(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック基板上に形成された光学多層膜であって、該光学多層膜のそれぞれの層は酸化物または酸窒化物から形成され、隣接する層は屈折率の異なる材料から形成され、酸化物または酸窒化物を構成する元素の酸化還元電位は−０．９ボルト以下であり、該基板に接する第１の層の厚さは１０ナノメータ以上で、該基板の材料と第１の層を形成する材料との波長４００ナノメータにおける屈折率の差は０．２以下であり、隣接する層を形成する２種類の材料の波長４００ナノメータにおける屈折率の差が０．４５以下であり、該光学多層膜の全体の厚さが３０００ナノメータ以下であるように構成された光学多層膜。
【請求項２】
前記光学多層膜を形成する材料のうち最も屈折率が高い材料が、アルミニウム、ランタン、ガドリニウム、ジルコニウム、カルシウム、セリウム、ユウロピウム、ハフニウム、マグネシウム、ニオブ、スカンジウム、イットリウム及びイッテルビウムのいずれかを含む請求項１に記載の光学多層膜。
【請求項３】
前記光学多層膜の前記第１の層を形成する材料が、ケイ素またはアルミニウムを含む請求項１または２に記載の光学多層膜。
【請求項４】
２種類の材料から形成された請求項１から３のいずれかに記載の光学多層膜。
【請求項５】
３種類の材料から形成された請求項１から３のいずれかに記載の光学多層膜。
【請求項６】
全体の厚さが２４０ナノメータ以上であるように構成された請求項１から５のいずれかに記載の光学多層膜。
【請求項７】
プラスチック基板上に形成された光学多層膜であって、該光学多層膜のそれぞれの層は酸化物または酸窒化物から形成され、隣接する層は屈折率の異なる材料から形成され、酸化物または酸窒化物を構成する元素の酸化還元電位は−０．９ボルト以下であり、該基板に接する第１の層の厚さは１０ナノメータ以上で、該基板の材料と第１の層を形成する材料との波長４００ナノメータにおける屈折率の差は０．２以下であり、隣接する層を形成する２種類の材料の波長４００ナノメータにおける屈折率の差が０．４５以下であり、該光学多層膜の全体の厚さが３０００ナノメータ以下であるように構成され、７５℃の環境温度において照射される３００乃至４５０ナノメータの波長の光に対する耐性を付与する光学多層膜。
【請求項８】
プラスチック基板とその上に形成された請求項１から７のいずれかに記載の光学多層膜とからなる光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い環境温度において照射される青色レーザを含む紫外域の光に対して高い耐性を付与する光学多層膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、プラスチックは、３００ナノメータ未満の波長の光に対しては、透過率が著しく低下するので光学素子の材料として使用することができない。また、４５０ナノメータを超える波長の光に対しては、光によるプラスチックの劣化は小さく問題とならない。そこで、波長が３００ナノメータから４５０ナノメータの光に対するプラスチックの耐性が重要な問題となる。本明細書において、波長が３００ナノメータから４５０ナノメータの光を青色レーザを含む紫外域の光とも呼称する。
【０００３】
プラスチックは、波長が３００ナノメータから４５０ナノメータの光による損傷を受けやすく、光に対する耐性が低い。そこで、従来、青色レーザを含む紫外域の光を使用する光学装置においては、ガラスから構成される光学素子が主に使用されていた。
【０００４】
他方、光学装置に使用される光学素子の表面に、反射防止などを目的とした光学多層膜が形成されることが多い。そこで、プラスチックからなる基板上に青色レーザを含む紫外域の光に対する耐性を付与する光学多層膜を備えた光学素子を製造する方法が開発されている（特許4178190号）。しかし、高い環境温度において照射される青色レーザを含む紫外域の光に対して高い耐性を付与する光学多層膜は開発されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４１７８１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、高い環境温度において照射される青色レーザを含む紫外域の光に対して高い耐性を付与する光学多層膜に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様による光学多層膜は、プラスチック基板上に形成された光学多層膜であって、該光学多層膜のそれぞれの層は酸化物または酸窒化物から形成され、隣接する層は屈折率の異なる材料から形成され、酸化物または酸窒化物を構成する元素の酸化還元電位は−０．９ボルト以下であり、該基板に接する第１の層の厚さは１０ナノメータ以上で、該基板の材料と第１の層を形成する材料との波長４００ナノメータにおける屈折率の差は０．２以下であり、隣接する層を形成する２種類の材料の波長４００ナノメータにおける屈折率の差が０．４５以下であり、該光学多層膜の全体の厚さが３０００ナノメータ以下であるように構成された光学多層膜である。
【０００８】
本態様による光学多層膜によれば、青色レーザを含む紫外域の光による化学反応を抑えることができ、光学素子の青色レーザを含む紫外域の光に対する耐性を向上させることができる。
【０００９】
本発明の第１の態様の第１の実施形態による光学多層膜は、光学多層膜を形成する材料のうち最も屈折率が高い材料が、アルミニウム、ランタン、ガドリニウム、ジルコニウム、カルシウム、セリウム、ユウロピウム、ハフニウム、マグネシウム、ニオブ、スカンジウム、イットリウム及びイッテルビウムのいずれかを含む。
【００１０】
本発明の第１の態様の第２の実施形態による光学多層膜は、前記第１の層を形成する材料が、ケイ素またはアルミニウムを含む。
【００１１】
本発明の第１の態様の第３の実施形態による光学多層膜は、２種類の材料から形成されている。
【００１２】
本発明の第１の態様の第４の実施形態による光学多層膜は、３種類の材料から形成されている。
【００１３】
本発明の第１の態様の第５の実施形態による光学多層膜は、全体の厚さが２４０ナノメータ以上であるように構成されている。
【００１４】
本発明の第２の態様による光学多層膜は、プラスチック基板上に形成された光学多層膜であって、該光学多層膜のそれぞれの層は酸化物または酸窒化物から形成され、隣接する層は屈折率の異なる材料から形成され、酸化物または酸窒化物を構成する元素の酸化還元電位は−０．９ボルト以下であり、該基板に接する第１の層の厚さは１０ナノメータ以上で、該基板の材料と第１の層を形成する材料との波長４００ナノメータにおける屈折率の差は０．２以下であり、隣接する層を形成する２種類の材料の波長４００ナノメータにおける屈折率の差が０．４５以下であり、該光学多層膜の全体の厚さが３０００ナノメータ以下であるように構成され、７５℃の環境温度において照射される３００乃至４５０ナノメータの波長の光に対する耐性を付与する光学多層膜である。
【００１５】
本態様による光学多層膜によれば、光学素子に、７５℃の環境温度において照射される３００乃至４５０ナノメータの波長の光に対する耐性を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】基板上に形成された光学多層膜の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による反射防止用光学多層膜の設計方法を説明するための流れ図である。
【図３】イオンプレーティング法を実施するためのイオンプレーティング装置の構成を示す図である。
【図４】元素の酸化還元電位と反応速度との関係を概念的に示した図である。
【図５】光学多層膜を構成する酸化物または酸窒化物の内、二酸化ケイ素以外の酸化物または酸窒化物を構成する元素の酸化還元電位と、レーザ照射前後の透過波面収差の変化量との関係を示す図である。
【図６】第１の層を構成する材料及び基板の材料の屈折率差と、レーザ照射前後の透過波面収差の変化量との関係を示す図である。
【図７】光学多層膜の隣接する層を構成する材料の屈折率差と、レーザ照射前後の透過波面収差の変化量との関係を示す図である。
【図８】光学多層膜の全体の厚さ（総膜厚）と、レーザ照射前後の透過波面収差の変化量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、基板上に形成された光学多層膜の構成を示す図である。プラスチックの基板１０１上に２種類以上の材料から構成される複数の層１０３、１０５、１０７、１０９及び１１１が形成される。屈折率の異なる２種類以上の材料を使用する光学多層膜によって光の干渉が生じる。この光の干渉を利用して、光学多層膜の透過率または反射率を適切に制御して反射防止用光学多層膜、光学フィルタ用光学多層膜、反射用光学多層膜などを実現することができる。
【００１８】
図１において、光学多層膜の層の数はＬ個である。層の数の決め方については後で説明する。一般的に、光学素子に使用されるこのような光学多層膜の全体の厚さは、３０００ナノメータ以下であれば、光学多層膜が形成される光学素子の他の光学特性への影響は問題とならない。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態による反射防止用光学多層膜の設計方法を説明するための流れ図である。本実施形態において反射防止用光学多層膜を例として説明するが、光学フィルタ用光学多層膜、反射用光学多層膜などについても同様に設計することができる。
【００２０】
図２のステップＳ０１０において、複数の材料の種類を定める。材料の種類の定め方については後で説明する。
【００２１】
図２のステップＳ０２０において、反射防止機能を満足するように各層の厚さ及び層数を定める。
【００２２】
図１において、基板１０１の屈折率をｎ（ｓ）、層１０３の屈折率をｎ（１）、層１０５の屈折率をｎ（２）とし、一般的に基板側からｊ番目の層の屈折率をｎ（ｊ）とする。また、基板側からｊ番目の層の厚さをｄ（ｊ）とする。光学多層膜に対して波長λの光を入射角度θで入射した場合の光学特性は以下の特性マトリクスで表すことができる。図１において、光学多層膜の入射光、反射光及び透過光をＩ、Ｒ及びＴで示す。
【００２３】
M＝M(L)・M(L-1)・・・M(j )・・・M1
Mは2×2のマトリクスであり、各層のマトリクスも2×2のマトリクスとなる。ここでM(j )はj 層目のマトリクスを意味し、
【数１】
0005181380.tif 000002
と表すことができる。ここで、
δ(j )=(2π/λ)・(n(j )・d(j )・cosθ(ｊ ) 
である。Ｌは、上述のように光学多層膜の層数である。ただし、
λ：            入射光の波長
ｎ（ｓ）：        基板の屈折率
ｎ（ｍ）：        媒質の屈折率
ｎ（ｊ）：        ｊ層の材料の屈折率
ｄ（ｊ）：        ｊ層の膜厚
θ（ｊ）：        ｊ層への光の入射角
とする。
【００２４】
また、この時の反射率(R)および透過率(T)は以下の式で求めることができる。
【数２】
0005181380.tif 000003
ここで、光学多層膜を設計する際には使用する波長と光の入射角度、および光学特性仕様(反射率、透過率)は要求仕様で決まる。そこで、光学多層膜の設計では上記の理論を基にして、要求仕様から要求光学特性(反射率、透過率) を満足するように各層を構成する複数の材料の種類を定め、各層の厚さ及び層数を求める。
【００２５】
上記の反射率の式から明らかなように、反射防止用光学多層膜の反射率を小さくするには屈折率の異なる２種類の層を交互に重ねるのが構造の簡単さから有利である。
【００２６】
図２のステップＳ０３０において、反射防止機能は満足されるかどうか判断する。満足されればステップＳ０４０に進む。満足されていなければ、ステップＳ０１０に戻る。
【００２７】
図２のステップＳ０４０において、青色レーザを含む紫外域のレーザに対して所定の耐性を有するように層数などを調整する。
【００２８】
本発明による光学多層膜は、青色レーザを含む紫外域のレーザに対して所定の耐性を有するように形成する。したがって、所望の反射防止機能を有することに加えて、青色レーザを含む紫外域のレーザに対して所定の耐性を有するように光学多層膜を形成する必要がある。
【００２９】
一般的に、反射防止用光学多層膜において、光学多層膜の種類を定めて層数を増加しても設計の最適化を行うことにより反射防止機能には著しい影響を及ぼさない。また、レーザ耐性は、反射防止用光学多層膜の全体の厚さ（総膜厚）が大きいほど向上する。したがって、層数を増加することによってレーザ耐性を増加させることができる。
【００３０】
図２のステップＳ０５０において、成膜条件を定め成膜を実施する。成膜方法については後で説明する。
【００３１】
図２のステップＳ０６０において、レーザ耐性は満足されるかどうか判断する。レーザ耐性が満足されれば処理を終了する。レーザ耐性が満足されなければステップＳ０１０に戻る。レーザ耐性が満足されるかどうかは、実際にレーザ照射試験を行ってレーザ照射前後の透過波面収差の変化量を測定により求めてもよい。あるいは、層を構成する材料の種類及び厚さを変化させた種々の標準的な光学多層膜を定めて予めレーザ照射前後の透過波面収差の変化量を測定しておき、これらの測定値から推定するようにしてもよい。
【００３２】
ここで、成膜方法、すなわち、多層膜の形成方法について説明する。多層膜は、イオンプレーティング法やスパッタリング法などの真空薄膜形成法により形成するのが好ましい。真空薄膜形成法により形成された多層膜は緻密性が高く、光に対する耐性も向上する。本明細書では一例としてイオンプレーティング法について説明する。なお、多層膜は、同じ性質を有するものであれば他の製法で製造してもよい。
【００３３】
図３は、イオンプレーティング法を実施するためのイオンプレーティング装置の構成を示す図である。イオンプレーティング装置は、たとえば、特公平１-４８３４７号に開示されている。真空チャンバ４１２内に、基材４０８を支持する導電性部材からなる基材ホルダ４０７と、絶縁部材を介して基材ホルダを支持する導電性部材からなる支持部材とによりコンデンサ４０６が構成される。
【００３４】
真空チャンバ４１２と基材ホルダ４０７との間には、ブロッキングコンデンサ４０３およびマッチングボックス４０２を介して高周波電源４０１が接続され、高周波電圧が供給されている。真空チャンバ４１２と基材ホルダ４０７との間には、基材ホルダ４０７側が陰極となるように、チョークコイル４０５を介して直流電源４０４が接続され、直流バイアス電圧が供給されている。一例として、高周波電源４０１の出力は、５００Ｗ、直流電源４０４の電圧は、１００Ｖである。
【００３５】
高周波電源４０１の出力は、３００−９００Ｗであるのが好ましい。この範囲で、出力の値を調整することにより、膜の緻密性を高めることができる。
【００３６】
コンデンサ４０６が、チャンバ４１２内に高周波電圧を供給する高周波電源４０１に接続されたマッチングボックス４０２とともに動作してマッチングを行うようにすることにより、抵抗加熱ボード４１０上の蒸発材料４０９と基材４０８との間に安定した電界を形成し維持することができる。この結果、基材４０８の表面に、高純度・高密度・高密着な薄膜を成膜することができる。
【００３７】
抵抗加熱ボード４１０を含むるつぼの下部には、電子ビーム加熱のための電子銃４１０１が設置されている。
【００３８】
また、成膜の際、真空チャンバ４１２内に、図示しないバルブにより酸素やアルゴンなどの雰囲気ガスを導入する。一例として酸素を導入する場合に、酸素導入圧力設定とは、チャンバの酸素圧力の設定である。酸素分圧値は3.0×10-3〜5.0×10-2Paの範囲内であるのが好ましい。酸素分圧値を上記の範囲で調整することにより、後に説明する光学素子の光透過率変化量を適切な値とすることができる。真空チャンバ４１２内のガスは、排気口４１１から排気される。
【００３９】
複数種類の蒸発材料４０９をプラスチックの基板４０８上に順次成膜させることにより多層膜を形成する。成膜の際に、高周波電圧及び雰囲気ガス圧力を適切に設定することにより緻密性の高い膜を形成することができる。雰囲気ガス圧力の設定値については後で具体的に示す。
【００４０】
ここで、多層膜を構成する複数の材料の種類の定め方について説明する。本願は発明者の新たな知見によれば、多層膜を構成する複数の材料の性質、特に屈折率により多層膜の青色レーザを含む紫外域の光に対する耐性が大きく変化する。したがって、多層膜を構成する複数の材料の性質、特に屈折率を考慮しながら、多層膜の青色レーザを含む紫外域の光に対する耐性をできるだけ大きくするように多層膜を構成する複数の材料の種類を定める。このように、本願発明者は、多層膜の反射率や透過率などの光学的特性の観点からではなく、多層膜の光に対する耐性の観点から多層膜を構成する材料の屈折率に着目したものであり、この点において上記の本願発明者による知見は、全く新たなものである。
【００４１】
表１乃至１１は、反射防止機能を有するように、隣接する層が屈折率の異なる材料から形成された光学多層膜１乃至１１の構成及び代表的な成膜条件を示す表である。光学多層膜２の基板は、ガラスである。その他の１０個の光学多層膜の基板は、プラスチック（シクロオレフィンポリマー）である。光学多層膜１乃至８は、屈折率の異なる２種類の材料の層を交互に重ねた構造を有する。光学多層膜９乃至１１は、３種類の材料の層を重ねた構造を有する。光学多層膜１乃至１１において、最も低い屈折率の材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である。最も低い屈折率の材料としては、二酸化ケイ素の代わりに一酸化ケイ素または、ＳｉｘＡｌｙＯｚ（ｘ、ｙ、ｚは正の数）などの二酸化ケイ素を含む混合材料を使用してもよい。
【００４２】
表１乃至１１において、屈折率は波長４００ｎｍにおけるものであり、１．５未満を低屈折率、１．５以上かつ１．９未満を中屈折率、１．９以上を高屈折率に分類した。基板の材料であるガラスの屈折率は、波長４００ｎｍにおいて１．５２であり、基板の材料であるシクロオレフィンポリマーの屈折率は、波長４００ｎｍにおいて１．５２である。
【表１】
0005181380.tif 000004
【表２】
0005181380.tif 000005
【００４３】
【表３】
0005181380.tif 000006
【表４】
0005181380.tif 000007
【００４４】
【表５】
0005181380.tif 000008
【表６】
0005181380.tif 000009
【００４５】
【表７】
0005181380.tif 000010
【表８】
0005181380.tif 000011
【００４６】
【表９】
0005181380.tif 000012
【表１０】
0005181380.tif 000013
【００４７】
【表１１】
0005181380.tif 000014
【００４８】
表１２は、光学多層膜１乃至１１の、青色レーザを含む紫外域のレーザに対する耐性を示す表である。レーザに対する耐性の指標としては、所定の条件でレーザを照射し、その前後の透過波面収差を測定しその変化量を求めた。表１２及び以下の表において、波面収差は１波長の１／１０００を単位（ｍλ）として標準偏差で表す。また、表１２において、ＬａｘＡｌｙＯｚのｘ、ｙ、ｚは正の数を表す。
【表１２】
0005181380.tif 000015
【００４９】
表１３は、上記の所定のレーザ照射条件を示す表である。ここでは、波長４０５ｎｍのレーザを、多層膜表面におけるエネルギ密度が６０ｍＷ／ｍｍ２とするような状態で、７５℃の環境温度で１０００時間照射した。この時の積算光量は６０Ｗｈｒである。積算光量のこの値は、通常の用途の光学素子の耐性を考慮する場合に十分に大きな値である。
【００５０】
なお、３００ナノメータ乃至４５０ナノメータの波長範囲の光に対しても同様の結果が得られた。
【００５１】
ここで、照射試験環境温度について説明する。たとえば、表１３に示したレーザ照射条件で照射を行った場合に、表１２の膜Ｎｏ．１の多層膜を備えた光学素子の６０ｗｈｒ後の波面収差変化量は３７ｍλである。ここで、表１３に示したレーザ照射条件のうち、照射試験環境温度のみを２５℃に変更して照射試験を行った場合に、膜Ｎｏ．１の多層膜を備えた光学素子の６０ｗｈｒ後の波面収差変化量は２ｍλである。このように、照射試験環境温度が２５℃の場合には波面収差変化量がほとんど生じない多層膜を備えた光学素子であっても、照射試験環境温度が７５℃の場合には大きな波面収差量を生じることがある。従来、照射試験環境温度が７５℃の場合にも、青色レーザを含む紫外域の光に対して十分な耐性を有する多層膜を備えた光学素子は開発されていなかった。なお、７５℃の照射試験環境温度は、通常の用途の光学素子の耐性を考慮する場合に十分に高い温度である。これに対して、特許4178190号に記載のレーザ照射試験環境温度は２５℃であり、高い環境温度における耐性は考慮されていない。
【００５２】
本願発明は、照射試験環境温度が７５℃の場合にも波面収差量が小さな多層膜を提供することを目的とする。
【表１３】
0005181380.tif 000016
【００５３】
たとえば、光ピックアップ装置の光学部品において、７５℃の環境温度において６０Ｗｈｒの積算光量の青色レーザに対する耐性が求められる場合がある。他方、光ピックアップ装置の光学部品の透過波面収差は２５ｍλ以下であることが要求されることが多い。光学部品には、５ｍλ程度の初期波面収差が存在するので、青色レーザ照射前後の波面収差変化は、２０ｍλ以下であることが要求される。
【００５４】
表１及び表２に示されるように、光学多層膜１及び２は、同じ構成を有する。ただし、光学多層膜１の基板はプラスチックから構成され、光学多層膜２の基板はガラスから構成される。表１２において、光学多層膜１及び２のレーザ照射前後の透過波面収差の変化量を比較すると、光学多層膜１の波面収差変化量は、光学多層膜２の波面収差変化量に比較してかなり大きい。一般的に、プラスチック基板に形成された光学多層膜の青色レーザを含む紫外域のレーザに対する耐性は、ガラス基板に形成された光学多層膜の青色レーザを含む紫外域のレーザに対する耐性よりも大幅に低い。その理由は、プラスチック基板と光学多層膜の境界を通じて触媒反応などの化学反応が起こっているためであると考えられる。すなわち、レーザ照射によって化学反応が起こりやすい場合にはレーザによる光学多層膜の損傷が大きいことが考えられる。
【００５５】
表１２の結果に基づいて、光学多層膜のレーザ耐性がどのような要因によって変化するのかを検討する。
【００５６】
図４は、元素の酸化還元電位と反応速度との関係を概念的に示した図である。図４の横軸は元素の酸化還元電位を示す。左側が高電位であり、右側が低電位である。図４の縦軸は、酸化または還元の反応速度（反応の起こりやすさ）を示す。
【００５７】
表１４は、元素の酸化還元電位を示す表である。
【表１４】
0005181380.tif 000017
【００５８】
上述のように、レーザによる光学多層膜の損傷は、レーザ照射によって化学反応が起こりやすい場合に大きくなることが考えられる。そこで、光学多層膜を構成する材料として、酸化還元電位が低い元素の酸化物を使用すれば、図４に示されるように還元律速領域において反応速度が小さいので、レーザによる光学多層膜の損傷を小さくできることが考えられる。
【００５９】
表１５Ａは、光学多層膜を構成する酸化物または酸窒化物の内、二酸化ケイ素以外の酸化物または酸窒化物を構成する元素の酸化還元電位と、レーザ照射前後の透過波面収差の変化量との関係を示す表である。表１５Ａにおいて、光学多層膜４を構成する酸化物の内、二酸化ケイ素以外の酸化物を構成する元素の酸化還元電位は、Ｌａ（ランタン）及びＡｌ（アルミニウム）の酸化還元電位の平均値とした。
【００６０】
図５は、光学多層膜を構成する酸化物または酸窒化物の内、二酸化ケイ素以外の酸化物または酸窒化物を構成する元素の酸化還元電位と、レーザ照射前後の透過波面収差の変化量との関係を示す図である。元素の酸化還元電位が低いほど波面収差変化量は小さい。また、ケイ素の酸化還元電位が−０．９ボルト以下であることを考慮すると、光学多層膜を構成する酸化物または酸窒化物を構成する元素の酸化還元電位は、−０．９ボルト以下であるのが好ましい。酸化還元電位が−０．９ボルト以下である元素は、ジルコニウム、アルミニウム、ランタン、ガドリニウム、バリウム、リチウムなどである。これらの元素は、１種類のイオン価のみを有し、複数種類のイオン化を有する元素よりもレーザ照射による化学反応を起こしにくいと考えられる。
【００６１】
【表１５Ａ】
0005181380.tif 000018
【００６２】
表１５Ｂは、酸化還元電位が−０．９Ｖ以下であるその他の元素及びその酸化物を示す表である。元素は、カルシウム、セリウム、ユウロピウム、ハフニウム、マグネシウム、ニオブ、スカンジウム、イットリウム及びイッテルビウムである。これらの酸化物も、中屈折率または高屈折率の材料として使用することができる。
【表１５Ｂ】
0005181380.tif 000019
【００６３】
表１６は、第１の層を構成する材料及び基板の材料の屈折率差と、レーザ照射前後の透過波面収差の変化量との関係を示す表である。ここで、第１の層とは、基板に隣接する層を意味する。
【００６４】
図６は、第１の層を構成する材料及び基板の材料の屈折率差と、レーザ照射前後の透過波面収差の変化量との関係を示す図である。
【００６５】
【表１６】
0005181380.tif 000020
【００６６】
表１６及び図６に示されるように、第１の層を構成する材料及び基板の材料の屈折率差が０．２以下である場合に波面収差変化量は１０（ｍλ）以下である。基板の材料の屈折率は１．５２である。なお、第１の層の厚さは、基板との密着性を確保するため１０ナノメータ以上とする必要がある。
【００６７】
表１７は、光学多層膜の隣接する層を構成する材料の屈折率差と、レーザ照射前後の透過波面収差の変化量との関係を示す表である。光学多層膜は、上述のように多くの場合、高い屈折率の材料から構成される層と、低い屈折率の材料から構成される層とを交互に積層して形成される。光学多層膜の隣接する層を構成する材料の屈折率差とは、上記の高い屈折率と低い屈折率との差を意味する。なお、表１７において、光学多層膜１１の屈折率差は、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２との屈折率差を０．２とし、ＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３との屈折率差を０．３６とした。
【００６８】
図７は、光学多層膜の隣接する層を構成する材料の屈折率差と、レーザ照射前後の透過波面収差の変化量との関係を示す図である。
【００６９】
【表１７】
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【００７０】
表１７及び図７に示されるように、光学多層膜の隣接する層を構成する材料の屈折率差が０．４０以下である場合に波面収差変化量は１２（ｍλ）以下である。一般的に、光学多層膜の隣接する層を構成する材料の屈折率差が０．４５以下であれば、波面収差の変化量が十分に小さくなる。
【００７１】
隣接する層を構成する材料の屈折率差が大きい場合に劣化が大きくなる理由は、以下のように推定される。結晶化しやすい高屈折率の層と結晶化しにくい低屈折率の層との間の界面において、界面準位が生じる。したがって、界面準位のエネルギの放出及び吸収の確率が高くなる。この結果、特に紫外線放射発光により界面劣化が進み、また、吸収による界面の熱損傷などが生じることが考えられる。
【００７２】
表１８は、光学多層膜の全体の厚さと、レーザ照射前後の透過波面収差の変化量との関係を示す表である。
【００７３】
図８は、光学多層膜の全体の厚さ（総膜厚）と、レーザ照射前後の透過波面収差の変化量との関係を示す図である。
【００７４】
【表１８】
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【００７５】
表１８及び図８に示すように、表１５乃至表１７の結果から求めた好ましい条件を満たす総膜厚２４０ナノメータの光学多層膜４は、レーザ照射前後の透過波面収差の変化量が２０（ｍλ）であり、同様の構成で総膜厚３６０ナノメータの光学多層膜６は、レーザ照射前後の透過波面収差の変化量が１２（ｍλ）である。したがって、総膜厚は２４０ナノメータ以上であるのが好ましい。
【００７６】
光学多層膜の、青色レーザを含む紫外域の光に対する耐性を高くするための条件を以下にまとめる。
【００７７】
光学多層膜の各層は、酸化物または酸窒化物から形成される。
【００７８】
光学多層膜を構成する酸化物または酸窒化物を構成する元素の酸化還元電位は、−０．９ボルト以下であるのが好ましい。この条件を満たす元素は、アルミニウム、ランタン、ガドリニウム、ジルコニウム、カルシウム、セリウム、ユウロピウム、ハフニウム、マグネシウム、ニオブ、スカンジウム、イットリウム、イッテルビウムなどである。
【００７９】
第１の層を構成する材料及び基板の材料の屈折率差が０．２以下であるのが好ましい。基板の材料がシクロオレフィンポリマー（波長４００ｎｍの光の波長の屈折率は１．５２）である場合に、この条件を満たす材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などである。
【００８０】
光学多層膜の隣接する層を構成する材料の屈折率差が０．４５以下であるのが好ましい。
【００８１】
光学多層膜の全体の厚さ（総膜厚）は、２４０ナノメータ以上であるのが好ましい。
【００８２】
一般的に、高屈折率材料の層と低屈折材料の層とを隣接して形成した光学多層膜によって所定の光学性能を達成するには、層間の屈折率差を大きくした方が層数を減少することができる。したがって、特に、手間のかかる真空薄膜形成法により多層膜を形成する場合には、層間の屈折率差は大きく設定される傾向にある。
【００８３】
しかし、基板の材料及び各層の材料の間の屈折率の差が、高い環境温度における、光学素子の青色レーザを含む紫外域の光に対する耐性に大きな影響を与えるという、本願発明者による新たな知見によれば、基板の材料及び各層の材料の間の屈折率の差を所定の値より小さくすることによって、青色レーザの波長領域を含む波長領域の光に対する耐性の高い多層膜が得られる。
【要約】
【課題】高い環境温度において照射される青色レーザを含む紫外域の光に対して高い耐性を付与する光学多層膜を提供する。
【解決手段】プラスチック基板上に形成された光学多層膜であって、該光学多層膜のそれぞれの層は酸化物または酸窒化物から形成され、隣接する層は屈折率の異なる材料から形成され、酸化物または酸窒化物を構成する元素の酸化還元電位は−０．９ボルト以下であり、該基板に接する第１の層の厚さは１０ナノメータ以上で、該基板の材料と第１の層を形成する材料との波長４００ナノメータにおける屈折率の差は０．２以下であり、隣接する層を形成する２種類の材料の波長４００ナノメータにおける屈折率の差が０．４５以下であり、該光学多層膜の全体の厚さが３０００ナノメータ以下であるように構成された光学多層膜である。
【選択図】図１【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】
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【図８】
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