(57)【要約】【課題】冷却時に窓板に反りが生じ難いリッドを実現する。【解決手段】リッド（１）において、枠板を下枠板（１２）と上枠板（１３）とに分割し、窓板（１１）の下面の外周部を下枠板（１２）に接合すると共に、窓板（１１）の上面の外周部を上枠板（１３）に接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を格納するパッケージを、筐体と共に構成するリッドであって、
第１の部材と第２の部材とに分割された枠板と、
前記枠板に形成された開口を塞ぐ窓板と、を備え、
前記窓板の下面の外周部が前記第１の部材に接合されると共に、前記窓板の上面の外周部が前記第２の部材に接合されている、ことを特徴とするリッド。
【請求項２】
前記第２の部材は、前記第１の部材を構成する材料と同一の材料により構成され、前記第１の部材と同一の形状及びサイズを有している、ことを特徴とする請求項１に記載のリッド。
【請求項３】
前記窓板の下面の外周部が第１の接合層を介して前記第１の部材に接合されると共に、前記窓板の上面の外周部が第２の接合層を介して前記第２の部材に接合されており、
前記第２の接合層は、前記第１の接合層を構成する材料と同一の材料により構成され、前記第１の接合層と同一の形状及びサイズを有している、ことを特徴とする請求項２に記載のリッド。
【請求項４】
前記第１の部材は、下段サイズが上記窓板のサイズよりも小さく、上段サイズが前記窓板のサイズよりも大きい第１の二段開口であって、前記窓板の下側が上段に入り込む第１の二段開口が形成された板状部材であり、
前記第２の部材は、上段サイズが上記窓板のサイズよりも小さく、下段サイズが前記窓板のサイズよりも大きい第２の二段開口であって、前記窓板の上側が下段に入り込む第２の二段開口が形成された板状部材であり、
前記窓板の下面の外周部が前記第１の二段開口の踏面の内周部に接合されると共に、前記窓板の上面の外周部が前記第２の二段開口の踏面の内周部に接合されている、ことを特徴とする請求項２又は３に記載のリッド。
【請求項５】
前記第１の部材は、開口が形成された板状部材であり、
前記第２の部材は、前記第１の部材の上面に載置された前記窓板を覆う、底板に開口が形成された箱型部材であり、
前記窓板の下面の外周部が前記第１の部材の上面の開口周辺部に接合されると共に、前記窓板の上面の外周部が前記第２の部材の底板の開口周辺部に接合されている、ことを特徴とする請求項１に記載のリッド。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載のリッドを備えている、ことを特徴とする光学素子パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子を格納する筐体を閉鎖するリッドに関する。また、光学素子と、この光学素子を格納する筐体と、この筐体を閉鎖するリッドとを備えた光学素子パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）などの光学素子が広く利用されている。これらの光学素子は、その特性が湿度の影響に左右されないよう、気密封止された状態で利用される。光学素子の気密封止は、この光学素子を格納する筐体と、この筐体を閉鎖するリッドとにより実現される。
【０００３】
図６は、典型的な従来の光学素子パッケージ１００の分解斜視図である。光学素子パッケージ１００は、図６に示すように、光学素子１１０と、光学素子１１０を格納する筐体１２０と、筐体１２０を閉鎖するリッド１３０とを備えている。図７は、光学素子パッケージ１００が備えるリッド１３０の断面図である。リッド１３０は、図７に示すように、開口１３１ａが形成された枠板１３１と、透光性を有する窓板１３２とにより構成されている。窓板１３２の下面の外周部は、接合層１３３を介して枠板１３１の上面の開口周辺部に接合されている。光学素子１１０から出射された光は、窓板１３２を透過した後、光学素子パッケージ１００から外部に出力される。また、外部から光学素子パッケージ１００に入力される光は、窓板１３２を透過した後、光学素子１１０に入射する。
【０００４】
特許文献１には、枠板１３１に相当するセラミックス製の蓋部と、窓板１３２に相当するガラス製の窓部とをガラスフリット接合することにより得られるリッドが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１５００９９号公報（公開日：２０１４年８月２１日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のリッド１３０には、冷却時に窓板１３２に反りが生じるという問題があった。リッド１３０を構成する枠板１３１と窓板１３２とは、半田、低融点ガラス、ガラスフリットなどを用いて接合される。このため、リッド１３０は、高温環境下で製造され、冷却した後に使用される。この冷却の際、窓板１３２に反りが生じる。窓板１１に反りが生じると、光学素子パッケージ１００から出力される光の出射角及び光学素子パッケージ１００に入力される光の入射角が変化するので、光学素子パッケージ１００が設計どおりの光学性能を発揮できなくなる。
【０００７】
従来のリッド１３０において冷却時に窓板１３２に反りが生じる理由は、以下のとおりである。すなわち、冷却時には、枠板１３１と窓板１３２とがそれぞれ熱収縮する。通常、枠板１３１は、窓板１３２よりも線膨張係数の大きい材料により構成される（枠板１３１は、金属により構成され、窓板１３２は、ガラスにより構成されることが一般的である）。このため、冷却時には、枠板１１の熱収縮により窓板１３２の下面の外周部に中心に向かう応力が働き、その結果、中心部がせり上がるように窓板１３２が反る。枠板１３１と窓板１３２とを、コバールとコバールガラスとのように線膨張係数の近い材料により構成したとしても、このようにして生じる窓板１３２の反りは、光学素子パッケージ１００の性能に無視し得ない影響を与える。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却時に窓板に反りが生じ難いリッドを実現することにある。また、そのようなリッドを用いて、光学性能の高い（設計どおりの光学性能が得られる）光学素子パッケージを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明に係るリッドは、光学素子を格納する筐体を閉鎖するリッドであって、第１の部材と第２の部材とに分割された枠板と、前記枠板に形成された開口を塞ぐ窓板と、を備え、前記窓板の下面の外周部が前記第１の部材に接合されると共に、前記窓板の上面の外周部が前記第２の部材に接合されている、ことを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、第１の部材の熱収縮により窓板の下面の外周部に中心に向かう応力が働く際には、第２部材の熱収縮により窓板の上面の外周部にも中心に向かう応力が働く。このため、窓板の下面にのみ中心に向かう応力が働く従来のリッドと比べて、窓板の反りが生じ難くなる。
【００１１】
本発明に係るリッドにおいて、前記第２の部材は、前記第１の部材を構成する材料と同一の材料により構成され、前記第１の部材と同一の形状及びサイズを有している、ことが好ましい。
【００１２】
上記の構成によれば、窓板の下面の外周部における応力分布と窓板の上面の外周部における応力分布とが対称に近づき、その結果、窓板の反りが小さくなる。
【００１３】
本発明に係るリッドにおいては、前記窓板の下面の外周部が第１の接合層を介して前記第１の部材に接合されると共に、前記窓板の上面の外周部が第２の接合層を介して前記第２の部材に接合されており、前記第２の接合層は、前記第１の接合層を構成する材料と同一の材料により構成され、前記第１の接合層と同一の形状及びサイズを有している、ことが好ましい。
【００１４】
上記の構成によれば、窓板の下面の外周部における応力分布と窓板の上面の外周部における応力分布とが対称になり、その結果、窓板の反りが生じなくなる。
【００１５】
本発明に係るリッドにおいて、前記第１の部材は、下段サイズが上記窓板のサイズよりも小さく、上段サイズが前記窓板のサイズよりも大きい第１の二段開口であって、前記窓板の下側が上段に入り込む第１の二段開口が形成された板状部材であり、前記第２の部材は、上段サイズが上記窓板のサイズよりも小さく、下段サイズが前記窓板のサイズよりも大きい第２の二段開口であって、前記窓板の上側が下段に入り込む第２の二段開口が形成された板状部材であり、前記窓板の下面の外周部が前記第１の二段開口の踏面の内周部に接合されると共に、前記窓板の上面の外周部が前記第２の二段開口の踏面の内周部に接合されている、ことが好ましい。
【００１６】
上記の構成によれば、第１の二段開口の上段と第２の二段開口の下段とにより構成される空洞に窓板が収容される。したがって、リッドの厚みを、第１の部材の厚みと第２の部材の厚みと窓板の厚みとの和よりも小さくする（例えば、第１の部材の厚みと第２の部材の厚みとの和に一致させる）ことができる。このため、窓板の反りが小さい、又は、窓板の反りが生じないリッドを、薄型に実現することができる。
【００１７】
本発明に係るリッドにおいて、前記第１の部材は、開口が形成された板状部材であり、前記第２の部材は、前記第１の部材の上面に載置された前記窓板を覆う、底板に開口が形成された箱型部材であり、前記窓板の下面の外周部が前記第１の部材の上面の開口周辺部に接合されると共に、前記窓板の上面の外周部が前記第２の部材の底板の開口周辺部に接合されている、ことが好ましい。
【００１８】
上記の構成によれば、リッドの厚みを、第２の部材が配置された箇所を除き、第１の部材の厚みに一致させることができる。したがって、窓板の反りが小さい、又は、窓板の反りが生じないリッドを、薄型に実現することができる。
【００１９】
なお、本発明に係るリッドを備えることに得られる、光学性能の高い（設計どおりの光学性能が得られる）光学素子パッケージも、本発明の範疇に含まれる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、冷却時に窓板に反りが生じ難いリッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るリッドの分解斜視図である。
【図２】図１に示すリッドの断面図である。
【図３】図１に示すリッドの変形例の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るリッドの分解斜視図である。
【図５】図４に示すリッドの断面図である。
【図６】従来の光学素子パッケージの分解斜視図である。
【図７】図６に示す光学素子パッケージが備えるリッドの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の各実施形態に係るリッドについて、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、以下に説明するリッドは、光学素子及び筐体と共に光学素子パッケージを構成する。この光学素子パッケージにおいて、筐体は、光学素子を格納する容器として機能し、リッドは、筐体を閉鎖するための蓋として機能する。この光学素子パッケージに格納される光学素子としては、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などの反射素子、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）やＰＤ（Photo Diode）などの受光素子、ＬＤ（Laser Diode）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子が挙げられる。以下の説明における「光」とは、この光学素子に入射する光、又は、この光学素子から出射する光のことを指す。
【００２３】
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係るリッド１について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、リッド１の分解斜視図である。図２は、リッド１の断面図である。
【００２４】
リッド１は、窓板１１と、下枠板１２（特許請求の範囲における「第１の部材」に相当）と上枠板１３（特許請求の範囲における「第２の部材」に相当）とに分割された枠板と、を備えている。リッド１において、窓板１１は、下枠板１２と上枠板１３とにより挟持されている。
【００２５】
窓板１１は、光を透過する板状部材である。本実施形態においては、コバールガラスにより構成された、平面視形状が長方形の板状部材を窓板１１として用いる。
【００２６】
下枠板１２は、窓板１１を下面側から支持する板状部材である。本実施形態においては、コバールにより構成された、平面視形状が長方形の板状部材を下枠板１２として用いる。
【００２７】
下枠板１２の中央には、上段サイズが下段サイズよりも大きい二段開口１２１が形成されている。二段開口１２１の上段サイズは、窓板１１のサイズよりも大きく、二段開口１２１の下段サイズは、窓板１１のサイズよりも小さく設定されている。このため、窓板１１は、下枠板１２の上面側から二段開口１２１に入り込み、窓板１１の下面の外周部が、二段開口１２１の踏面１２１ａの内周部と対向する。窓板１１の下面の外周部は、接合層１４を介して二段開口１２１の踏面１２１ａの内周部に接合される。
【００２８】
接合層１４は、窓板１１の下面の外周部全体に亘って形成され、閉環を成している。これにより、リッド１と筐体とにより構成されるパッケージの気密封止を実現することができる。なお、接合層１４は、半田により構成されていてもよいし、低融点ガラスにより構成されていてもよいが、本実施形態においては、半田により構成されているものとする。
【００２９】
上枠板１３は、窓板１１を上面側から支持する板状部材である。本実施形態においては、下枠板１２と同一の材料により構成された、下枠板１２と同一の形状及びサイズを有する板状部材を、上枠板１３として用いる。
【００３０】
上枠板１３の中央には、下段サイズが上段サイズよりも大きい二段開口１３１が形成されている。二段開口１３１の下段サイズは、窓板１１のサイズよりも大きく、二段開口１３１の上段サイズは、窓板１１のサイズよりも小さく設定されている。このため、窓板１１は、上枠板１３の下面側から二段開口１３１に入り込み、窓板１１の上面の外周部が、二段開口１３１の踏面１３１ａの内周部と対向する。窓板１１の上面の外周部は、接合層１５を介して二段開口１３１の踏面１３１ａの内周部に接合される。
【００３１】
接合層１５は、窓板１１の下面の外周部全体に亘って形成され、閉環を成している。これにより、仮に接合層１４に欠けが生じたとしても、リッド１と筐体とにより構成されるパッケージの気密性を保つことができる。本実施形態においては、接合層１４と同一の材料により構成された、接合層１４と同一の形状及びサイズを有する接合層を、接合層１５として用いる。
【００３２】
なお、下枠板１２と上枠板１３とは、それぞれが窓板１１に接合されることにより連結されており、下枠板１２の上面と上枠板１３の下面とは、接合されていなくてもよいし、接触していなくてもよい。この場合でも、パッケージの気密性は、接合層１４〜１５により保たれる。
【００３３】
以上のように、窓板１１は、接合層１４を介して下面が下枠板１２に接合されると共に、接合層１５を介して上面が上枠板１３に接合されている。このため、下枠板１２の熱収縮により窓板１１の下面の外周部に中心に向かう応力が働く際には、上枠板１３の熱収縮により窓板１１の上面の外周部にも中心に向かう応力が働く（図２参照）。このため、窓板１３２の下面にのみ中心に向かう応力が働く従来のリッド１３０（図７参照）と比べて、窓板１１の反りが生じ難くなる。
【００３４】
特に、本実施形態においては、下枠板１２と同一の材料により構成された、下枠板１２と同一の形状を有する上枠板１３を用いており、更に、接合層１４と同一の材料により構成された、接合層１４と同一の形状を有する接合層１５を用いている。このため、窓板１１の下面に働く応力分布と窓板１１の上面に働く応力分布とが対称になり、窓板１１の反りが殆ど生じなくなる。
【００３５】
なお、リッド１は、以下の工程を実施することにより製造することができる。
【００３６】
工程１：下枠板１２をリフロー炉内のステージに載置する。
【００３７】
工程２：接合層１４の母体となる環状の半田パターンＡを下枠板１２の踏面１２１ａの内周部に載置する。代わりに、接合層の母体となる半田クリームを踏面１２１ａの内周部、又は、窓板１１の下面の外周部に環状に塗布してもよい。
【００３８】
工程３：窓板１１の下面の外周部が半田パターンＡに当接するように、窓板１１を下枠板１２に載置する。
【００３９】
工程４：接合層１５の母体となる環状の半田パターンＢを窓板１１の上面の外周部に載置する。代わりに、接合層１５の母体となる半田クレームを窓板１１の上面の外周部、又は、上枠板１３の踏面１３１ａの内周部に環状に塗布してもよい。
【００４０】
工程５：上枠板１３の踏面１３１ａの内周部が半田パターンＢに当接するように、上枠板１３を窓板１１に載置する。
【００４１】
工程６：半田パターンＡ，Ｂが融解するまで、熱風又は赤外線によってリフロー炉内の温度を上昇させる。
【００４２】
工程７：半田パターンＡ，Ｂが凝固するまで、自然冷却によってリフロー炉内の温度を低下させる。これにより、下枠板１２と上枠板１３とがそれぞれ窓板１１に接合され、リッド１が完成する。
【００４３】
なお、本実施形態においては、接合層１４を窓板１１の下面及び下枠板１２の踏面１２１ａのみと接触させると共に、接合層１５を窓板１１の上面及び上枠板１３の踏面１３１ａのみと接触させる構成を採用したが、本発明は、これに限定されない。すなわち、図３に示すように、接合層１４を窓板１１の下面及び側面、並びに、下枠板１２の踏面１２１ａ及び蹴上面１２１ｂと接触させると共に、接合層１５を窓板１１の上面及び側面、並びに、上枠板１３の踏面１３１ａ及び蹴上面１３１ｂと接触させる構成を採用してもよい。
【００４４】
図３に示すように、下枠板１２の上面と上枠板１３の下面とが接合されている場合、窓板１１の側面下方に上向きの応力が働くが、後者の構成を採用すれば、窓板１１の側面上方に下向きの応力が働き、これらの応力が互いに相殺する。
【００４５】
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係るリッド２について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、リッド２の分解斜視図である。図５は、リッド２の断面図である。
【００４６】
リッド２は、窓板２１と、ベース部２２（特許請求の範囲における「第１の部材」に相当）とカバー部２３（特許請求の範囲における「第２の部材」に相当）とに分割された枠板と、を備えている。リッド２において、窓板２１は、ベース部２２に載置され、カバー部２３により覆われている。
【００４７】
窓板２１は、光を透過する板状部材である。本実施形態においては、コバールガラスにより構成された、平面視形状が長方形の板状部材を窓板２１として用いる。
【００４８】
ベース部２２は、窓板２１を下面側から支持する板状部材である。本実施形態においては、コバールにより構成された、平面視形状が長方形の板状部材をベース部２２として用いる。
【００４９】
ベース部２２の中央には、開口２２１が形成されている。この開口２２１のサイズは、窓板２１のサイズよりも小さく設定されている。このため、窓板２１の下面の外周部が、ベース部２２の上面の開口周辺部と対向する。窓板２１の下面の外周部は、接合層２４を介してベース部２２の上面の開口周辺部に接合される。
【００５０】
接合層２４は、窓板２１の下面の外周部全体に亘って形成され、閉環を成している。これにより、リッド２と筐体とにより構成されるパッケージの気密封止を実現することができる。なお、接合層２４は、半田により構成されていてもよいし、低融点ガラスにより構成されていてもよいが、本実施形態においては、半田により構成されているものとする。
【００５１】
カバー部２３は、窓板２１を上面側から支持する箱型部材である。本実施形態においては、ベース部２２と同一の材料により構成された、ベース部２２の上面よりも小さい長方形の底面を有する箱型部材を、カバー部２３として用いる。
【００５２】
カバー部２３の底板には、開口２３１が形成されている。この開口２３１のサイズは、窓板２１のサイズよりも小さく設定されている。このため、窓板２１の上面の外周部が、カバー部２３の底板の開口周辺部と対向する。窓板２１の上面の外周部は、接合層２５を介してカバー部２３の底板の開口周辺部に接合される。
【００５３】
接合層２５は、窓板２１の下面の外周部全体に亘って形成され、閉環を成している。これにより、仮に接合層２４に欠けが生じたとしても、リッド２と筐体とにより構成されるパッケージの気密性を保つことができる。
【００５４】
なお、ベース部２２とカバー部２３とは、それぞれが窓板２１に接合されることにより連結されており、ベース部２２の上面とカバー部２３の側壁端面とは、接合されていなくてもよいし、接触していなくてもよい。この場合でも、パッケージの気密性は、接合層２４，２５により保たれる。
【００５５】
以上のように、窓板２１は、接合層２４を介して下面がベース部２２に接合されると共に、接合層２５を介して上面がカバー部２３に接合されている。このため、ベース部２２の熱収縮により窓板２１の下面の外周部に中心に向かう応力が働く際には、カバー部２３の熱収縮により窓板２１の上面の外周部にも中心に向かう応力が働く（図５参照）。このため、窓板１３２の下面にのみ中心に向かう応力が働く従来のリッド１３０（図７参照）と比べて、窓板２１の反りが小さくなる。
【００５６】
特に、本実施形態においては、ベース部２２と同一の材料により構成されたカバー部２３を用いており、更に、接合層２４と同一の材料により構成された、接合層２４と同一の形状を有する接合層２５を用いている。このため、窓板２１の下面に働く応力分布と窓板２１の上面に働く応力分布とが概ね対称になり、窓板２１の反りが殆ど生じなくなる。
【符号の説明】
【００５７】
１          リッド
１１          窓板
１２          下枠板（第１の部材）
１２１          二段開口（第１の二段開口）
１２１ａ          踏面
１３          上枠板（第２の部材）
１３１          二段開口（第２の二段開口）
１３１ａ          踏面
１４          接合層（第１の接合層）
１５          接合層（第２の接合層）
２          リッド
２１          窓板
２２          ベース部（第１の部材）
２２１          開口（第１の開口）
２３          カバー部（第２の部材）
２３１          開口（第２の開口）
２４            接合層（第１の接合層）
２５            接合層（第２の接合層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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