(57)【要約】【課題】波長変換素子における接着剤層の剥離及び結晶破壊を抑止する。【解決手段】互いに対向するそれぞれの面の線膨張係数が５ｐｐｍ以上異なる第１の結晶部材２０と第２の結晶部材２１とを、互いに対向する面が結晶軸を含むように光学研磨し、ガラス転移点が７５℃以下のアクリル系の接着剤を第１の結晶部材２０又は上記第２の結晶部材２１の接着面に塗布して第１の結晶部材２０及び上記第２の結晶部材２１を接着し、接着剤に光を照射してこの接着剤を硬化させて、屈折率が１．５２以下の接着剤層２２を形成し、所望のサイズに切断する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの出射された所定の波長の光を、上記所定の波長に対して異なる波長に変換して出力する光学素子において、
ＫＴｉＯＰＯ４又は石英からなる第１の結晶部材と、
ＮｄをドープしたＹＶＯ４からなる第２の結晶部材と、
上記第１の結晶部材及び上記第２の結晶部材を接着する接着剤層とを備え、
上記第１の結晶部材及び上記第２の結晶部材は、上記接着剤層を介して互いに対向する面の線膨張係数が５ｐｐｍ以上異なり、且つ上記接着剤層を介して互いに対向する面が結晶軸を含むように配設され、
上記接着剤層は、ガラス転移点が７５℃以下のアクリル系の接着剤に光を照射して当該接着剤が硬化して形成されてなり、硬化後の屈折率が１．５２以下であることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
上記接着剤層は、上記接着剤に出力が５ｍＷ／ｃｍ２以下の紫外光又は可視光を照射することで上記接着剤が硬化して形成されてなることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
上記接着剤層は、厚さが３μｍ以上とされていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項４】
更に、上記所定の波長に対して異なる波長に変換された光を透過するとともに、波長が変換されなかった光を反射する一対の光学膜を備えることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項５】
所定の波長の光を出射する光源と、
ＫＴｉＯＰＯ４又は石英からなる第１の結晶部材と、ＮｄをドープしたＹＶＯ４からなる第２の結晶部材と、上記第１の結晶部材及び上記第２の結晶部材を接着する接着剤層とを有し、上記光源から出射された光の波長を上記所定の波長に対して異なる波長に変換して出力する光学素子とを備え、
上記第１の結晶部材及び上記第２の結晶部材は、上記接着剤層を介して互いに対向する面の線膨張係数が５ｐｐｍ以上異なり、且つ上記接着剤層を介して互いに対向する面が結晶軸を含むように配設され、
上記接着剤層は、ガラス転移点が７５℃以下のアクリル系の接着剤に光を照射して当該接着剤が硬化して形成されてなり、硬化後の屈折率が１．５２以下であることを特徴とする光出射装置。
【請求項６】
上記接着剤層は、上記接着剤に出力が５ｍＷ／ｃｍ２以下の紫外光又は可視光を照射することで上記接着剤が硬化して形成されてなることを特徴とする請求項５記載の光出射装置。
【請求項７】
上記接着剤層は、厚さが３μｍ以上とされていることを特徴とする請求項５記載の光出射装置。
【請求項８】
上記光学素子は、更に、上記所定の波長に対して異なる波長に変換された光を透過するとともに、波長が変換されなかった光を反射する一対の光学膜を有することを特徴とする請求項５記載の光出射装置。
【請求項９】
更に、上記所定の波長に対して異なる波長に変換されて上記光学素子から出射された光のビーム形状を調整する出射レンズを備えることを特徴とする請求項５記載の光出射装置。
【請求項１０】
光源からの出射された所定の波長の光を、上記所定の波長に対して異なる波長に変換して出力する光学素子の製造方法において、
ＫＴｉＯＰＯ４又は石英からなる第１の結晶部材とＮｄをドープしたＹＶＯ４からなる第２の結晶部材とを、互いに対向する面の線膨張係数が５ｐｐｍ以上異なり、且つ上記面が結晶軸を含むように、光学研磨する研磨工程と、
ガラス転移点が７５℃以下のアクリル系の接着剤を上記第１の結晶部材又は上記第２の結晶部材の上記面に塗布する塗布工程と、
上記第１の結晶部材及び上記第２の結晶部材を、上記塗布工程で塗布された上記接着剤を介して当接し、上記接着剤に光を照射して当該接着剤を硬化させ、屈折率が１．５２以下の接着剤層を形成する接着工程と、
上記接着剤層を介して接着された上記第１の結晶部材及び上記第２の結晶部材を所望のサイズに切断する切断工程とを有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１１】
上記接着工程では、上記接着剤に出力が５ｍＷ／ｃｍ２以下の紫外光又は可視光を照射することを特徴とする請求項１０記載の光学素子の製造方法。
【請求項１２】
上記塗布工程では、上記接着剤層の厚さが３μｍ以上となるように接着剤を塗布することを特徴とする請求項１０記載の光学素子の製造方法。
【請求項１３】
更に、上記切断工程の前段に、上記所定の波長に対して異なる波長に変換された光を透過するとともに、波長が変換されなかった光を反射する一対の光学膜を上記第１の結晶部材及び上記第２の結晶部材の上記面に対して反対側の他の面にそれぞれ成膜する成膜工程を有することを特徴とする請求項１０記載の光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非線形光学現象を用いて光の波長変換を行う光学素子と、このような光学素子を用いて波長変換された光を出射する光出射装置と、このような光学素子の製造方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型の短波長レーザや波長変換レーザとして、非線形光学結晶を用いたＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：第２高調波発生）レーザを代表としたＯＰＯ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：光パラメトリック発振）レーザがある。このようなレーザは、所定の波長のレーザ光を基本光として、この基本光を基本光とは異なる波長のレーザ光に変換して変換光として出射するようにされており、光ディスク装置や光通信モジュール等の各種光源として用いられる。
【０００３】
このようなレーザは、非線形光学結晶を共振器内部に配設した内部共振器型のＯＰＯレーザに固体レーザ結晶が設けられ、この固体レーザ結晶側の端面から半導体レーザなどから出射したレーザ光を入射させて固体レーザ結晶を励起し基本光を発生させる方法を用いる。
【０００４】
この場合に、上述のレーザは、共振器内部に配設された全ての光学素子を接触又は接着して、レーザ光の入力側の端面とレーザ光の出力側の端面とで共振器を形成することで、装置の小型化が可能であり、また光学素子の調整を不要とすることができるため、様々な用途に応用することが可能である。また、このようなレーザは、小型化が可能であるだけでなく、共振器内部で基本光を繰り返し反射させることで変換効率を向上させることも可能である。
【０００５】
このようなレーザに用いる光学素子の製造方法としては、比較的大きなウエハ状の２つの結晶部材を接着剤で接着してから、その後に光学膜等を成膜して、チップに切断するようにしている。
【０００６】
この方法では、光学膜の応力によるウエハの反りなどがない状態で接着できるため、均一な膜厚の接着剤層を得ることができる。従って、光学部品の各種特性を向上できるだけでなく、切断されたチップの特性ばらつきを押さえることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したような光学素子の製造方法では、光学膜の成膜時に接着剤層が高温にさらされるので２つの結晶部材における線膨張係数の相異により、接着剤層の剥離や結晶部材の破壊を引き起こす場合がある。
【０００８】
また、半導体レーザからのレーザ光（以下では、ＬＤ光と称する。）による励起により基本光を発生させるレーザでは、ＬＤ光により光学素子が熱せられるため、ＬＤ光の出力を上げたときに、２つの結晶部材における線膨張係数の相異により、接着剤層の剥離や結晶部材の破壊が起きる。
【０００９】
特に、線膨張係数が大きく異なる２つの結晶部材を接着する場合には、接着剤層の剥離や結晶部材の破壊が顕著に起きる。
【００１０】
上述したような接着剤層の剥離や結晶部材の破壊が起きる原因として、線熱膨張係数の大きく異なる２つ結晶部材が張り合わされ、接着状態で高温に曝されると、線膨張係数の相異から接着剤層に応力が生じる。接着剤層がこの応力を緩和すれば、接着剤層の剥離も基盤破壊も起きない。接着剤層が応力を緩和できない場合、最も弱い強度の部分から剥離又は破壊が発生し、接着剤層が結晶部材から剥離するか結晶部材の破壊が発生するかは、接着剤層の接着強度と結晶部材のもろさとの関係で決まる。ここで、接着剤層が応力を緩和できるかは、接着剤が硬化した接着剤層の機械的物性と接着剤層の厚みと接着面積からなる幾何学的要因とから決定される。
【００１１】
本発明は、上述したような問題を鑑みてなされたものであり、線膨張係数の相異による接着剤層の剥離や結晶部材の破壊が発生しない光学素子及びこの光学素子を備える光出射装置を提供することを目的とし、また線膨張係数の相異による接着剤層の剥離や結晶部材の破壊が発生しない光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために本発明に係る光学素子は、光源からの出射された所定の波長の光を、所定の波長に対して異なる波長に変換して出力する光学素子において、ＫＴｉＯＰＯ４又は石英からなる第１の結晶部材と、ＮｄをドープしたＹＶＯ４からなる第２の結晶部材と、第１の結晶部材及び第２の結晶部材を接着する接着剤層とを備え、第１の結晶部材及び第２の結晶部材は、接着剤層を介して互いに対向する面の線膨張係数が５ｐｐｍ以上異なり、且つ接着剤層を介して互いに対向する面が結晶軸を含むように配設され、接着剤層は、ガラス転移点が７５℃以下のアクリル系の接着剤に光を照射して接着剤が硬化して形成されてなり、硬化後の屈折率が１．５２以下であることを特徴とする。
【００１３】
以上のように構成された本発明に係る光学素子は、互いに対向する面の線膨張係数が５ｐｐｍ以上異なる第１の結晶部材及び第２の結晶部材を、これらの面が結晶軸を含むように配設し、ガラス転移点が７５℃以下のアクリル系の接着剤を第１の結晶部材又は第２の結晶部材の面に塗布して第１の結晶部材及び第２の結晶部材を当接し、接着剤に光を照射して接着剤を硬化することで、第１の結晶部材及び第２の結晶部材の互いに対向する面の線膨張係数の差に起因する接着剤層の剥離や第１の結晶部材及び／又は第２の結晶部材の破壊を抑止することができる。
【００１４】
また、上述の目的を達成するために本発明に係る光出射装置は、所定の波長の光を出射する光源と、ＫＴｉＯＰＯ４又は石英からなる第１の結晶部材とＮｄをドープしたＹＶＯ４からなる第２の結晶部材と第１の結晶部材及び第２の結晶部材を接着する接着剤層とを有して光源から出射された光の波長を所定の波長に対して異なる波長に変換して出力する光学素子とを備え、第１の結晶部材及び第２の結晶部材は、接着剤層を介して互いに対向する面の線膨張係数が５ｐｐｍ以上異なり、且つ接着剤層を介して互いに対向する面が結晶軸を含むように配設され、接着剤層は、ガラス転移点が７５℃以下のアクリル系の接着剤に光を照射して接着剤が硬化して形成されてなり、硬化後の屈折率が１．５２以下であることを特徴とする。
【００１５】
以上のように構成された本発明に係る光出射装置は、互いに対向する面の線膨張係数が５ｐｐｍ以上異なる第１の結晶部材及び第２の結晶部材を、これらの面が結晶軸を含むように配設し、ガラス転移点が７５℃以下のアクリル系の接着剤を第１の結晶部材又は第２の結晶部材の面に塗布して第１の結晶部材及び第２の結晶部材を当接し、接着剤に光を照射して接着剤を硬化することで、第１の結晶部材及び第２の結晶部材の互いに対向する面の線膨張係数の差に起因する接着剤層の剥離や第１の結晶部材及び／又は第２の結晶部材の破壊を抑止することができる。
【００１６】
更に、上述の目的を達成するために本発明に係る光学素子の製造方法は、光源からの出射された所定の波長の光を、所定の波長に対して異なる波長に変換して出力する光学素子の製造方法において、ＫＴｉＯＰＯ４又は石英からなる第１の結晶部材とＮｄをドープしたＹＶＯ４からなる第２の結晶部材とを、互いに対向するそれぞれの面の線膨張係数が５ｐｐｍ以上異なり、且つ上記面が結晶軸を含むように光学研磨する研磨工程と、ガラス転移点が７５℃以下のアクリル系の接着剤を第１の結晶部材又は第２の結晶部材の面に塗布する塗布工程と、第１の結晶部材及び第２の結晶部材を、塗布された接着剤を介して当接し、接着剤に光を照射して接着剤を硬化させ、屈折率が１．５２以下の接着剤層を形成する接着工程と、接着剤層を介して接着された第１の結晶部材及び第２の結晶部材を所望のサイズに切断する切断工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
以上のような工程により構成された本発明に係る光学素子の製造方法は、互いに対向する面の線膨張係数が５ｐｐｍ以上異なる第１の結晶部材及び第２の結晶部材を、これらの面が結晶軸を含むように配設し、ガラス転移点が７５℃以下のアクリル系の接着剤を第１の結晶部材又は第２の結晶部材の面に塗布して第１の結晶部材及び第２の結晶部材を当接し、接着剤に光を照射して接着剤を硬化させて接着し、所望のサイズの光学素子を切り出す。このように製造された光学素子では、第１の結晶部材及び第２の結晶部材の線膨張係数の差による接着剤層の剥離や第１の結晶部材及び／又は第２の結晶部材の破壊を抑止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用されたレーザポインタについて、図面を参照して説明する。
【００１９】
本発明が適用されたレーザポインタは、半導体レーザから出射されたレーザ光の波長を変換してより波長の短いレーザ光を出力することができるものであり、利用者の所望の位置をレーザ光で指し示すことができるものである。
【００２０】
ここで、一般的なレーザポインタは、略６００ｎｍ以上の赤色の波長帯域のレーザ光を照射するものであるが、本発明を適用したレーザポインタは、赤色よりも視認性の高い略５００ｎｍ程度の緑色の波長帯域のレーザ光を出射する。
【００２１】
レーザポインタは、図１に示すように、レーザ光を出射する半導体レーザ１０と、半導体レーザ１０から出射されたレーザ光の波長を変換して出力する波長変換素子１１と、波長変換素子１１で変換されたレーザ光のビーム形状を成形する出射レンズ１２と、半導体レーザ１０を駆動する電力を供給する電池１３とを備えている。
【００２２】
半導体レーザ１０は、例えば、波長が略８０８ｎｍのレーザ光（以下では、ＬＤ光と称する。）を出射する半導体レーザである。
【００２３】
波長変換素子１１は、半導体レーザ１０から出射されたＬＤ光を波長変換して略５３２ｎｍのレーザ光（以下では、変換光と称する。）を出力する素子である。
【００２４】
出射レンズ１２は、変換光のビーム形状を成形するように設けられたレンズ素子であり、例えば、ビーム径の調整等を行うことができるように、光軸方向への位置調整が可能とされている。
【００２５】
電池１３は、半導体レーザ１０を駆動する電力を供給する電池であり、レーザポインタの装置構成を小型化するために、小型の電池を用いる。なお、電池１３は、後述するレーザポインタの筐体の形状が略円筒形状とされている場合には、筐体内に収まるように円筒形状とすることが好ましい。
【００２６】
以上のように構成されたレーザポインタは、半導体レーザ１０と、波長変換素子１１と、出射レンズ１２と、電池１３とが、図示しない筐体内に固定されており、例えば、略円筒形状、いわゆるペン型の形状に形成されている。
【００２７】
ここで、具体的に波長変換素子１１は、第１の結晶部材２０と、第２の結晶部材２１と、これら第１の結晶部材２０と第２の結晶部材２１との間に接着剤を硬化させて形成される接着剤層２２と、第１の結晶部材２０及び第２の結晶部材２１を間に挟み込み共振器を形成する一対の光学膜である第１の選択透過膜２３及び第２の選択透過膜２４とを有している。
【００２８】
第１の結晶部材２０は、例えば、ネオジウムをドープしたＹＶＯ４（Ｙｔｔｒｉｕｍ　Ｖａｎａｄａｔｅ）であり、第１の選択透過膜２３を透過したＬＤ光が入射され、このＬＤ光により励起されて波長が略１０６４ｎｍのレーザ光（以下では、基本光と称する。）を出力する。
【００２９】
第２の結晶部材２１は、例えば、ＫＴｉＯＰＯ４（以下では、ＫＴＰと称する。）であり、第１の結晶部材２０から出力された基本光をＳＨＧにより波長を１／２のレーザ光、すなわち変換光に変換して、略５３２ｎｍの変換光を第２の選択透過膜２４側へ出力する。
【００３０】
第１の結晶部材２０及び第２の結晶部材２１は、互いに対抗する面の線膨張係数が５ｐｐｍ以上異なっており、ＳＨＧによる位相整合を行うのに最適な条件となるように、互いにＣ軸を含む面が対向するように配設されている。
【００３１】
ここで、例えば、ＳＨＧレーザに用いる波長変換素子１１の場合、ＫＴＰにＹＶＯ４を張り合わせるが、その結晶軸の関係は、ＫＴＰのｃ軸とＹＶＯ４のａ／ｃ合成軸が貼り合わされるので、線膨張係数の差が−０．６５（ＫＴＰ）−７．９（ＹＶＯ４）＝８．５５ｐｐｍと大きくなる。
【００３２】
接着剤層２２は、透光性を有し、ガラス転移点Ｔｇが略７５℃以下のアクリル系の接着剤に紫外光又は可視光を照射してこの接着剤を硬化することで形成され、屈折率が略１．５２以下とされている。特に、接着剤層２２は、少なくとも、上述したＬＤ光及び基本光の波長に対して高い透過率を有する性質を備えている。
【００３３】
第１の選択透過膜２３は、ＬＤ光を透過させ、基本光を反射するように設けられた光学膜であり、ＬＤ光及び基本光の波長に応じて透過率及び反射率が異なるように設計されている。すなわち、第１の選択透過膜２３は、上述した半導体レーザ１０、第１の結晶部材２０及び第２の結晶部材２１との関係により、波長が略８０８ｎｍのレーザ光を透過させ、波長が略１０６４ｎｍのレーザ光が反射する。
【００３４】
第２の選択透過膜２４は、変換光を透過させ、基本光を反射するように設けられた光学膜であり、変換光及び基本光の波長に応じて透過率及び反射率が異なるように設計されている。すなわち、第２の選択透過膜２４は、上述した半導体レーザ１０、第１の結晶部材２０及び第２の結晶部材２１との関係により、波長が略１０６４ｎｍのレーザ光を透過させ、波長が略５３２ｎｍのレーザ光が反射する。
【００３５】
このような構成とされた波長変換素子１１を備えるレーザポインタについて、半導体レーザ１０から出射されたＬＤ光が変換光として出射されるまでの光路を説明する。
【００３６】
半導体レーザ１０から出射された波長が略８０８ｎｍのＬＤ光は、第１の選択透過膜２３側から波長変換素子１１に入射されて第１の選択透過膜２３を透過して第１の結晶部材２０に入射し、第１の結晶部材２０を励起させて波長が略１０６４ｎｍの基本光を発生させる。
【００３７】
次に、第１の結晶部材２０から出力された波長が略１０６４ｎｍの基本光は、接着剤層２２に入射して接着剤層２２を透過し、第２の結晶部材２１に入射して第２の結晶部材２１により所定の変換効率で波長変換されて波長が１／２の略５３２ｎｍの変換光となる。
【００３８】
また、第２の結晶部材２１において波長変換がされなかった波長が略１０６４ｎｍの残りの基本光は、第２の選択透過膜２４に入射して第２の選択透過膜２４で反射され、波長が略５３２ｎｍの変換光に波長変換されるまで、第１の選択透過膜２３と第２の選択透過膜２４との間で繰り返し反射される。
【００３９】
次に、第２の結晶部材２１から出力された波長が略５３２ｎｍの変換光は、第２の選択透過膜２４に入射して第２の選択透過膜２４を透過し、出射レンズ１２に入射して所定のビーム形状となるようレーザポインタから出力されて所望の位置に出射される。
【００４０】
このようにレーザポインタでは、半導体レーザ１０から出射された波長が略８０８ｎｍのＬＤ光を、波長が略１０６４ｎｍの基本光、波長が略５３２ｎｍの変換光に変換して、変換光を出力する。
【００４１】
ここで、接着剤層２２についてさらに詳細に説明する。
【００４２】
接着剤層２２は、上述したようにガラス転移点Ｔｇが略７５℃以下のアクリル系の接着剤に紫外光又は可視光を照射してこの接着剤を硬化することで形成され、屈折率が略１．５２以下とされている。
【００４３】
ここでアクリル系の接着剤とは、アクリレート基、メタクリレート基、ウレタンアクリレート基などのアクリル酸誘導体による官能基を持った分子構造をもった接着剤分子が、そのアクリル酸誘導体に含まれる２重結合によるラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合などで結合し硬化する接着剤である。
【００４４】
接着剤層２２に用いる接着剤としては、以下の表１に示す、サンプル１〜サンプル３４を用いて、波長変換素子１１に半導体レーザ１０から所定の出力でＬＤ光を出射した際に発生した接着剤層２２の剥離及び第１の結晶部材２０及び／又は第２の結晶部材２１の破壊の判定を行い、判定結果が良好な接着剤を用いた。また、表１の結果を図２にグラフとして示す。なお、表１及び図２中に示す、○は、接着剤層２２の剥離や、第１の結晶部材２０及び／又は第２の結晶部材２１の破壊がないことを示し、×は、接着剤層２２の剥離や、第１の結晶部材２０及び／又は第２の結晶部材２１の破壊があることを示している。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
サンプル１〜サンプル４に示す接着剤は、アクリル系の接着剤であり、それぞれアーデル社製のＵＴ−２０（商品名），Ｖ３００（商品名），ＨＶ１５３（商品名），ＨＲ１５４（商品名）である。サンプル５に示す接着剤は、アクリル系の接着剤であり、ケミテック社製のＵ４７１（商品名）である。サンプル６に示す接着剤は、アクリル系の接着剤であり、ダイキン工業社製のＵＶ３０００（商品名）である。サンプル７〜サンプル９に示す接着剤は、アクリル系の接着剤であり、それぞれ長瀬産業（ＤＥＮＡ）社製のＸＮＲ５４７２Ｆ（商品名），ＸＮＲ５５２０（商品名），Ｔ６９５／ＵＲ（商品名）である。サンプル１０〜サンプル１４に示す接着剤は、アクリル系の接着剤であり、それぞれ電気化学工業（ＤＥＮＫＡ）社製のＯＰ１０８０Ｌ（商品名），ＯＰ１０３０Ｋ（商品名），ＯＰ１０３０Ｍ（商品名），ＯＰ１０３０ＭＳ（商品名），ＯＰ３０１０Ｐ（商品名）である。サンプル１５に示す接着剤は、アクリル系の接着剤であり、ヘンケルジャパン社製の３６３（商品名）である。サンプル１６，サンプル１７に示す接着剤は、アクリル系の接着剤であり、それぞれサンライズＭＳＩ社製のＰＨ１５０（商品名），ＰＨ３００（商品名）である。サンプル１８〜サンプル２１に示す接着剤は、アクリル系の接着剤であり、それぞれ共立化学産業社製の８０１ｓｅＬ６（商品名），ＸＶＬ９０（商品名），８８０７Ｌ５（商品名），Ｘ８７５０ＬＫ５（商品名）である。
【００４７】
サンプル２２〜サンプル２４に示す接着剤は、エポキシ系の接着剤であり、それぞれダイキン工業社製のＵＶ３１００（商品名），ＵＶ３２００（商品名），ＵＶ４０００（商品名）である。サンプル２５に示す接着剤は、エポキシ系の接着剤であり、長瀬産業（ＤＥＮＡ）社製のＸＮＲ５５０７ＦＬ（商品名）である。
【００４８】
サンプル２６，サンプル２７に示す接着剤は、エポキシ系の接着剤であり、それぞれサンエイテック（ＥＭＩ）社製の３５０５（商品名），３５０７（商品名）である。サンプル２８に示す接着剤は、エポキシ系の接着剤であり、ダイゾー（ＥＰＯＴＥＫ）社製のＯＧ１４６（商品名）である。サンプル２９〜サンプル３３に示す接着剤は、エポキシ系の接着剤であり、それぞれサンエイテック（ＮＯＲＬＡＮＤ）社製のＮＯＡ６１（商品名），ＮＯＡ７１（商品名），ＮＯＡ７３（商品名），ＮＯＡ８１（商品名），ＮＯＡ８８（商品名）である。サンプル３４に示す接着剤は、エポキシ系の接着剤であり、スリーボンド社製のＴＢ３１２１（商品名）である。
【００４９】
表１及び図２より、アクリル系の接着剤では、接着剤層２２の剥離や第１の結晶部材２０及び／又は第２の結晶部材２１の破壊が発生しないサンプルがあるのに対して、エポキシ系の接着剤では、接着剤層２２の剥離や第１の結晶部材２０及び第２の結晶部材２１の破壊が全てのサンプルにおいて発生している。
【００５０】
次に、表１に基づき、判定結果が良好なアクリル系の接着剤を抽出して、各サンプルのガラス転移点Ｔｇと接着剤層２２の剥離、結晶破壊との関係を示すグラフを図３に示す。なお、図３中に示す、○は、接着剤層２２の剥離や、第１の結晶部材２０及び／又は第２の結晶部材２１の破壊がないことを示し、×は、接着剤層２２の剥離や、第１の結晶部材２０及び／又は第２の結晶部材２１の破壊があることを示している。また、図３における各サンプルの順番は、表１に示すサンプルのうちアクリル系の接着剤のみをガラス転移点Ｔｇ順に並べ替えて示している。
【００５１】
図３より、各サンプルのガラス転移点Ｔｇに着目すると、ガラス転移点Ｔｇが７５℃以下の接着剤では、接着剤層２２の剥離や、第１の結晶部材２０及び／又は第２の結晶部材２１の破壊が発生しないサンプルがあるのに対して、ガラス転移点Ｔｇが７５℃以上の接着剤では、接着剤層２２の剥離や、第１の結晶部材２０及び第２の結晶部材２１の破壊が全てのサンプルにおいて発生している。
【００５２】
次に、図３に示す結果より、判定結果が良好なアクリル系の接着剤で且つガラス転移点Ｔｇが７５℃以下の接着剤を抽出して、各サンプルの屈折率ｎＤと接着剤層２２の剥離、結晶破壊との関係を示すグラフを図４に示す。なお、図４中に示す、○は、接着剤層２２の剥離や、第１の結晶部材２０及び／又は第２の結晶部材２１の破壊がないことを示し、×は、接着剤層２２の剥離や、第１の結晶部材２０及び／又は第２の結晶部材２１の破壊があることを示している。また、図４における各サンプルの順番は、表１に示すサンプルのうちアクリル系で且つガラス転移点Ｔｇが７５℃以下のサンプルのみを屈折率ｎＤ順に並べ替えて示している。
【００５３】
図４より、各サンプルの屈折率ｎＤに着目すると、屈折率ｎＤが１．５２以下の接着剤では、接着剤層２２の剥離や、第１の結晶部材２０及び／又は第２の結晶部材２１の破壊が全てのサンプルで発生しないのに対して、屈折率ｎＤが１．５２より上の接着剤では、接着剤層２２の剥離や、第１の結晶部材２０及び／又は第２の結晶部材２１の破壊が全てのサンプルにおいて発生している。
【００５４】
上述したように、表１及び図２乃至図４に示す結果から、接着剤層２２を形成する接着剤としては、透光性を有するガラス転移点Ｔｇが略７５℃以下のアクリル系の接着剤で、紫外光又は可視光が照射されて硬化した後の屈折率が略１．５２以下となる条件の接着剤が好ましいことがわかる。
【００５５】
具体的に接着剤層２２を形成する接着剤としては、上述の表１に示す、サンプル５，１６，１７，１９，２０が好ましく、上述の条件を全て満たしている。
【００５６】
このように接着剤層２２は、透光性を有しており、ガラス転移点Ｔｇが略７５℃以下のアクリル系の接着剤に紫外光又は可視光を照射することで硬化させ、硬化後の屈折率が略１．５２以下となるようになっている。
【００５７】
以上のように構成されたレーザポインタは、波長変換素子１１に上述のように選択された接着剤を用いることにより、接着剤層２２の剥離や、第１の結晶部材２０及び／又は第２の結晶部材２１の破壊の発生を抑止することができるため、製品寿命を向上させ、製品の信頼性が向上する。
【００５８】
また、レーザポインタは、接着剤層２２の剥離や、第１の結晶部材２０及び／又は第２の結晶部材２１の破壊の発生を抑止することができるため、より高出力のＬＤ光を入力することが可能となり、変換光の出力を向上させることができる。
【００５９】
さらに、レーザポインタは、変換光、すなわち出力するレーザ光の波長帯域を視感度特性の高い緑色の波長帯域に変換することができるので、従来の赤色の波長帯域のレーザ光に対して低い出力でも明るく見やすいレーザ光を出力することができ、使用上の安全性が向上する。
【００６０】
さらにまた、レーザポインタは、上述のように各光学素子を接着して波長変換素子１１を形成するため、部品点数も少なく、調整不要で簡便な装置とすることができるため、製造コストを低減することができる。
【００６１】
なお、上述したレーザポインタでは、変換光を略５３２ｎｍとする装置構成を説明したが、半導体レーザ１０、第１の結晶部材２０及び第２の結晶部材２１、第１の選択透過膜２３及び第２の選択透過膜２４は、目的とする変換光の波長帯域に応じて、特性や材質を選択するようにしてもよい。また、第１の結晶部材２０及び第２の結晶部材２１には、Ｎｄなどのドーパントを任意の濃度でドープでき、その用途に応じて設定できるようにしてもよい。さらに、第１の結晶部材２０及び第２の結晶部材２１は、平面、湾曲、球面であってもよく、層状に積層する事もできるが、これらに限定するものではない。
【００６２】
次に、上述したレーザポインタに用いる波長変換素子１１の製造方法について説明する。
【００６３】
まず、互いに対向するそれぞれの面が、線膨張係数が５ｐｐｍ以上異なり、結晶軸を含むように、第１の結晶部材２０のウエハ及び第２の結晶部材２１のウエハを光学研磨する。
【００６４】
次に、上述した接着剤を上記第１の結晶部材２０のウエハ又は上記第２の結晶部材２１のウエハの対向する面に塗布し、第１の結晶部材２０のウエハ及び第２の結晶部材２１のウエハを接着し、接着剤に光を照射して接着剤を硬化させ、接着剤層２２を形成する。
【００６５】
次に、第１の結晶部材２０のウエハ及び第２の結晶部材２１のウエハの接着剤層２２と反対側の面に、第１の選択透過膜２３及び第２の選択透過膜２４とをそれぞれ成膜して所望のサイズに切断する。
【００６６】
以上のように波長変換素子１１を製造するが、具体的には、以下の表２に示すように、実施例１〜実施例２４と比較例１〜比較例１３とに基づいて説明する。
【００６７】
【表２】
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【００６８】
表２における１５０℃／１００Ｈでは、実施例１〜２４及び比較例１〜１３において作製した波長変換素子１１を１５０℃に温度管理した恒温漕内で１００時間保存し、その後の接着剤層２２の剥離を観察した。
【００６９】
また、表２における２００℃／４Ｈでは、実施例１〜２４及び比較例１〜１３において作製した波長変換素子１１を２００℃に温度管理した恒温漕内で４時間保存し、その後接着剤層２２の剥離を観察した。
【００７０】
さらに、表２における２５０℃／４Ｈでは、実施例１〜２４及び比較例１〜１３において作製した波長変換素子１１を２５０℃に温度管理した恒温漕内で４時間保存し、その後の接着剤層２２の剥離を観察した。
【００７１】
なお、表２の中に示す、○は、接着剤層２２の剥離がないことを示し、△は、接着剤層２２の一部が剥離したことを示し、×は、接着剤層２２の半分以上が剥離したことを示している。
【００７２】
＜実施例１＞
実施例１では、まず、位相整合角に切り出された略１．５ｃｍ×３．０ｃｍの略方形状とされたＫＴＰ結晶のウエハと、ａ軸を含む面、すなわちａ面で切り出された直径が略２．５ｃｍの略円形状とされたＹＶＯ４結晶のウエハをｃ軸に対して４５°傾いた方向に半分にカットしたウエハとをそれぞれレーザ発振に十分な精度で光学研磨した。
【００７３】
次に、光学研磨されたＫＴＰ結晶のウエハの接着面に上述したサンプル２０の接着剤を塗布して、ＫＴＰ結晶のｃ軸とＹＶＯ４結晶のｃ軸とが４５°傾くように接着した。ここでは、接着剤層２２の厚みが、６μｍとなるように接着剤の塗布量を調整した。
次に、光強度が１ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射して接着剤を硬化した。
【００７４】
＜実施例２＞
実施例２では、接着剤にサンプル１７を用いた以外、実施例１と同様の条件で行った。
【００７５】
＜実施例３＞
実施例３では、接着剤の硬化に光強度が５ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射した以外、実施例１と同様の条件で行った。
【００７６】
＜実施例４＞
実施例４では、接着剤にサンプル１７を用いた以外、実施例３と同様の条件で行った。
【００７７】
＜実施例５＞
実施例５は、接着剤層２２の厚みを３μｍとした以外、実施例１と同様の条件で行った。
【００７８】
＜実施例６＞
実施例６では、接着剤にサンプル１７を用いた以外、実施例５と同様の条件で行った。
【００７９】
＜実施例７＞
実施例７では、接着剤の硬化に光強度が５ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射し、接着剤層２２の厚みを３μｍとした以外、実施例１と同様の条件で行った。
【００８０】
＜実施例８＞
実施例８では、接着剤にサンプル１７を用いた以外、実施例７と同様の条件で行った。
【００８１】
＜実施例９＞
実施例９では、略１ｍｍ厚で略１５ｍｍ×１５ｍｍの略方形状とされた石英板と、略２ｍｍ厚で略１９ｍｍ×２５ｍｍの略方形状とされたＢＫ７光学ガラスを光学研磨し接着した以外、実施例１と同様の条件で行った。
【００８２】
＜実施例１０＞
実施例１０では、接着剤にサンプル１７を用いた以外、実施例９と同様の条件で行った。
【００８３】
＜実施例１１＞
実施例１１では、接着剤の硬化に光強度が５ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射した以外には実施例９と同様にして行った。
【００８４】
＜実施例１２＞
実施例１２では、接着剤にサンプル１７を用いた以外、実施例１１と同様の条件で行った。
【００８５】
＜実施例１３＞
実施例１３では、接着剤層の厚みを３μｍとした以外、実施例９と同様の条件で行った。
【００８６】
＜実施例１４＞
実施例１４では、接着剤にサンプル１７を用いた以外、実施例１３と同様の条件で行った。
【００８７】
＜実施例１５＞
実施例１５では、接着剤の硬化に光強度が５ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射し、接着剤層２２の厚みを３μｍとした以外、実施例９と同様の条件で行った。
【００８８】
＜実施例１６＞
実施例１６では、接着剤にサンプル１７を用いた以外、実施例１５と同様の条件で行った。
【００８９】
＜実施例１７＞
実施例１７では、ａ面で切り出された直径が略２．５ｃｍの略円形状のＹＶＯ４結晶のウエハを半分にカットしたウエハと、略１．５ｃｍ×３．０ｃｍの略方形状とされた石英板とをそれぞれレーザ発振に十分な精度で光学研磨し接着した以外、実施例１と同様の条件で行った。
【００９０】
なお、石英板にＹＶＯ４結晶を張り合わせる場合は、線膨張係数の差が１１．３７（ＹＶＯ４のｃ軸）−０．５８（石英）＝９．７８ｐｐｍと大きくなる。
【００９１】
＜実施例１８＞
実施例１８では、接着剤にサンプル１７を用いた以外、実施例１７と同様の条件で行った。
【００９２】
＜実施例１９＞
実施例１９では、接着剤の硬化に光強度が５ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射した以外、実施例１７と同様の条件で行った。
【００９３】
＜実施例２０＞
実施例２０では、接着剤にサンプル１７を用いた以外、実施例１９と同様の条件で行った。
【００９４】
＜実施例２１＞
実施例２１では、接着剤層２２の厚みを３μｍとした以外、実施例１７と同様の条件で行った。
【００９５】
＜実施例２２＞
実施例２２では、接着剤にサンプル１７を用いた以外、実施例２１と同様の条件で行った。
【００９６】
＜実施例２３＞
実施例２３は、接着剤の硬化に光強度が５ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射し、接着剤層２２の厚みを３μｍとした以外、実施例１７と同様の条件で行った。
【００９７】
＜実施例２４＞
実施例２４は、接着剤にサンプル１７を用いた以外、実施例２３と同様の条件で行った。
【００９８】
＜比較例１＞
比較例１では、接着剤にサンプル１を用いた以外、実施例１と同様の条件で行った。
【００９９】
＜比較例２＞
比較例２では、接着剤にサンプル１０を用いた以外、実施例１と同様の条件で行った。
【０１００】
＜比較例３＞
比較例３では、接着剤にサンプル２８を用いた以外、実施例１と同様の条件で行った。
【０１０１】
＜比較例４＞
比較例４では、接着剤にサンプル１を用いた以外、実施例９と同様の条件で行った。
【０１０２】
＜比較例５＞
比較例５では、接着剤にサンプル１０を用いた以外、実施例９と同様の条件で行った。
【０１０３】
＜比較例６＞
比較例６では、接着剤にサンプル２８を用いた以外、実施例９と同様の条件で行った。
【０１０４】
＜比較例７＞
比較例７では、接着剤にサンプル１を用いた以外、実施例１７と同様の条件で行った。
【０１０５】
＜比較例８＞
比較例８では、接着剤にサンプル１０を用いた以外、実施例１７と同様の条件で行った。
【０１０６】
＜比較例９＞
比較例９では、接着剤にサンプル２８を用いた以外、実施例１７と同様の条件で行った。
【０１０７】
＜比較例１０＞
比較例１０では、接着剤の硬化に光強度が２０ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射した以外、実施例１と同様の条件で行った。
【０１０８】
＜比較例１１＞
比較例１１では、接着剤にサンプル１７を用いた以外、比較例１０と同様の条件で行った。
【０１０９】
＜比較例１２＞
比較例１２では、接着剤層２２の厚みを２μｍとした以外には実施例１と同様の条件で行った。
【０１１０】
＜比較例１３＞
比較例１３では、接着剤にサンプル１７を用いた以外、比較例１２と同様の条件で行った。
【０１１１】
表２の結果から接着剤のガラス転移点Ｔｇが７５℃以下であり、かつ接着剤硬化物の屈折率ｎＤが１．５２以下であることを特徴とするアクリル系の接着剤を使用した場合、１５０℃／１００Ｈ、２００℃／４Ｈの条件下では、接着剤層２２の剥離を起こすことはなかった。また、より厳しい条件である２５０℃／４Ｈでは、紫外光の光強度が５ｍＷ／ｃｍ２以下であり、膜厚が３μｍ以上の場合、接着剤層２２の剥離等が発生しなかった。
【０１１２】
一方、ガラス転移点Ｔｇが７５℃より高い接着剤や、屈折率ｎＤが１．５２より高い接着剤や、エポキシ系の接着剤は、１５０℃／１００Ｈ、２００℃／４Ｈ、２５０℃／４Ｈのいずれの条件においても十分な接着維持できずに、接着剤層２２の剥離等が発生した。
【０１１３】
表２に示す結果より、熱膨張によって接着剤層２２に生じる応力を緩和できる接着剤として、ガラス転移点Ｔｇが７５℃以下のアクリル系の接着剤であることが分かったとともに、５ｍＷ／ｃｍ２以下の紫外光を照射されることにより硬化する接着剤を用いることで、熱による第１の結晶部材２０及び第２の結晶部材の異方性による反りなどがなく、高精度で接着できることが分かった。また、表２に示す結果より、接着剤層２２の膜厚を３μｍ以上となるように接着剤を塗布することで、熱による第１の結晶部材２０及び第２の結晶部材の異方性による反りなどがなく、高精度で接着できることが分かった。
【０１１４】
以上のように本発明を適用した波長変換素子１１の製造方法では、第１の選択透過膜２３及び第２の選択透過膜２４の応力によるウエハの反りなどがない状態で接着できるため、均一な膜厚の接着剤層２２を得ることができる。これにより製造される波長変換素子１１は、各種特性を向上できるだけでなく、切断された波長変換素子１１の特性ばらつきを押さえることができる。また、高品質の波長変換素子１１を大量に量産することが可能であり、生産性が向上し、製造コストを低減することができる。
【０１１５】
なお、上述したように接着剤層２２の膜厚を１μｍより大きく調整することができるが、膜厚が大きくなると接着剤層２２の膜厚平行精度が悪くなってしまうため、接着剤層２２の膜厚は、２０μｍ以下とすることが好ましい。
【０１１６】
また、上述の例では、紫外光又は可視光を照射することにより硬化する接着剤を用いたが、熱を加えることで硬化する接着剤であってもかまわない。
【０１１７】
さらに、接着剤を硬化させるための紫外光又は可視光の照射条件は、メタルハライドランプ、ブラックライト、水銀灯、自然光など既存の光源を用いる方法を利用することができる。具体的に、照射条件は、０．１ｍＷ／ｃｍ２〜２００ｍＷ／ｃｍ２までの光強度で行うことができるが、上述したように紫外光又は可視光の照射条件を０．１ｍＷ／ｃｍ２以上、５ｍＷ／ｃｍ２以下の光強度でメーカの指定する照射量で照射することが望ましい。なお、接着剤の接着強度を向上するために、紫外光又は可視光の照射後に熱硬化工程があってもよい。
【０１１８】
【発明の効果】
上述した様に本発明では、対向する面の線膨張係数が５ｐｐｍ以上異なるＫＴｉＯＰＯ４又は石英からなる第１の結晶部材とＮｄをドープしたＹＶＯ４からなる第２の結晶部材とを、ガラス転移点が７５℃以下とされたアクリル系の接着剤を用いて接着して、接着剤硬化物の屈折率が１．５２以下であることを特徴とする光学素子は、熱膨張率の差による応力を接着剤層が緩和するため、第１の結晶部材又は第２の結晶部材からの接着剤層の剥離や、第１の結晶部材又は第２の結晶部材の破壊を抑止することができる。
【０１１９】
これにより、光学素子の信頼性が向上し、また高出力の入力光に対応することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したレーザポインタの構成を説明するための図である。
【図２】波長変換素子の接着剤層を形成する接着剤の各サンプルの判定結果を説明するための図である。
【図３】波長変換素子の接着剤層を形成する接着剤の各サンプルのうちアクリル系のサンプルを、ガラス転移点Ｔｇ順に並べた判定結果を示す図である。
【図４】波長変換素子の接着剤層を形成する接着剤の各サンプルのうちアクリル系のサンプル且つガラス転移点Ｔｇが７５℃以下のサンプルを、硬化後の屈折率ｎＤ順に並べた判定結果を示す図である。
【符号の説明】
１０　半導体レーザ、１１　波長変換素子、１２　出射レンズ、１３　電池、２０　第１の結晶部材、２１　第２の結晶部材、２２　接着剤層、２３　第１の選択透過膜、２４　第２の選択透過膜、
【図１】
2004031683.tif 000005
【図２】
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【図３】
2004031683.tif 000007
【図４】
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