光学多層膜、光学素子および光ピックアップ
【課題】成膜初期に屈折率や膜厚が変化しても、例えば所定の波長において所定の反射率を示すような所望の光学特性を有する光学多層膜を実現する。
【解決手段】基板１１と機能層２２との間に誤差感度低減層２１を設ける。これにより、成膜初期に膜厚や屈折率が変動しても、その変動を誤差感度低減層２１内にとどめ、その後の膜厚等の安定した層で機能層２２を形成することができる。このとき、機能層２２は、光学多層膜１２中で最も屈折率の高い層または最も屈折率の低い層のうちで最も基板１１に近い側の層ｆ1以降の層で構成されているので、光学多層膜１２全体として、機能層２２の膜構成に応じた光学特性を実現することができる。また、基板１１と層ｆ1との間で隣接する層同士の屈折率差が小さいので、成膜初期の膜厚誤差や屈折率誤差が大きくても、光学多層膜１２全体としての最終的な光学特性の変化量を小さくできる。
【解決手段】基板１１と機能層２２との間に誤差感度低減層２１を設ける。これにより、成膜初期に膜厚や屈折率が変動しても、その変動を誤差感度低減層２１内にとどめ、その後の膜厚等の安定した層で機能層２２を形成することができる。このとき、機能層２２は、光学多層膜１２中で最も屈折率の高い層または最も屈折率の低い層のうちで最も基板１１に近い側の層ｆ1以降の層で構成されているので、光学多層膜１２全体として、機能層２２の膜構成に応じた光学特性を実現することができる。また、基板１１と層ｆ1との間で隣接する層同士の屈折率差が小さいので、成膜初期の膜厚誤差や屈折率誤差が大きくても、光学多層膜１２全体としての最終的な光学特性の変化量を小さくできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面に形成される光学多層膜と、その光学多層膜を備えた光学素子と、その光学素子を備えた光ピックアップとに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学多層膜（多層膜光学フィルタ）は、積層された膜のそれぞれの界面での光の干渉現象を利用して、対象とする光の波長範囲において所望の透過あるいは反射の特性を得ようとするものである。このような光学多層膜を用いて所望の光学特性を有する製品（光学素子）を得るためには、各層の膜厚を精度良く制御して、設計値からのズレを許容範囲内に収めることが重要である。特に、最近用途が広がりつつあるＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ（Blu-ray disc）互換の３波長用光学多層膜においては、ＣＤ、ＤＶＤ互換の２波長用光学多層膜と比較して、所望の光学特性を得るために、各層の屈折率および膜厚についての設計値からの誤差の許容範囲がさらに小さくなる。
【０００３】
ここで、例えば特許文献１および２には、光学多層膜の１つである反射防止膜について、所望の光学特性を得るための構成が開示されている。より具体的には、特許文献１では、光学特性の膜厚依存性の小さい反射防止膜を実現するために、基板表面より単調に屈折率が小さくなるように各層を積層している。一方、特許文献２では、製造誤差を加味しても極めて高い透過率特性を有する反射防止膜を得るために、基板から第１および第７層目を中間屈折率材料で構成し、第２、第４、第６および第９層目を高屈折率材料で構成し、第３、第５、第８および第１０層目を低屈折率材料で構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１９５６２５号公報（段落〔００１１〕等参照）
【特許文献２】特開２００２−１０７５０６号公報（段落〔００３９〕等参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１および２の構成は、反射防止膜に限定した構成であり、例えば所定の波長において所定の反射率を示す光学多層膜（例えばハーフミラーの多層膜）と反射防止膜とは膜の設計が全く異なるため、所望の光学特性を実現すべく、そのような光学多層膜に特許文献１および２の反射防止膜の構成をストレートに適用することはできない。
【０００６】
また、一般的に、光学多層膜は、ゴミが膜内に混入するのを防止したり、膜の密度を高くするために、製造装置内を真空にした状態で、真空蒸着法やスパッタ法によって成膜される。ここで、真空蒸着法で成膜する場合は、大気開放中に装置内の壁などに付着した水や材料を加熱する電子銃の熱の影響により、成膜初期（例えば成膜開始直後の２層）において膜厚（または成膜速度）や屈折率が安定せず、それらが製造誤差の許容範囲内に収まらない。また、スパッタ法で成膜する場合でも、コート材料の表面が基板の入れ替えのために大気にさらされ、大気中の水分等が材料表面に付着するため、成膜初期に膜厚や屈折率が変化しやすく、それらが製造誤差の許容範囲内に収まらない。
【０００７】
このように、真空蒸着法でもスパッタ法でも、成膜初期に膜厚や屈折率が変化し、それらが製造誤差の許容範囲内に収まらないため、光学多層膜の最終的な光学特性として所望の光学特性を実現することが困難であるという問題が生ずる。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、成膜初期に屈折率や膜厚が変化しても、例えば所定の波長において所定の反射率を示すような所望の光学特性を実現することができる光学多層膜と、その光学多層膜を備えた光学素子と、その光学素子を備えた光ピックアップとを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光学多層膜は、基板の表面に形成される光学多層膜であって、複数の層からなる誤差感度低減層と、複数の層からなる機能層とを、前記基板の表面にこの順で積層して構成されており、前記機能層は、当該多層膜中で最も屈折率の高い層または最も屈折率の低い層のうちで最も前記基板に近い側の層と、その層に対して前記基板とは反対側に位置する層とで構成されており、前記誤差感度低減層における前記基板に接する層と前記基板との屈折率差、および、前記誤差感度低減層内で隣接する層同士の屈折率差が、前記機能層における最も前記基板に近い側の層と前記基板との屈折率差の２／３以下であり、前記誤差感度低減層の各層の屈折率は、前記基板側から前記機能層側に向かうにつれて単調に増加または減少することを特徴としている。
【００１０】
本発明の光学多層膜において、前記誤差感度低減層における前記基板に接する層と前記基板との屈折率差、および、前記誤差感度低減層内で隣接する層同士の屈折率差が、前記機能層における最も前記基板に近い側の層と前記基板との屈折率差の１３／３０以下であることが望ましい。
【００１１】
本発明の光学多層膜において、前記誤差感度低減層は、２層で構成されていることが望ましい。
【００１２】
本発明の光学多層膜において、前記誤差感度低減層の各層は、前記機能層の各層を構成する材料の中から異なる種類同士を組み合わせた混合物で構成されていることが望ましい。
【００１３】
本発明の光学多層膜において、前記機能層は、屈折率の異なる３種類または２種類の層の組み合わせで構成されていることが望ましい。
【００１４】
本発明の光学多層膜は、所定の波長において、反射率２０％以上８０％以下の光学特性を有していてもよい。
【００１５】
本発明の光学多層膜は、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍにおいて、反射率２０％以上８０％以下の光学特性を有していてもよい。
【００１６】
本発明の光学多層膜において、前記誤差感度低減層および前記機能層を構成する各層は、スパッタ法で作製されていてもよい。
【００１７】
本発明の光学素子は、上述した本発明の光学多層膜と、前記光学多層膜が表面に形成される基板とを備えていることを特徴としている。
【００１８】
本発明の光ピックアップは、上記した本発明の光学素子と、光を出射する光源と、前記光源から前記光学素子を介して得られる光を光ディスクに集光させる対物レンズとを備えていることを特徴としている。
【００１９】
本発明の光ピックアップにおいて、前記光源は、波長４０５ｎｍを含む波長帯域の光を出射する光源部と、波長６６０ｎｍを含む波長帯域の光を出射する光源部と、波長７８５ｎｍを含む波長帯域の光を出射する光源部とを含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光学多層膜を誤差感度低減層と機能層とで構成し、基板と機能層との間に誤差感度低減層を設ける構成とすることにより、成膜初期に膜厚や屈折率が変動しても、その変動を誤差感度低減層内にとどめ、その後の膜厚等の安定した層で機能層を形成することができる。このとき、機能層は、光学多層膜中で最も屈折率の高い層または最も屈折率の低い層のうちで最も基板に近い側の層以降の層（基板から離れる側の層）で構成されているので、光学多層膜全体として、機能層の膜構成に応じた光学特性（例えば所定の波長において所定の反射率）を実現することができる。また、基板と機能層１層目との間で隣接する層同士（両端の層を含む）の屈折率差が、（基板と機能層１層目との屈折率差に比べて）小さいので、成膜初期の膜厚誤差や屈折率誤差が大きくても、光学多層膜全体としての最終的な光学特性の変化量を小さくできる。
【００２１】
このように、本発明によれば、基板と機能層との間に誤差感度低減層を設けるという、成膜初期における屈折率や膜厚の変化を加味した膜構成とすることにより、成膜初期に屈折率や膜厚が変化しても、光学多層膜全体として所望の光学特性を安定して実現することができる。したがって、本発明の光学多層膜を用いて光学素子を構成したり、さらにその光学素子を用いて光ピックアップを構成した場合でも、その光学素子や光ピックアップの性能を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の光学多層膜が適用される光学素子の概略の構成を示す断面図である。
【図２】上記光学素子が適用される光ピックアップの概略の構成を示す説明図である。
【図３】実施例１の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図４】比較例１の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図５】実施例２の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図６】実施例３の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図７】比較例２の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図８】実施例４の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図９】比較例３の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図１０】実施例５の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図１１】比較例４の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図１２】実施例６の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図１３】比較例５の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図１４】実施例７の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図１５】比較例６の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。
【００２４】
〔光ピックアップについて〕
図２は、本発明の実施の一形態に係る光ピックアップの概略の構成を示す説明図である。この光ピックアップは、光源１と、合成プリズム２と、光学素子３と、コリメータレンズ４と、立ち上げミラー５と、１／４波長板６と、対物レンズ７と、ＡＰＣ（Auto Power Control）モニタ８と、フォトディテクター９とを備えている。なお、図２では、光源１から光ディスクＤに向かう光の光路（往路）を実線で示し、光ディスクＤからの戻り光の光路（復路）を破線で示している。
【００２５】
光源１は、光源部１ａと光源部１ｂとで構成されている。光源部１ａは、波長４０５ｎｍを含む波長帯域の光を出射するレーザーダイオード（LD for BD ）で構成されている。光源部１ｂは、波長６６０ｎｍを含む波長帯域の光を出射する光源部と、波長７８５ｎｍを含む波長帯域の光を出射する光源部とが一体化されたレーザーダイオード（LD for DVD&CD ）で構成されている。なお、上記した３波長に対応する光源部は互いに別体で構成されていてもよいし、２以上の光源部が一体的に構成されていてもよい。
【００２６】
合成プリズム２は、光源部１ａ・１ｂからの出射光のうち、一方の光を透過させ、他方の光を反射させてこれらを同一の光路で出射する。光学素子３は、所定の波長、すなわち、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍにおいて、反射率２０％以上８０％以下の光学特性を有する光学素子（例えばハーフミラー）で構成されている。
【００２７】
コリメータレンズ４は、入射光を平行光に変換する。立ち上げミラー５は、入射光の進行方向を例えば９０度折り曲げる。１／４波長板６は、入射する直線偏光を円偏光に、または円偏光を直線偏光に変換する。対物レンズ７は、光源１から少なくとも光学素子３を介して得られる光を光ディスクＤに集光させる。ＡＰＣモニタ８は、光学素子３を透過した光源１からの出射光の光量をモニタする。このモニタ光量に基づき、光源１の出射光量が図示しない制御部によって調整される。フォトディテクター９は、光学素子３を透過した光ディスクＤからの戻り光を受光することにより、サーボ信号（フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号）、情報信号、収差信号等の各種の信号を検出する。
【００２８】
上記の構成によれば、光源部１ａ・１ｂから出射される光（例えばＳ偏光）は、合成プリズム２を介して光学素子３に入射し、一部の光は光学素子３を透過してＡＰＣモニタ８で受光され、残りの光は光学素子３で反射される。光学素子３にて反射された光は、コリメータレンズ４で平行光に変換された後、立ち上げミラー５で光ディスクＤ側へ跳ね上げられ、１／４波長板６で円偏光に変換された後、対物レンズ７を介して光ディスクＤに集光される。
【００２９】
光ディスクＤからの反射光（戻り光）は、対物レンズ７を介して１／４波長板６に入射し、そこで直線偏光（例えばＰ偏光）に変換され、立ち上げミラー５で進行方向を折り曲げられた後、コリメータレンズ４を介して光学素子３に入射する。そして、一部の光は光学素子３を透過し、フォトディテクター９で受光される。なお、残りの光は、光学素子３で光源１の方向に反射されるが、この反射方向の直上から、光源１のレーザーの発振部分はずれて位置しており、戻り光が光源１でのレーザーの発振に支障を来たすことはない。
【００３０】
〔光学素子について〕
次に、上記した光学素子３の詳細について説明する。図１は、光学素子３の概略の構成を示す断面図である。光学素子３は、基板１１の表面に光学多層膜１２を形成して構成されている。
【００３１】
光学多層膜１２は、誤差感度低減層２１と機能層２２とをこの順で基板１１上に積層して構成されている。誤差感度低減層２１は、主として、成膜初期の膜厚誤差や屈折率誤差が大きくても最終的な光学特性の変化量を低減するための層であり、機能層２２は、主として、所望の光学特性を実現するための層である。
【００３２】
機能層２２は、複数の層で構成されている。より具体的には、機能層２２は、光学多層膜１２中で最も屈折率の高い層または最も屈折率の低い層のうちで最も基板１１に近い側の層ｆ1と、その層ｆ1に対して基板１１とは反対側に位置する層（基板１１に近い側から層ｆ2〜ｆm（ただしｍ≧２））とで構成されている。
【００３３】
誤差感度低減層２１も、複数の層で構成されており、図１では、基板１１側から層ｄ1、ｄ2の２層で構成されている。そして、誤差感度低減層２１における基板１１に接する層ｄ1と基板１１との屈折率差、および、誤差感度低減層２１内で隣接する層同士（例えば層ｄ1、ｄ2同士）の屈折率差が、機能層２２における最も基板１１に近い側の層ｆ1と基板１１との屈折率差の２／３以下となっている。また、誤差感度低減層２１の各層（例えばｄ1、ｄ2）の屈折率は、基板１１側から機能層２２側に向かうにつれて単調に増加または減少している。
【００３４】
以下、光学素子３（光学多層膜１２）の実施例について、比較例１〜６を交えながら実施例１〜７として説明する。
【００３５】
（実施例１）
実施例１では、基板１１として、屈折率１．５２のＳ−ＢＳＬ７（オハラ社製）を用い、その基板１１の表面に、層ｄ1、ｄ2の２層をスパッタ法によって順に積層し、誤差感度低減層２１を形成した。そして、誤差感度低減層２１の表面に、層ｆ1〜ｆ8の８層をスパッタ法によって順に積層し、機能層２２を形成した。より具体的には、以下の通りである。
【００３６】
誤差感度低減層２１については、基板１１の表面側から１層目に、屈折率１．７９の酸化シリコンと酸化ニオブとの混合物を層ｄ1として成膜し、２層目に、屈折率２．０７の酸化シリコンと酸化ニオブとの混合物を層ｄ2として成膜した。ここで、酸化シリコンと酸化ニオブとの混合物は、シリコンとニオブとをアルゴンガスで同時にスパッタし、酸素ラジカルで酸化することによって作製することができる。また、シリコンおよびニオブのスパッタ電力を調整することによってそれぞれの成膜レートを調整し、混合比を調整することにより、１．５２から２．３５の範囲の屈折率の層を成膜することができる。
【００３７】
機能層２２については、屈折率の異なる２種類の層の組み合わせで構成した。具体的には、機能層２２は、屈折率２．３５の酸化ニオブからなる層と、屈折率１．４７の酸化シリコンからなる層とを交互に成膜し、これらを層ｆ1〜ｆ8として作製した。これらの層ｆ1〜ｆ8は、ニオブまたはシリコンをアルゴンガスでスパッタし、酸素ラジカルで酸化することによって作製することができる。
【００３８】
ここで、表１は、実施例１の光学素子３（光学多層膜１２）の層構成を示している。実施例１では、誤差感度低減層２１の第１層目の層ｄ1と基板１１との屈折率差、誤差感度低減層２１内で隣接する層ｄ1と層ｄ2との屈折率差、誤差感度低減層２１の第２層目の層ｄ2と機能層２２の第１層目の層ｆ1との屈折率差が、全て、機能層２２の第１層目の層ｆ1と基板１１との屈折率差の２／３以下で特に１３／３０以下となるように、かつ、基板１１側から機能層２２側に向かうにつれて屈折率が単調に増加するように、誤差感度低減層２１の各層ｄ1、ｄ2の屈折率を調整した。そして、表１の膜厚となるように、スパッタ法によって時間制御で各層ｄ1、ｄ2をコートした。また、機能層２２についても、表１の膜厚となるように、スパッタ法によって時間制御で各層ｆ1〜ｆ8をコートした。
【００３９】
【表１】
【００４０】
成膜初期に屈折率や膜厚が変化しやすいのは前述した通りであり、例えば、基板１１上に最初に成膜される第１層目の膜厚は±１０ｎｍ程度ばらつく場合がある。図３は、実施例１において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層、すなわち、誤差感度低減層２１の層ｄ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。なお、グラフ縦軸の反射率は、入射角４５度でのＰ偏光の反射率とＳ偏光の反射率との平均反射率を示している（以降の図面でも同じ）。
【００４１】
ここで、表２は、比較例１の光学素子（光学多層膜）の層構成を示している。比較例１の光学素子は、一般的な設計のもの、すなわち、基板１１上に誤差感度低減層２１を形成せずに機能層２２を直接形成するとともに、機能層２２を１４層（基板１１側から層ｆ1〜ｆ14とする）で構成したものである。また、図４は、比較例１において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層、すなわち、機能層２２の層ｆ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。なお、比較しやすくするため、比較例１の第１層目の層ｆ1の膜厚は、実施例１の第１層目の層ｄ1の膜厚と同じにした。
【００４２】
【表２】
【００４３】
なお、実施例１では、膜厚のみを誤差と考えているが、図面に示した分光特性は光学膜厚（屈折率×膜厚）によって変化するため、膜厚の±１０ｎｍの変動による分光特性の変化の中に、屈折率の誤差も含まれていると考えてよい。また、機能層２２の膜厚は、実施例１（表１）と比較例１（表２）とで異なるが、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する波長域（３９０〜４２０ｎｍ、６５０〜６７０ｎｍ、７７０〜８００ｎｍ）での反射率が５０％のハーフミラーとなるように、機能層２２の膜厚を再設計している。
【００４４】
また、表３は、実施例１および比較例１において、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する上記各波長域における反射率の変化量を示したものである。より詳しくは、表３の値は、実施例１および比較例１において、第１層目の膜厚を＋１０ｎｍ変化させたときの反射率のシミュレーション値と設計値との差の２乗和と、第１層目を−１０ｎｍ変化させたときの反射率のシミュレーション値と設計値との差の２乗和とをそれぞれの波長域で足し合わせた値を示している（以降の表でも同じ）。
【００４５】
【表３】
【００４６】
２乗和が小さいほうが反射率の変化量は小さいので、表３より、実施例１は比較例１と比べると反射率の変化量が大幅に小さいと言える。
【００４７】
なお、図３および図４では、第１層目のみのばらつきを考慮したが、コート条件によっては第２層目以降もばらつく。その場合は、ばらつきが起きている層まで誤差感度低減層２１にすることで光学特性の変化量を小さくできる。
【００４８】
（実施例２）
実施例２では、光学多層膜１２の誤差感度低減層２１を、基板１１に近い側から層ｄ1〜ｄ5の５層で構成した。膜設計以外は、実施例１と同様である。
【００４９】
表４は、実施例２の光学素子３（光学多層膜１２）の層構成を示している。実施例２では、誤差感度低減層２１の第１層目の層ｄ1と基板１１との屈折率差、誤差感度低減層２１内で隣接する層同士の屈折率差、誤差感度低減層２１の第５層目の層ｄ5と機能層２２の第１層目の層ｆ1との屈折率差が、全て、機能層２２の第１層目の層ｆ1と基板１１との屈折率差の２／３以下で特に１３／３０以下となるように、かつ、基板１１側から機能層２２側に向かうにつれて屈折率が単調に増加するように、誤差感度低減層２１の各層ｄ1〜ｄ5の屈折率を調整した。そして、表４の膜厚となるように、スパッタ法によって誤差感度低減層２１および機能層２２をコートした。
【００５０】
【表４】
【００５１】
図５は、実施例２において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｄ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。また、表５は、実施例２および比較例１において、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する各波長域における反射率の変化量を示したものである。
【００５２】
【表５】
【００５３】
表５より、実施例２は比較例１と比べると反射率の変化量が格段に小さく、実施例１よりもさらに小さい。したがって、誤差感度低減層２１の層数を多くして、隣り合う層との屈折率差をさらに小さくすることにより、光学特性の変化量をさらに小さくできると言える。
【００５４】
（実施例３）
実施例３は、誤差感度低減層２１の層ｄ1、ｄ2の屈折率を変え、機能層２２を層ｆ1〜ｆ9の９層で構成した以外は、実施例１と同様である。
【００５５】
表６は、実施例３の光学素子３（光学多層膜１２）の層構成を示している。実施例３では、誤差感度低減層２１の第１層目の層ｄ1と基板１１との屈折率差が、機能層２２の第１層目の層ｆ1と基板１１との屈折率差の２／３以下となり、誤差感度低減層２１内で隣接する層ｄ1と層ｄ2との屈折率差、および誤差感度低減層２１の第２層目の層ｄ2と機能層２２の第１層目の層ｆ1との屈折率差が、機能層２２の第１層目の層ｆ1と基板１１との屈折率差の２／３以下で特に１３／３０以下となるように、かつ、基板１１側から機能層２２側に向かうにつれて屈折率が単調に増加するように、誤差感度低減層２１の各層ｄ1、ｄ2の屈折率を調整した。そして、表６の膜厚となるように、スパッタ法によって誤差感度低減層２１および機能層２２をコートした。
【００５６】
【表６】
【００５７】
図６は、実施例３において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｄ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。
【００５８】
また、表７は、比較例２の光学素子（光学多層膜）の層構成を示している。比較例２の光学素子は、基板１１上に誤差感度低減層２１を形成せずに機能層２２を直接形成するとともに、機能層２２を１６層（基板１１側から層ｆ1〜ｆ16とする）で構成し、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各波長域で反射率が５０％となるように設計したものである。また、図７は、比較例２において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｆ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。なお、比較しやすくするため、比較例２の第１層目の層ｆ1の膜厚は、実施例３の第１層目の層ｄ1の膜厚と同じにした。
【００５９】
【表７】
【００６０】
また、表８は、実施例３および比較例２において、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する各波長域における反射率の変化量を示したものである。
【００６１】
【表８】
【００６２】
表８より、実施例３は、実施例１と比べると反射率の変化量が大きい波長域もあるが、が（表３のＢＤ、ＤＶＤの波長域参照）、比較例２と比べると反射率の変化量が全ての波長域で小さい。このことから、実施例３の構成によっても、誤差感度低減層２１を設けない構成に比べて、光学特性の変化量を小さくできると言える。
【００６３】
（実施例４）
実施例４は、機能層２２を層ｆ1〜ｆ12の１２層で構成し、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各波長域で反射率２０％の光学特性が得られるようにした以外は、実施例１と同様である。つまり、誤差感度低減層２１の構成については、実施例１と全く同様である。表９は、実施例４の光学素子３（光学多層膜１２）の層構成を示している。実施例４では、表９の膜厚となるように、スパッタ法によって誤差感度低減層２１および機能層２２をコートした。
【００６４】
【表９】
【００６５】
図８は、実施例４において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｄ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。
【００６６】
また、表１０は、比較例３の光学素子（光学多層膜）の層構成を示している。比較例３の光学素子は、基板１１上に誤差感度低減層２１を形成せずに機能層２２を直接形成するとともに、機能層２２を１３層（基板１１側から層ｆ1〜ｆ13とする）で構成し、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各波長域で反射率が２０％となるように設計したものである。また、図９は、比較例３において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｆ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。なお、比較しやすくするため、比較例３の第１層目の層ｆ1の膜厚は、実施例４の第１層目の層ｄ1の膜厚と同じにした。
【００６７】
【表１０】
【００６８】
また、表１１は、実施例４および比較例３において、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する各波長域における反射率の変化量を示したものである。
【００６９】
【表１１】
【００７０】
表１１より、実施例４は、比較例３と比べると、実施例１と同様に反射率の変化量が大幅に小さいと言える。
【００７１】
（実施例５）
実施例５は、機能層２２を層ｆ1〜ｆ13の１３層で構成し、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各波長域で反射率８０％の光学特性が得られるようにした以外は、実施例１と同様である。つまり、誤差感度低減層２１の構成については、実施例１と全く同様である。表１２は、実施例５の光学素子３（光学多層膜１２）の層構成を示している。実施例５では、表１２の膜厚となるように、スパッタ法によって誤差感度低減層２１および機能層２２をコートした。
【００７２】
【表１２】
【００７３】
図１０は、実施例５において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｄ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。
【００７４】
また、表１３は、比較例４の光学素子（光学多層膜）の層構成を示している。比較例４の光学素子は、基板１１上に誤差感度低減層２１を形成せずに機能層２２を直接形成するとともに、機能層２２を１４層（基板１１側から層ｆ1〜ｆ14とする）で構成し、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各波長域で反射率が８０％となるように設計したものである。また、図１１は、比較例４において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｆ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。なお、比較しやすくするため、比較例４の第１層目の層ｆ1の膜厚は、実施例５の第１層目の層ｄ1の膜厚と同じにした。
【００７５】
【表１３】
【００７６】
また、表１４は、実施例５および比較例４において、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する各波長域における反射率の変化量を示したものである。
【００７７】
【表１４】
【００７８】
表１４より、実施例５は、比較例４と比べると、実施例１と同様に反射率の変化量が大幅に小さいと言える。
【００７９】
（実施例６）
実施例６では、基板１１として、屈折率１．７７のＳ−ＬＡＨ６６（オハラ社製）を用い、その基板１１の表面に、誤差感度低減層２１および機能層２２を順に積層した。誤差感度低減層２１は、基板１１側から層ｄ1、ｄ2の２層で構成され、機能層２２は、基板１１に近い側から層ｆ1〜ｆ12の１２層で構成されている。
【００８０】
ここで、表１５は、実施例６の光学素子３（光学多層膜１２）の層構成を示している。実施例６では、機能層２２の最も基板１１に近い側の層ｆ1は、屈折率１．４７の酸化シリコンで構成されており、基板１１（屈折率１．７７）よりも屈折率が低い。このため、実施例６では、基板１１側から機能層２２側に向かうにつれて屈折率が単調に減少するように、誤差感度低減層２１の各層ｄ1、ｄ2の屈折率を調整した。そして、表１５の膜厚となるように、スパッタ法によって誤差感度低減層２１および機能層２２をコートした。
【００８１】
なお、誤差感度低減層２１の第１層目の層ｄ1と基板１１との屈折率差、誤差感度低減層２１内で隣接する層ｄ1と層ｄ2との屈折率差、誤差感度低減層２１の第２層目の層ｄ2と機能層２２の第１層目の層ｆ1との屈折率差が、全て、機能層２２の第１層目の層ｆ1と基板１１との屈折率差の２／３以下であり、特に１３／３０以下である点、およびＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各波長域で反射率が５０％となるように設計されている点は、実施例１と同様である。
【００８２】
【表１５】
【００８３】
図１２は、実施例６において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｄ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。
【００８４】
また、表１６は、比較例５の光学素子（光学多層膜）の層構成を示している。比較例５の光学素子は、基板１１上に誤差感度低減層２１を形成せずに機能層２２を直接形成するとともに、機能層２２を１４層（基板１１側から層ｆ1〜ｆ14とする）で構成し、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各波長域で反射率が５０％となるように設計したものである。また、図１３は、比較例５において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｆ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。なお、比較しやすくするため、比較例５の第１層目の層ｆ1の膜厚は、実施例６の第１層目の層ｄ1の膜厚と同じにした。
【００８５】
【表１６】
【００８６】
また、表１７は、実施例６および比較例５において、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する各波長域における反射率の変化量を示したものである。
【００８７】
【表１７】
【００８８】
表１７より、実施例６は、比較例５と比べると反射率の変化量が小さいと言える。
【００８９】
（実施例７）
実施例７は、機能層２２を屈折率の異なる３種類の層の組み合わせで構成した以外は、実施例１と同様である。具体的には、機能層２２は、屈折率２．３５の酸化ニオブ（高屈折率材料）からなる層と、屈折率１．７５の酸化ニオブと酸化シリコンとの混合物（中間屈折率材料）からなる層と、屈折率１．４７の酸化シリコン（低屈折率材料）からなる層との組み合わせで構成されているとともに、層ｆ1〜ｆ14の１４層で構成されている。なお、誤差感度低減層２１の構成については、実施例１と全く同様である。
【００９０】
表１８は、実施例７の光学素子３（光学多層膜１２）の層構成を示している。実施例７では、表１８の膜厚となるように、スパッタ法によって誤差感度低減層２１および機能層２２をコートした。
【００９１】
【表１８】
【００９２】
図１４は、実施例７において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｄ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。
【００９３】
また、表１９は、比較例６の光学素子（光学多層膜）の層構成を示している。比較例６の光学素子は、基板１１上に誤差感度低減層２１を形成せずに機能層２２を直接形成するとともに、機能層２２を１４層（基板１１側から層ｆ1〜ｆ14とする）で構成し、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各波長域で反射率が５０％となるように設計したものである。また、図１５は、比較例６において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｆ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。なお、比較しやすくするため、比較例６の第１層目の層ｆ1の膜厚は、実施例７の第１層目の層ｄ1の膜厚と同じにした。
【００９４】
【表１９】
【００９５】
また、表２０は、実施例７および比較例６において、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する各波長域における反射率の変化量を示したものである。
【００９６】
【表２０】
【００９７】
表２０より、実施例７は、比較例６と比べると、実施例１と同様に反射率の変化量が大幅に小さいと言える。
【００９８】
〔まとめ〕
実施例１〜７および比較例１〜６の結果から、基板１１と機能層２２との間に誤差感度低減層２１を設けることにより、成膜初期（例えば成膜開始直後の２層）において屈折率や膜厚が変化しても、光学多層膜１２全体として（誤差感度低減層２１込みで）、機能層２２の膜構成に応じた所望の光学特性を実現できると言える。これは、本発明の光学多層膜１２が、誤差感度低減層２１を設けるという、成膜初期の屈折率や膜厚の変化を加味した膜構成となっていることにより、成膜初期に屈折率や膜厚が変化しても、その変動を誤差感度低減層２１内にとどめ、その後の膜厚等の安定した層で機能層２２を形成できていることによるものと思われる。したがって、本発明の光学多層膜１２を用いて構成される光学素子３や、その光学素子３を用いて構成される光ピックアップにおいても、安定した光学性能を実現することができる。
【００９９】
また、一般的に、所望の光学特性を得るためには、各層の屈折率差を大きくするほうが多層膜を設計しやすいが、各層の屈折率差を大きくすると、各層の屈折率と膜厚に対する光学特性の変化量は大きくなる。逆に、各層の屈折率差を小さくすると、光学特性の変化量は小さくなるが、光学特性を満足する設計が難しくなる。この点、本発明では、多層膜の成膜初期に屈折率差の小さい誤差感度低減層２１を成膜し、その後、屈折率差の大きい機能層２２を成膜することにより、上記した両方の利点を得ることができる。つまり、多層膜の設計がしやすくなり、かつ、光学特性を安定させることができる。
【０１００】
また、誤差感度低減層２１の各層の屈折率は、基板１１側から機能層２２側に向かうにつれて単調に増加または減少している。詳しくは、機能層２２における最も基板１１側の層ｆ1の屈折率が基板１１の屈折率よりも大きい場合は、誤差感度低減層２１の各層の屈折率は基板１１側から機能層２２側に向かうにつれて単調に増加し、層ｆ1の屈折率が基板１１の屈折率よりも小さい場合は、誤差感度低減層２１の各層の屈折率は基板１１側から機能層２２側に向かうにつれて単調に減少している。
【０１０１】
このようにすることで、誤差感度低減層２１における基板１１に接する層ｄ1と基板１１との屈折率差、および、誤差感度低減層２１内で隣接する層同士の屈折率差を、機能層２２における最も基板１１側の層ｆ1と基板１１との屈折率差の２／３以下（以下、屈折率差Ａと称する）、望ましくは１３／３０以下（以下、屈折率差Ｂと称する）にすることができる。屈折率差Ａとした場合、成膜初期に膜厚等が変動しても、最終的な光学特性の変動を抑えて安定した光学特性を有する光学多層膜１２を実現でき、さらに屈折率差Ｂとすることで、その効果を確実に得ることができる。なお、実施例１および２より、屈折率差Ｂは、誤差感度低減層２１を２層で構成しても、それより多くの層数（例えば５層）で構成しても実現可能である。
【０１０２】
また、誤差感度低減層２１の層数や屈折率差は特に限定されるものではないが、分光特性の誤差を少なくしたいのであれば、誤差感度低減層２１の層数を多くして屈折率差を小さくすればよい。一方、誤差感度低減層２１の最も少ない層数で上記した本発明の効果を狙うのであれば、誤差感度低減層２１は、２層で構成すればよい。この場合は、誤差感度低減層２１の最も簡単な構成で効率よく本発明の効果が得られることに加えて、光学多層膜１２の生産性も向上する。
【０１０３】
特に、誤差感度低減層２１を２層で構成しながら、上記した屈折率差Ｂを実現する場合は、基板１１から機能層２２の第１層目の層ｆ1にかけて隣接する層同士の屈折率差がほぼ均等となる膜構成となる。この場合は、成膜初期の膜厚等の変動による最終的な光学特性の変動を抑制できる効果がより高まる。成膜初期の２層程度が最も膜厚誤差および屈折率誤差が大きいことを考慮すると、誤差感度低減層２１を２層で構成した場合は、屈折率差Ｂを同時に実現することが望ましい。
【０１０４】
また、誤差感度低減層２１の各層は、機能層２２の各層を構成する材料の中から異なる種類同士を組み合わせた混合物（例えば酸化ニオブと酸化シリコンとの混合物）で構成されている。このように、機能層２２の構成材料と同じ材料を用いて誤差感度低減層２１が形成されているので、他の材料を別途用意する必要がない。つまり、機能層２２の構成材料を有効利用して誤差感度低減層２１を実現することができる。また、材料の混合比を変えることで屈折率を調整できるので、上記した屈折率の関係を満たす誤差感度低減層２１を容易に実現することができる。
【０１０５】
また、機能層２２は、屈折率の異なる３種類（実施例７参照）または２種類の層の組み合わせで構成されている。このように、機能層２２を構成する材料の種類が少ないので、光学多層膜１２の製造コストを低減することができる。
【０１０６】
また、実施例１〜７の結果から、機能層２２の膜構成を工夫することにより、光学多層膜１２全体として、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する波長域の全域で反射率２０％以上８０％以下の光学特性を実現できると言える。したがって、そのような光学特性を必要とする用途（例えば光ピックアップ）に本発明の光学多層膜１２を適用することができる。
【０１０７】
このとき、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する波長域の全域で、上記の光学特性を実現する必要は必ずしもなく、機能層２２の膜構成を工夫することにより、上記各波長域の中のいずれか所定の波長、例えば波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍにおいて、上記の光学特性を実現すればよい。この場合、３波長（４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍ）の光を出射する光源を使用する光ピックアップや、それに用いる光学素子（例えばハーフミラー）に、本発明の光学多層膜１２を適用することができる。特に、上記３波長の互換性を有する光学素子では、成膜初期の膜厚や屈折率が少し変化しただけでも、３波長にわたる光学特性（例えば反射率５０％）のバランスが崩れやすいので、誤差感度低減層２１を設けて最終的な光学特性の変動を抑える本発明の構成は、特に３波長互換の光学素子に非常に有効となる。
【０１０８】
また、実施例１〜７では、誤差感度低減層２１および機能層２２を構成する各層は、スパッタ法で作製されている。スパッタ法を用いることにより、誤差感度低減層２１において種々の材料を混ぜて屈折率の異なる各層を形成することが容易である。また、スパッタ成膜装置には、一般的に膜厚測定用の光量モニタ装置がついていないので、真空蒸着法で成膜するときのような光量モニタ装置による膜厚管理ができず、光学特性の変動を抑制することができない。したがって、スパッタ法を用いる場合は、誤差感度低減層２１を設けるという膜構成によって光学特性の変動を抑制できる本発明が特に有効となる。勿論、誤差感度低減層２１および機能層２２を構成する各層が真空蒸着法で作製される場合でも、成膜初期に屈折率や膜厚が変化しても所望の光学特性を実現できるという上述した本発明の効果を得ることはできる。
【０１０９】
なお、上述した実施例１〜７の膜構成を適宜組み合わせて光学多層膜１２を構成し、光学素子３や光ピックアップに適用することも勿論可能である。例えば、実施例２の構成（５層からなる誤差感度低減層２１）と、実施例７の構成（屈折率の異なる３種類の層を組み合わせた機能層２２）とを組み合わせて光学多層膜１２を構成することも勿論可能である。
【０１１０】
なお、誤差感度低減層２１を設ける本発明の構成は、成膜初期の膜厚や屈折率の変化によって最終的な光学特性が変化しやすく、所定の波長において所定の反射率を示す光学多層膜であれば、いずれにも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、成膜初期の膜厚や屈折率の変化によって最終的な光学特性が変化しやすい光学多層膜や光学素子（例えばハーフミラー）およびその光学素子を用いた装置（例えば光ピックアップ）に利用可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１ 光源
１ａ 光源部（光源）
１ｂ 光源部（光源）
３ 光学素子
７ 対物レンズ
１１ 基板
１２ 光学多層膜
２１ 誤差感度低減層
２２ 機能層
ｄ1、ｄ2 層（誤差感度低減層）
ｆ1〜ｆm 層（機能層）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面に形成される光学多層膜と、その光学多層膜を備えた光学素子と、その光学素子を備えた光ピックアップとに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学多層膜（多層膜光学フィルタ）は、積層された膜のそれぞれの界面での光の干渉現象を利用して、対象とする光の波長範囲において所望の透過あるいは反射の特性を得ようとするものである。このような光学多層膜を用いて所望の光学特性を有する製品（光学素子）を得るためには、各層の膜厚を精度良く制御して、設計値からのズレを許容範囲内に収めることが重要である。特に、最近用途が広がりつつあるＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ（Blu-ray disc）互換の３波長用光学多層膜においては、ＣＤ、ＤＶＤ互換の２波長用光学多層膜と比較して、所望の光学特性を得るために、各層の屈折率および膜厚についての設計値からの誤差の許容範囲がさらに小さくなる。
【０００３】
ここで、例えば特許文献１および２には、光学多層膜の１つである反射防止膜について、所望の光学特性を得るための構成が開示されている。より具体的には、特許文献１では、光学特性の膜厚依存性の小さい反射防止膜を実現するために、基板表面より単調に屈折率が小さくなるように各層を積層している。一方、特許文献２では、製造誤差を加味しても極めて高い透過率特性を有する反射防止膜を得るために、基板から第１および第７層目を中間屈折率材料で構成し、第２、第４、第６および第９層目を高屈折率材料で構成し、第３、第５、第８および第１０層目を低屈折率材料で構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１９５６２５号公報（段落〔００１１〕等参照）
【特許文献２】特開２００２−１０７５０６号公報（段落〔００３９〕等参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１および２の構成は、反射防止膜に限定した構成であり、例えば所定の波長において所定の反射率を示す光学多層膜（例えばハーフミラーの多層膜）と反射防止膜とは膜の設計が全く異なるため、所望の光学特性を実現すべく、そのような光学多層膜に特許文献１および２の反射防止膜の構成をストレートに適用することはできない。
【０００６】
また、一般的に、光学多層膜は、ゴミが膜内に混入するのを防止したり、膜の密度を高くするために、製造装置内を真空にした状態で、真空蒸着法やスパッタ法によって成膜される。ここで、真空蒸着法で成膜する場合は、大気開放中に装置内の壁などに付着した水や材料を加熱する電子銃の熱の影響により、成膜初期（例えば成膜開始直後の２層）において膜厚（または成膜速度）や屈折率が安定せず、それらが製造誤差の許容範囲内に収まらない。また、スパッタ法で成膜する場合でも、コート材料の表面が基板の入れ替えのために大気にさらされ、大気中の水分等が材料表面に付着するため、成膜初期に膜厚や屈折率が変化しやすく、それらが製造誤差の許容範囲内に収まらない。
【０００７】
このように、真空蒸着法でもスパッタ法でも、成膜初期に膜厚や屈折率が変化し、それらが製造誤差の許容範囲内に収まらないため、光学多層膜の最終的な光学特性として所望の光学特性を実現することが困難であるという問題が生ずる。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、成膜初期に屈折率や膜厚が変化しても、例えば所定の波長において所定の反射率を示すような所望の光学特性を実現することができる光学多層膜と、その光学多層膜を備えた光学素子と、その光学素子を備えた光ピックアップとを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光学多層膜は、基板の表面に形成される光学多層膜であって、複数の層からなる誤差感度低減層と、複数の層からなる機能層とを、前記基板の表面にこの順で積層して構成されており、前記機能層は、当該多層膜中で最も屈折率の高い層または最も屈折率の低い層のうちで最も前記基板に近い側の層と、その層に対して前記基板とは反対側に位置する層とで構成されており、前記誤差感度低減層における前記基板に接する層と前記基板との屈折率差、および、前記誤差感度低減層内で隣接する層同士の屈折率差が、前記機能層における最も前記基板に近い側の層と前記基板との屈折率差の２／３以下であり、前記誤差感度低減層の各層の屈折率は、前記基板側から前記機能層側に向かうにつれて単調に増加または減少することを特徴としている。
【００１０】
本発明の光学多層膜において、前記誤差感度低減層における前記基板に接する層と前記基板との屈折率差、および、前記誤差感度低減層内で隣接する層同士の屈折率差が、前記機能層における最も前記基板に近い側の層と前記基板との屈折率差の１３／３０以下であることが望ましい。
【００１１】
本発明の光学多層膜において、前記誤差感度低減層は、２層で構成されていることが望ましい。
【００１２】
本発明の光学多層膜において、前記誤差感度低減層の各層は、前記機能層の各層を構成する材料の中から異なる種類同士を組み合わせた混合物で構成されていることが望ましい。
【００１３】
本発明の光学多層膜において、前記機能層は、屈折率の異なる３種類または２種類の層の組み合わせで構成されていることが望ましい。
【００１４】
本発明の光学多層膜は、所定の波長において、反射率２０％以上８０％以下の光学特性を有していてもよい。
【００１５】
本発明の光学多層膜は、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍにおいて、反射率２０％以上８０％以下の光学特性を有していてもよい。
【００１６】
本発明の光学多層膜において、前記誤差感度低減層および前記機能層を構成する各層は、スパッタ法で作製されていてもよい。
【００１７】
本発明の光学素子は、上述した本発明の光学多層膜と、前記光学多層膜が表面に形成される基板とを備えていることを特徴としている。
【００１８】
本発明の光ピックアップは、上記した本発明の光学素子と、光を出射する光源と、前記光源から前記光学素子を介して得られる光を光ディスクに集光させる対物レンズとを備えていることを特徴としている。
【００１９】
本発明の光ピックアップにおいて、前記光源は、波長４０５ｎｍを含む波長帯域の光を出射する光源部と、波長６６０ｎｍを含む波長帯域の光を出射する光源部と、波長７８５ｎｍを含む波長帯域の光を出射する光源部とを含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光学多層膜を誤差感度低減層と機能層とで構成し、基板と機能層との間に誤差感度低減層を設ける構成とすることにより、成膜初期に膜厚や屈折率が変動しても、その変動を誤差感度低減層内にとどめ、その後の膜厚等の安定した層で機能層を形成することができる。このとき、機能層は、光学多層膜中で最も屈折率の高い層または最も屈折率の低い層のうちで最も基板に近い側の層以降の層（基板から離れる側の層）で構成されているので、光学多層膜全体として、機能層の膜構成に応じた光学特性（例えば所定の波長において所定の反射率）を実現することができる。また、基板と機能層１層目との間で隣接する層同士（両端の層を含む）の屈折率差が、（基板と機能層１層目との屈折率差に比べて）小さいので、成膜初期の膜厚誤差や屈折率誤差が大きくても、光学多層膜全体としての最終的な光学特性の変化量を小さくできる。
【００２１】
このように、本発明によれば、基板と機能層との間に誤差感度低減層を設けるという、成膜初期における屈折率や膜厚の変化を加味した膜構成とすることにより、成膜初期に屈折率や膜厚が変化しても、光学多層膜全体として所望の光学特性を安定して実現することができる。したがって、本発明の光学多層膜を用いて光学素子を構成したり、さらにその光学素子を用いて光ピックアップを構成した場合でも、その光学素子や光ピックアップの性能を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の光学多層膜が適用される光学素子の概略の構成を示す断面図である。
【図２】上記光学素子が適用される光ピックアップの概略の構成を示す説明図である。
【図３】実施例１の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図４】比較例１の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図５】実施例２の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図６】実施例３の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図７】比較例２の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図８】実施例４の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図９】比較例３の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図１０】実施例５の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図１１】比較例４の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図１２】実施例６の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図１３】比較例５の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図１４】実施例７の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【図１５】比較例６の光学多層膜の分光特性を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。
【００２４】
〔光ピックアップについて〕
図２は、本発明の実施の一形態に係る光ピックアップの概略の構成を示す説明図である。この光ピックアップは、光源１と、合成プリズム２と、光学素子３と、コリメータレンズ４と、立ち上げミラー５と、１／４波長板６と、対物レンズ７と、ＡＰＣ（Auto Power Control）モニタ８と、フォトディテクター９とを備えている。なお、図２では、光源１から光ディスクＤに向かう光の光路（往路）を実線で示し、光ディスクＤからの戻り光の光路（復路）を破線で示している。
【００２５】
光源１は、光源部１ａと光源部１ｂとで構成されている。光源部１ａは、波長４０５ｎｍを含む波長帯域の光を出射するレーザーダイオード（LD for BD ）で構成されている。光源部１ｂは、波長６６０ｎｍを含む波長帯域の光を出射する光源部と、波長７８５ｎｍを含む波長帯域の光を出射する光源部とが一体化されたレーザーダイオード（LD for DVD&CD ）で構成されている。なお、上記した３波長に対応する光源部は互いに別体で構成されていてもよいし、２以上の光源部が一体的に構成されていてもよい。
【００２６】
合成プリズム２は、光源部１ａ・１ｂからの出射光のうち、一方の光を透過させ、他方の光を反射させてこれらを同一の光路で出射する。光学素子３は、所定の波長、すなわち、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍにおいて、反射率２０％以上８０％以下の光学特性を有する光学素子（例えばハーフミラー）で構成されている。
【００２７】
コリメータレンズ４は、入射光を平行光に変換する。立ち上げミラー５は、入射光の進行方向を例えば９０度折り曲げる。１／４波長板６は、入射する直線偏光を円偏光に、または円偏光を直線偏光に変換する。対物レンズ７は、光源１から少なくとも光学素子３を介して得られる光を光ディスクＤに集光させる。ＡＰＣモニタ８は、光学素子３を透過した光源１からの出射光の光量をモニタする。このモニタ光量に基づき、光源１の出射光量が図示しない制御部によって調整される。フォトディテクター９は、光学素子３を透過した光ディスクＤからの戻り光を受光することにより、サーボ信号（フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号）、情報信号、収差信号等の各種の信号を検出する。
【００２８】
上記の構成によれば、光源部１ａ・１ｂから出射される光（例えばＳ偏光）は、合成プリズム２を介して光学素子３に入射し、一部の光は光学素子３を透過してＡＰＣモニタ８で受光され、残りの光は光学素子３で反射される。光学素子３にて反射された光は、コリメータレンズ４で平行光に変換された後、立ち上げミラー５で光ディスクＤ側へ跳ね上げられ、１／４波長板６で円偏光に変換された後、対物レンズ７を介して光ディスクＤに集光される。
【００２９】
光ディスクＤからの反射光（戻り光）は、対物レンズ７を介して１／４波長板６に入射し、そこで直線偏光（例えばＰ偏光）に変換され、立ち上げミラー５で進行方向を折り曲げられた後、コリメータレンズ４を介して光学素子３に入射する。そして、一部の光は光学素子３を透過し、フォトディテクター９で受光される。なお、残りの光は、光学素子３で光源１の方向に反射されるが、この反射方向の直上から、光源１のレーザーの発振部分はずれて位置しており、戻り光が光源１でのレーザーの発振に支障を来たすことはない。
【００３０】
〔光学素子について〕
次に、上記した光学素子３の詳細について説明する。図１は、光学素子３の概略の構成を示す断面図である。光学素子３は、基板１１の表面に光学多層膜１２を形成して構成されている。
【００３１】
光学多層膜１２は、誤差感度低減層２１と機能層２２とをこの順で基板１１上に積層して構成されている。誤差感度低減層２１は、主として、成膜初期の膜厚誤差や屈折率誤差が大きくても最終的な光学特性の変化量を低減するための層であり、機能層２２は、主として、所望の光学特性を実現するための層である。
【００３２】
機能層２２は、複数の層で構成されている。より具体的には、機能層２２は、光学多層膜１２中で最も屈折率の高い層または最も屈折率の低い層のうちで最も基板１１に近い側の層ｆ1と、その層ｆ1に対して基板１１とは反対側に位置する層（基板１１に近い側から層ｆ2〜ｆm（ただしｍ≧２））とで構成されている。
【００３３】
誤差感度低減層２１も、複数の層で構成されており、図１では、基板１１側から層ｄ1、ｄ2の２層で構成されている。そして、誤差感度低減層２１における基板１１に接する層ｄ1と基板１１との屈折率差、および、誤差感度低減層２１内で隣接する層同士（例えば層ｄ1、ｄ2同士）の屈折率差が、機能層２２における最も基板１１に近い側の層ｆ1と基板１１との屈折率差の２／３以下となっている。また、誤差感度低減層２１の各層（例えばｄ1、ｄ2）の屈折率は、基板１１側から機能層２２側に向かうにつれて単調に増加または減少している。
【００３４】
以下、光学素子３（光学多層膜１２）の実施例について、比較例１〜６を交えながら実施例１〜７として説明する。
【００３５】
（実施例１）
実施例１では、基板１１として、屈折率１．５２のＳ−ＢＳＬ７（オハラ社製）を用い、その基板１１の表面に、層ｄ1、ｄ2の２層をスパッタ法によって順に積層し、誤差感度低減層２１を形成した。そして、誤差感度低減層２１の表面に、層ｆ1〜ｆ8の８層をスパッタ法によって順に積層し、機能層２２を形成した。より具体的には、以下の通りである。
【００３６】
誤差感度低減層２１については、基板１１の表面側から１層目に、屈折率１．７９の酸化シリコンと酸化ニオブとの混合物を層ｄ1として成膜し、２層目に、屈折率２．０７の酸化シリコンと酸化ニオブとの混合物を層ｄ2として成膜した。ここで、酸化シリコンと酸化ニオブとの混合物は、シリコンとニオブとをアルゴンガスで同時にスパッタし、酸素ラジカルで酸化することによって作製することができる。また、シリコンおよびニオブのスパッタ電力を調整することによってそれぞれの成膜レートを調整し、混合比を調整することにより、１．５２から２．３５の範囲の屈折率の層を成膜することができる。
【００３７】
機能層２２については、屈折率の異なる２種類の層の組み合わせで構成した。具体的には、機能層２２は、屈折率２．３５の酸化ニオブからなる層と、屈折率１．４７の酸化シリコンからなる層とを交互に成膜し、これらを層ｆ1〜ｆ8として作製した。これらの層ｆ1〜ｆ8は、ニオブまたはシリコンをアルゴンガスでスパッタし、酸素ラジカルで酸化することによって作製することができる。
【００３８】
ここで、表１は、実施例１の光学素子３（光学多層膜１２）の層構成を示している。実施例１では、誤差感度低減層２１の第１層目の層ｄ1と基板１１との屈折率差、誤差感度低減層２１内で隣接する層ｄ1と層ｄ2との屈折率差、誤差感度低減層２１の第２層目の層ｄ2と機能層２２の第１層目の層ｆ1との屈折率差が、全て、機能層２２の第１層目の層ｆ1と基板１１との屈折率差の２／３以下で特に１３／３０以下となるように、かつ、基板１１側から機能層２２側に向かうにつれて屈折率が単調に増加するように、誤差感度低減層２１の各層ｄ1、ｄ2の屈折率を調整した。そして、表１の膜厚となるように、スパッタ法によって時間制御で各層ｄ1、ｄ2をコートした。また、機能層２２についても、表１の膜厚となるように、スパッタ法によって時間制御で各層ｆ1〜ｆ8をコートした。
【００３９】
【表１】
【００４０】
成膜初期に屈折率や膜厚が変化しやすいのは前述した通りであり、例えば、基板１１上に最初に成膜される第１層目の膜厚は±１０ｎｍ程度ばらつく場合がある。図３は、実施例１において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層、すなわち、誤差感度低減層２１の層ｄ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。なお、グラフ縦軸の反射率は、入射角４５度でのＰ偏光の反射率とＳ偏光の反射率との平均反射率を示している（以降の図面でも同じ）。
【００４１】
ここで、表２は、比較例１の光学素子（光学多層膜）の層構成を示している。比較例１の光学素子は、一般的な設計のもの、すなわち、基板１１上に誤差感度低減層２１を形成せずに機能層２２を直接形成するとともに、機能層２２を１４層（基板１１側から層ｆ1〜ｆ14とする）で構成したものである。また、図４は、比較例１において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層、すなわち、機能層２２の層ｆ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。なお、比較しやすくするため、比較例１の第１層目の層ｆ1の膜厚は、実施例１の第１層目の層ｄ1の膜厚と同じにした。
【００４２】
【表２】
【００４３】
なお、実施例１では、膜厚のみを誤差と考えているが、図面に示した分光特性は光学膜厚（屈折率×膜厚）によって変化するため、膜厚の±１０ｎｍの変動による分光特性の変化の中に、屈折率の誤差も含まれていると考えてよい。また、機能層２２の膜厚は、実施例１（表１）と比較例１（表２）とで異なるが、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する波長域（３９０〜４２０ｎｍ、６５０〜６７０ｎｍ、７７０〜８００ｎｍ）での反射率が５０％のハーフミラーとなるように、機能層２２の膜厚を再設計している。
【００４４】
また、表３は、実施例１および比較例１において、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する上記各波長域における反射率の変化量を示したものである。より詳しくは、表３の値は、実施例１および比較例１において、第１層目の膜厚を＋１０ｎｍ変化させたときの反射率のシミュレーション値と設計値との差の２乗和と、第１層目を−１０ｎｍ変化させたときの反射率のシミュレーション値と設計値との差の２乗和とをそれぞれの波長域で足し合わせた値を示している（以降の表でも同じ）。
【００４５】
【表３】
【００４６】
２乗和が小さいほうが反射率の変化量は小さいので、表３より、実施例１は比較例１と比べると反射率の変化量が大幅に小さいと言える。
【００４７】
なお、図３および図４では、第１層目のみのばらつきを考慮したが、コート条件によっては第２層目以降もばらつく。その場合は、ばらつきが起きている層まで誤差感度低減層２１にすることで光学特性の変化量を小さくできる。
【００４８】
（実施例２）
実施例２では、光学多層膜１２の誤差感度低減層２１を、基板１１に近い側から層ｄ1〜ｄ5の５層で構成した。膜設計以外は、実施例１と同様である。
【００４９】
表４は、実施例２の光学素子３（光学多層膜１２）の層構成を示している。実施例２では、誤差感度低減層２１の第１層目の層ｄ1と基板１１との屈折率差、誤差感度低減層２１内で隣接する層同士の屈折率差、誤差感度低減層２１の第５層目の層ｄ5と機能層２２の第１層目の層ｆ1との屈折率差が、全て、機能層２２の第１層目の層ｆ1と基板１１との屈折率差の２／３以下で特に１３／３０以下となるように、かつ、基板１１側から機能層２２側に向かうにつれて屈折率が単調に増加するように、誤差感度低減層２１の各層ｄ1〜ｄ5の屈折率を調整した。そして、表４の膜厚となるように、スパッタ法によって誤差感度低減層２１および機能層２２をコートした。
【００５０】
【表４】
【００５１】
図５は、実施例２において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｄ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。また、表５は、実施例２および比較例１において、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する各波長域における反射率の変化量を示したものである。
【００５２】
【表５】
【００５３】
表５より、実施例２は比較例１と比べると反射率の変化量が格段に小さく、実施例１よりもさらに小さい。したがって、誤差感度低減層２１の層数を多くして、隣り合う層との屈折率差をさらに小さくすることにより、光学特性の変化量をさらに小さくできると言える。
【００５４】
（実施例３）
実施例３は、誤差感度低減層２１の層ｄ1、ｄ2の屈折率を変え、機能層２２を層ｆ1〜ｆ9の９層で構成した以外は、実施例１と同様である。
【００５５】
表６は、実施例３の光学素子３（光学多層膜１２）の層構成を示している。実施例３では、誤差感度低減層２１の第１層目の層ｄ1と基板１１との屈折率差が、機能層２２の第１層目の層ｆ1と基板１１との屈折率差の２／３以下となり、誤差感度低減層２１内で隣接する層ｄ1と層ｄ2との屈折率差、および誤差感度低減層２１の第２層目の層ｄ2と機能層２２の第１層目の層ｆ1との屈折率差が、機能層２２の第１層目の層ｆ1と基板１１との屈折率差の２／３以下で特に１３／３０以下となるように、かつ、基板１１側から機能層２２側に向かうにつれて屈折率が単調に増加するように、誤差感度低減層２１の各層ｄ1、ｄ2の屈折率を調整した。そして、表６の膜厚となるように、スパッタ法によって誤差感度低減層２１および機能層２２をコートした。
【００５６】
【表６】
【００５７】
図６は、実施例３において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｄ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。
【００５８】
また、表７は、比較例２の光学素子（光学多層膜）の層構成を示している。比較例２の光学素子は、基板１１上に誤差感度低減層２１を形成せずに機能層２２を直接形成するとともに、機能層２２を１６層（基板１１側から層ｆ1〜ｆ16とする）で構成し、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各波長域で反射率が５０％となるように設計したものである。また、図７は、比較例２において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｆ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。なお、比較しやすくするため、比較例２の第１層目の層ｆ1の膜厚は、実施例３の第１層目の層ｄ1の膜厚と同じにした。
【００５９】
【表７】
【００６０】
また、表８は、実施例３および比較例２において、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する各波長域における反射率の変化量を示したものである。
【００６１】
【表８】
【００６２】
表８より、実施例３は、実施例１と比べると反射率の変化量が大きい波長域もあるが、が（表３のＢＤ、ＤＶＤの波長域参照）、比較例２と比べると反射率の変化量が全ての波長域で小さい。このことから、実施例３の構成によっても、誤差感度低減層２１を設けない構成に比べて、光学特性の変化量を小さくできると言える。
【００６３】
（実施例４）
実施例４は、機能層２２を層ｆ1〜ｆ12の１２層で構成し、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各波長域で反射率２０％の光学特性が得られるようにした以外は、実施例１と同様である。つまり、誤差感度低減層２１の構成については、実施例１と全く同様である。表９は、実施例４の光学素子３（光学多層膜１２）の層構成を示している。実施例４では、表９の膜厚となるように、スパッタ法によって誤差感度低減層２１および機能層２２をコートした。
【００６４】
【表９】
【００６５】
図８は、実施例４において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｄ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。
【００６６】
また、表１０は、比較例３の光学素子（光学多層膜）の層構成を示している。比較例３の光学素子は、基板１１上に誤差感度低減層２１を形成せずに機能層２２を直接形成するとともに、機能層２２を１３層（基板１１側から層ｆ1〜ｆ13とする）で構成し、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各波長域で反射率が２０％となるように設計したものである。また、図９は、比較例３において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｆ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。なお、比較しやすくするため、比較例３の第１層目の層ｆ1の膜厚は、実施例４の第１層目の層ｄ1の膜厚と同じにした。
【００６７】
【表１０】
【００６８】
また、表１１は、実施例４および比較例３において、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する各波長域における反射率の変化量を示したものである。
【００６９】
【表１１】
【００７０】
表１１より、実施例４は、比較例３と比べると、実施例１と同様に反射率の変化量が大幅に小さいと言える。
【００７１】
（実施例５）
実施例５は、機能層２２を層ｆ1〜ｆ13の１３層で構成し、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各波長域で反射率８０％の光学特性が得られるようにした以外は、実施例１と同様である。つまり、誤差感度低減層２１の構成については、実施例１と全く同様である。表１２は、実施例５の光学素子３（光学多層膜１２）の層構成を示している。実施例５では、表１２の膜厚となるように、スパッタ法によって誤差感度低減層２１および機能層２２をコートした。
【００７２】
【表１２】
【００７３】
図１０は、実施例５において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｄ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。
【００７４】
また、表１３は、比較例４の光学素子（光学多層膜）の層構成を示している。比較例４の光学素子は、基板１１上に誤差感度低減層２１を形成せずに機能層２２を直接形成するとともに、機能層２２を１４層（基板１１側から層ｆ1〜ｆ14とする）で構成し、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各波長域で反射率が８０％となるように設計したものである。また、図１１は、比較例４において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｆ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。なお、比較しやすくするため、比較例４の第１層目の層ｆ1の膜厚は、実施例５の第１層目の層ｄ1の膜厚と同じにした。
【００７５】
【表１３】
【００７６】
また、表１４は、実施例５および比較例４において、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する各波長域における反射率の変化量を示したものである。
【００７７】
【表１４】
【００７８】
表１４より、実施例５は、比較例４と比べると、実施例１と同様に反射率の変化量が大幅に小さいと言える。
【００７９】
（実施例６）
実施例６では、基板１１として、屈折率１．７７のＳ−ＬＡＨ６６（オハラ社製）を用い、その基板１１の表面に、誤差感度低減層２１および機能層２２を順に積層した。誤差感度低減層２１は、基板１１側から層ｄ1、ｄ2の２層で構成され、機能層２２は、基板１１に近い側から層ｆ1〜ｆ12の１２層で構成されている。
【００８０】
ここで、表１５は、実施例６の光学素子３（光学多層膜１２）の層構成を示している。実施例６では、機能層２２の最も基板１１に近い側の層ｆ1は、屈折率１．４７の酸化シリコンで構成されており、基板１１（屈折率１．７７）よりも屈折率が低い。このため、実施例６では、基板１１側から機能層２２側に向かうにつれて屈折率が単調に減少するように、誤差感度低減層２１の各層ｄ1、ｄ2の屈折率を調整した。そして、表１５の膜厚となるように、スパッタ法によって誤差感度低減層２１および機能層２２をコートした。
【００８１】
なお、誤差感度低減層２１の第１層目の層ｄ1と基板１１との屈折率差、誤差感度低減層２１内で隣接する層ｄ1と層ｄ2との屈折率差、誤差感度低減層２１の第２層目の層ｄ2と機能層２２の第１層目の層ｆ1との屈折率差が、全て、機能層２２の第１層目の層ｆ1と基板１１との屈折率差の２／３以下であり、特に１３／３０以下である点、およびＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各波長域で反射率が５０％となるように設計されている点は、実施例１と同様である。
【００８２】
【表１５】
【００８３】
図１２は、実施例６において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｄ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。
【００８４】
また、表１６は、比較例５の光学素子（光学多層膜）の層構成を示している。比較例５の光学素子は、基板１１上に誤差感度低減層２１を形成せずに機能層２２を直接形成するとともに、機能層２２を１４層（基板１１側から層ｆ1〜ｆ14とする）で構成し、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各波長域で反射率が５０％となるように設計したものである。また、図１３は、比較例５において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｆ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。なお、比較しやすくするため、比較例５の第１層目の層ｆ1の膜厚は、実施例６の第１層目の層ｄ1の膜厚と同じにした。
【００８５】
【表１６】
【００８６】
また、表１７は、実施例６および比較例５において、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する各波長域における反射率の変化量を示したものである。
【００８７】
【表１７】
【００８８】
表１７より、実施例６は、比較例５と比べると反射率の変化量が小さいと言える。
【００８９】
（実施例７）
実施例７は、機能層２２を屈折率の異なる３種類の層の組み合わせで構成した以外は、実施例１と同様である。具体的には、機能層２２は、屈折率２．３５の酸化ニオブ（高屈折率材料）からなる層と、屈折率１．７５の酸化ニオブと酸化シリコンとの混合物（中間屈折率材料）からなる層と、屈折率１．４７の酸化シリコン（低屈折率材料）からなる層との組み合わせで構成されているとともに、層ｆ1〜ｆ14の１４層で構成されている。なお、誤差感度低減層２１の構成については、実施例１と全く同様である。
【００９０】
表１８は、実施例７の光学素子３（光学多層膜１２）の層構成を示している。実施例７では、表１８の膜厚となるように、スパッタ法によって誤差感度低減層２１および機能層２２をコートした。
【００９１】
【表１８】
【００９２】
図１４は、実施例７において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｄ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。
【００９３】
また、表１９は、比較例６の光学素子（光学多層膜）の層構成を示している。比較例６の光学素子は、基板１１上に誤差感度低減層２１を形成せずに機能層２２を直接形成するとともに、機能層２２を１４層（基板１１側から層ｆ1〜ｆ14とする）で構成し、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各波長域で反射率が５０％となるように設計したものである。また、図１５は、比較例６において、基板１１上に最初に成膜される第１層目の層ｆ1の膜厚が±１０ｎｍ変動した場合の分光特性と、理想的な分光特性（設計値）とを示している。なお、比較しやすくするため、比較例６の第１層目の層ｆ1の膜厚は、実施例７の第１層目の層ｄ1の膜厚と同じにした。
【００９４】
【表１９】
【００９５】
また、表２０は、実施例７および比較例６において、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する各波長域における反射率の変化量を示したものである。
【００９６】
【表２０】
【００９７】
表２０より、実施例７は、比較例６と比べると、実施例１と同様に反射率の変化量が大幅に小さいと言える。
【００９８】
〔まとめ〕
実施例１〜７および比較例１〜６の結果から、基板１１と機能層２２との間に誤差感度低減層２１を設けることにより、成膜初期（例えば成膜開始直後の２層）において屈折率や膜厚が変化しても、光学多層膜１２全体として（誤差感度低減層２１込みで）、機能層２２の膜構成に応じた所望の光学特性を実現できると言える。これは、本発明の光学多層膜１２が、誤差感度低減層２１を設けるという、成膜初期の屈折率や膜厚の変化を加味した膜構成となっていることにより、成膜初期に屈折率や膜厚が変化しても、その変動を誤差感度低減層２１内にとどめ、その後の膜厚等の安定した層で機能層２２を形成できていることによるものと思われる。したがって、本発明の光学多層膜１２を用いて構成される光学素子３や、その光学素子３を用いて構成される光ピックアップにおいても、安定した光学性能を実現することができる。
【００９９】
また、一般的に、所望の光学特性を得るためには、各層の屈折率差を大きくするほうが多層膜を設計しやすいが、各層の屈折率差を大きくすると、各層の屈折率と膜厚に対する光学特性の変化量は大きくなる。逆に、各層の屈折率差を小さくすると、光学特性の変化量は小さくなるが、光学特性を満足する設計が難しくなる。この点、本発明では、多層膜の成膜初期に屈折率差の小さい誤差感度低減層２１を成膜し、その後、屈折率差の大きい機能層２２を成膜することにより、上記した両方の利点を得ることができる。つまり、多層膜の設計がしやすくなり、かつ、光学特性を安定させることができる。
【０１００】
また、誤差感度低減層２１の各層の屈折率は、基板１１側から機能層２２側に向かうにつれて単調に増加または減少している。詳しくは、機能層２２における最も基板１１側の層ｆ1の屈折率が基板１１の屈折率よりも大きい場合は、誤差感度低減層２１の各層の屈折率は基板１１側から機能層２２側に向かうにつれて単調に増加し、層ｆ1の屈折率が基板１１の屈折率よりも小さい場合は、誤差感度低減層２１の各層の屈折率は基板１１側から機能層２２側に向かうにつれて単調に減少している。
【０１０１】
このようにすることで、誤差感度低減層２１における基板１１に接する層ｄ1と基板１１との屈折率差、および、誤差感度低減層２１内で隣接する層同士の屈折率差を、機能層２２における最も基板１１側の層ｆ1と基板１１との屈折率差の２／３以下（以下、屈折率差Ａと称する）、望ましくは１３／３０以下（以下、屈折率差Ｂと称する）にすることができる。屈折率差Ａとした場合、成膜初期に膜厚等が変動しても、最終的な光学特性の変動を抑えて安定した光学特性を有する光学多層膜１２を実現でき、さらに屈折率差Ｂとすることで、その効果を確実に得ることができる。なお、実施例１および２より、屈折率差Ｂは、誤差感度低減層２１を２層で構成しても、それより多くの層数（例えば５層）で構成しても実現可能である。
【０１０２】
また、誤差感度低減層２１の層数や屈折率差は特に限定されるものではないが、分光特性の誤差を少なくしたいのであれば、誤差感度低減層２１の層数を多くして屈折率差を小さくすればよい。一方、誤差感度低減層２１の最も少ない層数で上記した本発明の効果を狙うのであれば、誤差感度低減層２１は、２層で構成すればよい。この場合は、誤差感度低減層２１の最も簡単な構成で効率よく本発明の効果が得られることに加えて、光学多層膜１２の生産性も向上する。
【０１０３】
特に、誤差感度低減層２１を２層で構成しながら、上記した屈折率差Ｂを実現する場合は、基板１１から機能層２２の第１層目の層ｆ1にかけて隣接する層同士の屈折率差がほぼ均等となる膜構成となる。この場合は、成膜初期の膜厚等の変動による最終的な光学特性の変動を抑制できる効果がより高まる。成膜初期の２層程度が最も膜厚誤差および屈折率誤差が大きいことを考慮すると、誤差感度低減層２１を２層で構成した場合は、屈折率差Ｂを同時に実現することが望ましい。
【０１０４】
また、誤差感度低減層２１の各層は、機能層２２の各層を構成する材料の中から異なる種類同士を組み合わせた混合物（例えば酸化ニオブと酸化シリコンとの混合物）で構成されている。このように、機能層２２の構成材料と同じ材料を用いて誤差感度低減層２１が形成されているので、他の材料を別途用意する必要がない。つまり、機能層２２の構成材料を有効利用して誤差感度低減層２１を実現することができる。また、材料の混合比を変えることで屈折率を調整できるので、上記した屈折率の関係を満たす誤差感度低減層２１を容易に実現することができる。
【０１０５】
また、機能層２２は、屈折率の異なる３種類（実施例７参照）または２種類の層の組み合わせで構成されている。このように、機能層２２を構成する材料の種類が少ないので、光学多層膜１２の製造コストを低減することができる。
【０１０６】
また、実施例１〜７の結果から、機能層２２の膜構成を工夫することにより、光学多層膜１２全体として、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する波長域の全域で反射率２０％以上８０％以下の光学特性を実現できると言える。したがって、そのような光学特性を必要とする用途（例えば光ピックアップ）に本発明の光学多層膜１２を適用することができる。
【０１０７】
このとき、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応する波長域の全域で、上記の光学特性を実現する必要は必ずしもなく、機能層２２の膜構成を工夫することにより、上記各波長域の中のいずれか所定の波長、例えば波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍにおいて、上記の光学特性を実現すればよい。この場合、３波長（４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍ）の光を出射する光源を使用する光ピックアップや、それに用いる光学素子（例えばハーフミラー）に、本発明の光学多層膜１２を適用することができる。特に、上記３波長の互換性を有する光学素子では、成膜初期の膜厚や屈折率が少し変化しただけでも、３波長にわたる光学特性（例えば反射率５０％）のバランスが崩れやすいので、誤差感度低減層２１を設けて最終的な光学特性の変動を抑える本発明の構成は、特に３波長互換の光学素子に非常に有効となる。
【０１０８】
また、実施例１〜７では、誤差感度低減層２１および機能層２２を構成する各層は、スパッタ法で作製されている。スパッタ法を用いることにより、誤差感度低減層２１において種々の材料を混ぜて屈折率の異なる各層を形成することが容易である。また、スパッタ成膜装置には、一般的に膜厚測定用の光量モニタ装置がついていないので、真空蒸着法で成膜するときのような光量モニタ装置による膜厚管理ができず、光学特性の変動を抑制することができない。したがって、スパッタ法を用いる場合は、誤差感度低減層２１を設けるという膜構成によって光学特性の変動を抑制できる本発明が特に有効となる。勿論、誤差感度低減層２１および機能層２２を構成する各層が真空蒸着法で作製される場合でも、成膜初期に屈折率や膜厚が変化しても所望の光学特性を実現できるという上述した本発明の効果を得ることはできる。
【０１０９】
なお、上述した実施例１〜７の膜構成を適宜組み合わせて光学多層膜１２を構成し、光学素子３や光ピックアップに適用することも勿論可能である。例えば、実施例２の構成（５層からなる誤差感度低減層２１）と、実施例７の構成（屈折率の異なる３種類の層を組み合わせた機能層２２）とを組み合わせて光学多層膜１２を構成することも勿論可能である。
【０１１０】
なお、誤差感度低減層２１を設ける本発明の構成は、成膜初期の膜厚や屈折率の変化によって最終的な光学特性が変化しやすく、所定の波長において所定の反射率を示す光学多層膜であれば、いずれにも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、成膜初期の膜厚や屈折率の変化によって最終的な光学特性が変化しやすい光学多層膜や光学素子（例えばハーフミラー）およびその光学素子を用いた装置（例えば光ピックアップ）に利用可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１ 光源
１ａ 光源部（光源）
１ｂ 光源部（光源）
３ 光学素子
７ 対物レンズ
１１ 基板
１２ 光学多層膜
２１ 誤差感度低減層
２２ 機能層
ｄ1、ｄ2 層（誤差感度低減層）
ｆ1〜ｆm 層（機能層）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成される光学多層膜であって、
複数の層からなる誤差感度低減層と、複数の層からなる機能層とを、前記基板の表面にこの順で積層して構成されており、
前記機能層は、当該多層膜中で最も屈折率の高い層または最も屈折率の低い層のうちで最も前記基板に近い側の層と、その層に対して前記基板とは反対側に位置する層とで構成されており、
前記誤差感度低減層における前記基板に接する層と前記基板との屈折率差、および、前記誤差感度低減層内で隣接する層同士の屈折率差が、前記機能層における最も前記基板に近い側の層と前記基板との屈折率差の２／３以下であり、
前記誤差感度低減層の各層の屈折率は、前記基板側から前記機能層側に向かうにつれて単調に増加または減少することを特徴とする光学多層膜。
【請求項２】
前記誤差感度低減層における前記基板に接する層と前記基板との屈折率差、および、前記誤差感度低減層内で隣接する層同士の屈折率差が、前記機能層における最も前記基板に近い側の層と前記基板との屈折率差の１３／３０以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学多層膜。
【請求項３】
前記誤差感度低減層は、２層で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学多層膜。
【請求項４】
前記誤差感度低減層の各層は、前記機能層の各層を構成する材料の中から異なる種類同士を組み合わせた混合物で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学多層膜。
【請求項５】
前記機能層は、屈折率の異なる３種類または２種類の層の組み合わせで構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学多層膜。
【請求項６】
所定の波長において、反射率２０％以上８０％以下の光学特性を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学多層膜。
【請求項７】
波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍにおいて、反射率２０％以上８０％以下の光学特性を有していることを特徴とする請求項６に記載の光学多層膜。
【請求項８】
前記誤差感度低減層および前記機能層を構成する各層は、スパッタ法で作製されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光学多層膜。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の光学多層膜と、
前記光学多層膜が表面に形成される基板とを備えていることを特徴とする光学素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の光学素子と、
光を出射する光源と、
前記光源から前記光学素子を介して得られる光を光ディスクに集光させる対物レンズとを備えていることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１１】
前記光源は、波長４０５ｎｍを含む波長帯域の光を出射する光源部と、波長６６０ｎｍを含む波長帯域の光を出射する光源部と、波長７８５ｎｍを含む波長帯域の光を出射する光源部とを含んでいることを特徴とする請求項１０に記載の光ピックアップ。
【請求項１】
基板の表面に形成される光学多層膜であって、
複数の層からなる誤差感度低減層と、複数の層からなる機能層とを、前記基板の表面にこの順で積層して構成されており、
前記機能層は、当該多層膜中で最も屈折率の高い層または最も屈折率の低い層のうちで最も前記基板に近い側の層と、その層に対して前記基板とは反対側に位置する層とで構成されており、
前記誤差感度低減層における前記基板に接する層と前記基板との屈折率差、および、前記誤差感度低減層内で隣接する層同士の屈折率差が、前記機能層における最も前記基板に近い側の層と前記基板との屈折率差の２／３以下であり、
前記誤差感度低減層の各層の屈折率は、前記基板側から前記機能層側に向かうにつれて単調に増加または減少することを特徴とする光学多層膜。
【請求項２】
前記誤差感度低減層における前記基板に接する層と前記基板との屈折率差、および、前記誤差感度低減層内で隣接する層同士の屈折率差が、前記機能層における最も前記基板に近い側の層と前記基板との屈折率差の１３／３０以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学多層膜。
【請求項３】
前記誤差感度低減層は、２層で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学多層膜。
【請求項４】
前記誤差感度低減層の各層は、前記機能層の各層を構成する材料の中から異なる種類同士を組み合わせた混合物で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学多層膜。
【請求項５】
前記機能層は、屈折率の異なる３種類または２種類の層の組み合わせで構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学多層膜。
【請求項６】
所定の波長において、反射率２０％以上８０％以下の光学特性を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学多層膜。
【請求項７】
波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍにおいて、反射率２０％以上８０％以下の光学特性を有していることを特徴とする請求項６に記載の光学多層膜。
【請求項８】
前記誤差感度低減層および前記機能層を構成する各層は、スパッタ法で作製されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光学多層膜。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の光学多層膜と、
前記光学多層膜が表面に形成される基板とを備えていることを特徴とする光学素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の光学素子と、
光を出射する光源と、
前記光源から前記光学素子を介して得られる光を光ディスクに集光させる対物レンズとを備えていることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１１】
前記光源は、波長４０５ｎｍを含む波長帯域の光を出射する光源部と、波長６６０ｎｍを含む波長帯域の光を出射する光源部と、波長７８５ｎｍを含む波長帯域の光を出射する光源部とを含んでいることを特徴とする請求項１０に記載の光ピックアップ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−２１７４１５（Ｐ２０１０−２１７４１５Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６３１１２（Ｐ２００９−６３１１２）
【出願日】平成２１年３月１６日（２００９．３．１６）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１６日（２００９．３．１６）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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