JP2024525590A - ガラス要素を支持要素に一体的に結合する方法及び光学デバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、ガラス要素を支持要素に一体的に結合する方法（１００）であって、少なくとも１つの接触要素を支持要素の表面の接触凹部に挿入する工程（１０５）を含む方法（１００）に関する。加えて、方法（１００）は、表面を越えて突出する接触要素の一部分上にガラス要素を配置する工程（１１０）と、接触要素を介してガラス要素を支持要素に接続するために接触要素を局所的に加熱する工程（１１５）とを含む。方法（１００）はまた、挿入する工程（１０５）の前に、接触凹部（３１０）の少なくとも一部を分離層（３１５）で被覆する工程（２１０）を含む。

Description

本アプローチは、ガラス要素をキャリア要素に一体的に結合する方法及び光学デバイスに関する。

独国公開特許第１０ ２０１６ ２１３ ５６１ （Ａ１）号は、類似の膨張係数を有する材料が、結合、はんだ付け、又は溶接によって接続される方法を記載する。

出願公開第２００５３００９７６（Ａ）号は、光学部品をキャリア要素に接続する方法を開示している。欠点は、この方法のプロセス安定性が特定の材料の組み合わせに対して保証されないことである。

国際公開第２００６／０３４７７５（Ａ１）号は、ゼロ膨張材料からなる複合構造体及びそのような構造体の製造方法を開示しており、欠点は接着層の使用である。これは、経年劣化による部品の故障につながる可能性がある。

発明の開示
このことを考慮して、本アプローチはガラス要素をキャリア要素に一体的に結合する方法、及び主請求項に記載の光学デバイスを提示する。有利な実施形態は、それぞれの従属請求項及び以下の説明からもたらされる。

位置決め装置又は高精度の長さ又は角度測定デバイスのような物体のために、セラミックキャリアにしっかりと接続された平坦なガラス表面が必要とされる。同時に、部品は、その加工、製造及び輸送中に温度変動にさらされる可能性がある。ここで提示されるアプローチによって、ガラスとセラミックとの堅固で接着剤のない接続を実現することができ、これは、室温又は別の所定の動作温度での動作中のプロセス又は輸送に関連する加熱後であっても平坦な表面を有することができる。

ガラス要素をキャリア要素に一体的に結合する方法が提示されるが、この方法は、少なくとも１つの接触要素をキャリア要素の表面の接触凹部に挿入する工程を有する。加えて、本方法は、表面上に突出する接触要素の一部分上にガラス要素を配置する工程と、接触要素を介してガラス要素をキャリア要素に接続するために、接触要素を局所的に加熱する工程とを含む。例えば、ガラス要素は、例えば約２０重量％以下のＴｉＯ_２含有量を有することができるチタンドープ石英ガラスとすることができる。加えて、ガラス要素の平均線熱膨張係数（ＣＴＥ）は、例えば、９５％の信頼水準で５℃から３５℃まで０±３０ｐｐｂ／℃（ｐｐｂパーツパービリオン）であってもよい。これは、例えば、超低膨張ガラスの場合である。キャリア要素は、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）で作られたセラミックキャリア、又は金属キャリアであり得る。キャリア要素の他の材料は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム、サファイア、ダイヤモンド又は石英ガラスなどの単結晶又は多結晶固体、あるいはケイ素及び炭化ケイ素の混合物（Ｓｉ／ＳｉＣ）、特に反応結合されたケイ素フィルタリングされた炭化ケイ素材料、あるいは炭化ホウ素Ｂ４Ｃ又はケイ素フィルタリングされた炭化ホウ素（ＳｉＢ_４Ｃ）又はＡｌＮ又はＡｌ_２Ｏ_３であり得る。例えば接着又ははんだ付けによってガラス要素をキャリア要素に接続するとき、任意の有機接着剤は、その典型的な収縮及び熱膨張特性を、炭化ケイ素及びガラスの剛性及び低膨張構造にもたらすことができる。特に、非常に低い熱膨張係数を有するガラス（例えば、超低膨張ガラス）とＳｉ／ＳｉＣセラミックとの直接溶接は、一酸化炭素の形成及び追加的又は代替的には二酸化炭素の形成のために、問題があるか、不可能でさえあり得る。したがって、この方法において提示される挿入工程は、最初に、例えばガラスから設計されてもよく、したがってガラスダボとも呼ばれ得る接触要素を、キャリア要素内の接触凹部内に導入する。例えば、接触要素は、ガラス要素と同じ材料、又はガラス要素よりも低い溶融温度を有する材料から作製することができる。例えば、接触要素は、ガラスはんだ体、すなわちガラスはんだ、有利には低融点はんだガラスの成形片として設計することもでき、安定したガラスはんだを有利に使用することができる。結晶化ガラスはんだとは対照的に、安定しているガラスはんだは、従来のガラスのように挙動することができる。はんだ接合部が再加熱されると、その軟化は、以前のはんだ付けプロセスと同じ温度依存性を示す可能性がある。有利には、接触要素は、ガラス要素よりも低い軟化温度を有することができる。ここで提示される方法では、そのような接触要素又は同様の接触要素は、キャリア要素とガラス要素との間の接続を行うために使用される。この目的のために、ガラス要素は、キャリア要素の表面の上に突出する接触要素（複数の場合）の部分上に配置され、キャリア要素の表面とガラス要素との間に空隙が残る。したがって、局所加熱する工程において、ガラス要素は、接触要素のみを介して、又は複数の接触要素が設けられている場合にはこれらの接触要素を介して、材料結合によってキャリア要素に接続することができる。有利なことに、これにより、例えばガラスとセラミックとの間に、強固で、物質的に結合され、同時に接着剤のない接続を形成することができる。局所的に加熱する工程では、接触要素からの溶融材料がガラス要素を濡らして、はんだ付けプロセスの意味での接続を形成することができる。溶接プロセスの意味での接続を作り出すために、接触要素の溶融材料がガラス要素の局所的に溶融した材料と結合することも可能である。いくつかの接触要素が設けられる場合、局所加熱する工程は、接触要素の各々に対して順に実行され得る。あるいは、例えば複数のレーザビームを使用して、複数の接触要素を同時に局所的に加熱することが可能である。局所的に加熱する工程の間、キャリア要素及びガラス要素は、局所的に加熱された場所を除いて、室温を有することができる。代替的に、局所的加熱工程において、キャリア要素及びガラス要素は、局所的に加熱された位置を除いて、所定の温度を有してもよく、これは、完成した配置の意図された動作温度に対応してもよい。

有利には、いくつかのそのような接触要素、特に有利には少なくとも３つの接触要素を設けることができ、それらは互いに距離を置いて配置される。１０個以上の接触要素を設けることが特に有利である。

一実施形態によれば、本方法は、挿入する工程の前に接触凹部を形成する工程を有してもよい。例えば、接触凹部は、成形工程においてピットの形態で、例えばボアを通して挿入することができる。択一的には、例えばセラミックから設計されたキャリア要素に、製造プロセス中に相応の凹部を形成することができる。形成工程の利点は、接触凹部が、後続の挿入工程において挿入される接触要素に最適に適合され得ることである。

この方法は、挿入工程の前に、接触凹部の少なくとも一部を分離層で被覆する工程を含む。例えば、挿入工程において接触要素が挿入される接触凹部の表面全体を分離層で被覆することができる。バリア層とも呼ぶことができる分離層は、例えば炭化ケイ素から設計されたキャリア要素を接触要素のガラスから化学的に分離された状態に有利に保つために、例えばケイ素（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）又は高融点金属及び追加的又は代替的に前述のファブリックの酸化物及び追加的又は代替的に高融点金属シリサイドで設計することができる。分離層は、接着性を改善するために、及び追加的に又は代替的に、例えばガラスはんだが溶融するときにガラスはんだの発泡をもたらし得る、ガラスはんだとキャリア要素との化学反応を防止するために設けられ得る。

更なる実施形態によると、本方法は、接触要素をキャリア要素に接続するために接触要素を加熱する工程を有してもよく、加熱する工程は、挿入する工程の後に行われてもよい。例えば、接触要素は、温度が上昇するとキャリア要素との材料接続を形成することができるガラスはんだと同様に使用することができる。例えば、接触要素は、ガラス温度、変態温度又は軟化温度とも呼ばれ得る接触要素の溶融温度を超えて加熱することができ、軟化したガラスは、キャリア要素又はキャリア要素を覆うバリア層を濡らすことができる。有利には、キャリア要素及び接触要素又は設けられたすべての接触要素を一緒に加熱することができる。加熱する工程は、例えば、空気又は不活性ガスを用いる工業炉、又は真空炉などの通常の溶融炉を用いる炉プロセスとして、又はレーザビームを用いて実行することができる。設けられた接触要素を備えたキャリア要素、又は接触要素を備えたいくつかのキャリア要素は、一緒にオーブンに挿入され得る。代替的に、接触要素をキャリア要素に接続するために接触要素を加熱する工程は、局所的な加熱によって実行することができ、キャリア要素は、そうでなければ室温のままである。有利なことに、この部分で説明される加熱工程は、キャリア要素と接触要素との間の時間節約的かつ費用効果的な接続を生成することができる。有利には、接続された接触要素を有するキャリア要素は、この工程の後に室温まで冷却され得る。次いで、部分の厚さを減少させる工程、及び追加的に又は代替的に、ガラス要素を室温に置く工程を行うことができる。

更なる実施形態によれば、加熱する工程において、表面上に突出する接触要素の部分は、カラーとして広げられてもよく、追加的に又は代替的に、ガラス板の法線方向に突出する丸いキャップとして形成されてもよい。例えば、挿入する工程の後に、接触要素の４分の３をキャリア要素内に挿入することができ、４分の１をキャリア要素の表面から突出させることができる。加熱する工程において、接触要素は、特に、表面の上に突出する部分において加熱され得、それによって、部分は、カラーを形成するように膨張し得、結果として、接触凹部の半径よりも大きくなり得る半径を有することができる。有利には、これにより、接触要素とキャリア要素の表面との間に材料接続を形成することができる。追加的又は代替的に、この部分は、加熱中に丸みを帯びたキャップに形成され得る。有利には、接触凹部の縁部を越える接触要素の半径の拡大を回避又は制限することができ、必要であれば、キャリア要素とガラス要素との間の接続を局所的に最小限に制限することができる。

更なる実施形態によると、本方法は、搭載する工程の前に、部分の厚さを減少させる工程を含んでもよい。例えば、キャリア要素の表面の上に突出する接触要素の部分は、前の加熱工程によって少なくとも部分的に溶融されてもよく、その結果、その部分の接触面は不規則性を有してもよい。このため、還元工程において、当該部分の接触面を平坦化することができる。有利には、そのような不規則な部分は、例えば研削によって、縮小工程中に平らにすることができる。例えば、１０μｍ～２００μｍのキャリア要素の表面上の１つ又は複数の接触要素の突出を有利に達成することができる。これにより、キャリア要素とガラス要素との間に所定の厚さのギャップを形成することができる。数マイクロメートルまで、例えば０．１μｍまでの領域における接触要素の表面の残留変形は、例えば研削及び研磨プロセスによって除去することができる。有利には、接触要素は、後続の配置工程においてガラス要素を平坦な表面上に配置することができるように、縮小工程において機械加工することができる。更に、いくつかの接触要素が設けられる場合、これらの接触要素は、それらの平坦な表面が共通の平面内にあるように水平にされ得る。これにより、ガラス要素を接触要素上に、又は複数の接触要素が設けられている場合にはこれらの接触要素上に平坦に置くことが可能になる。これにより、接続プロセス、及び追加的又は代替的に、キャリア要素とガラス要素との間のその後の接続の強度を最適化することができる。各接触要素の平坦化された表面及び共通平面からのずれの両方の平坦度は、有利には１μｍ未満であり得る。

更なる実施形態によると、接触要素は、反応性溶接プロセスを使用して、挿入工程において挿入されることができる。例えば、反応性溶接は、時間及びコストを有利に節約するために、追加の加熱する工程の代替として実行することができる。

更なる実施形態によると、接触要素は、局所加熱する工程において、レーザビームを使用して加熱されることができる。例えば、スポットレーザ溶接などのスポット熱接続プロセスを局所加熱する工程において使用することができ、この場合、接触要素を溶融してガラス要素に接続するために、ガラスダボ（接触要素）を、例えばガラス要素を通してレーザビームで局所的に照射することができる。有利には、接触要素は、その溶融温度を超えて加熱することができ、ガラスダボの軟化したガラスは、ガラス要素を濡らすことができる。ガラス要素を接触要素に接続する間、キャリア要素の温度は、有利には、その後の室温への冷却中の曲がりを回避するために、レーザビームを使用して室温のままにすることができる。例えば、ガラス要素と接触要素との間の接続は、短いパルスによって行うことができる。これは、加熱が非常に局所的にのみ行われ、溶接又ははんだ付け又は接着焼戻しにおけるような部品全体の加熱を回避することができるという利点を有する。したがって、レーザ溶接の使用は、この方法が、キャリア要素の温度をほぼ一定に保ちながら、短いレーザパルスによって溶接プロセスのための局所的に十分な温度上昇を可能にするので、特に有利である。あるいは、例えばレーザを用いて反応性結合プロセスを開始することができる。

更なる実施形態によると、挿入工程において、接触要素は、円筒形又は球形若しくは部分的に球形又は楕円形又はトロイダル形状であり得る。例えば、接触要素は、キャリア要素の接触凹部に挿入され、キャリア要素にしっかりと接続され得るガラスシリンダとして成形され得る。有利なことに、そのようなシリンダ又は前述の金型のうちの１つは、費用効果的に製造及び保管することができる。

更なる実施形態によると、ガラス要素及びキャリア要素は、光学デバイスを製造するために、局所加熱する工程において接続され得る。例えば、光学デバイスは、位置決め装置の一部として、例えばｘｙテーブル（ｘｙステージ）用のエンコーダとして、又はゴニオメータ用の角度エンコーダとして使用することができ、キャリア要素とガラス要素との間の材料接続は、光学デバイスの使用範囲を有利に拡張し、その耐荷重能力を増加させることができる。

更なる実施形態によると、本方法は、セラミック要素の形態でキャリア要素を提供する工程と、付加的又は代替的に、超低膨張ガラスの形態でガラス要素を提供する工程と、付加的又は代替的に、ホウケイ酸ガラス要素の形態で接触要素を提供する工程とを含んでもよい。例えば、キャリア要素は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）又はケイ素窒化炭化ケイ素（Ｓｉ／ＳｉＣ）から設計することができ、その結果として、有利には、特に高い硬度及び高温耐性を有することができる。いわゆる超低膨張ガラスとして、ガラス要素は、有利には、非常に低い熱膨張係数を有することができ、したがって、様々なデバイスにおいて、例えば、反射望遠鏡における大型望遠鏡ミラーのためのキャリアとして使用することができる。キャリア要素をガラス要素に接続するための接触要素として、例えばホウケイ酸ガラスを使用することができる。ホウケイ酸ガラスは、例えば、ガラスはんだと同様に、キャリア要素及びガラス要素の両方との材料接続を形成することができる。接触要素は、キャリア要素よりも高い熱膨張係数を有してもよく、これは、温度変化の場合に、例えば、接触要素がキャリア要素に接続された後に冷却するときに、機械的応力につながる可能性があり、これは、例えば、キャリア要素からの接触要素の引き剥がしにつながる可能性がある。小さな寸法を有する接触要素を使用して、機械的応力を取るに足らないレベルまで最小化することができる。例えば、各接触要素の最大直線寸法は、１ｍｍ未満であり得る。ガラス要素とキャリア要素との間の接続の必要な強度を保証するために、対応する数の接触要素を設けることができる。有利には、接触要素は、キャリア要素よりも低い熱膨張係数を有することができる。特に、円筒形の接触要素と、キャリア要素内の円筒形の凹部とが設けられる場合、材料接続に加えて、キャリア要素内での接触要素のクランプ効果を達成することができる。代替的に、接触要素は、キャリア要素と同様の熱膨張係数を有してもよく、それにより、接触要素は、温度が変化したとき、例えば、溶接プロセス中、又は接触要素をキャリア要素に接続するための接触要素の加熱中に、キャリア要素と同様の応力変化を経験し得る。接触要素及びキャリア要素は、例えば２０℃の室温まで一緒に冷却されたときに、機械的応力がないままであり得る。有利には、ホウケイ酸ガラスを使用する場合、キャリア要素及び接触要素の両方について分離層を不要にすることができる。この段落の目的のために、熱膨張係数は、接触要素の軟化温度と室温との間の平均値とみなすことができる。

別の実施形態によれば、挿入する工程において、複数の接触要素を、キャリア要素の表面の複数の接触凹部に挿入することができる。この場合、複数の接触凹部を一列に配置することができる。例えば、複数の接触凹部は、円などの閉曲線に沿って、又は矩形形状に沿って継ぎ目線の形態で配置することができる。有利には、複数の接触要素を使用することによって、接続の安定性を高めることができる。

更なる実施形態によれば、ガラス要素を接触要素に対して押し付けるために、局所加熱する工程中にガラス要素に少なくとも一時的に圧力を加えることができる。例えば、機械的圧力を局所的に、又はガラス要素の表面全体にわたって加えることができる。有利なことに、これは、接触要素へのガラス要素の接続を加速することができる。また、ガラス要素が接触要素に接触することを確実にすることができる。これは、局所加熱する工程中に接触要素上で溶融した材料がガラス要素を濡らすことができることを確実にする。接触要素の局所的に溶融した材料でガラス要素を濡らした後、機械的張力を回避するために、接触圧力を低減又は除去することができる。

更に、接触凹部を有するキャリア要素とガラス要素とを有する光学デバイスが提示され、キャリア要素及びガラス要素は、接触凹部に挿入された接触要素によって互いに接続される。光学デバイスは、例えば、上述した方法の変形例を用いて製造されてもよい。有利なことに、そのような光学デバイスは、光エンジン、又は光学エンコーダ若しくは他の高精度光学モジュールなどのセンサモジュールにおいて使用されることができる。そのような部品ユニットは、曲げ又は熱ドリフトなしに必要な特性を保証するためにそこで必要とされ得る。

一実施形態によれば、光学デバイスは、長さ及び追加的又は代替的に幾何学的位置を検出するための光学センサ装置を有してもよい。例えば、この目的のためのガラス要素は、位置マーク又はスケールマーカなどの幾何学的測定実施形態を有してもよい。有利なことに、光学デバイスは、したがって、感知システムとして、又はそのようなシステムの一部として、例えば、ｘｙステージ内のエンコーダの一部として、又はゴニオメータのための角度エンコーダとして使用されることができる。

ここで提示されるアプローチの例示的な実施形態は、図面に示され、以下の説明においてより詳細に説明される。

以下が示されている。
ガラス要素をキャリア要素に一体的に結合する方法の例示的な実施形態を示す。 ガラス要素をキャリア要素に一体的に結合する方法の例示的な実施形態を示す。 挿入された接触要素を有するキャリア要素の例示的な実施形態の概略図を示す。 挿入された接触要素を有するキャリア要素の例示的な実施形態の概略図を示す。 挿入された接触要素を有するキャリア要素の例示的な実施形態の概略図を示す。 挿入された接触要素を有するキャリア要素の例示的な実施形態の概略図を示す。 取り付けられたガラス要素を有するキャリア要素の例示的な実施形態の概略図を示す。 取り付けられたガラス要素を有するキャリア要素の例示的な実施形態の概略図を示す。 光学デバイスの例示的な実施形態の概略図を示す。 複数の接触凹部の配置を有するキャリア要素の例示的な実施形態の概略上面図を示す。

本発明の有利な例示的な実施形態の以下の説明では、様々な図に示され、同様な効果を有する要素には同一又は類似の参照符号が使用され、これらの要素の繰り返しの説明は省略する。

図１は、ガラス要素をキャリア要素に一体的に結合するための方法１００の例示的な実施形態のフローチャートである。単なる例として、キャリア要素は、ケイ素フィルタリングされた炭化ケイ素（Ｓｉ／ＳｉＣ）から作られたセラミックキャリアであり、ガラス要素は、いわゆる超低膨張ガラスからなるガラス板である。Ｓｉ／ＳｉＣは、例えば、室温と１０００℃との間でわずか４ｐｐｍ／Ｋの熱膨張係数を有することができる。方法１００は、キャリア要素の表面の接触凹部に少なくとも１つの接触要素を挿入する工程１０５を含む。この例示的な実施形態では、接触要素は、反応性溶接プロセスを使用して挿入されるだけである。例示的な実施形態の変形例では、オーブンプロセスを使用することができる。更に、方法１００は、キャリア要素の表面の上方に突出する接触要素の一部分上にガラス要素を配置する工程１１０を含み、例示的にのみ、ガラス板は、キャリア要素の表面に平行に位置合わせされ、接触要素と機械的に接触させられる。これにより、キャリア要素の表面とガラス要素との間に空隙が生じる。次の局所加熱する工程１１５において、接触要素を介してガラス要素をキャリア要素に接続するために、接触要素が加熱される。この例示的な実施形態では、ガラス要素と接触要素との機械的接続は、レーザビームによるスポット溶接によってのみ実現され、これは、ガラス要素とキャリア要素との間の接続を間接的に生成する。ここで使用されるレーザビームは、接触要素及びガラス要素を局所的に加熱するために、例えば１０ナノ秒の持続時間の短いパルスに設定されるだけである。短いパルスの使用は、非常に局所的にのみ加熱することを可能にし、通常の溶接又ははんだ付け又は接着焼戻しにおけるように、部品全体を加熱することを可能にしない。この例示的な実施形態において、ガラス要素及びキャリア要素は、光学デバイスを製造するために、局所加熱する工程において接続される。

図２は、ガラス要素をキャリア要素に一体的に結合するための方法１００の例示的な実施形態のフローチャートである。本明細書に示される方法１００は、本明細書に示される方法１００が追加の任意の工程を含むことを除いて、前の図で説明された方法と同じ又は同様である。

例示的な一実施形態では、方法１００は、セラミック要素の形態のキャリア要素と、超低膨張ガラスの形態のガラス要素と、ホウケイ酸キャットガラス要素の形態の接触要素とを提供する工程２００を有する。接触要素はホウケイ酸ガラスで作られ、キャリア要素はＳｉ／ＳｉＣセラミックで作られる。この例示的な実施形態において、ホウケイ酸ガラスは、溶接温度と室温との間で、Ｓｉ／ＳｉＣキャリア要素とは異なる熱膨張係数を有する。例えば、ホウケイ酸ガラスの熱膨張係数は、室温から３００℃の間で３．２５ｐｐｍ／Ｋであり、Ｓｉ／ＳｉＣの熱膨張係数は４．０ｐｐｍ／Ｋである。この例示的な実施形態では、接触要素は比較的小さい寸法を有するので、熱膨張差によって、冷却中に接触要素がキャリア要素から引き剥がされることはない。

例示的な一実施形態では、提供する工程２００の後に、接触凹部を形成する工程２０５が続く。接触凹部は、例えばボアによってキャリア要素に挿入されるだけであり、接触要素の寸法に適合される。

１つの例示的な実施形態において、接触凹部は、その後、被覆プロセスの工程２１０において分離層で被覆される。この例示的な実施形態において、バリア層とも称され得る分離層は、キャリア要素を接触要素から化学的に分離するために、ケイ素を用いて設計される。別の例示的な実施形態では、分離層は、例えば、追加的又は代替的に、ゲルマニウム（Ｇｅ）又は高融点金属又はファブリックの酸化物、及び追加的又は代替的に高融点金属シリサイドを有してもよい。この例示的な実施形態では、被覆の工程２１０の後に、キャリア要素の被覆された接触凹部への接触要素の挿入の工程１０５が続く。１つの例示的な実施形態では、形成工程においてキャリア要素の表面に複数の接触凹部を形成することもでき、挿入工程において複数の接触凹部に複数の接触要素を挿入することができる。この場合、複数の接触凹部を一列に配置することができる。例えば、複数の接触凹部は、円などの閉曲線に沿って、又は矩形形状に沿って継ぎ目線の形態で配置することができる。

例示的な一実施形態では、挿入の工程１０５の後に、接触要素をキャリア要素に接続するために接触要素を加熱する工程２１５が続く。例えば、接触要素及び任意選択的にキャリア要素も、接触要素とキャリア要素との間の材料ロック接続を可能にする接続温度まで加熱される。単なる例として、加熱する工程２１５は、通常の溶融炉を使用する炉プロセスとして実行される。別の例示的な実施形態では、加熱は、真空炉を使用して、又はレーザビームによって実行することができる。この例示的な実施形態では、キャリア要素の表面の上に突出する接触要素の部分は、加熱によってカラーとして拡張され、ここでは、単に例として溶融される。続いて、この例示的な実施形態では、接触要素をキャリア要素に恒久的に接続するために、部品が冷却される。この例示的な実施形態におけるホウケイ酸ガラス要素及びＳｉ／ＳｉＣセラミック要素は異なる熱膨張係数を有するため、例えば２０℃の室温のみへの冷却を含む加熱の工程２１５は、小さい寸法の接触要素を使用することによって、それにもかかわらず実質的に低い機械的応力で実行することができる。別の例示的な実施形態では、機械的応力又は不均一性は、はんだ付けによって引き起こされ得る。はんだ付け中、例えば、部品全体をはんだ付け温度まで加熱することができる。室温まで冷却すると、接合位置をはんだの凝固温度に固定することができるので、はんだ付けされた部分の膨張係数が異なる場合、冷却によって熱誘起応力が生成され、これが表面の曲がりにつながる可能性がある。この効果は結合と同等であり、はんだの固化温度は接着剤のガラス転移温度に対応することができる。

１つの例示的な実施形態では、ここに示す方法１００において、加熱する工程２１５の後に還元工程２２０が続く。例えば、キャリア要素の表面の上に突出する冷却された接触要素の部分の１つの厚さのみが研削及び研磨され、接触要素の平坦な表面をもたらす。これにより、接触要素の表面の残りの変形が除去される。複数の接触要素を有する例示的な実施形態では、いくつかの既存の接触要素の表面も、共通の平面に水平化され得る。１μｍ未満の平坦度は、一例として達成されるにすぎない。ガラス要素は、次の工程１１０において、キャリア要素から離れて面するこの平坦な表面上に配置される。

これに続いて、接触要素を介してガラス要素をキャリア要素に接続するための局所加熱する工程１１５が行われる。それによって、この例示的な実施形態では、局所的に加熱する工程１１５は、レーザビームを使用して実行される。ここで、レーザビームは、例えば、接触要素をガラス要素に確実に接続するために、接触要素の表面にわたってのみ案内される。同時に、この局所加熱する工程１１５において、ガラス要素を接触要素に押し付けるために、圧力がガラス要素に加えられる。圧力は、例えば、ガラス要素上に別のガラス要素を配置することによって、表面全体にわたって、又は接触要素（複数可）の領域に局所的にのみ加えることができる。この例示的な実施形態では、ガラス要素は、キャリア要素よりも低い熱膨張係数を有するが、これにより、ガラス要素とキャリア要素の間の点状の接続が局所的な加熱によってのみ生じるため、機械的応力が発生しない。

図３は、挿入された接触要素３０５を有するキャリア要素３００の例示的な実施形態の概略図を示す。単なる例として、キャリア要素は、Ｓｉ／ＳｉＣセラミックで作られた要素であり、接触要素３０５は、ガラスはんだとも呼ばれ得るホウケイ酸ガラスで作られた円筒形要素である。別の例示的な実施形態では、接触要素は、球形若しくは部分的に球形又は楕円形又はトロイダル形状であってもよい。この例示的な実施形態では、円筒形接触要素３０５は、接触要素３０５が挿入される接触凹部３１０の形状に適合される。この例示的な実施形態では、接触凹部３１０は、キャリア要素３００から接触要素３０５を化学的に分離するために、分離層３１５で被覆される。この例示的な実施形態では、キャリア要素３００は、更なる分離層３２５で被覆され、更なる接触要素３３０が挿入される更なる接触凹部３２０も備える。更なる接触要素３３０は、接触要素３０５と同等であるように設計される。

図４Ａ及び図４Ｂは、挿入された接触要素３０５を有するキャリア要素３００の例示的な実施形態の概略図を示す。ここで示されるキャリア要素３００及び接触要素３０５は、先の図３で説明されたキャリア要素及び接触要素に対応するか、又は同様である。接触要素の異なる可能な形状が図４Ａ及び図４Ｂに示されている。図４Ａ及び図４Ｂの両方において、キャリア要素３００はまた、この例示的な実施形態において、接触凹部３１０内に配置された接触要素３０５に加えて、更なる接触凹部３２０内に配置された更なる接触要素３３０を備える。接触要素３０５及び更なる接触要素３３０は、ここに示される図において、加熱する工程の後に示される。図４Ａにおいて、この例示的な実施形態における加熱により、キャリア要素３００の表面４００の上方に突出する接触要素３０５の部分４０５は、カラーとして広げられ、材料結合によって表面４００に接続される。したがって、更なる接触要素３３０の更なる部分４１０もまた広げられ、材料結合によって表面４００に接続される。一方、図４Ｂでは、接触要素３０５の部分４０５及び更なる接触要素３３０の更なる部分４１０の両方が、丸いキャップとして成形されている。換言すれば、ここに示される例示的な実施形態では、２つのダボは、キャリア要素３００に融合され、しっかりと接続される。

図５は、挿入された接触要素３０５を有するキャリア要素３００の例示的な実施形態の概略図を示す。ここに示されるキャリア要素３００及び接触要素３０５は、先の図３及び図４で説明されたキャリア要素及び接触要素に対応するか類似しており、キャリア要素３０５は、この例示的な実施形態では、接触要素３０５に加えて更なる接触要素３３０も有する。ここに示される表現では、接触要素３０５及び更なる接触要素３３０は、先の図２で説明されたような縮小工程の後に示される。したがって、接触要素３０５の部分４０５並びに更なる接触要素３３０の更なる部分４１０は、ガラス要素の置場を最適化するために平坦化される。

図６は、ガラス要素６００が取り付けられたキャリア要素３００の例示的な実施形態の概略図を示す。ここに示されるキャリア要素３００は、先の図３、図４及び図５で説明されたキャリア要素に対応するか、又は類似している。接触要素３０５、３３０は、キャリア要素３００内に配置され、これらは、前の加熱工程において溶融され、還元工程において平坦化される。ここに示される表現では、ガラス要素６００は、キャリア要素３００の表面４００の上方に突出する接触要素３０５、３３０の部分４０５、４１０上に配置される。ガラス要素６００は、ガラスチップ又はガラス板とも呼ばれ得るガラス要素は、キャリア要素３００の膨張係数とは異なる膨張係数を有するいわゆる超低膨張ガラスの単なる一例である。ガラス要素は、キャリア要素３００の表面４００に平行に位置合わせされる。部分４０５、４１０の厚さは、キャリア要素３００とガラス要素６００との間に空隙６０５をもたらす。

図７は、取り付けられたガラス要素６００を有するキャリア要素３００の例示的な実施形態の概略図を示す。ここに示されるキャリア要素３００及びガラス要素６００は、先の図６に記載されたキャリア要素及びガラス要素に対応するか、又は同様である。ここで、局所加熱する工程中のキャリア要素３００、接触要素３０５、３３０、及びガラス要素６００が表されている。部分４０５、４１０は、ガラス要素６００を取り付けるための接合面として機能する。レーザビーム７００は、ガラス要素６００を通って他方の接触要素３３０上に向けられ、それを局所的に加熱する。したがって、接触要素３０５は、別のレーザビームによって、又はその後、再位置合わせされたレーザビーム７００によって加熱される。キャリア要素３００に接続された接触要素３０５、３３０を加熱することによって、ガラス要素６００をキャリア要素３００に間接的に接続することができ、空隙６０５がキャリア要素３００とガラス要素６００との間に残る。局所加熱中、ガラス要素６００は、例示的な実施形態に従って、接触要素３０５、３３０上に押し付けられる。

図８は、光学デバイス８００の例示的な実施形態の概略上面図を示す。この例示的な実施形態では、光学デバイス８００は、先の図３、図４、図５、図６及び図７に記載されたキャリア要素と同じ又は類似のキャリア要素３００を備える。デバイス８００のキャリア要素３００は、先の図１及び図２で説明したような方法によってガラス要素６００に物質的に接続される。この例示的な実施形態では、センサ装置８０５がガラス要素６００上に配置されており、これは幾何学的位置を決定するための位置マーカの単なる例である。ほんの一例として、光学デバイス８００はｘｙエンコーダである。

図９は、複数の接触凹部３１０の配置９００を有するキャリア要素３００の例示的な実施形態の概略上面図を示す。ここで示されるキャリア要素３００は、先の図３、図４、図５、図６、図７、及び図８で説明されたキャリア要素に対応するか類似しており、複数の接触凹部を有し、それらのすべてが先の図３、図４、及び図６で説明された接触凹部に類似している。この例示的な実施形態では、配置９００は、２０個を超える、例示的には２６個の接触凹部３１０を備え、形状については例示的な長方形にすぎない。別の例示的な実施形態では、例えば、２０個以上の接触凹部３１０を複数のリングに沿って配置することができる。例えば、内側リングは２０ｍｍの直径を有し、中間リングは４０ｍｍの直径を有し、外側リングは６０ｍｍの直径を有することができる。

Claims (15)

1. ガラス要素（６００）をキャリア要素（３００）に一体的に結合する方法（１００）であって、前記方法（１００）が、以下の工程（１０５、１１０、１１５）：
   少なくとも１つの接触要素（３０５）を前記キャリア要素（３００）の表面（４００）内の接触凹部（３１０）に挿入する工程（１０５）と、
   前記表面（４００）の上方に突出する前記接触要素（３０５）の部分（４０５）上に前記ガラス要素（６００）を配置する工程（１１０）と、
   前記接触要素（３０５）を介して前記ガラス要素（６００）を前記キャリア要素（３００）に接続するための、前記接触要素（３０５）の局所加熱（１１５）と、を含み、
   前記方法（１００）が、前記挿入する工程（１０５）の前に、前記接触凹部（３１０）の少なくとも一部を分離層（３１５）で被覆する工程（２１０）を更に含む、方法。
2. 前記挿入する工程（１０５）の前に、前記接触凹部（３１０）を成形する工程（２０５）を含む、請求項１に記載の方法（１００）。
3. 前記分離層（３１５）が、ケイ素（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）又は高融点金属又は前記ファブリックの酸化物又は高融点金属シリサイドから設計されることを特徴とする、請求項１～２のいずれか一項に記載の方法（１００）。
4. 前記接触要素（３０５）を加熱して、前記接触要素（３０５）を前記キャリア要素（３００）に接続する工程（２１５）を含み、前記加熱する工程（２１５）が、前記挿入する工程（１０５）の後に実行される、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法（１００）。
5. 前記加熱する工程（２１５）において、前記表面（４００）の上方に突出する前記接触要素（３０５）の前記部分（４０５）が、カラーとして広げられ、及び／又は前記ガラス板の法線方向に突出する丸いキャップとして形成される、請求項４に記載の方法（１００）。
6. 前記タッチダウンの工程（１１０）の前に、前記部分（４０５）の厚さを減少させて、前記部分（４０５）の接触面を平らにする工程（２２０）を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法（１００）。
7. 前記挿入する工程（１０５）において、前記接触要素（３０５）が、反応性溶接プロセスを使用して挿入される、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法（１００）。
8. 前記局所的に加熱する工程（１１５）において、前記接触要素（３０５）が、レーザビーム（７００）を使用して加熱される、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法（１００）。
9. 前記挿入する工程（１０５）において、前記接触要素（３０５）が、円筒形又は球形若しくは部分的に球形又は楕円形又はトロイダル形に成形される、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法（１００）。
10. 前記局所加熱する工程（１１５）において、前記ガラス要素（６００）と前記支持要素（３００）とが接合されて光学デバイス（６００）が製造される、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法（１００）。
11. セラミック要素の形態の前記キャリア要素（３００）、及び／又は超低膨張ガラスの形態の前記ガラス要素（６００）、及び／又はホウケイ酸キャットガラス要素の形態の前記接触要素（３０５）を提供する工程（２００）を含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法（１００）。
12. 前記挿入する工程（１０５）において、複数の接触要素（３０５）が、前記キャリア要素（３００）の前記表面（４００）内の複数の接触凹部（３１０）内に挿入され、前記複数の接触凹部（３１０）が線上に配置される、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法（１００）。
13. 前記局所加熱する工程（１１５）において、前記ガラス要素（６００）を前記接触要素（３０５）に対して押圧するために、押圧力が前記ガラス要素（６００）に加えられる、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法（１００）。
14. 炭化ケイ素（ＳｉＣ）又はダイヤモンド又はケイ素と炭化ケイ素との混合物（Ｓｉ／ＳｉＣ）からなるキャリア要素（３００）と、接触凹部（３１０）であって、特に反応結合されたケイ素フィルタリングされた炭化ケイ素材料、又は炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）又はケイ素フィルタリングされた炭化ホウ素（Ｓｉ／Ｂ_４Ｃ）又はＡｌＮからなる接触凹部（３１０）と、ガラス要素（６００）と、を有する光学デバイス（８００）であって、前記キャリア要素（３００）と前記ガラス要素（３１０）とが、ガラスから形成されて前記接触凹部（６００）に挿入された接触要素（３０５）を用いて互いに強固に接続され、前記接触凹部（３１０）が分離層（３１５）で被覆されている、光学デバイス（８００）。
15. 長さ及び／又は幾何学的位置を検出するための光学センサ装置（８０５）を備える、請求項１４に記載の光学デバイス（８００）。

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