JP6295584B2 - 光学ユニット、及び、光学デバイス - Google Patents

Description

本発明は、光学ユニット、及び、光学デバイスに関する。

特許文献１には、波長選択スイッチが記載されている。この波長選択スイッチは、光学的に透明なプレートにより一部が構成された筐体と、プレートの一方の面上に搭載された光学系と、プレートの他方の面上に取り付けられた偏向部と、を備えている。光学系は、波長多重された光を入力する入力ポートと、入力ポートからの光を波長ごとに分散する分散部と、分散部からの光を集光させる集光素子とを含む。偏向部は、光学系により導かれてプレート介して入射する光を、出力ポートに入射させるために偏向する。偏向部は、ＭＥＭＳミラーアレイやＬＣＯＳである。

特開２０１２−１６８２８７号公報

ところで、上記の波長選択スイッチにおいて、偏向部としてＬＣＯＳといった液晶素子を用いる場合には、応答速度の向上のために、例えばヒータ等の温度制御素子を用いて偏向部の温度を高く設定することが考えられる。しかしながら、その場合には、温度制御素子の温度変化による体積変化に応じて生じる応力によって偏向部が変形する結果、偏向部が損傷し光学特性が劣化するおそれがある。また、仮に偏向部が損傷しなくても、偏向部の変形に伴ってプレートに変形を生じると、プレートに搭載された光学系の相対的な位置関係等が変化する結果、光学特性が劣化するおそれがある。

本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、光学特性の劣化を抑制することが可能な光学ユニット、及び光学デバイスを提供することを目的とする。

本発明に係る光学ユニットは、光入出力部と、光入出力部から入力された光を変調する光変調素子と、光入出力部と光変調素子とを互いに光学的に接続する光学系と、光入出力部、光学系、及び光変調素子を搭載する光学基板と、光変調素子の温度を制御するための温度制御素子と、を備え、光変調素子は、光入出力部から入力された光が入射する光入射面と、光入射面から入射した光を変調するための光変調層と、光変調層における光入射面と反対側に配置され、光変調層における光の変調を制御する駆動基板と、を含み、温度制御素子は、駆動基板に対向するように配置され、光入射面は、第１の接続部によって光学基板に接続され、駆動基板は、第２の接続部によって温度制御素子に接続され、第２の接続部は、駆動基板と温度制御素子とを互いに熱的に接続すると共に、温度制御素子の体積変化に追従して、第２の接続部における駆動基板側の領域よりも温度制御素子側の領域の方が大きく変形するように構成されることにより、温度制御素子の体積変化による応力を吸収する、ことを特徴とする。

この光学ユニットにおいては、光入出力部と、光入出力部からの光を変調する光変調素子と、光入出力部と光変調素子とを光学的に接続する光学系とが、光学基板に搭載されている。光変調素子は、光入出力部からの光の入射面（光入射面）と、光入射面からの光を変調する光変調層と、光変調層における光の変調を制御する駆動基板とを含む。駆動基板は、光変調層における光入射面の反対側の位置に配置されている。そして、この光学ユニットは、駆動基板に対向するように配置された温度制御素子を備えている。したがって、この光学ユニットにおいては、温度制御素子を用いて駆動基板側から光変調素子の温度を制御することによって、応答速度の向上を図ることが可能となる。

特に、この光学ユニットにおいては、光変調素子の光入射面が第１の接続部によって光学基板に接続され、光変調素子の駆動基板が第２の接続部によって温度制御素子に接続されている。そして、第２の接続部は、温度制御素子の体積変化に追従して、駆動基板側の領域よりも温度制御素子側の領域の方が大きく変形するように構成されることにより、温度制御素子の体積変化による応力を吸収するように構成されている。したがって、上記のように、温度制御素子を用いて駆動基板側から光変調素子の温度を制御する際に、温度制御素子の体積変化による応力によって光変調素子が変形することが抑制される。また、光変調素子の変形が抑制されるので、光変調素子の変形に伴う光学基板の変形も抑制される。よって、この光学ユニットによれば、光学特性の劣化を抑制することが可能となる。

本発明に係る光学ユニットにおいては、所定応力に対する第２の接続部の変形量は、所定応力に対する第１の接続部の変形量よりも大きくてもよい。この場合、第１の接続部よりも第２の接続部の方がより変形しやすい。このため、温度制御素子の体積変化による応力の吸収が、第１の接続部の変形でなく、第２の接続部の変形によって確実になされる。よって、第１の接続部の変形に伴って光学特性が劣化することが抑制される。

本発明に係る光学ユニットは、光変調素子及び温度制御素子を覆うカバーをさらに備え、温度制御素子は、第３の接続部によってカバーに接続され、カバーは、第４の接続部によって光学基板に接続され、第３の接続部は、温度制御素子における第２の接続部の反対側に配置されてもよい。この場合、温度制御素子が、第３の接続部によって、第２の接続部（すなわち光変調素子）と反対側においてカバーに接続される。このため、温度制御素子の体積変化による応力が、光変調素子と反対側においても吸収され得る。

本発明に係る光学ユニットにおいては、第２の接続部の熱伝導率は、第３の接続部の熱伝導率よりも大きくてもよい。この場合、温度制御素子で生じた熱が、第２の接続部側に伝わりやすいので、第３の接続部を介してカバーに伝わることが抑制される。このため、温度制御素子からの熱によってカバーが変形することや、カバーの変形に伴って光学基板が変形することが抑制される。

本発明に係る光学ユニットにおいては、所定応力に対する第３の接続部の変形量は、所定応力に対する第４の接続部の変形量よりも大きくてもよい。この場合、第４の接続部よりも第３の接続部の方がより変形しやすい。このため、温度制御素子の体積変化による応力が、第３の接続部の変形により吸収されるので、カバー及び第４の接続部を介して光学基板に伝わることが抑制される。

本発明に係る光学ユニットにおいては、所定応力に対する第１の接続部の変形量は、所定応力に対する第４の接続部の変形量よりも大きくてもよい。この場合、第１の接続部よりも第４の接続部の方がより変形しにくい。このため、相対的に変形しにくい第４の接続部によって光学基板に接続されたカバーを用いて、光変調素子を光学基板に対して確実に支持することが可能となる。

本発明に係る光学ユニットにおいては、光入出力部及び光学系は、光学基板の第１の面に搭載され、光変調素子は、光学基板の第１の面と異なる第２の面に搭載されてもよい。この場合、光入出力部及び光学系における光路に干渉することなく、光変調素子の駆動基板に対向して温度制御素子を配置することが可能となる。

本発明に係る光学ユニットにおいては、光学基板には、第２の面に開口する孔部が形成され、光変調素子は、孔部に臨むように配置されることにより、孔部及び光学系を介して光入出力部に光学的に接続されてもよい。この場合、光入出力部及び光学系における光路に干渉することなく温度制御素子を配置することが容易となる。

本発明に係る光学ユニットは、光入出力部、光学系及び光変調素子を封止する第１の筐体をさらに備え、カバー及び第４の接続部は、第１の筐体の一部を構成してもよい。この場合、第１の筐体の少なくとも一部が、光変調素子及び温度制御素子を覆うカバーによって構成されるので、スペース効率が向上される。

本発明に係る光学ユニットにおいては、光学基板の線膨張係数は、１×１０^−６／ｄｅｇ℃以下であってもよい。この場合、光学基板の線膨張係数と、一般の温度制御素子の線膨張係数との差が大きくなる。このため、温度制御素子の体積変化による応力によって光学基板が変形することを抑制することがより有効である。

本発明に係る光学ユニットにおいては、光学系は、光入出力部から入力された光のビーム形状を楕円化して出射するアナモルフィック光学系と、アナモルフィック光学系から出射された光を波長成分光に分散して出射する波長分散素子と、波長分散素子から出射された波長成分光を光変調素子に結合させる集光素子と、を含んでもよい。この場合、光学系における光路が比較的長く、光学基板の変形による光学特性の劣化が顕著となるため、上述したように光学基板の変形を抑制することが特に有効である。

本発明に係る光学デバイスは、上記の光学ユニットと、光変調素子を制御するための第１の制御部及び温度制御素子を制御するための第２の制御部が設けられた電気基板と、光学ユニット及び電気基板を収容する第２の筐体と、を備えることを特徴とする。この光学デバイスは、上述した光学ユニットを備えているので、光学特性の劣化を抑制することが可能となる。

本発明によれば、光学特性の劣化を抑制することが可能な光学ユニット、及び光学デバイスを提供することができる。

本実施形態に係る光学デバイスの模式的な断面図である。 図１に示された光学デバイスの模式的な拡大断面図である。 ＬＣＯＳによって構成される光変調素子の一例を示す模式的な断面図である。 図１に示された光学ユニットの作用・効果を説明するための模式的な断面図である。 図１に示された光学デバイスの変形例を示す模式的な断面図である。

以下、本実施形態に係る光学デバイスについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の図面において、同一の要素同士、或いは相当する要素同士には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る光学デバイスの模式的な断面図である。図２は、図１に示された光学デバイスの拡大断面図である。図１，２に示される光学デバイス１００（及び光学ユニット１０）は、例えば波長選択スイッチとして構成され得る。光学デバイス１００は、光学ユニット１０、電気基板３０、及び、光学ユニット１０と電気基板３０とを収容する筐体（第２の筐体）４０を備えている。光学ユニット１０は、光学基板１１、光入出力部１２、光学系１３、光変調素子１４、及び、温度制御素子１５を有している。

光学基板１１は、主面（第１の面）１１ａ、及び、主面１１ａの反対側の裏面（第１の面と異なる第２の面）１１ｂを含む。光学基板１１には、主面１１ａと裏面１１ｂとを連通する連通孔（孔部）１１ｈが形成されている。連通孔１１ｈは、主面１１ａ及び裏面１１ｂに開口している。光学基板１１は、線膨張係数が小さい材料（例えばインバーやスーパーインバー等）によって構成されている。光学基板１１の線膨張係数は、例えば、１×１０^−６／ｄｅｇ℃以下である。光学基板１１は、例えば裏面１１ｂの複数個所において、支持部材Ｐによって筐体４０の底部４０ｂに固定されている。

光入出力部１２は、ベース部Ｂを介して光学基板１１の主面１１ａに搭載されている。光入出力部１２は、例えば、１つの入力ポート１２ａ、複数の出力ポート１２ｂ、及び、入力ポート１２ａ及び出力ポート１２ｂに光学的に接続されたコリメータアレイ１６を含む。入力ポート１２ａ及び出力ポート１２ｂは、光学基板１１の主面１１ａに直交する方向に沿って配列されている。入力ポート１２ａは、例えば、波長多重光Ｌ１を入力する。出力ポート１２ｂは、例えば、波長成分光Ｌ２を出力する。入力ポート１２ａ及び出力ポート１２ｂは、例えば光ファイバ等から構成される。

光学系１３は、光学基板１１の主面１１ａに搭載されている。光学系１３は、アナモルフィック光学系１７、波長分散素子１８、集光素子１９、及び折り返しミラー２０を含む。アナモルフィック光学系１７は、光入出力部１２から入力された波長多重光Ｌ１のビーム形状を楕円化して出射する。より具体的には、アナモルフィック光学系１７は、例えば、波長多重光Ｌ１のビーム径を、光学基板１１の主面１１ａに平行な方向に拡大して出射する。アナモルフィック光学系１７は、例えば、複数のプリズムから構成される。

波長分散素子１８は、アナモルフィック光学系１７から出射された波長多重光Ｌ１を波長成分光Ｌ２に分散して出射する。より具体的には、波長分散素子１８は、光学基板１１の主面１１ａに平行な方向に沿って、波長多重光Ｌ１を波長成分ごとに分散し、複数の波長成分光Ｌ２を出射する。波長分散素子１８は、例えば、透過型の回折格子から構成される。

集光素子１９は、波長分散素子１８から出射された波長成分光Ｌ２を光変調素子１４に結合させる。より具体的には、集光素子１９は、波長分散素子１８から出射された波長成分光Ｌ２を（折り返しミラー２０を介して）光変調素子１４上に集光する。集光素子１９は、例えば球面レンズから構成される。折り返しミラー２０は、光学基板１１の連通孔１１ｈ上に配置されており、集光素子１９からの波長成分光Ｌ２を光学基板１１（光変調素子１４）に向けて反射する。このように、光学系１３は、上述した各要素によって、光入出力部１２と光変調素子１４とを互いに光学的に接続している。

光変調素子１４は、光学基板１１の裏面１１ｂに搭載されている。光変調素子１４は、光入出力部１２にから入力された光を変調する。より具体的には、光変調素子１４は、カバーガラス（光入射面）２１、光変調層２２、及び駆動基板２３を含む。光変調素子１４は、カバーガラス２１が光学基板１１の連通孔１１ｈに臨むように、光学基板１１の裏面１１ｂ上に配置されている。したがって、光変調素子１４は、連通孔１１ｈ及び光学系１３を介して光入出力部１２に光学的に接続されている。

カバーガラス２１は、光学系１３（折り返しミラー２０）からの波長成分光Ｌ２を入射する。光変調層２２は、カバーガラス２１から入射した波長成分光Ｌ２を変調する。駆動基板２３は、光変調層２２におけるカバーガラス２１と反対側の位置に配置されている（すなわち、光変調層２２を介してカバーガラス２１に対向している）。駆動基板２３は、光変調層２２における光の変調（例えば位相変調や強度変調）を制御する。駆動基板２３は、例えば光変調層２２を支持している。光変調素子１４は、例えば、ＬＣＯＳによって構成される。

ここで、ＬＣＯＳによって構成される光変調素子１４の一例について詳細に説明する。図３は、ＬＣＯＳによって構成される光変調素子の一例を示す模式的な断面図である。図３に示されるように、光変調素子１４の光変調層２２は、複数の画素電極２４、液晶層２５、及び透明電極２６を含む。画素電極２４、液晶層２５、及び透明電極２６は、駆動基板２３からカバーガラス２１に向かって順に配置されている。画素電極２４は、駆動基板２３の主面に沿って二次元状に配列されている。

光変調素子１４においては、光学系１３からの波長成分光Ｌ２は、カバーガラス２１を介して液晶層２５に入射する。そして、透明電極２６と複数の画素電極２４との間に形成される電界の大きさに応じて、液晶層２５に入射した波長成分光Ｌ２の位相が変調される。この位相変調量は、画素電極２４ごとに異なる大きさの電界が形成されることにより、画素ごとに異なる大きさとなる。駆動基板２３は、例えば、液晶層２５に印可する電圧を制御することにより、光変調層２２における光の変調（位相変調量）を制御する。なお、図３には、光変調層２２に回折格子状の位相変調パターンを呈示したときの画素ごとの位相変調量が、グラフＧとして概念的に示されている。

光変調層２２においては、０（ｒａｄ）から２π（ｒａｄ）にかけて位相変調量が階段的に増加し、２π（ｒａｄ）に達すると、再び０（ｒａｄ）に戻り、０（ｒａｄ）から２π（ｒａｄ）にかけて位相変調量が階段的に増加する。このような位相変調パターンにより、階段状に単調増加する回折格子状の位相変調パターンが実質的に実現される。そして、このような位相変調パターンが呈示された光変調層２２に波長成分光Ｌ２が入射すると、回折格子の周期に応じた出射角θでもって波長成分光Ｌ２が反射する。すなわち、光変調素子１４は、入力ポート１２ａから入力された光を出力ポート１２ｂに向けて偏向（反射）する光偏向素子として機能する。図１，２に示されるように、光変調素子１４により偏向（反射）された波長成分光Ｌ２は、光学系１３を介して出力ポート１２ｂから出力される。

再び図１，２を参照し、光学デバイス１００（光学ユニット１０）についての説明を続ける。温度制御素子１５は、光変調素子１４の温度を制御する。より具体的には、温度制御素子１５は、例えば平板状を呈しており、光変調素子１４の駆動基板２３に対向するように配置されている。温度制御素子１５は、例えばヒータである。温度制御素子１５は、光変調素子１４の光変調層２２（特に液晶層２５）の温度を例えば５０℃程度と高温に設定する（加熱する）。

そのために、光学ユニット１０は、例えば、光変調層２２（特に液晶層２５）の温度を測定するための温度センサ（不図示）、及び、温度センサの測定結果等に基づいて温度制御素子１５の発熱量等を制御する制御部（第２の制御部）１５ｃをさらに含む。温度センサは、例えば液晶層２５の近傍に設けられた熱電対である。なお、光学ユニット１０は、以上の光変調素子１４及び温度制御素子１５を覆う矩形箱状のカバー５０をさらに備えている。つまり、光変調素子１４及び温度制御素子１５は、筐体４０内において、カバー５０にさらに収容されている。

電気基板３０は、主面３０ａ、及び、主面３０ａの反対側の裏面３０ｂを含む。裏面３０ｂは、光学基板１１の主面１１ａに対向する面である。電気基板３０は、複数個所において、支持部材Ｐによって筐体４０の上部４０ｃに固定されている。電気基板３０の主面３０ａには、光変調素子１４を制御するための制御部（第１の制御部）１４ｃ、及び、温度制御素子１５を制御するための制御部１５ｃが設けられている。光変調素子１４と制御部１４ｃ、及び、温度制御素子１５と制御部１５ｃとは、図示しない信号線等によって電気的に接続されている。

筐体４０は、以上の光学ユニット１０及び電気基板３０を収容した状態において、気密に封止されている。すなわち、光学デバイス１００においては、光入出力部１２、光学系１３、光変調素子１４、及び、温度制御素子１５を含む光学ユニット１０、並びに、制御部１４ｃ及び制御部１５ｃが設けられた電気基板３０の全体が筐体４０によって気密に封止されている。

引き続いて、光学デバイス１００（光学ユニット１０）における光変調素子１４及び温度制御素子１５の接続の態様について説明する。光変調素子１４は、光学基板１１と温度制御素子１５との間に配置されており、光学基板１１及び温度制御素子１５のそれぞれに接続されている。光学基板１１と光変調素子１４との間には、接続部（第１の接続部）６１が配置されており、光変調素子１４と温度制御素子１５と間には接続部（第２の接続部）６２が配置されている。そして、光変調素子１４のカバーガラス２１は接続部６１によって光学基板１１の裏面１１ｂに接続されており、光変調素子１４の駆動基板２３は接続部６１によって温度制御素子１５に接続されている。

接続部６１は、例えば、光学基板１１の裏面１１ｂとカバーガラス２１の表面（光変調層２２と反対側の面）２１ｓとの間において、光学基板１１の連通孔１１ｈの外縁に沿って断続的に複数配置されている。光学基板１１とカバーガラス２１とは、接続部６１がカバーガラス２１の表面２１ｓと光学基板１１の裏面１１ｂとの双方に接着されることにより、互いに接着（固定）されている。接続部６１は、例えばエポキシ系の樹脂からなる接着剤である。なお、接続部６１は、連通孔１１ｈの外縁の全周に沿って連続的に設けられていてもよい。

接続部６２は、例えば、駆動基板２３の裏面（光変調層２２と反対側の面）２３ｓと温度制御素子１５の表面（光変調素子１４側の面）１５ａとの間の領域の全体にわたって配置されている。駆動基板２３と温度制御素子１５とは、接続部６１が駆動基板２３の裏面２３ｓと温度制御素子１５の表面１５ａとの双方に接着されることにより、互いに接着（固定）されている。接続部６２は、例えば、メタルウール等の熱伝導性の多孔体や、熱伝導性のゲル等である。つまり、接続部６２は、駆動基板２３と温度制御素子１５とを熱的に接続している。接続部６２が多孔体である場合には、接着性を持たせるために、多孔体に対して所定の樹脂（接着剤）を含浸させることができる。

所定応力に対する接続部６２の変形量は、所定応力に対する駆動基板２３の変形量よりも大きい。換言すれば、接続部６２は、駆動基板２３よりも変形しやすい（やわらかい）。このため、図４に示されるように、温度制御素子１５の体積変化が生じた際には、接続部６２は、温度制御素子１５の体積変化に追従して、接続部６２における駆動基板２３側の領域Ａ１よりも温度制御素子１５側の領域Ａ２の方が大きく変形する。つまり、温度制御素子１５に接続（接着）された領域Ａ２は温度制御素子１５の変形に追従して大きく変形する一方で、駆動基板２３に接続（接着）された領域Ａ１は変形が規制される。これにより、接続部６２は、温度制御素子１５の体積変化による応力Ｆを吸収する。

一方、温度制御素子１５は、光変調素子１４とカバー５０との間に配置されており、光変調素子１４及びカバー５０のそれぞれに接続されている。温度制御素子１５における光変調素子１４との接続は、上述したように接続部６２によってなされている。温度制御素子１５とカバー５０との間には、接続部（第３の接続部）６３が配置されている。そして、温度制御素子１５は、接続部６３によってカバー５０の底面５０ｓに接続されている。

接続部６３は、温度制御素子１５における接続部６２の反対側の位置に配置されている。より具体的には、接続部６３は、温度制御素子１５の裏面（表面１５ａと反対側の面）１５ｂとカバー５０の底面５０ｓとの間において、複数配置されている。温度制御素子１５とカバー５０とは、接続部６３が温度制御素子１５の裏面１５ｂと光学基板１１の裏面１１ｂとの双方に接着されることにより、互いに接着（固定）されている。接続部６３は、カバー５０の底面５０ｓ上において、温度制御素子１５（及び温度制御素子１５上の光変調素子１４）を支持している。

また、接続部６３は、温度制御素子１５とカバー５０とを熱的に絶縁している。接続部６３は、例えば、ガラスウール等の熱絶縁性の多孔体や、熱絶縁性のゲル等である。接続部６３が多孔体である場合には、接着性を持たせるために、多孔体に対して所定の樹脂（接着剤）を含浸させることができる。接続部６２の熱伝導率は、接続部６３の熱伝導率よりも大きい。したがって、温度制御素子１５からの熱は、接続部６２を介して光変調素子１４に伝わりやすい（換言すれば、接続部６３を介してカバー５０に伝わりにくい）。

他方、カバー５０は、側部５１の先端部５１ｅにおいて、光学基板１１の裏面１１ｂに接触している。カバー５０が例えば金属から構成される場合には、カバー５０は、カバー５０と光学基板１１との接触部分ＣＰにおいて、例えば抵抗加熱溶接等により光学基板１１に溶着されて固定される。つまり、カバー５０と光学基板１１との接触部分ＣＰは、カバー５０を光学基板１１に接続する接続部（第４の接続部）６４を含む。

換言すれば、カバー５０は、接続部６４によって光学基板１１に接続される。接続部６４は、カバー５０と光学基板１１との接触部分ＣＰの全体であってもよいし、一部分であってもよい。特に、ここでは、筐体４０によって光学ユニット１０の全体が気密に封止されているため、カバー５０と光学基板１１との接続部６４に気密性を持たせる必要はない。カバー５０と光学基板１１とは、例えば低融点ガラスを用いて接続（接着）されてもよい（すなわち、接続部６４は低融点ガラスから構成されてもよい）。

ここで、所定応力に対する接続部６２の変形量は、所定応力に対する接続部６１の変形量よりも大きい。すなわち、接続部６２は、接続部６１に比べて変形しやすい（やわらかい）。また、所定応力に対する接続部６３の変形量は、所定応力に対する接続部６４の変形量よりも大きい。すなわち、接続部６３は、接続部６４に比べて変形しやすい（やわらかい）。さらに、所定応力に対する接続部６１の変形量は、所定応力に対する接続部６４の変形量よりも大きい。すなわち、接続部６１は、接続部６４に比べて変形しやすい（やわらかい）。

なお、接続部同士の変形量の比較は、それぞれの接続部に所定応力を付与し、そのときのそれぞれの接続部の変形量を互いに比較すればよい。また、接続部６２，６３の変形のしやすさの基準としては、例えば、接続部６２，６３がゲルである場合にはヤング率とすることができるし、接続部６２，６３が多孔体である場合には空孔密度等とすることができる。また、接続部６２，６３が、多孔体と、多孔体に含浸された樹脂（接着剤）とを含む場合には、それらの全体としてのヤング率を変形のしやすさの基準としてもよい。

引き続いて、光学ユニット１０（光学デバイス１００）の作用・効果について説明する。上述したように、光学ユニット１０は、光変調素子１４の駆動基板２３に対向するように配置された温度制御素子１５を備えている。したがって、光学ユニット１０においては、温度制御素子１５を用いることにより、駆動基板２３側から光変調素子１４（特に液晶層２５）の温度を上昇させ、応答速度の向上を図ることが可能である。

ところが、温度制御素子１５を用いて光変調素子１４の温度を上げようとすると、温度制御素子１５が膨張して温度制御素子１５の体積が変化する。その結果、図４の（ａ）に示されるように、例えば光学基板１１の主面１１ａ及び裏面１１ｂに沿った方向について応力Ｆが生じる。この温度制御素子１５の体積変化による応力Ｆによって、例えば光変調素子１４が変形した場合には、光変調素子１４が損傷するおそれがある。また、光変調素子１４の変形に伴う応力が光学基板１１に伝わることによって、光学基板１１も変形するおそれがある。

しかしながら、光学ユニット１０においては、上述したように、接続部６２が、温度制御素子１５の体積変化に追従して、駆動基板２３側の領域Ａ１よりも温度制御素子１５側の領域Ａ２の方が大きく変形することにより、応力Ｆを吸収するように構成されている（図４の（ｂ）参照）。このため、応力Ｆによって光変調素子１４が変形したり、光変調素子１４の変形に伴う応力が光学基板１１に伝わって光学基板１１が変形したり（例えば反りが生じたり）することが抑制される。よって、この光学ユニット１０によれば、応答速度を向上させる際に光学特性が劣化することが抑制される。

ここで、仮に、光変調素子１４と温度制御素子１５との間の接続部６２が、光学基板１１と光変調素子１４との間の接続部６１よりも変形しにくく構成されていると、温度制御素子１５の体積変化による応力Ｆの吸収が、接続部６２の変形でなく接続部６１の変形によってなされるおそれがある。その場合には、接続部６１の変形に伴って光学基板１１（すなわち光入出力部１２や光学系１３）と光変調素子１４との位置関係が変化する結果、光学特性が劣化してしまう。これに対して、光学ユニット１０においては、接続部６２が接続部６１よりも変形しやすいので、応力Ｆの吸収が接続部６２の変形によって確実になされる。よって、接続部６１の変形に伴って光学特性が劣化することが抑制される。

また、光学ユニット１０においては、温度制御素子１５が、接続部６３によって、接続部６２（すなわち光変調素子１４）と反対側においてカバー５０に接続される。このため、温度制御素子１５の体積変化による応力Ｆが、光変調素子１４と反対側においても吸収され得る。

このとき、仮に、温度制御素子１５とカバー５０とを接続する接続部６３が、光学基板１１とカバー５０との間の接続部６４よりも変形しにくく構成されていると、応力Ｆの吸収が接続部６３の変形でなく接続部６４の変形によってなされるおそれがある。その場合には、接続部６４を介して光学基板１１に応力Ｆが伝わってしまう。これに対して、光学ユニット１０においては、接続部６３が接続部６４よりも変形しやすいので、応力Ｆの吸収が接続部６３の変形によって確実になされる。よって、応力Ｆが接続部６４を介して光学基板１１に伝わることが抑制される。

また、光学ユニット１０においては、接続部６２の熱伝導率が接続部６３の熱伝導率よりも大きいので、温度制御素子１５から生じた熱が、相対的に接続部６２側に伝わりやすい。このため、温度制御素子１５から生じた熱が接続部６３を介してカバー５０に伝わることが抑制される。したがって、温度制御素子１５からの熱によってカバー５０が変形することや、カバー５０の変形に伴って光学基板１１が変形することが抑制される。

また、光学ユニット１０においては、光変調素子１４は、カバーガラス２１において光学基板１１に接続される。その一方で、光変調素子１４は、接続部６２、温度制御素子１５、及び接続部６３を介して、駆動基板２３側からカバー５０に支持されている。そして、カバー５０は、例えば溶接等によって光学基板１１に強固に固定可能である。つまり、光学ユニット１０においては、光学基板１１と光変調素子１４との間の接続部６１を、光学基板１１とカバー５０との接続部６４よりも変形しやすくすることにより、接続部６１においてカバーガラス２１が損傷することを抑制しつつ、カバー５０（及び接続部６４）を用いて光変調素子１４を確実に支持することができる。

また、光学ユニット１０においては、光入出力部１２及び光学系１３を光学基板１１の主面１１ａに搭載すると共に、温度の制御対象である光変調素子１４を光学基板１１の裏面１１ｂに搭載している。このため、光入出力部１２及び光学系１３における光路に干渉することなく温度制御素子１５を配置することが容易である。

また、光学ユニット１０においては、光学基板１１の線膨張係数が１×１０^−６／ｄｅｇ℃以下である。このため、光学基板１１の線膨張係数と、温度制御素子１５の線膨張係数との差が大きくなる。したがって、温度制御素子１５の体積変化による応力Ｆにより光学基板１１の変形を抑制することがより有効である。

さらに、光学ユニット１０においては、光学系１３が、アナモルフィック光学系１７、波長分散素子１８、及び集光素子１９等の複数の光学部品を有するため、光路が比較的長くなる。このため、光学基板１１の変形による光学特性の劣化が顕著となるので、上述したように光学基板１１の変形を抑制することが特に有効である。

なお、本発明に係る光学ユニット及び光学デバイスは、上述した光学ユニット１０及び光学デバイス１００に限定されない。本発明に係る光学ユニット及び光学デバイスは、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述した光学ユニット１０及び光学デバイス１００を任意に変形したものとすることができる。

例えば、図５に示されるように、光学ユニット１０は、筐体（第１の筐体）７０をさらに有していてもよい。筐体７０は、光学基板１１の主面１１ａに設けられたカバー７１と、光学基板１１と、光学基板１１の裏面１１ｂに設けられたカバー５０と、光学基板１１とカバー５０との間の接続部６４とによって構成されている。筐体７０は、光入出力部１２、光学系１３、光変調素子１４、及び温度制御素子１５を気密に封止している。つまり、カバー５０と接続部６４とが、光入出力部１２、光学系１３、光変調素子１４、及び温度制御素子１５を気密に封止する筐体７０の一部を構成している。

この場合には、筐体７０内部の気密を確保するために、カバー５０の側部５１の先端部５１ｅの全体を光学基板１１の裏面１１ｂに接触させつつ、その接触部分ＣＰの全体においてカバー５０と光学基板１１とを接続（例えば溶接）して接続部６４を構成する必要がある。その一方で、光学ユニット１０が筐体７０を有していれば、筐体４０の内部全体を気密に封止する必要がない。そのため、例えば、光学デバイス１００において電気基板３０等の取り扱いが容易となる。また、カバー５０を筐体７０の一部として用いるので、スペース効率が向上する。

また、上記実施形態においては、光入出力部１２及び光学系１３を光学基板１１の主面１１ａに搭載し、光変調素子１４を主面１１ａの反対側の裏面１１ｂに搭載する場合について説明した。しかしながら、光学基板１１が平板状でない場合（例えば断面Ｌ字の板状である場合等）には、光入出力部１２及び光学系１３と光変調素子１４とを、光学基板１１における第１の面と、光学基板１１における第１の面と異なる第２の面（第１の面の反対側の面以外の面）とに分散して搭載すればよい。さらには、光入出力部１２及び光学系１３と光変調素子１４とは、光学基板１１の同一面に搭載してもよい。

また、上記実施形態においては、光変調素子１４としてＬＣＯＳによって構成され、光の位相変調を行うものを例示したが、光変調素子１４はこれに限定されない。光変調素子１４は、光の強度変調、位相変調、空間変調（偏向）といった機能を単独若しくは複数組み合わせて適用することができるものであればよい。光変調素子１４は、液晶層や電気光学結晶を含んで構成することができる。すなわち、光変調素子１４は、光入出力部から入力された光が入射する光入射面と、光入射面から入射した光を変調（偏向）するための光変調層（光偏向層）と、光変調層における光入射面と反対側の位置に配置され、光変調層を支持する基部（上記実施形態においては駆動基板）と、を含む任意の光変調素子とすることができる。基部としては、例えば筐体の一部分や電極等が挙げられる。

また、光入出力部１２における入力ポート１２ａ及び出力ポート１２ｂの数は任意に設定することができる。また、入力ポート１２ａと出力ポート１２ｂとを共通して単一のポートとしてもよい。その場合には、光入出力部１２から入力される光は波長多重光でなくてもよいし、光学系１３は波長分散素子１８を含まなくてもよい。さらには、光入出力部１２は、光ファイバ等から構成されるポートを含まず、光学ユニット１０（光学デバイス１００）に対して光を入出力可能な任意の構成とすることができる。

１０…光学ユニット、１１…光学基板、１１ａ…主面（第１の面）、１１ｂ…裏面（第２の面）、１１ｈ…連通孔、１２…光入出力部、１３…光学系、１４…光変調素子、１４ｃ…制御部（第１の制御部）、１５…温度制御素子、１５ｃ…制御部（第２の制御部）、１７…アナモルフィック光学系、１８…波長分散素子、１９…集光素子、２１…カバーガラス（光入射面）、２２…光変調層、２３…駆動基板、３０…電気基板、４０…筐体（第２の筐体）、５０…カバー、６１…接続部（第１の接続部）、６２…接続部（第２の接続部）、６３…接続部（第３の接続部）、６４…接続部（第４の接続部）、７０…筐体（第１の筐体）、１００…光学デバイス、Ａ１，Ａ２…領域、Ｌ１…波長多重光、Ｌ２…波長成分光。

Claims (12)

1. 光入出力部と、
   前記光入出力部から入力された光を変調する光変調素子と、
   前記光入出力部と前記光変調素子とを互いに光学的に接続する光学系と、
   前記光入出力部、前記光学系、及び前記光変調素子を搭載する光学基板と、
   前記光変調素子の温度を制御するための温度制御素子と、を備え、
   前記光変調素子は、前記光入出力部から入力された光が入射する光入射面と、前記光入射面から入射した光を変調するための光変調層と、前記光変調層における前記光入射面と反対側に配置され、前記光変調層における光の変調を制御する駆動基板と、を含み、
   前記温度制御素子は、前記駆動基板に対向するように配置され、
   前記光入射面は、第１の接続部によって前記光学基板に接続され、
   前記駆動基板は、第２の接続部によって前記温度制御素子に接続され、
   前記第２の接続部は、前記駆動基板と前記温度制御素子とを互いに熱的に接続すると共に、前記温度制御素子の体積変化に追従して、前記第２の接続部における前記駆動基板側の領域よりも前記温度制御素子側の領域の方が大きく変形するように、所定応力に対する当該第２の接続部の変形量が所定応力に対する前記駆動基板の変形量よりも大きく構成されることにより、前記温度制御素子の体積変化による応力を吸収する、
   ことを特徴とする光学ユニット。
2. 所定応力に対する前記第２の接続部の変形量は、所定応力に対する前記第１の接続部の変形量よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
3. 前記光変調素子及び前記温度制御素子を覆うカバーをさらに備え、
   前記温度制御素子は、第３の接続部によって前記カバーに接続され、
   前記カバーは、第４の接続部によって前記光学基板に接続され、
   前記第３の接続部は、前記温度制御素子における前記第２の接続部の反対側に配置される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学ユニット。
4. 前記第２の接続部の熱伝導率は、前記第３の接続部の熱伝導率よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項３に記載の光学ユニット。
5. 所定応力に対する前記第３の接続部の変形量は、所定応力に対する前記第４の接続部の変形量よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の光学ユニット。
6. 所定応力に対する前記第１の接続部の変形量は、所定応力に対する前記第４の接続部の変形量よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の光学ユニット。
7. 前記光入出力部及び前記光学系は、前記光学基板の第１の面に搭載され、
   前記光変調素子は、前記光学基板の前記第１の面と異なる第２の面に搭載される、
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学ユニット。
8. 前記光学基板には、前記第２の面に開口する孔部が形成され、
   前記光変調素子は、前記孔部に臨むように配置されることにより、前記孔部及び前記光学系を介して前記光入出力部に光学的に接続される、
   ことを特徴とする請求項７に記載の光学ユニット。
9. 前記光入出力部、前記光学系及び前記光変調素子を封止する第１の筐体をさらに備え、
   前記カバー及び前記第４の接続部は、前記第１の筐体の一部を構成する、
   ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の光学ユニット。
10. 前記光学基板の線膨張係数は、１×１０^−６／ｄｅｇ℃以下である、
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学ユニット。
11. 前記光学系は、前記光入出力部から入力された光のビーム形状を楕円化して出射するアナモルフィック光学系と、前記アナモルフィック光学系から出射された光を波長成分光に分散して出射する波長分散素子と、前記波長分散素子から出射された波長成分光を前記光変調素子に結合させる集光素子と、を含む、
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学ユニット。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学ユニットと、
    前記光変調素子を制御するための第１の制御部及び前記温度制御素子を制御するための第２の制御部が設けられた電気基板と、
    前記光学ユニット及び前記電気基板を収容する第２の筐体と、を備える、
    ことを特徴とする光学デバイス。

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