光学素子及びその製造方法

【課題】高硬度，耐湿性，耐熱性，化学的安定性等の性質を備え、紫外線領域から赤外線領域の広い波長領域の光を透過可能な保護膜を備える光学素子を提供する。
【解決手段】光学素子は、光学素子基板１と、光学素子基板１の表面にイオンビームアシスト蒸着法により成膜された、光学素子基板１の保護膜として機能する酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）膜２とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子，受光素子，レンズ等の光学素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高硬度，耐湿性を目的とした光学素子の保護膜としてはＳｉＯ_２膜が利用されている。
【特許文献１】特開２００１−１７４６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＳｉＯ_２膜は０．３〜６．０［μｍ］の範囲内の波長を有する光しか透過しないために、保護膜として適用可能な光学素子の種類に制約がある。このような背景から、高硬度，耐湿性，耐熱性，化学的安定性等の性質を備え、紫外線領域から赤外線領域の広い波長領域（０．３〜１２．０［μｍ］）の光を透過可能な保護膜の提供が望まれている。
【０００４】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高硬度，耐湿性，耐熱性，化学的安定性等の性質を備え、紫外線領域から赤外線領域の広い波長領域の光を透過可能な保護膜を備える光学素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る光学素子は、光学素子基板と、光学素子基板の表面にイオンビームアシスト蒸着法により成膜された、光学素子基板の保護膜として機能する酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）膜とを備える。また、本発明に係る光学素子の製造方法は、光学素子基板の表面にイオンビームアシスト蒸着法により酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）膜を光学素子基板の保護膜として成膜する工程を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る光学素子及びその製造方法によれば、高硬度，耐湿性，耐熱性，化学的安定性等の性質を備え、紫外線領域から赤外線領域の広い波長領域の光を透過可能な保護膜を備える光学素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる光学素子の構成及びその製造方法について詳しく説明する。
【０００８】
〔光学素子の構成〕
本発明の実施形態となる光学素子は、図１に示すように、光学素子基板１と、光学素子基板１表面上に成膜された酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）膜２とを備える。光学素子基板１の表面上に化学的安定性を有するＨｆＯ_２膜（膜厚１．０［μｍ］程度）を成膜することにより、図２に示すようにＨｆＯ_２膜を成膜しない場合と比較して光学素子基板表面のビッカース硬度が増加（２０００［Ｈｖ］以上）するので、ＨｆＯ_２膜を光学素子基板１表面の保護膜として機能させることができる。また、ＨｆＯ_２膜は０．３〜１０．０［μｍ］の波長領域の光を透過する性質を有するので、紫外線領域から赤外線領域の広い波長領域の光を透過可能な保護膜を備える光学素子を提供することができる。また、ＨｆＯ_２膜の融点は約２８１２［℃］と高温であるので、ＨｆＯ_２膜を成膜することにより光学素子の耐熱性を向上させることもできる。また、ＨｆＯ_２膜は耐湿性に優れるので、ＨｆＯ_２膜を成膜することにより光学素子の耐湿性を向上させることもできる。
【０００９】
〔光学素子の製造方法〕
上記光学素子は、図３に示すようなＲＦイオンビーム銃１１から光学素子基板１表面に向けてイオンビームを照射しながら蒸着材料が充填された坩堝１２を加熱することにより光学素子基板１表面上に成膜するイオンビームアシスト蒸着装置１３により製造される。具体的には、ＲＦイオンビーム銃１１からＯ_２（酸素）イオンビームを照射しながらＨｆＯ_２が充填された坩堝１２を加熱することにより、光学素子基板１表面上にＨｆＯ_２を蒸着させる。イオンビームアシスト蒸着装置１３により成膜することにより、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法と比較して、緻密、且つ、高耐久性を有する膜を形成することができると共に、高い成膜レートで膜を形成することができる。
【００１０】
ＨｆＯ_２膜の成膜レートは、水晶センサ１４によって検出され、所定の大きさになるように調整されている。また、赤外光源１５から光学素子基板１の裏面に向けて赤外線光を照射し、光学素子基板１とＨｆＯ_２膜を透過してきた赤外線光を赤外光センサ１６によって検出すると共に、可視光センサ１７によって光学素子基板１の裏面において反射した光を検出する光学センサ１８によって、製造された光学素子の性能を評価することができる。
【００１１】
ＨｆＯ_２膜の結晶構造は、図４及び図５に示すＸ線回折図形から明らかなように、イオンビーム加速電圧や輸送比（ＲＦイオンビーム銃１１からのイオンビームの照射条件）を選定することにより制御することができる。図４及び図５に示すＸ線回折図形はそれぞれ、輸送比を１．０に固定した状態でイオンビーム加速電圧を０〜１０００［Ｖ］の範囲内で変化させた時のＨｆＯ_２膜の結晶方位の変化、及びイオン加速電圧を７００［Ｖ］に固定した状態で輸送比を０．０〜１．０の範囲内で変化させた時のＨｆＯ_２膜の結晶方位の変化を示す。これにより、様々な光学素子基板１に密着性の良いＨｆＯ_２膜を成膜することができる。「輸送比」とは、光学素子基板１表面に到達するイオンの数を光学素子基板１表面に到達する蒸着原子の数で割った値を示す。
【００１２】
ＨｆＯ_２膜における光の屈折率は、図６及び図７に示すように、イオンビーム加速電圧や輸送比を選定することにより制御することができる。図６及び図７はそれぞれ、輸送比を０．７に固定した状態でイオンビーム加速電圧を７００〜１０００［Ｖ］の範囲内で変化させた時のＨｆＯ_２膜における光の屈折率の変化、及びイオン加速電圧を７００［Ｖ］に固定した状態で輸送比を０．０〜１．０の範囲内で変化させた時のＨｆＯ_２膜における屈折率の変化を示す。これにより、光学設計に幅を持たせることができる。
【００１３】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態となる光学素子の構成を示す断面図である。
【図２】光学素子基板表面にＨｆＯ_２膜を形成した場合と形成しない場合における光学素子のビッカース硬度の変化を示す図である。
【図３】図１に示す光学素子を製造する際に用いられるイオンビームアシスト蒸着装置の構成を示す模式図である。
【図４】イオンビーム加速電圧の変化に伴うＨｆＯ_２膜の結晶方位の変化を示すＸ線回折図形である。
【図５】輸送比の変化に伴うＨｆＯ_２膜の結晶方位の変化を示すＸ線回折図形である。
【図６】イオンビーム加速電圧の変化に伴うＨｆＯ_２膜における光の屈折率の変化を示す図である。
【図７】輸送比の変化に伴うＨｆＯ_２膜における光の屈折率の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００１５】
１：光学素子基板
２：ＨｆＯ_２膜
１１：ＲＦイオン銃
１２：坩堝
１３：イオンビームアシスト蒸着装置
１４：水晶センサ
１５：赤外光源
１６：赤外光センサ
１７：可視光センサ
１８：光学モニタ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子基板と、
前記光学素子基板の表面にイオンビームアシスト蒸着法により成膜された、光学素子基板の保護膜として機能するＨｆＯ_２膜と
を備えることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
光学素子基板の表面にイオンビームアシスト蒸着法によりＨｆＯ_２膜を光学素子基板の保護膜として成膜する工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の光学素子の製造方法において、イオンビームアシスト蒸着法によりＨｆＯ_２膜を成膜する際、イオンビーム加速電圧を選定することにより前記ＨｆＯ_２膜の結晶構造を制御することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の光学素子の製造方法において、イオンビームアシスト蒸着法によりＨｆＯ_２膜を成膜する際、光学素子基板の表面に到達するイオンの数を光学素子基板の表面に到達する蒸着原子数で除算した値を選定することにより前記ＨｆＯ_２膜の結晶構造を制御することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のうち、いずれか１項に記載の光学素子の製造方法において、イオンビームアシスト蒸着法によりＨｆＯ_２膜を成膜する際、イオンビーム加速電圧を選定することにより前記ＨｆＯ_２膜における光の屈折率を制御することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項６】
請求項２乃至請求項５のうち、いずれか１項に記載の光学素子の製造方法において、イオンビームアシスト蒸着法によりＨｆＯ_２膜を成膜する際、光学素子基板の表面に到達するイオンの数を光学素子基板の表面に到達する蒸着原子数で除算した値を選定することにより前記ＨｆＯ_２膜における光の屈折率を制御することを特徴とする光学素子の製造方法。

【図１】