JP2011257677A - 光学素子とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】膜われ，膜剥がれが無く、波面収差が小さく、しかも環境による特性変化や光損失の小さい多層膜を有する光学素子とその製造方法を提供する。
【解決手段】多層膜ＭＣは、屈折率が１．６以上の材料から成る第１高屈折率層Ｈ１と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、酸化チタンと酸化ランタンとの混合物、酸化チタンと酸化ジルコニウムとの混合物、酸化チタンと酸化ディスプロシウムとの混合物、又は酸化アルミニウムと酸化ランタンとの混合物から成る第２高屈折率層Ｈ２と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストあり）であり、ＳｉＯ2から成る第１低屈折率層Ｌ１と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、ＭｇＦ2から成る第２低屈折率層Ｌ２と、をＬ１とＨ１の積層構造、Ｌ２とＨ２の積層構造としてそれぞれ複数有し、
Ｌ１，Ｌ２の合計膜厚についての特定の条件を満足する。
【選択図】図１
【解決手段】多層膜ＭＣは、屈折率が１．６以上の材料から成る第１高屈折率層Ｈ１と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、酸化チタンと酸化ランタンとの混合物、酸化チタンと酸化ジルコニウムとの混合物、酸化チタンと酸化ディスプロシウムとの混合物、又は酸化アルミニウムと酸化ランタンとの混合物から成る第２高屈折率層Ｈ２と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストあり）であり、ＳｉＯ2から成る第１低屈折率層Ｌ１と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、ＭｇＦ2から成る第２低屈折率層Ｌ２と、をＬ１とＨ１の積層構造、Ｌ２とＨ２の積層構造としてそれぞれ複数有し、
Ｌ１，Ｌ２の合計膜厚についての特定の条件を満足する。
【選択図】図１
Description
本発明は光学素子とその製造方法に関するものである。更に詳しくは、応力緩和特性を有する多層膜（例えば、偏光分離膜や反射膜として用いられる誘電体多層膜）を備えた光学素子（例えば、偏光ビームスプリッタ，反射ミラー）と、その製造方法に関するものである。
例えば、ＣＤ(compact disc)，ＤＶＤ(digital versatile disc)，ＢＤ(Blu-ray Disc等：青色レーザビームを用いる高密度光ディスク)等の光ディスクの記録・再生を行う光ピックアップ装置には、ビームスプリッタやリフレクターが搭載されている。ビームスプリッタは、半導体レーザから出射されて光ディスクへ向かう光と、光ディスクで反射されて受光部に向かう光と、を分離する機能を持っており、リフレクターは、光の向きを変える機能を持っている。これらの光学素子では、数十層に積層された多層膜で反射面を構成することにより、特定の分光特性を達成している。
上記のような多層膜は、環境による特性変化や光損失を極力抑えなければならないため、イオンアシスト成膜，スパッタ成膜等の方法で膜の緻密性を上げている場合が多い。しかし、緻密な膜を数十層重ねると、多層膜は大きな膜応力を持ってしまう。この膜応力を緩和するために、ＳｉＯ2膜とランタンチタネート膜とを交互に積層して成る第１積層群と、ＭｇＦ2膜とランタンチタネート膜とを交互に積層して成る第２積層群と、で構成した偏光分離膜が、特許文献１，２で提案されている。
しかし、特許文献１，２に記載の偏光分離膜では、ＭｇＦ2膜が第２積層群に集中しているため、大きな引張応力を持つ結果、膜われ，剥がれが発生する可能性がある。また、光ピックアップ装置では光ディスクからの情報の読み取り等を適正に行う必要があるため、ビームスプリッタやリフレクターで発生する波面収差を極力小さくしなければならないが、特許文献１，２に記載の偏光分離膜では、第１積層群と第２積層群とで応力が偏ってしまうため、バランスの悪い応力によって収差性能が悪化する可能性がある。光ピックアップ装置に使用されるプリズム，ミラー等では、波面収差が２０ｍλｒｍｓ以下（□２．５ｍｍキューブプリズムの場合の測定径φ２ｍｍ）であることが望ましい。また、環境による性能変化が小さいことが望ましく（特性変化：±２％以下、収差変化：±３ｍλｒｍｓ以下）、光損失量は４００〜８００ｎｍにおいて３％以下であることが望ましい。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、膜われ，膜剥がれが無く、波面収差が小さく、しかも環境による特性変化や光損失の小さい多層膜を有する光学素子とその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、第１の発明の光学素子は、基板上に多層膜を有する光学素子であって、前記多層膜は、屈折率が１．６以上の材料から成る第１高屈折率層と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、酸化チタンと酸化ランタンとの混合物、酸化チタンと酸化ジルコニウムとの混合物、酸化チタンと酸化ディスプロシウムとの混合物、又は酸化アルミニウムと酸化ランタンとの混合物から成る第２高屈折率層と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストあり）であり、ＳｉＯ2から成る第１低屈折率層と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、ＭｇＦ2から成る第２低屈折率層とを、前記第１低屈折率層及び前記第１高屈折率層の積層構造、並びに前記第２低屈折率層及び前記第２高屈折率層の積層構造としてそれぞれ複数有し、以下の条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とする。
０．２≦ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）≦２．０ …（１）
ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）≦２．０ …（２）
ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）≦２．０ …（３）
ただし、
ｄ（Ｌ１）：多層膜全体における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄ（Ｌ２）：多層膜全体における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ１）：多層膜の積層前半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ２）：多層膜の積層前半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ１）：多層膜の積層後半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ２）：多層膜の積層後半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
であり、多層膜全体の層数が偶数である場合、積層前半部分と積層後半部分とは同一層数に設定され、多層膜全体の層数が奇数である場合、積層前半部分は積層後半部分よりも１層多い層数に設定される。
０．２≦ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）≦２．０ …（１）
ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）≦２．０ …（２）
ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）≦２．０ …（３）
ただし、
ｄ（Ｌ１）：多層膜全体における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄ（Ｌ２）：多層膜全体における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ１）：多層膜の積層前半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ２）：多層膜の積層前半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ１）：多層膜の積層後半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ２）：多層膜の積層後半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
であり、多層膜全体の層数が偶数である場合、積層前半部分と積層後半部分とは同一層数に設定され、多層膜全体の層数が奇数である場合、積層前半部分は積層後半部分よりも１層多い層数に設定される。
第２の発明の光学素子の製造方法は、基板上に多層膜を有する光学素子の製造方法であって、前記多層膜の形成において、屈折率が１．６以上の材料から成る第１高屈折率層と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、酸化チタンと酸化ランタンとの混合物、酸化チタンと酸化ジルコニウムとの混合物、酸化チタンと酸化ディスプロシウムとの混合物、又は酸化アルミニウムと酸化ランタンとの混合物から成る第２高屈折率層と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストあり）であり、ＳｉＯ2から成る第１低屈折率層と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、ＭｇＦ2から成る第２低屈折率層とを、以下の条件式（１）〜（３）を満足するように、前記第１低屈折率層及び前記第１高屈折率層の組み合わせで複数積層し、かつ、前記第２低屈折率層及び前記第２高屈折率層の組み合わせで複数積層することを特徴とする。
０．２≦ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）≦２．０ …（１）
ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）≦２．０ …（２）
ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）≦２．０ …（３）
ただし、
ｄ（Ｌ１）：多層膜全体における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄ（Ｌ２）：多層膜全体における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ１）：多層膜の積層前半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ２）：多層膜の積層前半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ１）：多層膜の積層後半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ２）：多層膜の積層後半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
であり、多層膜全体の層数が偶数である場合、積層前半部分と積層後半部分とは同一層数に設定され、多層膜全体の層数が奇数である場合、積層前半部分は積層後半部分よりも１層多い層数に設定される。
０．２≦ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）≦２．０ …（１）
ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）≦２．０ …（２）
ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）≦２．０ …（３）
ただし、
ｄ（Ｌ１）：多層膜全体における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄ（Ｌ２）：多層膜全体における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ１）：多層膜の積層前半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ２）：多層膜の積層前半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ１）：多層膜の積層後半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ２）：多層膜の積層後半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
であり、多層膜全体の層数が偶数である場合、積層前半部分と積層後半部分とは同一層数に設定され、多層膜全体の層数が奇数である場合、積層前半部分は積層後半部分よりも１層多い層数に設定される。
本発明によれば、特定の条件を満たした構成になっているため、圧縮応力と引張応力とが相殺されて、総合的に応力の小さい多層膜となり、しかも、積層前半部分と積層後半部分のそれぞれで部分的に大きな引張応力を持つことがないため、膜われや剥がれの発生が防止される。したがって、膜われ，膜剥がれが無く、波面収差が小さく、しかも環境による特性変化や光損失の小さい多層膜を有する光学素子を実現することができる。
以下、本発明に係る光学素子とその製造方法等を説明する。本発明に係る光学素子は、例えば図１に示すように、基板ＳＵ上に多層膜ＭＣを有する光学素子ＤＳであって、光ピックアップ装置等の光学製品に使用されるビームスプリッタやリフレクターに相当するものである。多層膜ＭＣは、例えば、光学部品のコーティングに用いられる偏光分離膜や反射膜であって、第１高屈折率層Ｈ１，第２高屈折率層Ｈ２，第１低屈折率層Ｌ１，及び第２低屈折率層Ｌ２を、第１低屈折率層Ｌ１及び第１高屈折率層Ｈ１の積層構造、並びに第２低屈折率層Ｌ２及び第２高屈折率層Ｈ２の積層構造としてそれぞれ複数有する構成になっている。したがって、第１高屈折率層Ｈ１は第１低屈折率層Ｌ１よりも屈折率が大きくなっており、第２高屈折率層Ｈ２は第２低屈折率層Ｌ２よりも屈折率が大きくなっている。なお、図１に示す多層膜ＭＣは、本発明に係る光学素子に用いられる多層膜の一例を模式的に示しているにすぎず、積層構造の配列，層数等はこれに限らない。
第１高屈折率層Ｈ１は、屈折率が１．６以上の材料から成っている。第２高屈折率層Ｈ２は、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、酸化チタンと酸化ランタンとの混合物：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、酸化チタンと酸化ジルコニウムとの混合物：（Ｔｉ＋Ｚｒ）Ｏｘ、酸化チタンと酸化ディスプロシウムとの混合物：（Ｔｉ＋Ｄｙ）Ｏｘ、又は酸化アルミニウムと酸化ランタンとの混合物：（Ａｌ＋Ｌａ）Ｏｘから成っている。第１低屈折率層Ｌ１は、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストあり）であり、ＳｉＯ2から成っている。第２低屈折率層Ｌ２は、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、ＭｇＦ2から成っている。
さらに、第１低屈折率層Ｌ１と第２低屈折率層Ｌ２との膜厚比率に関して、以下の条件式（１）〜（３）を満足する構成になっている。
０．２≦ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）≦２．０ …（１）
ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）≦２．０ …（２）
ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）≦２．０ …（３）
ただし、
ｄ（Ｌ１）：多層膜ＭＣ全体における第１低屈折率層Ｌ１の合計膜厚、
ｄ（Ｌ２）：多層膜ＭＣ全体における第２低屈折率層Ｌ２の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ１）：多層膜ＭＣの積層前半部分ＭＡにおける第１低屈折率層Ｌ１の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ２）：多層膜ＭＣの積層前半部分ＭＡにおける第２低屈折率層Ｌ２の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ１）：多層膜ＭＣの積層後半部分ＭＢにおける第１低屈折率層Ｌ１の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ２）：多層膜ＭＣの積層後半部分ＭＢにおける第２低屈折率層Ｌ２の合計膜厚、
であり、多層膜ＭＣ全体の層数が偶数である場合、積層前半部分ＭＡと積層後半部分ＭＢとは同一層数に設定され、多層膜ＭＣ全体の層数が奇数である場合、積層前半部分ＭＡは積層後半部分ＭＢよりも１層多い層数に設定される。
０．２≦ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）≦２．０ …（１）
ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）≦２．０ …（２）
ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）≦２．０ …（３）
ただし、
ｄ（Ｌ１）：多層膜ＭＣ全体における第１低屈折率層Ｌ１の合計膜厚、
ｄ（Ｌ２）：多層膜ＭＣ全体における第２低屈折率層Ｌ２の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ１）：多層膜ＭＣの積層前半部分ＭＡにおける第１低屈折率層Ｌ１の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ２）：多層膜ＭＣの積層前半部分ＭＡにおける第２低屈折率層Ｌ２の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ１）：多層膜ＭＣの積層後半部分ＭＢにおける第１低屈折率層Ｌ１の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ２）：多層膜ＭＣの積層後半部分ＭＢにおける第２低屈折率層Ｌ２の合計膜厚、
であり、多層膜ＭＣ全体の層数が偶数である場合、積層前半部分ＭＡと積層後半部分ＭＢとは同一層数に設定され、多層膜ＭＣ全体の層数が奇数である場合、積層前半部分ＭＡは積層後半部分ＭＢよりも１層多い層数に設定される。
条件式（１）の条件範囲を外れると、多層膜ＭＣは総合的に大きな引張応力又は圧縮応力を持つことになり、２０ｍλｒｍｓを満たすことができなくなる。条件式（２）又は条件式（３）の条件範囲を外れると、多層膜ＭＣは部分的に大きな引張応力を持つことになり、その引張応力が膜われや剥がれを引き起こしてしまう。
それに対し、条件式（１）を満足する構成では、第１低屈折率層Ｌ１の圧縮応力と第２低屈折率層Ｌ２の引張応力とで応力相殺することができるため、多層膜ＭＣは総合的に応力の小さい積層膜となる。さらに、条件式（２）及び（３）を満足する構成では、積層前半部分ＭＡと積層後半部分ＭＢのそれぞれで部分的に大きな引張応力を持つことがないため、膜われや剥がれの発生を防止することができる。したがって、膜われ，膜間での剥がれ等が無く、波面収差を極力小さくした多層膜ＭＣを達成することができる。
第２高屈折率層Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ，（Ｔｉ＋Ｚｒ）Ｏｘ，（Ｔｉ＋Ｄｙ）Ｏｘ，（Ａｌ＋Ｌａ）Ｏｘ，及び第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2は、真空蒸着（アシストをしない）で成膜したものでも、光損失，環境による特性変化が小さい材料である。また、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2は、イオンアシストすると劣化して、光損失が発生する材料であり、真空蒸着（アシストをしない）で成膜しても、その次に積層する材料をイオンアシストするとその影響を受けて光損失が発生してしまう。第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の場合、真空蒸着（アシストをしない）で成膜すると環境による特性変化（例えば、水分による屈折率変化）が大きくなってしまうが、イオンアシストをすると特性変化を抑えることができる。
光ピックアップ装置等の光学製品に使用されるビームスプリッタやリフレクターでは、光損失や環境による特性変化を極力小さくする必要がある。本発明に係る光学素子ＤＳは、前述したように、第１低屈折率層Ｌ１及び第１高屈折率層Ｈ１の積層構造、並びに第２低屈折率層Ｌ２及び第２高屈折率層Ｈ２の積層構造をそれぞれ複数有する構成になっており、第１低屈折率層Ｌ１にＳｉＯ2（イオンアシスト成膜）を用い、第２低屈折率層Ｌ２にＭｇＦ2（真空蒸着）を用い、第２低屈折率層Ｌ２の次に成膜する第２高屈折率層Ｈ２を特定の混合酸化物：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ，（Ｔｉ＋Ｚｒ）Ｏｘ，（Ｔｉ＋Ｄｙ）Ｏｘ，又は（Ａｌ＋Ｌａ）Ｏｘで真空蒸着（イオンアシストなし）により成膜する構成とすることによって、光損失や環境による特性変化を抑えるようにしている。
つまり、この構成によると、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2を採用することにより、イオンアシスト効果を得ることができ、第２高屈折率層Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ，（Ｔｉ＋Ｚｒ）Ｏｘ，（Ｔｉ＋Ｄｙ）Ｏｘ又は（Ａｌ＋Ｌａ）Ｏｘを採用することにより、環境による特性変化を抑えることができる。また、ＭｇＦ2から成る第２低屈折率層Ｌ２と特定の混合酸化物から成る第２高屈折率層Ｈ２の成膜を、イオンアシストしない真空蒸着で行うことにより、光損失を抑えることができる。したがって、全体として環境による特性変化や光損失を抑えた多層膜ＭＣを達成することができる。
以下、本発明を実施した光学素子等を更に具体的に説明する。図２（平面図）と図３（正面図）に光ピックアップ装置ＯＰの光学構成を示し、図４に光ピックアップ装置ＯＰに搭載されるビームスプリッタＢＳの一例を示し、図５に光ピックアップ装置ＯＰに搭載されるリフレクターＲＦの一例を示す。光ピックアップ装置ＯＰは、半導体レーザ（レーザーダイオード）ＬＤ，回折格子ＧＴ，ビームスプリッタＢＳ，コリメートレンズＣＬ，リフレクターＲＦ，対物レンズＯＬ，フォトディテクターＰＤ等から成っている（ＡＸ：光軸）。
半導体レーザＬＤから射出したレーザー光は、トラッキングのためのビーム分割を行う回折格子ＧＴを通過した後、その一部がビームスプリッタＢＳで反射される。ビームスプリッタＢＳで反射したレーザー光は、コリメートレンズＣＬで平行光となり、リフレクターＲＦで反射した後、対物レンズＯＬにより光ディスク（不図示）上で結像する。光ディスクで反射した戻り光は、対物レンズＯＬ、リフレクターＲＦ、コリメートレンズＣＬを順に戻って、その一部がビームスプリッタＢＳを透過する。ビームスプリッタＢＳを透過したレーザー光は、フォトディテクターＰＤで受光されて、光情報が電気信号に変換される。
ビームスプリッタＢＳは、図４に示すように、２つの三角プリズムＰ１，Ｐ２を接着して成るものであり、その接着面にはビームスプリッタコートＢＳＣが成膜されている。またリフレクターＲＦは、図５に示すように、平行平板上のガラスの表面にリフレクトコートＲＦＣが成膜されたものである。ビームスプリッタＢＳやリフレクターＲＦは、前述した光学素子ＤＳに相当するものであり、ビームスプリッタコートＢＳＣやリフレクトコートＲＦＣは、前述した多層膜ＭＣに相当するものである。したがって、用いる多層膜により、ビームスプリッタプリズム，リフレクトプリズム，ビームスプリッタミラー，リフレクトミラー等の光学素子を構成することができる。
次に、多層膜ＭＣに相当する偏光分離膜、及び光学素子ＤＳに相当する偏光ビームスプリッタプリズムを例に挙げて、その実施例及び比較例を更に具体的に説明する。表１〜表９に比較例１〜９の偏光ビームスプリッタの膜構成をそれぞれ示し、表１０〜表１４に実施例１〜５の偏光ビームスプリッタの膜構成をそれぞれ示す。表１〜表１４中の屈折率は波長４０５ｎｍに対するものであり、基板（ＢＫ７）と接着剤の屈折率は１．５２（波長４０５ｎｍ）である。また、偏光分離膜の成膜方法に関しては、ＶＤが真空蒸着（イオンアシストなし）を示しており、ＩＡＤがイオンアシスト成膜：真空蒸着（イオンアシストあり）を示している。
表１は、比較例１の膜構成を示している。比較例１はＴｉＯ2、ＳｉＯ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第１高屈折率層Ｈ１の材料：ＴｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜である。これによれば、特性変化，光損失を抑えることができるが、全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が０（≦０．２）となるため、大きな圧縮応力で波面収差が大きくなってしまう。
表２は、比較例２の膜構成を示している。比較例２はＴａ2Ｏ5、ＭｇＦ2から構成されており、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第２高屈折率層Ｈ２の材料：Ｔａ2Ｏ5の成膜方法はイオンアシスト成膜である。これによれば、特性変化を抑えることができるが、ＭｇＦ2が光損失を起こす上に、全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がともに∞となり、大きな引張応力を持つため、波面収差が大きくなる上に膜われや剥離を引き起こしてしまう。
表３は、比較例３の膜構成を示している。比較例３は（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＭｇＦ2から構成されており、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第２高屈折率層Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。これによれば、特性変化，光損失を抑えることはできるが、全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がともに∞となり、大きな引張応力を持つため、波面収差が大きくなる上に膜われや剥離を引き起こしてしまう。
表４は、比較例４の膜構成を示している。比較例４は（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、積層前半部分ＭＡではＳｉＯ2を第１低屈折率層Ｌ１とし、積層後半部分ＭＢではＭｇＦ2を第２低屈折率層Ｌ２とする構成になっている。第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。これによれば、特性変化，光損失を抑えることはできるが、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）が∞となり、大きな引張応力を持つため、膜われや剥離を引き起こしてしまう。
表５は、比較例５の膜構成を示している。比較例５は（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、積層前半部分ＭＡではＭｇＦ2を第２低屈折率層Ｌ２とし、積層後半部分ＭＢではＳｉＯ2を第１低屈折率層Ｌ１とする構成になっている。第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。これによれば、特性変化，光損失を抑えることはできるが、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）が∞となり、大きな引張応力を持つため、膜われや剥離を引き起こしてしまう。
表６は、比較例６の膜構成を示している。比較例６はＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：ＴｉＯ2の成膜方法は真空蒸着である。これによれば、光損失を抑えることができ、全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が０．９６で条件式（１）の範囲内となり、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がそれぞれ０．８５、１．０５で条件式（２），（３）の範囲内となる。したがって、波面収差を小さくできる上に膜われや剥離を回避できるが、ＴｉＯ2膜を緻密にすることができず、環境による性能変化が起こってしまう（特性≧２％、収差≧３％）。
表７は、比較例７の膜構成を示している。ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：ＴｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜である。これによれば、特性変化を小さくすることができ、全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が１．１６で条件式（１）の範囲内となり、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がそれぞれ１．２２、１．１３で条件式（２），（３）の範囲内となる。したがって、波面収差を小さくできる上に膜われや剥離を回避できるが、ＭｇＦ2の後にイオンアシスト成膜をすることになるため、ＭｇＦ2にダメージを与えて光損失を起こしてしまう（≧３％）。
表８は、比較例８の膜構成を示している。（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。これによれば、特性変化，光損失を抑えることができるが、全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が０．１９で条件式（１）の範囲外となる。したがって、大きな圧縮応力を持ち、波面収差が大きくなってしまう（≧２０ｍλｒｍｓ）。
表９は、比較例９の膜構成を示している。（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。これによれば、特性変化，光損失を抑えることができるが、全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がそれぞれ２．１５、２．１５、２．１５で、条件式（１）〜（３）の範囲外となる。したがって、大きな引張応力を持つため、膜われや剥離を引き起こしてしまう。
表１０は、実施例１の膜構成を示している。（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が１．００で条件式（１）の範囲内となり、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がそれぞれ０．７５、１．２６で条件式（２），（３）の範囲内となる。これによれば、特性変化，光損失を抑えた上に応力も小さくすることができるので、波面収差を小さくできる上に膜われや剥離も回避できる。
表１１は、実施例２の膜構成を示している。（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が０．４７で条件式（１）の範囲内となり、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がそれぞれ０．４８、０．４６で条件式（２），（３）の範囲内となる。これによれば、特性変化，光損失を抑えた上に応力も小さくすることができるので、波面収差を小さくできる上に膜われや剥離も回避できる。
表１２は、実施例３の膜構成を示している。（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が１．８８で条件式（１）の範囲内となり、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がそれぞれ１．９２、１．８５で条件式（２），（３）の範囲内となる。これによれば、特性変化，光損失を抑えた上に応力も小さくすることができるので、波面収差を小さくできる上に膜われや剥離も回避できる。
表１３は、実施例４の膜構成を示している。（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が０．２５で条件式（１）の範囲内となり、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がそれぞれ０．２３、０．２７で条件式（２），（３）の範囲内となる。これによれば、特性変化，光損失を抑えた上に応力も小さくすることができるので、波面収差を小さくできる上に膜われや剥離も回避できる。
表１４は、実施例５の膜構成を示している。（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が０．２４で条件式（１）の範囲内となり、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がそれぞれ０．７９、０で条件式（２），（３）の範囲内となる。これによれば、特性変化，光損失を抑えた上に応力も小さくすることができるので、波面収差を小さくできる上に膜われや剥離も回避できる。
表１５に比較例１〜９と実施例１〜５の膜構成を示し、表１６に比較例１〜９と実施例１〜５の性能評価結果を示す。評価サンプルは□２．５ｍｍキューブプリズム（３９５〜４２０ｎｍ偏光ビームスプリッタ）であり、評価方法及び判断基準はそれぞれ以下のとおりである。また、図６及び図７に実施例１のＳ偏光反射分光特性及びＰ偏光透過分光特性をそれぞれ示し、図８及び図９に、実施例２のＳ偏光反射分光特性及びＰ偏光透過分光特性をそれぞれ示す。Ｓ偏光の反射率Ｒｓ（図６，図８）とＰ偏光の透過率Ｔｐ（図７，図９）は、ビームスプリッタＢＳの入射平面に対する入射角度０°，±６°での値で示している。
《波面収差》
［評価方法］
干渉計による反射波面測定（０°入射、４０５ｎｍ、φ２．０ｍｍ平行光束）を行った。
［判断基準］
２０ｍλｒｍｓ以上ならば×とし、それ以外を○とした。
［評価方法］
干渉計による反射波面測定（０°入射、４０５ｎｍ、φ２．０ｍｍ平行光束）を行った。
［判断基準］
２０ｍλｒｍｓ以上ならば×とし、それ以外を○とした。
《環境による特性変化》
［評価方法］
６０℃，９０％の環境に５００時間投入し、事前事後の外観，波面収差，分光特性を測定し、変化量で評価した。
外観：目視
分光特性：分光光度計による反射率・透過率を測定した（０°入射、３９５〜４２０ｎｍ）。
波面収差：干渉計による反射波面測定した（０°入射、４０５ｎｍ、φ２．０ｍｍ平行光束）。
［判断基準］
以下３項目のうち１項目でも該当すれば×とし、それ以外を○とした。
外観：色ムラが少しでも出ている。
分光特性：事前事後の変化量が２％以上である。
波面収差：事前事後の変化量が３ｍλｒｍｓ以上である。
［評価方法］
６０℃，９０％の環境に５００時間投入し、事前事後の外観，波面収差，分光特性を測定し、変化量で評価した。
外観：目視
分光特性：分光光度計による反射率・透過率を測定した（０°入射、３９５〜４２０ｎｍ）。
波面収差：干渉計による反射波面測定した（０°入射、４０５ｎｍ、φ２．０ｍｍ平行光束）。
［判断基準］
以下３項目のうち１項目でも該当すれば×とし、それ以外を○とした。
外観：色ムラが少しでも出ている。
分光特性：事前事後の変化量が２％以上である。
波面収差：事前事後の変化量が３ｍλｒｍｓ以上である。
《光損失》
［評価方法］
分光光度計による反射率・透過率を測定した（０°入射、３９５〜４２０ｎｍ）。
［判断基準］
（１００％−（反射率＋透過率））が３％以上ならば×とし、それ以外を○とした。
［評価方法］
分光光度計による反射率・透過率を測定した（０°入射、３９５〜４２０ｎｍ）。
［判断基準］
（１００％−（反射率＋透過率））が３％以上ならば×とし、それ以外を○とした。
《膜われ，剥離》
［評価方法］
目視
［判断基準］
われや剥がれが少しでも出ていれば×とし、それ以外を○とした。
［評価方法］
目視
［判断基準］
われや剥がれが少しでも出ていれば×とし、それ以外を○とした。
ＭＣ 多層膜
ＭＡ 積層前半部分
ＭＢ 積層後半部分
Ｈ１ 第１高屈折率層
Ｈ２ 第２高屈折率層
Ｌ１ 第１低屈折率層
Ｌ２ 第２低屈折率層
ＤＳ 光学素子
ＳＵ 基板
ＯＰ 光ピックアップ装置
ＢＳ ビームスプリッタ（光学素子）
ＢＳＣ ビームスプリッタコート（多層膜）
ＲＦ リフレクター（光学素子）
ＲＦＣ リフレクトコート（多層膜）
ＡＸ 光軸
ＭＡ 積層前半部分
ＭＢ 積層後半部分
Ｈ１ 第１高屈折率層
Ｈ２ 第２高屈折率層
Ｌ１ 第１低屈折率層
Ｌ２ 第２低屈折率層
ＤＳ 光学素子
ＳＵ 基板
ＯＰ 光ピックアップ装置
ＢＳ ビームスプリッタ（光学素子）
ＢＳＣ ビームスプリッタコート（多層膜）
ＲＦ リフレクター（光学素子）
ＲＦＣ リフレクトコート（多層膜）
ＡＸ 光軸
Claims (2)
- 基板上に多層膜を有する光学素子であって、前記多層膜は、
屈折率が１．６以上の材料から成る第１高屈折率層と、
成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、酸化チタンと酸化ランタンとの混合物、酸化チタンと酸化ジルコニウムとの混合物、酸化チタンと酸化ディスプロシウムとの混合物、又は酸化アルミニウムと酸化ランタンとの混合物から成る第２高屈折率層と、
成膜方法が真空蒸着（イオンアシストあり）であり、ＳｉＯ2から成る第１低屈折率層と、
成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、ＭｇＦ2から成る第２低屈折率層とを、
前記第１低屈折率層及び前記第１高屈折率層の積層構造、並びに前記第２低屈折率層及び前記第２高屈折率層の積層構造としてそれぞれ複数有し、以下の条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とする光学素子；
０．２≦ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）≦２．０ …（１）
ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）≦２．０ …（２）
ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）≦２．０ …（３）
ただし、
ｄ（Ｌ１）：多層膜全体における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄ（Ｌ２）：多層膜全体における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ１）：多層膜の積層前半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ２）：多層膜の積層前半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ１）：多層膜の積層後半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ２）：多層膜の積層後半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
であり、多層膜全体の層数が偶数である場合、積層前半部分と積層後半部分とは同一層数に設定され、多層膜全体の層数が奇数である場合、積層前半部分は積層後半部分よりも１層多い層数に設定される。 - 基板上に多層膜を有する光学素子の製造方法であって、前記多層膜の形成において、
屈折率が１．６以上の材料から成る第１高屈折率層と、
成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、酸化チタンと酸化ランタンとの混合物、酸化チタンと酸化ジルコニウムとの混合物、酸化チタンと酸化ディスプロシウムとの混合物、又は酸化アルミニウムと酸化ランタンとの混合物から成る第２高屈折率層と、
成膜方法が真空蒸着（イオンアシストあり）であり、ＳｉＯ2から成る第１低屈折率層と、
成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、ＭｇＦ2から成る第２低屈折率層とを、
以下の条件式（１）〜（３）を満足するように、前記第１低屈折率層及び前記第１高屈折率層の組み合わせで複数積層し、かつ、前記第２低屈折率層及び前記第２高屈折率層の組み合わせで複数積層することを特徴とする光学素子の製造方法；
０．２≦ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）≦２．０ …（１）
ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）≦２．０ …（２）
ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）≦２．０ …（３）
ただし、
ｄ（Ｌ１）：多層膜全体における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄ（Ｌ２）：多層膜全体における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ１）：多層膜の積層前半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ２）：多層膜の積層前半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ１）：多層膜の積層後半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ２）：多層膜の積層後半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
であり、多層膜全体の層数が偶数である場合、積層前半部分と積層後半部分とは同一層数に設定され、多層膜全体の層数が奇数である場合、積層前半部分は積層後半部分よりも１層多い層数に設定される。
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