JP2020046458A - 光学部品 - Google Patents

Abstract

【課題】接合強度の低下や光軸ずれが生じにくく、光学特性が損なわれにくい光学部品を提供する。【解決手段】第１の接合面１ａと第１の接合面１ａに隣接する第１の外周面１ｂを有する第１の光学部材１と、第２の接合面２ａと第２の接合面２ａに隣接する第２の外周面２ｂを有する第２の光学部材２が、第１の接合面１ａと第２の接合面２ａの間でオプティカルコンタクトにより密着一体化された光学部品であって、第１の接合面１ａが第１の外周面１ｂに達する第１の面周縁部分１ｃ及び／又は第２の接合面２ａが第２の外周面２ｂに達する第２の面周縁部分２ｃの少なくとも一部に面取り部分１ｄ、２ｄが形成されており、面取り部分１ｄ、２ｄ上に封止剤層５が設けられていることを特徴とする、光学部品１０。【選択図】図１

Description

本発明は、光学部品に関する。

光ディスク装置、レーザープリンター、レーザー加工機および測定装置などのレーザー応用機器において、レーザー光の分離等のために、偏光ビームスプリッタ等の光学部品が多数使用されている。偏光ビームスプリッタは、誘電体多層膜を蒸着したプリズム等の光学部材を貼り合わせることで作製される光学部品であり、光アイソレータなどの光学素子に用いられる。

このような光学部材の貼り合わせは、従来、有機樹脂接着剤を用いて行われてきた。ところが、近年のレーザー応用機器は、使用波長域の短波長化やレーザー光の出力増大の傾向があり、有機樹脂接着剤を用いた光学部品では、接着界面の有機樹脂接着剤が紫外線や熱によって劣化しやすく、損傷が生じる。一旦、接着界面に損傷が生じると、その損傷個所で光が散乱され、光学部品として機能しなくなったり、損傷個所にエネルギーが集中することによって、光学部品が破損したりする可能性がある。

そのため、近年では有機樹脂接着剤を用いずに光学部材を貼り合わせる手段として、オプティカルコンタクトがしばしば用いられる。オプティカルコンタクトとは、精密に研磨加工された面同士を密着させることにより光学部材を接合する方法であり、主に石英ガラスを用いた光学部材の貼り合わせに用いられることが多い。このようにすることで、紫外線や熱による接合界面の劣化や損傷が生じにくくなるため、損傷個所で光が散乱されることや、損傷箇所にエネルギーが集中することを抑制することができる。

しかし、オプティカルコンタクトにおいて実用的な接合強度を得るためには、原子スケールのきわめて精密な表面平滑さが必要であることや、６００℃以上（石英ガラスであれば、１２００℃以上）という高温での熱処理が必要であること、材質の違う部材同士では接合が不十分になりやすいことなどの問題をクリアする必要がある。接合強度が不十分になると、光学特性が低下する可能性がある。そのため、これまで接合強度を高めるために、様々な工夫が検討されてきた。

例えば、特許文献１には、フッ化物と酸化物の接合力が極めて弱いことが記載されており、接合強度を向上させるために、フッ化物の表面に酸化物層を設け、水酸基（−ＯＨ）の存在密度を向上させる方法が開示されている。

また、特許文献２では、複数の誘電体薄膜を積層して構成された半透膜の上に、ガラス成分と類似の被膜を形成し、接合面に係る水酸基（−ＯＨ）の量を増加させることで、ガラス基材を一体化させる方法が開示されている。

特開２００４−２７９４９５号公報 特開２０１０−２７６９４０号公報

上記のように、オプティカルコンタクトで接合された場合でも、接合面へのガスや水分の浸入により、接合強度が低下してしまい、光学特性が損なわれることがある。光学特性として、例えば、偏光ビームスプリッタであれば、Ｐ偏光の光を伝搬する場合の損失が小さく（低光学損失）、かつＳ偏光の光を反射させる場合の反射率が高い（高アイソレーション）ことが要求される。これらの光学特性が損なわれると、偏光ビームスプリッタを利用する光アイソレータ等の光学素子の特性を低下させ、時には破損を招きかねない。

また、接合強度が低下することで、光学部材同士の位置がずれてしまい、光学部品を通過する光軸にずれや散乱が生じる可能性もある。このような光軸ずれや散乱によっても、光学部品の光学特性が損なわれる可能性がある。

以上に鑑み、本発明は、接合強度の低下や光軸ずれが生じにくく、光学特性が損なわれにくい光学部品を提供することを目的とする。

本発明の光学部品は、第１の接合面と第１の接合面に隣接する第１の外周面を有する第１の光学部材と、第２の接合面と第２の接合面に隣接する第２の外周面を有する第２の光学部材が、第１の接合面と第２の接合面の間でオプティカルコンタクトにより密着一体化された光学部品であって、第１の接合面が第１の外周面に達する第１の面周縁部分及び／又は第２の接合面が第２の外周面に達する第２の面周縁部分の少なくとも一部に面取り部分が形成されており、面取り部分上に封止剤層が設けられていることを特徴とする。なお、面取り部分とは面取りされた形状を指すが、必ずしも面取り加工により形成されていなくてもよい。

上記構成によれば、第１の面周縁部分及び／又は第２の面周縁部分の少なくとも一部に面取り部分が形成されており、前記面取り部分上に封止剤層が設けられている。そのため、オプティカルコンタクトにより密着一体化された面へのガスや水分の浸入を防ぎやすくなり、接合強度の低下が生じにくくなる。また、仮にオプティカルコンタクトにより密着一体化された面の接合強度が低下したとしても、面取り部分に封止剤層が設けられているため、光学部材がずれにくくなり、光軸ずれが生じにくくなる。さらに、封止剤層は面取り部分上に設けられているため、封止剤層が第１の外周面や第２の外周面へはみ出して固化にくくなり、光学部品の光軸ずれを防ぎやすくなる。よって、光学特性を維持しやすくなる。

本発明の光学部品において、第１の接合面と第２の接合面の間に光学的機能膜が設けられており、第１の光学部材と第２の光学部材が、光学的機能膜を介してオプティカルコンタクトにより密着一体化されていることが好ましい。

本発明の光学部品において、第１の光学部材及び第２の光学部材が三角プリズムであることが好ましい。

本発明の光学部品において、第１の面周縁部分及び／又は第２の面周縁部分を構成する４辺のうち、対向する２辺に面取り部分が設けられていることが好ましい。

本発明の光学部品において、第１の面周縁部分及び／又は第２の面周縁部分を構成する全ての辺に面取り部分が設けられていることが好ましい。このようにすれば、オプティカルコンタクトにより密着一体化された面へのガスや水分の浸入を防ぎやすくなる。

本発明の光学部品において、第１の光学部材及び／又は第２の光学部材が、ガラスからなることが好ましい。

本発明の光学部品において、ガラスが、ホウケイ酸ガラスからなることが好ましい。

本発明の光学部品において、封止剤が有機封止剤であることが好ましい。

本発明の光学部品において、封止剤が無機封止剤であることが好ましい。

本発明の光学部品は、偏光ビームスプリッタであることが好ましい。

本発明によれば、接合強度の低下や光軸ずれが生じにくく、光学特性が損なわれにくい光学部品を提供することができる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る光学部品を示す斜視図であり、（ｂ）はその側面図である。 （ａ）は本発明第１の実施形態に係る第１の光学部材を示す斜視図であり、（ｂ）は第２の光学部材を示す斜視図である。 本発明第１の実施形態に係る光学部品を示す側面図である。 本発明第１の実施形態に係る光学部品の第１の変形例を示す側面図である。 本発明第１の実施形態に係る光学部品の第２の変形例を示す側面図である。 本発明第１の実施形態に係る光学部品の第３の変形例を示す側面図である。 本発明第１の実施形態に係る光学部品の第４の変形例を示す側面図である。 （ａ）は本発明の第２の実施形態に係る光学部品を示す斜視図であり、（ｂ）はその側面図である。

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部品は同一の符号で参照する場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光学部品の斜視図及び側面図を示す。光学部品１０は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、第１の接合面１ａと第１の接合面１ａに隣接する第１の外周面１ｂを有する第１の光学部材１と、第２の接合面２ａと第２の接合面２ａに隣接する第２の外周面２ｂを有する第２の光学部材２が、第１の接合面１ａと第２の接合面２ａの間に設けられた光学的機能膜３を介してオプティカルコンタクトにより密着一体化されている。以下、第１の接合面１ａ、第２の接合面２ａ及び光学的機能膜３を合わせて、オプティカルコンタクト部分４ａ（オプティカルコンタクトにより密着一体化された面）と記載する。

本実施形態において、第１の接合面１ａと第２の接合面２ａは略同一の矩形状であり、それぞれ、第１の面周縁部分１ｃ、第２の面周縁部分２ｃを有する。以下、第１の面周縁部分１ｃ及び第２の面周縁部分２ｃを合わせてオプティカルコンタクト部分の面周縁部分４ｃと記載する。本実施形態において、オプティカルコンタクト部分の面周縁部分４ｃを構成する４辺のうち、対向する２辺に面取り部分１ｄ、２ｄが設けられている。さらに、面取り部分１ｄ、２ｄ上には封止剤層５が設けられている。なお、以下で特に光学部品１０の面取り部について説明する場合は、面取り部分１ｄ、２ｄを合わせて、光学部品の面取り部分４ｄと記載する。また、破線で示されている仮想線Ａは、側面視で、第１の光学部材１及び第２の光学部材２において、面取りにより除去された領域を示している。

図２は、本実施形態に係る第１の光学部材１及び第２の光学部材２を示す斜視図である。図２（ａ）（ｂ）に示すように、第１の光学部材１と第２の光学部材２は三角プリズム状であり、接合面１ａ、２ａ、略三角形側面１１ｂ、１２ｂ、矩形側面１１ｃ、１２ｃ、面取り部分１ｄ、２ｄを有する。略三角形側面１１ｂ、１２ｂ、矩形側面１１ｃ、１２ｃは、それぞれ接合面１ａ、２ａに隣接しており、以下、合わせて第１の外周面１ｂ及び第２の外周面２ｂと記載する。また、面周縁部分１ｃ、２ｃは、接合面１ａ、２ａと外周面１ｂ、２ｂからなる稜である。なお、本実施形態において、第１の光学部材１及び第２の光学部材２は三角プリズム状であるが、それに限定されず、略円盤状、矩形板状、直方体などの任意の形状を取ることができる。また、第１の光学部材１と第２の光学部材２は略同一の形状、大きさを有することが好ましいが、それに限定されず、互いに異なる形状や大きさであってもよい。

面取り部分１ｄ、２ｄは、光学部材１、２において、面周縁部分１ｃ、２ｃの少なくとも一部を取り除く、すなわち、第１の接合面１ａと第１の外周面１ｂ、又は第２の接合面２ａと第２の外周面２ｂとで形成される角部分を面取り加工することにより設けられる。面取り部分１ｄ、２ｄは、オプティカルコンタクト部分の面周縁部分４ｃを構成する複数の辺のうち、本実施形態のように対向する２辺に設けられることが好ましく、後述する第２の実施形態のように、オプティカルコンタクト部分の面周縁部分４ｃを構成する辺の全てに設けられることがより好ましい。このようにすれば、封止剤層５によりオプティカルコンタクト部分４ａがさらに覆われるため、ガスや水分の浸入を防ぎやすくなる。

面取り部分１ｄ、２ｄの形状は、光学部材を透過するビーム径に影響を与えない範囲で適宜選択することができる。後述するように、オプティカルコンタクト部分４ａに対して対称的な光学部品の面取り部分４ｄが形成できるように、面取り部分１ｄ、２ｄは同等の形状を有することが好ましい。また、後述するように、面取り部分１ｄ、２ｄは封止剤層５が設けられる形状であればよく、上記に限定されない。例えば、側面視で曲面や凹凸を有する形状であってもよい。なお、本実施形態では、第１の光学部材１と第２の光学部材２の両方に面取り部分１ｄ、２ｄを設けているが、いずれか一方にのみ面取り部分を設けてもよい。

光学部品の面取り部分４ｄは、光学部材の面取り部分１ｄ、２ｄとで構成される。特に、光学部品の面取り部分４ｄは、断面形状が、光学的機能膜３に対して対称であることが好ましい。このようにすれば、オプティカルコンタクト部分４ａに対して対称な接合強度を得ることができる。

本実施形態では、光学部品の面取り部分４ｄは平面であるが、上記に限定されず、例えば断面形状がＶ字状や凸状、又は凹状の曲面形状であってもよい。断面形状は凹状であることが好ましく、Ｖ字状であることが特に好ましい。このようにすれば、後述するように、封止剤層５が光学部品の面取り部分４ｄからはみ出しにくくなり、オプティカルコンタクト部分４ａへのガスや水分の浸入を防ぎやすくなる。

面取り部分１ｄ、２ｄは光学部材１、２の光学特性に影響を与えない方法で作製することができ、例えば、切断、研磨、試薬によるエッチングにより作製することができる。特に研磨によって作製することが好ましい。このようにすれば、微細な面取り部分１ｄ、２ｄであっても容易に作製することができる。また、曲面を有する面取り部分１ｄ、２ｄは、試薬によるエッチングによって作製することが好ましい。なお、上述したような面取り部分１ｄ、２ｄを光学部材から除去する方法に代えて、光学部材１、２の成形時に面取り部分１ｄ、２ｄが直接形成される方法（例えば鋳造法、押し出し法）を採用してもよい。

第１の光学部材１及び第２の光学部材２において、第１の接合面１ａ及び第２の接合面２ａの算術平均高さＳａは、１０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以下がより好ましく、４ｎｍ以下が特に好ましい。算術平均高さＳａが大きすぎると、オプティカルコンタクトで密着一体化された面の接合強度が低下しやすくなる。下限値は特に限定されないが、現実的には０．１ｎｍ以上である。なお、接合に直接関与しない外周面１ｂ、２ｂ、面取り部分１ｄ、２ｄの算術平均高さは、所定の光学特性に影響を与えない範囲で適宜選択される。

第１の光学部材１及び／又は第２の光学部材２は、所定の光学特性を満たす透光性無機材料からなることが好ましい。例えばガラスや石英を用いることができるが、少なくとも一方はガラスからなることが好ましい。ガラスとしては、サファイアガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダガラスなどを用いることができる。特に、入手しやすさや耐久性、耐候性の観点から、ホウケイ酸ガラスを用いることが好ましい。

第１の光学部材１及び第２の光学部材２は、同一の材料からなることが好ましい。このようにすれば、得られる光学部品１０における接合強度を高めやすくなる。もっとも、所定の光学的機能を得ることを目的として、第１の光学部材１と第２の光学部材２が異なる材料からなっていてもよい。

本実施形態では、第１の接合面１ａと第２の接合面２ａの間に光学的機能膜３が設けられており、オプティカルコンタクトは、第１の接合面１ａと光学的機能膜３、又は第２の接合面２ａと光学的機能膜３の間で行われる。但し、それに限定されず、光学的機能膜３を設けずに第１の接合面１ａと第２の接合面２ａで直接オプティカルコンタクトが行われてもよい。本実施形態において、光学的機能膜３はビームスプリッタ膜である。図３は本実施形態に係る光学部品１０を示す側面図である。図３に示すように、偏光ビームスプリッタ膜は、Ｓ偏光６とＰ偏光７を分離する。なお、光学的機能膜３は偏光ビームスプリッタ膜に限定されず、反射防止膜や、ダイクロイック膜など、所定の光学的機能を有するものを用いることができる。なお、これらの光学的機能膜３は、接合面１ａ、２ａに加えて、外周面１ｂ、２ｂ、面取り部分１ｄ、２ｄの任意の部分に設けられてもよい。

光学的機能膜３を形成する誘電体膜材料は特に限定されないが、例えば、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２などから適宜選択することができる。光学的機能膜３の総厚みは所定の特性が得られるよう適宜選択すればよく、例えば０．０１〜２０μｍが好ましく、０．１〜１５μｍがより好ましく、０．１〜１０μｍが特に好ましい。

封止剤層５は、光学部品の面取り部分４ｄにオプティカルコンタクト部分４ａの端面を覆うように設けられる。特に、封止剤層５が光学部品の面取り部分４ｄの面取り領域内に設けられることが好ましい。なお、本発明において、光学部品の面取り部分４ｄの面取り領域内に設けるとは、図１（ｂ）に示すように、面取りにより除去された領域を示す仮想線Ａ内に封止剤層５が収まるように設けられることを意味する。このようにすれば、光学部品１０を水平面に置いた場合に、封止剤のはみ出し部分によって光学部品１０が傾くことによる光軸ずれが生じにくくなる。封止剤層５のはみ出しを防ぐために、後述する第１の変形例（図４）に示すように、光学部品の面取り部分４ｄの一部に封止剤層５が設けられていてもよい。また、本発明において、オプティカルコンタクト部分４ａには封止剤を塗布しない、すなわち、封止剤層５が形成されていない。

封止剤は特に限定されず、例えば、有機封止剤、無機封止剤を用いることができる。有機封止剤としては、例えばＵＶ硬化封止剤、熱硬化封止剤を用いることができる。無機封止剤としては、例えばガラスペースト、セラミックペースト、金属シールを用いることができる。なお、光学素子内で光学部品１０が加熱され、高温になる可能性がある用途では、耐熱性が高い無機封止剤を用いることが好ましい。

本実施形態において、光学部品１０は偏光ビームスプリッタである。なお、複数の光学部材を組み合わせたダイクロックプリズム等の光学部品であってもよい。

図４は、本発明の第１の実施形態に係る光学部品の第１の変形例の側面図を示す。図４に示すように、封止剤層５は光学部品の面取り部分４ｄの一部だけを覆い、面取りにより除去された領域を示す仮想線Ａに囲まれた領域内に収まるように設けられていることが好ましい。この場合でも、オプティカルコンタクト部分４ａへのガスや水分の浸入を防ぎやすくなる。

図５は、本発明の第１の実施形態に係る光学部品の第２の変形例の側面図を示す。光学部品の面取り部分４ｄは、第１の実施形態では側面視で平面だったが、図５に示すように、曲面であってもよい。この場合でも、オプティカルコンタクト部分４ａへのガスや水分の浸入を防ぎやすくなる。

図６は、本発明の第１の実施形態に係る光学部品の第３の変形例の側面図を示す。図６に示すように、光学部品の面取り部分４ｄは側面視でＶ字の断面構造を有していてもよい。この場合は、封止剤層５が光学部品の面取り部分４ｄからはみ出しにくくなり、オプティカルコンタクト部分４ａへのガスや水分の浸入をさらに防ぎやすくなる。

図７は、本発明の第１の実施形態に係る光学部品の第４の変形例の側面図を示す。図７に示すように、光学部品の面取り部分４ｄは、側面視で凹状の曲面形状を有していてもよい。この場合でも、封止剤層５が光学部品の面取り部分４ｄからはみ出しにくくなり、オプティカルコンタクト部分４ａへのガスや水分の浸入をさらに防ぎやすくなる。

（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係る光学部品の斜視図及び側面図を示す。本実施形態と第１の実施形態との違いは、オプティカルコンタクト部分の面周縁部分４ｃを構成する辺の全てに光学部品の面取り部分４ｄが設けられており、光学部品の面取り部分４ｄ上には、オプティカルコンタクト部分４ａの端面を覆う封止剤層５が設けられている点である。このようにすることで、オプティカルコンタクト部分４ａへのガスや水分の浸入をさらに防ぎやすくなる。

本発明は、偏光ビームスプリッタ、ダイクロイックプリズム等の光学部品として好適である。

１ 第１の光学部材
１ａ 第１の接合面
１ｂ 第１の外周面
１ｃ 第１の面周縁部分
１ｄ 面取り部分
２ 第２の光学部材
２ａ 第２の接合面
２ｂ 第２の外周面
２ｃ 第２の面周縁部分
２ｄ 面取り部分
３ 光学的機能膜
４ａ オプティカルコンタクト部分
４ｃ オプティカルコンタクト部分の面周縁部分
４ｄ 光学部品の面取り部分
５ 封止剤層
６ Ｓ偏光
７ Ｐ偏光
１０、２０ 光学部品
１１ｂ、１２ｂ 略三角形側面
１１ｃ、１２ｃ 矩形側面
Ａ 仮想線

Claims (10)

1. 第１の接合面と前記第１の接合面に隣接する第１の外周面を有する第１の光学部材と、第２の接合面と前記第２の接合面に隣接する第２の外周面を有する第２の光学部材が、前記第１の接合面と前記第２の接合面でオプティカルコンタクトにより密着一体化された光学部品であって、
   前記第１の接合面が前記第１の外周面に達する第１の面周縁部分及び／又は前記第２の接合面が前記第２の外周面に達する第２の面周縁部分の少なくとも一部に面取り部分が形成されており、前記面取り部分上に封止剤層が設けられていることを特徴とする、光学部品。
2. 前記第１の接合面と前記第２の接合面の間に光学的機能膜が設けられており、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材が、前記光学的機能膜を介してオプティカルコンタクトにより密着一体化されていることを特徴とする、請求項１に記載の光学部品。
3. 前記第１の光学部材及び前記第２の光学部材が三角プリズムであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学部品。
4. 前記第１の面周縁部分及び／又は前記第２の面周縁部分を構成する４辺のうち、対向する２辺に前記面取り部分が設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の光学部品。
5. 前記第１の面周縁部分及び／又は前記第２の面周縁部分を構成する全ての辺に前記面取り部分が設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の光学部品。
6. 前記第１の光学部材及び／又は前記第２の光学部材が、ガラスからなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学部品。
7. 前記ガラスが、ホウケイ酸ガラスからなることを特徴とする、請求項６に記載の光学部品。
8. 封止剤が有機封止剤であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学部品。
9. 封止剤が無機封止剤であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学部品。
10. 偏光ビームスプリッタであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学部品。