CN106716241A - 光学装置和光开关 - Google Patents

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Abstract

光学装置(10)具备LCOS元件(3)、加热基板(2)以及介于它们之间的树脂层(4)，其中，LCOS元件(3)的中央区域处的树脂层(4)的层厚大于LCOS元件(3)的周缘区域处的树脂层(4)的层厚。

Description

光学装置和光开关
技术领域
本发明涉及将光学元件经由树脂层固定于加热基板上的光学装置和具备该光学装置的光开关。
背景技术
以往，存在使用了LCOS(Liquid Crystal On Silicon：硅基液晶)元件、MEMS(Micro Electro Mechanical System：微机电系统)反射镜元件等光学元件的光开关(例如，参照专利文献1和2)。LCOS元件和MEMS反射镜元件是具有对反射光的角度进行控制的功能的空间光调制元件。
此处，公知有为了提高LCOS元件的切换速度，希望在高温(比常温高的温度)下使用LCOS元件。因此，在具备LCOS元件的光开关中有时采用如下结构：使LCOS元件经由树脂层固定于加热基板上，使用该加热基板对LCOS元件进行加热。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国公开特许公报“特开2011-8105号”(2011年1月13日公开)
专利文献2：日本国公开特许公报“特表2007-524112号”(2007年8月23日公开)
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在使LCOS元件经由树脂层固定于加热基板时，若在与LCOS元件相对的加热基板的表面(与树脂层的边界面)存在由起伏、异物、缺陷等引起的凹凸时，则有时LCOS元件会沿着该凹凸变形。特别是，LCOS元件的中央区域容易受到加热基板的上述凹凸的影响。对此进行说明。
LCOS元件通过层叠膨胀系数不同的不同种类材料而构成，因此经常以入射面的中央凹陷的方式弯曲成球面形状。因此，如图5所示，在将弯曲成球面形状的LCOS元件30经由树脂层40固定于加热基板20的以往的光学装置100中，由于LCOS元件30的中央区域处的树脂层4的层厚小(薄)，因此LCOS元件30的中央区域容易沿着加热基板20的上述凹凸变形。LCOS元件30的有效区域(形成有液晶层的区域)通常配置在LCOS元件30的中央区域。因此，LCOS元件30的中央区域处的变形会导致其光学性能的降低。在LCOS元件30的中央区域处的变形大时，还会出现无法进行使反射光向期望的角度出射的控制的事态。
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，实现一种光学装置，即使在加热基板的表面存在凹凸，也不会产生光学性能的大幅降低。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的光学装置具备光学元件、对该光学元件进行加热的加热基板以及介于该光学元件与该加热基板之间的树脂层，其特征在于，所述光学元件的中央区域处的所述树脂层的层厚大于所述光学元件的周缘区域处的所述树脂层的层厚。
发明效果
根据本发明，能够实现如下的光学装置：即使在加热基板的表面存在凹凸，也不会产生光学性能的大幅降低。
附图说明
图1(a)是本发明的实施的一方式的光学装置的剖视图，图1(b)是使用了该光学装置的光开关的立体图。
图2(a)是在本发明的一实施方式的光学装置中使用的加热基板的俯视图，图2(b)是省略了该加热基板的表面的凹凸的剖视图，
图3是本发明的一实施方式的光学装置的剖视图，是放大示出加热基板的表面的凹凸的图。
图4(a)～图4(c)是本发明的一实施方式的光学装置的变形例的剖视图。
图5是以往的光学装置的剖视图。
具体实施方式
〔实施方式〕
以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。在本实施方式中，对具备LCOS(Liquid Crystal On Silicon：硅基液晶)元件3作为光学元件的光学装置10进行说明。
(光学装置的结构)
图1(a)是示出本实施方式的光学装置10的剖视图。如图1(a)所示，光学装置10具备LCOS元件3、加热基板2以及介于它们之间的树脂层4。
LCOS元件3是具有对反射光的角度进行控制的功能的空间光调制元件，通过以夹住液晶层3a的方式将玻璃层3c层叠于硅层3b而构成。如上所述，LCOS元件3具有膨胀系数不同的硅层3b与玻璃层3c层叠而成的结构，因此如图1(a)所示，容易以入射面的中央凹陷的方式弯曲成球面形状。
硅层3b将用于驱动LCOS元件3的驱动电路形成于硅基板，与液晶层3a之间的边界面形成为镜状。液晶层3a为LCOS元件3的受光部，除了液晶以外，还具有配向膜等。在LCOS元件3中液晶层3a存在的区域作为有效区域来发挥功能。LCOS元件3根据施加到液晶层3a的电压的变化使液晶的配向变化，变更向液晶层3a入射的光的反射角度。即，通过对电压进行控制，能够控制反射角度。
加热基板2是加热(加温)装置，在本实施方式中，使用在由陶瓷材料构成的加热器基材上设置有加热电路(未图示)和温度控制电路(未图示)的陶瓷加热器。作为加热器基材所使用的陶瓷材料，可以例举例如氧化铝、氮化铝、氮化硅、钛酸钡。另外，作为加热器基材，还能够使用例如铜、铁、SUS、NCF。
通过加热基板2对LCOS元件3进行加热(例如，60℃)来使用，从而相比于常温能够使液晶的配向速度更快。由此，在如后所述地将光学装置10用作光开关时，能够加快切换速度。
图2(a)是加热基板2的俯视图，图2(b)是加热基板的剖视图。如图2(a)和图2(b)所示，加热基板2在与LCOS元件3相对的面形成有凹部24，形成为中央凹陷的钵状。
LCOS元件3和加热基板2例如通过引线键合与电极端子(未图示)连接，而实现与外部的导通，但是由于能够利用公知技术，因此省略说明。
树脂层4是用于将LCOS元件3固定于加热基板2的层，由树脂构成。为了使加热基板2的热高效地传递到LCOS元件3，作为树脂层4所使用的树脂优选为导热性好且很难因加热基板2的热而劣化的树脂。例如，能够适当使用环氧树脂、丙烯酸树脂等。这些树脂通过热固化而将LCOS元件3固定于加热基板2。
此处，通过观察图1(a)可知，在光学装置10中，LCOS元件3的中央区域处的树脂层4的层厚大于LCOS元件3的周缘区域处的树脂层4的层厚。因此，如图3所示，即使在加热基板2的表面(与树脂层4的边界面)因起伏、异物、缺陷等而产生了凹凸，LCOS元件3的中央区域也相比于周缘区域更难受到其影响。即，在LCOS元件3的中央区域，由于通过层厚大(厚)的树脂层4吸收加热基板2的上述凹凸的影响，因此能够抑制LCOS元件3的中央区域沿着该凹凸变形。此处，虽然在LCOS元件3的中央区域存在有效区域，但是沿着上述凹凸的变形被抑制，因此能够避免光学性能的大幅降低。
而且，使LCOS元件3的周缘区域处的树脂层4的层厚比中央区域处的树脂层的层厚小，从而与在LCOS元件3的整个区域加厚树脂层4的情况相比，容易将用于提高LCOS元件3的功能性的加热器热传递到LCOS元件3。即，不会阻碍从加热基板2向LCOS元件3的热供给，而能够避免光学性能的大幅降低。
但是，由加热基板2的起伏、异物、缺陷等引起的凹凸大多为10μm以上100μm以下。因此，当层叠在其上的树脂层4的层厚为10μm以上100μm以下时，能够充分吸收加热基板的凹凸，能够保证光学元件的性能。
而且，在本实施方式中，树脂层4的层厚从LCOS元件3的周缘区域到中央区域连续地增大。
从以上可知，在光学装置10中，由于在LCOS元件3的中央区域很难产生变形，因此能够避免光学性能的大幅降低。由此，能够实现保证了LCOS元件3的性能的高质量的光学装置10。
如图1(b)所示，光学装置10例如收纳于封装体(壳体)21而作为光开关23使用。在图1(b)例示的封装体21设置有光学窗口22，在该光学窗口22上嵌入有光学玻璃，使光从该光学窗口相对于光学装置10入射并反射。关于这种封装体，能够根据所收纳的光学装置的种类和用途，使用以往公知的封装体。因此，省略说明。另外，关于光开关23的使用方法，也能够利用以往公知的技术，因此省略说明。
(光学装置的制造方法)
首先，如图2(b)所示，以从周围向中央凹陷的方式、即成为钵状的方式，对板状的陶瓷材料进行切削加工而形成加热器基材。在如上所述地形成的加热器基材上配置加热电路和温度控制电路，形成加热基板2。
在如上所述地形成的加热基板2上涂敷树脂，在其上搭载LCOS元件3并使树脂热固化。通过热而固化的树脂形成为树脂层4。
以下，对光学装置10的变形例进行说明。
(变形例1)
图4(a)是作为光学装置10的变形例的光学装置10的剖视图。关于光学装置10a，如图4(a)所示，加热基板2a的形状与加热基板2不同。加热基板2a的形状以外的结构与光学装置10相同。
如图4(a)所示，加热基板2a具有在与树脂层4的边界面上中央区域比周缘区域凹陷得低一阶的形状。换言之，具有周缘区域比中央区域高一阶的形状、或者在周缘区域形成有框部的形状。
(变形例2)
图4(b)是作为光学装置10的其他变形例的光学装置10b的剖视图。关于光学装置10b，如图4(b)所示，加热基板2b的形状与加热基板2不同。加热基板2b的形状以外的结构与光学装置10相同。
如图4(b)所示，加热基板2b具有在与树脂层4的边界面上中央区域比周缘区域低一阶的形状且在阶梯差上设置有倾斜的形状。关于加热基板2b，虽然阶梯差为一阶，但是也可以是多阶。
(变形例3)
图4(c)是作为光学装置10的另一变形例的光学装置10c的剖视图。如图4(c)所示，关于光学装置10c，加热基板2c的形状与加热基板2不同。加热基板2b的形状以外的结构与光学装置10相同。
如图4(c)所示，加热基板2c具有在与树脂层4的边界面上从周缘区域到中央区域阶梯性地凹陷的形状。另外，并不限定台阶数。由于加热基板2c从周缘区域到中央区域阶梯性地凹陷，因此树脂层的层厚从所述周缘区域到所述中央区域阶梯性地变大。
在这些变形例的光学装置10a、10b、10c中，LCOS元件3的中央区域处的树脂层4的层厚也大于周缘区域处的树脂层4的层厚。因此，即使在加热基板2a、2b、2c的表面存在凹凸，也很难在LCOS元件3的中央区域产生变形，因此能够避免光学性能的大幅降低。由此，能够实现保证了LCOS元件3的性能的高质量的光学装置10a、10b、10c。
在这些变形例的光学装置10a、10b、10c的制造方法中，既可以对板状的陶瓷材料的中央区域进行切削加工来形成加热器基材，也可以通过在板状的陶瓷材料上堆放框状的陶瓷材料(在变形例3中堆放多个不同的框状陶瓷材料)的成型加工来形成加热器基材。另外，框状的陶瓷材料可以是圆状也可以是多边形状。在变形性1和2中，由于框状的陶瓷材料为一个，因此容易加工。
在上述的实施方式及其变形例中，对具备LCOS元件作为光学元件的光学装置进行了说明。但是，本发明的光学装置具备的光学元件并不限定于此。即，关于本发明的光学装置具备的光学元件，只要是能够与加热基板一起使用的光学元件即可，例如，也可以是MEMS(Micro Electro Mechanical System)反射镜元件。
(总结)
本实施方式的光学装置，具备光学元件、对该光学元件进行加热的加热基板以及介于该光学元件与该加热基板之间的树脂层，其特征在于，所述光学元件的中央区域处的所述树脂层的层厚大于所述光学元件的周缘区域处的所述树脂层的层厚。
根据上述结构，由于光学元件的中央区域处的树脂层的层厚大于光学元件的周缘区域处的树脂层的层厚，因此即使因起伏、异物、缺陷等而在与光学元件相对的加热基板的表面(与树脂层的边界面)上产生凹凸，光学元件的中央区域也比周缘区域更难受到其影响。即，在光学元件的中央区域中，通过层厚大的(厚)树脂层吸收加热基板的上述凹凸的影响，因此能够抑制光学元件的中央区域沿着该凹凸而变形。
此处，在大多的光学元件中，担当光学功能的有效区域不存在于光学元件的周缘区域，而存在于光学元件的中央区域。因此，在光学元件的中央区域产生的变形会导致光学性能的降低。相对于此，在本实施方式的光学装置中，由于很难在光学元件的中央区域产生变形，因此能够避免光学性能的大幅降低。
而且，根据上述结构，在光学元件的周缘区域使树脂层的层厚比中央区域处的树脂层的层厚小，从而即使在光学元件的整个区域加厚树脂层的情况下，也容易将来自加热基板的热传递到光学元件。即，不会阻碍从加热基板向光学元件的热供给，能够避免光学性能的大幅降低。
另外，本实施方式的光学装置除了上述结构以外，优选的是，因在所述加热基板的与所述光学元件相对的面形成的凹部，所述光学元件的中央区域处的所述树脂层的层厚大于所述光学元件的周缘区域处的所述树脂层的层厚。
根据上述结构，能够通过在与加热基板的光学元件相对的面形成凹部这一容易的方法，使光学元件的中央区域处的树脂层的层厚大于光学元件的周缘区域处的树脂层的层厚。
另外，在本实施方式的光学装置中，除了上述结构以外，优选的是，所述中央区域处的所述树脂层的层厚为10μm以上100μm以下。
由加热基板的起伏、异物、缺陷等引起的凹凸一般为10μm以上100μm以下。因此，当在其上层叠的树脂层的层厚为10μm以上100μm以下时，能够通过该树脂层充分地吸收加热基板的凹凸，因此能够有效地避免光学元件的性能降低。
另外，在本实施方式的光学装置中，除了上述结构以外，优选的是，所述光学元件在所述中央区域设置有有效区域。
根据上述结构，很难在光学元件的有效区域产生变形，因此能够更有效地避免光学元件的性能降低。
另外，在本实施方式的光学装置中，除了上述结构以外，所述光学元件也可以是通过层叠不同种类材料而构成的光学元件、例如LCOS元件。
在层叠有不同种类材料的LCOS元件等的光学元件中，大多会由于各层的膨胀系数不同而出现弯曲。当光学元件弯曲时，由于中央区域比周缘区域更靠近加热基板的表面，因此在光学元件的中央区域容易产生沿着加热基板的凹凸的变形。相对于此，在本实施方式的光学装置中，由于光学元件的中央区域处的树脂层的层厚大于周缘区域处的树脂层的层厚，因此在光学元件的中央区域中很难产生沿着加热基板的凹凸的变形。由此，根据上述结构，能够有效地避免通过层叠不同种类材料而构成的LCOS等光学元件的性能降低。
另外，在本实施方式的光学装置中，除了上述结构以外，优选的是，从所述周缘区域到所述中央区域，所述树脂层的层厚连续地变大。
另外，在本实施方式的光学装置中，优选的是，从所述周缘区域到所述中央区域，所述树脂层的层厚阶梯性地变大。
另外，本实施方式的光开关的特征在于，具备上述任意一个光学装置。
根据上述结构，能够提供保证了性能的光开关。
(付记事项)
本发明不限定于上述的实施方式和各变形例，能够在权利要求所示的范围内进行各种变更，适当组合实施方式或实施例中公开的技术手段而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
工业上的可利用性
本发明能够在将例如LCOS元件或MEMS反射镜元件等光学元件经由树脂层固定于加热基板的光学装置以及具备该光学装置的光开关中利用。
标号说明
2 加热基板
3 LCOS元件(光学元件)
3a 液晶层
3b 硅层
4 树脂层
10、10a、10b、10c 光学装置
23 光开关
21 封装体
100 以往的光学装置。

Claims (9)

1.一种光学装置，具备光学元件、对该光学元件进行加热的加热基板以及介于该光学元件与该加热基板之间的树脂层，其特征在于，
所述光学元件的中央区域处的所述树脂层的层厚大于所述光学元件的周缘区域处的所述树脂层的层厚。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，
因在所述加热基板的与所述光学元件相对的面形成的凹部，所述光学元件的中央区域处的所述树脂层的层厚大于所述光学元件的周缘区域处的所述树脂层的层厚。
3.根据权利要求1或2所述的光学装置，其特征在于，
所述中央区域处的所述树脂层的层厚为10μm以上100μm以下。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光学装置，其特征在于，
所述光学元件在所述中央区域设置有有效区域。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的光学装置，其特征在于，
所述光学元件是通过层叠不同种类材料而构成的光学元件。
6.根据权利要求5所述的光学装置，其特征在于，
所述光学元件为LCOS元件。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的光学装置，其特征在于，
从所述周缘区域到所述中央区域，所述树脂层的层厚连续地变大。
8.根据权利要求1至6中的任意一项所述的光学装置，其特征在于，
从所述周缘区域到所述中央区域，所述树脂层的层厚阶梯性地变大。
9.一种光开关，其特征在于，具备权利要求1至8中的任意一项所述的光学装置。
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