JP6362105B2 - 反射防止膜を有する光学素子、光学系、光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、反射防止膜を有する光学素子に関する。

従来、光学素子の表面には、入射光の光量損失を低減させるために反射防止膜が設けられている。例えば、可視光用の光学素子には、マルチコートと呼ばれる誘電体多層膜が広く用いられている。また、微細構造を利用した反射防止膜も知られている。

特許文献１には、ナノ多孔質やナノ微粒子膜からなる屈折率の低い層を最上層に用いた反射防止膜が開示されている。特許文献１は、精度良く成膜できる膜厚(１００ｎｍ以上)のみから構成することにより、製造での膜厚変動による性能劣化が小さい反射防止膜が得られるとしている。また、特許文献２には、実質的な屈折率が光入射側から基板側に向かって連続的に変化する、酸化アルミニウムを主成分とする板状結晶を最上層に用いた反射防止膜が開示されている。

特開２０１２−７８５９７号公報 特開２００８−２３３８８０号公報

上述の特許文献１では、垂直入射において高い性能が維持できることが示されている。しかしながら、薄膜干渉を用いて反射を抑えるため、干渉条件が崩れる斜入射、特に４５度以上の入射角で反射防止性能が大きく劣化すると考えられる。また、開角が大きいレンズに対して成膜すると、周辺と中心で均一に成膜することが難しく、中心で膜厚を最適化した場合、レンズ周辺部で反射率が悪化しやすい。一方、上述の特許文献２に開示された従来技術は、詳細な膜設計値（屈折率構造）および反射防止特性が開示されていない。

そこで、本発明の目的は、屈折率が低い基板に対して入射角度特性に優れた反射防止膜を有する光学素子を提供することである。

本発明の一側面としての光学素子は、基板と、前記基板の上に設けられた反射防止膜とを有し、前記反射防止膜は、前記基板の上に設けられ、複数の薄膜から成る中間層と、前記中間層の上に設けられ、表面側から基板側に向かって屈折率が連続的に増加する部分を有する凹凸層とを備え、前記中間層は、前記基板の上に設けられた第１層と、前記第１層の上に設けられた第２層とを含み、波長５５０ｎｍにおける前記基板の屈折率をｎｓ、波長５５０ｎｍにおける前記第２層の屈折率をｎ２、前記第２層の膜厚をｄ２（ｎｍ）としたとき、
１．４０≦ｎｓ≦１．８５
ｎｓ＜ｎ２
１．７２≦ｎ２≦１．９５
２３０（ｎｍ）≦ｎ２ｄ２≦２９０（ｎｍ）
なる条件式を満たすことを特徴とする。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、屈折率が低い基板に対して入射角度特性に優れた反射防止膜を提供することができる。

本発明の実施例にかかる反射防止膜の概略図である。 実施例１の反射防止膜の厚さに対する屈折率の関係である。 図３（ａ）は、実施例１の反射率特性である。図３（ｂ）は、実施例１の中間層膜厚が±１０％変動した場合の反射率変動（０°入射）である。図３（ｃ）は、実施例１の中間層膜厚が±１０％変動した場合の反射率変動（４５°入射）である。 図４（ａ）は、比較例１の中間層膜厚が±１０％変動した場合の反射率変動（０°入射）である。図４（ｂ）は、比較例１の中間層膜厚が±１０％変動した場合の反射率変動（４５°入射）である。 図５（ａ）は、実施例２の反射率特性である。図５（ｂ）は、比較例２の反射率特性である。図５（ｃ）は、比較例３の反射率特性である。 実施例３の反射率特性である。 実施例４の反射率特性である。 図８（ａ）は、実施例５の反射防止膜の厚さに対する屈折率の関係である。図８（ｂ）は、実施例５の反射率特性である。 図９（ａ）は、実施例６の反射防止膜の厚さに対する屈折率の関係である。図９（ｂ）は、実施例６の反射率特性である。 実施例７の反射率特性である。 図１１（ａ）は、実施例８の反射防止膜の厚さに対する屈折率の関係である。図１１（ｂ）は、実施例８の反射率特性である。 実施例９の反射率特性である。 図１３（ａ）は、実施例１０の反射防止膜の厚さに対する屈折率の関係である。図１３（ｂ）は、実施例１０の反射率特性である。 実施例１１の反射率特性である。 実施例１２の反射率特性である。 実施例１３の反射率特性である。 実施例１４の光学機器の概略図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、本明細書中の屈折率の値はすべて波長５５０ｎｍでの値である。

図１は、本発明の反射防止膜の概略図である。図１は光学基板１の表面付近を拡大して示している。光学基板１は屈折率が１．４０〜１．８５、光学ガラスもしくは光学プラスチックからなり、その表面に本発明の反射防止膜１００が形成されている。換言すれば、本発明の反射防止膜１００は、波長５５０ｎｍの光において１．４０以上１．８５以下の屈折率を有する光学基板１（低屈折率光学部材）の上に形成されている。反射防止膜１００は、屈折率の異なる３層の薄膜から構成される中間層２と４００ｎｍより小さいピッチで凹凸が形成された微細凹凸構造３から形成されている。中間層２は、光学基板１の上に形成され、微細凹凸構造３（凹凸層）は、該中間層の上に形成される。なお、屈折率の異なる複数の薄膜層からなる中間層２は、後述するように、複数の薄膜層のうち少なくとも１層は光学基板１より高い屈折率を有する。

光は、その波長よりも小さな構造体に入射するとその構造詳細を認識できず、微細構造を構成する材料の体積比に準じた屈折率の媒質に入射したように振る舞う性質を持つ。この性質を利用するため、本発明の微細凹凸構造３は、使用波長域（可視域：４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下）のうち最も短い波長よりも小さいピッチを有する複数の凸部を備える。また、微細構造を構成する材料の体積比に準じた屈折率は有効屈折率（ｎｅｆｆ）と呼ばれ、微細構造を構成する材料の屈折率ｎｍと空間充填率ｆｆの式（Ｌｏｒｅｎｔｚ−Ｌｏｒｅｎｚの式）より、以下の式１のように定義される。

微細凹凸構造３は、光入射側（表面側）から中間層２側（基板側）に向かって空間充填率ｆｆが連続的に高くなる構造を持つため、その有効屈折率ｎｅｆｆは光入射側から連続的に上昇する。換言すれば、本発明の微細凹凸構造３は、表面側（光入射側、空気側）から基板側に向かって屈折率が連続的に増加する部分を有する。なお、本発明の微細凹凸構造３は、後述するように、中間層２と接する部分に、屈折率が厚さ方向に変化しない部分（均質部）を含んでいてもよい。光の反射は屈折率の異なる２つの物質の界面で起こるため、このように屈折率が連続的に変化する構造では反射波が発生しづらく、誘電体多層膜による反射防止膜に比べて角度特性や波長特性に優れた反射防止性能を実現することができる。

本発明の反射防止膜１００が高い反射防止効果を得るために、微細凹凸構造３の物理膜厚は１８０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。物理膜厚が１８０ｎｍ未満になると高い反射防止効果が得られる波長帯域が狭くなり、特に可視光の長波長側(６５０〜７００ｎｍ付近)の反射率が高くなってしまう。また、物理膜厚が３００ｎｍより厚くなると、散乱が大きくなり透過率が低下してしまう。

上記のような屈折率および膜厚の構造が実現できれば、微細凹凸構造３の製造方法は特に限定しない。ただし、量産性を考慮すると、真空成膜法や液相法（ゾルゲル法）により成膜した酸化アルミニウム（アルミナ）を含有する膜を水蒸気処理あるいは温水浸漬処理することで形成する方法が好ましい。このように、酸化アルミニウムを主成分とする層を形成した後、温水処理することによって、酸化アルミニウムを主成分とする板状結晶から形成された層である微細凹凸構造３を形成することができる。酸化アルミニウムを用いた場合、微細凹凸構造３の有効屈折率は最も光入射側（表層側）ではほぼ１となり、中間層２に向かって連続的に上昇し、１．３５から１．５８の間の値となる。

さらに、微細凹凸構造３は、中間層２に接する部分に均質部(凹凸構造が形成されていない層)が残存してもよい。例えば、上記のような酸化アルミニウム膜を水蒸気や温水で処理する場合には、表層に酸化アルミニウムの板状結晶が析出して凹凸構造を形成するが、その下に不定形の酸化アルミニウム層(均質部)を残存させることができる。このとき、処理時間や処理温度、材料中の酸化アルミニウムの含有量や安定化剤、触媒等の添加物含有量を制御することで残存する均質部の膜厚を制御することができる。ただし、これは酸化アルミニウム膜を水蒸気や温水で処理する場合に限られるわけでなく、例えばナノインプリント等の方法で光学素子表面に微細凹凸構造を形成する場合にも、形成することは可能である。また均質部の屈折率は、微細凹凸構造の根本部分とほぼ一致させてもよい。

一方、屈折率が１．４０から１．８５と広い範囲を持つ光学基板に対して良好な反射率特性を維持するために、中間層２を形成する複数の薄膜層のうち少なくとも１層は、光学基板１より高い屈折率を持つことが望ましい。また、光学基板１と中間層２を形成する薄膜層のうち最も屈折率の高い層との屈折率差が０．０５以上であるとさらに好ましい。また、中間層２の製造方法は特に限定されず、液相法や真空蒸着法、スパッタ法などの任意のプロセスを選定することができる。

上記のように広い屈折率範囲を持つ光学基板１に対して良好な特性を得るために、中間層２は、図１に示すような、第１層２１、第２層２２、および第３層２３の３層構成となることが好ましい。さらに好ましくは、光学基板１側から、屈折率が１．５５以上１．７６以下の第１層２１、屈折率が１．７２以上１．９５以下の第２層２２、屈折率が１．３６以上１．５５以下の第３層２３からなる３層構成が好ましい。また、良好な反射率特性を発揮するために、光学基板１の屈折率が第１層２１の屈折率より低いときは第２層２２の屈折率は次式（２）を満たすことが望ましく、第１層２１の屈折率より高いときは次式（３）を満たすことが望ましい。
（数２）
−０．９４３×ｎｓｕｂ＋３．０５≦ｎ２≦−０．９４３×ｎｓｕｂ＋３．３１ （２）
０．６６７×ｎｓｕｂ＋０．５４４≦ｎ２≦０．３３３×ｎｓｕｂ＋１．３５ （３）
ここで、式（２）、（３）中のｎｓｕｂは光学基板１の屈折率を、ｎ２は第２層２２の屈折率を示す。ｎ２の値が式（２）または（３）の範囲を外れると、波長特性が悪化するため好ましくない。

また、第１層２１の光学膜厚は１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下、第２層２２の光学膜厚は２３０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下、第３層２３の光学膜厚は７０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。

換言すれば、光学基板１の上に形成される第１層２１は、物理膜厚がｄ１（ｎｍ）の値を有し、波長５５０ｎｍにおける屈折率をｎ１とすると、１．５５≦ｎ１≦１．７６を満たし、かつ、１００≦ｎ１ｄ１≦３００なる条件式を満たすことが好ましい。また、第１層２１の上に形成される第２層２２は、物理膜厚がｄ２（ｎｍ）の値を有し、波長５５０ｎｍにおける屈折率をｎ２とすると、１．７２≦ｎ２≦１．９５を満たし、かつ、２３０≦ｎ２ｄ２≦２９０なる条件式を満たすことが好ましい。また、第２層２２の上に形成される第３層２３は、物理膜厚がｄ３（ｎｍ）の値を有し、波長５５０ｎｍにおける屈折率をｎ３とすると、１．３６≦ｎ３≦１．５５を満たし、かつ、７０≦ｎ３ｄ３≦１００なる条件式を満たすことが好ましい。また、光学基板１の波長５５０ｎｍにおける屈折率をｎｓとしたとき、ｎｓ＜ｎ２を満たすことが好ましい。

なお、光学基板１の屈折率より第１層２１の屈折率が高い場合には、第１層２１の光学膜厚は１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。また、光学基板１の屈折率より第１層２１の屈折率が低い場合には、第１層２１の光学膜厚は２００ｎｍ以上２９０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。これは、光学基板と第１層の屈折率の大小関係により、光学基板と第１層の界面で発生する反射波の位相が変化するためである。

微細凹凸構造３が均質部を含む場合には、均質部の光学膜厚と第３層２３の光学膜厚の和が７０ｎｍ以上１００ｎｍ以下を満たすことが好ましい。換言すれば、均質部の波長５５０ｎｎにおける屈折率をｎａ、とすると、１．３５≦ｎａ≦１．５８を満たし、均質部の物理膜厚をｄａ（ｎｍ）、とすると、７０≦ｎ３ｄ３＋ｎａｄａ≦１００なる条件式を満たすことが好ましい。

上記の屈折率範囲を満たせば、中間層２を構成する各薄膜層の材料は特に限定しないが、例えばＳｉＯ２やＭｇＯ２，Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２，Ｔａ２Ｏ５などの金属酸化物を用いることができる。また、例えばＴａ２Ｏ５、ＬａＦ３、ＣｅＦ３、ＮｄＦ３、ＭｇＦ２、ＣａＦ２などの金属フッ化物を用いることができる。また、上記金属酸化物および上記金属フッ化物の化合物を用いることができる。

光学基板１の材質によっては、大気にさらされることで表面に成分が溶け出して、基板表面にくもりや着色が生じる、「ヤケ」と呼ばれる現象を起こす場合がある。これを防ぐためには、第１層２１に例えばＡｌ２Ｏ３層を用いることが好ましい。また、第３層２３は、反応性が低く大気中でも安定な膜であることが好ましく、例えばＳｉＯ２層を用いることができる。

さらに、第３層２３と微細凹凸構造３の根本の屈折率差は０．１以下であることが好ましく、０．０５以下であることがさらに好ましい。これにより、微細凹凸構造３と中間層２との界面での反射波を抑えることができ、反射防止性能が向上する。また、微細凹凸構造３が均質部を含む場合には、均質部と第３層２３との屈折率差が０．１以下であることが好ましく、０．０５以下であることがさらに好ましい。

本発明の反射防止膜を形成する素子は、例えば、レンズ、プリズム、フライアイインテグレータなどの光学素子である。また、本発明の反射防止膜を形成した素子は、撮像光学系、走査光学系、投射光学系等に用いることができる。また、これらの光学系は、例えばカメラ、ビデオカメラ、双眼鏡、複写機、プリンター、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ等の光学機器に使用することができる。

表１に本実施例１の反射防止膜１００の構成を示す。屈折率が１．４８９の光学基板１上に、３層構成の中間層２を形成し、さらにその上に微細凹凸構造３が形成されている。中間層２は、屈折率が１．６２１、Ａｌ２Ｏ３からなる第１層２１、屈折率が１．８１２、Ｙ２Ｏ３からなる第２層２２、屈折率が１．４５９、ＳｉＯ２からなる第３層２３の構成であり、それぞれ真空蒸着法により形成した。また、微細凹凸構造３は、ゾルゲル法によりスピンコートで成膜した酸化アルミニウムを主成分とする膜を温水浸漬処理することで形成した。この方法で形成された反射防止膜１００の厚さ方向に対する屈折率を図２に示す。微細凹凸構造３は、光入射側から中間層２側に向かって屈折率が１から連続的に１．５０４まで増加する。膜厚方向に対する屈折率の変化は一定ではなく、光入射側に近い領域のほうが中間層２に近い領域より屈折率変化が大きい構造となる。このような構造は必ずしも必要ではないが、より波長帯域や入射角度特性に優れた反射防止特性を発揮できる。

図３（ａ）に、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示す。なお、図中の０、１５、３０、４５、６０は入射角度(単位：度)を表している。図３（ａ）より、本実施例の反射防止膜１００は、入射角が４５度以下の場合、可視全域(４００〜７００ｎｍ)の広い波長帯域で反射率０．２％以下の高性能な反射防止性能を実現していることが分かる。

図３（ｂ）および図３（ｃ）に、入射角度が０度および４５度のとき、本実施例の反射防止膜１００のうち真空蒸着法により形成した中間層部分が最大１０％の膜厚でばらついた場合の反射率計算値を示す。なお、膜厚ばらつきは第１層から第３層それぞれに対して、乱数によって中心値−１０％〜中心値＋１０％の間で均等に発生させており、反射率計算値には同様の計算を１００回繰り返したときの各波長での最大値および最小値を示している。図３（ｂ）、図３（ｃ）より本実施例の反射防止膜は、中間層２が最大１０％ばらついた場合にも、可視波長域（４００〜７００ｎｍ）で０．４％以下の反射率特性を維持できることが分かり、製造ばらつきやレンズ面内のばらつきに影響されづらいことが分かる。

［比較例１］
実施例１と同様に、入射角度が０度および４５度のとき、特許文献１の数値実施例１に示された反射防止膜の中間層相当部分（低屈折率層を除く層）の膜厚が最大１０％の膜厚でばらついた場合の反射率計算値を図４（ａ）、図４（ｂ）に示す。なお、反射率の波長特性が特許文献１で開示された結果と多少異なるのは、各層の屈折率分散が異なるためである。

図４（ａ）および図４（ｂ）と図３（ｂ）および図３（ｃ）との比較より、実施例１は本比較例１（特許文献１の数値実施例１）より中間層の膜厚ばらつきに対して良好な特性を示すことが分かる。特に４５度入射での特性に大きな差が出ることが分かる。これは、特許文献１は最上層がナノ微粒子からなる層(入射波長より細かい構造、微細構造を持つ層)であるが、本発明とは異なり厚さ方向に屈折率が均一であるためである。つまり、特許文献１は、最上層を含めた４層の薄膜による多層膜干渉により反射率を下げる仕組みであるため、膜厚がばらついた場合や入射角度が大きい場合等の干渉条件が崩れる条件で反射率特性が悪化する。一方、本発明の実施例では厚さ方向に屈折率が連続的に変化することにより反射波を発生させづらい構成であり、さらに中間層２を最適化することで膜厚がばらついた場合にも良好な反射防止膜を実現できる。

表２に本実施例２の反射防止膜１００の構成を示す。微細凹凸構造３の下部に均質部が残存していることを除いて、構成は実施例１と同様である。

図５（ａ）に、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示す。図５（ａ）より、本実施例２の反射防止膜１００も入射角４５度以下、可視全域で０．２％以下の反射率特性を発揮しており、実施例１と同等かそれ以上の反射率特性が得られていることが分かる。このように、成膜の過程で微細凹凸構造３の下部に均質部が残存する場合にも、中間層２の膜厚、特に第３層２３の膜厚を最適化することで、高い反射防止性能を発揮することができる。また、逆に残存する均質部を制御することにより、均質部がない場合より設計自由度が増加するためより高い反射防止性能を実現することもできる。

［比較例２］
表３に本発明の比較例２の反射防止膜の構成を示す。本比較例２は、第２層の屈折率が１．６５である以外、屈折率および光学膜厚は実施例２と等しい。

図５（ｂ）に、本比較例２の反射率特性を示す。図５（ｂ）より本比較例２の反射防止膜は５００ｎｍ付近で良好な反射率特性を示すが、反射率が低い領域が実施例２と比較すると狭い。このように、第２層の屈折率が低すぎると波長特性が悪化してしまう。このため、良好な反射率特性を実現するためには、第２層の屈折率ｎ２は、１．７０以上を満たす必要がある。

［比較例３］

表４に本発明の比較例３の反射防止膜の構成を示す。本比較例３は、第２層の屈折率が２．００である以外、屈折率および光学膜厚は実施例２と等しい。

図５（ｃ）に、本比較例３の反射率特性を示す。図５（ｃ）より本比較例３の反射防止膜は４００〜６００ｎｍでは良好な特性を示すが、６００ｎｍ以上で反射率が高くなってしまう。このように、第２層の屈折率が高すぎると波長特性が悪化してしまう。また、長波長側の反射率が高いと反射光が赤色となるため、特に撮像光学系で用いる場合には好ましくない。以上より、良好な反射率特性を実現するためには、第２層の屈折率ｎ２は、１．９５以下である必要がある。

表５に本実施例３の反射防止膜１００の構成を示す。微細凹凸構造３の下部に均質部が残存しており、中間層２の第３層２３がないことを除いて、構成は実施例１と同様である。

図６に、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示す。図６より、本実施例３の反射防止膜も入射角４５度以下、可視全域で０．２％以下の反射率特性を発揮しており、実施例１と同等かそれ以上の反射率特性が得られていることが分かる。実施例３では、微細凹凸構造３の下部に均質部を最適な膜厚で残すことで、中間層２が２層構成でも中間層２が３層の場合と同等の高い反射防止性能を実現することができる。

表６に本実施例４の反射防止膜１００の構成を示す。実施例４の反射防止膜１００は、屈折率が１．５８５の光学基板１上に形成されている。中間層２の第１層２１はＡｌ２Ｏ３、第２層２２はＭｇＯ、第３層２３はＳｉＯ２の層であり、スパッタ法により成膜した。また、微細凹凸構造３は、実施例１と同様の方法で形成した。

図７に、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示す。図７より、本実施例４の反射防止膜１００は、入射角４５度以下、可視全域で０．３％以下の反射率特性を実現しており、高い反射防止性能を得られることが分かる。

表７に本実施例５の反射防止膜１００の構成を示す。本実施例５の反射防止膜１００は、実施例４と同様、屈折率が１．５８５の光学基板１上に形成されている。中間層２の第１層２１はＡｌ２Ｏ３、第２層２２はＺｒＯ２とＡｌ２Ｏ３の混合物、第３層２３はＳｉＯ２の層であり、スパッタ法により成膜した。また、微細凹凸構造３は、実施例１と同様の方法で形成した。ただし、本実施例では、スピンコート時に成膜するアルミナの膜厚を調整することで、実施例１に比べて微細凹凸構造３を厚くしている。本実施例の反射防止膜１００の厚さ方向に対する屈折率を図８（ａ）に示す。

また、図８（ｂ）に、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示す。図８（ｂ）より、本実施例５の反射防止膜１００は、入射角４５度以下、可視全域で０．３％以下、６０度入射でも可視全域で０．６％の極めて良好な反射率特性を実現しており、高い反射防止性能を得られることが分かる。

表８に本実施例６の反射防止膜１００の構成を示す。本実施例６の反射防止膜１００は、実施例４および５と同様、屈折率が１．５８５の光学基板１上に形成されている。中間層２の第１層２１はＡｌ２Ｏ３、第２層２２はＹ２Ｏ３、第３層２３はＳｉＯ２の層であり、スパッタ法により成膜した。また、微細凹凸構造３は、実施例１と同様の方法で形成した。ただし、本実施例では、スピンコート時に成膜するアルミナの膜厚を調整することで、実施例１に比べて微細凹凸構造３を薄くしている。本実施例の反射防止膜１００の厚さ方向に対する屈折率を図９（ａ）に示す。

また、図９（ｂ）に、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示す。図９（ｂ）より、本実施例６の反射防止膜１００は、入射角４５度以下、可視全域で０．４％以下の反射率特性を実現しており、高い反射防止性能を得られることが分かる。また、本実施例の反射防止膜１００は微細凹凸構造３の膜厚が実施例１に比べて１５％程度薄いため、散乱を低減することができる。

表９に本実施例７の反射防止膜１００の構成を示す。本実施例７の反射防止膜１００は、屈折率が１．４４０の光学基板１上に形成されている。中間層２は、第１層２１がＡｌ２Ｏ３、第２層２２がＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２の混合物、第３層２３がＳｉＯ２の層であり、スパッタ法により成膜した。また、微細凹凸構造３は、実施例１と同様の方法で形成した。

図１０に、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示す。図１０より、本実施例７の反射防止膜１００は、入射角４５度以下、可視全域で０．３％以下の反射率特性を実現しており、高い反射防止性能を得られることが分かる。

表１０に本実施例８の反射防止膜１００の構成を示す。本実施例８の反射防止膜１００は、実施例７と同様、屈折率が１．４４０の光学基板１上に形成されている。中間層２は、第１層２１がＬａＦ２、第２層２２がＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２の混合物、第３層２３がＭｇＦ２の層であり、真空蒸着法により成膜した。また、微細凹凸構造３は、実施例１と同様の方法で形成した。ただし、本実施例では温水浸漬処理の条件を調整することで、実施例１に比べて微細凹凸構造３の根本および均質部の屈折率を低くしている。本実施例の反射防止膜１００の厚さ方法に対する屈折率を図１１（ａ）に示す。

また、図１１（ｂ）に、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示す。図１１（ｂ）より、本実施例８の反射防止膜１００は、入射角４５度以下、可視全域で０．４％以下の反射率特性を実現しており、高い反射防止性能を得られることが分かる。また、実施例７の反射率特性(図１０)と比較しても、４５度入射や６０度入射での反射率特性が優れていることが分かる。

表１１に本実施例９の反射防止膜１００の構成を示す。本実施例９の反射防止膜１００は、屈折率が１．８０８の光学基板１上に形成されている。中間層２は第１層２１がＡｌ２Ｏ３、第２層２２がＹ２Ｏ３、第３層２３がＳｉＯ２の層であり、スパッタ法により成膜した。また、微細凹凸構造３は、実施例１と同様の方法で形成した。

図１２に、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示す。図１２より、本実施例９の反射防止膜１００は、入射角４５度以下、可視全域で０．４％以下の反射率特性を実現しており、高い反射防止性能を得られることが分かる。

表１２に本実施例１０の反射防止膜１００の構成を示す。本実施例１０の反射防止膜１００は、実施例９と同様、屈折率が１．８０８の光学基板１上に形成されている。また、中間層２の第１層２１はＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２の混合物、第２層２２はＳｉＯ、第３層２３はＹＦ３の層であり、真空蒸着法により成膜した。また、微細凹凸構造３は、実施例１と同様の方法で形成した。ただし、本実施例では、温水浸漬処理の条件を調整することにより、実施例１に比べて微細凹凸構造３の根本および均質部の屈折率を高くしている。本実施例の反射防止膜１００の厚さ方法に対する屈折率を図１３（ａ）に示す。

図１３（ｂ）に、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示す。図１３（ｂ）より、本実施例１０の反射防止膜１００は、入射角４５度以下、可視全域で０．４％以下の反射率特性を実現しており、高い反射防止性能を得られることが分かる。また、実施例９の反射率特性(図１２)と比較すると、０〜４５度入射での反射率特性が優れていることが分かる。

表１３に本実施例１１の反射防止膜１００の構成を示す。本実施例１１の反射防止膜１００は、屈折率が１．６５８の光学基板１上に形成されている。中間層２は第１層２１がＡｌ２Ｏ３、第２層２２がＳｉＯ、第３層２３がＳｉＯ２の層であり、真空蒸着法により成膜した。また、微細凹凸構造３は、実施例１と同様の方法で形成した。

図１４に、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示す。図１４より、本実施例１１の反射防止膜１００は、入射角４５度以下、可視全域で０．３％以下の反射率特性を実現しており、高い反射防止性能を得られることが分かる。

表１４に本実施例１２の反射防止膜１００の構成を示す。本実施例１２の反射防止膜１００は、屈折率が１．６９９の光学基板１上に形成されている。中間層２は第１層２１がＡｌ２Ｏ３、第２層２２がＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２の混合物、第３層２３がＳｉＯ２の層であり、スパッタ法により成膜した。また、微細凹凸構造３は、実施例１と同様の方法で形成した。

図１５に、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示す。図１５より、本実施例１２の反射防止膜１００は、入射角４５度以下、可視全域で０．３％以下の反射率特性を実現しており、高い反射防止性能を得られることが分かる。

表１５に本実施例１３の反射防止膜１００の構成を示す。本実施例１３の反射防止膜１００は、屈折率が１．７５５の光学基板１上に形成されている。中間層２は第１層２１がＡｌ２Ｏ３、第２層２２がＹ２Ｏ３、第３層２３がＳｉＯ２の層であり、スパッタ法により成膜した。また、微細凹凸構造３は、実施例１と同様の方法で形成した。

図１６に、本実施例の反射防止膜１００の反射率特性を示す。図１６より、本実施例１３の反射防止膜１００は、入射角４５度以下、可視全域で０．４％以下の反射率特性を実現しており、高い反射防止性能を得られることが分かる。

図１７は、実施例１４の光学機器の概略図である。図１７において、１０１はデジタルカメラ、１０２は本発明の反射防止膜が形成された光学素子を用いて構成された撮像光学系である。このように、本発明の反射防止膜を有する光学素子や、該光学素子を少なくとも１つ以上用いた光学系や、該光学系を搭載した光学装置（交換レンズ装置等）または光学機器（カメラやプロジェクター等）なども本発明の一側面を構成する。撮像光学系１０２は、複数のレンズよって構成されており、これらのレンズ面のうち少なくとも１面に本発明の反射防止膜が形成されている。そのため、本実施例のデジタルカメラは、フレアやゴーストなどの有害光の発生が抑制された画像が得られ、高品位な光学機器が実現可能である。本実施例では、光学機器の１例としてデジタルカメラを取り上げたが、本発明はこれに限定されるものでなく、双眼鏡や画像投射装置などの光学機器に用いてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明によれば、可視域(４００〜７００ｎｍ)で入射角度特性に優れた反射防止膜を実現すること、特に入射角度０〜４５度において反射率が０．４％以下を満たすような高性能な反射防止膜およびそれを有する光学素子を提供することができる。

本発明は、コンパクトデジタルカメラ、一眼レフカメラ、ビデオカメラ、双眼鏡や画像投射装置などの光学機器に好適に利用できる。

３：微細凹凸構造
２１：中間層の第１層
２２：中間層の第２層
２３：中間層の第３層

Claims (11)

1. 基板と、前記基板の上に設けられた反射防止膜とを有し、
   前記反射防止膜は、
   前記基板の上に設けられ、複数の薄膜から成る中間層と、
   前記中間層の上に設けられ、表面側から基板側に向かって屈折率が連続的に増加する部分を有する凹凸層とを備え、
   前記中間層は、前記基板の上に設けられた第１層と、前記第１層の上に設けられた第２層とを含み、
   波長５５０ｎｍにおける前記基板の屈折率をｎｓ、波長５５０ｎｍにおける前記第２層の屈折率をｎ２、前記第２層の膜厚をｄ２（ｎｍ）としたとき、
   １．４０≦ｎｓ≦１．８５
   ｎｓ＜ｎ２
   １．７２≦ｎ２≦１．９５
   ２３０（ｎｍ）≦ｎ２ｄ２≦２９０（ｎｍ）
   なる条件式を満たすことを特徴とする光学素子。
2. 波長５５０ｎｍにおける前記第１層の屈折率をｎ１、前記第１層の膜厚をｄ１（ｎｍ）としたとき、
   １．５５≦ｎ１≦１．７６
   １００（ｎｍ）≦ｎ１ｄ１≦３００（ｎｍ）
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. ｎｓ＜ｎ１
   １００（ｎｍ）≦ｎ１ｄ１≦１５０（ｎｍ）
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
4. ｎ１＜ｎｓ
   ２００（ｎｍ）≦ｎ１ｄ１≦２９０（ｎｍ）
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
5. 前記中間層は、前記第２層の上に設けられた第３層を有し、
   波長５５０ｎｍにおける前記第３層の屈折率をｎ３、前記第３層の膜厚をｄ３（ｎｍ）としたとき、
   １．３６≦ｎ３≦１．５５
   ｎ３ｄ３≦１００（ｎｍ）
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学素子。
6. 前記凹凸層は、屈折率が厚さ方向に変化しない均質部を含み、
   前記中間層は、前記第２層の上に設けられた第３層を有し、
   波長５５０ｎｎにおける前記均質部の屈折率をｎａ、前記均質部の厚さをｄａ（ｎｍ）、波長５５０ｎｍにおける前記第３層の屈折率をｎ３、前記第３層の膜厚をｄ３（ｎｍ）としたとき、
   １．３５≦ｎａ≦１．５８
   ７０（ｎｍ）≦ｎ３ｄ３＋ｎａｄａ≦１００（ｎｍ）
   なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学素子。
7. 前記凹凸層は、酸化アルミニウムを主成分とする板状結晶を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学素子。
8. 前記凹凸層における凸部のピッチは、４００ｎｍよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学素子。
9. 前記凹凸層の厚さは１８０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学素子。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学素子を有することを特徴とする光学系。
11. 請求項１０に記載の光学系を有することを特徴とする光学機器。