TWI421475B - Infrared Flame Detector - Google Patents
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Description
本發明是關於一種紅外線式火焰檢測器。
以往，各地研究開發了紅外線式火焰檢測器，其係檢測火災時火焰中之因碳酸氣體(CO2
氣體)的共振輻射(又稱為CO2
共振輻射)所產生的特定波長(4.3μm～4.4μm)之紅外線，而進行火焰檢測(例如，日本專利公開公報特開平3-78899號公報：專利文獻1)。
此處，由CO2
共振輻射所產生的紅外線，如同第23圖所示，已知是與自太陽光或高溫物體或者低溫物體所放射出之紅外線的光譜相對強度分佈大為不同，且所放射之紅外線量經常變動，其可變頻率數集中於1～15Hz之間(例如，空氣調和‧衛生工學會“2.紅外線三波長式火焰檢測器”，[online]，[平成21年(西元2009年)3月21日檢索]，網際網路＜URL：http://www.shasej.org/Gakkaishi/0109/0109-koza-02.html＞：非專利文獻1)。
然而，上述非專利文獻1中，揭示如第24圖所示構成的紅外線三波長式火焰檢測器。此紅外線三波長式火焰檢測器，具備有：3個濾光器(紅外線濾光器)2201
、2202
、2203
，其係選擇性地使CO2
共振輻射頻帶之三個波長帶(4.0μm、4.4μm、5.0μm)的紅外線穿透；以及3個紅外線感測器2401
、2402
、2403
，其係個別地接收分別穿過各濾光器2201
、2202
、2203
的紅外線。又，此紅外線三波長式火焰檢測器，具備有3個訊號增幅部2501
、2502
、2503
，其具有僅使各紅外線感測器2401
、2402
、2403
之各自的輸出中的1～10 Hz的閃爍頻率成分通過的電性帶通濾波器，並且選擇性地僅將該些頻率成分加以增幅。進而，此紅外線三波長式火焰檢測器，具備一火災判斷部與控制部260，其係根據獨特的演算法來計算從各訊號增幅部2501
、2502
、2503
所輸出之訊號值的大小或訊號值之間的比率，並且只有在檢測出自火焰放射出之CO2
共振輻射的光譜波峰圖形時才判斷為火災，並向警報訊號輸出部270送出火災訊號。在上述非專利文獻1中，記載著：此紅外線三波長式火焰檢測器，對於火焰的選擇性能非常高，對於自然光、螢光燈、鈉燈、水銀燈等人工照明並不會反應。
然而，上述非專利文獻1所揭示的紅外線三波長式火焰檢測器，是分別具備各濾光器2201
、2202
、2203
及各紅外線感測器2401
、2402
、2403
來作為個別零件。因此，此安裝有各濾光器2201
、2202
、2203
且同時收納有各紅外線感測器2401
、2402
、2403
之紅外線三波長式火焰檢測器的容器本體(未圖示)，其尺寸相當程度地大於上述專利文獻1所記載之紅外線式火焰檢測器的罐式封裝體(can package)。
另一方面，上述專利文獻1所揭示的紅外線式火焰檢測器，如同第25A圖、第25B圖所示，具備有：絕緣基板171，其係圓盤狀而配置有4個紅外線檢測元件401
、402
、403
、404
；管帽172，其係金屬製且結合於絕緣基板171；以及紅外線濾光器20’，其係被配置成將形成於管帽172的前壁的透光窗7a加以閉塞的形態，且在分別對應於各紅外線檢測元件401
、402
、403
、404
的部位具有穿透波長頻帶彼此不同的帶通濾波器部2021
、2022
、2023
、2024
。此紅外線火焰檢測器，是以絕緣基板171與管帽172來構成罐式封裝體。此處，第25A圖、第25B圖所示構成的紅外線式火焰檢測器中，4個帶通濾波器部2021
、2022
、2023
、2024
中的1個，是將其穿透波長頻帶設定為能穿透4.3μm的紅外線。又，紅外線濾光器20’，是藉由下述方式而形成於1片玻璃基板上：將依照各帶通濾波器部2021
、2022
、2023
、2024
之各自的穿透特性而設計的多層膜，分4次而選擇性地蒸鍍；或者將4片扇形的帶通濾波器部2021
、2022
、2023
、2024
加以貼合。
又，以往，作為紅外線式氣體檢測器，已知有如同第26圖所示，具備：2個紅外線濾光器201
、202
；2個紅外線受光元件401
、402
；以及收納了上述兩個紅外線濾光器201
、202
和上述兩個紅外線受光元件401
、402
而成的封裝體7；而且，該2個紅外線濾光器201
、202
的穿透波長區域，是設定為分別能穿透：檢測對象氣體之吸收波長的紅外線、以及將波長設定為參考光之波長的紅外線；此種紅外線式氣體檢測器，可使用作為紅外線火焰檢測器。另外，封裝體7，是使用了由金屬製的管座(stem)71與金屬製的管帽(蓋)72所構成的罐式封裝體，各紅外線濾光器201
、202
，係以將設置於管帽(cap)72之2個透光窗分別加以閉塞的形態而構裝於管帽72。
然而，在第26圖所示之構成中，因為穿透波長區域不同的2個紅外線濾光器201
、202
是由各自的零件所構成，所以零件數目增加，必須有將2個紅外線濾光器201
、202
各自構裝於封裝體7的步驟，以致有成本升高的問題。又，封裝體7中，在各紅外線濾光器201
、202
上的黏接部分必須上膠，以致難以達成封裝體7的小型化。
相對於此，而提出一種收納於紅外線式氣體檢測器的封裝體內而使用的紅外線受光模組，其係如第27圖所示，在由MgO基板所構成之基板300的一表面側上，形成有2個紅外線受光元件4001
、4002
，各紅外線受光元件4001
、4002
上分別積層了穿透波長彼此不同的窄帶通濾波器部2001
、2002
(日本專利公開公報特開平7-72078號公報：專利文獻2)。此處，各紅外線受光元件4001
、4002
及各窄帶通濾波器部2001
、2002
，是利用濺鍍法而形成。各紅外線受光元件4001
、4002
是由焦電元件所構成，而該焦電元件則是由下述所構成：由Pt膜所構成之下部電極4011
、4012
；下部電極4011
、4012
上的由PbTiO3
膜所構成之焦電體膜4021
、4022
；以及焦電體膜4021
、4022
上的由NiCr膜所構成之上部電極4031
、4032
。又，關於成為各窄帶通濾波器部2001
、2002
的各多層膜，構成各多層膜之複數種的薄膜材料的組合，可採用選自Si、Ge、Se、Te、LiF、NaF、CaF2
、MgF2
之群組中的材料之組合等。另外，第27圖所示構成的紅外線光學模組中，2個紅外線受光元件4001
、4002
的下部電極4011
、4012
，彼此是形成為連續一體且作電連接。
又，以往，提出有一種紅外線式氣體檢測器，其構成係如第28A圖、第28B圖所示(日本專利公開公報特開平3-205521號公報：專利文獻3)。此紅外線式氣體檢測器中，在封裝體7中，收納有：紅外線濾光器模組5，其係將穿透波長彼此不同的複數個紅外線濾光器201
、202
、203
、204
設為同一厚度，並將該複數個紅外線濾光器201
、202
、203
、204
彼此的相鄰側面，隔著由黏著劑所構成之黏接層19(參照第28C圖)來黏接而形成；以及複數個紅外線受光元件401
、402
、403
、404
，其係接收分別穿過各紅外線濾光器201
、202
、203
、204
的紅外線。此封裝體7，係由罐式封裝體所構成，該罐式封裝體是由金屬製的管座71與金屬製的管帽72所構成。又，此紅外線式氣體檢測器中，設置於管帽72的前壁而成的透光窗7a，是藉由藍寶石基板所構成的紅外線穿透構件80而被閉塞，於封裝體7內則封入了N2
或乾燥空氣。
上述專利文獻3所揭示之各紅外線濾光器201
、202
、203
、204
，是如第28C圖所示，在由Si基板所構成之濾波器形成用基板1的一表面側，形成有使規定波長頻帶的紅外線穿透之窄帶通濾波器部2’，並且在濾波器形成用基板1的另一表面側，形成有寬帶阻濾波器部3’，其為了去除窄帶通濾波器部2’中的除了穿透頻帶以外的雜訊成分，而切成紅外線的短波長頻帶與長波長頻帶。而且，上述專利文獻3中記載著，分別是以Ge與SiO所構成之多層膜等來形成窄帶通濾波器部2’與寬帶阻濾波器部3’。
此外，紅外線式火焰檢測器中，對於使因CO2
氣體之共振輻射所產生的4.3μm的紅外線選擇性地穿透的狹頻帶濾光器部，是將其中心波長設定為4.3μm、將通帶寬度設定為0.2μm左右，且必須能夠在10 m以上的距離檢測出打火機般的大小的火焰。
所以，在紅外線式火焰檢測器的領域中，大多使用能夠進行高靈敏度的測定之焦電元件或熱電堆來作為紅外線受光元件。將焦電元件的輸出加以增幅的方式，有：使用了場效電晶體(FET)與連接於該FET之閘極的電阻而成的電流電壓轉換電路、或在運算放大器(operation amplifier)之輸出端子與反相輸入端子之間連接有電容器之電流電壓轉換電路(日本專利公開公報特開平10-281866號公報：專利文獻4)。
此外，亦考慮將上述專利文獻3所揭示的第28A圖、第28B圖所示構成的紅外線式氣體檢測器使用作為紅外線火焰檢測器。然而，在製造時，必須先將濾波器特性不同的複數種紅外線濾光器201
、202
、203
、204
形成於彼此不同的晶圓，然後自各晶圓切割(dicing)出個別的紅外線濾光器201
、202
、203
、204
之後，再將濾波器特性不同的紅外線濾光器201
、202
、203
、204
彼此以黏著劑19來黏接。因此，此種紅外線火焰檢測器，不僅成本升高，藉由複數個紅外線光學元件401
、402
、403
、404
所構成之紅外線光學元件模組將難以小型化，紅外線受光元件401
、402
、403
、404
的中心間距會變大，到達紅外線受光元件401
、402
、403
、404
中之紅外線的光徑長的差也會變大。亦即，此種紅外線火焰檢測器中，由4.3μm亦即第一選擇波長之紅外線所構成的檢測光，以及由該第一選擇波長以外的第二選擇波長的紅外線所構成的參考光，兩者之光徑長的差會變大。又，此種紅外線火焰檢測器中，各紅外線受光元件401
、402
、403
、404
的受光效率會降低。
又，在如第28A圖、第28B圖所示構成的紅外線式氣體檢測器中，因為設置於管帽72之前壁的透光窗7a藉由以藍寶石基板所構成之紅外線穿透構件80而被閉塞，所以藉由紅外線穿透構件80，可以隔絕成為雜訊原因之太陽光或照明光等周圍光線(ambient light)的遠紅外線，但是隨著零件數目增加，組裝步驟數也增加，而且因為藍寶石基板價格昂貴、切割等加工困難，所以成本升高。又，紅外線濾光器201
、202
、203
、204
中之多層膜的層數若增加，則可以實現窄頻帶的帶通濾波器而又能隔絕遠紅外線，但成本會升高。
又，在如第28A圖、第28B圖所示構成的紅外線式氣體檢測器中，紅外線濾光器201
、202
、203
、204
之間為了能夠傳導而使用銀膠(silver paste)等導電性黏著劑來作為黏著劑19的情形中，機械性強度會降低。又，如同第25A圖、第25B圖所示構成的紅外線式氣體檢測器般，將依照各帶通濾波器部2021
、2022
、2023
、2024
之各自的穿透特性而設計的電介質多層膜，分4次而選擇性地蒸鍍在1片玻璃基板上，藉此形成紅外線濾光器20’，此情形中，因為必須依序形成分別構成帶通濾波器部2021
、2022
、2023
、2024
之各多層膜，所以有著製造成本升高的問題。又，藉由貼合4片扇形的帶通濾波器部2021
、2022
、2023
、2024
而形成紅外線濾光器20’的情形中，則必須分別形成穿透特性不同的帶通濾波器部2021
、2022
、2023
、2024
且必須將其作成扇形，以致會有製造成本升高且機械性強度降低的問題。
又，如第28A圖、第28B圖所示構成中，各紅外線濾光器201
、202
、203
、204
分別暴露出其一表面及另一表面的周圍部。因此，此構成中，為了使不要的紅外線不入射至紅外線受光元件401
、402
、403
、404
，必須在支撐複數個紅外線受光元件401
、402
、403
、404
的托座90(holder)設置複數個收納部901
、902
、903
、904
，並在各收納部901
、902
、903
、904
個別地收納紅外線受光元件401
、402
、403
、404
。
相對於此，在上述專利文獻2所揭示的如第27圖所示構成的紅外線光學模組中，在由MgO基板所構成的基板300的一表面側形成有2個紅外線受光元件4001
、4002
，各紅外線受光元件4001
、4002
上分別積層了穿透波長彼此不同的窄帶通濾波器部2001
、2002
。所以，此紅外線光學模組中，能夠縮短窄帶通濾波器部2001
、2002
的中心間距，且能夠縮小第一選擇波長(4.3μm)的紅外線與第一選擇波長以外之第二選擇波長的紅外線(參考光)之間的光徑長的差，同時能謀求降低成本。
但是，在如第27圖所示構成的紅外線光學模組中，即便紅外線受光元件4001
、4002
是焦電元件等的熱型紅外線受光元件，在紅外線受光元件4001
、4002
上也會直接積層窄帶通濾波器部2001
、2002
。因此，此紅外線光學模組中，在熱容量變大的同時，熱絕緣性之確保將變得困難，反應性或靈敏度會降低。
又，藉由上述專利文獻4所記載的電流電壓轉換電路所構成的增幅電路中，雖然必須將各紅外線受光元件之輸出個別地增幅，但因為各紅外線受光元件之輸出中，有著起因於來自太陽光、弧光、或者螢光燈或熱源等的紅外線等周圍光線所致的直流偏壓(direct current bias)成分，所以入射至紅外線受光元件之紅外線的強度若太強，則將由於增幅電路之輸出的飽和，而使增幅電路之增益(gain)的提高受到限制，且S/N比的提升亦受到限制，以致有在紅外線式火焰檢測器中發生無法檢測到火焰的情形之虞。同樣地，在第24圖所示之紅外線三波長式火焰檢測器中，若入射至紅外線感測器2401
、2402
、2403
之紅外線的強度若過大，則在訊號增幅部2501
、2502
、2503
會發生訊號之飽和，S/N比的提升受到限制、靈敏度降低，以致有發生無法檢測到火焰的情形之虞。
又，焦電元件也就是所謂的微分型檢測元件，其係吸收紅外線作為熱能而檢測其結果所產生的電荷量變化(焦電效果)，所以僅能檢測出紅外線的變化部分，而必須檢測出0.1～10 Hz左右的低頻紅外線。但是，上述各電流電壓轉換電路的阻抗高達100 GΩ～1TΩ，雖然能有效地謀求高阻抗所得之高S/N化，但因為阻抗高，所以容易受到外來輻射雜訊的影響。
本發明係鑑於上述原因而完成，其目的係提供一種能夠高靈敏度且低成本的紅外線式火焰檢測器。
本發明的紅外線式火焰檢測器，其係於封裝體(package)內收納有紅外線受光元件，且在前述封裝體中，位於前述紅外線受光元件的前方，配置有紅外線濾光器而成的紅外線式火焰檢測器，其特徵在於：前述紅外線受光元件，是由極性彼此不同之以2個為一組的焦電元件並列設置於焦電元件形成用基板，且為反向串聯或反向並聯地連接而成，前述紅外線濾光器，具備有：濾波器形成用基板，其係由紅外線穿透材料所構成；窄帶通濾波器部，其係以2個為一組，且係形成於前述濾波器形成用基板的一表面側中分別對應於前述各焦電元件的部位，而選擇性地使第一選擇波長的紅外線與第二選擇波長的紅外線分別穿透，該第一選擇波長是由起因於火焰之因CO2
氣體的共振輻射所產生的特定波長所構成，該第二選擇波長則是該特定波長以外的參考波長；以及，寬帶阻濾波器部，其係形成於前述濾波器形成用基板的另一表面側，而吸收比藉由前述各窄帶通濾波器部所設定之紅外線的反射頻帶更長之波長的紅外線，前述各窄帶通濾波器部，是具有下述而成：第一λ/4多層膜，其係積層有折射率不同且光學膜厚相等之複數種的薄膜而成；第二λ/4多層膜，其係形成於前述第一λ/4多層膜之與前述濾波器形成用基板側的相反側，並由前述複數種的薄膜積層而成；以及，波長選擇層，其係介於前述第一λ/4多層膜與前述第二λ/4多層膜之間，並依照前述選擇波長而使其光學膜厚不同於前述各薄膜的光學膜厚。
此紅外線式火焰檢測器中，較佳為前述寬帶阻濾波器部是由積層有折射率不同之複數種的薄膜而成的多層膜所構成，且該複數種的薄膜中的至少一種的薄膜是藉由吸收遠紅外線之遠紅外線吸收材料所形成。
此紅外線式火焰檢測器中，較佳為前述濾波器形成用基板是Si基板或Ge基板。
此紅外線式火焰檢測器中，較佳為前述封裝體是金屬製，且前述濾波器形成用基板是電連接於前述封裝體而成。
此紅外線式火焰檢測器中，將前述紅外線受光元件之輸出加以增幅之增幅電路的構成零件，較佳為收納於前述封裝體內而成。
[實施發明的較佳形態]
本實施形態之紅外線式火焰檢測器，是如同第1圖及第2圖所示，具備：電路區塊6，其設置了具有複數個(此處為2個)焦電元件41
、42
之紅外線受光元件40與處理紅外線受光元件40之輸出訊號的訊號處理電路；以及封裝體7，其係由收納電路區塊6之罐式封裝體(此處為TO-5)所構成。
封裝體7，具備：管座71，其為金屬製且隔著由絕緣材料所構成之間隔件9(spacer)而構裝著電路區塊6；以及管帽72，其為金屬製且固定於管座71以覆蓋電路區塊6；前述封裝體7，是設置為下述形態：複數根(此處為3根)的端子接腳75(terminal pin)貫穿管座71，且該端子接腳75是電連接於電路區塊6的適當部位。此處，管座71是形成為圓盤狀，管帽72是形成為背面開放之有底圓筒狀的形狀，且背面藉由管座71而閉塞。另外，間隔件9與電路區塊6、以及與管座71，是藉由黏著劑而固定。
又，構成封裝體7的一部分的上述管帽72中，位於紅外線受光元件40的前方的前壁上，形成有矩形(本實施形態中為正方形)的窗部7a，紅外線濾光器20是以覆蓋窗部7a的方式，從管帽72的內側進行配設。
又，管座71，是在厚度方向貫穿設置有複數個端子用孔71b，上述各端子接腳75分別插穿於該些端子用孔71b，各端子接腳75是在插穿於端子用孔71b的形態下，藉由密封部74而被密封。
上述的管帽72及管座71，是藉由鋼板而形成，並且是對著形成於管座71的周圍部之凸緣部71c(flange)，藉由熔接而將外緣部72c加以密封，該外緣部72c是從管帽72的後端邊緣向外延伸設置。
電路區塊6，是由下述所構成：第一電路基板62，其係由印刷電路板(例如複合銅箔積層板等)所構成，該印刷電路板是由上述訊號處理電路的構成要素亦即IC63(積體電路，integrated circuit)與晶片狀的電子零件64構裝於彼此不同的面而成；樹脂層65，其係積層於第一電路基板62中之電子零件64的構裝面側而成；遮蔽板66，其係在由玻璃環氧樹脂等所構成之絕緣性基材的表面，形成有由金屬材料(例如銅等)所構成之金屬層(以下稱為遮蔽層)，並積層於樹脂層65而成；第二電路基板67，其係由印刷電路板(例如複合銅箔積層板等)所構成，該印刷電路板裝設有紅外線受光元件40並且是積層於遮蔽板66而成。另外，亦可僅以銅箔或金屬板來形成遮蔽層以取代遮蔽板66。
第一電路基板62，是在第2圖中的下面側，以倒裝晶片方式來構裝IC63，並在第2圖中的上面側，藉由回焊(reflow soldering)而構裝複數個電子零件64。
上述紅外線受光元件40，是一種雙元件(參照第3B圖)，其係由極性彼此不同之以2個為一組的焦電元件41
、42
並列設置於由焦電材料(例如鉭酸鋰等)所構成之焦電元件形成用基板41，並且反向串聯地連接以獲得2個焦電元件41
、42
的差動輸出而成。IC63，是將增幅電路(帶通放大器(bandpass amplifier))或該增幅電路的後段之窗型比較電路(window comparator)等加以積體化，該增幅電路是將紅外線受光元件40的規定頻率頻帶(例如1～10 Hz左右)的輸出加以增幅。此處，因為本實施形態中之電路區塊6中設置有上述遮蔽板66，所以能夠防止產生起因於紅外線受光元件40與上述增幅電路的電容耦合等所致之振盪現象。又，紅外線受光元件40，只要是能獲得以2個為一組的焦電元件41
、42
的差動輸出即可，並不限於將以2個為一組的焦電元件41
、42
反向串聯地連接而成者，例如，也可以是如第3C圖所示般反向並聯地連接而成者。
第二電路基板67中，因為用以將紅外線受光元件40的焦電元件41
、42
與第二電路基板67加以熱絕緣的熱絕緣用孔67a，是貫穿設置於厚度方向，所以紅外線受光元件40的焦電元件41
、42
與遮蔽板66之間形成空隙，靈敏度變高。另外，亦可在第二電路基板67中，以紅外線受光元件40的焦電元件41
、42
與第二電路基板67之間形成空隙的形態，而突出設置能支持紅外線受光元件40的支持部，以取代在第二電路基板67中貫穿設置熱絕緣用孔67a。
電路區塊6，是在第一電路基板62、樹脂層65、遮蔽板66、第二電路基板67中，分別在厚度方向貫穿設置了插穿有上述端子接腳75的貫穿孔62b、65b、66b、67b，且紅外線受光元件40與上述訊號處理電路是隔著端子接腳75而作電連接。另外，若將第一電路基板62、樹脂層65、遮蔽板66、第二電路基板67加以積層，並形成貫穿於電路區塊6的厚度方向的貫穿孔，也就是採用以一次的鑽孔加工來形成貫穿孔62b、65 b、66 b、67 b的裝置嵌入式基板(device embedded substrate)工法，則可謀求製造步驟的簡化，並且使電路區塊6內的電連接較為容易。上述的3根端子接腳75中，一根是供電用的端子接腳75(75a)，另一根是訊號輸出用的端子接腳75(75b)，剩餘的一根是接地用的端子接腳75(75c)，且遮蔽板66中的遮蔽層是電連接於接地用的端子接腳75c。此處，將端子接腳75a、75b密封的密封部74、74(74a、74b)，是藉由具有絕緣性之密封用的玻璃所形成，將端子接腳75c密封的密封部74(74c)，則是藉由金屬材料所形成。也就是說，端子接腳75a、75b是與管座71電絕緣，相對於此，接地用的端子接腳75c則成為與管座71相同電位。因此，遮蔽板66的電位是設定於地電位，但只要是能夠達成遮蔽效果的特定電位，則亦可設定於地電位以外的電位。
在本實施形態之紅外線式火焰檢測器的製造上，只要將搭載有紅外線受光元件40而成的電路區塊6，隔著間隔件9而構裝於管座71，之後將管帽72(紅外線濾光器20已經以將窗部7a閉塞的形態而固定)的外緣部72c與管座71的凸緣部71c加以熔接，藉此將由管帽72與管座71所構成之金屬製的封裝體7內加以密封即可。此處，封裝體7內，為了防止因濕度等影響所致之紅外線受光元件40的特性變化，而封入乾燥氮氣。另外，本實施形態之封裝體7，是如同上述般的罐式封裝體，其能提高對於外來雜訊的遮蔽效果，同時也能謀求因氣密性提升而得之耐候性提升。但是，封裝體7亦可藉由具有遮蔽效果的陶瓷封裝體而構成。
不過，上述紅外線濾光器20，具有：濾波器本體部20a，其係形成有後述之各窄帶通濾波器部21、22及寬帶阻濾波器部3；以及，凸緣部20b，其係從該濾波器本體部20a的周圍部向外延伸設置，並固定於管帽72中之窗部7a的周圍部。此處，紅外線濾光器20中，濾波器部20a的平面形狀為矩形(本實施形態中為正方形)，凸緣部20b的外周形狀是形成為矩形(本實施形態中為正方形)。另外，本實施形態中，濾波器本體部20a的平面形狀是設為數mm×數mm的正方形，但對於濾波器本體部20a的平面形狀或尺寸並無特別限制。
紅外線濾光器20，是如同第4圖所示，具備：濾波器形成用基板1，其係由紅外線穿透材料(例如Si等)所構成；以及，窄帶通濾波器部21
、22
，其係以2個為一組，且係形成於前述濾波器形成用基板1的一表面側(第4圖中的上面側)中分別對應於各焦電元件41
、42
的部位，而
選擇性地使第一選擇波長的紅外線與第二選擇波長的紅外線分別穿透，該第一選擇波長是由起因於火焰之因CO2
氣體的共振輻射所產生的特定波長所構成，該第二選擇波長則是該特定波長以外的參考波長。進而，紅外線濾光器20，亦具備寬帶阻濾波器部3，其係形成於濾波器形成用基板1的另一表面側(第4圖中之下面側)，而吸收比藉由各窄帶通濾波器部21
、22
所設定之紅外線的反射頻帶更長的波長之紅外線。
上述紅外線濾光器20，在濾波器形成用基板1的上述一表面側並列設置有以2個為一組的窄帶通濾波器部21
、22
。各窄帶通濾波器部21
、22
，具備：第一λ/4多層膜21，其係積層有折射率不同且光學膜厚相等之複數種(此處為2種)的薄膜21b、21a而成；第二λ/4多層膜22，其係形成於第一λ/4多層膜21之與濾波器形成用基板1側的相反側，並由上述複數種的薄膜21a、21b積層而成；以及，波長選擇層231
、232
，其係介於第一λ/4多層膜21與第二λ/4多層膜22之間，並依照各選擇波長而使其光學膜厚不同於各薄膜21a、21b的光學膜厚。另外，關於2種薄膜21a、21b，其光學膜厚的偏差的容許範圍是±1%左右，並且依照該光學膜厚的偏差而決定物理膜厚的偏差的容許範圍。
又，紅外線濾光器20，是採用Al2
O3
亦即吸收遠紅外線之遠紅外線吸收材料的一種，來作為薄膜21b亦即第一λ/4多層膜21與第二λ/4多層膜22中的低折射率層的材料(低折射率材料)，並採用Ge來作為薄膜21a亦即高折射率層的材料(高折射率材料)。又，紅外線濾光器20中，波長選擇層231
、232
的材料是設為與自該波長選擇層231
、232
正下方的第一λ/4多層膜21上算起之第2層的薄膜21b、21a相同的材料，第二λ/4多層膜22中的距離濾波器形成用基板1最遠的薄膜21b、21b，則是藉由上述低折射率材料而形成。此處，作為遠紅外線吸收材料，並不僅限於Al2
O3
，亦可採用SiO2
或Ta2
O5
亦即Al2
O3
以外的氧化物，且SiO2
因為折射率低於Al2
O3
，所以能將高折射率材料與低折射率材料之間的折射率差增大。
此外，火災時，火焰中之因CO2
氣體共振輻射所產生的特定波長亦即第一選擇波長，是4.3μm(至4.4μm)，而關於住宅內等有可能發生的各種氣體中之紅外線的吸收波長，CH4
(甲烷)是3.3μm，CO(一氧化碳)是4.7μm，NO(一氧化氮)是5.3μm。為此，本實施形態中之紅外線濾光器20中，是將第二選擇波長亦即參考波長設定為比較接近第一選擇波長的3.9μm，而且為了選擇性地檢測第一選擇波長與第二選擇波長之各自的紅外線，窄帶通濾波器部21
、22
必須在3.1μm～5.5μm左右的紅外線區域中具有反射頻帶，且2.4μm以上的反射頻帶寬Δλ是必須而不可或缺的。另外，關於反射頻帶，若將設定波長設為λ0
，且該設定波長是相當於各薄膜21a、21b所共通之光學膜厚的4倍，則如同第5圖所示，在以入射光之波長的倒數亦即波數為橫軸、以穿透率為縱軸而成的穿透光譜圖中，是以1/λ0
為中心而呈現對稱。
此處，本實施形態中，將第一λ/4多層膜21與第二λ/4多層膜22的設定波長λ0
設為4.0μm，以便能夠藉由適當地設定波長選擇層231
、232
的各光學膜厚而檢測上述第一選擇波長的紅外線。又，關於各薄膜21a、21b的物理膜厚，是分別設定為：若將薄膜21a的材料亦即高折射率材料的折射率設為nH
、將薄膜21b的材料亦即低折射率材料的折射率設為nL
，則各薄膜21a、21b的物理膜厚為λ0
/4nH
、λ0
/4nL
。具體而言，在高折射率材料為Ge、低折射率材料為Al2
O3
的情形中，設nH
=4.0、nL
=1.7，且將藉由高折射率材料而形成之薄膜21a的物理膜厚設定為250nm、將藉由低折射率材料而形成之薄膜21b的物理膜厚設定為588nm。
此處，λ/4多層膜，是在由Si基板所構成之濾波器形成用基板1的一表面側，交互地積層由低折射率材料所構成之薄膜21b與由高折射率材料所構成之薄膜21a而成，將此λ/4多層膜(折射率週期結構)的積層數設為21，並假設在各薄膜21a、21b並無吸收(亦即，各薄膜21a、21b的消光係數為0)，且將設定波長λ0
設為4μm，此情形中的穿透光譜的模擬結果是顯示於第6圖。
第6圖中，橫軸是入射光(紅外線)的波長、縱軸是穿透率，圖中之“A”是表示將高折射率材料設為Ge(nH
=4.0)、將低折射率材料設為Al2
O3
(nL
=1.7)時的穿透光譜，圖中之“B”是表示將高折射率材料設為Ge(nH
=4.0)、將
低折射率材料設為SiO2
(nL
=1.5)時的穿透光譜，圖中之“C”是表示將高折射率材料設為Ge(nH
=4.0)、低折射率材料設為ZnS(nL
=2.3)時的穿透光譜。
又，第7圖是顯示將高折射率材料設為Ge並使低折射率材料之折射率變化時，λ/4多層膜(折射率週期結構)之反射頻帶寬Δλ的模擬結果。另外，第7圖中的“A”、“B”、“C”，分別是對應於第6圖中的“A”、“B”、“C”的點。
由第6圖與第7圖可知，隨著高折射率材料與低折射率材料之間的折射率差增大，反射頻帶寬Δλ也會增大，而且在高折射率材料為Ge的情形中，藉由採用Al2
O3
或SiO2
作為低折射率材料，可確保至少為3.1μm~5.5μm的紅外線區域的反射頻帶，並且可使反射頻帶寬Δλ為2.4μm以上。
接著，如第8圖所示般，將第一λ/4多層膜21的積層數設為4、將第二λ/4多層膜22的積層數設為6、將薄膜21a的高折射率材料設為Ge、將薄膜21b的低折射率材料設為Al2
O3
、將介於第一λ/4多層膜21與第二λ/4多層膜22之間的波長選擇層23的材料設為Al2
O3
亦即低折射率材料，並將該波長選擇層23的光學膜厚在0nm~1600nm的範圍內進行各種變化，關於此時的穿透光譜進行模擬的結果，是顯示於第9圖及第10圖。此處，第8圖中的箭頭A1是表示入射光、箭頭A2是表示穿透光、箭頭A3是表示反射光。又，關於波長選擇層23的光學膜厚，若將該波長選擇層23的材料的折射率設為n、將該波長選擇層23的物理膜厚設為d，則波長選擇層23的光學膜厚是以折射率n與物理膜厚d的乘積亦即nd而求得。另外，在此模擬中，同樣假設在各薄膜21a、21b並無吸收(亦即，各薄膜21a、21b的消光係數為0)，且將設定波長λ0
設為4μm、將薄膜21a的物理膜厚設定為250 nm、將薄膜21b的物理膜厚設定為588 nm。
由第9圖及第10圖，可知藉由第一λ/4多層膜21與第二λ/4多層膜22，而在3μm～6μm的紅外線區域形成了反射頻帶，並且可知藉由適當地設定波長選擇層23的光學膜厚nd，而在3μm～6μm的反射頻帶中局部存在有狹窄的穿透頻帶。具體而言，可知藉由使波長選擇層23的光學膜厚nd在0 nm～1600 nm的範圍內進行變化，則能夠使穿透峰值波長在3.1μm～5.5μm的範圍內連續地變化。較具體而言，若使波長選擇層23的光學膜厚nd變化為1390 nm、0 nm、95 nm、235 nm、495 nm，則穿透峰值波長分別成為3.3μm、4.0μm、4.3μm、4.7μm、5.3μm。
因此，不改變第一λ/4多層膜21與第二λ/4多層膜22的設計而僅適當地改變波長選擇層23的光學膜厚的設計，藉此可不限於特定波長為4.3μm之火焰的感測，而也能夠進行特定波長為3.3μm之CH4
、特定波長為4.7μm之CO、特定波長為5.3μm之NO等各種氣體的感測。另外，光學膜厚nd的0 nm～1600 nm之範圍，是相當於物理膜厚d的0 nm～941 nm之範圍。又，在波長選擇層23的光學膜厚nd為0 nm時，亦即在第9圖中無波長選擇層23時，穿透峰值波長之所以會成為4000 nm，是因為將第一λ/4多層膜21與第二λ/4多層膜22的設定波長λ0
設定為4μm(4000 nm)的緣故，藉由適當地改變第一λ/4多層膜21與第二λ/4多層膜22的設定波長λ0
，則可使無波長選擇層23時的穿透峰值波長改變。
此外，薄膜21b的低折射率材料雖然是採用Al2
O3
，亦即會吸收比藉由第一λ/4多層膜21與第二λ/4多層膜22所設定之紅外線的反射頻帶(亦即藉由窄帶通濾波器部21
、22
所設定之紅外線的反射頻帶)更長之波長區域的紅外線的遠紅外線吸收材料，但關於遠紅外線吸收材料，是針對MgF2
、Al2
O3
、SiOx
、Ta2
O5
、SiNx
等5種進行探討。具體而言，分別針對MgF2
膜、Al2
O3
膜、SiOx
膜、Ta2
O5
膜、SiNx
膜，將膜厚設定為1μm，並如下述表1所示般，設定成膜於Si基板上時的成膜條件，而測定MgF2
膜、Al2
O3
膜、SiOx
膜、Ta2
O5
膜、SiNx
膜之各自的穿透光譜的結果，是顯示於第11圖。此處，MgF2
膜、Al2
O3
膜、SiOx
膜、Ta2
O5
膜、SiNx
膜的成膜裝置，是使用離子束輔助蒸鍍裝置。
此處，表1中的「IB條件」，是表示離子束輔助蒸鍍裝置成膜之際的離子束輔助條件，「無IB」是表示沒有離子束的照射，「氧IB」是表示有氧離子束的照射，「ArIB」是表示有氬離子束的照射。又，第11圖中，橫軸是波長、縱軸是穿透率，圖中的“A1”是表示Al2
O3
膜的穿透光譜，“A2”是表示Ta2
O5
膜的穿透光譜，“A3”是表示SiOx
膜的穿透光譜，“A4”是表示SiNx
膜的穿透光譜，“A5”是表示MgF2
膜的穿透光譜。
又，關於上述MgF2
膜、Al2
O3
膜、SiOx
膜、Ta2
O5
膜、SiNx
膜，以「光學特性：吸收」、「折射率」、「成膜容易性」作為評價項目而進行探討的結果，顯示於下述表2。
此處，關於「光學特性：吸收」的評價項目，是藉由第11圖的穿透光譜所計算之6μm以上的遠紅外線的吸收率來評價。表2中，針對各評價項目，從評價高的順位至評價低的順位，依序記載為「◎」、「○」、「△」、「×」。此處，關於「光學特性：吸收」的評價項目，以遠紅外線吸收率高者的評價順位為高，以遠紅外線吸收率低者的評價順位為低。又，關於「折射率」的評價項目，從增大與高折射率材料之間的折射率差的觀點而言，是以折射率低者的評價順位為高，以折射率高者的評價順位為低。又，關於「成膜容易性」的評價項目，以藉由蒸鍍法或濺鍍法而容易獲得緻密膜者的評價為高，以不易獲得緻密膜者的評價為低。不過，關於各評價項目，是以SiO2
作為SiOx
、以SiN2
作為SiNx
而評價的結果。
由表2，關於MgF2
、Al2
O3
、SiOx
、Ta2
O5
、SiNx
等5種材料，在「成膜容易性」的評價項目上並無太大差異，而考慮「光學特性：吸收」及「折射率」的評價項目，結果可作出結論是以採用Al2
O3
、SiOx
、Ta2
O5
、SiNx
的任一者作為遠紅外線吸收材料為佳。此處，相較於遠紅外線吸收材料是SiOx
或SiNx
的情形，採用Al2
O3
或Ta2
O5
作為遠紅外線吸收材料的情形較能夠提升遠紅外線的吸收性。不過，從增大與高折射率材料之間的折射率差的觀點而言，Al2
O3
比Ta2
O5
為佳。又，採用SiNx
作為遠紅外線吸收材料的情形中，可提高藉由遠紅外線吸收材料所形成之薄膜21b的耐濕性。又，若採用SiOx
作為遠紅外線吸收材料，則能夠增大與高折射率材料之間的折射率差，並謀求減低第一λ/4多層膜21與第二λ/4多層膜22之積層數(層數)。
以下，對於紅外線濾光器20中的窄帶通濾波器部21
、22
之製造方法，參照第12A圖~第12E圖進行說明。
首先，在由Si基板所構成之濾波器形成用基板1的一表面側，全面且交互地積層由Al2
O3
亦即低折射率材料所構成之具有規定的物理膜厚(此處為588nm)的薄膜21b、以及由Ge亦即高折射率材料所構成之具有規定的物理膜厚(此處為250nm)的薄膜21a，藉此進行形成第一λ/4多層膜21的第一λ/4多層膜形成步驟。接著，藉由進行波長選擇層成膜步驟，而獲得如第12A圖所示之結構，該波長選擇層成膜步驟，是在濾波器形成用基板1的上述一
表面側(此處為第一λ/4多層膜21的表面)全面地形成波長選擇層231
，該波長選擇層231
是由與位於第一λ/4多層膜21上之第2層的薄膜21b相同的材料(此處為Al2
O3
亦即低折射率材料)所構成，並依照一個窄帶通濾波器部21
的選擇波長來設定光學膜厚。另外，各薄膜21b、21a及波長選擇層231
的成膜方法，例如若採用蒸鍍法或濺鍍法等，則可連續地形成2種薄膜21b、21a，但若低折射率材料如同上述般為Al2
O3
的情形中，則較佳為採用離子束輔助蒸鍍法，並在形成薄膜21b時照射氧離子束，以提高薄膜21b的緻密性。又，亦可採用SiOx
、Ta2
O5
、SiNx
亦即Al2
O3
以外的遠紅外線吸收材料來作為低折射率材料。無論是其中任一種，在形成由遠紅外線吸收材料所構成之薄膜21b之際，均期望是藉由離子束輔助蒸鍍法來成膜，而可以精密地控制由低折射率材料所構成之薄膜21b的化學組成，並提高薄膜21b的緻密性。
上述波長選擇層成膜步驟之後，藉由進行光阻層形成步驟，而獲得如第12B圖所示之結構，該光阻層形成步驟是利用微影技術來形成光阻層31，且該光阻層31是僅覆蓋對應於窄帶通濾波器部21
的部位。
之後，藉由進行波長選擇層圖案成形步驟，而獲得如第12C圖所示之結構，該波長選擇層圖案成形步驟，是將光阻層31作為遮罩，並以第一λ/4多層膜21的最上層的薄膜21a作為蝕刻阻止層，來選擇性地蝕刻波長選擇層231
的不要的部分。此處，在波長選擇層圖案成形步驟中，若如上述般，低折射率材料為氧化物(Al2
O3
)、高折射率材料為半導體材料(Ge)，則藉由採用使用氫氟酸系溶液作為蝕刻液的濕式蝕刻，會相較於乾式蝕刻而能夠進行高蝕刻選擇比的蝕刻。這是因為，Al2
O3
或SiO2
般的氧化物容易溶解於氫氟酸系溶液，相對於此，Ge則非常難以溶解於氫氟酸系溶液。舉例而言，若使用由氫氟酸(HF)與純水(H2
O)之混合液所構成的稀氫氟酸(例如氫氟酸濃度為2%的稀氫氟酸)來進行濕式蝕刻，則Al2
O3
的蝕刻速率為300 nm/min左右，Al2
O3
與Ge的蝕刻速率比為500：1左右，而能夠進行高蝕刻選擇比的蝕刻。
上述波長選擇層圖案成形步驟之後，藉由進行將光阻層31去除之光阻層去除步驟，而獲得如第12D圖所示之結構。
上述光阻層去除步驟之後，在濾波器形成用基板1的上述一表面側，全面且交互地積層由Ge亦即高折射率材料所構成之具有規定的物理膜厚(250 nm)的薄膜21a、以及由Al2
O3
亦即低折射率材料所構成之具有規定的物理膜厚(588 nm)的薄膜21b，藉此進行形成第二λ/4多層膜22的第二λ/4多層膜形成步驟，而獲得如第12E圖所示之結構。此處，藉由進行第二λ/4多層膜形成步驟，在對應於窄帶通濾波器部22
的區域中，會在第一λ/4多層膜21之最上層的薄膜21a上，直接積層第二λ/4多層膜22的最下層的薄膜21a，並以該最上層的薄膜21a與該最下層的薄膜21a來構成窄帶通濾波器部22
的波長選擇層232
。此外，在第10圖的模擬結果中，此窄帶通濾波器部22
的穿透光譜是相當於光學膜厚nd為0 nm的情形。另外，各薄膜21a、21b的成膜方法，例如若採用蒸鍍法或濺鍍法等，則可連續地形成2種薄膜21a、21b，但若低折射率材料如同上述般為Al2
O3
的情形中，則較佳為採用離子束輔助蒸鍍法，並在形成薄膜21b時照射氧離子束，以提高薄膜21b的緻密性。
也就是說，在製造紅外線濾光器20的窄帶通濾波器部21
、22
時，進行一次波長選擇層形成步驟，而形成複數個窄帶通濾波器部21
、22
，其中，該波長選擇層形成步驟是由波長選擇層成膜步驟與波長選擇層圖案成形步驟所構成，該波長選擇層成膜步驟，是在濾波器形成用基板1的上述一表面側積層折射率不同且光學膜厚相等的複數種(此處為2種)的薄膜21b、21a之基本步驟的途中，將波長選擇層23i
形成於上述積層膜上之步驟，該波長選擇層23i
是由與自該途中之積層膜(此處為第一λ/4多層膜21)上算起之第2層相同的材料所構成，且是依照複數個窄帶通濾波器部21
、…、2m
(此處m=2)中之任一個窄帶通濾波器部2i
(此處i=1)的選擇波長來設定光學膜厚而成；該波長選擇層圖案成形步驟，是以上述積層膜的最上層來作為蝕刻阻止層，而將在波長選擇層成膜步驟中所成膜之波長選擇層23i
中對應於上述任一個窄帶通濾波器部2i
之部分以外的不要的部分加以蝕刻。此處，上述基本步驟的途中，若進行複數次的波長選擇層形成步驟，則能以1片晶片來製造具有較多選擇波長的紅外線濾光器20。
又，在上述製造方法中，藉由在濾波器形成用基板1的上述一表面側積層複數種的薄膜21a、21b之基本步驟的途中，將薄膜形成於上述積層膜上，並將成膜於上述積層膜上之薄膜中對應於上述任一個濾波器部2i
(此處i=1)之部分以外的部分加以蝕刻，而形成至少一個的波長選擇層231
的圖案，該薄膜是由與自該途中之積層膜(此處為第一λ/4多層膜21)上算起之第2層相同的材料所構成，且是依照各濾波器部21
、…、2m
(此處m=2)中之任一個濾波器部2i
(此處i=1)的選擇波長來設定光學膜厚而成。然而，並不限於此，在基本步驟的途中，只要形成至少一個波長選擇層231
的圖案即可，例如在波長選擇層232
是設定為其材料與波長選擇層231
相同且其光學膜厚小於波長選擇層231
的情形中，亦可藉由將上述積層膜上的薄膜加以蝕刻至中途，而形成二個波長選擇層231
、232
的圖案。
又，不限於上述製造方法，亦可在第一λ/4多層膜形成步驟與第二λ/4多層膜形成步驟之間，分別在對應於各濾波器21
、…、2m
(此處m=2)的各部位，藉由遮罩蒸鍍來形成光學膜厚彼此不同的波長選擇層231
、…、23m
(此處m=2)，上述第一λ/4多層膜形成步驟，是在濾波器形成用基板1的上述一表面側形成第一λ/4多層膜21，上述第二λ/4多層膜形成步驟，是在第一λ/4多層膜21之與濾波器形成用基板1側的相反側形成第二λ/4多層膜22。
又，上述製造方法中，在上述2種薄膜21a、21b中之一者的薄膜21b的遠紅外線吸收材料為SiOx
或SiNx
、另一者的薄膜21a為Si的情形中，較佳為使用以Si作為蒸發源的離子束輔助蒸鍍裝置，並在形成由Si所構成之薄膜21a時設為真空氣氛，在形成由氧化物也就是SiOx
所構成之薄膜21b時照射氧離子束、在形成由氮化物也就是SiNx
所構成之薄膜21b時照射氮離子束。藉此，在上述製造方法中，能夠使2種薄膜21a、21b的蒸發源共通，所以不需準備具備了複數個蒸發源的離子束輔助蒸鍍裝置，即能謀求降低製造成本。同樣地，在上述製造方法中，上述2種薄膜21a、21b中之一者的薄膜21b的遠紅外線吸收材料為SiOx
或SiNx
、另一者的薄膜21a為Si的情形中，較佳為使用以Si作為靶材的濺鍍裝置，並在形成由Si所構成之薄膜21a時設作真空氣氛，在形成由SiOx
所構成之薄膜21b時設作氧氣氣氛、在形成由SiNx
所構成之薄膜21b時設作氮氣氣氛。藉此，在上述製造方法中，能夠使2種薄膜21a、21b的靶材共通，所以不需準備具備了複數個靶材的濺鍍裝置，即能謀求降低製造成本。
上述紅外線濾光器20的窄帶通濾波器部21
、22
中，藉由適當設定波長選擇層231
、232
各自的光學膜厚nd，而能夠如第13圖所示般，以1片晶片就實現一紅外線濾光器20，其在約3.9μm與約4.3μm處具有穿透峰值波長(中心波長)。此處，穿透峰值波長為約3.9μm的穿透光譜、與穿透峰值波長為約4.3μm的穿透光譜，兩者的半峰全幅值(FWHM，full width at half maximum)均為約100 nm，但藉由適當地設計窄帶通濾波器部21
、22
，可增寬半峰全幅值或提升穿透率。
另外，第一λ/4多層膜21與第二λ/4多層膜22，只要有折射率週期結構即可，亦可積層3種以上的薄膜。
接著，針對紅外線濾光器20的寬帶阻濾波器部3進行說明。
寬帶阻濾波器部3，是藉由積層有折射率不同之複數種(此處為2種)的薄膜3a、3b而成的多層膜所構成。此處，寬帶阻濾波器部3，是採用Al2
O3
亦即吸收遠紅外線之遠紅外線吸收材料的一種，來作為薄膜3a亦即折射率相對較低之低折射率層的材料，並採用Ge來作為薄膜3b亦即折射率相對較高之高折射率層的材料，並且將薄膜3a與薄膜3b交互地積層，積層數設為11，但此積層數並無特別限定。此外，從光學特性的安定性的觀點而言，寬帶阻濾波器部3，較期望是藉由薄膜3a亦即低折射率層，來構成距離濾波器形成用基板1最遠的最上層。此處，遠紅外線吸收材料並不僅限於Al2
O3
，亦可採用Al2
O3
以外的氧化物亦即SiO2
或Ta2
O5
，且SiO2
因為折射率低於Al2
O3
，所以能將高折射率材料與低折射率材料之間的折射率差增大。又，亦可採用氮化物亦即SiNx
作為遠紅外線吸收材料。
如同上述般，寬帶阻濾波器部3中，2種薄膜3a、3b中之一種的薄膜3a，是藉由Al2
O3
亦即吸收遠紅外線之遠紅外線吸收材料所形成，但只要複數種之中的至少一種是藉由遠紅外線吸收材料所形成即可。例如，亦可以Ge膜、Al2
O3
膜及SiOx
膜作為3種薄膜，且係從靠近由Si基板所構成之半導體基板1之側起，依序積層Ge膜-Al2
O3
膜-Ge膜-SiOx
膜-Ge膜-Al2
O3
膜-Ge膜…而成的多層膜，此情形中，3種薄膜中之2種薄膜是藉由遠紅外線吸收材料所形成。
此外，上述寬帶阻濾波器部3，是吸收比藉由窄帶通濾波器部21
、22
所設定之紅外線的反射頻帶更長的波長區域的遠紅外線。此處，寬帶阻濾波器部3，是採用Al2
O3
作為吸收紅外線之遠紅外線吸收材料，但與上述窄帶通濾波器部21
、22
同樣地，關於遠紅外線吸收材料，是針對MgF2
、Al2
O3
、SiOx
、Ta2
O5
、SiNx
等5種進行探討。
此處，本案發明人等人為了確認離子束輔助的效果，而準備了在Si基板上形成Al2
O3
膜時將離子束之照射量進行各種變化而成的樣品，藉由FT-IR(傅立葉轉換紅外光譜法)來分析各樣品之Al2
O3
膜的膜質之不同。第14圖是顯示根據FT-IR之分析結果，橫軸為波數、縱軸為吸收率，同圖中之“A1”是表示無離子束輔助之情形中的樣品，“A2”、“A3”、“A4”、“A5”、“A6”則是表示使離子束之照射量由少至多而變化之情形中，各樣品的各自的分析結果。由此第14圖可知，藉由照射離子束，可減低起因於水分之3400 cm-1
附近的吸收率，而離子束之照射量越多，則起因於水分之3400 cm-1
附近的吸收率會越降低。也就是說，可以推測為，藉由離子束輔助，將能夠提升Al2
O3
膜的膜質，且能夠提升緻密性。
又，如同上述般，相較於遠紅外線吸收材料是SiOx
或SiNx
的情形，採用Al2
O3
或Ta2
O5
作為遠紅外線吸收材料的情形較能夠提升遠紅外線的吸收性。
又，本案發明人等人在測定於Si基板上形成1μm之Al2
O3
膜的參考例的穿透光譜時，獲得如同第15A圖之“A1”所示般的實測值，且獲知實測值“A1”偏離了第15A圖中之“A2”所示計算值，並藉由Cauchy公式而由第15A的實測值“A1”來計算藉由Al2
O3
所形成之薄膜3a的光學參數(折射率、吸收係數)。此計算而得之光學參數，是顯示於第15B圖。在第15B圖所示之新穎光學參數中，在800nm~20000nm的波長區域中，折射率及吸收係數均並不一定，折射率會隨著波長變長而緩緩降低，而且，在波長為7500nm~15000nm的波長區域中，吸收係數會隨著波長變長而緩緩增大。
使用上述Al2
O3
膜之新穎光學參數，來模擬窄帶通濾波器部21
與寬帶阻濾波器部3在濾波器形成用基板1的厚度方向中重疊而形成作為紅外線濾光器20之部分的穿透光譜的模擬結果，係顯示於第16圖的“A1”，上述窄帶通濾波器部21
具有下述表3的積層結構且穿透峰值波長為4.4μm，上述寬帶阻濾波器部3則具有下述表4的積層結構。又，未使用上述Al2
O3
膜之新穎光學參數，而是將Al2
O3
膜的折射率設為固定、吸收係數固定設於0而成的比較例，其模擬結果是顯示於第16圖的“A2”。另外，實施例、比較例均是將Ge的折射率固定於4.0、將吸收係數固定於0.0，來進行模擬。
上述第16圖中，橫軸是入射光(紅外線)的波長，縱軸是穿透率。由第16圖可知，未使用Al2
O3
膜之新穎光學參數的比較例，其穿透光譜“A2”中，9000 nm～20000 nm的遠紅外線並未被隔絕，相對於此，使用了Al2
O3
膜之新穎光學參數的實施例，其穿透光譜“A1”中，9000 nm～20000 nm的遠紅外線亦被隔絕，而能夠以積層數為29層的寬帶阻濾波器部3與積層數為11層的窄帶通濾波器部21
，來隔絕波長為800 nm～20000 nm的寬頻帶的紅外線，並僅在4.3μm附近局部存在狹窄的穿透頻帶。另外，寬帶阻濾波器部3的穿透光譜，例如變成如第17圖所示，第17圖的例子中，隔絕了4μm以下的近紅外線與5.6μm以上的遠紅外線。
在製造本實施形態的紅外線濾光器20時，首先，進行寬帶阻濾波器部形成步驟，之後在濾波器形成用基板1的上述一表面側，如同上述般地進行而形成窄帶通濾波器部21
、22
即可，該寬帶阻濾波器部形成步驟，是在由Si基板所構成之濾波器形成用基板1的上述另一表面側，交互地積層例如由Al2
O3
膜所構成之薄膜3a、與例如由Ge膜所構成之薄膜3b，藉此形成寬帶阻濾波器部3。
接著，針對使用本實施形態之紅外線式火焰檢測器而成的紅外線式火焰檢測裝置，參照第18圖進行說明。
第18圖所示之紅外線式火焰檢測裝置，具備了：紅外線受光元件40，其係由極性彼此不同之以2個為一組的焦電元件41
、42
並列設置於焦電元件形成用基板41，並且反向串聯地連接而成；紅外線濾光器20，其係具有寬帶阻濾波器部3及穿透波長區域彼此不同的2個窄帶通濾波器部21
、22
，且配置於紅外線受光元件40的前方而成；增幅部(增幅電路)63a，其係將紅外線受光元件40的輸出(以2個為一組的焦電元件41
、42
的差動輸出)加以增幅；以及，訊號處理部100，其係由基於增幅部63a的輸出訊號來判定有無火災之火焰的微電腦等所構成。此處，在判斷有火災之火焰的情形中，訊號處理部100可以將火災檢測訊號輸出至外部的通報裝置，亦可由LED或顯示器等顯示裝置、或者揚聲器或蜂鳴器等音響裝置來告知火災的發生。另外，增幅器63a可設置於上述IC63，但IC63中不僅限於增幅器63a，亦可設置訊號處理部100。也就是說，本實施形態之紅外線式火焰檢測器中亦可設置訊號處理部100。
此外，第19圖所示構成的紅外線式火焰檢測裝置，可作為第18圖所示構成的紅外線式火焰檢測裝置的比較例。
第19圖所示構成的紅外線式火焰檢測裝置，具備了：紅外線受光元件401
、402
，其係分別由1個焦電元件所構成；紅外線濾光器3201
、3202
，其係使用藍寶石基板所形成，並配置於紅外線受光元件401
、402
的前方；增幅部(增幅電路)1631
、1632
，其有2個，係將各紅外線受光元件401
、402
之各自的輸出訊號個別地加以增幅；減法器164(subtracter)，其係求取2個增幅部1631
、1632
的輸出訊號之差分；以及，訊號處理部100’，其係由基於減法器164的輸出訊號來判定有無火災之火焰的微電腦等所構成。另外，第19圖所示構成的紅外線式火焰檢測裝置，是由下述構件來構成紅外線感測器3401
、3402
，亦即：紅外線受光元件401
、402
；收納紅外線受光元件401
、402
之罐式封裝體1701
、1702
；以及紅外線濾光器3201
、3202
。然而，此紅外線式火焰檢測裝置中，紅外線受光元件401
、402
的輸出訊號微弱，容易受到電磁雜訊的影響，所以藉由遮蔽構件180來遮蔽：2個紅外線感測器3401
、3402
；2個增幅部1631
、1632
；以及減法器164。藉此來構成紅外線式火焰檢測器，但是，相較於罐式封裝體1701
、1702
的尺寸，紅外線式火焰檢測器的尺寸相當地大，以致紅外線式火焰檢測裝置亦較大。
相對於此，第18圖所示構成的紅外線式火焰檢測裝置，因為使用了上述紅外線式火焰檢測器，所以相較於第19圖所示構成的紅外線式火焰檢測裝置，可謀求紅外線式火焰檢測器之大幅度的小型化，以及謀求紅外線式火焰檢測裝置之大幅度的小型化。
又，第18圖所示構成的紅外線式火焰檢測裝置，因為具備了上述紅外線濾光器20，所以有著能去除因熱輻射所產生之紅外線的影響等優點。此處，物體為黑體的情形中，物體溫度與輻射能之間的關係是如第20圖所示，由物體所輻射之紅外線的輻射能分佈，是依存於物體的溫度。此處，若根據維恩位移定律(Wien's displacement law)，且若將賦予輻射能分佈之極大值的紅外線波長設作λ〔μm〕、將物體的絕對溫度設作T〔K〕，則波長λ會成為λ=2898/T。相較於從發光二極體所輻射出之光譜，從熱源輻射出之光譜非常地寬廣。因此，第19圖所示之比較例的紅外線式火焰檢測裝置，會成為雜訊的原因、增幅部1631
與1632
飽和的原因、靈敏度降低的原因，但第18圖所示構成的紅外線式火焰檢測裝置，則可防止增幅部63a的飽和，並謀求提升靈敏度。
此外，火災時，會因為火焰的熱而發生CO2
氣體之共振輻射，而輻射出峰值波長為4.3μm的紅外線。這種因CO2
氣體之共振輻射所輻射出的紅外線，其輻射光譜是以4.3μm為峰值波長的窄頻帶之輻射光譜。另一方面，太陽光或熱源、弧光、照明等周圍光線，一般很少輻射出特定波長的光譜，大多是成為寬頻帶而寬廣的輻射光譜。於是，在本實施形態中，如同上述般，將第一選擇波長設定為4.3μm亦即CO2
氣體共振輻射之峰值波長、將第二選擇波長設定為4.3μm附近的3.9μm。此處，第二選擇波長，較佳為設定成：周圍光線之該第二選擇波長的紅外線強度是盡量接近於周圍光線之4.3μm的紅外線強度的波長。
此處，在第19圖所示構成的紅外線式火焰檢測裝置中，將各紅外線濾光器3201
、3202
之各自的選擇波長設作4.3μm、3.9μm，將各紅外線受光元件401
、402
之各自的輸出訊號之中，起因於火焰的4.3μm、3.9μm之各自的紅外線所致的訊號成分設作Is1、Is2，僅起因於周圍光線的4.3μm、3.9μm之各自的因紅外線所致的直流偏壓成分設作Id1、Id2，將各增幅部1631
、1632
的增幅率設作G1、G2，各增幅部1631
、1632
的輸出訊號設作I1、I2，則成為：
I1=(Is1+Id1)×G1
I2=(Is2+Id2)×G2
。因此，減法器164的輸出訊號會成為：
I1-I2=(Is1+Id1)×G1-(Is2+Id2)×G2
。然而，在周圍光線所致之直流偏壓成分Id1、Id2非常大的情形中，會發生各增幅部1631
、1632
的飽和，所以S/N比會降低。
相對於此，第18圖所示構成的紅外線式火焰檢測裝置中，紅外線受光元件40是由2個焦電元件41
、42
在焦電元件形成用基板41上如第3(b)圖般連接，以獲得2個焦電元件41
、42
的差動輸出，因此，若將焦電元件41
、42
之各自的輸出訊號設作與上述紅外線受光元件401
、402
相同，並將紅外線受光元件40的輸出設作I，則成為：
I=(Is1+Id1)-(Is2+Id2)
。此處，周圍光線的輻射光譜，一般而言很寬廣，所以若選擇使第一選擇波長與第二選擇波長包含於周圍光線之輻射強度約略相同的波長頻帶中，則可視為
Id1=Id2
，且成為
I=Is1-Is2
，而能夠消除因太陽光等周圍光線所致的直流偏壓成分的影響(亦即，在未發生火災而未產生起因於CO2
氣體共振輻射之紅外線的情形中，紅外線受光元件40的輸出約為0)，且能夠提高將紅外線受光元件40之輸出加以增幅之增幅部63a之增益，並能夠提升S/N比。
又，本實施形態之紅外線式火焰檢測器中，如同上述般，紅外線濾光器20是具備：濾波器形成用基板1，其係由紅外線穿透材料所構成；窄帶通濾波器部21
、22
，其係以2個為一組，且係形成於該濾波器形成用基板1的上述一表面側中分別對應於各焦電元件41
、42
的部位，而選擇性地使第一選擇波長的紅外線與第二選擇波長的紅外線分別穿透，該第一選擇波長是由起因於火焰之因CO2
氣體的共振輻射所產生的特定波長(4.3μm)所構成，該第二選擇波長則是該特定波長以外的參考波長(例如3.9μm)；以及，寬帶阻濾波器部3，其係形成於濾波器形成用基板1的上述另一表面側，而吸收比藉由各窄帶通濾波器部21
、22
所設定之紅外線的反射頻帶更長之波長的紅外線。此處，紅外線式火焰檢測器中，各窄帶通濾波器部21
、22
是具有：第一λ/4多層膜21，其係積層有折射率不同且光學膜厚相等之複數種的薄膜21a、21b而成；第二λ/4多層膜22，其係形成於第一λ/4多層膜21之與濾波器形成用基板1側的相反側，並由複數種的薄膜21a、21b積層而成；以及，波長選擇層231
、232
，其係介於第一λ/4多層膜21與第二λ/4多層膜22之間，並依照上述選擇波長而使光學膜厚不同於各薄膜21a、21b之光學膜厚。於是，本實施形態之紅外線式火焰檢測器中，藉由具有複數個窄帶通濾波器部21
、22
之紅外線濾光器20的小型化，而能夠謀求低成本，而且，能夠縮短複數個窄帶通濾波器部21
、22
的中心間距，並縮小特定波長之紅外線與參考波長之紅外線之間的光徑長的差，而謀求提升紅外線受光元件40之各焦電元件41
、42
的受光效率。
又，本實施形態之紅外線式火焰檢測器中，紅外線濾光器20的寬帶阻濾波器部3，是由積層有折射率不同之複數種的薄膜3a、3b而成的多層膜所構成，該複數種的薄膜3a、3b中，至少一種的薄膜3a是藉由吸收遠紅外線之遠紅外線吸收材料所形成。於是，若根據本實施形態之紅外線式火焰檢測器，則可謀求減低多層膜的層數，並且藉由構成寬帶阻濾波器部3之多層膜而得的光干涉效果、構成該多層膜之薄膜3a的遠紅外線吸收效果，而能夠不使用藍寶石基板就能夠實現從近紅外線至遠紅外線之間的寬頻帶中的紅外線隔絕機能，並謀求低成本。
又，本實施形態之紅外線式火焰檢測器中，在紅外線濾光器20的窄帶通濾波器部21
、22
方面，也是藉由由第一λ/4多層膜21與第二λ/4多層膜22而得的光干涉效果；以及，在由第一λ/4多層膜21、波長選擇層231
與232
、及第二λ/4多層膜22所構成之多層膜中，其薄膜21b之遠紅外線材料的遠紅外線吸收效果，而具有從近紅外線至遠紅外線之間的寬頻帶中的紅外線隔絕機能。因此，能夠實現一紅外線濾光器20，其具有從近紅外線至遠紅外線之間的寬頻帶中的紅外線隔絕機能，且能選擇性地使所期望之選擇波長的紅外線穿透，並且為低成本。
又，上述紅外線濾光器20中，因為採用氧化物或氮化物來作為遠紅外線吸收材料，所以能夠防止由遠紅外線吸收材料所構成之薄膜3a、21b氧化而改變光學特性。又，上述紅外線濾光器20中，寬帶阻濾波器部3與各窄帶通濾波器部21
、22
均是藉由上述氧化物或氮化物來形成距離濾波器形成用基板1最遠的最上層，所以能夠防止因與空氣中之水分或氧等的反應、或因雜質之吸附或附著等以致改變最上層之薄膜3a、21b之物性，並能夠提高濾波器性能的安定性，同時能夠減低寬帶阻濾波器部3與各窄帶通濾波器部21
、22
之表面的反射，而謀求提升濾波器性能。
又，上述紅外線濾光器20中，因為藉由遠紅外線吸收材料所形成之薄膜3a、與藉由相較於遠紅外線吸收材料為高折射率材料之Ge所形成之薄膜3b，是交互地積層而構成寬帶阻濾波器部3的多層膜，所以相較於高折射率材料為Si、PbTe或ZnS的情形，能夠將高折射率材料與低折射率材料之間的折射率差更進一步地增大，並減低該多層膜的積層數。又，相較於高折射率材料為ZnS的情形，採用Si作為高折射率材料的情形中，較能夠增大多層膜中之高折射率材料與低折射率材料之間的折射率差，並減低多層膜的積層數(層數)。又，關於窄帶通濾波器部21
、22
，也是根據同樣的理由，而能夠減低積層數。
不過，本實施形態中，雖然是使用Si基板作為紅外線濾光器20的濾波器形成用基板1，但濾波器形成用基板1並不限於Si基板，其亦可使用Ge基板。關於Si及Ge之各自的穿透特性，其在網路上所揭示的資料分別顯示於第21圖、第22圖([平成21年(西元2009年)2月25日檢索]，網路＜URL：http://www.spectra.co.jp/kougaku.files/k_kessho.files/ktp.htm>)。
相較於濾波器形成用基板1是藍寶石基板或MgO基板或ZnS基板的情形，本實施形態之紅外線式火焰檢測器中，藉由如同上述般使用Si基板或Ge基板作為濾波器形成用基板1，而較能夠謀求低成本。
又，本實施形態之紅外線式火焰檢測器中，封裝體7是金屬製，濾波器形成用基板1是藉著由導電性的接合材料(例如銀膠、焊錫等)所構成之接合部58，來接合於封裝體7的管帽72而電連接。藉此，本實施形態之紅外線式火焰檢測器中，能夠以濾波器形成用基板1與封裝體7來進行電磁遮蔽，而防止外來輻射雜訊(電磁雜訊)對於紅外線受光元件40的影響，並且謀求因S/N比之提升而得的高靈敏度。
又，本實施形態之紅外線式火焰檢測器中，管帽72的窗部7a是開口為矩形，並且在紅外線濾光器20形成有高低差部20c，該高低差部20c是位於管帽72中之窗部7a的內周面及周圍部，而且，將紅外線濾光器20中的高低差部20c隔著由上述接合材料所構成之接合部58而固定於管帽72。因此，能夠提高紅外線濾光器20與紅外線受光元件40的平行度，並提高紅外線濾光器20之各窄帶通濾波器部21
、22
的光軸方向中的各窄帶通濾波器部21
、22
與紅外線受光元件40的各焦電元件41
、42
之間的距離精確度，並且能夠提高各窄帶通濾波器部21
、22
的光軸與各焦電元件41
、42
之受光面的光軸之間的密合精確度。
又，本實施形態之紅外線式火焰檢測器中，將紅外線受光元件40的輸出加以增幅之增幅部(增幅電路)63a，其構成零件是收納於封裝體7內，所以可縮短紅外線受光元件40與增幅部63a之間的電路，並且因為增幅部63a也受到電磁遮蔽，所以可謀求因進一步提高S/N比而得之高靈敏度。
1．．．濾波器形成用基板
2’．．．窄帶通濾波器部
21
．．．窄帶通濾波器部
22
．．．窄帶通濾波器部
3．．．寬帶阻濾波器部
3’．．．寬帶阻濾波器部
3a．．．薄膜
3b．．．薄膜
41
．．．焦電元件
42
．．．焦電元件
5．．．紅外線濾光器模組
6．．．電路區塊
7．．．封裝體
7a．．．透光窗
9．．．間隔件
19．．．黏接層(黏著劑)
20．．．紅外線濾光器
20’．．．紅外線濾光器
20a．．．濾波器本體部
20b．．．凸緣部
20c．．．高低差部20c
201
．．．紅外線濾光器
202
．．．紅外線濾光器
203
．．．紅外線濾光器
204
．．．紅外線濾光器
21．．．第一λ/4多層膜
21a．．．薄膜
21b．．．薄膜
22．．．第二λ/4多層膜
231
．．．波長選擇層
232
．．．波長選擇層
40．．．紅外線受光元件
401
．．．紅外線檢測(受光、光學)元件
402
．．．紅外線檢測(受光、光學)元件
403
．．．紅外線檢測(受光、光學)元件
404
．．．紅外線檢測(受光、光學)元件
41．．．焦電元件形成用基板
58．．．接合部
62．．．第一電路基板
62b．．．貫穿孔
63．．．IC(積體電路)
63a．．．增幅部(增幅電路)
64．．．電子零件
65．．．樹脂層
65b．．．貫穿孔
66．．．遮蔽板
66b．．．貫穿孔
67．．．第二電路基板
67a．．．熱絕緣用孔
67b．．．貫穿孔
71．．．管座
71b．．．端子用孔
71c．．．凸緣部
72．．．管帽
72c．．．外緣部
74．．．密封部
74a．．．密封部
74b．．．密封部
74c．．．密封部
75．．．端子接腳
75a．．．端子接腳
75b．．．端子接腳
75c．．．端子接腳
80．．．紅外線穿透構件
90．．．托座
901
．．．收納部
902
．．．收納部
903
．．．收納部
904
．．．收納部
100．．．訊號處理部
100’．．．訊號處理部
1631
．．．增幅部(增幅電路)
1632
．．．增幅部(增幅電路)
164．．．減法器
1701
．．．罐式封裝體
1702
．．．罐式封裝體
171．．．絕緣基板
172．．．管帽
180．．．遮蔽構件
2001
．．．窄帶通濾波器部
2002
．．．窄帶通濾波器部
2021
．．．帶通濾波器部
2022
．．．帶通濾波器部
2023
．．．帶通濾波器部
2024
．．．帶通濾波器部
2201
．．．濾光器(紅外線濾光器)
2202
．．．濾光器(紅外線濾光器)
2203
．．．濾光器(紅外線濾光器)
2401
．．．紅外線感測器
2402
．．．紅外線感測器
2403
．．．紅外線感測器
2501
．．．訊號增幅部
2502
．．．訊號增幅部
2503
．．．訊號增幅部
260．．．火災判斷部與控制部
270．．．警報訊號輸出部
300．．．基板
3201
．．．紅外線濾光器
3202
．．．紅外線濾光器
3401
．．．紅外線感測器
3402
．．．紅外線感測器
4001
．．．紅外線受光元件
4002
．．．紅外線受光元件
4011
．．．下部電極
4012
．．．下部電極
4021
．．．焦電體膜
4022
．．．焦電體膜
4031
．．．上部電極
4032
．．．上部電極
第1A圖是實施形態之紅外線式火焰檢測器的概略平面圖，第1B圖是紅外線式火焰檢測器的概略剖面圖。
第2圖是同上之紅外線式火焰檢測器的概略分解立體圖。
第3A圖是同上之紅外線式火焰檢測器中的紅外線受光元件的概略平面圖，第3B圖是紅外線受光元件的電路圖，第3C圖是紅外線檢測元件之其他構成例的電路圖。
第4圖是同上之紅外線式火焰檢測器中的紅外線濾光器的概略剖面圖。
第5圖是同上之紅外線濾光器中的設定波長與反射頻帶的關係說明圖。
第6圖是用以說明同上之紅外線濾光器的反射頻帶寬的折射率週期結構的穿透光譜圖。
第7圖是同上之折射率週期結構中的低折射率材料的折射率與反射頻帶寬的關係說明圖。
第8圖是顯示同上之紅外線濾光器的濾波器本體部的基本構成的概略剖面圖。
第9圖是同上之基本構成的特性說明圖。
第10圖是同上之基本構成的特性說明圖。
第11圖是同上之紅外線濾光器中的藉由遠紅外線吸收材料所形成薄膜的穿透光譜圖。
第12圖是用以說明同上之紅外線濾光器的製造方法的主要步驟剖面圖。
第13圖是同上之紅外線濾光器的藉由2個窄帶通濾波器部所構成部分的穿透光譜圖。
第14圖是顯示藉由FT-IR(傅立葉轉換紅外光譜法)來分析同上之使用離子束輔助蒸鍍裝置而形成之薄膜的膜質所得結果的圖。
第15A圖是在Si基板上形成膜厚為1μm之Al2
O3
膜而成之參考例的穿透光譜圖，第15B圖是基於第15A圖之穿透光譜圖而計算之Al2
O3
膜的光學參數(折射率、吸收係數)的說明圖。
第16圖是同上之紅外線濾光器的穿透光譜圖。
第17圖是同上之紅外線濾光器的寬帶阻濾波器部的穿透光譜圖。
第18圖是使用同上之紅外線式火焰檢測器而成之紅外線式火焰檢測裝置的概略構成圖。
第19圖是使用同上之比較例的紅外線式火焰檢測器而成之紅外線式火焰檢測裝置的概略構成圖。
第20圖是物體溫度與放射能之間的關係說明圖。
第21圖是Si之穿透特性的說明圖。
第22圖是Ge之穿透特性的說明圖。
第23圖是紅外線產生源的強度波長分佈與習知例之紅外線三波長式火焰檢測器的檢測波長頻帶之間的關係說明圖。
第24圖是習知例之紅外線三波長式火焰檢測器的方塊圖。
第25A圖是其他習知例之紅外線火焰檢測器的概略立體圖，第25B圖是該紅外線火焰檢測器的重要部位的概略立體圖。
第26圖是習知例之紅外線式氣體檢測器的概略構成圖。
第27圖是習知之紅外線受光模組的概略剖面圖。
第28A圖是其他習知例之紅外線式氣體檢測器的概略縱剖面圖，第28B圖是該紅外線式氣體檢測器的概略橫剖面圖，第28C圖是紅外線濾光器的概略側視圖。
1．．．濾波器形成用基板
21
．．．窄帶通濾波器部
22
．．．窄帶通濾波器部
3．．．寬帶阻濾波器部
41
．．．焦電元件
42
．．．焦電元件
6．．．電路區塊
7．．．封裝體
7a．．．透光窗
9．．．間隔件
20．．．紅外線濾光器
20a．．．濾波器本體部
20b．．．凸緣部
20c．．．高低差部20c
40．．．紅外線受光元件
41．．．焦電元件形成用基板
58．．．接合部
62．．．第一電路基板
63．．．IC(積體電路)
65．．．樹脂層
66．．．遮蔽板
67．．．第二電路基板
67a．．．熱絕緣用孔
71c．．．凸緣部
72．．．管帽
72c．．．外緣部
75．．．端子接腳
Claims (5)
- 一種紅外線式火焰檢測器，其係於封裝體內收納有紅外線受光元件，且在前述封裝體中，位於前述紅外線受光元件的前方，配置有紅外線濾光器而成的紅外線式火焰檢測器，其特徵在於：前述紅外線受光元件，是由極性彼此不同之以2個為一組的焦電元件並列設置於焦電元件形成用基板，且為反向串聯或反向並聯地連接而成，前述紅外線濾光器，具備有：濾波器形成用基板，其係由紅外線穿透材料所構成；窄帶通濾波器部，其係以2個為一組，且係形成於前述濾波器形成用基板的一表面側中分別對應於前述各焦電元件的部位，而選擇性地使第一選擇波長的紅外線與第二選擇波長的紅外線分別穿透，該第一選擇波長是由起因於火焰之因CO2 氣體的共振輻射所產生的特定波長所構成，該第二選擇波長則是該特定波長以外的參考波長；以及，寬帶阻濾波器部，其係形成於前述濾波器形成用基板的另一表面側，而吸收比藉由前述各窄帶通濾波器部所設定之紅外線的反射頻帶更長之波長的紅外線，前述各窄帶通濾波器部，是具有下述而成：第一λ/4多層膜，其係積層有折射率不同且光學膜厚相等之複數種的薄膜而成；第二λ/4多層膜，其係形成於前述第一λ/4多層膜之與前述濾波器形成用基板側的相反側，並由前述複數種的薄膜積層而成；以及，波長選擇層，其係介於前述第一λ/4多層膜與前述第二λ/4多層膜之間，並依照前述選擇波長而使其光學膜厚不同於前述各薄膜的光學膜厚。
- 如申請專利範圍第1項所述之紅外線式火焰檢測器，其中：前述寬帶阻濾波器部，是由積層有折射率不同之複數種的薄膜而成的多層膜所構成，且該複數種的薄膜中的至少一種的薄膜是藉由吸收遠紅外線之遠紅外線吸收材料所形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之紅外線式火焰檢測器，其中：前述濾波器形成用基板是Si基板或Ge基板。
- 如申請專利範圍第3項所述之紅外線式火焰檢測器，其中：前述封裝體是金屬製，且前述濾波器形成用基板是電連接於前述封裝體而成。
- 如申請專利範圍第4項所述之紅外線式火焰檢測器，其中：將前述紅外線受光元件之輸出加以增幅之增幅電路的構成零件，是收納於前述封裝體內而成。
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