光学素子
【課題】 物理的膜厚ｄを均一にするだけでなく屈折率ｎも均一にした光学素子（ＯＥ）を提供する。
【解決手段】 第１の観点による光学素子（ＯＥ）は、基板を真空チャンバー内に配設し、基板保持部が有する複数の保持枠に基板を保持させ、基板を中央部から周辺部にかけて均一に加熱し、中央部から周辺部にかけて基板を均一に加熱している状態において蒸着源から蒸着材料を放出し、基板に蒸着材料を蒸着する光学薄膜成膜方法によって成膜された光学薄膜を含む光学素子である。そして光学薄膜の光学膜厚ｎｄは、光学素子の中央部から周辺部の表面にかけて形成され、周辺部の光学膜厚ｎｄと中央部の光学膜厚ｎｄとが、均一である。なお、光学膜厚ｎｄは、屈折率ｎ×物理的膜厚ｄである。
【解決手段】 第１の観点による光学素子（ＯＥ）は、基板を真空チャンバー内に配設し、基板保持部が有する複数の保持枠に基板を保持させ、基板を中央部から周辺部にかけて均一に加熱し、中央部から周辺部にかけて基板を均一に加熱している状態において蒸着源から蒸着材料を放出し、基板に蒸着材料を蒸着する光学薄膜成膜方法によって成膜された光学薄膜を含む光学素子である。そして光学薄膜の光学膜厚ｎｄは、光学素子の中央部から周辺部の表面にかけて形成され、周辺部の光学膜厚ｎｄと中央部の光学膜厚ｎｄとが、均一である。なお、光学膜厚ｎｄは、屈折率ｎ×物理的膜厚ｄである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
多層の光学薄膜が形成された光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜を有するレンズ，光学フィルタ又はプリズム等の光学素子を製造するために光学薄膜成膜装置が使用されている。光学薄膜成膜装置は球面形状又は平面形状の蒸着ドームを備え、その蒸着ドームが複数の光学素子を保持している。光学薄膜成膜装置は真空チャンバー内を加熱して且つ蒸着ドームを加熱して、蒸着物質を光学素子に蒸着させる。蒸着物質から蒸着ドーム面の各光学素子までの距離が異なるなどの理由から、蒸着物質の分布が各光学素子において均一でない。このため、光学素子を配置した位置によって光学素子に形成される蒸着物質の物理的膜厚ｄが異なってしまい、物理的膜厚ｄのバラツキは光学素子の反射率や透過率を変化させてしまう。この物理的膜厚ｄのバラツキを軽減させるため、特許文献１は蒸着ドームを回転させて光学素子に形成される物理的膜厚のバラツキを低減させている。
【特許文献１】特開平１０−２８０１３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
光学薄膜成膜装置は蒸着ドームを回転させることで光学素子に成膜される蒸着物質の物理的膜厚のバラツキは低減させることができるが、個々の光学素子内では光学膜厚ｎｄのバラツキが依然として発生していた。ここで、光学素子の性能を決める光学膜厚ｎｄは、屈折率ｎ×物理的膜厚ｄで示される。つまり、特許文献１に示す光学薄膜成膜装置は光学素子に形成される物理的膜厚ｄを均一にすることができても、屈折率ｎまでも均一にすることができず、光学膜厚ｎｄが均一にならなかった。
【０００４】
例えば、図６は、水晶基板に薄膜を形成した光学フィルタの波長の半値が目標値からどれだけ変化しているかを示したグラフである。図６では５８ｍｍ＊６０ｍｍの大きさの水晶基板と４０．５ｍｍ＊４８ｍｍの大きさの水晶基板との２種類の水晶基板を示している。図６は縦軸に目標とする波長の半値を０として半値の波長（ｎｍ）のズレを取り、横軸に光学フィルタの中央部からの周辺部への位置（ｍｍ）を取っている。
【０００５】
光学フィルタの中央部付近では半値は目標値とする波長を得ているが、光学フィルタの周辺部になると所定波長より低い波長になり目標値を得ることができていない。これは物理的膜厚ｄが同じでも周辺部の屈折率ｎが低くなってしまい波長が低くなっていることに起因する。つまり従来の光学薄膜成膜装置は多数の光学素子の物理的膜厚ｄの均一化を図ることができても、個々の光学素子の光学膜厚ｎｄを均一にすることができなかった。別言すれば、従来の光学薄膜成膜装置は、屈折率ｎのバラツキまで低減することができなかった。
【０００６】
近年、光学機器の技術革新に伴って光学薄膜を有する光学素子に対する性能向上が強く求められている。この要求に答えるため、例えば４０．５ｍｍ＊４８ｍｍの大きさの光学フィルタを要求された場合には、従来の光学薄膜成膜装置を使って５８ｍｍ＊６０ｍｍの水晶基板に対して均一な物理的な薄膜ｄを有する薄膜／光学フィルタを形成する。そして、５８ｍｍ＊６０ｍｍの水晶基板の周辺部、すなわち屈折率ｎが異なる部分を切り取ることによって、光学膜厚ｎｄが均一な４０．５ｍｍ＊４８ｍｍの光学フィルタを製造していた。
【０００７】
このような製造方法では、要求された光学素子より大きめの光学素子を蒸着ドームに取り付けなければならないので、蒸着ドームに取り付けることができる光学素子の数が相対的に少なくなってしまう問題があった。また、光学素子の周辺部を無駄にしてしまうとともに光学素子の周辺部を切り取る作業が増えてしまう問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、周辺部を切り取ったりすることなく、光学素子の周辺部と中央部との光学膜厚ｎｄが均一な光学素子又は周辺部の光学膜厚ｎｄが中央部の光学膜厚ｎｄより大きい光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の観点による光学素子は、基板を真空チャンバー内に配設し、基板保持部が有する複数の保持枠に基板を保持させ、基板を中央部から周辺部にかけて均一に加熱し、中央部から周辺部にかけて基板を均一に加熱している状態において蒸着源から蒸着材料を放出し、基板に蒸着材料を蒸着する光学薄膜成膜方法によって成膜された光学薄膜を含む光学素子である。そして光学薄膜の光学膜厚ｎｄは、光学素子の中央部から周辺部の表面にかけて形成され、周辺部の光学膜厚ｎｄと中央部の光学膜厚ｎｄとが、均一である。なお、光学膜厚ｎｄは、屈折率ｎ×物理的膜厚ｄである。
これまで物理的膜厚ｄを均一することしかできなかったが、この構成により基板の温度を均一にして屈折率ｎも均一にすることができる。このため、光学膜厚ｎｄを基板の中央部から周辺部にかけて均一にすることができる。
【００１０】
第２の観点による光学素子は、基板を真空チャンバー内に配設し、基板保持部が有する複数の保持枠に基板を保持させ、基板を中央部から周辺部にかけて均一に加熱し、中央部から周辺部にかけて基板を均一に加熱している状態において蒸着源から蒸着材料を放出し、基板に蒸着材料を蒸着する光学薄膜成膜方法によって成膜された光学薄膜を含む光学素子である。そして、光学薄膜の光学膜厚ｎｄは、光学素子の中央部から周辺部の表面にかけて形成され、周辺部の光学膜厚ｎｄが中央部の光学膜厚ｎｄよりも大きい。なお、光学膜厚ｎｄは、屈折率ｎ×物理的膜厚ｄである。
【００１１】
第３の観点による光学素子は、第２の観点において、周辺部の屈折率ｎは中央部の屈折率ｎより高く、周辺部の物理的膜厚ｄと中央部の物理的膜厚ｄとは同じである。基板の周辺部を中央部より加熱して周辺部の屈折率ｎが高い基板を製造することも可能である。
【００１２】
第４の観点による光学素子は、中央部と周辺部とにより構成される表面を有する光学素子である。そして、その表面には光学薄膜が成膜され、光学薄膜の周辺部の屈折率ｎは、光学薄膜の中央部の屈折率ｎと同じである。個別加熱ヒータを備えた保持枠に基板を保持する。
【００１３】
第５の観点による光学素子は、中央部と周辺部とにより構成される表面を有する光学素子である。その表面には光学薄膜が成膜され、光学薄膜の周辺部の屈折率ｎは、光学薄膜の中央部の屈折率ｎよりも高い。
【００１４】
その他の観点において、上記方法によって成膜された光学素子は、中央部も周辺部も同じ光学膜厚ｎｄを有している。また、蒸着材料の屈折率が、光学素子の中央付近から外周部にかけて屈折率が高くなっている光学薄膜を成膜した光学素子を提供することも可能となる。周辺部が中央部より屈折率が高くなっていると、レンズからの斜めに入射する光束に対しても中央部の直角に入射する光束に対しても同じ波長でフィルタ処理を行うことも可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光学素子の周辺部と中央部との光学膜厚ｎｄが均一な光学素子又は光学素子の周辺部の光学膜厚ｎｄが中央部の光学膜厚ｎｄより大きい光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光学薄膜成膜装置１０を示す概略断面図である。
【図２】光学薄膜成膜装置１０内で蒸着ドーム１９を下方から上方へ見た正面図である。
【図３】（ａ）は一つの保持枠に２つの光学素子ＯＥを取り付ける第１保持枠３３Ａの正面図で、（ｂ）は一つの保持枠に４つの光学素子ＯＥを取り付ける第２保持枠３３Ｂである。
【図４】光学フィルタを成膜するフローチャートである。
【図５】実験した１ｍｍ厚の水晶基板に４０層の光学薄膜を形成した赤外線カットフィルタの分光特性を示したグラフである。
【図６】光学フィルタの波長の半値が目標値からどれだけ変化しているかを示したグラフである。
【図７】ＴｉＯ２分散データの水晶基板の加熱温度依存性を調べたグラフである。
【図８】（ａ）は電熱ヒータ３７を配置した保持枠３３Ａの正面図である。 （ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
【図９】（ａ）は保熱カバー３９を配置した保持枠３３の正面図である。 （ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
【図１０】（ａ）は、４０．５ｍｍ＊４８ｍｍの大きさの水晶基板における半値の変化を示したグラフである。
【図１１】凸レンズ４１からＣＣＤ又はＣＭＯＳを使った光電変換部４５へ光学フィルタ４３を介して光束が入射する概念図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
＜光学薄膜成膜装置の概要＞
図１は光学薄膜成膜装置１０を示す概略断面図である。
本実施形態に係る光学薄膜成膜装置１０は、図１に示すように、蒸着チャンバー１２内の底部側でかつ中心から偏った位置に配設された２つの第１蒸着源１７及び第２蒸着源１８と、ガラス又は水晶などの光学素子ＯＥを保持する基板保持部である蒸着ドーム１９とを備えている。蒸着チャンバー１２は１０−４Ｐａ程度まで真空にすることができる。第１蒸着源１７は例えばＴｉＯ２を含み、電子ビームが照射されることでＴｉＯ２が蒸発する。また第２蒸着源１８は例えばＳｉＯ２を含み、電子ビームが照射されることでＳｉＯ２が蒸発する。
【００１８】
第１蒸着源１７と蒸着ドーム１９との間には遮蔽可能な第１シャッター２１が設けられており、第２蒸着源１８と蒸着ドーム１９との間には遮蔽可能な第２シャッター２２が設けられている。光学薄膜成膜装置１０は、光学薄膜の設計膜厚に応じて第１シャッター２１及び第２シャッター２２を交互に移動動作するための図示しない制御装置を有しており、制御装置は適宜第１シャッター２１及び第２シャッター２２を交互に開閉する。第１シャッター２１及び第２シャッター２２は、それぞれ第１蒸発源１７及び第２蒸着源１８の直上とそこから外れた位置との間を回転移動することにより各薄膜層の成膜開始と終了とを制御して物理的膜厚ｄを調整する。
【００１９】
また、蒸着ドーム１９の周縁部に近接した位置に、光学素子ＯＥの物理的膜厚ｄを均一にするための第１拡散板２７及び第２拡散板２８が、第１シャッター２１及び第２シャッター２２上方にそれぞれ配設されている。
【００２０】
蒸着ドーム１９は、蒸着チャンバー１２の上部に配置された駆動モータ２６を介して蒸着チャンバー１２のほぼ中央位置で回転可能に支持されている。また、蒸着ドーム１９の上部には加熱ヒータ２４が設けられている。加熱ヒータ２４は放射熱によって蒸着ドーム１９及び光学素子ＯＥを所定温度、例えば２００°Ｃから２７０°Ｃに加熱する。電子ビームが第１蒸着源１７及び第２蒸着源１８に照射されることで蒸着チャンバー１２の内部温度は２８０°Ｃ以上に達することもある。なお、蒸着ドーム１９は、球面形状に限らず平面ドーム又は段付きドームなどであっても良い。
【００２１】
図２は、光学薄膜成膜装置１０内で蒸着ドーム１９を下方から上方へ見た正面図である。蒸着ドーム１９は、図２に示すように貫通する複数の矩形開口部３１を同心円状に有している。この矩形開口部３１は、例えば一片が１００ｍｍの正方形の開口である、矩形開口部３１には光学素子ＯＥを保持する保持枠３３が取り付けられる。蒸着ドーム１９はステンレス又は鉄などの金属材料で形成されている。
【００２２】
図３は、保持枠３３を示した正面図である。図３（ａ）は一つの保持枠に２つの光学素子ＯＥを取り付ける第１保持枠３３Ａであり、第１保持枠３３Ａは、ガラス又は水晶などの光学素子に第１蒸着源１７又は第２蒸着源１８が蒸着されるための第１孔３５を２つ有している。図３（ｂ）は一つの保持枠に４つの光学素子ＯＥを取り付ける第２保持枠３３Ｂであり、第２保持枠３３Ｂは光学素子に第１蒸着源１７又は第２蒸着源１８が蒸着されるための第２孔３６を４つ有している。図示しないが保持枠３３は一つの保持枠に１つの光学素子ＯＥを設けても良い。
【００２３】
また矩形の光学素子ＯＥだけでなく円形の光学素子を保持する保持枠３３を設けても良い。
【００２４】
＜光学薄膜成膜装置の動作＞
次に、本実施形態に係る光学薄膜成膜装置１０により４０層の光学薄膜を有する光学フィルタを成膜する成膜方法について説明する。図４は、光学フィルタを成膜するフローチャートである。
ステップＳ１１において、光学薄膜成膜方法は、図４に示すように、光学素子ＯＥを保持枠３３に取り付け、さらにその光学素子ＯＥを保持した保持枠３３を蒸着ドーム１９に装着する。
【００２５】
ステップＳ１２において、蒸着チャンバー１２の真空引きを行うとともに加熱ヒータ２４によって蒸着チャンバー１２内の特に蒸着ドーム１９及び光学素子ＯＥを所定温度に加熱する。
ステップＳ１３において、駆動モータ２６により蒸着ドーム１９を所定の速度で回転させる。
【００２６】
ステップＳ１４において、第１シャッター２１及び第２シャッター２２を閉じた状態にしておき、ステップＳ１５において第１蒸着源１７及び第２蒸着源１８を電子ビームで加熱する。
ステップＳ１６では、光学素子ＯＥの第１層目に第１蒸着源１７を蒸着させる際には、第１シャッター２１を閉状態から開状態にして所定時間経過後に再び閉状態にする。これにより第１層目の蒸着層が形成される。そしてステップＳ１７に進む。
【００２７】
ステップＳ１７おいて、所定数の蒸着層が形成されたかが判断される。未だ１層目であるので、ステップＳ１５を経由してステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、光学素子ＯＥの第２層目に第２蒸着源１８を蒸着させるため、第２シャッター２２を閉状態から開状態にして所定時間経過後に再び閉状態にする。これにより第２層目の蒸着層が形成される。そしてステップＳ１７に進む。ステップＳ１６とステップＳ１８とを交互に繰り返すことにより、４０層の光学薄膜を有する光学フィルタを形成する。
【００２８】
＜光学膜厚ｎｄの均一化＞
光学素子ＯＥの性能を決める光学膜厚ｎｄは、屈折率ｎ×物理的膜厚ｄで示される。物理的膜厚ｄが一定であっても屈折率ｎが下がってしまうと光学膜厚ｎｄが下がってしまう。例えば、赤外線カットフィルタにおいて光学膜厚ｎｄが下がってしまうと、赤外線カットの波長領域が下がることになる。
【００２９】
図５は、実験した１ｍｍ厚の水晶基板に４０層の光学薄膜を形成した赤外線カットフィルタの分光特性を示したグラフであり、縦軸に透過率横軸に波長（３５０ｎｍ〜１２００ｎｍ）を採っている。この赤外線カットフィルタは、図４に示したフローチャートに基づいて製造された。図５の実線は赤外線カットフィルタの中央部の透過率を示し、図５の点線は赤外線カットフィルタの周辺部の透過率を示している。赤外線カットフィルタの周辺部の透過率は、中央部の透過率に比べて波長が下がる方向にシフトしている。
【００３０】
図６は、大きさが異なる２種類の水晶基板に薄膜を形成した光学フィルタの波長の半値が目標値からどれだけ変化しているかを示したグラフである。図６は縦軸に目標とする波長の半値を０として半値（図５で透過率が５０パーセントの波長値）の波長のズレを取り、横軸に光学フィルタの中央部からの周辺部への位置（ｍｍ）を取っている。５８ｍｍ＊６０ｍｍの大きさの水晶基板であっても、４０．５ｍｍ＊４８ｍｍの大きさの水晶基板であっても周辺部は半値が下がり、周辺では横線で示した−２ｎｍの線を下回る状態になっている。
【００３１】
図７は、ＴｉＯ２分散データの水晶基板の加熱温度依存性を調べたグラフであり、縦軸に屈折率を横軸に波長を採っている。
グラフから理解できるように温度が上がれば同じ波長においてＴｉＯ２の屈折率ｎが上がっている。このため発明者は、光学素子ＯＥの周辺部の温度が中央部の温度と同じようにすれば光学膜厚ｎｄは一定になることを見出した。単に、光学薄膜成膜装置１０内で加熱ヒータ２４の温度を上げるだけでは光学素子ＯＥの中央部も温度を上げてしまうため、以下に示す実施例では、光学素子ＯＥの周辺部の温度と中央部の温度とを同じように、又は周辺部の温度を中央部の温度より高くなるようにした。
【実施例１】
【００３２】
実施例１では、図３に示した保持枠３３を成膜する光学素子ＯＥと同じ素材で形成した。これまで保持枠３３は、蒸着ドーム１９と同じステンレス又は鉄などの金属であったが、光学素子ＯＥと同じ熱伝導率の材料とするとともに、光学素子ＯＥの周辺部の熱が保持枠３３を介して蒸着ドーム１９に逃げないようにステンレス又は鉄などの金属より熱伝導率の低い材料にしている。例えば熱伝導率の低いステンレスは熱伝導率１５Ｗ／ｍＫであるのに対して、ガラスの熱伝導率は１Ｗ／ｍＫであり、水晶の熱伝導率は８Ｗ／ｍＫである。
【００３３】
光学素子ＯＥと同じ材料の保持枠３３を使い、図４に示したフローチャートに基づいて赤外線カットフィルタを製造した。図１０（ａ）は、４０．５ｍｍ＊４８ｍｍの大きさの水晶基板における半値の変化を示したグラフである。図６で示した４０．５ｍｍ＊４８ｍｍの大きさの水晶基板とは異なり、中央部及び周辺部においてもほぼ一定で、最周辺部で約―１ｎｍ下がっているだけである。
【実施例２】
【００３４】
実施例２では、図３に示した保持枠３３をジルコニアセラミック素材で形成した。このジルコニアセラミック素材でできた保持枠３３は、微細なマイクロポア構造を有し断熱性に優れている。このため、光学素子ＯＥの周辺部の熱が保持枠３３を介して蒸着ドーム１９に逃げない。微細なマイクロポア構造を有するジルコニアセラミック素材は熱伝導率０．２Ｗ／ｍＫである。このように、ステンレスなどの金属でできた蒸着ドーム１９よりも熱伝導率の低い材質で保持枠３３を形成する。熱伝導率は、１．０Ｗ／ｍＫ以下が好ましい。
【００３５】
ジルコニアセラミック素材の保持枠３３を使い、図４に示したフローチャートに基づいて赤外線カットフィルタを製造した。この赤外線カットフィルタは、上述した図１０（ａ）と同等な半値の変化を示したグラフとなった。すなわち、周辺部でも赤外線カットフィルタの波長は低下しない。保持枠３３には、ジルコニアセラミック素材の以外にもソーダガラス、クラウンガラスなども使用することができる。
【実施例３】
【００３６】
実施例３では、図８に示すように、保持枠３３Ａの第１孔３５の周りに電熱ヒータ３７を配置した。図８（ａ）は電熱ヒータ３７を配置した保持枠３３Ａの正面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図である。実施例３の保持枠３３はステンレス又は鉄などの金属で形成しており、電熱ヒータ３７で保持枠３３を加熱する。加熱ヒータ２４により蒸着ドーム１９は２００°Ｃから２７０°Ｃに加熱され、また電子ビームが第１蒸着源１７及び第２蒸着源１８を加熱する熱で蒸着チャンバー１２の内部温度は加熱ヒータ２４の設定温度よりも高くなっていることがある。そこで電熱ヒータ３７は保持枠３３を２７０°Ｃから３１０°Ｃ程度まで加熱する。このように保持枠３３を加熱することで光学素子ＯＥの周辺部の温度を上げる。なお、加熱ヒータ３７のコード３７Ａは隣の加熱ヒータ（不図示）に接続されており、最終的に電源に接続されている。
【００３７】
電熱ヒータ３７付きの保持枠３３Ａを使い、図４に示したフローチャートに基づいて赤外線カットフィルタを製造した。この赤外線カットフィルタは、電熱ヒータ３７の温度を調整することで上述した図１０（ａ）と同等な半値の変化を示したグラフとなった。また、電熱ヒータ３７の温度を調整して、光学素子ＯＥの中央部の温度よりも周辺部の温度を高くした状態で赤外線カットフィルタを製造すると、図１０（ｂ）に示す半値の変化を示したグラフとなった。
【００３８】
すなわち、図１０（ｂ）に示すように、赤外線カットフィルタの周辺部が中央部よりも波長が高いフィルタを製造することができた。物理的膜厚ｄは均一に蒸着されているので、蒸着材料の屈折率ｎが光学基板ＯＥの中央付近から外周部にかけて屈折率ｎが高くなっていることを意味している。
【実施例４】
【００３９】
実施例４では、図９に示すように、保持枠３３Ａの第１孔３５の周りに保熱カバー３９を配置した。図９（ａ）は保熱カバー３９を配置した保持枠３３の正面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図である。実施例４の保持枠３３Ａもステンレス又は鉄などの金属で形成し、保熱カバー３９もステンレス又は鉄などの金属で形成している。保熱カバー３９は第１蒸着源１７又は第２蒸着源１８の反対側、つまり加熱ヒータ２４側に配置される。保熱カバー３９には孔部３９Ａが形成されており、孔部３９Ａの領域の光学素子ＯＥは保熱されない。すなわち光学素子ＯＥの中央領域は保熱されない。保熱カバー３９があると光学素子ＯＥの熱が逃げにくくなることで光学素子ＯＥの周辺部の温度が均一になる。
【００４０】
保熱カバー３９付きの保持枠３３Ａを使い、図４に示したフローチャートに基づいて赤外線カットフィルタを製造した。この赤外線カットフィルタは、孔部３９Ａの大きさ及び保熱カバー３９の厚みを調整することで上述した図１０（ａ）と同等な半値の変化を示したグラフとなった。また、孔部３９Ａの大きさを小さくし厚くした保熱カバー３９の厚くした保熱カバー３９をつけた状態で赤外線カットフィルタを製造すると、図１０（ｂ）に示すような赤外線カットフィルタの周辺部が中央部よりも赤外線カットフィルタの波長が高いフィルタを製造することができた。
【００４１】
＜周辺部の光学膜厚ｎｄが厚い光学フィルタ＞
実施例３及び実施例４によると、赤外線カットフィルタの周辺部が中央部よりも赤外線カットフィルタの波長が高いフィルタを製造することができた。このような赤外線カットフィルタはレンズなどを介して入射する光束を受光する際には、有効な赤外線カットフィルタとして使用することができる。
【００４２】
図１１は、凸レンズ４１からＣＣＤ又はＣＭＯＳを使った光電変換部４５へ光学フィルタ４３を介して光束が入射する概念図である。
凸レンズ４１を通った光束は、周辺部で大きく屈折され中央部で小さく屈折される。光学フィルタ４３は入射する光束が垂直入射でない場合、光束の入射角度に比例して短波長側にシフトする。このため、光学フィルタ４３を図１１の右図に示すように周辺部が中央部よりも波長が長いフィルタに形成しておけば、光電変換部４５に入射する光束は中央部から周辺部まで同じ波長が入射することになる。つまり、光電変換部４５は中央部と周辺部とで同じ色再現性を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、真空蒸着法による成膜を行うとしているが、これに限定されるものではなく、高周波イオンプレーティング法によって、無機材料と有機材料を複合化させてもよい。高周波イオンプレーティング法とは無機材料を真空加熱により蒸発させ、さらに放電によるプラズマエネルギーにより有機材料と無機材料の化学的に活発なイオンや分子を発生させて、両材料を複合化させる技術である。有機材料は蒸着チャンバー外部より単体ガス又はアルゴンやヘリウム等のキャリアガスとともに導入され、プラズマのエネルギーにより無機・有機複合膜が生成する。
【００４４】
また、実施形態では、主に赤外線カットフィルタを説明してきたが、他の光学フィルタでもよく、ガラス又は水晶基板に光学薄膜を成膜するレンズ及びプリズムなどに対しても本発明は適用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１０ … 光学薄膜成膜装置
１２ … 蒸着チャンバー
１７ … 第１蒸着源
１８ … 第２蒸着源
１９ … 蒸着ドーム
２１ … 第１シャッター
２２ … 第２シャッター
２４ … 加熱ヒータ
２６ … 駆動モータ
２７ … 第１拡散板
２８ … 第２拡散板
３１ … 矩形開口部
３３ … 保持枠（３３Ａ … 第１保持枠，３３Ｂ … 第２保持枠）
３５ … 第１孔
３６ … 第２孔
３７ … 電熱ヒータ（３７Ａ … コード）
３９ … 保熱カバー（３９Ａ … 孔部）
４１ … 凸レンズ
４５ … 光電変換部
４３ … 光学フィルタ
ＯＥ … 光学素子
ｎｄ … 光学膜厚
ｎ … 屈折率
ｄ … 物理的膜厚
【技術分野】
【０００１】
多層の光学薄膜が形成された光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜を有するレンズ，光学フィルタ又はプリズム等の光学素子を製造するために光学薄膜成膜装置が使用されている。光学薄膜成膜装置は球面形状又は平面形状の蒸着ドームを備え、その蒸着ドームが複数の光学素子を保持している。光学薄膜成膜装置は真空チャンバー内を加熱して且つ蒸着ドームを加熱して、蒸着物質を光学素子に蒸着させる。蒸着物質から蒸着ドーム面の各光学素子までの距離が異なるなどの理由から、蒸着物質の分布が各光学素子において均一でない。このため、光学素子を配置した位置によって光学素子に形成される蒸着物質の物理的膜厚ｄが異なってしまい、物理的膜厚ｄのバラツキは光学素子の反射率や透過率を変化させてしまう。この物理的膜厚ｄのバラツキを軽減させるため、特許文献１は蒸着ドームを回転させて光学素子に形成される物理的膜厚のバラツキを低減させている。
【特許文献１】特開平１０−２８０１３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
光学薄膜成膜装置は蒸着ドームを回転させることで光学素子に成膜される蒸着物質の物理的膜厚のバラツキは低減させることができるが、個々の光学素子内では光学膜厚ｎｄのバラツキが依然として発生していた。ここで、光学素子の性能を決める光学膜厚ｎｄは、屈折率ｎ×物理的膜厚ｄで示される。つまり、特許文献１に示す光学薄膜成膜装置は光学素子に形成される物理的膜厚ｄを均一にすることができても、屈折率ｎまでも均一にすることができず、光学膜厚ｎｄが均一にならなかった。
【０００４】
例えば、図６は、水晶基板に薄膜を形成した光学フィルタの波長の半値が目標値からどれだけ変化しているかを示したグラフである。図６では５８ｍｍ＊６０ｍｍの大きさの水晶基板と４０．５ｍｍ＊４８ｍｍの大きさの水晶基板との２種類の水晶基板を示している。図６は縦軸に目標とする波長の半値を０として半値の波長（ｎｍ）のズレを取り、横軸に光学フィルタの中央部からの周辺部への位置（ｍｍ）を取っている。
【０００５】
光学フィルタの中央部付近では半値は目標値とする波長を得ているが、光学フィルタの周辺部になると所定波長より低い波長になり目標値を得ることができていない。これは物理的膜厚ｄが同じでも周辺部の屈折率ｎが低くなってしまい波長が低くなっていることに起因する。つまり従来の光学薄膜成膜装置は多数の光学素子の物理的膜厚ｄの均一化を図ることができても、個々の光学素子の光学膜厚ｎｄを均一にすることができなかった。別言すれば、従来の光学薄膜成膜装置は、屈折率ｎのバラツキまで低減することができなかった。
【０００６】
近年、光学機器の技術革新に伴って光学薄膜を有する光学素子に対する性能向上が強く求められている。この要求に答えるため、例えば４０．５ｍｍ＊４８ｍｍの大きさの光学フィルタを要求された場合には、従来の光学薄膜成膜装置を使って５８ｍｍ＊６０ｍｍの水晶基板に対して均一な物理的な薄膜ｄを有する薄膜／光学フィルタを形成する。そして、５８ｍｍ＊６０ｍｍの水晶基板の周辺部、すなわち屈折率ｎが異なる部分を切り取ることによって、光学膜厚ｎｄが均一な４０．５ｍｍ＊４８ｍｍの光学フィルタを製造していた。
【０００７】
このような製造方法では、要求された光学素子より大きめの光学素子を蒸着ドームに取り付けなければならないので、蒸着ドームに取り付けることができる光学素子の数が相対的に少なくなってしまう問題があった。また、光学素子の周辺部を無駄にしてしまうとともに光学素子の周辺部を切り取る作業が増えてしまう問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、周辺部を切り取ったりすることなく、光学素子の周辺部と中央部との光学膜厚ｎｄが均一な光学素子又は周辺部の光学膜厚ｎｄが中央部の光学膜厚ｎｄより大きい光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の観点による光学素子は、基板を真空チャンバー内に配設し、基板保持部が有する複数の保持枠に基板を保持させ、基板を中央部から周辺部にかけて均一に加熱し、中央部から周辺部にかけて基板を均一に加熱している状態において蒸着源から蒸着材料を放出し、基板に蒸着材料を蒸着する光学薄膜成膜方法によって成膜された光学薄膜を含む光学素子である。そして光学薄膜の光学膜厚ｎｄは、光学素子の中央部から周辺部の表面にかけて形成され、周辺部の光学膜厚ｎｄと中央部の光学膜厚ｎｄとが、均一である。なお、光学膜厚ｎｄは、屈折率ｎ×物理的膜厚ｄである。
これまで物理的膜厚ｄを均一することしかできなかったが、この構成により基板の温度を均一にして屈折率ｎも均一にすることができる。このため、光学膜厚ｎｄを基板の中央部から周辺部にかけて均一にすることができる。
【００１０】
第２の観点による光学素子は、基板を真空チャンバー内に配設し、基板保持部が有する複数の保持枠に基板を保持させ、基板を中央部から周辺部にかけて均一に加熱し、中央部から周辺部にかけて基板を均一に加熱している状態において蒸着源から蒸着材料を放出し、基板に蒸着材料を蒸着する光学薄膜成膜方法によって成膜された光学薄膜を含む光学素子である。そして、光学薄膜の光学膜厚ｎｄは、光学素子の中央部から周辺部の表面にかけて形成され、周辺部の光学膜厚ｎｄが中央部の光学膜厚ｎｄよりも大きい。なお、光学膜厚ｎｄは、屈折率ｎ×物理的膜厚ｄである。
【００１１】
第３の観点による光学素子は、第２の観点において、周辺部の屈折率ｎは中央部の屈折率ｎより高く、周辺部の物理的膜厚ｄと中央部の物理的膜厚ｄとは同じである。基板の周辺部を中央部より加熱して周辺部の屈折率ｎが高い基板を製造することも可能である。
【００１２】
第４の観点による光学素子は、中央部と周辺部とにより構成される表面を有する光学素子である。そして、その表面には光学薄膜が成膜され、光学薄膜の周辺部の屈折率ｎは、光学薄膜の中央部の屈折率ｎと同じである。個別加熱ヒータを備えた保持枠に基板を保持する。
【００１３】
第５の観点による光学素子は、中央部と周辺部とにより構成される表面を有する光学素子である。その表面には光学薄膜が成膜され、光学薄膜の周辺部の屈折率ｎは、光学薄膜の中央部の屈折率ｎよりも高い。
【００１４】
その他の観点において、上記方法によって成膜された光学素子は、中央部も周辺部も同じ光学膜厚ｎｄを有している。また、蒸着材料の屈折率が、光学素子の中央付近から外周部にかけて屈折率が高くなっている光学薄膜を成膜した光学素子を提供することも可能となる。周辺部が中央部より屈折率が高くなっていると、レンズからの斜めに入射する光束に対しても中央部の直角に入射する光束に対しても同じ波長でフィルタ処理を行うことも可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光学素子の周辺部と中央部との光学膜厚ｎｄが均一な光学素子又は光学素子の周辺部の光学膜厚ｎｄが中央部の光学膜厚ｎｄより大きい光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光学薄膜成膜装置１０を示す概略断面図である。
【図２】光学薄膜成膜装置１０内で蒸着ドーム１９を下方から上方へ見た正面図である。
【図３】（ａ）は一つの保持枠に２つの光学素子ＯＥを取り付ける第１保持枠３３Ａの正面図で、（ｂ）は一つの保持枠に４つの光学素子ＯＥを取り付ける第２保持枠３３Ｂである。
【図４】光学フィルタを成膜するフローチャートである。
【図５】実験した１ｍｍ厚の水晶基板に４０層の光学薄膜を形成した赤外線カットフィルタの分光特性を示したグラフである。
【図６】光学フィルタの波長の半値が目標値からどれだけ変化しているかを示したグラフである。
【図７】ＴｉＯ２分散データの水晶基板の加熱温度依存性を調べたグラフである。
【図８】（ａ）は電熱ヒータ３７を配置した保持枠３３Ａの正面図である。 （ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
【図９】（ａ）は保熱カバー３９を配置した保持枠３３の正面図である。 （ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
【図１０】（ａ）は、４０．５ｍｍ＊４８ｍｍの大きさの水晶基板における半値の変化を示したグラフである。
【図１１】凸レンズ４１からＣＣＤ又はＣＭＯＳを使った光電変換部４５へ光学フィルタ４３を介して光束が入射する概念図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
＜光学薄膜成膜装置の概要＞
図１は光学薄膜成膜装置１０を示す概略断面図である。
本実施形態に係る光学薄膜成膜装置１０は、図１に示すように、蒸着チャンバー１２内の底部側でかつ中心から偏った位置に配設された２つの第１蒸着源１７及び第２蒸着源１８と、ガラス又は水晶などの光学素子ＯＥを保持する基板保持部である蒸着ドーム１９とを備えている。蒸着チャンバー１２は１０−４Ｐａ程度まで真空にすることができる。第１蒸着源１７は例えばＴｉＯ２を含み、電子ビームが照射されることでＴｉＯ２が蒸発する。また第２蒸着源１８は例えばＳｉＯ２を含み、電子ビームが照射されることでＳｉＯ２が蒸発する。
【００１８】
第１蒸着源１７と蒸着ドーム１９との間には遮蔽可能な第１シャッター２１が設けられており、第２蒸着源１８と蒸着ドーム１９との間には遮蔽可能な第２シャッター２２が設けられている。光学薄膜成膜装置１０は、光学薄膜の設計膜厚に応じて第１シャッター２１及び第２シャッター２２を交互に移動動作するための図示しない制御装置を有しており、制御装置は適宜第１シャッター２１及び第２シャッター２２を交互に開閉する。第１シャッター２１及び第２シャッター２２は、それぞれ第１蒸発源１７及び第２蒸着源１８の直上とそこから外れた位置との間を回転移動することにより各薄膜層の成膜開始と終了とを制御して物理的膜厚ｄを調整する。
【００１９】
また、蒸着ドーム１９の周縁部に近接した位置に、光学素子ＯＥの物理的膜厚ｄを均一にするための第１拡散板２７及び第２拡散板２８が、第１シャッター２１及び第２シャッター２２上方にそれぞれ配設されている。
【００２０】
蒸着ドーム１９は、蒸着チャンバー１２の上部に配置された駆動モータ２６を介して蒸着チャンバー１２のほぼ中央位置で回転可能に支持されている。また、蒸着ドーム１９の上部には加熱ヒータ２４が設けられている。加熱ヒータ２４は放射熱によって蒸着ドーム１９及び光学素子ＯＥを所定温度、例えば２００°Ｃから２７０°Ｃに加熱する。電子ビームが第１蒸着源１７及び第２蒸着源１８に照射されることで蒸着チャンバー１２の内部温度は２８０°Ｃ以上に達することもある。なお、蒸着ドーム１９は、球面形状に限らず平面ドーム又は段付きドームなどであっても良い。
【００２１】
図２は、光学薄膜成膜装置１０内で蒸着ドーム１９を下方から上方へ見た正面図である。蒸着ドーム１９は、図２に示すように貫通する複数の矩形開口部３１を同心円状に有している。この矩形開口部３１は、例えば一片が１００ｍｍの正方形の開口である、矩形開口部３１には光学素子ＯＥを保持する保持枠３３が取り付けられる。蒸着ドーム１９はステンレス又は鉄などの金属材料で形成されている。
【００２２】
図３は、保持枠３３を示した正面図である。図３（ａ）は一つの保持枠に２つの光学素子ＯＥを取り付ける第１保持枠３３Ａであり、第１保持枠３３Ａは、ガラス又は水晶などの光学素子に第１蒸着源１７又は第２蒸着源１８が蒸着されるための第１孔３５を２つ有している。図３（ｂ）は一つの保持枠に４つの光学素子ＯＥを取り付ける第２保持枠３３Ｂであり、第２保持枠３３Ｂは光学素子に第１蒸着源１７又は第２蒸着源１８が蒸着されるための第２孔３６を４つ有している。図示しないが保持枠３３は一つの保持枠に１つの光学素子ＯＥを設けても良い。
【００２３】
また矩形の光学素子ＯＥだけでなく円形の光学素子を保持する保持枠３３を設けても良い。
【００２４】
＜光学薄膜成膜装置の動作＞
次に、本実施形態に係る光学薄膜成膜装置１０により４０層の光学薄膜を有する光学フィルタを成膜する成膜方法について説明する。図４は、光学フィルタを成膜するフローチャートである。
ステップＳ１１において、光学薄膜成膜方法は、図４に示すように、光学素子ＯＥを保持枠３３に取り付け、さらにその光学素子ＯＥを保持した保持枠３３を蒸着ドーム１９に装着する。
【００２５】
ステップＳ１２において、蒸着チャンバー１２の真空引きを行うとともに加熱ヒータ２４によって蒸着チャンバー１２内の特に蒸着ドーム１９及び光学素子ＯＥを所定温度に加熱する。
ステップＳ１３において、駆動モータ２６により蒸着ドーム１９を所定の速度で回転させる。
【００２６】
ステップＳ１４において、第１シャッター２１及び第２シャッター２２を閉じた状態にしておき、ステップＳ１５において第１蒸着源１７及び第２蒸着源１８を電子ビームで加熱する。
ステップＳ１６では、光学素子ＯＥの第１層目に第１蒸着源１７を蒸着させる際には、第１シャッター２１を閉状態から開状態にして所定時間経過後に再び閉状態にする。これにより第１層目の蒸着層が形成される。そしてステップＳ１７に進む。
【００２７】
ステップＳ１７おいて、所定数の蒸着層が形成されたかが判断される。未だ１層目であるので、ステップＳ１５を経由してステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、光学素子ＯＥの第２層目に第２蒸着源１８を蒸着させるため、第２シャッター２２を閉状態から開状態にして所定時間経過後に再び閉状態にする。これにより第２層目の蒸着層が形成される。そしてステップＳ１７に進む。ステップＳ１６とステップＳ１８とを交互に繰り返すことにより、４０層の光学薄膜を有する光学フィルタを形成する。
【００２８】
＜光学膜厚ｎｄの均一化＞
光学素子ＯＥの性能を決める光学膜厚ｎｄは、屈折率ｎ×物理的膜厚ｄで示される。物理的膜厚ｄが一定であっても屈折率ｎが下がってしまうと光学膜厚ｎｄが下がってしまう。例えば、赤外線カットフィルタにおいて光学膜厚ｎｄが下がってしまうと、赤外線カットの波長領域が下がることになる。
【００２９】
図５は、実験した１ｍｍ厚の水晶基板に４０層の光学薄膜を形成した赤外線カットフィルタの分光特性を示したグラフであり、縦軸に透過率横軸に波長（３５０ｎｍ〜１２００ｎｍ）を採っている。この赤外線カットフィルタは、図４に示したフローチャートに基づいて製造された。図５の実線は赤外線カットフィルタの中央部の透過率を示し、図５の点線は赤外線カットフィルタの周辺部の透過率を示している。赤外線カットフィルタの周辺部の透過率は、中央部の透過率に比べて波長が下がる方向にシフトしている。
【００３０】
図６は、大きさが異なる２種類の水晶基板に薄膜を形成した光学フィルタの波長の半値が目標値からどれだけ変化しているかを示したグラフである。図６は縦軸に目標とする波長の半値を０として半値（図５で透過率が５０パーセントの波長値）の波長のズレを取り、横軸に光学フィルタの中央部からの周辺部への位置（ｍｍ）を取っている。５８ｍｍ＊６０ｍｍの大きさの水晶基板であっても、４０．５ｍｍ＊４８ｍｍの大きさの水晶基板であっても周辺部は半値が下がり、周辺では横線で示した−２ｎｍの線を下回る状態になっている。
【００３１】
図７は、ＴｉＯ２分散データの水晶基板の加熱温度依存性を調べたグラフであり、縦軸に屈折率を横軸に波長を採っている。
グラフから理解できるように温度が上がれば同じ波長においてＴｉＯ２の屈折率ｎが上がっている。このため発明者は、光学素子ＯＥの周辺部の温度が中央部の温度と同じようにすれば光学膜厚ｎｄは一定になることを見出した。単に、光学薄膜成膜装置１０内で加熱ヒータ２４の温度を上げるだけでは光学素子ＯＥの中央部も温度を上げてしまうため、以下に示す実施例では、光学素子ＯＥの周辺部の温度と中央部の温度とを同じように、又は周辺部の温度を中央部の温度より高くなるようにした。
【実施例１】
【００３２】
実施例１では、図３に示した保持枠３３を成膜する光学素子ＯＥと同じ素材で形成した。これまで保持枠３３は、蒸着ドーム１９と同じステンレス又は鉄などの金属であったが、光学素子ＯＥと同じ熱伝導率の材料とするとともに、光学素子ＯＥの周辺部の熱が保持枠３３を介して蒸着ドーム１９に逃げないようにステンレス又は鉄などの金属より熱伝導率の低い材料にしている。例えば熱伝導率の低いステンレスは熱伝導率１５Ｗ／ｍＫであるのに対して、ガラスの熱伝導率は１Ｗ／ｍＫであり、水晶の熱伝導率は８Ｗ／ｍＫである。
【００３３】
光学素子ＯＥと同じ材料の保持枠３３を使い、図４に示したフローチャートに基づいて赤外線カットフィルタを製造した。図１０（ａ）は、４０．５ｍｍ＊４８ｍｍの大きさの水晶基板における半値の変化を示したグラフである。図６で示した４０．５ｍｍ＊４８ｍｍの大きさの水晶基板とは異なり、中央部及び周辺部においてもほぼ一定で、最周辺部で約―１ｎｍ下がっているだけである。
【実施例２】
【００３４】
実施例２では、図３に示した保持枠３３をジルコニアセラミック素材で形成した。このジルコニアセラミック素材でできた保持枠３３は、微細なマイクロポア構造を有し断熱性に優れている。このため、光学素子ＯＥの周辺部の熱が保持枠３３を介して蒸着ドーム１９に逃げない。微細なマイクロポア構造を有するジルコニアセラミック素材は熱伝導率０．２Ｗ／ｍＫである。このように、ステンレスなどの金属でできた蒸着ドーム１９よりも熱伝導率の低い材質で保持枠３３を形成する。熱伝導率は、１．０Ｗ／ｍＫ以下が好ましい。
【００３５】
ジルコニアセラミック素材の保持枠３３を使い、図４に示したフローチャートに基づいて赤外線カットフィルタを製造した。この赤外線カットフィルタは、上述した図１０（ａ）と同等な半値の変化を示したグラフとなった。すなわち、周辺部でも赤外線カットフィルタの波長は低下しない。保持枠３３には、ジルコニアセラミック素材の以外にもソーダガラス、クラウンガラスなども使用することができる。
【実施例３】
【００３６】
実施例３では、図８に示すように、保持枠３３Ａの第１孔３５の周りに電熱ヒータ３７を配置した。図８（ａ）は電熱ヒータ３７を配置した保持枠３３Ａの正面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図である。実施例３の保持枠３３はステンレス又は鉄などの金属で形成しており、電熱ヒータ３７で保持枠３３を加熱する。加熱ヒータ２４により蒸着ドーム１９は２００°Ｃから２７０°Ｃに加熱され、また電子ビームが第１蒸着源１７及び第２蒸着源１８を加熱する熱で蒸着チャンバー１２の内部温度は加熱ヒータ２４の設定温度よりも高くなっていることがある。そこで電熱ヒータ３７は保持枠３３を２７０°Ｃから３１０°Ｃ程度まで加熱する。このように保持枠３３を加熱することで光学素子ＯＥの周辺部の温度を上げる。なお、加熱ヒータ３７のコード３７Ａは隣の加熱ヒータ（不図示）に接続されており、最終的に電源に接続されている。
【００３７】
電熱ヒータ３７付きの保持枠３３Ａを使い、図４に示したフローチャートに基づいて赤外線カットフィルタを製造した。この赤外線カットフィルタは、電熱ヒータ３７の温度を調整することで上述した図１０（ａ）と同等な半値の変化を示したグラフとなった。また、電熱ヒータ３７の温度を調整して、光学素子ＯＥの中央部の温度よりも周辺部の温度を高くした状態で赤外線カットフィルタを製造すると、図１０（ｂ）に示す半値の変化を示したグラフとなった。
【００３８】
すなわち、図１０（ｂ）に示すように、赤外線カットフィルタの周辺部が中央部よりも波長が高いフィルタを製造することができた。物理的膜厚ｄは均一に蒸着されているので、蒸着材料の屈折率ｎが光学基板ＯＥの中央付近から外周部にかけて屈折率ｎが高くなっていることを意味している。
【実施例４】
【００３９】
実施例４では、図９に示すように、保持枠３３Ａの第１孔３５の周りに保熱カバー３９を配置した。図９（ａ）は保熱カバー３９を配置した保持枠３３の正面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図である。実施例４の保持枠３３Ａもステンレス又は鉄などの金属で形成し、保熱カバー３９もステンレス又は鉄などの金属で形成している。保熱カバー３９は第１蒸着源１７又は第２蒸着源１８の反対側、つまり加熱ヒータ２４側に配置される。保熱カバー３９には孔部３９Ａが形成されており、孔部３９Ａの領域の光学素子ＯＥは保熱されない。すなわち光学素子ＯＥの中央領域は保熱されない。保熱カバー３９があると光学素子ＯＥの熱が逃げにくくなることで光学素子ＯＥの周辺部の温度が均一になる。
【００４０】
保熱カバー３９付きの保持枠３３Ａを使い、図４に示したフローチャートに基づいて赤外線カットフィルタを製造した。この赤外線カットフィルタは、孔部３９Ａの大きさ及び保熱カバー３９の厚みを調整することで上述した図１０（ａ）と同等な半値の変化を示したグラフとなった。また、孔部３９Ａの大きさを小さくし厚くした保熱カバー３９の厚くした保熱カバー３９をつけた状態で赤外線カットフィルタを製造すると、図１０（ｂ）に示すような赤外線カットフィルタの周辺部が中央部よりも赤外線カットフィルタの波長が高いフィルタを製造することができた。
【００４１】
＜周辺部の光学膜厚ｎｄが厚い光学フィルタ＞
実施例３及び実施例４によると、赤外線カットフィルタの周辺部が中央部よりも赤外線カットフィルタの波長が高いフィルタを製造することができた。このような赤外線カットフィルタはレンズなどを介して入射する光束を受光する際には、有効な赤外線カットフィルタとして使用することができる。
【００４２】
図１１は、凸レンズ４１からＣＣＤ又はＣＭＯＳを使った光電変換部４５へ光学フィルタ４３を介して光束が入射する概念図である。
凸レンズ４１を通った光束は、周辺部で大きく屈折され中央部で小さく屈折される。光学フィルタ４３は入射する光束が垂直入射でない場合、光束の入射角度に比例して短波長側にシフトする。このため、光学フィルタ４３を図１１の右図に示すように周辺部が中央部よりも波長が長いフィルタに形成しておけば、光電変換部４５に入射する光束は中央部から周辺部まで同じ波長が入射することになる。つまり、光電変換部４５は中央部と周辺部とで同じ色再現性を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、真空蒸着法による成膜を行うとしているが、これに限定されるものではなく、高周波イオンプレーティング法によって、無機材料と有機材料を複合化させてもよい。高周波イオンプレーティング法とは無機材料を真空加熱により蒸発させ、さらに放電によるプラズマエネルギーにより有機材料と無機材料の化学的に活発なイオンや分子を発生させて、両材料を複合化させる技術である。有機材料は蒸着チャンバー外部より単体ガス又はアルゴンやヘリウム等のキャリアガスとともに導入され、プラズマのエネルギーにより無機・有機複合膜が生成する。
【００４４】
また、実施形態では、主に赤外線カットフィルタを説明してきたが、他の光学フィルタでもよく、ガラス又は水晶基板に光学薄膜を成膜するレンズ及びプリズムなどに対しても本発明は適用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１０ … 光学薄膜成膜装置
１２ … 蒸着チャンバー
１７ … 第１蒸着源
１８ … 第２蒸着源
１９ … 蒸着ドーム
２１ … 第１シャッター
２２ … 第２シャッター
２４ … 加熱ヒータ
２６ … 駆動モータ
２７ … 第１拡散板
２８ … 第２拡散板
３１ … 矩形開口部
３３ … 保持枠（３３Ａ … 第１保持枠，３３Ｂ … 第２保持枠）
３５ … 第１孔
３６ … 第２孔
３７ … 電熱ヒータ（３７Ａ … コード）
３９ … 保熱カバー（３９Ａ … 孔部）
４１ … 凸レンズ
４５ … 光電変換部
４３ … 光学フィルタ
ＯＥ … 光学素子
ｎｄ … 光学膜厚
ｎ … 屈折率
ｄ … 物理的膜厚
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を真空チャンバー内に配設し、基板保持部が有する複数の保持枠に前記基板を保持させ、前記基板を中央部から周辺部にかけて均一に加熱し、前記中央部から前記周辺部にかけて前記基板を均一に加熱している状態において蒸着源から蒸着材料を放出し、前記基板に前記蒸着材料を蒸着する光学薄膜成膜方法によって成膜された光学薄膜を含む光学素子であって、
前記光学薄膜の光学膜厚ｎｄは、前記光学素子の前記中央部から前記周辺部の表面にかけて形成され、前記周辺部の前記光学膜厚ｎｄと前記中央部の前記光学膜厚ｎｄとが、均一である光学素子。
なお、光学膜厚ｎｄは、屈折率ｎ×物理的膜厚ｄである。
【請求項２】
基板を真空チャンバー内に配設し、基板保持部が有する複数の保持枠に前記基板を保持させ、前記基板を中央部から周辺部にかけて均一に加熱し、前記中央部から前記周辺部にかけて前記基板を均一に加熱している状態において蒸着源から蒸着材料を放出し、前記基板に前記蒸着材料を蒸着する光学薄膜成膜方法によって成膜された光学薄膜を含む光学素子であって、
前記光学薄膜の光学膜厚ｎｄは、前記光学素子の前記中央部から前記周辺部の表面にかけて形成され、前記周辺部の前記光学膜厚ｎｄが前記中央部の前記光学膜厚ｎｄよりも大きい光学素子。
なお、光学膜厚ｎｄは、屈折率ｎ×物理的膜厚ｄである。
【請求項３】
前記周辺部の屈折率ｎは前記中央部の屈折率ｎより高く、前記周辺部の物理的膜厚ｄと前記中央部の物理的膜厚ｄとは同じである請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
中央部と周辺部とにより構成される表面を有する光学素子であって、
前記表面には光学薄膜が成膜され、前記光学薄膜の前記周辺部の屈折率ｎは、前記光学薄膜の前記中央部の屈折率ｎと同じである光学素子。
【請求項５】
中央部と周辺部とにより構成される表面を有する光学素子であって、
前記表面には光学薄膜が成膜され、前記光学薄膜の前記周辺部の屈折率ｎは、前記光学薄膜の前記中央部の屈折率ｎよりも高い光学素子。
【請求項１】
基板を真空チャンバー内に配設し、基板保持部が有する複数の保持枠に前記基板を保持させ、前記基板を中央部から周辺部にかけて均一に加熱し、前記中央部から前記周辺部にかけて前記基板を均一に加熱している状態において蒸着源から蒸着材料を放出し、前記基板に前記蒸着材料を蒸着する光学薄膜成膜方法によって成膜された光学薄膜を含む光学素子であって、
前記光学薄膜の光学膜厚ｎｄは、前記光学素子の前記中央部から前記周辺部の表面にかけて形成され、前記周辺部の前記光学膜厚ｎｄと前記中央部の前記光学膜厚ｎｄとが、均一である光学素子。
なお、光学膜厚ｎｄは、屈折率ｎ×物理的膜厚ｄである。
【請求項２】
基板を真空チャンバー内に配設し、基板保持部が有する複数の保持枠に前記基板を保持させ、前記基板を中央部から周辺部にかけて均一に加熱し、前記中央部から前記周辺部にかけて前記基板を均一に加熱している状態において蒸着源から蒸着材料を放出し、前記基板に前記蒸着材料を蒸着する光学薄膜成膜方法によって成膜された光学薄膜を含む光学素子であって、
前記光学薄膜の光学膜厚ｎｄは、前記光学素子の前記中央部から前記周辺部の表面にかけて形成され、前記周辺部の前記光学膜厚ｎｄが前記中央部の前記光学膜厚ｎｄよりも大きい光学素子。
なお、光学膜厚ｎｄは、屈折率ｎ×物理的膜厚ｄである。
【請求項３】
前記周辺部の屈折率ｎは前記中央部の屈折率ｎより高く、前記周辺部の物理的膜厚ｄと前記中央部の物理的膜厚ｄとは同じである請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
中央部と周辺部とにより構成される表面を有する光学素子であって、
前記表面には光学薄膜が成膜され、前記光学薄膜の前記周辺部の屈折率ｎは、前記光学薄膜の前記中央部の屈折率ｎと同じである光学素子。
【請求項５】
中央部と周辺部とにより構成される表面を有する光学素子であって、
前記表面には光学薄膜が成膜され、前記光学薄膜の前記周辺部の屈折率ｎは、前記光学薄膜の前記中央部の屈折率ｎよりも高い光学素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１４５９５８（Ｐ２０１２−１４５９５８Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５６７９１（Ｐ２０１２−５６７９１）
【出願日】平成２４年３月１４日（２０１２．３．１４）
【分割の表示】特願２００７−１４８７６０（Ｐ２００７−１４８７６０）の分割
【原出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月１４日（２０１２．３．１４）
【分割の表示】特願２００７−１４８７６０（Ｐ２００７−１４８７６０）の分割
【原出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
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