JP2011215440A - 反射防止構造および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】反射防止構造に、高い反射防止性能と高い機械的強度を与える。
【解決手段】反射防止構造は、基板１上に、少なくとも、該基板から離れるに従って屈折率が低くなる屈折率傾斜層２を配置し、さらに屈折率傾斜層の上に屈折率が一様な均質層３を配置して構成される。そして、以下の条件を満足する。
ｎｂ−ｎａ＞０．１０
ただし、均質層の屈折率をｎａとし、屈折率傾斜層の均質層側の有効屈折率をｎｂとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ等の光学素子を基板として形成される反射防止構造に関する。

レンズ等の光学素子の表面での光の反射を防止する構造としては、誘電体多層膜の干渉を用いた反射防止膜以外に、入射波長以下の凹凸を有する構造（以下、微細凹凸構造という）が知られている。微細凹凸構造は、光が波長以下の微細な凹凸構造に対して均一な有効屈折率を有する層として反応する性質を利用したものである。

このような微細凹凸構造の有効屈折率は、該構造を構成する媒質の屈折率と空気の屈折率とを混合した平均としての屈折率と考えられる。微細凹凸構造に、基板としての光学素子との界面（基板界面）から空気に向かって媒質の密度が低くなるような構造を持たせ、有効屈折率が基板界面から空気に向かって徐々に低くなる屈折率傾斜を与えると、レンズと空気との界面での光の反射が防止される。

ただし、微細凹凸構造には、物理的又は機械的な強度を確保するのが困難であるとともに、凹凸があるために表面を拭くことができないという問題がある。

反射防止機能を有する微細凹凸構造としては、特許文献１にて開示されたものがある。特許文献１には、アスペクト比の高い微細凹凸構造の機械的強度を上げるために、低屈折率層としての多孔質層を凹凸の隙間に形成した微細凹凸構造が開示されている。多孔質層の屈折率は１．０５とかなり低いため、該多孔質層を含む微細凹凸構造も良好な反射防止性能が得られる。また、凹凸の隙間を多孔質層で埋めるため、該隙間への塵埃の侵入を防止できる。

また、屈折率傾斜を利用した反射防止機能を有する薄膜としては、特許文献２にて開示されたものがある。特許文献２には、表示装置の表示面に設けた静電気の帯電防止や漏洩電磁界を低減させる表面基板処理膜において、帯電防止や漏洩電磁界低減のために必要な導電層が高屈折率であるために、導電層の表面に屈折率傾斜を持つ反射防止層を設けること開示されている。

特開２００８−９４０８号公報 特開平８−８３５８１号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された微細凹凸構造では、凹凸の隙間に屈折率が１．０５よりかなり低い多孔質層が配置されているので、機械的な強度は期待できない。特に凸部が、円錐形状のように先端に向かって細くなる形状を有する場合、微細凹凸構造の表面では凸部の割合がほぼ０となってほとんどが多孔質層のみとなるため、表面の機械的強度は多孔質層と同等となるための低いものとなる。

また、特許文献２に開示された表面基板処理膜は、表面の機械的強度は十分に高いものの、反射防止性能が十分ではない。この表面基板処理膜に設けられる反射防止層は、導電膜での反射を低減する程度の反射防止性能を有するに過ぎず、光学素子の表面での反射を防止するような高い反射防止性能を得るものではない。

本発明は、表面の機械的強度が高く、かつ反射防止性能も高い反射防止構造およびこれを用いた光学機器を提供する。

本発明の一側面としての反射防止構造は、基板上に、少なくとも、該基板から離れるに従って屈折率が低くなる屈折率傾斜層を配置し、さらに屈折率傾斜層の上に屈折率が一様な均質層を配置し、以下の条件を満足することを特徴とする。
ｎｂ−ｎａ＞０．１０
ただし、均質層の屈折率をｎａとし、屈折率傾斜層の均質層側の有効屈折率をｎｂとする。

本発明によれば、表面の機械的強度が高く、かつ反射防止性能も高い反射防止構造を有する光学素子を実現することができる。さらに、広帯域で広い入射角度特性を有する反射防止構造を備えた光学素子を実現することができる。

本発明の実施例１である光学素子の反射防止構造を示す図。 本発明の実施例２である光学素子の反射防止構造を示す図。 本発明の実施例３である光学素子の反射防止構造を示す図。 本発明の実施例４である光学素子の反射防止構造を示す図。 本発明の実施例５である光学素子の反射防止構造を示す図。 本発明の実施例６である光学素子の反射防止構造を示す図。 本発明の数値例１および数値例２の屈折率構造を示す図。 本発明の数値例３および数値例４の屈折率構造を示す図。 本発明の数値例５および数値例６の屈折率構造を示す図。 本発明の数値例１および数値例２の分光反射率の計算値を示すグラフ 本発明の数値例３および数値例４の分光反射率の計算値を示すグラフ 本発明の数値例５および数値例６の分光反射率の計算値を示すグラフ 数値例１の他の屈折率構造を示す図。 メソポーラスシリカの構造を示す図。 屈折率勾配を持つメソポーラスＳｎＯ_２の構造を示す図。 中空ＭｇＦ_２の構造を示す図。 実施例の光学素子を用いた光学機器の例（実施例７）を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図１〜図６には、本発明の実施例１〜６である反射防止構造を示している。ここでは、まず各実施例に共通する反射防止構造の概要について説明する。

本発明の実施例としての反射防止構造は、ベース部材である基板１の表面に形成されている。反射防止構造は、基板側に形成された屈折率傾斜層２と、該屈折率傾斜層２に対して基板１とは反対側に形成され、屈折率が一様（均一）である低屈折率層（均質層）３とを少なくとも含む。言い換えれば、反射防止構造は、基板側から順に、屈折率傾斜層２と低屈折率層３とを含む。

屈折率傾斜層２は、基板１との界面４から低屈折率層３との界面５に向かって、つまりは基板１から離れるほど、徐々に屈折率が低くなる屈折率傾斜（屈折率勾配ともいう）を有する層である。

屈折率傾斜層２は、例えば、反射防止構造に入射する光の波長以下の凹凸形状でできたベース層に、該ベース層よりも屈折率が低い低屈折率媒質（以下、充填媒質という）を充填することで形成してもよい。この場合、屈折率傾斜層内での充填媒質の充填率が基板１から離れるほど高くなるようにすればよい。ベース層を形成する媒質は、基板を形成する媒質と同じものであってもよく、充填媒質は低屈折率層を形成する媒質と同じものであってもよい。

なお、基板１と屈折率傾斜層２との間に、屈折率が一様（均一）な中間層（中間均質層）を少なくとも１層設けてもよい。

本発明の実施例の反射防止構造は、低屈折率層（均質層）３の屈折率をｎａとし、屈折率傾斜層２の低屈折率層３側（均質層側）の有効屈折率をｎｂとするとき、以下の条件（１）を満足する。
ｎｂ−ｎａ＞０．１０ …（１）
また、本発明の実施例の反射防止構造は、以下の条件（２）を満足するとよりよい。

１．１０＜ｎａ＜１．３５ …（２）
さらに、本発明の実施例の反射防止構造において、屈折率傾斜層２と基板１は、基板１の屈折率をｎｓとし、屈折率傾斜層２における基板１側の界面４での有効屈折率をｎｃとするとき、以下の条件（３）を満足するとよりよい。
｜ｎｓ−ｎｃ｜＜０．１０ …（３）
さらに、本発明の実施例の反射防止構造において、λｏ＝５５０ｎｍであるときに、該屈折率均一層３の屈折率ｎａと低屈折率層３の厚さＤａとが以下の条件（４）を満足するとよりよい。

０．１＜ｎａ・Ｄａ／λｏ＜０．５ …（４）
以下、本発明の反射防止構造に関して、下記に理論的な説明を述べる。

一般的に、屈折率が１．３０（又は１．３５）より低い媒質としては、メソポーラスシリカなどの多孔質媒質があげられる。多孔質媒質では、占める空孔の割合によって屈折率が変化する。空孔の割合が高い方がより低い屈折率を実現できる。しかしながら、機械的強度に関しては空孔の割合が低い方が強く、両者を同時には満たせない。

本発明の実施例では、反射防止構造表面の機械的強度を確保するために、低屈折率層３の屈折率を１．１５から１．２５程度に抑えている。これ以下に屈折率を低くすることは、強度的に難しい。強度を重視する場合には１．２０以上とすることが望ましい。
強度により低屈折率層３の屈折率の下限が制約されるため、空気との屈折率差が生じる。このため、空気との界面でフレネル反射が生じる。

そこで、低屈折率層３と屈折率傾斜層２の界面５に屈折率差をつけることで、意図的に同程度のフレネル反射を生じさせている。そして、低屈折率層３の厚さを１／４λ程度とし、この両者のフレネル反射同士を干渉させ打ち消し合せている。

屈折率傾斜層２は界面５から界面４にかけて徐々に屈折率を高く変化させている。界面４では基板の屈折率とほぼ等しい屈折率とすることで、ここでのフレネル反射をなくしている。この屈折率勾配は、緩やかにする必要があり、約１／２λ以上の厚さとすることで、傾斜屈折率層での反射率を低く抑えられる。

これらの構成により、全体として、高い反射防止特性をもつ反射防止構造が可能となる。

図１に示す実施例１の反射防止構造についてより詳しく説明する。基板１の表面（基板上）には、屈折率傾斜層２および低屈折率層３が積層されている。屈折率傾斜層２の屈折率は、前述したように、基板１との界面４から低屈折率層３との界面５に向かって低くなっている。低屈折率層３はメソポーラスシリカにより形成された多孔質層（メソポーラス層）であり、均一な屈折率を有している。メソポーラスシリカは、図１４に示すように、シリカ内に多数の微細孔を持つ。低屈折率層３の屈折率は、メソポーラスシリカに占める微細孔の割合で決まり、微細孔が多いほど屈折率が低くなる。

屈折率傾斜層２は、ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２の２元蒸着により形成された層である。ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２の２元蒸着では、２つの酸化物の混合比によって屈折率が変化する。ＳｉＯ_２の濃度が高くＴｉＯ_２の濃度が低い方が、ＳｉＯ_２の濃度が低くＴｉＯ_２の濃度が高い場合よりも屈折率が低くなる。

屈折率傾斜層２は、基板１との界面４でのＳｉＯ_２の濃度が最も低く、低屈折率層３との界面５に近づく（基板１から離れる）ほど該濃度が高くなる濃度勾配を有する。逆に言えば、基板１との界面４でのＴｉＯ_２の濃度が最も高く、低屈折率層３との界面５に近づく（基板１から離れる）ほど該濃度が低くなるような濃度勾配を有する。このような濃度勾配により、屈折率傾斜層２は、基板１との界面４での屈折率が最も高く、低屈折率層３との界面５に近づくほど屈折率が低くなる。

表１には、本実施例に対応する数値例１を示す。また、図７（Ａ）には、数値例１の反射防止構造の屈折率構造（屈折率プロファイル）を示しており、横軸は層の厚さ（膜厚）（ｎｍ）を示し、縦軸は屈折率を示す。膜厚は、便宜的に基板１の屈折率傾斜層側の界面４を０とし、基板１から低屈折率層３に向かう方向をプラス方向として示す。これらのことは、後述する他の数値例の屈折率プロファイルを示す図でも同じである。

基板１の屈折率は１．８０である。屈折率傾斜層２における基板側の界面４での屈折率は、基板１の屈折率と同じ値である。一方、屈折率傾斜層２における低屈折率層側の界面５での屈折率は１．４６である。これに対し、低屈折率層３の屈折率１．２５であり、界面５において、屈折率傾斜層２と低屈折率層３との間に０．２１の屈折率差がある。

表２には、数値例１の設計値を示す。低屈折率層３のメソポーラスシリカの空孔率は４６％である。屈折率傾斜層２でのＳｉＯ_２とＴｉＯ_２との比率は、基板側の界面４で５９：４１であり、低屈折率層３側の界面５での１００：０の比率まで徐々に変化する。

図１０（Ａ）のグラフには、数値例１の分光反射率（計算値）を示している。このグラフは、可視域の約４００〜７００ｎｍから赤外域の１０００ｎｍまでの波長域において、入射角度が０°，１５°，３０°，４５°，６０°であるときの分光反射率をプロットしたものである。このことは、後述する他の数値例の分光反射率のグラフでも同じである。

このグラフに示すように、本数値例の反射防止構造は、可視域の全域において入射角度０°から４５°の範囲において十分に低い反射率、つまりは十分に高い反射防止性能を示している。また、６０°の高い入射角度においても、可視域の全域で４．５％程度の低い反射率に抑えられている。干渉による多層膜反射防止構造では、入射する光の波長（使用波長）以外では急激に反射率が増加する特性であることが多い。しかし、本数値例では、赤外波長域でも緩やかに特性が変化するのみで、入射角度０〜３０°では、１０００ｎｍの赤外域でも反射率が２％程度上昇するに留まっている。

また、表１には、実施例１に対応する他の数値例である数値例２を示す。図７（Ｂ）には、数値例２の反射防止構造の屈折率プロファイルを示している。基板１の屈折率は１．８である。屈折率傾斜層２における基板側の界面４での屈折率は、基板１の屈折率と同じ値である。一方、屈折率傾斜層２における低屈折率層側の界面５での屈折率は１．４９である。これに対し、低屈折率層３の屈折率１．２０であり、界面５において、屈折率傾斜層２と低屈折率層３との間に０．２９の屈折率差がある。

表２には、数値例２の設計値を示す。低屈折率層３のメソポーラスシリカの空孔率は５６％である。屈折率傾斜層２でのＳｉＯ_２とＴｉＯ_２との比率は、基板側の界面４で５９：４１であり、低屈折率層３側の界面５での９６：４の比率まで徐々に変化する。

図１０（Ｂ）のグラフには、数値例２の分光反射率（計算値）を示している。このグラフに示すように、本数値例の反射防止構造は、可視域の全域において入射角度０°から４５°の範囲において十分に低い反射率、つまりは高い反射防止性能を示す。また、６０°の高い入射角度においても、可視域の全域で５％程度の低い反射率に抑えられている。

また、表１には、実施例１に対応するさらに別の数値例である数値例４を示す。図８（Ｂ）には、数値例４の反射防止構造の屈折率プロファイルを示している。基板１の屈折率は２．００である。屈折率傾斜層２における基板側の界面４での屈折率は、基板１の屈折率と同じ値である。一方、屈折率傾斜層２における低屈折率層側の界面５での屈折率は１．５６である。これに対し、低屈折率層３の屈折率１．１５であり、界面５において、屈折率傾斜層２と低屈折率層３との間に０．３１の屈折率差がある。

表２には、数値例２の設計値を示す。低屈折率層３のメソポーラスシリカの空孔率は４６％である。屈折率傾斜層２でのＳｉＯ_２とＴｉＯ_２との比率は、基板側の界面４で３５：６５であり、低屈折率層３側の界面５での８８：１２の比率まで徐々に変化する。

図１１（Ｂ）のグラフには、数値例４の分光反射率（計算値）を示している。このグラフに示すように、本数値例の反射防止構造は、可視域の全域において入射角度０°から４５°の範囲において十分に低い反射率、つまりは高い反射防止性能を示す。また、６０°の高い入射角度においても、可視域の全域で４．３％程度の低い反射率に抑えられている。

図２に示す実施例２の反射防止構造についてより詳しく説明する。基板１の表面には、屈折率傾斜層２および低屈折率層３が積層されている。屈折率傾斜層２の屈折率は、前述したように、基板１との界面４から低屈折率層３との界面５に向かって低くなっている。低屈折率層３は、実施例１と同様にメソポーラスシリカにより形成され、均一な屈折率を有している。

また、屈折率傾斜層２は、メソポーラスＳｎＯ_２により形成された多孔質層（メソポーラス層）であり、ＳｎＯ_２に多数の微細な空孔が形成された構造を有する。メソポーラスＳｎＯ_２も、メソポーラスシリカと同様に、メソポーラスＳｎＯ_２内に占める空孔の割合が高いほど屈折率が低くなる。屈折率傾斜層２では、図１５に示すように、基板１との界面４に近いほど空孔の割合が低くなっている。逆に言えば、低屈折率層３との界面５に近いほど空孔の割合が高くなっている。これにより、屈折率傾斜層２の屈折率は、基板１との界面４から低屈折率層３との界面５に向かって低くなる。

表３には、本実施例に対応する数値例１の設計値を示す。低屈折率層３のメソポーラスシリカの空孔率は４６％である。屈折率傾斜層２におけるＳｎＯ_２の空孔率は、基板１側の界面４での２０％から低屈折率層３側の界面５での５４％まで徐々に変化する。これにより、屈折率プロファイルは、図７（Ａ）に示すようになり、また、分光反射率は、図１０（Ａ）に示すようになる。

また、表３には、本実施例２に対応する数値例２の設計値を示す。低屈折率層３のメソポーラスシリカの空孔率は５６％である。屈折率傾斜層２におけるＳｎＯ_２の空孔率は、基板１側の界面４での２０％から低屈折率層３側の界面５での５１％まで徐々に変化する。これにより、屈折率プロファイルは、図７（Ｂ）に示すようになり、また、分光反射率は、図１０（Ｂ）に示すようになる。

表１に、本実施例に対応する他の数値例である数値例３を示す。図８（Ａ）には、該数値例３の屈折率プロファイルを示している。

基板の屈折率は１．８０である。屈折率傾斜層２における基板側の界面４での屈折率は、基板１の屈折率と同じ値である。一方、屈折率傾斜層２における低屈折率層側の界面５での屈折率は１．３２である。これに対し、低屈折率層３の屈折率１．１５であり、界面５において、屈折率傾斜層２と低屈折率層３との間に０．１７の屈折率差がある。

表３には、数値例３の設計値を示す。低屈折率層３のメソポーラスシリカの空孔率は６７％である。屈折率傾斜層２におけるＳｎＯ_２の空孔率は、基板１側の界面４での２０％から低屈折率層３側の界面５での６８％まで徐々に変化する。これにより、分光反射率は、図１１（Ａ）に示すようになる。

また、表３には、本実施例に対応する数値例４の設計値を示す。低屈折率層３のメソポーラスシリカの空孔率は４６％である。屈折率傾斜層２におけるＳｎＯ_２の空孔率は、基板１側の界面４での０％から低屈折率層３側の界面５での４４％まで徐々に変化する。これにより、屈折率プロファイルは、図８（Ｂ）に示すようになり、また、分光反射率は、図１１（Ｂ）に示すようになる。

図３に示す実施例３の反射防止構造についてより詳しく説明する。基板１の表面には、屈折率傾斜層２および低屈折率層３が積層されている。屈折率傾斜層２の屈折率は、前述したように、基板１との界面４から低屈折率層３との界面５に向かって低くなっている。低屈折率層３は、実施例１と同様にメソポーラスシリカにより形成された多硬質層（メソポーラス層）であり、均一な屈折率を有している。

屈折率傾斜層２は、基板１を形成する媒質と同じ媒質からなるベース層に微細な凹凸を有するように形成されている。凹凸のピッチ（寸法）は、使用波長λより小さい１／２λ程度である。また、凸部は、基板１における界面４でほぼ１００％の体積を占め、低屈折率層３側の界面５に近づくほど徐々に細くなって界面５において上端面を持つ、いわゆる円錐台又は四角錐台形状である。隣り合う凸部の隙間には、ベース層よりも屈折率が低い充填媒質である上記メソポーラスシリカが充填されている。屈折率傾斜層２でのメソポーラスシリカの充填率は、基板１から離れるほど高くなっており、この結果、屈折率傾斜層２の屈折率は、基板１側の界面４から界面５に向かって低くなる。

また、凸部が円錐台又は四角錐台形状を有するため、その上端面にて屈折率が不連続となり、低屈折率層３との間に界面５が存在することになる。

表４には、本実施例に対応する数値例１の設計値を示す。低屈折率層３のメソポーラスシリカの空孔率は４６％である。屈折率傾斜層２の基板１側の界面４での充填媒質の充填率は１００％である。このため、屈折率は、基板１から屈折率傾斜層２にかけて連続に変化する。

一方、充填媒質の充填率は界面５で３８％となり、６２％がメソポーラスシリカとなる。ここでの屈折率は１．４６となり、低屈折率層３との屈折率差が生じる。

屈折率プロファイルは、図７（Ａ）に示すようになり、また、分光反射率は、図１０（Ａ）に示すようになる。

表４には、本実施例に対応する数値例２の設計値を示す。低屈折層３のメソポーラスシリカの空孔率は５６％である。屈折率傾斜層２の基板１側の界面４での充填媒質の充填率は１００％である。このため、屈折率は、基板１から屈折率傾斜層２にかけて連続に変化する。

一方、充填媒質の充填率は界面５で４８％となり、５２％がメソポーラスシリカとなる。ここでの屈折率は１．４９となり、低屈折率層３との屈折率差が生じる。

屈折率プロファイルは、図７（Ｂ）に示すようになり、また、分光反射率は、図１０（Ｂ）に示すようになる。

表４には、本実施例に対応する数値例３の設計値を示す。低屈折層３のメソポーラスシリカの空孔率は６７％である。屈折率傾斜層２の基板１側の界面４での充填媒質の充填率は１００％である。このため、屈折率は、基板１から屈折率傾斜層２にかけて連続に変化する。

一方、充填媒質の充填率は界面５で２６％となり、７４％がメソポーラスシリカとなる。ここでの屈折率は１．３２となり、低屈折率層３との屈折率差が生じる。

屈折率プロファイルは、図８（Ａ）に示すようになり、また、分光反射率は、図１１（Ａ）に示すようになる。

表４には、本実施例に対応する数値例４の設計値を示す。低屈折層３のメソポーラスシリカの空孔率は４６％である。屈折率傾斜層２の基板１側の界面４での充填媒質の充填率は１００％である。このため、屈折率は、基板１から屈折率傾斜層２にかけて連続に変化する。

一方、充填媒質の充填率は界面５で４１％となり、５９％がメソポーラスシリカとなる。ここでの屈折率は１．５６となり、低屈折率層３との屈折率差が生じる。

屈折率プロファイルは、図８（Ｂ）に示すようになり、また、分光反射率は、図１１（Ｂ）に示すようになる。

図４に示す実施例４の反射防止構造についてより詳しく説明する。基板１の表面には、屈折率傾斜層２および低屈折率層３が積層されている。屈折率傾斜層２の屈折率は、前述したように、基板１との界面４から低屈折率層３との界面５に向かって低くなっている。低屈折率層３は、中空ＭｇＦ_２（フッ化マグネシウム）により形成された多孔質層であり、均一な屈折率を有している。中空ＭｇＦ_２は、図１６に示すように中空のＭｇＦ_２が集結したものであり、球形状のＭｇＦ_２の内部と該球形状のＭｇＦ_２間の隙間に多くの空隙が存在するために低い屈折率が得られる。

屈折率傾斜層２には、微細な花弁状構造のＡｌ_２Ｏ_３が形成され、該花弁状構造にメソポーラスＳｎＯ_２が充填されている。このため、屈折率傾斜層２は、Ａｌ_２Ｏ_３とメソポーラスＳｎＯ_２との混合媒質である。花弁状構造は、基板１との界面４に花弁状構造の下部が配置されており、界面４での花弁状構造の密度（比率）はほぼ１００％である。一方、花弁状構造の上部では、密度がほぼ０％となっている。

このような屈折率傾斜層２において、基板１側の界面４では屈折率が高く、Ａｌ_２Ｏ_３の屈折率と同等の屈折率を有する。また、界面５では、メソポーラスＳｎＯ_２の屈折率と同等の屈折率を有する。

表５には、本実施例に対応する数値例１の設計値を示す。低屈折率層３の中空ＭｇＦ_２の空孔率は３４％である。屈折率傾斜層２において花弁状構造に充填されたソポーラスＳｎＯ_２の空孔率は５４％である。これにより、屈折率プロファイルは、図７（Ａ）に示すようになり、また、分光反射率は、図１０（Ａ）に示すようになる。

表５には、本実施例に対応する数値例２の設計値を示す。低屈折率層３の中空ＭｇＦ_２の空孔率は４７％である。屈折率傾斜層２において花弁状構造に充填されたソポーラスＳｎＯ_２の空孔率は５１％である。これにより、屈折率プロファイルは、図７（Ｂ）に示すようになり、また、分光反射率は、図１０（Ｂ）に示すようになる。

表５には、本実施例に対応する数値例４の設計値を示す。低屈折率層３の中空ＭｇＦ_２の空孔率は６０％である。屈折率傾斜層２において花弁状構造に充填されたソポーラスＳｎＯ_２の空孔率は６８％である。これにより、屈折率プロファイルは、図８（Ａ）に示すようになり、また、分光反射率は、図１１（Ａ）に示すようになる。

図５に示す実施例５（数値例５）の反射防止構造についてより詳しく説明する。表６および表７には、数値例５の設計値を示す。

本実施例では、屈折率が２．００である基板１の表面に、実施例１と同様に形成された屈折率傾斜層２と低屈折率層３とを設け、さらに基板１と屈折率傾斜層２との間に均一な屈折率１．８０を有する下方均質層（中間層）６を配置した例である。

屈折率傾斜層２の屈折率は、基板側の界面である下方均質層６との界面４で下方均質層６の屈折率よりも低い１．６０であり、該界面４から低屈折率層側の界面５（屈折率１．４６）に向かって低くなっている。低屈折率層３の屈折率は、１．２５である。

本数値例において、低屈折率層３のメソポーラスシリカの空孔率は４６％である。屈折率傾斜層２でのＳｉＯ_２とＴｉＯ_２との比率は、基板側の界面４で８３：１７であり、低屈折率層３側の界面５での１００：０の比率まで徐々に変化する。屈折率プロファイルは、図９（Ａ）に示すようになり、また、分光反射率は、図１２（Ａ）に示すようになる。

図１２（Ａ）に示すように、本数値例の反射防止構造は、可視域の全域において入射角度０°から４５°の範囲において十分に低い反射率、つまりは十分に高い反射防止性能を示している。また、６０°の高い入射角度においても、可視域の全域で５％程度の低い反射率に抑えられている。さらに、赤外波長域でも緩やかに特性が変化するのみで、入射角度０〜３０°では、１０００ｎｍの赤外域でも反射率が１．５％程度上昇するに留まっている。

図６に示す実施例６（数値例６）の反射防止構造についてより詳しく説明する。表８には、数値例６の設計値を示す。

本実施例では、屈折率が２．００である基板１の表面に、実施例４と同様に形成された屈折率傾斜層２と低屈折率層３とを設け、さらに基板１と屈折率傾斜層２との間に均一な屈折率１．８０を有する下方均質層（中間層）６を配置した例である。

屈折率傾斜層２の屈折率は、基板側の界面である下方均質層６との界面４で下方均質層６の屈折率よりも低い１．６０であり、該界面４から低屈折率層側の界面５（屈折率１．３２）に向かって低くなっている。低屈折率層３の屈折率は、１．１５である。

本数値例において、低屈折率層３における中空ＭｇＦ_２の空孔率は６０％である。屈折率傾斜層２の基板側の界面４での花弁状構造（Ａｌ_２Ｏ_３）と充填されたメソポーラスＳｎＯ_２との比率は、５８：４２である。一方、屈折率傾斜層２の低屈折率層側の界面５での花弁状構造（Ａｌ_２Ｏ_３）と充填されたメソポーラスＳｎＯ_２との比率は、０：１００である。また、本実施例では、下方均質層６は、Ａｌ_２Ｏ_３により形成されている。

屈折率プロファイルは、図９（Ｂ）に示すようになり、また、分光反射率は、図１２（Ｂ）に示すようになる。

図１２（Ｂ）に示すように、本数値例の反射防止構造は、可視域の全域において入射角度０°から４５°の範囲において十分に低い反射率、つまりは十分に高い反射防止性能を示している。また、６０°の高い入射角度においても、可視域の全域で２．５％程度の低い反射率に抑えられている。さらに、赤外波長域でも緩やかに特性が変化するのみで、入射角度０〜３０°では、１０００ｎｍの赤外域でも反射率が０．５％程度上昇するに留まっている。

なお、上記各数値例の屈折率傾斜層２の屈折率プロファイルでは、界面４での最大の屈折率と界面５での最小の屈折率のみを数値で示し、その間の屈折率の変化を直線的な変化として示している。しかし、最大屈折率と最小屈折率との間の屈折率変化は直線的なもの限定されず、単調に低下するのであれば、図１３に示すように曲線的に変化してもよい。例えば、屈折率傾斜層２の実際の製造上の観点や分光反射特性の適正チューニングの観点から、屈折率変化を曲線的にすることも可能である。

図１７には、上記各実施例の反射防止構造を有する光学素子を用いた光学機器の例を示している。

図１７（Ａ）は、各実施例の光学素子を用いた、光学機器であるデジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置の結像光学系（撮影レンズ）を示している。１６は撮影レンズ部であり、内部に絞り１８と各実施例の光学素子１０を有する。１７は結像面であり、ＣＣＤセンサ等の撮像素子が配置される。

光学素子１０は、結像光学系のうち最も結像面１７に近い位置に最終レンズとして配置され、該光学素子１０の光入射面（レンズ面）に反射防止構造を有する。反射防止構造は、光入射面での反射を抑制し、フレア光を低減させる。

なお、各実施例の光学素子を、結像光学系のうち最終レンズ以外の位置に設けてもよいし、複数使用してもよい。また、各実施例の光学素子を、イメージスキャナや複写機のリーダーレンズ等、撮像装置の撮影レンズ以外の結像光学系内に使用してもよい。

図１７（Ｂ）には、各実施例の光学素子を用いた、光学機器である双眼鏡（観察装置）の観察光学系を示している。２９は対物レンズである。２０は像を正立させるためのプリズムであり、図では展開して示している。２７は絞りである。３１は接眼レンズであり、その内部に各実施例の光学素子２１を有する。３２は評価面（瞳面）である。

光学素子２１は、レンズであり、評価面３２を向いたレンズ面に反射防止構造を有する。反射防止構造は、評価面側から接眼レンズ３１に入射し、反射して評価面３２に戻り観察者の眼に入射するような光を低減させる。

なお、各実施例の光学素子を、接眼レンズ３１内に複数設けてもよい。また、各実施例の光学素子を、表面に反射防止構造を有するプリズム２０として使用してもよいし、対物レンズ２９内のレンズとして使用してもよい。また、各実施例の光学素子を、望遠鏡の観察光学系やカメラ光学ファインダ等、双眼鏡以外の観察光学系に使用してもよい。

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。

表面の機械的強度が高く、かつ反射防止性能も高い反射防止構造を有する光学素子およびこれを用いた光学機器を提供できる。

１ 基板
２ 屈折率傾斜層
３ 低屈折率層
４，５ 界面

Claims (12)

1. 基板上に、少なくとも、該基板から離れるに従って屈折率が低くなる屈折率傾斜層を配置し、さらに前記屈折率傾斜層の上に屈折率が一様な均質層を配置し、以下の条件を満足することを特徴とする反射防止構造。
   ｎｂ−ｎａ＞０．１０
   ただし、前記均質層の屈折率をｎａとし、前記屈折率傾斜層の均質層側の有効屈折率をｎｂとする。
2. 前記均質層は、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の反射防止構造。
   １．１０＜ｎａ＜１．３５
3. 前記屈折率傾斜層と前記基板は、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に記載の反射防止構造。
   ｜ｎｓ−ｎｃ｜＜０．１０
   ただし、前記基板の屈折率をｎｓとし、前記屈折率傾斜層の基板側の有効屈折率をｎｃとする。
4. 前記屈折率傾斜層と前記基板の間に屈折率が一様な中間均質層を少なくとも１層設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の反射防止構造。
5. 前記屈折率傾斜層は、波長以下の微細な凹凸形状でできた層に、それより低い屈折率を有する低屈折率媒質を充填した層であり、前記屈折率傾斜層での前記低屈折率媒質の充填率は前記基板から離れるに従って高くなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の反射防止構造。
6. 前記屈折率傾斜層の波長以下の微細な凹凸形状は、前記基板と同じ媒質であることを特徴とする請求項５に記載の反射防止構造。
7. 前記屈折率傾斜層の波長以下の微細な凹凸形状に充填する前記低屈折率媒質は、前記屈折率傾斜層の上に配置する前記均質層と同じ媒質であることを特徴とする請求項６に記載の反射防止構造。
8. 前記均質層は、多孔質層であることを特徴とする請求項２から７のいずれか一項に記載の反射防止構造。
9. 前記多孔質層は、シリカもしくはフッ化マグネシウムを含むことを特徴とする請求項８に記載の反射防止構造。
10. 前記多孔質層は、メソポーラス層であることを特徴とする請求項８に記載の反射防止構造。
11. 前記均質層は、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の反射防止構造。
    ０．１＜ｎａ・Ｄａ／λｏ＜０．５
    ただし、Ｄａは前記均質層の厚さであり、λｏ＝５５０ｎｍとする。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の反射防止構造を有することを特徴とする光学機器。