JP2009132989A - 光学薄膜の形成方法およびその光学薄膜を備えた光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】アシスト法を用いて成膜される高屈折率層のプラズマによる低屈折率層へのエッチングを阻止して、光学特性の劣化を防止した光学薄膜の形成方法、およびその光学薄膜を備えた光学素子を提供する。
【解決手段】光学基材上に、ＭｇＦ₂より成る低屈折率層とＮｂ₂Ｏ₅より成る高屈折率層との間に、真空蒸着法を用いて形成された酸化物質のＡｌ₂Ｏ₃層を有するＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の誘電体多層膜は、Ａｌ₂Ｏ₃層がイオンアシスト法を用いて成膜されるＮｂ₂Ｏ₅層のプラズマによるＭｇＦ₂層へのエッチングを阻止するバリヤ層として機能する。そして、この誘電体多層膜が形成された光学素子は、例えば、光ピックアップの波長４０５ｎｍの青色半導体レーザに対応した偏光ビームスプリッタとして用いられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学薄膜の形成方法およびその光学薄膜を備えた光学素子に関する。

偏光ビームスプリッタ、各種フィルタなど光学素子の光学薄膜形成には、一般的に真空蒸着法が広く用いられている。しかし真空蒸着法を用いて形成された膜は、不純物が含まれにくい反面、密度や屈折率が低く膜強度が弱い傾向がある。また、成膜される多層膜の積層数が増えるに従って膜表面の平滑度が損なわれる特性を有している。したがって、高信頼性が求められる光学薄膜の形成には、イオンアシスト（ＩＡＤ：Ion Assist Deposition）法やイオンプレーティング（ＩＰ：Ion Plating）法などに代表されるアシスト法による成膜法が用いられる。

一方、高屈折率材料層（高屈折率層）と低屈折率材料層（低屈折率層）とを交互に積層した多層膜で形成される光学薄膜は、高屈折率材料の屈折率が高いほど、又は／及び低屈折率材料の屈折率が低いほど層数が少なくて済むなどの特徴を有し、低屈折率材料としてＳｉＯ₂またはＭｇＦ₂が代表される。しかしＭｇＦ₂は、ＳｉＯ₂に比べて屈折率が低く有利であるが、アシスト法での成膜が困難である。したがって低屈折率層を形成するＭｇＦ₂は、真空蒸着法を用いて成膜されるが、高屈折率層を形成するＴｉＯ₂（二酸化チタン）、Ｎｂ₂Ｏ₅（五酸化ニオブ）などアシスト法で成膜される蒸着物質と併用した場合、アシスト法のプラズマによりＭｇＦ₂膜の表面が荒らされて、光学特性の劣化を引き起こすという問題を有している。

こうした問題に対応するために、フッ化物を含む基板やフッ化物薄膜上に高屈折率材料の前半は真空蒸着法、後半はアシスト法を適用することで、真空蒸着法を用いて形成された層がバリヤ層として機能することにより、光学的な吸収が発生することのない光学薄膜の製造方法および光学薄膜が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１１４３０３号公報

しかしながら、特許文献１に示される光学薄膜は、フッ化物を含む基板やフッ化物薄膜上に、真空蒸着法で形成された高屈折率層（バリヤ層）とアシスト法で形成された高屈折率層が同一材質の高屈折率材料より成り、用いる高屈折率材料又は／及び使用する光の波長帯によっては、目的とする効果が得られない場合がある。例えば、ブルーレイディスクやＨＤ−ＤＶＤなどの次世代ＤＶＤレコーダーの光ピックアップに使用される青色半導体レーザ（波長４０５ｎｍ）用の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）などにおいて、ＭｇＦ₂とＮｂ₂Ｏ₅とで構成される多層膜が最も有利な構造となるが、ＭｇＦ₂膜上に真空蒸着法を用いてＮｂ₂Ｏ₅膜を成膜すると、吸収が発生して光学特性の劣化を引き起こす。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例に係る光学薄膜の形成方法は、光学基材上に低屈折率層と前記低屈折率層よりも高い屈折率を有する高屈折率層とを交互に積層した多層膜で構成される光学薄膜の形成方法であって、前記多層膜は前記低屈折率層として少なくともＭｇＦ₂層を含み構成され、前記ＭｇＦ₂層と前記高屈折率層との間に、前記高屈折率層と異なる酸化物質層が真空蒸着法により成膜されていることを特徴とする。

これによれば、光学基材上に少なくともＭｇＦ₂層を含む低屈折率層と低屈折率層よりも高い屈折率を有する高屈折率層とを交互に積層した多層膜が、ＭｇＦ₂層と高屈折率層との間に、高屈折率層と異なる酸化物質層が形成されていることにより、酸化物質層がアシスト法を用いて成膜される高屈折率層のプラズマによるＭｇＦ₂層へのエッチングを阻止するバリヤ層として機能し、光学特性の劣化を防止した高効率の光学薄膜を形成することができる。

［適用例２］
上記適用例に係る光学薄膜の形成方法において、前記酸化物質層がＡｌ₂Ｏ₃、ランタンアルミネート、ランタンチタネートの内の、いずれか一つより成るのが好ましい。
これによれば、ＭｇＦ₂層と高屈折率層との間に形成される酸化物質層が、Ａｌ₂Ｏ₃、ランタンアルミネート、ランタンチタネートの内の、いずれか一つより成ることにより、耐プラズマ性が高く、しかも短波長の吸収が少ない層を形成し、酸化物質層上にアシスト法を用いて成膜される高屈折率層のプラズマによるＭｇＦ₂層へのエッチングを阻止するバリヤ層として機能し、光学特性の劣化を防止した高効率の光学薄膜を形成することができる。

［適用例３］
上記適用例に係る光学薄膜の形成方法において、前記酸化物質層がＴａ₂Ｏ₅より成るのが好ましい。
これによれば、ＭｇＦ₂層と高屈折率層との間に形成される酸化物質層が、Ｔａ₂Ｏ₅より成ることにより、耐プラズマ性が高く、しかも短波長の吸収が少ない層を形成し、酸化物質層上にアシスト法を用いて成膜される高屈折率層のプラズマによるＭｇＦ₂層へのエッチングを阻止するバリヤ層として機能し、光学特性の劣化を防止した高効率の光学薄膜を形成することができる。

［適用例４］
上記適用例に係る光学薄膜の形成方法において、前記酸化物質層の膜厚が少なくとも５ｎｍであるのが好ましい。
これによれば、ＭｇＦ₂層と高屈折率層との間に形成される酸化物質層の膜厚が少なくとも５ｎｍであることにより、アシスト法を用いて成膜される高屈折率層のプラズマによるＭｇＦ₂層のエッチングを阻止するバリヤ層として機能し、光学特性の劣化を防止した高効率の光学薄膜を形成することができる。

［適用例５］
本適用例に係る光学素子は、光学基材上に低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層した多層膜で構成される光学薄膜を備えた光学素子であって、前記多層膜は前記低屈折率層として少なくともＭｇＦ₂層を含み構成され、前記ＭｇＦ₂層と前記高屈折率層との間に、真空蒸着法により形成されたＡｌ₂Ｏ₃、ランタンアルミネート、ランタンチタネートの内の、いずれか一つより成る酸化物質層を有することを特徴とする。

これによれば、光学基材上に少なくともＭｇＦ₂層を含む低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層した多層膜の内の、ＭｇＦ₂層と高屈折率層との間に、真空蒸着法を用いて形成されたＡｌ₂Ｏ₃、ランタンアルミネート、ランタンチタネートの内の、いずれか一つより成る酸化物質層を有することにより、酸化物質層は、アシスト法を用いて成膜される高屈折率層のプラズマによって、ＭｇＦ₂層がエッチングされるのを阻止するバリヤ層として機能し、光学特性の劣化を防止した高効率の光学素子が得られる。

［適用例６］
本適用例に係る光学素子は、光学基材上に低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層した多層膜で構成される光学薄膜を備えた光学素子であって、前記多層膜は前記低屈折率層として少なくともＭｇＦ₂層を含み構成され、前記ＭｇＦ₂層と前記高屈折率層との間に、真空蒸着法により形成されたＴａ₂Ｏ₅より成る酸化物質層を有することを特徴とする。

これによれば、光学基材上に少なくともＭｇＦ₂層を含む低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層した多層膜の内の、ＭｇＦ₂層と高屈折率層との間に、真空蒸着法を用いて形成されたＴａ₂Ｏ₅より成る酸化物質層を有することにより、酸化物質層は、アシスト法を用いて成膜される高屈折率層のプラズマによって、ＭｇＦ₂層がエッチングされるのを阻止するバリヤ層として機能し、光学特性の劣化を防止した高効率の光学素子が得られる。

［適用例７］
上記適用例に係る光学素子は、光ピックアップに組み込まれて、レーザ光源より射出される中心波長が４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍの内の少なくともいずれか一つのレーザ光を、偏光成分毎の透過・反射の切り分けが可能な偏光ビームスプリッタであるのが好ましい。

これによれば、光学基材上に、少なくともＭｇＦ₂層を含む低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層した多層膜が、ＭｇＦ₂層と高屈折率層との間に、真空蒸着法を用いて形成されたＡｌ₂Ｏ₃、ランタンアルミネート、ランタンチタネートの内のいずれか一つ、またはＴａ₂Ｏ₅より成る酸化物質層が形成された光学素子が、光ピックアップに組み込まれて、レーザ光源より射出される中心波長が４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍの内の少なくともいずれか一つのレーザ光を、偏光成分毎の透過・反射の切り分けが可能な偏光ビームスプリッタであることにより、光学特性の劣化を防止した高効率の、青色半導体レーザ、赤色半導体レーザおよび赤外半導体レーザに対応した偏光成分毎の透過・反射の切り分けが可能な偏光ビームスプリッタを容易に得ることができる。よって、青色半導体レーザ、赤色半導体レーザまたは赤外半導体レーザに対応した、高効率の光ピックアップが得られる。

本実施形態の光学薄膜は、プリズム、ビームスプリッタ、各種フィルタなどを構成する光学基材上に、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層した誘電体多層膜（以後、多層膜と表す）より成り、所定波長領域の光を反射および透過するなどの機能を有する光学素子として用いられる。

光学薄膜は、低屈折率層として少なくともＭｇＦ₂より成る層を含む多層膜において、真空蒸着法を用いて成膜されたＭｇＦ₂層と、アシスト法を用いて成膜される高屈折率層との間に、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅、ランタンアルミネート、ランタンチタネートの内から選ばれた酸化物質より成る層が真空蒸着法を用いて成膜される。この酸化物質層は、アシスト法におけるプラズマによるＭｇＦ₂層のエッチングを防ぐバリヤ層として機能し、光学薄膜および光学素子の光学特性劣化を阻止することができる。
なお、本実施形態におけるアシスト法とは、イオンアシスト法、イオンビームアシスト法、イオンプレーティング法などを意味する。

この酸化物質層（以後、バリヤ層と表す場合がある）を設けることによる光学特性の効果について説明する。
先ず、バリヤ層として機能するＡｌ₂Ｏ₃膜、ランタンチタネート膜およびＴａ₂Ｏ₅膜におけるアシスト照射前後の分光透過率特性の変化具合の確認を行った。また、参考例としてＳｉＯ₂膜についても同様の確認を行った。

特性確認は、ガラス基板の一方の面上にそれぞれの単層膜を成膜した試料を作製し、その形成膜にイオンを照射するアシスト照射前後における分光透過率特性を分光光度計を用いて測定した。

Ａｌ₂Ｏ₃膜を形成した試料は、準備した光学ガラスのＢＫ７より成るガラス基板を、真空蒸着法およびアシスト法の成膜が可能なイオンアシスト真空蒸着装置（シンクロン社製ＩＡＤ成膜装置）のチャンバー内に配設された基板ドーム上に取り付けた。そして、電子ビームをチャンバー下部に配置されたるつぼ内に充填したＡｌ₂Ｏ₃の蒸着物質を蒸発させる真空蒸着法により、膜厚が３００ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃膜を成膜した。Ａｌ₂Ｏ₃膜の成膜条件は、成膜温度：３００℃、成膜速度：０．３５ｎｍ／ｓｅｃ、Ｏ₂ガス量：２０ｓｃｃｍで行った。

その後、成膜されたＡｌ₂Ｏ₃膜に対して、装置内に配設されたイオン銃からイオン化した酸素（Ｏ₂）を加速照射するアシスト照射を行った。アシスト条件は、Ｏ₂ガス量：８０ｓｃｃｍ、加速電圧：１０００Ｖ、加速電流：１２００ｍＡ、照射時間：１８０ｓｅｃで行った。

ランタンチタネート膜を形成した試料は、Ａｌ₂Ｏ₃膜を形成した試料の場合と同様に、イオンアシスト真空蒸着装置を用いた真空蒸着法により、膜厚が２５０ｎｍのランタンチタネート膜を成膜した。成膜した試料の成膜条件は、成膜温度：３００℃、成膜速度：０．３５ｎｍ／ｓｅｃ、Ｏ₂ガス量：２０ｓｃｃｍで行った。その後、Ａｌ₂Ｏ₃膜の場合と同様のアシスト条件で、成膜されたランタンチタネート膜に対してアシスト照射を行った。

そして、イオンアシスト真空蒸着装置を用いた真空蒸着法により、膜厚が３００ｎｍのＴａ₂Ｏ₅膜およびＳｉＯ₂膜を成膜した試料を作成し、成膜されたＴａ₂Ｏ₅膜およびＳｉＯ₂膜に対して、Ａｌ₂Ｏ₃膜の場合と同様のアシスト条件で、アシスト照射を行った。
Ａｌ₂Ｏ₃膜を成膜した試料およびランタンチタネート膜を成膜した試料を含む、それぞれの成膜条件を「表１」に示す。なお、成膜温度はいずれの場合も３００℃である。

そして、分光光度計を用いて、それぞれの試料におけるアシスト照射前後の分光透過率特性の変化具合の確認を行った。
図１は、Ａｌ₂Ｏ₃単層膜のアシスト照射前後における分光透過率特性を示すグラフである。以下、図２はランタンチタネート単層膜、図３はＴａ₂Ｏ₅単層膜、図４はＳｉＯ₂単層膜におけるアシスト照射前後における分光透過率特性を示すグラフである。
各グラフは、横軸に波長（ｎｍ）を示し、縦軸に透過率（％）を示す。なお、実線で示す曲線はアシスト照射前における分光透過率を示し、破線で示す曲線はアシスト照射後における分光透過率を示す。また、各曲線は、波長領域３５０ｎｍ〜８５０ｎｍにおける１ｎｍ毎の測定値のプロット点を結んだ線図である。

図１および図２において、Ａｌ₂Ｏ₃膜およびランタンチタネート膜は、アシスト照射前後の分光透過率特性に大きな変化は見られない。
また、図３において、Ｔａ₂Ｏ₅膜の場合は、略７５０ｎｍ以下の波長域において、アシスト照射後の分光透過率特性が、アシスト照射前に対して高い透過率特性を示す。一般的に真空蒸着法を用いて形成したＴａ₂Ｏ₅膜は、吸収が多く、利用するのは困難であると言われているが、バリヤ層として機能することが可能である。
これは、アシスト照射することにより酸欠状態が改善され、吸収が低減するものと推測される。

一方、図４において、ＳｉＯ₂膜も、Ｔａ₂Ｏ₅膜と同様にアシスト照射後の分光透過率特性が、アシスト照射前に対して高い透過率特性を示す。しかし真空蒸着法を用いて形成したＳｉＯ₂膜の場合は、膜強度が不足し、さらにアシスト照射により膜密度が粗になってしまう不具合を有する。また、曲線のピークにおける透過率が大幅に上昇している。すなわち、屈折率が低下していることを示している。因みに、ＳｉＯ₂膜の波長６００ｎｍにおけるアシスト照射前の屈折率は１．４６４であり、アシスト照射後の屈折率は１．４３４であった。

したがって、真空蒸着法を用いて形成されたＳｉＯ₂膜は、ＳｉＯ₂膜上に多層膜の次層となる蒸着物質が成膜される際、粗になった部位に蒸着物質が混入して、光の散乱や吸収の要因となり、透過率や反射率が低下することにより光の利用効率の低下を招く。よって、ＳｉＯ₂膜をバリヤ層として利用することは、適当でないと言える。

次にＭｇＦ₂膜にアシスト照射した場合と、ＭｇＦ₂膜上に設けたバリヤ層にアシスト照射した場合の分光透過率特性の変化具合の確認を行った。なお、分光透過率特性の確認は、バリヤ層を形成する酸化物質層として、ランタンチタネート膜を成膜した場合を例示する。

先ず、ＭｇＦ₂膜にアシスト照射した場合の分光透過率特性の変化について確認した。
特性確認は、ガラス基板の一方の面上にＭｇＦ₂の単層膜を成膜した試料を作製し、そのＭｇＦ₂膜にイオンを照射する、アシスト照射前後における分光透過率特性を分光光度計を用いて測定した。

試料は、準備した光学ガラスのＢＫ７より成るガラス基板を、真空蒸着法およびアシスト法の成膜が可能なイオンアシスト真空蒸着装置のチャンバー内に配設された基板ドーム上に取り付けた後、電子ビームでチャンバー下部に配置されたるつぼ内に充填したＭｇＦ₂の蒸着物質を蒸発させて、膜厚が３６０ｎｍのＭｇＦ₂膜を成膜した。ＭｇＦ₂膜の成膜条件は、成膜温度：３００℃、成膜速度：０．８ｎｍ／ｓｅｃで行った。
その後、ＭｇＦ₂膜に対して装置内に配設されたイオン銃からイオン化した酸素（Ｏ₂）を加速照射するアシスト照射を行った。アシスト条件は、Ｏ₂ガス量：８０ｓｃｃｍ、加速電圧：１０００Ｖ、加速電流：１２００ｍＡ、照射時間：１８０ｓｅｃで行った。

図５は、ＭｇＦ₂単層膜のアシスト照射前後における分光透過率特性を示すグラフである。
グラフは、横軸に波長（ｎｍ）を示し、縦軸に透過率（％）を示す。なお、曲線ａは、アシスト照射後における分光透過率を示し、曲線ｂは、アシスト照射前における分光透過率を示す。また、各曲線は、波長領域３００ｎｍ〜１１００ｎｍにおける１ｎｍ毎の測定値のプロット点を結んだ線図である。

図５において、曲線ａで示すアシスト照射後におけるＭｇＦ₂単層膜の分光透過率は、曲線ｂで示すアシスト照射前における分光透過率に対して、透過率の低下が顕著に発生する。特に、波長４００ｎｍ前後における短波長帯における落ち込みが大きい。これは、アシスト照射によりＭｇＦ₂膜中のフッ素が乖離し、しかも表面が荒らされたためと推測される。

次に、ＭｇＦ₂膜上にバリヤ層を設けた場合の分光透過率特性の変化の確認を行った。
特性確認は、ガラス基板の一方の面上に、ＭｇＦ₂膜のアシスト照射確認の場合と同様の成膜方法および成膜条件で、膜厚が２４０ｎｍのＭｇＦ₂の単層膜を成膜し、そのＭｇＦ₂膜の表面に、膜厚が１０ｎｍのランタンチタネート膜より成るバリヤ層を成膜した試料を作製した。

ランタンチタネートより成るバリヤ層は、チャンバー内に酸素ガス（Ｏ₂）を導入して、既に成膜されたＭｇＦ₂膜上に、チャンバー下部に配置したるつぼ内に充填したランタンチタネートの蒸着物質を、電子ビームで蒸発させて成膜した。バリヤ層の成膜条件は、成膜温度：３００℃、成膜速度：０．３５ｎｍ／ｓｅｃ、Ｏ₂ガス量：２０ｓｃｃｍで行った。

その後、試料のバリヤ層に対してイオンアシスト真空蒸着装置内に配設されたイオン銃からイオン化したＯ₂を加速照射するアシスト照射を行った。アシスト条件は、Ｏ₂ガス量：８０ｓｃｃｍ、加速電圧：１０００Ｖ、加速電流：１２００ｍＡ、照射時間：１８０ｓｅｃで行った。
そして、アシスト照射前後における分光透過率特性を分光光度計を用いて測定した。

図６は、ＭｇＦ₂膜＋バリヤ層のアシスト照射前後における分光透過率特性を示すグラフである。
グラフは、横軸に波長（ｎｍ）を示し、縦軸に透過率（％）を示す。なお、曲線ｃは、アシスト照射後における分光透過率を示し、曲線ｄは、アシスト照射前における分光透過率を示す。また、各曲線は、波長領域３００ｎｍ〜１１００ｎｍにおける１ｎｍ毎の測定値のプロット点を結んだ線図である。

図６において、曲線ｃで示すアシスト照射後におけるＭｇＦ₂膜＋バリヤ層の分光透過率は、曲線ｄで示すアシスト照射前における分光透過率に対して低下することなく、むしろ高まる方向に変化している、すなわちバリヤ層はＭｇＦ₂膜に対するバリヤ機能を発揮していると言える。また、図６中にα部で示す領域におけるアシスト照射前後の分光透過率の波長シフトの変化量およびピーク光量からランタンチタネートより成るバリヤ層の膜厚の変化量を逆算した。その結果、アシスト照射によりバリヤ層の表面が略３ｎｍ削れている（エッチングされている）との結果を得た。したがってバリヤ層は、蒸着装置の各種バラツキなどを考慮すると、少なくとも５ｎｍの膜厚が成膜されていればバリヤ機能を発揮することができると言える。

こうしたＭｇＦ₂膜を含む多層膜を備えた光学薄膜の膜構成および光学素子の具体例を、以下の実施形態１〜実施形態３に示す。

［実施形態１］
実施形態１は、青色波長領域、例えばブルーレイディスクやＨＤ−ＤＶＤなどの次世代ＤＶＤレコーダーの光ピックアップに使用される青色半導体レーザ（波長４０５ｎｍ）に好適に用いられる偏光ビームスプリッタ（以後、ＰＢＳと表すことがある）に適用した例であり、実施例１と比較のための比較例１とで示す。

なお、ＰＢＳは、平板またはプリズムなどの透光性を有する光学基材上に、多層膜よりなる光学薄膜が形成されて用いられる。したがって、光学基材（ＰＢＳ基材）上に形成される多層膜は、入射光（レーザ光）を、偏光成分毎の透過・反射の切り分けが可能な偏光分離膜として機能する。すなわち、偏光ビームスプリッタは、入射光を偏光成分毎の透過・反射の切り分けが可能な光学素子である。

（実施例１）
「表２」は、本適用例に係るＰＢＳにおける波長４０５ｎｍに対応した偏光成分毎の透過・反射の切り分けが可能な光学薄膜の構成を示す。なお、この膜構成は、バリヤ層を形成する酸化物質としてＡｌ₂Ｏ₃を用い、設計波長３９０ｎｍ、入射角度４５°における設計値である。
「表２」には、多層膜を構成する層Ｎｏ．に対する蒸着物質、光学膜厚（ｎｄ）、物理膜厚（ｄ（ｎｍ））を示す。また、層Ｎｏ．は成膜されるＰＢＳ基材の表面側から順に１層、２層、３層…と表す。これについては、後述する「表４」〜「表８」についても同様である。

「表２」において、ＰＢＳにおける光学薄膜は、ＰＢＳ基材上にＮｂ₂Ｏ₅を１層目として、２層目にＭｇＦ₂、３層目にＡｌ₂Ｏ₃、以後４層目〜２４層目の間にＮｂ₂Ｏ₅、ＭｇＦ₂、Ａｌ₂Ｏ₃がこの順に繰り返し成膜され、２５層目にＮｂ₂Ｏ₅、そして最上層の２６層目にＭｇＦ₂より成る２６層の誘電体多層膜で構成される。

それぞれの誘電体膜（光学薄膜）は、真空蒸着法およびアシスト法の成膜が可能なイオンアシスト真空蒸着装置を用いて成膜される。ＭｇＦ₂とＡｌ₂Ｏ₃の層は真空蒸着法を用いて成膜し、Ｎｂ₂Ｏ₅の層はアシスト法（ＩＡＤ）を用いて成膜される。すなわち、真空蒸着法を用いて成膜する低屈折率層のＭｇＦ₂層と、アシスト法を用いて成膜する高屈折率層のＮｂ₂Ｏ₅層との間に、酸化物質のＡｌ₂Ｏ₃層が真空蒸着法により成膜される。成膜されたＡｌ₂Ｏ₃層は、アシスト法のプラズマによるＭｇＦ₂層へのエッチングなどを防ぐバリヤ層として機能する。
以後この多層膜構成を、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造と呼称する。

ＰＢＳ基材に成膜した各誘電体膜の成膜条件およびアシスト条件を「表３」に示す。なお、表中に示してないが、それぞれの光学薄膜の成膜における成膜温度は、いずれも３００℃である。

「表３」において、例えば、バリヤ層として機能するＡｌ₂Ｏ₃層は、イオンアシスト真空蒸着装置のチャンバー内に２０ｓｃｃｍの酸素（Ｏ₂）ガスを導入して、成膜速度０．３５ｎｍ／ｓｅｃの成膜条件で、真空蒸着法により成膜した。Ｎｂ₂Ｏ₅層、ＭｇＦ₂層については説明を省略する。

（比較例１）
「表４」は、比較例１における波長４０５ｎｍに対応したＰＢＳの膜構成を示す。このＰＢＳの膜構成は、バリヤ層を形成しない場合のＮｂ₂Ｏ₅層とＭｇＦ₂層より成る多層膜である。多層膜の設計値は、実施例１と同様に、設計波長３９０ｎｍ、入射角度４５°である。

「表４」において、多層膜は、ＰＢＳ基材上にＮｂ₂Ｏ₅を１層目として、２層目にＭｇＦ₂、以後３層目〜１８層目の間にＮｂ₂Ｏ₅とＭｇＦ₂が繰り返し成膜された１８層の誘電体膜で構成される。

ＭｇＦ₂の層は真空蒸着法により成膜し、Ｎｂ₂Ｏ₅の層はアシスト法により成膜される。なお、Ｎｂ₂Ｏ₅層およびＭｇＦ₂層の成膜条件およびアシスト条件は、「表３」に示す実施例１の場合と同じ条件で行った。
以後この多層膜構成を、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂構造と呼称する。

次に、実施例１において成膜されたＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造、および比較例１において成膜されたＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂構造を備えたＰＢＳの分光特性を、分光光度計を用いて測定した。

図７は、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜を備えたＰＢＳの分光特性を示すグラフであり、図８は、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂構造の多層膜を備えたＰＢＳの分光特性を示すグラフである。それぞれのグラフは、横軸に波長（ｎｍ）を示し、縦軸に透過率（％）または反射率（％）を示す。

また、それぞれの図（グラフ）中に示す曲線ＴｐはＰ波（ＴＭ波）の分光透過率、曲線ＲｐはＰ波の分光反射率、曲線ＴｓはＳ波（ＴＥ波）の分光透過率、曲線ＲｓはＳ波の分光反射率を示し、いずれも波長領域３５０ｎｍ〜５００ｎｍにおける５ｎｍ毎の測定値のプロット点を結んだ線図である。
なお、Ｐ波またはＳ波の選択は、光ピックアップ用のＰＢＳにおいて、光ディスクに向かう往光路または光検出器に向かう復光路用の光学設計に従って、適宜参照することができる。

図７において、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜を備えたＰＢＳの分光特性は、波長４０５ｎｍにおけるＰ波の分光透過率（以後、Ｔｐと表す）が９９．２５５％、Ｐ波の分光反射率（以後、Ｒｐと表す）が０．０２１％である。また、略４００ｎｍ〜４２０ｎｍの青色波長域における平均分光透過率は９９．３５４％であり、平均分光反射率は０．０２６％である。

一方、図８に示すＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂構造の多層膜を備えたＰＢＳの分光特性は、波長４０５ｎｍにおけるＴｐが８２．４８３％、Ｒｐが０％である。また、略４００ｎｍ〜４２０ｎｍの青色波長域における平均分光透過率は８３．８４３％であり、平均分光反射率は０％である。

すなわち、実施例１に示したＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜を備えたＰＢＳは、比較例１に示したＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂構造の多層膜に比べて優れた透過特性および反射特性を備えている。

なお、詳細な説明は省略するが、図７および図８に示すように、いずれの構造の多層膜も、Ｓ波の分光透過率（Ｔｓ）および分光反射率（Ｒｓ）は、Ｐ波に対して高波長側に移動した波長域に対応した分光特性を有するが、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜は、Ｐ波の場合と同様に、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂構造の多層膜に比べて優れた透過特性および反射特性を備えている。

以上の実施形態１（実施例１）によれば、光学基材上に形成されたＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜は、ＭｇＦ₂層とＮｂ₂Ｏ₅層との間に、真空蒸着法を用いて形成された酸化物質のＡｌ₂Ｏ₃層を有することにより、イオンアシスト法を用いて成膜される高屈折率層のプラズマによるＭｇＦ₂層へのエッチングを阻止するバリヤ層として機能し、光学特性の劣化を防止した高効率の光学薄膜を形成することができる。

また、Ａｌ₂Ｏ₃層の膜厚が少なくとも５ｎｍ（実施例１における膜厚は１０ｎｍ）であることにより、イオンアシスト法を用いて成膜されるＮｂ₂Ｏ₅層のアシスト照射によるＭｇＦ₂層へのエッチングを阻止するバリヤ層として機能することができる。さらに、Ａｌ₂Ｏ₃層が、真空蒸着法を用いて成膜されることにより、Ａｌ₂Ｏ₃層の成膜によるＭｇＦ₂層の光学特性への影響を与えることはなく、しかもＡｌ₂Ｏ₃層上にアシスト法を用いてＮｂ₂Ｏ₅層が成膜される際のアシスト照射によるＭｇＦ₂層のエッチングを阻止することができる。

さらにまた、こうしたＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜を備えた偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）は、ＭｇＦ₂層とＮｂ₂Ｏ₅層との間に、真空蒸着法を用いて形成された酸化物質のＡｌ₂Ｏ₃層より成るバリヤ層を有することにより、波長４０５ｎｍの青色半導体レーザに対応し、光学特性の劣化を防止した高効率の偏光ビームスプリッタを容易に得ることができる。このＰＢＳは、ブルーレイディスクやＨＤ−ＤＶＤなどの次世代ＤＶＤレコーダーの光ピックアップなどに好適に用いることができる。

図９は、実施例１におけるＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜が形成されたＰＢＳを用いた光学ピックアップの概略光学構造を示す模式図である。なお、図９は、グレーティング（回析格子）、コリメータレンズおよび集光レンズなどのレンズ類、レーザ光源のレーザ出力を制御するためのフロントモニターなどを図示せずに、主要の基本光学素子のみで示す。

図９において、光ピックアップ１００は、レーザ光源１０、偏光分離素子としての偏光ビームスプリッタ（以後、ＰＢＳと表す）２０、１／４波長板３０、反射ミラー４０、信号検出用受光素子５０を備えている。
また、レーザ光源１０、ＰＢＳ２０、１／４波長板３０、反射ミラー４０は、光ディスク２００に対してこの順序に配置されている。

この光ピックアップ１００は、ＤＶＤレコーダーやＤＶＤプレーヤーに組み込まれて、レーザ光源１０より射出されたレーザ光のビームスポットを、光ディスク２００の情報記録面に集光して情報データ（デジタルデータ信号）の読み出し、又は／及び情報記録面に情報データ（デジタルビット情報）の書き込みを行う電子機器装置である。

レーザ光源１０は、中心波長４０５ｎｍの青色レーザを射出するレーザダイオードである。
ＰＢＳ２０は、２つの直角二等辺三角柱プリズムの斜面間に入射光（レーザ光）をＰ偏光（直線偏光）とＳ偏光（直線偏光）とに分離する偏光分離膜２０ａが設けられている。偏光分離膜２０ａは、前記実施例１に示したＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜であり、Ｐ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する機能を有する。このように構成されたＰＢＳ２０は、偏光分離膜２０ａにレーザ光が４５°の角度で入射するように配置されている。

１／４波長板３０は、入射するＰ偏光（直線偏光）を円偏光に変換する機能、および入射する円偏光を直線偏光に変換する機能を有する。
反射ミラー４０は、１／４波長板３０において円偏光に変換されて入射するレーザ光を、光ディスク２００に向かって全反射する機能を有する。

信号検出用受光素子５０は、光ディスク２００の情報記録面において反射されたレーザ光（戻り光）を受光するセンサーであり、受光したレーザ光に対応したデジタルデータ信号（情報データ）を図示しない制御回路に出力する機能を備えている。

なお、レーザ光源１０から光ディスク２００へ向かうレーザ光Ｌ１の光路を、図中に実線で示し、光ディスク２００の情報記録面において反射され、信号検出用受光素子５０に向かうレーザ光（戻り光）Ｌ２の光路を、図中に破線で示す。

このように構成された光ピックアップ１００の動作を簡単に説明する。
レーザ光源１０から射出されたレーザ光Ｌ１は、先ず、ＰＢＳ２０に入射する。ＰＢＳ２０に入射したレーザ光Ｌ１は、偏光分離膜２０ａに４５°の角度で入射して、Ｐ偏光光（直線偏光光）とＳ偏光光（直線偏光光）とに分離され、Ｐ偏光光が透過され、Ｓ偏光光が反射される。そして、偏光分離膜２０ａを透過したＰ偏光光は、１／４波長板３０に入射する。一方、偏光分離膜２０ａにおいて反射されたＳ偏光光は、共に図示しないフロントモニターに入射した後、制御回路においてレーザ光源１０のレーザ出力の制御に利用される。

１／４波長板３０では、ＰＢＳ２０より入射したＰ偏光（直線偏光）のレーザ光Ｌ１が、円偏光に変換される。そして、反射ミラー４０に入射する。
反射ミラー４０では、１／４波長板３０において円偏光に変換されて入射するレーザ光Ｌ１が、光ディスク２００に向かって全反射される。
そして、反射ミラー４０で反射された円偏光のレーザ光Ｌ１は、共に図示しないコリメータレンズで平行化され、さらに集光レンズで集光されて、光ピックアップ１００から光ディスク２００の情報記録面上に到達する。

そして、光ディスク２００の情報記録面上に到達したレーザ光Ｌ１は、情報記録面で反射される。そして、光ディスク２００で反射された円偏光のレーザ光は、戻り光のレーザ光Ｌ２として、再び光ピックアップ１００に入射する。
光ピックアップ１００に入射したレーザ光Ｌ２は、集光レンズ、コリメータレンズを介して、反射ミラー４０に入射する。反射ミラー４０では、入射したレーザ光Ｌ２が１／４波長板３０に向かって全反射され、１／４波長板３０に入射する。

１／４波長板３０では、入射した円偏光のレーザ光Ｌ２が、Ｓ偏光（直線偏光）に変換されて、ＰＢＳ２０に向かって射出される。
そして、１／４波長板３０においてＳ偏光に変換されたレーザ光Ｌ２は、ＰＢＳ２０に入射する。ＰＢＳ２０に入射したレーザ光Ｌ２は、偏光分離膜２０ａに４５°の角度で入射して、信号検出用受光素子５０に向かって反射される。

そして、偏光分離膜２０ａで反射されたＳ偏光のレーザ光Ｌ２は、信号検出用受光素子５０に入射する。
信号検出用受光素子５０では、入射したレーザ光Ｌ２が、各種信号や情報データに変換される。そして、その各種信号および情報データに基づいて、制御回路や各種アクチュエータにより、焦点位置調整やトラッキング調整などの自動制御が行われて、光ディスク２００に記録されているデジタルデータ信号の読み出し（再生）が行われたり、デジタルビット情報の書き込みが行われたりする。

なお、光ピックアップ１００は、レーザ光源１０とＰＢＳ２０との間に、レーザ光を平行化するコリメータレンズや３つのビームに分割するグレーティング（回析格子）を配置することができる。また、レーザ光源１０から射出されるレーザ光をＳ偏光に変換して用いる場合には、１／２波長板を配置することができる。

以上のように、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜より成る偏光分離膜２０ａが設けられたＰＢＳ２０を用いた光ピックアップ１００は、優れた透過特性および反射特性を備えているので、レーザ光源１０から射出されたレーザ光を、光ディスク２００の情報記録面に集光して情報データ（デジタルデータ信号）の読み出し、および情報記録面に情報データ（デジタルビット情報）の書き込みを行う際に、情報の劣化を抑えた光ピックアップ１００が得られる。

［実施形態２］
実施形態２は、青色、赤色および一部の赤外波長領域、例えばＤＶＤ／ＣＤレコーダーの光ピックアップに使用される赤色半導体レーザ（波長６６０ｎｍ）および赤外半導体レーザ（波長７８５ｎｍ）に好適に用いられる偏光ビームスプリッタに適用した例であり、実施例２と比較のための比較例２とで示す。さらにこのレコーダに青色レーザを追加した光学製品の偏光ビームスプリッタに適用しても良い。なお、青色レーザを用いる場合の構成については前述の実施例１で詳述した内容に準ずる。したがって、光学基材（ＰＢＳ基材）上に形成された多層膜は、入射光（レーザ光）毎に、偏光成分毎の透過・反射の切り分けが可能な偏光分離膜として機能する。すなわち、本実施形態の偏光ビームスプリッタは、上記の各波長領域毎に、入射光を偏光成分毎の透過・反射の切り分けが可能な光学素子である。

（実施例２）
「表５」は、本適用例に係るＰＢＳにおける赤色・赤外波長領域に対応した光学薄膜の構成例を示す。なお、この膜構成は、バリヤ層を形成する酸化物質としてＡｌ₂Ｏ₃を用い、設計波長３９５ｎｍ、入射角度４５°における設計値である。

「表５」において、ＰＢＳにおける光学薄膜は、ＰＢＳ基材上にＮｂ₂Ｏ₅を１層目として、２層目にＭｇＦ₂、３層目にＡｌ₂Ｏ₃、以後４層目〜２７層目の間にＮｂ₂Ｏ₅、ＭｇＦ₂、Ａｌ₂Ｏ₃がこの順に繰り返し成膜され、２８層目にＮｂ₂Ｏ₅、そして最上層の２９層目にＭｇＦ₂より成る２９層の誘電体多層膜で構成される。

ＭｇＦ₂層およびＡｌ₂Ｏ₃層は真空蒸着法により成膜し、Ｎｂ₂Ｏ₅層はアシスト法により成膜される。なお、ＭｇＦ₂層およびＡｌ₂Ｏ₃層の成膜条件およびアシスト条件は、「表３」に示す実施例１の場合と同じに行った。すなわち、真空蒸着法を用いて成膜されたＭｇＦ₂層と、アシスト法を用いて成膜されるＮｂ₂Ｏ₅層との間に、酸化物質のＡｌ₂Ｏ₃層が真空蒸着法により成膜される。成膜されたＡｌ₂Ｏ₃層は、アシスト法のアシスト照射によるＭｇＦ₂層へのエッチングなどを防ぐバリヤ層として機能する。
以後この多層膜構成を、上記実施例１と同様にＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造と呼称する。

（比較例２）
「表６」は、比較例２における赤色・赤外波長領域に対応した対応したＰＢＳの膜構成を示す。このＰＢＳの膜構成は、バリヤ層を形成しない場合のＮｂ₂Ｏ₅層とＭｇＦ₂層より成る多層膜である。多層膜の設計値は、設計波長４２５ｎｍ、入射角度４５°である。

「表６」において、多層膜は、ＰＢＳ基材上にＮｂ₂Ｏ₅を１層目として、２層目にＭｇＦ₂、以後３層目〜２０層目の間にＮｂ₂Ｏ₅とＭｇＦ₂とがこの順に繰り返し成膜された２０層の誘電体膜で構成される。
ＭｇＦ₂層は真空蒸着法により成膜し、Ｎｂ₂Ｏ₅の層はアシスト法により成膜される。なお、Ｎｂ₂Ｏ₅層およびＭｇＦ₂層の成膜条件およびアシスト条件は、「表３」に示す実施例１の場合と同じに行った。以後この多層膜構成を、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂構造と呼称する。

次に、実施例２および比較例２において成膜されたＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造およびＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂構造を備えたＰＢＳの分光特性を、分光光度計を用いて測定した。

図１０は、実施例２におけるＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜を備えたＰＢＳの分光特性を示すグラフであり、図１１は、比較例２におけるＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂構造の多層膜を備えたＰＢＳの分光特性を示すグラフである。それぞれのグラフは、横軸に波長（ｎｍ）を示し、縦軸に透過率（％）または反射率（％）を示す。

また、それぞれの図（グラフ）中に示す曲線ＴｐはＰ波（ＴＭ波）の分光透過率、曲線ＲｐはＰ波の分光反射率、曲線ＴｓはＳ波（ＴＥ波）の分光透過率、曲線ＲｓはＳ波の分光反射率を示し、いずれも波長領域３５０ｎｍ〜８５０ｎｍにおける５ｎｍ毎の測定値のプロット点を結んだ線図である。

図１０において、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜を備えたＰＢＳの分光特性は、波長６６０ｎｍにおけるＳ波の分光透過率（Ｔｓ）が９９．４５３％、Ｓ波の分光反射率（Ｒｓ）が０．２０４％である。また、略６４０ｎｍ〜６８０ｎｍ範囲の赤色半導体レーザ波長域における平均分光透過率は９９．４５８％であり、平均分光反射率は０．２００％である。さらに、波長７８５ｎｍにおけるＴｓが９９．６４６％、Ｒｓが０．１３７％であり、略７７０ｎｍ〜８１０ｎｍ範囲の赤外半導体レーザ波長域における平均Ｔｓは９９．６３２％、平均Ｒｓ０．１６６％である。

一方、図１１に示すＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂構造の多層膜を備えたＰＢＳの分光特性は、波長６６０ｎｍにおけるＴｓが９８．１７２％、Ｒｓが０％である。また、略６４０ｎｍ〜６８０ｎｍ範囲の赤色半導体レーザ波長域における平均Ｔｓは９８．１２１％であり、平均Ｒｓは０．１３６％である。さらに、波長７８５ｎｍにおけるＴｓが９８．３６９％、Ｒｓが０．６０２％であり、略７７０ｎｍ〜８１０ｎｍ範囲の赤外半導体レーザ波長域における平均Ｔｓは９８．３４７％、平均Ｒｓ０．６７２％である。

すなわち、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜の赤色および一部の赤外波長領域における反射特性は、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂構造の多層膜に比べて多少劣るものの、透過特性は優れた値を示している。

なお、詳細な説明は省略するが、図１０および図１１に示すように、いずれの構造の多層膜も、Ｐ波の分光透過率（Ｔｐ）および分光反射率（Ｒｐ）は、低波長側に拡大した波長域に対応した分光特性を有するが、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜は、Ｓ波の場合と同様に、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂構造の多層膜に比べて優れた透過特性および反射特性を備えている。

以上の実施形態２（実施例２）によれば、光学基材上に形成されたＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜を備えた偏光ビームスプリッタは、ＭｇＦ₂層とＮｂ₂Ｏ₅層との間に、真空蒸着法を用いて形成されたＡｌ₂Ｏ₃層を有することにより、光ピックアップの中心波長４０５ｎｍの青色半導体レーザ、中心波長６６０ｎｍの赤色半導体レーザおよび中心波長７８５ｎｍの赤外半導体レーザに対応した、光学特性の劣化を防止した高効率の偏光ビームスプリッタを容易に得ることができる。なお、この偏光ビームスプリッタは、ＢＤ機器、ＤＶＤ機器、ＣＤ機器の３つに対応した光ピックアップに好適に利用することができる。

［実施形態３］
実施形態３は、一例として、波長３８０ｎｍ付近以下の紫外光および波長範囲７００ｎｍ〜９００ｎｍ付近の赤外光をカットするＩＲカットフィルタ（以後、ＩＲフィルタと示す）に適用した実施形態であり、実施例３と比較のための比較例３とで示す。したがって、光学基材（フィルタ基材）上に形成された誘電体多層膜は、赤外光をカットするＩＲ膜として機能する。

（実施例３）
「表７」は、本適用例に係るＩＲフィルタの膜構成を示す。なお、この膜構成は、バリヤ層を形成する酸化物質としてＡｌ₂Ｏ₃を用い、設計波長７７０ｎｍ、入射角度０°における設計値である。

「表７」において、光学薄膜は、フィルタ基材上にＳｉＯ₂を１層目として、２層目にＴｉＯ₂、３層目にＭｇＦ₂、４層目にＡｌ₂Ｏ₃、以後５層目〜２８層目の間にＴｉＯ₂、ＭｇＦ₂、Ａｌ₂Ｏ₃がこの順に繰り返し成膜され、２９層目にＴｉＯ₂、そして最上層の３０層目にＳｉＯ₂より成る３０層の誘電体多層膜で構成される。

多層膜の成膜は、ＳｉＯ₂層およびＴｉＯ₂層が共にアシスト法により成膜され、ＭｇＦ₂層およびＡｌ₂Ｏ₃層が真空蒸着法により成膜される。ＳｉＯ₂層およびＴｉＯ₂層の成膜は、チャンバー内に４０ｓｃｃｍの酸素（Ｏ₂）ガスを導入して、成膜速度０．７ｎｍ／ｓｅｃの成膜条件で、Ｏ₂ガス量：４０ｓｃｃｍ、加速電圧：１０００Ｖ、加速電流：１２００ｍＡのアシスト条件で行った。ＭｇＦ₂層およびＡｌ₂Ｏ₃層の成膜は、「表３」に示す実施例１の場合と同じ条件で行った。

すなわち、真空蒸着法を用いて成膜されるＭｇＦ₂層と、アシスト法を用いて成膜されるＴｉＯ₂層との間に、酸化物質のＡｌ₂Ｏ₃層が真空蒸着法により成膜される。成膜されたＡｌ₂Ｏ₃層は、ＴｉＯ₂層を成膜する際に、アシスト法のアシスト照射によるＭｇＦ₂層へのエッチングなどを防ぐバリヤ層として機能する。以後この多層膜構成を、ＴｉＯ₂／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造と呼称する。

（比較例３）
「表８」は、比較例３におけるＩＲフィルタの膜構成を示す。この膜構成は、一般的に用いられているＳｉＯ₂層とＴｉＯ₂層とより成る多層膜である。多層膜の設計値は、実施例３と同様に、設計波長７７０ｎｍ、入射角度０°である。

「表８」において、多層膜はフィルタ基材上にＳｉＯ₂を１層目として、２層目にＴｉＯ₂、以後３層目〜２４層目の間にＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂がこの順に繰り返し成膜され、最上層の２５層目にＳｉＯ₂より成る２５層の誘電体多層膜で構成される。ＳｉＯ₂層およびＴｉＯ₂層はアシスト法により成膜される。なお、ＳｉＯ₂層およびＴｉＯ₂層の成膜条件およびアシスト条件は、実施例３と同じ条件で行った。以後、この多層膜構成をＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂構造と呼称する。

次に、実施例３および比較例３で得られたＴｉＯ₂／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造およびＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂構造を備えたＩＲフィルタの分光特性を分光光度計を用いて測定した。

図１２は、実施例３におけるＴｉＯ₂／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜を備えたＩＲフィルタの分光特性を示すグラフであり、曲線ｅで示す。図１３は、比較例３におけるＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂構造の多層膜を備えたＩＲフィルタの分光特性を示すグラフであり、曲線ｆで示す。それぞれのグラフは、横軸に波長（ｎｍ）を示し、縦軸に透過率（％）を示す。

また、いずれのグラフも波長領域３００ｎｍ〜１２００ｎｍにおける５ｎｍ毎の測定値のプロット点を結んだ線図である。
図１２において、ＴｉＯ₂／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜を備えたＩＲフィルタは、波長７００ｎｍ〜９２０ｎｍの範囲において透過率１％以下の値を示す。一方、図１３に示すＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂構造の多層膜を備えたＩＲフィルタは、波長７００ｎｍ〜８８０ｎｍの範囲において透過率１％以下の値を示す。なお、紫外光カット特性については、共に波長３４０ｎｍ以下の波長領域において略０％の値を示し、同じ程度の性能を有している。

実施形態３（実施例３）によれば、光学基材上に、ＴｉＯ₂／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜を備えたＩＲフィルタは、反射域が広波長、すなわち波長範囲７００ｎｍ〜９００ｎｍ付近の赤外光をカットするＩＲフィルタを容易に得ることができる。

なお、以上に説明した実施形態において、実施形態１に示す実施例１および実施形態２の実施例２におけるＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜、あるいは実施形態３の実施例３におけるＴｉＯ₂／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜は、それぞれ上記したように、光学特性の劣化を防止した多層膜が得られるが、その他に応力レスの多層膜が得られる。すなわち、これらの多層膜を備えたＰＢＳおよびＩＲフィルタは応力レスの光学素子を得ることができる。

それは、オプティカルフラットの円形基板上に、それぞれ、Ｎｂ₂Ｏ₅膜、ＭｇＦ₂膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜、ＴｉＯ₂膜などを成膜した試料を作製し、成膜前後の基板反り量を、触針式測定器を用いて測定した。そして、下記に示すＳｔｏｎｅｙの式に基づく一般式（１）によりそれぞれの膜応力（Ｓ）を計算した。
Ｓ＝（δ×Ｅｓ×ｔ²）／（Ｌ／２）²×３（１−Ｖ）×ｄ …（１）
但し、式中、δは反り量、Ｅｓは基盤のヤング率、ｔは基板厚み、Ｌは基板の直径、Ｖは基板のポアソン比、ｄは膜の物理膜厚を表す。

その結果、アシスト蒸着されたＮｂ₂Ｏ₅膜の応力は＋２．２×１０⁸Ｐａ、真空蒸着されたＭｇＦ₂膜は−３．３×１０⁸Ｐａ、真空蒸着されたＡｌ₂Ｏ₃膜は−１．２×１０⁸Ｐａ、アシスト蒸着されたＴｉＯ₂膜は＋２．３×１０⁸Ｐａであった。なお、−（マイナス）の値は引張応力であることを示し、＋（プラス）の値は圧縮応力であることを示している。
因みに、真空蒸着されたランタンアルミネート膜の応力は、−０．９×１０⁸Ｐａ、真空蒸着されたランタンチタネート膜は−０．４×１０⁸Ｐａである。また、一般的に用いられるアシスト蒸着されたＳｉＯ₂膜の応力は、＋３．３×１０⁸Ｐａであった。

したがって、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜は、Ｎｂ₂Ｏ₅膜の圧縮応力、ＭｇＦ₂膜およびＡｌ₂Ｏ₃膜の引張応力により、応力レスの多層膜が得られる。同様に、ＴｉＯ₂／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜は、ＴｉＯ₂膜の圧縮応力、ＭｇＦ₂膜およびＡｌ₂Ｏ₃膜の引張応力により、応力レスの多層膜が得られる。すなわち、応力レスの多層膜を備えたＰＢＳおよびＩＲフィルタが得られる。
一方、一般的に用いられるＮｂ₂Ｏ₅／ＳｉＯ₂構造の多層膜は、Ｎｂ₂Ｏ₅膜とＳｉＯ₂膜とが、共に圧縮応力であることにより、多層膜が形成された光学素子は、内部応力が内在して、反りを伴った光学素子になり易い。

また、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜を備えた光学素子の入射角依存性の許容範囲は、±７°程度であり、一般的なＮｂ₂Ｏ₅／ＳｉＯ₂構造の多層膜における値は、±４°程度である。すなわち、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜を備えた実施例１および実施例２におけるＰＢＳの入射角依存性の許容範囲は、４５°±７°であり、広角度かつ高効率に対応することができる。

以上の実施形態１〜実施形態３において、ＭｇＦ₂層と高屈折率層との間に成膜される酸化物質より成るバリヤ層として、Ａｌ₂Ｏ₃より成る層を形成した場合で説明したが、Ａｌ₂Ｏ₃に代えてＴａ₂Ｏ₅層またはランタンチタネート層、さらにはランタンアルミネート層で構成される場合であっても同様の効果が得られる。但し、その場合には、層数、膜厚などの膜構成を、その酸化物質に対応した設計を行う必要がある。なお、バリヤ層としてランタンアルミネートを用いた場合の分光透過率特性は、Ａｌ₂Ｏ₃と略同じ特性を示す。

また、実施形態１〜実施形態３において、いずれの実施例の場合も、Ｎｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造およびＴｉＯ₂／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜における酸化物質層（バリヤ層）としてのＡｌ₂Ｏ₃層の設計値に、１０ｎｍの物理膜厚を形成する場合で説明したが、前述したように５ｎｍ〜３０ｎｍ範囲の内の所望の値を用いて、適宜設計することができる。

また、実施形態１〜実施形態３において、光学薄膜として、偏光成分毎の透過・反射の切り分けが可能な偏光分離膜、および赤外光をカットするＩＲカット膜の場合で説明したが、本実施形態における技術思想は、少なくともＭｇＦ₂層を含み構成された低屈折率層と、高屈折率層とを交互に積層した多層膜で構成される光学薄膜で有れば、どのような光学機能膜にも適用することが可能である。
同様に、本実施形態の光学薄膜を、光学素子として、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）およびＩＲカットフィルタに適用した場合で説明したが、各種波長板や各種フィルタなど、どのような光学素子の場合であっても良い。

Ａｌ₂Ｏ₃単層膜のアシスト照射前後における分光透過率特性を示すグラフ。 ランタンチタネート単層膜のアシスト照射前後における分光透過率特性を示すグラフ。 Ｔａ₂Ｏ₅単層膜のアシスト照射前後における分光透過率特性を示すグラフ。 ＳｉＯ₂単層膜のアシスト照射前後における分光透過率特性を示すグラフ。 ＭｇＦ₂単層膜のアシスト照射前後における分光透過率特性を示すグラフ。 ＭｇＦ₂膜＋バリヤ層のアシスト照射前後における分光透過率特性を示すグラフ。 実施例１におけるＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜を備えたＰＢＳの分光特性を示すグラフ。 比較例１におけるＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂構造の多層膜を備えたＰＢＳの分光特性を示すグラフ。 実施例１におけるＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜が形成されたＰＢＳを用いた光学ピックアップの概略光学構造を示す模式図。 実施例２におけるＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜を備えたＰＢＳの分光特性を示すグラフ。 比較例２におけるＮｂ₂Ｏ₅／ＭｇＦ₂構造の多層膜を備えたＰＢＳの分光特性を示すグラフ。 実施例３におけるＴｉＯ₂／ＭｇＦ₂／Ａｌ₂Ｏ₃構造の多層膜を備えたＩＲフィルタの分光特性を示すグラフ。 比較例３におけるＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂構造の多層膜を備えたＩＲフィルタの分光特性を示すグラフ。

符号の説明

Ｔｐ…Ｐ波の分光透過率、Ｒｐ…Ｐ波の分光反射率、Ｔｓ…Ｓ波の分光透過率、Ｒｓ…Ｓ波の分光反射率。

Claims (7)

1. 光学基材上に低屈折率層と前記低屈折率層よりも高い屈折率を有する高屈折率層とを交互に積層した多層膜で構成される光学薄膜の形成方法であって、
   前記多層膜は前記低屈折率層として少なくともＭｇＦ₂層を含み構成され、
   前記ＭｇＦ₂層と前記高屈折率層との間に、前記高屈折率層と異なる酸化物質層が真空蒸着法により成膜されていることを特徴とする光学薄膜の形成方法。
2. 請求項１に記載の光学薄膜の形成方法であって、
   前記酸化物質層がＡｌ₂Ｏ₃、ランタンアルミネート、ランタンチタネートの内の、いずれか一つより成ることを特徴とする光学薄膜の形成方法。
3. 請求項１に記載の光学薄膜の形成方法であって、
   前記酸化物質層がＴａ₂Ｏ₅より成ることを特徴とする光学薄膜の形成方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学薄膜の形成方法であって、
   前記酸化物質層の膜厚が少なくとも５ｎｍであることを特徴とする光学薄膜の形成方法。
5. 光学基材上に低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層した多層膜で構成される光学薄膜を備えた光学素子であって、
   前記多層膜は前記低屈折率層として少なくともＭｇＦ₂層を含み構成され、
   前記ＭｇＦ₂層と前記高屈折率層との間に、真空蒸着法により形成されたＡｌ₂Ｏ₃、ランタンアルミネート、ランタンチタネートの内の、いずれか一つより成る酸化物質層を有することを特徴とする光学素子。
6. 光学基材上に低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層した多層膜で構成される光学薄膜を備えた光学素子であって、
   前記多層膜は前記低屈折率層として少なくともＭｇＦ₂層を含み構成され、
   前記ＭｇＦ₂層と前記高屈折率層との間に、真空蒸着法により形成されたＴａ₂Ｏ₅より成る酸化物質層を有することを特徴とする光学素子。
7. 請求項５または請求項６に記載の光学素子であって、
   前記光学素子が、光ピックアップに組み込まれて、レーザ光源より射出される中心波長が４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍの内の少なくともいずれか一つのレーザ光を、偏光成分毎の透過・反射の切り分けが可能な偏光ビームスプリッタであることを特徴とする光学素子。

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