JP2017032875A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筐体部材に設けられる窓部ガラス板でのクラックの発生を防止する。
【解決手段】光学装置（１）は、窓部ガラス板（１５）がメタライズ膜（１５ｄ）と蓋部材（１６）との間の半田層（１７）にて蓋部材（１６）に固定され、蓋部材（１６）の窓部（１６ａ）側の端縁部は、メタライズ膜（１５ｄ）の内周側の端縁部よりも、窓部（１６ａ）の中心方向へ突出したオーバーハング部（１６ｃ２）を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、筐体の内部に光学素子を備え、筐体の窓部にガラス部材が固定されている光学装置に関する。

従来、筐体の内部に光学素子を備えた光学装置では、筐体に開口部である窓部が形成され、筐体の内部に配置された光学素子に対して、上記窓部を介して、外部から光（光信号）を入射させるようになっている。したがって、上記窓部は光を透過するガラス部材にて塞がれている。

特許文献１に記載の光学装置では、筐体の内部に、光学素子として波長可変干渉フィルターを備えている。この光学装置では、筐体の上部にリッドを備え、リッドの上にガラス部材が固定部材により接合されている。リッドには、中央部に円形の開口部からなる窓部が形成され、ガラス部材は上記窓部を塞ぐように設けられている。リッドとガラス部材との間の固定部材は、例えば低融点ガラスからなり、リッドとガラス部材との重なり幅と同じ幅を有している。すなわち、固定部材は、窓部に沿う内周側端縁部がリッドの内周側端縁部と一致し、外周側端縁部がガラス部材の外周側端縁部と一致している。

また、特許文献２に記載の光学装置（光スイッチモジュール）では、筐体の内部に、光学素子としてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechnical System）ミラーアレイチップを備えている。この光学装置では、筐体の上部にリッドフレームを備え、リッドフレームの上にガラス部材（板状のサファイア）が固定部材により接合されている。リッドフレームには、中央部に長方形の開口部からなる窓部が形成され、ガラス部材は上記開口部を塞ぐように設けられている。リッドフレームとガラス部材との間の固定部材は、リッドフレームとガラス部材との重なり幅よりも狭い幅に形成され、開口部に沿う内周側端縁部がリッドフレームの内周側端縁部と一致している。

特開２０１５−３１９０３号公報（２０１５年２月１６日公開） 特開２０１１−８１０５号公報（２０１１年１月１３日公開）

図１０は、内部に光学素子を備え、筐体を構成するフレーム１１１に開口部としての窓部１１１ａが形成され、この窓部１１１ａが窓部ガラス板１１２によって塞がれている光学装置１０１の要部の一例を示す斜視図である。図１１の(ａ)は、図１０におけるＤ−Ｄ線矢視断面図である。図１１の(ｂ)は、図１１の(ａ)に示したガラス部材にクラックが発生している状態を示す断面図である。図１１の（ｃ）は、図１１の（ｂ）に示した部分の平面図である。なお、この例では、窓部ガラス板１１２は、窓部１１１ａを下から塞ぐようにフレーム１１１に設けられている。

フレーム１１１の窓部１１１ａを窓部ガラス板１１２によって塞ぐ構成では、金属製のフレーム１１１の窓部１１１ａに窓部ガラス板１１２を固定するための固定部材として、半田（Ａｕ−Ｓｎ）が多用される。具体的には、図１１の(ａ)に示すように、窓部ガラス板１１２の周縁部の半田層（固定部材）１１３を設ける領域に、メタライズ膜１１４が環状に形成され、その上に半田層１１３が設けられる。したがって、窓部ガラス板１１２は、メタライズ膜１１４とフレーム１１１との間の半田層１１３により、すなわち半田層１１３がメタライズ膜１１４およびフレーム１１１と金属結合することにより、フレーム１１１に固定される。

この場合、溶融した半田層１１３は、メタライズ膜１１４の上面全体に濡れ広がる。このため、メタライズ膜１１４の内周側端縁部１１４ａがフレーム１１１の窓部側端縁部１１１ｂよりも窓部１１１ａの中心側へ突出していると、半田層１１３の溶融した半田が冷却されて固化する際に、半田層１１３の半田と窓部ガラス板１１２との熱膨張係数の違いにより、図１１の（ｂ）に示すように、窓部ガラス板１１２にクラック１１２ａが発生する。あるいは、半田層１１３の溶融した半田が冷却されて固化した後に、半田層１１３の半田と窓部ガラス板１１２との熱膨張係数の違いによって窓部ガラス板１１２に生じた歪により、窓部ガラス板１１２にクラック１１２ａが発生する。この場合には、光学装置１０１の気密性や耐久性が低下する。

すなわち、半田層１１３が冷却されて固化する際には、半田層１１３が収縮する。この収縮は、半田層１１３の上にフレーム１１１が存在しない領域ではフレーム１１１により半田の収縮が緩和されないため、顕著となる。したがって、半田層１１３の上にフレーム１１１が存在しない領域では、半田層１１３の収縮によって、メタライズ膜１１４、すなわちメタライズ膜１１４が形成されている窓部ガラス板１１２に対して、メタライズ膜１１４の外周側端部方向への引っ張り応力が生じる。これにより、窓部ガラス板１１２にクラック１１２ａが発生する。

また、半田層１１３の内周側端縁部１１３ａは、メタライズ膜１１４の内周側端縁部１１４ａよりもさらに窓部１１１ａの中心方向へ突出し易いので、窓部１１１ａの開口領域が狭くなる。

ここで、特許文献１および２に記載の構成では、筐体を構成するフレーム（リッドあるいはリッドフレーム）とガラス部材との間に設けられた固定部材によりガラス部材がフレームに固定されており、固定部材の内周側端縁部（上記内周側端縁部１１４ａに対応）は、フレームの窓部側端縁部（上記窓部側端縁部１１１ｂに対応）と一致している。このような構成では、製造時の公差によって、固定部材における内周側端縁部がフレームの窓部に沿う内周側端縁部よりも窓部の中心側へ突出した状態が生じ易い。すなわち、特許文献１および２に記載の構成において、固定部材として半田およびメタライズ膜を使用する場合には、図１１の(ａ)(ｂ)に示した構成と同様、メタライズ膜における内周側端縁部がフレームの窓部側端縁部よりも窓部の中心側へ突出した状態となり、同様に、窓部ガラス板にクラックが発生することになる。

したがって、本発明は、フレームの窓部を塞ぐガラス部材の熱膨張係数と、ガラス部材をフレームに固定する半田の熱膨張係数との差により、ガラス部材にクラックが発生する事態を防止することができる光学装置の提供を目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明の光学装置は、開口された窓部を有する筐体部材と、前記筐体部材の内部に設けられ、前記窓部を介して光が入射される光学素子と、前記窓部を塞ぐように設けられた窓部ガラス板とを備えている光学装置において、前記窓部ガラス板は、透光性基材および前記透光性基材の外周部に所定幅に形成されたメタライズ膜を有し、前記窓部ガラス板は、前記メタライズ膜と前記筐体部材との間に設けられた半田層にて前記筐体部材に固定され、前記筐体部材の前記窓部側の端縁部は、前記メタライズ膜の内周側の端縁部よりも、前記窓部の中心方向へ突出している部分であるオーバーハング部を有することを特徴としている。

上記の構成によれば、光学装置の製造において、筐体部材と窓部ガラス板のメタライズ膜との間の、半田層となる半田を溶融させて、筐体部材に窓部ガラス板を固定する場合、溶融した半田は冷却されて収縮する。この場合、半田の熱膨張係数は窓部ガラス板の透光性基材の熱膨張係数よりも大きいので、半田の熱膨張係数と透光性基材の熱膨張係数との差により、透光性基材には、引張荷重（引張応力）が加わる。しかしながら、溶融した半田は、筐体部材のオーバーハング部にも付着するので、オーバーハング部により、半田層の幅方向の中心方向への半田の収縮が抑制され、透光性基材に加わる引張荷重が緩和される。これにより、透光性基材でのクラックの発生を防止することができる。

また、筐体部材はオーバーハング部を有しているので、窓部ガラス板のメタライズ膜上に濡れ広がった半田により形成される半田層の窓部側の端部は、窓部内へ突出し難くなっている（せり出し難くなっている）。これにより、半田層により窓部の開口面積が狭くなる事態を防止することができる。

上記の光学装置において、前記筐体部材は、金属フレームからなり、前記窓部ガラス板は、熱膨張係数が前記金属フレームに対応する封着用ガラスであり、前記半田層は、熱膨張係数が前記筐体部材および前記窓部ガラス板よりも大きい構成としてもよい。

上記の構成によれば、筐体部材は、金属フレームからなり、窓部ガラス板は、熱膨張係数が金属フレームに対応する（熱膨張係数が金属フレームと略等しい）封着用ガラスであり、半田層は、熱膨張係数が筐体部材および窓部ガラス板よりも大きくなっている。したがって、光学装置の製造工程において、半田層となる半田を溶融して窓部ガラス板を半田により筐体部材に固定する場合に、筐体部材が半田層の半田の冷却時に半田とともに収縮することがない。これにより、筐体部材がオーバーハング部を有することによる、窓部ガラス板のクラック発生の防止機能を確実に得ることができる。

上記の光学装置において、前記筐体部材は、コバール（登録商標）からなり、前記窓部ガラス板の前記透光性基材は、コバール（登録商標）ガラスからなる構成としてもよい。

上記の構成によれば、筐体部材にコバール（登録商標）を使用し、窓部ガラス板の透光性基材にコバール（登録商標）ガラスを使用するので、筐体部材の熱膨張係数と窓部ガラス板の熱膨張係数とを確実に略等しくすることができる。これにより、筐体部材がオーバーハング部を有することによる、窓部ガラス板のクラック発生の防止機能をさらに確実に得ることができる。

上記の光学装置において、前記メタライズ膜の幅方向における前記オーバーハング部の寸法は、０．２ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下である構成としてもよい。

上記の構成によれば、筐体部材のオーバーハング部におけるメタライズ膜の幅方向の寸法は、０．２ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であるから、光学装置の大型化を防止しながら、オーバーハング部を確実に形成し、オーバーハング部により窓部ガラス板のクラックの発生を防止することができる。

すなわち、メタライズ膜の幅方向におけるオーバーハング部の寸法を０．２ｍｍ未満とした場合には、例えば人手によって光学装置を組み上げる場合の公差によって、オーバーハング部が形成されない事態が生じる。一方、上記寸法を０．２ｍｍ以上とすれば、オーバーハング部を確実に形成することができる。

また、メタライズ膜の幅方向におけるオーバーハング部の寸法を０．５ｍｍよりも大きくした場合には窓部が狭くなる。この事態を回避するには、光学装置を大きくする必要があり、この場合には光学装置の大型化を招来する。そこで、上記寸法を０．５ｍｍ以下とすることにより、光学装置の大型化を防止することができる。

本発明の構成によれば、筐体部材の窓部を塞ぐ窓部ガラス板の熱膨張係数と、窓部ガラス板を筐体部材に固定する半田の熱膨張係数との差により、窓部ガラス板にクラックが発生する事態を防止することができる。

本発明の実施の形態の光学装置を示す斜視図である。 図１に示した光学装置の個々のパーツを示す分解斜視図である。 図１に示した光学装置の各パーツ同士の位置関係を示す分解斜視図である。 図３におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 図５の（ａ）は、図４に示した蓋部材の突出部、窓部ガラス板のメタライズ膜および半田層の位置関係の一例を示す縦断面図、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）に示した部分の平面図である。 図６の（ａ）は、図４に示した蓋部材の突出部、窓部ガラス板のメタライズ膜および半田層の位置関係の他の例を示す縦断面図、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）に示した部分の平面図である。 図７の（ａ）は、図４に示した窓部ガラス板の平面図、図７の（ｂ）は、図４に示した半田層の形成に使用する半田枠体を示す平面図、図７の（ｃ）は、図４に示した蓋部材と窓部ガラス板との間に半田枠体を配置した状態を示す縦断面図、図７の（ｄ）は、図７の（ｃ）に示した半田枠体にて形成された半田層により蓋部材と窓部ガラス板とが接合された状態を示す縦断面図である。 図８の（ａ）は、図１に示した光学装置を製造する際の、半田層により窓部ガラス板を蓋部材に固定する工程において、窓部ガラス板の透光性基材に引張荷重が加わっている状態を示す説明である。図８の（ｂ）は、図８の（ａ）に示した各部の熱膨張係数の一例を示す説明図である。 図８の（ａ）の構成に対する比較例であって、蓋部材の窓部側端縁部の位置とメタライズ膜の内周側端縁部の位置とが、メタライズ膜の幅方向において一致している場合において、窓部ガラス板の透光性基材に上記引張荷重が加わっている状態を示す説明である。 内部に光学素子を備え、筐体を構成するフレームに開口部としての窓部が形成され、この窓部が窓部ガラス板によって塞がれている従来の光学装置の要部の一例を示す斜視図である。 図１１の(ａ)は、図１０におけるＤ−Ｄ線矢視断面図である。図１１の(ｂ)は、図１１の(ａ)に示したガラス部材にクラックが発生している状態を示す断面図である。図１１の（ｃ）は、図１１の（ｂ）に示した部分の平面図である。

本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の実施の形態の光学装置１を示す斜視図である。本実施の形態の光学装置１は、光学素子１２として例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）を備えた気密のＬＣＯＳパッケージとなっている。

（光学装置１の外観および機能）
図１に示すように、光学装置１は、セラミック基板１１の上に光学素子１２が設けられ、光学素子１２を封止する蓋部材（筐体部材、金属フレーム）１６の窓部１６ａから入射した光を光学素子１２によって反射させるようになっている。この場合、光学素子１２には液晶層によって回折格子が形成され、光学素子１２に印加する電圧を変更することにより、回折格子を変化させ、光の反射角度を変化させる。具体的には、光ファイバから出射された波長多重化された光(光信号)をコリメートし、光学素子１２に入射した場合に、光学素子１２により波長ごとに反射角度を制御して、反射した光を個々の波長チャンネルに対応した複数の光ファイバに入射させるようになっている。

（光学装置１の構成）
図２は、図１に示した光学装置１の個々のパーツを示す分解斜視図である。図３は、図１に示した光学装置１の各パーツ同士の位置関係を示す分解斜視図である。図４は、図３におけるＡ−Ａ矢視断面図である。

図２から図４に示すように、光学装置１は、セラミック基板１１、光学素子１２、ヒータ１３、窓部ガラス板（封着用ガラス）１５および蓋部材（筐体部材）１６を備えている。

セラミック基板１１は、例えばアルミナセラミックからなり、上面に光学素子１２を配置するための凹部１１ａを有している。

光学素子１２は、シリコン基板１２ａおよび液晶層１２ｂを備えている。液晶層１２ｂには回折格子が形成され、この回折格子は、印加される電圧が変化することにより、入射光の反射角度を変化させるように変化する。ヒータ１３は、アルミナセラミック材中に加熱回路（図示せず）および温度制御回路（図示せず）を含むものであり、光学素子１２の下面に設けられている。光学素子１２およびヒータ１３は、例えばワイヤボンディングによって接続端子（図示せず）と接続され、さらに接続端子は、光学装置１の外面に設けられている、コンデンサやコネクタ等の電子部品（図示せず）と接続されている。

光学素子１２は、セラミック基板１１の凹部１１ａに樹脂層１８によって固定されている。樹脂層１８は、例えば低アウトガスの二液性エポキシ樹脂からなる。

蓋部材１６は、外周部１６ｂ、突出部１６ｃおよび封止枠体部１６ｄを有し、セラミック基板１１の上に設けられている。突出部１６ｃは、外周部１６ｂの内側部分において、上方へ一段突出した状態に形成されている。突出部１６ｃには前記窓部１６ａが開口されている。封止枠体部１６ｄは、外周部１６ｂの下において、矩形の枠体形状に形成されている。封止枠体部１６ｄは、セラミック基板１１の凹部１１ａを囲むように、セラミック基板１１上に位置している。

蓋部材１６は、例えば、鉄にニッケルおよびコバルトを配合した合金であるコバール（登録商標）にて形成されている。コバール（登録商標）は、常温付近での熱膨張係数が金属のなかでも低く、硬質ガラスに近いという性質を有する。

窓部ガラス板１５は、例えばコバール（登録商標）ガラスからなる透光性基材１５ａを有する。透光性基材１５ａの選択には、光学素子１２の偏波依存を考慮する必要がある。すなわち、透光性基材１５ａは、単結晶部材のように、結晶軸が存在すると偏光子の効果が発生するため、信号の偏波方向と結晶軸とのなす角が極力一致したものであることが必要である。したがって、透光性基材１５ａには、非晶質（アモルファス状、ガラス状）のの部材を使用することが好ましい。

透光性基材１５ａの下面には反射防止膜１５ｂが設けれ、上面には反射防止膜１５ｃおよびメタライズ膜１５ｄが設けられている。反射防止膜１５ｂは、透光性基材１５ａの下面の全面に設けられ、反射防止膜１５ｃは、窓部ガラス板１５の外周部を除く面に設けられている。メタライズ膜１５ｄと反射防止膜１５ｃとの隙間は、例えば０〜２ｍｍとする。

メタライズ膜１５ｄは、窓部ガラス板１５の外周部に環状に設けられ、例えば透光性基材１５ａ側からクロム層、ニッケル層および金層（Ｃｒ層／Ｎｉ層／Ａｕ層）が順次積層された３層構造、あるいはクロム層および金層（Ｃｒ層／Ａｕ層）が順次積層された２層構造を有する。メタライズ膜１５ｄの幅は、窓部ガラス板１５と蓋部材１６との接続強度に影響し、例えば０．４ｍｍ〜１．０ｍｍとする。メタライズ膜１５ｄが環状に設けられていることにより、メタライズ膜１５ｄに上に濡れ広がる半田層１７も環状となる。

窓部ガラス板１５におけるメタライズ膜１５ｄの上面と蓋部材１６の突出部１６ｃの下面の窓部１６ａを囲む部分との間には、環状に半田層１７が設けられ、この半田層１７により蓋部材１６と窓部ガラス板１５とが接合されている。半田層１７は、例えば金とすずとの合金（Ａｕ−Ｓｎ）からなる。

光学装置１では、上記のように、光学装置１の外部空間に対して、セラミック基板１１、蓋部材１６、半田層１７および窓部ガラス板１５にて囲まれた光学装置１の内部空間が密封されている。したがって、光学装置１の内部空間に存在する光学素子１２は、密封された状態となっている。また、光学装置１の内部空間には、ヘリウムと窒素との少なくとも一方の気体が外部圧力よりも陽圧な状態で満たされている。

図５の（ａ）は、図４に示した蓋部材１６の突出部１６ｃ、窓部ガラス板１５のメタライズ膜１５ｄおよび半田層１７の位置関係の一例を示す縦断面図、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）に示した部分の平面図である。図６の（ａ）は、図４に示した蓋部材１６の突出部１６ｃ、窓部ガラス板１５のメタライズ膜１５ｄおよび半田層１７の位置関係の他の例を示す縦断面図、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）に示した部分の平面図である。

環状のメタライズ膜１５ｄの内周側端縁部１５ｄ１は、図５の（ａ）（ｂ）に示すように、蓋部材１６の突出部１６ｃにおける窓部側端縁部１６ｃ１に対し、蓋部材１６の窓部１６ａの中心方向とは反対方向へ退行している。したがって、蓋部材１６は、メタライズ膜１５ｄの内周側端縁部１５ｄ１よりも蓋部材１６の窓部１６ａの中心方向へ突出している部分であるオーバーハング部１６ｃ２を有している。

また、環状のメタライズ膜１５ｄの外周側端縁部１５ｄ２は、図５の（ａ）（ｂ）に示すように、窓部ガラス板１５の透光性基材１５ａにおける外周側端縁部１５ａ１に対し、蓋部材１６の窓部１６ａの中心方向へ退行している。なお、メタライズ膜１５ｄの外周側端縁部１５ｄ２は、透光性基材１５ａの外周側端縁部１５ａ１と同じ位置（面一）であってもよい。

図５の（ａ）（ｂ）の例において、半田層１７の内周側端縁部１７ａは、蓋部材１６の突出部１６ｃにおける窓部側端縁部１６ｃ１の位置と、ほぼ同じ位置となっている。一方、半田層１７の外周側端縁部１７ｂは、透光性基材１５ａの周側端縁部１５ａ１に対して、窓部１６ａの中心方向とは反対の方向へ突出している。

図６の（ａ）（ｂ）の例における、蓋部材１６の突出部１６ｃ、窓部ガラス板１５のメタライズ膜１５ｄおよび半田層１７の位置関係は、図５の（ａ）（ｂ）の例と同じである。ただし、図６の（ａ）（ｂ）の例では、半田層１７の内周側端縁部１７ａは、蓋部材１６の突出部１６ｃにおける窓部側端縁部１６ｃ１に対し、蓋部材１６の窓部１６ａの中心方向へ突出している。

（光学装置１の製造方法）
上記の構成において、光学装置１の製造方法について以下に説明する。図７の（ａ）は、図４に示した窓部ガラス板１５の平面図、図７の（ｂ）は、図４に示した半田層１７の形成に使用する半田枠体１７ｐを示す平面図、図７の（ｃ）は、蓋部材１６と窓部ガラス板１５との間に半田枠体１７ｐを配置した状態を示す縦断面図、図７の（ｄ）は、半田枠体１７ｐにて形成された半田層１７により蓋部材１６と窓部ガラス板１５とが接合された状態を示す縦断面図である。

光学装置１を製造する際には、蓋部材１６、窓部ガラス板１５（図７の（ａ）参照）、蓋部材１６と窓部ガラス板１５との接合に使用する半田枠体１７ｐ（図７の（ｂ）参照）、セラミック基板１１、光学素子１２およびヒータ１３を用意する。ヒータ１３は予め光学素子１２の下面に接着剤にて貼りつけておく。

半田枠体１７ｐは、図７の（ｂ）に示すように、矩形の枠体形状を有するものである。半田枠体１７ｐの寸法は、窓部ガラス板１５のメタライズ膜１５ｄの寸法に対応し、メタライズ膜１５ｄとほぼ同じ寸法である。半田枠体１７ｐは、例えば板状の半田から型抜きにより切り出したものである。

光学装置１の製造工程では、まず、蓋部材１６と窓部ガラス板１５とを接合する。この工程では、図７の（ｃ）に示すように、窓部ガラス板１５のメタライズ膜１５ｄの上に半田枠体１７ｐを配置し、その上に蓋部材１６を配置する。

次に、図７の（ｃ）の状態にて、蓋部材１６、窓部ガラス板１５および半田枠体１７ｐを半田枠体１７ｐの溶融温度まで加熱する。この工程は、例えばリフロー半田付けの手法により行う。この場合の加熱は、常圧において空気または窒素の雰囲気下にて行われる。

その後、半田枠体１７ｐの溶融が進行すると、半田枠体１７ｐの半田により窓部ガラス板１５のメタライズ膜１５ｄおよび蓋部材１６の下面が濡れた状態となり、図７の（ｄ）に示すように、半田層１７により窓部ガラス板１５と蓋部材１６とが接合される。

次に、セラミック基板１１の凹部１１ａ上に、接合して一体化された光学素子１２およびヒータ１３を樹脂層１８にて固定する。

最後に、窓部ガラス板１５が接合されている蓋部材１６を、常圧かつヘリウムと窒素との少なくとも一方の雰囲気下にてセラミック基板１１にロウ付けする。

（光学装置１の利点）
図８の（ａ）は、光学装置１を製造する際の、半田層１７により窓部ガラス板１５を蓋部材１６に固定する工程において、窓部ガラス板１５の透光性基材１５ａに引張荷重が加わっている状態を示す説明である。図８の（ｂ）は、図８の（ａ）に示した各部の熱膨張係数の一例を示す説明図である。図９は、図８の（ａ）の構成に対する比較例であって、蓋部材１６の窓部側端縁部１６ｃ１の位置とメタライズ膜１５ｄの内周側端縁部１５ｄ１の位置とが、メタライズ膜１５ｄの幅方向において一致している場合において、窓部ガラス板１５の透光性基材１５ａに上記引張荷重が加わっている状態を示す説明である。

蓋部材１６と窓部ガラス板１５のメタライズ膜１５ｄとの間の、半田層１７となる半田枠体１７ｐを溶融させて、蓋部材１６に窓部ガラス板１５を固定する場合、半田枠体１７ｐの溶融した半田は冷却されて収縮する。この場合、半田の熱膨張係数は窓部ガラス板１５の透光性基材１５ａの熱膨張係数よりも大きいので、半田の熱膨張係数と透光性基材１５ａの熱膨張係数との差により、透光性基材１５ａには、図８の（ａ）に示すように、矢印にて示す引張荷重（引張応力）が加わる。

ここで、溶融した半田は、蓋部材１６のオーバーハング部１６ｃ２にも付着するので、オーバーハング部１６ｃ２により、半田層１７の幅方向（メタライズ膜１５ｄの幅方向）の中心方向への半田の収縮が抑制され、透光性基材１５ａに加わる引張荷重が緩和される。これにより、透光性基材１５ａでのクラックの発生を防止することができる。

一方、蓋部材１６の窓部側端縁部１６ｃ１の位置とメタライズ膜１５ｄの内周側端縁部１５ｄ１の位置とが、メタライズ膜１５ｄの幅方向において一致している場合には、蓋部材１６がオーバーハング部１６ｃ２を有していないことにより、半田層１７の幅方向の中心方向への半田の収縮抑制機能が減少する。このため、図９に示した構成では、図８の（ａ）に示した構成と比較して、透光性基材１５ａでのクラック発生の防止機能が低下する。

また、光学装置１では、蓋部材１６がオーバーハング部１６ｃ２を有しているので、窓部ガラス板１５のメタライズ膜１５ｄ上に濡れ広がった半田により形成される半田層１７の窓部１６ａ側の端部は、窓部１６ａ内へ突出し難くなっている（せり出し難くなっている）。これにより、半田層１７により窓部１６ａの開口面積が狭くなる事態を防止することができる。すなわち、窓部１６ａの開口面積を大きくするために、蓋部材１６すなわち光学装置１を大型化する事態を防止することができる。

また、光学装置１では、蓋部材１６をコバール（登録商標）にて形成し、透光性基材１５ａをコバール（登録商標）ガラスにて形成していることにより、蓋部材１６と透光性基材１５ａとの熱膨張係数が略等しく、蓋部材１６の熱膨張係数は半田層１７の熱膨張係数よりも小さいなっている。したがって、蓋部材１６が半田層１７の半田の冷却時に半田とともに収縮することがなく、オーバーハング部１６ｃ２を有する蓋部材１６によって、透光性基材１５ａでのクラックの発生を確実に防止することができる。

ここで、蓋部材１６、窓部ガラス板１５の透光性基材１５ａおよび半田層１７の各熱膨張係数の関係は、蓋部材１６の熱膨張係数と透光性基材１５ａの熱膨張係数とが等しく、蓋部材１６の熱膨張係数は半田層１７の熱膨張係数よりも小さいことが好ましい。

図８の（ａ）に示した各部の熱膨張係数は、図８の（ｂ）に示すように、蓋部材１６（コバール（登録商標））：５．１ｐｐｍ／Ｋ、透光性基材１５ａ（コバール（登録商標）ガラス）：５．０ｐｐｍ／Ｋ、半田層１７（Ａｕ−Ｓｎ半田）：１６．２ｐｐｍ／Ｋである。

なお、蓋部材１６の材料と透光性基材１５ａの材料との好ましい組み合わせは、蓋部材１６：コバール（登録商標）と透光性基材１５ａ：コバール（登録商標）ガラスとの組み合わせ以外に、次の組み合わせであってもよい。例えば、蓋部材１６（白金）：８．８ｐｐｍ／Ｋと透光性基材１５ａ（鉛ガラス）：８．４〜９．１ｐｐｍ／Ｋとの組み合わせであってもよい。または、蓋部材１６（タングステン）：４．５ｐｐｍ／Ｋと透光性基材１５ａ（ホウケイ酸ガラス）：４．３〜４．６ｐｐｍ／Ｋ、あるいは（アルミナ硅酸ガラス）４．２〜４．６ｐｐｍ／Ｋとの組み合わせであってもよい。または、蓋部材１６（炭素鋼）：１０．８ｐｐｍ／Ｋと透光性基材１５ａ（鉛ガラス）：１０．４ｐｐｍ／Ｋとの組み合わせ等であってもよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、光の光路を切り替えるスイッチとして利用することができる。

１ 光学装置
１１ セラミック基板
１２ 光学素子
１３ ヒータ
１５ 窓部ガラス板
１５ａ 透光性基材
１５ｂ 反射防止膜
１５ｃ 反射防止膜
１５ｄ メタライズ膜
１５ｄ１ 内周側端縁部
１５ｄ２ 外周側端縁部
１６ 蓋部材（筐体部材）
１６ａ 窓部
１６ｂ 外周部
１６ｃ 突出部
１６ｃ１ 窓部側端縁部
１６ｃ２ オーバーハング部
１７ 半田層
１７ａ 内周側端縁部
１７ｂ 外周側端縁部
１７ｐ 半田枠体
１８ 樹脂層

Claims (4)

1. 開口された窓部を有する筐体部材と、
   前記筐体部材の内部に設けられ、前記窓部を介して光が入射される光学素子と、
   前記窓部を塞ぐように設けられた窓部ガラス板とを備えている光学装置において、
   前記窓部ガラス板は、透光性基材および前記透光性基材の外周部に所定幅に形成されたメタライズ膜を有し、
   前記窓部ガラス板は、前記メタライズ膜と前記筐体部材との間に設けられた半田層にて前記筐体部材に固定され、
   前記筐体部材の前記窓部側の端縁部は、前記メタライズ膜の内周側の端縁部よりも、前記窓部の中心方向へ突出している部分であるオーバーハング部を有することを特徴とする光学装置。
2. 前記筐体部材は、金属フレームからなり、
   前記窓部ガラス板は、熱膨張係数が前記金属フレームに対応する封着用ガラスであり、
   前記半田層は、熱膨張係数が前記筐体部材および前記窓部ガラス板よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記筐体部材はコバール（登録商標）からなり、
   前記窓部ガラス板の前記透光性基材は、コバール（登録商標）ガラスからなることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
4. 前記メタライズ膜の幅方向における前記オーバーハング部の寸法は、０．２ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学装置。

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