JP2006154388A - 光学デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二つ以上の光学素子を接着剤を用いて接着させる際に、接着不良を生じさせないと共に接着剤が波面収差特性に影響を与えることを阻止した光学デバイスとその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】ダイクロイックミラー６は、第一のプリズム（第一の光学素子）７と、第二のプリズム（第二の光学素子）８とを接着剤９を用いて貼り合せた構造であり、第一のプリズム７の斜面には多層膜からなるミラーコート１０が形成され、第二のプリズム８の斜面にはＳｉＯ_２コート１１を形成する。このように、二つ以上の光学素子を接着する場合、接着面にＳｉＯ_２コートを形成することにより、接着不良を生じさせないと共に接着剤が波面収差特性に影響を与えることを防ぐことが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は光学デバイスの接着面に起因する波面収差の改良方法に関し、特に、例えば、蒸着膜を有するプリズムと他のプリズムとを接着剤を用いて接着する際、接着不良を生じさせないと共に接着剤が波面収差特性に影響を与えることを防止した光学デバイスとその製造方法に関するものである。

周知のように、光学デバイスとして、二つ以上の光学素子を接着剤により接着して所望の光学特性を得るものが多く使用されている。例えば、ダイクロイックミラー等の光分離デバイスは、一方の三角プリズムの斜面にミラーコート（ダイクロコート）を形成し、他方の三角プリズムの斜面に接着剤を塗布して二つの三角プリズムの斜面同志を貼り合せた構造である。

図４は、従来のダイクロイックミラーの構造を示す外観例である。ダイクロイックミラー１は、第一のプリズム２と、第二のプリズム３とを接着剤４を用いて貼り合せた構造であり、第一のプリズム２の斜面にはミラーコート５が形成されている。又、接着剤としては、アクリル系のＵＶ接着剤や、エポキシ系の接着剤等が用いられる。この様な構造のダイクロイックミラー１は、Ａ面に入射した光線L１に含まれる波長成分L２は前記ミラーコート５面を透過してB面より出射し、光線L１に含まれる波長成分L３は前記ミラーコート５面で反射してC面から出射すると共に、B面に入射した光線L４に含まれる波長成分L５は前記ミラーコート５面を透過してＡ面から出射し、光線L４に含まれる波長成分L６は前記ミラーコート５面で反射してＤ面から出射するよう機能する。
特開２０００−３２９９８５号公報

しかしながら、従来のダイクロイックミラーにおいては、第一のプリズムに形成したミラーコートや第二のプリズムの斜面に対する接着剤の濡れ性が悪いため、接着剤の塗りむらが生じて当該塗りむらに起因する接着剤の光学特性が、ダイクロイックミラーの光学特性、特に波面収差特性に悪影響を及ぼしていた。
従来のダイクロイックミラーの波面収差特性について、幾つかのサンプルを元にミラーコートの厚みを変化させながら測定したところ次のような結果を得た。

ミラーコートの厚み１．５μｍの時、波面収差の平均値２８．７ｒｍｓ（ｍλ）
ミラーコートの厚み１．７μｍの時、波面収差の平均値３１．３ｒｍｓ（ｍλ）
ミラーコートの厚み３．５μｍの時、波面収差の平均値５０．５ｒｍｓ（ｍλ）
通常、波面収差の規格としては、３０ｒｍｓ（ｍλ）程度が要求されることが多く、従来のダイクロイックミラーでは波面収差の規格を満足することは困難であった。

特開２０００-３２９９８５号公報には、二つ以上の光学素子を接着剤を用いて接着する際に、接着剤の濡れ性を良くして接着剤の塗りむらを改善する方法が開示されている。即ち、二つ以上の光学素子を接着する際に、接着剤塗布面に酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜をコーティングすることにより親水性処理を施すことで、一様な接着剤の膜を形成して接着剤の塗りむらを改善するのである。

しかし、この様な接着剤塗布面にＴｉＯ_２膜をコーティングする手法を、例えば、ダイクロイックミラーの接着面に応用すると、ＴｉＯ_２膜の屈折率は、プリズムや接着剤の屈折率と異なるので、ダイクロイックミラーの光学特性、特に波面収差に悪影響を与えるという問題を生じていた。
本発明は上述したような問題を解決するためになされたものであって、二つ以上の光学素子を接着剤を用いて接着させる際に、接着不良を生じさせないと共に接着剤が波面収差特性に影響を与えることを防止した光学デバイスとその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係わる光学デバイスとその製造方法は、以下の構成をとる。
請求項１に記載の光学デバイスは、第一の光学素子の平坦面と第二の光学素子の平坦面とを接着剤を介して接合した構造の光学デバイスであって、少なくとも一方の光学素子の平坦面の最上面にはＳｉＯ_２を主成分とするコーティングが施されるよう構成する。

請求項２に記載の光学デバイスは、何れかの光学素子の平坦面にはミラーコートが形成されており、ダイクロイックミラーとして機能するよう構成する。

請求項３に記載の光学デバイスは、前記接着剤がエポキシ系の接着剤であるよう構成する。

請求項４に記載の光学デバイスの製造方法は、第一の光学素子の平坦面と第二の光学素子の平坦面とを接着剤を介して接合した構造の光学デバイスを製造するための製造方法であって、第二の光学素子の平坦面の最上面にＳｉＯ_２を主成分とするコーティングを施す工程と、第二の光学素子の平坦面の最上面に接着剤を塗布する工程と、第一の光学素子の平坦面と第二の光学素子の平坦面とを貼りあわせる工程と、前記接着剤を硬化する工程とを備えるよう構成する。

請求項５に記載の光学デバイスの製造方法は、第一の光学素子の平坦面と第二の光学素子の平坦面とを接着剤を介して接合した構造の光学デバイスを製造するための製造方法であって、何れかの光学素子の平坦面にミラーコートを形成する工程と、第二の光学素子の平坦面の最上面にＳｉＯ_２を主成分とするコーティングを施す工程と、第二の光学素子の平坦面の最上面に接着剤を塗布する工程と、第一の光学素子の平坦面と第二の光学素子の平坦面とを貼りあわせる工程と、前記接着剤を硬化する工程とを備えるよう構成する。

請求項６に記載の光学デバイスの製造方法は、前記第一の光学素子の平坦面の最上面に塗布する接着剤として、エポキシ系の接着剤を用いるよう構成する。

請求項１乃至６に記載の発明は、少なくとも二つの光学素子を接着して所定の機能を有する光学デバイスにおいて、一方の光学素子の接着面に、ＳｉＯ_２コートを形成したので、接着剤の濡れ性が向上し、二つの光学素子を接着した際に塗りむらが生じることを防止し、光学デバイスの波面収差を改善することから、光学デバイスを使用する上で大きな効果を発揮することが出来る。

以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
本願発明者は、接着剤の濡れ性が良好であって、接着剤の屈折率とほぼ同等レベルの屈折率を有する酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）に着目し、ダイクロイックミラーの接着面に、蒸着装置やスパッタ装置等を用いてＳｉＯ_２コートを形成し、波面収差の評価実験を行った。

図１は、本発明に係るダイクロイックミラーの実施例を示す構造図である。ダイクロイックミラー６は、第一のプリズム（第一の光学素子）７と、第二のプリズム（第二の光学素子）８とを接着剤９を用いて貼り合せた構造であり、第一のプリズム７の斜面には多層膜からなるミラーコート１０が形成され、第二のプリズム８の斜面にはＳｉＯ_２コート１１を形成している。
そこで先ず、光学デバイスの接着面にＳｉＯ_２を主成分とするＳｉＯ_２コートを形成した際に、接着剤の濡れ性がどの程度向上するかの評価実験を行った。

図２は、光学デバイス接着面の濡れ性の評価実験の結果である。図２（ａ）は、光学デバイスの接着面にＳｉＯ_２コートを形成してない状態で、接着剤を滴下した場合を示し、図２（ｂ）は、光学デバイスの接着面にＳｉＯ_２コートを形成した状態で、接着剤を滴下した場合を示し、図２（ｃ）は、滴下した接着剤の接触角の定義を示す。図２により明らかなように、光学デバイス１２の接着面１３にＳｉＯ_２コートを形成してない状態で接着剤１４を滴下した場合に比べ、光学デバイス１２の接着面１３にＳｉＯ_２コート１５を形成した状態で接着剤１４を滴下した場合が、光学デバイスの接着面に対して接着剤１４の濡れ性が優れている。

ここで、図２（ｃ）に示したように、光学デバイスの接着面に滴下した接着剤１４の高さをｈとし、接着剤１４の端部からｈの高さである接着剤１４の頂点とを結ぶ線と水平面との角度をθ１とし、接触角θを、θ＝２×θ１と定義すると、光学デバイスの接着面にＳｉＯ_２コートを形成してない状態で接着剤１４を滴下した場合の接触角はθ＝５４．１°であるのに対し、光学デバイスの接着面にＳｉＯ_２コートを形成した状態で接着剤１４を滴下した場合の接触角はθ＝２９．１°となり、接着剤１４の濡れ性は、光学デバイスの接着面にＳｉＯ_２コートを形成した状態で接着剤を滴下した場合が優れていることがわかる。尚、使用した接着剤は、エポキシ系の接着剤である。

次に、ダイクロイックミラーの接着面にＳｉＯ_２コートを形成して行った波面収差の評価実験について説明する。
評価実験の条件として、ミラーコートの厚みを、１．５μｍ、１．７μｍ、３．５μｍの３条件とし、夫々の条件で光学デバイスの接着面にＳｉＯ_２コートを形成した場合としない場合のダイクロイックミラーを製作し、波面収差を測定した。一方、接着剤としてはエポキシ系接着剤を用い、プリズムの接着面にディスペンサーを使用して、圧力を０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２、ショットタイムを０．１ｓｅｃの条件で４点滴下し、所定の温度で数時間加熱処理を行って第一のプリズムと第二のプリズムとを接着した。

図３に、本発明に係るダイクロイックミラーの波面収差の評価結果を示す。図３に示すように、ミラーコートの厚み１．５μｍについては、ＳｉＯ_２コートを形成した場合と、ＳｉＯ_２コートを形成しない場合とについて夫々９個のサンプルについて波面収差の測定を行い、ミラーコートの厚み１．７μｍについては、ＳｉＯ_２コートを形成した場合と、ＳｉＯ_２コートを形成しない場合とについて夫々６個のサンプルについて波面収差の測定を行い、ミラーコートの厚み３．５μｍについては、ＳｉＯ_２コートを形成した場合と、ＳｉＯ_２コートを形成しない場合とについて夫々３個及び６個のサンプルについて波面収差の測定を行った。

その結果、ミラーコートの厚さ１．５μｍ、１．７μｍ、３．５μｍの何れの条件についても、ＳｉＯ_２コートを形成した場合が、ＳｉＯ_２コートを形成しない場合に比べて波面収差が改善されていることが判明した。その中でも、ミラーコートの厚みを１．５μｍとし、ＳｉＯ_２コートを形成して製作したダイクロイックミラーの場合が、波面収差平均値で１９．４λ（ｒｍｓ）となり、最も波面収差が改善され、従来のミラーコートの厚みを３．５μｍとしてＳｉＯ_２コートの形成無しの場合の波面収差平均値５０．５λ（ｒｍｓ）に比べて格段の改善である。従って、二つ以上の光学素子を接着する場合、接着面にＳｉＯ_２コートを形成することにより、接着不良を生じさせないと共に接着剤が波面収差特性に影響を与えることを防ぐことが可能となった。

尚、ミラーコートを薄く成膜すると波面収差の数値が改善されているが、この様なミラーコートの厚みが波面収差に与える影響として考えられることは、ミラーコートの厚みが薄くなると、ミラーコートの平面度が向上することが原因であると判断される。

以上実施例についてダイクロイックミラーにおける波面収差の改良方法について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、一般的な接着面に蒸着膜等が形成された光学素子同士の接着方法においても適応可能である。

本発明に係るダイクロイックミラーの実施例を示す構造図である。 光学デバイス接着面の濡れ性の評価実験の結果である。 本発明に係るダイクロイックミラーの波面収差の評価結果を示す。 従来のダイクロイックミラーの構造を示す外観例である。

符号の説明

１・・ダイクロイックミラー、 ２・・第一のプリズム、
３・・第二のプリズム、 ４・・接着剤、
５・・ミラーコート、 ６・・ダイクロイックミラー、
７・・第一のプリズム、 ８・・第二のプリズム、
９・・接着剤、 １０・・ミラーコート、
１１・・ＳｉＯ_２コート、 １２・・接着面、
１３・・接着剤、 １４・・ＳｉＯ_２コート

Claims (6)

1. 第一の光学素子の平坦面と第二の光学素子の平坦面とを接着剤を介して接合した構造の光学デバイスであって、
   少なくとも一方の光学素子の平坦面の最上面にはＳｉＯ_２を主成分とするコーティングが施されていることを特徴とする光学デバイス。
2. 何れかの光学素子の平坦面にはミラーコートが形成されており、ダイクロイックミラーとして機能することを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
3. 前記接着剤は、エポキシ系の接着剤であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学デバイス。
4. 第一の光学素子の平坦面と第二の光学素子の平坦面とを接着剤を介して接合した構造の光学デバイスを製造するための製造方法であって、
   第二の光学素子の平坦面の最上面にＳｉＯ_２を主成分とするコーティングを施す工程と、
   第二の光学素子の平坦面の最上面に接着剤を塗布する工程と、
   第一の光学素子の平坦面と第二の光学素子の平坦面とを貼りあわせる工程と、
   前記接着剤を硬化する工程とを備えたことを特長とする光学デバイスの製造方法。
5. 第一の光学素子の平坦面と第二の光学素子の平坦面とを接着剤を介して接合した構造の光学デバイスを製造するための製造方法であって、
   何れかの光学素子の平坦面にミラーコートを形成する工程と、
   第二の光学素子の平坦面の最上面にＳｉＯ_２を主成分とするコーティングを施す工程と、
   第二の光学素子の平坦面の最上面に接着剤を塗布する工程と、
   第一の光学素子の平坦面と第二の光学素子の平坦面とを貼りあわせる工程と、
   前記接着剤を硬化する工程とを備えたことを特長とする光学デバイスの製造方法。
6. 前記第一の光学素子の平坦面の最上面に塗布する接着剤として、エポキシ系の接着剤を用いたことを特徴とする請求項４又は５に記載の光学デバイスの製造方法。
   

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