JPH11140634A - 光学薄膜成膜装置および光学薄膜成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学素子の表面における中心部と縁部との成
膜むらを減少させて、縁部の膜強度および屈折率の低下
を防止する光学薄膜成膜装置および光学薄膜成膜方法を
得る。 【解決手段】 密閉可能に形成された成膜室１１内に、
光学素子である凸レンズＬの表面に薄膜を成膜させるた
めの蒸着粒子を発生させる凹面型蒸着源１４を配設して
構成している。凹面型蒸着源１４は、凸レンズＬの表面
に到達する蒸着粒子の入射角がこの凸レンズＬの表面の
法線方向に近づくように蒸着粒子を放出させる内面１４
ａを有して形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学レンズ、ミラ
ー等のような光学素子の表面に光学薄膜（例えば、反射
膜、反射防止膜等）を成膜させるための光学薄膜成膜装
置および光学薄膜成膜方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的にこのような光学薄膜の成膜は真
空蒸着によって行われるが、従来から用いられている真
空蒸着装置（光学薄膜成膜装置）の一例としては図３に
示すように構成された真空蒸着装置１００がある。この
真空蒸着装置１００は真空排気可能な密閉された成膜室
１０１内に蒸着源１０２と光学素子支持機構１０３とを
有してなり、光学素子支持機構１０３には光学素子（レ
ンズ）Ｌが自転あるいは公転自在に支持されている。

【０００３】成膜処理は、成膜室１０１内を真空排気し
た状態で、蒸着源１０２におけるヒーター又は電子銃に
より蒸着物質を加熱蒸発させて行われ、蒸着粒子を拡散
させ、光学素子Ｌの表面に蒸発粒子を付着させて薄膜を
成膜させる。このような真空蒸着装置１００において
は、光学素子Ｌの表面に堆積させる蒸着粒子は一箇所の
蒸着源１０２から矢印Ａ３で示すように放射状に放出さ
れる。このため、光学素子Ｌの中心部と縁部とにおいて
蒸着粒子の入射角に差が生じ、光学素子Ｌが凸レンズで
ある場合には、特に入射角の差が大きくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】光学素子Ｌにおいて
は、蒸着粒子の入射角が垂直入射に近くなるほど膜の密
着力や膜そのものの物理的強度が強くなるが、光学素子
Ｌが前記のように凸レンズである場合、縁部においては
レンズ面の中心部と比較して入射角度が浅い蒸着粒子の
堆積が多くなるため、膜の密着力や物理的強度が弱くな
るという問題がある。さらに、入射角度が浅くなると蒸
着粒子の付着が不足して膜厚むらが発生するため、縁部
における屈折率の低下の原因にもなるという問題もあ
る。

【０００５】そこで、蒸着源１０２と光学素子Ｌとの間
に図示しない補正板支持機構によって支持される補正板
１０５を設けることにより、膜厚むらの発生を抑えるこ
ととしているが、膜厚むらを減少させることができるよ
うに補正板１０５を製作することは困難であった。

【０００６】従って、上記のような真空蒸着装置１００
を用いて成膜した凸レンズを光学系に使用する際には、
光線を通過させることができる範囲（有効径）を凸レン
ズのレンズ面の中心部周辺に限定する必要がある。これ
により、ビーム径の大きな光学系では、十分な有効径を
有する凸レンズを用いなければならないため、大きな径
のレンズが必要になるという問題もあった。

【０００７】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであり、光学素子の表面における中心部と縁部と
の成膜むらを減少させて、縁部の膜強度および屈折率の
低下を防止する光学薄膜成膜装置および光学薄膜成膜方
法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的達成のた
め、本発明に係る光学薄膜成膜装置は、密閉可能に形成
された成膜室内に、光学素子の表面に薄膜を成膜させる
ための蒸着粒子を発生させる蒸着源を配設して構成して
いる。そして、蒸着源は、光学素子の表面に到達する蒸
着粒子の入射角がこの光学素子の表面の法線方向に近づ
くように蒸着粒子を放出させる蒸着粒子放出面を有して
形成されている。

【０００９】このように構成された光学薄膜成膜装置に
よれば、蒸着粒子放出面から放出される蒸着粒子は、光
学素子の表面の全面にわたって法線方向に近い入射角
（垂直入射に近い入射角）で到達する。ここで光学素子
の表面においては、入射角が垂直入射に近くなる蒸発粒
子が最も効率良く付着して成膜されるため、表面が平面
の光学素子のみならず、曲率の大きな表面形状を有する
光学素子の場合でも膜厚分布が均一化される。

【００１０】なお、本発明に係る光学薄膜成膜装置にお
いては、光学素子として凸レンズを用いてこの凸レンズ
の表面に成膜を行う場合に適しており、この場合には蒸
着粒子放出面を凹面とすることが好ましい。このような
構成とすることにより、蒸着粒子放出面から凸レンズの
表面に向かって収束するような軌跡を描いて蒸着粒子が
放出されるため、凸レンズの縁部においても入射角が垂
直入射に近くなる蒸発粒子を付着させて成膜させること
ができる。

【００１１】また、上記のような目的達成のための本発
明に係る光学薄膜成膜方法は、密閉可能に形成された成
膜室内で、光学素子の表面に到達する蒸着粒子の入射角
がこの光学素子の表面の法線方向に近づくように蒸着粒
子を放出させて光学素子の表面に薄膜を成膜させる方法
であり、蒸着粒子堆積工程と、蒸着粒子放出工程とから
なる。

【００１２】蒸着粒子堆積工程は、蒸着源に形成された
蒸着粒子放出面に蒸着粒子を堆積させる工程であり、蒸
着粒子放出工程は、成膜室内において、蒸着粒子堆積工
程によって蒸着粒子放出面に蒸着粒子を堆積させた蒸着
源から光学素子の表面へ蒸着粒子放出面に堆積した蒸着
粒子を放出させる工程である。

【００１３】このような光学薄膜成膜方法によれば、蒸
着粒子堆積工程において光学素子の表面の形状に合わせ
て形成された蒸着粒子放出面に蒸着粒子を堆積させ、こ
のようにして蒸着粒子が堆積された蒸着源だけを用い
て、蒸着粒子放出工程において光学素子の表面へ蒸着粒
子放出面に堆積した蒸着粒子を放出させることができる
ため、各工程における蒸着粒子の堆積および放出を簡単
に行うことができる。さらに、形状の異なる光学素子へ
の成膜を行う場合には、蒸着粒子放出面の形状の異なる
蒸着源を用いればよいため、種々の形状の光学素子への
成膜を簡単に行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る光学薄膜成膜方法に基づいて光学素子への蒸着粒子の
蒸着を行う光学薄膜成膜装置の好ましい実施形態である
光学薄膜成膜装置１０について説明する。まず図２を参
照して、光学薄膜成膜装置１０に用いられる凹面型蒸着
源１４に蒸着粒子を堆積させる場合について説明する。

【００１５】光学薄膜成膜装置１０は、前記の真空蒸着
装置１００と同様に形成されており、真空排気可能な密
閉された成膜室１１内に堆積用蒸着源１２を有し、図示
しない蒸着源支持機構により凹面型蒸着源（蒸着源）１
４が支持されている。なお、蒸着源支持機構は、凹面型
蒸着源１４を自転あるいは公転自在に支持するようにし
てもよい。

【００１６】凹面型蒸着源１４は、タンタルやタングス
テン等の真空下における使用に適した板材によって形成
されており、その内面（蒸着粒子放出面）１４ａの形状
は、詳細を後述する凸レンズ（光学素子）Ｌの成膜面
（表面）に到達する蒸着粒子の入射角がこの凸レンズＬ
の表面の法線方向に近づくように蒸着粒子を放出させる
ことができる曲率を有した凹状に形成されている。この
ように形成された凹面型蒸着源１４は、通常の真空蒸着
を行う蒸着対象物と同様に脱脂等の洗浄を行った後、内
面１４ａを堆積用蒸着源１２側に向けて蒸着源支持機構
に支持される。

【００１７】このように、凹面型蒸着源１４を支持させ
た後は、図示しない加熱装置によって成膜室１１内もし
くは凹面型蒸着源１４を蒸着に必要な温度に加熱すると
ともに成膜室１１内を真空に排気した後、堆積用蒸着源
１２に設けられているヒータ（図示せず）に通電して蒸
発物質を加熱蒸発させることにより矢印Ａ２で示すよう
に蒸着粒子を拡散させる。

【００１８】なお、堆積用蒸着源１２は、凹面型蒸着源
１４に対して下側に配設されており、堆積用蒸着源１２
から放射状に放出された蒸着粒子は、上側に位置する凹
面型蒸着源１４の内面１４ａに堆積するようになってい
る。なお、図２に示すように、堆積用蒸着源１２を凹面
型蒸着源１４に対して斜め下側に配設した場合には、凹
面型蒸着源１４を自転あるいは公転させることにより、
より均一に内面１４ａへ蒸着粒子を堆積させることがで
きる。また、このような蒸着粒子の放出時に、電子ビー
ムやイオンビームによるアシストを行うようにしてもよ
い。

【００１９】このようにして内面１４ａに蒸着粒子を堆
積させる工程が請求の範囲に記載の蒸着粒子堆積工程で
あり、この蒸着粒子堆積工程によって蒸着粒子を堆積さ
せた後は、図１に示すように成膜室１１内から堆積用蒸
着源１２を取り外すとともに、成膜室１１内に光学素子
支持機構１３を取り付ける。

【００２０】蒸着源支持機構の下方に取り付けられた光
学素子支持機構１３には凸レンズであるレンズ（光学素
子）Ｌが支持される。ここで、光学素子支持機構１３お
よび蒸着源支持機構には、レンズＬにおいて薄膜を成膜
しようとする表面（コート面）と内面１４ａとが対向す
るようにレンズＬおよび凹面型蒸着源１４が支持され
る。なお、光学素子支持機構１３および蒸着源支持機構
は、レンズＬおよび凹面型蒸着源１４を自転あるいは公
転自在に支持するように構成してもよい。

【００２１】このような光学薄膜成膜装置１０を用いて
レンズＬの表面に光学薄膜を形成するには、まず成膜室
１１内を真空に排気するとともに、加熱装置によって内
面１４ａに堆積された堆積物（蒸着粒子）の溶融温度以
上に凹面型蒸着源１４を均一に加熱する。この加熱によ
り、内面１４ａに堆積している蒸着粒子を加熱蒸発させ
て矢印Ａ１で示すように拡散させ、このようにして拡散
された蒸着粒子は、レンズＬの表面に到達付着して光学
薄膜を形成する。

【００２２】この場合、蒸着粒子は内面１４ａの法線方
向に多く蒸発するが、内面１４ａの形状はレンズＬの表
面に到達する蒸着粒子の入射角がこの光学素子の表面の
法線方向に近づくように蒸着粒子を放出させる形に形成
されているため、レンズＬの近傍において収束するよう
な軌跡で蒸着粒子が拡散され、蒸着粒子はほぼ垂直入射
に近い状態でレンズＬの上面に到達して付着する。

【００２３】すなわち、レンズＬの中心のみならずレン
ズＬの上面周辺においてもほぼ垂直入射に近い状態で蒸
着粒子がレンズＬに付着して光学薄膜が形成されるた
め、レンズ表面のいずれの部分においても効率のよい薄
膜形成が行われ、膜厚分布も均一となる。なお、このよ
うにして蒸着粒子をほぼ垂直入射に近い状態で凸レンズ
Ｌの上面に到達させて付着させる工程が請求の範囲に記
載の蒸着粒子放出工程である。

【００２４】ここで、上記の実施形態においては、光学
素子が凸レンズＬであり、蒸着粒子放出面である内面１
４ａが凹面である場合について説明したが、本発明はこ
のような実施形態に限られるものではなく、光学素子の
表面形状は平板状や凹状であってもよい。このように構
成した場合には、蒸着粒子放出面の形状は凹状のみなら
ず、平板状や凸状等、光学素子の表面に到達する蒸着粒
子の入射角がこの光学素子の表面の法線方向に近づくよ
うな形状に形成される。

【００２５】従って、本発明に係る光学薄膜成膜装置１
０においては、このように表面の形状の異なる光学素子
への薄膜の成膜を行う場合には、凹面型蒸着源１４を成
膜室１１に対して着脱自在な構成とすることが好まし
い。そして、他の形状のレンズ等への成膜を行う場合に
は、光学素子の形状に適した蒸着粒子放出面を有する蒸
着源に交換すればよいため、種々の光学素子への成膜を
容易に、且つ、安価に行うことができる。

【００２６】なお、上記のように、同一の成膜室１１内
で凹面型蒸着源１４への蒸着とレンズＬへの光学薄膜の
成膜を行うようにすれば、凹面型蒸着源１４にゴミや水
分が付着するおそれがないため、レンズＬへの光学薄膜
の成膜時における不純物の混入を防止することができ
る。しかしながら、本発明は上記の実施形態のように光
学薄膜成膜装置１０の成膜室１１を用いて凹面型蒸着源
１４に蒸着粒子を堆積させるような構成に限られるもの
ではない。

【００２７】すなわち、凹面型蒸着源１４へのゴミや水
分の付着を防止するような手段を講じた上で、凹面型蒸
着源１４を成膜室１１に対して着脱自在な構成とし、別
の成膜室を用いて凹面型蒸着源１４に蒸着粒子を堆積さ
せた後に、光学薄膜成膜装置１０に凹面型蒸着源１４を
取り付けて蒸着粒子を放出させるように構成してもよ
い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学薄膜
成膜装置においては、蒸着粒子の入射角がこの光学素子
の表面の法線方向に近づくように蒸着粒子を放出させる
蒸着粒子放出面を有する蒸着源が形成されている。この
ため、蒸着粒子放出面から放出される蒸着粒子は、光学
素子の表面の全面にわたって法線方向に近い入射角で到
達するため、蒸着粒子が最も効率良く付着して成膜され
る。従って、複雑なメカニズムを要することなく、膜厚
分布が均一化され、成膜された薄膜の機械的強度の劣性
や密着力の低下を防ぐことができるとともに、屈折率の
低下を防ぐことができる。

【００２９】なお、上記の光学薄膜成膜装置は、凸レン
ズの表面に成膜を行う場合に適しており、この場合には
蒸着粒子放出面を凹面とすることが好ましい。このよう
な構成とすることにより、表面が平面の光学素子のみな
らず、凸レンズのような光学素子の場合でも、表面のほ
ぼ全ての位置で入射角が垂直入射に近くなるようにする
ことが可能となる。

【００３０】このため、曲率の大きな光学素子の表面に
対しても均一な膜厚分布の光学薄膜を形成することがで
き、特に光学素子の縁部に成膜された薄膜の機械的強度
の劣性や密着力の低下等を防ぐことができる。従って、
本発明の光学薄膜成膜装置を用いて成膜した凸レンズを
光学系に使用する際には、光線を通過させることができ
る範囲である有効径を大きく得ることができるため、ビ
ーム径の大きな光学系に用いる場合でも凸レンズの外径
を小さくすることができる。

【００３１】そして、本発明に係る光学薄膜成膜方法
は、蒸着粒子放出面に蒸着粒子を堆積させる蒸着粒子堆
積工程と、成膜室において、蒸着粒子堆積工程によって
蒸着粒子放出面に蒸着粒子を堆積させた蒸着源から光学
素子の表面へ蒸着粒子放出面に堆積した蒸着粒子を放出
させる蒸着粒子放出工程とからなる。このような光学薄
膜成膜方法によれば、各工程における蒸着粒子の堆積お
よび放出を簡単に行うことができ、形状の異なる光学素
子への成膜を行う場合でも蒸着粒子放出面の形状の異な
る蒸着源を用いることにより簡単に成膜を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学薄膜成膜装置の構成を示す概
略図である。

【図２】凹面型蒸着源へ蒸着粒子を堆積させるときの光
学薄膜成膜装置の構成を示す概略図である。

【図３】従来の光学薄膜成膜装置の構成を示す概略図で
ある。

【符号の説明】

１０ 光学薄膜成膜装置 １１ 成膜室 １２ 堆積用蒸着源 １４ 凹面型蒸着源 １００ 真空蒸着装置 Ｌ レンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉可能に形成された成膜室内に、光学
   素子の表面に薄膜を成膜させるための蒸着粒子を発生さ
   せる蒸着源を配設して構成された光学薄膜成膜装置にお
   いて、 光学素子の表面に到達する蒸着粒子の入射角がこの光学
   素子の表面の法線方向に近づくように蒸着粒子を放出さ
   せる蒸着粒子放出面を有する前記蒸着源が形成されてい
   ることを特徴とする光学薄膜成膜装置。
2. 【請求項２】 光学素子が凸レンズであり、前記蒸着粒
   子放出面が凹面であることを特徴とする請求項１に記載
   の光学薄膜成膜装置。
3. 【請求項３】 密閉可能に形成された成膜室内で、光学
   素子の表面に到達する蒸着粒子の入射角がこの光学素子
   の表面の法線方向に近づくように蒸着粒子を放出させる
   蒸着粒子放出面を有して形成された蒸着源から蒸着粒子
   を発生させて光学素子の表面に薄膜を成膜させる光学薄
   膜成膜方法であって、 前記蒸着源の前記蒸着粒子放出面に蒸着粒子を堆積させ
   る蒸着粒子堆積工程と、 前記成膜室内において、前記蒸着粒子堆積工程によって
   前記蒸着粒子放出面に蒸着粒子を堆積させた蒸着源から
   光学素子の表面へ前記蒸着粒子放出面に堆積させた蒸着
   粒子を放出させる蒸着粒子放出工程とを有することを特
   徴とする光学薄膜成膜方法。