CN102656487A - 光学部件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够以低成本制造，并且能够实现高的光学功能的光学部件，光学部件（1）具备第一透光性构件（11）、第二透光性构件（12）、光学功能膜（13），光学功能膜（13）设置在第一透光性构件（11）与第二透光性构件（12）之间，光学功能膜（13）具有第一多层膜（13a）、第二多层膜（13b）、粘接剂层（13c），第一多层膜（13a）形成在第一透光性构件（11）上，第二多层膜（13b）形成在第二透光性构件（12）上，粘接剂层（13c）粘接第一多层膜（13a）和第二多层膜（13b）。
Description
技术领域
本发明涉及光学部件及其制造方法。
背景技术
当前，在光通信系统等中，广泛使用分离规定波长区域的光的波长分离元件。作为波长分离元件的具体例子，例如可以举出在下述专利文献1～3等中公开的元件。
例如，在下述专利文献1中，作为波长分离元件，公开了图10表示的分色镜100。分色镜100具有分别为三角柱形的第一棱镜以及第二棱镜101、102。在第一棱镜101的斜面101a上形成由多重膜构成的反射涂层103。另一方面，在第二棱镜102的斜面102a上形成SiO2涂层104。而且，由粘接剂层105粘接SiO2涂层104和反射镜涂层103。
在该分色镜100中实现波长分离功能的是反射镜涂层103。SiO2涂层104是为了提高反射镜涂层103与第二棱镜102之间的粘接性而设置的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2006－154388号公报
专利文献2：特开2009－139653号公报
专利文献3：特开2006－208701号公报
发明内容
发明要解决的课题
而近年来，在波长分离元件中分离的波长区域之间的波长差减小。因而，在波长分离元件中所要求的波长分离特性变得更高。具体地讲，强烈要求提高波长分离元件的滤波特性的陡峭性。例如，在上述分色镜100中，为了满足这样的要求，需要增多构成反射涂层103的多层膜的层数。
然而，如果要增多构成反射镜涂层103的多层膜的层数，则在反射镜涂层103的制造中所需要的时间以及制造成本格外升高，同时，存在反射镜涂层103的良品率降低的倾向。从而，难以适应近年来低成本化的要求。
另外，在增多构成反射镜涂层103的多层膜的层数方面存在装置的限制。即，根据成膜装置的规格，不能够形成由层数非常多的多层膜构成的反射镜涂层103。从而，在分色镜100中难以实现高的波长分离功能。
另外，在波长分离元件以外的光学部件中也在透光性构件之间设置多层膜的情况下，存在与上述分色镜100同样的课题，为了实现高的光学功能，需要增多多层膜的层数。从而，难以兼顾高光学功能与低成本，难以进一步实现高光学功能。
本发明是鉴于这样的问题点而完成的，其目的在于提供能够以低成本制造的同时，能够实现高光学功能的光学部件。
用于解决课题的技术手段
本发明的光学部件具备第一透光性构件、第二透光性构件、光学功能膜。光学功能膜设置在第一透光性构件与第二透光性构件之间。光学功能膜具有第一多层膜、第二多层膜、粘接剂层。第一多层膜形成在第一透光性构件上。第二多层膜形成在第二透光性构件上。粘接剂层将第一多层膜与第二多层膜粘接。另外，在本发明中，所谓“多层膜”指的是由层叠了的多个层构成的膜。
另外，本发明的光学部件的制造方法涉及用于制造本发明的光学部件的方法。本发明的光学部件的制造方法具备第一和第二多层膜形成工序和粘接工序。第一多层膜形成工序是在第一透光性构件上形成第一多层膜的工序。第二多层膜形成工序是在第二透光性构件上形成第二多层膜的工序。粘接工序是通过粘接剂层粘接第一多层膜与第二多层膜的工序。
这样，在本发明中，光学功能膜具备在第一透光性构件上形成的第一多层膜、在第二透光性构件上形成的第二多层膜。从而，能够制作具有超过了能够由成膜装置成膜的层数限制的层数的光学功能膜。具体地讲，如果将能够由成膜装置成膜的层数的最大值记为n，则通过用粘接剂层粘接层数为n的第一多层膜与层数为n的第二多层膜，实质上能够制作层数为2n的多层膜，其结果是，能够实现高的光学功能。具体地讲，在光学的功能膜是例如透射第一波长区域的光，另一方面，反射与第一波长区域不同的第二波长区域的光的光学分离膜的情况下，能够实现滤波特性的陡峭性高的光学部件。
另外，本发明的光学部件由于光学功能膜具备第一多层膜和第二多层膜，因此与仅在第一和第二透光性构件的某一个上形成多层膜的情况相比较，能够缩短多层膜形成所需要的时间。例如，在光学功能膜具有大约40层的多层膜的情况下，现有技术中在多层膜的形成中需要大约6个小时左右的时间。相对于这一点，分别将第一、第二多层膜取为大约20层，如果同时形成它们，则在第一和第二多层膜的形成中所需要的时间成为大约3个小时。如果这样做，则由于能够缩短光学功能膜的制作中所需要的时间，因此还能够降低光学部件的制造中所需要的时间以及制造成本。
另外，从减小制造所需要的时间以及制造成本的观点出发，最好使第一多层膜的至少一部分成为与第二多层膜相同的膜结构。这种情况下，能够在同一个工序中成膜第一多层膜的一部分和第二多层膜。进而，最好是第一多层膜和第二多层膜具有相同的膜结构。这种情况下，如果在同一个工序中进行形成第一多层膜的第一多层膜形成工序和第二多层膜形成工序，则能够进一步减少多层膜制造所需要的时间以及制造成本。
另外，所谓“在同一个工序中进行第一多层膜形成工序和第二多层膜形成工序”意味着在某个成膜装置内，配置第一和第二透光性构件或者第一和第二透光性构件的母材，在该一个成膜装置内同时形成第一多层膜和第二多层膜。
在本发明中，第一和第二多层膜的每一个的层数都比光学功能膜少。从而，与一起制作层数多的光学功能膜的情况相比较，能够以高良品率制造光学部件。另外，一般如果多重膜的层数增多，则多层膜的良品率大幅度降低。
另外，在透光性构件上形成多层膜的情况下，如果多层膜的层数增多，则多层膜的膜应力增大。本发明的光学部件由于在第一和第二透光性构件的每一个上形成第一和第二多层膜，因此与仅在第一或者第二透光性构件上形成层数多的多层膜的情况相比较，难以在第一和第二透光性构件上残留应力。从而，第一和第二透光性构件的接合精度提高，进而，在分断第一和第二透光性构件的母材时，能够抑制母材的变形等。从而，能够以高的形状精度制造光学部件。
另外，本发明的光学部件由于在第一透光性构件的表面和第二透光性构件的表面的双方上形成多层膜，因此不需要例如像上述专利文献1中记载的那样，为了提高粘接性而另外形成SiO2涂层。
本发明中，第一和第二透光性构件的每一个是透射对于光学部件入射的光的至少一部分的构件。即，第一和第二透光性构件的每一个是透射光学部件的使用波长区域的光的构件。光学部件的使用波长板域不限于可见波长区域。光学部件的使用波长区域例如也可以是紫外波长区域、近紫外波长区域、近红外波长与或者红外波长区域。即，第一和第二透光性构件的每一个也可以是不透射可见光的构件。另外，在本发明中，所谓“透射”在以波长分离为目的的情况下，指的是以大于等于85％的透射率透射，在以光量分支为目的的情况下，指的是以任意的透射率透射。
第一和第二透光性构件的每一个的材质没有特别限定。第一和第二透光性构件的每一个例如也可以是由玻璃、树脂或者陶瓷构成的构件。第一和第二透光性构件最好是由玻璃构成的构件。玻璃的光学特性的温度依赖性、耐湿性等可靠性良好，能够通过延伸成型、研磨加工制作高精度的母材。从而，通过由玻璃形成第一和第二透光性构件，能够实现高的生产性。
第一和第二透光性构件的每一个的形状尺寸也没有特别限定。第一和第二透光性构件的每一个例如既可以是棱镜也可以是平板，还可以是透镜。另外，第一和第二透光性构件的每一个例如也可以是光出入面具有光能量（光功率）的棱镜等光学元件。另外，在本发明中，所谓“棱镜”指的是具有三角形的一对端面和3个侧面的大致三角柱形的透光性构件。棱镜的各个端面也可以不是直角三角形。另外，棱镜的一对端面也可以不平行。棱镜的角部或者棱线部分也可以是倒角形或者倒R面形。
本发明中，光学功能膜是承担光学部件具有的功能的至少一部分的膜。光学功能膜的结构能够根据对光学部件要求的功能适当设计。例如，在光学部件是波长分离元件的情况下，能够将光学功能膜做成波长分离膜。
如上所述，在本发明中，光学功能膜具备通过粘接剂层粘接的第一和第二多层膜。这里，一般由于粘接剂层不承担光学功能，因此光学功能膜的光学功能实质上由第一和第二多层膜提供。
多层膜的层结构能够根据要实现的光学功能膜的功能适当设计。例如，在光学功能膜是波长分离膜的情况下，能够使第一和第二多层膜的每一个成为交替层叠了具有相对低的折射率的低折射率层和具有相对高的折射率的高折射率层的多层膜。
另外，所谓低折射率层和高折射率层是相对定义的层。即，所谓低折射率层是具有比高折射率层低的折射率的层，反之，高折射率层是具有比低折射率层高的折射率的层。
低折射率层例如能够由氧化硅、氧化铝、氟化碱土类金属等形成的。
另一方面，高折射率层例如能够由氧化钛、氧化铌、氧化钨、氧化铅、氧化镧、氧化钽、氧化锆、硫化锌等形成。
另外，并不需要构成第一和第二多层膜的多个低折射率层的全部实质上具有相同的折射率。例如，在构成第一或者第二多层膜的多个低折射率层中，也可以存在由折射率相互不同的材料构成的层。同样，也不需要构成第一或者第二多层膜的多个高折射率层的全部实质上具有相同的折射率。例如，在构成第一或者第二多层膜的多个高折射率层中，也可以存在由折射率相互不同的材料构成的层。
在本发明中，第一多层膜的最靠近粘接剂层一侧的第一最外层和第二多层膜的最靠近粘接剂层一侧的第二最外层的至少一个层最好具有实质上与粘接剂层相同的折射率。第一最外层和第二最外层的双方最好具有实质上与粘接剂层相同的折射率。这种情况下，由于能够抑制粘接剂层的界面中的无用折射或者反射，因此能够实现高的光学性能。另外，在本发明中，所谓“实质上具有相同的折射率”指的是折射率差在±5％以内。
粘接剂层通常具有1.5左右的低折射率。从而，第一最外层和第二最外层的至少一个层最好是低折射率层。进而，更理想的是第一最外层和第二最外层的双方都是低折射率层。这种情况下，上述低折射率层最好由氟化镁、氧化硅、氧化铝形成。这是因为它们与粘接剂层的粘接性良好，而且具有高的机械强度。
在本发明中，粘接剂层没有特别限定。作为粘接剂层，例如也可以使用丙烯类树脂或者环氧类树脂等。另外，粘接剂层也可以由能量线固化性树脂构成。这里，所谓“能量线固化性树脂”是通过照射能量线固化的树脂。作为能量线固化性树脂的具体例子，可以举出光固化性树脂、热固化性树脂等。
粘接剂层的厚度没有特别限定，而最好在5μm～10μm的范围内。如果粘接剂层的厚度过厚，则增大粘接剂层中的光吸收或者存在耐候性恶化的倾向。另外，如果粘接剂层的厚度过薄，则具有粘接性降低的倾向。
另外，在粘接剂层的折射率与第一和第二多层膜的至少一方的最外层的折射率实质上相同的情况下，即使粘接剂层的膜厚发生变化，光学部件的光学特性实质上也不变化。即，即使是粘接剂层存在于第一多层膜与第二多层膜之间的情况下，第一多层膜和第二多层膜也能够作为光学功能膜一体地发挥作用。
发明的效果
根据本发明，可以提供能够以低成本制造的同时，能够实现高的光学功能的光学部件。
附图说明
图1是第一实施方式的光学部件的简略图的侧面图。
图2是放大了图1中的II部分的简略图的截面图。
图3是母材的简略图的立体图。
图4是用于说明多层膜的成膜工序的简略图的侧面图。
图5是用于说明粘接工序的简略图的立体图
图6是用于说明分断工序的简略图的立体图。
图7是第二实施方式的光学部件的简略图的侧面图。
图8是表示实施例的光学部件的光透射率和比较例的光学部件的光透射率的曲线。
图9是表示实施例的光学部件的反射特性和比较例的光学部件的反射特性的曲线。
图10是上述专利文献1中记载的波长分离元件的简略图的侧面图。
具体实施方式
以下，以图1表示的光学部件1和图7表示的光学部件2为例，详细说明实施本发明的优选方式。但是，光学部件1、2只是例示。从而，本发明的光学部件不限定于光学部件1、2。
（第一实施方式）
图1是第一实施方式的光学部件的简略图的侧面图。图2是放大了图1中的II部分的简略图的截面图。
图1表示的光学部件1是透射入射光20中的第一波长区域的光21、另一方面反射与第一波长区域不同的第二波长区域的光22的波长分离元件。
光学部件1具备第一透光性构件11和第二透光性构件12。第一和第二透光性构件11、12的每一个由玻璃等透光性材料构成。在本实施方式中，第一和第二透光性构件11、12的每一个是大致三角柱形。具体地讲，在本实施方式中，第一透光性构件11和第二透光性构件12由相同的材料构成，而且具有相同的形状。
在第一透光性构件11的斜面11a与第二透光性构件12的斜面12a之间设置光学功能膜13。第一透光性构件11的斜面11a和第二透光性构件12的斜面12a经由光学功能膜13接合。
光学功能膜13是透射入射光20中的第一波长区域的光21，另一方面，反射与第一波长区域不同的第二波长区域的光22的波长分离膜。
光学功能膜13具备第一多层膜13a、第二多层膜13b。第一多层膜13a形成在第一透光性构件11的斜面11a上。另一方面，第二多层膜13b形成在第二透光性构件12的斜面12a上。通过粘接剂层13c粘接第一多层膜13a和第二多层膜13b。
粘接剂层13c只要能够粘接第一多层膜13a和第二多层膜13b即可，没有特别限定。在本实施方式中，粘接剂层13c由丙烯类紫外线固化树脂形成。
粘接剂层13c的厚度t13c（参照图2）在本实施方式中取为5μm～10μm的范围内。但是，粘接剂层13c的厚度t13c没有特别限定。这是因为粘接剂层13c的厚度t13c实质上对光学功能膜13的光学特性不产生影响。
接着，主要参照图2，说明第一和第二多层膜13a、13b。
如图2所示，第一和第二多层膜13a、13b的每一个是交替层叠了具有相对低的折射率的低折射率层15和具有相对高的折射率的高折射率层16的多层膜。在本实施方式中，第一多层膜13a和第二多层膜13b具有相同的膜结构。
高折射率层16例如能够由氧化钛、氧化铌、氧化钨、氧化铅、氧化镧、氧化钽、氧化锆、硫化锌等形成。
低折射率层15例如能够由氧化硅、氧化铝、氟化碱土类金属等形成。其中，更理想的是低折射率层15由氧化硅、氟化镁构成。
位于第一多层膜13a的最靠近粘接剂层13c一侧的第一最外层由低折射率层15a构成。位于第二多层膜13b的最靠近粘接剂层13c一侧的第二最外层由低折射率层15b构成。在本实施方式中，构成第一和第二最外层的低折射率层15a、15b具有实质上与粘接剂层13c相同的折射率。
另外，形成在第一多层膜13a中的斜面11a上的最外层由低折射率层15c构成。同样，形成在第二多层膜13b的斜面12a上的最外层也由低折射率层15d构成。如果使形成在第一或者第二透光性构件11、12上的最外层成为低折射率层，则能够提高第一和第二多层膜13a、13b的对于第一或者第二透光性构件11、12的粘合性。从提高该粘合性的观点出发，低折射率层15c、15d的每一个最好是氧化硅。
接着，参照图3～图6说明本实施方式的光学部件1的制造方法。
首先，准备多个图3表示的大致三角柱形的母材30。该母材30是经过后述的分断工序等成为第一和第二透光性构件11、12的材料。接着，如图4所示，将多个母材30设置在未图示的成膜装置中，在母材30的斜面30a上形成与第一和第二多层膜13a、13b具有相同结构的多层膜31（参照图5）（第一和第二多层膜形成工序）。多层膜31的形成方法没有特别限定。例如，能够通过溅射法或者蒸镀法等形成多层膜31。
接着，如图5所示，用未图示的粘接剂将形成了多层膜31的一对母材30之间粘接在一起（粘接工序）。然后，如图6所示，沿着长度方向将母材30分断（截断）为多个（分断工序）。通过以上的工序，能够制造光学部件1。
如上所述，在本实施方式中，光学功能膜13由相互用粘接剂层13c粘接的第一多层膜13a和第二多层膜13b构成。因而，能够使光学功能膜13的层数增大到能够由成膜装置成膜的最大层数值的2倍。从而，能够提高光学部件1的光学功能。具体地讲，能够制造滤波特性的陡峭性高的光学部件。
另外，多层膜31的良品率远比具有多层膜31的2倍层数的多重膜的良好率高。从而，光学部件1能够以高良品率制造。
进而，多层膜31的膜应力由于远比具有多层膜31的2倍层数的多层膜的膜应力小，因此难以在第一和第二透光性构件11、12或者第一和第二透光性构件的母材中残留不适当的应力。因此，在第一和第二透光性构件11、12的接合精度提高的同时，在分断第一和第二透光性构件的母材时，能够抑制母材的变形等。从而，能够以高形状精度制造光学部件1。
另外，在本实施方式中，由于在同一个工序中成膜第一和第二多层膜13a、13b（多层膜31），因此能够减少光学功能膜13的制作成本以及制作所需要的时间。其结果，还能够减少光学部件1的制造中所需要的时间和制造成本。
在本实施方式中，位于第一和第二多层膜13a、13b的每一个中的最靠近粘接剂层一侧的最外层由低折射率层15a、15b构成。而且，低折射率层15a、15b的折射率与粘接剂层13c的折射率实质上相同。通过这样做，能够使第一和第二多层膜13a、13b作为光学功能膜一体地发挥作用。另外，如果这样做，由于能够抑制粘接剂层13c的界面中的无用的折射或者反射，因此能够抑制光学功能降低。
进而，在本实施方式中，低折射率层15a、15b由氧化硅、氧化铝、氟化镁形成。它们与粘接剂层13c的粘接性良好，而且具有高的机械强度。从而，能够提高光学部件1的机械耐久性。
另外，在上述实施方式1中，说明了第一和第二透光性构件11、12的每一个由棱镜构成的情况，而在本发明中，第一和第二透光性构件的各个形状没有特别限定。例如，也可以是第一和第二透光性构件的一方是棱镜，另一方是板形。另外，也可以如图7所示，第一和第二透光性构件11、12的每一个都是板形。
（实施例1）
根据下述表示的设计，制作了图1表示的光学部件1，使用分光光度计测定了光入射角度45°中的光透射率（光21的强度／光20的强度）。另外，作为比较例，除了没有形成第二多层膜以外，与实施例相同地制作了光学部件，测定了光透射率（P偏振光）。图8表示测定结果。另外，图8中，实线表示实施例1的数据，虚线表示比较例1的数据。
如从图8表示的结果所知，除了22层的第一多层膜13a以外，通过设置22层的第二多层膜13b，能够提高滤波特性的陡峭性。另外，本次的测定结果与仅在第一透光性构件11的表面上成膜2次表1中记载的多层膜的情况的测定结果相同，另外，通过在同一个工序中形成第一多层膜13a和第二多层膜13b，能够使成膜时间变为大约一半。
另外，在实施例1以及比较例1中，作为第一和第二透光性构件11、12，使用了BK－7或者其等效品（折射率1.52）。
在实施例1以及比较例1中，第一和第二多层膜的膜结构都如表1所示。
[表1]
（实施例2）
根据下述所示的设计，制作了图1表示的光学部件1，评价了光入射角度49°中的反射特性。另外，作为比较例，除了没有形成第二多层膜以外，与实施例相同地制作了光学部件，测定了反射特性。图9表示测定结果。另外，图9中，实线表示实施例2的数据，虚线表示比较例2的数据。
如从图9表示的结果所知，除了4层的第一多层膜13a以外，通过设置4层的第二多层膜13b，能够加大反射光的消光比（S偏振光与P偏振光的光量差）。另外，本次的测定结果与仅在第一透光性构件11的表面上成膜2次表2中记载的多层膜的情况的测定结果相同，另外，通过在同一个工序中形成第一多层膜13a和第二多层膜13b，能够使成膜时间变为大约一半。
另外，在实施例2和比较例2中，作为第一和第二透光性构件11、12，使用了BK－7或者其等效品（折射率1.52）。
实施例2以及比较例2中的第一和第二多层膜的膜结构都如表2所示。
[表2]
符号的说明
1、2：光学部件
11：第一透光性构件
11a：第一透光性构件的斜面
12：第二透光性构件
12a：第二透光性构件的斜面
13：光学功能膜
13a：第一多层膜
13b：第二多层膜
13c：粘接剂层
15：低折射率层
15a：构成第一多层膜的最靠近粘接剂层一侧的第一最外层的低折射率层
15b：构成第二多层膜的最靠近粘接剂层一侧的第二最外层的低折射率层
15c：第一多层膜的最靠近第一透光性构件一侧的低折射率层
15d：第二多层膜的最靠近第二透光性构件一侧的低折射率层
16：高折射率层
20：入射光
21：透射光
22：反射光
30：母材
30a：母材的斜面
31：多层膜
Claims (13)
1.一种光学部件，其特征在于，具备：
第一透光性构件；
第二透光性构件；和
设置在所述第一透光性构件与所述第二透光性构件之间的光学功能膜，
所述光学功能膜具有形成在所述第一透光性构件上的第一多层膜、形成在所述第二透光性构件上的第二多层膜和粘接所述第一多层膜和所述第二多层膜的粘接剂层。
2.根据权利要求1所述的光学部件，其特征在于：
所述第一多层膜的最靠近所述粘接剂层一侧的第一最外层和所述第二多层膜的最靠近所述粘接剂层一侧的第二最外层中的至少一个层，具有与所述粘接剂层实质上相同的折射率。
3.根据权利要求2所述的光学部件，其特征在于：
所述第一最外层和所述第二最外层均具有与所述粘接剂层实质上相同的折射率。
4.根据权利要求2或3所述的光学部件，其特征在于：
所述第一多层膜和所述第二多层膜均是交替层叠具有相对低的折射率的低折射率层和具有相对高的折射率的高折射率层而得的多层膜，
所述第一最外层和所述第二最外层中的至少一个层是所述低折射率层。
5.根据权利要求4所述的光学部件，其特征在于：
构成所述第一最外层和所述第二最外层中的至少一个层的低折射率层包括氟化镁、氧化硅、氧化铝。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的光学部件，其特征在于：
所述第一多层膜的至少一部分具有与所述第二多层膜相同的膜结构。
7.根据权利要求6所述的光学部件，其特征在于：
所述第一多层膜和所述第二多层膜具有相同的膜结构。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的光学部件，其特征在于：
所述粘接剂层的厚度在1～25μm的范围内。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的光学部件，其特征在于：
所述光学功能膜是透射第一波长区域的光并反射与第一波长区域不同的第二波长区域的光的波长分离膜。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的光学部件，其特征在于：
所述第一透光性构件和所述第二透光性构件中的至少一个是棱镜或者板。
11.一种光学部件的制造方法，其是权利要求1～10中任一项所述的光学部件的制造方法，该光学部件的制造方法的特征在于，具备：
在所述第一透光性构件上形成所述第一多层膜的第一多层膜形成工序；
在所述第二透光性构件上形成所述第二多层膜的第二多层膜形成工序；和
利用所述粘接剂层粘接所述第一多层膜和所述第二多层膜的粘接工序。
12.根据权利要求11所述的光学部件的制造方法，其特征在于：
在同一个工序中进行所述第一多层膜形成工序和所述第二多层膜形成工序。
13.根据权利要求11所述的光学部件的制造方法，其特征在于：所述第一多层膜和所述第二多层膜具有相同的膜结构。
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