JPH06221919A - Branching/condensing element for multielement pyroelectric detector - Google Patents

Branching/condensing element for multielement pyroelectric detector

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JPH06221919A
JPH06221919A JP5027235A JP2723593A JPH06221919A JP H06221919 A JPH06221919 A JP H06221919A JP 5027235 A JP5027235 A JP 5027235A JP 2723593 A JP2723593 A JP 2723593A JP H06221919 A JPH06221919 A JP H06221919A
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fresnel
branching
lens
groove
lenses
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Toshiyuki Sotani
俊之 操谷
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Horiba Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a branching/condensing element for multielement pyroelectric detector in which infrared rays from analytic cells can be branched and condensed uniformly by each light receiving electrode through a simple structure. CONSTITUTION:The braching/condensing element comprises a pair of Fresnel lenses 2, 3 wherein one Fresnel lens is constituted of a Fresnel cylindrical lens split into P sections so that the parallel light component of infrared light passed through a rectangular plane part 2a having a groove M forms P (natural number) focal points whereas the other Fresnel lens is constituted of a Fresnel cylindrical lens split into Q sections so that the parallel light component of the infrared rays passed through a rectangular plane part 3a having a groove (m) forms Q (natural number including P) focal points with the grooves M and (m) intersecting perpendicularly each other.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は多素子型焦電検出器の分
岐・集光素子に係り、たとえば、多成分の非分散型赤外
線分析計(Non Dispersive Infrared Analyzer,以下N
DIRという)の分析セル中で被測定ガスの種類や濃度
に応じた特性吸収を受けた赤外光の平行光成分を多素子
型焦電検出器のそれぞれの受光部に入射させるに際し、
分析セルと焦電検出器の間に配置され、分析セルからの
赤外光を分岐して各受光部へ効率的に集光するための分
岐・集光素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a branching / focusing element of a multi-element type pyroelectric detector, for example, a multi-component non-dispersive infrared analyzer (hereinafter referred to as N Dispersive Infrared Analyzer).
When making parallel light components of infrared light that have undergone characteristic absorption according to the type and concentration of the gas to be measured in the analysis cell of DIR) enter the respective light receiving parts of the multi-element pyroelectric detector,
The present invention relates to a branching / focusing element that is arranged between an analysis cell and a pyroelectric detector and that branches infrared light from the analysis cell and efficiently collects it on each light receiving section.

【0002】[0002]

【従来の技術】NDIRの多素子型焦電検出器のそれぞ
れの受光部に、三成分ガスとして、例えば、HC,C
O,CO2 の3個のガス種を受光するには、参照出力用
ガス(比較ガス)用受光部1個を含めて計4個の受光部
が必要である。そして、装置を小型化し、構造の簡素化
を図る上においては、4個の受光部を一つの検出器に集
積化することが有効である。この際、検出器内の一つの
焦電部材上に4つの受光電極を形成するから、感度やそ
の温度係数等の諸特性のバラツキを低減できるという利
点がある。
2. Description of the Related Art In each light receiving portion of an NDIR multi-element type pyroelectric detector, for example, HC, C are used as a three-component gas.
In order to receive the three gas species of O and CO 2 , a total of four light receiving sections including one light receiving section for the reference output gas (comparative gas) are required. In order to reduce the size of the device and simplify the structure, it is effective to integrate the four light receiving parts into one detector. At this time, since four light receiving electrodes are formed on one pyroelectric member in the detector, there is an advantage that variations in various characteristics such as sensitivity and temperature coefficient thereof can be reduced.

【0003】一方、多素子化する上においては、受光電
極間のクロストークを考慮する必要がある。このため、
各受光電極に分岐・集光させるために、複数枚のスリッ
トや、赤外光の通過後に4個の焦点位置を形成する、い
わゆる、4分割フレネルレンズを用いたものが提案され
ている。
On the other hand, it is necessary to consider the crosstalk between the light-receiving electrodes when the number of elements is increased. For this reason,
In order to branch and condense each light receiving electrode, a plurality of slits or a so-called four-division Fresnel lens that forms four focal positions after passing infrared light has been proposed.

【0004】前者では、各受光電極面に分析セルからの
赤外光を分岐・案内するよう、複数枚のスリットを受光
電極面に平行に積層することによって、赤外光入射方向
である高さ方向に各受光電極面に至る分岐・案内通路が
形成されている。また、後者のものは、通常、単一のS
i平面基板を用い、その平面に同心円状に形成された溝
をそれぞれ複数有する4個のフレネルレンズを形成して
4つの焦点位置を形成する4分割フレネルレンズを構成
している。
In the former case, a plurality of slits are laminated in parallel with the light-receiving electrode surface so as to branch and guide the infrared light from the analysis cell to each light-receiving electrode surface, so that the height in the infrared-light incident direction is increased. A branch / guide passage is formed in each direction to reach each light receiving electrode surface. Also, the latter is usually a single S
Using an i-plane substrate, four Fresnel lenses each having a plurality of concentric circular grooves are formed on the plane to form a four-division Fresnel lens that forms four focal points.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者のもので
は、受光電極面上に分岐・案内通路をスリットの積み重
ねで形成するという複雑な構造を有し、ある程度のスリ
ット占有面積も必要であり、しかも、複数枚のスリット
を使用するから組立工程に時間を費やすおそれがある。
さらに、分岐・案内通路は、その入口から出口の受光電
極面上方に至るにつれて狭い形状になっているから、分
析セルから、入口に入射した赤外光の平行光成分の内、
一部が出口寄りのスリットで反射され、結局、受光電極
面に受光されるのが、残りの赤外光だけとなったり、ま
た、スリットの積み重ねの形態にバラツキが発生したり
するおそれもある。
However, the former one has a complicated structure in which branch / guide passages are formed by stacking slits on the light-receiving electrode surface, and a certain area occupied by the slits is required. Moreover, since a plurality of slits are used, there is a risk that time will be spent in the assembly process.
Furthermore, since the branching / guide passage has a narrow shape from the entrance to above the light receiving electrode surface of the exit, among the parallel light components of the infrared light incident on the entrance from the analysis cell,
Part of the light may be reflected by the slit near the exit, and eventually only the remaining infrared light may be received by the light-receiving electrode surface, and there may be variations in the stacking form of the slits. .

【0006】また、後者では、フレネルレンズの溝をS
i平面基板をエッチングにより同心円状に加工して形成
するけれども、この種の加工としては有利な異方性エッ
チングではなく加工精度の不利な等方性エッチングを用
いなければならず、そのため、アスペクト比を高くとり
難い。また、機械加工により、同心円状の溝を形成する
ことは一般に難しく、しかも、溝形成にあたっては、機
械加工の場合は多くの工数が必要であり、結果的に量産
に向かないおそれがある。
Further, in the latter case, the groove of the Fresnel lens is S
Although the i-plane substrate is processed into concentric circles by etching, isotropic etching, which is disadvantageous in terms of processing accuracy, must be used for this type of processing, rather than anisotropic etching, which is advantageous. It is difficult to get high. Further, it is generally difficult to form concentric circular grooves by machining, and in forming the grooves, a lot of man-hours are required in the case of machining, which may result in unsuitable for mass production.

【0007】要するに、これら分岐・集光素子では、各
受光電極面に均一に分析セルからの赤外光を分岐・集光
するのが難しい。
In short, it is difficult for these branching / focusing elements to uniformly branch / focus the infrared light from the analysis cell on each light-receiving electrode surface.

【0008】本発明はこのような実情に鑑みてなされ、
簡単な構造で、各受光電極に均一に分析セルからの赤外
光を分岐・集光できる多素子型焦電検出器の分岐・集光
素子を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of such circumstances.
It is an object of the present invention to provide a branching / focusing element of a multi-element type pyroelectric detector which has a simple structure and can uniformly branch / focus infrared light from an analysis cell on each light receiving electrode.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、分析セル中で
被測定ガスの種類や濃度に応じた特性吸収を受けた分析
セルからの赤外光の平行光成分を分岐して、多素子型焦
電検出器のそれぞれの受光部に集光させる分岐・集光素
子において、一対のフレネルレンズで構成され、この一
対のフレネルレンズのうち、一方が溝を有する矩形平面
部を通過した赤外光の平行光成分がP(Pは自然数)個
の焦点位置を形成するようにP分割されたフレネルシリ
ンドリカルレンズで構成されてなり、他方が溝を有する
矩形平面部を通過した赤外光の平行光成分がQ(QはP
を含む自然数)個の焦点位置を形成するようにQ分割さ
れたフレネルシリンドリカルレンズで構成されてなり、
さらに、各フレネルレンズが矩形平面部の溝が相互に直
交するよう配置されている多素子型焦電検出器の分岐・
集光素子である。
According to the present invention, a parallel light component of infrared light from an analysis cell, which has received characteristic absorption according to the type and concentration of a gas to be measured in the analysis cell, is branched to form a multi-element device. In the branching / focusing element for focusing on each light receiving part of the Pyroelectric detector, the infrared rays are composed of a pair of Fresnel lenses, and one of the pair of Fresnel lenses passes through a rectangular flat part having a groove. The parallel light component of the light is composed of Fresnel cylindrical lenses that are P-divided so as to form P (P is a natural number) focal positions, and the other is parallel to the infrared light that has passed through the rectangular plane portion having the groove. The light component is Q (Q is P
A natural number including the number of), and is configured by a Fresnel cylindrical lens that is Q-divided to form focal points.
Furthermore, the branching of the multi-element pyroelectric detector in which each Fresnel lens is arranged so that the grooves of the rectangular flat surface are orthogonal to each other
It is a light collecting element.

【0010】本発明における分岐・集光素子は、分析セ
ル中で被測定ガスの種類や濃度に応じた特性吸収を受け
た分析セルからの赤外光の平行光成分を分岐して、多素
子型焦電検出器のそれぞれの受光部に集光させるもので
あり、例えば、図3、図4に示すように、分析セルと、
多素子型焦電検出器手前に設けられた光学フィルタとの
間に配置して使用される。この分岐・集光素子の配置場
所は、分析セルと多素子型焦電検出器との間であればど
こでもよい。要は、分析セルからの赤外光の平行光成分
を入射する位置にあればよい。
The branching / focusing element according to the present invention is a multi-element device that branches parallel light components of infrared light from the analysis cell that have undergone characteristic absorption according to the type and concentration of the gas to be measured in the analysis cell. To collect light on each light receiving portion of the type pyroelectric detector. For example, as shown in FIGS. 3 and 4, an analysis cell,
It is used by being arranged between an optical filter provided in front of the multi-element type pyroelectric detector. The location of the branching / focusing element may be anywhere between the analysis cell and the multi-element pyroelectric detector. The point is that it may be at a position where the parallel light component of infrared light from the analysis cell is incident.

【0011】そして、使用にあたっては、P分割された
フレネルシリンドリカルレンズおよびQ分割されたフレ
ネルシリンドリカルレンズをそれぞれ構成する矩形平面
部の溝が相互に直交するよう配置されるのが好ましい。
この矩形平面部は、図5、図6、あるいは図8、図9に
示すように、一方向に直線状に溝加工されたものが好ま
しい。
In use, it is preferable that the grooves of the rectangular plane portions forming the P-divided Fresnel cylindrical lens and the Q-divided Fresnel cylindrical lens are arranged so as to be orthogonal to each other.
It is preferable that the rectangular flat surface portion be linearly grooved in one direction as shown in FIGS. 5, 6, or 8 and 9.

【0012】また、本発明の分岐・集光素子の最も好ま
しい形態としては、一対のフレネルレンズが2つの矩形
平面部上にそれぞれ形成され、第1の矩形平面部にはP
分割されたフレネルシリンドリカルレンズが形成され、
かつ、第2の矩形平面部にはQ分割されたフレネルシリ
ンドリカルレンズが形成されているものが挙げられる。
そして、使用にあたっては、これら2枚のフレネルシリ
ンドリカルレンズは溝が相互に直交するよう貼り合わさ
れている。例えば、図1、図2、図5、図6に示すよう
に、2枚のフレネルシリンドリカルレンズ(矩形平面部
に直線溝が形成され、使用時に、縦方向に直線溝を配置
した縦型レンズ2と、横方向に直線溝を配置した横型レ
ンズ3)を直交させて公知の直接接合法や陽極接合法で
貼り合わされる。
As a most preferable form of the branching / focusing element of the present invention, a pair of Fresnel lenses are formed on two rectangular flat portions, and P is formed on the first rectangular flat portion.
A split Fresnel cylindrical lens is formed,
In addition, a Q-divided Fresnel cylindrical lens is formed on the second rectangular plane portion.
In use, these two Fresnel cylindrical lenses are attached so that their grooves are orthogonal to each other. For example, as shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 5, and FIG. 6, two Fresnel cylindrical lenses (vertical lens 2 in which a linear groove is formed in a rectangular plane portion and the linear groove is arranged in the vertical direction when used) Then, the horizontal lenses 3) having linear grooves arranged in the horizontal direction are made orthogonal to each other and are bonded by a known direct bonding method or anodic bonding method.

【0013】さらに、本発明の分岐・集光素子のもう一
つの形態としては、一対のフレネルレンズが1つの矩形
平面部上に形成され、その矩形平面部の両面に、それぞ
れ、P分割されたフレネルシリンドリカルレンズおよび
Q分割されたフレネルシリンドリカルレンズが形成され
ているものが挙げられる。この際、両面に、相互に直交
するよう直線溝が形成されている。その製造方法は図1
6〜図19に示される。
Further, as another mode of the branching / focusing element of the present invention, a pair of Fresnel lenses are formed on one rectangular flat surface portion, and P is divided on both surfaces of the rectangular flat surface portion. Examples thereof include a Fresnel cylindrical lens and a Q-divided Fresnel cylindrical lens. At this time, linear grooves are formed on both surfaces so as to be orthogonal to each other. The manufacturing method is shown in Figure 1.
6 to 19 are shown.

【0014】この際、これら溝加工がこの種の加工とし
ては有利な異方性エッチングを用いて行われる。
At this time, the grooves are processed by using anisotropic etching which is advantageous for this kind of processing.

【0015】そして、上記したような本発明の分岐・集
光素子を赤外光の光軸上に各フレネルレンズが矩形平面
部の溝が相互に直交するよう配置して分岐・集光を行う
ことができる。この分岐・集光の形態は、図8〜図10
に示す原理に基づいている。図8、図9において、一方
向に直線状に溝加工された矩形平面部からなる2面フレ
ネルシリンドリカルレンズ2,3が、例えば、2枚用意
されており(図1、図2参照)、どちらも同じように直
線状に溝M,m加工され、それぞれ、2分割フレネルシ
リンドリカルレンズとして機能できるようになってい
る。すなわち、どちらの2面フレネルシリンドリカルレ
ンズ2,3も赤外光通過後に、焦点位置が、直線状に形
成された溝M,mに平行な直線T,t上にくるよう機能
するものである。しかも、セット時には、縦型レンズと
横型レンズを通過した赤外光の平行光成分は、図10に
示すように、同一平面上に焦点f1 ,f2 ,f3 ,f4
を結ぶことが可能である。このようにして、2枚のフレ
ネルシリンドリカルレンズ2,3を互いに90°の角度
で組み合わせることにより、分析セルからの赤外光の平
行光成分を均一に4(=2×2)つに分岐・集光でき
る。また、図19に示すように、両面に、それぞれ、2
分割されたフレネルシリンドリカルレンズおよび2分割
されたフレネルシリンドリカルレンズを形成した1枚の
分岐・集光素子でも同様のことが可能である。
The branching / focusing element of the present invention as described above is arranged on the optical axis of infrared light so that the Fresnel lenses are arranged such that the grooves of the rectangular plane portions are orthogonal to each other to perform branching / focusing. be able to. The form of this branching / focusing is shown in FIGS.
It is based on the principle shown in. In FIG. 8 and FIG. 9, for example, two two-sided Fresnel cylindrical lenses 2 and 3 each having a rectangular flat surface grooved linearly in one direction are prepared (see FIGS. 1 and 2). Similarly, grooves M and m are linearly processed, and each can function as a two-divided Fresnel cylindrical lens. That is, both of the two-sided Fresnel cylindrical lenses 2 and 3 function so that after the infrared light passes, the focal point is located on the straight lines T and t parallel to the linearly formed grooves M and m. Moreover, at the time of setting, the parallel light components of the infrared light that have passed through the vertical lens and the horizontal lens are focused on the same plane as f 1 , f 2 , f 3 , f 4 as shown in FIG.
It is possible to tie In this way, by combining the two Fresnel cylindrical lenses 2 and 3 at an angle of 90 °, the parallel light component of the infrared light from the analysis cell is uniformly split into 4 (= 2 × 2). Can collect light. In addition, as shown in FIG.
The same can be done with a single branching / focusing element having a split Fresnel cylindrical lens and a split Fresnel cylindrical lens.

【0016】[0016]

【作用】上記構成によれば、P分割されたフレネルシリ
ンドリカルレンズおよびQ分割されたフレネルシリンド
リカルレンズをそれぞれ構成する矩形平面部の溝が相互
に直交するよう配置したことから、分析セル中で被測定
ガスの種類や濃度に応じた特性吸収を受けた分析セルか
らの赤外光の平行光成分を多素子型焦電検出器に形成さ
れる特定の受光電極に偏ることなく均一に分岐・集光で
き、受光電極間のクロストークを簡単な構造で低減でき
る。
According to the above construction, the P-divided Fresnel cylindrical lens and the Q-divided Fresnel cylindrical lens are arranged so that the grooves of the rectangular plane portions thereof are orthogonal to each other. The parallel light component of infrared light from the analysis cell, which has received characteristic absorption according to the type and concentration of gas, is uniformly branched and condensed without being biased to a specific light receiving electrode formed on the multi-element pyroelectric detector. Therefore, crosstalk between the light receiving electrodes can be reduced with a simple structure.

【0017】[0017]

【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。なお、この発明は、それによって限定を
受けるものではない。図1〜図7はこの発明の第1の実
施例を示す。まず、図1〜図4において、多素子型焦電
検出器の分岐・集光素子Sは、分析セル1中で、HC,
CO,CO2 の3個のガス種を含む被測定ガスの種類や
濃度に応じた特性吸収を受けた分析セル1からの赤外光
の平行光成分を分岐して、多素子型焦電検出器7のそれ
ぞれの受光部に集光させるものであって、一方向に直線
状に溝加工された矩形平面部からなる一対のフレネルレ
ンズ2,3で構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited thereby. 1 to 7 show a first embodiment of the present invention. First, in FIGS. 1 to 4, the branching / focusing element S of the multi-element pyroelectric detector is
Multi-element pyroelectric detection is performed by branching the parallel light component of infrared light from the analysis cell 1 that has received characteristic absorption depending on the type and concentration of the gas to be measured including the three gas types CO and CO 2. The light is focused on each of the light receiving portions of the container 7, and is composed of a pair of Fresnel lenses 2 and 3 each of which is composed of a rectangular flat surface portion linearly grooved in one direction.

【0018】更に、一対のフレネルレンズ2,3が2つ
の矩形平面部2a,3a上にそれぞれ形成され、フレネ
ルレンズ2として溝Mを有する第1の矩形平面部2aに
は2分割されたフレネルシリンドリカルレンズ2が形成
され、かつ、フレネルレンズ3として、溝mを有する第
2の矩形平面部3aにも2分割されたフレネルシリンド
リカルレンズ3が形成されている。そして、使用にあた
っては、これら2枚のフレネルシリンドリカルレンズ
2,3の溝M,mが相互に直交するよう貼り合わされて
いる。この溝間の間隔は、溝ごとに異なっており、例え
ば、図5、図6に示すように、各矩形平面部2a,3a
上に疎な部分4,5と密な部分6,7,8を形成してな
る。この疎密部分は、赤外光通過後に、焦点位置が、直
線状に形成された溝に平行な直線上(所望の受光部)に
くるよう予め設定されている。
Further, a pair of Fresnel lenses 2 and 3 are respectively formed on the two rectangular flat surface portions 2a and 3a, and the first rectangular flat surface portion 2a having the groove M as the Fresnel lens 2 is divided into two Fresnel cylindrical. The lens 2 is formed, and as the Fresnel lens 3, the Fresnel cylindrical lens 3 divided into two is also formed in the second rectangular flat surface portion 3a having the groove m. In use, these two Fresnel cylindrical lenses 2 and 3 are bonded so that the grooves M and m are orthogonal to each other. The intervals between the grooves are different for each groove. For example, as shown in FIG. 5 and FIG.
The sparse parts 4, 5 and the dense parts 6, 7, 8 are formed on the top. The sparse and dense portion is set in advance so that the focal position is on a straight line (desired light receiving portion) parallel to the linearly formed groove after passing infrared light.

【0019】2枚のフレネルシリンドリカルレンズ2,
3の使用時には、溝M,mが相互に直交するように、フ
レネルシリンドリカルレンズ2を縦型レンズとして、縦
方向に直線溝Mを配置し、フレネルシリンドリカルレン
ズ3を横型レンズとして、横方向に直線溝を配置して公
知の直接接合法や陽極接合法で貼り合わされる。
Two Fresnel cylindrical lenses 2,
3 is used, the Fresnel cylindrical lens 2 is used as a vertical lens and the linear groove M is arranged in the vertical direction so that the grooves M, m are orthogonal to each other, and the Fresnel cylindrical lens 3 is used as a horizontal lens, and the linear lens is used in the horizontal direction. Grooves are arranged and bonded by a known direct bonding method or anodic bonding method.

【0020】以下、フレネルシリンドリカルレンズ2,
3の製造方法について説明する。まず、図11、図12
に示すように、n型Si基板10を(1 0 0)面を
用いて結晶軸に沿いパターニングを行う。この際、所望
の溝ピッチを有するよう設計された公知のフォトマスク
11を使用して選択露光を行う。続いて、未露光部分を
除去して溝パターン12を残存させる(図13参照)。
次に、溝M(又はm)加工を異方性エッチングを用いて
行う。これにより、加工精度の良好な所望の溝ピッチを
有する疎な部分4,5と密な部分6,7,8を形成でき
る(図14参照)。この際、図7に示すように、Si基
板10上に複数のレンズチップ12,12…が格子状に
形成されるが、異方性エッチングを用いたことから、レ
ンズチップ12,12間のバラツキを小さくできる。そ
の後、図15に示すように、表面反射を低減させるため
に、疎な部分4,5と密な部分6,7,8を有するSi
基板10の両面に無反射コーティング膜13,13を形
成してもよい。
Below, the Fresnel cylindrical lens 2,
The manufacturing method of No. 3 will be described. First, FIG. 11 and FIG.
As shown in FIG. 5, the n-type Si substrate 10 is patterned along the crystal axis using the (1 0 0) plane. At this time, selective exposure is performed using a known photomask 11 designed to have a desired groove pitch. Then, the unexposed portion is removed to leave the groove pattern 12 (see FIG. 13).
Next, the groove M (or m) is processed by using anisotropic etching. As a result, the sparse portions 4, 5 and the dense portions 6, 7, 8 having the desired groove pitch with good processing accuracy can be formed (see FIG. 14). At this time, as shown in FIG. 7, a plurality of lens chips 12, 12, ... Are formed on the Si substrate 10 in a lattice shape. However, because anisotropic etching is used, the variation between the lens chips 12, 12 is caused. Can be made smaller. Then, as shown in FIG. 15, Si having sparse portions 4, 5 and dense portions 6, 7, 8 is formed to reduce surface reflection.
The antireflection coating films 13 and 13 may be formed on both surfaces of the substrate 10.

【0021】しかる後、片面に直線状に溝加工が施され
た上記Si基板10を2枚貼り合わせる。貼り合わせ
後、ダイシング装置を用いてレンズチップ12,12…
をサイの目状にダイシングして、それぞれ、図1、図2
に示したようなフレネルシリンドリカルレンズ2,3の
溝M,mが相互に直交する分岐・集光素子Sを得ること
ができる。
After that, two Si substrates 10 each having a linear groove formed on one surface thereof are bonded together. After the bonding, the lens chips 12, 12, ...
1 and 2 respectively.
It is possible to obtain the branching / focusing element S in which the grooves M and m of the Fresnel cylindrical lenses 2 and 3 as shown in FIG.

【0022】この実施例のものは上記構成を有するか
ら、図3、図4において、光源4より発生した赤外光
は、分析セル1を通り、被測定ガスの種類や濃度に応じ
た特性吸収を受けた後、光チョッパ5、光学フィルタ6
を通して多素子型焦電検出器7のそれぞれの受光部に入
射する。
Since this embodiment has the above-mentioned structure, in FIGS. 3 and 4, the infrared light generated from the light source 4 passes through the analysis cell 1 and is absorbed by the characteristic according to the type and concentration of the gas to be measured. After receiving the light, the optical chopper 5 and the optical filter 6
Through each of the multi-element type pyroelectric detectors 7.

【0023】各受光部へ効率的に集光するために、分析
セル1と光学フィルタ6の間に2分割フレネルシリンド
リカルレンズ2,3が配置されている。この2分割フレ
ネルシリンドリカルレンズ2,3はそれぞれ2つの直線
状に集光する機能を有し、これらのレンズ2,3を90
°回転させた形態で赤外光の光軸上に配置することによ
り、4つの焦点を有する分岐・集光素子Sが得られる。
したがって、分析セル1からの赤外光の平行光成分を多
素子型焦電検出器7に形成される特定の受光電極偏るこ
となく均一に分岐・集光でき、受光電極間のクロストー
クを簡単な構造で低減できる。
Two-part Fresnel cylindrical lenses 2 and 3 are arranged between the analysis cell 1 and the optical filter 6 in order to efficiently collect light on each light receiving portion. The two-divided Fresnel cylindrical lenses 2 and 3 each have a function of converging in two linear shapes, and these lenses 2 and 3 are 90
By arranging them on the optical axis of infrared light in a rotated form, a branching / focusing element S having four focal points can be obtained.
Therefore, the parallel light component of the infrared light from the analysis cell 1 can be uniformly branched and condensed without being biased to a specific light receiving electrode formed in the multi-element type pyroelectric detector 7, and crosstalk between the light receiving electrodes can be easily performed. It can be reduced with a simple structure.

【0024】なお、図4において、光学フィルタ6、多
素子型焦電検出器7の焦電素子は金属ステム21上に戴
置された支持基板24上に固定されており、これらは検
出器窓材22を有する金属キャップ23にて封止されて
いる。
In FIG. 4, the optical filter 6 and the pyroelectric element of the multi-element type pyroelectric detector 7 are fixed on a supporting substrate 24 placed on the metal stem 21, and these are arranged in a detector window. It is sealed with a metal cap 23 having a material 22.

【0025】このように本実施例では、フレネルレンズ
の溝をSi平面基板をエッチングにより加工して形成す
るけれども、この種の加工としては有利な異方性エッチ
ングを用いたので、加工精度の不利な等方性エッチング
を用いた従来の同心円状に溝加工したものよりも、アス
ペクト比が高くとることができ、溝の加工形状を良好に
できる。
As described above, in this embodiment, the groove of the Fresnel lens is formed by processing the Si flat substrate by etching, but since anisotropic etching, which is advantageous for this type of processing, is used, the processing accuracy is disadvantageous. The aspect ratio can be made higher than that of the conventional concentric groove processing using isotropic etching, and the groove processed shape can be improved.

【0026】図19は、1つの矩形平面部20aの両面
に、それぞれ、2分割されたフレネルシリンドリカルレ
ンズおよび2分割されたフレネルシリンドリカルレンズ
が形成されたこの発明の第2の実施例の分岐・集光素子
Sを示す。以下、 図16〜図19を用いて製造方法に
ついて説明する。まず、図16に示すようなn型Si基
板10を(1 0 0)面を用いて結晶軸に沿い両面パ
ターニングを行う(図17参照)。この際、所望の溝ピ
ッチを有するよう設計された公知のフォトマスク11を
使用して両面の選択露光を行う。続いて、両面の未露光
部分を除去して両面に溝形成用パターン12を残存させ
る(図18参照)。次に、溝M,m加工を異方性エッチ
ングを用いて行う。これにより、加工精度の良好な所望
の溝ピッチを有する疎な部分4,5と密な部分6,7,
8を形成できる(図19参照)。
FIG. 19 shows a branch / collection of the second embodiment of the present invention in which a Fresnel cylindrical lens divided into two and a Fresnel cylindrical lens divided into two are formed on both surfaces of one rectangular flat surface portion 20a, respectively. The optical element S is shown. The manufacturing method will be described below with reference to FIGS. First, the n-type Si substrate 10 as shown in FIG. 16 is subjected to double-sided patterning along the crystal axis using the (100) plane (see FIG. 17). At this time, selective exposure of both surfaces is performed using a known photomask 11 designed to have a desired groove pitch. Then, the unexposed portions on both sides are removed to leave the groove forming pattern 12 on both sides (see FIG. 18). Next, the grooves M and m are processed by using anisotropic etching. As a result, the sparse portions 4, 5 and the dense portions 6, 7, which have a desired groove pitch with good processing accuracy,
8 can be formed (see FIG. 19).

【0027】このように、Si基板10の両面に、溝
M,mを相互に直交するようにフォトマスク11を配置
し、選択露光後異方性エッチングを行ったので、上記第
1の実施例と同様の効果を奏す。この際、両面マスクア
ライナーを用いれば、Si基板加工工程を一度に済ます
ことができるとともに、両面の加工を別々に行う工程に
比して、溝M,mの位置決めの誤差を軽減できる。
As described above, the photomasks 11 are arranged on both surfaces of the Si substrate 10 so that the grooves M and m are orthogonal to each other, and anisotropic etching is performed after the selective exposure. Has the same effect as. At this time, if the double-sided mask aligner is used, the Si substrate processing steps can be completed at one time, and the positioning error of the grooves M, m can be reduced as compared with the step of separately processing the both surfaces.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、P分割
されたフレネルシリンドリカルレンズおよびQ分割され
たフレネルシリンドリカルレンズをそれぞれ構成する矩
形平面部の溝が相互に直交するよう配置したことから、
分析セル中で被測定ガスの種類や濃度に応じた特性吸収
を受けた分析セルからの赤外光の平行光成分を多素子型
焦電検出器に形成される特定の受光電極偏ることなく均
一に分岐・集光でき、受光電極間のクロストークを簡単
な構造で低減できる効果がある。また、フレネル溝の加
工は異方性エッチングを用いたから、例えば、Si基板
の(1 0 0)面を用いて結晶軸に沿いパターニング
を行う場合、(1 1 1)面がエッチストップとなる
ので、等方性エッチングを用いるよりも各溝の加工精度
が得られ易い。さらに、フレネルレンズを用いているた
め、小型で短焦点の分岐・集光素子を得ることができる
利点を有する。
As described above, according to the present invention, the P-divided Fresnel cylindrical lens and the Q-divided Fresnel cylindrical lens are arranged such that the grooves of the rectangular plane portions thereof are orthogonal to each other.
The parallel light component of infrared light from the analysis cell, which has received characteristic absorption according to the type and concentration of the gas to be measured in the analysis cell, is uniform without being biased by the specific light receiving electrode formed on the multi-element pyroelectric detector. There is an effect that the light can be branched and condensed into two and the crosstalk between the light receiving electrodes can be reduced with a simple structure. Since the Fresnel groove is processed by anisotropic etching, for example, when patterning along the crystal axis using the (1 0 0) plane of the Si substrate, the (1 1 1) plane serves as an etch stop. , It is easier to obtain the processing accuracy of each groove than using isotropic etching. Further, since the Fresnel lens is used, there is an advantage that a compact and short-focusing branching / focusing element can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の第1の実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】上記実施例における構成説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a configuration in the above embodiment.

【図3】上記実施例における全体構成説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of the overall configuration of the above embodiment.

【図4】上記実施例における要部構成説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a main part configuration in the embodiment.

【図5】上記実施例における部分構成説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a partial configuration in the above embodiment.

【図6】同じく上記実施例における部分構成説明図であ
る。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a partial configuration of the above embodiment.

【図7】上記実施例における要部構成説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a main part configuration in the embodiment.

【図8】上記実施例における原理を説明するための説明
図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the principle of the above embodiment.

【図9】同じく上記実施例における原理を説明するため
の説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the principle of the above embodiment.

【図10】同じく上記実施例における原理を説明するた
めの説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the principle of the above embodiment.

【図11】上記実施例における製造工程の第1ステップ
を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a first step of a manufacturing process in the above-mentioned embodiment.

【図12】同製造工程の第2ステップを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a second step of the manufacturing process.

【図13】同製造工程の第3ステップを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a third step of the manufacturing process.

【図14】同製造工程の第4ステップを示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a fourth step of the manufacturing process.

【図15】同製造工程の第5ステップを示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a fifth step of the manufacturing process.

【図16】この発明の第2の実施例における製造工程の
第1ステップを示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a first step of a manufacturing process in the second embodiment of the present invention.

【図17】上記第2の実施例における製造工程の第2ス
テップを示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a second step of the manufacturing process in the second embodiment.

【図18】同じく上記第2の実施例における製造工程の
第3ステップを示す図である。
FIG. 18 is a diagram illustrative of the same as the third step of the manufacturing process in the second embodiment.

【図19】同じく上記第2の実施例における製造工程の
第4ステップを示す図である。
FIG. 19 is also a diagram showing a fourth step of the manufacturing process in the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…分析セル、2,3…一対のフレネルレンズ、2a,
3a…矩形平面部、7…多素子型焦電検出器、M,m…
溝。
1 ... Analysis cell, 2, 3 ... Pair of Fresnel lens, 2a,
3a ... Rectangular plane portion, 7 ... Multi-element type pyroelectric detector, M, m ...
groove.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 分析セル中で被測定ガスの種類や濃度に
応じた特性吸収を受けた分析セルからの赤外光の平行光
成分を分岐して、多素子型焦電検出器のそれぞれの受光
部に集光させる分岐・集光素子において、一対のフレネ
ルレンズで構成され、この一対のフレネルレンズのう
ち、一方が溝を有する矩形平面部を通過した赤外光の平
行光成分がP(Pは自然数)個の焦点位置を形成するよ
うにP分割されたフレネルシリンドリカルレンズで構成
されてなり、他方が溝を有する矩形平面部を通過した赤
外光の平行光成分がQ(QはPを含む自然数)個の焦点
位置を形成するようにQ分割されたフレネルシリンドリ
カルレンズで構成されてなり、さらに、各フレネルレン
ズが矩形平面部の溝が相互に直交するよう配置されてい
る多素子型焦電検出器の分岐・集光素子。
1. A parallel light component of infrared light from the analysis cell, which has received characteristic absorption in accordance with the type and concentration of the gas to be measured in the analysis cell, is branched to separate each of the multi-element pyroelectric detectors. In the branching / focusing element for focusing on the light receiving section, the parallel light component of the infrared light which is composed of a pair of Fresnel lenses, one of the pair of Fresnel lenses having passed through the rectangular plane portion having the groove is P ( P is a natural number and is composed of Fresnel cylindrical lenses divided into P so as to form focal positions, and the parallel light component of infrared light that has passed through the rectangular plane portion having the groove on the other side is Q (Q is P Is a multi-element type in which each Fresnel lens is arranged so that the grooves of the rectangular plane portions are orthogonal to each other. Pyroelectric detector Branching / condensing element.
【請求項2】 一対のフレネルレンズが2つの矩形平面
部上にそれぞれ形成され、第1の矩形平面部にはP分割
されたフレネルシリンドリカルレンズが形成され、か
つ、第2の矩形平面部にはQ分割されたフレネルシリン
ドリカルレンズが形成され、さらに、これら2枚のフレ
ネルシリンドリカルレンズは溝が相互に直交するよう貼
り合わされている請求項1に記載の多素子型焦電検出器
の分岐・集光素子。
2. A pair of Fresnel lenses are respectively formed on two rectangular flat portions, a P-divided Fresnel cylindrical lens is formed on the first rectangular flat portion, and a second rectangular flat portion is formed. The multi-element pyroelectric detector branching / focusing device according to claim 1, wherein a Q-divided Fresnel cylindrical lens is formed, and further, these two Fresnel cylindrical lenses are bonded so that grooves are orthogonal to each other. element.
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JP2009145125A (en) * 2007-12-12 2009-07-02 Yazaki Corp Gas sample chamber and concentration measuring instrument equipped with the same
JP2010002323A (en) * 2008-06-20 2010-01-07 Yazaki Corp Infrared sensor and carbon dioxide sensor
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