JP2010066704A

JP2010066704A - 光学素子、光学系及び光学機器

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Publication number: JP2010066704A
Application number: JP2008235169A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Sano; 大介佐野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-03-25

Abstract

【課題】曲面を有するベース部材上に使用波長よりも細かい構造を形成した光学素子における耐候性を高める。
【解決手段】光学素子は、反射を抑える構造体がベース部材０１２の少なくとも一面に形成された光学素子であって、該ベース部材における構造体が形成された面は曲面であり、該構造体は、使用波長域のうち最も短い波長より小さいピッチの凹凸構造を有し、厚み方向に凹部及び凸部の幅が変化する凹凸構造層０１１と、該凹凸構造層とベース部材との間に、該凹凸構造層とは異なる材料によって形成された少なくとも一層の中間層０１３とを有する。以下の条件を満足する。
【数４】

【選択図】図１

Description

本発明は、反射抑制機能（反射防止機能）を有する光学素子に関する。

光学系に含まれるレンズ等の光学素子は、光学ガラスや光学プラスチック等の透過基材を用いて製作されている。このような透過基材は、屈折率が大きいため、表面での反射率が高くなる。反射率が高いと、像面に到達する有効光量が少なくなってしまうとともに、不要な反射によってゴーストやフレアが生じる。このため、透過基材を用いた光学素子には、反射防止機能を付与することが必要となる。

光学素子に反射防止機能を付与するには、一般に、光学素子（透過基材）の表面に反射防止膜を形成する。反射防止膜は、一般的な光学干渉の理論に従って、透過基材の表面に薄膜層を積層することで形成される。

ただし、このような方法では、成膜できる材料が限定されるため、任意の屈折率の薄膜を得ることが難しい。

このため、特許文献１には、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜を選択的に導入して膜厚を適切に設定することで、仮想的に中間屈折率を有する膜を得る方法が開示されている。

また、特許文献２には、特殊な方法によって任意の屈折率の薄膜を透過基材上に形成し、透過基材から入射側の媒質にかけて屈折率を徐々に変化させる方法が開示されている。

さらに他の手法として、使用する光の波長（以下、使用波長という）よりも小さな構造を有する反射防止構造体を透過基材の少なくとも一面に形成する方法がある。最も有名な概念が蛾の目（moth-eye）である。蛾の目の表面は非常に反射率が低いことが知られており、それは蛾の目に特有の微細構造に起因することも知られている。

使用波長よりも小さな微細構造では、該使用波長の光はその構造を認識できずに一様な媒質に入射したように振る舞う。このとき、該構造体は、それを構成する材料の体積比に準じた屈折率を示す。そのことを利用することで、通常の材料では得られない低い屈折率の構造体を実現することができる。低屈折率材料を用いることで、より高性能な反射防止機能を得ることができる。

上記のような凹凸構造を形成するには、使用波長より小さい粒径を有する微粒子を分散した膜を塗布する方法（特許文献３参照）や、微細加工装置によるパターン形成によって周期的な凹凸構造を形成する方法（特許文献４参照）がある。

さらに、アルミニウムの水酸化物であるベーマイトを透過基材上にて成長させて反射防止構造を得る方法もある。具体的には、真空成膜法（特許文献５参照）や液相法（ゾル−ゲル法：特許文献６参照）により成膜したアルミナの膜を水蒸気処理又は温水浸漬処理して表層をベーマイト化することで、微細構造を形成する。
特公昭６１−５１２８３号公報特開２００６−３５６２号公報特許第３１３５９４４号公報特開昭５０−７００４０号公報特公昭６１−４８１２４号公報特開平９−２０２６４９号公報

しかしながら、反射防止膜を形成するには、一般に大掛かりな装置が必要となる。

また、曲率のきつい（曲率半径が小さい）曲面に均一な厚みで反射防止膜を成膜するためには、きわめて高精度な厚み制御が必要となり、光学素子の量産性が低下する。反射防止膜の厚みが均一でないと、その特性が大きく変動してしまう。

さらに、使用波長よりも細かい構造は、屈折率を低下させるために空隙を含むことが多く、該構造は水分や酸素を透過させる。光学ガラスや光学プラスチック等の透過基材は、吸水や表面酸化によって変質する等、耐候性に乏しい。したがって、空隙を含む構造をこのような透過基材上に直接形成することは好ましくない。

本発明は、曲面を有する透過基材（ベース部材）上に使用波長よりも細かい構造を形成した光学素子であって、耐候性が高い光学素子を提供する。

本発明の一側面としての光学素子は、反射を抑える構造体がベース部材の少なくとも一面に形成された光学素子であって、該ベース部材における構造体が形成された面は曲面であり、該構造体は、使用波長域のうち最も短い波長より小さいピッチの凹凸構造を有し、厚み方向に凹部及び凸部の幅が変化する凹凸構造層と、該凹凸構造層とベース部材との間に、該凹凸構造層とは異なる材料によって形成された少なくとも一層の中間層とを有する。そして、以下の条件を満足することを特徴とする。

ただし、ｎ_ｓｂは凹凸構造層のうち最もベース部材側の部分の等価屈折率であり、ｎ_Ａは少なくとも一層の中間層のうち凹凸構造層に接する中間層の屈折率である。

なお、上記光学素子を有する光学系、及び該光学系を有する光学機器も本発明の他の側面を構成する。

本発明では、凹凸構造層とベース部材との間に適切な屈折率を有する中間層（均質層）を設けている。中間層は、その膜厚が変化しても反射率に対してあまり影響することがないだけでなく、凹凸構造層を透過した水分や酸素が直接、ベース部材に接触することを回避する。したがって、本発明によれば、均一に膜厚を制御するのが難しい曲面を持つベース部材上であっても良好な反射防止性能を有する構造体を形成することができ、しかも耐候性が高い光学素子を実現することができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

まず、後述する具体的な実施例１〜４の説明に先立って、これらの実施例に共通する事項について説明する。

図３には、各実施例の光学素子の基本構成を示している。０３１は凹凸構造層であり、０３２はベース部材としての透過基材（以下、単に基材という）である。０３３は凹凸構造層０３１と基材０３２との間に形成された中間層としての均質層である。これら凹凸構造層０３１と均質層０３３とにより反射防止構造体０３４が構成される。

反射防止構造体０３４は、基材０３２のうち少なくとも一面に形成されている。また、基材０３２のうち反射防止構造体０３４が形成された面は、凹面又は凸面である曲面として形成されている（ただし、図３では該曲面を拡大して平面のように示している）。光は、凹凸構造層０３１に対して均質層０３３とは反対側の媒質（以下、入射媒質という：各実施例では空気）内を進行して凹凸構造層０３１（つまりは光学素子）に入射する。

凹凸構造層０３１は、入射する光の波長域である使用波長域のうち最も短い波長よりも十分に小さなピッチを有する凹凸構造（凹凸形状）により構成されている。ここにいうピッチは、１つの凸部とこれに隣り合う１つの凹部とを１組の凹凸部とするとき、互いに隣り合う２組の凹凸部間の間隔である。ピッチは、使用波長域のうち最も短い波長をλとするとき、λより小さく、かつλ／２０以上であることが好ましい。

なお、以下の説明において、使用波長域のうち最も短い波長よりも十分に小さなピッチを、単に使用波長よりも十分に小さなピッチともいう。

また、凹凸構造層０３１は、基材０３２から離れるほど疎になる（凹部に相当する空隙の幅が大きくなり、凸部の幅が小さくなる）構造を有する。

均質層０３３は、材料の充填率が９０％以上の薄膜層であり、凹凸構造層０３１（凸部）を形成する材料とは異なる材料により形成されている。

なお、図３では、凹凸構造層０３１を凹部と凸部とが規則的に配列された層として示しているが、平均ピッチがλより小さければ（λ／２０以上であることが好ましい）、凹部と凸部とが不規則配列されていてもよい。

また、図３では、均質層０３３を一層形成した場合について示しているが、均質層を二層、三層又はそれ以上形成してもよい。以下の説明においては、均質層０３３とは、少なくとも一層の均質層のうち凹凸構造層０３１と接する均質層を示す。

図３に示す光学素子の屈折率構造を図４に示す。横軸は膜厚を、縦軸は屈折率を示す。０４１は凹凸構造層０３１の屈折率であり、０４２は基材０３２の屈折率である。また、０４３は均質層０３３の屈折率である。

凹凸構造層０３１のピッチが使用波長よりも十分に小さいため、凹凸構造層０３１は、該使用波長の光に対して等価屈折率（effective refractive index）ｎｓを持った薄膜として機能する。等価屈折率ｎｓは、凹凸構造層０３１（凹部）を構成する材料の屈折率をｎ_０とし、凹凸構造層０３１の体積（空間）充填率（フィリングファクタ）ｆｆを用いて、以下の式（０）により簡易的に表される。

…（０）
図３に示す凹凸構造層０３１では、ｆｆは基材０３２から離れるにしたがって徐々に小さくなる。このため、凹凸構造層０３１の屈折率を求めると、基材０３２側から徐々に屈折率が低くなる。このような屈折率構造を有する凹凸構造層０３１に光が入射した場合、入射媒質と凹凸構造層０３１との界面での屈折率差が非常に小さくなるため、反射が抑制される。

各実施例では、均質層０３３の屈折率ｎ_Ａと凹凸構造層０３１のうち最も基材側（ベース部材側）の部分の透過屈折率ｎ_ｓｂは、以下の条件（１）を満足する。

…（１）
この条件（１）を満足する、すなわち屈折率ｎ_Ａが透過屈折率ｎ_ｓｂに対してほとんど差がない（ほぼ同じである）ことで、凹凸構造層０３１と均質層０３３との境界における反射が小さく抑えられる。このため、均質層０３３の膜厚変化に対して反射率（絶対値）の変化が小さくなり、反射防止構造３４の反射防止性能を高めることができる。一方、屈折率ｎ_Ａと透過屈折率ｎ_ｓｂとの差が条件（１）の範囲を超える場合は、上記境界での光の干渉が大きくなってしまい、均質層０３３の膜厚変化に対する反射率の変化が大きくなり、反射防止構造３４の反射防止性能を低下させる。

また、各実施例では、基材０３２のうち反射防止構造体０３４が形成される面は、全開角が２０度以上の曲面であることが好ましい。言い換えれば、反射防止構造体０３４は、曲面のうち全開角が２０度以上の範囲に形成されることが好ましい。全開角とは、有効光学面としての曲面を切り出したときの該曲面の両端の法線がなす角度であり、図１に示す角度０１４に相当する。

非球面のように位置によって曲面形状が異なる場合は、該曲面の両端の法線がなす角度のうち最も大きい角度を全開角とする。

全開角が２０度以上の曲面に量産性の高い手法で均質層０３３を形成すると、面内での位置によって膜厚が変化し易い。例えば、該曲面の中心部では膜厚が最も厚くなり、周辺部にいくほど膜厚が薄くなる（図１及び図２の０１３，０２３参照）。そこで、実施例の構成を採用することで、均質層０３３の膜厚変化に対する反射率（絶対値）の変化が鈍感になるため、良好な反射防止性能を有する光学素子を容易に量産することができる。

各実施例では、均質層０３３がその厚みが最も薄い部分と最も厚い部分とを有し、最も薄い部分に比べて最も厚い部分の膜厚が５％以上異なることが好ましい。特に均質層０３３にこのような膜厚差がある場合に実施例の構成を採用することで上記効果を得ることができる。

また、各実施例では、均質層０３３のうち最も薄い部分の膜厚が５ｎｍ以上であることが望ましい。５ｎｍ以下の膜厚であると、耐候性が十分に得られない可能性があり、好ましくない。

また、各実施例では、反射防止構造体０３４が使用波長域において実質的に透明（透過率が９０％以上）であることが望ましい。使用波長域で不透明であると、透過光量が減少する可能性が出てくるため、好ましくない。

また、各実施例では、凹凸構造層０３１のうち最も基材０３２側の透過屈折率と均質層０３３の屈折率とが、以下の条件（２）を満足することが好ましい。

…（２）
ただし、ｎ_ｓｂＬは凹凸構造層０３１のうち最も基材０３２側の部分の使用波長域のうち最も短い波長に対する等価屈折率であり、ｎ_ｓｂＨは凹凸構造層０３１のうち最も基材０３２側の部分の使用波長域のうち最も長い波長に対する等価屈折率である。ｎ_ＡＬは均質層（凹凸構造層０３１に接する均質層）０３２の上記最も短い波長に対する屈折率であり、ｎ_ＡＨは均質層の上記最も短い波長に対する屈折率である。

この条件（２）を満足することで、使用波長域内の全ての波長で上述した各効果が十分に得られる。一方、条件（２）の範囲から外れると、波長によって上述した各効果が得られなかったり損なわれたりする可能性がある。

また、各実施例では、均質層０３３は、材料の充填率が９０％以上であることが好ましい。均質層０３３の材料の充填率が９０％以上であることで、凹凸構造層０３１を透過した水分や酸素が直接、基材０３２に接触することを均質層０３３によって十分に防ぐことができる。この結果、光学素子の耐候性を向上させることができる。

さらに、各実施例では、以下の条件を満足するとより好ましい。

…（３）
ただし、ｎ_ｉは凹凸構造層０３１に対して均質層０３３とは反対側の媒質（入射媒質）の屈折率である。

この条件（３）を満足することで、入射媒質から基材０３２にかけて屈折率の傾きが一方向になるため、反射防止性能をより向上させることができる。

次に、各実施例の光学素子の製造方法について説明する。ただし、以下に説明する製造方法は例に過ぎず、他の製造方法を用いてもよい。

まず、基材０３２の曲面上に少なくとも一層の均質層０３３を成膜する。成膜方法は、蒸着やスパッタに代表される乾式成膜法でもよいし、スピンコートやディップコートに代表される湿式成膜法でもよい。

次に、均質層０３３上に凹凸構造層０３１を形成する。例えば、均質層０３３上に他の均質層を設け、該他の均質層に対して、部分溶融、部分腐食、縮合反応、再結晶化等の追加工を行う方法や、ナノインプリンティングに代表される微細構造を有するモールドを用いる方法で凹凸構造層０３１を形成する。以上の製造方法により、実施例の光学素子が得られる。

各実施例では、均質層０３３は、凹凸構造層０３１を構成する材料とは異なる材料により形成されている。これは、凹凸構造層０３１を形成する際に均質層０３３が影響を受けず、凹凸構造層０３１を形成し易くするためである。例えば、凹凸構造層０３１を形成する際に均質層０３３がダメージを受けて耐候性が劣化することを防ぐことができる。

また、図１には、凹凸構造層０１１及び均質層０１３により構成される反射防止構造体を基材０１２における凹面上に形成した例を示している。前述したように、０１４は該凹面の全開角である。また、図２には、凹凸構造層０２１及び均質層０２３により構成される反射防止構造体を基材０２２における凸面上に形成した例を示している。

基材０１２，０２２は、カメラ、交換レンズ、液晶プロジェクタ等の一般的な光学機器に搭載できる程度の厚みを有し、凹凸構造層０１１，０２１及び均質層０１３，０２３はそれぞれ、使用波長より小さいピッチや厚みを持っている。

これらの基材０１２，０２２に蒸着法によって均質層０１３，０２３を形成する場合について説明する。

図１に示すような基材０１２の凹面上に均質層０１３を形成する場合、均一な薄膜を得るには、凹面の曲率半径の中心に配置された蒸発源から蒸着材料を凹面に向けて飛ばす必要がある。このため、基材０１２を複数個並べて同時に成膜することが難しく、量産性が低下する。

また、図２に示すような基材０２２の凸面上に均質層０２３を形成する場合、均一な薄膜を得るには、基材０２２か蒸発源を常に移動させる必要があり、大掛かりな蒸着装置が必要となる。そして、いずれの基材０１２，０２２上に成膜する場合でも、量産性を確保しようとすると、蒸発源からの蒸着材料の入射角が位置によって変化するため、位置によって膜厚が大きく変化する。

しかしながら、実施例では、均質層の膜厚変化に対して反射率（絶対値）の変化が鈍感であるため、位置によって均質層の膜厚が大きく変化しても問題はなく、反射防止構造体を有する光学素子を容易に量産することができる。

以下に、具体的な実施例を示す。各実施例では、例として、光学素子に入射する光の波長域である使用波長域を可視波長域のうち４００〜７００ｎｍとする。ただし、本発明にいう使用波長域はこれらに限定されるものではない。例えば、１０００ｎｍ程度までの赤外波長域としてもよい。

本実施例では、基材としてＯＨＡＲＡ社製のＳ−ＢＳＬ７を用意した。該基材には、全開角４０度の曲面（凸面）を形成した。基材のｄ線に対する屈折率ｎｄは、１．５１６３３であった。

蒸着法によって曲面上にＳｉＯ_２の薄膜である均質層を形成した。均質層の屈折率は、１．４６であり、物理膜厚は中心部で２０ｎｍ、周辺部で１８ｎｍであった。

次に、均質層上にＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする材料により、凹凸構造層を形成した。凹凸構造層の等価屈折率は、最も基材側の部分での１．４５から最も入射媒質側の部分での１．０までなだらかに変化した。また、凹凸構造層の物理膜厚は３００ｎｍであった。

凹凸構造層のうち最も基材側の部分の等価屈折率と均質層の屈折率との差は０．０１であり、またＡｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２の分散から、本実施例の光学素子は、条件（１），（２），（３）を満足する。

図５には、本実施例の光学素子の入射角０度に対する分光反射率特性 (以下、０度反射率特性という) を示す。光学素子の中心部での０度反射率特性をひし形のドットにより、周辺部での０度反射率特性を四角形のドットで示している。このことは、後述する実施例２〜４でも同じである。図５では、ひし形のドットと四角形のドットとがほとんど重なっている。

本実施例では、均質層の膜厚が変化しても、中心部及び周辺部での反射率がいずれも十分に低くなり、かつ反射率の絶対値の変化がきわめて少なかった。

本実施例では、基材としてＯＨＡＲＡ社製のＳ−ＢＳＬ７を用意した。該基材には、実施例１に比べて大きい全開角１４０度の曲面（凹面）を形成した。基材のｄ線に対する屈折率ｎｄは、１．５１６３３であった。

蒸着法によって曲面上にＳｉＯ_２の薄膜である均質層を形成した。均質層の屈折率は、１．４６であり、物理膜厚は中心部で１００ｎｍ、周辺部で４０ｎｍであった。

図６には、本実施例の光学素子の０度反射率特性を示す。

本実施例でも、均質層の膜厚が変化しても、中心部及び周辺部での反射率がいずれも十分に低くなり、かつ反射率の絶対値の変化がきわめて少なかった。

本実施例では、基材としてＯＨＡＲＡ社製のＳ−ＢＳＬ７を用意した。該基材には、実施例２と同じ全開角１４０度の曲面（凹面）を形成した。基材のｄ線に対する屈折率ｎｄは、１．５１６３３であった。

蒸着法によって曲面上にＭｇＦ_２の薄膜である均質層を形成した。均質層の屈折率は、１．３８であり、物理膜厚は中心部で１００ｎｍ、周辺部で４０ｎｍであった。

次に、均質層上にＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする材料により、凹凸構造層を形成した。凹凸構造層の等価屈折率は、最も基材側の部分での１．４０から最も入射媒質側の部分での１．０までなだらかに変化した。また、凹凸構造層の物理膜厚は３００ｎｍであった。

凹凸構造層のうち最も基材側の部分の等価屈折率と均質層の屈折率との差は０．０１であり、またＡｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２の分散から、本実施例の光学素子は、条件（１），（２）を満足する。

ただし、凹凸構造層のうち最も基材側の部分の等価屈折率は均質層の屈折率よりも高いため、本実施例の光学素子は条件（３）を満足していない。

図７には、本実施例の光学素子の０度反射率特性を示す。

本実施例は、条件（３）を満足していないため、実施例２に比べると若干反射率が高い。しかし、使用波長域全体で０度反射率が１.０％以下と十分に低反射率の光学素子が得られた。

本実施例では、基材としてＯＨＡＲＡ社製のＳ−ＬＡＨ５３を用意した。該基材には、実施例２と同じ全開角１４０度の曲面（凹面）を形成した。基材のｄ線に対する屈折率ｎｄは、１.８０６１０であった。

蒸着法によって曲面上にＡｌ_２Ｏ_３の薄膜である第１の均質層を形成した。該第１の均質層の屈折率は、１．６３であり、物理膜厚は８０ｎｍであった。さらに、蒸着法によって第１の均質層上にＳｉＯ_２の薄膜である第２の均質層を形成した。該第２の均質層の屈折率は、１．４６であり、物理膜厚は中心部で１００ｎｍ、周辺部で４０ｎｍであった。

次に、第２の均質層上にＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする材料により、凹凸構造層を形成した。凹凸構造層の等価屈折率は、最も基材側の部分での１．４５から最も入射媒質側の部分での１．０までなだらかに変化した。また、凹凸構造層の物理膜厚は３００ｎｍであった。

凹凸構造層のうち最も基材側の部分の等価屈折率と、第１及び第２の均質層のうち凹凸構造層に接する第２均質層の屈折率との差は０．０１であり、本実施例の光学素子は、条件（１）を満足する。

図８には、本実施例の光学素子の０度反射率特性を示す。

本実施例では、中心部と周辺部の反射率の差は０.５％以下であり、かつ十分に低反射率の光学素子が得られた。

以下に、実施例１〜４に対する比較例１〜４を示す。

［比較例１］
比較例１では、実施例１〜４との比較のために、均質層を形成していない光学素子の例を示す。

本比較例では、基材としてＯＨＡＲＡ社製のＳ−ＢＳＬ７を用意した。該基材には、全開角４０度の曲面を形成した。基材のｄ線に対する屈折率ｎｄは、１．５１６３３であった。

曲面上にＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする材料により、凹凸構造層を形成した。凹凸構造層の等価屈折率は、最も基材側の部分での１．４５から最も入射媒質側の部分での１．０までなだらかに変化した。また、凹凸構造層の物理膜厚は３００ｎｍであった。

図９には、本比較例の光学素子の０度反射率特性を示す。

本比較例では、使用波長域全体で０度反射率が０.３％以下であり、良好な反射防止性能が得られた。しかし、基材上に疎な膜（凹凸構造層）を直接形成しているため、疎な膜における水分や酸素の透過を十分には防げず、上記各実施例に比べて耐候性が劣る。

［比較例２］
比較例２では、実施例１との比較のために、凹凸構造層と均質層の屈折率が条件（１）を満足しない光学素子の例を示す。

蒸着法によって曲面上にＴｉＯ_２の薄膜である均質層を形成した。均質層の屈折率は、２．３であり、物理膜厚は中心部で２０ｎｍ、周辺部で１８ｎｍであった。

凹凸構造層のうち最も基材側の部分の等価屈折率と均質層の屈折率との差は０．８５であり、本比較例の光学素子は、条件（１）を満足しない。

図１０には、本比較例の光学素子の０度反射率特性を示す。

本比較例では、均質層の膜厚の変化に対して、反射率が大きく変化し、良好な反射防止性能は得られなかった。

［比較例３］
比較例３では、実施例２，３との比較のために、凹凸構造層と均質層の屈折率が条件（１）を満足しない光学素子の例を示す。

本比較例では、基材としてＯＨＡＲＡ社製のＳ−ＢＳＬ７を用意した。該基材には、全開角１４０度の曲面を形成した。基材のｄ線に対する屈折率ｎｄは、１．５１６３３であった。

蒸着法によって曲面上にＣｅＦ_３の薄膜である均質層を形成した。均質層の屈折率は、１．６０であり、物理膜厚は中心部で１００ｎｍ、周辺部で４０ｎｍであった。

凹凸構造層のうち最も基材側の部分の等価屈折率と均質層の屈折率との差は０．１５であり、本比較例の光学素子は、条件（１）を満足しない。

図１１には、本比較例の光学素子の０度反射率特性を示す。

［比較例４］
比較例４では、実施例４との比較のために、凹凸構造層と均質層の屈折率が条件（１）を満足しない光学素子の例を示す。

本比較例では、基材としてＯＨＡＲＡ社製のＳ−ＬＡＨ５３を用意した。該基材には、全開角１４０度の曲面を形成した。基材のｄ線に対する屈折率ｎｄは、１.８０６１０であった。

蒸着法によって曲面上にＡｌ_２Ｏ_３の薄膜である均質層を形成した。均質層の屈折率は、１．６３であり、物理膜厚は中心部で１００ｎｍ、周辺部で４０ｎｍであった。

凹凸構造層のうち最も基材側の部分の等価屈折率と均質層の屈折率との差は０．４３であり、本比較例の光学素子は、条件（１）を満足しない。

図１２には、本比較例の光学素子の０度反射率特性を示す。

本比較例では、凹凸構造層と均質層の材料が基本的に同じであるため、耐候性が不十分である。また、均質層の膜厚の変化に対して、反射率が大きく変化し、良好な反射防止性能は得られなかった。

以上説明した実施例１〜４の光学素子は、多くの光学機器で使用することができる。図１３には、各実施例の光学素子を用いた光学機器としてのデジタルカメラを示している。

２０はカメラ本体、２１は各実施例の光学素子であるレンズを用いて構成された撮影光学系である。撮影光学系２１は、複数のレンズによって構成されており、このうち少なくとも１つのレンズが実施例の光学素子により構成されている。２２はカメラ本体２０に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。

２３は撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する画像情報を記録するメモリ、２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、画像情報（つまりは被写体）を観察するための電子ビューファインダである。

このように、各実施例の光学素子を用いて撮影光学系を構成することで、撮影光学系内での不要な反射を抑えた高い光学性能を有するカメラを実現することができる。

なお、本実施例の光学素子は、カメラのファインダ光学系や、液晶プロジェクタの照明光学系及び投射光学系等にも使用することができる。そして、該光学素子が上述した反射抑制構造を有することで、透過光量が十分に多く、不要な反射によるゴーストやフレアの発生を十分に抑えることができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

本発明の実施例である光学素子（凹面上に反射防止構造体を形成した例）を示す模式図。本発明の実施例である光学素子（凸面上に反射防止構造体を形成した例）を示す模式図。本発明の実施例である光学素子の基本構造を示す模式図。図３に示す光学素子の屈折率構造を示す図。実施例１の０度反射率特性を示す図。実施例２の０度反射率特性を示す図。実施例３の０度反射率特性を示す図。実施例４の０度反射率特性を示す図。比較例１の０度反射率特性を示す図。比較例２の０度反射率特性を示す図。比較例３の０度反射率特性を示す図。比較例４の０度反射率特性を示す図。実施例の光学素子を用いたデジタルカメラを示す図。

符号の説明

０１１，０２１，０３１凹凸構造層
０１２，０２２，０３２基材
０１３，０２３，０３３均質層（中間層）
０３４反射防止構造体

Claims

反射を抑える構造体がベース部材の少なくとも一面に形成された光学素子であって、
該ベース部材における前記構造体が形成された面は曲面であり、
前記構造体は、
使用波長域のうち最も短い波長より小さいピッチの凹凸構造を有し、厚み方向に凹部及び凸部の幅が変化する凹凸構造層と、
前記凹凸構造層と前記ベース部材との間に、該凹凸構造層とは異なる材料によって形成された少なくとも一層の中間層とを有し、
以下の条件を満足することを特徴とする光学素子。

ただし、ｎ_ｓｂは前記凹凸構造層のうち最も前記ベース部材側の部分の等価屈折率であり、ｎ_Ａは前記少なくとも一層の中間層のうち前記凹凸構造層に接する中間層の屈折率である。
前記凹凸構造層に接する中間層は、その厚みが最も薄い部分と最も厚い部分とを有し、前記最も薄い部分に比べて前記最も厚い部分の厚みが５％以上異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。

ただし、ｎ_ｓｂＬは前記凹凸構造層のうち最も前記ベース部材側の部分の前記使用波長域のうち最も短い波長に対する等価屈折率であり、
ｎ_ｓｂＨは前記凹凸構造層のうち最も前記ベース部材側の部分の前記使用波長域のうち最も長い波長に対する等価屈折率であり、
ｎ_ＡＬは前記凹凸構造層に接する中間層の前記最も短い波長に対する屈折率であり、
ｎ_ＡＨは前記凹凸構造層に接する中間層の前記最も短い波長に対する屈折率である。
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光学素子。

ただし、ｎ_ｉは前記凹凸構造層に対して前記中間層とは反対側の媒質の屈折率である。
請求項１から４のいずれか１つに記載の光学素子を有することを特徴とする光学系。
請求項５に記載の光学系を有することを特徴とする光学機器。