JP2010107680A - Optical element and method of manufacturing the same - Google Patents

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Yasuhide Matsuo
泰秀 松尾
Kenji Otsuka
賢治 大塚
Takenori Sawai
丈徳 澤井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element having a bonding film whose refractive index is changed in the thickness direction and having excellent light resistance and optical characteristics by firmly joining two optical components with high dimensional accuracy via the bonding film, and to provide a method of manufacturing the optical element which facilitates the manufacture of the same. <P>SOLUTION: The layered optical element 5 is manufactured through: a first step of preparing a first optical component 2 and a second optical component 4 and film-depositing the bonding film 3 by a plasma polymerization method on the surface of the first optical component 2; a second step of applying energy to the bonding film 3 by exposing the bonding film 3 to plasma to develop adhesiveness; and a third step of joining the first and second optical components 2 and 4 via the bonding film 3 to obtain the layered optical element 5. The refractive index of the bonding film 3 is changed so as to connect the refractive index of the first optical component 2 to the refractive index of the second optical component 4 by gradually changing a film-deposition condition in the plasma polymerization method. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光学素子および光学素子の製造方法に関するものである。   The present invention relates to an optical element and a method for manufacturing the optical element.

2つの部材(基板)同士を接合(接着)する際には、従来、エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤等の接着剤を用いて行う方法が多く用いられている。
接着剤は、部材の材質によらず、接着性を示すことができる。このため、種々の材料で構成された部材同士を、様々な組み合わせで接着することができる。
例えば、透過する光に位相差を生じさせる機能を有する光学素子として波長板が知られている。波長板は、水晶のような複屈折結晶の基板を2枚重ね合わせたものであり、基板間は接着剤を用いて接着される。
このように接着剤を用いて基板同士を接着する際には、液状またはペースト状の接着剤を接着面に塗布し、塗布された接着剤を介して基板同士を貼り合わせる。その後、熱または光の作用により接着剤が硬化して基板同士が接着される。
Conventionally, when two members (substrates) are joined (adhered), a method of using an adhesive such as an epoxy adhesive, a urethane adhesive, or a silicone adhesive is often used.
The adhesive can exhibit adhesiveness regardless of the material of the member. For this reason, members composed of various materials can be bonded in various combinations.
For example, a wavelength plate is known as an optical element having a function of causing a phase difference in transmitted light. The wave plate is a laminate of two birefringent crystal substrates such as quartz, and the substrates are bonded using an adhesive.
In this way, when the substrates are bonded to each other using the adhesive, a liquid or paste adhesive is applied to the bonding surface, and the substrates are bonded to each other through the applied adhesive. Thereafter, the adhesive is cured by the action of heat or light to bond the substrates together.

ところで、波長板の光透過率は、接着剤と基板との間の屈折率差に影響され、光透過率を高める観点では、この屈折率差が小さいことが好ましい。
そこで、特許文献1には、基板の屈折率に応じて接着剤の屈折率を調整すべく、屈折率調整剤を含む接着剤組成物が提案されている。この屈折率調整剤含有接着剤組成物は、ウレタン系ホットメルト接着剤を主成分とし、添加物として芳香族有機りん化合物を含むものである。そして、添加物の添加量を変えることにより、屈折率調整剤含有接着剤組成物の屈折率を調整することが可能であるとしている。
By the way, the light transmittance of the wave plate is influenced by the difference in refractive index between the adhesive and the substrate. From the viewpoint of increasing the light transmittance, the difference in refractive index is preferably small.
Therefore, Patent Document 1 proposes an adhesive composition containing a refractive index adjusting agent in order to adjust the refractive index of the adhesive in accordance with the refractive index of the substrate. This refractive index adjuster-containing adhesive composition contains a urethane hot melt adhesive as a main component and an aromatic organophosphorus compound as an additive. The refractive index of the refractive index adjusting agent-containing adhesive composition can be adjusted by changing the amount of additive added.

しかしながら、この添加物の添加は、通常、接着剤の製造時に行われるため、製造後に接着剤の屈折率を調整することができない。このため、接着する基板の屈折率に応じて、それぞれ屈折率の異なる接着剤を何種類も用意する必要があり、工業利用の際には極めて非効率である。
また、接着剤を所定の厚さで均一に塗布することは難しいため、基板間距離が不均一になることが避けられない。この場合、波長板には波面収差等の各種収差が生じ、光学性能の低下を招くおそれがある。
However, since the addition of the additive is usually performed at the time of manufacturing the adhesive, the refractive index of the adhesive cannot be adjusted after the manufacturing. For this reason, it is necessary to prepare several types of adhesives each having a different refractive index in accordance with the refractive index of the substrate to be bonded, which is extremely inefficient for industrial use.
In addition, since it is difficult to uniformly apply the adhesive with a predetermined thickness, it is inevitable that the distance between the substrates is not uniform. In this case, various aberrations such as wavefront aberration occur in the wavelength plate, which may cause a decrease in optical performance.

さらに、接着剤は、樹脂材料で構成されているため、耐光性に乏しく、経時的に屈折率が変動してしまうことも光学部品を接着する上では大きな問題である。
さらには、接着する2枚の基板の屈折率が互いに異なる場合、接着剤の屈折率を調整して最適化したとしても接着剤と基板との間には必ず屈折率差が生じてしまい、この接着界面において光の散乱等による光損失や干渉縞の発生が避けられない。
Furthermore, since the adhesive is made of a resin material, the light resistance is poor, and the refractive index fluctuates over time is also a major problem in bonding optical components.
Furthermore, when the refractive indexes of the two substrates to be bonded are different from each other, even if the refractive index of the adhesive is adjusted and optimized, a difference in refractive index is always generated between the adhesive and the substrate. Light loss and interference fringes are unavoidable due to light scattering at the adhesive interface.

そこで、特許文献2には、基体の表面上に、変性層およびハードコート層をこの順で成膜する際に、変性層の屈折率が基体の屈折率からハードコート層の屈折率に連続的に変化するように変性層が成膜されている。これにより、外部から光が入射した際に干渉縞が発生するのを防止することができるとしている。
しかしながら、この変性層は、基体とハードコート層のような薄膜との間の中間層としては機能するものの、複屈折結晶基板のようなバルク体同士を接合する接合層には用いることができない。
Therefore, in Patent Document 2, when the modified layer and the hard coat layer are formed in this order on the surface of the substrate, the refractive index of the modified layer is continuously from the refractive index of the substrate to the refractive index of the hard coat layer. The modified layer is formed so as to change to Accordingly, it is possible to prevent occurrence of interference fringes when light is incident from the outside.
However, this modified layer functions as an intermediate layer between the substrate and a thin film such as a hard coat layer, but cannot be used as a bonding layer for bonding bulk bodies such as a birefringent crystal substrate.

特開平7−188638号公報JP-A-7-188638 特開平9−68601号公報JP-A-9-68601

本発明の目的は、厚さ方向に屈折率が変化した接合膜を有し、この接合膜を介して2つの光学部品同士を高い寸法精度で強固に接合したことによって、耐光性および光学特性に優れた光学素子、およびかかる光学素子を容易に製造可能な光学素子の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to have a bonding film having a refractive index changed in the thickness direction, and by firmly bonding two optical components with high dimensional accuracy via the bonding film, light resistance and optical characteristics are achieved. An object of the present invention is to provide an excellent optical element and a method for manufacturing an optical element that can easily manufacture such an optical element.

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の光学素子は、光透過性を有する第1の光学部品および第2の光学部品と、プラズマ重合法により成膜され、シロキサン(Si−O)結合を含むランダムな原子構造を有するSi骨格と、該Si骨格に結合する脱離基とを含み、前記第1の光学部品と前記第2の光学部品とを接合する接合膜とを有し、
前記接合膜の少なくとも一部の領域にエネルギーを付与し、前記接合膜の表面に存在する前記脱離基が前記Si骨格から脱離することにより、前記接合膜に発現した接着性によって、前記第1の光学部品と前記第2の光学部品とが接合されており、
前記接合膜は、その屈折率が、厚さ方向に沿って連続的または段階的に変化している部分を有することを特徴とする。
これにより、厚さ方向に屈折率が変化した接合膜を有し、この接合膜を介して2つの光学部品同士を高い寸法精度で強固に接合したことによって、耐光性および光学特性に優れた光学素子を得ることができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The optical element of the present invention includes a first optical component and a second optical component having optical transparency, and a Si skeleton having a random atomic structure including a siloxane (Si—O) bond formed by a plasma polymerization method. And a leaving film that bonds to the Si skeleton, and a bonding film that bonds the first optical component and the second optical component,
Energy is applied to at least a partial region of the bonding film, and the leaving group present on the surface of the bonding film is detached from the Si skeleton, thereby causing the first adhesion to occur in the bonding film. The first optical component and the second optical component are joined,
The bonding film has a portion whose refractive index changes continuously or stepwise along the thickness direction.
As a result, it has a bonding film whose refractive index has changed in the thickness direction, and the two optical components are firmly bonded with high dimensional accuracy via this bonding film, so that it has excellent light resistance and optical characteristics. An element can be obtained.

本発明の光学素子では、前記接合膜を構成する全原子からH原子を除いた原子のうち、Si原子の含有率とO原子の含有率の合計が、10〜90原子%であることが好ましい。
これにより、接合膜は、Si原子とO原子とが強固なネットワークを形成し、接合膜自体が強固なものとなる。また、かかる接合膜は、第1の光学部品および第2の光学部品に対して、特に高い接合強度を示すものとなる。
In the optical element of the present invention, it is preferable that the total of the Si atom content and the O atom content is 10 to 90 atom% among atoms obtained by removing H atoms from all atoms constituting the bonding film. .
Thereby, in the bonding film, Si atoms and O atoms form a strong network, and the bonding film itself becomes strong. Further, such a bonding film exhibits particularly high bonding strength with respect to the first optical component and the second optical component.

本発明の光学素子では、前記接合膜中のSi原子とO原子の存在比は、3:7〜7:3であることが好ましい。
これにより、接合膜の安定性が高くなり、第1の光学部品と第2の光学部品とをより強固に接合することができるようになる。
本発明の光学素子では、前記Si骨格の結晶化度は、45%以下であることが好ましい。
これにより、Si骨格は特にランダムな原子構造を含むものとなる。そして、寸法精度および接着性に優れた接合膜が得られる。
In the optical element of the present invention, the abundance ratio of Si atoms and O atoms in the bonding film is preferably 3: 7 to 7: 3.
As a result, the stability of the bonding film is increased, and the first optical component and the second optical component can be bonded more firmly.
In the optical element of the present invention, the crystallinity of the Si skeleton is preferably 45% or less.
As a result, the Si skeleton particularly includes a random atomic structure. And the joining film excellent in dimensional accuracy and adhesiveness is obtained.

本発明の光学素子では、前記接合膜は、Si−H結合を含んでいることが好ましい。
Si−H結合は、シロキサン結合の生成が規則的に行われるのを阻害すると考えられる。このため、シロキサン結合は、Si−H結合を避けるように形成されることとなり、Si骨格の規則性が低下する。このようにして、プラズマ重合法によれば、接合膜中にSi−H結合が含まれることにより、結晶化度の低いSi骨格を効率よく形成することができる。
In the optical element according to the aspect of the invention, it is preferable that the bonding film includes a Si—H bond.
Si-H bonds are thought to inhibit the regular formation of siloxane bonds. For this reason, the siloxane bond is formed so as to avoid the Si—H bond, and the regularity of the Si skeleton is lowered. In this way, according to the plasma polymerization method, the Si skeleton having a low crystallinity can be efficiently formed by including the Si—H bond in the bonding film.

本発明の光学素子では、前記Si−H結合を含む接合膜についての赤外光吸収スペクトルにおいて、シロキサン結合に帰属するピーク強度を1としたとき、Si−H結合に帰属するピーク強度が0.001〜0.2であることが好ましい。
これにより、接合膜中の原子構造は、相対的に最もランダムなものとなる。このため、接合膜は、接合強度、耐薬品性および寸法精度において特に優れたものとなる。
In the optical element of the present invention, in the infrared absorption spectrum of the bonding film containing the Si—H bond, when the peak intensity attributed to the siloxane bond is 1, the peak intensity attributed to the Si—H bond is 0. It is preferable that it is 001-0.2.
As a result, the atomic structure in the bonding film becomes relatively random. For this reason, the bonding film is particularly excellent in bonding strength, chemical resistance and dimensional accuracy.

本発明の光学素子では、前記脱離基は、H原子、B原子、C原子、N原子、O原子、P原子、S原子およびハロゲン系原子、またはこれらの各原子が前記Si骨格に結合するよう配置された原子団からなる群から選択される少なくとも1種で構成されたものであることが好ましい。
これらの脱離基は、エネルギーの付与による結合/脱離の選択性に比較的優れている。このため、エネルギーを付与することによって比較的簡単に、かつ均一に脱離する脱離基が得られることとなり、接合膜の接着性をより高度化することができる。
本発明の光学素子では、前記脱離基は、アルキル基であることが好ましい。
これにより、耐候性および耐薬品性に優れた接合膜が得られる。
In the optical element of the present invention, the leaving group includes an H atom, a B atom, a C atom, an N atom, an O atom, a P atom, an S atom, and a halogen atom, or each of these atoms bonded to the Si skeleton. It is preferably composed of at least one selected from the group consisting of atomic groups arranged in such a manner.
These leaving groups are relatively excellent in binding / leaving selectivity by applying energy. For this reason, the leaving group which leaves | separates comparatively easily and uniformly by providing energy is obtained, and the adhesiveness of the bonding film can be further enhanced.
In the optical element of the present invention, the leaving group is preferably an alkyl group.
Thereby, a bonding film excellent in weather resistance and chemical resistance can be obtained.

本発明の光学素子では、前記脱離基としてメチル基を含む接合膜についての赤外光吸収スペクトルにおいて、シロキサン結合に帰属するピーク強度を1としたとき、メチル基に帰属するピーク強度が0.05〜0.45であることが好ましい。
これにより、メチル基の含有率が最適化され、メチル基がシロキサン結合の生成を必要以上に阻害するのを防止しつつ、接合膜中に必要かつ十分な数の活性手が生じるため、接合膜に十分な接着性が生じる。また、接合膜には、メチル基に起因する十分な耐候性および耐薬品性が発現する。
In the optical element of the present invention, in the infrared absorption spectrum of the bonding film containing a methyl group as the leaving group, when the peak intensity attributed to the siloxane bond is 1, the peak intensity attributed to the methyl group is 0. It is preferable that it is 05-0.45.
As a result, the content ratio of the methyl group is optimized, and a necessary and sufficient number of active hands are generated in the bonding film while preventing the methyl group from unnecessarily inhibiting the formation of the siloxane bond. Adhesiveness is sufficient. Further, the bonding film exhibits sufficient weather resistance and chemical resistance due to the methyl group.

本発明の光学素子では、前記接合膜は、その少なくとも表面付近に存在する前記脱離基が前記Si骨格から脱離した後に、活性手を有することが好ましい。
これにより、接合膜は、第2の光学部品に対して、化学的結合に基づいて強固に接合可能なものとなる。
本発明の光学素子では、前記活性手は、未結合手または水酸基であることが好ましい。
これにより、第2の光学部品に対して、特に強固な接合が可能となる。
In the optical element of the present invention, it is preferable that the bonding film has an active hand after the leaving group present at least near the surface thereof is detached from the Si skeleton.
Thereby, the bonding film can be firmly bonded to the second optical component based on chemical bonding.
In the optical element of the present invention, the active hand is preferably a dangling hand or a hydroxyl group.
As a result, particularly strong bonding is possible with respect to the second optical component.

本発明の光学素子では、前記接合膜は、ポリオルガノシロキサンを主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、接着性により優れた接合膜が得られる。また、この接合膜は、耐候性および耐薬品性に優れたものとなり、例えば、薬品類等に長期にわたって曝されるような光学部品の接合に際して、有効に用いられるものとなる。
本発明の光学素子では、前記ポリオルガノシロキサンは、オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするものであることが好ましい。
これにより、接着性に特に優れた接合膜が得られる。
In the optical element of the present invention, it is preferable that the bonding film is composed mainly of polyorganosiloxane.
As a result, a bonding film superior in adhesiveness can be obtained. In addition, this bonding film has excellent weather resistance and chemical resistance, and is effectively used for bonding optical components that are exposed to chemicals and the like for a long time.
In the optical element of the present invention, it is preferable that the polyorganosiloxane is mainly composed of a polymer of octamethyltrisiloxane.
Thereby, a bonding film having particularly excellent adhesiveness can be obtained.

本発明の光学素子では、前記プラズマ重合法において、プラズマを発生させる際の高周波の出力密度は、0.01〜100W/cmであることが好ましい。
これにより、高周波の出力密度が高過ぎて原料ガスに必要以上のプラズマエネルギーが付加されるのを防止しつつ、ランダムな原子構造を有するSi骨格を確実に形成することができる。また、屈折率を所望の値に確実に調整しつつ接合膜を成膜することができる。
In the optical element of the present invention, in the plasma polymerization method, the high frequency output density when generating plasma is preferably 0.01 to 100 W / cm 2 .
Accordingly, it is possible to reliably form a Si skeleton having a random atomic structure while preventing the plasma gas from being added to the source gas more than necessary due to the high frequency power density. Further, it is possible to form the bonding film while reliably adjusting the refractive index to a desired value.

本発明の光学素子では、前記接合膜の平均厚さは、1〜1000nmであることが好ましい。
これにより、第1の光学部品と第2の光学部品とを接合した光学素子の寸法精度が著しく低下するのを防止しつつ、これらをより強固に接合することができる。
本発明の光学素子では、前記接合膜は、流動性を有しない固体状のものであることが好ましい。
これにより、得られる光学素子の寸法精度は、従来に比べて格段に高いものとなる。また、従来に比べ、短時間で強固な接合が可能になる。
本発明の光学素子では、前記接合膜の屈折率は、1.35〜1.6の範囲内にあることが好ましい。
これにより、屈折率の調整幅を大きくとることができ、多くの種類の光学部品の屈折率に適合するように屈折率を変化させた接合膜を得ることができる。
In the optical element of the present invention, the average thickness of the bonding film is preferably 1 to 1000 nm.
Thereby, these can be joined more firmly, preventing that the dimensional accuracy of the optical element which joined the 1st optical component and the 2nd optical component falls remarkably.
In the optical element of the present invention, it is preferable that the bonding film is a solid that does not have fluidity.
Thereby, the dimensional accuracy of the obtained optical element becomes remarkably high compared with the past. In addition, stronger bonding can be achieved in a shorter time than in the past.
In the optical element of the present invention, it is preferable that the refractive index of the bonding film is in the range of 1.35 to 1.6.
Thereby, the adjustment range of the refractive index can be increased, and a bonding film in which the refractive index is changed so as to match the refractive index of many types of optical components can be obtained.

本発明の光学素子では、前記エネルギーの付与は、前記接合膜にエネルギー線を照射する方法、および、前記接合膜をプラズマに曝す方法のうちの少なくとも1つの方法により行われることが好ましい。
紫外線によれば、広い範囲をムラなく短時間に処理することができるので、脱離基の脱離を効率よく行うことができ、さらには、UVランプ等の簡単な設備で発生させることができる。
接合膜をプラズマに曝す方法によれば、接合膜の表面付近に選択的にエネルギーを付与することができるので、表面に接着性を発現させる一方、内部に組成、体積等の変化を生じさせるのを防止することができる。
In the optical element of the present invention, it is preferable that the energy is applied by at least one of a method of irradiating the bonding film with energy rays and a method of exposing the bonding film to plasma.
Since ultraviolet rays can be processed over a wide range in a short time without unevenness, the leaving group can be removed efficiently, and can be generated with simple equipment such as a UV lamp. .
According to the method of exposing the bonding film to plasma, energy can be selectively applied in the vicinity of the surface of the bonding film, so that adhesiveness is expressed on the surface, while changes in composition, volume, etc. are caused inside. Can be prevented.

本発明の光学素子では、前記エネルギー線は、波長126〜300nmの紫外線であることが好ましい。
これにより、接合膜に付与されるエネルギー量が最適化されるので、接合膜中のSi骨格が必要以上に破壊されるのを防止しつつ、Si骨格と脱離基との間の結合を選択的に切断することができる。その結果、接合膜の特性(機械的特性、化学的特性等)が低下するのを防止しつつ、接合膜に接着性を発現させることができる。
本発明の光学素子では、前記接合膜に曝すプラズマは、大気圧プラズマであることが好ましい。
これにより、接合膜に損傷が生じるのを防止して、接着性および光学性能に優れた接合膜を得ることができる。
In the optical element of the present invention, the energy beam is preferably ultraviolet light having a wavelength of 126 to 300 nm.
This optimizes the amount of energy imparted to the bonding film, so that the bond between the Si skeleton and the leaving group is selected while preventing the Si skeleton in the bonding film from being destroyed more than necessary. Can be cut. As a result, the bonding film can exhibit adhesiveness while preventing the characteristics (mechanical characteristics, chemical characteristics, etc.) of the bonding film from deteriorating.
In the optical element of the present invention, the plasma exposed to the bonding film is preferably atmospheric pressure plasma.
Thereby, it is possible to prevent the bonding film from being damaged and to obtain a bonding film excellent in adhesiveness and optical performance.

本発明の光学素子では、前記第1の光学部品および前記第2の光学部品は、それぞれ、石英ガラスまたは水晶で構成されていることが好ましい。
これらの材料は、接合膜との密着性に優れるとともに、優れた透明性を有し、かつ耐熱性、耐光性、耐薬品性、機械的強度等の各種特性にも優れていることから、光学部品の構成材料として特に好適である。
In the optical element of the present invention, it is preferable that each of the first optical component and the second optical component is made of quartz glass or quartz.
These materials have excellent adhesion to the bonding film, excellent transparency, and excellent properties such as heat resistance, light resistance, chemical resistance, and mechanical strength. It is particularly suitable as a constituent material for parts.

本発明の光学素子では、前記第1の光学部品の屈折率と前記第2の光学部品の屈折率とが異なっており、
前記接合膜の屈折率は、前記第1の光学部品の屈折率と前記第2の光学部品の屈折率とをつなぐように変化していることが好ましい。
これにより、第1の光学部品と第2の光学部品との間に、著しい屈折率差が生じるのを防止して、屈折率差を滑らかにつなぐことができるので、屈折率差に伴う光の散乱を抑制し、光学素子の光透過率を高めることができる。
In the optical element of the present invention, the refractive index of the first optical component is different from the refractive index of the second optical component,
The refractive index of the bonding film preferably changes so as to connect the refractive index of the first optical component and the refractive index of the second optical component.
Thereby, it is possible to prevent a significant difference in refractive index between the first optical component and the second optical component, and to smoothly connect the refractive index difference. Scattering can be suppressed and the light transmittance of the optical element can be increased.

本発明の光学素子では、前記接合膜は、成膜する際の成膜条件を徐々に変化させることにより、屈折率を厚さ方向に沿って連続的または段階的に変化させたものであり、
前記成膜条件は、高周波の出力であることが好ましい。
高周波の出力は、成膜条件の中でも調整が容易でかつ正確な調整が可能なパラメータであることから、屈折率を厳密に調整する観点において、好適な制御因子である。
In the optical element of the present invention, the bonding film is obtained by changing the refractive index continuously or stepwise along the thickness direction by gradually changing the film forming conditions when forming the film.
The film forming condition is preferably a high frequency output.
The high-frequency output is a parameter that is easy to adjust and can be accurately adjusted even under film formation conditions, and is therefore a suitable control factor in terms of strictly adjusting the refractive index.

本発明の光学素子では、前記第1の光学部品と前記第2の光学部品との間に、前記接合膜と同様の接合膜を2層以上有しており、
この2層以上の接合膜全体において、その屈折率が、厚さ方向に沿って連続的または段階的に変化している部分を有することが好ましい。
これにより、第1の光学部品と第2の光学部品とをより強固に接合することができる。
The optical element of the present invention has two or more bonding films similar to the bonding film between the first optical component and the second optical component,
The entire bonding film of two or more layers preferably has a portion where the refractive index changes continuously or stepwise along the thickness direction.
Thereby, a 1st optical component and a 2nd optical component can be joined more firmly.

本発明の光学素子の製造方法は、光透過性を有し、接合膜を介して互いに貼り合わせることにより光学素子を形成し得る第1の光学部品および第2の光学部品を用意し、前記第1の光学部品の表面上に、プラズマ重合法により、シロキサン(Si−O)結合を含むランダムな原子構造を有するSi骨格と、該Si骨格に結合する脱離基とを含む前記接合膜を形成する第1の工程と、
前記接合膜にエネルギーを付与することにより、前記接合膜中に存在する前記脱離基を前記Si骨格から脱離させ、接着性を発現させる第2の工程と、
前記接合膜を介して前記第1の光学部品と前記第2の光学部品とを接合し、光学素子を得る第3の工程とを有し、
前記第1の工程のプラズマ重合法において、前記接合膜を成膜しつつ、成膜条件を徐々に変化させることにより、前記接合膜の屈折率が、厚さ方向に沿って連続的または段階的に変化するよう調整することを特徴とする。
これにより、接合膜を介して2つの光学部品同士を接合してなる、耐光性および寸法精度が高く、かつ光学特性に優れた光学素子を容易に製造することができる。
The optical element manufacturing method of the present invention provides a first optical component and a second optical component that have optical transparency and can form an optical element by bonding together through a bonding film. The bonding film including a Si skeleton having a random atomic structure including a siloxane (Si—O) bond and a leaving group bonded to the Si skeleton is formed on the surface of the optical component 1 by plasma polymerization. A first step of:
A second step of applying energy to the bonding film to desorb the leaving group present in the bonding film from the Si skeleton and to exhibit adhesiveness;
A third step of bonding the first optical component and the second optical component via the bonding film to obtain an optical element;
In the plasma polymerization method of the first step, the refractive index of the bonding film is continuously or stepwise along the thickness direction by gradually changing the film forming conditions while forming the bonding film. It adjusts so that it may change to.
Thereby, an optical element having high light resistance and high dimensional accuracy and excellent optical characteristics, which is formed by bonding two optical components through the bonding film, can be easily manufactured.

以下、本発明の光学素子および光学素子の製造方法を、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
本発明の光学素子は、2つの光学部品(第1の光学部品2および第2の光学部品4)と、これらの光学部品2、4間に設けられた接合膜3とを有しており、この接合膜3を介して、2つの光学部品2、4が接合されてなるものである。
この光学素子のうち、接合膜3は、プラズマ重合法により成膜されたものであり、シロキサン(Si−O)結合を含むランダムな原子構造を有するSi骨格と、このSi骨格に結合する脱離基とを含むものである。
Hereinafter, an optical element and a method for manufacturing the optical element of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
The optical element of the present invention has two optical components (first optical component 2 and second optical component 4), and a bonding film 3 provided between these optical components 2, 4. Two optical components 2 and 4 are bonded via the bonding film 3.
Among these optical elements, the bonding film 3 is formed by a plasma polymerization method, and has a Si skeleton having a random atomic structure including a siloxane (Si—O) bond and a desorption bonded to the Si skeleton. Group.

このような接合膜3は、エネルギーを付与することにより、接合膜3に存在する脱離基がSi骨格から脱離するものである。そして、この脱離基の脱離によって、接合膜3のエネルギーを付与した領域に接着性が発現するという特徴を有する。
かかる特徴を有する接合膜3は、2つの光学部品2、4間を、高い寸法精度で強固に、かつ低温下で効率よく接合可能である。そして、この接合膜3を用いることにより、第1の光学部品2と第2の光学部品4とが強固に接合してなる信頼性の高い光学素子が得られる。
Such a bonding film 3 is one in which leaving groups present in the bonding film 3 are desorbed from the Si skeleton by applying energy. And it has the characteristics that adhesiveness expresses in the area | region which provided the energy of the joining film | membrane 3 by detachment | leave of this leaving group.
The bonding film 3 having such a feature can bond the two optical components 2 and 4 firmly with high dimensional accuracy and efficiently at a low temperature. By using the bonding film 3, a highly reliable optical element obtained by firmly bonding the first optical component 2 and the second optical component 4 is obtained.

また、本実施形態では、第1の光学部品2の屈折率と第2の光学部品4の屈折率が互いに異なっており、接合膜3の屈折率が、第1の光学部品2の屈折率と第2の光学部品4の屈折率とをつなぐように厚さ方向に沿って連続的に変化している。この屈折率の変化は、プラズマ重合法における成膜条件を徐々に変化させることにより形成することができる。このため、各光学部品2、4の屈折率に応じて前記成膜条件を適宜設定しさえすれば、各光学部品2、4の屈折率に応じて厚さ方向に屈折率を変化させた接合膜3をムラなく均一に成膜することができ、光学特性の高い光学素子が得られる。   In this embodiment, the refractive index of the first optical component 2 and the refractive index of the second optical component 4 are different from each other, and the refractive index of the bonding film 3 is the same as the refractive index of the first optical component 2. It changes continuously along the thickness direction so as to connect the refractive index of the second optical component 4. This change in refractive index can be formed by gradually changing the film forming conditions in the plasma polymerization method. For this reason, as long as the film forming conditions are appropriately set according to the refractive index of each optical component 2, 4, the refractive index is changed in the thickness direction according to the refractive index of each optical component 2, 4. The film 3 can be uniformly formed without unevenness, and an optical element having high optical characteristics can be obtained.

≪第1実施形態≫
次に、本発明の光学素子の製造方法の第1実施形態について説明する。
図1および図2は、本発明の光学素子の製造方法の第1実施形態を説明するための図(縦断面図)である。なお、以下の説明では、図1および図2中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
<< First Embodiment >>
Next, a first embodiment of the optical element manufacturing method of the present invention will be described.
1 and 2 are views (longitudinal sectional views) for explaining a first embodiment of a method for producing an optical element of the present invention. In the following description, the upper side in FIGS. 1 and 2 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.

本実施形態にかかる光学素子の製造方法は、第1の光学部品2および第2の光学部品4を用意し、第1の光学部品2の表面上に、プラズマ重合法により接合膜3を成膜する工程(第1の工程)と、接合膜3にエネルギーを付与する工程(第2の工程)と、接合膜3を介して第1の光学部品2と第2の光学部品4とを接合し、積層光学素子5を得る工程(第3の工程)とを有する。以下、各工程について順次説明する。   In the optical element manufacturing method according to the present embodiment, the first optical component 2 and the second optical component 4 are prepared, and the bonding film 3 is formed on the surface of the first optical component 2 by plasma polymerization. Bonding the first optical component 2 and the second optical component 4 through the bonding film 3, the step of applying energy to the bonding film 3 (second step), and the bonding film 3. And a step of obtaining the laminated optical element 5 (third step). Hereinafter, each process will be described sequentially.

[1]まず、第1の光学部品2および第2の光学部品4を用意する。
これらの光学部品2、4は、接合膜3を介して互いに貼り合わせることにより、光透過性を有する積層光学素子5を形成し得るものである。なお、具体的な積層光学素子5は、後に例示する。
第1の光学部品2の構成材料は、それぞれ光透過性の材料であればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド(例:ナイロン6、ナイロン46、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン612、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン6−12、ナイロン6−66)、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート(PC)、ポリ−(4−メチルペンテン−1)、アイオノマー、アクリル系樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレン−ビニルアルコール共重合体(EVOH)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリシクロヘキサンテレフタレート(PCT)等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルイミド、ポリアセタール(POM)、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル(液晶ポリマー)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等の各種樹脂材料や、ソーダガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス等のガラス材料、水晶、方解石、サファイア、CaF、BaF、MgF、LiF、KBr、KCl、NaCl、MgO、YVO、LiNbO等の結晶材料等が挙げられる。
[1] First, the first optical component 2 and the second optical component 4 are prepared.
These optical components 2 and 4 are capable of forming a laminated optical element 5 having optical transparency by being bonded to each other through a bonding film 3. A specific laminated optical element 5 will be exemplified later.
The constituent material of the first optical component 2 may be a light transmissive material, for example, polyolefin such as polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), cyclic Polyolefin, modified polyolefin, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide (example: nylon 6, nylon 46, nylon 66, nylon 610, nylon 612, nylon 11, nylon 12, nylon 6-12, nylon 6-66) , Polyimide, polyamideimide, polycarbonate (PC), poly- (4-methylpentene-1), ionomer, acrylic resin, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin), acrylonitrile-styrene copolymer (AS resin) ), Polyesters such as tadiene-styrene copolymer, polyoxymethylene, polyvinyl alcohol (PVA), ethylene-vinyl alcohol copolymer (EVOH), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polycyclohexane terephthalate (PCT) , Polyether, polyetherketone (PEK), polyetheretherketone (PEEK), polyetherimide, polyacetal (POM), polyphenylene oxide, modified polyphenylene oxide, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyarylate, aromatic Polyester (liquid crystal polymer), polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, other fluororesins, styrene, polyolefin Various thermoplastic elastomers such as polyvinyl chloride, polyurethane, polyester, polyamide, polybutadiene, trans polyisoprene, fluororubber, chlorinated polyethylene, epoxy resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, Saturated polyester, silicone-based resin, urethane-based resin, etc., or various resin materials such as copolymers, blends, polymer alloys, etc., soda glass, quartz glass, lead glass, potassium glass, borosilicate glass, Examples thereof include glass materials such as alkali-free glass, crystal materials such as quartz, calcite, sapphire, CaF 2 , BaF 2 , MgF 2 , LiF, KBr, KCl, NaCl, MgO, YVO 4 , and LiNbO 3 .

これらの中でも、接合膜3との密着性(接合性)の観点から、石英ガラス、水晶等の酸化ケイ素系材料が好ましく用いられる。酸化ケイ素系材料は、さらに、優れた透明性を有し、かつ耐熱性、耐光性、耐薬品性、機械的強度等の各種特性にも優れていることから、第1の光学部品2の構成材料として特に好適である。
一方、第2の光学部品4の構成材料も、第1の光学部品2の構成材料から適宜選択すればよいが、第1の光学部品2の構成材料と第2の光学部品4の構成材料とは、互いに異なっており、それに伴って屈折率も互いに異なっている。
また、第1の光学部品2および第2の光学部品4は、その表面に、各種光学薄膜を成膜したものであってもよい。
Among these, from the viewpoint of adhesion (bondability) to the bonding film 3, silicon oxide materials such as quartz glass and quartz are preferably used. Since the silicon oxide-based material has excellent transparency and excellent properties such as heat resistance, light resistance, chemical resistance, and mechanical strength, the configuration of the first optical component 2 It is particularly suitable as a material.
On the other hand, the constituent material of the second optical component 4 may be appropriately selected from the constituent materials of the first optical component 2, but the constituent material of the first optical component 2 and the constituent material of the second optical component 4 Are different from each other, and accordingly the refractive indexes are also different from each other.
Further, the first optical component 2 and the second optical component 4 may be obtained by forming various optical thin films on the surfaces thereof.

次に、図1(a)に示すように、第1の光学部品2の表面上に接合膜3を形成する(第1の工程)。接合膜3は、第1の光学部品2と第2の光学部品4との間に位置し、これらの接合を担うものである。
かかる接合膜3は、図3、4に示すように、シロキサン(Si−O)結合302を含み、ランダムな原子構造を有するSi骨格301と、このSi骨格301に結合する脱離基303とを有するものである。
Next, as shown in FIG. 1A, a bonding film 3 is formed on the surface of the first optical component 2 (first step). The bonding film 3 is located between the first optical component 2 and the second optical component 4 and bears the bonding therebetween.
As shown in FIGS. 3 and 4, the bonding film 3 includes a Si skeleton 301 including a siloxane (Si—O) bond 302 and a random atomic structure, and a leaving group 303 bonded to the Si skeleton 301. It is what you have.

また、この接合膜3は、プラズマ重合法により成膜されたものであるが、この成膜において、成膜条件を徐々に変化させることにより、その屈折率が第1の光学部品2の屈折率と第2の光学部品4の屈折率とをつなぐように変化している。すなわち、接合膜3のうち、第1の光学部品2側の面近傍では、屈折率が第1の光学部品2の屈折率とほぼ同じ値になっており、また、第2の光学部品4側の面近傍では、屈折率が第2の光学部品4の屈折率とほぼ同じ値になっている。そして、接合膜3の中間部では、屈折率が連続的に変化している。
なお、接合膜3については、後に詳述する。
The bonding film 3 is formed by a plasma polymerization method. In this film formation, the refractive index of the first optical component 2 is changed by gradually changing the film formation conditions. And the refractive index of the second optical component 4 are changed. That is, in the bonding film 3, in the vicinity of the surface on the first optical component 2 side, the refractive index is substantially the same as the refractive index of the first optical component 2, and the second optical component 4 side. In the vicinity of this surface, the refractive index is substantially the same as the refractive index of the second optical component 4. The refractive index continuously changes in the intermediate portion of the bonding film 3.
The bonding film 3 will be described later in detail.

また、第1の光学部品2の少なくとも接合膜3を形成すべき領域には、第1の光学部品2の構成材料に応じて、接合膜3を形成する前に、あらかじめ、第1の光学部品2と接合膜3との密着性を高める表面処理を施すのが好ましい。
かかる表面処理としては、例えば、スパッタリング処理、ブラスト処理のような物理的表面処理、酸素プラズマ、窒素プラズマ等を用いたプラズマ処理、コロナ放電処理、エッチング処理、電子線照射処理、紫外線照射処理、オゾン暴露処理のような化学的表面処理、または、これらを組み合わせた処理等が挙げられる。このような処理を施すことにより、第1の光学部品2の接合膜3を形成すべき領域を清浄化するとともに、該領域を活性化させることができる。これにより、第1の光学部品2と接合膜3との接合強度を高めることができる。
また、これらの各表面処理の中でもプラズマ処理を用いることにより、接合膜3を形成するために、第1の光学部品2の表面を特に最適化することができる。
なお、表面処理を施す第1の光学部品2が、樹脂材料(高分子材料)で構成されている場合には、特に、コロナ放電処理、窒素プラズマ処理等が好適に用いられる。
In addition, before forming the bonding film 3 in the region where the bonding film 3 of the first optical component 2 is to be formed, depending on the constituent material of the first optical component 2, the first optical component is previously formed. It is preferable to perform a surface treatment for improving the adhesion between the bonding film 2 and the bonding film 3.
Examples of the surface treatment include physical surface treatment such as sputtering treatment and blast treatment, plasma treatment using oxygen plasma, nitrogen plasma, etc., corona discharge treatment, etching treatment, electron beam irradiation treatment, ultraviolet irradiation treatment, ozone Examples include chemical surface treatment such as exposure treatment, or a combination of these. By performing such treatment, the region where the bonding film 3 of the first optical component 2 is to be formed can be cleaned and the region can be activated. Thereby, the bonding strength between the first optical component 2 and the bonding film 3 can be increased.
In addition, by using plasma treatment among these surface treatments, the surface of the first optical component 2 can be particularly optimized in order to form the bonding film 3.
In addition, when the 1st optical component 2 which performs surface treatment is comprised with the resin material (polymer material), especially a corona discharge process, a nitrogen plasma process, etc. are used suitably.

また、第1の光学部品2の構成材料によっては、上記のような表面処理を施さなくても、接合膜3の接合強度が十分に高くなるものがある。このような効果が得られる第1の光学部品2の構成材料としては、例えば、前述したような各種ガラス材料、各種結晶材料等を主材料とするものが挙げられる。
このような材料で構成された第1の光学部品2は、その表面が酸化膜で覆われており、この酸化膜の表面には、比較的活性の高い水酸基が結合している。したがって、このような材料で構成された第1の光学部品2を用いると、上記のような表面処理を施さなくても、第1の光学部品2と接合膜3との密着強度を高めることができる。
なお、この場合、第1の光学部品2の全体が上記のような材料で構成されていなくてもよく、少なくとも接合膜3を形成すべき領域の表面付近が上記のような材料で構成されていればよい。
Further, depending on the constituent material of the first optical component 2, there is a material in which the bonding strength of the bonding film 3 is sufficiently high without performing the surface treatment as described above. Examples of the constituent material of the first optical component 2 that can obtain such an effect include materials mainly composed of various glass materials and various crystal materials as described above.
The surface of the first optical component 2 made of such a material is covered with an oxide film, and a relatively active hydroxyl group is bonded to the surface of the oxide film. Therefore, when the first optical component 2 made of such a material is used, the adhesion strength between the first optical component 2 and the bonding film 3 can be increased without performing the surface treatment as described above. it can.
In this case, the entire first optical component 2 may not be made of the material as described above, and at least the vicinity of the surface of the region where the bonding film 3 is to be formed is made of the material as described above. Just do it.

一方、第2の光学部品4においても、その構成材料によっては、上記のような表面処理を施さなくても、第1の光学部品2と第2の光学部品4との接合強度が十分に高くなるものがある。このような効果が得られる第2の光学部品4の構成材料には、前述した第1の光学部品2の構成材料と同様のもの、すなわち、各種ガラス材料、各種結晶材料等を用いることができる。   On the other hand, the bonding strength between the first optical component 2 and the second optical component 4 is sufficiently high even if the second optical component 4 is not subjected to the surface treatment as described above depending on the constituent material. There is something to be. As the constituent material of the second optical component 4 capable of obtaining such effects, the same constituent materials as those of the first optical component 2 described above, that is, various glass materials, various crystal materials, and the like can be used. .

さらに、第2の光学部品4の接合膜3に密着する領域に、以下の基や物質を有する場合には、上記のような表面処理を施さなくても、第1の光学部品2と第2の光学部品4との接合強度を十分に高くすることができる。
このような基や物質としては、例えば、水酸基、チオール基、カルボキシル基、アミノ基、ニトロ基、イミダゾール基のような官能基、ラジカル、開環分子、2重結合、3重結合のような不飽和結合、F、Cl、Br、Iのようなハロゲン、過酸化物からなる群から選択される少なくとも1つの基または物質が挙げられる。
また、このようなものを有する表面が得られるように、上述したような各種表面処理を適宜選択して行うのが好ましい。
Further, in the case where the following group or substance is included in the region that is in close contact with the bonding film 3 of the second optical component 4, the first optical component 2 and the second optical component 2 can be used without performing the surface treatment as described above. The bonding strength with the optical component 4 can be sufficiently increased.
Examples of such groups and substances include functional groups such as hydroxyl groups, thiol groups, carboxyl groups, amino groups, nitro groups, and imidazole groups, radicals, ring-opened molecules, double bonds, and triple bonds. And at least one group or substance selected from the group consisting of a saturated bond, a halogen such as F, Cl, Br, and I, and a peroxide.
Further, it is preferable to appropriately select and perform various surface treatments as described above so that a surface having such a material can be obtained.

また、表面処理に代えて、第1の光学部品2の少なくとも接合膜3を形成すべき領域および第2の光学部品4の接合膜3に密着する領域には、あらかじめ中間層を形成しておくのが好ましい。
この中間層は、いかなる機能を有するものであってもよく、例えば、接合膜3との密着性を高める機能、クッション性(緩衝機能)、応力集中を緩和する機能等を有するものが好ましい。このような中間層を用いることにより、信頼性の高い積層光学素子を得ることができる。
Further, instead of the surface treatment, an intermediate layer is formed in advance in at least the region where the bonding film 3 of the first optical component 2 is to be formed and the region where the bonding film 3 of the second optical component 4 is in close contact. Is preferred.
The intermediate layer may have any function. For example, a layer having a function of improving adhesion to the bonding film 3, a cushioning function (buffer function), a function of reducing stress concentration, and the like are preferable. By using such an intermediate layer, a highly reliable laminated optical element can be obtained.

かかる中間層の構成材料としては、例えば、金属酸化物、シリコン酸化物のような酸化物系材料、金属窒化物、シリコン窒化物のような窒化物系材料、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボンのような炭素系材料、シランカップリング剤、チオール系化合物、金属アルコキシド、金属−ハロゲン化合物のような自己組織化膜材料、樹脂系接着剤、樹脂フィルム、樹脂コーティング材、各種ゴム材料、各種エラストマーのような樹脂系材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、これらの各材料で構成された中間層の中でも、酸化物系材料で構成された中間層によれば、積層光学素子5の接合強度を特に高めることができる。
Examples of the constituent material of the intermediate layer include metal oxides, oxide materials such as silicon oxide, metal nitrides, nitride materials such as silicon nitride, carbon such as graphite and diamond-like carbon. Materials, silane coupling agents, thiol compounds, metal alkoxides, self-assembled film materials such as metal-halogen compounds, resin adhesives, resin films, resin coating materials, various rubber materials, resins such as various elastomers A system material etc. are mentioned, Among these, it can use combining 1 type (s) or 2 or more types.
Further, among the intermediate layers formed of these materials, the bonding strength of the laminated optical element 5 can be particularly increased by the intermediate layer formed of the oxide-based material.

[2]次に、図1(b)に示すように、接合膜3にエネルギーを付与する。
エネルギーが付与されると、接合膜3の表面では、脱離基303がSi骨格301から脱離する。そして、脱離基303が脱離した後には活性手が生じるため、接合膜3に、第2の光学部品4との安定した接着性が発現する。その結果、接合膜3は、化学的結合に基づいて第2の光学部品4と安定して強固に接合可能なものとなる。
[2] Next, as shown in FIG. 1B, energy is applied to the bonding film 3.
When energy is applied, the leaving group 303 is detached from the Si skeleton 301 on the surface of the bonding film 3. Since an active hand is generated after the leaving group 303 is removed, stable adhesiveness to the second optical component 4 is expressed in the bonding film 3. As a result, the bonding film 3 can be stably and firmly bonded to the second optical component 4 based on chemical bonding.

ここで、エネルギーが付与される前の接合膜3は、図3に示すように、Si骨格301と脱離基303とを有している。かかる接合膜3にエネルギーが付与されると、特に表面付近の脱離基303(本実施形態では、メチル基)がSi骨格301から脱離する。これにより、図4に示すように、接合膜3の表面35に活性手304が生じ、活性化される。その結果、接合膜3の表面に接着性が発現する。   Here, the bonding film 3 before energy is applied has a Si skeleton 301 and a leaving group 303 as shown in FIG. When energy is applied to the bonding film 3, a leaving group 303 (in this embodiment, a methyl group) near the surface is detached from the Si skeleton 301 in particular. As a result, as shown in FIG. 4, active hands 304 are generated on the surface 35 of the bonding film 3 and activated. As a result, adhesiveness develops on the surface of the bonding film 3.

なお、接合膜3を「活性化させる」とは、接合膜3の表面35および内部の脱離基303が脱離して、Si骨格301において終端化されていない結合手(以下、「未結合手」または「ダングリングボンド」とも言う。)が生じた状態や、この未結合手が水酸基(OH基)によって終端化された状態、または、これらの状態が混在した状態のことを言う。
したがって、活性手304とは、未結合手(ダングリングボンド)、または未結合手が水酸基によって終端化されたもののことを言う。このような活性手304によれば、第2の光学部品4に対して、特に強固な接合が可能となる。
It should be noted that “activating” the bonding film 3 means that the surface 35 of the bonding film 3 and the internal leaving group 303 are removed, and a bond not terminated in the Si skeleton 301 (hereinafter referred to as “unbonded bond”). "Or" dangling bond "), a state in which this dangling bond is terminated by a hydroxyl group (OH group), or a state in which these states are mixed.
Therefore, the active hand 304 means a dangling bond (dangling bond) or a dangling bond terminated by a hydroxyl group. According to such an active hand 304, particularly strong bonding can be performed to the second optical component 4.

接合膜3にエネルギーを付与する方法としては、例えば、接合膜3にエネルギー線を照射する方法、または、接合膜3をプラズマに曝す方法等が挙げられる。
このうち、接合膜3に照射するエネルギー線としては、例えば、紫外線、レーザー光のような光、X線、γ線、電子線、イオンビームのような粒子線等、またはこれらのエネルギー線を組み合わせたものが挙げられる。
Examples of a method for applying energy to the bonding film 3 include a method of irradiating the bonding film 3 with energy rays, a method of exposing the bonding film 3 to plasma, and the like.
Among these, as the energy rays irradiated to the bonding film 3, for example, light such as ultraviolet rays and laser light, X-rays, γ rays, electron beams, particle beams such as ion beams, etc., or a combination of these energy rays Can be mentioned.

これらのエネルギー線の中でも、特に、波長126〜300nm程度の紫外線を用いるのが好ましい。かかる紫外線によれば、付与されるエネルギー量が最適化されるので、接合膜3中のSi骨格301が必要以上に破壊されるのを防止しつつ、Si骨格301と脱離基303との間の結合を選択的に切断することができる。これにより、接合膜3の特性(機械的特性、化学的特性等)が低下するのを防止しつつ、接合膜3に接着性を発現させることができる。   Among these energy rays, it is particularly preferable to use ultraviolet rays having a wavelength of about 126 to 300 nm. According to such ultraviolet rays, the amount of energy applied is optimized, so that the Si skeleton 301 in the bonding film 3 is prevented from being destroyed more than necessary, and between the Si skeleton 301 and the leaving group 303. Can be selectively cleaved. Thereby, adhesiveness can be expressed in the bonding film 3 while preventing the characteristics (mechanical characteristics, chemical characteristics, etc.) of the bonding film 3 from being deteriorated.

また、紫外線によれば、広い範囲をムラなく短時間に処理することができるので、脱離基303の脱離を効率よく行わせることができる。さらに、紫外線には、例えば、UVランプ等の簡単な設備で発生させることができるという利点もある。
なお、紫外線の波長は、より好ましくは、160〜200nm程度とされる。
また、UVランプを用いる場合、その出力は、接合膜3の面積に応じて異なるが、1mW/cm〜1W/cm程度であるのが好ましく、5mW/cm〜50mW/cm程度であるのがより好ましい。なお、この場合、UVランプと接合膜3との離間距離は、3〜3000mm程度とするのが好ましく、10〜1000mm程度とするのがより好ましい。
In addition, since ultraviolet rays can be processed in a short time without unevenness, the leaving group 303 can be efficiently eliminated. Furthermore, ultraviolet rays also have the advantage that they can be generated with simple equipment such as UV lamps.
The wavelength of ultraviolet light is more preferably about 160 to 200 nm.
In the case of using the UV lamp, the output may vary depending on the area of the bonding film 3 is preferably from 1mW / cm 2 ~1W / cm 2 or so, at 5mW / cm 2 ~50mW / cm 2 of about More preferably. In this case, the distance between the UV lamp and the bonding film 3 is preferably about 3 to 3000 mm, more preferably about 10 to 1000 mm.

また、紫外線を照射する時間は、接合膜3の表面35付近の脱離基303を脱離し得る程度の時間、すなわち、接合膜3の内部の脱離基303を多量に脱離させない程度の時間とするのが好ましい。具体的には、紫外線の光量、接合膜3の構成材料等に応じて若干異なるものの、0.5〜30分程度であるのが好ましく、1〜10分程度であるのがより好ましい。   Further, the time for irradiating the ultraviolet rays is such a time that the leaving group 303 in the vicinity of the surface 35 of the bonding film 3 can be released, that is, a time that the leaving group 303 inside the bonding film 3 is not released in a large amount. Is preferable. Specifically, it is preferably about 0.5 to 30 minutes, more preferably about 1 to 10 minutes, although it varies slightly depending on the amount of ultraviolet light, the constituent material of the bonding film 3 and the like.

また、紫外線は、時間的に連続して照射されてもよいが、間欠的(パルス状)に照射されてもよい。
一方、レーザー光としては、例えば、エキシマレーザー(フェムト秒レーザー)、Nd−YAGレーザー、Arレーザー、COレーザー、He−Neレーザー等が挙げられる。
Moreover, although an ultraviolet-ray may be irradiated continuously in time, you may irradiate intermittently (pulse form).
On the other hand, examples of the laser light include an excimer laser (femtosecond laser), an Nd-YAG laser, an Ar laser, a CO 2 laser, and a He—Ne laser.

また、接合膜3に対するエネルギー線の照射は、いかなる雰囲気中で行うようにしてもよく、具体的には、大気、酸素のような酸化性ガス雰囲気、水素のような還元性ガス雰囲気、窒素、アルゴンのような不活性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧(真空)雰囲気等が挙げられるが、特に不活性ガス雰囲気または減圧(真空)雰囲気で行うのが好ましい。これにより、接合膜3が酸化し、変質・劣化するのを防止することができる。   The bonding film 3 may be irradiated with energy rays in any atmosphere. Specifically, the atmosphere, an oxidizing gas atmosphere such as oxygen, a reducing gas atmosphere such as hydrogen, nitrogen, An inert gas atmosphere such as argon, or a reduced pressure (vacuum) atmosphere in which these atmospheres are reduced can be used, and it is particularly preferable to perform in an inert gas atmosphere or a reduced pressure (vacuum) atmosphere. Thereby, it is possible to prevent the bonding film 3 from being oxidized and altered or deteriorated.

さらに、この雰囲気は、好ましくは乾燥した雰囲気とされる。これにより、紫外線の照射によって切断された化学結合の切断跡に、雰囲気中の水蒸気が吸着するのを防止し、接合膜3の組成の意図しない変化を防止することができる。
具体的には、雰囲気の露点が−10℃以下であるのが好ましく、−20℃以下であるのがより好ましい。
また、エネルギー線を照射する方法によれば、付与するエネルギーの大きさを、精度よく簡単に調整することができる。このため、接合膜3から脱離する脱離基303の脱離量を調整することが可能となる。その結果、積層光学素子5の接合強度を容易に制御することができる。
Furthermore, this atmosphere is preferably a dry atmosphere. As a result, it is possible to prevent water vapor in the atmosphere from adsorbing to the traces of chemical bonds that have been cut by irradiation with ultraviolet rays, and to prevent unintended changes in the composition of the bonding film 3.
Specifically, the dew point of the atmosphere is preferably −10 ° C. or lower, and more preferably −20 ° C. or lower.
Moreover, according to the method of irradiating energy rays, the magnitude of energy to be applied can be easily adjusted with high accuracy. For this reason, it becomes possible to adjust the desorption amount of the leaving group 303 desorbed from the bonding film 3. As a result, the bonding strength of the laminated optical element 5 can be easily controlled.

すなわち、脱離基303の脱離量を多くすることにより、接合膜3の表面35および内部に、より多くの活性手が生じるため、接合膜3に発現する接着性をより高めることができる。一方、脱離基303の脱離量を少なくすることにより、接合膜3の表面35および内部に生じる活性手を少なくし、接合膜3に発現する接着性を抑えることができる。
なお、付与するエネルギーの大きさを調整するためには、例えば、エネルギー線の種類、エネルギー線の出力、エネルギー線の照射時間等の条件を調整すればよい。
That is, by increasing the amount of elimination of the leaving group 303, more active hands are generated on the surface 35 and inside of the bonding film 3, so that the adhesiveness expressed in the bonding film 3 can be further increased. On the other hand, by reducing the amount of elimination of the leaving group 303, the number of active hands generated on the surface 35 and inside of the bonding film 3 can be reduced, and the adhesiveness expressed in the bonding film 3 can be suppressed.
In addition, in order to adjust the magnitude | size of the energy to provide, what is necessary is just to adjust conditions, such as the kind of energy beam, the output of an energy beam, the irradiation time of an energy beam.

一方、接合膜3をプラズマに曝す方法によれば、接合膜3の表面35付近に選択的にエネルギーを付与することができるので、接合膜3から脱離基303が脱離することが防止される。これにより、接合膜3の表面35には、接着性が確実に発現するとともに、内部では脱離基303の脱離に伴って接合膜3の組成、体積、屈折率等が不本意に変化してしまうのを防止することができる。   On the other hand, according to the method in which the bonding film 3 is exposed to plasma, energy can be selectively applied to the vicinity of the surface 35 of the bonding film 3, thereby preventing the leaving group 303 from being detached from the bonding film 3. The As a result, adhesiveness is surely developed on the surface 35 of the bonding film 3, and the composition, volume, refractive index, etc. of the bonding film 3 are changed unintentionally with the elimination of the leaving group 303 inside. Can be prevented.

この場合、接合膜3を曝すプラズマとして大気圧プラズマを用いるのが好ましい。大気圧プラズマによれば、減圧手段等の高価な設備を用いることなく、容易にプラズマ処理を行うことができる。また、このプラズマ処理には、接合膜3の近傍でプラズマを発生させるダイレクトプラズマ方式の他、被処理物とプラズマ発生部とが離間したリモートプラズマ方式またはダウンフロープラズマ方式による処理も好ましく用いられる。ダイレクトプラズマ方式によれば、接合膜3の近傍でプラズマを発生させるため、プラズマ処理を効率よくかつ均一に行うことができる。また、被処理物とプラズマ発生部とが離間している場合、被処理物とプラズマ発生部とが干渉しないため、被処理物をイオン損傷から避けることができる。   In this case, it is preferable to use atmospheric pressure plasma as the plasma to which the bonding film 3 is exposed. According to atmospheric pressure plasma, plasma treatment can be easily performed without using expensive equipment such as decompression means. In addition to the direct plasma method in which plasma is generated in the vicinity of the bonding film 3, a remote plasma method or a downflow plasma method in which the object to be processed and the plasma generation unit are separated is also preferably used for this plasma treatment. According to the direct plasma method, since plasma is generated in the vicinity of the bonding film 3, plasma processing can be performed efficiently and uniformly. Further, when the object to be processed and the plasma generating part are separated from each other, the object to be processed and the plasma generating part do not interfere with each other, so that the object to be processed can be avoided from ion damage.

また、減圧雰囲気中でプラズマ処理を行った場合、接合膜3の内部に意図せず閉じ込められたガスや経時的に発生したガス等が、接合膜3の外部に強制的に引き出されるおそれがある。このような現象が起こると、接合膜3に損傷が生じ、接着性の低下を招くとともに、光学性能の低下を招くこととなる。
これに対し、大気圧下でプラズマ処理を行うことにより、接合膜3に損傷が生じるのを防止して、接着性および光学性能に優れた接合膜3を得ることができる。
なお、プラズマを発生させるガスとしては、Ar、He、H、N、O等が挙げられ、これらの2種以上を混合して用いることもできる。このうち、接合膜3の酸化等を考慮した場合には、Ar、He等の不活性ガスが好ましく用いられる。
Further, when the plasma treatment is performed in a reduced pressure atmosphere, there is a possibility that a gas unintentionally confined inside the bonding film 3 or a gas generated over time is forcibly extracted to the outside of the bonding film 3. . When such a phenomenon occurs, the bonding film 3 is damaged, resulting in a decrease in adhesiveness and a decrease in optical performance.
On the other hand, by performing plasma treatment under atmospheric pressure, it is possible to prevent the bonding film 3 from being damaged, and to obtain the bonding film 3 excellent in adhesiveness and optical performance.
In addition, examples of the gas that generates plasma include Ar, He, H 2 , N 2 , and O 2 , and a mixture of two or more of these may be used. Among these, in consideration of oxidation of the bonding film 3, an inert gas such as Ar or He is preferably used.

また、プラズマ処理は、後述する図5に示すプラズマ重合装置100を用いて行うこともできる。すなわち、図5に示すプラズマ重合装置100を用いて接合膜3を形成した後、これを装置から取り出すことなく、続けて本工程のプラズマ処理を施すことができるので、本発明の光学素子の製造方法の簡略化を図ることができる。
また、放電によってプラズマを発生させる際、電極間に印加する電圧は、MHz以上の高周波であるのが好ましい。これにより、直流放電の場合に比べて、放電開始電圧が低下するため、放電状態を容易に維持することができる。また、高周波を用いることにより、プラズマ中の電離度が高くなり、プラズマ密度が高くなる。その結果、プラズマによる脱離基303の脱離を効率よく行うことができる。
電極間に印加する電圧の周波数は、特に限定されないが、好ましくは10〜50MHz程度とされ、より好ましくは10〜40MHz程度とされる。
また、工程[2]におけるエネルギーの付与方法としては、上述した方法の他に、加熱、加圧、オゾンに曝す等の方法が挙げられる。
The plasma treatment can also be performed using a plasma polymerization apparatus 100 shown in FIG. That is, after the bonding film 3 is formed using the plasma polymerization apparatus 100 shown in FIG. 5, the plasma treatment of this step can be continuously performed without removing the bonding film 3 from the apparatus, so that the optical element of the present invention is manufactured. The method can be simplified.
Further, when plasma is generated by discharge, the voltage applied between the electrodes is preferably a high frequency of MHz or higher. Thereby, compared with the case of direct current discharge, since a discharge start voltage falls, a discharge state can be maintained easily. Moreover, by using a high frequency, the ionization degree in plasma becomes high and a plasma density becomes high. As a result, the elimination of the leaving group 303 by plasma can be performed efficiently.
The frequency of the voltage applied between the electrodes is not particularly limited, but is preferably about 10 to 50 MHz, and more preferably about 10 to 40 MHz.
Moreover, as a method of applying energy in the step [2], in addition to the method described above, methods such as heating, pressurization, exposure to ozone, and the like can be given.

ここで、エネルギーが付与される前の接合膜3は、図3に示すように、Si骨格301と脱離基303とを有している。かかる接合膜3にエネルギーが付与されると、脱離基303(本実施形態では、メチル基)がSi骨格301から脱離する。これにより、図4に示すように、接合膜3の表面35に活性手304が生じ、活性化される。その結果、接合膜3の表面に接着性が発現する。   Here, the bonding film 3 before energy is applied has a Si skeleton 301 and a leaving group 303 as shown in FIG. When energy is applied to the bonding film 3, the leaving group 303 (in this embodiment, a methyl group) is detached from the Si skeleton 301. As a result, as shown in FIG. 4, active hands 304 are generated on the surface 35 of the bonding film 3 and activated. As a result, adhesiveness develops on the surface of the bonding film 3.

なお、接合膜3を「活性化させる」とは、接合膜3の表面35および内部の脱離基303が脱離して、Si骨格301において終端化されていない結合手(以下、「未結合手」または「ダングリングボンド」とも言う。)が生じた状態や、この未結合手が水酸基(OH基)によって終端化された状態、または、これらの状態が混在した状態のことを言う。
したがって、活性手304とは、未結合手(ダングリングボンド)、または未結合手が水酸基によって終端化されたもののことを言う。このような活性手304によれば、接合膜3を介して第1の光学部品2と第2の光学部品4とをより強固に接合することができる。
It should be noted that “activating” the bonding film 3 means that the surface 35 of the bonding film 3 and the internal leaving group 303 are removed, and a bond not terminated in the Si skeleton 301 (hereinafter referred to as “unbonded bond”). "Or" dangling bond "), a state in which this dangling bond is terminated by a hydroxyl group (OH group), or a state in which these states are mixed.
Therefore, the active hand 304 means a dangling bond (dangling bond) or a dangling bond terminated by a hydroxyl group. According to such an active hand 304, the first optical component 2 and the second optical component 4 can be bonded more firmly through the bonding film 3.

[3]次に、図1(c)に示すように、活性化させた接合膜3と第2の光学部品4とが密着するように、第1の光学部品2と第2の光学部品4とを貼り合わせる。これにより、図2(d)に示すような積層光学素子5を得る(第3の工程)。
このようにして得られた積層光学素子5では、従来の光学素子の製造方法で用いられていた接着剤のように、主にアンカー効果のような物理的結合に基づく接着ではなく、共有結合のような短時間で生じる強固な化学的結合に基づいて接合されている。このため、積層光学素子5は短時間で形成することができ、かつ極めて剥離し難く、接合ムラ等も生じ難いものとなる。
[3] Next, as shown in FIG. 1 (c), the first optical component 2 and the second optical component 4 are brought into close contact with the activated bonding film 3 and the second optical component 4. And paste together. Thereby, the laminated optical element 5 as shown in FIG. 2D is obtained (third step).
In the laminated optical element 5 obtained in this way, it is not a bond based on a physical bond such as an anchor effect, but a covalent bond, unlike the adhesive used in the conventional optical element manufacturing method. Bonding is based on such a strong chemical bond that occurs in a short time. For this reason, the laminated optical element 5 can be formed in a short time, is extremely difficult to peel off, and is difficult to cause uneven bonding.

また、このような方法によれば、従来の固体接合のように、高温(例えば、700℃以上)での熱処理を必要としないことから、耐熱性の低い材料で構成された第1の光学部品2および第2の光学部品4をも、接合に供することができる。
また、接合膜3を介して第1の光学部品2と第2の光学部品4とを接合しているため、第1の光学部品2や第2の光学部品4の構成材料に制約がないという利点もある。
In addition, according to such a method, unlike the conventional solid bonding, the heat treatment at a high temperature (for example, 700 ° C. or higher) is not required, so the first optical component composed of a material having low heat resistance. The second and second optical components 4 can also be used for bonding.
In addition, since the first optical component 2 and the second optical component 4 are bonded via the bonding film 3, there is no restriction on the constituent materials of the first optical component 2 and the second optical component 4. There are also advantages.

以上のことから、本発明によれば、第1の光学部品2および第2の光学部品4の各構成材料の選択の幅をそれぞれ広げることができる。
また、本実施形態では、接合に供される第1の光学部品2および第2の光学部品4のうち、一方のみ(本実施形態では、第1の光学部品2)に接合膜3が設けられている。第1の光学部品2上に接合膜3を形成する際に、接合膜3の形成方法によっては第1の光学部品2が比較的長時間にわたってプラズマに曝されることになるが、本実施形態では第2の光学部品4はプラズマに曝されることはない。したがって、例えば、第2の光学部品4のプラズマに対する耐久性が著しく低い場合であっても、本実施形態にかかる方法によれば、第1の光学部品2と第2の光学部品4とを強固に接合することができる。したがって、第2の光学部品4を構成する材料は、プラズマに対する耐久性をあまり考慮することなく、幅広い材料から選択することが可能になるという利点もある。
From the above, according to the present invention, the range of selection of each constituent material of the first optical component 2 and the second optical component 4 can be increased.
In the present embodiment, the bonding film 3 is provided on only one of the first optical component 2 and the second optical component 4 used for bonding (in the present embodiment, the first optical component 2). ing. When forming the bonding film 3 on the first optical component 2, the first optical component 2 is exposed to plasma for a relatively long time depending on the method of forming the bonding film 3. Then, the second optical component 4 is not exposed to plasma. Therefore, for example, even when the durability of the second optical component 4 against plasma is extremely low, according to the method according to the present embodiment, the first optical component 2 and the second optical component 4 are firmly connected. Can be joined. Therefore, there is an advantage that the material constituting the second optical component 4 can be selected from a wide range of materials without much consideration of durability against plasma.

ここで、本工程において、第1の光学部品2と第2の光学部品4とが接合されるメカニズムについて説明する。
例えば、第2の光学部品4の接合面に水酸基が露出している場合を例に説明すると、本工程において、接合膜3の表面35と第2の光学部品4の接合面とが接触するように、これらを貼り合わせたとき、接合膜3の表面35に存在する水酸基と、第2の光学部品4の接合面に存在する水酸基とが、水素結合によって互いに引き合い、水酸基同士の間に引力が発生する。この引力によって、第1の光学部品2と第2の光学部品4とが接合されると推察される。
また、この水素結合によって互いに引き合う水酸基同士は、温度条件等によって、脱水縮合する。その結果、第1の光学部品2と第2の光学部品4との接触界面では、水酸基が結合していた結合手同士が酸素原子を介して結合する。これにより、第1の光学部品2と第2の光学部品4とがより強固に接合されると推察される。
Here, the mechanism by which the first optical component 2 and the second optical component 4 are joined in this step will be described.
For example, a case where a hydroxyl group is exposed on the bonding surface of the second optical component 4 will be described as an example. In this step, the surface 35 of the bonding film 3 and the bonding surface of the second optical component 4 are in contact with each other. In addition, when these are bonded together, the hydroxyl group present on the surface 35 of the bonding film 3 and the hydroxyl group present on the bonding surface of the second optical component 4 are attracted to each other by hydrogen bonding, and there is an attractive force between the hydroxyl groups. appear. It is inferred that the first optical component 2 and the second optical component 4 are joined by this attractive force.
Further, the hydroxyl groups attracting each other by this hydrogen bond are dehydrated and condensed depending on the temperature condition or the like. As a result, at the contact interface between the first optical component 2 and the second optical component 4, the bonds in which the hydroxyl groups are bonded are bonded through oxygen atoms. Thereby, it is guessed that the 1st optical component 2 and the 2nd optical component 4 are joined more firmly.

なお、前記工程[2]で活性化された接合膜3の表面は、その活性状態が経時的に緩和してしまう。このため、前記工程[2]の終了後、できるだけ早く本工程[3]を行うようにするのが好ましい。具体的には、前記工程[2]の終了後、60分以内に本工程[3]を行うようにするのが好ましく、5分以内に行うのがより好ましい。かかる時間内であれば、接合膜3の表面が十分な活性状態を維持しているので、本工程で第1の光学部品2と第2の光学部品4とを貼り合わせたとき、これらの間に十分な接合強度を得ることができる。   Note that the active state of the surface of the bonding film 3 activated in the step [2] relaxes with time. For this reason, it is preferable to perform this process [3] as soon as possible after completion of the process [2]. Specifically, after the completion of the step [2], the step [3] is preferably performed within 60 minutes, and more preferably within 5 minutes. If it is within this time, the surface of the bonding film 3 maintains a sufficiently active state. Therefore, when the first optical component 2 and the second optical component 4 are bonded together in this step, there is a gap between them. Sufficient bonding strength can be obtained.

換言すれば、活性化させる前の接合膜3は、Si骨格301を有する接合膜であるため、化学的に比較的安定であり、耐候性に優れている。このため、活性化させる前の接合膜3は、長期にわたる保存に適したものとなる。したがって、そのような接合膜3を備えた第1の光学部品2を多量に製造または購入して保存しておき、本工程の貼り合わせを行う直前に、必要な個数のみに前記工程[2]に記載したエネルギー付与を行うようにすれば、積層光学素子5の製造効率の観点から有効である。   In other words, since the bonding film 3 before activation is a bonding film having the Si skeleton 301, it is chemically relatively stable and has excellent weather resistance. For this reason, the bonding film 3 before being activated is suitable for long-term storage. Therefore, a large amount of the first optical component 2 having such a bonding film 3 is manufactured or purchased and stored, and the step [2] is added to the necessary number just before performing the bonding in this step. If the energy application described in 1 is performed, it is effective from the viewpoint of the manufacturing efficiency of the laminated optical element 5.

以上のようにして、図2(d)に示す積層光学素子(本発明の光学素子)5を得ることができる。
なお、図2(d)では、接合膜3の全面を覆うように第2の光学部品4を重ね合わせているが、これらの相対的な位置は互いにずれていてもよい。すなわち、接合膜3から第2の光学部品4がはみ出るようにしてもよい。
As described above, the laminated optical element (optical element of the present invention) 5 shown in FIG. 2D can be obtained.
In FIG. 2D, the second optical component 4 is overlaid so as to cover the entire surface of the bonding film 3, but their relative positions may be shifted from each other. That is, the second optical component 4 may protrude from the bonding film 3.

このようにして得られた積層光学素子5は、第1の光学部品2と第2の光学部品4との間の接合強度が5MPa(50kgf/cm)以上であるのが好ましく、10MPa(100kgf/cm)以上であるのがより好ましい。このような接合強度を有する積層光学素子5は、その剥離を十分に防止し得るものとなる。
なお、積層光学素子5を得た後、この積層光学素子5に対して、必要に応じ、以下の2つの工程([4A]および[4B])のうちの少なくとも1つの工程(積層光学素子5の接合強度を高める工程)を行うようにしてもよい。これにより、積層光学素子5の接合強度のさらなる向上を図ることができる。
In the laminated optical element 5 thus obtained, the bonding strength between the first optical component 2 and the second optical component 4 is preferably 5 MPa (50 kgf / cm 2 ) or more, preferably 10 MPa (100 kgf / Cm 2 ) or more. The laminated optical element 5 having such a bonding strength can sufficiently prevent the peeling.
After obtaining the laminated optical element 5, at least one of the following two steps ([4A] and [4B]) (laminated optical element 5) is performed on the laminated optical element 5 as necessary. The step of increasing the bonding strength) may be performed. Thereby, the joint strength of the laminated optical element 5 can be further improved.

[4A]図2(e)に示すように、得られた積層光学素子5を、第1の光学部品2と第2の光学部品4とが互いに近づく方向に加圧する。
これにより、第1の光学部品2の表面および第2の光学部品4の表面に、それぞれ接合膜3の表面がより近接し、積層光学素子5における接合強度をより高めることができる。
また、積層光学素子5を加圧することにより、積層光学素子5中の接合界面に残存していた隙間を押し潰して、接合面積をさらに広げることができる。これにより、積層光学素子5における接合強度をさらに高めることができる。
このとき、積層光学素子5を加圧する際の圧力は、積層光学素子5が損傷を受けない程度の圧力で、できるだけ高い方が好ましい。これにより、この圧力に比例して積層光学素子5における接合強度を高めることができる。
[4A] As shown in FIG. 2 (e), the obtained laminated optical element 5 is pressurized in a direction in which the first optical component 2 and the second optical component 4 approach each other.
Thereby, the surface of the bonding film 3 is closer to the surface of the first optical component 2 and the surface of the second optical component 4, respectively, and the bonding strength in the laminated optical element 5 can be further increased.
Further, by pressurizing the laminated optical element 5, the gap remaining at the bonding interface in the laminated optical element 5 can be crushed and the bonding area can be further expanded. Thereby, the joint strength in the laminated optical element 5 can be further increased.
At this time, the pressure when pressurizing the laminated optical element 5 is a pressure that does not damage the laminated optical element 5 and is preferably as high as possible. Thereby, the joint strength in the laminated optical element 5 can be increased in proportion to this pressure.

なお、この圧力は、第1の光学部品2および第2の光学部品4の各構成材料や各厚さ、接合装置等の条件に応じて、適宜調整すればよい。具体的には、第1の光学部品2および第2の光学部品4の各構成材料や各厚さ等に応じて若干異なるものの、0.2〜10MPa程度であるのが好ましく、1〜5MPa程度であるのがより好ましい。これにより、積層光学素子5の接合強度を確実に高めることができる。なお、この圧力が前記上限値を上回っても構わないが、第1の光学部品2および第2の光学部品4の各構成材料によっては、第1の光学部品2および第2の光学部品4に損傷等が生じるおそれがある。
また、加圧する時間は、特に限定されないが、10秒〜30分程度であるのが好ましい。なお、加圧する時間は、加圧する際の圧力に応じて適宜変更すればよい。具体的には、積層光学素子5を加圧する際の圧力が高いほど、加圧する時間を短くしても、接合強度の向上を図ることができる。
In addition, what is necessary is just to adjust this pressure suitably according to conditions, such as each constituent material of each of the 1st optical component 2 and the 2nd optical component 4, each thickness, and a joining apparatus. Specifically, it is preferably about 0.2 to 10 MPa, preferably about 1 to 5 MPa, although it varies slightly depending on the constituent materials and thicknesses of the first optical component 2 and the second optical component 4. It is more preferable that Thereby, the joining strength of the laminated optical element 5 can be reliably increased. The pressure may exceed the upper limit, but depending on the constituent materials of the first optical component 2 and the second optical component 4, the first optical component 2 and the second optical component 4 There is a risk of damage.
The time for pressurization is not particularly limited, but is preferably about 10 seconds to 30 minutes. In addition, what is necessary is just to change suitably the time to pressurize according to the pressure at the time of pressurizing. Specifically, the higher the pressure at which the laminated optical element 5 is pressed, the higher the bonding strength can be achieved even if the pressing time is shortened.

[4B]図2(e)に示すように、得られた積層光学素子5を加熱する。
これにより、積層光学素子5における接合強度をより高めることができる。
このとき、積層光学素子5を加熱する際の温度は、室温より高く、積層光学素子5の耐熱温度未満であれば、特に限定されないが、好ましくは25〜100℃程度とされ、より好ましくは50〜100℃程度とされる。かかる範囲の温度で加熱すれば、積層光学素子5が熱によって変質・劣化するのを確実に防止しつつ、接合強度を確実に高めることができる。
[4B] The obtained laminated optical element 5 is heated as shown in FIG.
Thereby, the joint strength in the laminated optical element 5 can be further increased.
At this time, the temperature when heating the laminated optical element 5 is not particularly limited as long as it is higher than room temperature and lower than the heat-resistant temperature of the laminated optical element 5, but is preferably about 25 to 100 ° C., more preferably 50. ˜100 ° C. Heating at a temperature in such a range can reliably increase the bonding strength while reliably preventing the laminated optical element 5 from being altered or deteriorated by heat.

また、加熱時間は、特に限定されないが、1〜30分程度であるのが好ましい。
また、前記工程[4A]、[4B]の双方を行う場合、これらを同時に行うのが好ましい。すなわち、図2(e)に示すように、積層光学素子5を加圧しつつ、加熱するのが好ましい。これにより、加圧による効果と、加熱による効果とが相乗的に発揮され、積層光学素子5の接合強度を特に高めることができる。
以上のような工程を行うことにより、積層光学素子5における接合強度のさらなる向上を容易に図ることができる。
The heating time is not particularly limited, but is preferably about 1 to 30 minutes.
Moreover, when performing both said process [4A] and [4B], it is preferable to perform these simultaneously. That is, as shown in FIG. 2E, the laminated optical element 5 is preferably heated while being pressurized. Thereby, the effect by pressurization and the effect by heating are exhibited synergistically, and the joint strength of the laminated optical element 5 can be particularly increased.
By performing the steps as described above, it is possible to easily further improve the bonding strength in the laminated optical element 5.

ここで、接合膜3について詳述する。
前述したように接合膜3は、プラズマ重合法により形成されたものであり、図3に示すように、シロキサン(Si−O)結合302を含み、ランダムな原子構造を有するSi骨格301と、このSi骨格301に結合する脱離基303とを有するものである。このような接合膜3は、シロキサン結合302を含みランダムな原子構造を有するSi骨格301の影響によって、変形し難い強固な膜となる。これは、Si骨格301の結晶性が低くなるため、結晶粒界における転位やズレ等の欠陥が生じ難いためであると考えられる。このため、接合膜3自体が接合強度、耐薬品性、耐光性および寸法精度の高いものとなり、最終的に得られる積層光学素子5においても、接合強度、耐薬品性、耐光性および寸法精度が高いものが得られる。
Here, the bonding film 3 will be described in detail.
As described above, the bonding film 3 is formed by a plasma polymerization method. As shown in FIG. 3, the Si skeleton 301 including a siloxane (Si—O) bond 302 and having a random atomic structure, It has a leaving group 303 bonded to the Si skeleton 301. Such a bonding film 3 becomes a strong film that is difficult to be deformed due to the influence of the Si skeleton 301 including the siloxane bond 302 and having a random atomic structure. This is presumably because the crystallinity of the Si skeleton 301 becomes low, so that defects such as dislocations and misalignments at the grain boundaries are difficult to occur. For this reason, the bonding film 3 itself has high bonding strength, chemical resistance, light resistance and dimensional accuracy, and the finally obtained laminated optical element 5 also has bonding strength, chemical resistance, light resistance and dimensional accuracy. A high one is obtained.

このような接合膜3は、エネルギーが付与されると、脱離基303がSi骨格301から脱離し、図4に示すように、接合膜3の表面35および内部に、活性手304が生じるものである。そして、これにより、接合膜3表面に接着性が発現する。かかる接着性が発現すると、接合膜3は、第2の光学部品4に対して高い寸法精度で強固に効率よく接合可能なものとなる。
なお、脱離基303とSi骨格301との結合エネルギーは、Si骨格301中のシロキサン結合302の結合エネルギーよりも小さい。このため、接合膜3は、エネルギーの付与により、Si骨格301が破壊されるのを防止しつつ、脱離基303とSi骨格301との結合を選択的に切断し、脱離基303を脱離させることができる。
In such a bonding film 3, when energy is applied, the leaving group 303 is detached from the Si skeleton 301, and as shown in FIG. 4, active hands 304 are generated on the surface 35 and inside of the bonding film 3. It is. As a result, adhesiveness is developed on the surface of the bonding film 3. When such adhesiveness is developed, the bonding film 3 can be firmly and efficiently bonded to the second optical component 4 with high dimensional accuracy.
Note that the bond energy between the leaving group 303 and the Si skeleton 301 is smaller than the bond energy of the siloxane bond 302 in the Si skeleton 301. For this reason, the bonding film 3 selectively breaks the bond between the leaving group 303 and the Si skeleton 301 and prevents the leaving group 303 from being removed while preventing the Si skeleton 301 from being destroyed by the application of energy. Can be separated.

また、このような接合膜3は、流動性を有しない固体状のものとなる。このため、従来、流動性を有する液状または粘液状の接着剤に比べて、接着層(接合膜3)の厚さや形状がほとんど変化しない。これにより、積層光学素子5の寸法精度は、従来に比べて格段に高いものとなる。さらに、接着剤の硬化に要する時間が不要になるため、短時間で強固な接合が可能となる。   Further, such a bonding film 3 is a solid having no fluidity. For this reason, conventionally, the thickness and shape of the adhesive layer (bonding film 3) hardly change compared to a liquid or viscous liquid adhesive. Thereby, the dimensional accuracy of the laminated optical element 5 is remarkably higher than the conventional one. Furthermore, since the time required for curing the adhesive is not required, strong bonding can be achieved in a short time.

なお、接合膜3においては、特に接合膜3を構成する全原子からH原子を除いた原子のうち、Si原子の含有率とO原子の含有率の合計が、10〜90原子%程度であるのが好ましく、20〜80原子%程度であるのがより好ましい。Si原子とO原子とが、前記範囲の含有率で含まれていれば、接合膜3はSi原子とO原子とが強固なネットワークを形成し、接合膜3自体が強固なものとなる。また、かかる接合膜3は、第1の光学部品2および第2の光学部品4に対して、特に高い接合強度を示すものとなる。
また、接合膜3中のSi原子とO原子の存在比は、3:7〜7:3程度であるのが好ましく、4:6〜6:4程度であるのがより好ましい。Si原子とO原子の存在比を前記範囲内になるよう設定することにより、接合膜3の安定性が高くなり、第1の光学部品2と第2の光学部品4とをより強固に接合することができるようになる。
Note that, in the bonding film 3, in particular, the total of the Si atom content and the O atom content is about 10 to 90 atomic% among atoms obtained by removing H atoms from all atoms constituting the bonding film 3. Is preferable, and it is more preferable that it is about 20-80 atomic%. If Si atoms and O atoms are contained in the above-mentioned range, the bonding film 3 forms a strong network of Si atoms and O atoms, and the bonding film 3 itself becomes strong. In addition, the bonding film 3 exhibits particularly high bonding strength with respect to the first optical component 2 and the second optical component 4.
The abundance ratio of Si atoms and O atoms in the bonding film 3 is preferably about 3: 7 to 7: 3, and more preferably about 4: 6 to 6: 4. By setting the abundance ratio of Si atoms and O atoms to be within the above range, the stability of the bonding film 3 is increased, and the first optical component 2 and the second optical component 4 are bonded more firmly. Will be able to.

また、接合膜3中のSi骨格301の結晶化度は、45%以下であるのが好ましく、40%以下であるのがより好ましい。これにより、Si骨格301は十分にランダムな原子構造を含むものとなる。このため、前述したSi骨格301の特性が顕在化し、接合膜3の寸法精度および接着性がより優れたものとなる。
なお、Si骨格301の結晶化度は、一般的な結晶化度測定方法により測定することができ、具体的には、結晶部分における散乱X線の強度に基づいて測定する方法(X線法)、赤外線吸収の結晶化バンドの強度から求める方法(赤外線法)、核磁気共鳴吸収の微分曲線の下の面積に基づいて求める方法(核磁気共鳴吸収法)、結晶部分には化学試薬が浸透し難いことを利用した化学的方法等により測定することができる。
The crystallinity of the Si skeleton 301 in the bonding film 3 is preferably 45% or less, and more preferably 40% or less. As a result, the Si skeleton 301 includes a sufficiently random atomic structure. For this reason, the characteristics of the Si skeleton 301 described above become obvious, and the dimensional accuracy and adhesiveness of the bonding film 3 become more excellent.
Note that the crystallinity of the Si skeleton 301 can be measured by a general crystallinity measurement method, and specifically, a method of measuring based on the intensity of scattered X-rays in a crystal portion (X-ray method). , The method of obtaining from the intensity of the crystallization band of infrared absorption (infrared method), the method of obtaining based on the area under the differential curve of nuclear magnetic resonance absorption (nuclear magnetic resonance absorption method), It can be measured by a chemical method utilizing the difficulty.

また、接合膜3は、その構造中にSi−H結合を含んでいるのが好ましい。このSi−H結合は、プラズマ重合法によってシランが重合反応する際に重合物中に生じるものであるが、このとき、Si−H結合がシロキサン結合の生成が規則的に行われるのを阻害すると考えられる。このため、シロキサン結合は、Si−H結合を避けるように形成されることとなり、Si骨格301の原子構造の規則性が低下する。このようにして、プラズマ重合法によれば、結晶化度の低いSi骨格301を効率よく形成することができる。   The bonding film 3 preferably contains Si—H bonds in the structure. This Si-H bond is generated in the polymer when the silane undergoes a polymerization reaction by the plasma polymerization method. At this time, if the Si-H bond inhibits the regular formation of the siloxane bond, Conceivable. For this reason, the siloxane bond is formed so as to avoid the Si—H bond, and the regularity of the atomic structure of the Si skeleton 301 is lowered. Thus, according to the plasma polymerization method, the Si skeleton 301 having a low crystallinity can be efficiently formed.

一方、接合膜3中のSi−H結合の含有率が多ければ多いほど結晶化度が低くなるわけではない。具体的には、接合膜3の赤外光吸収スペクトルにおいて、シロキサン結合に帰属するピークの強度を1としたとき、Si−H結合に帰属するピークの強度は、0.001〜0.2程度であるのが好ましく、0.002〜0.05程度であるのがより好ましく、0.005〜0.02程度であるのがさらに好ましい。Si−H結合のシロキサン結合に対する割合が前記範囲内であることにより、接合膜3中の原子構造は、相対的に最もランダムなものとなる。このため、Si−H結合のピーク強度がシロキサン結合のピーク強度に対して前記範囲内にある場合、接合膜3は、接合強度、耐薬品性および寸法精度において特に優れたものとなる。   On the other hand, the greater the Si—H bond content in the bonding film 3, the lower the crystallinity. Specifically, in the infrared absorption spectrum of the bonding film 3, when the intensity of the peak attributed to the siloxane bond is 1, the intensity of the peak attributed to the Si—H bond is about 0.001 to 0.2. It is preferable that it is about 0.002-0.05, and it is further more preferable that it is about 0.005-0.02. When the ratio of the Si—H bond to the siloxane bond is within the above range, the atomic structure in the bonding film 3 is relatively random. For this reason, when the peak intensity of the Si—H bond is within the above range with respect to the peak intensity of the siloxane bond, the bonding film 3 is particularly excellent in bonding strength, chemical resistance, and dimensional accuracy.

また、Si骨格301に結合する脱離基303は、前述したように、Si骨格301から脱離することによって、接合膜3に活性手を生じさせるよう振る舞うものである。したがって、脱離基303には、エネルギーを付与されることによって、比較的簡単に、かつ均一に脱離するものの、エネルギーが付与されないときには、脱離しないようSi骨格301に確実に結合しているものである必要がある。
なお、プラズマ重合法による成膜の際には、原料ガスの成分が重合して、シロキサン結合を含むSi骨格301と、それに結合した残基とを生成するが、例えばこの残基が脱離基303となり得る。
Further, as described above, the leaving group 303 bonded to the Si skeleton 301 acts to generate an active hand in the bonding film 3 by detaching from the Si skeleton 301. Therefore, although the leaving group 303 is relatively easily and uniformly desorbed by being given energy, it is securely bonded to the Si skeleton 301 so as not to be desorbed when no energy is given. It needs to be a thing.
In the film formation by the plasma polymerization method, the component of the source gas is polymerized to generate a Si skeleton 301 containing a siloxane bond and a residue bonded thereto. For example, this residue is a leaving group. 303.

かかる観点から、脱離基303には、H原子、B原子、C原子、N原子、O原子、P原子、S原子およびハロゲン系原子、またはこれらの各原子を含み、これらの各原子がSi骨格301に結合するよう配置された原子団からなる群から選択される少なくとも1種で構成されたものが好ましく用いられる。かかる脱離基303は、エネルギーの付与による結合/脱離の選択性に比較的優れている。このため、このような脱離基303は、上記のような必要性を十分に満足し得るものとなり、接合膜3の接着性をより高度なものとすることができる。   From this point of view, the leaving group 303 includes an H atom, a B atom, a C atom, an N atom, an O atom, a P atom, an S atom, and a halogen atom, or each of these atoms. What consists of at least 1 sort (s) selected from the group which consists of an atomic group arrange | positioned so that it may couple | bond with frame | skeleton 301 is used preferably. Such a leaving group 303 is relatively excellent in bond / elimination selectivity by energy application. For this reason, such a leaving group 303 can sufficiently satisfy the above-described necessity, and the adhesiveness of the bonding film 3 can be made higher.

なお、上記のような各原子がSi骨格301に結合するよう配置された原子団(基)としては、例えば、メチル基、エチル基のようなアルキル基、ビニル基、アリル基のようなアルケニル基、アルデヒド基、ケトン基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、ニトロ基、ハロゲン化アルキル基、メルカプト基、スルホン酸基、シアノ基、イソシアネート基等が挙げられる。
これらの各基の中でも、脱離基303は、特にアルキル基であるのが好ましい。アルキル基は化学的な安定性が高いため、アルキル基を含む接合膜3は、耐候性および耐薬品性に優れたものとなる。
Examples of the atomic group (group) arranged so that each atom as described above is bonded to the Si skeleton 301 include, for example, an alkyl group such as a methyl group and an ethyl group, and an alkenyl group such as a vinyl group and an allyl group. Aldehyde group, ketone group, carboxyl group, amino group, amide group, nitro group, halogenated alkyl group, mercapto group, sulfonic acid group, cyano group, isocyanate group and the like.
Among these groups, the leaving group 303 is particularly preferably an alkyl group. Since the alkyl group has high chemical stability, the bonding film 3 containing the alkyl group is excellent in weather resistance and chemical resistance.

ここで、脱離基303がメチル基(−CH)である場合、その好ましい含有率は、赤外光吸収スペクトルにおけるピーク強度から以下のように規定される。
すなわち、接合膜3の赤外光吸収スペクトルにおいて、シロキサン結合に帰属するピークの強度を1としたとき、メチル基に帰属するピークの強度は、0.05〜0.45程度であるのが好ましく、0.1〜0.4程度であるのがより好ましく、0.2〜0.3程度であるのがさらに好ましい。メチル基のピーク強度がシロキサン結合のピーク強度に対する割合が前記範囲内であることにより、メチル基がシロキサン結合の生成を必要以上に阻害するのを防止しつつ、接合膜3中に必要かつ十分な数の活性手が生じるため、接合膜3に十分な接着性が生じる。また、接合膜3には、メチル基に起因する十分な耐候性および耐薬品性が発現する。
Here, when the leaving group 303 is a methyl group (—CH 3 ), the preferred content is defined as follows from the peak intensity in the infrared light absorption spectrum.
That is, in the infrared absorption spectrum of the bonding film 3, when the intensity of the peak attributed to the siloxane bond is 1, the intensity of the peak attributed to the methyl group is preferably about 0.05 to 0.45. More preferably, it is about 0.1 to 0.4, and more preferably about 0.2 to 0.3. Since the ratio of the peak intensity of the methyl group to the peak intensity of the siloxane bond is within the above range, it is necessary and sufficient in the bonding film 3 while preventing the methyl group from inhibiting the generation of the siloxane bond more than necessary. Since a number of active hands are generated, sufficient adhesiveness is generated in the bonding film 3. Further, the bonding film 3 exhibits sufficient weather resistance and chemical resistance due to the methyl group.

このような特徴を有する接合膜3の構成材料としては、例えば、ポリオルガノシロキサンのようなシロキサン結合とそれに結合した脱離基303となり得る有機基とを含む重合物等が挙げられる。
ポリオルガノシロキサンで構成された接合膜3は、それ自体が優れた機械的特性を有している。また、多くの材料に対して特に優れた接着性を示すものである。したがって、ポリオルガノシロキサンで構成された接合膜3は、第1の光学部品2に対して特に強固に被着するとともに、第2の光学部品4に対しても特に強い被着力を示し、その結果として、第1の光学部品2と第2の光学部品4とを強固に接合することができる。
Examples of the constituent material of the bonding film 3 having such characteristics include a polymer containing a siloxane bond such as polyorganosiloxane and an organic group capable of forming a leaving group 303 bonded thereto.
The bonding film 3 made of polyorganosiloxane itself has excellent mechanical properties. In addition, it exhibits particularly excellent adhesion to many materials. Therefore, the bonding film 3 made of polyorganosiloxane adheres particularly firmly to the first optical component 2 and also exhibits a particularly strong adhesion force to the second optical component 4, and as a result. As a result, the first optical component 2 and the second optical component 4 can be firmly bonded.

また、ポリオルガノシロキサンは、通常、撥水性(非接着性)を示すが、エネルギーを付与されることにより、容易に有機基を脱離させることができ、親水性に変化し、接着性を発現するが、この非接着性と接着性との制御を容易かつ確実に行えるという利点を有する。
なお、この撥水性(非接着性)は、主に、ポリオルガノシロキサン中に含まれたアルキル基による作用である。したがって、ポリオルガノシロキサンで構成された接合膜3は、エネルギーを付与されることにより、表面35に接着性が発現するとともに、表面35以外の部分においては、前述したアルキル基による作用・効果が得られるという利点も有する。したがって、このような接合膜3は、耐候性および耐薬品性に優れたものとなり、例えば、薬品類等に長期にわたって曝されるような光学素子の組み立てに際して、有効に用いられるものとなる。
Polyorganosiloxane usually exhibits water repellency (non-adhesiveness), but when given energy, it can easily desorb organic groups, changes to hydrophilicity, and exhibits adhesiveness. However, there is an advantage that the non-adhesiveness and the adhesiveness can be controlled easily and reliably.
This water repellency (non-adhesiveness) is mainly due to the action of alkyl groups contained in the polyorganosiloxane. Therefore, the bonding film 3 made of polyorganosiloxane exhibits adhesiveness on the surface 35 when energy is applied thereto, and at the portion other than the surface 35, the above-described action / effect by the alkyl group is obtained. Has the advantage of being Therefore, such a bonding film 3 has excellent weather resistance and chemical resistance, and is effectively used when assembling an optical element that is exposed to chemicals for a long time.

また、ポリオルガノシロキサンの中でも、特に、オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするものが好ましい。オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とする接合膜3は、接着性に特に優れるものである。また、オクタメチルトリシロキサンを主成分とする原料は、常温で液状をなし、適度な粘度を有するため、取り扱いが容易であるという利点もある。   Further, among polyorganosiloxanes, those mainly composed of a polymer of octamethyltrisiloxane are preferred. The bonding film 3 mainly composed of a polymer of octamethyltrisiloxane is particularly excellent in adhesiveness. Moreover, since the raw material which has octamethyltrisiloxane as a main component is liquid at normal temperature and has an appropriate viscosity, there is also an advantage that it is easy to handle.

このような接合膜3の平均厚さは、1〜1000nm程度であるのが好ましく、2〜800nm程度であるのがより好ましい。接合膜3の平均厚さを前記範囲内とすることにより、積層光学素子5の寸法精度が著しく低下するのを防止しつつ、これらをより強固に接合することができる。
すなわち、接合膜3の平均厚さが前記下限値を下回った場合は、十分な接合強度が得られないおそれがある。一方、接合膜3の平均厚さが前記上限値を上回った場合は、積層光学素子5の寸法精度が低下するおそれがある。
The average thickness of the bonding film 3 is preferably about 1 to 1000 nm, and more preferably about 2 to 800 nm. By setting the average thickness of the bonding film 3 within the above range, these can be bonded more firmly while preventing the dimensional accuracy of the laminated optical element 5 from being significantly lowered.
That is, when the average thickness of the bonding film 3 is less than the lower limit, sufficient bonding strength may not be obtained. On the other hand, when the average thickness of the bonding film 3 exceeds the upper limit, the dimensional accuracy of the laminated optical element 5 may be reduced.

さらに、接合膜3の平均厚さが前記範囲内であれば、接合膜3にある程度の形状追従性が確保される。このため、例えば、第1の光学部品2の接合面(接合膜3に隣接する面)に凹凸が存在している場合でも、その凹凸の高さにもよるが、凹凸の形状に追従するように接合膜3を被着させることができる。その結果、接合膜3は、凹凸を吸収して、その表面に生じる凹凸の高さを緩和することができる。そして、第1の光学部品2と第2の光学部品4とを貼り合わせた際に、両者の密着性を高めることができる。   Furthermore, if the average thickness of the bonding film 3 is within the above range, a certain degree of shape followability is ensured for the bonding film 3. For this reason, for example, even when unevenness is present on the bonding surface of the first optical component 2 (surface adjacent to the bonding film 3), it follows the shape of the unevenness depending on the height of the unevenness. The bonding film 3 can be deposited on the substrate. As a result, the bonding film 3 can absorb the unevenness and reduce the height of the unevenness generated on the surface. And when the 1st optical component 2 and the 2nd optical component 4 are bonded together, both adhesiveness can be improved.

なお、上記のような形状追従性の程度は、接合膜3の厚さが厚いほど顕著になる。したがって、形状追従性を十分に確保するためには、接合膜3の厚さをできるだけ厚くすればよい。
また、接合膜3の平均厚さは、積層光学素子5を透過する光の波長以下であるのが好ましい。これにより、積層光学素子5では、透過する光に対して接合膜3の光学的な影響を小さくすることができるようになる。
Note that the degree of the shape followability as described above becomes more significant as the thickness of the bonding film 3 increases. Therefore, the thickness of the bonding film 3 should be as large as possible in order to sufficiently ensure the shape following ability.
In addition, the average thickness of the bonding film 3 is preferably equal to or less than the wavelength of light transmitted through the laminated optical element 5. Thereby, in the laminated optical element 5, the optical influence of the bonding film 3 on the transmitted light can be reduced.

以上、接合膜3について詳述したが、このような接合膜3は、プラズマ重合法により作製されたものである。プラズマ重合法によれば、緻密で均質な接合膜3を効率よく作製することができる。これにより、接合膜3は、第2の光学部品4に対して特に強固に接合し得るものとなる。さらに、プラズマ重合法で作製された接合膜3は、エネルギーが付与されて活性化された状態が比較的長時間にわたって維持される。このため、積層光学素子5の製造過程の簡素化、効率化を図ることができる。   The bonding film 3 has been described in detail above. Such a bonding film 3 is produced by a plasma polymerization method. According to the plasma polymerization method, the dense and homogeneous bonding film 3 can be efficiently produced. Thereby, the bonding film 3 can be particularly strongly bonded to the second optical component 4. Furthermore, the bonding film 3 manufactured by the plasma polymerization method is maintained for a relatively long time in a state where energy is applied and activated. For this reason, the manufacturing process of the laminated optical element 5 can be simplified and efficient.

以下、接合膜3を作製する方法について説明する。
まず、接合膜3の作製方法を説明するのに先立って、第1の光学部品2上にプラズマ重合法を行いて接合膜3を作製する際に用いるプラズマ重合装置について説明する。
図5は、本発明の光学素子の製造方法に用いられるプラズマ重合装置を模式的に示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図5中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
Hereinafter, a method for producing the bonding film 3 will be described.
First, prior to the description of the method for manufacturing the bonding film 3, a plasma polymerization apparatus used for manufacturing the bonding film 3 by performing plasma polymerization on the first optical component 2 will be described.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view schematically showing a plasma polymerization apparatus used in the method for producing an optical element of the present invention. In the following description, the upper side in FIG. 5 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.

図5に示すプラズマ重合装置100は、チャンバー101と、第1の光学部品2を支持する第1の電極130と、第2の電極140と、各電極130、140間に高周波電圧を印加する電源回路180と、チャンバー101内にガスを供給するガス供給部190と、チャンバー101内のガスを排気する排気ポンプ170とを備えている。これらの各部のうち、第1の電極130および第2の電極140がチャンバー101内に設けられている。以下、各部について詳細に説明する。   The plasma polymerization apparatus 100 shown in FIG. 5 includes a chamber 101, a first electrode 130 that supports the first optical component 2, a second electrode 140, and a power source that applies a high-frequency voltage between the electrodes 130 and 140. A circuit 180, a gas supply unit 190 that supplies gas into the chamber 101, and an exhaust pump 170 that exhausts the gas in the chamber 101 are provided. Among these parts, the first electrode 130 and the second electrode 140 are provided in the chamber 101. Hereinafter, each part will be described in detail.

チャンバー101は、内部の気密を保持し得る容器であり、内部を減圧(真空)状態にして使用されるため、内部と外部との圧力差に耐え得る耐圧性能を有するものとされる。
図5に示すチャンバー101は、軸線が水平方向に沿って配置されたほぼ円筒形をなすチャンバー本体と、チャンバー本体の左側開口部を封止する円形の側壁と、右側開口部を封止する円形の側壁とで構成されている。
The chamber 101 is a container that can keep the inside airtight, and is used with the inside being in a reduced pressure (vacuum) state. Therefore, the chamber 101 has pressure resistance that can withstand a pressure difference between the inside and the outside.
The chamber 101 shown in FIG. 5 has a substantially cylindrical chamber body whose axis is arranged along the horizontal direction, a circular side wall that seals the left opening of the chamber body, and a circle that seals the right opening. And side walls.

チャンバー101の上方には供給口103が、下方には排気口104が、それぞれ設けられている。そして、供給口103にはガス供給部190が接続され、排気口104には排気ポンプ170が接続されている。
なお、本実施形態では、チャンバー101は、導電性の高い金属材料で構成されており、接地線102を介して電気的に接地されている。
A supply port 103 is provided above the chamber 101, and an exhaust port 104 is provided below the chamber 101. A gas supply unit 190 is connected to the supply port 103, and an exhaust pump 170 is connected to the exhaust port 104.
In this embodiment, the chamber 101 is made of a highly conductive metal material and is electrically grounded via the ground wire 102.

第1の電極130は板状をなしており、第1の光学部品2を支持している。
この第1の電極130は、チャンバー101の側壁の内壁面に、鉛直方向に沿って設けられており、これにより、第1の電極130は、チャンバー101を介して電気的に接地されている。なお、第1の電極130は、図5に示すように、チャンバー本体と同心状に設けられている。
The first electrode 130 has a plate shape and supports the first optical component 2.
The first electrode 130 is provided on the inner wall surface of the side wall of the chamber 101 along the vertical direction, whereby the first electrode 130 is electrically grounded via the chamber 101. As shown in FIG. 5, the first electrode 130 is provided concentrically with the chamber body.

第1の電極130の第1の光学部品2を支持する面には、静電チャック(吸着機構)139が設けられている。
この静電チャック139により、図5に示すように、第1の光学部品2を鉛直方向に沿って支持することができる。また、第1の光学部品2に多少の反りがあっても、静電チャック139に吸着させることにより、その反りを矯正した状態で第1の光学部品2をプラズマ処理に供することができる。
An electrostatic chuck (suction mechanism) 139 is provided on the surface of the first electrode 130 that supports the first optical component 2.
As shown in FIG. 5, the electrostatic chuck 139 can support the first optical component 2 along the vertical direction. Further, even if the first optical component 2 has a slight warp, the first optical component 2 can be subjected to a plasma treatment in a state where the warp is corrected by being attracted to the electrostatic chuck 139.

第2の電極140は、第1の光学部品2を介して、第1の電極130と対向して設けられている。なお、第2の電極140は、チャンバー101の側壁の内壁面から離間した(絶縁された)状態で設けられている。
この第2の電極140には、配線184を介して高周波電源182が接続されている。また、配線184の途中には、マッチングボックス(整合器)183が設けられている。これらの配線184、高周波電源182およびマッチングボックス183により、電源回路180が構成されている。
このような電源回路180によれば、第1の電極130は接地されているので、第1の電極130と第2の電極140との間に高周波電圧が印加される。これにより、第1の電極130と第2の電極140との間隙には、高い周波数で向きが反転する電界が誘起される。
The second electrode 140 is provided to face the first electrode 130 with the first optical component 2 interposed therebetween. Note that the second electrode 140 is provided in a state of being separated (insulated) from the inner wall surface of the side wall of the chamber 101.
A high frequency power source 182 is connected to the second electrode 140 via a wiring 184. A matching box (matching unit) 183 is provided in the middle of the wiring 184. The wiring 184, the high-frequency power source 182 and the matching box 183 constitute a power circuit 180.
According to such a power supply circuit 180, since the first electrode 130 is grounded, a high frequency voltage is applied between the first electrode 130 and the second electrode 140. As a result, an electric field whose direction is reversed at a high frequency is induced in the gap between the first electrode 130 and the second electrode 140.

ガス供給部190は、チャンバー101内に所定のガスを供給するものである。
図5に示すガス供給部190は、液状の膜材料(原料液)を貯留する貯液部191と、液状の膜材料を気化してガス状に変化させる気化装置192と、キャリアガスを貯留するガスボンベ193とを有している。また、これらの各部とチャンバー101の供給口103とが、それぞれ配管194で接続されており、ガス状の膜材料(原料ガス)とキャリアガスとの混合ガスを、供給口103からチャンバー101内に供給するように構成されている。
The gas supply unit 190 supplies a predetermined gas into the chamber 101.
A gas supply unit 190 shown in FIG. 5 stores a liquid storage unit 191 that stores a liquid film material (raw material liquid), a vaporizer 192 that vaporizes the liquid film material to change it into a gaseous state, and stores a carrier gas. And a gas cylinder 193. Each of these parts and the supply port 103 of the chamber 101 are connected by a pipe 194, and a mixed gas of a gaseous film material (raw material gas) and a carrier gas is supplied from the supply port 103 into the chamber 101. It is configured to supply.

貯液部191に貯留される液状の膜材料は、プラズマ重合装置100により、重合して第1の光学部品2の表面に重合膜を形成する原材料となるものである。
このような液状の膜材料は、気化装置192により気化され、ガス状の膜材料(原料ガス)となってチャンバー101内に供給される。なお、原料ガスについては、後に詳述する。
ガスボンベ193に貯留されるキャリアガスは、電界の作用により放電し、およびこの放電を維持するために導入するガスである。このようなキャリアガスとしては、例えば、Arガス、Heガス等が挙げられる。
The liquid film material stored in the liquid storage unit 191 is a raw material that is polymerized by the plasma polymerization apparatus 100 to form a polymer film on the surface of the first optical component 2.
Such a liquid film material is vaporized by the vaporizer 192 and is supplied into the chamber 101 as a gaseous film material (raw material gas). The source gas will be described in detail later.
The carrier gas stored in the gas cylinder 193 is a gas that is discharged due to the action of an electric field and introduced to maintain this discharge. Examples of such a carrier gas include Ar gas and He gas.

また、チャンバー101内の供給口103の近傍には、拡散板195が設けられている。
拡散板195は、チャンバー101内に供給される混合ガスの拡散を促進する機能を有する。これにより、混合ガスは、チャンバー101内に、ほぼ均一の濃度で分散することができる。
A diffusion plate 195 is provided near the supply port 103 in the chamber 101.
The diffusion plate 195 has a function of promoting the diffusion of the mixed gas supplied into the chamber 101. Thereby, the mixed gas can be dispersed in the chamber 101 with a substantially uniform concentration.

排気ポンプ170は、チャンバー101内を排気するものであり、例えば、油回転ポンプ、ターボ分子ポンプ等で構成される。このようにチャンバー101内を排気して減圧することにより、ガスを容易にプラズマ化することができる。また、大気雰囲気との接触による第1の光学部品2の汚染・酸化等を防止するとともに、プラズマ処理による反応生成物をチャンバー101内から効果的に除去することができる。
また、排気口104には、チャンバー101内の圧力を調整する圧力制御機構171が設けられている。これにより、チャンバー101内の圧力が、ガス供給部190の動作状況に応じて、適宜設定される。
The exhaust pump 170 exhausts the inside of the chamber 101, and includes, for example, an oil rotary pump, a turbo molecular pump, or the like. Thus, by exhausting the chamber 101 and reducing the pressure, the gas can be easily converted into plasma. In addition, contamination and oxidation of the first optical component 2 due to contact with the air atmosphere can be prevented, and reaction products resulting from the plasma treatment can be effectively removed from the chamber 101.
The exhaust port 104 is provided with a pressure control mechanism 171 that adjusts the pressure in the chamber 101. Thereby, the pressure in the chamber 101 is appropriately set according to the operation state of the gas supply unit 190.

次に、上記のプラズマ重合装置100を用いて、第1の光学部品2上に接合膜3を作製する方法について説明する。
図6は、第1の光学部品2上に接合膜3を作製する方法を説明するための図(縦断面図)である。なお、以下の説明では、図6中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
接合膜3は、強電界中に、原料ガスとキャリアガスとの混合ガスを供給することにより、原料ガス中の分子を重合させ、重合物を第1の光学部品2上に堆積させることにより得ることができる。以下、詳細に説明する。
Next, a method for producing the bonding film 3 on the first optical component 2 using the plasma polymerization apparatus 100 will be described.
FIG. 6 is a view (longitudinal sectional view) for explaining a method of producing the bonding film 3 on the first optical component 2. In the following description, the upper side in FIG. 6 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
The bonding film 3 is obtained by supplying a mixed gas of a source gas and a carrier gas in a strong electric field, thereby polymerizing molecules in the source gas and depositing the polymer on the first optical component 2. be able to. Details will be described below.

まず、第1の光学部品2を用意し、必要に応じて、第1の光学部品2の上面25に前述したような表面処理を施す。
次に、第1の光学部品2をプラズマ重合装置100のチャンバー101内に収納して封止状態とした後、排気ポンプ170の作動により、チャンバー101内を減圧状態とする。
First, the first optical component 2 is prepared, and the surface treatment as described above is performed on the upper surface 25 of the first optical component 2 as necessary.
Next, after the first optical component 2 is housed in the chamber 101 of the plasma polymerization apparatus 100 and sealed, the chamber 101 is depressurized by the operation of the exhaust pump 170.

次に、ガス供給部190を作動させ、チャンバー101内に原料ガスとキャリアガスの混合ガスを供給する。供給された混合ガスは、チャンバー101内に充填される(図6(a)参照)。
ここで、混合ガス中における原料ガスの占める割合(混合比)は、原料ガスやキャリアガスの種類や目的とする成膜速度等によって若干異なるが、例えば、混合ガス中の原料ガスの割合を20〜70%程度に設定するのが好ましく、30〜60%程度に設定するのがより好ましい。これにより、重合膜の形成(成膜)の条件の最適化を図ることができる。
Next, the gas supply unit 190 is operated to supply a mixed gas of the source gas and the carrier gas into the chamber 101. The supplied mixed gas is filled in the chamber 101 (see FIG. 6A).
Here, the ratio (mixing ratio) of the source gas in the mixed gas is slightly different depending on the type of the source gas and the carrier gas, the target film forming speed, and the like. For example, the ratio of the source gas in the mixed gas is 20 It is preferable to set to about -70%, and it is more preferable to set to about 30-60%. As a result, it is possible to optimize the conditions for formation (film formation) of the polymer film.

次いで、電源回路180を作動させ、一対の電極130、140間に高周波電圧を印加する。これにより、一対の電極130、140間に存在するガスの分子が電離し、プラズマが発生する。このプラズマのエネルギーにより原料ガス中の分子が重合し、図6(b)に示すように、重合物が第1の光学部品2に付着・堆積する。これにより、第1の光学部品2上にプラズマ重合膜で構成された接合膜3が形成される(図6(c)参照)。
また、プラズマの作用により、第1の光学部品2の表面が活性化・清浄化される。このため、原料ガスの重合物が第1の光学部品2の表面に堆積し易くなり、接合膜3の安定した成膜が可能になる。このようにプラズマ重合法によれば、第1の光学部品2の構成材料によらず、第1の光学部品2と接合膜3との密着強度をより高めることができる。
Next, the power supply circuit 180 is activated, and a high frequency voltage is applied between the pair of electrodes 130 and 140. As a result, gas molecules existing between the pair of electrodes 130 and 140 are ionized to generate plasma. The molecules in the source gas are polymerized by the energy of the plasma, and the polymer adheres to and deposits on the first optical component 2 as shown in FIG. As a result, a bonding film 3 made of a plasma polymerized film is formed on the first optical component 2 (see FIG. 6C).
Further, the surface of the first optical component 2 is activated and cleaned by the action of plasma. For this reason, the polymer of the source gas is easily deposited on the surface of the first optical component 2, and the bonding film 3 can be stably formed. As described above, according to the plasma polymerization method, the adhesion strength between the first optical component 2 and the bonding film 3 can be further increased regardless of the constituent material of the first optical component 2.

原料ガスとしては、例えば、メチルシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、メチルフェニルシロキサンのようなオルガノシロキサン等が挙げられる。
このような原料ガスを用いて得られるプラズマ重合膜、すなわち接合膜3は、これらの原料が重合してなるもの(重合物)、すなわちポリオルガノシロキサンで構成されることとなる。
Examples of the source gas include organosiloxanes such as methylsiloxane, octamethyltrisiloxane, decamethyltetrasiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, and methylphenylsiloxane.
The plasma polymerized film obtained by using such a raw material gas, that is, the bonding film 3 is composed of a polymer obtained by polymerizing these raw materials, that is, a polyorganosiloxane.

プラズマ重合の際、一対の電極130、140間に印加する高周波の周波数は、特に限定されないが、1kHz〜100MHz程度であるのが好ましく、10〜60MHz程度であるのがより好ましい。
また、高周波の出力密度は、特に限定されないが、0.01〜100W/cm程度であるのが好ましく、0.1〜50W/cm程度であるのがより好ましく、1〜40W/cm程度であるのがさらに好ましい。高周波の出力密度を前記範囲内とすることにより、高周波の出力密度が高過ぎて原料ガスに必要以上のプラズマエネルギーが付加されるのを防止しつつ、ランダムな原子構造を有するSi骨格301を確実に形成することができる。すなわち、高周波の出力密度が前記下限値を下回った場合、原料ガス中の分子に重合反応を生じさせることができず、接合膜3を形成することができないおそれがある。一方、高周波の出力密度が前記上限値を上回った場合、原料ガスが分解する等して、脱離基303となり得る構造がSi骨格301から分離してしまい、得られる接合膜3において脱離基303の含有率が低くなったり、Si骨格301のランダム性が低下する(規則性が高くなる)おそれがある。
In the plasma polymerization, the frequency of the high frequency applied between the pair of electrodes 130 and 140 is not particularly limited, but is preferably about 1 kHz to 100 MHz, and more preferably about 10 to 60 MHz.
Further, the power density of the high frequency is not particularly limited, and is preferably about 0.01~100W / cm 2, more preferably about 0.1~50W / cm 2, 1~40W / cm 2 More preferably, it is about. By setting the high-frequency power density within the above range, the Si skeleton 301 having a random atomic structure can be reliably secured while preventing the plasma gas from being added to the source gas more than necessary because the high-frequency power density is too high. Can be formed. That is, when the high-frequency output density is lower than the lower limit value, the molecules in the raw material gas cannot cause a polymerization reaction, and the bonding film 3 may not be formed. On the other hand, when the power density of the high frequency exceeds the upper limit, the structure that can be the leaving group 303 is separated from the Si skeleton 301 due to decomposition of the source gas or the like, and the leaving group in the resulting bonding film 3 is separated. There is a possibility that the content of 303 is lowered or the randomness of the Si skeleton 301 is lowered (regularity is increased).

また、成膜時のチャンバー101内の圧力は、133.3×10−5〜1333Pa(1×10−5〜10Torr)程度であるのが好ましく、133.3×10−4〜133.3Pa(1×10−4〜1Torr)程度であるのがより好ましい。
原料ガス流量は、0.5〜200sccm程度であるのが好ましく、1〜100sccm程度であるのがより好ましい。一方、キャリアガス流量は、5〜750sccm程度であるのが好ましく、10〜500sccm程度であるのがより好ましい。
Further, the pressure in the chamber 101 during film formation is preferably about 133.3 × 10 −5 to 1333 Pa (1 × 10 −5 to 10 Torr), and 133.3 × 10 −4 to 133.3 Pa ( More preferably, it is about 1 × 10 −4 to 1 Torr).
The raw material gas flow rate is preferably about 0.5 to 200 sccm, and more preferably about 1 to 100 sccm. On the other hand, the carrier gas flow rate is preferably about 5 to 750 sccm, and more preferably about 10 to 500 sccm.

処理時間は、1〜10分程度であるのが好ましく、4〜7分程度であるのがより好ましい。
また、第1の光学部品2の温度は、25℃以上であるのが好ましく、25〜100℃程度であるのがより好ましい。
以上のようにして、接合膜3を得る。
The treatment time is preferably about 1 to 10 minutes, more preferably about 4 to 7 minutes.
Moreover, it is preferable that the temperature of the 1st optical component 2 is 25 degreeC or more, and it is more preferable that it is about 25-100 degreeC.
The bonding film 3 is obtained as described above.

ここで、本発明では、接合膜3の成膜時に、その成膜条件(高周波の出力、高周波の周波数、原料ガスの流量、原料ガスの種類等)を前記範囲内で徐々に変化させることにより、成膜される接合膜3の屈折率を各光学部品2、4の屈折率に応じて調整する。具体的には、第1の光学部品2の屈折率と第2の光学部品4の屈折率とをつなぐように厚さ方向の屈折率が変化させた接合膜3を成膜する。   Here, in the present invention, when the bonding film 3 is formed, the film forming conditions (high frequency output, high frequency, source gas flow rate, source gas type, etc.) are gradually changed within the above ranges. The refractive index of the bonding film 3 to be formed is adjusted according to the refractive index of each optical component 2, 4. Specifically, the bonding film 3 in which the refractive index in the thickness direction is changed so as to connect the refractive index of the first optical component 2 and the refractive index of the second optical component 4 is formed.

このような接合膜3によれば、第1の光学部品2と第2の光学部品4との間に、著しい屈折率差が生じるのを防止して、屈折率差を滑らかにつなぐことができるので、屈折率差に伴う光の散乱を抑制することができる。このため、第1の光学部品2と接合膜3との接合界面および接合膜3と第2の光学部品4との接合界面における光損失が抑制され、この界面を透過する光の透過率を高めることができる。   According to such a bonding film 3, it is possible to prevent a significant refractive index difference from occurring between the first optical component 2 and the second optical component 4 and smoothly connect the refractive index difference. Therefore, the light scattering accompanying the refractive index difference can be suppressed. For this reason, light loss at the bonding interface between the first optical component 2 and the bonding film 3 and the bonding interface between the bonding film 3 and the second optical component 4 is suppressed, and the transmittance of light transmitted through this interface is increased. be able to.

屈折率の調整方法としては、例えば、高周波の出力を高めることにより、より屈折率の高い接合膜3を得ることができる。一方、高周波の出力を低下させることにより、より屈折率の低い接合膜3を得ることができる。すなわち、高周波の出力と接合膜3の屈折率との間には、一定の相関関係が得られることから、この関係を利用して接合膜3の屈折率が所望の値になるように高周波の出力を調整すればよい。このようにして接合膜3の屈折率の調整が可能になる理由の1つとしては、高周波の出力に応じてプラズマ重合膜中に残存する有機成分の量または膜密度が変化し、この有機成分の量や膜密度が屈折率に影響を及ぼしているものと思われる。なお、高周波の出力は、成膜条件の中でも調整が容易でかつ正確な調整が可能なパラメータであることから、屈折率を厳密に調整する観点において、好適な制御因子である。   As a method for adjusting the refractive index, for example, the bonding film 3 having a higher refractive index can be obtained by increasing the high-frequency output. On the other hand, the bonding film 3 having a lower refractive index can be obtained by reducing the high-frequency output. That is, since a certain correlation is obtained between the high-frequency output and the refractive index of the bonding film 3, the high-frequency output is adjusted so that the refractive index of the bonding film 3 becomes a desired value using this relationship. Adjust the output. One reason why the refractive index of the bonding film 3 can be adjusted in this way is that the amount or film density of the organic component remaining in the plasma polymerization film changes according to the output of the high frequency, and this organic component It is considered that the amount and the film density affect the refractive index. Note that the high-frequency output is a suitable control factor from the viewpoint of strictly adjusting the refractive index because it is a parameter that can be easily adjusted and can be accurately adjusted even under film formation conditions.

したがって、第1の光学部品2の屈折率と第2の光学部品4の屈折率とをつなぐように厚さ方向の屈折率が変化させた接合膜3を成膜するためには、まず、屈折率が第1の光学部品2と同じになるよう高周波出力を設定して接合膜3の成膜を開始する。そして、成膜の進行とともに高周波出力を徐々に変化させていく。この際の変化速度は、接合膜3の成膜速度、接合膜3の目的とする厚さ、および、第1の光学部品2と第2の光学部品4との屈折率差等の要素に応じて設定される。このような高周波出力の変化により、接合膜3が成膜されるとともに、その屈折率が連続的に変化する。そして、接合膜3の成膜を終えるときには、屈折率が第2の光学部品4と同じになるように高周波出力を変化させる。
また、高周波の出力以外の条件も、成膜時のプラズマ密度が変化するように適宜調整すれば、接合膜3の屈折率の調整が可能である。具体的には、高周波の周波数や原料ガスの流量を高めることにより、成膜時のプラズマ密度を高めることができる。
Therefore, in order to form the bonding film 3 whose refractive index in the thickness direction is changed so as to connect the refractive index of the first optical component 2 and the refractive index of the second optical component 4, first, refraction is performed. The high frequency output is set so that the rate is the same as that of the first optical component 2, and the film formation of the bonding film 3 is started. The high frequency output is gradually changed as the film formation proceeds. The rate of change at this time depends on factors such as the deposition rate of the bonding film 3, the target thickness of the bonding film 3, and the refractive index difference between the first optical component 2 and the second optical component 4. Is set. Due to such a change in the high frequency output, the bonding film 3 is formed and the refractive index thereof continuously changes. Then, when the deposition of the bonding film 3 is finished, the high frequency output is changed so that the refractive index is the same as that of the second optical component 4.
Further, the refractive index of the bonding film 3 can be adjusted by appropriately adjusting the conditions other than the high-frequency output so that the plasma density during film formation changes. Specifically, the plasma density during film formation can be increased by increasing the frequency of the high frequency and the flow rate of the source gas.

なお、本実施形態では、屈折率が、第1の光学部品2の屈折率と第2の光学部品4の屈折率とをつなぐよう連続的に変化した接合膜3について説明しているが、この屈折率の変化は、不連続的すなわち段階的なものであってもよい。
また、得られる接合膜3は、その屈折率が1.35〜1.6程度の範囲内であれば、より厳密に制御することが可能となる。このため、屈折率の調整幅を大きくとることができ、多くの種類の光学部品の屈折率に適合するように屈折率を変化させた接合膜3を得ることができる。
なお、接合膜3は、その熱膨張率が水晶や石英ガラスの熱膨張率に近いため、各光学部品と接合膜3との熱膨張率差が小さくなり、接合後の積層光学素子5の変形を抑制することができる。
In the present embodiment, the bonding film 3 whose refractive index is continuously changed so as to connect the refractive index of the first optical component 2 and the refractive index of the second optical component 4 is described. The change in refractive index may be discontinuous or stepwise.
Further, the obtained bonding film 3 can be more strictly controlled if its refractive index is in the range of about 1.35 to 1.6. For this reason, the adjustment range of the refractive index can be increased, and the bonding film 3 in which the refractive index is changed so as to match the refractive index of many types of optical components can be obtained.
In addition, since the thermal expansion coefficient of the bonding film 3 is close to the thermal expansion coefficient of quartz or quartz glass, the difference in thermal expansion coefficient between each optical component and the bonding film 3 is reduced, and the laminated optical element 5 after bonding is deformed. Can be suppressed.

≪第2実施形態≫
次に、本発明の光学素子の製造方法の第2実施形態について説明する。
図7は、本発明の光学素子の製造方法の第2実施形態を説明するための図(縦断面図)である。なお、以下の説明では、図7中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、第2実施形態にかかる光学素子の製造方法について説明するが、前記第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the optical element manufacturing method of the present invention will be described.
FIG. 7 is a view (longitudinal sectional view) for explaining a second embodiment of the method for producing an optical element of the present invention. In the following description, the upper side in FIG. 7 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
Hereinafter, although the manufacturing method of the optical element concerning 2nd Embodiment is demonstrated, it demonstrates centering around difference with the said 1st Embodiment, The description is abbreviate | omitted about the same matter.

本実施形態にかかる光学素子の製造方法は、各光学部品2、4の表面にそれぞれ接合膜を形成し、この接合膜同士が密着するようにして各光学部品2、4を接合するようにした以外は、前記第1実施形態と同様である。
すなわち、本実施形態にかかる光学素子の製造方法は、第1の光学部品2と第2の光学部品4とを用意し、第1の光学部品2の表面上に、プラズマ重合法により接合膜31を成膜するとともに、第2の光学部品4の表面上に接合膜32を成膜する工程と、各接合膜31、32にエネルギーを付与する工程と、各接合膜31、32同士が密着するように、第1の光学部品2と第2の光学部品4とを貼り合わせ、積層光学素子5aを得る工程とを有する。以下、本実施形態にかかる光学素子の製造方法の各工程について順次説明する。
In the method of manufacturing an optical element according to this embodiment, a bonding film is formed on the surface of each optical component 2, 4, and each optical component 2, 4 is bonded so that the bonding films are in close contact with each other. Except for this, it is the same as the first embodiment.
That is, in the method for manufacturing an optical element according to the present embodiment, the first optical component 2 and the second optical component 4 are prepared, and the bonding film 31 is formed on the surface of the first optical component 2 by plasma polymerization. And the step of forming the bonding film 32 on the surface of the second optical component 4, the step of applying energy to the bonding films 31, 32, and the bonding films 31, 32 are in close contact with each other. Thus, the first optical component 2 and the second optical component 4 are bonded together to obtain a laminated optical element 5a. Hereafter, each process of the manufacturing method of the optical element concerning this embodiment is demonstrated sequentially.

[1]まず、前記第1実施形態と同様にして、第1の光学部品2および第2の光学部品4を用意し、各光学部品2、4の表面上にそれぞれプラズマ重合法により接合膜31、32を成膜する(図7(a)参照)。この際、各接合膜31、32の成膜条件は、互いに異なったものとなる。
具体的には、接合膜31は、その屈折率が第1の光学部品2の屈折率に近くなるような成膜条件で成膜され、また、接合膜32は、その屈折率が第2の光学部品4の屈折率に近くなるような成膜条件で成膜されることとなる。
なお、各接合膜31、32の成膜中の成膜条件は、一定であっても経時的に変化していてもよい。
[1] First, as in the first embodiment, the first optical component 2 and the second optical component 4 are prepared, and the bonding film 31 is formed on the surfaces of the optical components 2 and 4 by plasma polymerization. , 32 are formed (see FIG. 7A). At this time, the film forming conditions of the bonding films 31 and 32 are different from each other.
Specifically, the bonding film 31 is formed under film forming conditions such that the refractive index thereof is close to the refractive index of the first optical component 2, and the bonding film 32 has a refractive index of the second refractive index. The film is formed under film forming conditions that are close to the refractive index of the optical component 4.
The film formation conditions during the formation of each of the bonding films 31 and 32 may be constant or may change over time.

成膜中の成膜条件が一定である場合、2層の接合膜31、32を成膜する際の成膜条件は、2層の接合膜31、32の屈折率が、それぞれ第1の光学部品2の屈折率と第2の光学部品4の屈折率との間にあって、かつ、接合膜31の屈折率は第1の光学部品2の屈折率側にあり、接合膜32の屈折率は第2の光学部品4の屈折率側にあるように設定される。   When the film formation conditions during film formation are constant, the film formation conditions for forming the two-layer bonding films 31 and 32 are such that the refractive index of the two-layer bonding films 31 and 32 is the first optical layer. The refractive index of the bonding film 31 is between the refractive index of the component 2 and the refractive index of the second optical component 4, and the refractive index of the bonding film 32 is on the refractive index side of the first optical component 2. It is set to be on the refractive index side of the second optical component 4.

[2]次に、図7(b)に示すように、各接合膜31、32にエネルギーを付与する。
エネルギーが付与されると、各接合膜31、32の表面では、脱離基303がSi骨格301から脱離する。そして、脱離基303が脱離した後には活性手が生じるため、接合膜3に、第2の光学部品4との安定した接着性が発現する。その結果、接合膜3は、化学的結合に基づいて第2の光学部品4と安定して強固に接合可能なものとなる。
[2] Next, as shown in FIG. 7B, energy is applied to each of the bonding films 31 and 32.
When energy is applied, the leaving group 303 is detached from the Si skeleton 301 on the surfaces of the bonding films 31 and 32. Since an active hand is generated after the leaving group 303 is removed, stable adhesiveness to the second optical component 4 is expressed in the bonding film 3. As a result, the bonding film 3 can be stably and firmly bonded to the second optical component 4 based on chemical bonding.

[3]次に、図7(c)に示すように、接着性が発現した各接合膜31、32同士が密着するように、第1の光学部品2と第2の光学部品4とを貼り合わせる。これにより、図7(d)に示すように、積層光学素子5aを得る。
ここで、本工程において、各接合膜31、32同士を接合するが、この接合は、以下のような2つのメカニズム(i)、(ii)の双方または一方に基づくものであると推察される。
[3] Next, as shown in FIG. 7 (c), the first optical component 2 and the second optical component 4 are pasted so that the bonding films 31 and 32 exhibiting adhesiveness are in close contact with each other. Match. Thereby, as shown in FIG.7 (d), the laminated optical element 5a is obtained.
Here, in this step, the bonding films 31 and 32 are bonded to each other, and this bonding is assumed to be based on both or one of the following two mechanisms (i) and (ii). .

(i)例えば、各接合膜31、32の表面351、352に水酸基が露出している場合を例に説明すると、本工程において、各接合膜31、32同士が密着するように、第1の光学部品2と第2の光学部品4とを貼り合わせたとき、各接合膜31、32の表面351、352に存在する水酸基同士が、水素結合によって互いに引き合い、水酸基同士の間に引力が発生する。この引力によって、第1の光学部品2と第2の光学部品4とが接合されると推察される。
また、この水素結合によって互いに引き合う水酸基同士は、温度条件等によって、脱水縮合する。その結果、各接合膜31、32の間では、水酸基が結合していた結合手同士が酸素原子を介して結合する。これにより、第1の光学部品2と第2の光学部品4とがより強固に接合されると推察される。
(I) For example, the case where hydroxyl groups are exposed on the surfaces 351 and 352 of the bonding films 31 and 32 will be described as an example. In this step, the first films 31 and 32 may be in close contact with each other. When the optical component 2 and the second optical component 4 are bonded together, the hydroxyl groups present on the surfaces 351 and 352 of the bonding films 31 and 32 attract each other by hydrogen bonding, and an attractive force is generated between the hydroxyl groups. . It is inferred that the first optical component 2 and the second optical component 4 are joined by this attractive force.
Further, the hydroxyl groups attracting each other by this hydrogen bond are dehydrated and condensed depending on the temperature condition or the like. As a result, between the bonding films 31 and 32, the bonds in which the hydroxyl groups are bonded are bonded via oxygen atoms. Thereby, it is guessed that the 1st optical component 2 and the 2nd optical component 4 are joined more firmly.

(ii)各接合膜31、32同士が密着するように、第1の光学部品2と第2の光学部品4とを貼り合わせると、各接合膜31、32の表面351、352や内部に生じた終端化されていない結合手(未結合手)同士が再結合する。この再結合は、互いに重なり合う(絡み合う)ように複雑に生じることから、接合界面にネットワーク状の結合が形成される。これにより、各接合膜31、32を構成するそれぞれの母材(Si骨格301)同士が直接接合して、各接合膜31、32同士が一体化する。   (Ii) When the first optical component 2 and the second optical component 4 are bonded so that the bonding films 31 and 32 are in close contact with each other, they are generated on the surfaces 351 and 352 of the bonding films 31 and 32 or inside thereof. Bonds that are not terminated (unbonded hands) rejoin. Since this recombination occurs in a complicated manner so as to overlap (entangle) with each other, a network-like bond is formed at the bonding interface. As a result, the respective base materials (Si skeleton 301) constituting the bonding films 31 and 32 are directly bonded to each other, and the bonding films 31 and 32 are integrated with each other.

以上のような(i)または(ii)のメカニズムにより、図7(d)に示すような積層光学素子5a(本発明の光学素子)が得られる。
このようにして得られた積層光学素子5aは、接合膜31と接合膜32の全体において、厚さ方向の屈折率が、第1の光学部品2の屈折率と第2の光学部品4の屈折率とをつなぐように変化している。このため、積層光学素子5aは、前述した第1実施形態における積層光学素子5と同様の作用・効果を奏する。
なお、本実施形態では、第1の光学部品2と第2の光学部品4との間に2層の接合膜31、32を設ける場合について説明したが、3層以上の接合膜を設けるようにしてもよい。
By the mechanism (i) or (ii) as described above, a laminated optical element 5a (the optical element of the present invention) as shown in FIG. 7D is obtained.
In the laminated optical element 5a thus obtained, the refractive index in the thickness direction is the refractive index of the first optical component 2 and the refractive index of the second optical component 4 throughout the bonding film 31 and the bonding film 32. It is changing to connect the rate. For this reason, the laminated optical element 5a has the same operations and effects as the laminated optical element 5 in the first embodiment described above.
In the present embodiment, the case where two layers of bonding films 31 and 32 are provided between the first optical component 2 and the second optical component 4 has been described. However, three or more layers of bonding films are provided. May be.

以上のような前記各実施形態にかかる光学素子の製造方法は、種々の複数の光学部品同士を接合するのに用いることができる。
このような接合に供される光学部品としては、例えば、光学レンズ、回折格子、光学フィルタ、保護板等の他、太陽電池のような光電変換素子、光ディスクのような光記録媒体、液晶表示素子、有機EL素子、電気泳動表示素子のような表示素子等が挙げられる。
The optical element manufacturing method according to each of the embodiments as described above can be used to join various optical components together.
Examples of optical components used for such bonding include optical lenses, diffraction gratings, optical filters, protective plates, photoelectric conversion elements such as solar cells, optical recording media such as optical disks, and liquid crystal display elements. And display elements such as organic EL elements and electrophoretic display elements.

<光学素子>
ここでは、本発明の光学素子を波長板に適用した場合の実施形態について説明する。
図8は、本発明の光学素子を適用して得られた波長板(光学素子)を示す斜視図である。
図8に示す波長板9は、透過する光に1/2波長分の位相差を与える「1/2波長板」であって、2枚の複屈折性を有する結晶板91、92を、それぞれの光学軸が直交するように接着してなるものである。複屈折性を有する材料としては、例えば、水晶、方解石、MgF、YVO、TiO、LiNbO等の無機材料や、ポリカーボネート等の有機材料が挙げられるが、2枚の結晶板91、92の屈折率は互いに異なっている。
このような波長板9を光が透過するとき、光学軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分とに光が分離される。そして、分離された光は、各結晶板91、92の複屈折性に伴う屈折率差に基づいて一方に遅延が生じ、前述した位相差が生じることとなる。
<Optical element>
Here, an embodiment in which the optical element of the present invention is applied to a wave plate will be described.
FIG. 8 is a perspective view showing a wave plate (optical element) obtained by applying the optical element of the present invention.
The wave plate 9 shown in FIG. 8 is a “½ wave plate” that gives a phase difference of ½ wavelength to transmitted light, and two crystal plates 91 and 92 having birefringence are respectively provided. Are bonded so that their optical axes are orthogonal to each other. Examples of the birefringent material include inorganic materials such as quartz, calcite, MgF 2 , YVO 4 , TiO 2 , and LiNbO 3 , and organic materials such as polycarbonate. Two crystal plates 91 and 92 Have different refractive indexes.
When light passes through such a wave plate 9, the light is separated into a polarization component parallel to the optical axis and a polarization component perpendicular to the optical axis. The separated light is delayed on one side based on the refractive index difference associated with the birefringence of the crystal plates 91 and 92, and the phase difference described above is generated.

ところで、波長板9によって透過光に与えられる位相差の精度や波長板9の透過率は、各結晶板91、92の板厚の精度に依存しているため、各結晶板91、92の板厚は高精度に制御されている必要がある。
それに加え、結晶板91と結晶板92との間隙も透過光の位相に影響を及ぼすため、結晶板91と結晶板92との間隙は、離間距離が厳密に制御されており、かつ離間距離が変化しないように強固に接着されている必要がある。
By the way, since the accuracy of the phase difference given to the transmitted light by the wave plate 9 and the transmittance of the wave plate 9 depend on the accuracy of the plate thickness of each crystal plate 91, 92, the plate of each crystal plate 91, 92. The thickness needs to be controlled with high accuracy.
In addition, since the gap between the crystal plate 91 and the crystal plate 92 also affects the phase of transmitted light, the gap between the crystal plate 91 and the crystal plate 92 is strictly controlled, and the gap is It must be firmly bonded so that it does not change.

そこで、本発明では、波長板9に本発明の光学素子を適用することとした。これにより、接合膜を介して結晶板91と結晶板92とが強固に接合された波長板9を容易に得ることができる。
また、この接合膜は、プラズマ重合法という気相成膜法で広い領域を一度に成膜することが可能であるため、均一に成膜することができ、かつ膜厚の精度が高い。このため、結晶板91と結晶板92との間の平行度が高く、波面収差等の各種収差の少ない波長板9が得られる。
Therefore, in the present invention, the optical element of the present invention is applied to the wave plate 9. Thereby, the wave plate 9 in which the crystal plate 91 and the crystal plate 92 are firmly bonded via the bonding film can be easily obtained.
Further, since this bonding film can be formed in a wide area at once by a vapor phase film forming method called a plasma polymerization method, it can be formed uniformly and the film thickness is highly accurate. For this reason, the wave plate 9 having a high degree of parallelism between the crystal plate 91 and the crystal plate 92 and less aberrations such as wavefront aberration is obtained.

さらに、この接合膜は、その屈折率が結晶板91の屈折率と結晶板92の屈折率とをつなぐように厚さ方向に変化している。このため、結晶板91と接合膜3との接合界面および接合膜3と結晶板92との接合界面における光の散乱をそれぞれ抑制し、波長板9の光透過率を高めることができる。
なお、波長板9は、1/2波長板の他に、1/4波長板、1/8波長板等であってもよい。
また、光学素子としては、波長板の他に、偏光フィルタのような光学フィルタ、光ピックアップのような複合レンズ、プリズム、回折格子等が挙げられる。
Furthermore, the refractive index of the bonding film changes in the thickness direction so as to connect the refractive index of the crystal plate 91 and the refractive index of the crystal plate 92. Therefore, light scattering at the bonding interface between the crystal plate 91 and the bonding film 3 and the bonding interface between the bonding film 3 and the crystal plate 92 can be suppressed, and the light transmittance of the wave plate 9 can be increased.
The wave plate 9 may be a quarter wave plate, a 1/8 wave plate or the like in addition to the half wave plate.
Examples of the optical element include an optical filter such as a polarizing filter, a compound lens such as an optical pickup, a prism, a diffraction grating, and the like in addition to the wave plate.

以上、本発明の光学素子および光学素子の製造方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、本発明の光学素子の製造方法は、前記各実施形態のうち、任意の1つまたは2つ以上を組み合わせたものであってもよい。
また、本発明の光学素子の製造方法では、必要に応じて、1以上の任意の目的の工程を追加してもよい。
As mentioned above, although the optical element of this invention and the manufacturing method of the optical element were demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to these.
For example, the optical element manufacturing method of the present invention may be any one or a combination of two or more of the above embodiments.
Moreover, in the method for manufacturing an optical element of the present invention, one or more optional steps may be added as necessary.

また、前記各実施形態では、第1の光学部品2と第2の光学部品4の2つの光学部品を接合する方法について説明しているが、3つ以上の光学部品を接合する場合に、本発明の光学素子の製造方法を用いるようにしてもよい。
また、前記各実施形態では、各光学部品の表面の全面に接合膜を形成したが、一部のみに形成するようにしてもよい。この場合、接合領域を適宜調整することにより、接合界面における応力集中を緩和することができ、光学素子の変形または接合界面の剥離等の不具合を防止することができる。また、2つの光学部品同士の間に隙間ができるため、例えばこの隙間に空気等のガスを流すことによって、光学部品を強制冷却することが可能になる。
さらには、前記各実施形態では、接合膜の全面にエネルギーを付与して接着性を発現させるようにしたが、一部のみに接着性を発現させるようにしてもよい。この場合も、接合領域を適宜調整することにより、接合界面における応力集中を緩和することができ、光学素子の変形または接合界面の剥離等の不具合を防止することができる。
In each of the above-described embodiments, the method of joining two optical components, the first optical component 2 and the second optical component 4, has been described. You may make it use the manufacturing method of the optical element of invention.
In each of the above embodiments, the bonding film is formed on the entire surface of each optical component. However, the bonding film may be formed only on a part thereof. In this case, by appropriately adjusting the bonding region, stress concentration at the bonding interface can be relaxed, and problems such as deformation of the optical element or peeling of the bonding interface can be prevented. Further, since a gap is formed between the two optical components, the optical component can be forcibly cooled by flowing a gas such as air through the gap, for example.
Furthermore, in each of the embodiments described above, energy is applied to the entire surface of the bonding film so as to develop the adhesiveness. However, the adhesiveness may be developed only in a part. Also in this case, by appropriately adjusting the bonding region, stress concentration at the bonding interface can be relaxed, and problems such as deformation of the optical element or peeling of the bonding interface can be prevented.

次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.積層光学素子の製造
以下では、各参考例、各実施例および比較例において、それぞれ積層光学素子を複数個ずつ製造した。
Next, specific examples of the present invention will be described.
1. Production of Laminated Optical Element In the following, a plurality of laminated optical elements were produced in each reference example, each example, and comparative example.

1.1 参考例の製造
(参考例1)
まず、第1の光学部品として、縦20mm×横20mm×平均厚さ2mmの水晶基板を用意し、また第2の光学部品として、縦20mm×横20mm×平均厚さ1mmの水晶基板を用意した。なお、これらの水晶基板は、いずれも光学研磨を施したものである。また、用いた水晶基板の波長546nmの光に対する屈折率は、1.546であった。
次いで、各基板を図5に示すプラズマ重合装置100のチャンバー101内に収納し、酸素プラズマによる表面処理を行った。
1.1 Production of Reference Example (Reference Example 1)
First, a quartz substrate having a length of 20 mm × width 20 mm × an average thickness of 2 mm was prepared as a first optical component, and a crystal substrate having a length of 20 mm × width 20 mm × an average thickness of 1 mm was prepared as a second optical component. . Note that these quartz substrates are all subjected to optical polishing. Moreover, the refractive index with respect to the light of wavelength 546nm of the used quartz substrate was 1.546.
Next, each substrate was accommodated in the chamber 101 of the plasma polymerization apparatus 100 shown in FIG. 5, and surface treatment with oxygen plasma was performed.

次に、表面処理を行った面に、平均厚さ150nmのプラズマ重合膜を成膜した。なお、成膜条件は以下に示す通りである。
<成膜条件>
・原料ガスの組成 :オクタメチルトリシロキサン
・原料ガスの流量 :10sccm
・キャリアガスの組成:アルゴン
・キャリアガスの流量:10sccm
・高周波電力の出力 :100W
・高周波出力密度 :25W/cm
・チャンバー内圧力 :1Pa(低真空)
・処理時間 :215秒
・基板温度 :20℃
これにより、各基板上にプラズマ重合膜を成膜した。
Next, a plasma polymerization film having an average thickness of 150 nm was formed on the surface subjected to the surface treatment. The film forming conditions are as shown below.
<Film formation conditions>
-Source gas composition: Octamethyltrisiloxane-Source gas flow rate: 10 sccm
Carrier gas composition: Argon Carrier gas flow rate: 10 sccm
・ High frequency power output: 100W
・ High frequency output density: 25 W / cm 2
-Chamber pressure: 1 Pa (low vacuum)
・ Processing time: 215 seconds ・ Substrate temperature: 20 ° C.
Thereby, a plasma polymerization film was formed on each substrate.

このようにして成膜されたプラズマ重合膜は、オクタメチルトリシロキサン(原料ガス)の重合物で構成されており、シロキサン結合を含み、ランダムな原子構造を有するSi骨格と、アルキル基(脱離基)とを含むものである。また、プラズマ重合膜の結晶化度を赤外線吸収法により測定した。その結果、プラズマ重合膜の結晶化度は、測定箇所によって若干バラツキがあるものの、30%以下であった。   The plasma polymerized film thus formed is composed of a polymer of octamethyltrisiloxane (raw material gas), and includes a Si skeleton including a siloxane bond and a random atomic structure, and an alkyl group (desorbed). Group). Further, the crystallinity of the plasma polymerized film was measured by an infrared absorption method. As a result, the degree of crystallinity of the plasma polymerized film was 30% or less although there was some variation depending on the measurement location.

次に、得られた各プラズマ重合膜に、それぞれ以下に示す条件でプラズマ処理を施した。
<プラズマ処理条件>
・プラズマ処理方式:ダイレクトプラズマ方式
・処理ガスの組成 :ヘリウムガス
・雰囲気圧力 :大気圧(100kPa)
・電極間距離 :1mm
・印加電圧 :1kVp−p
・電圧周波数 :40MHz
次に、プラズマ処理を施してから1分後に、プラズマ重合膜同士が接触するように、各基板同士を重ね合わせた。これにより、積層光学素子を得た。
その後、得られた積層光学素子中の接合膜について、波長546nmの光に対する屈折率を測定した。
Next, each plasma polymerization film obtained was subjected to plasma treatment under the following conditions.
<Plasma treatment conditions>
・ Plasma treatment method: Direct plasma method ・ Process gas composition: Helium gas ・ Atmospheric pressure: Atmospheric pressure (100 kPa)
・ Distance between electrodes: 1mm
・ Applied voltage: 1 kVp-p
-Voltage frequency: 40 MHz
Next, one minute after applying the plasma treatment, the respective substrates were overlapped so that the plasma polymerization films were in contact with each other. Thereby, a laminated optical element was obtained.
Then, the refractive index with respect to the light of wavelength 546nm was measured about the joining film in the obtained laminated optical element.

(参考例2)
プラズマ重合膜を成膜する際の高周波電力を150Wに変更するようにした以外は、前記実施例1と同様にして積層光学素子を得た。
(参考例3)
プラズマ重合膜を成膜する際の高周波電力を200Wに変更するようにした以外は、前記実施例1と同様にして積層光学素子を得た。
(Reference Example 2)
A laminated optical element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the high frequency power for forming the plasma polymerized film was changed to 150 W.
(Reference Example 3)
A laminated optical element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the high frequency power for forming the plasma polymerized film was changed to 200 W.

(参考例4)
プラズマ重合膜を成膜する際の高周波電力を250Wに変更するようにした以外は、前記実施例1と同様にして積層光学素子を得た。
(参考例5)
プラズマ重合膜を成膜する際の高周波電力を300Wに変更するようにした以外は、前記実施例1と同様にして積層光学素子を得た。
(Reference Example 4)
A laminated optical element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the high frequency power for forming the plasma polymerized film was changed to 250 W.
(Reference Example 5)
A laminated optical element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the high frequency power for forming the plasma polymerized film was changed to 300 W.

(参考例6)
プラズマ重合膜を成膜する際の高周波電力を325Wに変更するようにした以外は、前記実施例1と同様にして積層光学素子を得た。
(参考例7)
プラズマ重合膜を成膜する際の高周波電力を350Wに変更するようにした以外は、前記実施例1と同様にして積層光学素子を得た。
(Reference Example 6)
A laminated optical element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the high frequency power for forming the plasma polymerized film was changed to 325 W.
(Reference Example 7)
A laminated optical element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the high frequency power for forming the plasma polymerized film was changed to 350 W.

1.2 参考例の評価
各参考例で得られた積層光学素子中の接合膜について、それぞれの屈折率を比較したところ、プラズマ重合膜を成膜する際の高周波の出力を徐々に高めるにより、屈折率が徐々に大きくなっていることが認められた。具体的には、高周波の出力と屈折率とはほぼ比例関係にあることが認められた。このことから、プラズマ重合膜の成膜条件を調整することにより、接合膜の屈折率を調整し得ることが確認された。
なお、各参考例で得られた積層光学素子の製造条件と評価結果とを表1に示す。
1.2 Evaluation of Reference Examples About the bonding films in the laminated optical elements obtained in the respective reference examples, when the respective refractive indexes were compared, by gradually increasing the high-frequency output when forming the plasma polymerization film, It was observed that the refractive index gradually increased. Specifically, it was recognized that the high-frequency output and the refractive index are in a substantially proportional relationship. From this, it was confirmed that the refractive index of the bonding film can be adjusted by adjusting the film formation conditions of the plasma polymerization film.
In addition, Table 1 shows manufacturing conditions and evaluation results of the laminated optical elements obtained in the respective reference examples.

Figure 2010107680
Figure 2010107680

次に、上記の各参考例の評価結果に基づいて、実施例にかかる積層光学素子の製造を行った。
1.3 実施例の製造
(実施例1)
まず、第1の光学部品として、縦20mm×横20mm×平均厚さ2mmの水晶基板を用意し、また第2の光学部品として、縦20mm×横20mm×平均厚さ1mmの石英ガラス板を用意した。なお、これらの水晶基板および石英ガラス基板は、いずれも光学研磨を施したものである。また、用いた水晶基板の波長546nmの光に対する屈折率は1.546であり、石英ガラス基板の波長546nmの光に対する屈折率は1.460であった。
次いで、各基板を図5に示すプラズマ重合装置100のチャンバー101内に収納し、酸素プラズマによる表面処理を行った。
Next, based on the evaluation results of the respective reference examples, the laminated optical element according to the example was manufactured.
1.3 Production of Examples (Example 1)
First, a quartz substrate having a length of 20 mm × width 20 mm × average thickness 2 mm is prepared as a first optical component, and a quartz glass plate having a length 20 mm × width 20 mm × average thickness 1 mm is prepared as a second optical component. did. Note that these quartz substrate and quartz glass substrate are both subjected to optical polishing. Moreover, the refractive index with respect to the light of wavelength 546nm of the used quartz substrate was 1.546, and the refractive index with respect to the light of wavelength 546nm of a quartz glass substrate was 1.460.
Next, each substrate was accommodated in the chamber 101 of the plasma polymerization apparatus 100 shown in FIG. 5, and surface treatment with oxygen plasma was performed.

次に、水晶基板の表面処理を行った面に、平均厚さ300nmのプラズマ重合膜を成膜した。なお、成膜条件は以下に示す通りである。
<成膜条件>
・原料ガスの組成 :オクタメチルトリシロキサン
・原料ガスの流量 :10sccm
・キャリアガスの組成:アルゴン
・キャリアガスの流量:10sccm
・高周波電力の出力 :325W→100W
・高周波出力密度 :25W/cm
・チャンバー内圧力 :1Pa(低真空)
・処理時間 :430秒
・基板温度 :20℃
Next, a plasma polymerization film having an average thickness of 300 nm was formed on the surface of the quartz substrate that had been subjected to the surface treatment. The film forming conditions are as shown below.
<Film formation conditions>
-Source gas composition: Octamethyltrisiloxane-Source gas flow rate: 10 sccm
Carrier gas composition: Argon Carrier gas flow rate: 10 sccm
・ High frequency power output: 325W → 100W
・ High frequency output density: 25 W / cm 2
-Chamber pressure: 1 Pa (low vacuum)
-Processing time: 430 seconds-Substrate temperature: 20 ° C

これにより、水晶基板上にプラズマ重合膜を成膜した。なお、高周波の出力は、325Wで成膜を開始した後、徐々に低下させ、成膜終了時には100Wまで低下させた。
このようにして成膜されたプラズマ重合膜は、オクタメチルトリシロキサン(原料ガス)の重合物で構成されており、シロキサン結合を含み、ランダムな原子構造を有するSi骨格と、アルキル基(脱離基)とを含むものである。また、プラズマ重合膜の結晶化度を赤外線吸収法により測定した。その結果、プラズマ重合膜の結晶化度は、測定箇所によって若干バラツキがあるものの、30%以下であった。
Thereby, a plasma polymerization film was formed on the quartz substrate. Note that the high-frequency output was gradually decreased after film formation was started at 325 W, and was decreased to 100 W at the end of film formation.
The plasma polymerized film thus formed is composed of a polymer of octamethyltrisiloxane (raw material gas), and includes a Si skeleton including a siloxane bond and a random atomic structure, and an alkyl group (desorbed). Group). Further, the crystallinity of the plasma polymerized film was measured by an infrared absorption method. As a result, the degree of crystallinity of the plasma polymerized film was 30% or less although there was some variation depending on the measurement location.

次に、得られたプラズマ重合膜に、以下に示す条件でプラズマ処理を施した。
<プラズマ処理条件>
・プラズマ処理方式:ダイレクトプラズマ方式
・処理ガスの組成 :ヘリウムガス
・雰囲気圧力 :大気圧(100kPa)
・電極間距離 :1mm
・印加電圧 :1kVp−p
・電圧周波数 :40MHz
次に、プラズマ処理を施してから1分後に、プラズマ重合膜と石英ガラス基板とが接触するように、各基板同士を重ね合わせた。これにより、積層光学素子を得た。
その後、得られた積層光学素子中の接合膜について、波長546nmの光に対する屈折率を測定した。
Next, the obtained plasma polymerization film was subjected to plasma treatment under the following conditions.
<Plasma treatment conditions>
・ Plasma treatment method: Direct plasma method ・ Process gas composition: Helium gas ・ Atmospheric pressure: Atmospheric pressure (100 kPa)
・ Distance between electrodes: 1mm
・ Applied voltage: 1 kVp-p
-Voltage frequency: 40 MHz
Next, one minute after applying the plasma treatment, the substrates were overlapped so that the plasma polymerized film and the quartz glass substrate were in contact with each other. Thereby, a laminated optical element was obtained.
Then, the refractive index with respect to the light of wavelength 546nm was measured about the joining film in the obtained laminated optical element.

(実施例2)
以下のようにして、水晶基板と石英ガラス基板の双方にプラズマ重合膜を成膜し、プラズマ重合膜同士が密着するようにして各基板同士を重ね合わせ、積層光学素子とした以外は、前記実施例1と同様にして積層光学素子を得た。
まず、水晶基板の表面処理を行った面に、実施例1と成膜条件を変えてプラズマ重合膜を成膜した。なお、成膜条件の変更点としては、処理時間を215秒とし、高周波の出力は325Wから200Wに徐々に低下させた。また、得られたプラズマ重合膜の平均厚さは150nmであった。
一方、石英ガラス基板の表面処理を行った面に、実施例1と成膜条件を変えてプラズマ重合膜を成膜した。なお、成膜条件の変更点としては、処理時間を215秒とし、高周波の出力は100Wから200Wに徐々に上昇させた。また、得られたプラズマ重合膜の平均厚さは150nmであった。
そして、各プラズマ重合膜に実施例1と同様にしてプラズマ処理を施した後、プラズマ重合膜同士が密着するようにして各基板同士を重ね合わせ、積層光学素子を得た。
(比較例)
第1の光学部品と第2の光学部品とを、エポキシ系光学接着剤(平均厚さ3μm)を用いて接着した以外は、前記実施例と同様にして積層光学素子を得た。
(Example 2)
Except that the plasma polymerized film was formed on both the quartz substrate and the quartz glass substrate as described below, and the substrates were overlapped so that the plasma polymerized films were in close contact with each other to obtain a laminated optical element. A laminated optical element was obtained in the same manner as in Example 1.
First, a plasma polymerization film was formed on the surface of the quartz substrate that had been subjected to the surface treatment by changing the film forming conditions from those in Example 1. As a change point of the film forming conditions, the processing time was 215 seconds, and the high frequency output was gradually decreased from 325 W to 200 W. Moreover, the average thickness of the obtained plasma polymerization film | membrane was 150 nm.
On the other hand, a plasma polymerized film was formed on the surface subjected to the surface treatment of the quartz glass substrate by changing the film forming conditions from those in Example 1. As a change point of the film forming conditions, the processing time was 215 seconds, and the high frequency output was gradually increased from 100 W to 200 W. Moreover, the average thickness of the obtained plasma polymerization film | membrane was 150 nm.
Then, each plasma polymerized film was subjected to a plasma treatment in the same manner as in Example 1, and then the substrates were overlapped so that the plasma polymerized films were in close contact with each other to obtain a laminated optical element.
(Comparative example)
A laminated optical element was obtained in the same manner as in the above example, except that the first optical component and the second optical component were bonded using an epoxy-based optical adhesive (average thickness: 3 μm).

2.積層光学素子の評価
2.1 接合強度(割裂強度)の評価
各実施例および比較例で得られた積層光学素子について、それぞれ接合強度を測定した。
接合強度の測定は、各基板を引き剥がしたとき、剥がれる直前の強度を測定することにより行った。また、接合強度の測定は、接合直後と、接合後に−40℃〜125℃の温度サイクルを100回繰り返した後のそれぞれにおいて行った。
その結果、各実施例で得られた積層光学素子は、接合直後と温度サイクル後のいずれも、十分な接合強度を有していた。
一方、比較例で得られた積層光学素子は、接合直後は十分な接合強度を有していたものの、温度サイクル後には接合強度が低下した。
2. 2. Evaluation of Laminated Optical Element 2.1 Evaluation of Bonding Strength (Split Strength) With respect to the laminated optical elements obtained in the examples and comparative examples, the bonding strength was measured.
The bonding strength was measured by measuring the strength immediately before peeling off each substrate. Further, the measurement of the bonding strength was performed immediately after bonding and after repeating the temperature cycle of −40 ° C. to 125 ° C. 100 times after bonding.
As a result, the laminated optical element obtained in each example had sufficient bonding strength both immediately after bonding and after temperature cycling.
On the other hand, the laminated optical element obtained in the comparative example had a sufficient bonding strength immediately after bonding, but the bonding strength decreased after the temperature cycle.

2.2 寸法精度の評価
各実施例および比較例で得られた積層光学素子について、それぞれ厚さ方向の寸法精度(平行度)を測定した。
具体的には、積層光学素子の四隅の厚さをマイクロゲージで測定した。そして、四隅の厚さの差に基づいて、積層光学素子の両面の相対的な傾きを算出した。
その結果、各実施例で得られた積層光学素子は、平行度が±1秒以下であり、しかも複数の積層光学素子で平行度のバラツキが小さかった。
これに対し、比較例で得られた積層光学素子は、平行度が±1秒以上あり、かつ複数の積層光学素子で平行度のバラツキが大きかった。
2.2 Evaluation of Dimensional Accuracy The dimensional accuracy (parallelism) in the thickness direction was measured for each of the laminated optical elements obtained in each Example and Comparative Example.
Specifically, the thickness of the four corners of the laminated optical element was measured with a micro gauge. And the relative inclination of both surfaces of a laminated optical element was computed based on the difference of the thickness of four corners.
As a result, the laminated optical elements obtained in the respective examples had a parallelism of ± 1 second or less, and the variation in the parallelism was small among a plurality of laminated optical elements.
On the other hand, the laminated optical element obtained in the comparative example had a parallelism of ± 1 second or more, and the variation in the parallelism was large among a plurality of laminated optical elements.

2.3 光透過率の評価
各実施例および比較例で得られた積層光学素子について、それぞれ厚さ方向の光透過率を測定した。なお、光透過率の測定は、波長546nm、出力100mWの光を70℃環境で連続して1000時間照射した後において行った。そして、測定された光透過率について以下の評価基準にしたがって評価した。
2.3 Evaluation of light transmittance The light transmittance in the thickness direction of each of the laminated optical elements obtained in each of the examples and the comparative examples was measured. The light transmittance was measured after irradiating light with a wavelength of 546 nm and an output of 100 mW continuously in a 70 ° C. environment for 1000 hours. Then, the measured light transmittance was evaluated according to the following evaluation criteria.

<光透過率の評価基準>
◎:光透過率が99.8%以上
○:光透過率が99.0%以上99.8%未満
△:光透過率が98.0%以上99.0%未満
×:光透過率が98.0%未満
光透過率の評価結果を表2に示す。
<Evaluation criteria for light transmittance>
A: Light transmittance is 99.8% or more. B: Light transmittance is 99.0% or more and less than 99.8%. Δ: Light transmittance is 98.0% or more and less than 99.0%. Less than 0% Table 2 shows the evaluation results of light transmittance.

Figure 2010107680
Figure 2010107680

表2から明らかなように、各実施例で得られた積層光学素子は、光透過率が99%以上であり、光透過性が良好であった。一方、比較例で得られた積層光学素子は、光透過開始直後は十分な光透過性を有していたが、1000時間経過後では光透過率が98%未満となり、光透過性が低下していた。
このような結果は、各実施例で得られた積層光学素子中の接合膜は、その屈折率が、水晶基板の屈折率と石英ガラス基板の屈折率とをつなぐように変化しており、これにより各接合界面における光の散乱が抑制されたことに起因するものと推察される。
As is clear from Table 2, the laminated optical elements obtained in the respective examples had a light transmittance of 99% or more and good light transmittance. On the other hand, the laminated optical element obtained in the comparative example had sufficient light transmittance immediately after the start of light transmission, but after 1000 hours, the light transmittance became less than 98%, and the light transmittance decreased. It was.
Such a result shows that the refractive index of the bonding film in the laminated optical element obtained in each example changes so as to connect the refractive index of the quartz substrate and the refractive index of the quartz glass substrate. This is presumably due to the suppression of light scattering at each bonding interface.

2.4 外観の評価
各実施例および比較例で得られた積層光学素子について、波長405nm、出力100mWの光を70℃環境で連続して1000時間照射した後、照射部の外観を以下の評価基準にしたがって評価した。
<外観の評価基準>
◎:接合界面に変色または気泡が全く認められない
○:接合界面に点状の変色または気泡がわずかに認められる
△:接合界面に点状の変色または気泡が多数認められる
×:接合界面に層状の変色または気泡が多数認められる
外観の評価結果を表2に示す。
表2から明らかなように、各実施例で得られた積層光学素子では、接合界面に変色または気泡が全く認められなかった。一方、比較例で得られた積層光学素子は、光路部分に変色が認められた。
2.4 Evaluation of Appearance For the laminated optical elements obtained in the examples and comparative examples, light having a wavelength of 405 nm and an output of 100 mW was continuously irradiated in a 70 ° C. environment for 1000 hours, and then the appearance of the irradiated portion was evaluated as follows. Evaluation was made according to criteria.
<Evaluation criteria for appearance>
A: No discoloration or bubbles are observed at the bonding interface. B: Slight dot discoloration or bubbles are observed at the bonding interface. Δ: Many dot discolorations or bubbles are observed at the bonding interface. X: Layered at the bonding interface. Table 2 shows the evaluation results of the appearance in which many discolorations or bubbles are observed.
As is clear from Table 2, in the laminated optical element obtained in each example, no discoloration or bubbles were observed at the bonding interface. On the other hand, in the laminated optical element obtained in the comparative example, discoloration was observed in the optical path portion.

本発明の光学素子の製造方法の第1実施形態を説明するための図(縦断面図)である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view (longitudinal sectional view) for explaining a first embodiment of a method for producing an optical element of the present invention. 本発明の光学素子の製造方法の第1実施形態を説明するための図(縦断面図)である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view (longitudinal sectional view) for explaining a first embodiment of a method for producing an optical element of the present invention. 本発明の光学素子の製造方法において、接合膜のエネルギー付与前の状態を示す部分拡大図である。In the manufacturing method of the optical element of this invention, it is the elements on larger scale which show the state before energy provision of a joining film | membrane. 本発明の光学素子の製造方法において、接合膜のエネルギー付与後の状態を示す部分拡大図である。In the manufacturing method of the optical element of this invention, it is the elements on larger scale which show the state after the energy provision of a joining film | membrane. 本発明の光学素子の製造方法に用いられるプラズマ重合装置を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the plasma polymerization apparatus used for the manufacturing method of the optical element of this invention. 第1の光学部品上に接合膜を作製する方法を説明するための図(縦断面図)である。It is a figure (longitudinal sectional view) for demonstrating the method of producing a joining film | membrane on the 1st optical component. 本発明の光学素子の製造方法の第2実施形態を説明するための図(縦断面図)である。It is a figure (longitudinal sectional view) for demonstrating 2nd Embodiment of the manufacturing method of the optical element of this invention. 本発明の光学素子を適用して得られた波長板(光学素子)を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the wavelength plate (optical element) obtained by applying the optical element of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

2……第1の光学部品 25……上面 3、31、32……接合膜 301……Si骨格 302……シロキサン結合 303……脱離基 304……活性手 35、351、352……表面 4……第2の光学部品 5、5a……積層光学素子 100……プラズマ重合装置 101……チャンバー 102……接地線 103……供給口 104……排気口 130……第1の電極 139……静電チャック 140……第2の電極 170……ポンプ 171……圧力制御機構 180……電源回路 182……高周波電源 183……マッチングボックス 184……配線 190……ガス供給部 191……貯液部 192……気化装置 193……ガスボンベ 194……配管 195……拡散板 9……波長板 91、92……結晶板   2... First optical component 25... Upper surface 3, 31, 32 .. Bonding film 301... Si skeleton 302... Siloxane bond 303 ... Leaving group 304 ... Active hand 35, 351, 352. 4 ... Second optical component 5, 5a ... Laminated optical element 100 ... Plasma polymerization apparatus 101 ... Chamber 102 ... Ground wire 103 ... Supply port 104 ... Exhaust port 130 ... First electrode 139 ... ... electrostatic chuck 140 ... second electrode 170 ... pump 171 ... pressure control mechanism 180 ... power supply circuit 182 ... high frequency power supply 183 ... matching box 184 ... wiring 190 ... gas supply unit 191 ... storage Liquid part 192 …… Vaporizer 193 …… Gas cylinder 194 …… Piping 195 …… Diffusion plate 9 …… Wave plate 91, 92 …… Crystal plate

Claims (25)

光透過性を有する第1の光学部品および第2の光学部品と、プラズマ重合法により成膜され、シロキサン(Si−O)結合を含むランダムな原子構造を有するSi骨格と、該Si骨格に結合する脱離基とを含み、前記第1の光学部品と前記第2の光学部品とを接合する接合膜とを有し、
前記接合膜の少なくとも一部の領域にエネルギーを付与し、前記接合膜の表面に存在する前記脱離基が前記Si骨格から脱離することにより、前記接合膜に発現した接着性によって、前記第1の光学部品と前記第2の光学部品とが接合されており、
前記接合膜は、その屈折率が、厚さ方向に沿って連続的または段階的に変化している部分を有することを特徴とする光学素子。
A first optical component and a second optical component having optical transparency, a Si skeleton formed by a plasma polymerization method and having a random atomic structure including a siloxane (Si—O) bond, and bonded to the Si skeleton A bonding film that bonds the first optical component and the second optical component,
Energy is applied to at least a partial region of the bonding film, and the leaving group present on the surface of the bonding film is detached from the Si skeleton, thereby causing the first adhesion to occur in the bonding film. The first optical component and the second optical component are joined,
The optical element, wherein the bonding film has a portion whose refractive index changes continuously or stepwise along the thickness direction.
前記接合膜を構成する全原子からH原子を除いた原子のうち、Si原子の含有率とO原子の含有率の合計が、10〜90原子%である請求項1に記載の光学素子。   2. The optical element according to claim 1, wherein a sum of a content ratio of Si atoms and a content ratio of O atoms among atoms obtained by removing H atoms from all atoms constituting the bonding film is 10 to 90 atomic%. 前記接合膜中のSi原子とO原子の存在比は、3:7〜7:3である請求項1または2に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the abundance ratio of Si atoms to O atoms in the bonding film is 3: 7 to 7: 3. 前記Si骨格の結晶化度は、45%以下である請求項1ないし3のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the crystallinity of the Si skeleton is 45% or less. 前記接合膜は、Si−H結合を含んでいる請求項1ないし4のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the bonding film includes a Si—H bond. 前記Si−H結合を含む接合膜についての赤外光吸収スペクトルにおいて、シロキサン結合に帰属するピーク強度を1としたとき、Si−H結合に帰属するピーク強度が0.001〜0.2である請求項5に記載の光学素子。   In the infrared light absorption spectrum of the bonding film including the Si—H bond, when the peak intensity attributed to the siloxane bond is 1, the peak intensity attributed to the Si—H bond is 0.001 to 0.2. The optical element according to claim 5. 前記脱離基は、H原子、B原子、C原子、N原子、O原子、P原子、S原子およびハロゲン系原子、またはこれらの各原子が前記Si骨格に結合するよう配置された原子団からなる群から選択される少なくとも1種で構成されたものである請求項1ないし6のいずれかに記載の光学素子。   The leaving group includes an H atom, a B atom, a C atom, an N atom, an O atom, a P atom, an S atom, and a halogen atom, or an atomic group arranged so that each of these atoms is bonded to the Si skeleton. The optical element according to claim 1, wherein the optical element is composed of at least one selected from the group consisting of: 前記脱離基は、アルキル基である請求項7に記載の光学素子。   The optical element according to claim 7, wherein the leaving group is an alkyl group. 前記脱離基としてメチル基を含む接合膜についての赤外光吸収スペクトルにおいて、シロキサン結合に帰属するピーク強度を1としたとき、メチル基に帰属するピーク強度が0.05〜0.45である請求項8に記載の光学素子。   In the infrared light absorption spectrum of the bonding film containing a methyl group as the leaving group, when the peak intensity attributed to the siloxane bond is 1, the peak intensity attributed to the methyl group is 0.05 to 0.45. The optical element according to claim 8. 前記接合膜は、その少なくとも表面付近に存在する前記脱離基が前記Si骨格から脱離した後に、活性手を有する請求項1ないし9のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the bonding film has an active hand after the leaving group existing at least near the surface thereof is detached from the Si skeleton. 前記活性手は、未結合手または水酸基である請求項10に記載の光学素子。   The optical element according to claim 10, wherein the active hand is a dangling bond or a hydroxyl group. 前記接合膜は、ポリオルガノシロキサンを主材料として構成されている請求項1ないし11のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the bonding film is composed of polyorganosiloxane as a main material. 前記ポリオルガノシロキサンは、オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするものである請求項12に記載の光学素子。   The optical element according to claim 12, wherein the polyorganosiloxane is mainly composed of a polymer of octamethyltrisiloxane. 前記プラズマ重合法において、プラズマを発生させる際の高周波の出力密度は、0.01〜100W/cmである請求項1ないし13のいずれかに記載の光学素子。 In the plasma polymerization method, the power density of the high frequency at the time of generating plasma, the optical element according to any one of claims 1 to 13 is 0.01~100W / cm 2. 前記接合膜の平均厚さは、1〜1000nmである請求項1ないし14のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein an average thickness of the bonding film is 1-1000 nm. 前記接合膜は、流動性を有しない固体状のものである請求項1ないし15のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the bonding film is a solid having no fluidity. 前記接合膜の屈折率は、1.35〜1.6の範囲内にある請求項1ないし16のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein a refractive index of the bonding film is in a range of 1.35 to 1.6. 前記エネルギーの付与は、前記接合膜にエネルギー線を照射する方法、および、前記接合膜をプラズマに曝す方法のうちの少なくとも1つの方法により行われる請求項1ないし17のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the application of energy is performed by at least one of a method of irradiating the bonding film with energy rays and a method of exposing the bonding film to plasma. . 前記エネルギー線は、波長126〜300nmの紫外線である請求項18に記載の光学素子。   The optical element according to claim 18, wherein the energy beam is an ultraviolet ray having a wavelength of 126 to 300 nm. 前記接合膜に曝すプラズマは、大気圧プラズマである請求項18に記載の光学素子。   The optical element according to claim 18, wherein the plasma exposed to the bonding film is atmospheric pressure plasma. 前記第1の光学部品および前記第2の光学部品は、それぞれ、石英ガラスまたは水晶で構成されている請求項1ないし20のいずれかに記載の光学素子。   21. The optical element according to claim 1, wherein each of the first optical component and the second optical component is made of quartz glass or quartz. 前記第1の光学部品の屈折率と前記第2の光学部品の屈折率とが異なっており、
前記接合膜の屈折率は、前記第1の光学部品の屈折率と前記第2の光学部品の屈折率とをつなぐように変化している請求項1ないし21のいずれかに記載の光学素子。
The refractive index of the first optical component is different from the refractive index of the second optical component;
The optical element according to claim 1, wherein a refractive index of the bonding film changes so as to connect a refractive index of the first optical component and a refractive index of the second optical component.
前記接合膜は、成膜する際の成膜条件を徐々に変化させることにより、屈折率を厚さ方向に沿って連続的または段階的に変化させたものであり、
前記成膜条件は、高周波の出力である請求項1ないし22のいずれかに記載の光学素子。
The bonding film is a film in which the refractive index is changed continuously or stepwise along the thickness direction by gradually changing the film forming conditions when forming the film.
The optical element according to claim 1, wherein the film forming condition is a high frequency output.
前記第1の光学部品と前記第2の光学部品との間に、前記接合膜と同様の接合膜を2層以上有しており、
この2層以上の接合膜全体において、その屈折率が、厚さ方向に沿って連続的または段階的に変化している部分を有する請求項1ないし23のいずれかに記載の光学素子。
Between the first optical component and the second optical component, there are two or more bonding films similar to the bonding film,
The optical element according to any one of claims 1 to 23, wherein the entire bonding film of two or more layers has a portion whose refractive index changes continuously or stepwise along the thickness direction.
光透過性を有し、接合膜を介して互いに貼り合わせることにより光学素子を形成し得る第1の光学部品および第2の光学部品を用意し、前記第1の光学部品の表面上に、プラズマ重合法により、シロキサン(Si−O)結合を含むランダムな原子構造を有するSi骨格と、該Si骨格に結合する脱離基とを含む前記接合膜を形成する第1の工程と、
前記接合膜にエネルギーを付与することにより、前記接合膜中に存在する前記脱離基を前記Si骨格から脱離させ、接着性を発現させる第2の工程と、
前記接合膜を介して前記第1の光学部品と前記第2の光学部品とを接合し、光学素子を得る第3の工程とを有し、
前記第1の工程のプラズマ重合法において、前記接合膜を成膜しつつ、成膜条件を徐々に変化させることにより、前記接合膜の屈折率が、厚さ方向に沿って連続的または段階的に変化するよう調整することを特徴とする光学素子の製造方法。
A first optical component and a second optical component that have optical transparency and can be bonded to each other through a bonding film are prepared, and plasma is formed on the surface of the first optical component. A first step of forming the bonding film including a Si skeleton having a random atomic structure including a siloxane (Si-O) bond and a leaving group bonded to the Si skeleton by a polymerization method;
A second step of applying energy to the bonding film to desorb the leaving group present in the bonding film from the Si skeleton and to exhibit adhesiveness;
A third step of bonding the first optical component and the second optical component via the bonding film to obtain an optical element;
In the plasma polymerization method of the first step, the refractive index of the bonding film is continuously or stepwise along the thickness direction by gradually changing the film forming conditions while forming the bonding film. A method for manufacturing an optical element, characterized in that the adjustment is performed so as to change.
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