JP4663060B2

JP4663060B2 - Bonding optical element for ultraviolet region

Info

Publication number: JP4663060B2
Application number: JP2000099237A
Authority: JP
Inventors: 直仁志賀
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP2001281551A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貼り合わせレンズ、貼り合わせプリズム等の透過光学系に用いられる接合光学素子に係り、特に紫外線顕微鏡の対物レンズなどのように紫外線領域で用いられる紫外線領域用接合光学素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
透過光学系に用いられる接合光学素子の接合には、バルサム、エポキシ系、あるいはアクリレート系紫外線硬化型の接着剤が使用されている。これは、これまでの光学系が可視光領域（波長４００ｎｍ以上）で用いられることを主体として扱われていたので、使用する接着剤の光透過率も可視光領域のみを対象とされていたからである。
【０００３】
しかし、最近、光学技術分野においてより高精度な分解能を要求されるようになり、このため、波長が短い紫外線を用いた透過光学系が望まれている。そこで、紫外線用接合レンズとして、特開平１０−１４２４９８号公報に開示されるように、石英レンズと蛍石レンズとの接合形態を多用した対物レンズが開発されて提案されている。しかし、可視光領域用の接合に使用されている接着剤では、紫外線領域（波長２００〜４００ｎｍ）における光透過率が高くないため、接合層において紫外線領域の光が吸収され、透過できる光量が極度に減少する。このため、波長３５０ｎｍ以下の領域を対象とする光学系には使用することができないものとなっている。
【０００４】
これに対し、特許２７８６９９６号公報には、シリコーンアルコレートを接着剤として用い、これを加水分解させて光学素子の接合を行うことにより、紫外線領域でも使用可能な接合光学素子としたものが提案されている。また、特開平９−８０２０７号公報には、接合する光学素子の接合界面に誘電体膜をコーティングした上で、紫外線硬化型接着剤により接合した紫外線照射装置用の光学レンズが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許２７８６９９６号公報のように、シリコーンアルコレートを用いた接合光学素子では、紫外線は透過するものの接着剤を加水分解して硬化することから、硬化させるための接合層への水分の供給が必要となっている。又、レンズやプリズムを接合状態にした場合には、水分の供給が十分でなく、硬化するのに非常に多く（数日）の時間を要する問題がある。
【０００６】
また、この接合光学素子では、硬化形態が脱水縮合反応によるため、硬化の際に硬化収縮が発生し、光学素子と接着剤の界面で剥離が生じたり、接着剤層が脆くて亀裂が生じ、光学歪の発生を惹起する問題を有している。
【０００７】
さらに、初期的には紫外線領域での高い透過率を有していても、長時間にわたって紫外線領域の光を透過し続けていると、次第に接着剤の分子が開裂や解重合を起こすなどして劣化し、剥離や蛍光を発する状態となる。このため、初期性能を長時間維持できない問題も発生する。
【０００８】
一方、特開平９−８０２０７号公報のように、接合界面に誘導体膜をコーティングし紫外線硬化型接着剤で接合した場合、波長３００ｎｍ以下の短波長域では、ほとんど効果が見られないばかりでなく、紫外線硬化型接着剤もこの領域の紫外線によって劣化し易く、蛍光を発するため、長期の使用に耐えないものとなる問題を有している。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、請求項１の発明の目的は、紫外線領域で高い透過率を示し、接着剤の硬化が短時間で終了し、しかも接合状態での界面の剥離や接着剤層の亀裂や光学歪の発生が極めて少なく、長期の高エネルギーの紫外線照射によっても紫外線領域の透過率が劣化し難く、その透過率を維持できる紫外線領域用接合光学素子を提供することにある。
【００１０】
請求項２の発明の目的は、紫外線領域で高い透過率を示し、接着剤の硬化が短時間で終了し、しかも接合状態での界面の剥離や接着剤層の亀裂や光学歪の発生が極めて少なく、常温等の低温域下でも容易に接合でき、長期の高エネルギーの紫外線照射によっても紫外線領域の透過率が劣化し難い紫外線領域用接合光学素子を提供することにある。
【００１１】
請求項３の発明の目的は、請求項１又は２の発明の目的に加え、接合層中に気泡が残存しない紫外線領域用接合光学素子を提供することにある。
【００１２】
請求項４の発明の目的は、請求項１〜３のいずれかの発明の目的に加え、接合層の厚さ調節が容易な紫外線領域用接合光学素子を提供することにある。
【００１３】
請求項５の発明の目的は、請求項４の発明の目的に加え、紫外線領域用接合光学素子自体の分光透過率、分光反射率の設定が容易な紫外線領域用接合光学素子を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、紫外線を透過する光学素子を接着剤層を介して接合した紫外線領域用接合光学素子において、前記接着剤層が分子内に不飽和結合を有しない、炭素原子とフッ素原子と酸素原子と水素原子の４原子のみを有する有機フッ素樹脂からなることを特徴とする。
【００１５】
この発明で使用する有機フッ素樹脂は、分子内に不飽和結合を有しないものである。有機フッ素樹脂の炭素−フッ素間の結合は、結合エネルギーが１０７ｋｃａｌ／ｍｏｌであり、炭素−炭素間の結合エネルギー８３．１ｋｃａｌ／ｍｏｌ、炭素−水素間の結合エネルギー９８．８ｋｃａｌ／ｍｏｌ、炭素−酸素間の結合エネルギー８４．０ｋｃａｌ／ｍｏｌ、炭素−窒素間の結合エネルギー６９．７ｋｃａｌ／ｍｏｌ、炭素−塩素間の結合エネルギー７８．５ｋｃａｌ／ｍｏｌ等よりも大きく、非常に強固な結合となっている。又、炭素−フッ素に連なった炭素−炭素の結合エネルギーは、フッ素によって強化されており、電気的にも化学的にも熱的にも安定な樹脂となっている。
【００１６】
また、有機フッ素樹脂は、耐熱性が高い樹脂材料であり、比較的フレキシブルな皮膜を形成するので、たとえ応力が発生しても接着剤層の柔軟性によって応力を吸収でき、光学歪を少なくすることができる。
【００１７】
ただし、有機フッ素樹脂は、他の材料との反応性を持たせるために、ビニル基やアクリロイル基などの官能基を付与してあったり、溶媒への溶解性を付与するために、フェニル基、カルボニル基、カルボキシル基、シアノ基やトリアジン環構造などを付与したものがあり、このような不飽和結合を有する構造は、紫外線によって励起されて解重合などを起こしたり、蛍光を発し易く、紫外線領域用の光学素子の接合には不向きとなる。このために本発明では、不飽和結合を有する構造の有機フッ素樹脂は使用しないものである。
【００１８】
分子内に不飽和結合を有しない有機フッ素樹脂には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等があり、その他に含フッ素環構造を有する樹脂がある。また、これらの不飽和結合を有しない有機フッ素樹脂から不純物（例えばゴミとかイオン性不純物）を除去してグレードを高くしたものもある。これらは紫外線領域まで透明性が高く、長期の紫外線照射によっても劣化し難く、光学特性が安定している。なお、これらの内、比較的分子量の低いものほど透明性の高いものが得られ易いものとなっている。
【００１９】
従って、このような不飽和結合を有しない有機フッ素樹脂を、紫外線領域用の光学素子の間の接合層として用いても、紫外線によって励起されて解重合等を起こしたり、蛍光を発したりすることがなく、紫外線領域まで透明性を有し、かつ長期の紫外線照射によっても劣化することのない紫外線領域用接合光学素子とすることができる。
また、この発明で使用する有機フッ素樹脂は、分子中に不飽和結合を有しない上に、炭素原子とフッ素原子と酸素原子と水素原子の４原子のみを有する構造からなるため、分子全体の結合状態が強固に安定化し、紫外線の高いエネルギーを長期間にわたって照射しても、機械的、光学的に劣化することなく、接合状態を良好に維持できる。
【００２０】
なお、このような接合光学素子は、接合層とする有機フッ素樹脂を接合する光学素子表面間の全体に気泡等の欠陥を混入させずに濡れさせる工程、接合層が流動化している間に、接合層厚を制御しながら接合する光学素子相互の位置出し（芯出し）を行う工程、接合する光学素子相互の位置出しをしたままで接合層を固化させる工程、はみだした余分な接合層を除去する工程によって作製される。また、これらの工程を効率良く実施するために、接合層厚を制御して接合する装置、位置出しをする治具や位置出しをしたまま接合層を固化させる装置等を用いて光学素子を接合させる。
【００２１】
請求項２の発明は、紫外線を透過する光学素子を接着剤層を介して接合した紫外線領域用接合光学素子において、前記接着剤層が分子内に不飽和結合を有しない、含フッ素脂肪族エーテル環構造を主鎖に有する有機フッ素樹脂からなることを特徴とする。
【００２２】
この発明で使用する有機フッ素樹脂は、請求項１記載の発明と同様、接着剤層が分子内に不飽和結合を有さず、また、含フッ素脂肪族エーテル環構造を主鎖に有する構造からなる。この有機フッ素樹脂は、パーフルオロベンゼン、パーフルオロ（２−ブチルテトラヒドロフラン）やパーフルオロトリブチルアミンなどのパーフルオロ化合物の溶媒等の特定の溶剤に溶解し易くなり、接合される光学素子表面の間に気泡等の欠陥を混入させることなく濡れさせることができ、しかも均一な膜厚制御が容易となって透過率のバラツキを低減できる。又、非晶質のため紫外線領域の透過率が優れ、分子全体の結合状態が強固に安定化し、紫外線の高いエネルギーを長期間にわたって照射しても接合状態を良好に維持できる。
【００２３】
このような接合光学素子は、接合層とする有機フッ素樹脂を加熱溶融して、接合する光学素子表面間の全体に気泡などの欠陥を混入させずに濡れさせる工程、接合層が流動化している間に、接合層厚を制御しながら接合する光学素子相互の位置出し（芯出し）を行う工程、接合する光学素子相互の位置出しをした状態で、接合層を徐冷し固化させる工程、はみ出した余分な接合層を除去する工程によって作製される。また、これらの工程を効率よく実施するために、接合層厚を制御しながら接合する装置、位置出しをする治具や位置出しをしたまま接合層を固化させる装置等を用いる。特に、加熱および徐冷して固化する工程では、光学素子相互の位置ずれを防止する治具や装置を用いる。
【００２４】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の紫外線領域用接合光学素子であって、前記有機フッ素樹脂は、加熱温度を１８０℃以上で加圧して接合することを特徴とする。
【００２５】
この発明で使用する有機フッ素樹脂は、溶剤可溶型である。この溶剤可溶型の有機フッ素樹脂を溶剤によって溶解した溶液は、光学素子の表面に濡れ易くなる。この有機フッ素樹脂溶液を光学素子の間に供給して光学素子の表面全体を濡らした後、フッ素樹脂溶液中から溶剤を揮発させる。これにより、光学素子の間に介在したフッ素樹脂を固化させて、光学素子を相互に接合することにより接合光学素子とする。
【００２６】
このような接合光学素子は、接合層とする有機フッ素樹脂を溶剤に溶解させる工程、接合する光学素子表面間の全体に気泡等の欠陥を混入させずに濡れ広がらせる工程、接合層が流動化している間に、接合層厚を制御しながら接合する光学素子相互の位置出しを行う工程、接合する光学素子相互の位置出しをした状態で、接合層から溶剤を揮発除去して固化させる工程、はみ出した余分な接合層を除去する工程によって作製される。また、これらの工程を効率よく実施するために、接合層厚を制御しながら接合する装置、溶剤揮発工程での位置ずれや接合層のキレや気泡の混入を防止する装置を用いる。
【００２７】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の紫外線領域用接合光学素子であって、前記有機フッ素樹脂は、フィルム状であることを特徴とする。
【００２８】
この発明では、有機フッ素樹脂が、フィルム状であることから、接合層の厚さ調節が容易となる。
【００２９】
請求項５の発明は、請求項４記載の紫外線領域用接合光学素子であって、一方の光学素子の接合面にコーティングをした後に、前記フィルム状の前記有機フッ素樹脂を介して接合することを特徴とする。
【００３０】
この発明では、一方の光学素子の接合面にコーティングをした後に、前記フィルム状の前記有機フッ素樹脂を介して接合するものであるから、紫外線領域用接合光学素子自体の分光透過率、分光反射率の設定が容易となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
この実施の形態の紫外線領域用接合光学素子は、図１に示すような貼り合わせプリズムからなる。このプリズムは、紫外線の透過率が高い石英プリズム１と、接合面にＡｇ層からなるハーフミラーコーティングを施した石英プリズム２とが、有機フッ素樹脂からなる接着剤層３により接合されている。貼り合わせプリズムの分光透過率と分光反射率は、設計上それぞれ５５％と４５％となるように設定されている。
【００３２】
接着剤層３の有機フッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）からなる厚さ６μｍの熱可塑性のフィルムを用いた。ＥＴＦＥは、分子内に不飽和結合を有していないと共に、分子中に炭素原子とフッ素原子、酸素原子および水素原子の４原子のみを有し、融点が約２００℃である。
【００３３】
この実施の形態の紫外線領域用接合光学素子を製造するには、まず、可視光領域から紫外線領域（波長２００ｎｍ）まで透明性の高い、不飽和結合を有しない有機フッ素樹脂フィルムとして、前記ＥＴＦＥフィルムを石英プリズム２の接合面のハーフミラーコーティングの上に載せる。次にＥＴＦＥフィルムの上に、もう一方の石英プリズム１を載せ、位置出しをし、後工程での位置ずれを生じないように治具で固定した後、真空引き（略１×１０^−５Ｔｏｒｒ）して接合層中に気泡が残らないように、真空ラミネート（真空中での加熱、加圧処理）する。
【００３４】
装置内でのラミネートに際し、加熱条件としては、３１０℃、５分、加圧条件としては、約５ｋｇ／ｃｍ^２とする。これを徐令しながら、１００℃位まで温度が下がったところで加圧を解除し、装置内でさらに室温まで冷却する。
【００３５】
図７は接合に用いる装置を示す。この装置５０は、台座５１と、台座５１上に立設した少なくとも３本の支柱５２（図では２本を図示）と、支柱５２の上部側が挿入される水平方向の支持板５３と、支持板５３の上に固定されたねじ受け座５４とを有している。
【００３６】
台座５１の中央部分には、接合する石英プリズム２の背面部側の斜面を支持するＶ字溝５５が穿設されており、Ｖ字溝５５の底部には逃げ溝５６が形成されている。また、各支柱５２の上部には、その外周面に形成されたねじ５７と、先端小径部５８とが形成されている。そして、ねじ５７及び先端小径部５８と係合して各支柱５２の軸線方向に移動自在な第１の高さ調整手段として機能する回し環５９が取り付けられている。
【００３７】
回し環５９の上方には、回し環５９の上端面に対して低摩擦の塗装処理が施された平行座６０を介して支持板５３が載置されている。支持板５３の中央部分には、Ｖ字溝５５の中心と同軸となっている貫通孔６２が形成されており、この貫通孔６２内には、貫通孔６２と同軸で上下動自在な押圧杆６３が嵌め込まれている。
【００３８】
押圧杆６３の下方側にはフランジ６４が形成されており、フランジ６４の上面側と支持板５３の下面側との間には、押圧杆６３を下方側に向けて付勢する押圧手段としてのばね６５が介挿されている。押圧杆６３の上方側には、つまみ６６が一体的に取り付けられており、つまみ６６を引き上げることにより、ばね６５の付勢に抗して押圧杆６３を上昇させることができるようになっている。
【００３９】
つまみ６６の上方には、ねじ受け座５４に形成されたねじに係合して上下動する第２の高さ調整手段として機能する押し環６７が取り付けられている。押し環６７の下端は、ねじ受け座５４を貫通してねじ受け座５４の下方に抜け出ている。押し環６７をねじに沿って回すことにより、押し環６７の下端がつまみ６６を介して押圧杆６３を押し下げるため、押圧杆６３が下降することができる。この場合、つまみ６６を把持して押圧杆６３を上下動操作できるように、ねじ受け座５４の対向する外周面には開口５４ａが形成されている。なお、押圧杆６３の下端面は平坦となっている。
【００４０】
押圧杆６３の下方には、台座５１に載置される２つの接合プリズムにおける上側のプリズムの背面側の斜面と当接して、斜面を押圧する斜面状の一対の押圧部６８を下端側に有したコ字形状の押圧座６９が配置されている。押圧座６９は、その上面の中心、即ちＶ字溝５５の中心と同軸となる位置に、押圧軸心位置決め用の位置決め部として機能する球面孔７０が形成されており、この球面孔７０に載置される球体７１を介して押圧杆６３の下端面と対向している。
【００４１】
この装置５０を用いて貼り合わせプリズムを製造する場合、ハーフミラーコーティングを施した石英プリズム２をその背面側の斜面を、台座５１のＶ字溝５５に当接させて載置する。次いで、石英プリズム２のコーティングの上に接合面の大きさに形取った厚さ６ｍｍのＥＴＦＥフィルム７５を載せ、このＥＴＦＥフィルムの上に石英プリズム１を載置する。
【００４２】
そして、つまみ６６を把持して押圧杆６３を持ち上げた状態にして、石英プリズム１の背面側の斜面に対し、押圧座６９に対となって形成された押圧部６８を当接させ、押圧座６９の上面の球面穴７０に球体７１を載せる。その後、つまみ６６の把持を解除してばね６５により押圧杆６３を下降させ、押圧部６８により石英プリズム１の背面側の斜面を押圧する。このとき、台座５１のＶ字溝５５の中心と押圧杆６３の軸線および押圧座６９の球面穴７０に載せられた球体７１は同軸上となるように調整されているので、２つのプリズム１，２は位置出しが良好な状態で接合される。
【００４３】
この接合の際にフィルムの厚さ（接合層）を調整する場合について述べる。フィルムの厚さを薄くする場合には、高さ調整手段として機能する最上部の押し環６７をねじに沿って下降する側に回すことによって、押し環６７の下端でつまみ６６および押圧杆６３を押圧し、押圧杆６３の下端を下降させる。この操作によってプリズムの間のフィルムを圧することができ、しかもこの押圧状態を維持できる。
【００４４】
また、フィルム厚さを厚くする場合には、２つのプリズムを接合する前にあらかじめ行う処置として、高さ調整手段として機能する回し環５９を回して支持板５３を上昇させ、台座５１と支持板５３間の間隔を大きくした後に、２つのプリズムの接合作業を行うことにより実施できる。
【００４５】
フィルム厚さを薄くする場合に、回し環５９を回して支持板５３を下降させ、台座５１と支持板５３間の間隔を小さくして行っても良いが、この装置５０では、回し環５９を少なくとも３カ所に配して回転調整するため、作業の容易性から押し環６７による操作が望ましい。
【００４６】
装置５０上で２つのプリズム１，２の位置出しを行った後、装置５０を真空引きが可能な真空装置（図示せず）内に配置し、真空装置内を略１×１０^−５Ｔｏｒｒに真空引きし、充分に真空した後、真空下で加熱および加圧処理し、その後徐冷し、１００℃位まで温度が下がった時点で加圧を解除し、真空装置内で室温まで冷やした後に装置５０を取り出す。そして、装置５０から貼り合わせプリズムを取り外す。
【００４７】
図８は接合に用いる別の装置８０を示す。この装置８０は、台座８１と、台座８１に立設した一対の側部支持板８２と、側部支持板８２の間に架け渡された固定板８３とを有している。台座８１の中央部分には、接合する一方のプリズムの背面部側の斜面を支持するためのＶ字溝８４が穿設されると共に、Ｖ字溝８４の底部には逃げ溝８５が形成されている。
【００４８】
台座８１と固定板８３とは、その対向面が平行になっており、その間には少なくとも３本（図では２本のみを図示）の案内軸８６が垂直状に立設されることにより、これらを連結している。案内軸８６には、案内軸８６の軸線方向に移動可能な移動板８７が取り付けられている。移動板８７の下面側には、一方のプリズム２上に載置される他方のプリズム１を押圧する押圧座８８が取り付けられている。この押圧座８８には、他方のプリズム１の背面部側の斜面と当接する一対の押圧部９０が形成されている。一方、移動板８７の上面側には、固定板８３に固定されたモータ８９の駆動軸９０が連結されている。この駆動軸９０の軸線と、プリズムの斜面を押圧する押圧座８８の一対の押圧部９１間の中心と、Ｖ字溝８４の中心とは同軸上になるように設定されている。
【００４９】
また、台座８１の上面と移動板８７の下面とには、その対向する位置に対となっている距離測定用センサー９１ａ，９１ｂが取り付けられている。又、距離測定用センサー９１（９１ａ，９１ｂ）に加え、一対の側部支持板８２の間には、Ｖ字溝８４に載置されたプリズム２の接合面を検出する第１の面高さセンサ９２と、このプリズム２の上に載置されるプリズム１の接合面を検出する第２の面高さセンサ９３がそれぞれ取り付けられている。なお、モータ８９、距離測定用センサー９１、第１の面高さセンサ９２、第２の面高さセンサ９３はそれぞれ制御装置（図示せず）に接続されている。
【００５０】
この装置８０によって貼り合わせプリズムを製造するには、モータ８９により移動板８７を上昇させた状態にする。そして、台座８１のＶ字溝８４にプリズム２を載置し、その接合面に有機フッ素樹脂（例えばフィルムあるいはその溶液）を配置し、その上にプリズム１を載せる。
【００５１】
第１の面高さセンサ９２および第２の面高さセンサ９３により各接合面の位置を検出し、また距離測定用センサー９１の固定側センサ９１ａと可動側センサ９１ｂにより移動板８７の高さを検出しながら、モータ８９を駆動して移動板８７を下降する。この際、各接合面間の接合層中に気泡が残らないように速度調整あるいは脱気しながら行う。
【００５２】
そして、第１の面高さセンサー９２と第２の面高さセンサ９３による検出信号が所望の接合層厚さになった時点でモータ８９の駆動を停止し、その停止状態で接合層を硬化する。硬化後に接合した貼り合わせプリズムを装置８０から取り外す。
【００５３】
このような装置８０において、距離測定用センサー９１ａ、９１ｂは、移動板８７の速度制御あるいは２つのプリズム間の押圧力調整用として機能するものである。この図８において用いた距離測定用センサー９１ａ，９１ｂ、第１の面高さセンサー９２および第２の面高さセンサー９３を図７の装置５０に適用して、距離測定あるいは接合層（接着剤層）の厚さを制御するようにしても良い。
【００５４】
次に、以上の装置５０又は８０内から取り出した後に、接合面からはみ出した余分なフッ素樹脂フィルムを除去して紫外線領域用接合光学素子を得る。この紫外線領域用接合光学素子の分光透過率を測定し、その後、紫外線照射によるハーフミラーの耐久性検査を行う促進試験（紫外線波長２４８ｎｍ、出力２ｍＷ／ｃｍ^２での連続照射を行う）に３ヶ月間投入後、再度、分光透過率測定した結果を図２に示す。
【００５５】
図２の結果から明らかなように、波長２７０ｎｍ以下では、促進試験後が促進試験前よりも透過率が低いが、波長２７０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲では紫外線領域の透過率が良好であり、接着剤層での吸収はほとんどなく、さらに、長期の紫外線照射によっても、その特性がほとんど劣化していないことがわかる。また、波長２００ｎｍ〜２７０ｎｍの範囲でも透過があるので使用可能である。また、促進試験後の光学素子には、接合面での剥離や接着剤層の亀裂は見いだせなかった。
【００５６】
このような紫外線領域用接合光学素子の透過率特性は、紫外線顕微鏡の紫外線照明系のビームスプリッター等、紫外線領域で使用される際に必要とされる光学特性を満足し、また光源からの紫外線の照射によって発生する熱（前記促進試験時での発熱温度１８０℃）に耐える耐熱性を兼ね備えているため、同様の用途において十分使用できるものである。
【００５７】
以上のように、この実施の形態の紫外線領域用接合光学素子によれば、紫外線領域（波長２００ｎｍ〜４００ｎｍ）で高い透過率を示し、接着剤層の硬化を短時間で行うことができ、接合状態での界面の剥離や接着剤層の亀裂がなく、さらには長期にわたって波長２００ｎｍ以上の紫外線領域の透過率を維持することが可能となる。
【００５８】
（実施の形態２）
図３は実施の形態２の紫外線領域用接合光学素子を示し、石英レンズ４と蛍石レンズ５を有機フッ素樹脂からなる接着剤層６を介して接合することにより作製された貼り合わせレンズとなっている。
【００５９】
この実施の形態で使用した有機フッ素樹脂は、含フッ素脂肪族エーテル環構造を主鎖に有したパーフルオロ（２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール）の非晶質の重合物である。この有機フッ素樹脂をパーフルオロ（２−ブチルテトラヒドロフラン）またはパーフルオロベンゼン等のパーフルオロ化合物からなる溶剤中に、約１０ｗｔ％溶解させた溶液を接着剤として用いる。なお、各レンズと接着剤層との密着性を高めるために、カップリング剤を１ｗｔ％前後混合しても良い。この溶液は、溶剤が完全に揮発したときには、炭素原子、フッ素原子、酸素原子および水素原子の４原子のみからなる有機フッ素樹脂層を形成するものである。
【００６０】
この実施の形態の紫外線領域用接合光学素子を製造するには、まず石英レンズ４の接合面に、上述した有機フッ素樹脂溶液を滴下し、その上に蛍石レンズ５を載せて、加圧して気泡を除去しながら各接合面で樹脂溶液を延ばして接着剤層６を薄くする。又、石英レンズ４と蛍石レンズ５の光学芯を出して位置を合わせた後、治具でその位置を固定し、軽く加圧したまま、常温下で約６時間、接着剤層の溶剤が自然揮発により完全に抜けきるまで放置して、レンズ４，５が接合された紫外線領域用接合光学素子とする。このときの接着剤層６の厚さは５μｍであった。また接合面からはみ出した余分な接着剤の固化物は除去した。
【００６１】
この実施の形態の紫外線領域用接合光学素子を用いて、実施の形態１と同様に、紫外線照射の促進試験を実施して、試験前後の紫外線領域の分光透過率を測定した。図４は測定結果を示す。
【００６２】
図４の結果から明らかなように、波長２５０ｎｍ以下では、促進試験後が促進試験前よりも透過率が幾分低いが、波長２４０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲では、紫外線領域の透過率は９０％以上で良好となっており、接着剤層６での吸収は極めて少なくなっている。又、長期の紫外線照射によっても、その特性がほとんど劣化していないことがわかる。さらに、促進試験後の光学素子には、接合面での剥離や接着剤層の亀裂は見いだせなかった。
【００６３】
このような紫外線領域用接合光学素子の透過特性は、紫外線顕微鏡の対物レンズ系内の貼り合わせレンズや、エキシマレーザーを応用した様々な機器類の接合光学系やこれらと同様の用途において十分使用できるものである。
【００６４】
この実施の形態の紫外線領域用接合光学素子によれば、紫外線領域で高い透過率を示し、接着剤層の硬化を行うのに際して加熱設備が不要な常温下で短時間で確実に可能であり、しかも接合状態で界面の剥離や接着剤層の亀裂がなく、さらに長期にわたって波長２００ｎｍ以上の紫外線領域の透過率を維持することが可能となる。
【００６５】
なお、実施の形態２では、接着剤層の溶剤を自然揮発により除去しているが、これに限らず加熱雰囲気下で溶剤の揮発を促進するようにしても良く、これにより作業性と接着力を高めることが可能となる。
【００６６】
（実施の形態３）
この実施の形態の紫外線領域用接合光学素子は、実施の形態１における有機フッ素樹脂であるテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）の６μｍ厚のフィルムに代えて、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）の６μｍ厚のフィルムを接着剤層として用いた。そして、加熱温度を１８０℃、加熱時間を５分にした以外は実施の形態１と同様とした。このＰＶｄＦはその分子中に炭素原子、フッ素原子、酸素原子および水素原子の４原子のみを有し、融点が約１３０℃である。なお、貼り合わせプリズムの分光透過率と分光反射率は、設計上それぞれ５５％、４５％となるように設定されている。
【００６７】
図５は、この実施の形態の紫外線領域用接合光学素子を、実施の形態１と同様の紫外線照射の促進試験を実施して、試験前後の紫外線領域の分光透過率を測定した結果を示す。図５から明らかなように、波長２６０ｎｍ以下では、促進試験後が促進試験前よりも透過率が低いが、波長２６０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲では、紫外線領域の透過率は良好となっており、接着剤層での吸収は極めて少なくなっている。又、長期の紫外線照射によっても、その特性がほとんど劣化していないことがわかる。また、波長２００ｎｍ〜２６０ｎｍの範囲でも透過があるので使用可能である。さらに、促進試験後の光学素子には、接合面での剥離や接着剤層の亀裂は見いだせなかった。
【００６８】
このように、この実施の形態によれば、紫外線領域（波長２００ｎｍ〜４００ｎｍ）で高い透過率を示し、接着剤層を容易に短時間で確実にでき、接合状態における界面の剥離や接着剤層の亀裂がなく、さらには長期にわたって波長２００ｎｍ以上の紫外線領域の透過率を維持することが可能となる。
【００６９】
（実施の形態４）
この実施の形態の紫外線領域用接合光学素子は、実施の形態２における含フッ素脂肪族エーテル環構造を主鎖に有したパーフルオロ（２，２ジメチル−１，３−ジオキソール）の非晶質の重合物からなる有機フッ素樹脂に代えて、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を有機フッ素樹脂として用いた。そして、このポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）粉末をアセトン中に３０ｗｔ％溶解させて溶液とした以外は、実施の形態２と同様とした。
【００７０】
図６はこの実施の形態の紫外線領域用接合光学素子を、実施の形態１と同様の紫外線照射の促進試験を実施して、試験前後の紫外線領域の分光透過率を測定した結果を示す。図６から明らかなように、波長２４０ｎｍ以下では、促進試験後が促進試験前よりも透過率が幾分低いが、波長２４０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲では、紫外線領域の透過率は９０％以上で良好となっており、接着剤層での吸収は極めて少なくなっている。又、長期の紫外線照射によっても、その特性がほとんど劣化していないことがわかる。さらに、促進試験後の光学素子には、接合面での剥離や接着剤層の亀裂は見いだせなかった。
【００７１】
従って、この実施の形態によれば、紫外線領域で高い透過率を示し、接着剤層の硬化を行うのに際して加熱設備の不要な常温下で短時間で確実にでき、接合状態で界面の剥離や接着剤層の亀裂がなく、さらには長期にわたって波長が２００ｎｍ以上の紫外線領域の透過率を維持することが可能となる。
【００７２】
なお、実施の形態では、接着剤層からアセトンを除去するため、自然揮発に限らず、加熱雰囲気下で溶剤の揮発を促進するようにしても良く、これにより作業性を高めることが可能となる。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１によれば、紫外線領域で高い透過率を示し、接着剤の硬化を短時間で行うことができ、しかも接合状態で界面の剥離や接着剤層の亀裂がなく、長期にわたって紫外線領域の透過率を維持することが可能となる。
【００７４】
請求項２の発明によれば、紫外線領域で高い透過率を示し、接着剤の硬化が短時間で終了し、しかも接合状態での界面の剥離や接着剤層の亀裂や光学歪の発生が極めて少なく、常温等の低温域下でも容易に接合でき、長期の高エネルギーの紫外線照射によっても紫外線領域の透過率が劣化し難い紫外線領域用接合光学素子とすることができる。
【００７５】
請求項３の発明によれば、請求項１又は２の発明の効果に加えて、接着剤層中に気泡が残らない紫外線領域用接合光学素子とすることができる。
【００７６】
請求項４の発明によれば、請求項１〜３の効果に加えて、接合層の厚さ調節が容易な紫外線領域用接合光学素子とすることができる。
【００７７】
請求項５の発明によれば、請求項４の効果に加えて、紫外線領域用接合光学素子自体の分光透過率、分光反射率の設定が容易な紫外線領域用接合光学素子とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１及び３の紫外線領域用接合光学素子の側面図である。
【図２】実施の形態１の紫外線領域用接合光学素子の分光透過率の特性図である。
【図３】実施の形態２及び４の紫外線領域用接合光学素子の側面図である。
【図４】実施の形態２の紫外線領域用接合光学素子の分光透過率の特性図である。
【図５】実施の形態３の紫外線領域用接合光学素子の分光透過率の特性図である。
【図６】実施の形態４の紫外線領域用接合光学素子の分光透過率の特性図である。
【図７】光学素子を接合する装置の正面図である。
【図８】光学素子を接合する別の装置の正面図である。
【符号の説明】
１２石英プリズム
３接着剤層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cemented optical element used in a transmission optical system such as a cemented lens and a cemented prism, and more particularly to a cemented optical element for an ultraviolet region used in the ultraviolet region, such as an objective lens of an ultraviolet microscope.
[0002]
[Prior art]
A balsam, epoxy, or acrylate ultraviolet curable adhesive is used for bonding of the bonding optical elements used in the transmission optical system. This is because the conventional optical system was mainly used in the visible light region (wavelength of 400 nm or more), and thus the light transmittance of the adhesive used was intended only for the visible light region. .
[0003]
Recently, however, higher precision resolution is required in the field of optical technology. Therefore, a transmission optical system using ultraviolet rays having a short wavelength is desired. In view of this, as disclosed in JP-A-10-142498, an objective lens that makes extensive use of a bonded form of a quartz lens and a fluorite lens has been developed and proposed as a cemented lens for ultraviolet rays. However, since the adhesive used for bonding in the visible light region does not have a high light transmittance in the ultraviolet region (wavelength 200 to 400 nm), light in the ultraviolet region is absorbed by the bonding layer and the amount of light that can be transmitted is extremely high. To decrease. For this reason, it cannot be used for an optical system for a region having a wavelength of 350 nm or less.
[0004]
On the other hand, Japanese Patent No. 2786996 proposes a bonded optical element that can be used even in the ultraviolet region by using silicone alcoholate as an adhesive and hydrolyzing it to bond the optical elements. ing. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9-80207 proposes an optical lens for an ultraviolet irradiation apparatus in which a dielectric film is coated on a bonding interface of optical elements to be bonded and bonded with an ultraviolet curable adhesive.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, as disclosed in Japanese Patent No. 2786996, in a bonding optical element using silicone alcoholate, although ultraviolet rays are transmitted, the adhesive is hydrolyzed and cured, so that moisture is supplied to the bonding layer for curing. It is necessary. Further, when the lens or prism is joined, there is a problem that the supply of moisture is not sufficient and it takes a very long time (several days) to cure.
[0006]
Moreover, in this bonded optical element, since the curing form is due to a dehydration condensation reaction, curing shrinkage occurs during curing, peeling occurs at the interface between the optical element and the adhesive, or the adhesive layer is brittle and cracked, There is a problem that causes the occurrence of optical distortion.
[0007]
Furthermore, even if it initially has a high transmittance in the ultraviolet region, if it continues to transmit light in the ultraviolet region for a long time, the adhesive molecules will gradually cleave and depolymerize. It deteriorates and enters a state where it peels off or emits fluorescence. For this reason, the problem that initial performance cannot be maintained for a long time also arises.
[0008]
On the other hand, as disclosed in JP-A-9-80207, when a derivative film is coated on the bonding interface and bonded with an ultraviolet curable adhesive, not only a little effect is seen in a short wavelength region of a wavelength of 300 nm or less, The ultraviolet curable adhesive is also easily deteriorated by the ultraviolet rays in this region, and has a problem that it cannot withstand long-term use because it emits fluorescence.
[0009]
  The present invention has been made in consideration of such conventional problems, and the object of the invention of claim 1 is to exhibit high transmittance in the ultraviolet region, and the curing of the adhesive is completed in a short time, In addition, there is very little occurrence of interfacial debonding, adhesive layer cracking and optical distortion in the bonded state, and long-termEven with high-energy UV irradiation, the transmittance in the UV region is unlikely to deteriorate.An object of the present invention is to provide a bonding optical element for ultraviolet region capable of maintaining the transmittance.
[0010]
  The object of the invention of claim 2 is toHigh transmittance in the ultraviolet region, curing of the adhesive is completed in a short time, and there is very little peeling of the interface in the bonded state, cracking of the adhesive layer and optical distortion, even at low temperatures such as room temperature. Can be easily joined, and the transmittance in the ultraviolet region is unlikely to deteriorate even after long-term high-energy ultraviolet irradiation.An object of the present invention is to provide a bonding optical element for the ultraviolet region.
[0011]
  The object of the invention of claim 3 is toIn addition to the object of the invention of claim 1 or 2, no bubbles remain in the bonding layer.An object of the present invention is to provide a bonding optical element for the ultraviolet region.
[0012]
  The object of the invention of claim 4 is toIn addition to the object of any one of claims 1 to 3, the thickness of the bonding layer can be easily adjusted.An object of the present invention is to provide a bonding optical element for the ultraviolet region.
[0013]
  An object of the invention of claim 5 is to provide a bonded optical element for ultraviolet region in which the spectral transmittance and spectral reflectance of the bonded optical element for ultraviolet region itself can be easily set in addition to the object of the invention of claim 4. is there.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  The invention according to claim 1 is a bonding optical element for ultraviolet region in which an optical element that transmits ultraviolet rays is bonded via an adhesive layer, wherein the adhesive layer does not have an unsaturated bond in the molecule.It has only 4 atoms of carbon atom, fluorine atom, oxygen atom and hydrogen atomIt consists of an organic fluororesin.
[0015]
The organic fluororesin used in the present invention does not have an unsaturated bond in the molecule. The carbon-fluorine bond of the organic fluororesin has a bond energy of 107 kcal / mol, a carbon-carbon bond energy of 83.1 kcal / mol, a carbon-hydrogen bond energy of 98.8 kcal / mol, and a carbon-oxygen. The bond energy is 84.0 kcal / mol between the carbon atoms, the bond energy between carbon and nitrogen is 69.7 kcal / mol, the bond energy between carbon and chlorine is 78.5 kcal / mol, and the bond is very strong. In addition, the carbon-carbon bond energy linked to carbon-fluorine is reinforced by fluorine, and the resin is stable electrically, chemically and thermally.
[0016]
In addition, since the organic fluororesin is a resin material with high heat resistance and forms a relatively flexible film, even if stress is generated, the stress can be absorbed by the flexibility of the adhesive layer, and optical distortion is reduced. be able to.
[0017]
However, the organic fluororesin may have a functional group such as a vinyl group or an acryloyl group in order to have reactivity with other materials, or a phenyl group in order to provide solubility in a solvent, Some of them have a carbonyl group, carboxyl group, cyano group, triazine ring structure, etc. The structure having such an unsaturated bond is excited by ultraviolet rays to cause depolymerization or the like, and easily emits fluorescence. This is unsuitable for bonding optical elements. Therefore, in the present invention, an organic fluororesin having a structure having an unsaturated bond is not used.
[0018]
Examples of the organic fluororesin having no unsaturated bond in the molecule include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP). ), Tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), polyvinyl fluoride (PVF), polyvinylidene fluoride (PVdF), and other resins having a fluorine-containing ring structure. is there. Some grades are made higher by removing impurities (such as dust and ionic impurities) from these fluororesins having no unsaturated bond. These have high transparency up to the ultraviolet region, are hardly deteriorated by long-term ultraviolet irradiation, and have stable optical characteristics. Of these, those having a relatively low molecular weight are more easily obtained.
[0019]
  Therefore, even when such an organic fluororesin having no unsaturated bond is used as a bonding layer between optical elements for the ultraviolet region, it may be excited by ultraviolet rays to cause depolymerization or emit fluorescence. Therefore, it is possible to provide a bonded optical element for an ultraviolet region that has transparency up to the ultraviolet region and does not deteriorate even when irradiated for a long time.
In addition, since the organic fluororesin used in the present invention has a structure having only four atoms of carbon atom, fluorine atom, oxygen atom and hydrogen atom in addition to having an unsaturated bond in the molecule, The state is firmly stabilized, and even when high energy of ultraviolet rays is irradiated over a long period of time, the bonded state can be maintained satisfactorily without being mechanically or optically degraded.
[0020]
In addition, such a bonding optical element is a process of wetting without introducing defects such as bubbles on the entire surface of the optical element for bonding the organic fluororesin as a bonding layer, while the bonding layer is fluidized, The process of positioning (centering) optical elements to be bonded while controlling the thickness of the bonding layer, the process of solidifying the bonding layer while positioning the optical elements to be bonded, and removing the excess bonding layer It is produced by the process of. In addition, in order to efficiently perform these processes, the optical element is bonded by using a bonding device that controls the bonding layer thickness, a jig for positioning, a device that solidifies the bonding layer while positioning, and the like. Let
[0021]
  The invention of claim 2In a bonding optical element for an ultraviolet region in which an optical element that transmits ultraviolet light is bonded via an adhesive layer, the adhesive layer has no fluorine-containing aliphatic ether ring structure in the main chain and has no unsaturated bond in the molecule. Made of organic fluororesinIt is characterized by that.
[0022]
  The organic fluororesin used in the present invention isAs in the first aspect of the invention, the adhesive layer has a structure having no unsaturated bond in the molecule and having a fluorine-containing aliphatic ether ring structure in the main chain. This organic fluororesin is easily dissolved in a specific solvent such as a perfluoro compound solvent such as perfluorobenzene, perfluoro (2-butyltetrahydrofuran), and perfluorotributylamine. Wetting can be performed without introducing defects such as bubbles, and uniform film thickness control can be facilitated to reduce variation in transmittance. Further, since it is amorphous, the transmittance in the ultraviolet region is excellent, the bonding state of the whole molecule is firmly stabilized, and the bonding state can be maintained well even when high energy of ultraviolet rays is irradiated for a long period of time.
[0023]
  Such a bonded optical element is,ContactControl the thickness of the bonding layer while the bonding layer is fluidized by heating and melting the organic fluororesin used as the bonding layer to wet the entire surface between the optical elements to be bonded without introducing defects such as bubbles. The step of positioning (centering) the optical elements to be bonded together, the step of gradually cooling and solidifying the bonding layer in the state where the optical elements to be bonded are positioned, and removing the excess bonding layer It is produced by a process. Further, in order to efficiently perform these steps, an apparatus for bonding while controlling the bonding layer thickness, a jig for positioning, an apparatus for solidifying the bonding layer while positioning, and the like are used. In particular, in the step of solidification by heating and slow cooling, jigs and devices that prevent misalignment between optical elements are used.
[0024]
  The invention of claim 3 is claimed in claim 1.Or 2A bonding optical element for an ultraviolet region according to claim 1, wherein the organic fluororesinIs joined by pressing at a heating temperature of 180 ° C. or higher.It is characterized by that.
[0025]
The organic fluororesin used in the present invention is a solvent-soluble type. A solution obtained by dissolving the solvent-soluble organic fluororesin with a solvent is likely to wet the surface of the optical element. The organic fluororesin solution is supplied between the optical elements to wet the entire surface of the optical element, and then the solvent is volatilized from the fluororesin solution. Thereby, the fluororesin interposed between the optical elements is solidified, and the optical elements are bonded to each other to obtain a bonded optical element.
[0026]
  Such a bonded optical element is,ContactThe step of dissolving the organic fluororesin used as a layer in a solvent, the step of wetting and spreading without introducing defects such as bubbles throughout the surfaces of the optical elements to be bonded, and the bonding layer thickness while the bonding layer is fluidized The process of positioning the optical elements to be bonded while controlling the position, the process of volatilizing and removing the solvent from the bonding layer while positioning the optical elements to be bonded, removing the excess bonding layer It is produced by the process to do. Further, in order to efficiently perform these steps, an apparatus for bonding while controlling the bonding layer thickness, an apparatus for preventing misalignment in the solvent volatilization process, cracking of the bonding layer, and mixing of bubbles are used.
[0027]
  Invention of Claim 4 is a joining optical element for ultraviolet region in any one of Claims 1-3, Comprising: Said organic fluororesinIs filmyIt is characterized by that.
[0028]
  In this inventionSince the organic fluororesin is in the form of a film, the thickness of the bonding layer can be easily adjusted.
[0029]
  The invention of claim 5 claimsItem 4It is a bonding optical element for the ultraviolet region described,After coating the bonding surface of one optical element, bonding is performed via the film-like organic fluororesin.It is characterized by that.
[0030]
  In this inventionIs a coating on the bonding surface of one optical element and then bonding through the film-like organic fluororesin, so setting of the spectral transmittance and spectral reflectance of the bonding optical element itself for the ultraviolet region Becomes easy.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
The cemented optical element for ultraviolet region of this embodiment is composed of a bonded prism as shown in FIG. In this prism, a quartz prism 1 having a high ultraviolet transmittance and a quartz prism 2 with a half mirror coating made of an Ag layer on the joint surface are joined by an adhesive layer 3 made of an organic fluororesin. The spectral transmittance and spectral reflectance of the bonded prism are set to 55% and 45%, respectively, in design.
[0032]
As the organic fluororesin of the adhesive layer 3, a thermoplastic film having a thickness of 6 μm made of tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE) was used. ETFE has no unsaturated bond in the molecule, has only 4 atoms of carbon atom, fluorine atom, oxygen atom and hydrogen atom in the molecule, and has a melting point of about 200 ° C.
[0033]
In order to manufacture the bonded optical element for the ultraviolet region of this embodiment, first, the ETFE film is used as an organic fluororesin film having high transparency from the visible light region to the ultraviolet region (wavelength 200 nm) and having no unsaturated bond. Is placed on the half mirror coating on the joint surface of the quartz prism 2. Next, the other quartz prism 1 is placed on the ETFE film, positioned, fixed with a jig so as not to cause a positional shift in a subsequent process, and then evacuated (approximately 1 × 10 ×).^-5Torr) and vacuum laminating (heating in vacuum, pressure treatment) so that no bubbles remain in the bonding layer.
[0034]
When laminating in the apparatus, the heating condition is 310 ° C. for 5 minutes, and the pressing condition is about 5 kg / cm.²And While gradually declining, the pressure is released when the temperature drops to about 100 ° C., and the temperature is further cooled to room temperature in the apparatus.
[0035]
FIG. 7 shows an apparatus used for bonding. This device 50 includes a pedestal 51, at least three support columns 52 (two are shown in the figure) erected on the pedestal 51, a horizontal support plate 53 into which the upper side of the support column 52 is inserted, and a support plate And a screw receiving seat 54 fixed on 53.
[0036]
A V-shaped groove 55 is formed in the center of the pedestal 51 so as to support the inclined surface on the back surface side of the quartz prism 2 to be joined, and a relief groove 56 is formed at the bottom of the V-shaped groove 55. In addition, a screw 57 formed on the outer peripheral surface and a tip small diameter portion 58 are formed on the upper portion of each support column 52. A rotating ring 59 that functions as first height adjusting means that is movable in the axial direction of each column 52 by engaging with the screw 57 and the small-diameter portion 58 at the tip is attached.
[0037]
A support plate 53 is placed above the rotating ring 59 via a parallel seat 60 in which a low-friction coating process is applied to the upper end surface of the rotating ring 59. A through hole 62 that is coaxial with the center of the V-shaped groove 55 is formed in the central portion of the support plate 53, and a pressing rod that is coaxial with the through hole 62 and can be moved up and down is provided in the through hole 62. 63 is inserted.
[0038]
A flange 64 is formed on the lower side of the pressing rod 63. Between the upper surface side of the flange 64 and the lower surface side of the support plate 53, a pressing means for urging the pressing rod 63 downward is provided. A spring 65 is inserted. A knob 66 is integrally attached to the upper side of the pressing rod 63, and the pressing rod 63 can be raised against the bias of the spring 65 by pulling up the knob 66. .
[0039]
A push ring 67 that functions as second height adjusting means that moves up and down by engaging with a screw formed on the screw receiving seat 54 is attached above the knob 66. The lower end of the push ring 67 passes through the screw receiving seat 54 and protrudes below the screw receiving seat 54. By rotating the push ring 67 along the screw, the lower end of the push ring 67 pushes down the pressing rod 63 via the knob 66, so that the pressing rod 63 can be lowered. In this case, an opening 54 a is formed in the opposing outer peripheral surface of the screw seat 54 so that the knob 66 can be held and the pressing rod 63 can be moved up and down. Note that the lower end surface of the pressing rod 63 is flat.
[0040]
Below the pressing rod 63, there is a pair of inclined pressing portions 68 on the lower end side that contact the inclined surface on the back side of the upper prism of the two cemented prisms mounted on the pedestal 51 and press the inclined surface. The U-shaped pressing seat 69 is disposed. The pressing seat 69 has a spherical hole 70 functioning as a positioning portion for positioning the pressing axis at the center of the upper surface thereof, that is, the center of the V-shaped groove 55, and is mounted in the spherical hole 70. It faces the lower end surface of the pressing rod 63 through the spherical body 71 placed.
[0041]
When a bonded prism is manufactured using this apparatus 50, the quartz prism 2 to which the half mirror coating is applied is placed with the slope on the back side in contact with the V-shaped groove 55 of the pedestal 51. Next, an ETFE film 75 having a thickness of 6 mm shaped to the size of the joint surface is placed on the coating of the quartz prism 2, and the quartz prism 1 is placed on the ETFE film.
[0042]
Then, with the knob 66 held and the pressing rod 63 lifted, the pressing portion 68 formed in a pair with the pressing seat 69 is brought into contact with the inclined surface on the back side of the quartz prism 1 to thereby press the pressing seat. A spherical body 71 is placed in the spherical hole 70 on the upper surface of 69. Thereafter, the grip 66 is released and the pressing rod 63 is lowered by the spring 65, and the inclined surface on the back side of the quartz prism 1 is pressed by the pressing portion 68. At this time, since the sphere 71 placed on the center of the V-shaped groove 55 of the pedestal 51, the axis of the pressing rod 63 and the spherical hole 70 of the pressing seat 69 is adjusted to be coaxial, the two prisms 1, 2 is joined with good positioning.
[0043]
A case where the thickness of the film (bonding layer) is adjusted during the bonding will be described. In the case of reducing the thickness of the film, the uppermost push ring 67 functioning as a height adjusting means is turned to the lower side along the screw, whereby the knob 66 and the pressing rod 63 are moved at the lower end of the push ring 67. Press to lower the lower end of the pressing rod 63. By this operation, the film between the prisms can be pressed, and this pressed state can be maintained.
[0044]
When the film thickness is increased, the support plate 53 is raised by turning the turning ring 59 functioning as a height adjusting means as a treatment to be performed in advance before joining the two prisms. After increasing the distance between 53, it can be implemented by joining the two prisms.
[0045]
In order to reduce the film thickness, the rotation ring 59 may be turned to lower the support plate 53 and the distance between the base 51 and the support plate 53 may be reduced. Since rotation adjustment is performed at at least three locations, the operation with the push ring 67 is desirable for ease of work.
[0046]
After positioning the two prisms 1 and 2 on the device 50, the device 50 is placed in a vacuum device (not shown) capable of evacuation, and the inside of the vacuum device is approximately 1 × 10.^-5After evacuating to Torr and sufficiently evacuating, heat and pressurize under vacuum, then slowly cool, release the pressurization when the temperature drops to about 100 ° C, and cool to room temperature in a vacuum apparatus. After that, the device 50 is taken out. Then, the bonding prism is removed from the device 50.
[0047]
FIG. 8 shows another apparatus 80 used for bonding. The device 80 includes a pedestal 81, a pair of side support plates 82 erected on the pedestal 81, and a fixing plate 83 bridged between the side support plates 82. A V-shaped groove 84 is formed in the central portion of the base 81 to support the inclined surface on the back surface side of one prism to be joined, and a relief groove 85 is formed at the bottom of the V-shaped groove 84. Yes.
[0048]
The pedestal 81 and the fixed plate 83 are opposed to each other in parallel, and at least three guide shafts 86 (only two are shown in the figure) are vertically provided between them. Are connected. A movable plate 87 that is movable in the axial direction of the guide shaft 86 is attached to the guide shaft 86. A pressing seat 88 that presses the other prism 1 placed on one prism 2 is attached to the lower surface side of the moving plate 87. The pressing seat 88 is formed with a pair of pressing portions 90 that come into contact with the inclined surface on the back surface side of the other prism 1. On the other hand, a drive shaft 90 of a motor 89 fixed to the fixed plate 83 is connected to the upper surface side of the moving plate 87. The axis of the drive shaft 90, the center between the pair of pressing portions 91 of the pressing seat 88 that presses the slope of the prism, and the center of the V-shaped groove 84 are set to be coaxial.
[0049]
In addition, distance measuring sensors 91a and 91b are attached to the upper surface of the pedestal 81 and the lower surface of the moving plate 87 in pairs. Further, in addition to the distance measuring sensor 91 (91a, 91b), a first surface height for detecting the joint surface of the prism 2 placed in the V-shaped groove 84 between the pair of side support plates 82. A sensor 92 and a second surface height sensor 93 for detecting the joint surface of the prism 1 placed on the prism 2 are attached. The motor 89, the distance measuring sensor 91, the first surface height sensor 92, and the second surface height sensor 93 are each connected to a control device (not shown).
[0050]
In order to manufacture a bonded prism using the device 80, the moving plate 87 is raised by the motor 89. Then, the prism 2 is placed in the V-shaped groove 84 of the pedestal 81, an organic fluororesin (for example, a film or a solution thereof) is disposed on the joint surface, and the prism 1 is placed thereon.
[0051]
The position of each joint surface is detected by the first surface height sensor 92 and the second surface height sensor 93, and the height of the moving plate 87 is detected by the fixed side sensor 91a and the movable side sensor 91b of the distance measuring sensor 91. , The motor 89 is driven and the moving plate 87 is lowered. At this time, it is performed while adjusting the speed or deaeration so that bubbles do not remain in the bonding layer between the bonding surfaces.
[0052]
When the detection signals from the first surface height sensor 92 and the second surface height sensor 93 reach a desired bonding layer thickness, the driving of the motor 89 is stopped, and the bonding layer is cured in the stopped state. To do. The bonded prism bonded after curing is removed from the apparatus 80.
[0053]
In such an apparatus 80, the distance measuring sensors 91a and 91b function to control the speed of the moving plate 87 or adjust the pressing force between the two prisms. The distance measuring sensors 91a and 91b, the first surface height sensor 92, and the second surface height sensor 93 used in FIG. 8 are applied to the apparatus 50 of FIG. The thickness of the layer may be controlled.
[0054]
Next, after taking out from the above apparatus 50 or 80, the excess fluororesin film which protruded from the joining surface is removed, and the joining optical element for ultraviolet region is obtained. An accelerated test (ultraviolet wavelength 248 nm, output 2 mW / cm) is performed by measuring the spectral transmittance of the bonded optical element for ultraviolet region and then inspecting the durability of the half mirror by ultraviolet irradiation.²FIG. 2 shows the result of measuring the spectral transmittance again after 3 months.
[0055]
As apparent from the results of FIG. 2, the transmittance after the accelerated test is lower than that before the accelerated test at a wavelength of 270 nm or less, but the transmittance in the ultraviolet region is good in the wavelength range of 270 nm to 400 nm, and the adhesive layer It can be seen that there is almost no absorption in the film, and that the characteristics are hardly deteriorated by long-term ultraviolet irradiation. Further, since there is transmission even in the wavelength range of 200 nm to 270 nm, it can be used. Further, in the optical element after the acceleration test, no peeling at the joint surface or cracking of the adhesive layer was found.
[0056]
The transmittance characteristics of such a bonded optical element for the ultraviolet region satisfy the optical properties required when used in the ultraviolet region, such as a beam splitter of an ultraviolet illumination system of an ultraviolet microscope, and also the ultraviolet light from the light source. Since it has heat resistance that can withstand the heat generated by irradiation (the heat generation temperature of 180 ° C. during the accelerated test), it can be sufficiently used in similar applications.
[0057]
As described above, according to the bonding optical element for the ultraviolet region of this embodiment, it exhibits high transmittance in the ultraviolet region (wavelength of 200 nm to 400 nm), and the adhesive layer can be cured in a short time. There is no peeling of the interface or cracking of the adhesive layer in the state, and it is possible to maintain the transmittance in the ultraviolet region having a wavelength of 200 nm or more for a long time.
[0058]
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a cemented optical element for an ultraviolet region according to the second embodiment, which is a bonded lens manufactured by bonding a quartz lens 4 and a fluorite lens 5 via an adhesive layer 6 made of an organic fluororesin. ing.
[0059]
The organic fluororesin used in this embodiment is an amorphous polymer of perfluoro (2,2-dimethyl-1,3-dioxole) having a fluorine-containing aliphatic ether ring structure in the main chain. A solution prepared by dissolving about 10 wt% of this organic fluororesin in a solvent composed of a perfluoro compound such as perfluoro (2-butyltetrahydrofuran) or perfluorobenzene is used as an adhesive. In order to improve the adhesion between each lens and the adhesive layer, a coupling agent may be mixed around 1 wt%. When the solvent is completely volatilized, this solution forms an organic fluororesin layer consisting of only four atoms of carbon atoms, fluorine atoms, oxygen atoms and hydrogen atoms.
[0060]
In order to manufacture the cemented optical element for the ultraviolet region of this embodiment, first, the above-mentioned organic fluororesin solution is dropped on the cemented surface of the quartz lens 4, and the fluorite lens 5 is placed thereon and pressurized. While removing bubbles, the resin solution is extended at each joint surface to thin the adhesive layer 6. In addition, after aligning the optical cores of the quartz lens 4 and the fluorite lens 5 and fixing the positions, the position is fixed with a jig, and the solvent of the adhesive layer is left for about 6 hours at room temperature with light pressure applied. It is allowed to stand until it is completely removed due to natural volatilization to obtain an ultraviolet region cemented optical element in which lenses 4 and 5 are cemented. At this time, the thickness of the adhesive layer 6 was 5 μm. Also, the excess adhesive solidified material protruding from the joint surface was removed.
[0061]
Using the ultraviolet optical bonding optical element of this embodiment, an ultraviolet irradiation acceleration test was conducted in the same manner as in Embodiment 1 to measure the spectral transmittance in the ultraviolet region before and after the test. FIG. 4 shows the measurement results.
[0062]
As is clear from the results of FIG. 4, the transmittance after the accelerated test is somewhat lower than that before the accelerated test at a wavelength of 250 nm or less, but in the wavelength range of 240 nm to 400 nm, the transmittance in the ultraviolet region is 90% or higher. It is good and the absorption in the adhesive layer 6 is extremely small. It can also be seen that the characteristics are hardly deteriorated even by long-term ultraviolet irradiation. Furthermore, no peeling at the joint surface or cracks in the adhesive layer were found in the optical element after the acceleration test.
[0063]
The transmission characteristics of such a bonding optical element for the ultraviolet region can be sufficiently used in a bonding lens in an objective lens system of an ultraviolet microscope, a bonding optical system of various devices to which excimer laser is applied, and similar applications. Is.
[0064]
According to the bonding optical element for the ultraviolet region of this embodiment, it exhibits high transmittance in the ultraviolet region, and can be reliably performed in a short time at room temperature that does not require heating equipment when curing the adhesive layer. In addition, there is no peeling of the interface or cracking of the adhesive layer in the bonded state, and the transmittance in the ultraviolet region having a wavelength of 200 nm or more can be maintained for a long period of time.
[0065]
In the second embodiment, the solvent of the adhesive layer is removed by natural volatilization. However, the present invention is not limited to this, and the volatilization of the solvent may be promoted in a heated atmosphere. Can be increased.
[0066]
(Embodiment 3)
The bonding optical element for ultraviolet region of this embodiment is made of polyvinylidene fluoride (PVdF) instead of a 6 μm thick film of tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE) which is an organic fluororesin in the first embodiment. A 6 μm thick film was used as the adhesive layer. And it was the same as that of Embodiment 1 except having made heating temperature into 180 degreeC and heating time into 5 minutes. This PVdF has only 4 atoms of carbon atom, fluorine atom, oxygen atom and hydrogen atom in its molecule, and its melting point is about 130 ° C. The spectral transmittance and spectral reflectance of the bonded prism are set to 55% and 45%, respectively, in design.
[0067]
FIG. 5 shows the result of measuring the spectral transmittance in the ultraviolet region before and after the test by carrying out the same ultraviolet irradiation acceleration test as in the first embodiment on the bonded optical element for the ultraviolet region in this embodiment. As is apparent from FIG. 5, the transmittance after the accelerated test is lower than that before the accelerated test at a wavelength of 260 nm or less, but the transmittance in the ultraviolet region is good in the wavelength range of 260 nm to 400 nm. The absorption in the layer is very low. It can also be seen that the characteristics are hardly deteriorated even by long-term ultraviolet irradiation. Further, since there is transmission even in the wavelength range of 200 nm to 260 nm, it can be used. Furthermore, no peeling at the joint surface or cracks in the adhesive layer were found in the optical element after the acceleration test.
[0068]
As described above, according to this embodiment, high transmittance is exhibited in the ultraviolet region (wavelength 200 nm to 400 nm), the adhesive layer can be easily and reliably secured in a short time, and peeling of the interface in the bonded state or the adhesive layer It is possible to maintain the transmittance in the ultraviolet region having a wavelength of 200 nm or longer over a long period of time.
[0069]
(Embodiment 4)
The bonding optical element for the ultraviolet region of this embodiment is an amorphous perfluoro (2,2dimethyl-1,3-dioxole) having the fluorine-containing aliphatic ether ring structure in the main chain in the second embodiment. Instead of the organic fluororesin made of a polymer, polyvinylidene fluoride (PVdF) was used as the organic fluororesin. Then, the same procedure as in Embodiment 2 was performed, except that 30 wt% of this polyvinylidene fluoride (PVdF) powder was dissolved in acetone to obtain a solution.
[0070]
FIG. 6 shows the result of measuring the spectral transmittance in the ultraviolet region before and after the test by carrying out the same ultraviolet irradiation acceleration test as in Embodiment 1 on the bonded optical element for the ultraviolet region in this embodiment. As is apparent from FIG. 6, the transmittance after the accelerated test is somewhat lower than that before the accelerated test at a wavelength of 240 nm or less, but the transmittance in the ultraviolet region is 90% or more and good at a wavelength of 240 nm to 400 nm. The absorption in the adhesive layer is extremely low. It can also be seen that the characteristics are hardly deteriorated even by long-term ultraviolet irradiation. Furthermore, no peeling at the joint surface or cracks in the adhesive layer were found in the optical element after the acceleration test.
[0071]
Therefore, according to this embodiment, it exhibits high transmittance in the ultraviolet region, and can be reliably performed in a short time at an ordinary temperature that does not require any heating equipment when curing the adhesive layer. There is no crack in the adhesive layer, and furthermore, it is possible to maintain the transmittance in the ultraviolet region having a wavelength of 200 nm or longer over a long period of time.
[0072]
In the embodiment, since acetone is removed from the adhesive layer, the volatilization of the solvent may be promoted not only in the natural volatilization but also in a heating atmosphere, thereby improving the workability. .
[0073]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, high transmittance is exhibited in the ultraviolet region, the adhesive can be cured in a short time, and there is no peeling of the interface or cracking of the adhesive layer in the bonded state. It becomes possible to maintain the transmittance in the ultraviolet region over a long period of time.
[0074]
  According to the invention of claim 2,High transmittance in the ultraviolet region, curing of the adhesive is completed in a short time, and there is very little peeling of the interface in the bonded state, cracking of the adhesive layer and optical distortion, even at low temperatures such as room temperature. Can be easily joined, and the transmittance in the ultraviolet region is unlikely to deteriorate even after long-term high-energy ultraviolet irradiation.It can be set as the joining optical element for ultraviolet region.
[0075]
  According to the invention of claim 3, claim 1Or 2In addition to the effects of the invention ofIn the adhesive layerIt can be set as the joining optical element for ultraviolet region in which a bubble does not remain.
[0076]
  According to the invention of claim 4, in addition to the effects of claims 1-3,Easy adjustment of bonding layer thicknessIt can be set as the joining optical element for ultraviolet region.
[0077]
  According to the invention of claim 5, the claimItem 4In addition to the effect ofEasy to set spectral transmittance and reflectance of UV-bonding optical element itselfIt can be set as the joining optical element for ultraviolet region.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a bonding optical element for an ultraviolet region according to Embodiments 1 and 3. FIG.
FIG. 2 is a characteristic diagram of spectral transmittance of the bonding optical element for ultraviolet region according to the first embodiment.
FIG. 3 is a side view of an ultraviolet region cemented optical element according to Embodiments 2 and 4. FIG.
FIG. 4 is a characteristic diagram of spectral transmittance of the bonding optical element for ultraviolet region according to the second embodiment.
FIG. 5 is a characteristic diagram of spectral transmittance of the bonding optical element for ultraviolet region according to the third embodiment.
FIG. 6 is a characteristic diagram of spectral transmittance of the bonding optical element for ultraviolet region according to the fourth embodiment.
FIG. 7 is a front view of an apparatus for joining optical elements.
FIG. 8 is a front view of another apparatus for joining optical elements.
[Explanation of symbols]
1 2 Quartz prism
3 Adhesive layer

Claims

In a bonding optical element for ultraviolet region in which an optical element that transmits ultraviolet light is bonded via an adhesive layer,
A bonding optical element for an ultraviolet region, wherein the adhesive layer is made of an organic fluororesin having no unsaturated bond in the molecule and having only four atoms of carbon atom, fluorine atom, oxygen atom and hydrogen atom.

In a bonding optical element for ultraviolet region in which an optical element that transmits ultraviolet light is bonded via an adhesive layer,
A bonding optical element for an ultraviolet region, wherein the adhesive layer is made of an organic fluororesin having a fluorine-containing aliphatic ether ring structure in the main chain and having no unsaturated bond in the molecule.

3. The bonding optical element for an ultraviolet region according to claim 1, wherein the organic fluororesin is bonded by pressing at a heating temperature of 180 [deg.] C. or more.

The said organic fluororesin is a film form, The junction optical element for ultraviolet region in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.

5. The bonding optical element for ultraviolet region according to claim 4, wherein the bonding surface of one optical element is coated and then bonded through the film-like organic fluororesin.