(57)【要約】【課題】  従来得られなかった特性を有する多層光学薄膜とその製造方法を提供する。【解決手段】  まず、基板１の上に、溶解液に溶ける溶解物質２を成膜し、その上に、薄膜材料３を成膜する（ｂ）。続いて、溶解物質２をその上に成膜するが、そのときマスク４を使用して、その下にある薄膜材料３の左右端部には溶解物質２が成膜されないようにする。（ｃ）。続いて、その上に、薄膜材料３を成膜する（ｄ）。続いて、（ｃ）の工程と同じように、溶解物質２をその上に成膜する（ｅ）。続いて、（ｄ）の工程と同じように、その上に、薄膜材料３を成膜する（ｆ）。最後に、溶解物質２を溶剤で溶解すると、溶解物資２があった部分に空隙５が形成されると共に、基板１が分離し、図においては、薄膜材料３が３相、空隙５を挟んで積層された光学薄膜が形成される（ｇ）。【選択図】  図１
2006010719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空隙部と、固体物質からなる薄膜層が、交互に形成された多層光学薄膜。
【請求項２】
以下の工程を有する請求項１に記載の多層光学薄膜の製造方法。
（１）基板の上に第１の溶解物質を塗布し、この第１の溶解物質の上に第１の薄膜材料を重ねて成膜する工程
（２）さらにその上に第２の溶解物質を塗布し、その上に第２の薄膜材料を、その直下にある前記第２の溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記第２の溶解物質の下にある前記第１の薄膜材料と前記第２の薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（３）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（４）（３）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧３）の薄膜の積層体を形成し、その後各薄膜間と薄膜と基板間の溶解物質を溶解して空隙を形成する工程
【請求項３】
以下の工程を有する請求項１に記載の多層光学薄膜の製造方法。
（１）基板の上に第１の溶解物質を塗布し、この第１の溶解物質の上に第１の薄膜材料を重ねて成膜する工程
（２）さらにその上に前記第１の溶解物質とは異なる第２の溶解物質を塗布し、その上に第２の薄膜材料を、その直下にある前記第２の溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記第２の溶解物質の下にある前記第１の薄膜材料と前記第２の薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記第２の溶解物質を溶解して除去する工程
（３）最表層にある成膜された薄膜材料の上に前記第１の溶解物質とは異なる溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記溶解物質を除去する工程
（４）（３）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧３）の薄膜の積層体を形成し、その後各薄膜間の溶解物質を溶解して空隙を形成する工程
（５）前記第１の溶解物質を溶解して除去する工程
【請求項４】
基板の上に、空隙部と固体物質からなる薄膜層が交互に形成された構造を有する光学素子。
【請求項５】
基板の上に、屈折率が異なる物質が積層されて構成される部分を有し、その上に、空隙部と固体物質からなる薄膜層が交互に形成された構造を有する光学素子。
【請求項６】
以下の工程を有する請求項４に記載の光学素子の製造方法。
（１）基板の上に薄膜材料を成膜する工程
（２）前記薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、この溶解物質の上に薄膜材料を、前記溶解物質の少なくとも一部が露出し、前記基板上に成膜された薄膜材料と前記溶解物質の上に成膜される薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（３）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（４）（３）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧３）の薄膜の積層体を形成し、その後各薄膜間の溶解物質を溶解して空隙を形成する工程
【請求項７】
以下の工程を有する請求項４に記載の光学素子の製造方法。
（１）基板の上に薄膜材料を成膜する工程
（２）前記薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、この溶解物質の上に薄膜材料を、前記溶解物質の少なくとも一部が露出し、前記基板の上に成膜された薄膜材料と前記溶解物質の上に成膜される薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記基板の上に成膜された溶解物質を溶解して除去する工程
（３）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記溶解物質を溶解して除去する工程
（４）（３）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧３）の薄膜の積層体を形形成する工程
【請求項８】
以下の工程を有する請求項４に記載の光学素子の製造方法。
（１）基板の上に溶解物質を塗布し、この溶解物質の上に薄膜材料を、前記溶解物質の少なくとも一部が露出し、前記基板と前記薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（２）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（３）（２）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧２）の薄膜の積層体を形成し、その後各薄膜間の溶解物質を溶解して空隙を形成する工程
【請求項９】
以下の工程を有する請求項４に記載の多層光学素子の製造方法。
（１）基板の上に溶解物質を塗布し、この溶解物質の上に薄膜材料を、前記溶解物質の少なくとも一部が露出し、前記基板と前記薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記溶解物質を溶解して除去する工程
（２）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記溶解物質を溶解して除去する工程
（３）（２）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧２）の薄膜の積層体を形成する工程
【請求項１０】
以下の工程を有する請求項５に記載の光学素子の製造方法。
（１）基板の上に屈折率の異なる複数の物質を交互に積層して成膜し中間体を製造する工程
（２）前記中間体の上に薄膜材料を成膜する工程
（３）前記薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、この溶解物質の上に薄膜材料を、前記溶解物質の少なくとも一部が露出し、前記中間体の上に成膜された薄膜材料と前記溶解物質の上に成膜される薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（４）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（５）（４）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧３）の薄膜の積層体を形成し、その後各薄膜間の溶解物質を溶解して空隙を形成する工程
【請求項１１】
以下の工程を有する請求項５に記載の光学素子の製造方法。
（１）基板の上に屈折率の異なる複数の物質を交互に積層して成膜し中間体を製造する工程
（２）前記中間体の上に第１の薄膜材料を成膜する工程
（３）前記第１の薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、この溶解物質の上に薄膜材料を、前記溶解物質の少なくとも一部が露出し、前記中間体の上に成膜された薄膜材料と前記溶解物質の上に成膜される薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記中間体の上に成膜された溶解物質を溶解して除去する工程
（４）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記溶解物質を溶解して除去する工程
（５）（４）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧３）の薄膜の積層体を形成する工程
【請求項１２】
以下の工程を有する請求項５に記載の多層光学素子の製造方法。
（１）基板の上に屈折率の異なる複数の物質を交互に積層して成膜し中間体を製造する工程
（２）前記中間体の上に溶解物質を塗布し、この溶解物質の上に薄膜材料を、前記溶解物質の少なくとも一部が露出し、前記中間体と前記薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（３）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（４）（３）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧２）の薄膜の積層体を形成し、その後各薄膜間の溶解物質を溶解して空隙を形成する工程
【請求項１３】
以下の工程を有する請求項５に記載の多層光学素子の製造方法。
（１）基板の上に屈折率の異なる複数の物質を交互に積層して成膜し中間体を製造する工程
（２）前記中間体の上に溶解物質を塗布し、この溶解物質の上に薄膜材料を、前記溶解物質の少なくとも一部が露出し、前記中間体と前記薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記溶解物質を溶解して除去する工程
（３）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記溶解物質を溶解して除去する工程
（４）（３）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧２）の薄膜の積層体を形成する工程
【請求項１４】
請求項１に記載の多層光学薄膜を有することを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層光学薄膜及びその製造方法、光学素子とその製造方法、さらには前記多層光学薄膜を有する光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、屈折率の異なる物質の薄膜を交互に積層して形成された多層光学薄膜は、光学フィルタ、偏光ビームスプリッタ、反射防止膜等として広く使用されている。その典型的なものは、低屈折率材料であるSiＯ２と高屈折率材料であるTiＯ２の薄膜を、使用波長をλとするときλ／４の厚さとし、これを、ガラス等の基板の上に数十層〜数百層交互に積層して形成されたものである。このような多層光学薄膜の例は、例えば特開平８−２６２２２４号公報に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２６２２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、上記のような光学特性の異なる薄膜を積層して形成される多層光学薄膜の場合、多層光学薄膜を構成する物質の屈折率の差が大きいほど、設計の自由度が大きくなり、得られる光学特性も多様なものとなる。しかし、例えば１．５μｍ〜１．６μｍの波長域におけるSiＯ２の屈折率は1.46であり、TiＯ２の屈折率は2.25であって、両者の差は0.79に留まっている。実際に世の中に存在する光学材料の屈折率は、どんなに小さくても1.3程度であるので、得られる光学特性にも自ら限界がある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、空気等の気体を一つの光学物質として使用することにより、従来得られなかった特性を有する多層光学薄膜とその製造方法、及びこの多層光学薄膜を有する光学素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための第１の手段は、空隙部と、固体物質からなる薄膜層が、交互に形成された多層光学薄膜（請求項１）である。
【０００７】
空気やヘリウム等の主な気体の屈折率は１とみなせるので、このような物質を多層光学薄膜を構成する物質として使用することにより、従来の光学材料のみを使用した場合に得られなかった特性を有する多層光学薄膜を得ることができる。なお、「構造を有する」とは、多層光学薄膜の一部に、空隙と、固体物質からなる薄膜層が、交互に形成された構造があれば、この構造に他の構造（例えば反射防止膜や他の光学的構造）が付加されたものも、本手段の範囲内に含まれることを意味する。
【０００８】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段である多層光学薄膜の製造方法であって、以下の工程を有することを特徴とするもの（請求項２）である。
（１）基板の上に第１の溶解物質を塗布し、この第１の溶解物質の上に第１の薄膜材料を重ねて成膜する工程
（２）さらにその上に第２の溶解物質を塗布し、その上に第２の薄膜材料を、その直下にある前記第２の溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記第２の溶解物質の下にある前記第１の薄膜材料と前記第２の薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（３）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（４）（３）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧３）の薄膜の積層体を形成し、その後各薄膜間と薄膜と基板間の溶解物質を溶解して空隙を形成する工程
本手段においては、溶解物質と薄膜材料を交互に積層し、その後溶解物質を溶解することにより、溶解物質のあった部分を空気等の、溶解物質よりも屈折率が小さい物質が入り込む空隙部とすることができ、容易に前記第１の手段である光学薄膜を形成することができる。第１の溶解物質の溶解により、多層光学薄膜は基板から離れて、単独の薄膜が形成される。
【０００９】
なお、本明細書及び特許請求の範囲において「溶解物質」というのは、薄膜を構成する物質を溶解しない溶剤により溶解する物質を言う。又、本明細書、特許請求の範囲において第ｍの溶解物質、第ｎの薄膜材料という表現を使用することがあるが、これは、製造工程における溶解物質、薄膜材料が必ずしも同じであることを要しないという意味で区別するために使用するものであって、特に断らない限り、ｍやｎの値が異なっても、物質、材料が異なることを意味するものではない。同様「新たな薄膜材料」とは、必ずしも、それまでに成膜された薄膜材料と異なる薄膜材料を意味するものではない。単に薄膜として新たなものであることを示し、それまでに成膜された薄膜と区別するために用いるものである。
【００１０】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段である多層光学薄膜の製造方法であって、以下の工程を有することを特徴とするものである。
（１）基板の上に第１の溶解物質を塗布し、この第１の溶解物質の上に第１の薄膜材料を重ねて成膜する工程
（２）さらにその上に前記第１の溶解物質とは異なる第２の溶解物質を塗布し、その上に第２の薄膜材料を、その直下にある前記第２の溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記第２の溶解物質の下にある前記第１の薄膜材料と第２の薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記第２の溶解物質を溶解して除去する工程
（３）最表層にある成膜された薄膜材料の上に前記第１の溶解物質とは異なる溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記溶解物質を除去する工程
（４）（３）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧３）の薄膜の積層体を形成し、その後各薄膜間の溶解物質を溶解して空隙を形成する工程
（５）第１の溶解物質を溶解して除去する工程
前記第２の手段においては、全ての層間の溶解物質を一度に溶解していたが、本手段においては、一つの層が形成されることに順次溶解物質の溶解を行っている。よって、結果的には前記第２の手段と同じ多層光学薄膜を製造することができるが、１種類の溶解物質しか用いない場合、各層の薄膜を構成する薄膜材料の種類によっては、溶解物質を溶解する物質に解けるものがある場合があり、その場合には、前記第２の手段は好ましくない。それに対して、本手段は、各層の薄膜を構成する薄膜材料に応じて別の溶解物質を使用することができるので、それだけフレキシビリティに富む。
【００１１】
本手段において「第１の溶解物質と異なる溶解物質」は、少なくともそれを溶解液で溶解するとき、第１の溶解物質が溶解しないようなものでなければならない。
【００１２】
前記課題を解決するための第４の手段は、基板の上に、空隙部と固体物質からなる薄膜層が交互に形成された構造を有する光学素子（請求項４）である。
【００１３】
本手段は、前記第１の手段と同様の作用効果を奏する。本手段においても、空隙部と固体物質からなる薄膜層が交互に形成された構造の上に、さらに別の光学的構造や反射防止膜等を構成できることは、前記第１の手段と同じであり、本手段はこのような構造等が付加されたものをも含むものである。
【００１４】
前記課題を解決するための第５の手段は、基板の上に、屈折率が異なる物質が積層されて構成される部分を有し、その上に、空隙部と固体物質からなる薄膜層が交互に形成された構造を有する光学素子（請求項５）である。
【００１５】
本手段は、基板の上に直接空隙部と固体物質からなる薄膜層が交互に形成された構造が形成されるのではなく、基板の上に、屈折率が異なる物質が積層されて構成される部分を有し、その上に、空隙部と固体物質からなる薄膜層が交互に形成された構造が形成されているところが前記第４の手段と異なるのみであり、前記第４の手段と同様の作用効果を奏する。
【００１６】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第４の手段である光学素子の製造方法であって、以下の工程を有することを特徴とするもの（請求項６）である。
（１）基板の上に薄膜材料を成膜する工程
（２）前記薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、この溶解物質の上に薄膜材料を、前記溶解物質の少なくとも一部が露出し、前記基板上に成膜された薄膜材料と前記溶解物質の上に成膜される薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（３）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（４）（３）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧３）の薄膜の積層体を形成し、その後各薄膜間の溶解物質を溶解して空隙を形成する工程
本手段においては、溶解物質と薄膜材料を交互に積層し、その後溶解物質を溶解することにより、溶解物質のあった部分を空隙部とすることができ、容易に前記第４の手段である光学素子を形成することができる。
【００１７】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第４の手段である光学素子の製造方法であって、以下の工程を有することを特徴とするもの（請求項７）である。
（１）基板の上に薄膜材料を成膜する工程
（２）前記薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、この溶解物質の上に薄膜材料を、前記溶解物質の少なくとも一部が露出し、前記基板の上に成膜された薄膜材料と前記溶解物質の上に成膜される薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記基板の上に成膜された溶解物質を溶解して除去する工程
（３）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記溶解物質を溶解して除去する工程
（４）（３）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧３）の薄膜の積層体を形形成する工程
前記第６の手段においては、全ての層間の溶解物質を一度に溶解していたが、本手段においては、一つの層が形成されることに順次溶解物質の溶解を行っている。よって、結果的には前記第６の手段と同じ多層光学薄膜を製造することができるが、１種類の溶解物質しか用いない場合、各層の薄膜を構成する薄膜材料の種類によっては、溶解物質を溶解する物質に解けるものがある場合があり、その場合には、前記第６の手段は好ましくない。それに対して、本手段は、各層の薄膜を構成する薄膜材料に応じて別の溶解物質を使用することができるので、それだけフレキシビリティに富む。
【００１８】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第４の手段である光学素子の製造方法であって、以下の工程を有することを特徴とするもの（請求項８）である。
（１）基板の上に溶解物質を塗布し、この溶解物質の上に薄膜材料を、前記溶解物質の少なくとも一部が露出し、前記基板と前記薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（２）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（３）（２）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧２）の薄膜の積層体を形成し、その後各薄膜間の溶解物質を溶解して空隙を形成する工程
本手段においては、基板の上に直接光学薄膜が形成されるのでなく、まず空隙部分か形成され、その上に光学薄膜が形成される点が、前記第６の手段と異なっているのみであり、作用効果は前記第６の手段と同じである。
【００１９】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第４の手段である光学素子の形成方法であって、以下の工程を有することを特徴とするもの（請求項９）である。
（１）基板の上に溶解物質を塗布し、この溶解物質の上に薄膜材料を、前記溶解物質の少なくとも一部が露出し、前記基板と前記薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記溶解物質を溶解して除去する工程
（２）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記溶解物質を溶解して除去する工程
（３）（２）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧２）の薄膜の積層体を形成する工程
本手段においては、基板の上に直接光学薄膜が形成されるのでなく、まず空隙部分が形成され、その上に光学薄膜が形成される点が、前記第７の手段と異なっているのみであり、作用効果は前記第７の手段と同じである。
【００２０】
前記課題を解決するための第１０の手段は、前記第５の手段である光学素子の製造方法であって、以下の工程を有することを特徴とするもの（請求項１０）である。
（１）基板の上に屈折率の異なる複数の物質を交互に積層して成膜し中間体を製造する工程
（２）前記中間体の上に薄膜材料を成膜する工程
（３）前記薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、この溶解物質の上に薄膜材料を、前記溶解物質の少なくとも一部が露出し、前記中間体の上に成膜された薄膜材料と前記溶解物質の上に成膜される薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（４）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（５）（４）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧３）の薄膜の積層体を形成し、その後各薄膜間の溶解物質を溶解して空隙を形成する工程
本手段は、前記第５の手段である光学素子の製造方法であるために、（１）の工程が付加されているのみであり、その他は前記第６の手段と同じである。
【００２１】
前記課題を解決するための第１１の手段は、前記第５の手段である光学素子の製造方法であって、以下の工程を有することを特徴とするもの（請求項１１）である。
（１）基板の上に屈折率の異なる複数の物質を交互に積層して成膜し中間体を製造する工程
（２）前記中間体の上に第１の薄膜材料を成膜する工程
（３）前記第１の薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、この溶解物質の上に薄膜材料を、前記溶解物質の少なくとも一部が露出し、前記中間体の上に成膜された薄膜材料と前記溶解物質の上に成膜される薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記中間体の上に成膜された溶解物質を溶解して除去する工程
（４）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記溶解物質を溶解して除去する工程
（５）（４）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧３）の薄膜の積層体を形成する工程
本手段は、前記第５の手段である光学素子の製造方法であるために、（１）の工程が付加されているのみであり、その他は前記第７の手段と同じである。
【００２２】
前記課題を解決するための第１２の手段は、前記第５の手段である光学素子の製造方法であって、以下の工程を有することを特徴とするもの（請求項１２）である。
（１）基板の上に屈折率の異なる複数の物質を交互に積層して成膜し中間体を製造する工程
（２）前記中間体の上に溶解物質を塗布し、この溶解物質の上に薄膜材料を、前記溶解物質の少なくとも一部が露出し、前記中間体と前記薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（３）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜する工程
（４）（３）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧２）の薄膜の積層体を形成し、その後各薄膜間の溶解物質を溶解して空隙を形成する工程
本手段は、前記第５の手段である光学素子の製造方法であるために、（１）の工程が付加されているのみであり、その他は前記第８の手段と同じである。
【００２３】
前記課題を解決するための第１３の手段は、前記第５の手段である光学素子の製造方法であって、以下の工程を有することを特徴とするもの（請求項１３）である。
（１）基板の上に屈折率の異なる複数の物質を交互に積層して成膜し中間体を製造する工程
（２）前記中間体の上に溶解物質を塗布し、この溶解物質の上に薄膜材料を、前記溶解物質の少なくとも一部が露出し、前記中間体と前記薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記溶解物質を溶解して除去する工程
（３）最表層にある成膜された薄膜材料の上に溶解物質を塗布し、その上に新たな薄膜材料を、その直下にある溶解物質の少なくとも一部が露出し、かつ前記溶解物質の下にある薄膜材料と前記新たな薄膜材料の一部がつながるように成膜し、その後前記溶解物質を溶解して除去する工程
（４）（３）の工程を必要数繰り返すことにより、ｎ層（ｎ≧２）の薄膜の積層体を形成する工程
本手段は、前記第５の手段である光学素子の製造方法であるために、（１）の工程が付加されているのみであり、その他は前記第９の手段と同じである。
【００２４】
前記課題を解決するための第１４の手段は、前記第１の手段である多層光学薄膜を有することを特徴とする光学素子（請求項１４）である。
【００２５】
本手段は、例えば、前記第１の手段である多層光学薄膜を光学基材に貼り付けたり、光学基材で挟み込んだりして形成され、前記第１の手段と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、従来得られなかった特性を有する多層光学薄膜とその製造方法、及びこの多層光学薄膜を有する光学素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態である多層光学薄膜の製造方法を説明するための図である。
【００２８】
まず、基板１の上に、溶解液に溶ける溶解物質２をスパッタリングや蒸着等により成膜する（ａ）。溶解液としては、光学薄膜となる物質を溶かさないものを適宜使用することができる。次に、その上に、薄膜材料３をスパッタリングや蒸着等により成膜する（ｂ）。
【００２９】
続いて、溶解物質２をスパッタリングや蒸着等によりその上に成膜するが、そのときマスク４を使用して、その下にある薄膜材料３の左右端部には溶解物質２が成膜されないようにする。但し、図の紙面手前と奥方向には、このマスク４の作用は無く、溶解物質２は、その下にある薄膜材料３の端部まで形成される（ｃ）。
【００３０】
続いて、その上に、薄膜材料３をスパッタリングや蒸着等により成膜する（ｄ）。そのとき、図に示すように、溶解物質２が成膜されていない左右端部においては、新しく成膜された薄膜材料３とその下にある薄膜材料３が一体化する。
【００３１】
続いて、（ｃ）の工程と同じように、溶解物質２をスパッタリングや蒸着等によりその上に成膜する（ｅ）。
【００３２】
続いて、（ｄ）の工程と同じように、その上に、薄膜材料３をスパッタリングや蒸着等により成膜する（ｆ）。
【００３３】
最後に、溶解物質２を溶剤で溶解すると、溶解物質２があった部分に空隙５が形成されると共に、基板１が分離し、図においては、薄膜材料３が３層、空隙５を挟んで積層された光学薄膜が形成される（ｇ）。なお、この溶解の際、薄膜材料３間にある溶解物質２の左右方向は、薄膜材料３で塞がれているために溶剤は入り込めないが、図の紙面の手前及び奥方向の端部では、溶解物質の端部がむき出しになっており、ここから溶剤が作用して、溶解物質が全部溶解される。
【００３４】
図においては、説明を簡略化するために薄膜材料３層からなる光学薄膜の製造方法を示しているが、（ｃ）、（ｄ）の工程を繰り返すことにより、任意の層数の光学薄膜を製造することができる。又、薄膜材料３は、必ずしも全ての層について同じである必要はない。但し、スパッタリングや蒸着で成膜を行った際に、互いに密着性の良いものでないと、剥がれる恐れがあり、このような場合には、特別に密着性を高める処理が必要である。これらのことは、以下に述べる全ての実施の形態について同じである。
【００３５】
図２は、本発明の第２の実施の形態である多層光学薄膜の製造方法を説明するための図である。この実施の形態においては、まず基板１の上に、溶解物質６をスパッタリングや蒸着で成膜する（ａ）。この溶解物質６は、後に述べる溶解物質２とは異なるものであり、溶解物質２を溶解する溶剤では溶解しないものである。
【００３６】
次に、その上に、薄膜材料３をスパッタリングや蒸着等により成膜する（ｂ）。
【００３７】
続いて、溶解物質２をスパッタリングや蒸着等によりその上に成膜するが、そのときマスク４を使用して、その下にある薄膜材料３の左右端部には溶解物質２が成膜されないようにする。但し、図の紙面手前と奥方向には、このマスク４の作用は無く、溶解物質２は、その下にある薄膜材料３の端部まで形成される（ｃ）。
【００３８】
続いて、その上に、薄膜材料３をスパッタリングや蒸着等により成膜する（ｄ）。そのとき、図に示すように、溶解物質２が成膜されていない左右端部においては、新しく成膜された薄膜材料３とその下にある薄膜材料３が一体化する。
【００３９】
次に、溶剤により、溶解物質２を溶解する。すると溶解物質２があった部分に空隙５が形成される（ｅ）。
【００４０】
続いて、（ｃ）の工程と同じように、溶解物質２をスパッタリングや蒸着等によりその上に成膜する（ｆ）。次に、（ｄ）の工程と同じように、その上に、薄膜材料３をスパッタリングや蒸着等により成膜する（ｇ）。
【００４１】
次に、（ｅ）の工程と同じように、溶剤により、溶解物質２を溶解する。すると溶解物質２があった部分に空隙５が形成される（ｈ）。
【００４２】
最後に、溶解物質６を溶剤で溶解すると、基板１が分離し、薄膜材料３が３層、空隙５を挟んで積層された光学薄膜が形成される（ｉ）。
【００４３】
図３は、本発明の第３の実施の形態である光学素子の製造方法を説明するための図である。
【００４４】
まず、基板１の上に、薄膜材料３をスパッタリングや蒸着等により成膜する（ａ）。
【００４５】
続いて、溶解物質２をスパッタリングや蒸着等によりその上に成膜するが、そのときマスク４を使用して、その下にある薄膜材料３の左右端部には溶解物質２が成膜されないようにする。但し、図の紙面手前と奥方向には、このマスク４の作用は無く、溶解物質２は、その下にある薄膜材料３の端部まで形成される（ｂ）。
【００４６】
続いて、その上に、薄膜材料３をスパッタリングや蒸着等により成膜する（ｃ）。そのとき、図に示すように、溶解物質２が成膜されていない左右端部においては、新しく成膜された薄膜材料３とその下にある薄膜材料３が一体化する。
【００４７】
続いて、（ｂ）の工程と同じように、溶解物質２をスパッタリングや蒸着等によりその上に成膜する（ｄ）。
【００４８】
続いて、（ｃ）の工程と同じように、その上に、薄膜材料３をスパッタリングや蒸着等により成膜する（ｅ）。
【００４９】
最後に、溶解物質２を溶剤で溶解すると、溶解物質２があった部分に空隙５が形成され、基板１の上に、薄膜材料３が３層、空隙５を２層挟んで積層された光学素子が形成される（ｆ）。
【００５０】
図４は、本発明の第４の実施の形態である光学素子の製造方法を説明するための図である。この実施の形態においては、まず基板１の上に、薄膜材料３をスパッタリングや蒸着等により成膜する（ａ）。
【００５１】
続いて、溶解物質２をスパッタリングや蒸着等によりその上に成膜するが、そのときマスク４を使用して、その下にある薄膜材料３の左右端部には溶解物質２が成膜されないようにする。但し、図の紙面手前と奥方向には、このマスク４の作用は無く、溶解物質２は、その下にある薄膜材料３の端部まで形成される（ｂ）。
【００５２】
続いて、その上に、薄膜材料３をスパッタリングや蒸着等により成膜する（ｃ）。そのとき、図に示すように、溶解物質２が成膜されていない左右端部においては、新しく成膜された薄膜材料３とその下にある薄膜材料３が一体化する。
【００５３】
次に、溶剤により、溶解物質２を溶解する。すると溶解物質２があった部分に空隙５が形成される（ｄ）。
【００５４】
続いて、（ｂ）の工程と同じように、溶解物質２をスパッタリングや蒸着等によりその上に成膜する（ｅ）。次に、（ｃ）の工程と同じように、その上に、薄膜材料３をスパッタリングや蒸着等により成膜する（ｆ）。
【００５５】
次に、（ｄ）の工程と同じように、溶剤により、溶解物質２を溶解する。すると溶解物質２があった部分に空隙５が形成される（ｇ）。
【００５６】
最後に、溶解物質６を溶剤で溶解すると、基板１の上に、薄膜材料３が３層、空隙５を２層挟んで積層された光学素子が形成される（ｇ）。
【００５７】
図５は、本発明の第５の実施の形態である光学素子の製造方法を説明するための図である。この実施の形態においては、まず基板１の上に、溶解物質２をスパッタリングや蒸着等により成膜する。その際、成膜範囲は、図の左右方向において、後に薄膜材料が成膜される範囲より狭くしておく（ａ）。
【００５８】
次に、薄膜材料３をスパッタリングや蒸着等により成膜する（ｂ）。このとき、図の左右両端で、薄膜材料３が基板１と密着する。
【００５９】
続いて、溶解物質２をスパッタリングや蒸着等によりその上に成膜するが、そのときマスク４を使用して、その下にある薄膜材料３の左右端部には溶解物質２が成膜されないようにする。但し、図の紙面手前と奥方向には、このマスク４の作用は無く、溶解物質２は、その下にある薄膜材料３の端部まで形成される（ｃ）。
【００６０】
続いて、その上に、薄膜材料３をスパッタリングや蒸着等により成膜する（ｄ）。そのとき、図に示すように、溶解物質２が成膜されていない左右端部においては、新しく成膜された薄膜材料３とその下にある薄膜材料３が一体化する。
【００６１】
続いて、（ｃ）の工程と同じように、溶解物質２をスパッタリングや蒸着等によりその上に成膜する（ｅ）。次に、（ｄ）の工程と同じように、その上に、薄膜材料３をスパッタリングや蒸着等により成膜する（ｆ）。
【００６２】
最後に、溶解物質６を溶剤で溶解すると、図においては、基板１の上に、薄膜材料３が３層、空隙５を３層挟んで積層された光学素子が形成される（ｇ）。
【００６３】
以上説明した第５の実施の形態においては、全ての薄膜材料３による薄膜形成を終えてから、一度に溶解物質２の溶解を行っていたが、図４に示したのと同じように、１層の薄膜材料３による薄膜形成を終える毎に溶解物質の溶解を行うようにしてもよい。
【００６４】
さらに、以上説明した光学素子の形成においては、基板１の上に空隙と薄膜が交互に形成された多層薄膜を形成していたが、基板１の上に、従来の方法により屈折率が異なる物質からなる多層薄膜が形成されたものの上に、上記のような実施の形態の方法により、空隙と薄膜が交互に形成された多層薄膜を形成することもでき、その方法はあえて説明するまでもないであろう。さらに、本実施の形態の方法により形成された光学素子の上に、従来の方法により屈折率が異なる物質からなる多層薄膜を形成することも容易であり、さらに、このような光学素子の上に、再び本実施の形態の方法により空隙と薄膜が交互に形成された多層薄膜を形成することも容易である。
【００６５】
本発明の実施の形態のような多層光学薄膜、光学素子は、ブリュースター角を小さくできるので、入射角が小さい偏光ビームスプリッタとして使用することができる他、フィルタ、偏光ビームスプリッタ、反射防止膜等に用いる場合、従来得られなかった光学特性を得ることができる。
【実施例】
【００６６】
図３に示すような方法により、光学素子を形成した。基板１としては、屈折率1.7のガラス基板を使用し、溶解物質２としてアルミニウム、薄膜物質として２酸化ケイ素（SiＯ２）を使用し、２酸化ケイ素薄膜が１０１層、空気層が１００層、合計２０１層からなる多層薄膜を形成し、さらにその上に、屈折率1.7の接着剤を使用して、屈折率1.7のガラス基板を接着により接合した。完成した光学素子は、多層光学薄膜を２枚のガラス基板で挟んだ構成を有し、多層薄膜全体の厚さは１６μｍである。なお、溶解物質であるアルミニウムの溶解には、１０％の水酸化ナトリウム水溶液を使用し、１０分間水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬することにより、アルミニウムを完全に溶解した。
【００６７】
形成された２０１層の多層光学薄膜の膜構成を表１〜表４に分割して示す。これらの表は、膜番号、膜の材質、膜厚を示している。
【００６８】
【表１】
2006010719.tif 000003
【００６９】
【表２】
2006010719.tif 000004
【００７０】
【表３】
2006010719.tif 000005
【００７１】
【表４】
2006010719.tif 000006
【００７２】
この光学素子の入射角３０°における分光反射特性を図６に示す。図において横軸は波長、縦軸は分光反射率であり、太線はＳ偏光、細線はＰ偏光についてのものである。但し、細線は、ほとんど反射率０の線と重なって見えにくくなっている。この光学素子の平均消光比は約５５０であった。従来の多層光学薄膜では、入射角３０°において１０を越す消光比を得ることが困難であったことを考慮すると、本光学素子が以下に優れた特性を有するかが分かる。
【００７３】
この光学素子は、従来の多層光学薄膜では実現が困難であった小入射角偏光ビームスプリッタとして使用することができ、例えばウエアラブルディスプレイの光学系に用いれば、ディスプレイ性能を落とすことなく、大幅な薄型化、軽量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施の形態である多層光学薄膜の製造方法を説明するための図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態である多層光学薄膜の製造方法を説明するための図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態である光学素子の製造方法を説明するための図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態である光学素子の製造方法を説明するための図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態である光学素子の製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施例得ある光学素子の、入射角３０°における分光反射特性を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…基板、２…溶解物質、３…薄膜材料、４…マスク、５…空隙、６…溶解物質
【図１】
2006010719.tif 000007
【図２】
2006010719.tif 000008
【図３】
2006010719.tif 000009
【図４】
2006010719.tif 000010
【図５】
2006010719.tif 000011
【図６】
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