JP3928190B2

JP3928190B2 - ペリクル光学素子、及びその製造方法

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Publication number: JP3928190B2
Application number: JP13483796A
Authority: JP
Inventors: 範夫安中
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2016-05-29
Also published as: JPH09319070A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄い樹脂フィルムが枠で保持されているペリクル光学素子、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビームスプリッタやダイクロイックミラーには、所定のコーティングを表面に施した硝子製のもの、所定のコーティングを表面に施した樹脂フィルム製のものがある。ビームスプリッタは、入射光線束を二分割して一部を透過し、もう一部を反射する光学素子であり、ダイクロイックミラーは、入射する可視光の一部の波長範囲を反射し、残りを透過する光学素子である。つまり、ビームスプリッタ、ダイクロイックミラーは、共に透過と反射の機能を持った光学素子である。
【０００３】
反射機能の観点から、これらの光学素子の表面には、高精度の平面性が要求される。高精度の平面を形成する上からは、硝子製が有利である。一方、ペリクルを用いた光学素子（以下、ペリクル光学素子という。）は、厚さが非常に薄いために材質の屈折率による光路長の変化を無視できる。しかし、樹脂フィルム製のように、薄い硝子を製作することは困難である。したがって、ビームスプリッタなどを多数用いる光学系では、全体の光学設計を簡略化するために、樹脂フィルム製のペリクル光学素子を用いている。
【０００４】
図１は、従来のペリクル光学素子の断面図である。金属製の枠１に接着剤２を使って樹脂フィルム９を固定している。枠１の材質としてはアルミ系金属で黒色アルマイト仕上しているものが一般的である。樹脂フィルム９の材料は、例えば、ニトロセルロースである。
【０００５】
樹脂フィルム９は、例えば、図２に示すような方法で、枠１に接着される。まず、樹脂フィルム９ａを貼付けホルダー５に接着剤４で仮止めしてから、接着剤２を塗付した枠１をそのフィルム３ａに載せ、錘６で加圧する。そして、加熱して接着剤２が固まった後に、枠１の外形に合わせてフィルム９ａを切断する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、樹脂フィルムを用いてペリクル光学素子を製造しようとした場合、高い平面度を得るのが難しいという問題点がある。具体的には、従来技術では、樹脂フィルムを加熱しつつ錘６で張力を掛ける過程で、各部が均一に伸びず、歪みが発生してしまう。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点について着目してなされたもので、樹脂フィルムを用いたものであっても、高い平面度を得ることができるペリクル光学素子、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するためのペリクル光学素子は、
枠で保持されている樹脂フィルムが、該樹脂フィルムのガラス転移点以上で該樹脂フィルムが完全に溶融する溶融温度未満の温度で且つ加熱時間が３０分の加熱収縮率であって、広がっている平面内で互いに垂直な二方向における一方向の加熱収縮率が１．０％未満で他の方向の加熱収縮率が１．０％以上であることを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、前記樹脂フィルムは、二軸延伸フィルムで、延伸された一方向の前記加熱収縮率が１．０％未満で、延伸された他の方向の前記加熱収縮率が１．０％以上であることが好ましい。また、前記樹脂フィルムの前記一方向の前記加熱収縮率が０．２％以下であることが好ましい。
【００１０】
また、以上のペリクル光学素子がダイクロイックミラーである場合には、前記樹脂フィルムの材料は、ポリエチレンテレフタレートであることが好ましく、さらに、前記樹脂フィルムの厚さは、１０μｍ〜３０μｍであることが好ましい。
【００１１】
また、前記目的を達成するためのペリクル光学素子の製造方法は、
枠で保持されている樹脂フィルムとして、該樹脂フィルムのガラス転移点以上で該樹脂フィルムが完全に溶融する溶融温度未満の温度で且つ加熱時間が３０分での加熱収縮率であって、広がっている平面内で互いに垂直な二方向における一方向の加熱収縮率が１．０％未満で他の方向の加熱収縮率が１．０％以上であるものを用い、
前記樹脂フィルムを中心部分から外周方向へ引っ張り、且つ、該樹脂フィルムを前記ガラス転移点以上で前記溶融温度未満に加熱した状態で、該樹脂フィルムを前記枠に接着することを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る一実施形態としてのペリクル光学素子について説明する。
【００１３】
この実施形態のペリクル光学素子は、図１に示すように、薄い樹脂フィルム３と、これを支える枠１とを有して構成されている。
【００１４】
この実施形態において、樹脂フィルム３ａ（図２に図示、張力を加える前の樹脂フィルム）としては、ポリエチレンテレフタレート製の二軸延伸フィルムを用いている。従来より、樹脂フィルムの製造時には、樹脂フィルムをガラス転移点以上でしかも融点以下の温度で縦方向と横方向に引き伸ばし、分子の配向を高めることによって、光学的性質や機械的性質を改善している。二軸延伸方法には、各種方法があるが、ここでは、フィルムをまず縦方向に延伸し、次いで幅出し機を用いて横方向に延伸している。さらに、ここでは、延伸工程の後に熱処理を行なって、樹脂フィルムの寸法や強度の安定化をはかっている。この熱処理を行わないと、樹脂フィルムをガラス転移点以上で加熱したときに元の寸法に収縮してしまう。この二軸延伸樹脂フィルム３ａは、加熱収縮率（加熱温度１５０℃，加熱時間３０分）が縦方向１．３％で、横方向０．２％である。また、この樹脂フィルム３ａの厚さは、２５μｍである。また、このポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム３ａは、ガラス転移点が約８０℃で、完全に溶解してしまう溶融温度が約２６０℃である。
【００１５】
枠１は、外形が矩形状を成し、その内側に同じく矩形状の開口が形成されているものである。一般的に、枠１は、アルミ系金属製で、その表面に黒色アルマイト処理したものが用いられているが、この実施形態では、ステンレス系金属を用いている。ここでは、ステンレス系金属に表面処理を施していないが、光学的に必要ならば、黒染めや黒クロームなどの黒色皮膜処理を施したものを用いても構わない。この実施形態において、枠１の材料としてステンレス系金属を用いたのは、枠１に高い剛性を持たせることにより、ペリクルの平面度が悪くなるのを防止できるからである。
【００１６】
次に、ペリクル光学素子の作り方について、図２を用いて説明する。
まず、ペリクル光学素子の枠１とほぼ相似形で、枠１よりも大きい金属製貼付けホルダー５を準備する。このホルダー５は、具体的には、枠１に対して面積比で４倍（縦２倍、横２倍）の大きさである。
【００１７】
そして、このホルダー５に、前述した樹脂フィルム３ａを接着剤４で仮止めする。次に、枠１の縁にエポキシ系接着剤２を塗布して、この枠１をホルダー５に仮止めされている樹脂フィルム３ａ上に置き、枠１の上から錘６を載せる。つまり、枠１の上に錘６を載せることにより、樹脂フィルム３ａを中心から外周方向へ均等に引っ張っている。この錘６は、樹脂フィルム３ａの面圧が４０ｇ／ｃｍ²になるものを用いる。続いて、ホルダー５、樹脂フィルム３ａ、枠１、錘６を、この状態に保持したまま加熱炉に入れ、これらを樹脂フィルム３ａのガラス転移転以上で且つ溶融温度未満の８０℃〜１２０℃の温度で６０分ほど熱する。この過程で、樹脂フィルム３ａは、２つの延伸方向のうち、加熱収縮率が大きい方向に主として伸び、エポキシ系接着剤２が硬化して、伸びた状態の樹脂フィルム３が枠１に接着される。その後、ホルダー５、樹脂フィルム３、枠１等を加熱炉より取り出し、枠１の外形に合わせて樹脂フィルム３を切断する。
【００１８】
この実施形態におけるペリクル光学素子は、ダイクロイックミラーであるので、以上の工程を終了した後、目的の波長領域の光を反射し、残りの波長領域の光が透過するよう、所定の物質を樹脂フィルム３上に蒸着させて、光学素子を完成させる。
【００１９】
ここで、以上のペリクル光学素子の面精度に関して干渉測定を行ったので、その結果について説明する。
以上のペリクル光学素子（実施例１）と比較するために、以下のものを比較例１として、干渉測定をおこなった。
【００２０】
比較例１は、樹脂フィルムとして、ポリエチレンテレフタレートの二軸延伸フィルムで、その加熱収縮率（加熱温度１５０℃，加熱時間３０分）が縦方向１．７％で横方向１．２％（カタログ値）、その厚さが２３μｍのものを用いている。そして、この樹脂樹脂フィルムを用いて、以上と同様の方法でペリクル光学素子としたものである。この比較結果は、下記の表１に示すように、比較例１の方は、干渉縞がまったく測定できないのに対して、実施例１の方は、干渉縞が５〜１０本と、非常に高い面精度であることが確認された。なお、干渉測定で、干渉縞が５〜１０本程度表れるペリクル光学素子は、高い面精度が要求されるダイクロイックミラーとして用いる場合においても、十分に満足しうる面精度である。
【００２１】
【表１】

【００２２】
以上のような結果が得られたのは、推測であるが、実施例１は、二つの延伸方向のうち、一方向の加熱収縮率が０．２％と小さく、加熱過程において他の方向のみ主として伸びるため、二方向にそれぞれ伸びるよりも、全体としてムラなく伸びるためであると考えられる。また、二方向とも加熱収縮率が低い場合には、枠１に固定した時にフィルムの張力が得られないために、所望の面精度を得られないと考えられる。
【００２３】
ここで、二つの延伸方向のうち、一方向の加熱収縮率をパラメータとして、面精度に関して干渉測定を行ってので、その結果について図３を用いて説明する。
【００２４】
ここで用いた樹脂フィルムは、ポリエチレンテレフタレートの二軸延伸フィルムである。また、この測定では、加熱収縮率（加熱温度１５０℃，加熱時間３０分）が縦方向に関しては約１．５％と一定で、横方向に関して各種値の樹脂フィルムを用いた。
【００２５】
この測定の結果、図３に示すように、二つの延伸方向のうち、両方向の加熱収縮率が１以上のものは、干渉縞を測定できず、面精度が悪く、一方向の加熱収縮率が１以上で他方向の加熱収縮率が１未満のものは干渉縞を測定でき、面精度が良いという結果が得られた。特に、実施例１のように、一方向の加熱収縮率が１以上で他方向の加熱収縮率が０．２以下のものは、干渉縞が５〜１０本と、非常に面精度が高いことが分かる。
【００２６】
従って、ペリクル光学素子に用いる樹脂フィルムとしては、一方向の加熱収縮率が１以上で他方向の加熱収縮率が１未満のものを用いることが好ましく、特に、高い面精度が要求されるペリクル光学素子に関しては、一方向の加熱収縮率が１以上で他方向の加熱収縮率が０．２以下のものを用いることが好ましいと考えられる。
【００２７】
また、実施例１のペリクル光学素子と同様の樹脂フィルムで且つ同様の作り方で、図４に示すように、樹脂フィルム３ａの縦方向に対して、枠１を垂直に配置したペリクル光学素子と、枠１を斜めに配置したペリクル光学素子を作り、両者を比較した。その結果、表２に示すように、いずれの光学素子も、干渉縞が５〜１０本測定できた。すなわち、樹脂フィルムに対する枠１の向きがどのような方向であっても、面精度には影響しないことを理解できる。従って、樹脂フィルムを貼る枠１の開口形状は、以上の実施形態では矩形状であるが、円形や楕円形であってもよい。
【００２８】
【表２】

【００２９】
なお、以上の実施形態では、樹脂フィルムとして、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート、ポリスチレン、ニトロセルロースなどを用いてもよい。但し、ペリクル光学素子は、光学的に高い透明性が要求されるので、この観点からポリエチレンテレフタレートが最も好ましい。また、フィルムの高い平坦度を得るために、フィルムを加熱しつつフィルムに張力を加えているので、ある程度以上の引っ張り強さも要求される。従って、この観点からも、図５に示すように、以上の樹脂のうち、最も引っ張り強さが大きいポリエチレンテレフタレートが最も好ましい。なお、先に上げた各種樹脂のうち、同図において示されていない、ポリカーボネート、ポリスチレン、ニトロセルロースは、同図に示した樹脂のいずれよりも引っ張り強さが低い。また、同図に示す引っ張り強さは、JIS C 2318-72の試験で得られた値である。
【００３０】
また、以上の実施形態における樹脂フィルムの厚さは２５μｍであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、２５μｍより薄くても厚くても構わず、例えば、５μｍ〜５０μｍ程度であってもよい。但し、ダイクロイックミラーの場合には、高い平面度が要求されるために一定以上の張力を掛けるために、ある程度厚さが厚い方が好ましい一方で、光学性能の観点からあまり厚過ぎるのも好ましくないことから、その厚さは、１０μｍ〜３０μｍが好ましい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、製造の際に樹脂フィルムに張力を掛ける過程で全体としてムラなく伸びるため、高い平面度のペリクル光学素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態及び従来技術としてのペリクル光学素子の断面図である。
【図２】本発明に係る一実施形態及び従来技術としてのペリクル光学素子の製造過程を示す説明図である。
【図３】樹脂フィルムの加熱収縮率と干渉測定の際の干渉縞の本数との関係を示すグラフである。
【図４】本発明に係る他の実施形態としてのペリクル光学素子の樹脂フィルムに対する枠の方向を示す説明図である。
【図５】各種樹脂の引っ張り強さを示す説明図である。
【符号の説明】
１…枠、２…エポキシ系樹脂、３，９…樹脂フィルム（張力を加える前）、３ａ，９ａ…樹脂フィルム（張力を加えた後）、５…貼付けホルダー、６…錘。

Claims

樹脂フィルムが枠で保持されているペリクル光学素子において、
前記樹脂フィルムは、該樹脂フィルムのガラス転移点以上で該樹脂フィルムが完全に溶融する溶融温度未満の温度で且つ加熱時間が３０分の加熱収縮率であって、広がっている平面内で互いに垂直な二方向における一方向の加熱収縮率が１．０％未満で他の方向の加熱収縮率が１．０％以上であることを特徴とするペリクル光学素子。
請求項１記載のペリクル光学素子において、
前記樹脂フィルムは、互いに垂直な二方向に延伸された二軸延伸フィルムで、延伸された一方向の前記加熱収縮率が１．０％未満で、延伸された他の方向の前記加熱収縮率が１．０％以上であることを特徴とするペリクル光学素子。
請求項１又は２記載のペリクル光学素子において、
前記一方向の前記加熱収縮率が０．２％以下であることを特徴とするペリクル光学素子。
請求項１、２又は３記載のペリクル光学素子において、
前記樹脂フィルムの材料は、ポリエチレンテレフタレートであることを特徴とするペリクル光学素子。
請求項１、２、３又は４記載のペリクル光学素子において、
前記樹脂フィルムの厚さは、１０μｍ〜３０μｍであることを特徴とするペリクル光学素子。
樹脂フィルムが枠で保持されているペリクル光学素子の製造方法において、
前記樹脂フィルムとして、該樹脂フィルムのガラス転移点以上で該樹脂フィルムが完全に溶融する溶融温度未満の温度で且つ加熱時間が３０分での加熱収縮率であって、広がっている平面内で互いに垂直な二方向における一方向の加熱収縮率が１．０％未満で他の方向の加熱収縮率が１．０％以上であるものを用い、
前記樹脂フィルムを中心部分から外周方向へ引っ張り、且つ、該樹脂フィルムを前記ガラス転移点以上で前記溶融温度未満に加熱した状態で、該樹脂フィルムを前記枠に接着することを特徴とするペリクル光学素子の製造方法。