JP4760011B2

JP4760011B2 - 光学部材

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Publication number: JP4760011B2
Application number: JP2004372750A
Authority: JP
Inventors: 邦彦矢野; 稔風間; 恵子北村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2024-12-24
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Description

本発明は、赤外線等の特定の波長の光を反射してカットする誘電体多層膜フィルタ及びこれを用いた光学部材に関する。

近年、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像素子として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device、電荷結合素子）が多く用いられている。ＣＣＤは比較的広い波長の光に感度があり、可視光領域のみならず近赤外領域（７５０〜２５００ｎｍ）の光にも感度が良好である。しかし、通常のカメラの用途では、人間の眼に見えない赤外領域は不要であり、近赤外線が撮像素子に入射すると解像度の低下や画像のムラなどの不都合を引き起こす。そのため、ビデオカメラ等の光学系には色ガラスなどの赤外カットフィルタが挿入され、入射する光の中の近赤外線をカットするようになっている。

こうしたカメラにおいて、小型化の要請から、光学系を小型化することが求められているが、色ガラスの赤外カットフィルタは独立した部品であり、それだけ光学系の小型化の妨げになっている。そのため、特許文献１に示すように、誘電体多層膜で構成される赤外カットフィルタをレンズやローパスフィルタと一体化し、部品としての赤外線カットフィルタを廃止して光学系の小型化を図ることが提案されている。

このような赤外線をカット（反射）する誘電体多層膜は、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたもので、一般的に４０層以上もの多層膜で構成される。また、紫外線と赤外線の両方をカットする誘電体多層膜では６０層以上もの多層膜で構成される。誘電体多層膜を構成する高屈折率層と低屈折率層は内部応力を有する。内部応力の傾向として、膜面を基準として、基板を凸に変形させるような圧縮応力又は基板を凹に変形させるような引張応力の２種類がある。代表的な低屈折率材料のＳｉＯ_２は強い圧縮応力を示し、代表的な高屈折率材料のＴｉＯ_２は弱い引張応力を示す。そのため、誘電体多層膜の層数が大きくなると、誘電体多層膜が設けられた薄い基板には、ＳｉＯ_２の強い圧縮応力のために誘電体多層膜が湾曲して膜面が凸になるような反りが生じてしまう。

基板にこのような反りが生じると、光学性能に影響がある他、誘電体多層膜が基板から剥離したり亀裂が生じるおそれがある。また、他の光学素子と貼り合わせることが困難になり、貼り合わせたとしても、貼り合わせるための粘着剤や接着剤の厚みにムラが生じ、光学的歪みが生じてしまう。

そのため、特許文献２では、誘電体多層膜を設けた後に、ガラス基板の誘電体多層膜を設けた面と反対側の面に低屈折率のＳｉＯ_２層を反り戻し膜として設け、誘電体多層膜による基板の反りを減少させることが示されている。
特開平５−２０７３５０号公報特開２００２−２７９６８５号

しかしながら、本発明者が検討したところ、特許文献２で示された反り戻し膜は、反射防止膜を兼ねており、反り戻し効果に乏しく、基板の反りの修正は不十分である。そのため、光学素子に貼り合わせたときに、光学性能に悪影響が表れてしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、誘電体多層膜によって生じる反りを光学的に影響がないように可及的に低減できる誘電体多層膜フィルタを提供することを目的とする。

また、本発明は、反りが可及的に低減された誘電体多層膜フィルタが貼り合わされた光学部材を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、第１に、誘電体多層膜フィルタが誘電体単層膜を介して光学素子の平面に貼り合わされた光学部材であって、前記誘電体多層膜フィルタは誘電体多層膜が光透過性基板の一方側の面に設けられ、前記誘電体多層膜フィルタは前記誘電体単層膜が前記光透過性基板の他方側の面に設けられ、前記光透過性基板がガラス基板または水晶基板であり、前記光透過性基板の屈折率が１．５２であり、
前記誘電体多層膜は高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層され、前記誘電体単層膜が前記誘電体多層膜の前記低屈折率層の合計の物理膜厚の０．９〜１．５倍の物理膜厚を有し、前記低屈折率層及び前記誘電体単層膜が、互いに同じ傾向の内部応力を示す酸化珪素系化合物で構成され、前記酸化珪素系化合物の屈折率が１．４６であることを特徴とする光学部材を提供する。

低屈折率層のＳｉＯ_２の強い圧縮応力は高屈折率層のＴｉＯ_２の弱い引張応力の約２倍であり、高屈折率層の内部応力によって低屈折率層の内部応力が緩和されるため、これまでは反り戻し膜の厚みはそれほど必要が無いと思われてきた。しかしながら、本発明者が反り戻し膜の厚さについて詳細に検討したところ、意外にも、反り戻し膜の厚みは、誘電体多層膜の中の低屈折率層の合計の物理膜厚程度、即ち、０．９〜１．５倍の物理膜厚としないと、反り戻し効果が不十分であることが判明した。このように厚い低屈折率層を基板に設けても、基板との屈折率差が少なければ光学的な影響はほとんど無い。
本発明の誘電体多層膜フィルタは、誘電体単層膜の外面を貼り合わせ面として他の光学素子と貼り合わせ、光学部材の一部として用いる。本発明の誘電体多層膜フィルタは、誘電体多層膜に起因する反りが誘電体単層膜によって打ち消され、誘電体単層膜の外面はほぼ平坦になっている。そのため、誘電体単層膜の外面を貼り合わせ面とすることにより、貼り合わせに用いる粘着剤や接着剤が、誘電体単層膜と光学素子の貼り合わされる平面との間に均一な厚さで介在するため、これらの粘着剤や接着剤により光学的歪みが生じることがなく、光学的に優れた特定の波長の光を反射する光学部材を構成することができる。
酸化珪素系化合物は、誘電体多層膜の低屈折率層を構成する代表的な素材であり、しかも強い圧縮応力を示すため、反りが生じやすい。この反りを打ち消すための反り戻し膜としても、圧縮応力が大きく、光学的に影響が無く、化学的にも安定である上、酸素の割合で屈折率を調整することができる酸化珪素系化合物を用いることが好ましい。

本発明は、第２に、上記第１の光学部材において、前記誘電体多層膜が４０層以上の層構成を有することを特徴とする光学部材を提供する。
本発明の誘電体多層膜フィルタに用いられる反り戻し膜は、誘電体多層膜の層数が多く、４０層以上であれば誘電体多層膜による反りが大きくなり、反り戻し膜を設ける効果が大きくなる。

本発明は、第３に、上記第１又は２の光学部材において、前記反り戻し膜の物理膜厚が、２．３μｍ以上であることを特徴とする光学部材を提供する。
赤外線を反射する４０層の誘電体多層膜を構成する低屈折率層の合計の物理膜厚は、概ね２．５μｍ程度であるため、反り戻し膜の物理膜厚は２．３μｍ以上必要となる。

本発明は、誘電体多層膜フィルタにおいて、前記低屈折率層及び反り戻し膜が、酸化珪素系化合物で構成されていることを特徴とする誘電体多層膜フィルタを提供する。

酸化珪素系化合物は、誘電体多層膜の低屈折率層を構成する代表的な素材であり、しかも強い圧縮応力を示すため、反りが生じやすい。この反りを打ち消すための反り戻しの為の誘電体単層膜としても、圧縮応力が大きく、光学的に影響が無く、化学的にも安定である上、酸素の割合で屈折率を調整することができる酸化珪素系化合物を用いることが好ましい。

本発明は、第４に、上記第１〜３いずれかの光学部材において、前記誘電体多層膜が、赤外線を反射する又は赤外線と紫外線の両方を反射することを特徴とする光学部材を提供する。

赤外線を反射するフィルタ又は赤外線と紫外線の両方を反射するフィルタに用いられる誘電体多層膜は、少なくとも４０層の層数が必要であり、誘電体多層膜に起因する基板の反りが多くなり、反り戻し膜を設ける必要性が生じる。

本発明は、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層され、特定の波長の光を反射する誘電体多層膜が光透過性基板の一方側の面に設けられ、前記低屈折率層の内部応力と同じ傾向の内部応力を示す素材で構成され、前記誘電体多層膜の前記低屈折率層の合計の物理膜厚の０．９〜１．５倍の物理膜厚を有する光透過性の反り戻し膜が前記光透過性基板の他方側の面に設けられている誘電体多層膜フィルタが前記反り戻し膜を介して光学素子の平面に貼り合わされていることを特徴とする光学部材を提供する。

誘電体単層膜を設けて誘電体多層膜に起因する基板の反りを減少させた誘電体多層膜フィルタは、光学素子と貼り合わせても光学的な悪影響がなく、特定の波長の光を反射できる光学部材を構成することができる。

本発明は、第５に、上記第１の光学部材において、複屈折板として機能する前記光透過性基板が前記反り戻し膜を介して複屈折板又は四分の一波長板と貼り合わされて光学ローパスフィルタが構成されていることを特徴とする光学部材を提供する。

誘電体単層膜を設けて誘電体多層膜に起因する基板の反りを減少させた誘電体多層膜フィルタの光透過性基板を、光学ローパスフィルタを構成する複屈折板とすることにより、光学的に影響が無く特定の波長の光を反射できる光学ローパスフィルタを構成することが可能となる。

以下、本発明の誘電体多層膜フィルタ及び光学部材の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

図１の模式的断面図に示すように、本発明の誘電体多層膜フィルタ１は、光透過性基板２の一方側の面に特定の波長の光を反射する誘電体多層膜３が設けられ、光透過性基板２の他面側の面に誘電体多層膜３に起因する光透過性基板２の反りを打ち消す反り戻し膜４を設けた構造となっている。

光透過性基板２としては、白板ガラス、ＢＫ７、サファイアガラス、ホウケイ酸ガラス、青板ガラス、ＳＦ３、及びＳＦ７等の一般に市販されている光学ガラス、さらに、水晶を用いることができる。その厚さは用途により異なる。例えばプロジェクターの液晶パネルなどの映像素子の入射面に貼り合せて一体的に構成する防塵ガラスとして用いる場合は、アウトフォーカスとするために１ｍｍ以上の厚さが必要である。複屈折板として水晶板を用いる場合は、常光線と異常光線の必要な分離幅が得られる厚みとする。一般的に、光透過性基板２の厚みが０．１〜３ｍｍ程度であれば、誘電体多層膜３に起因する反りが生じる。

誘電体多層膜３は、基板側から例えば第１層の高屈折率層Ｈ１、第２層の低屈折率層Ｌ２、第３層の高屈折率層Ｈ３と高屈折率層Ｌと低屈折率層Ｈとが交互に積層され、第ｎ−２層の低屈折率層Ｌｎ−２、第ｎ−１層の高屈折率層Ｈｎ−１、最表面の第ｎ層の低屈折率層Ｌｎと積層されている。図１の誘電体多層膜３では、基板側の第１層が高屈折率層であるが、基板側の第１層が低屈折率層でもよい。誘電体多層膜３は、これらの層の干渉作用により特定の光を反射してカットするフィルタとして機能する。近赤外領域（７５０〜１２００ｎｍ）を反射してカットする赤外線反射膜として構成するためには層数ｎが通常４０層以上、紫外線と赤外線の両方を反射してカットするＵＶ−ＩＲカットフィルタ（Ultraviolet-Infrared cut filter）として構成するためには層数ｎが通常６０層以上必要となる。本発明の誘電体多層膜フィルタ１では、このような赤外線と紫外線を反射するカットフィルタに限らず、エッジフィルタ、ダイクロイックフィルタ、バンドパスフィルタ、誘電体高反射ミラー、ビームスピリッター等として構成することができる。

高屈折率層の材料として、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５等を用いることができる。内部応力として、代表的な高屈折率層のＴｉＯ_２は弱い引張応力の傾向を示す。また、低屈折率層の材料として、ＳｉＯ_２等の酸化珪素系化合物、ＭｇＦ_２等を用いることができる。代表的な低屈折率層のＳｉＯ_２は、ＴｉＯ_２の弱い引張応力の約２倍の強い圧縮応力の傾向を示す。
ＳｉＯ_２の強い圧縮応力により、低屈折率層としてＳｉＯ_２を用いた誘電体多層膜３を設けた光透過性基板２には、膜面が凸になる大きな反りが発生する。

本発明の誘電体多層膜フィルタ１では、誘電体多層膜２に起因する光透過性基板２の反りを減少させるため、光透過性基板２の誘電体多層膜３を設けた面と反対側の面に誘電体単層膜で構成される反り戻し膜４が設けられている。

反り戻し膜４は、誘電体多層膜３を設けたことによる膜面が凸になる大きな反りを打ち消すことができる強い圧縮応力を示すと共に、光透過性基板と屈折率が近似し、光透過性基板２と屈折率差が±７％以内、できれば±５％以内であり、できる限り光学的に影響がないようにする必要がある。そのため、反り戻し膜４の素材としては、ＳｉＯ_２等の酸化珪素系化合物を好適に用いることができ、その他にＡｌ_２Ｏ_３を用いることができる。

反り戻し膜４の厚さは、誘電体多層膜３の低屈折率層の合計の物理膜厚程度が必要であり、誘電体多層膜３中の低屈折率層の合計の物理膜厚の０．９〜１．５倍、好ましくは１．０〜１．３倍の厚さとする。誘電体多層膜３を構成する高屈折率層の引張応力により低屈折率層の圧縮応力がある程度打ち消されるように考えられるが、実際には反り戻し膜４の厚さとして、誘電体多層膜３の低屈折率層の合計の物理膜厚程度としなければ十分に反りを打ち消すことはできない。この理由は明瞭ではない。

４０層の赤外線を反射する誘電体多層膜における低屈折率層は概ね半分の２０層を占め、例えば設計波長λを７５５ｎｍとすると、λ／４＝１Ｌの厚さを基準として、低屈折率層の合計の光学的厚さは概ね合計２０Ｌとなる。光学膜厚ｎｄ＝λ／４（ｎ：屈折率、ｄ：物理膜厚）であるから、ｄ＝１２９ｎｍとなり、２０Ｌの物理膜厚ｄの合計は２．５９μｍとなる。誘電体多層膜の低屈折率層の物理膜厚の０．９倍の物理膜厚で反り戻し膜４を構成するとすれば、反り戻し膜４の厚さは、単層で２．３μｍ以上必要となる。

同様に、６０層の誘電体多層膜における低屈折率層の合計の厚さを３０Ｌ．設計波長λを５５０ｎｍとすると、物理膜厚ｄの合計は２．８３μｍとなる。誘電体多層膜の低屈折率層の物理膜厚の０．９倍の物理膜厚で反り戻し膜４を構成するとすれば、反り戻し膜４の厚さは、単層で２．５μｍ以上必要となる。

このように、本発明の誘電体多層膜フィルタ１における反り戻し膜４の厚さは、２．３μｍ以上、好ましくは２．５μｍ以上、最も好ましくは３．０μｍ以上とすることが望ましい。このような厚さの低屈折率層は、光透過性基板２との屈折率差から大気との界面において若干の反射防止効果が認められるが、光学的に殆ど影響がない膜である。かかる光学的に意味の無い厚膜をわざわざ設けることは通常行われることではない。

誘電体多層膜３の高屈折率層と低屈折率層とを交互に光透過性基板上に成膜する成膜方法としては、物理的成膜法が一般的であり、通常の真空蒸着法の他に、膜の屈折率の安定した制御が可能で、保管・仕様環境変化による分光特性の経時変化が少ない膜を作成できるイオンアシスト蒸着やイオンプレーティング法、スパッタ法が望ましい。真空蒸着法は、高真空中で薄膜材料を加熱蒸発させ、この蒸発粒子を基板上に堆積させて薄膜を形成する方法である。イオンプレーティング法は、蒸着粒子をイオン化し、電界により加速して基板に付着させる方法であり、ＡＰＳ（Advanced Plasma Source）、ＥＢＥＰ（Electron Beam Excited Plasma）法、ＲＦ（Radio Frequency）直接基板印加法（成膜室内に高周波ガスプラズマを発生させた状態で反応性の真空蒸着を行う方法）などの方式がある。スパッタ法は、電界により加速したイオンを薄膜材料に衝突させて薄膜材料を叩き出すスパッタリングにより薄膜材料を蒸発させ、蒸発粒子を基板上に堆積させる薄膜形成方法である。

一方、反り戻し膜の成膜方法としては、成膜される膜の圧縮応力が強く、緻密な誘電体単層膜を形成することができるイオンアシスト蒸着、イオンプレーティング法、スパッタ法が望ましい。

また、反り戻し膜の成膜方法として、反り戻し膜の屈折率を光透過性基板の屈折率に近づける成膜方法とすることが好ましい。このような成膜方法としては、例えば、低屈折率素材であるＳｉＯ_２に高屈折率素材であるＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５等を所定の混合比で混合して屈折率を調整した混合物を蒸着又はスパッタリングする成膜方法がある。また、ＳｉＯ_２を成膜する際に、高屈折率素材であるＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５等を別の蒸発源から同時に成膜速度を制御して蒸発させたり、スパッタターゲットとして同時に成膜速度を制御してスパッタリングする成膜方法がある。更に、蒸発又はスパッタリングの原料としてＳｉ又はＳｉＯ（屈折率ｎ＝１．９）を用い、成膜中に酸化させる反応蒸着方法又は反応性スパッタにより、屈折率を基板の屈折率に調整したＳｉＯ_１．ｘ（ｘ＝５〜９の範囲で十分透明）の組成の酸化珪素系化合物を形成するようにしてもよい。このように、誘電体多層膜を構成する低屈折率層及び反り戻し膜の素材として、酸素の比率を変えることにより屈折率を調整できる酸化珪素系化合物が好ましい。

本発明の誘電体多層膜フィルタ１は、単独のフィルタとして光学系に用いられるよりも、反り戻し膜４の外面を貼り合わせ面として他の光学素子と貼り合わせ、光学部材の一部として用いることができる。本発明の誘電体多層膜フィルタ１は、誘電体多層膜３に起因する反りが反り戻し膜４によって打ち消され、反り戻し膜４の外面はほぼ平坦になっている。そのため、反り戻し膜４の外面を貼り合わせ面とすることにより、貼り合わせに用いる粘着剤や接着剤が、反り戻し膜４と光学素子の貼り合わされる平面との間に均一な厚さで介在するため、これらの粘着剤や接着剤により光学的歪みが生じることがなく、光学的に優れた特定の波長の光を反射する光学部材を構成することができる。

図２の模式的断面図に示すように、光学部材の一例として、本発明の誘電体多層膜フィルタ１を光学ローパスフィルタ１００の一部として構成することができる。この光学ローパスフィルタ１００に用いられる誘電体多層膜フィルタ１は、光透過性基板２を例えば水晶板等の複屈折板で構成したものである。光透過性基板２に成膜された反り戻し膜４を四分の一波長板１１０に貼り合わせ、更に四分の一波長板１１０が他の複屈折板１２０と貼り合わされて光学ローパスフィルタ１００が構成されている。四分の一波長板１１０として、通常の水晶板以外に薄い高分子フィルムを用いることができる。

この光学ローパスフィルタ１００は、２枚の複屈折板の間に四分の一波長板を挟んだ構造の４点分離の高性能な光学ローパスフィルタであると共に、誘電体多層膜３によって特定の波長の光を反射してカットするフィルタの機能を兼備し、部品としてのフィルタを組み込んだ構造となっている。誘電体多層膜フィルタ１の反りが少ないため、粘着剤又は接着剤を介して反り戻し膜４を四分の一波長板１１０と貼り合わせた部分の粘着剤又は接着剤が均一な厚さとなり、貼り合わせによる光学的な劣化がない。

この光学ローパスフィルタ１００は、複屈折板２の複屈折性により入射した光線をそれぞれ直線偏光の常光線と異常光線に所定の分離幅で分離し、四分の一波長板１１０でこれらの常光線と異常光線の直線偏光を円偏光に変換し、更に複屈折板１２０でこれらの常光線と異常光線をそれぞれ直線偏光の異常光線に所定の分離幅で分離して４点分離の光学ローパスフィルタとして機能する。これによって、空間周波数の高域成分を抑制することができる。

なお、光透過性基板２を複屈折板とすることにより、本発明の誘電体多層膜フィルタ１を単独の光学ローパスフィルタとすることができる。２点分離で光学ローパスフィルタとしての性能は４点分離のものに劣るが、他の光学素子と貼り合わせることにより、フィルタ機能を有する光学ローパスフィルタとして用いることができる。

更に、光透過性基板２の複屈折板と光学軸が４５度ずれるように複屈折板を貼り合わせ、２枚の複屈折板で構成される光学ローパスフィルタとしてもよい。更に、この２枚構成の光学ローパスフィルタに更に光学軸が４５度ずれるように複屈折板を貼り合わせ、３枚の複屈折板で構成される光学ローパスフィルタとしてもよい。

本発明の誘電体多層膜フィルタ１は、例えば、本発明の誘電体多層膜フィルタの光透過性基板を防塵ガラスとして構成し、液晶プロジェクタの画像表示として用いられる液晶パネルの液晶表示部の外面に貼り合わせ、液晶パネルの一部として構成することができる。防塵ガラスは、ゴミが液晶表示面に付着すると付着したゴミが拡大投影表示されてしまうことを防止するため、ゴミを液晶表示面から離間させてアウトフォーカスとすることによって、ゴミの付着を目立たなくする機能を有する。防塵ガラスは厚いガラスであるが、４０層以上の誘電体多層膜を形成すると、規格以上の反りが生じる場合がある。

その他、例えば、固体撮像素子を密封するパッケージに用いられるカバーガラスや固体撮像素子に貼り合わせることができる。更に、これらに限らず、本発明の誘電体多層膜フィルタは、特定の波長の光を反射してカットするフィルタを必要とする光学素子に貼り合わせる用途に広く用いることができる。

（実施例１）
本実施例は、可視波長域（約４００ｎｍ〜７５０ｎｍ）の光を透過し、所定波長以上の赤外波長域での光の吸収が少ない良好な反射特性を有する誘電体多層膜フィルタ（ＩＲカットフィルタ）に適用した例である。
光透過性基板は、白板ガラス（屈折率ｎ＝１．５２）で、直径３０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍと０．５ｍｍの２種類を用いた。誘電体多層膜を形成する前のガラス基板の反りを表１に示す。なお、反り幅の測定は、高精度フラットネステスタＦＴ−９００（（株）ニデック製）を使用した。
誘電体多層膜の材料は、高屈折率層（Ｈ）としてＴｉＯ_２（ｎ＝２．４０）、低屈折率層（Ｌ）としてＳｉＯ_２（ｎ＝１．４６）を用いた。
以下に説明する膜厚構成の表記は、高屈折率層（Ｈ）の膜厚を光学膜厚ｎｄ＝λ／４の値を１Ｈとして表記し、低屈折率層（Ｌ）を同様に１Ｌと表記する。また、（ｘＨ、ｙＬ）^ＳのＳの表記は、スタック数と呼ばれる繰り返しの回数で、括弧内の構成を周期的に繰り返すことを表している。

誘電体多層膜の膜厚構成は、設計波長λは７５５ｎｍ、ガラス基板側から１．１４Ｈ、１．０９Ｌ、１．０３Ｈ、１．０１Ｌ、（０．９９Ｈ、０．９９Ｌ）⁶、１．０２Ｈ、１．０８Ｌ、１．３１Ｈ、０．１８Ｌ、１．３７Ｈ、１．２４Ｌ、１．２７Ｈ、１．２８Ｌ、（１．２８Ｈ、１．２８Ｌ）⁶、１．２６Ｈ、１．２８Ｌ、１．２５Ｈ、０．６３Ｌの４０層である。

この誘電体多層膜における低屈折率層は合計２０層で、その合計の光学厚さは２１．４１Ｌ、合計の物理膜厚は２．７６８μｍである。
４０層の誘電体多層膜を形成したガラス基板には、表１に示すように、低屈折率層のＳｉＯ_２の強い圧縮応力と高屈折率層のＴｉＯ_２の弱い引張応力により、誘電体多層膜の成膜された膜面が凸になるように反りが生じた。

次に、ガラス基板の一方の面（上面）に形成された誘電体多層膜の他方の面（下面）に、酸化珪素系化合物のＳｉＯ_２（ｎ＝１．４６）からなる反り戻し膜を形成した。成膜方法は、ガラス基板表面にＳｉＯ_２を蒸着する際に、蒸着するＳｉＯ_２にイオン照射しながら蒸着を行うイオンアシスト法を用いて、成膜される膜の圧縮応力が強く、緻密な誘電体単層膜を形成した。

成膜装置は、図示しないが、公知の成膜装置のイオンアシスト装置を用いて、ガラス基板を真空蒸着チャンバ内の成膜用サセプタに取り付け、真空蒸着チャンバ内の下部に低屈折率材料のＳｉＯ_２を充填したるつぼを配置し、ＳｉＯ_２を蒸着すると同時に、電界で加速されたイオンビームをガラス基板へ照射して、活性な状態を維持したまま、ガラス基板２に成膜した。
反り戻し膜の厚さは、３．０８９μｍである。反り戻し膜の厚さは、誘電体多層膜における低屈折率層の合計の物理膜厚２．７６８μｍの１．１２倍である。
以上の実施例１におけるガラス基板の反り幅の測定結果を表１に示す。

図３に、実施例１で作製した誘電体多層膜フィルタの反り戻し膜表面と大気の界面における反射率の分光特性を示す。ガラス基板の屈折率１．５２と反り戻し膜の屈折率１．４６との屈折率差（４．１％）から、反射率を示す線４Ｒは波長によって周期的に変動する。反り戻し膜がない場合のガラス基板表面と大気の界面における反射率を示す線２Ｒの４．３％から周期的に変動して最大限２．８％まで低下する。しかし、反射防止膜を設けた場合の反射率は１％以下になるのが通常であり、反り戻し膜には反射防止機能はほとんど無く、透過させたい光の波長範囲（可視光内の４２０〜６３０ｎｍ程度）で光学的影響がほとんど無い膜であるといえる。

図４に、反り戻し膜と大気の界面における分光透過率特性を示す。反り戻し膜がない場合のガラス基板表面と大気の界面における透過率を示す直線状の線２Ｔに対して、反り戻し膜を設けたことによる若干の反射率低下に伴って透過率を示す線４Ｔは若干周期的に上昇しているが、微小な範囲に収まり、光学的影響はほとんど無いといえる。
（実施例２）

実施例１のガラス基板の代わりに水晶板を用いた以外は、全て実施例１と同様に誘電体多層膜を成膜し、反り戻し膜を形成し、反り幅を測定した。水晶板は、４８ｍｍ×４３ｍｍの水晶（屈折率ｎ＝１．５２）、厚さは０．４３ｍｍである。
誘電体多層膜が形成された水晶基板は、低屈折率層のＳｉＯ_２の強い圧縮応力と高屈折率層のＴｉＯ_２の弱い引張応力により、誘電体多層膜の膜面が凸になるように反りが生じた。誘電体多層膜における低屈折率層は実施例１と同様に合計２０層で、その合計の光学厚さは２１．４１Ｌ、合計の物理膜厚は２．７６８μｍである。次に、水晶基板の一方の面に形成された誘電体多層膜の他方の面に、酸化珪素系化合物のＳｉＯ_２（ｎ＝１．４６）からなる反り戻し膜を厚さ３．０８９μｍで形成した。
その結果、誘電体多層膜の反りと打ち消しあうように反り戻し膜の反りが発生するため、反り戻し膜形成後に反り幅が減少した。この実施例２における水晶基板の反り幅の測定結果を表２に示す。

（実施例３）

本実施例は、可視波長域の光を透過し、所定波長以下の紫外波長域と所定波長以上の赤外波長域での光の吸収が少ない良好な反射特性を有する誘電体多層膜フィルタ（ＵＶ−ＩＲカットフィルタ）に反り戻し膜を形成した例である。
光透過性基板は、白板ガラス（屈折率、ｎ＝１．５２）で、直径３０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍと０．５ｍｍの２種類を用いた。誘電体多層膜を形成する前のガラス基板の反りを表３に示す。
誘電体多層膜の材料は、高屈折率層（Ｈ）としてＴｉＯ_２、低屈折率層（Ｌ）としてＳｉＯ_２を用いた。
以下に説明する膜厚構成の表記は、実施例１と同様に、高屈折率層（Ｈ）の膜厚を光学膜厚ｎｄ＝１／４λの値を１Ｈとして表記し、低屈折率層（Ｌ）を同様に１Ｌと表記する。また、（ｘＨ、ｙＬ）^ＳのＳの表記は、スタック数と呼ばれる繰り返しの回数で、括弧内の構成を周期的に繰り返すことを表している。

成膜方法として通常の真空蒸着法を用いて誘電体多層膜を成膜した。誘電体多層膜の膜厚構成は、設計波長λは５５０ｎｍ、ガラス基板の一方の面に、第１層の高屈折率材料のＴｉＯ_２膜が０．６０Ｈ、第２層の低屈折率材料のＳｉＯ_２膜が０．２０Ｌ、以下、順次１．０５Ｈ、０．３７Ｌ、（０．６８Ｈ、０．５３Ｌ）^４、０．６９Ｈ、０．４２Ｌ、０．５９Ｈ、１．９２Ｌ、（１．３８Ｈ、１．３８Ｌ）^６、１．４８Ｈ、１．５２Ｌ、１．６５Ｈ、１．７１Ｌ、１．５４Ｈ、１．５９Ｌ、１．４２Ｈ、１．５８Ｌ、１．５１Ｈ、１．７２Ｌ、１．８４Ｈ、１．８０Ｌ、１．６７Ｈ、１．７７Ｌ、（１．８７Ｈ、１．８７Ｌ）^７、１．８９Ｈ、１．９０Ｌ、１．９０Ｈ、最上層の低屈折率材料のＳｉＯ_２膜が０．９６Ｌの、計６０層が形成されている。

この誘電体多層膜における低屈折率層は合計３０層で、その合計の光学厚さは４０．８９Ｌ、合計の物理膜厚は３．８５μｍである。
６０層の誘電体多層膜を形成したガラス基板には、表３に示すように、低屈折率層のＳｉＯ_２の強い圧縮応力と高屈折率層のＴｉＯ_２の弱い引張応力により、誘電体多層膜の成膜された膜面が凸になるような実施例１よりも大きな反り幅の反りが生じた。
次に、ガラス基板の一方の面（上面）に形成された誘電体多層膜の他方の面（下面）に、酸化珪素系化合物のＳｉＯ_２（ｎ＝１．４６）からなる反り戻し膜を形成した。成膜方法は、ガラス基板表面にＳｉＯ_２を蒸着する際に、蒸着するＳｉＯ_２にイオン照射しながら蒸着を行うイオンアシスト法を用いて、成膜される膜の圧縮応力が強く、緻密な誘電体単層膜を形成した。反り戻し膜の物理膜厚は、４．６３４μｍである。反り戻し膜の厚さは、誘電体多層膜における低屈折率層の合計の物理膜厚３．８５μｍの１．２０倍である。

その結果、表３に示すように、誘電体多層膜の低屈折率層の強い圧縮応力、及び高屈折率層の弱い引張応力と、反り戻し膜の強い圧縮応力とが打ち消し合って、ガラス基板に形成された薄膜全体としては応力が非常に小さくなり、誘電体多層膜フィルタは成膜前同様の平坦度が得られ、反りはほぼ無くなった。

また、反り戻し膜は、ＳｉＯ_２の屈折率１．４６とガラス基板の屈折率１．５０とが近似しているため、誘電体多層膜フィルタの透過率には細かなリップルが見られるようになる。このリップルが大きくなると良好な光学特性を得ることができなくなるが、本実施例に於いて、誘電体多層膜フィルタ１の透過率のリップルは微少な範囲に収まり、光学的に影響がほとんど無い反り戻し膜を形成することができた。
（実施例４）

実施例３のガラス基板の代わりに水晶板を用いた以外は、全て実施例３と同様に誘電体多層膜を成膜し、反り戻し膜を形成し、反り幅を測定した。水晶板は、４８ｍｍ×４３ｍｍの水晶（屈折率ｎ＝１．５２）、厚さは０．４３ｍｍである。
誘電体多層膜が形成された水晶基板は、低屈折率層のＳｉＯ_２の強い圧縮応力と高屈折率層のＴｉＯ_２の弱い引張応力により、誘電体多層膜の膜面が凸になるように反りが生じた。次に、水晶基板の一方の面に形成された誘電体多層膜３の他方の面に、酸化珪素系化合物のＳｉＯ_２（ｎ＝１．４６）からなる反り戻し膜を厚さ４．６３４μｍで形成した。
その結果、誘電体多層膜の反りと打ち消しあうように反り戻し膜の反りが発生するため、反り戻し膜形成後に反り幅が減少した。この実施例４における水晶基板の反り幅の測定結果を表４に示す。

本発明の誘電体多層膜フィルタは、例えばデジタルスチルカメラの固体撮像素子の前に配置されて固体撮像素子に赤外線が入射することを防止する用途に用いることができる。
また、本発明の光学部材は、例えばデジタルスチルカメラの固体撮像素子の前に配置される空間周波数の高域成分を抑制する光学ローパスフィルタとして利用することができる。

本発明の誘電体多層膜フィルタの模式的構造を示す断面図である。本発明の光学部材の一例の光学ローパスフィルタの模式的構造を示す断面図である。実施例１で作製した誘電体多層膜フィルタの反り戻し膜表面と大気の界面における反射率の分光特性を示すグラフである。実施例１で作製した誘電体多層膜フィルタの反り戻し膜と大気の界面における分光透過率特性を示すグラフである。

符号の説明

１：誘電体多層膜フィルタ、２：光透過性基板、３：誘電体多層膜、４：反り戻し膜、１００：光学ローパスフィルタ、１１０：四分の一波長板、１２０：複屈折板

Claims

誘電体多層膜フィルタが誘電体単層膜を介して光学素子の平面に貼り合わされた光学部材であって、
前記誘電体多層膜フィルタは誘電体多層膜が光透過性基板の一方側の面に設けられ、
前記光透過性基板がガラス基板または水晶基板であり、
前記光透過性基板の屈折率が１．５２であり、
前記誘電体多層膜フィルタは前記誘電体単層膜が前記光透過性基板の他方側の面に設けられ、
前記誘電体多層膜は高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層され、前記誘電体単層膜が前記誘電体多層膜の前記低屈折率層の合計の物理膜厚の０．９〜１．５倍の物理膜厚を有し、
前記低屈折率層及び前記誘電体単層膜が、互いに同じ傾向の内部応力を示す酸化珪素系化合物で構成され、
前記酸化珪素系化合物の屈折率が１．４６であることを特徴とする光学部材。
請求項１記載の光学部材において、
前記誘電体多層膜が４０層以上の層構成を有することを特徴とする光学部材
請求項１又は２記載の光学部材において、
前記誘電体単層膜の物理膜厚が、２．３μｍ以上であることを特徴とする光学部材
請求項１〜３いずれかに記載の光学部材において、
前記誘電体多層膜が、赤外線を反射する又は赤外線と紫外線の両方を反射することを特徴とする光学部材。
請求項１記載の光学部材において、
複屈折板として機能する前記光透過性基板が前記誘電体単層膜を介して複屈折板又は四分の一波長板と貼り合わされて光学ローパスフィルタが構成されていることを特徴とする光学部材。