(57)【要約】      （修正有）【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
2018194423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項２】
前記光学窓は、Ｇｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、Ｓｉ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュール、及び検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２５７３０号公報
【特許文献２】特開２０１４−２６１７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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】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】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】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】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】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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
引き続き、いくつかの形態の具体例を説明する。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
具体例に係る光モジュールでは、前記光学窓は、Ｇｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、Ｓｉ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、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。
【００１６】
この光モジュールによれば、Ｇｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、Ｓｉ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
パッケージ４１の光学窓４２は、例えばＧｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、Ｓｉ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、Ａｌ２Ｏ３、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、ＣＯ２、ＣＨ４、ＮＯ、ＮＯ２、又はＳＯ２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。
【００４４】
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。
【００４５】
（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
（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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
（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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
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。
【符号の説明】
【００６２】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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