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公開番号2025125510
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-27
出願番号2025004272
出願日2025-01-10
発明の名称光学デバイス、光学フィルタ
出願人旭化成エレクトロニクス株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01N 21/61 20060101AFI20250820BHJP(測定;試験)
要約【課題】小型で高精度な濃度測定を可能にする光学デバイス、光学フィルタが提供される。
【解決手段】光学デバイスは、光学フィルタと、赤外線光学素子と、を備え、透過帯域の中心波長をλpとして、赤外線光学素子に対して出射又は入射される赤外線が光学フィルタへ入射する入射角度が0°のときの(λp×0.6)nmから(λp×0.8)nmの波長域において、光学フィルタの最大透過率をT1、赤外線光学素子の平均感度をS1とし、赤外線光学素子に対して出射又は入射される赤外線が光学フィルタへ入射する入射角度が45°のときの(λp×0.6)nmから(λp×0.8)nmの波長域において、光学フィルタの最大透過率をT2、赤外線光学素子の平均感度をS2とすると、T2はT1より大きく、S2はS1より小さい。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
基板と、前記基板の少なくとも一面上に形成された屈折率の異なる複数の層を有する多層膜と、を有する光学フィルタと、
赤外線を発光又は受光する赤外線光学素子と、を備え、
前記光学フィルタは、２５００ｎｍ～１００００ｎｍの波長域に、透過率が７０％を超える透過帯域を５０ｎｍ以上含み、前記透過帯域の中心波長をλｐとして、（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域における最大透過率が２％以上であり、前記最大透過率が（λｐ×０．８）ｎｍから（λｐ×０．９）ｎｍの波長域における最小透過率よりも２倍以上大きく、
前記赤外線光学素子は、感度が最大となるピーク感度を有し、（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域における平均感度が、前記ピーク感度の７０％以下であり、
前記赤外線光学素子に対して出射又は入射される赤外線が前記光学フィルタへ入射する入射角度が０°のときの（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域において、前記光学フィルタの最大透過率をＴ１、前記赤外線光学素子の平均感度をＳ１とし、前記赤外線光学素子に対して出射又は入射される赤外線が前記光学フィルタへ入射する入射角度が４５°のときの（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域において、前記光学フィルタの最大透過率をＴ２、前記赤外線光学素子の平均感度をＳ２とすると、前記Ｔ２は前記Ｔ１より大きく、前記Ｓ２は前記Ｓ１より小さい、光学デバイス。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
基板と、前記基板の少なくとも一面上に形成された屈折率の異なる複数の層を有する多層膜と、を有する光学フィルタと、
赤外線を発光又は受光する赤外線光学素子と、を備え、
前記光学フィルタは、２５００ｎｍ～１００００ｎｍの波長域に、透過率が７０％を超える透過帯域を５０ｎｍ以上含み、前記透過帯域の中心波長をλｐとして、（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域における最大透過率が（λｐ×０．８）ｎｍから（λｐ×０．９）ｎｍの波長域における最小透過率よりも２倍以上大きく、さらに（λｐ×０．４）ｎｍから（λｐ×０．６）ｎｍの波長域における最大透過率が２％以上であり、
前記赤外線光学素子は、感度が最大となるピーク感度を有し、（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域における平均感度が、前記ピーク感度の７０％以下であり、
前記赤外線光学素子に対して出射又は入射される赤外線が前記光学フィルタへ入射する入射角度が０°のときの（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域において、前記光学フィルタの最大透過率をＴ１、前記赤外線光学素子の平均感度をＳ１とし、前記赤外線光学素子に対して出射又は入射される赤外線が前記光学フィルタへ入射する入射角度が４５°のときの（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域において、前記光学フィルタの最大透過率をＴ２、前記赤外線光学素子の平均感度をＳ２とすると、前記Ｔ２は前記Ｔ１より大きく、前記Ｓ２は前記Ｓ１より小さい、光学デバイス。
【請求項３】
前記光学フィルタは、前記透過帯域の中心波長であるλｐにおける透過率が（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域における最大透過率の１．１倍以上である、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記光学フィルタは、（λｐ×０．４）ｎｍから（λｐ×０．６）ｎｍの波長域における最大透過率が２％以上である、請求項１又は２に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記光学フィルタは、（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域における最大透過率が６０％以下であり、平均透過率が４０％以下である、請求項１又は２に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記光学フィルタは、半値幅が１０００ｎｍ以下のバンドパスフィルタである、請求項１又は２に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記赤外線光学素子は、赤外線を発光する赤外線発光素子であって、（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域における平均感度が、前記ピーク感度の３０％以下である、請求項１又は２に記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記多層膜の総膜厚は３０μｍ以下である、請求項１又は２に記載の光学デバイス。
【請求項９】
前記赤外線光学素子は第一導電型半導体層、活性層及び第二導電型半導体層を有する、請求項１又は２に記載の光学デバイス。
【請求項１０】
前記赤外線光学素子は赤外線発光素子である、請求項１又は２に記載の光学デバイス。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、光学デバイス、光学フィルタに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、大気中の測定対象ガスの濃度測定を行うガス濃度測定装置として、非分散赤外線吸収（ＮＤＩＲ：Ｎｏｎ－ＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＩｎｆｒａＲｅｄ）方式のガス濃度測定装置が知られている。非分散赤外線吸収型ガス濃度測定装置は、ガスの種類によって吸収される赤外線の波長が異なることを利用し、この吸収量を検出することによりそのガス濃度を測定する。非分散赤外線吸収型ガス濃度測定装置は、赤外線光学素子と、測定対象ガスが吸収特性を持つ波長に限定した赤外線を透過するフィルタ（透過部材）と、を備えて構成される。例えば特許文献１は、測定対象ガスを炭酸ガスとする測定装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平９－３３４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、測定対象ガスは炭酸ガスに限定されず様々である。各検出対象ガスに対して赤外線光学素子及び光学フィルタの最適な組み合わせは検討されていないのが現状である。特に入射角度の影響も含めた光学フィルタの仕様の最適化は行われていなかった。
【０００５】
かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、小型で高精度な濃度測定を可能にする光学デバイス、光学フィルタを提供することにある。ここで、光学デバイスは、赤外線光学素子と、光学フィルタと、を備え、ガス濃度測定装置などで用いられるデバイスである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本開示の一実施形態に係る光学デバイスは、
基板と、前記基板の少なくとも一面上に形成された屈折率の異なる複数の層を有する多層膜と、を有する光学フィルタと、
赤外線を発光又は受光する赤外線光学素子と、を備え、
前記光学フィルタは、２５００ｎｍ～１００００ｎｍの波長域に、透過率が７０％を超える透過帯域を５０ｎｍ以上含み、前記透過帯域の中心波長をλｐとして、（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域における最大透過率が２％以上であり、前記最大透過率が（λｐ×０．８）ｎｍから（λｐ×０．９）ｎｍの波長域における最小透過率よりも２倍以上大きく、
前記赤外線光学素子は、感度が最大となるピーク感度を有し、（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域における平均感度が、前記ピーク感度の７０％以下であり、
前記赤外線光学素子に対して出射又は入射される赤外線が前記光学フィルタへ入射する入射角度が０°のときの（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域において、前記光学フィルタの最大透過率をＴ１、前記赤外線光学素子の平均感度をＳ１とし、前記赤外線光学素子に対して出射又は入射される赤外線が前記光学フィルタへ入射する入射角度が４５°のときの（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域において、前記光学フィルタの最大透過率をＴ２、前記赤外線光学素子の平均感度をＳ２とすると、前記Ｔ２は前記Ｔ１より大きく、前記Ｓ２は前記Ｓ１より小さい。
【０００７】
（２）本開示の一実施形態に係る光学デバイスは、
基板と、前記基板の少なくとも一面上に形成された屈折率の異なる複数の層を有する多層膜と、を有する光学フィルタと、
赤外線を発光又は受光する赤外線光学素子と、を備え、
前記光学フィルタは、２５００ｎｍ～１００００ｎｍの波長域に、透過率が７０％を超える透過帯域を５０ｎｍ以上含み、前記透過帯域の中心波長をλｐとして、（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域における最大透過率が（λｐ×０．８）ｎｍから（λｐ×０．９）ｎｍの波長域における最小透過率よりも２倍以上大きく、さらに（λｐ×０．４）ｎｍから（λｐ×０．６）ｎｍの波長域における最大透過率が２％以上であり、
前記赤外線光学素子は、感度が最大となるピーク感度を有し、（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域における平均感度が、前記ピーク感度の７０％以下であり、
前記赤外線光学素子に対して出射又は入射される赤外線が前記光学フィルタへ入射する入射角度が０°のときの（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域において、前記光学フィルタの最大透過率をＴ１、前記赤外線光学素子の平均感度をＳ１とし、前記赤外線光学素子に対して出射又は入射される赤外線が前記光学フィルタへ入射する入射角度が４５°のときの（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域において、前記光学フィルタの最大透過率をＴ２、前記赤外線光学素子の平均感度をＳ２とすると、前記Ｔ２は前記Ｔ１より大きく、前記Ｓ２は前記Ｓ１より小さい。
【０００８】
（３）本開示の一実施形態として、（１）又は（２）において、
前記光学フィルタは、前記透過帯域の中心波長であるλｐにおける透過率が（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域における最大透過率の１．１倍以上である。
【０００９】
（４）本開示の一実施形態として、（１）から（３）のいずれかにおいて、
前記光学フィルタは、（λｐ×０．４）ｎｍから（λｐ×０．６）ｎｍの波長域における最大透過率が２％以上である。
【００１０】
（５）本開示の一実施形態として、（１）から（４）のいずれかにおいて、
前記光学フィルタは、（λｐ×０．６）ｎｍから（λｐ×０．８）ｎｍの波長域における最大透過率が６０％以下であり、平均透過率が４０％以下である。
（【００１１】以降は省略されています）

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