JP5589581B2 - Optical element and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は光学素子とその製造方法に関するものである。更に詳しくは、応力緩和特性を有する多層膜（例えば、偏光分離膜や反射膜として用いられる誘電体多層膜）を備えた光学素子（例えば、偏光ビームスプリッタ，反射ミラー）と、その製造方法に関するものである。 The present invention relates to an optical element and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to an optical element (for example, a polarization beam splitter, a reflection mirror) including a multilayer film having stress relaxation characteristics (for example, a dielectric multilayer film used as a polarization separation film or a reflection film), and a manufacturing method thereof. It is.
例えば、ＣＤ(compact disc)，ＤＶＤ(digital versatile disc)，ＢＤ(Blu-ray Disc等：青色レーザビームを用いる高密度光ディスク)等の光ディスクの記録・再生を行う光ピックアップ装置には、ビームスプリッタやリフレクターが搭載されている。ビームスプリッタは、半導体レーザから出射されて光ディスクへ向かう光と、光ディスクで反射されて受光部に向かう光と、を分離する機能を持っており、リフレクターは、光の向きを変える機能を持っている。これらの光学素子では、数十層に積層された多層膜で反射面を構成することにより、特定の分光特性を達成している。 For example, an optical pickup device for recording / reproducing an optical disc such as a CD (compact disc), a DVD (digital versatile disc), or a BD (Blu-ray Disc: a high-density optical disc using a blue laser beam) includes a beam splitter, A reflector is installed. The beam splitter has a function of separating the light emitted from the semiconductor laser and directed to the optical disc from the light reflected by the optical disc and directed to the light receiving unit, and the reflector has a function of changing the direction of the light. . In these optical elements, a specific spectral characteristic is achieved by forming the reflecting surface with a multilayer film laminated in several tens of layers.
上記のような多層膜は、環境による特性変化や光損失を極力抑えなければならないため、イオンアシスト成膜，スパッタ成膜等の方法で膜の緻密性を上げている場合が多い。しかし、緻密な膜を数十層重ねると、多層膜は大きな膜応力を持ってしまう。この膜応力を緩和するために、ＳｉＯ2膜とランタンチタネート膜とを交互に積層して成る第１積層群と、ＭｇＦ2膜とランタンチタネート膜とを交互に積層して成る第２積層群と、で構成した偏光分離膜が、特許文献１，２で提案されている。 In the multilayer film as described above, characteristic changes due to the environment and light loss must be suppressed as much as possible. Therefore, the film density is often increased by methods such as ion-assisted film formation and sputter film formation. However, when several tens of dense films are stacked, the multilayer film has a large film stress. To alleviate this film stress, and the second laminated group formed by laminating the first laminated group composed by laminating a SiO 2 film and the lanthanum titanate film alternately, and MgF 2 film and the lanthanum titanate film alternately Patent Documents 1 and 2 propose a polarization separation film constituted by
しかし、特許文献１，２に記載の偏光分離膜では、ＭｇＦ2膜が第２積層群に集中しているため、大きな引張応力を持つ結果、膜われ，剥がれが発生する可能性がある。また、光ピックアップ装置では光ディスクからの情報の読み取り等を適正に行う必要があるため、ビームスプリッタやリフレクターで発生する波面収差を極力小さくしなければならないが、特許文献１，２に記載の偏光分離膜では、第１積層群と第２積層群とで応力が偏ってしまうため、バランスの悪い応力によって収差性能が悪化する可能性がある。光ピックアップ装置に使用されるプリズム，ミラー等では、波面収差が２０ｍλｒｍｓ以下（□２．５ｍｍキューブプリズムの場合の測定径φ２ｍｍ）であることが望ましい。また、環境による性能変化が小さいことが望ましく（特性変化：±２％以下、収差変化：±３ｍλｒｍｓ以下）、光損失量は４００〜８００ｎｍにおいて３％以下であることが望ましい。 However, in the polarization separation films described in Patent Documents 1 and 2, since the MgF 2 film is concentrated in the second stacked group, there is a possibility that film peeling or peeling occurs as a result of having a large tensile stress. Further, since it is necessary to appropriately read information from the optical disk in the optical pickup device, it is necessary to minimize the wavefront aberration generated by the beam splitter and the reflector. In the film, since the stress is biased between the first stacked group and the second stacked group, the aberration performance may be deteriorated by a stress that is not balanced. In a prism, mirror, or the like used in the optical pickup device, it is desirable that the wavefront aberration is 20 mλrms or less (measured diameter φ2 mm in the case of a □ 2.5 mm cube prism). Further, it is desirable that the performance change due to the environment is small (characteristic change: ± 2% or less, aberration change: ± 3 mλrms or less), and the optical loss amount is desirably 3% or less at 400 to 800 nm.
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、膜われ，膜剥がれが無く、波面収差が小さく、しかも環境による特性変化や光損失の小さい多層膜を有する光学素子とその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide an optical element having a multilayer film that is free from film peeling and film peeling, has a small wavefront aberration, and has a small characteristic change and light loss due to the environment. And providing a manufacturing method thereof.
上記目的を達成するために、第１の発明の光学素子は、基板上に多層膜を有する光学素子であって、前記多層膜は、屈折率が１．６以上の材料から成る第１高屈折率層と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、酸化チタンと酸化ランタンとの混合物、酸化チタンと酸化ジルコニウムとの混合物、酸化チタンと酸化ディスプロシウムとの混合物、又は酸化アルミニウムと酸化ランタンとの混合物から成る第２高屈折率層と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストあり）であり、ＳｉＯ2から成る第１低屈折率層と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、ＭｇＦ2から成る第２低屈折率層とを、前記第１低屈折率層及び前記第１高屈折率層の積層構造、並びに前記第２低屈折率層及び前記第２高屈折率層の積層構造としてそれぞれ複数有し、イオンアシストなしで成膜した前記第２低屈折率層上に続けて積層する膜は、前記第２高屈折率層であって、かつ、イオンアシストなしでの成膜であり、以下の条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とする。
０．２≦ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）≦２．０ …（１）
ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）≦２．０ …（２）
ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）≦２．０ …（３）
ただし、
ｄ（Ｌ１）：多層膜全体における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄ（Ｌ２）：多層膜全体における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ１）：多層膜の積層前半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ２）：多層膜の積層前半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ１）：多層膜の積層後半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ２）：多層膜の積層後半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
であり、多層膜全体の層数が偶数である場合、積層前半部分と積層後半部分とは同一層数に設定され、多層膜全体の層数が奇数である場合、積層前半部分は積層後半部分よりも１層多い層数に設定される。
In order to achieve the above object, an optical element of a first invention is an optical element having a multilayer film on a substrate, and the multilayer film is a first high refractive index made of a material having a refractive index of 1.6 or more. The rate layer and the deposition method are vacuum deposition (no ion assist), a mixture of titanium oxide and lanthanum oxide, a mixture of titanium oxide and zirconium oxide, a mixture of titanium oxide and dysprosium oxide, or aluminum oxide The second high refractive index layer made of a mixture of lanthanum oxide and the film forming method is vacuum deposition (with ion assist), the first low refractive index layer made of SiO 2 and the film forming method is vacuum deposited (ion A second low refractive index layer made of MgF 2 , a laminated structure of the first low refractive index layer and the first high refractive index layer, and the second low refractive index layer and the second low refractive index layer. Laminated structure of high refractive index layer Each of the plurality of films that are continuously stacked on the second low refractive index layer formed without ion assist is the second high refractive index layer and formed without ion assist. And the following conditional expressions (1) to (3) are satisfied.
0.2 ≦ d (L2) / d (L1) ≦ 2.0 (1)
dA (L2) / dA (L1) ≦ 2.0 (2)
dB (L2) / dB (L1) ≦ 2.0 (3)
However,
d (L1): Total film thickness of the first low refractive index layer in the entire multilayer film,
d (L2): the total film thickness of the second low refractive index layer in the entire multilayer film,
dA (L1): the total film thickness of the first low refractive index layer in the first half of the multilayer film,
dA (L2): the total film thickness of the second low refractive index layer in the first half of the multilayer film,
dB (L1): the total film thickness of the first low refractive index layers in the latter half of the multilayer film,
dB (L2): the total film thickness of the second low refractive index layer in the latter half of the multilayer film,
When the number of layers of the entire multilayer film is an even number, the first half of the stack and the latter half of the stack are set to the same number of layers, and when the number of layers of the entire multilayer film is an odd number, the first half of the stack is the latter half of the stack The number of layers is set to be one layer higher than that.
第２の発明の光学素子の製造方法は、基板上に多層膜を有する光学素子の製造方法であって、前記多層膜の形成において、屈折率が１．６以上の材料から成る第１高屈折率層と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、酸化チタンと酸化ランタンとの混合物、酸化チタンと酸化ジルコニウムとの混合物、酸化チタンと酸化ディスプロシウムとの混合物、又は酸化アルミニウムと酸化ランタンとの混合物から成る第２高屈折率層と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストあり）であり、ＳｉＯ2から成る第１低屈折率層と、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、ＭｇＦ2から成る第２低屈折率層とを、以下の条件式（１）〜（３）を満足するように、前記第１低屈折率層及び前記第１高屈折率層の組み合わせで複数積層し、かつ、前記第２低屈折率層及び前記第２高屈折率層の組み合わせで複数積層し、イオンアシストなしで成膜した前記第２低屈折率層上に続けて積層する膜は、前記第２高屈折率層であって、かつ、イオンアシストなしでの成膜とすることを特徴とする。
０．２≦ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）≦２．０ …（１）
ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）≦２．０ …（２）
ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）≦２．０ …（３）
ただし、
ｄ（Ｌ１）：多層膜全体における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄ（Ｌ２）：多層膜全体における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ１）：多層膜の積層前半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ２）：多層膜の積層前半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ１）：多層膜の積層後半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ２）：多層膜の積層後半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
であり、多層膜全体の層数が偶数である場合、積層前半部分と積層後半部分とは同一層数に設定され、多層膜全体の層数が奇数である場合、積層前半部分は積層後半部分よりも１層多い層数に設定される。
A method for manufacturing an optical element according to a second aspect of the invention is a method for manufacturing an optical element having a multilayer film on a substrate. In the formation of the multilayer film, the first high refraction made of a material having a refractive index of 1.6 or more. The rate layer and the deposition method are vacuum deposition (no ion assist), a mixture of titanium oxide and lanthanum oxide, a mixture of titanium oxide and zirconium oxide, a mixture of titanium oxide and dysprosium oxide, or aluminum oxide The second high refractive index layer made of a mixture of lanthanum oxide and the film forming method is vacuum deposition (with ion assist), the first low refractive index layer made of SiO 2 and the film forming method is vacuum deposited (ion an assist none), and a second low refractive index layer made of MgF 2, the following conditional expressions (1) to (3) so as to satisfy, the first low refractive index layer and the first high refractive index Multiple products with layer combinations A plurality of layers of the second low-refractive index layer and the second high-refractive index layer, and subsequently stacked on the second low-refractive index layer formed without ion assist, The second high refractive index layer is formed without ion assist .
0.2 ≦ d (L2) / d (L1) ≦ 2.0 (1)
dA (L2) / dA (L1) ≦ 2.0 (2)
dB (L2) / dB (L1) ≦ 2.0 (3)
However,
d (L1): Total film thickness of the first low refractive index layer in the entire multilayer film,
d (L2): the total film thickness of the second low refractive index layer in the entire multilayer film,
dA (L1): the total film thickness of the first low refractive index layer in the first half of the multilayer film,
dA (L2): the total film thickness of the second low refractive index layer in the first half of the multilayer film,
dB (L1): the total film thickness of the first low refractive index layers in the latter half of the multilayer film,
dB (L2): the total film thickness of the second low refractive index layer in the latter half of the multilayer film,
When the number of layers of the entire multilayer film is an even number, the first half of the stack and the latter half of the stack are set to the same number of layers, and when the number of layers of the entire multilayer film is an odd number, the first half of the stack is the latter half of the stack The number of layers is set to be one layer higher than that.
本発明によれば、特定の条件を満たした構成になっているため、圧縮応力と引張応力とが相殺されて、総合的に応力の小さい多層膜となり、しかも、積層前半部分と積層後半部分のそれぞれで部分的に大きな引張応力を持つことがないため、膜われや剥がれの発生が防止される。したがって、膜われ，膜剥がれが無く、波面収差が小さく、しかも環境による特性変化や光損失の小さい多層膜を有する光学素子を実現することができる。 According to the present invention, because the configuration satisfies a specific condition, the compressive stress and the tensile stress are canceled out to form a multilayer film having a low overall stress, and the first half of the stack and the second half of the stack Since each does not have a partly large tensile stress, the occurrence of film cracking or peeling is prevented. Therefore, it is possible to realize an optical element having a multilayer film that is free from film peeling and film peeling, has a small wavefront aberration, and has a small characteristic change and light loss due to the environment.
以下、本発明に係る光学素子とその製造方法等を説明する。本発明に係る光学素子は、例えば図１に示すように、基板ＳＵ上に多層膜ＭＣを有する光学素子ＤＳであって、光ピックアップ装置等の光学製品に使用されるビームスプリッタやリフレクターに相当するものである。多層膜ＭＣは、例えば、光学部品のコーティングに用いられる偏光分離膜や反射膜であって、第１高屈折率層Ｈ１，第２高屈折率層Ｈ２，第１低屈折率層Ｌ１，及び第２低屈折率層Ｌ２を、第１低屈折率層Ｌ１及び第１高屈折率層Ｈ１の積層構造、並びに第２低屈折率層Ｌ２及び第２高屈折率層Ｈ２の積層構造としてそれぞれ複数有する構成になっている。したがって、第１高屈折率層Ｈ１は第１低屈折率層Ｌ１よりも屈折率が大きくなっており、第２高屈折率層Ｈ２は第２低屈折率層Ｌ２よりも屈折率が大きくなっている。なお、図１に示す多層膜ＭＣは、本発明に係る光学素子に用いられる多層膜の一例を模式的に示しているにすぎず、積層構造の配列，層数等はこれに限らない。 Hereinafter, an optical element and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described. The optical element according to the present invention is an optical element DS having a multilayer film MC on a substrate SU, for example, as shown in FIG. 1, and corresponds to a beam splitter or reflector used in an optical product such as an optical pickup device. Is. The multilayer film MC is, for example, a polarization separation film or a reflection film used for coating optical components, and includes a first high refractive index layer H1, a second high refractive index layer H2, a first low refractive index layer L1, and a first low refractive index layer L1. 2 A plurality of low refractive index layers L2 are provided as a laminated structure of the first low refractive index layer L1 and the first high refractive index layer H1, and a laminated structure of the second low refractive index layer L2 and the second high refractive index layer H2. It is configured. Therefore, the first high refractive index layer H1 has a higher refractive index than the first low refractive index layer L1, and the second high refractive index layer H2 has a higher refractive index than the second low refractive index layer L2. Yes. Note that the multilayer film MC shown in FIG. 1 only schematically shows an example of the multilayer film used in the optical element according to the present invention, and the arrangement of the laminated structure, the number of layers, and the like are not limited thereto.
第１高屈折率層Ｈ１は、屈折率が１．６以上の材料から成っている。第２高屈折率層Ｈ２は、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、酸化チタンと酸化ランタンとの混合物：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、酸化チタンと酸化ジルコニウムとの混合物：（Ｔｉ＋Ｚｒ）Ｏｘ、酸化チタンと酸化ディスプロシウムとの混合物：（Ｔｉ＋Ｄｙ）Ｏｘ、又は酸化アルミニウムと酸化ランタンとの混合物：（Ａｌ＋Ｌａ）Ｏｘから成っている。第１低屈折率層Ｌ１は、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストあり）であり、ＳｉＯ2から成っている。第２低屈折率層Ｌ２は、成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、ＭｇＦ2から成っている。 The first high refractive index layer H1 is made of a material having a refractive index of 1.6 or more. The second high refractive index layer H2 is formed by vacuum deposition (without ion assist), and a mixture of titanium oxide and lanthanum oxide: (Ti + La) Ox, a mixture of titanium oxide and zirconium oxide: (Ti + Zr) Ox A mixture of titanium oxide and dysprosium oxide: (Ti + Dy) Ox, or a mixture of aluminum oxide and lanthanum oxide: (Al + La) Ox. The first low-refractive index layer L1 is made of SiO 2 by a vacuum deposition method (with ion assist). The second low-refractive index layer L2 is made of MgF 2 by a vacuum deposition method (without ion assist).
さらに、第１低屈折率層Ｌ１と第２低屈折率層Ｌ２との膜厚比率に関して、以下の条件式（１）〜（３）を満足する構成になっている。
０．２≦ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）≦２．０ …（１）
ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）≦２．０ …（２）
ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）≦２．０ …（３）
ただし、
ｄ（Ｌ１）：多層膜ＭＣ全体における第１低屈折率層Ｌ１の合計膜厚、
ｄ（Ｌ２）：多層膜ＭＣ全体における第２低屈折率層Ｌ２の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ１）：多層膜ＭＣの積層前半部分ＭＡにおける第１低屈折率層Ｌ１の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ２）：多層膜ＭＣの積層前半部分ＭＡにおける第２低屈折率層Ｌ２の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ１）：多層膜ＭＣの積層後半部分ＭＢにおける第１低屈折率層Ｌ１の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ２）：多層膜ＭＣの積層後半部分ＭＢにおける第２低屈折率層Ｌ２の合計膜厚、
であり、多層膜ＭＣ全体の層数が偶数である場合、積層前半部分ＭＡと積層後半部分ＭＢとは同一層数に設定され、多層膜ＭＣ全体の層数が奇数である場合、積層前半部分ＭＡは積層後半部分ＭＢよりも１層多い層数に設定される。
Furthermore, regarding the film thickness ratio between the first low refractive index layer L1 and the second low refractive index layer L2, the following conditional expressions (1) to (3) are satisfied.
0.2 ≦ d (L2) / d (L1) ≦ 2.0 (1)
dA (L2) / dA (L1) ≦ 2.0 (2)
dB (L2) / dB (L1) ≦ 2.0 (3)
However,
d (L1): Total film thickness of the first low refractive index layer L1 in the entire multilayer film MC,
d (L2): the total film thickness of the second low refractive index layer L2 in the entire multilayer film MC,
dA (L1): the total film thickness of the first low refractive index layer L1 in the first half MA of the multilayer film MC,
dA (L2): the total film thickness of the second low refractive index layer L2 in the first half MA of the multilayer film MC,
dB (L1): the total film thickness of the first low refractive index layer L1 in the latter half MB of the multilayer film MC,
dB (L2): the total film thickness of the second low refractive index layer L2 in the latter half MB of the multilayer film MC,
In the case where the number of layers of the entire multilayer film MC is an even number, the first half portion MA and the second half portion MB of the stack are set to the same number of layers, and when the number of layers of the entire multilayer film MC is an odd number, the first half portion of the stack MA is set to the number of layers one layer higher than the latter half MB.
条件式（１）の条件範囲を外れると、多層膜ＭＣは総合的に大きな引張応力又は圧縮応力を持つことになり、２０ｍλｒｍｓを満たすことができなくなる。条件式（２）又は条件式（３）の条件範囲を外れると、多層膜ＭＣは部分的に大きな引張応力を持つことになり、その引張応力が膜われや剥がれを引き起こしてしまう。 If the condition range of the conditional expression (1) is not satisfied, the multilayer film MC generally has a large tensile stress or compressive stress and cannot satisfy 20 mλrms. If the condition range of the conditional expression (2) or the conditional expression (3) is not satisfied, the multilayer film MC partially has a large tensile stress, and the tensile stress causes film peeling or peeling.
それに対し、条件式（１）を満足する構成では、第１低屈折率層Ｌ１の圧縮応力と第２低屈折率層Ｌ２の引張応力とで応力相殺することができるため、多層膜ＭＣは総合的に応力の小さい積層膜となる。さらに、条件式（２）及び（３）を満足する構成では、積層前半部分ＭＡと積層後半部分ＭＢのそれぞれで部分的に大きな引張応力を持つことがないため、膜われや剥がれの発生を防止することができる。したがって、膜われ，膜間での剥がれ等が無く、波面収差を極力小さくした多層膜ＭＣを達成することができる。 On the other hand, in the configuration satisfying the conditional expression (1), since the stress can be canceled by the compressive stress of the first low refractive index layer L1 and the tensile stress of the second low refractive index layer L2, the multilayer film MC is comprehensive. Therefore, it becomes a laminated film with low stress. Furthermore, in the configuration satisfying the conditional expressions (2) and (3), the first half portion MA and the second half portion MB of the stack do not have a large tensile stress in part, so that the occurrence of film cracking or peeling is prevented. can do. Therefore, it is possible to achieve a multilayer film MC in which the wavefront aberration is minimized as long as there is no film cracking or peeling between the films.
第２高屈折率層Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ，（Ｔｉ＋Ｚｒ）Ｏｘ，（Ｔｉ＋Ｄｙ）Ｏｘ，（Ａｌ＋Ｌａ）Ｏｘ，及び第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2は、真空蒸着（アシストをしない）で成膜したものでも、光損失，環境による特性変化が小さい材料である。また、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2は、イオンアシストすると劣化して、光損失が発生する材料であり、真空蒸着（アシストをしない）で成膜しても、その次に積層する材料をイオンアシストするとその影響を受けて光損失が発生してしまう。第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の場合、真空蒸着（アシストをしない）で成膜すると環境による特性変化（例えば、水分による屈折率変化）が大きくなってしまうが、イオンアシストをすると特性変化を抑えることができる。 The material of the second high-refractive index layer H2: (Ti + La) Ox, (Ti + Zr) Ox, (Ti + Dy) Ox, (Al + La) Ox, and the material of the second low-refractive index layer L2: MgF 2 are vacuum-deposited (assist No.) is a material with small optical loss and changes in properties due to the environment. The material of the second low-refractive index layer L2: MgF 2 is a material that deteriorates when ion-assisted and causes optical loss. Even if the film is formed by vacuum deposition (without assist), it is laminated next. If the material to be ion-assisted is affected, light loss will occur. In the case of the material of the first low-refractive index layer L1: SiO 2 , if the film is formed by vacuum deposition (without assist), characteristic changes due to the environment (for example, refractive index change due to moisture) increase. Changes in characteristics can be suppressed.
光ピックアップ装置等の光学製品に使用されるビームスプリッタやリフレクターでは、光損失や環境による特性変化を極力小さくする必要がある。本発明に係る光学素子ＤＳは、前述したように、第１低屈折率層Ｌ１及び第１高屈折率層Ｈ１の積層構造、並びに第２低屈折率層Ｌ２及び第２高屈折率層Ｈ２の積層構造をそれぞれ複数有する構成になっており、第１低屈折率層Ｌ１にＳｉＯ2（イオンアシスト成膜）を用い、第２低屈折率層Ｌ２にＭｇＦ2（真空蒸着）を用い、第２低屈折率層Ｌ２の次に成膜する第２高屈折率層Ｈ２を特定の混合酸化物：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ，（Ｔｉ＋Ｚｒ）Ｏｘ，（Ｔｉ＋Ｄｙ）Ｏｘ，又は（Ａｌ＋Ｌａ）Ｏｘで真空蒸着（イオンアシストなし）により成膜する構成とすることによって、光損失や環境による特性変化を抑えるようにしている。 In beam splitters and reflectors used in optical products such as optical pickup devices, it is necessary to minimize changes in characteristics due to light loss and the environment. As described above, the optical element DS according to the present invention includes the laminated structure of the first low refractive index layer L1 and the first high refractive index layer H1, and the second low refractive index layer L2 and the second high refractive index layer H2. Each of the layers has a plurality of laminated structures, SiO 2 (ion-assisted film formation) is used for the first low refractive index layer L1, MgF 2 (vacuum deposition) is used for the second low refractive index layer L2, and the second The second high-refractive-index layer H2 to be formed next to the low-refractive-index layer L2 is vacuum-deposited with a specific mixed oxide: (Ti + La) Ox, (Ti + Zr) Ox, (Ti + Dy) Ox, or (Al + La) Ox (ion) By adopting a configuration in which film formation is performed without assistance, changes in characteristics due to light loss and the environment are suppressed.
つまり、この構成によると、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2を採用することにより、イオンアシスト効果を得ることができ、第２高屈折率層Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ，（Ｔｉ＋Ｚｒ）Ｏｘ，（Ｔｉ＋Ｄｙ）Ｏｘ又は（Ａｌ＋Ｌａ）Ｏｘを採用することにより、環境による特性変化を抑えることができる。また、ＭｇＦ2から成る第２低屈折率層Ｌ２と特定の混合酸化物から成る第２高屈折率層Ｈ２の成膜を、イオンアシストしない真空蒸着で行うことにより、光損失を抑えることができる。したがって、全体として環境による特性変化や光損失を抑えた多層膜ＭＣを達成することができる。 That is, according to this configuration, by adopting the material of the first low refractive index layer L1: SiO 2 , an ion assist effect can be obtained, and the material of the second high refractive index layer H2: (Ti + La) Ox, ( By adopting (Ti + Zr) Ox, (Ti + Dy) Ox or (Al + La) Ox, it is possible to suppress changes in characteristics due to the environment. Further, the optical loss can be suppressed by forming the second low refractive index layer L2 made of MgF 2 and the second high refractive index layer H2 made of a specific mixed oxide by vacuum deposition without ion assist. . Therefore, it is possible to achieve the multilayer film MC that suppresses the change in characteristics and light loss due to the environment as a whole.
以下、本発明を実施した光学素子等を更に具体的に説明する。図２（平面図）と図３（正面図）に光ピックアップ装置ＯＰの光学構成を示し、図４に光ピックアップ装置ＯＰに搭載されるビームスプリッタＢＳの一例を示し、図５に光ピックアップ装置ＯＰに搭載されるリフレクターＲＦの一例を示す。光ピックアップ装置ＯＰは、半導体レーザ（レーザーダイオード）ＬＤ，回折格子ＧＴ，ビームスプリッタＢＳ，コリメートレンズＣＬ，リフレクターＲＦ，対物レンズＯＬ，フォトディテクターＰＤ等から成っている（ＡＸ：光軸）。 Hereafter, the optical element etc. which implemented this invention are demonstrated more concretely. 2 (plan view) and FIG. 3 (front view) show the optical configuration of the optical pickup device OP, FIG. 4 shows an example of a beam splitter BS mounted on the optical pickup device OP, and FIG. 5 shows the optical pickup device OP. An example of the reflector RF mounted on is shown. The optical pickup device OP includes a semiconductor laser (laser diode) LD, a diffraction grating GT, a beam splitter BS, a collimator lens CL, a reflector RF, an objective lens OL, a photodetector PD, and the like (AX: optical axis).
半導体レーザＬＤから射出したレーザー光は、トラッキングのためのビーム分割を行う回折格子ＧＴを通過した後、その一部がビームスプリッタＢＳで反射される。ビームスプリッタＢＳで反射したレーザー光は、コリメートレンズＣＬで平行光となり、リフレクターＲＦで反射した後、対物レンズＯＬにより光ディスク（不図示）上で結像する。光ディスクで反射した戻り光は、対物レンズＯＬ、リフレクターＲＦ、コリメートレンズＣＬを順に戻って、その一部がビームスプリッタＢＳを透過する。ビームスプリッタＢＳを透過したレーザー光は、フォトディテクターＰＤで受光されて、光情報が電気信号に変換される。 The laser light emitted from the semiconductor laser LD passes through the diffraction grating GT that performs beam splitting for tracking, and then a part of the laser light is reflected by the beam splitter BS. The laser light reflected by the beam splitter BS becomes parallel light by the collimator lens CL, is reflected by the reflector RF, and then forms an image on an optical disk (not shown) by the objective lens OL. The return light reflected by the optical disk returns in order to the objective lens OL, the reflector RF, and the collimating lens CL, and part of the light passes through the beam splitter BS. The laser light transmitted through the beam splitter BS is received by the photodetector PD, and the optical information is converted into an electrical signal.
ビームスプリッタＢＳは、図４に示すように、２つの三角プリズムＰ１，Ｐ２を接着して成るものであり、その接着面にはビームスプリッタコートＢＳＣが成膜されている。またリフレクターＲＦは、図５に示すように、平行平板上のガラスの表面にリフレクトコートＲＦＣが成膜されたものである。ビームスプリッタＢＳやリフレクターＲＦは、前述した光学素子ＤＳに相当するものであり、ビームスプリッタコートＢＳＣやリフレクトコートＲＦＣは、前述した多層膜ＭＣに相当するものである。したがって、用いる多層膜により、ビームスプリッタプリズム，リフレクトプリズム，ビームスプリッタミラー，リフレクトミラー等の光学素子を構成することができる。 As shown in FIG. 4, the beam splitter BS is formed by bonding two triangular prisms P1 and P2, and a beam splitter coat BSC is formed on the bonding surface. Further, as shown in FIG. 5, the reflector RF is obtained by forming a reflect coat RFC on the surface of glass on a parallel plate. The beam splitter BS and the reflector RF correspond to the optical element DS described above, and the beam splitter coat BSC and the reflect coat RFC correspond to the multilayer film MC described above. Therefore, an optical element such as a beam splitter prism, a reflect prism, a beam splitter mirror, or a reflect mirror can be configured by the multilayer film to be used.
次に、多層膜ＭＣに相当する偏光分離膜、及び光学素子ＤＳに相当する偏光ビームスプリッタプリズムを例に挙げて、その実施例及び比較例を更に具体的に説明する。表１〜表９に比較例１〜９の偏光ビームスプリッタの膜構成をそれぞれ示し、表１０〜表１４に実施例１〜５の偏光ビームスプリッタの膜構成をそれぞれ示す。表１〜表１４中の屈折率は波長４０５ｎｍに対するものであり、基板（ＢＫ７）と接着剤の屈折率は１．５２（波長４０５ｎｍ）である。また、偏光分離膜の成膜方法に関しては、ＶＤが真空蒸着（イオンアシストなし）を示しており、ＩＡＤがイオンアシスト成膜：真空蒸着（イオンアシストあり）を示している。 Next, the example and the comparative example will be described more specifically by taking as an example a polarization separation film corresponding to the multilayer film MC and a polarization beam splitter prism corresponding to the optical element DS. Tables 1 to 9 show the film configurations of the polarizing beam splitters of Comparative Examples 1 to 9, respectively, and Tables 10 to 14 show the film configurations of the polarizing beam splitters of Examples 1 to 5, respectively. The refractive indexes in Tables 1 to 14 are relative to a wavelength of 405 nm, and the refractive indexes of the substrate (BK7) and the adhesive are 1.52 (wavelength 405 nm). Further, regarding the method for forming the polarization separation film, VD indicates vacuum deposition (without ion assist), and IAD indicates ion assist deposition: vacuum deposition (with ion assist).
表１は、比較例１の膜構成を示している。比較例１はＴｉＯ2、ＳｉＯ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第１高屈折率層Ｈ１の材料：ＴｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜である。これによれば、特性変化，光損失を抑えることができるが、全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が０（≦０．２）となるため、大きな圧縮応力で波面収差が大きくなってしまう。 Table 1 shows the film configuration of Comparative Example 1. Comparative Example 1 is composed of TiO 2 and SiO 2 , the material of the first low refractive index layer L 1: the method of forming SiO 2 is ion-assisted film formation, and the material of the first high refractive index layer H 1: TiO 2 The second film formation method is ion-assisted film formation. According to this, characteristic change and optical loss can be suppressed, but since the overall film thickness ratio: d (L2) / d (L1) is 0 (≦ 0.2), the wavefront is generated with a large compressive stress. Aberration increases.
表２は、比較例２の膜構成を示している。比較例２はＴａ2Ｏ5、ＭｇＦ2から構成されており、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第２高屈折率層Ｈ２の材料：Ｔａ2Ｏ5の成膜方法はイオンアシスト成膜である。これによれば、特性変化を抑えることができるが、ＭｇＦ2が光損失を起こす上に、全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がともに∞となり、大きな引張応力を持つため、波面収差が大きくなる上に膜われや剥離を引き起こしてしまう。 Table 2 shows the film configuration of Comparative Example 2. Comparative Example 2 is composed of Ta 2 O 5 and MgF 2 , the material for the second low refractive index layer L2: MgF 2 is formed by vacuum deposition, and the material for the second high refractive index layer H2 is Ta. The film formation method for 2 O 5 is ion-assisted film formation. According to this, the change in characteristics can be suppressed, but MgF 2 causes optical loss, and the overall film thickness ratio: d (L2) / d (L1), the film thickness ratio in the first half portion MA of the stack. : DA (L2) / dA (L1), film thickness ratio in the latter half of the layer MB: dB (L2) / dB (L1) are both infinite and have large tensile stress. It will cause cracking and peeling.
表３は、比較例３の膜構成を示している。比較例３は（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＭｇＦ2から構成されており、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第２高屈折率層Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。これによれば、特性変化，光損失を抑えることはできるが、全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がともに∞となり、大きな引張応力を持つため、波面収差が大きくなる上に膜われや剥離を引き起こしてしまう。 Table 3 shows the film configuration of Comparative Example 3. Comparative Example 3 is composed of (Ti + La) Ox and MgF 2. The material of the second low refractive index layer L2: The method of forming the MgF 2 is vacuum deposition, and the material of the second high refractive index layer H2: ( The film formation method of Ti + La) Ox is vacuum deposition. According to this, although the characteristic change and the optical loss can be suppressed, the film thickness ratio in the whole: d (L2) / d (L1), the film thickness ratio in the first half layer portion MA: dA (L2) / dA (L1), the film thickness ratio in the latter half of the layer MB: dB (L2) / dB (L1) is both ∞ and has a large tensile stress, which increases wavefront aberration and causes film cracking and peeling. .
表４は、比較例４の膜構成を示している。比較例４は（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、積層前半部分ＭＡではＳｉＯ2を第１低屈折率層Ｌ１とし、積層後半部分ＭＢではＭｇＦ2を第２低屈折率層Ｌ２とする構成になっている。第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。これによれば、特性変化，光損失を抑えることはできるが、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）が∞となり、大きな引張応力を持つため、膜われや剥離を引き起こしてしまう。 Table 4 shows the film configuration of Comparative Example 4. Comparative Example 4 is composed of (Ti + La) Ox, SiO 2 , and MgF 2 , and SiO 2 is the first low refractive index layer L1 in the first half layer portion MA and MgF 2 is the second low refractive index in the second half portion layer MB. The layer L2 is configured. The first low refractive index layer L1 material: SiO 2 is formed by ion-assisted film formation, and the second low refractive index layer L2 material: MgF 2 is formed by vacuum deposition. (2) Material of the high refractive index layers H1 and H2: The method of forming (Ti + La) Ox is vacuum deposition. According to this, characteristic change and optical loss can be suppressed, but the film thickness ratio in the latter half of the layer MB: dB (L2) / dB (L1) becomes ∞ and has a large tensile stress. It will cause peeling.
表５は、比較例５の膜構成を示している。比較例５は（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、積層前半部分ＭＡではＭｇＦ2を第２低屈折率層Ｌ２とし、積層後半部分ＭＢではＳｉＯ2を第１低屈折率層Ｌ１とする構成になっている。第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。これによれば、特性変化，光損失を抑えることはできるが、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）が∞となり、大きな引張応力を持つため、膜われや剥離を引き起こしてしまう。 Table 5 shows the film configuration of Comparative Example 5. Comparative Example 5 is composed of (Ti + La) Ox, SiO 2 , MgF 2 , and MgF 2 is used as the second low refractive index layer L2 in the first half layer portion MA, and SiO 2 is the first low refractive index in the second half portion layer MB. The layer L1 is configured. The first low refractive index layer L1 material: SiO 2 is formed by ion-assisted film formation, and the second low refractive index layer L2 material: MgF 2 is formed by vacuum deposition. (2) Material of the high refractive index layers H1 and H2: The method of forming (Ti + La) Ox is vacuum deposition. According to this, although the characteristic change and the optical loss can be suppressed, the film thickness ratio in the first half of the stack MA: dA (L2) / dA (L1) becomes ∞ and has a large tensile stress. It will cause peeling.
表６は、比較例６の膜構成を示している。比較例６はＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：ＴｉＯ2の成膜方法は真空蒸着である。これによれば、光損失を抑えることができ、全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が０．９６で条件式（１）の範囲内となり、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がそれぞれ０．８５、１．０５で条件式（２），（３）の範囲内となる。したがって、波面収差を小さくできる上に膜われや剥離を回避できるが、ＴｉＯ2膜を緻密にすることができず、環境による性能変化が起こってしまう（特性≧２％、収差≧３％）。 Table 6 shows the film configuration of Comparative Example 6. Comparative Example 6 is composed of TiO 2 , SiO 2 , and MgF 2. The material of the first low refractive index layer L 1: The film forming method of SiO 2 is ion-assisted film formation, and the second low refractive index layer L 2 The film forming method of the material: MgF 2 is vacuum vapor deposition, and the film forming method of the material: TiO 2 of the first and second high refractive index layers H1, H2 is vacuum vapor deposition. According to this, the optical loss can be suppressed, and the overall film thickness ratio: d (L2) / d (L1) is 0.96, which is within the range of the conditional expression (1). The film thickness ratio: dA (L2) / dA (L1), and the film thickness ratio in the latter half portion MB: dB (L2) / dB (L1) are 0.85 and 1.05, respectively. Within the range of 3). Therefore, wavefront aberration can be reduced, and film formation and peeling can be avoided, but the TiO 2 film cannot be made dense, and performance changes due to the environment (characteristic ≧ 2%, aberration ≧ 3%).
表７は、比較例７の膜構成を示している。ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：ＴｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜である。これによれば、特性変化を小さくすることができ、全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が１．１６で条件式（１）の範囲内となり、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がそれぞれ１．２２、１．１３で条件式（２），（３）の範囲内となる。したがって、波面収差を小さくできる上に膜われや剥離を回避できるが、ＭｇＦ2の後にイオンアシスト成膜をすることになるため、ＭｇＦ2にダメージを与えて光損失を起こしてしまう（≧３％）。 Table 7 shows the film configuration of Comparative Example 7. It is composed of TiO 2 , SiO 2 , and MgF 2. The material of the first low refractive index layer L 1: The method of forming SiO 2 is ion-assisted film formation, and the material of the second low refractive index layer L 2 : MgF 2. The film forming method is vacuum deposition, and the film forming method of the first and second high refractive index layers H1 and H2: TiO 2 is ion-assisted film forming. According to this, the characteristic change can be reduced, and the overall film thickness ratio: d (L2) / d (L1) is within the range of the conditional expression (1) at 1.16, and in the first half layer portion MA Film thickness ratio: dA (L2) / dA (L1), film thickness ratio in the latter half of the layer MB: dB (L2) / dB (L1) are 1.22 and 1.13, respectively. Within the range of (3). Thus, it can be avoided film cracking and peeling on which can reduce the wavefront aberration, because that will ion-assisted deposition after MgF 2, would cause light loss damage the MgF 2 (≧ 3% ).
表８は、比較例８の膜構成を示している。（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。これによれば、特性変化，光損失を抑えることができるが、全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が０．１９で条件式（１）の範囲外となる。したがって、大きな圧縮応力を持ち、波面収差が大きくなってしまう（≧２０ｍλｒｍｓ）。 Table 8 shows the film configuration of Comparative Example 8. It is made of (Ti + La) Ox, SiO 2 , and MgF 2. The material of the first low refractive index layer L1: The film formation method of SiO 2 is ion-assisted film formation, and the material of the second low refractive index layer L2: The film formation method of MgF 2 is vacuum deposition, and the film formation method of the materials of the first and second high refractive index layers H1 and H2: (Ti + La) Ox is vacuum deposition. According to this, characteristic change and light loss can be suppressed, but the total film thickness ratio: d (L2) / d (L1) is 0.19, which is outside the range of the conditional expression (1). Therefore, it has a large compressive stress and the wavefront aberration becomes large (≧ 20 mλrms).
表９は、比較例９の膜構成を示している。（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。これによれば、特性変化，光損失を抑えることができるが、全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がそれぞれ２．１５、２．１５、２．１５で、条件式（１）〜（３）の範囲外となる。したがって、大きな引張応力を持つため、膜われや剥離を引き起こしてしまう。 Table 9 shows the film configuration of Comparative Example 9. It is made of (Ti + La) Ox, SiO 2 , and MgF 2. The material of the first low refractive index layer L1: The film formation method of SiO 2 is ion-assisted film formation, and the material of the second low refractive index layer L2: The film formation method of MgF 2 is vacuum deposition, and the film formation method of the materials of the first and second high refractive index layers H1 and H2: (Ti + La) Ox is vacuum deposition. According to this, characteristic change and optical loss can be suppressed, but the overall film thickness ratio: d (L2) / d (L1), the film thickness ratio in the first half layer portion MA: dA (L2) / dA (L1), film thickness ratio in the latter half of the layer MB: dB (L2) / dB (L1) are 2.15, 2.15, and 2.15, respectively, out of the range of conditional expressions (1) to (3) It becomes. Therefore, since it has a large tensile stress, it causes film cracking and peeling.
表１０は、実施例１の膜構成を示している。（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が１．００で条件式（１）の範囲内となり、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がそれぞれ０．７５、１．２６で条件式（２），（３）の範囲内となる。これによれば、特性変化，光損失を抑えた上に応力も小さくすることができるので、波面収差を小さくできる上に膜われや剥離も回避できる。 Table 10 shows the film configuration of Example 1. It is made of (Ti + La) Ox, SiO 2 , and MgF 2. The material of the first low refractive index layer L1: The film formation method of SiO 2 is ion-assisted film formation, and the material of the second low refractive index layer L2: The film formation method of MgF 2 is vacuum deposition, and the film formation method of the materials of the first and second high refractive index layers H1 and H2: (Ti + La) Ox is vacuum deposition. Total film thickness ratio: d (L2) / d (L1) is 1.00, which is within the range of the conditional expression (1), and the film thickness ratio in the first half of the stack MA: dA (L2) / dA (L1) The film thickness ratio in the latter half of the layer MB: dB (L2) / dB (L1) is within 0.75 and 1.26, respectively, within the ranges of the conditional expressions (2) and (3). According to this, since it is possible to reduce the stress while suppressing the characteristic change and the optical loss, it is possible to reduce the wavefront aberration and to avoid film peeling and peeling.
表１１は、実施例２の膜構成を示している。（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が０．４７で条件式（１）の範囲内となり、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がそれぞれ０．４８、０．４６で条件式（２），（３）の範囲内となる。これによれば、特性変化，光損失を抑えた上に応力も小さくすることができるので、波面収差を小さくできる上に膜われや剥離も回避できる。 Table 11 shows the film configuration of Example 2. It is made of (Ti + La) Ox, SiO 2 , and MgF 2. The material of the first low refractive index layer L1: The film formation method of SiO 2 is ion-assisted film formation, and the material of the second low refractive index layer L2: The film formation method of MgF 2 is vacuum deposition, and the film formation method of the materials of the first and second high refractive index layers H1 and H2: (Ti + La) Ox is vacuum deposition. Total film thickness ratio: d (L2) / d (L1) is 0.47, which is within the range of the conditional expression (1), and the film thickness ratio in the first half layer portion MA: dA (L2) / dA (L1) The film thickness ratio in the latter half of the layer MB: dB (L2) / dB (L1) is 0.48 and 0.46, respectively, and falls within the ranges of the conditional expressions (2) and (3). According to this, since it is possible to reduce the stress while suppressing the characteristic change and the optical loss, it is possible to reduce the wavefront aberration and to avoid film peeling and peeling.
表１２は、実施例３の膜構成を示している。（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が１．８８で条件式（１）の範囲内となり、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がそれぞれ１．９２、１．８５で条件式（２），（３）の範囲内となる。これによれば、特性変化，光損失を抑えた上に応力も小さくすることができるので、波面収差を小さくできる上に膜われや剥離も回避できる。 Table 12 shows the film configuration of Example 3. It is made of (Ti + La) Ox, SiO 2 , and MgF 2. The material of the first low refractive index layer L1: The film formation method of SiO 2 is ion-assisted film formation, and the material of the second low refractive index layer L2: The film formation method of MgF 2 is vacuum deposition, and the film formation method of the materials of the first and second high refractive index layers H1 and H2: (Ti + La) Ox is vacuum deposition. Total film thickness ratio: d (L2) / d (L1) is 1.88, which is within the range of the conditional expression (1), and the film thickness ratio in the first half layer portion MA: dA (L2) / dA (L1) The film thickness ratio in the latter half of the layer MB: dB (L2) / dB (L1) is 1.92 and 1.85, respectively, within the ranges of the conditional expressions (2) and (3). According to this, since it is possible to reduce the stress while suppressing the characteristic change and the optical loss, it is possible to reduce the wavefront aberration and to avoid film peeling and peeling.
表１３は、実施例４の膜構成を示している。（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が０．２５で条件式（１）の範囲内となり、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がそれぞれ０．２３、０．２７で条件式（２），（３）の範囲内となる。これによれば、特性変化，光損失を抑えた上に応力も小さくすることができるので、波面収差を小さくできる上に膜われや剥離も回避できる。 Table 13 shows the film configuration of Example 4. It is made of (Ti + La) Ox, SiO 2 , and MgF 2. The material of the first low refractive index layer L1: The film formation method of SiO 2 is ion-assisted film formation, and the material of the second low refractive index layer L2: The film formation method of MgF 2 is vacuum deposition, and the film formation method of the materials of the first and second high refractive index layers H1 and H2: (Ti + La) Ox is vacuum deposition. Total film thickness ratio: d (L2) / d (L1) is 0.25, which is within the range of conditional expression (1), and the film thickness ratio in the first half of the layer MA: dA (L2) / dA (L1) The film thickness ratio in the latter half of the layer MB: dB (L2) / dB (L1) is 0.23 and 0.27, respectively, and is within the range of conditional expressions (2) and (3). According to this, since it is possible to reduce the stress while suppressing the characteristic change and the optical loss, it is possible to reduce the wavefront aberration and to avoid film peeling and peeling.
表１４は、実施例５の膜構成を示している。（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2から構成されており、第１低屈折率層Ｌ１の材料：ＳｉＯ2の成膜方法はイオンアシスト成膜であり、第２低屈折率層Ｌ２の材料：ＭｇＦ2の成膜方法は真空蒸着であり、第１，第２高屈折率層Ｈ１，Ｈ２の材料：（Ｔｉ＋Ｌａ）Ｏｘの成膜方法は真空蒸着である。全体での膜厚比：ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）が０．２４で条件式（１）の範囲内となり、積層前半部分ＭＡでの膜厚比：ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）、積層後半部分ＭＢでの膜厚比：ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）がそれぞれ０．７９、０で条件式（２），（３）の範囲内となる。これによれば、特性変化，光損失を抑えた上に応力も小さくすることができるので、波面収差を小さくできる上に膜われや剥離も回避できる。 Table 14 shows the film configuration of Example 5. It is made of (Ti + La) Ox, SiO 2 , and MgF 2. The material of the first low refractive index layer L1: The film formation method of SiO 2 is ion-assisted film formation, and the material of the second low refractive index layer L2: The film formation method of MgF 2 is vacuum deposition, and the film formation method of the materials of the first and second high refractive index layers H1 and H2: (Ti + La) Ox is vacuum deposition. Total film thickness ratio: d (L2) / d (L1) is 0.24, which is within the range of conditional expression (1), and the film thickness ratio in the first half of the stack MA: dA (L2) / dA (L1) The film thickness ratio at the latter half of the layer MB: dB (L2) / dB (L1) is 0.79 and 0, respectively, and is within the range of conditional expressions (2) and (3). According to this, since it is possible to reduce the stress while suppressing the characteristic change and the optical loss, it is possible to reduce the wavefront aberration and to avoid film peeling and peeling.
表１５に比較例１〜９と実施例１〜５の膜構成を示し、表１６に比較例１〜９と実施例１〜５の性能評価結果を示す。評価サンプルは□２．５ｍｍキューブプリズム（３９５〜４２０ｎｍ偏光ビームスプリッタ）であり、評価方法及び判断基準はそれぞれ以下のとおりである。また、図６及び図７に実施例１のＳ偏光反射分光特性及びＰ偏光透過分光特性をそれぞれ示し、図８及び図９に、実施例２のＳ偏光反射分光特性及びＰ偏光透過分光特性をそれぞれ示す。Ｓ偏光の反射率Ｒｓ（図６，図８）とＰ偏光の透過率Ｔｐ（図７，図９）は、ビームスプリッタＢＳの入射平面に対する入射角度０°，±６°での値で示している。 Table 15 shows the film configurations of Comparative Examples 1 to 9 and Examples 1 to 5, and Table 16 shows the performance evaluation results of Comparative Examples 1 to 9 and Examples 1 to 5. The evaluation sample is a □ 2.5 mm cube prism (395-420 nm polarizing beam splitter), and the evaluation method and the judgment criteria are as follows. FIGS. 6 and 7 show the S-polarized reflection spectral characteristics and P-polarized transmission spectral characteristics of Example 1, respectively. FIGS. 8 and 9 show the S-polarized reflection spectral characteristics and P-polarized transmission spectral characteristics of Example 2, respectively. Each is shown. The S-polarized light reflectance Rs (FIGS. 6 and 8) and the P-polarized light transmittance Tp (FIGS. 7 and 9) are shown as values at incident angles of 0 ° and ± 6 ° with respect to the incident plane of the beam splitter BS. Yes.
《波面収差》
［評価方法］
干渉計による反射波面測定（０°入射、４０５ｎｍ、φ２．０ｍｍ平行光束）を行った。
［判断基準］
２０ｍλｒｍｓ以上ならば×とし、それ以外を○とした。
<Wavefront aberration>
[Evaluation method]
Reflected wavefront measurement with an interferometer (0 ° incidence, 405 nm, φ2.0 mm parallel light flux) was performed.
[Judgment criteria]
If it was 20 mλrms or more, it was marked as “x”, and the others were marked as “◯”.
《環境による特性変化》
［評価方法］
６０℃，９０％の環境に５００時間投入し、事前事後の外観，波面収差，分光特性を測定し、変化量で評価した。
外観：目視
分光特性：分光光度計による反射率・透過率を測定した（０°入射、３９５〜４２０ｎｍ）。
波面収差：干渉計による反射波面測定した（０°入射、４０５ｎｍ、φ２．０ｍｍ平行光束）。
［判断基準］
以下３項目のうち１項目でも該当すれば×とし、それ以外を○とした。
外観：色ムラが少しでも出ている。
分光特性：事前事後の変化量が２％以上である。
波面収差：事前事後の変化量が３ｍλｒｍｓ以上である。
<Characteristic changes due to environment>
[Evaluation method]
The sample was put in an environment of 60 ° C. and 90% for 500 hours, and the appearance, wavefront aberration, and spectral characteristics after the previous and subsequent measurements were measured and evaluated by the amount of change.
Appearance: Visual Spectral characteristics: Reflectance / transmittance was measured with a spectrophotometer (incident at 0 °, 395-420 nm).
Wavefront aberration: The reflected wavefront was measured by an interferometer (0 ° incidence, 405 nm, φ2.0 mm parallel light flux).
[Judgment criteria]
If one of the following three items is applicable, it was marked as x, and the others were marked as ◯.
Appearance: Color unevenness appears even a little.
Spectral characteristics: The amount of change after the fact is 2% or more.
Wavefront aberration: The amount of change before and after is 3 mλrms or more.
《光損失》
［評価方法］
分光光度計による反射率・透過率を測定した（０°入射、３９５〜４２０ｎｍ）。
［判断基準］
（１００％−（反射率＋透過率））が３％以上ならば×とし、それ以外を○とした。
《Light loss》
[Evaluation method]
The reflectance / transmittance was measured with a spectrophotometer (incident at 0 °, 395 to 420 nm).
[Judgment criteria]
When (100% − (reflectance + transmittance)) was 3% or more, it was evaluated as x, and the others were evaluated as ◯.
《膜われ，剥離》
［評価方法］
目視
［判断基準］
われや剥がれが少しでも出ていれば×とし、それ以外を○とした。
《Membrane, peeling》
[Evaluation method]
Visual [criteria]
If cracks or peeling occurred even a little, it was marked as x, and the others were marked as o.
ＭＣ 多層膜
ＭＡ 積層前半部分
ＭＢ 積層後半部分
Ｈ１ 第１高屈折率層
Ｈ２ 第２高屈折率層
Ｌ１ 第１低屈折率層
Ｌ２ 第２低屈折率層
ＤＳ 光学素子
ＳＵ 基板
ＯＰ 光ピックアップ装置
ＢＳ ビームスプリッタ（光学素子）
ＢＳＣ ビームスプリッタコート（多層膜）
ＲＦ リフレクター（光学素子）
ＲＦＣ リフレクトコート（多層膜）
ＡＸ 光軸
MC multilayer film MA first half of the stack MB second half of the stack H1 first high refractive index layer H2 second high refractive index layer L1 first low refractive index layer L2 second low refractive index layer DS optical element SU substrate OP optical pickup device BS beam Splitter (optical element)
BSC Beam splitter coat (Multilayer film)
RF reflector (optical element)
RFC reflect coat (multilayer film)
AX optical axis
Claims (2)
屈折率が１．６以上の材料から成る第１高屈折率層と、
成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、酸化チタンと酸化ランタンとの混合物、酸化チタンと酸化ジルコニウムとの混合物、酸化チタンと酸化ディスプロシウムとの混合物、又は酸化アルミニウムと酸化ランタンとの混合物から成る第２高屈折率層と、
成膜方法が真空蒸着（イオンアシストあり）であり、ＳｉＯ2から成る第１低屈折率層と、
成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、ＭｇＦ2から成る第２低屈折率層とを、
前記第１低屈折率層及び前記第１高屈折率層の積層構造、並びに前記第２低屈折率層及び前記第２高屈折率層の積層構造としてそれぞれ複数有し、
イオンアシストなしで成膜した前記第２低屈折率層上に続けて積層する膜は、前記第２高屈折率層であって、かつ、イオンアシストなしでの成膜であり、
以下の条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とする光学素子；
０．２≦ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）≦２．０ …（１）
ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）≦２．０ …（２）
ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）≦２．０ …（３）
ただし、
ｄ（Ｌ１）：多層膜全体における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄ（Ｌ２）：多層膜全体における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ１）：多層膜の積層前半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ２）：多層膜の積層前半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ１）：多層膜の積層後半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ２）：多層膜の積層後半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
であり、多層膜全体の層数が偶数である場合、積層前半部分と積層後半部分とは同一層数に設定され、多層膜全体の層数が奇数である場合、積層前半部分は積層後半部分よりも１層多い層数に設定される。 An optical element having a multilayer film on a substrate, wherein the multilayer film is
A first high refractive index layer made of a material having a refractive index of 1.6 or more;
The film formation method is vacuum deposition (without ion assist), and a mixture of titanium oxide and lanthanum oxide, a mixture of titanium oxide and zirconium oxide, a mixture of titanium oxide and dysprosium oxide, or aluminum oxide and lanthanum oxide. A second high refractive index layer comprising a mixture of
The film forming method is vacuum deposition (with ion assist), a first low refractive index layer made of SiO 2 ,
The film forming method is vacuum deposition (without ion assist), and a second low refractive index layer made of MgF 2 is used.
A plurality of laminated structures of the first low refractive index layer and the first high refractive index layer, and a laminated structure of the second low refractive index layer and the second high refractive index layer;
The film continuously laminated on the second low refractive index layer formed without ion assist is the second high refractive index layer and is formed without ion assist.
An optical element that satisfies the following conditional expressions (1) to (3):
0.2 ≦ d (L2) / d (L1) ≦ 2.0 (1)
dA (L2) / dA (L1) ≦ 2.0 (2)
dB (L2) / dB (L1) ≦ 2.0 (3)
However,
d (L1): Total film thickness of the first low refractive index layer in the entire multilayer film,
d (L2): the total film thickness of the second low refractive index layer in the entire multilayer film,
dA (L1): the total film thickness of the first low refractive index layer in the first half of the multilayer film,
dA (L2): the total film thickness of the second low refractive index layer in the first half of the multilayer film,
dB (L1): the total film thickness of the first low refractive index layers in the latter half of the multilayer film,
dB (L2): the total film thickness of the second low refractive index layer in the latter half of the multilayer film,
When the number of layers of the entire multilayer film is an even number, the first half of the stack and the latter half of the stack are set to the same number of layers, and when the number of layers of the entire multilayer film is an odd number, the first half of the stack is the latter half of the stack The number of layers is set to be one layer higher than that.
屈折率が１．６以上の材料から成る第１高屈折率層と、
成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、酸化チタンと酸化ランタンとの混合物、酸化チタンと酸化ジルコニウムとの混合物、酸化チタンと酸化ディスプロシウムとの混合物、又は酸化アルミニウムと酸化ランタンとの混合物から成る第２高屈折率層と、
成膜方法が真空蒸着（イオンアシストあり）であり、ＳｉＯ2から成る第１低屈折率層と、
成膜方法が真空蒸着（イオンアシストなし）であり、ＭｇＦ2から成る第２低屈折率層とを、
以下の条件式（１）〜（３）を満足するように、前記第１低屈折率層及び前記第１高屈折率層の組み合わせで複数積層し、かつ、前記第２低屈折率層及び前記第２高屈折率層の組み合わせで複数積層し、
イオンアシストなしで成膜した前記第２低屈折率層上に続けて積層する膜は、前記第２高屈折率層であって、かつ、イオンアシストなしでの成膜とすることを特徴とする光学素子の製造方法；
０．２≦ｄ（Ｌ２）／ｄ（Ｌ１）≦２．０ …（１）
ｄＡ（Ｌ２）／ｄＡ（Ｌ１）≦２．０ …（２）
ｄＢ（Ｌ２）／ｄＢ（Ｌ１）≦２．０ …（３）
ただし、
ｄ（Ｌ１）：多層膜全体における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄ（Ｌ２）：多層膜全体における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ１）：多層膜の積層前半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＡ（Ｌ２）：多層膜の積層前半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ１）：多層膜の積層後半部分における第１低屈折率層の合計膜厚、
ｄＢ（Ｌ２）：多層膜の積層後半部分における第２低屈折率層の合計膜厚、
であり、多層膜全体の層数が偶数である場合、積層前半部分と積層後半部分とは同一層数に設定され、多層膜全体の層数が奇数である場合、積層前半部分は積層後半部分よりも１層多い層数に設定される。 A method of manufacturing an optical element having a multilayer film on a substrate, in the formation of the multilayer film,
A first high refractive index layer made of a material having a refractive index of 1.6 or more;
The film formation method is vacuum deposition (without ion assist), and a mixture of titanium oxide and lanthanum oxide, a mixture of titanium oxide and zirconium oxide, a mixture of titanium oxide and dysprosium oxide, or aluminum oxide and lanthanum oxide. A second high refractive index layer comprising a mixture of
The film forming method is vacuum deposition (with ion assist), a first low refractive index layer made of SiO 2 ,
The film forming method is vacuum deposition (without ion assist), and a second low refractive index layer made of MgF 2 is used.
In order to satisfy the following conditional expressions (1) to (3), a plurality of the first low refractive index layer and the first high refractive index layer are laminated, and the second low refractive index layer and the first low refractive index layer A plurality of layers with a combination of the second high refractive index layers ,
The film continuously laminated on the second low refractive index layer formed without ion assist is the second high refractive index layer and is formed without ion assist. Optical element manufacturing method;
0.2 ≦ d (L2) / d (L1) ≦ 2.0 (1)
dA (L2) / dA (L1) ≦ 2.0 (2)
dB (L2) / dB (L1) ≦ 2.0 (3)
However,
d (L1): Total film thickness of the first low refractive index layer in the entire multilayer film,
d (L2): the total film thickness of the second low refractive index layer in the entire multilayer film,
dA (L1): the total film thickness of the first low refractive index layer in the first half of the multilayer film,
dA (L2): the total film thickness of the second low refractive index layer in the first half of the multilayer film,
dB (L1): the total film thickness of the first low refractive index layers in the latter half of the multilayer film,
dB (L2): the total film thickness of the second low refractive index layer in the latter half of the multilayer film,
When the number of layers of the entire multilayer film is an even number, the first half of the stack and the latter half of the stack are set to the same number of layers, and when the number of layers of the entire multilayer film is an odd number, the first half of the stack is the latter half of the stack The number of layers is set to be one layer higher than that.
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- 2010-06-11 JP JP2010133784A patent/JP5589581B2/en not_active Expired - Fee Related
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| CN106443862A (en) * | 2016-11-24 | 2017-02-22 | 福建福特科光电股份有限公司 | Visible broad-spectrum depolarizing beam splitter |
| CN106443862B (en) * | 2016-11-24 | 2019-01-29 | 福建福特科光电股份有限公司 | It can be seen that wide spectrum depolarization light splitting piece |
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