CN100514094C - 光学器件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的第一个目的是提供一种生产率更高的制造光学器件的方法，其能使加工变形最小，可令人满意地保持光学特性，且能促进小型化。其第二个目的是提供一种制造光学器件的方法，该方法能防止细微灰尘的产生和令人满意地保持光学特性。本发明的第三个目的是提供一种制造由划线/切割方法获得的多层结构的光学器件的方法。根据本发明的制造光学器件的方法，其中具有抛光至镜面光洁度的表面的该光学薄片被分割成多个光学芯片，该方法具有利用金刚石刀刃在光学薄片的一个主面中形成发纹的第一步骤和在第一步骤后的沿着发纹加压以将光学薄片分割成多个光学芯片的第三步骤。

Description

光学器件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种制造光学器件如低通滤光片(此后称为“滤光片”)的方法，尤其涉及一种可保持高品质的滤光片的制造方法。

背景技术

本领域通常所知的滤光片是一个设置在成像设备如相机的前面，以抑制干扰信号和消除如色差问题的器件。近来，随着光产品数目的增加，还有对其要求的更多的变化，因此，要求可靠地保持其光学特性，如高传输波前(transmitted wave front)精确性。

在图6至7C中示出了一种根据现有技术的制造滤光片的方法，其中图6是一个贯穿滤光片的垂直截面图，图7A是一个贯穿光学薄片(optical wafer)的垂直截面图，图7B是贯穿一组光学薄片的垂直截面图，图7C是将光学薄片切成各个光学芯片(optical chips)之后的平面图。

有多种材料，如水晶(包括石英晶体)、塑料和玻璃(包括红外线截至玻璃(IR-cutting glass))都可用作滤光片。滤光片可形成为光学材料的单个芯片，或为一组多个光学芯片，如在图6所示出的三个光学芯片1a、1b和1c。就对于滤光片而言，一个用于截至红外线的光学薄膜2形成在每个光学芯片1a、1b和1c的两个主面上，且它们是用粘结剂3粘结起来的。

通常的方法是首先将光学材料切成三个平板形的光学薄片1A、1B和1C，并将每个光学薄片的两个主面都抛光成镜面光洁度(见图7A)，然后在每个光学薄片的两个主面上都形成用于截至红外线的光学薄膜2。利用一种如汽相沉淀的方法使光学薄膜2形成为多个层(没有在图中示出)，举例来说，具有第一层Al₂O₃，第二层ZrO₂和第三层MgF₂。

其上形成有光学薄膜2的三个光学薄片1A、1B和1C被粘结剂3粘结起来，形成了堆叠起来的光学薄片(此后称为“多层光学薄片(multi-layer optical wafer)”)4。然后垂直和水平切割多层光学薄片4以将其分割。通常，利用切割锯切割光学薄片4，该切割锯具有一个粘结到薄圆盘外围的金刚石(金刚石轮)精细微粒(粉末)的旋转刀片。这样使得有可能获得较大数目的具有三个一组的光学芯片1a、1b和1c的光学器件(见日本公开的专利申请6—313811)。

然而，对于上述现有技术的制造滤光片的方法，在利用切割锯切割多层光学薄片4的过程中，从光学薄片4上削掉等于切割锯的刀刃宽度的一部分。由于这意味着从多层光学薄片4产生了浪费的削去部分，因此光学材料的利用率就差。如果特别地光学材料是水晶，材料的成本还要提高，这是很浪费的。在这种情况下，从改进多层光学薄片4(光学材料)的利用率的观点出发，在诸如切割液晶板的应用中使用的对划线/切割方法(分割方法)的应用是很引人注意的。

在图8A和8B中解释的此种划线/切割方法中，举例来说，如在其刀刃上带有金刚石的旋转切具(没有在图中示出)从上面压靠在光学薄片1A的光学薄膜2上。这就在光学薄片1A上提供了作为分割线的发纹(划线槽或划痕槽)5。通过利用如Mitsuboshi Diamond制造的切分器具的分割设备，将压力从上面加到用作分割线的每条发纹5上，从而切开光学薄片1A。由于这保证了没有由如利用一个切割锯刀刃的宽度引起的光学薄片4A上的浪费掉的切去部分，因此利用率大约提高了20％。应注意到在图7和8中示出的是单个光学薄片1A。

然而，如果将此种划线/切割方法应用到由三个光学薄片1A、1B和1C形成的多层光学薄片4(见图7B)，由于设置在多层光学薄片4的多个面之间的粘结剂的黏连，会产生一个问题，即在已经设置了发纹(划线槽)5之后难于分切光学薄片。另外，在从上面形成水平和垂直的发纹(分割线)5的过程中，光学薄膜2会细微地破碎，该光学薄膜是利用一种如汽相沉淀的方法在多层光学薄片4的表面上形成的。这样就导致了一个问题产生，即光学特性会受到在分割光学薄片之后沉积在光学器件主面上的细微灰尘的不利影响。应注意到，当使用切割锯时也会产生类似的细微灰尘，但由于划线而产生的细微灰尘即使在清洗之后还会保持粘结在其上。

利用现有技术例子的切割锯，如前所述，从光学器件上切去与如刀刃宽度大小基本相同的光学材料量，同时在切割多层光学薄片4的过程中在光学薄片和旋转的刀片之间产生了摩擦阻力。因此，由于摩擦阻力，在切口位置处的后续层附近会有应力集中，会产生变形(加工变形)。在已经切开光学薄片之后，此加工变形在每个滤光片的外围边缘上保持不变，因而减小了这些区域中的传输波前精确性，且最后会引起光学特性的恶化。

因此有必要减少受影响的区域且增加每个滤光片的外平面尺寸。这样就限制了将光学器件做得更小的可能性，且还不可避免地产生了与生产率相关的问题，特别是当将多层光学薄片4做得更小的时候。这样不仅影响这些多层光学薄片4，当从单个薄板(single sheet)(单个芯片)形成滤光片或形成不同于滤光片(wavelength plate)的波长板时，也会产生类似的问题。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种生产率更高的制造光学器件的方法，该方法能使加工变形最小，可令人满意地保持光学特性，且能促进小型化。本发明的第二个目的是提供一种制造光学器件的方法，其能防止细微灰尘的产生和令人满意地保持光学特性。本发明的第三个目的是提供一种制造通过划线/切割方法，获得多层结构的光学器件的方法。

本发明涉及一种制造光学器件的方法，其中具有抛光至镜面光洁度的表面的该光学薄片被分割成多个光学芯片，该方法具有利用金刚石刀刃在光学薄片的一个主面中形成发纹的第一步骤和在第一步骤后的沿着发纹加压以将光学薄片分割成多个光学芯片的第三步骤。

由于这种组合为一种划线/切割方法，其中是将压力加在光学薄片上的由金刚石刀刃形成的发纹上以将其分割开，在分开的面上没有如现有技术切割方法(如那些使用切割锯的方法)产生的摩擦阻力，使得有可能抑制加工变形。应注意到，该划线/切割方法在刀刃和其加工速度所引起的工件损失方面具有优点，特别揭示了利用本发明抑制了光学薄片的加工变形。

因此从光学薄片1A切出的每个光学器件的外围区域中的传输波前精确性是令人满意的，保证了其光学特性。另外，由于每个光学器件的整个面是其有效区域，能使器件做得更小。此外，由于没有由切割锯产生的切割面的浪费的削去部分，就能从光学薄片制造出特别多数目的器件，提高了生产率。

附图说明

图1描述本发明的制造方法的一个具体实施例，其中图1A是贯穿一个光学薄片的垂直截面，图1B是其平面图；

图2是图1A中的虚线框中的部分的局部放大图，描述了本发明的具体实施例；

图3进一步描述了本发明的具体实施例，其中图3A是贯穿设置有一层光学薄膜的光学薄片的垂直截面图，而图3B是图3A中的虚线框中的部分的局部放大图；

图4是贯穿滤光片的垂直截面图，描述了本发明的此具体实施例；

图5示出了光学芯片(滤光片)的传输波前特性，描述了本发明的具体实施例的操作，其中图5A示出了由划线/切割方法产生的传输波前，而图5B示出了由切割锯方法产生的传输波前。

其中图6是一个贯穿滤光片的垂直截面图，描述了一个现有技术的例子；

图7描述了现有技术的例子，其中图7A是一个贯穿滤光片的垂直截面图，图7B是贯穿多层光学薄片的垂直截面图，和图7C是其平面图；及

图8也描述了现有技术的例子，其中图8A是一个贯穿光学薄片的垂直截面图和图8B是其平面图。

具体实施方式

本发明涉及一种制造方法，其具有利用金刚石刀刃在光学薄片的一个主面上形成发纹的第一步，接下来是在光学薄片上形成一层光学薄膜的第二步。由于是在第一步利用金刚石刀刃在光学薄片的一个主面上形成发纹(划线槽)之后在薄片表面上形成光学薄膜的，因此这防止了在形成发纹的过程中产生的细微灰尘情况的发生。因此有可能防止细微灰尘粘结到光学器件上，从而保证能令人满意地保持了其光学特性。

另外，本发明涉及一种制造方法，其具有在第一步后的在发纹上加压以将光学薄片分割成多个光学芯片的第三步骤之后，使用粘结剂将光学芯片粘结在一起以形成一组的第四步骤。由于是在第三步骤中已经将光学薄片分割成光学芯片之后利用粘结剂将光学芯片粘结成多层组的，因此通过使用划线/切割方法得到了多层类型的光学器件。换言之，本发明不涉及使用划线/切割方法将已通过粘结剂粘结在一起的多层光学薄片分割开；其包括使用划线/切割方法分切单个光学薄片，然后将得到的光学芯片堆叠起来。因此这保证了将划线/切割方法应用到了通过粘结剂粘结起来的多层光学器件。

本发明的光学器件可以是一个滤光片。这使得有可能实现一种提供了上述效果的滤光片。

此外，本发明的光学芯片由光学材料，如水晶、塑料或玻璃构成。这使得能特别设计光学芯片的材料。如果作为这类光学材料的一种的水晶是特别优选的，则本发明是特别有效的，因为水晶很昂贵。

实施例

在图1A至3中示出了根据本发明的一种制造光学器件(滤波器)的方法，其中图1A是贯穿一个光学薄片的垂直截面图，图1B是其的平面图，图2是图1A中的虚线框中部分的局部放大图，图3A是贯穿设置有一层光学薄膜的光学薄片的垂直截面图，而图3B是图3A中的虚线框中部分的局部放大图。

对于本发明，滤光片由三层光学芯片1A、1B和1C的多层材料形成，每层由一种在其两个主面都具有红外线截至光学薄膜2的光学材料形成，如上所述，通过粘结剂3粘结起来(见图5)。对于本发明，光学芯片基本上由第一、第二和第三步骤形成的。

在第一步骤中，在每个光学薄片1A、1B和1C的每个主面上形成发纹(划线槽或划痕槽)5，每个光学薄片的每个主面是通过将光学材料表面抛光成镜面光洁度而形成的(见图1A)，该发纹定义了将通过如一种具有金刚石刀刃的旋转切具的器具分割的光学芯片。在这样的情况下，通过将金刚石刀刃压在光学薄片1上而在光学薄片中形成了粗糙的V型槽5a，从而在槽的端部中形成每个发纹5(见图2)。应注意到，如果光学芯片1a、1b和1c的厚度和材料相同，可以使用单个光学薄片1A。

在第二步骤中，通过汽相沉淀在光学薄片1A的两个主面上都形成光学薄膜2(见图3A和3B)。

在第三步骤中，利用例如前述的分割器具沿着在其一个主面中形成的发纹5分割每个光学薄片1A、1B和1C，从而得到各个光学芯片1a、1b和1c。

最后，在第四步骤中，通过粘结剂3将三个光学芯片1a、1b和1c粘结在一起，以形成一个多层组。在这样的情况下，使粘结剂3扩展到外围侧面，以保护在分割光学薄片过程中形成的毛边和棱形部分。

由于根据本发明的上述制造方法，沿着由一种划线/切割方法在光学薄片的主面中形成的发纹5(切割线)切割光学薄片，因此没有如当利用切割锯切割时所见到的摩擦阻力，从而抑制了在光学芯片1a、1b和1c的分切面中产生的加工变形。因此光学芯片的传输波前精确性变得令人满意，如图5所示。换言之，由干涉计测量出的传输波前示出了干涉图案6，该干涉图案是在由此实施例的划线/切割方法已经制造成的光学芯片的整个区域上没有干涉变形的直线(图5A)，而由现有技术的例子的切割锯产生的传输波前展示了在芯片的边缘(外围区域)处弯曲和产生干涉变形的干涉图案6(图5B)。

由于这保证了每个光学芯片1a、1b和1c的整个表面是有效区域，因此能减小外平面形状，促进器件的小型化。另外还有，由于沿着发纹5切割光学薄片，没有产生对应于切割锯宽度的浪费的削去部分，因此能从光学薄片1A生产出特别多数目的光学芯片，提高了生产率。通过将三个光学芯片1a、1b和1c粘结起来以形成多层类型的滤光片能获得类似的效果。

由于是在利用金刚石刀刃已经在光学薄片1A的一个主面中形成发纹5(在第一步骤中)之后在薄片面上形成光学薄膜2(在第二步骤中)的，因此这防止了在形成光学薄膜2后形成发纹过程中细微灰尘情况的发生。因此有可能防止细微灰尘粘结到光学器件的主面上，从而能令人满意地保持了其光学特性。

另外，在已经利用划线/切割方法分割了光学薄片1A(在第三步骤中)之后，通过粘结剂3将三个光学芯片1a、1b和1c粘结起来(在第四步骤中)。换言之，本发明保证了将通过划线/切割方法已经分割开的三个光学芯片1a、1b和1c设置成一组，而不同于利用划线/切割方法将已经通过粘结剂3粘结成一组的多层光学薄片分割开。因此能将划线/切割方法应用到已经通过粘结剂粘结的多层滤光片。

本发明的此实施例已经描述了如涉及一种光学器件，该光学器件是由一组三个光学芯片1a、1b和1c形成的滤光片，然而，对于由单个光学芯片能期望产生类似的效果，如对于不具有光学薄膜2的波长板。

应注意到，在本发明中使用的光学材料的典型例子是水晶、塑料或包括红外线截至玻璃的玻璃，但是当使用水晶时本发明特别有效，由于其增加了由昂贵的水晶制成的光学器件的有效表面区域。采用塑料或玻璃具有低成本的优点，采用红外线截至玻璃提供了令人满意的天气适应性和宽频谱。当然，对于本领域普通技术人员来说能使用其它光学材料是显而易见的。

Claims (4)

1.一种制造光学器件的方法，其中具有两个主面已经被抛光至镜面光洁度的光学薄片被分割成多个光学芯片，该方法包括：

利用金刚石刀刃在该光学薄片的一个主面中形成发纹的第一步骤；

在该光学薄片的两个主面上形成光学薄膜的第二步骤；和

沿着该发纹加压以将该光学薄片分割成该多个光学芯片的第三步骤。

2.如权利要求1所述的制造光学器件的方法，其中该方法还具有在第三步骤后，利用一种粘结剂将该光学芯片粘结起来而形成多层组的第四步骤。

3.如权利要求1或2所述的制造光学器件的方法，其中该光学器件是一种低通滤波器。

4.如权利要求1所述的制造光学器件的方法，其中该光学芯片是由水晶、塑料或玻璃形成的。

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