JPS63210911A

JPS63210911A - 光学素子複合体

Info

Publication number: JPS63210911A
Application number: JP4636987A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Toyoda; 周平豊田; Shunzo Mase; 俊三間瀬; Masami Matsuura; 正美松浦
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1987-02-27
Publication date: 1988-09-01
Also published as: JPH0355810B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は光学素子複合体に係り、特に、少なくとも一つ
の光学素子、例えば電気光学素子、磁気光学素子、レン
ズ等の光学部品を所定の取付基板に固着、支持せしめて
なる光学素子複合体に関するものである。

（背景技術）従来から、電気光学素子、磁気光学素子、レンズ等の光
学素子としての光学部品は、−１ｔｌＱに、合成樹脂接
着剤等を用いて、所定の取付基板に対して直接に固着さ
れて、目的とする用途に適用されている。しかしながら
、このような従来の光学部品の取付乃至は支持構造にあ
っては、かかる光学部品と基板との間の熱膨張係数の差
により、環境温度の変化に伴い、それらの熱膨張差に応
じて光学部品に応力が加わり、その光学特性が変化する
という問題を内在していたのである。

例えば、かかる光学部品（光学素子）を所定の基板に固
着、支持せしめてなる複合体を用いたものとしては、第
１図に示される如き光センサを挙げることが出来る。そ
こにおいて、■は光源、２は光ファイバー、３は電気光
学結晶、４ａは偏光子、４ｂは検光子、５はλ／４板、
６はロッドレンズ、７は受光器、８は電気光学結晶３の
対向面に設けられた透光性の電極であり、それら光学部
品のうちの少なくとも電気光学結晶３は、合成樹脂（接
着剤）９により所定の取付基板１０に直接に接着されて
保持せしめられる構造とされている。

ところで、光センサの動作原理は、よく知られているよ
うに、電気光学効果または磁気光学効果を利用したもの
であり、ここで電気光学効果とは、結晶に電界をかける
ことにより、また磁気光学効果とは、結晶に磁界をかけ
ることにより、それら結晶の光学特性が変化する現象を
いうものである。

そして、リチウム・ナイオベート（ＬｉＮｂＯｚ）或い
はＢ　ｒ　＋□ＳｉＯ□。単結晶等のポッケルス素子を
、第１図における電気光学結晶３として用いた光センサ
にあっては、光Ｒ１から放射された光は、偏光子４ａを
通過して直線偏光となり、更に電気光学結晶３を通過し
て楕円偏光となる。また、この楕円偏光となった光は、
λ／４板５及び検光子４ｂを通過し、その楕円率に応じ
て光量が変化せしめられる。そして、この光量は、電気
光学結晶３に設けた電極８に印加される電圧に対応して
おり、この光量を測定することによって、被測定電圧を
測り得るようになっているのであるが、このような構造
のセンサにあっては、環境温度の変化により、取付基板
１０に接着、保持された電気光学結晶３の特性が変化せ
しめられて、出力が大きく変化するという問題があった
のである。

このように、光学素子としては、上側の如き電気光学結
晶素子の他にも、磁気光学結晶素子、プリズムレンズ、
反射板等があるが、これら素子をその支持用基板、例え
ばセラミック類や金属製等の基板に対して固定或いは接
着せしめるに際して、両者の熱膨張係数に差がある場合
、環境温度変化により、かかる光学素子に応力が加わり
、光学特性が変化し、或いは光学素子が変形して、光の
進行方向が変化する問題が惹起されるのであり、また甚
だしい場合には、環境温度変化が繰り返されることによ
って接着部が疲労し、やがては破壊に至るという現象が
惹起されることとなる。

（解決課題）ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景として為さ
れたものであって、その目的とするところは、所定の基
板に固着せしめられた光学部品において、環境温度の変
化により惹起される、それら基板と光学部品との間の熱
膨張係数差による応力の発生に基因して光学特性が変化
するのを効果的に防止し得るようにした光学素子複合体
を提供することにあり、また他の目的とするところは、
環境温度の変化に影響を受けることなく、安定して出力
を取り出すことの出来る、光センサの如き光学素子複合
体構造を提供することにある。

（解決手段）すなわち、本発明は、かかる目的を達成するために、少
なくとも一つの光学素子を所定の基板に固着、支持せし
めてなる複合体において、該光学素子のうちの少なくと
も一つと前記基板との間に、該光学素子に近似した熱膨
張係数を有する少なくとも一つの中間体を介装して、そ
れら光学素子と基板の相互に固着せしめたことを特徴と
する光学素子複合体を、その要旨とするものである。

なお、かかる本発明において、光学素子と基板との間に
介装せしめられる中間体は、光学素子の熱膨張係数：α
１と基板の熱膨張係数：α２に対して、次式：１α１−α３１く１α、−α２１の関係を満足させる熱膨張係数：α３を有していること
が望ましいのである。

また、本発明にあっては、前記中間体は複数により構成
されていても良（、その場合において、中間体の熱膨張
係数は、基板から光学素子に向って段階的に漸次変化せ
しめられて、該光学素子に近い中間体ほど、該光学素子
の熱膨張係数に接近せしめられるように構成されるので
ある。

（構成の具体的説明）ところで、本発明において、所定の基板に固着、支持せ
しめられる光学素子としては、前述した電気光学効果ま
たは磁気光学効果を有する光学素子、即ち電気光学結晶
素子または磁気光学結晶素子の他、プリズムレンズや反
射板等があり、また第１図に示される偏光子（４ａ）、
検光子（４ｂ）、λ／４板（５）、ロッドレンズ（６）
等も光学素子の一つであり、これら光学素子が所定の基
板に固着せしめられるに際して、特に応力に敏感な光学
素子に対して適宜に本発明が適用されて、基板との間の
熱膨張の違いに基因して惹起される問題の解決が図られ
ることとなる。

なお、光センサの光学結晶として用いられる、前記電気
光学結晶素子としては、例えばＬｉＮｂ０１（リチウム
・ナイオベート）　、Ｌ　ｔ　Ｔ　ａ　Ｏ：１（リチウ
ム・タンタレート）　、Ｂ　ｉ、２Ｓ　ｉｏ、いＢ　ｉ
　＋ｇＧ　ｅ　Ｏｇ。等があり、また磁気光学結晶素子
としては、ＹＩＧ、鉛ガラス、Ｚｎ５ｅ等がある。

本発明は、このような光学結晶、特に電気光学結晶素子
の固着、支持に際して、有利に適用されるものである。

また、かかる光学素子の固着、支持せしめられる基板と
しては、公知の各種の材料からなるものが適宜に選択使
用され、例えばセラミック製基板や金属製基板等が用い
られることとなる。

そして、このような基板に固着、支持せしめられる少な
くとも一つの光学素子のうちの少なくとも一つとかかる
基板との間には、本発明に従って、該光学素子に近似し
た熱膨張係数を有する、一般に光学素子と基板との中間
の熱膨張係数を有する少なくとも一つの中間体が介装せ
しめられることとなるが、この中間体の材料として、は
、例えばセラミック、プラスチック、金属の何れをも用
いることが出来、また前述した光学結晶については同材
質の中間体を用いることも可能である。

なお、かかる中間体は、一般に、板状形状において、光
学素子と基板との間に介装せしめられるものであり、そ
の厚さとしては、光学素子と基板との固着層、例えば接
着剤層（９）よりも厚いことが望ましく、通常１００μ
ｍ〜１０寵程度の厚さとされる。

また、かかる中間体は、光学素子と基板との間に少なく
とも一つ以上の割合において、積層状態で介装せしめら
れ、相互に固着、例えば固定或いは接着せしめられるこ
とにより、環境温度の変化にて、それら光学素子と基板
との間に熱膨張係数差が生じても、適当な熱膨張係数を
有する中間体の存在によって、そのような熱膨張差によ
って惹起される応力が効果的に緩和されることとなり、
以て光学素子に対する応力の影響を効果的に排除するこ
とが可能となるのである。

ところで、このような特徴を発揮する中間体としては、
好適には、光学素子の熱膨張係数：α１と基板の熱膨張
係数：α２との関係において、次式：％式％の関係を満足する熱膨張係数；α３を有しているもので
あって、このような関係を満足させる熱膨張係数：α３
を有する中間体を用いることによって、本発明の目的が
より一層有利に達成され得るのである。

また、複数の中間体が光学素子と基板との間に介装せし
められる場合においては、それら中間体の熱膨張係数は
、基板から光学素子に向って段階的に変化せしめられる
と共に、光学素子に近い中間体ほど、該光学素子の熱膨
張係数に接近した熱膨張係数を有するように構成せしめ
られ、以て光学素子と基板との間の応力が段階的に有利
に緩和せしめられることとなるのである。

なお、かかる中間体を光学素子と基板との間に介装せし
めて、それらを相互に固着するには、一般に、適当な樹
脂接着剤を用いた接着手法が採用されるものであるが、
その他に、螺子止めや溶接等の手法を用いて、それらを
一体的に固定せしめるようにしても、何等差支えない。

（実施例）以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に
具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのよ
うな実施例の記載によって何等の制約をも受けるもので
ないことは、言うまでもないところである。

また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記
の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限り
において、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正
、改良などを加え得るものであることが、理解されるべ
きである。

実施例　１先ず、光学素子としての電気光学結晶（３）として、４
，７鶴ｘ　７　＋＋ｎ　ｘ　５．１　＋ｎの大きさを有
し、光路と垂直な７　＊＊　Ｘ　５．ｌ　ｗの面に電極
部（８）を設けた１３ｉ、２ＳｉＯ□。結晶を用いた。

なお、この結晶（３）の熱膨張係数を測定したところ、
１５０ｘｌＯ−’／”ｃであった。また、この光学素子
（３）を支持する基板（１０）として、熱膨張係数＝１
１２　ｘ　１０−７／’ｃを有するＣａ　Ｔ　ｉ　Ｏ３
多結晶体を用いた。そして、これらの部品の他に、ロン
ドレンズ（６）、偏光子（４ａ）、検光子（４ｂ）、λ
／４板（５）を用いて、それら部品を第１図に示される
如く配置し、基板（１０）に対してエポキシ樹脂にてそ
れぞれ接着せしめ、目的とする透過型の光センサを製作
した。なお、λ／４板（５）は、その厚さが薄いために
、検光子（４ｂ）にエポキシ樹脂で接着した後、更に基
板（１０）に対して接着するようにした。

また、センサ測定精度を上げるために、受光器（７）の
出力を交流成分と直流成分に分け、そしてかかる交流成
分を直流成分にて電気的に除算する回路を検出器に付加
した。

そして、このように構成された光センサに５０■、６０
Ｈｚの交流信号を印加し、恒温槽内に入れて、−２０℃
〜＋８０℃の間で出力信号の温度変化を測定したところ
、３％の出力変動があることが認められた。

これに対して、第２図に示されるように、Ｂ　ｉ　＋ｚ
Ｓ　ｉ　０２０単結晶（３）とＣａＴｉＯ３７Ｊ板（１
０）との間に、熱膨張係数：１３０Ｘ１０−’／’Ｃを
有する厚さ＝１龍のガラス＋ｆｆ１（１１）を介装せし
め、同様に樹脂接着してセンサを作製し、その後、上記
と同様な試験条件にて試験したところ、その出力信号の
温度変化に基づくところの出力変動は１％となり、その
出力変動幅が著しく改善されていることが認められた。

実施例　２光学素子である電気光学結晶（３）として、Ｚ軸が光路
方向と一致し、且つかかる光路と平行になる３ｍｍＸ５
ｗｍ面に電極（８）を設けた２鶴ｘ３ｍｍＸ５ｎ＋の大
きさのＬｉＮｂ０ｚ単結晶を用い、また基板（１０）と
して、ＣａＴｉＯ３多結晶体を用いた。なお、このＬ　
ｉＮ　ｂ　Ｏ：ｌ単結晶の熱膨張係数を測定したところ
、３８　ｘ　１０−７／”ｃ　（Ｚ軸方向）であり、そ
れに垂直な方向ではＩ６７×１０−’／”Ｃであった。

これらの部品と共に、ロンドレンズ（６）、検光子を兼
ねる偏光子（４）及び誘電体多層膜よりなるミラー（１
２）を形成したλ／４板（５）を、第３図の如き配置構
成において、ＣａＴｉ０．基板（１０）にエポキシ樹脂
にて接着し、目的とする反射型の光センサを作製した。

なお、このセンサは小型化を目的とし、反射型の構成を
とったために、光源（１）と光センサの途中に分岐器（
１３）が設けられている。

かかる構造の光センサについて、実施例１と同様にして
、−２０℃〜＋８０℃の温度範囲における出力変化を調
べたところ、４％であった。

一方、ＬｉＮｂ０．単結晶（３）とＣａＴｉ０：＋基板
（１０）との間に、Ｚ軸方向の長さが５醜１、幅が１ｍ
、厚さが０．５鶴である、それぞれ熱膨張係数が６０　
Ｘ　１０−’／’Ｃのガラス板（ｌｌａ）と１００ｘｌ
Ｏ−’／’ｃのガラス板（１ｌ　ｂ）を、第４図に示さ
れる如く、前者がＬｉＮｂ０ｚ単結晶（３）側に、後者
がＣａＴｉ０ｚ基板（１０）側に位置するようにして、
それぞれＬｉＮｂＣ）＋単結晶（３）の２龍Ｘ　５　ａ
ｍの面の中央部に、層状にエポキシ樹脂にて接着して、
目的とする光センサを作製した。

そして、この得られた、中間体として２枚のガラス板（
ｌｌａ及び１ｌｂ）がＬｉＮｂ０ｚ単結晶（３）とＣａ
　Ｔ　ｉ　Ｏ：ｌ基板（１０）との間に介装せしめられ
たセンサについて、上記と同様な試験条件下にて、環境
温度変化に基づくところの出力信号の変化を測定したと
ころ、その出力変動は０．５％となり、著しく改善され
ていることが認められた。

また、本発明は、第５図に示される如き光学素子として
磁気光学結晶（ＹＩＧ）１４を用いた光センサにも適用
され、その場合にあっては、第６図に示される如く磁気
光学結晶１４と基板１０との間に中間板１１が介装せし
められるのである。

なお、ここでは、ＹＩＧの磁気光学結晶１４は３１重×
３１１ｍ×３龍の大きさとされ、（１１１）軸方向が光
路方向とされている。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明は、光学素子と
それを支持する基板との間に、所定の中間体を介装せし
めて、それら光学素子と基板との間に惹起される熱膨張
差に基づくところの応力を効果的に緩和せしめるように
したものであって、環境温度の変化に対して特性の安定
した光学素子複合体を有利に提供し得たものであって、
そこに、本発明の大きな工業的意義が存するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第３図は、それぞれ実施例で作製された従来
の光学素子複合体よりなる光センサの配置構成図であり
、第２図及び第４図は、それぞれ実施例で作製された本
発明に従う光学素子複合体よりなる光センサの配置構成
図である。また、第５図は、磁気光学結晶を用いた光セ
ンサの配置構成図であり、第６図はそのような光センサ
における本発明に従う配置構成図である。１：光源　　　　　２：光ファイバー３：電気光学結晶４ａ：偏光子　　　４ｂ：検光子５】λ／４板　　　６：ロソドレンズ７：受光器　　　　８：電極９：接着剤　　　ｌＯ二基板１１、ｌｌａ、ｌｌｂニガラス板１２：ミラー　　　１３：分岐器１４：磁気光学結晶

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも一つの光学素子を所定の基板に固着、
支持せしめてなる複合体において、該光学素子のうちの
少なくとも一つと前記基板との間に、該光学素子に近似
した熱膨張係数を有する少なくとも一つの中間体を介装
して、それら光学素子と基板の相互に固着せしめたこと
を特徴とする光学素子複合体。
（２）前記中間体が、前記光学素子の熱膨張係数：α＿
１と前記基板の熱膨張係数：α＿２に対して、次式：｜α＿１−α＿３｜＜｜α＿１−α＿２｜の関係を満足させる熱膨張係数：α＿３を有している特
許請求の範囲第１項記載の光学素子複合体。
（３）前記中間体が複数より構成され、且つ前記基板か
ら前記光学素子に向って熱膨張係数が段階的に変化せし
められて、該光学素子に近い中間体ほど、該光学素子の
熱膨張係数に接近せしめられている特許請求の範囲第１
項または第２項記載の光学素子複合体。
（４）前記光学素子の少なくとも一つが、電気光学効果
または磁気光学効果を有するものである特許請求の範囲
第１項乃至第３項の何れかに記載の光学素子複合体。
（５）前記電気光学効果または磁気光学効果を有する光
学素子と前記基板との間に、前記中間体が介装せしめら
れる特許請求の範囲第４項記載の光学素子複合体。