(57)【要約】【課題】接合する光学部品とほぼ同じ屈折率を有する接合膜を有し、この接合膜を介して２つの光学部品同士を高い寸法精度で強固に接合したことによって、耐光性および光透過性の高い光学素子、およびかかる光学素子を容易に製造可能な光学素子の製造方法を提供すること。【解決手段】積層光学素子５は、第１の光学部品２および第２の光学部品４を用意し、第１の光学部品２の表面上に、プラズマ重合法により、接合膜３を成膜する工程（第１の工程）と、接合膜３をプラズマに曝すことにより、接合膜３にエネルギーを付与し、接着性を発現させる工程（第２の工程）と、接合膜３を介して第１の光学部品２と第２の光学部品４とを接合し、積層光学素子５を得る工程（第３の工程）とを経て製造されたものであり、プラズマ重合法における成膜条件を調整することにより、接合膜３の屈折率が各光学部品２、４の屈折率とほぼ同じ値になるようにすることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する第１の光学部品および第２の光学部品と、プラズマ重合法により成膜され、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含むランダムな原子構造を有するＳｉ骨格と、該Ｓｉ骨格に結合する脱離基とを含み、前記第１の光学部品と前記第２の光学部品とを接合する接合膜とを有し、
前記接合膜の少なくとも一部の領域にエネルギーを付与し、前記接合膜の表面に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離することにより、前記接合膜に発現した接着性によって、前記第１の光学部品と前記第２の光学部品とが接合されており、
前記接合膜は、前記プラズマ重合法において成膜条件を調整することにより、その屈折率が、前記第１の光学部品の屈折率または前記第２の光学部品の屈折率に対して、ほぼ同じ値になるように成膜されたものであることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記接合膜を構成する全原子からＨ原子を除いた原子のうち、Ｓｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が、１０〜９０原子％である請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記接合膜中のＳｉ原子とＯ原子の存在比は、３：７〜７：３である請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記Ｓｉ骨格の結晶化度は、４５％以下である請求項１ないし３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５】
前記接合膜は、Ｓｉ−Ｈ結合を含んでいる請求項１ないし４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項６】
前記Ｓｉ−Ｈ結合を含む接合膜についての赤外光吸収スペクトルにおいて、シロキサン結合に帰属するピーク強度を１としたとき、Ｓｉ−Ｈ結合に帰属するピーク強度が０．００１〜０．２である請求項５に記載の光学素子。
【請求項７】
前記脱離基は、Ｈ原子、Ｂ原子、Ｃ原子、Ｎ原子、Ｏ原子、Ｐ原子、Ｓ原子およびハロゲン系原子、またはこれらの各原子が前記Ｓｉ骨格に結合するよう配置された原子団からなる群から選択される少なくとも１種で構成されたものである請求項１ないし６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項８】
前記脱離基は、アルキル基である請求項７に記載の光学素子。
【請求項９】
前記脱離基としてメチル基を含む接合膜についての赤外光吸収スペクトルにおいて、シロキサン結合に帰属するピーク強度を１としたとき、メチル基に帰属するピーク強度が０．０５〜０．４５である請求項８に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記接合膜は、その少なくとも表面付近に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離した後に、活性手を有する請求項１ないし９のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１１】
前記活性手は、未結合手または水酸基である請求項１０に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記接合膜は、ポリオルガノシロキサンを主材料として構成されている請求項１ないし１１のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１３】
前記ポリオルガノシロキサンは、オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするものである請求項１２に記載の光学素子。
【請求項１４】
前記プラズマ重合法において、プラズマを発生させる際の高周波の出力密度は、０．０１〜１００Ｗ／ｃｍ２の範囲内で調整される請求項１ないし１３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１５】
前記接合膜の平均厚さは、１〜１０００ｎｍである請求項１ないし１４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１６】
前記接合膜は、流動性を有しない固体状のものである請求項１ないし１５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１７】
前記接合膜の屈折率は、１．３５〜１．６の所定値に調整される請求項１ないし１６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１８】
前記エネルギーの付与は、前記接合膜にエネルギー線を照射する方法、および、前記接合膜をプラズマに曝す方法のうちの少なくとも１つの方法により行われる請求項１ないし１７のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１９】
前記エネルギー線は、波長１２６〜３００ｎｍの紫外線である請求項１８に記載の光学素子。
【請求項２０】
前記接合膜に曝すプラズマは、大気圧プラズマである請求項１８に記載の光学素子。
【請求項２１】
前記第１の光学部品および前記第２の光学部品は、それぞれ、石英ガラスまたは水晶で構成されている請求項１ないし２０のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２２】
前記接合膜は、その屈折率が、前記第１の光学部品の屈折率または前記第２の光学部品の屈折率に対して、０．０１未満の差になるよう成膜されたものである請求項１ないし２１のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２３】
前記成膜条件は、高周波の出力である請求項１ないし２２のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２４】
前記第１の光学部品と前記第２の光学部品との間に、前記接合膜と同様の接合膜を２層以上有している請求項１ないし２３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２５】
光透過性を有し、接合膜を介して互いに貼り合わせることにより光学素子を形成し得る第１の光学部品および第２の光学部品を用意し、前記第１の光学部品の表面上に、プラズマ重合法により、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含むランダムな原子構造を有するＳｉ骨格と、該Ｓｉ骨格に結合する脱離基とを含む前記接合膜を形成する第１の工程と、
前記接合膜にエネルギーを付与することにより、前記接合膜中に存在する前記脱離基を前記Ｓｉ骨格から脱離させ、接着性を発現させる第２の工程と、
前記接合膜を介して前記第１の光学部品と前記第２の光学部品とを接合し、光学素子を得る第３の工程とを有し、
前記第１の工程のプラズマ重合法において、成膜条件を調整することにより、前記接合膜の屈折率が、前記第１の光学部品の屈折率または前記第２の光学部品の屈折率に対して、ほぼ同じ値になるよう調整することを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子および光学素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２つの部材（基板）同士を接合（接着）する際には、従来、エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤等の接着剤を用いて行う方法が多く用いられている。
接着剤は、部材の材質によらず、接着性を示すことができる。このため、種々の材料で構成された部材同士を、様々な組み合わせで接着することができる。
例えば、透過する光に位相差を生じさせる機能を有する光学素子として波長板が知られている。波長板は、水晶のような複屈折結晶の基板を２枚重ね合わせたものであり、基板間は接着剤を用いて接着される。
このように接着剤を用いて基板同士を接着する際には、液状またはペースト状の接着剤を接着面に塗布し、塗布された接着剤を介して基板同士を貼り合わせる。その後、熱または光の作用により接着剤が硬化して基板同士が接着される。
【０００３】
ところで、波長板の光透過率は、接着剤と基板との間の屈折率差に影響され、光透過率を高める観点では、この屈折率差が小さいことが好ましい。しかしながら、接着剤の屈折率は、接着剤の組成に応じて一義的に決まる場合が多く、任意の値に調整することは困難である。
そこで、特許文献１には、基板の屈折率に応じて接着剤の屈折率を調整すべく、屈折率調整剤を含む接着剤組成物が提案されている。この屈折率調整剤含有接着剤組成物は、ウレタン系ホットメルト接着剤を主成分とし、添加物として芳香族有機りん化合物を含むものである。そして、添加物の添加量を変えることにより、屈折率調整剤含有接着剤組成物の屈折率を調整することが可能であるとしている。
【０００４】
しかしながら、この添加物の添加は、通常、接着剤の製造時に行われるため、製造後に接着剤の屈折率を調整することができない。このため、接着する基板の屈折率に応じて、それぞれ屈折率の異なる接着剤を何種類も用意する必要があり、工業利用の際には極めて非効率である。
また、接着剤を所定の厚さで均一に塗布することは難しいため、基板間距離が不均一になることが避けられない。この場合、波長板には波面収差等の各種収差が生じ、光学性能の低下を招くおそれがある。
さらに、接着剤は、樹脂材料で構成されているため、耐光性に乏しく、経時的に屈折率が変動してしまうことも光学部品を接着する上では大きな問題である。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１８８６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、接合する光学部品とほぼ同じ屈折率を有する接合膜を有し、この接合膜を介して２つの光学部品同士を高い寸法精度で強固に接合したことによって、耐光性および光透過性の高い光学素子、およびかかる光学素子を容易に製造可能な光学素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の光学素子は、光透過性を有する第１の光学部品および第２の光学部品と、プラズマ重合法により成膜され、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含むランダムな原子構造を有するＳｉ骨格と、該Ｓｉ骨格に結合する脱離基とを含み、前記第１の光学部品と前記第２の光学部品とを接合する接合膜とを有し、
前記接合膜の少なくとも一部の領域にエネルギーを付与し、前記接合膜の表面に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離することにより、前記接合膜に発現した接着性によって、前記第１の光学部品と前記第２の光学部品とが接合されており、
前記接合膜は、前記プラズマ重合法において成膜条件を調整することにより、その屈折率が、前記第１の光学部品の屈折率または前記第２の光学部品の屈折率に対して、ほぼ同じ値になるように成膜されたものであることを特徴とする。
これにより、接合する光学部品とほぼ同じ屈折率を有し、この接合膜を介して２つの光学部品同士を高い寸法精度で強固に接合したことによって、耐光性および光透過性の高い光学素子を得ることができる。
【０００８】
本発明の光学素子では、前記接合膜を構成する全原子からＨ原子を除いた原子のうち、Ｓｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が、１０〜９０原子％であることが好ましい。
これにより、接合膜は、Ｓｉ原子とＯ原子とが強固なネットワークを形成し、接合膜自体が強固なものとなる。また、かかる接合膜は、第１の光学部品および第２の光学部品に対して、特に高い接合強度を示すものとなる。
【０００９】
本発明の光学素子では、前記接合膜中のＳｉ原子とＯ原子の存在比は、３：７〜７：３であることが好ましい。
これにより、接合膜の安定性が高くなり、第１の光学部品と第２の光学部品とをより強固に接合することができるようになる。
本発明の光学素子では、前記Ｓｉ骨格の結晶化度は、４５％以下であることが好ましい。
これにより、Ｓｉ骨格は特にランダムな原子構造を含むものとなる。そして、寸法精度および接着性に優れた接合膜が得られる。
【００１０】
本発明の光学素子では、前記接合膜は、Ｓｉ−Ｈ結合を含んでいることが好ましい。
Ｓｉ−Ｈ結合は、シロキサン結合の生成が規則的に行われるのを阻害すると考えられる。このため、シロキサン結合は、Ｓｉ−Ｈ結合を避けるように形成されることとなり、Ｓｉ骨格の規則性が低下する。このようにして、プラズマ重合法によれば、接合膜中にＳｉ−Ｈ結合が含まれることにより、結晶化度の低いＳｉ骨格を効率よく形成することができる。
【００１１】
本発明の光学素子では、前記Ｓｉ−Ｈ結合を含む接合膜についての赤外光吸収スペクトルにおいて、シロキサン結合に帰属するピーク強度を１としたとき、Ｓｉ−Ｈ結合に帰属するピーク強度が０．００１〜０．２であることが好ましい。
これにより、接合膜中の原子構造は、相対的に最もランダムなものとなる。このため、接合膜は、接合強度、耐薬品性および寸法精度において特に優れたものとなる。
【００１２】
本発明の光学素子では、前記脱離基は、Ｈ原子、Ｂ原子、Ｃ原子、Ｎ原子、Ｏ原子、Ｐ原子、Ｓ原子およびハロゲン系原子、またはこれらの各原子が前記Ｓｉ骨格に結合するよう配置された原子団からなる群から選択される少なくとも１種で構成されたものであることが好ましい。
これらの脱離基は、エネルギーの付与による結合／脱離の選択性に比較的優れている。このため、エネルギーを付与することによって比較的簡単に、かつ均一に脱離する脱離基が得られることとなり、接合膜の接着性をより高度化することができる。
本発明の光学素子では、前記脱離基は、アルキル基であることが好ましい。
これにより、耐候性および耐薬品性に優れた接合膜が得られる。
【００１３】
本発明の光学素子では、前記脱離基としてメチル基を含む接合膜についての赤外光吸収スペクトルにおいて、シロキサン結合に帰属するピーク強度を１としたとき、メチル基に帰属するピーク強度が０．０５〜０．４５であることが好ましい。
これにより、メチル基の含有率が最適化され、メチル基がシロキサン結合の生成を必要以上に阻害するのを防止しつつ、接合膜中に必要かつ十分な数の活性手が生じるため、接合膜に十分な接着性が生じる。また、接合膜には、メチル基に起因する十分な耐候性および耐薬品性が発現する。
【００１４】
本発明の光学素子では、前記接合膜は、その少なくとも表面付近に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離した後に、活性手を有することが好ましい。
これにより、接合膜は、第２の光学部品に対して、化学的結合に基づいて強固に接合可能なものとなる。
本発明の光学素子では、前記活性手は、未結合手または水酸基であることが好ましい。
これにより、第２の光学部品に対して、特に強固な接合が可能となる。
【００１５】
本発明の光学素子では、前記接合膜は、ポリオルガノシロキサンを主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、接着性により優れた接合膜が得られる。また、この接合膜は、耐候性および耐薬品性に優れたものとなり、例えば、薬品類等に長期にわたって曝されるような光学部品の接合に際して、有効に用いられるものとなる。
本発明の光学素子では、前記ポリオルガノシロキサンは、オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするものであることが好ましい。
これにより、接着性に特に優れた接合膜が得られる。
【００１６】
本発明の光学素子では、前記プラズマ重合法において、プラズマを発生させる際の高周波の出力密度は、０．０１〜１００Ｗ／ｃｍ２の範囲内で調整されることが好ましい。
これにより、高周波の出力密度が高過ぎて原料ガスに必要以上のプラズマエネルギーが付加されるのを防止しつつ、ランダムな原子構造を有するＳｉ骨格を確実に形成することができる。また、屈折率を所望の値に確実に調整しつつ接合膜を成膜することができる。
【００１７】
本発明の光学素子では、前記接合膜の平均厚さは、１〜１０００ｎｍであることが好ましい。
これにより、第１の光学部品と第２の光学部品とを接合した光学素子の寸法精度が著しく低下するのを防止しつつ、これらをより強固に接合することができる。
本発明の光学素子では、前記接合膜は、流動性を有しない固体状のものであることが好ましい。
これにより、得られる光学素子の寸法精度は、従来に比べて格段に高いものとなる。また、従来に比べ、短時間で強固な接合が可能になる。
本発明の光学素子では、前記接合膜の屈折率は、１．３５〜１．６の所定値に調整されることが好ましい。
このような屈折率の領域は、その屈折率が水晶や石英ガラスの屈折率に比較的近いため、水晶や石英ガラスを主材料とする光学部品を接合する際に好適に用いられる。
【００１８】
本発明の光学素子では、前記エネルギーの付与は、前記接合膜にエネルギー線を照射する方法、および、前記接合膜をプラズマに曝す方法のうちの少なくとも１つの方法により行われることが好ましい。
紫外線によれば、広い範囲をムラなく短時間に処理することができるので、脱離基の脱離を効率よく行うことができ、さらには、ＵＶランプ等の簡単な設備で発生させることができる。
接合膜をプラズマに曝す方法によれば、接合膜の表面付近に選択的にエネルギーを付与することができるので、表面に接着性を発現させる一方、内部に組成、体積等の変化を生じさせるのを防止することができる。
【００１９】
本発明の光学素子では、前記エネルギー線は、波長１２６〜３００ｎｍの紫外線であることが好ましい。
これにより、接合膜に付与されるエネルギー量が最適化されるので、接合膜中のＳｉ骨格が必要以上に破壊されるのを防止しつつ、Ｓｉ骨格と脱離基との間の結合を選択的に切断することができる。その結果、接合膜の特性（機械的特性、化学的特性等）が低下するのを防止しつつ、接合膜に接着性を発現させることができる。
本発明の光学素子では、前記接合膜に曝すプラズマは、大気圧プラズマであることが好ましい。
これにより、接合膜に損傷が生じるのを防止して、接着性および光学性能に優れた接合膜を得ることができる。
【００２０】
本発明の光学素子では、前記第１の光学部品および前記第２の光学部品は、それぞれ、石英ガラスまたは水晶で構成されていることが好ましい。
これらの材料は、接合膜との密着性に優れるとともに、優れた透明性を有し、かつ耐熱性、耐光性、耐薬品性、機械的強度等の各種特性にも優れていることから、光学部品の構成材料として特に好適である。
【００２１】
本発明の光学素子では、前記接合膜は、その屈折率が、前記第１の光学部品の屈折率または前記第２の光学部品の屈折率に対して、０．０１未満の差になるよう成膜されたものであることが好ましい。
これにより、光学的には屈折率差をほぼ無視できるため、接合界面での光の散乱を確実に抑制することができ、光透過性が顕著な光学素子が得られる。
【００２２】
本発明の光学素子では、前記成膜条件は、高周波の出力であることが好ましい。
高周波の出力は、成膜条件の中でも調整が容易でかつ正確な調整が可能なパラメータであることから、屈折率を厳密に調整する観点において、好適な制御因子である。
本発明の光学素子では、前記第１の光学部品と前記第２の光学部品との間に、前記接合膜と同様の接合膜を２層以上有していることが好ましい。
これにより、第１の光学部品と第２の光学部品とをより強固に接合することができる。
【００２３】
本発明の光学素子の製造方法は、光透過性を有し、接合膜を介して互いに貼り合わせることにより光学素子を形成し得る第１の光学部品および第２の光学部品を用意し、前記第１の光学部品の表面上に、プラズマ重合法により、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含むランダムな原子構造を有するＳｉ骨格と、該Ｓｉ骨格に結合する脱離基とを含む前記接合膜を形成する第１の工程と、
前記接合膜にエネルギーを付与することにより、前記接合膜中に存在する前記脱離基を前記Ｓｉ骨格から脱離させ、接着性を発現させる第２の工程と、
前記接合膜を介して前記第１の光学部品と前記第２の光学部品とを接合し、光学素子を得る第３の工程とを有し、
前記第１の工程のプラズマ重合法において、成膜条件を調整することにより、前記接合膜の屈折率が、前記第１の光学部品の屈折率または前記第２の光学部品の屈折率に対して、ほぼ同じ値になるよう調整することを特徴とする。
これにより、接合膜を介して２つの光学部品同士を接合してなる、耐光性および寸法精度が高く、かつ光透過率の高い光学素子を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の光学素子および光学素子の製造方法を、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
本発明の光学素子は、２つの光学部品（第１の光学部品２および第２の光学部品４）と、これらの光学部品２、４間に設けられた接合膜３とを有しており、この接合膜３を介して、２つの光学部品２、４が接合されてなるものである。
この光学素子のうち、接合膜３は、プラズマ重合法により成膜されたものであり、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含むランダムな原子構造を有するＳｉ骨格と、このＳｉ骨格に結合する脱離基とを含むものである。
【００２５】
このような接合膜３は、エネルギーを付与することにより、接合膜３に存在する脱離基がＳｉ骨格から脱離するものである。そして、この脱離基の脱離によって、接合膜３のエネルギーを付与した領域に接着性が発現するという特徴を有する。
かかる特徴を有する接合膜３は、２つの光学部品２、４間を、高い寸法精度で強固に、かつ低温下で効率よく接合可能である。そして、この接合膜３を用いることにより、第１の光学部品２と第２の光学部品４とが強固に接合してなる信頼性の高い光学素子が得られる。
【００２６】
また、本実施形態では、この光学素子において、接合膜３の屈折率が、第１の光学部品２および第２の光学部品４の屈折率とほぼ同じになるよう調整されている。この屈折率の調整は、プラズマ重合法における成膜条件を調整することにより行うことができる。このため、各光学部品２、４の屈折率に応じて前記成膜条件を適宜設定しさえすれば、各光学部品２、４の屈折率とほぼ同じ屈折率の接合膜３をムラなく均一に成膜することができ、光透過性の高い光学素子が得られる。
【００２７】
≪第１実施形態≫
次に、本発明の光学素子の製造方法の第１実施形態について説明する。
図１および図２は、本発明の光学素子の製造方法の第１実施形態を説明するための図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図１および図２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００２８】
本実施形態にかかる光学素子の製造方法は、第１の光学部品２および第２の光学部品４を用意し、第１の光学部品２の表面上に、プラズマ重合法により接合膜３を成膜する工程（第１の工程）と、接合膜３にエネルギーを付与する工程（第２の工程）と、接合膜３を介して第１の光学部品２と第２の光学部品４とを接合し、積層光学素子５を得る工程（第３の工程）とを有する。以下、各工程について順次説明する。
【００２９】
［１］まず、第１の光学部品２および第２の光学部品４を用意する。
これらの光学部品２、４は、接合膜３を介して互いに貼り合わせることにより、光透過性を有する積層光学素子５を形成し得るものである。なお、具体的な積層光学素子５は、後に例示する。
第１の光学部品２の構成材料は、それぞれ光透過性の材料であればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド（例：ナイロン６、ナイロン４６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６−１２、ナイロン６−６６）、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ−（４−メチルペンテン−１）、アイオノマー、アクリル系樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリシクロヘキサンテレフタレート（ＰＣＴ）等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等の各種樹脂材料や、ソーダガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス等のガラス材料、水晶、方解石、サファイア、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＫＢｒ、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＭｇＯ、ＹＶＯ４、ＬｉＮｂＯ３等の結晶材料等が挙げられる。
これらの中でも、接合膜３との屈折率の整合性や密着性（接合性）の観点から、石英ガラス、水晶等の酸化ケイ素系材料が好ましく用いられる。酸化ケイ素系材料は、さらに、優れた透明性を有し、かつ耐熱性、耐光性、耐薬品性、機械的強度等の各種特性にも優れていることから、第１の光学部品２の構成材料として特に好適である。
【００３０】
一方、第２の光学部品４の構成材料も、第１の光学部品２の構成材料から適宜選択すればよく、第１の光学部品２の構成材料と第２の光学部品４の構成材料とは、同じでも互いに異なっていてもよいが、本実施形態では、前述したように、第１の光学部品２の屈折率と第２の光学部品４の屈折率とがほぼ同じ値になるよう、それぞれの構成材料が選択されている。
また、第１の光学部品２および第２の光学部品４は、その表面に、各種光学薄膜を成膜したものであってもよい。
【００３１】
次に、図１（ａ）に示すように、第１の光学部品２の表面上に接合膜３を形成する（第１の工程）。接合膜３は、第１の光学部品２と第２の光学部品４との間に位置し、これらの接合を担うものである。
かかる接合膜３は、図３、４に示すように、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合３０２を含み、ランダムな原子構造を有するＳｉ骨格３０１と、このＳｉ骨格３０１に結合する脱離基３０３とを有するものである。
また、この接合膜３は、プラズマ重合法により成膜されたものであるが、この成膜において、成膜条件を調整することにより、その屈折率が第１の光学部品２および第２の光学部品４とほぼ同じ値になるよう調整されている。
なお、接合膜３については、後に詳述する。
【００３２】
また、第１の光学部品２の少なくとも接合膜３を形成すべき領域には、第１の光学部品２の構成材料に応じて、接合膜３を形成する前に、あらかじめ、第１の光学部品２と接合膜３との密着性を高める表面処理を施すのが好ましい。
かかる表面処理としては、例えば、スパッタリング処理、ブラスト処理のような物理的表面処理、酸素プラズマ、窒素プラズマ等を用いたプラズマ処理、コロナ放電処理、エッチング処理、電子線照射処理、紫外線照射処理、オゾン暴露処理のような化学的表面処理、または、これらを組み合わせた処理等が挙げられる。このような処理を施すことにより、第１の光学部品２の接合膜３を形成すべき領域を清浄化するとともに、該領域を活性化させることができる。これにより、第１の光学部品２と接合膜３との接合強度を高めることができる。
【００３３】
また、これらの各表面処理の中でもプラズマ処理を用いることにより、接合膜３を形成するために、第１の光学部品２の表面を特に最適化することができる。
なお、表面処理を施す第１の光学部品２が、樹脂材料（高分子材料）で構成されている場合には、特に、コロナ放電処理、窒素プラズマ処理等が好適に用いられる。
また、第１の光学部品２の構成材料によっては、上記のような表面処理を施さなくても、接合膜３の接合強度が十分に高くなるものがある。このような効果が得られる第１の光学部品２の構成材料としては、例えば、前述したような各種ガラス材料、各種結晶材料等を主材料とするものが挙げられる。
【００３４】
このような材料で構成された第１の光学部品２は、その表面が酸化膜で覆われており、この酸化膜の表面には、比較的活性の高い水酸基が結合している。したがって、このような材料で構成された第１の光学部品２を用いると、上記のような表面処理を施さなくても、第１の光学部品２と接合膜３との密着強度を高めることができる。
なお、この場合、第１の光学部品２の全体が上記のような材料で構成されていなくてもよく、少なくとも接合膜３を形成すべき領域の表面付近が上記のような材料で構成されていればよい。
【００３５】
一方、第２の光学部品４においても、その構成材料によっては、上記のような表面処理を施さなくても、第１の光学部品２と第２の光学部品４との接合強度が十分に高くなるものがある。このような効果が得られる第２の光学部品４の構成材料には、前述した第１の光学部品２の構成材料と同様のもの、すなわち、各種ガラス材料、各種結晶材料等を用いることができる。
【００３６】
さらに、第２の光学部品４の接合膜３に密着する領域に、以下の基や物質を有する場合には、上記のような表面処理を施さなくても、第１の光学部品２と第２の光学部品４との接合強度を十分に高くすることができる。
このような基や物質としては、例えば、水酸基、チオール基、カルボキシル基、アミノ基、ニトロ基、イミダゾール基のような官能基、ラジカル、開環分子、２重結合、３重結合のような不飽和結合、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉのようなハロゲン、過酸化物からなる群から選択される少なくとも１つの基または物質が挙げられる。
また、このようなものを有する表面が得られるように、上述したような各種表面処理を適宜選択して行うのが好ましい。
【００３７】
また、表面処理に代えて、第１の光学部品２の少なくとも接合膜３を形成すべき領域および第２の光学部品４の接合膜３に密着する領域には、あらかじめ中間層を形成しておくのが好ましい。
この中間層は、いかなる機能を有するものであってもよく、例えば、接合膜３との密着性を高める機能、クッション性（緩衝機能）、応力集中を緩和する機能等を有するものが好ましい。このような中間層を用いることにより、信頼性の高い積層光学素子を得ることができる。
【００３８】
かかる中間層の構成材料としては、例えば、金属酸化物、シリコン酸化物のような酸化物系材料、金属窒化物、シリコン窒化物のような窒化物系材料、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボンのような炭素系材料、シランカップリング剤、チオール系化合物、金属アルコキシド、金属−ハロゲン化合物のような自己組織化膜材料、樹脂系接着剤、樹脂フィルム、樹脂コーティング材、各種ゴム材料、各種エラストマーのような樹脂系材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
また、これらの各材料で構成された中間層の中でも、酸化物系材料で構成された中間層によれば、積層光学素子５の接合強度を特に高めることができる。
【００３９】
［２］次に、図１（ｂ）に示すように、接合膜３にエネルギーを付与する。
エネルギーが付与されると、接合膜３の表面では、脱離基３０３がＳｉ骨格３０１から脱離する。そして、脱離基３０３が脱離した後には活性手が生じるため、接合膜３に、第２の光学部品４との安定した接着性が発現する。その結果、接合膜３は、化学的結合に基づいて第２の光学部品４と安定して強固に接合可能なものとなる。
【００４０】
ここで、エネルギーが付与される前の接合膜３は、図３に示すように、Ｓｉ骨格３０１と脱離基３０３とを有している。かかる接合膜３にエネルギーが付与されると、特に表面付近の脱離基３０３（本実施形態では、メチル基）がＳｉ骨格３０１から脱離する。これにより、図４に示すように、接合膜３の表面３５に活性手３０４が生じ、活性化される。その結果、接合膜３の表面に接着性が発現する。
【００４１】
なお、接合膜３を「活性化させる」とは、接合膜３の表面３５および内部の脱離基３０３が脱離して、Ｓｉ骨格３０１において終端化されていない結合手（以下、「未結合手」または「ダングリングボンド」とも言う。）が生じた状態や、この未結合手が水酸基（ＯＨ基）によって終端化された状態、または、これらの状態が混在した状態のことを言う。
したがって、活性手３０４とは、未結合手（ダングリングボンド）、または未結合手が水酸基によって終端化されたもののことを言う。このような活性手３０４によれば、第２の光学部品４に対して、特に強固な接合が可能となる。
【００４２】
接合膜３にエネルギーを付与する方法としては、例えば、接合膜３にエネルギー線を照射する方法、または、接合膜３をプラズマに曝す方法等が挙げられる。
このうち、接合膜３に照射するエネルギー線としては、例えば、紫外線、レーザー光のような光、Ｘ線、γ線、電子線、イオンビームのような粒子線等、またはこれらのエネルギー線を組み合わせたものが挙げられる。
【００４３】
これらのエネルギー線の中でも、特に、波長１２６〜３００ｎｍ程度の紫外線を用いるのが好ましい。かかる紫外線によれば、付与されるエネルギー量が最適化されるので、接合膜３中のＳｉ骨格３０１が必要以上に破壊されるのを防止しつつ、Ｓｉ骨格３０１と脱離基３０３との間の結合を選択的に切断することができる。これにより、接合膜３の特性（機械的特性、化学的特性等）が低下するのを防止しつつ、接合膜３に接着性を発現させることができる。
また、紫外線によれば、広い範囲をムラなく短時間に処理することができるので、脱離基３０３の脱離を効率よく行わせることができる。さらに、紫外線には、例えば、ＵＶランプ等の簡単な設備で発生させることができるという利点もある。
なお、紫外線の波長は、より好ましくは、１６０〜２００ｎｍ程度とされる。
【００４４】
また、ＵＶランプを用いる場合、その出力は、接合膜３の面積に応じて異なるが、１ｍＷ／ｃｍ２〜１Ｗ／ｃｍ２程度であるのが好ましく、５ｍＷ／ｃｍ２〜５０ｍＷ／ｃｍ２程度であるのがより好ましい。なお、この場合、ＵＶランプと接合膜３との離間距離は、３〜３０００ｍｍ程度とするのが好ましく、１０〜１０００ｍｍ程度とするのがより好ましい。
【００４５】
また、紫外線を照射する時間は、接合膜３の表面３５付近の脱離基３０３を脱離し得る程度の時間、すなわち、接合膜３の内部の脱離基３０３を多量に脱離させない程度の時間とするのが好ましい。具体的には、紫外線の光量、接合膜３の構成材料等に応じて若干異なるものの、０．５〜３０分程度であるのが好ましく、１〜１０分程度であるのがより好ましい。
【００４６】
また、紫外線は、時間的に連続して照射されてもよいが、間欠的（パルス状）に照射されてもよい。
一方、レーザー光としては、例えば、エキシマレーザー（フェムト秒レーザー）、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー、Ａｒレーザー、ＣＯ２レーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー等が挙げられる。
【００４７】
また、接合膜３に対するエネルギー線の照射は、いかなる雰囲気中で行うようにしてもよく、具体的には、大気、酸素のような酸化性ガス雰囲気、水素のような還元性ガス雰囲気、窒素、アルゴンのような不活性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧（真空）雰囲気等が挙げられるが、特に不活性ガス雰囲気または減圧（真空）雰囲気で行うのが好ましい。これにより、接合膜３が酸化し、変質・劣化するのを防止することができる。
【００４８】
さらに、この雰囲気は、好ましくは乾燥した雰囲気とされる。これにより、紫外線の照射によって切断された化学結合の切断跡に、雰囲気中の水蒸気が吸着するのを防止し、接合膜３の組成の意図しない変化を防止することができる。
具体的には、雰囲気の露点が−１０℃以下であるのが好ましく、−２０℃以下であるのがより好ましい。
【００４９】
また、エネルギー線を照射する方法によれば、付与するエネルギーの大きさを、精度よく簡単に調整することができる。このため、接合膜３から脱離する脱離基３０３の脱離量を調整することが可能となる。その結果、積層光学素子５の接合強度を容易に制御することができる。
すなわち、脱離基３０３の脱離量を多くすることにより、接合膜３の表面３５および内部に、より多くの活性手が生じるため、接合膜３に発現する接着性をより高めることができる。一方、脱離基３０３の脱離量を少なくすることにより、接合膜３の表面３５および内部に生じる活性手を少なくし、接合膜３に発現する接着性を抑えることができる。
なお、付与するエネルギーの大きさを調整するためには、例えば、エネルギー線の種類、エネルギー線の出力、エネルギー線の照射時間等の条件を調整すればよい。
【００５０】
一方、接合膜３をプラズマに曝す方法によれば、接合膜３の表面３５付近に選択的にエネルギーを付与することができるので、接合膜３から脱離基３０３が脱離することが防止される。これにより、接合膜３の表面３５には、接着性が確実に発現するとともに、内部では脱離基３０３の脱離に伴って接合膜３の組成、体積、屈折率等が不本意に変化してしまうのを防止することができる。
【００５１】
この場合、接合膜３を曝すプラズマとして大気圧プラズマを用いるのが好ましい。大気圧プラズマによれば、減圧手段等の高価な設備を用いることなく、容易にプラズマ処理を行うことができる。また、このプラズマ処理には、接合膜３の近傍でプラズマを発生させるダイレクトプラズマ方式の他、被処理物とプラズマ発生部とが離間したリモートプラズマ方式またはダウンフロープラズマ方式による処理も好ましく用いられる。ダイレクトプラズマ方式によれば、接合膜３の近傍でプラズマを発生させるため、プラズマ処理を効率よくかつ均一に行うことができる。また、被処理物とプラズマ発生部とが離間している場合、被処理物とプラズマ発生部とが干渉しないため、被処理物をイオン損傷から避けることができる。
【００５２】
また、減圧雰囲気中でプラズマ処理を行った場合、接合膜３の内部に意図せず閉じ込められたガスや経時的に発生したガス等が、接合膜３の外部に強制的に引き出されるおそれがある。このような現象が起こると、接合膜３に損傷が生じ、接着性の低下を招くとともに、光学性能の低下を招くこととなる。
これに対し、大気圧下でプラズマ処理を行うことにより、接合膜３に損傷が生じるのを防止して、接着性および光学性能に優れた接合膜３を得ることができる。
なお、プラズマを発生させるガスとしては、Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ２、Ｎ２、Ｏ２等が挙げられ、これらの２種以上を混合して用いることもできる。このうち、接合膜３の酸化等を考慮した場合には、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガスが好ましく用いられる。
【００５３】
また、プラズマ処理は、後述する図５に示すプラズマ重合装置１００を用いて行うこともできる。すなわち、図５に示すプラズマ重合装置１００を用いて接合膜３を形成した後、これを装置から取り出すことなく、続けて本工程のプラズマ処理を施すことができるので、本発明の光学素子の製造方法の簡略化を図ることができる。
また、放電によってプラズマを発生させる際、電極間に印加する電圧は、ＭＨｚ以上の高周波であるのが好ましい。これにより、直流放電の場合に比べて、放電開始電圧が低下するため、放電状態を容易に維持することができる。また、高周波を用いることにより、プラズマ中の電離度が高くなり、プラズマ密度が高くなる。その結果、プラズマによる脱離基３０３の脱離を効率よく行うことができる。
電極間に印加する電圧の周波数は、特に限定されないが、好ましくは１０〜５０ＭＨｚ程度とされ、より好ましくは１０〜４０ＭＨｚ程度とされる。
また、工程［２］におけるエネルギーの付与方法としては、上述した方法の他に、加熱、加圧、オゾンに曝す等の方法が挙げられる。
【００５４】
ここで、エネルギーが付与される前の接合膜３は、図３に示すように、Ｓｉ骨格３０１と脱離基３０３とを有している。かかる接合膜３にエネルギーが付与されると、脱離基３０３（本実施形態では、メチル基）がＳｉ骨格３０１から脱離する。これにより、図４に示すように、接合膜３の表面３５に活性手３０４が生じ、活性化される。その結果、接合膜３の表面に接着性が発現する。
なお、接合膜３を「活性化させる」とは、接合膜３の表面３５および内部の脱離基３０３が脱離して、Ｓｉ骨格３０１において終端化されていない結合手（以下、「未結合手」または「ダングリングボンド」とも言う。）が生じた状態や、この未結合手が水酸基（ＯＨ基）によって終端化された状態、または、これらの状態が混在した状態のことを言う。
したがって、活性手３０４とは、未結合手（ダングリングボンド）、または未結合手が水酸基によって終端化されたもののことを言う。このような活性手３０４によれば、接合膜３を介して第１の光学部品２と第２の光学部品４とをより強固に接合することができる。
【００５５】
［３］次に、図１（ｃ）に示すように、活性化させた接合膜３と第２の光学部品４とが密着するように、第１の光学部品２と第２の光学部品４とを貼り合わせる。これにより、図２（ｄ）に示すような積層光学素子５を得る（第３の工程）。
このようにして得られた積層光学素子５では、従来の光学素子の製造方法で用いられていた接着剤のように、主にアンカー効果のような物理的結合に基づく接着ではなく、共有結合のような短時間で生じる強固な化学的結合に基づいて接合されている。このため、積層光学素子５は短時間で形成することができ、かつ極めて剥離し難く、接合ムラ等も生じ難いものとなる。
【００５６】
また、このような方法によれば、従来の固体接合のように、高温（例えば、７００℃以上）での熱処理を必要としないことから、耐熱性の低い材料で構成された第１の光学部品２および第２の光学部品４をも、接合に供することができる。
また、接合膜３を介して第１の光学部品２と第２の光学部品４とを接合しているため、第１の光学部品２や第２の光学部品４の構成材料に制約がないという利点もある。
【００５７】
以上のことから、本発明によれば、第１の光学部品２および第２の光学部品４の各構成材料の選択の幅をそれぞれ広げることができる。
また、本実施形態では、接合に供される第１の光学部品２および第２の光学部品４のうち、一方のみ（本実施形態では、第１の光学部品２）に接合膜３が設けられている。第１の光学部品２上に接合膜３を形成する際に、接合膜３の形成方法によっては第１の光学部品２が比較的長時間にわたってプラズマに曝されることになるが、本実施形態では第２の光学部品４はプラズマに曝されることはない。したがって、例えば、第２の光学部品４のプラズマに対する耐久性が著しく低い場合であっても、本実施形態にかかる方法によれば、第１の光学部品２と第２の光学部品４とを強固に接合することができる。したがって、第２の光学部品４を構成する材料は、プラズマに対する耐久性をあまり考慮することなく、幅広い材料から選択することが可能になるという利点もある。
【００５８】
ここで、本工程において、第１の光学部品２と第２の光学部品４とが接合されるメカニズムについて説明する。
例えば、第２の光学部品４の接合面に水酸基が露出している場合を例に説明すると、本工程において、接合膜３の表面３５と第２の光学部品４の接合面とが接触するように、これらを貼り合わせたとき、接合膜３の表面３５に存在する水酸基と、第２の光学部品４の接合面に存在する水酸基とが、水素結合によって互いに引き合い、水酸基同士の間に引力が発生する。この引力によって、第１の光学部品２と第２の光学部品４とが接合されると推察される。
また、この水素結合によって互いに引き合う水酸基同士は、温度条件等によって、脱水縮合する。その結果、第１の光学部品２と第２の光学部品４との接触界面では、水酸基が結合していた結合手同士が酸素原子を介して結合する。これにより、第１の光学部品２と第２の光学部品４とがより強固に接合されると推察される。
【００５９】
なお、前記工程［２］で活性化された接合膜３の表面は、その活性状態が経時的に緩和してしまう。このため、前記工程［２］の終了後、できるだけ早く本工程［３］を行うようにするのが好ましい。具体的には、前記工程［２］の終了後、６０分以内に本工程［３］を行うようにするのが好ましく、５分以内に行うのがより好ましい。かかる時間内であれば、接合膜３の表面が十分な活性状態を維持しているので、本工程で第１の光学部品２と第２の光学部品４とを貼り合わせたとき、これらの間に十分な接合強度を得ることができる。
【００６０】
換言すれば、活性化させる前の接合膜３は、Ｓｉ骨格３０１を有する接合膜であるため、化学的に比較的安定であり、耐候性に優れている。このため、活性化させる前の接合膜３は、長期にわたる保存に適したものとなる。したがって、そのような接合膜３を備えた第１の光学部品２を多量に製造または購入して保存しておき、本工程の貼り合わせを行う直前に、必要な個数のみに前記工程［２］に記載したエネルギー付与を行うようにすれば、積層光学素子５の製造効率の観点から有効である。
【００６１】
以上のようにして、図２（ｄ）に示す積層光学素子（本発明の光学素子）５を得ることができる。
なお、図２（ｄ）では、接合膜３の全面を覆うように第２の光学部品４を重ね合わせているが、これらの相対的な位置は互いにずれていてもよい。すなわち、接合膜３から第２の光学部品４がはみ出るようにしてもよい。
【００６２】
このようにして得られた積層光学素子５は、第１の光学部品２と第２の光学部品４との間の接合強度が５ＭＰａ（５０ｋｇｆ／ｃｍ２）以上であるのが好ましく、１０ＭＰａ（１００ｋｇｆ／ｃｍ２）以上であるのがより好ましい。このような接合強度を有する積層光学素子５は、その剥離を十分に防止し得るものとなる。
なお、積層光学素子５を得た後、この積層光学素子５に対して、必要に応じ、以下の２つの工程（［４Ａ］および［４Ｂ］）のうちの少なくとも１つの工程（積層光学素子５の接合強度を高める工程）を行うようにしてもよい。これにより、積層光学素子５の接合強度のさらなる向上を図ることができる。
【００６３】
［４Ａ］図２（ｅ）に示すように、得られた積層光学素子５を、第１の光学部品２と第２の光学部品４とが互いに近づく方向に加圧する。
これにより、第１の光学部品２の表面および第２の光学部品４の表面に、それぞれ接合膜３の表面がより近接し、積層光学素子５における接合強度をより高めることができる。
また、積層光学素子５を加圧することにより、積層光学素子５中の接合界面に残存していた隙間を押し潰して、接合面積をさらに広げることができる。これにより、積層光学素子５における接合強度をさらに高めることができる。
このとき、積層光学素子５を加圧する際の圧力は、積層光学素子５が損傷を受けない程度の圧力で、できるだけ高い方が好ましい。これにより、この圧力に比例して積層光学素子５における接合強度を高めることができる。
【００６４】
なお、この圧力は、第１の光学部品２および第２の光学部品４の各構成材料や各厚さ、接合装置等の条件に応じて、適宜調整すればよい。具体的には、第１の光学部品２および第２の光学部品４の各構成材料や各厚さ等に応じて若干異なるものの、０．２〜１０ＭＰａ程度であるのが好ましく、１〜５ＭＰａ程度であるのがより好ましい。これにより、積層光学素子５の接合強度を確実に高めることができる。なお、この圧力が前記上限値を上回っても構わないが、第１の光学部品２および第２の光学部品４の各構成材料によっては、第１の光学部品２および第２の光学部品４に損傷等が生じるおそれがある。
また、加圧する時間は、特に限定されないが、１０秒〜３０分程度であるのが好ましい。なお、加圧する時間は、加圧する際の圧力に応じて適宜変更すればよい。具体的には、積層光学素子５を加圧する際の圧力が高いほど、加圧する時間を短くしても、接合強度の向上を図ることができる。
【００６５】
［４Ｂ］図２（ｅ）に示すように、得られた積層光学素子５を加熱する。
これにより、積層光学素子５における接合強度をより高めることができる。
このとき、積層光学素子５を加熱する際の温度は、室温より高く、積層光学素子５の耐熱温度未満であれば、特に限定されないが、好ましくは２５〜１００℃程度とされ、より好ましくは５０〜１００℃程度とされる。かかる範囲の温度で加熱すれば、積層光学素子５が熱によって変質・劣化するのを確実に防止しつつ、接合強度を確実に高めることができる。
【００６６】
また、加熱時間は、特に限定されないが、１〜３０分程度であるのが好ましい。
また、前記工程［４Ａ］、［４Ｂ］の双方を行う場合、これらを同時に行うのが好ましい。すなわち、図２（ｅ）に示すように、積層光学素子５を加圧しつつ、加熱するのが好ましい。これにより、加圧による効果と、加熱による効果とが相乗的に発揮され、積層光学素子５の接合強度を特に高めることができる。
以上のような工程を行うことにより、積層光学素子５における接合強度のさらなる向上を容易に図ることができる。
【００６７】
ここで、接合膜３について詳述する。
前述したように接合膜３は、プラズマ重合法により形成されたものであり、図３に示すように、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合３０２を含み、ランダムな原子構造を有するＳｉ骨格３０１と、このＳｉ骨格３０１に結合する脱離基３０３とを有するものである。このような接合膜３は、シロキサン結合３０２を含みランダムな原子構造を有するＳｉ骨格３０１の影響によって、変形し難い強固な膜となる。これは、Ｓｉ骨格３０１の結晶性が低くなるため、結晶粒界における転位やズレ等の欠陥が生じ難いためであると考えられる。このため、接合膜３自体が接合強度、耐薬品性、耐光性および寸法精度の高いものとなり、最終的に得られる積層光学素子５においても、接合強度、耐薬品性、耐光性および寸法精度が高いものが得られる。
【００６８】
このような接合膜３は、エネルギーが付与されると、脱離基３０３がＳｉ骨格３０１から脱離し、図４に示すように、接合膜３の表面３５および内部に、活性手３０４が生じるものである。そして、これにより、接合膜３表面に接着性が発現する。かかる接着性が発現すると、接合膜３は、第２の光学部品４に対して高い寸法精度で強固に効率よく接合可能なものとなる。
なお、脱離基３０３とＳｉ骨格３０１との結合エネルギーは、Ｓｉ骨格３０１中のシロキサン結合３０２の結合エネルギーよりも小さい。このため、接合膜３は、エネルギーの付与により、Ｓｉ骨格３０１が破壊されるのを防止しつつ、脱離基３０３とＳｉ骨格３０１との結合を選択的に切断し、脱離基３０３を脱離させることができる。
【００６９】
また、このような接合膜３は、流動性を有しない固体状のものとなる。このため、従来、流動性を有する液状または粘液状の接着剤に比べて、接着層（接合膜３）の厚さや形状がほとんど変化しない。これにより、積層光学素子５の寸法精度は、従来に比べて格段に高いものとなる。さらに、接着剤の硬化に要する時間が不要になるため、短時間で強固な接合が可能となる。
【００７０】
なお、接合膜３においては、特に接合膜３を構成する全原子からＨ原子を除いた原子のうち、Ｓｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が、１０〜９０原子％程度であるのが好ましく、２０〜８０原子％程度であるのがより好ましい。Ｓｉ原子とＯ原子とが、前記範囲の含有率で含まれていれば、接合膜３はＳｉ原子とＯ原子とが強固なネットワークを形成し、接合膜３自体が強固なものとなる。また、かかる接合膜３は、第１の光学部品２および第２の光学部品４に対して、特に高い接合強度を示すものとなる。
【００７１】
また、接合膜３中のＳｉ原子とＯ原子の存在比は、３：７〜７：３程度であるのが好ましく、４：６〜６：４程度であるのがより好ましい。Ｓｉ原子とＯ原子の存在比を前記範囲内になるよう設定することにより、接合膜３の安定性が高くなり、第１の光学部品２と第２の光学部品４とをより強固に接合することができるようになる。
また、接合膜３中のＳｉ骨格３０１の結晶化度は、４５％以下であるのが好ましく、４０％以下であるのがより好ましい。これにより、Ｓｉ骨格３０１は十分にランダムな原子構造を含むものとなる。このため、前述したＳｉ骨格３０１の特性が顕在化し、接合膜３の寸法精度および接着性がより優れたものとなる。
【００７２】
なお、Ｓｉ骨格３０１の結晶化度は、一般的な結晶化度測定方法により測定することができ、具体的には、結晶部分における散乱Ｘ線の強度に基づいて測定する方法（Ｘ線法）、赤外線吸収の結晶化バンドの強度から求める方法（赤外線法）、核磁気共鳴吸収の微分曲線の下の面積に基づいて求める方法（核磁気共鳴吸収法）、結晶部分には化学試薬が浸透し難いことを利用した化学的方法等により測定することができる。
【００７３】
また、接合膜３は、その構造中にＳｉ−Ｈ結合を含んでいるのが好ましい。このＳｉ−Ｈ結合は、プラズマ重合法によってシランが重合反応する際に重合物中に生じるものであるが、このとき、Ｓｉ−Ｈ結合がシロキサン結合の生成が規則的に行われるのを阻害すると考えられる。このため、シロキサン結合は、Ｓｉ−Ｈ結合を避けるように形成されることとなり、Ｓｉ骨格３０１の原子構造の規則性が低下する。このようにして、プラズマ重合法によれば、結晶化度の低いＳｉ骨格３０１を効率よく形成することができる。
【００７４】
一方、接合膜３中のＳｉ−Ｈ結合の含有率が多ければ多いほど結晶化度が低くなるわけではない。具体的には、接合膜３の赤外光吸収スペクトルにおいて、シロキサン結合に帰属するピークの強度を１としたとき、Ｓｉ−Ｈ結合に帰属するピークの強度は、０．００１〜０．２程度であるのが好ましく、０．００２〜０．０５程度であるのがより好ましく、０．００５〜０．０２程度であるのがさらに好ましい。Ｓｉ−Ｈ結合のシロキサン結合に対する割合が前記範囲内であることにより、接合膜３中の原子構造は、相対的に最もランダムなものとなる。このため、Ｓｉ−Ｈ結合のピーク強度がシロキサン結合のピーク強度に対して前記範囲内にある場合、接合膜３は、接合強度、耐薬品性および寸法精度において特に優れたものとなる。
【００７５】
また、Ｓｉ骨格３０１に結合する脱離基３０３は、前述したように、Ｓｉ骨格３０１から脱離することによって、接合膜３に活性手を生じさせるよう振る舞うものである。したがって、脱離基３０３には、エネルギーを付与されることによって、比較的簡単に、かつ均一に脱離するものの、エネルギーが付与されないときには、脱離しないようＳｉ骨格３０１に確実に結合しているものである必要がある。
なお、プラズマ重合法による成膜の際には、原料ガスの成分が重合して、シロキサン結合を含むＳｉ骨格３０１と、それに結合した残基とを生成するが、例えばこの残基が脱離基３０３となり得る。
【００７６】
かかる観点から、脱離基３０３には、Ｈ原子、Ｂ原子、Ｃ原子、Ｎ原子、Ｏ原子、Ｐ原子、Ｓ原子およびハロゲン系原子、またはこれらの各原子を含み、これらの各原子がＳｉ骨格３０１に結合するよう配置された原子団からなる群から選択される少なくとも１種で構成されたものが好ましく用いられる。かかる脱離基３０３は、エネルギーの付与による結合／脱離の選択性に比較的優れている。このため、このような脱離基３０３は、上記のような必要性を十分に満足し得るものとなり、接合膜３の接着性をより高度なものとすることができる。
【００７７】
なお、上記のような各原子がＳｉ骨格３０１に結合するよう配置された原子団（基）としては、例えば、メチル基、エチル基のようなアルキル基、ビニル基、アリル基のようなアルケニル基、アルデヒド基、ケトン基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、ニトロ基、ハロゲン化アルキル基、メルカプト基、スルホン酸基、シアノ基、イソシアネート基等が挙げられる。
これらの各基の中でも、脱離基３０３は、特にアルキル基であるのが好ましい。アルキル基は化学的な安定性が高いため、アルキル基を含む接合膜３は、耐候性および耐薬品性に優れたものとなる。
【００７８】
ここで、脱離基３０３がメチル基（−ＣＨ３）である場合、その好ましい含有率は、赤外光吸収スペクトルにおけるピーク強度から以下のように規定される。
すなわち、接合膜３の赤外光吸収スペクトルにおいて、シロキサン結合に帰属するピークの強度を１としたとき、メチル基に帰属するピークの強度は、０．０５〜０．４５程度であるのが好ましく、０．１〜０．４程度であるのがより好ましく、０．２〜０．３程度であるのがさらに好ましい。メチル基のピーク強度がシロキサン結合のピーク強度に対する割合が前記範囲内であることにより、メチル基がシロキサン結合の生成を必要以上に阻害するのを防止しつつ、接合膜３中に必要かつ十分な数の活性手が生じるため、接合膜３に十分な接着性が生じる。また、接合膜３には、メチル基に起因する十分な耐候性および耐薬品性が発現する。
【００７９】
このような特徴を有する接合膜３の構成材料としては、例えば、ポリオルガノシロキサンのようなシロキサン結合とそれに結合した脱離基３０３となり得る有機基とを含む重合物等が挙げられる。
ポリオルガノシロキサンで構成された接合膜３は、それ自体が優れた機械的特性を有している。また、多くの材料に対して特に優れた接着性を示すものである。したがって、ポリオルガノシロキサンで構成された接合膜３は、第１の光学部品２に対して特に強固に被着するとともに、第２の光学部品４に対しても特に強い被着力を示し、その結果として、第１の光学部品２と第２の光学部品４とを強固に接合することができる。
また、ポリオルガノシロキサンは、通常、撥水性（非接着性）を示すが、エネルギーを付与されることにより、容易に有機基を脱離させることができ、親水性に変化し、接着性を発現するが、この非接着性と接着性との制御を容易かつ確実に行えるという利点を有する。
【００８０】
なお、この撥水性（非接着性）は、主に、ポリオルガノシロキサン中に含まれたアルキル基による作用である。したがって、ポリオルガノシロキサンで構成された接合膜３は、エネルギーを付与されることにより、表面３５に接着性が発現するとともに、表面３５以外の部分においては、前述したアルキル基による作用・効果が得られるという利点も有する。したがって、このような接合膜３は、耐候性および耐薬品性に優れたものとなり、例えば、薬品類等に長期にわたって曝されるような光学素子の組み立てに際して、有効に用いられるものとなる。
【００８１】
また、ポリオルガノシロキサンの中でも、特に、オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするものが好ましい。オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とする接合膜３は、接着性に特に優れるものである。また、オクタメチルトリシロキサンを主成分とする原料は、常温で液状をなし、適度な粘度を有するため、取り扱いが容易であるという利点もある。
【００８２】
このような接合膜３の平均厚さは、１〜１０００ｎｍ程度であるのが好ましく、２〜８００ｎｍ程度であるのがより好ましい。接合膜３の平均厚さを前記範囲内とすることにより、積層光学素子５の寸法精度が著しく低下するのを防止しつつ、これらをより強固に接合することができる。
すなわち、接合膜３の平均厚さが前記下限値を下回った場合は、十分な接合強度が得られないおそれがある。一方、接合膜３の平均厚さが前記上限値を上回った場合は、積層光学素子５の寸法精度が低下するおそれがある。
【００８３】
さらに、接合膜３の平均厚さが前記範囲内であれば、接合膜３にある程度の形状追従性が確保される。このため、例えば、第１の光学部品２の接合面（接合膜３に隣接する面）に凹凸が存在している場合でも、その凹凸の高さにもよるが、凹凸の形状に追従するように接合膜３を被着させることができる。その結果、接合膜３は、凹凸を吸収して、その表面に生じる凹凸の高さを緩和することができる。そして、第１の光学部品２と第２の光学部品４とを貼り合わせた際に、両者の密着性を高めることができる。
【００８４】
なお、上記のような形状追従性の程度は、接合膜３の厚さが厚いほど顕著になる。したがって、形状追従性を十分に確保するためには、接合膜３の厚さをできるだけ厚くすればよい。
また、接合膜３の平均厚さは、積層光学素子５を透過する光の波長以下であるのが好ましい。これにより、積層光学素子５では、透過する光に対して接合膜３の光学的な影響を小さくすることができるようになる。
【００８５】
以上、接合膜３について詳述したが、このような接合膜３は、プラズマ重合法により作製されたものである。プラズマ重合法によれば、緻密で均質な接合膜３を効率よく作製することができる。これにより、接合膜３は、第２の光学部品４に対して特に強固に接合し得るものとなる。さらに、プラズマ重合法で作製された接合膜３は、エネルギーが付与されて活性化された状態が比較的長時間にわたって維持される。このため、積層光学素子５の製造過程の簡素化、効率化を図ることができる。
【００８６】
以下、接合膜３を作製する方法について説明する。
まず、接合膜３の作製方法を説明するのに先立って、第１の光学部品２上にプラズマ重合法を行いて接合膜３を作製する際に用いるプラズマ重合装置について説明する。
図５は、本発明の光学素子の製造方法に用いられるプラズマ重合装置を模式的に示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図５中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００８７】
図５に示すプラズマ重合装置１００は、チャンバー１０１と、第１の光学部品２を支持する第１の電極１３０と、第２の電極１４０と、各電極１３０、１４０間に高周波電圧を印加する電源回路１８０と、チャンバー１０１内にガスを供給するガス供給部１９０と、チャンバー１０１内のガスを排気する排気ポンプ１７０とを備えている。これらの各部のうち、第１の電極１３０および第２の電極１４０がチャンバー１０１内に設けられている。以下、各部について詳細に説明する。
チャンバー１０１は、内部の気密を保持し得る容器であり、内部を減圧（真空）状態にして使用されるため、内部と外部との圧力差に耐え得る耐圧性能を有するものとされる。
【００８８】
図５に示すチャンバー１０１は、軸線が水平方向に沿って配置されたほぼ円筒形をなすチャンバー本体と、チャンバー本体の左側開口部を封止する円形の側壁と、右側開口部を封止する円形の側壁とで構成されている。
チャンバー１０１の上方には供給口１０３が、下方には排気口１０４が、それぞれ設けられている。そして、供給口１０３にはガス供給部１９０が接続され、排気口１０４には排気ポンプ１７０が接続されている。
なお、本実施形態では、チャンバー１０１は、導電性の高い金属材料で構成されており、接地線１０２を介して電気的に接地されている。
【００８９】
第１の電極１３０は板状をなしており、第１の光学部品２を支持している。
この第１の電極１３０は、チャンバー１０１の側壁の内壁面に、鉛直方向に沿って設けられており、これにより、第１の電極１３０は、チャンバー１０１を介して電気的に接地されている。なお、第１の電極１３０は、図５に示すように、チャンバー本体と同心状に設けられている。
【００９０】
第１の電極１３０の第１の光学部品２を支持する面には、静電チャック（吸着機構）１３９が設けられている。
この静電チャック１３９により、図５に示すように、第１の光学部品２を鉛直方向に沿って支持することができる。また、第１の光学部品２に多少の反りがあっても、静電チャック１３９に吸着させることにより、その反りを矯正した状態で第１の光学部品２をプラズマ処理に供することができる。
【００９１】
第２の電極１４０は、第１の光学部品２を介して、第１の電極１３０と対向して設けられている。なお、第２の電極１４０は、チャンバー１０１の側壁の内壁面から離間した（絶縁された）状態で設けられている。
この第２の電極１４０には、配線１８４を介して高周波電源１８２が接続されている。また、配線１８４の途中には、マッチングボックス（整合器）１８３が設けられている。これらの配線１８４、高周波電源１８２およびマッチングボックス１８３により、電源回路１８０が構成されている。
このような電源回路１８０によれば、第１の電極１３０は接地されているので、第１の電極１３０と第２の電極１４０との間に高周波電圧が印加される。これにより、第１の電極１３０と第２の電極１４０との間隙には、高い周波数で向きが反転する電界が誘起される。
【００９２】
ガス供給部１９０は、チャンバー１０１内に所定のガスを供給するものである。
図５に示すガス供給部１９０は、液状の膜材料（原料液）を貯留する貯液部１９１と、液状の膜材料を気化してガス状に変化させる気化装置１９２と、キャリアガスを貯留するガスボンベ１９３とを有している。また、これらの各部とチャンバー１０１の供給口１０３とが、それぞれ配管１９４で接続されており、ガス状の膜材料（原料ガス）とキャリアガスとの混合ガスを、供給口１０３からチャンバー１０１内に供給するように構成されている。
【００９３】
貯液部１９１に貯留される液状の膜材料は、プラズマ重合装置１００により、重合して第１の光学部品２の表面に重合膜を形成する原材料となるものである。
このような液状の膜材料は、気化装置１９２により気化され、ガス状の膜材料（原料ガス）となってチャンバー１０１内に供給される。なお、原料ガスについては、後に詳述する。
【００９４】
ガスボンベ１９３に貯留されるキャリアガスは、電界の作用により放電し、およびこの放電を維持するために導入するガスである。このようなキャリアガスとしては、例えば、Ａｒガス、Ｈｅガス等が挙げられる。
また、チャンバー１０１内の供給口１０３の近傍には、拡散板１９５が設けられている。
拡散板１９５は、チャンバー１０１内に供給される混合ガスの拡散を促進する機能を有する。これにより、混合ガスは、チャンバー１０１内に、ほぼ均一の濃度で分散することができる。
【００９５】
排気ポンプ１７０は、チャンバー１０１内を排気するものであり、例えば、油回転ポンプ、ターボ分子ポンプ等で構成される。このようにチャンバー１０１内を排気して減圧することにより、ガスを容易にプラズマ化することができる。また、大気雰囲気との接触による第１の光学部品２の汚染・酸化等を防止するとともに、プラズマ処理による反応生成物をチャンバー１０１内から効果的に除去することができる。
また、排気口１０４には、チャンバー１０１内の圧力を調整する圧力制御機構１７１が設けられている。これにより、チャンバー１０１内の圧力が、ガス供給部１９０の動作状況に応じて、適宜設定される。
【００９６】
次に、上記のプラズマ重合装置１００を用いて、第１の光学部品２上に接合膜３を作製する方法について説明する。
図６は、第１の光学部品２上に接合膜３を作製する方法を説明するための図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図６中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
接合膜３は、強電界中に、原料ガスとキャリアガスとの混合ガスを供給することにより、原料ガス中の分子を重合させ、重合物を第１の光学部品２上に堆積させることにより得ることができる。以下、詳細に説明する。
【００９７】
まず、第１の光学部品２を用意し、必要に応じて、第１の光学部品２の上面２５に前述したような表面処理を施す。
次に、第１の光学部品２をプラズマ重合装置１００のチャンバー１０１内に収納して封止状態とした後、排気ポンプ１７０の作動により、チャンバー１０１内を減圧状態とする。
【００９８】
次に、ガス供給部１９０を作動させ、チャンバー１０１内に原料ガスとキャリアガスの混合ガスを供給する。供給された混合ガスは、チャンバー１０１内に充填される（図６（ａ）参照）。
ここで、混合ガス中における原料ガスの占める割合（混合比）は、原料ガスやキャリアガスの種類や目的とする成膜速度等によって若干異なるが、例えば、混合ガス中の原料ガスの割合を２０〜７０％程度に設定するのが好ましく、３０〜６０％程度に設定するのがより好ましい。これにより、重合膜の形成（成膜）の条件の最適化を図ることができる。
【００９９】
次いで、電源回路１８０を作動させ、一対の電極１３０、１４０間に高周波電圧を印加する。これにより、一対の電極１３０、１４０間に存在するガスの分子が電離し、プラズマが発生する。このプラズマのエネルギーにより原料ガス中の分子が重合し、図６（ｂ）に示すように、重合物が第１の光学部品２に付着・堆積する。これにより、第１の光学部品２上にプラズマ重合膜で構成された接合膜３が形成される（図６（ｃ）参照）。
また、プラズマの作用により、第１の光学部品２の表面が活性化・清浄化される。このため、原料ガスの重合物が第１の光学部品２の表面に堆積し易くなり、接合膜３の安定した成膜が可能になる。このようにプラズマ重合法によれば、第１の光学部品２の構成材料によらず、第１の光学部品２と接合膜３との密着強度をより高めることができる。
【０１００】
原料ガスとしては、例えば、メチルシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、メチルフェニルシロキサンのようなオルガノシロキサン等が挙げられる。
このような原料ガスを用いて得られるプラズマ重合膜、すなわち接合膜３は、これらの原料が重合してなるもの（重合物）、すなわちポリオルガノシロキサンで構成されることとなる。
【０１０１】
プラズマ重合の際、一対の電極１３０、１４０間に印加する高周波の周波数は、特に限定されないが、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ程度であるのが好ましく、１０〜６０ＭＨｚ程度であるのがより好ましい。
また、高周波の出力密度は、特に限定されないが、０．０１〜１００Ｗ／ｃｍ２程度であるのが好ましく、０．１〜５０Ｗ／ｃｍ２程度であるのがより好ましく、１〜４０Ｗ／ｃｍ２程度であるのがさらに好ましい。高周波の出力密度を前記範囲内とすることにより、高周波の出力密度が高過ぎて原料ガスに必要以上のプラズマエネルギーが付加されるのを防止しつつ、ランダムな原子構造を有するＳｉ骨格３０１を確実に形成することができる。すなわち、高周波の出力密度が前記下限値を下回った場合、原料ガス中の分子に重合反応を生じさせることができず、接合膜３を形成することができないおそれがある。一方、高周波の出力密度が前記上限値を上回った場合、原料ガスが分解する等して、脱離基３０３となり得る構造がＳｉ骨格３０１から分離してしまい、得られる接合膜３において脱離基３０３の含有率が低くなったり、Ｓｉ骨格３０１のランダム性が低下する（規則性が高くなる）おそれがある。
【０１０２】
また、成膜時のチャンバー１０１内の圧力は、１３３．３×１０−５〜１３３３Ｐａ（１×１０−５〜１０Ｔｏｒｒ）程度であるのが好ましく、１３３．３×１０−４〜１３３．３Ｐａ（１×１０−４〜１Ｔｏｒｒ）程度であるのがより好ましい。
原料ガス流量は、０．５〜２００ｓｃｃｍ程度であるのが好ましく、１〜１００ｓｃｃｍ程度であるのがより好ましい。一方、キャリアガス流量は、５〜７５０ｓｃｃｍ程度であるのが好ましく、１０〜５００ｓｃｃｍ程度であるのがより好ましい。
【０１０３】
処理時間は、１〜１０分程度であるのが好ましく、４〜７分程度であるのがより好ましい。
また、第１の光学部品２の温度は、２５℃以上であるのが好ましく、２５〜１００℃程度であるのがより好ましい。
以上のようにして、接合膜３を得る。
【０１０４】
ここで、本発明では、接合膜３の成膜時に、その成膜条件（高周波の出力、高周波の周波数、原料ガスの流量、原料ガスの種類等）を前記範囲内で適宜調整することにより、成膜される接合膜３の屈折率を各光学部品２、４の屈折率に応じて調整する。具体的には、屈折率が各光学部品２、４の屈折率とほぼ同じ値になるように調整しつつ接合膜３を成膜する。
【０１０５】
この場合の調整方法としては、例えば、高周波の出力を高めることにより、より屈折率の高い接合膜３を得ることができる。一方、高周波の出力を低下させることにより、より屈折率の低い接合膜３を得ることができる。すなわち、高周波の出力と接合膜３の屈折率との間には、一定の相関関係が得られることから、この関係を利用して接合膜３の屈折率が所望の値になるように高周波の出力を調整すればよい。このようにして接合膜３の屈折率の調整が可能になる理由の１つとしては、高周波の出力に応じてプラズマ重合膜中に残存する有機成分の量および膜密度が変化し、この有機成分の量と膜密度が屈折率に影響を及ぼしているものと思われる。なお、高周波の出力は、成膜条件の中でも調整が容易でかつ正確な調整が可能なパラメータであることから、屈折率を厳密に調整する観点において、好適な制御因子である。
【０１０６】
また、高周波の出力以外の条件も、成膜時のプラズマ密度が変化するように適宜調整すれば、接合膜３の屈折率の調整が可能である。具体的には、高周波の周波数や原料ガスの流量を高めることにより、成膜時のプラズマ密度を高めることができる。
なお、接合膜３の屈折率と各光学部品２、４の屈折率との差は、できるだけ小さいことが求められるが、好ましくは０．０１未満とされる。この程度の差であれば、光学的には屈折率差をほぼ無視できるため、屈折率差に基づく接合界面での光の散乱を確実に抑制することができ、光透過性に優れた積層光学素子５が得られる。
【０１０７】
また、得られる接合膜３は、その屈折率が１．３５〜１．６程度の範囲内であれば、より厳密に制御することが可能となる。このような屈折率の接合膜３は、その屈折率が水晶や石英ガラスの屈折率に近いため、水晶や石英ガラスを主材料とする光学部品を接合する際に好適に用いられる。
なお、接合膜３は、その熱膨張率が水晶や石英ガラスの熱膨張率に近いため、各光学部品と接合膜３との熱膨張率差が小さくなり、接合後の積層光学素子５の変形を抑制することができる。
【０１０８】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の光学素子の製造方法の第２実施形態について説明する。
図７は、本発明の光学素子の製造方法の第２実施形態を説明するための図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図７中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、第２実施形態にかかる光学素子の製造方法について説明するが、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【０１０９】
本実施形態にかかる光学素子の製造方法は、各光学部品２、４の表面にそれぞれ接合膜を形成し、この接合膜同士が密着するようにして各光学部品２、４を接合するようにした以外は、前記第１実施形態と同様である。
すなわち、本実施形態にかかる光学素子の製造方法は、第１の光学部品２と第２の光学部品４とを用意し、第１の光学部品２の表面上に、プラズマ重合法により接合膜３１を成膜するとともに、第２の光学部品４の表面上に接合膜３２を成膜する工程と、各接合膜３１、３２にエネルギーを付与する工程と、各接合膜３１、３２同士が密着するように、第１の光学部品２と第２の光学部品４とを貼り合わせ、積層光学素子５ａを得る工程とを有する。以下、本実施形態にかかる光学素子の製造方法の各工程について順次説明する。
【０１１０】
［１］まず、前記第１実施形態と同様にして、第１の光学部品２および第２の光学部品４を用意し、各光学部品２、４の表面上にそれぞれプラズマ重合法により接合膜３１、３２を成膜する（図７（ａ）参照）。なお、各接合膜３１、３２は、それぞれ同様の成膜条件で成膜されるのが好ましい。
［２］次に、図７（ｂ）に示すように、各接合膜３１、３２にエネルギーを付与する。
エネルギーが付与されると、各接合膜３１、３２の表面では、脱離基３０３がＳｉ骨格３０１から脱離する。そして、脱離基３０３が脱離した後には活性手が生じるため、接合膜３に、第２の光学部品４との安定した接着性が発現する。その結果、接合膜３は、化学的結合に基づいて第２の光学部品４と安定して強固に接合可能なものとなる。
【０１１１】
［３］次に、図７（ｃ）に示すように、接着性が発現した各接合膜３１、３２同士が密着するように、第１の光学部品２と第２の光学部品４とを貼り合わせる。これにより、図７（ｄ）に示すように、積層光学素子５ａを得る。
ここで、本工程において、各接合膜３１、３２同士を接合するが、この接合は、以下のような２つのメカニズム（ｉ）、（ii）の双方または一方に基づくものであると推察される。
【０１１２】
（ｉ）例えば、各接合膜３１、３２の表面３５１、３５２に水酸基が露出している場合を例に説明すると、本工程において、各接合膜３１、３２同士が密着するように、第１の光学部品２と第２の光学部品４とを貼り合わせたとき、各接合膜３１、３２の表面３５１、３５２に存在する水酸基同士が、水素結合によって互いに引き合い、水酸基同士の間に引力が発生する。この引力によって、第１の光学部品２と第２の光学部品４とが接合されると推察される。
また、この水素結合によって互いに引き合う水酸基同士は、温度条件等によって、脱水縮合する。その結果、各接合膜３１、３２の間では、水酸基が結合していた結合手同士が酸素原子を介して結合する。これにより、第１の光学部品２と第２の光学部品４とがより強固に接合されると推察される。
【０１１３】
（ii）各接合膜３１、３２同士が密着するように、第１の光学部品２と第２の光学部品４とを貼り合わせると、各接合膜３１、３２の表面３５１、３５２や内部に生じた終端化されていない結合手（未結合手）同士が再結合する。この再結合は、互いに重なり合う（絡み合う）ように複雑に生じることから、接合界面にネットワーク状の結合が形成される。これにより、各接合膜３１、３２を構成するそれぞれの母材（Ｓｉ骨格３０１）同士が直接接合して、各接合膜３１、３２同士が一体化する。
【０１１４】
以上のような（ｉ）または（ii）のメカニズムにより、図７（ｄ）に示すような積層光学素子５ａ（本発明の光学素子）が得られる。
このようにして得られた積層光学素子５ａは、各接合膜３１、３２の屈折率が、それぞれ各光学部品２、４の双方の屈折率とほぼ同じ値になっている。換言すれば、成膜条件を適宜調整することにより、屈折率が各光学部品２、４の双方の屈折率とほぼ同じ値になるよう調整しつつ各接合膜３１、３２を成膜する。このため、積層光学素子５ａは、前述した第１実施形態における積層光学素子５と同様の作用・効果を奏する。
なお、本実施形態では、第１の光学部品２と第２の光学部品４との間に２層の接合膜３１、３２を設ける場合について説明したが、３層以上の接合膜を設けるようにしてもよい。
【０１１５】
以上のような前記各実施形態にかかる光学素子の製造方法は、種々の複数の光学部品同士を接合するのに用いることができる。
このような接合に供される光学部品としては、例えば、光学レンズ、回折格子、光学フィルタ、保護板等の他、太陽電池のような光電変換素子、光ディスクのような光記録媒体、液晶表示素子、有機ＥＬ素子、電気泳動表示素子のような表示素子等が挙げられる。
【０１１６】
＜光学素子＞
ここでは、本発明の光学素子を波長板に適用した場合の実施形態について説明する。
図８は、本発明の光学素子を適用して得られた波長板を示す斜視図である。
図８に示す波長板９は、透過する光に１／２波長分の位相差を与える「１／２波長板」であって、２枚の複屈折性を有する結晶板９１、９２を、それぞれの光学軸が直交するように接着してなるものである。複屈折性を有する材料としては、例えば、水晶、方解石、ＭｇＦ２、ＹＶＯ４、ＴｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３等の無機材料や、ポリカーボネート等の有機材料が挙げられる。
このような波長板９を光が透過するとき、光学軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分とに光が分離される。そして、分離された光は、各結晶板９１、９２の複屈折性に伴う屈折率差に基づいて一方に遅延が生じ、前述した位相差が生じることとなる。
【０１１７】
ところで、波長板９によって透過光に与えられる位相差の精度や波長板９の透過率は、各結晶板９１、９２の板厚の精度に依存しているため、各結晶板９１、９２の板厚は高精度に制御されている必要がある。
それに加え、結晶板９１と結晶板９２との間隙も透過光の位相に影響を及ぼすため、結晶板９１と結晶板９２との間隙は、離間距離が厳密に制御されており、かつ離間距離が変化しないように強固に接着されている必要がある。
そこで、本発明では、波長板９に本発明の光学素子を適用することとした。これにより、接合膜を介して結晶板９１と結晶板９２とが強固に接合された波長板９を容易に得ることができる。
【０１１８】
また、この接合膜は、プラズマ重合法という気相成膜法で広い領域を一度に成膜することが可能であるため、均一に成膜することができ、かつ膜厚の精度が高い。このため、結晶板９１と結晶板９２との間の平行度が高く、波面収差等の各種収差の少ない波長板９が得られる。
さらに、この接合膜は、その屈折率が結晶板９１および結晶板９２の双方の屈折率とほぼ同じ値になっているため、屈折率差に基づく各接合界面における光の散乱を抑制し、波長板９の光透過率を高めることができる。
なお、波長板９は、１／２波長板の他に、１／４波長板、１／８波長板等であってもよい。
また、光学素子としては、波長板の他に、偏光フィルタのような光学フィルタ、光ピックアップのような複合レンズ、プリズム、回折格子等が挙げられる。
【０１１９】
以上、本発明の光学素子および光学素子の製造方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、本発明の光学素子の製造方法は、前記各実施形態のうち、任意の１つまたは２つ以上を組み合わせたものであってもよい。
また、本発明の光学素子の製造方法では、必要に応じて、１以上の任意の目的の工程を追加してもよい。
【０１２０】
また、前記各実施形態では、第１の光学部品２と第２の光学部品４の２つの光学部品を接合する方法について説明しているが、３つ以上の光学部品を接合する場合に、本発明の光学素子の製造方法を用いるようにしてもよい。
また、前記各実施形態における光学素子では、接合膜３の屈折率が、第１の光学部品２と第２の光学部品４の双方の屈折率とほぼ同じ値になっているが、本発明の光学素子はかかる構成に限定されず、各光学部品２、４のいずれか一方の屈折率とほぼ同じ値になっていればよい。この場合でも、接合膜３と一方の光学部品との接合界面における光透過性を高めることができ、最終的に、光透過性に優れた積層光学素子５が得られる。
【０１２１】
また、前記各実施形態では、各光学部品の表面の全面に接合膜を形成したが、一部のみに形成するようにしてもよい。この場合、接合領域を適宜調整することにより、接合界面における応力集中を緩和することができ、光学素子の変形または接合界面の剥離等の不具合を防止することができる。また、２つの光学部品同士の間に隙間ができるため、例えばこの隙間に空気等のガスを流すことによって、光学部品を強制冷却することが可能になる。
さらには、前記各実施形態では、接合膜の全面にエネルギーを付与して接着性を発現させるようにしたが、一部のみに接着性を発現させるようにしてもよい。この場合も、接合領域を適宜調整することにより、接合界面における応力集中を緩和することができ、光学素子の変形または接合界面の剥離等の不具合を防止することができる。
【実施例】
【０１２２】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．積層光学素子の製造
以下では、各実施例および比較例において、それぞれ積層光学素子を複数個ずつ製造した。
【０１２３】
（実施例１）
まず、第１の光学部品として、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×平均厚さ２ｍｍの水晶基板を用意し、また第２の光学部品として、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×平均厚さ１ｍｍの水晶基板を用意した。なお、これらの水晶基板は、いずれも光学研磨を施したものである。また、用いた水晶基板の波長５４６ｎｍの光に対する屈折率は、１．５４６であった。
次いで、各基板を図５に示すプラズマ重合装置１００のチャンバー１０１内に収納し、酸素プラズマによる表面処理を行った。
【０１２４】
次に、表面処理を行った面に、平均厚さ１５０ｎｍのプラズマ重合膜を成膜した。なお、成膜条件は以下に示す通りである。
＜成膜条件＞
・原料ガスの組成    ：オクタメチルトリシロキサン
・原料ガスの流量    ：１０ｓｃｃｍ
・キャリアガスの組成：アルゴン
・キャリアガスの流量：１０ｓｃｃｍ
・高周波電力の出力  ：１００Ｗ
・高周波出力密度    ：２５Ｗ／ｃｍ２
・チャンバー内圧力  ：１Ｐａ（低真空）
・処理時間          ：２１５秒
・基板温度          ：２０℃
これにより、各基板上にプラズマ重合膜を成膜した。
【０１２５】
このようにして成膜されたプラズマ重合膜は、オクタメチルトリシロキサン（原料ガス）の重合物で構成されており、シロキサン結合を含み、ランダムな原子構造を有するＳｉ骨格と、アルキル基（脱離基）とを含むものである。また、プラズマ重合膜の結晶化度を赤外線吸収法により測定した。その結果、プラズマ重合膜の結晶化度は、測定箇所によって若干バラツキがあるものの、３０％以下であった。
【０１２６】
次に、得られた各プラズマ重合膜に、それぞれ以下に示す条件でプラズマ処理を施した。
＜プラズマ処理条件＞
・プラズマ処理方式：ダイレクトプラズマ方式
・処理ガスの組成  ：ヘリウムガス
・雰囲気圧力      ：大気圧（１００ｋＰａ）
・電極間距離      ：１ｍｍ
・印加電圧        ：１ｋＶｐ−ｐ
・電圧周波数      ：４０ＭＨｚ
次に、プラズマ処理を施してから１分後に、プラズマ重合膜同士が接触するように、各基板同士を重ね合わせた。これにより、積層光学素子を得た。
その後、得られた積層光学素子中の接合膜について、波長５４６ｎｍの光に対する屈折率を測定した。
【０１２７】
（実施例２）
プラズマ重合膜を成膜する際の高周波電力を１５０Ｗに変更するようにした以外は、前記実施例１と同様にして積層光学素子を得た。
（実施例３）
プラズマ重合膜を成膜する際の高周波電力を２００Ｗに変更するようにした以外は、前記実施例１と同様にして積層光学素子を得た。
【０１２８】
（実施例４）
プラズマ重合膜を成膜する際の高周波電力を２５０Ｗに変更するようにした以外は、前記実施例１と同様にして積層光学素子を得た。
（実施例５）
プラズマ重合膜を成膜する際の高周波電力を３００Ｗに変更するようにした以外は、前記実施例１と同様にして積層光学素子を得た。
【０１２９】
（実施例６）
プラズマ重合膜を成膜する際の高周波電力を３２５Ｗに変更するようにした以外は、前記実施例１と同様にして積層光学素子を得た。
（実施例７）
プラズマ重合膜を成膜する際の高周波電力を３５０Ｗに変更するようにした以外は、前記実施例１と同様にして積層光学素子を得た。
（比較例）
第１の光学部品と第２の光学部品とを、エポキシ系光学接着剤（平均厚さ３μｍ）を用いて接着した以外は、前記実施例と同様にして積層光学素子を得た。
【０１３０】
２．積層光学素子の評価
２．１  接合強度（割裂強度）の評価
各実施例および比較例で得られた積層光学素子について、それぞれ接合強度を測定した。
接合強度の測定は、各基板を引き剥がしたとき、剥がれる直前の強度を測定することにより行った。また、接合強度の測定は、接合直後と、接合後に−４０℃〜１２５℃の温度サイクルを１００回繰り返した後のそれぞれにおいて行った。
その結果、各実施例で得られた積層光学素子は、接合直後と温度サイクル後のいずれも、十分な接合強度を有していた。
一方、比較例で得られた積層光学素子は、接合直後は十分な接合強度を有していたものの、温度サイクル後には接合強度が低下した。
【０１３１】
２．２  寸法精度の評価
各実施例および比較例で得られた積層光学素子について、それぞれ厚さ方向の寸法精度（平行度）を測定した。
具体的には、積層光学素子の四隅の厚さをマイクロゲージで測定した。そして、四隅の厚さの差に基づいて、積層光学素子の両面の相対的な傾きを算出した。
その結果、各実施例で得られた積層光学素子は、平行度が±１秒以下であり、しかも複数の積層光学素子で平行度のバラツキが小さかった。
これに対し、比較例で得られた積層光学素子は、平行度が±１秒以上あり、かつ複数の積層光学素子で平行度のバラツキが大きかった。
【０１３２】
２．３  屈折率の評価
各実施例で得られた積層光学素子中の接合膜について、それぞれの屈折率を比較したところ、プラズマ重合膜を成膜する際の高周波の出力を徐々に高めることにより、屈折率が徐々に大きくなっていることが認められた。具体的には、高周波の出力と屈折率とはほぼ比例関係にあることが認められた。このことから、プラズマ重合膜の成膜条件を調整することにより、接合膜の屈折率を調整し得ることが確認された。
また、実施例６で得られた積層光学素子中の接合膜は、その屈折率が水晶基板の屈折率とほぼ同じ値となった。
【０１３３】
２．４  光透過率の評価
各実施例および比較例で得られた積層光学素子について、それぞれ厚さ方向の光透過率を測定した。なお、光透過率の測定は、波長５４６ｎｍ、出力１００ｍＷの光を７０℃環境で連続して１０００時間照射した後において行った。そして、測定された光透過率について以下の評価基準にしたがって評価した。
【０１３４】
＜光透過率の評価基準＞
◎：光透過率が９９．８％以上
○：光透過率が９９．０％以上９９．８％未満
△：光透過率が９８．０％以上９９．０％未満
×：光透過率が９８．０％未満
光透過率の評価結果を表１に示す。
【０１３５】
【表１】
2010107597.tif 000003
【０１３６】
表１から明らかなように、各実施例で得られた積層光学素子は、光透過率が９９％以上であり、光透過性が良好であった。一方、比較例で得られた積層光学素子は、光透過開始直後は十分な光透過性を有していたが、１０００時間経過後では光透過率が９８％未満となり、光透過性が低下していた。
【０１３７】
２．５  外観の評価
各実施例および比較例で得られた積層光学素子について、波長４０５ｎｍ、出力１００ｍＷの光を７０℃環境で連続して１０００時間照射した後、照射部の外観を以下の評価基準にしたがって評価した。
＜外観の評価基準＞
◎：接合界面に変色または気泡が全く認められない
○：接合界面に点状の変色または気泡がわずかに認められる
△：接合界面に点状の変色または気泡が多数認められる
×：接合界面に層状の変色または気泡が多数認められる
外観の評価結果を表１に示す。
表１から明らかなように、各実施例で得られた積層光学素子では、接合界面に変色または気泡が全く認められなかった。一方、比較例で得られた積層光学素子は、光路部分に変色が認められた。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明の光学素子の製造方法の第１実施形態を説明するための図（縦断面図）である。
【図２】本発明の光学素子の製造方法の第１実施形態を説明するための図（縦断面図）である。
【図３】本発明の光学素子の製造方法において、接合膜のエネルギー付与前の状態を示す部分拡大図である。
【図４】本発明の光学素子の製造方法において、接合膜のエネルギー付与後の状態を示す部分拡大図である。
【図５】本発明の光学素子の製造方法に用いられるプラズマ重合装置を模式的に示す縦断面図である。
【図６】第１の光学部品上に接合膜を作製する方法を説明するための図（縦断面図）である。
【図７】本発明の光学素子の製造方法の第２実施形態を説明するための図（縦断面図）である。
【図８】本発明の光学素子を適用して得られた波長板を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１３９】
２……第１の光学部品  ２５……上面  ３、３１、３２……接合膜  ３０１……Ｓｉ骨格  ３０２……シロキサン結合  ３０３……脱離基  ３０４……活性手  ３５、３５１、３５２……表面  ４……第２の光学部品  ５、５ａ……積層光学素子  １００……プラズマ重合装置  １０１……チャンバー  １０２……接地線  １０３……供給口  １０４……排気口  １３０……第１の電極  １３９……静電チャック  １４０……第２の電極  １７０……ポンプ  １７１……圧力制御機構  １８０……電源回路  １８２……高周波電源  １８３……マッチングボックス  １８４……配線  １９０……ガス供給部  １９１……貯液部  １９２……気化装置  １９３……ガスボンベ  １９４……配管  １９５……拡散板  ９……波長板  ９１、９２……結晶板
【図１】
2010107597.tif 000004
【図２】
2010107597.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010107597.tif 000008
【図６】
2010107597.tif 000009
【図７】
2010107597.tif 000010
【図８】
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