JP2017097108A - 光偏向器ケース及びその製造方法、並びに光偏向器パッケージ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光偏向器に負荷を与えることなくガラスを固着することができ、且つ、揺動する光偏向器を収納することができる光偏向器ケース及びその製造方法、並びに光偏向器パッケージ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 光偏向器パッケージ２は、光偏向器ケース３、光偏向器ケース３の内部に収納される光偏向器４、光偏向器ケース３に固着されたガラスリッド５を備える。光偏向器ケース３の本体部３ａには、第１凹部３ｂ〜第３凹部３ｄが形成され、第２凹部３ｃには、光偏向器４が収納され固定されている。第３凹部３ｄは、光偏向器４の揺動時のワークスペースとなる。光偏向器ケース３の表面３ｅには、熱処理によりフリットガラス８が形成されている。ガラスリッド５は、レーザ照射器３６からのレーザ光３６ａにより溶融及び固化されるフリットガラス８により、光偏向器ケース３の表面３ｅに固着されている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、光を走査する光偏向器を収納する光偏向器ケース及びその製造方法、並びに光偏向器パッケージ及びその製造方法に関する。

レーザ等の光源からの光を走査する揺動可能な光偏向器と、この光偏向器を揺動可能に収納する光偏向器ケースと、光偏向器を覆ように光偏向器ケースの開口面に固着されたガラスとを備えた光偏向器パッケージがある。このような光偏向器パッケージは、超小型レーザプロジェクタ、車載用ヘッドアップディスプレイ等に搭載される。

光偏向器パッケージでは、例えば熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂によりガラスを固着している。このような樹脂による固着では、ガスバリア性、耐透湿性が低く、水蒸気や酸素が光偏向器パッケージ内部に侵入することがある。水蒸気や酸素が侵入すると、光偏向器が故障することがあるため、光偏向器パッケージでは、高い気密性が求められている。

パッケージの高い気密性を得るための技術として、例えば、特許文献１のシーム溶接封止用パッケージでは、ケースとしてのセラミックパッケージの開口縁に、金属製のシールリングを介して金属蓋をシーム溶接することにより封止し、且つ溶接時に、金属蓋の抵抗値よりシールリングの抵抗値の方が小さくなるようにすることで、金属蓋の発熱に起因した金属粉のパッケージ本体内への飛散を防止している。

また、特許文献２のＭＥＭＳ素子パッケージでは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）層が形成され、このＭＥＭＳ層に接続される第１，第２電極が配置されたガラス製の素子基板と、ガラス製の封止基板との間にガラスフリットを配置し、さらに、ガラスフリットと素子基板との間に金属酸化物膜を配置することで、封止基板を固着するためにガラスフリットにレーザ光を照射した場合にも、金属酸化物膜により、レーザ光から第１，第２電極を保護している。

特開平８−２９０２７２号公報 特開２０１２−１２１１１０号公報

しかしながら、特許文献１のシーム溶接封止用パッケージでは、セラミックパッケージ上にシールリングを取り付ける必要があり、コストアップし、パッケージのサイズも大型化する。さらに、特許文献１のシーム溶接封止用パッケージを用いて光偏向器を密閉した場合には、溶接時の金属粉の飛散や衝撃等の負荷により、光偏向器が故障することがある。

また、特許文献２のＭＥＭＳ素子パッケージでは、素子基板と封止基板との間に隙間を設けることができないため、１ｍｍΦ位のマイクロミラーが揺動する光偏向器を収納することができない。

本発明は、光偏向器に負荷を与えることなく開口面にガラスを固着することができ、且つ、マイクロミラーが揺動する光偏向器を収納することができる光偏向器ケース及びその製造方法、並びに光偏向器パッケージ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の光偏向器ケースは、光偏向器を揺動可能に収納するための凹部が形成された箱状の本体部を備え、前記凹部の開口を覆うように前記本体部に透明なガラスが固着されるセラミック製の光偏向器ケースであって、前記本体部の前記ガラスが固着される固着面には、融着されることで前記ガラスを固着するためのフリットガラスが熱処理により形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、本体部の凹部に光偏向器を揺動可能に収納することができる。また、本体部の固着面には、融着されることでガラスを固着するためのフリットガラスが熱処理により形成されているので、フリットガラスを融着させるだけで、凹部に収納した光偏向器に負荷を与えることなく、容易にガラスを本体部に固着することができる。

本発明において、前記セラミックは、焼結アルミナであり、前記固着面は、表面粗さがＰＶ（Peak to Valley）値で１０μｍ以下であることが好ましい。

セラミックは、焼結アルミナであり、固着面は、表面粗さがＰＶ値で１０μｍ以下であるので、光偏向器ケースとフリットガラスとの気密性を向上することができる。これにより、ガラスを本体部に固着した場合に、光偏向器ケースとガラスとの気密性を向上することができる。

本発明の光偏向器ケースの製造方法は、光偏向器を揺動可能に収納するための凹部が形成された箱状の本体部を備え、前記凹部の開口を覆うように前記本体部に透明なガラスが固着されるセラミック製の光偏向器ケースの製造方法であって、前記本体部の前記ガラスが固着される固着面に、溶融及び固化することで前記ガラスを固着するためのフリットガラスを熱処理により形成する熱処理工程を含むことを特徴とする。

本発明によれば、光偏向器を揺動可能に収納する本体部の固着面に、溶融及び固化することでガラスを固着するためのフリットガラスを形成した光偏向器ケースを製造することができる。

本発明において、前記熱処理工程の前に、前記固着面にフリットガラスペーストを形成するフリットガラスペースト形成工程を含み、前記熱処理工程は、前記フリットガラスペーストを加熱して乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥工程後に、前記フリットガラスペーストを加熱して前記フリットガラスペーストの有機物を分解する脱バインダー工程と、前記脱バインダー工程後に、窒素雰囲気中で前記フリットガラスペーストを加熱して溶融させることで表面を平滑にして前記フリットガラスを形成するグレーズ処理工程と、を含むことが好ましい。

熱処理として、固着面に形成したフリットガラスペーストを加熱して乾燥し、フリットガラスペーストを加熱してフリットガラスペーストの有機物を分解し、窒素雰囲気中でフリットガラスペーストを加熱して溶融させることで表面を平滑にしてフリットガラスを形成するので、熱処理後のフリットガラスは安定しており、フリットガラスが形成された光偏向器ケースを、製品として流通させることができる。

本発明の光偏向器パッケージは、光偏向器と、前記光偏向器を揺動可能に収納するための凹部が形成された箱状の本体部を有するセラミック製の光偏向器ケースと、前記凹部の開口を覆うように前記本体部に固着された透明なガラスと、前記本体部の前記ガラスが固着される固着面に形成されたフリットガラスと、を備え、前記フリットガラスは融着されており、該融着により前記ガラスが固着されていることを特徴とする。

本発明によれば、本体部の凹部に光偏向器を揺動可能に収納することができる。また、本体部の固着面に形成されたフリットガラスが融着されて、ガラスが固着されているので、凹部に収納した光偏向器には固着時に負荷が与えられておらず、故障や性能低下が抑制されている。

本発明において、前記光偏向器パッケージからのヘリウムリーク速度は、１．５×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下であることが好ましい。

光偏向器パッケージからのヘリウムリーク速度は、１．５×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下であるので、十分な気密性を確保することができる。これにより、気密性が低いことによる光偏向器の性能低下を抑制することができる。

本発明において、前記セラミックは、焼結アルミナであり、前記固着面は、表面粗さがＰＶ値で１０μｍ以下であり、前記ガラスの線熱膨張係数は、７〜１０ｐｐｍ／Ｋであることが好ましい。

セラミックは、焼結アルミナであり、固着面は、表面粗さがＰＶ値で１０μｍ以下であり、ガラスの線熱膨張係数は、７〜１０ｐｐｍ／Ｋであるので、光偏向器ケースとフリットガラスとの気密性を向上することができる。これにより、光偏向器ケースとガラスとの気密性を向上することができる。

本発明において、前記ガラスの厚みは０．５ｍｍ以上であることが好ましい。

ガラスの厚みは０．５ｍｍ以上であるので、０．５ｍｍ未満、例えば０．２ｍｍ程度のガラスに比べて、耐気圧性を向上することができ、２気圧程度の圧力印加でガラスが破損することを防止することができる。

本発明におけるもう一つの実施形態として、前記ガラスは、少なくとも２つの斜面を有する立体部と、前記固着面に固着される平面状の平面部とを備えることが好ましい。

ガラスは、少なくとも２つの斜面を有する立体部と、固着面に固着される平面状の平面部とを備えるので、部品を追加することなく、容易にガラス表面で反射した迷光が光偏向器に入射しないようにすることができる。

本発明の光偏向器パッケージの製造方法は、光偏向器と、前記光偏向器を揺動可能に収納するための凹部が形成された箱状の本体部を有するセラミック製の光偏向器ケースと、前記凹部の開口を覆うように前記本体部に固着された透明なガラスとを備えた光偏向器パッケージの製造方法であって、前記本体部の前記ガラスが固着される固着面に、溶融及び固化することで前記ガラスを固着するためのフリットガラスを熱処理により形成する熱処理工程と、前記熱処理工程後に、前記光偏向器を前記光偏向器ケースに収納して固定する収納工程と、前記収納工程後に、前記フリットガラスの幅以下の径の第１レーザ光を、前記ガラスを通して前記フリットガラスに照射して、前記フリットガラスを溶融及び固化させて前記ガラスを前記光偏向器ケースに固着する固着工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、本体部のガラスが固着される固着面に、フリットガラスを熱処理により形成し、光偏向器を光偏向器ケースに収納して固定し、フリットガラスの幅以下の径の第１レーザ光を、ガラスを通してフリットガラスに照射して、フリットガラスを溶融及び固化させてガラスを光偏向器ケースに固着するので、本体部の凹部に光偏向器を揺動可能に収納することができ、さらに、凹部に収納した光偏向器に負荷を与えることなく、ガラスを固着することができる。

本発明において、前記固着工程は、前記フリットガラスを溶融させる前記第１レーザ光を照射する第１照射工程と、前記第１照射工程後に、前記フリットガラスを溶融状態から緩やかに固化させる第２レーザ光を照射する第２照射工程と、を含むことが好ましい。

フリットガラスを溶融させる第１レーザ光を照射し、その後に、フリットガラスを溶融状態から緩やかに固化させる第２レーザ光を照射するので、フリットガラスが急激に冷却されて固化されるものに比べて、クラックの発生を抑制することができる。

本実施形態の光偏向器パッケージを示す斜視図。 光偏向器パッケージを示す分解斜視図。 光偏向器パッケージを示す端面図。 光偏向器を示す斜視図。 ミアンダ構造を有する圧電アクチュエータの動作を説明する図。 光偏向器パッケージの製造工程を示す模式的断面図。 光偏向器パッケージとレーザ照射器とを示す斜視図。 第２実施形態の光偏向器パッケージとレーザ照射器とを示す斜視図。 第３実施形態の光偏向器パッケージを示す端面図。

［第１実施形態］
図１に示すように、光偏向器パッケージ２は、光偏向器ケース３と、この光偏向器ケース３の内部に収納されて固定されたＭＥＭＳデバイスとしての光偏向器４と、光偏向器ケース３に固着された透明なガラスリッド５とを備える。光偏向器パッケージ２は、超小型レーザプロジェクタ、車載用ヘッドアップディスプレイ等に搭載される。

図２及び図３に示すように、光偏向器ケース３は、セラミック、例えばアルミナを融点（２０５０°Ｃ）に近い高温で焼結させた焼結アルミナ（線熱膨張係数ＣＴＥ：７．０ｐｐｍ／Ｋ）製で、箱状の本体部３ａを備える。本体部３ａには、第１凹部３ｂ〜第３凹部３ｄが形成され、本体部３ａは、第１凹部３ｂ〜第３凹部３ｄにより１面が開口されている。

第１凹部３ｂには、一端が光偏向器４に接続された接続ワイヤ７の他端が接続されている。第２凹部３ｃには、光偏向器４が収納され固定されている。第３凹部３ｄは、光偏向器４の揺動（駆動）時のワークスペースである。なお、図１では、接続ワイヤ７の図示を省略し、図２及び図３では、光偏向器４を簡略化して図示している。

ガラスリッド５は、厚さ０．５ｍｍのＢ２７０（線熱膨張係数ＣＴＥ：７．０ｐｐｍ／Ｋ）により構成され、詳しくは後述するように、光偏向器ケース３の表面（固着面）３ｅの全周に亘って形成されたフリットガラス８により、光偏向器ケース３の表面３ｅに固着されている。なお、ガラスリッド５の素材及び厚みは、適宜変更可能である。

光偏向器ケース３は、その製造時の最終工程において、表面３ｅが研磨されて、表面粗さがＰＶ（Peak to Valley）値で１０μｍ以下となっている。

光偏向器４は、例えば、ＭＥＭＳスキャナである。光偏光器の駆動方式には大別して圧電方式、静電方式、電磁方式があるが、いずれの方式であってもよい。本実施形態では、圧電方式の光偏光器を代表して説明する。

図４に示すように、光偏向器４は、２軸型光偏向器であり、半導体プロセスやMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用して作製され、一定の方向から入射する光を回転揺動するマイクロミラーとしての光偏向ミラー１０で反射し、反射光（レーザ光）として出射する。

光偏向器４は第１支持部１１を備え、この第１支持部１１は、光偏向ミラー１０、半環状圧電アクチュエータ１３ａ，１３ｂ、及びトーションバー１４ａ，１４ｂ等からなる。光偏向器４に入射した光は光偏向ミラー１０で反射され、反射光が走査される。

光偏向器４を駆動する場合には、制御装置（図示せず）から光偏向器４に制御信号を送信する。当該制御信号により光偏向器４の半環状圧電アクチュエータ１３ａ，１３ｂが駆動され、半環状圧電アクチュエータ１３ａ，１３ｂと結合したトーションバー１４ａ，１４ｂがねじれることで、光偏向ミラー１０を回動させる。

本実施形態では、２軸直交座標系において、円形の光偏向ミラー１０の中心を通る水平方向の回転軸をＸ軸、垂直方向の回転軸をＹ軸と定義する。また、図５においては、Ｘ軸を左右方向、Ｙ軸を上下方向、光偏向ミラー２０の厚み方向を前後方向としている。

光偏向器４は矩形環状の第２支持部１２を備え、この第２支持部１２の中央に第１支持部１１が配設されている。また、第１支持部１１の中心を通るＹ軸に対して線対称に、蛇腹状の圧電アクチュエータ２１ａ，２１ｂが配設され、第１支持部１１の辺部下端及び第２支持部１２を結合している。

圧電アクチュエータ２１ａ，２１ｂは、複数のカンチレバーを長手方向が隣り合う向きに並べて、上下方向端部で折り返して直列結合したミアンダ構造に形成されている。詳細は後述するが、上記制御信号により圧電アクチュエータ２１ａ，２１ｂを駆動させることで、第１支持部１１が水平方向、すなわち、図中の光偏向ミラー１０の中心を通るＸ軸線回りを往復回動する。

また、上述したように、半環状圧電アクチュエータ１３ａ，１３ｂを駆動させることにより、光偏向ミラー１０がトーションバー１４ａ，１４ｂの軸と一致し、図中の光偏向ミラー１０の中心を通るＹ軸線回りを往復回動する。

この結果、光偏向器４は、レーザ光を光偏向ミラー１０で反射する際、光を光偏向器４の前方に出射して、さらにＸ軸方向とＹ軸方向の２方向に走査することができる。

第２支持部１２の下方には、電極パッド２２ａ〜２２ｅ（以下、電極パッド２２という）と、電極パッド２３ａ〜２３ｅ（以下、電極パッド２３という）とが配設されている。電極パッド２２、２３は、圧電アクチュエータ２１ａ，２１ｂ及び半環状圧電アクチュエータ１３ａ，１３ｂの各電極に駆動電圧を印加できるように電気的に接続されている。

なお、圧電アクチュエータ２１ａ，２１ｂの部分がなくても光偏向器として機能させることができる。この場合、第１支持部１１の部分が支持体の役割を果たし、光偏向ミラー１０がＹ軸線回りを往復回動する１軸型光偏向器を構成する。

次に、図５を参照して、圧電アクチュエータ２１ａを例に動作を説明する。上述したように、光偏向器４は、圧電アクチュエータ２１ａ，２１ｂを動作させることにより、光偏向ミラー１０のＸ軸線回りの往復回動を可能としている。

図５Ａは、光偏向器４を表側から見たとき、左側に配設される圧電アクチュエータ２１ａを切り出した図である。圧電アクチュエータ２１ａは、圧電カンチレバーを４つ並べた形状であり、第１支持部１１から離れた方より順に、圧電カンチレバー２１ａ（１）、２１ａ（２）、２１ａ（３）、２１ａ（４）である。

例えば、圧電アクチュエータ２１ａにおいて、奇数番目の圧電カンチレバー２１ａ（１）、２１ａ（３）に第１の電圧を印加する。また、偶数番目の圧電カンチレバー２１ａ（２）、２１ａ（４）に、第１の電圧とは逆位相の第２の電圧を印加する。

このように電圧を印加することで、図５Ｂに示すように、奇数番目の圧電カンチレバー２１ａ（１）、２１ａ（３）を図５Ｂ中の上方向に屈曲変位させ、偶数番目の圧電カンチレバー２１ａ（２）、２１ａ（４）を図５Ｂ中の下方向に屈曲変位させることができる。

圧電アクチュエータ２１ｂは、圧電アクチュエータ２１ａと同様に４個の圧電カンチレバーから構成され、第１支持部２１に近い方より順に、１番目，２番目，３番目，４番目の圧電カンチレバーであり、奇数番目の２個の圧電カンチレバーを図５中の下方向に屈曲変位させ、偶数番目の２個の圧電カンチレバーを図５中の上方向に屈曲変位させることができる。

これにより、光偏向ミラー１０の図４中の上側（トーションバー１４ｂ側）より光偏向ミラー１０の図４中の下側（トーションバー１４ａ側）が図４中の前側になる（上側が図５中のＵ方向に動く）ように、光偏向ミラー１０を変位させることができる。

また、奇数番目の圧電カンチレバー２１ａ（１）、２１ａ（３）に第２の電圧を印加し、偶数番目の圧電カンチレバー２１ａ（２）、２１ａ（４）に、第１の電圧を印加することで、光偏向ミラー１０の上側（トーションバー１４ａ側）より光偏向ミラー１０の下側（トーションバー１４ｂ側）が図４中の前側になるように、光偏向ミラー１０を変位させることができる。これらの制御を連続して行うことで、光偏向ミラー１０をＸ軸線回りに回動（揺動）させることができる。

図６に示すように、光偏向器パッケージ２を製造する場合、光偏向器ケース３の表面３ｅの全周に亘って、幅６００μｍ、厚み２０μｍ、粘度１００Ｐａ・ｓのフリットガラスペーストの環状シールパターンを、スクリーン印刷により形成するフリットガラスペースト形成工程を行い、その後、フリットガラスペーストに対して熱処理を施す。

熱処理としては、加熱器（図示せず）によりフリットガラスペーストを１２０°Ｃで３０ｍｉｎ加熱して乾燥させる乾燥工程を行い、乾燥工程後に、加熱器により３５０°Ｃで１０ｍｉｎ加熱してフリットガラスペーストの有機物を分解する脱バインダー工程を行い、脱バインダー工程後に、窒素雰囲気中で加熱器により５００°Ｃで１０ｍｉｎ加熱して溶融させてフリットガラスペーストの表面を平滑にするグレーズ処理工程を行う。

図６Ａに示すように、上記の３工程からなる熱処理により、光偏向器ケース３の表面３ｅの全周に亘って厚み５μｍ、幅６００μｍのフリットガラス８が形成される。本実施形態では、フリットガラス８の線熱膨張係数ＣＴＥが７．０ｐｐｍ／Ｋ程度となるように、フリットガラスペーストの材料を選択し、熱処理を行う。この工程までが、光偏向器ケース３の製造方法である。なお、図２及び図６では、フリットガラス８の厚みを誇張して描いている。

グレーズ処理工程後のフリットガラス８は安定しているので、表面３ｅの全周に亘ってフリットガラス８が形成された光偏向器ケース３を、製品として流通させることができる。

次に、図６Ｂに示すように、ディスペンサにより熱硬化剤３１（例えば、エポキシ樹脂系のダイアタッチ剤）を、光偏向器ケース３の第２凹部３ｃの全周に亘って塗布した後、コレットにより吸着した光偏向器４を、第２凹部３ｃの熱硬化剤３１上の所定の位置に所定の荷重でマウントする。そして、光偏向器４が熱硬化剤３１上にマウントされた光偏向器ケース３を、電気オーブン内で１５０°Ｃで６０ｍｉｎ加熱して、熱硬化剤３１を硬化させる。これにより、光偏向器４が光偏向器ケース３に固定される。

図６Ｃに示すように、光偏向器４の固定後、２００°Ｃに加熱されたエリアにて、接続ワイヤ７の一端を光偏向器４に接続し、接続ワイヤ７の他端を光偏向器ケース３の第１凹部３ｂに設けられた接続部３３に接続する。接続部３３は、光偏向器ケース３の内部を通る導線（図示せず）を介して、光偏向器ケース３の底面に設けられた接続部（図示せず）に接続される。接続ワイヤ７は、複数設けられている。

図６Ｄ及び図７に示すように、接続ワイヤ７の接続後、ガラスリッド５をフリットガラス８の上にマウントする。そして、ガラスリッド５に加圧機等を用いて所定の荷重（例えば、９．８Ｎ）を加えながら、レーザ照射器３６を駆動し、レーザ照射器３６からのレーザ光（第１レーザ光）３６ａを、ガラスリッド５を通してフリットガラス８に照射する。本実施形態では、レーザ照射器３６は、フリットガラス８に対して均一な輝度の光が照射されるように、トップハット型のレーザ光３６ａを照射する。なお、図７では、接続ワイヤ７の図示を省略し、光偏向器４を簡略化して図示している。

さらに、レーザ照射器３６からのレーザ光３６ａが、フリットガラス８の全周に亘って所定速度（例えば、２０ｍｍ／ｓｅｃ）で照射されるように、レーザ照射器３６を図７の矢印方向に１周移動させる。このとき、レーザ照射器３６からのレーザ光３６ａがフリットガラス８のみに照射されるように移動させる。

レーザ照射器３６は、フリットガラス８を溶融温度（本実施形態では、６００°Ｃ）以上の温度にして溶融させるレーザ光３６ａ（例えば、波長８０４ｎｍ、出力２０Ｗ、ビーム径６００μｍ）を照射する。なお、レーザ光３６ａのビーム径は、フリットガラス８の幅以下であればよい。

本実施形態では、フリットガラス８は、レーザ光を吸収するためのフィラーとして、ＣｕＯ、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＺｎＯ等の金属酸化物が添加されている。これらの金属酸化物は、近赤外線波長である波長８００ｎｍ付近に吸収帯を有するので、レーザ照射器３６から波長８０４ｎｍのレーザ光３６ａが照射された場合に、レーザ光３６ａを効率よく吸収し、フリットガラス８の溶融温度である６００°Ｃ以上の温度に瞬時に上昇する。これにより、フリットガラス８が溶融される。

レーザ光３６ａにより溶融されたフリットガラス８は、レーザ光３６ａの照射範囲から外れると冷却されて固化する。このフリットガラス８の固化により、ガラスリッド５が光偏向器ケース３に固着される（図２参照）。

本実施形態では、レーザ照射器３６からのレーザ光３６ａをフリットガラス８のみに照射するので、余計な光が光偏向器４に入射することがなく、光偏向器４の温度上昇を１０〜２０°Ｃ程度に抑えることができる。また、レーザ光３６ａをフリットガラス８のみに照射するので、フリットガラス８から外れたレーザ光３６ａが光偏向器ケース３に入射することがなく、レーザ光３６ａによる光偏向器ケース３の熱膨張を抑制することができる。

レーザ光３６ａをフリットガラス８のみに照射するので、余計な光がガラスリッド５に入射することがなく、ガラスリッド５のクラックの発生を抑制することができる。これにより、例えば厚さ０．５ｍｍのガラスリッド５を光偏向器ケース３に固着することができる。なお、本発明の方法によれば、厚さ０．７ｍｍのガラスリッドも、光偏向器ケースに固着することができる。

また、レーザ照射器３６からのレーザ光３６ａのビーム径を、フリットガラス８の幅と同じにしているので、容易にレーザ光３６ａをフリットガラス８のみに照射することができる。

本実施形態では、レーザ照射器３６からトップハット型のレーザ光３６ａを照射してフリットガラス８を溶融させているので、中心の輝度が最も高く、中心から外側に向かうにつれて輝度が低くなるガウシアン分布となるレーザ光を照射してフリットガラス８を溶融させるものに比べて、レーザ出力を均一に照射することができる。これにより、フリットガラス８が溶融後に固化する際のガラスリッド５とフリットガラス８との剥離や、固着後のガラスリッド５のクラックの発生を抑制することができる。

さらに、光偏向器ケース３、ガラスリッド５及びフリットガラス８の線熱膨張係数ＣＴＥを同じ数値（７．０ｐｐｍ／Ｋ）としているので、フリットガラス８が溶融後に固化する際の応力によって、ガラスリッド５の剥離やクラックが発生することを抑制することができる。なお、光偏向器ケース３、ガラスリッド５及びフリットガラス８の線熱膨張係数ＣＴＥを７〜１０ｐｐｍ／Ｋで同じ数値とした場合にも、同様の効果を得ることができる。

光偏向器ケース３の表面３ｅは、研磨により表面粗さがＰＶ値で１０μｍ以下となっているので、光偏向器ケース３とフリットガラス８との気密性を向上することができる。これにより、光偏向器ケース３とガラスリッド５との気密性を向上することができる。

[実験]
露点温度−４０°Ｃの窒素が充填され、湿度をほぼゼロにした環境下で上記のようにガラスリッド５を光偏向器ケース３に固着して気密封止をし、周知のヘリウムリーク実験を行った。この実験の結果、リーク速度は、１．０×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／ｓであり、良好な気密性を得ることができた。なお、リーク速度は、１．５×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下であれば、良好な気密性を得ることができる。

また、本実施形態の光偏向器パッケージ２を用いて、８５°Ｃ、８５％ＲＨの環境下で光偏向器４の駆動実験を行った。比較例として、従来の樹脂により封止された光偏向器パッケージでも同様の実験を行った。

比較例では、５００時間を過ぎた辺りから、光偏向器の振れ角の減少が発生し、１０００時間経過後の振れ角は、実験開始時の約７０％まで低下した。

これに対して、本実施形態の光偏向器パッケージ２では、１０００時間経過後の振れ角は、実験開始時の９７％であった。

［第２実施形態］
図８に示す実施形態では、レーザ照射器３６に加えて、レーザ照射器４１からのレーザ光４１ａをフリットガラス８に照射する。なお、上記実施形態と同様の構成部材には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

レーザ照射器４１は、レーザ照射器３６の後に続けてフリットガラス８にレーザ光（第２レーザ光）４１ａを照射するように配置されている。なお、図８では、接続ワイヤ７の図示を省略し、光偏向器４を簡略化して図示している。

レーザ照射器４１は、フリットガラス８を溶融温度（本実施形態では、６００°Ｃ）未満で、例えば溶融温度より５０°Ｃ〜３００°Ｃ程度低い温度（例えば、４００°Ｃ）とし、溶融したフリットガラス８を緩やかに固化させるレーザ光４１ａ（例えば、波長８０４ｎｍ、出力１５Ｗ、ビーム径６００μｍ）を照射する。なお、本実施形態では、レーザ照射器４１は、トップハット型のレーザ光４１ａを照射する。

レーザ光３６ａにより溶融されたフリットガラス８は、レーザ光３６ａの照射範囲から外れると冷却されて固化が開始される。この冷却及び固化が急激に行われると、固化後にフリットガラス８等にクラックが発生することがある。本実施形態では、レーザ光３６ａにより溶融されたフリットガラス８は、レーザ光３６ａの照射範囲から外れた後も、暫くの間はレーザ照射器４１からのレーザ光４１ａの照射により４００°Ｃ程度に保たれる。これにより、緩やかに冷却及び固化が行われるので、冷却及び固化が急激に行われるものに比べて、クラックの発生を抑制することができる。

本実施形態でも、ヘリウムリーク実験、及び光偏向器４の駆動実験を行ったところ、上記第１実施形態と同様の結果を得ることができた。

［第３実施形態］
図９に示す実施形態では、光偏向器パッケージ５０は、立体的なガラスリッド５１が光偏向器ケース３に固着されている。なお、上記実施形態と同様の構成部材には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

ガラスリッド５１は、例えば、厚さ０．５ｍｍで、モールド性に優れたＤ２６３（線熱膨張係数ＣＴＥ：７．２ｐｐｍ／Ｋ）により構成され、２つの斜面からなる立体部５１ａと、平面状の平面部５１ｂとを備える。ガラスリッド５１の平面部５１ｂは、上記第１実施形態又は上記第２実施形態と同様の方法で、光偏向器ケース３に固着されている。

ガラスリッド５１は、以下のように製造される。先ず、ガラス転移点５５７°Ｃのガラス板を、ガラス転移点５５７°Ｃ以上の６００°Ｃ程度に加熱した２個の金型の間に挿入してプレス成型する。このプレス成型時には、ガラスリッド５１のフリットガラス８に載せる平面部５１ｂの平坦性が、プレス成型前のガラス板から出来るだけ変化しないように、金型形状や、金型の加熱を調整する。そして、プレス成型後のガラスリッド５１の立体部５１ａの両面に、光学多膜層からなる反射防止膜をコーティングする。

本実施形態でも、ヘリウムリーク実験、及び光偏向器４の駆動実験を行ったところ、上記第１実施形態と同様の結果を得ることができた。

ガラスリッドを通して光偏向器にレーザ光を入射させる光偏向器パッケージでは、ガラスリッド表面で入射光が反射して迷光となることがある。この迷光対策として、ガラスリッドを光偏向器に対して傾けて配置することが考えられる。ガラスリッドを光偏向器に対して傾けるためには、ガラスリッドにスペーサを溶着し、このスペーサを光偏向器ケースにシーム溶接する必要があり、この場合、光偏向器ケースに溶接用のリングを設けたり、スペーサにも溶接するためのつばを設ける必要があり、コストアップし、サイズも大型化してしまう。

本実施形態では、ガラスリッド５１は、光偏向器４に対して傾斜した立体部５１ａと、平面状の平面部５１ｂとを備えているので、平面部５１ｂにより容易に光偏向器ケース３に固着することができ、さらに、立体部５１ａにより迷光が光偏向器４に入射するのを防止することができる。これにより、光偏向器４を介して投影する二次元像を、迷光の入っていない綺麗な二次元像にすることができる。

２，５０…光偏向器パッケージ、３…光偏向器ケース、４…光偏向器、５，５１…ガラスリッド、７…接続ワイヤ、８…フリットガラス、１０…光偏向ミラー、１１，１２…第１，第２支持部、１３ａ，１３ｂ…半環状圧電アクチュエータ、１４ａ、１４ｂ…トーションバー、２１ａ，２１ｂ…圧電アクチュエータ、２２ａ〜２２ｅ…電極パッド、２３ａ〜２３ｅ…電極パッド、３１…熱硬化剤、３３…接続部、３６，４１…レーザ照射器、３６ａ，４１ａ…レーザ光

Claims (11)

1. 光偏向器を揺動可能に収納するための凹部が形成された箱状の本体部を備え、前記凹部の開口を覆うように前記本体部に透明なガラスが固着されるセラミック製の光偏向器ケースであって、
   前記本体部の前記ガラスが固着される固着面には、融着されることで前記ガラスを固着するためのフリットガラスが熱処理により形成されていることを特徴とする光偏向器ケース。
2. 請求項１に記載の光偏向器ケースにおいて、
   前記セラミックは、焼結アルミナであり、
   前記固着面は、表面粗さがＰＶ値で１０μｍ以下であることを特徴とする光偏向器ケース。
3. 光偏向器を揺動可能に収納するための凹部が形成された箱状の本体部を備え、前記凹部の開口を覆うように前記本体部に透明なガラスが固着されるセラミック製の光偏向器ケースの製造方法であって、
   前記本体部の前記ガラスが固着される固着面に、溶融及び固化することで前記ガラスを固着するためのフリットガラスを熱処理により形成する熱処理工程を含むことを特徴とする光偏向器ケースの製造方法。
4. 請求項３に記載の光偏向器ケースの製造方法において、
   前記熱処理工程の前に、前記固着面にフリットガラスペーストを形成するフリットガラスペースト形成工程を含み、
   前記熱処理工程は、
   前記フリットガラスペーストを加熱して乾燥させる乾燥工程と、
   前記乾燥工程後に、前記フリットガラスペーストを加熱して前記フリットガラスペーストの有機物を分解する脱バインダー工程と、
   前記脱バインダー工程後に、窒素雰囲気中で前記フリットガラスペーストを加熱して溶融させることで表面を平滑にして前記フリットガラスを形成するグレーズ処理工程と、を含むことを特徴とする光偏向器ケースの製造方法。
5. 光偏向器と、
   前記光偏向器を揺動可能に収納するための凹部が形成された箱状の本体部を有するセラミック製の光偏向器ケースと、
   前記凹部の開口を覆うように前記本体部に固着された透明なガラスと、
   前記本体部の前記ガラスが固着される固着面に形成されたフリットガラスと、
   を備え、
   前記フリットガラスは融着されており、該融着により前記ガラスが固着されていることを特徴とする光偏向器パッケージ。
6. 請求項５に記載の光偏向器パッケージにおいて、
   前記光偏向器パッケージからのヘリウムリーク速度は、１．５×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下であることを特徴とする光偏向器パッケージ。
7. 請求項５又は６に記載の光偏向器パッケージにおいて、
   前記セラミックは、焼結アルミナであり、
   前記固着面は、表面粗さがＰＶ値で１０μｍ以下であり、
   前記ガラスの線熱膨張係数は、７〜１０ｐｐｍ／Ｋであることを特徴とする光偏向器パッケージ。
8. 請求項５〜７のいずれか1項に記載の光偏向器パッケージにおいて、
   前記ガラスの厚みは０．５ｍｍ以上であることを特徴とする光偏向器パッケージ。
9. 請求項５〜８のいずれか1項に記載の光偏向器パッケージにおいて、
   前記ガラスは、少なくとも２つの斜面を有する立体部と、前記固着面に固着される平面状の平面部とを備えることを特徴とする光偏向器パッケージ。
10. 光偏向器と、前記光偏向器を揺動可能に収納するための凹部が形成された箱状の本体部を有するセラミック製の光偏向器ケースと、前記凹部の開口を覆うように前記本体部に固着された透明なガラスとを備えた光偏向器パッケージの製造方法であって、
    前記本体部の前記ガラスが固着される固着面に、溶融及び固化することで前記ガラスを固着するためのフリットガラスを熱処理により形成する熱処理工程と、
    前記熱処理工程後に、前記光偏向器を前記光偏向器ケースに収納して固定する収納工程と、
    前記収納工程後に、前記フリットガラスの幅以下の径の第１レーザ光を、前記ガラスを通して前記フリットガラスに照射して、前記フリットガラスを溶融及び固化させて前記ガラスを前記光偏向器ケースに固着する固着工程と、
    を含むことを特徴とする光偏向器パッケージの製造方法。
11. 請求項１０に記載の光偏向器パッケージの製造方法において、
    前記固着工程は、
    前記フリットガラスを溶融させる前記第１レーザ光を照射する第１照射工程と、
    前記第１照射工程後に、前記フリットガラスを溶融状態から緩やかに固化させる第２レーザ光を照射する第２照射工程と、
    を含むことを特徴とする光偏向器パッケージの製造方法。