JP2018194423A - 光モジュール、検知装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】光源及び検出器を個別に検知装置に対してアライメントする煩雑さを避けると共に光源及び検知器の動作環境の差を縮小できる光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュールは、中波長赤外領域又は長波長赤外領域の光を発生する半導体発光素子10と、半導体発光素子が発生可能な光に感応する受光素子20と、支持部材31及びパッケージ41を含む容器30と、を備え、支持部材は、第1エリアA1及び第1エリアと異なる第2エリアA2を有し、パッケージは、中波長赤外領域又は長波長赤外領域の光を透過可能な光学窓42を含み、半導体発光素子が光学窓を介して光を第1エリアにおいて提供すると共に受光素子が光学窓からの光を第2エリアにおいて受光するように支持部材を支持する。【選択図】図1

Description

本発明は、光モジュール、及び検知装置に関する。
特許文献1は、ガス濃度測定装置を開示する。特許文献2は、ガス分析装置を開示する。
特開2012−225730号公報 特開2014−261754号公報
特許文献1のガス濃度測定装置は、光源及び検出器を備え、光源及び検出器は軸上に配列される。検知されるべきガスのための流路は、光源から検出器への経路上に設けられる。光源からの光が検出器に向かって直進する。特許文献2のガス分析装置は、レーザ光源及び受光器を備え、検知されるべきガスのための流路は、光源から検出器への経路上に設けられる。
特許文献1のガス濃度測定装置及び特許文献2のガス分析装置は、光源からの光が検出器に入射するように、光源のパッケージ及び検出器のパッケージの両方の位置合わせ及び装置への取り付けの両方を必要とする。また、個々のパッケージに収納された光源及び検出器を用いる測定では、光源の動作環境及び検知器の動作環境が互いに別になる。
本発明の一側面は、光源及び検出器を個別に検知装置にアライメントする煩雑さを避けると共に光源及び検知器の動作環境の差を縮小できる光モジュールを提供することを目的とし、また本発明の別の側面は、この光モジュールを含む検知装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る光モジュールは、中波長赤外領域又は長波長赤外領域の光を発生する半導体発光素子と、前記半導体発光素子が発生可能な光に感応する受光素子と、支持部材及びパッケージを含む容器と、を備え、前記支持部材は、第1エリア及び前記第1エリアと異なる第2エリアを有し、前記パッケージは、前記中波長赤外領域又は前記長波長赤外領域の光を透過可能な光学窓を含み、前記半導体発光素子が前記光学窓を介して光を前記第1エリアにおいて提供すると共に前記受光素子が前記光学窓からの光を前記第2エリアにおいて受光するように、前記支持部材を支持する。
本発明の別の側面に係る検知装置は、光モジュールと、前記光モジュールを保持する保持部を有するホルダと、前記保持部から離して前記ホルダによって支持され、前記半導体発光素子からの光を反射可能な反射部材と、を備え、前記反射部材は、前記光モジュールの前記光学窓を介して前記半導体発光素子に光学的に結合され、前記反射部材は、前記光モジュールの前記光学窓を介して前記受光素子に光学的に結合される。
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
以上説明したように、本発明の一側面によれば、光源及び検出器を個別に検知装置に対してアライメントする煩雑さを避けると共に光源及び検知器の動作環境の差を縮小できる光モジュールが提供され、また本発明の別の側面によれば、この光モジュールを含む検知装置が提供される。
図1は、実施形態に係る光モジュールを含む検知装置を模式的に示す図である。 図2は、実施例1に係る検知装置を模式的に示す図である。 図3は、実施例2に係る検知装置を模式的に示す図である。 図4は、実施例3に係る検知装置を模式的に示す図である。 図5は、実施形態に係る光モジュールを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。 図6は、実施形態に係る光モジュールを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。
引き続き、いくつかの形態の具体例を説明する。
具体例に係る光モジュールは、(a)中波長赤外領域又は長波長赤外領域の光を発生する半導体発光素子と、(b)前記半導体発光素子が発生可能な光に感応する受光素子と、(c)支持部材及びパッケージを含む容器と、を備え、前記支持部材は、第1エリア及び前記第1エリアと異なる第2エリアを有し、前記パッケージは、前記中波長赤外領域又は前記長波長赤外領域の光を透過可能な光学窓を含み、前記半導体発光素子が前記光学窓を介して光を前記第1エリアにおいて提供すると共に前記受光素子が前記光学窓からの光を前記第2エリアにおいて受光するように、前記支持部材を支持する。
この光モジュールによれば、単一のパッケージに内において、受光素子及び半導体発光素子がそれぞれ光学窓からの又は光学窓への光ビームに関連付けられるように、半導体発光素子10及び受光素子20を配置できる。パッケージは、第1エリアにおいて半導体発光素子を支持すると共に第2エリアにおいて受光素子を支持する。この光モジュールを検知装置にアライメントすると、半導体発光素子及び受光素子の両方が検知装置に光学的にアライメントされる。また、半導体発光素子及び受光素子を収容する単一のパッケージは、共通の動作環境を半導体発光素子及び受光素子に提供できる。
具体例に係る光モジュールでは、前記光学窓は、Ge、ZnSe、ZnS、Si、CaF、BaF、サファイア、ダイヤモンド、又はカルコゲナイドガラスの少なくとも一つを含んでもよい。
この光モジュールによれば、Ge、ZnSe、ZnS、Si、CaF、BaF、サファイア、ダイヤモンド、及びカルコゲナイドガラスは、中波長赤外領域又は長波長赤外領域の光が透過できる光学窓を提供できる。
具体例に係る光モジュールでは、前記受光素子は、HgCdTe素子、InAs/GaSb超格子のセンサ素子、又はサーモパイル素子を有してもよい。
この光モジュールによれば、HgCdTe素子、InAs/GaSb超格子のセンサ素子、及びサーモパイル素子は、中波長赤外領域又は長波長赤外領域の光を検出できる。
具体例に係る光モジュールでは、前記半導体発光素子は、量子カスケードレーザを含んでもよい。
この光モジュールによれば、半導体発光素子は、中波長赤外領域又は長波長赤外領域の光を発生できる。
具体例に係る光モジュールは、前記受光素子及び前記半導体発光素子を搭載する温度調整素子を更に備え、前記パッケージは、ステム及びキャップを含み、前記キャップは前記光学窓を含み、前記ステムは、前記温度調整素子を搭載することができる。
この光モジュールによれば、温度調整素子は、受光素子及び半導体発光素子のための共通の動作環境を制御できる。
具体例に係る光モジュールでは、前記受光素子は、前記光モジュール外の反射部材が前記半導体発光素子からの光を反射した戻り光を受光するように、前記支持部材によって支持される。
この光モジュールによれば、受光素子は、半導体発光素子からの光が反射部材を経由して受光素子に入射するように向き付けされることができる。
具体例に係る光モジュールでは、前記半導体発光素子は、前記光モジュール外の反射部材が前記半導体発光素子からの光を反射した戻り光を前記受光素子に提供するように、前記支持部材によって支持される。
この光モジュールによれば、半導体発光素子は、該半導体発光素子からの光が反射部材を経由して受光素子に入射するように向き付けされることができる。
具体例に係る検知装置は、(a)光モジュールと、(b)前記光モジュールを保持する保持部を有するホルダと、(c)前記保持部から離して前記ホルダによって支持され、前記半導体発光素子からの中波長赤外領域又は長波長赤外領域の光を反射可能な反射部材と、を備え、前記反射部材は、前記光モジュールの前記光学窓を介して前記半導体発光素子に光学的に結合され、前記反射部材は、前記光モジュールの前記光学窓を介して前記受光素子に光学的に結合される。
この検知装置によれば、ホルダは、光モジュール内の半導体発光素子が光学窓を介して反射部材に光学的に結合されると共に光モジュール内の受光素子が光学窓を介して反射部材に光学的に結合されるように、光モジュールを位置決めすることができる。
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、光モジュール、及び検知装置、並びに光モジュールを作製する方法に係る実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
図1は、実施形態に係る光モジュール及び検知装置を模式的に示す図面である。検知装置2は、光モジュール1及びホルダ70を備える。光モジュール1は、半導体発光素子10、受光素子20、及び容器30を含む。半導体発光素子10は、中波長赤外領域(3〜6マイクロメートル)又は長波長赤外領域(6〜11マイクロメートル)の光を発生する。受光素子20は、半導体発光素子10が発生可能な光に感応する。
例えば、受光素子20は、中波長赤外領域又は長波長赤外領域の光に検知できる。容器30は、支持部材31及びパッケージ41を備える。支持部材31の主面は、第1エリアA1及び第2エリアA2を有し、第2エリアA2は第1エリアA1と異なる。支持部材31は、半導体発光素子10を第1エリアA1上において支持し、受光素子20を第2エリアA2上において支持する。パッケージ41は光学窓42を含み、光学窓42は、中波長赤外領域又は長波長赤外領域の光を透過させることができる。パッケージ41は、受光素子20が光学窓42からの光を第2エリアA2において受けると共に半導体発光素子10が光学窓42を介して光を第1エリアA1において提供するように、支持部材31を支持する。光モジュール1は、光学窓42を介して半導体発光素子10からの光を出射でき、また光学窓42を介して受光素子20への光を受けることができる。
この光モジュール1によれば、半導体発光素子10及び受光素子20をそれぞれ光学窓42への光ビーム及び光学窓からの光ビームに関連付けるように、半導体発光素子10及び受光素子20を単一のパッケージ41内に配置できる。光モジュール1は、単一のパッケージ41内において、半導体発光素子10が光学窓42へ光ビームを提供すること、及び受光素子20が光学窓42からの光ビームを受けることを可能にする。パッケージ41は、第2エリアA2において受光素子20を支持すると共に第1エリアA1において半導体発光素子10を支持する。この光モジュール1を検知装置2にアライメントすると、半導体発光素子10及び受光素子20の両方の光学的なアライメントが完了する。半導体発光素子10及び受光素子20を収容するパッケージは、共通の動作環境を半導体発光素子10及び受光素子20に提供できる。半導体発光素子10及び受光素子20に共通の動作環境を提供することにより、光モジュール1を小型化できるという利点がある。
半導体発光素子10は、例えば量子カスケードレーザ、インターバンドカスケードレーザを含む。量子カスケードレーザは、例えば、3〜11マイクロメートルの波長の光を発生できる。
受光素子20は、例えばHgCdTe素子、InSb素子、InAs/GaSb超格子のセンサ素子、サーモパイル素子、又は焦電センサ素子を含む。HgCdTe素子、InAs/GaSb超格子のセンサ素子、サーモパイル素子、焦電センサ素子は、それぞれ、3〜15マイクロメートルの波長の光を、InSb素子は3〜6マイクロメートルの波長の光を検知できる。
パッケージ41の光学窓42は、例えばGe、ZnSe、ZnS、Si、CaF、BaF、サファイア、ダイヤモンド、又はカルコゲナイドガラスの少なくとも一つを含み、目的波長帯に対応するこれら材質と低反射膜種の選択により、例えば、3〜14マイクロメートルの波長の光を透過させることができる。
支持部材31は、第1サブマウント11を搭載し、第1サブマウント11は半導体発光素子10を搭載する。支持部材31は、第2サブマウント21を搭載し、第2サブマウント21は受光素子20を搭載する。支持部材31は、例えばCuW、Cu、CuMo、AlN、SiCを含む。
容器30は、温度調整素子50を更に備えることができる。温度調整素子50は、半導体発光素子10及び受光素子20を搭載する。温度調整素子50は、半導体発光素子10及び受光素子20のための共通の動作環境を制御できる。温度調整素子50は、例えばペルチェ素子を含む。具体的には、温度調整素子50は、支持部材31を搭載し、支持部材31を介して受光素子20及び半導体発光素子10の温度を調整する。パッケージ41は、温度調整素子50を搭載し、温度調整素子50からの熱を拡散する、或いは温度調整素子50に熱を提供できる。
容器30は、サーミスタ又はサーマルダイオードといった温度感知素子14(図5参照)を備え、温度感知素子14は、容器30内に設けられ、また半導体発光素子10及び受光素子20に与えられる共通の動作環境を維持するために役立つ。温度感知素子14は、支持部材31又は温度調整素子50上に搭載される。具体的には、温度感知素子14は、第1サブマウント11の上面11a上に搭載されて、温度感知素子14が半導体発光素子10の温度をモニターすることが可能になる。
パッケージ41は、ステム43及びキャップ44を含む。ステム43は、ステムベース69に支持された複数の電気端子61を備え、電気端子61はステムベース69を貫通する。電気端子61は、パッケージ41内の半導体発光素子10、温度感知素子14及び受光素子20といった素子に電気的に接続される。キャップ44は、上壁44a及び側壁44bを含み、光学窓42は、例えば、キャップ44の上壁44aによって支持される。ステムベース69は例えばCuW、Cu、CuMoを含み、キャップ44は例えば表面にNiメッキを施したKovar、又は表面にNiメッキを施したFeNi合金を含む。
容器30は、キャップ44の外面上に設けられた外保護膜66を備えることができる。外保護膜66は、検知対象のガスによるキャップ44の劣化を避けるためにキャップ44の上壁44aを覆い、また側壁44bを覆うことができる。外保護膜66は、例えばダイヤモンドライクカーボン(DLC:Diamond like Carbon)を含む。ダイヤモンドライクカーボンは、環境ガスに含まれる酸アルカリへの耐腐食性に有する。外保護膜66の材料は、例えば、YbS系材料、MgF系材料、YF系材料及びBiO系の材料、並びにGe及びZnSといった無機材料を含んだ反射防止膜からなることもできる。また、容器30は、キャップ44の内面上に設けられた反射防止膜67を備えることができる。反射防止膜67の材料は、キャップ44の外保護膜の無機材料、具体的には、YbS系、MgF系、YF系及びBiO系の材料、並びに、Ge及びZnSといった材料からなることができる。反射防止膜67は、光学窓42の縁を被覆するように設けられる。反射防止膜67の追加によれば、光学窓42を通して光モジュール1に入射する光及び光学窓42を通して光モジュール1から出射する光におけるロスを低減し、システムとしての測定精度を上げることができる。
容器30は、第1サブマウント11、支持台12、光学レンズ13、及び第2サブマウント21を含む。支持台12及び第2サブマウント21は、支持部材31の主面に固定される。半導体発光素子10は、第1サブマウント11上に搭載され、第1サブマウント11は、支持台12上に搭載される。第1サブマウント11は、AlN、SiC、Al−SiC、Si−SiCといったセラミック、又はダイヤモンドを含む。光学レンズ13は、支持台12上に設けられ、半導体発光素子10の出射面及び光学窓42に光学的に結合される。光学レンズ13は、例えばコリメートレンズ又は集光レンズを含むことができる。受光素子20は、第2サブマウント21上に搭載される。第2サブマウント21は、AlN、Al、SiC、Al−SiC、及びSi−SiCといったセラミック、又はダイヤモンドを含む。
図1を参照しながら、検知装置2を説明する。検知装置2は、光モジュール1、ホルダ70及び反射部材80を含む。ホルダ70は、光モジュール1及び反射部材80を支持する。ホルダ70は、光モジュール1を保持する保持部70aを有する。保持部70aは、光モジュール1の外面を支持するように設けられ、具体的には光モジュール1のキャップを気密に保持する。ホルダ70は、光モジュール1から隔置されるように反射部材80を支持する。反射部材80は、半導体発光素子10からの中波長赤外領域又は長波長赤外領域の光を反射できる一又は複数の反射面を含む。反射部材80は、光モジュール1の光学窓42を介して半導体発光素子10に光学的に結合され、また光モジュール1の光学窓42を介して受光素子20に光学的に結合される。これらの光結合により、半導体発光素子10からの光が反射部材80によって反射されて、反射部材80による反射光が受光素子20に入射することを可能にする。光モジュール1の容器30は、半導体発光素子10からの光が反射部材80を経由して最終的に受光素子20に入射することを上記の光結合が可能にするように、半導体発光素子10及び受光素子20を支持する。
ホルダ70は、測定室90を備え、測定室90は、検知対象となるガス状の物質を光学的に測定するレーザ光に照射するための空間を提供する。検知装置2は、半導体発光素子10からの中波長赤外領域又は長波長赤外領域の光を用いてガスの光学測定を行うことができ、中波長赤外領域又は長波長赤外領域の光吸収を利用して、例えばCO、CO、CH、NO、NO、又はSOといったガスを検知でき、またその濃度を測定できる。測定室90は、例えば、石英ガラス、ダイヤモンドライクカーボン、フッ素系樹脂などの耐腐食性コーティングを施したSUS等の金属を含む。本実施例では、測定室90は、ガスを流すための流路を有する。流路の断面積は、例えば10〜100平方ミリメートルであることができる。反射部材80は、測定室90の内側面上に設けられる。反射部材80は、例えば金膜を含むことができ、中波長赤外領域又は長波長赤外領域の光を反射できる。
半導体発光素子10は、この半導体発光素子10からの光が光モジュール1外の反射部材80によって反射されて戻り光が受光素子20に提供されるように支持部材31によって支持される。また、受光素子20は、半導体発光素子10からの光が光モジュール1外の反射部材80によって反射されて戻り光を受光するように支持部材31によって支持される。
(実施例1)
図2は、実施例1に係る検知装置を模式的に示す図である。光モジュール1A及び検知装置2Aでは、光学レンズ13がコリメートレンズ13aを含み、コリメートレンズ13aは、半導体発光素子10と光学窓42との間に設けられる。コリメートレンズ13aは、光学窓42にコリメート光を提供するように、支持台12上において半導体発光素子10に対して位置決めされている。反射部材80は、単一の反射平面80aを含み、反射平面80aは、例えば金、銀、又はアルミニウムを含む。半導体発光素子10からの出射光LA1は、光学窓42及び流路を介して反射部材80に照射され、反射部材80の反射平面80aによって反射される。反射平面80aからの反射光LA2は、そのまま、流路及び光学窓42を介して受光素子20に入射する。
支持部材31の主面は、第1面31a及び第2面31bを有する。第1面31a及び第2面31bは、それぞれ、第1エリアA1及び第2エリアA2に設けられる。第1面31a及び第2面31bは、それぞれ、第1基準面R1EF及び第2基準面R2EFに沿って延在しており、第1基準面R1EFは第2基準面R2EFに対してゼロより大きな角度、及び直角より小さい角度で傾斜している。具体的には、第1基準面R1EFは、第2基準面R2EFに対して第1角度A1NGで傾斜する。第1面31a及び第2面31bは、互いに、例えば2〜25度の範囲で傾斜することができる。第1面31a及び第2面31bは、浅い溝を形成するように僅かに内側に向いて傾斜する。本実施例では、ステム43の上面43aは、内側エリアにおいてペルチェ素子を搭載すると共に、外側エリアにおいてキャップ44を支持する。ステム43の内側エリアは、基準面SPに沿って延在する搭載面を含む。第1基準面R1EFは、基準面SPに対して第2角度A2NGで傾斜すると共に、第2基準面R2EFは、基準面SPに対して第3角度A3NGで傾斜する。第2角度A2NGは、ステム43及びキャップ44の配列軸NVに対して半導体発光素子10の光出射軸が成す角度を規定する。第3角度A3NGは、配列軸NVに対して受光素子20の受光面の法線軸が成す角度を規定する。これらの傾斜により、配列軸NVに対して傾斜した光軸の出射光は、単一の反射平面80aによって反射される際に反射法則に従って反射される。この反射光の光軸は、配列軸NVに対して傾斜している。
測定室90は、流路軸FAで示される方向に流れるガス流を測定中に提供できる。実施例1では、半導体発光素子10の量子カスケードレーザ10aからのコリメート光は、測定室90においてガス流を斜めに二回横切る。ガスは、測定室90内においてガス種に固有の波長の光を吸収する。受光素子20のHgCdTe素子20aが、測定室90内のガスによって吸収された残りのレーザ光の波長成分における強度を検出する。HgCdTe素子20aにおける検出値から、ガス流に含まれるガス種及び量を特定できる。
(実施例2)
図3は、実施例2に係る検知装置を模式的に示す図である。光モジュール1B及び検知装置2Bでは、光学レンズ13が集光レンズ13bを含み、集光レンズ13bは、半導体発光素子10と光学窓42との間に設けられる。集光レンズ13bは、光学窓42に拡散光を提供するように、支持台12上において半導体発光素子10に対して位置決めされている。反射部材80は、単一の反射凹面80bを含み、反射凹面80bは、例えば金、銀、又はアルミニウムを含む。半導体発光素子10からの出射光LB1は、光学窓42及び流路を介して反射凹面80bに照射され、反射部材80の反射凹面80bによって反射される。反射凹面80bからの反射光LB2は、そのまま、流路及び光学窓42を介して受光素子20に入射する。
支持部材31の主面は、第1面31a及び第2面31bを有する。第1面31a及び第2面31bは、それぞれ、第1エリアA1及び第2エリアA2に設けられる。第1面31a及び第2面31bは、それぞれ、第1基準面R1EF及び第2基準面R2EFに沿って延在しており、第1基準面R1EFは第2基準面R2EFに対してゼロより大きな角度、及び直角より小さい角度で傾斜している。具体的には、第1基準面R1EFは、第2基準面R2EFに対して第1角度A1NGで傾斜する。第1面31a及び第2面31bは、互いに、例えば2〜25度の範囲で傾斜することができる。第1面31a及び第2面31bは、浅い溝を形成するように僅かに内側に傾斜する。本実施例では、ステム43の上面43aは、内側エリアにおいてペルチェ素子を搭載すると共に、外側エリアにおいてキャップ44を支持する。ステム43の内側エリアは、基準面SPに沿って延在する。第1基準面R1EFは、基準面SPに対して第2角度A2NGで傾斜すると共に、第2基準面R2EFは、基準面SPに対して第3角度A3NGで傾斜する。第2角度A2NGは、ステム43及びキャップ44の配列軸NVに対して半導体発光素子10の光出射軸が成す角度を規定する。第3角度A3NGは、配列軸NVに対して受光素子20の受光面の法線軸が成す角度を規定する。これらの傾斜により、配列軸NVに対して傾斜した光軸の拡散的な出射光は、単一の反射凹面80bによって反射される際に反射法則に従って反射される。反射光は収束的であって、その光軸は、配列軸NVに対して傾斜している。
測定室90は、流路軸FAで示されるガス流を測定中に提供できる。実施例2では、半導体発光素子10の量子カスケードレーザ10aからの拡散光は、ガス流を二回横切る。測定室90内のガスは、該ガスに固有の波長の光を吸収する。受光素子20が、測定室90内のガスによって吸収されたレーザ光の残りを検出する。受光素子20における検出結果から、ガス流に含まれるガス種及び量を特定できる。
(実施例3)
図4は、実施例3に係る検知装置を模式的に示す図である。光モジュール1C及び検知装置2Cでは、光学レンズ13がコリメートレンズ13cを含み、コリメートレンズ13cは、光学窓42にコリメート光を提供するように半導体発光素子10に対して位置決めされている。コリメートレンズ13cは、半導体発光素子10と光学窓42との間に設けられる。コリメートレンズ13cは、光学窓42にコリメート光を提供するように、支持台12上において半導体発光素子10に対して位置決めされている。反射部材80は、複数の反射平面80p、80qを含み、反射平面80p、80qは、例えば金、銀、又はアルミニウムを含む。半導体発光素子10からの出射光LC1は、光学窓42及び流路を介して反射部材80に照射され、反射部材80の反射平面80pによって反射されて、反射光LC2は反射平面80qに向かう。反射光LC2は反射平面80qによって反射されて、戻り光LC3を生成する。戻り光LC3は、流路及び光学窓42を介して受光素子20に入射する。
支持部材31の主面は、基準平面R0EFに沿って延在する。支持台12及び第2サブマウント21は、支持部材31の主面上に搭載される。半導体発光素子10からの出射光LC1は、配列軸NVに実質的に平行な方向に出射され、この光は、反射平面80p、80qを介して配列軸NVに実質的に平行な方向に戻る。
測定室90は、流路軸FAで示されるガス流を測定中に提供できる。実施例1では、半導体発光素子10の量子カスケードレーザ10aからのコリメート光は、ガス流を二回横切る。測定室90内においてガスは、該ガス内のガス種に固有の波長の光を吸収する。受光素子20が、測定室90内のガスによって吸収されたレーザ光の残りを検出する。受光素子20における検出結果から、ガス流に含まれるガス種及び量を特定できる。
図5及び図6を参照しながら、光モジュールを作製する方法の概要を説明する。この説明は、光モジュールの具体的な構造の理解に役立つ。可能な場合には、図1の説明で参照した参照符合を引き続く説明において用いる。
図5の(a)部に示されるように、第1サブマウント11を準備する。第1サブマウント11の上面11a上に半導体発光素子10を、Au−20Sn半田を用いてダイボンドすると共に、サーミスタといった温度感知素子14を、Au−20Sn半田を用いてダイボンドする。導電性ワイヤ15aを用いて半導体発光素子10を上面11a上の配線導体16aに接続すると共に、導電性ワイヤ15bを用いて第1サブマウント11の上面11a上の配線導体16bに温度感知素子14を接続する。この工程により、発光サブアセンブリLD1を得る。
図5の(b)部に示されるように、Au−20Sn半田を用いて、支持台12上に発光サブアセンブリLD1を搭載し、光学レンズ13をエポキシ系接着剤にて固定する。必要な場合には、光学レンズ13は、半導体発光素子10の出射面に光学的に結合されるように調芯される。この工程により、支持台12、発光サブアセンブリLD1及び光学レンズ13を含む組立体を得る。
図5の(c)部に示されるように、第2サブマウント21を準備する。第2サブマウント21の上面21a上に受光素子20を、Au−20Sn半田を用いてダイボンドする。導電性ワイヤ22を用いて、受光素子20を上面21a上の配線導体23に接続する。この工程により、受光サブアセンブリRD1を得る。
図5の(d)部に示されるように、Sn−Ag−Cu半田を用いて、支持部材31の第1面31a及び第2面31bにそれぞれ発光サブアセンブリLD1、及び受光サブアセンブリRD1を固定する。発光サブアセンブリLD1は、支持台12の一端12bが支持部材31の第1面31aに接するように支持部材31上に搭載される。受光サブアセンブリRD1は、第2サブマウント21の裏面21bが第2面31bに接するように支持部材31上に搭載される。受光サブアセンブリRD1及び発光サブアセンブリLD1は、この光モジュール1が取り付けられる検知装置2における反射部材80の構造に応じて向き付けされる。この向き付けは、支持部材31の第1面31aの傾斜及び第2面31bの傾斜によって提供される。支持部材31の第1面31aは、搭載される発光サブアセンブリLD1の出射角を規定するように、支持部材31の裏面31cに対して傾斜される。支持部材31の第2面31bは、搭載される受光サブアセンブリRD1の出射角を規定するように、支持部材31の裏面31cに対して傾斜される。支持部材31の構造、並びに発光サブアセンブリLD1及び受光サブアセンブリRD1の位置決めにより、発光サブアセンブリLD1内の半導体発光素子10からの光が光モジュール1の外側の反射部材80によって反射されて受光サブアセンブリRD1内の受光素子20に戻ることが可能になる。この工程により、光サブアセンブリSA1が作製される。
図6に示されるように、Agエポキシペーストによって、光サブモジュールSD1を温度調整素子50上に固定すると共に、光サブアセンブリSA1を搭載した温度調整素子50をステム43上に固定する。導電性ワイヤ62を用いてステム43の電気端子61に光サブモジュールSD1を接続する。キャップ44を準備し、キャップ44は、例えば低融点ガラス、又はエポキシ系接着剤によってキャップ44の上壁44aに固定された光学窓42を有する。例えば抵抗溶接法により、キャップ44をステム43に固定する。この工程により、光モジュール1を得る。
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
以上説明したように、本実施形態によれば、光源及び検出器を個別に検知装置に対してアライメントする煩雑さを避けると共に光源及び検知器の動作環境の差を縮小できる光モジュールが提供され、またこの光モジュールを含む検知装置が提供される。
1…光モジュール、2…検知装置、10…半導体発光素子、20…受光素子、30…容器、31…支持部材、41…パッケージ、42…光学窓、50…温度調整素子、43…ステム、44…キャップ、70…ホルダ、80…反射部材。

Claims (8)

  1. 光モジュールであって、
    中波長赤外領域又は長波長赤外領域の光を発生する半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子が発生可能な光に感応する受光素子と、
    支持部材及びパッケージを含む容器と、
    を備え、
    前記支持部材は、第1エリア及び前記第1エリアと異なる第2エリアを有し、
    前記パッケージは、前記中波長赤外領域又は前記長波長赤外領域の光を透過可能な光学窓を含み、前記半導体発光素子が前記光学窓を介して光を前記第1エリアにおいて提供すると共に前記受光素子が前記光学窓からの光を前記第2エリアにおいて受光するように、前記支持部材を支持する、光モジュール。
  2. 前記光学窓は、Ge、ZnSe、ZnS、Si、CaF、BaF、サファイア、ダイヤモンド、又はカルコゲナイドガラスの少なくとも一つを含む、請求項1に記載された光モジュール。
  3. 前記受光素子は、HgCdTe素子、InAs/GaSb超格子のセンサ素子、又はサーモパイル素子を含む、請求項1又は請求項2に記載された光モジュール。
  4. 前記半導体発光素子は、量子カスケードレーザを含む、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された光モジュール。
  5. 前記受光素子及び前記半導体発光素子を搭載する温度調整素子を更に備え、
    前記パッケージは、ステム及びキャップを含み、
    前記キャップは前記光学窓を有し、
    前記ステムは、前記温度調整素子を搭載する、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された光モジュール。
  6. 前記受光素子は、前記光モジュール外の反射部材が前記半導体発光素子からの光を反射した戻り光を受光するように、前記支持部材によって支持される、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された光モジュール。
  7. 前記半導体発光素子は、前記光モジュール外の反射部材が前記半導体発光素子からの光を反射した戻り光を前記受光素子に提供するように、前記支持部材によって支持される、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載された光モジュール。
  8. 検知装置であって、
    請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された光モジュールと、
    前記光モジュールを保持する保持部を有するホルダと、
    前記保持部から離して前記ホルダによって支持され、前記半導体発光素子からの中波長赤外領域又は長波長赤外領域の光を反射可能な反射部材と、
    を備え、
    前記反射部材は、前記光モジュールの前記光学窓を介して前記半導体発光素子に光学的に結合され、
    前記反射部材は、前記光モジュールの前記光学窓を介して前記受光素子に光学的に結合される、検知装置。
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