CN1497287A - 保护用于固定光学元件的粘合剂不受紫外光影响的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于减少通过光学元件发射的散射光，保护用于将光学元件固定在适当位置的粘合剂不受光致降质的影响的方法。在一个实施例中，该方法包括将一薄的有机氧金属化合物涂层涂敷到光学元件将要施加粘合剂的区域，并将该有机氧金属化合物暴露于紫外光。暴露于紫外光，可将该有机氧金属化合物转变成其相应的金属氧化物，以形成光学惰性的光吸收涂层，保护用于将光学元件固定在适当位置的粘合剂不受光致降质的影响。

Description

保护用于固定光学元件的 粘合剂不受紫外光影响的方法

发明背景

技术领域

本发明涉及光学元件的固定，更准确地说，涉及将光学惰性光吸收涂层涂敷在光学元件上，以保护用于固定光学元件的粘合剂不受紫外光影响。

背景技术

将光学元件固定设置在光学系统内至关重要，尤其在非常高精度的光学系统中，如光刻所用的系统中更是如此。光学系统开发商使用多种方法将光学元件牢固地设置在系统内，包括将光学元件夹紧在适当位置处，将光学元件整个装在外壳内，以及使用粘合剂将光学元件固定在适当位置。本发明涉及使用粘合剂将光学元件固定在适当位置的方法。此处所用的术语“粘合剂”指用于固定光学元件的任何化合物，包括但不限于粘结剂、环氧类和胶接剂。

使用粘合剂将光学元件固定在适当位置，提供一种经济有效的牢固设置光学元件的方法。另外，与完全机械安装相比，使用粘合剂将光学元件固定在适当位置对光学元件造成的机械应力更小。一般，将粘合剂涂敷到光学元件上，并将该光学元件设置在支架或其他型架中。根据所需的光学元件取向，可以将粘合剂涂敷在光学元件抛光表面的边缘或一部分上。当使粘合剂干燥时，光学元件就固定在适当位置处。一旦干燥，光学元件与支架之间的粘合剂提供牢固粘结，而将光学元件牢固固定到适当位置。

遗憾的是，穿过光学元件的光的散射光有可能使该粘合剂光化学降质，导致粘结随时间而减弱。在光可穿过其抛光表面的光学元件内，一部分散射光被内反射，并传播到粘合剂与光学元件粘结的部位。在使用粘合剂将光学元件固定在适当位置的情形中，该散射光照射在粘合剂上。照射在粘合剂上的散射光使粘合剂分解，并开始减弱光学元件与支架之间的粘结。随着粘结整体减弱，光学元件有可能移动或甚至发生移位。任何一种情形都不能接受，特别是在非常高精度的光学系统中更是如此。

此外，许多粘合剂在被紫外光照射时都发生除气作用。这些脱气可能具有在抛光光学表面上产生细残留物的不利影响，削弱光学系统的功能。

在用粘合剂固定光学元件之前将光吸收涂层设置在光学元件将要涂敷粘合剂的部位上，通过减少照射在粘合剂上的光量而解决上述问题。有多种将涂层涂敷在光学元件上的方法，如化学汽相沉积和离子束溅射。最重要的是将使用这些方法的系统设计成非常精确地涂敷抛光光学表面。结果，极为昂贵，需要很长的调整时间，并且极其不适于将涂层涂敷到光学元件边缘。

发明内容

本发明涉及一种用于减少通过光学元件发射的散射光量，保护用于将该光学元件固定在适当位置处的粘合剂不受光致降质影响的方法。该方法包括将一薄的有机氧金属化合物涂层涂覆到光学元件将要施加粘合剂的部位上，并固化该有机氧金属化合物，以在光学元件将要施加粘合剂的部位上剩下光学惰性的光吸收金属氧化物薄膜。

在本发明一个实施例中，使用光学敷料布将有机氧金属化合物涂层涂覆到光学元件将要施加粘合剂的部位上。然后该涂层暴露于紫外光，将有机氧金属化合物的有机取代基转变成挥发分子，蒸发并剩下金属氧化物薄膜。一旦完成这一过程，则制造出在将要施加粘合剂的部位上具有薄的光吸收金属氧化物涂层的光学元件。然后可通过将粘合剂设置在该光吸收涂层与光学元件将要设置的支架或型架之间而将光学元件固定到适当位置。

使用本发明对光学元件的处理具有两个主要优点。第一，使用本发明将光吸收涂层涂敷到光学元件上，可减小用于将光学元件固定到适当位置的粘合剂的光致降质。通常，紫外光将发生内散射，并传播到光学元件已经施加粘合剂的部位上。发射光将照射粘合剂，导致粘合剂降质。粘合剂降质能潜在地移动光学元件，导致性能降低或者甚至导致光学系统失效。本发明将防止粘合剂降质以及产生不符合需要的影响。

第二，与使用粘合剂的传统安装技术相比，本发明可导致除气作用减弱。当紫外光照射在粘合剂上时，粘合剂将逸出气体，有可能在光学元件的抛光表面上产生薄膜残留物，导致光学系统性能降低。再次指出，本发明将减少从粘合剂排出的气体和所产生的不符合需要的影响。

与其它可用于涂敷光吸收涂层以防止光照射在用于固定光学元件的粘合剂上的方法相比，本发明具有多个优点。有多类将薄涂层涂敷到光学元件的抛光表面上的系统。这些系统非常昂贵，需要很长的调整时间，并且特别是没有提供一种经济有效的方法涂覆光学元件边缘。其设计限制了将薄涂层施加到光学元件边缘的能力。改装或者改造这些系统以便将涂层涂敷到边缘耗费时间，昂贵，并且通常价格过高。

即便假设可以改进现有系统，以将薄的涂层涂敷到光学元件将要施加粘合剂的部位上，本发明也具有附加的优点。用于将薄涂层涂敷到抛光光学表面上的现有系统被设计成，涂敷具有非常精确厚度的涂层。在将涂层涂敷到光学元件上以防止光照射将光学元件固定到适当位置的粘合剂时，不必需要这种精确度。因此，使用经过改进的现有涂敷系统与使用本发明相比，更为昂贵并且耗时，这是由于所需的系统调整时间以及与将系统设计成非常精确的工作有关的额外复杂性。

下面参照附图详细说明本发明的其他实施例、特征和优点，以及本发明多个实施例的结构和操作。

附图简要说明

参照附图描述本发明。在附图中，相同附图标记表示相同或功能相似的元件。在相应附图标记中用最左边的数字表示元件第一次出现的图。

图1A为一凸透镜光学元件的示意图。

图1B为图1A所示凸透镜光学元件的侧视图。

图2为用粘合剂将凸透镜光学元件固定在支架中适当位置的示意图。

图3为流程图，表示根据本发明一实施例的用于减少通过光学元件边缘发射的光的方法。

图4为一在其边缘上具有根据本发明一实施例的光吸收涂层的凸透镜光学元件的示意图。

图5为根据本发明一个实施例，用粘合剂安装在支架中适当位置的其边缘上具有光吸收涂层的凸透镜光学元件示意图。

发明的详细描述

虽然此处根据用于特定应用的实施例描述本发明，不过应该理解本发明不限于此。本领域技术人员利用此处给出的教导，将能想到本发明范围以及本发明具有重要应用的更多领域内的其他变型、应用和实施方式。

图1A表示光学元件100。光学元件100可以为光能穿过的任何类型光学元件。正如从图1B中更容易看出，为了简化说明，选择光学元件100为凸透镜。

图1B表示光学元件100的透视图。光学元件100包括前抛光光学表面110，后抛光光学表面120，边缘130，前边缘界140和后边缘界150。前边缘界140表示边缘130与前抛光光学表面110相交的部位。后边缘界150表示边缘130与后抛光光学表面120相交的部位。在使用时，光源将产生穿过光学元件100——进入前抛光光学表面110，并通过后抛光光学表面120射出的光。此外，一部分传输光在光学元件100内部内散射，并通过边缘130射出。

图2表示设置在支架200中，并由粘合剂210保持在适当位置的光学元件100，该光学元件100没有涂敷在其边缘的光吸收涂层。其代表用光学元件边缘处的粘合剂将光学元件固定在适当位置的现有方法。同样，可以将粘合剂滴涂敷在光学元件的抛光表面上，来固定光学元件。为了易于说明，仅描述了将粘合剂涂敷在边缘上的情形。本领域技术人员很容易将附图所示技术应用于在抛光表面上使用粘合剂的情形。在所述结构中，如果使用单独的粘合剂滴，则粘合剂210在边缘130与支架200之间产生一个粘结点或多个粘结点，将光学元件100保持在适当位置，并防止移动。可使用的粘合剂包括但不限于，具有或不具有501或535促进剂的DYMAX 602(可从康奈提格州Torrington的Dymax公司购得)，Scotchweld 2216环氧(可从明尼苏达州圣保罗的3M购得)和Norland 61(可从新泽西州Cranberry的Norland Products购得)。通过光学元件100抛光光学表面的一部分光将内散射，通过边缘130发射，并将照射粘合剂210。随着紫外光照射粘合剂210，导致粘合剂210分解，减小其固定强度。结果，光学元件100有可能移动，或甚至移位，使光传输失真，并损害包含光学元件100的光学系统的工作。

图3所示的方法表示一种用于减少通过边缘130发射的光的方法，从而光学惰性的光吸收涂层保护用于将光学元件100固定到适当位置的粘合剂210不受光致变质的影响。该方法从步骤310开始。在步骤310中，用稀释剂稀释液态有机氧金属化合物。稀释剂的例子包括但不限于，99.8％的无水1-丁醇(butonol)；99.8％的HPLC级乙酸乙酯；和99.8％的无水二氯甲烷。这些稀释剂是通常使用的，并且可从多个供应商获得，具有相同规格。根据此处的教导，本发明技术人员可知其他稀释剂。

在本发明一个实施例中，有机氧金属化合物为钛(IV)丁氧化物聚合物，一般可从威斯康星州密尔沃基的Aldrich化学公司购得。可使用的其他有机氧金属化合物包括但不限于，可转变成金属氧化物——二氧化硅和二氧化钛的硅氧烷和钛(IV)醇盐系列。本领域技术人员根据此处的教导很容易想到本发明可使用的其他有机氧金属化合物。

稀释剂与有机氧金属化合物的最佳比例为大约一比一。其他可使用的比例从大约l份稀释剂与三份液态无机材料的比例，到大约三份稀释剂与一份液态无机材料的比例。或者，可以不使用稀释剂。

在步骤320中，将经过稀释的有机氧金属化合物涂覆到边缘130，产生涂层。该涂层覆盖前边缘界140与后边缘界150之间的边缘130。涂层的厚度可以从大约1纳米到200微米。在涂覆该涂层时，主要考虑厚度不应该厚到影响光学元件在支架中的正确定位。

在一个实施例中，使用光学敷料布手工涂覆经过稀释的有机氧金属化合物。在另一实施例中，可使用改良的旋转涂覆技术将涂层涂敷到边缘。传统的旋转涂覆技术包括将涂层液沉积在半导体晶片或其他待涂覆表面上。晶片围绕其中心轴旋转，以将涂料分布在其表面上。此处可使用类似方法。在这种情形中，光学元件也围绕其中心轴旋转。不过，并非将有机氧金属化合物沉积在光学元件表面上，而是通过在旋转时将浸透经过稀释的有机氧金属化合物的敷料器紧靠其边缘，将材料沉积在光学元件的边缘上。在任何一种方法中可以使用其他敷料器，如刷子，海绵，刀片等，并且本领域技术人员可以从此处的教导获悉。

在步骤330中，该涂层在环境空气中暴露于紫外光并且固化，以形成光吸收涂层。可使用Hg(汞)或Xe(氙)源发出的宽带紫外光。或者，也可使用准分子激光器发出的单色紫外光，并且在固化涂层时是有效的。例如，本发明人使用三个Dymax 50瓦(#35003灯炮)光纤紫外固化灯固化涂有二氧化钛的区域。灯上的纤维距离样品大约1英寸，并且对样品的曝光时间为大约20分钟。如果使用稀释剂，则应该将有机氧金属化合物放置足够长的时间，以使稀释剂蒸发。

该涂层对于损伤粘附键的紫外波长(例如157nm，193nm和248nm)必须光学不透明，不过应该相当高效地透过用于使用来产生粘合的粘合剂固化的紫外波长(例如大于350nm的波长)。此外，该涂层必须机械上坚固，并且必须经得起光学元件的日常装卸。最后，该涂层必须同时与光学元件和粘合剂粘合粘接，具有足够强度，不影响光学元件的牢固定位。具有适当的光吸收、光透射、机械强度以及与光学材料粘接的能力和粘接适当粘合剂能力的金属氧化物膜包括但不限于，SiO₂，Al₂O₅，ZrO₂，HfO₂，Ta₂O₅，Nb₂O₅和TiO₂。

在步骤340中，用粘合剂210覆盖光吸收涂层，或者将粘合剂210放置在支架200上。在步骤350中，将光学元件100设置在支架200中并保持固定，直至在粘合剂210与光吸收涂层之间形成粘合。

本发明还包括本领域技术人员根据此处的教导想到的附加步骤或上述步骤的改进。

图4表示根据本发明一实施例的光学元件100的侧视图。在图4中，已经通过执行步骤310到步骤330将光吸收涂层410涂覆到边缘130上。最好，应该仅将光吸收涂层410设置在将要涂覆粘合剂的位置。

图5表示根据本发明一个实施例，设置在支架200中的具有光吸收涂层410的光学元件100。在图5中，根据步骤340和350将具有光吸收涂层410的光学元件100固定在支架200中适当位置处。在这种结构中，通过光学元件100的边缘130与粘合剂210之间存在的光吸收涂层410，将减少照射粘合剂210的光量。

已经介绍了根据图3中所述方法对边缘进行涂覆的光学元件的实施例。本发明不限于这个例子。此处所示的例子为了说明而非限制的目的。本领域技术人员基于此处所包含的教导，易于想出其他可供选择的方法(包括此处所述方法的等价物，扩展，变型，改变等)。这种可供选择的方法处于本发明范围和精神之内。

结论

虽然以上描述了本发明的多种实施方式，不过应该理解它们被作为例子提出，并非限制。在不偏离本发明精神和范围的条件下，本领域技术人员显然可对其形式和细节作出多种改变。

Claims (11)

1.一种用于减少通过光学元件边缘发射的光的方法，包括：

将有机氧金属化合物涂层涂敷到该光学元件的边缘；并且

将该有机氧金属化合物暴露于紫外光，以将该有机氧金属化合物转变成相应的金属氧化物，从而该涂层保护用于将光学元件固定在适当位置的粘合剂不受光致降质的影响。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述涂敷步骤包括使用光学敷料布涂覆光学元件的边缘。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述涂敷步骤包括将有机氧金属化合物旋转涂覆到光学元件的边缘上。

4.如权利要求1所述的方法，其中该涂层的厚度从大约1纳米到不大于大约200微米。

5.如权利要求1所述的方法，其中该有机氧金属化合物为有机钛化合物。

6.一种通过前面任一权利要求的方法制成的具有被涂覆边缘的光学元件。

7.一种用于减少通过光学元件抛光表面上将要被涂敷粘合剂的表面区域发射的光的方法，包括：

将有机氧金属化合物涂层涂敷到该表面区域；并且

将所述有机氧金属化合物暴露于紫外光，以将所述有机氧金属化合物转变成其相应的金属氧化物，从而该涂层保护用于将该光学元件固定在适当位置的粘合剂不受光致降质的影响。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述涂敷步骤包括使用光学敷料布涂覆该表面区域。

9.如权利要求6所述的方法，其中该涂层的厚度的范围为大约1纳米到不大于大约200微米。

10.如权利要求6所述的方法，其中该有机氧金属化合物为有机钛化合物。

11.一种具有通过权利要求7，8，9或10中任一权利要求的方法制造的可被施加粘合剂的被涂覆表面区域的光学元件。

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