JPH0617928B2

JPH0617928B2 - 光学素子複合体

Info

Publication number: JPH0617928B2
Application number: JP62046370A
Authority: JP
Inventors: 省吾川口; 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: 1994-03-09
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPS63210912A

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
ズ等の矩形ブロック形状を呈する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、立方体、直方体等
の矩形ブロック形状を有しており、それらは、その底面
を固着面として、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
率の変化等の問題が惹記され、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
を惹記せしめる等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矩形ブロック形状の電気
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
ｉＮｂＯ_３）或いはＢｉ_１２ＳｉＯ_２０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１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、このような構造の光センサにあっては、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
する等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、上例の如き電気光学結
晶素子の他にも、磁気光学結晶素子、反射板等がある
が、それらは何れも矩形ブロック形状を呈しており、そ
してそれらの素子を、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、それによって光
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記されるのであり、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
惹記されることとなる。

このため、特開昭５９−１５９１１０号公報において
は、上述したような光学素子に加わる応力を緩和すべ
く、基板に溝を堀り、該溝の両側の段部に光学素子を接
着せしめることにより、それら光学素子と基板との部分
的な接着を行なう構造を明らかにしているが、そのよう
な構造を採用しても、末だ充分に応力の緩和を図り得な
かったのである。即ち、基板に設けた溝の両側の段部に
光学素子を接着する構造を採用するものであるところか
ら、接着部位が２ヶ所となり、その２ヶ所で素子を拘束
することとなるために、全面接着と同様となり、部分的
には素子の撓みにて応力の緩和が達成されるものの、そ
の緩和効果は充分でなかったである。

（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矩形ブロック形状の光学部品にお
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記される、それら基板と光学部
品との間の応力をより一層効果的に緩和せしめ、以てそ
のような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
なくとも一つの矩形ブロック形状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、該凸部乃至は凸条の先端部にお
いて他方の固着部位に対して固着せしめて、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。

このように、本発明に従って、矩形ブロック形状の光学
素子の基板に対する固着部位（底面）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、
かかる凸部乃至は凸条の先端部において基板に固着せし
めることにより、またこれとは反対に、基板の光学素子
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、そのような凸部乃至は凸条を設けるようにし
て、該凸部乃至は凸条を介して光学素子を基板に支持せ
しめることによって、光学素子と基板との間の固着部分
をその略中央部分に限定して、その固着面積を少なくし
て、応力発生量を可及的に少なくし、以て光学素子への
応力の影響をより一層効果的に排除乃至は抑制せしめる
ことが出来るのである。

（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、ＴｉＯ_２、カルサイ
ト等の偏光用光学素子；ロッドレンズ素子；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、それらは、何れも、立方体、直方
体等の矩形ブロック体形状を呈するものであって、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、本発明に
適用されて、基板との間の熱膨張の違いに基因して惹記
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ＬｉＮｂＯ_３（リチウム
・ナイオベート）、ＬｉＴａＯ_３（リチウム・タンタレ
ート）、Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０、Ｂｉ_１２ＧｅＯ_２０等が
あり、また磁気光学結晶素子としては、ＹＩＧ、鉛ガラ
ス、ＺｎＳｅ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が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記され
る応力のより一層有効な緩和を図るために、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におい
て、その略中央部分に位置するように、所定の凸部乃至
は凸条が形成され、この凸部乃至は凸条を介しての接着
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。

けだし、応力の発生量は、光学素子と基板との接着部の
長さ乃至は面積に依存し、そのような応力発生量を少な
くするには前記接着部の長さ（面積）を小さくすればよ
いところ、本発明にあっては、固着部位の略中央部分に
位置するように設けた一つの凸部乃至は凸条の先端部に
おいて光学素子（又は基板）との接着が行なわれるもの
であるため、そのような接着部の長さ乃至は面積を有利
に小さく為し得ることとなるからである。

なお、このような本発明に従う光学素子または基板の固
着部位に設けられた凸部乃至は凸条の構造としては、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、本発明の範疇に
属するものであることが、理解されるべきである。

また、そのような凸部乃至は凸条の存在下において、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、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４mm
×５mm面に電極（８）を設けた、２mm×４mm×５mmの大
きさのＬｉＮｂＯ_３単結晶を用い、また基板として、Ｃ
ａＴｉＯ_３多結晶体を用いた。なお、このＬｉＮｂＯ_３
単結晶の熱膨張係数を測定したところ、３８×１０^−７
／℃（Ｚ軸方向）であり、それに垂直な方向では１６７
×１０^−７／℃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、ＣａＴｉＯ
_３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図に示される如き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。

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、５０Ｖ、６
０Ｈｚ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、ＬｉＮｂＯ_３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：m
m、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：１mm×２mm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Ｃ
ａＴｉＯ_３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。

さらに、ＬｉＮｂＯ_３素子（３）に対して、第４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４図（ｂ）に示される如く、かかる中央部分の凸条
（１６）の先端部において、ＣａＴｉＯ_３基板（１０）
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４mm×５mm
面に電極（８）を設けた２mm×４mm×５mmの大きさのＬ
ｉＮｂＯ_３単結晶を用い、また基板として、ＣａＴｉＯ
_３多結晶体を用いた。なお、このＬｉＮｂＯ_３単結晶の
熱膨張係数を測定したところ、３８×１０^−７／℃（Ｚ
軸方向）であり、それに垂直な方向では１６７×１０
^−７／℃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、ＣａＴｉＯ_３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、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（１３）が設けられている。

一方、第２図におけるＬｉＮｂＯ_３素子（３）固定基板
（１０）に対して、第５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ＬｉＮｂＯ_３素
子（３）を第５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６図（ａ）に示される如く、ＣａＴｉＯ_３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ＬｉＮｂＯ_３素子（３）を支えるようにした基板（１
０）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上記の実施例において用いられたＬｉＮｂＯ_３単結晶か
らなる素子（３）として、第７図に示される如く、底面
の略中央部分に設けられた凸部を有する素子を用い、図
示の如き形態において、ＣａＴｉＯ_３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。

すなわち、この第７図に示されるものは、光学素子
（３）自体に加工が施されたものであって、第７図
（ａ）に示される如く、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７図（ｂ）に示される如
く、樹脂接着剤（９）を介して基板（１０）に固着、保
持せしめられる構造とされている。

また、第８図に示される構造は、基板（１０）に加工を
施したものであって、第８図（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８図（ｂ）に示され
る如く、所定の樹脂接着剤（９）を介して所定の光学素
子（３）が固着されるようになっているのである。

また、第９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１０図及び第１１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、矩形ブロッ
ク形状の光学素子とそれを支持する基板とのの固着部位
において、その何れか一方に、その略中央部分に位置す
るようにして、所定の凸部乃至は凸条を形成せしめて、
該凸部乃至は凸条を介して他方に固着せしめ、以てその
接着部を固着部位の略中央部分に位置させ、且つそれを
小さくすることにより、それら光学素子と基板との間に
惹記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、より一層
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り、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）、並びに第
７図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明に従う凸部
乃至は凸条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５図
（ａ）及び（ｂ）、第６図（ａ）及び（ｂ）並びに第８
図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明に従う凸部乃
至は凸条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る。第９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１０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１１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：ロッドレンズ７：受光器、８：電極９：接着剤、１０：基板１２：ミラー、１３：分岐器１４，１６，１８：凸条２１：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】

【請求項１】少なくとも一つの矩形ブロック形状の光学
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、該凸部乃至は凸
条の先端部において他方の固着部位に対して固着せしめ
て、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。
【請求項２】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１項記載の光学
素子複合体。