JPS58113901A - 積層型光学構体 - Google Patents

積層型光学構体

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JPS58113901A
JPS58113901A JP56211131A JP21113181A JPS58113901A JP S58113901 A JPS58113901 A JP S58113901A JP 56211131 A JP56211131 A JP 56211131A JP 21113181 A JP21113181 A JP 21113181A JP S58113901 A JPS58113901 A JP S58113901A
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JP
Japan
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vapor
substrate
deposited
internal stress
intended
Prior art date
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Application number
JP56211131A
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English (en)
Inventor
Norio Yamamura
山村 則夫
Masaaki Kaneko
正昭 金子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Nippon Kogaku KK
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Publication date
Application filed by Nikon Corp, Nippon Kogaku KK filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPS58113901A publication Critical patent/JPS58113901A/ja
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/08Mirrors
    • G02B5/0816Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers
    • G02B5/085Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers at least one of the reflecting layers comprising metal
    • G02B5/0858Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers at least one of the reflecting layers comprising metal the reflecting layers comprising a single metallic layer with one or more dielectric layers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
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    • G02B5/0808Mirrors having a single reflecting layer
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガラスのような基板に光学的蒸着膜を施した積
層型光学構体例えばフィルター、反射鏡、レシズに関す
る。
反射防止膜のような光学的蒸着膜が、その材質、厚さ、
蒸着条件、などに応じて内部応力(引張り又は圧縮)を
有することが報告されている(例えば、APPLIED
  0PTIC5Vol、 5 、 篇1第51〜61
頁、1966年1月発行)。
しかしながら、通常は基板に比べると蒸着膜は極めて薄
いので、これまで問題となることはなかった。
本発明者らも当初蒸着膜の内部応力を無摺していたが、
精密な光学製品に於いて、特に基板の形状が大きいとか
、薄いとか、剛性の小さいプラスチック製であるとか、
蒸着膜が多層で厚いような場合には、その蒸着膜の内部
応力によって基板が、僅かではあるが、変形しく第1図
参照)、この変形(そり)が問題となることが判った。
例えば、この基板のそりにより平行光が入射したとき、
反射光及び透過光が発散又は収束してしまう不都合があ
る、 従って、本発明の目的は、蒸着膜の内部応力が働く場合
であっても、所定の平面又は曲面を有する蒸着界面を持
った積層型光学構体を提供するにある。
本発明者らは鋭意研究の結果、蒸着面がもともと変形方
向と反対方向に変形した原形を有する基板を用い、この
蒸着面が蒸着膜によって変形させられたとぎに発生する
内部応力と蒸着膜の内部応力とを釣り合わせ、所定の界
面を得ろことを看砦し、本発明を成すに至った。
従って、本発明は弾性を有する基板に内部応力を有する
蒸着膜を施した光学構体に於いて、前記基板を蒸着膜の
内部応力によって変形される変形量、に等しい量だけ予
め反対方向に変形加工したことを特徴とする積層型光学
構体を提供する。
先のAPPLTED  0PTIC5の報告によればほ
とんど全ての金属膜(例えば、A1、Ag%At%Cr
  など)は引張り応力を示すという。また無機誘電体
の中では、SiO、BexOs  などの酸化物及びM
g F2、CaF2、LiFなどの弗化物には蒸着膜が
引張り応力を示すものが多いという。更に5iO1、M
gOなどの酸化物やZnS、 CdSなどの硫化物、K
l。
Rblなどのヨウ化物、KBr 、 NaBrなどの臭
化物には蒸着膜が圧縮応力を示すものが多いという。
しかしながら、本発明者らが蒸着条件例えば蒸着源加熱
方式(抵抗加熱、電子ビーム加熱など)蒸着速度、蒸着
時の基板温度、真空度、蒸着源と基板との距離などと、
蒸着膜中に生じる内部物質でも蒸着膜の厚さ及び蒸着条
件によって、その発生する内部応力は異なることが判っ
た。
特に蒸着膜の耐久性の点から、高い基板温IQ(300
℃位)で蒸着することが多層・が、この条件ではTiO
2及びMgF2けJりきな引張り゛応力に示し、また5
i02及びZrO2は圧縮応力を示した。また高屈折率
物質として良く用いられるZnSは基板温度が高いと付
着性が小さくなって実用的ではないので、常温に於いて
蒸着したところ、蒸着膜は大ぎな圧縮応力を示した。
いずれにせよ、予め蒸着膜の内部応力を予測するのは難
しいので、本発明を実施するには、先ず(1)目的とす
る単層又は多層蒸着膜を試入ツこ同一の蒸着条件で同種
の基板に蒸着し、その蒸着膜に発生する内部応力に因る
基板蒸着面の歪みを測定する。
次いで、(2)目的とする基板について、その形状、大
きさ、材質等に応じ、蒸着膜の内部応力により、蒸着面
がどの程度歪むかを材料力学上の計算により求める。
その後、(3)基板面の歪み量の分だけ、大きさが等し
く且つ蒸着膜により予定される歪み方向とは反対方向に
基板蒸着面を凹面又は凸面に研磨加工する。
最後に(4) 、I:、記(1)の蒸着条件と同一条件
において(3)の基板上に蒸着膜を形成する。
以上により、蒸着膜が形成されると、その内部応力によ
り予定面り基板の蒸着面が歪み、その歪みによって生ず
る基板内め内部応力と上記蒸着膜の内部応力が釣り合っ
たところで、所望の平衡状態となり本発明の構体が得ら
れる。このときの歪み量は、真に基板を予め、予定平面
より逆方向tこ凹又は凸面に研磨加工しておいた量に等
しく、その結果、蒸着膜が形成された後の基板の蒸着界
面は、予定した平面又は曲面を成す。
基板はガラスでもプラスチックでも、弾性があればよい
また蒸着物質は、目的に応じて金属又は無機誘電体のよ
うな蒸着可能な物質が使用される。
本発明で積層型光学構体とはレンズ、プリズム、反射鏡
、回折格子、フィルターなどに蒸着膜な施したものを総
称し、特に基板面歪みに高い精度を要求されるグイクロ
イックミラーや分光器に用いられるエタロン板を挙げる
ことがで? ’!l rs次いで実施例によって本発明
を具体的に説明−する0 蒸着膜中の応力は、良く知らhているようtこト式で表
わされる。基板を矩形とし、炉全体の応力をσとすると
、 で表わされる。但し、膜厚は基板の厚みに対して著しく
薄いとする。
応力の測定は、基板面の蒸着前と蒸着後の面歪み状態を
比較することにより行った。具体的には第2図に示すよ
うに参照用の平面ガラス盤上に、測定する基板のを載せ
て、下から水銀ランプQ1)で照射し、その透過光を干
渉フィルター(ハ)を通して入方向から観察し、ニュー
トンリング(等高干渉縞)の有無又は数により蒸着前の
基板面歪み状態を測定する。
次に基板面上に所定の蒸着条件下で蒸着膜を形成し、膜
の経時変化を考慮して少なくとも一昼夜大気中に放置す
る。その後、再び参照用平面ガラス上に載せてニュート
ンリングを観察し、蒸着後の基板面の歪みを測定し、蒸
着前との差から蒸着膜の内部応力による基板面の歪み量
Δを知る。このΔを前出の式に代入し、基板の形状等を
代入すると、蒸着膜中の内部応力σが算出される。
(1)蒸着物質: ’ MgF2、T i 02.51
02(5)  蒸着装置:真空機械工業株式会社製A 
B C800N (4)蒸着時基板温度二600℃ (5)蒸着時4空度: MgFl = 5 X 10 
Torr。
(6)  蒸着速度: MgF2 = 80 A /m
in。
Ti02=60人/min。
5i02 = 440 A / min。
(7)蒸着源加熱方式: MgF2=抵抗加熱−Wボー) −500VATiol
、5i02=電子ビーム加熱・加速電圧8.OKV来 
自動圧力制御装置を用い、酸素導入1 単層蒸着膜の場
合 前記蒸着条件で膜厚01μmのMgF2の単層膜を蒸着
し、内部応力を測定したところ、 σ= 2.6 X 10  dyn/cT4の引張り応
力が得られた。この応力値による基板ガラスの中心部と
縁との高低差(歪み量)は、5461Aの光によるニュ
ートンリング(干渉縞)は凹面で6禾程度であった。
そこで、別の同じ硝種のや〜厚めのガラス基板を用意し
く第3図(1)参照)、これを第3図(2)の如く両面
を研磨して5461人の光によりニュートンリングが約
5本表われる程度の曲率を持ったメニスカスレンズ風に
加工した。
こうして加工されたガラス基板0υの凸面に前記蒸着条
件で同じ膜厚(0,1μm)のMgF、■を蒸着した。
この結果、ガラス基板は蒸着膜の内部応力lこより引張
られ、蒸着界面が第3図(3)に示す如く平面を成した
光学構体が得られた。
■ 多層蒸着膜の場合 ここでは、特定波長に対し選択的に高反射性を持たせる
ため内層:、T+ot(高屈折率物質)膜厚006μ、
外層:5i01(低屈折率物質)膜厚0.09μの2層
を前記蒸着条件で交互に合計7回積層して多層蒸着膜を
得た。
この結果、14層蒸着膜全体として ty −4X 10  dyn/e4 の引張り応力の存在が測定された。この応力による基板
ガラスの歪み量は、波長5461Aのニュートンリング
で凹面方向に3〜4本程度であった。
次に別の基板硝子について前処理加工をした。
予め、蒸着される面について、所望の平面精度に対し、
上記蒸着膜応力による歪みの量だけ反対曲率(凸方向に
ニュートンリング3〜4本)を持つように凸面に研削加
工した。
次いでその凸面に前記予備実験と同一条件で前記の14
層交互蒸着膜を積層すると、膜の応力により基板は凹面
方“向に変形させられ、蒸着界面は二ニートンリングが
1本も観測されない平面が得られた。
本発明では最終的に所望の蒸着界面が、実施例の如く平
面に限られることはなく、レンズのように一定の曲率あ
るいは“そり°を待ったものにも適用できる。また一般
に膜応力による基板歪みの関係が直線関係にある範囲内
では、予備実験により、それとは別な膜構成の応力歪み
も推測することが可能であり、基本的な単層蒸着膜につ
いてのデータを取得しておけば、その都度予備実験を繰
り返さずとも、本発明の技術思想により、所望の蒸着面
精度を有する積層型光学構体を作成することができる。
本発明によれば、積層型光学構体に於いて蒸着膜の内部
応力により予期しない歪んだ蒸着面が生成するという問
題が解決され、当該技術分野の発達が促される。
【図面の簡単な説明】
第1図は断面図であり、図(1)はガラス基板、図(2
)は蒸着膜を有する前記ガラス基板(従来例)を表わす
。 第2図は基板の歪み量を測定する手段を説明する概念図
である。 第3図は断面図であり、図(1)は加工部のガラス基板
、図(2)は研削加工することにより原形をメニスカス
レンズ風に変形加工したガラス基板−1図(3)は図(
2)のガラス基板のI−に蒸着膜を積層[た積層型光学
構体(本発明の実施例)を表わす。 〔主要部分の符号の説明〕 31・・・・・・・・・予め反対方向に変形加工した原
形を有する基板 52・・・・・・・・・・蒸着膜 出願人  日本光学工業株式合釘 代理人  渡 辺 隆  男

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 弾性を有する基板に蒸着膜を施した光学構体に於いて、
    前記基板を蒸着膜の内部応力による変形量に等しい量だ
    け予め反対方向に変形加工したことを特徴とする積層型
    光学構体。
JP56211131A 1981-12-26 1981-12-26 積層型光学構体 Pending JPS58113901A (ja)

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JP56211131A JPS58113901A (ja) 1981-12-26 1981-12-26 積層型光学構体

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KR100998500B1 (ko) 2007-03-16 2010-12-06 후지논 가부시키가이샤 광학 소자, 광학막 평면화 방법 및 광학 소자의 제조 방법

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