JP2017219651A

JP2017219651A - 反射防止膜およびそれを有する光学素子、光学系、光学装置

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Publication number: JP2017219651A
Application number: JP2016113110A
Authority: JP
Inventors: 理絵石松; Rie Ishimatsu; 奥野　丈晴; Takeharu Okuno; 丈晴奥野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2017-12-14

Abstract

【課題】残膜の膜厚がばらついても、４００〜７００ｎｍの波長に対して、優れた反射防止特性を有する反射防止膜およびそれを有する光学素子、光学系、光学機器を提供することでる。【解決手段】上記目的を達成するために、本発明は、入射乃至射出する光線の表面反射を低減するための反射防止膜であって、ｄ線に対する屈折率が１．６８以上２．３０以下の光学基板上に形成されており、４００ｎｍ以下のピッチで規則的に配列された凹凸を持つ構造層と、該構造と該光学基板との間に形成された１層以上の中間層からなり、該構造層は、屈折率が膜厚方向に変化するグレーデッド部と該グレーデッド部の下部に一体で形成され、膜厚方向に屈折率が変化しない残膜部からなり、該残膜部の物理膜厚が６３ｎｍ以上であることを満たす構成とした。【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子の入出射面に設けられる反射防止膜に関し、特に深さ方向に屈折率が連続的に変化する構造を有する反射防止膜およびそれを有する光学素子、光学系、光学装置に関する。

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、反射防止構造が形成されており、近年では使用波長より小さなピッチで配列した微細構造を利用した反射防止膜が知られている。この反射防止膜は、光入射側から膜厚方向に対して実質的に屈折率が連続的に変化するため、屈折率の異なる多層膜から構成される従来の反射防止膜より入射角度特性が少ない。このような微細凹凸構造を利用した反射防止膜の形成法として、特許文献１には、微細凹凸構造を持つ原盤を作製し、この原盤を型として微細構造を転写する方式が開示されている。

特許文献１には、作成した型を用いて光学素子表面に直接微細凹凸構造を転写する方法や、基板表面に樹脂等の材料でコーティングし、そこに構造を転写（ナノインプリント）することで微細構造を形成する方法が開示されている。

しかしながら、上記の方法で直接微細凹凸構造を光学素子表面に作成するためには、光学素子の材料が転写に必要な条件（ガラス転移温度や粘度、離型性）を満たす、ごく一部に限定されてしまう。また、ナノインプリントを用いて構造を転写する場合、微細凹凸構造と基板の界面における反射を抑制するために、基板と微細凹凸構造の界面の屈折率差をできるだけ小さくすることが必要となる。

しかし、現実的には利用できる材料が限られるため、実現可能な屈折率範囲が制限されてしまう。特に、高い屈折率を実現することは難しく、例えば屈折率が２．０の光学材料に上記の方法を適用することは難しい。

そこで、特許文献２では、微細構造と基板との間に基板よりも低い屈折率を持つ層（中間層）を１層設ける方法を提案している。中間層を１層追加することで、基板と微細構造との屈折率差を小さくし、かつ中間層の膜厚を最適化することにより、基板の屈折率が１．８０に対して平均反射率０．１％以下の反射防止性能を得ることができる、としている。

特開２００６−１３０８４１号公報国際公開第２００８／１０２８８２号公報

しかしながら、ナノインプリントで微細凹凸構造を形成する際には、コーティング層全体に構造を転写することは現実的には不可能で、構造が転写されない部分（残膜部）が構造層の下部に残存してしまう。そのため、特許文献２のように中間層を使用する場合、残存部を中間層として利用するか、残存部をドライエッチング等の処理で取り除く処理が必要なる。しかし、残存部の膜厚を均一に制御することが困難であるため、残存部の膜厚がばらつくことにより反射率特性が低下してしまう。また、残存部を取り除く場合には、製造のスループットが低下し、コストが上がるという問題点がある。

そこで、本発明の目的は、残膜部の膜厚敏感度を低減し、４００〜７００ｎｍの波長に対して、優れた反射防止特性を有する反射防止膜およびそれを有する光学素子、光学系、光学機器を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る反射防止膜は、
入射乃至射出する光線の表面反射を低減するための反射防止膜であってｄ線に対する屈折率が１．６８以上２．３０以下の光学基板上に形成されており、４００ｎｍ以下のピッチで規則的に配列された凹凸を持つ構造層と該構造と該光学基板との間に形成された１層以上の中間層からなり、該構造層は、屈折率が膜厚方向に変化するグレーデッド部と該グレーデッド部の下部に一体で形成され、膜厚方向に屈折率が変化しない残膜部からなり、該残膜部の物理膜厚が６３ｎｍ以上であることを特徴とする。

本発明によれば、残膜の膜厚がばらついても、４００〜７００ｎｍの波長に対して、優れた反射防止特性を有する反射防止膜およびそれを有する光学素子、光学系、光学機器を提供することができる。

本発明の反射防止膜概略図実施例１の反射防止膜の厚さに対する屈折率の関係実施例１の反射防止膜の反射率特性実施例１の反射防止膜において残膜部の膜厚バラつき（３σ＝２０ｎｍ）に対する反射率特性バラつき |ｎａ−ｎｇ|とＲＭＳ実施例２の反射防止膜の厚さに対する屈折率の関係実施例２の反射防止膜の反射率特性実施例２の反射防止膜において残膜部の膜厚バラつき（３σ＝２０ｎｍ）に対する反射率特性バラつき実施例３の反射防止膜の厚さに対する屈折率の関係実施例３の反射防止膜の反射率特性実施例３の反射防止膜において残膜部の膜厚バラつき（３σ＝２０ｎｍ）に対する反射率特性バラつき実施例４の反射防止膜の厚さに対する屈折率の関係実施例４の反射防止膜の反射率特性実施例４の反射防止膜において残膜部の膜厚バラつき（３σ＝２０ｎｍ）に対する反射率特性バラつき実施例５の反射防止膜の厚さに対する屈折率の関係実施例５の反射防止膜の反射率特性実施例５の反射防止膜において残膜部の膜厚バラつき（３σ＝２０ｎｍ）に対する反射率特性バラつき実施例６の反射防止膜の厚さに対する屈折率の関係実施例６の反射防止膜の反射率特性実施例６の反射防止膜において残膜部の膜厚バラつき（３σ＝２０ｎｍ）に対する反射率特性バラつき実施例７の反射防止膜の厚さに対する屈折率の関係実施例７の反射防止膜の反射率特性実施例７の反射防止膜において残膜部の膜厚バラつき（３σ＝２０ｎｍ）に対する反射率特性バラつき実施例８の光学機器の概略図比較例１の反射防止膜の厚さに対する屈折率の関係比較例１の反射防止膜の反射率特性比較例１の反射防止膜において残膜部の膜厚バラつき（３σ＝２０ｎｍ）に対する反射率特性バラつき

以下に、本発明の実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、説明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(断面図)であり、光学基板１０の表面付近を拡大して示している。

光学基板１０は屈折率が１．６８〜２．３０の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。反射防止膜１００は、微細凹凸構造を持つ構造層３０と、光学基板１０と微細凹凸構造３０との間に設けられた中間層２０と、を有する。

さらに構造層３０は、微細凹凸構造を持ち、かつ空間充填率が膜厚方向に変化する（すなわち、実質的な屈折率が膜厚方向に変化する）グレーデッド部２と、グレーデッド部２と一体で形成された、膜厚方向に屈折率の変化しない残膜部１からなる。波長が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の入射光に対して、回折を防ぐためには、微細凹凸構造のピッチは４００ｎｍ以下であることが好ましく、広い入射角度に対してその効果を得るためには、ピッチが２００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。

構造層３０は、ナノインプリント法によって形成される。ナノインプリントは、製造方法により熱ナノインプリント、光ナノインプリント、室温ナノインプリントに大別されるが、本発明ではどの方法を用いてもよい。ただし、残膜部の膜厚が厚い場合は、膜厚方向に均一に成型するために熱ナノインプリントを用いることがより好ましい。また残存部１の物理膜厚が１５０ｎｍ以下の場合には、成形時間が短縮可能な光ナノインプリントや室温ナノインプリントが好ましい。構造層３０に用いられる材料は特に限定しないが、例えば、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂、光硬化性樹脂、低融点ガラス等を用いることができる。

また、室温ナノインプリントではスピンオングラス（ＳＯＧ）や水素シルセスキオキサンポリマー（ＨＳＱ）等のゾル・ゲル系の材料を用いてもよい。さらに、成形性や波長が４００〜７００ｎｍの光に対する透過率を考慮すると、構造層３０の材料の屈折率ｎａは１．３８以上１．６０以下が好ましい。グレーデッド部２は光入射側から基板側に向かって充填率が連続的に増加する構造を持つ。グレーデッド部の実質的な屈折率ｎｅｆｆは、充填率（ＦＦ）を用いて下記の式（１）で求められる。

これにより充填率が連続的に増加する構造は、実質的な屈折率ｎｅｆｆが光入射側から基板側に向かって連続的に増加する構造となる。高い反射防止効果を得るためには、グレーデッド部２の物理膜厚は、１３０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であることが好ましい。膜厚が１３０ｎｍ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３０度以上の入射角の光に対する性能が低下する。一方、膜厚が２５０ｎｍ以上になると、構造のアスペクト比が増大し製造が困難になるとともに、構造の不良等に起因した散乱により透過率が低下する。

また、残膜部の膜厚がばらつきを考慮した際にも所望の反射防止性能を得るためには、式（１）から求められるグ、レーデッド部２の最も基板側の実質的な屈折率ｎｇと構造層３０の材料の屈折率ｎａ（すなわち、前記残膜部１の屈折率ｎａ）が｜ｎａ−ｎｇ｜≦０．２５を満たすことが好ましく、｜ｎａ−ｎｇ｜≦０．１５を満たすことがさらに好ましい。ここで、前記のように｜ｎａ−ｎｇ｜≦０．１５を満たすためには、ｎａ＝１．５０では、最も基板側の充填率が０．６９以上であることが必要となる。

また、中間層を形成する膜のうち、最も光入射側の層の屈折率をｎｉとすると、下記の式（２）および（３）を満たすことが好ましい。

ここで、ｄａは残膜部の物理膜厚（ｎｍ）、ｍは正の整数、λは使用波長域内の任意の波長（ｎｍ）とする。この式を満たす時、グレーデッド部と残膜の界面から発生した反射波と残膜と中間層の界面から発生した反射波が打ち消しあうため、残膜部における膜厚ばらつきに対する反射率の変動（もしくは低下）を低減、すなわち残膜部の膜厚敏感度を低減できる。ここで、本発明の光学素子は４００〜７００ｎｍの波長で使用され、ｎａは上記の条件を満たすため、残膜部の物理膜厚ｄａは６３ｎｍ以上１２７ｎｍ以下であることが好ましい。

成型性や構造の強度を考慮すると、グレーデッド部２の形状は先端が尖った円錐や多角錐のような形状より、先端がなまった円錐台や多角錐台が好ましい。なお、グレーデッド部２の形状が円錐台や多角錐台のとき、構造の下端（すなわちグレーデッド部と残膜部との境界）から高さ距離ｄ（ｎｍ）における充填率は下記の式から求められる。

ここで、Ｄ（ｎｎ）はグレーデッド部の膜厚、ＦＦ（ＭＡＸ）とＦＦ（ｍｉｎ）はそれぞれ充填率の最大値および最小値である。なお、グレーデッド部２において最も光入射側の充填率がＦＦ（ｍｉｎ）、最も基板側の充填率がＦＦ（ＭＡＸ）である。

また、円錐台や多角錐台の上面の断面幅は、下面の断面幅の１／１０以上であることが好ましい。たとえば、最も基板側のＦＦが１．０の場合、下面の断面幅はピッチと同等のため、上面はピッチの１／１０以上であることが好ましい。この条件から、例えば円錐台形状の場合には、最も光入射側のＦＦは０．０４以上であることが好ましい。ただし、グレーデッド部２の形状は、円錐台や多角錐台である必要はなく、円錐台や台形錐台、多角錐台をベースとして、先端や角等が丸みを帯びた形状であってもよい。

一方、中間層２０は、光学基板１上に形成された単層構造もしくは２層以上の異なる層を積層した構造を持つ。中間層２０の製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。ただし、より緻密な膜を形成するためには、ドライプロセスのほうが好ましく、スパッタ法がより好ましい。さらに、反射防止膜１００がより良好は性能を得るためには、中間層２０は所定の屈折率と光学膜厚を有する第１層から第３層の薄膜を積層した構造を持つことが好ましい。

すなわち、光学基板１０上に形成され、屈折率が１．６０〜１．７０、光学膜厚が４０〜６０ｎｍの第１層、第１層上に形成され、屈折率が１．９５〜２．２０、光学膜厚が１０〜５０ｎｍの第２層、第２層上に形成され、屈折率が１．６０〜１．７０、光学膜厚が１９５〜２３０ｎｍの第３層からなることが好ましい。

中間層２０の各層の材料は、例えば、ＳｉＯ_２やＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯＮ、ＺｒＯ_２、ＨｆＯ_２，Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２などの金属酸化物、ＬａＦ_３,ＣｅＦ_３，ＭｇＦ_２，ＮｄＦ_３，ＣａＦ_２などの金属フッ化物の単体やそれらの化合物を用いることができる。光学基板１０の材質によっては、大気に晒されることで表面に成分が溶出して曇りや着色（「ヤケ」と呼ばれる）が生じる場合があるため、これを防止するため、基板上に形成される層は、Ａｌ_２Ｏ_３やＳｉＯＮを用いることが好ましい。

反射防止膜１００を形成する光学素子は、例えば、レンズ、プリズム、フライアイインテグレータ等を含む。また、この光学素子を有する光学系は、例えば、撮像光学系、走査光学系、投射光学系を含み、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、天体望遠鏡、顕微鏡等の光学機器に使用することができる。

このような光学機器において、本発明の反射防止膜を形成された光学系が十分な透過率、およびゴースト・フレア抑制効果を得るためには、残膜部１の膜厚が３σ＝２０ｎｍの公差範囲内で、垂直入射時に４５０〜７００ｎｍで反射率のＲＭＳが０．２％以下であることが好ましく、０．１％以下であればさらに好ましい。光学基板１０の屈折率は、構成自体からの制約は特に受けない。ただし、より高い効果を発揮するためには、１．６８以上２．２０以下であることが好ましく、１．７５以上２．０５以下であることがより好ましい。

以下、具体的な計算例をもとに、本発明の反射防止膜について説明する。なお、以下の計算例では、構造部の屈折率は上記（１）から得られる屈折率を持つ膜として扱うものとする。

［実施例１］
実施例１の反射防止膜は、屈折率が１．８０８の光学基板１０上に、３層の多層膜から形成された中間層２０、その上に円錐台形状が規則的に配列した構造層３０を持つ。構造層３０はＰＭＭＡから形成されており、残膜部２の屈折率は１．４９３、グレーデッド部の屈折率は最も基板側の１．３９２から最も光入射側の１．０４５まで充填率の変化に従って連続的に変化している。中間層２０は、基板側から屈折率が１．６２１、光学膜厚が５１ｎｍの第１層、屈折率が２．１２７、光学膜厚が１９ｎｍの第２層、屈折率が１．６２１、光学膜厚が２０７ｎｍの第３層から形成されている。表１に実施例１の反射防止膜の構成を示す。

また、図２に実施例１の反射防止膜の膜厚方向（物理膜厚／ｎｍ）に対する屈折率を示す。さらに、図３に波長４００〜７００ｎｍの波長に対する反射率特性を示す。なお、図３中の０ｄｅｇ、３０ｄｅｇ・・・は、入射角度を表す。

図３より、本実施例の反射防止膜は、入射角度が０度のとき、４００〜７００ｎｍ全域で反射率０．１％以下、入射角が４５度のとき、１．０％以下の優れた特性を示すことが分かる。なお、４００〜７００ｎｍでの平均反射率は、０度のとき０．０２％、４５度のとき０．２５％、６０度のとき１．７％であった。

次に、図４に残膜部の膜厚を設計値に対して正規分布（３σ＝２０ｎｍ）に基づきばらつかせて１００回計算した場合の反射率変動を示す。なお、図４（ａ）が入射角度０度の場合、図４（ｂ）が入射角度４５度の場合である。

図４より、このように残膜部の膜厚がばらついても、０度入射では、４５０〜７００ｎｍで０．１％以下、４５度入射では１．０％以下と反射率への影響がきわめて小さいことが分かる。

次に図５に｜ｎａ−ｎｇ｜と残膜敏感度との関係を示す。

図５は横軸が｜ｎａ−ｎｇ｜で、縦軸は図４と同様に残膜の公差３σ＝２０ｎｍとし反射率を１００回計算した際の、最大反射率および最小反射率の二乗平均平方根（ＲＭＳ）を示す。なお、この計算においては、波長帯域を４５０〜７００ｎｍとしている。また、基板や中間層は上記と同等であるが、ｎａを変化させる際には、ｎｇと各膜の膜厚はそれぞれ最適化している。また、図５中には参考として、下記比較例１のときのＲＭＳ値（０．５４５）を直線で示してある。

図５より、｜ｎａ−ｎｇ｜の増加に伴って、ＲＭＳが増加する、つまり残膜の膜厚敏感度が高くなることが分かる。光学素子の反射防止として十分な性能を発揮するには、少なくともＲＭＳが０．２５以下であることが好ましく、０．１以下であることがより好ましい。図５より、｜ｎａ−ｎｇ｜≦０．２５のときＲＭＳ≦０．２％、｜ｎａ−ｎｇ｜≦０．１５のときＲＭＳ≦０．１％を満たす。

［実施例２］
実施例２の反射防止膜は、屈折率が２．０１１の光学基板１０上に、３層の多層膜から形成された中間層２０、その上に円錐台形状が規則的に配列した構造層３０を持つ。構造層３０はポリカーボネイトから形成されており、残膜部２の屈折率は１．５８８、グレーデッド部の屈折率は最も基板側の１．４６６から最も光入射側の１．０５２まで充填率の変化に従って連続的に変化している。中間層２０は、基板側から屈折率が１．６９４、光学膜厚が５０ｎｍの第１層、屈折率が２．１２７、光学膜厚が３０ｎｍの第２層、屈折率が１．６９４、光学膜厚が２２４ｎｍの第３層から形成されている。表２に実施例２の反射防止膜の構成を示す。

また、図６に実施例２の反射防止膜の膜厚方向に対する屈折率を示す。さらに、図７に波長４００〜７００ｎｍの波長に対する反射率特性を示す。

図７より、本実施例の反射防止膜は、入射角度が０度のとき、４５０〜７００ｎｍ全域で反射率０．２％以下、入射角が４５度のとき、１．０％以下の優れた特性を示すことが分かる。なお、４００〜７００ｎｍでの平均反射率は、０度のとき０．０６％、４５度のとき０．２７％、６０度のとき１．９％であった。

次に、図８に実施例１と同様、残膜部をばらつかせたときの反射率変動を示す。

図８より、このように残膜部の膜厚がばらついても、０度入射では、４５０〜７００ｎｍで０．４％以下、４５度入射では１．３％以下と反射率への影響がきわめて小さいことが分かる。

［実施例３］
実施例４の反射防止膜は、屈折率が２．１１６の光学基板１０上に、３層の多層膜から形成された中間層２０、その上に円錐台形状が規則的に配列した構造層３０を持つ。構造層３０はポリスチレンから形成されており、残膜部２の屈折率は１．５９６、グレーデッド部の屈折率は最も基板側の１．４７３から最も光入射側の１．０５３まで充填率の変化に従って連続的に変化している。中間層２０は、基板側から屈折率が１．６９４、光学膜厚が４４ｎｍの第１層、屈折率が２．１２７、光学膜厚が４０ｎｍの第２層、屈折率が１．６９４、光学膜厚が２１９ｎｍの第３層から形成されている。表４に実施例３の反射防止膜の構成を示す。

また、図９に実施例３の反射防止膜の膜厚方向に対する屈折率を示す。さらに、図１０に波長４００〜７００ｎｍの波長に対する反射率特性を示す。

図１０より、本実施例の反射防止膜は、入射角度が０度のとき、４５０〜７００ｎｍ全域で反射率０．２％以下、入射角が４５度のとき、１．２％以下の優れた特性を示すことが分かる。なお、４００〜７００ｎｍでの平均反射率は、０度のとき０．０７％、４５度のとき０．３０％、６０度のとき１．９％であった。

次に、図１１に実施例１と同様、残膜部をばらつかせたときの反射率変動を示す。

図１１より、このように残膜部の膜厚がばらついても、０度入射では、４５０〜７００ｎｍで０．４％以下、４５度入射では１．５％以下と反射率への影響がきわめて小さいことが分かる。

［実施例４］
実施例４の反射防止膜は、屈折率が１．８８７６の光学基板１０上に、３層の多層膜から形成された中間層２０、その上に円錐台形状が規則的に配列した構造層３０を持つ。構造層３０はＰＭＭＡから形成されており、残膜部２の屈折率は１．４９３、グレーデッド部の屈折率は最も基板側の１．３９２から最も光入射側の１．０４５まで充填率の変化に従って連続的に変化している。中間層２０は、基板側から屈折率が１．６２１、光学膜厚が４５ｎｍの第１層、屈折率が２．０３８、光学膜厚が３１ｎｍの第２層、屈折率が１．６２１、光学膜厚が１９８ｎｍの第３層から形成されている。表４に実施例４の反射防止膜の構成を示す。また、図１２に実施例４の反射防止膜の膜厚方向に対する屈折率を示す。

さらに、図１３に波長４００〜７００ｎｍの波長に対する反射率特性を示す。

図１３より、本実施例の反射防止膜は、入射角度が０度のとき、４５０〜７００ｎｍ全域で反射率０．１％以下、入射角が４５度のとき、１．０％以下の優れた特性を示すことが分かる。なお、４００〜７００ｎｍでの平均反射率は、０度のとき０．０２％、４５度のとき０．２７％、６０度のとき１．８％であった。

次に、図１４に実施例１と同様、残膜部をばらつかせたときの反射率変動を示す。

図１４より、このように残膜部の膜厚がばらついても、０度入射では、４５０〜７００ｎｍで０．２％以下、４５度入射では１．２％以下と反射率への影響がきわめて小さいことが分かる。

［実施例５］
実施例５の反射防止膜は、屈折率が１．７７６の光学基板１０上に、３層の多層膜から形成された中間層２０、その上に円錐台形状が規則的に配列した構造層３０を持つ。構造層３０はＰＭＭＡから形成されており、残膜部２の屈折率は１．４９３、グレーデッド部の屈折率は最も基板側の１．３９２から最も光入射側の１．０４５まで充填率の変化に従って連続的に変化している。中間層２０は、基板側から屈折率が１．６２１、光学膜厚が５３ｎｍの第１層、屈折率が２．１２７、光学膜厚が１６ｎｍの第２層、屈折率が１．６２１、光学膜厚が２１０ｎｍの第３層から形成されている。表５に実施例５の反射防止膜の構成を示す。

また、図１５に実施例５の反射防止膜の膜厚方向に対する屈折率を示す。さらに、図１６に波長４００〜７００ｎｍの波長に対する反射率特性を示す。

図１６より、本実施例の反射防止膜は、入射角度が０度のとき、４００〜７００ｎｍ全域で反射率０．１％以下、入射角が４５度のとき、０．８％以下の優れた特性を示すことが分かる。なお、４００〜７００ｎｍでの平均反射率は、０度のとき０．０２％、４５度のとき０．２５％、６０度のとき１．７％であった。

次に、図１７に実施例１と同様、残膜部をばらつかせたときの反射率変動を示す。

図１７より、このように残膜部の膜厚がばらついても、０度入射では、４５０〜７００ｎｍで０．３％以下、４５度入射では１．２％以下と反射率への影響がきわめて小さいことが分かる。

［実施例６］
実施例６の反射防止膜は、屈折率が１．６２１の光学基板１０上に、３層の多層膜から形成された中間層２０、その上に円錐台形状が規則的に配列した構造層３０を持つ。構造層３０はＰＭＭＡから形成されており、残膜部２の屈折率は１．４９３、グレーデッド部の屈折率は最も基板側の１．３９２から最も光入射側の１．０４５まで充填率の変化に従って連続的に変化している。中間層２０は、基板側から屈折率が１．６２１、光学膜厚が５９ｎｍの第１層、屈折率が２．０３８、光学膜厚が１２ｎｍの第２層、屈折率が１．６２１、光学膜厚が２１５ｎｍの第３層から形成されている。表６に実施例６の反射防止膜の構成を示す。

また、図１８に実施例６の反射防止膜の膜厚方向に対する屈折率を示す。さらに、図１９に波長４００〜７００ｎｍの波長に対する反射率特性を示す。

図１９より、本実施例の反射防止膜は、入射角度が０度のとき、４００〜７００ｎｍ全域で反射率０．１％以下、入射角が４５度のとき、０．６％以下の優れた特性を示すことが分かる。なお、４００〜７００ｎｍでの平均反射率は、０度のとき０．０２％、４５度のとき０．２３％、６０度のとき１．６％であった。

次に、図２０に実施例１と同様、残膜部をばらつかせたときの反射率変動を示す。

図２０より、このように残膜部の膜厚がばらついても、０度入射では、４５０〜７００ｎｍで０．２％以下、４５度入射では０．８％以下と反射率への影響がきわめて小さいことが分かる。

［実施例７］
実施例７の反射防止膜は、屈折率が１．８８８の光学基板１０上に、２層の多層膜から形成された中間層２０、その上に円錐台形状が規則的に配列した構造層３０を持つ。構造層３０はＰＭＭＡから形成されており、残膜部２の屈折率は１．４９３、グレーデッド部の屈折率は最も基板側の１．３９２から最も光入射側の１．０４５まで充填率の変化に従って連続的に変化している。中間層２０は、基板側から屈折率が１．６２１、光学膜厚が５７ｎｍの第１層、屈折率が２．０３８、光学膜厚が２９ｎｍの第２層から形成されている。表７に実施例７の反射防止膜の構成を示す。

また、図２１に実施例７の反射防止膜の膜厚方向に対する屈折率を示す。さらに、図２２に波長４００〜７００ｎｍの波長に対する反射率特性を示す。

図２２より、本実施例の反射防止膜は、入射角度が０度のとき、４００〜７００ｎｍ全域で反射率０．２％以下、入射角が４５度のとき、０．４％以下の優れた特性を示すことが分かる。なお、４００〜７００ｎｍでの平均反射率は、０度のとき０．０６％、４５度のとき０．２１％、６０度のとき１．１％であった。

次に、図２３に実施例１と同様、残膜部をばらつかせたときの反射率変動を示す。

図２３より、このように残膜部の膜厚がばらついても、０度入射では、４５０〜７００ｎｍで０．３％以下、４５度入射では０．６％以下と反射率への影響がきわめて小さいことが分かる。

［実施例８］
図２４は実施例７の光学機器の概略図である。

図２４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。撮像光学系１０２は、複数のレンズから構成されており、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。

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はなく、双眼鏡や画像投射装置等その他の光学機器に用いてもよい。

以上、本発明の好ましい実施携帯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。

［比較例１］
比較例１として、特許文献２の数値実施例２に記載の反射防止膜について述べる。なお、本比較例では、特許文献２の数値実施例２で開示されている膜構成のうち、最も高い反射防止性能が得られる構成についてのみ示す。

本比較例は、屈折率が１．８００の光学基板上に、本発明で言うところの構造層３０が形成されている。構造層３０は屈折率が１．６２０の材料から形成されており、残膜部２の屈折率は１．６２０、グレーデッド部の屈折率は最も基板側の１．６２０から最も光入射側の１．１１３まで充填率に従って連続的に変化している。

なお、数値実施例２では、グレーデッド部に関する具体的な屈折率の開示はないが、充填率が最も基板側で１．０、最も光入射側では０．２２から０．５０の間の値を持つ円錐台との記載があるため、これに基づいて式（１）に基づいて算出した。なお、最も光入射側については、この計算において最も反射率特性が良好となる値を使用した。表８に比較例１の反射防止膜の構成を示す。

また、図２４に比較例１の反射防止膜の膜厚方向に対する屈折率を示す。さらに、図２５に波長４００〜７００ｎｍの波長に対する反射率特性を示す。

図２５より、本比較例の反射防止膜では、０度反射においても反射率が４５０ｎｍ付近で１．０％を超えてしまう。また、４００〜７００ｎｍでの平均反射率は、０度のとき０．４７％、４５度のとき０．７４、６０度のとき２．４％であった。

次に、図２６に残膜部の膜厚を実施例１と同様にばらつかせたときの反射率変動を示す。図２６と図４を比較すると、同じ交差で膜厚がばらついた場合にも本実施例では反射率の最小値と最大値の差は、最大で０．３％程度であったのに対して、本比較例では最大１．０％程度変動してしまうことが分かる。これより、本発明の反射防止膜が残膜の膜厚がばらついても優れた覇者防止効果を得られることが分かる。

１残存部、２グレーデッド部、１０光学基板、２０中間層、３０構造層、
１００本発明の反射防止膜、１０１本発明の光学機器（デジタルカメラ）、
１０２本発明の光学系

Claims

入射乃至射出する光線の表面反射を低減するための反射防止膜であって
ｄ線に対する屈折率が１．６８以上２．３０以下の光学基板上に形成されており、
４００ｎｍ以下のピッチで規則的に配列された凹凸を持つ構造層と
該構造と該光学基板との間に形成された１層以上の中間層からなり、
該構造層は、屈折率が膜厚方向に変化するグレーデッド部と
該グレーデッド部の下部に一体で形成され、膜厚方向に屈折率が変化しない残膜部からなり、
該残膜部の物理膜厚が６３ｎｍ以上であることを特徴とする反射防止膜。
前記残膜部の物理膜厚が１２７ｎｍ以下を満たすことを特徴とする請求項１に記載の反射防止膜。
前記グレーデッド部の最も基板側の屈折率ｎｇと前記残膜部およびグレーデッド部を形成する材料の屈折率ｎａが、
｜ｎａ―ｎｇ｜≦０．２５
を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の反射防止膜。
前記中間層は、前記基板上に形成され、屈折率がｎ１、物理膜厚がｄ１（ｎｍ）の値を有する第１層と
前記第１層の上に形成され、屈折率がｎ２、物理膜厚がｄ２（ｎｍ）の値を有する第２層と
前記第２層の上に形成され、屈折率がｎ３、物理膜厚がｄ３（ｎｍ）の値を有する第３層からなり、
下記の関係式を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の反射防止膜。
１．６０≦ｎ１≦１．７０
１．９５≦ｎ２≦２．３０
１．６０≦ｎ３≦１．７０
４０≦ｎ１ｄ１≦６０
１０≦ｎ２ｄ２≦５０
１９５≦ｎ３ｄ３≦２３０
前記グレーデッド部は、円錐台、台形錐台または多角錐台からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の反射防止膜。
前記グレーデッド部の物理膜厚が１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の反射防止膜。
前記屈折率ｎａは１．３８以上１．６０以下を満たすことをこと特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の反射防止膜。
前記残膜部および前記グレーデッド部を形成する材料は、樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の反射防止膜。
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の反射防止膜を有することを特徴とする光学素子。
請求項９に記載の光学素子を少なくとも１つ以上用いたことを特徴とする光学系。
請求項１０に記載の光学系を用いたことを特徴とする光学装置。