JPH0915407A

JPH0915407A - 反射光学素子

Info

Publication number: JPH0915407A
Application number: JP7164200A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Tsuda; 剛志津田; Noriaki Okada; 憲明岡田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 1997-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】耐環境性が考慮され、しかも、広帯域で使用
でき、かつ、収差補正を行うことが可能である反射光学
素子を提供する。【構成】光学基板１１と、表面鏡として機能する第１
薄膜群１２と、裏面鏡として機能する第２薄膜群１３と
で構成される。すなわち、光学基板１１の一方の面に、
高反射率誘電体多層膜２５からなる第１薄膜群１２を順
次形成し、光学基板１１の他方の面に、第２薄膜群１３
を順次形成し、全体として全反射鏡を構成する。光学基
板１１の表面側の第１薄膜群１２で紫外（ＵＶ）光を反
射し、裏面側の第２薄膜群１３で可視（ＶＩＳ）光を反
射する。第２薄膜群１３は、高反射率金属膜２２および
誘電体保護膜２３で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、広帯域な波長で連続発
光する光源、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ
等を用いる光学系に使用される反射光学素子に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来の反射光学素子としては、２種類の
構造のものが知られている。第一のものは、図３に示す
ような構造で、平面光学基板である光学基板１１の上に
高反射率金属膜２２を蒸着し、さらに、その上に、金属
膜の表面劣化を保護する目的で誘電体保護膜２４をオー
バーコートした構造となっている。すなわち、この反射
光学素子は、基板１１上に高反射率金属膜２２として、
Ａｌ膜を膜厚約1000〜1500オングストローム、誘電体保
護膜２４として、ＭｇＦ₂膜を波長２５０ｎｍの時に光
学的膜厚（ｎｄ）λ／4で構成している。この反射素子
は、反射率の波長依存性が少なく全波長域で使用できる
という利点を持つ。この反射鏡の分光特性図を図５の曲
線３３で示す。

【０００３】第二のものは、図４に示すような構造で、
光学基板１１の上に誘電体多層膜２５を形成した構造と
なっている。誘電体多層膜２５は、数種類の屈折率物質
の複数対から成っている。すなわち、高屈折率物質とし
てＺｒＯ₂、低屈折率物質としてＳｉＯ₂を用いて構成さ
れる。この反射鏡は、耐環境性に強く、ある波長域で反
射率を高くすることができるという利点を持つ。この反
射鏡の分光特性図を図５の曲線３２で示す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べた従来の二
種類の構造の反射光学素子には、それぞれ一長一短があ
り、使用環境に応じて、使いわけることが必要になると
いう問題がある。

【０００５】すなわち、第一の反射光学素子は、高反射
率金属膜を用いているので、反射帯域が広帯域であると
いう利点の反面、反射率が９０％前後と低く、また、膜
の密着力が低く、膜面が腐食されやすい等の、耐環境性
が悪いという欠点がある。

【０００６】一方、第二の反射光学素子は、誘電体多層
膜を用いているので、耐環境性が強く、反射率を高く出
来るという利点がある。しかし、その反面、反射帯域が
狭いという問題がある。例えば、紫外光（ＵＶ）域は反
射率が高いが、可視光（ＶＩＳ）域は反射率が低い。こ
れを改善して広帯域化をはかるには、原理的には、多層
膜の層数を増すことが考えられる。しかし、層数を増や
すと、膜の応力によるクラックの発生が起こりやすくな
るという問題がある。また、光学特性上も、散乱、膜の
吸収等が大きくなるという欠点がある。さらに、高反射
帯域以外では、大きなリップルが発生してしまうという
欠点もある。

【０００７】また、従来の第一および第二の反射光学素
子は、基板の一方の面側のみでの反射光を利用するた
め、収差を持つ光学系に対して、それを補正する反射光
学素子を実現することは困難であった。

【０００８】本発明では、従来技術のかかる問題点を解
決するもので、耐環境性が考慮され、しかも、広帯域で
使用でき、かつ、収差補正を行うことが可能である反射
光学素子を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の一態様によれば、光学基板の一方の面に、
表面鏡として誘電体の交互層より成る第１薄膜群を設
け、かつ、該光学基板の他方の面に、裏面鏡として高反
射率金属薄膜から成る第２薄膜群を設けることを特徴と
する反射光学素子が提供される。

【００１０】ここで、前記光学基板としては、平面板に
限らず、曲率を持つものであってもよい。この場合、例
えば、表面と裏面の曲率が異なる基板を使用することも
可能である。光学基板の表面と裏面の曲率を変えること
で、収差を補正することができる。また、光学基板とし
ては、屈折率の異なる板材を貼り合わせて積層した構成
を持つものを用いることもできる。光学基板に数種の屈
折率の違った硝材を用いて貼り合わせ面の曲率を変える
ことで、光学系で生じた各種の収差の補正ができる。

【００１１】第１薄膜群の誘電体多層膜は、使用波長で
の吸収が少ない材料で構成される。そのため、金属膜に
比べ耐環境性に優れ、膜表面での腐食が少なく、反射率
の低下を防ぐことができる。そして、誘電体多層膜によ
るリップルも、裏面に金属膜を用いたため、基板内部の
多重反射により低減される。

【００１２】

【作用】本発明は、上記構成により、耐環境性に優れる
ので、従来の如き膜面の腐食による反射率が低くなると
いう不都合は解消する。そして、誘電体多層膜によるリ
ップルも、裏面に金属膜を用いたため、基板内部の多重
反射により低減される。

【００１３】また、従来の反射光学素子では、表面およ
び裏面での焦点距離を変えたり、各種の収差の補正を行
うことはできなかった。しかし、本発明では、表面と裏
面の曲率を変えたり、光学基板の硝材を複数の硝材を組
み合わせることができるので、このような手段を講ずる
ことによって、焦点距離の変更、各種の収差の補正が可
能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。まず、図１を参照して、本発明の反射光
学素子の基本構成について、説明する。次いで、より具
体的に実施例について説明する。

【００１５】本発明は、図１に示すように、光学基板１
１と、表面鏡として機能する第１薄膜群１２と、裏面鏡
として機能する第２薄膜群１３とで構成される。すなわ
ち、光学基板１１の一方の面に、第１薄膜群１２を順次
形成し、光学基板１１の他方の面に第２薄膜群１３を順
次形成し、全体として全反射鏡を構成する。図１の例で
は、光学基板１１の表面側の第１薄膜群１２で紫外（Ｕ
Ｖ）光を反射し、裏面側の第２薄膜群１３で可視（ＶＩ
Ｓ）光を反射する。

【００１６】光学基板１１は、その表面と裏面とを適宜
の曲率で構成することができる。もちろん、平行平面、
目的の曲率を有する曲面等を必要に応じて設定すること
ができる。なお、表面と裏面の曲率を変えることで収差
を補正することができる。また、光学基板１１は、１種
または２種以上の硝材の組合せで形成される。２種以上
の硝材の組合せの場合、数種の屈折率の違った硝材を用
いて貼り合わせる構成とすることができる。この場合、
貼り合わせ面の曲率を変えることで、光学系で生じた各
種の収差の補正が可能となる。

【００１７】第１薄膜群１２は、高反射率誘電体多層膜
で構成される。この誘電体多層膜は、使用波長での吸収
が少ない材料で構成される。そのため、金属膜に比べ耐
環境性に優れ、膜表面での腐食が少なく反射率の低下を
防ぐことができる。そして、誘電体多層膜によるリップ
ルも裏面に金属膜を用いたため基板内部の多重反射によ
り低減される。

【００１８】第２薄膜群１３は、高反射率金属膜２２と
金属膜の腐食防止のための誘電体保護膜２３とで構成さ
れる。すなわち、光学基板１１の他方の面上に、高反射
率金属膜２２、誘電体保護膜２３の順に形成される。

【００１９】上記第１薄膜群１２および第２薄膜群１３
は、それぞれ、真空蒸着、スパッタ,イオンビームスパ
ッタ、ＣＶＤ等の手段で成膜することができる。

【００２０】次に、本発明の実施例について、図面を参
照してより具体的に説明する。

【００２１】図２は本発明の第１の実施例における反射
光学素子の断面図である。図２に示す反射光学素子は、
図１に示す基本構成と同様に、光学基板１１の一方の面
（以下、表面という）上に、第１薄膜群１２を構成す
る、入射光を光学基板１１の表面で反射させるための高
反射率誘電体多層膜２５と、第２薄膜群１３を構成す
る、光学基板１１の他方の面（以下、裏面という）で反
射させるための高反射率金属膜２２および誘電体保護膜
２３とを有する。

【００２２】高反射率誘電体多層膜２５は、その膜構成
が、屈折率の違う２種類の物質の交互層からなる。本例
では、高屈折率物質としてＺｒＯ₂、低屈折率物質とし
てＳｉＯ₂を用いている。本例での多層膜の構成は、光
学基板１１上に、光学的膜厚（ｎｄ）でλ＝２５０ｎｍ
の時に（λ／８＋λ／４＋λ／８）ｎの構成となってい
る。本例では、ｎ＝１３として、（ＺｒＯ₂／ＳｉＯ₂／
ＺｒＯ₂）１３である。

【００２３】光学基板１１は、本例では、石英硝材で形
成され、形状は、平面基板となっている。

【００２４】第２薄膜群１３を構成する一要素であり、
裏面で反射させるための高反射率金属膜２２は、本例で
は、金属膜物質としてＡｌ膜を、膜厚約1000〜1500オン
グストローム成膜して構成される。また、誘電体保護膜
２３は、ＳｉＯ膜を光学的膜厚（ｎｄ）λで構成してい
る。ここで、設計波長λは、２５０ｎｍである。

【００２５】図６は、本発明の膜構成での反射率スペク
トル計算結果を示す。図から明らかなように、本発明で
は、広帯域で反射率が高い分光特性が得られている。ま
た図５の実線３２でのリップルも本発明では図６の実線
31のように低減されることがわかる。

【００２６】次に、図７を参照して、第２の実施例につ
いて説明する。

【００２７】図７は、上記反射光学素子を構成している
光学基板について、Ｆナンバーを２、焦点距離を１００
ｍｍとした場合の実施例である。光学基板１１は、異な
る屈折率、およびアッベ数を持つ、二つの硝材１１ａと
１１ｂとを貼り合わせて構成される。そして、光学基板
１１の表面に、高反射誘電体多層膜からなる第１薄膜群
１２を成膜し、裏面に、高反射率金属膜と誘電体保護膜
とからなる第２薄膜群１３を成膜したものである。第１
薄膜群１２の高反射誘電体多層膜の構成、および、第２
薄膜群１３の高反射率金属膜と誘電体保護膜について
は、上述した第１の実施例と同様に形成することができ
る。

【００２８】本実施例では、光学基板１１が、異なる屈
折率、アッベ数を持つ、二つの硝材１１ａと１１ｂとを
貼り合わせることにより、色収差、幾何光学的収差を補
正している。この実施例は、この光学部品の収差のみを
補正しているが、貼り合わせ面の曲率を変えることによ
り、収差、色収差を自由に変えられるので、他の光学部
品より発生した収差の補正が可能になる。

【００２９】次に、図８を参照して、第３の実施例につ
いて説明する。

【００３０】図８は、上記第２の実施例と同様に、反射
光学素子を構成している光学基板のＦナンバーを２、焦
点距離を１００ｍｍとした場合の実施例である。そし
て、光学基板１１は、上記第２の実施例と同様に、異な
る屈折率、アッベ数を持つ、二つの硝材１１ａ，１１ｂ
の組み合わせで構成したものである。ただし、本実施例
では、第２の実施例とは異なり、硝材１１ａ，１１ｂの
対向面を貼り合わせにせず、それぞれ別々の曲率にした
ものである。

【００３１】次に、図９および図１０を参照して、第４
の実施例について説明する。

【００３２】図９は、上記反射光学素子を構成している
光学基板１１の裏面の曲率を変えることにより、表面と
裏面の焦点位置を合わせた実施例である。そして、この
光学基板１１の表面には、第１薄膜群１２が、また、裏
面には、第２薄膜群１３がそれぞれ成膜される。

【００３３】また、図１０は、上記反射光学素子を構成
している光学基板１１の表面と裏面の焦点位置を変えた
場合の実施例である。

【００３４】次に、図１１を参照して、第５の実施例に
ついて説明する。

【００３５】図１１は、上記反射光学素子を構成してい
る光学基板１１を、数種、具体的には、３種の硝材１１
ｃ，１１ｄおよび１１ｅを用いて組み合わせた例であ
る。これは、収差補正力が大きくなっている。なお、光
学基板１１の表面には第１薄膜群１２が、また、裏面側
には第２薄膜群１３がそれぞれ形成されている。

【００３６】次に、図１２を参照して、第６の実施例に
ついて説明する。

【００３７】図１２は、平面ミラーに対して色補正収差
を目的としたミラーの実施例である。屈折率がほぼ同じ
でアッベ数の異なる硝材１１ｆ，１１ｇを組み合わせて
構成される。貼り合わせ面の曲率を変えても焦点距離は
∞であるが、他の波長に対しては、焦点距離は０ではな
く、色収差補正ができる。

【００３８】次に、図１３を参照して、第７の実施例７
について説明する。

【００３９】図１３は、測光装置に、前記光学基板とし
て、表面と裏面の曲率が異なる光学基板を使用した反射
光学素子を用いた例である。すなわち、図１３に示すよ
うに、波長５００ｎｍで屈折率が１．５、波長４３０ｎ
ｍで屈折率が１．５３のガラスで作られたレンズ４１
と、ミラー４２とを用いた。レンズ４１は、両面共、同
じ曲率半径で４０ｍｍ、レンズの中心厚１０ｍｍ、ま
た、ミラー４２は、表面、裏面共に曲率半径３００ｍ
ｍ、ミラー中心厚１５．９９ｍｍであり、表面に紫外光
を反射するコートを、裏面に高反射率金属薄膜を成膜
し、測光面上で焦点を結ぶように配置されている。ま
た、この他に、光の向きを変えるためのミラー４３と、
ディテクタ４５に光を導くレンズ４４が配置される。こ
れについても、同様に、表面に紫外光を反射するコート
を、裏面に高反射率金属薄膜を成膜してある。

【００４０】図１３のように配置したとき、波長５００
ｎｍと波長４３０ｎｍの焦点のずれは、０．００１ｍｍ
である。本発明を用いない時の焦点位置のずれは５２．
７ｍｍであるので大幅な改良ができたことになる。

【００４１】以上のように、本発明は、表面に表面鏡と
しての高反射率誘電体多層膜、裏面に裏面鏡としての高
反射率金属薄膜を成膜することで、膜の耐環境性が向上
する。また、誘電体多層膜による高反射率帯域を設けた
り、リップルが低減されることで、光学性能の向上が期
待できる他、光学素子としてそれぞれ独立の光線に対し
て最適な条件を用いることができる。

【００４２】また、光学基板として、違う屈折率の光学
基板の貼り合わせ等を利用することで、より強力な収差
補正が可能になる。そして、紫外光に対し誘電体多層膜
を用いることで、金属膜表面の腐食による紫外光の反射
率の低下等を防ぐことができ、その効果は大きい。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、耐環境
性が考慮され、しかも、広帯域で使用でき、かつ、収差
補正を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示す断面図。

【図２】本発明の実施例における反射光学素子の断面
図。

【図３】従来の高反射率金属膜の断面図。

【図４】従来の誘電体多層膜の断面図。

【図５】従来例の高反射率金属膜と誘電体多層膜の反射
スペクトルを示すグラフ。

【図６】本発明の実施例１における反射光学素子の反射
スペクトルを示すグラフ。

【図７】本発明の実施例２における光学素子の断面図。

【図８】本発明の実施例３における光学素子の断面図。

【図９】本発明の実施例４における光学素子における光
路図。

【図１０】本発明の実施例４における光学素子における
光路図。

【図１１】本発明の実施例５における光学素子の断面
図。

【図１２】本発明の実施例６における光学素子の断面
図。

【図１３】本発明の実施例７における測光装置の断面
図。

【符号の説明】

１１…光学基板、１２…第１薄膜群、１３…第２薄膜
群、２１…高反射率誘電体多層膜、２２…Ａｌ膜、２３
…ＳｉＯ保護膜、２４…ＭｇＦ₂膜、２５…（ＺｒＯ₂／
ＳｉＯ₂／ＺｒＯ₂）構成のミラー、３１…本発明におけ
る光学素子の反射率スペクトル、３２…紫外用高反射率
誘電体多層膜の反射率スペクトル、３３…紫外用高反射
率金属膜の反射率スペクトル、４１…波長５００ｎｍで
屈折率が１．５、波長４３０ｎｍで屈折率が１．５３の
ガラスで作られたレンズ、４２…ミラー、４３…平面ミ
ラー、４４…レンズ、５５…測光面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学基板の一方の面に、表面鏡として誘
電体の交互層より成る第１薄膜群を設け、かつ、該光学
基板の他方の面に、裏面鏡として高反射率金属薄膜から
成る第２薄膜群を設けることを特徴とする反射光学素
子。
【請求項２】請求項１において、前記光学基板とし
て、表面と裏面の曲率が異なるものを使用することを特
徴とする反射光学素子。
【請求項３】請求項１または２において、光学基板と
して、屈折率の異なる板材を貼り合わせて積層した構成
を持つものを用いることを特徴とする反射光学素子。