JP7388119B2 - 光学用窓材、光学用窓材の製造方法、光学部材、及び光学部材の製造方法 - Google Patents
光学用窓材、光学用窓材の製造方法、光学部材、及び光学部材の製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、光学用窓材、光学用窓材の製造方法、光学部材、及び光学部材の製造方法に関する。
例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されるように、光センサ等の光学デバイスを収容する筐体の開口部を封止する光学用窓材が知られている。
光学用窓材は、例えば、ガラス基板、サファイア基板等の透明基板と、透明基板の主面に設けられた接合部分としての金属膜とを備えており、取付対象物と金属膜との間に半田プリフォームを配置した状態にて、半田プリフォームを溶融及び固化させることにより取付対象物に接合される。透明基板がガラス基板である光学用窓材に対して上記の接合方法を適用した場合、ガラス基板に割れが生じることがあった。
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学用窓材を接合する際に生じるガラス基板の割れを抑制することにある。
上記課題を解決する光学用窓材は、ガラス基板と、前記ガラス基板の少なくとも一方の主面に設けられた平面視枠形状の金属膜とを備える光学用窓材であって、前記金属膜の内周辺は、径方向内側に相対的に突出する複数の凸部と、径方向外側に相対的に凹む複数の凹部とを有する。
本発明者らは、光学用窓材を接合する際に生じるガラス基板の割れの原因が、溶融した半田プリフォームが固化する際の収縮時にガラス基板に作用する応力にあることを見出した。
上記構成によれば、例えば、半田プリフォーム等の接合材を用いて、取付対象物の環状の端面に光学用窓材を接合する際に、取付対象物の端面の内周辺に対して、金属膜の内周辺が径方向内側に突出する部分と、径方向外側に凹む部分とを容易に設けることができる。取付対象物の端面の内周辺に対して、金属膜の内周辺が径方向内側に突出する部分においては、半田の固化時の収縮によって、ガラス基板には、径方向外側に向かう引張応力が作用する。一方、取付対象物の端面の内周辺に対して、金属膜の内周辺が径方向外側に凹む部分においては、半田の固化時の収縮によって、ガラス基板には、径方向内側に向かう圧縮応力が作用する。ガラス基板に対して上記の引張応力及び圧縮応力の両方を作用させて、引張応力及び圧縮応力を相殺させることにより、ガラス基板に作用する応力を小さくできる。その結果、光学用窓材を接合する際に生じるガラス基板の割れが抑制される。
前記金属膜の内周辺における前記凸部の頂辺と前記凹部の底辺との径方向の間隔が５０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。
上記構成によれば、上記の引張応力及び圧縮応力を相殺させることにより、ガラス基板に作用する応力を小さくできる効果がより顕著に得られる。また、半田プリフォームを用いて、取付対象物の環状の端面に光学用窓材を接合する際に、取付対象物の端面の内周辺に対して、金属膜の内周辺が径方向内側に突出する部分と、径方向外側に凹む部分とを設けることが更に容易になる。
上記構成によれば、上記の引張応力及び圧縮応力を相殺させることにより、ガラス基板に作用する応力を小さくできる効果がより顕著に得られる。また、半田プリフォームを用いて、取付対象物の環状の端面に光学用窓材を接合する際に、取付対象物の端面の内周辺に対して、金属膜の内周辺が径方向内側に突出する部分と、径方向外側に凹む部分とを設けることが更に容易になる。
前記凸部及び前記凹部は前記内周辺において周方向に交互に形成され、前記金属膜の内周辺における互いに隣接する前記凸部と前記凹部との周方向のピッチが２度以上９０度以下であることが好ましい。
上記構成によれば、半田が固化する際の収縮によりガラス基板に作用する応力を好適に分散させることができ、部分的に過度な引張応力Ｆ１が作用することを抑制できる。
上記光学用窓材の製造方法は、前記金属膜の内周辺の凹凸形状に対応する凹凸形状を有するマスクパターンを用いて、前記ガラス基板の少なくとも一方の主面側に前記金属膜を成膜する。
上記光学用窓材の製造方法は、前記金属膜の内周辺の凹凸形状に対応する凹凸形状を有するマスクパターンを用いて、前記ガラス基板の少なくとも一方の主面側に前記金属膜を成膜する。
上記構成によれば、内周辺に凸部及び凹部を有する金属膜を容易に成膜できる。
上記課題を解決する光学部材は、上記光学用窓材と、環状の端面を有する取付対象物と、前記光学用窓材の前記金属膜と前記取付対象物の前記端面とを接合する半田層とを備える。
上記課題を解決する光学部材は、上記光学用窓材と、環状の端面を有する取付対象物と、前記光学用窓材の前記金属膜と前記取付対象物の前記端面とを接合する半田層とを備える。
前記半田層は、前記光学用窓材の厚み方向に見た場合に前記金属膜の内周形状に沿った内周形状を有することが好ましい。
上記光学部材の製造方法は、前記枠材の前記端面に、半田プリフォームを介して前記光学用窓材を配置し、前記半田プリフォームを溶融及び固化させることにより、前記取付対象物に前記光学用窓材を接合する接合工程を有し、前記接合工程において、前記金属膜の内周辺における前記凸部の少なくとも一部及び前記凹部の少なくとも一部がそれぞれ、前記取付対象物の前記端面の内周辺よりも径方向内側及び径方向外側に位置するように、前記光学用窓材を配置する。
上記光学部材の製造方法は、前記枠材の前記端面に、半田プリフォームを介して前記光学用窓材を配置し、前記半田プリフォームを溶融及び固化させることにより、前記取付対象物に前記光学用窓材を接合する接合工程を有し、前記接合工程において、前記金属膜の内周辺における前記凸部の少なくとも一部及び前記凹部の少なくとも一部がそれぞれ、前記取付対象物の前記端面の内周辺よりも径方向内側及び径方向外側に位置するように、前記光学用窓材を配置する。
本発明によれば、光学用窓材を接合する際に生じるガラス基板の割れを抑制できる。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。また、各部分の寸法比率についても、実際と異なる場合がある。
図１及び図２に示すように、光学用窓材１０は、第１主面１１ａ及び第１主面１１ａの反対側の第２主面１１ｂを有するガラス基板１１を備えている。ガラス基板１１の外形としては、例えば、平面視で円形状、多角形状等が挙げられる。図面においては、一例として、外形が六角形状のガラス基板１１を用いた場合を図示している。ガラス基板１１の厚さは、例えば、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲内であることが好ましく、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲内であることがより好ましい。また、本実施形態において、ガラス基板１１の一辺の長さは０．９ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。
ガラス基板１１の端面１１ｃは、酸によるエッチング処理されたエッチング面であることが好ましく、角部が面取りされたエッチング面であることがより好ましい。エッチング処理に用いる酸としては、例えば、フッ酸、フッ酸と硫酸の混酸が挙げられる。
ガラス基板１１は、その中央側に位置する第１領域Ｒ１と、第１領域Ｒ１の外周側に位置する第２領域Ｒ２とを有している。第１領域Ｒ１は、光を透過させる光透過部として用いられる領域であり、例えば、ガラス基板１１の中心線Ｐ１を中心とする円形状の領域である。第２領域Ｒ２は、光学用窓材１０の取り付け等に用いられる領域である。
ガラス基板１１の第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂにおける第１領域Ｒ１の全体及び第２領域Ｒ２の中心線Ｐ１側の部分には、反射防止膜１２が設けられている。反射防止膜１２は、周知の誘電体多層膜から構成することができる。
誘電体多層膜は、高屈折率膜と、高屈折率膜よりも屈折率が低い低屈折率膜とを交互に積層した構造を有する。高屈折率膜としては、例えば、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ランタン、酸化タングステン、及び酸化ジルコニウムから選ばれる少なくとも一種が挙げられる。低屈折率膜としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、及びフッ化マグネシウムから選ばれる少なくとも一種が挙げられる。
誘電体多層膜において、高屈折率膜と低屈折率膜との合計積層数は、例えば、２層以上、６０層以下である。なお、高屈折率膜から低屈折率膜に向けて屈折率が漸減または漸増する漸移層を高屈折率膜と低屈折率膜との間に設けてもよい。また、誘電体多層膜からガラス基板１１に向けて屈折率が漸減または漸増する漸移層をガラス基板１１と誘電体多層膜との間に設けてもよい。また、誘電体多層膜の積層構造では、高屈折率膜と低屈折率膜以外にも、屈折率が高屈折率膜よりも小さく、かつ、低屈折率膜よりも大きい中屈折率膜を設けてもよい。
ガラス基板１１の第１主面１１ａに設けられた反射防止膜１２における第１領域Ｒ１上に位置する部分の表面である第１領域表面は、表面粗さＲａが小さい平滑面である。第１領域Ｒ１の表面粗さＲａは、例えば、０．２ｎｍ以上５ｎｍ以下の範囲内である。
ガラス基板１１の第１主面１１ａの第２領域Ｒ２における反射防止膜１２が設けられていない部分の表面と、第１主面１１ａに設けられた反射防止膜１２における第２領域Ｒ２上に位置する部分の表面とからなる第２領域表面は、粗面化された表面であり、第２領域表面の表面粗さＲａは、第１領域表面の表面粗さＲａよりも大きい。第２領域表面の表面状態は、例えば、ブラスト加工した砂目状を呈している。なお、反射防止膜１２は、ガラス基板１１の全面に形成してもよい。この場合の第２領域表面の表面粗さＲａは第１領域Ｒ１と同じ０．２ｎｍ以上５ｎｍ以下の範囲内となる。
ガラス基板１１の第１主面１１ａ側には、金属膜１３が設けられている。金属膜１３は、ガラス基板１１側から順に、密着層、中間層、及び表層の三層から構成される（図示略）。密着層に用いられる金属としては、例えば、Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ等が挙げられる。中間層に用いられる金属としては、例えば、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ等が挙げられる。表層に用いられる金属としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ等が挙げられる。金属膜１３に用いられる金属は、単体であってもよいし、合金であってもよい。なお、金属膜１３の構成は上記に限らず、単層、２層、或いは４層以上の層構成としてもよい。
金属膜１３は、全体の厚みの最大値が３μｍ以下の薄膜であり、好ましくは０．４μｍ以上２．５μｍ以下である。
金属膜１３は、ガラス基板１１の第１主面１１ａ側の粗面化された第２領域表面の上に形成されるとともに、ガラス基板１１及び反射防止膜１２に跨る連続した枠形状に形成されている。したがって、金属膜１３は、ガラス基板１１の第１主面１１ａに接合される第１接合部１３ａと、反射防止膜１２に接合される第２接合部１３ｂとを有し、第１接合部１３ａと第２接合部１３ｂとが連続した構造をなしている。なお、反射防止膜１２を全面に形成している場合、金属膜１３は、粗面化された反射防止膜１２上に形成される。
金属膜１３は、ガラス基板１１の第１主面１１ａ側の粗面化された第２領域表面の上に形成されるとともに、ガラス基板１１及び反射防止膜１２に跨る連続した枠形状に形成されている。したがって、金属膜１３は、ガラス基板１１の第１主面１１ａに接合される第１接合部１３ａと、反射防止膜１２に接合される第２接合部１３ｂとを有し、第１接合部１３ａと第２接合部１３ｂとが連続した構造をなしている。なお、反射防止膜１２を全面に形成している場合、金属膜１３は、粗面化された反射防止膜１２上に形成される。
金属膜１３の外周辺１３ｃは、平面視において、ガラス基板１１の外周縁に沿った形状であるとともに、ガラス基板１１の外周縁よりも内側に位置する。ガラス基板１１の外周縁と金属膜１３の外周辺１３ｃとの間隔Ｄは、例えば、０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲内である。
金属膜１３の内周辺１３ｄは、全体としてガラス基板１１の中心線Ｐ１を中心とする略円形状をなし、径方向に変化する凹凸を有している。詳述すると、内周辺１３ｄは、中心線Ｐ１を中心とする仮想円Ｃよりも径方向内側に相対的に突出する複数の凸部１４と、仮想円Ｃよりも径方向外側に相対的に凹む複数の凹部１５とを有し、凸部１４及び凹部１５が周方向に交互に配置されている。
図１及び図３に示すように、各凸部１４は全て同一形状であり、中心線Ｐ１を中心とする円弧状の頂辺１４ａと、頂辺１４ａ側に向かって徐々に径方向内側に変化するように傾斜する直線状の側辺１４ｂとを有する。各凹部１５は全て同一形状であり、中心線Ｐ１を中心とする円弧状の底辺１５ａと、底辺１５ａに向かって徐々に径方向外側に変化するように傾斜する直線状の側辺１５ｂとを有する。凹部１５の側辺１５ｂは、隣接する凸部１４の側辺１４ｂの延長線上に位置している。
凸部１４の頂辺１４ａと凹部１５の底辺１５ａとの径方向の間隔Ｈは、例えば、５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲内であることが好ましく、７５μｍ以上１２５μｍ以下の範囲内であることがより好ましい。
また、凸部１４の頂辺１４ａと仮想円Ｃとの径方向の間隔は、例えば、２５μｍ以上１７５μｍ以下の範囲内であることが好ましく、３７．５μｍ以上６２．５μｍ以下の範囲内であることがより好ましい。凹部１５の底辺１５ａと仮想円Ｃとの径方向の間隔は、例えば、２５μｍ以上１７５μｍ以下の範囲内であることが好ましく、３７．５μｍ以上６２．５μｍ以下の範囲内であることがより好ましい。
凸部１４及び凹部１５は、周方向において一定のピッチにて交互に配置されている。上記ピッチθ、すなわち隣接する凸部１４と凹部１５との周方向の角度間隔は、例えば、中心線Ｐ１を中心として、２度以上９０度以下の範囲内であることが好ましく、１５度以上４５度以下の範囲内であることがより好ましい。
凸部１４の周方向の長さＬ１は、例えば、０．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましく、０．８ｍｍ以上１．６ｍｍ以下の範囲内であることがより好ましい。凹部１５の周方向の長さＬ２は、例えば、０．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましく、０．８ｍｍ以上１．６ｍｍ以下の範囲内であることがより好ましい。
また、平面視において、内周辺１３ｄの凸部１４と仮想円Ｃとにより囲まれる領域の面積の合計は、内周辺１３ｄの凹部１５と仮想円Ｃとにより囲まれる領域の面積の合計に等しいことが好ましい。
次に、図４を参照して、光学用窓材１０を備える光学部材２０について説明する。
光学部材２０は、レーザーモジュール、光センサ、撮像素子、光スイッチ等の光学デバイスにおける筐体の窓部を構成する一部品として用いられる。
光学部材２０は、レーザーモジュール、光センサ、撮像素子、光スイッチ等の光学デバイスにおける筐体の窓部を構成する一部品として用いられる。
光学部材２０は、筒状部２１ａを有する枠材２１と、筒状部２１ａの環状の端面２２を封止する光学用窓材１０とを備えている。枠材２１を構成する材料としては、例えば、Ｋｏｖａｒ（登録商標）、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ合金、Ｃｕ－Ｗ合金、ＡｌＮ等の金属材料が挙げられる。
光学用窓材１０は、金属膜１３の部分において、半田層３０を介して枠材２１の筒状部２１ａの端面２２に接合されて、筒状部２１ａの端面２２を気密に封止する。半田層３０は、例えば、Ａｕ－Ｓｎ合金、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ合金、Ｐｂ－Ｓｎ合金、Ａｕ－Ｇｅ合金等から構成され、市販される半田材料を溶融及び固化したものを用いることができる。
筒状部２１ａの端面２２は環状であり、その内周辺２３は円形状である。ここで、金属膜１３の内周辺１３ｄにおける上記仮想円Ｃは、筒状部２１ａの端面２２の内周辺２３に一致するように設定されている。そして、光学部材２０において、光学用窓材１０は、その中心線Ｐ１が、筒状部２１ａの端面２２の内周辺２３の中心線Ｐ２に一致するように取り付けられている。
そのため、図４の右側部分に示すように、金属膜１３の内周辺１３ｄの凸部１４の頂辺１４ａは、端面２２の内周辺２３よりも径方向内側に位置している。図４の左側部分に示すように、金属膜１３の内周辺１３ｄの凹部１５の底辺１５ａは、端面２２の内周辺２３よりも径方向外側に位置している。
次に、図５を参照して、光学用窓材１０の製造方法について説明する。
光学用窓材１０の製造方法では、まず、ガラス基板１１の第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂに反射防止膜１２としての誘電体多層膜を成膜する反射防止膜形成工程Ｓ１を行う。誘電体多層膜の成膜方法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンアシスト又はイオンプレーティングを用いた真空蒸着法、及びＣＶＤ法が挙げられる。これらの成膜方法の中でも、各層の厚さを高精度で制御することができるとともに、安定した膜質の誘電体多層膜が得られることから、イオンアシストを用いた真空蒸着法、又はスパッタリング法が好ましい。ガラス基板１１における所定の位置に反射防止膜１２を形成するには、ガラス基板１１の第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂの外周縁部分を覆うマスクパターンを用いればよい。
光学用窓材１０の製造方法では、まず、ガラス基板１１の第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂに反射防止膜１２としての誘電体多層膜を成膜する反射防止膜形成工程Ｓ１を行う。誘電体多層膜の成膜方法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンアシスト又はイオンプレーティングを用いた真空蒸着法、及びＣＶＤ法が挙げられる。これらの成膜方法の中でも、各層の厚さを高精度で制御することができるとともに、安定した膜質の誘電体多層膜が得られることから、イオンアシストを用いた真空蒸着法、又はスパッタリング法が好ましい。ガラス基板１１における所定の位置に反射防止膜１２を形成するには、ガラス基板１１の第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂの外周縁部分を覆うマスクパターンを用いればよい。
次に、反射防止膜１２が形成されたガラス基板１１の第１主面１１ａ側の第２領域表面を粗面化する粗面化工程Ｓ２を行う。粗面化する方法としては、例えば、第１領域表面を覆うマスクパターンを用いたブラスト加工、エッチング加工が挙げられる。
次に、反射防止膜１２が形成されたガラス基板１１の第１主面１１ａ側の第２領域表面に金属膜１３を成膜する金属膜形成工程Ｓ３を行う。金属膜１３の成膜方法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンアシスト又はイオンプレーティングを用いた真空蒸着法、及びＣＶＤ法が挙げられる。金属膜形成工程Ｓ３では、金属膜１３の内周辺１３ｄの凹凸形状に対応する凹凸形状を有するマスクパターンを用いる。すなわち、第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂに反射防止膜１２を設けたガラス基板１１の第１主面１１ａ側の中央部分に、上記マスクパターンを載せた状態として、金属膜１３を成膜する。
反射防止膜形成工程Ｓ１、粗面化工程Ｓ２、及び金属膜形成工程Ｓ３を順に経ることにより光学用窓材１０が製造される。
次に、図６を参照して、光学部材２０の製造方法について説明する。
次に、図６を参照して、光学部材２０の製造方法について説明する。
光学部材２０の製造においては、まず、半田プリフォーム３１を間に挟んで、枠材２１の筒状部２１ａの端面２２と、光学用窓材１０の金属膜１３とが対向するように、枠材２１と光学用窓材１０と半田プリフォーム３１とを組み立てる。このとき、光学用窓材１０の中心線Ｐ１と、筒状部２１ａの端面２２の内周辺の中心線Ｐ２とが一致するように、光学用窓材１０を配置する。その後、加熱処理及び冷却処理を順に行い、半田プリフォーム３１を溶融及び固化させることにより、枠材２１の筒状部２１ａの端面２２に光学用窓材１０を接合する。
半田プリフォーム３１は、半田材料を端面２２に係合するリング状に予め成形加工した部材である。半田プリフォーム３１は、例えば、Ａｕ－Ｓｎ系半田、Ｓｎ－Ａｇ系半田、Ｐｂ－Ｓｎ系半田、Ａｕ－Ｇｅ系半田などの半田材料により構成される。
なお、溶融した半田プリフォーム３１は、金属膜１３の表面及び枠材２１の筒状部２１ａの端面２２に沿って濡れ広がった後に固化することにより、凹凸形状の内周辺１３ｄを有する金属膜１３のパターン、及び枠材２１の筒状部２１ａの端面２２に沿った形状の半田層３０となる。
次に、本実施形態の作用について説明する。
光学用窓材１０の金属膜１３の内周辺１３ｄは、径方向内側に相対的に突出する複数の凸部１４と、径方向外側に相対的に凹む複数の凹部１５とを有している。これにより、例えば、半田プリフォーム３１を用いて、枠材２１の筒状部２１ａの端面２２に光学用窓材１０を接合する際に、筒状部２１ａの端面２２の内周辺２３に対して、金属膜１３の内周辺１３ｄが径方向内側に突出する部分と、径方向外側に凹む部分とを容易に設けることができる。
光学用窓材１０の金属膜１３の内周辺１３ｄは、径方向内側に相対的に突出する複数の凸部１４と、径方向外側に相対的に凹む複数の凹部１５とを有している。これにより、例えば、半田プリフォーム３１を用いて、枠材２１の筒状部２１ａの端面２２に光学用窓材１０を接合する際に、筒状部２１ａの端面２２の内周辺２３に対して、金属膜１３の内周辺１３ｄが径方向内側に突出する部分と、径方向外側に凹む部分とを容易に設けることができる。
詳述すると、図４の右側部分に示すように、金属膜１３の内周辺１３ｄの凸部１４は、筒状部２１ａの端面２２の内周辺２３よりも径方向内側に突出して位置しやすくなる。また、図４の左側部分に示すように、金属膜１３の内周辺１３ｄの凹部１５は、筒状部２１ａの端面２２の内周辺２３よりも径方向外側に凹んで位置しやすくなる。
ここで、光学用窓材１０の接合時において、溶融した半田プリフォーム３１が固化する際、半田は、筒状部２１ａの端面２２側に向かって収縮する。そのため、図４の右側部分に示すように、金属膜１３の内周辺１３ｄが筒状部２１ａの端面２２の内周辺２３よりも径方向内側に突出していると、半田の収縮によって、ガラス基板１１には、径方向外側に向かう引張応力Ｆ１が作用する。一方、図４の左側部分に示すように、金属膜１３の内周辺１３ｄが筒状部２１ａの端面２２の内周辺２３よりも径方向外側に凹んでいると、半田の収縮によって、ガラス基板１１には、径方向内側に向かう圧縮応力Ｆ２が作用する。そして、溶融した半田プリフォーム３１が固化する際にガラス基板１１に作用する応力が引張応力Ｆ１に偏ると、ガラス基板１１に割れが発生しやすくなる。
本実施形態の構成によれば、金属膜１３の内周辺１３ｄが筒状部２１ａの端面２２の内周辺２３よりも径方向内側に突出している部分と、内周辺２３よりも径方向外側に凹んでいる部分とを混在させた状態で、半田プリフォーム３１を用いた接合を行うことが容易である。これにより、ガラス基板１１に対して引張応力Ｆ１及び圧縮応力Ｆ２の両方を作用させて、引張応力Ｆ１及び圧縮応力Ｆ２を相殺させることができる。その結果、ガラス基板１１に作用する応力自体が小さくなることにより、光学用窓材１０を枠材２１に取り付ける際に生じるガラス基板１１の割れを抑制できる。
次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）光学用窓材１０は、ガラス基板１１と、ガラス基板１１の第１主面１１ａに設けられた平面視枠形状の金属膜１３とを備えている。金属膜１３の内周辺１３ｄは、径方向内側に相対的に突出する複数の凸部１４と、径方向外側に相対的に凹む複数の凹部１５とを有している。
（１）光学用窓材１０は、ガラス基板１１と、ガラス基板１１の第１主面１１ａに設けられた平面視枠形状の金属膜１３とを備えている。金属膜１３の内周辺１３ｄは、径方向内側に相対的に突出する複数の凸部１４と、径方向外側に相対的に凹む複数の凹部１５とを有している。
上記構成によれば、光学用窓材１０を枠材２１に取り付ける際に、ガラス基板１１に対して上記の引張応力Ｆ１及び圧縮応力Ｆ２の両方を作用させることにより、引張応力Ｆ１及び圧縮応力Ｆ２を相殺させて、ガラス基板１１に作用する応力を小さくできる。その結果、光学用窓材１０を接合する際に生じるガラス基板１１の割れが抑制される。
（２）金属膜１３の内周辺１３ｄにおける凸部１４の頂辺１４ａと凹部１５の底辺１５ａとの径方向の間隔が５０μｍ以上１５０μｍ以下である。
上記構成によれば、上記の引張応力Ｆ１及び圧縮応力Ｆ２を相殺させることにより、ガラス基板１１に作用する応力を小さくできる効果がより顕著に得られる。また、半田プリフォーム３１を用いて、枠材２１の端面２２に光学用窓材１０を接合する際に、枠材２１の端面２２の内周辺２３に対して、金属膜１３の内周辺１３ｄが径方向内側に突出する部分と、径方向外側に凹む部分とを設けることが更に容易になる。
上記構成によれば、上記の引張応力Ｆ１及び圧縮応力Ｆ２を相殺させることにより、ガラス基板１１に作用する応力を小さくできる効果がより顕著に得られる。また、半田プリフォーム３１を用いて、枠材２１の端面２２に光学用窓材１０を接合する際に、枠材２１の端面２２の内周辺２３に対して、金属膜１３の内周辺１３ｄが径方向内側に突出する部分と、径方向外側に凹む部分とを設けることが更に容易になる。
（３）凸部１４及び凹部１５は内周辺１３ｄにおいて周方向に交互に形成されている。金属膜１３の内周辺１３ｄにおける互いに隣接する凸部１４と凹部１５と周方向のピッチθが２度以上９０度以下である。
上記構成によれば、半田が固化する際の収縮によりガラス基板１１に作用する上記の引張応力Ｆ１及び圧縮応力Ｆ２を好適に分散させることができ、部分的に過度な引張応力Ｆ１が作用することを抑制できる。
（４）ガラス基板１１及び反射防止膜１２における粗面化された第２領域表面に金属膜１３が設けられている。
上記構成によれば、アンカー効果によって、ガラス基板１１及び反射防止膜１２に対する金属膜１３の密着力が向上する。
上記構成によれば、アンカー効果によって、ガラス基板１１及び反射防止膜１２に対する金属膜１３の密着力が向上する。
（５）ガラス基板１１の端面１１ｃは、エッチング処理されたエッチング面である。
上記構成によれば、ガラス基板１１の端面１１ｃは、チッピングやマイクロクラックが除去された面となる。これにより、ガラス基板１１の強度が向上する。
上記構成によれば、ガラス基板１１の端面１１ｃは、チッピングやマイクロクラックが除去された面となる。これにより、ガラス基板１１の強度が向上する。
（６）光学用窓材１０の製造方法は、金属膜１３の内周辺１３ｄの凹凸形状に対応する凹凸形状を有するマスクパターンを用いて、ガラス基板１１の第１主面１１ａ側に金属膜１３を成膜する金属膜形成工程Ｓ３を有する。
上記構成によれば、内周辺１３ｄに凸部１４及び凹部１５を有する金属膜１３を容易に成膜できる。
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・図７（ａ）～（ｃ）に示すように、金属膜１３の内周辺１３ｄの凹凸形状は、上記実施形態の形状に限定されるものではなく、適宜、変更できる。図７（ａ）は、凸部１４及び凹部１５の各側辺が径方向線に沿った線である内周辺１３ｄを示している。図７（ｂ）は、凸部１４の頂部及び凹部１５の底部がそれぞれ角状である内周辺１３ｄを示している。図７（ｃ）は、凸部１４の頂部及び凹部１５の底部がそれぞれ丸まった角状であるとともに、連続した曲線からなる内周辺１３ｄを示している。
・図７（ｄ）に示すように、金属膜１３の内周辺１３ｄは、ピッチ等の形状が異なる複数種類の凸部１４を有するものであってもよい。同様に、金属膜１３の内周辺１３ｄは、ピッチ等の形状が異なる複数種類の凹部１５を有するものであってもよい。図７（ｄ）は、ピッチの異なる２種類の凸部１４及び凹部１５を有する内周辺１３ｄを示している。
・図７（ｄ）に示すように、金属膜１３の内周辺１３ｄに関して、中心線Ｐ１を挟んで各凸部１４と各凹部１５とが対向して配置されるように形成してもよい。この場合には、上記の引張応力Ｆ１及び圧縮応力Ｆ２の両方を作用させることにより、引張応力Ｆ１及び圧縮応力Ｆ２を相殺させて、ガラス基板１１に作用する応力を小さくできる効果がより顕著に得られる。
・上記実施形態では、ガラス基板１１の第１主面１１ａに接合される第１接合部１３ａと、反射防止膜１２に接合される第２接合部１３ｂとを有する金属膜１３を採用したが、第１接合部１３ａ及び第２接合部１３ｂのいずれか一方が省略された金属膜１３としてもよい。なお、第１接合部１３ａが省略された金属膜１３とする場合、反射防止膜１２をガラス基板１１の第１主面１１ａの全体に設けることもできる。
・ガラス基板１１の第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂの両面に金属膜１３が設けられていてもよい。
・反射防止膜１２を省略した光学用窓材１０としてもよい。
・反射防止膜１２を省略した光学用窓材１０としてもよい。
・光学用窓材１０が取り付けられる取付対象物は、枠材２１に限定されない。例えば、光学デバイスの筐体の窓部に直接、光学用窓材１０を取り付けてもよい。この場合、光学デバイスの筐体が取付対象物となる。また、取付対象物は、金属材料以外の材料、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックスからなる取付対象物であってもよい。この場合、取付対象物の環状の端面２２に金属元素を含む金属層を設ければよい。
・上記実施形態では、半田プリフォーム３１を用いて光学用窓材１０と枠材２１とを接合する場合を例示したが、プリフォーム形態でない半田を塗布して光学用窓材１０と枠材２１とを接合してもよい。この場合、金属膜１３又は端面２２のいずれか一方に予め半田を塗布した状態とし、枠材２１に光学用窓材１０を嵌挿して接合することが好ましい。
Ｆ１…引張応力、Ｆ２…圧縮応力、Ｈ…間隔、θ…ピッチ、１０…光学用窓材、１１…ガラス基板、１２…反射防止膜、１３…金属膜、１３ｄ…内周辺、１４…凸部、１５…凹部、２０…光学部材、２１…枠材、２２…端面、３０…半田層、３１…半田プリフォーム。
Claims (8)
- ガラス基板と、前記ガラス基板の少なくとも一方の主面に設けられた平面視枠形状の金属膜とを備える光学用窓材であって、
前記金属膜の内周辺は、仮想円よりも径方向内側に相対的に突出する複数の凸部と、前記仮想円よりも径方向外側に相対的に凹む複数の凹部とを周方向に交互に有することを特徴とする光学用窓材。 - 前記金属膜の内周辺における前記凸部の頂辺と前記凹部の底辺との径方向の間隔が５０μｍ以上１５０μｍ以下である請求項１に記載の光学用窓材。
- 前記金属膜の内周辺における互いに隣接する前記凸部と前記凹部との周方向のピッチが２度以上９０度以下である請求項１又は請求項２に記載の光学用窓材。
- 請求項１～３のいずれか一項に記載の光学用窓材の製造方法であって、
前記金属膜の内周辺の凹凸形状に対応する凹凸形状を有するマスクパターンを用いて、前記ガラス基板の少なくとも一方の主面側に前記金属膜を成膜することを特徴とする光学用窓材の製造方法。 - 請求項１～３のいずれか一項に記載の光学用窓材と、
環状の端面を有する取付対象物と、
前記光学用窓材の前記金属膜と前記取付対象物の前記端面とを接合する半田層とを備える光学部材。 - 前記半田層は、前記光学用窓材の厚み方向に見た場合に前記金属膜の内周形状に沿った内周形状を有する請求項５に記載の光学部材。
- 請求項５又は請求項６に記載の光学部材の製造方法であって、
前記取付対象物の前記端面に、半田プリフォームを介して前記光学用窓材を配置し、前記半田プリフォームを溶融及び固化させることにより、前記取付対象物に前記光学用窓材を接合する接合工程を有し、
前記接合工程において、前記金属膜の内周辺における前記凸部の少なくとも一部及び前記凹部の少なくとも一部がそれぞれ、前記取付対象物の前記端面の内周辺よりも径方向内側及び径方向外側に位置するように、前記光学用窓材を配置することを特徴とする光学部材の製造方法。 - ガラス基板と、前記ガラス基板の少なくとも一方の主面に設けられた平面視枠形状の金属膜とを備える光学用窓材と、
環状の端面を有する取付対象物と、
前記光学用窓材の前記金属膜と前記取付対象物の前記端面とを接合する半田層とを備える光学部材の製造方法であって、
前記金属膜の内周辺は、径方向内側に相対的に突出する複数の凸部と、径方向外側に相対的に凹む複数の凹部とを有し、
前記取付対象物の前記端面に、半田プリフォームを介して前記光学用窓材を配置し、前記半田プリフォームを溶融及び固化させることにより、前記取付対象物に前記光学用窓材を接合する接合工程を有し、
前記接合工程において、前記金属膜の内周辺における前記凸部の少なくとも一部及び前記凹部の少なくとも一部がそれぞれ、前記取付対象物の前記端面の内周辺よりも径方向内側及び径方向外側に位置するように前記光学用窓材を配置することで、前記ガラス基板に対して径方向外側に向かう引張応力及び径方向内側に向かう圧縮応力の両方を作用させ、前記引張応力及び前記圧縮応力を相殺させる、ことを特徴とする光学部材の製造方法。
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