光波長可変フィルターの製造装置及び製造方法
【課題】 光学基板上に直接、膜厚が変化する誘電体多層膜を積層させた光波長可変フィルターを製造する。
【解決手段】 光学基板１２を保持する基板ホルダー１１１と、基板ホルダー１１１の中心を軸として回転する自転機構１０８と、基板ホルダー１１１の直下にあり、基板ホルダー１１１の中心部が全開しており、その中心から外側に向かって開口角度が狭くなる開口部を有する遮蔽部材１１２とを設けている成膜製造装置を用いる。光学基板１２を基板ホルダー１１１で保持し、自転機構１０８によって回転させた状態で、蒸着源であるルツボ１０４ａ、１０４ｂから発散して光学基板１２に到達する蒸着物質の量を遮蔽部材１１２の開口部により制限する。
【解決手段】 光学基板１２を保持する基板ホルダー１１１と、基板ホルダー１１１の中心を軸として回転する自転機構１０８と、基板ホルダー１１１の直下にあり、基板ホルダー１１１の中心部が全開しており、その中心から外側に向かって開口角度が狭くなる開口部を有する遮蔽部材１１２とを設けている成膜製造装置を用いる。光学基板１２を基板ホルダー１１１で保持し、自転機構１０８によって回転させた状態で、蒸着源であるルツボ１０４ａ、１０４ｂから発散して光学基板１２に到達する蒸着物質の量を遮蔽部材１１２の開口部により制限する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単調に膜厚が変化する誘電体多層膜を、直接、光学基板に形成した光波長可変フィルターの製造装置及び該製造方法を用いた光波長可変フィルターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信や光計測等では特定の波長を透過するバンドパスフィルター、特定の波長を反射するノッチフィルター、透過する波長域と反射する波長域を分けるエッジフィルターなどの誘電体多層膜を積層させたフィルターが用いられている。誘電体多層膜を積層させたフィルターでは、フィルターへの光の入射角を０°〜１０°程度で変化させることで、分光特性を変化させることができる。そこで、これを利用して所望の分光特性を得ることが行われていた。しかし、入射角の増加によって透過率が低下したり、偏光成分が大きく変化するという問題が生じていた。それらの問題を解決するために、基板上の膜厚を変化させて形成することで、所望の分光特性を得る光波長可変フィルターが開発された。
【０００３】
基板上の膜厚が変化する従来の光波長可変フィルターは、基台の底面に対する面を所定の曲面にし、その曲面に剥離可能な透明体薄板を貼着させ、底面に対して垂直方向から誘電体多層膜を蒸着させる。そして誘電体多層膜を設けた透明体薄板を基台から剥離させ、透明基板表面に貼着して製造する（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２８１４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の光波長可変フィルターの製造方法では、基台へ透明体薄板を貼着する際に、透明体薄板にしわが生じたり、基台から透明体薄板を剥離する際に、透明体薄板と誘電体多層膜に破損が生じる問題がある。そのため、所望の光学性能が得られないといった不具合が生じる。また、従来の製造方法では工程が複雑であるため、製造コストが高くなる。
【０００５】
本発明では上記課題を考慮してなされたものであり、光学基板上に直接、膜厚が変化する誘電体多層膜を積層させた光波長可変フィルターの製造装置および該製造装置を用いた光波長可変フィルターの製造方法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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１における光波長可変フィルターの製造装置は、光学基板を保持する基板ホルダーと、前記基板ホルダーの中心を軸として回転する自転機構と、前記基板ホルダーの直下にあり、前記基板ホルダーの中心部が全開しており、その中心から外側に向かって開口角度が狭くなる開口部を有する遮蔽部材とを設けていることを特徴とする。
【０００７】
請求項１の光波長可変フィルターの製造装置によれば、基板ホルダーの中心部が全開口であり、その中心から外側に向かって開口角度が狭くなる開口部を有する遮蔽部材を設けることで、蒸発源から発散して光学基板に到達する蒸着物質の量を開口部により制限することができる。
【０００８】
本発明の請求項２における光波長可変フィルターの製造方法は、光学基板を保持する基板ホルダーと、前記基板ホルダーの中心を軸として回転する自転機構と、前記基板ホルダーの直下にあり、基板ホルダーの中心部が全開しており、その中心から外側に向かって開口角度が狭くなる開口部を有する遮蔽部材とを設けている製造装置を用いた光波長可変フィルターの製造方法であって、前記光学基板を前記基板ホルダーで保持し、前記自転機構によって回転させた状態で、蒸着源から発散して前記光学基板に到達する蒸着物質の量を開口部により制限することで、前記光学基板の面内で分光特性に分布を持たせることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の光波長可変フィルターの製造方法によれば、基板ホルダーを中心として光学基板を回転させる自転機構を有する通常の成膜装置に、基板ホルダーの直下に基板ホルダーの中心が全開口であり、その中心から外側に向かって開口角度が狭くなる開口部を有する遮蔽部材を設けることにより、蒸着源より発散して光学基板に到達する蒸着物質の量が開口角度によって異なるため、光学基板の一方向において、膜厚が減少する。この膜厚変化を利用し、中心からの距離を任意に選択する事により、所望の分光特性が得られるバンドパスフィルター、エッジフィルター、ノッチフィルターなどの光波長可変フィルターを容易に作る事ができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光学基板に直接、光学基板の半径方向に膜厚が変化する光学薄膜を、変化させて成膜することができるため、光波長可変フィルターの製造工程が容易となる。よって、製造コストの削減につながる。また、本発明で用いた光波長可変フィルターの製造装置は通常の成膜製造装置からの転用が容易であり、汎用性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の光波長可変フィルターの製造方法及び製造装置について、図面を参照して説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る光波長可変フィルターの製造方法について説明する。説明に先立って、まず、本実施形態の方法で製造されるフィルターを、図２を用いて説明する。光学素子１１はガラス平板からなる光学基板１２と、光学基板１２の表面１２ａ上に形成された光波長可変フィルター（光学多層膜）１３を備えている。図２に示す光学基板１２には、外径が２４ｍｍで、基板屈折率が１．５２のＳ−ＢＳＬ７（ＯＨＡＲＡ製）を用いた。光波長可変フィルター１３は、設計波長λを６５０ｎｍとして設計されている。具体例を、後述する表２に示す。まず、光学基板１２の表面１２ａ上に、第１層目として高屈折率膜１４が形成されている。次に、高屈折率膜１４上に、低屈折率膜１５が形成されている。そして、高屈折膜１４と低屈折率膜１５が、交互に第７層まで光学膜厚λ／４で積層されている。第８層は低屈折率膜１５が光学膜厚λ／２で形成されている。以下、第９〜１５層は高屈折率膜１４と低屈折率膜１５を、交互に光学膜厚λ／４で積層した。本実施形態では、高屈折率膜１４として屈折率２．２５のＴａ２Ｏ５を、低屈折率膜１５として屈折率１．４７のＳｉＯ２を用いた。
【００１３】
上述した光波長可変フィルターを製造する製造装置について説明する。本実施の形態で用いるイオンアシスト蒸着装置の縦断面図を図１に示す。真空チャンバー１０１の右側面には排気口１０２があり、左側面にはガス導入口１０３がある。排気口１０２からは、真空チャンバー１０１内の気体が排気される。ガス導入口１０３からは、Ｏ２ガスが真空チャンバー１０１内に導入される。真空チャンバー１０１の底部には、複数のルツボ１０４ａ、１０４ｂ、電子銃１０５ａ、１０５ｂ、シャッター１０６ａ 、１０６ｂおよびイオン源１０７がある。
【００１４】
成膜にあたっては、電子銃１０５ａ、１０５ｂから照射される電子ビームによって、ルツボ１０４ａ、１０４ｂ内の蒸着材料を蒸発させる。イオン源１０７は光学基板１２に向かってイオンアシストをする。成膜の開始と終了はシャッター１０６ａ、１０６ｂの開閉で行う。真空チャンバー１０１の上部には、自転機構１０８、クリスタル監視計１０９、および光学監視計１１０がある。自転機構１０８には、光学基板１２を入れた基板ホルダー１１１が設置されている。成膜中は、光学基板１２の中心を軸として、光学基板１２が回転する。クリスタル監視計１０９は成膜される物理膜厚を測定し、光学監視計１１０は成膜中のモニターガラス１１４上の反射光量の変化を測定する。自転機構１０８の直下には、開口を有する遮蔽部材１１２がある。
【００１５】
図３に、光学基板１２が遮蔽部材１１２によって遮蔽された状態を示す。光学基板１２の中心から半径ｒAXの円周上の点をフィルター使用点ＡXとすると、図３に示す遮蔽部材１１２の開口形状は、そのフィルター使用点ＡXの円周上の開口角度αAXで決まる。このときｒAXは光学基板１２の中心から各フィルター使用点までの距離であり、この距離を、フィルター使用点距離とする。開口角度は式（１）で示される。
【００１６】
αAX（°）＝３６０・ｒAO／ｒAX・ｙAX …式（１）
ただし、x=０，１，２，３…
【００１７】
式（１）では、フィルター使用点ＡOの膜設計を基本設計とし、その基本設計の膜厚を１としたときの各フィルター使用点の膜厚比をｙAXとする。表１に、各フィルター使用点における膜厚比ｙAX、フィルター使用点距離ｒAXと開口角度αAXを示す。実施形態１の遮蔽部材の形状は、表１の開口角度より、図３の開口形状とした。例えば、フィルター使用点Ａ１におけるフィルターの透過波長は６００ｎｍであり、このときの膜厚比ｙＡ２は０．９２である。よって、式（１）よりフィルター使用点Ａ1の円周上の開口角度αＡ１は１２４．２°となる。
【００１８】
【表１】
【００１９】
実施形態１では、図２に示すイオンアシスト蒸着装置を用いる。この成膜製造装置を用いて、前述の光波長可変フィルター１３の第１層として、光学基板１２上の表面１２ａに設計値λ／４の高屈折率膜１４を形成する。その際、あらかじめ基板ホルダー１１１に光学基板１２を取り付け、真空チャンバー１０１を１．０×１０−３Ｐａとなるまで減圧する。次いで、ガス導入口１０２よりＯ２ガスを導入し、真空度２．０×１０−３Ｐａとなるように、圧力一定の制御をする。ガス導入後、自転機構１０８によって、光学基板１２を光学基板１２の中心を軸として回転させる。そして、イオン源１０７より、プラズマを発生させる。
【００２０】
シャッター１０６ａでルツボ１０４ａの上を覆う状態にし、電子銃１０５ａより電子ビームを照射する。この照射によって、ルツボ１０４ａ中の蒸着材料Ｔａ２Ｏ５の溶かし込みを１６４秒間行う。溶かし込み終了後、シャッター１０６ａをルツボ１０４ａの上から外した位置に移動させる事により、Ｔａ２Ｏ５膜が成膜される。成膜速度はクリスタル監視計１０９により制御される。装置制御プログラムには、あらかじめ所定の膜厚が入力されている。そこで、所定の膜厚に達した際に、シャッター１０６ａはルツボ１０４ａ上に移動する。以上のような工程により、光学基板１２上に高屈折率膜１４がλ／４形成されることになる。
【００２１】
次に、高屈折率膜１４上に低屈折率膜１５を形成する。本実施形態では、低屈折率膜１５を形成するのに、ルツボ１０４ｂに蒸着材料ＳｉＯ２を用いた。前述の工程と同様に、イオン源１０７よりプラズマを発生させる。そして、シャッター１０６ｂがルツボ１０４ｂ上を覆っている状態で電子銃１０５ｂから電子ビームを照射する。この照射によって、ルツボ１０４ｂ中の蒸着材料ＳｉＯ２の溶かし込みを４５秒間行った。溶かし込み終了後、シャッター１０６ｂをルツボ１０４ｂ上から外し、ＳｉＯ２膜を成膜した。高屈折率膜１４と同様に、光学基板１２上に低屈折率膜１５がλ／４形成されると、シャッター１０６ｂはルツボ１０４ｂ上を覆う。これにより、ＳｉＯ２膜の形成は終る。順次、同様のプロセスにより、合計１５層からなる光波長可変フィルター１３を作製した。
【００２２】
なお、本実施の形態１における光波長可変フィルターの製造装置は、開口を有する遮蔽部材を設けたイオンアシスト蒸着装置であるが、これに限定されるものではない。例えば、遮蔽部材を設けた真空蒸着装置やスパッタリング装置でも、同等の光波長可変フィルターを得ることができる。また、本実施の形態１では表１の各フィルター使用点の膜厚比、開口角度および各フィルター使用点距離と、表２のバンドパスフィルターの基本設計より、各フィルター使用点での透過波長が決められている。しかしながら、フィルターの基本設計や膜厚比を変えることで、可視域だけではなく他の波長域で利用可能な光波長可変フィルターを得ることができる。例えば、光通信で使用する波長域で、所望の分光特性が得られる光波長可変フィルターを得ることができる。
【００２３】
【表２】
【００２４】
図４に本実施の形態１における光波長可変フィルターの製造方法により製造されるフィルターの分光透過率特性を示す。各フィルター使用点Ａ０〜Ａ４における透過波長と半値幅を表３に示す。表３より、図２に示された中心から半径１．５ｍｍのフィルター使用点Ａ０における透過率は、波長６５０ｎｍにピークを持つ。中心から半径２．５ｍｍの位置では、フィルター使用点はＡ１の位置になり、透過波長が６００ｎｍになる。各ピーク波長では、透過率が９０％以上であり、半値幅は８ｎｍ以下である。
【００２５】
【表３】
【００２６】
このように、実施の形態１によれば、光学基板１２の半径方向に従い、光学基板１２上に膜厚を変化させて成膜された光波長可変フィルター１３を容易に得ることができる。
そして、本実施の形態１の光波長可変フィルター１３は、通常の成膜製造装置に遮蔽部材１１２を取り付けるだけで製造できる。よって、本実施形態の製造方法を実施する装置は、通常の成膜製造装置からの転用が容易である。すなわち、本実施形態の製造方法は汎用性に優れている。
【００２７】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る光波長可変フィルターの製造方法により製造されるフィルターを、図５を用いて説明する。光学素子２１はガラス平板からなる光学基板２２と光学基板２２の表面２２ａ 上に形成された光波長可変フィルター２３を備えている。図５に示す光学基板２２は大きさが３×１０．５×１ｍｍで、基板屈折率が１．７７のＳ−ＬＡＨ６６（ＯＨＡＲＡ製）を用いた。光波長可変フィルター２３は、設計波長λを６５０ｎｍとして表２に示す設計で、光学基板２２の表面２２ａ上に第１層目として高屈折率膜１４と、次に高屈折率膜１４上に低屈折率膜１５とを交互に実施の形態１と同様に積層して成膜した。
【００２８】
本実施の形態では、実施の形態１と同じイオンアシスト蒸着装置を用いて成膜する。この成膜製造装置を用いて、光学基板２２を基板ホルダー２１１に入れ、実施の形態１と同様プロセスにより光波長可変フィルターを作製した。
図６に、図５示す光学基板２２が基板ホルダー２１１に入れられ、固定機構１１３によって固定された遮蔽部材１１２で遮蔽された状態を示す。図６に示す遮蔽部材１１２は、実施の形態１で用いた遮蔽部材である。
【００２９】
なお、本実施の形態２における光波長可変フィルターの製造装置は、遮蔽部材を設けたイオンアシスト蒸着装置であるが、これに限定されるものではなく、遮蔽部材を設けた真空蒸着装置やスパッタリング装置でも同等の光波長可変フィルターを得ることができる。また、本実施の形態２では表４の各フィルター使用点の膜厚比、開口角度および各フィルター使用点距離と、表２のバンドパスフィルターの基本設計より各フィルター使用点での透過波長が決められたが、フィルターの基本設計や膜厚比を変えることで所望の分光特性が得られる光波長可変フィルターの膜厚を得ることができる。また、本実施の形態２における遮蔽部材１１２は開口角度を自由自在に変えられるので、この遮蔽部材１１２一つで様々な光波長可変フィルターの製造に対応できる。
【００３０】
【表４】
【００３１】
図７に本実施の形態２における光波長可変フィルターの製造方法により製造されるフィルターの分光透過率特性を示す。各フィルター使用点Ｂ１〜Ｂ４における透過波長と半値幅を表５に示す。表６より図５に示された光学基板の端から２．５ｍｍのフィルター使用点Ｂ１における透過率は波長６００ｎｍにピークがあり、光路に対して光波長可変フィルターを２ｍｍ移動させると、フィルター使用点Ｂ2の位置になり、透過波長が５２４ｎｍに移動することがわかる。各ピーク波長は透過率が９０％以上であり、半値幅は８ｎｍ以下である。
【００３２】
【表５】
【００３３】
【表６】
【００３４】
このように、実施の形態２によれば、光学基板２２の一方向に従い、光学基板２２上に膜厚を変化させて成膜された光波長可変フィルター２３を得ることができる。
そして、本実施の形態２における光波長可変フィルターの製造方法では、通常の成膜製造装置に遮蔽部材１１２を取り付けるだけで光波長可変フィルター２３を製造することができるので、通常の成膜製造装置から転用が極めて容易であり、汎用性に優れている。
【００３５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る光波長可変フィルターの製造方法により製造されるフィルターを、図８を用いて説明する。光学素子３１はガラス平板からなる光学基板３２と光学基板３２の表面３２ａ 上に形成された光波長可変フィルター３３を備えている。図８に示す光学基板３２には外径が２２ｍｍで、基板屈折率が１．６０のＳ−ＢＳＭ１４（ＯＨＡＲＡ製）を用いた。光波長可変フィルター３３は、設計波長λを６５０ｎｍとして表７に示すように、光学基板３２の表面３２ａ 上に第１層目として高屈折率膜３４と、次に高屈折率膜３４上に低屈折率膜３５とを交互に第９層まで光学膜厚λ／４で積層し、第１０層は低屈折率膜３５の光学膜厚をλ／２とし、以下第１１〜１９層は高屈折率膜３４と低屈折率膜３５を交互に光学膜厚λ／４で積層して成膜した。高屈折率膜３４として屈折率２．１４のＴａ２Ｏ５を、低屈折率膜３５として屈折率１．４６のＳｉＯ２を用いた。
【００３６】
【表７】
【００３７】
本実施の形態３では、実施の形態１と同じイオンアシスト蒸着装置を用いて成膜する。この成膜製造装置を用いて、光学基板３２を基板ホルダー３１１に入れて成膜した。その際、成膜は１．０×１０-３Ｐａで開始し、イオン源１０７を使わず、そのほかは実施の形態１と同様のプロセスにより、合計１９層の光波長可変フィルターを作製した。
図９に、図８に示す光学基板３２が固定機構１１３によって遮蔽部材３１２によって遮蔽された状態を示す。図９に示す遮蔽部材３１２の開口形状は、実施の形態１と同様に表６のフィルター使用点距離と膜厚比を用いて式（１）から算出した開口角度によって決めた。
【００３８】
図９に示す遮蔽部材３１２の開閉屋根３１３は円状に開閉をすることができ、固定ピン３１４によって開閉屋根の開き度合いを調節できるため、特定のフィルター使用点距離に対して遮蔽部材の開口角度を自由自在に変化させることができる。
【００３９】
なお、本実施の形態３における光波長可変フィルターの製造装置は、遮蔽部材を設けたイオンアシスト蒸着装置であるが、これに限定されるものではなく、遮蔽部材を設けた真空蒸着装置やスパッタリング装置でも同等の光波長可変フィルターを得ることができる。本実施の形態３では表６の各フィルター使用点の膜厚比、開口角度および各フィルター使用点距離と、表７のバンドパスフィルターの基本設計より各フィルター使用点での透過波長が決められたが、フィルターの基本設計や膜厚比を変えることで所望の分光特性が得られる光波長可変フィルターの膜厚を得ることができる。また、本実施の形態３における遮蔽部材は開口角度を自由自在に変えられるので、この遮蔽部材一つで様々な光波長可変フィルターの製造に対応できる。
【００４０】
図１０に本実施の形態３における光波長可変フィルターの製造方法により製造されるフィルターの分光透過率特性を示す。各フィルター使用点Ｃ０〜Ｃ５における透過波長と半値幅を表８に示す。表８より図８に示された中心から半径３ｍｍのフィルター使用点Ｃ０における透過率は波長６５０ｎｍにピークがあり、光路に対して光波長可変フィルターを１．５ｍｍ移動させると、フィルター使用点Ｃ１の位置になり、透過波長が６２５ｎｍに移動することがわかる。各ピーク波長は透過率が９０％以上であり、半値幅は５ｎｍ以下である。
【００４１】
【表８】
【００４２】
【表９】
【００４３】
このように、実施の形態３によれば、光学基板３２の半径方向に従い、光学基板３２上に膜厚を変化させて成膜された光波長可変フィルター３３を得ることができる。
そして、本実施の形態３における光波長可変フィルターの製造方法では、通常の成膜製造装置に遮蔽部材３１２を取り付けるだけで光波長可変フィルター３３を製造することができるので、通常の成膜製造装置から転用が極めて容易であり、汎用性に優れている。
また、本実施の形態３の遮蔽部材３１２は、自由自在に開口角度を変えることができるので、フィルター毎に遮蔽部材を作る必要がない。
【００４４】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る光波長可変フィルターの製造方法により製造されるフィルターを、図１１を用いて説明する。光学素子４１はガラス平板からなるモニターガラス４２とモニターガラス４２の表面４２ａ 上に形成された光波長可変フィルター４３を備えている。図１１に示すモニターガラス４２には外径が２４ｍｍで、基板屈折率が１．５２のＳ−ＢＳＬ７（ＯＨＡＲＡ製）を用いた。光波長可変フィルター４３は、設計波長λを６５０ｎｍとして表１０に示すように、モニターガラス４２の表面４２ａ上に第１層目として高屈折率膜４４を光学膜厚１．３７×λ／４、次に高屈折率膜４４上に低屈折率膜４５を光学膜厚１．３３×λ／４で積層し、以下第３〜１９層は高屈折率膜４４と低屈折率膜４５を交互に表８の設計に基づいて積層して成膜した。高屈折率膜４４として屈折率２．２１のＴａ２Ｏ５を、低屈折率膜４５として屈折率１．４６のＳｉＯ２を用いた。
【００４５】
【表１０】
【００４６】
本実施の形態４で用いるイオンアシスト蒸着装置の縦断面図を図１２に示す。真空チャンバー４０１の右側面には排気口４０２があり、左側面にはガス導入口４０３がある。排気口４０２は真空チャンバー４０１内を排気し、成膜中にガス導入口４０３よりＯ２ガスを真空チャンバー４０１内に導入する。真空チャンバー４０１の底部には、ルツボ４０４ａ、４０４ｂ、電子銃４０５ａ、４０５ｂ、シャッター４０６ａ、４０６ｂおよびイオン源４０７がある。電子銃４０５ａ、４０５ｂから照射される電子ビームによってルツボ４０４ａ、４０４ｂ内の蒸着材料を蒸発させる。イオン源４０７はドーム４０８の全体に向かってイオンを照射する。
【００４７】
成膜の開始と終了はシャッター４０６ａ、４０６ｂの開閉で行う。真空チャンバー４０１の上部にはクリスタル監視計４０９、および光学監視計４１０がある。クリスタル監視計４０９はクリスタル基板４１１に成膜される物理膜厚を測定し、シャッター４０６ａ、４０６ｂの開閉をする。また、クリスタル監視計４０９の測定結果より成膜速度も制御する。光学監視計４１０は成膜中のモニターガラス４２をモニターガラス４２の中心を軸として回転させる。光学監視計４１０の直下には開口を有する遮蔽部材４１２がある。遮蔽部材４１２は固定部４１３によって光学監視計４１０の直下に固定されている。
【００４８】
図１３に示すモニターガラス４２が遮蔽部材４１２によって覆われた状態を示す。表９に各フィルター使用点における膜厚比、フィルター使用点距離と開口角度を示す。実施の形態４の遮蔽部材４１２の開口形状は表９のフィルター使用点距離と膜厚比を用いて式（１）から算出した開口角度より図１３の開口形状とした。
【００４９】
実施の形態４では、図１２に示すイオンアシスト蒸着装置を用いる。この成膜製造装置を用いて、前述の光波長可変フィルター４３の第１層目として、モニターガラス４２上の表面４２aに設計値１．３７×λ／４の高屈折率膜４４を形成する際、あらかじめモニターガラス４２を取り付け、真空チャンバー４０１を１．０×１０-３Ｐａまで減圧する。次いで、ガス導入口４０２よりＯ２ガスを導入し、真空度２．０×１０-３Ｐａで圧力一定の制御をする。ガス導入後、光学監視計４１０はモニターガラス４２をモニターガラス４２の中心を軸として回転させ、イオン源４０７よりプラズマを発生させる。
【００５０】
シャッター４０６ａでルツボ４０４ａの上を覆う状態にし、電子銃４０５ａから電子ビームを照射させ、ルツボ４０４ａ中の蒸着材料Ｔａ２Ｏ５の溶かし込みを１６０秒間行う。溶かし込み終了後シャッター４０６ａをルツボ４０４ａの上から外した位置に移動させる事により、Ｔａ２Ｏ５膜が成膜される。
【００５１】
成膜速度はクリスタル監視計４０９により制御される。あらかじめ、装置制御プログラムに入力した膜厚に達した際に、シャッター４０６ａはルツボ４０４ａ上に移動し、モニターガラス４２上に高屈折率膜４４が１．３７×λ／４形成されることになる。次に、高屈折率膜４４上に低屈折率膜４５を形成する。低屈折率膜４５を形成する際には、ルツボ４０４ｂに蒸着材料ＳｉＯ２を用いた。イオン源４０７よりプラズマを発生させ、シャッター４０６ｂがルツボ４０４ｂ上を覆っている状態で電子銃４０５ｂによって電子ビームを照射させ、ルツボ４０４ｂ中の蒸着材料ＳｉＯ２の溶かし込みを４５秒間行った。
【００５２】
溶かし込み終了後、シャッター４０６ｂをルツボ４０４ｂ上から外し、ＳｉＯ２膜を成膜した。高屈折率膜４４と同様に、モニターガラス４２上に低屈折率膜４５が１．３３×λ／４形成されるとシャッター４０６ｂはルツボ４０４ｂ上を覆い、ＳｉＯ２膜の形成は終る。順次、同様のプロセスにより、合計１９層の光波長可変フィルターを作製した。
【００５３】
ここで、本実施の形態４における光波長可変フィルターの製造装置は、モニターガラスをモニターガラスの中心を軸として回転させる光学監視計を持つ通常のイオンアシスト装置に、遮蔽部材が光学監視計の直下に固定したものであるが、通常のイオンアシスト装置に限定されるものではなく、モニターガラスをモニターガラスの中心を軸として回転させる光学監視計を有し、遮蔽部材が光学監視計の直下に固定できる真空蒸着装置やスパッタリング装置でも同等の光波長可変フィルターを得ることができる。
【００５４】
また、本実施の形態４では表９の各フィルター使用点における膜厚比、開口角度および各フィルター使用点距離と、表１０のバンドパスフィルターの基本設計より各使用点での透過波長が決められたが、フィルターの基本設計や膜厚比を変えることで所望の特性が得られる光波長可変フィルターの膜厚を得ることができる。
【００５５】
図１４に本実施の形態４における光波長可変フィルター製造方法により製造されるフィルターの分光透過率特性を示す。各フィルター使用点Ｄ０〜Ｄ５における透過波長と半値幅を表１１に示す。表１１より図１１に示された中心から半径２ｍｍのフィルター使用点Ｄ０における透過率は波長８００ｎｍにピークがあり、光路に対して光波長可変フィルターを１．５ｍｍ移動させると、フィルター使用点Ｄ１の位置になり、透過波長が７２１ｎｍに移動することがわかる。各ピーク波長は透過率９０％以上であり、半値幅は８ｎｍ以下である。
【００５６】
【表１１】
【００５７】
このように、実施の形態４によれば、モニターガラス４２の半径方向に従い、モニターガラス４２上に膜厚を変化させて成膜された光波長可変フィルター４３を得ることができる。
そして、本実施の形態４における光波長可変フィルターの製造装置は、モニターガラス４２を、自転運動させる光学監視計４１０を有する一般的な成膜製造装置に遮蔽部材４１２と固定部４１３を取り付けるだけで製造装置を得ることができ、通常の成膜製造装置への転用は極めて容易であり、汎用性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施の形態１で製造される光学素子の断面図である。
【図２】実施の形態１で用いるイオンアシスト蒸着装置の縦断面図である。
【図３】実施の形態１で用いる遮蔽部材と光学基板の図である。
【図４】実施の形態１で製造されるフィルターの分光透過率特性を示す図である。
【図５】実施の形態２で製造される光学素子の断面図である。
【図６】実施の形態２で用いる遮蔽部材と光学基板の図である。
【図７】実施の形態２で製造されるフィルターの分光透過率特性を示す図である。
【図８】実施の形態３で製造される光学素子の断面図である。
【図９】実施の形態３で用いる遮蔽部材と光学基板の図である。
【図１０】実施の形態３で製造されるフィルターの分光透過率特性を示す図である。
【図１１】実施の形態４で製造される光学素子の断面図である。
【図１２】実施の形態４で用いるイオンアシスト蒸着装置の縦断面図である。
【図１３】実施の形態４で用いる遮蔽部材とモニターガラスの図である。
【図１４】実施の形態４で製造されるフィルターの分光透過率特性を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１２、２２、３２ 光学基板
１３、２３、３３、４３ 光波長可変フィルター
４２ モニターガラス（光学基板）
１０４ａ、１０４ｂ、４０４ａ、４０４ｂ ルツボ（蒸着源）
１０８ 自転機構
１１１、２１１、３１１ 基板ホルダー
１１２、３１２、４１２ 遮蔽部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単調に膜厚が変化する誘電体多層膜を、直接、光学基板に形成した光波長可変フィルターの製造装置及び該製造方法を用いた光波長可変フィルターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信や光計測等では特定の波長を透過するバンドパスフィルター、特定の波長を反射するノッチフィルター、透過する波長域と反射する波長域を分けるエッジフィルターなどの誘電体多層膜を積層させたフィルターが用いられている。誘電体多層膜を積層させたフィルターでは、フィルターへの光の入射角を０°〜１０°程度で変化させることで、分光特性を変化させることができる。そこで、これを利用して所望の分光特性を得ることが行われていた。しかし、入射角の増加によって透過率が低下したり、偏光成分が大きく変化するという問題が生じていた。それらの問題を解決するために、基板上の膜厚を変化させて形成することで、所望の分光特性を得る光波長可変フィルターが開発された。
【０００３】
基板上の膜厚が変化する従来の光波長可変フィルターは、基台の底面に対する面を所定の曲面にし、その曲面に剥離可能な透明体薄板を貼着させ、底面に対して垂直方向から誘電体多層膜を蒸着させる。そして誘電体多層膜を設けた透明体薄板を基台から剥離させ、透明基板表面に貼着して製造する（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２８１４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の光波長可変フィルターの製造方法では、基台へ透明体薄板を貼着する際に、透明体薄板にしわが生じたり、基台から透明体薄板を剥離する際に、透明体薄板と誘電体多層膜に破損が生じる問題がある。そのため、所望の光学性能が得られないといった不具合が生じる。また、従来の製造方法では工程が複雑であるため、製造コストが高くなる。
【０００５】
本発明では上記課題を考慮してなされたものであり、光学基板上に直接、膜厚が変化する誘電体多層膜を積層させた光波長可変フィルターの製造装置および該製造装置を用いた光波長可変フィルターの製造方法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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１における光波長可変フィルターの製造装置は、光学基板を保持する基板ホルダーと、前記基板ホルダーの中心を軸として回転する自転機構と、前記基板ホルダーの直下にあり、前記基板ホルダーの中心部が全開しており、その中心から外側に向かって開口角度が狭くなる開口部を有する遮蔽部材とを設けていることを特徴とする。
【０００７】
請求項１の光波長可変フィルターの製造装置によれば、基板ホルダーの中心部が全開口であり、その中心から外側に向かって開口角度が狭くなる開口部を有する遮蔽部材を設けることで、蒸発源から発散して光学基板に到達する蒸着物質の量を開口部により制限することができる。
【０００８】
本発明の請求項２における光波長可変フィルターの製造方法は、光学基板を保持する基板ホルダーと、前記基板ホルダーの中心を軸として回転する自転機構と、前記基板ホルダーの直下にあり、基板ホルダーの中心部が全開しており、その中心から外側に向かって開口角度が狭くなる開口部を有する遮蔽部材とを設けている製造装置を用いた光波長可変フィルターの製造方法であって、前記光学基板を前記基板ホルダーで保持し、前記自転機構によって回転させた状態で、蒸着源から発散して前記光学基板に到達する蒸着物質の量を開口部により制限することで、前記光学基板の面内で分光特性に分布を持たせることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の光波長可変フィルターの製造方法によれば、基板ホルダーを中心として光学基板を回転させる自転機構を有する通常の成膜装置に、基板ホルダーの直下に基板ホルダーの中心が全開口であり、その中心から外側に向かって開口角度が狭くなる開口部を有する遮蔽部材を設けることにより、蒸着源より発散して光学基板に到達する蒸着物質の量が開口角度によって異なるため、光学基板の一方向において、膜厚が減少する。この膜厚変化を利用し、中心からの距離を任意に選択する事により、所望の分光特性が得られるバンドパスフィルター、エッジフィルター、ノッチフィルターなどの光波長可変フィルターを容易に作る事ができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光学基板に直接、光学基板の半径方向に膜厚が変化する光学薄膜を、変化させて成膜することができるため、光波長可変フィルターの製造工程が容易となる。よって、製造コストの削減につながる。また、本発明で用いた光波長可変フィルターの製造装置は通常の成膜製造装置からの転用が容易であり、汎用性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の光波長可変フィルターの製造方法及び製造装置について、図面を参照して説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る光波長可変フィルターの製造方法について説明する。説明に先立って、まず、本実施形態の方法で製造されるフィルターを、図２を用いて説明する。光学素子１１はガラス平板からなる光学基板１２と、光学基板１２の表面１２ａ上に形成された光波長可変フィルター（光学多層膜）１３を備えている。図２に示す光学基板１２には、外径が２４ｍｍで、基板屈折率が１．５２のＳ−ＢＳＬ７（ＯＨＡＲＡ製）を用いた。光波長可変フィルター１３は、設計波長λを６５０ｎｍとして設計されている。具体例を、後述する表２に示す。まず、光学基板１２の表面１２ａ上に、第１層目として高屈折率膜１４が形成されている。次に、高屈折率膜１４上に、低屈折率膜１５が形成されている。そして、高屈折膜１４と低屈折率膜１５が、交互に第７層まで光学膜厚λ／４で積層されている。第８層は低屈折率膜１５が光学膜厚λ／２で形成されている。以下、第９〜１５層は高屈折率膜１４と低屈折率膜１５を、交互に光学膜厚λ／４で積層した。本実施形態では、高屈折率膜１４として屈折率２．２５のＴａ２Ｏ５を、低屈折率膜１５として屈折率１．４７のＳｉＯ２を用いた。
【００１３】
上述した光波長可変フィルターを製造する製造装置について説明する。本実施の形態で用いるイオンアシスト蒸着装置の縦断面図を図１に示す。真空チャンバー１０１の右側面には排気口１０２があり、左側面にはガス導入口１０３がある。排気口１０２からは、真空チャンバー１０１内の気体が排気される。ガス導入口１０３からは、Ｏ２ガスが真空チャンバー１０１内に導入される。真空チャンバー１０１の底部には、複数のルツボ１０４ａ、１０４ｂ、電子銃１０５ａ、１０５ｂ、シャッター１０６ａ 、１０６ｂおよびイオン源１０７がある。
【００１４】
成膜にあたっては、電子銃１０５ａ、１０５ｂから照射される電子ビームによって、ルツボ１０４ａ、１０４ｂ内の蒸着材料を蒸発させる。イオン源１０７は光学基板１２に向かってイオンアシストをする。成膜の開始と終了はシャッター１０６ａ、１０６ｂの開閉で行う。真空チャンバー１０１の上部には、自転機構１０８、クリスタル監視計１０９、および光学監視計１１０がある。自転機構１０８には、光学基板１２を入れた基板ホルダー１１１が設置されている。成膜中は、光学基板１２の中心を軸として、光学基板１２が回転する。クリスタル監視計１０９は成膜される物理膜厚を測定し、光学監視計１１０は成膜中のモニターガラス１１４上の反射光量の変化を測定する。自転機構１０８の直下には、開口を有する遮蔽部材１１２がある。
【００１５】
図３に、光学基板１２が遮蔽部材１１２によって遮蔽された状態を示す。光学基板１２の中心から半径ｒAXの円周上の点をフィルター使用点ＡXとすると、図３に示す遮蔽部材１１２の開口形状は、そのフィルター使用点ＡXの円周上の開口角度αAXで決まる。このときｒAXは光学基板１２の中心から各フィルター使用点までの距離であり、この距離を、フィルター使用点距離とする。開口角度は式（１）で示される。
【００１６】
αAX（°）＝３６０・ｒAO／ｒAX・ｙAX …式（１）
ただし、x=０，１，２，３…
【００１７】
式（１）では、フィルター使用点ＡOの膜設計を基本設計とし、その基本設計の膜厚を１としたときの各フィルター使用点の膜厚比をｙAXとする。表１に、各フィルター使用点における膜厚比ｙAX、フィルター使用点距離ｒAXと開口角度αAXを示す。実施形態１の遮蔽部材の形状は、表１の開口角度より、図３の開口形状とした。例えば、フィルター使用点Ａ１におけるフィルターの透過波長は６００ｎｍであり、このときの膜厚比ｙＡ２は０．９２である。よって、式（１）よりフィルター使用点Ａ1の円周上の開口角度αＡ１は１２４．２°となる。
【００１８】
【表１】
【００１９】
実施形態１では、図２に示すイオンアシスト蒸着装置を用いる。この成膜製造装置を用いて、前述の光波長可変フィルター１３の第１層として、光学基板１２上の表面１２ａに設計値λ／４の高屈折率膜１４を形成する。その際、あらかじめ基板ホルダー１１１に光学基板１２を取り付け、真空チャンバー１０１を１．０×１０−３Ｐａとなるまで減圧する。次いで、ガス導入口１０２よりＯ２ガスを導入し、真空度２．０×１０−３Ｐａとなるように、圧力一定の制御をする。ガス導入後、自転機構１０８によって、光学基板１２を光学基板１２の中心を軸として回転させる。そして、イオン源１０７より、プラズマを発生させる。
【００２０】
シャッター１０６ａでルツボ１０４ａの上を覆う状態にし、電子銃１０５ａより電子ビームを照射する。この照射によって、ルツボ１０４ａ中の蒸着材料Ｔａ２Ｏ５の溶かし込みを１６４秒間行う。溶かし込み終了後、シャッター１０６ａをルツボ１０４ａの上から外した位置に移動させる事により、Ｔａ２Ｏ５膜が成膜される。成膜速度はクリスタル監視計１０９により制御される。装置制御プログラムには、あらかじめ所定の膜厚が入力されている。そこで、所定の膜厚に達した際に、シャッター１０６ａはルツボ１０４ａ上に移動する。以上のような工程により、光学基板１２上に高屈折率膜１４がλ／４形成されることになる。
【００２１】
次に、高屈折率膜１４上に低屈折率膜１５を形成する。本実施形態では、低屈折率膜１５を形成するのに、ルツボ１０４ｂに蒸着材料ＳｉＯ２を用いた。前述の工程と同様に、イオン源１０７よりプラズマを発生させる。そして、シャッター１０６ｂがルツボ１０４ｂ上を覆っている状態で電子銃１０５ｂから電子ビームを照射する。この照射によって、ルツボ１０４ｂ中の蒸着材料ＳｉＯ２の溶かし込みを４５秒間行った。溶かし込み終了後、シャッター１０６ｂをルツボ１０４ｂ上から外し、ＳｉＯ２膜を成膜した。高屈折率膜１４と同様に、光学基板１２上に低屈折率膜１５がλ／４形成されると、シャッター１０６ｂはルツボ１０４ｂ上を覆う。これにより、ＳｉＯ２膜の形成は終る。順次、同様のプロセスにより、合計１５層からなる光波長可変フィルター１３を作製した。
【００２２】
なお、本実施の形態１における光波長可変フィルターの製造装置は、開口を有する遮蔽部材を設けたイオンアシスト蒸着装置であるが、これに限定されるものではない。例えば、遮蔽部材を設けた真空蒸着装置やスパッタリング装置でも、同等の光波長可変フィルターを得ることができる。また、本実施の形態１では表１の各フィルター使用点の膜厚比、開口角度および各フィルター使用点距離と、表２のバンドパスフィルターの基本設計より、各フィルター使用点での透過波長が決められている。しかしながら、フィルターの基本設計や膜厚比を変えることで、可視域だけではなく他の波長域で利用可能な光波長可変フィルターを得ることができる。例えば、光通信で使用する波長域で、所望の分光特性が得られる光波長可変フィルターを得ることができる。
【００２３】
【表２】
【００２４】
図４に本実施の形態１における光波長可変フィルターの製造方法により製造されるフィルターの分光透過率特性を示す。各フィルター使用点Ａ０〜Ａ４における透過波長と半値幅を表３に示す。表３より、図２に示された中心から半径１．５ｍｍのフィルター使用点Ａ０における透過率は、波長６５０ｎｍにピークを持つ。中心から半径２．５ｍｍの位置では、フィルター使用点はＡ１の位置になり、透過波長が６００ｎｍになる。各ピーク波長では、透過率が９０％以上であり、半値幅は８ｎｍ以下である。
【００２５】
【表３】
【００２６】
このように、実施の形態１によれば、光学基板１２の半径方向に従い、光学基板１２上に膜厚を変化させて成膜された光波長可変フィルター１３を容易に得ることができる。
そして、本実施の形態１の光波長可変フィルター１３は、通常の成膜製造装置に遮蔽部材１１２を取り付けるだけで製造できる。よって、本実施形態の製造方法を実施する装置は、通常の成膜製造装置からの転用が容易である。すなわち、本実施形態の製造方法は汎用性に優れている。
【００２７】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る光波長可変フィルターの製造方法により製造されるフィルターを、図５を用いて説明する。光学素子２１はガラス平板からなる光学基板２２と光学基板２２の表面２２ａ 上に形成された光波長可変フィルター２３を備えている。図５に示す光学基板２２は大きさが３×１０．５×１ｍｍで、基板屈折率が１．７７のＳ−ＬＡＨ６６（ＯＨＡＲＡ製）を用いた。光波長可変フィルター２３は、設計波長λを６５０ｎｍとして表２に示す設計で、光学基板２２の表面２２ａ上に第１層目として高屈折率膜１４と、次に高屈折率膜１４上に低屈折率膜１５とを交互に実施の形態１と同様に積層して成膜した。
【００２８】
本実施の形態では、実施の形態１と同じイオンアシスト蒸着装置を用いて成膜する。この成膜製造装置を用いて、光学基板２２を基板ホルダー２１１に入れ、実施の形態１と同様プロセスにより光波長可変フィルターを作製した。
図６に、図５示す光学基板２２が基板ホルダー２１１に入れられ、固定機構１１３によって固定された遮蔽部材１１２で遮蔽された状態を示す。図６に示す遮蔽部材１１２は、実施の形態１で用いた遮蔽部材である。
【００２９】
なお、本実施の形態２における光波長可変フィルターの製造装置は、遮蔽部材を設けたイオンアシスト蒸着装置であるが、これに限定されるものではなく、遮蔽部材を設けた真空蒸着装置やスパッタリング装置でも同等の光波長可変フィルターを得ることができる。また、本実施の形態２では表４の各フィルター使用点の膜厚比、開口角度および各フィルター使用点距離と、表２のバンドパスフィルターの基本設計より各フィルター使用点での透過波長が決められたが、フィルターの基本設計や膜厚比を変えることで所望の分光特性が得られる光波長可変フィルターの膜厚を得ることができる。また、本実施の形態２における遮蔽部材１１２は開口角度を自由自在に変えられるので、この遮蔽部材１１２一つで様々な光波長可変フィルターの製造に対応できる。
【００３０】
【表４】
【００３１】
図７に本実施の形態２における光波長可変フィルターの製造方法により製造されるフィルターの分光透過率特性を示す。各フィルター使用点Ｂ１〜Ｂ４における透過波長と半値幅を表５に示す。表６より図５に示された光学基板の端から２．５ｍｍのフィルター使用点Ｂ１における透過率は波長６００ｎｍにピークがあり、光路に対して光波長可変フィルターを２ｍｍ移動させると、フィルター使用点Ｂ2の位置になり、透過波長が５２４ｎｍに移動することがわかる。各ピーク波長は透過率が９０％以上であり、半値幅は８ｎｍ以下である。
【００３２】
【表５】
【００３３】
【表６】
【００３４】
このように、実施の形態２によれば、光学基板２２の一方向に従い、光学基板２２上に膜厚を変化させて成膜された光波長可変フィルター２３を得ることができる。
そして、本実施の形態２における光波長可変フィルターの製造方法では、通常の成膜製造装置に遮蔽部材１１２を取り付けるだけで光波長可変フィルター２３を製造することができるので、通常の成膜製造装置から転用が極めて容易であり、汎用性に優れている。
【００３５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る光波長可変フィルターの製造方法により製造されるフィルターを、図８を用いて説明する。光学素子３１はガラス平板からなる光学基板３２と光学基板３２の表面３２ａ 上に形成された光波長可変フィルター３３を備えている。図８に示す光学基板３２には外径が２２ｍｍで、基板屈折率が１．６０のＳ−ＢＳＭ１４（ＯＨＡＲＡ製）を用いた。光波長可変フィルター３３は、設計波長λを６５０ｎｍとして表７に示すように、光学基板３２の表面３２ａ 上に第１層目として高屈折率膜３４と、次に高屈折率膜３４上に低屈折率膜３５とを交互に第９層まで光学膜厚λ／４で積層し、第１０層は低屈折率膜３５の光学膜厚をλ／２とし、以下第１１〜１９層は高屈折率膜３４と低屈折率膜３５を交互に光学膜厚λ／４で積層して成膜した。高屈折率膜３４として屈折率２．１４のＴａ２Ｏ５を、低屈折率膜３５として屈折率１．４６のＳｉＯ２を用いた。
【００３６】
【表７】
【００３７】
本実施の形態３では、実施の形態１と同じイオンアシスト蒸着装置を用いて成膜する。この成膜製造装置を用いて、光学基板３２を基板ホルダー３１１に入れて成膜した。その際、成膜は１．０×１０-３Ｐａで開始し、イオン源１０７を使わず、そのほかは実施の形態１と同様のプロセスにより、合計１９層の光波長可変フィルターを作製した。
図９に、図８に示す光学基板３２が固定機構１１３によって遮蔽部材３１２によって遮蔽された状態を示す。図９に示す遮蔽部材３１２の開口形状は、実施の形態１と同様に表６のフィルター使用点距離と膜厚比を用いて式（１）から算出した開口角度によって決めた。
【００３８】
図９に示す遮蔽部材３１２の開閉屋根３１３は円状に開閉をすることができ、固定ピン３１４によって開閉屋根の開き度合いを調節できるため、特定のフィルター使用点距離に対して遮蔽部材の開口角度を自由自在に変化させることができる。
【００３９】
なお、本実施の形態３における光波長可変フィルターの製造装置は、遮蔽部材を設けたイオンアシスト蒸着装置であるが、これに限定されるものではなく、遮蔽部材を設けた真空蒸着装置やスパッタリング装置でも同等の光波長可変フィルターを得ることができる。本実施の形態３では表６の各フィルター使用点の膜厚比、開口角度および各フィルター使用点距離と、表７のバンドパスフィルターの基本設計より各フィルター使用点での透過波長が決められたが、フィルターの基本設計や膜厚比を変えることで所望の分光特性が得られる光波長可変フィルターの膜厚を得ることができる。また、本実施の形態３における遮蔽部材は開口角度を自由自在に変えられるので、この遮蔽部材一つで様々な光波長可変フィルターの製造に対応できる。
【００４０】
図１０に本実施の形態３における光波長可変フィルターの製造方法により製造されるフィルターの分光透過率特性を示す。各フィルター使用点Ｃ０〜Ｃ５における透過波長と半値幅を表８に示す。表８より図８に示された中心から半径３ｍｍのフィルター使用点Ｃ０における透過率は波長６５０ｎｍにピークがあり、光路に対して光波長可変フィルターを１．５ｍｍ移動させると、フィルター使用点Ｃ１の位置になり、透過波長が６２５ｎｍに移動することがわかる。各ピーク波長は透過率が９０％以上であり、半値幅は５ｎｍ以下である。
【００４１】
【表８】
【００４２】
【表９】
【００４３】
このように、実施の形態３によれば、光学基板３２の半径方向に従い、光学基板３２上に膜厚を変化させて成膜された光波長可変フィルター３３を得ることができる。
そして、本実施の形態３における光波長可変フィルターの製造方法では、通常の成膜製造装置に遮蔽部材３１２を取り付けるだけで光波長可変フィルター３３を製造することができるので、通常の成膜製造装置から転用が極めて容易であり、汎用性に優れている。
また、本実施の形態３の遮蔽部材３１２は、自由自在に開口角度を変えることができるので、フィルター毎に遮蔽部材を作る必要がない。
【００４４】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る光波長可変フィルターの製造方法により製造されるフィルターを、図１１を用いて説明する。光学素子４１はガラス平板からなるモニターガラス４２とモニターガラス４２の表面４２ａ 上に形成された光波長可変フィルター４３を備えている。図１１に示すモニターガラス４２には外径が２４ｍｍで、基板屈折率が１．５２のＳ−ＢＳＬ７（ＯＨＡＲＡ製）を用いた。光波長可変フィルター４３は、設計波長λを６５０ｎｍとして表１０に示すように、モニターガラス４２の表面４２ａ上に第１層目として高屈折率膜４４を光学膜厚１．３７×λ／４、次に高屈折率膜４４上に低屈折率膜４５を光学膜厚１．３３×λ／４で積層し、以下第３〜１９層は高屈折率膜４４と低屈折率膜４５を交互に表８の設計に基づいて積層して成膜した。高屈折率膜４４として屈折率２．２１のＴａ２Ｏ５を、低屈折率膜４５として屈折率１．４６のＳｉＯ２を用いた。
【００４５】
【表１０】
【００４６】
本実施の形態４で用いるイオンアシスト蒸着装置の縦断面図を図１２に示す。真空チャンバー４０１の右側面には排気口４０２があり、左側面にはガス導入口４０３がある。排気口４０２は真空チャンバー４０１内を排気し、成膜中にガス導入口４０３よりＯ２ガスを真空チャンバー４０１内に導入する。真空チャンバー４０１の底部には、ルツボ４０４ａ、４０４ｂ、電子銃４０５ａ、４０５ｂ、シャッター４０６ａ、４０６ｂおよびイオン源４０７がある。電子銃４０５ａ、４０５ｂから照射される電子ビームによってルツボ４０４ａ、４０４ｂ内の蒸着材料を蒸発させる。イオン源４０７はドーム４０８の全体に向かってイオンを照射する。
【００４７】
成膜の開始と終了はシャッター４０６ａ、４０６ｂの開閉で行う。真空チャンバー４０１の上部にはクリスタル監視計４０９、および光学監視計４１０がある。クリスタル監視計４０９はクリスタル基板４１１に成膜される物理膜厚を測定し、シャッター４０６ａ、４０６ｂの開閉をする。また、クリスタル監視計４０９の測定結果より成膜速度も制御する。光学監視計４１０は成膜中のモニターガラス４２をモニターガラス４２の中心を軸として回転させる。光学監視計４１０の直下には開口を有する遮蔽部材４１２がある。遮蔽部材４１２は固定部４１３によって光学監視計４１０の直下に固定されている。
【００４８】
図１３に示すモニターガラス４２が遮蔽部材４１２によって覆われた状態を示す。表９に各フィルター使用点における膜厚比、フィルター使用点距離と開口角度を示す。実施の形態４の遮蔽部材４１２の開口形状は表９のフィルター使用点距離と膜厚比を用いて式（１）から算出した開口角度より図１３の開口形状とした。
【００４９】
実施の形態４では、図１２に示すイオンアシスト蒸着装置を用いる。この成膜製造装置を用いて、前述の光波長可変フィルター４３の第１層目として、モニターガラス４２上の表面４２aに設計値１．３７×λ／４の高屈折率膜４４を形成する際、あらかじめモニターガラス４２を取り付け、真空チャンバー４０１を１．０×１０-３Ｐａまで減圧する。次いで、ガス導入口４０２よりＯ２ガスを導入し、真空度２．０×１０-３Ｐａで圧力一定の制御をする。ガス導入後、光学監視計４１０はモニターガラス４２をモニターガラス４２の中心を軸として回転させ、イオン源４０７よりプラズマを発生させる。
【００５０】
シャッター４０６ａでルツボ４０４ａの上を覆う状態にし、電子銃４０５ａから電子ビームを照射させ、ルツボ４０４ａ中の蒸着材料Ｔａ２Ｏ５の溶かし込みを１６０秒間行う。溶かし込み終了後シャッター４０６ａをルツボ４０４ａの上から外した位置に移動させる事により、Ｔａ２Ｏ５膜が成膜される。
【００５１】
成膜速度はクリスタル監視計４０９により制御される。あらかじめ、装置制御プログラムに入力した膜厚に達した際に、シャッター４０６ａはルツボ４０４ａ上に移動し、モニターガラス４２上に高屈折率膜４４が１．３７×λ／４形成されることになる。次に、高屈折率膜４４上に低屈折率膜４５を形成する。低屈折率膜４５を形成する際には、ルツボ４０４ｂに蒸着材料ＳｉＯ２を用いた。イオン源４０７よりプラズマを発生させ、シャッター４０６ｂがルツボ４０４ｂ上を覆っている状態で電子銃４０５ｂによって電子ビームを照射させ、ルツボ４０４ｂ中の蒸着材料ＳｉＯ２の溶かし込みを４５秒間行った。
【００５２】
溶かし込み終了後、シャッター４０６ｂをルツボ４０４ｂ上から外し、ＳｉＯ２膜を成膜した。高屈折率膜４４と同様に、モニターガラス４２上に低屈折率膜４５が１．３３×λ／４形成されるとシャッター４０６ｂはルツボ４０４ｂ上を覆い、ＳｉＯ２膜の形成は終る。順次、同様のプロセスにより、合計１９層の光波長可変フィルターを作製した。
【００５３】
ここで、本実施の形態４における光波長可変フィルターの製造装置は、モニターガラスをモニターガラスの中心を軸として回転させる光学監視計を持つ通常のイオンアシスト装置に、遮蔽部材が光学監視計の直下に固定したものであるが、通常のイオンアシスト装置に限定されるものではなく、モニターガラスをモニターガラスの中心を軸として回転させる光学監視計を有し、遮蔽部材が光学監視計の直下に固定できる真空蒸着装置やスパッタリング装置でも同等の光波長可変フィルターを得ることができる。
【００５４】
また、本実施の形態４では表９の各フィルター使用点における膜厚比、開口角度および各フィルター使用点距離と、表１０のバンドパスフィルターの基本設計より各使用点での透過波長が決められたが、フィルターの基本設計や膜厚比を変えることで所望の特性が得られる光波長可変フィルターの膜厚を得ることができる。
【００５５】
図１４に本実施の形態４における光波長可変フィルター製造方法により製造されるフィルターの分光透過率特性を示す。各フィルター使用点Ｄ０〜Ｄ５における透過波長と半値幅を表１１に示す。表１１より図１１に示された中心から半径２ｍｍのフィルター使用点Ｄ０における透過率は波長８００ｎｍにピークがあり、光路に対して光波長可変フィルターを１．５ｍｍ移動させると、フィルター使用点Ｄ１の位置になり、透過波長が７２１ｎｍに移動することがわかる。各ピーク波長は透過率９０％以上であり、半値幅は８ｎｍ以下である。
【００５６】
【表１１】
【００５７】
このように、実施の形態４によれば、モニターガラス４２の半径方向に従い、モニターガラス４２上に膜厚を変化させて成膜された光波長可変フィルター４３を得ることができる。
そして、本実施の形態４における光波長可変フィルターの製造装置は、モニターガラス４２を、自転運動させる光学監視計４１０を有する一般的な成膜製造装置に遮蔽部材４１２と固定部４１３を取り付けるだけで製造装置を得ることができ、通常の成膜製造装置への転用は極めて容易であり、汎用性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施の形態１で製造される光学素子の断面図である。
【図２】実施の形態１で用いるイオンアシスト蒸着装置の縦断面図である。
【図３】実施の形態１で用いる遮蔽部材と光学基板の図である。
【図４】実施の形態１で製造されるフィルターの分光透過率特性を示す図である。
【図５】実施の形態２で製造される光学素子の断面図である。
【図６】実施の形態２で用いる遮蔽部材と光学基板の図である。
【図７】実施の形態２で製造されるフィルターの分光透過率特性を示す図である。
【図８】実施の形態３で製造される光学素子の断面図である。
【図９】実施の形態３で用いる遮蔽部材と光学基板の図である。
【図１０】実施の形態３で製造されるフィルターの分光透過率特性を示す図である。
【図１１】実施の形態４で製造される光学素子の断面図である。
【図１２】実施の形態４で用いるイオンアシスト蒸着装置の縦断面図である。
【図１３】実施の形態４で用いる遮蔽部材とモニターガラスの図である。
【図１４】実施の形態４で製造されるフィルターの分光透過率特性を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１２、２２、３２ 光学基板
１３、２３、３３、４３ 光波長可変フィルター
４２ モニターガラス（光学基板）
１０４ａ、１０４ｂ、４０４ａ、４０４ｂ ルツボ（蒸着源）
１０８ 自転機構
１１１、２１１、３１１ 基板ホルダー
１１２、３１２、４１２ 遮蔽部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学基板を保持する基板ホルダーと、前記基板ホルダーの中心を軸として回転する自転機構と、前記基板ホルダーの直下にあり、前記基板ホルダーの中心部が全開しており、その中心から外側に向かって開口角度が狭くなる開口部を有する遮蔽部材とを設けていることを特徴とする光波長可変フィルターの製造装置。
【請求項２】
光学基板を保持する基板ホルダーと、前記基板ホルダーの中心を軸として回転する自転機構と、前記基板ホルダーの直下にあり、前記基板ホルダーの中心部が全開しており、その中心から外側に向かって開口角度が狭くなる開口部を有する遮蔽部材とを設けている製造装置を用いた光波長可変フィルターの製造方法であって、
前記光学基板を前記基板ホルダーで保持し、前記自転機構によって回転させた状態で、蒸着源から発散して前記光学基板に到達する蒸着物質の量を開口部により制限することで、前記光学基板の面内で分光特性に分布を持たせることを特徴とする光波長可変フィルターの製造方法。
【請求項１】
光学基板を保持する基板ホルダーと、前記基板ホルダーの中心を軸として回転する自転機構と、前記基板ホルダーの直下にあり、前記基板ホルダーの中心部が全開しており、その中心から外側に向かって開口角度が狭くなる開口部を有する遮蔽部材とを設けていることを特徴とする光波長可変フィルターの製造装置。
【請求項２】
光学基板を保持する基板ホルダーと、前記基板ホルダーの中心を軸として回転する自転機構と、前記基板ホルダーの直下にあり、前記基板ホルダーの中心部が全開しており、その中心から外側に向かって開口角度が狭くなる開口部を有する遮蔽部材とを設けている製造装置を用いた光波長可変フィルターの製造方法であって、
前記光学基板を前記基板ホルダーで保持し、前記自転機構によって回転させた状態で、蒸着源から発散して前記光学基板に到達する蒸着物質の量を開口部により制限することで、前記光学基板の面内で分光特性に分布を持たせることを特徴とする光波長可変フィルターの製造方法。
【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】
【公開番号】特開２００６−１３９１０２（Ｐ２００６−１３９１０２Ａ）
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２９１２５（Ｐ２００４−３２９１２５）
【出願日】平成１６年１１月１２日（２００４．１１．１２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１２日（２００４．１１．１２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]