(57)【要約】【課題】光学素子に用いられる誘電体多層膜の製造方法において、誘電体多層膜の特性を容易に精度よく管理することができ、優れた特性の光学素子を得ることができる誘電体多層膜の製造方法を提供する。【解決手段】光学素子に形成される誘電体多層膜の製造方法において、本成膜前に光学素子と該光学素子の近傍に配置された参照用の参照基板に同時に誘電体多層膜を試験成膜し、試験成膜された光学素子と参照基板の特性を測定し、その特性差を取得する第１の工程と、第１の工程に続いて、光学素子と参照基板に同時に誘電体多層膜を本成膜し、本成膜された参照基板の特性を測定し、該特性と前記特性差に基づいて本成膜された光学素子の特性を取得する第２の工程と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子に形成される誘電体多層膜の製造方法において、
本成膜前に前記光学素子と該光学素子の近傍に配置された参照用の参照基板に同時に前記誘電体多層膜を試験成膜し、試験成膜された光学素子と参照基板の特性を測定し、その特性差を取得する第１の工程と、
前記第１の工程に続いて、前記光学素子と前記参照基板に同時に前記誘電体多層膜を本成膜し、本成膜された参照基板の特性を測定し、該特性と前記特性差に基づいて本成膜された光学素子の特性を取得する第２の工程と、を有することを特徴とする誘電体多層膜の製造方法。
【請求項２】
前記誘電体多層膜が成膜される前記光学素子の面は、曲面形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の誘電体多層膜の製造方法。
【請求項３】
前記光学素子は、該光学素子を保持する成膜ホルダに装填されて成膜され、
前記光学素子が前記成膜ホルダに装填された状態で、該光学素子に前記誘電体多層膜が成膜される面の最大有効長さをＤ、該光学素子に前記誘電体多層膜が成膜される領域を決定し前記光学素子を保持する保持部の厚みをＴとしたときに、Ｔに対するＤの比は下記式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の誘電体多層膜の製造方法。
式：５＜Ｄ／Ｔ＜１００
【請求項４】
前記誘電体多層膜が形成された光学素子は、所定の波長領域では反射率が略１００％、他の波長領域では透過率が略１００％の分光特性を有するダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の誘電体多層膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体多層膜の製造方法に関し、特に光学素子に用いられる誘電体多層膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、誘電体多層膜が形成された光学レンズ、ダイクロイックミラー、帯域フィルター、レーザーミラー等の光学素子が種々開発されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
誘電体多層膜は、所定の光学的膜厚を有する高屈折率誘電体物質の薄膜と低屈折率誘電体物質の薄膜とが基板上に複数層交互に積層されてなるものであり、従来、通常真空槽内に別々に設置された蒸発源より高屈折率膜の材料と低屈折率膜の材料を交互に蒸発させ、該真空槽内に保持された基板上にそれらの材料を蒸着積層させ、誘電体多層膜を形成する方法により製造されている。
【０００４】
層数の多い誘電体多層膜は、光の特定の波長領域や入射角度領域に対する反射特性（透過特性）が大きく、優れた波長依存性および角度依存性を有している。尚、光の波長の変化に対する薄膜の厚み（光学膜厚）の変化と光の入射角度の変化に対する薄膜を透過する距離（光学膜厚）の変化は等価なことから、波長依存性と角度依存性は同等の特性であるということができる。
【０００５】
この様に、波長依存性（又は角度依存性）を有する誘電体多層膜が形成された光学素子は、例えば、色フィルターや特許文献１、特許文献２に開示されている角度依存性を利用したＳＩＭ（Ｓｏｌｉｄ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｍｉｒｒｏｒ；固浸ミラー）等の様に光学系の入射面としてだけでなく、複合機能を有するので追加の部材を必要としないことや、ＳＩＭの様に複合することで初めて機能することができるといった効果がある。
【０００６】
ところで、波長依存性（角度依存性）を有する誘電体多層膜は、製造時に光学膜厚が変動すると、波長（角度）がシフトし所望の特性の光学素子を得ることができない。しかしながら、通常行われている真空蒸着やスパッタといった成膜工程では、バッチ間誤差と呼ばれる繰り返しによる光学膜厚のばらつきやバッチ内誤差と呼ばれる同一の成膜工程内での光学膜厚のばらつきが発生する。従って、光学素子に誘電体多層膜を形成する場合、その特性の管理が重要である。
【０００７】
そこで、成膜工程において誘電体多層膜の特性を管理する方法として、通常、製品となる光学素子を成膜する際に、該光学素子の近傍に参照用の参照基板を配置して該光学素子と一緒に成膜する。そして、得られた光学素子と参照基板は等しい特性を示すものとし、容易にその特性を測定することができる参照基板の測定値をもって光学素子の特性値として光学素子に形成された多層膜誘電体の特性を管理している。
【特許文献１】特開２００５−３１３９０号公報
【特許文献２】特開２００５−１３４５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この様に、光学素子に誘電体多層膜を形成する場合、その特性を高い精度で管理し成膜することが重要である。しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示されている光学レンズの技術は、この様な成膜に係る製造方法を示唆するものではなかった。
【０００９】
また、参照基板の特性をもって製品となる光学素子の特性を管理する従来の方法においては、光学素子と参照基板の大きさや形状の差異、また、蒸着時の保持方法や蒸着源からの距離の差異等により光学素子と参照基板の特性が一致しない場合がある。したがって、参照基板の特性をもって製品となる光学素子の特性とし、光学素子の特性を管理することは困難なものと考えられる。
【００１０】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、光学素子に用いられる誘電体多層膜の製造方法において、誘電体多層膜の特性を容易に精度よく管理することができ、優れた特性の光学素子を得ることができる誘電体多層膜の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、下記の１乃至４のいずれか１項に記載の発明によって達成される。
【００１２】
１．光学素子に形成される誘電体多層膜の製造方法において、
本成膜前に前記光学素子と該光学素子の近傍に配置された参照用の参照基板に同時に前記誘電体多層膜を試験成膜し、試験成膜された光学素子と参照基板の特性を測定し、その特性差を取得する第１の工程と、
前記第１の工程に続いて、前記光学素子と前記参照基板に同時に前記誘電体多層膜を本成膜し、本成膜された参照基板の特性を測定し、該特性と前記特性差に基づいて本成膜された光学素子の特性を取得する第２の工程と、を有することを特徴とする誘電体多層膜の製造方法。
【００１３】
２．前記誘電体多層膜が成膜される前記光学素子の面は、曲面形状に形成されていることを特徴とする前記１に記載の誘電体多層膜の製造方法。
【００１４】
３．前記光学素子は、該光学素子を保持する成膜ホルダに装填されて成膜され、
前記光学素子が前記成膜ホルダに装填された状態で、該光学素子に前記誘電体多層膜が成膜される面の最大有効長さをＤ、該光学素子に前記誘電体多層膜が成膜される領域を決定し前記光学素子を保持する保持部の厚みをＴとしたときに、Ｔに対するＤの比は下記式を満足することを特徴とする前記１または２に記載の誘電体多層膜の製造方法。
式：５＜Ｄ／Ｔ＜１００
４．前記誘電体多層膜が形成された光学素子は、所定の波長領域では反射率が略１００％、他の波長領域では透過率が略１００％の分光特性を有するダイクロイックミラーであることを特徴とする前記１乃至３のいずれか１項に記載の誘電体多層膜の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、予め試験成膜によって得られた光学素子と参照基板との特性差と本成膜で得られた参照基板の特性に基づいて本成膜された光学素子の特性を取得する様にした。したがって、前述の様に、光学素子と参照基板の大きさや形状の差異、また、蒸着時の保持方法や蒸着源からの距離の差異等により光学素子と参照基板の特性が一致しない場合においても、予め試験成膜において光学素子と参照基板との特性差を掴んでおき、本成膜においては、容易に測定することができる参照基板の特性を測定するだけで、光学素子に形成された誘電体多層膜の特性を知ることができる。この様にして取得した特性値を用いることにより、測定の困難な光学素子の測定を個々に行うことなく、誘電体多層膜の特性を容易に、且つ、効率よく高い精度で管理することができ、優れた特性の光学素子を得ることができる。
【００１６】
また、本発明による誘電体多層膜の製造方法は、誘電体多層膜が成膜される面が曲面形状に形成される等その特性を容易に測定することが困難な光学素子に好適である。一般に用いられている分光計で波長依存特性（分光特性）を測定する場合、成膜される面が曲面形状に形成されていると、測定する位置によって入射角度が変わり、角度依存特性の影響を受け精度良く波長依存特性を測定することが困難である。顕微分光装置を用いて測定することは可能であるが、正確にレンズの頂点位置を測定する必要があり、その結果測定に多大な時間を要し製造工程における管理方法として不適である。そこで、本発明による製造方法においては、誘電体多層膜の特性を容易に、且つ、効率よく高い精度で管理することができるので好適である。
【００１７】
また、光学素子を大量生産する場合、通常、光学素子は成膜ホルダに複数個同時に組み入れられた後に成膜装置に配置されて成膜される。成膜ホルダは光学素子を保持する為に光学素子を押える部分（保持部）を備えている。この保持部の内側の領域が成膜されることになる。保持部の厚みＴ（光学素子に誘電体多層膜が成膜される領域を決める部分の厚み）はゼロにはできない。この為、光学素子において、保持部の周辺は少なくとも保持部の厚みＴ程度、通常は厚みＴの数倍程度の範囲においては、蒸発源からの影になったりすることで成膜の乱れが発生する。光学素子が小さくなるにつれてこの乱れが無視できなくなり、光学素子の有効範囲Ｄの全域において乱れのない均一な多層膜を形成することが困難になる。従って、保持部の厚みＴと光学素子に誘電体多層膜が成膜される面の最大有効長さＤの関係を適正に規定する必要がある。そこで、本発明においては、下記（式１）を満足する様にＴとＤとの関係を規定している。
５＜Ｄ／Ｔ＜１００    （式１）
（式１）において下限値５を下回ると、乱れの影響が光学素子の中心部分にまで及び、良好な特性の誘電体多層膜が形成された光学素子を得ることができない。一方、上限値１００を超えると、乱れの影響を無視できる様な大きさの光学素子となる。本発明による製造方法を用いなくとも従来行われている簡易な方法で特性を測定することができる。
【００１８】
また、本発明による誘電体多層膜の製造方法は、所定の波長領域では反射率が略１００％、他の波長領域では透過率が略１００％の分光特性を有するダイクロイックミラーの様な光学素子の製造方法に好適である。この様な光学素子は反射領域と透過領域を適切に使い分けることで複合機能を有する高機能な光学素子となる。しかしながら、一方では、反射領域と透過領域の境界が変動すると特性の悪化に敏感に影響する為、境界部分の特性変動を通常厳しく管理する必要がある。そこで、本発明による製造方法においては、誘電体多層膜の特性を容易に、且つ、効率よく高い精度で管理することができ、良好な特性の光学素子をいつも安定して得ることができるので好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて、本発明に係る誘電体多層膜の製造方法の実施の形態を説明する。
【００２０】
最初に、本発明における光学素子および参照基板にそれぞれ該当するレンズ１と平板ガラス２の外観について図１を用いて説明する。図１（ａ）は、レンズ１の外観を示す側面図、図１（ｂ）は、平板ガラスの外観を示す側面図である。
【００２１】
図１（ａ）に示す様に、誘電体多層膜が成膜されるレンズ１の第１面１０１は、曲面形状に形成されている。また、図１（ｂ）に示す様に、平板ガラス２の表裏の面２０１，２０２は、平坦な平面形状に形成されている。
【００２２】
次に、この様な構成のレンズ１に成膜される誘電体多層膜の特性の一例について図２を用いて説明する。図２（ａ）は、誘電体多層膜の波長依存特性、図２（ｂ）は、誘電体多層膜の角度依存特性を示すグラフである。
【００２３】
所定の光学的膜厚を有する高屈折率誘電体物質の薄膜と低屈折率誘電体物質の薄膜とがレンズ１上に複数層交互に積層された多層の誘電体多層膜は、図１（ａ）、（ｂ）に示す様に、所定の波長領域（入射角度領域）では反射率が略１００％、他の波長領域（入射角度領域）では透過率が略１００％の特性を示し、光の特定の波長領域や入射角度領域に対する反射特性（透過特性）が大きく、優れた波長依存性および角度依存性を有している。
【００２４】
次に、コートホルダ３について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、コートホルダ３の一例による構成を示す平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）においてコートホルダ３にレンズ１が装填された状態をＡ−Ａ’方向から見た側断面図である。
【００２５】
コートホルダ３は、本発明における成膜ホルダに該当し、成膜時にレンズ１を保持するものである。コートホルダ３には、図３（ａ）に示す様に、レンズ１を装填する複数の穴３０１が設けられている。レンズ１を大量生産する場合、レンズ１はコートホルダ３に設けられた複数の穴３０１に同時に複数個装填された後に後述の真空蒸着装置６に配置されて成膜される。
【００２６】
コートホルダ３は、図３（ｂ）に示す様に、レンズ１を保持する保持部３０２を備えている。この保持部３０２の内側の領域Ｄが成膜されることになる。保持部の厚みＴ（レンズ１に誘電体多層膜が成膜される領域を決める部分の厚み）はゼロにはできない。この為、レンズ１において、保持部３０２の周辺部１０２は少なくとも保持部３０２の厚みＴ程度、通常は厚みＴの数倍程度の範囲においては、蒸発源からの影になったりすることで成膜の乱れが発生する。レンズ１の形状が小さくなるにつれてこの乱れが無視できなくなり、レンズ１の有効範囲Ｄの全域において乱れのない均一な多層膜を形成することが困難になる。従って、保持部の厚みＴとレンズ１に誘電体多層膜が成膜される面の最大有効長さＤの関係を適正に規定する必要がある。そこで、本発明においては、下記（式１）を満足する様にＴとＤとの関係を規定している。そしてここでは、例えば、Ｄを２．８ｍｍ、Ｔを０．１５ｍｍとしている。
５＜Ｄ／Ｔ＜１００    （式１）
（式１）においてＤ／Ｔが下限値５を下回ると、成膜の乱れの影響がレンズ１の中心部１０３にまで及び、良好な特性の誘電体多層膜が形成されたレンズ１を得ることができない。一方、Ｄ／Ｔが上限値１００を超えると、乱れの影響を無視できる様な大きさのレンズ１となる。この場合は、本発明による製造方法を用いなくとも従来行われている簡易な方法で特性を測定することができる。
【００２７】
次に、レンズ１に、前述の様な特性を示す誘電体多層膜を形成する成膜工程の流れを図５を用いて説明する。図５は、誘電体多層膜の成膜工程の流れを示す図である。
【００２８】
最初に、コートホルダ３を数個用意し、それぞれのコートホルダ３に設けられた複数の穴３０１にそれぞれレンズ１を装填する（ステップ１）。次に、レンズ１が装填された複数のコートホルダ３を図６に示すドーム冶具５に設けられた複数の穴５０１に搭載し、同時に、参照用としての平板ガラス２をコートホルダ３が搭載された穴５０１に隣接する例えば穴５０２に搭載する（ステップＳ２）。この場合、平板ガラス２は、ドーム冶具５の穴５０２の形状に合わせて、例えばφ３０ｍｍまたはφ６０ｍｍの円板状に形成されている。真空蒸着の場合、コートホルダ３に装填されたレンズ１は、ドーム冶具５に搭載されて成膜される。ドーム冶具５は、複数のレンズ１の蒸着時の成膜のばらつきを抑える為にそれぞれのレンズ１を蒸着源から一定の距離に保つ為のものである。次に、レンズ１が装填されたコートホルダ３と平板ガラス２とが搭載されたドーム冶具５を図７に示す真空蒸着装置６のコートドーム６０１に設置し、試験成膜を実施する（ステップＳ３）。尚、図６、図７に示すドーム冶具５、真空蒸着装置６は、従来用いられている周知のものであり、説明は省略する。
【００２９】
試験成膜が完了すると、成膜されたレンズ１と平板ガラス２の波長依存特性（分光特性）を測定する。レンズ１は小さく、またその成膜された面は曲面形状に形成されていることから、通常用いられている分光計では測定が困難である。したがって顕微分光装置を用いてレンズ１の曲面の頂点付近の分光特性を測定する。尚、平板ガラスについては通常用いられている分光計で容易に測定できる。
【００３０】
ここで、測定されたそれぞれの分光特性の一例について図８を用いて説明する。図８は、試験成膜されたレンズ１および平板ガラス２の分光特性（波長依存特性）の一例を示すグラフである。
【００３１】
図８に示す様に、レンズ１の分光特性Ｒと平板ガラス２の分光特性Ｈとでは、反射と透過の境界であり反射率が５０％になる波長が異なっている。レンズ１と平板ガラス２の反射率が５０％になる波長を、それぞれλｒ０、λｈ０とすると、λｒ０の方がλｈ０よりももΔλ（例えば１５ｎｍ）長波長が側にあることが確認できる。この様にしてレンズ１と平板ガラス２の特性差（波長差）Δλを取得する（ステップＳ４）。尚、この特性差（波長差）Δλは、レンズ１と平板ガラス２との相対位置関係が変化しない限り、各バッチにおいて一定である。この様に、ステップＳ１乃至Ｓ４は本発明における第１の工程に該当する。
【００３２】
次に、第１の工程に続いて、ステップＳ１乃至Ｓ３と同様にしてレンズ１と平板ガラス２に本成膜を行う（ステップＳ５）。本成膜が完了すると、成膜された平板ガラス２の波長依存特性（分光特性）を測定する（ステップＳ６）。測定された平板ガラス２の反射と透過の境界であり反射率が５０％になる波長をλｈ１とすると、成膜されたレンズ１の反射と透過の境界であり反射率が５０％になる波長λｒ１は、λｈ１に前述の試験成膜によって得られた特性差（波長差）Δλを加えた値、すなわち、下記（式２）で求められる値となる。この様にしてレンズ１の波長λｒ１を知ることができる（ステップＳ７）。
λｒ１＝λｒ１＋Δλ    （式２）
この様に、ステップＳ５乃至Ｓ７は本発明における第２の工程に該当する。
【００３３】
この様に、本発明の実施形態に係る誘電体多層膜の製造方法によれば、レンズ１と平板ガラス２の大きさや形状の差異、また、蒸着時の保持方法や蒸着源からの距離の差異等によりンズ１と平板ガラス２の特性が一致しない場合においても、予め試験成膜においてレンズ１と平板ガラス２との特性差を掴んでおき、本成膜においては、容易に測定することができる平板ガラス２の特性を測定するだけで、レンズ１に形成された誘電体多層膜の特性を知ることができる。この様にして取得した特性値を用いることにより、測定の困難なレンズ１の測定を個々に行うことなく、誘電体多層膜の特性を容易に、且つ、効率よく高い精度で管理することができ、優れた特性の光学素子を得ることができる。
【００３４】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は前述の実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、適宜変更、改良が可能であることは勿論である。例えば、前述の図３を用いて説明したコートホルダ２に替わり、図４に示す様な構成のコートホルダ４を用いてもよい。図４は、コートホルダの別例による構成を示す平面図である。
【００３５】
コートホルダ４は、図４に示す様に、中央に平板ガラス２を装填する穴４０２と、穴４０２の周縁にレンズ１を装填する複数の穴４０１が設けられている。これにより、レンズ１と平板ガラス２との相対位置関係を確実に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係るレンズおよび平板ガラスの一例による外観を示す側面図である。
【図２】本発明に係る誘電体多層膜の波長依存特性および角度依存特性の一例を示すグラフである。
【図３】本発明に係る成膜ホルダ（コートホルダ）の一例による構成を示す模式図である。
【図４】本発明に係る成膜ホルダ（コートホルダ）の別例による構成を示す模式図である。
【図５】本発明に係る誘電体多層膜の製造方法における成膜工程の流れを示す図である。
【図６】従来のドーム冶具の構成を示す模式図である。
【図７】従来の真空蒸着装置の概略構成を示す模式図である。
【図８】本発明に係る誘電体多層膜の製造方法における試験成膜によるレンズおよび平板ガラスの分光特性（波長依存特性）を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１  レンズ
２  平板ガラス
３，４  成膜ホルダ（コートホルダ）
５  ドーム冶具
６  真空蒸着装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008009117.tif 000009
【図８】
2008009117.tif 000010