JP6987364B2 - 光学用キャップ部品 - Google Patents

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Description

本発明は、ガスセンサ、ガス警報機、ガス濃度測定器等に使用される光学用キャップ部品に関する。
近年、室内のエアクオリティーが注目され、小型かつ安価でメンテナンス性の優れたガスセンサが求められている。この要求に対して半導体、セラミックス等を用いた様々なガスセンサが開発されている。例えば、ＣＯ２センサには、感度・安定性共に優れた赤外光吸収を利用した光学式センサが使用されている。
赤外光吸収を利用した光学式ガスセンサには、受光器にスリーブ状又はキャップ状の金属製ケースが取り付けられており、その上面には開口部が形成され、この開口部を閉塞するように赤外光透過性の窓材が取り付けられている。窓材には、サファイア、フッ化バリウム、シリコン、ゲルマニウム等が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−３３２５８５号公報
しかしながら、サファイア、フッ化バリウム、シリコン、ゲルマニウムは結晶材料である為、加工性が低く、通常板状で使用される。窓材に板状の結晶材料を使用した光学式ガスセンサは、感度が悪いという問題があった。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、赤外光吸収を利用した光学式ガスセンサの感度を良好にすることが可能な光学用キャップ部品を提供することを目的とする。
本発明の光学用キャップ部品は、レンズ形状の赤外光透過ガラスからなる窓材と、先端側及び基端側に開口部を有する筒状の側壁部を備えているキャップ部材とを備え、窓材がキャップ部材の先端側の開口部を覆うように固定されていることを特徴とする。赤外光透過ガラスは、サファイア、ゲルマニウム、シリコン等の結晶材料よりも加工性に優れており、容易にレンズ形状に成形することが可能である。レンズ形状にすることにより、優れた集光能力を有するため、赤外光吸収を利用した光学式ガスセンサの感度を向上させることが可能となる。なお、本発明における「赤外光透過ガラス」とは、厚み１ｍｍにて波長１〜６μｍの範囲で最大透過率が３０％以上のガラスを意味する。
本発明の光学用キャップ部品は、赤外光透過ガラスがテルライト系ガラスであることが好ましい。石英ガラスやホウケイ酸ガラスは波長３．０μｍ程度までの赤外光しか透過できないが、テルライト系ガラスは６．０μm程度まで透過可能であり、赤外透過特性に優れている。
本発明の光学用キャップ部品は、テルライト系ガラスが、組成として、モル％で、ＴｅＯ２ ３０〜９０％、ＺｎＯ ０〜４０％、ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種） ０〜３０％、Ｒ’２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及びＫから選択される少なくとも１種） ０〜３０％を含有することが好ましい。
本発明の光学用キャップ部品は、赤外光透過ガラスが、厚み１ｍｍにて波長１〜６μｍの範囲で最大透過率が５０％以上であることが好ましい。
本発明の光学用キャップ部品は、赤外光透過ガラスが、０〜３００℃の範囲で熱膨張係数が２５０×１０−７／℃以下であることが好ましい。このようにすれば、温度変化による変形を抑制できる。
本発明の光学用キャップ部品は、窓材が、キャップ部材に接合材で固定されていることが好ましい。
本発明の光学用キャップ部品は、接合材が、ガラス粉末 ５０〜１００体積％と、耐火性フィラー粉末 ０〜５０体積％とを含有することが好ましい。
本発明の光学用キャップ部品は、ガラス粉末が、実質的にＰｂＯ、ハロゲンを含有しないことが好ましい。ハロゲンとは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素のハロゲン単体の他、ハロゲン化物を含む。ハロゲン化物とは、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物のことである。ここで、「実質的にＰｂＯ、ハロゲンを含有しない」とは、ガラス組成中のＰｂＯ、ハロゲンの含有量が各々１０００ｐｐｍ以下の場合を指す。
本発明の光学用キャップ部品は、窓材の表面に反射防止膜が形成されていることが好ましい。このようにすれば、赤外域の光透過率を向上しやすい。
本発明の光学用キャップ部品は、キャップ部材が、０〜３００℃の範囲で熱膨張係数が２５０×１０−７／℃以下であることが好ましい。このようにすれば、温度変化による変形を抑制できる。
本発明の光学用キャップ部品は、キャップ部材が、側壁部の先端に連なる端壁部を備え、開口部が端壁部の中央に設けられていることが好ましい。
本発明の光学用キャップ部品は、側壁部の内径に対する、端壁部の開口部の直径の比率が１０％以上であることが好ましい。
本発明の光学用キャップ部品は、側壁部の基端側に半径方向外方に延出したフランジ部を有することが好ましい。
本発明の光学用キャップ部品は、光学センサ用途に使用することが好ましい。
本発明によれば、赤外光吸収を利用した光学式ガスセンサの感度を良好にすることが可能な光学用キャップ部品を提供することができる。
本発明の第１の実施形態に係る光学用キャップ部品を示す模式的断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る光学用キャップ部品を示す模式的断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る光学用キャップ部品を示す模式的断面図である。 条件１におけるシミュレーションにて用いた光学用キャップ部品の模式的断面図である。 条件２におけるシミュレーションにて用いた光学用キャップ部品の模式的断面図である。
以下に、本発明の光学用キャップ部品の実施形態について説明する。
（１）第１の実施形態
図１は本発明の第１の実施形態に係る光学用キャップ部品を示す模式的断面図である。
本実施形態において、光学用キャップ部品１は、レンズ形状の赤外光透過ガラスからなる窓材２と、キャップ部材３とを備えている。なお、窓材２の直下にはセンサ受光部５が設けられる。キャップ部材３は、両端に開口部を有する側壁部３ｃを備えている。具体的には、側壁部３ｃは、先端と基端を有し、先端側に開口部３ａ、基端側に開口部３ｂが形成されている。また、側壁部は全長に亘って略同一の内径を有する円筒形状であり、先端側及び基端側の開口部の直径は、側壁部の内径と略同一になっている。窓材２は、キャップ部材３の先端側の開口部３ａを覆うように固定されている。
窓材２をキャップ部材３に固定する方法としては、低融点ガラス、接着剤、はんだ等の接合材４を窓材２とキャップ部材３の間に塗布する手法が挙げられる。また、窓材２自体を融解させ、キャップ部材３に融着させてもよい。あるいは、キャップ部材３の熱膨張係数が窓材２の熱膨張係数より高い場合、窓材２をキャップ部材３に収納させた後、加熱、冷却することにより、キャップ部材３と窓材２の熱収縮率差によって、キャップ部材３で窓材２を締め付け、窓材２を固定することもできる。
以下に各構成要素ごとに説明する。
（窓材２）
窓材２は、レンズ形状である。そのため、集光能力に優れ、センサ受光部の面積縮小とそれに伴う素子の小型化を可能にし、また、受光強度が向上するためセンサの感度を向上しやすい。なお、レンズ形状は、特に限定されないが、集光能力を考慮すると、両凸形状（例えば球状）、平凸形状、メニスカス形状が好ましい。
窓材２は、赤外光透過ガラスからなる。赤外光透過ガラスは、赤外域において良好な光透過率を有しやすいテルライト系ガラスであることが好ましい。
テルライト系ガラスは、組成として、モル％で、ＴｅＯ２ ３０〜９０％、ＺｎＯ ０〜４０％、ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種） ０〜３０％、Ｒ’２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及びＫから選択される少なくとも１種） ０〜３０％を含有することが好ましい。ガラス組成範囲をこのように限定した理由を以下に説明する。なお、以下の各成分の含有量の説明において、特に断りがない限り「％」は「モル％」を示す。
ＴｅＯ２はガラス骨格を形成する成分である。また、ガラス転移点を低下させ、屈折率を高める効果も有する。ガラス転移点が低くなるとプレス性が向上する。屈折率が高くなると、焦点距離が短くなり、光学センサ等を小型化しやすくなる。ＴｅＯ２の含有量は３０〜９０％、４０〜８０％、特に５０〜７０％であることが好ましい。ＴｅＯ２の含有量が少なすぎると、ガラス化しにくくなる。一方、ＴｅＯ２の含有量が多すぎると、可視域における光透過率が低下し、意匠性等の観点から可視域の光透過率が要求される用途においては使用できない場合がある。
ＺｎＯは熱的安定性を高める成分である。ＺｎＯの含有量は０〜４０％、１０〜３５％、特に１５〜３０％であることが好ましい。ＺｎＯの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。
ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種）は赤外域における光透過率を低下させることなくガラス化の安定性を高める成分である。ＲＯの含有量は０〜３０％、１〜２５％、２〜２０％、特に３〜１５％であることが好ましい。ＲＯの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。
なお、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの含有量は各々０〜３０％、１〜２５％、２〜２０％、特に３〜１５％であることが好ましい。ＲＯのうちＢａＯが、ガラス化の安定性を高める効果が最も高い。よって、ＲＯとしてＢａＯを積極的に含有させることにより、ガラス化が容易となる。
Ｒ’２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及びＫから選択される少なくとも１種）は可視域における光透過率を向上させる成分である。Ｒ’２Ｏの含有量は０〜３０％、１〜２５％、２〜２０％、特に３〜１５％であることが好ましい。Ｒ’２Ｏの含有量が多すぎると、化学的耐久性を低下する傾向がある。
なお、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量は各々０〜３０％、１〜２５％、２〜２０％、特に３〜１５％であることが好ましい。
上記成分以外にも下記の成分を含有させることができる。
Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３及びＹ２Ｏ３は赤外域における光透過率を低下させることなく、液相温度を低下させてガラス化の安定性を高める成分である。Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３の含有量は０〜５０％、１〜３０％、特に１〜１５％であることが好ましい。これらの含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。また、ガラス転移点も上昇し、プレス成型性が低下しやすくなる。なお、上記成分のなかでＬａ２Ｏ３はガラス化の安定性を高める効果が最も高い。よって、Ｌａ２Ｏ３を積極的に含有させることにより、ガラス化が容易となる。ここで、「Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３」は、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３及びＹ２Ｏ３の含有量の合量を意味する。なお、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３及びＹ２Ｏ３の含有量は各々０〜５０％、０〜３０％、特に０．５〜１５％であることが好ましい。
ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＧｅＯ２及びＡｌ２Ｏ３は赤外域における光透過率を低下させるため、その含有量は各々１％未満とすることが好ましく、実質的に含有しないことがより好ましい。
Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｄｙ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｖ、Ｍｏ及びＢｉは、約４００〜８００ｎｍの可視域における吸収が大きい。よって、これらの成分を実質的に含有しないことにより、可視域の広い範囲にわたり高い光透過率を有するガラスが得られやすくなる。
Ｐｂ、Ｃｓ及びＣｄは環境に有害な物質であるため、実質的に含有しないことが好ましい。
上記のような組成を有するガラスは、厚み１ｍｍにて波長１〜６μｍの範囲で最大透過率が５０％以上、６０％以上、特に７０％以上になりやすい。
また、赤外光透過ガラスの熱膨張係数は０〜３００℃の範囲で２５０×１０−７／℃以下、２２０×１０−７／℃以下、２００×１０−７／℃以下、１８０×１０−７／℃以下、特に１６０×１０−７／℃以下であることが好ましい。熱膨張係数が大きすぎると、温度変化により変形しやすく、集光能力が低下して、センサの感度が低下するおそれがある。熱膨張係数の下限は特に限定されないが、現実的には、５０×１０−７／℃以上である。
なお、球面収差は、入射有効径が大きいほど、窓材２への入射角が大きくなるほど大きくなる。焦点距離が同じであれば、屈折率が高いほど窓材２の曲率は小さくなり入射角を小さく出来るため、球面収差は小さくなる。上記のような組成を有するガラスの屈折率は約１．９〜約２．１であり、サファイア、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスの屈折率の約１．５〜約１．８よりも高いため、球面収差が小さくなりやすい。
赤外光透過率の向上を目的として、窓材２の表面（光入射面または光出射面）に、反射防止膜を形成してもよい。
反射防止膜の構造としては、高屈折率層と低屈折率層が交互に積層された多層膜が挙げられる。反射防止膜を構成する材質としては、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ランタン、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ガドリニウム、酸化タングステン、酸化ハフニウムまたは酸化アルミニウム等の酸化物、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム等のフッ素化物、窒化珪素等の窒化物、シリコン、ゲルマニウム、硫化亜鉛等が挙げられる。反射防止膜としては多層膜以外にも酸化ケイ素等からなる単層膜も使用できる。
反射防止膜の形成方法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等が挙げられる。反射防止膜は、窓材２をキャップ部材３に固定させてから形成してもよく、窓材２に反射防止膜を形成した後、窓材２をキャップ部材３に固定してもよい。ただし、後者の場合は固着工程において反射防止膜の剥離が生じやすくなるため、前者の方が好ましい。
（キャップ部材３）
キャップ部材３の材質は、金属、セラミックスのいずれでも構わないが、加工性の面を考慮するとハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）、ＳＵＳ等の金属であることが好ましい。
キャップ部材の熱膨張係数は０〜３００℃において２５０×１０−７／℃以下、２２０×１０−７／℃以下、２００×１０−７／℃以下、１８０×１０−７／℃以下、特に１６０×１０−７／℃以下であることが好ましい。熱膨張係数が大きすぎると、温度変化により変形しやすく、集光能力が低下して、センサの感度が低下するおそれがある。熱膨張係数の下限は特に限定されないが、現実的には、５０×１０−７／℃以上である。
（接合材４）
接合材４には、化学的耐久性および耐熱性が要求されるため、樹脂系ではなくガラス系であることが好ましい。接合材に用いられるガラスとしては、酸化銀系ガラス、リン酸系ガラス、酸化ビスマス系ガラス、銀リン酸系ガラス等を用いることができる。特に、銀リン酸系ガラスは軟化点が低く、より低温で封着可能であるため、テルライト系ガラス等の熱に弱い窓材の封着に好適である。なお、ＰｂＯ、ハロゲンは有害であるのでガラス中に実質的に含有しないことが好ましい。
接合材４は、上記のガラスからなるガラス粉末に、機械的強度を向上、或いは熱膨張係数を調整するために、耐火性フィラーを含有してもよい。その混合割合は、ガラス粉末５０〜１００体積％、耐火性フィラー０〜５０体積％であり、ガラス粉末７０〜９９体積％、耐火性フィラー１〜３０体積％がより好ましく、ガラス粉末８０〜９５体積％、耐火性フィラー５〜２０体積％が更に好ましい。耐火性フィラーの含有量が多過ぎると、相対的にガラス粉末の割合が少なくなるため、所望の流動性を確保し難くなる。
耐火性フィラーは、特に限定されず、種々の材料を選択することができるが、上記のガラス粉末と反応し難いものが好ましい。
具体的には、耐火性フィラーとして、ＮｂＺｒ（ＰＯ４）３、Ｚｒ２ＷＯ４（ＰＯ４）２，リン酸ジルコニウム、ジルコン、ジルコニア、酸化錫、チタン酸アルミニウム、石英、β−スポジュメン、ムライト、チタニア、石英ガラス、β−ユークリプタイト、β−石英、ウイレマイト、コーディエライト、Ｓｒ０．５Ｚｒ２（ＰＯ４）３等のＮａＺｒ２（ＰＯ４）３型固溶体等を使用することができる。尚、これらの耐火性フィラーは、単独で使用しても良いし、２種以上を混合して使用しても良い。なお、耐火性フィラーの粒径は平均粒子径Ｄ５０が０．２〜２０μｍ程度のものを使用することが好ましい。
接合材４のガラス転移点は３００℃以下、特に２５０℃以下であることが好ましい。さらに、軟化点は３５０℃以下、特に３１０℃以下であることが好ましい。ガラス転移点及び軟化点が高過ぎると、焼成温度（封着温度）が上昇して、焼成時に窓材２が変形したり、劣化するおそれがある。なお、ガラス転移点及び軟化点の下限は特に限定されないが、現実的にはガラス転移点は１３０℃以上、軟化点は１８０℃以上である。
接合材４の３０〜１５０℃の範囲における熱膨張係数は、２５０×１０−７／℃以下、２３０×１０−７／℃以下、特に２００×１０-７/℃以下であることが好ましい。熱膨張係数が高すぎると、封着する部材との膨張差により、接合材４が剥離し易くなる。なお、熱膨張係数の下限は特に限定されないが、現実的には５０×１０−７／℃以上である。
次に、接合材４の製造方法について説明する。
まず、所望の組成になるように調合した原料粉末を約７００〜１６００℃で１〜２時間程度、均質なガラスが得られるまで溶融する。次いで、溶融ガラスをフィルム状等に成形した後、粉砕し、分級することにより、ガラス粉末を作製する。なお、ガラス粉末の平均粒子径Ｄ５０は２〜２０μｍ程度であることが好ましい。必要に応じて、ガラス粉末に各種耐火性フィラー粉末を添加する。このようにして、接合材４を得る。なお、接合材４は、以下に説明するように、例えば所望の形状を有する焼結体（タブレット）の形態で使用することができる。
まず、ガラス粉末（あるいはガラス粉末と耐火性フィラー粉末の混合粉末）に有機樹脂や有機溶剤を添加し、スラリーを形成する。その後、このスラリーをスプレードライヤー等の造粒装置に投入し、顆粒を作製する。その際、顆粒は、有機溶剤が揮発する程度の温度（１００〜２００℃程度）で熱処理される。さらに、作製された顆粒は、所定の寸法に設計された金型に投入され、リング状に乾式プレス成型され、プレス体が作製される。次に、ベルト炉等の熱処理炉にて、このプレス体に残存するバインダーを分解揮発させるとともに、ガラス粉末の軟化点程度の温度で焼結し、焼結体が作製される。また、熱処理炉での焼結は、複数回行われる場合がある。焼結を複数回行うと、焼結体の強度が向上し、焼結体の欠損、破壊等を防止することができる。
有機樹脂は、粉末同士を結合し、顆粒化するための成分であり、その添加量は、ガラス粉末（あるいはガラス粉末と耐火性フィラー粉末の混合粉末）１００質量％に対し、０〜２０質量％であることが好ましい。有機樹脂として、アクリル樹脂、エチルセルロ−ス、ポリエチレングリコール誘導体、ニトロセルロース、ポリメチルスチレン、ポリエチレンカーボネート、メタクリル酸エステル等が使用可能である。特に、アクリル樹脂は、熱分解性が良好であるため、好ましい。
ガラス粉末（あるいはガラス粉末と耐火性フィラー粉末の混合粉末）を顆粒化する際に、有機溶媒を添加すれば、スプレードライヤー等で顆粒化しやすくなるとともに、顆粒の粒度を調整しやすくなる。有機溶媒の添加量は、封着材料１００質量％に対し、５〜３５質量％であることが好ましい。有機溶媒として、Ｎ、Ｎ’−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、α−ターピネオール、高級アルコール、γ−ブチルラクトン（γ−ＢＬ）、テトラリン、ブチルカルビトールアセテート、酢酸エチル、酢酸イソアミル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ベンジルアルコール、トルエン、３−メトキシ−３−メチルブタノール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等が使用可能である。特に、トルエンは、有機樹脂等の溶解性も良好であり、１５０℃程度で良好に揮発するため、好ましい。
作製された焼結体は、キャップ部材３の開口部３ａ上に設置され、後に窓材２とキャップ部材３との封着工程に供される。なお、接合材４は、ガラス粉末（あるいはガラス粉末と耐火性フィラー粉末の混合粉末）に溶剤とバインダー等を含有したビークルを添加し、ペーストとして使用しても良い。
（２）第２の実施形態
図２は本発明の第２の実施形態に係る光学用キャップ部品を示す模式的断面図である。第１の実施形態に係る光学用キャップ部品との違いは、第２の実施形態では、さらに、側壁部３ｃの先端側に側壁部３ｃから連なる環状の端壁部３ｄを備えており、端壁部３ｄの中央に存在する開口部３ａに窓材２が固定されている点である。端壁部３ｄを設けることにより、窓材２をキャップ部材３に固定しやすくなる。また、キャップ部材３の機械的強度が向上し、光学用キャップ部品としての信頼性が高くなる。さらに、キャップ部材３と窓材２の光軸を合わせやすくなる。
キャップ部材３において、筒状の側壁部３ｃの直径に対する、端壁部３ｄの開口部３ａの直径の比率は、１０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、特に７０％以上であることが好ましい。当該比率が小さすぎると、窓材２に入射する光量が少なくなりやすく、センサの感度が低下しやすくなる。なお、上記効果を得るためには、上記比率の上限は、９５％以下、特に９０％以下であることが好ましい。
（３）第３の実施形態
図３は本発明の第３の実施形態に係る光学用キャップ部品を示す模式的断面図である。第２の実施形態に係る光学用キャップ部品との違いは、第３の実施形態では、さらに、側壁部３ｃの基端側に側壁部３ｃから連なる環状のフランジ部３ｅが外方に向かって延出している点である。このようにすれば、キャップ部材３の機械的強度を向上させることができる。また、キャップ部材３をセンサ本体の設置面に固定しやすくなる。
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施することができる。
下記の条件１と条件２の２通りのパターンにてシミュレーションを行い、窓材２の形態により、集光能力がどれだけ変化するかを調査した。集光能力の指標は、（センサ受光部が受光した光量）／（入射した赤外光の光量）×１００（％）とした。なお、入射赤外光はコリメート光とした。
図４は、条件１におけるシミュレーションにて用いた光学用キャップ部品の模式的断面図である。図５は、条件２におけるシミュレーションにて用いた光学用キャップ部品の模式的断面図である。なお、各シミュレーションにおいて、窓材表面での光反射等の損失は無視している。
（条件１）
赤外光の入射有効径Ａ ３．５ｍｍ
円盤状のセンサ受光部５の直径Ｄ １．０ｍｍ
キャップ部材３の基端とセンサ受光部５上面の距離Ｅ ６．６ｍｍ
窓材２とセンサ受光部５上面の距離Ｃ ０．５ｍｍ
窓材２ 屈折率（ｎｄ）２．０１の真球状のテルライト系赤外光透過ガラス
窓材２の直径Ｂ ６ｍｍ
（条件２）
赤外光の入射有効径Ａ ３．５ｍｍ
円盤状のセンサ受光部５の直径Ｄ １．０ｍｍ
キャップ部材３の基端とセンサ受光部５上面の距離Ｅ ６．６ｍｍ
窓材２ 屈折率（ｎｄ）２．０１の板状のテルライト系赤外光透過ガラス
窓材２の厚みＦ １ｍｍ
シミュレーションした結果、条件１では、（センサ受光部が受光した光量）／（入射した赤外光の光量）×１００＝１００（％）となった。一方、条件２では、（センサ受光部が受光した光量）／（入射した赤外光の光量）×１００≒８．１（％）となった。この結果より、本発明の光学用キャップ部品を用いることにより、集光能力が高まり、センサ感度を大幅に向上させることができることが分かる。具体的には、本シミュレーション結果では、レンズ状の窓材を有する光学用キャップ部品を用いた条件１は、板状の窓材を有する光学用キャップ部品を用いた条件２と比較して、約１２倍のセンサ感度を得ることが可能となる。
１ 光学用キャップ部品
２ 窓材
３ キャップ部材
３ａ 開口部
３ｂ 開口部
３ｃ 側壁部
３ｄ 端壁部
３ｅ フランジ部
４ 接合材
５ センサ受光部
Ａ 入射有効径
Ｂ 窓材の直径
Ｃ 窓材とセンサ受光部上面の距離
Ｄ センサ受光部の直径
Ｅ キャップ部材の基端とセンサ受光部上面の距離
Ｆ 窓材の厚み

Claims (9)

  1. レンズ形状の赤外光透過ガラスからなる窓材と、
    先端側及び基端側に開口部を有する筒状の側壁部を備えている金属またはセラミックスからなるキャップ部材とを備え、
    窓材がキャップ部材の先端側の開口部を覆うように固定されており、
    キャップ部材の熱膨張係数が、０〜３００℃の範囲で２５０×１０ −７ 以下であり、
    赤外線透過ガラスの熱膨張係数が、０〜３００℃の範囲で２２０×１０ −７ 以下であり、
    キャップ部材の熱膨張係数が窓材の熱膨張係数より高く、キャップ部材と窓材の熱収縮率差によって、キャップ部材が窓材を締め付け、窓材を固定していることを特徴とする
    光学用キャップ部品。
  2. 赤外光透過ガラスがテルライト系ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の光学用キャップ部品。
  3. テルライト系ガラスが、組成として、モル％で、ＴｅＯ２ ３０〜９０％、ＺｎＯ ０〜４０％、ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種） ０〜３０％、Ｒ’２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及びＫから選択される少なくとも１種） ０〜３０％を含有することを特徴とする請求項２に記載の光学用キャップ部品。
  4. 赤外光透過ガラスが、厚み１ｍｍにて波長１〜６μｍの範囲で最大透過率が５０％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学用キャップ部品。
  5. 窓材の表面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学用キャップ部品。
  6. キャップ部材が、側壁部の先端に連なる端壁部を備え、開口部が端壁部の中央に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学用キャップ部品。
  7. 側壁部の内径に対する、端壁部の開口部の直径の比率が１０％以上であることを特徴とする請求項６に記載の光学用キャップ部品。
  8. 側壁部の基端側に半径方向外方に延出したフランジ部を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学用キャップ部品。
  9. 光学センサ用途に使用されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光学用キャップ部品。
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