CN104937385B - 红外线检测元件、红外线检测器及红外线式气体传感器 - Google Patents
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Abstract
红外线检测元件是在一个热电体基板上排列第1热电元件和第2热电元件而形成的。第1热电元件具有第1表面电极、第1背面电极、在热电体基板中被夹在第1表面电极和第1背面电极之间的第1部分。第2热电元件具有第2表面电极、第2背面电极、在热电体基板中被夹在第2表面电极和第2背面电极之间的第2部分。热电体基板在包围第1热电元件的周边部形成有沿着第1热电元件的外周的形状的切缝，该切缝避开了第1表面配线和第1背面配线，包围第2热电元件的周边部沿着第2部分的全周而连续。红外线检测器具有红外线检测元件。红外线式气体传感器具有红外线辐射元件和红外线检测元件。
Description
技术领域
本发明涉及利用热电效应检测红外线的热电型的红外线检测元件、红外线检测器及红外线式气体传感器。
背景技术
关于红外线检测器，公知有在气体分析仪、辐射温度计、火焰检测器、入侵者警报器等中装配的热电型红外线检测器(例如，日本专利号3247813：以下称为“文献1”)。
在文献1中记载了图72所示的结构的热电型红外线检测器200。热电型红外线检测器200具有外壳201、红外线透射窗202、芯柱203、电路基板204、热电部件205、间隔件206，在热电部件205的上下两面设有形成电极部的两个电极207、208。
热电型红外线检测器200是焦耳式的热电型红外线检测器，将两个电极207、208以使极性彼此相反的方式串联连接。
热电型红外线检测器200构成为两个电极207、208中仅一个电极207面对红外线透射窗202，在红外线透射窗202通过的红外光213入射到一个电极207，红外光不入射到另一个电极208。以下，将一个电极207称为受光用电极207，将另一个电极208称为温度补偿用电极208。
热电型红外线检测器200通过使温度补偿用电极208的厚度大于受光用电极207的厚度，使温度补偿用电极208在红外线区域中对光的吸收系数小于受光用电极207的该吸收系数。例如，热电型红外线检测器200将受光用电极207的厚度设为，将温度补偿用电极208的厚度设为。由此，热电型红外线检测器200使温度补偿用电极208的红外线区域中的光的吸收系数达到受光用电极207的该吸收系数的二分之一。因此，热电型红外线检测器200在假设由于串扰使得红外光入射到温度补偿用电极208时，从温度补偿用电极208几乎不输出信号，因而灵敏度提高。
发明内容
发明要解决的问题
在热电型的红外线检测元件、红外线检测器及红外线式气体传感器的各领域中，期望进一步提高灵敏度。
本发明正是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，提供能够实现高灵敏度化的红外线检测元件、红外线检测器及红外线式气体传感器。
用于解决问题的手段
本发明的红外线检测元件在一个热电体基板上排列形成有第1热电元件和第2热电元件，其特征在于，所述第1热电元件具有：第1表面电极，形成于所述热电体基板的表面；第1背面电极，形成于所述热电体基板的背面，并与所述第1表面电极对置；和第1部分，在所述热电体基板中被夹在所述第1表面电极和所述第1背面电极之间，所述第2热电元件具有：第2表面电极，形成于所述热电体基板的表面；第2背面电极，形成于所述热电体基板的所述背面，并与所述第2表面电极对置；和第2部分，在所述热电体基板中被夹在所述第2表面电极和所述第2背面电极之间，在所述热电体基板的所述表面形成有分别与所述第1表面电极、所述第2表面电极电连接的第1表面配线、第2表面配线，在所述热电体基板的所述背面形成有分别与所述第1背面电极、所述第2背面电极电连接的第1背面配线、第2背面配线，所述热电体基板在包围所述第1热电元件的周边部形成有沿着所述第1热电元件的外周的形状的切缝，该切缝避开所述第1表面配线和所述第1背面配线而形成，包围所述第2热电元件的周边部遍及所述第2部分的全周而连续。
优选的是，在该红外线检测元件中，所述热电体基板的所述切缝至少形成在所述第1热电元件的所述第2热电元件侧。
优选的是，在该红外线检测元件中，所述红外线检测元件具有多组由所述第1热电元件和所述第2热电元件构成的组，所述热电体基板在相邻的两个所述第1热电元件各自的另一个所述第1热电元件侧形成有所述切缝。
优选的是，在该红外线检测元件中，在所述第1表面电极上形成有吸收红外线的红外线吸收层。
优选的是，在该红外线检测元件中，以使所述第1表面电极和所述第2表面电极作为反射红外线的红外线反射层发挥作用的方式，设定所述第1表面电极和所述第2表面电极各自的表面电阻(sheet resistance)。
优选的是，在该红外线检测元件中，所述第1表面电极的表面电阻和所述第2表面电极的表面电阻相同。
优选的是，在该红外线检测元件中，所述红外线吸收层形成为俯视观察时覆盖由所述切缝包围的区域整体，所述红外线吸收层由在树脂中分散了从碳类微粉末、金属类微粉末、金属氧化物类微粉末的组中选择的至少一种导电性微粉末的第1树脂层构成。
优选的是，在该红外线检测元件中，所述第1表面电极的外周缘离开所述切缝的所述第1表面电极侧的开孔缘。
优选的是，在该红外线检测元件中，所述树脂是酚醛类树脂。
本发明的红外线检测器的特征在于，具有：所述红外线检测元件；光学滤波器，配置在所述红外线检测元件的前方，使所述红外线检测元件的检测对象的波长区域的红外线透射；IC元件，对所述红外线检测元件的输出信号进行信号处理；基板，安装有所述红外线检测元件和所述IC元件；以及外壳，收纳有所述红外线检测元件、所述光学滤波器、所述IC元件和所述基板，所述外壳具有：底座，支撑所述基板；金属制的盖，以覆盖所述红外线检测元件和所述光学滤波器的方式固定在所述底座上；窗孔，形成于所述盖的顶板部；以及窗部件，以封堵所述窗孔的方式配置，能够使红外线透射。
优选的是，在该红外线检测器中，所述外壳以使所述第1热电元件位于所述窗孔向所述红外线检测元件的垂直投影区域内、且所述第2热电元件位于所述垂直投影区域外的方式，形成所述窗孔。
优选的是，在该红外线检测器中，所述窗部件以从所述盖的内侧封堵所述窗孔的方式配置，所述红外线检测器具有在所述顶板部的所述红外线检测元件侧的下表面形成的第2树脂层，所述第2树脂层形成为覆盖所述下表面中所述窗部件不重叠的区域的整个区域。
优选的是，在该红外线检测器中，所述红外线检测元件在一个所述热电体基板上形成有两组由受光用的所述第1热电元件和温度补偿用的所述第2热电元件构成的组，一组构成第1检测单元，另一组构成第2检测单元，所述光学滤波器包括：第1光学滤波器，配置在所述第1检测单元的所述第1热电元件的受光面的前方；以及第2光学滤波器，配置在所述第2检测单元的所述第1热电元件的受光面的前方，所述第1检测单元和所述第2检测单元分别具有：第1输出端子，形成于所述热电体基板的所述表面侧；以及第2输出端子，形成于所述热电体基板的所述背面侧，所述第1输出端子和所述第2输出端子以在所述热电体基板的厚度方向上不重叠的方式配置，所述基板包括：具有电绝缘性的绝缘性基材、和与所述绝缘性基材一体设置的两个第1引线端子和两个第2引线端子，各个所述第1引线端子、与所述第1检测单元及所述第2检测单元各自的所述第1输出端子，通过由导电性粘接剂构成的第1接合部而单独地电连接，各个所述第2引线端子、与所述第1检测单元及所述第2检测单元各自的所述第2输出端子，通过由导电性粘接剂构成的第2接合部而单独地电连接，所述绝缘性基材至少包含突起和壁中的一方，所述突起形成于所述绝缘性基材的第1面，在所述第1引线端子和所述第2引线端子之间从所述红外线检测元件的预计搭载区域的外侧向所述绝缘性基材的厚度方向突出，以定位所述红外线检测元件，所述壁形成于所述绝缘性基材的所述第1面，从所述红外线检测元件的所述预计搭载区域的外侧向所述绝缘性基材的厚度方向突出，以定位所述红外线检测元件，其中，所述壁的高度小于所述红外线检测元件的厚度。
优选的是，在该红外线检测器中，在所述绝缘性基材形成有定位部，该定位部从所述第1面向沿着所述红外线检测元件的所述厚度方向的方向突出，以定位所述第1光学滤波器和所述第2光学滤波器。
优选的是，在该红外线检测器中，所述定位部具有：壁部，用于规定在俯视观察时与所述第1光学滤波器和所述第2光学滤波器的排列方向正交的方向上的所述第1光学滤波器和所述第2光学滤波器的位置；以及支撑部，用于架设所述第1光学滤波器和所述第2光学滤波器。
优选的是，在该红外线检测器中，所述支撑部的突出尺寸大于所述红外线检测元件的厚度，在所述红外线检测元件的所述厚度方向上，在所述第1光学滤波器及所述第2光学滤波器与所述红外线检测元件之间具有间隙。
优选的是，在该红外线检测器中，所述支撑部在与所述红外线检测元件的侧面对置的对置面上形成有凹部。
优选的是，在该红外线检测器中，在所述壁部形成有凹陷部，该凹陷部的前端面以及与所述第1光学滤波器及所述第2光学滤波器对置的对置面开放，所述第1光学滤波器及所述第2光学滤波器通过所述凹陷部内的由粘接剂构成的粘接部被固定于所述壁部。
优选的是，在该红外线检测器中，所述第1检测单元及所述第2检测单元分别在所述热电体基板的所述背面侧具有电气绝缘层，该电气绝缘层包围所述第2输出端子的外周面中除沿着所述热电体基板的侧面的一面以外的面，所述电气绝缘层利用针对所述导电性粘接剂的润湿性比所述热电体基板针对所述导电性粘接剂的润湿性低的材料形成。
优选的是，在该红外线检测器中，所述基板在所述基板的第1面中的各个所述第1热电元件及各个所述第2热电元件的垂直投影区域设有热绝缘用的孔。
优选的是，在该红外线检测器中具有：第1 IC元件，对所述第1检测单元的第1输出信号进行信号处理；以及第2 IC元件，对所述第2检测单元的第2输出信号进行信号处理，所述基板在第1面侧配置有所述红外线检测元件，在第2面侧配置有所述第1 IC元件和所述第2 IC元件。
优选的是，在该红外线检测器中，所述红外线检测元件在一个所述热电体基板上排列形成有构成组的受光用的所述第1热电元件和温度补偿用的所述第2热电元件，所述构成组的所述第1热电元件和所述第2热电元件反向并联连接或者反向串联连接。所述红外线检测元件以使所述第1热电元件位于所述窗孔向所述红外线检测元件的垂直投影区域内的方式配置。所述光学滤波器配置在所述窗部件和所述第1热电元件之间。该红外线检测器具有遮光部件，该遮光部件配置在所述窗部件和所述红外线检测元件之间，将从所述外壳的外部透射所述窗部件而进入到所述外壳内的红外线中朝向所述第2热电元件的红外线遮光，所述遮光部件被保持在所述基板上。
优选的是，在该红外线检测器中，所述红外线检测元件的所述第1热电元件形成于所述热电体基板的中央部，所述第2热电元件形成于所述热电体基板的周部，所述遮光部件形成为板状，在所述遮光部件的中央部形成有比所述第1热电元件向厚度方向上的垂直投影区域大的开口部。
优选的是，在该红外线检测器中，所述遮光部件在所述开口部的周边部形成有凹部，所述凹部的所述窗部件侧及所述开口部侧开放，所述遮光部件形成有窗部，所述窗部形成为避开所述遮光部件中的所述第2热电元件向厚度方向上的垂直投影区域、所述开口部和所述凹部，所述窗部能够用于从所述第1面侧视觉辨认所述红外线检测元件的一部分，所述光学滤波器将所述开口部封堵，所述光学滤波器的周部被放置在所述凹部中，并且相对于所述遮光部件被定位。
优选的是，在该红外线检测器中，所述遮光部件形成为与所述盖的内周面接触的形状，所述盖利用所述遮光部件进行在所述底座的与厚度方向正交的面内的定位。
优选的是，在该红外线检测器中，所述遮光部件在所述开口部的周边部具有向所述红外线检测元件的表面侧突出的突起。
优选的是，在该红外线检测器中，所述遮光部件具有树脂板和被层压在所述树脂板上的金属箔。
优选的是，在该红外线检测器中，所述遮光部件是金属板。
本发明的红外线式气体传感器的特征在于，所述红外线式气体传感器具有通过热辐射来辐射红外线的红外线辐射元件、和所述红外线检测元件。
优选的是，在该红外线式气体传感器中具有：所述红外线检测器；试料室，配置在所述红外线辐射元件和所述红外线检测器之间；以及信号处理部。所述第1光学滤波器以使检测对象的气体的吸收波长的红外线透射的方式来设定第1透射波长区域。所述第2光学滤波器以使不被所述气体吸收的参照波长的红外线透射、且不与所述第1透射波长区域重叠的方式来设定第2透射波长区域。所述试料室形成有能够供检测对象的气体进出的通气孔。所述信号处理部根据所述第1检测单元的第1输出信号与所述第2检测单元的第2输出信号的差分或者比，来求出所述气体的浓度。
优选的是，在该红外线式气体传感器中，所述试料室呈筒状，其内表面是将从所述红外线辐射元件辐射的红外线反射的反射面。所述反射面是将旋转椭圆体的长轴方向的两端部分别用与长轴正交的两个平面切割后得到的形状，所述旋转椭圆体以规定在所述试料室的中心轴上的长轴为旋转轴。所述红外线辐射元件被配置在所述中心轴上、所述旋转椭圆体的一个焦点的附近。所述红外线检测器被配置在所述中心轴上、比所述旋转椭圆体的另一个焦点更靠近所述红外线辐射元件的一侧。
优选的是，在该红外线式气体传感器中，在所述红外线检测器中，将所述第1检测单元中的所述第1热电元件的所述第1表面电极的平面形状和所述第2检测单元中的所述第1热电元件的所述第1表面电极的平面形状合并而成的形状，是沿着所述热电体基板的所述表面与所述旋转椭圆体的交线的形状。
优选的是，在该红外线式气体传感器中具有第1受光元件、第2受光元件、第1光学系统、第2光学系统、驱动电路和信号处理部。所述红外线检测元件在一个所述热电体基板上形成有两组由受光用的所述第1热电元件和温度补偿用的所述第2热电元件构成的组，一组构成第1检测单元，另一组构成第2检测单元，所述第1检测单元的所述第1热电元件构成所述第1受光元件，所述第2检测单元的所述第1热电元件构成所述第2受光元件。所述驱动电路构成为驱动所述红外线辐射元件。所述第1光学系统配置在所述红外线辐射元件和所述第1受光元件之间。所述第2光学系统配置在所述红外线辐射元件和所述第2受光元件之间。所述信号处理部构成为根据所述第1受光元件的第1输出信号与所述第2受光元件的第2输出信号之比，求出检测对象的气体的浓度。所述第1光学系统的第1透射波长区域被设定为包含基于所述检测对象的气体的红外线的吸收波长。所述第2光学系统的第2透射波长区域被设定为包含参照波长。所述第1透射波长区域和所述第2透射波长区域彼此不同，而且所述第2透射波长区域比所述第1透射波长区域更靠短波长侧。对所述第1光学系统和所述第2光学系统，在比所述第1透射波长区域和所述第2透射波长区域双方都更靠长波长侧，设定有所述第1光学系统和所述第2光学系统共用的补偿用的规定波长区域。所述第1光学系统的所述规定波长区域的第1平均透射率小于所述第2光学系统的所述规定波长区域的第2平均透射率。以补偿由于所述红外线辐射元件的辐射功率的变化而引起的如下比的变化的方式，分别设定所述第1平均透射率和所述第2平均透射率，所述比是指基于所述第1透射波长区域的红外线的所述第1受光元件的第1输出信号成分、与基于所述第2透射波长区域的红外线的所述第2受光元件的第2输出信号成分之比。
优选的是，在该红外线式气体传感器中具有第1受光元件、第2受光元件、第1光学系统、第2光学系统、驱动电路和信号处理部。所述红外线检测元件在一个所述热电体基板上形成有两组由受光用的所述第1热电元件和温度补偿用的所述第2热电元件构成的组，一组构成第1检测单元，另一组构成第2检测单元，所述第1检测单元的所述第1热电元件构成所述第1受光元件，所述第2检测单元的所述第1热电元件构成所述第2受光元件。所述驱动电路构成为驱动所述红外线辐射元件。所述第1光学系统配置在所述红外线辐射元件和所述第1受光元件之间。所述第2光学系统配置在所述红外线辐射元件和所述第2受光元件之间。所述信号处理部构成为根据所述第1受光元件的第1输出信号与所述第2受光元件的第2输出信号之比，求出检测对象的气体的浓度。所述第1光学系统的第1透射波长区域被设定为包含基于所述检测对象的气体的红外线的吸收波长。所述第2光学系统的第2透射波长区域被设定为包含参照波长。所述第1透射波长区域和所述第2透射波长区域彼此不同，而且所述第2透射波长区域比所述第1透射波长区域更靠长波长侧。在该红外线式气体传感器中，对所述第1光学系统和所述第2光学系统，在比所述第1透射波长区域和所述第2透射波长区域双方都更靠长波长侧，设定有所述第1光学系统和所述第2光学系统共用的补偿用的规定波长区域。在该红外线式气体传感器中，所述第1光学系统的所述规定波长区域的第1平均透射率大于所述第2光学系统的所述规定波长区域的第2平均透射率。在该红外线式气体传感器中，以补偿由于所述红外线辐射元件的辐射功率的变化而引起的如下比的变化的方式，分别设定所述第1平均透射率和所述第2平均透射率，所述比是指基于所述第1透射波长区域的红外线的所述第1受光元件的第1输出信号成分、与基于所述第2透射波长区域的红外线的所述第2受光元件的第2输出信号成分之比。
优选的是，在该红外线式气体传感器中，所述驱动电路构成为以一定的电压或者一定的电流对所述红外线辐射元件进行脉冲驱动，以满足下述的式(1)的条件的方式，设定所述第1光学系统的所述第1平均透射率和所述第2光学系统的所述第2平均透射率，
[数式1]
式(1)
在式(1)中，Qg1表示在所述红外线辐射元件的初始状态下，在所述第1光学系统的所述第1透射波长区域通过并入射到所述第1受光元件的红外线能量。在式(1)中，Qr1表示在所述红外线辐射元件的初始状态下，在所述第2光学系统的所述第2透射波长区域通过并入射到所述第2受光元件的红外线能量。在式(1)中，Qg2表示在所述红外线辐射元件随时间而变化后的所述第1光学系统的所述第1透射波长区域通过并入射到所述第1受光元件的红外线能量。在式(1)中，Qr2表示在所述红外线辐射元件随时间而变化后的所述第2光学系统的所述第2透射波长区域通过并入射到所述第2受光元件的红外线能量。
优选的是，在该红外线式气体传感器中，设所述红外线辐射元件的绝对温度为T[K]，设所述吸收波长为λg[μm]，设所述参照波长为λr[μm]，设所述第1受光元件的受光功率中针对在所述第1光学系统的所述规定波长区域通过了的红外线的受光功率为Qgr，设所述第2受光元件的受光功率中针对在所述第2光学系统的所述第2透射波长区域通过了的红外线的受光功率为Qrs、针对在所述第2光学系统的所述规定波长区域通过了的红外线的受光功率为Qrr，在设R1＝Qrr/Qrs时，以满足下述的第1条件及第2条件的方式设定所述第1平均透射率和所述第2平均透射率。
第1条件：
[数式2]
Qrs＞Qrr＞0
第2条件：
[数式3]
时
Qrr＞Qgr
时
此时，
其中，x为系数。
优选的是，在该红外线式气体传感器中，设所述红外线辐射元件的绝对温度为T[K]，设所述吸收波长为λg[μm]，设所述参照波长为λr[μm]，设所述第1受光元件的受光功率中针对在所述第1光学系统的所述规定波长区域通过了的红外线的受光功率为Qgr，设所述第2受光元件的受光功率中针对在所述第2光学系统的所述第2透射波长区域通过了的红外线的受光功率为Qrs、针对在所述第2光学系统的所述规定波长区域通过了的红外线的受光功率为Qrr，在设R2＝Qgr/Qrs时，以满足下述的第1条件及第2条件的方式设定所述第1平均透射率和所述第2平均透射率。
第1条件：
[数式4]
Qrs＞Qgr＞0
第2条件：
[数式5]
时
Qgr＞Qrr
时
此时，
其中，x为系数。
优选的是，在该红外线式气体传感器中，所述红外线辐射元件具有：半导体基板；薄膜部，形成于所述半导体基板的表面侧；开口部，形成于所述半导体基板，使所述薄膜部中的所述半导体基板侧的第1面的一部分露出；以及红外线辐射层，形成于所述薄膜部的第2面，利用通过通电而产生的热辐射来辐射红外线。
优选的是，在该红外线式气体传感器中具有所述红外线检测器，所述红外线检测器具有对所述红外线检测元件的输出信号进行信号处理的IC元件，所述红外线式气体传感器还具有：试料室，配置在所述红外线辐射元件和所述红外线检测器之间，能够供检测对象的气体进出；驱动电路，断续地对所述红外线辐射元件通电；控制部，控制所述驱动电路；以及信号处理电路，对所述IC元件的输出信号进行信号处理，求出检测对象的气体的浓度。
优选的是，在该红外线式气体传感器中，所述红外线辐射元件具有：半导体基板；薄膜部，形成于所述半导体基板的表面侧；开口部，形成于所述半导体基板，使所述薄膜部中的所述半导体基板侧的第1面的一部分露出；以及红外线辐射层，形成于所述薄膜部的第2面，利用通过通电而产生的热辐射来辐射红外线，在从对所述红外线辐射层的通电被截止开始到下一次开始通电为止的非通电期间中，也辐射红外线，所述IC元件具有电流电压变换电路，对所述红外线检测元件的输出信号即电流信号进行电流-电压变换。所述电流电压变换电路使在所述非通电期间中所述红外线辐射元件辐射的红外线量的时间变化相对于频率成分的增益、大于相对于比该频率成分高的频域的增益。
优选的是，在该红外线式气体传感器中具有光学系统、驱动电路、控制部和信号处理部。所述光学系统配置在所述红外线辐射元件和所述红外线检测元件之间。所述光学系统在包含基于检测对象的气体的红外线的吸收波长的第1透射波长区域、和被设定在比所述第1透射波长区域更靠长波长侧的第2透射波长区域，分别设定红外线的透射率，并使所述第2透射波长区域的平均透射率小于所述第1透射波长区域的透射率。所述驱动电路构成为对所述红外线辐射元件进行脉冲驱动。所述控制部按照时间序列控制所述驱动电路，使得所述驱动电路分别在第1驱动条件和第2驱动条件下对所述红外线辐射元件进行脉冲驱动，所述第1驱动条件和所述第2驱动条件是使所述红外线辐射元件的辐射能量分布的峰值波长彼此不同的驱动条件。所述信号处理部构成为利用在所述第1驱动条件时的所述红外线检测元件的第1输出信号与在所述第2驱动条件时的所述红外线检测元件的第2输出信号之比，估计检测对象的气体的浓度。
优选的是，在该红外线式气体传感器中，所述第1驱动条件是指峰值波长比所述第2驱动条件短的驱动条件，所述信号处理部具有浓度估计部，根据下述的式(2)的浓度换算式估计检测对象的气体的浓度。
[数式6]
Con1＝A1×R12+B1×R1+C1 式(2)
在式(2)中，Con1表示检测对象的气体的浓度。在式(2)中，R1表示针对将所述第1输出信号用所述第2输出信号去除而得到的值R、以设检测对象的气体的浓度为0ppm时的值为1的方式进行正规化后的值。在式(2)中，A1、B1及C1分别为系数。
优选的是，在该红外线式气体传感器中，所述第1驱动条件是指峰值波长比所述第2驱动条件时短的驱动条件，所述信号处理部具有浓度估计部，根据下述的式(3)的浓度换算式估计检测对象的气体的浓度。
[数式7]
Con2＝A2×X2+B2×X+C2 式(3)
在式(3)中，Con2表示检测对象的气体的浓度。在式(3)中，X表示将所述第1输出信号用基准值去除而得到的值。在式(3)中，A2、B2及C2分别为系数。所述基准值是根据将所述第1输出信号用所述第2输出信号去除而得到的值和Con1所估计出的、在如下假定情况下的所述红外线检测元件的输出信号的估计值，所述假定情况是假设所述检测对象的气体的浓度为0ppm而且在所述第1驱动条件下对所述红外线辐射元件进行了脉冲驱动。
优选的是，在该红外线式气体传感器中具有：红外光源，将所述红外线辐射元件收纳在第1外壳中；和红外线检测器，将所述红外线检测元件收纳在第2外壳中。所述红外线检测器具有光学滤波器，该光学滤波器配置在所述红外线检测元件的所述红外光源侧，调整所述第1透射波长区域及所述第2透射波长区域各自的红外线的透射率。所述第1外壳具有使从所述红外线辐射元件辐射的红外线透射的第1窗部件。所述第2外壳具有使从所述红外线辐射元件辐射的红外线透射的第2窗部件。所述光学系统包括所述第1窗部件、所述第2窗部件、和所述光学滤波器。
优选的是，在该红外线式气体传感器中具有试料室，该试料室配置在所述红外光源和所述红外线检测器之间，能够供检测对象的气体进出。所述试料室呈筒状的形状。所述试料室的内表面构成将从所述红外线辐射元件辐射的红外线反射的反射面。所述光学系统还包括所述反射面。
发明效果
在本发明的红外线检测元件中，所述热电体基板在包围所述第1热电元件的周边部形成有沿着所述第1热电元件的外周的形状的切缝，该切缝避开了所述第1表面配线和所述第1背面配线，包围所述第2热电元件的周边部沿着第2部分的全周而连续，因而在所述第1热电元件和所述第2热电元件中红外线入射时的热量时间常数产生差异。因此，在红外线检测元件中，通过将第1热电元件和第2热电元件反向并联连接或者反向串联连接，并将第1热电元件用作受光用的热电元件、将第2热电元件用作温度补偿用的热电元件，能够减轻基于红外线的串扰的影响，能够实现高灵敏度化。
在本发明的红外线检测器中，由于具有所述红外线检测元件，因而能够实现高灵敏度化。
在本发明的红外线式气体传感器中，由于具有所述红外线检测元件，因而能够实现高灵敏度化。
附图说明
图1A是表示实施方式1的红外线检测元件的概略俯视图。图1B是图1A的X-X概略剖视图。图1C表示实施方式1的红外线检测元件的概略仰视图。
图2是实施方式1的红外线检测元件的使用方式的等效电路图。
图3是实施方式1的红外线检测元件的特性的示意说明图。
图4A是表示实施方式1的红外线检测元件的第1变形例的概略俯视图。图4B是图4A的X-X概略剖视图。图4C是表示实施方式1的红外线检测元件的第1变形例的概略仰视图。
图5是实施方式1的红外线检测元件的第1变形例的等效电路图。
图6A是表示实施方式1的红外线检测元件的第2变形例的概略俯视图。图6B是图6A的X-X概略剖视图。图6C是表示实施方式1的红外线检测元件的第2变形例的概略仰视图。
图7涉及实施方式1的红外线检测元件的第2变形例，是说明通过设置红外线吸收层而产生的灵敏度的变化的情况的示意图。
图8涉及实施方式1的红外线检测元件的第2变形例，是红外线吸收层的正规化厚度与正规化灵敏度的关系的说明图。
图9涉及实施方式1的红外线检测元件的第2变形例，是红外线吸收层的厚度与红外线吸收层的红外线吸收率的关系的说明图。
图10涉及实施方式1的红外线检测元件的第2变形例，是红外线吸收层的厚度与正规化灵敏度的关系的说明图。
图11是电极的表面电阻与反射率及吸收率的关系说明图。
图12A是表示实施方式1的红外线检测元件的第3变形例的概略俯视图。图12B是图12A的X-X概略剖视图。图12C是表示实施方式1的红外线检测元件的第3变形例的概略仰视图。
图13A是表示实施方式1的红外线检测元件的第4变形例的概略俯视图。图13B是图13A的X-X概略剖视图。图13C是表示实施方式1的红外线检测元件的第4变形例的概略仰视图。
图14是实施方式1的红外线检测元件的第4变形例的等效电路图。
图15A是表示实施方式1的红外线检测元件的第5变形例的概略俯视图。图15B是图15A的X-X概略剖视图。图15C是表示实施方式1的红外线检测元件的第5变形例的概略仰视图。
图16是表示实施方式2的红外线检测器的概略分解立体图。
图17是表示实施方式2的红外线检测器的概略立体图。
图18是表示实施方式2的红外线检测器的主要部分的概略立体图。
图19A是表示实施方式2的红外线检测器的概略剖视图。图19B是表示实施方式2的红外线检测器的另一概略剖视图。
图20是实施方式2的红外线检测器的动作说明图。
图21是实施方式2的红外线检测器的光学滤波器的概略剖视图。
图22A是实施方式2的红外线检测器的第1滤波器部的滤波器特性的说明图。图22B是实施方式2的红外线检测器的第2滤波器部的滤波器特性的说明图。图22C是实施方式2的红外线检测器的第1光学滤波器的滤波器特性的说明图。图22D是实施方式2的红外线检测器的第3滤波器部的滤波器特性的说明图。图22E是实施方式2的红外线检测器的第4滤波器部的滤波器特性的说明图。图22F是实施方式2的红外线检测器的第2光学滤波器的滤波器特性的说明图。
图23是实施方式2的红外线检测器的主要部分电路结构图。
图24是表示实施方式2的红外线检测器的第1变形例的主要部分的概略立体图。
图25是表示实施方式2的红外线检测器的第2变形例的概略剖视图。
图26是表示实施方式2的红外线检测器的第3变形例的概略分解立体图。
图27A是表示实施方式2的红外线检测器的第3变形例的概略剖视图。图27B是表示实施方式2的红外线检测器的第3变形例的另一概略剖视图。
图28是实施方式2的红外线检测器的第3变形例的主要部分的概略立体图。
图29A是实施方式2的红外线检测器的第3变形例的主要部分的概略俯视图。图29B是图29A的D-D概略剖视图。图29C是图29A的E-E概略剖视图。
图30是从背面侧观察实施方式2的红外线检测器的第3变形例的主要部分的概略立体图。
图31是实施方式2的红外线检测器的第4变形例的主要部分的概略立体图。
图32A是实施方式2的红外线检测器的第5变形例的红外线检测元件的概略俯视图。图32B是图32A的X-X概略剖视图。图32C是实施方式2的红外线检测器的第5变形例的红外线检测元件的概略仰视图。
图33是实施方式2的红外线检测器的第6变形例的主要部分的概略立体图。
图34是表示实施方式2的红外线检测器的第7变形例的概略纵剖视图。
图35是表示实施方式2的红外线检测器的第7变形例的概略纵立体图。
图36是在实施方式2的红外线检测器的第7变形例中，去除盖、窗部件、光学滤波器及遮光部件后的状态的立体图。
图37是在实施方式2的红外线检测器的第7变形例中，去除盖、窗部件及光学滤波器后的状态的立体图。
图38是在实施方式2的红外线检测器的第7变形例中，去除盖及窗部件后的状态的立体图。
图39A是实施方式2的红外线检测器的第7变形例的红外线检测元件的概略俯视图。图39B是图39A的X-X概略剖视图。图39C是实施方式2的红外线检测器的第7变形例的红外线检测元件的概略仰视图。
图40是实施方式2的红外线检测器的第7变形例的第1光学滤波器的概略剖视图。
图41是实施方式2的红外线检测器的第7变形例的第2光学滤波器的概略剖视图。
图42是实施方式2的红外线检测器的第7变形例的概略电路图。
图43A是实施方式2的红外线检测器的第8变形例的红外线检测元件的概略俯视图。图43B是图43A的X-X概略剖视图。图43C是实施方式2的红外线检测器的第8变形例的红外线检测元件的概略仰视图。
图44是表示实施方式2的红外线检测器的第9变形例的概略纵剖视图。
图45是表示实施方式2的红外线检测器的第10变形例的概略纵剖视图。
图46是实施方式2的红外线检测器的第10变形例的概略横剖视图。
图47是表示实施方式2的红外线检测器的第11变形例的概略纵剖视图。
图48是实施方式3的红外线式气体传感器的概略结构图。
图49是实施方式3的红外线式气体传感器的主要部分概略结构图。
图50是实施方式3的红外线式气体传感器的主要部分概略分解立体图。
图51是实施方式3的红外线式气体传感器的主要部分概略立体图。
图52是将实施方式3的红外线式气体传感器的一部分阻断后的主要部分概略立体图。
图53是实施方式3的红外线式气体传感器的示意说明图。
图54A是实施方式3的红外线式气体传感器的红外线辐射元件的概略俯视图。图54B是图54A的X-X概略剖视图。
图55是实施方式3的红外线式气体传感器的红外线辐射元件的动作说明图。
图56是实施方式3的红外线式气体传感器的IC元件的特性的示意说明图。
图57是表示实施方式3的红外线式气体传感器的第1变形例的概略结构图。
图58是实施方式3的红外线式气体传感器的第1变形例的主要部分的概略剖视图。
图59是表示实施方式3的红外线式气体传感器的第2变形例的概略结构图。
图60是实施方式3的红外线式气体传感器的第2变形例的特性的示意说明图。
图61是实施方式3的红外线式气体传感器的第3变形例的特性的示意说明图。
图62是表示实施方式3的红外线式气体传感器的第4变形例的概略结构图。
图63是实施方式3的红外线式气体传感器的第4变形例的特性的示意说明图。
图64是实施方式3的红外线式气体传感器的第4变形例的动作说明图。
图65是表示实施方式3的红外线式气体传感器的第4变形例的主要部分概略分解立体图。
图66是表示实施方式3的红外线式气体传感器的第4变形例的主要部分概略立体图。
图67是将实施方式3的红外线式气体传感器的第4变形例的一部分阻断后的主要部分概略立体图。
图68是实施方式3的红外线式气体传感器的第4变形例的光学滤波器的概略剖视图。
图69是实施方式3的红外线式气体传感器的第4变形例的动作说明图。
图70是实施方式3的红外线式气体传感器的第5变形例的动作说明图。
图71A是表示实施方式3的红外线式气体传感器的红外线辐射元件的变形例的概略俯视图。图71B是图71A的X-X概略剖视图。
图72是以往示例的热电型红外线检测器的纵剖视图。
具体实施方式
(实施方式1)
下面，根据图1A、图1B及图1C说明本实施方式的红外线检测元件20a。
红外线检测元件20a是在一个热电体基板21上排列第1热电元件22和第2热电元件23而形成的。第1热电元件22具有：第1表面电极22a，形成于热电体基板21的表面21a；第1背面电极22b，形成于热电体基板21的背面21b，并与第1表面电极22a对置；和第1部分22c，在热电体基板21中被夹在第1表面电极22a和第1背面电极22b之间。第2热电元件23具有：第2表面电极23a，形成于热电体基板21的表面21a；第2背面电极23b，形成于热电体基板21的背面21b，并与第2表面电极23a对置；和第2部分23c，在热电体基板21中被夹在第2表面电极23a和第2背面电极23b之间。在热电体基板21的表面21a形成有分别与第1表面电极22a、第2表面电极23a电连接的第1表面配线24a、第2表面配线25a。在热电体基板21的背面21b形成有分别与第1背面电极22b、第2背面电极23b电连接的第1背面配线24b、第2背面配线25b。热电体基板21在包围第1热电元件22的周边部形成有沿着第1热电元件22的外周的形状的切缝26，该切缝26避开了第1表面配线24a和第1背面配线24b，包围第2热电元件23的周边部遍及第2部分23c的全周而连续。由此，红外线检测元件20a通过将第1热电元件22和第2热电元件23反向并联连接或者反向串联连接，并将第1热电元件22用作受光用的热电元件、将第2热电元件23用作温度补偿用的热电元件，能够减轻基于红外线的串扰(crosstalk)的影响，能够实现高灵敏度化。
下面，详细说明红外线检测元件20a的各构成要素。
热电体基板21是具有热电性的基板。热电体基板21由单晶体的LiTaO3基板构成。热电体基板21的材料即热电材料采用LiTaO3，但不限于此，例如也可以采用LiNbO3、PbTiO3、PZT(：Pb(Zr，Ti)O3)、PZT-PMN(：Pb(Zr，Ti)O3-Pb(Mn，Nb)O3)等。
热电体基板21的自发极化的方向是沿着该热电体基板21的厚度方向的一个方向。在图1B中观察，热电体基板21的自发极化的方向是向上的方向。
热电体基板21在俯视观察时形状呈矩形(直角四边形)状。热电体基板21的俯视观察时的形状不特别限定于此。
将热电体基板21的厚度设定为50μm，但不限于该值。例如，从提高红外线检测元件20a的灵敏度的角度考虑，优选热电体基板21的厚度比较薄。因此，优选将热电体基板21的厚度设定在约30μm～150μm的范围内。红外线检测元件20a在热电体基板21的厚度比30μm薄时，存在热电体基板21因脆弱性而破损之顾虑，在比150μm厚时，存在红外线检测元件20a的灵敏度下降的问题。
第1表面电极22a、第1背面电极22b、第2表面电极23a、第2背面电极23b由能够吸收检测对象的红外线、而且具有导电性的导电膜构成。导电膜由Ni膜构成。导电膜不限于Ni膜，例如也可以是NiCr膜和黑化金箔膜等。导电膜在膜厚越厚时，电气电阻越小，而在膜厚越薄时，越能够提高红外线的吸收量。因此，第1热电元件22可以使第1表面电极22a的厚度比第1背面电极22b的厚度薄。同样，第2热电元件23可以使第2表面电极23a的厚度比第2背面电极23b的厚度薄。并且，第1热电元件22也可以使第1表面电极22a的厚度和第1背面电极22b的厚度相同。同样，第2热电元件23也可以使第2表面电极23a的厚度和第2背面电极23b的厚度相同。
红外线检测元件20a将第1表面电极22a的厚度和第2表面电极23a的厚度设定为相同厚度。并且，红外线检测元件20a将第1背面电极22b的厚度和第2背面电极23b的厚度设定为相同厚度。
将第1表面电极22a及第2表面电极23a的厚度设定为30nm，但不限于该值。第1表面电极22a及第2表面电极23a的厚度例如优选100nm以下，更优选40nm以下。第1表面电极22a及第2表面电极23a例如能够利用蒸镀法或溅射法等形成。
将第1背面电极22b及第2背面电极23b的厚度设定为100nm，但不限于该值。第1背面电极22b及第2背面电极23b的厚度优选40nm以上，更优选100nm以上。第1背面电极22b及第2背面电极23b例如能够利用蒸镀法或溅射法等形成。
红外线检测元件20a在将第1表面电极22a及第2表面电极23a的厚度、和第1背面电极22b及第2背面电极23b的厚度设为相同厚度的情况下，可以将这些电极的厚度设定在例如约40nm～100nm的范围内。
第1表面电极22a及第2表面电极23a的红外线吸收率根据表面电阻的值而变化。第1表面电极22a及第2表面电极23a的红外线吸收率例如优选设定在20％～50％的范围内。第1表面电极22a及第2表面电极23a的红外线吸收率的理论上的最大值是50％。第1表面电极22a及第2表面电极23a的红外线吸收率达到50％时的第1表面电极22a及第2表面电极23a的表面电阻是189Ω/□(189Ω/sq.)。即，红外线检测元件20a如果将第1表面电极22a及第2表面电极23a的表面电阻设为189Ω/□，则能够使第1表面电极22a及第2表面电极23a的红外线吸收率最大。优选的是，红外线检测元件20a在第1表面电极22a及第2表面电极23a中确保例如40％以上的红外线吸收率。因此，优选的是，红外线检测元件20a将第1表面电极22a及第2表面电极23a的表面电阻设定在73～493Ω/□的范围内。
第1热电元件22和第2热电元件23的俯视观察时的形状呈长方形。优选的是，红外线检测元件20a将第1热电元件22的平面尺寸和第2热电元件23的平面尺寸设定为相同尺寸。总之，优选的是，红外线检测元件20a将第1热电元件22和第2热电元件23设为相同的结构。第1热电元件22和第2热电元件23的俯视观察时的形状不限于长方形状，例如也可以是正方形状、圆形状、半圆形状、椭圆形状、半椭圆形状、矩形以外的多边形状等。另外，优选的是，红外线检测元件20a在第1热电元件22的俯视观察形状和第2热电元件23的俯视观察形状不同的情况下，使俯视观察时的面积相同。
优选的是，第1热电元件22以如下的方式进行配置：使第1表面电极22a和第1背面电极22b呈相同的形状，并且第1背面电极22b与第1表面电极22a的垂直投影区域一致。第1表面电极22a的垂直投影区域是指向第1表面电极22a的厚度方向上的投影区域。因此，第1热电元件22的俯视观察形状是根据第1表面电极22a的俯视观察形状决定的。总之，第1热电元件22的俯视观察形状与第1表面电极22a的俯视观察形状相同。第1热电元件22的尺寸在第1表面电极22a和第1背面电极22b之间也可以是不同的。
优选的是，第2热电元件23以如下的方式进行配置：使第2表面电极23a和第2背面电极23b呈相同的形状，并且第2背面电极23b与第2表面电极23a的垂直投影区域一致。第2表面电极23a的垂直投影区域是指向第2表面电极23a的厚度方向上的投影区域。因此，第2热电元件23的俯视观察形状是根据第2表面电极23a的俯视观察形状决定的。总之，第2热电元件23的俯视观察形状与第2表面电极23a的俯视观察形状相同。第2热电元件23的尺寸在第2表面电极23a和第2背面电极23b之间也可以是不同的。
红外线检测元件20a在热电体基板21的表面21a形成有第1表面配线24a和第2表面配线25a，在热电体基板21的背面21b形成有第1背面配线24b和第2背面配线25b。
优选的是，第1表面配线24a和第2表面配线25a的材料、厚度分别与第1表面电极22a及第2表面电极23a相同。由此，在形成红外线检测元件20a时，能够将第1表面配线24a和第2表面配线25a与第1表面电极22a及第2表面电极23a同时形成。并且，红外线检测元件20a能够将第1表面配线24a和第1表面电极22a形成为连续膜，而且能够将第2表面配线25a和第2表面电极23a形成为连续膜。
优选的是，第1背面配线24b和第2背面配线25b的材料、厚度分别与第1背面电极22b及第2背面电极23b相同。由此，在形成红外线检测元件20a时，能够将第1背面配线24b和第2背面配线25b与第1背面电极22b及第2背面电极23b同时形成。并且，红外线检测元件20a能够将第1背面配线24b和第1背面电极22b形成为连续膜，而且能够将第2背面配线25b和第2背面电极23b形成为连续膜。
红外线检测元件20a由在第1表面配线24a中的第1表面电极22a侧的相反侧的端部构成输出用的端子部24aa。并且，红外线检测元件20a由在第1背面配线24b中的第1背面电极22b侧的相反侧的端部构成输出用的端子部24bb。另外，红外线检测元件20a由在第2表面配线25a中的第2表面电极23a侧的相反侧的端部构成输出用的端子部25aa。并且，红外线检测元件20a由在第2背面配线25b中的第2背面电极23b侧的相反侧的端部构成输出用的端子部25bb。
第1热电元件22及第2热电元件23分别能够接受红外线并产生进行光电变换后的输出信号。
红外线检测元件20a以如下的方式进行配置：使与第1热电元件22的第1表面电极22a电连接的端子部24aa、和与第2热电元件23的第2背面电极23b电连接的端子部25bb在热电体基板21的厚度方向上重叠。并且，红外线检测元件20a以如下的方式进行配置：使与第1热电元件22的第1背面电极22b电连接的端子部24bb、和与第2热电元件23的第2表面电极23a电连接的端子部25aa在热电体基板21的厚度方向上重叠。在本说明书中，将第1热电元件22和第2热电元件23的排列方向称为第1方向，将热电体基板21的厚度方向称为第2方向，将与第1方向及第2方向正交的方向称为第3方向。红外线检测元件20a在第3方向的一端部形成有端子部24aa、25bb，在第3方向的另一端部形成有端子部24bb、25aa。
红外线检测元件20a通过将端子部24aa和端子部25bb电连接、而且将端子部24bb和端子部25aa电连接，能够实现将第1热电元件22和第2热电元件23反向并联连接的结构。图2是在红外线检测元件20a中将第1热电元件22和第2热电元件23反向并联连接时的等效电路图。在图2中，用箭头示出了上述的热电体基板21的自发极化的方向。
在图2的等效电路图中，红外线检测元件20a具有一对的输出端子28c、28d。在这种情况下，红外线检测元件20a由将端子部24bb和端子部25aa电连接的第1连接部(未图示)构成一个输出端子28c，由将端子部24aa和端子部25bb电连接的第2连接部(未图示)构成另一个输出端子28d。在本说明书中，将输出端子28c也称为第1输出端子28c。并且，在本说明书中，将输出端子28d也称为第2输出端子28d。
第1连接部及第2连接部例如能够利用导电膏形成。导电膏例如能够采用银膏、金膏、铜膏等。
切缝26是指贯穿热电体基板21的厚度方向而形成的孔。切缝26形成于在第1热电元件22的周边部中避开了第1表面配线24a和第1背面配线24b的位置。切缝26形成为沿着第1热电元件22的外周的形状。在图1A和图1B的示例中，在紧挨着第1热电元件22外周的旁侧形成有多个(两个)切缝26。具体而言，在紧挨着第1方向上的第1热电元件22两端的旁侧形成有两个切缝26。红外线检测元件20a仅在包围第1热电元件22的周边部形成切缝26，在第2热电元件23的周边部没有形成切缝26。因此，红外线检测元件20a在包围第1热电元件22的周边部形成有沿着第1热电元件22的外周的形状的切缝26，而另一方面，包围第2热电元件23的周边部是沿着第2部分23c的全周而连续的。
假定红外线检测元件20a将第1热电元件22用作红外线的受光用的热电元件，将第2热电元件23用作温度补偿用的热电元件。受光用的热电元件是指用于检测红外线检测元件20a的检测对象的红外线的热电元件，是红外线检测元件20a的检测对象的红外线进行入射的热电元件。温度补偿用的热电元件是指用于减小输出信号因红外线检测元件20a周围温度的变化而变动的热电元件，理想地讲是指红外线检测元件20a的检测对象的红外线不入射的热电元件。换言之，温度补偿用的热电元件是指用于从第1热电元件22的输出信号中去除起因于周围温度的成分的热电元件。因此，红外线检测元件20a是以检测对象的红外线入射到第1热电元件22、但不入射到第2热电元件23的方式进行使用。例如，在将红外线检测元件20a收纳在外壳中使用的情况下，作为用于使检测对象的红外线不入射到第2热电元件23的手段，例如可以考虑将外壳的一部分作为遮挡红外线的遮光部。在这种情况下，通过以使第2热电元件23位于外壳中使检测对象的红外线透射的窗部件的垂直投影区域之外的方式规定窗部件的配置，能够将外壳中保持窗部件的遮光性的部件的一部分兼做遮光部。遮光部不限于此，例如也可以考虑利用红外线截止滤波器或金属制的遮光板等构成。
但是，红外线检测元件20a是在红外线入射的入射面侧具有空间的状态下使用的，因而由于红外线的串扰，从第2热电元件23输出信号。在红外线检测元件20a中红外线入射的入射面是指第1表面电极22a的表面以及第2表面电极23a的表面。红外线的串扰是指在用于使红外线向第1热电元件22入射的窗部件和滤波器等透射的红外线、从倾斜方向向第2热电元件23的第2表面电极23a的表面入射的情况。换言之，红外线的串扰是指在第1热电元件22的检测对象的红外线从倾斜方向向旨在阻止红外线的入射的第2热电元件23的第2表面电极23a的表面入射的情况。
红外线检测元件20a随着环境温度的变化而形成的第1热电元件22和第2热电元件23的温度变化，与因检测对象的红外线入射而形成的第1热电元件22的温度变化和因红外线的串扰而形成的第2热电元件23的温度变化相比，非常平缓。环境温度是指红外线检测元件20a的周围的温度，在将红外线检测元件20a收纳在外壳中使用时是指外壳的周围的温度。外壳的周围的温度是外部气体的温度。
红外线检测元件20a为，相对于检测对象的红外线向第1热电元件22的入射，基本上只有第1热电元件22被加热，因而热容量较小，热时间常数较小。并且，红外线检测元件20a由于环境温度的上升，红外线检测元件20a整体被加热，因而热容量较大，热时间常数较大。尤其是红外线检测元件20a被收纳在外壳中使用的情况下，由于环境温度的上升，外壳和红外线检测元件20a被加热，因而热容量进一步增大，热时间常数增大。
关于热容量，在将相对于环境温度的变化的第1热电元件22的热容量设为H1、将相对于检测对象的红外线的入射的第1热电元件22的热容量设为H2时，H1>H2。
另外，关于导热率(Thermal conductivity)，在将相对于环境温度的变化的第1热电元件22的导热率设为G1、将相对于检测对象的红外线的入射的第1热电元件22的导热率设为G2时，G2>G1。
另外，关于热时间常数，由于热时间常数＝[热容量]/[导热率]，因而在将相对于环境温度的变化的第1热电元件22的热时间常数设为τ1、将相对于检测对象的红外线的入射的第1热电元件22的热时间常数设为τ2时，τ1>τ2。
红外线检测元件20a通过仅在第1热电元件22的周边部形成切缝26，能够使产生基于因检测对象的红外线的入射而形成的第1热电元件22和第2热电元件23的热时间常数之差的灵敏度差。因此，红外线检测元件20a通过将第1热电元件22和第2热电元件23反向并联连接，并将第1热电元件22、第2热电元件23分别用作受光用和温度补偿用的热电元件，能够减轻红外线的串扰的影响。由此，红外线检测元件20a能够实现高灵敏度化。
图3是实施方式1的红外线检测元件20a的特性的示意说明图。图3中的横轴表示红外线的频率，纵轴表示灵敏度(电流灵敏度)。在图3中，用实线A11表示第1热电元件22对检测对象的红外线的入射的灵敏度，用实线A12表示第1热电元件22及第2热电元件23对环境温度的变化的灵敏度。另外，在图3中示意地示出了，由于第1热电元件22的导热率的下降，第1热电元件22的灵敏度在低频区域中如虚线A13所示升高，第1热电元件22的灵敏度和第2热电元件23的灵敏度之差在低频区域中增大。根据图3可知，优选的是，红外线检测元件20a在重视低频区域的灵敏度的情况下，通过仅在热电体基板21中的第1热电元件22的周边部设置切缝26，使第1热电元件22的导热率下降。
优选的是，热电体基板21的切缝26至少形成在第1热电元件22的第2热电元件23侧。由此，红外线检测元件20a不仅能够在低频区域中使第1热电元件22的灵敏度比第2热电元件23高，而且能够抑制热量的串扰，能够实现第1热电元件22的灵敏度的进一步提高。热量的串扰是指在第1热电元件22和第2热电元件23之间通过热电体基板21传递热量。
红外线检测元件20a的切缝26只要是沿着第1热电元件22的外周形成即可，对切缝26的数量没有特殊限定。红外线检测元件20a在第1热电元件22的周边部，在沿着第1热电元件22的外周的方向上分开形成多个切缝26，由此能够提高机械强度。优选的是，多个切缝26在沿着第1热电元件22的外周的方向上以相等间隔形成。
也可以是，在红外线检测元件20a中，第1表面电极22a的外周缘离开切缝26的第1表面电极22a侧的开孔缘。由此，红外线检测元件20a能够实现高灵敏度化，并且更可靠地抑制第1表面电极22a和第1背面电极22b的短路。
另外，优选的是，在红外线检测元件20a中，第1背面电极22b的外周缘离开切缝26的第1背面电极22b侧的开孔缘。由此，红外线检测元件20a能够更可靠地抑制第1表面电极22a和第1背面电极22b的短路，能够抑制电气稳定性的下降。
图4A、图4B及图4C表示红外线检测元件20a的第1变形例的红外线检测元件20b。红外线检测元件20b的第1热电元件22和第2热电元件23反向串联连接，这一点与红外线检测元件20a不同。另外，关于红外线检测元件20b，对与红外线检测元件20a相同的构成要素标注相同的标号，并适当省略说明。
在红外线检测元件20b中，第1热电元件22的第1表面电极22a和第2热电元件23的第2表面电极23a通过第1表面配线24a和第2表面配线25a电连接。在图4A的示例中，第1表面电极22a和第2表面电极23a之间的表面配线的右半部分与第1表面配线24a对应，其左半部分与第2表面配线25a对应。由此，红外线检测元件20b的第1热电元件22和第2热电元件23被反向串联连接。图5是第1变形例的红外线检测元件20b的等效电路图。红外线检测元件20b具有一对的输出端子28c、28d。在红外线检测元件20b中，端子部24bb构成一个输出端子28c(第1输出端子28c)，端子部25bb构成另一个输出端子28d(第2输出端子28d)。
红外线检测元件20b通过将第1热电元件22用作受光用的热电元件、将第2热电元件23用作温度补偿用的热电元件，能够减轻红外线的串扰的影响。因此，红外线检测元件20b能够实现高灵敏度化。
图6A、图6B及图6C表示红外线检测元件20a的第2变形例的红外线检测元件20c。红外线检测元件20c的基本结构与红外线检测元件20a大致相同。红外线检测元件20c在第1表面电极22a上形成有吸收红外线的红外线吸收层27，仅这一点与红外线检测元件20a不同。另外，关于红外线检测元件20c，对与红外线检测元件20a相同的构成要素标注相同的标号，并适当省略说明。
红外线检测元件20c通过设置红外线吸收层27，能够提高红外线吸收率，能够实现高灵敏度化。
换个角度来看，红外线检测元件20c的第1表面电极22a的表面被辐射率高于第1表面电极22a的红外线吸收层27覆盖。由此，红外线检测元件20c能够提高第1热电元件22的红外线吸收率，实现第1热电元件22的高灵敏度化。红外线的辐射率和红外线吸收率是相同的值。
优选的是，红外线吸收层27利用例如树脂和导电性微粉末的混合体形成。在这种情况下，红外线吸收层27在树脂中分散了导电性微粉末。导电性微粉末是具有导电性的微粉末。导电性微粉末优选采用从碳类微粉末、金属类微粉末、金属氧化物类微粉末的组中选择的至少一种的导电性微粉末。总之，优选红外线吸收层27由在树脂中分散了从碳类微粉末、金属类微粉末、金属氧化物类微粉末的组中选择的至少一种的导电性微粉末的第1树脂层构成。在此，优选红外线吸收层27形成为在俯视观察时覆盖由切缝26包围的整个区域。红外线检测元件20c通过设置红外线吸收层27，能够提高红外线吸收率，而且红外线吸收层27与第1表面电极22a一起作为收集通过热电体基板21的自发极化而产生的电荷的电极发挥作用。因此，红外线检测元件20c能够增大热电电流的检测区域。因此，与不设置红外线吸收层27的情况相比，红外线检测元件20c能够实现高灵敏度化。
将红外线吸收层27中的导电性微粉末的体积浓度设定为17％，但该数值是一个例子，并没有特殊限定。导电性微粉末的体积浓度例如能够设定在约1～30％的范围内。
利用例如网版印刷法、凹版印刷法等印刷在树脂中分散导电性微粉末并混合了有机溶剂的膏(印刷墨)，然后进行烘干使固化，由此能够形成红外线吸收层27。在形成红外线吸收层27时，例如通过将膏中的导电性微粉末的组分设为8.5％，能够使红外线吸收层27中的导电性微粉末的体积浓度达到约17％。
优选红外线吸收层27在更广的温度范围内化学性及物理性稳定。因此，作为红外线吸收层27的树脂，优选热固性树脂。
关于热固性树脂，例如可以举出酚醛类树脂、环氧树脂、三聚氰酰胺树脂、尿素树脂、非饱和聚酯树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂、热固性聚酰亚胺树脂等。优选的是，红外线检测元件20c采用这些热固性树脂中、对红外线检测元件20c检测对象的红外线的吸收率更高的热固性树脂。因此，红外线检测元件20c能够使红外线吸收层27的厚度变薄，能够进一步提高灵敏度。能够吸收检测对象的红外线的树脂优选对检测对象的红外线的吸收率在30％以上，更优选50％以上。
在将红外线检测元件20c用于气体的检测等用途、并且检测对象的红外线的波长在3～8μm、特别在3～5μm的范围内的情况下，作为红外线吸收层27的树脂，优选含有羟基的树脂。含有羟基的树脂在多分子之间进行氢结合，因而具有从3μm附近一直到长波长侧吸收红外线的特性。作为这种树脂可以举出酚醛类树脂。关于酚醛类树脂，例如可以举出热塑性酚醛类树脂、苯酚芳烷基树脂、环戊二烯、酚醛聚合物、萘酚树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂等。这些树脂可以单独使用，也可以混合使用两种以上。
另外，在将红外线检测元件20c用于人体的检测等用途、检测对象的红外线的波长在8～13μm的范围内的情况下，作为红外线吸收层27的树脂，优选芳香族类的树脂。关于这种树脂，例如可以举出酚醛类树脂、聚氨酯树脂、热固性聚酰亚胺树脂等。
在考虑应用于气体的检测、人体的检测两方面的情况下，作为红外线吸收层27的树脂，优选具有羟基的芳香族类的树脂，例如可以举出酚醛类树脂。
作为碳类微粉末，在固体碳材料中红外线吸收率较高，能够分散到树脂中的微粉末比较适合。关于这种碳类微粉末，例如可以举出被分类为非晶体(微晶体)碳的碳黑、碳纤维、石墨等，被分类为纳米碳的富勒烯(Fullerene)、纳米管、石墨烯(graphene)等。尤其是碳黑，粒径小、化学性稳定，因而是优选的。
关于金属类微粉末，粒径在约0.1μm以下的金属类微粉末具有吸收红外线的性质，并具有在较宽的红外波长区域中吸收率高的特点。并且，该特点与金属的种类无关。因此，作为金属类微粉末的材料，可以举出化学性稳定的Au、Pt、Ag等贵金属，耐热性较高的W、Mo等高熔点金属，容易制成微粉末的Zn、Mg、Cd、Al、Cu、Fe、Cr、Ni、Co、Sn、及其中两种以上的合金等。
金属氧化物类微粉末由于能够有效地吸收远红外线、并且化学性稳定，因而能够适合用于将红外线检测元件20c用于人体的检测等用途的情况等。作为金属氧化物类微粉末的材料，例如可以举出ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟锡)、AZO(掺杂铝的氧化锌)、GZO(掺杂钙的氧化锌)等。
红外线检测元件20c通过附加红外线吸收层27，能够提高第1热电元件22的红外线吸收率，能够提高灵敏度，但另一方面具有这样的倾向，即第1热电元件22的热容量增大，因在第1热电元件22接受到的红外线使得第1热电元件22的温度上升减小，灵敏度下降。图7是通过设置红外线吸收层27而引起的灵敏度的变化方向的示意说明图，横轴表示红外线的频率，纵轴表示灵敏度(电流灵敏度)。图7示意地示出了由于红外线吸收率的增加，灵敏度如箭头A21所示提高，由于热容量的增加，灵敏度如箭头A22所示下降。因此，关于红外线检测元件20c，存在根据红外线吸收层27的厚度，而不能得到设置红外线吸收层27的效果的顾虑。并且，图7示意地示出了由于因热容量的增加而引起的热响应性的恶化，灵敏度的频率特性如箭头A23所示恶化。根据图7可知，红外线检测元件20c在重视较高的频域的灵敏度的情况下，优选将红外线吸收层27的厚度设定为较薄。
第1热电元件22在假定散热性不变时，灵敏度与热容量成反比例。并且，第1热电元件22的灵敏度与红外线吸收率成比例。因此，通过附加红外线吸收层27而引起的灵敏度的变化率，能够用[灵敏度的变化率]＝[红外线吸收率的变化率]/[热容量的变化率]表示。其中，为了提高灵敏度，需要使灵敏度的变化率大于1。并且，在按照每单位面积的热容量进行考虑的情况下，能够根据厚度与体积热容量之积研究灵敏度的变化率。
在此，设第1表面电极22a上的红外线吸收层27的厚度为Ad[μm]、设红外线吸收层27的体积热容量为Aρ[J/K]、设热电体基板21的厚度为Sd[μm]、设热电体基板21的体积热容量为Sρ[J/K]。在这种情况下，通过设置红外线吸收层27，第1热电元件22的每单位面积的热容量从Sd×Sρ变化为Sd×Sρ+Ad×Aρ。因此，在这种情况下，在红外线吸收率从20％上升到40％时，能够用下述的式(4)表示用于提高灵敏度的条件。
1<(0.4/0.2)/{(Sd×Sρ+Ad×Aρ)/(Sd×Sρ)} ……式(4)
将式(4)进行整理，能够用下述的式(5)表示。
0.2/(Sd×Sρ)<0.4/(Sd×Sρ+Ad×Aρ) ……式(5)
进一步整理式(5)，能够用下述的式(6)表示。
Ad<(Sd×Sρ)/Aρ ……式(6)
另外，在通过附加红外线吸收层27而灵敏度没有变化的情况下，不等号成为等号，因而能够用下述的式(7)表示式(6)。
Ad＝(Sd×Sρ)/Aρ ……式(7)
式(6)、式(7)意味着在红外线吸收层27的厚度Ad为(Sd×Sρ)/Aρ时灵敏度没有变化，并且意味着如果比(Sd×Sρ)/Aρ薄，则灵敏度提高。在此，设红外线吸收层27的厚度Ad的正规化厚度为NAd＝(Sd×Sρ)/Aρ，将设正规化厚度NAd＝1时的灵敏度为1的相对灵敏度定义为正规化灵敏度。在这种情况下，红外线吸收层27的正规化厚度NAd与第1热电元件22的正规化灵敏度的关系如图8所示。根据图8可知，红外线检测元件20c通过使红外线吸收层27的正规化厚度NAd小于1，能够使正规化灵敏度大于1。
优选的是，在设红外线吸收层27对检测对象的红外线的波长的折射率为An、设第1表面电极22a上的红外线吸收层27的厚度为Ad[μm]、设检测对象的红外线的波长为λt[μm]时，红外线检测元件20c满足下述的式(8)的关系。
(An×Ad)>(λt/4) ……式(8)
红外线检测元件20c通过满足式(8)，能够提高红外线吸收层27的红外线吸收率。
在这种情况下，红外线吸收层27的厚度与红外线吸收层27的红外线吸收率的关系如图9所示的模拟结果所示。
在该模拟中，假定模拟条件如下，即红外线吸收层27的红外线吸收率根据朗伯-比尔定律是依赖于红外线吸收层27的厚度，红外线吸收层27的红外线吸收率为90％，红外线吸收层27的树脂为酚醛类树脂，红外线吸收层27的折射率An为酚醛类树脂的1.6，检测对象的红外线的波长λt为4μm。另外，红外线吸收层27在树脂中分散了导电性微粉末，但由于导电性微粉末的体积浓度小，因而红外线吸收层27的折射率能够大致以树脂的折射率进行定义。另一方面，在金属黑等单元的红外线吸收层中，每单位体积的空气的比率较高，因而该折射率成为接近空气的折射率即1的值。
另外，红外线吸收层27的厚度与正规化灵敏度的关系如图10示出的模拟结果所示。在该模拟中，假设模拟条件与图9的情况相同，并且设热电体基板21的材料为LiTaO3，设热电体基板21的厚度为50μm。
在图10的例子中可知，通过设置红外线吸收层27，能够使正规化灵敏度大于1，即能够提高灵敏度。并且，在图10的例子中可知，通过使红外线吸收层27的厚度比75μm薄，能够使正规化灵敏度大于1，即能够提高灵敏度。
优选的是，以使红外线检测元件20c中的第1表面电极22a和第2表面电极23a作为反射红外线的红外线反射层发挥作用的方式，设定各个表面电极的表面电阻。由此，红外线检测元件20c能够在第1表面电极22a更加有效地反射未被红外线吸收层27吸收而入射到第1表面电极22a的表面的红外线，能够实现在红外线吸收层27的红外线吸收率的提高。因此，红外线检测元件20c能够实现灵敏度的进一步提高。并且，红外线检测元件20c能够在第2表面电极23a更加有效地反射由于红外线的串扰而向第2热电元件23入射的红外线，能够进一步减轻红外线的串扰的影响，能够实现灵敏度的提高。
图11示意地示出了第1表面电极22a的表面电阻、与在第1表面电极22a的红外线的反射率及吸收率各自的关系。图11中的横轴表示表面电阻，纵轴表示反射率、吸收率各自的比率。红外线检测元件20c优选将第1表面电极22a的表面电阻设为50Ω/□以下，更优选设为20Ω/□以下。红外线检测元件20c通过将第1表面电极22a的表面电阻设为50Ω/□以下，能够将反射率设为大于吸收率的2倍的值。并且，红外线检测元件20c通过将第1表面电极22a的表面电阻设为20Ω/□以下，能够使反射率高于80％。
另外，红外线检测元件20c更优选将第1表面电极22a的表面电阻和第2表面电极23a的表面电阻设为相同的值。由此，红外线检测元件20c在制造时，能够同时形成第1表面电极22a和第2表面电极23a，能够实现制造成本的低成本化。第1表面电极22a的表面电阻和第2表面电极23a的表面电阻相同不限于完全相同的情况，也可以具有制造时的偏差程度的误差。
图12A、图12B及图12C表示红外线检测元件20a的第3变形例的红外线检测元件20d。红外线检测元件20d的基本结构与第2变形例的红外线检测元件20c大致相同。另外，关于红外线检测元件20d，对与红外线检测元件20c相同的构成要素标注相同的标号，并适当省略说明。
在红外线检测元件20d中，第1表面电极22a的外周缘离开包围第1表面电极22a的切缝26的、第1表面电极22a侧的开孔缘。由此，红外线检测元件20d能够实现高灵敏度化，并且更可靠地抑制第1表面电极22a和第1背面电极22b的短路。
另外，优选的是，在红外线检测元件20d中，第1背面电极22b的外周缘离开包围第1背面电极22b的切缝26的、第1背面电极22b侧的开孔缘。具体而言，第1部分22c的周边部比第1表面电极22a、第1背面电极22b向第1方向突出。因此，红外线检测元件20d能够更可靠地抑制第1表面电极22a和第1背面电极22b的短路，能够抑制电气稳定性的下降。
图13A、图13B及图13C表示本实施方式的红外线检测元件20a的第4变形例的红外线检测元件20e。红外线检测元件20e的基本结构与第1变形例的红外线检测元件20b大致相同。红外线检测元件20e具有多组的第1热电元件22和第2热电元件23的组，热电体基板21在相邻的两个第1热电元件22各自的另一个第1热电元件22侧形成有切缝26。另外，关于红外线检测元件20e，对与红外线检测元件20b相同的构成要素标注相同的标号，并适当省略说明。
红外线检测元件20e在具有两组的第1热电元件22和第2热电元件23的组的情况下，能够形成具有两个通道(channel)的结构，能够用作将第1热电元件22和第2热电元件23的各组分别作为一个通道的红外线检测元件。换言之，红外线检测元件20e是具有两个通道的结构，各个通道由检测单元DE、DE构成，该检测单元具有第1热电元件22、第2热电元件23、第1表面配线24a、第1背面配线24b、第2表面配线25a及第2背面配线25b。下面，为了便于说明，将图13A中的左侧的检测单元DE称为第1检测单元DE 1。将图13A中的右侧的检测单元DE称为第2检测单元DE 2。
红外线检测元件20e如图14所示将构成组的第1热电元件22和第2热电元件23反向串联连接。在图14中，用箭头表示上述的热电体基板21的自发极化的方向。反向串联连接是指将构成组的第1热电元件22和第2热电元件23以使彼此成为相反极性的方式串联连接。
在红外线检测元件20e中，例如在用于红外线式气体传感器等的情况下，能够按照第1热电元件22和第2热电元件23的组的数量设定检测对象的红外线的波长。检测对象的红外线的波长例如能够通过光学滤波器等进行设定。在具有红外线检测元件20e的红外线式气体传感器中，能够构成具有与第1热电元件22和第2热电元件23的组的数量对应的多个通道的红外线式气体传感器。
红外线检测元件20e在具有两组的第1热电元件22和第2热电元件23的组的情况下，能够按照各个组，将第1热电元件22用作受光用热电元件，将第2热电元件23用作温度补偿用热电元件。因此，红外线检测元件20e在用于红外线式气体传感器等的情况下，能够对每个受光用热电元件设定检测对象的红外线的波长。
红外线检测元件20e如上所述具有两组的第1热电元件22和第2热电元件23的组。下面，为了便于说明，将第1检测单元DE 1的第1热电元件22、第2热电元件23分别称为第1受光元件221、第1温度补偿元件231。并且，下面为了便于说明，有时也将第2检测单元DE 2的第1热电元件22、第2热电元件23分别称为第2受光元件222、第2温度补偿元件232。
红外线检测元件20e在相邻的两个第1热电元件22各自的另一个第1热电元件22侧形成有切缝26，因而能够抑制在相邻的两个第1热电元件22之间的热传递。由此，红外线检测元件20e能够抑制第1检测单元DE 1及第2检测单元DE 2各自的灵敏度的下降。
图15A、图15B及图15C表示红外线检测元件20a的第5变形例的红外线检测元件20f。红外线检测元件20f的基本结构与第4变形例的红外线检测元件20e大致相同。红外线检测元件20f在第1热电元件22的第1表面电极22a上设置红外线吸收层27，仅这一点与红外线检测元件20e不同。另外，关于红外线检测元件20f，对与红外线检测元件20e相同的构成要素标注相同的标号，并适当省略说明。
另外，红外线检测元件20f也可以按照各个通道，将第1热电元件22和第2热电元件23反向并联连接进行使用，还可以构成为在第1表面电极22a上设置与红外线检测元件20c(参照图6)和红外线检测元件20d(参照图12)相同的红外线吸收层27。
(实施方式2)
下面，根据图16～图18、图19A、图19B、图20、图21、图22A～图22F说明本实施方式的红外线检测器2a。另外，在红外线检测器2a中，对与实施方式1的第4变形例的红外线检测元件20e相同的构成要素标注相同的标号，并适当省略说明。
红外线检测器2a具有：红外线检测元件20e；光学滤波器30，配置在红外线检测元件20e的前方，使红外线检测元件20e的检测对象的波长区域的红外线透射。并且，红外线检测器2a具有；基板43，安装有红外线检测元件20e；外壳29，收纳有红外线检测元件20e、光学滤波器30和基板43。
外壳29具有：底座29a，支撑基板43；金属制的盖29b，以覆盖红外线检测元件20e和光学滤波器30的方式固定粘接在底座29a上。并且，外壳29具有；窗孔29c，形成于盖29的顶板部29ba；以及窗部件29w，以封堵窗孔29c的方式配置，能够使红外线透射。红外线检测器2a具有红外线检测元件20e，因而能够实现高灵敏度化。
另外，优选的是，红外线检测器2a具有对红外线检测元件20e的输出信号进行信号处理的IC元件40。优选的是，红外线检测器2a将IC元件40安装于基板43，并收纳在外壳29内。
下面，更详细地说明红外线检测器2a的各个构成要素。
红外线检测元件20e如上所述具有两组的第1热电元件22和第2热电元件23的组。
并且，红外线检测器2a具有两个光学滤波器30。红外线检测器2a的一个光学滤波器30配置在第1受光元件221的前方，另一个光学滤波器30配置在第2受光元件222的前方。
红外线检测器2a通过将光学滤波器30收纳在外壳29内，能够抑制光学滤波器30暴露于外部气体中，能够抑制滤波器特性随时间而变化。下面，为了便于说明，有时也将配置在第1受光元件221的前方的光学滤波器30称为第1光学滤波器31，将配置在第2受光元件222的前方的光学滤波器30称为第2光学滤波器32。
第1光学滤波器31和第2光学滤波器32只要以具有红外线检测器2a所需要的光学特性的方式设计滤波器特性即可。
第1光学滤波器31例如如图21所示具有第1基板31s、第1滤波器部31a、第2滤波器部31b。并且，第2光学滤波器32例如如图21所示具有第2基板32s、第3滤波器部32a、第4滤波器部32b。第1基板31s和第2基板32s是能够使红外线透射的基板。作为第1基板31s和第2基板32s，例如能够采用硅酮基板、锗基板、蓝宝石基板、氧化镁基板等。红外线检测器2a能够将第2滤波器部31b和第4滤波器部32b设为相同的结构。由此，红外线检测器2a能够使第2滤波器部31b的分光特性和第4滤波器部32b的分光特性大致相同。
第1滤波器部31a例如能够是由λ0/4多层膜34、波长选择层35、和λ0/4多层膜36构成的带通滤波器。λ0/4多层膜34是将折射率不同、且光学膜厚相同的两种薄膜31aa、31ab交替地层压而成的多层膜。光学膜厚被设定为设计波长λ0的1/4。λ0/4多层膜36是将折射率不同、且光学膜厚相同的两种薄膜31aa、31ab交替地层压而成的多层膜。波长选择层35介入在λ0/4多层膜34和λ0/4多层膜36之间。波长选择层35按照选择波长使光学膜厚与各个薄膜31aa、31ab的光学膜厚不同。λ0/4多层膜34和λ0/4多层膜36只要具有折射率周期构造即可，也可以是将三种以上的薄膜层压而成的多层膜。作为薄膜的材料，例如能够采用Ge、Si、MgF2、Al2O3、SiOx、Ta2O5、SiNx等。SiOx是SiO或SiO2。SiNx等是SiN、Si3N4等。
第3滤波器部32a例如能够是由λ0/4多层膜37、波长选择层38、和λ0/4多层膜39构成的带通滤波器。λ0/4多层膜37是将折射率不同、且光学膜厚相同的两种薄膜32aa、32ab交替地层压而成的多层膜。λ0/4多层膜39是将折射率不同、且光学膜厚相同的两种薄膜32aa、32ab交替地层压而成的多层膜。波长选择层38介入在λ0/4多层膜37和λ0/4多层膜39之间。波长选择层38按照选择波长使光学膜厚与各个薄膜32aa、32ab的光学膜厚不同。λ0/4多层膜37和λ0/4多层膜39只要具有折射率周期构造即可，也可以是将三种以上的薄膜层压而成的多层膜。作为薄膜的材料，例如能够采用Ge、Si、MgF2、Al2O3、SiOx、Ta2O5、SiNx等。
第1滤波器部31a的薄膜31aa、31ab和第3滤波器部32a的薄膜32aa、32ab分别能够采用相同的材料。
第1滤波器部31a通过在折射率周期构造中设置光学膜厚不同的波长选择层35，并在折射率周期构造中导入局部的紊乱构造，能够使反射频带中局部存在波谱宽度比反射频带宽度窄的透射频带。第1滤波器部31a通过适当改变波长选择层35的光学膜厚，能够改变透射波长区域的透射峰值波长。
第3滤波器部32a通过在折射率周期构造中设置光学膜厚不同的波长选择层38，并在折射率周期构造中导入局部的紊乱构造，能够使反射频带中局部存在波谱宽度比反射频带宽度窄的透射频带。第3滤波器部32a通过适当改变波长选择层38的光学膜厚，能够改变透射波长区域的透射峰值波长。
通过将折射率不同、且光学膜厚相同的两种薄膜层压而成的光学多层膜的反射频带的宽度，能够用下述的式(9)近似地求出。
[数式8]
式(9)
其中，λ0表示对于各个薄膜共同的与光学膜厚的4倍相当的设定波长。Δλ0表示反射频带的宽度。nH表示两种薄膜中折射率相对较高的材料的折射率。nL表示两种薄膜中折射率相对较低的材料的折射率。
第1滤波器部31a的选择波长是第1滤波器部31a的透射波长区域的中心波长λ1。并且，第3滤波器部32a的选择波长是第3滤波器部32a的透射波长区域的中心波长λ2。
第2滤波器部31b是将折射率不同、且光学膜厚相同的两种薄膜31ba、31bb交替地层压而成的多层膜。第2滤波器部31b例如能够采用Ge、Si等作为折射率相对较高的薄膜的材料，例如能够采用MgF2、Al2O3、SiOx、Ta2O5、SiNx等作为折射率相对较低的薄膜的材料。SiOx是SiO或SiO2。SiNx等是SiN、Si3N4等。
第4滤波器部32b是将折射率不同、且光学膜厚相同的两种薄膜32ba、32bb交替地层压而成的多层膜。第4滤波器部32b例如能够采用Ge、Si等作为折射率相对较高的薄膜的材料，例如能够采用MgF2、Al2O3、SiOx、Ta2O5、SiNx等作为折射率相对较低的薄膜的材料。
第2滤波器部31b构成为使长波长侧的规定波长区域的红外线的透射率比第1滤波器部31a的透射波长区域低。并且，第4滤波器部32b构成为使长波长侧的规定波长区域的红外线的透射率比第3滤波器部32a的透射波长区域低。第2滤波器部31b是通过吸收规定波长区域的红外线而进行遮断的滤波器。第4滤波器部32b是通过吸收规定波长区域的红外线而进行遮断的滤波器。
图22A、图22B及图22C是第1光学滤波器31的透射波谱的示意说明图。其中，图22C表示第1光学滤波器31的透射波谱，第1光学滤波器31具有：第1滤波器部31a，具有图22A的透射波谱；第2滤波器部31b，具有图22B的透射波谱。
另外，图22D、图22E及图22F是第2光学滤波器32的透射波谱的示意说明图。其中，图22F表示第2光学滤波器32的透射波谱，第2光学滤波器32具有：第3滤波器部32a，具有图22D的透射波谱；第4滤波器部32b，具有图22E的透射波谱。
图22A～图22F各自的λ1表示第1滤波器部31a的透射波长区域的中心波长。并且，图22A～图22F的λ2表示第3滤波器部32a的透射波长区域的中心波长。
红外线检测器2a如上所述，第1光学滤波器31具有第1滤波器部31a和第2滤波器部31b，第2光学滤波器32具有第3滤波器部32a和第4滤波器部32b。由此，红外线检测器2a能够降低规定波长区域的红外线的透射率，能够提高第1检测单元DE 1及第2检测单元DE 2各自的输出信号的S/N比。并且，红外线检测器2a是通过由第2滤波器部31b和第4滤波器部32b吸收规定波长区域的红外线来降低透射率的滤波器，因而能够抑制红外线在第1光学滤波器31和第2光学滤波器32各自上的反射。
假定红外线检测器2a用于红外线式气体传感器。红外线式气体传感器对红外线的吸收波长根据检测对象的气体的种类而不同，因而能够提高气体的识别性。吸收波长例如是，对于甲烷(CH4)约在3.3μ附近，对于二氧化碳(CO2)约在4.3μ附近，对于一氧化碳(CO)约在4.7μ附近，对于一氧化氮(NO)约在5.3μ附近。
红外线检测器2a在用于红外线式气体传感器的情况下，例如可以将第1滤波器部31a的中心波长λ1设定为检测对象的气体的吸收波长，将第3滤波器部32a的中心波长λ2设定为参照波长。参照波长是指在检测对象的气体及其它气体中不吸收的波长。在假定检测对象的气体是CO2的情况下，关于其它气体可以举出例如H2O、CH4、CO、NO等。
第1滤波器部31a和第3滤波器部32a优选透射波谱的半值全宽狭窄的带通滤波器。并且，红外线检测器2a优选第1滤波器部31a的中心波长λ1与第3滤波器部32a的中心波长λ2之差较小。由此，红外线检测器2a能够减小检测对象的气体不存在时透射第1滤波器部31a的红外线的光量与透射第3滤波器部32a的红外线的光量之差。例如在红外线式气体传感器的检测对象的气体是CO2的情况下，红外线检测器2a能够将第1滤波器部31a的中心波长λ1设定为4.3μm，将第3滤波器部32a的中心波长λ2设定为例如3.9μm。
红外线检测器2a将第1光学滤波器31和第2光学滤波器32单片化，但也可以分体形成。
红外线检测器2a具有两个IC元件40。下面，为了便于说明，将对第1检测单元DE 1的输出信号(第1输出信号)进行信号处理的IC元件40称为第1 IC元件41，将对第2检测单元DE 2的输出信号(第2输出信号)进行信号处理的IC元件40称为第2 IC元件42。
第1 IC元件41例如如图23所示能够构成为具有电流电压变换电路41a和放大电路41b。电流电压变换电路41a是对第1检测单元DE 1的输出信号即电流信号进行电流-电压变换并输出的电路。放大电路41b是将电流电压变换电路41a的输出信号分别放大的电路。
电流电压变换电路41a具有运算放大器OP 1和电容器Cf 1。第1检测单元DE 1通过基准电压源E11将第1检测单元DE 1的第2输出端子28d接地，第1输出端子28c与运算放大器OP 1的反转输入端子连接。电流电压变换电路41a将电容器Cf 1连接在运算放大器OP 1的输出端子和反转输入端子之间。电流电压变换电路41a将用于把运算放大器OP 1的动作点设定为规定电平的基准电压源E21与运算放大器OP 1的非反转输入端子连接。电流电压变换电路41a将运算放大器OP 1的输出端子与放大电路41b连接。
另外，第2 IC元件42例如如图23所示能够构成为具有电流电压变换电路42a和放大电路42b。电流电压变换电路42a是对第2检测单元DE 2的输出信号即电流信号进行电流-电压变换并输出的电路。放大电路42b是将电流电压变换电路42a的输出信号分别放大的电路。
电流电压变换电路42a具有运算放大器OP 2和电容器Cf 2。第1检测单元DE 2通过基准电压源E12将第2检测单元DE 2的第2输出端子28d接地，第1输出端子28c与运算放大器OP 2的反转输入端子连接。电流电压变换电路42a将电容器Cf 2连接在运算放大器OP 2的输出端子和反转输入端子之间。电流电压变换电路42a将用于把运算放大器OP 2的动作点设定为规定电平的基准电压源E22与运算放大器OP 2的非反转输入端子连接。电流电压变换电路42a将运算放大器OP 2的输出端子与放大电路42b连接。
电流电压变换电路41a、42a的电路结构也可以是图23所示的结构以外的结构。
优选的是，红外线检测器2a的第1 IC元件41的电路结构和第2 IC元件42的电路结构相同。总之，在红外线检测器2a中，优选第1 IC元件41的运算放大器OP1、电容器Cf1、基准电压源E21及放大电路41b、与第2 IC元件42的运算放大器OP2、电容器Cf2、基准电压源E22及放大电路42b分别是相同的规格、且大致相同的特性。并且，在红外线检测器2a中，优选基准电压源E11和基准电压源E12是相同的规格、且大致相同的特性。另外，在红外线检测器2a中，优选将电流电压变换电路41a、电流电压变换电路42a、放大电路41b及放大电路42b集成化为单片。
基板43例如能够利用MID(Molded Interconnect Devices)基板构成。MID基板在利用树脂成形品形成的绝缘性基材43a上形成有两组的、两个一组的引线端子43j、43k的组。总之，基板43具有与具有电绝缘性的绝缘性基材43a一体设置的第1引线端子43j及第2引线端子43k。绝缘性基材43a具有电绝缘性。另外，基板43不限于MID基板，也能够利用部件内置基板、陶瓷基板、印制基板等构成。并且，也可以是，基板43在引线框上形成了由树脂成形品构成的绝缘性基材43a后，去除引线框的不需要的部分。
红外线检测器2a利用导电性粘接剂将第1检测单元DE 1的第1输出端子28c、第2输出端子28d、与图16中的左侧的第1引线端子43j、第2引线端子43k分别接合而电连接。并且，红外线检测器2a利用导电性粘接剂将第2检测单元DE 2的第1输出端子28c、第2输出端子28d、与图16中的右侧的第1引线端子43j、第2引线端子43k分别接合而电连接。总之，红外线检测器2a通过由导电性粘接剂构成的第1接合部(未图示)将各第1引线端子43j与第1检测单元DE 1及第2检测单元DE 2各自的第1输出端子28c单独地电连接。并且，红外线检测器2a通过由导电性粘接剂构成的第1接合部(未图示)将各第2引线端子43k与第1检测单元DE 1及第2检测单元DE 2各自的第2输出端子28d单独地电连接。
导电性粘接剂例如能够采用含有Ag粉末或者Au粉末的环氧类树脂或聚酰亚胺类树脂的粘接剂。导电性粘接剂例如能够使用导电膏。导电膏例如能够采用银膏、金膏、铜膏等。优选导电性粘接剂采用有机树脂类的导电性粘接剂。由此，红外线检测器2a能够抑制从基板43向红外线检测元件20e的热传导。
在绝缘性基材43a形成有用于定位红外线检测元件20e的两个突起43c。各个突起43c在绝缘性基材43a的第1面43aa中向绝缘性基材43a的厚度方向突出。各个突起43c形成于绝缘性基材43a中预计安装红外线检测元件20e的区域的外侧。各个突起43c分别形成在构成组的第1引线端子43j和第2引线端子43k之间且比第1引线端子43j和第2引线端子43k突出。总之，在绝缘性基材43a中，在绝缘性基材43a的第1面43aa形成有突起43c，该突起43c在第1引线端子43j和第2引线端子43k之间、从红外线检测元件20e的预计搭载区域的外侧向绝缘性基材43a的厚度方向突出，从而定位红外线检测元件20e。
红外线检测器2a能够利用两个突起43c定位红外线检测元件20e，提高红外线检测元件20e的位置精度。由此，红外线检测器2a不需要起因于红外线检测元件20e的位置精度的冗余设计，能够实现小型化及灵敏度的提高。
优选的是，绝缘性基材43a在第1面43aa形成有大小包括各个第1热电元件22和各个第2热电元件23的垂直投影区域的孔43b。基于提高各个第1热电元件22和各个第2热电元件23与绝缘性基材43a之间的热绝缘性的目的，孔43b形成为热绝缘用的孔。绝缘性基材43a的第1面43aa构成基板43的第1面143的一部分。总之，在基板43中，在基板43的第1面143中的各个第1热电元件22和各个第2热电元件23的垂直投影区域形成有热绝缘用的孔43b。由此，红外线检测器2a能够实现各个第1热电元件22和各个第2热电元件23各自的灵敏度的提高。也可以是，对各个第1热电元件22和各个第2热电元件23分别形成有各一个孔43b。
并且，优选的是，在绝缘性基材43a形成有两个定位部43d，该定位部43d从绝缘性基材43a在第1面43aa向沿着红外线检测元件20e的厚度方向的方向突出，从而定位第1光学滤波器31和第2光学滤波器32。由此，红外线检测器2a能够在基板43中定位第1光学滤波器31和第2光学滤波器32。因此，红外线检测器2a能够提高第1光学滤波器31、第2光学滤波器32与第1受光元件221、第2受光元件222的相对位置精度，能够实现高灵敏度化。
优选的是，定位部43d具有：壁部43e，用于规定在俯视观察时的第1光学滤波器31和第2光学滤波器32的排列方向上的第1光学滤波器31和第2光学滤波器32的位置；支撑部43f，用于支撑第1光学滤波器31和第2光学滤波器32。
优选的是，第1光学滤波器31和第2光学滤波器32例如利用粘接剂固定在壁部43e、43e上。由此，与利用粘接剂将光学滤波器31、32固定在支撑部43f、43f上的情况相比，红外线检测器2a能够提高红外线检测元件20e与光学滤波器31、32的距离的精度。在此，优选基板43在壁部43e形成有凹陷部43g，该凹陷部43g的前端面以及与第1光学滤波器31及第2光学滤波器32的对置面开放。并且，优选第1光学滤波器31及第2光学滤波器32通过凹陷部43g内的由粘接剂构成的粘接部49(参照图19A)被固定于壁部43e。由此，在制造时，红外线检测器2a能够使粘接剂的涂覆量稳定，能够实现生产性的提高。作为粘接部49的粘接剂，例如能够采用环氧树脂和丙烯树脂等。作为粘接剂，也可以是热固化型的粘接剂，但更优选采用紫外线固化型的粘接剂。
红外线检测器2a在红外线检测元件20e的厚度方向上，在第1光学滤波器31及第2光学滤波器32与红外线检测元件20e之间形成有间隙。由此，红外线检测器2a能够对第1光学滤波器31及第2光学滤波器32与红外线检测元件20e进行热绝缘，能够实现红外线检测元件20e的高灵敏度化。红外线检测器2a例如通过使支撑部43f的突出尺寸大于红外线检测元件20e的厚度尺寸，在光学滤波器31、32与红外线检测元件20e之间形成间隙。
优选的是，红外线检测器2a在基板43的第1面143侧配置有红外线检测元件20e，在基板43的第2面144侧配置有第1 IC元件41及第2 IC元件42。由此，与在基板43的第1面143侧，在红外线检测元件20e的侧方配置有第1 IC元件41及第2 IC元件42的情况相比，红外线检测器2a能够实现小型化。并且，红外线检测器2a能够进一步抑制在各个第1 IC元件41及第2 IC元件42分别产生的热向红外线检测元件20e传热。
第1 IC元件41及第2 IC元件42分别是裸装片，通过芯片焊接件被固定在设于基板43的第2面144的凹部43y(参照图19A)的内底面上。芯片焊接件例如能够使用环氧树脂。另外，在基板43按照规定的图案形成有将第1 IC元件41及第2 IC元件42电连接的多个导体部。优选第1 IC元件41及第2 IC元件42被利用密封材料形成的密封部(未图示)覆盖。密封材料能够采用例如环氧树脂、硅酮树脂等。
外壳29如上所述具有底座29a、盖29b、窗部件29w。
优选底座29a是金属制。底座29a形成为圆板状。优选盖29b是金属制。盖29b在圆筒状的筒部29bb的一端侧形成有圆板状的顶板部29ba。盖29b在顶板部29ba的中央部形成有窗孔29c。
外壳29具有4根引线销29d。4根引线销29d被保持在底座29a上。4根引线销29d贯穿底座29a的厚度方向设于底座29a上。各个引线销29d被结合在基板43上。4根引线销29d中的各引线销分别被用作给电用、接地用、第1 IC元件41的输出信号的取出用、以及第2 IC元件42的输出信号的取出用。接地用的引线销29d利用导电性的密封材料固定在底座29a上，并与底座29a电连接。除此以外的引线销29d利用电绝缘性的密封材料(玻璃)固定在底座29a上，并与底座29a电气绝缘。另外，红外线检测器2a也可以设置将接地用的引线销29d与基板43电连接的屏蔽板或屏蔽层(shield layer)。
底座29a的俯视观察形状呈圆形状，但不限于此，例如也可以是多边形状。并且，盖29b的形状可以按照底座29a的形状适当变更。例如，在底座29a的俯视观察形状呈矩形状的情况下，盖29b的俯视观察形状既可以是圆形状，也可以是矩形状。
窗孔29c形成为比将第1受光元件221和第2受光元件222合并的尺寸稍大的开口尺寸。窗孔29c的开口形状是矩形状，但不限于此，例如也可以是圆形状或矩形状以外的多边形状等。
将窗孔29c封堵的窗部件29w具有使红外线透射的功能。窗部件29w利用平板状的硅酮基板构成。窗部件29w形成为比窗孔29c的开口尺寸稍大的矩形板状。优选窗部件29w利用导电性材料(例如焊锡、导电性粘接剂等)固定粘接在盖29b上。由此，红外线检测器2a能够将窗部件29w设为与盖29b大致相同的电位，具有不易受到外来的电磁噪声的影响的优点。窗部件29w不限于硅酮基板，例如也可以是锗基板或硫化锌基板等，但采用硅酮基板有利于低成本化。并且，也能够采用透镜作为窗部件29w。透镜能够利用半导体透镜(例如硅酮透镜等)构成。
在制造半导体透镜时，例如准备半导体基板(例如硅酮基板等)。然后，以使在半导体基板的一表面侧与半导体基板的接触成为欧姆接触的方式形成阳极，对该阳极按照期望的透镜形状设计了与半导体基板的接触图案。然后，在由用于蚀刻去除半导体基板的构成要素的氧化物的溶液构成的电解液中对半导体基板的另一表面侧进行阳极氧化，由此形成成为去除部位的多孔质部。然后，通过去除该多孔质部而形成半导体透镜。另外，由上述的半导体透镜构成的透镜例如使用半导体晶片(例如硅酮晶片)作为半导体基板，在形成了多个透镜后，通过切割等分离成各个透镜。
透镜优选透镜部和遍及全周包围该透镜部的凸缘部连续形成为一体的半导体透镜。红外线检测器2a通过具有厚度大致一定、厚度方向的两面分别呈平面状的凸缘部，能够提高透镜的光轴方向的透镜与红外线检测元件20e的距离的精度。
外壳29优选以如下的方式形成窗孔29c，即各个第1热电元件22位于窗孔29c向红外线检测元件20e的垂直投影区域内，而且各个第2热电元件23位于垂直投影区域外。由此，红外线检测器2a能够利用外壳29抑制检测对象的红外线向各个第2热电元件23入射，能够通过部件数目的削减实现低成本化。图20中的箭头示意地示出了通过窗孔29c入射的红外线的行进方向。并且，与利用在外壳29的内侧或外侧配置的导光镜抑制检测对象的红外线向各个第2热电元件23入射的情况相比，红外线检测器2a能够抑制灵敏度的偏差。
图24表示红外线检测器2a的第1变形例的主要部分。红外线检测器2a的第1变形例在支撑部43f的与红外线检测元件20e的侧面的对置面上形成有多个凹部43h。由此，红外线检测器2a的第1变形例能够进一步抑制从第1光学滤波器31及第2光学滤波器32向红外线检测元件20e的热传导，能够进一步实现红外线检测元件20e的高灵敏度化。
图25表示红外线检测器2a的第2变形例的红外线检测器2b。红外线检测器2b的基本结构与红外线检测器2a大致相同。红外线检测器2b具有在顶板部29ba的红外线检测元件20e侧的下表面29bd形成的第2树脂层33，第2树脂层33形成为覆盖下表面29bd中不与窗部件29w重叠的区域的整个区域，这一点与红外线检测器2a不同。另外，关于红外线检测器2b，对与红外线检测器2a相同的构成要素标注相同的标号，并适当省略说明。
第2树脂层33的材料例如能够采用环氧树脂等。
红外线检测器2b由于第2树脂层33覆盖顶板部29ba的下表面29bd中不与窗部件29w重叠的区域的整个区域，因而进入外壳29内的红外线散射或反射等产生的杂散光的一部分能够被第2树脂层33吸收。因此，红外线检测器2b能够抑制成为了杂散光的红外线入射到各个第2热电元件23，能够实现S/N比的提高。
下面，根据图26、图27A、图27B、图28、图29A、图29B、图29C及图30说明红外线检测器2a的第3变形例的红外线检测器2c。另外，关于红外线检测器2c，对与红外线检测器2a相同的构成要素标注相同的标号，并适当省略说明。
红外线检测器2c与红外线检测器2a一样具有红外线检测元件20e、光学滤波器30和基板43。因此，红外线检测器2c能够与红外线检测器2a一样地实现高灵敏度化。
基板43包括具有电绝缘性的绝缘性基材43a、两个第1引线端子43j、两个第2引线端子43k。各个第1引线端子43j及各个第2引线端子43k与绝缘性基材43a设置成一体。各个第1引线端子43j通过由导电性粘接剂构成的第1接合部7j(参照图29B)分别与第1检测单元DE 1及第2检测单元DE 2各自的第1输出端子28c电连接。各个第2引线端子43k通过由导电性粘接剂构成的第2接合部7k(参照图29C)分别与第1检测单元DE 1及第2检测单元DE 2各自的第2输出端子28d电连接。
导电性粘接剂例如是含有Ag或者Au粉末的环氧树脂类树脂或聚酰亚胺类树脂的粘接剂。导电性粘接剂能够使用导电膏。导电膏例如是银膏、金膏、铜膏等。
优选导电性粘接剂采用有机树脂类的导电性粘接剂。由此，红外线检测器2c能够抑制从基板43向红外线检测元件20e的热传导。
基板43在绝缘性基材43a的第1面43aa中形成有壁43r，该壁43r从红外线检测元件20e的预计搭载区域的外侧向沿着红外线检测元件20e的厚度方向的方向突出，从而定位红外线检测元件20e。如图29C所示，壁43r的高度TH1小于红外线检测元件20e的厚度。
由此，红外线检测器2c能够利用壁43r定位红外线检测元件20e。因此，红外线检测器2c能够提高红外线检测元件20e的位置精度，因而不需要起因于红外线检测元件20e的位置精度的冗余设计，能够实现小型化及灵敏度的提高。在制造红外线检测器2c时，在将红外线检测元件20e安装于基板43时，能够在使开口夹等拾取工具不接触红外线检测元件20e的表侧来保持红外线检测元件20e的状态下，将红外线检测元件20e定位在基板43上。因此，红外线检测器2c在制造时，能够缩短用于在基板43安装红外线检测元件20e的工序的生产节拍时间，能够实现生产性的提高和低成本化。另外，壁43r的高度TH1小于红外线检测元件20e中的热电体基板21的厚度与端子部24bb的厚度之合计厚度TH2。
第1检测单元DE 1及第2检测单元DE 2分别以在热电体基板21的厚度方向上不与第1输出端子28c及第2输出端子28d重叠的方式配置。由此，红外线检测元件20e能够在各个第1检测单元DE 1及第2检测单元DE 2中防止第1输出端子28c和第2输出端子28d之间产生寄生电容，进而能够抑制第1输出端子28c和第2输出端子28d短路。
因此，红外线检测器2c能够抑制第1表面电极22a和第1背面电极22b的短路的发生，能够实现可靠性的提高。并且，红外线检测器2c能够抑制随着第1表面电极22a和第1背面电极22b之间的漏泄而形成的浮动电荷导致的噪声的产生，能够实现S/N比的提高和高灵敏度化。
另外，红外线检测器2c与红外线检测器2a一样形成有定位部43d，该定位部43d向沿着红外线检测元件20e的厚度方向的方向突出，从而定位第1光学滤波器31和第2光学滤波器32。由此，红外线检测器2c能够在基板43中定位第1光学滤波器31和第2光学滤波器32。因此，红外线检测器2c能够提高第1光学滤波器31及第2光学滤波器32与第1受光元件221及第2受光元件222的相对位置精度，能够实现第1光学滤波器31和第2光学滤波器32的小型化。红外线检测器2c能够通过第1光学滤波器31和第2光学滤波器32的小型化而实现低成本化。
红外线检测器2c能够在不需将第1受光元件221及第2受光元件222小型化的情况下，减小第1光学滤波器31和第2光学滤波器32的平面尺寸。由此，红外线检测器2c能够在实现低成本化的情况下，抑制灵敏度的下降。
另外，各个第1 IC元件41及第2 IC元件42也可以适当连接多个分立元件而构成。
在基板43如图30所示，在该基板43的凹部43y的内底面具有多个导电部46。第1 IC元件41及第2 IC元件42通过导电性的金属细线(线)48与导电部46电连接。金属细线48的材料能够采用例如金、铝、铜等。导电部46包括与对第1 IC元件41及第2 IC元件42供电用的引线销29d电连接的导电部46s、和与接地用的引线销29d电连接的导电部46g。并且，导电部46包括与取出第1 IC元件41的第1输出信号的第1输出用引线销29d电连接的导电部46a、和与取出第2 IC元件42的第2输出信号的第2输出用引线销29d电连接的导电部46b。
优选第1 IC元件41、第2 IC元件42及各条金属细线48被由密封材料构成的密封部(未图示)覆盖。因此，红外线检测器2c能够防止各条金属细线48的断线或与外壳29的接触。密封材料能够采用例如环氧树脂、硅酮树脂等。
另外，红外线检测器2c通过设置密封部，也具有使在各个第1 IC元件41及第2 IC元件42产生的热不易向红外线检测元件20e传热的优点。
绝缘性基材43a中的红外线检测元件20e的预计搭载区域是在俯视观察时与红外线检测元件20e重叠的区域。定位红外线检测元件20e用的壁43r在绝缘性基材43a中，从红外线检测元件20e的预计搭载区域的外侧的部位向沿着红外线检测元件20e的厚度方向的方向(图27A中的上方向)突出。因此，在绝缘性基材43a中，在与第1检测单元DE1和第2检测单元DE2的排列方向正交的方向的两侧分别形成有各一个的壁43r。由此，红外线检测器2c能够利用两个壁43r定位红外线检测元件20e，提高在第1检测单元DE1和第2检测单元DE2的排列方向上的红外线检测元件20e的位置精度，因而不需要起因于红外线检测元件20e的位置精度的冗余设计，能够实现小型化及灵敏度的提高。并且，与没有壁43r的情况、或例如在图31示出主要部分的红外线检测器2a的第4变形例相比，红外线检测器2c能够抑制第1表面电极22a和第1背面电极22b的短路的发生，能够实现可靠性的提高。在红外线检测器2a的第4变形例中，在绝缘性基材43a中的红外线检测元件20e的四个角部各自的附近，形成有比红外线检测元件20e的厚度高的较大的突起43s。
与此相对，在红外线检测器2c中，第1输出端子28c和第2输出端子28d在红外线检测元件20e的厚度方向上不重叠，而且利用壁43r来定位红外线检测元件20e，因而能够抑制随着第1表面电极22a和第1背面电极22b之间的漏泄而形成的浮动电荷导致的噪声的产生，能够实现S/N比的提高和高灵敏度化。
另外，红外线检测器2c与红外线检测器2a一样，优选定位部43d具有壁部43e和支撑部43f。壁部43e规定了在俯视观察时第1光学滤波器31和第2光学滤波器32的排列方向上的第1光学滤波器31和第2光学滤波器32的位置。第1光学滤波器31和第2光学滤波器32架设在支撑部43f上。壁部43e和支撑部43f分别形成于在基板43中俯视观察时第1光学滤波器31和第2光学滤波器32的排列方向的两侧。由此，红外线检测器2c能够提高第1光学滤波器31及第2光学滤波器32与红外线检测元件20e的相对位置精度。因此，红外线检测器2c能够实现小型化和高灵敏度化。另外，壁部43e距离支撑部43f的高度没有特殊限定，也可以小于第1光学滤波器31及第2光学滤波器32的厚度。
优选的是，第1光学滤波器31和第2光学滤波器32例如利用粘接剂固定在壁部43e上。由此，与利用粘接剂将第1光学滤波器31和第2光学滤波器32固定在支撑部43f上的情况相比，红外线检测器2c能够提高红外线检测元件20e与第1光学滤波器31及第2光学滤波器32之间的距离的精度。优选的是，在红外线检测器2c中，支撑部43f的突出尺寸大于红外线检测元件20e的厚度，在红外线检测元件20e的厚度方向上，在第1光学滤波器31及第2光学滤波器32与红外线检测元件20e之间形成有间隙。由此，红外线检测器2c能够对红外线检测元件20e与第1光学滤波器31及第2光学滤波器32进行热绝缘，能够实现红外线检测元件20e的高灵敏度化。
优选的是，红外线检测器2c在壁部43e形成有凹陷部43g，该凹陷部43g的前端面以及与第1光学滤波器31及第2光学滤波器32的对置面开放，第1光学滤波器31及第2光学滤波器32通过凹陷部43g内的由粘接剂构成的粘接部49被固定于壁部43e。由此，在制造时，红外线检测器2c能够使粘接剂的涂覆量稳定，能够实现生产性的提高。凹陷部43g的内侧面既可以是平滑的连续的面，也可以是多个平面的组合。凹陷部43g的内侧面也能够是与R倒角部或C倒角部相同的形状。作为粘接部49的粘接剂，例如能够采用环氧树脂和丙烯树脂等。作为粘接剂，也可以是热固化型的粘接剂，但更优选采用紫外线固化型的粘接剂。
在红外线检测器2a的第5变形例中，设置图32A、图32B及图32C所示结构的红外线检测元件20g取代红外线检测元件20e。在红外线检测元件20g中，第1检测单元DE1和第2检测单元DE2分别在热电体基板21的背面21b侧具有电气绝缘层21p，电气绝缘层21p包围第2输出端子28d的外周面中除了沿着热电体基板21的侧面的一面以外的面。电气绝缘层21p由对导电性粘接剂的润湿性比热电体基板21低的材料(例如环氧树脂、丙烯树脂等)构成。因此，红外线检测器2a的第5变形例在制造时，能够进一步抑制第1输出端子28c和第2输出端子28d由于导电性粘接剂而短路的不合格品的发生，能够实现制造成本的低成本化。并且，红外线检测器2a的第5变形例能够进一步提高第1输出端子28c与第2输出端子28d之间的电绝缘性。
红外线检测器2a例如也可以如在图33示出了一部分的第6变形例那样，在支撑部43f的与红外线检测元件20e的侧面的对置面形成有多个凹部43h。由此，红外线检测器2a的第6变形例能够进一步抑制从第1光学滤波器31及第2光学滤波器32向红外线检测元件20e的热传导，能够进一步实现红外线检测元件20e的高灵敏度化。
红外线检测器2a也可以将第1变形例～第6变形例和其它结构例适当组合进行应用。
红外线检测器2a、红外线检测器2b及红外线检测器2c也可以构成为具有一个乃至多个的各个红外线检测元件20a、20b、20c、20d、20f、20g中任意一个红外线检测元件，以取代红外线检测元件20e。
下面，根据图34～图42说明红外线检测器2a的第7变形例的红外线检测器2h。
红外线检测器2h具有：红外线检测元件20h；光学滤波器30，使特定波长的红外线透射；基板43，安装有红外线检测元件20h；以及外壳29，收纳有红外线检测元件20h、光学滤波器30及基板43。外壳29具有：底座29a，支撑基板43；盖29b，覆盖红外线检测元件20h和光学滤波器30并固定粘接在底座29a上；以及窗部件29w，封堵在盖29b的顶板部29ba形成的窗孔，使红外线透射。红外线检测元件20h是在一个热电体基板21上排列构成组的受光用的第1热电元件22和温度补偿用的第2热电元件23而形成的。红外线检测器2h将构成组的第1热电元件22和第2热电元件23反向并联连接。红外线检测器2h以使第1热电元件22位于窗孔29c向红外线检测元件20h的垂直投影区域内的方式配置。在图34的示例中，第1热电元件22、22配置在光学滤波器30、30的垂直投影区域内。光学滤波器30配置在窗部件29w和第1热电元件22之间。红外线检测器2h还具有遮光部件9，该遮光部件9配置在窗部件29w和红外线检测元件20h之间，将从外壳29的外部透射窗部件29w进入到外壳29内的红外线中朝向第2热电元件23的红外线遮光。遮光部件9被保持在基板43上。遮光部件9具有开口部91，在该垂直投影区域内仅配置了第1热电元件22、22，第2热电元件23、23全部被遮光部件9覆盖。因此，红外线检测器2h能够提高第2热电元件23与遮光部件9的相对位置精度，能够实现高灵敏度化。
红外线检测器2h在一个热电体基板21具有两组的构成组的受光用的第1热电元件22和温度补偿用的第2热电元件23。红外线检测器2h具有配置在一组的第1热电元件22的前方的光学滤波器30(以下，称为“第1光学滤波器31”)、和配置在另一组的第1热电元件22的前方的光学滤波器30(以下，称为“第2光学滤波器32”)。第1光学滤波器31的特定波长(以下，称为“第1特定波长”)和第2光学滤波器32的特定波长(以下，称为“第2特定波长”)能够分别设定，既可以是不同的波长，也可以是相同的波长。
下面说明红外线检测器2h的各个构成要素，但关于与红外线检测器2a相同的构成要素，将适当省略说明。
红外线检测元件20h是如图39A、图39B及图39C所示构成的。
第1热电元件22具有：第1表面电极22a，形成于热电体基板21的表面21a；第1背面电极22b，形成于热电体基板21的背面21b；和第1部分22c，在热电体基板21中被夹在第1表面电极22a和第1背面电极22b之间。第1热电元件22的第1表面电极22a和第1背面电极22b相面对。
第2热电元件23具有：第2表面电极23a，形成于热电体基板21的表面21a；第2背面电极23b，形成于热电体基板21的背面21b；和第2部分23c，在热电体基板21中被夹在第2表面电极23a和第2背面电极23b之间。第2热电元件23的第2表面电极23a和第2背面电极23b相面对。
在热电体基板21的表面21a形成有与第1表面电极22a电连接的第1表面配线24a。并且，在热电体基板21的表面21a形成有与第2表面电极23a电连接的第2表面配线25a。
在热电体基板21的背面21b形成有与第1背面电极22b电连接的第1背面配线24b。在热电体基板21的背面21b形成有与第2背面电极23b电连接的第2背面配线25b。
红外线检测元件20h在热电体基板21中包围第1热电元件22的周边部形成有沿着第1热电元件22的外周的形状的切缝26，该切缝26避开了第1表面配线24a和第1背面配线24b。并且，红外线检测元件20h为，热电体基板21中包围第2热电元件23的周边部沿着第2部分23c的全周而连续。总之，红外线检测元件20h仅在包围第1热电元件22的周边部形成切缝26，在第2热电元件23的周边部没有形成切缝26。因此，红外线检测元件20h能够在第1热电元件22和第2热电元件23的组中减轻红外线的串扰的影响，能够实现高灵敏度化。
第1热电元件22的俯视观察时的形状呈半圆形状。第2热电元件23的俯视观察时的形状呈将长方形的两条长边中第1热电元件22侧的长边的两端部以外的部分设为圆弧的形状。第1热电元件22的俯视观察时的形状不限于半圆形状，例如也可以是半椭圆形状、圆形状、椭圆形状、多边形状等。第2热电元件23的俯视观察时的形状不限于上述的形状，例如也可以是半圆形状、半椭圆形状、圆形状、椭圆形状、多边形状等。
优选的是，红外线检测元件20h将第1热电元件22的表面的面积和第2热电元件23的表面的面积设定为相同的面积。表面的面积是指俯视观察时的面积。另外，红外线检测元件20h使第1热电元件22的俯视观察形状和第2热电元件23的俯视观察形状不同，但也可以使第1热电元件22的俯视观察形状和第2热电元件23的俯视观察形状相同。
优选的是，第1热电元件22的第1表面电极22a和第1背面电极22b是相同的形状，第1背面电极22b以与第1表面电极22a的垂直投影区域一致的方式配置。
优选的是，第2热电元件23的第2表面电极23a和第2背面电极23b是相同的形状，第2背面电极23b以与第2表面电极23a的垂直投影区域一致的方式配置。
红外线检测元件20h由在第1表面配线24a中的第1表面电极22a侧的相反侧的端部构成输出用的端子部24aa。并且，红外线检测元件20h由在第1背面配线24b中的第1背面电极22b侧的相反侧的端部构成输出用的端子部24bb。另外，红外线检测元件20h由在第2表面配线25a中的第2表面电极23a侧的相反侧的端部构成输出用的端子部25aa。并且，红外线检测元件20h由在第2背面配线25b中的第2背面电极23b侧的相反侧的端部构成输出用的端子部25bb。
红外线检测元件20h以如下的方式进行配置：使与第1热电元件22的第1表面电极22a电连接的端子部24aa、和与第2热电元件23的第2背面电极23b电连接的端子部25bb在热电体基板21的厚度方向上重叠。并且，红外线检测元件20h以如下的方式进行配置：使与第1热电元件22的第1背面电极22b电连接的端子部24bb、和与第2热电元件23的第2表面电极23a电连接的端子部25aa在热电体基板21的厚度方向上重叠。红外线检测元件20h在第3方向的一端部形成有端子部24aa、25bb，在第3方向的另一端部形成有端子部24bb、25aa。
红外线检测元件20h能够构成为将端子部24aa和端子部25bb电连接，并且将端子部24bb和端子部25aa电连接，由此将第1热电元件22和第2热电元件23反向并联连接(参照图42)。
将端子部24aa和端子部25bb电连接的第1连接部(未图示)例如能够利用导电膏形成。将端子部24bb和端子部25aa电连接的第2连接部(未图示)例如能够利用导电膏形成。红外线检测器2h能够由第1连接部和第2连接部构成红外线检测元件20h的一对输出端子。红外线检测器2h能够由第1连接部构成一对输出端子中的一个输出端子(第1输出端子)，由第2连接部构成一对输出端子中的另一个输出端子(第2输出端子)。
假定红外线检测元件20h将第1热电元件22用作红外线的受光用的热电元件，将第2热电元件23用作温度补偿用的热电元件。受光用的热电元件是指用于检测红外线检测元件20h的检测对象的红外线的热电元件，是红外线检测元件20h的检测对象的红外线进行入射的热电元件。温度补偿用的热电元件是指用于减小因红外线检测元件20h的周围温度的变化而引起的输出信号的变动的热电元件，理想地讲是指红外线检测元件20h的检测对象的红外线不入射的热电元件。换言之，温度补偿用的热电元件是指用于从第1热电元件22的输出信号中去除起因于周围温度的成分的热电元件。因此，红外线检测元件20h是以检测对象的红外线入射到第1热电元件22、但不入射到第2热电元件23的方式进行使用。
但是，红外线检测元件20h是在红外线入射的入射面侧具有空间的状态下使用的，因而由于红外线的串扰，从第2热电元件23输出信号。在红外线检测元件20h中红外线入射的入射面是指第1表面电极22a的表面以及第2表面电极23a的表面。红外线的串扰是指在用于使红外线向第1热电元件22入射的窗部件29w和第1光学滤波器31及第2光学滤波器32等透射的红外线、从倾斜方向向第2热电元件23的第2表面电极23a的表面入射的情况。换言之，红外线的串扰是指在第1热电元件22的检测对象的红外线从倾斜方向向旨在阻止红外线的入射的第2热电元件23的第2表面电极23a入射的情况。红外线检测元件20h在红外线向第2热电元件23的第2表面电极23a倾斜入射时，从第2热电元件23输出相位与第1热电元件22相反的信号，因而导致灵敏度下降。并且，红外线检测元件20h也有可能使得应该入射到第1受光元件221的红外线入射到第2受光元件222，而应该入射到第2受光元件222的红外线入射到第1受光元件221。
红外线检测元件20h通过仅在第1热电元件22的周边部形成切缝26，能够使产生基于因检测对象的红外线的入射而形成的第1热电元件22和第2热电元件23的热时间常数之差的灵敏度差。因此，红外线检测元件20h通过将第1热电元件22和第2热电元件23反向并联连接，并将第1热电元件22、第2热电元件23分别用作受光用的热电元件和温度补偿用的热电元件，能够减轻红外线的串扰的影响。由此，红外线检测元件20h能够实现高灵敏度化。
优选的是，热电体基板21的切缝26至少形成在第1热电元件22的第2热电元件23侧。由此，红外线检测元件20h不仅能够在低频区域中使第1热电元件22的灵敏度比第2热电元件23高，而且能够抑制热量的串扰，能够实现第1热电元件22的灵敏度的进一步提高。
也可以是，在红外线检测元件20h中，第1表面电极22a的外周缘离开切缝26的第1表面电极22a侧的开孔缘。由此，红外线检测元件20h能够实现高灵敏度化，并且更可靠地抑制第1表面电极22a和第1背面电极22b的短路。
另外，优选的是，在红外线检测元件20h中，第1背面电极22b的外周缘离开切缝26的第1背面电极22b侧的开孔缘。由此，红外线检测元件20h能够更可靠地抑制第1表面电极22a和第1背面电极22b的短路，能够抑制电气稳定性的下降。
优选的是，红外线检测元件20h具有多组的第1热电元件22和第2热电元件23的组。并且，优选的是，热电体基板21在相邻的两个第1热电元件22各自的另一个第1热电元件22侧形成有切缝26。
红外线检测元件20h在具有两组的第1热电元件22和第2热电元件23的组的情况下，能够形成具有两个通道的结构。即，红外线检测元件20h能够用作将具有第1热电元件22和第2热电元件23的各组分别作为一个通道的红外线检测元件。红外线检测元件20h是具有两个通道的结构，各个通道由检测单元DE构成，该检测单元DE具有第1热电元件22、第2热电元件23、第1表面配线24a、第1背面配线24b、第2表面配线25a及第2背面配线25b。下面，为了便于说明，将图34中的左侧的检测单元DE称为第1检测单元DE 1。将图34中的右侧的检测单元DE称为第2检测单元DE 2。
红外线检测元件20h如上所述具有两组的第1热电元件22和第2热电元件23的组。下面，为了便于说明，有时将第1检测单元DE 1的第1热电元件22、第2热电元件23分别称为第1受光元件221、第1温度补偿元件231。并且，有时也将第2检测单元DE 2的第1热电元件22、第2热电元件23分别称为第2受光元件222、第2温度补偿元件232。
红外线检测元件20h在相邻的两个第1热电元件22各自的另一个第1热电元件22侧形成有切缝26，因而能够抑制在相邻的两个第1热电元件22之间的热传递。由此，红外线检测元件20h能够抑制第1检测单元DE 1及第2检测单元DE 2各自的灵敏度的下降。
另外，红外线检测元件20h也可以构成为在第1热电元件22的第1表面电极22a上设置红外线吸收层(未图示)。
红外线检测器2h将第1光学滤波器31配置在第1受光元件221的前方，将第2光学滤波器32配置在第2受光元件222的前方。
红外线检测器2h将第1光学滤波器31及第2光学滤波器32收纳在外壳29内。由此，红外线检测器2h能够抑制第1光学滤波器31及第2光学滤波器32暴露于外部气体中，能够抑制滤波器特性随时间而变化。第1光学滤波器31和第2光学滤波器32只要以具有红外线检测器2h所需要的光学特性的方式设计特定波长、滤波器特性即可。
第1光学滤波器31例如如图40所示具有第1基板31s、第1滤波器部31a、第2滤波器部31b。并且，第2光学滤波器32例如如图41所示具有第2基板32s、第3滤波器部32a、第4滤波器部32b。第1基板31s和第2基板32s是能够使红外线透射的基板。作为第1基板31s和第2基板32s，例如能够采用硅酮基板、锗基板、蓝宝石基板、氧化镁基板等。
红外线检测器2h例如能够用于红外线式气体传感器。红外线检测器2h能够将第1滤波器部31a的中心波长作为第1光学滤波器31的第1特定波长，将第3滤波器部32a的中心波长作为第2光学滤波器32的第2特定波长。
红外线检测器2h在用于红外线式气体传感器的情况下，例如能够将第1滤波器部31a的中心波长设定为检测对象的气体的吸收波长，将第3滤波器部32a的中心波长设定为参照波长。
红外线检测器2h将第1光学滤波器31和第2光学滤波器32分体形成，但不限于此，例如也可以将第1光学滤波器31和第2光学滤波器32单片化。
优选的是，红外线检测器2h具有对红外线检测元件20h的输出信号进行信号处理的IC元件40。优选的是，IC元件40被安装在基板43上，并被收纳在外壳29内。优选的是，在红外线检测元件20h具有两个检测单元DE的情况下，红外线检测元件20h对应每个检测单元DE具有IC元件40。优选的是，红外线检测器2h具有对第1检测单元DE 1的输出信号进行信号处理的IC元件40(第1 IC元件41)、和对第2检测单元DE 2的输出信号进行信号处理的IC元件40(第2 IC元件42)。
第1 IC元件41例如如图42所示能够构成为具有电流电压变换电路41a和放大电路41b。
第2 IC元件42例如如图42所示能够构成为具有电流电压变换电路42a和放大电路42b。
电流电压变换电路41a、42a的电路结构也可以是图42所示的结构以外的结构。
红外线检测器2h将检测单元DE的第1输出端子、第2输出端子分别与基板43的第1引线端子43j(参照图36)、第2引线端子(未图示)电连接。第1引线端子43j及第2引线端子分别构成基板43的配线的彼此不同的一部分。红外线检测器2h在利用上述的第1连接部、第2连接部分别构成检测单元DE的第1输出端子、第2输出端子的情况下，第1连接部及第2连接部能够兼做红外线检测器2h与基板43的接合部。
基板43具有与该基板43的厚度方向正交的第1面143、和第2面144。基板43以使该基板43的厚度方向与底座29a的厚度方向一致的方式配置，并固定于底座29a。
优选的是，基板43如图36所示具有从第1面143突出并定位红外线检测元件20h的两个第1突部43m和两个第2突部43n。两个第1突部43m和两个第2突部43n形成于基板43中的红外线检测元件20h的预计搭载区域的外侧。两个第1突部43m在第1方向上位于红外线检测元件20h的两侧。两个第2突部43n在第3方向上位于红外线检测元件20h的两侧。在两个第2突部43n中分别面对红外线检测元件20h的面上，形成有用于使第1引线端子43j和第2引线端子分别露出的各两个的凹部43p。因此，红外线检测器2h能够利用导电性粘接剂将红外线检测元件20h与第1引线端子43j及第2引线端子接合并电连接。
红外线检测器2h能够利用两个第1突部43m及两个第2突部43n定位红外线检测元件20h，提高红外线检测元件20h在与基板43的厚度方向正交的面内的位置精度。由此，红外线检测器2h不需要缘于红外线检测元件20h的位置精度的冗余设计，能够实现小型化及灵敏度的提高。
优选的是，在基板43的第1面143形成有大小包括各个第1热电元件22和各个第2热电元件23的垂直投影区域的孔43b。
优选的是，红外线检测器2h在基板43的第1面143侧配置有红外线检测元件20h，在基板43的第2面144侧配置有第1 IC元件41及第2 IC元件42。
各个第1 IC元件41及第2 IC元件42是裸装片，通过芯片焊接件被固定在设于基板43的第2面144的凹部43y的内底面上。
外壳29如上所述具有底座29a、盖29b、窗部件29w。
优选底座29a是金属制。底座29a形成为圆板状。底座29a具有与其为一体的从外周部向外方突出的第1凸缘29ab。优选盖29b是金属制。盖29b在圆筒状的筒部29bb的一端侧形成有圆板状的顶板部29ba，在另一端侧形成有第2凸缘29be。盖29b在顶板部29ba的中央部形成有窗孔29c。
外壳29通过焊接等将底座29a的第1凸缘29ab和盖29b的第2凸缘29be接合。
窗孔29c形成为比将第1受光元件221和第2受光元件222合并的尺寸稍大的开口尺寸。窗孔29c的开口形状是矩形状，但不限于此，例如也可以是圆形状或矩形状以外的多边形状等。
优选窗部件29w利用导电性材料固定粘接在盖29b上。由此，红外线检测器2h能够将窗部件29w设为与盖29b大致相同的电位，具有不易受到外来的电磁噪声的影响的优点。窗部件29w不限于硅酮基板，例如也可以是锗基板或硫化锌基板等，但采用硅酮基板有利于低成本化。导电性材料能够采用例如焊锡、导电性粘接剂等。
外壳29以使第1热电元件22位于窗孔29c向红外线检测元件20h的垂直投影区域内的方式形成窗孔29c。也可以是，外壳29以使第2热电元件23位于窗孔29c向红外线检测元件20h的垂直投影区域外的方式形成窗孔29c。在这种情况下，红外线检测器2h能够利用外壳29进一步抑制第1热电元件22的检测对象的红外线向第2热电元件23入射。
另外，优选的是，在红外线检测元件20h中，第1热电元件22形成于热电体基板21的中央部，第2热电元件23形成于热电体基板21的周部。并且，优选的是，遮光部件9形成为板状，在遮光部件9的中央部形成有比第1热电元件22的向厚度方向的垂直投影区域大的开口部91。由此，红外线检测器2h能够抑制在窗部件29w透射并朝向第1热电元件22的检测对象的红外线被遮光部件9遮光。开口部91的大小可以按照第1热电元件22的数量适当设定，在第1热电元件22是两个的情况下，只要大于将两个第1热电元件22各自的垂直投影区域相加后的区域即可。
遮光部件9被固定于基板43。遮光部件9被放置在基板43的两个第1突部43m和两个第2突部43n上。基板43在两个第2突部43n上分别形成有各一个的第3突部43o，第3突部43o在第1方向及第3方向上定位遮光部件9。遮光部件9具有与其为一体的两个突片97(参照图37、图38)，两个突片97从第3方向的两端面突出，在第1方向上配置于第3突部43o的两侧。因此，红外线检测器2h能够提高遮光部件9在与基板43的厚度方向正交的面内的位置精度。
在两个第3突部43o彼此的对置面上形成有各两个的凹部43q。第3突部43o的凹部43q形成于与第2突部43n的凹部43p对应的位置。优选遮光部件9利用进入到第3突部43o的凹部43q内的粘接剂固定于基板43。由此，红外线检测器2h能够提高遮光部件9与红外线检测元件20h的相对位置精度。
基板43将两个第1突部43m、43m及两个第2突部43n、43n的高度设定为大于红外线检测元件20h的厚度。由此，红外线检测器2h能够提高在基板43的厚度方向上的遮光部件9与红外线检测元件20h的相对位置精度，也能够提高遮光部件9与红外线检测元件20h的间隙长度Lg的精度。
红外线检测器2h将红外线检测元件20h和遮光部件9固定在相同的基板43上，因而能够提高红外线检测元件20h与遮光部件9的相对位置精度，能够实现高灵敏度化。
第1光学滤波器31及第2光学滤波器32被固定于遮光部件9。第1光学滤波器31及第2光学滤波器32能够利用粘接剂等固定于遮光部件9。优选的是，红外线检测器2h以用第1光学滤波器31及第2光学滤波器32封堵开口部91的方式配置第1光学滤波器31及第2光学滤波器32。优选的是，第1光学滤波器31及第2光学滤波器32在遮光部件9的第1面9a侧固定粘接于开口部91的周边部94。由此，红外线检测器2h能够在第1光学滤波器31及第2光学滤波器32与红外线检测元件20h之间形成间隙。
优选的是，在遮光部件9形成有多个窗部92，以便能够从遮光部件9的第1面9a侧视觉辨认红外线检测元件20h的一部分。由此，红外线检测器2h在制造时，在将预先固定粘接了第1光学滤波器31及第2光学滤波器32的遮光部件9固定于基板43后，能够进行红外线检测元件20h的有无和有无位置偏移的确认等检查步骤。并且，红外线检测器2h在制造时，在将遮光部件9固定于基板43后，能够通过外观检查来评价遮光部件9与红外线检测元件20h的相对位置关系。优选的是，窗部92分别对应红外线检测元件20h的四个角部而形成于遮光部件9的周部。窗部92是在遮光部件9的外周面形成的切口部。窗部92也可以是贯穿遮光部件9的厚度方向的贯穿孔，也可以是透射可见光的透明的部件。
遮光部件9能够构成为例如具有树脂板、和被层压在树脂板上的金属箔。由此，红外线检测器2h能够利用例如印制配线板等形成遮光部件9。在这种情况下，印制配线板的树脂基材构成树脂板，铜箔构成金属箔。树脂基材能够采用例如酚醛类树脂基板、和在玻璃纤维中浸渍了环氧树脂的玻璃环氧树脂基板等。并且，金属箔只要是能够反射红外线等并遮光的材料即可，不限于铜箔，也可以采用例如铝箔、金箔等。遮光部件9在利用印制配线板形成的情况下，只要将印制配线板阻断成规定的形状使用即可，具有不需通过树脂成形来成形树脂板的优点。
遮光部件9也可以是例如金属板。因此，红外线检测器2h能够进一步降低遮光部件9的热容量。金属板的材料只要是能够反射红外线等并遮光的材料即可。金属板的材料优选热容量较小的材料，例如能够采用铝。金属板的材料也可以是不锈钢等。
在红外线检测器2a的第8变形例的红外线检测器中，例如能够采用图43A、图43B及图43C所示的结构的红外线检测元件20i取代红外线检测器2h的红外线检测元件20h。
红外线检测元件20i的第1热电元件22和第2热电元件23反向串联连接，这一点与红外线检测元件20h不同。另外，关于红外线检测元件20i，对与红外线检测元件20h相同的构成要素标注相同的标号，并适当省略说明。
红外线检测元件20i将构成组的第1热电元件22的第1表面电极22a和第2热电元件23的第2表面电极23a、通过第1表面配线24a和第2表面配线25a电连接。由此，红外线检测元件20i将构成组的第1热电元件22和第2热电元件23被反向串联连接。总之，第8变形例的红外线检测器中的第1检测单元DE1及第2检测单元DE2将第1热电元件22和第2热电元件23反向串联连接。红外线检测元件20i对应第1热电元件22和第2热电元件23的每个组具有一对的输出端子28c、28d。在红外线检测元件20i中，端子部24bb构成一个输出端子28c(第1输出端子28c)，端子部25bb构成另一个输出端子28d(第2输出端子28d)。
红外线检测元件20i通过将第1热电元件22用作受光用的热电元件、将第2热电元件23用作温度补偿用的热电元件，能够减轻红外线的串扰的影响。因此，红外线检测元件20i能够实现高灵敏度化。
红外线检测元件20i具有两组的第1热电元件22和第2热电元件23的组。因此，红外线检测元件20i按照每个组将第1热电元件22和第2热电元件23反向串联连接。
图44表示红外线检测器2a的第9变形例的红外线检测器2j。红外线检测器2j的基本结构与红外线检测器2h大致相同，遮光部件9的形状不同。另外，关于红外线检测器2j，对与红外线检测器2h相同的构成要素标注相同的标号，并适当省略说明。
红外线检测器2j的遮光部件9在开口部91的周边部94形成有窗部件29w侧及开口部91侧开放的凹部93。并且，遮光部件9与红外线检测器2h一样形成有窗部92，以便能够从第1面9a侧视觉辨认红外线检测元件20h的一部分。并且，遮光部件9的窗部92是避开了遮光部件9中第2热电元件23的向厚度方向的垂直投影区域、开口部91及凹部93而形成的。光学滤波器30封堵开口部91，光学滤波器30的周部被放置在凹部93中，从而相对于遮光部件9被定位。由此，红外线检测器2j能够进一步提高光学滤波器30与红外线检测元件20h的相对位置精度。尤其是，红外线检测器2j能够提高第1光学滤波器31、第2光学滤波器32与第1受光元件221、第2受光元件222的相对位置精度，能够实现高灵敏度化。
图45及图46表示红外线检测器2a的第10变形例的红外线检测器2k。红外线检测器2k的基本结构与红外线检测器2h大致相同，遮光部件9的形状不同。另外，关于红外线检测器2k，对与红外线检测器2h相同的构成要素标注相同的标号，并适当省略说明。另外，图45是与图46的X-X截面对应的概略纵剖视图。
红外线检测器2k的遮光部件9形成为与盖29b的内周面29bc接触的形状。并且，盖29b通过遮光部件9进行在与底座29a的厚度方向正交的面内的定位。由此，红外线检测器2k能够提高窗部件29w与遮光部件9的相对位置精度。因此，红外线检测器2k能够进一步提高窗部件29w与光学滤波器30与红外线检测元件20h的相对位置精度，能够进一步实现高灵敏度化。
遮光部件9形成为圆形的板状，从外周面突出形成有多个突出片96，各个突出片96各自的前端面与盖29b的筒部29bb的内周面29bc接触。优选的是，遮光部件9的多个突出片96在沿着盖29b的内周面29bc的圆周方向的方向上以相等间隔而形成。由此，红外线检测器2k能够进一步提高盖29b相对于底座29a的位置精度。
图47表示红外线检测器2a的第11变形例的红外线检测器2m。红外线检测器2m的基本结构与红外线检测器2h大致相同，遮光部件9的形状不同。另外，关于红外线检测器2m，对与红外线检测器2h相同的构成要素标注相同的标号，并适当省略说明。
红外线检测器2m的遮光部件9在开口部91的周边部94具有向红外线检测元件20h的表面侧突出的突起95。由此，红外线检测器2m能够抑制倾斜入射到光学滤波器30的红外线和成为杂散光的红外线等入射到第2热电元件23、23，能够通过提高S/N比而进一步实现高灵敏度化。
红外线检测器2j、2k、2m也可以构成为具有红外线检测元件20a、20b、20c、20d、20e、20f、20g、20i中的任意一个红外线检测元件，以取代红外线检测元件20h。并且，红外线检测器2a也可以通过适当组合第1变形例～第11变形例而构成。
(实施方式3)
下面，根据图48～图53、图54A、图54B、图55及图56说明本实施方式的红外线式气体传感器100。
红外线式气体传感器100具有通过热辐射来辐射红外线的红外线辐射元件10、和红外线检测元件20e。因此，红外线式气体传感器100能够实现高灵敏度化。另外，对于红外线式气体传感器100中与实施方式2的红外线检测器2a相同的构成要素标注相同的标号，并适当省略说明。
红外线式气体传感器100(以下也称为“气体传感器100”)利用红外线的吸收波长根据检测对象的气体的种类而不同的性质来检测气体，因而能够提高气体的识别性。
优选的是，气体传感器100具有红外线辐射元件10(参照图49)、红外线检测器2a、配置在红外线辐射元件10和红外线检测器2a之间的试料室6(参照图49～图52)、和信号处理部4。第1光学滤波器31以使检测对象的气体的吸收波长的红外线透射的方式来设定第1透射波长区域。第2光学滤波器32以使不被气体吸收的参照波长的红外线透射、且不与第1透射波长区域重叠的方式来设定第2透射波长区域。信号处理部4根据第1检测单元DE1的第1输出信号与第2检测单元DE2的第2输出信号的之比，求出气体的浓度。由此，气体传感器100能够实现测定精度的提高。也可以是，信号处理部4根据第1检测单元DE1的第1输出信号与第2检测单元DE2的第2输出信号的差分，求出气体的浓度。第1透射波长区域是上述的第1滤波器部31a(参照图21)的透射波长区域。第2透射波长区域是上述的第3滤波器部32a(参照图21)的透射波长区域。
并且，气体传感器100具有断续地对红外线辐射元件10通电的驱动电路5、和控制驱动电路5的控制部51。信号处理部4具有信号处理电路45，对第1 IC元件41的第1输出信号和第2 IC元件42的第2输出信号进行信号处理，求出检测对象的气体的浓度。
信号处理电路45构成为根据第1 IC元件41的第1输出信号与第2 IC元件42的第2输出信号之比，求出检测对象的气体的浓度，并产生与该浓度相当的输出信号。第1 IC元件41的第1输出信号是由电流电压变换电路41a对第1检测单元DE1的输出信号进行电流-电压变换后，在放大电路41b被放大而输出的模拟的电压信号。第2 IC元件42的第2输出信号是由电流电压变换电路41a对第2检测单元DE2的输出信号进行电流-电压变换后，在放大电路41b被放大而输出的模拟的电压信号。也可以是，信号处理电路45根据第1 IC元件41的第1输出信号与第2 IC元件42的第2输出信号的差分，求出检测对象的气体的浓度，并产生与该浓度相当的输出。优选的是，气体传感器100具有将红外线辐射元件10收纳在外壳19中的红外光源1。
下面，更详细地说明气体传感器100的各构成要素。
红外线辐射元件10构成为通过热辐射来辐射红外线。由此，红外线辐射元件10能够辐射比红外发光二极管宽广的波长区域的红外线。红外线辐射元件10能够辐射包括第1透射波长区域的中心波长和第2透射波长区域的中心波长在内的宽广频带的红外线。总之，红外线辐射元件10能够辐射包括第1光学滤波器31的第1透射波长区域和第2光学滤波器32的第2透射波长区域在内的波长区域的红外线。
红外光源1具有红外线辐射元件10和收纳红外线辐射元件10的外壳19。另外，图49中的带箭头的线示意地示出了在气体传感器100中从红外光源1辐射的红外线的行进路径。从红外光源1辐射的红外线是指从红外线辐射元件10辐射、并从外壳19出射的红外线。
红外线辐射元件10如图54A及图54B所示具有：半导体基板11；薄膜部12，形成于半导体基板11的表面111侧；开口部11a，形成于半导体基板11，使薄膜部12中的半导体基板11侧的第1面121的一部分露出。并且，红外线辐射元件10具有红外线辐射层13，形成于薄膜部12的第2面122，利用通过通电而产生的热辐射来辐射红外线。红外线辐射层13从驱动电路5被通电，通过热辐射来辐射红外线。
红外线辐射元件10具有保护层14、和与红外线辐射层13电连接的多个端子部16。保护层14形成为在薄膜部12的第2面122侧覆盖红外线辐射层13。保护层14利用能够使从红外线辐射层13辐射的红外线透射的材料形成。红外线辐射层13和各个端子部16通过配线15而电连接。
红外线辐射元件10能够利用MEMS(micro electro mechanical systems)的制造技术等制造。
红外线辐射元件10通过对红外线辐射层13的通电，红外线辐射层13发热，从红外线辐射层13通过热辐射来辐射红外线。红外线辐射元件10的红外线辐射层13构成红外光源1的发热体。
半导体基板11采用单晶体的硅酮基板。半导体基板11不限于单晶体的硅酮基板，例如能够采用多晶体的硅酮基板等。
薄膜部12例如能够由半导体基板11侧的氧化硅膜12a和氮化硅膜12b的层压膜构成，氮化硅膜12b被层压在氧化硅膜12a中的半导体基板11侧的相反侧。薄膜部12例如也可以是氧化硅膜或氮化硅膜的单层构造。
红外线辐射层13的材料采用氮化钽。即，红外线辐射层13由氮化钽层构成。红外线辐射层13的材料不限于氮化钽，例如也可以采用氮化钛、镍铬、钨、钛、钍、白金、锆、铬、钒、铑、铪、镥、硼、铱、铌、钼、钽、锇、铼、钬、钴、铒、钇、铁、钪、铥、钯、镥。并且，红外线辐射层13的材料也可以采用导电性多晶硅。即，红外线辐射层13也可以由导电性多晶硅层构成。从在高温时的化学性稳定、而且表面电阻的容易设计性的角度考虑，优选红外线辐射层13采用氮化钽层、氮化钛层、导电性多晶硅层等。各个氮化钽层和氮化钛层通过改变其组分，能够改变表面电阻。导电性多晶硅层通过改变不纯物浓度，能够改变表面电阻。
开口部11a由贯穿半导体基板11的厚度方向的孔形成。该开口部11a通过将半导体基板11的一部分从半导体基板11的背面112一直蚀刻到半导体基板11的表面111而形成。开口部11a不限于贯穿半导体基板11的厚度方向的孔，也可以由形成于半导体基板11的表面111的孔形成。
保护层14由氮化硅膜构成。保护层14不限于氮化硅膜，例如也可以由氧化硅膜构成，也可以具有氧化硅膜和氮化硅膜的层压构造。保护层14是用于确保耐潮性等的可靠性的钝化膜。优选的是，保护膜14在对红外线辐射层13通电时针对从红外线辐射层13辐射的期望的波长区域的红外线的透射率比较高，但并非透射率必须是100％。
从实现红外线辐射层13的低热容量化的角度考虑，优选红外线辐射层13的厚度在0.2μm以下。
从实现薄膜部12和红外线辐射层13和保护层14的层压构造的低热容量化的角度考虑，优选将薄膜部12的厚度和红外线辐射层13的厚度和保护层14的厚度之合计厚度设定在例如约0.1μm～1μm的范围内，更优选设为0.7μm以下。
配线15的材料采用铝合金(Al-Si)。配线15的材料没有特殊限定，例如也可以采用金、铜等。并且，配线15只要是与红外线辐射层13接触的部分能够与红外线辐射层13实现欧姆接触的材料即可，不限于单层构造，也可以是多层构造。例如，也可以是，配线15在其厚度方向上从红外线辐射层13侧起依次层压了第1层、第2层、第3层的三层构造，将与红外线辐射层13接触的第1层的材料设为高熔点金属，将第2层的材料设为镍，将第3层的材料设为金。高熔点金属能够采用例如铬等。
端子部16构成焊盘电极。端子部16的材料采用铝合金(Al-Si)。端子部16的材料采用与配线15相同的材料，但也可以是与端子部16的材料不同的材料。
气体传感器100通过调整从驱动电路5向红外线辐射元件10的一对端子部16之间提供的输入电力，能够改变在红外线辐射层13产生的焦耳热，能够改变红外线辐射层13的温度。因此，红外线辐射元件10通过改变红外线辐射层13的温度，能够改变从红外线辐射层13辐射的红外线的峰值波长。
外壳19具有：底座19a，安装有红外线辐射元件10；和盖19b，以覆盖红外线辐射元件10的方式固定粘接于底座19a。外壳19具有：窗孔19r，形成于盖19b中的红外线辐射元件10的前方；以及窗部件19w，以封堵窗孔19r的方式配置，能够使红外线透射。
优选底座19a是金属制。底座19a形成为圆板状。优选盖19b是金属制。盖19b在圆筒状的筒部19bb部位的一端侧形成有圆板状的顶板部19ba，在顶板部19ba的中央部形成有窗孔19r。
底座19a的俯视观察形状呈圆形状，但不限于此，例如也可以是多边形状。并且，盖19b的形状可以按照底座19a的形状适当变更。例如，在底座19a的俯视观察形状呈矩形状的情况下，盖19b的俯视观察形状既可以是圆形状，也可以是矩形状。
外壳19具有2根引线销19d作为对红外线辐射元件10供电用的端子。红外线辐射元件10的端子部16和引线销19d通过金属细线(未图示)而电连接。
2根引线销19d被保持在底座19a上。2根引线销19d贯穿底座19a的厚度方向设于底座19a上。2根引线销19d利用电绝缘性的密封材料(玻璃)固定在底座19上，并与底座19a电气绝缘。
窗部件19w具有使红外线透射的功能。窗部件19w利用平板状的硅酮基板构成。窗部件19w不限于硅酮基板，例如也可以是锗基板或硫化锌基板等，但采用硅酮基板有利于低成本化。并且，也能够采用透镜作为窗部件19w。
气体传感器100通过调整从驱动电路5向红外线辐射元件10的红外线辐射层13提供的输入电力，能够改变在红外线辐射层13产生的焦耳热，能够改变红外线辐射层13的温度。因此，在气体传感器100中，通过改变红外线辐射层13的温度，能够改变从红外线辐射层13辐射的红外线的峰值波长。
驱动电路5断续地驱动红外线辐射元件10。驱动电路5以一定的时间间隔对红外线辐射元件10施加规定脉冲宽度的电压(以下也称为“脉冲电压”)。因此，气体传感器100周期性地从驱动电路5向红外线辐射元件10施加脉冲电压。红外线辐射元件10被施加脉冲电压的期间成为通电期间，未被施加脉冲电压的期间成为非通电期间。另外，驱动红外线辐射元件10与驱动红外光源1是相同的意思。
试料室6形成为筒状。试料室6形成有连通其内部空间和外部的多个通气孔69。由此，试料室6能够供检测对象的气体进出。优选的是，通气孔69贯穿与试料室6的轴向正交的方向而形成。在试料室6形成为圆筒状的情况下，优选通气孔69贯穿试料室6的径向而形成。试料室6通过通气孔69将来自外部的气体导入、将内部空间的气体导出。
气体传感器100在试料室6的轴向的一端部侧配置有红外光源1，在试料室6的轴向的另一端部侧配置有红外线检测器2a。气体传感器100通过通气孔69将例如来自外部的检测对象的气体或者包含检测对象的气体的气体导入试料室6的内部空间中。气体传感器100在位于试料室6的内部空间中的检测对象的气体的浓度增加时，向红外线检测器2a入射的红外线的光量下降，在位于试料室6的内部空间中的检测对象的气体的浓度下降时，向红外线检测器2a入射的红外线的光量增加。
在气体传感器100中，红外线的吸收波长根据检测对象的气体的种类而不同，因而能够提高气体的识别性。吸收波长例如是CH4为3.3μm、CO2为4.3μm、CO为4.7μm、NO为5.3μm。因此，红外线检测器2a例如可以将第1滤波器部31a(参照图21)的中心波长λ1设定为检测对象的气体的吸收波长，将第3滤波器部32a的中心波长λ2设定为检测对象的气体及其它气体(H2O、CH4、CO、NO等)不吸收的波长。第1滤波器部31a和第3滤波器部32a优选透射波谱的半值全宽狭窄的带通滤波器。并且，气体传感器100优选第1滤波器部31a的中心波长λ1与第3滤波器部32a的中心波长λ2之差较小。由此，气体传感器100能够减小检测对象的气体不存在时透射第1滤波器部31a的红外线的光量与透射第3滤波器部32a的红外线的光量之差。
优选的是，第1光学滤波器31将第1滤波器部31a的中心波长λ1设定为检测对象的气体的吸收波长。由此，第1光学滤波器31能够使检测对象的气体的吸收波长的红外线以更高的透射率透射。第1滤波器部31a对中心波长λ1的红外线的透射率优选在50％以上，更优选在70％以上，最优选在90％以上。优选的是，第2光学滤波器32将第3滤波器部32a的中心波长λ2设定为检测对象的气体及其它气体不吸收的波长(以下也称为“参照波长”)。优选的是，第3滤波器部32a的透射波长区域不与第1滤波器部31a的透射波长区域重叠。第3滤波器部32a对中心波长λ2的红外线的透射率优选在50％以上，更优选在70％以上，最优选在90％以上。第3滤波器部32a对中心波长λ2的红外线的透射率与第1滤波器部31a对中心波长λ1的红外线的透射率之差越小越好。
在检测对象的气体例如是二氧化碳的情况下，气体传感器100能够将第1滤波器部31a的中心波长λ1设定为4.3μm，将第3滤波器部32a的中心波长λ2例如设定为3.9μm。
试料室6是通过将沿包含该试料室6的中心轴的平面进行分割的成对的盒半体64、65(参照图50～图52)接合而形成的。盒半体64和盒半体65例如能够利用从嵌合、超声波熔敷、粘接等选择的技术进行接合。
优选的是，试料室6兼做使从红外线辐射元件10辐射的红外线向红外线检测器2a侧反射的光学要素。试料室6例如在由合成树脂形成的情况下，优选在内表面侧具有反射红外线的反射层的构造。试料室6的材料不限于合成树脂，例如也可以采用金属。
总之，优选的是，试料室6呈筒状，其内表面构成使从红外线辐射元件10辐射的红外线反射的反射面66(参照图50、图52)。在具有上述的反射层的情况下，该反射层的表面能够构成反射面66。
气体传感器100具有保持红外光源1的保持部件70(参照图50～图52)，该保持部件70被安装在试料室6上。并且，气体传感器100具有保持红外线检测器2a的保持部件80，该保持部件80被安装在试料室6上。
保持部件70具有盖部71和压板72。盖部71呈圆盘状，在盖部71的试料室6侧的端面设有供试料室6的一端部插入的凹部71a，在凹部71a的底部的中央形成有供红外光源1插入的贯通孔71b。压板72用于将红外光源1按压于盖部71。
将在压板72的孔72b以及盖部71的孔71d中通过的多个螺钉(未图示)旋入试料室6的一端部的内螺纹部64d、65d中，由此保持部件70被安装在试料室6上。
保持部件80具有盖部81和压板82。盖部81呈圆盘状，在盖部81的试料室6侧的端面设有供试料室6的另一端部插入的凹部81a，在凹部81a的底部的中央形成有供红外线检测器2a插入的贯通孔81b。压板82用于将红外线检测器2a按压于盖部81。
将在压板82的孔82b以及盖部81的孔81c中通过的多个螺钉(未图示)旋入试料室6的另一端部的内螺纹部(未图示)中，由此保持部件80被安装在试料室6上。
另外，保持部件70、80各自的构造没有特殊限定。并且，保持部件70、80各自向试料室6的安装构造也没有特殊限定。
试料室6的反射面66呈如图53所示的如下形状，即以试料室6的中心轴上规定的长轴为旋转轴的旋转椭圆体的长轴方向的两端部分别被与长轴正交的两个平面VP1、VP2切割后得到的形状。因此，在试料室6形成有与旋转椭圆体(长椭圆体)的一部分对应的内部空间。
气体传感器100如图53所示，将红外光源1配置在试料室6的中心轴上、所述旋转椭圆体的一个焦点P1(以下称为“第1焦点P1”)上，将红外线检测器2a配置在试料室6的中心轴上、比所述旋转椭圆体的另一个焦点P2(以下称为“第2焦点P2”)靠近红外光源1的一侧。
气体传感器100将红外线辐射元件10配置在所述旋转椭圆体的第1焦点P1附近。附近是指由第1焦点P1和红外线辐射元件10的距离小于规定值的所有的点构成的部分集合，也包含第1焦点P1的点。所述规定值根据所述旋转椭圆体的第1焦点P1和第2焦点P2的距离而变化。总之，红外线辐射元件10严格意义上不需要配置在第1焦点P1，只要是视为实质上配置在第1焦点P1的位置即可。从红外线辐射元件10沿倾斜方向辐射的红外线以通过反射面66被反射并会聚于第2焦点P2的方式被导光。但是，在将红外线检测器2a配置在第2焦点P2的情况下，在试料室6的另一端部，在反射面66反射并入射到第1光学滤波器31和第2光学滤波器32的红外线的入射角容易增大。并且，第1光学滤波器31和第2光学滤波器32在入射角越大时，透射波谱(透射率-波长特性)向短波长侧的偏移越大，包含选择波长的特定波长区域的红外线的透射率下降。并且，在沿着试料室6的中心轴OX的方向上的试料室6与红外线检测器2a的距离越长时，气体传感器100的红外线的损失越多。
因此，气体传感器100将红外线检测器2a配置在试料室6的中心轴OX上、比第2焦点P2靠近红外光源1的一侧。即，红外线检测器2a在沿着试料室6的中心轴OX的方向上、比第2焦点P2靠近红外光源1的一侧，而且在试料室6和第2焦点P2之间配置第1光学滤波器31、第2光学滤波器32、第1受光元件221、第2受光元件222。由此，气体传感器100在使沿着试料室6的中心轴OX的方向上的试料室6与红外线检测器2a的距离、和将红外线检测器2a配置于第2焦点P2时的试料室6与红外线检测器2a的距离相同时，能够减小在试料室6的另一端部、由反射面66反射并入射到第1光学滤波器31、第2光学滤波器32的红外线的入射角。因此，气体传感器100能够抑制特定波长区域(第1光学滤波器31、第2光学滤波器32各自的设计上的透射波长区域)的红外线的透射率下降，能够提高S/N比。并且，能够抑制串扰的发生，即抑制在第1光学滤波器31、第2光学滤波器32透射的红外线入射到与第1光学滤波器31、第2光学滤波器32面对的第1受光元件221、第2受光元件222以外的第2温度补偿元件232、第1温度补偿元件231的串扰，能够实现测定精度的提高。沿着试料室6的中心轴OX的方向上的试料室6与红外线检测器2a的距离优选比较短，更优选为零。
另外，气体传感器100对在红外光源1和红外线检测器2a之间配置的部件(试料室6等)的形状和数量、配置等没有特殊限定。
优选的是，信号处理部4具有第1 IC元件41、第2 IC元件42、和信号处理电路45。
信号处理电路45具有A/D变换电路45a和浓度运算部45b。A/D变换电路45a构成为对第1 IC元件41的第1输出信号、第2 IC元件42的第2输出信号分别进行模拟-数字变换并输出。浓度运算部45b构成为根据在A/D变换电路45a分别被数字化后的第1输出信号与第2输出信号之比，计算检测对象(以下称为“测定对象”)的气体的浓度。
浓度运算部45b构成为根据第1 IC元件41的第1输出信号与第2 IC元件42的第2输出信号之比计算浓度。在浓度运算部45b中，在[第1 IC元件41的第1输出信号]/[第2 IC元件42的第2输出信号]的值越大时，浓度越高。
浓度运算部45b也可以构成为根据在A/D变换电路45a分别被数字化后的第1输出信号与第2输出信号的差分，运算测定对象的气体的浓度。在这种情况下，在浓度运算部45b中，在︱[第1 IC元件41的第1输出信号]-[第2 IC元件42的第2输出信号]︱的值越大时，浓度越高。
气体传感器100通过在微处理器中安装适宜的程序，构成具有控制部51和浓度运算部45b的运算部。运算部例如也可以由定制IC等构成。
气体传感器100也可以具有显示部8，显示通过浓度运算部45b的运算而求出的浓度。显示部8例如能够由液晶显示装置、或有机EL显示装置、或使用了发光二极管的显示装置等构成。
优选的是，气体传感器100将控制部51与设定红外光源1的电阻值的设定部52连接。控制部51构成为根据由设定部52设定的电阻值决定规定脉冲宽度，以便使从驱动电路5向红外光源1的接通电力达到规定值。
红外光源1的电阻的测定值是指在室温(例如25℃)下，在对红外光源1施加电压时测定在红外光源1流过的电流，并根据欧姆定律求出的值。红外光源1的电阻可以在气体传感器100的制造阶段或者制造气体传感器100之前预先测定。红外光源1的电阻的测定值是指红外线辐射元件10的红外线辐射层13的电阻、和外壳19的引线销19d与红外线辐射层13之间的电路的电阻之合成电阻的值。红外光源1从增大在红外线辐射层13产生的焦耳热、使从红外线辐射层13高效地辐射红外线的角度考虑，优选红外线辐射层13的电阻值相比电路的电阻值足够大。换言之，优选红外光源1的电路的电阻值较小到红外光源1的电阻的测定值被视为红外线辐射层13的电阻值的程度。
驱动电路5构成为向红外线辐射元件10提供由控制部51决定的规定脉冲宽度的电压。由此，气体传感器100即使是由于红外线辐射元件10的制造偏差等使得红外线辐射元件10的电阻值产生偏差时，也能够通过在制造时由设定部52将预先测定的红外光源1的电阻的测定值设定为电阻值，抑制对红外线辐射元件10的接通电力的偏差，能够实现测定精度的高精度化。
另外，气体传感器100将从驱动电路5向红外线辐射层13提供的电压的规定脉冲宽度，设定为比按照第1热电元件22接受到的红外线量的时间变化来输出电流的响应时间短的时间。
图55示意地表示施加给红外线辐射层13的脉冲电压的波形、与红外线辐射层13辐射的红外线量的关系。红外线辐射层13仅在被施加脉冲电压的期间被通电，在未被施加脉冲电压的期间通电停止(阻断)。在图55中，将对红外线辐射层13通电的通电期间设为T1，将从对红外线辐射层13的通电被截止到下一次开始通电的非通电期间设为T2。
红外光源1由存在红外线辐射元件10的开口部11a内的气体构成气体层。构成气体层的气体优选惰性气体。惰性气体能够采用例如N2气体、Ar气体等。
红外光源1通过具有气体层，能够在通电期间T1使红外线辐射层13有效升温，能够实现规定脉冲宽度的缩短，并确保期望的红外线量。并且，红外光源1通过具有气体层，即使是在非通电期间T2中，也能够在比通电期间T1长的期间中辐射红外线。气体传感器100通过缩短规定脉冲宽度，能够实现低功耗化。
红外线辐射层13在通电开始时随着时间经过而温度上升。红外线辐射层13的红外线量随着温度上升而呈曲线式增加。红外线辐射层13在通电被截止时温度下降。红外线辐射层13的红外线量随着温度下降而平缓地减小。在非通电期间T2中红外线辐射层13辐射的红外线量的时间变化的频率成分，是根据具有气体层的红外光源1的构造上的热时间常数而决定的。从时间上，将非通电期间T2设定为比通电期间T1足够长的时间。例如，气体传感器100例如能够将通电期间T1设定在约5ms～30ms的范围内，将非通电期间T2设定在约5s～30s的范围内。非通电期间T2中的红外线量的时间变化的频率成分是比通电期间T1中的红外线量的时间变化的频率成分低的低频。气体传感器100即使是在非通电期间T2中，也能够在比通电期间T1长的期间中辐射红外线，因而在非通电期间T2中能够实现利用了低频且减少的红外线的低频响应。
在电流电压变换电路41a中，使用作为电容性元件的电容器Cf1的阻抗，对第1检测单元DE1的输出信号即电流信号进行电流-电压变换。从第1检测单元DE1来看的阻抗(以下称为变换阻抗)能够用下述的式(10)表示。
Z＝1/(2·π·f·C) ……式(10)
在式(10)中，设变换阻抗为Z[Ω]，设频率为f[Hz]，设电容器Cf1的电容值为C[F]。
图56示意地表示变换阻抗Z的频率特性。图56是半对数图，设纵轴为对数刻度。在图56中，分别省略了纵轴及横轴的刻度。变换阻抗Z如图56所示具有随着频率下降而呈线性增加的倾向。
气体传感器100与红外光源1不具有气体层的情况相比，在红外光源1的非通电期间T2中从红外光源1辐射的红外线量的时间变化的频率成分是低频。因此，电流电压变换电路41a对于第1检测单元DE1输出的低频的电流信号，在变换阻抗Z(增益)较高的区域中进行动作，能够实现输出信号的S/N比的提高。因此，第1 IC元件41能够实现将电流电压变换电路41a的输出信号放大的放大电路41b的输出信号的S/N比的提高。第1 IC元件41由放大电路41b的输出信号构成第1 IC元件41的第1输出信号。
第2 IC元件42的电流电压变换电路42a的电路结构与电流电压变换电路41a相同，放大电路42b的电路结构与放大电路41b相同，因而能够实现第2输出信号的S/N比的提高。
如上所述，红外线辐射元件10具有：半导体基板11；薄膜部12，形成于半导体基板11的表面111侧；开口部11a，形成于半导体基板11，使薄膜部12中的半导体基板11侧的第1面121的一部分露出。并且，红外线辐射元件10具有红外线辐射层13，其形成于薄膜部12的第2面122，利用通过通电而产生的热辐射来辐射红外线，即使是在从对红外线辐射层13的通电被截止到下一次通电开始的非通电期间中，也辐射红外线。并且，第1 IC元件41具有电流电压变换电路41a，对红外线检测元件20e的第1检测单元DE1的第1输出信号即电流信号进行电流-电压变换。并且，第2IC元件42具有电流电压变换电路42a，对红外线检测元件20e的第2检测单元DE2的第2输出信号即电流信号进行电流-电压变换。优选的是，各个电流电压变换电路41a、42a使针对在红外线辐射元件10的非通电期间中红外线辐射元件10辐射的红外线量的时间变化的频率成分的增益、大于针对比该频率成分高的频域的增益。各个电流电压变换电路41a、42a的增益是指上述的变换阻抗Z。气体传感器100通过缩短对红外线辐射层13的通电期间，能够实现红外线辐射元件10的驱动电力的降低。并且，气体传感器100通过使针对在红外线辐射元件10的非通电期间中红外线辐射元件10辐射的红外线量的时间变化的频率成分的增益、大于针对比该频率成分高的频域的增益，能够实现S/N比的提高。
各个电流电压变换电路41a、42a也可以构成为将各个电容器Cf1、Cf2分别与MOSFET等开关元件并联连接，以便能够进行使各个电容器Cf1、Cf2的电荷定期放电的重设动作。在这种情况下，各个电流电压变换电路41a、42a通过使各个开关元件定期地仅接通规定时间，能够使各个电容器Cf1、Cf2的电荷定期放电。因此，气体传感器100能够抑制各个电流电压变换电路41a、42a各自的输出信号饱和。
驱动电路5构成为将来自控制部51的控制信号升压来生成脉冲电压。驱动电路5具有将作为控制信号而提供的输入电压升压的升压功能。控制信号是指示规定脉冲宽度的信号。
气体传感器100为，即使从驱动电路5向红外线辐射元件10提供的脉冲电压相同时，红外线辐射层13的温度也根据红外线辐射元件10的电阻值的差异而不同。
因此，气体传感器100构成为使控制部51根据由设定部52设定的电阻值来决定规定脉冲宽度，以便使从驱动电路5向红外线辐射元件10的接通电力达到规定值。设定部52例如能够由非易失性存储元件构成。例如在气体传感器100的出厂检查时等，设定部52将另外测定的红外光源1的电阻的测定值存储为红外光源1的电阻值，由此进行设定。控制部51在决定规定脉冲宽度时，从设定部52读出红外光源1的电阻值，将该电阻值代入规定的运算式中进行运算，由此决定规定脉冲宽度。另外，气体传感器100构成为，驱动电路5向红外线辐射元件10断续地提供由控制部51决定的规定脉冲宽度的脉冲电压。由此，气体传感器100即使是由于红外线辐射元件10的制造偏差等使得红外线辐射元件10的电阻值产生偏差时，也能够通过在制造时由设定部52将预先测定的红外光源1的电阻的测定值设定为电阻值，能够抑制对红外线辐射元件10的接通电力的偏差，能够实现测定精度的高精度化。总之，气体传感器100具有在制造时根据红外光源1的电阻的测定值初始调整规定脉冲宽度的功能，能够实现测定精度的高精度化。
气体传感器100能够根据第1检测单元DE1的第1输出信号与第2检测单元DE2的第2输出信号之比或者差分达到与检测对象的气体(例如二氧化碳)的浓度对应的值，在信号处理部4中高精度地求出检测对象的气体的浓度。从扩宽动态范围的角度考虑，优选气体传感器100根据第1检测单元DE1的第1输出信号与第2检测单元DE2的第2输出信号的差分求出气体的浓度。另一方面，从抑制随时间而变动的角度考虑，优选气体传感器100根据第1检测单元DE1的第1输出信号与第2检测单元DE2的第2输出信号之比求出气体的浓度。
气体传感器100也可以使用在实施方式2中说明的第1变形例的红外线检测器2b、第2变形例的红外线检测器2c、红外线检测器2a的第3变形例～第6变形例中的任意一个红外线检测器，取代红外线检测器2a。并且，气体传感器100也可以使用各两个的、在实施方式1中说明的红外线检测元件20a、20b、20c、20d、20f、20g中的任意一种红外线检测元件，取代红外线检测器2a的红外线检测元件20e。
气体传感器100仅具有一组的第1检测单元DE1和第2检测单元DE2的组，但不限于此，也可以具有多组的第1检测单元DE1和第2检测单元DE2的组。因此，气体传感器100能够测定与第1检测单元DE1和第2检测单元DE2的组是一对一对应的种类的气体的浓度。即，气体传感器100也能够将测定对象的气体的种类设为多种，而不仅限于一种。
另外，红外光源1不限于具有红外线辐射元件10和外壳19的结构，例如也能够采用卤素灯等。
下面，根据图57和图58说明具有红外线检测器2h的第1变形例的红外线式气体传感器101。另外，在红外线式气体传感器101(以下称为“气体传感器101”)中，对与气体传感器100相同的构成要素，标注与气体传感器100相同的标号并适当省略说明。
气体传感器101具有红外线辐射元件10、红外线检测元件20h。因此，气体传感器101能够实现高灵敏度化。
气体传感器101具有红外线辐射元件10、红外线检测器2h、配置在红外线辐射元件10和红外线检测器2h之间的试料室6、和信号处理部4。并且，气体传感器101具有断续地对红外线辐射元件10通电的驱动电路5、和控制驱动电路5的控制部51。信号处理部4具有第1IC元件41、第2 IC元件42、和信号处理电路45。信号处理电路45对第1 IC元件41的第1输出信号和第2 IC元件42的第2输出信号进行信号处理，并求出检测对象的气体的浓度。
红外线检测器2h中的第1光学滤波器31以使测定对象的气体的吸收波长的红外线透射的方式来设定第1透射波长区域。第1透射波长区域是指上述的第1滤波器部31a(参照图40)的透射波长区域。第1光学滤波器31将测定对象的气体的吸收波长设定为第1特定波长。
红外线检测器2h中的第2光学滤波器32以使测定对象的气体不吸收的参照波长的红外线透射、且不与第1透射波长区域重叠的方式来设定第2透射波长区域。第2透射波长区域是指上述的第3滤波器部32a(参照图41)的透射波长区域。第2光学滤波器32将参照波长设定为第2特定波长。
信号处理电路45构成为根据第1 IC元件41的第1输出信号与第2 IC元件42的第2输出信号之比，求出检测对象的气体的浓度，并产生与该浓度相当的输出信号。第1 IC元件41的第1输出信号是由电流电压变换电路41a对第1检测单元DE1的第1输出信号进行电流-电压变换后，在放大电路41b被放大而输出的模拟的电压信号。第2 IC元件42的第2输出信号是由电流电压变换电路42a对第2检测单元DE2的第2输出信号进行电流-电压变换后，在放大电路42b被放大而输出的模拟的电压信号。也可以是，信号处理电路45根据第1 IC元件41的第1输出信号与第2 IC元件42的第2输出信号的差分，求出检测对象的气体的浓度，并产生与该浓度相当的输出信号。
红外光源1具有通过热辐射来辐射红外线的红外线辐射元件10、和收纳红外线辐射元件10的外壳19。另外，图58中的带箭头的线示意地示出了在气体传感器101中从红外光源1辐射的红外线的行进路径。
优选的是，红外线检测器2h的将第1检测单元DE1中的第1热电元件22的第1表面电极22a的平面形状和第2检测单元DE2中的第1热电元件22的第1表面电极22a的平面形状合并形成的形状，呈沿着热电体基板21的表面21a与所述旋转椭圆体的交线的形状。因此，气体传感器101能够削减在各个第1热电元件22、22各自中的无助于接受红外线的区域，能够降低各个第1热电元件22、22各自的热容量，能够实现高灵敏度化。
气体传感器101也可以采用红外线检测元件20d、20e、20f、20g、20i等取代红外线检测元件20h。
气体传感器101也可以采用第8变形例的红外线检测器、第9变形例的红外线检测器2j、第10变形例的红外线检测器2k、第11变形例的红外线检测器2m等，取代红外线检测器2h。
气体传感器101具有仅一组的第1检测单元DE1和第2检测单元DE2的组，但不限于此，也可以具有多组的第1检测单元DE1和第2检测单元DE2的组。
下面，根据图59和图60说明第2变形例的红外线式气体传感器102。另外，在红外线式气体传感器102中，对与气体传感器100相同的构成要素，标注与气体传感器100相同的标号并适当省略说明。
红外线式气体传感器102具有通过热辐射来辐射红外线的红外线辐射元件10、和红外线检测元件20e(参照图13)。由此，红外线式气体传感器102能够实现高灵敏度化。
红外线式气体传感器102具有第1受光元件221、第2受光元件222、第1光学系统3a、第2光学系统3b、驱动电路5、和信号处理部4。红外线检测元件20e在一个热电体基板21形成有两组的受光用的第1热电元件22和温度补偿用的第2热电元件23的组，一组构成第1检测单元DE1，另一组构成第2检测单元DE2。并且，红外线检测元件20e由第1检测单元DE1的第1热电元件22构成第1受光元件221，由第2检测单元DE2的第1热电元件22构成第2受光元件222。驱动电路5构成为驱动红外线辐射元件10。第1光学系统3a配置在红外线辐射元件10和第1受光元件221之间，第2光学系统3b配置在红外线辐射元件10和第2受光元件222之间。信号处理部4构成为根据第1受光元件221的第1输出信号与第2受光元件222的第2输出信号之比，求出检测对象的气体的浓度。以使包含基于检测对象的气体的红外线的吸收波长λg(参照图60)的方式设定第1光学系统3a的第1透射波长区域λ01～λ11(参照图60)。以使包含参照波长λr(参照图60)的方式设定第2光学系统3b的第2透射波长区域λ02～λ12(参照图60)。第1透射波长区域λ01～λ11和第2透射波长区域λ02～λ12彼此不同，而且第2透射波长区域λ02～λ12比第1透射波长区域λ01～λ11靠短波长侧。红外线式气体传感器102对于第1光学系统3a和第2光学系统3b，在比第1透射波长区域λ01～λ11和第2透射波长区域λ02～λ12双方都靠长波长侧，对第1光学系统3a和第2光学系统3b设定共用的补偿用的规定波长区域λc～λd(参照图60)。红外线式气体传感器102使第1光学系统3a的规定波长区域λc～λd的第1平均透射率小于第2光学系统3b的规定波长区域λc～λd的第2平均透射率。红外线式气体传感器102以补偿由于红外线辐射元件10的辐射功率的变化而引起的比值的变化的方式分别设定第1平均透射率和第2平均透射率，所述比值是指基于第1透射波长区域λ01～λ11的红外线的第1受光元件221的第1输出信号成分、与基于第2透射波长区域λ02～λ12的红外线的第2受光元件222的第2输出信号成分之比。因此，红外线式气体传感器102能够提高测定精度的长期稳定性。
优选的是，红外线式气体传感器102具有将第1受光元件221和第2受光元件222收纳在外壳29中的红外线检测器2d。红外线检测器2d的基本结构与红外线检测器2a相同，因而标注与红外线检测器2a相同的标号并适当省略说明。
优选的是，红外线式气体传感器102具有配置在红外线辐射元件10和红外线检测器2d之间的试料室6。另外，图59中的带箭头的线示意地示出了从红外光源1辐射的红外线的行进路径。
下面，更详细地说明红外线式气体传感器102(以下也称为“气体传感器102”)的各个构成要素，但适当省略有关与气体传感器100相同的构成要素的说明。
红外线辐射元件10能够辐射包括第1透射波长区域λ01～λ11、第2透射波长区域λ02～λ12及规定波长区域λc～λd的宽广频带的红外线。
优选的是，驱动电路5断续地驱动红外线辐射元件10。优选的是，驱动电路5构成为以一定的电压或者一定的电流对红外线辐射元件10进行脉冲驱动。驱动电路5例如在以一定的电压对红外线辐射元件10进行脉冲驱动的情况下，以规定的时间间隔对红外线辐射元件10施加规定的脉冲宽度的电压(以下也称为“脉冲电压”)。因此，气体传感器102从驱动电路5向红外线辐射元件10周期地施加脉冲电压。红外线辐射元件10被施加脉冲电压的期间成为通电期间，未被施加脉冲电压的期间成为非通电期间。驱动电路5在以一定的电流对红外线辐射元件10进行脉冲驱动的情况下，以规定的时间间隔对红外线辐射元件10提供规定的脉冲宽度的电流(以下也称为“脉冲电流”)。
第1光学系统3a参与从红外线辐射元件10辐射的红外线入射到第1受光元件221的传播路径。并且，第2光学系统3b参与从红外线辐射元件10辐射的红外线入射到第2受光元件222的传播路径。
优选第1光学系统3a具有例如如图40所示的第1光学滤波器31。并且，优选第2光学系统3b具有例如如图41所示的第2光学滤波器32。气体传感器102中的第1光学系统3a除第1光学滤波器31以外，还包括红外光源1的窗孔19r、红外光源1的窗部件19w、试料室6的反射面66、红外线检测器2d的窗孔29c、和红外线检测器2d的窗部件29w。并且，气体传感器102中的第2光学系统3b除第2光学滤波器32以外，还包括红外光源1的窗孔19r、红外光源1的窗部件19w、试料室6的反射面66、红外线检测器2d的窗孔29c、和红外线检测器2d的窗部件29w。
第1光学滤波器31具有第1基板31s、第1滤波器部31a、第2滤波器部31b。以下，将第1滤波器部31a也称为第1狭窄频带透射滤波器部31a。并且，以下，将第2滤波器部31b也称为第1宽广频带阻断滤波器部31b。
第1狭窄频带透射滤波器部31a以规定第1光学系统3a的第1透射波长区域λ01～λ11的方式设计滤波器特性。第1宽广频带阻断滤波器部31b以使第1光学滤波器31在规定波长区域λc～λd的红外线的透射率小于仅是第1狭窄频带透射滤波器部31a时的透射率的方式进行设计。第1宽广频带阻断滤波器部31b是通过吸收规定波长区域λc～λd的红外线而进行阻断的滤波器。
第1狭窄频带透射滤波器部31a例如能够是由λ0/4多层膜34、波长选择层35、和λ0/4多层膜36构成的带通滤波器。
λ0/4多层膜34是将折射率不同、且光学膜厚相同的两种薄膜31aa、31ab交替地层压而成的多层膜。λ0/4多层膜34的两种薄膜31aa、31ab的光学膜厚被设定为λ0/4多层膜34的设计波长λ0的1/4。
λ0/4多层膜36是将折射率不同、且光学膜厚相同的两种薄膜31aa、31ab交替地层压而成的多层膜。λ0/4多层膜36的两种薄膜31aa、31ab的光学膜厚被设定为λ0/4多层膜36的设计波长λ0的1/4。
波长选择层35介入在λ0/4多层膜34和λ0/4多层膜36之间。波长选择层35的光学膜厚是按照波长选择层35的选择波长决定的，与各个薄膜31aa、31ab的光学膜厚不同。波长选择层35的选择波长是吸收波长λg。第1狭窄频带透射滤波器部31a对吸收波长λg的红外线的透射率优选在50％以上，更优选70％以上，最优选90％以上。
第2光学滤波器32具有第2基板32s、第3滤波器部32a、第4滤波器部32b。以下，将第3滤波器部32a也称为第2狭窄频带透射滤波器部32a。并且，以下，将第4滤波器部32b也称为第2宽广频带阻断滤波器部32b。
第2狭窄频带透射滤波器部32a以规定第2光学系统3b的第2透射波长区域λ02～λ12的方式设计滤波器特性。第2宽广频带阻断滤波器部32b以使第2光学滤波器32在规定波长区域λc～λd的红外线的透射率小于仅是第2狭窄频带透射滤波器部32a时的透射率的方式进行设计。第2宽广频带阻断滤波器部32b是通过吸收规定波长区域λc～λd的红外线而进行阻断的滤波器。
第2狭窄频带透射滤波器部32a例如能够是由λ0/4多层膜37、波长选择层38、和λ0/4多层膜39构成的带通滤波器。λ0/4多层膜37和λ0/4多层膜39的设定波长λ0相同。
λ0/4多层膜37是将折射率不同、且光学膜厚相同的两种薄膜32aa、32ab交替地层压而成的多层膜。λ0/4多层膜37的两种薄膜32aa、32ab的光学膜厚被设定为λ0/4多层膜37的设计波长λ0的1/4。
λ0/4多层膜39是将折射率不同、且光学膜厚相同的两种薄膜32aa、32ab交替地层压而成的多层膜。λ0/4多层膜39的两种薄膜32aa、32ab的光学膜厚被设定为λ0/4多层膜39的设计波长λ0的1/4。
波长选择层38介入在λ0/4多层膜37和λ0/4多层膜39之间。波长选择层38的光学膜厚是按照波长选择层38的选择波长决定的，与各个薄膜32aa、32ab的光学膜厚不同。波长选择层38的选择波长是参照波长λr。参照波长λr是指检测对象的气体及其它气体不吸收的波长。在假定检测对象的气体是CO2的情况下，关于其它气体例如可以举出H2O、CH4、CO、NO等。第2狭窄频带透射滤波器部32a对参照波长λr的红外线的透射率优选在50％以上，更优选70％以上，最优选90％以上。
第2狭窄频带透射滤波器部32a通过在λ0/4多层膜37和λ0/4多层膜39之间具有波长选择层38，能够使在反射频带中局部存在透射波谱宽度比反射频带宽度狭窄的第2透射波长区域λr-Δλr～λr+Δλr。
第2宽广频带阻断滤波器部32b是将折射率不同、且光学膜厚相同的两种薄膜32ba、32bb交替地层压而成的多层膜。
优选的是，第1光学滤波器31将第1狭窄频带透射滤波器部31a的中心波长设定为检测对象的气体的吸收波长λg。并且，优选的是，第2光学滤波器32将第2狭窄频带透射滤波器部32a的中心波长设定为参照波长λr。优选的是，气体传感器102使吸收波长λg与参照波长λr之差比较小。因此，气体传感器102能够减小检测对象的气体不存在时的、透射第1狭窄频带透射滤波器部31a的红外线的光量与透射第2狭窄频带透射滤波器部32a的红外线的光量之差。在检测对象的气体例如是二氧化碳的情况下，气体传感器102将吸收波长λg设定为4.3μm，将参照波长λr设定为例如3.9μm。
信号处理部4具有：第1 IC元件41，对第1受光元件221的第1输出信号进行信号处理；和第2 IC元件42，对第2受光元件222的第2输出信号进行信号处理。
并且，信号处理部4具有信号处理电路45，产生基于由第1放大电路放大后的第1输出信号与由第2放大电路放大后的第2输出信号之比的输出。信号处理电路45根据由第1放大电路放大后的第1输出信号与由第2放大电路放大后的第2输出信号之比，求出检测对象的气体的浓度，并产生与该浓度相当的输出。
另外，信号处理部4也可以将该信号处理部4的所有部分设于红外线检测器2d的外壳29内。并且，信号处理部4也可以将第1电流电压变换电路、第1放大电路、第2电流电压变换电路、第2放大电路及信号处理电路45集成化为单片的IC元件，并设于外壳29内。并且，信号处理部4也可以适当连接多个分立部件来构成。并且，信号处理部4也可以将该信号处理部4的所有部分与红外线检测器2d分体设置。
然而，在通过热辐射来辐射红外线的红外线辐射元件10中，例如在由于该红外线辐射元件10的特性随时间的变化而使得相同输入电力时的红外光源1的到达温度下降的情况下，辐射波谱(辐射能量的波长依存性)变化。在图60所示的示意图中，用单点划线表示温度T1(例如700K)时的红外线辐射元件10的辐射波谱，用双点划线表示温度T2(<T1)时的红外线辐射元件10的辐射波谱。另外，在图60中，用实线表示第1光学系统3a的透射波谱(透射率的波长依存性)，用虚线表示第2光学系统3b的透射波谱。根据图60可知，在红外线辐射元件10的辐射功率变化了的情况下，基于第1透射波长区域λ01～λ11的红外线的第1受光元件221的第1输出信号成分、与基于第2透射波长区域λ02～λ12的红外线的第2受光元件222的第2输出信号成分之比变化。
优选的是，根据红外线辐射元件10的辐射波谱、由于第1光学系统3a及第2光学系统3b各自的滤波器的性能等而产生红外线的漏泄的波长区域，适当设定补偿用的规定波长区域λc～λd。规定波长区域λc～λd例如能够设为5μm～30μm的范围，但不限于此，例如也可以设为10μm～25μm的范围。
气体传感器102使第1光学系统3a在规定波长区域λc～λd的第1平均透射率小于第2光学系统3b在规定波长区域λc～λd的第2平均透射率。
“第1平均透射率”是指第1光学系统3a在规定波长区域λc～λd的透射率的平均值。“第1平均透射率”是根据S2/S1的计算式求出的值。S1表示将红外线波长区域中从规定波长区域λc～λd的最短波长λc到最长波长λd之间的、透射率达到100％的假想透射波谱进行积分得到的面积。总之，面积S1是由假想透射波谱和该假想透射波谱的横轴(波长轴)包围的区域的面积。例如，在设最短波长λc为10μm、设最长波长λd为25μm的情况下，S1＝100×(25-10)。S2表示利用分光器等实测的、将第1光学系统3a的透射波谱进行积分得到的面积。总之，面积S2是由实测的透射波谱和该透射波谱的横轴(波长轴)包围的区域的面积。
气体传感器102也可以使第1平均透射率小于第2平均透射率。第1平均透射率例如能够通过变更第1光学滤波器31的第1宽广频带阻断滤波器部31b的两种薄膜31ba、31bb的层压数、光学膜厚、材料的组合等而变化。第2平均透射率例如能够通过变更第2光学滤波器32的第2宽广频带阻断滤波器部32b的两种薄膜32ba、32bb的层压数、光学膜厚、材料的组合等而变化。
气体传感器102以补偿因红外线辐射元件10的辐射功率的变化而引起的比值的变化的方式，分别设定第1平均透射率和第2平均透射率，所述比值是指基于第1透射波长区域λ01～λ11的红外线的第1受光元件221的第1输出信号成分、与基于第2透射波长区域λ02～λ12的红外线的第2受光元件222的第2输出信号成分之比。因此，气体传感器102能够降低红外线辐射元件10的特性随时间而劣化对长期稳定性造成的影响。总之，在对红外线辐射元件10输入相同输入电力时的红外线辐射元件10的到达温度下降的情况下，即使是第1受光元件221及第2受光元件222各自的S/N比变化时，气体传感器102也能够抑制第1受光元件221的S/N比与第2受光元件222的S/N比的相对比值的变化，能够抑制测定精度的变化。因此，气体传感器102能够提高测定精度的长期稳定性。
气体传感器102根据第1受光元件221的第1输出信号与第2受光元件222的第2输出信号之比达到与检测对象的气体(例如二氧化碳)的浓度对应的值，能够高精度地求出检测对象的气体的浓度。
优选的是，在气体传感器102中，驱动电路5构成为以一定的电压或者一定的电流对红外线辐射元件10进行脉冲驱动。优选的是，以满足下述的式(11)的条件的方式，设定第1光学系统3a的第1平均透射率和第2光学系统3b的第2平均透射率。
[数式9]
式(11)
其中，Qg1表示在红外线辐射元件10的初始状态下，在第1光学系统3a的第1透射波长区域λ01～λ11通过并入射到第1受光元件221的红外线能量。以下，设λ01＝λg-Δλg，λ11＝λg+Δλg。Qr1表示在红外线辐射元件10的初始状态下，在第2光学系统3b的第2透射波长区域λ02～λ12通过并入射到第2受光元件222的红外线能量。以下，设λ02＝λr-Δλr，λ12＝λr+Δλr。Qg2表示在红外线辐射元件10随时间而变化后的第1光学系统3a的第1透射波长区域λg-Δλg～λg+Δλg通过并入射到第1受光元件221的红外线能量。Qr2表示在红外线辐射元件10随时间而变化后的第2光学系统3b的第2透射波长区域λr-Δλr～λr+Δλr通过并入射到第2受光元件222的红外线能量。
式(11)是以在红外线辐射元件10的电阻值变化±10％时、使气体传感器102的测定精度的变化达到±3％以下的方式而决定的条件。由此，气体传感器102能够提高测定精度的长期稳定性。
红外光源1具有上述的红外线辐射元件10和外壳19，红外光源1的电阻值是指红外线辐射元件10的红外线辐射层13的电阻、和外壳19的引线销19d与红外线辐射层13之间的电路的电阻之合成电阻的值。红外光源1从增大在红外线辐射层13产生的焦耳热、使从红外线辐射层13高效地辐射红外线的角度考虑，优选红外线辐射层13的电阻值相比电路的电阻值足够大。换言之，优选红外光源1的电路的电阻值较小到红外光源1的电阻值被视为红外线辐射层13的电阻值的程度。红外线辐射元件10的电阻值是指如发热并辐射红外线的红外线辐射层13那样的电阻部的电阻值。
另外，第1光学系统3a的第1平均透射率及第2光学系统3b的第2平均透射率也可以根据如下的思考方式来设定。
在第1光学系统3a通过的红外线的能量能够用下述的式(12)表示。
[数式10]
式(12)
其中，Pg1表示在第1光学系统3a通过的红外线的能量。T1表示红外线辐射元件10的绝对温度[K]。λ表示波长[μm]。P(λ，T1)表示基于弗兰克的辐射原理的红外线辐射元件10的分光辐射功率[W]。Tg(λ)表示第1光学系统3a的分光透射率[％]。式(12)是把除第1透射波长区域λg-Δλg～λg+Δλg和规定波长区域λc～λd以外的其它波长区域的透射率视为0％时的算式。
在第1光学系统3a通过的红外线的能量与第1受光元件221的第1输出信号的关系能够用下述的式(13)表示。
[数式11]
Dg1∝Pg1 式(13)
其中，Dg1表示第1受光元件221的第1输出信号。
在第2光学系统3b通过的红外线的能量能够用下述的式(14)表示。
[数式12]
式(14)
其中，Pr1表示在第2光学系统3b通过的红外线的能量。T1表示红外光源1的绝对温度[K]。λ表示波长[μm]。P(λ，T1)表示基于弗兰克辐射原理的红外线辐射元件10的分光辐射功率[W]。Tr(λ)表示第2光学系统3b的分光透射率[％]。式(14)是把除第2透射波长区域λr-Δλr～λr+Δλr和规定波长区域λc～λd以外的其它波长区域的透射率视为0％时的算式。
在第2光学系统3b通过的红外线的能量与第2受光元件222的第2输出信号的关系能够用下述的式(15)表示。
[数式13]
Dr1∝Pr1 式(15)
其中，Dr1表示第2受光元件222的第2输出信号。
在气体传感器102中，在检测对象的气体的浓度是0[ppm]的情况下，第1受光元件221的第1输出信号能够用下述的式(16)表示。
[数式14]
式(16)
其中，Dg1表示第1受光元件221的第1输出信号。
在气体传感器102中，在检测对象的气体的浓度是0[ppm]的情况下，第2受光元件222的第2输出信号能够用下述的式(17)表示。
[数式15]
式(17)
在红外线辐射元件10的绝对温度由于红外线辐射元件10随时间的变化而从T1变化为T2的情况下，第1受光元件221的第1输出信号能够用下述的式(18)表示。
[数式16]
式(18)
其中，Dg2表示第1受光元件221的第1输出信号。
并且，在红外线辐射元件10的绝对温度由于红外线辐射元件10随时间的变化而从T1变化为T2的情况下，第2受光元件222的第2输出信号能够用下述的式(19)表示。
[数式17]
式(19)
用于消除因红外线辐射元件10的绝对温度从T1变化为T2而引起的误差的理想条件，能够用下述的式(20)表示。
[数式18]
式(20)
式(20)能够利用式(16)～式(19)变形为如下述的式(21)所示。
[数式19]
式(21)
优选的是，气体传感器102以满足式(21)的方式设定第1光学系统3a的第1透射波长区域λg-Δλg～λg+Δλg的透射率Tg(λ)、和第1光学系统3a的规定波长区域λc～λd的透射率Tg(λ)。并且，优选的是，气体传感器102以满足式(21)的方式设定第2光学系统3b的第2透射波长区域λr-Δλr～λr+Δλr的透射率Tr(λ)、和第2光学系统3b的规定波长区域λc～λd的透射率Tr(λ)。
优选的是，以使检测对象的气体存在时的第1输出信号的S/N比进一步增大的方式，设定第1光学系统3a的第1透射波长区域λg-Δλg～λg+Δλg的透射率Tg(λ)。优选的是，以使在信号处理部4的误差进一步减小的方式，设定第2光学系统3b的第2透射波长区域λr-Δλr～λr+Δλr的透射率Tr(λ)。
优选的是，以满足式(11)的方式设定第1光学系统3a的规定波长区域λc～λd的透射率Tg(λ)和第2光学系统3b的规定波长区域λc～λd的透射率Tr(λ)。另外，在第1光学系统3a的规定波长区域λc～λd的透射率Tg(λ)和第2光学系统3b的规定波长区域λc～λd的透射率Tr(λ)双方都是0％或者同等的情况下，只要设定在能够得到气体传感器102的测定精度的长期稳定性的效果的范围内即可。
在气体传感器102中，在检测对象的气体的浓度是0[ppm]的情况下，在假定第1光学系统3a的规定波长区域λc～λd的红外线不透射时，第1受光元件221的第1输出信号能够用下述的式(22)表示。
[数式20]
式(22)
其中，Dg01表示第1受光元件221的第1输出信号。Pg01表示在第1光学系统3a通过的红外线的能量。
并且，在气体传感器102中，在检测对象的气体的浓度是0[ppm]的情况下，在假定第2光学系统3b的规定波长区域λc～λd的红外线不透射时，第2受光元件222的第2输出信号能够用下述的式(23)表示。
[数式21]
式(23)
其中，Dr01表示第2受光元件222的第2输出信号。Pr01表示在第2光学系统3b通过的红外线的能量。
并且，在气体传感器102中，在检测对象的气体的浓度是0[ppm]的情况下，在设定第1光学系统3a的规定波长区域λc～λd的红外线的透射率时，第1受光元件221的第1输出信号能够用下述的式(24)表示。
[数式22]
式(24)
其中，Dg11表示第1受光元件221的第1输出信号。Pg11表示在第1光学系统3a通过的红外线的能量。
并且，在气体传感器102中，在检测对象的气体的浓度是0[ppm]的情况下，在设定第2光学系统3b的规定波长区域λc～λd的红外线的透射率时，第2受光元件222的第2输出信号能够用下述的式(25)表示。
[数式23]
式(25)
其中，Dr11表示第2受光元件222的第2输出信号。Pr11表示在第2光学系统3b通过的红外线的能量。
并且，在气体传感器102中，在检测对象的气体的浓度是0[ppm]的情况下，在红外线辐射元件10已随时间经过而变化时，在假定第1光学系统3a的规定波长区域λc～λd的红外线不透射时，第1受光元件221的第1输出信号能够用下述的式(26)表示。
[数式24]
式(26)
其中，Dg02表示第1受光元件221的第1输出信号。Pg02表示在第1光学系统3a通过的红外线的能量。
在气体传感器102中，在检测对象的气体的浓度是0[ppm]的情况下，在红外线辐射元件10已随时间经过而变化时，在假定第2光学系统3b的规定波长区域λc～λd的红外线不透射时，第2受光元件222的第2输出信号能够用下述的式(27)表示。
[数式25]
式(27)
其中，Dr02表示第2受光元件222的第2输出信号。Pr02表示在第2光学系统3b通过的红外线的能量。
在气体传感器102中，在检测对象的气体的浓度是0[ppm]的情况下，在红外线辐射元件10已随时间经过而变化时，在设定第1光学系统3a的规定波长区域λc～λd的红外线的透射率时，第1受光元件221的第1输出信号能够用下述的式(28)表示。
[数式26]
式(28)
其中，Dg12表示第1受光元件221的第1输出信号。Pg12表示在第1光学系统3a通过的红外线的能量。
在气体传感器102中，在检测对象的气体的浓度是0[ppm]的情况下，在红外线辐射元件10已随时间经过而变化时，在设定第2光学系统3b的规定波长区域λc～λd的红外线的透射率时，第2受光元件222的第2输出信号能够用下述的式(29)表示。
[数式27]
式(29)
其中，Dr12表示第2受光元件222的第2输出信号。Pr12表示在第2光学系统3b通过的红外线的能量。
用于消除因红外线辐射元件10的绝对温度从T1变化为T2而引起的误差的理想条件，能够以下述的式(30)为前提，用下述的式(31)表示。
[数式28]
式(30)
[数式29]
式(31)
因此，气体传感器102以满足下述的式(32)的方式，设定第1光学系统3a的规定波长区域λc～λd的透射率、和第2光学系统3b的规定波长区域λc～λd的透射率即可。
[数式30]
式(32)
然而，在检测对象的气体的浓度是0[ppm]的情况下，第1受光元件221在第1透射波长区域λg-Δλg～λg+Δλg的红外线的受光功率能够用下述的式(33)表示。
[数式31]
式(33)
其中，Qgs表示第1受光元件221的受光功率中、针对在第1光学系统3a的第1透射波长区域λg-Δλg～λg+Δλg透射的红外线的受光功率。
并且，在检测对象的气体的浓度是0[ppm]的情况下，第2受光元件222在第2透射波长区域λr-Δλr～λr+Δλr的红外线的受光功率能够用下述的式(34)表示。
[数式32]
式(34)
其中，Qrs表示针对在第2光学系统3b的第2透射波长区域λr-Δλr～λr+Δλr透射的红外线的受光功率。
并且，在检测对象的气体的浓度是0[ppm]的情况下，第1受光元件221在规定波长区域λc～λd的红外线的受光功率能够用下述的式(35)表示。
[数式33]
式(35)
其中，Qgr表示针对在第1光学系统3a的规定波长区域λc～λd透射的红外线的受光功率。
并且，在检测对象的气体的浓度是0[ppm]的情况下，第2受光元件222在规定波长区域λc～λd的红外线的受光功率能够用下述的式(36)表示。
[数式34]
式(36)
其中，Qrr表示针对在第2光学系统3b的规定波长区域λc～λd透射的红外线的受光功率。
优选的是，气体传感器102设红外线辐射元件的绝对温度为T[K]、设吸收波长为λg[μm]、设参照波长为λr[μm]，并按照以上所述定义Qgr、Qrs及Qrr，在设R1＝Qrr/Qrs时，优选以满足下述的第1条件及第2条件的方式设定第1平均透射率和第2平均透射率。
第1条件：
[数式35]
Qrg＞Qrr＞0
第2条件：
[数式36]
时
Qrr＞Qgr
时
此时，
其中，x为系数。
因此，气体传感器102能够提高测定精度的长期稳定性。
第1条件及第2条件是本申请发明人对气体传感器102的特性进行各种分析，根据分析结果而导出的条件。进行各种分析时的前提条件如下所述。
根据红外线辐射元件10的辐射能量分布依据于弗兰克的辐射原理、以及第1光学系统3a及第2光学系统3b各自的透射率，假定红外线辐射元件10的辐射温度约在600～2500K。将第1透射波长区域λg-Δλg～λg+Δλg设定在对于红外线式气体传感器而言实用的3～6μm左右的范围内。将规定波长区域λc～λd设为因水蒸气导致的红外线的吸收的影响较小的10～25μm。并且，假定因红外线辐射元件10的随时间变化而导致的红外线辐射元件10的电阻值的允许变化比率为±3％。并且，假定红外光源1以一定的电压或者一定的电流进行脉冲驱动。
气体传感器100的第3变形例的气体传感器的基本结构例如与第3变形例的气体传感器102相同，不同之处在于，利用调整规定波长区域λc～λd的红外线的阻断率的第3光学滤波器构成气体传感器102中的红外光源1的窗部件19w。第3光学滤波器能够构成为在第3基板涂覆了防止反射膜的无反射涂层滤波器，该防止反射膜降低第1透射波长区域λg-Δλg～λg+Δλg及第2透射波长区域λr-Δλr～λr+Δλr的红外线的反射率。第3光学滤波器例如能够将吸收波长λg和参照波长λr的红外线的反射率设为大致0％，能够将规定波长区域λc～λd的红外线的反射率设为40～80％。第3基板能够采用例如硅酮基板、锗基板、蓝宝石基板等。
在第3变形例的气体传感器中，第3光学滤波器构成第1光学系统3a及第2光学系统3b各自的一部分。因此，在第3变形例的气体传感器中，与第2变形例的气体传感器102相比，对于各个第1光学系统3a及第2光学系统3b而言，能够进一步降低规定波长区域λc～λd的红外线的透射率。
下面，根据图59和图61说明第4变形例的红外线式气体传感器102。第4变形例的红外线式气体传感器102的基本结构与第2变形例的红外线式气体传感器102相同。
第4变形例的红外线式气体传感器102具有通过热辐射来辐射红外线的红外线辐射元件10、和红外线检测元件20e(参照图13)。由此，第4变形例的红外线式气体传感器102能够实现高灵敏度化。
第4变形例的红外线式气体传感器102具有第1受光元件221、第2受光元件222、第1光学系统3a、第2光学系统3b、驱动电路5、和信号处理部4。红外线检测元件20e在一个热电体基板21形成有两组的受光用的第1热电元件22和温度补偿用的第2热电元件23的组，一组构成第1检测单元DE1，另一组构成第2检测单元DE2。并且，红外线检测元件20e由第1检测单元DE1的第1热电元件22构成第1受光元件221，由第2检测单元DE2的第1热电元件22构成第2受光元件222。驱动电路5构成为驱动红外线辐射元件10。第1光学系统3a配置在红外线辐射元件10和第1受光元件221之间。第2光学系统3b配置在红外线辐射元件10和第2受光元件222之间。信号处理部4构成为根据第1受光元件221的第1输出信号与第2受光元件222的第2输出信号之比，求出检测对象的气体的浓度。以使包含基于检测对象的气体的红外线的吸收波长λg(参照图61)的方式设定第1光学系统3a的第1透射波长区域λ01～λ11(参照图61)。以使包含参照波长λr(参照图61)的方式设定第2光学系统3b的第2透射波长区域λ02～λ12(参照图61)。第1透射波长区域λ01～λ11和第2透射波长区域λ02～λ12彼此不同，而且第2透射波长区域λ02～λ12比第1透射波长区域λ01～λ11靠长波长侧。第4变形例的红外线式气体传感器102对于第1光学系统3a和第2光学系统3b，在比第1透射波长区域λ01～λ11和第2透射波长区域λ02～λ12双方都靠长波长侧，对第1光学系统3a和第2光学系统3b设定共用的补偿用的规定波长区域λc～λd(参照图61)。第4变形例的红外线式气体传感器102使第1光学系统3a的规定波长区域λc～λd的第1平均透射率大于第2光学系统3b的规定波长区域λc～λd的第2平均透射率。第4变形例的红外线式气体传感器102以补偿由于红外线辐射元件10的辐射功率的变化而引起的比值的变化的方式分别设定第1平均透射率和第2平均透射率，所述比值是指基于第1透射波长区域λ01～λ11的红外线的第1受光元件221的第1输出信号成分、与基于第2透射波长区域λ02～λ12的红外线的第2受光元件222的第2输出信号成分之比。因此，第4变形例的红外线式气体传感器102能够提高测定精度的长期稳定性。
优选的是，在红外线式气体传感器102(以下也称为“气体传感器102”)中，驱动电路5构成为以一定的电压或者一定的电流对红外线辐射元件10进行脉冲驱动。优选的是，以满足下述的式(37)的方式，设定第1光学系统3a的第1平均透射率和第2光学系统3b的第2平均透射率。
[数式37]
式(37)
其中，Qg1表示在红外线辐射元件10的初始状态下，在第1光学系统3a的第1透射波长区域λ01～λ11通过并入射到第1受光元件221的红外线能量。以下，设λ01＝λg-Δλg，λ11＝λg+Δλg。Qr1表示在红外线辐射元件10的初始状态下，在第2光学系统3b的第2透射波长区域λ02～λ12通过并入射到第2受光元件222的红外线能量。以下，设λ02＝λr-Δλr，λ12＝λr+Δλr。Qg2表示在红外线辐射元件10随时间而变化后的第1光学系统3a的第1透射波长区域λg-Δλg～λg+Δλg通过并入射到第1受光元件221的红外线能量。Qr2表示在红外线辐射元件10随时间而变化后的第2光学系统3b的第2透射波长区域λr-Δλr～λr+Δλr通过并入射到第2受光元件222的红外线能量。
式(37)是以在红外线辐射元件10的电阻值变化±10％时、使第4变形例的气体传感器102的测定精度的变化达到±3％以下的方式而决定的条件。由此，第4变形例的气体传感器102能够提高测定精度的长期稳定性。
另外，第1光学系统3a的第1平均透射率及第2光学系统3b的第2平均透射率也可以根据如下的思考方式来设定。
第4变形例的气体传感器102设红外线辐射元件10的绝对温度为T[K]、设吸收波长为λg[μm]、设参照波长为λr[μm]，并按照在第2变形例的气体传感器102中说明的那样定义Qgr、Qrs及Qrr，在设R2＝Qgr/Qrs时，优选以满足下述的第1条件及第2条件的方式设定第1平均透射率和第2平均透射率。
第1条件：
[数式38]
Qrs＞Qgr＞0
第2条件：
[数式39]
时
Qgr＞Qrr
时
此时，
其中，x为系数。
因此，第4变形例的气体传感器102能够提高测定精度的长期稳定性。
第1条件及第2条件是本申请发明人对第4变形例的气体传感器102的特性进行各种分析，根据分析结果而导出的条件。进行各种分析时的前提条件如下所述。
根据红外线辐射元件10的辐射能量分布依据于弗兰克的辐射原理、以及第1光学系统3a及第2光学系统3b各自的透射率，假定红外线辐射元件10的辐射温度约在600～2500K。将第1透射波长区域λg-Δλg～λg+Δλg设定在对于红外线式气体传感器而言实用的3～6μm左右的范围内。将规定波长区域λc～λd设为因水蒸气导致的红外线的吸收的影响较小的10～25μm。并且，假定因红外线辐射元件10的随时间变化而导致的红外线辐射元件10的电阻值的允许变化比率为±3％。并且，假定红外线辐射元件10以一定的电压或者一定的电流进行脉冲驱动。
下面，根据图62～图69说明第5变形例的红外线式气体传感器105。另外，在红外线式气体传感器105中，对于与红外线式气体传感器100相同的构成要素，标注与红外线式气体传感器100相同的标号并适当省略说明。
红外线式气体传感器105具有通过热辐射来辐射红外线的红外线辐射元件10、和红外线检测元件20a(参照图1)。由此，红外线式气体传感器105能够实现高灵敏度化。
红外线式气体传感器105具有光学系统3、驱动电路5、控制部51和信号处理部4。光学系统3配置在红外线辐射元件10和红外线检测元件20a之间。光学系统3在包含基于检测对象的气体的红外线的吸收波长λg(参照图63)的第1透射波长区域λa～λb(参照图63)、和相比第1透射波长区域λa～λb被设定在长波长侧的第2透射波长区域λc～λd(参照图63)中，分别设定红外线的透射率。光学系统3使第2透射波长区域λc～λd的平均透射率小于第1透射波长区域λa～λb的平均透射率。驱动电路5构成为对红外线辐射元件10进行脉冲驱动。控制部51按照时间序列控制驱动电路5，使得驱动电路5分别以使红外线辐射元件10的辐射能量分布的峰值波长彼此不同的第1驱动条件和第2驱动条件对红外线辐射元件10进行脉冲驱动。信号处理部4构成为利用第1驱动条件时的红外线检测元件20a的第1输出信号与第2驱动条件时的红外线检测元件20a的第2输出信号之比，估计检测对象的气体的浓度。因此，即使是红外线辐射元件10的特性随时间而变化时等，第1输出信号和第2输出信号也以相同的比率而变化，因而红外线式气体传感器105能够提高测定精度的长期稳定性。并且，与具有光轴不同的多个光学系统的情况相比，红外线式气体传感器105也能够通过削减部件数目来实现低成本化。另外，控制部51根据弗兰克的辐射原理，使红外线辐射元件10的温度在第1驱动条件和第2驱动条件时不同，由此使红外线辐射元件10的辐射能量分布的峰值波长彼此不同。
另外，优选的是，红外线式气体传感器105具有：红外光源1，将红外线辐射元件10收纳在外壳19(以下也称为“第1外壳19”)中；红外线检测器2e，将红外线检测元件20a收纳在外壳29(以下也称为“第2外壳29”)中。红外线检测器2e具有光学滤波器30，该光学滤波器30配置在红外线检测元件20a的红外光源1侧，调整第1透射波长区域λa～λb及第2透射波长区域λc～λd各自的红外线的透射率。第1外壳19具有使从红外线辐射元件10辐射的红外线透射的窗部件19w(以下也称为“第1窗部件19w”)。第2外壳29具有使从红外线辐射元件10辐射的红外线透射的窗部件29w(以下也称为“第2窗部件29w”)。优选光学系统3包括第1窗部件19w、第2窗部件29w、和光学滤波器30。由此，红外线式传感器105能够抑制红外线辐射元件10随时间的劣化，即使是红外光源1的第1窗部件19w脏污和红外线检测器2e的第2窗部件29w脏污时等，也能够使第1输出信号和第2输出信号以相同的比率而变化，因而能够提高测定精度的长期稳定性。
红外线检测元件20a具有仅一组的第1热电元件22和第2热电元件23的组。总之，红外线检测元件20a是仅一个通道的红外线检测元件。
另外，优选的是，红外线式气体传感器105具有试料室6，该试料室6配置在红外光源1和红外线检测器2e之间，能够供检测对象的气体进出。试料室6呈筒状的形状。优选的是，红外线式气体传感器105由试料室6的内表面构成将从红外线辐射元件10辐射的红外线反射的反射面66。光学系统3还包括反射面66。在这种情况下，红外线式气体传感器105即使是因试料室6的变形而引起光轴的随时间变化时等，也能够使第1输出信号和第2输出信号以相同的比率而变化，因而能够提高测定精度的长期稳定性。另外，图62中的带箭头的线示意地示出了从红外线辐射元件10辐射的红外线的行进路径。
试料室6是用于导入含有检测对象的气体的气体或者检测对象的气体的盒。优选的是，试料室6配置在红外线辐射元件10和红外线检测元件20a之间，并且配置在红外光源1和红外线检测器2e之间。红外线式气体传感器105利用红外线的吸收波长λg根据气体的种类而不同的情况来检测气体。吸收波长λg例如是，对于CH4约在3.3μm附近，对于CO2约在4.3μm附近，对于CO约在4.7μm附近，对于NO约在5.3μm附近。
下面，更详细地说明红外线式气体传感器105(以下也称为“气体传感器105”)的各个构成要素。
红外线辐射元件10构成为通过热辐射来辐射红外线，因此能够辐射比红外发光二极管宽广的波长区域的红外线。红外线辐射元件10能够辐射包括第1透射波长区域λa～λb和第2透射波长区域λc～λd的宽广频带的红外线。
红外光源1能够采用例如具有红外线辐射元件10和收纳红外线辐射元件10的外壳19的红外光源。
外壳19具有：底座19a，安装有红外线辐射元件10；和盖19b，以覆盖红外线辐射元件10的方式固定粘接于底座19a。外壳19具有：窗孔19r，形成于盖19b中的红外线辐射元件10的前方；以及窗部件19w，以封堵窗孔19r的方式配置，能够使红外线透射。
外壳19具有2根引线销19d作为对红外线辐射元件10供电用的端子。红外线辐射元件10的端子部16和引线销19d通过金属细线(未图示)而电连接。
窗部件19w具有使红外线透射的功能。窗部件19w利用平板状的硅酮基板构成。窗部件19w不限于硅酮基板，例如也可以是锗基板或硫化锌基板等，但采用硅酮基板有利于低成本化。并且，也能够采用透镜作为窗部件19w。
试料室6形成为筒状。优选的是，试料室6的多个通气孔69贯穿与试料室6的轴向正交的方向而形成，该多个通气孔69连通试料室6的内部空间和外部。试料室6通过通气孔69将来自外部的气体导入、将内部空间的气体导出。
气体传感器105在试料室6的轴向的一端部侧配置有红外光源1，在试料室6的轴向的另一端部侧配置有红外线检测器2e。气体传感器105通过通气孔69将例如来自外部的检测对象的气体或者包含检测对象的气体的气体导入试料室6的内部空间中。气体传感器105在位于试料室6的内部空间中的检测对象的气体的浓度增加时，向红外线检测器2e入射的红外线的光量下降，在位于试料室6的内部空间中的检测对象的气体的浓度下降时，向红外线检测器2e入射的红外线的光量增加。
试料室6是通过将用包含该试料室6的中心轴的平面进行分割的成对的盒半体64、65(参照图65～图67)接合而形成的。盒半体64和盒半体65例如能够利用从嵌合、超声波熔敷、粘接等选择的技术进行接合。
优选的是，试料室6呈筒状，其内表面构成使从红外光源1辐射的红外线反射的反射面66(参照图65、图67)。
气体传感器105具有保持红外光源1的保持部件70(参照图65～图67)，该保持部件70被安装在试料室6上。并且，气体传感器105具有保持红外线检测器2e的保持部件80，该保持部件80被安装在试料室6上。
保持部件70具有盖部71和压板72。盖部71呈圆盘状，在试料室6侧的端面设有供试料室6的一端部插入的凹部71a(参照图67)，在凹部71a的底部的中央形成有供红外光源1插入的贯通孔71b。压板72用于将红外光源1按压于盖部71。
将在压板72的孔72b以及盖部71的孔71d中通过的多个螺钉(未图示)旋入试料室6的一端部的内螺纹部64d、65d中，由此保持部件70被安装在试料室6上。
保持部件80具有盖部81和压板82。盖部81呈圆盘状，在试料室6侧的端面设有供试料室6的另一端部插入的凹部81a，在凹部81a的底部的中央形成有供红外线检测器2e插入的贯通孔81b。压板82用于将红外线检测器2e按压于盖部81。
将在压板82的孔82b以及盖部81的孔81c中通过的螺钉(未图示)旋入试料室6的另一端部的内螺纹部(未图示)中，由此保持部件80被安装在试料室6上。
试料室6的反射面66呈如下形状，即以试料室6的中心轴上规定的长轴为旋转轴的旋转椭圆体的长轴方向的两端部分别被与长轴正交的两个平面切割后得到的形状。因此，在试料室6形成有与旋转椭圆体(长椭圆体)的一部分对应的内部空间。
气体传感器105将红外光源1配置在试料室6的中心轴上、所述旋转椭圆体的一个焦点处，将红外线检测器2e配置在试料室6的中心轴上、比所述旋转椭圆体的另一个焦点靠近红外光源1的一侧。
另外，气体传感器105对在红外光源1和红外线检测器2e之间配置的部件(试料室6等)的形状和数量、配置等没有特殊限定。
光学系统3参与从红外线辐射元件10辐射的红外线入射到红外线检测元件20a的传播路径。
优选光学系统3具有例如如图68所示的光学滤波器30。气体传感器105中的光学系统3除光学滤波器30以外，还包括红外光源1的窗孔19r、红外光源1的窗部件19w、试料室6的反射面66、红外线检测器2e的窗孔29c、红外线检测器2e的窗部件29w。
光学滤波器30例如能够形成为具有第1基板31s、第1滤波器部31a、第2滤波器部31b的结构。第1基板31s是能够使红外线透射的基板。第1基板31s能够采用例如硅酮基板、锗基板、蓝宝石基板、氧化镁基板等。
第1波器部31a以规定光学系统3的第1透射波长区域λa～λb的方式设计滤波器特性。第2滤波器部31b以使光学滤波器30在第2透射波长区域λc～λd的红外线的透射率小于仅是第1滤波器部31a时的透射率的方式进行设计。第2滤波器部31b是通过组合用于吸收第2透射波长区域λc～λd的红外线的功能和用于反射第2透射波长区域λc～λd的红外线的功能，调整红外线的阻断率的滤波器。
第1滤波器部31a例如能够是由λ0/4多层膜34、波长选择层35、和λ0/4多层膜36构成的带通滤波器。光学滤波器30例如是与红外线式气体传感器100的第1光学滤波器31相同的结构，因而省略详细说明。
优选的是，光学滤波器30将第1滤波器部31a的中心波长设定为检测对象的气体的吸收波长λg。优选的是，对于气体传感器105，在检测对象的气体是例如二氧化碳的情况下，将吸收波长λg设定为4.3μm。
优选的是，根据红外线辐射元件10的辐射波谱、和由于光学系统3的光学滤波器30的设计上的分光透射特性等而产生红外线的漏泄的波长区域，适当设定第2透射波长区域λc～λd。第2透射波长区域λc～λd例如能够设为10μm～25μm的范围。
光学系统3在第2透射波长区域λc～λd的平均透射率小于在第1透射波长区域λa～λs的透射率。
平均透射率是指光学系统3在第2透射波长区域λc～λd的透射率的平均值。平均透射率是根据S2/S1的计算式求出的值。S1表示将红外线波长区域中从第2透射波长区域λc～λd的最短波长λc到最长波长λd之间的、透射率达到100％的假想透射波谱进行积分得到的面积。总之，面积S1是由假想透射波谱和该假想透射波谱的横轴(波长轴)包围的区域的面积。例如，在设最短波长λc为10μm、设最长波长λd为25μm的情况下，S1＝100×(25-10)。S2表示利用分光器等实测的、将光学系统3的透射波谱进行积分得到的面积。总之，面积S2是由实测的透射波谱和该透射波谱的横轴(波长轴)包围的区域的面积。
平均透射率例如能够通过变更光学滤波器30的第2滤波器部31b的两种薄膜31ba、31bb的层压数、光学膜厚、材料的组合等而变化。
红外线检测元件20a与实施方式1的红外线检测元件20a相同，因而省略说明。
在红外线检测器2e中，以使第2热电元件23位于外壳29中窗部件29w的垂直投影区域外的方式规定窗部件29w的配置。由此，红外线检测器2e能够将外壳29中保持窗部件29w的遮光性的盖29b的一部分，兼做用于使检测对象的红外线不入射到第2热电元件23的遮光部。遮光部不限于此，例如也可以利用红外线截止滤波器构成，还可以利用金属制的遮光板等构成。
红外线检测元件20a随着环境温度的变化而形成的第1热电元件22和第2热电元件23的温度变化，与因检测对象的红外线入射而形成的第1热电元件22的温度变化和因红外线的串扰而形成的第2热电元件23的温度变化相比，非常平缓。环境温度是指红外线检测元件20a的周围的温度，亦指外壳29的周围的温度。外壳29的周围的温度是外部气体的温度。
红外线检测元件20a相对于检测对象的红外线向第1热电元件22的入射，基本上只有第1热电元件22被加热，因而热容量较小，热时间常数较小。并且，红外线检测元件20a由于环境温度的上升，红外线检测元件20a整体被加热，因而热容量较大，热时间常数较大。尤其是红外线检测元件20a由于环境温度的上升，外壳29和红外线检测元件20a被加热，因而热容量进一步增大，热时间常数增大。
关于热容量，在将相对于环境温度的变化的第1热电元件22的热容量设为H1、将相对于检测对象的红外线的入射的第1热电元件22的热容量设为H2时，H1>H2。这是因为热容量H1是利用平缓的温度变化将包括第1热电元件22的周边部在内进行加热所必须的热容量。
另外，关于热传导，在将相对于环境温度的变化的第1热电元件22的导热率设为G1、将相对于检测对象的红外线的入射的第1热电元件22的导热率设为G2时，G2>G1。这是因为热传导G2成为相对于外壳29的表面的第1热电元件22的导热率，是非常小的值。
另外，关于热时间常数，由于热时间常数＝[热容量]/[热传导]，因而在将相对于环境温度的变化的第1热电元件22的热时间常数设为τ1、将相对于检测对象的红外线的入射的第1热电元件22的热时间常数设为τ2时，τ1>τ2。
红外线检测元件20a如图1A、图1B及图1C所示，通过仅在第1热电元件22的周边部形成切缝26，能够使产生基于因检测对象的红外线的入射而形成的第1热电元件22和第2热电元件23的热时间常数之差的灵敏度差。因此，红外线检测元件20a通过将第1热电元件22和第2热电元件23反向并联连接，并将第1热电元件22、第2热电元件23分别用作受光用的热电元件和温度补偿用的热电元件，能够减轻红外线的串扰的影响。由此，红外线检测元件20a能够实现高灵敏度化。
优选的是，热电体基板21的切缝26至少形成在第1热电元件22的第2热电元件23侧。由此，红外线检测元件20a不仅能够在低频区域中使第1热电元件22的灵敏度比第2热电元件23高，而且能够抑制热量的串扰，能够实现第1热电元件22的灵敏度的进一步提高。热量的串扰是指在第1热电元件22和第2热电元件23之间通过热电体基板21传递热量。
红外线检测元件20a的切缝26只要是沿着第1热电元件22的外周形成的即可，对切缝26的数量没有特殊限定。红外线检测元件20a在第1热电元件22的周边部，在沿着第1热电元件22的外周的方向上分开形成多个切缝26，由此能够提高机械强度。优选的是，多个切缝26在沿着第1热电元件22的外周的方向上以相等间隔形成。
也可以是，在红外线检测元件20a中，第1表面电极22a的外周缘离开切缝26的第1表面电极22a侧的开孔缘。由此，红外线检测元件20a能够实现高灵敏度化，并且更可靠地抑制第1表面电极22a和第1背面电极22b的短路。
另外，优选的是，在红外线检测元件20a中，第1背面电极22b的外周缘离开切缝26的第1背面电极22b侧的开孔缘。由此，红外线检测元件20a能够更可靠地抑制第1表面电极22a和第1背面电极22b的短路，能够抑制电气稳定性的下降。
红外线检测器2e的外壳29具有底座29a和固定粘接于底座29a的盖29b。外壳29在盖29b中的红外线检测元件20a的前方形成有窗孔29c。红外线检测器2e的外壳29具有：窗孔29c，形成于盖29b的顶板部29ba；窗部件29w，以封堵窗孔29c的方式配置，能够使红外线透射。窗部件29w利用平板状的硅酮基板构成。窗部件29w形成为比窗孔29c的开口尺寸稍大的矩形板状。优选窗部件29w利用导电性材料(例如焊锡、导电性粘接剂等)固定粘接在盖29b上。由此，红外线检测器2e能够将窗部件29w设为与盖29b大致相同的电位，具有不易受到外来的电磁噪声的影响的优点。窗部件29w不限于硅酮基板，例如也可以是锗基板或硫化锌基板等，但采用硅酮基板有利于低成本化。
红外线检测器2e通过将光学滤波器30收纳在外壳29内，能够使光学滤波器30不暴露在外壳29的外侧的外部气体中。因此，红外线检测器2e能够抑制光学滤波器30暴露于外部气体中。因此，红外线检测器2e能够抑制光学滤波器30的滤波器特性随时间而变化。
信号处理部4具有对红外线检测元件20a的输出信号进行信号处理的IC元件40。优选的是，IC元件40被收纳在红外线检测器2e的外壳29内。在这种情况下，优选的是，红外线检测器2e例如将安装了红外线检测元件20a和IC元件40的基板43收纳在外壳29内。
优选的是，红外线检测器2e在基板43的第1面143侧配置有红外线检测元件20a，在基板43的第2面144侧配置有IC元件40。
IC元件40是裸装片，通过芯片焊接件被固定在设于基板43的第2面144的凹部43y的内底面上。芯片焊接件例如能够使用环氧树脂。
在底座29a贯穿该底座29a的厚度方向设有3根引线销29d。3根引线销29d中的1根引线销29d被用作IC元件40的接地端子，另1根引线销29d被用作对IC元件40提供动作电压的电源端子，剩余的1根引线销29d被用作取出IC元件40的输出信号的端子。
IC元件40例如能够具有电流电压变换电路和放大电路而构成。电流电压变换电路是对红外线检测元件20a的输出信号即电流信号进行电流-电压变换并输出的电路。放大电路是将在电流电压变换电路中被实施电流-电压变换后的输出信号放大并输出的电路。
信号处理部4具有产生基于由IC元件40放大后的输出信号的输出的信号处理电路45。信号处理电路45利用第1驱动条件时的红外线检测元件20a的第1输出信号与第2驱动条件时的红外线检测元件20a的第2输出信号之比，估计检测对象的气体的浓度，并产生与该浓度相当的输出。
信号处理电路45具有A/D变换电路45a和浓度运算部45b。A/D变换电路45a对IC元件40的输出信号进行模拟-数字变换并输出。
另外，信号处理部4也可以将该信号处理部4的所有部分设在红外线检测器2e的外壳29内。并且，信号处理部4也可以将电流电压变换电路和放大电路和信号处理电路集成化为单片的IC元件，并设在外壳29内。并且，信号处理部4也可以是适当连接多个分立部件而构成。并且，信号处理部4也可以将该信号处理部4的所有部分与红外线检测器2e分体设置。
气体传感器105也可以具有显示部8，显示由浓度运算部45d估计出的浓度。显示部8例如能够由液晶显示装置、或有机EL显示装置、或使用了发光二极管的显示装置等构成。
另外，气体传感器105通过调整从驱动电路5向红外线辐射元件10的红外线辐射层13提供的输入电力，能够改变在红外线辐射层13产生的焦耳热，能够改变红外线辐射层13的温度。因此，在气体传感器105中，通过改变红外线辐射层13的温度，能够改变红外线辐射层13的辐射能量分布的峰值波长。
驱动电路5通过对红外线辐射元件10施加规定脉冲宽度的电压(以下也称为“脉冲电压”)，对红外线辐射元件10进行脉冲驱动。驱动电路5构成为将来自控制部51的控制信号升压来生成脉冲电压。驱动电路5具有将作为控制信号而提供的输入电压升压的升压功能。控制信号是指示规定脉冲宽度的信号。红外线辐射元件10在被施加脉冲电压的期间处于通电期间，在未被施加脉冲电压的期间处于非通电期间。
驱动电路5例如在以脉冲电压为驱动电压对红外线辐射元件10进行脉冲驱动的情况下，对红外线辐射元件10断续地施加驱动电压。
驱动电路5构成为分别以第1驱动条件、第2驱动条件对红外线辐射元件10进行驱动。在第1驱动条件中，例如能够设定成使红外线辐射元件10以第1温度发热并辐射红外线。在第2驱动条件中，例如能够设定成使红外线辐射元件10以第2温度发热并辐射红外线。第1温度和第2温度是彼此不同的温度。在气体传感器105中，将第2温度设定为比第1温度低的温度。在气体传感器105中，将第1温度设定为700K，将第2温度设定为500K，这些数值仅是一例，并没有特殊限定。
驱动电路5将第1驱动条件中的驱动电压作为第1脉冲电压PV1(参照图64)，将第2驱动条件中的驱动电压作为第2脉冲电压PV2(参照图64)。第1脉冲电压PV1是最大值为V1、规定脉冲宽度为W1的脉冲电压。第2脉冲电压PV2是最大值为V2、规定脉冲宽度为W2的脉冲电压。
在图63中，用虚线示出了驱动电路5以第1驱动条件对红外线辐射元件10进行脉冲驱动时的红外线辐射元件10的辐射波谱SL1。并且，在图63中，用虚线示出了驱动电路5以第2驱动条件对红外线辐射元件10进行脉冲驱动时的红外线辐射元件10的辐射波谱SL2。而且，在图63中，用实线示出了光学系统3的透射波谱(透射率的波长依存性)。根据图63可知，在红外线辐射元件10的辐射能量分布变化时，基于第1透射波长区域λa～λb的红外线的红外线检测元件20a的输出信号变化。
作为IC元件40的输出信号，包括驱动电路5以第1驱动条件对红外线辐射元件10进行脉冲驱动时的IC元件40的输出信号(以下，也称为“第1输出信号”)、和驱动电路5以第2驱动条件对红外线辐射元件10进行脉冲驱动时的IC元件40的输出信号(以下，也称为“第2输出信号”)。IC元件40的输出信号是对红外线检测元件20a的输出信号进行电流-电压变换并放大后的信号。
图64示意地表示从驱动电路5施加给红外线辐射元件10的驱动电压的波形、与IC元件40的输出信号的关系。在图64中，示意地示出了红外线辐射元件10被以第1脉冲电压PV1进行脉冲驱动时的第1脉冲电压PV1与IC元件40的第1输出信号的关系。并且，在图64中，示意地示出了红外线辐射元件10被以第2脉冲电压PV2进行驱动时的第2冲电压PV2与IC元件40的第2输出信号的关系。
气体传感器105的IC元件40的放大电路是可变放大电路，以减小在检测对象的气体的浓度为0ppm的状态下的第1输出信号与第2输出信号之差的方式，使驱动电路5在第1驱动条件时和第2驱动条件时的可变放大电路的放大率变化。控制部51将使驱动电路5以第1驱动条件对红外线辐射元件10进行驱动时的可变放大电路的放大率设为第1放大率，将使驱动电路5以第2驱动条件对红外线辐射元件10进行驱动时的可变放大电路的放大率设为第2放大率。第2放大率是比第1放大率大的值。将第2放大率设定为第1放大率的4倍的值，但不限于此。
气体传感器105通过控制部51控制红外线辐射元件10被以第1驱动条件进行脉冲驱动时的第1放大率、和红外线辐射元件10被以第2驱动条件进行脉冲驱动时的第2放大率。由此，气体传感器105能够抑制A/D变换电路45a的输入值的分辨率下降。
浓度估计部45d构成为根据分别在A/D变换电路45a被数字化后的第1输出信号与第2输出信号之比，估计检测对象的气体的浓度。优选的是，信号处理电路45的A/D变换电路45a及浓度估计部45d各自的动作定时由控制部51控制。在这种情况下，优选的是，气体传感器105例如通过在一个微处理器中安装适宜的程序来构成控制部51和信号处理电路45。
气体传感器105将第1脉冲电压PV1的脉冲宽度W1、第2脉冲电压PV2的脉冲宽度W2分别设定为、比红外线检测元件20a按照红外线检测元件20a接受到的红外线量的时间变化而输出电流的响应时间短的时间。红外线辐射元件10仅在被施加驱动电压的期间通电，在未被施加驱动电压的期间停止通电。
红外线辐射元件10及红外光源1由位于红外线辐射元件10的开口部11a内的气体构成气体层。关于构成气体层的气体，优选惰性气体。惰性气体能够采用例如N2气体、Ar气体等。红外线辐射元件10及红外光源1通过具有气体层，能够在通电期间使红外线辐射层13有效地升温，能够实现规定脉冲宽度的缩短，并且确保期望的红外线量。并且，红外线辐射元件10及红外光源1通过具有气体层，即使是在非通电期间，也能够在比通电期间长的期间内辐射红外线。气体传感器105能够通过规定脉冲宽度的缩短，实现低功耗。
红外线辐射层13在通电开始时，随着时间经过而温度上升。红外线辐射层13的红外线量随着温度上升而呈曲线式增加。红外线辐射层13的温度在通电断开时下降。红外线辐射层13的红外线量随着温度下降而缓慢减少。在红外线辐射元件10的非通电期间中，红外线辐射层13辐射的红外线量的随时间而变化的频率成分是根据具有气体层的红外光源1的构造上的热时间常数而决定的。将红外线辐射元件10的非通电期间设定为比红外线辐射元件10的通电期间足够长的时间。例如，气体传感器105例如将通电期间设定在约5ms～30ms的范围内，将非通电期间设定在约5s～30s的范围内。另外，与红外线辐射元件10的通电期间中的红外线量的随时间而变化的频率成分相比，红外线辐射元件10的非通电期间中的红外线量的随时间而变化的频率成分属于低频。气体传感器105即使是在非通电期间中，也能够在比通电期间长的期间内辐射红外线，因而在非通电期间中能够实现利用了低频且减少的红外线的低频响应。
在气体传感器105中，第1驱动条件是峰值波长属于比第2驱动条件时短的波长的驱动条件。优选的是，信号处理部4的浓度估计部45d根据下述的式(38)的浓度换算式估计检测对象的气体的浓度。
[数式40]
Con1＝A1×R12+B1×R1+C1 式(38)
在式(38)中，Con1表示检测对象的气体的浓度[ppm]。R1表示设检测对象的气体的浓度为0ppm时的值为1，对将第1输出信号除以第2输出信号得到的值R进行正规化后的值，A1、B1及C1分别为系数。系数A1、B1及C1的一例如下述表1所示。表1表示设检测对象的气体为CO2、设第1温度为700K、设第2温度为500K时的系数A1、B1及C1的一例。
[表1]
| A1 | 856733 |
| B1 | -1765421 |
| C1 | 908690 |
气体传感器105具有根据式(38)的浓度换算式估计检测对象的气体的浓度的浓度估计部45d，由此能够提高测定精度的长期稳定性。
气体传感器105在设检测对象的气体的吸收系数为α、设气体的浓度为C、设红外线的光路长度为L时，能够根据朗伯-比尔定律，用下述的式(39)、式(40)表示IC元件40的第1输出信号Sg1、第2输出信号Sg2。
[数式41]
Sg1∝P11×10-α·C·L+P12 式(39)
在式(39)中，将红外线辐射元件10以达到第1温度的第1驱动条件进行脉冲驱动时的红外线检测元件20a的受光功率中、第1透射波长区域λa～λb的红外线的受光功率设为P11、第2透射波长区域λc～λd的红外线的受光功率设为P12。
[数式42]
Sg2∝P21×10-α·C·L+P22 式(40)
在式(40)中，将红外线辐射元件10以达到第2温度的第2驱动条件进行脉冲驱动时的红外线检测元件20a的受光功率中、第1透射波长区域λa～λb的红外线的受光功率设为P21、第2透射波长区域的红外线的受光功率设为P22。
将第1输出信号除以第2输出信号得到的值R，能够用下述的式(41)表示。
[数式43]
式(41)
在式(41)中，在Sg1＝Sg2的情况下，能够用下述的式(42)表示第1输出信号除以第2输出信号得到的值R。
[数式44]
式(42)
因此，在气体传感器105中，能够根据(P11-P21)的变化量估计检测对象的气体的浓度。
另外，气体传感器105也能够采用放大率一定的电路作为IC元件40的放大电路。在这种情况下，气体传感器105例如如图70所示，通过使第2脉冲电压PV2的脉冲宽度W2比第1脉冲电压PV1的脉冲宽度W1长，能够抑制A/D变换电路45a的输入值的分辨率下降。
图70示意地表示从驱动电路5施加给红外线辐射元件10的驱动电压的波形、与IC元件40的输出信号的关系。在图70中，示意地示出了红外线辐射元件10被以第1脉冲电压PV1进行脉冲驱动时的第1脉冲电压PV1与IC元件40的第1输出信号的关系。并且，在图70中，示意地示出了红外线辐射元件10被以第2脉冲电压PV2进行驱动时的第2冲电压PV2与IC元件40的第2输出信号的关系。
气体传感器105也可以构成为，由浓度估计部45d根据下述的式(43)的浓度换算式估计检测对象的气体的浓度。
[数式45]
Con2＝A2×X2+B2×X+C2 式(43)
在式(43)中，Con2表示检测对象的气体的浓度。X表示将第1输出信号除以基准值得到的值。A2、B2及C2分别为系数。基准值是根据将第1输出信号除以第2输出信号得到的值和Con1估计出的、假定检测对象的气体的浓度为0ppm而且红外线辐射元件10被以第1驱动条件进行脉冲驱动时的红外线检测元件20a的输出信号的估计值。系数A2、B2及C2的一例如下述表2所示。表2表示设检测对象的气体为CO2、设第1温度为700K、设第2温度为500K时的系数A2、B2及C2的一例。
[表2]
| A2 | 113789 |
| B2 | -243532 |
| C2 | 129747 |
气体传感器105由于P11根据检测对象的气体的浓度而衰减的比率较大，因而通过具有根据式(43)的浓度换算式估计检测对象的气体的浓度的浓度估计部45d，能够减小测定精度的偏差。
气体传感器105不限于交替地进行基于第1驱动条件的对红外线辐射元件10的脉冲驱动、和基于第2驱动条件的对红外线辐射元件10的脉冲驱动。例如，也可以是，气体传感器105使以第2驱动条件对红外线辐射元件10进行脉冲驱动的次数、比以第1驱动条件对红外线辐射元件10进行脉冲驱动的次数少。因此，气体传感器105能够进一步抑制功耗。在这种情况下，气体传感器105可以利用以第2驱动条件进行脉冲驱动时的第2输出信号、与该第2驱动条件的脉冲驱动最接近的以第1驱动条件进行脉冲驱动时的第1输出信号、和Con1，估计基准值。
气体传感器105通过将进行多个第1输出信号的平均处理而得到的值用作第1输出信号，能够进一步提高测定精度的长期稳定性。
另外，气体传感器105也可以利用例如调整第2透射波长区域λc～λd的红外线的阻断率的光学滤波器(以下称为“第2光学滤波器”)等构成红外光源1的窗部件19w。第2光学滤波器能够构成为在第3基板涂覆了防止反射膜的无反射涂层滤波器，该防止反射膜降低第1透射波长区域λa～λb的红外线的反射率。第2光学滤波器例如能够将吸收波长λg的红外线的反射率设为大致0％，能够将第2透射波长区域λc～λd的红外线的反射率设为40～80％。第3基板能够采用例如硅酮基板、锗基板、蓝宝石基板等。气体传感器105在红外光源1的窗部件19w由第2光学滤波器构成的情况下，由于第2光学滤波器构成光学系统3的一部分，因而容易进行第1透射波长区域λa～λb和第2透射波长区域λc～λd的透射率的调整。
另外，在气体传感器105中，驱动电路5不限于以脉冲电压驱动红外线辐射元件10的结构，也可以构成为以脉冲电流对红外线辐射元件10进行脉冲驱动。
图71A和图71B表示图54A和图54B所示的红外线辐射元件10的变形例的红外线辐射元件10b。另外，对于变形例的红外线辐射元件10b，对与红外线辐射元件10相同的构成要素标注相同的标号，并适当省略说明。另外，在图71A中省略了保护层14的图示。
并且，在图71A中，用双点划线表示半导体基板11的表面111中的开口部11a的、向薄膜部12的第2面12d的垂直投影区域的第1外周线11aa。并且，在图71A中，用双点划线表示半导体基板11的背面112中的开口部11a的、向薄膜部12的第2面12d的垂直投影区域的第2外周线11ab。红外线辐射元件10b形成为开口部11a的开口形状为矩形状、而且第1外周线11aa和第2外周线11ab是大小彼此不同的矩形状。在红外线辐射元件10b中，半导体基板11的背面112中的开口部11a的开口面积大于半导体基板11的表面111中的开口部11a的开口面积。因此，第2外周线11ab大于第1外周线11aa。半导体基板11的开口部11a形成为开口面积随着离开薄膜部12而逐渐增大的形状。
红外线辐射层13在俯视观察时的形状呈长方形状。红外线辐射层13以使长边方向与一对的端子部16、16的排列方向一致的方式配置。红外线辐射层13的长边方向的长度比沿着红外线辐射层13的短边方向的方向上的第1外周线11aa的边的长度长。并且，红外线辐射层13的短边方向的长度比沿着红外线辐射层13的短边方向的方向上的第1外周线11aa的边的长度短。
变形例的红外线辐射元件10b使红外线辐射层13的两端部13b、13b分别在一对的端子部16、16的排列方向上跨越第1外周线11aa的内侧和外侧。
另外，在红外线辐射元件10b中，红外线辐射层13中的两端部13b、13b之间的中央部13a直接形成于薄膜部12的第2面12d上。红外线辐射层13的中央部13a位于第1外周线11aa的内侧。并且，红外线辐射元件10b使第1基底层17和第2基底层18的层压膜介入在两端部13b、13b与薄膜部12之间。因此，红外线辐射元件10b的第1基底层17和第2基底层18也跨越第1外周线11aa的内侧和外侧。第2基底层18优选利用熔点比半导体基板11高、而且具有导电性的材料形成。第1基底层17优选利用与红外线辐射层13相同的材料形成。红外线辐射元件10b通过利用由彼此相同的材料形成的第1基底层17和红外线辐射层13的端部13b夹持第2基底层18，能够降低第2基底层18的内部的应力。优选第1基底层17的厚度与红外线辐射层13的端部13b的厚度相同。第1基底层17及第2基底层18形成为长方形状。
例如，红外线辐射元件10b在设半导体基板11的材料为Si、设红外线辐射层13的材料为TaN的情况下，能够将第1基底层17的材料设为TaN，将第2基底层18的材料设为Ta。并且，红外线辐射元件10b能够采用Al-Si作为各配线15及各端子部16的材料。
另外，红外线辐射元件10b的配线15通过形成于保护层14的连接孔14b而形成于红外线辐射层13的端部13b上，并与红外线辐射层13电连接。并且，红外线辐射元件10b的端子部16通过形成于保护层14的孔14c而形成于薄膜部12上。保护层14的孔14c位于比第2外周线11ab靠外侧的位置。因此，红外线辐射元件10b能够抑制在红外线辐射层13产生起因于端子部16的应力。并且，红外线辐射元件10b能够将半导体基板11用作将在端子部16等产生的热量释放到外部的散热器。另外，端子部16构成焊盘电极。
在红外线辐射元件10b中，设半导体基板11的厚度为525μm，设氧化硅膜12a的厚度为0.2μm，设氮化硅膜12b的厚度为0.2μm，设红外线辐射层13的厚度为0.03μm。并且，在红外线辐射元件10b中，设第1基底层17的厚度为0.03μm，设第2基底层18的厚度为0.07μm，设保护层14的厚度为0.3μm，设端子部16的厚度为1.5μm。红外线辐射元件10b的各个构成要素各自的数值仅是一例，并没有特殊限定。
红外线辐射元件10b的薄膜部12由氧化硅膜12a和氮化硅膜12b的层压膜构成。红外线辐射元件10b在氧化硅膜12a和氮化硅膜12b中使彼此的内部应力的朝向彼此相反，与仅由氧化硅膜12a构成薄膜部12的情况相比，氮化硅膜12b作为使红外线辐射层13的形状稳定的形状稳定层发挥作用。
另外，红外光源1不限于具有红外线辐射元件10和外壳19的结构，例如也能够采用卤素灯等。在这种情况下，卤素灯的灯丝构成红外线辐射元件。
在上述的实施方式1～3等中说明的各个附图是示意图，各个构成要素的尺寸和厚度的各个比值不一定反映了实际的尺寸比。并且，在实施方式等中记载的材料、数值等仅用于示例优选的方式，并不限定于此。另外，本申请发明能够在不脱离其技术思想的范围的情况下适当对结构实施变更。
Claims (22)
1.一种红外线检测元件，在一个热电体基板上排列形成有第1热电元件和第2热电元件，其特征在于，
所述第1热电元件具有：第1表面电极，形成于所述热电体基板的表面；第1背面电极，形成于所述热电体基板的背面，并与所述第1表面电极对置；和第1部分，在所述热电体基板中被夹在所述第1表面电极和所述第1背面电极之间，
所述第2热电元件具有：第2表面电极，形成于所述热电体基板的表面；第2背面电极，形成于所述热电体基板的所述背面，并与所述第2表面电极对置；和第2部分，在所述热电体基板中被夹在所述第2表面电极和所述第2背面电极之间，
在所述热电体基板的所述表面形成有分别与所述第1表面电极、所述第2表面电极电连接的第1表面配线、第2表面配线，
在所述热电体基板的所述背面形成有分别与所述第1背面电极、所述第2背面电极电连接的第1背面配线、第2背面配线，
所述第1热电元件与所述第2热电元件反并联或者反串联连接，所述第1热电元件是受光用的热电元件，所述第2热电元件是温度补偿用的热电元件，
所述热电体基板在包围所述第1热电元件的周边部形成有沿着所述第1热电元件的外周的形状的切缝，该切缝避开所述第1表面配线和所述第1背面配线而形成，包围所述第2热电元件的周边部遍及所述第2部分的全周而连续。
2.根据权利要求1所述的红外线检测元件，其特征在于，
所述热电体基板的所述切缝至少形成在所述第1热电元件的所述第2热电元件侧。
3.根据权利要求1或2所述的红外线检测元件，其特征在于，
所述红外线检测元件具有多组由所述第1热电元件和所述第2热电元件构成的组，
所述热电体基板在相邻的两个所述第1热电元件各自的另一个所述第1热电元件侧形成有所述切缝。
4.根据权利要求1或2所述的红外线检测元件，其特征在于，
在所述第1表面电极上形成有吸收红外线的红外线吸收层。
5.根据权利要求4所述的红外线检测元件，其特征在于，
以使所述第1表面电极和所述第2表面电极作为反射红外线的红外线反射层发挥作用的方式，设定所述第1表面电极和所述第2表面电极各自的表面电阻。
6.根据权利要求4所述的红外线检测元件，其特征在于，
所述红外线吸收层形成为俯视观察时覆盖由所述切缝包围的区域整体，
所述红外线吸收层由在树脂中分散了从碳类微粉末、金属类微粉末、金属氧化物类微粉末的组中选择的至少一种导电性微粉末的第1树脂层构成。
7.一种红外线检测器，其特征在于，
所述红外线检测器具有：权利要求1～6中任意一项所述的红外线检测元件；光学滤波器，配置在所述红外线检测元件的前方，使所述红外线检测元件的检测对象的波长区域的红外线透射；基板，安装有所述红外线检测元件；以及外壳，收纳有所述红外线检测元件、所述光学滤波器和所述基板，
所述外壳具有：底座，支撑所述基板；金属制的盖，以覆盖所述红外线检测元件和所述光学滤波器的方式固定在所述底座上；窗孔，形成于所述盖的顶板部；以及窗部件，以封堵所述窗孔的方式配置，能够使红外线透射。
8.根据权利要求7所述的红外线检测器，其特征在于，
所述红外线检测元件在一个所述热电体基板上形成有两组由受光用的所述第1热电元件和温度补偿用的所述第2热电元件构成的组，一组构成第1检测单元，另一组构成第2检测单元，
所述光学滤波器包括：第1光学滤波器，配置在所述第1检测单元的所述第1热电元件的受光面的前方；以及第2光学滤波器，配置在所述第2检测单元的所述第1热电元件的受光面的前方，
所述第1检测单元和所述第2检测单元分别具有：第1输出端子，形成于所述热电体基板的所述表面侧；以及第2输出端子，形成于所述热电体基板的所述背面侧，所述第1输出端子和所述第2输出端子以在所述热电体基板的厚度方向上不重叠的方式配置，
所述基板包括：具有电绝缘性的绝缘性基材、和与所述绝缘性基材一体设置的两个第1引线端子和两个第2引线端子，
各个所述第1引线端子、与所述第1检测单元及所述第2检测单元各自的所述第1输出端子，通过由导电性粘接剂构成的第1接合部而单独地电连接，
各个所述第2引线端子、与所述第1检测单元及所述第2检测单元各自的所述第2输出端子，通过由导电性粘接剂构成的第2接合部而单独地电连接，
所述绝缘性基材至少包含突起和壁中的一方，
所述突起形成于所述绝缘性基材的第1面，在所述第1引线端子和所述第2引线端子之间从所述红外线检测元件的预计搭载区域的外侧向所述绝缘性基材的厚度方向突出，以定位所述红外线检测元件，
所述壁形成于所述绝缘性基材的所述第1面，从所述红外线检测元件的所述预计搭载区域的外侧向所述绝缘性基材的厚度方向突出，以定位所述红外线检测元件，其中，所述壁的高度小于所述红外线检测元件的厚度。
9.根据权利要求8所述的红外线检测器，其特征在于，
在所述绝缘性基材形成有定位部，该定位部从所述第1面向沿着所述红外线检测元件的所述厚度方向的方向突出，以定位所述第1光学滤波器和所述第2光学滤波器。
10.根据权利要求9所述的红外线检测器，其特征在于，
所述定位部具有：壁部，用于规定在俯视观察时所述第1光学滤波器和所述第2光学滤波器的排列方向上的所述第1光学滤波器和所述第2光学滤波器的位置；以及支撑部，用于架设所述第1光学滤波器和所述第2光学滤波器。
11.根据权利要求8～10中任意一项所述的红外线检测器，其特征在于，
所述红外线检测器具有：第1IC元件，对所述第1检测单元的第1输出信号进行信号处理；以及第2IC元件，对所述第2检测单元的第2输出信号进行信号处理，
所述基板在第1面侧配置有所述红外线检测元件，在第2面侧配置有所述第1IC元件和所述第2IC元件。
12.根据权利要求7所述的红外线检测器，其特征在于，
所述红外线检测元件在一个所述热电体基板上排列形成有构成组的受光用的所述第1热电元件和温度补偿用的所述第2热电元件，
所述构成组的所述第1热电元件和所述第2热电元件反向并联连接或者反向串联连接，
所述红外线检测元件以使所述第1热电元件位于所述窗孔向所述红外线检测元件的垂直投影区域内的方式配置，
所述光学滤波器配置在所述窗部件和所述第1热电元件之间，
所述红外线检测器具有遮光部件，该遮光部件配置在所述窗部件和所述红外线检测元件之间，将从所述外壳的外部透射所述窗部件而进入到所述外壳内的红外线中朝向所述第2热电元件的红外线遮光，
所述遮光部件被保持在所述基板上。
13.根据权利要求12所述的红外线检测器，其特征在于，
所述红外线检测元件的所述第1热电元件形成于所述热电体基板的中央部，所述第2热电元件形成于所述热电体基板的周部，
所述遮光部件形成为板状，在所述遮光部件的中央部形成有比所述第1热电元件向厚度方向上的垂直投影区域大的开口部。
14.根据权利要求13所述的红外线检测器，其特征在于，
所述遮光部件在所述开口部的周边部形成有凹部，所述凹部的所述窗部件侧及所述开口部侧开放，所述遮光部件形成有窗部，所述窗部形成为避开所述遮光部件中的所述第2热电元件向厚度方向上的垂直投影区域、所述开口部和所述凹部，所述窗部能够用于从所述遮光部件的所述窗部件一侧的第1面侧视觉辨认所述红外线检测元件的一部分，
所述光学滤波器将所述开口部封堵，所述光学滤波器的周部被放置在所述凹部中，并且相对于所述遮光部件被定位。
15.一种红外线式气体传感器，其特征在于，
所述红外线式气体传感器具有通过热辐射来辐射红外线的红外线辐射元件、和权利要求1所述的红外线检测元件。
16.根据权利要求15所述的红外线式气体传感器，其特征在于，
所述红外线式气体传感器还具有第1受光元件、第2受光元件、第1光学系统、第2光学系统、驱动电路和信号处理部，
所述红外线检测元件在一个所述热电体基板上形成有两组由受光用的所述第1热电元件和温度补偿用的所述第2热电元件构成的组，一组构成第1检测单元，另一组构成第2检测单元，
所述第1检测单元的所述第1热电元件构成所述第1受光元件，
所述第2检测单元的所述第1热电元件构成所述第2受光元件，
所述驱动电路构成为驱动所述红外线辐射元件，
所述第1光学系统配置在所述红外线辐射元件和所述第1受光元件之间，
所述第2光学系统配置在所述红外线辐射元件和所述第2受光元件之间，
所述信号处理部构成为根据所述第1受光元件的第1输出信号与所述第2受光元件的第2输出信号之比，求出检测对象的气体的浓度，
所述第1光学系统的第1透射波长区域被设定为包含基于所述检测对象的气体的红外线的吸收波长，
所述第2光学系统的第2透射波长区域被设定为包含参照波长，
所述第1透射波长区域和所述第2透射波长区域彼此不同，而且所述第2透射波长区域比所述第1透射波长区域更靠短波长侧，
对所述第1光学系统和所述第2光学系统，在比所述第1透射波长区域和所述第2透射波长区域双方都更靠长波长侧，设定有所述第1光学系统和所述第2光学系统共用的补偿用的规定波长区域，
所述第1光学系统的所述规定波长区域的第1平均透射率小于所述第2光学系统的所述规定波长区域的第2平均透射率，
以补偿由于所述红外线辐射元件的辐射功率的变化而引起的如下比的变化的方式，分别设定所述第1平均透射率和所述第2平均透射率，所述比是指基于所述第1透射波长区域的红外线的所述第1受光元件的第1输出信号成分、与基于所述第2透射波长区域的红外线的所述第2受光元件的第2输出信号成分之比。
17.根据权利要求15所述的红外线式气体传感器，其特征在于，
所述红外线式气体传感器还具有第1受光元件、第2受光元件、第1光学系统、第2光学系统、驱动电路和信号处理部，
所述红外线检测元件在一个所述热电体基板上形成有两组由受光用的所述第1热电元件和温度补偿用的所述第2热电元件构成的组，一组构成第1检测单元，另一组构成第2检测单元，
所述第1检测单元的所述第1热电元件构成所述第1受光元件，
所述第2检测单元的所述第1热电元件构成所述第2受光元件，
所述驱动电路构成为驱动所述红外线辐射元件，
所述第1光学系统配置在所述红外线辐射元件和所述第1受光元件之间，
所述第2光学系统配置在所述红外线辐射元件和所述第2受光元件之间，
所述信号处理部构成为根据所述第1受光元件的第1输出信号与所述第2受光元件的第2输出信号之比，求出检测对象的气体的浓度，
所述第1光学系统的第1透射波长区域被设定为包含基于所述检测对象的气体的红外线的吸收波长，
所述第2光学系统的第2透射波长区域被设定为包含参照波长，
所述第1透射波长区域和所述第2透射波长区域彼此不同，而且所述第2透射波长区域比所述第1透射波长区域更靠长波长侧，
对所述第1光学系统和所述第2光学系统，在比所述第1透射波长区域和所述第2透射波长区域双方都更靠长波长侧，设定有所述第1光学系统和所述第2光学系统共用的补偿用的规定波长区域，
所述第1光学系统的所述规定波长区域的第1平均透射率大于所述第2光学系统的所述规定波长区域的第2平均透射率，
以补偿由于所述红外线辐射元件的辐射功率的变化而引起的如下比的变化的方式，分别设定所述第1平均透射率和所述第2平均透射率，所述比是指基于所述第1透射波长区域的红外线的所述第1受光元件的第1输出信号成分、与基于所述第2透射波长区域的红外线的所述第2受光元件的第2输出信号成分之比。
18.根据权利要求15所述的红外线式气体传感器，其特征在于，
所述红外线式气体传感器还具有光学系统、驱动电路、控制部和信号处理部，
所述光学系统配置在所述红外线辐射元件和所述红外线检测元件之间，
所述光学系统在包含基于检测对象的气体的红外线的吸收波长的第1透射波长区域、和被设定在比所述第1透射波长区域更靠长波长侧的第2透射波长区域，分别设定红外线的透射率，并使所述第2透射波长区域的平均透射率小于所述第1透射波长区域的透射率，
所述驱动电路构成为对所述红外线辐射元件进行脉冲驱动，
所述控制部按照时间序列控制所述驱动电路，使得所述驱动电路分别在第1驱动条件和第2驱动条件下对所述红外线辐射元件进行脉冲驱动，所述第1驱动条件和所述第2驱动条件是使所述红外线辐射元件的辐射能量分布的峰值波长彼此不同的驱动条件，
所述信号处理部构成为利用在所述第1驱动条件时的所述红外线检测元件的第1输出信号与在所述第2驱动条件时的所述红外线检测元件的第2输出信号之比，估计检测对象的气体的浓度。
19.一种红外线式气体传感器，其特征在于，
所述红外线式气体传感器具有：权利要求8～14中任意一项所述的红外线检测器；通过热辐射来辐射红外线的红外线辐射元件；试料室，配置在所述红外线辐射元件和所述红外线检测器之间；以及信号处理部，
所述第1光学滤波器以使检测对象的气体的吸收波长的红外线透射的方式来设定第1透射波长区域，
所述第2光学滤波器以使不被所述气体吸收的参照波长的红外线透射、且不与所述第1透射波长区域重叠的方式来设定第2透射波长区域，
所述试料室形成有能够供检测对象的气体进出的通气孔，
所述信号处理部根据所述第1检测单元的第1输出信号与所述第2检测单元的第2输出信号的差分或者比，来求出所述气体的浓度。
20.根据权利要求19所述的红外线式气体传感器，其特征在于，
所述试料室呈筒状，其内表面是将从所述红外线辐射元件辐射的红外线反射的反射面，
所述反射面是将旋转椭圆体的长轴方向的两端部分别用与长轴正交的两个平面切割后得到的形状，所述旋转椭圆体以规定在所述试料室的中心轴上的长轴为旋转轴，
所述红外线辐射元件被配置在所述中心轴上、所述旋转椭圆体的一个焦点的附近，所述红外线检测器被配置在所述中心轴上、比所述旋转椭圆体的另一个焦点更靠近所述红外线辐射元件的一侧。
21.一种红外线式气体传感器，其特征在于，
所述红外线式气体传感器具有权利要求7所述的红外线检测器、和通过热辐射来辐射红外线的红外线辐射元件，
所述红外线检测器具有对所述红外线检测元件的输出信号进行信号处理的IC元件，
所述红外线式气体传感器还具有：试料室，配置在所述红外线辐射元件和所述红外线检测器之间，能够供检测对象的气体进出；驱动电路，断续地对所述红外线辐射元件通电；控制部，控制所述驱动电路；以及信号处理电路，对所述IC元件的输出信号进行信号处理，求出检测对象的气体的浓度。
22.根据权利要求21所述的红外线式气体传感器，其特征在于，
所述红外线辐射元件具有：半导体基板；薄膜部，形成于所述半导体基板的表面侧；开口部，形成于所述半导体基板，使所述薄膜部中的所述半导体基板侧的第1面的一部分露出；以及红外线辐射层，形成于所述薄膜部的第2面，利用通过通电而产生的热辐射来辐射红外线，在从对所述红外线辐射层的通电被截止开始到下一次开始通电为止的非通电期间中，也辐射红外线，
所述IC元件具有电流电压变换电路，对所述红外线检测元件的输出信号即电流信号进行电流-电压变换，
所述电流电压变换电路使在所述非通电期间中所述红外线辐射元件辐射的红外线量的时间变化相对于频率成分的增益、大于相对于比该频率成分高的频域的增益。
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