JP2018005139A

JP2018005139A - 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

Info

Publication number: JP2018005139A
Application number: JP2016135537A
Authority: JP
Inventors: 奥野　丈晴; Takeharu Okuno; 丈晴奥野; 理絵石松; Rie Ishimatsu
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2018-01-11

Abstract

【課題】波長帯域特性と入射角度特性に優れた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。
【解決手段】錐台形状ないしは略錐台形状が使用最短波長よりも小さなピッチで規則的に配列した微細構造体を有する反射防止膜であって、該微細構造体は、屈折率が600nm以下の厚さにわたって連続的に変化するとみなせる領域を有しており、光学基板と該微細構造体との間には５層以上の誘電体薄膜層が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ等の光学基板に形成される反射防止膜、およびそれを有する光学素子、光学系、光学機器に関するものである。

従来から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、反射防止対策が施されている。例えば、カメラ用レンズに対する反射防止対策としては、マルチコーチと呼ばれる誘電体多層膜が広く用いられている。これは屈折率の異なる薄膜をそれぞれ適切な膜厚で積層することで、各膜の表面・界面で発生する反射波の振幅と位相を調整し、それらを干渉させることで反射光を低減させる、というのがその仕組みである。したがって、設計に使用した特定の波長および入射角の光線に対しては優れた反射防止性能を発揮することが可能である。

しかし、設計に用いた特定の光線とは波長や入射角の異なる光線では干渉条件が崩れるため、可視域全域のような広い波長帯域や0〜60°のような大きな入射角度範囲にわたって高い反射防止性能を実現するのは困難であった。

一方、近年広く普及しているデジタルカメラでは、従来の写真フィルムに比べて表面反射率が高いCCDやCMOSなどのイメージセンサーを使用している。そのため、センサー面で反射した光が再びレンズ面に到達・反射し、再度センサー面に到達することで「デジタルゴースト」と呼ばれる特定の不要光が発生しやすい。

さらに近年のデジタルカメラ用レンズは、高い画質の達成はもちろん、高スペック（ズーム倍率や明るさ）や携帯性（小型・軽量であること）も同時に求められるため、異常分散ガラスや非球面レンズ、曲率の大きなレンズ等を多用する傾向にある。これらの中でも曲率の大きなレンズは、周辺部で大きな角度の光線が入射・出射するため、従来のマルチコートでは反射を十分に低減することができず、フレアやゴースト等の撮影画像の品質を低下させる不要光が発生する場合があった。

このような状況を背景として、マルチコートよりも波長帯域特性・入射角度特性に優れた、高性能な反射防止膜の開発が求められている。特許文献１は、真空蒸着法を用いて形成した３層の誘電体薄膜の上に、ゾル−ゲル法でフッ化マグネシウム層を形成した反射防止膜を開示しており、各層の屈折率と膜厚を適切に設定することで優れた反射防止特性が得られるとしている。また特許文献２は、微細凹凸構造体の外側に透明性材料からなる被覆層を備えたことで、反射防止性能を維持した上で、耐高温・高湿環境性および耐擦傷性に優れた反射防止膜を開示している。

特許第4433390号公報特開2012−189846号公報

しかしながら、特許文献１に開示された反射防止膜は、入射角0°の光線において、波長500〜600nmの範囲で、反射率が0.3〜0.4%程度の値となっており、ゴーストを抑制するための十分な反射防止性能が実現できていない。さらに入射角60°の光線においては、波長400〜620nmの範囲では2%程度、波長650〜700nmの範囲では2.5%を超える反射率となっており、優れた入射角度特性を実現しているとは言えない。

また特許文献２は、その実施例４において、入射角0°の光線において、波長400〜700nmの範囲で、反射率が0.2%程度以下の特性を開示している。

しかし入射角0°以外の反射率特性を開示しておらず、入射角度特性が不明である。本出願人は特許文献２の実施例４について数値検証を行ったが、入射角45° の反射率特性は大きく低下していた。

そこで、本発明の目的は、以下に示す≪反射率規格１≫を満たすような、優れた波長帯域特性と入射角度特性を両立した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。ただし、波長400〜430nmの間に関しては波長400nmでの規格値と波長430nmでの規格値とを直線で結んだ値、波長670〜700nmの間に関しては波長670nmでの規格値と波長700nmでの規格値とを直線で結んだ値を規格とする。

≪反射率規格１≫
入射角度0〜30°の範囲の光線において、
(1) 波長430〜670nmの範囲において、反射率0.06%以下
(2) 波長400nmおよび700nmにおいて、反射率0.09%以下
入射角度45°の光線において、
(3) 波長430〜670nmの範囲において、反射率0.10%以下
(4) 波長400nmおよび700nmにおいて、反射率0.15%以下
入射角度60°の光線において、
(5) 波長430〜670nmの範囲において、反射率1.0%以下
(6) 波長400nmおよび700nmにおいて、反射率1.5%以下

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、
錐台形状ないしは略錐台形状が使用最短波長よりも小さなピッチで規則的に配列した微細構造層を有する反射防止膜であって、
該微細構造層は、実質的な屈折率が600nm以下の範囲にわたって連続的に変化するとみなせる領域を有しており、
光学基板と該微細構造層との間には５層以上の誘電体薄膜が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、優れた波長帯域特性と入射角度特性を両立した反射防止膜、およびそれを有する光学系、光学機器を提供することができる。

本発明の反射防止膜の屈折率構造の概略図本発明の反射防止膜の模式断面図実施例１の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性実施例２の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性実施例３の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性実施例４の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性実施例５の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性実施例６の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性実施例７の反射防止膜の屈折率構造および反射率特性実施例８の光学系の光学断面図実施例９の光学機器の模式図本発明の反射防止膜の模式断面図（微細構造膜の形状が鈍った場合）鈍った形状の微細構造膜を錐台形に置換する方法を示す模式図

以下、本発明の実施の形態を添付の図面にもとづいて説明する。説明中の屈折率は、すべて波長550nmにおける値である。ただし、実施例１０の光学設計値（数値実施例１）のみ、d線（波長587.56nm）での値である。

図１は本発明の反射防止膜の屈折率構造を概略的・模式的に示したものである。図２は本発明の反射防止膜の断面を模式的に示したものであり、レンズ等の光学基板上に本発明の反射防止膜を適用した光学素子の表面部分を拡大して示したものである。

光学基板11は、屈折率N_subが1.65〜2.20の値を有する部材であり、その上に反射防止膜12が形成されている。反射防止膜12は、誘電体薄膜層13および微細構造層14からなり、光学基板11側から順に、第1層101、第2層102、第3層103、第4層104、第5層105、第6層106、第7層107から構成されている。

第1層101は屈折率N₁が1.45〜1.72、膜厚D₁が4.0〜30.0nmの値を有する薄膜層である。第2層102は屈折率N₂が1.80〜2.40、膜厚D₂が5.0〜55.0nmの値を有する薄膜層である。第3層103は屈折率N₃が1.45〜1.72、膜厚D₃が20.0〜80.0nmの値を有する薄膜層である。第4層104は屈折率N₄が1.80〜2.40、膜厚D₄が3.0〜30.0nmの値を有する薄膜層である。第5層105は屈折率N₅が1.38〜1.62、膜厚D₅が100nm以下の値を有する薄膜層である。第6層104は屈折率N₆が1.30〜1.65、膜厚D₆が100nm以下の値を有する薄膜層である。第7層107は、膜厚D₇が600nm以下の値を有し、ボトム（基板側）部分での屈折率が1.30〜1.60の範囲の値N_7bからトップ（頂点側）部分での屈折率が1.015〜1.05の範囲の値N_7tまで実質的に連続に変化する領域を有している。

また、各屈折率および膜厚は以下の式を満たすことが好ましい。

|N₅−N₆| ≦ 0.20
0.05 ≦ N₆-N_7b ≦ 0.20
D₅＋D₆ ≦ 120.0nm
0.20 ≦ N_7b-N_7t
ここで、「実質的に変化する」と表現したのは、第7層を形成する媒質の屈折率そのものが連続的に変化するのではなく、波長よりも小さな周期を有する微細凹凸構造体の空間充填率が、厚さ方向に連続的に変化することで、「有効屈折率」が連続に変化することを意味している。これは、光が自らの波長よりも小さなサイズの微細凹凸構造体を、その空間占有率に応じた「有効屈折率」を有する媒質として認識する性質によるものである。

有効屈折率N_effは、波長よりも微細な凹凸構造を形成している材質の屈折率をN_mとし、その材質の空間占有率をffとしたとき、Bruggemanの式

を用いて算出することができる。すなわち、波長よりも小さなピッチで空間占有率が連続的に変化するような構造体では、実質的な屈折率（有効屈折率）が連続的に変化する膜を形成することができる。

また本発明では、上述の屈折率および膜厚を満たす反射防止膜であれば製法は特に限定しないが、例えば誘電体薄膜層13は蒸着法やスパッタリング法等のドライ成膜法を用いると良い。また微細構造層14は、ナノインプリントなどの転写法を用いれば、同時に第６層と第７層を一体で形成することができ、好適である。

上述のような屈折率構造をとることで、本発明の反射防止膜は、下記に示した≪反射率規格１≫を満たすような波長帯域特性と入射角度特性を両立した高い性能を実現することができる。
≪反射率規格１≫
入射角度0〜30°の範囲の光線において、
(1)波長430〜670nmの範囲において、反射率0.06%以下
(2)波長400nmおよび700nmにおいて、反射率0.09%以下
入射角度45°の光線において、
(3) 波長430〜670nmの範囲において、反射率0.10%以下
(4) 波長400nmおよび700nmにおいて、反射率0.15%以下
入射角度60°の光線において、
(5) 波長430〜670nmの範囲において、反射率1.0%以下
(6) 波長400nmおよび700nmにおいて、反射率1.5%以下
ここで、本発明が高性能の基準とした反射率規格について説明する。

本発明の反射防止膜は、波長430〜670nmでの反射率特性を重視しており、波長400〜430nmおよび波長670〜700nmでの特性は規格を緩和したものとしている。これは、デジタルカメラ等で使用されるCCDやCMOSなどのイメージセンサーの分光感度特性を考慮したものである。すなわちカメラ用のイメージセンサーは、人間が見た映像を忠実に再現するため、波長430〜670nmの範囲では高い感度が有しているが、波長400〜430nmおよび波長670〜700nmでの感度は低くなるように設定されている。したがって波長400〜430nmおよび波長670〜700nmでの反射率特性が多少高くても、フレアやゴーストなどの不要光が撮影画像に影響を与えることがほとんどないため、同波長帯域の反射率規格は緩和することが可能である。

また、本発明の反射防止膜において、より好ましくは各膜の屈折率および膜厚を
1.65 ≦ N_sub ≦ 2.20、
1.45 ≦ N₁ ≦ 1.72、 6.0nm ≦ D₁ ≦ 25.0nm、
1.80 ≦ N₂ ≦ 2.40、 10.0nm ≦ D₂ ≦ 45.0nm、
1.45 ≦ N₃ ≦ 1.72、 30.0nm ≦ D₃ ≦ 70.0nm、
1.80 ≦ N₄ ≦ 2.40、 4.5nm ≦ D₄ ≦ 25.0nm、
1.38 ≦ N₅ ≦ 1.62、 D₅ ≦ 100.0nm、
1.30 ≦ N₆ ≦ 1.65、 D₆ ≦ 100.0nm、
1.30 ≦ N_7b≦ 1.56、 1.015 ≦ N_7t ≦ 1.030、 420.0nm ≦ D₇ ≦550.0nm
|N₅-N₆| ≦ 0.15
0.05 ≦ N₆-N_7b ≦ 0.15
D₅＋D₆ ≦ 100.0nm
0.25 ≦ N_7b-N_7t ≦ 0.60
の範囲内に設定することで、≪反射率規格１≫よりもさらに優れた≪反射率規格２≫を満たすことができる。

≪反射率規格２≫
入射角度0〜30°の範囲の光線において、
(1)波長430〜670nmの範囲において、反射率0.03%以下
(2)波長400nmおよび700nmにおいて、反射率0.06%以下
入射角度45°の光線において、
(3)波長430〜670nmの範囲において、反射率0.05%以下
(4)波長400nmおよび700nmにおいて、反射率0.1%以下
入射角度60°の光線において、
(5)波長430〜670nmの範囲において、反射率0.5%以下
(6)波長400nmおよび700nmにおいて、反射率1.0%以下
そして、本発明の反射防止膜を形成した光学素子をカメラ用レンズなどの光学系に使用することで、フレアやゴーストなどの不要光・有害光の発生を抑制した高品位な光学系、光学装置が実現できる。

以下、本発明の実施例を具体的に説明していくが、各実施例の屈折率・膜厚は、一覧として表１にまとめて示してある。
［実施例１］
図３（ａ）は本発明実施例１の反射防止膜の屈折率構造を示したものである。

本実施例における光学基板11は、株式会社住田光学ガラス製K-PSFn173、屈折率N_subは2.162である。
第1層101の屈折率N₁は1.651、膜厚D₁は9.5nmである。
第2層102の屈折率N₂は2.127、膜厚D₂は36.9nmである。
第3層103の屈折率N₃は1.651、膜厚D₃は40.1nmである。
第4層104の屈折率N₄は2.127、膜厚D₄は14.0nmである。
第5層105の屈折率N₅は1.487、膜厚D₃は66.4nmである。
第6層106の屈折率N₆は1.493、膜厚D₄は20.0nmである。
第7層107の膜厚D₇は、453.6nmであり、ボトム部分での屈折率（N_7b）が1.365、から、トップ部分の屈折率（N_7t）1.018に向かって、図３（ａ）に示したようなプロファイルで連続的に変化している。

図３（ｂ）、（ｃ）に、本実施例の反射防止膜の反射率特性を示す。図３（ｃ）は図３（ｂ）の縦軸（反射率）のフルスケールを1.5%から0.2%に拡大した図である。

本実施例の反射防止膜は、可視波長帯域全域（波長400〜700nm）にわたって、高い反射防止性能を発揮しており、先に示した≪反射率規格２≫を満たしている。

とくに波長430〜670nmの帯域において、
入射角0〜30°の光線では0.02%以下、
入射角45°の光線では0.03%以下、
入射角60°の光線では0.5%以下
という極めて優れた性能を達成している。

本実施例における第1層101および第3層103は酸化アルミニウム（Al₂O₃）であるが、屈折率が1.45〜1.72の範囲の誘電体薄膜であれば、これに代用することができる。ただし第1層は、外部からの湿度の透過や硝材内部からのアルカリ成分などの溶出を抑制する能力が求められるため、酸化アルミニウム乃至は酸窒化珪素（SiON）を用いることが好ましい。

本実施例における第2層102および第4層104は５酸化タンタル（Ta₂O₅）であるが、これも屈折率が1.90〜2.40の範囲の誘電体薄膜であればこれに代用することができる。例えば、酸化チタニウム（TiO₂）、酸化ジルコニウム（ZrO₂）、窒化珪素（SiN）、酸窒化珪素などを単体ないしはこれらの混合材料として用いることができる。第1層および第2層の両方に酸窒化珪素を用いる場合は、酸素および窒素の混合比率を制御することで上述の屈折率範囲を満たすようにすれば良い。

本実施例における第5層105は酸化珪素（SiO₂）であるが、これも屈折率が1.38〜1.62の範囲の誘電体薄膜であればこれに代用することができる。例えば、フッ化マグネシウム（MgF₂）、酸窒化珪素を用いることができる。

また本発明では、誘電体薄膜13の成膜方法は限定しない。真空蒸着法やスパッタリング法、分子線エピタキシー（MBE）法、プラズマCVD法など任意の方法を用いることができる。誘電体薄膜の形成においては、材料が同じでも成膜条件（基板温度や到達真空度など）に応じて屈折率および屈折率分散が若干変動してしまう。そのような場合は、上記の膜の光学膜厚（屈折率×物理膜厚）の値が一致するように膜厚を修正すれば、ほぼ同様の高い性能が得られる。

微細構造層14は、アクリルを主成分とする樹脂（屈折率1.493）にナノインプリント法で微細凹凸形状を転写することで形成した膜である。第7層107は微細凹凸形状が転写された部分であり、第6層106は構造が転写されずに下部に残った下地層である。

ナノインプリント法においては、数nmから数十nm程度の下地層（残膜層）が形成されてしまう。この下地層の厚さは成形する光学基板（レンズ）の形状（曲率半径や大きさ）、成形条件（転写する材料の粘度や成形時の圧力など）などによって変化し、任意の値に制御することは困難な場合がある。

そこで、本発明では、第5層105の屈折率N₅を転写材料（微細構造層14）の屈折率N₆と近い値の層とし、反射防止膜の設計上、第5層と第6層は２層で１層と同等の役割を果たすようにしている。すなわち第6層の膜厚は基板形状や成形条件によってある値に決まってしまうが、第5層の膜厚を制御することで、合計の膜厚を任意の値に制御することが可能となるため、高い反射防止性能を安定して実現することができる。

また、第5層の微細構造は、円錐台形状（円錐の頂点を切り落とした形状）をピッチ300nm以下で規則的に配列したものである。ボトム部分での空間充填率（FF_b）を74.7%、トップ部分での空間充填率（FF_t）を4%としたことで有効屈折率が1.365から1.018にわたって連続的に変化する層となっている。

良好な反射率特性を得るためには、FF_tは小さい値であることが好ましい。

トップ部分が錐形状であれば、屈折率は空気と同じ1.0となり、そこでの反射をゼロにすることができるためである。

しかし、ナノインプリントなどの成形においては、型の製法や耐久性、成形後の離型性を考慮すると0%に近いFF_tの実現は実質困難である。
そこで、本発明では
3% ≦ FFt ≦ 10%
となるように設定している。さらに好ましくは、
3% ≦ FFt ≦ 6%
とすると良い。さらに微細構造層14の凹凸の高さ（膜厚）は高いほど反射防止性能（とくに大きな入射角での性能）を高くすることができる。しかし凹凸の高さを大きくすると、成形時の離型性が低くなることから、本発明では、
D₇ ≦ 600.0nm
となるように設定している。さらに好ましくは、
420.0nm ≦ D₇ ≦ 550.0nm
とすると良い。

離型性の観点では、高さだけではなく、アスペクト比（高さ／ピッチ）も重要である。アスペクト比が５以上になると離型性が低くなるため、ピッチは100〜300nmの範囲内にすることが好ましい。

また同様に、ナノインプリントにおいて型の製法を考えると、厳密な錐台形を実現することは困難であり、実際には図１２に示したようにボトム部分およびトップ部分が鈍って丸味を帯びた形状となってしまう。そのような場合は、図２２に示したように錐台形の形状からズレが生じ始めたポイント201から上の部分を、錐形の傾きをそのまま延長して形成できる同体積の錐台形202（図中破線で記載）に置換することで、ほぼ等価の錐台形状に換算することができる。ボトム部分についても同じ考え方を適用すれば良い。

すなわち微細構造層の形状が丸味を帯びた形状になってしまう場合、上述の方法で置換した錐台形形状が先に説明したような数値範囲に入るように設定すれば、本発明の効果を得ることができる。

微細構造の配列については、六方配列、正方配列など、上述の屈折率の範囲を満たせばどのような配列でも良い。錐台形の形状も、円錐台、楕円錐台、多角錐台などどのような形状でも上述の屈折率の範囲を満たせばどのような形状でも良い。

また本実施例では、微細構造層14の材料としてアクリルを主成分とする樹脂を用いたが、本発明はこれに限定されない。アクリル以外の材料として、ポリカーボネイトやポリスチレン、シクロオレフィンポリマーなど、上述の屈折率条件、膜厚条件を満たし、微細構造が転写・形成可能な光学材料であれば何を用いても本発明の効果を発現することができる。硬化方式についても紫外線硬化樹脂や熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などいずれの方法でも良い。

また、スピンオングラス（SOG）などのゾル−ゲル材料を用いても良い。

［実施例２］
図４（ａ）は本発明実施例２の反射防止膜の屈折率構造を示したものである。

本実施例における光学基板11は、株式会社オハラ製S-LAH79、屈折率N_subは2.011である。
第1層101の屈折率N₁は1.651、膜厚D₁は14.8nmである。
第2層102の屈折率N₂は2.127、膜厚D₂は23.0nmである。
第3層103の屈折率N₃は1.651、膜厚D₃は48.6nmである。
第4層104の屈折率N₄は2.127、膜厚D₄は10.8nmである。
第5層105の屈折率N₅は1.487、膜厚D₃は66.1nmである。
第6層106の屈折率N₆は1.493、膜厚D₄は20.0nmである。
第7層107の膜厚D₇は、460.3nmであり、ボトム部分での屈折率（N_7b）が1.379、から、トップ部分の屈折率（N_7t）1.018に向かって、図４（ａ）に示したようなプロファイルで連続的に変化している。

図４（ｂ）、（ｃ）に、本実施例の反射防止膜の反射率特性を示す。

［実施例３］
図５（ａ）は本発明実施例３の反射防止膜の屈折率構造を示したものである。

本実施例における光学基板11は、株式会社オハラ製S-LAH58、屈折率N_subは1.888である。
第1層101の屈折率N₁は1.651、膜厚D₁は18.8nmである。
第2層102の屈折率N₂は2.127、膜厚D₂は14.0nmである。
第3層103の屈折率N₃は1.651、膜厚D₃は59.7nmである。
第4層104の屈折率N₄は2.127、膜厚D₄は6.8nmである。
第5層105の屈折率N₅は1.487、膜厚D₃は63.8nmである。
第6層106の屈折率N₆は1.493、膜厚D₄は20.0nmである。
第7層107の膜厚D₇は、470.6nmであり、ボトム部分での屈折率（N_7b）が1.397、から、トップ部分の屈折率（N_7t）1.018に向かって、図５（ａ）に示したようなプロファイルで連続的に変化している。

図５（ｂ）、（ｃ）に、実施例の反射防止膜の反射率特性を示す。

とくに波長430〜670nmの帯域において、
入射角0〜30°の光線では0.02%以下、
入射角45°の光線では0.04%以下、
入射角60°の光線では0.4%以下
という極めて優れた性能を達成している。

［実施例４］
図６（ａ）は本発明実施例４の反射防止膜の屈折率構造を示したものである。

本実施例における光学基板11は、株式会社オハラ製S-LAH65V、屈折率N_subは1.808である。
第1層101の屈折率N₁は1.597、膜厚D₁は15.5nmである。
第2層102の屈折率N₂は1.938、膜厚D₂は20.0nmである。
第3層103の屈折率N₃は1.597、膜厚D₃は49.4nmである。
第4層104の屈折率N₄は1.938、膜厚D₄は11.7nmである。
第5層105の屈折率N₅は1.487、膜厚D₃は62.5nmである。
第6層106の屈折率N₆は1.493、膜厚D₄は20.0nmである。
第7層107の膜厚D₇は、482.2nmであり、ボトム部分での屈折率（N_7b）が1.406、から、トップ部分の屈折率（N_7t）1.018に向かって、図６（ａ）に示したようなプロファイルで連続的に変化している。

図６（ｂ）、（ｃ）に、本実施例の反射防止膜の反射率特性を示す。

とくに波長430〜670nmの帯域において、
入射角0〜30°の光線では0.015%以下、
入射角45°の光線では0.02%以下、
入射角60°の光線では0.4%以下
という極めて優れた性能を達成している。

［実施例５］
図７（ａ）は本発明実施例５の反射防止膜の屈折率構造を示したものである。

本実施例における光学基板11は、株式会社オハラ製S-LAL14、屈折率N_subは1.700である。
第1層101の屈折率N₁は1.487、膜厚D₁は13.6nmである。
第2層102の屈折率N₂は1.938、膜厚D₂は13.6nmである。
第3層103の屈折率N₃は1.487、膜厚D₃は30.6nmである。
第4層104の屈折率N₄は1.938、膜厚D₄は9.3nmである。
第5層105の屈折率N₅は1.487、膜厚D₃は18.7nmである。
第6層106の屈折率N₆は1.588、膜厚D₄は20.0nmである。
第7層107の膜厚D₇は、524.7nmであり、ボトム部分での屈折率（N_7b）が1.532、から、トップ部分の屈折率（N_7t）1.020に向かって、図７（ａ）に示したようなプロファイルで連続的に変化している。

図７（ｂ）、（ｃ）に、本実施例の反射防止膜の反射率特性を示す。

［実施例６］
図８（ａ）は本発明実施例６の反射防止膜の屈折率構造を示したものである。

本実施例における光学基板11は、実施例４と同じ株式会社オハラ製S-LAH65V、屈折率N_subは1.808である。
第1層101の屈折率N₁は1.597、膜厚D₁は14.9nmである。
第2層102の屈折率N₂は1.938、膜厚D₂は20.2nmである。
第3層103の屈折率N₃は1.597、膜厚D₃は48.5nmである。
第4層104の屈折率N₄は1.938、膜厚D₄は12.1nmである。
第5層105の屈折率N₅は1.487、膜厚D₃は62.5nmである。
第6層106の屈折率N₆は1.493、膜厚D₄は20.0nmである。
第7層107の膜厚D₇は、448.6nmであり、ボトム部分での屈折率（N_7b）が1.403、から、トップ部分の屈折率（N_7t）1.027に向かって、図８（ａ）に示したようなプロファイルで連続的に変化している。

図８（ｂ）、（ｃ）に、本実施例の反射防止膜の反射率特性を示す。

とくに波長430〜670nmの帯域において、
入射角0〜30°の光線では0.03%以下、
入射角45°の光線では0.04%以下、
入射角60°の光線では0.5%以下
という極めて優れた性能を達成している。

［実施例７］
図９（ａ）は本発明実施例６の反射防止膜の屈折率構造を示したものである。

本実施例における光学基板11は、実施例４、６と同じ株式会社オハラ製S-LAH65V、屈折率N_subは1.808である。
第1層101の屈折率N₁は1.597、膜厚D₁は13.0nmである。
第2層102の屈折率N₂は1.938、膜厚D₂は21.0nmである。
第3層103の屈折率N₃は1.597、膜厚D₃は46.1nmである。
第4層104の屈折率N₄は1.938、膜厚D₄は13.8nmである。
第5層105の屈折率N₅は1.487、膜厚D₃は65.7nmである。
第6層106の屈折率N₆は1.493、膜厚D₄は20.0nmである。
第7層107の膜厚D₇は、415.9nmであり、ボトム部分での屈折率（N_7b）が1.391、から、トップ部分の屈折率（N_7t）1.044に向かって、図９（ａ）に示したようなプロファイルで連続的に変化している。

図９（ｂ）、（ｃ）に、本実施例の反射防止膜の反射率特性を示す。

本実施例の反射防止膜は、可視波長帯域全域（波長400〜700nm）にわたって、高い反射防止性能を発揮しており、先に示した≪反射率規格１≫を満たしている。

とくに波長430〜670nmの帯域において、
入射角0〜30°の光線では0.06%以下、
入射角45°の光線では0.1%以下、
入射角60°の光線では0.8%以下
という性能を達成している。

［実施例８］
図１０は本発明の反射防止膜を有する光学素子（レンズ）を光学系に適用した場合の光学断面図である。

本光学系のレンズ設計値は［数値実施例１］に示してある。第9面は非球面であり、光軸方向をZ軸、光軸直交方向をY軸としたとき、以下の式で表記される面である。

図１０において、1001は光学系であり、焦点距離8〜15mmのカメラ用魚眼ズームレンズである。また、1002は撮像素子またはフィルム、1003は絞り、1004は副絞りである。この光学系において、光学素子（レンズ）11の像側面に本発明の実施例３に記載の反射防止膜12を設けている。

本発明の光学素子11の像側面は、外周部分での半開角が80°を超える大きな角度を有しており、そのため周辺部では大きな角度で光線が入射・射出する。しかし実施例４に記載の反射防止膜を設けたことで、波長430〜670nmの波長帯域、入射角0〜60°の入射角度範囲で良好な反射防止性能を実現しているあため、フレアやゴーストなどの有害光の発生を低減した高品位な光学系を実現することができる。

本実施例では、光学系の一例としてカメラ用魚眼ズームレンズの場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、焦点距離の長い標準レンズや望遠レンズでも良く、さらには双眼鏡などの観察光学系に用いても良い。

［実施例９］
図１１は、本発明の光学系を光学装置（カメラ）に適用した場合の概略図である。図１１において、デジタルカメラ2001は、本発明の反射防止膜を用いた光学系1001を用いたことで、フレアやゴースト等の有害光の発生を低減しているため、高品位な画像を得ることができる。

11 学基板（レンズ）、12 反射防止膜、13 誘電体薄膜層、14 微細構造層、
101 第1層、102 第2層、103 第3層、104 第4層、105 第5層、
106 第6層（下地層）、107 第7層（微細構造層）、1001 光学系、
1002 像面（撮像素子またはフィルム）、1003 絞り、1004 副絞り、
2001 光学装置（カメラ）

Claims

錐台形状ないしは錐台形状が使用最短波長よりも小さなピッチで規則的に配列した微細構造体を有する反射防止膜であって、
該微細構造体は、屈折率が600nm以下の厚さにわたって連続的に変化するとみなせる領域を有しており、
光学基板と該微細構造体との間には５層以上の誘電体薄膜層が形成されていること
を特徴とする反射防止膜。
請求項１に記載の反射防止膜において、
該反射防止膜が形成される光学基板（レンズ）の屈折率をN_subとし、光学基板から順に、
屈折率がN₁、膜厚がD₁の値を有する第1層、
屈折率がN₂、膜厚がD₂の値を有する第2層、
屈折率がN₃、膜厚がD₃の値を有する第3層、
屈折率がN₄、膜厚がD₄の値を有する第4層、
屈折率がN₅、膜厚がD₅の値を有する第5層、
屈折率がN₆の値を有する材料から形成され、膜厚がD₆の値を有する第6層（下地層）と、
周期が300nm以下で、膜厚（微細構造の高さ）がD₇である第7層（微細構造層）とが一体（同素材）で形成されており、
第7層において、微細構造層の下部での空間充填率をFF_b、有効屈折率をN_5b、上部での空間充填率をFF_t、有効屈折率をN_5tとしたとき、
各層の屈折率および膜厚が以下の条件を満たすことを特徴とする反射防止膜。
1.65 ≦ N_sub ≦ 2.20、
1.45 ≦ N₁ ≦ 1.72、 4.0nm ≦ D₁ ≦ 30.0nm、
1.80 ≦ N₂ ≦ 2.40、 5.0nm ≦ D₂ ≦ 55.0nm、
1.45 ≦ N₃ ≦ 1.72、 20.0nm ≦ D₃ ≦ 80.0nm、
1.80 ≦ N₄ ≦ 2.40、 3.0nm ≦ D₄ ≦ 30.0nm、
1.38 ≦ N₅ ≦ 1.62、 D₅ ≦ 100.0nm、
1.30 ≦ N₆ ≦ 1.65、 D₆ ≦ 100.0nm、
1.30 ≦ N_7b≦ 1.60、 1.015 ≦ N_7t ≦ 1.050、 D₇ ≦ 600.0nm
|N₅-N₆| ≦ 0.20
0.05 ≦ N₆-N_7b ≦ 0.20
D₅＋D₆ ≦ 120.0nm
0.20 ≦ N_7b-N_7t
請求項２に記載の反射防止膜において、各層の屈折率および膜厚が以下の条件を満たすことを特徴とする反射防止膜。
1.65 ≦ N_sub ≦ 2.20、
1.45 ≦ N₁ ≦ 1.72、 6.0nm ≦ D₁ ≦ 25.0nm、
1.80 ≦ N₂ ≦ 2.40、 10.0nm ≦ D₂ ≦ 45.0nm、
1.45 ≦ N₃ ≦ 1.72、 30.0nm ≦ D₃ ≦ 70.0nm、
1.80 ≦ N₄ ≦ 2.40、 4.5nm ≦ D₄ ≦ 25.0nm、
1.38 ≦ N₅ ≦ 1.62、 D₅ ≦ 100.0nm、
1.30 ≦ N₆ ≦ 1.65、 D₆ ≦ 100.0nm、
1.30 ≦ N_7b≦ 1.56、 1.015 ≦ N_7t ≦ 1.030、 420.0nm ≦ D₇ ≦550.0nm
|N₅₋N₆| ≦ 0.15
0.05 ≦ N₆₋N_7b ≦ 0.15
D₅＋D₆ ≦ 100.0nm
0.25 ≦ N_7b−N_7t ≦ 0.60
前記第1層および第3層は、酸化アルミニウム（Al₂O₃）乃至は酸窒化珪素（SiON）のいずれかである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。
前記第2層および第4層は、５酸化タンタル（Ta₂O₅）、チタニア（TiO₂）、ジルコニア（ZrO₂）、窒化珪素（SiN）、酸窒化珪素（SiON）のいずれか一つ乃至はこれらの混合材料からなる膜であ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。
前記第5層は、シリカ（SiO₂）、フッ化マグネシウム（MgF₂）、酸窒化珪素（SiON）のいずれか一つ乃至はこれらの混合材料からなる膜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。
前記第6層および第7層は、エネルギー硬化性樹脂材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の反射防止膜。
前記第6層および第7層は、ゾル−ゲル法で形成された無機材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の反射防止膜。
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が形成されてい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有することを特徴とする光学系。
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。