DE4409067C2 - Verfahren zum Verbinden und Metallisieren für Lichtpolarisatoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden und Metallisieren für Licht­ polarisatoren, die für verschiedene Arten von optischer Ausrüstung und La­ ser/Optikkomponenten eingesetzt werden sollen.

Lichtpolarisatoren, die eine Vielzahl von Elementen umfassen, sind bekannt. Es ist bisher allgemeine Praxis, solche Elemente unter Verwendung von Epoxyklebern, niedrigschmelzen­ dem Glas oder dergleichen miteinander zu verbinden. Metallisieren eines Polarisators wird direkt auf dem Werkstück ausgeführt.

Das Verkleben prismenförmiger Elemente zu einem Lichtpolarisator ist beispielsweise aus der JP 03-284 705 A bekannt.

Die Verwendung von Epoxyklebern führt oft zu einem Verschieben in der Position zwischen den verbundenen Komponenten, was zu einem Mangel an Langzeitverläßlichkeit in der Bin­ dungsfestigkeit und damit in der strukturellen Integrität führt, weil solche Kleber dazu neigen, bei erhöhter Temperatur zu erweichen.

Andererseits besteht bei niedrigschmelzendem Glas das Problem, daß es erforderlich ist, das Glas schrittweise aufzuheizen und abzukühlen, was zu einer verringerten Arbeitseffizienz führt.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die obengenannten Probleme zu überwinden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren bereitzustellen, mit dem dauerhafte, langzeitstabile Lichtpolarisatoren hergestellt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Verbinden zweier prismenförmiger Elemente zu einem Lichtpolarisator, bei dem jeweils eine Abschlußfläche der beiden prismenförmigen Elemente mit einer metallischen Schicht versehen wird, die bei­ den prismenförmigen Elemente zu einem Lichtpolarisator zusammengesetzt werden und bei dem eine metallische Befestigungsschicht, die sich über die Fläche der mit der metallischen Schicht versehenen Abschlußflächen der beiden Elemente erstreckt, durch Schweißen mit der metallischen Schicht auf den beiden Abschlußflächen verbunden wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann zwischen der metallischen Schicht und der je­ weiligen Abschlußfläche der beiden prismenförmigen Elemente eine Keramikschicht ange­ bracht werden.

Dabei kann zwischen der metallischen Schicht und der Keramikschicht sowie zwischen der Keramikschicht und der jeweiligen Abschlußfläche der beiden prismenförmigen Elemente jeweils eine metallisierte Schicht aufgebracht werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird dabei die Verbindung zwischen der Abschlußfläche des jeweiligen prismenförmigen Elements und der Keramikschicht sowie zwischen der Keramikschicht und der metallischen Schicht durch Löten hergestellt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auf die Abschlußfläche der prismenförmigen Elemente eine Bindungsfläche aufgebracht, die eine Oxidschicht aufweist.

Es ist festgestellt worden, daß das erfindungsgemäße Verbinden unter Einsatz von Schweißen eine verbesserte Bindungsfestigkeit zwischen dem Befestigungsmetallmittel und den Metall­ schichtmitteln bereitstellt, die an dem Polarisator befestigt sind, und ermöglicht, daß die ihr das Verbinden erforderliche Zeit verkürzt wird.

Die Anordnung von Keramikschichtmitteln zwischen dem Polarisator und den Metall­ schichtmitteln ermöglicht, daß Unterschiede in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Polarisator und den Metallschichtmitteln aufgefangen werden. Die Keramikschichtmittel wir­ ken so als ein Pufferteil. Für diesen Zweck geeignete keramische Materialien können Alumi­ niumoxid, Zirconiumoxid, Glas und dergleichen einschließen. Ohne solche Keramikschicht­ mittel kann der Katalysator Spannungen unterworfen sein und/oder Risse bekommen.

Die Bindungsflächen des Polarisators, der Metallschichtmittel und der Keramikschichtmittel, die aus metallisierten Schichten gebildet sind, wie in der bevorzugten Ausführungsform von Anspruch 3 angegeben, ermöglichen die Verwendung von Löttechnik, um diese Oberflächen miteinander zu verbinden. Solche metallisierten Schichten können durch die gut bekannten Verfahren des Sputterns, der Dampfabscheidung oder des galvanischen Metallüberzugs gebildet werden.

Gemäß der besonderen Ausführungsform von Anspruch 4 ist vorgesehen, daß Polarisatoren, die eine hohe Widerstands­ fähigkeit gegenüber Temperatur- und Feuchtigkeitsver­ änderungen und damit Langzeitverläßlichkeit in ihrer strukturellen Integrität und Leistung aufweisen, hergestellt werden können, wenn der Polarisator, die Keramikschichtmittel und die Metallschichtmittel miteinander mittels Löten verbunden werden, was zu einer hohen Bindungsfestigkeit führen kann.

Gemäß der besonderen Ausführungsform von Anspruch 5 unterstützt der als eine Unterschicht für die metallisierte Schicht, die die Bindungsfläche des Polarisators umfaßt, verwendete Oxidfilm die Bereitstellung einer angemessenen Adhäsionsfestigkeit. Siliciumoxid, Aluminiumoxid oder dergleichen können allein oder in Kombination als ein Oxidfilm für die Zwecke dieser Erfindung eingesetzt werden.

Man wird die vorstehende Zusammenfassung sowie die folgende detaillierte Beschreibung besser verstehen, wenn man sie in Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung sieht, in der:

Fig. 1 eine schematische und perspektivische, teilweise geschnittene Explosionsansicht eines Polarisators ist, die das Verbindungsverfahren für den Polarisator gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 1 ist, die aber den Polarisator in seinem zusammenge­ bauten Zustand zeigt.

Fig. 1 veranschaulicht eine Ausführungsform des Verbindungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, zum Zusammenbau eines Lichtpolarisators mit einem Glan- Taylor-Prisma, der in einer Explosionsansicht, teilweise geschnitten, dargestellt ist.

Fig. 2 zeigt den Polarisator in seinem zusammengebauten Zustand in einer perspektivischen Ansicht.

In den Fig. 1 und 2 ist der Polarisator so dargestellt, daß er zwei Prismaelemente A und B umfaßt, die miteinander in einer einheitlichen Einheit durch ein Befestigungs­ mittel C verbunden sind. Genauer gesagt umfaßt jedes Prismaelement A und B ein Rutil-Prisma 1 und eine Lötmittelschicht 2, eine Keramikschicht 3, eine Lötmittelschicht 2-1 und eine Metallschicht 4 oder 4-1, die in der angegebenen Reihenfolge nacheinander auf das Prisma laminiert sind.

Die Metallschicht 4 oder 4-1 kann eine Schicht aus rostfreiem Stahl sein, wie bspw. SUS 304. Eine metallisierte Schicht 5-1 ist auf die obere Oberfläche des Rutil-Prismas aufgebracht und metallisierte Schichten 5-2 und 5-3 sind auf der Ober- bzw. der Unterfläche der Keramikschicht 3 abgeschieden. Außerdem ist eine metallisierte Schicht 5-4 auf der Unterfläche der Schicht 4 oder 4-1 aus rostfreiem Stahl aufgebracht. Die Keramikschicht 3 kann eine Aluminiumoxidschicht umfassen.

Die Befestigungsmittel C können eine Metallschicht umfassen, wie etwa eine Schicht 6 aus rostfreiem Stahl, der ebenfalls SUS 304 sein kann. Die Schicht 6 aus rostfreiem Stahl kann eine Dicke von 0,3 mm besitzen und die Schichten 4 und 4-1 aus rostfreiem Stahl können jede 0,5 mm dick sein. Die Aluminiumoxidschicht 3 kann 0,5 mm dick sein. Die Befestigungsmetallschicht 6 und die Metallschichten 4 und 4-1 der Prismaelemente A bzw. B werden miteinander durch Schweißstöße 7 verbunden.

Die metallisierten Schichten 5-1, 5-2, 5-3 und 5-4 können vorzugsweise gebildet werden, indem Metall, wie etwa Gold, auf die obere Bindungsfläche des Rutil-Prismas 1, die Ober- und Unterfläche der Aluminiumoxidschicht (Keramikschicht) 3 und die Unterschicht der Schicht 4 oder 4-1 aus rostfreiem Stahl aufgesputtert wird. Insbesondere für die Bindungsfläche des Rutil-Prismas werden vorzugsweise Siliciumdioxid und Titan in der angegebenen Reihenfolge nacheinander auf die Oberfläche des Rutil- Prismas 1 als eine Unterschicht für die Gold-metallisierte Schicht aufgesputtert. Das heißt, daß die Bindungsfläche des Rutil-Prismas 1 Siliciumdioxid, Titan und Gold umfassen kann, die in der angegebenen Reihenfolge nacheinander auf die obere Oberfläche des Rutil-Prismas 1 aufgesputtert sind.

Das Verbinden zwischen dem Rutil-Einkristall 1 und der Aluminiumoxidschicht 3 und das Verbinden zwischen der Aluminiumoxidschicht 3 und der Schicht 4 aus rostfreiem Stahl wird bevorzugt mittels Lötmaterialien bewirkt, wie etwa Au-Sn-Lötmaterialien 2 und 2-1, um die Rutil-Prismaelemente A und B zu bilden.

Zwei Rutil-Prismaelemente A und B werden dann miteinander kombiniert, um die ge­ wünschten optischen Eigenschaften zu erhalten. Die entsprechenden Schichten 4 und 4-1 aus rostfreiem Stahl der zwei Rutil-Prismaelemente A und B werden vorübergehend mit der Befe­ stigungsschicht 6 aus rostfreiem Stahl mit Klebern verbunden, gefolgt vom Verbinden der Schichten 4 und 4-1 aus rostfreiem Stahl mit der Befestigungsschicht 6 aus rostfreiem Stahl durch Schweißstöße 7, um den Zusammenbau des polarisierenden Rutil-Prismas, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, zu vervollständigen.

Es ist festgestellt worden, daß das so zusammengebaute polarisierende Prisma in hohem Ma­ ße widerstandsfähig gegenüber Temperatur- und Feuchtigkeitsveränderungen ist. Nachdem es Tests mit hundert Zyklen bei -20°C bis 100°C unterworfen worden ist, wurde festgestellt, daß das gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zusammengebaute polarisierende Prisma eine Bindungsfestigkeit beibehalten hatte, die gleich oder größer als 100 kg/cm² war und ein Extinktionsverhältnis von gleich oder mehr als 50 dB, was eine hervorragende Lang­ zeitverlässlichkeit in der Bindungsfestigkeit und damit strukturelle Integrität ohne signifikante Variation von optischen Eigenschaften über die Zeit zeigt.

Wie oben beschrieben, ist anzuerkennen, daß die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verbinden eines Polarisators, der Metallschichtmittel aufweist, die an einer Abschlußfläche desselben befestigt sind, mit einem Befestigungsmetallmittel zur Verfügung gestellt, welches die Bereitstellung von Polarisatoren mit verbesserter Langzeitverlässlichkeit in der strukturellen Integrität, zusätzlich zur Verbesserung der Arbeitseffizienz, ermöglicht.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen, sowie in den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims (5)

1. Verfahren zum Verbinden zweier prismenförmiger Elemente zu einem Lichtpolarisator, bei dem
jeweils eine Abschlußfläche der beiden prismenförmigen Elemente (A, B) mit einer metallischen Schicht (4, 4-1) versehen wird,
die beiden prismenförmigen Elemente (A, B) zu einem Lichtpolarisator zusammenge­ setzt werden und bei dem
eine metallische Befestigungsschicht (6), die sich über die Fläche der mit der metalli­ schen Schicht (4, 4-1) versehenen Abschlußflächen der beiden Elemente (A, B) er­ streckt, durch Schweißen mit der metallischen Schicht (4, 4-1) auf den beiden Ab­ schlußflächen verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zwischen der metallischen Schicht (4, 4-1) und der jeweiligen Abschlußfläche der beiden prismenförmigen Elemente (A, B) eine Keramik­ schicht (3) angebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zwischen der metallischen Schicht (4, 4-1) und der Keramikschicht (3) sowie zwischen der Keramikschicht (3) und der jeweiligen Abschluß­ fläche der beiden prismenförmigen Elemente (A, B) jeweils eine metallisierte Schicht (5- 1, 5-2, 5-3, 5-4) aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Verbindung zwischen der Abschlußfläche des jeweiligen prismenförmigen Elements (A, B) und der Keramikschicht (3) sowie zwischen der Keramikschicht (3) und der metallischen Schicht (4, 4-1) durch Löten hergestellt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenen Ansprüche, bei dem auf die Abschlußfläche der prismenförmigen Elemente (A, B) eine Bindungsfläche aufgebracht wird, die eine Oxid­ schicht aufweist.