once by the second light reflecting unit 42, then by the first light reflecting unit 41, and from the second main surface 22 of the second substrate 21. It is arranged so as to be incident on the sensor part 24 provided on the first main surface 23. That is, at least the light path in which the light emitted from the light emitting unit 13 and emitted from the second main surface 14 is reflected in the order of at least the first light reflecting unit 41, the second light reflecting unit 42, and the first light reflecting unit 41. After that, the light is incident on the second main surface 22 of the second substrate 21 and is incident on the sensor unit 24.

そして、第一基板11、第二基板21及び第二光反射部42と、第一光反射部41との間の空間に図示しない導入口を介して測定対象のガスが導入される。
このように、発光部13から出射された光を、第一光反射部41と第二光反射部42とによって多重反射させることによって長い光路長を実現することができ、より測定対象のガスの影響を受けた光がセンサ部24に入射されることになる。そのため、ガスセンサ200の精度を高めることが可能となる。つまり、センサ部24に入射される光の測定対象のガスが導入された空間における光路長が長いと、測定対象ガスによる吸収の影響が大きくなるため、S/N比が高くなり、ガスセンサの精度が向上する。さらに、複数回反射させることで、第二光反射部42での波長選択性を高めることができる。つまり、物質(ガスなど)検出精度と感度の両方を高めることが可能となる。
Then, the gas to be measured is introduced into the space between the first substrate 11, the second substrate 21, the second light reflection part 42, and the first light reflection part 41 via an introduction port (not shown).
As described above, the light emitted from the light emitting unit 13 is multiple-reflected by the first light reflecting unit 41 and the second light reflecting unit 42, so that a long optical path length can be realized. The affected light enters the sensor unit 24. Therefore, the accuracy of the gas sensor 200 can be improved. That is, if the optical path length in the space where the gas to be measured of the light incident on the sensor unit 24 is introduced is long, the influence of absorption by the gas to be measured increases, so that the S / N ratio increases and the accuracy of the gas sensor increases. Is improved. Further, the wavelength selectivity at the second light reflection unit 42 can be improved by reflecting the light a plurality of times. That is, it is possible to increase both the detection accuracy and sensitivity of a substance (such as a gas).

[第3実施形態]
図5は本発明の第3実施形態に係るガスセンサ200aの一例を示す構成図であって、第3実施形態に係るガスセンサ200aは、第2実施形態に係るガスセンサ200において、さらに信号処理部33を備えたものである。
信号処理部33は、発光部13に電流を供給すると共にセンサ部24からの出力信号を処理する。
この信号処理部33は、例えば、SiのLSI技術を利用して作成されたICからなり、発光部13を駆動する駆動回路、センサ部24の出力信号をもとに測定対象のガスの濃度演算を行う濃度演算部、センサ部24の出力信号を増幅する増幅回路、図示しない上位装置等の外部回路からの測定要求信号の入力、また、外部回路への濃度演算結果の送信等を行う入出力制御部、等を備える。
[Third embodiment]
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating an example of a gas sensor 200a according to the third embodiment of the present invention. The gas sensor 200a according to the third embodiment differs from the gas sensor 200 according to the second embodiment in that a signal processing unit 33 is further provided. It is provided.
The signal processing unit 33 supplies a current to the light emitting unit 13 and processes an output signal from the sensor unit 24.
The signal processing unit 33 is composed of, for example, an IC created by using an LSI technology of Si, and calculates a concentration of a gas to be measured based on an output signal of a driving circuit for driving the light emitting unit 13 and a sensor unit 24. , An amplification circuit for amplifying the output signal of the sensor unit 24, input of a measurement request signal from an external circuit such as a higher-level device (not shown), and input / output for transmitting a concentration calculation result to the external circuit. A control unit, and the like.

発光部13及びセンサ部24と信号処理部33との間は、例えばワイヤーボンディング技術を利用して接続し、信号処理部33と外部回路との接続(図示せず)は、リードフレームの端子を介して行う。
このような構成とすることによって、高精度且つ小型のガスセンサを実現することができ、信号処理部33を含めて、設置場所の小さいエリア(例えば、基板表面垂直方向で全体の厚み5mm以下、又は2mm以下、更に1mm以下のエリア等)での設置が可能となる。
The light emitting unit 13 and the sensor unit 24 are connected to the signal processing unit 33 using, for example, a wire bonding technique, and the connection between the signal processing unit 33 and an external circuit (not shown) is performed by connecting terminals of the lead frame. Do through.
With such a configuration, a highly accurate and small gas sensor can be realized, and a small area of the installation location including the signal processing unit 33 (for example, the total thickness of 5 mm or less in the direction perpendicular to the substrate surface, or 2 mm or less, and further 1 mm or less).

なお、図2に示す第1実施形態に係るガスセンサ100において、同様にして信号処理部33を設けることも可能である。
また、第1、第2実施形態に係るガスセンサ100、200のように、IC等で構成される信号処理部33が、発光部13及びセンサ部24等と共にガスセンサ100、200内に組み込まれていない場合には、駆動回路や濃度演算部等の信号処理部33に含まれる各種回路を外付けとし、ワイヤーボンディング技術等を利用して外付けのこれら回路と接続すればよい。
In the gas sensor 100 according to the first embodiment shown in FIG. 2, the signal processing unit 33 can be provided in the same manner.
Further, unlike the gas sensors 100 and 200 according to the first and second embodiments, the signal processing unit 33 configured by an IC or the like is not incorporated in the gas sensors 100 and 200 together with the light emitting unit 13 and the sensor unit 24 and the like. In this case, various circuits included in the signal processing unit 33 such as the drive circuit and the density calculation unit may be externally connected and connected to these externally connected circuits using a wire bonding technique or the like.

なお、第2及び第3実施形態において、第一光反射部41と第二光反射部42とは、必ずしも平行に配置される必要はなく、発光部13で発光し第一基板11の第二主面14から出射された光を、第一光反射部41、第二光反射部42、第一光反射部41の順に反射させる光路経てから、第二基板21の第二主面22に入射し、第二基板21を通じでセンサ部24に入射することができれば、どのような位置関係に配置されていてもよい。   In the second and third embodiments, the first light reflecting portion 41 and the second light reflecting portion 42 do not necessarily need to be arranged in parallel. The light emitted from the main surface 14 passes through an optical path that reflects the first light reflecting portion 41, the second light reflecting portion 42, and the first light reflecting portion 41 in this order, and then enters the second main surface 22 of the second substrate 21. However, as long as the light can enter the sensor unit 24 through the second substrate 21, they may be arranged in any positional relationship.

[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態を説明する。
なお、第2実施形態に係るガスセンサ200と同一部には同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
図6は本発明の第4実施形態に係るガスセンサ300の一例を示す構成図である。
第4実施形態に係るガスセンサ300は、第2実施形態に係るガスセンサ200において、第一光反射部41を凹面鏡からなる第一光反射部41aに替えたものである。凹面鏡からなる第一光反射部41aは、入射した光の少なくとも一部を集光して反射する。第4実施形態に係るガスセンサ300では、センサ部24に入射する光量を最大限に高め、発光部13で発光された光を無駄にせず効率良くセンサ部24まで導くことができる。これによってセンサ部24のS/N比が高くなり、ガスセンサ300の測定精度が向上する。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
The same portions as those of the gas sensor 200 according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an example of the gas sensor 300 according to the fourth embodiment of the present invention.
The gas sensor 300 according to the fourth embodiment differs from the gas sensor 200 according to the second embodiment in that the first light reflecting portion 41 is replaced with a first light reflecting portion 41a formed of a concave mirror. The first light reflecting portion 41a formed of a concave mirror collects and reflects at least a part of the incident light. In the gas sensor 300 according to the fourth embodiment, the amount of light incident on the sensor unit 24 can be maximized, and the light emitted by the light emitting unit 13 can be efficiently guided to the sensor unit 24 without waste. As a result, the S / N ratio of the sensor unit 24 increases, and the measurement accuracy of the gas sensor 300 improves.

第一光反射部41aは、保持部32により保持され、第一光反射部41aの凹部の縁に相当する第一光反射部41aの開口内に、第一基板11及び第二基板21の第二主面14及び22と第二光反射部42とが含まれるように位置決めして、第一光反射部41a及び保持部32側と、第一基板11及び第二基板21の第二主面14及び22と第二光反射部42とを含む側とを、モールド樹脂等の封止部31により固定し、第一基板11及び第二基板21の第二主面14及び22と第二光反射部42とが含まれる面と第一光反射部41aとの間に形成される空間に、図示しない導入口から測定対象のガスを導入することによって、濃度測定が行われる。   The first light reflecting portion 41a is held by the holding portion 32, and the first substrate 11 and the second substrate 21 are provided in the opening of the first light reflecting portion 41a corresponding to the edge of the concave portion of the first light reflecting portion 41a. Positioning is performed so that the two main surfaces 14 and 22 and the second light reflecting portion 42 are included, and the first light reflecting portion 41a and the holding portion 32 side, and the second main surfaces of the first substrate 11 and the second substrate 21 are provided. 14 and 22 and the side including the second light reflecting portion 42 are fixed by a sealing portion 31 such as a mold resin, and the second main surfaces 14 and 22 of the first substrate 11 and the second substrate 21 and the second light The concentration measurement is performed by introducing a gas to be measured from a not-shown inlet into a space formed between the surface including the reflecting portion 42 and the first light reflecting portion 41a.

[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態を説明する。
なお、第4実施形態に係るガスセンサ300と同一部には同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
図7は、第5実施形態に係るガスセンサ300aの一例を示す構成図である。
第5実施形態に係るガスセンサ300aは、第一基板11の第一主面12に、発光部13とセンサ部13aとを備える。センサ部13aは、第二基板21に設けられたセンサ部24と同一の機能構成を有する。また、ガスセンサ300aは、第二基板21の第一主面23に、センサ部24と発光部24aとを備える。発光部24aは、第一基板11に設けられた発光部13と同一の機能構成を有する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
The same portions as those of the gas sensor 300 according to the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
FIG. 7 is a configuration diagram illustrating an example of a gas sensor 300a according to the fifth embodiment.
The gas sensor 300a according to the fifth embodiment includes a light emitting unit 13 and a sensor unit 13a on the first main surface 12 of the first substrate 11. The sensor unit 13a has the same functional configuration as the sensor unit 24 provided on the second substrate 21. Further, the gas sensor 300a includes a sensor unit 24 and a light emitting unit 24a on the first main surface 23 of the second substrate 21. The light emitting unit 24a has the same functional configuration as the light emitting unit 13 provided on the first substrate 11.

さらにガスセンサ300aは、発光部13、24aに電流を供給すると共にセンサ部13a、24からの出力信号を処理する信号処理部33aを備える。この信号処理部33aは、第3実施形態で説明した信号処理部33と同様に、例えば、SiのLSI技術を利用して作成されたICからなり、発光部13、24aを駆動する駆動回路、センサ部13a、24の出力信号をもとに測定対象のガスの濃度演算を行う濃度演算部、センサ部13a、24の出力信号を増幅する増幅回路、図示しない上位装置等の外部回路からの測定要求信号の入力、また、外部回路への濃度演算結果の送信等を行う入出力制御部、さらに、各基板に形成された発光部13、24aを一定の時間間隔で交互に駆動させ、発光部の寿命の延命を図ったり、一方の発光部をメインの光源として使用し、他方の発光部を校正用の光源として使用することにより一方の光源の劣化の度合いを他方の光源の発光量等からモニタリングすることで発光部の劣化補正等を行う制御部、等を備える。   Further, the gas sensor 300a includes a signal processing unit 33a that supplies current to the light emitting units 13 and 24a and processes an output signal from the sensor units 13a and 24. Like the signal processing unit 33 described in the third embodiment, the signal processing unit 33a includes, for example, an IC created by using Si LSI technology, and includes a driving circuit that drives the light emitting units 13 and 24a. A concentration calculation unit for calculating the concentration of the gas to be measured based on the output signals of the sensor units 13a and 24, an amplification circuit for amplifying the output signals of the sensor units 13a and 24, and measurement from an external circuit such as a higher-level device (not shown). An input / output control unit for inputting a request signal, transmitting a concentration calculation result to an external circuit, and the like. Further, the light emitting units 13 and 24a formed on each substrate are alternately driven at regular time intervals, and By using one light-emitting part as the main light source and using the other light-emitting part as a calibration light source, the degree of deterioration of one light source can be determined based on the amount of light emitted from the other light source. Monitor Control section for deterioration correction and the like of the light-emitting portion by graying, and a like.

発光部13、24a及びセンサ部13a、24と信号処理部33との間は、例えばワイヤーボンディング技術を利用して接続し、信号処理部33と外部回路との接続(図示せず)は、リードフレームの端子を介して行う。
このような構成とすることによって、信号処理部33aが組み込まれた高精度且つ小型のガスセンサを実現することができると共に、さらに、発光部の発熱による両側のセンサ部の温度差を抑えることができるため、高精度のガスセンサを実現することができる。
The light emitting units 13 and 24a and the sensor units 13a and 24 are connected to the signal processing unit 33 using, for example, a wire bonding technique, and the connection between the signal processing unit 33 and an external circuit (not shown) is connected to a lead. This is performed through the terminal of the frame.
With such a configuration, it is possible to realize a highly accurate and small gas sensor in which the signal processing unit 33a is incorporated, and furthermore, it is possible to suppress a temperature difference between the sensor units on both sides due to heat generation of the light emitting unit. Therefore, a highly accurate gas sensor can be realized.

[第6実施形態]
図8は、本発明の第6実施形態に係るガスセンサ300bの一例を示す構成図である。
第6実施形態に係るガスセンサ300bは、図6に示す第4実施形態に係るガスセンサ300において、第3実施形態における信号処理部33と同一機能構成を有する信号処理部33を設けると共に、この信号処理部33の出力を取り出すための端子を、ガスセンサ300bの素子に備えたものである。図8に示すように、ガスセンサ300bの素子は、リードフレーム状に形成された端子部35、36を備える。
この端子部35、36は、外部回路38と信号処理部33との接続に使われる。端子部35、36と信号処理部33との接続、及び、信号処理部33と発光部13及びセンサ部24との接続はワイヤ37を用いたワイヤボンディングで行われる。
[Sixth embodiment]
FIG. 8 is a configuration diagram illustrating an example of a gas sensor 300b according to the sixth embodiment of the present invention.
The gas sensor 300b according to the sixth embodiment differs from the gas sensor 300 according to the fourth embodiment shown in FIG. 6 in that a signal processing unit 33 having the same functional configuration as the signal processing unit 33 in the third embodiment is provided. A terminal for extracting the output of the unit 33 is provided in an element of the gas sensor 300b. As shown in FIG. 8, the element of the gas sensor 300b includes terminal portions 35 and 36 formed in a lead frame shape.
The terminals 35 and 36 are used for connection between the external circuit 38 and the signal processing unit 33. The connection between the terminal units 35 and 36 and the signal processing unit 33 and the connection between the signal processing unit 33 and the light emitting unit 13 and the sensor unit 24 are performed by wire bonding using wires 37.

[第7実施形態]
図9は、本発明の第7実施形態に係るガスセンサ300cの一例を示す構成図である。
第7実施形態に係るガスセンサ300cは、図7に示す第5実施形態に係るガスセンサ300aにおいて、信号処理部33aと第二光反射部42とを一体形成したものである。信号処理部33aは基板a1と基板a1の一方の面に形成された回路部a2とを含む。第二光反射部42は、基板a1の回路部a2が形成された面とは逆側の面に設けられる。このような構成とすることによって、信号処理部33aと第二光反射部42が一体形成された高精度且つ小型のガスセンサを実現することができる。
[Seventh embodiment]
FIG. 9 is a configuration diagram illustrating an example of a gas sensor 300c according to the seventh embodiment of the present invention.
A gas sensor 300c according to the seventh embodiment is obtained by integrally forming the signal processing unit 33a and the second light reflection unit 42 in the gas sensor 300a according to the fifth embodiment shown in FIG. The signal processing unit 33a includes a substrate a1 and a circuit unit a2 formed on one surface of the substrate a1. The second light reflecting portion 42 is provided on a surface of the substrate a1 opposite to the surface on which the circuit portion a2 is formed. With such a configuration, a highly accurate and small gas sensor in which the signal processing unit 33a and the second light reflecting unit 42 are integrally formed can be realized.

[第8実施形態]
図10及び図11は、本発明の第8実施形態に係るガスセンサの一例を示す構成図である。
第8実施形態に係るガスセンサは、第一基板11と第二基板21との間に、光遮断部を設けたものであって、光遮断部は、入射される光を吸収する特性を有する。図10は、図1及び図2に示す第1実施形態に係るガスセンサ100において、第一基板11と第二基板21との間にさらに光遮断部51を設けたものである。
仮に、発光部13で出力された光が、第一基板11から封止部31に伝達されたとしても、光遮断部51により吸収されるため、発光部13から出力された光が、第一基板11、封止部31、第二基板21を介してセンサ部24に伝達されることを回避することができる。そのため、発光部13から出力された光がガス空間を通過せずにセンサ部に入射されることを防止することができ、その結果、検出感度を向上させることができる。
[Eighth Embodiment]
FIGS. 10 and 11 are configuration diagrams illustrating an example of the gas sensor according to the eighth embodiment of the present invention.
The gas sensor according to the eighth embodiment has a light blocking portion provided between the first substrate 11 and the second substrate 21, and the light blocking portion has a characteristic of absorbing incident light. FIG. 10 shows a gas sensor 100 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in which a light blocking section 51 is further provided between the first substrate 11 and the second substrate 21.
Even if the light output from the light emitting unit 13 is transmitted from the first substrate 11 to the sealing unit 31, the light output from the light emitting unit 13 is absorbed by the light blocking unit 51. The transmission to the sensor unit 24 via the substrate 11, the sealing unit 31, and the second substrate 21 can be avoided. Therefore, it is possible to prevent the light output from the light emitting unit 13 from being incident on the sensor unit without passing through the gas space, and as a result, it is possible to improve the detection sensitivity.

また、図11は、図8に示す第6実施形態に係るガスセンサ300bにおいて、第一基板11と第二光反射部42の間に光遮断部52を設け、第二光反射部42と第二基板21との間に光遮断部53を設けたものである。光遮断部52及び53は、例えば、端子部35、36として設けられたリードフレーム状の複数の端子部の一部を光遮断部として流用してもよく、新たに設けてもよい。   FIG. 11 shows a gas sensor 300b according to the sixth embodiment shown in FIG. 8, in which a light blocking portion 52 is provided between the first substrate 11 and the second light reflecting portion 42, and the second light reflecting portion 42 A light blocking section 53 is provided between the light shielding section 53 and the substrate 21. For example, a part of the plurality of lead frame-shaped terminals provided as the terminals 35 and 36 may be used as the light blocking parts 52 and 53 as the light blocking parts, or may be newly provided.

仮に、発光部13で出力された光が第一基板11から封止部31に伝達されたとしても、光遮断部52により吸収されるため、発光部13から出力された光が、第一基板11、封止部31を介して第二光反射部42に伝達されることを回避することができる。同様に、仮に、第二光反射部42に入射された光が、第二光反射部42から封止部31に伝達されたとしても、光遮断部53により吸収されるため、第二光反射部42に入射された光が、第二光反射部42、封止部31を介して第二基板21に伝達されることを回避することができる。
そのため、発光部13から出力された光がガス空間を十分に通過せずにセンサ部に入射されることを防止することができ、その結果、検出感度を向上させることができる。
なお、ここでは、第1実施形態及び第6実施形態に係るガスセンサにおいて、さらに、光遮断部を設けた場合について説明したが、他の実施形態においても同様に光遮断部を設けることができ、この場合も同等の作用効果を得ることができる。
Even if the light output from the light emitting unit 13 is transmitted from the first substrate 11 to the sealing unit 31, the light output from the light emitting unit 13 is absorbed by the light blocking unit 52, 11. Transmission to the second light reflection section 42 via the sealing section 31 can be avoided. Similarly, even if the light incident on the second light reflecting portion 42 is transmitted from the second light reflecting portion 42 to the sealing portion 31, the light is absorbed by the light blocking portion 53, so that the second light reflecting portion It is possible to prevent the light incident on the part 42 from being transmitted to the second substrate 21 via the second light reflection part 42 and the sealing part 31.
Therefore, it is possible to prevent the light output from the light emitting unit 13 from being incident on the sensor unit without sufficiently passing through the gas space, and as a result, it is possible to improve the detection sensitivity.
Although the gas sensor according to the first embodiment and the sixth embodiment further includes a light blocking unit, the light blocking unit may be provided in other embodiments in the same manner. In this case, the same operation and effect can be obtained.

<その他>
本発明に係るガスセンサは、赤外線式のガスセンサに限定されるものではなく、例えば紫外線式のガスセンサであってもよい。
なお、本発明は、以上に記載した実施形態に限定されるものではない。その技術適思想の範囲内において、当業者の知識に基づいて実施形態に設計の変更等を加えてもよく、また、第1〜第6実施形態を任意に組み合わせてもよく、そのような変更が加えられた態様も本発明の範囲に含まれる。
また、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
<Others>
The gas sensor according to the present invention is not limited to an infrared gas sensor, and may be, for example, an ultraviolet gas sensor.
Note that the present invention is not limited to the embodiment described above. Within the scope of the technical idea, a design change or the like may be added to the embodiment based on the knowledge of those skilled in the art, and the first to sixth embodiments may be arbitrarily combined, and such a change may be made. Are also included in the scope of the present invention.
Also, the scope of the present invention is not limited to the combination of features of the invention defined by the claims, but may be defined by any desired combination of specific features among all the disclosed features. .

11 第一基板
12 第一主面
13 発光部
13a センサ部
14 第二主面
15 光反射部
21 第二基板
22 第二主面
23 第一主面
24 センサ部
24a 発光部
31 封止部
32 保持部
33 信号処理部
35、36 端子部
41、41a 第一光反射部
42 第二光反射部
51〜53 光遮断部
100 ガスセンサ
200、200a ガスセンサ
300、300a、300b、300c ガスセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 1st board | substrate 12 1st main surface 13 light emitting part 13a sensor part 14 2nd main surface 15 light reflection part 21 2nd board 22 2nd main surface 23 1st main surface 24 sensor part 24a light emitting part 31 sealing part 32 holding | maintenance Unit 33 signal processing unit 35, 36 terminal unit 41, 41a first light reflecting unit 42 second light reflecting unit 51 to 53 light blocking unit 100 gas sensor 200, 200a gas sensor 300, 300a, 300b, 300c gas sensor

Claims (10)

第一主面に発光部を有し、当該発光部で発光された光が前記第一主面とは逆側の第二主面から出射される第一基板と、
第一主面にセンサ部を有し、前記第一主面とは逆側の第二主面に入射される光を前記センサ部により検知する第二基板と、
前記第一基板及び前記第二基板のそれぞれの前記第二主面側に、当該第二主面それぞれから離して配置された第一光反射部と、
上面視で前記第一基板と前記第二基板との間に配置された第二光反射部と、
前記発光部に電流を供給すると共に、前記センサ部からの出力信号を処理する信号処理部と、を有し、
前記第一基板と前記第二基板と前記第一光反射部と前記第二光反射部とは、前記発光部で発光され前記第一基板の前記第二主面から出射された光が、少なくとも前記第一光反射部、前記第二光反射部及び前記第一光反射部の順で反射される光路を経てから、前記第二基板を通じて前記センサ部に入射されるように配置され、
前記第二光反射部は、前記センサ部の感度が10%以上となる波長帯域中に、前記第二光反射部の反射率が30%以上となる第一波長帯域と、当該第一波長帯域に隣接する長波長側及び短波長側それぞれに前記反射率が30%未満となる第二波長帯域とを含む特性を有し、前記センサ部の感度が最大となる波長が前記第一波長帯域に含まれ、
前記第二光反射部と前記信号処理部とは一体形成されるガスセンサ。
A first substrate having a light-emitting portion on the first main surface, light emitted by the light-emitting portion is emitted from a second main surface opposite to the first main surface,
A second substrate that has a sensor portion on the first main surface and detects light incident on the second main surface opposite to the first main surface by the sensor portion,
On the second main surface side of each of the first substrate and the second substrate, a first light reflecting portion disposed apart from the second main surface,
A second light reflection portion disposed between the first substrate and the second substrate in a top view,
A signal processing unit that supplies an electric current to the light emitting unit and processes an output signal from the sensor unit,
The first substrate, the second substrate, the first light reflecting portion, and the second light reflecting portion are light emitted by the light emitting portion and emitted from the second main surface of the first substrate, at least. After passing through the optical path reflected in the order of the first light reflecting portion, the second light reflecting portion and the first light reflecting portion, it is arranged to be incident on the sensor portion through the second substrate,
The second light reflecting portion includes a first wavelength band in which the reflectance of the second light reflecting portion is 30% or more, in a wavelength band in which the sensitivity of the sensor portion is 10% or more; Has a characteristic including a second wavelength band in which the reflectance is less than 30% on each of a long wavelength side and a short wavelength side adjacent to the first wavelength band. Included
A gas sensor in which the second light reflection unit and the signal processing unit are integrally formed.
前記第二光反射部は、前記反射率が最大となる波長をλとしたときに、半値幅が0.5λ以下である請求項1に記載のガスセンサ。   2. The gas sensor according to claim 1, wherein the second light reflection portion has a half-value width of 0.5λ or less, where λ is a wavelength at which the reflectance is maximum. 3. 前記センサ部の感度が10%以上となる波長帯域が、1μm以上12μm以下である請求項1又は請求項2に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 1, wherein a wavelength band in which the sensitivity of the sensor unit is 10% or more is 1 μm or more and 12 μm or less. 前記第二光反射部は、屈折率の異なる材料が積層された多層膜からなる干渉フィルタである請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the second light reflection unit is an interference filter including a multilayer film in which materials having different refractive indexes are stacked. 前記第一光反射部は、入射した光の少なくとも一部を集光して反射する凹面鏡である請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the first light reflection unit is a concave mirror that collects and reflects at least a part of incident light. 前記第一基板、前記第二基板及び前記第二光反射部は封止部によって封止されている請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the first substrate, the second substrate, and the second light reflection unit are sealed by a sealing unit. 前記センサ部及び前記発光部は、それぞれ同一の材料からなり且つ同一の積層構造からなる請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the sensor unit and the light emitting unit are each made of the same material and have the same laminated structure. 前記積層構造は、少なくともP型半導体とN型半導体の2種類の層からなるダイオード構造であり、且つ、インジウム又はアンチモンのいずれかの材料を含む請求項7に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 7, wherein the stacked structure is a diode structure including at least two types of layers, a P-type semiconductor and an N-type semiconductor, and includes one of indium and antimony. 前記第一基板及び前記第二基板は、同一の材料からなる請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to any one of claims 1 to 8, wherein the first substrate and the second substrate are made of the same material. 前記信号処理部は、基板と当該基板の一方の面に形成された回路部とを含み、
前記第二光反射部は、前記信号処理部用の基板の、前記回路部が形成された面とは逆側の面に設けられる請求項1から請求項9のいずれか一項に記載のガスセンサ。
The signal processing unit includes a substrate and a circuit unit formed on one surface of the substrate,
The gas sensor according to any one of claims 1 to 9, wherein the second light reflection unit is provided on a surface of the substrate for the signal processing unit opposite to a surface on which the circuit unit is formed. .
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