(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状レンズと、前記球状レンズの表面上に形成されている光学的機能膜とを備える光学部品において、
前記球状レンズの光軸の延びる方向から視た際の前記光学的機能膜の中央部の膜厚が、前記球状レンズの光軸から離れるに従って厚くなっている光学部品。
【請求項２】
前記光学的機能膜の中央部のいずれの部分も、前記光軸と前記光学的機能膜との交点を含み、且つ前記光軸に対して垂直な平面よりも前記球状レンズの中心側に位置している請求項１に記載の光学部品。
【請求項３】
前記球状レンズの光軸の延びる方向から視た際の前記光学的機能膜の中央部の外側に位置する外周部の膜厚が、前記球状レンズの光軸から離れるに従って薄くなっている請求項１または２に記載の光学部品。
【請求項４】
前記光学的機能膜が、波長選択機能を有したフィルタ膜または光の反射を抑制する反射抑制膜である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項５】
前記光学的機能膜が、相対的に屈折率が低い低屈折率層と、相対的に屈折率が高い高屈折率層とが交互に積層されてなる積層膜である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学部品。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学部品の製造方法において、
第１の中心軸回りに旋回している中心軸であって、前記第１の中心軸に対して傾斜している第２の中心軸を中心に回転可能なように支持プレートを設け、該支持プレートに対しターゲット面が非平行となるようにターゲットを配置し、
前記支持プレート上に前記球状レンズを取り付け、前記支持プレートを前記第１の中心軸回りに旋回させながら、前記第２の中心軸を中心に回転させて、物理的気相成長法により前記球状レンズの表面上に前記光学的機能膜を形成する光学部品の製造方法。
【請求項７】
前記第１の中心軸と前記第２の中心軸とのなす角度θ０が、前記光学的機能膜が形成されている領域の中心角θ１の１／２以下である請求項６に記載の光学部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品の製造方法及び光学部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信分野等における光の集光等に用いられる光学部品の一種として、球状レンズを備える光学部品が知られている。このような光学部品においては、球状レンズの表面における光の反射に起因する光透過率の低下を抑制する目的等のため、球状レンズの表面上に、反射抑制膜等の光学的機能膜を形成することが一般的になされている。
【０００３】
しかしながら、球状レンズは、通常のレンズと比べて非常に大きな曲率を有するため、球状レンズの表面上に光学的機能膜を形成することが困難である。
【０００４】
このような状況に鑑み、下記の特許文献１〜３等において、球状レンズの表面上に光学的機能膜を形成する方法が種々提案されている。
【０００５】
具体的には、特許文献１には、公転または自公転可能な素子支持機構に対して複数の蒸着源を配置することにより、素子支持機構に支持された曲率の大きなレンズに対して、均一な厚みの光学的機能膜を形成する方法が記載されている。
【０００６】
特許文献２には、鉛直方向に傾斜した自転軸を中心として、球状レンズを自転させつつ公転させながら成膜を行うことにより、球状レンズの表面上に均一な厚みの光学的機能膜（フィルタ膜）を形成する方法が記載されている。
【０００７】
特許文献３には、自転しながら公転している成膜用治具が成膜エリア内に位置しているときに、球状レンズの中央部分に向かって成膜材料が飛行する状態を維持することにより、球状レンズの表面上に、中央部の膜厚よりも周縁部の膜厚が薄い光学的機能膜を形成する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１０６９０１号公報
【特許文献２】特開２００６−３４２３８４号公報
【特許文献３】特開２００７−１０８４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１，２に記載のように、球状レンズの表面上に均一な厚みの光学的機能膜を形成した場合、所望の光学特性を得難い場合がある。同様に、特許文献３に記載のように、中央部の膜厚よりも周縁部の膜厚が薄い光学的機能膜を球状レンズの表面上に形成した場合も、所望の光学特性を得難い場合がある。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、所望の光学特性を有する光学部品の製造方法及び所望の光学特性を有する光学部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る光学部品の製造方法は、球状レンズと、球状レンズの表面上に形成されている光学的機能膜とを備える光学部品の製造方法に関する。本発明に係る光学部品の製造方法では、第１の中心軸回りに旋回している中心軸であって、第１の中心軸に対して傾斜している第２の中心軸回りに球状レンズを旋回させながら、気相成長法により光学的機能膜を形成する。
【００１２】
なお、本発明において、「旋回」とは、物体中を通過しない軸を中心とする円運動を意味する。一方、「回転」とは、物体中を通過する軸を中心とする円運動を意味する。
【００１３】
光学的機能膜の光学特性は、光学的機能膜への光の入射角に依存している。詳細には、光学的機能膜の光学特性は、光学的機能膜への光の入射角が大きくなるに従って短波長シフトする。例えば、光学的機能膜が所定のカットオフ波長以下の波長域の光の反射を抑制する反射抑制膜である場合、カットオフ波長は、光学的機能膜への光の入射角が大きくなるに従って短波長シフトする。
【００１４】
また、光学的機能膜の光学特性は、光学的機能膜の膜厚にも依存している。詳細には、光学的機能膜の光学特性は、光学的機能膜の膜厚が厚くなるに従って長波長シフトする。例えば、光学的機能膜が所定のカットオフ波長以下の波長域の光の反射を抑制する反射抑制膜である場合、カットオフ波長は、光学的機能膜の膜厚が厚くなるに従って長波長シフトする。
【００１５】
なお、本発明において、「光学的機能膜の膜厚」とは、光学的機能膜が形成されている部分の球状レンズの表面の法線方向における膜厚を意味する。
【００１６】
ここで、球状レンズの表面上に形成されている光学的機能膜にコリメート光や拡散光が入射する場合、球状レンズの光軸上に位置する部分における光の入射角は０°となる。一方、球状レンズの光軸から離れるに従って、光の入射角は大きくなる。
【００１７】
従って、光学的機能膜の膜厚が均一である場合は、球状レンズの光軸から離れた部分における光学的機能膜の光学特性は、球状レンズの光軸上に位置する部分における光学特性よりも短波長シフトしたものとなる。すなわち、球状レンズの光軸上に位置する部分を基準にして、所望の光学特性が発現するように、均一な光学的機能膜を設計すると、球状レンズの光軸から離れた部分における光学特性は、所望の光学特性とは異なるものになってしまう。その結果、全体として、所望の光学特性を有する光学部品を作製し難くなる。
【００１８】
例えば、光学的機能膜が所定のカットオフ波長以下の波長域の光の反射を抑制する反射抑制膜である場合、球状レンズの光軸から離れた部分における反射抑制膜のカットオフ波長が、使用光の波長よりも短くなってしまい、球状レンズの光軸から離れた部分における光の反射率が高くなりすぎるおそれがある。この場合、所望の光透過率を有する光学部品を作製し難くなる。
【００１９】
上記特許文献３に記載のように、球状レンズの表面上に、中央部の膜厚よりも周縁部の膜厚が薄い光学的機能膜を形成した場合は、光の入射角が小さく、且つ厚膜である中央部と、光の入射角が大きく、且つ薄膜である周辺部とで、光学特性が大幅に相違することになる。その結果、所望の光学特性の光学部品をさらに作製し難くなる。
【００２０】
これに対して、本発明では、上記のように、第１の中心軸回りに旋回している中心軸であって、第１の中心軸に対して傾斜している第２の中心軸回りに球状レンズを旋回させながら、気相成長法により光学的機能膜を形成する。このため、光学的機能膜のうち、最も膜厚が厚くなる部分は、球状レンズの光軸上に位置する部分ではなくなり、光学的機能膜の中央部においては、球状レンズの光軸から離れるに従って膜厚が厚くなる。このような場合、光学的機能膜の中央部において、光学的機能膜の膜厚が均一である場合と比較して、光学特性のばらつきを少なくすることができる。特に、球状レンズの光軸から離れた部分における光学特性のばらつきを少なくすることができる。その結果、所望の光学特性を有する光学部品を得ることができる。
【００２１】
例えば、光学的機能膜が所定のカットオフ波長以下の波長域の光の反射を抑制する反射抑制膜である場合、球状レンズの光軸から離れた部分におけるカットオフ波長が短くなりすぎる事態を防止することができる。従って、球状レンズの光軸から離れた部分における光の反射率の増大を抑制することができる。その結果、所望の高い光透過率を有する光学部品を得ることができる。
【００２２】
また、「球状レンズ」とは、光入出面の少なくとも一方が球面状であるレンズをいい、それ以外の部分の形状は、球面状に特に限定されない。「球状レンズ」には、例えば、光入出面が設けられた球面状のレンズ本体と、レンズ本体以外の部分に設けられたフランジ部または凹部を有するものも含まれる。
【００２３】
本発明において、第１の中心軸と第２の中心軸とのなす角度θ０は、０°より大きく、光学的機能膜が形成されている領域の中心角θ１の１／２以下であることが好ましい。角度θ０が中心角θ１の１／２より大きいと、光学的機能膜の光軸上に位置する部分の膜厚が薄くなりすぎて、かえって所望の光学的性能が得られなくなる場合がある。
【００２４】
また、本発明において、気相成長法の種類は特に限定されない。例えば、化学的気相成長法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）または物理的気相成長法（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により光学的機能膜を形成することができる。特に、物理的気相成長法は、化学的気相成長法よりも球状レンズの表面上に二次元的な光学機能膜を形成しやすいため、好ましい。なお、物理的気相成長法は、スパッタ法や真空蒸着法と呼ばれることもある。
【００２５】
本発明に係る光学部品は、上記本発明に係る光学部品の製造方法により好適に製造することができる。本発明に係る光学部品は、球状レンズと、光学的機能膜とを備えている。光学的機能膜は、球状レンズの表面上に形成されている。本発明に係る光学部品において、球状レンズの光軸の延びる方向から視た際の光学的機能膜の中央部の膜厚は、球状レンズの光軸から離れるに従って大きくなっている。よって、本発明に係る光学部品では、光学的機能膜の中央部において、光学的機能膜の膜厚が均一である場合と比較して、光学特性のばらつきが少なくなる。結果として、本発明に係る光学部品では、より高い光学特性を実現することができる。例えば、光学的機能膜が所定のカットオフ波長以下の波長域の光の反射を抑制する反射抑制膜である場合、光学的機能膜の膜厚が均一である場合と比較して、球状レンズの光軸から離れた部分におけるカットオフ波長が長い。このため、光学部品のうち、球状レンズの光軸から離れた部分における光の反射率の増大を抑制することができる。従って、高い光透過率を得ることができる。
【００２６】
なお、球状レンズの光軸の延びる方向から視た際の光学的機能膜の中央部の外側に位置する外周部の膜厚は、球状レンズの光軸から離れるに従って厚くなっている必要は必ずしもない。すなわち、光学的機能膜の全体において、膜厚が球状レンズの光軸から離れるに従って厚くなっている必要はない。外周部の膜厚は、球状レンズの光軸から離れるに従って薄くなっていてもよい。
【００２７】
本発明において、光学的機能膜の中央部のいずれの部分も、球状レンズの光軸と光学的機能膜との交点を含み、且つ球状レンズの光軸に対して垂直な平面よりも球状レンズの中心側に位置していることが好ましい。球状レンズの光軸と光学的機能膜との交点を含み、且つ球状レンズの光軸に対して垂直な平面よりも球状レンズの中心とは反対側に位置している部分が光学的機能膜の中央部に存在すると、光学特性がかえって低下する場合があるためである。
【００２８】
本発明において、球状レンズの材質は、特に限定されない。球状レンズは、例えば、ガラス製であってもよいし、樹脂製であってもよい。
【００２９】
光学的機能膜は、光学的機能を有する膜である限り、特に限定されない。光学的機能膜は、例えば、所定の波長域の光の反射を抑制する反射抑制膜や、波長選択機能を有したフィルタ膜、主として光を吸収により減衰させる減衰膜、所定の波長域の光を反射する反射膜等であってもよい。
【００３０】
光学的機能膜は、例えば、相対的に屈折率が低い低屈折率層と、相対的に屈折率が高い高屈折率層とが交互に積層されてなる積層膜により構成することができる。低屈折率層は、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、フッ化カルシウム等のフッ化アルカリ土類金属等により形成することができる。一方、高屈折率層は、例えば、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ランタン、酸化タンタル、酸化タングステン等により形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態における光学部品の製造装置の模式図である。
【図２】支持部材の模式的平面図である。
【図３】支持プレートの一部を拡大した模式的断面図である。
【図４】本発明の一実施形態において製造される光学部品の模式的断面図である。
【図５】本発明の実施例における光学的機能膜（１３１０ｎｍと１４９０ｎｍの波長選択フィルタ膜、４８層膜）の膜厚を表すグラフである。図５に示すグラフにおいて、横軸は、光学的機能膜への光の入射角度を表している。縦軸は、光学的機能膜の膜厚を表している。
【図６】本発明の比較例における光学的機能膜（１３１０ｎｍと１４９０ｎｍの波長選択フィルタ膜、４８層膜）の膜厚を表すグラフである。図６に示すグラフにおいて、横軸は、光学的機能膜への光の入射角度を表している。縦軸は、光学的機能膜の膜厚を表している。
【図７】本発明の実施例における光学的機能膜の中央部の光透過率と、本発明の比較例における光学的機能膜の対応する部分の光透過率を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の好ましい実施形態の一例について説明する。
【００３３】
図１は、本実施形態における光学部品の製造装置の模式図である。図１に示す製造装置１は、図４に示す本実施形態の光学部品を製造するための装置である。具体的には、製造装置１は、電子ビーム蒸着を行う成膜装置である。
【００３４】
図１に示すように、製造装置１は、成膜室１０ａを区画形成している装置本体１０を備えている。成膜室１０ａには、減圧ポンプ等の減圧機構１４が接続されている。成膜室１０ａは、この減圧機構１４により、減圧可能となっている。
【００３５】
成膜室１０ａには、供給源としてのターゲット１３と、電子銃１２と、支持機構２０とが設けられている。支持機構２０は、支持盤２１を備えている。支持盤２１は、成膜室１０ａに対して、第１の中心軸Ｃ１を中心に回転可能に設けられている。支持盤２１の下面２１ａは、ドーム状に形成されている。
【００３６】
図１及び図２に示すように、支持盤２１の下面２１ａには、複数の平板状の支持プレート２２が取り付けられている。各支持プレート２２は、支持盤２１の第１の中心軸Ｃ１とは異なる位置に設けられている。各支持プレート２２は、第２の中心軸Ｃ２を中心に回転可能である。第２の中心軸Ｃ２は、第１の中心軸Ｃ１に対して傾斜している。本実施形態においては、第１の中心軸Ｃ１と第２の中心軸Ｃ２とのなす角度θ０は、図４に示す光学的機能膜３３が形成されている領域の中心角θ１の１／２以下である。
【００３７】
支持盤２１と、支持プレート２２とは、駆動機構１１に接続されている。駆動機構１１は、支持盤２１を、第１の中心軸Ｃ１回りに回転させると共に、複数の支持プレート２２のそれぞれを支持盤２１に対して第２の中心軸Ｃ２回りに相対的に回転させる。このため、各支持プレート２２は、駆動機構１１により、第１の中心軸Ｃ１回りに旋回しており、第１の中心軸Ｃ１に対して傾斜した第２の中心軸Ｃ２回りに回転する。
【００３８】
図２及び図３に示すように、支持プレート２２には、複数の光学部品本体３０が第２の中心軸Ｃ２を中心としてマトリクス状に取り付けられる。但し、支持プレート２２の第２の中心軸Ｃ２上には、光学部品本体３０は取り付けられない。
【００３９】
図３に示すように、光学部品本体３０は、フォルダ３１と、球状レンズ３２とを備えている。フォルダ３１は、球状レンズ３２を保持可能なものである限り、特に限定されない。フォルダ３１は、例えば、金属製や樹脂製の筒状部材により構成することができる。
【００４０】
球状レンズ３２は、例えば、ガラスや樹脂等からなる球状のレンズである。球状レンズ３２は、フォルダ３１に固定されている。フォルダ３１に対する球状レンズ３２の固定方法は特に限定されない。例えば、ガラスフリットにより球状レンズ３２をフォルダ３１に固定することができる。
【００４１】
次に、上記製造装置１を用いた光学部品３４（図４を参照）の製造方法について説明する。
【００４２】
まず、複数の光学部品本体３０を支持プレート２２に取り付ける。次に、図２に示すように、支持プレート２２を支持盤２１に取り付ける。次に、減圧機構１４により成膜室１０ａ（図１を参照）を減圧雰囲気とすると共に、必要に応じて、図示しないガス供給機構から、成膜に必要なガスを成膜室１０ａに供給する。
【００４３】
次に、駆動機構１１により、支持盤２１及び支持プレート２２を駆動させながら、電子銃１２を駆動し、ターゲット１３から粒子を飛散させることにより、球状レンズ３２の表面上に成膜を行う。このため、球状レンズ３２の表面上への成膜は、第１の中心軸Ｃ１回りに旋回している中心軸であって、第１の中心軸Ｃ１に対して傾斜している第２の中心軸Ｃ２回りに球状レンズ３２を旋回させながら、物理的気相成長法等の気相成長法により行うこととなる。
【００４４】
このため、図４に示すように、このようにして形成された光学的機能膜３３は、外周部３３ｂの膜厚が、球状レンズ３２の光軸Ａから離れるに従って薄くなり、中央部３３ａの膜厚が、球状レンズ３２の光軸Ａから離れるに従って厚くなる。従って、上記の通り、光学的機能膜３３の中央部３３ａにおいて、光学的機能膜３３の膜厚が均一である場合と比較して、光学特性のばらつきを少なくすることができる。その結果、所望の光学特性を有する光学部品３４を得ることができる。
【００４５】
なお、光学的機能膜３３の中央部３３ａのいずれの部分も、球状レンズ３２の光軸Ａと光学的機能膜３３との交点を含む球状レンズ３２の光軸に対して垂直な平面Ｐよりも球状レンズ３２の中心側に位置していることが好ましい。平面Ｐよりも球状レンズ３２の中心とは反対側に位置している部分が光学的機能膜３３の中央部３３ａに存在すると、光学特性がかえって低下する場合があるためである。
【００４６】
また、支持盤２１の旋回角速度と、支持プレート２２の第２の中心軸Ｃ２まわりの旋回角速度とは、相互に異なっていることが好ましい。
【００４７】
（実施例）
上記の製造方法により、下記の設計パラメータで図４に示す光学部品を作製した。そして、光学部品の光学的機能膜の膜厚を透過型走査顕微鏡で測定した。その結果を図５に示す。なお、図５に示すグラフにおいて、横軸は、光学的機能膜への光の入射角度を表している。縦軸は、光学的機能膜の膜厚を表している。光出射口には、一般的なシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）を用い、屈折率Ｎｄ１．８、球径φ２．０ｍｍのガラス材質の球状レンズを用いている。
【００４８】
また、光学的機能膜の中央部に、光線を入射させて、チューナブルレーザーとパワーメーターを用いて光学部品の光透過率を測定した。同様にして、光学的機能膜を形成する前の光学部品本体についても、光透過率を測定した。これらの結果から、光学的機能膜の中央部の光透過率を得た。その結果を図７に示す。
【００４９】
光学的機能膜の膜構成：下記表１に示す膜構成
【００５０】
【表１】
0005493824.tif 000002
【００５１】
（比較例）
成膜の際に、支持プレート２２を第２の中心軸Ｃ２まわりに旋回させずに、支持盤２１のみを第１の中心軸Ｃ１まわりに旋回させたこと以外は、上記実施例と同様にして光学部品を作製し、光学的機能膜の膜厚及び光透過率を測定した。その結果を図６、７に示す。なお、図６に示すグラフにおいて、横軸は、光学的機能膜への光の入射角度を表している。縦軸は、光学的機能膜の膜厚を表している。光出射口には一般的なＳＭＦを用い、Ｎｄ１．８、球径φ２．０ｍｍのガラス材質の球状レンズを用いている。
【００５２】
図５、７に示す結果から、本発明に従い、第１の中心軸Ｃ１回りに旋回している中心軸であって、第１の中心軸Ｃ１に対して傾斜している第２の中心軸Ｃ２回りに球状レンズを旋回させながら光学的機能膜の成膜を行うことにより、中央部の膜厚が球状レンズの光軸Ａから離れるに従って厚くなる光学的機能膜を形成できることが分かる。
【００５３】
また、光学的機能膜の中央部の膜厚を球状レンズの光軸Ａから離れるに従って厚くすることにより、高い光学特性が得られる。つまり、光ファイバから出射された拡散光の内、膜面へ斜めに入射する光の光学特性は短波長へシフトするが、膜厚を厚くすることで短波長シフト分を補正でき、光軸上と同じ光学特性を得ることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１…製造装置
１０…装置本体
１０ａ…成膜室
１１…駆動機構
１２…電子銃
１３…ターゲット
１４…減圧機構
２０…支持機構
２１…支持盤
２１ａ…支持盤の下面
２２…支持プレート
３０…光学部品本体
３１…フォルダ
３２…球状レンズ
３３…光学的機能膜
３３ａ…光学的機能膜の中央部
３３ｂ…光学的機能膜の外周部
３４…光学部品
Ｃ１…第１の中心軸
Ｃ２…第２の中心軸
【図１】
0005493824.tif 000003
【図２】
0005493824.tif 000004
【図３】
0005493824.tif 000005
【図４】
0005493824.tif 000006
【図５】
0005493824.tif 000007
【図６】
0005493824.tif 000008
【図７】
0005493824.tif 000009