JP2010276940A - Glass substrate bonding method and glass bonded body - Google Patents
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Abstract
【課題】表面粗さが容易に得られるオーダーのガラス基材を直接接合させる。
【解決手段】
第1プリズム21と第2プリズム22を接着剤を用いずに直接接合するときに、まず、第1プリズム21の斜面21aに、第1プリズム21に接合する第2プリズム22と主成分が等しいガラス薄膜24を成膜する。そして、ガラス薄膜24と第2プリズム22の側面22aとを、その相互間に蒸留水31を介在させて密着させた後に、蒸留水31を蒸発させて第1プリズム21と第2プリズム22とを一体化する。
【選択図】図2An object of the present invention is to directly join glass substrates of the order in which surface roughness can be easily obtained.
[Solution]
When the first prism 21 and the second prism 22 are directly joined without using an adhesive, first, glass whose principal component is the same as the second prism 22 joined to the first prism 21 on the inclined surface 21a of the first prism 21. A thin film 24 is formed. Then, after the glass thin film 24 and the side surface 22a of the second prism 22 are brought into close contact with each other with distilled water 31 interposed therebetween, the distilled water 31 is evaporated and the first prism 21 and the second prism 22 are connected. Integrate.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、光学薄膜を介在させてガラス基材を接合したガラス接合体及びその接合方法に関するものであり、さらに詳しくは、接着剤を用いずにガラス基材を接合したガラス接合体及びその接合方法に関する。 The present invention relates to a glass bonded body in which a glass substrate is bonded through an optical thin film and a bonding method thereof, and more specifically, a glass bonded body in which a glass substrate is bonded without using an adhesive and the bonding thereof. Regarding the method.
偏光ビームスプリッタや偏光変換素子,ダイクロイックプリズム,接合レンズ等、ガラス基材を接合した光学素子が様々な製品に利用されている。こうしてガラス基材を接合して接合型光学素子を製造するときには、薄く強固に、かつ安価にガラス基材を接合することができることから、例えば紫外線により硬化する光硬化型接着剤等の接着剤が用いられる。 Optical elements bonded with a glass substrate such as a polarizing beam splitter, a polarization conversion element, a dichroic prism, and a cemented lens are used in various products. Thus, when a glass substrate is bonded to produce a bonded optical element, the glass substrate can be bonded thinly, firmly, and inexpensively. For example, an adhesive such as a photo-curable adhesive that is cured by ultraviolet rays is used. Used.
また、近年では、プロジェクタや青色光を利用した光ディスク等が普及しているが、こうした光学機器にも上述のような接合型光学素子が用いられている。しかし、ガラス基材の接合に用いられる接着剤は、紫外線に近い青色光が照射されたり、高照度,高温環境で使用されると、褪色等の劣化が経時的に生じることが知られている。特に、高照度,高温環境下で用いられるプロジェクタの光学系や、青色光に対応した光ピックアップ等の光学機器では、接着剤の劣化に伴う接合型光学素子の光学的性能の劣化が、光学機器全体の寿命を決めるボトルネックとなってしまうことがある。このため、接合型光学素子には、高照度,高温環境や紫外線で劣化し難いような、耐久性が求められている。 In recent years, projectors and optical disks using blue light have been widely used, but the above-described junction type optical elements are also used in such optical devices. However, it is known that the adhesive used for bonding the glass base material is deteriorated over time when it is irradiated with blue light close to ultraviolet light or used in a high illuminance and high temperature environment. . In particular, in the optical system of a projector used in a high illuminance and high temperature environment, or in an optical apparatus such as an optical pickup that supports blue light, the optical performance of the junction type optical element is deteriorated due to the deterioration of the adhesive. It may become a bottleneck that determines the overall lifespan. For this reason, the junction type optical element is required to have durability that does not easily deteriorate due to high illuminance, high temperature environment and ultraviolet rays.
このため、近年では、接着剤を利用せずに、ガラス基板やプリズム,レンズ等のガラス基材同士を直接的に接合する方法、いわゆるオプティカルコンタクトが知られている(特許文献1)。 For this reason, in recent years, a method of directly bonding glass substrates such as a glass substrate, a prism, and a lens without using an adhesive, so-called optical contact is known (Patent Document 1).
オプティカルコンタクトは、極めて精密に研磨した接合面同士を接触させることで、原子間,分子間の相互作用によりガラス基材を接合する方法である。このため、オプティカルコンタクトによってガラス基材を接合するためには、接合面の算術表面粗さ(Ra,以下、単に「表面粗さ」という)が、大きくても1〜2nmのオーダーであることが必要と言われ、実質的には表面粗さがオングストロームオーダーであることが求められる。 Optical contact is a method in which glass substrates are bonded to each other by interatomic and intermolecular interactions by bringing bonded surfaces that have been polished extremely precisely into contact with each other. For this reason, in order to join the glass substrates by optical contact, the arithmetic surface roughness (Ra, hereinafter simply referred to as “surface roughness”) of the joining surface should be at most on the order of 1 to 2 nm. It is said that the surface roughness is substantially in the order of angstroms.
また、オプティカルコンタクトと同様に、半導体の分野では、接着剤を用いずに半導体基板を直接接合する技術が知られている。例えば、薄い酸化膜を形成させ、さらにこの酸化膜に水酸基を付与する表面処理を施した接合面同士を接触させて、熱処理を施すことにより、半導体基板は直接接合される。このように、半導体基板を直接接合する場合においても、接合面の表面粗さは少なくとも1〜2nmのオーダーで、実質的にはこれ以下の表面粗さの接合面でなければ、直接接合することは難しいことが知られている。 Similar to the optical contact, in the semiconductor field, a technique for directly bonding a semiconductor substrate without using an adhesive is known. For example, a semiconductor substrate is directly bonded by forming a thin oxide film and bringing the oxide films into contact with bonding surfaces subjected to a surface treatment for imparting a hydroxyl group and performing a heat treatment. Thus, even when directly bonding semiconductor substrates, the surface roughness of the bonding surface is at least on the order of 1 to 2 nm, and if the bonding surface is not substantially less than this, the bonding surface should be directly bonded. Is known to be difficult.
オプティカルコンタクトによってガラス基材を直接接合するときに要求される接合面の表面粗さは、実現不可能ではないが、容易に得られるオーダーの表面粗さではない。例えば、ガラス基材等の表面を特に平滑に仕上げる研磨加工として鏡面研磨加工が知られているが、一般的な鏡面研磨加工で得られる表面粗さは、精密なものでも5〜10nm程度となっている。これと比較すれば、オプティカルコンタクトには、鏡面研磨よりも一桁程度も精密な研磨が要求されることが分かる。 The surface roughness of the bonding surface required when directly bonding the glass substrates by optical contact is not impossible to achieve, but it is not an orderly obtained surface roughness. For example, a mirror polishing process is known as a polishing process that finishes the surface of a glass substrate or the like particularly smoothly, but the surface roughness obtained by a general mirror polishing process is about 5 to 10 nm even if it is a precise one. ing. Compared with this, it can be seen that the optical contact is required to be polished by an order of magnitude more precise than mirror polishing.
このため、オプティカルコンタクトでガラス基材を直接接合した接合型光学素子は製造が難しく、製造できるにしても高価になってしまうという問題がある。特に、プロジェクタや光ピックアップ等、普及が著しく、安価に量産されることが望まれる光学機器に、オプティカルコンタクトを利用した接合型光学素子を用いることは難しい。 For this reason, it is difficult to manufacture a bonded optical element in which a glass substrate is directly bonded with an optical contact, and there is a problem that even if it can be manufactured, it becomes expensive. In particular, it is difficult to use a junction type optical element using an optical contact in an optical apparatus such as a projector or an optical pickup that is remarkably widespread and is desired to be mass-produced at a low cost.
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、接合面の表面粗さが容易に得られるオーダーのガラス基材を直接接合するガラス基材接合方法を提供することを目的とする。また、ガラス基材を直接接合した接合型光学素子を、安定して製造することができるようにし、安価に提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a glass substrate bonding method for directly bonding glass substrates of the order in which the surface roughness of the bonding surface can be easily obtained. . It is another object of the present invention to provide a bonded optical element obtained by directly bonding a glass substrate so that it can be stably manufactured and provided at a low cost.
本発明のガラス基材の接合方法は、第1ガラス基材の接合面に、前記第1ガラス基材に接合する第2ガラス基材と主成分が等しい薄膜を成膜する成膜工程と、前記薄膜と前記第2ガラス基材の接合面とを、その相互間に水を介在させて密着した後に前記水を蒸発させて前記第1ガラス基材と前記第2ガラス基材とを一体化する接合工程と、を備えることを特徴とするガラス基材の接合方法。 The glass substrate bonding method of the present invention includes a film forming step of forming a thin film having the same main component as the second glass substrate bonded to the first glass substrate on the bonding surface of the first glass substrate; The first glass substrate and the second glass substrate are integrated by evaporating the water after adhering the thin film and the bonding surface of the second glass substrate with water interposed therebetween. A glass substrate bonding method comprising: a bonding step of:
また、前記接合工程における前記水の蒸発は、大気中で、常温以上かつ水の沸点未満の所定温度での加熱により行われることを特徴とする。 Further, the evaporation of the water in the joining step is performed by heating at a predetermined temperature not lower than the normal temperature and lower than the boiling point of water in the atmosphere.
また、前記接合工程の後に、前記第1ガラス基材と前記第2ガラス基材との接合体を真空中で加熱する接合強化工程を行うことを特徴とする。 Moreover, after the said joining process, the joining reinforcement | strengthening process which heats the joined body of a said 1st glass base material and a said 2nd glass base material in a vacuum is characterized by the above-mentioned.
また、前記第1ガラス基材の接合面に所定の光学的機能を有する光学薄膜が予め形成され、前記成膜工程は前記光学薄膜の表面に行われることを特徴とする。 Further, an optical thin film having a predetermined optical function is formed in advance on the bonding surface of the first glass substrate, and the film forming step is performed on the surface of the optical thin film.
また、前記光学薄膜の表面を研磨した後に、前記成膜工程が行われることを特徴とする。 Further, the film forming step is performed after polishing the surface of the optical thin film.
また、前記薄膜は、層状に複数連続して設けられることを特徴とする。 In addition, a plurality of the thin films are continuously provided in a layer shape.
また、前記成膜工程で成膜される前記薄膜は、常温から100度の間での温度変化に対し、d線に対する屈折率の変化量が0.5%以下であることを特徴とする。 The thin film formed in the film forming step is characterized in that a change in refractive index with respect to d-line is 0.5% or less with respect to a temperature change between room temperature and 100 degrees.
また、前記薄膜が二酸化ケイ素からなることを特徴とする。 The thin film is made of silicon dioxide.
本発明のガラス接合体は、第1ガラス基材と第2ガラス基材との接合体であって、前記第1ガラス基材の前記第2ガラス基材との接合面に、前記第2ガラス基材と主成分が等しい薄膜が形成され、この薄膜と前記第2ガラス基材との接合面との間に介在させた水を蒸発させることにより、前記第2ガラス基材の接合面が前記薄膜を介して前記第1ガラス基材の接合面に接合されていることを特徴とする。 The glass joined body of the present invention is a joined body of a first glass substrate and a second glass substrate, and the second glass is formed on a joint surface of the first glass substrate with the second glass substrate. A thin film having the same main component as that of the base material is formed, and by evaporating water interposed between the thin film and the bonding surface of the second glass substrate, the bonding surface of the second glass substrate is It is bonded to the bonding surface of the first glass substrate through a thin film.
本発明のガラス基材接合方法によれば、接合面の表面粗さが容易に得られるオーダーのガラス基材を直接接合することができる。また、このガラス基材接合方法を用いることで、ガラス基材を直接接合した接合型光学素子を、安定して製造することができ、安価に提供することができる。 According to the glass substrate bonding method of the present invention, a glass substrate of the order in which the surface roughness of the bonding surface can be easily obtained can be directly bonded. Moreover, by using this glass base material joining method, the joining type optical element which directly joined the glass base material can be manufactured stably, and can be provided at low cost.
光ピックアップ11は、青色光用の光ディスク12に光を入射させることによりデータを読み書きする光学系であり、光源16、ビームスプリッタ17(ガラス接合体)、パワーモニタ18等から構成される。
The
光ディスク12は、波長405nm近傍の青色光を利用して、データの読み出しや書き込みが行われる。また、光源16は、光ディスク12に入射させる青色光を発生する光源であり、レーザーダイオードやコリメートレンズ,1/2波長板,回折格子等から構成される。レーザーダイオードは波長405nm近傍の青色光を発する。そして、レーザーダイオードで発せられた青色光は、コリメートレンズで平行光に整えられるとともに、1/2波長板を通過することによりS偏光に整えられる。さらに、回折格子によって、データの読み書きに利用される主ビームと、トラッキング等に利用される2つの副ビームに分岐されて、ビームスプリッタ17に入射する。
The optical disk 12 reads and writes data using blue light having a wavelength of around 405 nm. The
ビームスプリッタ17は、光源16から入射する青色光を、光ディスク12の方向とパワーモニタ18の方向の2方向に分岐させる光学素子であり、第1プリズム21(第1ガラス基材),第2プリズム22(第2ガラス基材),半透膜23,ガラス薄膜24から構成される。
The
第1プリズム21は、二酸化ケイ素にホウ酸が混合されたホウケイ酸ガラスからなる直角三角形状のプリズムであり、半透膜23及びガラス薄膜24を介して、斜辺で第2プリズム22と接合される。第2プリズム22は、第1プリズム21と同様に、ホウケイ酸ガラスからなる直角三角形状のプリズムであり、直角を成す2辺のうち1辺の側の側面22a(接合面)に、半透膜23及びガラス薄膜24を介して第1プリズム21の斜辺が接合されている。また、第1プリズム21や第2プリズム22の表面は、表面粗さRaが10nmの程度に平滑な表面となっている。さらに、第1プリズム21と第2プリズム22の接合には接着剤は用いられておらず、第1プリズム21の表面に設けられたガラス薄膜24と第2プリズム22の側面22aを直接接触させて、第1プリズム21と第2プリズム22は直接接合されている。
The
半透膜23は、複数の誘電体薄膜を積層して構成され、第1プリズム21の斜面21a(接合面)に設けられる。半透膜23には、光源16からS偏光の青色光が第1プリズム21を通って入射する。このとき、半透膜23は、入射した青色光の約70%を光ディスク12側に反射し、残り約30%を第2プリズム22側に透過する。また、ここでは半透膜23にはS偏光だけが入射するが、半透膜23は波長によらずP偏光を略100%透過する。
The
ガラス薄膜24は、直接接合される第2プリズム22と主成分が同じガラス材料からなる厚さ0.2μmの薄膜であり、半透膜23上に成膜される。ここでは、前述のように第2プリズム22がホウケイ酸ガラスからなるので、ガラス薄膜24は二酸化ケイ素からなる。また、成膜された段階で、ガラス薄膜24の表面は表面粗さRaが10nmの程度に平滑な表面となっており、第1プリズム21と第2プリズム22を接合してビームスプリッタ17を形成するときには、ガラス薄膜24の表面は、接着剤を介さずに第2プリズム22の表面と直接接触し、接合される。
The glass
さらに、ガラス薄膜24は、室温から100度程度の範囲の温度変化に対して、屈折率が殆ど変化しない高密度のガラス薄膜であり、室温(15〜25度)から100度の範囲で温度を変化させたときに、d線(589.3nm)に対する屈折率Ndの変化が、0.02〜0.1%の範囲に抑えられている。
Furthermore, the glass
半透膜23を透過して、第2プリズム22に入射した青色光は、第2プリズム22の直角を成す2辺のうち第1プリズム21に対向する側の側面22bで全反射され、パワーモニタ18に入射する。
The blue light transmitted through the
こうして、ビームスプリッタ17は、第1プリズム21側の表面にガラス薄膜24を設け、このガラス薄膜24の表面と第2プリズム22の表面を接触させて、第1プリズム21と第2プリズム22を直接接合する。したがって、ビームスプリッタ17は、第1プリズム21と第2プリズム22の接合に接着剤が用いられていない。このため、ビームスプリッタ17には青色光が入射するが、この青色光によってビームスプリッタ17に経時的な劣化が生じることはない。同様に、第1プリズム21と第2プリズム22を直接接合しているので、ビームスプリッタ17を高照度環境下で用いる場合にも、これによってビームスプリッタ17に経時的な劣化が生じることはない。
In this way, the
パワーモニタ18は、ビームスプリッタ17から入射した青色光を光電変換し、その光量を計測する。こうしてパワーモニタ18によって計測された青色光の光量に基づいて、光ディスク12に入射する青色光の光量がデータの読み書きに適切な光量になるように、光源16から出射される青色光の光量が調節される。
The power monitor 18 photoelectrically converts the blue light incident from the
上述のように構成される光ピックアップ11は、第1プリズム21と第2プリズム22を接着剤を用いずに直接接合したビームスプリッタ17を用いているので、青色光が入射されることによる経時的な劣化は生じない。さらに、ビームスプリッタ17は、後述する接合方法により、表面粗さRaが10nmのオーダーのガラス薄膜24と第2プリズム22を直接接合している。こうした、表面粗さRaが10nmのオーダーの表面は、イオンプレーティング等による成膜や、鏡面研磨加工等の一般的な精密研磨加工によって容易に得られる。このため、ビームスプリッタ17は、安定して安価に製造することができる。
Since the
ビームスプリッタ17は、図2(A)〜(D)に示す手順で製造される。まず、図2(A)に示すように、まず、第1プリズム21の斜面21aに半透膜23を成膜する。このとき、第1プリズム21の表面は研磨されており、半透膜23を成膜する斜面21aを含め、いずれの表面も、表面粗さRaが10nmのオーダーに平滑に仕上げられている。
The
次に、図2(B)に示すように、半透膜23上に高密度のガラス薄膜24を成膜する(成膜工程)。このガラス薄膜24はイオンプレーティングによって成膜される。ガラス薄膜24の表面は、成膜された段階で、表面粗さRaが10nmのオーダーの平滑な表面となっている。また、ここで成膜されるガラス薄膜24は0.2μmの厚さに成膜されるとともに、前述のように常温から100度の間で屈折率Ndの温度による変化が0.02%〜0.1%程度に抑えられる程度に高密度に成膜される。これにより、後述するように、ガラス薄膜24上に散逸することなく蒸留水を張ることができる。
Next, as shown in FIG. 2B, a high-density glass
そして、図2(C)に示すように、第1プリズム21と第2プリズム22を接合する(接合工程)。このとき、第1プリズム21の斜面21a上(ガラス薄膜24上)に薄く蒸留水31を張り、この蒸留水31を介してガラス薄膜24と第2プリズム24の側面22aを密着させる。こうして密着させた第1プリズム21及び第2プリズム22を大気中で85度に加熱し、この状態を4時間維持することで、第1プリズム21と第2プリズム22の間の蒸留水31を徐々に蒸発させる。そして、図2(D)に示すように、第1プリズム21と第2プリズム22の間の蒸留水31が蒸発し、ガラス薄膜24(第1プリズム21)の表面と第2プリズム22の側面22aが直接接触すると、第1プリズム21と第2プリズム22は直接接合され、一体化されたビームスプリッタ17となる。
Then, as shown in FIG. 2C, the
こうして接合されたビームスプリッタ17は、温度や湿度等の環境の変化等により自然に接合が剥離してしまうことはない程度に強固に接合されるが、この接合の強度は、紫外線硬化型接着剤等の接着剤による接合の強度と比較すれば弱い。このため、大気中で接合された第1プリズム21及び第2プリズム22は、真空中で350度に4時間加熱される(接合強化工程)。これにより、第1プリズム21と第2プリズム22の接合強度が強化される。
The
上述のようにしてビームスプリッタ17を製造すると、接着剤を用いずに、第1プリズム21と第2プリズム22を直接接合させることができる。さらに、上述の手順でビームスプリッタ17を製造すれば、表面粗さRaが10nm程度の成膜や研磨加工により容易に得られる表面であっても直接接合させることができる。このため、ビームスプリッタ17を、歩留まり良く安定して、かつ、安価に製造することができる。
When the
なお、上述の実施形態では、第1プリズム21の斜面21aに半透膜23を成膜した後、半透膜23の表面を研磨等せずに、その上にガラス薄膜24を成膜する例を説明したが、ガラス薄膜24を成膜する前に、半透膜23の表面を研磨することが好ましい。
In the above-described embodiment, after the
図3(A)に示すように、第1プリズム21の斜面21aに半透膜23を成膜すると、成膜の様態によっては、半透膜23に局所的な凸状の部分36(以下、凸部という)が生じることがある。例えば、半透膜23は、前述のようにイオンプレーティングによって成膜されるが、半透膜23の材料がクラスター状になって第1プリズム21に飛着すると、これを核とした凸部36が局所的に生じる。こうした凸部36が残されたまま、半透膜23上にガラス薄膜24を成膜すると、ガラス薄膜24が凸部36のサイズに比べて薄い場合には、ガラス薄膜24にも同様の凸部が現れる。このため、大局的にはガラス薄膜24の表面粗さRaが10nm程度であり、かつ、前述の手順でビームスプリッタ17を製造しても、第1プリズム21と第2プリズム22が接合されなかったり、接合されてもきわめて弱い接合となってしまう。このため、図3(B)に示すように、第1プリズム21の斜面21aに半透膜23を成膜した後に、半透膜23の表面を研磨して凸部36を除去し(研磨工程)、その後、凸部36のない半透膜23の表面にガラス薄膜24を成膜することが好ましい。
As shown in FIG. 3A, when the
凸部36を除去するために半透膜23の表面を研磨するときには、メラミン樹脂からなるスポンジや目の細かい磨りガラス等を、ヤスリとして好適に用いることができる。特に、これらのヤスリは、#2000相当の目の細かさであることが好ましい。
When polishing the surface of the
なお、上述の実施形態では、半透膜23上にガラス薄膜24を成膜する例を説明したが、こうしてガラス薄膜24を成膜すると、図4(A)に示すように、ガラス薄膜24に部分的な孔37(以下、ピンホールという)が生じることがある。ガラス薄膜24にピンホール37があると、ガラス薄膜24上に蒸留水31を張るときに、ピンホール37から蒸留水31が散逸する。こうして蒸留水31が散逸すると、第1プリズム21と第2プリズム22を接合させるときに、第1プリズム21(ガラス薄膜24)と第2プリズム22が蒸留水31を介さずに直接接触する。このため、上述の実施形態で説明した手順で第1プリズム21と第2プリズム22を接合させようとした場合に、ピンホール37の位置や分布等によっては、第1プリズム21と第2プリズム22が接合されないことがある。このため、第1プリズム21の斜面21aには、ガラス薄膜を複数重ねて成膜することが好ましい。
In the above-described embodiment, the example in which the glass
例えば、図4(B)に示すように、第1プリズム21の斜面21aに、第1プリズム21側から第1ガラス薄膜42a,第2ガラス薄膜42bの順に、2層のガラス薄膜を成膜する。また、第1ガラス薄膜42a,第2ガラス薄膜42bは、前述のガラス薄膜24と同じ成分の硝材からなり、各々厚さはガラス薄膜24の半分(0.1μm)の厚さに設けられる。この場合、第1ガラス薄膜42aにピンホール37が開くと、その上に第2ガラス薄膜42bが成膜されることで、第1ガラス薄膜42aのピンホール37は塞がれる。このため、ピンホール37から蒸留水31が散逸することなく、第1プリズム21(第2ガラス薄膜42b)上に蒸留水31を張り、上述の実施形態の手順で、第1プリズム21と第2プリズム22を確実に直接接合させることができるようになる。
For example, as shown in FIG. 4B, two glass thin films are formed on the
また、第2ガラス薄膜42bにもピンホールが開いてしまった場合にも、この第2ガラス薄膜42bのピンホールは、1層のガラス薄膜24に開くピンホール37と比較して、浅く、小さいものになる。したがって、第1プリズム21上に蒸留水31を張ったときに、第2ガラス薄膜42bに開いたピンホール37からの蒸留水31の散逸は小さく抑えられる。このため、第1プリズム21上に成膜するガラス薄膜を2層にすることで、1層のガラス薄膜24を設けた場合と比較して、第1プリズム21と第2プリズム22をより確実に、直接接合させることができるようになる。
Even when a pinhole is opened in the second glass
なお、ここでは1層のガラス薄膜24の替わりに、第1ガラス薄膜42a,第2ガラス薄膜42bの2層のガラス薄膜を設ける例を説明したが、第1プリズム21の斜面21aには、3以上のガラス薄膜を層状に複数連続して設けるようにしても良い。但し、第1プリズム21の斜面21aにガラス薄膜を複数重ねて設ける場合、ガラス薄膜の層数に応じて、成膜の工程が増加し、生産性が低下する。このため、第1プリズム21の斜面21aに複数層のガラス薄膜を設ける場合には、上述の例のようにガラス薄膜を2層に設けることが特に好ましい。
Here, an example in which two glass thin films of the first glass
なお、上述の実施形態では、予め三角柱状に形成された第1プリズム21に半透膜23とガラス薄膜24(ガラス薄膜42a,42b)を成膜し、これを予め三角柱状に形成された第2プリズム22と接合させてビームスプリッタ17を製造する例を説明したが、ビームスプリッタ17をガラス基板から製造するようにしても良い。
In the above-described embodiment, the
この場合、まず、第1プリズム21になる薄い第1ガラス基板46(第1ガラス材料)と、第2プリズム22になる厚い第2ガラス基板47(第2ガラス材料)を用意する。このとき、ガラス基板46,47の表面は、表面粗さRaが10nmの程度に平滑に研磨されているものとする。これらのガラス基板46,47からビームスプリッタ17を製造するときには、まず、図5(A)に示すように、第1ガラス基板46の表面に、半透膜23を成膜する。次に、図5(B)に示すように、半透膜23上にガラス薄膜24を成膜する(成膜工程)。
In this case, first, a thin first glass substrate 46 (first glass material) to be the
そして、図5(C)に示すように、第1ガラス基板46の表面に蒸留水31を張り、この蒸留水31がガラス薄膜24と第2ガラス基板47との間に介在するようにして、第1ガラス基板46と第2ガラス基板47を密着させる。その後、大気中で85度に加熱し、この状態を4時間維持することで、蒸留水31を徐々に蒸発させる。こうして蒸留水31を蒸発させ、図5(D)に示すように、ガラス薄膜24と第2ガラス基板47が直接接触すると、第1ガラス基板46と第2ガラス基板47が直接接合される(接合工程)。
And as shown in FIG.5 (C), the distilled
こうして直接接合された第1ガラス基板46と第2ガラス基板47の接合体51は、真空中で350度に4時間加熱され、接合強度が強化される(接合強化工程)。
The bonded
その後、図6(A)に示すように、接合体51を、ビームスプリッタ17の幅の間隔で切断し、図6(A)の奥行き方向に長い角柱状部材51aを得る。そして、図6(B)に示すように、各々の角柱状部材51aの角52a〜52cを研磨により除去して、ビームスプリッタ17の形状に整えた後に、長手方向に所定の長さ毎に切断して、ビームスプリッタ17を得る。
Thereafter, as shown in FIG. 6A, the joined
こうして、ガラス基板46,47からビームスプリッタ17を製造すると、ビームスプリッタ17を複数同時に製造することができ、生産性が良い。また、予め三角柱状に形成された第1プリズム21と第2プリズム22を接合させる場合よりも、上述のように第1ガラス基板46と第2ガラス基板47を接合させる方が、形状の安定性のために、容易に直接接合させることができる。
Thus, when the
さらに、ガラス基板46,47からビームスプリッタ17を製造する場合には、プリズム21,22を接合する場合よりも接合する面の面積が大きいので、ガラス薄膜24に生じるピンホールの影響を受けにくくなる。このため、ガラス基板46,47からビームスプリッタ17を製造すると、より安定して、効率良くビームスプリッタ17を製造することができる。
Further, when the
なお、こうしてガラス基板46,47からビームスプリッタ17を製造する場合にも、前述と同様に、半透膜23の凸部36を研磨により除去してからガラス薄膜24を設けることが好ましく、半透膜23上には複数のガラス薄膜を重ねて成膜することが好ましい。
Even in the case of manufacturing the
また、ここでは、角柱状部材51aの角52a〜52cを除去した後に、長手方向にビームスプリッタ17の長さに切断してビームスプリッタ17を得る例を説明したが、角柱状部材51aを長手方向にビームスプリッタ17の長さに切断した後に、角を切除し、ビームスプリッタ17を得るようにしても良い。
Further, here, an example has been described in which after removing the
なお、上述の実施形態では、ビームスプリッタ17の外周の表面には光学薄膜が設けられておらず、プリズム21,22の表面が露呈されている例を説明したが、ビームスプリッタ17の外周面,特に青色光が通る面には、反射防止膜を設けることが好ましい。また、反射防止膜は、プリズム21,22等のガラス材料への密着性を良くするために、通常、高温(例えば350度程度)の状態で成膜されるが、上述の実施形態で説明した接合方法によれば、こうした高温環境下でもプリズム21,22やガラス基板46,47の接合部分が剥離したり、変質したりしないので、プリズム21,22やガラス基板46,47の接合後に反射防止膜を成膜するようにしても良い。このことは、反射防止膜に限ったことではなく、高温環境下で成膜することが必要な光学薄膜をビームスプリッタ17の外周の表面に設ける場合も同様である。
In the above-described embodiment, the example in which the optical thin film is not provided on the outer peripheral surface of the
また、上述の実施形態では、半透膜23を介在させて第1プリズム21と第2プリズム22を接合したビームスプリッタ17の例を説明したが、上述の実施形態で説明した接合方法は、半透膜23等の光学薄膜を介在させずにプリズムやガラス基板等のガラス材料を直接接合する場合にも、上述の実施形態で説明した接合方法を好適に用いることができる。
In the above-described embodiment, the example of the
さらに、上述の実施形態では、半透膜23とは別にガラス薄膜24(ガラス薄膜42a,42b)を設ける例を説明したが、上述の実施形態のように光学薄膜(半透膜23)が介在するようにしてガラス材料を接合する場合に、光学薄膜の最上層(接合させるガラス材料に最も近く、直接接することになる層)がガラス薄膜24と同じ材料からなる場合には、その上に改めてガラス薄膜24を設ける必要はなく、この最上層をガラス薄膜24として利用しても良い。
Furthermore, in the above-described embodiment, an example in which the glass thin film 24 (glass
なお、上述の実施形態では、イオンプレーティングによってガラス薄膜24,42a,42bを成膜する例を説明したが、ガラス薄膜24,42a,42bの成膜方法はイオンプレーティングに限らず、表面粗さが10nm程度以下となり、かつ、蒸留水31が散逸しない程度に高密度のガラス薄膜24,42a,42bを成膜することができれば、スパッタリングやCVD等、他の周知の成膜方法でこれを設けるようにしても良い。また、上述の実施形態では、ガラス薄膜24,42a,42bの密度の目安として、常温から100度の間での温度変化に対する屈折率Ndの変化量の範囲を挙げて説明したが、表面粗さが10nm程度以下であり、かつ、蒸留水31が散逸しなければ、屈折率Ndの変化量が前述の範囲を超えていても良い。例えば、上述の実施形態では、ガラス薄膜24,42a,42bは、常温から100度の間での温度変化に対して、屈折率Ndの変化量が0.02%〜0.1%程度に抑えられている例を説明したが、この温度範囲内でのガラス薄膜24,42a,42bの屈折率Ndの変化量は、0.5%以下であることが好ましく、0.2%以下であればさらに好ましく、上述の実施形態のように0.1%以下となっていることが特に好ましい。
In the above-described embodiment, the example in which the glass
また、上述の実施形態では、ガラス薄膜24,42a,42bの厚さの一例を挙げて説明したが、ガラス薄膜24,42a,42bの厚さは任意に定めて良い。また、上述の実施形態では、ガラス薄膜42a,42bを、ガラス薄膜24の半分の厚さに設ける例を説明したが、これに限らず、複数のガラス薄膜を設ける場合にも、各ガラス薄膜の厚さは任意に定めて良い。
In the above-described embodiment, an example of the thickness of the glass
なお、上述の実施形態では、プリズム21,22(ガラス基板46,47)の接合時の環境,温度,及び時間の具体例を挙げて説明したが、プリズム21,22(ガラス基板46,47)の間に介在する蒸留水31を徐々に蒸発させることができれば、接合時の環境,温度,及び時間等の条件は任意に定めることができる。同様に、上述の実施形態では、プリズム21,22(ガラス基板46,47)の接合強度を強化するときの環境,温度,及び時間の具体例を挙げて説明したが、プリズム21,22の接合強度を強化することができれば、この工程の環境,温度,及び時間等の条件は、任意に定めることができる。
In the above-described embodiment, the specific examples of environment, temperature, and time at the time of joining the
例えば、上述の実施形態では、プリズム21,22を接合させるときに、85度に加熱して蒸留水31を蒸発させる例を説明したが、蒸留水31を介して接触させたプリズム21,22を加熱する温度はこれに限らず、常温以上かつ蒸留水31の沸点未満の任意の温度に加熱しても良い。また、上述の実施形態では、接合強度を強化するときに、真空中で350度に加熱する例を説明したが、接合を強化するときに加熱する温度は、常温よりも高く、プリズムやガラス基板、ガラス薄膜のガラス転位点,半透膜23に用いた材料の融点のいずれよりも低い温度の範囲内の任意の温度で加熱しても良い。
For example, in the above-described embodiment, when the
なお、上述の実施形態では、プリズム21,22やガラス基板46,47を、蒸留水31を介して密着させるときに、プリズム21,22間やガラス基板46,47間に、これらの部材の自重以外には圧力を加えず、単に蒸留水31を蒸発させてこれらを接合する例を説明したが、介在する蒸留水31を蒸発させてプリズム21,22やガラス基板46,47を接合させるときには、これらを加圧しながら保持するようにしても良い。例えば、ガラス基板46に半透膜23やガラス薄膜24を設けることによって、ガラス基板46に反りが生じることがあるので、こうした場合には、単に接触させるだけでなく、ガラス基板46の反りが低減されるように加圧しながらガラス基板46とガラス基板47を密着させることが好ましい。
In the above-described embodiment, when the
なお、上述の実施形態では、プリズム21,22やガラス基板46,47を接合させるときに、蒸留水31を介在させる例を説明したが、これに限らず、プリズム21,22やガラス基材42a,42bを接合するときに、これらの間に介在させる液体は、水(H2O)が十分に含まれ、かつ、揮発させることができれば良く、アルコール類やイオン等、他の成分が混在していても良い。
In the above-described embodiment, the example in which the distilled
なお、上述の実施形態では、プリズム21,22やガラス基板46,47がホウケイ酸ガラスからなる例を説明したが、プリズム21,22やガラス基板46,47等の接合するガラス基材の材料はこれに限らず、任意のガラス材料を用いて良い。例えば、プリズム21,22やガラス基板46,47が非晶質である必要はなく、水晶からなるものを用いても良い。また、プリズム21,22やガラス基板46,47はホウケイ酸ガラスからなる必要はなく、ナトリウムやカルシウム等を含むソーダ石灰ガラス等、他の周知のガラスからなるものでも良く、二酸化ケイ素の純度が高い石英ガラスからなるものであっても良い。さらに、プリズム21,22やガラス基板46,47の製造には、組成等に応じた周知の方法で製造されたものを用いることができる。こうした任意の材料からなるガラス基材を、上述の実施形態で説明した方法で接合する場合にも、ガラス薄膜24,42a,42bを、ガラス基材の主成分である二酸化ケイ素からなる薄膜とすることが好ましい。また、ガラス薄膜24,42a,42bは、ガラス基材の主成分と同じ二酸化ケイ素を主成分とするものであれば良く、直接接触するガラス基材と同じ成分の不純物を含んだ薄膜としても良く、直接接触するガラス基材と異なる成分の不純物を含んだ薄膜としても良い。
In the above-described embodiment, the example in which the
なお、上述の実施形態では、ビームスプリッタ17を製造する例を説明したが、上述の実施形態で説明した接合方法は、形状や用途によらず、ガラス材料を接合する他の周知の接合型光学素子にも好適に適用することができる。また、上述の実施形態では、直接接合させる面が平面である例を説明したが、上述の実施形態で説明した接合方法で直接接合させる面の形状は曲面であっても良い。このため、上述の実施形態で説明した接合方法は、P偏光又はS偏光の一方に透過光の偏光状態を整えるPSコンバータや、偏光ビームスプリッタ、接合レンズ等、ビームスプリッタ17以外の周知の接合型光学素子に好適に用いることができる。
In the above-described embodiment, an example in which the
11 光ピックアップ
17 ビームスプリッタ
21 第1プリズム(ガラス基材)
21a 斜面(接合面)
22 第2プリズム(ガラス基材)
22a 側面(接合面)
23 半透膜
24,42a,42b ガラス薄膜
31 蒸留水
46,47 ガラス基板(ガラス基材)
51 接合体
11
21a Slope (joint surface)
22 Second prism (glass substrate)
22a Side surface (joint surface)
23
51 Conjugate
Claims (9)
前記薄膜と前記第2ガラス基材の接合面とを、その相互間に水を介在させて密着した後に前記水を蒸発させて前記第1ガラス基材と前記第2ガラス基材とを一体化する接合工程と、
を備えることを特徴とするガラス基材の接合方法。 A film forming step of forming a thin film having the same main component as the second glass substrate to be bonded to the first glass substrate on the bonding surface of the first glass substrate;
The first glass substrate and the second glass substrate are integrated by evaporating the water after adhering the thin film and the bonding surface of the second glass substrate with water interposed therebetween. A joining process to perform,
A method for joining glass substrates, comprising:
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