(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子と、前記光学素子が搭載され、電極端子が形成された基板と、前記光学素子及び電極端子を取り囲む金属製の側壁部と、前記側壁部に固定され、前記基板と対向する蓋部と、を備えた光学装置において、
前記蓋部は、
光学窓が設けられた第１蓋部であって、該光学窓が前記光学素子の有効領域を覆うように、該光学窓を取り囲む金属製のフレーム部が前記側壁部に固定される第１蓋部と、
前記電極端子と前記光学素子とを接続する接続部材及び前記電極端子を覆うように、前記側壁部及び前記第１蓋部に固定される第２蓋部と、に分割されていることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記第１蓋部は、前記有効領域を前記電極端子及び前記接続部材から隔てる、前記基板側に突出した衝立部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記第１蓋部と前記第２蓋部とは、その上面が平坦に連続していることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記第１蓋部と前記第２蓋部とは、少なくとも一部がオーバラップして互いに固定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項５】
光学素子と、前記光学素子が搭載され、電極端子が形成された基板と、前記光学素子及び電極端子を取り囲む金属製の側壁部と、前記側壁部に固定され、前記基板と対向する蓋部と、を備えた光学装置の製造方法において、
前記蓋部の一部であり、光学窓が設けられた第１蓋部を、該光学窓が前記光学素子の有効領域を覆うように、該光学窓を取り囲む金属製のフレーム部を前記側壁部にシーム溶接を用いて固定する第１蓋部取付工程と、
前記第１蓋部取付工程のあとに実施する接続工程であって、前記光学素子と前記電極端子とを接続部材にて接続する接続工程と、
前記接続工程のあとに実施する第２蓋部工程であって、前記蓋部の前記第１蓋部以外の部分である第２蓋部を、前記電極端子及び前記接続部材を覆うように前記側壁部及び前記第１蓋部に固定する第２蓋部取付工程と、を含むことを特徴とする光学装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に光学素子を封止した光学装置、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光学素子への湿度等の影響を抑制するために、筐体内に光学素子を配置し、蓋部を取り付けて気密封止した光学装置が知られている。このような光学装置において、蓋部に開口を設け、この開口を光透過性材料である光学窓にて塞いで光路とした構造を有するものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、光学素子１１を封止した従来の光学装置１００の概略構成を示す図であり、（ａ）は、蓋部を開けた状態の断面図、（ｂ）は、斜視図である。光学装置１００は、受光部１ａ及び半導体素子１１ｂを備えた光学素子１１、基板２０、側壁部４０、蓋部５０を備えている。基板２０には電極端子３０が形成されており、電極端子３０は、半導体素子１１ｂとワイヤ７０にてワイヤボンディングされている。蓋部５０は、開口６１が形成されている光非透過性材料のフレーム部６０、およびこの開口６１を塞ぐ光透過性材料の光学窓６２を有している。この光学窓６２を通して、光学素子１１の受光部１１ａに光が入射される。このように、光学素子１１では、受光部１１ａが光学機能を担う有効領域として機能する。なお、上記では受光部１１ａに光が入射されるものとして記載しているが、受光部１１ａは、光が入射される部材でも、あるいは、光を出射する部材であっても、その両方を行える部材であってもよい。光学窓６２は、受光部１１ａへの入射光あるいは受光部１１ａからの出射光の光路となる。
【０００４】
光学装置１００では、側壁部４０が形成された基板２０に、光学素子１１を配置した後に、蓋部５０を側壁部４０に取り付け、気密封止がなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１４８４６９号公報（１９９７年６月６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、光学装置１００では、気密封止した後は光学装置１００内部の加工をすることができない。そのため、蓋部５０を側壁部４０に取り付ける前に内部の加工を行うが、光学素子１１は露出しているため、異物が光学素子１１に付着や蓄積しやすい状態で各工程を行うことになる。このような異物としては、外部から入り込むものや、ワイヤボンディング工程でのワイヤ屑等がある。ワイヤボンディング工程では、光学素子１１が露出したままの状態にてボンディング装置を作動させるため、光学素子１１への異物付着の可能性が非常に高くなる。
【０００７】
図４に示すように、異物が光学素子１１の受光部１１ａに付着すると、この異物により、受光部１１ａへの入射光、あるいは、受光部１１ａからの出射光の量や方向が変化し、光学素子１１が正確に機能しなくなる。例えば、光学素子１１が反射光の角度を制御する機能を有する空間光変調素子である場合、入射光が異物にて屈折されることでクロストークが起こり、誤作動（出力異常）の原因となる。また、光学素子１１が固体撮像素子である場合、異物にて光が屈折されることで受光量が著しく低下する。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、光学素子の有効領域を異物から保護し、異物による光学素子の性能低下を抑制可能な光学装置、またその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明に係る光学装置は、光学素子と、前記光学素子が搭載され、電極端子が形成された基板と、前記光学素子及び電極端子を取り囲む側壁部と、前記側壁部に固定され、前記基板と対向する蓋部と、を備えた光学装置において、前記蓋部は、光学窓が設けられ、該光学窓が前記光学素子の有効領域を覆うように前記側壁部に固定される第１蓋部と、前記電極端子と前記光学素子とを接続する接続部材及び前記電極端子を覆うように、前記側壁部及び前記第１蓋部に固定される第２蓋部と、に分割されていることを特徴としている。
【００１０】
上記の構成によれば、蓋部が第１蓋部と第２蓋部とに分割されているため、蓋部を２回に分けて側壁部に取り付けることができる。よって、第１蓋部を側壁部に取り付けてから、第２蓋部を取り付けるまでの間は、第１蓋部により光学素子の有効領域を覆い、有効領域を保護した状態にて、電極端子と光学素子とを接続部材にて接続することができる。さらに、その後に第２蓋部を側壁部に取り付けることで、光学素子を封止することできる。
【００１１】
以上から分かるように、上記構成によると、光学素子の有効領域を異物から保護することができ、異物による光学素子の性能低下を抑制することが可能となる。よって、信頼性の高い光学装置を提供することができる。
【００１２】
また、本発明に係る光学装置では、上記構成に加え、前記第１蓋部は、前記有効領域を前記電極端子及び前記接続部材から隔てる、前記基板側に突出した衝立部を備えていることが好ましい。
【００１３】
上記の構成によれば、基板側に突出した衝立部により、光学素子の有効領域を電極端子及び接続部材から隔てることができる。第１蓋部を取り付けた後で、第２蓋部を取り付ける前に、電極端子に接続部材を接続する際、接続部材の屑が発生しても、衝立部により、この屑が電極端子及び接続部材の存在する領域から有効領域へ移動するのを抑制することができる。
【００１４】
ここで、衝立部は基板側に突出しているため、第１蓋部の光学窓以外の部分（フレーム部）とは、別体として形成され、フレーム部に取り付けられるのが好ましい。別体とすることで、光学素子や基板等に影響を与えない材料を選択することができる。また、別体とすることで、形状の自由度を上げることができる。
【００１５】
また、本発明に係る光学装置では、上記構成に加え、第１蓋部と第２蓋部とは、その上面が平坦に連続していることが好ましい。
【００１６】
上記構成によると、上面が平坦に連続していることで、シーム溶接を行う場合には、第１蓋部と第２蓋部とを一連の動作で側壁部に固定することができる。
【００１７】
また、本発明に係る光学装置では、上記構成に加え、前記第１蓋部と前記第２蓋部とは、少なくとも一部がオーバラップして互いに固定されていることが好ましい。
【００１８】
上記構成によると、少なくとも一部がオーバラップしていることで、第１蓋部と第２蓋部とを互いに強固に固定することができ、光学素子の封止を確実に行なうことができる。また、溶接にて互いを固定する際には、端面のみを付き合わせて固定するよりも、溶接がし易い。
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る光学装置の製造方法は、光学素子と、前記光学素子が搭載され、電極端子が形成された基板と、前記光学素子及び電極端子を取り囲む側壁部と、前記側壁部に固定され、前記基板と対向する蓋部と、を備えた光学装置の製造方法において、前記蓋部の一部であり、光学窓が設けられた第１蓋部を、該光学窓が前記光学素子の有効領域を覆うように前記側壁部に固定する第１蓋部取付工程と、前記光学素子と前記電極端子とを接続部材にて接続する接続工程と、前記蓋部の前記第１蓋部以外の部分である第２蓋部を、前記電極端子及び前記接続部材を覆うように前記側壁部及び前記第１蓋部に固定する第２蓋部取付工程と、を含むことを特徴としている。
【００２０】
上記方法によると、第１蓋部を取り付けることより、光学素子の有効領域を異物から保護した状態で、光学素子と電極端子とを接続部材にて接続することができる。そしてその後に、蓋部の第１蓋部以外の部分である第２蓋部を取り付けることで、光学素子を内部に封止した光学装置を製造することができる。このように、上記方法によると、光学素子の有効領域を異物から保護して光学装置を製造することができる。
【００２１】
なお、光学素子が搭載される前の本発明に係る光学装置、すなわち、前記基板と、前記側壁部と、前記第１蓋部及び前記第２蓋部を有する前記蓋部と、を有する筐体（パッケージ、ハウジング）も、本願発明の範疇に含まれる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、光学素子の有効領域を異物から保護し、異物による光学素子の性能低下を抑制可能な光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態１の光学装置の概略構成を示す断面図、（ｂ）はその上面図、（ｃ）は、その斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態２の光学装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３の光学装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】（ａ）は、従来の光学装置の概略構成を示す断面図であり、（ｂ）は、その斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施の形態について、図を参照に以下に説明する。以下の本実施の形態では、光学素子として、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）素子１を備えた光学装置１０について説明する。
【００２５】
（光学装置の構成）
図１は、本実施の形態の光学装置１０の概略構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は、上面図、（ｃ）は斜視図である。なお、図１の（ａ）は、以下で説明する第２蓋部６を外した状態（固定される前の状態）の光学装置１０を示している。
【００２６】
図１に示すように、光学装置１０は、ＬＣＯＳ素子１、基板２、側壁部４、および蓋部８を備えている。
【００２７】
ＬＣＯＳ素子１は、反射光の角度を制御する機能を有する空間光変調素子であり、半導体素子１ｂ及び受光部１ａを有している。半導体素子１ｂは、受光部１ａを駆動するための駆動回路をシリコン基板に形成したものであり、受光部１ａとの境界面がミラー状に形成されている。受光部１ａは、液晶層及びガラス層を備え、記載順に半導体素子１ｂ上に積層されている。ＬＣＯＳ素子１は、液晶層に印加される電圧の変化に応じて、液晶の配向を変化させ、受光部１ａへ入射してきた光の反射角度を変更する。つまり、電圧を制御することで、反射角度を制御することができる。このように構成されたＬＣＯＳ素子１では、受光部１ａが光学機能を担う有効領域として機能する。
【００２８】
基板２は、ＬＣＯＳ素子１を搭載させるための部材である。例えばセラミック、金属等から形成される。また、基板２には、外部との導通を取る為の電極端子３が形成されている。電極端子３とＬＣＯＳ素子１の半導体素子１ｂとはワイヤ７を用いたワイヤボンディングにより接続されている。ワイヤ７は、例えば、金、アルミニウム等が用いられる。
【００２９】
側壁部４は、ＬＣＯＳ素子１を囲むように基板２上に設けられた枠状部材であり、例えば、セラミック、金属等からなる。なお、複数の部材から枠状に形成されていてもよい。ここで、側壁部４は基板２と一体として形成されていても、別体として形成されていてもよい。別体として形成される場合には、例えば、側壁部４は基板２に樹脂にて固定される。
【００３０】
さらに、基板２とＬＣＯＳ素子１との間にヒーター基板を備えていてもよい。ヒーター基板により、ＬＣＯＳ素子１を常温よりも高い温度に加熱して使用すると、液晶の配向速度を、常温よりも速めることができる。ヒーター基板を備えている場合には、ヒーター基板への導通もワイヤボンディングによって電極端子３を介して行うことができる。
【００３１】
蓋部８は、側壁部４に固定され、基板２を覆う部材である。つまり、光学装置１０は、基板２と側壁部４と蓋部８とからなる筐体（パッケージ）内に、ＬＣＯＳ素子１が封止された装置である。蓋部８は、第１蓋部５及び第２蓋部６に分割されている。
【００３２】
第１蓋部５は、開口５３が形成されたフレーム部５１および光学窓５２を有している。フレーム部５１は、非光透過性の金属材料から形成される。開口５３は、光透過性材料（例えば、ガラス基板）から形成された光学窓５２によって塞がれている。第１蓋部５は、光学窓５２が受光部１ａの上方に配置され、側壁部４に固定されている。これにより、光学装置１０の外部からの入射光は、光学窓５２を通り、ＬＣＯＳ素子１の受光部１ａに導かれる。また、ＬＣＯＳ素子１の受光部１ａからの反射光は、光学窓５２を通り外部に出射する。
【００３３】
第２蓋部６は、非光透過性の金属材料から形成され、電極端子３及びワイヤ７を覆う位置に配置され、側壁部４に固定されている。
【００３４】
このように、蓋部８が第１蓋部５と第２蓋部６とに分割されているため、蓋部８を２回に分けて側壁部４に取り付けることができる。よって、第１蓋部５を側壁部４に取り付けてから、第２蓋部６を取り付けるまでの間は、第１蓋部５によりＬＣＯＳ素子１の受光部１ａを覆い、受光部１ａを保護した状態にて、電極端子３と半導体素子１ｂとをワイヤボンディングすることができる。さらに、その後に第２蓋部６を側壁部４に取り付けることで、ＬＣＯＳ素子１を封止することできる。
【００３５】
よって、光学装置１０では、ＬＣＯＳ素子１の受光部１ａを異物から保護することができ、異物による光学素子の性能低下を抑制することが可能となる。
【００３６】
また、図１の（ａ）及び（ｃ）に示すように、第２蓋部６には第１蓋部５の一部を覆う凸部６１が設けられ、第２蓋部６はこの凸部６１にて第１蓋部５にオーバラップして固定されている。このように、第１蓋部５と第２蓋部６とが少なくとも一部がオーバラップすることで、第１蓋部５と第２蓋部６とを互いに強固に固定することができ、ＬＣＯＳ素子１の封止を確実に行なうことができる。また、第１蓋部５と第２蓋部６とが少なくとも一部がオーバラップすることで、溶接にて互いを固定する場合には、端面のみを付き合わせて固定するよりも、溶接がし易い。
【００３７】
（光学装置の製造方法）
次に、本実施の形態の光学装置１０の製造方法について説明する。
【００３８】
まず、側壁部４を取り付けた基板２に（あるいは、側壁部４を備えた基板２に）、ＬＣＯＳ素子１を搭載する。
【００３９】
次に、第１蓋部５の光学窓５２がＬＣＯＳ素子１の受光部１ａを覆うように第１蓋部５を側壁部４に固定する（第１蓋部取付工程）。次に、半導体素子１ｂと電極端子３とをワイヤ７にてワイヤボンディングする（接続工程）。このとき、第１蓋部５により、受光部１ａを異物から保護した状態で、ワイヤボンディングすることができる。
【００４０】
その後、第２蓋部６を、電極端子３及びワイヤ７を覆うように側壁部４及び第１蓋部５に固定する（第２蓋部取付工程）。以上により、ＬＣＯＳ素子１を内部に封止した光学装置１０を製造することができる。
【００４１】
上記の第１蓋部５の固定及び第２蓋部６の固定は、本実施の形態では、シーム溶接にて行う。しかし、光学装置１０が気密封止する必要のない光学素子を備えたものであれば、樹脂接着にて上記固定を行ってもよい。
【００４２】
上記以外の製造方法については従来公知の技術を利用できるため、説明を省略する。
【００４３】
〔実施の形態２〕
本発明を実施するための別の形態について、図を参照に以下に説明する。以下の本実施の形態では、ＬＣＯＳ素子１を備えた光学装置１０Ａについて説明する。
【００４４】
図２は、本実施の形態の光学装置１０Ａの概略断面図である。
【００４５】
図２に示す光学装置１０Ａは、蓋部８に替えて蓋部８Ａを備えている点が、光学装置１０と異なっている。光学装置１０Ａのその他の構成は、光学装置１０の構成と同様であるため、同じ構成部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００４６】
蓋部８Ａは、第１蓋部５Ａと第２蓋部６とを有している。第２蓋部６は、光学装置１０の蓋部８が有する第２蓋部６と同じである。図２では、第２蓋部６を外した状態の光学装置１０Ａを示している。第２蓋部６が閉じられた状態の光学装置１０Ａの上面図及び斜視図は、図１の（ｂ）及び（ｃ）とそれぞれ同様である。
【００４７】
図２に示すように、第１蓋部５Ａは、第１蓋部５の構成に加え、衝立部５１ａを備えている。衝立部５１ａは、フレーム部５１から基板２側に突出した形状を有し、受光部１ａを電極端子３及びワイヤ７から隔てるために設けられた衝立である。
【００４８】
本実施の形態では、衝立部５１ａは、フレーム部５１とは別の材料で構成され、フレーム部５１に固定されている。別体とすることで、ＬＣＯＳ素子１や基板２等に影響を与えない材料を選択することができる。衝立部５１ａは、例えば、樹脂から形成され、受光部１ａを電極端子３及びワイヤ７から隔てることができる位置にてフレーム部５１に固定される。なお、衝立部５１ａは、フレーム部５１と一体形成されていてもよい。
【００４９】
衝立部５１ａにより、受光部１ａを電極端子３及びワイヤ７から隔てることができる。第１蓋部５Ａの取り付けた後であり、第２蓋部６の取り付ける前に、ワイヤボンディングする際、ワイヤ７の屑が発生しても、衝立部５１ａにより、この屑が電極端子３及びワイヤ７のある領域から受光部１ａのある領域へ移動するのを抑制することができる。
【００５０】
〔実施の形態３〕
本発明を実施するためのさらに別の形態について、図を参照に以下に説明する。以下の本実施の形態では、ＬＣＯＳ素子１を備えた光学装置１０Ｂについて説明する。
【００５１】
図３は、本実施の形態の光学装置１０Ｂの概略構成を示す図であり、（ａ）は、断面図、（ｂ）は、上面図である。
【００５２】
図３の（ａ）に示すように、光学装置１０Ｂは、蓋部８に替えて蓋部８Ｂを備えている点が、光学装置１０と異なっている。光学装置１０Ｂのその他の構成は、光学装置１０の構成と同様であるため、同じ構成部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００５３】
蓋部８Ｂは、フレーム部５１Ｂと光学窓５２とを備えた第１蓋部５Ｂ、及び第２蓋部６Ｂを有している。そして、第１蓋部５Ｂと第２蓋部６Ｂとは、その上面が平坦に連続している。
【００５４】
第１蓋部５Ｂのフレーム部５１Ｂは、第１蓋部５Ｂと第２蓋部６Ｂの接続領域において、第２蓋部６Ｂの凸部６１を嵌め込む凹部５４が設けられている点が、第１蓋部５のフレーム部５１と異なる点である。また、第２蓋部６Ｂは、凸部６１が第１蓋部５Ｂの凹部５４に嵌る形状に形成されている点、さらに、凸部６１が凹部５４埋められた後には、第２蓋部６Ｂの上面と第１蓋部５Ｂの上面とが平坦に連続するように形成されている点が、第２蓋部６と異なる点である。
【００５５】
さらに、本実施形態では、第１蓋部５Ｂは、実施の形態２にて説明した第１蓋部５Ａと同様に、衝立部５１ａを備えている。しかし、第１蓋部５Ｂは衝立部５１ａを備えていなくてもよい。
【００５６】
光学装置１０Ｂでは、１蓋部５Ｂと第２蓋部６Ｂとが、その上面が平坦に連続しているため、シーム溶接を行う場合、第１蓋部５Ｂと第２蓋部６Ｂとを一連の動作で側壁部４に固定することができる。これについて説明する。
【００５７】
ます、図３の（ｂ）の点線の矢印（ｉ）に示すように、第１蓋部５Ｂを、第１蓋部５Ｂのみが接する側壁部４とシーム溶接する。点線の矢印はシーム溶接の行う方向を示しているが、もちろん逆方向であっても構わない。この後に、半導体素子１ｂと電極端子３とのワイヤボンディングを行い、第２蓋部６Ｂを配置する。そして、図３の（ｂ）の点線の矢印（ｉｉ）に示すよう、第２蓋部６Ｂを、第２蓋部６Ｂのみが接する側壁部４にシーム溶接する。続けて、図３の（ｂ）の点線の矢印（ｉｉｉ）に示すように、第１蓋部５Ｂと第２蓋部６Ｂとをシーム溶接し、図３の（ｂ）の点線の矢印（ｉｖ）に示すように、第１蓋部５Ｂと第２蓋部６Ｂと一連の動作で側壁部４にシーム溶接する。なお、点線の矢印（ｉｉ）〜（ｉｖ）に示すシーム溶接の行う順序は、上記に限定されない。例えば、（ｉｖ）、（ｉｉｉ）、（ｉｉ）の順で行なってもよい。
【００５８】
上記した各実施の形態では、光学素子としてＬＣＯＳ素子を備えた光学装置について説明した。しかしながら、本発明に係る光学装置が備える光学素子は、これに限定されない。すなわち、本発明に係る光学装置が備える光学素子は、筐体に格納されるものであれば、どのような素子であってもよく、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー素子であってもよい。また、この光学素子は、固体撮像素子であってもよい。この場合、本発明に係る光学装置の構成により、光学素子（固体撮像素子）における受光量の低下を抑制する効果を享受することができる。
【００５９】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、内部に光学素子を封止した光学装置、及びその製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１      ＬＣＯＳ素子（光学素子）
１ａ    受光部（有効領域）
１ｂ    半導体素子
２      基板
３      電極端子
４      側壁部
５，５Ａ，５Ｂ  第１蓋部
６，６Ａ，６Ｂ  第２蓋部
７      ワイヤ（接続部材）
８，８Ａ，８Ｂ  蓋部
１０，１０Ａ，１０Ｂ  光学装置
５２    光学窓
５４    凹部
６１    凸部
１００  従来の光学装置
【図１】
0006426539.tif 000002
【図２】
0006426539.tif 000003
【図３】
0006426539.tif 000004
【図４】
0006426539.tif 000005