JP2004126580A - 光学素子の端部を通過して放出される光を低減するための方法および光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子の端部を通過して放出される光を低減する方法を提供する。
【解決手段】有機金属酸化物化合物の被覆を光学素子の端部に適用し、かつ有機金属酸化物化合物を紫外線に曝露して有機金属酸化物化合物を相応する金属酸化物へと変換し、このことにより該被覆が光学素子を所定の位置に保持するために使用される接着剤を、光により誘発される劣化から保護する。
【選択図】図５

Description

　本発明は、光学素子の固定、より具体的には光学素子を固定するために使用される接着剤を紫外線から保護するために光学素子上に光学的に不活性な吸光被覆を施与する方法に関する。

　光学系における光学素子の安定した位置決めは特に極めて精密度の高い光学系、たとえば写真平板において使用される光学系では重要である。光学系の開発者は光学素子を光学系に確実に位置決めするために、所定の位置への光学素子の緊締、エンクロージャ中への光学素子の完全なカプセル化、および接着剤を使用した、所定の位置での光学素子の保持を含む、いくつかの手段を使用する。本発明は光学素子を所定の位置に保持するために接着剤を使用する手段に関する。ここで使用される接着剤という用語は、光学素子を固定するために使用するあらゆる化合物を意味しており、接着剤、エポキシ樹脂およびセメントを含むが、これらに限定されるものではない。

　光学素子を所定の位置に保持するための接着剤の使用は、光学素子を確実に位置決めするための安価な手段である。さらに光学素子を所定の位置に固定するために接着剤を使用することにより、純粋に機械的に取り付けるよりも光学素子にかかる機械的負荷が少ない。一般に接着剤を光学素子に塗布し、かつ該光学素子を取付部材またはその他の固定部材内に位置決めする。接着剤は光学素子の所望される方向に依存して光学素子の研磨表面の端部か、または一部に塗布することができる。接着剤が乾燥する間、光学素子を所定の位置に保持する。接着剤が乾燥すると光学素子と取付部材との間に安定した結合が生じ、このことにより光学素子は所定の位置に確実に保持される。

　残念ながら光学素子を通過する光からの散乱光は接着剤を光化学的に分解し、かつ時間の経過と共に結合は弱くなる。光学素子の研磨表面を光が通過する光学素子中では、散乱光の一部が内部で反射し、かつ接着剤が光学素子中の結合箇所まで伝わる。光学素子を所定に位置に保持するために接着剤を使用する場合、散乱光は接着剤にあたる。接着剤にあたる光により接着剤は破壊され、かつ光学素子と取付部材との間の結合は弱くなり始める。結合部の結合性が弱くなるにつれて光学素子は移動するか、またははずれてしまうことさえある。どちらの状況も、特に極めて高精密度の光学系においては認容できるものではない。

　さらに、多くの接着剤はこれらが紫外線に曝露されるとガスを放出する。このガス放出は研磨された光学素子表面上に光学系の機能を損なう薄い残留物を生じるという有害な影響を与えることがある。

　接着剤で張り合わせる前に光学素子の接着剤が施与される予定の場所に吸光被覆を配置することにより、接着剤にあたる光の量を低減することによって上記の問題を処理する。光学素子に被覆を適用するためには数多くの方法、たとえば化学蒸着およびイオンビームスパッタリングが存在する。これらの手段を使用するシステムは原則として研磨された光学素子表面を極めて正確に被覆するように設計される。その結果、これらは極めて高価であり、長いセットアップ時間を必要とし、特に光学素子の端部に被覆を適用するためには不向きである。

　本発明の課題は、光学素子を所定の位置に保持するために使用される接着剤を光により誘発される劣化から保護するために、光学素子を通過して放出される散乱光の量を低減するための方法を提供することである。

　上記課題は本発明により、接着剤が適用される光学素子の箇所に有機金属酸化物の化合物の薄い被覆を適用し、かつ該有機金属酸化物の化合物を硬化させて、光学素子の、接着剤が適用される予定の箇所に光学的に不活性の吸光性金属酸化物膜を生じる方法により解決されることが判明した。

　本発明の１実施態様では光学アプリケータ・クロス(optical applicator cloth)を使用して有機金属酸化物の化合物の被覆を、接着剤が適用されるであろう光学素子の箇所に適用する。次いで該被覆を紫外線に曝露し、有機金属酸化物化合物の有機成分を揮発性の分子に変え、該分子を気化させて金属酸化物膜が残留する。この工程が終了すると、接着剤が適用される場所に薄い吸光性の金属酸化物被覆を有する光学素子が得られる。次いで吸光被覆と、光学素子が配置される取付部材または固定部材との間に接着剤を配置して光学素子を所定の位置に固定する。

　本発明による方法を使用して光学素子を処理することにより、原則として２つの利点が生じる。第一に、本発明を使用して光学素子に吸光被覆を適用することにより、光学素子を所定の位置に保持するために使用される接着剤の、光により誘導される劣化が低減する。通常、紫外線は内部で散乱して光学素子の接着剤が適用された箇所に伝わる。放出された光は接着剤に衝突し、接着剤の劣化を生じる。接着剤の劣化により光学素子の潜在的な移動が可能になり、これは光学系の性能の低下またはそれどころか故障につながる。本発明により接着剤の劣化およびその結果としての不所望の作用を防止する。

　第二に、本発明は接着剤を使用する通常の取り付け技術と比較してガス放出の低減につながる。紫外光が接着剤にあたると、該接着剤はガスを放出し、該ガスは光学素子の研磨表面上に薄い膜残留物を生じ、このことにより光学系の性能が低減しうる。ふたたび、本発明は接着剤からのガス放出およびその結果としての不所望の作用を低減する。

　本発明には、光学素子を固定するために使用される接着剤に光があたることを防止する吸光被覆を適用するために使用されるその他の方法に対していくつかの利点が存在する。光学素子の研磨表面に薄い被覆を適用するための多数のシステムが存在する。これらのシステムは極めて高価であり、長いセットアップ時間を必要とし、かつ特に、光学素子の端部を被覆するための安価な方法にはつながらない。これらの装置の設計によって光学素子の端部に薄い被覆を適用するための性能は限定される。端部に被覆を適用するためにこれらのシステムを改造する、または適合させることは、時間とコストがかかり、かつしばしば極めて高いコストがかかる。

　光学素子の、接着剤が適用されるであろう箇所に薄い被覆を適用するために既存のシステムを改良することができると仮定しても、本発明はさらなる利点を提供する。光学素子の研磨表面に薄い被覆を適用するために使用される既存のシステムは、極めて正確な厚さを有する被覆を適用するために設計されている。このような精度は、光学素子を所定の位置に維持する接着剤に光があたることを防止するために光学素子に被覆を適用する場合には不要である。従って改良された従来の被覆装置を使用することは、本発明を使用するよりもさらに高価であり、かつ時間がかかる。というのは、システムのセットアップ時間が必要であり、かつ極めて正確であるように設計されたシステムを用いて作業することと関連して一段と複雑だからである。

　以下では添付の図面を参照しながら、本発明のさらなる実施態様、特徴、および利点、ならびに本発明の種々の実施態様の構造および操作を詳細に説明する。

　本発明を添付の図面を参照しながら説明する。図面において同じ番号は同じ部材または機能的に類似の部材を示す。

　ここでは本発明を特定の適用のために具体的な実施態様を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるのではないものと理解すべきである。ここに示した教示に基づいてさらなる修正、適用および実施態様は本発明の範囲であり、かつ本発明が著しく有用である付加的な分野であることは当業者に自明である。

　図１Ａは光学素子１００を示す。光学素子１００は光が通過することが可能ないずれの種類の光学素子であってもよい。図１Ｂにおいてより容易に見ることができるように、説明を簡単にするために光学素子１００は凸レンズを選択した。

　図１Ｂは光学素子１００の透視図を示す。光学素子１００は前面の研磨した光学表面１１０、背面の研磨した光学表面１２０、端部１３０、前端境界１４０および後端境界１５０からなる。前端境界１４０は、端部１３０が前面の研磨した光学表面１１０とぶつかるところに形成された箇所を表す。後端境界１５０は、端部１３０が背面の研磨した光学表面１２０とぶつかる箇所を表す。光源を使用する場合は、該光源は前面の研磨光学表面１１０から入り、背面の研磨光学表面１２０から出て光学素子１００を通過する光を生じる。さらに透過光の一部が光学素子１００の内部で散乱し、かつ端部１３０を通って放射される。

　図２は、取付部材２００中に配置され、かつ接着剤２１０により所定に位置に保持されたが、その端部には吸光被覆が施与されていない光学素子１００を示す。これは光学素子の端部に接着剤を用いて光学素子を所定の位置に固定するための従来の方法である。同様に接着剤のスポットを光学素子の研磨表面に適用して光学素子を固定してもよい。説明を簡単にするために、接着剤が端部に適用された状況のみを図で示した。当業者は図面により示された技術を、接着剤が研磨表面上で使用されるような状況に容易に適用することができるであろう。図面に示した配置では、接着剤２１０が１箇所の結合部を、もしくは個々の接着個所を使用する場合には複数の結合部を端部１３０および取付部材２００との間に生じ、この結合によって光学素子１００は所定の位置に保持され、かつ移動が防止される。使用することができる接着剤の例は、促進剤５０１もしくは５３５を含有するか、または含有しないＤＹＭＡＸ　６０２（Ｄｙｍａｘ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｔｏｒｒｉｎｇｔｏｎ、ＣＴから入手可能）、Ｓｃｏｔｃｈｗｅｌｄ　２２１６エポキシ（３Ｍ、Ｓｔ．Ｐａｕｌ、ＭＮから入手可能）およびＮｏｒｌａｎｄ　６１（Ｎｏｒｌａｎｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、Ｃｒａｎｂｅｒｒｙ、ＮＪから入手可能）を含むが、これらに限定されない。光学素子１００の研磨された光学表面を通過する光の一部が最初に散乱し、端部１３０を通って放出され、かつ接着剤２１０にあたる。時間の経過と共に紫外線が接着剤２１０にあたり、接着剤２１０が破壊され、かつその保持力を低減させる。その結果、光学素子１００は移動するか、またははずれてしまい、その際、光の透過はゆがめられ、かつ光学素子１００を有する光学系の操作は損なわれる。

　図３に記載の方法は端部１３０を通過して放出される光を低減するための方法を表し、これにより光学的に不活性の吸光被覆が、光学素子１００を所定の位置に保持するために使用される接着剤２１０を光により誘導される劣化から保護する。この方法は工程３１０から始まる。工程３１０で液状の有機金属酸化物化合物を希釈剤で希釈する。希釈剤の例は、１−ブタノール、９９．８％、無水；酢酸エチル、９９．８％、ＨＰＬＣグレード；およびジクロロメタン、９９．８％、無水を含むが、これらに限定されない。これらの希釈剤は一般に使用されており、かつ複数の業者から同一の規格で入手することができる。その他の希釈剤は本出願の教示から当業者には公知である。

　本発明の１実施態様では、有機金属酸化物化合物はブトキシ化チタン（ＩＶ）ポリマーであり、これは一般にＡｌｄｒｉｃｈ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｍｐａｎｙ社（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ、ＷＩ）から入手することができる。使用することができるその他の有機金属酸化物化合物は、金属酸化物に変換されるケイ素およびチタン（ＩＶ）のアルコキシドの系統（二酸化ケイ素および二酸化チタン）を含むが、これらに限定されない。本発明に関連して使用することができるその他の有機金属酸化物化合物は本出願の教示から当業者に公知である。

　希釈剤と有機金属酸化物化合物との有利な比率は約１対１である。その他の比率は希釈剤１部対液状の無機材料３部の比率から希釈剤約３部対液状の無機材料１部の比率までの範囲で使用することができる。あるいは希釈剤を使用しなくてもよい。

　工程３２０で、希釈した有機金属酸化物化合物を端部１３０に適用して被覆を形成する。被覆は前端境界１４０と後端境界１５０との間で端部１３０を覆う。被覆は約１ｎｍ〜２００μｍの厚さの範囲で変化してもよい。被覆を適用する際に第一に考慮することは、厚さが光学素子を取付部材に正確に位置決めすることを妨げることがないような厚さにすべきことである。

　１実施態様では、希釈した有機金属酸化物化合物は光学アプリケータ・クロスを使用して手作業で適用する。別の実施態様では、改良したスピンコーティング技術を使用して端部に被覆を適用してもよい。伝統的なスピンコーティング技術は、被覆すべき半導体ウェハまたはその他の表面上に被覆液を堆積させることからなる。中心軸を中心としてウェハを回転させ、被覆をその表面に分散させる。ここで類似の手段を適用してもよい。この場合、光学素子をその中心軸を中心として回転させてもよい。しかし有機金属酸化物化合物を光学素子の表面上に堆積させるよりも、希釈した有機金属酸化物化合物で浸漬したアプリケータを回転時に端部に対して保持することによって材料を光学素子の端部に堆積させる。その他のアプリケータ、たとえばブラシ、スポンジ、ブレードなどをその他の手段で使用してもよく、かつこれは本出願の教示から当業者に公知である。

　工程３３０で、被覆を周囲空気中で紫外線に曝露して硬化させ、吸光被覆を形成させる。ＨｇまたはＸｅ光源からの広帯域紫外線を使用してもよい。あるいは、エキシマ・レーザーからの単色の紫外線を使用してもよく、これは被覆の硬化において効果的である。たとえば発明者等はＤｙｍａｘ　５０　ＷＡＴＴ（バルブ♯３５００３）光ファイバ紫外線硬化ランプを３つ使用して二酸化チタン被覆部分を硬化させた。ランプ上のファイバは試料から約１インチであり、かつ試料のための曝露時間は約２０分であった。希釈剤を使用する場合、有機金属酸化物化合物は希釈剤が蒸発することができるために十分な時間、硬化させるべきである。

　被覆は光学的に、接着層を損なう紫外線波長（たとえば１５７ｎｍ、１９３ｎｍ、および２４８ｎｍ）に対して不透明でなくてはならないが、適切な効率で結合を生じるために使用した接着剤を硬化させるために使用される紫外線波長（たとえば３５０ｎｍより大きい波長）を透過すべきである。さらに該被覆は機械的に強度があり、かつ光学素子の日常操作の処理に耐えられなくてはならない。最後に、該被覆は光学素子および接着層の両方に十分な強度で付着して、光学素子の確実な位置決めが損なわれないようなものでなくてはならない。光の吸収、光の透過、機械的強度、光学材料への接着力および適切な接着剤への結合能力の適切な特性を有する金属酸化物膜は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＨｆＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５およびＴｉＯ_２であるが、これらに限定されない。

　工程３４０で、吸光被覆を接着剤２１０により被覆するか、または接着剤２１０を取付部材２００中に設置する。工程３５０で光学素子１００を取付部材２００中に設置し、かつ接着剤２１０と吸光被覆との間に結合が形成されるまで保持する。

　本出願の教示から当業者に公知の上記の工程への付加的な工程または強化も本発明に包含される。

　図４は本発明の実施態様による光学素子１００の側面図を示す。図４では吸光被覆４１０が工程３３０により工程３１０の終了によって端部１３０に適用されている。有利には吸光被覆４１０は接着剤が施与される部分のみに設置すべきである。

　図５は、本発明の実施態様による取付部材２００中に配置された吸光被覆４１０を有する光学素子１００を示す。図５では吸光被覆４１０を有する光学素子１００が、工程３４０および３５０により取付部材２００中の所定の位置に維持されている。この配置で接着剤２１０にあたる光の量は、光学素子１００の端部１３０と接着剤２１０との間の吸光被覆４１０の存在により低減される。

　図３中に記載した方法により製造された、被覆された端部を有する光学素子の実施態様の例を示す。しかし本発明はこの例に限定されない。この例は説明のためにここで示したのであり、限定的なものではない。代替的な手段（ここに記載した方法の同等物、拡大、変法、修正など）は、本出願に含まれる教示に基づいて当業者には明らかである。このような代替的な手段は、本発明の範囲および趣旨に包含される。

　本発明の種々の実施態様を上に記載したが、これらは例として記載したものであり、本願発明を限定するものであると理解すべきではない。形状および詳細における種々の変更は、本発明の趣旨および範囲から離れることなく行うことができることは当業者にとって明らかである。

凸レンズ光学素子の略図を示す図 図１Ａに示した凸レンズ光学素子の横断面の略図を示す図 接着剤により取り付けた凸レンズ光学素子の略図を示す図 本発明の実施態様により、光学素子の端部を通過して放出される光を低減するための方法を示すフローチャートを示す図 本発明の実施態様により、端部に吸光被覆を有する凸レンズ光学素子の略図を示す図 本発明の実施態様により、接着剤によりマウント中の所定の位置に保持された、端部に吸光被覆を有する凸レンズ光学素子の略図を示す図

符号の説明

　１００　光学素子、　１１０　研磨された光学表面、　１２０　研磨された光学表面、　１３０　端部、　１４０　前端境界、　１５０　後端境界、　２００　取付部材、　２１０　接着剤、　４１０　吸光被覆

Claims (11)

1. 　光学素子の端部を通過して放出される光を低減する方法において、有機金属酸化物化合物の被覆を光学素子の端部に適用し、かつ有機金属酸化物化合物を紫外線に曝露して該有機金属酸化物化合物を相応する金属酸化物へと変換し、このことにより該被覆が光学素子を所定の位置に保持するために使用される接着剤を光により誘発される劣化から保護することを特徴とする、光学素子の端部を通過して放出される光を低減する方法。
2. 　前記の適用工程が、光学アプリケータ・クロスを使用して光学素子の端部を被覆することからなる、請求項１記載の方法。
3. 　前記の適用工程が有機金属酸化物化合物を光学素子の端部にスピンコーティングすることからなる、請求項１記載の方法。
4. 　被覆の厚さが約１ナノメートルから約２００マイクロメートルまでの範囲である、請求項１記載の方法。
5. 　有機金属酸化物化合物が有機チタン化合物である、請求項１記載の方法。
6. 　請求項１から５までのいずれか１項記載の方法により製造される被覆された端部を有する光学素子。
7. 　接着剤が適用される光学素子の研磨された表面上の表面領域を通過して放出される光を低減する方法において、有機金属酸化物化合物の被覆を表面領域に適用し、かつ前記の有機金属酸化物化合物を紫外線に曝露して前記有機金属酸化物化合物を相応する金属酸化物へと変換し、このことにより被覆が光学素子を所定の位置に保持するために使用された接着剤を光により誘発される劣化から保護することを特徴とする、接着剤が適用される光学素子の研磨表面上の表面領域を通過して放出される光を低減する方法。
8. 　前記の適用工程が、光学アプリケータ・クロスを使用して表面領域を被覆することからなる、請求項７記載の方法。
9. 　被覆の厚さが約１ナノメートルから約２００マイクロメートルまでの範囲である、請求項６記載の方法。
10. 　有機金属酸化物化合物が有機チタン化合物である、請求項６記載の方法。
11. 　請求項７から１０までのいずれか１項記載の方法により製造された、接着剤が適用される被覆された表面領域を有する光学素子。

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