WO2023053841A1 - 光学式ガスセンサ装置 - Google Patents

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    • G01N21/59—Transmissivity
    • G01N21/61—Non-dispersive gas analysers

Definitions

  • the present invention relates to an optical gas sensor device.
  • NDIR Non Dispersive InfraRed
  • the NDIR gas sensor utilizes the property that many gases absorb their own infrared wavelengths. When infrared rays are emitted to the gas to be detected, the NDIR gas sensor detects which wavelengths are absorbed and how much. It is a sensor that measures the concentration inside.
  • an infrared light emitting part and a light receiving part, and a reflecting part arranged on the optical path of the light emitting part and the light receiving part are provided, and the concentration of the gas to be detected between the light emitting part, the reflecting part and the light receiving part is detected.
  • a gas sensor is known (see Patent Document 1).
  • an infrared light source and a photoconductive infrared detection sensor a measurement cell to which a sample gas is supplied, a reference cell to which an inert gas is sealed, and a filter rotation equipped with an optical filter for a specific gas and a chopper, wherein the infrared light from the infrared light source is filtered by the filter rotary chopper through the sample gas of the measurement cell and the inert gas of the reference cell, and detected by the photoconductive infrared detection sensor, thereby obtaining the sample
  • an infrared gas analyzer that detects the gas concentration of a gas component to be measured (see Patent Document 2).
  • the object of the present invention is to achieve miniaturization, low power consumption, and long life in NDIR optical gas sensor devices.
  • the optical gas sensor device of the present invention comprises: a substrate; a light source mounted on the plane of the substrate, having a light-emitting surface facing the same direction as the plane of the substrate, and emitting infrared rays from the light-emitting surface; a filter that transmits infrared rays having a wavelength corresponding to the absorption wavelength of the gas to be detected among the infrared rays and emits the infrared rays to the gas to be detected; a light receiving unit that detects infrared rays incident through the detection target gas; is provided on the substrate so as to cover the light source and the light receiving section, the infrared rays passing through the filter are reflected on the inner surface thereof, and at least part of the reflected light reaches the light receiving section. a cover and a gas introduction unit that introduces the detection target gas into the cover; Prepare.
  • miniaturization, low power consumption, and long life can be achieved in the NDIR optical gas sensor device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an optical gas sensor device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. It is a figure which shows the absorption wavelength of multiple types of gas.
  • 1 is a partially see-through perspective view of an optical gas sensor device according to an embodiment
  • FIG. 1 is a partially see-through plan view of an optical gas sensor device according to an embodiment
  • FIG. 1 is a perspective view of a light source
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a light source and an optical filter
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing an optical path of an optical gas sensor device according to an embodiment
  • FIG. 1 is a schematic side view showing an optical path of an optical gas sensor device according to an embodiment
  • FIG. FIG. 5 is a schematic plan view showing an optical path of an optical gas sensor device of a modified example
  • It is a schematic side view which shows the optical path of the optical gas sensor apparatus of a modification.
  • FIGS. 1 to 7B An embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7B.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an optical gas sensor device 100 according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing absorption wavelengths of multiple kinds of gases.
  • the optical gas sensor device 100 of the present embodiment includes a cover 1, a light source 2 as a light source section, an optical filter 3 as a filter, a light receiving section 4, a signal processing section 5, including.
  • the optical gas sensor device 100 radiates (emits) infrared rays from the light source 2, emits the infrared rays to the gas G to be detected in the cover 1 through the optical path in the cover 1, and emits the infrared rays to the gas G to be detected in the optical path.
  • the amount of light reaching the light receiving unit 4 decreases due to the absorption of infrared rays by the molecules of the gas G, and the infrared light partially absorbed by the gas G to be detected is detected by the light receiving unit 4, and the detection signal is processed by the signal processing unit 5.
  • This is an NDIR type gas sensor that outputs the concentration of the gas G to be detected by performing signal processing with .
  • the cover 1 has a gas introduction port 11 as a gas introduction portion that is an inlet/outlet for the gas G to be detected.
  • the optical gas sensor device 100 filters infrared rays emitted from the light source 2 with the optical filter 3 and emits them to the gas G to be detected.
  • FIG. 2 shows wavelengths (absorption wavelengths) [ ⁇ m] of light absorbed by a plurality of types of gases.
  • FIG. 2 (molecules of) the same type of gas are shown, which indicates that the same type of gas has multiple absorption wavelengths.
  • FIG. 2 among a plurality of absorption wavelengths of the same kind of gas, molecules of the gas with the largest absorption wavelength are surrounded by squares.
  • CO 2 also has a plurality of absorption wavelengths, and the optical gas sensor device 100 detects infrared absorption at a wavelength of 4.26 [ ⁇ m], which has the largest absorption among the absorption wavelengths of CO 2 .
  • FIG. 3 is a partially see-through perspective view of the optical gas sensor device 100 of this embodiment.
  • FIG. 4 is a partially see-through plan view of the optical gas sensor device 100 of this embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view of the light source 2.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the light source 2 and the optical filter 3.
  • the optical gas sensor device 100 specifically includes a cover 1, a light source 2, an optical filter 3, a light receiving section 4, a signal processing section 5, a substrate 6, a connector 7; Also, in FIGS. 3 and 4, the x-axis, y-axis, and z-axis are illustrated. These three axes are the same in FIGS. 5-8B.
  • the cover 1 is mounted on the +z-side plane (xy plane) of the substrate 6, covers (encloses) the light source 2, the optical filter 3, and the light receiving section 4, and has a space capable of containing the gas G to be detected. Infrared rays passing through the optical filter 3 are reflected on its inner surface, and at least part of the reflected infrared light reaches the light receiving portion 4. It is a cover that is led into and out of the space.
  • the base of the cover 1 is made of resin, for example, and has a plurality of planar or curved inner surfaces.
  • the inner surface of the base of the cover 1 is covered with an infrared reflective film. Although gold is used as the infrared reflective film in this embodiment, it is not limited to this.
  • Silver, aluminum, or a dielectric multilayer film may be used as the infrared reflective film.
  • a protective film such as silicon oxide or silicon nitride may be formed on the infrared reflective film in order to prevent corrosion of the metal film of the infrared reflective film as necessary.
  • a plating method, a sputtering method, a vacuum deposition method, or the like can be used as a method for forming the infrared reflective film and the protective film.
  • the cover 1 plays a role of efficiently guiding the infrared rays from the light source 2 to the light receiving section 4 as an optical path by reflecting the infrared rays emitted from the light source 2 with the infrared reflecting film.
  • the infrared optical path of the optical gas sensor device 100 will be described later.
  • the gas introduction port 11 is provided on the cover 1, has three holes, and introduces/introduces the gas G to be detected into the space inside the cover 1.
  • the shape, size and position of the gas introduction port 11 on the cover 1 shown in FIGS. 3 and 4 are only examples, and the present invention is not limited to these.
  • the gas introduction port 11 as the gas introduction portion is provided in the cover 1, but the present invention is not limited to this.
  • the gas introduction part is provided on the substrate 6 (for example, the gas introduction part is a hole formed at a position on the substrate 6 that communicates with the space inside the cover 1, and the inside of the cover 1). A configuration may be adopted in which the gas G to be detected is led into and out of the space.
  • the light source 2 is mounted on the +z side plane of the substrate 6, has a light emitting surface facing the same direction (+z direction) as the +z side plane of the substrate 6, and emits infrared rays from the light emitting surface.
  • the light source 2 is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) type light source and has, for example, a diaphragm structure.
  • the light source 2 has a silicon chip 21 as a base portion, a thin film heater 22, a wire bonding pad 23, and a joint portion 24.
  • the silicon chip 21 is a semiconductor chip mainly made of silicon, and has a diaphragm D made of a laminated film of silicon oxide and silicon nitride in the center of its plane (xy plane).
  • the thin film heater 22 is a light source that emits infrared rays, and is formed substantially in the center of the plane of the diaphragm D.
  • the thin film heater 22 is connected to a lead electrode through a contact portion on the diaphragm D or on the periphery of the silicon chip 21 and electrically connected to a wire bonding pad 23 .
  • Materials of the thin film heater 22 include high melting point metals such as tungsten (melting point: 3387 [°C]), rhenium (melting point: 3180 [°C]), tantalum (melting point: 2996 [°C]), osmium (melting point: 2700 [°C]), Molybdenum (melting point 2610 [°C]), niobium (melting point 2468 [°C]), iridium (melting point 2447 [°C]), boron (melting point 2300 [°C]), ruthenium (melting point 2250 [°C]), hafnium (melting point 2150 [°C]) ° C.]), silicon doped with impurities, or conductive oxides can be used.
  • the thin-film heater 22 heats the diaphragm D by energization, and radiates infrared rays having intensity and wavelength ionicity depending on surface temperature and surface emissivity.
  • the thin film heater 22 is patterned on the silicon chip 21 by, for example, lithography.
  • the thin film heater 22 is configured to be directly mounted on the substrate 6 (COB: Chip On Board).
  • COB Chip On Board
  • the configuration is not limited to this, and the thin film heater 22 may be housed in a CAN package, a ceramic package, or the like.
  • the thin-film heater 22 is not limited to a circular shape, and may be polygonal and has a size that does not exceed the area of the diaphragm D.
  • the wire-bonding pads 23 are wire-bonded to the wiring on the substrate 6 .
  • the bonding portion 24 is a bonding portion that is arranged on the silicon chip 21 and bonds the optical filter 3 to the silicon chip 21 .
  • Metal bonding, glass bonding, anodic bonding, soldering, resin bonding, and the like can be used as methods for bonding the bonding portion 24 . Since the thin film heater 22 is formed on the diaphragm D, the heat capacity of the light source 2 can be lowered and the heat efficiency can be improved.
  • the optical filter 3 has a wavelength region (band) corresponding to the absorption wavelength specific to the gas G to be detected, which is provided in a plane facing directly above (+z side) the thin film heater 22 via the joint 24 . It is a filter that transmits light (infrared rays) of . In this way, the transmission wavelength of the optical filter 3 is designed to match the characteristic absorption wavelength of the gas G to be detected.
  • the SN ratio (Signal to Noise Ratio) of the detection signal of the unit 4 is improved. More specifically, as shown in FIG. 6, the optical filter 3 filters the infrared rays I1 with a wide wavelength band incident from the light source 2 to absorb the absorption wavelength (4.26 [ ⁇ m] of the gas G (CO 2 ). ]) is transmitted.
  • the optical filter 3 has, for example, a silicon substrate 31 as a semiconductor substrate and a dielectric multilayer film 32 .
  • the silicon substrate 31 is a substrate made of silicon that is provided in a planar shape directly above the thin film heater 22 so as to face it.
  • the dielectric multilayer film 32 is a plurality of dielectric layered films provided on both sides of the silicon substrate 31 . Although the dielectric multilayer film 32 is provided on both sides of the silicon substrate 31, these need not have equivalent film structures, and may have different film structures. Alternatively, the dielectric multilayer film 32 may be provided only on one side of the silicon substrate 31 .
  • the planar shape of the optical filter 3 is rectangular, it is not limited to this, and may be circular or other shape.
  • the light source 2 as a MEMS type light source is compact and low-profile, and can achieve miniaturization as a sensor module, especially in comparison with conventional incandescent light sources and LEDs (Light Emitting Diodes).
  • Problems with conventional incandescent light sources include significant deterioration over time, high current consumption, large variations in light source position, emission wavelength band limitation ( ⁇ 5 [ ⁇ m]), long response time, and large size. was there.
  • Conventional LEDs have problems such as low light intensity, large temperature characteristics, and high cost.
  • the light source 2 as a MEMS type light source has characteristics (features) such as long life, low power consumption, and short response time. As a result, low power consumption can be achieved.
  • the short response time of the MEMS type light source makes it possible to shorten the standby time after energization in the case of intermittent driving, and to reduce the average power consumption.
  • the infrared rays obtained from conventional incandescent light sources are emitted through a spherical shell made of glass, the absorption of glass reduces the intensity of infrared rays on the high wavelength side.
  • the light source 2 as a MEMS type light source can directly use radiation light from the surface of the high-temperature part, so that it can be applied to detection of gas having an absorption band at a high wavelength.
  • the region (thin film heater 22) that radiates the infrared rays of the light source 2 is patterned with high precision on the plane of the silicon chip 21, and unlike the conventional incandescent light source in which the filament is wound in a coil, individual variations in the radiation direction are possible. is very small. As a result, variations in the amount of light received when a sensor module is configured with the light source 2 are reduced, contributing to an improvement in product yield.
  • the optical filter 3 which also has a plate-like flat surface, can be easily mounted in a space-saving manner.
  • the light source 2 and the optical filter 3 are collectively produced by MEMS technology based on silicon wafers, they are excellent in mass productivity.
  • a method of manufacturing the light source 2 and the optical filter 3 a plurality of thin film heaters 22, wire bonding pads 23, bonding portions 24, and the optical filter 3 are formed on one silicon wafer, and the individual light source 2 and optical filter 3 are formed.
  • one silicon wafer is diced to manufacture a plurality of silicon chips 21, and each silicon chip 21 is provided with a thin film heater 22, a wire bonding pad 23, and a joint portion. 24 and the method of forming the optical filter 3 may be employed.
  • the light source 2 and the optical filter 3 can be manufactured in the same manner as semiconductors and MEMS devices, so that the chipping process and the mounting method can be used, so the productivity of the mounting process is high.
  • the optical filter 3 is illustrated as having a uniform thickness, the infrared light transmission region on the plane may be made thinner than the other regions. As a result, it is possible to suppress the decrease in the emitted light intensity due to the absorption of the silicon substrate 31 (Si base material), and the heat capacity is decreased, so that the radiation efficiency of the light source can be improved.
  • the light receiving unit 4 is mounted on the +z side plane of the substrate 6 and is a thermopile type infrared sensor having a plurality of thermocouples. Output.
  • the light receiving unit 4 is not limited to a thermopile type infrared sensor, and may be an infrared sensor using a photodiode, a bolometer, a pyroelectric sensor, or the like.
  • the light receiving unit 4 is, for example, a CAN package infrared sensor, but is not limited to this configuration.
  • the signal processing unit 5 is a circuit unit for signal processing of detection signals of the light receiving unit 4, which is mounted on a plane area other than the cover 1 on the +z side of the substrate 6.
  • the signal processing unit 5 includes an AFE (Analog Front End)-IC (Integrated Circuit), a chip resistor, a chip capacitor, and the like.
  • the AFE-IC includes an amplifier circuit, an AD (Analog to Digital) conversion circuit, and the like.
  • the signal processing unit 5 amplifies and AD-converts the analog detection signal of the light receiving unit 4, performs signal processing such as correction of individual variation of the optical gas sensor device 100, and outputs a digital detection signal.
  • the signal processing unit 5 may be equipped with components such as a voltage regulator, preamplifier, and transistor element as required.
  • the substrate 6 is a PCB (Printed Circuit Board) in which conductor wiring is printed on a board made of glass epoxy resin or the like.
  • the substrate 6 has a cover 1, a light source 2 (and an optical filter 3), a light receiving section 4, a signal processing section 5, and a connector 7 mounted on the +z side plane. In this configuration, all the components are mounted on one substrate 6, but the optical components may be separate components pre-mounted on another substrate.
  • the connector 7 is a connector that is mounted on a plane area other than the cover 1 and the signal processing unit 5 on the +z side surface of the substrate 6 and outputs a digital detection signal output from the signal processing unit 5 .
  • the connector 7 is connected to electronic equipment via a cable having a plug.
  • This electronic device outputs the gas concentration as an analog voltage or as a digital value such as I2C (Inter-Integrated Circuit), SPI (Serial Peripheral Interface) or UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter).
  • I2C Inter-Integrated Circuit
  • SPI Serial Peripheral Interface
  • UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
  • it is an alarm device that outputs an alarm when the concentration of the gas G detected by the optical gas sensor device 100 exceeds a predetermined threshold value.
  • the optical gas sensor device 100 may be configured to be provided inside the electronic device.
  • FIG. 7A is a schematic plan view showing optical path L1 of optical gas sensor device 100 of the present embodiment.
  • FIG. 7B is a schematic side view showing optical path L1 of optical gas sensor device 100 of the present embodiment. 7A and 7B, portions of the optical gas sensor device 100 that are not necessary for explaining the optical path are omitted as appropriate, and the same applies to FIGS. 8A and 8B, which will be described later.
  • infrared rays emitted from the light source 2 in the +z direction are filtered by the optical filter 3 and absorbed by the gas G to be measured within the cover 1. , is reflected in the +y direction by the planar inner surface of the cover 1, is further reflected in the ⁇ z direction by the planar inner surface of the cover 1, and passes through the optical path L1 incident on the light receiving unit 4.
  • FIG. The optical path L1 becomes a linear optical path on a plane.
  • the inner surface of the cover 1 is formed in a shape corresponding to the optical path L1. Since the direction of the light emitted from the light source 2 has a distribution, not a few light components reach the light receiving section 4 through multiple reflections, not limited to the linear optical path L1.
  • the optical gas sensor device 100 is mounted on the substrate 6 and on the plane of the substrate 6, the light emitting surface faces the same direction as the plane of the substrate 6, and infrared rays are emitted from the light emitting surface.
  • an optical filter 3 that transmits infrared rays having a wavelength corresponding to the absorption wavelength of the gas G to be detected and emits the infrared rays to the gas G to be detected, and the gas G to be detected.
  • the optical filter 3 also has a dielectric multilayer film 32 formed on the silicon substrate 31 . Therefore, infrared rays having a wavelength corresponding to the absorption wavelength of the gas G to be detected can be easily and accurately transmitted.
  • the light source 2 is a MEMS type light source. More specifically, the light source 2 includes a silicon chip 21 having a diaphragm D and a thin film heater 22 formed on the diaphragm D. As shown in FIG. Therefore, since the light source 2 is small and low-profile, the optical gas sensor device 100 as a sensor module can be made small and low-profile. In addition, the light source 2 can reduce power consumption compared to the conventional light source, and because the response time is short, the average power consumption can be reduced. Since the gas G can be detected and the individual variation in the infrared radiation direction can be reduced, the product yield can be improved and the service life can be extended. In addition, the MEMS technology can improve the mass productivity of the light source 2 and improve the productivity of the mounting process. Moreover, since the light source 2 is planar, the optical filter 3 can be easily mounted in a space-saving manner. Furthermore, since the light source 2 has a diaphragm structure, it is possible to reduce the heat capacity and increase the heat efficiency.
  • the cover 1 forms a space capable of containing the gas G to be detected. Further, the cover 1 forms an infrared light path L1 passing through the gas G to be detected by the planar inner surface. Therefore, the gas G to be detected can be detected easily and accurately.
  • the cover 1 has an infrared reflective film that reflects infrared rays on its inner surface. Therefore, the gas G to be detected can be detected more accurately.
  • the gas introduction port 11 is provided on the cover 1 . Therefore, the gas introduction port 11 can be easily configured, and the gas G to be detected can be introduced and introduced effectively.
  • the light receiving unit 4 is composed of an infrared sensor using any one of a thermopile system, a photodiode, a bolometer, and a pyroelectric sensor. Therefore, the light receiving section 4 can be easily constructed, and the gas G to be detected can be accurately detected.
  • FIG. 8A is a schematic plan view showing the optical path L2 of the optical gas sensor device 100A of this modification.
  • FIG. 8B is a schematic side view showing the optical path L2 of the optical gas sensor device 100A of this modification.
  • an optical gas sensor device 100A is used as the device configuration of this modified example.
  • the optical gas sensor device 100A has a configuration in which the cover 1 of the optical gas sensor device 100 of the above embodiment is replaced with a cover 1A. Therefore, in the optical gas sensor device 100A, the same parts as those in the optical gas sensor device 100 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
  • the cover 1A is mounted on the +z side surface of the substrate 6 and includes the light source 2, the optical filter 3 and the light receiving section 4. It is a shape.
  • the light source 2 , the optical filter 3 , and the light receiving section 4 are different from the optical gas sensor device 100 in mounting positions on the +z side surface of the substrate 6 .
  • infrared rays emitted from the light source 2 in the +z direction are filtered by the optical filter 3 and absorbed by the gas G in the cover 1A.
  • reflected in the +y direction on the planar inner surface of the cover 1A reflected twice in the -x direction ⁇ -y direction on the curved inner surface of the cover 1A, and further reflected in the -z direction on the planar inner surface of the cover 1A, It passes through the optical path L2 incident on the light receiving section 4.
  • the optical path L2 becomes a folded optical path on the plane.
  • the inner surface of the cover 1A is formed in a shape corresponding to the optical path L2. Since the direction of the light emitted from the light source 2 has a distribution, there are not a few light components that reach the light receiving section 4 through multiple reflections, regardless of the linear optical path.
  • the optical gas sensor device 100A includes the cover 1A.
  • the cover 1A forms an infrared light path L2 passing through the gas G to be detected by the planar inner surface and the curved inner surface. Therefore, the gas G to be detected can be easily and accurately detected, and the degree of freedom in arrangement of the light source 2 (and the optical filter 3) and the light receiving section 4 can be increased. Furthermore, since the optical path L2 is shared for both directions, the physical length of the optical path L2 can be shortened, and the size of the sensor module (optical gas sensor device 100A) can be reduced.
  • the gas G to be detected by the optical gas sensor devices 100 and 100A is CO 2 , but the present invention is not limited to this.
  • Other gas molecules that absorb infrared rays can be selected as the gas G to be detected.
  • Other gas molecules of the gas G to be detected include, for example, each gas molecule shown in FIG. Some include propane ( C3H8 ), carbon monoxide (CO) , methane ( CH4 ) , ammonia ( NH3 ), ethylene ( C2H4 ), dimethylfreon.
  • the optical gas sensor devices 100 and 100A are configured to include a set of the light source 2, the optical filter 3, and the light receiving section 4, but are not limited to this.
  • the optical gas sensor device may be configured to include a plurality of sets of light source 2 , optical filter 3 and light receiving section 4 .
  • optical filter 3 is fixed to the light source 2 in the above embodiment and modification, the present invention is not limited to this.
  • an optical filter 3 corresponding to different types of gas G to be detected may be detachably attached to the light source 2 .
  • the optical gas sensor device according to the present invention is suitable for detecting gases such as CO2 .

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Abstract

ＮＤＩＲの光学式ガスセンサ装置において、小型化、低消費電力化、長寿命化を実現することである。　光学式ガスセンサ装置１００は、基板６と、基板６の平面上に実装され、発光面が基板６の平面と同一方向を向いており、発光面から赤外線を放射する光源２と、赤外線のうち、検出対象のガスＧの吸収波長に対応する波長の赤外線を透過して検出対象のガスＧに出射する光学フィルタ３と、検出対象のガスＧを介して入射された赤外線を検出する受光部４と、基板６上に、光源２と受光部４とを覆うように設けられ、光学フィルタ３を通った赤外線がその内面に反射し、少なくとも反射光の一部が受光部４へ到達するように設けられたカバー１と、検出対象のガスＧをカバー１の内部に導入するガス導入ポート１１と、を備える。

Description

光学式ガスセンサ装置
　本発明は、光学式ガスセンサ装置に関する。
　従来、非分散赤外線吸収方式（ＮＤＩＲ：Non Dispersive InfraRed）によるガスセンサが知られている。ＮＤＩＲのガスセンサは、多くのガスが各々固有の赤外線波長を吸収する性質を利用して、検出対象のガスに赤外線を放射した時、どの波長がどれくらい吸収されたかを検出して、検出対象のガス中の濃度を測るセンサである。
　例えば、赤外線の発光部及び受光部と、発光部及び受光部の光路上に配置された反射部と、を備え、発光部、反射部及び受光部の間にある被検出ガスの濃度を検出するガスセンサが知られている（特許文献１参照）。
　また、赤外線光源及び光導電型赤外線検出センサと、試料ガスが供給されている測定セルと、不活性ガスが封入されている基準セルと、特定のガス用の光学フィルタが具備されているフィルタ回転式チョッパと、を備え、赤外線光源からの赤外線を、測定セルの試料ガス及び基準セルの不活性ガスを介し、フィルタ回転式チョッパによりフィルタリングし、光導電型赤外線検出センサで検出することにより、試料ガスの測定対象成分ガス濃度を検出する赤外線ガス分析計が知られている（特許文献２参照）。
特許第６６２６２８１号公報 特開平８－７５６４２号公報
　ＮＤＩＲの光学式ガスセンサ装置としての上記の従来のガスセンサ、赤外線ガス分析計の構成は知られているが、小型化、低消費電力化、長寿命化の要請がある。
　本発明の課題は、ＮＤＩＲの光学式ガスセンサ装置において、小型化、低消費電力化、長寿命化を実現することである。
　上記課題を解決するため、本発明の光学式ガスセンサ装置は、
　基板と、
　前記基板の平面上に実装され、発光面が前記基板の前記平面と同一方向を向いており、前記発光面から赤外線を放射する光源と、
　前記赤外線のうち、検出対象のガスの吸収波長に対応する波長の赤外線を透過して当該検出対象のガスに出射するフィルタと、
　前記検出対象のガスを介して入射された赤外線を検出する受光部と、
　前記基板上に、前記光源と前記受光部とを覆うように設けられ、前記フィルタを通った前記赤外線がその内面に反射し、少なくとも反射光の一部が前記受光部へ到達するように設けられたカバーと、
　前記検出対象のガスを前記カバーの内部に導入するガス導入部と、
を備える。
　本発明によれば、ＮＤＩＲの光学式ガスセンサ装置において、小型化、低消費電力化、長寿命化を実現できる。
本発明の実施の形態の光学式ガスセンサ装置の概略図である。 複数種類のガスの吸収波長を示す図である。 実施の形態の光学式ガスセンサ装置の一部透視斜視図である。 実施の形態の光学式ガスセンサ装置の一部透視平面図である。 光源の斜視図である。 光源及び光学フィルタの断面図である。 実施の形態の光学式ガスセンサ装置の光路を示す概略平面図である。 実施の形態の光学式ガスセンサ装置の光路を示す概略側面図である。 変形例の光学式ガスセンサ装置の光路を示す概略平面図である。 変形例の光学式ガスセンサ装置の光路を示す概略側面図である。
　以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態及び変形例を順に詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
　（実施の形態）
　図１～図７Ｂを参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。まず、図１、図２を参照して、本実施の形態の光学式ガスセンサ装置１００の概略構成を説明する。図１は、本実施の形態の光学式ガスセンサ装置１００の概略図である。図２は、複数種類のガスの吸収波長を示す図である。
　図１に示すように、本実施の形態の光学式ガスセンサ装置１００は、カバー１と、光源部としての光源２と、フィルタとしての光学フィルタ３と、受光部４と、信号処理部５と、を含む。光学式ガスセンサ装置１００は、光源２から赤外線を放射（発光）し、カバー１内の光路を介して、当該赤外線をカバー１内の検出対象のガスＧに出射し、光路中に存在する検出対象のガスＧの分子が赤外線を吸収することで受光部４に届く光量が減少し、検出対象のガスＧにより一部吸収された赤外線を受光部４により検出し、その検出信号を信号処理部５により信号処理して検出対象のガスＧの濃度を出力するＮＤＩＲ方式のガスセンサである。カバー１は、検出対象のガスＧの導出入口であるガス導入部としてのガス導入ポート１１を有する。特に、光学式ガスセンサ装置１００は、光源２から放射された赤外線を光学フィルタ３でフィルタリングして検出対象のガスＧに出射する。
　検出対象のガスＧとしては、ＣＯ２を用いるものとする。図２に、複数種類のガスが吸収する光の波長（吸収波長）［μｍ］を示す。図２において、同一種類のガス（の分子）が記載されているが、これは同一種類のガスが複数の吸収波長を有することを示す。また、図２において、同一種類のガスの複数の吸収波長のうち、一番吸収が大きい波長のガスの分子に四角の囲いを付した。ＣＯ２も複数の吸収波長を有し、光学式ガスセンサ装置１００は、ＣＯ２の吸収波長のうち、一番吸収が大きい４．２６［μｍ］の波長の赤外線の吸収を検出するものとする。
　ついで、図３～図６を参照して、光学式ガスセンサ装置１００の具体的な装置構成を説明する。図３は、本実施の形態の光学式ガスセンサ装置１００の一部透視斜視図である。図４は、本実施の形態の光学式ガスセンサ装置１００の一部透視平面図である。図５は、光源２の斜視図である。図６は、光源２及び光学フィルタ３の断面図である。
　図３及び図４に示すように、光学式ガスセンサ装置１００は、具体的には、カバー１と、光源２と、光学フィルタ３と、受光部４と、信号処理部５と、基板６と、コネクタ７と、を備える。また、図３及び図４において、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を図示する。これらの３軸は、図５～図８Ｂでも同様である。
　カバー１は、基板６の＋ｚ側の平面（ｘｙ平面）上に実装され、光源２、光学フィルタ３及び受光部４を覆い（包含し）、内部に検出対象のガスＧを収納可能な空間を形成し、光学フィルタ３を通った赤外線がその内面に反射し、少なくとも赤外線の反射光の一部が受光部４へ到達するように設けられ、ガス導入ポート１１を介して検出対象のガスＧが当該空間に導出入されるカバーである。カバー１の基体は、例えば樹脂製であり、複数の平面状または曲面状の内面を有する。カバー１の基体の内面には、赤外線反射膜が覆われている。本実施の形態では赤外線反射膜として、金を用いるものとするが、これに限定されるものではない。赤外線反射膜として、銀、アルミ又は誘電体多層膜を用いてもよい。さらに、必要に応じて赤外線反射膜の金属膜の腐食を防止するために、酸化シリコン又は窒化シリコンなどの保護膜を赤外線反射膜上に成膜してもよい。赤外線反射膜、保護膜の成膜方法は、メッキ法、スパッタリング法、真空蒸着法などを用いることができる。
　カバー１は、光源２から出射された赤外線を赤外線反射膜により反射することにより、光路として光源２からの赤外線を受光部４に効率よく導く役割を担う。光学式ガスセンサ装置１００の赤外線の光路については、後述する。
　ガス導入ポート１１は、カバー１上に設けられ、３つの孔部を有し、カバー１の内部の空間に検出対象のガスＧを導出入する。なお、図３及び図４のカバー１上のガス導入ポート１１の形状、大きさ及び位置は、一例であって、これに限定されるものではない。また、本実施の形態では、ガス導入部としてのガス導入ポート１１がカバー１に設けられる構成とするが、これに限定されるものではない。例えば、ガス導入部が、基板６上に設けられる構成（例えば、ガス導入部が、カバー１の内部の空間に導通する基板６上の位置にあけられた孔部であり、カバー１の内部の空間に検出対象のガスＧを導出入する構成）としてもよい。
　光源２は、基板６の＋ｚ側の平面上に実装され、発光面が基板６の＋ｚ側の平面と同一方向（＋ｚ方向）を向いており、当該発光面から赤外線を放射する。また、光源２は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型光源であり、例えばダイヤフラム構造を有するものとする。図５及び図６に示すように、光源２は、基体部としてのシリコンチップ２１と、薄膜ヒータ２２と、ワイヤボンディング用パッド２３と、接合部２４と、を有する。シリコンチップ２１は、主としてシリコン製の半導体チップであり、その平面（ｘｙ平面）の中央部に酸化シリコン及び窒化シリコンの積層膜からなるダイヤフラムＤを有する。
　薄膜ヒータ２２は、赤外線を放射する光源であり、ダイヤフラムＤの平面の略中央部に形成されている。薄膜ヒータ２２は、ダイヤフラムＤ上又はシリコンチップ２１周辺部のコンタクト部を介し引き出し電極と接続され、ワイヤボンディング用パッド２３と電気的に接続される。薄膜ヒータ２２の材質としては、高融点金属であるタングステン（融点：３３８７［℃］）、レニウム（融点３１８０［℃］）、タンタル（融点２９９６［℃］）、オスミウム（融点２７００［℃］）、モリブデン（融点２６１０［℃］）、ニオブ（融点２４６８［℃］）、イリジウム（融点２４４７［℃］）、ホウ素（融点２３００［℃］）、ルテニウム（融点２２５０［℃］）、ハフニウム（融点２１５０［℃］）、不純物がドープされたシリコン、又は導電性酸化物を用いることができる。薄膜ヒータ２２は、通電によりダイヤフラムＤが加熱され、表面温度と表面放射率に依存した強度と波長イオン性を有する赤外線を放射する。
　薄膜ヒータ２２は、例えば、リソグラフィにより、シリコンチップ２１上にパターン形成される。本実施の形態では、薄膜ヒータ２２を基板６への直接実装（ＣＯＢ：Chip On Board）する構成とする。ただし、これに限定されるものではなく、薄膜ヒータ２２をＣＡＮパッケージ、セラミックパッケージなどに納める構成としてもよい。薄膜ヒータ２２は、円形に限らず、多角形でも良く、ダイヤフラムＤの領域を超えないサイズである。
　ワイヤボンディング用パッド２３は、基板６上の配線とワイヤボンディングされる。接合部２４は、シリコンチップ２１上に配置され、シリコンチップ２１に光学フィルタ３を接合する接合部である。接合部２４の接合の方法としては、金属接合、ガラス接合、陽極接合、はんだ接合、および樹脂接着などを用いることが出来る。薄膜ヒータ２２がダイヤフラムＤに形成される構造であるので、光源２の熱容量を低くし、熱効率を上げることができる。
　光学フィルタ３は、接合部２４を介して、平面状に薄膜ヒータ２２の直上（＋ｚ側）に対向して設けられた、検出対象のガスＧに固有の吸収波長に対応する波長域（バンド）の光（赤外線）を透過するフィルタである。このように、光学フィルタ３の透過波長は、検出対象のガスＧの固有の吸収波長に一致するように設計されており、これによって検出対象のガスＧ以外のガスによる光量変化が抑制され、受光部４の検出信号のＳＮ比（Signalto Noise Ratio）が向上する。より具体的には、図６に示すように、光学フィルタ３は、光源２から入射された波長域の広い赤外線Ｉ１をフィルタリングして、ガスＧ（ＣＯ２）の吸収波長（４．２６［μｍ］）に対応する波長域の赤外線Ｉ２を透過する。
　光学フィルタ３は、例えば、半導体基板としてのシリコン基板３１と、誘電体多層膜３２と、を有する。シリコン基板３１は、平面状に薄膜ヒータ２２の直上に対向して設けられたシリコン製の基板である。誘電体多層膜３２は、シリコン基板３１の両面に設けられた複数の誘電体の層状の膜である。誘電体多層膜３２は、シリコン基板３１の両面に設けられているとしたが、これらは等価な膜構成である必要は無く、異なる膜構成であっても良い。もしくは、誘電体多層膜３２は、シリコン基板３１の片面のみに設けられていても良い。なお、光学フィルタ３の平面形状は、矩形としたが、これに限定されるものではなく、円形など、他の形状としてもよい。
　ＭＥＭＳ型光源としての光源２は、小型・低背であり、センサモジュールとしての小型化、特に従来の白熱光源やＬＥＤ（Light Emitting Diode）と比較して低背化を実現することができる。従来の白熱光源は、経時劣化が大きい、高消費電流である、発光源位置のばらつきが大きい、発光波長帯域制限がある（～５［μｍ］）、応答時間が長い、サイズが大きいなどの課題があった。従来のＬＥＤは、光量が低い、温度特性が大きい、高価格であるなどの課題があった。
　これに対し、ＭＥＭＳ型光源としての光源２は、長寿命、低消費電力、応答時間が短いなどの特徴（特長）があり、センサモジュールとして支配的である光源の消費電力を下げることでセンサモジュールとしての低消費電力を図ることができる。ＭＥＭＳ型光源の応答時間が短い特徴は、間欠駆動を行う場合に、通電後の待機時間を短くすることを可能とし、平均消費電力を低減できる。
　また、従来の白熱光源で得られる赤外線は、ガラス製の球殻を介して放射されるため、ガラスの吸収により高波長側の赤外線の強度が低下する。これに対し、ＭＥＭＳ型光源としての光源２は、高温部表面からの放射光を直接利用できるため、高波長に吸収帯を持つガスの検出への応用も可能になる。光源２の赤外線を放射する領域（薄膜ヒータ２２）は、シリコンチップ２１の平面上に高精度にパターニングされており、フィラメントをコイル状に巻いた従来の白熱光源とは異なり、放射方向の個体ばらつきが非常に小さい。このため、光源２でセンサモジュールを構成した時の受光量のばらつきが低減され製品歩留まりの向上に寄与する。
　また、光源２は、発光面が平面上であるため、同じく板状の平面を有する光学フィルタ３の実装を容易かつ省スペースで行うことができる。
　また、光源２及び光学フィルタ３は、シリコンウエハーを元にＭＥＭＳ技術によって一括生産されるため、量産性に優れる。例えば、光源２及び光学フィルタ３の製造方法としては、１枚のシリコンウエハー上に複数の薄膜ヒータ２２、ワイヤボンディング用パッド２３、接合部２４及び光学フィルタ３を形成し、個々の光源２及び光学フィルタ３にダイシングしてチップ化する方法がある。なお、光源２及び光学フィルタ３の製造方法として、１枚のシリコンウエハーをダイシングして複数のシリコンチップ２１を製造し、個々のシリコンチップ２１に、薄膜ヒータ２２、ワイヤボンディング用パッド２３、接合部２４及び光学フィルタ３を形成する方法を採用してもよい。このように、光源２及び光学フィルタ３は、半導体やＭＥＭＳデバイス製造と同様に、小片化工程・マウント方法が使用できるため、実装工程の生産性が高い。光学フィルタ３は、均一な厚さとして図示されているが、平面上の赤外光の透過領域を他の領域に比べて薄くすることとしても良い。これによって、シリコン基板３１（Ｓｉ基材）の吸収による出射光強度の低下を抑制することが可能となり、また熱容量が下がる事で光源の放射効率を向上させることが出来る。
　受光部４は、基板６の＋ｚ側の平面上に実装され、複数の熱電対を有するサーモパイル方式の赤外線センサであり、入射された赤外線の光量を検出してアナログの電気信号としての検出信号を出力する。ただし、受光部４は、サーモパイル方式の赤外線センサに限定されるものではなく、フォトダイオード、ボロメータ、焦電センサなどを用いた赤外線センサとしてもよい。また、受光部４は、例えばＣＡＮパッケージの赤外線センサとするが、この構成に限定されるものではない。
　信号処理部５は、基板６の＋ｚ側の平面上のカバー１以外の平面領域に実装され、受光部４の検出信号の信号処理用の回路部である。信号処理部５は、ＡＦＥ（Analog Front End）－ＩＣ（Integrated Circuit）、チップ抵抗、チップコンデンサなどを含む。ＡＦＥ－ＩＣは、増幅回路、ＡＤ（Analog to Digital）変換回路などを含む。信号処理部５は、受光部４のアナログの検出信号を増幅してＡＤ変換し、光学式ガスセンサ装置１００の個体ばらつきの補正などの信号処理を行って、デジタルの検出信号を出力する。信号処理部５は、必要に応じて電圧レギュレータ、プリアンプ、およびトランジスタ素子等の部品を搭載しても良い。
　基板６は、ガラスエポキシ樹脂などの板上に、導体の配線がプリントされたＰＣＢ（Printed CircuitBoard）である。基板６は、＋ｚ側の平面上に、カバー１、光源２（及び光学フィルタ３）、受光部４、信号処理部５、コネクタ７が実装されている。この構成では、１枚の基板６に全ての部品が実装されているが、光学部品は別の基板にあらかじめ実装された別体部品としても良い。
　コネクタ７は、基板６の＋ｚ側の面上のカバー１及び信号処理部５以外の平面領域に実装され、信号処理部５から出力されたデジタルの検出信号を出力するためのコネクタである。コネクタ７は、プラグを有するケーブルを介して電子機器に接続される。この電子機器は、ガス濃度をアナログ電圧、またはＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit），ＳＰＩ（SerialPeripheral Interface）若しくはＵＡＲＴ（Universal AsynchronousReceiver/Transmitter）などのデジタル値として出力する。または、光学式ガスセンサ装置１００により検出されたガスＧの濃度が所定の閾値以上になると警報を出力する警報装置である。なお、光学式ガスセンサ装置１００は、当該電子機器内に設けられる構成としてもよい。
　つぎに、図７Ａ、図７Ｂを参照して、光学式ガスセンサ装置１００の赤外線の光路を説明する。図７Ａは、本実施の形態の光学式ガスセンサ装置１００の光路Ｌ１を示す概略平面図である。図７Ｂは、本実施の形態の光学式ガスセンサ装置１００の光路Ｌ１を示す概略側面図である。なお、図７Ａ、図７Ｂにおいて、光学式ガスセンサ装置１００のうち、光路の説明に必要でない部分の図示を適宜省略しており、後述する図８Ａ、図８Ｂでも同様である。
　図７Ａ、図７Ｂに示すように、光学式ガスセンサ装置１００において、光源２から＋ｚ方向に放射された赤外線は、光学フィルタ３によりフィルタリングされ、カバー１内の測定対象のガスＧで吸収されるとともに、カバー１の平面状の内面で＋ｙ方向に反射され、さらにカバー１の平面状の内面で－ｚ方向に反射され、受光部４に入射する光路Ｌ１を通る。光路Ｌ１は、平面上で直線状の光路となる。言い換えると、カバー１の内面は、光路Ｌ１に対応する形状に形成されている。光源２からの出射光の方向は分布を持っているので、直線状の光路Ｌ１に限らず多重反射を経て受光部４に到達する光成分は少なからず存在する。
　以上、本実施の形態によれば、光学式ガスセンサ装置１００は、基板６と、基板６の平面上に実装され、発光面が基板６の平面と同一方向を向いており、当該発光面から赤外線を放射する光源２と、赤外線のうち、検出対象のガスＧの吸収波長に対応する波長の赤外線を透過して検出対象のガスＧに出射する光学フィルタ３と、検出対象のガスＧを介して入射された赤外線を検出する受光部４と、基板６上に、光源２と受光部４とを覆うように設けられ、光学フィルタ３を通った赤外線がその内面に反射し、少なくとも反射光の一部が受光部４へ到達するように設けられたカバー１と、検出対象のガスＧをカバー１の内部に導入するガス導入ポート１１と、を備える。このため、ＮＤＩＲの光学式ガスセンサ装置１００において、小型化、低消費電力化、長寿命化を実現できる。
　また、光学フィルタ３は、シリコン基板３１上に形成された誘電体多層膜３２を有する。このため、検出対象のガスＧの吸収波長に対応する波長の赤外線を容易かつ正確に透過できる。
　また、光源２は、ＭＥＭＳ型光源である。より具体的には、光源２は、ダイヤフラムＤを有するシリコンチップ２１と、ダイヤフラムＤ上に形成される薄膜ヒータ２２と、を備える。このため、光源２が小型かつ低背であるため、センサモジュールとしての光学式ガスセンサ装置１００を小型かつ低背にできる。また、光源２により、従来の光源に比べて、消費電力を低減でき、応答時間が短いので平均消費電力を低減でき、ガラスがないため赤外線の強度を高めることができかつ高波長の吸収波長を有するガスＧを検出でき、赤外線放射方向の個体ばらつきを低減するので製品歩留まりを向上でき、長寿命化を実現できる。また、ＭＥＭＳ技術により、光源２の量産性を高めることができ、実装工程の生産性を高めることができる。また、光源２が平面状であるので、光学フィルタ３を容易かつ省スペースで実装できる。さらに、光源２がダイヤフラム構造であるので、熱容量を下げ熱効率を上げることができる。
　また、カバー１は、検出対象のガスＧを収納可能な空間を形成する。また、カバー１は、平面状の内面により、検出対象のガスＧを通る赤外線の光路Ｌ１を形成する。このため、検出対象のガスＧを容易かつ正確に検出できる。
　また、カバー１は、赤外線を反射する赤外線反射膜を内面に有する。このため、検出対象のガスＧをより正確に検出できる。
　また、ガス導入ポート１１は、カバー１に設けられている。このため、ガス導入ポート１１を容易に構成でき、検出対象のガスＧの導出入を効果的に行うことができる。
　また、受光部４は、サーモパイル方式、フォトダイオード、ボロメータ、焦電センサのいずれかを用いた赤外線センサからなる。このため、受光部４を容易に構成でき、検出対象のガスＧを正確に検出できる。
　（変形例）
　図８Ａ、図８Ｂを参照して、上記実施の形態の変形例を説明する。図８Ａは、本変形例の光学式ガスセンサ装置１００Ａの光路Ｌ２を示す概略平面図である。図８Ｂは、本変形例の光学式ガスセンサ装置１００Ａの光路Ｌ２を示す概略側面図である。
　図８Ａ、図８Ｂに示すように、本変形例の装置構成として、光学式ガスセンサ装置１００Ａを用いる。光学式ガスセンサ装置１００Ａは、上記実施の形態の光学式ガスセンサ装置１００のカバー１をカバー１Ａに代えた構成を有する。このため、光学式ガスセンサ装置１００Ａにおいて、光学式ガスセンサ装置１００と同じ部分には同じ符号を付して、その説明を省略する。
　カバー１Ａは、カバー１と同様に、基板６の＋ｚ側の面上に実装され、光源２、光学フィルタ３及び受光部４を包含するが、その形状、特に内面の形状が、平面状及び曲面状であるものである。光源２、光学フィルタ３及び受光部４は、基板６の＋ｚ側の面上の実装位置が、光学式ガスセンサ装置１００とは異なる。
　図８Ａ、図８Ｂに示すように、光学式ガスセンサ装置１００Ａにおいて、光源２から＋ｚ方向に放射された赤外線は、光学フィルタ３によりフィルタリングされ、カバー１Ａ内のガスＧで吸収されるとともに、カバー１Ａの平面状の内面で＋ｙ方向に反射され、またカバー１Ａの曲面状の内面で－ｘ方向→－ｙ方向に２回反射され、さらにカバー１Ａの平面状の内面で－ｚ方向に反射され、受光部４に入射する光路Ｌ２を通る。光路Ｌ２は、平面上で折り返し状の光路となる。言い換えると、カバー１Ａの内面は、光路Ｌ２に対応する形状に形成されている。光源２からの出射光の方向は分布を持っているので、直線状の光路に限らず多重反射を経て受光部４に到達する光成分は少なからず存在する。
　以上、本変形例によれば、光学式ガスセンサ装置１００Ａは、カバー１Ａを備える。カバー１Ａは、平面状の内面及び曲面状の内面により、検出対象のガスＧを通る赤外線の光路Ｌ２を形成する。このため、検出対象のガスＧを容易かつ正確に検出でき、光源２（及び光学フィルタ３）と受光部４との配置の自由度を高めることができる。さらに、光路Ｌ２が往復で共通とされていることにより、光路Ｌ２の物理長を短縮することができ、センサモジュール（光学式ガスセンサ装置１００Ａ）の小型化を図ることが出来る。
　なお、上記実施の形態及び変形例における記述は、本発明に係る光学式ガスセンサ装置の一例であり、これに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態の構成と変形例の構成とを適宜組み合わせる構成としてもよい。
　例えば、上記実施の形態及び変形例では、光学式ガスセンサ装置１００，１００Ａの検出対象のガスＧをＣＯ２とする構成としたが、これに限定されるものではない。検出対象のガスＧは、赤外線を吸収する他のガス分子を選択できる。検出対象のガスＧの他のガス分子としては、例えば、図２に記載の各ガス分子（四角で囲った吸収波長は、各ガス分子の吸収波長のうち、一番吸収が大きい吸収波長）であるプロパン（Ｃ３Ｈ８）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、ジメチルフロン、が挙げられる。
　また、上記実施の形態及び変形例では、光学式ガスセンサ装置１００，１００Ａが、一組の光源２、光学フィルタ３及び受光部４を備える構成としたが、これに限定されるものではない。光学式ガスセンサ装置は、複数組の光源２、光学フィルタ３及び受光部４を備える構成としてもよい。
　また、上記実施の形態及び変形例では、光学フィルタ３が光源２に固定されている構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、異なる種類の検出対象のガスＧに応じた光学フィルタ３が光源２に着脱可能に取り付けられる構成としてもよい。
　その他、上記実施の形態及び変形例における光学式ガスセンサ装置の細部構成及び詳細動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　以上のように、本発明に係る光学式ガスセンサ装置は、ＣＯ２などのガス検出に適している。
１００，１００Ａ　光学式ガスセンサ装置
Ｇ　ガス
１，１Ａ　カバー
１１　ガス導入ポート
２　光源
２１　シリコンチップ
２２　薄膜ヒータ
２３　ワイヤボンディング用パッド
２４　接合部
３　光学フィルタ
３１　シリコン基板
３２　誘電体多層膜
４　受光部
５　信号処理部
６　基板
７　コネクタ

Claims (9)

  1. 　基板と、
    　前記基板の平面上に実装され、発光面が前記基板の前記平面と同一方向を向いており、前記発光面から赤外線を放射する光源と、
    　前記赤外線のうち、検出対象のガスの吸収波長に対応する波長の赤外線を透過して当該検出対象のガスに出射するフィルタと、
    　前記検出対象のガスを介して入射された赤外線を検出する受光部と、
    　前記基板上に、前記光源と前記受光部とを覆うように設けられ、前記フィルタを通った前記赤外線がその内面に反射し、少なくとも反射光の一部が前記受光部へ到達するように設けられたカバーと、
    　前記検出対象のガスを前記カバーの内部に導入するガス導入部と、
    を備える光学式ガスセンサ装置。
  2. 　前記フィルタは、半導体基板上に形成された誘電体多層膜を有する請求項１に記載の光学式ガスセンサ装置。
  3. 　前記光源は、ＭＥＭＳ型光源である請求項１又は２に記載の光学式ガスセンサ装置。
  4. 　前記光源は、半導体基板から形成され、
    　ダイヤフラムを有する基体と、
    　前記ダイヤフラム上に形成された薄膜ヒータと、を備える請求項３に記載の光学式ガスセンサ装置。
  5. 　前記カバーは、前記検出対象のガスを収納可能な空間を形成する請求項１から４のいずれか一項に記載の光学式ガスセンサ装置。
  6. 　前記カバーは、平面状の内面及び曲面状の内面の少なくとも一方により、前記検出対象のガスを通る前記赤外線の光路を形成する請求項１から５のいずれか一項に記載の光学式ガスセンサ装置。
  7. 　前記カバーは、赤外線を反射する赤外線反射膜を内面に有する請求項１から６のいずれか一項に記載の光学式ガスセンサ装置。
  8. 　前記ガス導入部は、前記カバーに設けられている請求項１から７のいずれか一項に記載の光学式ガスセンサ装置。
  9. 　前記受光部は、サーモパイル方式、フォトダイオード、ボロメータ、焦電センサのいずれかを用いた赤外線センサからなる請求項１から８のいずれか一項に記載の光学式ガスセンサ装置。
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