JPH11106901A5 - 光学薄膜成膜装置、光学薄膜成膜方法およびこの方法により表面に薄膜が成膜された光学素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学レンズ、ミラー等のような光学素子の表面に光学薄膜（例えば、反射膜、反射防止膜等）を成膜させるための装置、方法およびこの方法により表面に薄膜が成膜された光学素子に関する。

成膜処理は、成膜室１０１内を真空排気した状態で、蒸着源１０２におけるヒーター又は電子銃１０２ａにより蒸着物質１０２ｂを加熱蒸発させて行われ、蒸着粒子を矢印Ａで示すように拡散させ、光学素子Ｌの表面に蒸着粒子を付着させて薄膜を成膜させる。このとき、このままでは、蒸着源１０２からの粒子の到達距離等の関係から成膜された膜厚分布にむらが生じないように、補正板１０５が図示のように配設されている。なお、この補正板は、図からもよく分かるように、光学素子Ｌに対して垂直入射に近い方向の蒸着粒子の付着（光学素子の中央部への付着量）をある程度制限し、斜入射方向の蒸着粒子の付着（光学素子周辺部近傍）については制限を小さくして、膜厚分布を均一化させるようになっている。

また、光学素子Ｌを自公転させるだけでなく、揺動させて蒸着源１０２と光学素子Ｌとのなす角を変化させて膜厚分布の均一化を図ることも行われている。なお、従来においては、補正板１０５は光学素子Ｌの表面が平板状もしくは曲率半径の大きな曲面（曲率の小さな曲面）として、膜厚むらが発生しないように形状が設定されていた。

このような問題に鑑み、本発明は、曲率の大きなレンズの場合においても膜厚むらを小さく抑えることができるような光学薄膜成膜装置、光学薄膜成膜方法およびこの方法により表面に薄膜が成膜された光学素子を提供することを目的とする。

【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的達成のため、本発明においては、成膜室内に、光学素子を支持して公転もしくは自公転運動させる素子支持部と、薄膜形成用の蒸着粒子を発生させる蒸着源とを設けて光学薄膜成膜装置が構成されるのであるが、このとき、蒸着源を複数配設している。このように複数の蒸着源を配設すれば、公転もしくは自公転する光学素子に対して複数の方向から蒸着粒子を入射させて薄膜形成がなされるため、曲率の大きなレンズ等のような光学素子であっても、その表面の膜厚分布を均一化することが可能となる。

すなわち、本発明の成膜装置を用いれば、従来のように一カ所の蒸着源から拡散放出される蒸着粒子によって光学素子全面に成膜を行うのではなく、複数の方向から拡散飛来する蒸着粒子によって成膜が行われる。ここで光学素子の表面の各部には複数の方向のうちの入射角が垂直入射に近くなる蒸着源からの蒸着粒子が最も効率良く付着して成膜されるのであるが、曲率の大きな表面形状を有する光学素子の場合でも、表面のほぼ全ての位置で入射角が垂直入射に近くなる蒸着源を有するようにすることが可能となり、膜厚分布が均一化される。

なお、これら複数の蒸着源の各々を素子支持部の公転軸から異なる距離を有して配設されるのが好ましく、これにより、光学素子に対して異なる方向で且つ異なる入射角で蒸着粒子を入射させて光学素子表面に付着させることができ、膜厚分布をより均一化することができる。

また、同様の趣旨から、複数の蒸着源の各々と素子支持部に支持された光学素子との間に、各蒸着源からの蒸着粒子の拡散方向を制限する絞り部材を設けるのが好ましい。この絞り部材により、複数の蒸着源のそれぞれから光学素子へ到達する蒸着粒子の入射角を制限して光学素子表面に成膜される薄膜の膜厚分布制御を行うことが可能であり、斜入射となる方向の入射角を制限する等して、膜厚分布をさらに均一化可能である。さらに、絞り部材と素子支持部に支持された光学素子との間に、補正板（従来と同様の補正板であり、垂直入射に近い部分の付着量を制限する補正板）を設けると、膜厚分布を一層均一化できる。また、本発明の光学薄膜成膜方法は、密閉可能に形成された成膜室内に、光学素子を支持して、前記光学素子の表面に薄膜を形成させるための蒸着源を複数配置して、前記光学素子と前記複数の蒸着源との間に絞り部材を設ける設置工程と、前記支持された光学素子を公転運動もしくは自公転運動させ、前記複数の蒸着源から蒸着粒子を発生させ、前記絞り板によって前記光学素子表面への蒸着粒子の付着を調整して、前記光学素子の表面に薄膜を成膜する成膜工程とを備えた光学薄膜成膜方法であって、前記絞り部材は、前記複数の蒸着源から前記光学素子へ到達する蒸着粒子の入射角を制限するものである。また、前記複数の蒸着源は、前記光学素子の公転軸から異なる距離を有して配置することが好ましい。本発明の光学素子は、上記の光学薄膜成膜方法によって表面に薄膜が成膜される。

【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。まず図１に本発明に係る光学薄膜成膜装置の第１実施例を示す。この装置１０は、図４と同様の成膜室（図示せず）内に、図示のように２個の蒸着源１１，１２を配設して構成される。成膜室内にはさらに、レンズＬを自転（矢印Ｃ）可能に支持する支持機構（図示せず）が設けられ、レンズＬと各蒸着源１１，１２との間には絞り板１５，１６が設けられている（設置工程）。

支持機構に支持されたレンズＬは垂直に延びた自転軸Ｘを中心に矢印Ｃで示すように自転される。蒸着源１１，１２はそれぞれ、蒸着物質１１ｂ，１２ｂを電子銃１１ａ，１２ａにより加熱蒸発させて、蒸着粒子を拡散させるようになっている。なお、蒸着源１１はレンズＬの真下（自転軸Ｘの下方）に配設され、蒸着源１２はレンズＬに対して斜め下側に配設されている。絞り板１５，１６にはそれぞれ円形もしくは楕円形の開口１５ａ，１６ａが形成されており、この開口１５ａ，１６ａはそれぞれ蒸着源１１，１２から見てレンズＬの下面中央および周辺に対向する。

このような成膜装置１０を用いてレンズＬの表面に光学薄膜を形成するには、まず成膜室内を真空に排気し、次に電子銃１１ａ，１２ａにより蒸着物質１１ｂ，１２ｂを加熱蒸発させて拡散させる。このようにして拡散された蒸着粒子は、矢印Ａ１〜Ａ４で示すように拡散するが、矢印Ａ２およびＡ４で示す方向に拡散された蒸着粒子は絞り板１５，１６により阻止され、矢印Ａ１およびＡ３で示す方向に拡散された蒸着粒子のみが開口１５ａ，１６ａを通過して、レンズＬの表面に到達付着し、光学薄膜を形成する（成膜工程）。

この例の場合には、蒸着源１１から矢印Ａ１方向に拡散された蒸着粒子はレンズＬの下面中央部分に向かい、ほぼ垂直入射に近い状態でレンズＬの表面に到達して付着する。一方、蒸着源１２から矢印Ａ３方向に拡散された蒸着粒子はレンズＬの下面周辺に斜めから入射し、この場合にもほぼ垂直入射に近い状態でレンズＬの下面周辺に到達して付着する。すなわち、蒸着源１１からはレンズ下面中央部に、また、蒸着源１２からはレンズ下面周辺部に、ともに垂直入射に近い状態で蒸着粒子が付着して光学薄膜が形成されるため、いずれの部分においても効率のよい薄膜形成が行われ、膜厚分布も均一となる。

図２に本発明に係る光学薄膜成膜装置の第２実施例を示す。この装置２０も図示しない成膜室内に、２個の蒸着源２１，２２を配設して構成される。成膜室内にはさらに、複数のレンズＬを公転（矢印Ｂ）および自転（矢印Ｃ）可能に支持する支持機構（図示せず）が設けられ、レンズＬと各蒸着源２１，２２との間には絞り板２５，２６が設けられている（設置工程）。蒸着源２１，２２は上記第１実施例の蒸着源１１，１２と同一構成のものである。蒸着源２１はレンズＬの公転軌跡の下方に配設され、蒸着源２２はレンズＬに対して斜め下側に配設されている。絞り板２５，２６にはそれぞれ円形もしくは楕円形の開口２５ａ，２６ａが形成されており、この開口２５ａ，２６ａはそれぞれ蒸着源２１，２２から見てレンズＬの下面側および周辺側に対向する。

このような成膜装置２０を用いてレンズＬの表面に光学薄膜を形成するには、まず成膜室内を真空に排気し、次に各蒸着源２１，２２から蒸着粒子を拡散させる。このようにして拡散された蒸着粒子は、矢印Ａ１〜Ａ４で示すように拡散するが、矢印Ａ２およびＡ４で示す方向に拡散された蒸着粒子は絞り板２５，２６により阻止され、矢印Ａ１およびＡ３で示す方向に拡散された蒸着粒子のみが開口２５ａ，２６ａを通過して、レンズＬの表面に到達付着し、光学薄膜を形成する（成膜工程）。

この例の場合には、蒸着源２１から矢印Ａ１方向に拡散された蒸着粒子は自公転するレンズＬの下面に対して垂直方向上方に向かい、レンズＬの下面中央部に対してほぼ垂直入射に近い状態で到達して付着する。一方、蒸着源２２から矢印Ａ３方向に拡散された蒸着粒子は自公転するレンズＬに斜めから入射し、レンズ周辺部に対してほぼ垂直入射に近い状態で到達して付着する。ここで、垂直入射される蒸着粒子の付着効率が最も高く且つ付着密度も最も高くなるため、レンズ下面中央部は主として蒸着源２１からの蒸着粒子により光学薄膜が形成され、また、レンズ下面周辺部には主として蒸着源２２からの蒸着粒子により光学薄膜が形成され、いずれの部分においても効率のよい薄膜形成が行われ、膜厚分布も均一となる。

図３に本発明に係る光学薄膜成膜装置の第３実施例を示す。この装置３０は図２に示した成膜装置に補正板３１を追加したものであり、図２に示す部材と同一部材については同一番号を付してその説明を省略する。補正板３１は、蒸着源からの蒸着粒子は、レンズＬの表面に垂直入射するときに最も付着効率が高く、入射角が斜入射側に大きくなればなるほど付着効率が低くなることを鑑み、垂直入射近傍の入射粒子を制限する複数の羽根３２を有する。

このような成膜装置３０を用いてレンズＬの表面に光学薄膜を形成するには、まず成膜室内を真空に排気し、次に各蒸着源２１，２２から蒸着粒子を拡散させる。このようにして拡散された蒸着粒子は、矢印Ａ１〜Ａ４で示すように拡散し、矢印Ａ２およびＡ４で示す方向に拡散された蒸着粒子は絞り板２５，２６により阻止され、矢印Ａ１およびＡ３で示す方向に拡散された蒸着粒子のみが開口２５ａ，２６ａを通過する。

このように開口２５ａ，２６ａを通過した蒸着粒子は、次に補正板３１を通過し、その羽根３２により通過粒子が一部制限された後、レンズＬの表面に到達付着し、光学薄膜を形成する。この羽根３２による通過粒子の制限は、レンズＬの表面に垂直入射となる部分が最も大きく、斜入射側ほど小さくなる制限であり、これにより、形成される光学薄膜の膜厚分布をさらに均一化する。

以上の説明から分かるように、絞り板は各蒸着源から拡散される蒸着粒子のうち、斜入射成分が入射するのを阻止して付着効率の良い垂直入射成分のみを用い膜厚分布の均一化を図るものであるが、このため、蒸着源を複数設け、レンズ（光学素子）の中央部と周辺部を異なる蒸着源からの蒸着粒子を用いて成膜処理（工程）できるようにしている。一方、補正板は所定の蒸着源からの蒸着粒子の付着に対して、垂直入射成分と斜入射成分との差をなくすため、垂直入射成分の入射をある程度制限するためのものであり、絞り板と補正板とは膜厚分布の均一化という点では同一目的のものであるが、その手法が大きく異なる。

なお、上記実施例ではいずれも、２個の蒸着源が用いられているが、（設置工程において）これを３個以上配設してもよい。このときには、絞り板も３個以上用いられる。また、蒸着源の配設位置についても、光学素子の表面形状に合わせて適宜設定することができる。また、蒸着源における蒸着物質の加熱手段として電子銃を用いているが、抵抗加熱あるいは誘導加熱方式を用いても良い。また、成膜時に酸素、アルゴンなどのガスを成膜室内に導入しても良い。

【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、成膜室内に蒸着源を複数配設しているので、公転もしくは自公転する光学素子に対して複数の方向から蒸着粒子を入射させて薄膜形成がなされ、曲率の大きなレンズ等のような光学素子であっても、その表面の膜厚分布を均一化することが可能となる。すなわち、複数の方向から拡散飛来する蒸着粒子によって成膜が行われるので、曲率の大きな表面形状を有する光学素子の場合でも、表面のほぼ全ての位置で入射角が垂直入射に近くなる蒸着源を有するようにすることが可能となり、曲率の大きな光学素子の表面に対しても均一な膜厚分布の光学薄膜を形成することができる。

なお、これら複数の蒸着源の各々を素子支持部の公転軸から異なる距離を有して配設するのが好ましく、これにより、光学素子に対して異なる方向で且つ異なる入射角で蒸着粒子を入射させて光学素子表面に付着させることができ、膜厚分布をより均一化することができる。

また、同様の趣旨から、複数の蒸着源の各々と素子支持部に支持された光学素子との間に、複数の各蒸着源からの蒸着粒子の拡散方向を制限する絞り部材を設けるのが好ましい。この絞り部材により、複数の蒸着源のそれぞれから光学素子へ到達する蒸着粒子の入射角を制限して光学素子表面に成膜される薄膜の膜厚分布制御を行うことが可能であり、斜入射となる方向の入射角を制限する等して、膜厚分布をさらに均一化可能である。さらに、絞り部材と素子支持部に支持された光学素子との間に、この光学素子の表面への蒸着粒子の付着むらを調整する補正板を設けると、膜厚分布を一層均一化できる。

【符号の説明】
１０，２０，３０ 成膜装置
１１，１２，２１，２２ 蒸着源
１５，１６，２５，２６ 絞り板
３１ 補正板

Claims (7)

1. 密閉可能に形成された成膜室内に、光学素子を支持するとともにこの光学素子を公転もしくは自公転運動させる素子支持部および光学素子の表面に薄膜を形成させるための蒸着粒子を発生させる複数の蒸着源を配設して構成されることを特徴とする光学薄膜成膜装置。
2. 前記複数の蒸着源の各々が、前記素子支持部の公転軸から異なる距離を有して配設されることを特徴とする請求項１に記載の光学薄膜成膜装置。
3. 前記複数の蒸着源の各々と前記素子支持部に支持された光学素子との間に、前記複数の蒸着源からの蒸着粒子の拡散方向を制限する絞り部材を設け、前記複数の蒸着源から前記光学素子へ到達する蒸着粒子の入射角を制限することを特徴とする請求項１もしくは２に記載の光学薄膜成膜装置。
4. 前記絞り部材と前記素子支持部に支持された光学素子との間に、補正板を設けたことを特徴とする請求項３に記載の光学薄膜成膜装置。
5. 密閉可能に形成された成膜室内に、光学素子を支持して、前記光学素子の表面に薄膜を形成させるための蒸着源を複数配置して、前記光学素子と前記複数の蒸着源との間に絞り部材を設ける設置工程と、
   前記支持された光学素子を公転運動もしくは自公転運動させ、前記複数の蒸着源から蒸着粒子を発生させ、前記絞り板によって前記光学素子表面への蒸着粒子の付着を調整して、前記光学素子の表面に薄膜を成膜する成膜工程とを備えた光学薄膜成膜方法であって、
   前記絞り部材は、前記複数の蒸着源から前記光学素子へ到達する蒸着粒子の入射角を制限するものであることを特徴とする光学薄膜成膜方法。
6. 前記複数の蒸着源は、前記光学素子の公転軸から異なる距離を有して配置することを特徴とする請求項５に記載の光学薄膜成膜方法。
7. 請求項５または６に記載の光学薄膜成膜方法によって表面に薄膜が成膜されることを特徴とする光学素子。