JP2012215790A - 反射防止膜及び光学素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基材上に設けられる中間層と、当該中間層の表面に設けられる低屈折率層とから成る光学的二層構造を有し、当該低屈折率層は中空シリカがバインダにより結着された層であり、その屈折率(n1)は1.15以上1.24以下であり、当該中間層の屈折率(n2)は、基材の屈折率をn(sub)とした場合、下記式(1)の関係を満たすことを特徴とする。
【選択図】なし
Description
まず、図1を参照して本件発明に係る反射防止膜10の構成を説明する。本件発明に係る反射防止膜10は、基材20上に設けられる反射防止膜10であって、基材20上に設けられる中間層11と、当該中間層11の表面に設けられる低屈折率層12とから成る光学的二層構造を有し、当該低屈折率層12は中空シリカ(中空シリカ粒子)13がバインダ14により結着された層であり、その屈折率(n1)は1.15以上1.24以下であり、当該中間層11の屈折率(n2)は、基材20の屈折率をn(sub)とした場合、下記式(1)の関係を満たすことを特徴としている。すなわち、本件発明に係る反射防止膜10は、表層としての低屈折率層12と、表層と基材20との間に配置される中間層11とから成る光学的二層構造を主たる光学的構成としており、当該二層構造から成る反射防止膜としてもよいし、当該反射防止膜の表面に当該反射防止膜の反射防止効果を妨げない範囲で後述する機能層16を設けてもよい。
まず、光学的二層構造による反射防止効果について説明する。一般に、表層に配置される低屈折率層12の屈折率をn(1)、基材20と表層との間に配置される中間層11の屈折率をn(2)、基材20の屈折率をn(sub)とした場合に、中間層11の屈折率n(2)が下記式(3)の関係を満たす場合に、当該反射防止膜10では、設計中心波長(400nm〜700nmの範囲で定めた任意の波長)の入射光に対する反射率が最低値を示すことが知られている。
次に、上記光学的二層構造の表層を成す低屈折率層12について説明する。まず、低屈折率層12の屈折率について説明する。低屈折率層12の屈折率は、上記の通り、1.15以上1.24以下であることが要求される。当該範囲内の屈折率を有する低屈折率層12を表層とし、式(1)を満たす屈折率n(2)を有する中間層11を基材20上に設けることにより、初めて当該光学的二層構造を有する反射防止膜10を広い波長範囲の光線に対する反射防止効果の高いものとすることができる。
次に、中間層11について説明する。中間層11の屈折率n(2)は、上述した通り、式(1)の関係を満たすことが好ましく、式(2)の関係を満たすことがより好ましい。中間層11は、式(1)、好ましくは式(2)の関係を満たす屈折率を有すればよく、無機材料、有機材料、或いは、無機・有機混合材料を用いて形成することができる。無機材料としては、例えば、MgF2、SiO2、Al2O3、Nb2O5、Ta2O5、TiO2、La2O3及びTiO2の混合物、HfO2、SnO2、ZrO2、ZrO2及びTiO2の混合物、Pr6O11及びTiO2の混合物、Al2O3及びLa2O3の混合物、La2O3などを用いることができる。また、有機材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、PMMA樹脂、但し、光学薄膜50を構成する材料はこれらに限定されるものではない。また、当該光学薄膜50の厚み等は、反射防止性能を発揮する上で、適宜、適切な値とすることができる。中間層11は、これらの材料を用いて、湿式成膜法、真空成膜法、プラズマCVD法、原子層堆積法(ALD法)等により形成することができる。
本件発明においては、図1に示すように、低屈折率層12の表面に、屈折率(n3)が1.30以上2.35以下であり、且つ、膜厚が1nm以上30nm以下の機能層16を設けてもよい。本件発明に係る反射防止膜10は、基材20上に設けられる中間層11と、この中間層11の表面に設けられる低屈折率層12とから成る光学的二層構造を反射防止機能に関する主たる構成としている。機能層16は、この中間層11と低屈折率層12とから成る光学的二層構造により得られる反射防止効果に光学的な影響を与えない透明な極薄い膜であって、反射防止膜10の表面の硬度、耐擦傷性、耐熱性、耐候性、耐溶剤性、撥水性、撥油性、防曇性、親水性、耐防汚性、導電性等の向上等の機能を有する層を指す。
本件発明に係る反射防止膜10において、当該反射防止膜10が設けられる基材20として光学素子基材20を用いることができる。光学素子基材20は、ガラス製であってもよいし、プラスチック製であってもよく、その材質に特に限定はない。例えば、レンズ、プリズム(色分解プリズム、色合成プリズム等)、偏光ビームスプリッター(PBS)、カットフィルタ(赤外線用、紫外線用等)など各種の光学素子基材20を用いることができる。ここで、樹脂基材や熱膨張係数の高いガラス基材20を用いる場合には、上記反射防止膜10の製造工程において、熱処理を行う場合には、熱処理温度は90℃以上200℃以下で行うことが基材20の熱膨張変形等を防止する点から好ましい。
以上の構成を有する反射防止膜10では、入射角0度以上50度以下の波長400nm以上680nm以下の光に対して、1%以下の反射率を達成することができる。より具体的には、入射角0度の波長400nm以上800nm以下の光に対する反射率を0.5%以下、入射角0度以上45度以下の波長400nm以上680nm以下の光に対する反射率を0.7%以下にすることができる。更に、具体的には、入射角0度の波長400nm以上700nm以下の光に対する反射率を0.3%以下、入射角0度以上45度以下の波長400nm以上680nm以下の光に対する反射率を0.5%以下とすることができる。
本件発明に係る光学素子は、上記記載の反射防止膜10を備えることを特徴とする。光学素子としては、撮影光学素子や投影光学素子を挙げることができ、具体的には、レンズ、プリズム(色分解プリズム、色合成プリズム等)、偏光ビームスプリッター(PBS)、カットフィルタ(赤外線用、紫外線用等)などを挙げることができる。また、レンズとして、例えば、一眼レフカメラの交換レンズやデジタルカメラ(DSC)に搭載されるレンズ、携帯電話機に搭載されるデジタルカメラ用のレンズ他、各種のレンズが挙げられる。
次に、比較例1の反射防止膜10を説明する。比較例1では、実施例1と同じ基材を用いた。この基材20の表面に、Al2O3層と、ZrO2層と、MgF2層との三層を積層して成る反射防止膜を形成した。各層の形成に際しては、それぞれシンクロン社製のBMC1300を用いて、真空蒸着法により所定の厚みになるまで成膜した。表11に比較例で製造した反射防止膜の層構成と、各層の屈折率を示す。
次に、比較例2の反射防止膜を説明する。比較例2では、実施例2と同じ基材を用いた。この基材の表面に、中間層としてAl2O3層と、中空シリカを含む低屈折率層を積層して成る反射防止膜を形成した。中間層の形成に際しては、シンクロン社製のBMC1300を用いて、真空蒸着法により所定の厚みになるまで成膜した。表12に比較例で製造した反射防止膜の層構成と、各層の屈折率を示す。ここで、本比較例2において、式(1)と、低屈折率層12及び基材20の屈折率n(1)、n(sub)とに基づけば、中間層11の屈折率n(2)は、1.45≦n(2)≦1.54の範囲内の値であることが好ましい。しかしながら、本比較例2では、中間層の屈折率n(2)を、この式(1)の範囲の上限値を超えた屈折率(n(2)=1.63)を有する層とした。
次に、比較例3の反射防止膜を説明する。比較例3では、実施例2と同じ基材を用いた。この基材の表面に、中間層としてMgF2層と、中空シリカを含む低屈折率層を積層して成る反射防止膜を形成した。中間層の形成に際しては、シンクロン社製のBMC1300を用いて、真空蒸着法により所定の厚みになるまで成膜した。表13に比較例で製造した反射防止膜の層構成と、各層の屈折率を示す。ここで、本比較例2において、式(1)と、低屈折率層12及び基材20の屈折率n(1)、n(sub)とに基づけば、中間層11の屈折率n(2)は、1.45≦n(2)≦1.54の範囲内の値であることが好ましい。しかしながら、本比較例3では、中間層の屈折率n(2)を、この式(1)の範囲の下限値よりも低い屈折率(n(2)=1.38)を有する層とした。
1.反射率
次に、上記実施例1〜実施例9で得られた各反射防止膜10と、比較例の反射防止膜10の反射防止特性について評価する。反射率の測定に際しては、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製の分光光度計U4000を用いた。反射防止膜10に対する光線の入射角を0度、30度、45度、50度及び60度とし、各入射角において入射光の波長域を400nmから800nmの範囲で測定した。実施例1〜実施例10で製造した反射防止膜10の反射率の測定結果を図4〜図14に示す。また、入射光の波長域が400nm〜680nm、400nm〜700nm、400nm〜850nmである場合において、それぞれの波長域における反射率の最大値を表14及び表15に示す。実施例1〜実施例9で製造した反射防止膜10では、いずれも入射角0度において波長が400nm〜800nmの範囲の光線に対する反射率は0.5%以下であった。また、入射角が0度の場合、波長が 400nm〜700nmの範囲の光線に対して、本件発明に係る反射防止膜10の実施例1、2、6では、0.3%以下の反射率を実現することができた。さらに、実施例1〜実施例10で製造した各反射防止膜10では、入射角0度〜45度において、波長が400nm〜700nmの範囲の光線に対する反射率は0.7%以下であった。更に、入射角0度〜50度において、波長が400nm〜680nmの範囲の光線に対する反射率は、1%以下であった。
また、表層を不織布で複数回擦ってみたところ、表層が剥離することもなく、実用上、十分な耐久性を維持していることについても確認された。
11・・・中間層
12・・・低屈折率層
13・・・中空シリカ
14・・・バインダ
20・・・基材
30・・・機能層
Claims (14)
- 基材上に設けられる反射防止膜であって、
基材上に設けられる中間層と、当該中間層の表面に設けられる低屈折率層とから成る光学的二層構造を有し、
当該低屈折率層は中空シリカがバインダにより結着された層であり、その屈折率(n1)は1.15以上1.24以下であり、
当該中間層の屈折率(n2)は、当該基材の屈折率をn(sub)とした場合、下記式(1)の関係を満たすこと、
を特徴とする反射防止膜。
- 前記低屈折率層において前記中空シリカが占める体積は、30体積%以上99体積%以下である請求項1に記載の反射防止膜。
- 前記低屈折率層内には、前記中空シリカ内の中空部以外の空隙部が存在する請求項1又は請求項2に記載の反射防止膜。
- 中空シリカ粒子の平均粒径は、5nm以上100nm以下であり、中空シリカ粒子の外側はバインダにより被覆されている請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の反射防止膜。
- 前記低屈折率層の屈折率(n1)は、1.17以上1.23以下である請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の反射防止膜。
- 前記中間層の屈折率(n2)は、下記式(2)を満たす請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の反射防止膜。
- 前記低屈折率層の光学膜厚は、100nm以上180nm以下である請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の反射防止膜。
- 前記中間層の光学膜厚は、100nm以上180nm以下である請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の反射防止膜。
- 前記中間層は、設計中心波長において前記式(1)の関係を満たす複層構造の等価膜である請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の反射防止膜。
- 前記低屈折率層は、中空シリカと、バインダ成分として樹脂材料又は金属アルコキシドを用いて形成された層である請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の反射防止膜。
- 入射角0度の波長400nm以上800nm以下の光に対する反射率が0.5%以下であり、入射角45度以下の波長400nm以上680nm以下の光に対する反射率が0.7%以下である請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の反射防止膜。
- 前記低屈折率層の表面に、屈折率(n3)が1.30以上2.35以下であり、且つ、膜厚が1nm以上30nm以下の機能層を備える請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載の反射防止膜。
- 前記基材は、光学素子基材である請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載の反射防止膜。
- 請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載の反射防止膜を備えることを特徴とする光学素子。
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