JPS60501358A - グレ−デッドインデックス光学材料の製造方法及び同方法により製造される構造 - Google Patents

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】 グレーデッドインテックス光学材料の製造方法及び同方法により製造される構造 この発明は反射光学材料分野一般に関づるものであるが、特に、光学フィルター や反射又は透過光学］−ティング等のように反射回折光学素子に用いられるグレ ーデフ１〜インデツクス光学材料の製造方法に関する。

−占 一般に光学システムにおいは、不要な放射線を取り除いて必要な放射線だけを能 率的に透過又は反則させるためにフィルターを用いる必要がある。このようなフ ィルター又はコーティングは、レーザーシステムやナイトビジョンバイザーでは 、視線を下げなくても読める表示シス”テムのホログラフィックレンズとして、 人や電気光学検出器や光学ミラー等をレーザー光線から保護Ｊるために用いられ ている。このような目的に使われる光学フィルターには、現在のところ吸収フィ ルター、反射多層誘電フィルター、及び光学ホログラフィック技術により生成さ れる回折フィルター等があるが、いずれの光学フィルターにも以下にｊホへる欠 点がある。

吸収フィルターは、Ｗ、Ｇ、トリスコル（Ｗ、Ｇ。

Ｑｒｉｓｃｏｌ　Ｉ）編ｒハンドブック　オブ　オブテイクス（Ｈａｎｄｂｏｏ ｋ　ｏｆ　０ｐｔｉｃｓ）Ｊ、１９７８年マグロウヒル　ブック　カンパニー（ ＭｃＧｒａｗ−１−４ｉｌｌ　Ｂｏｏｋ　Ｃｏ、）刊、ニューヨーク（ＮｅｗＹ Ｏｒｋ）、７〜３２ペ一ジ第８章［コーティング及びフィルター（Ｃｏａｔｉｎ ｑｓ　ａｎｄ　Ｆｉｌｔｅｒｓ）Ｊに記載されているように、入射してくるレー ザー光線の波長を基礎吸収帯に含む吸収染料又は吸収材料が注入された材料によ って形成されている。しかしながら、このような保護方法では、放射線の透過量 が吸収染料によって容認できない程度にまで減少してしまうという重大な欠点が ある。更に、レーザーに応用した場合、レーザーの放射線エネルギーが増加する に連れて、やがては保護フィルターそのものが放射線によって破壊されてしまう 。

反射多層誘電フィルターの典型は、公知の蒸着法、例えば、化学蒸着法、スパッ タリング、又は熱蒸着法等によって基板の表面上に交互に形成された回折率の異 なる２層の誘電材料より成る。それぞれの層の光学的密度が反射する放射線の波 長の４分の１であるとき、その様な構造を１４分の１波長スタツクｊという。こ の点については、例えば、米国特許第４．３０９，０７５、及び先に記載した「 ハンドブック　オブ　オブティクス」の特に第８章に記載されている。しかしｂ がら、このような構造では身近に使える材料の組み合七が限られているので、屈 折率“の変調には制限がある。従って、スペクトル帯域には限界がある。更に、 多層構造では、境界面になんらかの欠陥があると、光が散乱してしまう。また、 境界面に欠陥があるど誘電材料は放射線を過度に吸収してしまうので、光学フィ ルターが熱によって損傷してしまう。更に、多層誘電コーティングでは、屈折率 の高い材料と屈折率の低い材料との境界領域では電界が最強になる。境界面に局 在して生じるこの電界部分では、温度の上昇が最高になる。

相互に隣接して層を形成している誘電材料は、それぞれ熱膨張係数が異なるので 、境界領域では熱応力が高まり、膜状に形成された一連の層に剥がれが生じる。

また、熱応力が高いと微視的な転移が生じるので、膜によって光が散乱してしま う。更に、蒸着やスパッタリング技術等で形成される多層構造では、基板の粗さ 、小さな穴、汚染物等が原因で吸収や散乱の発生が増大し、温度が局在的に上昇 し、最大反射率が減少し、放射損傷が増大する。最後に、このような多層コーテ ィングでは反射率のピークは波長の倍数時に生じるので、光は透過し難くなる。

回折光学素子は、公知の光学ホログラフィ一手段により、感光ゼラチン材料に生 じる。］リエール、プルクハルト、及びリン（Ｃｏ　ｌ　ｌ　ｉ　ｅｒ、３ｕｒ ｃｋｈａｒｄｔ、ａｎｄｌ−ｉｎ）著［オプティカル　ホログラフィ−（Ｏｐｔ ｉ−ｃａｌ　ＨｏｌｏｇｒａｐｈＶ）Ｊ１９７１年刊、アカデミツク　プレス（ Ａｃａｄｅｍｉｃ　ｐｒｅｓｓ）、二、ｒ−３−り（Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ）第９章 １体積ホログラムからの回折（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　Ｖｏｌｕｍ ｅＨｏｌｏｇｒａｍｓ）Ｊ及び第１０章［ホログラム記録材料（Ｈｏｌｏｇｒａ ｍ　Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉ−ａｌ）」並びにコールフィールド（Ｃ ａｕｌｆｉｅｌｄ）署［ハンドブック　オブ　ホログラフィ−（Ｈａｒｚｊｂｏ ｏｋｏｆ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｈｏ１ｏｑｒａｐｈｙ）Ｊ１９７９年刊、アカデミ ツク　プレス（ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ〉、＝ｒ、−１−り（Ｎｅｗ　Ｙｏ ｒｋ）第１０章［適用分野（ＡＤＩ）ｌｉｃａｔｉｏｎ　Ａｒｅａｓ）Ｊを参照 されたい。しかしながら、ゼラチン回折素子は湿気と熱の影響を受Ｇブやすく、 環境に対する安定性に問題がある。この問題を解決づるために、ガラスやガラス 状コーティング等を用いて保護層を設けているが、このために製造工程が複雑に なり、製品コストが高くなってしまう。しがも、感光ゼラチンは長波長の光を感 知することはできないので、ゼラチンフィルターを使用できる範囲は、可視光線 から赤外線付近の放射に限られる。従って、ゼラチンを用いた構造では、赤外線 用フィルターを製造することはできない。更に、ボログラフィー干渉パターン及 びその展開によって達成されるゼラチンの屈折率の変調は、正弦曲線又は複数の 正弦曲線を重ね台上だ形状にほぼ限定される。更に、ゼラチンフィルターを製造 するには、様々な工程が必要である。特に、温度や振動等の処理変数に敏感に反 応して、最終的に生成される構造の効率及びピーク波長に影響を与える様々な湿 性化学工程が必要である。また、熱や放射に対するゼラチンの耐性は、比較的低 いので、ゼラチンフィルターの用途はパワーの低い場合に限られる。最後に、選 択された２種類の波長で放射を反射するフィルターの製造は、ゼラチンを２種類 のホログラフィ−パターンに何回もさらさなければならないので、フィルターの 効率を落とす不整合の屈折率グラフが形成される。

本発明は、光学素子の構造又は光学素子の′１８ｉ造工程のいずれかにより、以 上に述へた従来技術の問題点を減少さ■る高能率回折光学素子の製造に関する。

免１悲１組 本発明の一般的な目的は、精選した物質を基板の表面に蒸着させて、屈折率が厚 さの関数として所定のパターン又は曲線を描いて連続的に変化する層を形成する だめの新規で改善された方法を提供することである。このようなグレーデッドイ ンデックス材料を回折光学素子に用いれば、上述の従来技術に基づく回折光学素 子が有する長所のほとんどを保持したまま、上述の重大な短所を解消することが できる。

本発明の一般的目的は、相互に反応しあって精選物質を生成する２種類以上の気 相反応体に基板をさらし、所定の連続的反応連鎖で反応体の相対的性質を変化さ せて、蒸着した精選物質の化学量論的組成を連続的に変化させ、これによつ−（ 、蒸着した層の屈折率を層の厚さの関数として所定のパターンに従って変化させ ることによって達成される。

従って、本発明の目的をより詳細に言えば、組成が段階的に変化する均質な光学 フィルターを形成する新規で改善された方法を提供することである。

別の目的は、反射率の優れた光学コーティングを形成するための新規で改善され た方法を提供することである。

更に別の目的は、組成を厚さの関数として周期的に又は所定のパターンに従って 連続的に変化させながら膜を蒸着させるための方法を提供することである。

別の目的は、厚さの関数として屈折率が連続的に変化し、基板の水平面に沿って 位置づる関数としＣ厚さ又は屈折率が連続的に変化する膜を基板に蒸着させるた めの方法を提供することである。

更に別の目的は、低温で充填不要の光化学蒸着工程を用いて所望のグレーデッド インデックス物質を形成する上述の種類の方法を提供することである。

本発明の更に別の目的は、レーザー放射に特に有用な新規で改善された光学フィ ルターを提供することである。

他の目的は、レーザーかがみに特に有用な新規で改善された反射率の高い光学コ ーティングを提供することである。

更に別の目的は、視線を下げなくても読める表示システムに特に有用な新規で改 善された回折光学素子を提供することである。

本発明が有する以上に述べた長所及び上記以外の特徴は、図面に示されている本 発明の好ましい実施例に関する以下の記述から明らかとなる。

−ｊた〜 第１図は、光化学蒸着処理によって蒸着されたＳｉＯｘ膜の回折率の変化をシラ ン反応体の流量の関数として示すグラフである。

第２図は、本発明に基づいて形成され、屈折率が正弦パターンを示しながら連続 的に変化する屈折物質を概略的に示す図である。

第３図は、本発明の一実施例において、蒸着した酸化物の厚さが光化学蒸着反応 を誘発するために用いられる紫外線の相対的な強さに従って変化することを示す グラフである。

第４図は、非球面の基板表面、及びこの表面に本発明に基づいて形成された回折 光学素子を有する構造の概略図である。

第５図は、本発明に基づいて形成されたボログラフィーフィルターのスペクトル 反射率の測定結果を示す曲線であり、第６図はこのような構造の理論上の反射率 である。

第７図は、本発明に基づいて形成され、３種類の波長の放射線を反射する組成屈 折率フィルターを示す屈折率曲線であり、第８図は上述した組成屈折率フィルタ ーのスペクトル反応を示すものである。

０の　な曾 屈折率が連続的に変化する本発明のグレーデッド型インデックス光学材料を形成 するには、蒸着させる物質の組成を高度に制御ｊ１１′！ｊる必要がある。屈折 率が連続的に変化するグレーデッド型インデックス光学材料を蒸着させるには、 低温で充填が不Ｉ要の光化学蒸着工程が特に有効である。この工程は、本願の譲 受人に譲渡された米国特許第４，３７１，５８７号に記載されている。参考まで にこの文献の詳細を記載しておく。この文献に記載されている発明の一実施例で は、以下の式（１）及び（２）に示すように酸素を含有した前駆体の水銀に反応 する光分解によって、中性で充填する必要のない原子状酸素が発生する。この原 子状酸素はシランのような精選された気相反応体と共に反応して、下記式（３） に示すように、所望の酵イｌ″伽である、−酸化ケイ素（ＳｉＯ）又は二酸化ケ イ累（Ｓｓ！０２）を形成する。

（１）ｌ−１ｇ　→−ｈν（２５３７人）→　Ｈｇ＊（光により励起される） ここでｈ−ブランク定数 シー吸収された放射線の周波数 （２＞Ｎ２０＋ＨＱ＊→Ｎ２＋Ｏ＋Ｈｇ「→　ＳｉＯ２＋　Ｎ２０ （３）　５ｉｔ−１４十　〇　＠ Ｌ−１３ｉＯ＋　１−１２０ 米国特許第４，３７２，５８７号に開示されている別の実施例では、必要な原子 状酸素は、下記の式（４）に示されているように一酸化窒素（Ｎ２０）のような 酸素を含有した精選前駆体から光分解によって直接に発生でる。このようにして 形成された原子状酸素は、上記式（３）に示されているように精選された気相前 駆体と共に反応する。

（４＞　Ｎ２０　＋　ｈν（１７５０−１９５０人）→　Ｎ２　＋　０ −に記載（３）で生成される酸化物の組成は、一部は、原子状酸素の安定した濃 度状態に依存しており、この濃度状態は所定間のシランに含有されている一酸化 窒素の量に依存している。従って、所定時間にお（ブるシランと一酸化窒素反応 体との比率を変えれば、生成物である酸化ケイ素（Ｓ　ｉ　Ｏｘ　）の組成を制 御づることができ、従って、蒸着する酸化物の屈折率を制御することができる。

ＳｉＯｘの組成の範囲は屈折率が１．９のＳｉＯ２から屈折率が１．４５の８１ ０２であり る。

酸化物の組成及び蒸着の割合は、各反応体の流量、ポンプの処理量及び反応を誘 発する放射線の強さによって決まる。

ポンプ処理量及び放射線の強度の値が一定であれば、反応体ガスの一つの流量を 効果的に変更づることかできる。第１図のグラフには、Ｎ２０を６．０２標準立 法メ一１〜ル毎分（ｓｃｃｍ）という一定の割合で流すためのシラン反応体の流 量の関数として、上述のように蒸着されたＳｉＯｘ膜の屈折率の変化が示されて いる。第１図から明らかなように、ＳｉＯｘ膜の屈折率及び組成反応体の比率の ガス流量の割合に依存している。第１図に示されているように、ＳｉＯｘ膜の屈 折率は、ＳｉＨ＋の流量を５の係数だけ変えることによって１．４６から１．６ ０に変化するが、Ｎ２０の流量は固定している。０．１４の屈折率（Δｎ）の変 更を達成覆るだめの流量の割合の大さな変化は、以上に述べた方法で正確かつ繰 返し変更することができる。

従ってご本発明の方法に従えば、シラン反応体の一酸化窒素反応体に対づるガス 流量の割合を時間係数として正確に制御することによって、蒸着される材料の蒸 着又は厚さの関数としてＳｉＯｘ製品の組成を制御しながら継続的に変更するこ とができる。特に、第２図に示されているように、シランのガス流量を正弦パタ ーンで変化させて、基板の表面」二の距離の関数として関着されたＳ　ｉ　Ｏｘ の組成の対応する正弦変化を発生することができる。第２図の基板１０には、上 述の方法で基板の表面上に形成されたＳｉＯｘのような継続的に／θ 変化づるグレーデッド型光学材料が設けられている。膜１２の深さ又は厚さ１４ に沿った特定のポイントでの５ｉＱＸ材料の組成は、特定の材料が蒸着される時 の反応体カス及びシランの特別の比率によって決まる。シランのガス流用の割合 は、正弦パターンで変化するので、層１４のＳ：０ｘ４Ｊ料の組成は、直線から 多少ずれることを考慮しても、はぼ同様の正弦パターンで変化覆る。更に、Ｓ！ Ｏｘ材料の屈折率は組成に従って変化づるので、ＳｉＯｘ材料の屈折率（ｎ）も 、第２図に示すように、同様に層１２の厚さ１４の関数として正弦パターン１６ に従って変化する。従って、ｎの上限と下限どの間に所定のパターンで蒸着され た層１２の屈折率は徐々に変化づる。ＳｉＯｘ材料の屈折率の最大値と最少値と の間の相違は、△ｎ１即ち、屈折変調である。第２図のΔという表示は、明暗の 周期的縞模様を示す。この重要性については、反射光の波長及び第（５）式との 関連で以下に述べる。

更に、シランのガス流量の割合は正弦パターン以外にも半正弦状、三角形状、鋸 歯状、方形波状、又は所定の不整合パターンのような他のパターンでも変化させ ることができ、蒸着材料の組成及び屈折率をそれぞれの形状に対応して変化させ ることができる。

上述の反応体カス流量の、割合比の効果に加えて、反応を引ぎ起す紫外線放射の 強度は酸化物の蒸着する割合に影響する。

第３図のグラフには、２０分間に蒸着する酸化物の厚さは光化学反応を引き起す ために用いられる紫外線（ＵＶ線）の相対的強度に依存していることか示されて いる。第３図に示さ符表昭ＧＯ−５０１３５８（５） れているように、紫外線の強度が増大ηるに連れて、所定時間内に蒸着する酸化 物の厚さ又は蒸着する割合は増大する。

第３図のデータを得る際に本発明の第１の実施例に用いた紫外線源は、波長が２ ５４ナノメー１〜ルで基板からの距離が２．７５インチ（６，９９センチメート ル）の４個の水銀蒸気アーク燈バンクである。この他に、本発明の第２の実施例 では、反応誘発放射線源として走査レーザー光線を用いることもできる。この点 についてはここに更に詳細に記述する。

第１図及び第３図との関連で上述した反応パラメータに加えて、蒸着室内のガス の流れのパターン及びガス圧の制御も再生可能な均一の酸化層を形成する上で必 要である。

上述した本発明の方法に従って、変調屈折層が基板面に対して平行に形成されて 、ゼロ麿（非傾斜フリンジ）回折光学素子が提供される。しかしながら、本発明 の変調屈折層は、光学的倍率を有する非球面基板」−に設けることもでき、この ようにして光の収差又は歪曲を補正する一方で完全に透明な回折光学素子を提供 することができる。このような構造は、第４ａ図及び第４ｂ図に概略が示されて いる。第４ａ図には、ポリカーボネート等で任意の形状に形成された非球面基板 ２０が示されている。基板２０の表面上で同表面に一致するように、本発明に基 づいて、所定の屈折パターンで連続的に屈折率が変化するグレーデッドインデッ クス光学材料より成る層が形成される。独立した素子として、第４ａ図にはカバ 一部材２４が示されている。この部材には基板２０に対面する表面２６が基板２ ０の表面の輪郭に一致している。カバ一部材２４は、土部に層２２が形成されて いる基板２０に、エポキシ等の光を透過する接着剤（図示せず）により積層され て、第４ｂ図に示されている構造が形成される。第４ｂ図に概略が示されている ように、選択された反射帯内の波長で入射づる放射線２８は、グレーデッドイン デックス層２２によって反射される。一方選択された反射帯外の波長の放射３０ は、構造全体を通過づることができる。本発明の譲受人に譲渡された米国特許第 ３，９４０，２０４号に記載されているような視線を下げずに読むことができる 表示システムに用いた場合、入射してくる放射２８は陰極線管の発する光であり 、グレーデッドインデックス層２２によって回折されて監視者の目に到達する。

放ｔＡ３２はコックビットの外側の環境からの光であり、第４ｂ図の構造全体を 透過して監視者の目に入射する。このような非球面基板の使用能力は、本発明の ゼロ磨回折光学素子によって満足される回折光の応用数をかなり増加させた。第 ４ｂ図に示されているような構造は、例えば、先に説明したような視線を下げず によむことのできる表示回折光学結合物に有用である。

更に、傾斜したフリンジ回折光学素子は本発明に従って、ある反応ガスのノズル スリットを基板の近傍に配置することによって形成することができる。他の反応 ガスは基板の全表面を横切って均一に流れる。スリットは基板の表面上に離隔し て設りられているフリンジと等しい距離だ分向１している。

傾斜角数は、蒸着が進行するに連れて、基板とノズルスリツ１−との相対的移動 によって制御される。

／３ 所定のパターンを維持したまま連続的に屈折率が変化するグレーデッドインデッ クス光学材料を生成づる上述の方法は、例えば、先に引用した「オプティカル　 ホログラフィ−」という木の第１章［基礎概念の導入（ｌｎｔ　ｒ　ｏ　ｄ　ｕ 　ｃ　−ｔｉｏｎ　ｔｏ　３ａｓｉｃ　Ｃｏｎｃｅｐｔｓ）Ｊに記載されている ように、一般に用いられているホログラフィ−フィルターとして機能する反射回 折光学素子の形成や、入射光の回折や、所定の回折効果を生み出すために効果的 に用いることができるということが重要である。

分離した多数の層より成る膜の光学的性質は多層マトリックス理論に詳しく記載 されている。例えば、Ｇ、ハス（Ｇ。

Ｈａｓｓ）編［フィジクス　Ａブ　シン　フィルムス（Ｐｈｙｓｉｃｓ　ｏｆ　 Ｔｈ１ｎ　Ｆｉｌｍｓ）Ｊ、アカデミツク　プレス（ＡＣａｄｅｒｒｌｉＣｐｒ ｅｓｓ）、ニューヨーク（Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ）、１９６３年版の６９ページ以降 に記載されているＰ、Ｈ，バーニング（Ｐ、Ｈ。

Ｆ３−ｅｒｎｉｒ＋ｇ）の記述を参照されたい。この理論は、グレーデッド膜を ｒＮＪスタックとして非常に薄い分離インデックス層に近かづけることによって 、グレーデッドインデックス膜の光学的特性の計算に応用することができる。１ Ｎ」の値が非常に太きｔノれば、この近似法は本発明の装置では十分に正確であ る。この近似法及び通常の多層膜光学理論を用いて、Ｓ−及びＰ−偏光の屈折率 、透過率及び吸光度並びにこれらの平均を好ましくはコンピュータプログラムを 用いてグレーデッドインデックス膜用に算出することができる。この計算はどの ようなグレーデッドインデックスコーティング形状をしていても入射する波長又 は角度がどのようなものであっても行なうことができ、コーティング内の電界及 び吸光曲線を８１算することもできる。そのような割算は、グレ−デッドインデ ックス膜の蒸着により、帯域が狭く、屈折率が高い特別のフィルターを形成する ことができる可能性を示している。グレーデッドインデックス膜を分析するこの 方法は、ミシガン環境調査機関が１９８１年１月に発行した「シックフェーズ　 ホログラフィ（Ｔｈｉｃｋ　ＰｈａｓｅＨ○ｌｏｇｒａｍｓ）Ｊに関する最終報 告書の中でに、△ライニック（Ｋ、Ａ、Ｗｉ　ｎ　ｉ　ｃｋ）氏が記載して−い る。

グレーデッドインデックス膜の光学的性質の計算は、間膜の屈折特性が主に屈折 曲線のフーリエ組成に依存していることを示している。従って、例えば、正弦屈 折変調を有し、ボログラフィー的に露出された回折光学素子は、設δトされた反 射波長（λｐ）における性能が、基礎的フーリエ組成が変調振幅と等しく周期の 等しい多層平方変調と同じである。従って、単一の波長のみが高い反射率を有す るものに回折光学を適用する場合、光学的性質という用語の下では、方形波多層 膜及び正弦変調膜は等しく実行できる代替物である。しかしながら、先に述べた 多層構造の欠点のため、本発明の方法によってもたらされる正弦曲線その他のグ レーデッドインデックス曲線は、多層方形曲線より優れた利点を提供する。

更に、本発明のグレーデッドインデックス膜では、材料の制限を考慮しても、屈 折率曲線の各制限組成を下記の式（５）に記載されている周期性を持たせること によって、ピーク波長又は波長を所望するように設定することができる。

（５）　Δ１−λｐｉ／２ｎ ここで Δ１−屈折曲線の１番目の正弦組成の周期性λｐｉ＝ｉ番目のピーク波長 ｎ　−回折の平均的屈折率 ＳｉＯｘグレーデッドインデックスフィルターの材質はピーク波長が０．４ない し２．５マイクロメートルのものに限定される。ＳｉＯｘはピーク波長がこの範 囲外にあると極度に吸光するからである。しかしながら、ＳｉＯｘ以外の材料、 例えば酸化アルミニウムや酸化ジルコニウム等を用いて前記範囲より高い周波数 や低い周波数を反射するグレーデッドインデックス曲線を形成することができる 。従って、本発明の方法によれば、紫外線や可視光線や赤外線の範囲の放射を反 射することのできる回折光学素子を形成することができる。

更に、本発明の第１の実施例の代替方法によれば、基板の表面を横切る局在反応 ガスの流れを所望の割合で変化させるか、ここに述べたように反応誘発放射の強 度を変化さることによって、回折光学素子の水平面を移動するに連れてピーク反 射周波数（λｐ）を変化させることができるので、蒸着される材料の厚さ、屈折 率、周期、及びλｐを変更することが更に、吸光度と屈折率との間には公知の関 係があるので、本発明の方法を用いて吸光度又は屈折率又はその両者を変調リ− る層を形成することができる。吸光度αは下記の式（６）によって規定される。

吸光度と屈折率との関係は下記の式（７）によって規定されている。

（６）　α−４πに／λ ここでα−吸光度 に−吸光係数 λ−入射する放射の波長 （７）Ｎ＝ｎ−ｉｋ ここでＮ−複素屈折率 ｎ−実際の屈折率 に−吸光係数 従って、層の材質による実際の屈折率ｎの変化は先に記載したようにして生じる が、層の材質の吸光係数にの対応する変化の生成も同様である。例えば、ＳｉＯ ｘのような光化学的に蒸着された酸化物は、遮断領域（例えば、ＳｉＯｘでは２ ．５マイクロメートル）を有しており、この領域では酸化物の吸光度は高くなる 。吸光度は化学量論的組成に高度に依存している。従って、本発明に基づいてＳ ！Ｏｘの化学＠論的組成を変更することにより、吸光度及び屈折率を変調する構 造を作ることができる。従って、「屈折率」に関する詳細な説明は、上述した「 複素屈折率」を含む予定である。

上記光化学蒸着方法を例１に用いて更に説明すると、酸化ホログラフィ−フィル ターは１．４５及び１．６３の間で変化し、１．４８マイクロメートル（μｍ） でピーク波長を生成する１６周期正弦変調反射率が形成される。小ログラフイノ ７ 一フィルターの特別の反射率は、分光器や公知の方法を用いて入射してくる放射 の様々な波長を測定する。このようにして得られた曲線を第５図に示す。第５図 に示されているように、１．４８マイクロメートルの基礎周波数〈λ０）におけ る８１．３パーセントの反射率が得られる。この反射率の値は、第６図に示すよ うに、１．４８μｍにおいて理論によって得られる９４．１パーセントの反射率 と比較される。これは先に述べた理論及び計算に基づく。

第５図に示されている実際に測定された反射率のピーク値８１．３パーセントは 、第６図に示されている理論から得られた９４．１パーセントからいくらかずれ ているが、この事実は蒸着された膜の変調屈折率パターンが意図した正弦パター ンからいくらかずれているということを示している。この結論は、第５図の小さ な反則ピークである１／２λＯ（０，７５μｍ）及び２／３λｏ　（１，０μｍ ）を観察すれば、高次数が調和していることによって支持される。各反射スパイ クは屈折率曲線の特別なフーリエ組成に対応している。

従って、完全な正弦変調屈折率曲線は、λＯの基礎波長においてただ一つの反射 ピークに現われる。第５図の高次ピークは振幅が低いという事実は、正弦からの 膜のずれは比較的小さいことを示している。屈折率曲線を示す正確な正弦パター ンは、蒸着された膜の屈折率及び厚さとを測定するモニター及びフィードバック ループシステムを用いることにより達成される。正弦変調屈折率曲線が正確にな るに従−）て、その分だけ基礎波長における反射値は高くなる。

更に、第５図に関して、λｏ／３　（０，５μｍ）での反射率のピークは測定さ れていないが、これは多層構造の特徴であり、このコーティングは分離した層の ４分の１波長スタツクではなく、正弦変調膜の予測結果に一致していることを示 している。

本発明の方法を用いれば、上記理論及び計算を用いて帯域が狭く、反射率が高い 特別のフィルターを製造することができる。例えば、そのような計算を用いて、 ０．５３μｍで９９．９７パーセントの反射率を有し、０．１０５の変調及び１ ５Ｉ１ｍの厚さを有するコーティングを設泪することかできる。また、膜の厚さ が増加するに連れて、屈折率変調が減少し、１ノイクル数が増加する一方で必要 な反射率を維持覆ることに適用できる。考慮すべき別の要素は、反射帯の幅であ る。屈折変調が大きくなるに連れて、所定の厚さ又は所定の効率レベルの反射帯 の幅が広くなり、明所視の透過又は信号の伝達が達成される。別の例では、その 計算から、屈折率変調が０．４２であり、厚さが８．２マイクロメートルであり 、変調期間が０．３９６マイクロメードルの正弦曲線を有するグレーデッドイン デックスＳ　ｉ　Ｏｘ’層で１．３１５マイクロメートルでの反射率が９９．９ ３パーセントの光学コーティングを設ｈ１することが・できる。

更に、本発明の方法に従えば、幾つかの正弦屈折率曲線の線形重ね合せであり、 各正弦屈折率曲線に対応する多数の波長の高反射率を示す組成屈折率曲線を有す るコーティングを形成することができる。この種の組成曲線は、上述のように分 析的に設計することができ、本発明のグレーデッドインデックス方法を用いて作 成することができる。例えば、それぞれ０．６μｍ、０．８μｍ及び１．０μｍ の波長を有する３種類の放射を保護覆るための３個の分離した屈折率曲線を組合 せて、第７図に示されている膜の厚さに対する組成屈折率曲線を形成する。グラ ス基板上の金膜の１６マイクロメードルの厚さ用第７図の組成曲線屈折率を用い ることにより、様々な波長におけるそのような装置の理論的反射率は第８図に示 されている。０．６Ｉ１ｍ、０．８μｍ及び１．０μｒｒ＋に：おける最も高い 反射率は第８図により明らかである。同様にして、他の屈折率曲線を分析的に統 合することにより特別の光学特性を有する他コーティングを形成することができ る。

更に、米国特許第４，３７１，５８７号の化学蒸着処理を用いれば、Ｓｉｏ２、 ＴｉＯ２、△１２０３　、Ｔａ２０５及びＳｎＯ２のような多くの酸化膜を形成 することができる。

更に、この方法を用いれば、一方の酸化物から他方の酸化物へ徐々にしかも連続 的に変化する組成を有する２種類の酸化物より成る膜構造を形成することができ る。ＳｉＯｘを用いたシステムでは屈折変調は０，４５であるが、屈折率が１． ４５のＳｉＯ２と、屈折率が２．５５のＴ　ｉ　０２とより成る酸化膜では、最 大屈折変調は１．１である。他の有益な酸化物の指数は、Ａｌ２Ｏ３では１．７ ６であり、ＺｒＯ２では２．１８である。

最後に、実際問題として、予備分析により、厚さ及び指数の変化に関する交差は 、先行技術の多層４分の１波長スタッ０ り］−ディングに比へて、本発明のグレーデッドインデックス膜構造は高い。厚 さ及び屈折率を正確に監視するモニターシステムを設けることができれば、本発 明の化学蒸着方法は、反Ｉ８率に優れ、蒸着処理により生じるランダムエラーに より生じる劣化が最少であるコーティングを形成刃ることができる。

ホログラフィックフィルターとして用いられる反射回折光学素子を本発明の方法 によって形成することには、幾つかの利点がある。第１に、本発明では、湿気が 多くても安定しており、渇Ｉ（ｌ範囲が広い酸化物によってホログラフィックフ ィルターを形成することかてぎるが、従来技術のゼラチンホモグラムでは不可能 であ゛る。更に、化学蒸着方法で形成されるＳｉＯｘはポリカーボネ−１へのに うな合成樹脂やガラスに対する粘着性が優れており、基板の表面の形状に一致す る。後者の２特性により、本発明に基づく方法は、視線を下げずに見ることので きる表示コンバイナー又はナイ１〜ビジョンバイザーを曲がった基板に形成する のに特に適している。更に、本発明のＳｉＯｘは温度が（例えば、摂氏３０度な いし摂氏２００度と）低くても蒸着を行なうことができるので、可塑性基板の熱 による劣化を避けることができる。従って、可塑性基板を用いてレーザー用の保 眼装ｄや、視線を下げる必要のない表示装置を形成することができる。更に、本 発明に基づいて形成されたＳｉＯｘは、表面の組成が優れており、ピンホール又 は欠陥の密度が低い等光学及び機械的性質が優れているので、光の散乱を減少さ せることができる。更に、そ２７ のような酸化物の欠陥密麿が低いことはレーザーの放射による損傷を受け難いと いうことを意味している。更に、本発明の方法によれば、連続的に屈折率が変化 するグレーデッドインデックス光学材料が蒸着されるので、前述した先行技術に 内在している問題、即ち、組成の異なる別個の層が併置されることにより生じる 透過の減少、光の散乱、熱による損傷等の問題を回避することができる。本発明 の連続的グレーデッドインデックス型反射コーティングを用いることにより、機 械的応力の局在集中、及び電界の集中という先行技術の問題を避けることができ る。フィルター内の正弦曲線示すピーク電界は、所望の波長で同一の光学特性を 示す方形波多層フィルター内に生じるピーク電界より低い。更に、本発明に基づ いて形成された材料の組成の漸進的変化は、レーザーの高エネルギーの束にさら された時に、膜内の熱応力を減少させる。

熱応力がこのように減少するので、レーク“−による損傷を受ける際のしきい値 が増大する。組成の漸進的変化も膜の吸収率を減少させる。更に、基板の境界面 の誘電帯の組成を調整することにより、熱を基板に旨く整合させることができる ので、基板及び誘電帯の熱膨張を一致させることができる。

更に、本発明では蒸着物質の屈折率を調整して所定の曲線を描くようにできるの で、光学素子を設計する上でかなりの柔軟性がある。特に、本発明の光学素子は 、組成屈折率曲線装置との関連で先に述べた通り、非正弦曲線として形成するこ とができるので、幾つかの波長で反射率を高くすることができる。この装置は、 これまで不可能であった新規な光学装ツノ 置、例えば、蒸着された単一層に組み込まれた多波長狭帯反射回折光学素子であ り、２色で視線を下げずに見ることができる表示コンバイナ、レーザーから眼を 保護する保護バイザー、及びレーザーミラーの反射コーティングに有益である。

更に、曲線の周期性を変更して、蒸着された材料のスペクトル帯内の所定のレー ザーラインを排除することができる。例えば、ＳｉＯｘでは０．３から２．５μ ｍのピーク波長を排除することができる。更に、本発明の装置では、適切な屈折 率を有する材料を用いれば、波長の広い領域（例えば、ＳｉＯｘでは０．３から ２，５マイクロメートル以上で、△１２０３では０．５マイクロメートルまで） で高い反射率を得ることができる。

更に、連続的に屈折率が変化する本発明のグレーデッドインデックスホログラフ ィックフィルターの形成は、充電が不要で、電荷転送素子や化合物半導体等の感 光性装置の充電による損傷及び放射による損傷を避けることのできる光化学蒸着 処理で行なうことができる。更に、このような処理は、例えば、摂氏３０度ない し摂氏２００度という低い温度で行なうことができるので、熱に弱い基板が熱に よって損傷を受けることはない。また、基板及び蒸着層の熱的不整合により生じ る応力も避けることがで、きる。更に、この化学蒸着処理によって蒸着される材 料は、表面の形態が優れ、ピンホール密度が低く、不純物の割合が低く、応力が 低く、多くの面積で厚さが等しく、基板の形状に一致している。本発明の処理は 、高度に再生産することでき、均一の蒸着物を大規模に生産す３ 符表昭ＧＯ−５０１３５８（８） ることができる。最後に、上述の処理により、単一の処理工程で、ホログラフィ クツイルターを製造することができる。

従って、製造が簡単になり、コストを下げることができる。

本発明の方法に基づく方法により、多波長の放射から保護するフィルターを単一 の工程から単一の装置で’！８１造することができるという点を注意する必要が ある。

更に、本発明の方法では、ミラー基板の表面上に反射コーティングを形成して表 面の反射率を高め、吸収率及び散乱を低くすることに利用できる。このように高 度に反射する膜は、レーザーシステムに用いられて、レーザービームを反射し、 ガイドする鏡に特に有効である。先に第５図を参照して記載した方法で例えばモ リブデン又はシリコン性鏡基板を処理すると、このような反射コーティングを形 成することができる。

このコーティングの反射率は入射して（る放射の様々な波長で計測することがで きる。また、計よ１ｊ結果は、先に記述した第５図の曲線に示されている。粘着 性をを改善して応力を減少させるには、クロミウムやチタニウムなどの結合剤を 基板とグレーデッドインデックス材料との間に用いることが有利である場合があ る。このような金属結合剤は、特定の屈折率変調において蒸着された膜の厚さを 減少させることにも用いることができる。

更に、本発明の方法の第２の実施態様では、連続的に屈折率の変化するグレーデ ッドインデックス材料の蒸着には、所望の化学反応の誘発に操作レーザーど一ム 又は他の平行ビームが放射源として用いられていることを除けば、先に記述し− ７ た化学蒸着方法を用いることができる。基板の表面はレーザーと一ムによって走 査される。あるいは、例えば、米国特許第４．３４．０．６１７号に記載されて いるような公知の先行技術によって公知のように、基板を移動させるが、光学焦 点システムで調節する等の他の手段を用いてレーザービームと基板との相対的移 動が実施される。レーザービームや他の平行ビームは、先に記載したように所望 する化学反応を誘発するのに必要な波長の放射線を出力する。ビームは１回に１ 個のセグメントを照１１−Ｊ　ツるように制御されながら基板表面を走査する。

セグメントの大きさはビームの直径によって決まる。

反応生成物が蒸着される割合は、反応体を照射する反応誘発放射線量に依存する 。したがって、基板の所定のセグメン１〜がレーザービームに照射される時間が 長くなれば、そのセグメントに蒸着される反応生成物の量は増大する。従って、 レーザービームの走査速度又は実施サイクル及びパターンを制御することによっ て、基板上に蒸着する物質の水平方向の厚さを変化させることができる。蒸着の 割合によって蒸着層の厚さが決まるのであるから、基板の側面の蒸着層の厚さ及 びその屈折率も同様に一ヒ述の走査レーザービームの照射量に従って変化する。

厚さは、レーザービームの走査パターンによって決まるので、連続的に変化させ ることもできれば、段のように急激に変化させることもできる。その結果中じる 構造では先に述べたように、厚さの関数として連続的に屈折率が変化し、更に、 層の厚さは基板の表面を通過する所定のパターンによって変化する。所定の厚さ における変調量によって必 屈折率変調の周期が決まるのであるから、基板表面の異なるセグメント上に蒸着 した層は周期が異なる。式（５）に関して先に述べたように、屈折率変調の周期 性によって反射光のピーク波長が決まる。従って、本発明に基づく方法の第２の 実施態様によれば、基板表面の様々なセグメントにＪ３ける屈折率のピーク周波 数や厚さが異なる回折光学素子を形成することができる。このような構造は、視 線を上げずにみることのできる表示システムを結合重る際に有用である。あるい は、本発明の第２の方法の実施態様によれば、基板の所定のセグメン１〜を照射 する反応誘発放射線量は、紫外線の放射源及び基板面に近接して設けられたマス クを用いることによって変更することができるので、所定セグメント部で基板が 放射を受（）ることを避けることができる。

本発明の第１及び第２の方法の実施態様を用いれば、先に述べたように厚さの関 数として変調された屈折率の他に、水平面を横切る厚さや屈折率が異なる様々な 光学素子を提供づる＝とができる。また、屈折率を厚さの関数として変調して、 第１の方法の実施態様で述べたように選択されたλｐを提供し、蒸着した層の厚 さを所望のパターンで変化させて、先に第２の方法の実施態様で述べたように凸 面を形成する場合もある。このようにして出来上がる構造では、水平方向の厚さ は異なるが、λｐは基板の水平面を横切って同一である。水平方向の厚さがこの ように異なる構造は、水平面を横切る回折素子の効率を変更する。これは入射光 の強度の空間的不均一性を補償するのに有利である。第２の場合は、直ぐ上で） ボし６゛ べたように所望のパターンにより蒸＠層の厚さが変化し、λｐは本発明の第１の 方法の実施態様の変形に関して述べたように層の水平面を横切って変化する。こ のようにしてて゛きた構造では、厚さは水平方向に変化し、構造の水平面を横切 るλｐも変化する。第３の場合は、蒸＠層の厚さくま一定であるが、蒸着層の屈 折率は基板の水平面を横切って変化し、」二連のように周期及びλｐを生成する 。このようなａ造でＣま、基板の水平面を横切るλｐの変化は、蒸着層の厚さに （ま依存しない。虹彩孔が設けられているカバーを基板上に配置し、基板の所定 のセグメント上で虹彩を開閉して基板のセグメントに黒用される放ｖＡ石を制御 ｌすると同時に、放射の強度又（Ｊ反応ガスの流れる割合を変更して、がさの関 数及び基板面の水平方向の位置の関数として、必要な変調されｌこ屈折率力（達 成される。

要約として以下に、これまで入手できな力翫っだ新規なフィルター装置は勿論の こと通常の光学フィルクーで性能の改善されたものを提供することのできる本発 明の方法の独特の特徴を列挙する。

ａ、　反応体の流量の割合の制御により（複雑な）屈折率の任意の曲線 す、　高屈折率変調 Ｃ１基板の表面を横切るピーク波長の変イヒｄ、　低温蒸着 ｅ、　基板の形状に一致した均一のコーチイミノＩｆｆ、　蒸着材料の可変性 ）７ 符表昭６Ｏ−５ｏｘ３５８（９） 特に、本発明の下に形成された新規で改善された光学装置の中には、 ａ、　バンドパスフィルター、狭帯透過又は反射フィルター、遮断フィルターの ように広い角度で受光し、フィルターを横切る変数λｐを有する広角光学フィル ター ｂ、　可変密度、中立密度透過フィルター、可変反射フィルター等のど一方の横 断面の強度を等しくする吸収又は透過型アポダイザ− 〇、　面回折格子通路を通過する紫外線ライトや可変屈折率によって形成される 回折格子曲線を有する表面回折格子 ｄ、　光学ファイバーやインテグレーテッド光学素子のように基板又はファイバ ーコアに設けられ特殊な光学装置を形成する可変屈折率コー収納素子 ｆ、　検出器や目をレーザーから保護する保護フィルターのようにレーザーにも 丈夫な紫外線検出器及びソリッドステートコンポーネント用赤外線及び可視光線 フィルター ｏ、Ｗ帯、単色又は多色、透過又は反射又は’ＩＭＧ型フィルター ｈ、　可変表面曲線及びレンズを通過したり横切る；！８ 際に屈折率が変化する薄いレンズ １、　プラスチック基板又はグラス基板上の反射防止フィルター又は高反射フィ ルター 」、　非球面基板−［の上記コーティングのいずれかに、　フリンジが傾斜して いるホログラフィック又は光学装置 更に、本発明の方法はシリコンの酸化物の使用に限定されない。先に記載した米 国特許第４．３７１，５８７号に記載されている方法で蒸着することができれば 、どのような酸化物を用いてもよい。更に、酸化物以外の物質では、ここに記述 したように、別の光化学々法で蒸着づることができる。例えば、窒化ケイ素は本 願の譲受人に譲渡された米国特許第４．１８１，７５１号に記載されている方法 で蒸着することができ、様々な硫化物では本譲受人に譲渡された同時継続出願第 ３８７．０８６号に開示されている方法で蒸着することができる。更に、これら の様々な材料の組み合せ、例えば、二酸化ケイ素と窒化ケイ素との組み合せも用 いることができる。実際問題どしては、本発明に基づいて蒸着される材料は、空 気や水蒸気の下でも安定している。

更に、本発明は光化学蒸着法に限定されない。例えば、反応ガスの流量の割合を ここに記載したように制御して、連続的に屈折率が変化し、所定の屈折率曲線を 有するグレーデッドインデックス光学材料を提供する公知の蒸着処理が含まれる 。例えば、化学反応が生じるまで反応体を加熱して所望の製品を形成する熱化学 蒸着法では、反応体ガスのガス流量の寸 割合は、先にここに記載したようにして制御される。この種の熱化学蒸着方法の 中で特に注目されるものは、金属有機化学蒸着法によるエピタキシャル層の蒸着 である。硝化亜鉛とセレン化亜鉛のような２種類の物質゛を熱してこれらを蒸発 させ、次に基板上に凝縮させる熱的蒸着や物理的蒸着処理では、硫化亜鉛のよう な一方の物質の熱による蒸発を一定の割合に維持し、その一方で第２の物質の熱 的蒸発をここに述べたように時間の係数として変化させる。同様の方法は、２種 類のターゲットを有する電子ビーム蒸着技術及びスパッタ蒸着技術に使用するこ とができる。同様に、分子線エピタキシャル成長工程では、原子ビーム又は電子 ビームをターゲットに向けて入射させることによって材料のエピタキシャル層が 成長する。入射するビームの相対的割合は、ここに述べたように変更するので、 所定のパターンを有し徐々に屈折率が変化するエピタキシャルの層が提供される 。

１上 ′この例は、連続的に屈折率が変化し、ボログラフィックフィルターとして使用 するのに適切な所定のパターンを有するグレーデッドインデックス光学材料を、 以上に説明した本発明の第１の実施態様の方法に従って形成することを説明する ためのものである。先に記載した米国特許第４．３Ｌ−７１，５８７号に記載さ れている光化学蒸着方法及び装置は、縦２インチ＜５．０８ｃｍ）横３インチ（ ７，６２ｃｍ　）厚さ４０ミル（０，１０ｍ）のグラス滑動基板上にＳ　ｉ　Ｃ ）ｘの膜を蒸着させるために用いられる。気相反応体はシラン（Ｓ　ｉ　Ｈ４） 及び−酸化窒素（Ｎ２０）であり、光増感剤どして水銀が用いられている。反応 を誘発する放射線の波長は２５３７人である。基板温度は摂氏１００度である。

全操作圧はほぼ１１〜ル（水銀のミリメートル）である。操作圧は０．１ないし ５０トルの範囲内でもよい。反応ガスＳｉｔ」４及びＮ２０は、反応ガスの流れ を制御する流量制御￥！ｉ置を介して蒸着室の一端部に注入される。反応ガスが 流れ始めてから、全圧力、ガスの流量、ガスの割合、及び基板の１１が調節され る。蒸着中のガス圧は一定に保たれ、基板はガスが層流をなして流れるように配 置される。システムが平行状態であるとき、反応を誘発する放射線を反応室内に 誘導することによってＳ　ｉ　Ｏｘの蒸着が開始される。その際に、先に記載し た第３図のデータを用いて必要な光の強度を決定する。光源としてはニューシャ ーシー州ネヮークのカンラド＝ハノビア社（Ｃａｎｒａｄ−ＨａｎＯＶｉａ、Ｉ ｎＣ。

ｏｆ　Ｎｅｗａｒｋ、Ｎｅｗ　Ｊｗｅｓｅｙ）製の水銀燈を使用し、これを基板 の表面からほぼ２．７５インチ（６，９９ｃｍ）離隔して４列配置する。Ｎ２０ のガス流量の割合は６２．０ｓｅｃｍに維持され、ＳｉＨ＋のガス流量の割合は Ｑ、ｇ□ｓｃｃｍから３．５ｓｃｃｍへと制御されながら変化する。

先に論じた第１のデータ及び実験データから作成し時と共に変化する流れの割合 を示す一グラフを用いて、ガス流量制御ノブを所定の割合で手動で回転させてシ ラン反応体の流れの割合を時と共に変化させ、酸化膜を形成する。この酸化膜の 屈折率は、連続的正弦パターンが１．４５から１．６３に変化し、全体が１６周 期であり、ピーク波長が１．４８μｍである。このようにして形成されたホログ ラフィックフィルターのスペクトル反射率の測定値は第５図に示されている。同 図には、８１゜３パーセントビーク効率が示されている。このデータに関しては 既に詳細に説明しである。このような構造は、例えば、レーザーシステムに用い られる鏡の表面反射率を高め、レーザー信号の透過率を最高にし、鏡の損害を最 少に押えるためのコーティングに有用である。

Ｌ この例は、連続的に屈折率が変化するグレーデッドインデックス光学材料の層を 本発明の方法に従って基板の表面に形成することを示すものである。この例では 、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及び二酸化チタン（ＴｉＯ２）より成る合成酸化膜 を形成して１．１の屈折率変調が提供される。

気相反応体として四塩化チタン（ＴｉＣｌ＋）を追加すること以外は、上で引用 例１に記載した方法と同じである。米国特許第４，３７１，５８７号に記載され ているように、−酸化窒素の光化学分解によって発生する原子状酸素は、ＴｉＣ ｌ４と反応して酸化チタンが形成される。本発明では、−酸化窒素のガス流量割 合は一定に保たれ、ｓ　ＩＨ４及びＴ　ｉ　”Ｑ　＋　４のカス流量割合は相互 及び−酸化　窒素との関連によって制御されながら変化する。５１０２及びＴｉ Ｃｌ４の必要な流量の割合は、蒸着される材料の屈折率は流量の割合に従属して いることを示す実験データを基にして決められ９ン る。３ｉＨ＋及び１−ｉＣ１４反応体は原子状酸素と反応して、それぞれＳｉＯ ２及びＴ　ｉ　０２が形成され、両者は何時に基板に蒸着してｓ　１０２及びＴ 　ｉ　０２より成る合成酸化膜が形成される。合成酸化物の組成は、屈折率が１ ．４である純粋な５ｉ０２から屈折率が２．５５である純粋なＴ　ｉ　０２に至 るまで連続的に変化する。その結果合成酸化物膜は、厚さの関数として屈折率が 連続的に変化し、最大屈折率変調が１．１であるグレーデッドインデックスを有 する。

」Ｌ この例は、連続的に屈折率が変化するグレーデッドインデックス材料の囮を、基 板の表面を横切って所定のパターンで屈折率が変化するグラス基板の表面に本発 明の第２の方法の実ＩＭ態様に従って、形成することを示Ｊものである。放射線 源として操作レーザービームが用いられていることを除【ノは、例１に記載され ている一般的方法と同じである。走査レーザービームは、アルゴンフルオーライ ドチューナプルーレーザー、ニューシャーシー（Ｎｅｗ　Ｊｅｒｓｅｙ）のルモ ニクス（ｌ−ｕｍｏｎｉｃｓ）から得られる関連エレクトロニクス及び光学素子 、マサチューセッツ（ＭａＳＳａ−ｃ　ｈ　ｕ　ｓ　ｅ　１：　ｔ　ｓ　）州つ Ａ−タータウン（Ｗａｔｅｒ−ｔｏｗｎ）のジェネラルスキャニング着（Ｇｅｎ ｅｒａｌｓｃａｎｎｉｎｑ．　Ｉｎｃ．）により得られるラスター走査機構より 成る。例えば、米国特許第４，、３４０．６１７号に記載されているように、コ ンピューター制御の下で、レーザービームは所定のパターンに従って基板の表面 を水平方向ｅ に移動して走査か行なわれる。基板には例えばＳｉＯｘのような材料の層が形成 される。この層は、蒸着した層の厚さの関数として連続的に屈折率が変化し、走 査レーザービームのパターンに対応したパターンに従って基板の水平面を半径方 向に連続的に屈折率が変化する。

以上本発明の好ましい実施態様を例示して本発明の詳細な説明したが、本発明の 技術分野で技術に優れた者であれば、本発明の意図及び範囲を逸脱することなく 形態及び詳細を修正することができることに注意されたい。特に本発明は、例と してここに用いた屈折率が連続的に変化するシリコン酸化物のグレーデッドイン デックス層の光化学蒸着に限定されるものではなく、本発明の範囲には適切な光 学特性を有する酸化物、窒化物、硫化物その他の材料及びこれらの混合物も含ま れる。更に、本発明の好ましい実施態様として「光化学蒸着方法」を記載したが 、本発明は光化学的に原子状酸化物を発生させることを示している米国特許第＝ １．３７１．５８７号の実施態様に限定されるものではなく、むしろ、後者時γ Ｆの方法のどのような実ＩＮ態様によっても形成することのできる酸化物を含む ことが意図されている。

更に、本発明は所定のパターンに従って連続的に屈折率が変化する酸化物を形成 する特殊な光化学蒸着方法との関連で記載されているが、酸化物や他の物質を形 成する公知の蒸着方法を用いてここに述べたのと同様な屈折率曲線及び光学特性 を右する蒸名層を形成することもできる。グレーデッドインデックス層を形成す る他の物質は、必要イＴ波長の範囲を透ｅぐ 過させる誘電体であることによって特徴付けられている。

更に、本発明はここに開示した特別の屈折率曲線に限定されるものではなく、ど のような曲線を想定してもよい。更に、本発明は、ここに詳細に記述した特定の 方法に限定されるものではなく、蒸着した物質に所望の屈折率曲線を与えるため に必要な様々な媒介変数を処理］二程に挿入することができる。

最後に、本発明は、連続的に屈折率が変化するグレーデッドインデックス物質を ここに記載した用途に使用することに限定されるものではなく、あらゆる目的に 使用することがで質より成る構造をも含むものである。

持表昭ＧＯ−５０１ニア５８　（ｊｊ）昭和　年　月　日 特許庁長官　志　賀　学　殿 １、事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ　８４１０１２５７ ２、発明の名称 グレーデッドインデックス光学材料の製造方法及び同方法により製造される構造 ３、補正をする者 事件との関係特許出願人 名称　ヒユーズ・エアクラフト・カンフ２ニー４、代理人 住所　東京都港区虎ノ門１丁目２６番５号　第１７森ビル６、補正の対象 明細書 （２）　明細書第８頁第１２行目と、同第２０行目と、同第２１行目と、第９頁 第１７．１８行目と、第３０頁第１行目と、第３１頁第１８゜１９行目と、同第 ２１行目と、同第２２行目とにそれぞれ「−酸化窒素」と６ルヲイｆ　しも「− 酸化二窒素」に補正する。

特許請求の範囲 １　選択された物質で形成され、屈折率が厚さの関数として所定の連続したパタ ーンを成して変化する層を基板の表面に蒸着する方法であり、 ａ）前記基板を提供する工程と、 ｂ）相互に化学変化を起こして前記選択された物質へと変化して前記基板上に前 記層として蒸着する第１及び第２の選択された気相状態の反応体に前記基板をさ らす工程と、Ｃ）前記第１及び第２の気相状態の反応体の割合を所定通りに連続 的に変化させて、蒸着した前記選択された物質の化学量論的組成を前記基板の前 記表面上に蒸着した前記物質の距、離の関数として徐々に変化させて、前記層の 前記屈折率を前記厚さの関数として変化させると共に前記連続的に変化する所定 のパターンに従って変化させる工程とを有する方法。

２　前記層の屈折率の前記所定の変化は、正弦。

準正弦、重ね合せられた多数の正弦、方形波。

第１項に記載の方法。

３’ａ）　前記気相反応体は所定の波長の放射線によって化学反応が誘発され、 ｂ）前記基板は選択された波長の前記放射線４　前記放射線の強さは時が経過し てもほぼ一３項に記載の方法。

５　前記基板の前記表面の選択されたセグメントに照射される前記放射線の強度 は、前記放６　前記放射線は平行ビームであり、前記基板の前記表面の選択され た各セグメントは、各セグメントは、各セグメント毎に設定されている所定期間 だけ順に前記放射線が照射されるので、蒸着される層の厚さは、一つの選択され たセグメントから次のセグメントに向か範囲第３項に記載の方法。

７　前記放射線は走査レーザービームであり、前記選択されたセグメントに前記 レーデービ８　水銀蒸気が存在している時に前記照射工程ｒｂＪを実施して、前 記放射線によって誘発範囲第３項に記載の方法。

ｔＯａ）　前記選択された物質は酸化ケイ素３　ｉＱｘであり、しかもこのＸは １ないし２の範囲の値であり、 ｂ）前記気相反応体はシラン（ＳｉＨ４）及び−酸化二窒素（Ｎｘｏ）であり、 Ｃ）前記照射は水銀蒸気が存在する時に実施されるものであり、 ｄ）前記屈折率は１．４５から１．９の範囲で変ｕａ）　前記選択された物質は 第１及び第２酸化物が合成されたものであり、この酸化物の合成は前記第１酸化 物のみの状態から徐々にしかも連続的に前記第２酸化物のみの状態へと変化し、 ｂ）第１及び第２気相反応体が前、躯体として前記第１及び第２酸化物に提供さ れ、 Ｃ）第３気相反応体が提供されて前記第１及び第２気相反応体と化学的に反応し て前記第１及び第２酸化物が形成され、 ｄ）前記第１．第２．第３気相反応体の相対的な割合を前記の順番に従って連続 的に変化させて、前記屈Ｆｒ率の前記所定の・９ターβｔの範囲第１項の方法に よって製造される物であり、 ａ）選択された基板と、 ｂ）選択されて前記基板に所定の厚さになるまで蒸着され、化学量論的組成が前 記厚さの関数として所定の連続的パターンを成して変化し、これにより屈折率が 前記所定の・千ターンに従って連続的に変化する物質より成る層とを有する物。

１５ａ）前記基板は光学鏡であり、 物。

１１Ｂａ）　前記基板はグラス又はプラスチック材料であり、 ｂ）前記選択された物質はケイ素の酸化物での範囲第１２項に記載の物質。

１７　蒸着した前記層は前記基板の前記表面を水平方向に横断するに連れて第２ の所定パターンに従って更に変化し、これに伴って、前記屈折率が前記基板の水 平方向の表面の前記側に記載の物。

１８　前記物は回折光学素子であり、前記層は厚さが均一であり、前記光学素子 のピーク反射波長は、前記基板の前記水平面を横断するに川　前記物は回折光学 素子であり、前記厚さは前記基板の前記表面を横断するに連れて所定曲線を描い て変化し、前記光学素子のピーク反射波長は前記基板の前記水平面を横断するに 記載の物。

（支）　前記層の前記所定の厚さは、前記基板の前出願人代理人　弁理士　鈴　 江　武　彦国際調査報告 １°１°＋ｎ１ｌｌ°ｎａｌ　ＡｏｐＨ°””Ｎ′ＰＣＴ／ＵＳ　８４１０１２ ５７ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲ ＥＰＯＲＴ　ＯＮ第１頁の続き ■Ｉｎｔ、Ｃ１，４識別記号　庁内整理番号０発　明　者　スミス、ロナルド・ ティ　ア＃ ０発　明　者　ピータース、ンオン・ダブユ　アイ メリカ合衆国　カリフォルニア州　９０２７７　レドンド・ビーチ。

イー、パセオ・デ・う・プラヤ　３２０メリ力合衆国　カリフォルニア州　９０ ２６５　マリブ、コーストラン・ドライブ　１８２１９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．　選択された物質で形成され、屈折率が厚さの関数として所定の連続したパ ターンを成して変化する層を基板の表面に蒸着する方法であり、 ａ）　前記基板を提供する工程と、 ｂ）　相互に化学変化を起こし！前記選択された物質へと変化して前記基板上に 前記層として蒸着する第１及び第２の選択された気相状態の反応体に前記基板を さらす工程と、 Ｃ）　前記第１及び第２の気相状態の反応体の割合を所定通りに連続的に変化さ せて、蒸着した前記選択された物質の化学量論的組成を前記基板の前記表面上に 蒸着した前記物質の距離の関数として徐々に変化させて、前記層の前記屈折率を 前記厚さの関数として変化させると共に前記連続的に変化する所定のパターンに 従って変化させる工程とを有する方法。 ２、　前記層の屈折率の前記所定の変化は、正弦、準正弦、重ね合せられた多数 の正弦、方形波、三角形状波、鋸歯状、又は所定の不整合パターンのいずれかの 曲線で示される請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、８）　前記気相反応体は所定の波長の放射線によって化学反応が誘発され、 ｂ）　前記基板は選択された波長の前記放射線が照射されている時に前記気相反 応体にさらされる請求の範囲第６ １項に記載の方法。 ４、　前記放射線の強さは時が経過してもほぼ一定であり、前記基板の前記表面 全体は前記放射線によって同時に照射される請求の範囲第３項に記載゛の方法。 ５、　前記基板の前記表面の選択されたセグメントに照射される前記放射線の強 度は、前記放射線が前記表面を横断ず項に記載の装置。 ６、　前記放射線は平行ビームであり、前記基板の前記表面の選択された各セグ メン１〜は、各セグメント毎に設定されている所定期間だけ順に前記放射線が照 射されるので、蒸着される層の厚さは、一つの選択されたセグメントから次のセ グメントに向かって前記基板の前記表面を水平方向に横断づるに連れて所定のパ ターンで変化する請求の範囲第３項に記載の方法。 ７、　前記放射線は走査レーザービームであり、前記選択されたセグメントに前 記レーザー１−ムが照射される時間は選択されたパターンに従って変化する請求 の範囲第６項に記載の方法。 ８、　水銀蒸気が存在している時に前記照射工程ｒｂＪを実施して、前記／ｊｆ ｆｉ銅線によって誘発される前記化学反応を誘発し易い状態にする工程か更に含 まれている請求の範囲第３項に記載の方法。 ９、　前記選択された物質は酸化物である請求の範囲第３項に記載の方法。 、３７ １０．　８）　前記選択された物質は酸化ケイ素Ｓ！Ｏｘであり、しかもこのＸ は１ないし２の範囲の値であり、ｂ〉　前記気相反応体はシラン（Ｓ　ｉ　Ｈ４ ）及び−酸化窒素（Ｎ２０）であり、 Ｃ）　前記照射は水銀蒸気が存在する時に実施されるものであり、 ｄ）　前記屈折率は１．４５から１．９の範囲で変化し、 ｅ〉　前記屈折率の所定のパターンは正弦曲線を描くものである請求の範囲第３ 項に記載の方法。 １１、　８）　前記選択された物質は第１及び第２酸化物が合成されたものであ り、この酸化物の合成は前記第１酸化物のみの状態から徐々にしかも連続的に前 記第２酸化物のみの状態へと変化し、 ｂ）　第１及び第２気相反応体が前駆体として前記第１及び第２酸化物に提供さ れ、 Ｃ）　第３気相反応体が提供されて前記第１及び第２気相反応体と化学的に反応 して前記第１及び第２酸化物が形成され、 ｄ）　前記第１、第２、第３気相反応体の相対的な割合を前記の順番に従って連 続的に変化させて、前記屈折率の前記所定のパターンが前記酸化物の前記層の前 肥厚さ全体に渡って形成される請求の範囲第３項に記載の方法。 １２、　請求の範囲第１項の方法によって製造される物であり、 荷 符表昭ＧＯ−５０１３５８（２） ａ）　選択された基板と、 ｂ）　選択されて前記基板に所定の厚さになるまで蒸着され、化学量論的組成が 前記厚さの関数として所定の連続的パターンを成して変化し、これにより屈折率 が前記所定のパターンに従って連続的に変化する物質より成る層とを有する物。 １３、　前記層は入射してくる所定の波長の放射線を反射する請求の範囲第１２ 項に記載の物。 １４、　前記層は入射してくる所定の波長の放射線を透過する請求の範囲第１２ 項に記載の物。 １５、ａ）　前記基板は光学鏡であり、ｂ）　前記層は同一組成のグレーデッド 型酸化ケイ素である請求の範囲第１２項に記載の物。 １６、ａ）　前記基板はグラス又はプラスチック材料であり、 ｂ）　前記選択された物質はケイ素の酸化物であり、 Ｃ）　前記屈折率は１．４５から１．６３に変化し、 ｄ）　前記所定のパターンは正弦曲線である請求の範囲第１２項に記載の物質。 １７、　蒸着した前記層は前記基板の前記表面を水平方向に横断するに連れて第 ２の所定パターンに従って更に変化し、これに伴って、前記屈折率が前記基板の 水平り向の表面の前記側面位置の関数として第２の所定のパターンを成して連続 ７ 的に変化する請求の範囲第１２項に記載の物。 １８、　前記物は回折光学素子であり、前記層は厚さが均一であり、前記光学素 子のピーク反射波長は、前記基板の前記水平面を横断するに連れて前記第２の所 定パターンに対応して変化する請求の範囲第１７項に記載の物。 １つ、　前記物は回折光学素子であり、前記厚さは前記基板の前記表面を横断す るに連れて所定曲線を描いて変化し、前記光学素子のピーク反射波長は前記基板 の前記水平面を横断するに連れて前記厚さ及び前記第２の所定パターンの関数と して変化する請求の範囲第１７項に記載の物。 ２０−　前記層の前記所定の厚さは、前記基板の前記表面を横断覆るに連れで所 定の曲線を描いて変化する請求の範囲第１２項に記載の物。