JP2019070687A - 光学素子、光学素子の製造方法、光学系、および、光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】可視域から赤外域までの波長帯域において高い反射防止性能を有する光学素子、光学素子の製造方法、光学系、および、光学機器を提供する。【解決手段】基板０と、基板０の上に形成される複数の層を含む反射防止膜１０とを有する光学素子であって、複数の層１０のうち最も基板から離れた最上層ｍの波長λ（ｎｍ）の光に対する屈折率をｎｍ、複数の層１０のうち最上層ｍを除く下地層１１の光学アドミタンスをＹ＝ａ＋ｉｂとするとき、１．１０≦ｎｍ≦１．３０なる条件を満足し、λ＝４３０のとき（ａ−１．２５）２＋（ｂ−０．２８）２≦０．４５２、λ＝１０００のとき（ａ−１．３４）２＋（ｂ＋０．２８）２≧０．３０２、λ＝１８００のとき（ａ−１．１４）２＋（ｂ＋０．２４）２≦０．３０２なる条件を満足する。【選択図】図１

Description

本発明は、多層膜により構成される反射防止膜に関する。

監視カメラ等の光学機器には、可視光の撮像だけでなく、夜間等の暗闇での近赤外光の撮像が求められるものがある。このような光学機器において、取得した画像におけるフレアやゴースト等の発生を抑制するには、可視光から近赤外光までの領域でのレンズの反射率を低減することが必要である。

特許文献１には、高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に積層し、最上層に超低屈折率材料の層を設けた反射防止膜により、可視域から近赤外域までの領域での反射防止を行うことが記載されている。

特開２０１３−２５０２９５号公報

"Ｓｅｅｉｎｇ Ｐｈｏｔｏｎｓ ： Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ Ｌｉｍｉｔｓ ｏｆ Ｖｉｓｉｂｌｅ ａｎｄ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｅｎｓｏｒ Ａｒｒａｙｓ"（Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｎ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ； Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｕｎｃｉｌ ，２０１０） ｐｐ．２５

しかしながら、特許文献１に開示された反射防止膜の反射率は、１６００ｎｍ以上の波長帯域で増加し、１７００ｎｍ付近では１％以上となる。大気光の放射は１４５０〜１８００ｎｍでピークを有するため、特許文献１に開示された反射防止膜の反射防止性能では、大気光に対して不十分である。

そこで本発明は、可視域から赤外域までの波長帯域において高い反射防止性能を有する光学素子、光学素子の製造方法、光学系、および、光学機器を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての光学素子は、基板と、該基板の上に形成される複数の層を含む反射防止膜とを有する光学素子であって、前記複数の層のうち最も前記基板から離れた最上層の波長λ（ｎｍ）の光に対する屈折率をｎ_ｍ、前記複数の層のうち前記最上層を除く下地層の光学アドミタンスをＹ＝ａ＋ｉｂとするとき、１．１０≦ｎ_ｍ≦１．３０なる条件を満足し、λ＝４３０のとき（ａ−１．２５）^２＋（ｂ−０．２８）^２≦０．４５^２、λ＝１０００のとき（ａ−１．３４）^２＋（ｂ＋０．２８）^２≧０．３０^２、λ＝１８００のとき（ａ−１．１４）^２＋（ｂ＋０．２４）^２≦０．３０^２なる条件を満足する。

本発明の他の側面としての光学素子の製造方法は、前記基板と、該基板の上に形成される複数の層を含む前記反射防止膜とを有する光学素子の製造方法であって、前記複数の層のうち最も前記基板から離れた最上層を除く下地層を作製するステップと、前記複数の層のうち前記最上層を作製するステップとを有する。

本発明の他の側面としての光学系は、複数の光学素子を有し、該複数の光学素子のうち少なくとも一つは前記光学素子である。

本発明の他の側面としての光学機器は、前記光学系と、前記光学系を保持する保持部材とを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、可視域から赤外域までの波長帯域において高い反射防止性能を有する光学素子、光学素子の製造方法、光学系、および、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代表的な実施例を示す断面図である。 代表的な実施例における薄膜層の等価光学アドミタンスの説明図である。 実施例１〜３における光学アドミタンスを複素座標で示す図である。 実施例１〜３における反射率特性を示す図である。 実施例４〜６における光学アドミタンスを複素座標で示す図である。 実施例４〜６における反射率特性を示す図である。 実施例７〜９における光学アドミタンスを複素座標で示す図である。 実施例７〜９における反射率特性を示す図である。 実施例１０〜１２おける光学アドミタンスを複素座標で示す図である。 実施例１０〜１２における反射率特性を示す図である。 実施例１３〜１６における光学アドミタンスを複素座標で示す図である。 実施例１３〜１６における反射率特性を示す図である。 実施例１７〜１９における光学アドミタンスを複素座標で示す図である。 実施例２０〜２２における光学アドミタンスを複素座標で示す図である。 実施例１７〜１９における反射率特性を示す図である。 実施例２０〜２２における反射率特性を示す図である。 実施例２３における光学機器の斜視図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

暗闇での撮像は、大気圏での化学反応や電磁的反応で放射される大気光を利用すれば可能となる。大気光は、可視域から近赤外域までの波長帯域で発生するが、地上で観察した場合、大気の光透過率との兼ね合いから、１６００ｎｍ付近に強いピークを持つことが知られている（例えば、非特許文献１参照）。このため、月明かり等がない暗闇の場合でも、１４５０〜１８００ｎｍの波長帯域であれば、大気光をコンスタントに利用することができる。

一方、撮像光学系に用いられるレンズ等の透光部材の表面には、反射率を低減させるために、蒸着により形成される誘電体薄膜を複数層重ねた多層膜として構成された反射防止膜が設けられる。また、蒸着膜で使用される屈折率１．３８のフッ化マグネシウムよりも低い屈折率を有する材料を反射防止膜の最上層に使用すれば、高性能な反射防止機能を得ることができる。屈折率の低い材料として、シリカやフッ化マグネシウム等の無機系材料、シリコン樹脂や非晶質のフッ素樹脂などの有機材料を用いることが知られている。これらの材料は、層内に空隙を形成することにより屈折率を下げることができる。また、１４５０〜１８００ｎｍの波長帯域でのレンズの反射率を低減することにより、この波長帯域の透過光を増やしてより多くの画像情報を得ることができる。

まず、図１を参照して、本発明の代表的な実施例としての反射防止膜を説明する。図１は、本代表的な実施例として光学素子（例えばレンズ）に設けられた多層膜としての反射防止膜１０の断面図である。反射防止膜１０は、光学素子の本体部（光学素子本体：例えば透光部としてのレンズ部）である基板０の表面に設けられている。反射防止膜１０は、基板側から数えて１層目の薄膜層１からｍ−１層目の薄膜層ｍ−１により構成される１層以上の下地層１１とｍ層目の最上層ｍとを有する２層以上のｍ層を含む多層膜である。最上層ｍは、基板から最も離れた層であり、空気との界面を形成する最表層であり、薄膜層１から薄膜層ｍ−１よりも低屈折率な層である。また、最上層ｍの波長λ（ただし、４３０≦λ≦１８００）（ｎｍ）に対する屈折率をｎ_ｍとするとき、１．１０≦ｎ_ｍ≦１．３０なる条件を満足する。

下記の参考文献によれば、光学アドミタンスと特性マトリクスとを用いることにより、入射媒質と薄膜層との間および薄膜層と基板との間の２つの界面を、等価光学アドミタンスで表現される１つの界面に帰着させて薄膜計算を行うことができる。
（参考文献）
「光学薄膜と成膜技術」（李正中 著、株式会社アグネ技術センター発行）
光学アドミタンスとは、媒質中の電場と磁場強度との比であり、真空中の値であるＹ０＝√（ε０／μ０）を単位とすると、媒質の屈折率と等価に扱える量である。例えば図２（ａ）に示すように、基板０と薄膜層１との界面ｒ_０−１および薄膜層１と薄膜層２との界面ｒ_１−２に光が垂直入射する場合を考える。このとき、界面ｒ_０−１での電場および磁場強度をそれぞれＥｔおよびＨｔとし、界面ｒ_１−２での電場および磁場強度をそれぞＥｉおよびＨｉとする。薄膜層１の光学アドミタンスは、該薄膜層１の屈折率ｎ_１と等価であるので、薄膜層１の界面ｒ_０−１、ｒ_１−２でのＥｔ、ＨｔとＥｉ、Ｈｉとの関係は以下の式（１）で表わされる。

ここで、薄膜層１の位相差δ_１は、薄膜層１の膜厚をｄ_１、薄膜層１の入射光の波長λに対する屈折率をｎ_１とすると、以下の式（２）で表される。

δ_１＝２ｐｎ_１ｄ_１／λ … （２）
式（１）は、基板０の光学アドミタンスＹｔ＝Ｅｔ／Ｈｔ＝ｎ_ｓを用いて、以下の式（３）で表わされる。

ここで、Ｙ_１＝Ｃ_１／Ｂ_１とすると、Ｙ_１は界面ｒ_０−１，ｒ_１−２と薄膜層１から求まる基板０と薄膜層１の等価光学アドミタンスとなる。つまり、図２（ａ）の構成は、図２（ｂ）に示すような構成と等しくなり、基板０と薄膜層１は等価屈折率Ｙ_１の仮想的な層０１０として扱うことができる。この手順を（ｍ−１）回繰り返すと、基板０と下地層１１は等価屈折率Ｙ_ｍ−１の仮想的な層１００と簡易的に表現することができ、図２（ａ）の構成は図２（ｃ）に示すような構成と等しくなる。等価光学アドミタンスＹ_ｍ−１は、下地層１１を構成する薄膜層の屈折率ｎ_ｊ（ｊ＝１〜ｍ−１）および位相差δ_ｊ（ｊ＝１〜ｍ−１）を用いて、以下の式（４）で表される。

式（４）において、Ｙ_ｍ−１＝Ｃ_ｍ−１／Ｂ_ｍ−１である。

一方、式（４）から、基板０から最上層ｍまでの等価光学アドミタンスＹ_ｍ＝Ｃ_ｍ／Ｂ_ｍは以下の式（５）で表される。

空気の屈折率は１であり、最上層ｍと空気との界面での反射率が０になるのは、以下の式（６）が成立する場合である。

Ｙ_ｍ＝Ｃ_ｍ／Ｂ_ｍ＝１ … （６）
ここで、入射光の波長（以下、入射波長ともいう）λにおける等価光学アドミタンスＹ_ｍ−１（λ）を、複素表示により、Ｙ_ｍ−１（λ）＝ａ＋ｉｂと表す。このとき、最上層ｍと空気との界面での反射率が０である場合における複素座標（ａ，ｂ）の軌跡は、式（５）および式（６）から、中心が（（ｎ_ｍ ^２＋１）／２，０）で半径が（ｎ_ｍ ^２−１）／２の円となる。そして、入射波長λと最上層ｍの膜厚ｄ_ｍとから、複素座標（ａ，ｂ）の位置（点）が一意に決まる。例えば、最上層ｍの屈折率が１．２５であれば、複素座標（ａ，ｂ）の軌跡は中心が（１．２８，０）で半径が０．２８の円となる。反射防止膜１０の反射率を０％近くにまで低減するには、複素座標（ａ，ｂ）をこの円上において入射波長λと最上層ｍの膜厚ｄ_ｍにより一意に決まる点に近い値を持つように下地層１１を構成すればよい。

反射防止膜１０は、可視域（４３０〜７３０ｎｍ）および大気光を使用可能な１４５０〜１８００ｎｍの波長帯域で、高い反射防止性能を有することを特徴とする。この特徴を実現するため、基板０から下地層１１までの等価光学アドミタンス（以下、単に「下地層１１の光学アドミタンス」ともいう）の複素座標（ａ，ｂ）は、以下の条件式（７）〜（９）を満足する。

λ＝４３０のとき
（ａ−１．２５）^２＋（ｂ−０．２８）^２≦０．４５^２ … （７）
λ＝１０００のとき
（ａ−１．３４）^２＋（ｂ＋０．２８）^２≧０．３０^２ … （８）
λ＝１８００のとき
（ａ−１．１４）^２＋（ｂ＋０．２４）^２≦０．３０^２ … （９）
前述したように、複素座標（ａ，ｂ）が、入射波長λと最上層ｍの屈折率ｎ_ｍと膜厚ｄ_ｍとにより決まる円上の一意の点の近傍であれば、反射率は低減する。すなわち、可視域である４３０〜７３０ｎｍと、１４５０〜１８００ｎｍの波長帯域において、複素座標（ａ，ｂ）が、円上の一意の点近傍となればよい。また、下地層１１を構成する材料には制限があるため、反射率を低減する必要のない帯域である１０００ｎｍ付近を円上の一意の点近傍から大幅に外すことで、上記二つの帯域の反射率をより低減することが可能となる。

以上より、条件式（７）〜（９）を満足するような膜構成は、一般的な材料での作製が可能であり、可視域である４３０〜７３０ｎｍと、大気光を利用可能な１４５０〜１８００ｎｍの波長帯域で、低反射率を実現することができる。

好ましくは、基板０から下地層１１までの等価光学アドミタンスの複素座標（ａ，ｂ）は、以下の条件式（１０）、（１１）を満足する。

λ＝４３０のとき
（ａ−１．２５）^２＋（ｂ−０．２８）^２≦０．４１^２ … （１０）
λ＝１８００のとき
（ａ−１．１４）^２＋（ｂ＋０．２４）^２≦０．２０^２ … （１１）
より好ましくは、４３０≦λ≦７３０又は１４５０≦λ≦１８００の範囲内において、基板０から下地層１１までの等価光学アドミタンスの複素座標（ａ，ｂ）は、以下の条件式（１２）を満足する。

（ａ−１．２８）^２＋（ｂ）^２≦０．５５^２ … （１２）
更に好ましくは、９００≦λ≦１１００の範囲内において、以下の条件式（１３）を満足する。

（ａ−１．３０）^２＋（ｂ＋０．２８）^２≧０．２５^２ … （１３）
また、最上層ｍの膜厚ｄ_ｍ（ｎｍ）は、以下の条件式（１４）を満足することが好ましい。

１２５≦ｎ_ｍｄ_ｍ≦２５０ … （１４）
なる条件を満足することが好ましい。一般的に、基板上の薄膜の光学膜厚が、使用波長（入射波長）λの４分の１のときに、反射率が最小となる。本実施例において、使用する波長帯域は４３０〜１８００ｎｍの広範囲であるため、この波長帯域の逆数の中間点の逆数付近が光学膜厚の４分の１であれば低反射率が得られる。また本実施例において、４３０≦λ≦７３０又は１４５０≦λ≦１８００のとき、反射防止膜１０に対する入射角が０度以上１５度以下である光線に対する反射防止膜１０の反射率は、１．０％以下であることが好ましい。また本実施例において、反射防止膜１０は７以上の層を有することが好ましい。反射防止膜１０の層数（下地層１１および最上層ｍの合計層数）が６層以下である場合、反射防止性能を向上させることが困難である。

また、下地層１１は互いに異なる材料で構成される複数の層を含み、下地層１１のうち最も高屈折率である材料の屈折率をｎ_Ｈ、最も低屈折率である材料の屈折率をｎ_Ｌとするとき、以下の条件式（１５）を満足することが好ましい。

０．４≦ｎ_Ｈ−ｎ_Ｌ≦０．９ … （１５）
これは、それぞれの材料の屈折率の差異が大きい方が広帯域での低反射を実現しやすいためである。

最上層ｍは、シリカ（酸化シリコン：ＳｉＯ_２）やフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）等の無機系材料またはシリコン樹脂や非晶質のフッ素樹脂等の有機材料により形成され、その内部に空隙を有している。内部の空隙に含まれる空気（屈折率１．０）により屈折率を下げている。さらに、最上層ｍは、中空微粒子や中実の微粒子をバインダーにより結合してなる膜であることが好ましい。それら微粒子の主材料は、屈折率を下げるため、ＳｉＯ_２やＭｇＦ_２等の屈折率の低い材料が好ましい。

一方、下地層１１に含まれる層は、チタン、タンタル、ジルコニア、クロム、ニオブ、セリウム、ハフニウム、アルミニウム、シリコン、および、イットリウムの酸化物のうちいずれかの単体またはこれらの混合物で構成されることが好ましい。また、下地層１１のうち第１層の薄膜層１の材料は、白曇りの防止等の観点から、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮ_Ｘ、ＳｉＯＮ、Ｎｂ_２Ｏ_５であることが好ましい。

最上層ｍの成膜方法としては、微粒子をバインダーにて結合する必要があり、ゾルゲル法で作製することが好ましい。塗工方法としては特に限定されることはなく、ディップコート法、スピンコート法、スプレーコート法、ロールコート法等、液状塗工液の一般的な塗工方法を用いることができる。レンズのような曲面を有する基板０へ膜厚を均一に成膜できるという観点から、塗料をスピンコートで成膜することが好ましい。

塗工後は乾燥を行う。乾燥は、乾燥機、ホットプレート、電気炉等を用いることができる。乾燥条件は、基板０に影響を与えず、かつ微粒子内および微粒子間の有機溶媒を蒸発できる程度の温度と時間とする。一般的には３００℃以下の温度を用いることが好ましい。塗工回数は通常1回が好ましいが、乾燥と塗工を複数回繰り返してもよい。下地層１１は、成膜の簡単化のため、真空蒸着法やスパッタ法等のドライ法により成膜されることが好ましい。

以下、本発明の具体的な実施例を示す。ただし、これらは例に過ぎず、本発明の実施例はこれらの条件に限定されるものではない。

（実施例１〜３）
実施例１〜３の反射防止膜１０は、１３層の多層膜として構成されている。実施例１〜３では、基板０の屈折率は互いに異なるが、反射防止膜１０を構成する薄膜の材料は同じである。

表１は、実施例１〜３の膜構成およびｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示している。第１層から第１２層までが下地層１１であり、真空蒸着法により成膜される。第１３層は最上層であり、中空ＳｉＯ_２含有の溶液にバインダー溶液を加え、混合調整した液をスピンコーターで塗工し、１００〜２５０℃のクリーンオーブンで１時間焼成して作製される。このようにして作製された最上層は、実施例１〜３の全てにおいて、ｄ線に対する屈折率が１．２５になるように調整されている。

図３は、実施例１〜３における下地層１１の光学アドミタンス（基板０から下地層１１までの等価光学アドミタンス）を複素座標で示している。図３において、横軸はＹ＝ａ＋ｉｂにおける実数部ａを示し、縦軸は虚数部ｂを示す。また図３において、条件式（７）を短破線、条件式（８）を一点鎖線、条件式（９）を長破線で示しており、これらの円内であればそれぞれの条件を満足する。これらのことは、後述する他の実施例でも同じである。

図３において、入射波長λが４３０〜１８００ｎｍの実施例１〜３の等価光学アドミタンスの複素座標での軌跡をそれぞれ実線、短破線、長破線で示している。また、λ＝４３０ｎｍのときの複素座標を四角点、λ＝１０００ｎｍのときの複素座標を三角点、λ＝１８００ｎｍのときの複素座標を丸点でそれぞれ示し、実施例１〜３をそれぞれ、白、黒、灰色で色分けしている。図３より、λ＝４３０ｎｍでの等価光学アドミタンスを示す四角点が条件式（７）を示す短破線で囲まれた円内にあることが確認できる。また、λ＝１０００ｎｍの等価光学アドミタンスを示す三角点が条件式（８）を示す一点鎖線で囲まれた円外であり、λ＝１８００ｎｍでの等価光学アドミタンスを示す丸点が条件式（９）を示す長破線で囲まれた円内であることがそれぞれ確認できる。

図４は、実施例１〜３における４３０〜１８００ｎｍの波長帯域での入射角０度のときの反射率を示す。実施例１の反射率を実線、実施例２の反射率を短破線、実施例３の反射率を長破線で示す。図４より、実施例１〜３における可視域（４３０〜７３０ｎｍ）および１４５０〜１８００ｎｍの波長帯域での反射率は０．４％以下であり、高い反射防止性能が得られていることが確認できる。

（実施例４〜６）
実施例４〜６の反射防止膜１０は１３層の多層膜として構成されている。実施例４〜６では、基板０の屈折率は互いに異なるが、反射防止膜１０を構成する薄膜の材料は同じである。

表２は、実施例４〜６の膜構成およびｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示している。第１層から第１２層までが下地層１１であり、真空蒸着法により成膜される。第１３層は最上層であり、中空ＳｉＯ_２含有の溶液にバインダー溶液を加え、混合調整した液をスピンコーターで塗工し、１００〜２５０℃のクリーンオーブンで１時間焼成して作製される。このようにして作製された最上層は、実施例４〜６の全てにおいて、ｄ線に対する屈折率が１．２５になるように調整されている。

図５は、実施例４〜６における下地層１１の光学アドミタンス（基板０から下地層１１までの等価光学アドミタンス）を複素座標で示している。図５において、横軸はＹ＝ａ＋ｉｂにおける実数部ａを示し、縦軸は虚数部ｂを示す。また図５において、条件式（７）を短破線、条件式（８）を一点鎖線、条件式（９）を長破線で示している。

図５において、入射波長λが４３０〜１８００ｎｍの実施例４〜６の等価光学アドミタンスの複素座標での軌跡をそれぞれ実線、短破線、長破線で示している。また、λ＝４３０ｎｍのときの複素座標を四角点、λ＝１０００ｎｍのときの複素座標を三角点、λ＝１８００ｎｍのときの複素座標を丸点でそれぞれ示し、実施例４〜６をそれぞれ、白、黒、灰色で色分けしている。図５より、λ＝４３０ｎｍでの等価光学アドミタンスを示す四角点が条件式（７）を示す短破線で囲まれた円内にあることが確認できる。また、λ＝１０００ｎｍの等価光学アドミタンスを示す三角点が条件式（８）を示す一点鎖線で囲まれた円外であり、λ＝１８００ｎｍでの等価光学アドミタンスを示す丸点が条件式（９）を示す長破線で囲まれた円内であることがそれぞれ確認できる。

図６は、実施例４〜６における４３０〜１８００ｎｍの波長帯域での入射角０度のときの反射率を示す。実施例４の反射率を実線、実施例５の反射率を短破線、実施例６の反射率を長破線で示す。図６より、実施例４〜６における可視域（４３０〜７３０ｎｍ）および１４５０〜１８００ｎｍの波長帯域での反射率は０．４％以下であり、高い反射防止性能が得られていることが確認できる。

（実施例７〜９）
実施例７〜９の反射防止膜１０は１３層の多層膜として構成されている。実施例７〜９では、最上層の屈折率が互いに異なり、最上層以外の反射防止膜１０を構成する薄膜の材料および基板０の屈折率は同じである。

表３は、実施例７〜９の膜構成およびｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示している。第１層から第１２層までが下地層１１であり、真空蒸着法により成膜される。第１３層は最上層であり、中空ＳｉＯ_２含有の溶液にバインダー溶液を加え、混合調整した液をスピンコーターで塗工し、１００〜２５０℃のクリーンオーブンで１時間焼成して作製される。実施例７〜９のそれぞれの最上層は、表３に示される屈折率になるように調整して作製される。

図７は、実施例７〜９における下地層１１の光学アドミタンス（基板０から下地層１１までの等価光学アドミタンス）を複素座標で示している。図７において、横軸はＹ＝ａ＋ｉｂにおける実数部ａを示し、縦軸は虚数部ｂを示す。また図７において、条件式（７）を短破線、条件式（８）を一点鎖線、条件式（９）を長破線で示している。

図７において、入射波長λが４３０〜１８００ｎｍの実施例７〜９の等価光学アドミタンスの複素座標での軌跡をそれぞれ実線、短破線、長破線で示している。また、λ＝４３０ｎｍのときの複素座標を四角点、λ＝１０００ｎｍのときの複素座標を三角点、λ＝１８００ｎｍのときの複素座標を丸点でそれぞれ示し、実施例７〜９をそれぞれ、白、黒、灰色で色分けしている。図７より、λ＝４３０ｎｍでの等価光学アドミタンスを示す四角点が条件式（７）を示す短破線で囲まれた円内にあることが確認できる。また、λ＝１０００ｎｍの等価光学アドミタンスを示す三角点が条件式（８）を示す一点鎖線で囲まれた円外であり、λ＝１８００ｎｍでの等価光学アドミタンスを示す丸点が条件式（９）を示す長破線で囲まれた円内であることがそれぞれ確認できる。

図８は、実施例７〜９における４３０〜１８００ｎｍの波長帯域での入射角０度のときの反射率を示す。実施例７の反射率を実線、実施例８の反射率を短破線、実施例９の反射率を長破線で示す。図８より、実施例７〜９における可視域（４３０〜７３０ｎｍ）での反射率は０．５％以下、１４５０〜１８００ｎｍの波長帯域での反射率は０．７％以下であり、高い反射防止性能が得られていることが確認できる。

（実施例１０〜１２）
実施例１０〜１２の反射防止膜１０は１４層の多層膜として構成されている。実施例１０〜１２では、最上層の屈折率が互いに異なり、最上層以外の反射防止膜１０を構成する薄膜の材料および基板０の屈折率は同じである。

表４は、実施例１０〜１２の膜構成およびｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示している。第１層から第１２層までが下地層１１であり、真空蒸着法により成膜される。第１４層は最上層であり、中空ＳｉＯ_２含有の溶液にバインダー溶液を加え、混合調整した液をスピンコーターで塗工し、１００〜２５０℃のクリーンオーブンで１時間焼成して作製される。実施例１０〜１２のそれぞれの最上層は、表４に示される屈折率になるように調整して作製される。

図９は、実施例１０〜１２における下地層１１の光学アドミタンス（基板０から下地層１１までの等価光学アドミタンス）を複素座標で示している。図９において、横軸はＹ＝ａ＋ｉｂにおける実数部ａを示し、縦軸は虚数部ｂを示す。また図９において、条件式（７）を短破線、条件式（８）を一点鎖線、条件式（９）を長破線で示している。

図９において、入射波長λが４３０〜１８００ｎｍの実施例１０〜１２の等価光学アドミタンスの複素座標での軌跡をそれぞれ実線、短破線、長破線で示している。また、λ＝４３０ｎｍのときの複素座標を四角点、λ＝１０００ｎｍのときの複素座標を三角点、λ＝１８００ｎｍのときの複素座標を丸点でそれぞれ示し、実施例１０〜１２をそれぞれ、白、黒、灰色で色分けしている。図９より、λ＝４３０ｎｍでの等価光学アドミタンスを示す四角点が条件式（７）を示す短破線で囲まれた円内にあることが確認できる。また、λ＝１０００ｎｍの等価光学アドミタンスを示す三角点が条件式（８）を示す一点鎖線で囲まれた円外であり、λ＝１８００ｎｍでの等価光学アドミタンスを示す丸点が条件式（９）を示す長破線で囲まれた円内であることがそれぞれ確認できる。

図１０は、実施例１０〜１２における４３０〜１８００ｎｍの波長帯域での入射角０度のときの反射率を示す。実施例１０の反射率を実線、実施例１１の反射率を短破線、実施例１２の反射率を長破線で示す。図１０より、実施例１０〜１２における可視域（４３０〜７３０ｎｍ）での反射率は０．５％以下、１４５０〜１８００ｎｍの波長帯域での反射率は０．７％以下であり、高い反射防止性能が得られていることが確認できる。

（実施例１３〜１６）
実施例１３〜１６の反射防止膜１０はそれぞれ７層から１０層の多層膜として構成されている。実施例１３〜１６では、反射防止膜１０を構成する薄膜の材料および基板０の屈折率は同じである。

表５は、実施例１３〜１６の膜構成およびｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示している。最上層以外の層である下地層１１は、真空蒸着法により成膜される。各実施例における最上層は、中空ＳｉＯ_２含有の溶液にバインダー溶液を加え、混合調整した液をスピンコーターで塗工し、１００〜２５０℃のクリーンオーブンで１時間焼成して作製される。このようにして作製された最上層は、実施例１３〜１６の全てにおいて、ｄ線に対する屈折率が１．２５になるように調整されている。

図１１は、実施例１３〜１６における下地層１１の光学アドミタンス（基板０から下地層１１までの等価光学アドミタンス）を複素座標で示している。図１１において、横軸はＹ＝ａ＋ｉｂにおける実数部ａを示し、縦軸は虚数部ｂを示す。また図１１において、条件式（７）を短破線、条件式（８）を一点鎖線、条件式（９）を長破線で示している。

図１１において、入射波長λが４３０〜１８００ｎｍの実施例１３〜１６の等価光学アドミタンスの複素座標での軌跡をそれぞれ実線、丸短破線、丸長破線、および、灰破線で示している。また、λ＝４３０ｎｍのときの複素座標を四角点、λ＝１０００ｎｍのときの複素座標を三角点、λ＝１８００ｎｍのときの複素座標を丸点でそれぞれ示し、実施例１３〜１６をそれぞれ、白、黒、灰色、薄灰色で色分けしている。図１１より、λ＝４３０ｎｍでの等価光学アドミタンスを示す四角点が条件式（７）を示す短破線で囲まれた円内にあることが確認できる。また、λ＝１０００ｎｍの等価光学アドミタンスを示す三角点が条件式（８）を示す一点鎖線で囲まれた円外であり、λ＝１８００ｎｍでの等価光学アドミタンスを示す丸点が条件式（９）を示す長破線で囲まれた円内であることがそれぞれ確認できる。

図１２は、実施例１３〜１６における４３０〜１８００ｎｍの波長帯域での入射角０度のときの反射率を示す。実施例１３の反射率を実線、実施例１４の反射率を短破線、実施例１５の反射率を長破線、実施例１６の反射率を灰破線で示す。図１２より、実施例１３〜１６における可視域（４３０〜７３０ｎｍ）での反射率は０．４％以下、１４５０〜１８００ｎｍの波長帯域での反射率は０．６％以下であり、高い反射防止性能が得られていることが確認できる。

（実施例１７〜２２）
実施例１７〜２２の反射防止膜１０はそれぞれ１１層から１６層の多層膜として構成されている。実施例１７〜２２では、反射防止膜１０を構成する薄膜の材料および基板０の屈折率は同じである。

表６は、実施例１７〜２２の膜構成およびｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示している。最上層以外の層である下地層１１は、真空蒸着法により成膜される。各実施例における最上層は、中空ＳｉＯ_２含有の溶液にバインダー溶液を加え、混合調整した液をスピンコーターで塗工し、１００〜２５０℃のクリーンオーブンで１時間焼成して作製される。このようにして作製された最上層は、実施例１７〜２２の全てにおいて、ｄ線に対する屈折率が１．２５になるように調整されている。

図１３は、実施例１７〜１９における下地層１１の光学アドミタンス（基板０から下地層１１までの等価光学アドミタンス）を複素座標で示している。図１４は、実施例２０〜２２における下地層１１の光学アドミタンス（基板０から下地層１１までの等価光学アドミタンス）を複素座標で示している。図１３および図１４において、横軸はＹ＝ａ＋ｉｂにおける実数部ａを示し、縦軸は虚数部ｂを示す。また図１３および図１４において、条件式（７）を短破線、条件式（８）を一点鎖線、条件式（９）を長破線で示している。

図１３において、入射波長λが４３０〜１８００ｎｍの実施例１７〜１９の等価光学アドミタンスの複素座標での軌跡をそれぞれ実線、短破線、長破線で示している。また、λ＝４３０ｎｍのときの複素座標を四角点、λ＝１０００ｎｍのときの複素座標を三角点、λ＝１８００ｎｍのときの複素座標を丸点でそれぞれ示し、実施例１７〜１９をそれぞれ、白、黒、灰色で色分けしている。図１４において、入射波長λが４３０〜１８００ｎｍの実施例２０〜２２の等価光学アドミタンスの複素座標での軌跡をそれぞれ実線、短破線、長破線で示している。また、λ＝４３０ｎｍのときの複素座標を四角点、λ＝１０００ｎｍのときの複素座標を三角点、λ＝１８００ｎｍのときの複素座標を丸点でそれぞれ示し、実施例２０〜２２をそれぞれ、白、黒、灰色で色分けしている。

図１３および図１４より、λ＝４３０ｎｍでの等価光学アドミタンスを示す四角点が条件式（７）を示す短破線で囲まれた円内にあることが確認できる。また、λ＝１０００ｎｍの等価光学アドミタンスを示す三角点が条件式（８）を示す一点鎖線で囲まれた円外であり、λ＝１８００ｎｍでの等価光学アドミタンスを示す丸点が条件式（９）を示す長破線で囲まれた円内であることがそれぞれ確認できる。

図１５は、実施例１７〜１９における４３０〜１８００ｎｍの波長帯域での入射角０度のときの反射率を示す。実施例１７の反射率を実線、実施例１８の反射率を短破線、実施例１９の反射率を長破線で示す。図１５より、実施例１７〜１９における可視域（４３０〜７３０ｎｍ）および１４５０〜１８００ｎｍの波長帯域での反射率は０．４％以下であり、高い反射防止性能が得られていることが確認できる。

図１６は、実施例２０〜２２における４３０〜１８００ｎｍの波長帯域での入射角０度のときの反射率を示す。実施例２０の反射率を実線、実施例２１の反射率を短破線、実施例２２の反射率を長破線で示す。図１６より、実施例２０〜２２における可視域（４３０〜７３０ｎｍ）および１４５０〜１８００ｎｍの波長帯域での反射率は０．３％以下であり、高い反射防止性能が得られていることが確認できる。

（実施例２３）
図１７は、本発明の実施例２３である光学機器としての監視用ネットワークカメラ２００を示す。監視用ネットワークカメラ２００は、物体の光学像を形成する撮像光学系２０１とこれを保持する筐体（保持部材）２０２とを有する。撮像光学系２０１は、複数のレンズにより構成されている。

そして、これら複数のレンズのうち少なくとも１つのレンズ（光学素子）に実施例１〜２２のいずれかの反射防止膜１０が形成されている。これにより、フレアやゴーストなどの有害光の発生を抑制した画像を生成できるだけでなく、透過光の増加によってより多くの画像情報を得ることが可能な高性能なカメラ２００を実現することができる。

なお、本実施例では光学機器の例としてネットワークカメラを挙げたが、ネットワークカメラ以外の撮像装置、交換レンズ等の各種光学機器の光学系を構成する光学素子に対して実施例１〜２２のいずれかの反射防止膜を設けることができる。

各実施例によれば、可視域から赤外域までの波長帯域において高い反射防止性能を有する光学素子、光学素子の製造方法、光学系、および、光学機器を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

０ 基板
１〜ｍ−１ 薄膜層
ｍ 最上層
１０ 反射防止膜
１１ 下地層

Claims (15)

1. 基板と、該基板の上に形成される複数の層を含む反射防止膜とを有する光学素子であって、
   前記複数の層のうち最も前記基板から離れた最上層の波長λ（ｎｍ）の光に対する屈折率をｎ_ｍ、前記複数の層のうち前記最上層を除く下地層の光学アドミタンスをＹ＝ａ＋ｉｂとするとき、
   １．１０≦ｎ_ｍ≦１．３０
   なる条件を満足し、
   λ＝４３０のとき
   （ａ−１．２５）^２＋（ｂ−０．２８）^２≦０．４５^２、
   λ＝１０００のとき
   （ａ−１．３４）^２＋（ｂ＋０．２８）^２≧０．３０^２、
   λ＝１８００のとき
   （ａ−１．１４）^２＋（ｂ＋０．２４）^２≦０．３０^２
   なる条件を満足することを特徴とする光学素子。
2. λ＝４３０のとき
   （ａ−１．２５）^２＋（ｂ−０．２８）^２≦０．４１^２、
   λ＝１８００のとき
   （ａ−１．１４）^２＋（ｂ＋０．２４）^２≦０．２０^２
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. ４３０≦λ≦７３０又は１４５０≦λ≦１８００のとき
   （ａ−１．２８）^２＋（ｂ）^２≦０．５５ 、
   ９００≦λ≦１１００のとき
   （ａ−１．３０）^２＋（ｂ＋０．２８）^２≦０．２５^２
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
4. 前記最上層の膜厚をｄ_ｍ（ｎｍ）とするとき、
   １２５≦ｎ_ｍｄ_ｍ≦２５０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子。
5. ４３０≦λ≦７３０又は１４５０≦λ≦１８００のとき、前記反射防止膜に対する入射角が０度以上１５度以下である光線に対する該反射防止膜の反射率は、１．０％以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子。
6. 前記反射防止膜は、７以上の層を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学素子。
7. 前記下地層は互いに異なる材料で構成される複数の層を含み、前記下地層のうち最も高屈折率である材料の屈折率をｎ_Ｈ、最も低屈折率である材料の屈折率をｎ_Ｌとするとき、
   ０．４≦ｎ_Ｈ−ｎ_Ｌ≦０．９
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学素子。
8. 前記最上層は、空隙を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学素子。
9. 前記最上層は、酸化シリコンまたはフッ化マグネシウムで構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学素子。
10. 前記下地層に含まれる層は、チタン、タンタル、ジルコニア、クロム、ニオブ、セリウム、ハフニウム、アルミニウム、シリコン、および、イットリウムの酸化物のうちいずれかの単体またはこれらの混合物で構成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学素子。
11. 基板と、該基板の上に形成される複数の層を含む反射防止膜とを有する光学素子の製造方法であって、
    前記複数の層のうち最も前記基板から離れた最上層を除く下地層を作製するステップと、
    前記複数の層のうち前記最上層を作製するステップと、を有し、
    前記最上層の波長λ（ｎｍ）の光に対する屈折率をｎ_ｍ、前記下地層の光学アドミタンスをＹ＝ａ＋ｉｂとするとき、
    １．１０≦ｎ_ｍ≦１．３０
    なる条件を満足し、
    λ＝４３０のとき
    （ａ−１．２５）^２＋（ｂ−０．２８）^２≦０．４５^２、
    λ＝１０００のとき
    （ａ−１．３４）^２＋（ｂ＋０．２８）^２≧０．３０^２、
    λ＝１８００のとき
    （ａ−１．１４）^２＋（ｂ＋０．２４）^２≦０．３０^２
    なる条件を満足することを特徴とする光学素子の製造方法。
12. 前記最上層を作製するステップは、ゾルゲル法により前記最上層を作製するステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の光学素子の製造方法。
13. 前記下地層を作製するステップは、真空蒸着法またはスパッタ法により前記下地層を作製するステップを含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の光学素子の製造方法。
14. 複数の光学素子を有し、該複数の光学素子のうち少なくとも一つは請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光学素子であることを特徴とする光学系。
15. 請求項１４に記載の光学系と、
    前記光学系を保持する保持部材と、を有することを特徴する光学機器。