JPS6218881B2 - - Google Patents
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- JPS6218881B2 JPS6218881B2 JP57100789A JP10078982A JPS6218881B2 JP S6218881 B2 JPS6218881 B2 JP S6218881B2 JP 57100789 A JP57100789 A JP 57100789A JP 10078982 A JP10078982 A JP 10078982A JP S6218881 B2 JPS6218881 B2 JP S6218881B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/08—Mirrors
- G02B5/0816—Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers
- G02B5/0825—Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers the reflecting layers comprising dielectric materials only
- G02B5/0833—Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers the reflecting layers comprising dielectric materials only comprising inorganic materials only
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Optical Filters (AREA)
- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、蒸着膜の内部応力による基板面の歪
みを補正し反射を防止した透過型光学部材に関す
るものである。
みを補正し反射を防止した透過型光学部材に関す
るものである。
従来より真空蒸着やスパツタリング法などによ
り基板上に形成された蒸着膜には、場合によつて
その基板面を歪ませる程の大きな内部応力が存在
することが知られている（例えば、Trans.8th
Natl.Vacuum Symp.1961年刊 P943〜）。
り基板上に形成された蒸着膜には、場合によつて
その基板面を歪ませる程の大きな内部応力が存在
することが知られている（例えば、Trans.8th
Natl.Vacuum Symp.1961年刊 P943〜）。
この蒸着膜中の内部応力により、その両面が平
面状に研磨加工された基板１１（第１図ａ）は、
これが非常に薄い場合、外部から検知されるほど
に変形する。変形には第１図ｂ又はｃに示す如
く、蒸着膜１２の個別によつて引張応力による場
合（第１図ｂ）と、圧縮応力による場合（第１図
ｃ）とがある。
面状に研磨加工された基板１１（第１図ａ）は、
これが非常に薄い場合、外部から検知されるほど
に変形する。変形には第１図ｂ又はｃに示す如
く、蒸着膜１２の個別によつて引張応力による場
合（第１図ｂ）と、圧縮応力による場合（第１図
ｃ）とがある。
厳密に言えば、同じ物質からなる蒸着膜であつ
ても、その蒸着法（例えば真空蒸着、スパツタリ
ング、CVDなど）や、蒸着時の種々の条件（例
えば基板温度、蒸着速度、真空度、蒸発源と基板
との位置関係など）が異なれば、蒸着膜１２の内
部に発生する内部応力、ひいては基板１１の歪み
量も変わつてしまう。
ても、その蒸着法（例えば真空蒸着、スパツタリ
ング、CVDなど）や、蒸着時の種々の条件（例
えば基板温度、蒸着速度、真空度、蒸発源と基板
との位置関係など）が異なれば、蒸着膜１２の内
部に発生する内部応力、ひいては基板１１の歪み
量も変わつてしまう。
蒸着膜中の内部応力と基板面の歪み量との関係
については既に解析され、以下の式で示されるこ
とが知られている（A.E.C.Technical Report
No.15、1961年刊）。基板が矩形断面の場合には、 σ＝４Ｅｂ２／３（１−ν）Ｌ２Δ ここでσ：蒸着膜中の内部応力（dyn/cm2） Ｅ：基板のヤング率（dyn/cm2） ν：基板のポアソン比 ｂ：基板の厚み（cm） Ｌ：基板の長さ（cm） Δ：基板の歪み量（cm） なお、基板１１の歪み量とは、両端を拘束しな
い状態において基板両端を結ぶ直線から基板中心
まで下した垂線の高さｈである。
については既に解析され、以下の式で示されるこ
とが知られている（A.E.C.Technical Report
No.15、1961年刊）。基板が矩形断面の場合には、 σ＝４Ｅｂ２／３（１−ν）Ｌ２Δ ここでσ：蒸着膜中の内部応力（dyn/cm2） Ｅ：基板のヤング率（dyn/cm2） ν：基板のポアソン比 ｂ：基板の厚み（cm） Ｌ：基板の長さ（cm） Δ：基板の歪み量（cm） なお、基板１１の歪み量とは、両端を拘束しな
い状態において基板両端を結ぶ直線から基板中心
まで下した垂線の高さｈである。
上式より明らかな如く、蒸着膜１２中に発生す
る内部応力σを一定とした時には、基板の長さが
非常に長かつたり、あるいは厚さが非常に薄いと
きには膜内部応力による基板面歪み量Δが大きく
なる。
る内部応力σを一定とした時には、基板の長さが
非常に長かつたり、あるいは厚さが非常に薄いと
きには膜内部応力による基板面歪み量Δが大きく
なる。
特に高度な面精度（歪み量λ／100〜λ／200但
しλ：波長）を要求される光学部材の場合、上記
基板１１の歪みは非常に大きな問題となる。
しλ：波長）を要求される光学部材の場合、上記
基板１１の歪みは非常に大きな問題となる。
そのような光学部材の透過型の例は、エタロン
板である。エタロン板はよく知られているように
多重干渉を利用した分光器に用いられるものであ
り、高反射ミラー層の形成された２枚の基板から
なる。２枚の基板は、基板裏面が互いに外側にな
るように平行に並べられ、２つの高反射ミラー層
の間隔は、光学的距離ｎ・ｄ（但しｎは雰囲気の
屈折率、ｄは多層膜間の距離）でλ０／２（但し
λ０は波長）とされる。そして、波長λ０の光だ
けが多重干渉して増強されて基板を透過する。こ
のとき、基板裏面と空気との界面で反射がある
と、困ることになる。それはともかく、高反射ミ
ラー層層は高い反射率を要求されるため、干渉理
論に基づき無機誘電体の多層膜で作られる。然る
に、この多層膜の内部応力の為に、せつかく基板
（ガラス）をλ／200以下という高度な面精度に研
磨しても、蒸着後λ／50〜λまで歪んでしまうこ
とがある。
板である。エタロン板はよく知られているように
多重干渉を利用した分光器に用いられるものであ
り、高反射ミラー層の形成された２枚の基板から
なる。２枚の基板は、基板裏面が互いに外側にな
るように平行に並べられ、２つの高反射ミラー層
の間隔は、光学的距離ｎ・ｄ（但しｎは雰囲気の
屈折率、ｄは多層膜間の距離）でλ０／２（但し
λ０は波長）とされる。そして、波長λ０の光だ
けが多重干渉して増強されて基板を透過する。こ
のとき、基板裏面と空気との界面で反射がある
と、困ることになる。それはともかく、高反射ミ
ラー層層は高い反射率を要求されるため、干渉理
論に基づき無機誘電体の多層膜で作られる。然る
に、この多層膜の内部応力の為に、せつかく基板
（ガラス）をλ／200以下という高度な面精度に研
磨しても、蒸着後λ／50〜λまで歪んでしまうこ
とがある。
またレーザ測距儀等に使用されるダイクロイツ
クミラーは、その光学系の要請から薄い基板が用
いられ、しかも分光特性特にレーザー波長のみを
選択的に反射させる為に誘電体の多層膜が蒸着さ
れる。測距にはレーザ波長での干渉縞が利用され
るが、この要請によりダイクロイツクミラーの面
精度も非常な高度さが要求される。この場合、多
層蒸着膜は、分光特性を満足することを優先させ
て物質の選択及び厚みの設計がなされるのが通常
であるため、蒸着膜の内部応力によつて引きおこ
される基板面及びそれに伴なう膜面の歪みに対し
ては、別の手段をもつて解決しなければならな
い。
クミラーは、その光学系の要請から薄い基板が用
いられ、しかも分光特性特にレーザー波長のみを
選択的に反射させる為に誘電体の多層膜が蒸着さ
れる。測距にはレーザ波長での干渉縞が利用され
るが、この要請によりダイクロイツクミラーの面
精度も非常な高度さが要求される。この場合、多
層蒸着膜は、分光特性を満足することを優先させ
て物質の選択及び厚みの設計がなされるのが通常
であるため、蒸着膜の内部応力によつて引きおこ
される基板面及びそれに伴なう膜面の歪みに対し
ては、別の手段をもつて解決しなければならな
い。
その解決法として予め基板に蒸着する膜により
生ずる内部応力及び基板歪み量を測定しておき、
前もつて基板面を研磨加工して反対方向に曲率を
持たせておく方法が考えられる。この様子を第２
図に示す。第２図ｂ及びｄは蒸着膜２２が引張応
力を示す場合であり、この場合には基板２１を予
め凸面加工（下方に彎曲させる）しておく。一
方、第２図ｃ及びｅは蒸着膜２３が圧縮応力を示
す場合であり、この場合には基板２１を予め凹面
加工（上方に彎曲させる）しておく。
生ずる内部応力及び基板歪み量を測定しておき、
前もつて基板面を研磨加工して反対方向に曲率を
持たせておく方法が考えられる。この様子を第２
図に示す。第２図ｂ及びｄは蒸着膜２２が引張応
力を示す場合であり、この場合には基板２１を予
め凸面加工（下方に彎曲させる）しておく。一
方、第２図ｃ及びｅは蒸着膜２３が圧縮応力を示
す場合であり、この場合には基板２１を予め凹面
加工（上方に彎曲させる）しておく。
しかしながら、この方法には以下の欠点があ
る。
る。
(1) 異なつた膜物質及び多層膜構成を使用する都
度、予備実験により、各々の基板の歪み量を測
定しなければならないこと (2) 前工程である基板面の曲率加工研磨に、かな
りの精度が要求されること 本発明は、これらの欠点を解決し、特に予備的
な実験及び前加工を必要とせず、それ故結果的に
製造時間を短縮でき、良品率を向上させることが
できる透過型光学部材を提供することを目的とす
る。
度、予備実験により、各々の基板の歪み量を測
定しなければならないこと (2) 前工程である基板面の曲率加工研磨に、かな
りの精度が要求されること 本発明は、これらの欠点を解決し、特に予備的
な実験及び前加工を必要とせず、それ故結果的に
製造時間を短縮でき、良品率を向上させることが
できる透過型光学部材を提供することを目的とす
る。
本発明者らは蒸着膜の内部応力による基板の歪
みを後から補正することで高度な面精度を得るこ
とを着想し、基板表面に所望の特性を有する多層
膜又は単層膜を蒸着した後、基板の裏面に別種類
の蒸着膜（次述するように反射防止膜でもある）
を蒸着し、このようにすることによつて双方の蒸
着膜の内部応力を相殺させて、基板面の歪みの問
題を解消した透過型光学部材を発明した。
みを後から補正することで高度な面精度を得るこ
とを着想し、基板表面に所望の特性を有する多層
膜又は単層膜を蒸着した後、基板の裏面に別種類
の蒸着膜（次述するように反射防止膜でもある）
を蒸着し、このようにすることによつて双方の蒸
着膜の内部応力を相殺させて、基板面の歪みの問
題を解消した透過型光学部材を発明した。
ところで、光学部材が透過型である場合には、
基板の裏面に蒸着する膜は、分光透過率に影響を
与えるので、材質及び膜厚を任意に選ぶわけには
いかない。例えば、基板裏面には、しばしば迷光
を防ぐために反射防止膜を形成するので、これと
の関係を考慮せねばならない。そこで、本発明に
おいては、上記基板の裏面に蒸着する蒸着膜が同
時に裏面における反射防止膜として作用するよう
にしたのである。なお、膜厚を一定にしたのでは
基板の歪みが補正されない場合は、反射防止効果
を損うことのない範囲内に応じて後からその膜厚
を変化させることにより、表面蒸着膜の膜応力と
釣合つた応力を有する反射防止膜を形成すること
ができる。
基板の裏面に蒸着する膜は、分光透過率に影響を
与えるので、材質及び膜厚を任意に選ぶわけには
いかない。例えば、基板裏面には、しばしば迷光
を防ぐために反射防止膜を形成するので、これと
の関係を考慮せねばならない。そこで、本発明に
おいては、上記基板の裏面に蒸着する蒸着膜が同
時に裏面における反射防止膜として作用するよう
にしたのである。なお、膜厚を一定にしたのでは
基板の歪みが補正されない場合は、反射防止効果
を損うことのない範囲内に応じて後からその膜厚
を変化させることにより、表面蒸着膜の膜応力と
釣合つた応力を有する反射防止膜を形成すること
ができる。
即ち、第１面（表面）蒸着層の膜応力のバラツ
キや蒸着前の基板面研磨仕上り状態（面精度）の
バラツキがあつても、後の裏面蒸着で補正できる
ので製造工程が比較的楽になり、且つ高い基板面
精度が得られる。
キや蒸着前の基板面研磨仕上り状態（面精度）の
バラツキがあつても、後の裏面蒸着で補正できる
ので製造工程が比較的楽になり、且つ高い基板面
精度が得られる。
以下に本発明の実施例を示す。
ここで基板ガラス３１は、その厚みが0.6mmと
薄いものと用い、透過型光学部材の構造は第３図
に示す様に第１面３１ａに高屈折率物質からなる
Ｈ層と低屈折率物質からなるＬ層とを交互に組み
合せたエタロン板用の高反射ミラー層３２を形成
し（ここで言う高屈折率、低屈折率とは基板ガラ
スの屈折率に対しての意味である）、それとは反
対側の第２面３１ｂに単層反射防止膜３３を形成
してなる。
薄いものと用い、透過型光学部材の構造は第３図
に示す様に第１面３１ａに高屈折率物質からなる
Ｈ層と低屈折率物質からなるＬ層とを交互に組み
合せたエタロン板用の高反射ミラー層３２を形成
し（ここで言う高屈折率、低屈折率とは基板ガラ
スの屈折率に対しての意味である）、それとは反
対側の第２面３１ｂに単層反射防止膜３３を形成
してなる。
高反射ミラー層３２の構成は、Ｈ層として
TiO2、Ｌ層としてSiO2を用い、ガラス基板３１
上にＨ層とＬ層を交互に６組形成し最後にＨ層を
もう一層形成してなる（第４図参照）。各々の層
は、電子ビームによる一般的な真空蒸着法で形成
し、その厚さは、TiO2層580Å、SiO2層900Åで
ある。その結果、発生した膜応力は、引張応力
4.5×104dyn/cm2であつた。
TiO2、Ｌ層としてSiO2を用い、ガラス基板３１
上にＨ層とＬ層を交互に６組形成し最後にＨ層を
もう一層形成してなる（第４図参照）。各々の層
は、電子ビームによる一般的な真空蒸着法で形成
し、その厚さは、TiO2層580Å、SiO2層900Åで
ある。その結果、発生した膜応力は、引張応力
4.5×104dyn/cm2であつた。
次に、上記高反射ミラー層３２による引張応力
によつて生じた基板３１の歪みを補正する目的
で、基板の反対面３１ｂに、同じ引張応力を示
し、且つ反射防止の役割をも果す低屈折率の
MgF2単層膜３３を蒸着した。MgF2膜は、予め
実験により厚さ約950Åで内部引張応力1.7×104d
ｙｎ／cm2を示すことが確かめられた。そこで、上記
高反射ミラー層３２による引張応力と釣合せるた
めにはおよそ250ÅのMgF2膜を形成すれば良い
ことが予測された。
によつて生じた基板３１の歪みを補正する目的
で、基板の反対面３１ｂに、同じ引張応力を示
し、且つ反射防止の役割をも果す低屈折率の
MgF2単層膜３３を蒸着した。MgF2膜は、予め
実験により厚さ約950Åで内部引張応力1.7×104d
ｙｎ／cm2を示すことが確かめられた。そこで、上記
高反射ミラー層３２による引張応力と釣合せるた
めにはおよそ250ÅのMgF2膜を形成すれば良い
ことが予測された。
この予測に基いて、MgF2膜を250Å形成した
所、高反射ミラー層３２の4.5×104dyn/cm2の引張
応力が0.5×104dyn/cm2以下の引張応力にまで緩和
され、その結果、基板３１表面の歪みがλ／10以
下に激減し、所望の面精度を有する高反射ミラー
（本発明でいう透過型光学部材の一実施態様）が
得られた。このように本発明では完全に平らな面
が得られなくとも、許容し得る面精度が得られれ
ばそれで差し支えない。
所、高反射ミラー層３２の4.5×104dyn/cm2の引張
応力が0.5×104dyn/cm2以下の引張応力にまで緩和
され、その結果、基板３１表面の歪みがλ／10以
下に激減し、所望の面精度を有する高反射ミラー
（本発明でいう透過型光学部材の一実施態様）が
得られた。このように本発明では完全に平らな面
が得られなくとも、許容し得る面精度が得られれ
ばそれで差し支えない。
なお、高反射ミラー層３２が別の膜材料から成
り、そのためにその発生応力が圧縮応力を示す場
合には、反対面の応力補正用の反射防止膜３３と
しては、同じ圧縮応力を示す蒸着膜を用いねばな
らない。圧縮応力を示す蒸着膜はSiO2膜で本発
明者らの実験によると膜厚1000Åでの圧縮応力値
はおよそ2.6×104dyn/cm2であつた。
り、そのためにその発生応力が圧縮応力を示す場
合には、反対面の応力補正用の反射防止膜３３と
しては、同じ圧縮応力を示す蒸着膜を用いねばな
らない。圧縮応力を示す蒸着膜はSiO2膜で本発
明者らの実験によると膜厚1000Åでの圧縮応力値
はおよそ2.6×104dyn/cm2であつた。
以上述べてきたように、本発明によれば、第１
蒸着膜の内部応力による基板の歪みが裏面の蒸着
膜即ち反射防止膜によつて補正され、この裏面の
蒸着膜は必要に応じて後で追加蒸着することがで
きるので、第１蒸着膜の内部応力による基板の歪
みを考慮して最適の長さ、種類とできる。しかも
このことが、面倒な予備実験や精度の良い研磨加
工を要することなく行えるので、安価にして歩留
りが良くかつ秀れた光学部材が大量生産できると
いう効果が奏される。また基板裏面の蒸着膜は、
当該裏面と空気との界面で生ずる反射光を消滅さ
せ、反射による悪影響を防止できるという効果も
奏することになる。
蒸着膜の内部応力による基板の歪みが裏面の蒸着
膜即ち反射防止膜によつて補正され、この裏面の
蒸着膜は必要に応じて後で追加蒸着することがで
きるので、第１蒸着膜の内部応力による基板の歪
みを考慮して最適の長さ、種類とできる。しかも
このことが、面倒な予備実験や精度の良い研磨加
工を要することなく行えるので、安価にして歩留
りが良くかつ秀れた光学部材が大量生産できると
いう効果が奏される。また基板裏面の蒸着膜は、
当該裏面と空気との界面で生ずる反射光を消滅さ
せ、反射による悪影響を防止できるという効果も
奏することになる。
第１図ａ〜ｃは従来の蒸着による基板の歪みを
説明する断面図である。第２図ａ〜ｅは蒸着によ
る基板の歪みを解消する一つの手法を説明する断
面図である。第３図は本発明の一実施例を示す透
過型光学部材の断面図である。第４図は第３図の
部分拡大図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ２１，３１…基
板、２２，３２，３３…蒸着膜。
説明する断面図である。第２図ａ〜ｅは蒸着によ
る基板の歪みを解消する一つの手法を説明する断
面図である。第３図は本発明の一実施例を示す透
過型光学部材の断面図である。第４図は第３図の
部分拡大図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ２１，３１…基
板、２２，３２，３３…蒸着膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基板と、該基板の表面に蒸着された第１蒸着
膜とから成り、前記第１蒸着膜は内部応力を有
し、該内部応力によつて前記基板が歪みを起こす
ようになつている透過型光学部材において、 前記基板の裏面に、前記第１蒸着膜の有する内
部応力と均り合う内部応力を有するとともに、該
裏面における反射を防止する、前記第１蒸着膜と
は別種類の反射防止膜を形成して成ることを特徴
とする透過型光学部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57100789A JPS58217901A (ja) | 1982-06-14 | 1982-06-14 | 透過型光学部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57100789A JPS58217901A (ja) | 1982-06-14 | 1982-06-14 | 透過型光学部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58217901A JPS58217901A (ja) | 1983-12-19 |
| JPS6218881B2 true JPS6218881B2 (ja) | 1987-04-24 |
Family
ID=14283201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57100789A Granted JPS58217901A (ja) | 1982-06-14 | 1982-06-14 | 透過型光学部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58217901A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006178261A (ja) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Seiko Epson Corp | 誘電体多層膜フィルタ及び光学部材 |
| JP2009198756A (ja) * | 2008-02-21 | 2009-09-03 | Oki Semiconductor Co Ltd | 光送受信モジュール及びこれに用いる波長分岐フィルタ |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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