JPS63210912A

JPS63210912A - 光学素子複合体

Info

Publication number: JPS63210912A
Application number: JP4637087A
Authority: JP
Inventors: Shogo Kawaguchi; 川口　省吾; Shuhei Toyoda; 周平豊田
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
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPH0617928B2

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、一般に、合成樹脂接着剤や
螺子等を用いて、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、変位、屈折率の変化が惹
起され、或いは電気光学素子や磁気光学素子においては
、それらの光学特性に著しい変化を惹起せしめるという
問題を内在していたのである。

また、接着剤を使用する場合にあっては、接着時の接着
剤の収縮によって生じる応力により、そのような光学部
品の特性変化を来す場合もあったのである。

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、１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
対向面にそれぞれ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（Ｌ　Ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ
＊　）或いはＢｉ１□Ｓｉ○２゜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、光源ｌ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のである。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
えばセラミック製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、また接着剤硬化時における接
着剤の収縮により、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、或いは樹脂接着時における接着剤の収縮によ
り惹起される、それら基板と光学部品との間の応力の発
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、環境温度の変化や接着剤収
縮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何れか一方の固着部位乃至はその
近傍部位に対して括れ部を形成し、該括れ部の存在によ
り、該光学素子に作用する応力の緩和を図るようにした
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、かかる本発明に従う一つの実施形態にあっては、
前記光学素子の前記基板に対する固着面に対して、その
略中央部分に位置するように、凸部乃至は凸条を設けて
、かかる凸部乃至は凸条の先端部において前記基板に固
着せしめることにより、該凸部乃至は凸条形成部位を前
記括れ部とすることが可能であり、またこれとは反対に
、前記基板の前記光学素子に対する固着部位に対して、
そのような凸部乃至は凸条を同様に設けるようにするこ
とも可能であって、これによって、光学素子と基板との
間の固着部分の面積を少なくして、応力発生量を少なく
し、以て光学素子への応力の影響を排除乃至は抑制せし
めることが出来るのである。

また、本発明にあっては、前記光学素子の前記基板に対
する固着部位の近傍部位において、該光学素子の相対向
する側部よりそれぞれ切込み溝を設けて、その略中央部
分で前記固着部位が該光学素子本体に接続せしめられる
ようにすることにより、前記括れ部が形成されるように
することも可能であり、更にかかる光学素子の一方の側
部から一つの切込み溝を設けて、該光学素子の他方の側
部部位で該固着部位が該光学素子本体に接続せしめられ
て、前記括れ部が形成されるようにすることも可能であ
る。

さらに、基板側にあっても、かかる基板の前記光学素子
に対する固着部位を該基板本体から突出して形成せしめ
、そしてその突出部位の少なくとも一つの側部より切込
み溝を設けて、前記基板本体に対する接続部を括れさせ
て、前記括れ部とすることも出来るのである。

これら光学素子或いは基板の固着部位の近傍部位におい
て、切込み溝を設けることによって、所定の括れ部が形
成されるようにすれば、光学素子或いは基板の固着部位
の面積を少なくする必要がなく、それ故光学素子の保持
が不安定となるようなこともなく、その括れ部において
、基板と光学素子との間の応力の緩和が有効に図られ得
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、ＴｉＯ２、カルサイ
ト等の偏光用光学素子；ロッドレンズ素子；プリズムレ
ンズ；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
が儲られることとなる。

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Ｌ　１Ｎｂ０３　（リチ
ウム・ナイオベート）、ＬｉＴａＯｚ（リチウム・クン
タレート）　、Ｂ　ｉ＋ｚｓ　ｉ　０２゜、Ｂｉ、□Ｇ
　ｅ　Ｏ２゜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
基板との間において、本発明が適用されることとなるの
である。即ち、それら光学素子と基板との間に惹起され
る応力の緩和を図るために、かかる光学素子と基板のう
ちの何れか一方の側の固着部位乃至はその近傍部位に対
して、所定の括れ部が形成され、この括れ部によって、
光学素子に対する応力の影響が効果的に排除乃至は抑制
せしめられることとなるのである。

なお、このような本発明に従う光学素子または基板の固
着部位若しくはその近傍部位に設けられる括れ部の構造
としては、後述の実施例の如く、各種のものがあり、ま
たその他にも、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構造が考えられ得る
ものであって、そのような構造のものが何れも本発明の
範晴に属するものであることが、理解されるべきである
。

また、そのような括れ部の存在下において、光学素子と
基板とを固着せしめるには、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、同等差支えない。

（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４　
ａｓ　Ｘ　５　＋ｎ面に電極（８）を設けた、２ｍｌ　
ｘ　４　＋ｎ　Ｘ　５龍の大きさのＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ
ｙ単結晶を用い、また基板として、Ｃａ　Ｔ　ｉ　Ｏ：
ｌ多結晶体を用いた。なお、このＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｔｌ
：）　ｘ単結晶の熱膨張係数を測定したところ、３８　
Ｘ　１０−’／”Ｃ（Ｚ軸方向）であり、それに垂直な
方向では１６７×１０−’／”Ｃであった。これらの部
品と共に、ロッドレンズ（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（１２）を形成
したλ／４板（５）を、第２図の如き配置構成において
、Ｃａ　Ｔ　ｉ　Ｏｘ基板（１０）にエポキシ樹脂（９
）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、このセンサは第１図に示される透過型のものと
は異なり、小型化を目的として、反射型の構成を採って
いるために、光源（１）と光センサの途中に分岐器（１
３）が設けられている。

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。

（−して、このように構成された光センサに、５０■、
６０Ｈ２の交流信号を印加し、恒温槽内に入れて一２０
℃〜＋８０°Ｃの間で出力信号の温度変化を調べたとこ
ろ、４％の出力変動があることが認められた。

これに対して、Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ３単結晶（３）の固
着部位（下部）に対して、第３図（ａ）に示される如く
、その中央部分に位置するように、図示の如き寸法（単
位：１■、以下同じ）の凸条（１４）を設け、そしてそ
の凸条（１４）の先端部の接着面：１１１Ｘ２■１にお
いて、第３図（ｂ）に示される如く、樹脂接着剤（９）
を用いてＣａ　Ｔ　ｉ　Ｏ：１基板（１０）に接着せし
めて、上記と同様にして光センサを組み立て、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０．７％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。

また、上記のＬｉＮｂ０：＋素子（３）を、第４図（ａ
）に示される如く、その固着部位（３ａ）と光の透過部
分である素子本体部位（３ｂ）との間の部位において、
図示の如き寸法下で相対向する両側部から所定深さの切
込み溝（１５，１５）をそれぞれ設けて、その略中央部
分を狭幅の接続部とした、括れ部と為し、Ｈ型形態の素
子底部とすることにより、第４図（ｂ）に示される如く
、Ｌ＋ＮｂＣ１＋素子（３）の固着部位（３ａ）の固着
面積を大きく取り、強固にＣａ　Ｔ　ｉ　Ｏｚ基板（１
０）に対して接着し得る構造として、上記と同様に光セ
ンサを組み立て、同様の試験を行なったところ、その出
力変動は０．５％であった。

サラニ、ＬｉＮｂＣ）＋素子（３）に対して、第５図（
ａ）に示される如く、図示の如き寸法下で、その底部の
基板固着面の略中央部分に凸条（１６）を残して、その
左右に凹溝（１７，１７）をそれぞれ形成し、そして第
５図（ｂ）に示される如く、かかる中央部分の凸条（１
６）の先端部において、Ｃａ　Ｔ　ｉ　Ｏ：ｌ基板（１
０）に固定せしめてなる構造の光センサを上記と同様に
して組み立て、そして同様の試験を行なったところ、そ
の出力変動は０．８％であった。

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４　ｍｕ　
Ｘ　５　ｍ面に電極（８）を設けた２１１１×４龍ｘ　
５　ｍｍの大きさのＬｉＮｂ０．単結晶を用い、また基
板として、ＣａＴｉ０．多結晶体を用いた。

なお、このＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ、単結晶の熱膨張係数を
測定したところ、３８　ｘ　１０−’／’ｃ　（Ｚ軸方
向）であり、それに垂直な方向では１６７　ｘ　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（１２）を形成したλ／４板（５）を、第
２図の如き配置構成において、ＣａＴｉ０：ｌ基板（１
０）にエポキシ樹脂（９）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、ごのセンサは第１図に示される透過型のものとは
異なり、小型化を目的として、反射型の構成を採ってい
るために、光源（１）と光センサの途中に分岐器（１３
）が設けられている。

そして、このように構成された光センサに、５ＯＶ、６
０Ｈｚの交流信号を印加し、恒温槽内に入れて一２０℃
〜＋８０℃の間で出力信号の温度変化を調べたところ、
４％の出力変動があることが認められた。

一方、第２図におけるＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ！素子（３）
固定基板（１０）に対して、第６図（ａ）に示される如
く、図示の如き寸法下において、素子固定面（固着部位
）の略中央部分に凸条（１８）を残し、その左右に凹溝
（１９，１９）を形成して、その中央部分の凸条（１８
）の先端部において、樹脂接着剤（９）を介してＬｉＮ
ｂ０．素子（３）を第６図（ｂ）に示される如く固着せ
しめて、目的とする光センサを組み立て、前記実施例１
と同様な試験を行なったところ、その出力変動は０．９
％となり、著しく改善されていることが認められた。

また、第７図（ａ）に示される如く、ＣａＴ　ｉ０３基
板（１０）の凸条部（１８）を形成する左右の凹溝（１
９，１９）を図示の寸法の如くそれぞれ狭幅と為し、そ
れら凹溝（１９，１９）の外側の縁部（２０，２０）に
てＬｉ、ＮｂＯ３素子（３）を支えるようにした基板（
１０）を用い、上記と同様にして光センサを組み立て、
同様な試験を行なったところ、その出力変動は０．７％
となった。

実施例　３上記の実施例で用いられたＬｉＮｂ０．単結晶からなる
素子（３）として、第８図乃至第１１図に示される如き
各種の形態の括れ部を有する素子を用い、それぞれ図示
の如き形態において、ＣａＴ　ｉ　Ｏｚ基板（１０）に
樹脂接着剤（９）を介して固着、保持せしめ、目的とす
る光センサを作製した。

すなわら、第８図及び第１０図に示すものは、光学素子
（３）自体に加工が施されたものであって、第８図（ａ
）に示される如く、素子（３）の固着部位（３ａ）と素
子本体部位（３ｂ）との間、の近傍部位に対して、素子
の一方の側から切込み溝（２１）が形成されて、括れ部
が形成されたものであり、この場合においては、第８図
（ｂ）に示される如く、固着部位（３ａ）の括れ部から
離れた端面において樹脂接着剤（９）を介して基板（１
０）に固着せしめられる構造とされている。

また、第１０図（ａ）に示された構造は、素子（３）の
固着面（底面）の中央部分に凸部（２２）が設けられて
おり、この凸部（２２）の先端において、第１０図（ｂ
）に示される如く、樹脂接着剤（９）を介して基板（１
０）に固着、保持せしめられる構造とされている。

一方、第９図及び第１１図に示される構造は、基板（１
０）に加工を施したものであって、第９図においては、
基板（１０）から突出せしめられた固着部位の両側部か
ら、それぞれ所定の切込み溝（２３，２３）が形成され
て、その中央部分が接続部とされ、以て括れ部が形成さ
れた構造となっており、そしてその面積の広い固着部位
の上面において樹脂接着剤（９）を介して素子（３）が
固着されるようになっている。また、第１１図に示され
るものにあっては、その（ａ）から明らかなように、基
板（１０）の上面に凸部（２４）が形成されており、こ
の凸部（２４）に対して、第１１図（ｂ）に示される如
く、樹脂接着剤（９）を介して所定の素子（３）が固着
されるようになっているのである。

また、第１２図は、光学素子として磁気光学結晶（ＹＩ
Ｇ）２５を用いた、光センサの他の一例に係る配置構成
を示しているが、本発明は、かかる光センサの磁気光学
結晶２５に対しても適用され得るものであって、例えば
第１３図及び第１４図に示される如き構造において、基
板１０に対して固着せしめられ得るのである。

（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固着部位乃至はその近傍部位に
、所望の括れ部を存在せしめて、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や樹
脂接着時における接着剤の収縮により発生する応力を効
果的に緩和せしめるようにしたものであって、環境温度
の変化や接着剤の収縮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２図は、それぞれ、光学素子複合体よりな
る光センサの一例を示す配置構成図であり、第３図（ａ
）及び（ｂ）、第４図（ａ）及び（ｂ）、第５図（ａ）
及び（ｂ）、第８図（ａ）及び（ｂ）並びに第１０図（
ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明に従う括れ部を光
学素子側に設けた例を示す光学素子斜視図及びその基板
に対する取付状態説明図であり、第６図（ａ）及び（ｂ
）、第７図（ａ）及び（ｂ）並びに第１１図（ａ）及び
（ｂ）は、それぞれ、本発明に従う括れ部を基板側に設
けた例を示す斜視説明図及びその光学素子との取付状態
説明図であり、第９図は、本発明に従う括れ部を基板側
に設けた他の例を示す光学素子に対する取付状態説明図
である。第１２図は、磁気光学結晶を用いた光センサの
一例に係る配置構成図であり、第１３図は磁気光学結晶
に本発明に従う括れ部を設けた例を示す斜視説明図、第
１４図はそのような磁気光学結晶の基板に対する固着状
態説明図である。１：光ａ　　　　　　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手反　　　６：ロソドレンズ７：受光器　　
　　８：電極９：接着剤　　　１０：基板１２；ミラー　　　１３：分岐器１４．１６．ｔｓ：凸条１５．２１，２３：切込み溝１７．１９：凹溝２０：縁部　　　　２２．２４＝凸部２５：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何れか一方の固着部位乃
至はその近傍部位に対して括れ部を形成し、該括れ部の
存在により、該光学素子に作用する応力の緩和を図るよ
うにしたことを特徴とする光学素子複合体。
（２）前記光学素子の前記基板に対する固着面に対して
、その略中央部分に位置するように、凸部乃至は凸条を
設けて、該凸部乃至は凸条の先端部において前記基板に
固着せしめることにより、該凸部乃至は凸条形成部位を
前記括れ部としたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の光学素子複合体。
（３）前記光学素子の前記基板に対する固着部位の近傍
部位において、該光学素子の相対向する側部よりそれぞ
れ切込み溝を設けて、その略中央部分で前記固着部位が
該光学素子本体に接続せしめられるようにすることによ
り、前記括れ部が形成されていることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の光学素子複合体。
（４）前記光学素子の前記基板に対する固着部位の近傍
部位において、該光学素子の一方の側部から一つの切込
み溝を設けて、該光学素子の他方の側部部位で前記固着
部位が該光学素子本体に接続せしめられるようにするご
とにより、前記括れ部が形成されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の光学素子複合体。
（５）前記基板の前記光学素子に対する固着部位におい
て、その略中央部分に位置するように、凸部乃至は凸条
を設けて、該凸部乃至は凸条の先端部において前記光学
素子に固着せしめることにより、該凸部乃至は凸条形成
部位を前記括れ部としたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の光学素子複合体。
（６）前記凸部乃至は凸条が、前記基板の前記光学素子
に対する固着部位に設けられた凹部乃至は溝部によって
形成されている特許請求の範囲第５項記載の光学素子複
合体。
（７）前記基板の前記光学素子に対する固着部位が該基
板本体から突出して形成されており、そしてその突出部
位の少なくとも一つの側部より切込み溝を設けて、前記
基板本体に対する接続部を括れさせて、前記括れ部とし
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学素
子複合体。