特開 2023-77908 光学接合構造体及びガス検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023077908

(43)【公開日】2023-06-06

(54)【発明の名称】光学接合構造体及びガス検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/01 20060101AFI20230530BHJP

   G01N 21/3504 20140101ALI20230530BHJP

【ＦＩ】

G01N21/01 Z

G01N21/3504

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021191411

(22)【出願日】2021-11-25

(71)【出願人】

【識別番号】303046277

【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100165951

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 憲悟

(74)【代理人】

【識別番号】100180655

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 俊樹

(72)【発明者】

【氏名】古屋 貴明

(72)【発明者】

【氏名】桑田 圭一郎

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059BB01

2G059GG02

2G059HH01

2G059JJ02

2G059JJ05

2G059JJ14

2G059JJ17

2G059KK02

2G059KK09

2G059LL03

(57)【要約】

【課題】中赤外光に用いられる光学部材間を光学的に接合可能な光学接合構造体及びガス検出装置が提供される。
【解決手段】光学接合構造体（１０）は、波長λの中赤外光が透過する第一の光学部材（１１）と、波長λの中赤外光が透過する第二の光学部材（１２）と、第一の光学部材（１１）と第二の光学部材（１２）とを接合し、波長λの中赤外光が透過する接合層（１３）を備え、接合層（１３）は、樹脂（１４）と屈折率ｎ_ｐの高屈折粒子（１５）との混合物からなり、高屈折粒子（１５）の大きさがλ／（２ｎ_ｐ）以下である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長λの中赤外光が透過する第一の光学部材と、
前記波長λの中赤外光が透過する第二の光学部材と、
前記第一の光学部材と前記第二の光学部材とを接合し、前記波長λの中赤外光が透過する接合層を備え、
前記接合層は、樹脂と屈折率ｎ_ｐの高屈折粒子との混合物からなり、
前記高屈折粒子の大きさがλ／（２ｎ_ｐ）以下である、光学接合構造体。

【請求項2】

前記第一の光学部材及び前記第二の光学部材は、屈折率が２．５以上である、請求項１に記載の光学接合構造体。

【請求項3】

前記第一の光学部材及び前記第二の光学部材は、ＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ及びＺｎＳｅの少なくとも１つを含んで構成される、請求項１に記載の光学接合構造体。

【請求項4】

前記高屈折粒子は、屈折率が２．５以上である、請求項１から３のいずれか一項に記載の光学接合構造体。

【請求項5】

前記高屈折粒子は、ＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ及びＺｎＳｅの少なくとも１つを含んで構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の光学接合構造体。

【請求項6】

前記接合層に含まれる前記高屈折粒子は、体積が前記接合層に対して１０％以上である、請求項１から５のいずれか一項に記載の光学接合構造体。

【請求項7】

前記第一の光学部材及び前記第二の光学部材の平均屈折率をｎとし、前記接合層の屈折率をｎ_Ａとした場合に、前記接合層の厚みがλ／（π（ｎ－ｎ_Ａ））以下である、請求項１から６のいずれか一項に記載の光学接合構造体。

【請求項8】

前記接合層の厚みがλ／（１０ｎ）以下である、請求項７に記載の光学接合構造体。

【請求項9】

前記接合層は、前記高屈折粒子の含有量が異なる領域及び前記樹脂が異なる領域の少なくとも１つを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の光学接合構造体。

【請求項10】

前記波長λの中赤外光を発する発光部と、
前記波長λの中赤外光に感度を有する受光部と、
前記発光部からの前記波長λの中赤外光を前記受光部に導く導光部と、
請求項１から９のいずれか一項に記載の光学接合構造体と、を備え、
前記光学接合構造体は、前記発光部、前記受光部及び前記導光部の少なくとも１つに含まれる、ガス検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は光学接合構造体及びガス検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

光学接合構造体は光学通信の分野などで利用されている。例えば特許文献１は、光学素子と光ファイバーとを空気を介さずに光学的に接合する光学接合構造体を開示する。近年、中赤外域での半導体デバイスの発展に伴い、光学機能の拡張のために、中赤外光での光接合技術が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－４８６２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

中赤外半導体デバイスは可視光半導体デバイスに比べて、デバイスに使用される部材と空気との屈折率差が大きいため、空間へ光を放射させるのが難しいという特質がある。この特質のため、光学機能を拡張するレンズ、光学フィルタ、光ファイバーなどの光学部材を光学システムに組み込む場合に、空気を介して中赤外半導体デバイスと光学結合させると、空気と中赤外半導体デバイスとの間で大きな反射ロスが発生してしまう課題がある。

【0005】

かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、中赤外光に用いられる光学部材間を光学的に接合可能な光学接合構造体及びガス検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一実施形態に係る光学接合構造体は、
波長λの中赤外光が透過する第一の光学部材と、
前記波長λの中赤外光が透過する第二の光学部材と、
前記第一の光学部材と前記第二の光学部材とを接合し、前記波長λの中赤外光が透過する接合層を備え、
前記接合層は、樹脂と屈折率ｎ_ｐの高屈折粒子との混合物からなり、
前記高屈折粒子の大きさがλ／（２ｎ_ｐ）以下である。

【0007】

本開示の一実施形態に係るガス検出装置は、
前記波長λの中赤外光を発する発光部と、
前記波長λの中赤外光に感度を有する受光部と、
前記発光部からの前記波長λの中赤外光を前記受光部に導く導光部と、
上記の光学接合構造体と、を備え、
前記光学接合構造体は、前記発光部、前記受光部及び前記導光部の少なくとも１つに含まれる。

【発明の効果】

【0008】

本開示の実施形態によれば、中赤外光に用いられる光学部材間を光学的に接合可能な光学接合構造体及びガス検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本開示の一実施形態に係る光学接合構造体の概略構成図である。

【図2】図２は、本開示の一実施形態に係るガス検出装置の斜視図である。

【図3】図３は、Ｓｉである高屈折粒子の透過性を例示する図である。

【図4】図４は、Ｓｉである高屈折粒子の体積率と透過性の関係を例示する図である。

【図5】図５は、接合層の厚みと透過性の関係を例示する図である。

【図6】図６は、接合層の厚みと透過性の関係を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態が説明される。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものである。例えば厚みと幅との関係等は現実のものと異なる。また、以下に示す実施形態は、本開示の技術的思想を具体化するための装置を例示するものであって、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでなく、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、様々な変更を加えることができる。

【0011】

＜光学接合構造体＞
図１は、本実施形態に係る光学接合構造体１０の概略構成図である。光学接合構造体１０は、第一の光学部材１１と、第二の光学部材１２と、接合層１３と、を備える。詳細な原理について後述するが、図１に示されるような構成によって、光学接合構造体１０は、中赤外光に用いられる光学部材間を光学的に接合することを可能にする。光学接合構造体１０は、光学システムに組み込まれて使用される。

【0012】

ここで、特に２～１５μｍ程度の波長を有する短波長から、中波長、長波長赤外線の領域（中赤外域と称する）の赤外線は、気体分子が特有の吸収帯を示すことから、例えば非分散赤外吸収式のガス濃度測定装置に用いられている。中赤外光は、中赤外域の赤外線すなわち波長が２～１５μｍの赤外線を意味する。

【0013】

＜光学部材＞
第一の光学部材１１及び第二の光学部材１２は、中赤外光を透過させる光学部品であり、中赤外光を通す光学部材で構成されている。ここで、透過とは、光が物体に垂直入射した場合に５０％以上の光のエネルギーが物体の背後に通過することである。

【0014】

本実施形態において第一の光学部材１１は中赤外光のＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード）の一部である。別の例として、第一の光学部材１１は、受光素子、レーザーダイオード、光ファイバー、光学フィルタ又は回折格子であり得る。

【0015】

また、本実施形態において第二の光学部材１２はレンズである。別の例として、第二の光学部材１２は、受発光素子、レーザーダイオード、光ファイバー、光学フィルタ又は回折格子であり得る。

【0016】

第一の光学部材１１及び第二の光学部材１２は、中赤外光を通す材料を含んで構成される。本実施形態において、第一の光学部材１１はＬＥＤであってＧａＡｓを含んで構成されている。また、本実施形態において、第二の光学部材１２はレンズであってＳｉで構成される。別の例として、第一の光学部材１１及び第二の光学部材１２の材料は、中赤外光を通すＧｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＺｎＳｅなどであってよい。また、第一の光学部材１１及び第二の光学部材１２の材料は蛍石、誘電体などであってよい。第一の光学部材１１及び第二の光学部材１２の材料は、中赤外光が外に漏れ出て損失がでないようにする観点から、中赤外域での屈折率が高いことが望ましい。一例として、第一の光学部材１１及び第二の光学部材１２は、屈折率が２．５以上である。

【0017】

また、第一の光学部材１１及び第二の光学部材１２は表面に凹凸があってよい。第一の光学部材１１及び第二の光学部材１２の接合層１３と接する面は、乱反射による透過光量の低減を抑止する観点から平坦であることが最も好ましいが、接合層１３の厚さに対して１／２以下の凹凸を有してよい。第一の光学部材１１及び第二の光学部材１２の接合層１３と接する面の凹凸は、接合層１３の厚さに対して例えば１／１０以下であることが好ましい。

【0018】

＜接合層＞
接合層１３は、第一の光学部材１１と第二の光学部材１２との間に存在し、第一の光学部材１１と第二の光学部材１２とを物理的に接合するとともに、中赤外光を透過させて光学的な接合を行う。接合層１３の厚みは一例として２μｍである。接合層１３は、樹脂１４と屈折率を向上させるための高屈折粒子１５との混合物からなる。高屈折粒子１５は、樹脂１４より高い屈折率を有する微粒子である。

【0019】

本実施形態において、接合層１３の樹脂１４はアクリル樹脂である。ただし、接合層１３の樹脂１４の材料は、第一の光学部材１１と第二の光学部材１２とを接合可能であればよく、アクリル樹脂に限定されない。接合層１３の樹脂１４の材料は、例えば接着剤として一般に用いられるエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂などであり得る。

【0020】

また、本実施形態において接合層１３に含まれる高屈折粒子１５はＳｉである。図３は、Ｓｉである高屈折粒子１５の透過性を例示する図である。図３に示すように、Ｓｉである高屈折粒子１５は、可視光（波長がおよそ３８０ｎｍ～７８０ｎｍ）に対して不透明であるが、赤外線の領域で透明である。別の例として、高屈折粒子１５の材料はＧｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＺｎＳｅなどであってよい。また、高屈折粒子１５の材料は蛍石、誘電体などであってよい。ここで、光が巨大な粒子での表面反射を受けて損失することを防ぐ観点から、高屈折粒子１５の大きさは、高屈折粒子１５が屈折率ｎ_ｐである場合に、透過させる中赤外光の波長の１／（２ｎ_ｐ）以下であるように設定される。

【0021】

ここで、高屈折粒子１５の大きさは統計的手法で定められてよい。例えば、高屈折粒子１５の円相当径の分布における中央値が高屈折粒子１５の大きさとされてよい。また、大きな粒子があると反射による損失が起こるため、好ましくは高屈折粒子１５の円相当径の分布における累積度数分布の下位９０％が光の波長λ以下であるとよい。高屈折粒子１５の大きさは、接合層１３の断面画像解析から得られる。例えば、断面ＳＥＭ画像又は断面ＴＥＭ画像の輝度解析から高屈折粒子１５と樹脂１４の境界を特定し、境界で囲われた個別領域の円相当径（面積の平方根の１．１２８倍）がそれぞれの高屈折粒子１５の大きさとされてよい。また、高屈折粒子１５及び樹脂１４の屈折率は、例えば、成分分析から成分を推定し、その該当成分の文献値を用いてよい。

【0022】

樹脂材料と高屈折粒子１５の混合性を高めるために高屈折粒子１５を表面修飾することが望ましい。表面修飾に用いられる修飾剤及び手法については限定されない。

【0023】

接合層１３は樹脂１４と高屈折粒子１５を混合した部材を第一の光学部材１１に塗布し、塗布面に第二の光学部材１２を押し付けることで成形されてよい。量産性の観点から、半導体製造で用いられるマウント装置などが利用されてよい。

【0024】

＜ガス検出装置＞
図２は、本開示の一実施形態に係るガス検出装置１の斜視図である。ガス検出装置１は、一例として３０ｍｍ×２０ｍｍ×１０ｍｍの小型の装置であって、ガスセンサと称されることがある。本実施形態において、ガス検出装置１は、導入した気体を通過した赤外線に基づいて被検出ガスの濃度を測定する、ＮＤＩＲ（Ｎｏｎ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ＩｎｆｒａＲｅｄ）方式の装置である。

【0025】

ガス検出装置１は、基板２と、発光部３と、受光部４と、導光部材５と、を備える。図２では、導光部材５の一部を透明化してガス検出装置１の構成例を示しており、基板２の主面２０に設けられた発光部３及び受光部４が見えている。図２では、ｘｙ平面が基板２の主面２０と平行であるように、直交座標が設定されている。ｚ軸方向は、基板２の主面２０に垂直な方向である。

【0026】

基板２は、ガス検出装置１の部品を実装し、実装された電子部品の電気的な接続を行う板状の部材である。基板２は、発光部３と、受光部４と、を主面２０に設ける。基板２はさらに別の電子部品を実装してよい。例えば、基板２は主面２０又は主面２０と反対の面である底面に、発光部３及び受光部４の少なくとも一方を制御するコントローラを設けてよい。

【0027】

発光部３は、被検出ガスの検出に用いられる光を発する部品である。発光部３は、被検出ガスによって吸収される波長を含む光を出力するものであれば特に制限されない。本実施形態において、発光部３が発する光は中赤外光である。本実施形態において、発光部３はＬＥＤであるが、別の例として、有機発光部又はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ヒータ等のインコヒーレント光源であり得る。

【0028】

発光部３は、矩形の発光面３１を備える。発光部３は、発光面３１の全体から光を発する面光源である。図２に示すように、発光部３は、発光面３１からｚ軸方向すなわち基板２の厚み方向に光を発する。

【0029】

受光部４は、導入した気体を通過した光を受け取る部品である。受光部４は、被検出ガスによって吸収される波長を含む光の帯域に感度を有するものであれば特に制限されない。本実施形態において、受光部４は、中赤外光に感度を有し、中赤外光を含む光を受け取る。本実施形態において、受光部４はフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）であるが、別の例としてフォトトランジスタ又はサーモパイル、焦電センサ、ボロメータ等であり得る。受光部４は、受け取った光を電気信号に変換して、変換した電気信号を出力する。電気信号に基づいて被検出ガスの濃度が演算される。受光部４は、ｚ軸方向において、後述する第５のミラー５１３と対向する位置に設けられる。

【0030】

受光部４は、矩形の受光面４１を備える。図２に示すように、受光部４は、受光面４１でｚ軸方向すなわち基板２の厚み方向の光を受け取る。

【0031】

導光部材５は、発光部３が発した光を受光部４に導く部材である。導光部材５は光学部材を備え、発光部３から受光部４への光路を構成する。ここで、光学部材は例えばミラー及びレンズ等である。

【0032】

本実施形態において、導光部材５は、第１の反射部５１と、第２の反射部５２と、を備える。第１の反射部５１は、光学部材として、第１のミラー５１１と、第３のミラー５１２と、第５のミラー５１３と、を備える。第１の反射部５１は、発光部３から発せられた光及び受光部４が受け取る光を直接的に反射する。第２の反射部５２は、光学部材として、第２のミラー５２１と、第４のミラー５２２と、を備える。第２の反射部５２は、第１の反射部５１との間で光を反射する。導光部材５は、発光部３が発した光を、第１のミラー５１１、第２のミラー５２１、第３のミラー５１２、第４のミラー５２２及び第５のミラー５１３の順に反射して、受光部４に導く。光路は、導光部材５と基板２との間に設けられた、気体が導入されるセル５４を通過するように構成される。導光部材５が備えるミラーの数は５つに限られず、１つ以上であればよい。また、導光部材５は光路の一部においてレンズを備える構成であってよい。

【0033】

第１のミラー５１１、第２のミラー５２１、第３のミラー５１２、第４のミラー５２２及び第５のミラー５１３を構成する材料は、例えば、金属、ガラス、セラミックス、ステンレス等であってよいが、この限りではない。検出感度向上の観点から、これらのミラーを構成する材料は、光の吸収係数が小さく反射率が高い材料で構成されることが好ましい。

【0034】

ここで、発光部３はレンズをさらに備えてよい。このとき、第一の光学部材１１がＬＥＤであり、第二の光学部材１２がレンズである光学接合構造体１０を含んで、ガス検出装置１が構成される。また、受光部４は波長選択機能を有する光学フィルタをさらに備えていてよい。このとき、第一の光学部材１１が光学フィルタであり、第二の光学部材１２がフォトダイオードである光学接合構造体１０を含んで、ガス検出装置１が構成される。別の例として、発光部３から中赤外光を受光部４に導く導光部が光ファイバー等を含んで構成される場合に、光学接合構造体１０は導光部に含まれてよい。また、光学接合構造体１０は導光部と発光部３又は受光部４との間に設けられてよい。つまり、ガス検出装置１は、光学接合構造体１０を、発光部３、受光部４及び導光部の少なくとも１つに含むように構成されてよい。また、ガス検出装置１が含む光学接合構造体１０の数は限定されず、１つであってよいし、複数であってよい。

【0035】

＜原理＞
本実施形態に係る光学接合構造体１０が中赤外光を透過させる原理が以下に説明される。例えば特許文献１に示されるような従来の接合は、可視光及び近赤外光（例えば波長が０．８５μｍ又は１．３μｍ）を対象としており、中赤外光についての光学的な接合が難しい。

【0036】

本実施形態の光接合構造では、中赤外域でも高屈折率なＳｉなどの微粒子を接合層１３に含むため、接合層１３の屈折率が高くなる。第一の光学部材１１と接合層１３との屈折率差及び第二の光学部材１２と接合層１３との屈折率差が小さく、中赤外光の反射が少なくなるので良好な光学的接合が行われる。

【0037】

高屈折粒子１５の屈折率が高いほど、樹脂１４に対して混合する濃度（割合）が低くても接合層１３の全体の屈折率を十分に高めることができ、多くの樹脂１４が存在することによって接着力を高めることができる。高屈折粒子１５は、屈折率が２．５以上であることが好ましい。例えばＳｉ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＺｎＳｅは、屈折率が高く、比較的容易に入手できるため高屈折粒子１５の材料として好ましい。Ｓｉは、湿度による変性が少なく、安価であるため特に好ましい。接合層１３の屈折率が第一の光学部材１１又は第二の光学部材１２と同じである場合に、無反射で中赤外光を透過させることができるので、第一の光学部材１１又は第二の光学部材１２と同一の材料を含むことがさらに好ましい。

【0038】

上記のように接着力を高める観点から高屈折粒子１５の屈折率が高いほど好ましいが、高屈折粒子１５には中赤外光がエバネッセント光として侵入するため、高屈折率になるほど高屈折粒子１５に侵入しにくくなる。そのため、高屈折粒子１５の大きさを十分に小さくする必要がある。定量的に説明すると、接合層１３の樹脂１４の屈折率をｎ_ｒ、高屈折粒子１５の屈折率をｎ_ｐ、中赤外光の波長をλとした場合に、中赤外光の物質内への侵入特性長（Ｌ_ｐ）は、以下の式（１）で与えられる。ここで、侵入特性長（Ｌ_ｐ）はエバネッセント長の３倍に相当し、侵入減衰量がおおよそ５％になる長さである。侵入特性長（Ｌ_ｐ）は光が中に侵入してくるかを示す閾値となり得る。ただし、樹脂１４の屈折率ｎ_ｒは、高屈折粒子１５の屈折率ｎ_ｐに対して十分低いとする。

【0039】

【数1】

【0040】

高屈折粒子１５の大きさがλ／（２ｎ_ｐ）以下であれば、高屈折粒子１５に侵入した中赤外光も高屈折粒子１５の外に出るため、中赤外光が高屈折粒子１５の中を伝搬しながら接合層１３を透過する。接合層１３は、高屈折粒子１５によって中赤外光をランダムに散乱されることもなく、樹脂１４だけの場合に比べて全体の屈折率を高めたように振る舞うことができる。

【0041】

ここで、大きさが上記のＬ_ｐ以下の高屈折粒子１５が接合層１３に分散している場合に、接合層１３における高屈折粒子１５の体積割合をｃとすると（つまり、樹脂１４の体積割合を１－ｃとすると）、接合層１３の屈折率ｎ_Ａは以下の式（２）で与えられる。

【0042】

【数2】

【0043】

高屈折粒子１５の体積割合（ｃ）が多いほど、接合層１３の屈折率ｎ_Ａを高めて、第一の光学部材１１から第二の光学部材１２への透過性を向上させることができる。図４は、Ｓｉである高屈折粒子１５の体積率と透過性の関係を例示する図である。図４の横軸の体積率は体積割合（ｃ）に対応する。図４の結果から、接合層１３に含まれる高屈折粒子１５は、体積が接合層１３に対して１０％以上であることが好ましい。ここで、接合層１３の厚みが２μｍ、中赤外光の波長が４．２６μｍ、樹脂１４の屈折率が１．４、高屈折粒子１５の屈折率が３．３であるとして、図４のシミュレーションが行われた。

【0044】

また、接合層１３の厚みは、第一の光学部材１１から第二の光学部材１２への透過性に関係する。第一の光学部材１１から第二の光学部材１２への透過率Ｔは、接合層１３の厚みをｄとすると、以下の式（３）で表すことができる。

【0045】

【数3】

【0046】

ここで、接合層１３の厚みｄが十分に薄いとすると、透過率Ｔは以下の式（４）で近似される。

【0047】

【数4】

【0048】

式（４）から、接合層１３の厚みｄが、以下の式（５）で示される膜厚特性長Ｌ_Ａ以下である場合に透過率Ｔが高くなる。

【0049】

【数5】

【0050】

ここで、透過率Ｔはｎ_２＝ｎ_１の場合に最大値になる。つまり、第一の光学部材１１と第二の光学部材１２の屈折率が同じ場合に、透過率Ｔは最大値になる。第一の光学部材１１と第二の光学部材１２は、例えば同一の材料で構成される場合に屈折率が同じになる。

【0051】

ただし、同一の材料で構成されなくても、第一の光学部材１１と第二の光学部材１２の屈折率が十分に近いため、同じであると扱える場合がある。例えば、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ及びＺｎＳｅの屈折率は互いに近似しており、第一の光学部材１１及び第二の光学部材１２の材料をこれらの中から選択するような場合に、屈折率が同じであると扱ってよい。ｎ１＝ｎ２＝ｎとして式（５）を変形すると以下の式（６）が得られる。ここで、変形において、式（７）の近似式が用いられる。

【0052】

【数6】

【0053】

式（６）の第二項より、接合層１３の厚みｄを、物質内波長λ／ｎの１０分の１すなわちλ／（１０ｎ）以下にすることで、中赤外光がエバネッセント光と同様に接合層１３をトンネリングして第一の光学部材１１から第二の光学部材１２に伝搬するため、透過率Ｔを上げることができる。また、少なくとも式（６）の第一項より、接合層１３の厚みｄをλ／（π（ｎ－ｎ_Ａ））以下とすることで、同様の理由によって、透過率Ｔを上げることができる。ここで、ｎ１とｎ２が異なる場合に、それらを平均した平均屈折率をｎとすることで式（６）を用いてＬ_Ａを評価することができる。

【0054】

図５は、接合層の厚みｄと透過性の関係を例示する図である。図５の横軸は、規格化された厚みとしてｄ／（λ／（π（ｎ－ｎ_Ａ）））を用いている。つまり、図５の横軸における１以下の部分が、接合層１３の厚みｄがλ／（π（ｎ－ｎ_Ａ））以下であることに対応する。図５に示すように、接合層１３の厚みｄをλ／（π（ｎ－ｎ_Ａ））以下とすることで、透過率Ｔを上げることができる。また、図６は、接合層の厚みｄと透過性の関係の別の例を示す図である。図６の横軸は、規格化された厚みとしてｄ／（λ／（１０ｎ））を用いている。つまり、図６の横軸における１以下の部分が、接合層１３の厚みｄがλ／（１０ｎ）以下であることに対応する。図６に示すように、接合層１３の厚みｄをλ／（１０ｎ）以下とすることで、透過率Ｔを上げて、ほとんどの中赤外光を透過させることができる。ここで、中赤外光の波長が４．２６μｍ、樹脂１４の屈折率が１．４、高屈折粒子１５の屈折率が３．３であるとして、図５及び図６のシミュレーションが行われた。

【0055】

ここで、最も薄い部分で光学結合の効果が最も発現することから、厚みｄは第一の光学部材１１と第二の光学部材１２との距離のうち最も近い部分で定義されてよい。

【0056】

本実施形態に係る光学接合構造体及びガス検出装置は、上記の構成によって、中赤外光に用いられる光学部材間を光学的に接合可能である。ここで、図３を参照しながら説明したように高屈折粒子１５が可視光に対して不透明であることから、接合層１３は、追加の部材を要することなく、可視光を透過させずに中赤外光を透過させるフィルタ機能を有する。したがって、本実施形態に係る光学接合構造体及びガス検出装置は中赤外光を扱う光学システムに特に適している。

【0057】

以上、実施形態を諸図面及び実施例に基づき説明したが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれることに留意すべきである。例えば、各部材、各手段などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段などを１つに組み合わせたり、又は分割したりすることが可能である。

【0058】

＜他の実施形態＞
上記の実施形態において、単一な接合層１３により第一の光学部材１１と第二の光学部材１２が力学的に接合している場合を説明したが、本実施形態は第一の光学部材１１と第二の光学部材１２とを力学的に接合する場所と光学的に接合する場所が分離されていても同様の効果を奏する。すなわち、接合層１３の一部に、高屈折粒子１５を含まない領域、高屈折粒子１５が含まれる量が少ない領域又は接合層１３を形成する樹脂１４が異なる領域が存在していてよい。このことにより、高屈折粒子１５を多く含む場合に起こる接着力の低下を、高屈折粒子１５の含有量が異なる一部の領域の接着力で補うことができ、光学的な接続は高屈折粒子１５を多く含む領域で確保することができる。

【符号の説明】

【0059】

１ ガス検出装置
２ 基板
３ 発光素子
４ 受光素子
５ 導光部材
１０ 光学接合構造体、
１１ 第一の光学部材
１２ 第二の光学部材
１３ 接合層
１４ 樹脂
１５ 高屈折粒子
２０ 主面
３１ 発光面
４１ 受光面
５１ 第１の反射部
５２ 第２の反射部
５１１ 第１のミラー
５１２ 第３のミラー
５１３ 第５のミラー
５２１ 第２のミラー
５２２ 第４のミラー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】